(57)【要約】【課題】太陽光等の外部光の入射角度の変化を考慮することで該外部光を効率よく光電変換層に入射させるとともに、光電変換層表面や内部で反射した光をできるだけ外部に逃さないようにし、もって従来の太陽電池より発電効率の高い太陽電池を提供する。【解決手段】屈折率が、空気より大きく、太陽電池素子側第２透明体３より小さい光入射側第１透明体８を、シリンドリカル状集光曲面群４の光入射側に設ける。これにより、入射光７のシリンドリカル状集光曲面群４への入射角度を小さくすることができる。この結果、直線スリット状光透過孔群６に集光される入射光７の光束を絞ることができ、光反射層５と光電変換層２との間に導入される光の光量を増大させることができる。【選択図】　図１
2004111742.tif 000002
【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、
空気より大きな屈折率を有する光入射側の第１透明体および該第１透明体より大きな屈折率を有する太陽電池素子側の第２透明体との間に集光領域を設けた集光素子と、
光透過孔を有する光反射層とを備え、
光反射層は、集光領域により集光された光が光透過孔を通過した後、太陽電池素子に入射し、太陽電池素子からの反射光が光反射層により反射され、太陽電池素子に再入射するように、太陽電池素子と集光素子との間に形成されていることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
光電変換層を有する太陽電池素子と、
集光領域と集光補助層とを有する集光素子と、
光透過孔を有する光反射層とを備え、
上記集光補助層が、外部光の上記集光領域に対する入射角を、該集光補助層を設けない場合に比較して小さくする機能を有し、
光反射層が、上記集光領域によって集光された光を光透過孔を介して上記太陽電池素子へ入射させるとともに、該太陽電池素子での反射光を反射し、該太陽電池素子へ再入射させる機能を有することを特徴とする太陽電池。
【請求項３】
上記集光領域が、シリンドリカル状集光曲面であり、
上記光透過孔が直線スリット状光透過孔であって、
該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孔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または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
上記直線スリット状光透過孔を有する光反射層が、上記シリンドリカル状集光曲面の焦点距離よりも、シリンドリカル状集光曲面に近い位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項５】
上記シリンドリカル状集光曲面の焦点距離をＦとすると、シリンドリカル状集光曲面の光入射側の表面と上記直線スリット状光透過孔が設けられた位置との間隔が、（１１Ｆ／１７）以上、（１６Ｆ／１７）以下であることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項６】
上記シリンドリカル状集光曲面の幅をＷとすると、上記直線スリット状光透過孔の幅が、（Ｗ／８）以上、（２Ｗ／３）以下であることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項７】
上記光反射層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透明基板が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項８】
上記光反射層と上記光電変換層との間の積層構造中に、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透明接着剤層が含まれていることを特徴とする請求項１または２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３に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池は、図１７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１８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１７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１７１上に、光反射効果を有する電極金属層１７２、電極金属層１７２と多結晶Ｓｉ半導体層１７４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１７３、多結晶Ｓｉ半導体層１７３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１７４、多結晶Ｓｉ半導体層１７３、１７４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１７５、電流を取り出すための集電電極１７６、効率的に光を取り込むための反射防止層１７７とから構成されている。
【０００４】
また、図１８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１８１上に、光反射効果を有する電極金属層１８２、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１８３、非晶質Ｓｉ半導体からなり真性半導体であるｉ層１８４、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１８５、電流を取り出すための集電電極１８６、効率的に光を取り込むための反射防止層１８７とから構成されている。
【０００５】
また、発電効率を上げるため、図１７に示す多結晶半導体で構成したｐｎ接合と、図１８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１９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１９１、透明基板１９１上に、効率的に光を取り込むための反射防止層１９２、電流を取り出すための集電電極１９３、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１９４、非晶質Ｓｉ半導体からなり真性半導体であるｉ層１９５、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１９６、光反射効果を有する電極金属層１９７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１７７、１８７、１９２にある。すなわち、上述のような従来の太陽電池（図１７〜図１９）においては、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１７７、１８７、１９２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１７７、１８７、１９２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１７６、１８６、１９３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１７６、１８６、１９３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１７４、非晶質Ｓｉ半導体層１８４、１９５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、及び、材料使用量増加につながるため、コスト増をひきおこす。
【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】
さらに、太陽光などの外部光は光電変換層を常に垂直に照射するとは限らず、場所や季節、時刻によって照射角度が変わることから、前記外部光を無駄なく入射させるためには、太陽電池を設置する場所や太陽の動き等を考慮する必要がある。
【００１５】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、外部光（主に太陽光）の照射角度及び該照射角度の変化を考慮することで前記外部光を効率よく光電変換層に入射させるとともに、光電変換層表面での反射光や光入射側に設けられた集電電極での反射光を光反射層にて反射させることで光電変換層に入射された光をできるだけ外部に逃さないようにし、もって従来の太陽電池より発電効率の高い太陽電池を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る太陽電池は、上記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、空気より大きな屈折率を有する光入射側第１透明体および該光入射側第１透明体より大きな屈折率を有する太陽電池素子側第２透明体との間に集光領域を設けた集光素子と、光透過孔を有する光反射層とを備え、光反射層は、集光領域により集光された光が光透過孔を通過した後、太陽電池素子に入射し、太陽電池素子からの反射光が光反射層により反射され、太陽電池素子に再入射するように、太陽電池素子と集光素子との間に形成されていることを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、集光素子に入射した光は、まず、集光素子を構成する光入射側第１透明体、集光領域、及び太陽電池素子側第２透明体を通る。このとき、太陽電池素子側第２透明体から光反射層の方へ出射される光は、集光領域の作用により集光されている。続いて、その集光された光は、光反射層に設けられた光透過孔を抜けて、太陽電池素子に入射する。
【００１８】
この場合、集光領域と光透過孔とは、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つないし複数の光透過孔を配置してもよい。
【００１９】
続いて、太陽電池素子に入射した光は光電変換層を照射し、該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。その一方で、該反射光の少なくとも一部は、光反射層における光透過孔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、太陽電池素子と反射層との間では、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っている。
【００２０】
このとき、光の利用効率をさらに向上させるためには、光透過孔を通過して光反射層と太陽電池素子との間に導入される光量をできるだけ増加させるとよい。
【００２１】
そのためには、集光領域で集光された光が形成する光束が、光透過孔の周囲を照射しないよう、該光束を細く絞った上で光透過孔を透過させるのが好ましい。
【００２２】
一般に、屈折率の相対的に小さな媒質と大きな媒質との境界に集光機能を有する集光領域を形成した場合、屈折率の小さな媒質に入射する平行光束の入射角がより小さい程、集光領域で集光されて屈折率の大きな媒質中を進む光の集光位置の移動が小さくなる。集光位置の移動が小さくなることにより、光透過孔を透過する光の集光度は高くなる。したがって、集光領域に入射する光の入射角を小さくすることが、光の利用効率を上げるポイントとなる。
【００２３】
上記の構成によれば、太陽などの外部光は、集光領域に入射する前に、空気より屈折率の大きい第１透明体表面で屈折されるので、その屈折角は、屈折の法則によって入射角より小さくなる。すなわち、第１透明体を透過した光が集光領域へ入射するので、その入射角は第１透明体を設けていない場合に比較して小さくなる。したがって、集光された光が形成する光束を細く絞ることが可能となる。
【００２４】
これにより、該光束に光透過孔の周囲を照射させることなく光透過孔内を通過させることが容易となるので、光反射層と太陽電池素子との間に導入される光量を増加させることができ、もって発電効率を高めることができる。
【００２５】
また、本発明に係る太陽電池は、光電変換層を有する太陽電池素子と、集光領域と集光補助層とを有する集光素子と、光透過孔を有する光反射層とを備え、上記集光補助層が、外部光の上記集光領域に対する入射角を、該集光補助層を設けない場合に比較して小さくする機能を有し、光反射層が上記集光領域によって集光された光を光透過孔を介して上記太陽電池素子へ入射させるとともに、該太陽電池素子での反射光を反射し、該太陽電池素子へ再入射させる機能を有することを特徴としている。
【００２６】
上記の構成によれば、光透過孔群を通過した外部光が、光電変換層と光反射層との間で照射、吸収、一部反射という一連の作用を繰り返すことで光電変換層に照射される光量が増大し、太陽電池の発電効率が高まる点は、既に説明したとおりである。
【００２７】
さらに上記の構成では、集光領域へ入射する光の入射角を小さくする機能を有する集光補助層が設けられているので、集光領域への入射角度は、集光補助層がない場合に比較して小さくなり、集光された光が形成する光束を細く絞ることが可能となる。
【００２８】
これにより、既に説明したとおり、光反射層と太陽電池素子との間に導入される光量を増加させることができ、もって発電効率を高めることができる。
【００２９】
また、本発明の太陽電池は、上記集光曲面が、シリンドリカル状集光曲面であり、上記光透過孔が直線スリット状光透過孔であって、該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孔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。
【００３０】
上記の構成において、集光領域により集光される光が、該光透過孔を通過するときの通過光量をできるだけ多くするためには、光透過孔を通過する光の断面形状が、光透過孔の形状と高い類似性を有していること、好ましくは光の断面面積が光透過孔の面積以内となることである。
【００３１】
上記の構成によれば、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、光透過孔として、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光透過孔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透過孔へと効率良く集光される。
【００３２】
この結果、該直線スリット状光透過孔から入射した光が、光電変換層と光反射層との間で多重反射し、光電変換層に照射される光量が一層増大し、発電効率を一層高くすることが可能となる。
【００３３】
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。このメリットは、光反射層の形成についても同様に当てはまる。
【００３４】
また、本発明に係る太陽電池は、上記の構成に加えて、上記直線スリット状光透過孔を有する光反射層が、上記シリンドリカル状集光曲面の焦点距離よりも、シリンドリカル状集光曲面に近い位置に設けられていることを特徴としている。
【００３５】
上記の構成によれば、太陽電池を野外に設置した場合、太陽電池に入射する太陽光線の入射角度には、季節変動が伴う。この季節変動による発電効率の低下を抑制することが、本構成の狙いである。
【００３６】
ここで、シリンドリカル状集光曲面を、凸面を上側にして水平面に置いた状態を考え、さらにシリンドリカル状集光曲面を円筒面の一部とする円筒を考える。
この状態で、シリンドリカル状集光曲面の真上から入射する光線と上記円筒の中心線（円筒軸）とを含む垂直面を、該中心線の周りに回転させる回転方向のことを、シリンドリカル状集光曲面に対する「横方向」と定義する。
【００３７】
シリンドリカル状集光曲面の真上から入射する光線が、横方向に傾いた状態でシリンドリカル状集光曲面に入射すると、コマ収差の発生により、シリンドリカル状集光曲面の側部に入射した光の集光位置が、シリンドリカル状集光曲面の頂部に入射した光の集光焦点位置よりも、シリンドリカル状集光曲面に近い位置となる。すなわち、光の入射位置により集光位置が異なるため集光状態が劣化する。
【００３８】
したがって、上記光反射層を上記シリンドリカル状集光素子の焦点距離に対応する位置に配置した場合、シリンドリカル状集光曲面の頂部に入射した光は、直線スリット状光透過孔を通過するが、シリンドリカル状集光曲面の側部に入射した光は、直線スリット状光透過孔を通過しづらくなるので、その分、発電効率を低下させることになる。
【００３９】
これに対して、上記シリンドリカル状集光曲面と上記光反射層との距離が、上記シリンドリカル状集光曲面の焦点距離よりも短くなるように、該シリンドリカル状集光曲面と該光反射層とを配置することにより、光反射層に形成された光透過孔の位置とシリンドリカル状集光曲面の側部に入射した光の集光位置とが接近する。この結果、シリンドリカル状集光曲面の側部に入射した光は、光透過孔群を通過し易くなる。シリンドリカル状集光曲面の頂部に入射した光は、光反射層の位置が光軸方向に変化しても、変わりなく光透過孔を通過する。
【００４０】
これにより、シリンドリカル状集光曲面の頂部に入射した光と、側部に入射した光とを、効率良く直線スリット状光透過孔へと集光することが可能となり、太陽光等の光の入射角度が変化した場合においても高い発電効率を得ることが可能となる。
【００４１】
また、本発明に係る太陽電池は、上記の構成に加えて、上記シリンドリカル状集光曲面の焦点距離をＦととすると、シリンドリカル状集光曲面の表面と上記直線スリット状光透過孔が設けられた位置との間隔が、（１１Ｆ／１７）以上、（１６Ｆ／１７）以下であることを特徴としている。
【００４２】
上記の構成によれば、上記間隔が（１１Ｆ／１７）より小さくなると、入射角が小さい範囲では、直線スリット状光透過孔の位置が、集光位置よりシリンドリカル状集光曲面に近づき過ぎるため、集光される前の広がった状態の光束が、直線スリット状光透過孔を照射することになる。このため、入射角が小さい範囲において、すなわち発電量が本来大きくなる時間帯で、直線スリット状光透過孔を通過できない光が増加し、発電効率が低下する。
【００４３】
一方、上記間隔が（１６Ｆ／１７）より大きくなると、入射角が大きい範囲では、集光位置が、直線スリット状光透過孔とシリンドリカル状集光曲面との間に位置し、集光位置と直線スリット状光透過孔の位置とが離れ過ぎるため、集光された後の広がった状態の光束が、直線スリット状光透過孔を照射することになる。このため、入射角が大きい範囲において、直線スリット状光透過孔を通過できない光が増加し、発電効率が低下する。
【００４４】
そこで、上記間隔を上記の範囲に設定することにより、入射角の変動によらず、入射光のほとんどが直線スリット状光透過孔を通過することができるので、高い発電効率を維持することができる。
【００４５】
また、本発明に係る太陽電池は、上記の構成に加えて、上記シリンドリカル状集光曲面の幅をＷとすると、上記直線スリット状光透過孔の幅が、（Ｗ／８）以上、（２Ｗ／３）以下であることを特徴としている。
【００４６】
上記の構成において、シリンドリカル状集光曲面の幅Ｗに対し、直線スリット状光透過孔の幅が（Ｗ／８）より狭くなると、太陽光の入射角が大きくなる時刻または季節には集光状態が悪くなるため、直線スリット状光透過孔に入射しなくなる太陽光の割合が高くなる。この結果、発電効率が低下する。一方、直線スリット状光透過孔の幅が（２Ｗ／３）より広くなると、光電変換層と光反射層との間で多重反射すべき光が、直線スリット状光透過孔から放出される。この結果、入射光の利用効率が低下し、発電効率が低下する。
【００４７】
したがって、直線スリット状光透過孔の幅を上記の範囲とすることにより、光の透過率の増大と反射率の増大という、光反射層が備えるべき相反する機能を最適化することができる。
【００４８】
また、本発明に係る太陽電池は、上記の構成に加えて、上記光反射層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透明基板が設けられていることを特徴としている。
【００４９】
上記の構成により、集光素子によって集光された光は、光透過孔を通過して透明基板に入射する。該透明基板は、その蛍光特性によって、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に変換した上で、蛍光として発する。発生した蛍光は直接、あるいは一旦反射層で反射された後、上記光電変換層に照射される。
【００５０】
したがって、光電変換に寄与する波長の光の光量が増大するので、太陽電池の発電効率を一層高くすることが可能となる。
【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】
また、本発明に係る太陽電池は、上記光反射層と上記光電変換層との間の積層構造中に、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透明接着剤層が含まれていることを特徴としている。
【００５３】
上記の構成において、光反射層と上記光電変換層との間には、透明接着剤層が介在する色々な態様の積層構造を含めることができる。例えば、集光素子の太陽電池素子側の面に光反射層を形成した集光素子を、透明接着剤層を介して太陽電池素子に接着固定してもよい。あるいは、集光素子と太陽電池素子との間隔を制御する透明基板を、透明接着剤層を介して集光素子と太陽電池素子との間に接着固定してもよい。あるいは、集光素子側の面に光反射層を形成した透明基板を、透明接着剤層を介して太陽電池素子に接着固定してもよい。
【００５４】
上記のように、各種態様を取り得る積層構造中に、上記の蛍光特性を有する透明接着剤層が介在することにより、集光素子によって集光された光は、光反射層の光透過孔を通過して積層構造中の透明接着剤に入射する。これによって、太陽電池の発電効率を一層高めることができる理由は、既に説明した蛍光特性を有する透明基板の働きと同様である。
【００５５】
また、光反射層と上記光電変換層との間に、透明接着剤層が介在する積層構造を形成することにより、太陽電池の構造的、機械的強度が高められ、また製造プロセスにおいて、破損等による歩留まり低下を抑制することもできる。
【００５６】
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。
【００５７】
また、本発明に係る太陽電池は、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。
【００５８】
上記の構成により、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。
【００５９】
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孔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孔は、光軸を含みかつ円筒軸を含む平面上に配置されている。
【００６０】
したがって、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孔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孔へと集光することが可能となる。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の太陽電池について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００６２】
図１は、本発明の太陽電池の断面斜視図を示している。
【００６３】
本発明の太陽電池は、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、光入射側第１透明体８と太陽電池素子側第２透明体３とにより構成され、各透明体３・８間にシリンドリカル状集光曲面群４が設けられた集光素子とを有している。
【００６４】
また、該太陽電池素子側第２透明体３における太陽電池素子側（光出射側）の表面に、直線スリット状光透過孔群６を有する光反射層５が設けられている。
【００６５】
該シリンドリカル状集光曲面群４は、各シリンドリカル状集光曲面（集光領域）の凸面が光入射側を向き、複数のシリンドリカル状集光曲面が、それぞれの円筒軸を平行にして並列されている。なお、上記円筒軸とは、シリンドリカル状集光曲面を円筒面の一部とする円筒を考えたとき、その円筒の中心軸を意味する。
【００６６】
また、上記直線スリット状光透過孔群６は、個々の該シリンドリカル状集光曲面に対応した直線スリット状光透過孔で構成されている。さらに、シリンドリカル状集光曲面で直線状に集光された光が、直線スリット状光透過孔を最も効率良く通過するようにとの観点で、該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孔の延伸方向とが平行になるように配置されている。
【００６７】
ここで、該直線スリット状光透過孔は、図１に示すように、対応するシリンドリカル状集光曲面に対して、真上から入射する光の光軸上であって、その光が集光される位置に配置されている。
【００６８】
上記の構成において、光入射側第１透明体８に垂直に入射する入射光７は、そのままシリンドリカル状集光曲面群４にも垂直に入射し、シリンドリカル状集光曲面群４により、太陽電池素子側第２透明体３の表面に設けられた直線スリット状光透過孔群６に集光された後、太陽電池素子の光電変換層２へと照射される。
光電変換層２からの反射光は、集光素子に設けられた光反射層５によって反射され、再度、太陽電池素子の光電変換層２へと入射する。このように、直線スリット状光透過孔群６から入射した光が、太陽電池素子と光反射層５との間で多重反射する、すなわち太陽電池素子での吸収と一部反射とを繰り返すことにより、太陽電池素子の発電効率を高めることが可能となる。
【００６９】
したがって、上記光反射層５としては、少なくとも、光電変換層２からの反射光を、直線スリット状光透過孔群６以外の領域で、反射することが可能であれば良く、光電変換層２に対向する面が、光を反射することが可能な光反射層５であればよい。
【００７０】
一方、光反射層５の光入射側の面、すなわち、シリンドリカル状集光曲面群４に対向する面においては、光反射機能を有しても、光吸収機能を有してもかまわない。しかし、光吸収機能を持たせるためには、光吸収機能を有する層を付加する必要があるため、コストアップにつながる。したがって、光反射性を有する材料のみで光反射層５を形成した構成、すなわち、該光反射層５の光入射側の面も、光反射機能を有していることが望ましい。
【００７１】
また、ここでは、集光領域を有する集光素子として、シリンドリカル状集光曲面を用いて説明したが、直線スリット状光透過孔群６に光を集光する機能を有しておれば良く、これに限られるものではない。例えば、図１においては、常に曲率半径の等しいシリンドリカル状集光曲面が並列配置された集光素子について示しているが、シリンドリカル状集光曲面の頂部から側部にかけて、徐々に曲率半径が小さくなるようなシリンドリカル状集光曲面を用いることにより、側部において発生するコマ収差を低減することが可能となり、入射角増大による発電効率の低下を抑制することが可能となる。
【００７２】
また、個々の集光領域をフレネル集光素子により構成することによっても、直線スリット状光透過孔群６に光を集光することが可能である。この場合、凹凸段差の少ないフレネル集光素子を用いることにより、集光素子を薄くすることが可能となり、太陽電池の薄型化を実現することができる。
【００７３】
また、光電変換層２としては、従来技術において述べたような多結晶Ｓｉ太陽電池、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。
【００７４】
図２は、太陽電池素子の一例を示しており、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と半導体層との電気的接触を良好にするために設けた、ｐ型ｎ型いずれかの伝導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と同じ伝導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と反対の伝導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、電流を取り出すための集電電極１３、効率的に光を取り込むための導電性透明膜からなる反射防止層１４とで構成されている。
【００７５】
このような太陽電池素子は、反射防止層１４側から太陽光が導入され、多結晶Ｓｉ半導体層で光電変換が行われる。このとき、該反射防止層１４は、一般に波長依存性を有しており、全ての波長の光の反射を完全に防止することは不可能なので、該反射防止層１４からの反射光が存在することになる。また、電流を取り出すための集電電極１３に照射された光は、該集電電極１３により完全に反射されることになる。
【００７６】
本発明の太陽電池においては、上記太陽電池素子からの反射光を、集光素子に設けた光反射層５で反射させ、再度太陽電池素子へと入射させるようになっている。これにより、光透過孔群６から入射した光を、太陽電池素子の光電変換層２と光反射層５との間で多重反射させることができるので、太陽電池素子の発電効率を高めることができる。
【００７７】
次に、図３及び図４は、上記太陽電池の設置方法について説明する図である。
【００７８】
ここで、本明細書においては、図３に示すように、シリンドリカル状集光曲面群４の円筒軸方向を縦方向１５と呼び、縦方向１５と直交し、光入射側第１透明体８の光入射面に平行な方向を横方向１６と呼ぶこととする。
【００７９】
太陽光を光源とする太陽電池においては、入射光７の入射角度によらず、効率の良い発電を行う必要がある。例えば、図４に示すように、朝８時には、入射光７は東斜め上から太陽電池へと入射し、正午１２時には、入射光７は垂直上方から太陽電池へと入射し、夕方１６時には、入射光７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、このように異なる入射角度の入射光７を、シリンドリカル状集光曲面群４で集光し、効率良く、直線スリット状光透過孔群６へと入射させることが必要となる。
【００８０】
図５は、特願２００１−２９６４０９号（本願出願前の確認時点において未公開）において、我々が出願した太陽電池の断面斜視図である。
【００８１】
図５に示すように、集光素子が太陽電池素子側第２透明体３のみで構成された太陽電池については、横方向１６の斜め上から入射光７が入射角Ｒで入射する場合、発電効率が著しく低下する。これは、光軸が直線スリット状光透過孔群６からずれるため、シリンドリカル状集光曲面群４により集光される入射光７が、直線スリット状光透過孔群６に入射せず、光反射層５により反射されるからであり、太陽電池の光電変換層２に太陽光が照射されなくなるからである。
【００８２】
一方、縦方向１５の斜め上から入射光７が入射角Ｑで入射する場合、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、光軸が直線状スリット状光透過孔群群６と一致したままであり、シリンドリカル状集光曲面群４により集光される入射光７は、直線スリット状光透過孔群６に入射する。この結果、太陽光が斜め上から入射する場合においても、高い発電効率を維持することが可能となる。
【００８３】
以上の状況を鑑み、上記シリンドリカル状集光曲面群４の縦方向１５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太陽電池を設置する。すなわち、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する。これにより、終日にわたり、高い発電効率を維持することができる。
【００８４】
本発明の太陽電池においても、図５に示す太陽電池と同様な理由から、上記設置方法に基づいて、縦方向１５が東西方向と一致すべく設置されることが望ましい。本発明の太陽電池は、図５に示す太陽電池に対して、入射光７の入射角度Ｑが大きくなった場合において、さらに高い発電効率を維持することを目的として、屈折率の異なる光入射側第１透明体８と太陽電池素子側第２透明体３とにより構成され、各透明体２・３間にシリンドリカル状集光曲面群４が設けられた集光素子を用いた太陽電池である。
【００８５】
以下、太陽電池のシリンドリカル状集光曲面群４の円筒軸方向が東西方向と一致するように配置されているものとして、本発明の太陽電池と図５の太陽電池との違いについて説明する。
【００８６】
図５に示す上記光入射側第１透明体８を設けていない太陽電池では、太陽光７が、縦方向１５に対し入射角Ｑ＝Ｑ１で入射する場合、シリンドリカル状集光曲面群４に対して、入射角Ｑ１の入射光７が入射することになる。
【００８７】
これに対して、図３に示す光入射側第１透明体８を設けた太陽電池では、図６に示すように、入射角Ｑ１で光入射側第１透明体８に入射した入射光７は、入射角Ｑ１より小さい屈折角（Ｑ２）で屈折する。これは、光入射側第１透明体８の屈折率ｎ１が、光が入射してくる空気の屈折率ｎ０より大きいためである。
【００８８】
したがって、光入射側第１透明体８と太陽電池素子側第２透明体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への太陽光の入射角Ｑ２は、光入射側第１透明体８での屈折角と等しく、入射角Ｑ１よりも小さくなる。すなわち、光入射側第１透明体８を設けることにより、シリンドリカル状集光曲面群４への太陽光の入射角度を小さくすることができる。
【００８９】
なお、入射角Ｑ２は、入射角Ｑ１、及び、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。
【００９０】
図７は、図５に示す上記光入射側第１透明体８を設けていない太陽電池に対して、その縦方向１５の斜め上から入射角Ｑ１を、０°、４０°、８０°と変えて太陽光が照射された場合に、シリンドリカル状集光曲面群４により集光される光の光路がどのように変化するかを計算した結果を示している。なお、図中の数値目盛りの単位はｍｍである。
【００９１】
その計算において、空気の屈折率ｎ０を１．０とし、太陽電池素子側第２透明体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の間隔で並んでいる場合について行った。
【００９２】
なお、太陽電池素子側第２透明体３と太陽電池素子との間の屈折率が、太陽電池素子側第２透明体３の屈折率ｎ２と異なる場合、直線スリット状光透過孔群６を透過した光は、屈折することになるが、直線スリット状光透過孔群６を透過した光は、全て光電変換層２へと到達し、光電変換に寄与する光となるため、特に考慮する必要は無い。そこで、ここでは、太陽電池素子側第２透明体３と太陽電池素子との間の屈折率が、太陽電池素子側第２透明体３の屈折率ｎ２と等しいとして計算を行った。
【００９３】
図７において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、Ｑ１＝０°、Ｑ１＝４０°、Ｑ１＝８０°の場合について計算した結果である。縦方向１５（図５）の斜め上からの入射光７は、太陽電池素子側第２透明体３の中を縦方向１５に沿って進みながら集光されることになるが、図７においては、光の集光状態を太陽電池の縦断面に投影して、入射角度による集光状態の変化を調べている。
【００９４】
図７（ａ）〜（ｃ）からわかるように、縦方向１５に対する入射角度が大きくなることで、入射光の集光位置は、シリンドリカル状集光曲面群４の方向に近づくように移動する。この結果、入射角Ｑ１が８０°になると、図７（ｃ）に示すように、直線スリット状光透過孔群６に入射する光は、入射光のごく一部の光となり、ほとんどの入射光が光反射層５上に照射され、光反射層５により反射されてしまう。このため、発電効率が著しく低下することになる。
【００９５】
これに対して、図８は、図３に示す本発明の太陽電池について、同様な計算を行った結果を示している。その計算において、空気の屈折率ｎ０を１．０とし、光入射側第１透明体８の屈折率ｎ１を１．４とし、太陽電池素子側第２透明体３の屈折率ｎ２を１．９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の間隔で並んでいる場合について行った。
【００９６】
なお、太陽電池素子側第２透明体３と太陽電池素子との間の屈折率が、太陽電池素子側第２透明体３の屈折率ｎ２と異なる場合、直線スリット状光透過孔群６を透過した光は、屈折することになるが、ここでは、上述したように、太陽電池素子側第２透明体３と太陽電池素子との間の屈折率が、太陽電池素子側第２透明体３の屈折率ｎ２と等しいとして計算を行った。
【００９７】
図８において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図７の場合と同様に、それぞれ、Ｑ１＝０°、Ｑ１＝４０°、Ｑ１＝８０°の場合について計算した結果である。
縦方向１５の斜め上からの入射光７は、集光素子の中を縦方向１５に沿って進みながら集光されることになるが、図８においては、光の集光状態を縦断面に投影して、入射角度による集光状態の変化を調べている。
【００９８】
図６において説明したように、入射光７が屈折率１．０（ｎ０）の大気中から、屈折率１．４（ｎ１）の光入射側第１透明体８へと入射し屈折することにより、シリンドリカル状集光曲面群４へと入射する光の実質入射角Ｑ２は、屈折の法則に従って小さくなり、（ｂ）の入射角Ｑ１＝４０°の場合、実質入射角Ｑ２＝２７．３°となり、（ｃ）の入射角Ｑ１＝８０°の場合、実質入射角Ｑ２＝４４．７°となる。
【００９９】
このため、図８（ａ）〜（ｃ）からわかるように、縦方向１５に対する入射角Ｑ１が大きくなっても、入射光の集光位置が、シリンドリカル状集光曲面群４の方向に近づく移動量は、図７（ａ）〜（ｃ）の場合と比べて格段に小さくなる。
この結果、入射角Ｑ１が８０°になっても、図８（ｃ）に示すように、直線スリット状光透過孔群６に入射できない光は、入射光のごく一部の光となり、ほとんどの入射光が直線スリット状光透過孔群６を通過することができる。
【０１００】
このように、光入射側第１透明体８の集光補助層としての作用によって、実質入射角Ｑ２が小さくなることにより、実際の太陽光の入射角Ｑ１が大きくなった場合においても、効率良くスリット状光透過孔群６へと入射光を集光させることが可能である。したがって、光入射側第１透明体８を備えていない太陽電池と比較して、発電効率が、太陽光の入射角によらず、高く維持されることになる。
【０１０１】
また、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の太陽電池において、シリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離Ｆの位置、すなわち、入射角Ｑ１＝０°である図８（ａ）の集光位置に、直線スリット状光透過孔群６を設けた場合の様子を示している。このとき、図７との比較では直線スリット状光透過孔群６における光透過率は全体に高いものの、図８（ａ）と図８（ｃ）とを比較した場合には、図８（ｃ）の方が図８（ａ）より発電効率が低下してしまう。これは、既に説明したように、入射角Ｑ１が大きくなる程、集光位置がシリンドリカル状集光曲面群４へと近づくことにより、入射光の一部が光反射層５により反射され、直線スリット状光透過孔群６へと集光される光が減少するからである。
【０１０２】
したがって、本発明の太陽電池においては、図９に示すように、直線スリット状光透過孔群６を有する光反射層５とシリンドリカル状集光曲面群４との距離ｄ（図１および図９（ｂ）参照）を、シリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離Ｆよりも小さくする工夫を加えた。すなわち、シリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離Ｆよりもシリンドリカル状集光曲面群４に近い位置に、直線スリット状光透過孔群６を設けると、直線スリット状光透過孔群６の光透過率をさらに高めることができる。
【０１０３】
さらに、直線スリット状光透過孔群６のスリット幅を最適化することにより、図９（ａ）に示す入射角Ｑ１＝０°の場合においても、図９（ｃ）に示す入射角Ｑ１＝８０°の場合においても、すべての入射光を直線スリット状光透過孔群６へと集光することが可能となり、一層高い発電効率を実現することができる。詳しい検討結果は、後述する。
【０１０４】
【実施例】
［実施例１］
本発明の実施例１として図１に示す太陽電池を図１と図２に基づいて説明すれば以下の通りである。
【０１０５】
図１または図２に示す太陽電池素子２は、従来と同様な方法により作製した。
以下にその作製方法を示す。
【０１０６】
基板１と光電変換層２とからなる太陽電池素子は、図２に示すように、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、ｐ型ｎ型いずれかの伝導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と同じ伝導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と反対の伝導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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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１５０ｎｍの多結晶Ｓｉ半導体層１１を堆積した。
【０１０９】
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以下に設定されるこれに対し、本発明においては、直線スリット状光透過孔群６からの入射光が、太陽電池素子の光電変換層２と光反射層５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ので、多結晶Ｓｉ半導体層１１を薄くすることが可能である。すなわち、その膜厚を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。したがって、多結晶Ｓｉ半導体層１３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。
【０１１０】
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。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。
【０１１１】
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、くし型の集電電極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合金からなる幅０．１ｍｍ、間隔５ｍｍのくし型の集電電極１３を形成した。
【０１１２】
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及び集電電極１３上に、膜厚６５ｎｍの導電性透明膜１４を形成した。
【０１１３】
一方、図１の光入射側第１透明体８、太陽電池素子側第２透明体３、シリンドリカル状集光曲面群４からなる集光素子は次のようにして作製した。
【０１１４】
まず、ロール法により、片面にシリンドリカル状集光曲面群４を有し、もう一方の面を平面とした鉛ガラスからなる太陽電池素子側第２透明体３を形成した。
該太陽電池素子側第２透明体３は、屈折率が１．９であった。また、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が、幅１２ｍｍの間隔で並んだ構成とした。
【０１１５】
次に、上記太陽電池素子側第２透明体３の平坦な面上に、直線スリット状光透過孔群６に対応した遮蔽マスクを装着した状態で、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合金からなる光反射層５を形成し、直線スリット状光透過孔群６を併せて形成した。該直線スリット状光透過孔群６のスリット幅ＷＳは、シリンドリカル状集光曲面群４の幅Ｗの１／６の幅（ＷＳ＝２ｍｍ）とした。
【０１１６】
次に、上記太陽電池素子側第２透明体３のシリンドリカル状集光曲面群４を覆うように、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、光入射側第１透明体８を形成した。該光入射側第１透明体８は、屈折率が１．４であり、その厚みは、最も薄い部分において、０．５ｍｍであった。
【０１１７】
上記太陽電池素子と太陽電池素子側第２透明体３との間の外縁部分に、スペーサを設け、両者の間隔が１０ｍｍとなるように固定配置して、発電効率を調査した。
【０１１８】
ここで、光入射側第１透明体８を形成していない図５に示す太陽電池を比較例１とし、集光素子がなく太陽電池素子のみの太陽電池を比較例０１として、同様に発電効率を調査した。
【０１１９】
【表１】
2004111742.tif 000003
【０１２０】
表１は、実施例１の太陽電池について、直線スリット状光透過孔群６の形成位置、すなわち、太陽電池素子側第２透明体３の厚さｄを変えた場合において、光の入射角Ｑとともに発電効率がどのように変化するかを調べた結果である。比較例１については、光入射側第１透明体８が存在しないため、シリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離が２０ｍｍとなっており、太陽電池素子側第２透明体３の厚さを、シリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離と同じ２０ｍｍとした。
【０１２１】
また、実施例１においては、シリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離３４ｍｍよりも、太陽電池素子側第２透明体３の厚さｄが薄い範囲において調査を行った。光源としては、太陽光シミュレーターを用い、１００ｍＷ／ｃｍ２の強度の光を入射角Ｑを変えて照射した。
【０１２２】
また、表１は、発電効率調査時に、並べて配置した比較例０１の太陽電池の開放電圧Ｖ及び短絡電流Ｉを１００％として、実施例１及び比較例１の太陽電池の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉの大きさを比較例０１と比較した結果を示している。
【０１２３】
比較例１においては、入射角Ｑ＝０°の場合、全ての入射光が直線スリット状光透過孔群６に集光されるため、比較例０１の太陽電池よりも高い発電効率を実現することができている。しかし、入射角が大きくなることにより、発電効率が急激に低下し、入射角Ｑ＝８０°においては、比較例０１の２０％程度の開放電圧と短絡電流しか得られないことがわかる。
【０１２４】
次に、実施例１において、太陽電池素子側第２透明体３の板厚ｄをシリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離Ｆと等しくしたｄ＝３４ｍｍの場合、比較例１に比べると、入射角が大きくなった場合において、発電効率が大幅に改善されていることがわかる。また、Ｑ＝８０°の場合に、比較例０１の太陽電池と比べて僅かに発電効率が劣化しているが、発電量が大きくなる時間帯、すなわち、入射角が小さいＱ＝０°やＱ＝４０°において、高い発電効率が実現されており、１日のトータルの発電量を考えると、比較例０１の太陽電池に比べてより多くの発電量を得ることができた。
【０１２５】
さらに、板厚ｄを変えた太陽電池について調査した結果、表１に示すように、板厚ｄを２２ｍｍ以上３２ｍｍ以下とすることにより、全ての入射角において、比較例０１よりも大きな開放電圧と短絡電流を得ることが可能であることを確認した。
【０１２６】
太陽電池素子側第２透明体３の板厚ｄが１８ｍｍとさらに薄くなると、発電量が大きくなる時間帯、すなわち、入射角が小さい範囲において、直線スリット状光透過孔群６へと集光される光が減少し、開放電圧及び短絡電流が低下することになる。これは、入射角が小さい範囲では、直線スリット状光透過孔群６の位置が、集光位置よりシリンドリカル状集光曲面群４に近づき過ぎるため、集光される前の広がった状態の光束が、直線スリット状光透過孔群６を照射することになるからである。
【０１２７】
このように、焦点距離Ｆが３４ｍｍであるのに対して、板厚ｄが２２ｍｍ（１１Ｆ／１７）以上、３２ｍｍ（１６Ｆ／１７）以下の範囲において、すべての入射角の範囲において、比較例０１よりも大きな開放電圧と短絡電流が得られる。
【０１２８】
次に、板厚ｄを最適位置、すなわち、２８ｍｍの位置に固定して、直線スリット状光透過孔群６のスリット幅ＷＳを変えて、開放電圧Ｖと短絡電流Ｉとを調査した結果を表２に示す。
【０１２９】
【表２】
2004111742.tif 000004
【０１３０】
表２に示すように、シリンドリカル状集光曲面群４の幅Ｗが１２ｍｍであるのに対して、スリット幅ＷＳを１．５ｍｍ（Ｗ／８）以上とし、８．０ｍｍ（２Ｗ／３）以下とすることにより、全ての入射角の範囲で、比較例０１よりも大きな開放電圧Ｖと短絡電流Ｉが得られた。
【０１３１】
スリット幅ＷＳがＷ／８より狭くなると、集光された光の一部が光反射層５により反射され、太陽電池素子に到達しなくなるため、発電効率の低下につながる。また、スリット幅ＷＳが２Ｗ／３より広くなると、直線スリット状光透過孔群６から入射した光が、再度、直線スリット状光透過孔群６から放射され、多重反射の効率が低下するため、発電効率の低下につながる。
【０１３２】
以上のように、本発明の太陽電池においては、シリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離をＦとして、シリンドリカル状集光曲面群４の表面から直線スリット状光透過孔群６までの距離（ｄ）を、少なくとも、（１１Ｆ／１７）以上、（１６Ｆ／１７）以下とすることが好ましい。また、シリンドリカル状集光曲面群４の幅をＷとして、直線スリット状光透過孔群６のスリット幅ＷＳを（Ｗ／８）以上、（２Ｗ／３）以下とすることが望ましい。
【０１３３】
ところで、本実施例においては、太陽電池素子側第２透明体３と太陽電池素子との間の外縁部分にスペーサを設け、両者を所定の間隔で固定配置した構成について説明した。しかし、それに限定されず、紫外線硬化樹脂等の透明接着剤を用いて、太陽電池素子側第２透明体３と太陽電池素子とを接着固定してもよい。これにより、より強固に集光素子と太陽電池素子とを固定することが可能となり、太陽電池の信頼性が向上する。
【０１３４】
ここで、太陽電池素子の光電変換層２と光反射層５との間で安定した多重反射を実現するためには、光電変換層２により反射された光が、すぐに光透過孔群６から漏れ出さないように、該透明接着剤層の層厚を２ｍｍ以上とすることが望ましい。また、紫外線硬化樹脂が厚くなり過ぎると、樹脂硬化のための時間が長くなり、太陽電池製造のスループットが低下することになる。したがって、紫外線硬化樹脂層の層厚としては、１５ｍｍ以下とすることが望ましい。
【０１３５】
また、蛍光性微粒子を分散した紫外線硬化樹脂を用いて、太陽電池素子側第２透明体３と太陽電池素子とを接着固定することにより、さらに発電効率を高くすることが可能となる。例えば、粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蛍光粒子を、紫外線硬化樹脂に１０体積％含有させ、太陽電池素子側第２透明体３と太陽電池素子とを、５ｍｍ厚の該紫外線硬化樹脂を用いて接着固定し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近傍の光に変換し、蛍光粒子から発生する波長６００ｎｍ近傍の光が、太陽電池素子の光反射層５と光電変換層２との間で吸収、一部反射を繰り返すことにより、太陽電池の発電効率を高くすることが可能となる。
【０１３６】
蛍光粒子を含有しない紫外線硬化樹脂を用いて、集光素子と太陽電池素子とを接着固定した太陽電池と、蛍光粒子を含有した紫外線硬化樹脂を用いて、集光素子と太陽電池素子とを接着固定した太陽電池とに対して、太陽光シミュレーターを用いて、１００ｍＷ／ｃｍ２の強度の光を、入射角Ｑを０°、４０°、８０°として入射させ、両者の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを比較した結果、蛍光粒子を含有させることにより、全ての入射角において、開放電圧Ｖが約１３％大きくなり、短絡電流Ｉが約１１％大きくなることが確認された。
【０１３７】
なお、実施例１に記載の太陽電池においては、図２に示すようにステンレス基板１上に、電極金属層９、多結晶Ｓｉ半導体層１０、多結晶Ｓｉ半導体層１１、多結晶Ｓｉ半導体層１２、集電電極１３、導電性透明膜１４を形成した多結晶Ｓｉ太陽電池を用いたが、これに限られるものではない。すなわち、太陽電池素子として、図１８に示す非晶質Ｓｉ太陽電池素子を用いることも可能であり、また、さらに発電効率を上げるため、図１７に示す多結晶半導体で構成したｐｎ接合と、図１８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素子を用いることも可能である。
【０１３８】
なお、実施例１に記載の太陽電池においては、集光素子として、透明フッ素樹脂からなる光入射側第１透明体８を用い、鉛ガラスからなる太陽電池素子側第２透明体３を用いたが、これに限られるものではない。すなわち、空気の屈折率をｎ０とし、光入射側第１透明体８の屈折率をｎ１とし、太陽電池素子側第２透明体３の屈折率をｎ２とすれば、ｎ０＜ｎ１＜ｎ２となるような材料により、光入射側第１透明体８と太陽電池素子側第２透明体３を構成することにより、光入射側第１透明体８は、シリンドリカル状集光曲面群４に対する入射角を小さくする集光補助層として機能することが可能である。
【０１３９】
なお、実施例１に記載の太陽電池においては、シリンドリカル状集光曲面群４として、曲率半径が一定な集光曲面群を用いたが、これに限られるものではない。直線スリット状光透過孔群６へと効率良く太陽光を集光することが可能であれば、曲率半径が異なる集光曲面を組み合わせて配列することも可能である。
【０１４０】
なお、実施例１に記載の太陽電池においては、蛍光粒子として、粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蛍光粒子を用いた例について記載したが、これに限られるものではない。
【０１４１】
例えば、蛍光粒子として、粒径２〜２０μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの性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。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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
［実施例２］
本発明の実施例２として図１０に示す太陽電池を説明すれば以下の通りである。
【０１４６】
実施例２の太陽電池は、実施例１に記載の光入射側第１透明体８と太陽電池素子側第２透明体３と光透過孔群６を有する光反射層５で構成された集光素子と、基板１及び光電変換層２で構成された太陽電池素子との間に、透明基板１７が設けられた構成となっている。
【０１４７】
入射側第１透明体８から入射した太陽光は、シリンドリカル状集光曲面群４により、直線スリット状光透過孔群６に集光され、透明基板１７を透過した後、光電変換層２へと入射する。続いて、光電変換層２からの反射光が、光反射層５により反射され、再度光電変換層２へと再入射する。これにより、光反射層５と光電変換層２との間で、入射光７の多重反射が実現し、発電効率を高くすることが可能となる。
【０１４８】
実施例１においては、集光素子と太陽電池素子とを直接紫外線硬化樹脂で固定したため、紫外線硬化樹脂の厚さを少なくとも２ｍｍ以上まで厚くする必要があり、紫外線硬化樹脂を硬化するために長い時間を必要とした。これに対し、実施例２においては、透明基板１７の板厚を調整することにより、集光素子と太陽電池素子との間隔を制御することが可能となるので、紫外線硬化樹脂の層厚を薄くすることができる。
【０１４９】
例えば、板厚５ｍｍのガラス板を透明基板１７として採用し、集光素子と透明基板１７との間と、太陽電池素子と透明基板１７との間とに、それぞれ、２０μｍ厚の紫外線硬化樹脂層を形成し、集光素子と透明基板１７と太陽電池素子とを接着固定した太陽電池について、実施例１と同様な発電効率の調査を行った。その結果、実施例１とほぼ同様な開放電圧Ｖと短絡電流Ｉとが得られ、実施例２の構成においても、太陽電池の発電効率を高くすることができた。
【０１５０】
次に、上記透明基板１７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１７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。そして、蛍光粒子から発生する波長６００ｎｍ近傍の光が、集光素子と太陽電池素子との間で吸収、一部反射を繰り返すことにより、太陽電池の発電効率を高くすることが可能となる。
【０１５１】
蛍光粒子を含有しない透明基板１７を用いた太陽電池と、蛍光粒子を含有した透明基板１７を用いた太陽電池に対して、太陽光シミュレーターを用いて、１００ｍＷ／ｃｍ２の強度の光を、入射角Ｑを０°、４０°、８０°として入射させ、両者の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを比較した。その結果、蛍光粒子を含有した透明基板１７を用いることにより、全ての入射角において、開放電圧Ｖが約２０％大きくなり、短絡電流Ｉが約１６％大きくなることが確認された。
【０１５２】
次に、集光素子と透明基板１７と太陽電池素子とを接着固定するための紫外線硬化樹脂に粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蛍光粒子を、１０体積％含有させた実施例２の構成の太陽電池を作製した。
【０１５３】
蛍光粒子を含有しない紫外線硬化樹脂を用いて、集光素子と透明基板１７と太陽電池素子とを接着固定した太陽電池と、蛍光粒子を含有した紫外線硬化樹脂を用いて、集光素子と透明基板１７と太陽電池素子とを接着固定した太陽電池とに対して、太陽光シミュレーターを用いて、１００ｍＷ／ｃｍ２の強度の光を、入射角Ｑを０°、４０°、８０°として入射させ、両者の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを比較した。その結果、紫外線硬化樹脂に蛍光粒子を含有させることにより、全ての入射角において、開放電圧Ｖが約８％大きくなり、短絡電流Ｉが約６％大きくなることが確認された。
【０１５４】
ここでは、透明基板１７と紫外線硬化樹脂に対して、独立に蛍光粒子を含有させた構成について調査したが、透明基板１７と紫外線硬化樹脂の両方に蛍光粒子を含有させた場合においても、さらに開放電圧Ｖと短絡電流Ｉとを大きくすることが可能である。
【０１５５】
なお、実施例２に記載の太陽電池おいては、実施例１に記載の太陽電池と同様の太陽電池素子、集光素子、シリンドリカル状集光曲面群、蛍光粒子を用いたが、実施例１に記載の通りこれに限られるものではない。
【０１５６】
［実施例３］
本発明の実施例３として図１１に示す太陽電池を説明すれば以下の通りである。
【０１５７】
実施例３の太陽電池は、光入射側第１透明体８と太陽電池素子側第２透明体３とで構成されるシリンドリカル状集光曲面群４を有する集光素子と、光透過孔群６を有する光反射層５が設けられた透明基板１８と、基板１及び光電変換層２を有する太陽電池素子とで構成されている。すなわち、光透過孔群６を有する光反射層５が、太陽電池素子側第２透明体３の光出射側の表面ではなく、透明基板１７の光入射側の表面に形成されたことを特徴としている。
【０１５８】
透明基板１８として、板厚５ｍｍのガラス板を採用した。この場合、光入射側第１透明体８から入射した入射光７は、シリンドリカル状集光曲面群４により、透明基板１８上に形成された直線スリット状光透過孔群６に集光され、透明基板１８を透過した後、光電変換層２へと入射する。続いて、光電変換層２からの反射光は、光反射層５により反射され、再度光電変換層２へと再入射する。
【０１５９】
この場合も、実施例１と同様に、シリンドリカル状集光曲面群４と直線スリット状光透過孔群６を有する光反射層５との距離を最適化することにより、実施例１と同様な、開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを得ることができた。
【０１６０】
また、実施例１及び実施例２においては、シリンドリカル状集光曲面群４が形成された太陽電池素子側第２透明体３の太陽電池素子側の片面に、直線スリット状光透過孔群６を有する光反射層５を形成した。このため、光反射層５の形成時や、光透過孔群６のパターニング時に、集光曲面群４に傷等の欠損が発生し、集光効率が低下する原因となった。
【０１６１】
これに対して、本実施例の構成によれば、シリンドリカル状集光曲面群４を有する集光素子と、直線スリット状光透過孔群６及び光反射層５を有する透明基板１８とを別々に作製することができる。これにより、集光素子に傷等の欠損が発生する確率が低下し、再現性良く発電効率の高い太陽電池を作製することが可能となる。
【０１６２】
次に、上記透明基板１８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１８を用いた太陽電池を作製した。
この蛍光粒子による発電効率向上作用は、前記実施例で説明したとおりである。
【０１６３】
蛍光粒子を含有しない透明基板１８を用いた太陽電池と、蛍光粒子を含有した透明基板１８を用いた太陽電池に対して、太陽光シミュレーターを用いて、１００ｍＷ／ｃｍ２の強度の光を、入射角Ｑを０°、４０°、８０°として入射させ、両者の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを比較した。その結果、蛍光粒子を含有した透明基板１８を用いることにより、全ての入射角において、開放電圧Ｖが約２１％大きくなり、短絡電流Ｉが約１８％大きくなることが確認された。
【０１６４】
次に、透明基板１８と太陽電池素子とを接着固定する紫外線硬化樹脂に粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蛍光粒子を、１０体積％含有させた実施例３の構成の太陽電池を作製した。
【０１６５】
さらに、集光素子と透明基板１８とを接着固定する場合、紫外線硬化樹脂の層は、光透過孔群６よりも光入射側に存在する。このため、蛍光粒子を含有しない紫外線硬化樹脂を用いる必要がある。なぜなら、集光素子と透明基板１８とを接着固定する紫外線硬化樹脂に蛍光粒子を含有させると、入射光が蛍光粒子によって散乱され、光透過孔群６への集光効率が低下することになるからである。
【０１６６】
性能測定では、蛍光粒子を含有しない紫外線硬化樹脂を用いて、透明基板１８と太陽電池素子とを接着固定した太陽電池と、蛍光粒子を含有した紫外線硬化樹脂を用いて、透明基板１８と太陽電池素子とを接着固定した太陽電池とを比較した。すなわち、太陽光シミュレーターを用いて、１００ｍＷ／ｃｍ２の強度の光を、入射角Ｑを０°、４０°、８０°として、それぞれの太陽電池に入射させ、両者の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを比較した。その結果、紫外線硬化樹脂に蛍光粒子を含有させることにより、全ての入射角において、開放電圧Ｖが約８％大きくなり、短絡電流Ｉが約６％大きくなることが確認された。
【０１６７】
ここでは、透明基板１８と紫外線硬化樹脂に対して、蛍光粒子を含有させた構成について別々に調査したが、透明基板１８と紫外線硬化樹脂の両方に蛍光粒子を含有させることで、開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを一層大きくすることが可能である。
【０１６８】
なお、実施例３に記載の太陽電池においては、実施例１と同様の太陽電池素子、集光素子、シリンドリカル状集光曲面群、蛍光粒子を用いたが、実施例１に記載の通りこれに限られるものではない。
【０１６９】
［実施例４］
本発明の実施例４として図１２に示す太陽電池を説明すれば以下の通りである。
【０１７０】
本実施例４の太陽電池は、実施例１において記載した集光素子、すなわち、シリンドリカル状集光曲面群４を有する光入射側第１透明体８及び太陽電池素子側第２透明体３と、光透過孔群６を有する光反射層５とで構成された集光素子と、太陽電池素子用透明基板１９及び光電変換層２０を有する太陽電池素子とで構成されている。実施例１との違いは、本実施例の太陽電池素子用透明基板１９及び光電変換層２０の光進行方向に対する積層順序が、実施例１の基板１及び光電変換層２の積層順序と逆になっていることである。
【０１７１】
上記の構成では、光入射側第１透明体８から入射した光は、シリンドリカル状集光曲面群４により、直線スリット状光透過孔群６に集光され、太陽電池素子用透明基板１９を透過し、光電変換層２０へと入射する。一方、光電変換層２０からの反射光は、光反射層５により反射され、再度光電変換層２０へと再入射する。
【０１７２】
本実施例４の太陽電池素子は、図１３に示すような構成であり、次のようにして作製した。
【０１７３】
ガラス製の太陽電池素子用透明基板１９上に、膜厚３０ｎｍのＳｎＯ２透明導電層２１を反応性スパッタリングにより形成した後、遮蔽マスクを基板１９上に形成した透明導電層２１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２２を形成した。
【０１７４】
次に、ｐ型不純物ドープ半導体層であるｐ層２３、真性半導体であるｉ層２４、ｎ型不純物ドープ層であるｎ層２５がこの順に積層された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２３、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２４、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２５とした。
【０１７５】
上記のようにして各層形成した後、膜厚１００ｎｍのＡｌ０．９５Ｔｉ０．０５合金からなる光反射効果を有する電極金属層２６をスパッタリングにより形成した。最後に、紫外線硬化樹脂を電極金属層２６上に塗布し、電極金属層２６の保護膜２７として、太陽電池素子を完成させた。
【０１７６】
上記集光素子と太陽電池素子とを、実施例１と同様に、紫外線硬化樹脂を用いて接着固定して本実施例４の太陽電池とした。
【０１７７】
実施例４の太陽電池において光入射側第１透明体８を設けていない太陽電池を比較例４とし、また、集光素子を設けていない太陽電池素子のみの太陽電池を比較例０４として、実施例４の太陽電池の発電効率を実施例１と同様にして比較した。すなわち、実施例４の太陽電池素子側第２透明体３の板厚ｄを変えた場合において、光の入射角Ｑとともに発電効率がどのように変化するかを調べた。
【０１７８】
【表３】
2004111742.tif 000005
【０１７９】
表３は、比較例０４の太陽電池素子の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉとを、それぞれ１００％として、実施例４及び比較例４の太陽電池の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉの大きさを比較例０４と比較した結果を示している。
【０１８０】
実施例４の集光素子は、実施例１と同じものであり、実施例４の太陽電池においても実施例１と同様な結果が得られていることがわかる。
【０１８１】
すなわち、シリンドリカル状集光曲面群４の焦点距離をＦとして、シリンドリカル状集光曲面群４の表面から直線スリット状光透過孔群６までの距離（ｄ）を、少なくとも、（１１Ｆ／１７）以上、（１６Ｆ／１７）以下とすることが好ましい。
【０１８２】
また、実施例１と同様に、蛍光性微粒子が分散した紫外線硬化樹脂を用いて、集光素子と太陽電池素子とを接着固定することにより、さらに発電効率を高くすることが可能となる。粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蛍光粒子を、紫外線硬化樹脂に、１０体積％含有させ、集光素子と太陽電池素子とを、５ｍｍ厚の該紫外線硬化樹脂を用いて接着固定した太陽電池を作製した。
【０１８３】
そして、蛍光粒子を含有しない紫外線硬化樹脂を用いて、集光素子と太陽電池素子とを接着固定した太陽電池と、蛍光粒子を含有した紫外線硬化樹脂を用いて、集光素子と太陽電池素子とを接着固定した太陽電池とに対して、太陽光シミュレーターを用いて、１００ｍＷ／ｃｍ２の強度の光を、入射角Ｑを０°、４０°、８０°として入射させ、両者の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを比較した。その結果、蛍光粒子を含有させることにより、すべての入射角において、開放電圧Ｖが１６％大きくなり、短絡電流Ｉが１４％大きくなることが確認された。
【０１８４】
また、実施例４においては、太陽電池素子用透明基板１９として、蛍光材料を含有した蛍光ガラスを用いることによっても、同様に発電効率を改善することが可能である。
【０１８５】
図１２に示す実施例４の太陽電池において、太陽電池素子用透明基板１９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て太陽電池を作製した。
【０１８６】
そして、蛍光粒子を含有しない太陽電池素子用透明基板１９を用いた太陽電池と、蛍光粒子を含有した太陽電池素子用透明基板１９を用いた太陽電池に対して、太陽光シミュレーターを用いて、１００ｍＷ／ｃｍ２の強度の光を、入射角Ｑを０°、４０°、８０°として入射させ、両者の開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを比較した。その結果、全ての入射角において、蛍光粒子を含有した太陽電池素子用透明基板１９を用いることにより、開放電圧Ｖが２０％大きくなり、短絡電流Ｉが１６％大きくなることが確認された。
【０１８７】
ここでは、太陽電池素子用透明基板１９と紫外線硬化樹脂に対して、それぞれ蛍光粒子を含有させた構成について別々に調査した。しかし、太陽電池素子用透明基板１９と紫外線硬化樹脂の両方に蛍光粒子を含有させることにより、開放電圧Ｖと短絡電流Ｉを一層大きくすることが可能である。
【０１８８】
以上の実施例においては、直線スリット状光透過孔群６を有する光反射層５が、太陽電池素子側第２透明体３の片面上に設けられた構成について説明したが、図１４に示すように、太陽電池素子用透明基板１９の光入射面に、直線スリット状光透過孔群６を有する光反射層５を設ける構成とした場合においても、同様に発電効率を向上させることが可能である。この場合、光反射層５よりも光電変換層２０側に存在する太陽電池素子用透明基板１９として、蛍光特性を有する基板を用いることにより、さらに高い発電効率を実現することができる。
【０１８９】
また、図１５に示すように、集光素子の太陽電池素子側第２透明体３と太陽電池素子の太陽電池素子用透明基板１９との間に、直線スリット状光透過孔群６を有する光反射層５を形成した透明基板２８を挿入し、集光素子と透明基板２８と太陽電池素子とを固定することによっても、同様に発電効率を向上させることが可能である。
【０１９０】
このような構成とすることにより、集光素子と光反射層５を有する透明基板２８と太陽電池素子とを別々に作製することが可能となり、太陽電池パネルの製造歩留まりを改善することができる。
【０１９１】
この場合、光反射層５よりも光電変換層２０側に存在する透明基板２８または太陽電池素子用透明基板１９として、蛍光特性を有する基板を用いることにより、さらに高い発電効率を実現することができる。また、紫外線硬化樹脂等の透明接着剤を用いて、集光素子と透明基板２８と太陽電池素子とを固定する場合、透明基板２８と太陽電池素子とを固定する透明接着剤に蛍光粒子を含有させることにより、より高い発電効率を実現することが可能となる。
【０１９２】
また、図１６に示すように、図１５における透明基板２８を上下逆転させ、太陽電池素子側に光反射層５が存在する構成としても、同様に発電効率を向上させることが可能である。
【０１９３】
なお、実施例４の太陽電池においては、太陽電池素子用透明基板１９に、透明導電層２１、くし型集電電極２２、ｐ型不純物ドープ半導体層であるｐ層２３、真性半導体であるｉ層２４、ｎ型不純物ドープ層であるｎ層２５、電極金属層２６、保護膜２７からなる非晶質Ｓｉ太陽電池を用いたが、これに限られるものではない。太陽電池素子として、多結晶Ｓｉ太陽電池素子を用いることも可能であり、また、さらに発電効率を上げるため、多結晶半導体で構成したｐｎ接合と、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素子を用いることも可能である。
【０１９４】
なお、実施例４に記載の太陽電池においても、実施例１に記載の太陽電池と同様の集光素子、シリンドリカル状集光曲面群、蛍光粒子を用いたが、実施例１に記載の通りこれに限られるものではない。
【０１９５】
なお、特許請求の範囲には含めないが、図１、３、１０、１２に示すように、上記集光素子の片面であって、太陽電池素子側の上記第２透明体の上記集光領域に対向する光出射面に、光透過孔を有する光反射層が設けられている構成も、本発明に含まれる。
【０１９６】
また、この構成において、図１０に示すように、上記集光領域と光反射層とが設けられた上記集光素子と、上記太陽電池素子との間に透明基板を設けてもよい。
【０１９７】
さらに、上記太陽電池素子は、図１、３、１０、１１に示すように、透明基板上に光電変換層を設けた太陽電池素子であってよい。
【０１９８】
さらに、図１４に示すように、上記太陽電池素子の透明基板の光電変換層に対向する面に、上記光透過孔を有する光反射層が設けられていてもよい。
【０１９９】
上記の構成によれば、いずれにしても、集光領域により集光された光が、光透過孔を介して、集光素子に設けられた光反射層と太陽電池素子との間に入射するので、光電変換層と光反射層との間で多重反射が起きる。したがって、光電変換層に照射される光量が増大し、発電効率を高くすることが可能となる。
【０２００】
その上、上記太陽電池素子の透明基板上に、上記光電変換層と上記光反射層の両方を形成することが可能であり、必要最小限の基板枚数で、太陽電池を製造することが可能であり、太陽電池の低コスト化が実現するとともに、太陽電池の薄型化を実現することができる。
【０２０１】
さらに、図１１、１５、１６に示すように、上記集光素子と上記太陽電池素子との間に、透明基板が設けられており、該透明基板の片面に光透過孔が形成された光反射層を設けた構成も、本発明に含まれる。
【０２０２】
これにより、集光素子と太陽電池素子と光透過孔を有する光反射層が形成された透明基板とを別々に作製することが可能となり、製造プロセスにおいて発生する傷等の損傷が抑制され、高い発電効率を有する太陽電池を安定して製造することができる。
【０２０３】
また、本発明の太陽電池では、上記集光素子と上記太陽電池素子、または、上記集光素子と上記太陽電池素子と、それらの間に設けられた上記透明基板とが、透明接着剤により固定されていてもよい。
【０２０４】
したがって、上記集光素子と上記太陽電池素子、または、上記集光素子と上記透明基板と上記太陽電池素子とが、透明接着剤により強固に固定されることにより、太陽電池の強度を高くすることが可能となる。
【０２０５】
本発明は上述した各実施形態および実施例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、異なる実施形態および実施例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および実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０２０６】
【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、空気より大きな屈折率を有する光入射側第１透明体および該光入射側第１透明体より大きな屈折率を有する太陽電池素子側第２透明体との間に集光領域を設けた集光素子と、光透過孔を有する光反射層とを備え、光反射層は、集光領域により集光された光が光透過孔を通過した後、太陽電池素子に入射し、太陽電池素子からの反射光が光反射層により反射され、太陽電池素子に再入射するように、太陽電池素子と集光素子との間に形成されていることを特徴としている。
【０２０７】
それゆえ、第１透明体を透過した光が集光領域へ入射するので、その入射角は第１透明体を設けていない場合に比較して小さくなる。したがって、集光された光が形成する光束を細く絞ることが可能となる。
【０２０８】
これにより、該光束に光透過孔の周囲を照射させることなく光透過孔内を通過させることが容易となるので、光反射層と太陽電池素子との間に導入される光量を増加させることができ、もって発電効率を高めることができる。
【０２０９】
また、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、光反射層における光透過孔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、太陽電池素子と反射層との間では、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できるという効果を併せて奏する。
【０２１０】
また、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、集光領域と集光補助層とを有する集光素子と、光透過孔を有する光反射層とを備え、上記集光補助層が、外部光の上記集光領域に対する入射角を該集光補助層を設けない場合に比較して小さくする機能を有し、光反射層が上記集光領域によって集光された光を光透過孔を介して上記太陽電池素子へ入射させるとともに、該太陽電池素子での反射光を反射し、該太陽電池素子へ再入射させる機能を有することを特徴としている。
【０２１１】
それゆえ、集光領域へ入射する光の入射角を小さくする集光補助層の機能によって、集光された光が形成する光束を細く絞ることが可能となる。これにより、既に説明したとおり、発電効率を高めることができる。
【０２１２】
また、光電変換層と光反射層との間での多重反射によって、太陽電池の発電効率を一層高めることができるという効果を併せて奏する。
【０２１３】
また、本発明の太陽電池は、上記の構成に加えて、上記集光曲面が、シリンドリカル状集光曲面であり、上記光透過孔が直線スリット状光透過孔であって、該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孔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。
【０２１４】
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透過孔へと効率良く集光される。この結果、該直線スリット状光透過孔から入射した光が、光電変換層と光反射層との間で多重反射し、光電変換層に照射される光量が一層増大し、発電効率を一層高くすることが可能となる。さらに、太陽光の入射角度が変化した場合においても、入射太陽光を効率的に光透過孔へと集光することが可能となる。
【０２１５】
また、シリンドリカル状集光曲面は、少ない数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。このメリットは、光反射層の形成についても同様に当てはまるという効果を併せて奏する。
【０２１６】
また、本発明に係る太陽電池は、上記の構成に加えて、上記直線スリット状光透過孔を有する光反射層が、上記シリンドリカル状集光曲面の焦点距離よりも、シリンドリカル状集光曲面に近い位置に設けられていることを特徴としている。
【０２１７】
それゆえ、シリンドリカル状集光曲面の側部に入射した光の集光位置が、コマ収差の発生により、シリンドリカル状集光曲面の頂部に入射した光の集光焦点位置よりも、シリンドリカル状集光曲面に近い位置となる現象に対応することができ、シリンドリカル状集光曲面の側部に入射した光が、光透過孔群を通過し易くなる。
【０２１８】
これにより、シリンドリカル状集光曲面の頂部に入射した光と、側部に入射した光とを、効率良く直線スリット状光透過孔へと集光することが可能となり、太陽光等の光の入射角度が変化した場合においても高い発電効率を得ることが可能となるという効果をさらに奏する。
【０２１９】
また、本発明に係る太陽電池は、上記の構成に加えて、上記シリンドリカル状集光曲面の焦点距離をＦととすると、シリンドリカル状集光曲面の表面と上記直線スリット状光透過孔が設けられた位置との間隔が、（１１Ｆ／１７）以上、（１６Ｆ／１７）以下であることを特徴としている。
【０２２０】
それゆえ、上記間隔を上記の範囲に設定することにより、入射角の変動によらず、入射光のほとんどが直線スリット状光透過孔を通過することができるので、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。
【０２２１】
また、本発明に係る太陽電池は、上記の構成に加えて、上記シリンドリカル状集光曲面の幅をＷとすると、上記直線スリット状光透過孔の幅が、（Ｗ／８）以上、（２Ｗ／３）以下であることを特徴としている。
【０２２２】
それゆえ、直線スリット状光透過孔の幅を上記の範囲とすることにより、光の透過率の増大と反射率の増大という、光反射層が備えるべき相反する機能を最適化することができるという効果をさらに奏する。
【０２２３】
また、本発明に係る太陽電池は、上記の構成に加えて、上記光反射層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透明基板が設けられていることを特徴としている。
【０２２４】
それゆえ、該透明基板は、その蛍光特性によって、光電変換に寄与する波長の光の光量が増大させるので、太陽電池の発電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。
【０２２５】
また、本発明に係る太陽電池は、上記光反射層と上記光電変換層との間の積層構造中に、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透明接着剤層が含まれていることを特徴としている。
【０２２６】
それゆえ、該透明接着剤層は、その蛍光特性によって、光電変換に寄与する波長の光の光量が増大させるので、太陽電池の発電効率を一層高くすることができる。
【０２２７】
また、光反射層と上記光電変換層との間に、透明接着剤層が介在する積層構造を形成することにより、太陽電池の構造的、機械的強度が高められ、また製造プロセスにおいて、破損等による歩留まり低下を抑制することもできるという効果をさらに奏する。
【０２２８】
また、本発明に係る太陽電池は、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。
【０２２９】
それゆえ、入射光の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るので、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孔とを相対的に移動させる必要がなく、太陽光を効率良く直線スリット状光透過孔へと集光することができるという効果をさらに奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池の構成例を示す断面斜視図である。
【図２】本発明の太陽電池に用いる太陽電池素子の構成例を示す断面図である。
【図３】図１の太陽電池に対する入射光の進路を説明するための説明図である。
【図４】本発明の太陽電池の設置方法を説明する図面である。
【図５】本発明に関連の有る太陽電池の構成例を示す断面斜視図である。
【図６】本発明の太陽電池の入射光の屈折状態を説明する断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、図５に示す太陽電池の集光状態を計算した結果を示す説明図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す太陽電池の集光状態を計算した結果を示す説明図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す太陽電池において、集光曲面と光反射層との距離を近づけたときの集光状態を計算した結果を示す説明図である。
【図１０】本発明の太陽電池の他の構成例を示す断面斜視図である。
【図１１】本発明の太陽電池のさらに他の構成例を示す断面斜視図である。
【図１２】本発明の太陽電池のさらに他の構成例を示す断面斜視図である。
【図１３】本発明の太陽電池に用いる太陽電池素子の他の構成例を示す断面図である。
【図１４】本発明の太陽電池のさらに他の構成例を示す断面斜視図である。
【図１５】本発明の太陽電池のさらに他の構成例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他の構成例を示す断面斜視図である。
【図１７】従来の太陽電池素子の構成例を示す断面図である。
【図１８】従来の太陽電池素子の他の構成例を示す断面図である。
【図１９】従来の太陽電池素子のさらに他の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１　基板
２　光電変換層
３　太陽電池素子側第２透明体
４　シリンドリカル状集光曲面群（集光領域）
５　光反射層
６　直線スリット状光透過孔群（光透過孔）
７　入射光
８　光入射側第１透明体
１５　縦方向
１６　横方向
１７、１８、２８　透明基板
１９　太陽電池素子用透明基板
２０　光電変換層
Ｆ　焦点距離
Ｑ　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】
2004111742.tif 000021
【図１７】
2004111742.tif 000022
【図１８】
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【図１９】
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