(57)【要約】【課題】太陽光等の外部光を効率よく太陽電池素子に入射させることで、太陽電池における光の利用効率を向上が可能な太陽電池を提供する。【解決手段】光電変換層２を有する太陽電池素子と、シリンドリカル状集光曲面群４と、該シリンドリカル状集光曲面群４により集光された太陽光８が上記太陽電池素子に入射可能なように光通過可能な直線状光通過孔群７とを有する集光素子３とを備える。上記集光素子３には、さらに、該集光素子３内で光を反射し、該反射光を上記直線状光通過孔群７に導く第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６が該直線状光通過孔群７と組をなして設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換層を有する太陽電池素子と、
集光領域と、該集光領域により集光された入射光を、上記太陽電池素子側に通過させる光通過領域とを有する集光素子とを備え、
上記集光素子には、さらに、該集光素子内で光を反射し、該反射光の少なくとも一部を上記光通過領域に導く第１光反射面が該光通過領域と組をなして設けられていることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
上記第１光反射面は、集光領域側から光通過領域側に向けて先細る形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
上記集光素子の第１光反射面の裏面が、太陽電池素子からの反射光を再度、該太陽電池素子に入射させるように反射する第２光反射面となっていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
上記光通過領域と上記太陽電池素子との間に配置された平板状の透明基板が、少なくとも上記集光素子に対し密着固定されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
上記透明基板の光入射面において、上記光通過領域に対向する対向領域以外の領域に、太陽電池素子からの反射光を再度、該太陽電池素子に入射させるように反射する第２光反射面を設けたことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。
【請求項６】
上記光通過領域と上記光電変換層との間に、上記光電変換層の光電変換に寄与する波長の蛍光を発する蛍光材料が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
上記集光領域が、シリンドリカル状集光曲面であり、上記光通過領域が直線スリット状の光通過領域であり、該シリンドリカル状集光曲面の円筒軸の方向と、上記光通過領域の延伸方向とが平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
上記シリンドリカル状集光曲面を構成する材料の屈折率よりも小さな屈折率を有する透明屈折層が、上記シリンドリカル状集光曲面の光入射側に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
上記シリンドリカル状集光曲面の円筒軸方向を含み、かつ、集光素子に垂直な平面が、東西方向を向くように設置されていることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項１０】
春分または秋分の南中時に、太陽電池に対する太陽光入射角度が０°となるように、太陽電池の設置角度が設定されていることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１１】
入射した光を集光する複数の集光領域と、
該集光領域によって集光された光を通過させる複数の光通過領域であって、上記集光領域に対応して備えられた光通過領域と、
上記集光領域と光通過領域との間に形成され、集光領域によって集光された光の少なくとも一部を反射して、上記光通過領域に導く光反射面であって、上記光通過領域と組をなして形成された光反射面とを備えていることを特徴とする太陽電池素子用集光素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の太陽電池素子用集光素子の製造方法であって、
上記集光領域、光反射面および光通過領域を有する単位集光素子を製造した後で、単位集光素子を複数接続して太陽電池素子用集光素子を得ることを特徴とする太陽電池素子用集光素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の太陽電池素子用集光素子の製造方法であって、
上記光反射面および光通過領域を有する単位集光素子と、上記集光領域と集光領域に対向する平面とを有する集光曲面素子構成要素とを製造した後で、複数の単位集光素子を集光曲面素子構成要素の平面上に順次接着して太陽電池素子用集光素子を得ることを特徴とする太陽電池素子用集光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池、および太陽電池用集光素子とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池は、図１９に示すように、ｐｎ接合による光電変換を行う多結晶Ｓｉ太陽電池（例えば、特許文献２参照）や、図２０に示すように、ｐｉｎ接合による光電変換を行う非晶質Ｓｉ太陽電池である（例えば、特許文献１参照）。また、図示しないが、単結晶Ｓｉ基板上に、ｐｎ接合を形成した単結晶Ｓｉ太陽電池がある。
【０００３】
図１９に示す多結晶Ｓｉ太陽電池においては、支持体を兼ねた基板１９１上に、光反射効果を有する電極金属層１９２、電極金属層１９２と多結晶Ｓｉ半導体層１９４との電気的接触を良好にするために設けたｎ型不純物およびｐ型不純物の一方を高濃度にドーピングした多結晶Ｓｉ半導体層１９３、多結晶Ｓｉ半導体層１９３と同じ伝導型不純物をわずかにドーピングした多結晶Ｓｉ半導体層１９４、多結晶Ｓｉ半導体層１９３、１９４と反対の伝導型不純物を高濃度にドーピングした多結晶Ｓｉ半導体層１９５、電流を取り出すための集電電極１９６、効率的に光を取り込むための反射防止層１９７とから構成されている。
【０００４】
また、図２０に示す非晶質Ｓｉ太陽電池においては、支持体を兼ねた基板２０１上に、光反射効果を有する電極金属層２０２、非晶質Ｓｉ半導体からなりｎ型不純物がドーピングされたｎ層２０３、非晶質Ｓｉ半導体からなり真性半導体であるｉ層２０４、非晶質Ｓｉ半導体からなりｐ型不純物がドーピングされたｐ層２０５、電流を取り出すための集電電極２０６、効率的に光を取り込むための反射防止層２０７とから構成されている。
【０００５】
また、発電効率を上げるため、図１９に示す多結晶半導体で構成したｐｎ接合と、図２０に示す非晶質半導体で構成したｐｉｎ接合とを積層したタンデム構造太陽電池が提案されている。
【０００６】
これらの太陽電池以外に、基板側から光を入射させる図２１に示すような太陽電池が提案されている。この太陽電池は、光入射側から順に、透明基板２１１、透明基板２１１上に、効率的に光を取り込むための反射防止層２１２、電流を取り出すための集電電極２１３、非晶質Ｓｉ半導体からなりｐ型不純物がドーピングされたｐ層２１４、非晶質Ｓｉ半導体からなり真性半導体であるｉ層２１５、非晶質Ｓｉ半導体からなりｎ型不純物がドーピングされたｎ層２１６、光反射効果を有する電極金属層２１７とから構成されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−４８１２７号公報  （１９９３年２月２６日公開）
【０００８】
【特許文献２】
特開平１１−２１４７１７号公報  （１９９９年８月６日公開）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の構成では、以下に記す種々の要因により、発電効率が低いという問題を有している。
【００１０】
第１の要因は、反射防止層１９７、２０７、２１２にある。すなわち、表面反射を極力抑えることを目的として、光入射面もしくは光入射面の近傍に導電性透明膜からなる反射防止層１９７、２０７、２１２を設けているが、表面反射を完全に零とすることは困難であり、入射光の一部が反射されるという問題が生じる。また、上記反射防止層１９７、２０７、２１２は、一般に、波長依存性を有しており、設計波長中心から光波長がずれることにより、表面反射が増大してしまうという問題も生じる。特に、比較的広い波長の光を光電変換に利用するタンデム構造太陽電池においては、その悪影響は、さらに大きなものとなる。
【００１１】
第２の要因は、集電電極１９６、２０６、２１３にある。すなわち、電流を取り出すため、光入射側に設けられた集電電極１９６、２０６、２１３は、入射光を完全に反射してしまうため、確実に発電効率の低下をもたらすことになる。
【００１２】
ところで、光を吸収して電荷を発生させ、発電を行う多結晶Ｓｉ半導体層１９４、非晶質Ｓｉ半導体層２０４、２１５は、入射した光を吸収するために十分な膜厚が必要なので、発電効率を上げる目的で、その膜厚を厚くすることが考えられる。しかし、半導体層の膜厚が、あまり厚くなると、電荷の走行距離が増大するため、外部に取り出すことのできる電流が減少するという問題が生じる。また、半導体層の膜厚増加は、製造時間の増加、および、材料使用量の増加につながるため、コスト増加につながるという問題を生じる。
【００１３】
したがって、前述のような半導体層等を含む光電変換層の入射光吸収率を改善するためには、半導体層の膜厚自体を増加させることなく、光電変換層への入射光量を如何に増大させるかが、最大の課題であるといえる。これはまた、太陽光などの外部光を無駄なく利用することで、外部出力電流を減少させることなく、半導体層の膜厚を薄くできるようにするには、どうすればよいか、という課題に換言できる。
【００１４】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、太陽光等の外部光を効率よく太陽電池素子に入射させることで、太陽電池における光の利用効率を向上させることが可能で、太陽電池からの表面反射による光損失を低減し、さらに、太陽光の中のより広範囲な波長の光を、有効に光電変換に利用して、高い発電効率を実現することが可能な太陽電池を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明の太陽電池は以下のようなものである。
【００１６】
本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、光電変換層を有する太陽電池素子と、集光領域と、該集光領域により集光された入射光を、上記太陽電池素子側に通過させる光通過領域とを有する集光素子とを備え、上記集光素子には、さらに、該集光素子内で光を反射し、該反射光の少なくとも一部を上記光通過領域に導く第１光反射面が該光通過領域と組をなして設けられていることを特徴としている。
【００１７】
上記の構成により、集光素子に入射した光は、集光領域により集光され、光通過領域を通過して、太陽電池素子に照射される。この場合、集光領域と光通過領域とは、それぞれ複数設けてもよい。また、複数の集光領域のそれぞれの集光位置に１つないし複数の光通過領域を配置してもよい。また、光通過領域には、空隙が形成されていてもよいし、透明材が存在していてもよい。
【００１８】
さらに、集光素子には、該集光素子内で光を反射し、該反射光の少なくとも一部を上記光通過領域に導く光反射面が、該光通過領域と組をなして設けられているので、集光領域により集光された入射光のうち、光通過領域に直接入射されない光の少なくとも一部を上記第１光反射面によって反射して該光通過領域に導くことができる。
【００１９】
これにより、季節変化や時間変化に伴い太陽光等の光の入射角が変化した場合、すなわち、集光領域により集光された光の全てが、直接、光通過領域を通過できないような場合において、集光領域により集光された光を光通過領域に直接通過させることに加えて、直接、光通過領域に入射されない光の少なくとも一部を第１光反射面により反射した後、光通過領域に通過させることが可能となる。この結果、光通過領域を通過して太陽電池素子の光電変換層に照射される光量を増大させることが可能となる。
【００２０】
従って、光の入射角が変化した場合においても、光を効率良く光通過領域を通過させることが可能となり、季節変化や時間変化に係わり無く、太陽電池の発電効率（光の利用効率）を高くすることができる。
【００２１】
また、集光領域で集光された入射光の全てが光通過領域に入射されない理由としては、上記のように、光の入射角が変化する場合が考えられるが、この他に、集光領域によって光が集光する位置と、光通過領域とがずれている場合にも、集光領域で集光された入射光の全てが光通過領域に入射されない。
【００２２】
従って、従来は、光の入射角が変化しない場合であっても、集光領域による光が集光する位置と、光通過領域とがずれないように、集光領域と光通過領域との位置関係を設定する必要がある。例えば、集光素子の小型化に伴って光通過領域を小さくした場合には、集光領域による光が集光する位置の領域も小さくする必要があるので、集光領域と光通過領域との位置関係を高精度に設定する必要がある。
【００２３】
しかしながら、本発明によれば、このような場合においても、上記の集光素子内に設けられた第１光反射面によって、光通過領域に直接、入射されない光の少なくとも一部を反射して該光通過領域に導くことができる。
【００２４】
従って、上記の構成では、集光領域により光が集光する位置と、光通過領域との位置合わせを従来程、高精度に行なう必要がないので、製造精度が緩和される。このため、集光素子を高精度に製造するための高価な装置を必要とせず、また、集光素子の歩留りも向上するので、光の利用効率の高い太陽電池を安価に製造することが可能となる。
【００２５】
本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記第１光反射面は、集光領域側から光通過領域側に向けて先細る形状を有していることを特徴としている。
【００２６】
これにより、第１光反射面における反射光を光通過領域へ導き易くすることができる。すなわち、第１光反射面で一度反射された反射光を、より光通過領域に近い位置へと導くことができ、そのような反射を重ねる内に、最終的には光通過領域へ導き入れることができる。
【００２７】
そのような第１光反射面として、すり鉢状、樋状等を採用することができる。
【００２８】
本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記集光素子の第１光反射面の裏面が、太陽電池素子からの反射光を再度、該太陽電池素子に入射させるように反射する第２光反射面となっていることを特徴としている。
【００２９】
上記の構成により、上記の効果に加えて、集光素子の光通過領域を通過した光は、太陽電池素子に照射され、一部が光電変換層に吸収されるが、一部は太陽電池素子の表面または内部で反射され反射光となる。この反射光の少なくとも一部は、第２反射面にて反射され、太陽電池素子の方へ戻される。すなわち、太陽電池素子と第２光反射面との間では、反射光が多重反射されることにより、光電変換層に照射される光量が増大するため、太陽電池の発電効率（光の利用効率）をさらに高くすることが可能となる。
【００３０】
また、集光素子の第１反射面の裏面が第２反射面となっていることにより、集光素子に光反射性材料の層を１層設けるだけで、その両面を反射面として利用する形態を採用することができる。これにより、集光素子と太陽電池素子との間に、太陽電池素子からの反射光を反射するための光反射層を別途設ける必要がなくなるので、太陽電池の構成を簡素化し、コストを下げることにも役立つ。
【００３１】
なお、本発明として記載した構成を、前記発明として記載した各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。
【００３２】
本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記光通過領域と上記太陽電池素子との間に配置された平板状の透明基板が、少なくとも上記集光素子に対し密着固定されていることを特徴としている。
【００３３】
本発明に係る太陽電池において、上記光通過領域と上記光電変換層とを離間して固定配置する場合、光通過領域と上記光電変換層との間が空洞となるため、外圧や温度変化にともない、上記光通過領域や上記集光領域を有する集光素子にゆがみを発生することになる。この集光素子のゆがみにともない、上記光通過領域が、上記光電変換層に近づいた場合、上記光通過領域近傍の上記光電変換層のみに、集光された光が照射されることになる。その結果、上記光電変換層には、上記光通過領域に対応した不均一な強度分布の光が照射され、発電効率の低下を招く原因となる。
【００３４】
これに対して、上記構成のように、上記光通過領域と上記太陽電池素子との間に配置された平板状の透明基板が、少なくとも上記集光素子に対し密着固定されていることにより、上記光通過領域と上記光電変換層との間隔が常に一定に保たれ、その結果、上記光電変換層に照射される光の強度分布が均一なものとなり、常に高い発電効率を維持することが可能となる。
【００３５】
なお、上記透明基板は、集光素子に加えて太陽電池素子に対して密着固定されていてもよい。これにより、集光素子のゆがみ防止効果を高めると共に、太陽電池の機械的強度を高めることができる。
【００３６】
なお、本発明として記載した構成を、前記発明として記載した各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。
【００３７】
本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記透明基板の光入射面において、上記光通過領域に対向する対向領域以外の領域に、太陽電池素子からの反射光を再度、該太陽電池素子に入射させるように反射する第２光反射面を設けたことを特徴としている。
【００３８】
ここで、本発明に係る太陽電池において、上記第１光反射面として、集光領域側から光通過領域側に向けて先細る形状を持たせ、その裏面を第２光反射面とし、かつ、そのような第１光反射面と光通過領域との組を複数隣接させた場合、第２光反射面は、第１光反射面と反対向きに先細る形状を持つ。
【００３９】
このような第２光反射面によって上記光電変換層からの反射光が反射された場合、反射光は、第２光反射面の先細り形状の先端方向へ反射されるため、第２光反射面内で複数回の反射を起こす可能性が高い。
【００４０】
反射光の強度は、光反射傾斜面の反射率に従って減衰されるため、上記第２光反射面での反射回数が、できるだけ少ない状態で、太陽電池素子に戻されることが望ましい。
【００４１】
そこで、上記構成のように、透明基板の光入射面において、上記光通過領域に対向する対向領域以外の領域に、太陽電池素子からの反射光を再度、該太陽電池素子に入射させるように反射する第２光反射面を設けた場合、そのような第２光反射面は、透明基板が平板状ゆえに、太陽電池素子に対面する平面となる。
【００４２】
従って、太陽電池素子（光電変換層）からの反射光は、平面状の第２光反射面によって１度反射されるだけで、上記光電変換層を再照射することができる。すなわち、多重反射の反射回数を最小とすることが可能となり、太陽電池の発電効率（光の利用効率）を高くすることができる。
【００４３】
本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記光通過領域と上記光電変換層との間に、上記光電変換層の光電変換に寄与する波長の蛍光を発する蛍光材料が設けられていることを特徴としている。
【００４４】
上記の構成により、上記蛍光材料は、上記光電変換層の光電変換に寄与しない波長の光を吸収し、上記光電変換層の光電変換に寄与する波長の光を蛍光として発生する。この発生した蛍光は、上記光電変換層に照射される。
【００４５】
従って、光電変換に寄与する波長の光の光量が増大し、太陽電池の発電効率を一層高くすることが可能となる。
【００４６】
なお、本発明として記載した構成を、前記発明として記載した各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。
【００４７】
本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記集光領域が、シリンドリカル状集光曲面であり、上記光通過領域が直線スリット状の光通過領域であり、該シリンドリカル状集光曲面の円筒軸の方向と、上記光通過領域の延伸方向とが平行に配置されていることを特徴としている。
【００４８】
上記の構成により、上記の効果に加えて、シリンドリカル状集光曲面は、線状の集光状態を作り出すので、光通過領域として、その延伸方向がシリンドリカル状集光曲面の円筒軸と平行に配置された直線スリット状の光通過領域を採用することによって、線状に集光された光は直線スリット状光通過孔へと効率良く集光される。
【００４９】
また、集光素子に入射される入射光として、例えば太陽光の入射角度が変化した場合においても、太陽光は、シリンドリカル状集光曲面により集光され、直接光通過領域を通過するか、もしくは、該光通過領域と組をなして設けられた第１光反射面によって反射された後、効率的に光通過領域へと集光することが可能となり、高い発電効率を維持することができる。
【００５０】
また、シリンドリカル状集光曲面は細長い集光領域をカバーすることができるので、その細長い集光領域を横に並べれば、大きな集光素子を作製することができる。すなわち、より短小な形状の集光領域と比較して、少ない数の集光領域で集光素子を構成することができるため、集光素子の構成を簡素化し、コストを下げることにも役立つ。
【００５１】
なお、本発明として記載した構成を、前記発明として記載した各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。
【００５２】
本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記シリンドリカル状集光曲面を構成する材料の屈折率よりも小さな屈折率を有する透明屈折層が、上記シリンドリカル状集光曲面の光入射側に設けられていることを特徴としている。
【００５３】
上記の構成により、上記の効果に加えて、入射光が、より小さな屈折率を有する上記透明屈折層に屈折された後、上記シリンドリカル状集光曲面へと入射されることになる。従って、シリンドリカル状集光曲面への光入射角度が実質的に小さくなり、入射光が大きな入射角度で入射した場合においても、効率良く光通過領域へと集光することが可能となり、高い発電効率を維持することができる。
【００５４】
本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記シリンドリカル状集光曲面の円筒軸方向を含み、かつ、集光素子に垂直な平面が、東西方向を向くように設置されていることを特徴としている。
【００５５】
上記の構成により、上記の効果に加えて、朝方および夕方において、太陽光が東西方向の斜め上からシリンドリカル状集光曲面に入射する場合において、光軸を含みかつ円筒軸を含む平面と、集光素子が設けられた平面とが成す角度を常に一定とすることができ、シリンドリカル状集光曲面により直線状に集光される光は、常に、光軸を含みかつ円筒軸を含む平面上に集光されることになる。
【００５６】
また、前述の構成によれば、シリンドリカル状集光曲面の円筒軸の方向と、該直線スリット状光透過領域の延伸方向とが平行に配置されているから、上記直線スリット状光透過領域は、光軸を含みかつ円筒軸を含む平面上に配置されている。
【００５７】
従って、１日の太陽光の入射角度変化に対応して、該シリンドリカル状集光曲面と該直線スリット状光透過領域とを相対的に移動させることなく、太陽光を効率良く直線スリット状光透過領域へと集光することが可能となる。
【００５８】
なお、本発明として記載した構成を、前記発明として記載した各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。
【００５９】
本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、春分または秋分の南中時に、太陽電池に対する太陽光入射角度が０°となるように、太陽電池の設置角度が設定されていることを特徴としている。
【００６０】
ここで、本発明の太陽電池の設置角度を、夏至の南中時に、太陽電池に対する入射角度が０°となるように設置した場合、冬至の南中時には、入射角度が地軸傾きの２倍の大きさ（４６．８°）となり、入射角度が増大することにより、光通過領域に隣接して設けられた光反射面により反射された光が、該光通過領域とは逆の方向へ反射され、冬場の発電効率が低下してしまう。
【００６１】
これに対して、上記の構成によれば、本発明の太陽電池への太陽光入射角度が最大となる夏至および冬至において、太陽光入射角度を地軸傾きと同じ大きさ（２３．４°）とすることが可能であり、季節変化にともなう入射角度変化の低減により、季節変化にともなう発電効率の変化を低減することが可能となる。
【００６２】
なお、本発明に記載した構成を、前記発明に記載した各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。
【００６３】
本発明に係る太陽電池素子用集光素子は、上記の課題を解決するために、入射した光を集光する複数の集光領域と、該集光領域によって集光された光を通過させる複数の光通過領域であって、上記集光領域に対応して備えられた光通過領域と、上記集光領域と光通過領域との間に形成され、集光領域によって集光された光の少なくとも一部を反射して、上記光通過領域に導く光反射面であって、上記光通過領域と組をなして形成された光反射面とを備えていることを特徴としている。
【００６４】
上記の構成によれば、太陽電池素子用集光素子に入射した光は、個々の集光領域により集光され、集光領域に対応する光通過領域を通過する。この場合、光通過領域の数は全体としては複数であるが、複数の集光領域のそれぞれの集光位置に配置する光通過領域の数は、１つを含んで任意である。
【００６５】
さらに、集光素子には、集光領域によって集光された光の少なくとも一部を反射して、上記光通過領域に導く光反射面が、該光通過領域と組をなして設けられているので、集光領域により集光された入射光のうち、光通過領域に直接入射されない光の少なくとも一部を上記第１光反射面によって反射して該光通過領域に導くことができる。
【００６６】
これにより、既に説明したとおり、光通過領域を通過して太陽電池素子の光電変換層に照射される光量を、季節変化や時間変化に係わり無く、増大させることが可能な太陽電池素子用集光素子を提供することができる。
【００６７】
また、本発明によれば、光反射面によって、光通過領域に直接、入射されない光の少なくとも一部を反射して該光通過領域に導くことができるので、集光領域により光が集光する位置と、光通過領域との位置合わせを従来程、高精度に行なう必要性がなくなる。この結果、太陽電池素子用集光素子を高精度に製造するための高価な装置を必要とせず、また、太陽電池素子用集光素子の歩留りも向上するので、光の利用効率の高い太陽電池の製造コストを下げることが可能となる。
【００６８】
本発明の太陽電池素子用集光素子の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記太陽電池素子用集光素子の製造方法であって、上記集光領域、光反射面および光通過領域を有する単位集光素子を製造した後で、単位集光素子を複数接続して太陽電池素子用集光素子を得ることを特徴としている。
【００６９】
これにより、上記単位集光素子を個々に製造した後で、太陽電池素子用集光素子の必要な大きさに合わせて、必要な個数だけ、単位集光素子を接続することができる。この結果、大きさの自由度が高い太陽電池素子用集光素子を製造することができる。
【００７０】
また、単位集光素子を小型の製造装置で製造することができるので、製造装置のコストが安くなるため、太陽電池における光の利用効率を向上させることが可能な太陽電池素子用集光素子、およびそれを用いた太陽電池を低コストで提供することができる。
【００７１】
本発明の太陽電池素子用集光素子の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記太陽電池素子用集光素子の製造方法であって、上記光反射面および光通過領域を有する単位集光素子と、上記集光領域と集光領域に対向する平面とを有する集光曲面素子構成要素とを製造した後で、複数の単位集光素子を集光曲面素子構成要素の平面上に順次接着して太陽電池素子用集光素子を得ることを特徴としている。
【００７２】
上記の方法によっても、単位集光素子を小型の製造装置で製造することができるので、製造装置のコストが安くなるため、太陽電池における光の利用効率を向上させることが可能な太陽電池素子用集光素子、およびそれを用いた太陽電池を低コストで提供することができる。
【００７３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の太陽電池を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００７４】
〔第１の実施の形態〕
本発明の太陽電池の第１の実施の形態について図１ないし図２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００７５】
本発明の第１の実施の形態の太陽電池は、図１に示すように、支持体を兼ねた基板１上に光電変換層２を設けた太陽電池素子と、入射光（太陽光）８を複数の線状に集光することが可能なシリンドリカル状集光曲面群４、シリンドリカル状集光曲面群４により線状に集光された光が通過可能な光通過領域としての直線状光通過孔群７、および、直線状光通過孔群７を構成する個々の直線状光通過孔の両側に、直線状光通過孔に対して対称な傾きを有する第１光反射面としての第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６を有する集光素子３とが、適切な間隔を保って、平行に固定配置されている。
【００７６】
なお、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６とは、その間の直線状光通過孔から、その直線状光通過孔に対向するシリンドリカル状集光曲面群４の一つに向かって、拡開するような開き角を持っている。
【００７７】
また、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６とが、その間の直線状光通過孔に対して持つ傾斜角は、必ずしも対称的である必要は無く、集光素子３に対する太陽光８の入射角が日内変化または年内変化しても、直線状光通過孔に効率よく太陽光８を導入させ得る最適な傾斜角に、それぞれ設定すればよい。
【００７８】
上記太陽電池に対して、太陽光８が垂直真上から入射すると、太陽光８は、シリンドリカル状集光曲面群４により線状に集光され、直線状光通過孔群７を通過する。一方、太陽光８が斜め上から入射すると、集光状態が変化することにより、全ての太陽光８が、直接、直線状光通過孔群７へと集光されなくなる。しかしながら、本発明の太陽電池においては、第１光反射傾斜面５又は第２光反射傾斜面６の表面に照射される太陽光８の一部が、第１光反射傾斜面５又は第２光反射傾斜面６によって集光素子３内で反射された後、直線状光通過孔群７を通過する。
【００７９】
このように、本発明の太陽電池においては、太陽光８が垂直真上から入射する場合においても、太陽光８が斜め上から入射する場合においても、太陽光８を、効率良く直線状光通過孔群７へと導くことが可能である。
【００８０】
従って、太陽光８を効率良く光通過領域である直線状光通過孔群７へと導くためには、少なくとも、以下のような構成にするのが、好ましい。
【００８１】
すなわち、本発明の太陽電池は、少なくとも、光電変換層２を有する太陽電池素子と、集光領域（シリンドリカル状集光曲面群４）と、該集光領域により集光された入射光が上記太陽電池素子に入射可能なように光通過可能な光通過領域（直線状光通過孔群７）とを有する集光素子３とを備え、上記集光素子３には、さらに、該集光素子３内で光を反射し、該反射光を上記光通過領域に導く第１光反射面（第１光反射傾斜面５、第２光反射傾斜面６）が該光通過領域と組をなして、望ましくは光通過領域に隣接して形成されていればよい。
【００８２】
上記の構成により、集光素子３に入射した光は、集光領域により集光され、光通過領域を通過して、太陽電池素子に照射される。この場合、集光領域と光通過領域とは、それぞれ複数設けてもよい。また、複数の集光領域のそれぞれの集光位置に１つないし複数の光通過領域を配置してもよい。また、光通過領域は、貫通孔であってもよいし、透明基板であってもよい。
【００８３】
さらに、集光素子３には、該集光素子３内で光を反射し、該反射光を上記光通過領域に導く第１光反射面が該光通過領域と組をなして設けられているので、集光領域により集光された入射光のうち、光通過領域に直接入射されない光を上記第１光反射面によって反射して該光通過領域に導くことができる。
【００８４】
これにより、季節変化や時間変化に伴い太陽光等の光の入射角が変化した場合、すなわち、集光領域により集光された光の全てが、直接、光通過領域を通過できないような場合において、集光領域により集光された光を光通過領域に直接通過させることに加えて、直接、光通過領域に入射されない光を第１光反射面により反射した後、光通過領域に通過させることが可能となるので、光通過領域を通過して太陽電池素子の光電変換層に照射される光量を増大させることが可能となる。
【００８５】
従って、光の入射角が変化した場合においても、光を効率良く光通過領域を通過させることが可能となり、季節変化や時間変化に係わり無く、太陽電池の発電効率（光の利用効率）を高くすることができる。
【００８６】
以上のことから、集光領域としては、シリンドリカル状集光曲面群４に限定する必要はなく、また、光通過領域としては、直線状光通過孔群７に限定する必要はなく、さらに、第１光反射面として第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６のように、必ずしも２つ設ける必要はないことが分かる。
【００８７】
しかしながら、上述のように、太陽電池において、上記の集光領域として、シリンドリカル状集光曲面群４を使用し、また、光通過領域として、直線状光通過孔群７を使用し、さらに、第１光反射面として第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６のように２つ使用することにより、集光素子３に入射した光を効率よく太陽電池素子の光電変換層２に照射することができる。
【００８８】
さらに、１つの光通過領域の両側に、第１光反射面が拡開するように立ち上がる構成（言い換えれば、第１光反射面を、集光領域側から光通過領域側に向けて先細る形状に構成する）、あるいは１つの光通過領域に対して、第１光反射面が拡開するように取り囲む構成（上記のように言い換えた構成）とすることで、集光素子３に入射した光を一層効率良く、光通過領域に導くことができる。
【００８９】
次に、以上のようにして、直線状光通過孔群７を通過した太陽光８は、太陽電池素子上に形成された光電変換層２に照射される。そして、光電変換層２からの反射光は、光電変換層２に対向する第２光反射面により反射され、再度、光電変換層２へと入射する。ここでは、該第２光反射面は、上記第１光反射面の裏面、すなわち、第１光反射傾斜面５の裏面および第２光反射傾斜面６の裏面からなる光反射面である。なお、後述の他の実施の形態に記載しているように、第２光反射面は、集光素子３とは別途設けられた光反射層に設けてもよい。
【００９０】
このように、直線状光通過孔群７へ集光されて、集光素子３と太陽電池素子との間に導入された光が、光電変換層２と第２光反射面（第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６の各裏面）との間で多重反射することにより、入射した太陽光を有効に利用することができ、太陽電池素子の発電効率を高めることが可能となる。
【００９１】
次に、図２は、本発明に係る太陽電池に用いることが可能な太陽電池素子の一実施例である。図２に示す太陽電池素子は、多結晶Ｓｉ半導体を用いた太陽電池素子であり、支持体を兼ねた基板１上に、光反射効果を有する電極金属層９、電極金属層９と多結晶Ｓｉ半導体層１１との電気的接触を良好にするために設けたｎ型不純物およびｐ型不純物の一方を高濃度にドーピングした多結晶Ｓｉ半導体層１０、多結晶Ｓｉ半導体層１０と同じ伝導型不純物をわずかにドーピングした多結晶Ｓｉ半導体層１１、多結晶Ｓｉ半導体層１０、１１と反対の伝導型不純物を高濃度にドーピングした多結晶Ｓｉ半導体層１２、電流を取り出すためのくし型集電電極１３、効率的に光を取り込むための反射防止層１４とから構成されている。
【００９２】
上記光電変換層２としては、多結晶Ｓｉ半導体を用いた光電変換層の他に、非晶質Ｓｉ太陽電池、タンデム構造の太陽電池等の光電変換層を用いることが可能である。また、他に、単結晶Ｓｉ太陽電池や、ＣｕＩｎＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２、ＣｕＧａＳｅ２などのＣＩＳ系太陽電池等に用いられている光電変換層を用いることも可能である。
【００９３】
次に、上記集光素子３の製造方法を図３ないし図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００９４】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、複数のシリンドリカル状集光曲面群４、第１光反射傾斜面５、第２光反射傾斜面６と直線状光通過孔群７を一括形成する方法である。
【００９５】
まず、図３（ａ）に示すように、それぞれの形状に対応するポリカーボネート樹脂からなる集光素子３の本体を押し出し成形法により形成する。ここで、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６に対応する面は、直線状光通過孔群７を構成する個々の直線状光通過孔に対して拡開する対称な傾きを有しており、シリンドリカル状集光曲面群４を構成する個々のシリンドリカル状集光曲面の中心面１５に対して対称となっている。
【００９６】
次に、図３（ｂ）に示すように、第１光反射傾斜面５、第２光反射傾斜面６と直線状光通過孔群７に対応する面に、Ａｌ反射膜からなる光反射性材料をスパッタリング法により形成する。これにより、上記第１光反射面および第２光反射面を一度に（同時に）形成することができる。
【００９７】
次に、図３（ｃ）に示すように、直線状光通過孔群７に対応する面に形成された光反射性材料を研磨除去することにより、直線状光通過孔群７を形成することができ、本発明の集光素子３が完成する。
【００９８】
ここで、集光素子３として押し出し成形法により作製したポリカーボネート製の集光素子３を用いたが、これに限られるものではない。その他の樹脂材料として、スチレン系透明樹脂、オレフィン系透明樹脂、エチレン系透明樹脂、アクリル系透明樹脂等を用いることが可能であり、また、作製方法も押し出し成形法に限られるものでなく、キャスティング法や射出成形法等を用いることが可能である。さらに、モールド法やロール成形法により作製したガラス製の集光素子３を用いることも可能である。集光素子３をガラス製とすることにより、耐環境性が著しく改善され、長期使用に対しても安定して高い発電効率を維持することが可能である。
【００９９】
また、第１・第２光反射面を形成する光反射層として、スパッタリング法により形成したＡｌ反射膜を用いたが、真空蒸着法により形成することも可能である。さらに、光反射層の材料としては、光反射率が高いことが望ましく、Ａｌ反射膜以外に、Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎｉ等の金属反射膜、および、ＡｌＴｉ合金、ＡｌＮｉ合金等の合金反射膜を用いることが可能である。
【０１００】
ここで、合金反射膜を用いることにより、光反射層の耐環境性が高められ、太陽電池の長寿命化を実現することができる。さらに、電鋳法により光反射性材料を形成することも可能である。この場合、高価な真空装置を用いることなく光反射層を形成することが可能であり、太陽電池素子の低コスト化を実現できる。
【０１０１】
また、光反射性材料の研磨除去により、直線状光通過孔群７を形成したが、光反射性材料を切削除去してもよい。また、フォトレジスト等のマスク材料を用いてパターニングすることにより、より高精度な直線状光通過孔群７を形成することが可能である。また、光反射層形成時に、直線状光通過孔群７上に遮蔽板を配置した状態で光反射層を形成してもよく、この場合、形成プロセスの簡略化により、太陽電池の低コスト化を実現することが可能となる。
【０１０２】
次に、図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、集光素子３の別の形成方法を示している。
【０１０３】
この方法においては、上記集光素子の一単位を個々に製造した後で、必要な大きさに合わせて、必要な個数を接続することにより、大きさの自由度が高い集光素子３を形成できるようになっている。
【０１０４】
まず、図４（ａ）に示すように、シリンドリカル状集光曲面群４を構成する１つのシリンドリカル状集光曲面、第１光反射傾斜面５、第２光反射傾斜面６と直線状光通過孔群７を構成する１つの直線状光通過孔とを有するポリカーボネート樹脂製の棒状の集光素子構成要素１６（単位集光素子）が、射出成形法により形成される。
【０１０５】
次に、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、上記集光素子構成要素１６に対して、図３と同様にして、光反射膜が成膜され、第１光反射傾斜面５、第２光反射傾斜面６と直線状光通過孔とが形成される。
【０１０６】
最後に、図４（ｄ）に示すように、上記集光素子構成要素１６を接着剤等により横方向に連続的に貼り合わせることにより、本発明に係る集光素子３が形成される。
【０１０７】
この方法に従って集光素子３を形成した場合、棒状の集光素子構成要素１６上に、第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６となる光反射膜を形成すればよく、例えば、棒状の集光素子構成要素１６を収容可能な小型のスパッタリング装置等により、光反射膜の形成が可能となり、太陽電池の低コスト化を実現することができる。
【０１０８】
次に、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、集光素子３の別の形成方法を示している。
【０１０９】
この方法においては、まず、図５（ａ）に示すように、第１光反射傾斜面５、第２光反射傾斜面６と直線状光通過孔群７とを有するポリカーボネート樹脂製の断面が台形である棒状の集光素子構成要素１７（単位集光素子）が、射出成形法により形成される。
【０１１０】
次に、図５（ｂ）に示すように、上記集光素子構成要素１７に対して、図３と同様にして、光反射膜が成膜され、第１光反射傾斜面５、第２光反射傾斜面６と直線状光通過孔群７が形成される。
【０１１１】
最後に、図５（ｃ）に示すように、片面にシリンドリカル状集光曲面群４を有し、他方の面が平面である集光曲面素子構成要素１８を別途射出成形等により形成する。そして、上記集光素子構成要素１７を上記集光曲面素子構成要素１８の平面上に、接着剤等により必要数を順次貼り付けることにより、本発明に係る集光素子３が形成される。
【０１１２】
この方法に従って集光素子３を形成した場合、棒状の集光素子構成要素１７上に、第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６となる光反射膜を形成すればよく、例えば、集光素子構成要素１７を収容可能な小型のスパッタリング装置等により、光反射膜の形成が可能となり、太陽電池の低コスト化を実現することができる。
【０１１３】
次に、本発明の太陽電池の設置方法について、図６ないし図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【０１１４】
太陽光を光源とする太陽電池においては、太陽光の入射角によらず、効率の良い発電を行う必要がある。例えば、図７に示すように、朝８時には、太陽光は東斜め上から太陽電池へと入射し、正午１２時には、太陽光は垂直上方から太陽電池へと入射し、夕方１６時には、太陽光は西斜め上から太陽電池へと入射する。効率の良い発電を行うためには、このように入射角が日内変化する太陽光を、シリンドリカル状集光曲面群４で集光し、効率良く、直線状光通過孔群７へと入射させることが必要となる。
【０１１５】
また、２３．４°の地軸の傾きが存在するため、季節によっても、太陽光の入射角が変化する。例えば、春分および秋分の日の南中時に太陽光が垂直入射するように、本発明の太陽電池を設置すると、夏至や冬至の日の南中時には、太陽光が入射角±２３．４°で入射することになる。
【０１１６】
ここで、図６に示すように、本明細書においては、シリンドリカル状集光曲面群４の円筒軸に平行な方向を縦方向１９とし、該縦方向１９に垂直な方向（シリンドリカル状集光曲面の反復方向）を横方向２０とする。すなわち、シリンドリカル状集光曲面群４の横方向２０の斜め上から入射角Ｒで太陽光８が入射する場合、太陽光８の光軸を含みかつシリンドリカル状集光曲面群４の円筒軸を含む平面も入射角Ｒに対応して傾くため、シリンドリカル状集光曲面群４により線状に集光される位置は、横方向２０に沿って移動する。
【０１１７】
上記入射角Ｒが大きくなると、太陽光８は、第２光反射傾斜面６上に集光され、第２光反射傾斜面６からの反射光が、第１光反射傾斜面５に照射され、第１光反射傾斜面５からの反射光が、シリンドリカル状集光曲面群４の方向へと反射されることになる。この場合、太陽光８が、直線状光通過孔群７を通過しないため、発電効率は極めて低いものとなってしまう。
【０１１８】
従って、本発明の太陽電池の縦方向１９を南北方向に一致させた場合、横方向２０に対する入射角Ｒが±９０°の範囲で日内変化することになるため、入射角Ｒが大きくなる朝方および夕方において、太陽光８が、直線状光通過孔群７を通過しなくなり、発電効率が大きく低下することになる。
【０１１９】
これに対して、シリンドリカル状集光曲面群４の縦方向１９の斜め上から入射角Ｑで太陽光８が入射する場合、光軸を含みかつ円筒軸を含む平面の傾きは、入射角Ｑに依存せず一定であり、シリンドリカル状集光曲面群４により線状に集光される位置は、該平面上に存在する。そのため、太陽光８は直線状光通過孔群７へと集光され、高い発電効率を維持することが可能である。
【０１２０】
従って、本発明の太陽電池は、図７に示すように、集光素子３のシリンドリカル状集光曲面群４を、該シリンドリカル状集光曲面群４の縦方向１９が、太陽の日周運動の進行方向、すなわち、東西方向と一致するように設置することにより、太陽光が斜め上から入射する朝方および夕方においても、高い発電効率を実現することが可能である。
【０１２１】
さらに、本発明の太陽電池の設置方法として、春分の日もしくは秋分の日の南中時に、太陽光８が、太陽電池に対して、入射角Ｑ，Ｒ共に０°で垂直入射するように設置されていることが望ましい。
【０１２２】
上記のように、本発明の太陽電池の縦方向１９が東西方向に一致するように設置した場合においても、地軸の傾きが存在するため、季節によって、太陽光８の入射角Ｒが変化してしまう。地軸の傾きは、およそ２３．４°であり、夏至の南中時における太陽光８の入射角Ｒと、冬至の南中時における太陽光８の入射角Ｒとは、およそ４６．８°の差が発生することになる。
【０１２３】
本発明の太陽電池においては、横方向２０に対する入射角Ｒが大きくなると、発電効率が低下するため、入射角Ｒは、できるだけ小さいことが望ましいが、夏至の南中時に入射角Ｒが０°となるように、本発明の太陽電池を設置した場合、冬至の南中時の入射角Ｒは、４６．８°と極めて大きな入射角Ｒとなり、冬至における発電効率が著しく低下することになる。
【０１２４】
これに対して、春分の日もしくは秋分の日の南中時に、入射角が０°となるように、本発明の太陽電池を設置することにより、太陽光８の入射角Ｒが最も大きくなる夏至もしくは冬至の南中時においても、太陽光８の入射角Ｒは、地軸の角度に対応する±２３．４°の傾きとなり、これ以上の入射角Ｒとはならないことになる。従って、相対的に入射角Ｒが小さくなることにより、夏至もしくは冬至の両方において、相対的に高い発電効率を維持することが可能となる。
【０１２５】
なお、日照時間は、夏場より冬場の方が短くなるため、発電量は、夏場より冬場の方が減少する。そこで、冬場の発電量を高めるために、冬至の南中時における太陽光８の入射角Ｒを、夏至の南中時より小さくなるように太陽電池を設置してもよい。
【０１２６】
次に、本発明の太陽電池の縦方向１９を東西方向に一致させ、春分および秋分の日の南中時に太陽光８の入射角Ｒが０°となるように、本発明の太陽電池を設置した場合について、シリンドリカル状集光曲面群４の縦方向１９に対する入射角Ｑを変化させ、太陽光の集光状態を計算した結果を、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。なお、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に記された数値は、シリンドリカル状集光曲面群４の中央を原点としたときの原点からの距離（単位ｍｍ）を示している。
【０１２７】
ここで、集光状態の計算は、空気の屈折率ｎ１を１．０とし、集光素子３の屈折率ｎ２を１．５とし、曲率半径１０ｍｍのシリンドリカル状集光曲面群４が、幅１２ｍｍの間隔（繰り返しピッチ）で並んでいる場合について行った。
【０１２８】
但し、シリンドリカル状集光曲面群４の各シリンドリカル状集光曲面の焦点距離Ｆは、図１０（ａ）に示すように、２８ｍｍとする。ここで、焦点距離Ｆとは、シリンドリカル状集光曲面群４に太陽光が垂直に入射した際のシリンドリカル状集光曲面の最表面（原点）から集光位置までの距離である。
【０１２９】
なお、太陽光８は、集光素子３を透過し、直線状光通過孔群７を通過する際、集光素子３の屈折率と集光素子３と太陽電池素子との間の空間の屈折率とが異なることにより、直線状光通過孔群７の位置で屈折することになる。しかし、直線状光通過孔群７を通過した太陽光８は、全て、光電変換層２に照射され、光電変換に利用されるため、屈折の有無により発電効率が変化することはない。したがって、説明の便宜上、直線状光通過孔群７において、太陽光８は直進するものとして示している。
【０１３０】
また、直線状光通過孔群７は、シリンドリカル状集光曲面群４の最表面（原点）から１３ｍｍ離れた位置に、３ｍｍの幅で設けた。また、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６とは、直線状光通過孔群７に対して対称な傾きを有するように設けられており、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６のシリンドリカル状集光曲面側の端部における両者の間隔が、シリンドリカル状集光曲面の幅と同じく１２ｍｍであり、該端部の位置が、シリンドリカル状集光曲面群４の最表面（原点）から６ｍｍ離れた位置として計算を行った。
【０１３１】
また、入射角Ｑが変わった場合、太陽光８は、集光素子３の中を斜めに進行することになるが、シリンドリカル状集光曲面群４の円筒軸に垂直な平面上に投影した形で、太陽光８の集光状態を示している。
【０１３２】
入射角Ｑが０°の場合、図８（ａ）に示すように、シリンドリカル状集光曲面群４の外縁領域に入射した太陽光８は、第１光反射傾斜面５もしくは第２光反射傾斜面６に反射された後、直線状光通過孔群７を通過し、また、シリンドリカル状集光曲面群４の中心領域に入射した太陽光８は、直接、直線状光通過孔群７を通過することがわかる。
【０１３３】
次に、入射角Ｑが４０°の場合、図８（ｂ）に示すように、入射角Ｑが０°の場合とほぼ同様であることがわかる。
【０１３４】
次に、入射角Ｑが８０°の場合、図８（ｃ）に示すように、入射角Ｑの増大に伴って、太陽光８が集光される位置が、相対的にシリンドリカル状集光曲面側に近づくため、直線状光通過孔群７の手前で一度集光され、第１光反射傾斜面５もしくは第２光反射傾斜面６に反射されることなく、直線状光通過孔群７を通過することがわかる。
【０１３５】
以上のように、本発明に係る太陽電池においては、シリンドリカル状集光曲面群４の縦方向１９に対する入射角Ｑが変化した場合においても、シリンドリカル状集光曲面群４により集光された光、および、第１光反射傾斜面５または第２光反射傾斜面６により反射された光が、効率良く直線状光通過孔群７を通過することが可能となる。その結果、光電変換層２と第２光反射面（第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６の各裏面）との間で多重反射する太陽光８の光量が増大し、高い発電効率を得ることが可能となる。
【０１３６】
次に、図９（ａ），（ｂ）は、図８（ａ）〜（ｃ）に比較して、直線状光通過孔群７を、シリンドリカル状集光曲面群４に近づけて設けた場合の計算結果を示している。この計算結果は、直線状光通過孔群７とシリンドリカル状集光曲面群４の最表面との距離を９ｍｍとし、直線状光通過孔群７の幅を６ｍｍとした場合の結果である。
【０１３７】
この結果も、入射角Ｑが０°と８０°の場合において、全ての太陽光８を直線状光通過孔群７へと導くことが可能であることを示している。このように、直線状光通過孔群７とシリンドリカル状集光曲面群４の最表面との距離を短くすることにより、集光素子３を薄くすることが可能となり、太陽電池の薄型化および軽量化を実現することができる。
【０１３８】
次に、図１０（ａ），（ｂ）は、図８（ａ）〜（ｃ）と同一形状の第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６とを、直線状光通過孔群７の位置が、シリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離Ｆ（２８ｍｍ）だけ、シリンドリカル状集光曲面群４から離れた位置に設けた場合の集光状態を示している。
【０１３９】
図１０（ａ）に示すように、入射角Ｑが０°の場合、全ての太陽光８が直線状光通過孔群７の位置で直線状に集光され、直線状光通過孔群７を通過するが、図１０（ｂ）に示すように、入射角Ｑが８０°の場合、太陽光８の集光位置が、シリンドリカル状集光曲面側に移動するため、入射してくるほとんどの太陽光８は、第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６の一方により反射された後、第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６の他方によって再度反射され、シリンドリカル状集光曲面群４側へと逆進する。この結果、僅かな太陽光８のみが直線状光通過孔群７を通過することになるので、発電効率が著しく低減することになる。
【０１４０】
以上のことより、本発明の太陽電池においては、図８（ａ）〜（ｃ）もしくは図９（ａ）（ｂ）に示すように、直線状光通過孔群７の位置を、シリンドリカル状集光曲面群４の最表面から、シリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離だけ離れた位置よりも、シリンドリカル状集光曲面群４に近い位置とし、かつ、第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６の開き角を調節することにより、入射角Ｑが変化した場合においても、高い発電効率を維持することが可能となることがわかる。
【０１４１】
なお、図８（ａ）〜（ｃ）と図９（ａ）（ｂ）との比較によって判るように、直線状光通過孔群７の位置を、シリンドリカル状集光曲面群４の最表面に近づけるに従って、第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６の開き角を大きくするように調節することが好ましい。
【０１４２】
また、終日にわたり高い発電効率を得ることを優先する場合、直線状光通過孔群７の幅を狭くすることが望ましい。そのためには、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１光反射傾斜面５および第２光傾斜反射面６の開き角を、入射角Ｑが０°の場合の太陽光の集光角度よりも大きくし、入射角Ｑが８０°の場合の太陽光の集光角度よりも小さくし、かつ、直線状光通過孔群７の位置を、入射角Ｑが０°の場合の太陽光の集光位置よりもシリンドリカル状集光曲面群４に近い位置とし、入射角Ｑが８０°の場合の太陽光の集光位置よりもシリンドリカル状集光曲面群４から遠い位置とし、さらに、直線状光通過孔群７の幅を、全ての入射角Ｑに対して最大の発電効率が得られる幅とすることが望ましい。
【０１４３】
一方、太陽電池の薄さを優先する場合、第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６の開き角をできるだけ大きくし、かつ、第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６をできるだけシリンドリカル状集光曲面群４に近づけることが望ましい。
【０１４４】
ここで、太陽光の入射角度Ｑが０°の場合、太陽光の集光角度は、シリンドリカル状集光曲面群４の形状と集光素子３の屈折率により決定されるものであり、太陽光の入射角度Ｑが０°の場合において、良好な集光特性を得るためには、上記開き角は、少なくとも９０°よりも小さくすることが望ましい。また、この場合、集光素子３の機械的強度が保てる範囲で、第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６をシリンドリカル状集光曲面群４に近づけ、さらに、直線状光通過孔群７の幅を、全ての入射角Ｑに対して最大の発電効率が得られる幅とすることが望ましい。
【０１４５】
次に、図１１（ａ），（ｂ）は、それぞれ、本発明の太陽電池の横方向２０に対する入射角Ｒが、２３．４°の場合と４６．８°の場合について、その集光状態を計算した結果を示している。ここで、この計算結果は、直線状光通過孔群７とシリンドリカル状集光曲面群４の最表面との距離を１２ｍｍとし、直線状光通過孔群７の幅を４ｍｍとした場合の結果である。
【０１４６】
シリンドリカル状集光曲面を頂部において半分に分け、第１光反射傾斜面５側の半分領域と第２光反射傾斜面６側の半分領域とを考えたとき、図１１（ａ）に示すように、入射角Ｒが２３．４°の場合、第２光反射傾斜面６側の半分領域に入射した太陽光８は、ほぼ直進し、直線状光通過孔群７を通過する。
【０１４７】
これに対し、第１光反射傾斜面５側の半分領域に入射した太陽光８は、シリンドリカル状集光曲面により屈折され、第１光反射傾斜面５により反射された後、直線状光通過孔群７を通過することになる。
【０１４８】
従って、図１１に示す構成の集光素子３を用いた場合、太陽光８の入射角Ｒが２３．４°存在する場合においても、良好な集光状態が得られ、高い発電効率を実現することが可能である。
【０１４９】
これに対して、図１１（ｂ）に示すように、入射角Ｒが４６．８°になると、シリンドリカル状集光曲面に入射した全ての太陽光８が第１光反射傾斜面５により反射され、さらに、第１光反射傾斜面５により反射された太陽光８が第２光反射傾斜面６により反射され、第２光反射傾斜面６からの反射光は、シリンドリカル状集光曲面群４の方向へと逆進する。従って、ほとんど全ての太陽光８が、直線状光通過孔群７を通過しないことになり、発電効率が著しく低減してしまうことになる。
【０１５０】
この計算結果から、本発明の太陽電池においては、太陽電池の設置角度が、春分または秋分の南中時に、太陽電池に対する太陽光８の入射角ＱおよびＲが共に０°となるように設置し、太陽光８の入射角Ｒが最大となる夏至および冬至における太陽光の入射角Ｒを、できるだけ小さくすることにより、季節変化に関係することなく高い発電効率を維持することが可能となる。
【０１５１】
〔第２の実施の形態〕
本発明の太陽電池の第２の実施の形態について、図１２ないし図１４（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【０１５２】
本発明の第２の実施の形態の太陽電池は、図１２に示すように、図１に示す第１の実施の形態の太陽電池における、シリンドリカル状集光曲面群４の光入射側に、該シリンドリカル状集光曲面群４を構成する集光素子３の屈折率よりも小さな屈折率を有する透明屈折層２１が設けられた構成となっている。
【０１５３】
上記の構成においては、図１３に示すように、入射角Ｑ１で透明屈折層２１に入射した太陽光８は、透明屈折層２１の屈折率ｎ１が、光が入射してくる大気の屈折率ｎ０より大きいため、透明屈折層２１の光入射面において、法線方向に近づくように屈折される。
【０１５４】
従って、入射側第１透明体である透明屈折層２１と集光側第２透明体である集光素子３との界面に設けられたシリンドリカル状集光曲面群４に対する太陽光８の入射角Ｑ２は、Ｑ１よりも小さくなる。すなわち、透明屈折層２１を設けることにより、透明屈折層２１を設けない場合と比較して、シリンドリカル状集光曲面群４への太陽光の入射角を小さくすることが可能となる。
【０１５５】
ここで、入射角Ｑ２は、入射角Ｑ１、および、屈折率ｎ０とｎ１から、屈折の法則（ｎ０ｓｉｎＱ１＝ｎ１ｓｉｎＱ２）を満足すべく決定される。例えば、ｎ０＝１．０，ｎ１＝１．４とすると、Ｑ１が８０°の傾きを持って太陽光８が、透明屈折層２１に対して入射する場合、Ｑ２は、約４５°となり、集光素子３への実質的な太陽光８の入射角の変化が低減される。
【０１５６】
このように、上記透明屈折層２１を設け、実質的な太陽光８の入射角の変化を低減することにより、集光素子３における太陽光８の集光状態の変化も低減される。その結果、太陽光８の入射角の日内変化、もしくは、季節変化により、太陽光８の入射角が変化した場合においても、より幅の狭い直線状光通過孔群７へと太陽光を導くことが可能となる。該直線状光通過孔群７の幅が狭くできると、光電変換層２により反射された太陽光８が、該直線状光通過孔群７を逆方向に通過して、多重反射に寄与しなくなる割合が減少するので、本発明の太陽電池の発電効率を高くすることが可能となる。
【０１５７】
図１４（ａ）〜（ｃ）は、図１２に示す構成の太陽電池における太陽光８の集光状態を計算した結果を示している。ここで、大気の屈折率ｎ０を１．０とし、透明屈折層２１の屈折率ｎ１を１．４とし、集光素子３の屈折率ｎ２を１．９とした。
【０１５８】
直線状光通過孔群７は、シリンドリカル状集光曲面群４の最表面（原点）から２７ｍｍ離れた位置に、２ｍｍの幅で設けた。また、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６とは、直線状光通過孔群７に対して対称な傾きを有するように設けられており、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６のシリンドリカル状集光曲面側の端部における両者の間隔が、シリンドリカル状集光曲面の幅と同じく１２ｍｍであり、該端部の位置が、シリンドリカル状集光曲面群４の最表面（原点）から５ｍｍ離れた位置として計算を行った。
【０１５９】
図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図１２に示す構成の太陽電池において、シリンドリカル状集光曲面群４の縦方向１９に対する入射角Ｑ１が、０°，４０°，８０°の場合の計算結果であり、集光素子３への実質的な入射角Ｑ２は、上記と同様の計算により、それぞれ、０°，２７°，４５°となる。
【０１６０】
第１の実施の形態のように、透明屈折層２１を設けていない図８（ａ）〜（ｃ）の場合においては、太陽光の入射角Ｑが０°の場合におけるシリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離が２８ｍｍであり、入射角Ｑが８０°となることにより、該集光位置は、シリンドリカル状集光曲面群４の最表面から１２ｍｍ離れた位置に移動する。このように集光位置が大きく変動することにより、集光素子３内での太陽光８の集光状態が大きく変化することに合わせるため、直線状光通過孔群７の幅を適度に広くする必要があった。
【０１６１】
これに対して、図１４（ａ）〜（ｃ）に示す第２の実施の形態においては、太陽光の入射角Ｑ１が０°の場合におけるシリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離が３５ｍｍであり、入射角Ｑ１が８０°における該集光位置は、シリンドリカル状集光曲面群４の最表面から２４ｍｍ離れた位置に移動する程度であり、第１の実施の形態に比べて、集光位置の移動の割合（集光位置の移動量／焦点距離）が小さくなる。
【０１６２】
従って、集光素子３内における太陽光８の集光状態の変化も小さくなることにより、直線状光通過孔群７の幅を狭くすることが可能となり、より幅の狭い直線状光通過孔群７へと効率良く太陽光を導くことができる。該直線状光通過孔群７の幅が狭くできると、光電変換層２により反射された太陽光８が、該直線状光通過孔群７を逆方向に通過して、多重反射に寄与しなくなる割合が減少し、本発明の太陽電池の発電効率を高くすることが可能となる。
【０１６３】
ここで、図１４（ａ）〜（ｃ）の場合においても、入射角Ｑ１の増大に伴い、集光位置がシリンドリカル状集光曲面群４の方向へと移動するため、全ての入射角Ｑ１に対して、良好な集光状態を実現するためには、直線状光通過孔群７の位置を、シリンドリカル状集光曲面の焦点距離（図１４（ａ）〜（ｃ）の場合３５ｍｍ）よりも、シリンドリカル状集光曲面に近い位置に設け、かつ、第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６の開き角を調節することが望ましい。
【０１６４】
例えば、入射角Ｑ１が８０°となる図１４（ｃ）において、直線状光通過孔群７の位置を上記焦点距離の位置（シリンドリカル状集光曲面から３５ｍｍ離れた位置）に設けた場合、集光位置が２４ｍｍの位置に存在するため、発散した太陽光８が、直線状光通過孔群７へと照射されることになる。従って、ほとんどの太陽光８は、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６との間で反射を繰り返した後、シリンドリカル状集光曲面群４側へと逆進して放出され、発電効率が著しく低減することになる。
【０１６５】
〔第３の実施の形態〕
上記第１の実施の形態、および、上記第２の実施の形態においては、集光素子３の直線状光通過孔群７と太陽電池素子の光電変換層２とを離間して固定配置した構成について説明した。この構成は、上記直線状光通過孔群７の外縁部と上記光電変換層２の外縁部との間にスペーサを配置し、両者を固定することにより実現される。
【０１６６】
しかしながら、この場合、上記直線状光通過孔群７と上記光電変換層２との間が空洞となるため、上記直線状光通過孔群７や上記集光領域を有する集光素子３にゆがみが発生する原因となる。この集光素子３のゆがみにともない、上記直線状光通過孔群７が、上記光電変換層２に近づいた場合、上記直線状光通過孔群７近傍の上記光電変換層２のみに、集光された光が照射されることになる。その結果、上記光電変換層２には、上記直線状光通過孔群７に対応した不均一な強度分布の光が照射され、局所的な発電電圧の変動が発生することになる。このような電圧変動は、光電変換層２及び集電電極１３の中で電流の流れを発生することになる。従って、集電電極１３により外部に取り出すことができる電流量が減少し、発電効率の低下を招く原因となる。
【０１６７】
図１５は、上記問題点を解決することが可能な太陽電池の構成を示している。図１５に示す本発明の太陽電池は、本発明に係る集光素子３と光電変換層２を有する太陽電池素子との間に、透明基板２２を配置して、上記集光素子３を上記太陽電池素子に押さえつけて固定するか、もしくは、透明接着剤により接着固定するものである。
【０１６８】
ここで、上記太陽電池において、機械的強度を高めるためには、上記集光素子３と透明基板２２とは、透明接着剤により接着固定されていることが望ましい。さらに、上記透明基板２２を太陽電池素子に対して、接着剤により接着固定することにより、さらに、高い機械的強度を実現することができる。
【０１６９】
このように、透明基板２２を設けた場合、集光素子３のゆがみが発生することが無くなり、直線状光通過孔群７と光電変換層２との間隔が一定に保たれることにより、光電変換層に対して、常に均一な強度の太陽光が照射されることになり、安定して高い発電効率を得ることが可能な太陽電池を形成することができる。
【０１７０】
図１５においては、図１に示す第１の実施の形態の太陽電池に対して、透明基板２２を設けた構成について説明したが、図１２に示す第２の実施の形態の太陽電池に対して、同様な透明基板２２を用いた場合においても、同様な効果を得ることが可能である。
【０１７１】
〔第４の実施の形態〕
本実施の形態では、図１６は、図１５の構成の太陽電池において、上記透明基板２２が上記直線状光通過孔群７に接する面であり、且つ、該直線状光通過孔群７以外の領域に平面状光反射面２３（第２光反射面）が設けられた構成となっている。
【０１７２】
この場合、太陽光８は、直線状光通過孔群７を通過した後、透明基板２２を透過し、光電変換層２に照射され、光電変換層２からの反射光が、平面状光反射面２３に反射され、再度、光電変換層２へと照射されることになる。
【０１７３】
従って、太陽光８が、光電変換層２と平面状光反射面２３との間で多重反射し、入射した太陽光８を効率良く利用することが可能となり、高い発電効率を実現することができる。
【０１７４】
図１および図１５に示す太陽電池においては、第１光反射傾斜面５の裏面と第２光反射傾斜面６の裏面とを第２光反射面として用いている。従って、光電変換層２からの反射光は、第１光反射傾斜面５（第２光反射傾斜面６）の裏面で反射され、次に、第２光反射傾斜面６（第１光反射傾斜面５）の裏面で反射された後、再度、光電変換層２へと照射されることになる。
【０１７５】
これに対して、図１６に示す構成においては、光電変換層２からの反射光は、第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６とは別途設けられた平面状光反射面２３によって反射された後、再度、光電変換層２へと照射される。すなわち、図１６に示す構成の太陽電池においては、入射光の多重反射の際、光反射面での反射回数を少なくして光電変換層２に受光させることが可能となる。
【０１７６】
ここで、光反射面の反射率は可能な限り高いものとすることが望ましいが、１００％の反射率を実現することはできないため、光電変換層２が再受光または再々受光等するまでの光反射面での反射回数を少なくすることにより、光反射面における反射光量の減少が抑制されることになる。従って、図１６に示す太陽電池は、光反射面での反射回数が少なくなることにより、反射光量が増大する結果、図１５に示す太陽電池に比べて、より高い発電効率を実現することが可能となる。
【０１７７】
〔第５の実施の形態〕
図１７は、太陽電池素子の基板として、図１８に示す太陽電池素子を構成する太陽電池素子用透明基板２４を用いた本発明の実施の形態を示している。図１７において、太陽電池素子の光電変換層２としては、例えば、従来技術において説明した図２１に示す構成の光電変換層２を用いることが可能である。
【０１７８】
すなわち、太陽電池素子としては、例えば図１８に示すように、光の入射側から、太陽電池素子用透明基板２４、透明導電膜２５、くし型集電電極２６を含むｐ層２７、ｉ層２８、ｎ層２９、電極金属層３０、保護膜３１が順に積層された構成となっている。
【０１７９】
さらに、上記太陽電池素子用透明基板２４の光入射面に集光素子３を密着固定する。
【０１８０】
図１７に示す構成においては、シリンドリカル状集光曲面群４により集光された太陽光８、および、第１光反射傾斜面５または第２光反射傾斜面６により反射された太陽光８が、直線状光通過孔群７を通過した後、太陽電池素子用透明基板２４を透過し、その後、光電変換層２に入射する。
【０１８１】
次に、該光電変換層２からの反射光は、第１光反射傾斜面５の裏面および第２光反射傾斜面６の裏面からなる第２光反射面により反射され、再度、光電変換層２へと照射される。従って、太陽光８が光電変換層２と第２光反射面との間で多重反射されることにより、入射した太陽光８を効率良く利用することが可能となり、高い発電効率を実現することができる。
【０１８２】
図１５に示す構成の太陽電池においては、透明基板２２を設けることにより、集光素子３の直線状光通過孔群７と光電変換層２との間隔を一定に保ち、安定して高い発電効率を得ることが可能な太陽電池とすることができた。
【０１８３】
これに対して、図１７に示す構成の太陽電池においては、太陽電池素子用透明基板２４が、直線状光通過孔群７と光電変換層２との間に存在する構成となっており、集光素子３を太陽電池素子用透明基板２４の光入射面に密着固定している。
【０１８４】
従って、太陽電池素子用透明基板２４が透明基板２２と同等の機能を持つので、別途、透明基板２２を設けなくても、直線状光通過孔群７と光電変換層２との間隔を一定に保つことが可能となる、これにより、安定して高い発電効率を得ることが可能になるとともに、太陽電池の薄型化および軽量化を実現することができる。
【０１８５】
また、図１７に示す太陽電池においても、図１６に示す太陽電池と同様に、太陽電池素子用透明基板２４が直線状光通過孔群７に接する面において、該直線状光通過孔群７以外の領域に平面状光反射面２３を設けることができる。これにより、光反射面での反射回数を少なくし、より高い発電効率を実現することが可能となる。
【０１８６】
ここで、図１７においては、図１に示す第１の実施の形態における集光素子３に対して、太陽電池素子用透明基板２４を用いた構成について説明したが、図１２に示す第２の実施の形態における透明屈折層２１を有する集光素子３に対して、同様な太陽電池素子用透明基板２４を用いた場合においても、同様な効果を得ることが可能である。
【０１８７】
〔第６の実施の形態〕
第６の実施の形態に係る太陽電池は、直線状光通過孔群７と光電変換層２との間に、光電変換層２の光電変換に寄与する波長の蛍光を発する材料が設けられることにより発電効率を高めるものである。
【０１８８】
例えば、図１５および図１６に示す構成の太陽電池において、直線状光通過孔群７と光電変換層２との間に設けられた透明基板２２として、粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蛍光粒子を、１５体積％含有させた透明基板２２を用いることにより、発電効率を高めることができる。
【０１８９】
この蛍光粒子は、光電変換層２の光電変換に利用されない波長４００ｎｍ近傍の光を、光電変換に利用される波長６００ｎｍ近傍の光に変換する。このため、蛍光粒子から発生する波長６００ｎｍ近傍の蛍光も、第２光反射面と光電変換層２との間で多重反射し、光電変換に利用される波長の光が増大され、太陽電池の発電効率をさらに高くすることが可能となる。
【０１９０】
また、図１７に示す太陽電池の太陽電池素子用透明基板２４として、同様に、粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蛍光粒子を含有させた場合においても、同様に、太陽電池の発電効率をさらに高くすることが可能である。
【０１９１】
また、図１５および図１６において、集光素子３および透明基板２２および太陽電池素子を透明接着剤で接着固定する場合と、図１７において、集光素子３と太陽電池素子用透明基板２４とを透明接着剤で接着固定する場合とにおいて、該透明接着剤に、粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蛍光粒子を含有させることによっても、同様に、光電変換に利用される波長の光が増大され、太陽電池の発電効率を高くすることが可能となる。
【０１９２】
ここで、上記透明基板２２または上記太陽電池素子用透明基板２４と、上記透明接着剤の両方に粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蛍光粒子を含有させることにより、光電変換に利用される波長の光がさらに増大され、太陽電池の発電効率をさらに高くすることが可能となる。
【０１９３】
また、図１および図１２に示す構成の太陽電池において、太陽電池素子の集光素子３に対向する面と、集光素子３の太陽電池素子に対向する面との、どちらか一方の面上、もしくは、両方の面上に、粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蛍光粒子を含有した透明樹脂層を設けることにより、同様に、光電変換に利用される波長の光が増大され、太陽電池の発電効率を高くすることが可能となる。
【０１９４】
以上の説明においては、蛍光粒子として、粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蛍光粒子を用いたが、これに限られるものではない。例えば、蛍光粒子として、粒径２〜２０μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蛍光粒子を使用することにより、２００〜４５０ｎｍの波長の光を吸収し、６２５ｎｍの波長の光を放射させることが可能である。
【０１９５】
また、Ｅｒ３＋イオンを含有した酸化フッ化物系結晶化ガラスを用いることにより、８００ｎｍ近傍の波長の光を吸収し、５５０〜６６０ｎｍの波長の光を放射させることが可能である。
【０１９６】
これら以外の蛍光材料として、酸化ストロンチウムと酸化アルミニウムからなる化合物に希土類元素のユウロピウム（Ｅｕ）とジスプロシウム（Ｄｙ）を添加したＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ，Ｄｙや、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ，Ｄｙや、ＣａＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ，Ｄｙや、ＺｎＳ：Ｃｕ等の蛍光材料を用いることも可能である。
【０１９７】
また、シアニン系色素、ピリジン系色素、ローダミン系色素等の有機色素を含有させることによっても、同様に、短波長の光を長波長の光に変換することが可能であり、発電効率を高くすることが可能である。
【０１９８】
さらに、これらの蛍光材料を任意の組み合わせで複数同時に用いることにより、より高い発電効率を得ることが可能である。
【０１９９】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０２００】
【実施例】
〔実施例１〕
本発明の実施例１として、図１に示す構成の太陽電池を作製した。
【０２０１】
基板１と光電変換層２とからなる太陽電池素子として、以下のようにして、図２に示す太陽電池素子を形成した。
【０２０２】
支持体を兼ねたステンレス製の基板１上に、光反射効果を有する膜厚１００ｎｍのＡｌ０．９５Ｔｉ０．０５合金からなる電極金属層９をスパッタリングにより形成した後、電極金属層９と半導体層との電気的接触を良好にするために設けたｎ型の不純物を高濃度にドーピングした多結晶Ｓｉ半導体層１０、多結晶Ｓｉ半導体層１０と同じｎ型の不純物をわずかにドーピングした多結晶Ｓｉ半導体層１１、多結晶Ｓｉ半導体層１０、１１と反対のｐ型の不純物を高濃度にドーピングした多結晶Ｓｉ半導体層１２をプラズマＣＶＤ装置により順次形成した。
【０２０３】
多結晶Ｓｉ半導体層１０は、基板温度２５０℃の条件で、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガス、ＰＨ３ガスの混合比を最適化した混合ガスをＣＶＤ装置に導入し、ガス圧２０Ｐａとして、１００Ｗの高周波電力を投入することにより形成した。こうして、電極金属層９上には、Ｐが高濃度にドープされた膜厚３０ｎｍの多結晶Ｓｉ半導体層１０を堆積した。
【０２０４】
次に、多結晶Ｓｉ半導体層１１は、基板温度５５０℃の条件で、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガス、ＰＨ３ガスの混合比を最適化した混合ガスをＣＶＤ装置に導入し、ガス圧５０Ｐａとして、３５０Ｗの高周波電力を投入することにより形成した。こうして、多結晶Ｓｉ半導体層１０上には、Ｐがわずかにドーピングされた膜厚３００ｎｍの多結晶Ｓｉ半導体層１１を堆積した。
【０２０５】
従来の太陽電池においては、多結晶Ｓｉ半導体層１１は、光を吸収し、電荷を発生させ、発電を行う層であり、十分に光を吸収させるため、通常その厚さが５０００ｎｍ以上５００００ｎｍ以下に設定される。しかしながら、本発明においては、直線状光通過孔群７を通過した光が、光電変換層２と第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６との間で多重反射するため、効率的に光を吸収させることができる。
【０２０６】
従って、多結晶Ｓｉ半導体層１１を従来より薄くすることが可能であり、その膜厚が１００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下と薄い場合においても高い発電効率を得ることができる。この結果、多結晶Ｓｉ半導体層１１の形成時間を大幅に短縮することが可能となり、太陽電池の低コスト化を実現することができる。
【０２０７】
次に、多結晶Ｓｉ半導体層１２は、基板温度３５０℃の条件で、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガス、ＢＦ３ガスの混合比を最適化した混合ガスをＣＶＤ装置に導入し、ガス圧５０Ｐａとして、１００Ｗの高周波電力を投入することにより形成した。こうして、多結晶Ｓｉ半導体層１１上には、Ｂがドーピングされた膜厚１５ｎｍのｐ型の多結晶Ｓｉ半導体層１２を堆積した。
【０２０８】
次に、多結晶Ｓｉ半導体層１０〜１２で構成されるｐｎ接合を形成した基板１をスパッタリング装置に取り付け、くし型集電電極１３の形状に対応した遮蔽マスクを基板１の多結晶Ｓｉ半導体層１２の表面に装着した状態で、ＡｌＴｉ合金ターゲットを用いて膜厚１００ｎｍのＡｌ０．９５Ｔｉ０．０５合金膜からなる幅０．１ｍｍ、間隔５ｍｍのくし型集電電極１３を形成した。
【０２０９】
最後に、Ｉｎ２Ｏ３ターゲットを用い、酸素雰囲気中で反応性スパッタリングを行うことにより、多結晶Ｓｉ半導体層１２およびくし型集電電極１３上に、膜厚６５ｎｍの反射防止層１４となる導電性透明膜を形成した。
【０２１０】
一方、集光素子３は、図３に示す方法に従って作製した。すなわち、押し出し成形法により、ポリカーボネート樹脂製の集光素子３の本体を作製し（ａ）、次に、光反射効果を有する膜厚１００ｎｍのＡｌ０．９５Ｔｉ０．０５合金からなる光反射層を、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６と直線状光通過孔群７の上に形成し（ｂ）、最後に、直線状光通過孔群７上に形成された光反射層を研磨除去することにより、実施例１の集光素子３とした（ｃ）。
【０２１１】
ここで、シリンドリカル状集光曲面群４は、焦点距離Ｆが２８ｍｍであり、曲率半径が１０ｍｍであるシリンドリカル状集光曲面が、幅１２ｍｍの間隔で並んだ構成とした。また、直線状光通過孔群７を設ける位置、すなわち、直線状光通過孔群７とシリンドリカル状集光曲面群４の最表面（原点）との間隔ｄが１３ｍｍとなり、直線状光通過孔の幅が３ｍｍとなるように設けた。
【０２１２】
また、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６のシリンドリカル状集光曲面側の端部における両者の間隔が、シリンドリカル状集光曲面の幅と同じく１２ｍｍであり、該端部の位置が、シリンドリカル状集光曲面群４の最表面（原点）から６ｍｍ離れた位置となるように形成した。
【０２１３】
これにより、図８（ｂ）に示すように、第１光反射傾斜面５が直線状光通過孔の幅方向（図６に示す横方向２０と同じ）に対してなす角度θについて、
ｔａｎθ＝（１３−６）／｛（１２−３）／２｝＝７／４．５＝１４／９
となる。第２光反射傾斜面６については、ｔａｎ（π−θ）の絶対値が１４／９となる。
【０２１４】
以上のようにして作製した上記基板１と上記光電変換層２とからなる太陽電池素子と、集光素子３とを、それぞれ、図１に示すように固定配置し、実施例１ａの太陽電池とした。また、集光素子３を設けていない太陽電池素子のみの太陽電池を比較例１の太陽電池とした。
【０２１５】
実施例１ａの太陽電池の発電効率と、比較例１の太陽電池の発電効率を、光源として太陽光シミュレーターを用いて調査した。１００ｍＷ／ｃｍ２の光の縦方向１９に対する入射角Ｑを変えて照射することにより、それぞれの開放電圧Ｖおよび短絡電流Ｉの大きさを調査した。
【０２１６】
【表１】
2004186334.tif 000003
【０２１７】
表１は、入射角Ｑが、０°、４０°、８０の場合における測定結果を示しており、それぞれの入射角Ｑにおける、実施例１ａの太陽電池の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを、比較例１の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを１００％として求めたものである。
【０２１８】
実施例１ａの太陽電池においては、入射角Ｑに係らず、開放電圧Ｖが１１３％〜１１５％と大きくなり、短絡電流Ｉが１３５％〜１４２％と大きくなっており、本発明の集光素子３を持たない太陽電池より高い発電効率が得られている。
【０２１９】
次に、表１において、実施例１ｂから実施例１ｅは、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６の傾斜角度を変えずに、直線状光通過孔群７とシリンドリカル状集光曲面群４の最表面（原点）との間隔ｄを変えて形成した太陽電池の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを示している。
【０２２０】
間隔ｄをシリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離と同じく２８ｍｍとした場合（図１０参照）、実施例１ｂに示すように、Ｑ＝０°においては、開放電圧と短絡電流の増加が確認されたが、Ｑ＝８０°においては、開放電圧と短絡電流が共に著しく減少した。この結果は、図１０において説明したように、入射角Ｑの増大により、集光位置がシリンドリカル状集光曲面側へと近づき、太陽光が直線状光通過孔群７を通過しなくなったことによるものである。
【０２２１】
次に、実施例１ｃは、ｄ＝２２ｍｍの場合の結果を示しており、ｄ＝２８ｍｍに比べて、Ｑ＝８０°における開放電圧と短絡電流が相対的に大きくなっているが、比較例１の太陽電池と比較すると、開放電圧と短絡電流が減少することが確認された。
【０２２２】
次に、実施例１ｄは、ｄ＝１７ｍｍの場合の結果を示しており、実施例１ａと同様に、全ての入射角Ｑにおいて、比較例１よりも大きな開放電圧と短絡電流が得られている。
【０２２３】
次に、実施例１ｅは、ｄ＝１１ｍｍの場合の結果を示しており、この場合も同様に、全ての入射角Ｑにおいて、比較例１よりも大きな開放電圧と短絡電流が得られている。
【０２２４】
本実施例においては、前述のように、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６とが、直線状光通過孔の幅方向に対してなす角度θについて、ｔａｎθまたはｔａｎ（π−θ）の絶対値が１４／９となるように設定した場合において、距離ｄを１１ｍｍ以上１７ｍｍ以下とすることにより、全ての入射角Ｑにおいて、比較例１よりも大きな開放電圧と短絡電流が得られたが、これに限られるものではない。
【０２２５】
第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６の傾き角度や、直線状光通過孔の幅を変えた場合には、太陽光の集光状態が変化するため、最適な距離ｄも変化する。それぞれの場合について、集光状態を計算し、最大の発電効率（光利用効率）が得られるように設計することが望ましい。
【０２２６】
次に、実施例１の太陽電池の光電変換層２上に、粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蛍光粒子を、１５体積％含有させた紫外線硬化樹脂層（層厚２０μｍ）を設けた太陽電池を作製した。この蛍光粒子は、光電変換に利用されない波長４００ｎｍ近傍の光を、光電変換に利用される波長６００ｎｍ近傍の光に変換する。このため、蛍光粒子から発生する波長６００ｎｍ近傍の光も、第１光反射傾斜面５と光電変換層２との間で多重反射することにより、太陽電池の発電効率をさらに高くすることが可能となる。
【０２２７】
ここでは、蛍光粒子を含有した紫外線硬化樹脂層を用いたが、蛍光粒子を含有した透明フィルムを接着固定しても良い。
【０２２８】
蛍光粒子を含有した紫外線硬化樹脂層を設けていない太陽電池と、蛍光粒子を含有した紫外線硬化樹脂層を設けた上記太陽電池に対して、太陽光シミュレーターを用い、１００ｍＷ／ｃｍ２の光の入射角Ｑを変えて照射して、両者の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを比較した結果、蛍光粒子を含有した紫外線硬化樹脂層を設けたことにより、全ての入射角Ｑにおいて、開放電圧Ｖが３〜５％大きくなり、短絡電流Ｉが１０〜１２％大きくなることが確認された。
【０２２９】
〔実施例２〕
次に、本発明の実施例２として、図１２に示す構成の太陽電池を作製した。実施例２の太陽電池は、図１に示す実施例１の太陽電池において、集光素子３の光入射面側に、透明屈折層２１を設けた構成である。
【０２３０】
光電変換層２を有する太陽電池素子としては、実施例１と同じものを使用した。
【０２３１】
次に、集光素子３は、次のようにして作製した。
【０２３２】
まず、ロール成形法により、片面にシリンドリカル状集光曲面群４を有し、もう一方の面に、第１光反射傾斜面５の形状と第２光反射傾斜面６の形状とに対応した構造を有する鉛ガラスからなる集光素子３の本体を形成した。次に、光反射効果を有する膜厚１００ｎｍのＡｌ０．９５Ｔｉ０．０５合金からなる光反射層を、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６と直線状光通過孔群７の上に形成し、最後に、直線状光通過孔群７上に形成された光反射層を研磨除去することにより、実施例１と同じ集光素子３を得た。
【０２３３】
次に、上記集光素子３のシリンドリカル状集光曲面群４上に、フルオロビニルエーテルを使用した透明フッ素樹脂を溶融状態でコーティングし、光入射面側を平らに成形した後、冷却固化させることにより、透明屈折層２１を形成した。
【０２３４】
上記集光素子３の屈折率は１．９であり、該シリンドリカル状集光曲面群４は、曲率半径１０ｍｍのシリンドリカル状集光曲面群４が、幅１２ｍｍの間隔で並んだ構成とし、シリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離Ｆは、３５ｍｍであった。
【０２３５】
また、直線状光通過孔群７を設ける位置、すなわち、直線状光通過孔群７とシリンドリカル状集光曲面群４の最表面（原点）との間隔ｄが２６ｍｍとなり、直線状光通過孔の幅が２ｍｍとなるように設けた。また、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６のシリンドリカル状集光曲面側の端部における両者の間隔が、シリンドリカル状集光曲面の幅と同じく１２ｍｍであり、該端部の位置が、シリンドリカル状集光曲面群４の最表面（原点）から１２ｍｍ離れた位置となるように形成した。
これにより、図８（ｂ）に示す角度θに関する実施例１のｔａｎθの計算に、上記の場合を当てはめると、
ｔａｎθ＝（２６−１２）／｛（１２−２）／２｝＝１４／５
となる。第２光反射傾斜面６については、ｔａｎ（π−θ）の絶対値が１４／５となる。
【０２３６】
以上のようにして作製した上記基板１と上記光電変換層２とからなる太陽電池素子と、透明屈折層２１を有する集光素子３とを、それぞれ、図１２に示すように固定配置し、実施例２ａの太陽電池とした。また、透明屈折層２１を有する集光素子３を設けていない太陽電池素子のみの太陽電池を比較例２の太陽電池とした。
【０２３７】
実施例２ａの太陽電池の発電効率と、比較例２の太陽電池の発電効率を、光源として太陽光シミュレーターを用いて調査した。１００ｍＷ／ｃｍ２の光の縦方向１９に対する入射角Ｑを変えて照射することにより、それぞれの開放電圧Ｖおよび短絡電流Ｉの大きさを調査した。
【０２３８】
【表２】
2004186334.tif 000004
【０２３９】
表２は、入射角Ｑが、０°、４０°、８０の場合における測定結果を示しており、それぞれの入射角Ｑにおける、実施例２ａの太陽電池の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを、比較例２の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを１００％として求めたものである。
【０２４０】
実施例２ａの太陽電池においては、入射角Ｑに係らず、開放電圧Ｖが１１２％〜１１４％と大きくなり、短絡電流Ｉが１５２％〜１５５％と大きくなっており、比較例２の太陽電池より高い発電効率が得られている。また、ここで、実施例１ａの太陽電池と比較すると、実施例１ａの太陽電池における短絡電流が１３５％〜１４２％に増大しているのに対して、実施例２ａの太陽電池においては、短絡電流Ｉが１５２％〜１５５％にまで増大しており、実施例２ａにおいては、実施例１ａよりもさらに高い発電効率が実現されている。
【０２４１】
この結果は、直線状光通過孔群７の幅が、実施例１ａにおいては３ｍｍであったのに対して、実施例２ａにおいては２ｍｍと狭くすることができたことに起因している。実施例１ａにおいては、入射角Ｑが０°から８０°に変化することにより、太陽光の集光位置は、シリンドリカル状集光曲面群４の最表面（原点）からの距離が、２８ｍｍの位置から１２ｍｍの位置へと大きく移動する。これに対して、実施例２ａにおいては、３５ｍｍの位置から２４ｍｍの位置へと移動するのみである。
【０２４２】
従って、実施例２ａにおいては、入射角Ｑの変化に伴う集光状態の変化が小さいことにより、直線状光通過孔群７の幅をより狭くすることが可能である。
【０２４３】
以上のように、直線状光通過孔群７の幅を狭くすることにより、光電変換層２で反射された光が、直線状光通過孔群７を逆方向に通過して、シリンドリカル状集光曲面群４側へと漏れ出す光量が減少するので、入射光の利用効率を高くすることができる。
【０２４４】
次に、表２において、実施例２ｂから実施例２ｅは、実施例２の構成の太陽電池において、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６の傾斜角度を変えずに、直線状光通過孔群７とシリンドリカル状集光曲面群４の最表面（原点）との間隔ｄを変えて形成した太陽電池の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを示している。
【０２４５】
間隔ｄをシリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離と同じく３５ｍｍとした場合、実施例２ｂに示すように、Ｑ＝０°においては、開放電圧と短絡電流の増加が確認されたが、Ｑ＝８０°においては、開放電圧と短絡電流が共に著しく減少した。この結果は、入射角Ｑの増大により、集光位置がシリンドリカル状集光曲面側へと近づき、太陽光が直線状光通過孔群を通過しなくなったことによるものである。
【０２４６】
次に、実施例２ｃは、ｄ＝３０ｍｍの場合の結果を示しており、Ｑ＝８０°における開放電圧と短絡電流が相対的に大きくなり、比較例２の太陽電池と比較しても、開放電圧と短絡電流が増大することが確認された。
【０２４７】
次に、実施例２ｄは、ｄ＝２２ｍｍの場合の結果を示しており、実施例２ｃの場合と逆に、Ｑ＝０°の場合の開放電圧と短絡電流が相対的に小さくなっているが、依然として全ての入射角Ｑにおいて、比較例２の太陽電池と比較して、開放電圧と短絡電流が増大することが確認された。
【０２４８】
次に、実施例２ｅは、ｄ＝２０ｍｍの場合の結果を示しており、Ｑ＝０°およびＱ＝４０°の場合に、開放電圧と短絡電流が比較例２より小さくなることが確認された。この結果は、焦点距離が３５ｍｍであるのに対して、第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６をシリンドリカル状集光曲面群４に近づけすぎたため、入射光が、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６との間で反射され、直線状光通過孔群７を通過せず、シリンドリカル状集光曲面群４側へ反射されたことによる結果である。
【０２４９】
本実施例においては、前述のように、第１光反射傾斜面５と第２光反射傾斜面６とが、直線状光通過孔の幅方向に対してなす角度θについて、ｔａｎθまたはｔａｎ（π−θ）の絶対値が１４／５となるように設定した場合において、距離ｄを２２ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることにより、全ての入射角Ｑにおいて、比較例２よりも大きな開放電圧と短絡電流が得られたが、これに限られるものではない。
【０２５０】
第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６の傾き角度や、直線状光通過孔群７の幅を変えた場合や、集光素子３および透明屈折層２１の屈折率を変えた場合には、太陽光の集光状態が変化するため、最適な距離ｄも変化する。それぞれの場合について、集光状態を計算し、最大の発電効率（光利用効率）が得られるように設計することが望ましい。
【０２５１】
次に、実施例１の場合と同様にして、実施例２の太陽電池の光電変換層２上に、粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蛍光粒子を、１５体積％含有させた紫外線硬化樹脂層（層厚２０μｍ）を設けた太陽電池を作製した。
【０２５２】
蛍光粒子を含有した紫外線硬化樹脂層を設けていない太陽電池と、蛍光粒子を含有した紫外線硬化樹脂層を設けた上記太陽電池に対して、太陽光シミュレーターを用い、１００ｍＷ／ｃｍ２の光の入射角Ｑを変えて照射して、両者の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを比較した結果、蛍光粒子を含有した紫外線硬化樹脂層を設けたことにより、全ての入射角Ｑにおいて、開放電圧Ｖが５〜８％大きくなり、短絡電流Ｉが１３〜１５％大きくなることが確認された。
【０２５３】
実施例２においても、実施例１と同様に、光電変換層２と直線状光通過孔群７との間に、上記光電変換層２の光電変換に寄与する波長の蛍光を発する材料を設けることにより、発電効率を高めることが可能である。
【０２５４】
〔実施例３〕
本発明の実施例３として、図１６に示す構成の太陽電池を作製した。
【０２５５】
実施例３の太陽電池は、実施例１に記載のシリンドリカル状集光曲面群４を有する集光素子３と、光電変換層２を有する太陽電池素子との間に、平面状の透明基板２２を配置し、該透明基板２２の集光素子３側の面であり、かつ、直線状光通過孔群７と対向しない領域に、平面状光反射面２３が設けられた構成となっている。
【０２５６】
本実施例においては、ポリカーボネート製の透明基板２２上に、光反射効果を有する膜厚１００ｎｍのＡｌ０．９５Ｔｉ０．０５合金からなる平面状光反射面２３を設けて、集光素子３と透明基板２２と太陽電池素子とを、紫外線硬化樹脂からなる透明接着剤により接着固定することにより、図１６に示す実施例３の太陽電池を形成した。
【０２５７】
上記構成よれば、集光素子３にゆがみを発生させることなく、上記透明基板２２を介して、集光素子３を太陽電池素子へ接着固定するため、上記光電変換層２には、均一な強度分布の光が照射され、高い発電効率が維持される。
【０２５８】
上記実施例３の太陽電池に対して、太陽光シミュレーターを用い、１００ｍＷ／ｃｍ２の光の入射角Ｑを変えて照射して、実施例１の太陽電池と、その開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを比較した結果、全ての入射角Ｑにおいて、実施例３の太陽電池の開放電圧Ｖが６％大きくなり、短絡電流Ｉが１０％大きくなることが確認された。この結果は、平面状光反射面２３を設けることにより、光反射面における太陽光の反射回数が低減され、入射光の利用効率が良くなったことに起因している。
【０２５９】
次に、実施例３の太陽電池において、上記透明基板２２として、粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蛍光粒子を、１５体積％含有させたガラス基板を用いた太陽電池を作製した。この蛍光粒子は、光電変換に利用されない波長４００ｎｍ近傍の光を、光電変換に利用される波長６００ｎｍ近傍の光に変換することが可能であり、さらに、蛍光粒子から発生する波長６００ｎｍ近傍の光が、集光素子３と太陽電池素子との間で多重反射することにより、太陽電池の発電効率を一層高くすることが可能となる。
【０２６０】
蛍光粒子を含有しない透明基板２２を用いた実施例３の太陽電池と、蛍光粒子を含有した透明基板２２を用いた実施例３の太陽電池に対して、太陽光シミュレーターを用い、１００ｍＷ／ｃｍ２の光の入射角を変えて照射して、両者の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを測定した結果、蛍光粒子を含有した透明基板２２を用いることにより、全ての入射角において、開放電圧Ｖが５〜７％大きくなり、短絡電流Ｉが１１〜１４％大きくなることが確認された。
【０２６１】
また、実施例３の太陽電池において、集光素子３と透明基板２２と太陽電池素子とを接着固定するための透明接着剤に、同様な蛍光粒子を含有させることによっても、同様に、開放電圧Ｖおよび短絡電流Ｉを大きくすること、すなわち、発電効率を高めることが可能である。
【０２６２】
また、上記透明基板２２と上記透明接着剤の両方に、同様な蛍光粒子を含有させることにより、さらに大きな開放電圧Ｖおよび短絡電流Ｉを得ることができる。
【０２６３】
〔実施例４〕
本発明の実施例４として、図１７に示す構成の太陽電池を作製した。
【０２６４】
実施例４の太陽電池は、実施例１に記載の太陽電池において、実施例１と同一のシリンドリカル状集光曲面群４を有する集光素子３と、光電変換層２を形成した太陽電池素子用透明基板２４とを、太陽電池素子用透明基板２４の光入射面が集光素子３の直線状光通過孔群７に対向するように、配置した構成となっている。
【０２６５】
本実施例においては、図１８に示すように、板厚３ｍｍのガラス基板からなる太陽電池素子用透明基板２４上に、膜厚３０ｎｍのＳｎＯ２からなる透明導電膜２５を反応性スパッタリングにより形成した後、遮蔽マスクを太陽電池素子用透明基板２４上に形成した透明導電膜２５表面に装着した状態で、ＡｌＴｉ合金ターゲットを用いたスパッタリングにより、膜厚１００ｎｍのＡｌ０．９５Ｔｉ０．０５合金からなる、幅０．１ｍｍ、間隔５ｍｍのくし型集電電極２６を形成した。
【０２６６】
次に、ｐ型不純物ドープ半導体層であるｐ層２７、真性半導体であるｉ層２８、ｎ型不純物ドープ層であるｎ層２９がこの順に積層された非晶質Ｓｉ半導体からなる光電変換層をプラズマＣＶＤ装置による気相成長法で形成した。各半導体層は、それぞれ、ＳｉＨ４ガス・Ｈ２ガス・ＣＨ４ガス・Ｂ２Ｈ６ガスの混合ガスを用いて気相成長した膜厚１５ｎｍのａ−ＳｉＣ：Ｈのｐ層２７、ＳｉＨ４ガス・Ｈ２ガスの混合ガスを用いて気相成長した膜厚１００ｎｍのａ−Ｓｉ：Ｈのｉ層２８、ＳｉＨ４ガス・Ｈ２ガス・ＰＨ３ガスの混合ガスを用いて気相成長した膜厚１５ｎｍのａ−Ｓｉ：Ｈのｎ層２９とした。
【０２６７】
上記光電変換層２を形成した後、膜厚１００ｎｍのＡｌからなる光反射効果を有する電極金属層３０をスパッタリングにより形成し、紫外線硬化樹脂を電極金属層３０上に塗布した後、硬化させ、電極金属層３０の保護膜３１とした。
【０２６８】
上記太陽電池素子用透明基板２４と上記光電変換層２からなる太陽電池素子に対して、実施例１ａに記載の集光素子３を、直線状光通過孔群７と太陽電池素子用透明基板２４とが対向するように接着固定することで、図１７に示す実施例４の太陽電池を作製した。また、上記太陽電池素子のみからなる太陽電池を比較例４の太陽電池とした。
【０２６９】
上記実施例４の太陽電池と比較例４の太陽電池に対して、実施例１と同様に、太陽光シミュレーターを用い、１００ｍＷ／ｃｍ２の光の入射角を変えて照射して、両者の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを測定した結果、全ての入射角において、実施例４の太陽電池の開放電圧Ｖが比較例４の太陽電池より５〜７％大きくなり、実施例４の太陽電池の短絡電流Ｉが比較例４の太陽電池より１１〜１４％大きくなることが確認された。
【０２７０】
このように、実施例４の太陽電池においても、実施例１の太陽電池の場合と同様に、光電変換層２と第１光反射傾斜面５および第２光反射傾斜面６との間で、入射光の多重反射が実現し、太陽光の利用効率を高めることができ、より高い発電効率を得ることができた。
【０２７１】
実施例４の太陽電池に対して、実施例２において記載した透明屈折層２１を設けることにより、同様に、シリンドリカル状集光曲面群４への太陽光の実質的な入射角を低減することが可能となり、さらに高い発電効率を実現することができる。
【０２７２】
また、実施例４において、太陽電池素子用透明基板２４として、実施例３と同様に、蛍光粒子を含有した太陽電池素子用透明基板２４を用いることにより、光電変換層２と直線状光通過孔群７との間に、上記光電変換層２の光電変換に寄与する波長の蛍光を発する材料が設けられることになり、開放電圧Ｖおよび短絡電流Ｉを大きくすること、すなわち、太陽電池の発電効率を高めることが可能である。
【０２７３】
また、集光素子３と太陽電池素子用透明基板２４とを接着固定するための透明接着剤に、同様な蛍光粒子を含有させることによっても、同様に、開放電圧Ｖおよび短絡電流Ｉを大きくすること、すなわち、発電効率を高めることが可能である。
【０２７４】
本発明によれば、入射した光は、各集光領域により集光され、直接直線状光通過孔群を通過するか、または、第１光反射傾斜面または第２光反射傾斜面により反射され直線状光通過孔群を通過する。上記直線光通過孔群を通過した光は、太陽電池素子に設けられた光電変換層を照射する。続いて、太陽電池素子を照射した光の一部は、太陽電池素子の表面または内部で反射され反射光となる。その一方で、該反射光の少なくとも一部は、光反射面における直線状光通過孔群以外の領域で反射され、太陽電池素子の方へ戻される。すなわち、太陽電池素子と光反射面との間では、反射光が多重反射されることにより、光電変換層に照射される光量が増大するため、太陽電池の発電効率（光の利用効率）を高くすることが可能になる。
【０２７５】
また、本発明によれば、入射した光は、各集光領域により集光され、直接直線状光通過孔群を通過するか、または、第１光反射傾斜面または第２光反射傾斜面により反射され直線状光通過孔群を通過する。上記直線状光通過孔群を通過した光は、太陽電池素子に設けられた光電変換層を照射する。続いて、太陽電池素子を照射した光の一部は、太陽電池素子の表面または内部で反射され反射光となる。その一方で、該反射光の少なくとも一部は、直線状光通過孔群以外の領域、すなわち、第１光反射傾斜面の裏面または第２光反射傾斜面の裏面で反射され、太陽電池素子の方へ戻される。すなわち、太陽電池素子と第１光反射傾斜面の裏面または第２光反射傾斜面の裏面との間では、反射光が多重反射されることにより、光電変換層に照射される光量が増大するため、太陽電池の発電効率（光の利用効率）を高くすることが可能になる。
【０２７６】
なお、本発明に係る太陽電池の上記第１光反射面を、上記光通過領域の両側の長手方向に沿って延設し、該光通過領域に対して任意の角度で傾斜した第１光反射傾斜面と第２光反射傾斜面からなるようにしてもよい。
【０２７７】
上記の構成により、集光領域により光が集光する位置が線状の光通過領域からずれていても、第１光反射面が該光通過領域の両側の長手方向に沿って延設された第１光反射傾斜面と第２光反射傾斜面により集光素子内で反射することができるので、光通過領域に効率的に光を通過させることができる。
【０２７８】
従って、集光素子に入射される光の入射角が異なっても、また、集光領域により集光する位置と光通過領域とがずれていても、光通過領域の通過光量を多くすることができ、この結果、多くの光が太陽電池素子の光電変換層に入射されるので、太陽電池の発電効率を高くすることができる。
【０２７９】
【発明の効果】
本発明に係る太陽電池は、以上のように、光電変換層を有する太陽電池素子と、集光領域と、該集光領域により集光された入射光を、上記太陽電池素子側に通過させる光通過領域とを有する集光素子とを備え、上記集光素子には、さらに、該集光素子内で光を反射し、該反射光の少なくとも一部を上記光通過領域に導く第１光反射面が該光通過領域と組をなして設けられていることを特徴としている。
【０２８０】
それゆえ、季節変化や時間変化に伴い太陽光等の光の入射角が変化した場合、すなわち、集光領域により集光された光の全てが、直接、光通過領域を通過できないような場合において、集光領域により集光された光を光通過領域に直接通過させることに加えて、直接、光通過領域に入射されない光の少なくとも一部を第１光反射面により反射した後、光通過領域に通過させることが可能となる。この結果、光通過領域を通過して太陽電池素子の光電変換層に照射される光量を増大させることが可能となる。
【０２８１】
従って、光の入射角が変化した場合においても、光を効率良く光通過領域を通過させることが可能となり、季節変化や時間変化に係わり無く、太陽電池の発電効率（光の利用効率）を高くすることができる。
【０２８２】
また、上記の構成では、光通過領域に入射されない光の少なくとも一部を第１光反射面により反射した後、光通過領域に通過させることが可能となるので、集光領域により光が集光する位置と、光通過領域との位置合わせを従来程、高精度に行なう必要がない。この結果、集光素子を高精度に製造するための高価な装置を必要とせず、また、集光素子の歩留りも向上するので、光の利用効率の高い太陽電池を安価に製造することが可能となるという効果を併せて奏する。
【０２８３】
本発明に係る太陽電池は、以上のように、上記の構成に加えて、上記第１光反射面は、集光領域側から光通過領域側に向けて先細る形状を有していることを特徴としている。
【０２８４】
それゆえ、第１光反射面における反射光を光通過領域へ導き易くすることができるという効果をさらに奏する。
【０２８５】
本発明に係る太陽電池は、以上のように、上記の構成に加えて、上記集光素子の第１光反射面の裏面が、太陽電池素子からの反射光を再度、該太陽電池素子に入射させるように反射する第２光反射面となっていることを特徴としている。
【０２８６】
それゆえ、太陽電池素子の表面または内部で反射された反射光の少なくとも一部は、第２反射面にて反射され、太陽電池素子の方へ戻される。すなわち、太陽電池素子と第２光反射面との間では、反射光が多重反射されることにより、光電変換層に照射される光量が増大するため、太陽電池の発電効率（光の利用効率）をさらに高くすることが可能となる。
【０２８７】
また、集光素子の第１反射面の裏面が第２反射面となっていることにより、集光素子に光反射性材料の層を１層設けるだけで、その両面を反射面として利用する形態を採用することができる。これにより、太陽電池の構成を簡素化し、コストを下げることにも役立つという効果をさらに奏する。
【０２８８】
本発明に係る太陽電池は、以上のように、上記の構成に加えて、上記光通過領域と上記太陽電池素子との間に配置された平板状の透明基板が、少なくとも上記集光素子に対し密着固定されていることを特徴としている。
【０２８９】
それゆえ、上記集光素子に平板状の透明基板を密着固定することにより、集光素子にゆがみが発生しにくくなるので、上記光通過領域と上記光電変換層との間隔が常に一定に保たれる。その結果、上記光電変換層に照射される光の強度分布が均一なものとなり、常に高い発電効率を維持することが可能となるという効果をさらに奏する。
【０２９０】
本発明に係る太陽電池は、以上のように、上記の構成に加えて、上記透明基板の光入射面において、上記光通過領域に対向する対向領域以外の領域に、太陽電池素子からの反射光を再度、該太陽電池素子に入射させるように反射する第２光反射面を設けたことを特徴としている。
【０２９１】
それゆえ、上記透明基板の光入射面に第２光反射面を設けた場合、第２光反射面は、透明基板が平板状ゆえに、太陽電池素子に対面する平面となる。従って、太陽電池素子（光電変換層）からの反射光は、平面状の第２光反射面によって１度反射されるだけで、上記光電変換層を再照射することができる。すなわち、多重反射の反射回数を最小として、反射光の減衰を抑えることが可能となり、太陽電池の発電効率（光の利用効率）を一層高くすることができるという効果をさらに奏する。
【０２９２】
本発明に係る太陽電池は、以上のように、上記の構成に加えて、上記光通過領域と上記光電変換層との間に、上記光電変換層の光電変換に寄与する波長の蛍光を発する蛍光材料が設けられていることを特徴としている。
【０２９３】
それゆえ、蛍光材料が発生した蛍光は、上記光電変換層に照射されるので、光電変換に寄与する波長の光の光量が増大し、太陽電池の発電効率を一層高くすることが可能となるという効果をさらに奏する。
【０２９４】
本発明に係る太陽電池は、以上のように、上記の構成に加えて、上記集光領域が、シリンドリカル状集光曲面であり、上記光通過領域が直線スリット状の光通過領域であり、該シリンドリカル状集光曲面の円筒軸の方向と、上記光通過領域の延伸方向とが平行に配置されていることを特徴としている。
【０２９５】
それゆえ、シリンドリカル状集光曲面によって、線状に集光された光は直線スリット状光通過孔へと効率良く集光される。また、例えば太陽光の入射角度が変化した場合においても、太陽光は、シリンドリカル状集光曲面により集光され、直接光通過領域を通過するか、もしくは、該光通過領域と組をなして設けられた第１光反射面によって反射された後、効率的に光通過領域へと集光することが可能となり、高い発電効率を維持することができる。
【０２９６】
また、シリンドリカル状集光曲面は、より短小な形状の集光領域と比較して、少ない数の集光領域で集光素子を構成することができるため、集光素子の構成を簡素化し、コストを下げることにも役立つという効果をさらに奏する。
【０２９７】
本発明に係る太陽電池は、以上のように、上記の構成に加えて、上記シリンドリカル状集光曲面を構成する材料の屈折率よりも小さな屈折率を有する透明屈折層が、上記シリンドリカル状集光曲面の光入射側に設けられていることを特徴としている。
【０２９８】
それゆえ、上記の構成により、上記の効果に加えて、入射光が、透明屈折層で屈折された後、上記シリンドリカル状集光曲面へと入射されることにより、シリンドリカル状集光曲面への光入射角度が実質的に小さくなる。従って、入射光が大きな入射角度で入射した場合においても、効率良く光通過領域へと集光することが可能となり、高い発電効率を維持することができるという効果をさらに奏する。
【０２９９】
本発明に係る太陽電池は、以上のように、上記の構成に加えて、上記シリンドリカル状集光曲面の円筒軸方向を含み、かつ、集光素子に垂直な平面が、東西方向を向くように設置されていることを特徴としている。
【０３００】
それゆえ、朝方および夕方において、太陽光が東西方向の斜め上からシリンドリカル状集光曲面に入射する場合において、シリンドリカル状集光曲面により直線状に集光される光は、常に、光軸を含みかつ円筒軸を含む平面上に集光されるので、結局は、同平面上に配置された直線スリット状光透過領域に集光される。
【０３０１】
従って、１日の太陽光の入射角度変化に対応して、該シリンドリカル状集光曲面と該直線スリット状光透過領域とを相対的に移動させることなく、太陽光を効率良く直線スリット状光透過領域へと集光することが可能となるという効果をさらに奏する。
【０３０２】
本発明に係る太陽電池は、以上のように、上記の構成に加えて、春分または秋分の南中時に、太陽電池に対する太陽光入射角度が０°となるように、太陽電池の設置角度が設定されていることを特徴としている。
【０３０３】
それゆえ、本発明の太陽電池への太陽光入射角度が最大となる夏至および冬至において、太陽光入射角度を地軸傾きと同じ大きさ（２３．４°）とすることが可能であり、季節変化にともなう入射角度変化の低減により、季節変化にともなう発電効率の変化を低減することが可能となるという効果をさらに奏する。
【０３０４】
本発明に係る太陽電池素子用集光素子は、以上のように、入射した光を集光する複数の集光領域と、該集光領域によって集光された光を通過させる複数の光通過領域であって、上記集光領域に対応して備えられた光通過領域と、上記集光領域と光通過領域との間に形成され、集光領域によって集光された光の少なくとも一部を反射して、上記光通過領域に導く光反射面であって、上記光通過領域と組をなして形成された光反射面とを備えていることを特徴としている。
【０３０５】
それゆえ、既に説明したとおり、光通過領域を通過して太陽電池素子の光電変換層に照射される光量を、季節変化や時間変化に係わり無く、増大させることが可能な太陽電池素子用集光素子を提供することができる。
【０３０６】
また、光反射面によって、光通過領域に直接入射されない光の少なくとも一部を反射して該光通過領域に導くことができるので、集光位置と光通過領域との位置合わせを従来程、高精度に行なう必要性がなくなる。この結果、太陽電池素子用集光素子を高精度に製造するための高価な装置を必要とせず、また、太陽電池素子用集光素子の歩留りも向上するので、光の利用効率の高い太陽電池の製造コストを下げることが可能となるという効果を併せて奏する。
【０３０７】
本発明の太陽電池素子用集光素子の製造方法は、以上のように、上記太陽電池素子用集光素子の製造方法であって、上記集光領域、光反射面および光通過領域を有する単位集光素子を製造した後で、単位集光素子を複数接続して太陽電池素子用集光素子を得ることを特徴としている。
【０３０８】
それゆえ、太陽電池素子用集光素子の必要な大きさに合わせて、必要な個数だけ、単位集光素子を接続することができるので、大きさの自由度が高い太陽電池素子用集光素子を製造することができる。
【０３０９】
また、単位集光素子を小型の製造装置で製造することができるので、製造装置のコストが安くなるため、太陽電池における光の利用効率を向上させることが可能な太陽電池素子用集光素子、およびそれを用いた太陽電池を低コストで提供することができるという効果を併せて奏する。
【０３１０】
本発明の太陽電池素子用集光素子の製造方法は、以上のように、上記太陽電池素子用集光素子の製造方法であって、上記光反射面および光通過領域を有する単位集光素子と、上記集光領域と集光領域に対向する平面とを有する集光曲面素子構成要素とを製造した後で、複数の単位集光素子を集光曲面素子構成要素の平面上に順次接着して太陽電池素子用集光素子を得ることを特徴としている。
【０３１１】
それゆえ、上記の方法によっても、単位集光素子を小型の製造装置で製造することができるので、製造装置のコストが安くなるため、太陽電池における光の利用効率を向上させることが可能な太陽電池素子用集光素子、およびそれを用いた太陽電池を低コストで提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池において、垂直入射する太陽光の集光状態を説明する断面斜視図である。
【図２】本発明の太陽電池素子の断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の集光素子の製造方法を説明する断面斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の集光素子の製造方法を説明する断面斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の集光素子の製造方法を説明する断面斜視図である。
【図６】本発明の太陽電池において、太陽光の入射角が異なる際の集光状態を説明する断面斜視図である。
【図７】本発明の太陽電池の設置方法を説明する図面である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の太陽電池において、入射光の集光状態を、入射角度を変えて計算した結果を示す説明図である。
【図９】（ａ）と（ｂ）は、本発明の太陽電池において、入射光の集光状態を、入射角度を変えて計算した結果を示す説明図である。
【図１０】（ａ）と（ｂ）は、本発明の太陽電池において、入射光の集光状態を、入射角度を変えて計算した結果を示す説明図である。
【図１１】（ａ）と（ｂ）は、本発明の太陽電池において、縦方向斜め上から入射する光の集光状態を計算した結果を示す説明図である。
【図１２】本発明の太陽電池の別構成を示す断面斜視図である。
【図１３】本発明の太陽電池の断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の太陽電池において、入射光の集光状態を、入射角度を変えて計算した結果を示す説明図である。
【図１５】本発明の太陽電池のさらに別構成を示す断面斜視図である。
【図１６】本発明の太陽電池のさらに別構成を示す断面斜視図である。
【図１７】本発明の太陽電池のさらに別構成を示す断面斜視図である。
【図１８】本発明の太陽電池素子の断面図である。
【図１９】従来の太陽電池素子の断面図である。
【図２０】従来の太陽電池素子の断面図である。
【図２１】従来の太陽電池素子の断面図である。
【符号の説明】
１  基板（太陽電池素子）
２  光電変換層
３  集光素子
４  シリンドリカル状集光曲面群（集光領域の集まり）
５  第１光反射傾斜面（第１光反射面、第２光反射面）
６  第２光反射傾斜面（第１光反射面、第２光反射面）
７  直線状光通過孔群（光通過領域）
８  太陽光
９  電極金属層
１０  多結晶Ｓｉ半導体層
１１  多結晶Ｓｉ半導体層
１２  多結晶Ｓｉ半導体層
１３  型集電電極
１４  反射防止層
１５  中心面
１６  棒状集光素子構成要素（単位集光素子）
１７  棒状集光素子構成要素（単位集光素子）
１８  集光曲面素子構成要素
１９  縦方向
２０  横方向
２１  透明屈折層
２２  透明基板
２３  平面状光反射面（第２光反射面）
２４  太陽電池素子用透明基板
２５  透明導電膜
２６  くし型集電電極
３０  電極金属層
３１  保護膜
Ｆ  焦点距離
Ｉ  短絡電流
Ｑ  入射角
Ｑ１  入射角
Ｑ２  入射角
Ｒ  入射角
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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