(57)【要約】【課題】球状の太陽電池の寿命を高め、且つ集光率を高めると共に、寿命に基づく総合的な効率を高めることを目的としている。また、太陽電池の本来の目的である効率の高いエネルギーの創生に加えて、太陽電池に美観を与えることによって、アクセサリー性や宝飾性を付与することをも目的としている。【解決手段】球状の石英もしくは水晶１０２の内部に球状の太陽電池１０１を封じ込んで、太陽電池１０１の電極線１０３を側面から引きだして構成し、電極線１０３表面を白金等の金属でコーティングを施すと共に、太陽電池１０１を挿入した穴１１３を樹脂１１２，１０８によって封止することを手段としている。【選択図】図１
0003140702.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
光透過性無機材料の略球体もしくは略楕円体の中心もしくは焦点位置に太陽電池を配置し、樹脂で前記太陽電池を封じ込んで構成したことを特徴とする太陽電池モジュール
【請求項２】
前記太陽電池が球状であり、前記光透過性無機材料の略球体もしくは略楕円体の中心もしくは焦点位置を通る穴に挿入され、前記穴が樹脂によって封止され、前記太陽電池の電極が前記前記光透過性無機材料の外部に引き出されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール
【請求項３】
前記太陽電池モジュールの複数個がフレキシブルな導電線によって接続されていることを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の太陽電池モジュール
【請求項４】
前記フレキシブルな導電線は、一部もしくは全部がコイル状に巻かれた金属線であることを特徴とする請求項３記載の太陽電池モジュール
【請求項５】
前記光透過性無機材料がガラス、水晶もしくは石英、ホワイトカルサイト、トパーズ、スピネル、トルマリン、クンツァイト、ダイヤモンド、ジルコニア、サファイヤのいずれかであることを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の太陽電池モジュール
【請求項６】
前記略球体もしくは略楕円体の光透過性無機材料の一部球面が金属もしくは半導体でコーティングされていることを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の太陽電池モジュール
【請求項７】
前記略球体もしくは略楕円体の光透過性無機材料の一部球面をコーティングする金属もしくは半導体はチタンもしくはゲルマニュームであることを特徴とする請求項６記載の太陽電池モジュール
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、太陽電池に関するものであり、特にアクセサリー性をより強調した美観に富む球状もしくは楕円状の太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自然エネルギーを化石エネルギーの代替として利用するために、風力、太陽、地熱、波浪等を利用する多くの試みがなされて来た。特に近年の地球温暖化に対する危惧が広く知られるにあたり、次第に自然エネルギーへの期待が大きくなってきている。しかしながら、自然から得られるエネルギーは一般にエネルギーの密度が低く、石油等と同等のエネルギーを得るためには大きな設備や面積が必要になり、高額の初期コストが必要になるため、化石エネルギー代替と呼ぶにふさわしいエネルギー源はまだ現れていないのが現状である。
【０００３】
太陽電池は、多くの研究費用が投入され、各所で研究が継続的に行われているため、今後数１０年の内には非常に効率の高いものが現れ、人類の主要なエネルギー源となるのではないかと期待されているが、現在の所、エネルギーコストとしては他のエネルギーと比較して最も高いというのが現状である
【０００４】
従来、シリコン系の太陽電池は単結晶、多結晶、アモルファスの全ての材料の状態で用いられてきた。現在商用として用いられている材料は、時計等屋内用で低コストを要求される場合にはアモルファスシリコンが用いられ、補助エネルギー源として、家屋の屋根等に取り付けて屋外で用いる場合には、多くは多結晶シリコンが使われている。
【０００５】
単結晶シリコンは、多結晶シリコンやアモルファスシリコンに比べると、太陽光の変換効率が高いが、現在の所ウエハーベースでしか供給されないことから、設置面積やコスト的な観点から、補助エネルギーとしては主流にはなっていない。
【０００６】
しかしながら、近年単結晶シリコンの融液を、真空又はガスを入れたチューブ内をゆっくり落下させながら冷却し、半導体融液の表面張力の作用で球状体に凝固させて結晶化させ、球状に形成した太陽電池を形成するという提案がなされた。（特許文献１）
【０００７】
この球状の太陽電池は単結晶であることから、効率が高く、従来の様に平板状ではないため、ただ屋根等に貼り付けて設置するだけでなく、新しい発想に基づく配置が可能であり、現在までにその配置等に関し、特許文献２、特許文献３、特許文献４のごとき様々な方法が提案されてきている。
【０００８】
特許文献２では蜂の巣状に形成した複数の多角形の中央に球状の太陽電池を配置し、上面にポリカーボネート等の投光性保護シートを配置して固定し、面状に太陽光を集光する方法を提案している。また特許文献３では、複数の列状に配列した球形の太陽電池を光透過性のポリカーボネイト等の合成樹脂製のチューブに埋設状に収容する方法が提案されている。また特許文献４においては半球状の樹脂製の集光部材の内部に球形の太陽電池を複数個配置する方法が提案されている。
【０００９】
しかしながら、この様な構造は、球状の太陽電池を保護し、集光するために樹脂を用いており、美的および宝飾性価値は著しく低いと言わざるを得ない。
【００１０】
また、現在までに考えられているこれら球状の太陽電池の配置構成は、主として従来の平板形状の太陽電池の市場と同じ補助エネルギー源を狙ったものであり、大量の太陽光を如何に集光するかと言う点に重きが置かれ、アクセサリー性や装飾性が欠如していると思われる。
【００１１】
ところで、近年の電子器機は省電力が目標とされ、多くの機能が数ｍＷ程度で十分作動する様になってきた。しかしながら、それらの電子器機を稼働させるために、大量の乾電池やボタン電池が用いられ、これらの電池の製造時および廃棄時に大きなエネルギーを必要とし、地球環境を劣化させるという問題がある。これらの電子器機を長期間に渡って、太陽電池によって生み出されたエネルギーでまかなうことができれば、電池製造と廃棄に伴う膨大なエネルギーを削減できる。
【００１２】
太陽電池が従来の様に、単なる電子器機に付随するエネルギー源としての用途でしかないなら、長期間使えるという利点はあるが、その他は電池と同程度の付加価値しかないことになる。しかしながら、もし太陽電池に美観的要素を加え、アクセサリー性や宝飾性が付与され、エネルギー創成と一体化することができれば、エネルギー源としての価値に宝飾性としての価値が加わり、従来とは異なった応用展開が可能になると考えられる。
【特許文献１】特許第３２３１２４４号公報
【特許文献２】特許第３４９０９６９号公報
【特許文献３】特開２００１−１６８３６９号公報
【特許文献４】特開２００５−２１７３５７号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【００１３】
本考案は、上記の様な状況に鑑みてなされたものであり、太陽電池の本来の目的である効率の高いエネルギーの創生に加えて、太陽電池に美観を与えることによって、アクセサリー性や宝飾性を付与することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記のような目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは略球状もしくは楕円体状の光透過性無機材料の中心もしくは焦点位置に球状の太陽電池を設置し、樹脂で封じこんで構成し、特に球状の太陽電池が略球状もしくは楕円体状の光透過性無機材料の中心もしくは焦点位置を通る穴に挿入されていることを手段としている。また、太陽電池の電極線をこの略球状もしくは楕円体状の光透過性無機材料の側面から引きだし、その引きだした太陽電池モジュールの複数個を、バネもしくはコイル状とした金属線にて接続することも手段とした。
【００１５】
この光透過性無機材料は、ガラス、水晶もしくは石英、ホワイトカルサイト、トパーズ、スピネル、トルマリン、クンツァイト、ダイヤモンド、ジルコニア、サファイヤのいずれかを用いるものあり、一方向からの光を受ける場合、球状の透明体の半分程度の面をチタンやゲルマニューム等の材料によって覆い反射面とすることも手段としているのである。
【考案の効果】
【００１６】
本考案の太陽電池モジュールは、略球状もしくは楕円体状の光透過性無機材料の中心もしくは焦点位置に球状の太陽電池を設置し、樹脂で封じこんで構成した為に、球状の太陽電池への水分等の浸入が押さえられる。また、クオーツの寿命も長いことから、劣悪環境でも耐えうる寿命の長い太陽電池を実現できるという効果がある。また特にクオーツの場合は赤外から紫外まで高い光の透過性を示す為、高い効率で光を集めることができる。また球状もしくは楕円体の透明体表面に入射した光は、その中心もしくは焦点に集光するため、小さい直径の太陽電池を用いたとしても、見かけ上広い面積から光が集まり、光の集光量が大きく向上する。
【００１７】
また特にクオーツ等無機質は耐光性に優れているため、長期間紫外線に晒されても、白濁することがなく、時間積分的な延べ効率を著しく高めることができる。また、特にクオーツは透明性があり、美観に優れている為、太陽電池の本来の目的である効率の高いエネルギーの創生に加えて、アクセサリー性や宝飾性という効果も得ることができる。
【００１８】
この様に、本考案によって、効率と寿命の良好なアクセサリー性や宝飾性美観の高い太陽電池モジュールを得ることができるという効果を奏するのである。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１９】
本考案の太陽電池モジュールは、多面体状を含む球状もしくは楕円体状の透明体特にクオーツの内部に、球状の太陽電池を封じ込んで構成しているため効率と寿命が良好で、かつ美観の優れた太陽電池モジュールを得ることができるのであるが、以下具体的な構成を上げて、実施例にて考案を開示する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本考案の第1の実施例である太陽電池モジュールの（ａ）外観図と（ｂ）球状の太陽電池の半断面構造図である。図１において、球状の太陽電池１０１は球状の水晶１０２の中心に設置され、そのシリコン樹脂１０８、１１２によって封止されている。このシリコン樹脂１０８、１１２は水晶１０２と膨張係数を比較的近い値に設定してあり、環境条件によって割れ等が発生せず、内部に水分が浸入することはない。球状の太陽電池１０１から、電極線１０３、１１０が両端に引き出されており、この電極線１０３、１１０の少なくともシリコン樹脂１０８、１１２から外部に出る部分は、白金メッキがなされている。
【００２１】
図１の（ｂ）は球状の太陽電池の構造を半断面によって示したものであり、シリコンの単結晶によって形成されている。もちろん、このシリコンの状態は、多結晶であってもアモルファスであっても良い、また太陽電池はガリュームヒ素系、色素増感系、CIS系等が本願考案の中に包含されているが、現在のところ、屋外使用や長寿命を考慮する際には、単結晶のシリコンが望まれる。
【００２２】
図１（ｂ）において、球状の太陽電池１０１は、その外周はｎ型にドーピングされたシリコン（n-Si）１０７からなり、その内部はｐ型にドーピングされたシリコン１０６（p-Si）からなっている。シリコン（n-Si）i１０７、シリコン１０６（p-Si）１０６にはそれぞれ銀の電極端子１０４及び、アルミニウムの電極端子１０９が設けられ、それぞれの電極端子１０４，１０９から電極線１０３、１１０が引き出されている。電極線１０３、１１０は本願では銅が用いられているため、フリットガラスから外部に引き出された電極線１０３，１１０表面には白金メッキ１０５，１１１が施されている。
【００２３】
この構成の製造方法としては、まず水晶１０２に太陽電池１０１より大きい中心を貫通する貫通穴１１３を開け、電極端子１０４，１０９に電極線１０３，１１０を取付け白金メッキ１０５，１１１を行った太陽電池１０１を、その貫通穴１１３に挿入する。しかる後に、本実施例ではシリコン樹脂１０８、１１２を貫通穴１１３に挿入し、硬化させる。もし樹脂を紫外線硬化樹脂とすると、水晶は紫外線を通すので、よりモジュールの製造が容易になる。
【００２４】
この様な構造の太陽電池モジュールでは、水晶を用いている為に、非常に光の透過率が高い。図２は横軸に光の波長、右縦軸に透過率、左縦軸に放射スペクトル強度をとって、水晶の透過率と太陽スペクトル強度の参照を行ったものである。図２の１は水晶の透過率特性を表し、２は太陽スペクトルＡＭ１．５のスペクトル強度を示している。この図２を見ても、水晶（クオーツ）を用いることが、太陽光を集光するのにどれほど有効であるか判る。
【００２５】
また本実施例では、球状の水晶１０２を用いているため、その表面に入射する太陽光は、中心にある球状の太陽電池１０１に集光する。このために見かけ上の太陽電池１０１の表面積が増加し、実質的な集光量が向上する。寿命に関しても、本実施例は太陽電池を水晶１０２に挿入し、フリットガラスで封止しているため、湿度等が浸入することがなく、非常に寿命が長い太陽電池となる。
【００２６】
本実施例のもう一つの重要な特徴は、外観的美観があり、宝飾性があると言う点である。水晶を用いているため、透明感があって美しく、人体等に装着することに何ら違和感がない。また、太陽電池から伸びる電極線には白金でコーティングをしているため、アレルギーに対しても有効である。樹脂は、熱硬化性、レジン、紫外線硬化樹脂等選択は自由である。
【００２７】
本実施例は紫外線を十分透過するクオーツを用いているが、ガラスを用いることが可能である、ただクオーツに比べて透過率は劣るものの、コスト的には有利になる。近年は熱や衝撃に強いガラスが市販されており、また、加工が水晶より容易であるため形状や太陽電池１０３の挿入穴形状の工夫が可能になる。
【実施例２】
【００２８】
図３は、本考案の第２の実施例の太陽電池モジュールであり、単一の太陽電池モジュールを連結した太陽電池モジュールの概略構成図である。図１と同様に、球状の太陽電池２０２は、薄く着色し、球状に加工したアメジスト２０１の内部に挿入され、その貫通穴２０６の両端をポリイミド樹脂２０７、２０８によって封止されている。本実施例ではポリイミド樹脂２０７、２０８は貫通穴２０６の両端を塞いでいるだけであるが、穴全体を封止してもよい。また、ポリイミド樹脂２０７をフリットガラスとしてもよい。
【００２９】
また、本実施例では、電極線２０４は金線を用いており、表面のコーティングは行っていない。この電極線２０４は表面を金メッキしたリン青銅製のバネ線２０３に接合されており、単一の太陽電池を連結して構成されている。このリン青銅製のバネ線２０３は、線径が０．３ｍｍの素線を螺旋状にし、外径２ｍｍのバネ線２０３としたものであり、フレキシブルであり、若干の伸縮ができると共に、左右に曲げることができる。ただこのバネ線２０３は銅線と比べると抵抗はかなり大きくなる為、できるだけ短くする必要がある。もちろんこのバネ線２０３の材料としては、銅、ステンレス、プラチナ、金等の使用も可能である。
【００３０】
また、本実施例では、太陽光の方向２０９と相対する球状アメジスト２０１の外表面を半球状に覆って、ゲルマニウム蒸着を施している。この様にすることによって、太陽光２０９と反対側から光が反射して太陽電池２０２に集まり、透過して失われる光が少なくなり集光率が向上するという特徴がある。  つまり、本実施例は、本考案による単一太陽電池モジュールを直列状にフレキシブルな電極線で接合することによって、様々な形状のものに巻き付けて美観性のある太陽光発電を行うことができる為、着脱可能な立体広告等のエネルギー源としても用いることができるのである。
【００３１】
また、本実施例を腕等に装着し、その出力される電気エネルギーを利用する場合、美観的にも優れていると共に、汗等による太陽電池の劣化がなく、外部から来る太陽光を裏面で反射して、球状の太陽電池に効果的に集めることができるので、非常に効率が高いという特徴がある。
【００３２】
本実施例では球状のアメジストを用いたが、透明な水晶や石英、その他の光透過性の無機材料でよいことは当然であり、単一の太陽電池モジュール間にダミーの球状アメジストや宝石を挟むことも何ら問題なく、本考案の主旨と異なるものではない。また、本実施例では球状のアメジストの半分にゲルマニウム蒸着を施したが、材料は、チタン、ゲルマニュウム、金、プラチナ等をコーティングすることが可能であり、メッキ法を用いても何ら差し障りはない。特に、チタン、ゲルマニュウムは人体に密着させて本実施例の太陽電池モジュールを装着する際に、健康、美容等に新たなる効果が期待でき、非常に有効な方法となりうる。
【実施例３】
【００３３】
図４は、本考案による第３の実施例である太陽電池モジュールであり、単一の太陽電池モジュールを連結した太陽電池モジュールの概略構成図である。球状の人工水晶４０１には中心近傍に至る非貫通穴４０６が形成されている。球状の太陽電池４０２は、球状の人工水晶４０１の中心に配置され、紫外線硬化樹脂４０３によって、非貫通穴４０６は封止されている。
【００３４】
各単一の太陽電池モジュールは、電極線４０４と４０５によって並列に接続されている。この様な接続を行うことにより、直列に繋いだ時のように、単一の太陽電池モジュールのどれかが影になって発電ができなくなった際に、出力が急激に低下することがない。また、太陽電池４０６を設置している穴が、実施例１や実施例２の様に貫通穴でない非貫穴を用いているため、光の中央への集光度合いが高く、非常に大きい電力を得ることができる。
【００３５】
また、各ジョイント４０７をフレキシブルなジョイントとするか、もしくはジョイント間の電極線４０８をフレキシブル線とすることによって、各単一の太陽電池モジュールが揺動や振動をしたとしても、全く問題がなく良好な電気出力を得ることができる。また本実施例では全ての単一太陽電池モジュールを並列に接続する方法を示しているが、複数の直列に配列されたものを、複数組並列としても良い。特に大電力を必要とする際には、この方法が有効である。
【００３６】
以上のように、本考案を実施することによって、非常に寿命が長く効率の高い太陽エネルギー出力を得られるばかりでなく、人体に装着するなどの場合においても、美観的にも優れたアクセサリー性を有する太陽電池モジュールが実現できるのである。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本考案の太陽電池モジュールは、球状の太陽電池を球状の透明体、特に石英もしくは水晶もしくはガラスで覆ったものであり、美観のあるアクセサリー性を有しているため、太陽光発電は当然のこと、従来のボタン電池や乾電池の代替エネルギー源として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本考案の第一番目の実施例である太陽電池モジュールであり、（ａ）外観図、（ｂ）太陽電池半断面の構造図である。
【図２】水晶の光透過と太陽光のスペクトルを示す図である。
【図３】本考案の第２番目の実施例である太陽電池モジュールであり、複数の単一太陽電池モジュールを連結した概略構成図である。
【図４】本考案の第３番目の実施例である太陽電池モジュールであり、複数の単一太陽電池モジュールを連結した概略構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０１    球状太陽電池
１０２    球状水晶
１０３、１１０  電極線
１０４、１０９  電極端子
１０５、１１１    白金コーティング被覆
１０８、１１２  シリコン樹脂
１１３        貫通穴
２０５    ゲルマニウムメッキ
【図１】
0003140702.tif 000003
【図２】
0003140702.tif 000004
【図３】
0003140702.tif 000005
【図４】
0003140702.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月1日(2008.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
光透過性無機材料の略球体もしくは略楕円体の中心もしくは焦点位置に太陽電池を配置し、樹脂で前記太陽電池を封じ込んで構成したことを特徴とする太陽電池モジュール
【請求項２】
前記太陽電池が球状であり、前記光透過性無機材料の略球体もしくは略楕円体の中心もしくは焦点位置を通る穴に挿入され、前記穴が樹脂によって封止され、前記太陽電池の電極が前記光透過性無機材料の外部に引き出されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール
【請求項３】
前記太陽電池モジュールの複数個がフレキシブルな導電線によって接続されていることを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の太陽電池モジュール
【請求項４】
前記フレキシブルな導電線は、一部もしくは全部がコイル状に巻かれた金属線であることを特徴とする請求項３記載の太陽電池モジュール
【請求項５】
前記光透過性無機材料がガラス、水晶もしくは石英、ホワイトカルサイト、トパーズ、スピネル、トルマリン、クンツァイト、ダイヤモンド、ジルコニア、サファイヤのいずれかであることを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の太陽電池モジュール
【請求項６】
前記略球体もしくは略楕円体の光透過性無機材料の一部球面が金属もしくは半導体でコーティングされていることを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の太陽電池モジュール
【請求項７】
前記略球体もしくは略楕円体の光透過性無機材料の一部球面をコーティングする金属もしくは半導体はチタンもしくはゲルマニュームであることを特徴とする請求項６記載の太陽電池モジュール
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記のような目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは略球状もしくは楕円体状の光透過性無機材料の中心もしくは焦点位置に球状の太陽電池を設置し、樹脂で封じこんで構成し、特に球状の太陽電池が略球状もしくは楕円体状の光透過性無機材料の中心もしくは焦点位置を通る穴に挿入されていることを手段としている。また、太陽電池の電極線をこの略球状もしくは楕円体状の光透過性無機材料の側面から引きだし、その引きだした太陽電池モジュールの複数個をフレキシブルな導電線、特にバネもしくはコイル状とした金属線にて接続することも手段とした。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図１は、本考案の第1の実施例である太陽電池モジュールの（ａ）外観図と（ｂ）球状の太陽電池の半断面構造図である。図１において、球状の太陽電池１０１は球状の水晶１０２の中心に設置され、そのシリコン樹脂１０８、１１２によって封止されている。このシリコン樹脂１０８、１１２は比較的柔らかい材料を用いており、環境条件によって割れ等が発生せず、内部に水分が浸入することはない。球状の太陽電池１０１から、電極線１０３、１１０が両端に引き出されており、この電極線１０３、１１０の少なくともシリコン樹脂１０８、１１２から外部に出る部分は、白金メッキがなされている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
図１（ｂ）において、球状の太陽電池１０１は、その外周はｎ型にドーピングされたシリコン（n-Si）１０７からなり、その内部はｐ型にドーピングされたシリコン１０６（p-Si）からなっている。シリコン（n-Si）i１０７、シリコン１０６（p-Si）１０６にはそれぞれ銀の電極端子１０４及び、アルミニウムの電極端子１０９が設けられ、それぞれの電極端子１０４，１０９から電極線１０３、１１０が引き出されている。外部に引き出された電極線１０３，１１０表面には白金メッキ１０５，１１１が施されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
また本実施例では、球状の水晶１０２を用いているため、その表面に入射する太陽光は、中心にある球状の太陽電池１０１に集光する。このために見かけ上の太陽電池１０１の表面積が増加し、実質的な集光量が向上する。寿命に関しても、本実施例は太陽電池を水晶１０２に挿入し、樹脂で封止しているため、湿度等が浸入することがなく、非常に寿命が長い太陽電池となる。