(57)【要約】【課題】軽量化および光入射方向の制約緩和のために光発電モジュールとしてフィルム筒状のものを用いるゆえに却って招来されることとなる不利益点の、昇温による発電効率低下と紫外線光劣化に伴う発電効率低下とを抑制する。【解決手段】フィルム筒状の光発電モジュール１は、フィルム状で筒状の基板に複数の光発電素子が集積化されたものである。このフィルム筒状の光発電モジュール１をその外部から透明外管２で覆うにつけて、透明外管２の内周面とフィルム筒状の光発電モジュール１の外周面との間にスペース３を確保した状態で、モジュールサポート４をもって透明外管２にフィルム筒状の光発電モジュールを支持させる。さらに、フィルム筒状の光発電モジュール１による発電電力を透明外管２の外部へ取り出すリード線５を備える。【選択図】図１
2013157427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム状で筒状の基板に複数の光発電素子が集積化されたフィルム筒状の光発電モジュールと、
このフィルム筒状の光発電モジュールをその外部から覆う透明外管と、
この透明外管の内周面と前記フィルム筒状の光発電モジュールの外周面との間に確保したスペースと、
前記スペースを確保する状態で前記透明外管に前記フィルム筒状の光発電モジュールを支持させるモジュールサポートと、
前記フィルム筒状の光発電モジュールによる発電電力を前記透明外管の外部へ取り出すリード線とを備えた光発電デバイス。
【請求項２】
前記透明外管は、その内部空間が真空状態にされて外気に対し密封されている請求項１に記載の光発電デバイス。
【請求項３】
前記透明外管は、その内部空間が高度な減圧状態にされて外気に対し密封されている請求項１に記載の光発電デバイス。
【請求項４】
前記透明外管は、その内部に不活性ガスが封入されている請求項１に記載の光発電デバイス。
【請求項５】
前記透明外管は、ガラス管で構成されている請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光発電デバイス。
【請求項６】
前記透明外管は、プラスチックまたはエンジニアリングプラスチックで構成されている請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光発電デバイス。
【請求項７】
前記透明外管は、リチウム交換粘土膜で構成されている請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光発電デバイス。
【請求項８】
前記フィルム筒状の光発電モジュールは、その形状が円筒状に構成されている請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の光発電デバイス。
【請求項９】
前記フィルム筒状の光発電モジュールと前記透明外管とは、同軸状に配置されている請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の光発電デバイス。
【請求項１０】
前記光発電素子は、その発電方式としてＣＩＧＳ（銅‐インジウム‐ガリウム‐セレン）太陽電池、有機薄膜太陽電池（ＯＰＶ）、色素増感太陽電池（ＤＳＣ）、量子ドット太陽電池、化合物薄膜太陽電池、球状太陽電池、タンデム型太陽電池のいずれかで構成されている請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の光発電デバイス。
【請求項１１】
前記モジュールサポートは、断熱性のサポートである請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の光発電デバイス。
【請求項１２】
前記透明外管は、前記リード線を保持するステムを一体的に有している請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の光発電デバイス。
【請求項１３】
前記透明外管は、その内部空間の不純物粒子を捕捉するゲッタを内在させている請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の光発電デバイス。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の光発電デバイスの両端部にソケットを被着している光発電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を吸収し、吸収した光のエネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行う光発電デバイスにかかわり、詳しくは、低コスト化・高耐久性技術をベースとし、光入射方向の制約を緩和しつつ、発電効率の改善を図るための技術に関する。本明細書において、光については、可視光に限定するものではなく、広く任意の波長の電磁波を意味するものとする。
【背景技術】
【０００２】
フィルム状で筒状の基板に複数の光発電素子（Photovoltaic Cell）が集積化されたフィルム筒状の光発電モジュールは、通常の平板状の光発電モジュールと違って、ロール・ツー・ロール方式で作製することが可能である。フィルム状の光発電モジュールを長尺な連続シートに作製でき、そのシートを一定長さにカットした上で筒状に成形することが可能であるから、生産性や製造コストの観点で好ましいといえる。その他のメリットは、軽量性に非常に優れていることや有効な発電のための光の入射方向に関して制約が大幅に緩和されていて広い範囲から光を吸収させることができることから、発電効率の向上が望めることなどがある。特に、入射光を太陽光とする場合には、太陽が移動しても発電効率があまり変化しないという利点がある。あるいは、移動する太陽を追尾する必要がなく、設備が簡素化されるという利点がある。また、太陽光をはじめとする光源からの直接光だけでなく、反射光や散乱光も取り込んで発電に利用することができる。しかし、その一方で、すべての光発電モジュールの共通の課題であるが、光発電モジュールの心臓部である半導体は熱に弱く、温度上昇が激しいと、発電効率の低下が招来される。また、光発電モジュールは、一般に外気や水分、また紫外線（ＵＶ）に暴露されると劣化が進み、発電効率が低下するなどの耐久性の問題が懸念されている。
【０００３】
そこで、光発電モジュールの外周部を透明外管で覆う考え方が生じる。その先行技術を見てみると、光発電モジュールが筒状ではあるがフィルム状ではないものとして、特許文献２〜８がある。透明外管の内周面に対して筒状の光発電モジュールの外周面を密着させているものとして、特許文献１，２，４〜６がある。特許文献３の場合は透明外管がない。光発電モジュールが筒状でフィルム状となっている従来技術として、特許文献１がある。しかし、透明外管に対しては筒状の光発電モジュールを密着させているし、筒状の光発電モジュールは全周にわたるものではない。透明外管と光発電モジュールとの密着はなくてスペースを介在しているものとしては、特許文献７，８があるが、光発電モジュールはフィルム状ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４７５７４号公報
【特許文献２】特開２００６−８０３９６号公報
【特許文献３】特開２００７−２５０８５８号公報
【特許文献４】特開２００９−５３０８５２号公報
【特許文献５】特開２００９−５３７９８５号公報
【特許文献６】特開２０１０−５２６４３９号公報
【特許文献７】特開２０１０−５４１２０５号公報
【特許文献８】特開２０１０−５４１２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光発電デバイスの低コスト化を図るには、できるだけ部品点数を抑えかつ例えばロール・ツー・ロール方式などの生産性に優れた製造方法で生産することが望ましい。しかし、低コスト化を図ると、発電効率や耐久性の低下を招く場合が多くある。ロール・ツー・ロール方式などで作製し、それをフィルム筒状にした光発電デバイスでは、低コストを図りつつ、発電効率や耐久性を高めることが期待できる。
【０００６】
筒状の光発電モジュールがフィルム状とはなっていないもの（特許文献２〜８）では、そもそも上記の課題がないか、あるいは課題が小さい。
【０００７】
筒状の光発電モジュールがフィルム状となっていて、さらにその外周部に透明な円筒型容器を配置したもの（特許文献１）では、その透明な円筒型容器をフィルム筒状の光発電モジュールに密着させて形成しており、透明な円筒型容器からの熱伝導が大きいために、光発電モジュールが昇温し、発電効率の低下が起こりやすく、上記の課題を解決するものとはなっていない。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みて創作したものであり、軽量化および光入射方向の制約緩和のためにフィルム筒状の光発電モジュールを用いることを前提とした低コスト、高耐久性の光発電モジュールを提供するもので、昇温による発電効率低下と外気や水分、また紫外線（ＵＶ）などによる劣化を抑制できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明は次の手段を講じる。
【００１０】
本発明による光発電デバイスは、その構成要素として、フィルム筒状の光発電モジュールと、このフィルム筒状の光発電モジュールをその外部から覆う透明外管と、透明外管の内周面とフィルム筒状の光発電モジュールの外周面との間に確保したスペースと、このスペースを確保する状態で透明外管にフィルム筒状の光発電モジュールを支持させるモジュールサポートと、フィルム筒状の光発電モジュールによる発電電力を透明外管の外部へ取り出すリード線とを備えたものとして構成されている。
【００１１】
前記のフィルム筒状の光発電モジュールは、フィルム状の基板に複数の光発電素子が集積化されたものを筒状に構成したものである。その光発電素子は、いわゆる太陽電池のように、光を吸収し、吸収した光のエネルギーを光電変換により電気エネルギーに変換して発電を行うものであり、特にその種類・形態を問うものではない。光については、可視光に限定するものではなく、広く任意の波長の電磁波を意味するものとする。利用する光については、太陽光を原則とするが、太陽光のみに限定するのではなく、広く任意の光源からの光でよい。例えば、蛍光灯、白熱電球、ＬＥＤランプその他の照明装置からの光でもよい。光発電素子としては、いわゆる薄膜太陽電池、特にはフレキシブル太陽電池が好ましい。フレキシブル太陽電池の例としては、ＣＩＧＳ（銅‐インジウム‐ガリウム‐セレン）太陽電池、色素増感太陽電池（ＤＳＣ）が好ましい。特に、フレキシブル太陽電池をロール・ツー・ロール方式で作製する場合は、フィルム状の光発電モジュールを長尺な連続シートに作成でき、そのシートを一定長さにカットした上で筒状に成形することが可能であるから、生産性向上の観点で好ましいといえる。
【００１２】
なお、太陽電池については「電池」という言葉が使われてはいるが、ここでは、「電荷を蓄積する機能を有するもの」として扱うのではなく、一般的な解釈のとおり「発電する機能を有するもの」として扱うこととする。
【００１３】
フィルム筒状の光発電モジュールの「筒状」については、ある軸の周りにおいて実質的に全周（完全に全周またはほぼ完全に全周）にわたって連続的に展開され、断面形状が任意の二次元の規則的または不規則的な閉鎖形状となっている形態を言う（実質的に全周という点で特許文献１とは相違し、筒状という点で特許文献２〜８とは相違する）。その閉鎖の断面形状（内周面または外周面）は任意である。「筒状」とは、ある軸を中心として、その周囲に内周面と外周面とを有する状態で展開される立体である。中心から外周面までの距離に対する中心から内周面までの距離との比は、１よりは小さくかつ１に近い値をもつ。「フィルム筒状」とは、その比が充分に１に近い状態を言い、内周面から外周面へかけての厚み寸法が充分に小さいものを言う（この点において特許文献２〜８とは相違する）。ただし、フィルム状というときは、通常はフレキシブル性（可撓性）をもつものをいうが、必ずしもフレキシブル性をもつとは限らない。ある程度の弾力性、剛性をもつものであってもよい。シート状でフレキシブル性をもつものであっても筒状に形成すれば、弾力性や剛性が生じる場合があるからである。ロール・ツー・ロール方式で製作した長尺なシート状の光発電モジュールを一定寸法にカットした上で筒状に成形するのが生産性向上の観点から好ましい。さらに、製造方法に工夫をすれば、シート状に作られたフィルムを筒状に形成するのではなく、最初から筒状に製作された基板（筒状基板）の上に成膜して光発電素子を構成するのでもよい。
【００１４】
フィルム筒状の光発電モジュールの外周を透明外管で覆う理由は、透明外管のフィルム筒状の光発電モジュールに対する外部環境の影響を透明外管によって保護することにある。保護性能については、外気に含まれる水分、各種の活性分子（酸素分子、水分子）、イオン、汚染物質などとの化学的・物理的反応（結合）の抑制や、防水性の確保が図られる。
【００１５】
また、透明外管で覆うことは、フィルム筒状の光発電モジュールにおける紫外線対策としても有効である。紫外線が直接に当たるのは透明外管であって、この透明外管によって紫外線の強力なエネルギーが吸収され、フィルム筒状の光発電モジュールに与える影響が緩和されるから、紫外線が直接にフィルム筒状の光発電モジュールに当たる場合に比べると、フィルム筒状の光発電モジュールの光劣化が抑制され、これも発電効率低下の抑制に効果がある。
【００１６】
透明外管については、通常はガラス管で構成するが、ガラス管のみに限定するものではなく、透明性があり耐熱性、耐紫外線性および強度に優れたものであればプラスチック（エンジニアリングプラスチック）であってもよい。
【００１７】
透明外管の形状については、その内部にフィルム筒状の光発電モジュールを収納できるものであればどのような形状でも構わない。
【００１８】
フィルム筒状の光発電モジュールの外周を透明外管で覆うことに関し、本発明にあっては、単に透明外管でフィルム筒状の光発電モジュールを外部環境から保護するだけにとどまらず、透明外管からフィルム筒状の光発電モジュールへの熱伝導の防止のために、透明外管の内周面と光発電モジュールの外周面との間に適当なスペースを確保するものとする。この点が本発明のポイントの１つである。従来技術の場合には密着させており、スペースを確保するものではない。あるいは、スペースを考えていても、光発電モジュールはフィルム状でも筒状でもない。スペースは一般的には筒状（環状）を呈することになる。
【００１９】
フィルム筒状の光発電モジュールを透明外管内に、透明外管との間に熱伝導防止のためのスペースを確保する状態で収納しておくには、透明外管にフィルム筒状の光発電モジュールを支持させるためのモジュールサポートが必要になる。この点も本発明のポイントである。従来技術で透明外管と光発電モジュールとの間にスペースを確保したものが想定されても、光発電モジュールの形態が筒状かつフィルム状ではないものであり、前提が異なっている。
【００２０】
このモジュールサポートは、光を直接受けるために高温となりがちな透明外管からフィルム筒状の光発電モジュールへの熱伝導ができるだけ抑制されるように、透明外管との接触面積およびフィルム筒状の光発電モジュールとの接触面積ができるだけ小さいほうが好ましい。モジュールサポートをフィルム筒状の光発電モジュールの外周と透明外管の内周との間に配置する場合には、透明外管の仮想の管軸方向の複数箇所に配置することが、支持の安定性から好ましいと言える。ただし、１箇所で支持できるのであれば、モジュールサポートの配置はもちろん１箇所でもよい。モジュールサポートを透明外管とフィルム筒状の光発電モジュールとの間のスペースに配置する場合には、周方向で複数箇所に分かれた状態の小さな小片状のサポート部材の組み合わせとするのが、熱伝導抑制の観点から望ましいと言える。言うまでもないことであるが、このモジュールサポートは熱伝導率の低い断熱材で構成されていることが好ましい。熱伝導率が非常に低いモジュールサポートの場合は、周方向で連続した形態のものであっても構わない。
【００２１】
モジュールサポートの配置箇所は、透明外管とフィルム筒状の光発電モジュールとの間のスペースとは限らない。透明外管の仮想の管軸方向の両端部においてモジュールサポートを配置してもよい。
【００２２】
本発明にあっては、上記のように、光発電モジュールとしてフィルム筒状のものを用いることから軽量性確保・光入射方向の制約緩和のメリットを享受しつつ、フィルム筒状の光発電モジュールの外周を透明外管で覆ってあること、フィルム筒状の光発電モジュールの外周面と透明外管の内周面との間にスペースを確保していること、および、スペースを確保するためのモジュールサポートを設けていることが相まって、外気に含まれる水分、各種の活性分子（酸素分子、水分子）、イオン、汚染物質など外部環境からフィルム筒状の光発電モジュールを保護し（透明外管での被覆による）、かつ透明外管からフィルム筒状の光発電モジュールへの熱伝導を確実に抑制する（スペースとモジュールサポートの協働による）ことを通じて、トータルとして、発電効率の著しい向上を達成することができる。
【００２３】
透明外管の形状はフィルム筒状の光発電モジュールに似ているのが好ましいと言えるが、必ずしも似ていなくてもよく、あるいはまったく似ていなくても構わない。要は、フィルム筒状の光発電モジュールの外周を透明外管で覆うことにより、フィルム筒状の光発電モジュールを外気などの外部環境から保護するのであれば、原則どのような形態でもよい。透明外管は、光をできるだけ多く取り込めるように、その透明度ができるだけ高いものが好ましいと言える。ただし、必ずしも無色透明である必要はなく、例えば琥珀色など有色透明であっても構わない。
【００２４】
フィルム筒状の光発電モジュールは、透明外管で覆われて保護されている一方、この光発電モジュールで発電した電力を透明外管の外部に取り出す必要がある。そこで、フィルム筒状の光発電モジュールの発電層を両側から挟み込む表面電極（上部電極）と裏面電極（下部電極）とから引き出されたリード線を透明外管に対してその内側から外側へと通線してある。リード線にはアノード側のリード線とカソード側のリード線とがあるが、これら２つのリード線の通線箇所は、透明外管の管軸方向の両側部分でもよいし、あるいはいずれか一側にまとめてもよい。
【００２５】
以上をまとめると、本発明による光発電デバイスの構成は、フィルム状で筒状の基板に複数の光発電素子が集積化されたフィルム筒状の光発電モジュールと、このフィルム筒状の光発電モジュールをその外部から覆う透明外管と、この透明外管の内周面と前記フィルム筒状の光発電モジュールの外周面との間に確保したスペースと、前記スペースを確保する状態で前記透明外管に前記フィルム筒状の光発電モジュールを支持させるモジュールサポートと、前記フィルム筒状の光発電モジュールによる発電電力を前記透明外管の外部へ取り出すリード線とを備えているということになる。
【００２６】
本発明の上記構成による作用は次のとおりである。部品点数が少ないことや安価な製造コストで作製したフィルム筒状光発電モジュールが招来する不利益点（昇温による発電効率低下や低耐久性）を補償すべく、本発明では、フィルム筒状の光発電モジュールを透明外管で覆い、かつ透明外管との間にスペースをおくようにモジュールサポートでフィルム筒状の光発電モジュールを支持させている。
【００２７】
フィルム筒状の光発電モジュールを透明外管で覆っているので、入射光が直接当たる部材をフィルム筒状の光発電モジュールに代えて透明外管とすることができる。透明外管が直接の入射光で温度上昇しても、透明外管そのものは発電機能部材ではないので発電効率の低下にはつながらない。透明外管とフィルム筒状の光発電モジュールとはスペースで隔てられており、透明外管にフィルム筒状の光発電モジュールを支持させるモジュールサポートは局部的であるから、透明外管が直接の入射光のために温度上昇しても、透明外管からフィルム筒状の光発電モジュールへの熱伝導は充分に抑制されたものとなる。フィルム筒状の光発電モジュールへの熱伝導が小さいフィルム筒状の光発電モジュールの温度上昇は抑制されるから、発電効率の低下を抑えることができる。また、紫外線が直接に当たるのは透明外管であってフィルム筒状の光発電モジュールではないから、紫外線が直接にフィルム筒状の光発電モジュールに当たる場合に比べると、フィルム筒状の光発電モジュールの光劣化が抑制され、これも発電効率低下の抑制に効果がある。
【００２８】
上記の構成をより具体的レベルで考察すると、好ましい態様として、次のような構成を挙げることができる。
【００２９】
前記の透明外管は、その内部空間が真空状態にされて、外気に対し密封してあること、あるいは、その内部空間が高度な減圧状態にされて外気に対し密封してあることが好ましい。後者の場合には、さらに、透明外管の内部に窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが封入されていることが好ましい。真空状態あるいは高度な減圧状態では透明外管からフィルム筒状の光発電モジュールへの熱伝導が充分に抑えられる。不活性ガスを封入しておけば、フィルム筒状の光発電モジュールの化学的劣化が抑制され、長寿命が期待される。
【００３０】
透明外管については、ガラス管以外のものとして、機械部品や構造材料などの工業用途で用いられるエンジニアリングプラスチック（エンプラ）で構成してもよい。透明なエンジニアリングプラスチックとしては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳＵ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）などがある。
【００３１】
あるいは、透明外管については、新しい形態の柔軟透明フィルムであって、スメクタイト、バーミキュライト、膨潤性マイカなどを含有する粘土に対して、その層間に存在する陽イオンをリチウムイオンと交換した透明性と耐熱性があるリチウム交換粘土膜で構成してもよい。
【００３２】
前記のフィルム筒状の光発電モジュールの形状としては、円筒状以外に、楕円形、正多角形（正十六角形、正十二角形、正八角形、正六角形、正四角形など）、正三角形、菱形、平行四辺形、角丸四角形、半円形、半楕円形、半正多角形、半角丸四角形、あるいは不等辺の多角形・三角形などがある。
【００３３】
また、前記のフィルム筒状の光発電モジュールと透明外管との相対的位置関係については、同軸状に配置されているのが好ましいが、それのみに限定する必要はなく、非同軸状に配置しても構わない。
【００３４】
前記の光発電素子の発電方式については、ＣＩＧＳ（銅‐インジウム‐ガリウム‐セレン）型、色素増感型以外で、アモルファス型、微結晶シリコン型、ＣＩＳ（銅‐インジウム‐セレン）型、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）型、ＨＩＴ（Heterojunction with Intrinsic thin layer）型（両面入射型を含む）、有機薄膜型、量子ドット型、化合物薄膜型、球状型、タンデム型などがある。
【００３５】
また、前記のモジュールサポートとしては断熱性のものが好ましい。
【００３６】
前記のリード線を透明外管に支持する構造としては、透明外管に一体的にステムを形成し、そのステムにリード線を保持させる構造が好ましい。この場合に、透明外管とステムとは同一のガラス材とし、両者をともに溶融し一体化すればよい。
【００３７】
フィルム筒状の光発電モジュールが存在する透明外管の内部空間において、残留する、あるいは発生してくる活性分子（酸素分子、水分子）、イオンなどの不純物粒子を吸収し捕捉するためのゲッタを内在させているのが好ましい。ゲッタの活性化により、透明外管の真空排気後に残留したり、使用中に発生してくるＨ2Ｏ、Ｏ2 、Ｈ2 、Ｎ2 、ＣＯ等のガスを吸着、除去するため、これらの不純物粒子との反応によって光発電モジュールが劣化するのを抑制し、その寿命の長期化が期待できる。ゲッタの種類は蒸発型、非常蒸発型を問わない。ゲッタの材料としては、ジルコニウムやチタン等を主成分とする合金がある。具体的には、Ｚｒ−Ａｌ合金、Ｚｒ−Ｆｅ合金、Ｚｒ−Ｎｉ合金、Ｚｒ−Ｎｂ−Ｆｅ合金、Ｚｒ−Ｔｉ−Ｆｅ合金、Ｚｒ−Ｖ−Ｆｅ合金などがある。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、光発電モジュールをフィルム筒状として軽量性確保・光入射方向の制約緩和を享受しつつ、モジュールサポートを伴うスペースを介してフィルム筒状の光発電モジュールの外周を透明外管で覆ってあるので、水分、活性分子（酸素分子、水分子）、イオン、汚染物質など外部環境からフィルム筒状の光発電モジュールを保護し、かつ透明外管からフィルム筒状の光発電モジュールへの熱伝導を確実に抑制することを通じて、トータルとして発電効率の著しい向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態における光発電デバイスの構成を示す概略の正面断面図
【図２】本発明の実施の形態におけるフィルム状の基板の展開図（その１）
【図３】本発明の実施の形態における筒状の光発電モジュールの斜視図（その１）
【図４】本発明の実施の形態におけるフィルム状の基板の展開図（その２）
【図５】本発明の実施の形態におけるフィルム状の基板の展開図（その３）
【図６】本発明の実施の形態における筒状の光発電モジュールの斜視図（その２）
【図７】本発明の実施の形態におけるフィルム状の基板の展開図（その４）
【図８】本発明の実施の形態における光発電デバイスの側面断面図
【図９】本発明の実施の形態における光発電ユニットの構成を示す概略の正面断面図
【図１０】本発明の実施の形態における光発電パネルの構成を示す概略の上面図
【図１１】本発明の実施の形態における光発電パネルの構成を示す概略の側面断面図
【図１２】本発明の実施の形態における蛍光灯の構成を示す概略の底面図
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明にかかわる光発電デバイスの実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００４１】
図１は本発明の実施の形態における光発電デバイスＡの構成を示す概略の断面図である。図１において、１はフィルム筒状の光発電モジュール、２はフィルム筒状の光発電モジュール１をその外部から覆う透明外管（ガラス管）、３は透明外管２の内周面とフィルム筒状の光発電モジュール１の外周面との間に確保したスペース、４はスペース３を確保する状態で透明外管２にフィルム筒状の光発電モジュール１を支持させるモジュールサポート、５はフィルム筒状の光発電モジュール１による発電電力を透明外管２の外部へ取り出すリード線である。また、２ａはリード線５を透明外管２に支持させるために透明外管２と一体的に形成されたステム、６は微量ガス吸着性をもつゲッタである。なお、平行な鎖線は、全体が長くて紙面に表現できないため途中部分を省略していることを意味している（図３、図６、図９においても同様）。透明外管２の寸法関係については、直径は５ｍｍ〜１０ｃｍ程度、長さは１０ｃｍ〜２０ｍ程度である。
【００４２】
フィルム筒状の光発電モジュール１の発電態様は上記のようにＣＩＧＳ（銅‐インジウム‐ガリウム‐セレン）型や色素増感型など任意であり、それぞれの態様に応じた集積構造、配線構造をもつが、概して、図２に示すフィルム状の基板１ａに複数の光発電素子１ｂが集積化したものを図３のように筒状に成形したものである。なお、図２において破線は、繰り返しのパターンの一部を省略していることを意味している（図４、図５、図７、図１１においても同様）。
【００４３】
フィルム状の基板１ａに複数の光発電素子１ｂが集積化したものは、ロール・ツー・ロール方式によって非常に長尺なものが作製され、それを一定寸法ごとの単位に切り分けたものが図２に示す平板なフィルム状のものとなる。さらに、円筒状に成形したのが図３に示すフィルム筒状の光発電モジュール１である。光発電素子１ｂの複数個が軸方向に整列され互いに並列接続されたものを光発電素子列１Ｂとすると、この光発電素子列１Ｂが周方向に並列配置され、周方向で隣接する光発電素子列１Ｂ，１Ｂどうしが直列接続線１ｃを介して互いに接続されている。そして、これらの光発電素子１ｂの直並列接続回路における高電位側接続線１ｄの軸方向一側でフィルム状の基板１ａの端縁にリード端子１ｅが形成され、同じく光発電素子１ｂの直並列接続回路における低電位側接続線１ｆの軸方向他側でフィルム状の基板１ａの端縁にリード端子１ｇが形成され、各リード端子１ｅ，１ｇにリード線５，５が接続される。なお、図３では個々の光発電素子１ｂについては図示を省略している。フィルム状の光発電モジュールを円筒状に固定化する手段は任意であり、端縁突き合わせ接合、端縁辺重ね合わせ接合、突起・孔嵌合構造のほか、別途用意した円筒基体の外周面への貼り付けなどでもよい。
【００４４】
図４に示すように、高電位側のリード端子１ｅをフィルム状の基板１ａにおいて低電位側のリード端子１ｇの存在側と同じ側に配置してもよい。この場合に、高電位側のリード線５は低電位側のリード線５と同じステム２ａから外部へ引き出されることになる。
【００４５】
光発電素子列１Ｂについては、図２、図４のタイプに代えて図５のように構成してもよい。図５では、光発電素子列１Ｂにおいて、隣接する光発電素子１ｂ，１ｂどうしは正極が負極と接続された直列接続構造となっている。そして、周方向で隣接する光発電素子列１Ｂ，１Ｂどうしは図６に示すようなＣ形リング状のリード端子１ｈ，１ｋによって並列接続されている。リード線５，５はＣ形リング状のリード端子１ｈ，１ｋの端部における突起部に接続されている。
【００４６】
図５では低電位側のリード端子１ｈと高電位側のリード端子１ｋとはフィルム状の基板１ａの両側に配置されているが、これに代えて図７に示すように、フィルム状の基板１ａの一側に低電位側のリード端子１ｈと高電位側のリード端子１ｎをまとめて配置してもよい。この場合は、両側を結ぶライン１ｍとリード端子１ｎを追加している。
【００４７】
図１に戻って説明を続けると、フィルム筒状の光発電モジュール１を透明外管２に対して内装するのに、光発電モジュール１の外周面と透明外管２の内周面との間にスペース３が確保されるようにして内装している。ここでは、軸方向の複数箇所において、光発電モジュール１の外周面と透明外管２の内周面との間にモジュールサポート４を介在させることでスペース３を確保するようにしている。この場合に、図８に示すように、周方向で複数に分かれた状態の小片状の断熱性に優れたサポート部材４ａの組み合わせとするのが好ましい。図８では、サポート部材４ａの個数は４つとなっているが、３つや５つその他でも構わない。また、図１では、モジュールサポート４の個数は軸方向両端にある２個となっているが、フィルム筒状の光発電モジュール１の長さに応じて、その個数は調整されるものとする。
【００４８】
モジュールサポート４は、透明外管２に対してフィルム筒状の光発電モジュール１を同軸状に支持し、両者間に円環筒状のスペース３を確保する。そして、スペース３を真空引きして高度な減圧状態にする。
【００４９】
フィルム筒状の光発電モジュール１の外周を透明外管２で覆ってあるので、フィルム筒状の光発電モジュール１が水分、活性分子（酸素分子、水分子）、イオン、汚染物質など外部環境に直接に晒されることがなく、フィルム筒状の光発電モジュール１を外部環境から保護できるので、発電効率を高く維持することができる。
【００５０】
また、透明外管２は光を直接受けるために高温となりがちであるが、高度減圧状態のスペース３が存在することと、スペース３内に存在するモジュールサポート４が断熱性で周方向で複数に分かれた小片状のサポート部材４ａの組み合わせであることとから、透明外管２からフィルム筒状の光発電モジュール１への熱伝導が抑制される。光発電モジュール１がフィルム筒状でごく薄く、昇温しやすいものであるとしても、透明外管２からの熱伝導を抑制するので、その昇温を抑え、高い発電効率の確保を実現する。
【００５１】
モジュールサポート４によってスペース３を確保する状態で透明外管２に対してフィルム筒状の光発電モジュール１を内装し、次いで、透明外管２の所定の箇所にゲッタ６を配置し、接着等により固定する。このゲッタ６は、透明外管２の内部空間においてフィルム筒状の光発電モジュール１から使用中に析出してくる活性分子（酸素分子、水分子）、イオンなどの不純物粒子を吸収し捕捉するものである。次いで、透明外管２の管軸方向両端部からリード線５，５を外部へ引き出した状態で、透明外管２を構成するガラス管の一部溶融によりステム２ａ，２ａを透明外管２に一体的に形成し、このステム２ａ，２ａをもってリード線５，５を保持させる。
【００５２】
上記のように構成された本実施の形態の光発電デバイスＡには次のような利点がある。すなわち、フィルム筒状の光発電モジュール１を透明外管２で覆って外気などの外部環境から保護し、さらに、紫外線が直接にフィルム筒状の光発電モジュール１に当たって光劣化するのを透明外管２が抑制するので、長期間にわたって本来の発電効率を持続する。また、透明外管２が直接の入射光のために温度上昇しても、スペース３と断熱性のモジュールサポート４の存在により、透明外管２からフィルム筒状の光発電モジュール１への熱伝導は充分に抑制され、これも発電効率低下を抑制する。
【００５３】
上記において、透明外管２をガラス製とするときは、その構成素材として、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウ珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、ガラスセラミック、珪酸塩／溶融シリカガラス、ゲルマニウム／半導体ガラス、フッ化物ガラス、フリントガラス、ダイクロイックガラス、カルコゲニド／硫化物ガラス、セリーテドガラスなどをあげることができる。透明外管２をガラス管とする場合に、炭酸ナトリウムを添加すればＵＶ保護性（紫外線安定性）を増すことが可能となる。
【００５４】
あるいは、透明外管２の構成素材としては、ウレタンポリマー、アクリルポリマー、フルオロポリマー、シリコーン、シリコーンゲル、エポキシ、ポリアミド、ポリオレフィンなどでもよい。
【００５５】
あるいは、透明外管２の構成素材としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、架橋ポリエチレン（ＰＥＸ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）、ペルフルオロアルコキシフルオロカーボン（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ナイロンなどでもよい。
【００５６】
図９は光発電デバイスＡを取り扱いやすくするために、光発電デバイスＡの両端部にソケット７，７を被着した光発電ユニットＢである。この光発電ユニットＢにおいては、ステム２ａから延出されたリード線５がソケット７に通線され、さらにソケット７の外端部に形成した電極８に接続されている。電極８を有するソケット７を光発電デバイスＡの両端に取り付けて光発電ユニットＢを構成したことにより、光発電デバイスＡをフレームに取り付けるなどの取り扱いが容易になる。
【００５７】
さらに、図１０、図１１は複数の光発電ユニットＢ…を光発電パネルＣとして組み立てた状態を示す。複数の光発電ユニットＢ…を矩形のフレーム９に連結固定して光発電パネルＣを構成する。横方向に沿って平行に対向する横フレーム９ａ，９ａと縦方向に沿って平行に対向する縦フレーム９ｂ，９ｂとを結合して矩形のフレーム９が形成され、その矩形のフレーム９の縦フレーム９ｂ，９ｂ間にわたって複数の光発電ユニットＢ…が互いに適当間隔を隔てる状態で架け渡されている。各光発電ユニットＢのソケット７，７は縦フレーム９ｂ，９ｂに固定されている。各ソケット７，７における電極８，８は縦フレーム９ｂ，９ｂに取り付けた細長い電極板１０，１０に電気的に接続されている。図１１に示すように、矩形のフレーム９の底面には、光発電ユニットＢ…の最低部から下方に離間する状態で反射板１１が架設されている。反射板１１は矩形のフレーム９の全面にわたる広さをもっている。
【００５８】
図１１において、平行光線をなす太陽光は、各光発電ユニットＢの外周である透明外管２の上面部に入射し、また、隣接する光発電ユニットＢ，Ｂ間の隙間から反射板１１に入射した上で反射して透明外管２の下面部に入射する。透明外管２においてその表面上に対する入射範囲は透明外管２の半周領域となっている。すなわち、各光発電ユニットＢは、あらゆる方向からの入射光を発電に用いることができる。
【００５９】
時間の経過に伴って太陽が移動し、光発電パネルＣに対する入射角が変化しても、透明外管２の表面上に対する入射範囲（透明外管２の半周領域）は変わらない。反射板１１で反射して透明外管２の下面部に入射する光の量は入射角に応じて変化するが、反射板１１の反射面に散乱性を持たせれば、入射光量の変化は抑制される。透明外管２に入射した光は屈折してフィルム筒状の光発電モジュール１に達し、発電に供される。いずれにしても、光発電パネルＣに対して入射してくる光のエネルギーを太陽移動に伴う入射角の変化に関係なく、ほぼ一定に保つことができる。
【００６０】
なお、反射板１１の複数箇所に通孔を形成しておけば、雨水の排出に役立つとともに、反射板１１にかかる風圧を緩和することにも役立つ。
【００６１】
図１２は蛍光灯照明装置Ｄへの展開を示す。図１２は底面図（下面図）である。蛍光灯本体１２に装着された蛍光灯管１３，１３の中間位置において、蛍光灯本体１２に光発電ユニットＢを装着したものである。蛍光灯管１３，１３からの光が光発電ユニットＢに入射し、その入射光によって光発電ユニットＢは発電を行う。蛍光灯照明装置に代えて、ＬＥＤ照明装置に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、太陽電池などの光発電デバイスにおいて、光発電モジュールをフィルム筒状として軽量性確保・光入射方向の制約緩和を享受しつつ低コスト化を実現し、水分、活性分子（酸素分子、水分子）、イオン、汚染物質など外部環境からの保護と、温度上昇による発電効率低下の抑制を図る技術として有用である。
【符号の説明】
【００６３】
Ａ  光発電デバイス
１  フィルム筒状の光発電モジュール
１ａ  フィルム状の基板
１ｂ  光発電素子
２  透明外管
２ａ  ステム
３  スペース
４  モジュールサポート
５  リード線
６  ゲッタ
７  ソケット
【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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