JP2010517320A - インボリュート系集光器を用いる細長い光起電力デバイスを有する光起電力装置 - Google Patents

インボリュート系集光器を用いる細長い光起電力デバイスを有する光起電力装置 Download PDF

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Abstract

光エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置は、少なくとも第１壁及び第２壁を有する集光器を有する。該壁は、少なくとも部分的に光を反射する材料でできている。該集光器は、該壁により規定される開口部を有し、該装置の内部に光エネルギーを入れるように操作可能である。細長い光起電力モジュールが該壁の間に配置される。該モジュールは、基材及び該基材上に配置された光起電力被覆を有する。該モジュールは、該モジュールに直接当たる光エネルギー及び該集光器から該モジュールに向け直される光エネルギーから電気エネルギーを生み出すことができる。該壁は、実質的に、該モジュールのインボリュートの形状である。該壁は、該細長い光起電力モジュールの最上部の高さに限定されている。該モジュールは、該壁の連結部上又は上方に配置されている。
【選択図】 図４

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、2007年6月5日に出願の「インボリュート系集光器を用いる細長い光起電力デバイスを有する光起電力装置(Photovoltaic Apparatus Having an Elongated Photovoltaic Device Using an Involute-Based Concentrator)」という名称の米国特許出願第11/810,283号及び2007年1月30日に出願の「インボリュート系集光器を用いる細長い光起電力デバイスを有する光起電力装置(Photovoltaic Apparatus Having an Elongated Photovoltaic Device Using an Involute-Based Concentrator)」という名称の米国特許仮出願第60/898,454号の優先権を主張するものであり、それぞれは引用により本明細書にそのまま組み込まれている。
（背景）
本出願は光起電力ソーラーセル装置構造を対象とする。詳細には、光起電力セル又はモジュール及び関連する反射器を対象とする。
図１は従来の光起電力(PV)デバイスの概略ブロック図である。光起電力モジュール10は、典型的には、その内部に配置されている１つ以上の光起電力セル12a-bを有することができる。光起電力セルは、従来、導電性材料の層18と透明導電性材料の層16の間に配置された半導体接合部14を持つことにより作られている。光は、光起電力モジュール10の上に当たり、透明導電性材料層16を通過する。半導体内で、光子が材料と相互作用し、半導体接合層14内に電子正孔対を生み出す。半導体（複数可）は、典型的にはドープされ、接合層14から延びる電界を作り出す。従って、日光により正孔及び／又は電子が半導体中で作られると、それらは、デバイスの極性によって透明導電性材料層16又は導電性材料層18へと移動する。この移動がセルの内部で電流を生みだし、それは貯蔵及び／又は同時の使用のためにセルの外へと送られる。
ソーラーセル12aの１つの導電性ノード(conducting node)が他のソーラーセル12bの反対のノードに電気的に結合して示されている。このようにして、１つのセルで作られた電流を他に運ぶことができ、そして最終的には集められる。図１において現在描写された装置は、ソーラーセルが直列に結合し、より高い電圧のデバイスを作りだすように示されている。他の方法では、（図示せず）ソーラーセルが並列に結合し、電圧よりも得られる電流を増すことができる。
図２は、光起電力装置の概略ブロック図である。光起電力装置は光起電力パネル20を有し、それは上述の物などの活性光起電力デバイスを含む。光起電力パネル20は、１つ又は複数の光起電力セル、光起電力モジュール又は他の同様の光起電力デバイスを単数又は複数、単独又は互いに組み合わせて構成されていてもよい。フレーム22は、活性光起電力デバイスを収容する光起電力パネルの外側の端部を囲んでいる。フレーム22は、平坦に配置されても、光起電力パネル20の面に対して角度をつけて配置されていてもよい。
図３は、図２に示される光起電力装置の側面断面図である。この場合において、断面は、図２で先に示した線A-Aに沿ってとられている。光起電力パネルは、フレーム22内に配置された光起電力ソーラーデバイス18を有する。ガラス、プラスチック、又は他の半透明バリア26がフレーム22により保持され、光起電力デバイス18を外部環境から保護する。従来のいくつかの光起電力装置では、もう１つのラミネート層24が光起電力デバイス18と半透明バリア26との間に置かれている。
光は透明バリア26を通り、光起電力デバイス18に当たる。光が当たり光起電力デバイス18中に吸収される時、図１に関して記載された通り電力が生じうる。
平面の外形に関しては、これらの形態は、その単面の構成（すなわち、１つの全体的な方向から発する光を捕らえる能力）のため、散光及び／又は反射光を捕らえるのに非常に有効ではない。したがって、二面であるセル又はモジュール（「上向き」の方向及び「下向き」の方向の両方から光を捕らえ変換することができる）は、そのような散光又は反射光を利用するのにより有効である。円筒形セル又はモジュールの場合、これらはあらゆる方向からの光を捕らえ利用することができる。したがって、それらは多面形デバイスと呼ばれる。そのような多面形デバイスは、必ずしも、円形断面を持つセル又はモジュールに厳密に限定されない。
従来の平面外形のほとんどにおいて、活性収集領域の有効面積はパネルの有効面積全体と実質的に等しい。これは、平面外形により、活性デバイスがその開発において可能な限り多くの面積を利用しなければならないことが要求されるからである。
いくつかの光起電力(PV)用途において、細長いPVデバイス又はモジュールを格子状の配列に配置して、光放射を収集しその収集された放射を電気エネルギーに変換することができる。これらの用途において、特に２つ以上の収集表面を持つ（例えば非単面）ソーラーセル又はモジュールと組み合わせて使用する場合、又は本質的に多面体である（例えば、非平面形態を有する）ソーラーセル又はモジュールと共に使用する場合、細長いソーラーセル又はモジュールと組み合わせて、一般的な反射器又はアルベド表面(albedo surface)を背景として使用することができ、反射光、散光又は二次光（例えば、光源に対して非直接路光(non-direct path light)）を収集することができる。しかし、収集デバイスの形態は、典型的には反射デバイスの形態と密接に関連づけられておらず、関連する収集及び変換デバイスの効率低下となる。
添付する図面は、本明細書に取り入れられその一部を構成するが、本発明の１つ以上の実施態様を説明し、詳細な説明と共に本発明の原理及び実施の説明に役立つ。
従来の光起電力デバイスの概略ブロック図である。 従来の光起電力装置の概略ブロック図である。 図２に示される光起電力装置の側面断面図である。 光起電力収集システムの透視図である。 収集システムの光捕捉性を詳しく示した、図４の収集システムの断面図である。 細長い光起電力モジュールの側面のインボリュートの展開を詳しく示した、断面図である。
（詳細な説明）
本出願の実施態様は、ラミネート層を持つソーラーセル構造の文脈で本明細書に記載されている。当業者は、以下の詳細な説明が例示のためのみであり、どのような方法でも限定的であるとは意図されないこを理解するであろう。他の実施態様は、本件開示の利益を有する当業者には容易に思いつくであろう。添付する図面に示された用途の実施がここで詳細に言及されるであろう。同じ参照記号が図面及び以下の詳細な説明中で使用されて、同じ又は同様な部品を示すであろう。
明快さのため、本明細書に記載される実施の決まりきった特徴の全てが示され記載されるわけではない。もちろん、そのような実際の実施の展開の中で、用途及び事業に関連した制約との応諾など、開発者の特定の目標を達成するために、実施に特異的な多くの決定がなされなくてはならず、かつこれらの特定の目標が、実施により及び開発者により異なることは理解されるであろう。さらに、そのような開発の努力は複雑で時間がかかるが、それでも、本件開示の利益を有する当業者にとって工学の決まり切った仕事であろうことも理解されるであろう。
図４は、光起電力収集システム50の透視図である。光起電力収集システム50は細長い光起電力ソーラーセル又はモジュール52を有する。本件開示では、細長いモジュールは、細長い構造中で電気的に共に結合している複数の光起電力ソーラーセルの一体化された構成として記載されてもよい。複数の光起電力セルの一体化された構成を含むそのような細長いモジュールの例は、それぞれが引用によりそのまま本明細書に組み込まれる、米国特許第7,235,736号及び2006年3月18日出願の米国特許出願第11/799,940号に見いだされる。例えば、それぞれの光起電力セルは、下にある基材の一部を占めることができ、セルは、直列又は並列に互いに電気的に結合するよう、互いにモノリシック集積化されていてもよい。それに代わり、細長い光起電力モジュール52は、基材上に配置されている単一のソーラーセルであってもよい。簡潔さのため、現在の議論はモジュールとしての光起電力構造52の全体を取り扱うが、これが単数の細長いソーラーセル又は細長い構造に沿って配置された一連のソーラーセルのいずれかを企図することを理解されたい。
「細長い」という用語を定義する目的上、物体（例えば、基材、細長い光起電力モジュールなど）は、幅の寸法（短い寸法、例えば円筒形物体の直径）および長さ方向の（長い）寸法を持つと考えられる。いくつかの実施態様において、物体の長さ方向の寸法が幅の寸法より少なくとも４倍大きい場合に、物体を細長いとみなす。他の実施態様において、物体の長さ方向の寸法が幅の寸法より少なくとも５倍大きい場合に、物体を細長いとみなす。さらに他の実施態様において、物体の長さ方向の寸法が物体の幅の寸法より少なくとも６倍大きい場合に、物体を細長いとみなす。いくつかの実施態様において、物体の長さ方向の寸法が100cm以上であり、物体の断面が少なくとも１つの弓形の端部を含む場合に、物体を細長いとみなす。いくつかの実施態様において、物体の長さ方向の寸法が100cm以上であり、物体が円筒形の形状を有する場合に、物体を細長いとみなす。いくつかの実施態様において、光起電力モジュールは細長い。いくつかの実施態様において、先に特定した細長い物体の性質のいずれかを有する場合に、基材を細長いとみなす。
光起電力収集システムは、それに関連した集光器54も有する。集光器54は一般的に凹状表面を形成し、その中に細長いモジュール52が配置される。集光器54は、典型的には、光エネルギーに関して非吸収性又は低吸収性材料でできている。一実施態様において、集光器54は、照りつける光エネルギーの大部分が（吸収されるのではなく）反射するように、鏡面様又は反射性材料により作ることができる。
集光器54は、少なくとも第１壁56及び第２壁58でできている。各壁は、含まれる細長い光起電力モジュール52の反対の側面と境を接する。示される実施態様において、第１壁56は、細長い光起電力モジュール52に接する、又は実質的に接する点で終わる。同様に、第２壁58は、細長い光起電力モジュール52の最上部に接する、又は実質的に接する点で終わる。
図５は、図４の収集システム50の断面図であり、収集システム50の光捕捉性を詳しく示している。光起電力収集システム50において、光源からの光は、第１壁56と第２壁58とにより規定される開口部に近づき、第１壁56と第２壁58とにより規定される内部に入る。光線60aは光起電力収集システム50に入り、細長い光起電力モジュール52に直接当たり、そこで吸収されて光エネルギーに変換される。もう１つの光線60bは光起電力収集システム50に入り、壁58に当たる。壁58は光線60bの方向を変え、光線60cを形成する。向け直された光線60cは、第１壁56及び第２壁58により規定される開口部に直接面する面以外の方向からではあるが、その元々の経路60bから光起電力モジュール52に当たる経路に向け直される。
このように、描写されたシステムは、初期の光源から細長い光起電力モジュール52に直接当たる光から電気エネルギーを生み出すことができる。さらに、描写されたシステムは、細長い光起電力モジュール52の前方の面に必ずしも向けられていない光から電気エネルギーを生み出すことができる。これは、背景セクションに述べたとおり、従来の光起電力収集デザインが、ソーラーパネルの前面に向けられた光の利用に限定されているため、利点である。さらに、多数の光エネルギー収集及び／又は変換面積に相当する細長い光起電力モジュール52の態様は、向け直された光が、モジュールの側面、モジュールの裏面又はその両方で収集及び変換されることを可能にする。このようにして、散光の収集及び変換は著しく改善されうる。
第１壁56及び第２壁58の形状は、細長い光起電力モジュール52の側面のインボリュート、又は実質的にインボリュートと定義される。インボリュートとは、他の物体の形状に依存する形状であり、その物体は実質的になめらかな曲線でできているか、あるいはなめらかな曲線に近い一連の面からできている。第１壁56及び第２壁58が図４及び５に描写されるとおり別々な部品でよいことが認識されるであろう。それに変わる実施態様において、第１壁56及び第２壁58が単一の部品として成形されてもよい。そのような実施態様において、該単一部品は、インボリュートセクション56及び58を、該２つのセクションを結合して、それにより単一部品を形成するコネクターセクションと共に含む。
図６は、細長い光起電力モジュールの側面のインボリュートの展開を詳しく示した断面図である。図６において、細長い光起電力モジュール52は、図４及び図５に描写される細長い光起電力モジュールと同じ円形断面を持つように示されている。細長い光起電力モジュール52の側面64のインボリュートは以下のとおり形成される。細長い光起電力モジュール52の固定点68が、細長い光起電力モジュールの円形断面の最上点として定義される。固定点68は基準軸70上に位置し、基準軸70は細長い光起電力モジュール上の点60を含む。点60は、壁56及び壁58の連結点上で細長い光起電力モジュールが静止する点に相当する。糸66が固定点68で細長い光起電力モジュール52に固定され、該糸66の長さは、細長い光起電力モジュール52の円形断面の円周の半分として定義されている。
糸66が、時計回りに細長い光起電力モジュール52の周りに巻かれ、かつぴんと張ったままでいると仮定する。細長い光起電力モジュール52からの、巻かれた（又は解かれた）状態の糸66の端74の軌跡は、図５の曲線78を規定し、細長い光起電力モジュール52の側面64のインボリュートであるが、側面64は曲線78に対応するモジュール52の部分であり、そのため曲線78のエボリュートである。図５の曲線78は、実質的に図４及び５の壁58の形状に対応する。
同様に、壁56の形状は実質的に類似の方法で決定されるが、糸66を巻く方向が反時計回りの方向に向いている。いくつかの実施態様において、図４及び５に描写されるように、壁56及び58は、直接光から離れて向いているモジュール52の面でモジュール52にわずかに接触する。しかし、モジュール52の側面のインボリュートを形成するために、第１壁56及び第２壁58がモジュール52に接触する要件はないことが認識されるであろう。曲線は唯一のエボリュートを有するが、初点及び終点の種々の選択に対応して多くのインボリュートを無限に有する。例えば、インボリュート曲線78の始点が図６に議論したとおり点68であり、曲線78の終点が、曲線78が点60でモジュール52に接触する前のある地点に達する場合を考察されたい。そのような曲線はなおモジュール52のインボリュートであり、本発明の範囲内である。いくつかの実施態様において、壁56及び58はモジュール52の高さhにより限定されているが、これらが、図６の点60の近傍でモジュール52の底部に近づく時はインボリュートではない。ある場合には、モジュール52の表面のインボリュートではない接合部品が壁56及び58を共に接合し、点60の近傍でモジュール52を支持する。いくつかの実施態様において、この接合部（図示せず）並びに第１壁56及び第２壁58のインボリュート部分は単一の一体化部品である。いくつかの実施態様において、接合部は、モジュール52の底部の形状に相補的な溝を含む。例えば、いくつかの実施態様において、モジュール52は円筒形であり、接合部はモジュール52の底部に合う溝を含む。
図４から６に関連して記載されたインボリュート外形からの結果は、壁56と壁58との間に線引きされる領域に入る光の相当な割合が、最終的に細長い光起電力モジュール52に向けられるということである。従って、細長い光起電力モジュール52の有効面積は劇的に増加する。
形態に関して、インボリュートは反射光を送るのに特に効率がよい。特に、細長い光起電力モジュールと共に該細長い光起電力モジュールの底部形状のインボリュートを使用する場合、これは、インボリュート反射器のどのような部分に当たる光線も、最終的に細長い光起電力モジュールに送らせるであろう。従って、インボリュート形状の反射器を使用する場合、第１壁56及び第２壁58の間に規定される領域に当たり、細長い光起電力モジュール52に達する、並はずれて高い割合の光がある。
この特定の場合（例えば細長い光起電力モジュールの断面が円形であるなど）、集光器54の表面は、図５に描写されたx及びy座標系に定義される形状を実質的に有すると分類できる。座標系において反射表面を記載する式は、以下の式(1)及び(2)に記載でき：
(1) x=a(cos(α)+αsin(α))；
(2) y=a(cos(α)-αsin(α))；
上式において、αはモジュール52の周りの特定の角度回転であり、aはモジュール52の半径である。これは、適正な回転方向により特定化された各壁に適用される。
実際的な用途に使用するための反射器を組み立てる際に、インボリュートは、相当な距離を垂直に延びる必要はない。実際、インボリュートは、図５の方向を基準にすると、細長い光起電力モジュール52の最上部と同じ高さの側壁を有するか、記述された通り円形断面の周りに直径の半分延びるインボリュートの回転角を有するよう限定されるのが最良である。
この方向には２つの利点がある。第１に、細長い光起電力モジュール52の最上レベルよりも垂直壁が延びる場合、細長い光起電力モジュール52のシャドーイングは増すであろう。この理由は、この角度に延びると、インボリュートが、実際に細長い光起電力モジュール52の上に内向きに曲がり始めるであろうという点である。第２に、この限定は、壁56及び壁58の製造に使用される材料の量を限定する。これは、特定の集光器54を作るための時間、資金及び組み立て費用を節約する。
いくつかの場合では、図５の方向を基準にすると、反射器表面が終わる高さは、細長い光起電力モジュールの最上部に相当する。他の場合では、図５を基準にすると、集光器54表面が終わる高さは、モジュール52の全高さhのパーセントまでの光起電力モジュールの最上部の高さを超える点に相当する。いくつかの実施態様において、集光器54の側面は、モジュール52が円筒形又はおおよそ円筒形である実施態様において、モジュール52の中心部直径に相当する高さで終わる。集光器54の側面の他の可能な終点高さは、dが図５に示される細長い光起電力モジュールの高さhであるとして、d/2まで、d/4まで、3d/4まで、3d/8まで、5d/8まで、7d/8まで、5/16dまで、7/16dまで、9d/16まで、11d/16まで、13d/16まで、15d/16まで、16d/16まで、又は17d/16まででもよい。いくつかの実施態様において、d/2とdとの間の任意の高さが、非常に良好なエネルギー変換比率を与えると考えられる。集光器54の高さhがどのような高さでもよいことに留意されたい。さらに、いくつかの実施態様において、第１壁56及び／又は第２壁58の一部分のみが、モジュール52の対応するエボリュートのインボリュートを形成する。例えば、第１壁56及び／又は第２壁58が、示されるそれぞれの壁、例えば図６の曲線78によりなぞられる曲線という点で考えられる場合、いくつかの実施態様において、第１壁56及び／又は第２壁58によりなぞられる曲線の50パーセント以上が、モジュール52の対応するエボリュートのインボリュートである。いくつかの実施態様において、第１壁56及び／又は第２壁58によりなぞられる曲線の60パーセント以上、70パーセント以上、80パーセント以上、90パーセント以上、又はその曲線の全てが、モジュール52の対応するエボリュートのインボリュートである。そのような実施態様における第１壁56及び／又は第２壁58によりなぞられる曲線の残部は、集光器としてのその役割において、或いはモジュール52の物理的な支持体として又はモジュールの平面的なアレイにモジュール52を物理的に一体化する補助的な役割において、集光器54の機能を促進するどのような形状を採ってもよい。
一実施態様において、一連の光起電力モジュール52が、それぞれ対応するインボリュート系集光器54と共に構想される。それぞれの構造は並列に配置される。従って、そうでなければ反射器の延びた側面により光起電力モジュール52に向けられるであろう光は、その代わりに隣接する集光器／光起電力モジュール構造により捕捉される。
描写される光起電力モジュールが本質的に円筒形である必要はないことに留意されたい。実際に、光起電力モジュールは、インボリュート集光器の利益を享受するには、二面体又は多面体特性を持つ必要があるだけである。それに相応して、集光器は、光起電力モジュールがどのような形状でもそのインボリュートとして構成されなければならない。従って、細長い光起電力モジュールのどのような断面形態も構想され、そのような断面のどのようなインボリュートも特定の断面と調和して構想される。
いくつかの実施態様において、第１壁56及び第２壁58は全体としてインボリュート形状でなくてもよい。これらの場合では、壁は、他の工学機能を達成するためにインボリュート形状から誘導してもよい。例えば、メカニカルジョイントが、フレームなどの保持装置を締め、又は他の方法で取り付けることができるよう、メカニカルジョイントを第１壁56の端部に加えることができる。このように、第１壁の全部分が全体としてインボリュート形状に従う必要なはい。
集光器54の第１壁56が、図５に示されるとおり細長い光起電力モジュール52の最上部の高さであり、かつ該光起電力モジュールの断面が円形である場合、細長い光起電力モジュール52の最上部と第１壁56との間の距離はc/2である。ここでcは含まれる細長い光起電力モジュール52の円周であり、言い換えるとπd/2であり、ここでdは円筒形光起電力モジュール52の円形断面の直径である。従って、2つの構成物が並列に配置される場合、隣接する光起電力モジュールの中心点の間の距離は2＊(πd/2)、すなわち簡単にπdである。隣接する光起電力モジュールの端部の間の距離は、2＊(πdである。もちろん、これはインボリュートが厳密な側面対側面接触様式にある場合である。壁の最上端に厚さを導入し、個々のインボリュート−モジュール構造の間にそれ以上の距離を導入することもできる。
太陽光収集及び変換に関与している活性有効面積は、２つの細長い光起電力モジュールにより境界が決められる領域であり、2dに比例する。２つの収集システムの全面積は２πdに比例する。従って、全有効収集面積と有効な活性収集及び変換面積の比は、2πd:2d、すなわち簡単にはπ:1である。
集光器54表面（例えば壁56及び第２壁58）の組成は、いくつかの実施態様において鏡面様材料である。いくつかの実施態様において、集光器の少なくとも内部は鏡面様材料により被覆されている。高鏡面様材料は反射損失を低下させるので、高鏡面様材料が望ましい。いくつかの実施態様において、鏡面様材料は、単一の入射方向から単一の出射方向に光を反射する任意の材料であると考えられる。鏡面様材料の１例は鏡である。いくつかの実施態様において、鏡面様材料は、光を反射し、かつ画像を反射するに十分なめらかな材料である。第１壁56及び第２壁58は、アルミニウム又はアルミニウム合金などの材料から製造することができる。いくつかの実施態様において、第１壁56及び第２壁58は、拡散材料からできてきるか、或いは拡散材料により被覆されている。本明細書では、拡散材料は、入射光線が外観上多くの角度で反射するように、不均一又はざらざらした表面を持つものである。
一実施態様において、集光器54は、基材又は型上に重ねられた反射性材料の薄いパネルとして製造される。一実施態様において、集光器は、材料の単一のシートとして製造できる。他の実施態様において、集光器54は、反射性材料の塊からできていても、或いはそれらから機械加工されていてもよい。
他の実施態様において、集光器54は鏡面様材料に被覆された基材から製造できる。例えば、集光器54は、プラスチックの基材として製造され、次いでアルミニウムなどの鏡面様材料により被覆することもできる。場合によっては、鏡面様材料を研磨して反射性を増すことができる。或いは、特に鏡面様材料が研磨される場合、該材料をシーラントで被覆して鏡面性を保護することもできる。
このような状況下で、上述のソーラーセルは、種々の材料で、かつ種々の方法で製造できる。半導体光起電力セル18の製造に使用できる化合物の例には、炭素（C）、ケイ素（Si）（アモルファス及び結晶の両方）、ゲルマニウム(Ge)などのIV族元素半導体；炭化ケイ素(SiC)、ゲルマニウム化ケイ素（SiGe）などのIV族化合物半導体；アンチモン化アルミニウム(AlSb)、ヒ化アルミニウム(AlAs)、窒化アルミニウム(AlN)、リン化アルミニウム（AlP）、窒化ホウ素（BN）、ヒ化ホウ素（BAs）、アンチモン化ガリウム(GaSb)、ヒ化ガリウム(GaAs)、窒化ガリウム(GaN)、リン化ガリウム（GaP）、アンチモン化インジウム(InSb)、ヒ化インジウム（InAs）、窒化インジウム(InN)、リン化インジウム(InP)などのIII-V族半導体；ヒ化アルミニウムガリウム(AlGaAs, AlxGa1-xAs)、ヒ化インジウムガリウム（InGaAs, InxGa1-xAs）、ヒ化アルミニウムインジウム(AlInAs)、アンチモン化アルミニウムインジウム(AlInSb)、窒化ヒ化ガリウム（GaAsN）、リン化ヒ化ガリウム(GaAsP)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、リン化アルミニウムガリウム(AlGaP)、窒化インジウムガリウム(InGaN)、アンチモン化ヒ化インジウム(InAsSb)、アンチモン化インジウムガリウム(InGaSb)などのIII-V族三元半導体合金；リン化アルミニウムガリウムインジウム（AlGaInP、同様にInAlGaP、InGaAlP、AlInGaP）、リン化ヒ化アルミニウムガリウム(AlGaAsP)、リン化ヒ化インジウムガリウム（InGaAsP）、リン化ヒ化アルミニウムインジウム（AlInAsP）、窒化ヒ化アルミニウムガリウム（AlGaAsN）、窒化ヒ化インジウムガリウム(InGaAsN)、窒化ヒ化インジウムアルミニウム(InAlAsN)などのIII-V族四元半導体合金；アンチモン化ヒ化窒化ガリウムインジウム（GaInNAsSb）などのIII-V族五元半導体合金；セレン化カドミウム(CaSe)、硫化カドミウム（CdS）、テルル化カドミウム（CdTe）、酸化亜鉛(ZnO)、セレン化亜鉛(ZnSe)、硫化亜鉛（ZnS）、テルル化亜鉛（ZnTe）などのII-VI族半導体；テルル化カドミウム亜鉛（CdZnTe, CZT）、テルル化水銀カドミウム(HgCdTe)、テルル化水銀亜鉛(HgZnTe)、セレン化水銀亜鉛(HgZnSe)などのII-VI族四元合金半導体；塩化第一銅(CuCl)などのI-VII族半導体；セレン化鉛(PbSe)、硫化鉛(PbS)、テルル化鉛(PbTe)、硫化スズ(SnS)、テルル化スズ(SnTe)などのIV-VI族半導体；テルル化鉛スズ（PbSnTe）、テルル化タリウムスズ(Tl2SnTe5)、テルル化タリウムゲルマニウム(Tl2GeTe5)などのIV-VI族三元半導体；テルル化ビスマス(Bi2Te3)などのV-VI族半導体；リン化カドミウム(Cd3P2)、ヒ化カドミウム(Cd3As2)、アンチモン化カドミウム(Cd3Sb2)、リン化亜鉛(Zn3P2)、ヒ化亜鉛（Zn3As2）、アンチモン化亜鉛(Zn3Sb2)などのII-V族半導体；ヨウ化鉛（II）(PbI2)、二硫化モリブデン（MoS2）、セレン化ガリウム(GaSe)、硫化スズ(SnS)、硫化ビスマス（Bi2S3）などの層状半導体；セレン化銅インジウムガリウム(CIGS)、ケイ化白金(PtSi)、ヨウ化ビスマス（III）(BiI3)、ヨウ化水銀（II）(HgI2)、臭化タリウム(I)(TlBr)などの他のもの；或いは二酸化チタンアナターゼ(TiO2)、酸化銅(I)(Cu2O)、酸化銅（II）(CuO)、二酸化ウラン(UO2)又は三酸化ウラン(UO3)などの種々の酸化物がある。このリストは排他的な物ではなく、本質的に例示的である。さらに個別の分類リストも例示的であり、排他的ではない。従って、光電装置に使用できる潜在的な半導体のこの記載は説明的であると見なされたい。
上記の材料は種々のドーピングとともに使用して半導体接合点を形成できる。例えば、ドーピング材料が加えられる場合、弱く結合している外殻電子を取り除き（受容し）、フリーの陽電荷キャリアの数を増やす（例えば、p型半導体）ように、ケイ素の層に元素又は物質をドープすることができる。ドーピング材料が加えられる場合、弱く結合している外殻電子添加を与え（供与し）、自由電子の数を増やす（例えば、n型半導体）ように、他の層に電子又は物質をドープすることができる。無ドープ半導体又はi型半導体とも呼ばれる真性半導体も使用できる。この真性半導体は、典型的には実質的なドーピングのない純粋な半導体である。無ドープ半導体又はi型半導体とも呼ばれる真性半導体は、実質的なドーパントが存在しない純粋な半導体である。半導体接合層は、p型、n型及びi型半導体の種々の組み合わせから製造でき、この記載がこれらの組み合わせを含むように読まれたい。
光起電力デバイスは種々の方法で作ることができ、種々の厚さを持つ。本明細書に記載の光起電力デバイスは、いわゆる厚膜半導体構造でも、いわゆる薄膜半導体構造でもよい。
光エネルギーを電気エネルギーに変換する装置は、少なくとも第１壁及び第２壁を有する集光器を有する。該第１壁及び第２壁は、少なくとも部分的に光を反射する材料から作られている。集光器は、該第１壁及び第２壁により規定される開口部を有し、かつ該装置の内部へ光エネルギーを入れるように操作可能である。
細長い光起電力モジュールが、該２つの壁の間に配置される。該モジュールは、基材及び光エネルギーを電気エネルギーに変換する、基材上に配置された光起電力被覆(photovoltaic covering)を有する。モジュールは、該モジュールに直接当たる光エネルギー及び集光器から該モジュールに向け直された光エネルギーから電気エネルギーを生み出すことができる。
いくつかの実施態様において、モジュール基材は剛性である。材料の剛性は、限定はされないがヤング率などのいくつかの異なる測定基準を利用して測定できる。固体力学において、ヤング率（E）（Young's Modulus）（ヤング率（Young Modulus）、弾性率(modulus of elasticity)、弾性率(elastic modulus)又は引張弾性率としても知られる)は、ある材料の堅さの尺度である。それは、小さな歪みに対して、応力の変化の速度と歪みの比として定義される。これは、材料の試料に実施される引張試験の間に作られる応力歪み曲線の傾きから実験的に決定できる。種々の材料のヤング率を以下の表に示す。
Figure 2010517320
いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュール（例えばモジュール基材）は、ヤング率が20GPa以上、30GPa以上、40GPa以上、50GPa以上、60GPa以上又は70GPa以上である材料でできている場合、剛性であるとみなす。いくつかの実施態様において、材料（例えば、モジュール基材）は、材料のヤング率が、ある範囲の歪みにわたり一定である場合に剛性であるとみなす。そのような材料は線形と呼ばれ、フックの法則に従うと言われる。従って、いくつかの実施態様において、モジュール基材はフックの法則に従う線形材料からできている。線形材料の例には、鋼、カーボンファイバー及びガラスがあるが、これらに限定されない。ゴム及び土（非常に低い歪みの場合を除く）は非線形材料である。
いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールは円筒形又は棒状である。いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの全て又は一部分は、図６に描写された円形以外の多くの形状のいずれかにより境界をつけられた断面により特徴づけることができる。境界形状(bounding shape)は、円形、卵形、又は１つ以上のなめらかな曲線状表面により特徴づけられる任意の形状、又はなめらかな曲線状表面の任意の組継ぎのいずれでもよい。境界形状は、n角形でよく、nは３、５又は５を超える。境界形状は、三角形、長方形、五角形、六角形などを含み、或いは直線により分かれた任意の数の表面を持つなど、本質的に直線でもよい。或いは、断面は、直線の表面、弓形の表面又は曲線状表面の任意の組み合わせにより境界づけられてもよい。本明細書に記載のとおり、議論を容易にするためだけであるが、多面体円形断面が、細長い光起電力モジュールの非平面実施態様を表すために示される。しかし、どのような断面形態も、実際問題として非平面である細長い光起電力モジュールに使用できることに留意されたい。
いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの第１部分は第１断面形状により特徴づけられ、細長い光起電力モジュールの第２部分は第２断面形状により特徴づけられるが、該第１及び第２断面形状は同一又は異なる。いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの長さの少なくとも10パーセント、少なくとも20パーセント、少なくとも30パーセント、少なくとも40パーセント、少なくとも50パーセント、少なくとも60パーセント、少なくとも70パーセント、少なくとも80パーセント、少なくとも90パーセント又は全てが、第１断面形状により特徴づけられる。いくつかの実施態様において、第１断面形状は平面であり（例えば、弓形面を全く持たない）、第２断面形状は少なくとも１つの弓形面を有する。これらの実施態様において、集光器54も変化する形状を同様に有することが認識されるであろう。それに代わり、集光器54は細長い光起電力モジュールの長さ全体に延びないであろう。
いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、剛性プラスティック、金属、金属合金又はガラスでできている。いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、ウレタンポリマー、アクリルポリマー、フルオロポリマー、ポリベンズアミダゾール、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド−イミド、ガラスフェノール、ポリスチレン、架橋ポリスチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリテトラフルオロ−エチレン、ポリメタクリレート、ナイロン６，6、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテート、硬質ビニル、可塑化ビニル又はポリプロピレンでできている。いくつかの実施態様において、基材102は、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、二色性ガラス、ゲルマニウム／半導体ガラス、ガラスセラミック、ケイ酸塩／溶融石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、石英ガラス、カルコゲナイド／スルフィドガラス、フッ化物ガラス、ガラスフェノール、フリントガラス又はセリーティドガラス(cereated glass)でできている。
いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、ポリベンズアミダゾール（例えば、CELAZOLE（登録商標）、テキサス州ShinerのBoedeker Plastics社から市販）でできている。いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、ポリイミド（例えば、デラウェア州WilmingtonのDUPONT（商標）VESPEL（登録商標）又はDUPONT（商標）KAPTON（登録商標））でできている。いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）又はポリエーテルエーテルケトン(PEEK)でできており、そのそれぞれはBoedeker Plastics社から市販されている。いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、ポリアミド−イミド（例えば、TORLON（登録商標）PAI、ジョージア州Alpharetta のSolvay Advanced Polymers社）でできている。
いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、ガラスフェノールでできている。フェノールラミネートは、合成熱硬化性樹脂を含浸させた紙、帆布、リネン又はガラス線維の層に、熱及び圧力を加えて作られる。層に熱及び圧力が加えられる時、化学反応（重合）が、別々の層を、再び軟化できない「硬化した」形状で単一のラミネート材料に変える。従って、これらの材料は「熱硬化樹脂」と呼ばれる。種々の樹脂タイプ及び布材料を使用して、ある範囲の機械的、熱的及び電気的性質を持つ熱硬化性ラミネートを製造できる。いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、G-3, G-5, G-7, G-9, G-10又はG-11のNEMAグレードを有するフェノールラミネートである。代表的なフェノールラミネートはBoedeker Plastics社から市販されている。
いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、ポリスチレンでできている。ポリスチレンの例には、引用により本明細書にそのまま組み込まれている、機械技術者のためのMarkの標準ハンドブック(Mark's Standard Handbook for Mechanical Engineers)(9版、1987年、McGraw-Hill社、6-174ページ)に詳述される通り汎用ポリスチレン及び耐衝撃性ポリスチレンがある。さらに他の実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、架橋ポリスチレンでできている。架橋ポリスチレンの１例は、REXOLITE（登録商標）（カリフォルニア州National CityのSan Diego Plastics社から市販）である。REXOLITEは熱硬化性樹脂であり、詳細には、ポリスチレンをジビニルベンゼンと架橋させて製造される剛性で半透明プラスティックである。
さらに他の実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、ポリカーボネートでできている。そのようなポリカーボネートは、引張強度、堅さ、圧縮強度並びに材料の熱膨張係数を調整するために、種々の量のガラス繊維（例えば、10％、20％、30％又は40％）を有することができる。代表的なポリカーボネートは、ZELUX（登録商標）M及びZELUX（登録商標）Wであり、Boedeker Plastics社から市販されている。
いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、ポリエチレンでできている。いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)又は超高分子量ポリエチレン（UHMW PE）でできている。HDPEの化学的性質は、引用により本明細書にそのまま組み込まれている、機械技術者のためのMarkの標準ハンドブック(Mark's Standard Handbook for Mechanical Engineers)、9版、1987年、McGraw-Hill社、6-173ページに記載されている。いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリテトラフルオロ−エチレン（Teflon）、ポリメタクリレート（ルーサイト又はプレキシガラス）、ナイロン6,6、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテート、硬質ビニル、可塑化ビニル又はポリプロピレンでできている。これらの材料の化学的性質は、引用により本明細書にそのまま組み込まれている、機械技術者のためのMarkの標準ハンドブック(Mark's Standard Handbook for Mechanical Engineers)、9版、1987年、McGraw-Hill社、6-172から6-175ページに記載されている。
細長い光起電力モジュールの基材を形成するのに使用できる追加の代表的な材料は、それぞれ引用により本明細書にそのまま組み込まれている、現代プラスティック事典(Modern Plastics Encyclopedia)、McGraw-Hill社；Reinhold Plastics Applications Series、Reinhold Roff、線維、プラスティック及びゴム(Fibres, Plastics and Rubbers)、Butterworth社； Lee及びNeville、エポキシ樹脂(Epoxy Resins)、 McGraw-Hill社；Bilmetyer、ポリマー科学の教科書(Textbook of Polymer Science)、Interscience社；Schmidt及びMarlies、高分子体理論の原理及び実際(Principles of high polymer theory and practice)、McGraw-Hill社；Beadle（編）、プラスティックス(Plastics)、Morgan-Grampiand社、２巻、1970；Tobolsky及びMark（編）、ポリマー科学及び材料(Polymer Science and Materials)、Wiley社、1971；Glanville、プラスティック技術者のデータブック(The Plastics 's Engineer's Data Book)、Industrial Press社、1971；Mohr（編者及び上席著者）、Oleesky、Shook及びMeyers、強化プラスティックコンポジットの技術及び工学のSPIハンドブック(SPI Handbook of Technology and Engineering of Reinforced Plastics Composites)、Van Nostrand Reinhold社、1973に見いだされる。
いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材の断面は円周状であり、3mmから100mm、4mmから75mm、5mmから50mm、10mmから40mm、又は14mmから17mmの外径を有する。いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材の断面は円周状であり、1mmから1000mmの外径を有する。
いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、中空の内部を有する管である。そのような実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材の断面は、中空の内部を規定する内部半径及び外部半径により特徴づけられる。内部半径と外部半径の間の差は基材102の厚さである。いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材の厚さは、0.1mmから20mm、0.3mmから10mm、0.5mmから5mm、又は1mmから2mmである。いくつかの実施態様において、内部半径は、1mmから100mm、3mmから50mm、又は5mmから10mmである。
いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、5mmから10,000mm、50mmから5,000mm、100mmから3000mm、又は500mmから1500mmの長さ（図７により規定される面に垂直）を有する。一実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材は、外径が15mm及び厚さが1.2mmで、長さが1040mmの中空管である。多くの実施態様において、細長い光起電力モジュールの基材が中空の中心部を有し、ガラス管により形成されるものなど剛性の管状構造を採るであろうことが認識されるであろう。
光エネルギーを電気エネルギーに変換する装置において、第１壁は、時計回り方向に向いた、モジュールの実質的にインボリュートの形状である。第２壁は、反時計回り方向に向いた、モジュールの実質的にインボリュートの形状である。第１壁及び第２壁は、いくつかの実施態様において、細長い光起電力モジュールの最上部の高さに限定されている。いくつかの実施態様において、モジュールは第１壁及び第２壁の連結点上又はその上方に配置される。
光エネルギーを電気エネルギーに変換する装置は、少なくとも２つの壁を持つ集光器を有する。細長い光起電力モジュールは、該少なくとも２つの壁の間に配置され、基材及び光エネルギーを電気エネルギーに変換するように操作可能な、基材上に配置された光起電力被覆を有する。該２つの壁は、細長い光起電力モジュールの最上部の高さに限定されている。該少なくとも２つの壁は、実質的に、細長い光起電力モジュールの対応する部分のインボリュートの形状を有する。１つの場合において、インボリュート形状は、壁の面積の少なくとも90％を超える。
光エネルギーを電気エネルギーに変換する装置は、少なくとも２つの壁及び光エネルギーを該装置の内部に入れる第１方向に開口部を持つ集光器を有する。細長い光起電力モジュールは、該少なくとも２つの壁の間に配置される。該モジュールは、基材及び光エネルギーを電気エネルギーに変換するように操作可能な、基材上に配置された光起電力被覆を有する。該少なくとも２つの壁は、細長い光起電力モジュールの最上部の高さに限定され、該少なくとも２つの壁は、実質的に、細長い光起電力モジュールの表面のインボリュートの形状を有する。該装置の有効収集面積と該モジュールの有効収集面積との間の比は、π/2からπである。
光エネルギーを電気エネルギーに変換する装置は、少なくとも２つの壁を持つ集光器を有する。該集光器は、光エネルギーを該装置の内部に入れる第１方向に開口部を有する。
細長い光起電力モジュールは、該少なくとも２つの壁の間に配置される。該モジュールは、基材及び光エネルギーを電気エネルギーに変換するように操作可能な、基材上に配置された光起電力被覆を有する。該モジュールの断面は、その形状が円形である。
該少なくとも２つの壁は、実質的に、該モジュールの対応する部分のインボリュートの形状を有し、細長い光起電力モジュールの最上部の高さに限定される。
光エネルギーを電気エネルギーに変換する装置は、少なくとも反射性材料の第１壁及び第２壁並びに該第１壁及び該第２壁により規定される開口部を有する。該開口部は、光エネルギーを該装置の内部に入れるように操作可能である。
細長い光起電力モジュールは、該第１壁と第２壁の間に配置され、基材及び基材上に配置された光起電力被覆を有する。該モジュールは、光エネルギーを電気エネルギーに変換するように操作可能である。該モジュールは、多面体光収集特性を有する。該モジュールは、第１領域で直接モジュールに当たる光エネルギーから電気エネルギーを生み出すように操作可能であると同時に、壁の１つからモジュールの面積の第２領域に向け直された光から電力を生み出すように操作可能である。
第１壁は、時計方向に向いた、細長い光起電力モジュールの実質的にインボリュートの形状を有する。第２壁は、反時計方向に向いた、細長い光起電力モジュールの実質的にインボリュートの形状を有する。第１及び第２壁は、細長い光起電力モジュールの最上部の高さに限定されている。１つの場合において、モジュールは、第１壁及び第２壁の連結部上又はその上方に配置されている。
１つの場合において、モジュールに直接当たる光は、第１領域に実質的に垂直な方向に向けられる。１つの場合において、モジュールに間接的に当たる光は、第２領域に実質的に垂直な方向に向けられる。
集光器は、少なくとも部分的に反射性材料から形成できる。集光器は少なくとも部分的に拡散材料から形成できる。集光器は、1/2インチ(12.7 mm)以下の厚さの材料のシートとして形成できる。1/2インチ(12.7 mm)より大きい厚さを持つ集光器が形成できる。集光器は、基材上に配置された反射性材料と共に形成できる。集光器は、研磨された反射性材料及び該反射性材料上に配置されたシーラント材料でできていてよい。
モジュールは、開口部に向かって第１方向に配置されている、モジュールの第１部分及び該第１方向とは実質的に逆平行の方向に配置されている、モジュールの第２部分を規定している長手方向軸と共に、第１壁に向かって配置されている第１面により特徴づけられる。モジュールに直接当たる光は、モジュールの第１部分に当たることができる。モジュールに向け直される光は、第１側面に当たることができる。モジュールに向け直される光は、第２部分に当たることができる。
光エネルギーを電気エネルギーに変換する他の装置も構想できる。該装置は、少なくとも２つの壁を持ち、光エネルギーを該装置の内部に入れる第１方向に開口部を有する集光器を有する。
このように、実質的にインボリュート反射器を使用する、細長い光起電力デバイスを有する光起電力装置が記載され、説明される。当業者は、本発明から逸脱せずに、本発明の多くの改良及び変形が可能であることを認識するであろう。もちろん、図面及び添付する本文のそれぞれに描写される種々の特徴を組み合わせることができる。
従って、本発明が、図面に詳細に記載され説明された特定の特徴により限定されるものではなく、本発明の概念が、添付される請求項の範囲により評価されるべきものであることを、はっきり理解されたい。以下の添付される請求項に記載される本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、本明細書に種々の変更、置換及び代替を行えることを理解されたい。

Claims (35)

  1. 第１壁及び第２壁が光エネルギーを反射する材料を含み、該第１壁及び該第２壁により規定される開口部を有し、該開口部が該装置の内部に光エネルギーを入れるように操作可能な、少なくとも第１壁及び第２壁を含む集光器；
    該２つの壁の間で該装置の内部に配置されている細長い光起電力モジュール；
    を含む、光エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置であって：
    該細長い光起電力モジュールが：
    (i)基材；
    (ii)該基材上に配置され、かつ光エネルギーを電気エネルギーに変換するように操作可能な光起電力被覆；
    を含み；
    該細長い光起電力モジュールが、該集光器に接触せずに該細長い光起電力モジュールに直接当たる光エネルギー並びに該集光器から該細長い光起電力モジュールに向け直された光エネルギーから電気エネルギーを生み出すように操作可能であり；
    該第１壁の少なくとも一部が、該細長い光起電力モジュールの断面に対して時計回り方向に向いている、該細長い光起電力モジュールの表面の実質的にインボリュートの形状を有し；かつ
    該第２壁の少なくとも一部が、該細長い光起電力モジュールの断面に対して反時計回り方向に向いている、該細長い光起電力モジュールの表面の実質的にインボリュートの形状を有する、前記装置。
  2. 前記第１壁及び前記第２壁が連結部材により共に連結し、前記細長い光起電力モジュールが該連結部材上又はその上方に配置される、請求項１記載の装置。
  3. 前記第１壁及び前記第２壁が互いに接触しない、請求項１又は２に記載の装置。
  4. 前記集光器が、少なくとも部分的に鏡面様材料から形成されている、請求項１から３のいずれか１項記載の装置。
  5. 前記集光器が、少なくとも部分的に拡散材料から形成されている、請求項１から４のいずれか１項記載の装置。
  6. 前記集光器が、1/2インチ以下の厚さの材料のシートとして形成されている、請求項１から５のいずれか１項記載の装置。
  7. 前記集光器が、1/2インチを超す厚さを有して形成されている、請求項１から５のいずれか１項記載の装置。
  8. 前記集光器が、基材上に配置された反射性材料で形成されている、請求項１から７のいずれか１項記載の装置。
  9. 前記集光器が、研磨された反射性材料及び該反射性材料上に配置されたシーラント材料を含む、請求項１から８のいずれか１項記載の装置。
  10. 前記細長い光起電力モジュールが、
    前記第１壁に向いて配置されている第１側面；
    前記開口部に向かう第１方向に配置された、該モジュールの第１部分、
    該第１方向と実質的に反対の方向に配置された、該モジュールの第２部分
    を規定する長手方向の面；
    により特徴づけられ、
    該モジュールに直接当たる光が、該モジュールの該第１部分に当たる、請求項１から９のいずれか１項記載の装置。
  11. 前記モジュールに向け直された光が前記第１側面に当たる、請求項１０記載の装置。
  12. 前記モジュールに向け直された光が前記第２部分に当たる、請求項１０記載の装置。
  13. 前記第１壁及び前記第２壁がそれぞれ、前記細長い光起電力モジュールの最上部の高さに限定されている、請求項１から１２のいずれか１項記載の装置。
  14. 光エネルギーを該装置の内部に入れる第１方向に開口部を有する、少なくとも２つの壁を含む集光器；
    該装置の内部で該少なくとも２つの壁の間に配置された細長い光起電力モジュール；
    を含む、光エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置であって：
    該細長い光起電力モジュールが：
    基材；
    該基材上に配置され、かつ光エネルギーを電気エネルギーに変換するように操作可能な光起電力被覆；
    を含み；かつ
    該少なくとも２つの壁のそれぞれの少なくとも一部分が、該細長い光起電力モジュールの表面の対応する部分のインボリュートの形状をそれぞれ有する、前記装置。
  15. 前記少なくとも２つの壁がそれぞれ、前記細長い光起電力モジュールの最上部の高さに限定されている、請求項１４記載の装置。
  16. 少なくとも２つの壁を含む集光器；
    該少なくとも２つの壁の間に配置されている細長い光起電力モジュール；
    を含む、光エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置であって：
    該細長い光起電力モジュールが：
    基材；
    該基材上に配置され、かつ光エネルギーを電気エネルギーに変換するように操作可能な光起電力被覆；
    を含み；
    該少なくとも２つの壁のそれぞれの少なくとも一部分が、該細長い光起電力モジュールの表面の少なくとも90％にわたり該細長い光起電力モジュールの表面の対応する部分のインボリュートの形状をそれぞれ有し；かつ
    該少なくとも２つの壁が、該細長い光起電力モジュールの最上部の高さに限定されている、前記装置。
  17. 光エネルギーを該装置の内部に入れる第１方向に開口部を有する、少なくとも２つの壁を含む集光器；
    該少なくとも２つの壁の間に配置された細長い光起電力モジュール；
    を含む、光エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置であって：
    該細長い光起電力モジュールが：
    基材；
    該基材上に配置され、かつ光エネルギーを電気エネルギーに変換するように操作可能な光起電力被覆
    を含み；
    該少なくとも２つの壁が、該細長い光起電力モジュールの最上部の高さに限定され；
    該少なくとも２つの壁のそれぞれの少なくとも一部分が、該細長い光起電力モジュールの実質的にインボリュートの形状をそれぞれ有し；かつ
    該装置の有効収集面積と該細長い光起電力モジュールの有効収集面積との比がπ/2からπである、前記装置。
  18. 光エネルギーを該装置の内部に入れる第１方向に開口部を有する、少なくとも２つの壁を含む集光器；
    該少なくとも２つの壁の間で該装置の内部に配置された細長い光起電力モジュール；
    を含む、光エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置であって：
    該細長い光起電力モジュールが、
    基材；及び
    該基材上に配置され、かつ光エネルギーを電気エネルギーに変換するように操作可能な光起電力被覆；
    を含み；
    該細長い光起電力モジュールの断面が、円形の形状であり；
    該少なくとも２つの壁のそれぞれの少なくとも一部分が、細長い光起電力モジュールの表面の対応する部分のインボリュートの形状をそれぞれ有し；かつ
    該少なくとも２つの壁が、該細長い光起電力モジュールの最上部の高さに限定されている、前記装置。
  19. 該第１壁及び該第２壁により規定される開口部を有し、かつ光エネルギーを該装置の内部に入れるように操作可能な、反射性材料でできた少なくとも第１壁及び第２壁を含む集光器；
    該２つの壁の間で該装置の内部に配置された細長い光起電力モジュール；
    を含む、光エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置であって：
    該細長い光起電力モジュールが：
    基材；及び
    該基材上に配置され、かつ光エネルギーを電気エネルギーに変換するように操作可能な光起電力被覆；
    を含み；
    該細長い光起電力モジュールが多面体光収集特性を有し；該細長い光起電力モジュールが、最初に該集光器に当たることなく、第１領域において直接モジュールに当たる光エネルギーから電気エネルギーを生み出すように操作可能であり、それと同時に、該第１壁及び第２壁の片方から第２領域に向け直される光から電力を生み出すように操作可能であり；
    該光第２領域が、該第１領域に実質的に垂直な方向に向いており；
    該第１壁の少なくとも一部分が、該細長い光起電力モジュールの断面に対して時計方向に向いている、該細長い光起電力モジュールの表面の実質的にインボリュートの形状を有し；かつ
    該第２壁の少なくとも一部分が、該細長い光起電力モジュールの断面に対して反時計方向に向いている、該細長い光起電力モジュールの実質的にインボリュートの形状をし；かつ
    該第１壁及び該第２壁が、該細長い光起電力モジュールの最上部の高さに限定されている、前記装置。
  20. 前記細長い光起電力モジュールが、前記第１壁及び前記第２壁の連結部上又はその上方に配置されている、請求項１９記載の装置。
  21. 該第１壁及び該第２壁により規定される開口部を有し、かつ光エネルギーを該装置の内部に入れるように操作可能な、反射性材料でできた少なくとも第１壁及び第２壁を含む集光器；
    第１壁及び該第２壁の間で該装置の内部に配置された細長い光起電力モジュール；
    を含む、光エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置であって：
    該細長い光起電力モジュールが：
    基材；
    該基材上に配置され、かつ光エネルギーを電気エネルギーに変換するように操作可能な光起電力被覆を含み；
    該細長い光起電力モジュールが多面体光収集特性を有し；該細長い光起電力モジュールが、該モジュールの表面上の第１領域において直接該モジュールに当たる光エネルギーから電気エネルギーを生み出すように操作可能であり、それと同時に、該第１壁及び該第２壁の片方から該モジュールの表面上の第２領域に向け直される光から電力を生み出すように操作可能であり；該第１領域が、該モジュールの表面上の該第２領域に実質的に垂直な方向に向いており；
    該第１壁の少なくとも一部分が、該細長い光起電力モジュールの断面に対して時計方向に向いている、該細長い光起電力モジュールの実質的にインボリュートの形状を有し；
    該第２壁の少なくとも一部分が、該細長い光起電力モジュールの断面に対して反時計方向に向いている、該細長い光起電力モジュールの実質的にインボリュートの形状を有し；かつ
    該第１壁及び該第２壁が、該細長い光起電力モジュールの最上部の高さに限定されている、前記装置。
  22. 前記細長い光起電力モジュールが、前記第１壁及び前記第２壁の連結部上又はその上方に配置されている、請求項２１記載の装置。
  23. 該第１壁及び該第２壁により規定される開口部を有し、光エネルギーを該装置の内部に入れるように操作可能な、反射性材料でできた少なくとも第１壁及び第２壁を含む集光器；
    細長い光起電力モジュール；
    を含む、光エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置であって：
    該細長い光起電力モジュールが、該細長い光起電力モジュールの第１部分及び第２部分を線引きする長手方向の面により特徴づけられ、該細長い光起電力モジュールが該２つの壁の間に配置されており、かつ
    基材；
    該基材上に配置され、かつ光エネルギーを電気エネルギーに変換するように操作可能な光起電力被覆；
    を含み；
    該第１部分が第１方向に配置されており；
    該第２部分が第２方向に配置されており；
    該細長い光起電力モジュールが、該集光器に当たることなく直接該モジュールに当たる光エネルギー並びに該集光器からモジュールに向け直される光エネルギーから電気エネルギーを生み出すように操作可能であり；
    該第１壁の少なくとも一部分が、該細長い光起電力モジュールの断面に対して時計方向に向いている、該細長い光起電力モジュールの実質的にインボリュートの形状を有し；
    該第２壁の少なくとも一部分が、該細長い光起電力モジュールの断面に対して反時計方向に向いている、該細長い光起電力モジュールの実質的にインボリュートの形状を有し；かつ
    該第１壁及び該第２壁が、該細長い光起電力モジュールの最上部の高さに限定されている、前記装置。
  24. 前記細長い光起電力モジュールが、前記第１壁及び前記第２壁の連結部上又はその上方に配置されている、請求項２３記載の装置。
  25. 前記基材が、20GPa以上のヤング率を有する、請求項１から１３のいずれか１項記載の装置。
  26. 前記基材が、40GPa以上のヤング率を有する、請求項１から１３のいずれか１項記載の装置。
  27. 前記基材が、70GPa以上のヤング率を有する、請求項１から１３のいずれか１項記載の装置。
  28. 前記基材が、線形材料からできている、請求項１から１３又は請求項２４−２７のいずれか１項記載の装置。
  29. 前記基材の全て又は一部分が、剛性の管又は剛性の固体の棒である、請求項１から１３のいずれか１項記載の装置。
  30. 前記基材の全て又は一部分が、円形断面、卵形断面、三角形断面、五角形断面、六角形断面、少なくとも１つの弓形部分を有する断面、又は少なくとも１つの曲線状部分を有する断面により特徴づけられる、請求項１−１３又は請求項２５−２９のいずれか１項記載の装置。
  31. 前記基材の第１部分が、第１断面形状により特徴づけられ、前記基材の第２部分が、第２断面形状により特徴づけられる、請求項１−１３又は請求項２５−３０のいずれか１項記載の装置。
  32. 前記第１断面形状及び前記第２断面形状が同じである、請求項３１記載の装置。
  33. 前記第１断面形状及び前記第２断面形状が異なる、請求項３１記載の装置。
  34. 前記基材の長さの少なくとも90％が、第１断面形状により特徴づけられる、請求項３１記載の装置。
  35. 前記第１断面形状が平面であり、前記第２断面形状が少なくとも１つの弓形面を有する、請求項３１記載の装置。
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