JP2008140990A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換素子の損傷を防止して効率良く光電変換を行うことができる光電変換装置を得る。
【解決手段】光電変換装置１０では、照射されたレーザ光の一部を該レーザ光の照射を受けた光電変換素子３０に入射させて光電変換に供させると共に、残余の一部を反射して他の光電変換素子３０に入射させるように、複数の光電変換素子３０が多角形筒状に形成されている。これにより、レーザ光は、光電変換素子３０の狭い領域に集中的に照射されることなく、各光電変換素子に分散して照射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光エネルギを電気エネルギに変換するための光電変換装置に関する。

太陽光励起レーザ装置から出力したレーザ光を太陽電池で電気エネルギに変換する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１３４７００号公報

しかしながら、上記の如き従来の技術では、高出力のレーザ光によって太陽電池を損傷してしまうことが懸念される。

本発明は、上記事実を考慮して、光電変換素子の損傷を防止して効率良く光電変換を行うことができる光電変換装置を得ることが目的である。

請求項１記載の発明に係る光電変換装置は、単一又は複数の光電変換素子が、照射された光の一部を入射させると共に一部を反射して他の部分又は他の光電変換素子に入射させるように形成又は配置されている。

請求項１記載の光電変換装置では、光電変換素子に照射された光の一部は該光電変換素子に入射（吸収）されて光電変換に供される。一方、光電変換素子で反射された光は、この光を反射した光電変換素子の他の部分又は他の光電変換素子に、少なくとも一部が入射されるように照射（伝播）される。これにより、単一又は複数の光電変換素子における特定の範囲に高エネルギの光が入射されることが防止され、該単一又は複数の光電変換素子の複数箇所に光が分散して入射される。

このように、請求項１記載の光電変換装置では、光電変換素子の損傷を防止して効率良く光電変換を行うことができる。

請求項２記載の発明に係る光電変換装置は、単一又は複数の光電変換素子が、入射面側が凹状を成すように形成又は配置されている。

請求項２記載の光電変換装置では、例えば単一の光電変換素子が入射斜面を凹面や内（周）面とするように湾曲されたり、複数の光電変換素子が弧状、環状、渦巻状等を成すように配置されることで、入射面側が凹状を成している。このように配置された光電変換素子の一部に、入射面に対する斜め方向から光を照射すると、この光の一部は、光電変換素子に入射されて光電変換に寄与すると共に、この光の他の一部は、反射されて単一の光電変換素子の他の部分又は複数の光電変換素子のうち他の光電変換素子に入射（伝播）されることが期待できる。これにより、単一又は複数の光電変換素子における特定の範囲に高エネルギの光が入射されることが防止され、該単一又は複数の光電変換素子の複数箇所に光が分散して入射される。

このように、請求項２記載の光電変換装置では、光電変換素子の損傷を防止して効率良く光電変換を行うことができる。

請求項３記載の発明に係る光電変換装置は、請求項１又は請求項２記載の光電変換装置において、複数の前記光電変換素子が、互いの入射面の成す角が１８０°未満になるように配置されている。

請求項３記載の光電変換装置では、光源から照射された光は、光電変換素子で反射されると、該反射光を生じた光電変換素子に対し傾斜して配置されている他の光電変換素子に向けて照射（伝播）され、少なくとも一部が該他の光電変換素子に入射される。この傾斜角の設定により、入射光量（反射光量）を調整又は設定することができる。

請求項４記載の発明に係る光電変換装置は、請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の光電変換装置において、複数の前記光電変換素子が、入射面を内面とした多角柱筒状又は多角錘筒状を成すように配置されている。

請求項４記載の光電変換装置では、光源からの光の照射方向を、複数の光電変換素子で構成する多角形筒状体又は多角錘筒状体の軸線に対するねじれ方向とすることで、光源からの光が複数の光電変換素子における入射、反射を繰り返しながら伝播され、多角形筒状体又は多角錘筒状体の軸線方向に（螺旋状又は軸線方向視で渦巻状に）進行する。これにより、多角形筒状体又は多角錘筒状体の軸線方向寸法を適当に設定することで、照射光の殆ど全てを光電変換素子に分散させて入射（吸収）させることができる。

請求項５記載の発明に係る光電変換装置は、請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の光電変換装置において、複数の前記光電変換素子が、各前記光電変換素子への入射光量が一定になるように配置されている。

請求項５記載の光電変換装置では、照射光、反射光の一部が光電変換素子に入射されて光量が減少するのに対応して、複数の光電変換素子が、光伝播方向の下流側に向けて徐々に照射光に対する反射割合を減らして入射割合を増やすように配置されている。これにより、各光電変換素子に入射される光密度が均一化され、光電変換効率の向上に寄与する。

請求項６記載の発明に係る光電変換装置は、請求項３記載の光電変換装置において、前記複数の光電変換素子が、光の照射方向の下流側に向かうほど隣接する前記光電変換素子との成す角が小さくなるように配置されている。

請求項６記載の光電変換装置では、光伝播方向の下流側に向かうほど光電変換素子への光照射角すなわち入射角が入射面に対する直角方向に近づくので、光量を減じつつ光伝播方向の下流側に反射光からの入射割合が増す。これにより、各光電変換素子に入射される光密度が均一化され、光電変換効率の向上に寄与する。

請求項７記載の発明に係る光電変換装置は、請求項１乃至請求項６の何れか１項記載の光電変換装置において、前記光電変換素子における光の入射面側又は該入射面に対する裏面側に、楔状断面を有する導光部材が設けられている。

請求項７記載の光電変換装置では、光電変換素子の表面から反射された光は、該光電変換阻止の他の部分又は他の光電変換素子に照射され、光電変換素子に入射された光は、楔状の導光部材によって該光電変換素子からの出射が抑制される。これにより、光電変換素子に入射された光は、該光電変換素子に効率的に吸収され、光電変換に寄与する。

請求項８記載の発明に係る光電変換装置は、請求項１乃至請求項７の何れか１項記載の光電変換装置において、前記光電変換素子を冷媒中に配置した。

請求項８記載の光電変換装置では、光電変換素子が例えば水等の液体や流動ガス等の冷媒中に配置されているため、過熱が防止される。このため、例えば高エネルギの光照射に対する損傷を受け難く、また光電変換高率の良好な運転状態を維持することができる。

以上説明したように本発明に係る光電変換装置は、光電変換素子の損傷を防止して効率良く光電変換を行うことができるという優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る光電変換装置１０が適用された太陽光励起発電装置１１について、図１乃至図４に基づいて説明する。先ず、太陽光励起発電装置１１の概略全体構成を説明し、次いで、本発明の要部である光電変換装置１０について詳細に説明することとする。

図４には、太陽光励起発電装置１１の概略構成がブロック図にて示されている。この図に示される如く、太陽光励起発電装置１１は、レーザ装置としての太陽光励起レーザ装置１２と、後述する光電変換素子３０を主発電要素とする光電変換装置１０と、光電変換装置１０で発電された電気エネルギ（電力）を蓄える蓄電手段としての２次電池１８と、太陽光励起レーザ装置１２と光電変換装置１０との間のレーザ光伝送路を構成する光ファイバ２０と、光電変換装置１０と２次電池１８との間を導通（電気的に接続）する電線２２とを主要構成要素として構成されている。この実施形態では、２次電池１８は、光電変換素子３０の出力を効率良く取り出すための負荷制御装置１８Ａを含んで構成されている。

太陽光励起レーザ装置１２は、太陽光励起ファイバレーザ２４を備えている。図示は省略するが、太陽光励起ファイバレーザ２４は、クラッドに覆われたコアに活性物質（活性層）が含まれて構成されており、側面（周面）から太陽光を励起光として照射することで、レーザ発振が生じる構成とされている。コアに添加される活性物質としては、太陽光を励起光とする太陽光励起ファイバレーザ２４では、Ｎｄを用いることができ、さらにＴｉ、Ｃｒ、Ｃｅ等を添加することが好ましい。また、太陽光励起レーザ装置１２は、太陽光励起ファイバレーザ２４の活性層に太陽光を集中的に照射するための集光系２６を備えている。

太陽光励起ファイバレーザ２４は、例えば同心状（渦巻状）や多段折り返し（千鳥）によるシート状等のスペース効率の良好な形状に形成されている。なお、太陽光励起ファイバレーザ２４は、その光ファイバの両端面を壁開したままで共振器として機能する構成とすることも可能であるが、例えば、光ファイバの両端に誘電体ミラーを形成したり、反射鏡（金属ミラー等）を取り付けたり、グレーティングを書き込んだりすることで共振器を構成することが好ましい。

以上説明した太陽光励起レーザ装置１２では、太陽光励起ファイバレーザ２４は、その一端がレーザ光出力端２４Ａとされ、レーザ光伝送用の光ファイバ２０の一端であるレーザ光入力端２０Ａに接続されている。この実施形態では、太陽光励起ファイバレーザ２４を構成する光ファイバと光ファイバ２０とを融着することで、レーザ光出力端２４Ａとレーザ光入力端２０Ａとが接続されている。図４に示される如く、光ファイバ２０の他端は、光電変換装置１０の光電変換素子３０にレーザ光を照射するためのレーザ光照射端２０Ｂとされている。

光電変換装置１０は、光ファイバ２０のレーザ光照射端２０Ｂから出射されたレーザ光を平行光に変換するレンズ２８を備えている。光電変換装置１０では、レンズ２８により平行光とされたレーザ光が、該光電変換装置１０を構成する光電変換素子３０に照射される構成とされている。なお、レンズ２８は、太陽光励起レーザ装置１２の構成要素として把握することも可能である。

また、太陽光励起発電装置１１では、電線２２を介して光電変換装置１０に電気的に接続された２次電池１８は、該光電変換装置１０が発生した電気エネルギを蓄えるようになっている。２次電池１８は、光電変換装置１０の近傍に配置されることで、電線２２による電気エネルギの伝送ロスが抑制されるようになっている。この２次電池１８には、図示しない負荷に電気エネルギを供給可能に接続されても良く、充電後に電線２２から切り離されて負荷装置に装着される構成としても良い。前者の構成においては、光電変換装置１０が発生した電気エネルギ（の少なくとも一部）を直接的に付加に供給し得る構成とすることも可能である。

（光電変換装置の構成）
光電変換装置１０は、光電変換素子３０を備えている。この実施形態に係る光電変換素子３０は、特定波長の光のエネルギを電気エネルギ（電力）に変換する単色光太陽電池として把握することができるものであり、例えば、Ｓｉ系の光電変換素子（単結晶、多結晶、アモルファス型）、化合物半導体系（ＩＩＩ−Ｖ族（ＧａＡｓ系、ＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ等）、ＩＩ−ＶＩ族（ＣｄＳ／ＣｄＴｃ系、Ｃｕ_２Ｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等）、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族（ＣｕＩｎＳｅ_２系、ＡｇＩｎＳｅ_２、ＣｕＩｎＳ_２、ＣｕＧａＳｅ_２等）の光電変換素子、有機半導体系の光電変換素子、色素増感型の光電変換素子等を採用することができる。

また、この実施形態は、光電変換素子３０は、図１に示される如く、特定波長λｇ（＝ｈｃ／Ｅｇ＝ｈν）でのみ光電変換効率が高くなるバンド構造を有する構成とされているが、このような特定の波長に特化したバンド構造を構成する方法は、公知の技術であるので、説明を省略する。この光電変換装置１０を構成する光電変換素子３０の具体的構成については、後に補足することとする。

そして、光電変換装置１０は、高エネルギ密度のレーザ光を複数の光電変換素子３０に分散して入射させ（照射密度を低減し）、光電変換を行わせるように構成されている。具体的には、図１に示される如く、光電変換装置１０は、それぞれ略同寸法の矩形板状に形成された複数の光電変換素子３０を備えており、複数の光電変換素子３０は、周方向に隣接する光電変換素子３０と互いの幅方向端部を近接させて配置されることで、全体として多角形筒状（この実施形態では、略正十角形筒状）を形成している。この状態では、各光電変換素子３０は、それぞれの入射面３０Ａ側が光電変換装置１０の成す多角形筒状体の内側に向けられると共に、それぞれの裏面３０Ｂが光電変換装置１０の成す多角形筒状体の外側に向けられている。すなわち、光電変換装置１０では、周方向に隣接する光電変換素子３０の入射面３０Ａが成す角度はが１８０°未満に成る構成とされている。

この光電変換装置５０では、最初に矢印Ａにて示す方向からレーザ光が照射される光電変換素子３０へのレーザ光の照射角θ_０は、照射光の一部が入射されると共に残余の一部が入射面３０Ａにて反射されるように設定されている。また、この実施形態では、周方向に隣接する光電変換素子３０の成す角αは、各光電変換素子３０における照射角θ_ｉが、照射光の一部を入射させると共に残余の一部を入射面３０Ａにて反射させる角度になるように設定されている。図２に示される如く、レーザ光の伝播方向の上流側に隣接する光電変換素子３０からの反射光の一部が入射されると共に残余の一部が入射面３０Ａにて反射されるように設定されている。レーザ光の照射角θ_０・周方向に隣接する光電変換素子３０の成す角α（照射角θ_ｉ）は、光ファイバ２０のレーザ光照射端２０Ｂから出射されるレーザ光の光量（エネルギ）に応じて設定され、照射角θ_０・θ_ｉを大きくするほど照射された光電変換素子３０への入射光量を小さくすることができる。この実施形態では、各光電変換素子３０の照射角θ_ｉが略一定（≒照射角θ_０）とされている。

したがって、光電変換装置１０では、レンズ２８から矢印Ａ方向に照射されたレーザ光の一部がレーザ光照射を受けた光電変換素子３０に入射されると共に、他の一部が照射を受けた光電変換素子３０の入射面３０Ａで反射して周方向に隣接する光電変換素子３０に照射され、かつこのような入射面３０Ａでの反射が繰り返されてレーザ光が周方向に伝播されるように設定されている。そして、光電変換装置１０では、矢印Ａ方向から入射されたレーザ光は、周方向への伝播に伴って各光電変換素子３０に分散して入射（吸収）されて殆ど全てが吸収され、該光電変換装置１０から出射されないように、各光電変換素子３０の寸法、角度α（照射角θ_ｉ）、初期照射角θ_０（矢印Ａ方向）が決められている。

次いで、光電変換装置１０を構成する光電変換素子３０について補足する。図３（Ａ）に示される如く、Ｐ型基板（Ｐ層）に拡散プロセスにてｎ型電極（ｎ層）を作成することによって、ｐ層３２とｎ層３４との間に空乏層３６が形成されて構成されている。また、この実施形態では、光電変換素子３０における入射面３０Ａに対する裏面３０Ｂ側には、ｐ層３２を通過してきた光を反射し得る裏面反射層３８が形成されている。

ここで、図３（Ｂ）に示される如くｐ層１０２が薄肉化されない以外の構成は光電変換素子３０と共通である比較例太陽電池１００について検討する。この比較例太陽電池１００では、極薄肉のｎ層３４で入射光量の数％から１０％の吸収が生じ、ｎ層３４よりも厚い空乏層３６で入射光量の数％から２０％、残余の入射光は厚肉のｐ層１０２にて吸収される。この光の吸収によってｐ層１０２における電子の拡散長以内の深さで発生した電子は、空乏層３６に達し、ｎ層３４に至ることで光電流となる。一方、ｐ層１０２における拡散長よりも深い部分で発生した電子は、空乏層３６に達することなく多数のキャリアと再結合して熱（損失）となる。

この知見に基づいて光電変換装置１０では、各光電変換素子３０を構成するｐ層３２の厚みを電子の拡散長以下に設定している。ｐ層３２の厚みを薄くするには、例えば薄肉のＰ型基板（基板としての機能は３０等の他の部材が果たすようにしても良い）を用いたり、ｎ層３４の形成後にｐ型基板（例えば３００μｍ程度）を研磨したりすれば良い。ｐ層３２の厚みを薄くすることにより、光電変換素子３０では、該ｐ層３２にて吸収された光は光電変換に有効に寄与し、ｐ層３２にて吸収されなかった光は裏面反射層３８にて反射される構成である。すなわち、光電変換素子３０は、裏面反射層３８を設けることで、図３（Ｃ）に示される別の比較例太陽電池１０５の如く単に薄肉化したｐ層１０６からレーザ光が透過、出射してしまうことが防止される構成とされている。

この実施形態では、ｐ層３２は、薄肉（薄膜）化したＳｉ基板に金属電極を積層して構成され、又は薄肉（薄膜）化したＳｉ基板に透明電極と反射膜（金属又は誘電体多層膜）を積層して構成されている。前者の構成では金属電極が裏面反射層３８を兼ね、後者の構成では透明電極及び反射膜が裏面反射層３８を構成している。

次に、第１の実施形態の作用を説明する。

上記構成の太陽光励起発電装置１１では、太陽光励起レーザ装置１２の集光系２６が太陽光励起ファイバレーザ２４の側面からコアの活性層に向けて、太陽光を集中的に照射させる。太陽光励起ファイバレーザ２４では、この太陽光を励起光としてレーザ発振が生じ、太陽光励起レーザ装置１２のレーザ光出力端２４Ａから光ファイバ２０を経由して光電変換装置１０に向けてレーザ光が伝送される。このレーザ光は、光ファイバ２０のレーザ光照射端２０Ｂから出射され、レンズ２８にて平行光とされて、図１に示される矢印Ａ方向から光電変換装置１０を構成する光電変換素子３０に照射される。

この光電変換素子３０では、照射光の一部が入射されると共に、残余の一部が主に入射面３０Ａにて反射される。光電変換素子３０に入射されたレーザ光は、一部が該光電変換素子３０内で吸収されて光電変換に供され、また他の一部が裏面反射層３８にて反射されて再度吸収されて光電変換に供され、さらにその一部が入射面３０Ａから反射光として出射される。

この光電変換素子３０からの反射光は、主に入射面３０Ａからの反射光であり、該光電変換素子３０に周方向に隣接する光電変換素子３０に照射される。この照射レーザ光量は、先に照射を受けた光電変換素子３０での吸収分だけ減少している。そして、この光電変換素子３０においても、照射レーザ光の一部が入射されて吸収されると共に、残余の一部が主に入射面３０Ａにて反射され、この反射光が周方向に隣接する光電変換素子３０に照射される。そして、太陽光励起レーザ装置１２から供給されたレーザ光（エネルギ）がほぼ全て吸収されるまで、光電変換素子３０によるレーザ光の一部入射、反射が繰り返されつつ、レーザ光を入射した光電変換素子３０での光電変換が行われる。

すなわち、光電変換装置１０では、光エネルギのレーザ光が複数の光電変換素子３０に時間的、空間的に分散されつつ各光電変換素子３０に入射されて光電変換（発電）に供され、光エネルギが電気エネルギに変換される。そして、 光電変換装置１０で生じた電気エネルギは、電線２２を介して２次電池１８に供給され、該２次電池１８にて蓄えられる（２次電池１８が充電される）。

ここで、光電変換装置１０では、光電変換素子３０に照射されたレーザ光の一部を該光電変換素子３０に入射させて光電変換を行わせると共に、他の一部を該光電変換素子３０の入射面３０Ａにて反射させて他の光電変換素子３０に照射させるため、照射光を光電変換装置１０を構成する光電変換素子３０の各部に分散して入射させることができる。このため、光電変換装置１０では、高エネルギのレーザ光が光電変換装置１０を構成する光電変換素子３０の狭い領域に集中的に照射されることがなく、該光電変換装置１０を構成する光電変換素子３０が損傷を受けることが防止される。

そして、光電変換装置１０では、上記の通りレーザ光を複数の光電変換素子３０に時間的、空間的に分散して入射させることができるので、光ファイバ２０を介して照射されたレーザ光のほぼ全量を光電変換素子３０に損傷を与えることなく該光電変換素子３０入射させて吸収することができ、太陽光励起レーザ装置１２で得られた高エネルギのレーザ光を利用して、効率良く光電変換を行うことができる。

また光電変換装置１０では、複数の光電変換素子３０が多角形筒状を成すように配置されて構成されているので、換言すれば、光電変換装置１０では、複数の光電変換素子３０が立体的に配置されているため、例えば、図１０に示す比較例に係る光電変換装置１０のように、平面状に配置した光電変換素子３０にレーザ光を拡散光として照射させる構成と比較して、設置面積、占有空間（レーザ光の拡散に要する空間を含む）をコンパクトにすることができる。

（他の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第１の実施形態又は前出の構成と基本的に同一の部分等については、上記第１の実施形態又は前出の構成と同一の符号を付して説明を省略し、また図示を省略する場合がある。

（第２の実施形態）
図５には、本発明の第２の実施形態に係る光電変換装置５０が図１に対応する斜視図にて示されている。この図に示される如く、光電変換装置５０は、複数の光電変換素子３０が多角錐筒状を成すように配置されている点で、複数の光電変換素子３０が多角形筒状を成すように配置されている光電変換装置１０とは異なる。

具体的には、光電変換装置５０を構成する複数の光電変換素子３０は、それぞれ高さ方向に長手の台形状に形成されており、周方向に隣接する光電変換素子３０と互いの周方向端部を近接させて配置されることで、全体として上記の通り多角錐筒状（この実施形態では、十角錐筒状）を形成している。そして、光電変換装置５０では、図５に示される如く、全体として成す多角錐筒状体における大きく開口した側から、太陽光励起レーザ装置１２（光ファイバ２０のレーザ光照射端２０Ｂ）のレーザ光が入射される構成とされている。光電変換装置６０の他の構成は、光電変換装置５０の対応する構成と同じである。

したがって、第２の実施形態に係る光電変換装置５０によっても、第１の実施形態に係る光電変換装置１０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、光電変換装置５０では、多角錐筒状に形成されると共に大きく開口する側からレーザ光が入射されるので、換言すれば、各光電変換素子３０がレーザ光の入射側を向くように軸線に対し傾斜配置されているため、光電変換素子３０に吸収されてレーザ光の入射量が少なくなる側において、軸線方向に高密度でレーザ光が入射されることになる。これにより、光電変換素子３０の各部へのレーザ光の入射量がより均一化され、光電変換装置５０（複数の光電変換素子３０）の面積を有効利用することができる。したがって、光電変換装置５０では、そのスペース効率が良好である。

（第３の実施形態）
図６には、本発明の第３の実施形態に係る光電変換装置６０が平面断面図にて示されている。この図に示される如く、光電変換装置６０は、複数の光電変換素子３０が平面視（軸方向視）で閉空間（多角形）を形成しないように配置されている点で、光電変換装置１０、５０とは異なる。

具体的には、光電変換装置６０を構成する複数の光電変換素子３０は、それぞれ略同寸法の矩形板状に形成されており、周方向に隣接する光電変換素子３０との成す角αがレーザ光（反射光）の伝播方向の下流側に向かうほど大きくなる設定とされている。換言すれば、光電変換装置６０では、レーザ光の伝播方向の下流側に向かうほど反射光の照射角θ_ｉが小さくなり（照射方向が入射面３０Ａに対する法線方向に近くなり）、照射光量に対する入射光量の割合が増す構成とされている。この実施形態では、レーザの伝播方向において、各光電変換素子３０への入射光量が略一定となるように、周方向に隣接する光電変換素子３０との成す角αが設定されている。

各光電変換素子３０は、それぞれ略矩形板状に形成されて光電変換装置１０の如く多角形筒状を成しても良く、それぞれ高さ方向に長手の台形状に形成されて光電変換装置５０の如く多角錘筒状に形成されても良い。光電変換装置６０の他の構成は、光電変換装置１０又は光電変換装置５０の対応する構成と同じである。

したがって、第３の実施形態に係る光電変換装置６０によっても、第１又は第２の実施形態に係る光電変換装置１０、５０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、光電変換装置６０では、周方向に隣接する各光電変換素子３０への入射光量（光密度）が均等化されるので、各光電変換素子３０の光電変換能力を有効に利用して一層良好な光電変換効率、スペース効率を実現することができる。

（第４の実施形態）
図７（Ａ）には、本発明の第４の実施形態に係る光電変換装置７０が平面断面図にて示されている。この図に示される如く、光電変換装置７０は、各光電変換素子３０の入射面３０Ａ側に導光部材７２が設けられている点で、光電変換装置１０とは異なる。

図７（Ｂ）に示される如く、導光部材７２は、例えば石英等の透明固体にて構成されており、この実施形態では入射面３０Ａに対しレーザ光の照射方向とは反対側に傾斜した表面７２Ａを有する。この導光部材７２は、図７（Ｂ）に矢印Ｂにて示される如く、入射面３０Ａでの隣接する光電変換素子３０への反射（透過）は妨げないが、同図に矢印Ｃにて示される如く、裏面反射層３８からの反射光を入射面３０Ａ側に再反射するように形成されている。

これにより、光電変換装置７０では、光電変換素子３０に入射されたレーザ光は、裏面反射層３８で反射されて入射面３０Ａから出射されることが防止され、該光電変換素子３０に吸収されて光電変換に供される構成とされている。一方、入射面３０Ａで反射された照射光は、周方向に隣接する光電変換素子３０に照射されるようになっている。それぞれ導光部材７２が設けられた光電変換素子３０は、それぞれ略矩形板状に形成されて光電変換装置１０の如く多角形筒状を成しても良く、それぞれ高さ方向に長手の台形状に形成されて光電変換装置５０の如く多角錘筒状に形成されても良い。光電変換装置７０の他の構成は、光電変換装置１０又は光電変換装置５０の対応する構成と同じである。

したがって、第４の実施形態に係る光電変換装置７０によっても、第１又は第２の実施形態に係る光電変換装置１０、５０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、光電変換装置７０では、一旦光電変換素子３０に入射されたレーザ光（光電変換素子３０に損傷を与えないように設定された光量のレーザ光）が該光電変換素子３０での光電変換に供されるので、このレーザ光の一部を他の光電変換素子３０に向けて照射する構成と比較して伝播ロスを生じ難く、一層良好な光電変換効率、スペース効率を実現することができる。特に、光電変換素子３０の裏面３０Ｂに裏面反射層３８が設けられているので、レーザ光（照射エネルギ）の一層の有効利用が図られる。

なお、第４の実施形態では、導光部材７２が入射面３０Ａ側に設けられた例を示したが、本発明はこれに限定されず、導光部材７２を裏面３０Ｂ側に設けても良い。この場合、裏面３０Ｂには透明電極を設けると共に裏面反射層３８は設けず、裏面３０Ｂ（透明電極）の透過光を表面７２Ａで反射して、光電変換素子３０に再び入射させるようにすれば良い。なお、光電変換素子３０の入射面３０Ａ、裏面３０Ｂに共に導光部材７２を設けることも可能である。

なお、上記した第１乃至第４の実施形態では、複数の光電変換素子３０が周方向に隣接する光電変換素子３０に向けて入射光の一部を反射するように配置された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、周方向に離間した光電変換素子３０に対し入射光の一部を反射するように、複数の光電変換素子３０を隙間を挟んで配置したり、他の光電変換素子３０を挟んで配置したりしても良い。

（第５の実施形態）
図８には、本発明の第５の実施形態に係る光電変換装置７０が平面断面図にて示されている。この図に示される如く、光電変換装置８０は、単一の光電変換素子８２を備えて構成されている点で、複数の光電変換素子３０を用いて構成された光電変換装置１０、５０、６０、７０とは異なる。

光電変換素子８２は、光電変換素子の機能としては光電変換素子３０と動揺に構成されているが、全体として湾曲変形可能なフレキシブル構造とされている。そして、この実施形態では、光電変換素子８２を平面断面視で略渦巻状に形成することで、光電変換装置６０と同様の形状を単一の光電変換素子８２にて構成している。すなわち、光電変換装置８０では、レーザ光の伝播方向下流側に向けて照射光の光量に対する入射光量が増すように、レーザ光の伝播方向下流側に向けて徐々に光電変換素子８２の曲率が大きくなるように形成されている。光電変換装置８０の他の構成は、光電変換装置６０の対応する構成と同じである。

したがって、第５の実施形態に係る光電変換装置８０によっても、第３の実施形態に係る光電変換装置６０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。

なお、第５の実施形態では、単一の光電変換素子８２が平面視で渦巻状を成す例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、単一の光電変換素子８２を円筒状又は円錐（台）筒状に形成しても良い。また、単一の光電変換素子８２に代えて、平面視で円弧状に形成された複数の光電変換素子８２を用いて光電変換装置８０を構成しても良い。

（第６の実施形態）
図９には、本発明の第６の実施形態に係る光電変換装置９０が適用された上記構成の太陽光励起発電装置１１がブロック図にて示されている。この図に示される如く、光電変換装置９０は、冷媒槽９２を備え、該冷媒槽９２内の冷媒としての純水ＰＷ中に光電変換装置１０が浸漬されている点で、大気中に配置された光電変換装置１０とは異なる。

この実施形態では、冷媒槽９２にレンズ２８が保持されている。このため、レンズ２８は、純水ＰＷに対する屈折率を考慮した形状に形成されている。なお、光ファイバ２０のレーザ光照射端２０Ｂ、レンズ２８は、共に冷媒槽９２内の純粋中に浸漬しても良く、共に大気中に配置しても良い。光電変換装置９０の他の構成は、光電変換装置１０の対応する構成と同じである。

したがって、第６の実施形態に係る光電変換装置９０によっても、第１の実施形態に係る光電変換装置１０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、光電変換装置９０では、光電変換に伴い発熱する光電変換装置１０が冷媒槽９２内の純水ＰＷにて冷却されるため、過熱が防止される（温度上昇が抑制される）。このため、例えば高エネルギのレーザ光の照射に対し光電変換素子３０の損傷を受け難く、また光電変換高率の良好な運転状態（条件）を維持することができる。

なお、第６の実施形態では、冷媒として純水ＰＷを用いた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、純水ＰＷに代えて、フロリナ−ト（商品名、米国スリーエム社製）等の液体を用いても良く、また例えば、流動気体を冷媒として用いることも可能である。

また、第６の実施形態では、冷媒槽９２内の冷媒中に光電変換装置１０を浸漬した例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、冷媒槽９２内の冷媒中に光電変換装置５０、６０、７０、８０の何れかを浸漬させた構成としても良い。

さらに、上記した各実施形態では、光電変換装置１０、５０、６０、７０、８０、９０に太陽光励起レーザ装置１２からのレーザ光が照射される例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、光電変換装置１０、５０、６０、７０、８０、９０に太陽光を照射させる構成としても良く、他の光源からの光（太陽光励起以外のレーザ光を含む）を照射するようにしても良い。

本発明の第１の実施形態に係る光電変換装置を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る光電変換装置の平面断面図である。 （Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る太陽光励起発電装置を構成する光電変換素子を模式的に示す断面図、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ比較例に係る光電変換素子の断面図である。 （Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光電変換装置が適用された太陽光励起発電装置を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光電変換装置を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る光電変換装置を示す平面断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る光電変換装置を示す平面断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る光電変換装置を示す平面断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る光電変換装置が適用された太陽光励起発電装置を構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態との比較例に係る光電変換装置を示す側断面図である。

符号の説明

１０ 光電変換装置
３０ 光電変換素子
３０Ａ 入射面
５０・６０・７０・８０・９０ 光電変換装置
７２ 導光部材
８２ 光電変換素子
ＰＷ 冷媒

Claims (8)

1. 単一又は複数の光電変換素子が、照射された光の一部を入射させると共に一部を反射して他の部分又は他の光電変換素子に入射させるように形成又は配置されている光電変換装置。
2. 単一又は複数の光電変換素子が、入射面側が凹状を成すように形成又は配置されている光電変換装置。
3. 複数の前記光電変換素子が、互いの入射面の成す角が１８０°未満になるように配置されている請求項１又は請求項２記載の光電変換装置。
4. 複数の前記光電変換素子が、入射面を内面とした多角柱筒状又は多角錘筒状を成すように配置されている請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の光電変換装置。
5. 複数の前記光電変換素子が、各前記光電変換素子への入射光量が一定になるように配置されている請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の光電変換装置。
6. 前記複数の光電変換素子が、光の伝播方向の下流側に向かうほど隣接する前記光電変換素子との成す角が小さくなるように配置されている請求項３記載の光電変換装置。
7. 前記光電変換素子における光の入射面側又は該入射面に対する裏面側に、楔状断面を有する導光部材が設けられている請求項１乃至請求項６の何れか１項記載の光電変換装置。
8. 前記光電変換素子を冷媒中に配置した請求項１乃至請求項７の何れか１項記載の光電変換装置。

Images