JP2007073774A

JP2007073774A - 太陽電池

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Publication number: JP2007073774A
Application number: JP2005259815A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Namikata; 量二南方; Masayasu Futagawa; 正康二川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】集光効率を向上することによって、光電変換素子の単位面積あたりの発電出力を大きくすることができる太陽電池を提供することである。
【解決手段】プリズムシート４は、入射した外部光を、厚み方向Ａへの指向性が高くなるように偏向する。フレネルレンズ３の入射面６には、プリズムシート４によって偏向された光が入射する。フレネルレンズ３は、入射面６から入射した入射光を、太陽電池セル２の受光面５上に集光し、太陽電池セル２は、受光面５に受光した光の光エネルギを電気エネルギに変換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、受光面に受光した光の光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換素子を備え、この光電変換素子の受光面上に外部光を集光するように構成される太陽電池に関する。

第１の従来技術として、レンズおよび反射鏡などの集光装置によって、太陽光などの外部光を、光電変換素子である太陽電池セルの受光面上に集光するという技術がある。この従来技術では、外部光を太陽電池セルの受光面上に集光することによって、太陽電池セルの単位面積あたりの受光量を大きくして、太陽電池セルの単位面積あたりの発電出力を大きくする。

第２の従来技術は、特許文献１に開示されている。この従来技術では、特殊な集光装置によって、外部光を、太陽電池セルの受光面上に集光する。この従来技術でも、外部光を太陽電池セルの受光面上に集光することによって、太陽電池セルの単位面積あたりの受光量を大きくして、太陽電池セルの単位面積あたりの発電出力を大きくする。

前記特殊な集光装置は、所定の１面を入射面としたプリズムと、前記入射面を介して前記プリズム内に入射された光の多くが最初に当たる前記プリズムの他の面に設けた反射部材とを備える。また前記特殊な集光装置は、前記反射部材と前記入射面の内側との間で所定回数反射を行い到達する前記プリズムのさらに他の面を集光面とし、その集光面から出射される光を太陽電池セルに供給するように構成される。

第３の従来技術は、特許文献２に開示されている。この従来技術では、プリズム構造を有する透明なプリズムシートが、太陽電池セルの受光面の前方に設けられる。前記プリズムシートは、外部光の反射を防いで、外部光を太陽電池セルの受光面に導く。これによって太陽電池セルの単位面積あたりの受光量を大きくして、太陽電池セルの単位面積あたりの発電出力を大きくする。

特開平６−２７５８５９号公報特開２０００−３１５１５号公報

前記第１の従来技術では、前記集光装置は、その光軸に対して略平行な進行方向の外部光は太陽電池セルの受光面上に集光することができるけれども、それ以外の外部光は太陽電池セルの受光面上に集光することはできない。その分、太陽電池セルの単位面積あたりの受光量が小さくなり、太陽電池セルの単位面積あたりの発電出力が小さくなってしまうという問題がある。

前記第２の従来技術では、前記入射面から入射した入射光が前記反射部材と前記入射面の内側との間で反射を繰り返すときに、入射光の前記入射面に対する入射角が臨界角よりも小さいと、その入射光は、前記入射面を透過してしまい、太陽電池セルの受光面上に到達しない。その分、太陽電池セルの単位面積あたりの受光量が小さくなり、太陽電池セルの単位面積あたりの発電出力が小さくなってしまうという問題がある。

前記第３の従来技術は、外部光の反射を防いで、外部光を太陽電池セルの受光面上に導くだけであり、第１および第２の従来技術のように外部光を太陽電池セルの受光面上に集光してはいない。したがって太陽電池セルの単位面積あたりの受光量が小さく、太陽電池セルの単位面積あたりの発電出力が小さいという問題がある。

本発明の目的は、集光効率を向上することによって、光電変換素子の単位面積あたりの発電出力を大きくすることができる太陽電池を提供することである。

本発明は、受光面に受光した光の光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換素子と、
入射した外部光を、予め定める方向への指向性が高くなるように偏向する外部光偏向手段と、
前記外部光偏向手段によって偏向された光が入射する入射面を有し、この入射面から入射した入射光を、前記光電変換素子の受光面上に集光する集光手段とを含むことを特徴とする太陽電池である。

また本発明は、前記集光手段は、レンズであることを特徴とする。
また本発明は、前記集光手段は、フレネルレンズであることを特徴とする。

また本発明は、前記外部光偏向手段は、光学シートであることを特徴とする。
また本発明は、前記外部光偏向手段は、プリズムシートであることを特徴とする。

また本発明は、前記外部光偏向手段は、プリズムシートと、このプリズムシートに対して前記集光手段とは反対側に設けられる光拡散シートとによって構成されることを特徴とする。

また本発明は、前記光電変換素子の受光面は、５ｍｍ角以上２０ｍｍ角以下に選ばれることを特徴とする。

本発明によれば、外部光偏向手段は、入射した外部光を、予め定める方向への指向性が高くなるように偏向する。集光手段の入射面には、外部光偏向手段によって偏向された光が入射する。集光手段は、入射面から入射した入射光を、光電変換素子の受光面上に集光し、光電変換素子は、受光面に受光した光の光エネルギを電気エネルギに変換する。

前記外部光偏向手段は、入射した外部光を、予め定める方向への指向性が高くなるように偏向し、その偏向された光が、集光手段の入射面に入射するので、様々な進行方向の外部光を、光電変換素子の受光面上に集光することができ、集光効率を向上することができる。このように集光効率が向上されることによって、光電変換素子の単位面積あたりの受光量が大きくなるので、光電変換素子の単位面積あたりの発電出力を大きくすることができる。

また本発明によれば、集光手段としてレンズが用いられるので、太陽電池の構成を簡素化することができる。

また本発明によれば、集光手段としてフレネルレンズが用いられるので、太陽電池を薄形化および軽量化することができる。

また本発明によれば、外部光偏向手段として光学シートが用いられるので、太陽電池の構成を簡素化するとともに、太陽電池を薄形化および軽量化することができる。

また本発明によれば、外部光偏向手段としてプリズムシートが用いられるので、偏向された光の指向性を高くすることができ、これによって集光効率をさらに向上することができる。このように集光効率がさらに向上されることによって、光電変換素子の単位面積あたりの受光量がさらに大きくなるので、光電変換素子の単位面積あたりの発電出力をさらに大きくすることができる。

また本発明によれば、外部光偏向手段として、プリズムシートおよび光拡散シートが用いられ、光拡散シートがプリズムシートに対して集光手段とは反対側に設けられる。光拡散シートは、外部光を拡散させ、プリズムシートは、その拡散された拡散光を、集光手段が入射光を光電変換素子の受光面上に集光するように、偏向する。このように光拡散シートによって一旦、外部光を拡散させて、その拡散光をプリズムシートによって偏向するので、外部光の主な進行方向がどの方向であっても、高い集光効率を達成することができる。したがって外部光の主な進行方向がどの方向であっても、光電変換素子の単位面積あたりの受光量が大きくなり、光電変換素子の単位面積あたりの発電出力が大きくなる。

また本発明によれば、光電変換素子の受光面は、５ｍｍ角以上２０ｍｍ角以下に選ばれる。光電変換素子の受光面が５ｍｍ角未満であると、光電変換素子が小さすぎて、太陽電池の製造時における光電変換素子の取扱いが困難になるという不具合が生じる。また光電変換素子の受光面が２０ｍｍ角を超えると、この光電変換素子に応じて集光手段が大形化し、太陽電池の厚みが大きくなり、その太陽電池の取扱いが困難になるという不具合が生じる。光電変換素子の受光面が５ｍｍ角以上２０ｍｍ角以下に選ばれると、前述の各不具合が生じない。

図１は、本発明の実施の第１形態である太陽電池１の構成を簡略化して示す図である。本実施の形態の太陽電池１は、光電変換素子である太陽電池セル２と、集光手段であるフレネルレンズ３と、外部光偏向手段であるプリズムシート４とを含む。

前記太陽電池セル２は、受光面５に受光した光の光エネルギを電気エネルギに変換する。太陽電池セル２は、単結晶シリコンを用いた太陽電池セルによって実現される。太陽電池セル２は、単結晶シリコンを用いた太陽電池セルに限らず、多結晶シリコンを用いた太陽電池セル、あるいはアモルファスシリコンを用いた太陽電池セルによって実現されてもよい。また太陽電池セル２は、化合物半導体を用いた太陽電池セルによって実現されてもよい。

太陽電池セル２の受光面５は、５ｍｍ角以上２０ｍｍ角以下に選ばれる。太陽電池セル２の受光面５が５ｍｍ角未満であると、太陽電池セル２が小さすぎて、太陽電池１の製造時における太陽電池セル２の取扱いが困難になるという不具合が生じる。また太陽電池セル２の受光面５が２０ｍｍ角を超えると、この太陽電池セル２に応じてフレネルレンズ３が大形化し、太陽電池１の厚みが大きくなり、その太陽電池１の取扱いが困難になるという不具合が生じる。太陽電池セル２の受光面５が５ｍｍ角以上２０ｍｍ角以下に選ばれると、前述の各不具合が生じない。本実施の形態では、太陽電池セル２の受光面５は１０ｍｍ角である。

前記フレネルレンズ３は、凸レンズと同様の集光機能を有し、かつ凸レンズに比べて厚みが小さいレンズである。フレネルレンズ３は、平凸レンズをその光軸を中心として同心円状に分割して、分割された各部分の球面部を取り出して同心円状に並べたような形状を有する。平凸レンズとは、その厚み方向一方側の表面が凸状の球面であり、かつその厚み方向他方側の表面が平面であるレンズをいう。フレネルレンズ３の厚み方向一方側の焦点近傍には、前記太陽電池セル２がその受光面５をフレネルレンズ３に向けて配置される。フレネルレンズ３の光軸Ｌ１は、太陽電池セル２の受光面５に垂直である。このようなフレネルレンズ３は、その厚み方向他方側の入射面６から入射した入射光を、前記太陽電池セル２の受光面５上に集光する。

本実施の形態では、フレネルレンズ３は、３２ｍｍ角である。またフレネルレンズ３は、倍率が約１０倍であり、焦点距離が約１０ｍｍである。

フレネルレンズ３は、透光性を有しかつ屈折率が１．４〜１．８であるプラスチック材料、たとえばアクリル、ポリカーボネート、およびポリエチレンなどから選ばれる材料から成る。このようにフレネルレンズ３がプラスチック材料から成るので、ガラスから成る場合に比べて、フレネルレンズ３を軽量化し、ひいては太陽電池１を軽量化することができる。またフレネルレンズ３がプラスチック材料から成るので、ガラスから成る場合に比べて、フレネルレンズ３の加工コストを低減し、ひいては太陽電池１の製造コストを低減することができる。

図２は、プリズムシート４の斜視図である。前記プリズムシート４は、液晶表示装置のバックライトに用いられる輝度向上フィルムに類似する。プリズムシート４は、光を透過させ、その光の、予め定める方向、本実施の形態ではプリズムシート４の厚み方向Ａへの指向性を高くする光学シートである。

プリズムシート４は、シート状の基部７と、この基部７の厚み方向一方Ａ１側の表面上に形成される複数の凸部８とを有する。各凸部８は、基部７の厚み方向Ａに垂直な第１方向Ｂに延び、かつ基部７の厚み方向Ａと前記第１方向Ｂとの両者に垂直な第２方向Ｃに並ぶ。各凸部８の第１方向Ｂに垂直な断面形状は、基部７から離れるにつれて細くなる。本実施の形態では、各凸部８の第１方向Ｂに垂直な断面形状は、二等辺三角形であり、この二等辺三角形の底辺が基部７の厚み方向一方Ａ１側の表面に含まれる。

図３は、プリズムシート４に入射した光の光路９の一例を示す図である。この図３では、第１方向Ｂから見た場合を示す。プリズムシート４の厚み方向他方Ａ２側の表面１０からプリズムシート４に入射した光は、プリズムシート４の厚み方向他方Ａ２側の表面１０で屈折し、さらにプリズムシート４の厚み方向一方Ａ１側の表面１１で屈折して、プリズムシート４の厚み方向一方Ａ１側の表面１１から出射する。このとき、第１方向から見た場合、光の入射方向とプリズムシート４の厚み方向Ａとが成す角度θ１１に比べて、光の出射方向とプリズムシート４の厚み方向Ａとが成す角度θ１２が、小さくなる。これによって第１方向から見た場合、プリズムシート４を透過した光は、プリズムシート４の厚み方向Ａへの指向性が高くなる。その結果、プリズムシート４を透過した光は、全体として、プリズムシート４の厚み方向Ａへの指向性が高くなる。

プリズムシート４の厚み方向一方Ａ１側には、前記フレネルレンズ３がその入射面６をプリズムシート４に向けて配置される（図１参照）。プリズムシート４は、フレネルレンズ３の光軸Ｌ１に垂直である。換言すれば、プリズムシート４の厚み方向Ａは、フレネルレンズ３の光軸Ｌ１に平行である。このようなプリズムシート４は、その厚み方向他方Ａ２側から入射した外部光を、前記フレネルレンズ３の光軸Ｌ１に沿う方向への指向性が高くなるように偏向する。

外部光は、太陽からの太陽光である。外部光は、太陽光に限らず、蛍光灯などの照明装置からの照明光であってもよい。また外部光は、太陽光および照明光の両者を含んでいてもよい。

プリズムシート４の各凸部８の第１方向Ｂに垂直な断面形状は、前述のように二等辺三角形であり、この二等辺三角形の頂角θ１は、太陽光の輻射エネルギが最も高くなる波長０．５〜０．６μｍに適するように設定される。換言すれば、波長０．５〜０．６μｍの光について前記フレネルレンズ３の光軸Ｌ１に沿う方向への指向性が高くなるように、前記二等辺三角形の頂角θ１が設定される。前記二等辺三角形の頂角θ１は、６０〜９０度に選ばれる。またプリズムシート４は、厚さが０．１〜１．０ｍｍに選ばれ、各凸部８のピッチＰが３０〜３００μｍに選ばれる。

プリズムシート４は、透光性を有しかつ屈折率が１．４〜１．８であるプラスチック材料、たとえばアクリル、ポリカーボネート、およびポリエチレンなどから選ばれる材料から成る。このようにプリズムシート４がプラスチック材料から成るので、ガラスから成る場合に比べて、プリズムシート４を軽量化し、ひいては太陽電池１を軽量化することができる。またプリズムシート４がプラスチック材料から成るので、ガラスから成る場合に比べて、プリズムシート４の加工コストを低減し、ひいては太陽電池１の製造コストを低減することができる。

図４は、図１に示す太陽電池１を含む太陽電池モジュール１２の分解斜視図である。太陽電池モジュール１２は、矩形板状のモジュール本体１３と、このモジュール本体１３の周縁部を外囲する枠体１４とを含む。

モジュール本体１３は、複数の太陽電池セル２、プリズムシート４と、レンズプレート１５と、バックカバー１６と、受光面側充填材１７と、裏面側充填材１８とを有する。各太陽電池セル２は、それらの受光面５が同一方向を向いた状態で格子状に配置され、互いに電気的に直列または並列に接続されて、全体として発電出力する。

各太陽電池セル２の受光面側には、プリズムシート４が配置される。各太陽電池セル２とプリズムシート４との間には、レンズプレート１５が配置される。レンズプレート１５には、太陽電池セル２と同じ個数のフレネルレンズ３が形成される。各フレネルレンズ３は、入射面６から入射した入射光を、各太陽電池セル２の受光面５上に集光することができるように、配置される。各太陽電池セル２の裏面側には、バックカバー１６が配置される。

各太陽電池セル２とレンズプレート１５との間には、受光面側充填材１７が装填され、各太陽電池セル２とバックカバー１６との間には、裏面側充填材１８が装填される。受光面側充填材１７および裏面側充填材１８は、透光性および電気絶縁性を有するプラスチック材料、たとえばＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）から成り、両者は真空ラミネート工程において熱架橋融着して一体化する。

枠体１４は、モジュール本体１３の長手方向に沿って設けられる一対の長辺側枠体１９ａ，１９ｂと、モジュール本体１３の幅方向に沿って設けられる一対の短辺側枠体２０ａ，２０ｂとを有する。各長辺側枠体１９ａ，１９ｂと各短辺側枠体２０ａ，２０ｂとは、ビス２１によって連結される。

外部光が太陽光である場合、太陽電池モジュール１２は、太陽の移動を考慮して設置される。たとえば、正午における太陽に向かい、かつプリズムシート４の第２方向Ｂが東西方向と平行になるように、太陽電池モジュール１２が設置される。これによって朝および夕方の発電出力を高くすることができる。

本実施の形態によれば、プリズムシート４は、入射した外部光を、フレネルレンズ３の光軸Ｌ１に沿う方向への指向性が高くなるように偏向し、その偏向された光がフレネルレンズ３の入射面６に入射するので、様々な進行方向の外部光を、太陽電池セル２の受光面５上に集光することができ、集光効率を向上することができる。このように集光効率が向上されることによって、太陽電池セル２の単位面積あたりの受光量が大きくなるので、太陽電池セル２の単位面積あたりの発電出力を大きくすることができる。

ここで、本実施の形態の太陽電池１と比較例の太陽電池との比較結果を述べる。本実施の形態の太陽電池１は、受光面５が１０ｍｍ角の太陽電池セル２と、３２ｍｍ角で倍率約１０倍のフレネルレンズ３と、３２ｍｍ角のプリズムシート４とによって構成される。比較例の太陽電池は、受光面が３２ｍｍ角の太陽電池セルによって構成される。本実施の形態の太陽電池１は、比較例の太陽電池に比べて、太陽電池セル２の受光面５の面積が約１／１０倍に縮小されている。同一の照射条件で比較したところ、本実施の形態の太陽電池１は、比較例の太陽電池に比べて、約９５％の発電出力を有していた。したがって本実施の形態の太陽電池１は、比較例の太陽電池に比べて、太陽電池セル２の単位面積あたりの発電出力が約１０倍大きいことになる。

このように太陽電池セル２の単位面積あたりの発電出力が大きくなることによって、所望の発電出力を得るために必要な太陽電池セル２を小さくすることができる。太陽電池モジュール１２において、太陽電池セル２は、全体の製造コストに占める割合が最も大きい。したがって所望の発電出力を得るように構成したうえで、太陽電池モジュール１２の製造コストを大幅に低減することができる。

また本実施の形態によれば、集光手段としてフレネルレンズ３が用いられるので、太陽電池１を薄形化および軽量化することができる。さらに本実施の形態によれば、外部光偏向手段としてプリズムシート４が用いられるので、偏向された光の指向性を高くすることができ、これによって集光効率を向上することができる。さらに本実施の形態によれば、薄形のフレネルレンズ３と、各凸部８のピッチＰが小さいプリズムシート４とを組み合わせることによって、全体の厚さが非常に小さい太陽電池１を実現することができる。

さらに本実施の形態によれば、前述のように様々な進行方向の外部光を、太陽電池セル２の受光面５上に集光することができるので、外部光が太陽光である場合、太陽の位置に関係なく、太陽からの直射光と、雲などからの散乱光との両者を、太陽電池セル２の受光面５上に集光することができる。したがって太陽を追尾するための追尾機構が必要なく、住宅用の屋根にも太陽電池モジュール１２を容易に設置することができる。

図５は、本発明の実施の第２形態である太陽電池が備える外部光偏向手段の構成を簡略化して示す斜視図である。本実施の形態の太陽電池は、前述の第１形態の太陽電池１に類似するので、異なる部分だけ説明する。

本実施の形態では、２つのプリズムシート４ａ，４ｂが重ねられて、外部光偏向手段が構成される。各プリズムシート４ａ，４ｂは、前述の第１形態で用いられるプリズムシート４と同一の形状を有するので、各プリズムシート４ａ，４ｂの説明は省略する。本実施の形態においては、前述の第１形態においてプリズムシート４の説明に用いた符号にａ，ｂを付加することによって、各プリズムシート４ａ，４ｂの構成を区別する。本実施の形態において、２つのプリズムシート４ａ，４ｂのうち、一方を第１プリズムシート４ａといい、他方を第２プリズムシート４ｂという。

第１プリズムシート４ａの厚み方向一方Ａ１ａ側には、第２プリズムシート４ｂがその厚み方向他方Ａ２ｂ側の表面１０ｂを第１プリズムシート４ａに向けて配置される。第２プリズムシート４ｂの厚み方向一方Ａ１ｂ側には、前記フレネルレンズ３がその入射面６をプリズムシート４に向けて配置される。

各プリズムシート４ａ，４ｂは、第１プリズムシート４ａにおける各凸部８ａの延在方向（本実施の形態において、第１延在方向という）Ｄ１に垂直な平面と、第２プリズムシート４ｂにおける各凸部８ｂの延在方向（本実施の形態において、第２延在方向という）Ｄ２に垂直な平面とが直交するように、重ねられる。換言すれば、各プリズムシート４ａ，４ｂは、それらの厚み方向Ａから見た場合に第１および第２延在方向Ｄ１，Ｄ２が直交するように、重ねられる。

第１プリズムシート４ａの厚み方向他方Ａ２ａ側の表面１０ａから第１プリズムシート４ａに入射した光は、第１プリズムシート４ａの厚み方向他方Ａ２ａ側の表面１０ａで屈折し、さらに第１プリズムシート４ａの厚み方向一方Ａ１ａ側の表面１１ａで屈折して、第１プリズムシート４ａの厚み方向一方Ａ１ａ側の表面１１ａから出射する。第１プリズムシート４ａの厚み方向一方Ａ１ａ側の表面１１ａから出射して第２プリズムシート４ｂの厚み方向他方Ａ２ｂ側の表面１０ｂから第２プリズムシート４ｂに入射した光は、第２プリズムシート４ｂの厚み方向他方Ａ２ｂ側の表面１０ｂで屈折し、さらに第２プリズムシート４ｂの厚み方向一方Ａ１ｂ側の表面１１ｂで屈折して、第２プリズムシート４ｂの厚み方向一方Ａ１ｂ側の表面１１ｂから出射する。

このとき、第１延在方向Ｄ１から見た場合、第１プリズムシート４ａを透過した光は、厚み方向Ａへの指向性が高くなる。また第２延在方向Ｄ２から見た場合、第２プリズムシート４ｂを透過した光は、厚み方向Ａへの指向性が高くなる。その結果、第１および第２プリズムシート４ａ，４ｂを透過した光は、全体として厚み方向Ａへの指向性がさらに高くなる。

このような第１および第２プリズムシート４ａ，４ｂによって外部光の指向性をさらに高くすることができるので、集光効率をさらに向上することができる。このように集光効率がさらに向上されることによって、太陽電池セル２の単位面積あたりの受光量がさらに大きくなるので、太陽電池セル２の単位面積あたりの発電出力をさらに大きくすることができる。

図６は、本発明の実施の第３形態である太陽電池が備える外部光偏向手段の構成を簡略化して示す斜視図である。本実施の形態の太陽電池は、前述の第１形態の太陽電池１に類似するので、異なる部分だけ説明する。

本実施の形態では、前述の第１形態のプリズムシート４に代えて、図６に示すようなプリズムシート３１が用いられる。本実施の形態のプリズムシート３１は、シート状の基部３２と、この基部３２の厚み方向一方側の表面上に形成される四角錐状の複数の凸部３３とを有する。各凸部３３の底面は、基部３２の厚み方向一方側の表面に含まれる。各凸部３３は、格子状に配置される。

本実施の形態によれば、１つのプリズムシート３１によって、外部光の指向性がさらに高くなる。したがって太陽電池の厚みを大きくすることなく、太陽電池セル２の単位面積あたりの発電出力をさらに大きくすることができる。

図７は、本発明の実施の第４形態である太陽電池４０の構成を簡略化して示す図である。本実施の形態の太陽電池４０は、前述の第１形態の太陽電池１に類似するので、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態の外部光偏向手段は、前述の第１形態で用いられるプリズムシート４と、このプリズムシート４に対して前記フレネルレンズ３とは反対側に設けられる光拡散シート４１とによって構成される。

光拡散シート４１は、光を透過させ、その光を拡散させる光学シートである。光拡散シート４１は、光を全方向に均一に拡散させるように構成されてもよく、あるいは光を予め定める方向、たとえば光拡散シート４１の厚み方向に主として拡散させるように構成されてもよい。

一例として述べると、光拡散シート４１は、シート状の基部と、この基部の厚み方向一方側の表面上に形成される光拡散層とを有する。基部は、透光性を有するプラスチック材料から成る。光拡散層は、炭酸カルシウムおよびシリカ粒子などの無機微粒子から成る光拡散剤を含む透光性を有するプラスチック材料の溶液を前記基部の厚み方向一方側の表面上に塗布して形成される。

このような本実施の形態によれば、光拡散シート４１は、外部光を拡散させ、プリズムシート４は、その拡散された拡散光を、フレネルレンズ３が入射光を太陽電池セル２の受光面５上に集光するように、偏向する。このように光拡散シート４１によって一旦、外部光を拡散させて、その拡散光をプリズムシート４によって偏向するので、外部光の主な進行方向がどの方向であっても、高い集光効率を達成することができる。したがって外部光の主な進行方向がどの方向であっても、太陽電池セル２の単位面積あたりの受光量が大きくなり、太陽電池セル２の単位面積あたりの発電出力が大きくなる。

図８は、本発明の実施の第５形態である太陽電池５０の構成を簡略化して示す図である。本実施の形態の太陽電池５０は、前述の第１形態の太陽電池１に類似するので、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態では、前述の第１形態のプリズムシート４に代えて、図８に示すようなプリズムシート５１が用いられる。本実施の形態のプリズムシート５１は、前述の第１形態のプリズムシート５１に類似する。

本実施の形態のプリズムシート５１は、シート状の基部５２と、この基部５２の厚み方向一方Ａ１側の表面上に形成される複数の凸部５３とを有する。各凸部５３は、基部５２の厚み方向Ａに垂直な第１方向Ｂに延び、かつ基部５２の厚み方向Ａと前記第１方向Ｂとの両者に垂直な第２方向Ｃに並ぶ。本実施の形態では、各凸部５３の第１方向Ｂに垂直な断面形状が、鋭角二等辺三角形である。このプリズムシート５１の厚み方向他方Ａ２側には、前記フレネルレンズ３がその入射面６をプリズムシート５１に向けて配置される。換言すれば、前述の第１形態では、各凸部８は、基部７に対して、フレネルレンズ３と同一側にあるけれども、本実施の形態では、各凸部５３は、基部５２に対して、フレネルレンズ３とは反対側にある。このようなプリズムシート５１は、前述の第１形態のプリズムシート４と同様の機能を有する。したがって本実施の形態によれば、前述の第１形態と同様の効果を達成することができる。

前述の第２および第５形態に類似する本発明の実施の第６形態では、第５形態において、この第５形態で用いられるプリズムシート５１が２つ、重ねられて、外部光偏向手段が構成される。本実施の形態によれば、前述の第２形態と同様の効果を達成することができる。

前述の第３および第５形態に類似する本発明の実施の第７形態では、第５形態において、この第５形態で用いられるプリズムシート５１に代えて、各凸部が四角錐状であるプリズムシートが用いられる。本実施の形態によれば、前述の第３形態と同様の効果を達成することができる。

前述の第４および第５形態に類似する本発明の実施の第８形態では、第５形態において、外部光偏向手段が、第５形態で用いられるプリズムシート５１と、このプリズムシート５１に対して前記フレネルレンズ３とは反対側に設けられる光拡散シートとによって構成される。本実施の形態によれば、前述の第４形態と同様の効果を達成することができる。

前述の実施の各形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において構成を変更することができる。前述の実施の各形態では、集光手段としてフレネルレンズが用いられるけれども、集光手段としては、凸レンズおよびシリンドリカルレンズなどのレンズが用いられてもよい。このように集光手段としてレンズが用いられることによって、太陽電池の構成を簡素化することができる。また集光手段は、レンズ以外の構成、たとえば反射鏡によって実現されてもよい。

フレネルレンズのサイズおよび倍率は、前述の第１形態で示した値に限らず、製造の容易さ、製造コスト、太陽電池の厚さなどを考慮して、設定してもよい。

前述の実施の各形態では、外部光偏向手段としてプリズムシートが用いられるけれども、外部光偏向手段としては、プリズムシート以外の光学シート、たとえば光を予め定める方向に主として拡散させるように構成された光拡散シートが用いられてもよい。このように外部光偏向手段として光学シートが用いられることによって、太陽電池の構成を簡素化するとともに、太陽電池を薄形化および軽量化することができる。

前述の第３および第７形態では、各凸部は、四角錐状であるけれども、各凸部は、四角錐状に限らない。各凸部は、たとえば円錐状であってもよい。

太陽電池セルの厚み方向から見た形状は、正方形であってもよく、あるいは長方形であってもよい。また前記形状は、円形であってもよい。前記形状は、太陽電池セルの製造方法に適した形状でよい。またプリズムシートとフレネルレンズとは、一体化して形成してもよい。

前述の実施の各形態では、太陽電池モジュールにおける各太陽電池セルの受光面側の最外層に、ガラス板が配置されてもよい。このようにガラス板が配置されることによって、プリズムシートなどが直接、外気にさらされることが防がれ、耐久性を向上することができる。

本発明の実施の第１形態である太陽電池１の構成を簡略化して示す図である。プリズムシート４の斜視図である。プリズムシート４に入射した光の光路９の一例を示す図である。図１に示す太陽電池１を含む太陽電池モジュール１２の分解斜視図である。本発明の実施の第２形態である太陽電池が備える外部光偏向手段の構成を簡略化して示す斜視図である。本発明の実施の第３形態である太陽電池が備える外部光偏向手段の構成を簡略化して示す斜視図である。本発明の実施の第４形態である太陽電池４０の構成を簡略化して示す図である。本発明の実施の第５形態である太陽電池５０の構成を簡略化して示す図である。

符号の説明

１太陽電池
２太陽電池セル
３フレネルレンズ
４，４ａ，４ｂ，３１，５１プリズムシート
５受光面
６入射面
１２太陽電池モジュール
４１光拡散シート

Claims

受光面に受光した光の光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換素子と、
入射した外部光を、予め定める方向への指向性が高くなるように偏向する外部光偏向手段と、
前記外部光偏向手段によって偏向された光が入射する入射面を有し、この入射面から入射した入射光を、前記光電変換素子の受光面上に集光する集光手段とを含むことを特徴とする太陽電池。
前記集光手段は、レンズであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
前記集光手段は、フレネルレンズであることを特徴とする請求項２記載の太陽電池。
前記外部光偏向手段は、光学シートであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の太陽電池。
前記外部光偏向手段は、プリズムシートであることを特徴とする請求項４記載の太陽電池。
前記外部光偏向手段は、プリズムシートと、このプリズムシートに対して前記集光手段とは反対側に設けられる光拡散シートとによって構成されることを特徴とする請求項４記載の太陽電池。
前記光電変換素子の受光面は、５ｍｍ角以上２０ｍｍ角以下に選ばれることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の太陽電池。