JP2018182985A

JP2018182985A - Photovoltaic generator

Info

Publication number: JP2018182985A
Application number: JP2017083250A
Authority: JP
Inventors: 錬司平瀬; Renji Hirase
Original assignee: Bigstep Co Ltd
Current assignee: Bigstep Co Ltd
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2018-11-15

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To extract larger power as the whole device in a photovoltaic device equipped with a multi-junction type photovoltaic module.SOLUTION: In a multi-junction solar cell 2, a plurality of photovoltaic cells having mutually different sensitivity wavelength bands in which photoelectric conversion occurs are connected in series. A dichroic mirror 4 separates light of a specific wavelength band out of incident ambient light and supplies it to a crystalline silicon solar cell 3 and supplies light other than the specific wavelength band to the multi-junction solar cell 2. The crystalline silicon solar cell 3 generates electric power on the basis of the light of a specific wavelength band separated by the dichroic mirror 4.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、多接合型の光発電モジュールを備えた光発電装置に関する。 The present invention relates to a photovoltaic device provided with a multijunction photovoltaic module.

一般に、シリコン系太陽電池の変換効率は、原理上９％程度が最高値であるとされている。これは素材であるシリコンのバンドギャップが関係しており、シリコンのみで光電変換できるエネルギー量に限りがあるためである。そこで、より高効率の太陽電池を実現すべく、複数の素材を積層することで異なるバンドギャップを併せ持つ多接合型太陽電池が注目され、その研究が進められている。 Generally, the conversion efficiency of a silicon-based solar cell is about 9% at its highest in principle. This is because the band gap of silicon which is a material is related, and the amount of energy which can be photoelectrically converted only by silicon is limited. Therefore, in order to realize a solar cell with higher efficiency, a multijunction solar cell having different band gaps by laminating a plurality of materials is attracting attention and its research has been advanced.

例えば、特許文献１には、設置場所、季節、時間帯による日射スペクトルに依存した出力変動を防止し、標準条件下だけでなく実際の設置場所での実発電量が最大となる多接合型薄膜太陽電池が開示されている。この太陽電池は、受光面側に位置するトップセルと、このトップセルに積層されたボトムセルとを有し、トップセルとボトムセルとの電流比率が所定の関係式を満たすように設定される。また、この特許文献１には、トップセルからボトムセルまでの各セルが直列に接続されているため、太陽電池全体として取り出せる電流量は、出力電流が最も小さいセルのそれによって決定、すなわち律速されることも記載されている。 For example, Patent Document 1 discloses a multi-junction thin film that prevents the output fluctuation depending on the solar radiation spectrum depending on the installation location, season, time zone, and maximizes the actual power generation amount at the actual installation location as well as standard conditions. Solar cells are disclosed. The solar cell has a top cell located on the light receiving surface side and a bottom cell stacked on the top cell, and the current ratio between the top cell and the bottom cell is set to satisfy a predetermined relational expression. Further, according to Patent Document 1, since each cell from the top cell to the bottom cell is connected in series, the amount of current that can be extracted as the entire solar cell is determined by that of the cell with the smallest output current, that is, rate-limited The thing is also described.

一方、多接合型太陽電池に関するものではないが、特許文献２には、光損失が少なく変換効率が高い光発電を実現するために、集光手段の色収差を利用した太陽光発電装置が開示されている。この太陽光発電装置は、集光手段に相当するフレネルレンズと、感度波長帯が異なる複数の太陽電池セルとによって構成されている。フレネルレンズは、光軸に対して平行に入射する入射光の集光とスペクトル分離とを行い、スペクトル分離された波長帯光ごとに光軸上の異なる位置で焦点を結ぶ。複数の太陽電池セルは、光軸方向に沿って、それぞれの感度波長帯に対応する波長帯光の焦点上に配置されている。 On the other hand, although it does not relate to a multijunction solar cell, Patent Document 2 discloses a solar power generation apparatus using the chromatic aberration of the light collecting means in order to realize photovoltaic power generation with low light loss and high conversion efficiency. ing. This solar power generation device is comprised by the Fresnel lens corresponded to a condensing means, and the several photovoltaic cell from which a sensitivity wavelength band differs. The Fresnel lens collects and spectrally separates incident light incident in parallel to the optical axis, and focuses the spectrally separated wavelength bands at different positions on the optical axis. The plurality of solar cells are disposed on the focal point of wavelength band light corresponding to each sensitivity wavelength band along the optical axis direction.

特開２０１５−１２０１７号公報JP, 2015-12017, A 国際公開第２０１１／０７４５３５号International Publication No. 2011/074535

上述した特許文献１にも記載されているように、複数の光電池セルが直列に接続された多接合型太陽電池では、発生する電流が最も小さい光電池セルの電流量に全体が律速する。その結果、例えば、ＩｎＧａＰをトップセル、（Ｉｎ）ＧａＡｓをミドルセル、Ｇｅをボトムセルとした化合物三接合型の太陽電池の場合、ボトムのＧｅセルのバンドギャップが小さいため、Ｇｅセルにて発生する電流が（Ｉｎ）ＧａＡｓセルやＧｅセルにて発生する電流よりも大きいにもかかわらず、その一部しか電力として取り出すことができない。 As described in Patent Document 1 described above, in a multijunction solar cell in which a plurality of photovoltaic cells are connected in series, the whole is limited by the current amount of the photovoltaic cell in which the generated current is the smallest. As a result, for example, in the case of a compound three-junction type solar cell in which InGaP is a top cell, (In) GaAs is a middle cell, and Ge is a bottom cell, the band gap of the bottom Ge cell is small. Although it is larger than the current generated in the (In) GaAs cell or Ge cell, only a part of it can be extracted as power.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、多接合型の光発電モジュールを備えた光発電装置において、装置全体としてより大きな電力を取り出すことである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to take out more power as a whole of a photovoltaic device provided with a multijunction photovoltaic module.

かかる課題を解決すべく、本発明は、第１の光発電モジュールと、光学系と、第２の光発電モジュールとを有する光発電装置を提供する。第１の光発電モジュールは、光電変換が生じる感度波長帯が互いに異なり、直列に接続された複数の光電池セルを有する多接合型のモジュールである。光学系は、特定波長帯の光を外光から分離すると共に、特定波長帯以外の光を第１の光発電モジュールに出射する。この特定波長帯は、第１の光発電モジュール全体の感度波長帯の一部であって、かつ、第１の光発電モジュールの出力電流を律速させる光電池セルの感度波長帯を除く。第２の光発電モジュールは、光学系によって分離された特定波長帯の光が入射される。 In order to solve such problems, the present invention provides a photovoltaic device including a first photovoltaic module, an optical system, and a second photovoltaic module. The first photovoltaic module is a multijunction module having a plurality of photovoltaic cells connected in series, which have different sensitivity wavelength bands in which photoelectric conversion occurs. The optical system separates the light of the specific wavelength band from the external light, and emits the light outside the specific wavelength band to the first photovoltaic module. The specific wavelength band is a part of the sensitivity wavelength band of the entire first photovoltaic module and excludes the sensitivity wavelength band of the photovoltaic cell that limits the output current of the first photovoltaic module. The second photovoltaic module receives light of a specific wavelength band separated by an optical system.

ここで、本発明において、上記第１の光発電モジュールは、少なくとも、第１の光電池セルと、第２の光電池セルとを有しており、上記特定波長帯は、第１の光発電モジュールにおいて出力電流量が最も小さい第１の光電池セルを除く、第２の光電池セルの感度波長帯の一部であることが好ましい。この場合、上記第２の光電池セルは、第１の光発電モジュールにおいてバンドギャップが最も小さいことが好ましい。また、上記第２の光発電モジュールは、自己の感度波長帯として、光学系によって分離された特定波長帯を含むことが望ましい。さらに、上記第１の光発電モジュールは、複数の化合物半導体よりなっていてもよい。 Here, in the present invention, the first photovoltaic module includes at least a first photovoltaic cell and a second photovoltaic cell, and the specific wavelength band corresponds to the first photovoltaic module. It is preferably part of the sensitivity wavelength band of the second photovoltaic cell except for the first photovoltaic cell with the smallest amount of output current. In this case, the second photovoltaic cell preferably has the smallest band gap in the first photovoltaic module. In addition, the second photovoltaic module preferably includes a specific wavelength band separated by an optical system as its own sensitivity wavelength band. Furthermore, the first photovoltaic module may be made of a plurality of compound semiconductors.

本発明によれば、光学系によって外光から特定波長帯の光が分離され、特定波長以外の光が第１の光発電モジュールに供給される。第１の光発電モジュールへの入射光として特定波長帯を除いた光を供給しても、これを除かない場合と比較して、第１の光発電モジュールによって生成される電力の総量は実質的に変わらない。光学系によって分離された特定波長帯の光は、第２の光発電モジュールに供給され、第２の光電池モジュールによって電気エネルギーに変換される。これにより、第２の光発電モジュールによって生成された電力の分だけ、光発電装置の全体として、より大きな電力を取り出すことができる。 According to the present invention, the light of the specific wavelength band is separated from the external light by the optical system, and the light other than the specific wavelength is supplied to the first photovoltaic module. Even when light other than the specific wavelength band is supplied as incident light to the first photovoltaic module, the total amount of power generated by the first photovoltaic module is substantially smaller than when not excluded. It does not change to The light of the specific wavelength band separated by the optical system is supplied to the second photovoltaic module and converted into electrical energy by the second photovoltaic module. As a result, larger power can be taken out of the photovoltaic device as a whole by the power generated by the second photovoltaic module.

本実施形態に係る光発電装置の全体構成図Overall configuration diagram of a photovoltaic device according to the present embodiment 多接合型太陽電池の構成図Configuration diagram of multi-junction solar cell 結晶シリコン太陽電池の構成図Diagram of crystalline silicon solar cell ダイクロックミラーの構成図Configuration diagram of die clock mirror 多接合型太陽電池の各セルの特性図Characteristic diagram of each cell of multijunction solar cell 多接合型太陽電池の感度波長帯の特性図Characteristic diagram of sensitivity wavelength band of multijunction solar cell 結晶シリコン太陽電池の感度波長帯の特性図Characteristic of sensitivity wavelength band of crystalline silicon solar cell

図１は、本実施形態に係る光発電装置の全体構成図である。この光発電装置１は、光発電モジュールとしての複数の太陽電池２，３と、これらの前段に配置された光学系としてのダイクロックミラー４とを主体に構成されている。多接合型太陽電池２は、直列に接続された複数の光電池セルよりなり、複数の素材（光電池セル）を積層することで互いに異なるバンドギャップを併せ持つ。ダイクロックミラー４は、自己に入射した外光のうち、特定波長帯の光を外光から分離して、特定波長帯が除去された光を多接合型太陽電池２に出射する。これにより、多接合型太陽電池２は、入射光の光エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力として出力する。一方、ダイクロックミラー４によって分離された特定波長帯の光は、結晶シリコン太陽電池３に出射される。これにより、結晶シリコン太陽電池３は、入射光の光エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力として出力する。それぞれの太陽電池２，３から出力された電力は、光発電装置１全体の電力として統合された上で外部に出力される。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of a photovoltaic device according to the present embodiment. The photovoltaic device 1 mainly includes a plurality of solar cells 2 and 3 as a photovoltaic module, and a dichroic mirror 4 as an optical system disposed in the front stage of these. The multijunction solar cell 2 is composed of a plurality of photovoltaic cells connected in series, and has different band gaps by laminating a plurality of materials (photovoltaic cells). The dichroic mirror 4 separates the light of the specific wavelength band from the external light among the external light incident on itself, and emits the light from which the specific wavelength band has been removed to the multi-junction solar cell 2. Thereby, the multijunction solar cell 2 converts the light energy of the incident light into electric energy and outputs it as electric power. On the other hand, the light of the specific wavelength band separated by the dichroic mirror 4 is emitted to the crystalline silicon solar cell 3. Thereby, the crystalline silicon solar cell 3 converts light energy of incident light into electric energy and outputs it as electric power. The power output from each of the solar cells 2 and 3 is integrated as the power of the entire photovoltaic device 1 and then output to the outside.

図２は、多接合型太陽電池２の構成図である。多接合型太陽電池２は、ハイブリット型太陽電池やタンデム型太陽電池とも呼ばれ、異なる性質・材質を有する複数の太陽電池を重ね合わせて作られる。このように、エネルギーバンドギャップの異なる太陽電池を重ね合わせて積層構造とし、全体として吸収できる光の感度波長帯（光電変換が生じる波長帯）を拡大することにより、幅広い波長帯の太陽光を効果的に利用することが可能になり、変換効率が向上する。本実施形態では、多接合型太陽電池２の一例として、トップの光電池セル２ａをＩｎＧａＰ（インジウム・ガリウム・リン）、ミドルの光電池セル２ｂを（Ｉｎ）ＧａＡｓ((インジウム）ガリウムヒ素）、ボトムの光電池セル２ｃをＧｅ（ゲルマニウム）とした化合物三接合型の太陽電池を用いる。多接合型太陽電池２の表面には、反射防止膜２ｄおよび表面電極２ｅが設けられており、その裏面には、裏面電極２ｆが設けられている。 FIG. 2 is a block diagram of the multijunction solar cell 2. The multijunction solar cell 2 is also called a hybrid solar cell or a tandem solar cell, and is made by superposing a plurality of solar cells having different properties and materials. In this way, solar cells with different energy band gaps are stacked to form a stacked structure, and by expanding the sensitivity wavelength band of light that can be absorbed as a whole (the wavelength band where photoelectric conversion occurs), solar light in a wide wavelength band is effective. It becomes possible to use it efficiently, and the conversion efficiency is improved. In this embodiment, as an example of the multijunction solar cell 2, the top photovoltaic cell 2a is InGaP (indium gallium phosphorus), the middle photovoltaic cell 2b is (In) GaAs ((indium) gallium arsenide), A compound three-junction solar cell in which the photovoltaic cell 2c is Ge (germanium) is used. An antireflective film 2d and a surface electrode 2e are provided on the surface of the multijunction solar cell 2, and a back electrode 2f is provided on the back surface thereof.

多接合型太陽電池２の表面に入射した光は、トップからボトムに至る光電池セル２ａ〜２ｃに順次入射し、それぞれの光電池セル２ａ〜２ｃにおいて光電変換が行われる。具体的には、まず、トップの光電池セル２ａでは、入射光のうちの一部である固有の波長帯の光エネルギーが電気エネルギーに変換され、この光電池セル２ａを透過した減衰光がミドルの電池セル２ｂに入射する。つぎに、ミドルの光電池セル２ｂでは、入射光のうちの一部である固有の波長帯の光エネルギーが電気エネルギーに変換され、この光電池セル２ｂを透過した減衰光がボトムの電池セル２ｃに入射する。最後に、ボトムの光電池セル２ｃでは、入射光のうちの一部である固有の波長帯の光エネルギーが電気エネルギーに変換される。このように、Ｐ層およびＮ層がトンネル接合された光電池セル２ａ〜２ｃのそれぞれにおいて、それぞれのセル固有の波長帯の光エネルギーが電気エネルギーに変換され、これらが統合されて多接合型太陽電池２全体の電力として出力される。 The light incident on the surface of the multijunction solar cell 2 sequentially enters the photovoltaic cells 2a to 2c from the top to the bottom, and photoelectric conversion is performed in each of the photovoltaic cells 2a to 2c. Specifically, first, in the top photovoltaic cell 2a, light energy of a specific wavelength band which is a part of incident light is converted into electrical energy, and the attenuated light transmitted through the photovoltaic cell 2a is the battery of the middle The light is incident on the cell 2b. Next, in the middle photovoltaic cell 2b, light energy in a specific wavelength band which is a part of the incident light is converted into electrical energy, and the attenuated light transmitted through the photovoltaic cell 2b enters the bottom battery cell 2c. Do. Finally, in the bottom photovoltaic cell 2c, light energy of a specific wavelength band, which is a part of incident light, is converted into electrical energy. Thus, in each of the photovoltaic cells 2a to 2c in which the P layer and the N layer are tunnel-junctioned, the light energy in the wavelength band unique to each cell is converted to electrical energy, and these are integrated to form a multijunction solar cell 2 is output as the entire power.

図３は、結晶シリコン太陽電池３の構成図である。この結晶シリコン太陽電池３は、Ｐ層およびＮ層がトンネル接合されたシリコンセル３ａと、このシリコンセル３ａの表面に設けられた反射防止膜３ｂおよび表面電極３ｃと、その裏面に設けられた裏面電極３ｄとを主体に構成されている。シリコンセル３ａでも、固有の波長帯の光エネルギーが電気エネルギーに変換され、この電気エネルギーが電力として出力される。 FIG. 3 is a block diagram of the crystalline silicon solar cell 3. This crystalline silicon solar cell 3 includes a silicon cell 3a in which a P layer and an N layer are tunnel junctioned, an antireflective film 3b and a surface electrode 3c provided on the surface of the silicon cell 3a, and a back surface provided on the back surface thereof. It is mainly composed of the electrode 3d. Also in the silicon cell 3a, light energy in a specific wavelength band is converted into electrical energy, and this electrical energy is output as electric power.

図４は、ダイクロックミラー４の構成図である。このダイクロックミラー４は、板状の透明部材４ａを主体に構成されている。透明部材４ａの表面には、誘電体多層膜４ｂがコートされており、その裏面には、反射防止膜４ｃや誘電体多層膜４ｄがコートされている。ダイクロックミラー４に入射した光（外光）は、予め設定された特定波長帯の光を反射し、特定波長帯以外の光、すなわち、特定波長帯の光が除かれた残存光を透過する。ダイクロックミラー４の反射光は、結晶シリコン太陽電池３に出射（供給）されると共に、その透過光は、多接合型太陽電池２に出射（供給）される。 FIG. 4 is a block diagram of the dichroic mirror 4. The dichroic mirror 4 mainly includes a plate-like transparent member 4a. The surface of the transparent member 4a is coated with a dielectric multilayer film 4b, and the rear surface thereof is coated with an antireflective film 4c and a dielectric multilayer film 4d. The light (external light) incident on the dichroic mirror 4 reflects light of a preset specific wavelength band and transmits light other than the specific wavelength band, that is, residual light from which the light of the specific wavelength band has been removed. . The reflected light of the dichroic mirror 4 is emitted (supplied) to the crystalline silicon solar cell 3, and the transmitted light is emitted (supplied) to the multijunction solar cell 2.

つぎに、本実施形態の特徴である波長分離による電力増大メカニズムについて説明する。図５は、多接合型太陽電池２の各セルの電流−電圧特性を示す図である。同図に示すように、ＩｎＧａＰセル単独では電圧Ｖ1，電流Ｉ1、（Ｉｎ）ＧａＡｓセル単独では電圧Ｖ2，電流Ｉ1、Ｇｅセル単独では電圧Ｖ3，電流Ｉ2をそれぞれ出力するものとする。これらの光電池セル２ａ〜２ｃを直列に接続して多接合化した場合、多接合型太陽電池２としての出力電圧は、（Ｖ1＋Ｖ2＋Ｖ3）となるが、その出力電流は、出力電流量が最も小さい光電池セル２ａ、２ｂのＩ1（最小電流）にて律速される。よって、バンドギャップが最も小さいボトムの光電池セル２ｃについて、出力電流Ｉ1を超えた分の電力領域Ａ（＝（Ｖ3×（Ｉ2−Ｉ1））は、多接合型太陽電池２の電力として取り出すことができず、無駄な電力となる。電力領域Ａ分の電力を有効に活用することができれば、光発電装置１の全体として、より大きな電力を取り出すことができる。 Next, the mechanism for increasing power by wavelength separation, which is a feature of the present embodiment, will be described. FIG. 5 is a diagram showing current-voltage characteristics of each cell of the multijunction solar cell 2. As shown in the figure, voltage V1 and current I1 in the InGaP cell alone, voltage V2 and current I1 in the (In) GaAs cell alone, and voltage V3 and current I2 in the Ge cell alone are respectively output. When these photovoltaic cells 2a to 2c are connected in series to form multiple junctions, the output voltage of the multijunction solar cell 2 is (V1 + V2 + V3), but the output current is the photovoltaic cell with the smallest amount of output current It is rate-limited by I1 (minimum current) of the cells 2a and 2b. Therefore, for the bottom photovoltaic cell 2c having the smallest band gap, the power region A (= (V3 × (I2-I1)) exceeding the output current I1 can be taken out as the power of the multijunction solar cell 2 If the power for the power range A can be effectively utilized, it is possible to extract larger power as the entire photovoltaic device 1.

図６は、多接合型太陽電池２の感度波長帯の特性図である。多接合型太陽電池２において、各電池セル２ａ〜２ｃの感度波長帯は互いに異なっており、これらが組み合わさることで、太陽光エネルギーの分布を広くカバーする。本実施形態では、ＩｎＧａＰよりなる光電池セル２ａの感度波長帯は２７０〜７００ｎｍ程度、（Ｉｎ）ＧａＡｓよりなる光電池セル２ｂのそれは７００〜９００ｎｍ程度、Ｇｅよりなる光電池セル２ｃのそれは９００〜１９００ｎｍ程度となっている。ここで、多接合型太陽電池２全体の感度波長帯２７０〜１９００ｎｍのうち、出力電流を律速させる光電池セル２ａ，２ｂのそれを除く波長帯９００〜１９００ｎｍについて、その一部が除去された光を入射するケースを考える。この場合、一部の波長帯が除去されたことに伴い、Ｇｅよりなる光電池セル２ｃの電力領域Ａが減少する。しかしながら、上述したように、電力領域Ａは、多接合型太陽電池２の電力として本来的に「取り出せない電力」であるから、この電力領域Ａが減少しても、多接合型太陽電池２より出力される電力の総量は実質的に変わらない。以上のような着眼に基づき、多接合型太陽電池２の入射光としては、外光（太陽光）そのものではなく、外光から「特定波長帯」が取り除かれた光が供給される。そして、「特定波長帯」の光については、多接合型太陽電池２とは別に設けられた結晶シリコン太陽電池３によって、別途、電気エネルギーに変換される。 FIG. 6 is a characteristic diagram of the sensitivity wavelength band of the multijunction solar cell 2. In the multijunction solar cell 2, the sensitivity wavelength bands of the battery cells 2a to 2c are different from each other, and by combining them, the distribution of solar energy is widely covered. In the present embodiment, the sensitivity wavelength band of the photovoltaic cell 2a made of InGaP is about 270 to 700 nm, that of the photovoltaic cell 2b made of (In) GaAs is about 700 to 900 nm, and that of the photovoltaic cell 2c made of Ge is about 900 to 1900 nm. It has become. Here, among the sensitivity wavelength bands 270 to 1900 nm of the entire multijunction solar cell 2, light from which part of the wavelength bands 900 to 1900 nm excluding those of the photovoltaic cells 2a and 2b for controlling the output current is removed Consider the incident case. In this case, the power region A of the photovoltaic cell 2c made of Ge is reduced as a part of the wavelength band is removed. However, as described above, since the power region A is inherently “power that can not be extracted” as the power of the multijunction solar cell 2, even if the power region A decreases, the multijunction solar cell 2 The total amount of power output does not change substantially. As the incident light of the multijunction solar cell 2, not the external light (sunlight) itself but the light in which the “specific wavelength band” is removed from the external light is supplied based on the above-mentioned attention. Then, the light of the “specific wavelength band” is separately converted into electric energy by the crystalline silicon solar cell 3 provided separately from the multijunction solar cell 2.

ここで、外光より分離される「特定波長帯」の条件としては、以下の事項が挙げられる。 Here, as the conditions of the “specific wavelength band” separated from the ambient light, the following matters may be mentioned.

（１）多接合型太陽電池２の感度波長帯の一部であること
多接合型太陽電池２の感度波長帯（２７０〜１９００ｎｍ）内でなければ、多接合型太陽電池２にて生じる光電変換に関与しない。多接合型太陽電池２は、短波長から長波長にわたる幅広い感度波長帯で光電変換を行うが、この感度波長帯の全域に亘って変換効率が均一というわけではなく、波長帯によって変換効率に差がある。この場合、比較的変換効率の低い波長帯を選択することが好ましい。例えば、上述した化合物三接合型の太陽電池の場合、Ｇｅよりなるボトムの光電池セル２ｃが担当する波長帯が特に広く、多くの光子を光電変換するため高い電流値となる（光電変換の回数＝叩き出す電子の数＝電流値）。また、この光電池セル２ｃが担当する波長帯の一部である１１００ｎｍ近辺の近赤外光については、変換効率が比較的低いとされている。 (1) A part of the sensitivity wavelength band of the multijunction solar cell 2 If it is not within the sensitivity wavelength band (270 to 1900 nm) of the multijunction solar cell 2, photoelectric conversion occurs in the multijunction solar cell 2. Not involved in The multijunction solar cell 2 performs photoelectric conversion in a wide sensitivity wavelength band ranging from short wavelength to long wavelength, but the conversion efficiency is not uniform over the entire sensitivity wavelength band, and the conversion efficiency differs depending on the wavelength band. There is. In this case, it is preferable to select a wavelength band with relatively low conversion efficiency. For example, in the case of the compound three-junction type solar cell described above, the wavelength band covered by the bottom photovoltaic cell 2c of Ge is particularly wide, and has a high current value because of photoelectric conversion of many photons (number of photoelectric conversions = Number of electrons thrown out = current value). In addition, the conversion efficiency is considered to be relatively low for near infrared light around 1100 nm, which is a part of the wavelength band that this photovoltaic cell 2c is in charge of.

（２）出力電流を律速させる光電池セルの感度波長帯を除くこと
多接合型太陽電池２の出力電流を律速させるトップおよびミドルの光電池セル２ａ，２ｂの感度波長帯（２７０〜９００ｎｍ）を取り除いてしまうと、多接合型太陽電池２の出力電流そのものが低下してしまう。特定波長帯の光を取り除く目的は、光電池セル２ａ〜３ｃの電流バランスを整え、図５の領域Ａで示した「取り出せない電力」を低減することである。よって、除去すべき波長帯は、多接合型太陽電池２における出力電流の律速とは無関係なボトムの光電池セル２ｃの感度波長帯（９００〜１９００ｎｍ）を対象とする必要がある。 (2) Excluding the sensitivity wavelength band of the photovoltaic cell that regulates the output current Remove the sensitivity wavelength bands (270 to 900 nm) of the top and middle photovoltaic cells 2a and 2b that regulate the output current of the multijunction solar cell 2. Then, the output current of the multijunction solar cell 2 itself is reduced. The purpose of removing the light of the specific wavelength band is to adjust the current balance of the photovoltaic cells 2a to 3c and to reduce the "unextractable power" shown in the region A of FIG. Therefore, the wavelength band to be removed needs to be set to the sensitivity wavelength band (900 to 1900 nm) of the bottom photovoltaic cell 2c which is irrelevant to the rate-limiting of the output current in the multijunction solar cell 2.

（３）特定波長帯の幅が適切であること
特定波長帯の幅があまり広いと、この特定波長帯を感度波長帯とする光電池セル２ｃの出力電流Ｉ2が他の出力電流Ｉ1よりも落ち込み、これによって、多接合型太陽電池２の出力電流が新たに律速されてしまう。そこで、実験やシミュレーションを通じて、光電池セル２ｃの出力電流Ｉ2が他の出力電流Ｉ1よりも落ち込まない範囲で、「特定波長帯」の幅を適切に設定することが重要である。 (3) The width of the specific wavelength band is appropriate If the width of the specific wavelength band is too wide, the output current I2 of the photovoltaic cell 2c having this specific wavelength band as the sensitivity wavelength band drops more than the other output current I1, As a result, the output current of the multijunction solar cell 2 is newly rate-limited. Therefore, it is important to appropriately set the width of the “specific wavelength band” within a range in which the output current I2 of the photovoltaic cell 2c does not fall below the other output currents I1 through experiments and simulations.

（４）結晶シリコン太陽電池３の感度波長帯に含まれること
上述したように、特定波長帯の光については、多接合型太陽電池２とは別に設けられた結晶シリコン太陽電池３によって、別途、電気エネルギーに変換される。よって、特定波長帯は、結晶シリコン太陽電池３にて対応可能な波長帯である必要がある。本実施形態では、光電池セル２ｃの感度波長帯（９００〜１９００ｎｍ）のうち、シリコン太陽電池３の感度波長帯を考慮して、特定波長帯を１１００ｎｍ近傍に設定している。この場合、ダイクロックミラー４は、入射した外光のうち、１１００ｎｍ近傍の波長帯の光を反射して結晶シリコン太陽電池３に供給すると共に、それ以外の光を透過して多接合型太陽電池２に供給する。 (4) Being included in the sensitivity wavelength band of the crystalline silicon solar cell 3 As described above, the light of the specific wavelength band is separately provided by the crystalline silicon solar cell 3 provided separately from the multi-junction type solar cell 2. It is converted to electrical energy. Therefore, the specific wavelength band needs to be a wavelength band that can be handled by the crystalline silicon solar cell 3. In the present embodiment, among the sensitivity wavelength bands (900 to 1900 nm) of the photovoltaic cells 2c, the specific wavelength band is set to about 1100 nm in consideration of the sensitivity wavelength band of the silicon solar cell 3. In this case, the dichroic mirror 4 reflects the light of the wavelength band near 1100 nm among the incident external light and supplies it to the crystalline silicon solar cell 3, and transmits the other light to the multijunction solar cell Supply to 2.

図７は、結晶シリコン太陽電池３の感度波長帯の特性図である。同図に示すように、結晶シリコン太陽電池３の感度波長帯は２７０〜１１００ｎｍ程度となっている。結晶シリコン太陽電池３は、ダイクロックミラー４より入射した１１００ｎｍ近傍の波長帯の光に基づいて電力を生成する。 FIG. 7 is a characteristic diagram of the sensitivity wavelength band of the crystalline silicon solar cell 3. As shown in the figure, the sensitivity wavelength band of the crystalline silicon solar cell 3 is about 270 to 1100 nm. The crystalline silicon solar cell 3 generates power based on light in a wavelength band near 1100 nm incident from the dichroic mirror 4.

このように、本実施形態によれば、ダイクロックミラー４によって外光から特定波長帯の光が分離される。この特定波長帯は、多接合型太陽電池２全体の感度波長帯の一部であって、多接合型太陽電池２の出力電流を律速させる光電池セル２ａ，２ｂ以外の感度波長帯を除いたものである。そのため、多接合型太陽電池２への入射光として、特定波長帯の光を取り除いても、多接合型太陽電池２より出力される電力の総量は実質的に変わらない。一方、ダイクロックミラー４によって分離された特定波長帯の光は、多接合型太陽電池２とは別に設けられた結晶シリコン太陽電池３に供給され、多接合型太陽電池２とは独立して電力が生成される。そして、光発電装置１全体としては、多接合型太陽電池２によって生成された電力と、結晶シリコン太陽電池３によって生成された電力とが合成されて出力される。これにより、結晶シリコン太陽電池３によって生成された電力の分だけ、図５の領域Ａで示した「取り出せない電力」を効率的に活用でき、光発電装置１の全体として、より大きな電力を取り出すことができる。 Thus, according to the present embodiment, the dichroic mirror 4 separates the light of the specific wavelength band from the external light. The specific wavelength band is a part of the entire sensitivity wavelength band of the multijunction solar cell 2 except for the sensitivity wavelength bands other than the photocell cells 2a and 2b that determine the output current of the multijunction solar cell 2. It is. Therefore, even if light of a specific wavelength band is removed as incident light to the multijunction solar cell 2, the total amount of power output from the multijunction solar cell 2 does not substantially change. On the other hand, the light of the specific wavelength band separated by the dichroic mirror 4 is supplied to the crystalline silicon solar cell 3 provided separately from the multijunction solar cell 2, and the power is supplied independently of the multijunction solar cell 2. Is generated. Then, the power generated by the multi-junction solar cell 2 and the power generated by the crystalline silicon solar cell 3 are combined and output as the entire photovoltaic device 1. As a result, the “power that can not be extracted” shown in the area A of FIG. 5 can be efficiently utilized by the amount of power generated by the crystalline silicon solar cell 3, and a larger amount of power is extracted as the photovoltaic device 1 as a whole. be able to.

なお、上述した実施形態では、光発電モジュールである多接合型太陽電池２として、ＩｎＧａＰ、（Ｉｎ）ＧａＡｓおよびＧｅといった複数の化合物半導体よりなる三接合型のものを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、選択すべき化合物半導体の材質、その組み合わせ、積層数などは任意に設定すればよい。また、多接合型太陽電池２は、化合物半導体に限らず、アモルファスシリコンおよび多結晶シリコンを重ね合わせたものであってもよい。 In the above-described embodiment, as the multijunction solar cell 2 which is a photovoltaic module, the three-junction type including a plurality of compound semiconductors such as InGaP, (In) GaAs, and Ge has been described as an example. Is not limited to this, and the material of the compound semiconductor to be selected, the combination thereof, the number of layers, etc. may be set arbitrarily. In addition, the multijunction solar cell 2 is not limited to the compound semiconductor, and may be a stack of amorphous silicon and polycrystalline silicon.

また、特定波長帯の設定に関して、設計上の自由度を高めるという観点でいえば、多接合型太陽電池２においてバンドギャップが最も小さい光電池セルに着目し、その感度波長帯の一部を特定波長帯として設定すれることが好ましい。また、結晶シリコン太陽電池３は、上述した特定波長帯を自己の感度波長帯として含むものであれば、これに限定されず、任意の材質・構造を有する光発電モジュールを広く用いることができる。 Further, with regard to setting of a specific wavelength band, in terms of enhancing the degree of freedom in design, attention is focused on the photovoltaic cell having the smallest band gap in the multijunction solar cell 2, and a part of the sensitivity wavelength band is specified wavelength It is preferable to set as a belt. In addition, the crystalline silicon solar cell 3 is not limited to the above-described specific wavelength band as long as it includes the specific wavelength band as its own sensitivity wavelength band, and a photovoltaic module having any material and structure can be widely used.

さらに、多接合型太陽電池２を補完する光発電モジュール（結晶シリコン太陽電池３）として、複数の太陽電池を用いてもよい。この場合、ダイクロックミラー４において、外光をより多くの光路に分割して出射し、感度波長帯が互いに異なる複数の光発電モジュールに供給すればよい。 Furthermore, a plurality of solar cells may be used as a photovoltaic module (crystalline silicon solar cell 3) that complements the multijunction solar cell 2. In this case, the ambient light may be divided into more optical paths and emitted by the dichroic mirror 4 and supplied to a plurality of photovoltaic modules having different sensitivity wavelength bands.

１光発電装置
２多接合型太陽電池
２ａ〜２ｃ光電池セル
２ｄ反射防止膜
２ｅ表面電極
２ｆ裏面電極
３結晶シリコン太陽電池
３ａシリコンセル
３ｂ反射防止膜
３ｃ表面電極
３ｄ裏面電極
４ダイクロックミラー
４ａ透明部材
４ｂ，４ｄ誘電体多層膜
４ｃ反射防止膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 photovoltaic device 2 multijunction solar cell 2a-2c photovoltaic cell 2d antireflective film 2e front surface electrode 2f back surface electrode 3 crystalline silicon solar cell 3a silicon cell 3b antireflective film 3c front surface electrode 3d back surface electrode 4 die clock mirror 4a transparent member 4b, 4d dielectric multilayer film 4c antireflective film

Claims

In photovoltaic devices,
A multijunction first photovoltaic module having a plurality of photovoltaic cells connected in series, wherein sensitivity wavelength bands in which photoelectric conversion occurs are different from each other;
Light of a specific wavelength band excluding a sensitivity wavelength band of the photovoltaic cell that is a part of the sensitivity wavelength band of the entire first photovoltaic module and that limits the output current of the first photovoltaic module from external light An optical system that separates and emits light other than the specific wavelength band to the first photovoltaic module;
And a second photovoltaic module into which the light of the specific wavelength band separated by the optical system is incident.

The first photovoltaic module comprises at least a first photovoltaic cell and a second photovoltaic cell,
The specific wavelength band is a part of the sensitivity wavelength band of the second photovoltaic cell except for the first photovoltaic cell having the smallest output current amount in the first photovoltaic module. The photovoltaic device according to claim 1.

The photovoltaic device according to claim 2, wherein the second photovoltaic cell has the smallest band gap in the first photovoltaic module.

The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 3, wherein the second photovoltaic module includes the specific wavelength band separated by the optical system as its own sensitivity wavelength band.

The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 4, wherein the first photovoltaic module is made of a plurality of compound semiconductors.