WO2022239796A1 - 太陽電池装置 - Google Patents

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安 冨岡
真一郎 岡
淳二 小橋
浩之 吉田
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Osaka University NUC
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells

Definitions

  • An embodiment of the present invention relates to a solar cell device.
  • a display device with a solar cell has been proposed in which a transparent dye-sensitized solar cell is arranged on the surface of the display device.
  • a transparent dye-sensitized solar cell is arranged on the surface of the display device.
  • it is demanded to improve the utilization efficiency of light.
  • An object of the present embodiment is to provide a solar cell device capable of improving light utilization efficiency.
  • the solar cell device of one embodiment comprises: an optical waveguide having a first main surface, a second main surface facing the first main surface, and a side surface; an optical element that reflects at least part of the light incident through the optical waveguide toward the optical waveguide; a first photoelectric conversion element that faces the side surface; and at least one of the first principal surface and the second principal surface. and a second photoelectric conversion element facing each other and formed in a belt shape along the side surface, wherein the thickness of the first photoelectric conversion element is thicker than the thickness of the second photoelectric conversion element.
  • the solar cell device of one embodiment comprises: an optical waveguide having a first main surface, a second main surface facing the first main surface, and a side surface; an optical element that reflects at least part of the light incident through the optical waveguide toward the optical waveguide; a first photoelectric conversion element facing the side surface; and at least one of the first main surface and the second main surface and a wavelength conversion layer formed in a belt shape along the side surface and facing the side surface.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a solar cell device 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the optical element 3.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing the solar cell device 100.
  • FIG. 4 is another cross-sectional view schematically showing the structure of the optical element 3.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of solar cell device 100 shown in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a solar cell device 100 according to Embodiment 2.
  • FIG. FIG. 7 is a plan view showing the appearance of the solar cell device 100.
  • FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of the solar cell device 100 shown in FIG. 7 along line AB.
  • FIG. 9 is another cross-sectional view of the solar cell device 100 shown in FIG. 7 along line AB.
  • FIG. 10 is another cross-sectional view along the line AB of the solar cell device 100 shown in FIG.
  • X-axis, Y-axis, and Z-axis which are orthogonal to each other, are shown as necessary to facilitate understanding.
  • the direction along the Z axis is called the Z direction or first direction A1
  • the direction along the Y axis is called the Y direction or second direction A2
  • the direction along the X axis is called the X direction or third direction A3.
  • a plane defined by the X axis and the Y axis is called an XY plane
  • a plane defined by the X axis and the Z axis is called an XZ plane
  • a plane defined by the Y axis and the Z axis is called a YZ plane. called a plane.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a solar cell device 100 according to Embodiment 1.
  • the solar cell device 100 includes an optical waveguide 1 , an optical element 3 , a first photoelectric conversion element 51 and a second photoelectric conversion element 52 .
  • the optical waveguide section 1 is composed of a transparent member that transmits light, such as a transparent glass plate or a transparent synthetic resin plate.
  • the optical waveguide section 1 may be made of, for example, a flexible transparent synthetic resin plate.
  • the optical waveguide section 1 can take any shape.
  • the optical waveguide section 1 may be curved.
  • the refractive index of the optical waveguide 1 is, for example, higher than that of air.
  • the optical waveguide section 1 functions, for example, as a window glass.
  • light includes visible light and invisible light.
  • the lower limit wavelength of the visible light range is 360 nm or more and 400 nm or less
  • the upper limit wavelength of the visible light range is 760 nm or more and 830 nm or less.
  • Visible light includes a first component (blue component) in a first wavelength band (eg, 400 nm to 500 nm), a second component (green component) in a second wavelength band (eg, 500 nm to 600 nm), and a third wavelength band (eg, 600 nm to 700 nm) contains a third component (red component).
  • the invisible light includes ultraviolet rays in a wavelength band shorter than the first wavelength band and infrared rays in a wavelength band longer than the third wavelength band.
  • transparent is preferably colorless and transparent. However, “transparent” may be translucent or colored transparent.
  • the optical waveguide section 1 is formed in a flat plate shape along the XY plane, and has a first main surface F1, a second main surface F2, and a side surface F3.
  • the first main surface F1 and the second main surface F2 are surfaces substantially parallel to the XY plane and face each other in the first direction A1.
  • the side surface F3 is a surface extending along the first direction A1. In the example shown in FIG. 1, the side surface F3 is a surface substantially parallel to the XZ plane, but the side surface F3 includes a surface substantially parallel to the YZ plane.
  • the optical element 3 faces the second main surface F2 of the optical waveguide section 1 in the first direction A1.
  • the optical element 3 reflects at least part of the light incident from the side of the first main surface F ⁇ b>1 toward the optical waveguide section 1 .
  • the optical element 3 is configured to reflect at least one of the first circularly polarized light and the second circularly polarized light having a direction opposite to the first circularly polarized light among the light incident through the optical waveguide section 1.
  • the first circularly polarized light and the second circularly polarized light reflected by the optical element 3 are, for example, infrared rays, but may also be visible light.
  • “reflection” in the optical element 3 is accompanied by diffraction inside the optical element 3 .
  • the optical element 3 may have flexibility, for example. Further, the optical element 3 may be in contact with the second main surface F2 of the optical waveguide section 1, or a transparent layer such as an adhesive layer may be interposed between the optical element 3 and the optical waveguide section 1. good too. It is preferable that the refractive index of the layer interposed between the optical element 3 and the optical waveguide section 1 is approximately the same as the refractive index of the optical waveguide section 1 .
  • the optical element 3 is configured as a thin film.
  • an optical element 3 separately formed in a film shape may be adhered to the optical waveguide section 1, or a film-shaped optical element 3 may be formed by applying a material directly to the optical waveguide section 1. could be.
  • the optical element 3 includes a first layer 3A and a second layer 3B.
  • the first layer 3A and the second layer 3B overlap in the first direction A1.
  • the first layer 3A is located between the optical waveguide section 1 and the second layer 3B.
  • Each layer of the optical element 3 will be described in detail later.
  • the first layer 3A is configured to reflect a first circularly polarized light
  • the second layer 3B is configured to reflect a second circularly polarized light.
  • the optical element 3 may be a single-layer body composed of the first layer 3A or a single-layer body composed of the second layer 3B.
  • circularly polarized light may be strictly circularly polarized light, or may be circularly polarized light that approximates elliptical polarized light.
  • the first photoelectric conversion element 51 faces the side surface F3 of the optical waveguide section 1 in the second direction A2.
  • the second photoelectric conversion element 52 faces at least one of the first main surface F1 and the second main surface F2.
  • the second photoelectric conversion element 52 faces both the first main surface F1 and the second main surface F2.
  • the second photoelectric conversion element 52 facing the first main surface F1 in the first direction A1 is called a first element 52A
  • the second photoelectric conversion element 52 facing the second main surface F2 in the first direction A1 is called a first element 52A.
  • the first element 52A and the second element 52B have substantially the same structure.
  • the second photoelectric conversion element 52 only one of the first element 52A and the second element 52B may be arranged.
  • the frame 40 surrounds the first photoelectric conversion element 51 and the second photoelectric conversion element 52 .
  • the first photoelectric conversion element 51 is positioned between the side surface F3 of the optical waveguide section 1 and the frame 40 .
  • the second photoelectric conversion elements 52 the first element 52A is positioned between the first main surface F1 of the optical waveguide section 1 and the frame 40, and the second element 52B is positioned between the second main surface F2 and the frame 40. positioned.
  • the first photoelectric conversion element 51 and the second photoelectric conversion element 52 receive light and convert the energy of the received light into electric power, and are sometimes referred to as solar cells.
  • the solar cell generates power by the received light, but the type of solar cell applied as the first photoelectric conversion element 51 and the second photoelectric conversion element 52 is not particularly limited.
  • the solar cell is a silicon solar cell, a compound semiconductor solar cell, an organic semiconductor solar cell, a perovskite solar cell, or a quantum dot solar cell.
  • the first photoelectric conversion element 51 and the second photoelectric conversion element 52 are configured to receive infrared rays and generate power.
  • the first photoelectric conversion element 51 is, for example, a silicon-based solar cell or a compound semiconductor-based solar cell. As shown enlarged on the right side of FIG. 1, the first photoelectric conversion element 51 includes a transparent electrode E11, a pin layer A10, and a metal electrode E12. The transparent electrode E11 faces the side surface F3 in the second direction A2. The pin layer A10 is positioned between the transparent electrode E11 and the metal electrode E12. Such a first photoelectric conversion element 51 is sealed with a sealing body S51.
  • the pin layer A10 is made of a silicon-based semiconductor or an inorganic compound-based semiconductor.
  • the pin layer A10 is of a heterojunction type, and includes an n-type semiconductor layer (n-layer) A11, a depletion layer (i-layer) A12 formed at the interface of the n-type/p-type semiconductor, and It is configured as a laminate of p-type semiconductor layers (p layers) A13.
  • the thickness T1 of the pin layer A10 corresponds to the total thickness of the n-layer A11, the i-layer A12, and the p-layer A13. In one example, the thickness T1 is 1 ⁇ m or more.
  • the second photoelectric conversion element 52 is a coating type organic semiconductor solar cell. As shown in the enlarged upper part of FIG. 1, the second photoelectric conversion element 52 includes a transparent electrode E21, a buffer layer B21, an active layer A20, a buffer layer B22, and a metal electrode E22.
  • the transparent electrode E21 faces the first main surface F1 in the first direction A1.
  • the transparent electrode E21 may be in contact with the first main surface F1, or another thin film may be interposed between the first main surface F1 and the transparent electrode E21.
  • the active layer A20 is positioned between the transparent electrode E21 and the metal electrode E22.
  • the buffer layer B21 is positioned between the transparent electrode E21 and the active layer A20.
  • the buffer layer B22 is located between the active layer A20 and the metal electrode E22.
  • Such a second photoelectric conversion element 52 is sealed with a sealing body S52.
  • the active layer A20 is made of an organic semiconductor.
  • the active layer A20 is of the bulk heterojunction type and is configured as a mixed layer containing an electron acceptor and an electron donor.
  • the thickness T2 of the active layer A20 is, for example, 100 to 500 nm between the buffer layers B21 and B22. That is, the thickness of the first photoelectric conversion element 51 is greater than the thickness of the second photoelectric conversion element 52 from the relationship of thickness T1 of pin layer A10>thickness T2 of active layer A20.
  • Each layer constituting such a second photoelectric conversion element 52 is formed, for example, by applying a material, but may be formed by a vacuum process such as vapor deposition or sputtering, or may be formed by a solution containing a precursor or nanoparticles. may be formed by applying and then firing.
  • the transparent electrodes E11 and E21 are made of a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO).
  • the metal electrodes E12 and E22 are made of metal materials such as silver (Ag) and aluminum (Al).
  • the hole transport layer is made of, for example, an organic semiconductor polymer such as PEDOT:PSS, molybdenum oxide ( MoO3 ), tungsten oxide (WO3) , vanadium oxide ( V2O5 ), nickel oxide (NiO), or the like. formed by metal oxides of The electron transport layer is made of metal oxides such as zinc oxide (ZnO) and titanium oxide (TiO), and organic polymer compounds such as PEIE and PEI.
  • the electron acceptor forming the active layer A20 is formed of a p-type organic semiconductor such as PTT, PDDTT, PDTTP, P4, PTZBTTT-BDT, PCPDTBT, PDT, PDPP3T, PBTI (EDOT), PMDPP3T, LBPP-1.
  • An electron donor constituting the active layer A20 is formed of an n-type organic semiconductor such as [60]PCBM or [70]PCBM.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the optical element 3. As shown in FIG. It should be noted that the optical waveguide section 1 is indicated by a chain double-dashed line. The optical element 3 shown here corresponds to each of the first layer 3A and the second layer 3B shown in FIG.
  • the optical element 3 has a plurality of helical structures 311 .
  • Each of the plurality of helical structures 311 extends along the first direction A1. That is, the helical axis AX of each of the multiple helical structures 311 is substantially perpendicular to the second main surface F2 of the optical waveguide section 1 .
  • the spiral axis AX is substantially parallel to the first direction A1.
  • Each of the multiple helical structures 311 has a helical pitch P. As shown in FIG.
  • the spiral pitch P indicates one period (360 degrees) of the spiral.
  • Each of the multiple helical structures 311 includes multiple elements 315 .
  • the plurality of elements 315 are spirally stacked along the first direction A1 while turning.
  • the optical element 3 includes a first boundary surface 317 facing the second main surface F2, a second boundary surface 319 opposite to the first boundary surface 317, and a boundary surface between the first boundary surface 317 and the second boundary surface 319. and a plurality of reflective surfaces 321 of .
  • the first boundary surface 317 is a surface on which the light LTi transmitted through the optical waveguide 1 enters the optical element 3 .
  • Each of the first boundary surface 317 and the second boundary surface 319 is substantially perpendicular to the spiral axis AX of the spiral structure 311 .
  • Each of the first boundary surface 317 and the second boundary surface 319 is substantially parallel to the optical waveguide section 1 (or the second main surface F2).
  • the first boundary surface 317 includes an element 315 located at one end e1 of both ends of the helical structure 311 .
  • the first boundary surface 317 is located at the boundary between the optical waveguide section 1 and the optical element 3 .
  • the second boundary surface 319 includes an element 315 positioned at the other end e2 of the two ends of the spiral structure 311 .
  • the second boundary surface 319 is located at the boundary between the optical element 3 and air.
  • the multiple reflective surfaces 321 are substantially parallel to each other.
  • the reflecting surface 321 is inclined with respect to the first boundary surface 317 and the optical waveguide section 1 (or the second main surface F2), and has a substantially planar shape extending in a certain direction.
  • the reflective surface 321 selectively reflects part of the light LTr out of the light LTi incident from the first boundary surface 317 according to Bragg's law. Specifically, the reflecting surface 321 reflects the light LTr such that the wavefront WF of the light LTr is substantially parallel to the reflecting surface 321 . More specifically, the reflecting surface 321 reflects the light LTr according to the inclination angle ⁇ of the reflecting surface 321 with respect to the first boundary surface 317 .
  • the reflective surface 321 can be defined as follows. That is, the refractive index felt by light of a predetermined wavelength (for example, circularly polarized light) that is selectively reflected by the optical element 3 changes gradually as the light travels inside the optical element 3 . Therefore, Fresnel reflection gradually occurs in the optical element 3 . Fresnel reflection occurs most strongly at the position where the refractive index sensed by light changes the most in the plurality of helical structures 311 . That is, the reflective surface 321 corresponds to the surface of the optical element 3 where Fresnel reflection occurs most strongly.
  • a predetermined wavelength for example, circularly polarized light
  • the orientation directions of the elements 315 of the helical structures 311 adjacent to each other in the second direction A2 are different from each other.
  • the spatial phases of the spiral structures 311 adjacent to each other in the second direction A2 are different from each other.
  • the reflective surface 321 corresponds to a surface in which the orientation directions of the elements 315 are aligned or a surface in which spatial phases are aligned (equiphase surface). That is, each of the multiple reflecting surfaces 321 is inclined with respect to the first boundary surface 317 or the optical waveguide section 1 .
  • the shape of the reflecting surface 321 is not limited to the planar shape shown in FIG. Further, a part of the reflecting surface 321 may be uneven, the inclination angle ⁇ of the reflecting surface 321 may not be uniform, or the plurality of reflecting surfaces 321 may not be regularly aligned. Depending on the spatial phase distribution of the plurality of helical structures 311, the reflective surface 321 of any shape can be configured.
  • the helical structure 311 is cholesteric liquid crystal.
  • Each of the elements 315 corresponds to a liquid crystal molecule.
  • one element 315 represents a liquid crystal molecule oriented in the average alignment direction among a plurality of liquid crystal molecules positioned in the XY plane.
  • the cholesteric liquid crystal which is the helical structure 311, reflects circularly polarized light in the same turning direction as that of the cholesteric liquid crystal, out of the light of the predetermined wavelength ⁇ included in the selective reflection band ⁇ .
  • the rotation direction of the cholesteric liquid crystal is clockwise, the clockwise circularly polarized light of the light with the predetermined wavelength ⁇ is reflected, and the counterclockwise circularly polarized light is transmitted.
  • the rotation direction of the cholesteric liquid crystal is counterclockwise, the counterclockwise circularly polarized light of the predetermined wavelength ⁇ is reflected and the clockwise circularly polarized light is transmitted.
  • the selective reflection band ⁇ of the cholesteric liquid crystal for vertically incident light is It is indicated by "no*P to ne*P".
  • the selective reflection band ⁇ of the cholesteric liquid crystal varies depending on the inclination angle ⁇ of the reflecting surface 321, the angle of incidence on the first boundary surface 317, and the like, with respect to the range of “no*P to ne*P”. Varies accordingly.
  • the thickness of the optical element 3 along the first direction A1 is preferably several to ten times the spiral pitch P. That is, the thickness of the optical element 3 is approximately 3 to 10 ⁇ m.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing the solar cell device 100.
  • FIG. FIG. 3 shows an example of the spatial phase of the helical structure 311. As shown in FIG. The spatial phase shown here is shown as the orientation direction of the elements 315 located on the first boundary surface 317 among the elements 315 included in the helical structure 311 .
  • the orientation directions of the elements 315 positioned on the first boundary surface 317 are different for each of the spiral structures 311 arranged along the second direction A2. That is, the spatial phase of the helical structure 311 on the first boundary surface 317 differs along the second direction A2.
  • the orientation directions of the elements 315 positioned on the first boundary surface 317 are substantially the same. That is, the spatial phases of the spiral structure 311 on the first boundary surface 317 substantially match in the third direction A3.
  • the orientation directions of the respective elements 315 differ by a constant angle. That is, on the first boundary surface 317, the alignment directions of the plurality of elements 315 arranged along the second direction A2 change linearly. Therefore, the spatial phases of the plurality of helical structures 311 arranged along the second direction A2 linearly change along the second direction A2.
  • a reflecting surface 321 inclined with respect to the first interface 317 and the optical waveguide section 1 is formed.
  • linear change indicates, for example, that the amount of change in the orientation direction of the element 315 is represented by a linear function.
  • the alignment direction of the element 315 here corresponds to the major axis direction of the liquid crystal molecules in the XY plane when the helical structure 311 is cholesteric liquid crystal.
  • the interval between the two spiral structures 311 when the orientation direction of the element 315 changes by 180 degrees along the second direction A2 is defined as a spiral structure.
  • the period T of the body 311 Defines the period T of the body 311 .
  • DP in FIG. 3 indicates the turning direction of the element 315 .
  • the inclination angle ⁇ of the reflecting surface 321 shown in FIG. 2 is appropriately set according to the period T and the helical pitch P.
  • the optical element 3 is formed as follows.
  • the optical element 3 is formed by irradiating a plurality of liquid crystal molecules, which are the plurality of elements 315, with light to polymerize the plurality of liquid crystal molecules.
  • the optical element 3 by controlling the orientation of a polymer liquid crystal material that exhibits a liquid crystal state at a predetermined temperature or concentration so as to form a plurality of helical structures 311, and then transitioning to a solid state while maintaining the orientation, An optical element 3 is formed.
  • the adjacent helical structures 311 are polymerized or transformed into a solid while maintaining the orientation of the helical structures 311, that is, while maintaining the spatial phase of the helical structures 311. Combined.
  • the alignment direction of each liquid crystal molecule is fixed in the optical element 3 .
  • FIG. 4 is another cross-sectional view schematically showing the structure of the optical element 3.
  • the example shown in FIG. 4 differs from the example shown in FIG. 2 in that the helical axis AX of the helical structure 311 is inclined with respect to the optical waveguide section 1 or the second main surface F2.
  • the spatial phases of the spiral structure 311 on the first boundary surface 317 or the XY plane are substantially the same.
  • the helical structure 311 according to the example shown in FIG. 4 has the same characteristics as the helical structure 311 according to the example shown in FIG.
  • the optical element 3 reflects a part of the light LTr out of the light LTi incident through the optical waveguide 1 at a reflection angle corresponding to the inclination of the helical axis AX, and reflects the other light LTt.
  • the optical element 3 of the example shown in FIG. 4 also has optical characteristics similar to those of the optical element 3 described with reference to FIGS.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of solar cell device 100 shown in FIG. First, the first layer 3A and the second layer 3B of the optical element 3 will be described.
  • Each of the first layer 3A and the second layer 3B has unidirectionally swirling cholesteric liquid crystals as the spiral structure 311 .
  • the first layer 3A has cholesteric liquid crystals 311A swirled in the first swirling direction
  • the second layer 3B has cholesteric liquid crystals 311B swirled in the second swirling direction opposite to the first swirling direction.
  • the cholesteric liquid crystals 311A and 311B are shown schematically.
  • the cholesteric liquid crystals 311A and 311B both have a helical pitch P1 along the Z direction so as to reflect the infrared rays I as a selective reflection band, as schematically shown in an enlarged manner. That is, the helical pitches P1 of the cholesteric liquid crystal 311A and the cholesteric liquid crystal 311B are the same and are constant along the Z direction with little change.
  • the cholesteric liquid crystal 311A has a reflective surface 321A that reflects the first circularly polarized light I1 in the first rotation direction in the infrared rays I that are the selective reflection band.
  • the cholesteric liquid crystal 311B has a reflecting surface 321B that reflects the second circularly polarized light I2 in the second turning direction in the infrared rays I, which is the selective reflection band.
  • the light LTi that enters the solar cell device 100 is, for example, sunlight. That is, the light LTi includes infrared rays I and the like in addition to the visible light V.
  • FIG. Light LTi enters the optical waveguide portion 1 from the first main surface F1, passes through the second main surface F2, and enters the optical element 3. As shown in FIG. Of the light LTi, the optical element 3 reflects a portion of the light LTr toward the optical waveguide section 1 and transmits the other light LTt.
  • the first layer 3A and the second layer 3B of the optical element 3 are configured to reflect the infrared rays I. That is, the first circularly polarized light I1 of the infrared rays I is reflected toward the optical waveguide section 1 by the reflecting surface 321A formed on the first layer 3A. The second circularly polarized light I2 of the infrared rays I is reflected toward the optical waveguide section 1 by the reflecting surface 321B formed on the second layer 3B.
  • the light LTr reflected by the optical element 3 is the first circularly polarized light I1 and the second circularly polarized light I2 of the infrared light I.
  • the light LTt transmitted through the optical element 3 has a wavelength different from that of the infrared rays I, and includes visible light V. As shown in FIG.
  • the optical element 3 reflects the first circularly polarized light I1 and the second circularly polarized light I2 toward the optical waveguide section 1 at an incident angle ⁇ that satisfies the optical waveguide condition in the optical waveguide section 1 .
  • the incident angle ⁇ here corresponds to an angle equal to or greater than the critical angle ⁇ c that causes total reflection inside the optical waveguide 1 .
  • the incident angle ⁇ indicates an angle with respect to a perpendicular line perpendicular to the optical waveguide section 1 .
  • the light LTr enters the inside of the optical waveguide portion 1 from the second main surface F2 and propagates inside the optical waveguide portion 1 while being repeatedly reflected in the optical waveguide portion 1 . Most of the light LTr propagating inside the optical waveguide 1 is transmitted through the side surface F3.
  • the first photoelectric conversion element 51 receives the light LTr (the first circularly polarized light I1 and the second circularly polarized light I2 of the infrared rays I) transmitted through the side surface F3 and generates power.
  • the light LTr contains s-polarized light and p-polarized light.
  • the s-polarized light is totally reflected by the first main surface F1 and the second main surface F2, but the p-polarized light is transmitted through the first main surface F1 and the second main surface F2, respectively.
  • the second photoelectric conversion element (first element) 52A receives light LTr (p-polarized light of infrared rays I) transmitted through the first main surface F1 and generates power.
  • the second photoelectric conversion element (second element) 52B receives light LTr (p-polarized light of infrared rays I) transmitted through the second main surface F2 and generates power.
  • the solar cell device 100 of Embodiment 1 not only the light transmitted through the side surface F3 of the optical waveguide 1 but also the light leaked from the first main surface F1 and the second main surface F2 can be used for power generation. can be used. Therefore, light utilization efficiency can be improved.
  • the optical element 3 has the first layer 3A and the second layer 3B
  • when sunlight containing visible light V and infrared light I is incident on the solar cell device 100 the first circularly polarized light I1 of the infrared light I and The second circularly polarized light I2 can be used for power generation in the first photoelectric conversion element 51 and the second photoelectric conversion elements 52A and 52B.
  • visible light V in sunlight passes through the optical waveguide 1 and the optical element 3 . That is, the solar cell device 100 transmits each of the first component (blue component), the second component (green component), and the third component (red component), which are the main components of the visible light V. FIG. Therefore, coloring of the light transmitted through the solar cell device 100 can be suppressed. Moreover, it is possible to suppress a decrease in the transmittance of the visible light V in the solar cell device 100 .
  • the second photoelectric conversion elements 52A and 52B which are coating-type organic semiconductor solar cells, are extremely thin and can be formed in any region at low cost.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a solar cell device 100 according to Embodiment 2.
  • FIG. Embodiment 2 shown in FIG. 6 differs from Embodiment 1 above in that a wavelength conversion layer 60 is provided instead of the second photoelectric conversion element.
  • the wavelength conversion layer 60 faces at least one of the first main surface F1 and the second main surface F2.
  • the wavelength conversion layer 60 faces both the first main surface F1 and the second main surface F2.
  • the wavelength conversion layer 60 facing the first main surface F1 in the first direction A1 is referred to as a first conversion layer 60A
  • the wavelength conversion layer 60 facing the second main surface F2 in the first direction A1 is referred to as a second conversion layer 60A.
  • layer 60B for distinction.
  • the first conversion layer 60A and the second conversion layer 60B are made of substantially the same material.
  • the wavelength conversion layer 60 only one of the first conversion layer 60A and the second conversion layer 60B may be arranged.
  • the wavelength conversion layer 60 converts visible light, which is incident light, into infrared light, but may also convert ultraviolet light into visible light or infrared light, or convert infrared light into visible light.
  • the wavelength band of light after conversion by the wavelength conversion layer 60 is selected to correspond to the sensitivity of the first photoelectric conversion element 51 .
  • Such a wavelength conversion layer 60 is formed, for example, by applying an inorganic fluorescent material or an organic fluorescent material.
  • the wavelength conversion layer 60 the light converted to a predetermined wavelength tends to scatter. Therefore, from the viewpoint of efficiently reflecting the light toward the optical waveguide section 1, the wavelength conversion layer 60 should be covered with a reflective layer. is desirable.
  • the frame 40 surrounds the first photoelectric conversion element 51 and the wavelength conversion layer 60 .
  • the first photoelectric conversion element 51 is positioned between the side surface F3 of the optical waveguide section 1 and the frame 40 .
  • the first conversion layer 60A of the wavelength conversion layer 60 is positioned between the first main surface F1 of the optical waveguide 1 and the frame 40, and the second conversion layer 60B is positioned between the second main surface F2 and the frame 40. is doing.
  • infrared rays I of the sunlight pass through the optical waveguide 1 and enter the optical element 3 .
  • the first circularly polarized light I1 of the infrared rays I is reflected toward the optical waveguide section 1 by the reflecting surface 321A formed on the first layer 3A.
  • the second circularly polarized light I2 of the infrared rays I is incident on the second layer 3B after passing through the first layer 3A, and is directed toward the optical waveguide section 1 on the reflecting surface 321B formed on the second layer 3B. reflected.
  • the reflected first circularly polarized light I1 and second circularly polarized light I2 enter the optical waveguide section 1 from the second main surface F2 and propagate through the optical waveguide section 1 while being repeatedly reflected in the optical waveguide section 1. .
  • Most of the light LTr propagating inside the optical waveguide 1 is transmitted through the side surface F3.
  • the first photoelectric conversion element 51 receives the infrared rays I (the first circularly polarized light I1 and the second circularly polarized light I2) transmitted through the side surface F3 and generates electric power.
  • a part of the visible light V′ that is incident at the incident angle ⁇ that satisfies the above optical waveguide condition propagates inside the optical waveguide 1 while being repeatedly reflected in the optical waveguide 1 .
  • Visible light V' leaking from the first main surface F1 near the side surface F3 is converted into infrared rays I in the first conversion layer 60A.
  • Visible light V' leaked from the second main surface F2 near the side surface F3 is converted into infrared rays I in the second conversion layer 60B.
  • the infrared rays I converted by the first conversion layer 60A and the second conversion layer 60B pass through the optical waveguide portion 1 again and pass through the side surface F3.
  • the first photoelectric conversion element 51 receives the infrared rays I transmitted through the side surface F3 and generates electric power.
  • the visible light V' leaked from the first main surface F1 and the second main surface F2 is converted into light with a wavelength that can be used for power generation, and is used for power generation. Therefore, light utilization efficiency can be improved.
  • FIG. 7 is a plan view showing the appearance of the solar cell device 100.
  • FIG. A frame 40 indicated by a dotted line is arranged so as to surround the optical waveguide section 1 .
  • the plurality of first photoelectric conversion elements 51 are arranged along the side surface F3 of the optical waveguide section 1 .
  • the second photoelectric conversion element 52 of Embodiment 1 or the wavelength conversion layer 60 of Embodiment 2 is formed in a belt shape along at least the side surface F3.
  • the second photoelectric conversion element 52 or the wavelength conversion layer 60 is formed in a frame shape on at least one of the first main surface F1 and the second main surface F2 of the optical waveguide section 1, and is attached to the frame 40. are superimposed.
  • the second photoelectric conversion element 52 or the wavelength conversion layer 60 has portions P11 to P14 along the four sides of the optical waveguide section 1 .
  • the parts P11 to P14 may be connected to each other or may be separated from each other.
  • at least part of the portions P12 to P14 may be omitted.
  • each of the portions P11 to P14 may protrude from the frame 40.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the solar cell device 100 shown in FIG. 7 along line AB.
  • the portions P11 and P13 are formed on both the first main surface F1 and the second main surface F2.
  • Portions P12 and P14 (not shown) are similarly formed on both the first main surface F1 and the second main surface F2.
  • the portions P11 and P13 formed on the first main surface F1 are part of the first element (second photoelectric conversion element) 52A or part of the first conversion layer (wavelength conversion layer) 60A.
  • the portions P11 and P13 formed on the second main surface F2 are part of the second element (second photoelectric conversion element) 52B or part of the second conversion layer (wavelength conversion layer) 60B.
  • the first layer 3A and the second layer 3B of the optical element 3 are arranged inside the second main surface F2 surrounded by the second element 52B or the second conversion layer 60B.
  • FIG. 9 is another cross-sectional view of the solar cell device 100 shown in FIG. 7 along line AB.
  • the example shown in FIG. 9 differs from the example shown in FIG. 8 in that a transparent thin film 70 facing the first main surface F1 is provided.
  • the thin film 70 is arranged inside the frame 40, is in contact with the first main surface F1, and is arranged inside the first element 52A or the first conversion layer 60A.
  • the refractive index of the thin film 70 is smaller than that of the optical waveguide section 1 . It is desirable that the difference in refractive index between the thin film 70 and the optical waveguide section 1 is 0.1 or more.
  • the thin film 70 has a refractive index of about 1.3 to 1.4, and the optical waveguide section 1 has a refractive index of about 1.5.
  • Such a thin film 70 may be made of an inorganic material, or may be made of an organic material.
  • a thin film 70 having a refractive index lower than that of the optical waveguide section 1 is arranged on the first main surface F1.
  • the refractive index difference between the thin film 70 and the air becomes smaller than the refractive index difference between the optical waveguide 1 and the air.
  • the reflected light beams LTr(I1) and LTr(I2) with a smaller reflection angle ⁇ r from the light beam can be optically guided and used for power generation. Therefore, light utilization efficiency can be improved.
  • FIG. 10 is another cross-sectional view along the line AB of the solar cell device 100 shown in FIG.
  • the example shown in FIG. 10 differs from the example shown in FIG. 9 in that the solar cell device 100 includes a plurality of optical waveguides 1A and 1B facing each other in the first direction A1.
  • the optical waveguides 1A and 1B are equivalent to the optical waveguide 1 described above.
  • Thin films 70A and 70B are equivalent to thin film 70 described above.
  • the refractive index of the thin film 70A is smaller than that of the optical waveguide 1A, and the refractive index of the thin film 70B is smaller than that of the optical waveguide 1B.
  • the first photoelectric conversion elements 51A and 51B are equivalent to the first photoelectric conversion element 51 described above.
  • the second photoelectric conversion elements 52A, 52B, 52C, and 52D are equivalent to the second photoelectric conversion element 52 described above.
  • the optical waveguide section 1A has a first main surface F1A, a second main surface F2A, and a side surface F3A.
  • the thin film 70A is arranged on the first main surface F1A
  • the first layer 3A is arranged on the second main surface F2A
  • the first photoelectric conversion element 51A is arranged on the side surface F3A.
  • the second photoelectric conversion element 52A is arranged on the first main surface F1A
  • the second photoelectric conversion element 52B is arranged on the second main surface F2A.
  • a frame 40 surrounds the first photoelectric conversion element 51A and the second photoelectric conversion elements 52A and 52B.
  • the optical waveguide section 1B has a first main surface F1B, a second main surface F2B, and a side surface F3B.
  • the thin film 70B is arranged on the first main surface F1B
  • the second layer 3B is arranged on the second main surface F2B
  • the first photoelectric conversion element 51B is arranged on the side surface F3B.
  • the second photoelectric conversion element 52C is arranged on the first main surface F1B
  • the second photoelectric conversion element 52D is arranged on the second main surface F2B.
  • the first photoelectric conversion element 51B and the second photoelectric conversion elements 52C and 52D are surrounded by a frame 40. As shown in FIG.
  • the first layer 3A and the thin film 70B face each other in the first direction A1.
  • An intermediate layer such as an air layer is interposed between the first layer 3A and the thin film 70B.
  • An infrared ray I having an incident angle ⁇ i passes through the thin film 70A and the optical waveguide 1A and enters the first layer 3A.
  • the provision of the thin film 70A allows even the infrared rays I with a relatively large incident angle .theta.i to be taken into the optical waveguide portion 1A.
  • the first circularly polarized light I1 of the infrared rays I is reflected toward the optical waveguide section 1A on the reflecting surface 321A formed on the first layer 3A.
  • the second circularly polarized light I2 of the infrared rays I passes through the thin film 70B and the optical waveguide portion 1B after passing through the first layer 3A, and enters the second layer 3B. Then, the second circularly polarized light I2 is reflected toward the optical waveguide portion 1B by the reflecting surface 321B formed on the second layer 3B.
  • the first circularly polarized light I1 reflected toward the optical waveguide portion 1A propagates while being repeatedly reflected in the optical waveguide portion 1A, and most of it is transmitted through the side surface F3A.
  • the first photoelectric conversion element 51A receives the first circularly polarized light I1 transmitted through the side surface F3A and generates power.
  • the second photoelectric conversion element 52A receives the p-polarized light transmitted through the first main surface F1A in the vicinity of the side surface F3A and generates electric power.
  • the second photoelectric conversion element 52B receives the p-polarized light transmitted through the second main surface F2A in the vicinity of the side surface F3A and generates electric power.
  • the second circularly polarized light I2 reflected toward the optical waveguide portion 1B propagates while being repeatedly reflected in the optical waveguide portion 1B, and most of it is transmitted through the side surface F3B.
  • the first photoelectric conversion element 51B receives the second circularly polarized light I2 transmitted through the side face F3B and generates power.
  • the second photoelectric conversion element 52C receives the p-polarized light transmitted through the first main surface F1B in the vicinity of the side surface F3B and generates electric power.
  • the second photoelectric conversion element 52D receives the p-polarized light transmitted through the second main surface F2B in the vicinity of the side surface F3B and generates electric power.
  • the second photoelectric conversion elements 52A, 52B, 52C, and 52D shown in FIG. 10 may be replaced with the wavelength conversion layer 60 described in the second embodiment.

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Abstract

実施形態の目的は、光の利用効率を向上することが可能な太陽電池装置を提供することにある。　一実施形態によれば、太陽電池装置（１００）は、第１主面（Ｆ１）と、前記第１主面（Ｆ１）と対向する第２主面（Ｆ２）と、側面（Ｆ３）と、を有する光導波部（１）と、前記第２主面（Ｆ２）と対向し、コレステリック液晶を有し、前記光導波部（１）を介して入射した光の少なくとも一部を前記光導波部（１）に向けて反射する光学素子（３）と、前記側面（Ｆ３）と対向する第１光電変換素子（５１）と、前記第１主面（Ｆ１）及び前記第２主面（Ｆ２）の少なくとも一方と対向し、前記側面（Ｆ３）に沿った帯状に形成された第２光電変換素子（５２）と、を備え、前記第１光電変換素子（５１）の厚さは、前記第２光電変換素子（５２）の厚さより厚い。

Description

太陽電池装置
　本発明の実施形態は、太陽電池装置に関する。
　近年、透明な太陽電池が種々提案されている。例えば、透明な色素増感型太陽電池を表示装置の表面に配置した太陽電池付き表示装置が提案されている。
　太陽電池装置において、光の利用効率を向上することが要望されている。
特開２００２－２２９４７２号公報
　本実施形態の目的は、光の利用効率を向上することが可能な太陽電池装置を提供することにある。
　一実施形態の太陽電池装置は、
　第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、側面と、を有する光導波部と、前記第２主面と対向し、コレステリック液晶を有し、前記光導波部を介して入射した光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する光学素子と、前記側面と対向する第１光電変換素子と、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と対向し、前記側面に沿った帯状に形成された第２光電変換素子と、を備え、前記第１光電変換素子の厚さは、前記第２光電変換素子の厚さより厚い。
　一実施形態の太陽電池装置は、
　第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、側面と、を有する光導波部と、前記第２主面と対向し、コレステリック液晶を有し、前記光導波部を介して入射した光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する光学素子と、前記側面と対向する第１光電変換素子と、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方に対向し、前記側面に沿った帯状に形成された波長変換層と、を備えている。
　一実施形態によれば、光の利用効率を向上することが可能な太陽電池装置を提供することができる。
図１は、実施形態１に係る太陽電池装置１００を模式的に示す断面図である。 図２は、光学素子３の構造を模式的に示す断面図である。 図３は、太陽電池装置１００を模式的に示す平面図である。 図４は、光学素子３の構造を模式的に示す他の断面図である。 図５は、図１に示した太陽電池装置１００の動作を説明するための図である。 図６は、実施形態２に係る太陽電池装置１００を模式的に示す断面図である。 図７は、太陽電池装置１００の外観を示す平面図である。 図８は、図７に示した太陽電池装置１００のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。 図９は、図７に示した太陽電池装置１００のＡ－Ｂ線に沿った他の断面図である。 図１０は、図７に示した太陽電池装置１００のＡ－Ｂ線に沿った他の断面図である。
　以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
　なお、図面には、必要に応じて理解を容易にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸を記載する。Ｚ軸に沿った方向をＺ方向または第１方向Ａ１と称し、Ｙ軸に沿った方向をＹ方向または第２方向Ａ２と称し、Ｘ軸に沿った方向をＸ方向または第３方向Ａ３と称する。Ｘ軸及びＹ軸によって規定される面をＸ－Ｙ平面と称し、Ｘ軸及びＺ軸によって規定される面をＸ－Ｚ平面と称し、Ｙ軸及びＺ軸によって規定される面をＹ－Ｚ平面と称する。
　　（実施形態１)　
　図１は、実施形態１に係る太陽電池装置１００を模式的に示す断面図である。
　太陽電池装置１００は、光導波部１と、光学素子３と、第１光電変換素子５１と、第２光電変換素子５２と、を備えている。
　光導波部１は、光を透過する透明部材、例えば、透明なガラス板または透明な合成樹脂板によって構成されている。光導波部１は、例えば、可撓性を有する透明な合成樹脂板によって構成されていてもよい。光導波部１は、任意の形状を取り得る。例えば、光導波部１は、湾曲していてもよい。光導波部１の屈折率は、例えば、空気の屈折率よりも大きい。光導波部１は、例えば、窓ガラスとして機能する。
　本明細書において、『光』は、可視光及び不可視光を含むものである。例えば、可視光域の下限の波長は３６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、可視光域の上限の波長は７６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下である。可視光は、第１波長帯（例えば４００ｎｍ～５００ｎｍ）の第１成分（青成分）、第２波長帯（例えば５００ｎｍ～６００ｎｍ）の第２成分（緑成分）、及び、第３波長帯（例えば６００ｎｍ～７００ｎｍ）の第３成分（赤成分）を含んでいる。不可視光は、第１波長帯より短波長帯の紫外線、及び、第３波長帯より長波長帯の赤外線を含んでいる。
　本明細書において、『透明』は、無色透明であることが好ましい。ただし、『透明』は、半透明又は有色透明であってもよい。
　光導波部１は、Ｘ－Ｙ平面に沿った平板状に形成され、第１主面Ｆ１と、第２主面Ｆ２と、側面Ｆ３と、を有している。第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な面であり、第１方向Ａ１において、互いに対向している。側面Ｆ３は、第１方向Ａ１に沿って延びた面である。図１に示す例では、側面Ｆ３は、Ｘ－Ｚ平面と略平行な面であるが、側面Ｆ３は、Ｙ－Ｚ平面と略平行な面を含んでいる。
　光導波部１が窓ガラスとして機能する場合、第１主面Ｆ１は屋外側（あるいは車外側）の面に相当し、第２主面Ｆ２は屋内側（あるいは車内側）の面に相当する。
　光学素子３は、第１方向Ａ１において、光導波部１の第２主面Ｆ２と対向している。光学素子３は、第１主面Ｆ１の側から入射した光の少なくとも一部を光導波部１に向けて反射するものである。一例では、光学素子３は、光導波部１を介して入射した光のうち、第１円偏光及び第１円偏光とは逆回りの第２円偏光の少なくとも一方を反射するように構成されている。光学素子３によって反射される第１円偏光及び第２円偏光は、例えば赤外線であるが、可視光であってもよい。なお、本明細書において、光学素子３における「反射」とは、光学素子３の内部における回折を伴うものである。
　光学素子３は、例えば、可撓性を有していてもよい。また、光学素子３は、光導波部１の第２主面Ｆ２と接触していてもよいし、光学素子３と光導波部１との間に接着層等の透明な層が介在していてもよい。光学素子３と光導波部１との間に介在する層の屈折率は、光導波部１の屈折率とほぼ同等であることが好ましい。
　光学素子３は、薄膜として構成される。例えば、別途フィルム状に形成された光学素子３が光導波部１に接着される場合もあり得るし、光導波部１に直接材料を塗布してフィルム状の光学素子３が形成される場合もあり得る。
　図１に示す例では、光学素子３は、第１層３Ａと、第２層３Ｂと、を備えている。第１層３Ａ及び第２層３Ｂは、第１方向Ａ１において重なっている。第１層３Ａは、光導波部１と第２層３Ｂとの間に位置している。光学素子３の各層については、後に詳述するが、例えば、第１層３Ａは第１円偏光を反射するように構成され、第２層３Ｂは第２円偏光を反射するように構成されている。なお、光学素子３は、第１層３Ａからなる単層体、あるいは、第２層３Ｂからなる単層体であってもよい。本明細書において、円偏光は、厳密な円偏光であってもよいし、楕円偏光に近似した円偏光であってもよい。
　第１光電変換素子５１は、第２方向Ａ２において、光導波部１の側面Ｆ３と対向している。
　第２光電変換素子５２は、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の少なくとも一方と対向している。図１に示す例では、第２光電変換素子５２は、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の双方と対向している。ここでは、第１方向Ａ１において第１主面Ｆ１に対向する第２光電変換素子５２を第１素子５２Ａと称し、第１方向Ａ１において第２主面Ｆ２に対向する第２光電変換素子５２を第２素子５２Ｂと称して、区別する場合がある。第１素子５２Ａ及び第２素子５２Ｂは、実質的に同一構造を有するものである。なお、第２光電変換素子５２としては、第１素子５２Ａ及び第２素子５２Ｂのいずれか一方のみが配置されていてもよい。
　フレーム４０は、第１光電変換素子５１及び第２光電変換素子５２を囲んでいる。第１光電変換素子５１は、光導波部１の側面Ｆ３とフレーム４０との間に位置している。第２光電変換素子５２について、第１素子５２Ａは光導波部１の第１主面Ｆ１とフレーム４０との間に位置し、第２素子５２Ｂは第２主面Ｆ２とフレーム４０との間に位置している。
　第１光電変換素子５１及び第２光電変換素子５２は、光を受光して、受光した光のエネルギーを電力に変換するものであり、太陽電池と称する場合がある。つまり、太陽電池は、受光した光によって発電するものであるが、第１光電変換素子５１及び第２光電変換素子５２として適用される太陽電池の種類は、特に限定されない。例えば、太陽電池は、シリコン系太陽電池、化合物半導体系太陽電池、有機半導体系太陽電池、ペロブスカイト型太陽電池、又は、量子ドット型太陽電池である。
　一例では、第１光電変換素子５１及び第２光電変換素子５２は、赤外線を受光して発電するように構成されている。
　第１光電変換素子５１は、例えば、シリコン系太陽電池、あるいは、化合物半導体系太陽電池である。図１の右側に拡大して示すように、第１光電変換素子５１は、透明電極Ｅ１１と、ｐｉｎ層Ａ１０と、金属電極Ｅ１２と、を備えている。透明電極Ｅ１１は、第２方向Ａ２において側面Ｆ３と対向している。ｐｉｎ層Ａ１０は、透明電極Ｅ１１と金属電極Ｅ１２との間に位置している。このような第１光電変換素子５１は、封止体Ｓ５１によって封止されている。
　ｐｉｎ層Ａ１０は、シリコン系半導体、あるいは、無機化合物系半導体によって形成されている。図１に示す例では、ｐｉｎ層Ａ１０は、ヘテロ接合型であり、ｎ型半導体層（ｎ層）Ａ１１、ｎ型／ｐ型半導体の界面に形成される空乏層（ｉ層）Ａ１２、及び、ｐ型半導体層（ｐ層）Ａ１３の積層体として構成されている。ｐｉｎ層Ａ１０の厚さＴ１は、ｎ層Ａ１１の膜厚、ｉ層Ａ１２の膜厚、及び、ｐ層Ａ１３の膜厚の総和に相当する。一例では、厚さＴ１は、１μｍ以上である。
　第２光電変換素子５２は、塗布型の有機半導体系太陽電池である。図１の上側に拡大して示すように、第２光電変換素子５２は、透明電極Ｅ２１と、バッファ層Ｂ２１と、活性層Ａ２０と、バッファ層Ｂ２２と、金属電極Ｅ２２と、を備えている。透明電極Ｅ２１は、第１方向Ａ１において第１主面Ｆ１と対向している。なお、透明電極Ｅ２１は、第１主面Ｆ１に接していてもよいし、第１主面Ｆ１と透明電極Ｅ２１との間に他の薄膜が介在していてもよい。活性層Ａ２０は、透明電極Ｅ２１と金属電極Ｅ２２との間に位置している。バッファ層Ｂ２１は、透明電極Ｅ２１と活性層Ａ２０との間に位置している。バッファ層Ｂ２２は、活性層Ａ２０と金属電極Ｅ２２との間に位置している。このような第２光電変換素子５２は、封止体Ｓ５２によって封止されている。
　活性層Ａ２０は、有機半導体によって形成されている。図１に示す例では、活性層Ａ２０は、バルクヘテロ接合型であり、電子受容体及び電子供与体を含む混合層として構成されている。活性層Ａ２０の厚さＴ２は、バッファ層Ｂ２１とバッファ層Ｂ２２との間において、一例では、１００～５００ｎｍである。つまり、ｐｉｎ層Ａ１０の厚さＴ１＞活性層Ａ２０の厚さＴ２の関係から、第１光電変換素子５１の厚さは、第２光電変換素子５２の厚さより大きい。
　このような第２光電変換素子５２を構成する各層は、例えば材料を塗布することによって形成されるが、蒸着やスパッタリングなどの真空プロセスで形成してもよいし、前駆体やナノ粒子からなる溶液を塗布した後に焼成することで形成してもよい。
　以下に、各部材の材料の一例について説明する。なお、一部の有機化合物については略称で示す場合がある。
　透明電極Ｅ１１及びＥ２１は、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明な導電材料によって形成される。
　金属電極Ｅ１２及びＥ２２は、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属材料によって形成される。
　バッファ層Ｂ２１及びＢ２２のいずれか一方はホール輸送層（ＨＴＬ）として機能するものであり、バッファ層Ｂ２１及びＢ２２のいずれか他方は電子輸送層（ＥＴＬ）として機能するものである。ホール輸送層は、例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの有機半導体ポリマーや、モリブデン酸化物（ＭｏＯ３）、タングステン酸化物（ＷＯ３）、バナジウム酸化物（Ｖ２Ｏ５）、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）などの金属酸化物によって形成される。電子輸送層は、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、チタン酸化物（ＴｉＯ）などの金属酸化物や、ＰＥＩＥ、ＰＥＩなどの有機ポリマー化合物によって形成される。
　活性層Ａ２０を構成する電子受容体は、ＰＴＴ、ＰＤＤＴＴ、ＰＤＴＴＰ、Ｐ４、ＰＴＺＢＴＴＴ－ＢＤＴ、ＰＣＰＤＴＢＴ、ＰＤＴ、ＰＤＰＰ３Ｔ、ＰＢＴＩ（ＥＤＯＴ）、ＰＭＤＰＰ３Ｔ、ＬＢＰＰ－１などのｐ型有機半導体によって形成される。
　活性層Ａ２０を構成する電子供与体は、[６０]ＰＣＢＭ、[７０]ＰＣＢＭなどのｎ型有機半導体によって形成される。
　図２は、光学素子３の構造を模式的に示す断面図である。
　なお、光導波部１は二点鎖線で示している。ここに示す光学素子３は、図１に示した第１層３Ａ及び第２層３Ｂのそれぞれに相当するものである。
　光学素子３は、複数の螺旋状構造体３１１を有している。複数の螺旋状構造体３１１の各々は、第１方向Ａ１に沿って延びている。つまり、複数の螺旋状構造体３１１の各々の螺旋軸ＡＸは、光導波部１の第２主面Ｆ２に対して略垂直である。螺旋軸ＡＸは、第１方向Ａ１に略平行である。複数の螺旋状構造体３１１の各々は、螺旋ピッチＰを有している。螺旋ピッチＰは、螺旋の１周期(３６０度）を示す。複数の螺旋状構造体３１１の各々は、複数の要素３１５を含んでいる。複数の要素３１５は、旋回しながら第１方向Ａ１に沿って螺旋状に積み重ねられている。
　光学素子３は、第２主面Ｆ２に対向する第１境界面３１７と、第１境界面３１７の反対側の第２境界面３１９と、第１境界面３１７と第２境界面３１９との間の複数の反射面３２１と、を有している。第１境界面３１７は、光導波部１を透過した光ＬＴｉが光学素子３に入射する面である。第１境界面３１７及び第２境界面３１９の各々は、螺旋状構造体３１１の螺旋軸ＡＸに対して略垂直である。第１境界面３１７及び第２境界面３１９の各々は、光導波部１（あるいは第２主面Ｆ２）に略平行である。
　第１境界面３１７は、螺旋状構造体３１１の両端部のうちの一端部ｅ１に位置する要素３１５を含んでいる。第１境界面３１７は、光導波部１と光学素子３との境界に位置している。第２境界面３１９は、螺旋状構造体３１１の両端部のうちの他端部ｅ２に位置する要素３１５を含んでいる。第２境界面３１９は、光学素子３と空気との境界に位置している。
　図２に示す例では、複数の反射面３２１は、互いに略平行である。反射面３２１は、第１境界面３１７及び光導波部１（あるいは第２主面Ｆ２）に対して傾斜しており、一定方向に延びる略平面形状を有している。反射面３２１は、ブラッグの法則に従って、第１境界面３１７から入射した光ＬＴｉのうち一部の光ＬＴｒを選択反射する。具体的には、反射面３２１は、光ＬＴｒの波面ＷＦが反射面３２１と略平行になるように、光ＬＴｒを反射する。更に具体的には、反射面３２１は、第１境界面３１７に対する反射面３２１の傾斜角度φに応じて光ＬＴｒを反射する。
　反射面３２１は、次のように定義できる。すなわち、光学素子３において選択的に反射される所定波長の光（例えば円偏光）が感じる屈折率は、光が光学素子３の内部を進行するのに伴って徐々に変化する。このため、光学素子３においてフレネル反射が徐々に起こる。そして、複数の螺旋状構造体３１１において光が感じる屈折率が最も大きく変化する位置で、フレネル反射が最も強く起こる。つまり、反射面３２１は、光学素子３においてフレネル反射が最も強く起こる面に相当する。
　複数の螺旋状構造体３１１のうち、第２方向Ａ２に隣接する螺旋状構造体３１１の各々の要素３１５の配向方向は互いに異なっている。また、複数の螺旋状構造体３１１のうち、第２方向Ａ２に隣接する螺旋状構造体３１１の各々の空間位相は互いに異なっている。反射面３２１は、要素３１５の配向方向が揃った面、あるいは、空間位相が揃った面（等位相面）に相当する。つまり、複数の反射面３２１の各々は、第１境界面３１７あるいは光導波部１に対して傾斜している。
　なお、反射面３２１の形状は、図２に示したような平面形状に限らず、凹状や凸状の曲面形状であってもよく、特に限定されるものではない。また、反射面３２１の一部に凸凹を有していたり、反射面３２１の傾斜角度φが均一でなかったり、複数の反射面３２１が、規則的に整列していなかったりしてもよい。複数の螺旋状構造体３１１の空間位相分布に応じて、任意の形状の反射面３２１を構成することができる。
　本実施形態では、螺旋状構造体３１１は、コレステリック液晶である。要素３１５の各々は、液晶分子に相当する。図２では、図面の簡略化のため、１つの要素３１５は、Ｘ－Ｙ平面内に位置する複数の液晶分子のうち、平均的配向方向を向いている液晶分子を代表して示している。
　螺旋状構造体３１１であるコレステリック液晶は、選択反射帯域Δλに含まれる所定波長λの光のうち、コレステリック液晶の旋回方向と同じ旋回方向の円偏光を反射する。例えば、コレステリック液晶の旋回方向が右回りの場合、所定波長λの光のうち、右回りの円偏光を反射し、左回りの円偏光を透過する。同様に、コレステリック液晶の旋回方向が左回りの場合、所定波長λの光のうち、左回りの円偏光を反射し、右回りの円偏光を透過する。
　コレステリック液晶の螺旋ピッチをＰ、液晶分子の異常光に対する屈折率をｎｅ、液晶分子の常光に対する屈折率をｎｏと記載すると、一般的に、垂直入射した光に対するコレステリック液晶の選択反射帯域Δλは、「ｎｏ＊Ｐ～ｎｅ＊Ｐ」で示される。なお、詳細には、コレステリック液晶の選択反射帯域Δλは、「ｎｏ＊Ｐ～ｎｅ＊Ｐ」の範囲に対して、反射面３２１の傾斜角度φや、第１境界面３１７への入射角度などに応じて変化する。
　ここでは、選択反射帯域Δλが赤外線となるように、コレステリック液晶の螺旋ピッチＰが調整された場合について説明する。光学素子３の反射面３２１での反射率を高くする観点では、光学素子３の第１方向Ａ１に沿った厚さは、螺旋ピッチＰの数倍から１０倍程度とすることが望ましい。つまり、光学素子３の厚さは、３～１０μｍ程度となる。
　図３は、太陽電池装置１００を模式的に示す平面図である。
　図３には、螺旋状構造体３１１の空間位相の一例が示されている。ここに示す空間位相は、螺旋状構造体３１１に含まれる要素３１５のうち、第１境界面３１７に位置する要素３１５の配向方向として示している。
　第２方向Ａ２に沿って並んだ螺旋状構造体３１１の各々について、第１境界面３１７に位置する要素３１５の配向方向は互いに異なる。つまり、第１境界面３１７における螺旋状構造体３１１の空間位相は、第２方向Ａ２に沿って異なる。
　一方、第３方向Ａ３に沿って並んだ螺旋状構造体３１１の各々について、第１境界面３１７に位置する要素３１５の配向方向は略一致する。つまり、第１境界面３１７における螺旋状構造体３１１の空間位相は、第３方向Ａ３において略一致する。
　特に、第２方向Ａ２に並んだ螺旋状構造体３１１に着目すると、各要素３１５の配向方向は、一定角度ずつ異なっている。つまり、第１境界面３１７において、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の要素３１５の配向方向は、線形に変化している。したがって、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の螺旋状構造体３１１の空間位相は、第２方向Ａ２に沿って線形に変化している。その結果、図２に示した光学素子３のように、第１境界面３１７及び光導波部１に対して傾斜する反射面３２１が形成される。ここでの「線形に変化」は、例えば、要素３１５の配向方向の変化量が１次関数で表されることを示す。
　なお、ここでの要素３１５の配向方向とは、螺旋状構造体３１１がコレステリック液晶の場合、Ｘ－Ｙ平面における液晶分子の長軸方向に相当する。
　ここで、図３に示すように、第１境界面３１７において、第２方向Ａ２に沿って要素３１５の配向方向が１８０度だけ変化するときの２つの螺旋状構造体３１１の間隔を螺旋状構造体３１１の周期Ｔと定義する。なお、図３においてＤＰは要素３１５の旋回方向を示している。図２に示した反射面３２１の傾斜角度φは、周期Ｔ及び螺旋ピッチＰによって適宜設定される。
　螺旋状構造体３１１がコレステリック液晶である場合、光学素子３は、以下のようにして形成される。例えば、複数の要素３１５である複数の液晶分子に光を照射し、複数の液晶分子を重合させることで、光学素子３が形成される。又は、所定の温度又は所定の濃度において液晶状態を示す高分子液晶材料を、複数の螺旋状構造体３１１を形成するように配向制御し、その後、配向を維持したまま固体に転移させることで、光学素子３が形成される。
　光学素子３において、隣り合う螺旋状構造体３１１は、重合又は固体への転移によって、螺旋状構造体３１１の配向を維持したまま、つまり、螺旋状構造体３１１の空間位相を維持したまま、互いに結合している。その結果、光学素子３において、各液晶分子の配向方向が固定されている。
　図４は、光学素子３の構造を模式的に示す他の断面図である。
　図４に示す例は、図２に示した例と比較して、螺旋状構造体３１１の螺旋軸ＡＸが光導波部１あるいは第２主面Ｆ２に対して傾斜している点で相違している。また、図４に示す例では、第１境界面３１７あるいはＸ－Ｙ平面内での螺旋状構造体３１１の空間位相は、略一致している。その他、図４に示す例に係る螺旋状構造体３１１は、図２に示した例に係る螺旋状構造体３１１と同様の特性を有している。
　このような例では、光学素子３は、光導波部１を介して入射した光ＬＴｉのうち、一部の光ＬＴｒを螺旋軸ＡＸの傾斜に応じた反射角で反射し、その他の光ＬＴｔを透過する。つまり、図４に示す例の光学素子３においても、図２及び図３を参照して説明した光学素子３と同様の光学特性が得られる。
　図５は、図１に示した太陽電池装置１００の動作を説明するための図である。
　まず、光学素子３の第１層３Ａ及び第２層３Ｂについて説明する。
　第１層３Ａ及び第２層３Ｂの各々は、螺旋状構造体３１１として、一方向に旋回したコレステリック液晶を有している。但し、第１層３Ａは第１旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ａを有し、第２層３Ｂは第１旋回方向とは逆回りの第２旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ｂを有している。なお、ここでは、コレステリック液晶３１１Ａ及び３１１Ｂを模式的に示している。
　コレステリック液晶３１１Ａ及び３１１Ｂは、拡大して模式的に示すように、ともに選択反射帯域として赤外線Ｉを反射するべく、Ｚ方向に沿って螺旋ピッチＰ１を有している。つまり、コレステリック液晶３１１Ａ及びコレステリック液晶３１１Ｂのそれぞれの螺旋ピッチＰ１は、同等であり、Ｚ方向に沿ってほとんど変化することなく一定である。
　コレステリック液晶３１１Ａは、選択反射帯域である赤外線Ｉのうち、第１旋回方向の第１円偏光Ｉ１を反射する反射面３２１Ａを有している。また、コレステリック液晶３１１Ｂは、選択反射帯域である赤外線Ｉのうち、第２旋回方向の第２円偏光Ｉ２を反射する反射面３２１Ｂを有している。
　次に、太陽電池装置１００の動作について説明する。
　太陽電池装置１００に入射する光ＬＴｉは、例えば、太陽光である。つまり、光ＬＴｉは、可視光Ｖの他に赤外線Ｉなどを含んでいる。
　光ＬＴｉは、第１主面Ｆ１から光導波部１の内部に進入し、第２主面Ｆ２を透過して、光学素子３に入射する。そして、光学素子３は、光ＬＴｉのうち、一部の光ＬＴｒを光導波部１に向けて反射し、他の光ＬＴｔを透過する。
　上記の通り、光学素子３の第１層３Ａ及び第２層３Ｂは、赤外線Ｉを反射するように構成されている。すなわち、赤外線Ｉのうちの第１円偏光Ｉ１は、第１層３Ａに形成された反射面３２１Ａにおいて、光導波部１に向けて反射される。また、赤外線Ｉのうちの第２円偏光Ｉ２は、第２層３Ｂに形成された反射面３２１Ｂにおいて、光導波部１に向けて反射される。
　つまり、光学素子３で反射される光ＬＴｒは、赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２である。また、光学素子３を透過する光ＬＴｔは、赤外線Ｉとは異なる波長の光であり、可視光Ｖを含んでいる。
　光学素子３は、第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２を、光導波部１における光導波条件を満足する進入角θで光導波部１に向けて反射する。ここでの進入角θとは、光導波部１の内部で全反射を起こす臨界角θｃ以上の角度に相当する。進入角θは、光導波部１に直交する垂線に対する角度を示す。
　光ＬＴｒは、第２主面Ｆ２から光導波部１の内部に進入し、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を伝搬する。光導波部１の内部を伝搬する光ＬＴｒのほとんどは、側面Ｆ３を透過する。第１光電変換素子５１は、側面Ｆ３を透過した光ＬＴｒ（赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２）を受光し、発電する。
　ここで、光導波部１の内部を伝搬する光ＬＴｒのうち、進入角θがブリュースター角（偏光角）である光について考察する。光ＬＴｒは、ｓ偏光及びｐ偏光を含んでいる。ｓ偏光は第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２において全反射されるものの、ｐ偏光は第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２をそれぞれ透過する。第２光電変換素子（第１素子）５２Ａは、第１主面Ｆ１を透過した光ＬＴｒ（赤外線Ｉのｐ偏光）を受光し、発電する。第２光電変換素子（第２素子）５２Ｂは、第２主面Ｆ２を透過した光ＬＴｒ（赤外線Ｉのｐ偏光）を受光し、発電する。
　このように、実施形態１の太陽電池装置１００によれば、光導波部１の側面Ｆ３を透過した光のみならず、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２から漏れ出た光も発電に利用することができる。したがって、光の利用効率を向上することができる。
　例えば、光学素子３が第１層３Ａ及び第２層３Ｂを有する構成においては、可視光Ｖ及び赤外線Ｉを含む太陽光が太陽電池装置１００に入射した場合、赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２は、第１光電変換素子５１及び第２光電変換素子５２Ａ及び５２Ｂにおいて発電に利用することができる。
　一方、太陽光のうちの可視光Ｖは、光導波部１及び光学素子３を透過する。つまり、太陽電池装置１００は、可視光Ｖの主要な成分である第１成分（青成分）、第２成分（緑成分）、及び、第３成分（赤成分）の各々を透過する。このため、太陽電池装置１００を透過した光の着色を抑制することができる。また、太陽電池装置１００における可視光Ｖの透過率の低下を抑制することができる。
　また、塗布型の有機半導体系太陽電池である第２光電変換素子５２Ａ及び５２Ｂは、極めて薄く、任意の領域に安価で形成することができる。
　　（実施形態２）　
　図６は、実施形態２に係る太陽電池装置１００を模式的に示す断面図である。
　図６に示す実施形態２は、上記の実施形態１と比較して、第２光電変換素子の代わりに波長変換層６０が設けられた点で相違している。
　すなわち、波長変換層６０は、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の少なくとも一方と対向している。図６に示す例では、波長変換層６０は、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の双方と対向している。ここでは、第１方向Ａ１において第１主面Ｆ１に対向する波長変換層６０を第１変換層６０Ａと称し、第１方向Ａ１において第２主面Ｆ２に対向する波長変換層６０を第２変換層６０Ｂと称して、区別する場合がある。第１変換層６０Ａ及び第２変換層６０Ｂは、実質的に同一材料によって形成されたものである。なお、波長変換層６０としては、第１変換層６０Ａ及び第２変換層６０Ｂのいずれか一方のみが配置されていてもよい。
　波長変換層６０は、例えば、入射光である可視光を赤外線に変換するものであるが、紫外光を可視光や赤外線に変換するものであってもよいし、赤外線を可視光に変換するものであってもよい。波長変換層６０によって変換された後の光の波長帯は、第１光電変換素子５１の感度に対応するように選択される。このような波長変換層６０は、例えば、無機蛍光体や、有機蛍光発光物を塗布することによって形成される。
　なお、波長変換層６０において、所定波長に変換された光は散乱する傾向にあるため、光を効率よく光導波部１に向けて反射する観点では、波長変換層６０は反射層で覆われることが望ましい。
　フレーム４０は、第１光電変換素子５１及び波長変換層６０を囲んでいる。第１光電変換素子５１は、光導波部１の側面Ｆ３とフレーム４０との間に位置している。波長変換層６０の第１変換層６０Ａは光導波部１の第１主面Ｆ１とフレーム４０との間に位置し、第２変換層６０Ｂは第２主面Ｆ２とフレーム４０との間に位置している。
　実施形態２の太陽電池装置１００において、可視光Ｖ及び赤外線Ｉを含む太陽光が入射した場合、太陽光のうちの赤外線Ｉは、光導波部１を透過し、光学素子３に入射する。そして、赤外線Ｉのうちの第１円偏光Ｉ１は、第１層３Ａに形成された反射面３２１Ａにおいて、光導波部１に向けて反射される。また、赤外線Ｉのうちの第２円偏光Ｉ２は、第１層３Ａを透過した後に第２層３Ｂに入射し、第２層３Ｂに形成された反射面３２１Ｂにおいて、光導波部１に向けて反射される。
　反射された第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２は、第２主面Ｆ２から光導波部１の内部に進入し、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を伝搬する。光導波部１の内部を伝搬する光ＬＴｒのほとんどは、側面Ｆ３を透過する。第１光電変換素子５１は、側面Ｆ３を透過した赤外線Ｉ（第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２）を受光して発電する。
　一方、太陽光のうちの可視光Ｖは、光導波部１及び光学素子３を透過する。このため、太陽電池装置１００を透過した光の着色を抑制することができる。また、太陽電池装置１００における可視光Ｖの透過率の低下を抑制することができる。
　また、可視光Ｖのうち、上記の光導波条件を満足する進入角θで入射した一部の可視光Ｖ’は、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を伝搬する。
　そして、側面Ｆ３の近傍で第１主面Ｆ１から漏れ出た可視光Ｖ’は、第１変換層６０Ａにおいて赤外線Ｉに変換される。また、側面Ｆ３の近傍で第２主面Ｆ２から漏れ出た可視光Ｖ’は、第２変換層６０Ｂにおいて赤外線Ｉに変換される。第１変換層６０Ａ及び第２変換層６０Ｂで変換された赤外線Ｉは、再び光導波部１を経て側面Ｆ３を透過する。第１光電変換素子５１は、側面Ｆ３を透過した赤外線Ｉを受光して発電する。
　このように、実施形態２においては、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２から漏れ出た可視光Ｖ’は、発電に利用可能な波長の光に変換され、発電に利用される。したがって、光の利用効率を向上することができる。
　図７は、太陽電池装置１００の外観を示す平面図である。
　点線で示すフレーム４０は、光導波部１を囲むように配置されている。複数の第１光電変換素子５１は、光導波部１の側面Ｆ３に沿って並んでいる。
　実施形態１の第２光電変換素子５２または実施形態２の波長変換層６０は、少なくとも側面Ｆ３に沿った帯状に形成されている。図７に示す例では、第２光電変換素子５２または波長変換層６０は、光導波部１の第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の少なくとも一方において、枠状に形成され、フレーム４０に重畳している。つまり、第２光電変換素子５２または波長変換層６０は、光導波部１の４辺に沿った部分Ｐ１１乃至Ｐ１４を有している。
　但し、部分Ｐ１１乃至Ｐ１４は、互いに繋がっていてもよいし、互いに離間していてもよい。また、部分Ｐ１２乃至Ｐ１４のうちの少なくとも一部が省略されてもよい。さらには、部分Ｐ１１乃至Ｐ１４の各々は、フレーム４０からはみ出していてもよい。
　図８は、図７に示した太陽電池装置１００のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。
　部分Ｐ１１及びＰ１３は、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の双方に形成されている。図示しない部分Ｐ１２及びＰ１４も同様に、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の双方に形成されている。
　第１主面Ｆ１に形成された部分Ｐ１１及びＰ１３は、第１素子（第２光電変換素子）５２Ａの一部、または、第１変換層（波長変換層）６０Ａの一部である。第２主面Ｆ２に形成された部分Ｐ１１及びＰ１３は、第２素子（第２光電変換素子）５２Ｂの一部、または、第２変換層（波長変換層）６０Ｂの一部である。
　光学素子３の第１層３Ａ及び第２層３Ｂは、第２主面Ｆ２において、第２素子５２Ｂまたは第２変換層６０Ｂで囲まれた内側に配置されている。
　図９は、図７に示した太陽電池装置１００のＡ－Ｂ線に沿った他の断面図である。
　図９に示す例は、図８に示した例と比較して、第１主面Ｆ１と対向する透明な薄膜７０が設けられた点で相違している。薄膜７０は、フレーム４０で囲まれた内側に配置され、また、第１主面Ｆ１に接し、第１素子５２Ａまたは第１変換層６０Ａで囲まれた内側に配置されている。
　薄膜７０の屈折率は、光導波部１の屈折率より小さい。薄膜７０と光導波部１との屈折率差は、０．１以上であることが望ましい。一例では、薄膜７０の屈折率は１．３～１．４程度であり、光導波部１の屈折率は１．５程度である。このような薄膜７０は、無機系材料によって形成されてもよいし、有機系材料によって形成されてもよい。
　図９に示す例の如く、光導波部１よりも低屈折率の薄膜７０が第１主面Ｆ１に配置されている。これにより、光導波部１と空気との間の屈折率差と比較して、薄膜７０と空気との間の屈折率差が小さくなり、図８に示した例と比較して、光学素子３からのより小さな反射角θｒの反射光ＬＴｒ（Ｉ１）、ＬＴｒ（Ｉ２）まで光導波させ、発電に利用することができる。したがって、光の利用効率を向上することができる。
　図１０は、図７に示した太陽電池装置１００のＡ－Ｂ線に沿った他の断面図である。
　図１０に示す例は、図９に示した例と比較して、太陽電池装置１００が第１方向Ａ１において対向する複数の光導波部１Ａ及び１Ｂを備えている点で相違している。
　光導波部１Ａ及び１Ｂは、上記の光導波部１と同等のものである。薄膜７０Ａ及び７０Ｂは、上記の薄膜７０と同等のものである。薄膜７０Ａの屈折率は光導波部１Ａの屈折率より小さく、薄膜７０Ｂの屈折率は光導波部１Ｂの屈折率より小さい。
　第１光電変換素子５１Ａ及び５１Ｂは、上記の第１光電変換素子５１と同等のものである。第２光電変換素子５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄは、上記の第２光電変換素子５２と同等のものである。
　光導波部１Ａは、第１主面Ｆ１Ａ、第２主面Ｆ２Ａ、及び、側面Ｆ３Ａを有している。薄膜７０Ａは第１主面Ｆ１Ａに配置され、第１層３Ａは第２主面Ｆ２Ａに配置され、第１光電変換素子５１Ａは側面Ｆ３Ａに配置されている。第２光電変換素子５２Ａは第１主面Ｆ１Ａに配置され、第２光電変換素子５２Ｂは第２主面Ｆ２Ａに配置されている。第１光電変換素子５１Ａ、第２光電変換素子５２Ａ及び５２Ｂは、フレーム４０によって囲まれている。
　光導波部１Ｂは、第１主面Ｆ１Ｂ、第２主面Ｆ２Ｂ、及び、側面Ｆ３Ｂを有している。薄膜７０Ｂは第１主面Ｆ１Ｂに配置され、第２層３Ｂは第２主面Ｆ２Ｂに配置され、第１光電変換素子５１Ｂは側面Ｆ３Ｂに配置されている。第２光電変換素子５２Ｃは第１主面Ｆ１Ｂに配置され、第２光電変換素子５２Ｄは第２主面Ｆ２Ｂに配置されている。第１光電変換素子５１Ｂ、第２光電変換素子５２Ｃ及び５２Ｄは、フレーム４０によって囲まれている。
　第１層３Ａ及び薄膜７０Ｂは、第１方向Ａ１において対向している。第１層３Ａと薄膜７０Ｂとの間には、空気層などの中間層が介在している。
　このような太陽電池装置１００において、太陽光のうちの発電に利用される波長の光、例えば赤外線Ｉが入射した場合について説明する。入射角θｉの赤外線Ｉは、薄膜７０Ａ及び光導波部１Ａを透過し、第１層３Ａに入射する。図９を参照して説明したように、薄膜７０Ａが設けられたことにより、比較的大きな入射角θｉの赤外線Ｉであっても、光導波部１Ａの内部に取り込まれる。
　そして、赤外線Ｉのうちの第１円偏光Ｉ１は、第１層３Ａに形成された反射面３２１Ａにおいて、光導波部１Ａに向けて反射される。また、赤外線Ｉのうちの第２円偏光Ｉ２は、第１層３Ａを透過した後に、薄膜７０Ｂ及び光導波部１Ｂを透過し、第２層３Ｂに入射する。そして、第２円偏光Ｉ２は、第２層３Ｂに形成された反射面３２１Ｂにおいて、光導波部１Ｂに向けて反射される。
　光導波部１Ａに向けて反射された第１円偏光Ｉ１は、光導波部１Ａにおいて反射を繰り返しながら伝搬し、そのほとんどは側面Ｆ３Ａを透過する。第１光電変換素子５１Ａは、側面Ｆ３Ａを透過した第１円偏光Ｉ１を受光し、発電する。
　また、第２光電変換素子５２Ａは、側面Ｆ３Ａの近傍で第１主面Ｆ１Ａを透過したｐ偏光を受光し、発電する。さらに、第２光電変換素子５２Ｂは、側面Ｆ３Ａの近傍で第２主面Ｆ２Ａを透過したｐ偏光を受光し、発電する。
　光導波部１Ｂに向けて反射された第２円偏光Ｉ２は、光導波部１Ｂにおいて反射を繰り返しながら伝搬し、そのほとんどは側面Ｆ３Ｂを透過する。第１光電変換素子５１Ｂは、側面Ｆ３Ｂを透過した第２円偏光Ｉ２を受光し、発電する。
　また、第２光電変換素子５２Ｃは、側面Ｆ３Ｂの近傍で第１主面Ｆ１Ｂを透過したｐ偏光を受光し、発電する。さらに、第２光電変換素子５２Ｄは、側面Ｆ３Ｂの近傍で第２主面Ｆ２Ｂを透過したｐ偏光を受光し、発電する。
　なお、図１０に示す第２光電変換素子５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄは、実施形態２で説明した波長変換層６０に置換されてもよい。
　以上説明したように、本実施形態によれば、光の利用効率を向上することが可能な太陽電池装置を提供することができる。
　なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　１００…太陽電池装置
　１…光導波部　Ｆ１…第１主面　Ｆ２…第２主面　Ｆ３…側面
　３…光学素子　３Ａ…第１層　３Ｂ…第２層
　３１１…螺旋状構造体（コレステリック液晶）　３２１…反射面
　５１…第１光電変換素子　Ａ１０…ｐｉｎ層
　５２…第２光電変換素子　Ａ２０…活性層
　６０…波長変換層　７０…薄膜
　４０…フレーム

Claims (13)

  1. 　第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、側面と、を有する光導波部と、
    　前記第２主面と対向し、コレステリック液晶を有し、前記光導波部を介して入射した光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する光学素子と、
    　前記側面と対向する第１光電変換素子と、
    　前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と対向し、前記側面に沿った帯状に形成された第２光電変換素子と、を備え、
    　前記第１光電変換素子の厚さは、前記第２光電変換素子の厚さより厚い、太陽電池装置。
  2. 　前記第１光電変換素子のｐｉｎ層は、ｎ型半導体層、空乏層、及び、ｐ型半導体層が積層されたヘテロ接合型であり、
    　前記第２光電変換素子の活性層は、電子供与体と電子受容体とが混合されたバルクヘテロ接合型である、請求項１に記載の太陽電池装置。
  3. 　さらに、前記光導波部を囲むフレームを備え、
    　前記第２光電変換素子は、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方において枠状に形成され、前記フレームに重畳している、請求項１に記載の太陽電池装置。
  4. 　前記光学素子は、赤外線の少なくとも一部を反射し、
    　前記第１光電変換素子及び前記第２光電変換素子は、赤外線を受光して発電する、請求項１に記載の太陽電池装置。
  5. 　第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、側面と、を有する光導波部と、
    　前記第２主面と対向し、コレステリック液晶を有し、前記光導波部を介して入射した光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する光学素子と、
    　前記側面と対向する第１光電変換素子と、
    　前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方に対向し、前記側面に沿った帯状に形成された波長変換層と、
    　を備えている、太陽電池装置。
  6. 　さらに、前記光導波部を囲むフレームを備え、
    　前記波長変換層は、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方において枠状に形成され、前記フレームに重畳している、請求項５に記載の太陽電池装置。
  7. 　前記光学素子は、赤外線の少なくとも一部を反射し、
    　前記波長変換層は、可視光を赤外線に変換し、
    　前記第１光電変換素子は、赤外線を受光して発電する、請求項５に記載の太陽電池装置。
  8. 　前記光学素子は、前記フレームで囲まれた内側に配置されている、請求項３に記載の太陽電池装置。
  9. 　さらに、前記第１主面と対向し、前記フレームで囲まれた内側に配置された透明な薄膜を備え、
    　前記薄膜の屈折率は、前記光導波部の屈折率より小さい、請求項３に記載の太陽電池装置。
  10. 　前記光学素子は、
    　前記コレステリック液晶からなる第１層と、
    　前記コレステリック液晶からなる第２層と、を備え、
    　前記第１層及び前記第２層において、前記コレステリック液晶は、同等の螺旋ピッチを有し、逆回りに旋回している、請求項１に記載の太陽電池装置。
  11. 　前記光学素子は、前記フレームで囲まれた内側に配置されている、請求項６に記載の太陽電池装置。
  12. 　さらに、前記第１主面と対向し、前記フレームで囲まれた内側に配置された透明な薄膜を備え、
    　前記薄膜の屈折率は、前記光導波部の屈折率より小さい、請求項６に記載の太陽電池装置。
  13. 　前記光学素子は、
    　前記コレステリック液晶からなる第１層と、
    　前記コレステリック液晶からなる第２層と、を備え、
    　前記第１層及び前記第２層において、前記コレステリック液晶は、同等の螺旋ピッチを有し、逆回りに旋回している、請求項５に記載の太陽電池装置。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011033958A1 (ja) * 2009-09-18 2011-03-24 シャープ株式会社 太陽電池モジュール及び太陽光発電装置
WO2012014539A1 (ja) * 2010-07-26 2012-02-02 シャープ株式会社 太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置
JP2013501353A (ja) * 2009-07-31 2013-01-10 ペールプリュス ベスローテン フェノーツハップ 発光光学素子および当該発光光学素子を備える太陽電池システム
WO2016182009A1 (ja) * 2015-05-12 2016-11-17 株式会社エガリム 集光装置、光発電装置、集光用シート、光発電シート及び集光装置又は光発電装置の製造方法
CN106788213A (zh) * 2017-01-18 2017-05-31 中国地质大学（武汉） 荧光波导集光式光伏‑光热复合发电装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013501353A (ja) * 2009-07-31 2013-01-10 ペールプリュス ベスローテン フェノーツハップ 発光光学素子および当該発光光学素子を備える太陽電池システム
WO2011033958A1 (ja) * 2009-09-18 2011-03-24 シャープ株式会社 太陽電池モジュール及び太陽光発電装置
WO2012014539A1 (ja) * 2010-07-26 2012-02-02 シャープ株式会社 太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置
WO2016182009A1 (ja) * 2015-05-12 2016-11-17 株式会社エガリム 集光装置、光発電装置、集光用シート、光発電シート及び集光装置又は光発電装置の製造方法
CN106788213A (zh) * 2017-01-18 2017-05-31 中国地质大学（武汉） 荧光波导集光式光伏‑光热复合发电装置

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