JP3220147B2 - 光電池のための光学的装置 - Google Patents
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、光を受光して、あらじめ定めた少なくと
も１箇所へと３次元的に誘導する装置に関する。また、
この装置と光の吸収面をもった光電機構との組み合わせ
に関する。
も１箇所へと３次元的に誘導する装置に関する。また、
この装置と光の吸収面をもった光電機構との組み合わせ
に関する。
背景技術 近年、太陽電池のシリコン層への光の捕獲技術がかな
りの注目を集めている。Appl.Phys.Lett.57（６）に載
ったWang等の報告によれば、最も効率の高いシリコン太
陽電池は標準的な試験環境で24.2％の効率をもつことが
計測されている。このような高性能のシリコン電池は光
がシリコンから逃れるまでにたどる道のりの長さを実質
的に増加させるべく、全反射の回数が複数倍に増加する
ように選択された幾何学的構造を広く取り入れている。
こうした光の捕獲方法はシリコンと空気の屈折率の大き
な違いのお陰で極めて効果的な設計を比較的単純に実現
できる。けれども、ガラスのような透明な媒体は屈折率
が1.5以下と小さいため、空気との境界部に達した光の
実質的に全量を透過媒体の内側において全反射させるこ
とはより困難である。その原因はガラスあるいは同様の
屈折率をもつ物質における光の脱出角度は約45度であ
り、結果としてガラス内部から空気との境界面に垂線に
対して45度以内の各度で達した光はすべて空気中に脱出
してしまうからである。
りの注目を集めている。Appl.Phys.Lett.57（６）に載
ったWang等の報告によれば、最も効率の高いシリコン太
陽電池は標準的な試験環境で24.2％の効率をもつことが
計測されている。このような高性能のシリコン電池は光
がシリコンから逃れるまでにたどる道のりの長さを実質
的に増加させるべく、全反射の回数が複数倍に増加する
ように選択された幾何学的構造を広く取り入れている。
こうした光の捕獲方法はシリコンと空気の屈折率の大き
な違いのお陰で極めて効果的な設計を比較的単純に実現
できる。けれども、ガラスのような透明な媒体は屈折率
が1.5以下と小さいため、空気との境界部に達した光の
実質的に全量を透過媒体の内側において全反射させるこ
とはより困難である。その原因はガラスあるいは同様の
屈折率をもつ物質における光の脱出角度は約45度であ
り、結果としてガラス内部から空気との境界面に垂線に
対して45度以内の各度で達した光はすべて空気中に脱出
してしまうからである。
集光型太陽電池に関しては、太陽電池の表面に光を導
くための光学技術について様々な方法や設計が提案され
ている。Mills及びGiutronichがSolar Energy 21（19
78）,pp.423−430で提案した構造もそのひとつで、ここ
ではガラスないし均等物の表面と裏面とが相互に適当な
角度をなし、それにより裏面で反射した光が表面のガラ
スと空気の境界面では脱出角度の範囲外の角度で入射す
るようにして、全面な内部反射を実現している。この構
造のもとでは、太陽電池は溝型部材の構造体の内部に捕
獲された光を受光できるように表面に対して垂直に溝型
部材の末端に配置される。この構造は図１に示される。
これは光を二次元方向に導く装置100の構成を示す側方
から眺めた断面図である。図１において、入射光線101
が三角形のガラス構造体103の表面102を通ってポイント
104Aに至り、反射鏡104がポイント104Aで反射した後、
ポイント102Aに至り、ポイント102Aにおいて表面102に
よりすべて内部反射して、ポイント104Bに向かう。そし
て、ポイント104Bにおいて反射鏡104により反射し、ポ
イント105Aに向かう。このポイント105Aにおいて光は太
陽電池106の表面105に遮られる。この構造の適用に関し
ては、反射鏡104で反射した光を表面の102とガラスと空
気の境界面ですべて内部反射させるために、θを大きく
取らなければならないという厳しい条件がある。θが大
きな値となる結果として、寸法Ｂに比べて寸法Ａを大き
くなる。これは、入射光線101の許容入射角度域が大幅
に小さくならないようにするために必要なことである、
さらに、この構造においてはいかなる光線も太陽電池に
は直接入光せず、入光するのはすべて反射光線である。
くための光学技術について様々な方法や設計が提案され
ている。Mills及びGiutronichがSolar Energy 21（19
78）,pp.423−430で提案した構造もそのひとつで、ここ
ではガラスないし均等物の表面と裏面とが相互に適当な
角度をなし、それにより裏面で反射した光が表面のガラ
スと空気の境界面では脱出角度の範囲外の角度で入射す
るようにして、全面な内部反射を実現している。この構
造のもとでは、太陽電池は溝型部材の構造体の内部に捕
獲された光を受光できるように表面に対して垂直に溝型
部材の末端に配置される。この構造は図１に示される。
これは光を二次元方向に導く装置100の構成を示す側方
から眺めた断面図である。図１において、入射光線101
が三角形のガラス構造体103の表面102を通ってポイント
104Aに至り、反射鏡104がポイント104Aで反射した後、
ポイント102Aに至り、ポイント102Aにおいて表面102に
よりすべて内部反射して、ポイント104Bに向かう。そし
て、ポイント104Bにおいて反射鏡104により反射し、ポ
イント105Aに向かう。このポイント105Aにおいて光は太
陽電池106の表面105に遮られる。この構造の適用に関し
ては、反射鏡104で反射した光を表面の102とガラスと空
気の境界面ですべて内部反射させるために、θを大きく
取らなければならないという厳しい条件がある。θが大
きな値となる結果として、寸法Ｂに比べて寸法Ａを大き
くなる。これは、入射光線101の許容入射角度域が大幅
に小さくならないようにするために必要なことである、
さらに、この構造においてはいかなる光線も太陽電池に
は直接入光せず、入光するのはすべて反射光線である。
発明の目的 この発明の目的は、光を受光し、あらかじめ定めた少
なくとも１箇所に向けて３次元的に誘導する装置、及び
その装置と光の吸収面をもった光電機構との組み合わせ
を提供することである。
なくとも１箇所に向けて３次元的に誘導する装置、及び
その装置と光の吸収面をもった光電機構との組み合わせ
を提供することである。
発明の開示 この発明の第１の態様は、光を受光してあらかじめ定
めた少なくとも１箇所に向けて３次元的に誘導する装置
であって、光をあらかじめ定めた少なくとも１箇所に向
けて３次元的に誘導する少なくとも１基の受光誘導部を
備える。
めた少なくとも１箇所に向けて３次元的に誘導する装置
であって、光をあらかじめ定めた少なくとも１箇所に向
けて３次元的に誘導する少なくとも１基の受光誘導部を
備える。
この受光誘導部は、全反射面と、少なくとも２つの反
射鏡とを備える。
射鏡とを備える。
全反射面は入射光を装置内部に伝達するとともに、装
置内から全反射の角度領域で入射した光をすべて装置内
で全反射する。
置内から全反射の角度領域で入射した光をすべて装置内
で全反射する。
前記反射鏡と全反射面は、全反射面を透過して装置内
部に導かれた光を反射し、前記あらかじめ定めた位置へ
と３次元方向へ誘導するために相互に共働する位置関係
に配置される。
部に導かれた光を反射し、前記あらかじめ定めた位置へ
と３次元方向へ誘導するために相互に共働する位置関係
に配置される。
この発明の第２の態様は、前記第１の態様に開示され
た少なくとも１つの受光誘導装置と、光の吸収面を備え
た少なくとも１つの光電機構との組み合わせである。吸
収面の少なくとも一部は前記受光誘導装置が反射、誘導
した光を吸収するのに適した所定の位置に配置される。
た少なくとも１つの受光誘導装置と、光の吸収面を備え
た少なくとも１つの光電機構との組み合わせである。吸
収面の少なくとも一部は前記受光誘導装置が反射、誘導
した光を吸収するのに適した所定の位置に配置される。
一般には、受光誘導部は対称形あるいは非対称形の中
実の傾斜した溝型部材で構成される。中実部は透明素材
で構成される。反射鏡は光を反射する性質の材料で覆う
ことで構成するか、あるいは全反射面と同一構成とす
る。別の構成として、溝型部材を対称形あるいは非対称
形の中空の傾斜した溝型部材とし、全反射面で覆う。後
者の場合、中空部は液体を含む透明な媒体で満たすこと
ができる。
実の傾斜した溝型部材で構成される。中実部は透明素材
で構成される。反射鏡は光を反射する性質の材料で覆う
ことで構成するか、あるいは全反射面と同一構成とす
る。別の構成として、溝型部材を対称形あるいは非対称
形の中空の傾斜した溝型部材とし、全反射面で覆う。後
者の場合、中空部は液体を含む透明な媒体で満たすこと
ができる。
一般には、受光誘導装置は複数の受光誘導部を備え
る。その数は、一般には２−1000個であり、さらに特定
すれば２−100個、さらに特定すれば４−20個である。
別の構成として受光誘導部は１個のみでも良い。受光誘
導装置が１個の受光誘導部をもつ場合には、装置それ自
体が受光誘導部となる。あるいは、受光誘導装置はレン
ガ、タイルあるいはパネルの一部といった構造要素を構
成し、前述の装置のように１個ないし複数の受光誘導部
を備える。
る。その数は、一般には２−1000個であり、さらに特定
すれば２−100個、さらに特定すれば４−20個である。
別の構成として受光誘導部は１個のみでも良い。受光誘
導装置が１個の受光誘導部をもつ場合には、装置それ自
体が受光誘導部となる。あるいは、受光誘導装置はレン
ガ、タイルあるいはパネルの一部といった構造要素を構
成し、前述の装置のように１個ないし複数の受光誘導部
を備える。
通常は光吸収面は光電機構の下面に設けられる。
一般に、前記第２の態様による複合装置は第１の態様
による複数のすなわち例えば２−10,000個の受光誘導装
置と、複数のすなわち例えば２−10,000個の光電機構と
を備える。あるいは、１個ないし複数の受光誘導部を備
えた１個の受光誘導装置と、１個ないし複数の光電機構
とで構成される。さらに別の構成を示せば、前記第２の
態様の複合装置は各々が１個ないし複数の受光誘導部を
備えた複数の受光誘導装置と、１個の光電機構とで構成
される。受光誘導装置が１個の受光誘導部を備える場合
には、装置それ自体が受光誘導部となる。典型的な場
合、前記第２の態様の装置は（屋根用パネルと壁面パネ
ルを含む）パネル類、ないしはタイルやレンガの形を取
る。あるいは、屋根用パネル、床パネル、ドアパネル、
ボンネットパネル及び他の車体用パネルのような自動車
用パネルの形を取る。
による複数のすなわち例えば２−10,000個の受光誘導装
置と、複数のすなわち例えば２−10,000個の光電機構と
を備える。あるいは、１個ないし複数の受光誘導部を備
えた１個の受光誘導装置と、１個ないし複数の光電機構
とで構成される。さらに別の構成を示せば、前記第２の
態様の複合装置は各々が１個ないし複数の受光誘導部を
備えた複数の受光誘導装置と、１個の光電機構とで構成
される。受光誘導装置が１個の受光誘導部を備える場合
には、装置それ自体が受光誘導部となる。典型的な場
合、前記第２の態様の装置は（屋根用パネルと壁面パネ
ルを含む）パネル類、ないしはタイルやレンガの形を取
る。あるいは、屋根用パネル、床パネル、ドアパネル、
ボンネットパネル及び他の車体用パネルのような自動車
用パネルの形を取る。
一般には、前記第２の態様においては第１の態様の受
光誘導装置はさらに、別の反射鏡面を備える。あるいは
前記２つの反射鏡面の一方に延長部を備える。これら
は、全反射面や２つの反射鏡面からの入射光を光の吸収
面に向けて直接反射するために、全反射面と光の吸収面
ないしは前記２つの反射鏡面に対して適切な位置関係を
もって配置される。
光誘導装置はさらに、別の反射鏡面を備える。あるいは
前記２つの反射鏡面の一方に延長部を備える。これら
は、全反射面や２つの反射鏡面からの入射光を光の吸収
面に向けて直接反射するために、全反射面と光の吸収面
ないしは前記２つの反射鏡面に対して適切な位置関係を
もって配置される。
光電機構は例えば光変換電池、より好ましくはｐ−ｎ
素子を用いた光電池のような太陽電池、アモルファス光
電池、ショットキー光電池、電気化学的光電池、MIS光
電池、ｎ−ｎ光電池、あるいはｐ−ｐ光電池などで構成
される。光電池は例えば太陽光線や、タングステン、蛍
光管、フォトダイオード、レーザーなどの光源からの光
を電気に変換する機能を有するものである。光電池の代
表的な例は太陽電池である。ｐ−ｎタイプの光電池、と
りわけｐ−ｎタイプの太陽電池にはシリコン、ゲルマニ
ウム、CdTe,CuInSe2、GaAs、AlGaAs、GaP、GaAsP、Si
C、InP及び他の光電活性半導体による半導体基材が特に
適している。半導体基材は薄いフィルム、単結晶あるい
は多結晶物質の状態で利用できる。また、連続相、分散
相いずれの形態でも良い。薄いフィルムがガラス、水
晶、風防用ガラスあるいは他の適当な上部層材料で構成
される透明な下部層ないしは上部層によって支持され
る。上部層が透明であれば、フィルム内の配列分子は上
部層を透過して照射される。半導体上部層は適当な反射
防止被膜と組み合わされ、反射防止のための有効な形状
配置を有するように組み立てられる。光電池ないし太陽
電池の裏面へと誘導された光を利用する一方、それ以外
の光を表面で吸収するためには、これらの電池が表裏２
つの吸収面を持つような設計を必要とする。この表裏２
面構造は数多くの異なる太陽電池技術によって開発さ
れ、実証されている。しかしながら、提案された発明を
最も効果的に実施するために、太陽電池のデザインは最
適化され、従来の光電池モジュールにおいて通常見られ
るようなレベルを大きく上回る光の密度の中での使用を
想定して製作される。太陽電池から出力を取り出すた
め、電位の異なる少なくとも２つの接続部が太陽電池に
設けられる。電流を取出すために、近接する太陽電池に
向けてあるいはユニットの外に向けて電流を流すための
導線が必要である。同一ユニット内で、電流を一か所か
らもう一か所へと流すのに有効な方法の一つは適切なパ
ターンで配置され、対応する太陽電池に接続された導電
性の反射鏡面を利用することである。
素子を用いた光電池のような太陽電池、アモルファス光
電池、ショットキー光電池、電気化学的光電池、MIS光
電池、ｎ−ｎ光電池、あるいはｐ−ｐ光電池などで構成
される。光電池は例えば太陽光線や、タングステン、蛍
光管、フォトダイオード、レーザーなどの光源からの光
を電気に変換する機能を有するものである。光電池の代
表的な例は太陽電池である。ｐ−ｎタイプの光電池、と
りわけｐ−ｎタイプの太陽電池にはシリコン、ゲルマニ
ウム、CdTe,CuInSe2、GaAs、AlGaAs、GaP、GaAsP、Si
C、InP及び他の光電活性半導体による半導体基材が特に
適している。半導体基材は薄いフィルム、単結晶あるい
は多結晶物質の状態で利用できる。また、連続相、分散
相いずれの形態でも良い。薄いフィルムがガラス、水
晶、風防用ガラスあるいは他の適当な上部層材料で構成
される透明な下部層ないしは上部層によって支持され
る。上部層が透明であれば、フィルム内の配列分子は上
部層を透過して照射される。半導体上部層は適当な反射
防止被膜と組み合わされ、反射防止のための有効な形状
配置を有するように組み立てられる。光電池ないし太陽
電池の裏面へと誘導された光を利用する一方、それ以外
の光を表面で吸収するためには、これらの電池が表裏２
つの吸収面を持つような設計を必要とする。この表裏２
面構造は数多くの異なる太陽電池技術によって開発さ
れ、実証されている。しかしながら、提案された発明を
最も効果的に実施するために、太陽電池のデザインは最
適化され、従来の光電池モジュールにおいて通常見られ
るようなレベルを大きく上回る光の密度の中での使用を
想定して製作される。太陽電池から出力を取り出すた
め、電位の異なる少なくとも２つの接続部が太陽電池に
設けられる。電流を取出すために、近接する太陽電池に
向けてあるいはユニットの外に向けて電流を流すための
導線が必要である。同一ユニット内で、電流を一か所か
らもう一か所へと流すのに有効な方法の一つは適切なパ
ターンで配置され、対応する太陽電池に接続された導電
性の反射鏡面を利用することである。
発明の説明のためにＸ、Ｙ、Ｚ方向をFig.2に示すよ
うに定義する。これらの各軸は互いに直交する。この発
明による受光誘導装置は反射鏡面で反射した光が反射に
よりＺ軸方向の成分を変更するように第３の次元を利用
する。反射光のＺ軸成分を変更することの利点は光が結
果として上面のガラスと空気の境界に入射した時に、図
１の方法では必要になる大きなθを必要とせずに全反射
が可能となることである。例えば、２つの反射鏡面は相
互に傾斜して溝型部材を形成し、全反射面がこの溝の頂
部に位置する。２つの反射鏡面と全反射面とがＺ−Ｙ平
面内においてなす角度は、垂直線に沿った入射光の全反
射面への再入射角度が次の関係を満足するようにする。
すなわち、再入射光が全反射面で全反射すると同時に傾
斜した溝型部材の端に向けてＸ方向に向かうように構成
する。傾斜した溝型部材の形状は対称形でも非対称形で
も良い。２つの反射鏡面と全反射面とのＸ−Ｙ平面内に
おける関係は、全反射面に全反射を起こさせるという点
では全反射面に向けて光が複数回の反射を繰り返すまで
はあまり大きな役割を果たさない。この条件が満たされ
る時点では、複数回の反射によりＸ軸方向の光の成分が
全反射面における全反射をＸ軸方向に起こすに十分なほ
ど大きくなっており、Ｚ軸方向の光の成分に関係なくそ
の後に全反射面における全反射を保証する。Ｚ−Ｙ平面
における反射鏡面と全反射面との角度関係と、Ｘ−Ｙ平
面における反射鏡面と全反射面との角度関係をそれぞれ
適切に設定ことにより、あらゆる角度から受光誘導部に
入射する光の大部分を受光誘導部の内側で全反射させ誘
導することができる。Ｚ−Ｙ平面上で各反射鏡面と全反
射面とがなす角度に関するその他の重要なポイントは、
反射鏡面における反射のたびに、Ｘ軸方向への成分が加
算されることである。この現象はＸ軸方向へ光を誘導
し、例えば太陽電池の配置された所定位置に導く。
うに定義する。これらの各軸は互いに直交する。この発
明による受光誘導装置は反射鏡面で反射した光が反射に
よりＺ軸方向の成分を変更するように第３の次元を利用
する。反射光のＺ軸成分を変更することの利点は光が結
果として上面のガラスと空気の境界に入射した時に、図
１の方法では必要になる大きなθを必要とせずに全反射
が可能となることである。例えば、２つの反射鏡面は相
互に傾斜して溝型部材を形成し、全反射面がこの溝の頂
部に位置する。２つの反射鏡面と全反射面とがＺ−Ｙ平
面内においてなす角度は、垂直線に沿った入射光の全反
射面への再入射角度が次の関係を満足するようにする。
すなわち、再入射光が全反射面で全反射すると同時に傾
斜した溝型部材の端に向けてＸ方向に向かうように構成
する。傾斜した溝型部材の形状は対称形でも非対称形で
も良い。２つの反射鏡面と全反射面とのＸ−Ｙ平面内に
おける関係は、全反射面に全反射を起こさせるという点
では全反射面に向けて光が複数回の反射を繰り返すまで
はあまり大きな役割を果たさない。この条件が満たされ
る時点では、複数回の反射によりＸ軸方向の光の成分が
全反射面における全反射をＸ軸方向に起こすに十分なほ
ど大きくなっており、Ｚ軸方向の光の成分に関係なくそ
の後に全反射面における全反射を保証する。Ｚ−Ｙ平面
における反射鏡面と全反射面との角度関係と、Ｘ−Ｙ平
面における反射鏡面と全反射面との角度関係をそれぞれ
適切に設定ことにより、あらゆる角度から受光誘導部に
入射する光の大部分を受光誘導部の内側で全反射させ誘
導することができる。Ｚ−Ｙ平面上で各反射鏡面と全反
射面とがなす角度に関するその他の重要なポイントは、
反射鏡面における反射のたびに、Ｘ軸方向への成分が加
算されることである。この現象はＸ軸方向へ光を誘導
し、例えば太陽電池の配置された所定位置に導く。
受光誘導部には透明な媒体で構成された傾斜した溝型
部材を利用することができる。透明媒体の材料としては
例えばガラス、アクリル、エポキシ、プラスチック、ポ
リマー、あるいはセラミック系の材料が用いられる。ガ
ラスの場合には型を用いて成型するか、あるいは恐らく
圧延による成型が可能である。他の方法として、プラス
チックないし同等品の型成型、あるいは適当な素材の機
械加工や組み立てにより傾斜した溝を形成し、成型や加
工や組み立てによりでき上がった溝の上面を反射材料で
覆い、内部にEVAのような透明材料を充填して、光学的
空洞部を満たすとともに全反射面を形成する。
部材を利用することができる。透明媒体の材料としては
例えばガラス、アクリル、エポキシ、プラスチック、ポ
リマー、あるいはセラミック系の材料が用いられる。ガ
ラスの場合には型を用いて成型するか、あるいは恐らく
圧延による成型が可能である。他の方法として、プラス
チックないし同等品の型成型、あるいは適当な素材の機
械加工や組み立てにより傾斜した溝を形成し、成型や加
工や組み立てによりでき上がった溝の上面を反射材料で
覆い、内部にEVAのような透明材料を充填して、光学的
空洞部を満たすとともに全反射面を形成する。
この発明の装置は横方向へ光を導くことで太陽電池な
どの光電池に本来は届かないはずの入射光を到達させ
る。この装置の構造は、入射光が透過した同じ面から光
が逃げないように全反射を利用する。この発明の一態様
による光電モジュールはこれらの構造を取り入れること
で、本質的にモジュールに入射するすべての光を太陽電
池に伝達するという条件を満たしつつ、モジールに占め
る電池の占有面積を減少させている。この態様では非電
池部分に入射した光は、空気との境界面での全反射を利
用して横方向へ誘導され、電池の配置された光電活性領
域へと到達する。従来の設計による光電モジュールの製
造コストにおいて光電池はその中心的存在であったの
で、このようにして電池の占有面積を減少させることで
（例えば20−50％）、単位発電量当たりのコストを実質
的に低減することができる。
どの光電池に本来は届かないはずの入射光を到達させ
る。この装置の構造は、入射光が透過した同じ面から光
が逃げないように全反射を利用する。この発明の一態様
による光電モジュールはこれらの構造を取り入れること
で、本質的にモジュールに入射するすべての光を太陽電
池に伝達するという条件を満たしつつ、モジールに占め
る電池の占有面積を減少させている。この態様では非電
池部分に入射した光は、空気との境界面での全反射を利
用して横方向へ誘導され、電池の配置された光電活性領
域へと到達する。従来の設計による光電モジュールの製
造コストにおいて光電池はその中心的存在であったの
で、このようにして電池の占有面積を減少させることで
（例えば20−50％）、単位発電量当たりのコストを実質
的に低減することができる。
図面の簡単な説明 この発明の好ましい実施例を以下の図面を参照して説
明する。
明する。
図１は２次元方向に光を誘導する装置を側方より眺め
た状態における横断面を示す。
た状態における横断面を示す。
図２は直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸を示す。
図３はこの発明による透明の固体からなる傾斜した溝
型部材のＹ−Ｚ平面上の横断面を示す。
型部材のＹ−Ｚ平面上の横断面を示す。
図４はこの発明による透明の固体からなる傾斜した溝
型部材のＸ−Ｙ平面上の横断面を示す。
型部材のＸ−Ｙ平面上の横断面を示す。
図５はこの発明による透明の固体からなる傾斜した溝
型部材のＹ−Ｚ平面上の横断面を示し、光を太陽電池の
下の反射鏡に導くことで結果的に太陽電池の下面に光を
入射させるべく、隣接する太陽電池とその下の反射鏡に
対して適切に配置された様子を示す。
型部材のＹ−Ｚ平面上の横断面を示し、光を太陽電池の
下の反射鏡に導くことで結果的に太陽電池の下面に光を
入射させるべく、隣接する太陽電池とその下の反射鏡に
対して適切に配置された様子を示す。
図６は受光と隣接する太陽電池の下面に向けての光の
誘導とを行なうべく配置されたこの発明による５個の透
明の固体からなる傾斜した溝型部材の平面形を示す。
誘導とを行なうべく配置されたこの発明による５個の透
明の固体からなる傾斜した溝型部材の平面形を示す。
図７は受光と隣接する太陽電池の下面への光の３次元
的誘導のための複数の装置をチェス盤状に配置したパネ
ルの平面形を示す。
的誘導のための複数の装置をチェス盤状に配置したパネ
ルの平面形を示す。
図８は図５に示した透明の固体からなる傾斜した溝型
部材の下面の反射鏡を構成できるように、上面に反射面
を構成したプラスチック成型体のＸ−Ｙ平面上の横断面
を示す。
部材の下面の反射鏡を構成できるように、上面に反射面
を構成したプラスチック成型体のＸ−Ｙ平面上の横断面
を示す。
図９はこの発明による透明の固体からなる傾斜した溝
型部材のＸ−Ｙ平面上の横断面を示し、透明の媒体をエ
チルビニルアセテートないし他の適当な透明材料と、図
８に示した上面に反射面を設けたプラスチック成型体と
で構成している。
型部材のＸ−Ｙ平面上の横断面を示し、透明の媒体をエ
チルビニルアセテートないし他の適当な透明材料と、図
８に示した上面に反射面を設けたプラスチック成型体と
で構成している。
図10は光電屋根タイルを示す。
図11は図10の光電屋根タイルの溝型部材の一つのＹ−
Ｚ平面上の横断面を示す。
Ｚ平面上の横断面を示す。
発明実施の最も好ましい形式とその他の形式 図１はＺ軸方向（第３の次元）の光の成分を変更する
可能性のない、基本的な２次元図形を示す。説明の都合
上、X,Y,Z軸を図２に示すように定義する。これらの名
称をつけた各軸は互いに直交する。この発明は装置下側
の反射鏡面で反射した光が反射によりＺ軸方向の成分を
持つように、第３の次元を利用する。反射光をＺ軸方向
に変化させることの利点は、装置上部のガラスと空気と
の境界面に反射光が入射する際に、θの値が図１の構成
で必要とするほど大きくなくても、全反射を起こし得る
ことである。傾斜した溝型部材の形状は光を集めて誘導
する上で大変に優れた能力を発揮する。ガラス製の傾斜
した溝型部材300のＺ−Ｙ平面上の断面形を図３に示
す。傾斜した溝型部材300はガラスと空気の境界面302
と、下側反射鏡面303と304とを備える。角度θ１が22.5
度より大きい場合は、垂直の入射光301は図３に示すよ
うに下側反射鏡面303の点303Aで一度反射した後、ガラ
スと空気の境界面302に垂線に対して45度以上の角度か
ら再入射するので、上面のガラスと空気の境界面302に
おいては点302Aに示すように全反射を起こす。この全反
射は図１においてθで示される下側反射鏡面のＸ軸方向
の傾斜角度には関係なく起こる。θに相当するこの実施
例のＸ方向の傾斜角度θ２は図４に示される。この図は
傾斜した溝型部材300のＸ−Ｙ平面上の断面形を示す。
境界面302で全反射が起こるかどうかが角度θ２によっ
て決まるのは、光が上面のガラスと空気の境界面302に
向けて何度も反射するようになってからである。この段
階に至ると、既に複数回の反射により光のＸ軸方向の成
分が境界面302における全反射を可能とするレベルまで
増加している。したがって、以後の全反射はＺ軸方向成
分に依存せずに、すべてＸ軸方向成分によって行われ
る。θ１とθ２の適切な選択により、しかるべき入射角
度で入射される入射光の大半を図３と４の断面図に示す
透明媒体の内側に捕らえることができる。角度θ２に関
する他の重要な点は、入射光301の軌跡のＸ軸方向の成
分が下側反射鏡面303と304における反射のたびに、角度
θ２に応じて累積的に増加することである。この現象
は、光を太陽電池を配置した所定位置へとＸ軸方向に誘
導する作用を持つ。この発明の実施形態の一つは、図５
に示すような組み合わせによる装置500である。図５は
Ｘ−Ｙ平面上の断面図である。各軸の定義は図２に従
う。図５は受光誘導部502への入射光501が全反射面503
と反射鏡面504と505により506,507,508,509,510,511及
び512に示す経路で横方向に誘導され、太陽電池514の下
面513に達する様子を示している。太陽電池514を反射鏡
面505の位置に配置し、上面515からの光の侵入を許す構
成も可能である。しかし、図５に示す配置が備える利点
の一つは、この配置が太陽電池514の放熱を助けること
である。実際のところ、光起電型の太陽電池514は熱に
対する考慮と、太陽電池の上面515に入光する光量と下
面513に入光する光量との望ましいバランスとに応じ
て、図５に示す上面隣接面503ら下面505（θ２′＝０度
で水平になる）の間のどこにでも配置することができ
る。製造の容易さや電池間の接続などによっても好まし
い配置は変わって来る。太陽電池514の真下に位置する
反射鏡面505は、太陽電池514の下面505への光の誘導効
率が最適となるように配置される。実際には、図５にお
いてθ２＝θ２′となるように、Ａ−Ａ′面を中心とし
て反射鏡面505に対して単純な対称形に配置することが
できる。太陽電池の寸法や形状によっては、反射鏡面50
5の傾斜（θ２′）はＡ−Ａ′面から太陽電池514の中心
に沿ったＸ軸方向の（太陽電池514の端からの）距離と
ともに漸増するように構成することが望ましい。一般
に、反射鏡面505の望ましい形状と、Ｘ軸方向の距離の
関数としての角度θ２′とは、例えば太陽電池514の形
状、寸法や電気的、光学的性質によって決まり、電池下
面513の横断方向の光の分布密度は主に反射鏡面505の形
状で決まる。光の分布密度が大きく変化しても性能が大
きな低下を受けずに済むのは、接点埋込型の太陽電池の
ような特殊な太陽電池技術を駆使した場合のみである。
図６はＸ−Ｚ平面に存在する装置500の上面をＹ軸のマ
イナス方向から眺めたものである。装置500は太陽電池5
14の一辺に隣接する502,516,517,518及び520の５つの傾
斜した溝型部材のみを示しているが、これらはもちろん
他の辺にも同様に配置することが可能である。傾斜した
溝型部材502,516,517,518及び520は太陽電池の一辺に５
つの溝型部材を構成するが、溝型部材の数は１から事実
上の無数と言える数まで変更することができる。溝型部
材の数とともに、角度θ１（例えば図形３に示され
る）、θ２（例えば図５に示される）及びθ３（例えば
図形３に示される）が性能面での最適化を考慮して決め
られる。θ１、θ２及びθ３の値は実際のところ、表面
503へ入射する反射光の大部分が全反射不能となる角度
から、受光誘導部502の製作上及び使用上の寸法限界
（特に厚さに関して）となる角度まで広い角度範囲から
選択することが可能である。
可能性のない、基本的な２次元図形を示す。説明の都合
上、X,Y,Z軸を図２に示すように定義する。これらの名
称をつけた各軸は互いに直交する。この発明は装置下側
の反射鏡面で反射した光が反射によりＺ軸方向の成分を
持つように、第３の次元を利用する。反射光をＺ軸方向
に変化させることの利点は、装置上部のガラスと空気と
の境界面に反射光が入射する際に、θの値が図１の構成
で必要とするほど大きくなくても、全反射を起こし得る
ことである。傾斜した溝型部材の形状は光を集めて誘導
する上で大変に優れた能力を発揮する。ガラス製の傾斜
した溝型部材300のＺ−Ｙ平面上の断面形を図３に示
す。傾斜した溝型部材300はガラスと空気の境界面302
と、下側反射鏡面303と304とを備える。角度θ１が22.5
度より大きい場合は、垂直の入射光301は図３に示すよ
うに下側反射鏡面303の点303Aで一度反射した後、ガラ
スと空気の境界面302に垂線に対して45度以上の角度か
ら再入射するので、上面のガラスと空気の境界面302に
おいては点302Aに示すように全反射を起こす。この全反
射は図１においてθで示される下側反射鏡面のＸ軸方向
の傾斜角度には関係なく起こる。θに相当するこの実施
例のＸ方向の傾斜角度θ２は図４に示される。この図は
傾斜した溝型部材300のＸ−Ｙ平面上の断面形を示す。
境界面302で全反射が起こるかどうかが角度θ２によっ
て決まるのは、光が上面のガラスと空気の境界面302に
向けて何度も反射するようになってからである。この段
階に至ると、既に複数回の反射により光のＸ軸方向の成
分が境界面302における全反射を可能とするレベルまで
増加している。したがって、以後の全反射はＺ軸方向成
分に依存せずに、すべてＸ軸方向成分によって行われ
る。θ１とθ２の適切な選択により、しかるべき入射角
度で入射される入射光の大半を図３と４の断面図に示す
透明媒体の内側に捕らえることができる。角度θ２に関
する他の重要な点は、入射光301の軌跡のＸ軸方向の成
分が下側反射鏡面303と304における反射のたびに、角度
θ２に応じて累積的に増加することである。この現象
は、光を太陽電池を配置した所定位置へとＸ軸方向に誘
導する作用を持つ。この発明の実施形態の一つは、図５
に示すような組み合わせによる装置500である。図５は
Ｘ−Ｙ平面上の断面図である。各軸の定義は図２に従
う。図５は受光誘導部502への入射光501が全反射面503
と反射鏡面504と505により506,507,508,509,510,511及
び512に示す経路で横方向に誘導され、太陽電池514の下
面513に達する様子を示している。太陽電池514を反射鏡
面505の位置に配置し、上面515からの光の侵入を許す構
成も可能である。しかし、図５に示す配置が備える利点
の一つは、この配置が太陽電池514の放熱を助けること
である。実際のところ、光起電型の太陽電池514は熱に
対する考慮と、太陽電池の上面515に入光する光量と下
面513に入光する光量との望ましいバランスとに応じ
て、図５に示す上面隣接面503ら下面505（θ２′＝０度
で水平になる）の間のどこにでも配置することができ
る。製造の容易さや電池間の接続などによっても好まし
い配置は変わって来る。太陽電池514の真下に位置する
反射鏡面505は、太陽電池514の下面505への光の誘導効
率が最適となるように配置される。実際には、図５にお
いてθ２＝θ２′となるように、Ａ−Ａ′面を中心とし
て反射鏡面505に対して単純な対称形に配置することが
できる。太陽電池の寸法や形状によっては、反射鏡面50
5の傾斜（θ２′）はＡ−Ａ′面から太陽電池514の中心
に沿ったＸ軸方向の（太陽電池514の端からの）距離と
ともに漸増するように構成することが望ましい。一般
に、反射鏡面505の望ましい形状と、Ｘ軸方向の距離の
関数としての角度θ２′とは、例えば太陽電池514の形
状、寸法や電気的、光学的性質によって決まり、電池下
面513の横断方向の光の分布密度は主に反射鏡面505の形
状で決まる。光の分布密度が大きく変化しても性能が大
きな低下を受けずに済むのは、接点埋込型の太陽電池の
ような特殊な太陽電池技術を駆使した場合のみである。
図６はＸ−Ｚ平面に存在する装置500の上面をＹ軸のマ
イナス方向から眺めたものである。装置500は太陽電池5
14の一辺に隣接する502,516,517,518及び520の５つの傾
斜した溝型部材のみを示しているが、これらはもちろん
他の辺にも同様に配置することが可能である。傾斜した
溝型部材502,516,517,518及び520は太陽電池の一辺に５
つの溝型部材を構成するが、溝型部材の数は１から事実
上の無数と言える数まで変更することができる。溝型部
材の数とともに、角度θ１（例えば図形３に示され
る）、θ２（例えば図５に示される）及びθ３（例えば
図形３に示される）が性能面での最適化を考慮して決め
られる。θ１、θ２及びθ３の値は実際のところ、表面
503へ入射する反射光の大部分が全反射不能となる角度
から、受光誘導部502の製作上及び使用上の寸法限界
（特に厚さに関して）となる角度まで広い角度範囲から
選択することが可能である。
図７は図５と図６に示された装置の複数の組み合わせ
をパネルエレメント700に組み込んだ状態を示す。パネ
ルエレメント700は複数の太陽電池701,702,703及び704
を、図５と図６に示す傾斜した溝型部材により構成され
る非電池部分705,706,707及び708とともにチェス盤形の
パターンに組み込み、これらの領域に入射した光の大部
分を太陽電池701,702,703及び704が位置する光電活性領
域に導くようにしたものである。
をパネルエレメント700に組み込んだ状態を示す。パネ
ルエレメント700は複数の太陽電池701,702,703及び704
を、図５と図６に示す傾斜した溝型部材により構成され
る非電池部分705,706,707及び708とともにチェス盤形の
パターンに組み込み、これらの領域に入射した光の大部
分を太陽電池701,702,703及び704が位置する光電活性領
域に導くようにしたものである。
受光誘導部502の透明物質にはガラス、アクリル、プ
ラスチック、ポリマーあるいはセラミック系の材料を用
いることができる。ガラスの場合には型を用いて成型す
るか、あるいは恐らく圧延による成型が可能である。他
に、プラスチックないし同等品による図８に示すような
形状の型800を用いて図５に示す反射鏡面と同等の機能
を得ることができる。この例ではプラスチック型800の
上面801、802及び803に反射用コーティングを施し、図
５の反射鏡面504と505と同等の働きをさせる。そして、
図９にハッチングで示されるように凹部804と805にEVA
のような透明物質を充填する。
ラスチック、ポリマーあるいはセラミック系の材料を用
いることができる。ガラスの場合には型を用いて成型す
るか、あるいは恐らく圧延による成型が可能である。他
に、プラスチックないし同等品による図８に示すような
形状の型800を用いて図５に示す反射鏡面と同等の機能
を得ることができる。この例ではプラスチック型800の
上面801、802及び803に反射用コーティングを施し、図
５の反射鏡面504と505と同等の働きをさせる。そして、
図９にハッチングで示されるように凹部804と805にEVA
のような透明物質を充填する。
太陽電池514の上面515で光を捕らえながら、下面513
に導かれた光を利用するには、表裏とも光の吸収面とし
た太陽電池の設計が必要である。両面を吸収面とする太
陽電池については数多くの異なる技術が開発され、公開
されている。この発明を最も有効に活用するには、従来
型の光電モジュールにおける通例以上の光の集約レベル
で使用しても問題ないよう、太陽電池の設計と製作を最
適化する必要がある。
に導かれた光を利用するには、表裏とも光の吸収面とし
た太陽電池の設計が必要である。両面を吸収面とする太
陽電池については数多くの異なる技術が開発され、公開
されている。この発明を最も有効に活用するには、従来
型の光電モジュールにおける通例以上の光の集約レベル
で使用しても問題ないよう、太陽電池の設計と製作を最
適化する必要がある。
太陽電池から電力を得るために、太陽電池には電位の
異なる少なくとも２つの端子を設ける必要がある。ま
た、隣接する太陽電池あるいはユニットの外へ電流を流
すために導線が必要である。ユニット内の一箇所から他
の箇所へと電流を流す有効な方法の一つは、適切なパタ
ーンで配置され、対応する太陽電池に接続された導電性
の反射鏡面を活用することである。
異なる少なくとも２つの端子を設ける必要がある。ま
た、隣接する太陽電池あるいはユニットの外へ電流を流
すために導線が必要である。ユニット内の一箇所から他
の箇所へと電流を流す有効な方法の一つは、適切なパタ
ーンで配置され、対応する太陽電池に接続された導電性
の反射鏡面を活用することである。
図７に示す形状の光電パネルにおいて太陽電池が占め
る割合は約50％である。この占有率は減らすことが可能
である。ただし、その場合には光を隣接する太陽電池へ
と横方向に導く透明領域と反射鏡面の性能が若干低下す
る可能性がある。図７に示す四角形の太陽電池701,702,
703及び704を円形に変更し、その直径を四角形の一辺に
等しくすれば、占有率は約39％に減少する。光を四角形
の太陽電池701,702,703及び704の隅の部分であったとこ
ろに傾斜した溝型部材が光を導くことによるロスを防止
するために、これらの溝型部材の形状を各太陽電池の近
傍で修正することが可能である。あるいは、図７で使用
された溝型部材の数を減らすことも効果がある。この場
合には、たとえ一個の溝型部材でも隣接する太陽電池に
極めて効率的に光を導くことができる。太陽電池の寸法
を増減した場合には太陽電池の近傍で溝型部材が終わる
ように溝型部材の長さをこれに併せて増減しなければな
らない。図３と図４にそれぞれ示したθ１とθ２の他に
重要な角度は図３のθ３であり、θ３はＹ−Ｚ平面上で
の傾斜した溝型部材300の非対称形を維持するためにθ
１に応じて変化させる必要がある。このような非対称形
はガラスと空気の境界面302に入射する反射光の全反射
を反復的に行うための構造の最適化において、設計の柔
軟性を増加させるという付加価値を持つ。非対称形はま
た傾斜した溝型部材300の取り付け構造のために、主と
してある角度範囲で傾斜した溝型部材300に光が入射す
るような条件での最適化を容易にする。下側の反射鏡面
303なしでもあらゆるガラスと空気の境界面で光の相当
量が全反射を起こすように、θ２とθ３を変化させて傾
斜した溝型部材300を形成することも可能である。これ
はある種の実施態様においては格別の益をもたらす。
る割合は約50％である。この占有率は減らすことが可能
である。ただし、その場合には光を隣接する太陽電池へ
と横方向に導く透明領域と反射鏡面の性能が若干低下す
る可能性がある。図７に示す四角形の太陽電池701,702,
703及び704を円形に変更し、その直径を四角形の一辺に
等しくすれば、占有率は約39％に減少する。光を四角形
の太陽電池701,702,703及び704の隅の部分であったとこ
ろに傾斜した溝型部材が光を導くことによるロスを防止
するために、これらの溝型部材の形状を各太陽電池の近
傍で修正することが可能である。あるいは、図７で使用
された溝型部材の数を減らすことも効果がある。この場
合には、たとえ一個の溝型部材でも隣接する太陽電池に
極めて効率的に光を導くことができる。太陽電池の寸法
を増減した場合には太陽電池の近傍で溝型部材が終わる
ように溝型部材の長さをこれに併せて増減しなければな
らない。図３と図４にそれぞれ示したθ１とθ２の他に
重要な角度は図３のθ３であり、θ３はＹ−Ｚ平面上で
の傾斜した溝型部材300の非対称形を維持するためにθ
１に応じて変化させる必要がある。このような非対称形
はガラスと空気の境界面302に入射する反射光の全反射
を反復的に行うための構造の最適化において、設計の柔
軟性を増加させるという付加価値を持つ。非対称形はま
た傾斜した溝型部材300の取り付け構造のために、主と
してある角度範囲で傾斜した溝型部材300に光が入射す
るような条件での最適化を容易にする。下側の反射鏡面
303なしでもあらゆるガラスと空気の境界面で光の相当
量が全反射を起こすように、θ２とθ３を変化させて傾
斜した溝型部材300を形成することも可能である。これ
はある種の実施態様においては格別の益をもたらす。
光の捕獲と誘導に関する傾斜した溝型部材の考えに基
づいて説明した上記実施例は主として光電モジュールの
設計とその組み立てに関するものである。しかしなが
ら、太陽電池の組み込みにこの発明を利用することに関
しては数多くの応用が可能である。その一つは屋根タイ
ルへの適用であり、一つないし複数の太陽電池が屋根タ
イルに組み込まれ、各電池は入射光を隣接領域の太陽電
池に伝達するための傾斜した溝型部材に囲まれる。この
実施例に取って都合が良いのは、一般に屋根タイルが構
造的に従来よりも厚くてかさ張るような光電モジュール
の構成を許容しやすいことである。そのため、光の捕獲
と伝達の最適化と太陽電池の端から遠く隔たった位置で
の集光を可能にすることを目的として角度θ２とθ３を
選択する際に、より柔軟な選択が可能になる。第３の実
施例はソーラーカーについてのもので、太陽電池の配置
が現実的でないかあるいはルールに合わないような一部
の車体表面の利用に関する。これらの領域には入射光が
車体のどこかに搭載された太陽電池に比較的長い距離を
たどって伝達されるように傾斜した溝型部材を配置する
ことができる。この実施例では、構造的に厚さを取るこ
とができるので、光を横方向に非常に長い距離に渡って
伝達することが可能である。例えば図４に示すθ２を15
度にすると、ソーラーカー上に入射する光を、太陽電池
の端から２メートル離れた位置から約半メートルの厚さ
の傾斜した溝型部材300で太陽電池へと導くことができ
る。この実施例においては太陽電池の領域外に入射して
横方向に伝達される光を捕獲する目的で、上面に配置さ
れた太陽電池と直角に太陽電池を追加配置すると良い。
この場合に、太陽電池は一般的なＸ−Ｚ平面上ではなく
Ｙ−Ｚ平面上に配置される（これはソーラーカーの上面
に搭載したすべての太陽電池が直接光を捕獲する仕様の
場合である）。
づいて説明した上記実施例は主として光電モジュールの
設計とその組み立てに関するものである。しかしなが
ら、太陽電池の組み込みにこの発明を利用することに関
しては数多くの応用が可能である。その一つは屋根タイ
ルへの適用であり、一つないし複数の太陽電池が屋根タ
イルに組み込まれ、各電池は入射光を隣接領域の太陽電
池に伝達するための傾斜した溝型部材に囲まれる。この
実施例に取って都合が良いのは、一般に屋根タイルが構
造的に従来よりも厚くてかさ張るような光電モジュール
の構成を許容しやすいことである。そのため、光の捕獲
と伝達の最適化と太陽電池の端から遠く隔たった位置で
の集光を可能にすることを目的として角度θ２とθ３を
選択する際に、より柔軟な選択が可能になる。第３の実
施例はソーラーカーについてのもので、太陽電池の配置
が現実的でないかあるいはルールに合わないような一部
の車体表面の利用に関する。これらの領域には入射光が
車体のどこかに搭載された太陽電池に比較的長い距離を
たどって伝達されるように傾斜した溝型部材を配置する
ことができる。この実施例では、構造的に厚さを取るこ
とができるので、光を横方向に非常に長い距離に渡って
伝達することが可能である。例えば図４に示すθ２を15
度にすると、ソーラーカー上に入射する光を、太陽電池
の端から２メートル離れた位置から約半メートルの厚さ
の傾斜した溝型部材300で太陽電池へと導くことができ
る。この実施例においては太陽電池の領域外に入射して
横方向に伝達される光を捕獲する目的で、上面に配置さ
れた太陽電池と直角に太陽電池を追加配置すると良い。
この場合に、太陽電池は一般的なＸ−Ｚ平面上ではなく
Ｙ−Ｚ平面上に配置される（これはソーラーカーの上面
に搭載したすべての太陽電池が直接光を捕獲する仕様の
場合である）。
図７は光源から眺めた時に傾斜した溝型部材が三角形
に見える様子を示している。これらの傾斜した溝型部材
が上方（光源）から見た時に図10の屋根タイル1100の例
のように矩形に見えるようにすることも可能であり、こ
れはしばしば好ましいことでもある。タイル1100は受光
面1101と、曲面で構成された反射鏡面1103と1104の上方
に位置する太陽電池1102と、反射鏡面1106を備えた傾斜
した溝型部材1105からなる。傾斜した溝型部材1105は他
の図面で既に説明した各実施例と同様の機能を持つ。図
11（図10?）は入射光線1107が傾斜した溝型部材1105と
湾曲した反射鏡面1103とにより電池1102の裏面1108へと
タイル1100の中心方向へ導かれる様子を示す。11は一個
の傾斜した溝型部材1105のＹ−Ｚ平面上の横断面を示
す。傾斜した溝型部材1105は、受光面1101、溝型部材の
基端から始まる反射鏡面1106、隣接する溝型部材との境
界を構成する強化部1109を備える。受光面1101はまた反
射鏡面1106で反射した光の全反射をも受け持つ。溝型部
材1105は固体の透明物質1110で構成され、寸法「Ａ」が
太陽電池の端から遠ざかるにつれて減少することを別に
して、図３に示したものと実質的に同一である。
に見える様子を示している。これらの傾斜した溝型部材
が上方（光源）から見た時に図10の屋根タイル1100の例
のように矩形に見えるようにすることも可能であり、こ
れはしばしば好ましいことでもある。タイル1100は受光
面1101と、曲面で構成された反射鏡面1103と1104の上方
に位置する太陽電池1102と、反射鏡面1106を備えた傾斜
した溝型部材1105からなる。傾斜した溝型部材1105は他
の図面で既に説明した各実施例と同様の機能を持つ。図
11（図10?）は入射光線1107が傾斜した溝型部材1105と
湾曲した反射鏡面1103とにより電池1102の裏面1108へと
タイル1100の中心方向へ導かれる様子を示す。11は一個
の傾斜した溝型部材1105のＹ−Ｚ平面上の横断面を示
す。傾斜した溝型部材1105は、受光面1101、溝型部材の
基端から始まる反射鏡面1106、隣接する溝型部材との境
界を構成する強化部1109を備える。受光面1101はまた反
射鏡面1106で反射した光の全反射をも受け持つ。溝型部
材1105は固体の透明物質1110で構成され、寸法「Ａ」が
太陽電池の端から遠ざかるにつれて減少することを別に
して、図３に示したものと実質的に同一である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−46950（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−18762（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−213713（ＪＰ，Ａ) 仏国特許出願公開2400261（ＦＲ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078 G02B 5/00 - 5/136 G02B 17/00 - 17/08
Claims (26)
- 【請求項１】光を受光し、あらかじめ定めた少なくとも
１か所へと３次元方向に誘導する装置であって、光をあ
らかじめ定めた少なくとも１か所へと３次元方向に誘導
する少なくとも１基の受光誘導部を備えた装置におい
て、前記受光誘導部が、 入射した光を装置内部に伝達するとともに、装置内から
全反射角度領域内の角度で入射する光を全反射する全反
射面と、 少なくとも２基の反射鏡面とを備え、 前記全反射面を透過して装置内部に侵入した入射光を反
射し、前記あらかじめ定めた位置へと３次元方向に誘導
するために、反射鏡面と全反射面とが相互に共働するよ
うに配置されている装置。 - 【請求項２】少なくとも１個の請求の範囲第１項に記載
の装置と、光の遮断面を備えるとともに、前記受光誘導
部が反射して誘導した光を吸収すべくこの遮断面の少な
くとも一部が前記あらかじめ定めた位置に有効に配置さ
れた少なくとも１個の光電機構とを組み合わせた装置。 - 【請求項３】前記受光誘導部が、傾斜した対称形の溝型
部材、傾斜した対称形の中実の溝型部材、傾斜した非対
称形の溝型部材及び傾斜した非対称形の中実の溝型部材
とからなる集合から選択された少なくとも１個の溝型部
材を備える請求の範囲第１項に記載の装置。 - 【請求項４】前記受光誘導部が、傾斜した対称形の溝型
部材、傾斜した対称形の中実の溝型部材、傾斜した非対
称形の溝型部材及び傾斜した非対称形の中実の溝型部材
とからなる集合から選択された少なくとも１個の溝型部
材を備える請求の範囲第２項に記載の装置。 - 【請求項５】前記溝型部材が中実であり、中実部が透明
物質で構成されている請求の範囲第３項に記載の装置。 - 【請求項６】前記溝型部材が中実であり、中実部が透明
物質で構成されている請求の範囲第４項に記載の装置。 - 【請求項７】前記反射鏡面が、光反射物質に覆われた反
射鏡面と全反射面とからなる集合から選択された反射鏡
面である請求の範囲第１項に記載の装置。 - 【請求項８】前記反射鏡面が、光反射物質に覆われた反
射鏡面と、全反射面とからなる集合から選択された反射
鏡面である請求の範囲第２項に記載の装置。 - 【請求項９】前記溝型部材が、全反射面に覆われた中空
の対称形の傾斜した溝型部材と、透明な媒体を充填し、
全反射面に覆われた中空の対称形の傾斜した溝型部材
と、全反射面に覆われた中空の非対称形の傾斜した溝型
部材と、透明な媒体を充填し、全反射面に覆われた中空
の非対称形の傾斜した溝型部材と、透明な材料を充填
し、全反射面に覆われた対称形の傾斜した溝型部材と、
透明な材料を充填し、全反射面に覆われた非対称形の傾
斜した溝型部材とからなる集合から選択された溝型部材
である請求の範囲第３項に記載の装置。 - 【請求項１０】前記溝型部材が、全反射面に覆われた中
空の対称形の傾斜した溝型部材と、透明な媒体を充填
し、全反射面に覆われた中空の対称形の傾斜した溝型部
材と、全反射面に覆われた中空の非対称形の傾斜した溝
型部材と、透明な媒体を充填し、全反射面に覆われた中
空の非対称形対称形の傾斜した溝型部材と、透明な材料
を充填し、全反射面に覆われた対称形の傾斜した溝型部
材と、透明な材料を充填し、全反射面に覆われた非対称
形の傾斜した溝型部材とからなる集合から選択された溝
型部材である請求の範囲第４項に記載の装置。 - 【請求項１１】複数の受光誘導部を備えた請求の範囲第
１項に記載の装置。 - 【請求項１２】４−60個の受光誘導部を備えた請求の範
囲第11項に記載の装置 - 【請求項１３】複数の受光誘導部を備えた請求の範囲第
２項に記載の装置。 - 【請求項１４】４−60個の受光誘導部を備えた請求の範
囲第13項に記載の装置。 - 【請求項１５】複数の光電機構を備えた請求の範囲第13
項に記載の装置。 - 【請求項１６】受光誘導部が、レンガ、タイル及びパネ
ルの一部からなる集合から選ばれた構造要素である請求
の範囲第１項に記載の装置。 - 【請求項１７】受光誘導部が、レンガ、タイル及びパネ
ルの一部からなる集合から選ばれた構造要素である請求
の範囲第２項に記載の装置。 - 【請求項１８】光吸収面が光電機構の下面を構成してい
る請求の範囲第２項に記載の装置。 - 【請求項１９】複数の受光誘導部と１個の光電機構を備
えた請求の範囲第２項に記載の装置。 - 【請求項２０】受光誘導部が、前記全反射面及び前記光
吸収面と共働し、前記２つの反射鏡面とも随意に共働し
て、全反射面からの入射光を前記光吸収面へと直接反射
するとともに、前記２つの反射鏡面からの入射光をも随
意に前記光吸収面へと直接反射する請求の範囲第２項に
記載の装置。 - 【請求項２１】前記光電機構が光変換電池である請求の
範囲第２項に記載の装置。 - 【請求項２２】光変換電池が、ｐ−ｎ光電池、アモルフ
ァス光電池、ショットキー光電池、電気化学的光電池、
MIS光電池、ｎ−ｎ光電池、及びｐ−ｐ光電池からなる
集合から選択された電池である請求の範囲第21項に記載
の装置。 - 【請求項２３】光変換電池が、太陽電池、タングステン
光変換電池、ハロゲン光変換電池、蛍光灯光変換電池、
フォトダイオード光変換電池、及びレーザー光変換電池
からなる集合から選択された電池である請求の範囲第22
項に記載の装置。 - 【請求項２４】電池が、Si,GaAs,AlGaAs,Ge,CdTem,CuIn
Se2,GaP,GaAsP、及びInPからなる集合から選択された半
導体材料で構成されたｐ−ｎ光電池である請求の範囲第
23項に記載の装置。 - 【請求項２５】前記２つの反射鏡面が傾斜した溝型部材
を相互に構成し、前記全反射面が前記溝型部材の上面を
覆い、前記各反射鏡面と全反射面とがＺ−Ｙ平面上でな
す角度の大きさが、垂直線に沿った入射光が全反射面に
再入射する時に全反射面に全反射角度で再入射すると同
時に、再入射光が傾斜した溝型部材の一端に向けてＸ軸
方向に導かれることを満足するように構成された、請求
の範囲第１項、第３項、第５項、第７項、第９項、第11
項、第12項及び第16項のいずれか一つに記載の装置。 - 【請求項２６】前記２つの反射鏡面が傾斜した溝型部材
を相互に構成し、前記全反射面が前記溝型部材の上面を
覆い、前記各反射鏡面と全反射面とがＺ−Ｙ平面上でな
す角度の大きさが、垂直線に沿った入射光が全反射面に
再入射する時に全反射面に全反射角度で再入射すると同
時に、再入射光が傾斜した溝型部材の一端に向けてＸ軸
方向に導かれることを満足するように構成された、請求
の範囲第２項、第４項、第６項、第８項、第10項、第13
項、第14項、第15項、第17項、第18項、第19項、第20
項、第21項、第22項、第23項及び第24項のいずれか一つ
に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AU8787 | 1991-10-08 | ||
| AUPK878791 | 1991-10-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06511602A JPH06511602A (ja) | 1994-12-22 |
| JP3220147B2 true JP3220147B2 (ja) | 2001-10-22 |
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| AU (1) | AU652291B2 (ja) |
| DE (1) | DE69231616T2 (ja) |
| ES (1) | ES2153363T3 (ja) |
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| AU2003902117A0 (en) * | 2003-05-05 | 2003-05-22 | Sustainable Technologies International Pty Ltd | Photovoltaic device |
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| DE102010007763A1 (de) * | 2010-02-12 | 2011-08-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 | Photovoltaik-Vorrichtung sowie dessen Verwendung |
| LT5819B (lt) | 2011-06-09 | 2012-03-26 | Vilniaus Gedimino technikos universitetas, , | Saulės elementas su paslėptos tekstūros emiteriu |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS6123368A (ja) * | 1984-07-11 | 1986-01-31 | Hitachi Ltd | 太陽追尾用センサ− |
| JPS62266879A (ja) * | 1986-05-14 | 1987-11-19 | Agency Of Ind Science & Technol | 太陽エネルギ−変換パネル |
| DE3718844A1 (de) * | 1987-06-05 | 1988-12-22 | Koester Helmut | Vorrichtung zur beschaffung und gleichzeitigen gewinnung von sonnenenergie |
| AU602114B2 (en) * | 1987-09-08 | 1990-09-27 | Ebara Solar, Inc. | Method for texturing a silicon surface of any crystallographic orientation using an isotropic etch and photolithography and silicon crystals made thereby |
| AU612226B2 (en) * | 1987-12-17 | 1991-07-04 | Unisearch Limited | Solar cells with tilted geometrical features |
| DE3917503A1 (de) * | 1989-05-30 | 1990-12-06 | Helmut Frank Ottomar P Mueller | Aussenwandelement fuer gebaeude |
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