(57)【要約】【課題】太陽電池と発光素子とを結合させた構造を提供する。【解決手段】本発明に係る構造は、発光素子と、第１導電層と、発電変換層と、第２導電層と、パターン化透明層とを備えるように構成される。発光素子は、基板と、発光構造とを含み、発光構造は、基板の第１表面上に設置され、基板は、第１表面と反対側の第２表面にパターン化表面が形成される。第１導電層は、第２表面上に被覆される。発電変換層は、第１導電層上に被覆される。第２導電層は、発電変換層上に被覆される。パターン化透明層は、前記第２導電層上に被覆され、パターン化サファイア透明層は、複数の錐体から構成される第２導電層側に位置している表面を有する。【選択図】図１
2014207423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、発光構造とを含み、前記発光構造は、前記基板の第１表面上に設置され、前記基板は、前記第１表面と反対側の第２表面に複数の錐体が設置されることでパターン化表面が形成される発光素子と、
前記第２表面上に被覆される第１導電層と、
前記第１導電層上に被覆される発電変換層と、
前記発電変換層上に被覆される第２導電層と、
前記第２導電層上に被覆されるパターン化透明層と、を備え、
前記パターン化透明層は、複数の錐体から構成される表面を有し、当該表面は、前記第２導電層側に位置していることを特徴とする、太陽電池と発光素子とを結合させた構造。
【請求項２】
前記基板上、及び前記パターン化透明層上の前記複数の錐体が均一に分布していることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池と発光素子とを結合させた構造。
【請求項３】
前記基板上、及び前記パターン化透明層上の前記複数の錐体が相互に接触していないことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池と発光素子とを結合させた構造。
【請求項４】
前記第１導電層及び前記第２導電層の材質は、それぞれ透明の導電物質であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池と発光素子とを結合させた構造。
【請求項５】
前記基板及び前記パターン化透明層の材質は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、珪素（Ｓｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、サファイア又は二酸化珪素（ＳｉＯ２）のいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池と発光素子とを結合させた構造。
【請求項６】
前記複数の錐体が円錐状、多面錐状又は不規則な形状のいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池と発光素子とを結合させた構造。
【請求項７】
前記発光素子は、発光ダイオードであり、かつ前記発光構造は、第１半導体層と、発光層と、第２半導体層と、前記第１半導体層に接触している第１オーム電極と、前記第２半導体層に接触している第２オーム電極とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池と発光素子とを結合させた構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、太陽電池と発光素子とを結合させた構造に関し、特に太陽電池と発光素子とを単一の構造中に整合させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、従来の光源とは異なり、順方向バイアスを施すと、発光できるダイオードであり、かつ冷発光、低消費電量、長使用寿命、暖機時間が不要、反応速度が速い等の利点を有する。
【０００３】
太陽エネルギーは、場所制限のない、また汚染性のない、しかも永久性を有するといった利点があることから、太陽エネルギーが発光ダイオードによく用いられている。例えば、既に太陽電池を発光ダイオード街路灯の電源とする関連技術が開示されていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、現時点では、それぞれ独立した発光ダイオードモジュールと独立した太陽電池モジュールとを使用して、両者を電気的に接続するので、効率が好ましくないという問題が存在する。
従って、太陽電池と発光ダイオードとを単一の構造中に結合させれば、以上の発光ダイオード及び太陽エネルギーの利点を兼ね備えることに加えて、パターン化サファイア基板の構造を使用することで太陽電池の光吸収率を増すことが可能になる。
【０００５】
本発明の実施例は、太陽電池と発光素子とを結合させ、太陽電池から発電された電力を直接に発光素子の発光に提供すると共に、パターン化基板を使用することで太陽電池の光吸収率を高めることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の観点に基づいて提案された太陽電池と発光素子とを結合させた構造は、発光素子と、第１導電層と、発電変換層と、第２導電層と、パターン化透明層とを備えるように構成される。発光素子は、基板と、発光構造とを含み、発光構造は、基板の第１表面上に設置され、基板は、第１表面と反対側の第２表面に複数の錐体が設置されることでパターン化表面が形成される。第１導電層は、第２表面上に被覆される。発電変換層は、第１導電層上に被覆される。第２導電層は、発電変換層上に被覆される。パターン化透明層は、第２導電層上に被覆され、パターン化サファイア透明層は、複数の錐体から構成される第２導電層側に位置している表面を有する。
【０００７】
なお、基板上、及び透明層上の複数の錐体は、均一に分布している。
【０００８】
また、基板上、及び透明層上の複数の錐体は、相互に接触していない。
【０００９】
なお、第１導電層及び第２導電層の材質は、それぞれ透明の導電物質である
【００１０】
また、基板及びパターン化透明層は、結晶成長技術を用いて形成される。
【００１１】
さらに、基板及びパターン化透明層の材質は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、珪素（Ｓｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、サファイア又は二酸化珪素（ＳｉＯ２）のいずれかである。
【００１２】
ここで、複数の錐体は、円錐状、多面錐状又は不規則な形状のいずれかである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の太陽電池と発光素子とを結合させた構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
続いて、本発明の例示的な実施例の図示を参照しながら、本発明の実施例をより完全に説明する。本明細書に使用される場合、用語「及び／又は」は、関連列挙項目の１つ以上のいずれか又は全ての組合せを含む。また、リストされた要素の「少なくとも１つ」という表現は、前記リスト中の全ての要素を修飾することを意味し、前記リスト中の個別の要素を修飾するものではない。
【００１５】
本発明の実施例による太陽電池と発光素子とを結合させた構造を以下に説明する。
【００１６】
図１に示すように、太陽電池と発光素子とを結合させた構造は、発光素子１６と、第１導電層１３と、発電変換層１２と、第２導電層１１と、パターン化透明層１０とを順に備えるように構成される。そのうち、発光素子１６は、基板１４と、発光構造１５とを含み、発光構造１５は、基板１４の第１表面１５’上に設置される。基板１４は、サファイアを用いて形成されることができる。ここで、発光構造１５は、従来技術の発光ダイオード（ＬＥＤ）構造、又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）構造を使用できる。
【００１７】
例えば、発光ダイオード構造を例にすると、発光構造１５は、基板１４の第１表面１５’上に、第１半導体層と、発光層と、第２半導体層と、第１半導体層に接触している第１オーム電極と、第２半導体層に接触している第２オーム電極とを順に備えるように構成される。また、第１半導体層、発光層及び第２半導体層は、ＩＩＩ−Ｖ族系半導体（例えば、窒化ガリウム系半導体）であってもよい。第１及び第２オーム電極は、それぞれニッケル、鉛、コバルト、鉄、チタニウム、銅、ロジウム、金、ルテニウム、タングステン、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、銀を含むもの、及びそれらの酸化物、窒化物からなる群の中から選択される少なくとも１種の合金又は多層膜であってもよい。そのほかにも、第１及び第２オーム電極は、それぞれロジウム、イリジウム、銀、アルミニウムを含むものからなる群の中から選択される少なくとも１種の合金又は多層膜であってもよい。従来技術の発光ダイオード（ＬＥＤ）構造、又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）構造は、当該技術分野における通常の技術を有する者が既に熟知しているため、ここでの説明を省略する。
【００１８】
而して、基板１４は、第１表面１５’と反対側の第２表面１４’に複数の錐体が設置されることでパターン化表面が形成される。そのうち、複数の錐体が円錐状、多面錐状又は光反射を増すことができる任意の不規則な形状であってもよい。また、複数の錐体が第２表面１４’上に均一に分布していることが好ましいが、これに限定されることはない。必要に応じて特定な分布形態を使用することもできる。また、複数の錐体が相互に接触していないことが好ましい。即ち、複数の錐体の底部が相互に接触していないが、これに限定されることはない。図１において、複数の錐体が円錐状で均一に分布して、且つ相互に接触していないものを実施例として説明する。
【００１９】
続いて、第１導電層１３、発電変換層１２、第２導電層１１とパターン化透明層１０からなる太陽電池１７が組み立てられる。
【００２０】
第１導電層１３は、第２表面１４’上に被覆され、また発電変換層１２は、第１導電層１３上に被覆され、さらに第２導電層１１は、発電変換層１２上に被覆される。第２導電層１１上に被覆されるパターン化透明層１０は、パターン化サファイア透明層であり、かつ複数の錐体から構成される表面１０’を有し、表面１０’は、第２導電層１１側に位置しており、即ち、表面１０’は、第２導電層１１の方向に向く方向に位置している。そのうち、複数の錐体が円錐状、多面錐状又は光反射を増すことができる任意の不規則な形状であってもよい。また、複数の錐体が表面１０’上に均一に分布していることが好ましいが、これに限定されることはない。必要に応じて特定な分布形態を使用することもできる。また、複数の錐体が相互に接触していないことが好ましい。即ち、複数の錐体の底部が相互に接触していないが、これに限定されることはない。図１において、複数の錐体が円錐状で均一に分布して、且つ相互に接触していないものを実施例として説明する。
【００２１】
なお、第１導電層１３及び第２導電層１１の材質は、それぞれ透明の導電物質である。また、発電変換層は、エチルビニルアセテートから組成されてもよいが、これに限定されることはない。
【００２２】
本発明の実施例によれば、使用時において、まず、太陽光を太陽電池１７上に照射し、図１に示すように、太陽光がパターン化透明層１０上に照射される。パターン化透明層１０及び第２導電層１１は、透光可能な材質から形成されてもよいので、太陽光は発電変換層１２上に照射することができ、発電変換層１２は、それにより太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【００２３】
現在の発電変換層１２の光吸収率が１００％ではないため、太陽光が発電変換層１２を透過して基板１４の第２表面１４’上に照射することもある。第２表面１４’は、複数の錐体を有する表面であるため、高反射性を有するので、太陽光を再び発電変換層１２に向けて反射することができることから、発電変換層１２が再び発電を行うことができる。
【００２４】
同様に、発電変換層１２に反射した太陽光は、部分的にパターン化透明層１０の表面１０’上に照射することもある。表面１０’は、複数の錐体を有する表面であるため、高反射性を有するので、太陽光を再び発電変換層１２に向けて反射することができることから、発電変換層１２が再び発電を行うことができる。
【００２５】
こうして、上記反射過程を繰り返し行うことによって、外部からパターン化透明層１０に入射した太陽光は発電変換層１２で複数回の吸収・発電に利用され、本発明のパターン化透明層１０と基板１４との構造設計により、太陽エネルギーの光吸収効率を増すことができ、発電変換層１２で生じる電力を発光素子１６の発光に供給することができる。
【００２６】
なお、本発明の太陽電池と発光素子とを結合させた構造は、必要に応じてエネルギー蓄積モジュールと接続し、それで太陽電池１７が生じる余剰電力を蓄積することもできる。
【符号の説明】
【００２７】
１０    パターン化透明層
１０’  表面
１１    第２導電層
１２    発電変換層
１３    第１導電層
１４    基板
１４’  第２表面
１５    発光構造
１５’  第１表面
１６    発光素子
１７    太陽電池
【図１】
2014207423.tif 000003