JP6321219B2 - 光起電装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光起電装置に関する。

このタイプの装置は、幅広く使用され、その目的は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換することである。

このために、これらの装置は、日光によって照らされる光起電セルが備えられ、光電効果によってこの光を電気エネルギーに変換する。

このタイプの装置の収率を改善するために、集められた光の使用が周知であり、これはまた、主要な光起電材料の消費を低減するという利点を有する。このために、セルは、光子を受け取り、光子を光起電セルの表面に良好に導くように提供された導光板と結合され得る。

これらの装置の中には、セルが、光子を反射し、導波路によるそれらの再捕獲を可能にするように構成された反射器に配されるものがある。そして、導波路は、この反射器に接触して配される。

しかしながら、このタイプの装置が幾つかの欠点を有することが見られた。実際に、反射器は、理想的ではない反射係数を有し、これは、各反射における損失をもたらす。さらに、各反射器は、通常、例えば、それが堆積される支持体の粗さ、反射器の経年劣化又は製造欠陥のために局所的な粗さを有する。いくつかの条件において、特に、光子の波長と比較して無視することができないこれらの粗さの寸法に関して、これらの粗さは、光子の反射角の制御されない変化、及び導波路によって提供されるガイド効果の全体的な低減を引き起こす光の拡散の局所的な減少をもたらす。

本発明は、この状況を改善することを目的とする。

このために、本発明は、
−互いに離隔された複数の光起電セルと、
−前記セルを受容する支持体と、
−前記セルに接触し、前記セルに近接する表面を有する第１のガイドを備える導光板であって、前記近接表面が、前記セル及び前記支持体に対して配向する、導光板と、
を備える光起電装置を対象とする。

特に、前記光起電装置は、前記セルの間に、前記支持体と前記第１のガイドとの間に位置する、前記近接面の屈折率より小さい屈折率を有する材料を含む領域を備え、前記材料が、前記近接面に接触する。

実施が容易である実施形態において、この材料は、単なる空気であり、空間は、セル間に提供される。

本発明の一側面によれば、前記支持体は、前記第１のガイドの近接表面に対して配向された反射表面を有する反射体である。

本発明の特有の側面によれば、前記第１のガイドは蛍光集光器である。このような方法で、セルに対する導光板のガイド効果は、特に最大化され、装置の効率が改善される。

本発明の他の装置によれば、前記支持体及び前記第１のガイドの近接表面は、１μｍから２０μｍの距離（ｄ）だけ離隔される。起こり得る、反射性能を制限する光の非線形の効果は、特にこのように制限され得る。

本発明の特定の実施形態によれば、前記第１のガイドの近接表面と前記支持体との間の距離は、２以上の前記第１のガイドの好ましい発光波長に相当する固有波長の倍数に実質的に等しい。これは、先に記載した上述の非線形の効果を制限することを可能にする。

本発明の特有の側面によれば、１つ又はそれ以上のセルは、前記第１のガイドに対して前記支持体から突出して配され、前記第１のガイドは、前記セルに接触し、少なくとも前記セルによって前記支持体から離隔されている。このような方法で、セル自体は、この材料を含む領域の形成に貢献する。

一実施形態によれば、前記導光板は、前記材料によって互いに離隔される複数の第２のガイドを備え、第２のガイドの各々は、前記第１のガイドの近接表面と光起電セルとの間に置かれる。これらのガイドは、セルと第１のガイドとの間の良好な光学的結合を可能にすることによって導波路のガイド効果を改善しながら、特に装置の形状を入念に選択するように働き、セルの表面が粗い場合でさえも、そのように働く。

本発明の他の側面によれば、前記第２のガイドによって、前記第１のガイドの近接表面が少なくとも前記領域において前記支持体から離される。

本発明の特定の実施形態によれば、第２のガイドの各々は、前記対応する光起電セルの前記表面に接触して配され、前記セルの表面の寸法に実質的に等しい寸法を有する表面を有し、所定の第２のガイドの前記表面は、前記対応する光起電セルの前記表面に実質的に端部間で面するように配される。このような方法で、第１のガイドから来る光子に対するセルの露出は、改善され得る。

本発明の他の側面によれば、前記第２のガイドの少なくとも１つは、ベース及び円柱の寸法が前記対応する光起電セルの前記表面の寸法に実質的に等しい略正角柱形状のパッドの形状を有する。特に、これは、第１のガイドからセルに光子を移動するという効果を有する。

本発明の特定の実施形態において、前記第２のガイドの１つ又は各々は、前記第１のガイドの屈折率と前記対応する光起電セルの表面の屈折率との間に含まれる屈折率を有する。このような方法で、セルに対する光子の移動は、第１のガイド、第２のガイド及びセルの間の様々な界面における反射が最小化されるので、さらに改善される。

さらに、本発明は、
−互いに離隔される複数の光起電セルと、
−前記セルが付近に置かれる支持体と、
−前記光起電セルに接触し、前記セルに近接する表面を有する第１のガイドを備える導光板であって、前記近接表面が、前記セル及び前記支持体に対して配向される、導光板と、
を備える光起電装置の製造方法に関する。

特に、
−前記光起電セルは、前記支持体の付近に配され、
−前記セルの間に、前記第１のガイドと前記支持体との間に位置し、前記近接表面の屈折率より低い屈折率を有する材料を含む領域を配することによって、前記導光板が、前記光起電セルに接触して配され、前記材料は、前記近接表面に接触して配される。

本発明による方法の一側面によれば、１つ又はそれ以上の透明な第２のガイドが得られ、その各々が、前記第１のガイドと１つの光起電セルとの間に置かれる。このような方法で、装置の配置は、正確に制御され得、非線形の現象は、制限され得る。

特定の実施形態において、第２のガイドの各々は、前記対応する光起電セルに直接接触する堆積物によって形成される。このような方法で、装置の製造は容易に行われ得、関連する物の管理が単純化される。

本発明の他の側面によれば、前記対応する光起電セルが前記支持体から突出するように前記光起電セルの全て又は一部は、前記支持体の付近に堆積によって形成され、前記第１のガイドは、前記突出するセルに接触して堆積される。このような方法で、装置の製造に必要な部品のための保管の制約が制限され得る。さらに、製造は、必要とされる多くの段階の削減のために単純化される。

本発明は、添付図面を参照して単に実施例として与えられる、以下に続く詳細な説明を読むことによって、より理解されるだろう。

本発明による光起電装置の概略図である。 図１の装置の断面図である。 本発明の第１の変形例による装置の断面図である。 本発明の第２の変形例による装置の断面図である。

図１は、光を電気エネルギーに変換するように構成された、本発明による光起電装置２を示す。

図１及び図２を参照して、装置２は、基板４、光起電セル８用の支持体６、及び導光板１０を備える。

装置２は、有益である幅広い波長にわたって動作する。この有益な波長の範囲は、セル８が電気に変換することができる光子のスペクトル範囲と定義される。従って、この範囲の上限は、光起電セルの特性に依存し、より正確には、これらのセルの吸収体を作る材料の特性に依存する。３５０ｎｍ以下の波長を有する光子がほとんど地球に到達しないので、この範囲の下限は、一般的には、３５０ｎｍに設定される。

例えば、この波長は、３５０ｎｍから１２００ｎｍである。

基板４の一般的な形状は、長方形板である。それは、例えば周知の方法によって作られる。基板４は、支持体６に接触し、支持体６を支持する。

一実施形態において、基板４は、全ての光起電セル８を個々に又はネットワーク状に外部回路に接続する電気接点（示されない）が備えられる。

基板６の一般的な形状は、長方形板である。その側方寸法及び横断寸法は、基板のものと実質的に同一である。支持体６は、基板４に配され、実質的に基板４に平行である。基板４及び支持体６は、端部同士が実質的に配列される。

支持体６は、セル８を受容する。図１及び図２の実施形態において、支持体６は、開くキャビティ１２が備えられ、それぞれの開口は、基板４から離れて配向する。各キャビティ１２は、光起電セル８を受容する。キャビティ１２は、実質的に光起電セル８の寸法に相補性の寸法を有する。キャビティ１２、及び従ってセル８は、支持体上で互いに間隔が空けられている。セル間の間隔は、装置２の最適な性能のために規則正しいものである。例えば、キャビティ１２、及び従ってセル８は、支持体６の表面上のマトリクスパターン、すなわちこの表面上の規則的な間隔の列及び行を意味するパターンで配される。それにもかかわらず、ある実施形態においては、この間隔は、規則性に乏しく、又はランダムでさえある。これは、特に、装置２の製造を容易にするものである。

変形実施例によれば、セルは、支持体の表面に直接配され、支持体は、キャビティ１２を有しない。本発明は、これ以降、支持体がキャビティ１２を有しない実施形態に限定されることなく記載される。

さらに、支持体６の幾つかの実施形態が考えられる。

一実施形態において、支持体６は、反射器である。反射器６は、上部表面（図面の配向の方向において）を有する。この上部表面は、基板４から離れて配向する反射表面１４である。より正確には、反射表面１４は、導光板１０に向かって配向する。キャビティ１２は、反射表面１４を通って開く。

反射器６は、例えば、一般的に実装される。例えば、反射表面１４は、セル８の配置の前に又は後に形成される銀Ａｇ又はアルミニウムＡｌ層を含み、それは、アルミニウムドーピングを有するか否かにかかわらず亜鉛酸化物ＺｎＯが任意に堆積される。

ある実施形態において、反射表面１４は、可視領域の部分のみを反射するように構成される。有利には、反射表面１４が反射するように構成される波長範囲は、導光板１０の第１のガイドの発光波長範囲の全て又は一部を含む。例えば、それは、この発光波長範囲の全てを含むように選択される。

この第１のガイド及びその発光波長範囲は、以下に記載される。

これは、あるタイプの用途において、特に窓ガラスの実装において有利であり、これらの用途の文脈において低光学損失を有する装置が得られ得る。

ある実施形態において、基板４は、それ自体、支持体６によって反射されない波長において透過性である。

ある特定の実施形態において、基板６は、可視領域から選択される波長範囲において交互に又は平行に反射し、装置が、前記選択された波長範囲に依存する色相を有する外観を有するようになる。

支持体１４が第１のガイドの発光波長範囲の全て又は一部を含む可視領域の部分において反射する実施形態において、対象となる色調（シェード）に関連する選択された波長は、例えば、第１のガイドの発光波長範囲から外されるように選択される。

ある実施形態において、反射表面１４は、可視領域全体を反射するように構成される。

他の実施形態において、支持体６は、前記と同一の構成を有する。しかしながら、支持体６は、反射表面を有さず、これは、支持体の上部表面が反射しないことを意味する。支持体６は、例えば、可視領域で透過性の材料で作られる。それは、例えば、ガラスで作られる。有利には、装置全体がほとんど透過性であることを可能にするように、基板４は、それ自体透過性である。これは、特に、この透明性が重要な基準である建設用の窓ガラス等の用途において有利である。

以下の記載は、支持体６が反射器であるというシナリオに対する制限なしに与えられ、他のタイプの支持体、例えば透明支持体に対する適用が直接的である。

既に記載されたように、セル８は、反射器６のキャビティ１２の１つにそれぞれ配される。各セル８は、導光板１０に対して配向し、セル８が電気エネルギーに変換する導光板１０からの光子がそれを通して受けられる上部表面１６を有する。セル８は、キャビティ１２に配される。例えば、セル８の表面１６は、互いに実質的に同一平面上にあり、及び／又は、反射器６の反射表面１４と同一平面上にある。例えば、セルは、反射器内に埋め込まれる。このように、セルの上部表面１６は、反射表面１４の付近の高さにされる。あるいは、セル８の表面１６は、互いに同一平面上にはない。さらに、ある実施形態において、それらは、各々のキャビティ１２にリセスされ、それは、それらの表面１６が、キャビティ１２の関係する開口の表面より低い高さにあることを意味する。以下に記載される他の実施形態において、セルは、それらのキャビティ及び反射器から突出する。

セル８の上部表面１６は、実質的に平坦である。セル８の上部表面１６は、屈折率ｎ_ｃを有する。屈折率ｎ_ｃは、例えば、おおよそ１．９に等しい。上部表面１６は、例えば、導電性の透明な酸化物層を含む。この酸化物は、亜鉛酸化物ＺｎＯであり、透明で、アルミニウムがドーピングされ、又はインジウム錫酸化物ＩＴＯ、又は錫酸化物ＳｎＯ_２であり得る。

一実施形態において、セル８は、マイクロセルである。

有利には、セル８は、略円筒状の形状を有し、それらの各々の上部表面１６は、円形である。次いで、セルの直径は、例えば、１０μｍから５００μｍに含まれる。

“円筒”が、固定方向を維持しながら、閉じられた平坦な曲線又は方向性の曲線を描く変化点を通過する生成器によって定義される表面を意味するものと理解されることに留意すべきである。このように、円筒形状は、必ずしも回転対称ではない。

図１の実施形態等のある実施形態において、セルは、図１に示されるような長方形断面を有する一般的な円筒形状を有する。セル８は、１０μｍから５００μｍに含まれるそれらの上部表面１６の平面において測定される２分の１の幅及び／又は長さを有する。

あるいは、セルは、形状、及び任意の形状のそれぞれの上部表面１６を有する。セルは、１０μｍから５００μｍに含まれる円形断面及び直径を有する円筒に刻み込まれる。

セル８は、例えば、薄い層のセルであり、それは、製造の容易性の観点で利点を有する。例えば、それらは、ＣＩＧＳ（Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅを表す）と称されるタイプであり、それらの組成は、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ_２であり、これは、それらが、銅、インジウム、ガリウム及びセレンで作られることを意味する。それらはまた、他の薄い層のセルであるＣｄＴｅ又はＣＺＴＳタイプであり得る。

それにもかかわらず、本発明は、特定のタイプのセルに限定されない。セルは、既存のセルから任意に選択され得る。例えば、セルは、結晶性、多結晶性又は非晶質シリコンであり得、例えば、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ及び／又はＧａＩｎＡｓのようなＩＩＩ−Ｖタイプの半導体のセルである。

導光板１０は、光子を受け、それらをセル８に案内するように構成される。導光板１０は、セル８に共通である。さらに、それは、全てのセル８に接触する。導光板は、その中の光子をセル８の上部表面１６に導くように構成される。

導光板１０は、第１のガイド１８及び複数の第２のガイド２０を備える。

第１のガイド１８は、蛍光集光器である。それは、光子を吸収し、他の波長における光子に対応して光子を再放出する。これは、より具体的に後で記載される。

第１のガイド１８の一般的な形状は、平坦な長方形の板である。この構成は、装置の組み立てを容易にし、装置の嵩を減少させる。

この第１のガイド１８は、例えば、ミリメートルからセンチメートル程度の厚さを有する。

第１のガイド１８は、反射器６の反射表面１４に実質的に平行に配される。

第１のガイド１８は、反射器６に対して配向されるセル８に近接する表面２２を有する。図１及び図２の配向を参照して、近接表面２２は、第１のガイド１８の下部表面に対応する。図１及び図２に示されるように、反射器６の反射表面１４は、近接表面２２に対して配向される。

近接表面２２及び反射器６の反射表面１４は、実質的に平行である。

第１のガイド１８は、反射器６の長手方向及び横軸の寸法に実質的に等しい長手方向及び横軸の寸法を有する。より具体的には、第１のガイド、反射器及び基板の寸法は、装置２の用途に依存する。例えば、ガイドの近接表面積２２（従って、反射器及び基板の面積）は、ある用途において数十平方センチメートル程度であり、また他の用途において数平方メートル程度である。装置２の幾何学的な利得としても知られる、セル８の上部表面積１６の合計に対する近接表面積２２の比は、例えば、２から１００の間に含まれ、例えば２０である。

有利には、セル８は、第１のガイド１８の中心部に面している。これは、支持体６の付近のセル８の配置を修正する必要なく第１のガイド１８の寸法の調整を可能にする。

従って、有利には、セル８は、その上部表面１６が第１のガイド１８の側方端部に面しないような方法で、第１のガイド１８に対向する支持体６の付近に配され、これは、第１のガイド１８の側方表面２３（図２）を端部が区切ることを意味する。

第１のガイド１８は、少なくとも１つの染料、及び、第１のガイドの大部分を形成する材料を含み、その色付け又は各色付けは、浸漬され、均一に分布される。その染料は、リン光性又は蛍光性であり、これは、装置２の吸収域と呼ばれる第１の波長範囲において光を吸収する材料を意味する。これに応じて、それは、その中で再放射し、第２の波長範囲又は発光波長範囲において原則的に等方的に光子を再放射する。この範囲は、装置２の固有波長λに集中する。

吸収波長範囲は、染料が吸収することができる光子のスペクトル範囲を指定する。理想的には、その下限値は、有益な波長範囲の下限値に相当し、その上限値は、有益な波長範囲の下限値より若干低い。

発光波長範囲は、染料によって放射される光子のスペクトル範囲を指定する。この範囲は、吸収範囲と比較して長波長側にオフセットされる。それは、理想的には、有益な波長範囲の上限値に一致する上限値を有する。さらに、この範囲が特定の波長−固有波長λの付近に関連し、集中するように、この範囲は通常狭い。後に見られるように、この固有波長λは、装置２内に含まれる第２のガイドの高さ、及び第１のガイドと反射器との間の空間を定義するために使用される。装置２の固有波長λは、第１のガイド１８、及びそれが含む染料の関数である。それは、光起電セル８が良好に機能するスペクトル範囲に含まれるように選択される。

吸収波長範囲及び発光波長範囲は、通常、共通の周波数範囲を有する。しかしながら、この共通の範囲は、好ましくは、可能な限り狭い。これは、第１のガイド１８自体によって放射される光子の波長１８による再吸収の現象を制限するように働く。それは、これらの吸収が損失をもたらすからである。

反射器６の反射表面１４は、第１のガイドの発光波長範囲に含まれる波長を有する光子を最適に反射するように選択される。

好ましくは、染料のリン光収率は、吸収される光子の数に対する染料によって再放出される光子の数の比を意味するが、９０％を超え、有利には９５％を超える。

第１の変形例において、第１の波長は、１つ又はそれ以上の染料によってドーピングされた１つ又はそれ以上のポリマーで構成される。例えば、第１のガイドは、ポリメチルメタクリレート又はＰＭＭＡで作られる。ある実施形態において、染料は、例えばＢＡＳＦによって販売されるＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）等の有機高分子から得られ、例えば、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）ＲＥＤ３０５である。あるいは、染料は、ローダミン、ペリレン、４−ブチルアミノ−Ｎ−アリル−１，８−ナフタルイミド、ポリ（９，９−ジ−（２−エチルヘキシル）−９Ｈ−フルオレン−２，７−ビニレン、ポリ（（９，９−ジ−（２−エチルヘキシル）−９Ｈ−フルオレン−２，７−ビニレン）−コ−（１−メトキシ−４−（２−エチルヘキシルオキシ）−２，５、又は、ランタノイドイオンのキレートで作られる。

あるいは、染料は、例えばＰｂＳ又はＰｂＳｅのナノ粒子、又は、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＣｄＺｎＳ／ＺｎＳ、又はＣｄＴｅ／ＣｄＳｅのコア／シェルタイプの構造体等である半導体ナノ結晶から作られる（英語で“ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔｓ”として知られる）。

あるいは、染料は、有機／無機ハイブリッド化合物から作られる。

ある実施形態において、染料は、上記の幾つかの要素で作られ、それは、集光器の吸収範囲を拡大するように働く。

他の変形例において、第１のガイドは、発光性元素がドーピングされた酸化物である。

他の実施形態において、染料は、ネオジム（Ｎｄ^３＋）又はイッテルビウム（Ｙｂ^３＋）がドーピングされた、又は例えばランタノイド等の他の希土類金属がドーピングされたユーロピウム酸化物がドーピングされたオルトバナジン酸イットリウムのような、希土類金属がドーピングされた酸化物の粒子から得られる。

第１のガイド１８、及び従ってその近接表面２２は、屈折率ｎ_ｇ１を有する。屈折率ｎ_ｇ１は、例えばおおよそ１．５に等しい。

本発明によれば、第１のガイド１８の近接表面２２は、反射器６から離れている。装置２は、セル間に位置し、第１のガイド１８の近接表面２２の屈折率より小さい屈折率を有する材料２４を含む１つ又はそれ以上の領域３を含む。材料２４は、反射器６及び第１のガイド１８の間の限られた空間を満たし、セル８間に延長する。１つ又はそれ以上の領域２３は、それぞれ第１のガイド１８及び反射器６に属する２つの部分の間に位置し、それらは、互いに対向する。

好ましくは、材料２４は、可能な限り小さい屈折率を有する。従って、好ましい材料２４は、空気（１に等しい屈折率を有する）である。

材料２４の存在の効果は、近接表面２２を意味する、第１のガイド１８と材料２４との間の界面におけるフレネル反射を誘導することである。この反射は、正反射性であり、その効率は、臨界角以上の入射角を有する光子に対しておおよそ１００％に等しい。そのため、全反射ＴＩＲと呼ばれる。この角度の値は、界面を形成する材料の屈折率、すなわち第１のガイド１８及び材料２４の屈折率にのみ依存する。生じる全反射の現象に関して、光は、高屈折率媒体から低屈折率媒体を通らなければならず、これは、第１のガイドの下に材料２４が付けられることを表している。材料２４が空気であり、第１の導波路の材料が１．５の屈折率を有する実施形態において、臨界角は実質的に４２°であり、それは、続いて入射光子の７５％がＴＩＲによって反射され、等方性放射を仮定して入射光子の２５％が反射されないというのが、この場合である。

好ましくは、材料２４は、１に等しい又はおおよそ１に等しい屈折率を有する。これは、臨界角の値を最小化し、全反射によって反射される光子の割合を最大化するという効果を有する。

変形例として、材料２４は、有効屈折率を最小化するために、例えばＳｉＯ_２又はＴｉＯ_２ナノ構造体で作られる多孔質材料である。あるいは、材料２４は、１．４未満の屈折率、例えば１．３に等しい屈折率を有するポリマーで作られる。他の変形例において、材料２４は、フッ化マグネシウムＭｇＦ_２又はシリコン酸化物ＳｉＯ_２で作られる。

好ましくは、第１のガイド１８の近接表面２２と支持体６との間の距離ｄは、装置２の固有波長λ以下である。この距離が、第１のガイド１８による光子の放射後の光子の波長と比較して無視することができないので、この効果は、誘導される光子の挙動の非線形的な作用を最小化することである。好ましくは、近接表面２２と反射器６との間の距離ｄは、正確に１未満である固有波長λの倍数以下である。これは、既に記載した上述の非線形の効果を最小化することを可能にする。例えば、装置２の固有波長は、約１μｍであり、近接表面２２と反射器６との間の距離は、例えば、この波長の２倍、３倍又は４倍以下であり、例えば５μｍである。

さらに、好ましくは、近接表面２２と反射器６との間の距離は、装置２の固有波長λの数倍以下であり、例えば、この波長の２０倍である。これは、特に、第２のガイド２０の側部による光子損失の現象を制限し、また、後に見られるように、第２のガイド２０の側方表面付近の反射の発生の可能性を最小化するように働く。そのため、例えば、近接表面２２と反射器６との間の距離は、２０μｍ以下であり、例えば、５μｍから１０μｍに含まれる。

好ましくは、領域２３は、連続的であり、第２のガイド２０に面しない近接表面２２の表面全体を実質的に覆う近接表面２２に接触する単一の領域２３を形成する。この効果は、最大領域の表面上の反射器の効率を改善することである。

第２のガイド２０は、透過性である。それらは、それぞれセル８の１つと関連する。好ましくは、第２のガイド２０は、互いに同一である。これは、それらを組み立てるのを容易にし、従って一般的に装置２を組み立てるのを容易にする。

第２のガイド２０の各々は、パッドの形状を有する。第２のガイド２０の各々は、第１のガイド１８の近接表面２２とセル８の上部表面１６との間に置かれる。第２のガイド２０は、第１のガイド１８の近接表面２２が反射器６から離れたままにする。第２のガイド２０は、材料２４によって横方向に互いに離隔される。

好ましくは、第２のガイド２０の各々は、関連するセル８に接触する表面又はベースを有し、それは、セル８の上部表面１６の形状と実質的に同一の形状を有する。これは、第１のガイド１８から第２のガイド２０及び第２のガイド２０からセル８を通る光子の割合を最大化するという効果を有する。例えば、第２のガイドの各々は、略円筒形状又は任意の断面の各柱形状を有し、そのベースは、関連するセル１８の上部表面１６の形状と実質的に同一の形状を有する。例えば、長方形の上部表面１６を有するセル８に関して図２に示されるように、第２のガイド２０の各々は、セルの上部表面１６の寸法に実質的に等しい寸法を有する長方形の断面を有する直角柱形状を有する。あるいは、円筒形状及び円形断面を有するセル８に関して、第２のガイド２０はまた、円形断面を有する略円筒形状を有する。

あるいは、第２のガイド２０は、台形又は他の形状を有する凹側部又は凸側部を有し得る。

第２のガイド２０のベースが端部から端部まで上部表面１６に接触して配されながら、第２のガイド２０の各々は、図１及び図２に示されるように、関連するセル８の上部表面１６に接触して配される。

第２のガイド２０は、例えば、感光性樹脂で作られる。例えば、感光性樹脂は、ＭｉｃｒｏＣｈｅｍｉｃａｌｓによってＡＺ（登録商標）ｎＬＯＦ（商標）２０７０の名称で販売される樹脂、又は４０ＸＴ樹脂又はＳＵ８樹脂である。

第２のガイド２０は、屈折率ｎ_ｇ２を有する。屈折率ｎ_ｇ２は、第１のガイド１８の屈折率ｎ_ｇ１より大きい。さらに、第２のガイド２０の屈折率ｎ_ｇ２は、セル８の上部表面１６の屈折率ｎ_ｃより小さい。第２のガイドが、第１のガイドの屈折率とセルの屈折率との間の中間の屈折率を有するために、セルに反射防止をもたらすので、この効果は、セル８に対する光子の移動を強めることである。

好ましくは、第２のガイドの屈折率ｎ_ｇ２は、第１のガイド１８の屈折率ｎ_ｇ１及びセル８の上部表面１６の屈折率ｎ_ｃの幾何平均に実質的に等しい。これは、第１のガイド１８から第２のガイド２０までの光子の移動、及び第２のガイド２０からセル８までの光子の移動を同時に高めるという効果を有する。言い換えると、これは、以下の好ましい関係式である。

例えば、屈折率ｎ_ｇ１は、おおよそ１．５であり、屈折率ｎ_ｃは、おおよそ１．９である。好ましくは、屈折率ｎ_ｇ２は、おおよそ１．６９である。

装置２の動作の原理は、図１及び図２を参照して以下に記載される。

装置２の動作中、第１のガイド１８は、その周囲環境から来る光子によって照射される。

サンプル光路Ｔを示す図２を参照して、装置２の周囲の光子は、第１のガイド１８に入る。既に示されるように、それらは、第１のガイド１８によって吸収される。ある光子は、例えば、第１のガイド１８の厚さ内のＡ点付近で吸収される。これに対応して、第１のガイド１８は、第１のガイド１８のＡ点から光子を放射する。これらの光子は、第１のガイド発光範囲１８に属する波長で放射する。

第１のガイド１８内で放射されると、これらの光子は、第１のガイド１８の界面に向かってその中を移動する。

第２のガイド２０に面する近接表面２２の領域まで来る光子は、第２のガイドを通り、次いで、その全部又は一部が、以下に記載されるように、関連するセル８の上部表面１６に到達する。

光路Ｔによって示されるように、第２のガイド２０に面しない領域の第１のガイド１８の界面付近に到達する光子は、反射される。より具体的には、周知のように、各反射において、光子の一部が反射され、これらの光子の他の部分は、第１のガイド１８から逃げる。近接表面２２付近で生じる反射のために、反射されない光子は、それらが第１のガイド１８に対して反射される反射器６に向かって伝播する。そこで、それらは、その中に入り、再びその中で伝播する。

本発明によれば、既に示されるように、近接表面２２付近で効果的に反射される光子の割合は、材料２４を含む領域２３の存在のために増加する。実際に、反射器が第１のガイド１８の直下に位置するシナリオにおいて、全ての光線は、完全ではない反射器の反射係数で反射されるだろう。材料２４の存在に関して、光線の大部分は、全反射によって完全に反射される。逃げる光子は、反射器６に衝突し、従って、その反射表面の割合で反射され、再び第１のガイドに入る。

第１のガイド１８における光子の移動は、それに続く反射器の反射表面１４における１つ又はそれ以上の反射があるか否かによって、第２のガイド２０に面して位置する領域の近接表面２２付近の第１のガイド１８内に到達するまで続く。屈折率ｎ_ｇ１、ｎ_ｇ２及びｎ_ｃの値のために、光子は、それらが対応するセル１８に向かって移動する、対象となる第２のガイドに入る。光子が第２のガイド２０に入る角度に依存して、それは、第２のガイド２０の側方側部の付近の１つ又は複数の反射に晒され得る。既に述べたように、これらの反射を経た光子の一部のみが、効果的に反射される。他の部分が材料２４に入るからである。その光路及び装置２内のその位置に依存して、特にその装置２の端部までのその近接に依存して、それらが第２のガイド２０を去った後、これらの光子は、他の第２のガイド２０に入り（反射器６による反射の有無によらず）、再び第１のガイド１８に入り（反射器６における反射の後）、又は装置２から逃げる（反射器６における反射の有無によらず）。セル８の上部表面１６に達する光子は、次いで、セル８によって電気エネルギーに変換される。

支持体６がそのスペクトルの部分に対して反射するだけの実施形態において、その波長が支持体６によって反射される波長範囲に位置する波長である光子は、以上に記載されるように動く。支持体によって反射されない波長を有する光子は、次いで、支持体によって反射されず、その動作中に装置から逃げる。

支持体６が透過性である実施形態において、光子は、装置の動作中に支持体６によって反射されない。

装置２の製造は、図１及び図２を参照して以下に記載される。

第１の段階において、基板４、支持体６及びセル８は、あらゆる周知の方法によって製造され、それらは、既に記載されたように配される。すなわち、支持体６は、基板４に配され、セル８は、支持体６の付近に配される。

ある実施形態において、セル８の上部表面１６は、アルミニウムＡｌがドーピングされた亜鉛酸化物ＺｎＯの層を含む。対応する実施形態において、この層は、セル８が支持体の付近に配された後にセル８に堆積され、セル８上に選択的にのみ、又は、セル８上及び反射器６の反射表面１４上の両方に堆積される。

さらに、第２のガイド２０は、例えば、光学フォトリソグラフィによって製造される。次いで、第２のガイドの位置合わせは、フォトリソグラフィ中に行われる。最後に、第１のガイド１８の近接表面２２は、第２のガイド２０の自由端部に接触して配される。任意に、最終的な焼鈍しはまた、第１のガイド１８に第２のガイド２０を強固に接合するために行われ、それは、装置２の機械的強度を改善する。

変形例として、第２のガイド２０の全て又は一部は、電気化学的な手段によってセル８に直接接触して形成される。より具体的には、反射器６にセル８を配した後、第２のガイド２０は、セル８の表面に選択的に堆積された亜鉛酸化物ＺｎＯの電着によって作られる。

対応する実施形態において、セル８に直接形成された第２のガイド２０は、亜鉛酸化物ＺｎＯで作られる。

本発明による装置２は、２０程度の幾何学的利得で実装される。その装置の集光因子（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ）が従来技術の装置より約３倍良好であることが観察された。例えば、第１のガイドが反射器に付けられる従来技術の装置の集光因子は、１．８で測定され、これに対して、本発明による装置２の集光因子は、５．３で測定された。

これは、第１のガイド１８の近接表面２２の付近の反射器の効率の改善から、及び全反射によって反射されるための十分な入射角を有して到達する光子に対する近接表面２２の付近の正反射性の性質から得られる第１のガイド１８の上部表面の付近の直接的な効率向上から生じる直接的な効率向上によって説明される。

図３を参照して、本発明の変形例において、セル８は、第１のガイド１８に向かって反射器６から突出する。近接表面２２は、セル８に直接接触して配される。言い換えると、装置２は、第２のガイド２０を有しない。セル８は、第１のガイド１８を反射器６から離れたままにする。

この実施形態において、セル８は、例えば堆積によって、例えば反射器６のキャビティ１２内に直接形成される。あるいは、それらは、キャビティ１２を有しない反射器６に直接形成される。装置２の製造中に、反射器６の反射表面１４は、例えば、セル８の形成後に堆積によって形成される。これは、反射器６の反射表面１４の品質に関してセル８の形成の衝撃を最小化する。

それが第２のガイド２０を有しないので、この変形例による装置２は、低コストを有し、製造するのが容易である。

図４を参照すると、他の実施形態において、セル８は、反射器６から突出し、装置２は、既に記載されるように、第２のガイド２０を含む。第２のガイド２０の寸法は、制限され得、従って、装置２の製造はまた、この実施形態においてセル８の突出のために単純化される。

他の変形例（示されていない）において、上記実施形態が組み合わされる。例えば、幾つかのセル８の上部表面は、図２に示されるように、反射器６の反射表面の付近に位置し、一方で、他のセルは、反射器から突出する。次いで、装置２は、その上部表面が同じ高さであるセル８と第１のガイドの近接表面２２との間に置かれる、第１のサイズの第２のガイド２０、及び、突出するセルと近接表面との間に置かれる、第２のサイズの第２のガイド２０を備える。次いで、全ての第２のガイドのピークは、実質的に、それらの各々に接触する第１のガイドと同一の高さである。

この変形例の他の実施例において、第１のガイド１８は、反射器の外側に突出するセルに直接接触する。さらに、その上部表面が平坦であるセル８は各々、次いで、以前に記載されるように第２のガイドに結合され、対象となるセル８と近接表面２２との間に置かれる。

本発明による装置２の他の実施形態も考えられる。

例えば、ある実施形態において、第１のガイド１８の上部表面は、第１のガイド１８への周囲の光子の最大限の通路を得ることができるが、第１のガイド１８の上部表面によって光子、特に第１のガイド１８によって再照射される光子の出口を遮蔽するように構成され、第１のガイドの発光範囲の波長を有するバンドパスフィルターで覆われる（図２の点線）。そのため、このフィルターは、固有波長付近に位置する波長を有する光子の反射に対して良好な特性、及び他の波長に対する高い透過性を有する。

さらに、光起電装置に集光する光学メカニズムのうち、その光学システムを通して物体の画像を得る働きをする撮像装置が注記され、従って、この場合、セルにおける太陽の画像、及びそれらの部分に対して非撮像装置が画像を形成することなく集光する。

撮像装置は、太陽光が対象の装置に直接到達する場合、太陽光を集めるためのだけの特定の特徴を有し、これは、それが太陽及び光学装置によって形成される軸に沿って配向され、例えば雲によって生じる拡散現象のために任意の方向に到達する拡散光を使用することができない場合を意味する。

非撮像装置は、入射太陽光の方向に反応しにくいものである、従って、特別なシステムを有する太陽の経路に正確に従う必要がないという利点を有する。

また、好ましくは、装置２は、非撮像装置である。それは、非可動性の方式でその支持体に固定される。これは、撮像装置に対して必要とされる、太陽の経路に従って装置を配向するために構成される配向メカニズムをその装置が不要にするように働く。従って、装置２のコストは、撮像装置と比較して実質的に低減される。

２ 光起電装置
４ 基板
６ 支持体
８ 光起電セル
１０ 導光板
１２ キャビティ
１４ 反射表面
１６ 上部表面
１８ 第１のガイド
２０ 第２のガイド
２２ 近接表面
２３ 領域
２４ 材料

Claims (16)

1. 互いに離隔された複数の光起電セルと、
   前記セルを受容する支持体と、
   前記セルの近位にある表面を有する第１のガイドを備え、前記セルに接触する導光板であって、前記近位にある表面が、前記セル及び前記支持体に対して配向する、導光板と、
   を備える光起電装置であって、
   前記光起電装置が、前記複数の光起電セルの間に、前記支持体と前記第１のガイドとの間に位置する、前記近位にある表面の屈折率より小さい屈折率を有する材料を含む領域を備え、前記材料が、前記近位にある表面に接触する、光起電装置。
2. 前記支持体が、前記第１のガイドの近位にある表面に対して配向された反射表面を有する反射体であることを特徴とする、請求項１に記載の光起電装置。
3. 前記第１のガイドが蛍光集光器であることを特徴とする、請求項１に記載の光起電装置。
4. 前記支持体及び前記第１のガイドの近位にある表面が、１μｍから２０μｍの距離だけ離隔されることを特徴とする、請求項１に記載の光起電装置。
5. 前記近位にある表面及び前記支持体の間の距離が、２以上の前記第１のガイドの好ましい発光波長に相当する、前記装置の固有波長の倍数に実質的に等しいことを特徴とする、請求項４に記載の光起電装置。
6. １つ又はそれ以上の光起電セルが、前記第１のガイドに対して前記支持体から突出して配され、前記第１のガイドが、前記セルに接触し、少なくとも前記セルによって前記支持体から離隔されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. 前記材料が空気であることを特徴とする、請求項１に記載の光起電装置。
8. 前記導光板が、前記材料によって互いに離隔される複数の第２のガイドを備え、第２のガイドの各々が、前記第１のガイドの近位にある表面と光起電セルとの間に置かれることを特徴とする、請求項１に記載の光起電装置。
9. 前記第２のガイドによって、前記第１のガイドの近位にある表面が少なくとも前記領域において前記支持体から離されることを特徴とする、請求項８に記載の光起電装置。
10. 第２のガイドの各々が、対応する光起電セルの前記表面に接触して配され、前記セルの表面の寸法に実質的に等しい寸法を有する表面を有し、所定の第２のガイドの前記表面が、前記対応する光起電セルの前記表面に実質的に端部間で面するように配されることを特徴とする、請求項８に記載の光起電装置。
11. 前記第２のガイドの少なくとも１つが、ベース及び円柱の寸法が対応する光起電セルの前記表面の寸法に実質的に等しい略正角柱形状のパッドの形状を有することを特徴とする、請求項８に記載の光起電装置。
12. 前記第２のガイドの１つ又は各々が、前記第１のガイドの屈折率と対応する光起電セルの表面の屈折率との間に含まれる屈折率を有することを特徴とする、請求項８に記載の光起電装置。
13. 互いに離隔される複数の光起電セルと、
    前記セルが付近に置かれる支持体と、
    前記セルの近位にある表面を有する第１のガイドを備え、前記光起電セルに接触する導光板であって、前記近位にある表面が、前記セル及び前記支持体に対して配向される、導光板と、
    を備える光起電装置の製造方法であって、
    前記光起電セルが前記支持体の付近に配され、
    前記複数の光起電セルの間に、前記第１のガイドと前記支持体との間に位置し、前記近位にある表面の屈折率より低い屈折率を有する材料を含む領域を配することによって、前記導光板が、前記光起電セルに接触して配され、前記材料が、前記近位にある表面に接触して配される、光起電装置の製造方法。
14. １つ又はそれ以上の透明な第２のガイドが得られ、その各々が、前記第１のガイドと１つの光起電セルとの間に置かれることを特徴とする、請求項１３に記載の光起電装置の製造方法。
15. 第２のガイドの各々が、対応する光起電セルに直接接触する堆積物によって形成されることを特徴とする、請求項１４に記載の光起電装置の製造方法。
16. 対応する光起電セルが前記支持体から突出するように前記光起電セルの全て又は一部が前記支持体の付近に堆積によって形成され、前記第１のガイドが前記突出するセルに接触して堆積されることを特徴とする、請求項１３に記載の光起電装置の製造方法。

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