(57)【要約】  簡略な構成で、集光効率の光入射角への依存性を軽減でき、これにより太陽電池装置の発電効率を高めることが可能な可変集光レンズ装置、及び、それを備える太陽電池装置を提供することが望まれる。本開示による可変集光レンズ装置は、親水性光触媒を表面に有する透光性支持体と、透光性支持体の表面に接して支持される第１の透光性液体とを備え、また、本開示による太陽電池装置は、太陽電池素子と、太陽電池素子に接続された一対の電極と、その太陽電池素子に対向して配置される本開示の可変集光レンズ装置とを備える。
2010089859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池素子と、
前記太陽電池素子に接続された一対の電極と、
親水性光触媒を表面に有する透光性支持体、及び、該透光性支持体の該表面に接して支持される第１の透光性液体を含んでおり、前記太陽電池素子に対向して配置される可変集光装置と、
を含み、
前記親水性光触媒は、Ｎ、Ｓ、若しくはＣがドープされた又はドープされていないＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、又は、Ｇｅ３Ｎ４であり、かつ、所定の波長を有する光が照射されたときに該光が照射されないときに比して親水性が高まるものであり、
前記第１の透光性液体は、水又は水溶液であり、かつ、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度以上で照射されたときに集光レンズを形成しない一方、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度未満で照射されたときに集光レンズを形成する、
太陽電池装置。
【請求項２】
親水性光触媒を表面に有する透光性支持体と、
前記透光性支持体の前記表面に接して支持される第１の透光性液体と、
を備える、
可変集光装置。
【請求項３】
前記親水性光触媒は、所定の波長を有する光が照射されたときに該光が照射されないときに比して親水性が高まるものであり、
前記第１の透光性液体は、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度以上で照射されたときに集光レンズを形成しない一方、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度未満で照射されたときに集光レンズを形成するものである、
請求の範囲第２項記載の可変集光装置。
【請求項４】
前記透光性支持体を含むセルを備える、
請求の範囲第２項記載の可変集光装置。
【請求項５】
前記第１の透光性液体が、水又は水溶液である、
請求の範囲第２項記載の可変集光装置。
【請求項６】
前記第１の透光性液体よりも比重が軽く、かつ、該第１の透光性液体に対する非親和性を有しており、前記第１の透光性液体と接する第２の透光性液体を備える、
請求の範囲第２項記載の可変集光装置。
【請求項７】
前記第２の透光性液体が、油又は非極性溶媒である、
請求の範囲第６項記載の可変集光装置。
【請求項８】
前記光が、紫外領域の波長を有しており、
前記親水性光触媒が、紫外光応答型のものである、
請求の範囲第２項記載の可変集光装置。
【請求項９】
前記光が、可視領域の波長を有しており、
前記親水性光触媒が、可視光応答型のものである、
請求の範囲第２項記載の可変集光装置。
【請求項１０】
前記親水性光触媒が、Ｎ、Ｓ、若しくはＣがドープされた又はドープされていないＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、又は、Ｇｅ３Ｎ４である、
請求の範囲第２項記載の可変集光装置。
【請求項１１】
太陽電池素子と、
前記太陽電池素子に接続された一対の電極と、
親水性光触媒を表面に有する支持体、及び、該支持体の該表面に接して支持される第１の透光性液体を含んでおり、かつ、前記太陽電池素子に対向して配置される可変集光装置と、
を含む太陽電池装置。
【請求項１２】
入射光の光束密度が所定の値以上であることに応答して媒体の表面形状を変化させ、それにより前記入射光を集束させる、
集光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、可変集光レンズ装置及び太陽電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、太陽電池装置は、太陽からの自然光をそのまま素子に入射させて起電するいわゆる平板型のものと、光学系を用いて自然光を集光することにより光束密度（luminous flux density）又は照度 (illuminance, luminous intensity )（以下、まとめて単に「光束密度」という）を高めてから素子に入射させて起電するいわゆる集光型のものに大別される。【０００３】
集光型の太陽電池装置の方式としては、円型フレネルレンズ等のレンズによって集光するレンズ方式（焦点方式）、放物面鏡や側面鏡を用いて集光する反射板方式、また、それらの複合方式が広く用いられてきている。さらに、光学系を使用せず、無機イオンや有機染料を含む吸光・発光剤に、太陽光を一旦吸収させたのち、その吸光・発光剤から発せられる光を素子に導入する光吸収・発光方式も知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】特許庁ホームページ http://www.jpo.go.jp/shiryou/s_sonota/map/kagaku04/1/1-3-5.htm 「太陽電池、1.3.5 集光型太陽電池」（平成２１年１月２０日現在）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来の集光型の太陽電池装置のうちレンズ方式のものは、集光効率がレンズへの光の入射角に依存するため、入射角によっては、レンズを用いない場合に比して、集光効率が却って低下してしまうことがある。すなわち、地表に降り注ぐ太陽光の入射角は、季節や時間によって異なり、地域によっては、大きく変化するので、例えば、太陽電池装置に対して入射角が小さく太陽電池を照らす照度が小さい太陽光（明け方や夕方の太陽光）をより多く集光できるような設計のレンズを使用すると、入射角が大きく太陽電池を照らす光束密度が大きい太陽光（昼間の太陽光）の集光効率は、そのようなレンズがないときよりも却って小さくなってしまう。【０００５】
また、反射板方式のものは、本来的に、集光効率がレンズ方式のものに比して小さく、また、素子の周囲に放物面鏡や側面鏡などの反射板を設置する必要があるため、太陽電池装置全体の設置スペースが増大してしまい、配置効率の低下によって単位面積あたりの発電量が結果として少なくなってしまうことが懸念される。【０００６】
さらに、光吸収・発光方式のものは、吸光・発光剤からの発光を、光学系を用いて素子へ導光するので、装置構成が複雑になるとともに、素子の単位構造や集積構造、太陽電池モジュールや太陽電池パネルの構成等に依存して光学系の最適化が必要になるといった難点が挙げられる。【０００７】
そこで、簡略な構成で、集光効率の光入射角への依存性を軽減でき、これにより太陽電池装置の発電効率を高めることが可能な可変集光レンズ装置、及び、それを備える太陽電池装置を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本開示による可変集光装置は、親水性光触媒を表面に有する透光性支持体と、その透光性支持体の表面に接して支持される第１の透光性液体とを備える。【０００９】
かかる構成においては、第１の透光性液体が、透光性支持体の表面に設けられた親水性光触媒に接した状態で、その透光性支持体上に支持（保持）される。ここで、親水性光触媒は、光の波長と強度に応じて親水性を発現するもの、すなわち、所定の波長（親水性光触媒の応答波長）と強度を有する光が照射されたときに、その光が照射されないときに比して親水性が有意に高まるものである。よって、透光性支持体と接する親水性光触媒にその所定波長の光が所定の光束密度以上で照射された場合、第１の透光性液体と透光性支持体の表面との濡れ性が有意に高められ、第１の透光性液体は、表面張力に起因する水滴を形成せずに、すなわち、凸レンズ状態にならずに、透光性支持体の表面上に広がって一様に分布する。【００１０】
したがって、太陽光等の光が透光性支持体に対して入射する角度が垂直に近い大きい角度（９０°に近い角度）になって光束密度が増大するほど、第１の透光性液体は、レンズ状とならずに広がって分布するので、その大きな光束密度を有する入射光は、第１の透光性液体で屈曲されることなく、第１の透光性液体及び透光性支持体を透過する。そして、その透光性支持体の後段に太陽電池素子が配置されていれば、入射光（太陽光）の光束密度が低下することなく太陽電池素子に入射するので、光電効果（光起電力効果）により所望の電力が生成される。これに対し、従来の如く、小さい入射角の光を集光するような例えば凸レンズ等が太陽電池素子の前段に設けられていれば、垂直に近い入射角の光は、レンズ中心からずれるほど屈曲されて散乱され易くなってしまい得る。【００１１】
一方、親水性光触媒にその所定波長の光が所定の光束密度未満で照射された場合、親水性光触媒の親水性が発現されず、相対的に疎水性となるので、第１の透光性液体と透光性支持体の表面との濡れ性は高められず、第１の透光性液体は、表面張力によって水滴を形成し（すなわち、凸レンズ状をなして）透光性支持体の表面上に保持される。【００１２】
つまり、太陽光等の光が透光性支持体に対して入射する角度が水平に近い小さい角度（０°や１８０°に近い角度）になって光束密度が減少するほど、第１の透光性液体は、レンズ状になって分布するので、その小さな光束密度を有する入射光は、第１の透光性液体で屈曲され、言わば集光されて光束密度が高められた状態で第１の透光性液体及び透光性支持体を透過する。よって、その透光性支持体の後段に太陽電池素子が配置されていれば、第１の透光性液体がない場合に比して、より多くの電力が生成される。【００１３】
なお、ここでの「親水性」とは、第１の透光性液体との「親和性」を意味する。また、親水性光触媒は、透光性支持体の表面の全部に設けられている必要はなく、少なくとも第１の透光性液体と接する部位に設けられていればよく、層状に形成されていてもよく、或いは、密に点在していてもよい。【００１４】
さらに、所定の光束密度とは、親水性光触媒の種類、量（第１の透光性液体との接触面積）、第１の透光性液体の種類、その量（質量）等によって異なり、作用に鑑みて、厳密には、親水性光触媒の照射位置（面）における光束密度を意味するが、親水性光触媒が設けられる近傍等の適宜の位置での光束密度として定義してもよく、例えば、その光束密度を境界（しきい値）として、それ以上であれば第１の透光性液体によって有意なレンズが形成され、それ未満であれば第１の透光性液体によって有意なレンズが形成されない相関データを、実験的又は数値シミュレーション等によって予め求めて経験的に決定することができる。【００１５】
以上のことを換言すれば、第１の透光性液体は、親水性光触媒に光が所定の光束密度以上で照射されたときに集光レンズを形成する一方、親水性光触媒に光が所定の光束密度未満で照射されたときに集光レンズを形成しないものとも言える。【００１６】
より具体的には、可変集光装置は、透光性支持体を含むセルを備えてもよく、この場合、透光性支持体に支持される第１の透光性液体は、そのセル内に保持されるので、第１の透光性液体の揮散を抑止して再使用に供し易くなる。【００１７】
また、第１の透光性液体としては、透光性を有しかつ親水性光触媒との親和性を発現するものであれば特に制限されず、例えば、極性溶液（溶媒）が挙げられ、更に具体的には、水又は水溶液を例示できる。【００１８】
さらに、前記第１の透光性液体よりも比重が軽く、かつ、該第１の透光性液体に対する非親和性を有しており、第１の透光性液体と接する第２の透光性液体を備えてもよい。この場合、第２の透光性液体としては、例えば、油又は非極性溶液（溶媒）が挙げられる。【００１９】
このようにすれば、鉛直方向において第１の透光性液体を第２の透光性液体で覆うように構成でき、例えば、上述したセル内に第１の透光性液体及び第２の透光性液体を充填して封入すれば、第１の透光性液体がセルの空間内で揮発することが更に確実に防止され、また、第１の透光性液体の形状をより整形し易くなるので好適である。【００２０】
より具体的には、光が紫外領域の波長を有しており（すなわち紫外光であり）、かつ、親水性光触媒が紫外光応答型のものである構成、或いは、光が可視領域の波長を有しており（すなわち可視光であり）、かつ、親水性光触媒が可視光応答型のものである構成を例示できる。【００２１】
ここで、紫外領域の波長とは、例えば、電気学会  電気専門用語集  Ｎｏ．１３「照明」（コロナ社：１９９６年７月改正）で引用されるＣＩＥ／ＩＥＣ国際照明用語集第４版に記載された「紫外放射」の波長を示し、具体的には、ＵＶ−Ａ、ＵＶ−Ｂ、ＵＶ−Ｃを含む１００〜４００ｎｍの波長を示す。また、可視領域の波長とは、例えば、同書に記載された「可視放射」の波長を示し、具体的には、短波長の下限である３６０ｎｍ〜長波長の上限である８３０ｎｍを示す。【００２２】
更に具体的には、親水性光触媒として、Ｎ、Ｓ、若しくはＣがドープされた又はドープされていないＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、又は、Ｇｅ３Ｎ４が挙げられる（光触媒の種類等の詳細については、例えば、「可視光応答型光触媒」−材料設計から実用化までのすべて−；シーエムシー出版、２００５年９月３０日  第１刷発行参照）。【００２３】
また、本開示による太陽電池装置は、本開示の可変集光装置を備えるものであり、すなわち、太陽電池素子と、太陽電池素子に接続された一対の電極と、親水性光触媒を表面に有する透光性支持体、及び、その透光性支持体の表面に接して支持される第１の透光性液体を含んでおり、かつ、太陽電池素子に対向して配置される可変集光装置とを備える。【００２４】
より一層具体的に例示すれば、太陽電池素子と、太陽電池装置に接続された一対の電極と、親水性光触媒を表面に有する透光性支持体、及び、その透光性支持体の表面に接して支持される第１の透光性液体を含んでおり、太陽電池素子に対向して配置される可変集光装置とを含み、親水性光触媒が、Ｎ、Ｓ、若しくはＣがドープされた又はドープされていないＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、又は、Ｇｅ３Ｎ４であり、かつ、所定の波長を有する光が照射されたときにその光が照射されないときに比して親水性が高まるものであり、第１の透光性液体が、水又は水溶液であり、かつ、親水性光触媒に光が所定の光束密度以上で照射されたときに集光レンズを形成する一方、親水性光触媒に光が所定の光束密度未満で照射されたときに集光レンズを形成しない太陽電池装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本開示の実施の形態について詳細に説明する。なお、同一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。また、以下の実施の形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本開示は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。【００２６】
図１及び図２は、ともに、本開示による可変集光装置の一例を用いた太陽電池装置の好適な一実施形態の構成を概略的に示す断面図であり、図１は、太陽光等の光が図示略真上方向から装置に入射している状態を示し、図２は、太陽光等の光が図示斜め上方向から装置に入射している状態を示す。【００２７】
太陽電池装置１は、太陽電池部１０上に可変集光装置２０が設置されたものである。太陽電池部１０は、ステンレス等の金属導体やガラスやセラミックス等の絶縁体等からなる基板１１上に分離形成されたＩＴＯ等の透光性導体からなる電極１２ａ上に、光電効果を有する太陽電池素子１３が分離形成され、更にその上壁及び側壁にＩＴＯ等の透光性導体からなる電極１２ｂが形成されたものであり、その状態で全体が透光性を有する樹脂等の絶縁体１４で覆われている。各電極１２ａ，１２ｂは、それぞれの端部で互いに直列に接続されており、また、電極１２ａ，１２ｂ及び太陽電池素子１３は、それぞれ図面の紙面奥行方向に延在している。このように、太陽電池部１０は、集積型の太陽電池を構成している。【００２８】
このような集積型の太陽電池部１０を形成するには、例えば、公知のメタルマスク方式やレーザー（アブレーション）によるパターニング方式等を用いることができる。メタルマスク方式は、概略的にいえば、電極１２ａ、太陽電池素子１３、及び電極１２ｂを、それぞれのパターン形状が中空とされたメタルマスクを用いて順次積層していく方法であり、レーザパターニング方式は、電極１２ａのもととなる導体膜を基板１１面上に形成した後、その導体膜をレーザービームで走査して電極１２ａのパターンを形成し、太陽電池素子１３、及び電極１２ｂも同様にパターニングして形成する方法である。両者を組み合わせて用いてももちろんよい。【００２９】
ここで、太陽電池素子１３は、上述の如く、光電効果を呈すれば特に限定されず、例えば、シリコン系のもの、化合物半導体系のもの、有機系半導体のもの、湿式のもの（液体、液状体、流動体）のもの、それらが色素増感されたもの等、公知の種々のものを用いることができ、固体系のものは、結晶質のものと非晶質のものが存在し、さらに、結晶質のものは、単結晶のもの及び多結晶のものが知られている。なお、図示においては、固体系の太陽電池素子１３を念頭に例示している。【００３０】
太陽電池素子１３として、自然界における存在量が比較的多くかつ製造が比較的簡易で経済性に優れるアモルファスシリコンを例に挙げると、電極１２ａを形成したステンレスやガラス等の基板１１を、プラズマ放電用の電極を有する真空チャンバ等の反応室内に収容し、原料ガスとして例えばシラン（ＳｉＨ４）ガスを反応室内に充填して高周波プラズマ放電を行うことにより、シランが分解されてシリコン原子同士の反応が生起され、基板１１上にアモルファスシリコンが析出して薄膜が形成される。【００３１】
この際、原料ガスであるシランガスに、例えばジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガスを添加すればｐ型アモルファスシリコンが形成され、一方、例えばフォスフィン（ＰＨ３）ガスを添加することによりｎ型アモルファスシリコンが形成され、これらのｐ型及びｎ型生成用のガスが添加されなければ、ｉ型アモルファスシリコンが形成される。このようなアモルファスシリコンからなる太陽電池素子１３は、ｐ−ｉ−ｎ型又はｎ−ｉ−ｐ型のような積層型の素子として用いられることが多く、この場合の製法としては、単一の反応室に原料ガス及び添加ガスの供給源を接続して各層のアモルファスシリコンを形成する単室反応方式が挙げられ、また、不純物の混入を防止し易い観点から、ｐ、ｉ、及びｎ型のそれぞれのアモルファスシリコンを形成するための各反応室を連設し、基板搬送とアモルファスシリコンの形成を連続して行う連続分離室方式を用いることもできる。【００３２】
可変集光装置２０は、太陽電池部１０上に配置されておりかつ太陽光等の光を透過する（透光性を有する）ガラスやアクリル板等の下壁部２１（透光性支持体）上に、同じく透光性を有する隔壁部２２が立設され、更にその上を覆うように上壁部２３が設けられたものであり、それらの各部によって複数のセルＣが画成されている。また、下壁部２１の図示上面（セルＣ側の面）には、親水性光触媒層Ｓが設けられている。【００３３】
さらに、各セルＣの内部には、例えば、極性溶液（溶媒）としての水又は水溶液からなる透光性液体Ｌ１（第１の透光性液体）と、その透光性液体Ｌ１よりも比重が軽く、かつ、透光性液体Ｌ１に対する非親和性を有する例えば油又は非極性溶液（溶媒）からなる透光性液体Ｌ２（第２の透光性液体）が封入されている。【００３４】
親水性光触媒層Ｓは、紫外光又は可視光応答型の親水性光触媒（上述したとおり、Ｎ、Ｓ、若しくはＣがドープされた又はドープされていないＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、又は、Ｇｅ３Ｎ４等）を含んで膜状に形成されたものであり、図示上下方向が鉛直上下方向となるように太陽電池装置１が設置された場合、透光性液体Ｌ２よりも比重の大きい透光性液体Ｌ１が親水性光触媒層Ｓと接する状態が生起される。【００３５】
親水性光触媒層Ｓの形成方法としては、親水性光触媒を含む塗布液を下壁部２１上に塗布して成膜した後、その膜を熱処理又は乾燥処理する方法を用いることができる。塗布液の塗布方法としては、特に制限されず、例えば、スピンコート法、ディップコート法、ロールコート法、スプレーコート法、バーコート法、スクリーン印刷法等の一般的な方法が挙げられる。【００３６】
より具体的には、親水性光触媒としての例えばＴｉＯ２の前駆体であるチタンアルコキシドや、有機酸チタン、過酸化チタン、塩化チタン等のチタン塩等の溶液を下壁部２１上に上記の方法で塗布した後、所定の温度勾配にて所定時間（例えば、数時間〜数十時間）１００℃〜７００℃（但し、下壁部２１の耐熱温度以下）で加熱処理を行う方法、ＴｉＯ２粉末又はそれを溶媒に分散させたゾルと無機又は有機バインダ（ビーズ状であってもよい）とを混合した溶液を下壁部２１上に塗布した後、焼結又は乾燥処理を行う方法等を例示できる。【００３７】
また、親水性光触媒層Ｓの厚さとしては、光触媒活性を発現し保持する厚さであればよく、例えば、数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度が挙げられ、少ない成膜回数で良好な透光性を有する程度の厚さであることが好ましい。【００３８】
このとき、図１に示す如く、太陽光等の入射光Ｒ１が、太陽電池装置１の可変集光装置２０の上壁部２３から、親水性光触媒層Ｓが形成された下壁部２１に対して垂直に近い大きい角度（９０°に近い角度）で入射すると、親水性光触媒層Ｓにおける光束密度が増大し、親水性光触媒がＴｉＯ２の場合を例にすれば、その分子の一部を構成するＴｉ原子と透光性液体Ｌ１中のＨ２Ｏ分子との光化学反応が生じ、その結果、親水性光触媒層Ｓの表面に極性基（親水基）である−ＯＨ基が生起させる（但し、作用はこれに限定されない）。そうすると、親水性光触媒層Ｓが設けられた下壁部２１と透光性液体Ｌ１との親和性（濡れ性）が高められ、下壁部２１の面と透光性液体Ｌ１との接触角が例えば数度以下に低下する。【００３９】
これにより、透光性液体Ｌ１は、下壁部２１上において盛り上がった水滴を形成せず、すなわちレンズ状とならずに、図示の如くセルＣ内において広がって分布するので、その大きな光束密度を有する入射光Ｒ１は、透光性液体Ｌ１で屈曲されることなく、その透光性液体Ｌ１及び下壁部２１を透過する。よって、入射光Ｒ１は、そのように光束密度が低下しない状態で太陽電池部１０の太陽電池素子１３に入射するので、その光電効果（光起電力効果）により所望の電力が生成される。【００４０】
一方、図２に示す如く、太陽光等の入射光Ｒ２が、太陽電池装置１の可変集光装置２０の上壁部２３から、親水性光触媒層Ｓが形成された下壁部２１に対して水平に近い小さい角度（０°や１８０°に近い角度）で入射すると、親水性光触媒層Ｓにおける光束密度が減少し、親水性光触媒がＴｉＯ２の場合を例にすれば、その分子の一部を構成するＴｉ原子と透光性液体Ｌ１中のＨ２Ｏ分子との光化学反応が生じず、その結果、親水性光触媒層Ｓの表面に極性基（親水基）である−ＯＨ基が生起されない（但し、作用はこれに限定されない）。そうすると、親水性光触媒層Ｓが設けられた下壁部２１と透光性液体Ｌ１との親和性（濡れ性）は高められず、下壁部２１の面と透光性液体Ｌ１との接触角が例えば数度〜数十度程度となり得る。【００４１】
こうなると、透光性液体Ｌ１は、下壁部２１上において水滴を形成し易くなり、すなわち凸レンズ状となって、図示の如くセルＣ内において盛り上がって分布するので、その小さな光束密度を有する入射光Ｒ２は、透光性液体Ｌ１で屈曲されて、セルＣの中央部に集束されるようにしてその透光性液体Ｌ１及び下壁部２１を透過する。その結果、入射光Ｒ２は、言わば集光されて光束密度が高められた状態で太陽電池部１０の太陽電池素子１３に入射するので、透光性液体Ｌ１が存在しない場合に比して、より多くの電力が生成される。【００４２】
このように、可変集光装置２０を備える太陽電池装置１によれば、親水性光触媒層Ｓを表面に有する透光性支持体である下壁部２１と、その下壁部２１の表面に接して支持される透光性液体Ｌ２を備える極めて簡略な構成により、入射光Ｒ１のように光の光束密度が十分に高いときには、透光性液体Ｌ１が集光レンズを形成せずに入射光Ｒ１が屈曲されずにそのまま透過する一方、入射光Ｒ２のように光の光束密度が十分に高くないときには、透光性液体Ｌ１が集光レンズを形成して光が屈曲されて集光された状態で透過するので、集光効率の光入射角への依存性を軽減でき、これにより太陽電池装置１の発電効率を高めることが可能となる。【００４３】
また、可変集光装置２０の構成を極めて簡略なものとすることができるので、集光型でありながら太陽電池装置１の構成も格段に簡略化され、これにより、太陽電池装置１、及びそれを複数備える太陽電池パネルやモジュール等の設備の省スペース化及び高密度実装化を達成することができる。【００４４】
さらに、太陽電池装置１の可変集光装置２０が、下壁部２１、隔壁部２２、及び上壁部２３によって画成されるセルＣを備えるので、透光性液体Ｌ１をセルＣ内に封入でき、その揮散を抑止して再使用に供し易くなる。【００４５】
またさらに、透光性液体Ｌ１よりも比重が軽く、かつ、透光性液体Ｌ１に対する非親和性を有する透光性液体Ｌ２が、透光性液体Ｌ１とともにセルＣ内に封入されているので、透光性液体Ｌ１が透光性液体Ｌ２で覆われ、透光性液体Ｌ１がセルＣの空間内で揮発することを防止することができ、さらに、透光性液体Ｌ１の形状をより整形し易くすることができる。【００４６】
図３は、本開示による可変集光装置の他の例を用いた太陽電池装置の好適な他の実施形態の構成を概略的に示す断面図であり、図２に示すのと同様に、太陽光等の光が図示斜め上方向から装置に入射している状態を示す。【００４７】
同図に示す太陽電池装置３は、可変集光装置２０に代えて可変集光装置３０を備えること以外は、図１及び図２に示す太陽電池装置１と同様に構成されたものである。可変集光装置２０では、親水性光触媒層Ｓが、下壁部２１の上面に形成され、その上に隔壁部２２及び上壁部２３が設けられているのに対し、可変集光装置３０では、親水性光触媒層Ｔが、下壁部３１（透光性支持体）の上面と、その下壁部３１から立設された隔壁部３２（透光性支持体）の側面及び上面に形成され、その上を覆うように上壁部３３が設けられている。親水性光触媒層Ｔは、親水性光触媒層Ｓと同種のもの（同性状のもの）を使用することができ、また、下壁部３１、隔壁部３２、及び上壁部３３は、下壁部２１、隔壁部２２、及び上壁部２３と同様に透光性を有するものである。【００４８】
また、可変集光装置２０では、下壁部２１、隔壁部２２、及び上壁部２３によって画成される各セルＣが、複数の太陽電池素子１３に対して設けられているのに対し、可変集光装置３０では、下壁部３１、隔壁部３２、及び上壁部３３によって画成される各セルＤが、個々の太陽電池素子１３に対して設けられている。【００４９】
このように構成された太陽電池装置３においても、図３に示すように、太陽光等の入射光Ｒ２が、可変集光装置３０の上壁部３３から、親水性光触媒層Ｔが形成された下壁部３１に対して水平に近い小さい角度（０°や１８０°に近い角度）で入射すると、図２に示す機構と同様に、親水性光触媒層Ｔが設けられた下壁部３１と透光性液体Ｌ１との親和性は高められず、それらの接触角は大きくなり、セルＤ内の透光性液体Ｌ１は、凸レンズ状となって、盛り上がって分布する。その結果、その小さな光束密度を有する入射光Ｒ２は、透光性液体Ｌ１で屈曲されて、セルＤの中央部に集光されて光束密度が高められた状態で太陽電池部１０の太陽電池素子１３に入射するので、透光性液体Ｌ１が存在しない場合に比して、より多くの電力が生成される。【００５０】
一方、図示を省略したが、図１に示すように、太陽光等の入射光Ｒ１が、可変集光装置３０の上壁部３３から、親水性光触媒層Ｔが形成された下壁部３１に対して垂直に近い大きい角度（９０°に近い角度）で入射すると、図１に示す機構と同様に、親水性光触媒層Ｔが設けられた下壁部３１と透光性液体Ｌ１との親和性が高められ、それらの接触角は小さくなり、セルＤ内の透光性液体Ｌ１は、凸レンズ状とならずに平坦に分布する。その結果、その大きな光束密度を有する入射光Ｒ１は、透光性液体Ｌ１で屈曲されず、そのままの光束密度の状態で太陽電池部１０の太陽電池素子１３に入射するので、所望の大きな電力を生成することができる。【００５１】
なお、上述したとおり、本開示は、上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更を加えることが可能である。例えば、透光性液体Ｌ２をセルＣ，Ｄ内に収容しなくてもよい。また、隔壁部２２，３２及び上壁部２３，３３を設けずにセルＣ，Ｄ自体を画成しなくともよい。さらに、太陽電池装置１におけるセルＣを個々の太陽電池素子１３に対して設けてもよく、太陽電池装置３におけるセルＤを複数の太陽電池素子１３に対して設けてもよい。【００５２】
またさらに、隔壁部２２及び上壁部２３は、図１及び図２に示す如く一体に形成されていてもよく、この場合、例えば、非硬化状態の透光性材料にセルＣの形状の凸部を有する型部材を押圧した後に硬化させたり、一様の厚さ（隔壁部２２及び上壁部２３の合計厚さ）の透光性部材をフォトリソグラフィー等のリソグラフィー技術を用いて、ドライエッチング、ウェットエッチング、ミリング等によってセルＣの形状を画成したりする加工方法を用いることができ、或いは、隔壁部２２及び上壁部２３を別体に設けてもよく、この場合、例えば、井桁状の隔壁部２２と一様厚さの上壁部２３を適宜の方法で接合することができる。これらは、下壁部３１及び隔壁部３２に対しても同様である。加えて、図２及び図３において、透光性液体Ｌ１の形状（接触角等）は図示に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上説明したとおり、本開示の可変集光装置及び太陽電池装置によれば、簡略な構成で、集光効率の光入射角への依存性を軽減でき、これにより太陽電池装置の発電効率を高めることが可能となるので、種々の太陽電池装置、及びそれを複数備える太陽電池パネルやモジュール等の設備、並びに、それらを用いた、例えば、ソーラーカー等の移動体、太陽光発電型屋根瓦、屋外電源等の多くの用途に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本開示による可変集光装置の一例を用いた太陽電池装置の好適な一実施形態の構成を概略的に示す断面図であり、太陽光等の光が図示略真上方向から装置に入射している状態を示す。
【図２】本開示による可変集光装置の一例を用いた太陽電池装置の好適な一実施形態の構成を概略的に示す断面図であり、太陽光等の光が図示斜め上方向から装置に入射している状態を示す。
【図３】本開示による可変集光装置の他の例を用いた太陽電池装置の好適な他の実施形態の構成を概略的に示す断面図であり、太陽光等の光が図示斜め上方向から装置に入射している状態を示す。
【図１】
2010089859.tif 000003
【図２】
2010089859.tif 000004
【図３】
2010089859.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月29日(2010.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池素子と、
前記太陽電池素子に接続された一対の電極と、
親水性光触媒を表面に有する透光性支持体、及び、該透光性支持体の該表面に接して支持される第１の透光性液体を含んでおり、前記太陽電池素子に対向して配置される可変集光装置と、
を含み、
前記親水性光触媒は、Ｎ、Ｓ、若しくはＣがドープされた又はドープされていないＴｉＯ2、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＢａＺｒＯ3、ＳｒＺｒＯ3、又は、Ｇｅ3Ｎ4であり、かつ、所定の波長を有する光が照射されたときに該光が照射されないときに比して親水性が高まるものであり、
前記第１の透光性液体は、水又は水溶液であり、かつ、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度以上で照射されたときに集光レンズを形成しない一方、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度未満で照射されたときに集光レンズを形成する、
太陽電池装置。
【請求項２】
所定の波長を有する光が照射されたときに該光が照射されないときに比して親水性が高まる親水性光触媒を表面に有する透光性支持体と、
前記透光性支持体の前記表面に接して支持される第１の透光性液体と、
を備える、
可変集光装置。
【請求項３】
前記第１の透光性液体は、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度以上で照射されたときに集光レンズを形成しない一方、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度未満で照射されたときに集光レンズを形成するものである、
請求項２記載の可変集光装置。
【請求項４】
前記透光性支持体を含むセルを備える、
請求項２記載の可変集光装置。
【請求項５】
前記第１の透光性液体が、水又は水溶液である、
請求項２記載の可変集光装置。
【請求項６】
前記第１の透光性液体よりも比重が軽く、かつ、該第１の透光性液体に対する非親和性を有しており、前記第１の透光性液体と接する第２の透光性液体を備える、
請求項２記載の可変集光装置。
【請求項７】
前記第２の透光性液体が、油又は非極性溶媒である、
請求項６記載の可変集光装置。
【請求項８】
前記光が、紫外領域の波長を有しており、
前記親水性光触媒が、紫外光応答型のものである、
請求項２記載の可変集光装置。
【請求項９】
前記光が、可視領域の波長を有しており、
前記親水性光触媒が、可視光応答型のものである、
請求項２記載の可変集光装置。
【請求項１０】
前記親水性光触媒が、Ｎ、Ｓ、若しくはＣがドープされた又はドープされていないＴｉＯ2、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＢａＺｒＯ3、ＳｒＺｒＯ3、又は、Ｇｅ3Ｎ4である、
請求項２記載の可変集光装置。
【請求項１１】
太陽電池素子と、
前記太陽電池素子に接続された一対の電極と、
所定の波長を有する光が照射されたときに該光が照射されないときに比して親水性が高まる親水性光触媒を表面に有する支持体、及び、該支持体の該表面に接して支持される第１の透光性液体を含んでおり、かつ、前記太陽電池素子に対向して配置される可変集光装置と、
を含む太陽電池装置。
【請求項１２】
所定の波長を有する光が照射されたときに該光が照射されないときに比して親水性が高まる親水性光触媒を表面に有する透光性支持体と、前記透光性支持体の前記表面に接して支持される第１の透光性液体とを用いて前記光を集束させる、
集光方法。
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月5日(2010.7.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池素子と、
前記太陽電池素子に接続された一対の電極と、
親水性光触媒を表面に有する透光性支持体、及び、該透光性支持体の該表面に接して支持される第１の透光性液体を含んでおり、前記太陽電池素子に対向して配置される可変集光装置と、
を含み、
前記親水性光触媒は、Ｎ、Ｓ、若しくはＣがドープされた又はドープされていないＴｉＯ2、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＢａＺｒＯ3、ＳｒＺｒＯ3、又は、Ｇｅ3Ｎ4であり、かつ、所定の波長を有する光が照射されたときに該光が照射されないときに比して親水性が高まるものであり、
前記第１の透光性液体は、水又は水溶液であり、かつ、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度以上で照射されたときに集光レンズを形成しない一方、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度未満で照射されたときに集光レンズを形成する、
太陽電池装置。
【請求項２】
親水性光触媒を表面に有する透光性支持体と、
前記透光性支持体の前記表面に接して支持される第１の透光性液体と、
を備え、
前記親水性光触媒は、所定の波長を有する光が照射されたときに該光が照射されないときに比して親水性が高まるものであり、
前記第１の透光性液体は、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度以上で照射されたときに集光レンズを形成しない一方、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度未満で照射されたときに集光レンズを形成するものである、
可変集光装置。
【請求項３】
前記透光性支持体を含むセルを備える、
請求項２記載の可変集光装置。
【請求項４】
前記第１の透光性液体が、水又は水溶液である、
請求項２記載の可変集光装置。
【請求項５】
前記第１の透光性液体よりも比重が軽く、かつ、該第１の透光性液体に対する非親和性を有しており、前記第１の透光性液体と接する第２の透光性液体を備える、
請求項２記載の可変集光装置。
【請求項６】
前記第２の透光性液体が、油又は非極性溶媒である、
請求項５記載の可変集光装置。
【請求項７】
前記光が、紫外領域の波長を有しており、
前記親水性光触媒が、紫外光応答型のものである、
請求項２記載の可変集光装置。
【請求項８】
前記光が、可視領域の波長を有しており、
前記親水性光触媒が、可視光応答型のものである、
請求項２記載の可変集光装置。
【請求項９】
前記親水性光触媒が、Ｎ、Ｓ、若しくはＣがドープされた又はドープされていないＴｉＯ2、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＢａＺｒＯ3、ＳｒＺｒＯ3、又は、Ｇｅ3Ｎ4である、
請求項２記載の可変集光装置。
【請求項１０】
太陽電池素子と、
前記太陽電池素子に接続された一対の電極と、
親水性光触媒を表面に有する支持体、及び、該支持体の該表面に接して支持される第１の透光性液体を含み、前記親水性光触媒は、所定の波長を有する光が照射されたときに該光が照射されないときに比して親水性が高まるものであり、前記第１の透光性液体は、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度以上で照射されたときに集光レンズを形成しない一方、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度未満で照射されたときに集光レンズを形成するものであり、かつ、前記太陽電池素子に対向して配置される可変集光装置と、
を含む太陽電池装置。
【請求項１１】
親水性光触媒を表面に有する透光性支持体と、前記透光性支持体の前記表面に接して支持される第１の透光性液体とを用いて光を集束させる方法であって、
前記親水性光触媒は、所定の波長を有する光が照射されたときに該光が照射されないときに比して親水性が高まるものであり、
前記第１の透光性液体は、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度以上で照射されたときに集光レンズを形成しない一方、前記親水性光触媒に前記光が所定の光束密度未満で照射されたときに集光レンズを形成するものである、
集光方法。
【国際調査報告】
2010089859.tif 000006
2010089859.tif 000007
2010089859.tif 000008
2010089859.tif 000009
2010089859.tif 000010
2010089859.tif 000011