JPH07335925A

JPH07335925A - 太陽電池

Info

Publication number: JPH07335925A
Application number: JP6122223A
Authority: JP
Inventors: Ken Tsutsui; 謙筒井; Mitsunori Ketsusako; 光紀蕨迫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【構成】断面が円形の光発電素子を複数備えた太陽電池
において、光発電素子の平均断面半径をＲとしたとき、
隣り合う光発電素子の断面中心点間の距離を２.１４２
Ｒ〜２.８２８Ｒとした。また太陽電池パネルを複数枚
用いる場合に、複数枚のパネルの互いの面を９０度ある
いは２７０度の角度に開いた。【効果】発電素子を最充填密度にすることなく十分な発
電量を得ることができ、従って配線密度が低く、製作は
簡単になり、使用材料も少なくてすむ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光エネルギを電気エネル
ギに変換する太陽電池に係り、特に、断面形状が円形の
光発電素子をパネル状にした太陽電池，太陽電池パネル
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の粒状光発電素子については特開平
3−76273号公報にあるように、粒状太陽電池素子が互い
に接した充填密度の高いものが知られている。また単一
粒状太陽電池素子については特開昭58−54684 号公報が
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は粒状太
陽電池素子を複数備えた太陽電池パネルにおいて、
（１）パネルを水平に設置しても垂直に設置しても同様
な発電量が得られ、（２）水平，垂直併用設置での発電
量が最大となり、（３）原料使用量が少なく、配線密度
も低くなるように、隣り合う粒状太陽電池素子間の距離
を最適化することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】断面が円形状の太陽電池
素子の平均断面半径をＲとしたとき、隣り合う太陽電池
素子の断面の円の中心点間の距離を２.１４２Ｒ〜２.８
２８Ｒとした。また複数枚の太陽電池パネルを用いる場
合に、複数枚のパネルの互いの光入射面を９０度あるい
は２７０度の角度に開いた。

【０００５】

【作用】本発明によれば、２枚のパネル（パネルＡおよ
びＢ）の互いの光入射面を９０度あるいは２７０度の角
度に開いたことにより、光の入射面の実効面積の和Ｓ
は、それぞれのパネルの縦方向の長さをＬ１，Ｌ２、パ
ネルの幅をＷ１，Ｗ２、太陽光の入射仰角をθとすれ
ば、数１となる。

【０００６】

【数１】Ｓ＝Ｗ１・Ｌ１・cosθ＋Ｗ２・Ｌ２・sinθ 太陽光の入射仰角は０度から９０度を考えれば良いた
め、光の入射面の実効面積の和Ｓは入射仰角４５度で最
大となり、０度および９０度で最小となるがその場合で
もＳはＷ１・Ｌ１あるいはＷ２・Ｌ２となり、常に相当
量の光入射実効面積が確保される。

【０００７】ここでは断面が円形の太陽電池素子を粒と
して説明する。複数枚のパネルの互いの面を２７０度の
角度に開いた粒状太陽電池でその素子（粒）が透明体の
中に形成されているか、あるいは平板上に粒が並んでい
る場合を想定すると、生産コストは使用材料が少なく、
配線密度が低い方が有利である。すなわち、粒と粒の間
隔は大きいほど使用する粒の数は少なくてすむ。また粒
と粒との間には配線が必要であるが、粒と粒の間隔が大
きいほど配線数は少なくてすむ。また配線面積による光
利用面積の減少も抑えることができる。

【０００８】しかし、粒と粒の間隔が大き過ぎると、太
陽電池素子（粒）以外の部分に光が入射するため発電量
の低下を起こすため、粒と粒との間隔は離し過ぎても好
ましくない。そこで粒状太陽電池素子の平均断面半径を
Ｒとしたとき、隣り合う太陽電池素子の断面中心点間の
距離を２.１４２Ｒから２.８２８Ｒとしたことにより、
太陽光を有効に取り込むと同時に、粒状太陽電池素子の
間隔を広げることができる。

【０００９】すなわち、太陽電池素子の平均断面半径を
Ｒとしたとき，太陽光入射仰角４５度において光が全て
粒状太陽電池素子に入射するようにパネルＡおよびＢの
粒と粒との中心点間の最大距離（Ｌmax）を求めると、
Ｌmax＝２Ｒ／(sin４５度）、すなわち、２.８２８Ｒ
となる。この数値は、太陽光入射仰角４５度で太陽電池
パネルを水平設置および垂直設置それぞれにおいて、粒
状太陽電池に太陽光が全て入射する場合の、粒と粒との
最大間隔である。従って、２.８２８Ｒ以上に間隔を広
げると、太陽電池素子以外の部分に光が入射してしま
い、発電効率の低下をきたす。このため粒状太陽電池を
水平及び垂直に設置した場合には粒と粒との間隔を２.
８２８Ｒ以下とすれば太陽光入射仰角４５度で最大発
電量となる。

【００１０】また入射仰角が０度から４５度および４５
度から９０度における最小受光面積となるのは、０度と
９０度の場合であり、その場合でも一方のパネルは最小
受光量であるが、もう一方のパネルでは最大受光量とな
る。このように粒と粒との間隔を２.８２８Ｒとすれば
光利用率の優れた、しかも適度に粒と粒との間隔の開い
た太陽電池が得られる。ここで太陽光の入射角度につい
て地軸の傾き分を補正し、粒と粒との適正最小間隔（Ｌ
min）を求めると、Ｌmin＝２Ｒ／(sin（補正角度＋４５
度）、すなわち、２.１４２Ｒとなる。なお、ここでの
補正角度には回帰線分の２４度を使用した。このように
太陽電池素子の平均断面半径をＲとしたとき、太陽電池
素子と素子との間隔を２.１４２Ｒから２.８２８Ｒの範
囲とすることにより、光の利用率に優れた、しかも配線
密度が低く作りやすい、さらには原料使用量が少なくコ
ストも低い良好な太陽電池，太陽電池パネルが得られ
る。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例を図１により説明する。先
ず基板１上に第一配線１１を施した。基板材料としては
金属あるいは金属酸化物であっても良い。また配線材料
は低抵抗材料であれば良く例えばアルミでよい。配線の
ピッチは１.４１４mm とした。この上に半導体例えば球
状シリコン２１を並べ、同図（ａ）とした。

【００１２】球状シリコンは、半径０.５mm ，ｐ型、ま
たその表面には燐を拡散させてｎ型層５１とした。球状
シリコンの半径Ｒと配線ピッチＬとの関係はＬ＝２.８
２８R、すなわち、隣り合うシリコンの中心点間距離を
１.４１４mm とした。この配線ピッチと球状シリコンの
中心点間距離とは等しい。次にこれを熱処理し配線とシ
リコンとをわずかに反応させ電気的接続を確実なものと
するとともに、機械的にも強いものとした。

【００１３】次に中間層３１として透明な樹脂あるいは
透明な金属酸化物、例えばＰＧＭＡ（ポリグリシジルメ
タアクリレート）を塗り、熱処理により固化させ、これ
を酸素雰囲気中でのドライエッチング法によって処理
し、シリコンの頭頂部を少し出し、引き続きフレオンガ
ス雰囲気中でシリコンの頭頂部をエッチングして同図
（ｂ）を得た。

【００１４】次に保護マスク４１としてスピンオングラ
ス（ＳＯＧ）を塗布後加熱固化し、通常のホトエッチン
グ法によりシリコンの頭部中央部のみＳＯＧを除去し
た。さらにジボランと水素の混合雰囲気中でのプラズマ
処理によってシリコンに硼素を拡散させてｐ＋層５２を
形成し、同図（ｃ）を得た。

【００１５】次にｐ＋層を電気的に接続するための第二
配線１２を施し、同図（ｄ）に示した太陽電池セルを得
た。このセルを複数枚並べ、０.５平方ｍの太陽電池と
した。この太陽電池にはその表面に保護膜を施し、電極
配線を必要電圧になるように纏め、光反射防止膜を施す
などをさらに行った。

【００１６】この太陽電池を１０枚敷き詰めて太陽電池
パネルとし、図２に示したようにパネル３枚（Ｓ１，Ｓ
２およびＳ３）をそれぞれ直角になるように設置した。
すなわち、パネル間の光入射面の角度はパネルＳ１とＳ
２とは２７０度またパネルＳ２とＳ３とは９０度とし
た。晴天時におけるパネル３個の合計発電量を調べた結
果、太陽光の仰角によらず一定した発電量を示した。

【００１７】本発明の第２の実施例を図３を用いて説明
する。太陽電池素子の断面形状が円形の太陽電池の製作
方法は実施例と同様にした。従ってここでは太陽電池素
子の製作方法については省くことにする。実施例１と異
なる点は図３（ａ）に示したように、球状シリコンによ
る球状発電素子６１の並べ方である。本実施例では半径
０.２mmの球状発電素子の中心点間距離を０.４２８４mm
(Ｌ＝２.１４２Ｒ）としたことである。さらには最近傍
のシリコン間の距離を全て同じにしたことである。すな
わち図３（ｂ）に示したように、近傍の各球状発電素子
の中心点を直線で結んだとき、正三角形の頂点がシリコ
ンの中心となるように配置した。このような配置を取っ
たことで、パネル正面における太陽光の仰角変化に対し
て有効のみならず、パネル横方向からの斜め入射光に対
しても十分な発電量が確保された。

【００１８】本発明の第３の実施例を図４により説明す
る。基板１上に配線１１を施し、さらに半径０.５mm
で、その表面には燐を拡散させたｎ型層５１を有したｐ
型線状シリコンよりなる断面が円形の発電素子６１をピ
ッチ１.０７１mm（Ｌ＝2.142R)にして同図のように並べ
た。次にこれを熱処理しシリコンと配線とを反応させ
た。以下、実施例１と同様にして図４に示した太陽電池
を作った。図４は太陽電池の構成要素のみを示したもの
である。本実施例における太陽電池でも先の実施例と同
様に優れた発電特性を示した。

【００１９】本発明の第４の実施例を図５を用いて説明
する。基板１として薄板もしくは機械的に変形可能な材
料例えばポリカーボネート、あるいは薄いアルミ板とし
た。その上に必要に応じて樹脂あるいは塗布ガラスなど
の絶縁材料を施しても良い。以下は実施例１と同様にし
て太陽電池パネルを作製した。球状発電素子（６１）の
半径は０.２mm，球状発電素子間の距離は０.４２８４mm
とした。本実施例での隣接する球状発電素子間の距離は
球状発電素子の半径の２.１４２倍としたものである。
その後、図５にあるように太陽電池基板を円周の１／４
の曲面を有する構造体７１の上に変形させて設置した。
１／４円周上の両最端部分間の太陽電池セルの基板面の
光入射面の角度は２７０度である。本実施例では一枚の
パネルで二枚のパネルを２７０度に設置したと同様な効
果が得られた。

【００２０】本発明の第５の実施例を図６を用いて説明
する。実施例４で作製した太陽電池パネルと実施例１で
作製した太陽電池パネルとを組合せ、図６のようにし
た。すなわち、曲面を有したパネルと垂直及び水平に設
置したパネルとを組合せた。球状発電素子（６１）の半
径は０.４mm，球状発電素子間の距離は０.８５６８mmと
した。本実施例での隣接する球状発電素子間の距離は球
状発電素子の半径の２.１４２倍としたものである。本
実施例では第４の実施例より水平面と垂直面とが広くな
っており、構造体のコーナを利用した太陽電池システム
として特に良好であった。

【００２１】本発明の第６の実施例を図７により説明す
る。基板１上に発電素子６１を備えた太陽電池の製法は
実施例１と同様であり省く。球状の太陽電池素子からな
る太陽電池の脇に光を反射する反射板Ｍ１，Ｍ２を設置
した。光は直接太陽電池に入射するもの以外に、反射板
表面へ入射した反射光を太陽電池に導入するようにし
た。このような反射板を備えたことにより、入射光の増
大による発電量の増加が図れた。この場合、太陽電池へ
入射する反射板からの光は全て、基板１に対し垂直には
入射せず、ある角度を持って入射する斜め入射である。
本太陽電池では、特に斜め方向からの光入射に対しても
良好に発電できることは前述した通りであり、本実施例
のように斜め入射光を意図的に利用する光学系としたこ
とで、本発明の効果を一層高めることができた。

【００２２】太陽電池素子が平面的な場合には、入射光
の角度が浅いと発電素子内に十分光が入らず、太陽電池
素子表面で反射する光が増加するが、表面が球状の発電
素子の場合には、光の入射角によらず発電素子表面形状
は球の表面であり、効率良く光吸収がなされる。従っ
て、表面が球状の発電素子を前記したような適当な距離
を持って配置したことにより、反射板の無い場合あるい
は反射板を有した平滑な太陽電池に比較し、反射板から
の反射光を有効に利用し大きな発電量を得ることができ
た。

【００２３】本発明の第７の実施例を図８により説明す
る。先の第６の実施例では光反射板を意図的に設けた
が、本実施例では構造体を光反射板に用いた例を示す。
構造体７１は屋根板例えば波形あるいは図８にあるよう
な折板の屋根で鋼板防錆処理などが施されたもので良
い。このような屋根板の底辺部に球状太陽電池素子から
なる太陽電池素子を設置した。本実施例では屋根板であ
る構造体７１そのものが光反射板として働くため、反射
板を別途作製付加する必要が無い。従って、太陽電池素
子は表面が球状の発電素子を前記したような適当な距離
を持って配置し、最充填密度としないため、簡単で製造
コストの低い太陽電池が実現でき、さらに集光用光反射
板も構造体との一体型にしたことでコストの低減が図れ
た。このような応用は、例えば、自動車道路の防音壁を
光反射効果を有した構造体７１としても同様である。本
実施例でも表面が球状の発電素子を前記したような適当
な距離を持って配置し、さらに反射光を利用したことに
より、安価で良好な太陽電池を実現できた。

【００２４】

【発明の効果】断面が円形の光発電素子を複数備えた太
陽電池において、光発電素子の平均断面半径をＲとした
とき、隣り合う光発電素子の断面中心点間の距離を2.14
2Rから２.８２８Ｒとしたことにより、発電素子を最充
填密度にすることなく十分な発電量を得ることができ
た。従って、配線密度が低く、製作は簡単になるととも
に、使用材料も少なくてすむ。また複数の太陽電池パネ
ルの光入射面を９０度あるいは２７０度に開いたことに
より、光入射角度の変化に対して発電量の変動を少なく
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す工程の断面図。

【図２】本発明の一実施例を示す断面図。

【図３】本発明の一実施例を示す平面図。

【図４】本発明の一実施例を示す斜視図。

【図５】本発明の第二実施例を示す斜視図。

【図６】本発明の第三実施例を示す断面図。

【図７】本発明の第四実施例を示す断面図。

【図８】本発明の第五実施例を示す断面図。

【符号の説明】

１…基板、１１…第一配線、１２…第二配線、２１…球
状シリコン、３１…中間層、４１…保護マスク、５１…
ｎ型層、５２…ｐ＋層、６１…球状発電素子、７１…構
造体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断面が円形の光発電素子を複数備えた太陽
電池において、前記光発電素子の平均断面半径をＲとし
たとき、隣り合う前記光発電素子の断面中心点間の距離
が２.１４２Ｒ〜２.８２８Ｒであることを特徴とする太
陽電地。
【請求項２】球状の光発電素子を複数備えた太陽電池に
おいて、前記光発電素子の平均断面半径をＲとしたと
き、隣り合う前記光発電素子の断面中心点間の距離が2.
142R〜２.８２８Ｒである太陽電地。
【請求項３】断面が円形の光発電素子を曲面を有した基
板上に複数備えた太陽電池において、前記光発電素子の
平均断面半径をＲとしたとき、隣り合う前記光発電素子
の断面中心点間の距離が２.１４２Ｒ〜２.８２８Ｒであ
って、前記基板の曲面が円周の１／４以内の面に配置さ
れたことを特徴とする太陽電池。
【請求項４】断面が円形の線もしくは棒状の光発電素子
を複数備えた太陽電池において、前記光発電素子の平均
断面半径をＲとしたとき、隣り合う前記光発電素子の断
面中心点間の距離が２.１４２Ｒ〜２.８２８Ｒであるこ
とを特徴とする太陽電地。
【請求項５】請求項１，２，３または４に記載の前記太
陽電池のパネルを複数枚用いる場合に、複数枚のパネル
の互いの光入射面を９０度もしくは２７０度の角度に開
いた太陽電地。
【請求項６】請求項１，２または４において、前記太陽
電池の近傍に光反射効果のある部材により光を反射さ
せ、この反射光を、直接、前記太陽電池の素子に入射す
る光と合わせ光発電に利用した太陽電地。