JP2016105475A - 集光型太陽電池 - Google Patents

集光型太陽電池 Download PDF

Info

Publication number
JP2016105475A
JP2016105475A JP2015226716A JP2015226716A JP2016105475A JP 2016105475 A JP2016105475 A JP 2016105475A JP 2015226716 A JP2015226716 A JP 2015226716A JP 2015226716 A JP2015226716 A JP 2015226716A JP 2016105475 A JP2016105475 A JP 2016105475A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photoelectric conversion
cell
layer
type
concentrating solar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015226716A
Other languages
English (en)
Inventor
佐藤　俊一
Shunichi Sato
俊一 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Publication of JP2016105475A publication Critical patent/JP2016105475A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02016—Circuit arrangements of general character for the devices
    • H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02021—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
    • H01L31/03048—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP comprising a nitride compounds, e.g. InGaN
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0312—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIVBIV compounds, e.g. SiC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0687—Multiple junction or tandem solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

【課題】短波長帯用のセルによる変換効率の律速を抑制し、高効率化を図った集光型太陽電池を提供する。【解決手段】集光型太陽電池１００Ａは、集光素子１０２と、集光素子１０２の光入射面、集光素子１０２の光出射面、又は、集光素子１０２よりも光入射経路における奥側に配置され、第１バンドギャップを有する第１光電変換セル１１０と、第１光電変換セル１１０よりも光入射経路における奥側に配置され、第１バンドギャップよりも小さい第２バンドギャップを有し、集光素子１０２で集光される光が入射される第２光電変換セル１２０と、第１光電変換セル１１０が出力する第１出力電流を出力する第１出力回路と、第１出力回路とは独立して構成され、第２光電変換セルが出力する第２出力電流を出力する第２出力回路とを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、集光型太陽電池に関する。
太陽光を集光するための一次光学系と、太陽電池セルと、下端面が該太陽電池セルに対向するように該太陽電池セルの真上位置に立設され、該一次光学系により集光された太陽光を該太陽電池セルへ導くためのナトリウム含有ガラス製の柱状光学部材とを有する形式の集光型太陽光発電ユニットがある。この集光型太陽光発電ユニットは、さらに、該柱状光学部材およびその下端面に対向する前記太陽電池セルを覆う封止樹脂とを有し、前記封止樹脂は、１０重量％以上のフッ素化シリコーン樹脂を含む。
太陽電池セルは、たとえばInGaP/InGaAs/Geとして知られるように、III-V族化合物系半導体がGaAs等の単結晶基板の上に結晶成長させられることによりチップ上に構成され、吸収波長帯が異なる複数種類のｐｎ接合、たとえば底部接合層、中間部接合層、及び上部接合層が順次積層された多接合型構造を備えたものである（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
従来の集光型太陽光発電ユニットは、一次光学系と、二次光学系である柱状光学部材とで集光した光を柱状光学部材の下端面に対向する太陽電池セルで光電変換を行っている。
また、太陽電池セルは、複数のセルを直列に接合した多接合型構造であり、各セルのバンドギャップは、光入射方向における手前側から奥側にかけて、小さくなるように設定されている。これは、光入射方向における手前側から奥側にかけて、順に、短波長帯から長波長帯を吸収するようにするためである。
ところで、短波長の光は、長波長の光に比べて、大気中の微小粒子によって散乱され易い。特に、朝夕のように、大気中における光路が日中よりも長くなるような時間帯には、短波長の光は長波長の光よりも大気中の微小粒子によって散乱され易く、この結果、多接合型の太陽電池セルは、特に朝夕において短波長帯のセルの電流の低下に律速され、全体としての効率が低下する。
このような現象は、気象状況により視程が短いほど顕著になる。これは、高いエネルギーを持つ短波長成分の光は空気中に漂う微粒子により散乱を受け受光する光量が低下するからである。
以上のように、従来の集光型太陽光発電ユニットは、短波長帯用のセルによって変換効率が律速されるという課題がある。
そこで、本発明は、短波長帯用のセルによる変換効率の律速を抑制し、高効率化を図った集光型太陽電池を提供することを目的とする。
本発明の実施の形態の一観点の集光型太陽電池は、集光素子と、前記集光素子の光入射面、前記集光素子の光出射面、又は、前記集光素子よりも光入射経路における奥側に配置され、第１バンドギャップを有する第１光電変換セルと、前記第１光電変換セルよりも前記光入射経路における奥側に配置され、前記第１バンドギャップよりも小さい第２バンドギャップを有し、前記集光素子で集光される光が入射される第２光電変換セルと、前記第１光電変換セルが出力する第１出力電流を出力する第１出力回路と、前記第１出力回路とは独立して構成され、前記第２光電変換セルが出力する第２出力電流を出力する第２出力回路とを含む。
短波長帯用のセルによる変換効率の律速を抑制し、高効率化を図った集光型太陽電池を提供できる。
実施の形態１の集光型太陽電池モジュール１００を示す図である。 集光型太陽電池１００Ａの断面構造と平面構造を示す図である。 光電変換セル１１０及び１２０の構成を示す図である。 集光型太陽電池モジュール１００に含まれるｎ個の集光型太陽電池１００Ａの接続関係と出力回路を示す図である。 実施の形態１の第１変形例による集光型太陽電池１００Ｂの断面構造を示す図である。 実施の形態１の第２変形例による集光型太陽電池１００Ｃの断面構造を示す図である。 実施の形態２の集光型太陽電池モジュールの光電変換セル２２０を示す断面図である。 実施の形態３の集光型太陽電池モジュールの光電変換セル３２０を示す断面図である。 実施の形態４の集光型太陽電池モジュールの光電変換セル４２０を示す断面図である。 実施の形態５の集光型太陽電池モジュールの光電変換セル５２０を示す断面図である。
以下、本発明の集光型太陽電池を適用した実施の形態について説明する。
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１の集光型太陽電池モジュール１００を示す図である。
集光型太陽電池モジュール１００は、集光型太陽電池１００Ａをマトリクス状に配列したものである。図１には、５行５列で２５個の集光型太陽電池１００Ａを示すが、さらに多くの集光型太陽電池１００Ａが配列されていてもよい。
また、集光型太陽電池モジュール１００は、太陽光を追尾する太陽光追尾機構５を含む。太陽光追尾機構５は、日の出から日没まで太陽の移動に合わせて、集光型太陽電池１００Ａへの入射光の角度が最適になるように、集光型太陽電池１００Ａの角度を調整する機構である。太陽光追尾機構１は、２軸方向に角度を調節するための軸５Ｘ及び５Ｙを含み、太陽の位置に合わせて集光型太陽電池１００Ａの角度を調節する。
なお、ここでは、集光型太陽電池モジュール１００が太陽光追尾機構５を含む形態について説明するが、集光型太陽電池モジュール１００は必ずしも太陽光追尾機構１を含まなくてもよい。
集光型太陽電池モジュール１００は、朝夕のように、大気中における光路が日中よりも長くなり、短波長の光の散乱が長波長の光よりも顕著になることに起因する全体での効率低下を抑制するために、光入射経路における最前面に配置される短波長帯用のセルの出力回路を、それ以外のセルの出力回路から独立させてある。
集光型太陽電池モジュール１００は、このような構成により、短波長帯用のセルによる変換効率の律速を抑制し、高効率化を図る。
図２は、集光型太陽電池１００Ａの断面構造と平面構造を示す図である。
図２（Ａ）に示すように、集光型太陽電池１００Ａは、筐体１０１、集光レンズ１０２、放熱板１０３、光電変換セル１１０、及び光電変換セル１２０を含む。図２（Ａ）には矢印と太実線で光入射経路を示す。
筐体１０１は、光電変換セル１１０が配設される集光レンズ１０２を保持するとともに、筐体１０１の内部で、集光レンズ１０２よりも入射経路の奥側に、放熱板１０３及び光電変換セル１２０を収納する。光電変換セル１２０は、筐体１０１の内部で放熱板１０３の上に搭載されている。
筐体１０１は、放熱板１０３及び光電変換セル１２０を収納することができ、かつ、光電変換セル１２０の入射経路における手前側に集光レンズ１０２を保持することができればよい。図２（Ａ）では、１つの光電変換セル１１０と１つの光電変換セル１２０に対して、１つの箱状の筐体１０１が設けられる構造を示すが、筐体１０１は、図１に示すようにマトリクス状に配置される多数の集光型太陽電池１００Ａに対して、１つの箱状の筐体として構成されていてもよい。また、マトリクス状に配置される多数の集光型太陽電池１００Ａを幾つかのグループに分けて、グループ毎に筐体１０１を設けてもよい。
集光レンズ１０２は、筐体１０１によって保持されており、光入射面に光電変換セル１１０が形成されている。また、集光レンズ１０２は、光電変換セル１１０を透過した光を集光し、集光した太陽光を矢印と太実線で示すように光電変換セル１２０に案内する。
集光レンズ１０２は、図１に示すように、平面視では略正方形であり、光入射面（上面）が凸状になっており、光出射面（下面）が平坦な凸レンズである。集光レンズ１０２は、平面視で集光レンズ１０２の中央に位置する光電変換セル１２０に向けて光を集光する。
集光レンズ１０２は、集光レンズ１０２の平面視でのサイズが、光電変換セル１２０の表面において、光電変換セル１２０の平面視でのサイズに一致するように、焦点距離及び曲率等が調整されている。また、筐体１０１は、このような集光レンズ１０２と光電変換セル１２０との位置関係を実現できるように、設計されている。集光レンズ１０２としては、例えば、フレネルレンズを用いることができる。
放熱板１０３は、筐体１０１の内部の底面に配置され、光電変換セル１２０が搭載される。放熱板１０３は、光電変換セル１２０が発する熱を筐体１０１又は大気に放出するために設けられている。放熱板１０３は、光電変換セル１２０を冷却することができれば、どのような形式のものであってもよいが、例えば、高熱伝導シートを用いることができる。
光電変換セル１１０は、集光型太陽電池モジュール１００の光入射経路における最前面に配置される光電変換セルである。このため、光電変換セル１１０は、集光型太陽電池モジュール１００に含まれる光電変換セルのうち、最もバンドギャップが広い（ワイドバンドギャップの）セルであり、最も短い波長帯を吸収するセルである。
光電変換セル１１０としては、例えば、アモルファスシリコンセルを用いることができる。光電変換セル１１０が透過する光は、集光レンズ１０２で集光されて、光電変換セル１２０で光電変換が行われる。
集光型太陽電池モジュール１００は、朝夕のように、大気中における光路が日中よりも長くなり、短波長の光の散乱が長波長の光よりも顕著になることに起因する全体での効率低下を抑制するために、短波長帯用の光電変換セル１１０の出力回路を、光電変換セル１２０の出力回路から独立させてある。
集光型太陽電池モジュール１００は、このような構成により、短波長帯用のセルによる変換効率の律速を抑制し、高効率化を図る。
光電変換セル１２０は、光電変換セル１１０よりも長波長帯を吸収するセルである。光電変換セル１２０は、複数のセルを含んでもよく、例えば、２つのセルを入射経路に沿って直列接続した構成にすることができる。
光電変換セル１２０は、集光レンズ１０２で集光された光で光電変換を行うため、光電変換セル１１０よりも平面視でのサイズが小さい。このため、光電変換セル１２０は、例えば、化合物半導体で作製される化合物半導体のセル（太陽電池）を含んでもよい。換言すれば、光電変換セル１２０の複数の層が積層されている方向から見た場合の光電変換セル１２０のサイズ（面積）は、光電変換セル１１０の複数の層が積層されている方向から見た場合の光電変換セル１１０のサイズ（面積）よりも小さい。また、図２（Ｂ）に示すように、光電変換セル１１０と光電変換セル１２０は、平面視でオーバーラップしている。図２（Ｂ）に示すように、平面視において、放熱板１０３のサイズは光電変換セル１１０のサイズよりも小さく、光電変換セル１２０のサイズよりも大きい。
化合物半導体製の太陽電池は、シリコン系の太陽電池に比べて効率は２倍程度高いが、基板が高価、基板サイズが小さいなどの理由で、シリコン系の太陽電池よりも桁違いに高価である。
しかしながら、集光レンズ１０２を用いることによって光電変換セル１２０を小型化できるため、高効率と低コストを両立することができる。このため、光電変換セル１２０が化合物半導体太陽電池を含むことは非常に有効的である。
また、短波長帯用の光電変換セル１１０に律速されて全体の効率が低下することを抑制するために、光電変換セル１２０の出力回路は、光電変換セル１１０の出力回路から独立させてある。
以下では、光電変換セル１１０（トップセル）がアモルファスシリコン製のセル（１．８ｅＶ）であり、光電変換セル１２０がＧａＡｓとほぼ同じ格子定数であるＧｅ基板上に、格子整合材料を用いたＧａ（Ｉｎ）Ａｓセル（ミドルセル）とＧｅセル（ボトムセル）を有する２接合太陽電池（１．４０ｅＶ／０．６７ｅＶ）である形態について説明する。
図３は、光電変換セル１１０及び１２０の構成を示す図である。
図３（Ａ）に示すように、光電変換セル１１０は、アモルファスシリコンによるｐｉｎ構造を有し、透明電極１１１、ｐアモルファスシリコン層１１２、ｉアモルファスシリコン層１１３、ｎアモルファスシリコン層１１４、及び透明電極１１５を含む。なお、以下では、ｐアモルファスシリコン層１１２、ｉアモルファスシリコン層１１３、ｎアモルファスシリコン層１１４を、アモルファスシリコン層１１２〜１１４と表記する場合がある。
透明電極１１１、アモルファスシリコン層１１２〜１１４、及び透明電極１１５は、この順に集光レンズ１０２の上に積層されている。アモルファスシリコン層１１２〜１１４のバンドギャップは、ここでは、１．８ｅＶである。
透明電極１１１及び１１５は、アモルファスシリコン層１１２〜１１４で吸収しない長波長の光を透過させる透明電極であればよく、例えば、ＳｎＯ２（酸化錫）等を用いることができる。
ｐアモルファスシリコン層１１２、ｉアモルファスシリコン層１１３、及びｎアモルファスシリコン層１１４は、ＳｉＨ４（シラン）を原料としＨ２（水素）で希釈した低温プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により成膜される。なお、ｐアモルファスシリコン層１１２を形成するための不純物としては、例えば、ホウ素（Ｂ）を用いればよく、ｎアモルファスシリコン層１１４を形成するための不純物としては、例えば、リン（Ｐ）を用いればよい。
なお、光電変換セル１１０は、アモルファスシリコン製のものに限らず、短波長光のみを吸収するバンドギャップの大きい吸収層を有するセルであればよく、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）又は有機半導体材料等で作製してもよい。このような短波長光のみを吸収するセルのバンドギャップは、１．８ｅＶ程度であればよい。
なお、図３（Ａ）では省略するが、光入射側に反射防止膜を形成することが好ましい。
図３（Ｂ）に示すように、光電変換セル１２０は、Ｇｅセル１３０、ｎ型のＧａＩｎＰ層１４０、ｎ型のＧａＩｎＡｓバッファ層１４１、トンネル接合層１５０、ＧａＩｎＡｓセル１６０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を含む。
Ｇｅ（ゲルマニウム）セル１３０は、ｐ型のＧｅ基板１３１の上に、ｎ型のＧｅ層１３２を形成することにより、Ｇｅのｐｎ接合を形成してサブセルの一つとしたものである。Ｇｅセル１３０は、半導体製のサブセル（太陽電池）である。Ｇｅセル１３０のバンドギャップは、０．６７ｅＶであり、集光型太陽電池モジュール１００のボトムセルである。
ｎ型のＧｅ層１３２は、ｐ型のＧｅ基板１３１の上に、ｎ型のＧａＩｎＰ層１４０を形成する際に、ｎ型のＧａＩｎＰ層１４０に含まれるリン（Ｐ）が拡散することによって形成される。
ｎ型のＧａＩｎＰ層１４０は、１ｓｔ ＬａｙｅｒとしてＧｅセル１３０の上に設けられている。ＧａＩｎＰ層１４０は、ｐ型のＧｅ基板１３１上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法で形成される。ＧａＩｎＰ層１４０のバンドギャップは、１．８６ｅＶ程度である。また、Ｇｅに格子整合するＧａＩｎＰ層１４０におけるＩｎ組成は、４９％程度である。
なお、ＧａＩｎＰ層１４０を形成する際に、ｎ型のＧａＩｎＰ層１４０に含まれるリン（Ｐ）が拡散することにより、ｐ型のＧｅ基板１３１の上にｎ型のＧｅ層１３２が形成される。ｎ型のＧａＩｎＰ層１４０は、ｐ型のＧｅ基板１３１の上にリン（Ｐ）を拡散してｎ型のＧｅ層１３２を形成するために形成される。
ｎ型のＧａＩｎＡｓバッファ層１４１は、ｎ型のＧａＩｎＰ層１４０に積層される。ｎ型のＧａＩｎＡｓバッファ層１４１は、ｎ型のＧａＩｎＰ層１４０の上にＭＯＣＶＤ法で形成される。
ｎ型のＧａＩｎＡｓバッファ層１４１のバンドギャップは、光入射方向において自己よりも入射側（上流側）にあるＧａＡｓセル１６０のバンドギャップ以上であればよく、例えば、１．４０ｅＶである。
トンネル接合層１５０は、ｎ型のＧａＩｎＡｓバッファ層１４１とＧａＩｎＡｓセル１６０との間に設けられる。トンネル接合層１５０は、ｎ＋型のＧａＡｓ層１５１と、ｐ＋型のＧａＡｓ層１５２とを有する。導電型をｎ型にする不純物としては、例えば、Ｔｅ（テルル）を用いることができ、導電型をｐ型にする不純物としては、例えば、Ｃ（炭素）を用いることができる。ｎ＋型のＧａＡｓ層１５１と、ｐ＋型のＧａＡｓ層１５２とは、高濃度にドーピングされた薄いｐｎ接合を構成する。
トンネル接合層１５０のＧａＡｓ層１５１と１５２は、ともにＧａＩｎＡｓセル１６０よりも高濃度にドーピングされている。トンネル接合層１５０は、ＧａＩｎＡｓセル１６０のｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層１６２と、Ｇｅセル１３０のｎ型のＧｅ層１３２との間を（トンネル接合により）電流が流れるようにするために設けられる接合層である。
トンネル接合層１５０のＧａＡｓ層１５１及び１５２は、ともに１．４２ｅＶのバンドギャップを有する。
なお、トンネル接合層１５０として、ｎ＋型のＧａＡｓ層１５１とｐ＋型のＧａＡｓ層１５２の代わりに、ｎ＋型のＧａＩｎＰ層とｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層との接合で構成されるトンネル接合層を用いてもよい。
ＧａＩｎＡｓセル１６０は、ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ層１６１、ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層１６２、ｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層１６３、及びｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＰ層１６４を含む。
ＧａＩｎＡｓセル１６０は、ＧａＡｓ系のサブセルである。ＧａＡｓ系のサブセルとは、ＧａＡｓ、又は、ＧａＡｓと格子定数の近いＧｅにほぼ格子整合し、ＧａＡｓ基板またはＧｅ基板上に結晶成長可能な材料系で形成されるサブセルのことである。ここでは、ＧａＡｓ、又は、ＧａＡｓと格子定数の近いＧｅにほぼ格子整合し、ＧａＡｓ基板またはＧｅ基板上に結晶成長可能な材料をＧａＡｓ格子整合系材料と称し、ＧａＡｓ格子整合系材料で構成されるサブセルをＧａＡｓ格子整合系材料サブセルと称す。
また、基板としてＧｅ基板１３１を用いる場合は、臨界膜厚以下でＧｅに格子整合する化合物半導体で作製されるサブセルもＧａＡｓ格子整合系材料サブセルと称す。
ＧａＩｎＡｓセル１６０は、集光型太陽電池モジュール１００のミドルセルとして、Ｇｅセル１３０と完全に格子整合させるために、インジウム（Ｉｎ）をわずかに（約１％）添加したＧａＩｎＡｓ層１６２及び１６３を用いたｐｎ接合で構成されるサブセルである。ＧａＩｎＡｓセル１６０のバンドギャップは、１．４ｅＶである。
ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ層１６１は、ＢＳＦ（Back Surface Field）層として設けられており、ＧａＩｎＡｓ層１６２及び１６３よりも大きなバンドギャップを有する材料で形成されている。
ｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＰ層１６４は、窓層として設けられており、ＧａＩｎＡｓ層１６２及び１６３よりも大きなバンドギャップを有する材料で形成されている。
ＧａＩｎＡｓセル１６０は、Ｇｅセル１３０との間に、ｎ＋型のＧａＡｓ層１５１とｐ＋型のＧａＡｓ層１５２を含むトンネル接合層１５０を設けて接合されている。
コンタクト層４０Ａは、主に、電極５０とオーミック接続するためにＧａＩｎＡｓセル１６０に積層される層であり、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）層を用いる。なお、電極５０の下に位置する部分以外のＧａＡｓ層は、ＧａＩｎＡｓセル１６０で光を吸収する前に、光を吸収するため、エッチングで除去してある。
なお、コンタクト層４０Ａとしては、Ｇｅ基板に格子整合したＩｎを添加したＧａＩｎＡｓ層を用いてもよい。
電極５０は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の金属製の薄膜であり、コンタクト層４０Ａの上に形成されている。電極５０は、光入射側に位置する上部電極として機能する。
電極１０は、下部電極として機能するものであり、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の金属で形成すればよい。
なお、図３（Ｂ）では省略するが、光入射側に反射防止膜を形成することが好ましい。
次に、図４を用いて、光電変換セル１１０及び１２０の出力回路について説明する。
図４は、集光型太陽電池モジュール１００に含まれるｎ個の集光型太陽電池１００Ａの接続関係と出力回路を示す図である。
ここでは、集光型太陽電池モジュール１００は、ｎ（ｎ≧２）個の集光型太陽電池１００Ａ１〜１００Ａｎを含み、集光型太陽電池１００Ａ１〜１００Ａｎは、それぞれ、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎと、光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎとを含むものとして説明する。
また、以下では、それぞれｎ個ある、集光型太陽電池１００Ａ１〜１００Ａｎ、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎ、光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎを特に区別しない場合には、集光型太陽電池１００Ａ、光電変換セル１１０、光電変換セル１２０と称す。
光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎは、この順に直列に接続され、昇圧装置１を介し て接続箱２に接続されている。昇圧装置１は、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎの電圧と光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎの電圧との差を低減するように、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎの出力を昇圧する。光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎを直列接続したものは、ストリング１１０Ｓとして取り扱うことができる。
光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎは、この順に直列に接続され、接続箱２に接続されている。光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎを直列接続したものは、ストリング１２０Ｓとして取り扱うことができる。なお、光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎをそれぞれ直列接続された２つの電池の記号で示すのは、Ｇｅセル１３０とＧａＩｎＡｓセル１６０を表すためである。
このように、集光型太陽電池１００Ａ１〜１００Ａｎは、それぞれ、ストリング１１０Ｓに含まれる光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎと、ストリング１２０Ｓに含まれる光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎとで構成される。
また、接続箱２は、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎと、光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎとを並列に接続する。つまり、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎと、光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎとは、接続箱２に対して並列に接続されている。このため、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎと、光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎとは、それぞれ、電気回路としては互いに独立している。すなわち、光電変換セル１１０−１と光電変換セル１２０−１とは、電気回路としては互いに独立しており、光電変換セル１１０−ｎと光電変換セル１２０−ｎとは、電気回路としては互いに独立している。これは、ｎの数が幾つであっても、任意のｎにおいて同様である。
また、接続箱２の出力側には、パワーコンディショナー３が接続されている。パワーコンディショナー３は、ストリング１１０Ｓと１２０Ｓから出力される直流電力を交流電力に変換する装置である。このようなパワーコンディショナー３としては、インバータを用いることができる。
ここで、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎと、光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎとは、接続箱２に対して並列に接続されており、接続箱２の出力側にはパワーコンディショナー３が直列に接続されている。このため、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎと、光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎとは、パワーコンディショナー３に対して並列に接続されている。
すなわち、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎからパワーコンディショナー３に至るまでの回路が光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎの出力回路１１０Ｘであり、光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎからパワーコンディショナー３に至るまでの回路が光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎの出力回路１２０Ｘである。
以上のような回路構成を有する集光型太陽電池モジュール１００の集光型太陽電池１００Ａ１〜１００Ａｎでは、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎと、光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎとは、それぞれ、直列には接続されておらず、パワーコンディショナー３に対して並列に接続されている。
すなわち、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎの出力回路と、光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎの出力回路とは、独立している。
このため、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎと、光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎとは、それぞれ、電気回路としては互いに独立している。すなわち、光電変換セル１１０−１と光電変換セル１２０−１とは、電気回路としては互いに独立しており、光電変換セル１１０−ｎと光電変換セル１２０−ｎとは、電気回路としては互いに独立している。これは、ｎの数が幾つであっても、任意のｎにおいて同様である。
従って、集光型太陽電池モジュール１００では、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎ と、光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎとの出力が互いに影響し合うことなく、独立的に取り出される。また、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎを、昇圧装置１を介して接続箱２に接続しているので、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎからの出力が低下しても、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎの出力と光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎの出力とを合わせて取り出すことができる。
すなわち、朝夕のように、大気中における光路が日中よりも長くなり、短波長の光の散乱が長波長の光よりも顕著になる状況において、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎの効率が低下しても、光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎの効率に影響が生じることを抑制できる。
以上より、実施の形態１によれば、短波長帯用のセルによる変換効率の律速を抑制し、高効率化を図った集光型太陽電池モジュール１００を提供することができる。
集光型太陽電池モジュール１００では、光電変換セル１１０のバンドギャップは、１．８ｅＶであり、ＧａＩｎＡｓセル１６０のバンドギャップは、１．４ｅＶであり、Ｇｅセル１３０のバンドギャップは、０．６７ｅＶである。
このため、１．８ｅＶ、１．４ｅＶ、０．６７ｅＶという３種類のバンドギャップを有するセルを用いて、幅広い波長帯域において効率良く光電変換を行うことができる。
また、時間帯、季節、又は天気等の変動により、スペクトルが変動しやすい短波長の光を吸収する光電変換セル１１０を、光電変換セル１２０から独立して電力を回収するようにした。
このため、短波長の光が散乱等の影響で減少してバンドギャップが１．８ｅＶの光電変換セル１１０の変換効率が低下しても、バンドギャップが１．４ｅＶのＧａＩｎＡｓセル１６０と、バンドギャップが０．６７ｅＶのＧｅセル１３０との変換効率に影響が生じることはない。
以上より、従来に比べてスペクトルの変動に対して発電量の変動が少なく、かつ発電効率の高い集光型太陽電池モジュール１００を提供することができる。
また、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎを、昇圧装置１を介して接続箱２に接続しているので、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎからの出力が低下しても、光電変換セル１１０−１〜１１０−ｎの出力と光電変換セル１２０−１〜１２０−ｎの出力とを合わせて取り出すことができる。
なお、上記では、昇圧装置と接続箱を用いて各ストリングをまとめ、単一のパワーコンディショナーに接続する方法を説明したが、これには限られない。例えば、各ストリングをそれぞれ異なるパワーコンディショナーに接続して最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御する方法や、昇圧装置および接続箱を用いずに、各ストリングごとにＭＰＰＴ制御を行うマルチストリング方式のパワーコンディショナーを用いる方法をとることも可能である。これらの方法によれば、より高効率の集光型太陽電池モジュール１００を提供することができる。
また、集光レンズ１０２で集光した光を光電変換セル１２０に案内するので、化合物半導体材料で作製されるサブセルを含む光電変換セル１２０の小型化を図ることができ、低コスト化を図った集光型太陽電池モジュール１００を提供することができる。
化合物半導体は材料組成によりバンドギャップエネルギーや格子定数が異なるので、太陽光の波長範囲を分担してエネルギー変換効率を高くする多接合型太陽電池が作製されている。多接合型太陽電池では、複数のセルが直列に接合されている。
現在では、ＧａＡｓとほぼ同じ格子定数であるＧｅ基板上に、格子整合材料を用いたＧｅセル／Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓセル／ＧａＩｎＰセルを含む３接合太陽電池（各セルのバンドギャップ：１．８８ｅＶ／１．４０ｅＶ／０．６７ｅＶ）が一般的である。
化合物半導体太陽電池は、Ｓｉ系太陽電池に比べて効率は２倍程度高いが、基板が高価、基板サイズが小さいなどの理由で、Ｓｉ系太陽電池よりも桁違いに高価である。このため、化合物半導体太陽電池は、人工衛星等のような宇宙用等の特殊用途で用いられてきた。
最近では安いプラスチックレンズと小さな太陽電池セルを組み合わせる集光型とすることで通常の平板型に比べて高価な化合物半導体の量を減らせるので、低コスト化を実現でき、地上用（地上での一般用途用）として実用化されている。
しかしながら、それでもＳｉを含めて太陽電池は、発電コストが高く、より一層の低コスト化が重要であり、エネルギー変換効率の向上、製造コストの低減が検討されている。
実施の形態１の集光型太陽電池モジュール１００は、ワイドギャップで比較的安価なアモルファスシリコンセル製の光電変換セル１１０を集光レンズ１０２に形成し、集光レンズ１０２で集光した光を光電変換セル１２０に案内している。これにより、比較的高価な光電変換セル１２０の小型化を可能にしている。
また、光電変換セル１１０と光電変換セル１２０とは、パワーコンディショナー３（図４参照）に対して並列に接続されている。すなわち、光電変換セル１１０と光電変換セル１２０とは、互いの出力回路が独立しており、互いの出力電流によって動作特性が律速されない構成になっている。
実施の形態１の集光型太陽電池モジュール１００は、このような構成を有するので、低コスト化と高効率化の両立を図ることができる。
なお、以上では、光電変換セル１２０が半導体製のサブセルと、化合物半導体製のサブセルとを含む形態について説明したが、光電変換セル１２０は、化合物半導体製のサブセルを含まずに、１又は複数の半導体製のサブセルを含んでもよい。
また、以上では、集光レンズ１０２の光入射面側に光電変換セル１１０を形成する形態について説明したが、光電変換セル１１０を集光レンズ１０２の光出射面側に形成してもよい。図５を用いてこのような変形例について説明する。
図５は、実施の形態１の第１変形例による集光型太陽電池１００Ｂの断面構造を示す図である。
集光型太陽電池１００Ｂは、筐体１０１、集光レンズ１０２、放熱板１０３、光電変換セル１１０Ｂ、及び光電変換セル１２０を含む。図５には矢印と太実線で光入射経路を示す。光電変換セル１１０Ｂは、集光レンズ１０２の光出射面側に形成されている。その他の構成は、図２に示す集光型太陽電池１００Ａと同様である。
このような構成にすると、光電変換セル１１０Ｂ及び１２０の両方を筐体１０１と集光レンズ１０２とで構築される空間の内部に配置することができるので、光電変換セル１１０Ｂを外界に露出しない構成にでき、耐久性の観点でより好ましい。
なお、光電変換セル１１０Ｂは、集光レンズ１０２の光出射面ではなく、集光レンズ１０２と光電変換セル１２０との間に配設されてもよい。
また、図６に示すような構成にすることもできる。
図６は、実施の形態１の第２変形例による集光型太陽電池１００Ｃの断面構造を示す図である。
集光型太陽電池１００Ｃは、集光ミラー１０２Ｃ、ステー１０１Ａ、光電変換セル１１０Ｃ、及び光電変換セル１２０を含む。図６には矢印と太実線で光入射経路を示す。光電変換セル１１０Ｃは、集光ミラー１０２Ｃの反射面に形成されている。
光電変換セル１１０Ｃを透過した光は、集光ミラー１０２Ｃで反射され、再び光電変換セル１１０Ｃを透過し、光電変換セル１２０に入射する。光電変換セル１２０は、図６において下側が光入射面であるため、図２及び図５に示す光電変換セル１２０とは天地を逆にした状態で配設される。
光電変換セル１２０は、集光ミラー１０２Ｃの焦点の近傍において、ステー１０１Ａで集光ミラー１０２Ｃに固定されている。
このような構成の集光型太陽電池１００Ｃにおいても、集光レンズ１０２を用いた集光型太陽電池１００Ａ及び１００Ｂと同様の効果が得られる。なお、光電変換セル１１０と集光ミラー１０２Ｃとの間に反射膜を形成することが好ましい。
＜実施の形態２＞
実施の形態２の集光型太陽電池モジュールは、実施の形態１の集光型太陽電池モジュール１００の光電変換セル１２０を変更したものである。その他の構成は同様であるため、同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
図７は、実施の形態２の集光型太陽電池モジュールの光電変換セル２２０を示す断面図である。光電変換セル２２０は、図３（Ｂ）に示す光電変換セル１２０の変わりに用いられる。
光電変換セル２２０は、電極１０、ＧａＡｓ基板２３０、ＧａＩｎＮＡｓセル２４０、トンネル接合層１５０、ＧａＡｓセル２６０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を含む。ＧａＩｎＮＡｓセル２４０とＧａＡｓセル２６０は、ともにＧａＡｓ基板２３０に格子整合する。
ＧａＩｎＮＡｓセル２４０とＧａＡｓセル２６０は、ともに、ＧａＡｓ系のサブセルである。ＧａＡｓ系のサブセルとは、ＧａＡｓ、又は、ＧａＡｓと格子定数の近いＧｅにほぼ格子整合し、ＧａＡｓ基板またはＧｅ基板上に結晶成長可能な材料系で形成されるサブセルのことである。ここでは、ＧａＡｓ、又は、ＧａＡｓと格子定数の近いＧｅにほぼ格子整合し、ＧａＡｓ基板またはＧｅ基板上に結晶成長可能な材料をＧａＡｓ格子整合系材料と称し、ＧａＡｓ格子整合系材料で構成されるサブセルをＧａＡｓ格子整合系材料サブセルと称す。
ＧａＡｓ基板２３０は、ｐ型のＧａＡｓ基板である。ＧａＡｓ基板２３０には、ＧａＩｎＮＡｓセル２４０が積層される。
ＧａＩｎＮＡｓセル２４０は、ｐ型のＧａＡｓ層２４１、ｐ型のＧａＩｎＮＡｓ層２４２、ｉ型のＧａＩｎＮＡｓ層２４３、ｎ型のＧａＩｎＮＡｓ層２４４、及びｎ型のＧａＡｓ層２４５を含む。これらの５つの層は、この順に、ＧａＡｓ基板２３０に積層されている。ＧａＩｎＮＡｓセル２４０のバンドギャップは、１．０ｅＶである。
ｐ型のＧａＡｓ層２４１、ｐ型のＧａＩｎＮＡｓ層２４２、ｉ型のＧａＩｎＮＡｓ層２４３、ｎ型のＧａＩｎＮＡｓ層２４４、及びｎ型のＧａＡｓ層２４５は、例えば、ＭＯＣＶＤ法で作製することができる。
ｐ型のＧａＡｓ層２４１とｐ型のＧａＩｎＮＡｓ層２４２を形成するための不純物としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）を用いればよく、ｎ型のＧａＩｎＮＡｓ層２４４とｎ型のＧａＡｓ層２４５を形成するための不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）を用いればよい。
ｐ型のＧａＡｓ層２４１は、ＢＳＦ層として設けられており、ｐ型のＧａＩｎＮＡｓ層２４２、ｉ型のＧａＩｎＮＡｓ層２４３、ｎ型のＧａＩｎＮＡｓ層２４４よりも大きなバンドギャップを有する材料で形成されている。
ｎ型のＧａＡｓ層２４５は、窓層として設けられており、ｐ型のＧａＩｎＮＡｓ層２４２、ｉ型のＧａＩｎＮＡｓ層２４３、ｎ型のＧａＩｎＮＡｓ層２４４よりも大きなバンドギャップを有する材料で形成されている。
ＧａＡｓセル２６０は、ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ層２６１、ｐ型のＧａＡｓ層２６２、ｎ型のＧａＡｓ層２６３、及びｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＰ層２６４を含む。これらの４つの層は、この順に、トンネル接合層１５０の上に積層されている。ＧａＡｓセル２６０のバンドギャップは、１．４２ｅＶである。
ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ層２６１、ｐ型のＧａＡｓ層２６２、ｎ型のＧａＡｓ層２６３、及びｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＰ層２６４は、例えば、ＭＯＣＶＤ法で作製することができる。
ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ層２６１とｐ型のＧａＡｓ層２６２を形成するための不純物としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）を用いればよく、ｎ型のＧａＡｓ層２６３とｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＰ層２６４を形成するための不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）を用いればよい。
ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ層２６１は、ＢＳＦ（Back Surface Field）層として設けられており、ＧａＡｓ層２６２及び２６３よりも大きなバンドギャップを有する材料で形成されている。
ｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＰ層２６４は、窓層として設けられており、ＧａＡｓ層２６２及び２６３よりも大きなバンドギャップを有する材料で形成されている。
なお、ＧａＩｎＮＡｓセル２４０とＧａＡｓセル２６０との間のトンネル接合層１５０（ｎ＋型のＧａＡｓ層１５１及びｐ＋型のＧａＡｓ層１５２）の代わりに、ｎ＋型のＧａＩｎＰとｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層との接合で構成されるトンネル接合層を用いてもよい。
実施の形態２の集光型太陽電池モジュールは、基本的に、バンドギャップが１．８ｅＶ／１．４ｅＶ／１．０ｅＶの３つのセルを直列的に接合した多接合型の太陽電池と同様な特性が得られる。
以上より、実施の形態２によれば、短波長帯用のセルによる変換効率の律速を抑制し、高効率化を図った集光型太陽電池モジュールを提供することができる。
また、時間帯、季節、又は天気等の変動により、スペクトルが変動しやすい短波長の光を吸収する光電変換セル１１０を、光電変換セル２２０から独立して電力を回収するようにした。
このため、短波長の光が散乱等の影響で減少してバンドギャップが１．８ｅＶの光電変換セル１１０の変換効率が低下しても、バンドギャップが１．４２ｅＶのＧａＡｓセル２６０と、バンドギャップが１．０ｅＶのＧａＩｎＮＡｓセル２４０との変換効率に影響が生じることはない。
以上より、従来に比べてスペクトルの変動に対して発電量の変動が少なく、かつ発電効率の高い集光型太陽電池モジュールを提供することができる。
また、集光レンズ１０２で集光した光を光電変換セル２２０に案内するので、化合物半導体材料で作製されるサブセルを含む光電変換セル２２０の小型化を図ることができ、低コスト化を図った集光型太陽電池モジュールを提供することができる。
また、実施の形態２の集光型太陽電池モジュールは、ボトムセルに１．０ｅＶのＧａＩｎＮＡｓセル２４０を用いたので、０．６７ｅＶのＧｅセル１３０を用いた実施の形態１の集光型太陽電池モジュール１００よりも出力電圧が高くなり、変換効率が向上する。
また、上述のように現在主流である、Ｇｅ基板を用いた格子整合型の３接合太陽電池は、電流バランスの観点からバンドギャップバランスが最適ではないが、実施の形態２によれば、短波長帯用のセルによる変換効率の律速を抑制し、高効率化を図った集光型太陽電池モジュールを提供することができる。
＜実施の形態３＞
実施の形態３の集光型太陽電池モジュールは、実施の形態１の集光型太陽電池モジュール１００の光電変換セル１２０を変更したものである。その他の構成は同様であるため、同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
図８は、実施の形態３の集光型太陽電池モジュールの光電変換セル３２０を示す断面図である。光電変換セル３２０は、図３（Ｂ）に示す光電変換セル１２０の変わりに用いられる。
光電変換セル３２０は、電極１０、ＩｎＰ基板３３０、ＧａＩｎＡｓセル３４０、トンネル接合層３５０、ＧａＩｎＰＡｓセル３６０、トンネル接合層３７０、ＩｎＰセル３８０、コンタクト層３９０Ａ、及び電極５０を含む。
ＧａＩｎＡｓセル３４０、ＧａＩｎＰＡｓセル３６０、及びＩｎＰセル３８０は、ＩｎＰ基板３３０に格子整合する。
ＧａＩｎＡｓセル３４０、ＧａＩｎＰＡｓセル３６０、及びＩｎＰセル３８０は、ＩｎＰにほぼ格子整合し、ＩｎＰ基板３３０の上に結晶成長可能な材料系で形成されるサブセルのことである。ここでは、ＩｎＰにほぼ格子整合し、ＩｎＰ基板３３０の上に結晶成長可能な材料をＩｎＰ格子整合系材料と称し、ＩｎＰ格子整合系材料で構成されるサブセルをＩｎＰ格子整合系材料サブセルと称す。
ＩｎＰ基板３３０は、ｐ型のインジウム燐（ＩｎＰ）基板である。
ＧａＩｎＡｓセル３４０は、ＩｎＰ基板３３０に積層されており、ｐ型のＩｎＰ層３４１、ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層３４２、ｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層３４３、及びｎ型のＩｎＰ層３４４を含む。これらの４つの層は、この順に、ＩｎＰ基板３３０に積層されている。ＧａＩｎＡｓセル３４０のバンドギャップは、０．７５ｅＶである。
ｐ型のＩｎＰ層３４１、ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層３４２、ｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層３４３、及びｎ型のＩｎＰ層３４４は、例えば、ＭＯＣＶＤ法でＩｎＰ基板３３０の上に作製することができる。
ｐ型のＩｎＰ層３４１とｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層３４２を形成するための不純物としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）を用いればよく、ｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層３４３とｎ型のＩｎＰ層３４４を形成するための不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）を用いればよい。
ｐ型のＩｎＰ層３４１は、ＢＳＦ層として設けられており、ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層３４２とｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層３４３よりも大きなバンドギャップを有する材料で形成されている。
ｎ型のＩｎＰ層３４４は、窓層として設けられており、ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層３４２とｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層３４３よりも大きなバンドギャップを有する材料で形成されている。
トンネル接合層３５０は、ＧａＩｎＡｓセル３４０の光入射側に配置され、ｎ＋型のＩｎＰ層３５１とｐ＋型のＡｌ（ｘ）ＩｎＡｓ層３５２を有する。トンネル接合層３５０は、例えば、ＭＯＣＶＤ法でＧａＩｎＡｓセル３４０の上に作製することができる。
導電型をｎ＋型にする不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）を用いることができ、導電型をｐ＋型にする不純物としては、例えば、Ｃ（炭素）を用いることができる。
ｎ＋型のＩｎＰ層３５１とｐ＋型のＡｌ（ｘ）ＩｎＡｓ層３５２とは、高濃度にドーピングされた薄いｐｎ接合を構成する。
トンネル接合層３５０のｎ＋型のＩｎＰ層３５１とｐ＋型のＡｌ（ｘ）ＩｎＡｓ層３５２は、ともにＧａＩｎＰＡｓセル３６０よりも高濃度にドーピングされている。トンネル接合層３５０は、ＧａＩｎＰＡｓセル３６０のｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ（ｙ）Ａｓ層３６２と、ＧａＩｎＡｓセル３４０のｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層３４３との間を（トンネル接合により）電流が流れるようにするために設けられる接合層である。
ＧａＩｎＰＡｓセル３６０は、ｐ型のＩｎＰ層３６１、ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ（ｙ）Ａｓ層３６２、ｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ（ｙ）Ａｓ層３６３、及びｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＡｓ層３６４を含む。これらの４つの層は、この順に、トンネル接合層３５０の上に積層されている。ＧａＩｎＰＡｓセル３６０のバンドギャップは、１．０ｅＶである。
ｐ型のＩｎＰ層３６１、ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ（ｙ）Ａｓ層３６２、ｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ（ｙ）Ａｓ層３６３、及びｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＡｓ層３６４は、例えば、ＭＯＣＶＤ法で作製することができる。
ｐ型のＩｎＰ層３６１とｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ（ｙ）Ａｓ層３６２を形成するための不純物としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）を用いればよく、ｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ（ｙ）Ａｓ層３６３とｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＡｓ層３６４を形成するための不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）を用いればよい。
トンネル接合層３７０は、ＧａＩｎＰＡｓセル３６０の光入射側に配置され、ｎ＋型のＩｎＰ層３７１とｐ＋型のＡｌ（ｘ）ＩｎＡｓ層３７２を有する。トンネル接合層３７０は、例えば、ＭＯＣＶＤ法でＧａＩｎＰＡｓセル３６０の上に作製することができる。
導電型をｎ＋型にする不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）を用いることができ、導電型をｐ＋型にする不純物としては、例えば、Ｃ（炭素）を用いることができる。
ｎ＋型のＩｎＰ層３７１とｐ＋型のＡｌ（ｘ）ＩｎＡｓ層３７２とは、高濃度にドーピングされた薄いｐｎ接合を構成する。
トンネル接合層３７０のｎ＋型のＩｎＰ層３７１とｐ＋型のＡｌ（ｘ）ＩｎＡｓ層３７２は、ともにＩｎＰセル３８０よりも高濃度にドーピングされている。トンネル接合層３７０は、ＩｎＰセル３８０のｐ型のＩｎＰ層３８２と、ＧａＩｎＰＡｓセル３６０のｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ（ｙ）Ａｓ層３６３との間を（トンネル接合により）電流が流れるようにするために設けられる接合層である。
ＩｎＰセル３８０は、トンネル接合層３７０の光入射側に配置され、ｐ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＡｓ層３８１、ｐ型のＩｎＰ層３８２、ｎ型のＩｎＰ層３８３、ｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＡｓ層３８４、及びｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ層３８５を含む。
これらの５つの層は、この順に、トンネル接合層３７０の上に積層されている。ＩｎＰセル３８０のバンドギャップは、１．３５ｅＶである。
ｐ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＡｓ層３８１、ｐ型のＩｎＰ層３８２、ｎ型のＩｎＰ層３８３、ｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＡｓ層３８４、及びｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ層３８５は、例えば、ＭＯＣＶＤ法で作製することができる。
ｐ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＡｓ層３８１とｐ型のＩｎＰ層３８２を形成するための不純物としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）を用いればよい。また、ｎ型のＩｎＰ層３８３、ｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＡｓ層３８４、及びｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ層３８５を形成するための不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）を用いればよい。
ｐ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＡｓ層３８１は、ＢＳＦ層として設けられており、ＩｎＰ層３８２及び３８３よりも大きなバンドギャップを有する材料で形成されている。
ｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＡｓ層３８４は、窓層として設けられており、ＩｎＰ層３８２及び３８３よりも大きなバンドギャップを有する材料で形成されている。
ｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ層３８５は、ｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＡｓ層３８４の光入射側に設けられ、引っ張り歪を有する薄いＧａＩｎＰ表面層である。このＧａＩｎＰ表面層の厚さは、格子緩和が発生する臨界膜厚以下の厚さである。
コンタクト層３９０Ａは、ｎ＋型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層で構成されている。コンタクト層３９０Ａは、主に、電極５０とオーミック接続するためにＩｎＰセル３８０に積層される層である。なお、電極５０の下に位置する部分以外のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層は、ＩｎＰセル３８０で光を吸収する前に、光を吸収するため、エッチングで除去してある。
実施の形態３の集光型太陽電池モジュールは、基本的に、バンドギャップが１．８ｅＶ／１．３５ｅＶ／１．０ｅＶ／０．７５ｅＶの４つのセルを直列的に接合した多接合型の太陽電池と同様な特性が得られる。
実施の形態３では、光電変換セル３２０が３接合型であるので、実施の形態１、２の２接合型の光電変換セル１２０、２２０に比べて変換効率が向上する。
以上より、実施の形態３によれば、短波長帯用のセルによる変換効率の律速を抑制し、高効率化を図った集光型太陽電池モジュールを提供することができる。
また、時間帯、季節、又は天気等の変動により、スペクトルが変動しやすい短波長の光を吸収する光電変換セル１１０を、光電変換セル３２０から独立して電力を回収するようにした。
このため、短波長の光が散乱等の影響で減少してバンドギャップが１．８ｅＶの光電変換セル１１０の変換効率が低下しても、バンドギャップが１．３５ｅＶのＩｎＰセル３８０と、バンドギャップが１．０ｅＶのＧａＩｎＰＡｓセル３６０と、バンドギャップが０．７５ｅＶのＧａＩｎＡｓセル３４０の変換効率に影響が生じることはない。
以上より、従来に比べてスペクトルの変動に対して発電量の変動が少なく、かつ発電効率の高い集光型太陽電池モジュールを提供することができる。
また、集光レンズ１０２で集光した光を光電変換セル３２０に案内するので、化合物半導体材料で作製されるサブセルを含む光電変換セル３２０の小型化を図ることができ、低コスト化を図った集光型太陽電池モジュールを提供することができる。
＜実施の形態４＞
実施の形態４の集光型太陽電池モジュールは、実施の形態１の集光型太陽電池モジュール１００の光電変換セル１２０を変更したものである。その他の構成は同様であるため、同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
図９は、実施の形態４の集光型太陽電池モジュールの光電変換セル４２０を示す断面図である。光電変換セル４２０は、図３（Ｂ）に示す光電変換セル１２０の変わりに用いられる。
光電変換セル４２０は、電極１０、Ｇｅセル１３０、トンネル接合層１５０Ａ、ＧａＩｎＮＡｓセル２４０、トンネル接合層１５０Ｂ、ＧａＩｎＡｓセル１６０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を含む。
すなわち、光電変換セル４２０は、光入射側からＧａＩｎＡｓセル１６０（１．４０ｅＶ）、ＧａＩｎＮＡｓセル２４０（１．０ｅＶ）、及びＧｅセル１３０（０．６７ｅＶ）の３つのサブセルを含む。
ＧａＩｎＡｓセル１６０とＧｅセル１３０は、実施の形態１の光電変換セル１２０に含まれるものと同一であり、ＧａＩｎＮＡｓセル２４０は、実施の形態２の光電変換セル２２０に含まれるものと同一であるため、ここでは説明を省略する。
ＧａＩｎＡｓセル１６０とＧａＩｎＮＡｓセル２４０は、ともに、ＧａＡｓ系のサブセルである。ＧａＡｓ系のサブセルとは、ＧａＡｓ、又は、ＧａＡｓと格子定数の近いＧｅにほぼ格子整合し、ＧａＡｓ基板またはＧｅ基板上に結晶成長可能な材料系で形成されるサブセルのことである。ここでは、ＧａＡｓ、又は、ＧａＡｓと格子定数の近いＧｅにほぼ格子整合し、ＧａＡｓ基板またはＧｅ基板上に結晶成長可能な材料をＧａＡｓ格子整合系材料と称し、ＧａＡｓ格子整合系材料で構成されるサブセルをＧａＡｓ格子整合系材料サブセルと称す。
また、基板としてＧｅ基板１３１を用いる場合は、臨界膜厚以下でＧｅに格子整合する化合物半導体で作製されるサブセルもＧａＡｓ格子整合系材料サブセルと称す。
トンネル接合層１５０Ａと１５０Ｂは、実施の形態１の光電変換セル１２０に含まれるトンネル接合層１５０と同一であり、１．４２ｅＶのバンドギャップを有する。
なお、トンネル接合層１５０Ａ及び１５０Ｂとして、ｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層とｎ＋型のＧａＩｎＰとを接合させたトンネル接合層を用いてもよい。
実施の形態４の集光型太陽電池モジュールは、基本的に、バンドギャップが１．８ｅＶ／１．４ｅＶ／１．０ｅＶ／０．６７ｅＶの４つのセルを直列的に接合した多接合型の太陽電池と同様な特性が得られる。
実施の形態４では、光電変換セル４２０が３接合型であるので、実施の形態１、２の２接合型の光電変換セル１２０、２２０に比べて変換効率が向上する。
以上より、実施の形態４によれば、短波長帯用のセルによる変換効率の律速を抑制し、高効率化を図った集光型太陽電池モジュールを提供することができる。
また、時間帯、季節、又は天気等の変動により、スペクトルが変動しやすい短波長の光を吸収する光電変換セル１１０を、光電変換セル４２０から独立して電力を回収するようにした。
このため、短波長の光が散乱等の影響で減少してバンドギャップが１．８ｅＶの光電変換セル１１０の変換効率が低下しても、バンドギャップが１．４ｅＶのＧａＩｎＡｓセル１６０と、バンドギャップが１．０ｅＶのＧａＩｎＮＡｓセル２４０と、バンドギャップが０．６７ｅＶのＧｅセル１３０の変換効率に影響が生じることはない。
以上より、従来に比べてスペクトルの変動に対して発電量の変動が少なく、かつ発電効率の高い集光型太陽電池モジュールを提供することができる。
また、集光レンズ１０２で集光した光を光電変換セル４２０に案内するので、化合物半導体材料で作製されるサブセルを含む光電変換セル４２０の小型化を図ることができ、低コスト化を図った集光型太陽電池モジュールを提供することができる。
＜実施の形態５＞
実施の形態５の集光型太陽電池モジュールは、実施の形態１の集光型太陽電池モジュール１００の光電変換セル１２０を変更したものである。その他の構成は同様であるため、同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
図１０は、実施の形態５の集光型太陽電池モジュールの光電変換セル５２０を示す断面図である。光電変換セル５２０は、図３（Ｂ）に示す光電変換セル１２０の変わりに用いられる。
光電変換セル５２０は、電極１０、ｐ型のＳｉ基板５１０、ＳｉＧｅセル５３０、ｎ型のＧａＩｎＰ層１４０、ｎ型のＧａＡｓバッファ層５４１、トンネル接合層１５０、ＧａＡｓセル２６０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を含む。
ＳｉＧｅセル５３０は、Ｓｉに格子整合しない半導体材料で形成されるサブセルであり、ＧａＡｓセル２６０は、Ｓｉに格子整合しない半導体材料で形成されるサブセルである。
Ｓｉに格子整合しない半導体材料、又は、Ｓｉに格子整合しない半導体材料で形成されるサブセルとは、Ｓｉ基板の上に、組成傾斜層のように格子定数を調整する層を介して積層可能なサブセルである。例えば、ＧａＡｓ系、ＧａＡｓとＩｎＰの間の格子定数を有する化合物半導体材料、又は、ＳｉとＧｅの間の格子定数を有する化合物半導体材料等によって作製されるサブセルである。
ｐ型のＳｉ基板５１０には、ＳｉＧｅセル５３０が積層される。
ＳｉＧｅセル５３０は、半導体製のセル（太陽電池）であり、ｐ型のＳｉＧｅ組成傾斜層５３１、ｐ型のＳｉＧｅ層５３２、及びｎ型のＳｉＧｅ層５３３を含む。これらの３つの層は、この順に、Ｓｉ基板５１０に積層されている。ＳｉＧｅセル５３０のバンドギャップは、０．７ｅＶである。
ｐ型のＳｉＧｅ組成傾斜層５３１、ｐ型のＳｉＧｅ層５３２、及びｎ型のＳｉＧｅ層５３３は、例えば、ＭＯＣＶＤ法で作製することができる。
ｐ型のＳｉＧｅ組成傾斜層５３１を形成するための不純物としては、例えば、ホウ素（Ｂ）を用いればよい。また、ｐ型のＳｉＧｅ層５３２を形成するための不純物としては、例えば、ホウ素（Ｂ）を用いればよく、ｎ型のＳｉＧｅ層５３３を形成するための不純物としては、例えば、リン（Ｐ）を用いればよい。
ｐ型のＳｉＧｅ組成傾斜層５３１は、Ｓｉ基板５１０と、ｐ型のＳｉＧｅ層５３２及びｎ型のＳｉＧｅ層５３３との間で、Ｓｉ基板５１０側からｐ型のＳｉＧｅ層５３２側にかけて、Ｓｉが多い組成からＧｅが多い組成になるように、組成に傾斜を持たせた層である。
このようなｐ型のＳｉＧｅ組成傾斜層５３１は、ＭＯＣＶＤ法で成膜する際に、不純物としてホウ素（Ｂ）を用いながら、ＳｉとＧｅの組成を連続的に調整することによって作製できる。
ＧａＩｎＰ層１４０は、１ｓｔ ＬａｙｅｒとしてＳｉＧｅセル５３０の上に設けられている。ＧａＩｎＰ層１４０を形成する際に、ｎ型のＧａＩｎＰ層１４０に含まれるリン（Ｐ）がｐ型のＳｉＧｅ層５３２の上層部に拡散することにより、ｐ型のＳｉＧｅ層５３２の上にｎ型のＳｉＧｅ層５３３が形成される。ｎ型のＧａＩｎＰ層１４０は、ｐ型のＳｉＧｅ層５３２の上にリン（Ｐ）を拡散してｎ型のＳｉＧｅ層５３３を形成するために形成される。
以上のように、実施の形態５ではＳｉ基板５１０の上に、ＧａＡｓと格子整合するＳｉＧｅ層５３２及び５３３を形成している。約２％のＳｉを添加することで格子定数がＧａＡｓと一致するため、ＳｉＧｅ層５３２及び５３３におけるＳｉの割合を２％に設定している。
ＳｉＧｅ組成傾斜層５３１におけるＳｉとＧｅの組成比は、Ｓｉ基板５１０側からＳｉＧｅ層５３２側にかけて、Ｓｉから徐々にＧｅの割合を増やしていき、最終的にＧｅの割合が９８％になるようにしている。これは、ＳｉＧｅ層５３２及び５３３におけるＳｉの割合（２％）と一致する。
ＳｉとＧａＡｓの熱膨張係数差（１０−６Ｋ−１）は、それぞれ、２．４と６．０であり、差は大きい。Ｇｅは５．５でありＧａＡｓに近い。ＳｉＧｅ組成傾斜層５３１は、熱膨張係数差の緩和も兼ねることができ、良好な化合物半導体を形成できる。なお、ＧａＡｓの格子定数となるＳｉＧｅセル５３０を用いる形態について説明したが、ＳｉとＧｅの間の格子定数となる組成を用いてもよい。また、光電変換セル５２０のサブセルは、Ｓｉに格子整合しない半導体材料およびＳｉに格子整合しない化合物半導体材料の少なくとも一方で形成されるものであればよい。
実施の形態５の集光型太陽電池モジュールは、基本的に、バンドギャップが１．８ｅＶ／１．４２ｅＶ／０．７ｅＶの３つのセルを直列的に接合した多接合型の太陽電池と同様な特性が得られる。
以上より、実施の形態５によれば、短波長帯用のセルによる変換効率の律速を抑制し、高効率化を図った集光型太陽電池モジュールを提供することができる。
また、時間帯、季節、又は天気等の変動により、スペクトルが変動しやすい短波長の光を吸収する光電変換セル１１０を、光電変換セル５２０から独立して電力を回収するようにした。
このため、短波長の光が散乱等の影響で減少してバンドギャップが１．８ｅＶの光電変換セル１１０の変換効率が低下しても、バンドギャップが１．４２ｅＶのＧａＡｓセル２６０と、バンドギャップが０．７ｅＶのＳｉＧｅセル５３０の変換効率に影響が生じることはない。
以上より、従来に比べてスペクトルの変動に対して発電量の変動が少なく、かつ発電効率の高い集光型太陽電池モジュールを提供することができる。
また、集光レンズ１０２で集光した光を光電変換セル５２０に案内するので、化合物半導体材料で作製されるサブセルを含む光電変換セル５２０の小型化を図ることができ、低コスト化を図った集光型太陽電池モジュールを提供することができる。
以上、本発明の例示的な実施の形態の集光型太陽電池について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
１００ 集光型太陽電池モジュール
１００Ａ、１００Ａ１〜１００Ａｎ、１００Ｂ、１００Ｃ 集光型太陽電池
１０１ 筐体
１０１Ａ ステー
１０２ 集光レンズ
１０２Ｃ 集光ミラー
１０３ 放熱板
１１０、１１０−１〜１１０−ｎ、１１０Ｂ 光電変換セル
１２０、１２０−１〜１２０−ｎ 光電変換セル
１３０ Ｇｅセル
１３１ ｐ型のＧｅ基板
１３２ ｎ型のＧｅ層
１４０ ｎ型のＧａＩｎＰ層
１４１ ｎ型のＧａＩｎＡｓバッファ層
１５０ トンネル接合層
１５１ ｎ＋型のＧａＡｓ層
１５２ ｐ＋型のＧａＡｓ層
１６０ ＧａＩｎＡｓセル
１６１ ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ層
１６２ ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層
１６３ ｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層
１６４ ｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＰ層
４０Ａ コンタクト層
５０ 電極
２２０ 光電変換セル
２３０ ＧａＡｓ基板
２４０ ＧａＩｎＮＡｓセル
２４１ ｐ型のＧａＡｓ層
２４２ ｐ型のＧａＩｎＮＡｓ層
２４３ ｉ型のＧａＩｎＮＡｓ層
２４４ ＧａＩｎＮＡｓ層
２４５ ｎ型のＧａＡｓ層
２６０ ＧａＡｓセル
２６１ ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ層
２６２ ｐ型のＧａＡｓ層
２６３ ｎ型のＧａＡｓ層
２６４ ｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＰ層
３２０ 光電変換セル
３３０ ＩｎＰ基板
３４０ ＧａＩｎＡｓセル
３４１ ｐ型のＩｎＰ層
３４２ ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層
３４３ ｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＡｓ層
３４４ ｎ型のＩｎＰ層
３５０ トンネル接合層
３６０ ＧａＩｎＰＡｓセル
３６１ ｐ型のＩｎＰ層
３６２ ｐ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ（ｙ）Ａｓ層
３６３ ｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ（ｙ）Ａｓ層
３６４ ｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＡｓ層
３７０ トンネル接合層
３７１ ｎ＋型のＩｎＰ層
３７２ ｐ＋型のＡｌ（ｘ）ＩｎＡｓ層
３８０ ＩｎＰセル
３８１ ｐ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＡｓ層
３８２ ｐ型のＩｎＰ層
３８３ ｎ型のＩｎＰ層
３８４ ｎ型の［Ａｌ（ｘ）Ｇａ］（ｙ）ＩｎＡｓ層
３８５ ｎ型のＧａ（ｘ）ＩｎＰ層
３９０Ａ コンタクト層
４２０ 光電変換セル
１５０Ａ、１５０Ｂ トンネル接合層
５２０ 光電変換セル
５１０ ｐ型のＳｉ基板
５３０ ＳｉＧｅセル
５３１ ｐ型のＳｉＧｅ組成傾斜層
５３２ ｐ型のＳｉＧｅ層
５３３ ｎ型のＳｉＧｅ層
５４１ ｎ型のＧａＡｓバッファ層
特開2007-201109号公報
Sol. Energy Mater. Sol. Cells 90 (2006) p.3068.

Claims (13)

  1. 集光素子と、
    前記集光素子の光入射面、前記集光素子の光出射面、又は、前記集光素子よりも光入射経路における奥側に配置され、第１バンドギャップを有する第１光電変換セルと、
    前記第１光電変換セルよりも前記光入射経路における奥側に配置され、前記第１バンドギャップよりも小さい第２バンドギャップを有し、前記集光素子で集光される光が入射される第２光電変換セルと、
    前記第１光電変換セルが出力する第１出力電流を出力する第１出力回路と、
    前記第１出力回路とは独立して構成され、前記第２光電変換セルが出力する第２出力電流を出力する第２出力回路と
    を含む、集光型太陽電池。
  2. 複数の集光素子と、
    前記複数の集光素子の光入射面、前記集光素子の光出射面、又は、前記集光素子よりも光入射経路における奥側にそれぞれ配置され、第１バンドギャップを有する、複数の第１光電変換セルと、
    前記複数の第１光電変換セルよりも前記光入射経路における奥側に配置され、前記第１バンドギャップよりも小さい第２バンドギャップを有し、前記集光素子で集光される光が入射される、複数の第２光電変換セルと、
    前記複数の第１光電変換セルが出力する第１出力電流を出力する第１出力回路と、
    前記第１出力回路とは独立して構成され、前記複数の第２光電変換セルが出力する第２出力電流を出力する第２出力回路と
    を含む、集光型太陽電池。
  3. 前記第１出力回路は、前記複数の第１光電変換セルを直列に接続したものであり、
    前記第２出力回路は、前記複数の第２光電変換セルを直列に接続したものである、請求項２記載の集光型太陽電池。
  4. 前記第２光電変換セルは、平面視で前記第１光電変換セルよりも小さい、請求項１乃至３のいずれか一項記載の集光型太陽電池。
  5. 前記第１出力回路と、前記第２出力回路とは、直流電力を交流電力に変換する電力変換器に互いに並列に接続される、請求項１乃至４のいずれか一項記載の集光型太陽電池。
  6. 前記第１出力回路は、昇圧装置を介して、前記第２出力回路と接続されている、請求項５記載の集光型太陽電池。
  7. 前記第１光電変換セルは、半導体材料で形成される半導体セルである、請求項１乃至６のいずれか一項記載の集光型太陽電池。
  8. 前記半導体セルは、アモルファスシリコンセルである、請求項７記載の集光型太陽電池。
  9. 前記第２光電変換セルは、
    基板と、
    前記基板の前記光入射経路における入射側に積層される複数のサブセルと
    を含み、
    前記複数のサブセルのバンドギャップは、前記光入射経路における入射側から奥側に向かって小さくなる、請求項１乃至８のいずれか一項記載の集光型太陽電池。
  10. 前記基板は、ＧａＡｓ基板又はＧｅ基板であり、前記複数のサブセルは、ＧａＡｓ系のサブセルである、請求項９記載の集光型太陽電池。
  11. 前記基板は、ＩｎＰ基板であり、前記複数のサブセルは、ＩｎＰ系のサブセルである、請求項９記載の集光型太陽電池。
  12. 前記基板は、Ｓｉ基板であり、前記複数のサブセルは、Ｓｉに格子整合しない半導体材料、又は、Ｓｉに格子整合しない化合物半導体材料で形成されるサブセルである、請求項９記載の集光型太陽電池。
  13. 前記集光素子は、集光レンズ又は集光ミラーである、請求項１乃至１２のいずれか一項記載の集光型太陽電池。
JP2015226716A 2014-11-25 2015-11-19 集光型太陽電池 Pending JP2016105475A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014237380 2014-11-25
JP2014237380 2014-11-25

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020010751A Division JP2020061941A (ja) 2014-11-25 2020-01-27 集光型太陽電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016105475A true JP2016105475A (ja) 2016-06-09

Family

ID=56011043

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015226716A Pending JP2016105475A (ja) 2014-11-25 2015-11-19 集光型太陽電池
JP2020010751A Pending JP2020061941A (ja) 2014-11-25 2020-01-27 集光型太陽電池

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020010751A Pending JP2020061941A (ja) 2014-11-25 2020-01-27 集光型太陽電池

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10686089B2 (ja)
JP (2) JP2016105475A (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10586884B2 (en) 2018-06-18 2020-03-10 Alta Devices, Inc. Thin-film, flexible multi-junction optoelectronic devices incorporating lattice-matched dilute nitride junctions and methods of fabrication
US11424377B2 (en) * 2020-10-08 2022-08-23 Globalfoundries U.S. Inc. Photodiode with integrated, light focusing element

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5902417A (en) * 1996-12-12 1999-05-11 Hughes Electornics Corporation High efficiency tandem solar cells, and operating method
JPH11214726A (ja) * 1998-01-23 1999-08-06 Sumitomo Electric Ind Ltd 積層型太陽電池
JP2000156518A (ja) * 1998-09-17 2000-06-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 太陽光発電システム
US20140261652A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Amberwave Inc. Solar celll
JP2014199915A (ja) * 2013-03-14 2014-10-23 株式会社リコー 化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4053327A (en) * 1975-09-24 1977-10-11 Communications Satellite Corporation Light concentrating solar cell cover
US4332974A (en) * 1979-06-28 1982-06-01 Chevron Research Company Multilayer photovoltaic cell
JPS62142372A (ja) * 1985-12-17 1987-06-25 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光電変換装置の作製方法
US5123968A (en) * 1989-04-17 1992-06-23 The Boeing Company Tandem photovoltaic solar cell with III-V diffused junction booster cell
US20080087323A1 (en) * 2005-05-09 2008-04-17 Kenji Araki Concentrator Solar Photovoltaic Power Generating Apparatus
JP4821033B2 (ja) 2006-01-25 2011-11-24 石塚硝子株式会社 集光型太陽光発電ユニットおよびその柱状光学ガラス部材
WO2008091290A2 (en) * 2006-07-28 2008-07-31 University Of Delaware High efficiency solar cell
WO2008041502A1 (fr) * 2006-09-28 2008-04-10 Sharp Kabushiki Kaisha Cellule solaire, module de génération de puissance photovoltaïque à concentration de lumière, unité de génération de puissance photovoltaïque à concentration de lumière, procédé de fabrication de cellule solaire et appareil de fabrication de cellule solaire
WO2009009111A2 (en) * 2007-07-10 2009-01-15 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University GaInNAsSB SOLAR CELLS GROWN BY MOLECULAR BEAM EPITAXY
CN101355109A (zh) * 2007-07-26 2009-01-28 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 太阳能电池组件及其制造设备
US7807920B2 (en) * 2007-10-30 2010-10-05 Opel, Inc. Concentrated solar photovoltaic module
WO2009092045A1 (en) * 2008-01-18 2009-07-23 Energy Innovations, Inc. Low-voltage tracking solar concentrator
US20100084924A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-08 Sunlight Photonics Inc. Apparatus and method for producing ac power
JP2011077295A (ja) 2009-09-30 2011-04-14 Asahi Kasei Electronics Co Ltd 接合型太陽電池
WO2012018649A2 (en) * 2010-08-06 2012-02-09 Spectrawatt, Inc. Cooperative photovoltaic networks and photovoltaic cell adaptations for use therein
JP2012182328A (ja) 2011-03-01 2012-09-20 Mitsubishi Electric Corp 薄膜太陽電池セルおよびその製造方法、薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法
JP2014123712A (ja) 2012-11-26 2014-07-03 Ricoh Co Ltd 太陽電池の製造方法
CN105190911B (zh) 2013-03-14 2018-04-20 株式会社理光 化合物半导体光伏电池和其制造方法
JP2014192444A (ja) * 2013-03-28 2014-10-06 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 検査装置および検査方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5902417A (en) * 1996-12-12 1999-05-11 Hughes Electornics Corporation High efficiency tandem solar cells, and operating method
JPH11214726A (ja) * 1998-01-23 1999-08-06 Sumitomo Electric Ind Ltd 積層型太陽電池
JP2000156518A (ja) * 1998-09-17 2000-06-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 太陽光発電システム
JP2014199915A (ja) * 2013-03-14 2014-10-23 株式会社リコー 化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法
US20140261652A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Amberwave Inc. Solar celll

Also Published As

Publication number Publication date
US10686089B2 (en) 2020-06-16
US20160149066A1 (en) 2016-05-26
JP2020061941A (ja) 2020-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9287431B2 (en) Superstrate sub-cell voltage-matched multijunction solar cells
US8912428B2 (en) High efficiency multijunction II-VI photovoltaic solar cells
CA2623192C (en) Photovoltaic cells
US8227689B2 (en) Solar cells having a transparent composition-graded buffer layer
US6316715B1 (en) Multijunction photovoltaic cell with thin 1st (top) subcell and thick 2nd subcell of same or similar semiconductor material
US20190013430A1 (en) Optoelectronic devices including dilute nitride
US20170018675A1 (en) Multi-junction photovoltaic micro-cell architectures for energy harvesting and/or laser power conversion
JPH05114747A (ja) 改良されたモノリシツクなタンデム型太陽電池
US20120125392A1 (en) TYPE-II HIGH BANDGAP TUNNEL JUNCTIONS OF InP LATTICE CONSTANT FOR MULTIJUNCTION SOLAR CELLS
US20150340528A1 (en) Monolithic tandem voltage-matched multijuntion solar cells
US10811551B2 (en) Tandem solar cell including metal disk array
US8080856B2 (en) Photoelectric structure and method of manufacturing thereof
Datas et al. Monolithic interconnected modules (MIM) for high irradiance photovoltaic energy conversion: A comprehensive review
CN106575681A (zh) 基于锑化物材料的多结光伏电池
JP2020061941A (ja) 集光型太陽電池
US20210288202A1 (en) Photovoltaic device
US20130174901A1 (en) Active solar cell and method of manufacture
US10861992B2 (en) Perovskite solar cells for space
JP2022509963A (ja) アルミニウム－ヒ素およびインジウム－リンベースのヘテロ接合による光起電セル、関連する多接合セル、および関連する方法
US9318637B2 (en) Solar cell with improved conversion efficiency
Bhattacharya Design and modeling of very high-efficiency multijunction solar cells
CN113921645A (zh) 单片的变质的多结太阳能电池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181009

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190730

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190731

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190927

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20191029