JPS5832476A - 光起電力装置 - 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】 本発明は元エネルギーを電気墨ネ＃４！―に変換ｒｒる
光起電力装置に関する。

石油などのエネルギー資源の枯渇が間−となる中で、非
枯渇、クリーンエネルギー源である太陽光から直接電気
を得る光起電力装置、所謂太陽電池の開発が盛ん（行な
われている。太陽光は旭光に於いて晴天時に約１ｘｗ／
ｍ’エネルギーを与えてはいるものの、上記光エネルギ
ーを電気エネルギーに変換する変換効率が現在報告され
ている最高水準の単結晶シリコンから成るものであって
も１．０数パーセントしかなく、従って電力用として用
いる際には大面積にならざるを得ない。

そこで従来から反射鏡や７レネルレンズを用いて光エネ
ルギーＷＩ度を上昇せしめる研究も行なわれているが、
最近で＃′ｉ、Ａｐｐｌｉｅｄ　′ｈｙＢｉ（！ａ　Ｖ
Ｏｌ　１４　Ｆ＋２３−１３９（１９７７年発行）　「
５ｏｕｒ　ＫｎｅｒｇＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｗｉｔｈ
　Ｆｌｕｏｒｅｓｃｓｎｔ　０ｏｌｌｓ＋ｃｔｏｒｓ−
Ｊで発表され几螢光集光型の光起電力装置についても検
討が加ｉｌ＋は内部に螢光体を分散させた絶縁基板で、
アクリル樹脂、ガラス等から成っている。１２１Ｆｉ単
結晶シリコンから成る光電変換素子で、上記基板（１）
の１＠面にシリコン系の接着剤（３）を介して固着之れ
ている。

斯る構造の絶縁基板（１）の−表面に第２図に於いて矢
印で示す如く太陽光（４）が入射すると、咳太陽光（４
）は絶縁基板（１）中を透過する過程に於いてその一部
が分散されている螢光体に吸収される。この螢光体は一
般的に光を吸収すると１１１ｇ６図に示す如く吸光波長
より長波長の光を放射する性質を有している。セしてこ
や光は螢光体を中心に放射状に輻射され絶縁基板（１）
の１１１面に接着され九九電変換素子に）に到達して電
気エネルギーに変換される。

この様に絶縁基板（１）の１１１ｍに接着された光電変
換素子（２）には螢光体から輻射された光が入射し電気
エネルギーに変換される訳であるが、絶縁基ルギーは光
電変換素子（２）に照射される際集光される。従って、
変換効率が低率であっても光電変換素子（２）を照射す
る光スネルｌ−ｌ−密度が基板（１）の集光作用によっ
て上昇するので、光電変換素子（２）を大溢化すること
なく大きな電気エネルギーを得ることができる。

ところが、上記光電変換素子（２）は絶縁基板（１）に
対しシリコン系の接着剤＋３１　を介して接着せしめら
れてシシ、製造工程に於いて光電変換素子（２）の接着
工程を必要とするばかりか、上記接着剤ａ）は昼間は光
照射により高温となり夜間は低温となる熱サイクルを絶
えず受け、遂にけ光電変換素子（２）の剥離事故を招く
危惧を有してい皮。また接着剤（３）が雨水や大気中の
有機ガスによる影響を受ける等厳しい環境下では一層上
記剥離事故を招く可能性は高い。

本発明は斯る点に鑑み為されたものであって、以下に本
発明の一害施例につき詳述する。

＠４図及び第５図は本発明の一実施例を示す斜視図及び
断面図であって、（至）は螢光体例えばホスタゾルオレ
ンジＲ−Ｋを分散せしめた絶縁基板で、ガラス、アクリ
ル樹脂から成っている。ａｎＦｉ上記・、′ 螢光体を含む絶縁基板−の光入射面（２）に対し小面積
Ｓ、の側面に直接被着せしめられた薄膜状充電変換領域
で、訳光電変換領域Ｉは例えば非晶質シリコン、非晶質
シリコンカーバイド１．非晶質シリコンオキサイド、非
晶質シリコンナイトライド眸の非晶質半導体、多結晶シ
リコン等の多結晶半導体、及び多結晶ガリウム砒素、ガ
リウムアルミニウム砒素、硫化カドミウム等の多結晶化
合物半導体から成る光電変換層（至）と、該光電変換層
α湯を挾持する第１・第２の電極層（１４）（ハ）、か
ら構成されている。

尚、上記光電変換層（至）はプラズマ放電法、高周波ス
パッタリング法、蒸着法、プリント法、スプレー法、気
相成長法等の方法から形成材料の違いにより適宜選択形
成され、例えば非晶質半導体の場合はプラズマ放電法が
選択される。また上記第１の電極層α４１は酸化スズ、
酸化インジウム及び酸化インジウム・スズ等の透光性Ｉ
Ｌ電子ビーム蒸着法により絶縁基板（至）に対し直接被
着せしめられる。第２の電極層（２）はアルミニウムの
蒸着膜であるＯ この様に薄膜状の充電変換領域αυは螢光体を含む絶縁
基板Ｑ＠の光入射面００面積Ｓ１に対し小面緬Ｓ、の一
面に接着剤（３）ｔ−介さず直接被着せしめられ・発光
特性に着目した。即ち、光電変換効率圓にら 到達し発電に寄与する光は螢光体力ｚ輻射される光であ
り、この光のスペクトルが螢光体の組成によ警って異な
る点に鑑み、該発光スペクトルを光電変換領域ル）の分
光感度に合致せしめれば光電変換効率を改善せしめるこ
とができる。例えは上述の如きホスタゾルオレンジＲ−
に螢九体鉱第６図に示すように約４７０　［ｎｍ）にピ
ークをＭする吸光特性と約５７０　（ｎｍ）にピークを
有する発光特性を具えている。

一部、非晶質半導体から成る光電変換層Ｃ１ｌの分光Ｗ
＆度時特性ホスタゾルオレンジＲ−に螢光体の発光特性
を略カバーする。−例ｔ−＠７図に示すと、＠７図は非
晶質シリコンのＦ工Ｎ接合構造を有する光電変換層０３
の分光感度特性であるっ即ち、非晶質シリコンのＰ工Ｎ
接合構造は約５９０　（ｎｍ）に分光感度のピークが存
在し、上記ホスタゾルオレンジＲ−に螢光体の発光ピー
ク約５７０　（ｎｍ）と略一致する。しかも非晶質シ１
）　ｐンの分光感ｆＦ！。

広帯域に及び螢光体の発光帯域を完全にカバーすること
ができる。

ここで、従来に於ける単結晶シリコンの分光感度につい
て考えて見ると、単結晶シリコンの分光感Ｊ［Ｆｉ上記
第７図に於いて破線で示す如（非晶質シリコンに比べ更
に広帯域に及ぶ。この様に広帯域に分光Ｓｔが存在して
いることが単結晶シリコンが非晶質シリコンに比べ高変
換効率を実現している一因を為していることは周知の通
りである。

この高変換効率を＊現するのには単結晶シリコンに照射
される照射光のスペクトルが太陽光の如き非晶質シリコ
ンの分光感度よりも広帯域に及ぶことが前提となってい
る。

ところが上記ホスタゾルオレンジＲ−に螢光体の発光帯
域は極めて狭帯域であり非晶質シリコンの分光感度帯域
にカバーされるために上記単結晶・・−。

シリコンの広帯域に及ぶ分光感度特性を有効に利用する
ことができない。即ち、単結晶シリコンの特長である高
変換効率は照射光のスペクトルである螢光体の発光スベ
ク、トルが狭帯域となるために基質的に低下する。

次に絶縁基板叫による集光について具体的に説明する。

一辺ａが１ｍ高さｈが１ｍ厚みｔが５＋ｏ＋の偏平な二
等辺三角形状の絶縁基板叫の１１１１面に第８図に示す
如き光電変換餉域圓會直接被漸せしめた装置に於ける上
記光電変換領域Ｉに照射される光エネルギー密度を考え
て見る。三角形状の絶縁基板α匈の光入射面＠に太陽光
を入射した場合、螢光体を介して一側面に伝播する光エ
ネルギーの伝播率として理論的に１７．６−の値が得ら
れている。従って光入射面（２）に晴天時に於ける光エ
ネルギー密度１ＫＷｈ・の太陽光が照射せしめられると
すると、上記−側面には、 ＩＫＷ／ｍｆｆ１×１７，５ｑ６×６１−８６．５１の
光エネルギーが伝播することになる。

この８６．５　Ｗ光エネルギーが伝播する一側面の面積
ｓ、＃ｉｓ　Ｘ　１０”ｇｓ＋２であり、この−側面に
於ける光エネルギー密度は、 ８６−５Ｗ／８．＝８６．５Ｗ１５Ｘ１０”ｊ＝１７−
５”／ｕｓ” となる。即ち、照射され穴太陽光の光エネルギー密ＩＩ
Ｌは１にシーＨ＝ｌ　ｍＶ７−であるから、−側面に伝
播する光エネルギ−９！度は１７．５倍も上昇する０従
つ、て、絶縁基板叫の一１１ｉｉｆｆｉＫＦ！理論的に
１７．６倍に集光された光が伝播することになる０尚、
上記絶鍬基１［ＧＯはガラス及びアクリル御、１１が考
えられるがアクリル＊ｍが価格面で優れてお）該アクリ
ル樹脂の使用に１９一層のコストダウ例として光電変換
領域ａＩＪｔｔ１１面にのみ被着せしめ残りの側面に反
射鏡を設けることも考えられる０本発明光起電力装置は
以上の説明から明らかな如く、螢光体を含む絶縁基板の
光入射面に対し小面積の側面に薄膜状光電変換領域會直
接被着せしめ友ので、従来装置に於ける接着工程がなく
なると共に、接着剤を用いたことによる光電変換素子の
剥離事故は完全に防止される。また、薄膜状光電変換領
域の光電変換効率は従来の単結晶シリコンよりも低いに
も拘らず、入射する太陽光のスペクトルを螢光体が狭帯
域のスペクトルに変更せしめるので、太陽光が直接光電
変換領域を照射する場合に比べ両者の差は改善される０
％に非晶質半導体から成る光’ＭＥ変換領域は単結晶に
比べ物めて安価に展進することができる反面、上記変換
効率の低さが問題となっていたが、上述の如く両者の差
が改善されるので、変換効率が大きいことを理　、由に
高価な単結晶を用いる必費もなくなる。更に、螢光体と
してホスタゾルオレンジＲ−Ｋ　ｔ−ｇ用すれば、該＊
光体の発光帯域は非晶質半導体の分光感度帯域によって
カバーされしかも、両者のピークが略一致し、効率よく
光エネルギーを電気エネルギーに変換せしめることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の斜視図、第２図は第１図の要部断面
図、第６図は螢光体の吸光・発光特性−、第４図は本発
明装置の斜視図、第５図Ｆｉｌ１４図の要部断面図、第
６図はホスタゾルオレンジＲ−に螢光体の吸光・発光特
性図、＠７図は非晶質シリコンＰＩＮ接合構造と単結晶
シリコンの分光感度特性図、＠８図は本発明装置に於け
る集光を説明するための斜視図、を夫々示・している。 叫・・・絶縁基板、■・・・薄膜状光電変換領域。 ０ 第５図 ２ −３５２− 第６図 貞長（ル１ｌＬＬ−一一 第７図 声表〔ル町−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）薄膜状光電変換領域を、螢光体を含む絶縁基板の
   光入射面に対し小面積の側面に直接被着せしめたことｔ
   −特徴とする光起電力装置。
2. （２）上記薄膜状光電変換領域は非晶質半導体から成っ
   ていること１に特徴としｆＰ：、特許請求の範囲第１項
   記載の光起電力装置。
3. （３）上記螢光体はホスタゾルオレンジＲ−にであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光起電力装
   置。
4. （４）上記絶縁基板としてアクリル系の樹脂金用い友こ
   とｔ−特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項若しく
   は第５項記載の光起電力装置。