(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変換器材料を含む発光型太陽エネルギ集中装置を有する太陽電池であって、前記変換器材料が、EA1-xB4O7:Smx構造を持つ、Sm2+をドープした無機材料を有し、EAが、アルカリ土類金属、又はアルカリ土類金属の混合物であり、前記変換器材料が、4.5eV以上のバンドギャップを持つ太陽電池。
【請求項２】
EAが、Sr、Ba、又はSr及びBaの組み合わせである請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記変換器材料の放射が、50μs以上の減衰時間を持つ請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
ドープされていない前記無機材料が、Sm2+をドープした場合に着色される無着色材料である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記変換器材料が、ナノ粒子の形態で設けられる請求項１に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池のための変換器材料を対象にする。
【背景技術】
【０００２】
最新の太陽電池は、様々な理由で（所謂"Shockley-Queisser"限界によって決定されるような）理論効率を達成できない。それ故、太陽電池材料の変更又は他の構成要素の付加などによって太陽電池の効率を高めるために多くの試みがなされている。他の例においては、太陽エネルギ集中装置の使用によって、太陽電池のコストが削減され得る。これらの方法の両方とも、１ワット当たりのコストが低下するので太陽電池の使用を増加させる可能性を持つ。
【０００３】
太陽電池の増加のための或る方策は、（最も望ましくは）広帯域吸収及び所望の波長領域における線放射を持つ変換器材料の導入である。しかしながら、既知の変換器材料は少なく、他の変換器材料に対する一定のニーズがある。これらの材料は、所謂発光型太陽エネルギ集中装置（ＬＳＣ）において用いられる。日光は、大きな領域に当たり、より長い波長の光に変換され、その後、光起電素子へ案内される。この方法においては、用いられる高価な光起電材料の量がかなり減らされ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、広帯域吸収及び適切な波長領域における線放射によって太陽電池の濃青色／ＵＶ放射線の変換のための効率を高め、コストを下げることができる太陽電池のための変換器材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、本発明の請求項１による太陽電池のための変換器材料によって解決される。従って、Sm2+をドープした無機材料を有する太陽電池のための変換器材料が供給される。
【０００６】
驚くべきことに、このような太陽電池のための変換器材料は、本発明の範囲内の広範囲のアプリケーションに対して、以下の利点のうちの少なくとも１つを持つことが見出された。
−  Sm2+を有する前記材料は、多くのアプリケーションに対して大きなストークスシフトを用いる。 
−  太陽電池の変換効率は、400nmより下で急速に低下するので、効率が高められる。  
−  本発明の材料が太陽電池においてＬＳＣとして用いられる場合に、太陽電池のコストが下げられる。
−  更に、多くの本発明の材料が、幅広い調整可能な吸収スペクトルを示す。
−  ほとんどの本発明の材料において、再吸収（禁制遷移）を防ぐ線放射が観察され得る。
−  更に、前記線放射は、ホスト格子に（ほぼ）依存せず、前記放射を前記太陽電池内にとどめるための干渉フィルタと組み合わせて、（可能な限り多くの日光を吸収するための）２つ以上の発光体を用いることを可能にすることが見出された。
【０００７】
好ましくは、前記太陽電池のための変換器材料は、酸化物、窒化物(nitridic)、酸化窒化物(oxidonitridic)、ホウ化物(boridic)、ホウ酸塩、リン酸塩材料、及びそれらの混合物を有するグループから選択される。これらの材料は、実際に有利だと分かった。更に又は代わりに、本発明の別の実施例によれば、前記変換器材料は、アルカリ及び／又はアルカリ土類を含む材料を有するグループから選択される。
【０００８】
本発明の好ましい実施例によれば、前記変換器材料は、4.5eV以上のバンドギャップを持つ。これは、多くのアプリケーションに対して有利である。なぜなら、バンドギャップの値が小さすぎる材料においては、 励起したSm2+イオンは容易に酸化してSm3+になり、これは前記放射の消滅をもたらすことが見出されたからである。好ましくは、前記変換器材料は、5eV以上のバンドギャップを持つ。
【０００９】
好ましい実施例によれば、ドープされていない前記材料は、Sm2+をドープした場合に着色される無着色材料である。
【００１０】
「無着色」という用語は、特に、材料が、可視波長領域において吸収しない又は10%以下の吸収しかしないことを意味する且つ／又は含むのに対して、「着色」という用語は、それとは反対に、特に、材料が、可視波長領域において（好ましくは50%より多くの）吸収及び／又は放射をすることを意味する且つ／又は含む。
【００１１】
好ましい実施例によれば、前記変換器材料は、アルカリ土類ホウ酸塩、好ましくは、EAがアルカリ土類金属又はアルカリ土類金属の混合物であるEA1-xB4O7:Smx構造の材料を有する。好ましくは、EAは、Sr及び／又はBaである。
【００１２】
この材料は、実際には、後で記載するように非常に良い変換器材料であることが明らかになった。
【００１３】
本発明は、更に、太陽電池のための変換器材料における吸収体及び／又は放射体としてのSm2+の使用に関する。
本発明は、更に、本発明の材料を用いる、又は太陽電池のための変換器材料における吸収体及び／又は放射体としてのSm2+の使用をなす太陽電池に関する。
【００１４】
好ましくは、前記変換器材料は、好ましくは1nm以上1μm以下、好ましくは100nm以上500nm以下、最も好ましくは50nm以上100nm以下の平均粒径を持つナノ粒子の形態で設けられる。これは、前記変換器が光導波路内に存在する場合に、特に有利である。なぜなら、前記光導波路及び蛍光体材料の屈折率(n)が一致する（典型的にはΔn < 0.05）場合には、この方法においては、散乱損失が減らされるからである。
【００１５】
他の例においては、前記変換器材料は、1μm以上、より好ましくは5μm以上の平均粒径を持つ粒子の形態で前記太陽電池内に設けられる。この構成は、変換層が、光の方向に対して前記光導波路の下に配置される場合に特に有利である。
【００１６】
上記の構成要素だけでなく、請求項記載の構成要素及び記載されている実施例において本発明に従って用いられる構成要素も、それらのサイズ、形状、材料選択及び技術概念に関して、如何なる特例も受けず、故に、関連分野において既知の選択基準が、制約なしに適用され得る。
【００１７】
本発明の対象の更なる詳細、特徴、特性及び利点は、下位クレーム、図、並びに例示的なやり方で、本発明による太陽電池のための変換器材料の幾つかの実施例及び例を示している各々の図及び例の以下の説明において、開示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による本発明の材料の放射スペクトルを示す（例I）。
【図２】図１の材料の励起スペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、以下の本発明の例によって更に理解されるだろう。以下の本発明の例は、単に、本発明の説明のためのものでしかなく、限定するものではない。
例I
例Iは、以下の方法で作成されたSrB4O7:Sm2+を指す。
【００２０】
化学量論的に、Sm2O3、SrCO3、H3BO3（10%以上）の混合物が、還元性雰囲気（H2/N2）中で、850℃で２０時間、焼成された。試料がＸ線回折技術によって検査され、それらの相純度が確認された。
【００２１】
図１は、SrB4O7:Sm2+の放射スペクトルを示しており、図２は、SrB4O7:Sm2+の励起スペクトルを示している。この材料は、前記材料の広帯域吸収及び幅広いストークスシフトを伴う線放射により、太陽電池のための変換器材料における使用において優れた材料であることが、はっきりと見られ得る。
【００２２】
上記の詳細な実施例における要素及び特徴の特定の組み合わせは、例示的なものにすぎず、これらの教示と、この特許／出願及び参照により盛り込まれる特許／出願における他の教示の交換及び置換も、明らかに考えられる。当業者は理解するだろうから、ここに記載されているものの、請求項記載の本発明の範囲及び精神から逸脱しない変形例、修正例及び他の実施例は、当業者には思い付き得る。従って、上記の説明は、ほんの一例としての説明であって、限定することを目的とはしていない。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形表記は、複数の存在を除外しない。特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように使用されることができないと示すものではない。本発明の範囲は、以下の請求項において規定され、それと等しい。更に、明細書及び請求項において用いられている参照符号は、請求項に記載の本発明の範囲を限定しない。
【図１】
0006038024.tif 000002
【図２】
0006038024.tif 000003