(57)【要約】【課題】本発明は、発電効率を大幅に上昇させることができる太陽電池を提供することを目的とする。【解決手段】太陽電池ユニット（１）であって、中空の内部空間を形成する内壁面を備えた壁部材（１２、１３）と、壁部材（１２、１３）を開口した第１開口部（１１）と、第１開口部に外光を集光する集光部（７）と、壁部材（１２、１３）で形成された内部空間に配置され、第１開口部（１１）から内部空間に入射した光の波長を変換する波長変換部（１４）と、壁部材（１２、１３）の内壁面に形成され、波長変換部（１４）で波長変換された光を反射する光反射面（１７）と、光反射面（１７）で反射した光を受光する受光面を備えた光電変換素子（６）と、を有する。【選択図】図３
2015023227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の内部空間を形成する内壁面を備えた壁部材と、
前記壁部材を開口した第１開口部と、
前記第１開口部に外光を集光する集光部と、
前記内部空間に配置され、前記第１開口部から前記内部空間に入射した光の波長を変換する波長変換部と、
前記内壁面に形成され、前記波長変換部で波長変換された光を反射する光反射面と、
前記光反射面で反射した光を受光する受光面を備えた光電変換素子と、
を有することを特徴とする太陽電池ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池ユニットであって、
前記波長変換部は、
光透過性を有する樹脂層と、
前記樹脂層中に分散され、前記第１開口部から前記内部空間に入射した光のうちの所定波長の光を前記所定波長より長波長の光に変換する波長変換材料と、
を有することを特徴とする太陽電池ユニット。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の太陽電池ユニットであって、
前記第１開口部の配置位置とは異なる位置で前記壁部材を開口した第２開口部を有していること
を特徴とする太陽電池ユニット。
【請求項４】
請求項３に記載の太陽電池ユニットであって、
前記光電変換素子は、
前記第２開口部に配置されていること
を特徴とする太陽電池ユニット。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の太陽電池ユニットであって、
前記波長変換部と前記光電変換素子との間に断熱部が配置されていること
を特徴とする太陽電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池ユニットに関し、特に、集光型太陽電池と波長変換型太陽電池を組み合わせた太陽電池ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題やエネルギー問題への意識の高まりから、太陽光や太陽熱、あるいは水力や風力を利用した再生可能エネルギーに注目が集まっている。その中でも、最も注目されているものの一つに、太陽光を利用した太陽光発電による再生可能エネルギーがある。太陽光発電には、太陽電池ユニットが用いられている。従来、太陽電池ユニットとして、集光型太陽電池を用いたものや波長変換型太陽電池を用いたもの、およびこれらを組み合わせた太陽電池ユニットが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６６８９０号公報
【特許文献２】特開２００３−１７４１８３号公報
【特許文献３】特開２０１１−１１９７７２号公報
【特許文献４】特開２０１１−１８１８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の集光型太陽電池と波長変換型太陽電池を組み合わせた太陽電池ユニットでは、発電効率を大幅に上昇させることはできなかった。
【０００５】
本発明の目的は、発電効率を大幅に上昇させることができる太陽電池ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、
中空の内部空間を形成する内壁面を備えた壁部材と、
前記壁部材を開口した第１開口部と、
前記第１開口部に外光を集光する集光部と、
前記内部空間に配置され、前記第１開口部から前記内部空間に入射した光の波長を変換する波長変換部と、
前記内壁面に形成され、前記波長変換部で波長変換された光を反射する光反射面と、
前記光反射面で反射した光を受光する受光面を備えた光電変換素子と、
を有することを特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【０００７】
上記本発明の太陽電池ユニットであって、
前記波長変換部は、
光透過性を有する樹脂層と、
前記樹脂層中に分散され、前記第１開口部から前記内部空間に入射した光のうちの所定波長の光を前記所定波長より長波長の光に変換する波長変換材料と、
を有することを特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【０００８】
上記本発明の太陽電池ユニットであって、
前記所定波長の光は、波長が４００ｎｍから７００ｎｍまでの光であり、
前記長波長の光は、波長が５００ｎｍから１０００ｎｍまでの光であること
を特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【０００９】
上記本発明の太陽電池ユニットであって、
前記光反射面は、
銀またはアルミニウムのいずれかで形成されていること
を特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【００１０】
上記本発明の太陽電池ユニットであって、
前記第１開口部の配置位置とは異なる位置で前記壁部材を開口した第２開口部を有していること
を特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【００１１】
上記本発明の太陽電池ユニットであって、
前記光電変換素子は、
前記第２開口部に配置されていること
を特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【００１２】
上記本発明の太陽電池ユニットであって、
前記光電変換素子は、
前記第２開口部に対して前記波長変換部の反対側に配置されていること
を特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【００１３】
上記本発明の太陽電池ユニットであって、
前記第１開口部は、
光透過性部材が配置されていること
を特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【００１４】
上記本発明の太陽電池ユニットであって、
前記壁部材は、
箱状または半球状のいずれかの形状を有すること
を特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【００１５】
上記本発明の太陽電池ユニットであって、
前記波長変換部と前記光電変換素子との間に断熱部が配置されていること
を特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【００１６】
上記本発明の太陽電池ユニットであって、
前記断熱部は、
空気層を有すること
を特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【００１７】
上記本発明の太陽電池ユニットであって、
前記断熱部は、
前記空気層に外気を流通させる空気流通口を有すること
を特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【００１８】
上記本発明の太陽電池ユニットであって、
前記壁部材の外壁面に放熱部材が配置されていること
を特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【００１９】
上記本発明の太陽電池ユニットであって、
前記放熱部材は、
アルミニウムまたは銅のいずれかで形成され、複数のフィンを有すること
を特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【００２０】
上記本発明の太陽電池ユニットであって、
前記光電変換素子の前記受光面の面積は、
前記第２開口部の開口面の面積より小さいこと
を特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【００２１】
上記本発明の太陽電池ユニットであって、
前記第２開口部と前記光電変換素子との間に配置され、光を導光する導光空間部と、
前記第２開口部の周囲と前記光電変換素子の前記受光面の周囲を結び、前記導光空間部を囲んで形成され、前記導光空間部に導光された光を反射させる導光用反射面と、
を有することを特徴とする太陽電池ユニットであってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、発電効率を大幅に上昇させた太陽電池ユニットを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による太陽電池ユニット１の概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール５および光電変換素子６の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール５および光電変換素子６の概略断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール５の変形例１の斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール５の変形例２の斜視図である。
【図６】比較例としての太陽電池ユニット１０１の概略断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール２１および光電変換素子６の概略断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール３１および光電変換素子６の概略断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール４１および光電変換素子４４の斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール４１および光電変換素子４４の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態による太陽電池ユニット１について図１〜図６を用いて説明する。なお、以下の全ての図面においては、理解を容易にするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせて図示している。
【００２５】
本実施の形態による太陽電池ユニット１は、集光型太陽電池と波長変換型太陽電池を組み合わせた太陽電池ユニットである。
集光型太陽電池は、太陽光をレンズなどで集光することで、光電変換素子を小型化してコストを大幅に削減できるため、開発が盛んに行われている（例えば特許文献１参照。）。しかし、レンズ集光型太陽電池は、小型の光電変換素子に大量の太陽光を照射するので、光電変換素子の温度が上昇し、発電効率が低下してしまう。そのため、レンズ集光型太陽電池においては、光電変換素子の温度上昇低減が課題となっている（例えば特許文献２参照。）。また、太陽電池は、通常１０年以上太陽光の下に常に晒されることから、高い耐久性が求められている。しかし、光電変換素子が高温の状態が長時間続くと、光電変換素子の寿命が短くなってしまうという問題がある。
また、単結晶シリコンなど現在実用化されている太陽電池は、青色光より短波長の光の発電効率が低いことが知られている。このため、波長変換型太陽電池については、短波長の光を、赤色光などに波長変換して元々発電に寄与しない波長の光を発電に有効利用する方法が知られている（例えば特許文献３参照。）。
上記の光電変換素子の温度上昇の原因は、電気エネルギーとして取り出せない光の余剰エネルギーにある。特に、光の波長が短いほど、その光は、光電変換素子のバンドギャップに相当するエネルギーと比較して余剰のエネルギーを持つ。この余剰エネルギーを低減させるために、集光型太陽電池と波長変換型太陽電池を組み合わせた太陽電池ユニットについて、波長変換材料がエネルギーの高い短波長の光を長波長に変換し、光電変換素子の温度上昇を低減する方法が知られている（例えば特許文献４参照。）。
【００２６】
図１は、本実施の形態による太陽電池ユニット１を、集光レンズ２の光軸を含む平面で切断した概略断面図である。太陽電池ユニット１は、波長変換モジュール５と、波長変換モジュール５に形成された開口部に外光を集光する集光部７（集光レンズ２、支持枠３および集光空間部４）と、波長変換モジュール５の内部空間に入射された外光が射出される、波長変換モジュール５の上記開口部とは異なる位置に形成された開口部に取り付けられた光電変換素子６とを有している。
【００２７】
集光部７は、集光レンズ２、支持枠３および集光空間部４を有している。支持枠３は、波長変換モジュール５と集光レンズ２とを対向配置した状態で、集光レンズ２の全周を囲んで、集光レンズ２を支持している。支持枠３の内部は、集光空間部４が形成されている。
【００２８】
太陽電池ユニット１は、集光レンズ２を通して外光を取り入れ、支持枠３により形成された集光空間部４を通して波長変換モジュール５に外光を集光する。集光された外光は、波長変換モジュール５の内部空間に入射され、入射された入射光の一部は所定の波長に変換され、波長変換されない光とともに隣接する光電変換素子６に射出され、発電が行われる。
【００２９】
ここで、集光部７で集光された外光が、効率良く光電変換素子６に射出されるように、集光レンズ２の焦点を結ぶ位置（焦点距離）と、波長変換モジュール５に形成された開口部とが重なるように、集光レンズ２と波長変換モジュール５とを配置することが好ましい。
【００３０】
図１は、断面図であるため、支持枠３が集光空間部４の両側に位置しているが、実際は集光空間部４を囲うように支持枠３が設置されている。支持枠３の形状は、例えば円錐形でもよいし、四角錐型でもよい。
【００３１】
集光レンズ２の形成材料として、ガラス、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂などを用いることができる。これら以外にも、太陽光を透過する材料であれば集光レンズ２の形成材料として用いることができる。集光レンズ２の屈折率は１．５以上であることが好ましい。また、集光レンズ２は、太陽光を集光する機能があれば、凸レンズでなくてもよく、フレネルレンズや回折レンズでもよい。
【００３２】
支持枠３は、金属やプラスチックなど集光レンズ２を固定できる強度の材料を用いることが好ましい。また、太陽光下に置かれて、温度が上昇しても、集光レンズ２と波長変換モジュール５の位置がずれないように、熱膨張係数が小さい材料を用いることが好ましい。支持枠３の熱膨張係数は、具体的には、金属と同等の２０．０×１０−６／Ｋ以下であればよい。さらに好ましくは屋外に置いても腐食しにくい材質が好ましい。具体的には、支持枠３に用いる材料としてステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）などが挙げられる。
【００３３】
次に、図２および図３を用いて、波長変換モジュール５と光電変換素子６の構成について説明する。図２は、波長変換モジュール５と光電変換素子６を斜め上方から見た斜視図である。図３は、図２のＡ−Ａ線であって、集光レンズ２の光軸を含む平面で切断した波長変換モジュール５と光電変換素子６の概略断面を示している。
【００３４】
図２および図３に示すように、波長変換モジュール５は直方体の外観形状を有している。波長変換モジュール５は、中空の内部空間を形成する内壁面を備えた壁部材１２、１３と、壁部材１２を開口した第１開口部（光取り込み口）１１と、内部空間に配置され、第１開口部１１から内部空間に入射した光の波長を変換する波長変換部１４と、壁部材１２、１３の内壁面に形成され、波長変換部１４で波長変換された光を反射する光反射面１７と、第１開口部１１の配置とは異なる位置で壁部材１２、１３を開口した第２開口部１８とを有している。光電変換素子６は、波長変換モジュール５の第２開口部１８に取り付けられている。波長変換部１４は、保持材１５と波長変換材料１６とを有している。
【００３５】
本実施形態による波長変換モジュール５は、壁部材１２、１３の内壁面に形成された光反射面１７を有するので、波長変換した光を、高い効率（高い光取り出し効率）で光電変換素子６に射出させることができる。その結果、太陽電池ユニット１の発電効率を大幅に上昇させることができる。さらに、図１〜図３に示すように光電変換素子６の大きさを、元々の光が到来した面積（集光レンズ２の面積）よりも、小さくすることもできる。
【００３６】
光電変換素子６は、波長変換部１４から入射された光を使って電流を発生することができる。光電変換素子６の形成材料を選択することにより、単結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、ＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物半導体太陽電池、量子ドット太陽電池、有機薄膜太陽電池などを製造することができる。また発電効率向上のため、複数の種類の太陽電池を用いるタンデム構造とすることもできる。
【００３７】
次に、波長変換モジュール５の各構成要素について、図１〜図３を用いて詳細に説明する。壁部材１２は、波長変換モジュール５において外光が到来する面に位置し、第１開口部１１が壁部材１２の中央部に形成されている。また、壁部材１２の内壁面に、光反射面１７が形成されている。光反射面１７は、壁部材１２の内壁面に金属膜を蒸着するか、壁部材１２の内壁面に金属層を設け、当該金属層の表面を研磨して形成することができる。光反射面１７を形成する金属材料は、例えば銀またはアルミニウムを用いることができる。光反射面１７を形成する金属材料に銀またはアルミニウムを用いれば、光反射効率を上昇させることができ、発電効率をさらに上昇させることができる。なお、第１開口部１１は、壁面が形成されていないので光反射面１７は形成されていない。
【００３８】
第１開口部１１は、壁部材１２を開口して形成され、集光レンズ２で集光された外光が、波長変換部１４の内部に入るように、透明の材料で構成することが好ましい。具体的には、光透過性の樹脂で構成されることが好ましい。このように、太陽電池ユニット１は、第１開口部１１が光透過性の樹脂で構成されるので、波長変換部１４への入射効率を上昇させることができ、発電効率をさらに上昇させることができる。図３に示すように、第１開口部１１は、壁部材１２の中央部に位置していることが好ましいが、必ずしも中央部ではなくてもよく、集光レンズ２により集光された光が、波長変換部１４の内部に入るのであれば、壁部材１２上のいかなる位置に開口されてもよい。また、第１開口部１１に光透過性部材を配置せずに単に壁部材１２に穴を開けたものでもよい。
【００３９】
また、第１開口部１１に配置する光透過性部材に用いる樹脂材料としては、例えば、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ブチラール樹脂、ポリシリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、メラニン樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルヒドリン、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、芳香族スルホンアミド樹脂、ユリア樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルケトン、ナイロン、ポリスチレン、メラミンビーズ、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリＭＢＳ、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、テトラフルオロエチレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。
【００４０】
壁部材１３は中空の柱状に形成されている。本実施態様による壁部材１３は、両端が開放された中空の正四角柱状に形成されている。壁部材１３の一方の開放端には、当該開放端の形状に倣う正方形の平板状に形成された壁部材１２が固定されている。壁部材１２の正方形平板のほぼ中央部に第１開口部１１が開口されている。壁部材１２と壁部材１３とで箱状の壁部材が構成される。箱状の壁部材１２、１３は、内側に中空の内部空間を形成するとともに光反射面１７となる内壁面を有している。壁部材１３の他方の開放端は、第２開口部１８となっており、光電変換素子６が固定されている。また、光電変換素子６は、第２開口部１８に対して波長変換部１４の反対側に配置されていることが好ましい。このように、太陽電池ユニット１は、壁部材１２、１３の内壁面に光反射面１７が形成されているので、光電変換素子６方向への光取り出し効率を上昇させることができる。
【００４１】
光反射面１７は、壁部材１３の内壁面に金属膜を蒸着するか、壁部材１３の内壁面に金属層を設け、当該金属層の表面を研磨して形成することができる。光反射面１７を形成する金属材料は、例えば銀またはアルミニウムを用いることができる。このような太陽電池ユニットであれば、光反射面１７の光反射効率をさらに上昇させることができるため好ましい。また、蒸着する場合の基材は、支持枠３と同様に、温度が上昇しても位置がずれないように、熱膨張係数が小さい材料が好ましい。壁部材１３の熱膨張係数は、具体的には、金属と同等の２０．０×１０−６／Ｋ以下であればよい。さらに好ましくは屋外に置いても腐食しにくい材質が好ましい。具体的には、壁部材１３に用いる材料としてステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）などが挙げられる。また、図３に示すように、壁部材１３の内壁面は壁部材１２側から第２開口部１８側に向かって広がるテーパー形状に形成してもよい。こうすることにより、壁部材１３の内壁面の光反射面１７に入射した光を第２開口部１８側に反射させ易くなるので光電変換素子６に向かう光の量を増加させ易くなる。なお、第２開口部１８には、壁面が形成されていないので、光反射面１７は形成されていない。
【００４２】
壁部材１２、１３および光電変換素子６とで形成される内部空間には第１開口部１１から内部空間に入射した光の波長を変換する波長変換部１４が配置されている。
【００４３】
波長変換部１４は、波長変換材料１６と、その波長変換材料１６が分散した状態を保持するための保持材１５で構成される。波長変換部１４は、外光を波長変換材料１６で波長変換した後、光電変換素子６に波長変換後の光を入射させる。このような太陽電池ユニット１であれば、波長変換された外光を効率よく光電変換素子６へ射出することができる。
【００４４】
波長変換部１４は、波長変換材料１６を用いて、外光の波長変換を行うが、この場合、例えば、緑色から紫外光の波長域の光を、赤色光または近赤外光に変換する。
【００４５】
保持材１５は、光透過性を有することが好ましく、特に、光透過性樹脂であることが好ましい。また、光透過性樹脂材料としては、第１開口部１１の樹脂材料として例に挙げたものと同じものを用いることができる。ただし、第１開口部１１と保持材１５の材料は、必ずしも同じものでなくてもよい。
【００４６】
波長変換材料１６は、無機化合物の無機蛍光体と、有機分子の有機蛍光体のどちらを用いてもよいが、太陽光に長時間晒されることから、温度特性、耐光性、耐久性に優れる無機蛍光体を用いるのがより好ましい。
【００４７】
波長変換材料１６で波長変換された光の発光方位は等方性を有しており、光電変換素子６に直接到達する光よりも、壁部材１２、１３の内壁面に形成された光反射面１７で反射される光の方が多い。また、波長変換材料１６で波長変換された光が、他の波長変換材料１６で散乱もしくは波長変換される場合もあるが、いずれの場合にも、本実施形態によれば、波長変換材料１６に吸収される光以外は、壁部材１２、１３で複数回反射されたとしても、波長変換モジュール５の外へ光が放出されることなく最終的には光電変換素子６の方向に射出される。
【００４８】
本実施の形態およびそれ以降の実施形態において、青色光は、波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満、緑色光は、波長が５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満、赤色光は、波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ未満の光を指すものとする。また本実施の形態において、発電効率を示す単位にＩＰＣＥ（Ｉｎｃｉｄｅｎｔ  Ｐｈｏｔｏｎ  ｔｏ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を用いる。ＩＰＣＥは、光電変換素子に入射したフォトン１個あたりの、電流として取り出せる電子の個数を示す。
【００４９】
次に、波長変換材料１６の発光波長の選択基準について述べる。光電変換素子６のＩＰＣＥは、光電変換素子６のバンドギャップに相当する波長より短波長であれば高い。ここで、「バンドギャップに相当する波長」とは、バンドギャップと同じエネルギーを持つフォトンの波長のことをいう。具体的には、エネルギーＥ（ｅＶ）に対して波長は１２４０／Ｅ（ｎｍ）で表される。本願では、エネルギーと波長はこの関係を持つものとする。
【００５０】
しかし、ＩＰＣＥは、光電変換素子６のバンドギャップに相当する波長よりわずかに短い波長で、急激に低下するため、波長変換材料１６の発光波長は、ＩＰＣＥが低下する波長より短い波長であることが必要である。一方で、エネルギーが高い光を入射させると、発電に寄与しない余分なエネルギーが光電変換素子６の温度上昇を起こしてしまうので、波長変換材料１６の発光波長は、できるだけ長波長であることが望ましい。これら二つの相反する条件を合わせると、波長変換材料１６の発光波長は、ＩＰＣＥが低下する波長より短い波長であり、かつ長波長であるほど好ましいことになる。最適な波長は、ＩＰＣＥが低下する波長よりわずかに短い波長である。
【００５１】
以下に、一例として単結晶シリコンを光電変換素子６に用いた場合の、波長変換材料１６の発光波長の選択方法を述べる。単結晶シリコンのＩＰＣＥは、入射する光の波長が、５００ｎｍ以下では８０％以下で、５００ｎｍから１０００ｎｍの範囲で常に８０％以上あり、１０００ｎｍより長波長ではＩＰＣＥが急激に低下することが一般的に知られている。このような太陽電池ユニットであれば、光電変換素子６の温度上昇を防ぐことができ、発電効率をさらに上昇させることができる。
【００５２】
取り出す電子の持つエネルギーは、入射光の波長に関係なく一定となるため、光電変換素子６に入射する光の波長は、１０００ｎｍより短波長であれば、余分なエネルギーが小さくなるように長波長であるほど好ましい。
【００５３】
すなわち、発光波長が５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の発光であることが好ましいが、より好ましくは、赤色光または波長が１０００ｎｍ以下の赤外光であればよく、より好ましくは、波長が１０００ｎｍ以下の赤外光であればよい。
【００５４】
発光波長が赤色光の場合、光電変換素子６に入射する光のエネルギーと電流として取り出すエネルギーの差が大きく、そのエネルギー差が光電変換素子６の中で熱エネルギーとなるので、波長が１０００ｎｍ以下の赤外光と比較すると、光電変換素子６の温度上昇を引き起こす可能性が高くなってしまう。
【００５５】
波長変換材料１６は、紫外光から青色光の波長域の少なくとも一部を吸収して緑色発光する無機蛍光体として、例えば、β−ｓｉａｌｏｎ：Ｅｕ２＋、（ＢａＭｇ）Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ２＋、（ＳｒＢａ）Ａｌ１２Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、（ＢａＭｇ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ３＋、Ｔｂ３＋、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７−Ｓｒ２Ｂ２Ｏ５：Ｅｕ２＋、（ＢａＣａＭｇ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２Ｓｉ３Ｏ８−２ＳｒＣｌ２：Ｅｕ２＋、Ｚｒ２ＳｉＯ４、ＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｃｅ３＋、Ｔｂ３＋、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、（ＢａＳｒ）ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋等が挙げられるが、これに限られるものではない。
【００５６】
また、紫外光から青色光の波長域の少なくとも一部を吸収して緑色発光する有機蛍光体として、クマリン系色素：２，３，５，６−１Ｈ、４Ｈ−テトラヒドロ−８−トリフロメチルキノリジン（９，９ａ、１−ｇｈ）クマリン（クマリン１５３）、３−（２’−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、３−（２’−ベンゾイミダゾリル）−７−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノクマリン（クマリン７）、１０−（ベンゾチアゾール−２−イル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−［１］ベンゾピラノ［６，７，８−ｉｊ］キノリジン−１１−オン（クマリン５４５）、クマリン５４５Ｔ、クマリン５４５Ｐ、ナフタルイミド系色素：ベーシックイエロー５１、ソルベントイエロー１１、ソルベントイエロー９８、ソルベントイエロー１１６、ソルベントイエロー４３、ソルベントイエロー４４、ペリレン系色素：ルモゲンイエロー、ルモゲングリーン、ソルベントグリーン５、フルオレセイン系色素、アゾ系色素、フタロシアニン系色素、アントラキノン系色素、キナクリドン系色素、イソインドリノン系色素、チオインジゴ系色素、ジオキサジン系色素等が挙げられるが、これに限られるものではない。
【００５７】
波長変換材料１６は、紫外光から緑色光の少なくとも一部を吸収して赤色発光する無機蛍光体として、例えば、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、ＹＡｌＯ３：Ｅｕ３＋、Ｃａ２Ｙ２（ＳｉＯ４）６：Ｅｕ３＋、ＬｉＹ９（ＳｉＯ４）６Ｏ２：Ｅｕ３＋、ＹＶＯ４：Ｅｕ３＋、Ｇｄ２Ｏ３：Ｅｕ３＋、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ３＋、Ｍｇ４ＧｅＯ５．５Ｆ：Ｍｎ４＋、Ｍｇ４ＧｅＯ６：Ｍｎ４＋、Ｋ５Ｅｕ２．５（ＷＯ４）６．２５、Ｎａ５Ｅｕ２．５（ＷＯ４）６．２５、Ｋ５Ｅｕ２．５（ＭｏＯ４）６．２５、Ｎａ５Ｅｕ２．５（ＭｏＯ４）６．２５、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、ＳｒＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、ＣａＳ：Ｅｕ２＋、ＳｒＳ：Ｅｕ２＋、ＣａＳｅ：Ｅｕ２＋、ＳｒＳｅ：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、Ｂａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２Ｓｉ３Ｏ２Ｎ４：Ｅｕ２＋等が挙げられるが、これに限られるものではない。
【００５８】
また、紫外光から緑色光の少なくとも一部を吸収して赤色発光する有機蛍光体として、シアニン系色素：４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチルリル）−４Ｈ−ピラン、ピリジン系色素：１−エチル−２−［４−（ｐ−ジメチルアミノフェニル）−１，３−ブタジエニル］−ピリジニウム−パークロレート（ピリジン１）、及びキサンテン系色素：ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、ローダミン３Ｂ、ローダミン１０１、ローダミン１１０、ベーシックバイオレット１１、スルホローダミン１０１、ベーシックバイオレット１１、ベーシックレッド２、ペリレン系色素：ルモゲンオレンジ、ルモゲンピンク、ルモゲンレッド、ソルベントオレンジ５５、オキサジン系色素、クリセン系色素、チオフラビン系色素、ピレン系色素、アントラセン系色素、アクリドン系色素、アクリジン系色素、フルオレン系色素、ターフェニル系色素、エテン系色素、ブタジエン系色素、ヘキサトリエン系色素、オキサゾール系色素、クマリン系色素、スチルベン系色素、ジ−およびトリフェニルメタン系色素、チアゾール系色素、チアジン系色素、ナフタルイミド系色素、アントラキノン系色素等が挙げられるが、これに限られるものではない。
【００５９】
波長変換材料１６は、紫外光から赤色光の少なくとも一部を吸収して赤外発光する無機蛍光体として、例えば、Ｃｒ３＋、Ｍｎ２＋、Ｙｂ３＋、Ｓｍ２＋、Ｆｅ３＋、Ｐｒ３＋のいずれかを絶縁体に賦活した蛍光体が挙げられる。具体的には、ＹＡｌＯ３：Ｃｒ３＋、ＬａＡｌＯ３：Ｃｒ３＋、ＧｄＡｌＯ３：Ｃｒ３＋、Ａｌ２Ｏ３：Ｃｒ３＋、ＢａＦＣｌ：Ｓｍ２＋、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ３＋、ＹＡＧ：Ｃｅ３＋Ｙｂ３＋が挙げられるが、これに限られるものではない。
【００６０】
また、紫外光から赤色光の少なくとも一部を吸収して赤外発光する有機蛍光体として、例えば、シアニン系色素：Ｎ，Ｎ’−（ジプロピル）−テトラメチル−インドジカルボシアニン（Ｃｙ５）、アレクサフルオール色素：アレクサ６４７、ボディピイ、ピロロピロール系色素、テリレン系色素、クアテリレン系色素等が挙げられるが、これに限られるものではない。
【００６１】
なお、波長変換部１４内に複数の種類の波長変換材料１６を分散させてもよい。例えば、青色光を吸収して赤色光の発光を示すＳｒＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋と赤色光を吸収して赤外光を放出するＡｌ２Ｏ３：Ｃｒ３＋を混合したものを波長変換材料１６としてもよい。
【００６２】
また、波長変換材料１６は、必要に応じて表面改質処理が施されていてもよい。表面改質処理の方法としては、シランカップリング剤等の化学的処理によるものや、サブミクロンオーダーの微粒子等の添加による物理的処理によるもの、これらの併用によるもの等が挙げられる。
【００６３】
また、励起光による劣化、発光による劣化等の安定性を考慮すると、波長変換材料１６として無機系蛍光体材料を使用することが好ましい。
【００６４】
波長変換材料１６として無機系蛍光体材料を用いる場合には、無機系蛍光体材料の平均粒径（ｄ５０）が、０．５〜５０μｍであることが好ましい。無機系蛍光体材料の平均粒径が０．５μｍ以上であれば、蛍光体の発光効率が急激に低下してしまうことはなく、５０μｍ以下であれば、困難なく平坦化膜を形成することができるので、波長変換部１４と光電変換素子６との間に空隙（屈折率：１．０）ができることがなく、太陽光を効率よく光電変換素子６に入射させることができる。
【００６５】
本実施形態によれば、上記のような構成とすることで、集光レンズ２で集光した外光を波長変換した後、高効率（光取り出し効率）で光電変換素子６に射出することができる。これにより低エネルギーの光を入射させることで、発電に寄与しない余分なエネルギーを光電変換素子６に与えるのを避け、光電変換素子６の温度上昇を防ぐことができる。同時にＩＰＣＥの低い短波長の光をＩＰＣＥの高い長波長の波長領域に変換し、かつ波長変換され、等方向に発光する光の大部分を、壁部材１２、１３の内壁面に形成された光反射面１７で反射させることにより、効率よく光電変換素子６に入射させることができるので、さらに発電効率を高めることができる。また同時に、光電変換素子６の大きさを、元々の光が到来した面積（集光レンズ２の面積）よりも、小さくすることで、コスト削減ができる。
【００６６】
また、光電変換素子６のＩＰＣＥは、緑色光、赤色光、および波長１０００ｎｍ以下の赤外光で同等である。緑色光を赤色光に波長変換することで、入射フォトンあたりのエネルギーを減らして光電変換素子６の温度上昇を低減することができる。さらに、本実施形態によれば、上述のように、最終的には波長変換後の光が光電変換素子６に射出されるので、波長変換後の光の損失よりも、温度上昇低減による発電量の向上が大きくなるので、発電効率を大幅に上昇させた太陽電池ユニットを実現することができる。
【００６７】
また、低エネルギーの光を入射させたとしても、取り出す電気エネルギーは電子１個当たりで同じなので、高エネルギーの光よりＩＰＣＥが同程度の低エネルギーの光を光電変換素子６に入射させることで、光電変換素子６の温度上昇を防ぐことができる。
【００６８】
さらに、光電変換素子６が、長期間にわたって高温になるのを避けることで、太陽電池ユニット１全体の寿命を長くすることができる。
【００６９】
特に、集光レンズ２は、従来のレンズ集光型太陽電池と異なり、第１開口部１１のサイズを小型化することに寄与している。図１に示すように、集光レンズ２で太陽光を小さな範囲に集めて、集光レンズ２の焦点を結ぶ位置（焦点距離）と、波長変換モジュール５に形成された開口部とが重なるように配置することで、壁部材１２の中で第１開口部１１が占める面積割合を小さくすることができる。これにより、波長変換部１４に入射した外光（太陽光）が、再び第１開口部１１から逃げてしまうことを最小限に抑えて、波長変換部１４から光電変換素子６へ高効率（光取り出し効率）で射出することに寄与している。
【００７０】
従来のレンズ集光型太陽電池では、集光レンズは、「光電変換素子の小型化」という効果は有しているが、本実施の形態による構成とすることで、集光レンズ２は、波長変換部１４の光取り出し効率向上に寄与し、結果的に、「温度上昇の低減」と「波長変換による（光電変換素子に入射するフォトン１個あたりの）発電効率向上」という、従来例とは異質な効果を有している。
【００７１】
（太陽電池ユニット１の製造方法）
次に、図１に示す太陽電池ユニット１の製造方法の一例について、以下に説明する。本実施例では、集光レンズ２として直径１０ｃｍの光学凸レンズを用い、支持枠３としてアクリル樹脂を用いる。アクリル樹脂を、底面が集光レンズ２と同じ大きさ、形の円錐状（中は空洞）に加工して支持枠３を成形する。ここで、当該円錐は、支持枠３の底面に集光レンズ２を固定したときに、集光レンズ２の焦点が当該円錐の頂点近傍となる傾斜角を持つようにする。その後、円錐状の支持枠３の頂点を直径３ｍｍの穴が空くように切断する。
アクリル樹脂で壁部材１２、１３を成形して、内壁面にアルミニウムを蒸着する。ここで、壁部材１２は、１０ｍｍ四方の正方形とし、壁部材１３は、深さ５ｍｍ・底面１０ｍｍ四方の容器となるように成形する。波長変換部１４は、粉末状のＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋（波長変換材料１６に相当）をエポキシ樹脂（保持材１５に相当）内に分散させたものを、壁部材１２、１３で構成された容器内に入れて、重合開始剤として芳香族スルホニウム塩を用いてエポキシ樹脂を硬化させる。次に、壁部材１２中央部に作成した円錐の頂点部分が入るように穴（第１の開口部１１に相当）を空け、空けた穴に当該円錐の頂点部分を差し込み固定する。最後に、１０ｍｍ四方の結晶シリコン光電変換素子（光電変換素子６に相当）を壁部材１３の第２開口部１８に取り付ける。
このようにして製造した太陽電池ユニット１は、直径２０ｃｍの集光レンズ２内に入射した光を、最終的に１０ｍｍ四方の結晶シリコン光電変換素子に集光することで、結晶シリコン太陽電池を小型化すると共に、波長変換部１４で電気に変化されないエネルギーを先に吸収し、余分なエネルギーを取り去った光を、効率よく結晶シリコン太陽電池に吸収させることができる。したがって、高効率の集光と熱失活の防止を両立することができ、ひいては太陽電池の発電量を増加させることができる。
【００７２】
（変形例１）
図４は、本実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール５の変形例１の斜視図である。本実施形態の太陽電池ユニット１の波長変換モジュール５は、製造プロセスの簡易化のため、図１〜図３に示すように平坦な反射面を有する箱型としているが、図４に示す波長変換モジュール５１のように半球状にしてもよい。また、半球の壁部材１２、１３の一部（好ましくは最上部）に第１開口部１１を設け、波長変換モジュール５１の内部に波長変換部１４（不図示）を設けてもよい。半球状にすることにより、波長変換部１４で反射または波長変換された光が、波長変換モジュール５１の下方の第２開口部１８に配置された光電変換素子（不図示）側に反射（射出）され易くなるという利点を有する。
（変形例２）
図５は、本実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール５の変形例２の斜視図である。図５に示す波長変換モジュール５２は、図１〜図３に示す本実施形態による波長変換モジュール５と図４に示す変形例１の波長変換モジュール５１の双方の長所を兼ね備えた構造になっている。波長変換モジュール５２は、第１開口部１１を有する壁部材１２が平坦であるため、製造プロセスが簡易であり、さらに壁部材１３は、波長変換モジュール５２と同様に下方の第２開口部１８に配置された光電変換素子（不図示）側に反射（射出）され易くなるという利点を有する。
【００７３】
（比較例）
図６は比較例としての太陽電池ユニット１０１の概略断面図である。まず、本実施形態の集光方式を用いた太陽電池ユニット１との差異を明確にするために、従来の集光型太陽電池の構成、作用について説明する。
【００７４】
図６に示した太陽電池ユニットは、波長変換型太陽電池とレンズ集光型太陽電池を単純に組み合わせた構成を持つ太陽電池ユニットである。
【００７５】
従来の集光型太陽電池ユニット１０１は、太陽光を集光レンズ１０２で集光した光を、波長変換モジュール１１４に入射させ、波長変換モジュール１１４下部に設けた光電変換素子１０６に波長変換後の光もしくは波長変換モジュール１１４の透過光（波長変換されなかった光）を入射させる。
【００７６】
第１の実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール５によれば、波長変換材料１６で波長変換された光は、等方的に発光する（即ち、どの方向に対しても等しいエネルギーで光を放射する）ため、光電変換素子６に直接到達する光よりも、壁部材１２、１３の内壁面に形成された光反射面１７で反射される光の方が多い。また、波長変換材料１６で波長変換された光が、他の波長変換材料１６で散乱もしくは波長変換される場合もあるが、いずれの場合にも、波長変換材料１６に吸収される光以外は、壁部材１２、１３で複数回反射されたとしても、最終的には光電変換素子６の方向に射出される。その結果、発電効率を大幅に上昇させた太陽電池ユニットを実現することができる。
【００７７】
これに対し、従来の集光型太陽電池ユニット１０１は、太陽電池ユニット１の波長変換モジュール５のように、壁部材１２、１３（および壁部材１２、１３の内壁面に形成された光反射面１７）を有していないので、波長変換材料である蛍光体が分散された波長変換モジュール１１４に、外光が入射した場合には、波長変換された光の５０％以上が波長変換モジュール１１４の外に放出されてしまって光電変換素子１０６に入射することができない。その結果、発電効率を大幅に上昇させた太陽電池ユニットを実現することができない。
【００７８】
また、従来の太陽電池ユニット１０１では、緑色光をより長波長の光に変換しても発電量を向上させることはできなかった。光電変換素子１０６のＩＰＣＥは、緑色光、赤色光、および波長１０００ｎｍ以下の赤外光で同等である。緑色光を赤色光に波長変換することで、入射フォトンあたりのエネルギーを減らすことにより、光電変換素子１０６の温度上昇を低減できるものの、従来の太陽電池ユニット１０１では、上述のように、波長変換後の光の半分以上が光電変換素子１０６に入射されないため、温度上昇低減による発電量の向上よりも、波長変換後の光の損失が大きくなってしまい、緑色光を波長変換することで、発電量を逆に低下させてしまっていた。同様のことは赤色光を波長１０００ｎｍ以下の赤外光に変換する場合にも当てはまる。
【００７９】
従来の太陽電池ユニット１０１では、光電変換素子６の温度上昇を低減させることができても、太陽電池ユニットの発電効率を大幅に上昇させることはできなかった。
【００８０】
［第２の実施の形態］
図７は、本発明の第２の実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール２１および光電変換素子６の概略断面図である。図７を用いて、本実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール２１と光電変換素子６の構成について説明する。波長変換モジュール２１以外の太陽電池ユニット１の構成は、第１の実施形態と同じなので、説明を省略する。
【００８１】
波長変換モジュール２１は、直方体の外観形状を有しており、第１開口部（光取り込み口）１１、壁部材１２、１３、波長変換部１４、保持材１５、波長変換材料１６、光反射面１７、第２開口部１８および断熱部２２を有している。光電変換素子６は、波長変換モジュール５の第２開口部１８に取り付けられており、断熱部２２は、波長変換部１４と光電変換素子６との間に配置されている。このように、太陽電池ユニット１は、波長変換部１４と光電変換素子６との間に断熱部２２を有するので、波長変換部１４から光電変換素子６への熱伝導を大幅に小さくすることができるので、光電変換素子６を低温に保つことができ、光電変換素子６の発電効率を上昇させることができる。その結果、太陽電池ユニット１全体の発電効率を高めることができる。
【００８２】
波長変換モジュール２１は、断熱部２２を有していることを特徴とし、断熱部２２を有していること以外の構成は、第１の実施の形態の波長変換モジュール５と同じなので、断熱部２２以外の説明を省略する。
【００８３】
断熱部２２は、波長変換部１４から光電変換素子６に入射される光を透過する一方で、熱伝導率の低い材料であることが望ましい。例えば、断熱部２２の外壁を光透過性の材料で囲み、中に空気・窒素などの気体を封入することで、光透過性と低熱伝導性を確保してもよい。また断熱部２２を真空にしてより断熱効果を高めてもよい。光透過性の材料は、例えば、ガラス、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ブチラール樹脂、ポリシリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、メラニン樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルヒドリン、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、芳香族スルホンアミド樹脂、ユリア樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルケトン、ナイロン、ポリスチレン、メラミンビーズ、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリＭＢＳ、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、テトラフルオロエチレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。また、断熱部２２は、外壁を光透過性の材料で囲むのではなく、壁部材１３を貫通させた外気が流通できる空気流通口を有するものでもよい。
【００８４】
［第３の実施の形態］
図８は、本発明の第３の実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール３１および光電変換素子６の概略断面図である。図８を用いて、本実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール３１と光電変換素子６の構成について説明する。波長変換モジュール３１以外の太陽電池ユニット１の構成は、第１の実施形態と同じなので、説明を省略する。
【００８５】
波長変換モジュール３１は、直方体の外観形状を有しており、第１開口部（光取り込み口）１１、壁部材１２、１３、波長変換部１４、保持材１５、波長変換材料１６、光反射面１７、第２開口部１８、断熱部２２および放熱部材３２を有している。光電変換素子６は、波長変換モジュール３１の第２開口部１８に取り付けられており、断熱部２２は、波長変換部１４と光電変換素子６との間に配置されている。また、放熱部材３２は、壁部材１３の外壁面に配置されている。このように、太陽電池ユニット１は、波長変換部１４からの熱を、放熱部材３２を用いて放出することができるので、効率よく光電変換素子６を低温に保つことができ、光電変換素子６の発電効率を上昇させることができる。
【００８６】
本実施形態の波長変換モジュール３１は、壁部材１３の外壁面に接するように配置された放熱部材３２を有する。波長変換モジュール３１は、放熱部材３２を有していることを特徴とし、放熱部材３２以外の構成は、第２の実施形態の波長変換モジュール２１と同じなので、説明を省略する。放熱部材３２は、熱伝導率が高い材料、例えば、アルミニウムや銅で構成された多数のフィンを有する構造が好ましい。このような太陽電池ユニットであれば、効率よく波長変換部１４の熱を外に放出でき、光電変換素子６の発電効率をさらに上昇させることができる。なお、図８および本実施形態では、第２の実施形態の波長変換モジュール２１に放熱部材３２を有した形態について説明するが、第１の実施形態の波長変換モジュール５に放熱部材３２を有した形態においても同様に適用できる。
【００８７】
また、波長変換部１４の熱を効率よく放熱部材３２に伝えるため、壁部材１３も熱伝導率が高い材料でできていることが望ましい。熱伝導率が高い材料としては、アルミニウムや銅を用いることが好ましい。
【００８８】
本実施形態の波長変換モジュール３１は、光電変換素子６だけでなく、波長変換部１４の温度の上昇を防ぐことができる。その結果、光電変換素子６の発電効率の上昇を実現することができるとともに、波長変換部１４の波長変換材料１６における波長変換効率のさらなる上昇を実現することができ、ひいては、本実施形態に係る太陽電池ユニット１全体の発電効率を高めることができる。
【００８９】
［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態による太陽電池ユニット１の波長変換モジュール４１と光電変換素子４４の構成について、図９および図１０を用いて説明する。図９は、波長変換モジュール４１を斜め上方から見た斜視図である。図１０は、図９のＢ−Ｂ線であって、集光レンズ２の光軸を含む平面で切断した波長変換モジュール４１と光電変換素子４４の概略断面を示している。波長変換モジュール４１以外の太陽電池ユニット１の構成は、第１の実施形態と同じなので、説明を省略する。
【００９０】
図９および図１０に示すように、波長変換モジュール４１は、直方体の外観形状を有している。波長変換モジュール４１は、第１開口部１１、壁部材１２、１３、波長変換部１４、保持材１５、波長変換材料１６、光反射面１７、第２開口部４５、導光空間部４２、および導光用反射面４３を有する。
【００９１】
光電変換素子４４は、第２開口部４５に対して波長変換部１４の反対側に配置されている。また、光電変換素子４４の受光面の面積は、第２開口部４５の開口面の面積より小さい。このように、太陽電池ユニット１は、コストの高い光電変換素子４４を小型化できるので経済性に優れている。さらに、光を導光する導光空間部４２は、第２開口部４５と前記光電変換素子４４との間に配置され、導光空間部４２に導光された光を反射させる導光用反射面４３は、第２開口部４５の周囲と光電変換素子４４の受光面の周囲を結び、導光空間部４２を囲んで形成されることが好ましい。このように、太陽電池１ユニットは、導光空間部４２と導光用反射面４３とを有することにより、光電変換素子４４に入射される光量を保ちながら、コストの高い光電変換素子４４を小さくすることができるので、経済性に優れるものとなる。
【００９２】
なお、図１０は第１から第３の実施形態のうち代表して第１の実施形態について説明するが、第２、第３の実施形態においても同様に適用できる。
【００９３】
本実施形態の波長変換モジュール４１は、導光空間部４２、および導光用反射面４３を有することを特徴の一つとし、波長変換モジュール４１の構成部材である第１開口部１１、壁部材１２、１３、波長変換部１４、保持材１５、波長変換材料１６、光反射面１７は、第１の実施形態の波長変換モジュール５の構成部材である第１開口部１１、壁部材１２、１３、波長変換部１４、保持材１５、波長変換材料１６、光反射面１７と同じであるので、これらについての説明は省略する。
【００９４】
導光用反射面４３は、壁部材１２と同様に、波長変換部１４の内壁面に光反射面を形成する。光反射面は、壁部材１２と同様に金属膜を蒸着するか、金属の層の表面を研磨して形成してもよい。金属材料としては、例えば銀またはアルミニウムを用いることができる。
【００９５】
光電変換素子４４は、実施の形態１と同じ材料を用いることができ、本実施の形態の構成とすることで、効率よく外光を光電変換素子４４に射出することができるので、光電変換素子４４のさらなる小型化を実現することができる。
【００９６】
光電変換素子４４は、太陽電池ユニット１全体の中でも最もコストが高い部分の一つであるため、本構成を用いることで、光電変換素子４４に入射される光量を保ちながら、発電量を変えずに太陽電池ユニット１全体のコスト低減をすることができる。
【００９７】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
上記実施の形態では波長変換モジュール５の壁部材１３は中空の正四角柱状に形成されているが、これに限られない。例えば、壁部材１３は、中心軸に直交する断面の形状が、三角形、多角形、円、または楕円となる中空柱状であってもよい。また、壁部材１３はシームレス（継ぎ目なし）に形成されていてもよいし、壁部材１３を複数部分で構成し、それら部分を接着、融着、溶接等で組み合わせて作製してもよい。また、壁部材１２と壁部材１３とを一体的に作製してもよいし、壁部材１２と壁部材１３と別個に形成して、それら部分を接着、融着、溶接等で組み合わせて作製してもよい。
【００９８】
上記実施の形態では光電変換素子６が取り付けられる第２開口部１８を中空柱状の壁部材１３の他方の開放端に設けているが、本発明はこれに限られない。壁部材１３の柱状の他方開放端を壁部材１３の一部分として閉鎖して、例えば壁部材１３の柱状の側壁部に光電変換素子６が固定される第２開口部１８を設けてもよいし、壁部材１３には第２開口部１８を設けずに壁部材１２に第２開口部１８を設けて、当該第２開口部１８に光電変換素子６を取り付けてもよい。こうすることにより、第１開口部１１から壁部材１２、１３で形成された内部空間に入射した外光が光電変換素子６に到達するまでの波長変換部１４の見かけの距離を１．５〜２倍程度に延ばすことができるので、外光をより多く波長変換材料１６に照射させることができる。
【００９９】
なお、上述の各実施例に記載されている技術的特徴（構成要件）は相互に組合せ可能であり、組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【０１００】
上記実施の形態による太陽電池ユニットは、例えば以下のように表現される。
【０１０１】
（付記１）
中空の内部空間を形成する内壁面を備えた壁部材１２、１３と、
壁部材１２、１３を開口した第１開口部１１と、
第１開口部１１に外光を集光する集光部７と、
内部空間に配置され、第１開口部１１から内部空間に入射した光の波長を変換する波長変換部１４と、
内壁面に形成され、波長変換部１４で波長変換された光を反射する光反射面１７と、
光反射面１７で反射した光を受光する受光面を備えた光電変換素子６と、
を有することを特徴とする太陽電池ユニット。
【０１０２】
上記太陽電池ユニットは、太陽電池の発電効率を大幅に上昇させることができる。
【０１０３】
（付記２）
付記１に記載の太陽電池ユニットであって、
波長変換部１４は、
光透過性を有する樹脂層と、
前記樹脂層中に分散され、第１開口部１１から前記内部空間に入射した光のうちの所定波長の光を前記所定波長より長波長の光に変換する波長変換材料１６と、
を有することを特徴とする太陽電池ユニット。
【０１０４】
上記太陽電池ユニットは、波長変換された外光を効率よく光電変換素子６へ射出することができる。
【０１０５】
（付記３）
付記２に記載の太陽電池ユニットであって、
所定波長の光は、波長が４００ｎｍから７００ｎｍまでの光であり、
長波長の光は、波長が５００ｎｍから１０００ｎｍまでの光であること
を特徴とする太陽電池ユニット。
【０１０６】
上記太陽電池ユニットは、光電変換素子６の温度上昇を防ぐことができ、発電効率をさらに上昇させることができる。
【０１０７】
（付記４）
付記１から３までのいずれか一項に記載の太陽電池ユニットであって、
光反射面１７は、
銀またはアルミニウムのいずれかで形成されていること
を特徴とする太陽電池ユニット。
【０１０８】
上記太陽電池ユニットは、光反射面１７の光反射効率を上昇させることができ、発電効率をさらに上昇させることができる。
【０１０９】
（付記５）
付記１から４までのいずれか一項に記載の太陽電池ユニットであって、
第１開口部１１の配置位置とは異なる位置で前記壁部材を開口した第２開口部１８、４５を有していること
を特徴とする太陽電池ユニット。
【０１１０】
上記太陽電池ユニットによれば、第２開口部１８、４５に光電変換素子６を配置できる。
【０１１１】
（付記６）
付記５に記載の太陽電池ユニットであって、
光電変換素子６は、
第２開口部１８に配置されていること
を特徴とする太陽電池ユニット。
【０１１２】
上記太陽電池ユニットによれば、壁部材１２、１３で形成された内部空間に波長変換部１４の配置領域を十分に確保できる。
【０１１３】
（付記７）
付記５に記載の太陽電池ユニットであって、
光電変換素子６は、
第２開口部１８に対して波長変換部１４の反対側に配置されていること
を特徴とする太陽電池ユニット。
【０１１４】
上記太陽電池ユニットは、発電効率をさらに上昇させることができる。
【０１１５】
（付記８）
付記１から７までのいずれか一項に記載の太陽電池ユニットであって、
第１開口部１１は、
光透過性部材が配置されていること
を特徴とする太陽電池ユニット。
【０１１６】
上記太陽電池ユニットは、波長変換部１４への入射効率を上昇させることができ、発電効率をさらに上昇させることができる。
【０１１７】
（付記９）
付記１から８までのいずれか一項に記載の太陽電池ユニットであって、
壁部材１２、１３は、
箱状または半球状のいずれかの形状を有すること
を特徴とする太陽電池ユニット。
【０１１８】
上記太陽電池ユニットは、容易に確実に光電変換素子６へ外光を射出させることができる。
【０１１９】
（付記１０）
付記１から９までのいずれか一項に記載の太陽電池ユニットであって、
波長変換部１４と光電変換素子６との間に断熱部２２が配置されていること
を特徴とする太陽電池ユニット。
【０１２０】
上記太陽電池ユニットは、波長変換部１４から光電変換素子６への熱伝導を大幅に小さくし、光電変換素子６を低温に保つことで、光電変換素子６の発電効率の低下を防ぐことができる。
【０１２１】
（付記１１）
付記１０に記載の太陽電池ユニットであって、
断熱部２２は、
空気層を有すること
を特徴とする太陽電池ユニット。
【０１２２】
上記太陽電池ユニットは、波長変換部１４から光電変換素子６への熱伝導を大幅に小さくすることができるので、光電変換素子６を低温に保つことができ、光電変換素子６の発電効率を上昇させることができる。さらに、経済性にも優れている。
【０１２３】
（付記１２）
付記１１に記載の太陽電池ユニットであって、
断熱部２２は、
空気層に外気を流通させる空気流通口を有すること
を特徴とする太陽電池ユニット。
【０１２４】
上記太陽電池ユニットは、波長変換部１４から光電変換素子６への熱伝導を大幅に小さくすることができるので、光電変換素子６を低温に保つことができ、光電変換素子６の発電効率を上昇させることができる。さらに、経済性にも優れている。
【０１２５】
（付記１３）
付記１から１２までのいずれか一項に記載の太陽電池ユニットであって、
壁部材１２、１３の外壁面に放熱部材３２が配置されていること
を特徴とする太陽電池ユニット。
【０１２６】
上記太陽電池ユニットは、波長変換部１４から光電変換素子６への熱伝導を大幅に小さくし、光電変換素子６を低温に保つことで、光電変換素子６の発電効率の低下をさらに防ぐことができる。
【０１２７】
（付記１４）
付記１３に記載の太陽電池ユニットであって、
放熱部材３２は、
アルミニウムまたは銅のいずれかで形成され、複数のフィンを有すること
を特徴とする太陽電池ユニット。
【０１２８】
上記太陽電池ユニットは、アルミニウムまたは銅は熱伝導率が高いので、効率よく波長変換部１４の熱を外に放出でき、発電効率をさらに上昇させることができる。
【０１２９】
（付記１５）
付記７に記載の太陽電池ユニットであって、
光電変換素子４４の受光面の面積は、
第２開口部４５の開口面の面積より小さいこと
を特徴とする太陽電池ユニット。
【０１３０】
上記太陽電池ユニットは、コストの高い光電変換素子４４を小さくすることができるので、経済性に優れている。
【０１３１】
（付記１６）
付記１５に記載の太陽電池ユニットであって、
第２開口部４５と光電変換素子４４との間に配置され、光を導光する導光空間部４２と、
第２開口部４５の周囲と光電変換素子４４の受光面の周囲を結び、導光空間部４２を囲んで形成され、導光空間部４２に導光された光を反射させる導光用反射面４３と、
を有することを特徴とする太陽電池ユニット。
【０１３２】
上記太陽電池ユニットは、導光空間部４２と導光用反射面４３とを有することにより、光電変換素子４４に入射される光量を保ちながら、コストの高い光電変換素子４４を小さくすることができるので、経済性に優れるものとなる。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明は、集光型太陽電池と波長変換型太陽電池を組み合わせた太陽電池ユニットにおいて広く利用可能である。
【符号の説明】
【０１３４】
１、１０１  太陽電池ユニット
２、１０２  集光レンズ
３、１０３  支持枠
４、１０４  集光空間部
５、２１、３１、４１、５１、５２、１１４  波長変換モジュール
６、４４、１０６  光電変換素子
１１  第１開口部
１２、１３  壁部材
１４  波長変換部
１５  保持材
１６  波長変換材料
１７  光反射面
１８、４５  第２開口部
２２  断熱部
３２  放熱部材
４２  導光空間部
４３  導光用反射面
【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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【図１０】
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