(57)【要約】  入射光を電気エネルギーに変換する光分割用光学モジュールであって、このモジュールは、光を受けるための入射端部、第１の側面、およびこの第１の側面から間隔を置いて配された第２の側面を備えている固体光学素子、この固体光学素子の上記第１の側面に隣接する第１の太陽電池、および該固体光学素子の該第２の側面に隣接する第２の太陽電池を備えている。該第１の太陽電池は、入射光の第１の一部分を吸収するとともにその入射光の第１の残り部分を該固体光学素子によって該第２の太陽電池へ反射させるように設置されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を電気エネルギーに変換する光分割用光学モジュールであって、該モジュールは、
光を受けるための入力端部、第１の側面、および該第１の側面から間隔を置いて配された第２の側面を備えている固体光学素子と、
前記固体光学素子の前記第１の側面に隣接する第１の太陽電池と、
前記固体光学素子の前記第２の側面に隣接する第２の太陽電池と、を備え、
前記モジュールは、
入射光の第１の一部分を吸収するとともに該入射光の第１の残り部分を前記固体光学素子によって前記第２の太陽電池へ反射させるように設置された前記第１の太陽電池であって、前記第２の太陽電池よりも高いバンドギャップを有する前記第１の太陽電池、または、
前記固体光学素子の前記第１の側面に隣接している第１のフィルタ、および前記固体光学素子の前記第２の側面に隣接している第２のフィルタであって、前記第１のフィルタが入射光の第１の一部分を透過させるとともに該入射光の第１の残り部分を前記固体光学素子によって前記第２のフィルタへ反射させる、第１のフィルタおよび第２のフィルタ、
のいずれか一方により、前記電池の少なくとも１つより高い入射光の吸収度をもたらすように構成されている、光分割用光学モジュール。
【請求項２】
入射光を収集して集中させる光学集光器素子とともに組み合わされ、前記光学集光器素子が、光を前記固体光学素子の前記入力端部の中へ導く、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項３】
前記固体光学素子の幅にわたって互いから間隔を置いて配された前記第１の太陽電池および前記第２の太陽電池を備えている第１の対の太陽電池と、
前記固体光学素子の前記幅にわたって互いから間隔を置いて配された第３の太陽電池および第４の太陽電池を備えている第２の対の太陽電池であって、前記第１の対の太陽電池が前記第２の対の太陽電池に隣接している第２の対の太陽電池と、をさらに備え、
前記第１および第２の対の太陽電池は、平行六面体構造の一部分を構成する、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項４】
前記第１および第２の太陽電池と、直列に配置された少なくとも２つの付加的太陽電池と、をさらに備えており、それにより、光の一部分がそれぞれの太陽電池によって順次吸収されるとともに該光の残り部分が反射され、減少された光の量が、それぞれの引き続く太陽電池で吸収および反射のために利用可能である、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項５】
前記固体光学素子の、前記入力端部から反対側の端部に、背面反射器をさらに備えている、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項６】
前記固体光学素子の、前記入力端部から反対側の端部に、太陽電池をさらに備えている、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項７】
前記第１および第２の太陽電池のそれぞれは、活性電池領域、該活性電池領域の第１の側面に隣接する反射防止表面、および前記活性電池領域の第２の側面に隣接する反射器表面を備えている、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項８】
前記第１および第２の太陽電池のそれぞれは、電気的に独立している、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項９】
前記第１および第２の対の太陽電池のそれぞれの前記太陽電池が、互いに平行であり、かつ、前記固体光学素子の前記入力端部に対しておよそ４５度の角度で配置されている、請求項３に記載の光学モジュール。
【請求項１０】
前記第１の太陽電池は、前記第１のフィルタに光学的に接触しており、かつ、前記第２の太陽電池は、前記第２のフィルタに光学的に接触している、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項１１】
前記第１のフィルタと前記第１の太陽電池との間に設置された第１の光学集光器素子をさらに備えている、請求項１０に記載の光学モジュール。
【請求項１２】
入射光を収集して集中させる第２の光学集光器素子と組み合わされ、前記光学集光器素子が、光を前記固体光学素子の前記入力端部の中へ導く、請求項１０に記載の光学モジュール。
【請求項１３】
入射光を収集して集中させる第２の光学集光器素子と組み合わされ、前記光学集光器素子が、光を前記固体光学素子の前記入力端部の中へ導く、請求項１１に記載の光学モジュール。
【請求項１４】
入射光を電気エネルギーに変換する光起電力システムであって、該システムは、
入ってくる入射光を収集して集中させるための光学集光器素子であって、入力端部および出力端部を備えている光学集光器素子と、
光分割用光学モジュールであって、
前記光学集光器素子の前記出力端部と光学的連絡の状態にある入力端部、第１の側面、および該第１の側面から間隔を置いて配された第２の側面を備えている固体光学素子と、
該固体光学素子の前記第１の側面に隣接する第１の太陽電池と、
該固体光学素子の前記第２の側面に隣接する第２の太陽電池と、を備えている光分割用光学モジュールと、を備え、
前記第１の太陽電池は、入射光の第１の一部分を吸収するとともに前記入射光の第１の残り部分を前記固体光学素子によって前記第２の太陽電池へ反射させるように設置されている、光起電力システム。
【請求項１５】
前記入射光が光スペクトルの複数の一部分を含み、光スペクトルを有する集中光が前記光学集光器素子の前記出力端部から出て行き、前記システムは、
前記光の前記第１の残り部分から前記光スペクトルの第２の一部分を吸収し、かつ、前記光の第２の残り部分を反射させる第２の太陽電池と、
前記光の前記第２の残り部分から前記光スペクトルの第３の一部分を吸収し、かつ、前記光の第３の残り部分を反射させる第３の太陽電池と、
前記光の前記第３の残り部分から前記光スペクトルの第４の一部分を吸収し、かつ、前記光の第４の残り部分を反射させる第４の太陽電池と、をさらに備え、
前記光学モジュールは、前記集中光を屈折させる固体平行六面体構造を備えている、請求項１４に記載の光起電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権
本特許出願は、ＯＰＴＩＣＳ  ＦＯＲ  ＦＵＬＬ  ＳＰＥＣＴＲＵＭ，ＵＬＴＲＡＨＩＧＨ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＳＯＬＡＲ  ＥＮＥＲＧＹ  ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮと題された、２０１２年８月３０日出願の米国仮特許出願第６１／６９５，２１６号、およびＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＬＩＧＨＴ  ＳＰＬＩＴＴＩＮＧ  ＭＯＤＵＬＥ  ＡＮＤ  ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ  ＳＹＳＴＥＭ  ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ  ＣＯＮＣＥＮＴＲＡＴＯＲ  ＯＰＴＩＣＳと題された、２０１２年１２月２１日出願の米国仮特許出願第６１／７４０，９６９号からの優先権を主張するものであり、上記仮特許出願の全体は参照によって本明細書中に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、入射光を電気エネルギーに変換する光起電力装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、平行六面体配列に構成された複数の光起電力電池が備わった固体光学素子を含んでいる光起電力装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
光起電力電池は、太陽電池あるいはＰＶ電池とも称され得るが、太陽光のような入射光を電気エネルギーに変換するために有用である。これらの電池は、本来的に低い変換効率を有する、具体的に定義された１つのバンドギャップを有する単一接合部型太陽電池として提供することができる。これは、単一の光起電力電池が入射光のブロードバンドスペクトルの小さい一部分にだけ光起電的に反応し、そしてそれゆえ、入射光の小さい一部分だけをエネルギーに変換するからである。それゆえ、太陽電池の効率を増大させる多数の手段が、使用されかつ提案されてきた。
【０００４】
より高い光起電力効率を達成するために使用された１つの一般的な方法は、多数接合部型太陽電池を形成するために、多数のバンドギャップをともに使用することである。そのような多数接合部型太陽電池は、太陽光スペクトルの相異なる部分に対応する相異なるバンドギャップエネルギーを有する相異なる半導体材料によるシステムから作られている。そのエネルギーギャップに整合するか、あるいはそのエネルギーギャップよりわずかに大きいエネルギーを有している光子だけが、最も効率的に使用されている。このようにして、より広い範囲のバンドギャップを有していることは、そのシステムが上記スペクトルのより多くの部分を比較的効率のよい手法で変換することを可能にする。そのエネルギーが上記ギャップよりも低い光子は、吸収されてその後に変換されることがなく、また、いくつかの場合には、寄生的に吸収されて、廃熱に変換される。バンドギャップよりも大きいエネルギーが備わった光子は、そのエネルギーギャップに整合しているそれらのエネルギーの一部だけを電気エネルギーに変換し、一方で、過剰なエネルギーは、主に廃熱として失われる。
【０００５】
慣習的に、多数接合部型太陽電池は、すべての半導体がそのバンドギャップの上方にある光とその上方における電池のバンドギャップの下方にある光とを吸収するフィルタとして作用するように、モノリシックスティックとして増大されている。伝統的な多数接合部型積層式太陽電池は、単一接合部型太陽電池より優れた利点を提供するものの、入射する太陽放射線を多数のスペクトルバンドに分割するために、また、それらのスペクトルバンドを相異なりかつ対応している太陽電池へ向けて導くために使用される光分割用光学部品の使用を通して、さらに別の効率を達成することができる。このようにして、副電池は、格子整合および電流整合の問題を回避して、増大させることができ、また、独立して電気的に接続することができる。それぞれの目標電池は、エネルギー変換を最大限にすることを促進するために、それに導かれたスペクトルバンドに調整されたバンドギャップを有するように設計されている。言い換えれば、分割用光学部品は、入射光をセグメントあるいはスライスに仕切り、そしてその後、それらのスライスを、適切なバンドギャップを備えた光起電力電池へ独立して導く。
【０００６】
太陽熱変換効率を改善するために光分割あるいはスペクトル分割を利用する光起電力システムが、特許文献および技術文献において記載されてきた。実施例は、米国特許刊行物第２００９／００５６７８８号（Ｇｉｂｓｏｎ）および第２０１１／０２８４０５４号（Ｗａｎｌａｓｓ）、Ｂａｒｎｅｔｔ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ：Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，“Ｖｅｒｙ  Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ  Ｍｏｄｕｌｅｓ，”１７：７５−８３（２００９）、Ｉｍｅｎｅｓ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ，“Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｉｎ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ，”８４：１９−６９（２００４）、ＭｃＣａｍｂｒｉｄｇｅ  ｅｔ  ａｌ，Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ：  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，“Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｍｏｄｕｌｅ  Ｗｉｔｈ  Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，”１９：３５２−３６０（２０１１）、Ｍｉｔｃｈｅｌｌ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ：Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，“Ｆｏｕｒ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｂｅａｍ−Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  Ｗｉｔｈ  Ｈｉｇｈ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，”１９：６１−７２（２０１１）、およびＰｅｔｅｒｓ  ｅｔ  ａｌ．，Ｅｎｅｒｇｉｅｓ，“Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ−Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ＰＶ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，”３：１７１−１９３（２０１０）を含んでいる。
【０００７】
太陽電池を備えた光分割用技術を使用する光起電力システムは、理論上、入射光を電気エネルギーに変換する効率をおおむね改善するが、より良好な光分割用光学構造を備えた、さらに高い効率を現実に可能にするシステムを提供するための要望が存在している。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、入射光を電気エネルギーに変換するための、多面体の鏡面反射器として称されることがある光起電力システムを目的とする。これらのシステムは、光を一組の単一接合部型太陽副電池へ、あるいは一組の積層式増大型副電池へ分配するために使用することができる。これらのシステムは一般に、固体光学素子の両側面に配置されて集光用光学部品と組み合わせて使用することのできる一列の太陽電池あるいは光起電力電池を含むことができる。これらのシステムの比較的高い効率は、それぞれの副電池を、それがその電池によって最も効率的に吸収された光スペクトルの特定の一部を吸収することができるように設置し、そしてその後、残っている光を、上記固体光学素子によって、それに続く電池であって上記光スペクトルのそれ自体の一部を吸収することのできる電池の上へ反射させることの結果である。それぞれの太陽電池で光を吸収するとともに反射させるこの過程は、光の量を減少させることがそれに続くそれぞれの太陽電池での吸収および反射について利用可能であれば、任意の背面反射器が、一般に入力端部から電池の列の反対側端部である箇所に到達するまで、続けられる。これらの太陽電池は、入射光によって到達された第１の電池がスペクトルの最も高いエネルギーを吸収することができ、一方で、到達された最後の電池がそのスペクトルの最も低いエネルギーを吸収することができるように、設置されている。本発明のある実施形態において、少なくとも２つの光起電力電池が集光用素子と組み合わせて使用され、ここで、それらの電池は、入射光の光学的結合に役立つ固体平行六面体として構成されている。
【０００９】
本発明の１つの態様では、入射光を電気エネルギーに変換する光分割用光学モジュールが提供されている。このモジュールは固体光学素子を含んでおり、その光学素子は、光を受けるための入力端部、第１の側面、この第１の側面から間隔を置いて配された第２の側面、上記固体光学素子の第１の側面に隣接する第１の太陽電池、および上記固体光学素子の第２の側面に隣接する第２の太陽電池を備えている。第１の太陽電池は、入射光の第１の部分を吸収するとともにその入射光の第１の残り部分を固体光学素子を通して第２の太陽電池へ反射させるように、配置されている。
本発明の別の実施形態では、光分割用光学モジュールは、入射光を収集して集中させる光学集光器素子と組み合わされており、ここで、この光学集光器素子は固体光学素子の入力端部と光学的に接触している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明は、数枚の図を通じて同様の構造が同様の符号によって言及される添付図面を参照して、さらに説明されるであろう。
【００１１】
【図１】本発明の光起電力システムの斜視図である。
【図２】図１に示された太陽電池の平行六面体配列の拡大側面模式図である。
【図３】あるモジュールの中に配置された、図１に図解された型の複数の光起電力システムの上面図である。
【図４】図３に図解されたモジュールの一部分の斜視図である。
【図５】本発明の光起電力システムを使用する光学的損失に関する集光度の例示的な影響を表しているグラフである。
【図６】本発明に従うトラフ形集光器とともに個々の電池集光器を備えている平行六面体配列の側面図である。
【図７】図６のそれと同様であるが、別個のトラフ形集光器がない平行六面体配列の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に記載された本発明の実施形態は、網羅的であることや、あるいは本発明を以下の詳細な記載に開示された通りの形態に限定したりすることを、意図していない。どちらかと言えば、これらの実施形態は、他の当業者が本発明の原理および実践を認識しかつ理解することができるように、選択されかつ記載されている。この明細書を通じて引用されたすべての特許、係属中の特許出願、刊行された特許出願、および技術論文は、すべての目的のために、それらのそれぞれの全体を参照によって本文中に組み込まれる。
【００１３】
さて、図面を、また、初めに図１および図２を参照すると、光起電力システム１０の例示的な実施形態が図解されており、これは、全体として、光学集光器１２および光分割用光学モジュール１４を含んでいる。システム１０は、以下でさらに詳しく記載されるように、入射光１６の電気エネルギーへの光起電力変換のために使用することができる。このシステム１０はまた、多面体のスペクトル反射器として言及することもできる。
【００１４】
光学集光器１２は、入力端部２０、この入力端部から間隔を置いて配された出力端部２２、および入力端部・出力端部２０、２２間に延出している集光器領域２４を含むトラフ形集光器または複式パラボラ集光器として図解されている。この図解された実施形態の光学集光器１２は、複式パラボラ型のものとみなすことができるが、示された関連のある形状および大きさは、その集光器が、例えば放物線状の平坦側面型光じょうごのような多くの相異なる曲線形状を含むことができる、という点で代表的なものであると意図されている。複式パラボラ型以外の形状は、光学的にはしばしば効率のよいものではないが、本発明の範囲内であるとみなされている。トラフ形集光器の素子の形状および大きさは、このシステムへ入る光の集中度を最適化するために、設計されかつ選択されている。集光器領域２４の内側区域は、空いていてもよく、あるいは少なくとも部分的に満たされていてもよい。入力端部２０はカバーを随意に含んでいてもよく、あるいは、それは図１に示されたように、開かれていてもよい。この集光器は、一次元のものでもよく、あるいは二次元のものでもよく、ここで、二次元の実施形態は、より多くの追尾をしばしば必要とするであろうが、より高い集光度をもたらすことができる。
【００１５】
光学集光器１２は、広い範囲にわたって所定の集光力を有するように設けることができる。例えば、集光器１２の集光力は、例えば、一次元集光器については１０倍から２０倍までの範囲にあってもよいが、二次元集光器についてはよい高いものであってもよい（例えば、１００倍から４００倍まで）。比較的低・中間水準の集光度は、集光器１２が小型であり、一方で、構成素子の熱負荷およびコストを最小限にすることができる。最も高い光分割効率を保証するために、集光器からの角度の広がりを最小限にすることもまた望ましい。それゆえ、集光についての要望は、光学モジュール１４に入る光線がそのモジュールの最上部における平面に対して垂直であることについての要望と釣り合いを取ることができる。加えて、上記のトラフ形集光器の実施形態については、太陽追尾は一次元においてだけ提供することができる。
【００１６】
１つの実施形態において、光学集光器１２は、７倍の集光力と、垂直方向から＋／−２度の受容角とを有している。実際の測定結果はばらつきが大きいが、１つの例示的な光学集光器１２は、およそ８ｃｍの高さ、その入力端部２０でのおよそ１４ｍｍの幅、おびその出力端部でのおよそ２ｍｍの幅を有することができる。
【００１７】
光分割用光学モジュール１４は、出力端部２２からの光が光学モジュール１４の入力区域４０の中へ導かれるように、集光器１２の出力端部２２の下方に配置されている。この区域４０は、入射光１６が入るその入力区域４０で平行六面体の最上部に設置された反射防止のコーティングあるいは材料４１を随意に含むことができる。反射防止のコーティング４１は、光学モジュール１４に入る入射光の最大推定量を可能にすることに役立つ。
【００１８】
本発明のある実施形態において、電池を、光が上記平行六面体に入る端部（すなわち、そこではコーティング４１が図解されている）に設置することができ、この電池を、その電力をより適切に変換するために、最高エネルギーの光のための発電機として作用するように構成することができる。それゆえ、この電池は、性能を改善するであろう上記平行六面体におけるきわめて高い指数のコア材料の使用を可能にすることができる。最も高い指数の材料は、太陽光スペクトルにおける最も高いエネルギーの光を通常、吸収する。この構造の最上部に副電池がないときには、この高いエネルギーの光は、それを電力に変換することができる前に、上記平行六面体材料の中に寄生的に吸収されるであろう。あるいは、より低い指数のコア材料を選択することができるが、それは、これらが最も高いエネルギーの光を吸収することが通常はないからである。本明細書中に記載されかつ図解された入射光１６は、典型的には、集光器１２から出て行く白色光であろう、ということに留意すべきである。例示的な目的のため、この入射光１６は、８つの相異なるスペクトルバンドに分割されるが、これらのバンドは、図面において８つの相異なる色で模式的に図解されており、ここで、これらのスペクトルバンドは、以下に記載されたシステムの太陽電池によって処理されるであろう。しかしながら、異なる数の電池を上記平行六面体構造において代わりに使用することができ、また、そのような場合には、代表的な図解は、光を対応する数のスペクトルバンドに分割するであろう。
【００１９】
光学モジュール１４は、光スペクトルの所定の一部分を光起電的に吸収するとともに電力に変換することと、それが受ける光の残り部分を反射させることとを、独立して始める２つ以上の光起電力電池を含んでいる。言い換えれば、ある電池によって吸収されない光は、一組の電池における次の電池へ進行するであろう。この進行過程からの損失を最小限にするために、フィルタを使用して、電池の中で変換することができずかつその電池を通って進行することを阻止する光を反射させることができる。一般的に、少なくとも第１の光起電力電池が、最も効率的に入射光の第１のスペクトルバンド幅部分に応答し、また、第２の光起電力電池が、最も効率的に入射光の第２のスペクトルバンド幅部分に応答し、以下同様であるが、ここで、これらのバンドは、最も高いエネルギーから最も低いエネルギーまでの順序に配置されている。図解の目的のために、光学モジュール１２は、異なって調整された８つの光起電力電池を含み、これらは、第１の電池４２、第２の電池４４、第３の電池４６、第４の電池４８、第５の電池５０、第６の電池５２、第７の電池５４、および第８の電池５６を含んでいるが、異なった数の光起電力電池を使用することができるということは理解される。８つの光起電力電池のそれぞれは、単一接合部型光起電力電池か多数接合部型光起電力電池かのいずれかであってよい。
【００２０】
示されたように、光学モジュール１２の光起電力電池は、４つの電池が平行六面体支持構造６０の一方側面に沿って１列に、互いに隣接して設置されるように、また、残りの４つの電池が支持構造５６の他方側面に沿って１列に、互いに隣接して設置されるように、配置されている。これらの列は一般的に、光学モジュール１２の入力区域４０に対して、およそ４５度の角度のようなある角度をなすように、配置されている。図解された光入射角（すなわち、垂直入射）は、集光器が使用されたときに、少なくともいくらかの光が、このシステムに入る平面に対して垂直でない角度で入るであろう、という点で、集光器を通過しなかった光にとっては典型的なものであろう。このようにして、入射光１６が光学モジュール１２の入力区域４０に入ると、それは、支持構造５６に対向している第１の電池４２の表面に対して４５度で導かれるであろうし、また、この表面から反射した光は、第２の電池４４へ同一の角度（すなわち、およそ４５度）で導かれるであろう。言い換えれば、電池がこのような手法で配置されていると、反射光は、それが上記光起電力電池に接触した角度に対しておおむね垂直である角度で、支持構造６０を通して進行するであろう。
【００２１】
上記光起電力電池が支持構造６０の全体にわたって互いにおおむね平行である、ということはさらに理解されるが、それらは、互いに対して少なくともわずかに角度付けすることができる（例えば、互いに対して１〜２度の角度で角度付けられ、または、１度よりも小さい角度で角度付けられ、あるいは２度よりも大きい角度で角度付けられる）。そのような実施形態において、光が垂直入射にきわめて近い状態で入ると、光スペクトルの様々な一部の吸収および反射は、電池が互いに平行であるが光学モジュールにおけるものよりも少なくともわずかに効果が少ないであろうが、それは、反射光が採る経路は、これらの電池が平行であるときと平行でないときとでは、わずかに異なっているであろうからである。言い換えれば、本明細書中に示されかつ記載された上記構造は一般に平行六面体へ導かれるが、他の幾何学的形態もまた、ある構造に沿った光の同様な進行のために提供することができると考えられる。
【００２２】
本発明のある実施形態の支持構造６０は、他の材料が考えられるが、例えば、ガラス、プラスチック、あるいはＧａＰのような固体材料から作ることができる。一般に、支持構造６０のための材料は、太陽光スペクトルの大部分にわたって透過性である比較的高い屈折率が備わったあらゆる材料であってよい。比較的高い屈折率が備わった支持構造を使用すると、入射光のより高い屈折を有利に提供することができ、このことは、その構造が、より高い集光度を組み入れることと入射光の角伝搬を最小限にすることとの両者を可能にするであろう。このことは、光学的損失を最小限にすることに役立つであろう。支持構造６０の材料はまた、モジュール１４を介する光の滑らかな進行を可能にするために、透過性でありかつ非拡散性であってもよい。
【００２３】
光学モジュール１４は、吸収されなかった光を可能な変換のための構造によって背面へ反射させるために、背面反射器５８をさらに随意に含んでいる。背面反射器５８は、光分割用モジュール１４の入力区域４０に対しておおむね平行であるが、それに対して、少なくともわずかに角度が付けられていてもよい。そのような配置において、背面反射器５８はまた、それに隣接している光起電力電池（例えば、この図の光起電力電池５４、５６）に対しておよそ４５度の角度で配置することができる。背面反射器５８は、光をその元の経路とは逆に導くために平らなものであってもよく、または、その光の経路をその構造によって後方へランダム化するために、ざらざらしたものであってもよく、あるいは違った風に構成されていてもよい。背面反射器５８は、最も低いエネルギーの光を吸収する光起電力電池で随意に置き換えることができ、また、フィルタをさらに含むことができる。
【００２４】
モジュール１４の光起電力電池のそれぞれは、中央電池活性領域６２（本記載はこの構造におけるすべての電池に適用することができるが、太陽電池５２に関連して示された）、背面接触および反射器６４、１つ以上の接触格子区域６６、および反射防止コーティング／フィルタおよび接着剤を含んでいてもよい層６８のような多くの特徴を含むことができる。光起電力電池のそれぞれは、おおむね調整されているか、あるいは、それが受ける入射光のあるスペクトルバンド幅部分をそれが吸収することのできるバンドギャップ特性を有し、その上、第１の経路に吸収されない部分を反射させることのできる反射器を含んでいる。これらの電池はまた、本システムの光捕捉能を改善するために、付加的な光学部品（例えば、プラズモン構造）を有することもできる。システム１０の例示的な実施形態の光起電力電池のそれぞれは、おおむね以下に記載されているが、この実施形態の波長および色は、入射光を分割することのできる多くのやり方のうちの１つだけを表していることが理解される。この光線の色は、図解の目的のためだけのものであるが、しかしながら、それぞれのスペクトル光バンドは、その上方のバンドよりも低いエネルギーの光子からなっており、これは、これらの電池が非吸収性の光に対して透過性であるからである。本明細書中に記載されたバンドギャップは、特定の平行六面体の多数の電池を収容するために調整することができる。加えて、本システムを、その設計に別の光分割用素子（例えば、二色性スプリッター）を追加することができるであろう２組の電池に分割することは、可能であろう。
【００２５】
これらのフィルタは多数のやり方で提供することができる。１つの実施例では、それぞれの電池のための光学フィルタを、電池の上にではなく、平行六面体の上にパターン形成するために、ナノインプリント処理を使用することができる。別の実施例では、フィルタは型成形することができる。さらに、使用された構造のいずれかについては、組立品を簡単なものにするためにフレキシブル回路を使用することができるが、ここで、電池は、平行六面体あるいは他の幾何学的形態に適合するように形成することができるシートの上に組み立てることができる。
【００２６】
本発明の本システムとともに使用された副電池は、電気的に独立しており、また、互いへの電池の近接性のために、それらの間に絶縁用材料（例えば、絶縁用ポリマー）を含むことができる。この光学モジュールの構造は電池間の光子リサイクリングを可能にするが、これは、それらが互いに光学的に活性であるからである、ということがさらに分かる。
【００２７】
本明細書に記載されかつ図解されたように、副電池は、光それ自体を分割するため（すなわち、それらのバンドギャップの上方にあるものだけを吸収するとともに他のすべてのものをそれらの背面反射器で反射させるため）か、または、寄生損失が存在する場合にそれを抑えるためにフィルタを副電池の前面に置くためかのいずれかに使用することができる。例えば、紫色光を吸収するように設計された電池がいくらかの赤色光を寄生的に吸収すると、そして、赤色光子がそれに衝突すると、それは、吸収され、それゆえ、その反射器で失われるであろう。フィルタを有することは上記損失を軽減することに役立つが、それは紫色光子だけが通ることを許容され、赤色光子は入ることが阻止されるからである。それぞれの電池がそれ自体の集光器を有する構成（以下で検討される）において、フィルタは、光が正しい副電池に到達するまで上記集光器がその構造を下に置き続けることを可能にする代わりに、光をその構造の外側へ送出しないようにして使用される。
【００２８】
第１の光起電力電池４２は、２８０ｎｍから４７０ｎｍまでの波長を含んでいて藍色光線によって表された入射光のスペクトルバンド幅部分を吸収するように調整され（例えば、それはバンドギャップ特性を有する）ている。この波長範囲の外側にある入射光のスペクトルバンド幅部分は、図２に示されたように、光起電力電池４４へ向かって理想的に反射されるであろう。
【００２９】
第２の光起電力電池４４は、４７０ｎｍから５６１ｎｍまでの波長を含んでいて、青色光線によって表された入射光のスペクトルバンド幅部分を吸収するように調整され（例えば、それはバンドギャップ特性を有する）ている。この波長範囲の外側にある入射光のスペクトルバンド幅部分は、光起電力電池４６へ向かって理想的に反射されるであろう。
【００３０】
第３の光起電力電池４６は、５６１ｎｍから６６３ｎｍまでの波長を含んでいて、青緑色光線によって表された入射光のスペクトルバンド幅部分を吸収するように調整され（例えば、それはバンドギャップ特性を有する）ている。この波長範囲の外側にある入射光のスペクトルバンド幅部分は、光起電力電池４８へ向かって理想的に反射されるであろう。
【００３１】
第４の光起電力電池４８は、６６３ｎｍから７６１ｎｍまでの波長を含んでいて、黄緑色光線によって表された入射光のスペクトルバンド幅部分を吸収するように調整され（例えば、それはバンドギャップ特性を有する）ている。この波長範囲の外側にある入射光のスペクトルバンド幅部分は、光起電力電池５０へ向かって理想的に反射されるであろう。
【００３２】
第５の光起電力電池５０は、７６１ｎｍから８９９ｎｍまでの波長を含んでいて、黄色光線によって表された入射光のスペクトルバンド幅部分を吸収するように調整され（例えば、それはバンドギャップ特性を有する）ている。この波長範囲の外側にある入射光のスペクトルバンド幅部分は、光起電力電池５２へ向かって理想的に反射されるであろう。
【００３３】
第６の光起電力電池５２は、８９９ｎｍから１０７８ｎｍまでの波長を含んでいて、黄橙色光線によって表された入射光のスペクトルバンド幅部分を吸収するように調整され（例えば、それはバンドギャップ特性を有する）ている。この波長範囲の外側にある入射光のスペクトルバンド幅部分は、光起電力電池５４へ向かって理想的に反射されるであろう。
【００３４】
第７の光起電力電池５４は、１０７８ｎｍから１３１９ｎｍまでの波長を含んでいて、赤橙色光線によって表された入射光のスペクトルバンド幅部分を吸収するように調整され（例えば、それはバンドギャップ特性を有する）ている。この波長範囲の外側にある入射光のスペクトルバンド幅部分は、光起電力電池５６へ向かって理想的に反射されるであろう。
【００３５】
第８の光起電力電池５６が調整される（例えば、それは、１３１９ｎｍから１７９７ｎｍまでの波長を含んでいて、赤色あるいは深紅色光線によって表されたバンドギャップ特性を有する。電池５６による吸収の後に残っている入射光のスペクトルバンド幅のいずれかの部分が存在すれば、その光のこの部分は、光学背面反射器あるいは太陽電池５８へ理想的に導かれるであろう。入射光のすべてが上記平行六面体に正常に入るシステムにおいて、充分に高いエネルギーの光子がある光のすべてあるいは大部分は、それがこの反射器５８に到達する時までに、吸収されるであろう。しかしながら、本システムにおける集光および非理想性については、その光のいくらかは、それを吸収するであろう電池へ導かれることがなかったであろう。これは、その反射器へ到達し上記平行六面体の中へ逆向きに反射される光の一部分であろうが、ここで、それは、それがそれらの電池のうちの１つによって吸収されるかあるいは本システムから出て行くかのいずれかになるまで、それらの電池によって逆の順番で（すなわち、最も低いバンドギャップから最も高いバンドギャップまで）反射されることがある。それゆえ、あるシステムでは、ほとんどあるいはまったく使用することができない光が反射器５８に到達するであろう。
【００３６】
運用において、８つの光起電力電池４２、４４、４６、４８、５０、５２、５４、５６は、入射して反射する光が最も高いエネルギーから最も低いエネルギーに至るまで吸収されて反射されるように、配置されている（すなわち、紫外線光が最初に吸収され、また、赤外線光が最後に吸収される）。図２に模式的に図解されたように、入射光の一部分のそれぞれの順次的な吸収および反射については、より少ないスペクトルバンド幅部分は、この順序で次の光起電力電池へ進行するであろう。このようにして、吸収されかつ／または反射される最後の色は、光学モジュール１４を通して最大距離を移動するであろう。これらの太陽電池のそれぞれから吸収された光は、１つ以上の導線６６と作動的な導通状態にある。
【００３７】
以下の表は、上で述べたそれのような、ＩＩＩ−Ｖ材料と成長基板との実施例（格子整合のための）についての光学モジュールの８つの電池平行六面体設計のための例示的なバンドギャップを示している。
【００３８】
【表１】
2015530747.tif 000003
【００３９】
これらの合金は、例示的であることだけが意図されており、また、それゆえ、それらの上質の成長／案内バンドギャップに起因する良好な吸収および性能を提供することのできるＩＩＩ−Ｖ族の中において、選択を提供する。加えて、これらの合金は、より高い材料の質について成長して格子整合される能力（すなわち、成長基板の上における欠陥がない）を提供することができる。これらの材料は、たとえそのバンドギャップがわずかに変化しても効率が同様に残るように、調整可能な性質、具体的には望ましい状態の＋／−０．１ｅＶ以内の電池バンドギャップを含むことができる。
【００４０】
図面に示された光起電力電池は、単一接合部型電池として図解されているが、しかしながら、これらの電池は代わりに多数接合部型電池であってもよい。これらの電池は例えば、薄膜、あるいはエピタキシャル状に剥離された電池であってもよい。本発明の実施形態はまた、太陽電池と組み合わされた幅狭フィルタおよび／または反射防止コーティングの使用も含むことができる。反射防止材料が使用されるときには、それらは、例えば３〜１０枚の層を含むことができ、また、多重屈折材料を含むことができる。
【００４１】
１つの例示的な実施形態において、特定の光分割用光学モジュール１４の全高はおよそ８ｍｍであってもよく、この構造の光起電力電池についてはおよそ２．８ｍｍの長さを有している。特定の光学モジュール１４の光起電力電池のそれぞれは、同一の物理的寸法を有することができ、または、それらの電池の少なくとも１つは、この構造の他の電池とは少なくともわずかに異なっている寸法を有することができる。電池の寸法および区域は、これらの実施形態が任意の直列／並列状電気的配列に大いに従うようにスペクトルを独立して調節するために、調整することができる。
【００４２】
光学モジュール１４は８つの太陽電池を有するように図解されかつ記載されているが、８つよりも多いかあるいは少ないそのような太陽電池を、特定の光学モジュールのために、代わりに設けることができ、ここで、電池のそれぞれが吸収しかつ反射させるであろう光スペクトルの特定の一部はそれゆえ、８つの電池構造について上で記載されたものとは異なっているであろう。加えて、上で記載された８つの太陽電池のそれぞれに関連した波長範囲は、使用された特定の材料、本システムの調整、相異なる波長についての光学設計の効率などによって左右されるが、小さいかあるいは大きいかのいずれであってもよい。
【００４３】
本発明の光起電力システムによって達成することのできる比較的高い効率は、多くの理由のために生じる。言い換えれば、より高い指数の材料は、入ってくる光線を光の屈折によって「まっすぐにして出す」ために役立つことができ、それは、光を所望の経路に沿って導き、それによって、より高い集光を可能にするために役立つであろう。より高い集光はより高い副電池性能を可能にし、それゆえ、集光と高指数支持構造とを連結して最も高い効率を達成することは有利であろう。加えて、本発明の実施形態は、太陽電池から利用することのできる電圧を最大にするために、より良好な吸収とより薄い電池とを提供する反射器をそれぞれが有することのできる多くの電池の使用を可能にする。
【００４４】
付加的に図３および図４を参照すると、モジュール１００が図解されており、これは、格子状パターンに配置された多数の光起電力システム１１０を含んでいる。この光起電力システムのそれぞれは、それ自体の光学集光器（例えば、トラフ形集光器）と、光起電力システム１０に関して上で記載されたような光分割用光学モジュールとを含むことができる。図３に示されたように、システム１１０は、比較的緊密に束ねられた態様で縦横に配置されており、ここで、１つの例示的な実施形態は、１４ｃｍの幅１２０と１５ｃｍの深さ１２２とを含んでいる。しかしながら、システム１１０は代わりに、特定のモジュール１００の内部で互いから少なくともわずかに間隔を置いて配されてもよい。この型のモジュールは、比較的多数の光学集光器を所定区域にわたって入射光へ好都合に露出させることができる。１つあるいは多数のモジュールは次に、共通の構造物に搭載することができ、ここで、全体の構造物および／または個々のモジュールは、追尾用あるいは非追尾用の特徴を含むことができる。１つの実施形態において、これらのモジュールは流体および／または空気を上記平行六面体どうしの間に流して電池の背面を冷却することを可能にするために配置されている。本発明の実施形態においては、単軸追尾を使用することができ、また、他の実施形態においては、低い集光水準（例えば、５倍から６倍までの）、または二軸追尾を利用することもできる高い集光水準（例えば、１００倍かあるいはそれより大きい）のような相異なる集光・追尾水準を使用することができる。
【００４５】
図５は、本発明の光起電力システムを使用する、光学損失に関する集光の例示的な影響を表しているグラフである。具体的には、このグラフは、相異なる屈折率を有している材料についての１次元化合物パラボラ集光器からの増大している集光の水準についての光学損失の百分率を図解している。示されたように、集光度が増大すると光学損失を最小限にするために、より高い指数のスラブの重要性もまた増大する（例えば、空気の指数よりも大きい指数）。このことは、より高い集光度が、光路を図２に示されたものに類似させることを可能にする通常の入射角（例えば、第１の太陽電池を４５度の角度で打つこと）からさらに離すために入射光を生じさせる、という事実に起因している。より高い指数のスラブおよび／または制限された出力角範囲の備わった集光器は、この問題を最小限にすることができる。加えて、より高い集光度はより良好な副電池性能のために要望されるが、光学損失は，効率的に機能させるめために、光分割についての順序で好ましいことに最小限にされる。
【００４６】
図６は、本発明に従った別の光起電力システム１１０を図解しており、それは一般に、光学集光器１１２、光分割用光学モジュール１１４、および一組の２次的な集光器１１５を含んでいる。上でシステム１０に関して検討されたように、モジュール１１４は、一般に平行六面体構造の中へ配置された２つ以上の光起電力電池１１８を含んでおり、ここで、図６は、それぞれが１つ以上のフィルタを含むそのような電池１１８を７つ備えた例示的な実施形態を提供している。そのような電池のうちの６つは上記平行六面体の側面上にあり、また、１つの電池はその底面上にある。この実施形態については、付加的なあるいは２次的な集光器１１５が設けられていて、それぞれのフィルタあるいは電池１１８からの光を集中させ、それによって、一次的集光、光の分割、およびその後の二次的集光を含む光路が提供されている。
【００４７】
図７は、本発明に従った別の光起電力システム２１０を図解しており、それは一般に、光分割用光学モジュール２１４および一組の集光器２１５を含んでいる。上でシステム１１０に関して検討されたように、モジュール２１４は、２つ以上の光起電力電池２１８を含んでおり、ここで、図７は、それぞれが１つ以上のフィルタを含むそのような電池２１８を７つ備えた例示的な実施形態を提供している。この実施形態については、集光器２１５が設けられていて、それぞれのフィルタあるいは電池２１８からの光を集中させ、それによって、光の分割、およびその後の集光を含む光路が提供されている。
【００４８】
本発明は、その数個の実施形態を参照してこれまで記載されてきた。本明細書中で識別されたあらゆる特許あるいは特許出願の全体の開示は、参照によって本明細書中に組み込まれている。上記の詳細な説明および実施例は、理解の明瞭性のためだけに与えられてきた。不必要な限定はないことが、そこから理解されよう。当業者にとって、多くの変形を、本発明の範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に行うことができるということは、明かであろう。このようにして、本発明の範囲は、本明細書中に記載された構造に限定されるべきでなく、特許請求の範囲の言語およびそれらの構造の均等物によってだけ限定されるべきである。
【図１】
2015530747.tif 000004
【図２】
2015530747.tif 000005
【図３】
2015530747.tif 000006
【図４】
2015530747.tif 000007
【図５】
2015530747.tif 000008
【図６】
2015530747.tif 000009
【図７】
2015530747.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月8日(2014.10.8)
【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】
入射光を電気エネルギーに変換する光分割用光学モジュールであって、該モジュールは、
光を受けるためのある幅を備えている入力端部、第１の側面、および第２の側面を備えている固体光学素子と、
該固体光学素子の前記第１の側面に隣接する第１の太陽電池であって、ある長さを備えている第１の太陽電池と、
前記固体光学素子の前記第２の側面に隣接する第２の太陽電池であって、この第２の太陽電池がある長さを備えており、前記第１および第２の太陽電池が、それらのそれぞれの長さに沿って、前記入力端部の前記幅にほぼ等しい距離だけ、互いから間隔を置いて配されている第２の太陽電池と、を備え、
前記モジュールは、
入射光の第１の一部分を吸収するとともに該入射光の第１の残り部分を前記固体光学素子によって前記第２の太陽電池へ反射させるように設置された前記第１の太陽電池であって、前記第２の太陽電池よりも高いバンドギャップを有する前記第１の太陽電池、または、
前記固体光学素子の前記第１の側面に隣接している第１のフィルタ、および前記固体光学素子の前記第２の側面に隣接している第２のフィルタであって、前記第１のフィルタが入射光の第１の一部分を透過させるとともに該入射光の第１の残り部分を前記固体光学素子によって前記第２のフィルタへ反射させる、第１のフィルタおよび第２のフィルタ、
のいずれか一方により、前記電池の少なくとも１つより高い入射光の吸収度をもたらすように構成されている、光分割用光学モジュール。
【請求項２】
入射光を収集して集中させる光学集光器素子とともに組み合わされ、前記光学集光器素子が、光を前記固体光学素子の前記入力端部の中へ導く、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項３】
前記固体光学素子の幅にわたって互いから間隔を置いて配された前記第１の太陽電池および前記第２の太陽電池を備えている第１の対の太陽電池と、
前記固体光学素子の前記幅にわたって互いから間隔を置いて配された第３の太陽電池および第４の太陽電池を備えている第２の対の太陽電池であって、前記第１の対の太陽電池が前記第２の対の太陽電池に隣接している第２の対の太陽電池と、をさらに備え、
前記固体光学素子は、平行六面体構造を備え、前記第１および第２の対の太陽電池は、前記固体光学素子の前記第１および第２の側面に隣接している、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項４】
前記第１および第２の太陽電池と、直列に配置された少なくとも２つの付加的太陽電池とをさらに備えており、それにより、光の一部分がそれぞれの太陽電池によって順次吸収されるとともに該光の残り部分が反射され、減少された光の量が、それぞれの引き続く太陽電池で吸収および反射のために利用可能である、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項５】
前記固体光学素子の、前記入力端部から反対側の端部に、背面反射器をさらに備えている、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項６】
前記固体光学素子の、前記入力端部から反対側の端部に、太陽電池をさらに備えている、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項７】
前記第１および第２の太陽電池のそれぞれは、活性電池領域、該活性電池領域の第１の側面に隣接する反射防止表面、および前記活性電池領域の第２の側面に隣接する反射器表面を備えている、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項８】
前記第１および第２の太陽電池のそれぞれは、電気的に独立している、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項９】
前記第１および第２の対の太陽電池のそれぞれの前記太陽電池が、互いに平行であり、かつ、前記固体光学素子の前記入力端部に対しておよそ４５度の角度で配置されている、請求項３に記載の光学モジュール。
【請求項１０】
前記第１の太陽電池は、第１のフィルタに光学的に接触しており、かつ、前記第２の太陽電池は、第２のフィルタに光学的に接触している、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項１１】
前記第１のフィルタと前記第１の太陽電池との間に設置された第１の光学集光器素子をさらに備えている、請求項１０に記載の光学モジュール。
【請求項１２】
入射光を収集して集中させる第２の光学集光器素子と組み合わされ、前記光学集光器素子が、光を前記固体光学素子の前記入力端部の中へ導く、請求項１０に記載の光学モジュール。
【請求項１３】
入射光を収集して集中させる第２の光学集光器素子と組み合わされ、前記光学集光器素子が、光を前記固体光学素子の前記入力端部の中へ導く、請求項１１に記載の光学モジュール。
【請求項１４】
入射光を電気エネルギーに変換する光起電力システムであって、該システムは、
入ってくる入射光を収集して集中させるための光学集光器素子であって、入力端部および出力端部を備えている光学集光器素子と、
光分割用光学モジュールであって、
ある幅を有する入力端部を備えている固体光学素子であって、前記光学集光器素子の前記出力端部、第１の側面、該第１の側面から間隔を置いて配された第２の側面と光学的連絡の状態にある固体光学素子と、
該固体光学素子の前記第１の側面に隣接する第１の太陽電池であって、ある長さを備えている第１の太陽電池と、
前記固体光学素子の前記第２の側面に隣接する第２の太陽電池であって、この第２の太陽電池がある長さを備え、前記第１の太陽電池が、それらのそれぞれの長さに沿って、前記入力端部の前記幅にほぼ等しい距離だけ、前記第２の太陽電池から間隔を置いて配されている第２の太陽電池と、を備えている光分割用光学モジュールと、を備え、
前記第１の太陽電池は、入射光の第１の一部分を吸収するとともに前記入射光の第１の残り部分を前記固体光学素子によって前記第２の太陽電池へ反射させるように設置されている、光起電力システム。
【請求項１５】
前記入射光が光スペクトルの複数の一部分を含み、光スペクトルを有する集中光が前記光学集光器素子の前記出力端部から出て行き、前記システムは、
前記光の前記第１の残り部分から前記光スペクトルの第２の一部分を吸収し、かつ、前記光の第２の残り部分を反射させる第２の太陽電池と、
前記光の前記第２の残り部分から前記光スペクトルの第３の一部分を吸収し、かつ、前記光の第３の残り部分を反射させる第３の太陽電池と、
前記光の前記第３の残り部分から前記光スペクトルの第４の一部分を吸収し、かつ、前記光の第４の残り部分を反射させる第４の太陽電池と、をさらに備え、
前記光学モジュールは、前記集中光を屈折させる固体平行六面体構造を備えている、請求項１４に記載の光起電力システム。
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月27日(2015.4.27)
【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】
入射光を電気エネルギーに変換する光分割用光学モジュールであって、該モジュールは、
光を受けるためのある幅を備えている入力端部、第１の側面、および該第１の側面から間隔を置いて配された第２の側面を備えている固体光学素子と、
該固体光学素子の前記第１の側面に隣接する第１の太陽電池であって、ある長さを備えている第１の太陽電池と、
前記固体光学素子の前記第２の側面に隣接する第２の太陽電池であって、この第２の太陽電池がある長さを備えており、前記第１および第２の太陽電池が、それらのそれぞれの長さに沿って、前記入力端部の前記幅にほぼ等しい距離だけ、互いから間隔を置いて配されている第２の太陽電池と、を備え、
前記モジュールは、
入射光の第１の一部分を吸収するとともに該入射光の第１の残り部分を前記固体光学素子によって前記第２の太陽電池へ反射させるように設置された前記第１の太陽電池であって、前記第２の太陽電池よりも高いバンドギャップを有する前記第１の太陽電池、または、
前記固体光学素子の前記第１の側面に隣接している第１のフィルタ、および前記固体光学素子の前記第２の側面に隣接している第２のフィルタであって、前記第１のフィルタが入射光の第１の一部分を透過させるとともに該入射光の第１の残り部分を前記固体光学素子によって前記第２のフィルタへ反射させる、第１のフィルタおよび第２のフィルタ、
のいずれか一方により、前記電池の少なくとも１つより高い入射光の吸収度をもたらすように構成されている、光分割用光学モジュール。
【請求項２】
入射光を収集して集中させる光学集光器素子とともに組み合わされ、前記光学集光器素子が、光を前記固体光学素子の前記入力端部の中へ導く、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項３】
前記固体光学素子の幅にわたって互いから間隔を置いて配された前記第１の太陽電池および前記第２の太陽電池を備えている第１の対の太陽電池と、
前記固体光学素子の前記幅にわたって互いから間隔を置いて配された第３の太陽電池および第４の太陽電池を備えている第２の対の太陽電池であって、前記第１の対の太陽電池が前記第２の対の太陽電池に隣接している第２の対の太陽電池と、をさらに備え、
前記固体光学素子は、平行六面体構造を備え、前記第１および第２の対の太陽電池は、前記固体光学素子の前記第１および第２の側面に隣接している、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項４】
前記固体光学素子の、前記入力端部から反対側の端部に、太陽電池をさらに備えている、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項５】
前記第１および第２の対の太陽電池のそれぞれの前記太陽電池が、互いに平行であり、かつ、前記固体光学素子の前記入力端部に対しておよそ４５度の角度で配置されている、請求項３に記載の光学モジュール。
【請求項６】
前記第１の太陽電池は、第１のフィルタに光学的に接触しており、かつ、前記第２の太陽電池は、第２のフィルタに光学的に接触している、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項７】
前記第１のフィルタと前記第１の太陽電池との間に設置された第１の光学集光器素子をさらに備えている、請求項６に記載の光学モジュール。
【請求項８】
入射光を収集して集中させる第２の光学集光器素子と組み合わされ、前記光学集光器素子が、光を前記固体光学素子の前記入力端部の中へ導き、また、入射光を収集して集中させる第２の光学集光器素子と組み合わされ、前記光学集光器素子が、光を前記固体光学素子の前記入力端部の中へ導く、請求項６または７に記載の光学モジュール。
【請求項９】
入射光を電気エネルギーに変換する光起電力システムであって、該システムは、
入ってくる入射光を収集して集中させるための光学集光器素子であって、入力端部および出力端部を備えている光学集光器素子と、
光分割用光学モジュールであって、
ある幅を有する入力端部を備えている固体光学素子であって、前記光学集光器素子の前記出力端部、第１の側面、該第１の側面から間隔を置いて配された第２の側面と光学的連絡の状態にある固体光学素子と、
該固体光学素子の前記第１の側面に隣接する第１の太陽電池であって、ある長さを備えている第１の太陽電池と、
前記固体光学素子の前記第２の側面に隣接する第２の太陽電池であって、該第２の太陽電池がある長さを備え、前記第１の太陽電池が、それらのそれぞれの長さに沿って、前記入力端部の前記幅にほぼ等しい距離だけ、前記第２の太陽電池から間隔を置いて配されている第２の太陽電池と、を備えている光分割用光学モジュールと、を備え、
前記第１の太陽電池は、入射光の第１の一部分を吸収するとともに前記入射光の第１の残り部分を前記固体光学素子によって前記第２の太陽電池へ反射させるように設置されている、光起電力システム。
【請求項１０】
前記入射光が光スペクトルの複数の一部分を含み、光スペクトルを有する集中光が前記光学集光器素子の前記出力端部から出て行き、前記システムは、
前記光の前記第１の残り部分から前記光スペクトルの第２の一部分を吸収し、かつ、前記光の第２の残り部分を反射させる第２の太陽電池と、
前記光の前記第２の残り部分から前記光スペクトルの第３の一部分を吸収し、かつ、前記光の第３の残り部分を反射させる第３の太陽電池と、
前記光の前記第３の残り部分から前記光スペクトルの第４の一部分を吸収し、かつ、前記光の第４の残り部分を反射させる第４の太陽電池と、をさらに備え、
前記光学モジュールは、前記集中光を屈折させる固体平行六面体構造を備えている、請求項９に記載の光起電力システム。
【国際調査報告】
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