(57)【要約】【課題】  より多くの光を光電変換薄膜に入射させて光電変換効率を向上させることができ、しかも、光電変換薄膜からなる機能素子の低コスト化が図れる透明導光筐体を提供する【解決手段】  透明導光筐体１は、内周面１ａおよび外周面１ｂがそれぞれ半球状をした容器状をしている。内周面１ａは、筐体設置面２との間で外気を封止する半径ｒの空間３を形成する。この内周面１ａには、有機薄膜が光電変換薄膜として周面に沿って形成される。外周面１ｂは、所定の厚さｄを持って内周面１ａを覆い、外部空間との間を画する。内周面１ａと外周面１ｂとに囲まれた側壁部分１ｃは、所定の屈折率ｎを有するガラスや樹脂等の透光性材質からなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体設置面との間で外気を封止する空間を形成する、光電変換薄膜が周面に沿って形成される内周面と、所定の厚さを持って前記内周面を覆って外部空間との間を画する外周面とを有する容器状をした、所定の屈折率を有する透光性材質からなる透明導光筐体。
【請求項２】
筐体縁部と筐体設置面との当接面に光反射面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の透明導光筐体。
【請求項３】
前記内周面および前記外周面はそれぞれ半球状をし、内周面の半径をｒ、前記厚さをｄとしたときに、前記材質の光屈折率ｎが次式
ｎ＝１．７３４６×（ｄ／ｒ）０．１４３５
で表される傾向の特性を示すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の透明導光筐体。
【請求項４】
前記外周面は、前記内周面との間で、筐体設置面から離れるにしたがって前記厚さを増す楕円状または放物線状をしていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の透明導光筐体。
【請求項５】
前記外周面は、筐体設置面に近づくに連れて曲面の曲率が増して前記内周面との間で前記厚さを減らす形状をしていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の透明導光筐体。
【請求項６】
前記光電変換薄膜は、前記内周面に塗布された有機薄膜であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の透明導光筐体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換薄膜を収納すると共に、光電変換薄膜へ入射する光および光電変換薄膜から出射する光を導く透明導光筐体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光電変換薄膜としては太陽電池に用いられる有機薄膜がある。有機薄膜を用いた太陽電池は薄型軽量で意匠性および機能性に優れ、塗布成膜により低コスト化が図れる可能性が高い。光電変換効率自体はシリコン太陽電池に比べて低いが、室内光や微弱光に対する光電変換効率の低下が少ない。このため、有機薄膜を用いた太陽電池は、簡易センサ、ＩＤタグ等に対するウエアラブル、ポータブル、エネルギーハーベスト応用や、室内用途に期待されている。
【０００３】
光電変換薄膜から成る太陽電池は平面状に形成されるよりも、曲面状に形成された方が受光面積が増え、光電変換効率は高くなる。しかしながら、これまでの有機薄膜太陽電池は平面基板上に作製されており、フレキシブル基板上に作製されてもその曲げ方向は１方向に限定されてしまう。このため、従来、有機薄膜太陽電池の小面積セルを３次元曲面に貼り合わせることで、曲面状に形成していたが、有効受光素子面積が低下し、美観上も好ましくないという課題があった。
【０００４】
このような課題を解消するため、特許文献１には、塗布液を霧化して噴霧することにより、３次元曲面形状をした被塗布物上に有機薄膜太陽電池を形成する技術が開示されている。この薄膜形成技術によれば、３次元曲面そのものを受光面や発光面とすることが可能である。また、特許文献１には、有機薄膜太陽電池を３次元形状の設置対象に接着させる際、封止層で有機薄膜太陽電池素子層を挟み、設置対象との間にガスバリア層を設けることで、大気から有機薄膜太陽電池素子層を隔離し、その光電変換性能の劣化を防ぐ技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１３０９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の薄膜形成技術によれば、有機薄膜太陽電池が３次元曲面に形成されることでその光電変換効率は向上するが、それ以上向上させることは出来ない。また、特許文献１に記載の有機薄膜太陽電池の封止構造では、封止層やガスバリア層を形成する工程が必要とされ、有機薄膜太陽電池の低コスト化が徹底されない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、筐体設置面との間で外気を封止する空間を形成する、光電変換薄膜が周面に沿って形成される内周面と、所定の厚さを持って内周面を覆って外部空間との間を画する外周面とを有する容器状をした、所定の屈折率を有する透光性材質からなる透明導光筐体を構成した。
【０００８】
本構成によれば、透明導光筐体の内周面と外周面との間に透光性材質によって形成される側壁部分がレンズ効果を奏し、側壁部分を素通りしようとする光が側壁部分で屈折して、透明導光筐体の内周面に形成される光電変換薄膜に入射する。このため、狭い設置面積であってもより多くの光が光電変換薄膜に入射するようになり、光電変換薄膜を単に３次元曲面に形成する場合よりもその光電変換効率は向上する。また、透明導光筐体の内周面が筐体設置面との間で外気を封止する空間を形成するため、従来のように、光電変換薄膜を挟んで封じ込める封止層やガスバリア層を形成する必要は無くなる。このため、光電変換薄膜からなる機能素子の低コスト化が図れる。
【０００９】
また、本発明は、筐体縁部と筐体設置面との当接面に光反射面が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本構成によれば、筐体縁部と筐体設置面との当接面に入射した光が光反射面で反射し、当接面を抜け出ていく光が反射光になって、内周面に形成された光電変換薄膜に入射するようになる。このため、より多くの光が光電変換薄膜に入射するようになり、その光電変換効率はさらに向上する。
【００１１】
また、本発明は、内周面および外周面がそれぞれ半球状をし、内周面の半径をｒ、前記厚さをｄとしたときに、透光性材質の光屈折率ｎが次式
ｎ＝１．７３４６×（ｄ／ｒ）０．１４３５
で表される傾向の特性を示すことを特徴とする。
【００１２】
透明導光筐体の内周面に形成される光電変換薄膜を保護する観点から、透明導光筐体の内周面と外周面とで囲まれる側壁部分には最低限の厚さｄが必要とされる。本構成によれば、この最低限の厚さｄと、半球状をした透明導光筐体の内周面半径ｒを定めることで、透光性材質の最適な光屈折率ｎが上記の式によって算出される。このため、算出された光屈折率ｎの透光性材質を用いて、定めた厚さｄおよび内周面半径ｒを有する透明導光筐体を形成することで、透明導光筐体の設置面積を最小にして光電変換薄膜の光電変換効率を最大に設定することができる。
【００１３】
また、本発明は、外周面が、内周面との間で、筐体設置面から離れるにしたがって前記厚さを増す楕円状または放物線状をしていることを特徴とする。
【００１４】
本構成によれば、外周面に入射する光は、筐体設置面から離れる外周面に入射するほど大きな屈折角で内周面側に屈折する。したがって、筐体上部の空間を通って行き、光電変換薄膜に入射しなかった光が、厚く形成された側壁部分で捉えられて光電変換薄膜に入射するようになる。このため、より多くの光が光電変換薄膜に入射するようになり、その光電変換効率はさらに向上する。
【００１５】
また、本発明は、外周面が、筐体設置面に近づくに連れて曲面の曲率が増して内周面との間で前記厚さを減らす形状をしていることを特徴とする。
【００１６】
本構成によれば、外周面に入射する光は、筐体設置面により近い外周面に入射するほど大きな屈折角で内周面側に屈折する。したがって、筐体縁部と筐体設置面との当接面から抜けて行き、または当接面で跳ね返って光電変換薄膜に入射しなかった光が、光電変換薄膜に入射するようになる。このため、より多くの光が光電変換薄膜に入射するようになり、その光電変換効率はさらに向上する。
【００１７】
また、本発明は、光電変換薄膜が、内周面に塗布された有機薄膜であることを特徴とする。
【００１８】
本構成によれば、狭い設置面積であってもより多くの光を有機薄膜に取り込めるので、室内光や微弱光に対する光電変換効率の低下が少ない有機薄膜の特性を最大限に活かしながら、有機薄膜からなる機能素子の低コスト化を図ることが可能になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、狭い設置面積であってもより多くの光を光電変換薄膜に入射させて光電変換薄膜の光電変換効率を向上させることができ、しかも、光電変換薄膜からなる機能素子の低コスト化が図れる透明導光筐体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態による透明導光筐体の断面図である。
【図２】第１の実施形態による透明導光筐体の球面に形成された太陽電池と、平面に形成された太陽電池とに太陽光をそれぞれ入射した際における、太陽光入射強度の入射角度依存性を示すグラフである。
【図３】第１の実施形態の変形例による透明導光筐体の断面図である。
【図４】第１の実施形態による透明導光筐体に入射する太陽光強度の入射角度依存性を、筐体の屈折率を変化させて示すグラフである。
【図５】第１の実施形態の変形例による透明導光筐体に入射する太陽光強度の入射角度依存性を、筐体の屈折率を変化させて示すグラフである。
【図６】第１の実施形態の変形例による透明導光筐体における、半径ｒに対する厚さｄの比（ｄ／ｒ）と屈折率ｎとの関係を表したグラフである。
【図７】（ａ）は、第１の実施形態による透明導光筐体について、側壁部分の厚さｄを１ｍｍに固定し、屈折率ｎを変化させた際の、太陽光入射強度の入射角度依存性を表すグラフ、（ｂ）は、厚さｄを５ｍｍに固定し、屈折率ｎを同様に変化させた際の、太陽光入射強度の入射角度依存性を表すグラフである。
【図８】（ａ）は、本発明の第２の実施形態による透明導光筐体の断面図、（ｂ）は、（ａ）に示すものより高さの高い第２の実施形態による透明導光筐体の断面図である。
【図９】（ａ）は、本発明の第３の実施形態による透明導光筐体の断面図、（ｂ）は、（ａ）に示す透明導光筐体に入射する太陽光の光路例を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明による透明導光筐体を実施するための形態について、説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態による透明導光筐体１の断面図である。
【００２３】
透明導光筐体１は、内周面１ａおよび外周面１ｂがそれぞれ半球状をした容器状をしている。内周面１ａは、筐体設置面２との間で外気を封止する半径ｒの空間３を形成する。筐体設置面２から上の空間３は内周面１ａによって完全に遮蔽される。この内周面１ａには、光電変換薄膜が周面に沿って直接形成される。本実施形態では、内周面１ａにＩＴＯ膜等からなる透明な下部電極層が形成された後、霧化された有機化合物が内周面１ａに噴霧される。この噴霧により、有機化合物が内周面１ａに塗布されて、有機薄膜が光電変換薄膜として下部電極層上に形成される。有機薄膜上にはさらにアルミニウム等が蒸着されて上部電極層が形成される。その後、上部電極層上に保護膜が形成されて、有機薄膜太陽電池素子が内周面１ａに形成される。
【００２４】
外周面１ｂは、所定の厚さｄを持って内周面１ａを覆い、外部空間との間を画する。内周面１ａと外周面１ｂとに囲まれた側壁部分１ｃは、所定の屈折率ｎを有するガラスや樹脂等の透光性材質からなる。
【００２５】
図２は、設置面積が同じで同じ有機薄膜からなる、透明導光筐体１の球面に上記のように形成された太陽電池と、平面に形成された太陽電池とに太陽光を入射した際における、太陽光の入射角度（deg.）と入射強度（Ｗ）との関係を示すグラフである。同グラフの横軸は入射角度（deg.）、縦軸は入射強度（Ｗ）を表す。また、円形のプロットで表される特性線２１は、透明導光筐体１の球面に形成された本実施形態による太陽電池の特性、菱形のプロットで表される特性線２２は、平面に形成された太陽電池の特性を表す。
【００２６】
各太陽電池の設置面積は直径５０ｍｍの円の面積とし、透明導光筐体１の外径は５０ｍｍ、内周面１ａの半径ｒは２０ｍｍ、側壁部分１ｃの厚さｄは５ｍｍ、屈折率ｎは１．５とした。平面に形成された太陽電池は設置面積の全体を受光面とした。また、太陽光は、水平線方向となす角度をθ（deg.）としたとき、日の出時のθ＝０°から、真昼の垂直入射時のθ＝９０°を経て、日の入り時の、日の出の反対方向のθ＝１８０°まで、一定の角速度で入射すると仮定した。また、計算には、光線追跡法の計算手法を用いた照明設計解析ソフトウエア「LightTools」を用いた。そして、各太陽電池の積算入射光量を積算入射強度（Ｗ・deg.）として計算したところ、以下の表１に示すように、球面に形成された太陽電池は３１８．２（Ｗ・deg.）、平面に形成された太陽電池は１９４．４（Ｗ・deg.）となった。
【表１】
2018121019.tif 000003
図２に示すグラフおよび表１に示す比較結果から、平面形の太陽電池に比べて球面形の太陽電池の方が光電変換効率が高く、積算照射量、したがって積算発電量が１．６倍増大することがわかる。
【００２７】
このような第１の実施形態による透明導光筐体１によれば、内周面１ａと外周面１ｂとの間に透光性材質によって形成される側壁部分１ｃがレンズ効果を奏し、外周面１ｂに入射して側壁部分１ｃを素通りしようとする光Ａ０が、図１に示すように側壁部分１ｃで屈折して屈折光Ａ１となり、透明導光筐体１の内周面１ａに形成される有機薄膜に入射する。
【００２８】
このため、狭い設置面積であってもより多くの光が有機薄膜に入射するようになり、平面に太陽電池素子膜を形成する場合や、従来の特許文献１に記載の発明のように有機薄膜を単に３次元曲面に形成する場合よりも、その光電変換効率は向上する。したがって、透明導光筐体１を複数並べて設置することで、大きな発電能力を備えた小面積の太陽電池を構成することができる。また、透明導光筐体１の内周面１ａが筐体設置面２との間で外気を封止する空間３を形成するため、従来の特許文献１に記載の発明のように、有機薄膜を挟んで封じ込める封止層やガスバリア層を形成する必要は無くなる。このため、有機薄膜からなる機能素子である有機薄膜太陽電池素子の低コスト化が図れる。
【００２９】
図３は、第１の実施形態の変形例による透明導光筐体１Ａの断面図である。なお、同図において図１と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００３０】
この変形例による透明導光筐体１Ａは、筐体縁部と筐体設置面２との当接面に光反射面１ｄが形成されている点だけが、上記の透明導光筐体１と相違する。この透明導光筐体１Ａによれば、筐体縁部と筐体設置面２との当接面に入射した光Ｂ０が光反射面１ｄで反射して反射光Ｂ１となり、当接面を抜け出ていく光Ｂ２が内周面１ａに形成された有機薄膜に入射するようになる。このため、より多くの光が有機薄膜に入射するようになり、その光電変換効率はさらに向上する。
【００３１】
図４は、光反射面１ｄを備えない第１の実施形態による透明導光筐体１に形成された有機薄膜に入射する太陽光の入射角度（deg.）と入射強度（Ｗ）との関係を示すグラフ、図５は、光反射面１ｄを備える本変形例による透明導光筐体１Ａに入射する太陽光の入射角度（deg.）と入射強度（Ｗ）との関係を示すグラフである。各グラフの横軸は入射角度（deg.）、縦軸は入射強度（Ｗ）を表す。また、円形のプロットで表される特性線２３，２３Ａは側壁部分１ｃの屈折率ｎが１．０、四角形のプロットで表される特性線２４，２４Ａは屈折率ｎが１．５、三角形のプロットで表される特性線２５，２５Ａは屈折率ｎが１．８のときの特性を表す。
【００３２】
この特性計算においても、太陽電池の設置面積は直径５０ｍｍの円の面積とし、各透明導光筐体１，１Ａの外径は５０ｍｍ、内周面１ａの半径ｒは２０ｍｍ、側壁部分１ｃの厚さｄは５ｍｍとした。また、太陽光は、上述した条件と同じ条件で照射されるものと仮定し、同じ計算手法で計算した。
【００３３】
この計算結果、第１の実施形態による透明導光筐体１に形成された有機薄膜に入射する太陽光の積算入射強度（Ｗ・deg.）は、以下の表２に示す値となった。
【表２】
2018121019.tif 000004
【００３４】
また、本変形例による透明導光筐体１Ａに形成された有機薄膜に入射する太陽光の積算入射強度（Ｗ・deg.）は、以下の表３に示す値となった。
【表３】
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【００３５】
図４，図５に示す各グラフおよび表２，表３に示す計算結果から、本変形例による透明導光筐体１Ａに形成された有機薄膜に入射する太陽光の積算入射強度（Ｗ・deg.）は、第１の実施形態による透明導光筐体１に形成された有機薄膜に入射する太陽光のものより大きいことが分かり、光反射面１ｄの有効性が確認された。
【００３６】
以下の表４は、本変形例による透明導光筐体１Ａの設置面積を外径５０ｍｍの一定に保ちながら、その内周面１ａの半径ｒおよび側壁部分１ｃの厚さｄを変化させた際の、積算入射強度（Ｗ・deg.）の屈折率依存性を示す。この屈折率ｎは、透明導光筐体１Ａを構成する側壁部分１ｃのものである。
【表４】
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【００３７】
ここで、太陽光は、上述した条件と同じ条件で照射されるものと仮定し、照射強度は単位面積当たり１０（Ｗ）として、上述した計算手法で計算した。表４において太字で示される数値は、各半径ｒにおける最大の積算入射強度を示している。つまり、最大の積算入射強度は、半径ｒ＝１０ｍｍ（ｄ＝１５ｍｍ）の場合には屈折率ｎ＝１．８のときに１８９．７（Ｗ・deg.）になり、半径ｒ＝１５ｍｍ（ｄ＝１０ｍｍ）の場合には屈折率ｎ＝１．７のときに３２７．６（Ｗ・deg.）、半径ｒ＝２０ｍｍ（ｄ＝５ｍｍ）の場合には屈折率ｎ＝１．４のときに３４３．５（Ｗ・deg.）、半径ｒ＝２４ｍｍ（ｄ＝１ｍｍ）の場合には屈折率ｎ＝１．１のときに３６１．３（Ｗ・deg.）になる。
【００３８】
図６は、半径ｒおよび厚さｄと屈折率ｎとのこれら値を使って、半径ｒに対する厚さｄの比（ｄ／ｒ）と屈折率ｎとの関係を表したグラフである。同グラフの横軸は比（ｄ／ｒ）、縦軸は屈折率ｎを表す。また、同グラフにおける、実線で折れ線の特性線２６は、上記の計算結果をそのまま表す。破線で曲線の特性線２７は、特性線２６をその近似曲線で表したものであり、次の近似式（１）で表される。
ｎ＝１．７３４６×（ｄ／ｒ）０．１４３５  …（１）
【００３９】
同グラフにおいて、屈折率ｎは１．１〜１．８の範囲、比（ｄ／ｒ）は０．０２〜１．５の範囲にあるが、屈折率ｎは比（ｄ／ｒ）との関係で次の式（２）の範囲に設定されるのが望ましい。
ｎ＝１．７３４６×（ｄ／ｒ）０．１４３５±０．２  …（２）
【００４０】
上記の式（２）から、透明導光筐体１Ａの半径ｒおよび厚さｄに応じて最適な屈折率ｎを定めることができる。同じ形状をした透明導光筐体１についても同様にして、最適な屈折率ｎを定めることができる。透明導光筐体１，１Ａの内周面１ａに形成される有機薄膜を保護する観点から、透明導光筐体１，１Ａの側壁部分１ｃには最低限の厚さｄが必要とされる。この最低限の厚さｄと、透明導光筐体１，１Ａの内周面半径ｒを定めることで、透光性材質の最適な屈折率ｎが上記の式（１），（２）によって算出される。
【００４１】
このため、透光性材質の光屈折率ｎを式（１）で表される傾向の特性を示すものに設定し、定めた厚さｄおよび内周面半径ｒを有する透明導光筐体１，１Ａを形成することで、透明導光筐体１，１Ａの設置面積を最小にして有機薄膜の光電変換効率を最大に設定することができる。すなわち、ドーム型をした透明導光筐体１，１Ａに形成された有機薄膜太陽電池では、側壁部分１ｃの厚さｄとその屈折率ｎの効果により、様々な方向からの入射光を限られた面積の受光面に効率よく導くことが可能になる。
【００４２】
表４は、透明導光筐体１Ａの設置面積を外径５０ｍｍの一定に保った際の、積算入射強度（Ｗ・deg.）の屈折率依存性を示したが、以下の表５は、透明導光筐体１Ａの設置面積を２倍の外径１００ｍｍの一定に保ちながら、その内周面１ａの半径ｒおよび側壁部分１ｃの厚さｄを変化させた際の、積算入射強度（Ｗ・deg.）の屈折率依存性を示す。なお、本計算では、太陽光の光線数を表４の計算時と同じ光線数にするため、太陽光の照射強度を単位面積当たり４０（Ｗ）にした。
【表５】
2018121019.tif 000007
【００４３】
上記の表５において、半径ｒに対する厚さｄの比（ｄ／ｒ）を表４の場合とほぼ同じとすると、太字で示す最大積算入射強度を呈する最適な屈折率ｎは、表４の場合と同じ値になることが分かる。すなわち、設置面積を外径５０ｍｍとした透明導光筐体１Ａと、設置面積を２倍の外径１００ｍｍとした透明導光筐体１Ａとは、半径ｒおよび厚さｄが相似する関係にあり、相似する関係にある透明導光筐体１Ａにおいては、比（ｄ／ｒ）に対する最適な屈折率ｎが一定となる。
【００４４】
以上の計算結果から、側壁部分１ｃの厚さｄが薄いほど、積算入射強度（Ｗ・deg.）、したがって積算発電量が大きい有機薄膜太陽電池を作れることが分かる。透明導光筐体１，１Ａの側壁部分１ｃに必要とされる最低限の厚さｄは、設置面積を外径５０ｍｍとした場合には、１〜５ｍｍ程度と考えられる。したがって、設置面積を外径５０ｍｍとした図１に示す透明導光筐体１について、側壁部分１ｃの厚さｄの値を１ｍｍと５ｍｍに固定し、屈折率ｎを変化させた際の、入射光量特性について考察する。
【００４５】
図７（ａ）は、設置面積を外径５０ｍｍとした透明導光筐体１について、側壁部分１ｃの厚さｄを１ｍｍに固定し、屈折率ｎを１．２，１．５，１．６，１．７，１．８と変化させた際の、入射強度（Ｗ）の入射角度依存性を表すグラフ、図７（ｂ）は、側壁部分１ｃの厚さｄを５ｍｍに固定し、屈折率ｎを同様に変化させた際の、入射強度（Ｗ）の入射角度依存性を表すグラフである。各グラフの横軸は入射角度（deg.）、縦軸は入射強度（Ｗ）を表す。また、円形のプロットで表される特性線２８，２８Ａは屈折率ｎが１．２、四角形のプロットで表される特性線２９，２９Ａは屈折率ｎが１．５、三角形のプロットで表される特性線３０，３０Ａは屈折率ｎが１．６、菱形のプロットで表される特性線３１，３１Ａは屈折率ｎが１．７、点線に円形のプロットで表される特性線３２，３２Ａは屈折率ｎが１．８のときの特性を表す。
【００４６】
また、以下の表６は、設置面積を外径５０ｍｍとした透明導光筐体１について、側壁部分１ｃの厚さｄの値を１ｍｍと５ｍｍに固定し、屈折率ｎを同様に変化させた際の、積算入射強度（Ｗ・deg.）の屈折率依存性を表す。
【表６】
2018121019.tif 000008
【００４７】
以上の計算結果から、設置面積を外径５０ｍｍとした透明導光筐体１について、側壁部分１ｃの厚さｄを１ｍｍに固定した場合には、屈折率ｎ＝１．２が最適であり、側壁部分１ｃの厚さｄを５ｍｍに固定した場合には、屈折率ｎ＝１．５が最適であることが分かった。
【００４８】
図８（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の実施形態による透明導光筐体１１Ａ，１１Ｂの断面図である。なお、同図において図３と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。第２の実施形態による透明導光筐体１１Ａ，１１Ｂは、外周面１ｂが、有機薄膜が形成される内周面１ａとの間で、筐体設置面２から離れるにしたがって側壁部分１ｃの厚さｄを増す楕円状をしている。厚さｄは、筐体設置面２との当接面で最小の厚さｄ０になっている。
【００４９】
図８（ａ）に示す透明導光筐体１１Ａは、内周面１ａが半径ｒ＝２０ｍｍの半球状をし、最小厚さｄ０＝５ｍｍである。外周面１ｂは、短径が２５ｍｍ、長径の１／２に相当する高さＨが３０ｍｍの半楕円球状をしている。また、図８（ｂ）に示す透明導光筐体１１Ｂは、外周面１ｂが高さＨ＝４０ｍｍの半楕円球状をしている点を除き、図８（ａ）に示す透明導光筐体１１Ａと同じ形状をしている。
【００５０】
第２の実施形態による透明導光筐体１１Ａ，１１Ｂによれば、外周面１ｂに入射する光Ｃ０，Ｄ０は、筐体設置面２から離れる外周面１ｂに入射するほど大きな屈折角で内周面１ａ側に屈折する屈折光Ｃ１，Ｄ１になる。したがって、筐体上部の空間を通って行き、有機薄膜に入射しなかった光Ｃ２，Ｄ２が、厚く形成された側壁部分１ｃで捉えられて有機薄膜に入射するようになる。このため、厚さｄが大きな側壁部分１ｃによるレンズ効果によって有機薄膜への導光性が増し、第１の実施形態の変形例による透明導光筐体１Ａより多くの光が有機薄膜に入射するようになり、その光電変換効率はさらに向上する。
【００５１】
以下の表７は、上記の各透明導光筐体１１Ａ，１１Ｂについて、屈折率ｎを１．２〜１．６まで０．１ずつ変化させた際の、積算入射強度（Ｗ・deg.）の屈折率依存性を表す。
【表７】
2018121019.tif 000009
【００５２】
第１の実施形態の変形例による透明導光筐体１Ａでは、同じ半径ｒ＝２０ｍｍ、厚さｄ＝５ｍｍのときの最大積算入射強度は、表４に示されるように、屈折率ｎ＝１．４のときの３４３．５（Ｗ・deg.）であった。しかし、本実施形態による透明導光筐体１１Ａでは、表７に示されるように、屈折率ｎ＝１．３のときに３６５．６（Ｗ・deg.）、透明導光筐体１１Ｂでは、屈折率ｎ＝１．５のときに３８７．１（Ｗ・deg.）となり、いずれも透明導光筐体１Ａよりも大きな最大積算入射強度が得られた。
【００５３】
このように外周面１ｂを半楕円球状とすることで、最大積算入射強度が大きくなることが確認された。Ｈ＝３０ｍｍの透明導光筐体１１Ａでは、外周面１ｂの形状が比較的半球面に近いため、最適な屈折率ｎも半球面での屈折率ｎ＝１．４に近い値になっている。Ｈ＝４０ｍｍの透明導光筐体１１Ｂでは、側壁部分１ｃの厚さｄが厚く、屈折による有機薄膜への集光効果がフレネル損失よりも大きいため、より大きな屈折率ｎが最適値となっている。
【００５４】
以下の表８は、上記の各透明導光筐体１１Ａ，１１Ｂの半径ｒが２４ｍｍ、最小厚さｄ０が１ｍｍの場合に、屈折率ｎを１．１〜１．６まで０．１ずつ変化させた際の、積算入射強度（Ｗ・deg.）の屈折率依存性を表す。
【表８】
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【００５５】
第１の実施形態の変形例による透明導光筐体１Ａでは、同じ半径ｒ＝２４ｍｍ、厚さｄ＝１ｍｍのときの最大積算入射強度は、表４に示されるように、屈折率ｎ＝１．１のときの３６１．３（Ｗ・deg.）であった。しかし、上記寸法の透明導光筐体１１Ａでは、表８に示されるように、屈折率ｎ＝１．１のときに３７７．４（Ｗ・deg.）、透明導光筐体１１Ｂでは、屈折率ｎ＝１．３のときに４００．８（Ｗ・deg.）となっている。したがって、上記の半径ｒ＝２０ｍｍ、厚さｄ＝５ｍｍのときと同様、いずれも第１の実施形態の変形例による透明導光筐体１Ａよりも大きな最大積算入射強度が得られる。
【００５６】
また、表８でＨ＝３０ｍｍの透明導光筐体１１Ａでは、最適な屈折率ｎが、表４に示される半球面での屈折率ｎ＝１．１と同じ値になっている。表８でＨ＝４０ｍｍの透明導光筐体１１Ｂでは、より大きな値の屈折率ｎ＝１．３が最適値となっている。
【００５７】
なお、ここでは、外周面１ｂが楕円状をしている場合について説明したが、外周面１ｂが放物線状をしている場合にも、同様な作用効果が奏される。
【００５８】
図９（ａ）は、本発明の第３の実施形態による透明導光筐体１２の断面図である。なお、同図において図３と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。第３の実施形態による透明導光筐体１２は、外周面１ｂが、筐体設置面２に近づくに連れて曲面の曲率が増して、有機薄膜が形成される内周面１ａとの間で厚さｄを減らす形状をしている。厚さｄは、筐体設置面２との当接面で最小の厚さｄ０になっている。
【００５９】
第３の実施形態の透明導光筐体１２によれば、図９（ｂ）に示すように、外周面１ｂに入射する光Ｅ０，Ｆ０は、筐体設置面２により近い外周面１ｂに入射するほど、大きな屈折角で内周面１ａ側に屈折する屈折光Ｅ１，Ｆ１になる。したがって、筐体縁部と筐体設置面２との当接面に形成される光反射面１ｄで跳ね返って有機薄膜に入射しなかった光Ｅ２，Ｆ２が、有機薄膜に入射するようになる。また、光反射面１ｄが形成されていない場合には、筐体縁部と筐体設置面２との当接面から抜けて行き、有機薄膜に入射しなかった光が、有機薄膜に入射するようになる。このため、第１の実施形態による透明導光筐体１より多くの光が有機薄膜に入射するようになり、その光電変換効率はさらに向上する。
【００６０】
なお、第２の実施形態の透明導光筐体１１Ａ，１１Ｂにおいても、筐体設置面２に近づくに連れて外周面１ｂの曲面の曲率が増して、内周面１ａとの間で厚さｄが減る形状とすることで、第３の実施形態の透明導光筐体１２と同様な作用効果が奏され、より多くの光が有機薄膜に入射するようになり、その光電変換効率はさらに向上する。
【００６１】
また、上述した第２の実施形態および第３の実施形態による透明導光筐体１１Ａ，１１Ｂおよび１２において、光反射面１ｄは必ずしも設けなくてもよく、光反射面１ｄが無くてもその光電変換効率は向上する。
【００６２】
また、上述した各透明導光筐体１，１Ａ，１１Ａ，１１Ｂおよび１２は、内周面１ａに形成される光電変換薄膜が有機薄膜から成り、狭い設置面積であってもより多くの光を有機薄膜に取り込める。このため、室内光や微弱光に対する光電変換効率の低下が少ない有機薄膜の特性を最大限に活かしながら、有機薄膜からなる太陽電池素子の低コスト化を図ることが可能になる。
【００６３】
また、上述した各透明導光筐体１，１Ａ，１１Ａ，１１Ｂおよび１２は、内周面１ａに光電変換薄膜として必ずしも有機薄膜を形成する必要は無い。例えば、内周面１ａにシリコン薄膜を形成してシリコン太陽電池としてもよい。このような構成によっても上記の各実施形態および変形例と同様な作用効果が奏される。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
上述した各実施形態および変形例において、透明導光筐体１，１Ａ，１１Ａ，１１Ｂおよび１２の各内部空間３の筐体設置面２に電子回路を形成することで、内周面１ａに形成される太陽電池をこの電子回路の電源とすることができる。したがって、各透明導光筐体１，１Ａ，１１Ａ，１１Ｂおよび１２を独立して動作する１個の電子機器にすることができる。
【００６５】
また、上述した各実施形態および変形例では、透明導光筐体１，１Ａ，１１Ａ，１１Ｂおよび１２の各内周面１ａに形成する光電変換薄膜を受光素子とし、内周面１ａを受光面として、この受光面に外部空間から入射する光をあまねく導く構成とした場合について、説明した。しかし、内周面１ａに形成する光電変換薄膜を発光素子とし、内周面１ａを発光面として、この発光面から出射する光を外部空間へ広範囲に導く構成にすることもできる。例えば、内周面１ａの発光面から赤外光を出射して、部屋内に設置された通信機器と赤外線通信を行うようにすることができる。この場合、内部空間３の筐体設置面２に温度や湿度などを計測する電子回路を形成し、部屋内に設置された空調機器と赤外線通信することで、最適な空調制御を行ったりすることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１，１Ａ，１１Ａ，１１Ｂ，１２…透明導光筐体
１ａ…内周面
１ｂ…外周面
１ｃ…側壁部分
１ｄ…光反射面
２…筐体設置面
３…空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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