JP2013191697A - Solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光のエネルギーを電力に変換する際の光電変換効率を向上させた太陽電池に関する。 The present invention relates to a solar cell with improved photoelectric conversion efficiency when converting sunlight energy into electric power.
一般に太陽電池では、シリコンや化合物半導体等の励起物質に、太陽光を直接照射して励起を起こさせ、電気エネルギーを発生させている。しかし、シリコンや半導体等の励起物質の禁止帯幅(電荷を分離させて励起を起こすために必要なエネルギーに相当する)は一定であるので、その禁止帯幅よりも大きいエネルギーの光を照射したとき、余分なエネルギーは熱として消費される。そのため、太陽電池の励起物質に大きいエネルギーの光を照射しても、電気エネルギーに変換される光エネルギーは略一定となり、変換効率を上げることができない。 In general, in a solar cell, an excitation substance such as silicon or a compound semiconductor is directly irradiated with sunlight to cause excitation to generate electric energy. However, since the forbidden band width (corresponding to the energy required to cause excitation by separating the charges) is constant, excitation light such as silicon or semiconductor is irradiated with light of energy larger than the forbidden band width. When excess energy is consumed as heat. For this reason, even if the excitation material of the solar cell is irradiated with a large amount of light, the light energy converted into electric energy becomes substantially constant, and the conversion efficiency cannot be increased.
例えば、太陽電池に用いられる励起物質の一例である単結晶シリコンの禁止帯幅は約1.1eVであり、光の波長では約1000nmに相当する。この禁止帯幅よりも大きいエネルギーを有する10000nm以下の波長帯の光を照射した場合には、熱消費によるエネルギー損失が大きくなる。太陽光の波長は、300〜2000nmの範囲に幅広く分布している。また、光の強度は、550nm付近で最大を示している。このような太陽光のうち、特にエネルギーが大きな短波長の光(300〜900nm)を効率よく電気エネルギーに変換すると共に、長波長の光も併せて電気エネルギーに変換することは、重要な課題である。 For example, the forbidden band width of single crystal silicon, which is an example of an excitation substance used in a solar cell, is about 1.1 eV, which corresponds to about 1000 nm in the wavelength of light. When light having a wavelength band of 10,000 nm or less having energy larger than the forbidden band width is irradiated, energy loss due to heat consumption increases. The wavelength of sunlight is widely distributed in the range of 300 to 2000 nm. Further, the intensity of light shows a maximum at around 550 nm. Among such sunlight, it is an important issue to convert short wavelength light (300 to 900 nm) with particularly large energy into electric energy efficiently and also convert long wavelength light into electric energy. is there.
特許文献1〜5には、光電変換素子での光電変換効率の低い短波長の光を吸収して、光電変換効率の高い長波長の光を発光する波長変換素子(蛍光体)を、光電変換素子の入射側に配置した太陽電池の構成が開示されている。
In
また、特許文献6には、フレネルレンズを用いて光電変換素子の集光面に集光して、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池が開示されている。特許文献6に記載されている太陽電池では、散乱光の入射により光電変換効率が低下することを防止するために、散乱光を垂直光に偏向させるプリズムシート(偏向板)を、フレネルレンズの入射側に配置した構成が示されている。 Patent Document 6 discloses a solar cell that condenses light on a light condensing surface of a photoelectric conversion element using a Fresnel lens and converts light energy into electric energy. In the solar cell described in Patent Document 6, a prism sheet (deflecting plate) that deflects scattered light into vertical light is used to prevent the photoelectric conversion efficiency from being lowered due to the incident scattered light. A configuration arranged on the side is shown.
また、特許文献7には、光電変換素子の受光面側に複数の集電グリッドを備える太陽電池において、集電グリッドによるシャドー損失を低減させて、光電変換効率を向上させる構成が開示されている。特許文献7に記載されている太陽電池では、集電グリッドの更に入射側に、所定の間隔を空けて回折部材を配置することによって、集電グリッドに向かって入射した光を回折により偏向させて、光電変換素子に入射させるように構成している。 Patent Document 7 discloses a configuration in which, in a solar cell including a plurality of current collecting grids on the light receiving surface side of a photoelectric conversion element, the shadow loss due to the current collecting grid is reduced and the photoelectric conversion efficiency is improved. . In the solar cell described in Patent Document 7, a diffraction member is arranged at a predetermined interval on the incident side of the current collecting grid so that light incident toward the current collecting grid is deflected by diffraction. The light is incident on the photoelectric conversion element.
しかしながら、特許文献1〜5に記載されている太陽電池では、光電変換素子の入射側の全面に波長変換素子を配置していることから、光電変換効率が高い波長の光も、この波長変換素子で吸収され、減衰してしまう。
However, in the solar cells described in
また、特許文献6〜7に記載されている太陽電池では、光電変換効率が悪い波長の光の利用効率が悪いという不具合を生じていた。 Moreover, in the solar cell described in patent documents 6-7, the malfunction that the utilization efficiency of the light of a wavelength with bad photoelectric conversion efficiency was bad had arisen.
本発明は上記の課題に鑑み、光電変換効率を更に向上させた太陽電池を提供することを目的としている。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solar cell with further improved photoelectric conversion efficiency.
本発明に係る太陽電池は、入射光を第1波長帯及び第2波長帯に分光する分光素子と、前記分光素子により分光した第2波長帯を第1波長帯に変換する波長変換素子と、前記第1波長帯の光を光電変換する光電変換素子とを備えることを特徴とする。 A solar cell according to the present invention includes a spectroscopic element that splits incident light into a first wavelength band and a second wavelength band, a wavelength conversion element that converts a second wavelength band split by the spectroscopic element into a first wavelength band, And a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light in the first wavelength band.
本発明によれば、分光した波長帯に応じて、光電変換素子において光電変換効率が良い波長帯に変換することができる。よって、広い波長帯域を有する入射光を有効に利用して、光電変換効率を向上させることができる。 According to the present invention, the photoelectric conversion element can be converted into a wavelength band with good photoelectric conversion efficiency according to the spectral wavelength band. Therefore, it is possible to improve the photoelectric conversion efficiency by effectively using incident light having a wide wavelength band.
また、他の発明は、前記分光素子は、回折格子であり、前記波長変換素子を、前記第2波長帯に含まれる複数の波長帯毎に複数種類の波長変換素子で構成したことを特徴とする。 In another aspect of the invention, the spectroscopic element is a diffraction grating, and the wavelength conversion element includes a plurality of types of wavelength conversion elements for a plurality of wavelength bands included in the second wavelength band. To do.
本発明によれば、簡単な構成で分光を行うことができる。 According to the present invention, spectroscopy can be performed with a simple configuration.
また、他の発明によれば、前記分光素子と前記光電変換素子との間の光路に沿ってミラーを配置し、前記ミラーの表面に前記波長変換素子を形成したことを特徴とする。 According to another invention, a mirror is disposed along an optical path between the spectroscopic element and the photoelectric conversion element, and the wavelength conversion element is formed on a surface of the mirror.
本発明によれば、簡単な構成で、分光した光に対する波長の変換を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to perform wavelength conversion on the dispersed light with a simple configuration.
また、他の発明によれば、前記分光素子は、前記第1波長帯又は前記第2波長帯のいずれか一方の光を透過させると共に、他方の光を所定方向に反射させる第1波長選択フィルタであり、前記波長変換素子を、前記第2波長帯の光の光路上に配置したことを特徴とする。 According to another aspect of the invention, the spectroscopic element transmits the light in either the first wavelength band or the second wavelength band, and reflects the other light in a predetermined direction. The wavelength conversion element is arranged on the optical path of the light in the second wavelength band.
本発明は、入射光を波長帯に応じて分光し、光電変換素子において光電変換効率が低い波長帯については波長変換素子を配置して光電変換効率が良好な波長帯に変換し、光電変換素子において光電変換効率が良好な波長帯についてはそのまま光電変換素子に対して出射する。よって、広い波長帯域を有する入射光を有効に利用して、光電変換効率を向上することができる。 The present invention divides incident light according to a wavelength band, converts a wavelength band having a low photoelectric conversion efficiency in a photoelectric conversion element into a wavelength band having a high photoelectric conversion efficiency, and converts the photoelectric conversion element to a photoelectric conversion element. The wavelength band with good photoelectric conversion efficiency is directly output to the photoelectric conversion element. Therefore, it is possible to improve the photoelectric conversion efficiency by effectively using incident light having a wide wavelength band.
また、他の発明によれば、前記第1波長選択フィルタにより反射された前記他方の光を前記光電変換素子に向けて反射させる反射膜を配置したことを特徴とする。 According to another aspect of the invention, there is provided a reflective film that reflects the other light reflected by the first wavelength selection filter toward the photoelectric conversion element.
本発明によれば、分光素子をコンパクトに纏めることができる。 According to the present invention, the spectroscopic elements can be collected in a compact manner.
また、他の発明によれば、前記第1波長選択フィルタと前記反射膜とを平行に配置し、前記波長変換素子と前記入射光の入射面とを平行に配置し、前記第1波長選択フィルタと前記反射膜と前記波長変換素子と前記入射面とが平行四辺形状の透光性ブロックを形成していることを特徴とする。 According to another aspect of the invention, the first wavelength selection filter and the reflective film are arranged in parallel, the wavelength conversion element and the incident light incident surface are arranged in parallel, and the first wavelength selection filter The reflection film, the wavelength conversion element, and the incident surface form a parallelogram-shaped translucent block.
本発明によれば、分光素子と波長変換素子をコンパクトに纏めることができる。 According to the present invention, the spectroscopic element and the wavelength conversion element can be combined in a compact manner.
また、他の発明によれば、前記波長変換素子の入光面側に、前記第1波長帯の光を前記波長変換素子側に反射させる第2波長選択フィルタを配置したことを特徴とする。 According to another aspect of the invention, the second wavelength selection filter that reflects the light in the first wavelength band toward the wavelength conversion element is disposed on the light incident surface side of the wavelength conversion element.
本発明によれば、光電変換素子から反射してきた光を再度光電変換素子に向けて出射することで、光電変換効率を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, photoelectric conversion efficiency can be improved by radiate | emitting the light reflected from the photoelectric conversion element toward a photoelectric conversion element again.
また、他の発明によれば、前記第1波長選択フィルタを複数並列して配置し、前記第1波長選択フィルタのそれぞれに対して入射光を集光させるレンズアレイを配置したとを特徴とする。 According to another aspect of the invention, a plurality of the first wavelength selection filters are arranged in parallel, and a lens array for condensing incident light is arranged for each of the first wavelength selection filters. .
本発明によれば、入射光を効率良く光電変換素子に対して出射することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, incident light can be radiate | emitted efficiently with respect to a photoelectric conversion element.
本発明に係る太陽電池は、入射光を波長帯に応じて分光し、その分光した波長帯に応じて、光電変換素子において光電変換効率が良い波長帯に変換する。従って、広い波長帯域を有する入射光を有効に利用して、光電変換効率を向上することができる。 The solar cell according to the present invention splits incident light according to a wavelength band, and converts the incident light into a wavelength band with good photoelectric conversion efficiency in the photoelectric conversion element according to the split wavelength band. Therefore, it is possible to improve the photoelectric conversion efficiency by effectively using incident light having a wide wavelength band.
先ず、図1に、アモルファスシリコン型の光電変換素子における光電変換効率の波長依存性の一例を示す。 First, FIG. 1 shows an example of wavelength dependency of photoelectric conversion efficiency in an amorphous silicon photoelectric conversion element.
図1に示すように、太陽光のエネルギー分布は広い波長帯に亙っている。これに対し、アモルファスシリコン型の光電変換素子が光電変換を行う波長帯は、狭い範囲である。従って、光電変換素子は、太陽光の一部分しか吸収しておらず、光電変換効率は低いものとなってしまう。 As shown in FIG. 1, the energy distribution of sunlight extends over a wide wavelength band. On the other hand, the wavelength band in which the amorphous silicon photoelectric conversion element performs photoelectric conversion is in a narrow range. Therefore, the photoelectric conversion element absorbs only a part of sunlight, and the photoelectric conversion efficiency is low.
そこで、本発明では、光電変換素子において吸収されない波長帯の光を有効利用するために、先ず回折格子等の分光素子を用いて太陽光を分光することとした。そして、分光した波長帯のうち、光電変換効率が低い波長帯の光を波長変換素子により変換して、光電変換素子において吸収可能な波長帯の光にする。以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。 Therefore, in the present invention, in order to effectively use light in a wavelength band that is not absorbed by the photoelectric conversion element, first, sunlight is dispersed using a spectral element such as a diffraction grating. Then, light in a wavelength band having a low photoelectric conversion efficiency among the spectral wavelength bands is converted by the wavelength conversion element so as to be light in a wavelength band that can be absorbed by the photoelectric conversion element. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2は、分光素子として回折格子を用いた、波長変換素子付きの太陽電池の構成を示す図である。図2に示す太陽電池10aでは、回折格子を用いた分光素子12aを用いて、太陽光LS(入射光)を所定の回折角毎に分光させる。そして、光電変換素子20において光電変換効率が低い波長帯L2(第2波長帯)と、所定の光電変換効率が得られる波長帯L3、L4(第1波長帯)を得る。分光した波長帯のうち、光電変換素子20において光電変換効率が低い波長帯L2は、波長変換素子14aを用いて所定の光電変換効率が得られる波長帯L1の光に変換する。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a solar cell with a wavelength conversion element using a diffraction grating as a spectroscopic element. In the
このように、太陽光LSを回折格子を用いた分光素子12aで分光して、より光電変換効率が良好な波長帯L1へ変換してから光電変換素子20に入光させることで、太陽電池10aの光電変換効率を向上させることができる。
As described above, the
従来のように、光電変換素子の入光面の全面に波長変換素子を配置した場合には、波長変換する必要のない波長帯の光も波長変換素子を通過することになって、その過程で吸収または散乱による損失が生じていた。本発明では、光電変換効率が低い特定の波長帯L2以外は、波長変換素子14aに入射しないように構成している。従って、吸収または散乱による損失を抑制することができる。なお、回折角は入射角に依存して変わるため、入射角は一定であることが好ましい。従って、太陽電池10aの向きを、太陽光の入射方向に追従させるための、太陽光追従用の駆動機構を備えることもできる。
When the wavelength conversion element is arranged on the entire light incident surface of the photoelectric conversion element as in the past, light in a wavelength band that does not need to be converted also passes through the wavelength conversion element. Loss due to absorption or scattering occurred. In the present invention, the light is not incident on the
光電変換素子20として、単結晶シリコン型やアモルファスシリコン型等の素子を用いることができる。また、分光素子12aとして回折格子を用いる他、やプリズム等の素子を用いることができる。また、波長変換素子14aとして、蛍光体等を用いることができる。例えば、青色から黄色に波長を変換する素子として、Y3Al5O12:Ce(YAG:Ce系蛍光体)を用いることができる。また、緑色から赤色に波長を変換する素子として、CaAlSiN3:Eu(赤色カズン蛍光体)を用いることができる。また、短い波長の光を吸収して長い波長の光を発光するストークス型の波長変換素子として、ZnS等を用いることができる。また、長い波長の光を吸収して短い波長の光を発光するアンチストークス型の波長変換素子として、YbEr、YbTm等を用いることができる。
As the
図3は、分光素子として回折格子を用い、波長帯に応じて複数の波長変換素子を配置した太陽電池の構成を示す図である。図3に示す太陽電池10bでは、回折格子を用いた分光素子12aを用いて、太陽光LSを所定の回折角毎に分光させる。そして、光電変換素子20において光電変換効率が低い波長帯L2、L3、L4(第2波長帯)の光を得る。分光した波長帯L2、L3、L4に対して、それぞれの波長帯に適した波長変換素子14a、14b、14cを用いて、より高い光電変換効率が得られる波長帯L1(第1波長帯)の光に変換する。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a solar cell in which a diffraction grating is used as a spectroscopic element and a plurality of wavelength conversion elements are arranged according to the wavelength band. In the
このように、太陽光LSを回折格子を用いた分光素子12aで分光して、光電変換素子20の量子効率に優れる、光電変換効率が良好な波長帯L1へ変換してから光電変換素子20に入光させることで、太陽電池10bの光電変換効率を向上させることができる。分光素子12aを用いて波長毎に分光することによって、複数の波長帯L2、L3、L4に適した波長変換素子14a、14b、14cを選択して配置することができる。
In this way, the solar light LS is spectrally separated by the
図4は、分光素子として回折格子を用い、分光した波長帯の光を平行光にするレンズを備えた、波長変換素子付きの太陽電池の構成を示す図である。図4に示す太陽電池10cでは、回折格子を用いた分光素子12aを用いて太陽光LSを所定の回折角毎に分光させる。そして、光電変換素子20において光電変換効率が低い波長帯L2(第2波長帯)と、所定の光電変換効率が得られる波長帯L3、L4(第1波長帯)の光を得る。その後、レンズ16を用いて広がって進行する波長帯L2、L4及び波長帯L3の光を平行光に集約する。そして、分光した波長帯のうち、光電変換素子20において光電変換効率が低い波長帯L2は、波長変換素子14aを用いて所定の光電変換効率が得られる波長帯L1の光に変換する。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a solar cell with a wavelength conversion element that includes a diffraction grating as a spectroscopic element and includes a lens that collimates light in a spectral wavelength band. In the
このように、太陽光LSを回折格子を用いた分光素子12aで分光し、平行光に集約してから光電変換素子20に入光させることで、光電変換素子20を小型化することができる。また、レンズ16を用いて波長帯L2及び波長帯L4の光を平行光にする代わりに、所定の大きさに集光させることもできる。レンズ16を用いて波長帯L2及び波長帯L4の光を集光させることで、更に光電変換素子20を小型化することができる。
Thus, the
図5は、分光素子として回折格子を用い、分光素子と光電変換素子との間の光路に沿って対向配置した一対のミラーの一方の上に波長変換素子を形成した太陽電池の構成を示す図である。図5に示す太陽電池10dでは、回折格子を用いた分光素子12aを用いて太陽光LSを所定の回折角毎に分光させる。そして、光電変換素子20において光電変換効率が低い波長帯L2(第2波長帯)と、所定の光電変換効率が得られる波長帯L3、L4(第1波長帯)の光を得る。分光した波長帯のうち、所定の角度で回折した波長帯の光を、光路に沿って配置したミラー22a、22bで反射させる。光電変換素子20において光電変換効率が低い波長帯L2は、ミラー22a上に形成した波長変換素子14aを用いて所定の光電変換効率が得られる波長帯L1の光に変換する。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a solar cell in which a diffraction grating is used as a spectroscopic element, and a wavelength conversion element is formed on one of a pair of mirrors arranged to face each other along an optical path between the spectroscopic element and the photoelectric conversion element. It is. In the
このように、太陽光LSを回折格子を用いた分光素子12aで分光し、より光電変換効率が良好な波長帯L1へ変換してから光電変換素子20に入光させることで、太陽電池10dの光電変換効率を向上させることができる。また、図4に示したように、集光用のレンズ16を配置すると太陽電池10cが大型になってしまうような場合には、互いに対向配置させた回折格子と光電変換素子20との光路間にミラー22a、22bを配置し、ミラー22aの表面の一部に波長変換素子14aを配置することで、太陽電池10dの小型化と軽量化を実現することができる。
In this way, the solar light LS is spectrally separated by the
なお、図5に示す実施例では、ミラー22a上に1種類の波長変換素子14aを配置している例を示しているが、光の回折角に応じてミラー22a上に複数種類の波長変換素子を配置することができる。また、対向する側のミラー22bに、他の種類の波長変換素子を配置することもできる。
In the embodiment shown in FIG. 5, an example is shown in which one type of
図6は、分光素子として波長分光変換モジュールを用いた太陽電池の構成を示す図である。図6に示す太陽電池10eでは、分光素子12bを用いて太陽光LSを、波長帯L1及び波長帯L2に分光させている。分光素子12bには、太陽光LSをそれぞれの第1波長選択フィルタ28に向けて集光させるレンズアレイ24と、レンズアレイ24によって集光した光のうち波長帯L1を透過させると共に波長帯L2を反射させて分光を行う第1波長選択フィルタ28と、第1波長選択フィルタ28が反射させた波長帯L2を波長変換素子14aに向けて反射させる反射膜30とを備えている。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a solar cell using a wavelength spectral conversion module as a spectroscopic element. In the
波長変換素子14aは、波長帯L2の光を波長帯L1の光に変換する。このように、太陽光LSを第1波長選択フィルタ28を用いた分光素子12bで波長帯L1及び波長帯L2に分光し、波長帯L2の光を、より光電変換効率が良好な波長帯L1へ変換してから光電変換素子20に入光させることで、回折格子を用いずに、太陽電池10eの光電変換効率を向上させることができる。
The
第1波長選択フィルタ28として、誘電体多層膜から構成されるダイクロイックフィルタを用いることができる。第1波長選択フィルタ28は、太陽光LSの光軸(光電変換素子20の法線方向)に対して傾けて配置され、例えば太陽光LSに含まれる量子効率が劣る短波長光(波長帯L2)の光を反射させると共に、量子効率に優れた長波長光(第1波長帯)の光を透過させる。
As the first
反射膜30は、第1波長選択フィルタ28に対向して配置され、第1波長選択フィルタ28で反射された短波長光(波長帯L2)の光を波長変換素子14aに向けて反射する。波長変換素子14aは、波長帯L2の光を入射して波長帯L1の光に変換して、光電変換素子20に入光させる。また、第1波長選択フィルタ28を透過した波長帯L1の光も、光電変換素子20に入光させる。
The
また、図6に示すように、第1波長選択フィルタ28と反射膜30とを平行に配置し、波長変換素子14aと太陽光LS(入射光)の入射面とを平行に配置してある。そして、第1波長選択フィルタ28と反射膜30と波長変換素子14aと入射面とが平行四辺形状の透光性ブロックになるように、一体化して形成してある。更に、複数の平行四辺形状の透光性ブロックを、アレー状に一体化してある。
Moreover, as shown in FIG. 6, the 1st
なお、波長帯L1を透過して波長帯L2を反射する第1波長選択フィルタ28とは逆に、波長帯L2を透過して波長帯L1を反射する波長選択フィルタを用いることもできる。その場合には、波長帯L2の透過光は波長変換素子14aを通過させて波長帯L1の光に変換してから光電変換素子20に入光させる。また、波長選択フィルタが反射した波長帯L1は、反射膜30で反射させて、直接光電変換素子20に入光させる。また、太陽光のような平行光を第1波長選択フィルタ28に入射させる場合には、複数のリニアレンズからなるレンズアレイ24は、基本的に1枚とすることもできる。
Note that a wavelength selection filter that transmits the wavelength band L2 and reflects the wavelength band L1 may be used instead of the first
図7は、分光素子として回折格子を用い、波長帯に応じて複数の波長変換素子を配置し、光電変換素子において反射して戻ってきた光を再び光電変換素子に戻す第2波長選択フィルタを配置した太陽電池の構成を示す図である。図7に示す太陽電池10fでは、回折格子を用いた分光素子12aにより太陽光LSを所定の回折角毎に分光させる。そして、光電変換素子20における光電変換効率が低い波長帯L2、L3、L4(第2波長帯)の光を得る。分光した波長帯L2、L3、L4に対して、それぞれの波長帯に適した波長変換素子14a、14b、14cを用いて、より高い光電変換効率が得られる波長帯L1(第1波長帯)の光に変換する。
FIG. 7 shows a second wavelength selection filter that uses a diffraction grating as a spectroscopic element, arranges a plurality of wavelength conversion elements according to wavelength bands, and returns light reflected and returned from the photoelectric conversion element to the photoelectric conversion element again. It is a figure which shows the structure of the arrange | positioned solar cell. In the
更に、太陽電池10fでは、分光素子12aと波長変換素子14a、14b、14cとの間に、第2波長選択フィルタ32a、32b、32cを配置して、一旦光電変換素子20に到達した光が光電変換素子20において反射して戻ってきた場合に、波長帯L1の光を再び光電変換素子20に向けて反射させている。この第2波長選択フィルタ32a、32b、32cは、分光素子12aにより分光した光を透過させるとともに、波長変換素子14a、14b、14cによって波長変換された波長帯L1を反射させる素子であり、ダイクロイックフィルタ等を用いることができる。
Further, in the
図7に示す太陽電池10fの構成を用いることにより、光電変換素子20で電力に変換されずに反射して戻ってきた光を、再度、光電変換素子20(波長変換素子14a側)に入射させて、光電変換効率を向上させることができる。
By using the configuration of the
図8は、分光素子として波長分光変換モジュールを用い、光電変換素子において反射して戻ってきた波長帯L1を再び光電変換素子に戻す第2波長選択フィルタを配置した太陽電池の構成を示す図である。図8に示す太陽電池10gでは、分光素子12bを用いて太陽光LSを、波長帯L1及び波長帯L2に分光させる。分光素子12bには、太陽光LSをそれぞれの第1波長選択フィルタ28に向けて集光させるレンズアレイ24と、レンズアレイ24によって集光した光のうち波長帯L1を透過させると共に波長帯L2を反射させて分光を行う第1波長選択フィルタ28と、第1波長選択フィルタ28が反射させた波長帯L2を波長変換素子14aに向けて反射させる反射膜30とを備えている。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a solar cell in which a wavelength spectral conversion module is used as a spectroscopic element, and a second wavelength selection filter that returns the wavelength band L1 reflected and returned from the photoelectric conversion element to the photoelectric conversion element is disposed. is there. In the
波長変換素子14aは、波長帯L2の光を波長帯L1の光に変換する。このように、太陽光LSを第1波長選択フィルタ28を用いた分光素子12bで波長帯L1及び波長帯L2に分光し、波長帯L2の光を、より光電変換効率が良好な波長帯L1へ変換してから光電変換素子20に入光させている。第1波長選択フィルタ28として、誘電体多層膜から構成されるダイクロイックフィルタを用いることができる。
The
反射膜30は、第1波長選択フィルタ28に対して対向して配置され、第1波長選択フィルタ28で反射された短波長光(波長帯L2)の光を波長変換素子14aに向けて反射する。波長変換素子14aは、波長帯L2の光を入射して波長帯L1の光に変換して、光電変換素子20に入光させる。また、第1波長選択フィルタ28を透過した波長帯L1の光も、光電変換素子20に入光させる。
The
更に、太陽電池10gでは、分光素子12bと波長変換素子14aとの間に、第2波長選択フィルタ32を配置して、一旦光電変換素子20に到達した光が光電変換素子20において反射して戻ってきた場合に、波長帯L1の光を再び光電変換素子20(波長変換素子14a側)に向けて反射させている。この第2波長選択フィルタ32は、分光素子12bにより分光した光を透過させるとともに、波長変換素子14aによって波長変換された波長帯L1を反射させる素子であり、ダイクロイックフィルタを用いることができる。
Furthermore, in the
図8に示す太陽電池10gの構成を用いることにより、光電変換素子20で電力に変換されずに反射してしまった光を、再度、光電変換素子20に入射させて、光電変換効率を向上させることができる。なお、実施例5と同様に、波長帯L1を透過して波長帯L2を反射する第1波長選択フィルタ28とは逆に、波長帯L2を透過して波長帯L1を反射する波長選択フィルタを用いることもできる。
By using the configuration of the
図9は、斜めの入射光に対応するために拡散板を配置した太陽電池の構成を示す図である。図9に示す太陽電池10hでは、斜めの太陽光LS(入射光)を、分光素子12aに対して垂直に近づけるように偏向(分光素子12aに対して垂直に入射する成分が生じるように拡散)させる拡散板34を配置してある。そして、回折格子を用いた分光素子12aにより太陽光LSを所定の回折角毎に分光させる。そして、光電変換素子20において光電変換効率が低い波長帯L2(第2波長帯)と、所定の光電変換効率が得られる波長帯L3、L4(第1波長帯)の光を得る。分光した波長帯のうち、光電変換素子20において光電変換効率が低い波長帯L2は、波長変換素子14aを用いて所定の光電変換効率が得られる波長帯L1の光に変換してから、光電変換素子20に入光させる。拡散板34は、入射した光を全方位に略均一に拡散させることができるので、該拡散板34を配置することにより、太陽の位置によらずに回折格子(分光素子12a)に入射する光の状態(分布)を一定に近づけることができる。これにより、太陽光追従用の駆動機構を備えることなく、安定した回折(ひていは、安定した変換効率または変換効率の向上)が達成できる。なお、拡散板34と回折格子(分光素子12a)の間に、該拡散板34により拡散した光を、例えば平行光に近づけるように集光するレンズを配置してもよい。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a solar cell in which a diffusion plate is arranged to cope with oblique incident light. In
10a、10b、10c、10d、10f、10g、10h…太陽電池
12a、12b…分光素子
14a、14b、14c…波長変換素子
16…レンズ
20…光電変換素子
22a、22b…ミラー
24…レンズアレイ
26…波長分光変換モジュール
28…第1波長選択フィルタ
30…反射膜
32、32a、32b、32c…第2波長選択フィルタ
34…拡散板
10a, 10b, 10c, 10d, 10f, 10g, 10h ...
Claims (8)
前記分光素子により分光した第2波長帯を第1波長帯に変換する波長変換素子と、
前記第1波長帯の光を光電変換する光電変換素子と、を備える太陽電池。 A spectroscopic element that splits incident light into a first wavelength band and a second wavelength band;
A wavelength conversion element that converts a second wavelength band dispersed by the spectral element into a first wavelength band;
A solar cell comprising: a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light in the first wavelength band.
前記波長変換素子は、前記第2波長帯に含まれる複数の波長帯毎に複数種類の波長変換素子で構成されている請求項1に記載の太陽電池。 The spectroscopic element is a diffraction grating;
The solar cell according to claim 1, wherein the wavelength conversion element includes a plurality of types of wavelength conversion elements for a plurality of wavelength bands included in the second wavelength band.
前記ミラーの表面に前記波長変換素子を形成した請求項1又は2に記載の太陽電池。 A mirror is disposed along an optical path between the spectroscopic element and the photoelectric conversion element,
The solar cell according to claim 1, wherein the wavelength conversion element is formed on a surface of the mirror.
前記波長変換素子は、前記第2波長帯の光の光路上に配置されている請求項1に記載の太陽電池。 The spectroscopic element is a first wavelength selection filter that transmits light in either the first wavelength band or the second wavelength band and reflects the other light in a predetermined direction.
The solar cell according to claim 1, wherein the wavelength conversion element is disposed on an optical path of light in the second wavelength band.
前記第1波長選択フィルタのそれぞれに対して入射光を集光させるレンズアレイを配置した請求項4〜7のいずれか1項に記載の太陽電池。 A plurality of the first wavelength selection filters are arranged in parallel;
The solar cell of any one of Claims 4-7 which has arrange | positioned the lens array which condenses incident light with respect to each of said 1st wavelength selection filter.
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KR101892637B1 (en) * | 2017-08-30 | 2018-08-28 | 한국과학기술연구원 | Solar cell panel and the window comprising the same |
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CN113871507A (en) * | 2021-08-10 | 2021-12-31 | 无锡极电光能科技有限公司 | Photovoltaic module and preparation method thereof |
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- 2012-03-13 JP JP2012056276A patent/JP2013191697A/en active Pending
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---|---|---|---|---|
KR101892637B1 (en) * | 2017-08-30 | 2018-08-28 | 한국과학기술연구원 | Solar cell panel and the window comprising the same |
US20190067505A1 (en) * | 2017-08-30 | 2019-02-28 | Korea Institute Of Science And Technology | Solar cell panel and the window comprising the same |
CN110190147A (en) * | 2019-06-24 | 2019-08-30 | 北京大学深圳研究生院 | A kind of concentration photovoltaic system based on beam splitter |
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