(57)【要約】      （修正有）【課題】基地局のセル用アンテナなどの鉄塔に垂直に設けて、昼夜の光起電力を蓄電池に充電する災害に備えた両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池装置を提供する。【解決手段】両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池装置は、シリコン系ＨＩＴ半導体光電変換層上に、ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜５を伴うヘテロ接合ホウ素ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜６またはリンドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜７を設けた光電変換層に、透明導電膜８と電極９を表裏対称に設け、入射面に蓄光性蛍光粒子１０ドープ透明基板１１または透明基板１１を設けた両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池装置を、基地局のセル用アンテナなどの鉄塔に垂直に設けて蓄電池を充電し、災害に備える。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
基地局のセル用アンテナなどの鉄塔に垂直に設ける両面入射の太陽電池装置において、
シリコン系ＨＩＴ半導体光電変換層上に、ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜を伴うヘテロ接合ホウ素ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜またはリンドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜を設けた光電変換層に、透明導電膜と電極を表裏対称に設けた両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池を、基地局のセル用アンテナなどの鉄塔に垂直に設けて蓄電池を充電する災害に備えたことを特徴とした基地局に設けた両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池装置。
【請求項２】
ハイブリッド型ダイヤモンド薄膜光電変換層の入射面に、蓄光性蛍光粒子ドープ透明基板または透明基板を両面に設けて、太陽光または夜間の発光を光電変換する請求項１に記載の基地局に設けた両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、基地局のセル用アンテナなどの鉄塔に垂直に設けて蓄電池を充電する災害に備えた両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  ２０１９年日本列島を直撃した台風１５号、１９号による停電で、通信大手の携帯電話やスマートフォン等が広範囲で使えなくなった。基地局を支える電力会社の停電が最大の原因だった。国は携帯通信会社に対して、基地局に予備電源を確保するように義務付けしている。大手各社は重要な拠点の基地局には自家発電装置を設置している。国内の基地局は、それぞれ１０万〜２０万の基地局を抱え、通信大手３社で約６０万局を抱えている。基地局は数時間で切れる蓄電池が多いとされる。従来の通信規格から次世代通信規格「５Ｇ」または超高速通信規格「６Ｇ」に移行されると通信基地局も大幅に増加され、「想定外」では済まされない。災害大国日本では通信障害の落とし穴となる通信基地局の蓄電池を充電する再生可能エネルギーの太陽電池等の設置が重要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０２８２３４号公報
【実用新案文献１】
実用新案登録第３２２３０９５号
【実用新案文献２】
実願２０２１−００１１１９号
【非特許文献】
【０００４】
【引用非特許文献１】
著者  神崎洋治，西井美鷹、  体系的に学ぶ「携帯電話のしくみ」  第２版、  第３章  通話と通信のしくみ  ３．３  無線式電話通信のしくみ  ｐ．１５１〜１７７、  ２０１０年版、  日経ＢＰ社。
【引用非特許文献２】
監修  藤森直治，鹿田真一、  ダイヤモンドエレクトロニクスの最前線《普及版》  第４章  ナノ結晶ダイヤモンド薄膜  ｐ３６〜４４、  第６章  半導体特性  ｐ６３〜７１、  第７章  ｐ型ホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜の半導体特性  ｐ７５〜８４、  第８章  ｎ型ドーピングと半導体特性  ｐ８６〜９８、  ２０１４年版、  株式会社  シーエムシー出版。
【引用非特許文献３】
監修  荒川泰彦、  超高効率太陽電池・関連材料の最前線《普及版》  第２章  ４・グラフェンを用いた太陽電池用透明導電膜の開発  グラフェンの成膜技術  ｐ４４〜４５、  ＣＶＤ法によるグラフェンの成膜  ｐ５０〜５５、  ５・薄膜太陽電池用ＺｎＯ系透明導電膜  ｐ５６、  ５．４  ＺｎＯ透明導電膜の電気特性・光学特性の両立  ｐ６５〜７２、  第４章  シリコン太陽電池  １．４．２  ＨＩＴ構造  ｐ１３２〜１３４、  ２０１７年版、  株式会社  シーエムシー出版。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】  ２０１１年の東日本大震災の際には避難所や支援物資の情報共有で力を発揮したＳＮＳ（交流サイト）の効果も限定的であり、市役所などに設置された充電設備には、携帯電話やスマートフォンの電源を求める人で長蛇の列ができた。２０１８年に関西を襲った台風２１号の被害は、全面復旧まで１７日間を要した。停電は、ライフライン全体に影響を及ぼし、携帯電話やスマートフォンの電波を飛ばす基地局が多くの場所で機能せず電源も確保できなかった。２０１９年に日本列島を直撃した台風１５号、１９号による停電、または２０２０年に九州を襲った豪雨台風による球磨川の反乱などの被害による停電は、携帯電話やスマートフォン等が広範囲の地域で使えなくなった。最大の原因は、基地局を支える電力会社の電源が止まったことだ。重要な拠点の基地局には自家発電装置を設置している。原則的には基地局すべてに蓄電池を置いているが、数時間で切れる蓄電池が多い。容量に明確な決まりがないのが欠点である。【０００６】  各携帯通信会社は、それぞれ１０万〜２０万の基地局を抱え、通信大手３社で約６０万の基地局を抱えている。数時間で切れる蓄電池が多く、もはや災害や大型台風の上陸は「想定外」とはいえない。次世代通信規格「５Ｇ」又は超高速通信規格「６Ｇ」での医療は、８Ｋカメラの内視鏡や顕微鏡を手術室の施工と合わせて遠隔地から医師が診断したり手術の指示を出したりできるようになるなか、基地局の停電は致命的であり、蓄電池の充電は最重要である。また、自動運転等への利用が見込まれ、基地局も大幅に増加する。インフラとしての重みが増すなかでの対応が急務とされる。【０００７】  高精細映像技術「８Ｋ」対応カメラや、あらゆるモノがネットにつながる「ＩｏＴ」と人工知能（ＡＩ）を組み合わせた「ＡＩｏＴ」の技術が活用される。次世代通信規格「５Ｇ」又は超高速通信規格「６Ｇ」の送受信における基地局の停止は最重要課題である。
災害時等の停電による基地局の通信停止を防止するため、蓄電池を充電する再生可能エネルギーの太陽電池などの設置が必要とされる。
太陽電池モジュールの生産は日本やドイツのメーカーがリードした時期もあったが、いまでは太陽電池の世界トップ３は中国勢で、世界シェア首位のジンコソーラーなど中国産が７割を占める。日本政府は、２０５０年までに温暖化ガスの排出量を実質ゼロ目標に向け、温暖化ガスの削減につながる太陽電池などの再生可能エネルギー技術の投資を促し、次世代産業の育成を支援するとされる。太陽電池の変換効率向上が期待される。シリコン系ＨＩＴ太陽電池の特徴はヘテロ接合の「高変換効率」で、研究レベルで最大２２．８％、量産レベルで最大１９．７％を２００９年に達成している。
したがって、本考案は、基地局のセル用アンテナなどの鉄塔に垂直に設ける両面入射のシリコン系ＨＩＴ半導体光電変換層上に、ダイヤモンド薄膜を設けたハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池装置を設けて太陽光または夜間の発光を光電変換し、蓄電池を充電する高効率の両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池装置を提供する。【０００８】  すでに高速通信規格「５Ｇ」又は次世代超高速通信規格「６Ｇ」を送受信するスマートフォン等に、小型化にした中継基地局アンテナを備え、ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜太陽電池を設けた透光性及び熱伝導率に優れた放熱性の携帯用端末機は、実願２０２１−００１１１９号で出願されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本考案は、基地局のセル用アンテナなどの鉄塔に垂直に設ける両面入射の太陽電池装置において、
ｎ型ＣＺシリコン半導体１の上に、ｉ型真性アモルファスシリコン半導体薄膜２を伴うヘテロ接合ｐ型アモルファスシリコン半導体薄膜３またはｎ型アモルファスシリコン半導体薄膜４のシリコン系ＨＩＴ半導体光電変換層上に、ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜５を伴うヘテロ接合ホウ素ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜６またはリンドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜７を設けた光電変換層に、透明導電膜８と電極９を表裏対称に設けた両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池１３を、基地局のセル用アンテナなどの鉄塔１４に垂直に設けて蓄電池を充電する災害に備えたことを特徴とした基地局に設けた両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池装置。【００１０】  ハイブリッド型ダイヤモンド薄膜光電変換層の入射面に、蓄光性蛍光粒子１０ドープ透明基板１１または透明基板１１を両面に設けて、太陽光または夜間の発光を光電変換するハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池１３を、基地局のセル用アンテナなどの鉄塔１４に垂直に設けて蓄電池を充電する基地局に設けた両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池装置。
【考案の効果】
【００１１】  本考案に係る両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池装置は、太陽光または夜間の発光を光電変換する高効率のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池を、基地局のセル用アンテナなどの鉄塔に垂直に設けて、太陽光または夜間の発光を光電変換して蓄電池を充電する災害に備えた基地局に設けた両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池装置により、基地局の通信停止を防止する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】  シリコン系ＨＩＴに、ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜５を伴うヘテロ接合ｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜６またはｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜７を設けた光電変換層の入射面に、蓄光性蛍光粒子１０ドープ透明基板１１を設けた両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池１３の参考断面図。
【図２】  シリコン系ＨＩＴに、ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜５を伴うヘテロ接合ｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜６またはｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜７を設けた光電変換層の入射面に、透明基板１１を設けた両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池１３の参考断面図。
【図３】  ハイブリッド型ダイヤモンド薄膜光電変換層間に、透明樹脂１２を設けた参考平面図。
【図４】  基地局のセル用アンテナなどの鉄塔１４に垂直に設けた両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池１３装置の参考立面図。
【考案を実施するための形態】
【００１３】  ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜はシリコン（Ｓｉ）と同じ第１４族元素に属している。ｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜へのドープは、第１３族元素のホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などをドープすることができる。Ｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜へのドープは、第１５族元素の窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などをドープすることができる。ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜を伴うヘテロ接合ｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜またはｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜をシリコン系ＨＩＴの両面に設けたハイブリッド型ダイヤモンド薄膜光電変換層の太陽電池。
ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜の成膜は、高出力型マイクロ波プラズマＣＶＤ法またはマイクロ波プラズマＣＶＤ法、表面波プラズマＣＶＤ法によるＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜が用いられる。
【００１４】  ＣＶＤダイヤモンドのバンドギャップは、５．４８ｅＶの半導体としての特性を有し、光透過性および耐熱性など物質中で最高もしくは準最高値を有する材料である。
【００１５】  透明導電膜は、ＩＴＯやＳｎＯ２、ＺｎＯなどのワイドギャップ半導体で対応可能であった。４０％以上の変換効率の太陽電池には、約２μｍ程度の赤外光まで発電に寄与させることが不可欠になる。ＩＴＯやＳｎＯ２では長波長光まで光を透過させることは難しい。ＣＶＤ法によるグラフェンは赤外光までの透過率８０％以上に維持する。最近では２層グラフェンまたは数層グラフェンなどがあり適した透明導電膜を、ハイブリッド型ダイヤモンド半導体薄膜光電変換層に用いることができる。
【００１６】  図１の参考断面図に示す。ｎ型ＣＺシリコン半導体１の両面に、ｉ型真性アモルファスシリコン半導体薄膜２を伴うヘテロ接合ｐ型アモルファスシリコン半導体薄膜３またはｎ型アモルファスシリコン半導体薄膜４のシリコン系ＨＩＴ半導体光電変換層上に、ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜５を伴うヘテロ接合ホウ素ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜６またはリンドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜７を設けた光電変換層に、透明導電膜８と電極９を表裏対称に設けた入射面に、蓄光性蛍光粒子１０ドープ透明基板１１を両面に設けたハイブリッド型ダイヤモンド薄膜光電変換層の構成である。蓄光性蛍光粒子１０ドープの透明基板１１は太陽光または太陽光の２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の波長を吸収して夜間の発光を光電変換し、蓄電池を充電する。また、光電変換層間に透明樹脂１２を設けることにより変換効率向上を目標とした高効率の両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池１３装置である。ハイブリッド型に、光透過性や耐熱性などのＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜を設けたダイヤモンド薄膜光電変換層は、太陽光または夜間の発光をダイヤモンドの透過性により、シリコン系ＨＩＴ半導体光電変換層に透過される高効率の両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池１３装置により蓄電池を充電し、災害に備える。
【００１７】  図２の参考断面図に示す。ｎ型ＣＺシリコン半導体１の両面に、ｉ型真性アモルファスシリコ半導体薄膜２を伴うヘテロ接合ｐ型アモルファスシリコン半導体薄膜３またはｎ型アモルファスシリコン半導体薄膜４のシリコン系ＨＩＴ半導体光電変換層上に、ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜５を伴うヘテロ接合ホウ素ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜６またはリンドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜７を設けた光電変換層に、透明導電膜８と電極９を表裏対称に設けた入射面に、透明基板１１を両面に設けたハイブリッド型ダイヤモンド薄膜光電変換層の構成である。透明基板１１は太陽光の透過を光電変換し、蓄電池を充電する。光電変換層間の透明樹脂１２を設けることにより変換効率向上を目標とした高効率の両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池１３装置。ハイブリッド型に、光透過性や耐熱性などのＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜を設けたダイヤモンド薄膜光電変換層は、太陽光をダイヤモンドの透過性によりシリコン系ＨＩＴ半導体光電変換層に透過される高効率の両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池１３装置により蓄電池を充電し、災害に備える。
【００１８】  図３の参考平面図に示す。光電変換層間に光線透過の透明樹脂１２を設け、変換効率向上を目標としたハイブリッド型ダイヤモンド薄膜光電変換層間に透明樹脂１２を設けた構成。
【００１９】  図４の参考立面図に示す。基地局のセル用アンテナなどの鉄塔１４には、蓄光性蛍光粒子１０ドープ透明基板１１を設けて太陽光または夜間の発光を光電変換する高効率の両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池１３装置であり、透明基板１１を設けた太陽光を光電変換する高効率の両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池１３装置である。基地局のセル用アンテナの鉄塔１４に垂直に設けた両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池１３装置の構成。蓄光性蛍光粒子１０ドープ透明基板１１または透明基板１１を設けた両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池１３装置は、多用途に用いることができる。両面入射の蓄光性蛍光粒子１０ドープ透明基板１１または透明基板１１を選択することができる両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池１３装置を、基地局のセル用アンテナなどの鉄塔１４にを設けて蓄電池を充電し、災害に備えた基地局の通信停止を防止する。
【００２０】  蓄光性蛍光粒子１０ドープ透明基板１１は、太陽光２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の波長を吸収し、夜間４００ｎｍ〜７００ｎｍ未満の波長の発光を光電変換する。すでに特開２０１７−０２８２３４号公報で公開され、実用新案登録第３２２３０９５号で登録されている。
【符号の説明】
【００２１】  １  ｎ型ＣＺシリコン半導体
２  ｉ型真性アモルファスシリコン半導体薄膜
３  ｐ型アモルファスシリコン半導体薄膜
４  ｎ型アモルファスシリコン半導体薄膜
５  ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜
６  ｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜
７  ｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜
８  透明導電膜
９  電極
１０  蓄光性蛍光粒子
１１  透明基板
１２  透明樹脂
１３  両面入射のハイブリッド型ダイヤモンド薄膜太陽電池
１４  基地局アンテナの鉄塔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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