(57)【要約】  本発明は、光起電力変換器および熱電変換器を備える基本電力生成デバイスに関するものであり、光起電力変換器は断熱材料の支持基板（３）上に位置する層のスタックを備え、層のスタックは上側電極（１００）として使用される第１の導電層および下側電極（２００）として使用される第２の導電層を備え、上側電極および下側電極はこれらの電極の間に配置された光活性材料の層を有し、熱電変換器は高温接点（２００）として使用される第３の導電層および冷接点（３００）として使用される第４の導電層を備え、高温接点および冷接点はこれらの接点の間に熱電導電材料の部材（４００）を有し、熱電導電部材（４００）は、前記部材の一端が高温接点（２００）と接触し、前記部材の他端が冷接点（３００）と接触するように支持基板（３）の本体に含まれることを特徴とする。
2011508411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力変換器および熱電変換器を備える電気エネルギーを生成するための基本デバイスであって、
前記光起電力変換器は断熱材料の支持基板（３）上に置かれる層のスタックを備え、前記層のスタックは上側電極（１００）としての機能を果たす第１の導電層および下側電極（２００）としての機能を果たす第２の導電層を備え、前記上側電極および前記下側電極はこれらの電極の間に配置された光活性材料の層を有し、
前記熱電変換器は高温接点（２００）としての機能を果たす第３の導電層、冷接点（３００）としての機能を果たす第４の導電層を備え、前記高温接点および前記冷接点はこれらの接点の間に配置された熱電および導電材料の素子（４００）を有し、
前記熱電および導電素子（４００）は、前記光起電力変換器の断熱材料の前記支持基板（３）の厚さに含まれ、これにより、前記素子の一端は前記高温接点（２００）と接触し、前記素子の他端は前記冷接点（３００）と接触することを特徴とする基本デバイス。
【請求項２】
前記第１の導電層は、入射光線を透過する請求項１に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項３】
前記高温接点（２００）および前記下側電極（２００）は、同一の導電層である請求項１に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項４】
前記熱電および導電素子（４００）は、前記支持基板（３）の厚さ全体に含まれる請求項１または３に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項５】
前記支持基板（３）は、ガラス製基板である請求項１に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項６】
前記支持基板（３）は、エアロゲル製基板である請求項１に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項７】
前記支持基板（３）は、シリカエアロゲル製基板である請求項６に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項８】
前記光活性材料の層は、ｎ型の第１の半導体材料の層（１０２）およびｐ型の第２の半導体材料の層（１０３）を含む請求項１に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項９】
前記熱電および導電素子（４００）は、ｎ型の第１の熱電および導電材料並びにｐ型の第２の熱電および導電材料を含む請求項１または３に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項１０】
前記熱電および導電素子（４００）は、ｎ型の第１の熱電および半導体材料並びにｐ型の第２の熱電および半導体材料を含む請求項１または３に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項１１】
ｉ個の光起電力変換器およびｉ個の熱電変換器を備える電気エネルギーを生成するためのシステムであって、ｉは２以上の整数であり、前記ｉ個の光起電力変換器および前記ｉ個の熱電変換器はそれぞれ直列に電気的接続され、
それぞれの光起電力変換器は断熱材料の支持基板（３）上に置かれる層のスタックを備え、前記層のスタックは上側電極（１００）としての機能を果たす第１の導電層および下側電極（２００）としての機能を果たす第２の導電層を備え、前記上側電極および前記下側電極はこれらの電極の間に光活性材料の層を挟み、
それぞれの熱電変換器は高温接点（２００）としての機能を果たす第３の導電層、冷接点（３００）としての機能を果たす第４の導電層を備え、前記高温接点および前記冷接点はこれらの接点の間に配置されたｎ型の熱電および導電材料の素子（４０１）並びにｐ型の熱電および導電材料の素子（４０２）を有し、ｎ型およびｐ型の素子は相隔てて並び、
それぞれの熱電変換器のｎ型素子（４０１）およびｐ型素子（４０２）は、断熱材料のそれぞれの光起電力変換器の前記支持基板（３）の厚さに含まれ、これにより、前記ｎ型素子（４０１）の一端および前記ｐ型素子（４０２）の一端は、同一の高温接点（２００）と接触し、前記ｎ型素子（４０１）の他端および前記ｐ型素子（４０２）の他端は、隣接する熱電変換器に属する冷接点（３００）と接触することを特徴とする電気エネルギーを生成するためのシステム。
【請求項１２】
前記光起電力変換器の前記支持基板は、すべての前記光起電力変換器について同一の支持基板（３）である請求項１１に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
【請求項１３】
それぞれの高温接点（２００）およびそれぞれの下側電極（２００）は、同一の導電層である請求項１１に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
【請求項１４】
ｎ型（４０１）およびｐ型（４０２）の前記熱電材料は、ｎ型およびｐ型の半導体材料である請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
【請求項１５】
前記支持基板（３）は、ガラス製基板である請求項１１に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
【請求項１６】
前記支持基板（３）は、エアロゲル製基板である請求項１１に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
【請求項１７】
前記支持基板（３）は、シリカエアロゲル製基板である請求項１６に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
【請求項１８】
ａ）断熱および電気絶縁材料の支持基板（３）を提供する段階と、
ｂ）前記支持基板（３）の面のうちの一方の上に導電層を堆積する段階と、
ｃ）段階ｂ）で堆積された前記導電層を含む面と反対の側の面から開始して、前記導電層まで、前記支持基板（３）の厚さにエッチングして穴をあける段階と、
ｄ）前記穴に熱電および導電性化合物を充填し、前記化合物を焼結する段階と、
ｅ）段階ｂ）で堆積された前記導電層を含む面と反対の前記支持基板（３）の面上に導電層を堆積する段階と、
ｆ）光活性材料の層を前記導電層のうちの１つの上に堆積する段階と、
ｇ）前記光活性材料の層の上に導電層を堆積する段階と、を含み、
段階ｇ）で堆積された前記導電層は前記光起電力変換器の前記上側電極（１００）を形成し、
段階ｆ）で前記光活性材料の層が堆積された前記導電層は前記光起電力変換器の前記下側電極（２００）および前記熱電変換器の前記高温接点（２００）の両方を形成し、
残りの前記導電層は前記熱電変換器の前記冷接点（３００）を形成する
請求項１から１０のいずれか一項に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイスを製造するための方法。
【請求項１９】
段階ｆ）は、段階ｂ）の後且つ段階ｃ）の前に実施される請求項１８に記載の基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法。
【請求項２０】
段階ｆ）およびｇ）は、段階ｂ）の後且つ段階ｃ）の前に実施される請求項１８に記載の基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法。
【請求項２１】
段階ｂ）の後且つ段階ｆ）の前に、すでに堆積されている導電層の上に導電層を堆積する段階ｍ）をさらに含み、段階ｆ）は２つの導電層を含む前記支持基板の面の上に光活性材料の層を堆積する段階ｆ’）で置き換えられ、
段階ｇ）で堆積された前記導電層は前記光起電力変換器の前記上側電極（１００）を形成し、
段階ｍ）で堆積された前記導電層は前記光起電力変換器の前記下側電極を形成し、
前記支持基板と段階ｍ）で堆積された前記導電層との間に存在する前記導電層は前記熱電変換器の前記高温接点を形成し、
残りの前記導電層は前記熱電変換器の前記冷接点（３００）を形成する請求項１８から２０のいずれか一項に記載の基本エネルギー生成システムを製造するための方法。
【請求項２２】
前記上側電極（１００）を形成する前記導電層は、光線を透過する材料で形成されている請求項１８または２１に記載の基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法。
【請求項２３】
段階ｇ）で堆積された前記導電層を構造化して、オープンワークの導電層を得る段階ｈ）をさらに含む請求項１８に記載の基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法。
【請求項２４】
前記支持基板（３）は、ガラスまたはエアロゲル製、好ましくはシリカエアロゲル製基板である請求項１８に記載の基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法。
【請求項２５】
ａ）断熱および電気絶縁材料の支持基板（３）を形成する段階と、
ｂ）前記支持基板の前面に導電層を堆積する段階と、
ｃ）段階ｂ）で堆積された前記導電層を構造化し、ｉを２以上の整数として、互いに電気絶縁されたｉ個の導電トレースを形成する段階と、
ｄ）前記支持基板の背面から開始して前記支持基板の前面の前記導電トレースまで前記支持基板の厚さにエッチングで２ｉ個の穴をあけ、導電トレース１つにつき２つの穴の対を得る段階と、
ｅ）２ｉ個の前記穴に熱電および導電材料の２ｉ個の素子（４０１，４０２）を形成する段階であって、２つの穴のそれぞれの対の前記素子のうちの１方はｎ型の熱電化合物であり、２つの穴のそれぞれの対の他方の素子はｐ型の熱電化合物である段階と、
ｆ）前記支持基板の背面の上に導電層を堆積する段階と、
ｇ）段階ｆ）で堆積された前記導電層を構造化し、ｊ＝ｉ＋１として、互いに電気的に絶縁されたｊ個の導電トレースを形成する段階であって、前記前面のｉ個の導電トレースおよび前記背面のｊ個の導電トレースはｎ型素子およびｐ型素子を直列に接続するように配列され、一方の型のそれぞれの素子はトレースｉおよびトレースｊによって他方の型の２つの素子にそれぞれ接続される、段階と、
ｈ）構造化された導電層を含む前記支持基板の面のうちの一方の上に光活性材料の層を堆積する段階と、
ｉ）前記光活性材料の層を構造化して、段階ｇ）で得られた２つの隣接する導電トレースを接続するブロックを形成する段階と、
ｊ）前記光活性材料の層を含む前記支持基板の面の上に導電層を堆積する段階と、
ｋ）段階ｊ）で堆積された前記導電層を構造化し、互いに電気絶縁され、２つの隣接するブロックを接続する導電トレースを形成する段階と、を含み、
段階ｋ）で構造化された前記導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記上側電極（１００）を形成し、
前記構造化された光活性材料の層と前記支持基板との間に配置されている前記構造化された導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記下側電極（２００）およびそれぞれの熱電変換器の前記高温接点（２００）の両方を形成し、
残りの構造化された前記導電層はそれぞれの熱電変換器の冷接点（３００）を形成する請求項１１から１７のいずれか一項に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項２６】
段階ｈ）およびｉ）は、段階ｃ）の後且つ段階ｄ）の前に実施される請求項２５に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項２７】
段階ｈ）、ｉ）、ｊ）、およびｋ）は、段階ｃ）の後且つ段階ｄ）の前に実施される請求項２５に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項２８】
段階ｂ）の後且つ段階ｃ）の前において、段階ｂ）で堆積された前記導電層上に導電層を堆積する段階ｂ’）をさらに含み、段階ｃ）は段階ｂ）およびｂ’）で堆積された前記導電層を構造化し、ｉを２以上の整数として、互いに電気的に絶縁されたｉ個の導電トレースを形成する段階ｃ’）で置き換えられ、段階ｈ）は前記支持基板の前面上に光活性材料の層を堆積する段階ｈ’）で置き換えられ、
段階ｋ）で構造化された前記導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記上側電極（１００）を形成し、
段階ｂ’）で堆積され、段階ｃ’）で構造化された前記導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記下側電極を形成し、
段階ｂ）で堆積され、段階ｃ’）で構造化された前記導電層はそれぞれの熱電変換器の前記高温接点を形成し、
残りの構造化された前記導電層はそれぞれの熱電変換器の冷接点（３００）を形成する請求項２５から２７のいずれか一項に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項２９】
段階ｆ）の後且つ段階ｇ）の前において、段階ｆ）で堆積された前記導電層上に導電層を堆積する段階ｆ’）をさらに含み、段階ｇ）は段階ｆ）およびｆ’）で堆積された前記導電層を構造化し、ｊ＝ｉ＋１として、互いに電気的に絶縁されたｊ個の導電トレースを形成する段階ｇ’）で置き換えられ、前記前面のｉ個の導電トレースおよび前記背面のｊ個の導電トレースは前記ｎ型素子および前記ｐ型素子を直列に接続するように配列され、一方の型のそれぞれの素子はトレースｉおよびトレースｊによって他方の型の２つの素子にそれぞれ接続され、
段階ｋ）で構造化された前記導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記上側電極（１００）を形成し、
段階ｆ’）で堆積され、段階ｇ’）で構造化された前記導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記下側電極を形成し、
段階ｆ）で堆積され、段階ｇ’）で構造化された前記導電層はそれぞれの熱電変換器の前記高温接点を形成し、
残りの構造化された前記導電層はそれぞれの熱電変換器の冷接点（３００）を形成する請求項２５から２７のいずれか一項に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項３０】
前記２ｉ個の素子（４０１，４０２）を形成する段階ｅ）は、
−２つの穴のそれぞれの対の穴のうちの一方にｎ型の熱電化合物を充填し、２つの穴のそれぞれの対の他方の穴にｐ型の熱電化合物を充填して前記２ｉ個の穴を充填する段階と、
−前記化合物を焼結する段階と、を含む請求項２５に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項３１】
前記熱電材料は、粉末形態であるか、または粉末と結合剤とを混合することによって得られるペースト形態である請求項２５に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項３２】
前記光活性材料の層は、ｎ型の半導体材料の層（１０２）およびｐ型の半導体材料の層（１０３）を含む請求項２５に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項３３】
前記基本デバイスの前記光起電力変換器を冷却するための、請求項１から１０のいずれか一項に記載の基本エネルギー生成デバイスの前記熱電変換器の使用。
【請求項３４】
前記システムの前記光起電力変換器を冷却するための、請求項１１から１７のいずれか一項に記載のエネルギーを生成するシステムの前記熱電変換器の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー回収および変換システムの分野に関する。特に、本発明は、電気エネルギーを生成するために光起電力変換器を熱電変換器と結合することができるデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光起電力変換器は、太陽電池とも称され、光エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用される。これらは、本質的に、電気絶縁および断熱材料で形成された支持基板からなり、この支持基板上に、２つの半導体層（一方がｎ型層で、他方がｐ型層）を含むｎ／ｐ接合からなる層とｎ／ｐ接合のいずれかの側に配置され、ｎ／ｐ接合の面の１つが光放射に曝されることが意図されている、２つの導電層とのスタックが載る。
【０００３】
光起電力変換器の問題は、出力電力が温度の上昇とともに著しく減少する点にある。例えば、結晶シリコンを使った光起電力変換器について、出力電力損失は、１℃加わる毎に０．４から０．５％の範囲内である（先行技術文献に挙げられている文献［１］を参照）。
【０００４】
この電力低下を減らすために使用される解決策の１つは、光起電力変換器と熱電変換器とを結合することである。熱電変換器を使用すると、熱電材料の両端の間に存在する温度差を使用することによって、効果的に、熱を電気エネルギーに変換することができる。
【０００５】
従来技術では、光起電力変換器と熱電変換器との間の結合として２つのタイプが知られている。
【０００６】
第１に、先行技術文献に挙げられている文献［２］によれば、熱電変換器および光起電力変換器は、光起電力変換器１の下に熱電変換器２を配置し、光放射に面するように光起電力変換器を向き付けることによって結合されうる。
【０００７】
図１に例示されているように、その一方の面上に導電層（上側電極１０）と他方の導電層（下側電極１１）との間に挟まれているｎ型ドープ半導体材料の１つの層１２とｐ型ドープ半導体材料の１つの層１３とのスタック（ｎ／ｐ接合１４を形成する）を備える光起電力変換器２が載り、対向面上に、導電層２０と別の導電層２１との間に挟まれている熱電材料の層２４を備える熱電変換器２が載る支持基板３を備えるデバイスが得られる（図１では、熱電効果は、記号ΔＴによって表されている）。
【０００８】
この特定の構成における問題は、光起電力変換器内に生じる最大温度勾配、つまり、光起電力変換器の支持基板によって生じる温度勾配の使用が、その断熱特性のために許されないという点である。
【０００９】
それに加えて、支持基板を介した、光起電力変換器と熱電変換器との間の熱的結合は、支持基板の断熱特性の理由から、比較的劣っている。したがって、熱電変換器内の高温と低温の温度差は、それに応じて低く、電気エネルギー発生に関してほとんど生産的でない。
【００１０】
他のタイプの知られている結合については、先行技術文献に挙げられている文献［３］で説明されている。熱電および導電材料で形成されている２つの電極は、一方が光放射に面する光起電力変換器の面に置かれ、他方が光起電力変換器の下に埋め込まれるように配置される。
【００１１】
このタイプの結合は、図２に図式的に示されている。支持基板３には、ｎ型半導体材料の層１２０とｐ型半導体材料の層１３０（ｎ／ｐ接合１４０を形成する）を備える層のスタックが置かれ、このスタックは導電および熱電材料の層（光起電力変換器の上側電極３０および熱電変換器の高温接点３０の両方を形成する）と導電および熱電材料の層（光起電力変換器の下側電極３１および熱電変換器の冷接点３１の両方を形成する）との間に挟まれる。
【００１２】
このタイプの結合では、光起電力変換器のｎ／ｐ接合の厚さを通して存在する温度差、つまり、光起電力変換器の前面とその埋め込まれた部分との間の温度差が利用される。温度差は、光起電力変換器のｎ／ｐ接合が光放射、例えば、太陽光線に曝されたときに発生しうる。
【００１３】
熱電材料を光起電力変換器の対向面（光起電力変換器の支持基板と接触している前面および埋設面）に堆積することによって、熱電変換を介してこの温度差を使用することが可能になる。
【００１４】
一般に、熱電変換器によって回収される電力は、温度差が大きいほど高いことが知られており、この第２の構成は、光起電力変換器のｎ／ｐ接合を形成する材料の熱抵抗が高い場合にのみ有利であることが判明している。その結果、このタイプの結合は、ＧａＮタイプの光起電材料など、熱伝導率の低い材料で作られた光起電力変換器に限定され、したがって、光線が光起電力変換器の上側部分を熱することができ、下側部分は「低温」を維持すると推論される。
【００１５】
したがって、温度差、つまり熱電効果によって回収される電気エネルギーは無視できる程度に小さいので、熱抵抗が非常に低い、シリコンで作られた光起電力変換器とのこのタイプの結合は想定されえない。それでも、シリコンの光起電力変換器は、最も一般的な光起電力変換器である。
【００１６】
また、薄層光起電力変換器の特定の場合において、このタイプの結合は、光起電力変換器の温度勾配がゼロのままなのでまったく機能しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】［２］米国特許出願第２００６／０２２５７８２号明細書
【特許文献２】［３］米国特許第４，７１０，５８８号明細書
【特許文献３】［４］欧州特許第７３９０４２号明細書
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】［１］  Ｍ．  Ｎａｊａｒｉａｎ  ａｎｄ  Ｅ．  Ｇａｒｎｅｔｔ，  “Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ：  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ  ａｎｄ  Ｂｅｎｅｆｉｔｓ”，  ＭＳＥ  ２２６，  １２／１３／０６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
光吸収によって発生する熱パワー、つまり、光パワーの８０％は光起電力変換器単独では使用されないこと、またこの問題を克服するための知られている解決策は、満足のゆくものでないことを念頭におき、発明者は、光起電力変換器を新規の方法で熱電変換器と結合することによってこの熱エネルギーの一部を回収することを目的に定めた。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の目的は、光起電力変換器および熱電変換器を備える電気エネルギーを生成するための基本デバイスを用いて達成され、
光起電力変換器は断熱材料の支持基板上に置かれる層のスタックを備え、層のスタックは上側電極としての機能を果たす第１の導電層および下側電極としての機能を果たす第２の導電層を備え、上側電極および下側電極はこれらの電極の間に配置された光活性材料の層を有し、
熱電変換器は高温接点としての機能を果たす第３の導電層、冷接点としての機能を果たす第４の導電層を備え、高温接点および冷接点はこれらの接点の間に配置された熱電および導電材料の素子を有し、
熱電および導電素子は、光起電力変換器の断熱材料の支持基板の厚さに含まれ、これにより、前記素子の一端は高温接点と接触し、前記素子の他端は冷接点と接触することを特徴とする。
【００２１】
ここで、本発明によると、光起電力変換器は、光起電力変換器の電気絶縁材料、一般的にはガラスの支持基板によって生じる温度勾配を利用することが可能になるような方法で熱電変換器と結合される。
【００２２】
有利には、第１の導電層は、入射光線を透過する。
【００２３】
有利には、高温接点および下側電極は、同一の導電層である。
【００２４】
有利には、熱電および導電素子は、支持基板の厚さ全体に含まれる。
【００２５】
一実施形態によれば、支持基板は、ガラス製、つまりシリカ製の基板である。
【００２６】
他の実施形態によれば、支持基板は、エアロゲル製の基板である。有利には、支持基板は、シリカエアロゲル製の基板である。
【００２７】
エアロゲルは、液体成分が気体で置き換えられたゲルに類似の材料であることに留意されたい。エアロゲルは、高い断熱特性（０．２Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１未満の熱伝導率）を有する密度が非常に低い固体である。
【００２８】
有利には、光起電力変換器の光活性材料の層は、ｎ型の第１の半導体材料の層およびｐ型の第２の半導体材料の層を含む。
【００２９】
熱電および導電素子は、金属または半導体材料で形成されうる。
【００３０】
有利には、熱電および導電素子は、ｎ型の第１の熱電および導電材料並びにｐ型の第２の熱電および導電材料を含む。
【００３１】
有利には、熱電および導電素子は、ｎ型の第１の熱電および半導体材料並びにｐ型の第２の熱電および半導体材料を含む。
【００３２】
本発明はまた、電気エネルギーを発生するためのシステムに関する。このシステムは、ｉ個の光起電力変換器およびｉ個の熱電変換器を備え、ｉは２以上の整数であり、前記ｉ個の光起電力変換器および前記ｉ個の熱電変換器はそれぞれ直列に電気的接続され、
それぞれの光起電力変換器は断熱材料の支持基板上に置かれる層のスタックを備え、層のスタックは上側電極としての機能を果たす第１の導電層および下側電極としての機能を果たす第２の導電層を備え、上側電極および下側電極はこれらの電極の間に配置された光活性材料の層を有し、
それぞれの熱電変換器は高温接点としての機能を果たす第３の導電層、冷接点としての機能を果たす第４の導電層を備え、高温接点および冷接点はこれらの接点の間に配置されたｎ型の熱電および導電材料の素子並びにｐ型の熱電および導電材料の素子を有し、ｎ型およびｐ型の素子は分離されており、
それぞれの熱電変換器のｎ型素子およびｐ型素子は、断熱材料のそれぞれの光起電力変換器の支持基板の厚さに含まれ、これにより、ｎ型素子の一端およびｐ型素子の一端は、同一の高温接点と接触し、ｎ型素子の他端およびｐ型素子の他端は、隣接する熱電変換器に属する冷接点と接触することを特徴とする。
【００３３】
有利には、光起電力変換器の支持基板は、すべての光起電力変換器について同一の支持基板である。
【００３４】
有利には、それぞれの高温接点およびそれぞれの下側電極は、同一の導電層である。
【００３５】
有利には、ｎ型およびｐ型の熱電材料は、ｎ型およびｐ型の半導体材料である。
【００３６】
一実施形態によれば、支持基板は、ガラス製、つまりシリカ製の基板である。
【００３７】
他の実施形態によれば、支持基板は、エアロゲル製の基板である。有利には、支持基板は、シリカエアロゲル製の基板である。
【００３８】
本発明は、上述のような基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法に関する。この方法は、
ａ）断熱および電気絶縁材料の支持基板を提供する段階と、
ｂ）支持基板の面のうちの一方の上に導電層を堆積する段階と、
ｃ）段階ｂ）で堆積された導電層を含む面と反対の側の面から開始して、前記導電層まで、支持基板の厚さにエッチングして穴をあける段階と、
ｄ）前記穴に熱電および導電性化合物を充填し、前記化合物を焼結する段階と、
ｅ）段階ｂ）で堆積された導電層を含む面と反対の支持基板の面上に導電層を堆積する段階と、
ｆ）光活性材料の層を複数の導電層のうちの１つの上に堆積する段階と、
ｇ）光活性材料の層の上に導電層を堆積する段階と、を含み、
段階ｇ）で堆積された導電層は光起電力変換器の上側電極を形成し、
段階ｆ）で光活性材料の層がその上に堆積された導電層は光起電力変換器の下側電極および熱電変換器の高温接点の両方を形成し、
残りの導電層は熱電変換器の冷接点を形成する。
【００３９】
熱電および導電化合物の焼結は、選択された材料に依存する温度と圧力で実施されものとして指定され、この温度およびこの圧力は当業者であれば容易に決定できるものである
【００４０】
一実施形態によれば、段階ｆ）は、段階ｂ）の後且つ段階ｃ）の前に実施される。
【００４１】
他の実施形態によれば、段階ｆ）およびｇ）は、段階ｂ）の後且つ段階ｃ）の前に実施される。
【００４２】
この方法は、有利には、段階ｂ）の後且つ段階ｆ）の前において、すでに堆積されている導電層の上に導電層を堆積する段階ｍ）をさらに含み、段階ｆ）は２つの導電層を含む支持基板の面の上に光活性材料の層を堆積する段階ｆ’）で置き換えられ、
段階ｇ）で堆積された導電層は光起電力変換器の上側電極を形成し、
段階ｍ）で堆積された導電層は光起電力変換器の下側電極を形成し、
支持基板と段階ｍ）で堆積された導電層との間に存在する導電層は熱電変換器の高温接点を形成し、
残りの導電層は熱電変換器の冷接点を形成する。
【００４３】
有利には、上側電極を形成する導電層は、光線を透過する材料で形成される。
【００４４】
特定の一実施形態によれば、この方法は、段階ｇ）で堆積された導電層を構造化してオープンワークの導電層を得る段階ｈ）をさらに含む。この構造化は、導電層に格子形状を与えることを意図されたエッチングからなるものとすることができる。
【００４５】
有利には、支持基板は、ガラスまたはエアロゲル製、好ましくはシリカエアロゲル製の基板である。
【００４６】
本発明はまた、上述のようなエネルギー生成システムを形成する方法に関する。この方法は、
ａ）断熱および電気絶縁材料の支持基板を形成する段階と、
ｂ）支持基板の前面に導電層を堆積する段階と、
ｃ）段階ｂ）で堆積された導電層を構造化し、ｉを２以上の整数として、互いに電気絶縁されたｉ個の導電トレースを形成する段階と、
ｄ）前記支持基板の背面から開始して支持基板の前面の導電トレースまで支持基板の厚さにエッチングで２ｉ個の穴をあけ、導電トレース１つにつき２つの穴の対を得る段階と、
ｅ）２ｉ個の穴に熱電および導電材料の２ｉ個の素子を形成する段階であって、２つの穴のそれぞれの対の素子のうちの１方はｎ型の熱電化合物であり、２つの穴のそれぞれの対の他方の素子はｐ型の熱電化合物である段階と、
ｆ）支持基板の背面の上に導電層を堆積する段階と、
ｇ）段階ｆ）で堆積された導電層を構造化し、ｊ＝ｉ＋１として、互いに電気的に絶縁されたｊ個の導電トレースを形成する段階であって、前面のｉ個の導電トレースおよび背面のｊ個の導電トレースはｎ型およびｐ型の素子を直列に接続するように配列され、一方の型のそれぞれの素子はトレースｉおよびトレースｊを介して他方の型の２つの素子にそれぞれ接続される、段階と、
ｈ）構造化された導電層を含む支持基板の面のうちの一方の上に光活性材料の層を堆積する段階と、
ｉ）光活性材料の層を構造化して、段階ｇ）で得られた２つの隣接する導電トレースを接続するブロックを形成する段階と、
ｊ）光活性材料の層を含む支持基板の面の上に導電層を堆積する段階と、
ｋ）段階ｊ）で堆積された導電層を構造化し、互いに電気絶縁され、２つの隣接するブロックを接続する導電トレースを形成する段階と、を含み、
段階ｋ）で構造化された導電層はそれぞれの光起電力変換器の上側電極を形成し、
構造化された光活性材料の層と支持基板との間に配置されている構造化された導電層はそれぞれの光起電力変換器の下側電極およびそれぞれの熱電変換器の高温接点の両方を形成し、
残りの構造化された導電層はそれぞれの熱電変換器の冷接点を形成する。
【００４７】
一実施形態によれば、段階ｈ）およびｉ）は、段階ｃ）の後且つ段階ｄ）の前に実施される。
【００４８】
別の実施形態によれば、段階ｈ）、ｉ）、ｊ）、およびｋ）は、段階ｃ）の後且つ段階ｄ）の前に実施される。
【００４９】
一変更形態によれば、段階ｂ）の後且つ段階ｃ）の前において、この方法は、段階ｂ）で堆積された導電層上に導電層を堆積する段階ｂ’）を含み、段階ｃ）は段階ｂ）およびｂ’）で堆積された導電層を構造化し、ｉを２以上の整数として、互いに電気的に絶縁されたｉ個の導電トレースを形成する段階ｃ’）となり、段階ｈ）は支持基板の前面上に光活性材料の層を堆積する段階ｈ’）となり、
段階ｋ）で構造化された導電層はそれぞれの光起電力変換器の上側電極を形成し、
段階ｂ’）で堆積され、段階ｃ’）で構造化された導電層はそれぞれの光起電力変換器の下側電極を形成し、
段階ｂ）で堆積され、段階ｃ’）で構造化された導電層はそれぞれの熱電変換器の高温接点を形成し、
残りの構造化された導電層はそれぞれの熱電変換器の冷接点を形成する。
【００５０】
別の変更形態によれば、段階ｆ）の後且つ段階ｇ）の前において、この方法は、段階ｆ）で堆積された導電層上に導電層を堆積する段階ｆ’）をさらに含み、段階ｇ）は段階ｆ）およびｆ’）で堆積された導電層を構造化し、ｊ＝ｉ＋１として、互いに電気的に絶縁されたｊ個の導電トレースを形成する段階ｇ’）となり、前面のｉ個の導電トレースおよび背面のｊ個の導電トレースはｎ型素子およびｐ型素子を直列に接続するように配列され、一方の型のそれぞれの素子はトレースｉおよびトレースｊを介して他方の型の２つの素子にそれぞれ接続され、
段階ｋ）で構造化された導電層はそれぞれの光起電力変換器の上側電極を形成し、
段階ｆ’）で堆積され、段階ｇ’）で構造化された導電層はそれぞれの光起電力変換器の下側電極を形成し、
段階ｆ）で堆積され、段階ｇ’）で構造化された導電層はそれぞれの熱電変換器の高温接点を形成し、
残りの構造化された導電層はそれぞれの熱電変換器の冷接点を形成する。
【００５１】
有利には、２ｉ個の素子を形成する段階ｅ）は、
−２つの穴のそれぞれの対の穴のうちの一方にｎ型の熱電化合物を充填し、２つの穴のそれぞれの対の他方の穴にｐ型の熱電化合物を充填して２ｉ個の穴を充填する段階と、
−化合物を焼結する段階と、を含む。
【００５２】
有利には、熱電材料は、粉末形態であるか、または粉末と結合剤とを混合することによって得られるペースト形態である。
【００５３】
有利には、段階ｈ）で、光活性材料の層は、ｎ型半導体材料の層およびｐ型半導体材料の層を含む。
【００５４】
最後に、本発明は、第１に、上述のような基本エネルギー生成デバイスの熱電変換器を使用して前記基本デバイスの光起電力変換器を冷却すること、および第２に、上述のようなエネルギー生成システムの熱電変換器を使用して前記システムの光起電力変換器を冷却することに関する。
【００５５】
添付の図面に付随する限定されない実施例として与えられる以下の説明を読むことで、本発明がよく理解され、また他の利点および態様が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】すでに上で説明されている、従来技術による光起電力変換器と熱電変換器との間の結合の１つのタイプを示す図である。
【図２】すでに上で説明されている、従来技術から知られる光起電力変換器と熱電変換器との間の結合の他のタイプを示す図である。
【図３】本発明による基本エネルギー生成デバイスを示す図である。
【図４】本発明によるエネルギー生成システムを示す図である。
【図５】図４に示されているシステムに対する等価電気配線図を示す図である。
【図６Ａ】本発明による基本エネルギー生成デバイスを形成するための方法の段階示す図である。
【図６Ｂ】本発明による基本エネルギー生成デバイスを形成するための方法の段階示す図である。
【図６Ｃ】本発明による基本エネルギー生成デバイスを形成するための方法の段階示す図である。
【図６Ｄ】本発明による基本エネルギー生成デバイスを形成するための方法の段階示す図である。
【図７Ａ】本発明によるエネルギー生成システムを形成するための方法の段階示す図である。
【図７Ｂ】本発明によるエネルギー生成システムを形成するための方法の段階示す図である。
【図７Ｃ】本発明によるエネルギー生成システムを形成するための方法の段階示す図である。
【図７Ｄ】本発明によるエネルギー生成システムを形成するための方法の段階示す図である。
【図７Ｅ】本発明によるエネルギー生成システムを形成するための方法の段階示す図である。
【図７Ｆ】本発明によるエネルギー生成システムを形成するための方法の段階示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
次に、図３の実施例に示されているような、本発明によりエネルギーを生成するための基本デバイスについて説明する。
【００５８】
第１の実施形態によれば、電気絶縁および断熱材料の支持基板３の上面に、導電層が堆積される。例えば、ガラス基板上にモリブデンの層を堆積することが可能である（図６Ａ）。この実施形態では、同一の導電層が、光起電力変換器の下側電極２００および熱電変換器の高温接点２００としての両方の機能を果たす。しかし、一方が他方の上に載り、一方が光起電力変換器の下側電極としての機能を果たし、他方が熱電変換器の高温接点としての機能を果たすように、２つの導電層を堆積することを選択することが可能である。
【００５９】
次に、支持基板の下面から始めてその上面上に存在する導電層までの支持基板３の厚さに、例えば、化学エッチング（リソグラフィエッチング）によってスルーホールを形成する（図６Ｂ）。
【００６０】
次いで、この穴に、熱電および導電材料を充填する。
【００６１】
粉末形態、または（１つまたは複数の）粉末と結合剤とを混合して得られるペースト形態の材料を使用して、穴を適切に充填することが好ましい。次いで、粉末またはペースト形態の材料を焼結して、穴の中の熱電材料の凝集力をよくし、また、熱電材料と導電層との間の抵抗接触をよくする。これにより、ここでは（穴の形状に従って）バーの形態をとる熱電素子４００が得られる（図６Ｃ）。
【００６２】
例えば、焼結は、４１０℃の温度および２トン／ｃｍ２の圧力で実施されうる。
【００６３】
次いで、支持基板の背面を金属化する。この方法では、熱電変換器の冷接点３００となるものが形成されうる（図６Ｃ）。
【００６４】
次に、支持基板３の上面、つまり、モリブデンの層上に、ｐ型半導体材料の層１０３が堆積され、その後、ｎ型半導体材料の層１０２が堆積され、ｎ／ｐ接合を形成する。考慮対象の材料は、それぞれ、ｐ型ドープシリコンおよびｎ型ドープシリコンとすることができる。
【００６５】
最後に、このｎ／ｐ接合上に、例えば、Ｎｉ−Ｃｕ金属層上に導電層が堆積され、光起電力変換器の上側電極１００を形成する（図６Ｄ）。この金属層をエッチングして、下位層が光線を受光できるように格子を形成する。電荷担体の収集を改善するために、エッチングされた金属層を、接合上に直接堆積された透明の導電層（例えば、ＴＣＯの）に関連付けることができる。
【００６６】
他の実施形態によれば、支持基板の厚さの中に２つのスルーホールを形成することが可能である。この場合、２つの穴は、ｎ型熱電材料およびｐ型熱電材料でそれぞれ充填され、例えば、穴の一方にｐ型半導体材料を充填し、他方の穴に粉末形態のｎ型半導体材料を充填することが可能であり、次いで、この材料を焼結する。これにより、ｎ型バーおよびｐ型バーが形成される。
【００６７】
次いで、これは、ｐ型半導体バーの端部とｎ型半導体バーの端部とがこの金属化層を介して電気的に接触しないように設計されたパターンに従って支持基板の背面上に導電層を堆積することによって上で説明されているように続く。金属化は、例えば、導電層のセリグラフィまたはフォトリソグラフィによって行える。
【００６８】
他の説明されていない段階は、第１の実施形態について説明されたものと同じである。
【００６９】
例えば図４に例示されているように、直列に接続された複数の光起電力変換器および複数の熱電変換器を備えるエネルギー生成システムの形成について説明する。前記エネルギー生成システムの等価電気配線図が図５に示されている。
【００７０】
電気絶縁および断熱材料の支持基板３、例えば、ガラス製基板の前面に、導電層が堆積され、導電トレースを形成するパターンでエッチングされる（この方法で、光起電力変換器の下側電極２００および熱電変換器の高温接点２００が形成される）（図７Ａ）。導電層は、例えば、モリブデンの層であってよい。
【００７１】
次に、ガラス基板３の背面に、エッチングで２つの穴の対を形成し、２つの穴のそれぞれの対が支持基板の前面上に配置された導電トレース上に開いているようにする（図７Ｂ）。
【００７２】
次いで、これらの穴に、ｎ型およびｐ型の熱電および導電材料、例えば、半導体材料の粉末またはペーストを充填し、それぞれの導電トレースについて焼結した後、ｎ型材料のバー４０１およびｐ型材料のバー４０２が形成される。焼結を行うことで、穴の内側の材料の凝集力を高め、バーと各導電トレースとの間の抵抗接触をよくすることが可能である（図７Ｄ）。
【００７３】
次いで、隣接するが、一方がｐ型、他方がｎ型というように異なる対に属するバー間に電気的接続を形成することを意図されたパターンに従って支持基板の背面を金属化する（図７Ｄ）。この方法で、直列接続された熱電変換器が形成される。
【００７４】
デバイスの光起電力変換器を製造するために、第１の半導体材料１０３の層を支持基板の前面に堆積し、第２の半導体材料を堆積する。これは、ｎ型の半導体材料およびｐ型の半導体材料であるか、またはその逆であってもよく、例えば、ｎ型ドープシリコンの層とｐ型ドープシリコンの層とすることができる。次いで、これら２つの層をパターン、例えば、ストリップの厚さ全体にわたってエッチングし、２つの隣接する導電トレースを接続する（図７Ｅ）。例示されている実施例は、光起電力変換器が、常に、ｎ／ｐ接合を有しているが（つまり、一方がｎ型半導体層、もう一方がｐ型半導体層である２つの層）、明らかに、ｎ／ｐ接合は、光活性材料の単一層で置き換えることができる。
【００７５】
最後に、導電層を支持基板の前面に堆積し、例えば、２つの隣接するｎ／ｐ接合を少なくとも部分的に覆うようにエッチングによって構造化し、これにより、隣接するｎ／ｐ接合間に電気的接続を形成する（図７Ｆ）。
【００７６】
こうして形成されたシステムにおいて、光起電力変換器の直列相互接続および支持基板を介したそれらの下側電極の電気絶縁を使用して、熱電変換器を直列接続する。知られている従来技術とは反対に、光起電力変換器の下側電極は、光起電力変換器を直列に電気的に接続するために使用されるが、熱電変換器の高温接点としては使用されず、この場合、下側電極は、同一の熱電変換器のｎ型バーとｐ型バーとの間の接続部としての機能を果たす。
【００７７】
複数の光起電力変換器および複数の熱電変換器を備える本発明によるエネルギー生成システムの特定の場合において、前記エネルギー生成システムの内側でショートするのを回避するために層の配置およびそれらのパターン形成されたエッチングに対する特定の構成に注意を払うことが特に重要である。
【００７８】
上に提示されている両方の実施形態において、デバイスおよびシステムは、１つまたは複数の光起電力変換器を支持するために使用される支持基板の厚さ内に１つまたは複数の熱電変換器を組み込んだ結果として形成され、これらの光起電力変換器の下側電極は熱電変換器の高温接点としての機能を果たす。本発明によれば、一般的にはガラス製の１つまたは複数の光起電力変換器の支持基板の断熱特性が利用され、１つまたは複数の光起電力変換器の支持体としての機能を果たすことに加えて、１つまたは複数の熱電変換器によって使用されうる温度勾配を発生させるためにも使用される支持基板が機能性を有するようになる。
【００７９】
特定の一実施形態によれば、支持基板は、熱伝導率が低い（０．２Ｗ・ｍ−１・Ｔ−１未満の）材料、例えば、シリカエアロゲルのエアロゲル層とすることができる。エアロゲルを使用することで、穴をエッチングしやすい層が得られる。この場合、エアロゲルの支持基板の支持する機能を補強するために、任意選択により、エアロゲル層に比べてより剛性の高い追加の支持材、例えばガラス基板を、熱電変換器の冷接点としての機能を果たす金属化層の下に設けることが可能である。冷接点としての機能を果たす金属化層の下にデバイスを製造するための方法の終わりに、この追加の支持材を適所に配置することができる。これは、上述の方法の段階の順序を逆にする、つまり、支持材上に冷接点を形成する段階、エアロゲルの支持基板をその上に堆積して、その厚さに穴を形成する段階、それらの穴にｎ型バーおよびｐ型バーを形成する段階、高温接点を形成する段階、光起電力変換器のｎ／ｐ接合および上側電極を形成する段階の順序にした場合に、製造方法の開始時に適所に配置することもできる。
【００８０】
すべての場合において、本発明によれば、材料の断熱が大きければ大きいほどデバイスの熱電変換器部分の性能レベルを最適化する可能性が高まることを念頭におき、選択された支持基板の剛性に関係なく、非常に低い熱伝導率を有し、電気的絶縁性を有する材料を選択することが重要になる。したがって、支持基板を形成するために選択された材料に関連して、デバイスの光起電力変換器によって生じる熱の運転収量を適応させることが可能である。
【００８１】
本発明による基本デバイスおよびシステムの利点は、それらの出力を最適化することが可能であることにある。光電流および熱電流が同時に使用されるので、２つのエネルギー源からの最大電力および最適な変換収率を得るために光起電力変換器および熱電変換器の内部抵抗の最適化を達成する必要がある。
【００８２】
図５に配線が示されているように、光起電力変換器４の機能は、ダイオードと直列の抵抗（Ｒｓ）および並列の抵抗（Ｒｓｈ）の機能にたとえることができ、また熱電変換器５の機能は、Ｒｔｈ＝Ｒｔｈ（ｎ）＋Ｒｔｈ（ｐ）として、Ｒｔｈ（ｎ）をｐ型バーの抵抗、Ｒｔｈ（ｐ）をｎ型バーの抵抗とする、抵抗Ｒｔｈにたとえることができる。
【００８３】
図５において、電流が熱電変換器５内に流れ込むのを防ぐために、条件
【００８４】
【数１】
2011508411.tif 000003
【００８５】
が成り立つ必要がある。
【００８６】
したがって、本発明によるシステムの最適な配置は、
【００８７】
【数２】
2011508411.tif 000004
【００８８】
のときに得られる。
【００８９】
抵抗Ｒｓｈの値は、光起電力変換器の接合、つまり、このｎ／ｐ接合の構成材料の特性に依存することが知られている。ｎ型およびｐ型材料がドープシリコンから得られる場合、抵抗Ｒｓｈの値は、最適な変換収率を得たくても調節できない。
【００９０】
その一方で、抵抗Ｒｔｈの値は、熱電変換器の構成材料の電気特性に依存することが知られている。したがって、熱電材料の組成を変更することによってＲｔｈの値を調節することが可能である。デバイスを適切に機能させるのに必要な条件を満たすために、ｎ型バーとｐ型バーを接続する熱電変換器の高温接点を形成するように適合された特定の幾何学的形状を選択することによってＲｔｈの値を修正することも可能である。
【００９１】
本発明によるシステムの別の利点は、システムの熱電変換器が、ペルチェモードでも機能しうる、つまり、電流を使用して温度低下をもたらし、それによって、光起電力変換器を冷やすことができ、したがって熱によって引き起こされる光起電力変換器の性能低下を低減することができるという点である。本発明による基本エネルギー生成デバイスにおいてこの冷却を使用することもできる。
【００９２】
次に、黄銅鉱タイプの光起電力モジュールの実施形態の一実施例について説明する。
【００９３】
下側電極は、モリブデンでできており、黄銅鉱の吸収剤からなる機能層でコーティングされる。
【００９４】
黄銅鉱の吸収剤は、好ましくは、一般的に銅、インジウム、およびセレンを含む三元黄銅鉱化合物からなるものとすることができる。吸収剤の層にガリウム（例えば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２またはＣｕＧａＳｅ２）、またはアルミニウム（例えば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ２）、または硫黄（例えば、ＣｕＩｎ（Ｓｅ，Ｓ））を添加することも可能である。これらの化合物はすべて、一般的に、以下では、黄銅鉱吸収剤の層という用語により指定されている。
【００９５】
黄銅鉱吸収剤の機能層は、硫化カドミウム（ＣｄＳ）の薄層でコーティングされ、これにより、黄銅鉱層とのｎ／ｐ接合を形成することが可能になる。黄銅鉱吸収剤は、一般的に、ｎ型ドープであり、ＣｄＳ層はｐ型ドープであるため、これにより、電流を発生するのに必要なｎ／ｐ接合を形成することが可能である。
【００９６】
このＣｄＳ薄層は、いわゆる真性酸化亜鉛（ＺｎＯ：ｉ）から一般的に形成される接着層でそれ自体コーティングされる。
【００９７】
上側電極を形成するために、ＺｎＯ：ｉの層を、ＴＣＯ（透明導電酸化物）の導電層でコーティングする。これは、とりわけ、ドープ酸化スズ、特に、フッ素またはアンチモンでドープした酸化スズ（ＣＶＤ蒸着法に使用できる前駆体は、フッ化水素酸またはトリフルオロ酢酸タイプのフッ素前駆体と会合する有機金属またはスズハロゲン化物とすることができる）、ドープ酸化亜鉛、特に、アルミニウムでドープした酸化亜鉛（ＣＶＤ蒸着法に使用できる前駆体は、有機金属または亜鉛とアルミニウムのハロゲン化物とすることができる）、またはドープ酸化インジウム、特に、スズでドープされた酸化インジウム（ＣＶＤ蒸着法に使用できる前駆体は、有機金属またはスズとインジウムのハロゲン化物とすることができる）のうちから選択することができる。太陽電池モジュールの収率を不必要に下げないようにするために、この導電層は、できる限り透明でなければならず、また機能層を形成する材料の吸収スペクトルに対応するすべての波長にわたって高い光透過率を有していなければならない。
【００９８】
薄層のスタックは、例えばＰＵ、ＰＶＢ、またはＥＶＡの中間層を介して２つの基板の間に挟持される。第１の基板は、太陽電池または光起電力電池を適合させるために、必ずシリカ−ソーダ−石灰ガラスなどのアルカリ系ガラス（本発明のプリアンブルで説明されている理由により）であるという事実により、第２の基板と異なる。次いで、シールまたは封止用樹脂を使ってアセンブリを周囲封入する。この樹脂の組成の一例およびその使用条件については、先行技術文献に挙げられている文献［４］で説明されている。
【符号の説明】
【００９９】
１  光起電力変換器
２  熱電変換器
３  支持基板
４  光起電力変換器
５  熱電変換器
１０  上側電極
１１  下側電極
１２  ｎ型ドープ半導体材料の１つの層
１３  ｐ型ドープ半導体材料の１つの層
１４  ｎ／ｐ接合
２０  導電層
２１  導電層
２４  熱電材料の層
３０  上側電極
３０  高温接点
３１  下側電極
３１  冷接点
１００  上側電極
１０２  ｎ型半導体材料の層
１０３  ｐ型半導体材料の層
１２０  ｎ型半導体材料の層
１３０  ｐ型半導体材料の層
１４０    ｎ／ｐ接合
２００  下側電極
２００  高温接点
３００  冷接点
４００  熱電素子
４０１  ｎ型材料のバー
【図１】
2011508411.tif 000005
【図２】
2011508411.tif 000006
【図３】
2011508411.tif 000007
【図４】
2011508411.tif 000008
【図５】
2011508411.tif 000009
【図６Ａ】
2011508411.tif 000010
【図６Ｂ】
2011508411.tif 000011
【図６Ｃ】
2011508411.tif 000012
【図６Ｄ】
2011508411.tif 000013
【図７Ａ】
2011508411.tif 000014
【図７Ｂ】
2011508411.tif 000015
【図７Ｃ】
2011508411.tif 000016
【図７Ｄ】
2011508411.tif 000017
【図７Ｅ】
2011508411.tif 000018
【図７Ｆ】
2011508411.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月15日(2009.10.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力変換器および熱電変換器を備える電気エネルギーを生成するための基本デバイスであって、
前記光起電力変換器は断熱材料の支持基板（３）上に置かれる層のスタックを備え、前記層のスタックは上側電極（１００）としての機能を果たす第１の導電層および下側電極（２００）としての機能を果たす第２の導電層を備え、前記上側電極および前記下側電極はこれらの電極の間に配置された光活性材料の層を有し、
前記熱電変換器は高温接点（２００）としての機能を果たす第３の導電層、冷接点（３００）としての機能を果たす第４の導電層を備え、前記高温接点および前記冷接点はこれらの接点の間に配置された熱電および導電材料の素子（４００）を有し、
前記熱電および導電素子（４００）は、前記光起電力変換器の断熱材料の前記支持基板（３）の厚さに含まれ、これにより、前記素子の一端は前記高温接点（２００）と接触し、前記素子の他端は前記冷接点（３００）と接触し、前記高温接点（２００）および前記下側電極（２００）は、同一の導電層であることを特徴とする基本デバイス。
【請求項２】
前記第１の導電層は、入射光線を透過する請求項１に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項３】
前記熱電および導電素子（４００）は、前記支持基板（３）の厚さ全体に含まれる請求項１に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項４】
前記支持基板（３）は、ガラス製基板である請求項１に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項５】
前記支持基板（３）は、エアロゲル製基板である請求項１に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項６】
前記支持基板（３）は、シリカエアロゲル製基板である請求項５に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項７】
前記光活性材料の層は、ｎ型の第１の半導体材料の層（１０２）およびｐ型の第２の半導体材料の層（１０３）を含む請求項１に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項８】
前記熱電および導電素子（４００）は、ｎ型の第１の熱電および導電材料並びにｐ型の第２の熱電および導電材料を含む請求項１に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項９】
前記熱電および導電素子（４００）は、ｎ型の第１の熱電および半導体材料並びにｐ型の第２の熱電および半導体材料を含む請求項１に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
【請求項１０】
ｉ個の光起電力変換器およびｉ個の熱電変換器を備える電気エネルギーを生成するためのシステムであって、ｉは２以上の整数であり、前記ｉ個の光起電力変換器および前記ｉ個の熱電変換器はそれぞれ直列に電気的接続され、
それぞれの光起電力変換器は断熱材料の支持基板（３）上に置かれる層のスタックを備え、前記層のスタックは上側電極（１００）としての機能を果たす第１の導電層および下側電極（２００）としての機能を果たす第２の導電層を備え、前記上側電極および前記下側電極はこれらの電極の間に光活性材料の層を挟み、
それぞれの熱電変換器は高温接点（２００）としての機能を果たす第３の導電層、冷接点（３００）としての機能を果たす第４の導電層を備え、前記高温接点および前記冷接点はこれらの接点の間に配置されたｎ型の熱電および導電材料の素子（４０１）並びにｐ型の熱電および導電材料の素子（４０２）を有し、ｎ型およびｐ型の素子は相隔てて並び、
それぞれの熱電変換器のｎ型素子（４０１）およびｐ型素子（４０２）は、断熱材料のそれぞれの光起電力変換器の前記支持基板（３）の厚さに含まれ、これにより、前記ｎ型素子（４０１）の一端および前記ｐ型素子（４０２）の一端は、同一の高温接点（２００）と接触し、前記ｎ型素子（４０１）の他端および前記ｐ型素子（４０２）の他端は、隣接する熱電変換器に属する冷接点（３００）と接触することを特徴とする電気エネルギーを生成するためのシステム。
【請求項１１】
前記光起電力変換器の前記支持基板は、すべての前記光起電力変換器について同一の支持基板（３）である請求項１０に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
【請求項１２】
それぞれの高温接点（２００）およびそれぞれの下側電極（２００）は、同一の導電層である請求項１０に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
【請求項１３】
ｎ型（４０１）およびｐ型（４０２）の前記熱電材料は、ｎ型およびｐ型の半導体材料である請求項１０から１２のいずれか一項に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
【請求項１４】
前記支持基板（３）は、ガラス製基板である請求項１０に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
【請求項１５】
前記支持基板（３）は、エアロゲル製基板である請求項１０に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
【請求項１６】
前記支持基板（３）は、シリカエアロゲル製基板である請求項１５に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
【請求項１７】
ａ）断熱および電気絶縁材料の支持基板（３）を提供する段階と、
ｂ）前記支持基板（３）の面のうちの一方の上に導電層を堆積する段階と、
ｃ）段階ｂ）で堆積された前記導電層を含む面と反対の側の面から開始して、前記導電層まで、前記支持基板（３）の厚さにエッチングして穴をあける段階と、
ｄ）前記穴に熱電および導電性化合物を充填し、前記化合物を焼結する段階と、
ｅ）段階ｂ）で堆積された前記導電層を含む面と反対の前記支持基板（３）の面上に導電層を堆積する段階と、
ｆ）光活性材料の層を前記導電層のうちの１つの上に堆積する段階と、
ｇ）前記光活性材料の層の上に導電層を堆積する段階と、を含み、
段階ｇ）で堆積された前記導電層は前記光起電力変換器の前記上側電極（１００）を形成し、
段階ｆ）で前記光活性材料の層が堆積された前記導電層は前記光起電力変換器の前記下側電極（２００）および前記熱電変換器の前記高温接点（２００）の両方を形成し、
残りの前記導電層は前記熱電変換器の前記冷接点（３００）を形成する
請求項１から９のいずれか一項に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイスを製造するための方法。
【請求項１８】
段階ｆ）は、段階ｂ）の後且つ段階ｃ）の前に実施される請求項１７に記載の基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法。
【請求項１９】
段階ｆ）およびｇ）は、段階ｂ）の後且つ段階ｃ）の前に実施される請求項１７に記載の基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法。
【請求項２０】
段階ｂ）の後且つ段階ｆ）の前に、すでに堆積されている導電層の上に導電層を堆積する段階ｍ）をさらに含み、段階ｆ）は２つの導電層を含む前記支持基板の面の上に光活性材料の層を堆積する段階ｆ’）で置き換えられ、
段階ｇ）で堆積された前記導電層は前記光起電力変換器の前記上側電極（１００）を形成し、
段階ｍ）で堆積された前記導電層は前記光起電力変換器の前記下側電極を形成し、
前記支持基板と段階ｍ）で堆積された前記導電層との間に存在する前記導電層は前記熱電変換器の前記高温接点を形成し、
残りの前記導電層は前記熱電変換器の前記冷接点（３００）を形成する請求項１７から１９のいずれか一項に記載の基本エネルギー生成システムを製造するための方法。
【請求項２１】
前記上側電極（１００）を形成する前記導電層は、光線を透過する材料で形成されている請求項１７または２０に記載の基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法。
【請求項２２】
段階ｇ）で堆積された前記導電層を構造化して、オープンワークの導電層を得る段階ｈ）をさらに含む請求項１７に記載の基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法。
【請求項２３】
前記支持基板（３）は、ガラスまたはエアロゲル製、好ましくはシリカエアロゲル製基板である請求項１７に記載の基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法。
【請求項２４】
ａ）断熱および電気絶縁材料の支持基板（３）を形成する段階と、
ｂ）前記支持基板の前面に導電層を堆積する段階と、
ｃ）段階ｂ）で堆積された前記導電層を構造化し、ｉを２以上の整数として、互いに電気絶縁されたｉ個の導電トレースを形成する段階と、
ｄ）前記支持基板の背面から開始して前記支持基板の前面の前記導電トレースまで前記支持基板の厚さにエッチングで２ｉ個の穴をあけ、導電トレース１つにつき２つの穴の対を得る段階と、
ｅ）２ｉ個の前記穴に熱電および導電材料の２ｉ個の素子（４０１，４０２）を形成する段階であって、２つの穴のそれぞれの対の前記素子のうちの１方はｎ型の熱電化合物であり、２つの穴のそれぞれの対の他方の素子はｐ型の熱電化合物である段階と、
ｆ）前記支持基板の背面の上に導電層を堆積する段階と、
ｇ）段階ｆ）で堆積された前記導電層を構造化し、ｊ＝ｉ＋１として、互いに電気的に絶縁されたｊ個の導電トレースを形成する段階であって、前記前面のｉ個の導電トレースおよび前記背面のｊ個の導電トレースはｎ型素子およびｐ型素子を直列に接続するように配列され、一方の型のそれぞれの素子はトレースｉおよびトレースｊによって他方の型の２つの素子にそれぞれ接続される、段階と、
ｈ）構造化された導電層を含む前記支持基板の面のうちの一方の上に光活性材料の層を堆積する段階と、
ｉ）前記光活性材料の層を構造化して、段階ｇ）で得られた２つの隣接する導電トレースを接続するブロックを形成する段階と、
ｊ）前記光活性材料の層を含む前記支持基板の面の上に導電層を堆積する段階と、
ｋ）段階ｊ）で堆積された前記導電層を構造化し、互いに電気絶縁され、２つの隣接するブロックを接続する導電トレースを形成する段階と、を含み、
段階ｋ）で構造化された前記導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記上側電極（１００）を形成し、
前記構造化された光活性材料の層と前記支持基板との間に配置されている前記構造化された導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記下側電極（２００）およびそれぞれの熱電変換器の前記高温接点（２００）の両方を形成し、
残りの構造化された前記導電層はそれぞれの熱電変換器の冷接点（３００）を形成する請求項１０から１６のいずれか一項に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項２５】
段階ｈ）およびｉ）は、段階ｃ）の後且つ段階ｄ）の前に実施される請求項２４に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項２６】
段階ｈ）、ｉ）、ｊ）、およびｋ）は、段階ｃ）の後且つ段階ｄ）の前に実施される請求項２４に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項２７】
段階ｂ）の後且つ段階ｃ）の前において、段階ｂ）で堆積された前記導電層上に導電層を堆積する段階ｂ’）をさらに含み、段階ｃ）は段階ｂ）およびｂ’）で堆積された前記導電層を構造化し、ｉを２以上の整数として、互いに電気的に絶縁されたｉ個の導電トレースを形成する段階ｃ’）で置き換えられ、段階ｈ）は前記支持基板の前面上に光活性材料の層を堆積する段階ｈ’）で置き換えられ、
段階ｋ）で構造化された前記導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記上側電極（１００）を形成し、
段階ｂ’）で堆積され、段階ｃ’）で構造化された前記導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記下側電極を形成し、
段階ｂ）で堆積され、段階ｃ’）で構造化された前記導電層はそれぞれの熱電変換器の前記高温接点を形成し、
残りの構造化された前記導電層はそれぞれの熱電変換器の冷接点（３００）を形成する請求項２４から２６のいずれか一項に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項２８】
段階ｆ）の後且つ段階ｇ）の前において、段階ｆ）で堆積された前記導電層上に導電層を堆積する段階ｆ’）をさらに含み、段階ｇ）は段階ｆ）およびｆ’）で堆積された前記導電層を構造化し、ｊ＝ｉ＋１として、互いに電気的に絶縁されたｊ個の導電トレースを形成する段階ｇ’）で置き換えられ、前記前面のｉ個の導電トレースおよび前記背面のｊ個の導電トレースは前記ｎ型素子および前記ｐ型素子を直列に接続するように配列され、一方の型のそれぞれの素子はトレースｉおよびトレースｊによって他方の型の２つの素子にそれぞれ接続され、
段階ｋ）で構造化された前記導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記上側電極（１００）を形成し、
段階ｆ’）で堆積され、段階ｇ’）で構造化された前記導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記下側電極を形成し、
段階ｆ）で堆積され、段階ｇ’）で構造化された前記導電層はそれぞれの熱電変換器の前記高温接点を形成し、
残りの構造化された前記導電層はそれぞれの熱電変換器の冷接点（３００）を形成する請求項２４から２６のいずれか一項に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項２９】
前記２ｉ個の素子（４０１，４０２）を形成する段階ｅ）は、
−２つの穴のそれぞれの対の穴のうちの一方にｎ型の熱電化合物を充填し、２つの穴のそれぞれの対の他方の穴にｐ型の熱電化合物を充填して前記２ｉ個の穴を充填する段階と、
−前記化合物を焼結する段階と、を含む請求項２４に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項３０】
前記熱電材料は、粉末形態であるか、または粉末と結合剤とを混合することによって得られるペースト形態である請求項２４に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項３１】
前記光活性材料の層は、ｎ型の半導体材料の層（１０２）およびｐ型の半導体材料の層（１０３）を含む請求項２４に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
【請求項３２】
前記基本デバイスの前記光起電力変換器を冷却するための、請求項１から９のいずれか一項に記載の基本エネルギー生成デバイスの前記熱電変換器の使用。
【請求項３３】
前記システムの前記光起電力変換器を冷却するための、請求項１０から１６のいずれか一項に記載のエネルギーを生成するシステムの前記熱電変換器の使用。
【国際調査報告】
2011508411.tif 000020
2011508411.tif 000021
2011508411.tif 000022
2011508411.tif 000023
2011508411.tif 000024
2011508411.tif 000025