WO2009125722A1 - 集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュール - Google Patents

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WO2009125722A1
WO2009125722A1 PCT/JP2009/056938 JP2009056938W WO2009125722A1 WO 2009125722 A1 WO2009125722 A1 WO 2009125722A1 JP 2009056938 W JP2009056938 W JP 2009056938W WO 2009125722 A1 WO2009125722 A1 WO 2009125722A1
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solar cell
concentrating
sunlight
cell element
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楊　民挙
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シャープ株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L31/00—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
    • 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
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
    • F24S23/31—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
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    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to a concentrating optical member that condenses sunlight onto a solar cell (solar cell element) that generates power using the concentrated sunlight, and a collector including such a concentrating optical member and a solar cell.
  • the present invention relates to an optical photovoltaic module.
  • a flat plate structure of a non-condensing fixed type in which a solar power generation module configured by laying solar cell elements without gaps is installed on a roof or the like is common.
  • a technique for reducing the amount of high-priced solar cell elements among members (parts) constituting the solar power generation apparatus has been proposed.
  • sunlight is collected using an optical lens, a reflecting mirror, and the like, and the solar cell element having a small area is irradiated to increase the generated power per area of the solar cell element. It has been proposed to reduce the cost of solar power generation equipment.
  • the photoelectric conversion efficiency of the solar cell element is improved as the concentration factor is increased as the element characteristic.
  • a tracking and concentrating solar power generation device with a high condensing magnification configured to track sunlight and always receive sunlight in front has been proposed.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a concentrating solar power generation module applied to a conventional tracking concentrating solar power generation apparatus.
  • the concentrating solar power generation module 140 receives sunlight Ls (sunlight Lsv) and condenses the condensing lens 142, and sunlight Ls (sunlight condensing by the condensing lens 142. And a solar cell 110 that photoelectrically converts Lsa).
  • the solar cell 110 includes a solar cell element 111 that photoelectrically converts sunlight Lsa collected by the condenser lens 142, and a receiver substrate 120 on which the solar cell element 111 is placed.
  • the condensing lens 142 is configured to have a focal position FP on the back surface side of the solar cell element 111.
  • the conventional tracking concentrating solar power generation apparatus has applied the concentrating solar power generation module 140 having a high condensing magnification by the action of the condensing lens 142.
  • the distance from the condensing lens 142 to the solar cell 110 (solar cell element 111) (the working distance Wd of the condensing lens) is large.
  • the volume and weight of 140 increases, and the module material cost increases.
  • a higher tracking drive capability is required, which increases the overall cost.
  • a secondary optical system is generally provided between the dome-shaped lens or the condenser lens and the solar cell element.
  • a structure using a convex lens as a secondary optical system just above the surface of the solar cell element has been proposed (for example, see Patent Document 1).
  • a convex lens a biconvex lens, a plano-convex lens, or a rhombus lens may be used.
  • the light collected by the primary optical system is taken into the secondary optical system made of a translucent material disposed immediately above the solar cell element, and totally reflected by the side surface, so that the solar cell A structure for condensing light on the surface of the element has been proposed (see, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4).
  • Patent Document 3 and Patent Document 4 are effective in solving the problems of alignment error, chromatic aberration, and light intensity distribution.
  • In order to totally reflect the side surface of the secondary optical system It is necessary to increase the incident angle. Accordingly, it is necessary to increase the focal length of the primary optical system and to install the secondary optical system and the solar cell element away from the primary optical system.
  • the optical axis Lax of the concentrating solar power generation module is required.
  • the thickness in the direction increases and the overall weight increases.
  • the increase in the thickness of the concentrating solar power generation module increases the weight, leading to an increase in the size of the tracking mechanism (tracking drive system) that drives the concentrating solar power generation module.
  • tracking mechanism tilt drive system
  • Patent Document 3 the amount of light incident on the solar cell element is reduced due to reflection loss at the entrance / exit end face of the secondary optical system and transmission loss at the secondary optical system. There is a problem similar to Patent Document 1.
  • the secondary optical system directly receives sunlight condensed at high density by the primary optical system, and thus the members (materials) constituting the secondary optical system. ) Is required to have high heat resistance, resulting in an increase in the cost of the apparatus.
  • the energy density of the collected light beam becomes high, and if the sunlight condensed on the area other than the solar cell element is irradiated due to a tracking error or the like, other than the solar cell element
  • the members parts such as wiring
  • the members may burn out, and the glass arranged as the optical member may be broken. That is, there is a problem that it is extremely difficult to obtain a tracking and concentrating solar power generation device having sufficient reliability.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and is an optical member for concentrating light that is applied to a solar cell that generates power with concentrated sunlight and condenses sunlight on a solar cell element, A first optical member having a first refractive index disposed on the side on which sunlight is incident and a second optical member having a second refractive index different from the first refractive index disposed on the solar cell element side.
  • the sunlight that has passed through the first optical member is focused toward the solar cell element by the second optical member, and the distance between the concentrating optical member and the solar cell element (the working distance of the concentrating optical member) )
  • the distance between the concentrating optical member and the solar cell element the working distance of the concentrating optical member
  • the present invention is a concentrating solar power generation module that generates power by concentrating sunlight on a solar cell element by a concentrating optical member, and applying the concentrating optical member according to the present invention Improves the light condensing characteristics for sunlight, shortens the distance between the concentrating optical member and the solar cell element (working distance of the concentrating optical member), and enables reduction in thickness and weight, and power generation efficiency
  • Another object of the present invention is to provide an inexpensive concentrating solar power generation module with improved performance.
  • the concentrating optical member according to the present invention is a concentrating optical member that is applied to a solar cell that generates power by sunlight concentrated on a solar cell element and condenses sunlight on the solar cell element, A first optical member having a first refractive index disposed on the side on which sunlight is incident; and a second optical member having a second refractive index disposed on the solar cell element side, the first refractive index. And the second refractive index are different from each other.
  • the distance between the concentrating optical member and the solar cell element (the concentrating optical member) The working distance) can be shortened, and the concentrating solar power generation module can be reduced in size and thickness by improving the condensing characteristic with respect to sunlight.
  • the first optical member is an imaging lens
  • the second optical member is a non-imaging lens
  • the first optical member has a convex inner surface facing the solar cell element
  • the second optical member is the inner part of the first optical member. It is made to contact
  • the combination of the first optical member and the second optical member can be optimized and combined easily and with high accuracy, and the condensing characteristic is reliably improved by suppressing the loss at the interface between the two. be able to.
  • the first optical member has an inner surface facing the solar cell element that is concave, and the second optical member is the inner surface of the first optical member. It is made to contact
  • the combination of the first optical member and the second optical member can be optimized and combined easily and with high accuracy, and the condensing characteristic is reliably improved by suppressing the loss at the interface between the two. be able to.
  • the second optical member is a Fresnel lens.
  • the second refractive index is larger than the first refractive index.
  • the working distance of the concentrating optical member can be shortened, so that sunlight can be condensed easily and with high accuracy into the solar cell element.
  • the power generation module can be reduced in size.
  • the concentrating optical member according to the present invention is characterized by comprising a translucent substrate that comes into contact with the outer surface of the first optical member on which sunlight is incident.
  • the concentrating optical member according to the present invention is characterized by comprising an antireflection film formed on the outer surface of the translucent substrate.
  • the concentrating optical member according to the present invention is characterized by including an antireflection film formed on the outer surface of the first optical member.
  • a concentrating solar power generation module is a concentrating solar power generation module that generates power by concentrating sunlight on a solar cell element by a concentrating optical member, and the concentrating optical member Is a condensing optical member according to the present invention.
  • the concentrating optical member according to the present invention is a concentrating optical member that is applied to a solar cell that generates power by sunlight condensed on the solar cell element and condenses sunlight on the solar cell element.
  • the working distance of the concentrating optical member can be shortened, so that the condensing characteristics with respect to sunlight can be improved and the concentrating solar power generation module can be reduced in size and thickness. The effect that it can be set as the optical member for condensing is produced.
  • the concentrating solar power generation module according to the present invention is a concentrating solar power generation module that generates power by concentrating sunlight on a solar cell element by a concentrating optical member. Since the optical member for condensing is the concentrating optical member according to the present invention, the condensing characteristic for sunlight is improved and the distance between the concentrating optical member and the solar cell element (of the concentrating optical member) is increased. It is possible to reduce the working distance), so that an inexpensive concentrating solar power generation module that can be reduced in thickness and weight and has improved power generation efficiency can be obtained.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a concentrating optical member and a concentrating solar power generation module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a planar state of the condensing optical member shown in FIG. 1 viewed from the sunlight incident side.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modification of the concentrating optical member and the concentrating solar power generation module shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the concentrating optical member and the concentrating solar power generation module according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a modification of the concentrating optical member and the concentrating solar power generation module illustrated in FIG. 4.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a modification of the concentrating optical member and the concentrating solar power generation module illustrated in FIG. 4.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a modification of
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the solar cell according to Embodiment 3 of the present invention.
  • 6B is a cross-sectional view showing a modification of the solar cell shown in FIG. 6A.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the concentrating optical member and the concentrating solar power generation module according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a concentrating solar power generation module applied to a conventional tracking concentrating solar power generation apparatus.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a concentrating optical member and a concentrating solar power generation module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a planar state of the condensing optical member shown in FIG. 1 viewed from the sunlight incident side.
  • the concentrating optical member 50 according to the present embodiment is applied to the solar cell 10 that generates power by the sunlight Lsa collected on the solar cell element 11 and condenses the sunlight Lsa on the solar cell element 11. Has been. Note that the solar cell element 11 is mounted on the receiver substrate 20. The configuration of the solar cell 10 will be described in detail in Embodiment 3.
  • the concentrating solar power generation module 40 includes the solar cell 10 and the concentrating optical member 50. That is, the condensing optical member 50 is configured to face the sun by the action of a tracking mechanism (not shown). Accordingly, the sunlight Ls is incident on the concentrating optical member 50 as sunlight Lsv in the vertical direction (direction parallel to the optical axis Lax). The concentrating optical member 50 is configured to condense the sunlight Lsa refracted from the sunlight Lsv onto the solar cell 10 (solar cell element 11).
  • the sunlight Lsa is configured by concentrating sunlight Lsv incident from the vertical direction on the first optical member 51 in parallel with the optical axis Lax of the first optical member 51 in the direction of the solar cell element 11. .
  • sunlight Ls when there is no need to distinguish between sunlight Lsv and sunlight Lsa, it may be simply referred to as sunlight Ls.
  • the concentrating optical member 50 is disposed on the side on which sunlight Ls is incident and has a first optical member 51 having a first refractive index, and a first optical member 51 disposed on the solar cell element 11 side and having a second refractive index. 2 optical members 52, and the first refractive index and the second refractive index are different values. That is, the condensing optical member 50 has a configuration in which the first optical member 51 and the second optical member 52 are overlapped.
  • the distance (collection) between the concentrating optical member 50 and the solar cell element 11 is collected.
  • the working distance Wd) of the optical member 50 for light can be shortened, and the condensing type solar power generation module 40 can be reduced in size and thickness by improving the condensing characteristic with respect to sunlight Ls.
  • the optical member 50 can be used.
  • the first optical member 51 has a convex inner surface 51d facing the solar cell element 11, and the second optical member 52 is in contact with the inner surface 51d of the first optical member 51. Therefore, the combination of the first optical member 51 and the second optical member 52 can be optimized and combined easily and with high accuracy, and the condensing characteristic is reliably improved by suppressing the loss at the interface between the two. be able to.
  • the first optical member 51 forms a spherical surface (inner side surface 51d) having a radius Rr from the center Cc on the optical axis Lax on the incident side of sunlight Ls.
  • the second optical member 52 is, for example, a Fresnel lens, and is configured to be able to collect sunlight Ls incident through the first optical member 51 onto the solar cell element 11.
  • a non-imaging lens By configuring the second optical member 52 with a Fresnel lens, a non-imaging lens can be formed easily and with high accuracy, and the condensing characteristics can be improved easily and with high accuracy.
  • the first optical member 51 is an imaging lens
  • the second optical member 52 is a non-imaging lens
  • the chromatic aberration of the sunlight Ls collected on the solar cell element 11 can be alleviated and the spot energy density can be suppressed. Therefore, the heat resistance and the reliability of the concentrating solar power generation module 40 are improved. , Weather resistance can be improved.
  • the refractive index (second refractive index) of the second optical member 52 is larger than the refractive index (first refractive index) of the first optical member 51. Therefore, the working distance Wd can be shortened, and the sunlight Ls can be easily and accurately condensed on the solar cell element 11, and the concentrating solar power generation module 40 to which the concentrating optical member 50 is applied can be realized. Miniaturization can be achieved.
  • the refractive index can be adjusted by appropriately selecting materials constituting the first optical member 51 and the second optical member 52, as will be described later.
  • the condensing optical member 50 includes an antireflection film 53 formed on the outer surface 51 s of the first optical member 51. Therefore, it is possible to prevent the reflection of the sunlight Ls from the outer surface 51s of the first optical member 51 on which the sunlight Ls is incident, and to prevent the light collecting optical member 50 from being deteriorated. It becomes possible to manufacture the highly reliable concentrating solar power generation module 40 with improved efficiency.
  • the concentrating solar power generation module 40 condenses sunlight Ls onto the solar cell element 11 by the concentrating optical member 50 to generate power. Therefore, it is possible to improve the condensing characteristic with respect to the sunlight Ls and shorten the distance between the concentrating optical member 50 and the solar cell element 11 (the working distance Wd of the concentrating optical member 50). Thus, it is possible to obtain an inexpensive concentrating solar power generation module 40 that can be reduced in thickness and weight and has improved power generation efficiency.
  • the first optical member 51 can be made of, for example, an acrylic resin having excellent weather resistance
  • the second optical member 52 can be made of, for example, polycarbonate.
  • the refractive index (first refractive index) of the acrylic resin is 1.49 to 1.51
  • the refractive index (second refractive index) of the polycarbonate is 1.58 to 1.60. That is, as described above, the refractive index (second refractive index) of the second optical member 52 is desirably larger than the refractive index (first refractive index) of the first optical member 51.
  • the cross-sectional thickness of the first optical member 51 is, for example, about 3 mm to 5 mm.
  • the planar shape of the concentrating optical member 50 is a square in order to efficiently collect sunlight Ls, and the side length Ss is, for example, about 150 mm to 250 mm.
  • the radius Rr of the inner side surface 51d (spherical surface) of the first optical member 51 can be set to about 1 to 5 times the side length Ss. In the present embodiment, the radius Rr is set to about 1.5 times the side length Ss.
  • the condensing optical member 50 when acrylic resin is applied as the first optical member 51 and polycarbonate is applied as the second optical member 52 can be manufactured by the following processing steps. First, the first optical member 51 (acrylic resin) and the second optical member 52 (polycarbonate) are molded at a thermoforming temperature using a mold corresponding to each.
  • the condensing optical member 50 in a state where the first optical member 51 and the second optical member 52 are overlapped by cooling to room temperature in the slow cooling step.
  • an antireflection film 53 is laminated on the outer side surface 51 s of the first optical member 51 as necessary.
  • the antireflection film 53 is made of, for example, titanium oxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), Magnesium fluoride (MgF 2 ) or the like can be used, and as a manufacturing method, sputtering, vacuum deposition, or the like can be applied.
  • TiO 2 titanium oxide
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • MgF 2 Magnesium fluoride
  • the following combinations are possible in addition to the above-described embodiments. That is, when a glass having a low refractive index (for example, having a first refractive index of about 1.43 to 1.45) is employed as the first optical member 51, acrylic resin, polycarbonate, Silicone resin or the like can be used.
  • a glass having a low refractive index for example, having a first refractive index of about 1.43 to 1.45
  • acrylic resin, polycarbonate, Silicone resin or the like can be used.
  • the condensing optical member 50 can be formed at a temperature of 100 ° C. or lower.
  • the first optical member 51 is attached to the second optical member 52 by bringing the glass into contact with the resin in a state where the resin is poured into a mold corresponding to the second optical member 52 and thermally solidifying (or photosolidifying) the glass.
  • the condensing optical member 50 can be formed by tightly coupling.
  • the first optical member 51 and the second optical member 52 constituting the condensing optical member 50 are not limited to the materials described above.
  • an appropriate ultraviolet absorber can be added for the purpose of preventing deterioration of ultraviolet rays as the condensing optical member 50.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modification of the concentrating optical member and the concentrating solar power generation module shown in FIG.
  • the basic configuration of the concentrating optical member 50 and the concentrating solar power generation module 40 according to this modification is the same as that of the concentrating optical member 50 and the concentrating solar power generation module 40 shown in FIG. Therefore, the same reference numerals are applied, and different items are mainly described.
  • the condensing optical member 50 includes a translucent substrate 54 having two parallel planes. That is, the translucent board
  • the glass plate was employ
  • the translucent substrate 54 is disposed on the outer surface 51s of the first optical member 51, the antireflection film 53 cannot be formed on the outer surface 51s.
  • the antireflection film 53 is formed on the outer side surface 54 s of the translucent substrate 54. Therefore, it is possible to prevent the reflection of the sunlight Ls from the outer surface 54s of the translucent substrate 54 on which the sunlight Ls is incident, and to prevent the light collecting optical member 50 from being deteriorated. It becomes possible to manufacture the highly reliable concentrating solar power generation module 40 with improved efficiency.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a concentrating optical member and a concentrating solar power generation module according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the basic configuration of the concentrating optical member 50 and the concentrating solar power generation module 40 according to the present embodiment is the same as that of the concentrating optical member 50 and the concentrating solar power generating module 40 described in the first embodiment. Therefore, the same reference numerals are applied, and different items are mainly described.
  • the first optical member 51 having the convex inner side surface 51d shown in FIG. 1 is replaced with the first optical member 51 having the concave inner side surface 51d.
  • the first optical member 51 has a concave inner surface 51 d facing the solar cell element 11, and the second optical member 52 is the first optical member 51. It is made to contact
  • the first optical member 51 forms a spherical surface (inner side surface 51d) having a radius Rr from the center Cc on the optical axis Lax on the incident side of sunlight Ls.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a modification of the concentrating optical member and the concentrating solar power generation module shown in FIG.
  • the basic configuration of the concentrating optical member 50 and the concentrating solar power generation module 40 according to this modification is the same as that of the concentrating optical member 50 and the concentrating solar power generation module 40 shown in FIG. Therefore, the same reference numerals are applied, and different items are mainly described.
  • the condensing optical member 50 includes a translucent substrate 54 having two parallel planes. That is, the translucent board
  • Embodiment 3 A solar cell applied to the concentrating optical member and the concentrating solar power generation module according to Embodiment 1 and Embodiment 2 will be described as this embodiment based on FIGS. 6A and 6B.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the solar cell according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the solar cell 10 has the solar cell element 11 mounted on the receiver substrate 20.
  • the solar cell 10 is placed on the outer periphery of the solar cell element 11 so as to face the solar cell element 11 so as to be placed on the sealing frame 31 and protect the solar cell element 11 from the external environment.
  • the translucent covering plate 32 and the resin sealing portion 33 that seals the space between the solar cell element 11 and the translucent covering plate 32 are provided.
  • the solar cell 10 includes a reflecting portion 35 that prevents the receiver substrate 20 from being irradiated with sunlight Ls on the surface of the translucent covering plate 32 that faces the resin sealing portion 33.
  • a light transmission window 35 w that defines sunlight Ls irradiated to the solar cell element 11 is disposed in the reflection portion 35. Therefore, when the position of the concentrating optical member 50 is normal, the sunlight Ls is reliably condensed on the solar cell element 11.
  • the condensed sunlight Lsa Due to the tracking error of the concentrating solar power generation module 40, the alignment error between the concentrating optical member 50 and the solar cell 10, the condensed sunlight Lsa is displaced and light is transmitted.
  • the reflection part 35 on the outer periphery of the window 35w is irradiated, the sunlight Ls is reflected to the outside by the reflection part 35. Therefore, the receiver substrate 20 is not irradiated with the misaligned sunlight Ls.
  • the reflection member 35 prevents unnecessary sunlight Ls from being applied to the receiver substrate 20 and prevents the temperature of the surface of the receiver substrate 20 from rising. Therefore, the wiring member disposed on the surface of the receiver substrate 20 Can be prevented, and the solar cell 10 and the concentrating solar power generation module 40 with high reliability can be obtained.
  • the reflection part 35 can reflect sunlight Ls effectively by using a metal film, for example.
  • the solar cell element 11 is made of an inorganic material such as Si, GaAs, CuInGaSe, CdTe, for example.
  • the structure of the solar cell element 11 can be various forms such as a single junction type cell, a monolithic multi-junction type cell, and a mechanical stack type in which various types of solar cells having different wavelength sensitivity regions are connected.
  • the outer size of the solar cell element 11 is preferably about several mm to 10 mm, for example, from the viewpoint of reduction of solar cell material to be used, ease of processing / process / simplification, cost, and the like.
  • the receiver substrate 20 is connected to a desired wiring (electrode (not shown) of the solar cell element 11) via a suitable insulating layer on a metal base base such as an aluminum plate or a copper plate, and is taken out to the outside.
  • a connection pattern (not shown) A connection pattern (not shown) for connecting the solar cell elements 11 in series or in parallel is formed.
  • the current generated by the solar cell element 11 is appropriately extracted to the outside of the solar cell 10 by the wiring formed on the receiver substrate 20. Since the wiring formed on the receiver substrate 20 needs to ensure highly reliable insulation, for example, the connection pattern formed of copper foil is covered with an insulating film such as an organic material and insulated. Has been.
  • the translucent covering plate 32 is made of, for example, a glass plate (heat-resistant glass) and ensures heat resistance and moisture resistance to improve weather resistance. Moreover, the thickness of the translucent coating plate 32 suppresses the irradiation intensity of sunlight Ls on the surface of the translucent coating plate 32, and is configured to be able to ensure heat resistance, for example, about 320 kW / m 2 or less. Yes. Further, in order to reduce the light reflectance in the sensitivity wavelength region of the solar cell 10, it is possible to provide an appropriate antireflection film or the like on the surface of the translucent covering plate 32.
  • the resin sealing portion 33 is made of an insulating resin filled between the solar cell element 11 and the light-transmitting cover plate 32.
  • a transparent silicone resin is applied to transmit the light-transmitting cover plate 32.
  • the solar cell element 11 is irradiated with the solar light Ls.
  • the solar cell element 11 constituting the solar cell 10 applied to the concentrating solar power generation module 40 is particularly required to have high efficiency and practicality. Therefore, a three-junction type composed of InGaP / GaAs / Ge. It is desirable to use a solar cell element, a solar cell element composed of AlGaAs / Si, or a monolithic multi-junction solar cell element.
  • the surface of the solar cell element 11 that photoelectrically converts the sunlight Ls is parallel to the incident surface of the sunlight Ls on the concentrating optical member 50, the incident surface of the sunlight Ls on the translucent cover plate 32, and the exit surface. It is arranged.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing a modification of the solar cell shown in FIG. 6A.
  • the solar cell element 11 is mounted on the receiver substrate 20 similarly to the solar cell 10 shown in FIG. 6A.
  • the solar cell 10 is placed on the outer periphery of the solar cell element 11 so as to face the solar cell element 11 so as to be placed on the sealing frame 31 and protect the solar cell element 11 from the external environment.
  • the translucent covering plate 32 and the resin sealing portion 33 that seals the space between the solar cell element 11 and the translucent covering plate 32 are provided.
  • the solar cell 10 according to this modification is provided with an inclined reflecting portion 37 instead of the reflecting portion 35 provided in the solar cell 10 shown in FIG. 6A.
  • the inclined reflecting portion 37 has an inclined reflecting surface 37 r opened in the direction of the condensing optical member 50, and is provided in contact with the sealing frame 31.
  • the inclined reflecting portion 37 Since the inclined reflecting portion 37 has the inclined reflecting surface 37r, it becomes possible to effectively focus the sunlight Ls (sunlight Lsa) collected toward the solar cell 10 onto the solar cell element 11, and collect the light. The optical characteristics can be further improved. Further, since the sunlight Ls condensed by the concentrating optical member 50 has the opening 37w even when the condensing position shift occurs, the sunlight Ls is efficiently focused to the solar cell element 11. It becomes possible to guide light, and it becomes possible to improve the condensing characteristic.
  • the inclined reflecting portion 37 can be formed of, for example, a metal material.
  • a metal material it is desirable to apply aluminum (aluminum plate) and SUS (Steel Use Stainless: stainless steel plate) in consideration of productivity, safety, and reliability.
  • Aluminum can contain an aluminum alloy.
  • the inclined reflecting portion 37r can have a glossy surface (mirror surface) by applying a mirror finish, and can concentrate sunlight Ls toward the solar cell element 11 more effectively. It becomes.
  • a SUS plate having a thickness of about 1.5 mm is applied as the inclined reflecting portion 37. Further, the inclined reflection portion 37r is used as a mirror surface, and a protective film of a silicon oxide film (SiOx) is further formed. As a result, the reflectance with respect to wavelengths of 400 nm to 1200 nm could be 60% or more.
  • the inclined reflection portion 37r since the inclined reflection portion 37r is provided, it is possible to condense sunlight Ls toward the solar cell element 11 easily and with high accuracy, and to ensure the condensing characteristics. Thus, it becomes possible to improve the power generation efficiency.
  • the inclined reflection portion 37 is provided in contact with the sealing frame 31, it can also be erected directly on the receiver substrate 20.
  • the solar cell 10 according to the present embodiment is not limited to the above-described form, and may be any form suitable for the concentrating optical member 50 according to the first and second embodiments, and various modifications are made. It is possible.
  • ⁇ Embodiment 4> Based on FIG. 7, the condensing optical member and the concentrating solar power generation module according to the present embodiment will be described.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a concentrating optical member and a concentrating solar power generation module according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the basic configuration of the concentrating optical member 60 and the concentrating solar power generation module 40 according to the present embodiment is the same as that of the concentrating optical member 50 and the concentrating solar power generating module 40 described in the first embodiment. Therefore, the same reference numerals are applied, and different items are mainly described. Moreover, the solar cell 10 shown in Embodiment 3 is applicable also to this Embodiment.
  • the concentrating optical member 60 is configured as a compound lens, and is disposed on the glass plate 63 serving as a translucent substrate and the side on which sunlight Ls is incident, and has a first refractive index.
  • the first optical member 61 and the second optical member 62 disposed on the solar cell element 11 side and having the second refractive index are different from each other in the first refractive index and the second refractive index. That is, the condensing optical member 60 is configured such that a glass plate 63 serving as a translucent substrate, a first optical member 61, and a second optical member 62 are stacked in this order.
  • the glass plate 63 is formed as a translucent substrate having two parallel planes.
  • the first optical member 61 is a concave lens in which the outer surface 61 s on which the sunlight Ls of the first optical member 61 is incident comes into contact with the glass plate 63 and the inner surface 61 d facing the solar cell element 11 is concave. Is formed.
  • the outer surface 62s on which the sunlight Ls of the second optical member 62 is incident contacts the inner surface 61d of the first optical member 61, and the inner surface facing the solar cell element 11 is convex.
  • Certain side surfaces are formed as convex convex lenses.
  • the concentrating optical member 60 causes the sunlight Ls that has passed through the glass plate 63 and the first optical member 61 to diverge as fine non-imaged sunlight on the light receiving surface of the second optical member 62, and 2 The light is converged from the light exit surface of the optical member 62 toward the solar cell element 11.
  • the first optical member 61 configured with a concave lens that provides a minute scattering effect and the second optical member 62 configured with a convex lens having a condensing effect the chromatic aberration of a conventional lens can be reduced. It can suppress and the compound type lens for concentrating solar cells can be formed.
  • a concave diverging light lens made of silicone resin is used as the first optical member 61, and the refractive index at a use temperature of 20 ° C. and a wavelength of 600 nm is 1.41.
  • a convex condensing Fresnel lens made of an acrylic resin material is used as the second optical member 62, and the refractive index at a use temperature of 20 ° C. and a wavelength of 600 nm is 1.51.
  • the condensing optical member 60 to which a silicone resin is applied as the first optical member 61 and an acrylic resin is applied as the second optical member 62 can be manufactured, for example, by the following processing steps.
  • the thermal solidification temperature at this time is about 150 ° C.
  • an acrylic Fresnel lens using the acrylic resin as a second optical member 62 is molded using a Fresnel lens-shaped mold.
  • the acrylic Fresnel lens is formed on the first optical member 61 by a heat solidification method in a low vacuum state.
  • the heating formation temperature at this time is about 100 ° C.
  • the condensing lens applied to the concentrating solar cell module 40 according to the present embodiment is a composite lens capable of suppressing chromatic aberration.
  • the solar cell by using the technique of shortening the focal length according to the present embodiment (reducing the distance between the concentrating optical member and the solar cell element (the working distance Wd of the concentrating optical member)), the solar cell
  • the light intensity distribution on the light-receiving surface of the element can be controlled more uniformly, the generation current in the cell can be prevented from being biased, and a decrease in power generation efficiency due to local heat generation can be prevented.
  • the secondary optical prism can be reduced in size by suppressing the chromatic aberration in the conventional lens, or the secondary optical prism. Can be omitted.
  • the receiver structure can be simplified, the light condensing characteristic for sunlight can be improved, and a cheaper concentrating solar power generation module can be obtained.
  • the chromatic aberration of the condenser lens significantly affects the output characteristics of the solar cell element due to the irradiation energy density distribution in the plane of the solar cell element.
  • density unevenness occurs in the irradiation energy density, the lens condensing efficiency is lowered, and the fill factor (FF) of the solar cell element is sensitively affected by the non-uniform distribution due to the wavelength in the light receiving surface of the solar cell element.
  • the concentrating solar power generation module according to the present embodiment can apply various types of high-efficiency solar cells.
  • a single crystal silicon high efficiency solar cell, a CIS high efficiency solar cell, or a GaAs compound semiconductor solar cell can be applied.
  • the solar cell 10 is a device in which a three-junction compound semiconductor tandem solar cell element 11 having a three-layer structure of InGaP / InGaAs / Ge is mounted on a receiver substrate 20 composed of an aluminum plate.
  • a heat radiating fin (not shown) may be provided and attached to a plate (not shown) serving as a heat sink.
  • the spectral range of this three-junction solar cell is a wavelength of 280 nm to 2000 nm.
  • the power generation current density of each layer may be equal. preferable.
  • the generated current density in the light receiving surface of the solar cell element is uniform, and the generated current density in each layer is controlled by uniformly controlling the light intensity distribution on the light receiving surface of the solar cell element for each wavelength band. It becomes uniform in the element light receiving surface, and the conversion efficiency of the solar cell element is improved.
  • the present invention reduces the working distance between the concentrating optical member and the solar cell element and suppresses the chromatic aberration of the condensing lens, thereby improving the condensing characteristics and reducing the size of the concentrating solar power generation module. It is possible and advantageous to provide a concentrating optical member that can be made thin and thin, and a concentrating solar power generation module to which such a concentrating optical member is applied.

Abstract

　集光用光学部材（５０）は、レシーバ基板（２０）に実装された太陽電池素子（１１）によって発電を行なう太陽電池（１０）に太陽光（Ｌｓａ）を集光する。集光用光学部材（５０）は、太陽光（Ｌｓ）が入射される側に配置され第１屈折率を有する第１光学部材（５１）と、太陽電池素子（１１）の側に配置され第２屈折率を有する第２光学部材（５２）とを備え、第１屈折率と第２屈折率とは異なる値としてある。また、集光型太陽光発電モジュール（４０）は、太陽電池（１０）および集光用光学部材（５０）を備える。

Description

集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュール
　本発明は、集光された太陽光によって発電を行なう太陽電池（太陽電池素子）に太陽光を集光する集光用光学部材、およびこのような集光用光学部材および太陽電池を備えた集光型太陽光発電モジュールに関する。
　太陽光発電装置としては、太陽電池素子を隙間無く敷き詰めて構成した太陽光発電モジュールを屋根の上などに設置した非集光固定型の平板式構造が一般的である。これに対し、太陽光発電装置を構成する部材（部品）の中で価格が高い太陽電池素子の使用量を減らす技術が提案されている。
　つまり、光学レンズや反射鏡などを用いて太陽光を集光し、小面積の太陽電池素子に照射することで、太陽電池素子の面積あたりの発電電力を大きくし、太陽電池素子のコスト（つまり、太陽光発電装置のコスト）を削減することが提案されている。
　素子特性として集光倍率を上げるほど太陽電池素子の光電変換効率は向上する。しかし、太陽電池素子の位置を固定したままでは太陽光が斜光となって入射することが多くなり、太陽光を有効に利用することができない。したがって、太陽光を追尾して太陽光を常に正面で受光するように構成した高集光倍率の追尾集光型太陽光発電装置が提案されている。
　図８は、従来の追尾集光型太陽光発電装置に適用される集光型太陽光発電モジュールの概略構成を示す断面図である。
　従来例に係る集光型太陽光発電モジュール１４０は、太陽光Ｌｓ（太陽光Ｌｓｖ）を受光して集光する集光レンズ１４２と、集光レンズ１４２により集光された太陽光Ｌｓ（太陽光Ｌｓａ）を光電変換する太陽電池１１０とを備える。また、太陽電池１１０は、集光レンズ１４２によって集光された太陽光Ｌｓａを光電変換する太陽電池素子１１１と、太陽電池素子１１１が載置されたレシーバ基板１２０とを備える。集光レンズ１４２は、太陽電池素子１１１の裏面側に焦点位置ＦＰを有する構成とされている。
　従来の追尾集光型太陽光発電装置は、集光レンズ１４２の作用により高集光倍率とした集光型太陽光発電モジュール１４０を適用していた。
　高集光倍率の追尾集光型太陽光発電装置では、集光レンズ１４２から太陽電池１１０（太陽電池素子１１１）までの間隔（集光レンズのワーキング距離Ｗｄ）が大きいので、集光型太陽光発電モジュール１４０の体積および重量が大きくなり、モジュール材料費が高くなる。また、モジュール重量が増加するに従って高い追尾駆動能力が必要となり、全体コストが高くなるという問題があった。
　つまり、モジュールの軽量化を実現してコストを低減するためには、ワーキング距離Ｗｄを短縮する必要があった。
　このような従来例に係る問題を解決するために、ドーム型レンズあるいは集光レンズと太陽電池素子との間に、２次光学系を設けることが一般的に行なわれている。
　具体的には、太陽電池素子の表面直上に２次光学系として凸レンズを用いた構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、凸レンズの他に、両凸レンズや平凸レンズ、あるいは菱形レンズが用いられる場合もある。
　また、１次光学系のフレネルレンズの表面直下にもう一つ同様なフレネルレンズを用いた構造が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
　さらに、１次光学系（集光レンズ）により集光された光を太陽電池素子の直上に配置された透光性材料からなる２次光学系の内部に取り込んで側面で全反射させ、太陽電池素子の表面に集光する構造が提案されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照。）。
　しかしながら、２次光学系に両凸レンズや、平凸レンズを用いた場合は、かえって色収差の問題が悪化する、あるいは、２次光学系での反射・透過損失によって太陽電池素子への入射光量が低下するといった問題が生じる。
　特許文献１、特許文献２に示されている方法では、太陽電池素子に入射する光はすべて２次光学系を透過していることから、２次光学系による反射・透過損失が存在し、太陽電池素子の入射光量が実質上低下するという問題がある。
　特許文献３、特許文献４に示されている方法では、アライメント誤差、色収差、光強度分布の問題を解決するには有効であるが、２次光学系の側面で全反射させるために側面への入射角を大きくとる必要がある。したがって、１次光学系の焦点距離を長くし、併せて２次光学系と太陽電池素子を１次光学系から離して設置する必要があり、結果として集光型太陽光発電モジュールの光軸Ｌａｘ方向での厚さが厚くなり全体の重量を増加させるという問題がある。
　集光型太陽光発電モジュールの厚さが増えて重量が増加することは、集光型太陽光発電モジュールを搭載して駆動する追尾機構部（追尾駆動システム）の大型化を招き、追尾集光型太陽光発電装置のコストアップ、取り扱いの困難性、メンテナンスの困難性などの不都合をもたらすという問題がある。
　また、特許文献３、特許文献４に示されている方法では、２次光学系の入射・出射端面における反射損失、２次光学系での透過損失により太陽電池素子に入射する光量が減少するといった特許文献１と同様な問題がある。
　さらに、上述した２次光学系を用いる方法では、２次光学系は、１次光学系によって高密度に集光された太陽光を直接受光することから、２次光学系を構成する部材（材料）に対して高い耐熱性が要求され、結果として装置のコストが高くなるといった問題がある。
　また、特に高集光倍率とした場合には、集光された光ビームのエネルギー密度が高くなり、追尾誤差などにより太陽電池素子以外の領域に集光された太陽光が照射されると太陽電池素子以外の部材（配線などの部品）が焼損し、光学部材として配置されたガラスの割れを生じる恐れがある。つまり、十分な信頼性を有する追尾集光型太陽光発電装置とすることが極めて困難であるという問題がある。
米国特許第５１６７７２４号明細書 米国特許第６６５３５５１号明細書 特開２００２－２８９８９７号公報 特開２００３－２５８２９１号公報
　本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、集光された太陽光によって発電を行なう太陽電池に適用され太陽電池素子に太陽光を集光する集光用光学部材であって、太陽光が入射される側に配置され第１屈折率を有する第１光学部材と、太陽電池素子の側に配置され第１屈折率と異なる第２屈折率を有する第２光学部材とを備えることにより、第１光学部材を通過させた太陽光を第２光学部材で太陽電池素子に向けて集束させ、集光用光学部材と太陽電池素子との間の間隔（集光用光学部材のワーキング距離）を短縮し、太陽光に対する集光特性を改善して集光型太陽光発電モジュールを小型化、薄型化することが可能な集光用光学部材を提供することを目的とする。
　また、本発明は、集光用光学部材によって太陽光を太陽電池素子へ集光して発電を行なう集光型太陽光発電モジュールであって、本発明に係る集光用光学部材を適用することにより、太陽光に対する集光特性を向上させ、集光用光学部材と太陽電池素子との間の距離（集光用光学部材のワーキング距離）を短縮し、薄型化、軽量化が可能で発電効率を向上させた安価な集光型太陽光発電モジュールを提供することを他の目的とする。
　本発明に係る集光用光学部材は、太陽電池素子へ集光された太陽光によって発電を行なう太陽電池に適用され前記太陽電池素子へ太陽光を集光する集光用光学部材であって、太陽光が入射される側に配置され第１屈折率を有する第１光学部材と、前記太陽電池素子の側に配置され第２屈折率を有する第２光学部材とを備え、前記第１屈折率と前記第２屈折率とは異なる値としてあることを特徴とする。
　この構成により、第１光学部材を通過させた太陽光を第２光学部材で太陽電池素子に向けて集束させるので、集光用光学部材と太陽電池素子との間の間隔（集光用光学部材のワーキング距離）を短縮することが可能となり、太陽光に対する集光特性を改善して集光型太陽光発電モジュールを小型化、薄型化することが可能な集光用光学部材とすることができる。
　また、本発明に係る集光用光学部材では、前記第１光学部材は結像型レンズであり、前記第２光学部材は非結像型レンズであることを特徴とする。
　この構成により、太陽電池素子に集光された太陽光の色収差を緩和し、また、スポットエネルギー密度を抑制することが可能となるので、集光型太陽光発電モジュールの耐熱性、ひいては信頼性、耐候性を向上させることができる。
　また、本発明に係る集光用光学部材では、前記第１光学部材は、前記太陽電池素子に対向する内側面が凸状としてあり、前記第２光学部材は、前記第１光学部材の前記内側面に当接させてあることを特徴とする。
　この構成により、第１光学部材と第２光学部材との組み合わせを最適化して容易かつ高精度に組み合わせることが可能となり、両者間の界面での損失を抑制して集光特性を確実に向上させることができる。
　また、本発明に係る集光用光学部材では、前記第１光学部材は、前記太陽電池素子に対向する内側面が凹状としてあり、前記第２光学部材は、前記第１光学部材の前記内側面に当接させてあることを特徴とする。
　この構成により、第１光学部材と第２光学部材との組み合わせを最適化して容易かつ高精度に組み合わせることが可能となり、両者間の界面での損失を抑制して集光特性を確実に向上させることができる。
　また、本発明に係る集光用光学部材では、前記第２光学部材は、フレネルレンズであることを特徴とする。
　この構成により、非結像型レンズを容易かつ高精度に形成することが可能となり、集光特性を容易かつ高精度に向上させることができる。
　また、本発明に係る集光用光学部材では、前記第２屈折率は、前記第１屈折率より大きいことを特徴とする。
　この構成により、集光用光学部材のワーキング距離を短縮して、太陽光を容易かつ高精度に太陽電池素子へ集光することが可能となり、集光用光学部材を適用する集光型太陽光発電モジュールの小型化を図ることができる。
　また、本発明に係る集光用光学部材では、前記第１光学部材の太陽光が入射される外側面に当接する透光性基板を備えることを特徴とする。
　この構成により、機械的強度および耐候性を確保し、第１光学部材を薄型化して第１光学部材の使用量を削減することが可能となるので、安価で信頼性の高い集光用光学部材とすることができる。
　また、本発明に係る集光用光学部材では、前記透光性基板の外側面に形成された反射防止膜を備えることを特徴とする。
　この構成により、太陽光が入射する透光性基板の外側面での太陽光の反射を防止し、集光用光学部材の劣化を防止することが可能となるので、耐候性、発電効率を向上させた信頼性の高い集光型太陽光発電モジュールを製造することが可能となる。
　また、本発明に係る集光用光学部材では、前記第１光学部材の外側面に形成された反射防止膜を備えることを特徴とする。
　この構成により、太陽光が入射する第１光学部材の外側面での太陽光の反射を防止し、集光用光学部材の劣化を防止することが可能となるので、耐候性、発電効率を向上させた信頼性の高い集光型太陽光発電モジュールを製造することが可能となる。
　本発明に係る集光型太陽光発電モジュールは、集光用光学部材によって太陽光を太陽電池素子へ集光して発電を行なう集光型太陽光発電モジュールであって、前記集光用光学部材は、本発明に係る集光用光学部材であることを特徴とする。
　この構成により、太陽光に対する集光特性を向上させて集光用光学部材と太陽電池素子との間の距離（集光用光学部材のワーキング距離）を短縮することが可能となるので、薄型化、軽量化が可能で発電効率を向上させた安価な集光型太陽光発電モジュールとすることができる。
　本発明に係る集光用光学部材によれば、太陽電池素子へ集光された太陽光によって発電を行なう太陽電池に適用され太陽電池素子へ太陽光を集光する集光用光学部材であって、太陽光が入射される側に配置され第１屈折率を有する第１光学部材と、太陽電池素子の側に配置され第２屈折率を有する第２光学部材とを備え、第１屈折率と第２屈折率とは異なる値としてあることから、第１光学部材を通過させた太陽光を第２光学部材で太陽電池素子に向けて集束させ、集光用光学部材と太陽電池素子との間の間隔（集光用光学部材のワーキング距離）を短縮することが可能となるので、太陽光に対する集光特性を改善して集光型太陽光発電モジュールを小型化、薄型化することが可能な集光用光学部材とすることができるという効果を奏する。
　また、本発明に係る集光型太陽光発電モジュールによれば、集光用光学部材によって太陽光を太陽電池素子へ集光して発電を行なう集光型太陽光発電モジュールであって、集光用光学部材は、本発明に係る集光用光学部材とすることから、太陽光に対する集光特性を向上させて集光用光学部材と太陽電池素子との間の距離（集光用光学部材のワーキング距離）を短縮することが可能となるので、薄型化、軽量化が可能で発電効率を向上させた安価な集光型太陽光発電モジュールとすることができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュールの概略構成を示す断面図である。 図２は、図１に示した集光用光学部材を太陽光の入射側から見た平面状態を示す平面図である。 図３は、図１に示した集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュールの変形例を示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態２に係る集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュールの概略構成を示す断面図である。 図５は、図４に示した集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュールの変形例を示す断面図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態３に係る太陽電池の概略構成を示す断面図である。 図６Ｂは、図６Ａに示した太陽電池の変形例を示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態４に係る集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュールの概略構成を示す断面図である。 図８は、従来の追尾集光型太陽光発電装置に適用される集光型太陽光発電モジュールの概略構成を示す断面図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
　＜実施の形態１＞
　図１ないし図３に基づいて、本実施の形態に係る集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュールについて説明する。
　図１は、本発明の実施の形態１に係る集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュールの概略構成を示す断面図である。図２は、図１に示した集光用光学部材を太陽光の入射側から見た平面状態を示す平面図である。
　本実施の形態に係る集光用光学部材５０は、太陽電池素子１１へ集光された太陽光Ｌｓａによって発電を行なう太陽電池１０に適用され太陽電池素子１１へ太陽光Ｌｓａを集光する構成とされている。なお、太陽電池素子１１は、レシーバ基板２０に実装してある。太陽電池１０の構成については、実施の形態３でさらに詳細を説明する。
　また、本実施の形態に係る集光型太陽光発電モジュール４０は、太陽電池１０と集光用光学部材５０とを備える。つまり、集光用光学部材５０は、追尾機構（不図示）の作用により、太陽に正対する構成とされている。したがって、太陽光Ｌｓは、集光用光学部材５０に対して垂直方向（光軸Ｌａｘと平行な方向）の太陽光Ｌｓｖとして入射する。また、集光用光学部材５０は、太陽光Ｌｓｖを屈折させた太陽光Ｌｓａを太陽電池１０（太陽電池素子１１）へ集光する構成とされている。
　つまり、太陽光Ｌｓａは、第１光学部材５１の光軸Ｌａｘと平行に第１光学部材５１に対して垂直方向から入射する太陽光Ｌｓｖを太陽電池素子１１の方向へ集光して構成される。以下、太陽光Ｌｓｖ、太陽光Ｌｓａを区別する必要がない場合は、単に太陽光Ｌｓとすることがある。
　また、集光用光学部材５０は、太陽光Ｌｓが入射される側に配置され第１屈折率を有する第１光学部材５１と、太陽電池素子１１の側に配置され第２屈折率を有する第２光学部材５２とを備え、第１屈折率と第２屈折率とは異なる値としてある。つまり、集光用光学部材５０は、第１光学部材５１と第２光学部材５２とを重ねた構成とされている。
　したがって、第１光学部材５１を通過させた太陽光Ｌｓを第２光学部材５２で太陽電池素子１１に向けて集束させるので、集光用光学部材５０と太陽電池素子１１との間の間隔（集光用光学部材５０のワーキング距離Ｗｄ）を短縮することが可能となり、太陽光Ｌｓに対する集光特性を改善して集光型太陽光発電モジュール４０を小型化、薄型化することが可能な集光用光学部材５０とすることができる。
　第１光学部材５１は、太陽電池素子１１に対向する内側面５１ｄが凸状としてあり、第２光学部材５２は、第１光学部材５１の内側面５１ｄに当接させてある。したがって、第１光学部材５１と第２光学部材５２との組み合わせを最適化して容易かつ高精度に組み合わせることが可能となり、両者間の界面での損失を抑制して集光特性を確実に向上させることができる。
　つまり、第１光学部材５１は、太陽光Ｌｓの入射側で光軸Ｌａｘ上にある中心Ｃｃから、半径Ｒｒの球面（内側面５１ｄ）を構成している。また、第２光学部材５２は、例えばフレネルレンズとしてあり第１光学部材５１を介して入射した太陽光Ｌｓを太陽電池素子１１へ集光することが可能な構成とされている。
　第２光学部材５２をフレネルレンズで構成することにより、非結像型レンズを容易かつ高精度に形成することが可能となり、集光特性を容易かつ高精度に向上させることができる。
　上述したとおり、第１光学部材５１は結像型レンズであり、第２光学部材５２は非結像型レンズで構成してある。
　したがって、太陽電池素子１１に集光された太陽光Ｌｓの色収差を緩和し、また、スポットエネルギー密度を抑制することが可能となるので、集光型太陽光発電モジュール４０の耐熱性、ひいては信頼性、耐候性を向上させることができる。
　本実施の形態では、第２光学部材５２が有する屈折率（第２屈折率）は、第１光学部材５１が有する屈折率（第１屈折率）より大きくしてある。したがって、ワーキング距離Ｗｄを短縮して、太陽光Ｌｓを容易かつ高精度に太陽電池素子１１へ集光することが可能となり、集光用光学部材５０を適用する集光型太陽光発電モジュール４０の小型化を図ることができる。なお、屈折率は、後述するとおり、第１光学部材５１および第２光学部材５２を構成する素材を適宜選択することによって調整することが可能である。
　集光用光学部材５０は、第１光学部材５１の外側面５１ｓに形成された反射防止膜５３を備える。したがって、太陽光Ｌｓが入射する第１光学部材５１の外側面５１ｓでの太陽光Ｌｓの反射を防止し、集光用光学部材５０の劣化を防止することが可能となるので、耐候性、発電効率を向上させた信頼性の高い集光型太陽光発電モジュール４０を製造することが可能となる。
　上述したとおり、本実施の形態に係る集光型太陽光発電モジュール４０は、集光用光学部材５０によって太陽光Ｌｓを太陽電池素子１１へ集光して発電を行なう。したがって、太陽光Ｌｓに対する集光特性を向上させて集光用光学部材５０と太陽電池素子１１との間の距離（集光用光学部材５０のワーキング距離Ｗｄ）を短縮することが可能となるので、薄型化、軽量化が可能で発電効率を向上させた安価な集光型太陽光発電モジュール４０とすることができる。
　第１光学部材５１は、例えば、耐候性に優れたアクリル樹脂で形成し、第２光学部材５２は、例えば、ポリカーボネートで形成することが可能である。このとき、アクリル樹脂の屈折率（第１屈折率）は、１．４９～１．５１であり、ポリカーボネートの屈折率（第２屈折率）は、１．５８～１．６０である。つまり、上述したとおり、第２光学部材５２が有する屈折率（第２屈折率）は、第１光学部材５１が有する屈折率（第１屈折率）より大きくしてあることが望ましい。
　第１光学部材５１の断面厚さは、例えば３ｍｍ～５ｍｍ程度としてある。また、集光用光学部材５０の平面形状は、効率的に太陽光Ｌｓを集光するために正方形としてあり、辺の長さＳｓは、例えば１５０ｍｍ～２５０ｍｍ程度としてある。
　第１光学部材５１の内側面５１ｄ（球面）の半径Ｒｒは、辺の長さＳｓの約１～５倍程度として設定することが可能である。本実施の形態では、半径Ｒｒは辺の長さＳｓの約１．５倍に設定してある。
　第１光学部材５１としてアクリル樹脂、第２光学部材５２としてポリカーボネートを適用した場合の集光用光学部材５０は、次の処理工程によって製造することができる。まず、第１光学部材５１（アクリル樹脂）、第２光学部材５２（ポリカーボネート）をそれぞれに対応させた金型を用いて熱成型温度で成型する。
　次に、アクリル樹脂およびポリカーボネートの軟化温度付近で密着結合させた後、徐冷工程で室温まで冷却することにより第１光学部材５１および第２光学部材５２を重ねた状態で集光用光学部材５０として形成することができる。また、必要に応じて反射防止膜５３を第１光学部材５１の外側面５１ｓに積層形成する。
　反射防止膜５３は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、
フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）などで形成することが可能であり、製造方法としては、スパッタ、真空蒸着などを適用することが可能である。
　第１光学部材５１、第２光学部材５２の材料の組み合わせとしては、上述した実施例の他に、次のような組み合わせも可能である。つまり、第１光学部材５１として屈折率の低いガラス（例えば第１屈折率が約１．４３～１．４５程度のもの。）を採用した場合、第２光学部材５２としてはアクリル樹脂、ポリカーボネート、シリコーン樹脂などを採用することが可能である。
　ガラスを第１光学部材５１とし、第２光学部材５２としてアクリル樹脂、ポリカーボネート、シリコーン樹脂などを適用した場合は、１００℃以下の温度で集光用光学部材５０を形成することが可能である。
　つまり、第２光学部材５２に対応する金型に樹脂を注型した状態でガラスを樹脂に当接して熱固化（あるいは光固化）することによって、第２光学部材５２に第１光学部材５１を密着結合させて集光用光学部材５０を形成することが可能である。
　集光用光学部材５０を構成する第１光学部材５１、第２光学部材５２は、上述した材料に限定されるものではない。また、集光用光学部材５０としての紫外線劣化を防止する目的で、適当な紫外線吸収剤を添加することも可能である。
　図３は、図１に示した集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュールの変形例を示す断面図である。
　本変形例に係る集光用光学部材５０および集光型太陽光発電モジュール４０の基本的な構成は、図１に示した集光用光学部材５０、集光型太陽光発電モジュール４０と同様であるので、同一の符号を適用し、主に異なる事項について説明する。
　本変形例に係る集光用光学部材５０は、平行な２平面を有する透光性基板５４を備える。つまり、第１光学部材５１の太陽光Ｌｓが入射される外側面５１ｓに当接する透光性基板５４を備える。したがって、機械的強度および耐候性を確保し、第１光学部材５１を薄型化して第１光学部材５１の使用量を削減することが可能となるので、安価で信頼性の高い集光用光学部材５０とすることができる。
　なお、透光性基板５４としては、ガラス、耐候性グレードを有する安価なアクリル樹脂、ポリカーボネートなどを適用することが可能であるが、本実施の形態では、ガラス板を採用した。本変形例では、第１光学部材５１の外側面５１ｓに透光性基板５４を配置したことから外側面５１ｓに反射防止膜５３を形成することはできない。
　したがって、本変形例では、透光性基板５４の外側面５４ｓに反射防止膜５３を形成してある。したがって、太陽光Ｌｓが入射する透光性基板５４の外側面５４ｓでの太陽光Ｌｓの反射を防止し、集光用光学部材５０の劣化を防止することが可能となるので、耐候性、発電効率を向上させた信頼性の高い集光型太陽光発電モジュール４０を製造することが可能となる。
　＜実施の形態２＞
　図４および図５に基づいて、本実施の形態に係る集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュールについて説明する。
　図４は、本発明の実施の形態２に係る集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュールの概略構成を示す断面図である。
　本実施の形態に係る集光用光学部材５０および集光型太陽光発電モジュール４０の基本的な構成は、実施の形態１に示した集光用光学部材５０および集光型太陽光発電モジュール４０と同様であるので、同一の符号を適用し、主に異なる事項について説明する。
　本実施の形態に係る集光用光学部材５０は、図１に示した凸状の内側面５１ｄを有する第１光学部材５１を凹状の内側面５１ｄを有する第１光学部材５１に置き換えてある。
　つまり、本実施の形態に係る集光用光学部材５０では、第１光学部材５１は、太陽電池素子１１に対向する内側面５１ｄが凹状としてあり、第２光学部材５２は、第１光学部材５１の内側面５１ｄに当接させてある。したがって、第１光学部材５１と第２光学部材５２との組み合わせを最適化して容易かつ高精度に組み合わせることが可能となり、両者間の界面での損失を抑制して集光特性を確実に向上させることができる。
　つまり、第１光学部材５１は、太陽光Ｌｓの入射側で光軸Ｌａｘ上にある中心Ｃｃから半径Ｒｒの球面（内側面５１ｄ）を構成している。
　その他の構成は、図１に示した集光用光学部材５０、集光型太陽光発電モジュール４０と同様であるので説明は省略する。
　図５は、図４に示した集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュールの変形例を示す断面図である。
　本変形例に係る集光用光学部材５０および集光型太陽光発電モジュール４０の基本的な構成は、図４に示した集光用光学部材５０、集光型太陽光発電モジュール４０と同様であるので、同一の符号を適用し、主に異なる事項について説明する。
　本変形例に係る集光用光学部材５０は、平行な２平面を有する透光性基板５４を備える。つまり、第１光学部材５１の太陽光Ｌｓが入射される外側面５１ｓに当接する透光性基板５４を備える。したがって、機械的強度および耐候性を確保し、第１光学部材５１を薄型化して第１光学部材５１の使用量を削減することが可能となるので、安価で信頼性の高い集光用光学部材５０とすることができる。
　上述したとおり、実施の形態１（図３）で説明した変形例を図４の集光用光学部材５０に適用したものであり、基本的な構成は図３について説明したとおりであるので詳細な説明は省略する。
　＜実施の形態３＞
　図６Ａおよび図６Ｂに基づいて実施の形態１、実施の形態２に係る集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュールに適用される太陽電池を本実施の形態として説明する。
　図６Ａは、本発明の実施の形態３に係る太陽電池の概略構成を示す断面図である。
　本実施の形態に係る太陽電池１０は、レシーバ基板２０に太陽電池素子１１を実装してある。また、太陽電池１０は、太陽電池素子１１の外周に配置された封止枠３１、封止枠３１に載置され太陽電池素子１１を外部環境から保護するように太陽電池素子１１に対向して配置された透光性被覆板３２、太陽電池素子１１と透光性被覆板３２との間の空間を樹脂封止する樹脂封止部３３を備える。
　また、太陽電池１０は、透光性被覆板３２の樹脂封止部３３に対向する面にレシーバ基板２０への太陽光Ｌｓの照射を防止する反射部３５を備える。また、反射部３５には、太陽電池素子１１へ照射する太陽光Ｌｓを規定する光透過窓３５ｗが配置してある。したがって、集光用光学部材５０の位置が正常な状態では、太陽光Ｌｓは、太陽電池素子１１へ確実に集光される。
　集光型太陽光発電モジュール４０の追尾誤差、集光用光学部材５０と太陽電池１０との間での位置合わせ誤差などを原因として、集光された太陽光Ｌｓａが位置ズレを生じて光透過窓３５ｗの外周の反射部３５に照射された場合、太陽光Ｌｓは、反射部３５によって外部へ反射される。したがって、位置ズレした太陽光Ｌｓがレシーバ基板２０に照射されることはない。
　つまり、反射部３５によって、不要な太陽光Ｌｓがレシーバ基板２０に照射されることを防止し、レシーバ基板２０の表面の温度上昇を防止することから、レシーバ基板２０の表面に配置された配線部材の損傷を防止することが可能となり、信頼性の高い太陽電池１０、集光型太陽光発電モジュール４０とすることができる。
　反射部３５を配置することによって、例えば６００ＳＵＮ（１ＳＵＮ＝１００ｍＷ／ｃｍ２）以上の高集光倍率の場合でも、レシーバ基板２０の配線（有機部材）などの焦げ、透光性被覆板３２の割れなどを防ぐことが可能となり、耐熱性を向上させた信頼性、耐候性の高い高効率で安価な太陽電池１０とすることができる。反射部３５は、例えば金属膜とすることにより、太陽光Ｌｓを効果的に反射させることが可能である。
　太陽電池素子１１は、例えば、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＣｕＩｎＧａＳｅ、ＣｄＴｅなどの無機材料で構成してある。また、太陽電池素子１１の構造は、単一接合型セル、モノリシック多接合型セル、波長感度領域の異なる種々の太陽電池セルを接続したメカニカルスタック型など種々の形態とすることが可能である。
　太陽電池素子１１の外形サイズは、使用する太陽電池材料の削減、加工／工程の容易性／簡略化、コストなどの観点から、例えば数ｍｍ程度～１０ｍｍ程度とすることが望ましい。
　レシーバ基板２０は、例えばアルミニウム板、銅板などの金属製のベース基台に適宜の絶縁層を介して所望の配線（太陽電池素子１１の電極（不図示）に接続され、外部への取り出しを行なう接続パターン（不図示）。また、太陽電池素子１１相互間を直列、あるいは並列に接続するための接続パターン（不図示）。）が形成してある。
　つまり、太陽電池素子１１が発生した電流は、レシーバ基板２０に形成された配線によって太陽電池１０の外部へ適宜取り出す構成とされている。レシーバ基板２０に形成された配線は、信頼性の高い絶縁性を確保する必要があることから、例えば、銅箔で形成された接続パターンを有機材料などの絶縁膜で被覆して絶縁する構成とされている。
　透光性被覆板３２は、例えばガラス板（耐熱ガラス）で構成してあり、耐熱性および耐湿性を確保して耐候性を向上させている。また、透光性被覆板３２の厚さは、透光性被覆板３２の表面での太陽光Ｌｓの照射強度を抑制し、例えば３２０ｋＷ／ｍ2程度以下として耐熱性を確保できる構成とされている。また、太陽電池１０の感度波長領域での光反射率を低減するために、透光性被覆板３２の表面に適当な反射防止膜などを設けることも可能である。
　樹脂封止部３３は、太陽電池素子１１と透光性被覆板３２との間に充填された絶縁樹脂で構成してあり、例えば透明なシリコーン樹脂を適用して透光性被覆板３２を透過した太陽光Ｌｓを太陽電池素子１１へ照射させるように形成してある。
　なお、集光型太陽光発電モジュール４０に適用する太陽電池１０を構成する太陽電池素子１１としては、高効率性、実用性が特に求められることから、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅで構成した３接合型太陽電池素子、ＡｌＧａＡｓ／Ｓｉで構成した太陽電池素子、モノリシック多接合型太陽電池素子を使用することが望ましい。
　太陽光Ｌｓを光電変換する太陽電池素子１１の表面は、集光用光学部材５０での太陽光Ｌｓの入射面、透光性被覆板３２での太陽光Ｌｓの入射面、出射面と平行に配置してある。
　図６Ｂは、図６Ａに示した太陽電池の変形例を示す断面図である。
　本変形例に係る太陽電池１０の基本的な構成は、図６Ａに示した太陽電池１０と同様であるので、同一の符号を適用し、主に異なる事項について説明する。
　本変形例に係る太陽電池１０は、図６Ａに示した太陽電池１０と同様、レシーバ基板２０に太陽電池素子１１を実装してある。また、太陽電池１０は、太陽電池素子１１の外周に配置された封止枠３１、封止枠３１に載置され太陽電池素子１１を外部環境から保護するように太陽電池素子１１に対向して配置された透光性被覆板３２、太陽電池素子１１と透光性被覆板３２との間の空間を樹脂封止する樹脂封止部３３を備える。
　本変形例に係る太陽電池１０は、図６Ａに示した太陽電池１０が備える反射部３５に替えて傾斜反射部３７を設けてある。傾斜反射部３７は、集光用光学部材５０の方向に開口させた傾斜反射面３７ｒを有し、封止枠３１に当接させて設けてある。
　傾斜反射部３７は、傾斜反射面３７ｒを有することから、太陽電池１０に向けて集光された太陽光Ｌｓ（太陽光Ｌｓａ）を効果的に太陽電池素子１１へ集束させることが可能となり、集光特性をさらに向上させることが可能となる。また、集光用光学部材５０によって集光された太陽光Ｌｓが、集光位置ズレを生じた場合でも開口部３７ｗを有することから、太陽光Ｌｓを効率的に集束して太陽電池素子１１へ導光することが可能となり、集光特性を向上させることが可能となる。
　傾斜反射部３７は、例えば金属材料で形成することが可能である。金属材料としては、生産性、安全性、信頼性を考慮してアルミニウム（アルミニウム板）、ＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ　Ｕｓｅ　Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ：ステンレス鋼材。ステンレス鋼板）を適用することが望ましい。なお、アルミニウムには、アルミニウム合金を含ませることが可能である。
　傾斜反射部３７ｒは、鏡面仕上げを施すことにより、光沢面（鏡面）を有する形態とすることが可能であり、太陽光Ｌｓをさらに効果的に太陽電池素子１１に向けた集光することが可能となる。
　なお、本変形例では、傾斜反射部３７として、厚さ１．５ｍｍ程度のＳＵＳ板を適用した。また、傾斜反射部３７ｒを鏡面とし、さらにシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）の保護膜を形成した。結果として、波長４００ｎｍ～１２００ｎｍに対する反射率を６０％以上とすることができた。
　上述したとおり、本変形例によれば、傾斜反射部３７ｒを備えることから、太陽光Ｌｓを容易かつ高精度に太陽電池素子１１に向けて集光することが可能となり、集光特性を確実に向上させて、発電効率を向上させることが可能となる。
　また、傾斜反射部３７は、封止枠３１に当接して設ける形状としたが、レシーバ基板２０に直接立設させることも可能である。
　本実施の形態に係る太陽電池１０は、上述した形態に限るものではなく実施の形態１、実施の形態２に係る集光用光学部材５０に適合する形態であれば良く、種々の変形を施すことが可能である。
＜実施の形態４＞
　図７に基づいて、本実施の形態に係る集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュールについて説明する。
　図７は、本発明の実施の形態４に係る集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュールの概略構成を示す断面図である。
　本実施の形態に係る集光用光学部材６０および集光型太陽光発電モジュール４０の基本的な構成は、実施の形態１に示した集光用光学部材５０および集光型太陽光発電モジュール４０と同様であるので、同一の符号を適用し、主に異なる事項について説明する。また、実施の形態３に示した太陽電池１０は、本実施の形態にも適用可能である。
　本実施の形態に係る集光用光学部材６０は、複合型レンズとして構成されており、透光性基板とするガラス板６３と、太陽光Ｌｓが入射される側に配置され第１屈折率を有する第１光学部材６１と、太陽電池素子１１の側に配置され第２屈折率を有する第２光学部材６２とを備え、第１屈折率と第２屈折率とは異なる値としてある。つまり、集光用光学部材６０は、透光性基板とするガラス板６３、第１光学部材６１、第２光学部材６２をこの順で重ねた構成とされている。
　ガラス板６３は、平行な２平面を有する透光性基板として形成されている。また、第１光学部材６１は、第１光学部材６１の太陽光Ｌｓが入射される外側面６１ｓがガラス板６３に当接するとともに太陽電池素子１１に対向する内側面６１ｄが凹状である凹型レンズとして形成されている。第２光学部材６２は、第２光学部材６２の太陽光Ｌｓが入射される外側面６２ｓが第１光学部材６１の内側面６１ｄに当接するとともに太陽電池素子１１に対向する内側面が凸状である両側面が凸状の凸型レンズとして形成されている。
　したがって、この集光用光学部材６０によって、ガラス板６３と第１光学部材６１を通過させた太陽光Ｌｓを第２光学部材６２の受光面に非結像の微小な太陽光として発散させ、第２光学部材６２の出光面から太陽電池素子１１へ向けて収束させる。このように微小な散乱効果をもたらす凹型レンズで構成された第１光学部材６１と集光効果を有する凸型レンズで構成された第２光学部材６２とを組み合わせることにより、従来のレンズの色収差を抑制して、集光太陽電池用の複合型レンズを形成することができる。
　本実施の形態では、第１光学部材６１として、例えばシリコーン樹脂の凹型発散光レンズを使用し、使用温度２０℃、波長６００ｎｍでの屈折率は１．４１である。また、第２光学部材６２として、アクリル樹脂材料の凸型集光フレネルレンズを使用し、使用温度２０℃、波長６００ｎｍでの屈折率は１．５１である。
　第１光学部材６１としてシリコーン樹脂、第２光学部材６２としてアクリル樹脂を適用した集光用光学部材６０は、例えば次の処理工程によって製造することができる。まず、凹型表面形状の第１光学部材６１に対応する金型に樹脂を注型した状態でガラス板６３を樹脂に当接して熱固化することによって、ガラス板６３に第１光学部材６１を形成する。このときの熱固化温度は１５０℃程度である。
　次に、アクリル樹脂をフレネルレンズ形状の金型を用いて第２光学部材６２とするアクリルフレネルレンズを成型する。このアクリルフレネルレンズを、第１光学部材６１の上に低真空状態で熱固化方法により形成する。このときの加熱形成温度は、１００℃程度である。
　上記したとおり、本実施の形態に係る集光型太陽電池モジュール４０に適用される集光レンズは、色収差を抑制することが可能な複合型レンズとなっている。
　以上、本実施の形態について説明してきたが、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
　すなわち、本実施の形態による焦点距離を短くする（集光用光学部材と太陽電池素子との間の間隔（集光用光学部材のワーキング距離Ｗｄ）を短縮する）技術を用いることで、太陽電池素子受光面の光強度分布をより均一に制御することが可能となり、セル内の発電電流の偏りを無くし、局所的な発熱などによる発電効率の低下などを防止することができる。
　つまり、従来のフレネルレンズを用いる限りにおいては、屈折率の波長依存性により各波長の集光焦点（ワーキング距離Ｗｄ）が異なる。このような現象は一般的には色収差と呼ばれ、単純なレンズを用いた場合は色収差により太陽電池素子受光面での光強度分布の偏りが発生する。このような色収差に起因する問題に対しては、集光システムに２次光学プリズムを採用するのが一般的である。
　しかし、本実施の形態に係る集光型太陽光発電モジュールに適用される複合レンズによれば、従来のレンズにおける色収差を抑制して、２次光学プリズムを小型化すること、或いは２次光学プリズムを省略することが可能になる。これに伴ってレシーバ構造の簡素化が可能となり、太陽光に対する集光特性を向上させ、より安価な集光型太陽光発電モジュールとすることができる。
　また、集光レンズの色収差は、太陽電池素子面内における照射エネルギー密度分布により、太陽電池素子の出力特性に顕著に影響を及ぼす。照射エネルギー密度に密度ムラが生じることにより、レンズ集光効率が低下し、太陽電池素子受光面内の波長による不均一分布で太陽電池素子の曲線因子（ＦＦ）が敏感に影響される。
　本実施の形態に係る集光型太陽光発電モジュールは、各種類の高効率太陽電池を適用することができる。例えば、単結晶シリコン高効率太陽電池、ＣＩＳ高効率太陽電池、或いはＧａＡｓ化合物半導体太陽電池などが適用できる。
　例えば、太陽電池１０は、ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／Ｇｅの３層構造を有する３接合化合物半導体タンデム太陽電池素子１１がアルミニウム板で構成されたレシーバ基板２０に搭載されたものであって、レシーバ基板２０が、放熱フィン（不図示）を備えてヒートシンクとなるプレート（不図示）に取り付けられていてもよい。この３接合太陽電池の分光範囲は、波長２８０ｎｍ～２０００ｎｍであり、発電に大きく寄与する波長帯が異なる複数の発電層を積層したタイプの太陽電池素子においては、各層の発電電流密度が等しいことが好ましい。さらに、太陽電池素子受光面内の発電電流密度が均一であることが好ましく、太陽電池素子受光面の光強度分布を各波長帯毎に均一に制御することで、各層の発電電流密度が太陽電池素子受光面内で均一になり、太陽電池素子の変換効率が向上する。
　このように、集光レンズの色収差を抑制することは極めて重要な技術であり、本発明はこの点においても顕著な効果を奏するものである。
　本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
　なお、この出願は、日本で２００８年４月８日に出願された特願２００８－１００４７８号に基づく優先権を請求する。その内容はこれに言及することにより、本出願に組み込まれるものである。また、本明細書に引用された文献は、これに言及することにより、その全部が具体的に組み込まれるものである。
　本発明は、集光用光学部材と太陽電池素子との間のワーキング距離を短縮し、集光レンズの色収差を抑制することにより、集光特性を改善して集光型太陽光発電モジュールを小型化、薄型化することが可能な集光用光学部材、およびそのような集光用光学部材を適用した集光型太陽光発電モジュールを提供することが可能であり、有益である。
　１０　太陽電池
　１１　太陽電池素子
　２０　レシーバ基板
　３１　封止枠
　３２　透光性被覆板
　３３　樹脂封止部
　３５　反射部
　３５ｗ　光透過窓
　３７　傾斜反射部
　３７ｒ　傾斜反射面
　３７ｗ　開口部
　４０　集光型太陽光発電モジュール
　５０、６０　集光用光学部材
　５１、６１　第１光学部材
　５１ｄ、６１ｄ、６２ｄ　内側面
　５１ｓ、６１ｓ、６２ｓ　外側面
　５２、６２　第２光学部材
　５３　反射防止膜
　５４　透光性基板
　５４ｓ　外側面
　６３　ガラス板
　Ｃｃ　中心
　Ｌａｘ　光軸
　Ｌｓ、Ｌｓａ、Ｌｓｖ　太陽光
　Ｒｒ　半径
　Ｓｓ　辺の長さ
　Ｗｄ　ワーキング距離

Claims (10)

  1. 　太陽電池素子へ集光された太陽光によって発電を行なう太陽電池に適用され前記太陽電池素子へ太陽光を集光する集光用光学部材であって、
    　太陽光が入射される側に配置され第１屈折率を有する第１光学部材と、前記太陽電池素子の側に配置され第２屈折率を有する第２光学部材とを備え、
    　前記第１屈折率と前記第２屈折率とは異なる値としてあること
    　を特徴とする集光用光学部材。
  2. 　請求項１に記載の集光用光学部材であって、
    　前記第１光学部材は結像型レンズであり、前記第２光学部材は非結像型レンズであること
    　を特徴とする集光用光学部材。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の集光用光学部材であって、
    　前記第１光学部材は、前記太陽電池素子に対向する内側面が凸状としてあり、前記第２光学部材は、前記第１光学部材の前記内側面に当接させてあること
    　を特徴とする集光用光学部材。
  4. 　請求項１または請求項２に記載の集光用光学部材であって、
    　前記第１光学部材は、前記太陽電池素子に対向する内側面が凹状としてあり、前記第２光学部材は、前記第１光学部材の前記内側面に当接させてあること
    　を特徴とする集光用光学部材。
  5. 　請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の集光用光学部材であって、
    　前記第２光学部材は、フレネルレンズであることを
    　を特徴とする集光用光学部材。
  6. 　請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の集光用光学部材であって、
    　前記第２屈折率は、前記第１屈折率より大きいこと
    　を特徴とする集光用光学部材。
  7. 　請求項１ないし請求項６のいずれか一つに記載の集光用光学部材であって、
    　前記第１光学部材の太陽光が入射される外側面に当接する透光性基板を備えること
    　を特徴とする集光用光学部材。
  8. 　請求項７に記載の集光用光学部材であって、
    　前記透光性基板の外側面に形成された反射防止膜を備えること
    　を特徴とする集光用光学部材。
  9. 　請求項１ないし請求項６のいずれか一つに記載の集光用光学部材であって、
    　前記第１光学部材の外側面に形成された反射防止膜を備えること
    　を特徴とする集光用光学部材。
  10. 　集光用光学部材によって太陽光を太陽電池素子へ集光して発電を行なう集光型太陽光発電モジュールであって、
    　前記集光用光学部材は、請求項１ないし請求項９のいずれか一つに記載の集光用光学部材であること
    　を特徴とする集光型太陽光発電モジュール。
PCT/JP2009/056938 2008-04-08 2009-04-03 集光用光学部材および集光型太陽光発電モジュール WO2009125722A1 (ja)

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