JPH06511602A - 光電池のための光学的装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光電池のための光学的装置 技術分野 この発明は、光を受光して、あらかじめ定めた少な（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。

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 もっ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（取り入れている。こうし た光の捕獲方法はノ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、カ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５ ｏｌａｒ　Ｅｎｅｒｇｙ　２１　（１９７８）、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の構成を示す側方がら 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１ ０３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１ ０４Ａ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のガラスと 空気の境界面ですべて内部反射させるために、θを太き（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の許容入射角度域力吠幅に小さくなら 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。

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、光をあらがし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（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。

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。

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。

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。

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。

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個てあり、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．　０ ００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、ンヨットキー光電池、電気化学的光電池、Ｍ ＩＳ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、Ｃｕ１ｎＳｅｘ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ 、、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＳｉＣ，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 ムはガラス、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（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−か所からもう−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ｘＳｙ、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。

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（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ょる光電モジュール 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。従来の設計にょ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。

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。

図２は直交するｘＳｙＸｚ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。

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。

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。

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 。

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。

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。

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。

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。

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２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４ ５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 ３００ｃＩ）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０２の適切な選択により、しが 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 ５゜１が全反射面５０３と反射鏡面５０４と５０５により５０６，５０７，５０ ８゜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５ ０５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がら下面５ｏ５（０２′ ＝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５コ４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０２−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５０５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５］４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０２′　とは、例えば太陽電／ｌ！！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３、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５１４の一辺に隣接する５０２，５１６，５１７．５１． ８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０１（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 とが凸■能である。

図７は図５ど図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゜７ ０２．７０３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第 １る非電池部分７０５，７０６．７０７及び７０８とともにチェス型彫のパター 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Ｇ７０］、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８ ０１．８０２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にハツ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。

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。

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（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（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− 個の溝型部材でも隣接する太陽型、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０２の他に重要な角度は図３の０３であり、θ３は）′−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０１に応じて変化させる 必要がある。このような非対称形はカ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 は構造のために、主としで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 は主として光電モンコ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０３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メ一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（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１ １００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１ １０６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。］１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１１０Ｌ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ｒＡＪ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。

／ゾθ、／ Ｙ Ｙ 国際調査報告　＋ｎｌｅｒａｍｏ＋ｖｌａ□Ｎ０にゴｌＡ１２１０ｏｉ３４ Ｆ＋＋ｒｍＰＣ”ｒｆｌｓＡＩ：ＩＱＩＩ’ｏｆｉｌ＾軸１１ｍ＋ｅｕｌｌｉｒ ｍ１１−１＋二旧Ｊｕｌｙｌ？９’ｌｅｏｐ４ｎｇ１ｍｌ＋ｏａａｌ　ｉｐｐｌ ｉｅａｌｗ　Ｎ。

国際調査報告　ＰＣｒ＋ＡＵｔ２１ＯＯ５３６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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 。 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。 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。 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。 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。 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。 ２４．電池が、Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，Ｇｅ，ＣｄＴｅｍ，ＣｕＩｎＳ ｅ２，ＧａＰ，ＧａＡｓＰ、及びＩｎＰからなる集合から選択され半導体材料で 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。 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。 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。