(57)【要約】【課題】  本発明は、高効率な太陽電池を得るための組み合わせ太陽電池システムの装置およびその製造方法を提供する【解決手段】発明の太陽電池製造方法では、太陽電池用の結晶を研磨・加工やエッチングを施すことにより凹面レンズ型太陽電池を得ることが出来る。さらに、本発明の集光型大要電池システムでは、その焦点位置に小面積太陽電池を配置し、レンズ型太陽電池から反射・集光されてきた光を電気に変換する。これにより、利用できるフォトンの総数は、反射されてきた光の活用分だけ増せるため、同じ結晶材料を用いてもより高い変換効率の太陽電池システムが得られる。  【選択図】        図１
2006086198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹面ミラー結晶またはレンズ結晶を用いて作製した凹面レンズ特性を持つレンズ型太陽電池と、該レンズ型太陽電池から反射した光を受けて発電する小型の集光用小面積太陽電池を、該レンズ型太陽電池の焦点位置に配置した構成よりなることを特徴とする集光型太陽電池システム。
【請求項２】
前記凹面ミラー結晶またはレンズ結晶は、結晶板を研磨またはエッチングして成型し作製することを特徴とするレンズ型太陽電池の太陽電池製造方法。
【請求項３】
前記凹面ミラー結晶またはレンズ結晶は、結晶を鋳込み法で成型し作製することを特徴とするレンズ型太陽電池の太陽電池製造方法。
【請求項４】
前記凹面ミラー結晶またはレンズ結晶は、極薄の結晶板や有機基板の上に成長させた薄膜結晶を用いて作製することを特徴とするレンズ型太陽電池の太陽電池製造方法。
【請求項５】
Si, Ge, SiGe,
GaAsなどのIII-V族化合物半導体、或いはCdTeなどのII-VI族化合物半導体、或いはCuInSe系半導体を構成元素としたことを特徴とする請求項２乃至４の一に記載の太陽電池製造方法。
【請求項６】
結晶が単結晶からなることを特徴とする請求項２乃至５の一に記載の太陽電池製造方法。
【請求項７】
結晶が多結晶からなることを特徴とする請求項２乃至５の一に記載の太陽電池製造方法。
【請求項８】
前記集光型太陽電池のシステムにおいて、レンズ型太陽電池に対して、小面積太陽電池を、レンズ型太陽電池のほぼ垂直上方向に配置したことを特徴とする請求項１記載の集光型太陽電池システム。
【請求項９】
前記集光型太陽電池のシステムにおいて、レンズ型太陽電池に対して、小面積太陽電池を、レンズ型太陽電池の斜め方向に配置したことを特徴とする請求項１記載の集光型太陽電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高効率太陽電池に用いる組み合わせ太陽電池システムの装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の装置としては、プラスチックのレンズを使って、太陽光を集光させ、焦点近傍に置いた高効率太陽電池で、発電する方法が用いられていた。また、レンズ状の太陽電池用結晶を高温加圧して作成し、本発明と同様な集光太陽電池システムを作るという報告もある。このような技術は、例えば非特許文献１に開示されている。しかし、非特許文献１に開示された方法ではプラスチックレンズは発電には寄与しないためコストパフォーマンスが悪く、また、高温・加圧レンズ結晶法は加工により欠陥が導入されるという難点がある。
【非特許文献１】O’Neill, M. J. & McDanal, A. J., Development ofterrestrial concentrator modules incorporating high-efficiency multi-junctioncells, Conference Record of the Twenty-Eighth IEEE Photovoltaic SpecialistsConference, 1161-1164 (2000).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように従来の技術では、プラスチックレンズを用いた場合は、プラスチック部分は発電できないし、レンズ状の太陽電池用結晶を高温加圧して作成した場合では、欠陥導入のため製品歩留まり上不利であるという問題があった。  
【０００４】
これらの両者の難点を解決し、太陽電池システムの高効率化を図るため、結晶で構成するレンズ部分を研磨加工やエッチングで作成し、レンズ結晶の劣化を防止し、レンズ太陽電池としての高効率化を図る点に本発明の意図がある。これにより、産業上の実現可能性が上がり、また結晶材料として主としてSiを用いることにより、コスト面でもプラスチックレンズと高効率化合物半導体太陽電池の組み合わせより有利になる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、太陽電池で凹面レンズを構成し吸収した光を、プラスチックレンズと異なり電流に変換するだけでなく、凹面レンズの太陽電池表面から反射した光をも集光させて活用することを特徴とする高効率太陽電池システムを提供する。また、本発明は、凹面レンズ太陽電池を、結晶の研磨、エッチング、鋳込み、極薄の薄膜結晶の利用、有機基板上のフレキシブル薄膜結晶の利用等で作製することができ欠陥の少ない高効率太陽電池システム装置を提供することが出来る。
【０００６】
本発明は、研磨加工またはエッチングした単結晶または多結晶からなる凹面レンズ太陽電池という新たな概念を、太陽電池用結晶および太陽電池システムに取り入れることを可能にするものである。
【発明の効果】
【０００７】
太陽電池は、太陽光を結晶で吸収して光（フォトン）を電気に変換するが、この時吸収される光が多ければ多いほど電流は増える。しかし、太陽電池の結晶表面から一定の割合で光が反射されるために、入射した光をすべて吸収することはできない。この反射した光が損失となり、変換効率を落としている大きな原因となる。
【０００８】
本発明では、吸収した光は従来どおり太陽電池で変換するだけでなく、反射した光をも集光させて活用する高効率太陽電池システムに関するものである。図１，２にこの太陽電池システムの配置を示す。１はレンズ型太陽電池、２は小面積太陽電池である。集光太陽電池である小面積太陽電池２を凹面レンズ型に形成されたレンズ型太陽電池１に対して垂直（図１）と斜め（図２）の２種類の配置を示す。
【０００９】
発明の要点は、太陽電池用の結晶を予め凹レンズに研磨・加工やエッチングを用い形成し、この凹面結晶を用いてレンズ型太陽電池１を作成する。さらに、その焦点位置に小面積太陽電池２を配置し、レンズ型太陽電池１から反射され、集光されてきた光を電気に変換する。これにより、利用できるフォトンの総数は、反射されてきた光の活用分だけ増せるため、同じ結晶材料を用いてもより高い変換効率が得られる。
【００１０】
図３に、この太陽電池システムの変換効率を、反射率Ｒ（標準的な反射率R0で規格化してある）の関数として示した計算結果で、太線が従来の平面太陽電池の変換効率であり、細曲線が本発明による太陽電池システムを使った場合の変換効率である。反射率が大きくなるほど、本システムの効果が大きくなることがわかる。
【００１１】
なお、本発明では研磨またはエッチングでの成型法をしめしたが、結晶を鋳込み法で成型することも可能である。また成型のし易さを考えると、例えば、極薄の結晶板や有機基板の上に成長させた薄膜結晶を用いて作製することも可能である。
【００１２】
更に、結晶材料としてSiを代表例としてあげたがこれに限る物ではない。Si, Ge, SiGe,
GaAsなどのIII-V族化合物半導体、或いはCdTeなどのII-VI族化合物半導体、或いはCuInSe系半導体を構成元素とした結晶であっても十分本発明の効果を発揮し得る物である。また、その結晶は単結晶であっても良く、多結晶であってもその効果を発揮しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態による集光型太陽電池システム装置の概略構成を示す図である。この図は集光型太陽電池システムの配置を示し、集光太陽電池である小面積太陽電池２を凹面太陽電池であるレンズ型太陽電池１に対して垂直の配置を示す。図２は、本発明の別の実施の形態による集光型太陽電池システム装置の概略構成を示す図である。本図も集光型太陽電池システムの配置を示し、集光太陽電池である小面積太陽電池２を凹面太陽電池であるレンズ型太陽電池１に対して斜めの配置を示す。
【００１５】
凹面結晶を用いたレンズ型太陽電池１と、その焦点位置に配置した小面積太陽電池２の両者を用いることにより、単位面積あたりに入射する太陽光（フォトン）を飛躍的に有効に活用できる。すなわち、レンズ型の太陽電池により従来の太陽電池並みの変換をし、さらに、太陽電池結晶から反射され集光されてきた光をも電気に変換できる。この時、利用できるフォトンの総数は、２つの太陽電池の特性から容易に知ることができる。
【００１６】
従来の太陽電池と異なり、反射されてきた光を活用できる分だけ効率を増せるため、従来型太陽電池では到達できなかった高効率太陽電池を実現できる。図３には、この計算結果を示し、反射率の増加するほど本システムの変換効率が増すことがわかる。
【００１７】
図４は、図２の斜め配置した場合の、本発明による集光型太陽電池システムの変換効率の実測値を示す。上図は、標準太陽光（YQ-250BX, JASCO JAPAN、入射光強度：100
mW/cm2 (AM1.5)）のもとでの集光太陽電池の特性、中図は、標準太陽光のもとでの凹面太陽電池の特性、下図は、両者を組み合わせ、図２の配置にした場合の本発明による集光型太陽電池システムの特性を示す。中図と下図を比較すると、本発明により、通常の太陽電池の変換効率（11.5%）は、本発明による太陽電池システムを用いると、変換効率は12.2%となり、明らかに高くなることが実証できた。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明に係る太陽電池システムの装置は、高効率太陽電池を作製できるため、太陽電池産業をはじめ様々な分野に適用できる。
【００１９】
また本発明によって製造された太陽電池システムは、集光太陽電池を太陽電池を覆うカバーに容易に取り付けることができるため、通常の普及型太陽電池として広く用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態による集光型太陽電池システム装置の配置図である。小面積太陽電池２をレンズ型太陽電池１に対して垂直に配置する図を示す。
【図２】本発明の実施の形態による集光型太陽電池システム装置の配置図である。小面積太陽電池２をレンズ型太陽電池１に対して斜めに配置する図を示す。
【図３】太陽電池システムの変換効率を、反射率Ｒ（標準的な反射率R0で規格化してある）の関数として示した計算結果を示す。
【図４】図２におけるレンズ型太陽電池１と小面積太陽電池２を、斜め配置した場合の集光型太陽電池システムの変換効率の実測値を示す。上図は、標準太陽光（YQ-250BX,JASCO JAPAN、入射光強度：100 mW/cm2 (AM1.5)）のもとでの小面積太陽電池２の特性、中図は、標準太陽光のもとでのレンズ型太陽電池１の特性、下図は、両者を組み合わせ、図２の配置にした場合の本発明による集光型太陽電池システムの特性を示す。
【符号の説明】
【００２１】
１レンズ型太陽電池    
２章面積太陽電池    
【図１】
2006086198.tif 000003
【図２】
2006086198.tif 000004
【図３】
2006086198.tif 000005
【図４】
2006086198.tif 000006