(57)【要約】【課題】光電効果によるエミッタからの電子の放出を活発に行わせながら、その電子を効率よくエミッタに捕獲させて、発電効率を高めることができる光電変換装置を提供する。【解決手段】コレクタ１１は透明導電部材により構成され、コレクタ１１の出射面１１ｂと間隔を存して対面する電極面１３ａを有する導電性の電極部材１３を備える。この電極部材１３とコレクタ１１との間にエミッタ９が配置され、コレクタ１１の出射面１１ｂの複数の局所がエミッタ９の複数の貫通穴９ｃを介して電極部材１３の電極面１３ａ側に露出する。コレクタ１１と電極部材１３との間に電圧を印加した状態で、コレクタ１１を介してエミッタ９に光を照射することによって、エミッタ９を加熱しつつエミッタ９の入射面９ａでの光電効果を発生させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の入射面を有し、該入射面での光電効果によって電子を放出可能なエミッタと、該エミッタの入射面から放出された電子を捕獲するコレクタとを備え、該エミッタとコレクタとの間に発生する起電力を出力する光電変換装置であって、
前記コレクタが、光の入射面と出射面とを有する透明導電部材により構成されると共に、該コレクタの出射面と間隔を存して該出射面に対面する電極面を有する導電性の電極部材が該コレクタと絶縁した状態で設けられ、
前記エミッタは、前記コレクタの出射面と電極部材の電極面との間に、該コレクタおよび電極部材と絶縁した状態で、且つ該エミッタの入射面を前記コレクタの出射面と間隔を存して該出射面に対面させた状態で配置されると共に、前記コレクタの出射面の複数の局所を、該コレクタの出射面と電極部材の電極面との間隔方向で該電極面側に露出させるように形成され、
前記コレクタと電極部材との間に、該コレクタが電極部材に対して正電位となる電圧を印加した状態で、該コレクタの入射面側から該コレクタを介して前記エミッタの入射面に光を照射することによって、該エミッタを加熱しつつ、該エミッタの入射面での光電効果を発生させるようにしたことを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
請求項１記載の光電変換装置において、前記エミッタには、前記コレクタの出射面と電極部材の電極面との間隔方向に貫通する複数の貫通穴が穿設されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の光電変換装置において、前記エミッタは、前記電極部材の電極面との間に介装された絶縁部材であるエミッタ・電極間部材を介して該電極部材に固着されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電変換装置において、前記エミッタ、コレクタ、および電極部材のうちの少なくともエミッタおよびコレクタを内部に収容する真空容器を備え、該真空容器は、少なくとも前記コレクタの入射面に対向する部分が透明に構成されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電変換装置において、環状に形成された絶縁部材である環状部材を備えると共に、該環状部材の軸方向の両端面にそれぞれ前記コレクタの出射面と前記エミッタの入射面とが接合され、該環状部材の内側に、該環状部材の内周面とエミッタの入射面とコレクタの出射面とにより画成された真空の密封空間が形成されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項６】
請求項５記載の光電変換装置において、前記密封空間の内部に局所的に配置された絶縁部材であるエミッタ・コレクタ間補助部材を備え、前記環状部材の軸方向における該エミッタ・コレクタ間補助部材の両端面がそれぞれ前記コレクタの出射面とエミッタの入射面とに接合されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電変換装置において、太陽光を集光して、前記コネクタの入射面に入射する集光手段を備えたことを特徴とする光電変換装置。
【請求項８】
請求項７記載の光電変換装置において、前記集光手段はフレネルレンズにより構成されていることを特徴とする光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光などの光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置としては、例えば特許文献１〜４に見られる技術が知られている。
【０００３】
特許文献１、２には、熱電子を利用する光電変換装置が開示されている。これらの装置では、集光した太陽光によって真空容器内のエミッタを高温に加熱することで、該エミッタから熱電子を放出させると共に、その熱電子をコレクタで捕獲することによって、該エミッタとコレクタとの間に起電力を発生させるようにしている。
【０００４】
特許文献３には、光電効果を利用する光電変換装置が開示されている。この装置では、光電効果を生じる複数の電極を、互いにほぼ平行になるように真空容器内に配列している。そして、互いに隣り合う電極と電極との間の隙間から、一方の電極の表面に太陽光を入射することによって、その一方の電極（エミッタ）の表面から光電効果によって電子を放出させ、その放出電子を他方の電極（コレクタ）で捕獲し、それらの電極間に起電力を発生させるようにしている。
【０００５】
特許文献４には、熱電子と光電効果とを利用する光電変換装置が開示されている。この装置では、低圧セシウム封入型熱電子発電管内に、メッシュ状のコレクタとエミッタとを配置し、集光した太陽光などの強い光をメッシュ状のコレクタを通してエミッタに照射して、該エミッタを加熱しながら、該エミッタから熱電子や光電効果による電子を放出させ、それをメッシュ状のコレクタで捕獲することで、エミッタとコレクタとの間に起電力を発生させるようにしている。この場合、コレクタとエミッタとの間に存在するセシウム原子（アルカリ金属原子）を短波長域の光で励起・電離させることによって、エミッタとコレクタとの間の負電荷を中和し、エミッタからコレクタに流れる電子を増やすようにしている。
【特許文献１】特許第３４４９６２３号公報
【特許文献２】特開２００５−３５４７５２号公報
【特許文献３】特公昭６１−４８３４９号公報
【特許文献４】特開２００２−７８３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１、２、４に見られるように、集光した太陽光などによってエミッタを加熱して、該エミッタから熱電子を放出させる光電変換装置では、一般に、該エミッタからの熱電子の放出量を多くするために、該エミッタを極めて高温に加熱する必要がある。そのため、エミッタやその周辺の部材に高い耐熱性が要求され、それらが高価なものとなりやすいと共に、集光装置も大型で高価なものとなりやすい。また、エミッタなどの熱膨張や熱変形を生じやすいことから、エミッタとコレクタとの短絡を防止するために、該エミッタとコレクタとの間隔を十分に小さくすることが困難である。そのため、エミッタから放出される熱電子を効率よくコレクタに捕獲させることが難しい。そして、熱電子をコレクタに効率よく捕獲させるためには、特許文献１に見られるように外部電界もしくは外部磁界を発生させる装置を備えて、エミッタから放出される熱電子を強制的にコレクタに向かわせたり、あるいは、特許文献４に見られるようにエミッタおよびコレクタを収容する容器内にセシウムなどのアルカリ金属原子を封入する必要がある。この結果、光電変換装置の全体が大型化したり、高価なものとなるという不都合がある。
【０００７】
一方、特許文献３に見られるように光電効果を利用するものでは、エミッタの温度が、熱電子放出の場合ほど、高温でなくても光電効果による電子放出を発生させることができる。しかるに、特許文献３のもののように、エミッタとコレクタとの間の隙間から太陽光をエミッタの表面（コレクタ側の面）に照射するものでは、エミッタとコレクタとの間の間隔が小さ過ぎると、エミッタの表面の全体に十分な量の光を照射することができない。このため、エミッタとコレクタとの間隔を十分に小さくすることができず、ひいては、エミッタの表面から光電効果によって放出される電子を効率よくコレクタに捕獲させることが困難となる。
【０００８】
他方、特許文献４に見られるように、メッシュ状に形成したコレクタを使用し、該コレクタを介してエミッタに光を照射するようにした場合には、コレクタとエミッタとの間隔によらずに、エミッタに十分な量の光を照射することは可能である。しかるに、この場合、コレクタがメッシュ状であるために、エミッタから放出される電子のうち、コレクタに捕獲されずに該コレクタを通過してしまう電子も多くなる。このため、特許文献４に見られるようにコレクタをメッシュ状に形成した場合には、コレクタとエミッタとの間隔を十分に小さくしても、光電効果によりエミッタから放出される電子を効率よくコレクタで捕獲することは困難である。また、エミッタからの放出電子がコレクタに捕獲されやすくするために、コレクタの貫通穴の面積を小さくしたり、貫通穴の個数を少なくすると、エミッタに十分な量の光を照射することが困難となる。その結果、光電効果による放出電子を主体として十分な起電力をエミッタとコレクタとの間に発生させることが難しく、特許文献４に見られる如く、エミッタから光電効果による電子だけでなく、熱電子をも積極的に放出させて、電子の総放出量を多くしたり、あるいは、アルカリ金属を容器内に封入することが必要となっていた。
【０００９】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、光電効果によるエミッタからの電子の放出を活発に行わせながら、その電子を効率よくエミッタに捕獲させて、発電効率を高めることができる光電変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光電変換装置は、かかる目的を達成するために、光の入射面を有し、該入射面での光電効果によって電子を放出可能なエミッタと、該エミッタの入射面から放出された電子を捕獲するコレクタとを備え、該エミッタとコレクタとの間に発生する起電力を出力する光電変換装置であって、前記コレクタが、光の入射面と出射面とを有する透明導電部材により構成されると共に、該コレクタの出射面と間隔を存して該出射面に対面する電極面を有する導電性の電極部材が該コレクタと絶縁した状態で設けられ、前記エミッタは、前記コレクタの出射面と電極部材の電極面との間に、該コレクタおよび電極部材と絶縁した状態で、且つ該エミッタの入射面を前記コレクタの出射面と間隔を存して該出射面に対面させた状態で配置されると共に、前記コレクタの出射面の複数の局所を、該コレクタの出射面と電極部材の電極面との間隔方向で該電極面側に露出させるように形成され、前記コレクタと電極部材との間に、該コレクタが電極部材に対して正電位となる電圧を印加した状態で、該コレクタの入射面側から該コレクタを介して前記エミッタの入射面に光を照射することによって、該エミッタを加熱しつつ、該エミッタの入射面での光電効果を発生させるようにしたことを特徴とする（第１発明）。
【００１１】
この第１発明によれば、前記コレクタを透明導電部材により構成しているので、前記エミッタの入射面に、コレクタの入射面側から該コレクタを介して十分な量の光を照射することができる。このため、その光によって、エミッタを加熱しながら、該エミッタの入射面で光電効果を発生させることができる。
【００１２】
ここで、本願発明者の各種実験・検討によれば、エミッタを適度な温度に加熱することによって、光電効果による電子放出が活発に行われるようになる。このように光電効果による電子放出が活発に行われるエミッタの温度は、該エミッタからの熱電子の放出が活発に行われるような高温である必要はなく、それよりも低い温度（２００〜７００°Ｃ程度の温度）で十分である。そして、そのような温度にエミッタを加熱することは、高価な集光手段や、ヒータを必要とすることなく、安価な光学系を使用したエミッタへの光の照射によって容易に実現できる。
【００１３】
さらに、第１発明では、前記エミッタの入射面への光の照射時に、前記コレクタと電極部材との間に該コレクタが電極部材に対して正電位となる電圧を印加される。この場合、前記エミッタは、前記コレクタの出射面の複数の局所を、該コレクタの出射面と電極部材の電極面との間隔方向で該電極面側に露出させるように形成されている。換言すれば、前記電極部材の電極面のうち、前記コレクタの出射面の複数の局所にそれぞれ対向する箇所（電極面のうちの局所的な箇所）と、当該コレクタの出射面の各局所との間にエミッタが介在しないように、該エミッタが形成されている。従って、当該コレクタの出射面の複数の局所と、該局所にそれぞれ対向する電極部材の電極面の箇所との間で電界が形成される。そして、この電界は、エミッタの入射面から放出される電子をコレクタの出射面に向かわせる向きの電界となる。
【００１４】
このため、エミッタの入射面から光電効果によって放出された電子の多くを円滑にコレクタの出射面に向かって移動させることができる。また、エミッタをさほど高温に加熱せずとも、光電効果による電子放出を活発に発生させることができることから、エミッタやコレクタ、真空容器などの熱膨張や熱変形が抑制され、エミッタとコレクタとの間の間隔を小さくすることができる。また、エミッタからの赤外光などの放射や熱伝導に伴うエネルギー損失を低減できる。ひいては、エミッタの入射面での光電効果を効率よく発生させながら、該光電効果によって放出される電子を効率よくコレクタで捕獲して、該エミッタとコレクタとの間に発生する起電力を高めることができる。
【００１５】
よって、第１発明の光電変換装置によれば、光電効果によるエミッタからの電子の放出を活発に行わせながら、その電子を効率よくエミッタに捕獲させて、発電効率を高めることができる。
【００１６】
かかる第１発明では、前記エミッタには、例えば前記コレクタの出射面と電極部材の電極面との間隔方向に貫通する複数の貫通穴が穿設される（第２発明）。この第２発明によれば、前記電極部材の電極面のうち、少なくとも、エミッタの貫通穴に対向する局所を該貫通穴を介して前記コレクタの出射面に向かって露出させることができる。
【００１７】
従って、電極部材の電極面の複数の局所を、コレクタの出射面に向かって露出させるための構造を容易に実現できる。
【００１８】
また、前記第１発明または第２発明では、前記エミッタは、前記電極部材の電極面との間に介装された絶縁部材であるエミッタ・電極間部材を介して該電極部材に固着されていることが好ましい（第３発明）。
【００１９】
この第３発明によれば、エミッタと電極部材とがエミッタ・電極間部材を介して一体化されることとなるので、エミッタや電極部材、エミッタ・電極間部材のそれぞれを薄いものとしつつ、それらの一体化したものの剛性を確保することが容易となる。また、エミッタや電極部材、エミッタ・電極間部材のそれぞれを薄いものとすることができることから、エミッタの入射面に入射する光によって、該エミッタを効率よく加熱することが可能となる。
【００２０】
また、前記第１〜第３発明では、前記エミッタ、コレクタ、および電極部材のうちの少なくともエミッタおよびコレクタを内部に収容する真空容器を備え、該真空容器は、少なくとも前記コレクタの入射面に対向する部分が透明に構成されていることが好ましい（第４発明）。
【００２１】
あるいは、前記第１〜第３発明では、環状に形成された絶縁部材である環状部材を備えると共に、該環状部材の軸方向の両端面にそれぞれ前記コレクタの出射面と前記エミッタの入射面とが接合され、該環状部材の内側に、該環状部材の内周面とエミッタの入射面とコレクタの出射面とにより画成された真空の密封空間が形成されていることが好ましい（第５発明）。
【００２２】
前記第４発明によれば、前記エミッタおよびコレクタが前記真空容器の内部に収容されるので、エミッタの入射面から放出される電子が、エミッタとコレクタとの間の原子や分子に衝突して、コレクタに到達するのが妨げられるのを防止することができる。ひいては、エミッタから放出されてコレクタに捕獲される電子をより多くすることができる。その結果、光電変換装置の発電効率をさらに高めることができる。なお、第４発明では、前記真空容器は、少なくとも前記コレクタの入射面に対向する部分が透明に構成されているので、その透明部分を介して支障なく、コレクタの入射面に光を入射させることができる。
【００２３】
また、前記第５発明によれば、前記環状部材の内周面とエミッタの入射面とコレクタの出射面とにより画成された真空の密封空間が形成されるので、該エミッタの入射面から該密封空間内に放出される電子が、エミッタとコレクタとの間の原子や分子に衝突して、コレクタに到達するのが妨げられるのを防止することができる。ひいては、エミッタから放出されてコレクタに捕獲される電子をより多くすることができる。その結果、光電変換装置の発電効率をさらに高めることができる。
【００２４】
上記第５発明では、前記密封空間の内部に局所的に配置された絶縁部材であるエミッタ・コレクタ間補助部材を備え、前記環状部材の軸方向における該エミッタ・コレクタ間補助部材の両端面がそれぞれ前記コレクタの出射面とエミッタの入射面とに接合されていることが好ましい（第６発明）。
【００２５】
この第６発明によれば、前記密封空間の内部と外部との圧力差によってエミッタやコレクタが撓むのを防止することができ、その撓みに起因してエミッタとコレクタとが導通（短絡）してしまうような事態を防止することができる。また、エミッタを薄くすることが可能となるため、エミッタの入射面に入射する光によって、該エミッタを効率よく加熱することが可能となる。
【００２６】
前記第１〜第６発明では、太陽光を集光して、前記コネクタの入射面に入射する集光手段を備えることが好ましい（第７発明）。
【００２７】
この第７発明によれば、太陽光の光エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換することができる。
【００２８】
そして、この第７発明では、前記集光手段はフレネルレンズにより構成されていることが好ましい（第８発明）。
【００２９】
このように、フレネルレンズによって集光手段を構成することによって、該集光手段を安価に構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図１〜図３を参照して説明する。図１は本実施形態の光電変換装置の全体構成を示す図、図２は該光電変換装置の起電力発生部の縦断面図、図３は図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【００３１】
図１に示すように、本実施形態の光電変換装置１は、太陽光を集光する集光手段としての光学レンズ３と、この光学レンズ３で集光された太陽光を照射する起電力発生部５とを備える。光学レンズ３は、本実施形態ではフレネルレンズであり、ガラスや、アクリル、ポリカーボネートなどの透明材料により構成されている。この場合、光学レンズ３がフレネルレンズであるので、その厚さを比較的薄いものとしつつ、太陽光を十分に集光することができる。このため、集光手段を低コストに構成することができる。
【００３２】
起電力発生部５は、図２および図３に示すように、内部がほぼ真空状態に密封された真空容器７と、この真空容器７の内部に収容されたエミッタ９、コレクタ１１、および電子加速用の電極部材１３とを備える。
【００３３】
真空容器７は、本実施形態では直方体形状（四角柱形状）の容器であり、その全体が透明な絶縁材料により構成されている。その構成材料は、本実施形態では、コバールガラスである。そして、真空容器７の真空度は例えば１００Ｐａ程度である。また、真空容器７の外形寸法は、例えば４０ｍｍ×４０ｍｍ×６ｍｍである。以降の説明では、この真空容器７の壁部のうち、該真空容器７の高さ方向（図２の上下方向）の上端側の壁部を天井部７ａ、下端側の壁部を底部７ｂ、これらの天井部７ａおよび底部７ｂの間で高さ方向に起立する壁部を側壁部７ｃという。
【００３４】
真空容器７は、図１に示す如く、該真空容器７の平坦な一つの透明部としての天井部７ａが光学レンズ３の軸心に垂直な姿勢で該光学レンズ３に対向するように配置されており、光学レンズ３で集光された太陽光が天井部７ａを介して真空容器７の内部に入射するようになっている。
【００３５】
補足すると、真空容器７は、その全体が透明である必要はなく、真空容器７の壁部のうちの一部、例えば天井部７ａだけが透明であってもよい。また、真空容器７の形状は直方体形状（四角柱形状）に限らず、例えば円柱形状、三角柱形状、六角柱形状などの形状であってもよい。
【００３６】
また、本実施形態では、光学レンズ３および真空容器７は、光学レンズ３（フレネルレンズ）の入射面３ａに垂直な方向（光学レンズ３の軸心方向）から太陽光が入射したときに、該太陽光が真空容器７の内部のエミッタ９の付近に集光するような位置関係で配置されている。そのため、光学レンズ３と真空容器７との位置関係を保ちながら、常時、光学レンズ３の軸心を太陽に向けるように該光学レンズ３および真空容器７を一体に動かす機構を備えるようにして、太陽光が、常時、光学レンズ３の軸心方向で光学レンズ３に入射するようにすることが好ましい。
【００３７】
前記エミッタ９は、太陽光の照射時に光電効果によって電子を放出可能な導電材料により構成されている。本実施形態では、エミッタ９は、その本体部（後述する端子部９ｄを除く部分）の外形状が、該エミッタ９の厚み方向で見て方形状（正方形状）となる薄い平板状に形成されている。その外形寸法は、例えば３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．１ｍｍである。そして、該エミッタ９が真空容器７の天井部７ａおよび底部７ｂに平行な姿勢で、且つ、該真空容器７の内表面と非接触状態で、該真空容器７の内部に配置されている。
【００３８】
また、エミッタ９の本体部には、その厚み方向に貫通する複数の貫通穴としての複数のスリット９ｃ（細長い貫通穴）が穿設されている。これらのスリット９ｃは、互いに平行に延在し、その延在方向と直交する方向に配列されている。各スリット９ｃの幅および長さは、それぞれ、例えば０．５ｍｍ、２６ｍｍである。
【００３９】
なお、エミッタ９の本体部の外形状は、方形板状に限らず、例えば円板形状などであってもよい。また、エミッタ９に穿設する貫通穴は、スリット状の穴でなくてもよい。例えば複数のスリット９ｃの代わりに、複数の円形状などの貫通孔を点在的にエミッタ９に穿設するようにしてもよい。また、複数のスリット９ｃの代わりに、例えばエミッタ９の本体部の一側辺から複数の細長い切欠きを形成するようにしてもよい。
【００４０】
本実施形態では、エミッタ９を構成する導電材料として、例えばカーボンが使用されている。そして、このエミッタ９の厚み方向の両面９ａ，９ｂのうち、真空容器７の天井部７ａ側の面９ａが太陽光の入射面とされ、該入射面９ａが、真空容器７の天井部７ａと一定の間隔を存して該天井部７ａに対面している。
【００４１】
なお、エミッタ９の入射面９ａの仕事関数を低下させる（入射面９ａからの電子の放出に必要なエネルギーを小さくする）ために、エミッタ９の入射面９ａに酸化セシウム、酸化バリウム、酸化カルシウムなどから成る皮膜層を形成してもよい。
【００４２】
また、エミッタ９の本体部の外周の一側辺からこれと直交する方向に、該エミッタ９の本体部と一体に形成された端子部９ｄが延設されている。この端子部９ｄは、真空容器７の側壁部７ｃを気密に貫通して、その先端部が該真空容器７の外部に突出されている。外端子部９ｄは、後述するようにエミッタ９とコレクタ１１との間に発生する起電力を外部に出力するための出力端子（正極側の出力端子）として機能するものである。
【００４３】
前記電極部材１３は、ニッケルやコバールなどの導電材料により薄い平板状に形成されている。また、電極部材１３は、その厚み方向で見た形状が、エミッタ９の本体部と同じ形状（正方形状）とされている。そして、電極部材１３の厚み方向の両面１３ａ，１３ｂのうちの一方の面１３ａが電極面とされ、この電極面１３ａがエミッタ９の入射面９ａと反対側の面９ｂとの間に介装された薄い方形板状の絶縁部材であるエミッタ・電極間部材１５を介して該エミッタ９に固着されている。該エミッタ・電極間部材１５の構成材料（絶縁材料）は、例えば酸化ケイ素である。これにより、エミッタ９と電極部材１５とが電気的に絶縁された状態で、該エミッタ９、電極部材１３およびエミッタ・電極間部材１５が一体化されている。
【００４４】
この場合、本実施形態では、電極部材１３の電極面１３ａの全面がエミッタ・電極間部材１５により被覆されている。ただし、エミッタ・電極間部材１５にエミッタ９のスリット９ｂ（貫通穴）と同様のスリットを形成し、電極部材１３の電極面１３ａのうち、エミッタ９のスリット９ｃに対向する箇所以外の箇所だけをエミッタ・電極間部材１５により被覆するようにしてもよい。あるいは、例えばエミッタ９と電極部材１３との間の複数の局所にエミッタ・電極間部材を介装するようにしてもよい。
【００４５】
以下の説明では、上記のようにエミッタ９、電極部材１３およびエミッタ・電極間部材１５を一体化したものを、エミッタ構造体１７という。
【００４６】
このエミッタ構造体１７は、その電極部材１３の厚み方向の両面９ａ，９ｂのうちの電極面１３ａと反対側の面１３ｂ（以下、エミッタ構造体１７の裏面１３ｂという）に接合された複数のピン状の支持部材１９を介して真空容器７に支持されている。より詳しくは、本実施形態では、４個の支持部材１９が、エミッタ構造体１７の裏面１３ｂの複数の局所部分（本実施形態では４個の隅部）から、それぞれ真空容器７の底部７ｂに向かって延設されている。そして、各支持部材１９が真空容器７の底部７ｂを気密に貫通するように該底部７ｂに取り付けられている。これにより、エミッタ構造体１７が複数の支持部材１９を介して真空容器７の底部７ｂに支持されている。
【００４７】
本実施形態では、各支持部材１９は、金属などの導電材料により構成され、電極部材１３に電気的に導通（短絡）されている。この場合、各支持部材１９は、溶接や、ろう付け、あるいは、導電性の接着剤などによって電極部材１３に接合されている。そして、本実施形態では、支持部材１９のうちの一つの支持部材１９が、後述するように電極部材１３とコレクタ１１との間に電子加速用の電圧を印加するための端子（負極側の端子）として用いられる。
【００４８】
ここで、各支持部材１９の構成材料に関して補足する。各支持部材１９の熱膨張係数が、真空容器７と大きく異なると、各支持部材１９と真空容器７との接触箇所などで真空容器７にクラックが発生して、真空容器７の気密性が損なわれる恐れがある。そのため、各支持部材１９の構成材料は、真空容器７の構成材料の熱膨張係数にできるだけ近い熱膨張係数を有する材料であることが好ましい。このようなことから、本実施形態では、例えば真空容器７の構成材料として、コバールガラスを使用し、各支持部材１３の構成材料としてコバールを使用している。
【００４９】
なお、本実施形態では、全ての支持部材１９を導電材料により構成したが、必ずしもそのようにする必要はない。例えば、一つの支持部材１９だけを導電材料により構成し、他の支持部材１９を絶縁材料もしくは導電性の低い材料（好ましくは、電極部材１３および真空容器７に接合しやすい材料）により構成してもよい。この場合、導電材料により構成された支持部材１９以外の支持部材１９については、真空容器７の外部に突出させる必要はない。また、複数の支持部材１９を導電材料により構成した場合において、その導電材料からなる支持部材１９の全てを真空容器７の外部に突出させる必要もなく、導電材料により構成されたいずれか一つの支持部材１９だけを真空容器７の外部に突出させるようにしてもよい。また、支持部材１９とは別に、電極部材１３に電気的に導通させた導線もしくは金属箔などの箔状の導電部材を、真空容器７の内部から外部に導出させるようにしてもよい。この場合には、全ての支持部材１９を導電材料以外の材料により構成したり、全ての支持部材１９を真空容器７の外部に突出させないようにしてもよい。
【００５０】
また、例えば複数の支持部材をエミッタ構造体１７の裏面１３ｂから横方向（エミッタ構造体１７の厚み方向に直交する方向）に延設し、それらの支持部材を介してエミッタ構造体１７を真空容器７の側壁部７ｃに支持させるようにしてもよい。
【００５１】
前記コレクタ１１は、膜状（本実施形態では方形膜状）に形成された透明導電部材、すなわち透明導電膜により構成され、真空容器７の天井部７ａの内面に固着されている。この場合、前記光学レンズ３により集光された太陽光が、真空容器７の天井部７ａから該真空容器７の内部に入射するので、コレクタ１１の厚み方向の両面１１ａ，１１ｂのうち、真空容器７の天井部７ａ側の面１１ａが、光の入射面、反対側の面１１ｂが光の出射面となっている。そして、該コレクタ１１は、その出射面１１ｂがエミッタ９の入射面９ａとの間に一定間隔を存して該エミッタ９の入射面９ａに対面するようにして、真空容器７の天井部７ａに固着されている。該コレクタ１１の出射面１１ｂとエミッタ９の入射面９ａとの間の間隔は、例えば１ｍｍ程度である。
【００５２】
このようにコレクタ１１が真空容器８の天井部７ａに固着されているので、該コレクタ１１の出射面１１ｂのうち、エミッタ９の各スリット９ｃに対向する局所が、該スリット９ｃを介して前記電極部材１３の電極面１３ａ側に露出することとなる。
【００５３】
本実施形態では、コレクタ１１を構成する透明導電膜は、例えば酸化インジウムに酸化スズを添加したもの（所謂、ＩＴＯ膜）である。そして、このコレクタ１１は、真空容器７の天井部７ａの内面に、スパッタリング法や、電子ビーム蒸着法などの手法によって成膜されている。
【００５４】
なお、コレクタ１１は、ＩＴＯ膜以外の透明導電部材（例えば酸化亜鉛の酸化アルミニウムや酸化ガリウムを添加したものなど）で構成してもよい。コレクタ１１を構成する透明導電部材は、できるだけ抵抗率が小さく、且つ、太陽光の透過率が高いものが望ましい。また、必ずしも、コレクタ１１を真空容器７の壁部の内面に直接的に成膜する必要はない。例えば、コレクタ１１を真空容器７とは別の透明なガラス基板に成膜しておき、このガラス基板を真空容器７の天井部７ａなどの壁部に固着もしくは支持させるようにしてもよい。また、コレクタ１１の形状は、方形状に限らず、例えば円形状などであってもよい。
【００５５】
コレクタ１１の周縁部には、真空容器７の天井部７ａを気密に貫通するようにして該天井部７ａに取り付けられた複数のピン状の導電部材２１の端部（真空容器７の内部側の端部）が導通されている。本実施形態では、４つの導電部材２１を備え、これらの導電部材２１が、コレクタ１１の４個の隅部に各々導通されている（図３を参照）。この場合、これらの導電部材２１を真空容器７の天井部７ａに取り付けた状態で、該天井部７ａの内面（各導電部材２１の取り付け箇所を含む）にコレクタ１１を成膜することによって、各導電部材２１とコレクタ１１との接合・導通がなされている。
【００５６】
なお、導電部材２１の構成材料は、前記支持部材１９と同様の理由によって、真空容器７の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する材料であることが好ましい。このため、本実施形態では、導電部材２１の構成材料として、前記支持部材１９と同じ構成材料（コバール）を使用している。ただし、導電部材２１の構成材料を必ずしも支持部材１７と同じする必要はない。
【００５７】
これらの導電部材２１は、エミッタ９とコレクタ１１との間で発生する起電力を外部に出力するための出力端子（負極側の出力端子）として機能する部材と共に、コレクタ１１と電極部材１３との間に電子加速用の電圧を印加するための端子（正極側の端子）として機能する部材である。
【００５８】
なお、本実施形態では、各導電部材２１は、ピン状に形成して、真空容器７の天井部７ａを貫通さえるようにしたが、例えば、次のような形態で起電力発生部５に備えるようにしてもよい。すなわち、例えばコレクタ１１の出射面１１ｂの周縁部から、該コレクタ１１に電気的に導通する複数の薄い導電部材をコレクタ１１とほぼ平行な姿勢で延設し、それらの導電部材を、真空容器７の側壁部７ｃを気密に貫通させるようにしてもよい。
【００５９】
本実施形態では、以上のように構成された起電力発生部５が、図１に示すように、エミッタ９とコレクタ１１との間で発生する起電力の供給対象である電気負荷２３と、コレクタ１１と電極部材１３との間に電子加速用の電圧を印加する直流電源２５とに接続される。
【００６０】
より詳しくは、コレクタ１１に導通された前記複数の（４個の）導電部材２１と、エミッタ９の前記端子部９ｄとが、真空容器７の外部でそれぞれに接続された導線や回路基板などを介して電気負荷２３に接続される。さらに、前記複数の導電部材２１は、直流電源２５の正極に導線や回路基板などを介して接続され、前記複数の支持部材１９のうちの一つ（導電材料から成る支持部材１９）に導線や回路基板などを介して直流電源２５の負極に接続される。
【００６１】
なお、電機負荷２３は、電力を消費する機器でよいことはもちろん、電力を貯蔵する蓄電器などでもよい。また、導電部材２１と端子部９ｄとの間に電圧変換回路などの電力変換器を介して電機負荷２３が接続されていてもよい。
【００６２】
補足すると、前記複数の導電部材２１は、本実施形態では真空容器７の外部で導線などにより相互に導通（短絡）される。これは次の理由による。すなわち、ＩＴＯ膜などの透明導電部材は、導電性を有するものの、一般には銅などの金属導体に比して、抵抗率が高い。そのため、仮に、１つの導電部材だけをコレクタ１１の周縁部の一箇所に導通させるようにすると、コレクタ１１の各局所部のうち、導電部材から離れた局所部と該導電部材との間の抵抗値が大きくなり、ひいては、起電力を外部に出力するとき（エミッタ９からコレクタ１１に到達した電子が導電部材を経由して外部に流れるとき）のエネルギー損失が大きくなる。そこで、本実施形態では、複数の導電部材２１を、コレクタ１１の周縁部の複数部位のそれぞれに導通させ、それらの導電部材２１を真空容器７の外部で互いに導通（短絡）させるようにした。このようにすることで、起電力を外部に出力する際に、エミッタ９からコレクタ１１の各局所部に到達した電子が、複数の導電部材２１のうち、該局所部との間の抵抗値が最も小さい導電部材２１を経由して流れるため、その抵抗によるエネルギー損失を小さく抑えることができる。コレクタ１１に導通させる導電部材は、コレクタ１１に入射する光を遮らないようにしつつ、コレクタ１１の各局所部とその局所部に最も近い導電部材との間の距離（ひいては、それらの間の抵抗値）ができるだけ小さくなるように配列することが望ましい。
【００６３】
次に本実施形態の光電変換装置１の発電動作を説明する。
【００６４】
前記直流電源２５からコレクタ１１と電極部材１３との間に電圧（コレクタ１１が電極部材１３に対して正電位となる直流電圧）を印加した状態で、太陽光が前記光学レンズ３により集光され、真空容器７の内部に天井部７ａを介して入射する。この太陽光は、透明導電膜であるコレクタ１１の入射面１１ａから出射面１１ｂに透過し、該出射面１１ｂから出射する。そして、コレクタ１１の出射面１１ｂから出射した太陽光は、エミッタ９の入射面９ａに入射する。このとき、エミッタ９の入射面９ａは、その付近で集光する太陽光により加熱されながら、光電効果を発生し、該入射面９ａから電子が放出される。
【００６５】
この場合、コレクタ１１と電極部材１３との間に印加された直流電圧によって、コレクタ１１からエミッタ９のスリット９ｃを通って電極部材１３に向かう電界が、該コレクタ１１と電極部材１３との間で、それらの間隔方向（コレクタ１１およびエミッタ構造体１７の厚み方向）に形成される。このため、光電効果によってエミッタ９の入射面９ａから放出された電子は、その電界によって、コレクタ１１に向かって加速される。従って、エミッタ９の入射面９ａから放出された電子は、その大部分がコレクタ１１に向かって移動し、該コレクタ１１で捕獲される。
【００６６】
これによりエミッタ９がコレクタ１１に対して正電位となり、該エミッタ９とコレクタ１１との間に起電力が発生する。そして、この起電力が、エミッタ９の端子部９ｄと導電部材２１との間に接続された前記電気負荷２３に供給される。なお、エミッタ９とコレクタ１１との間に発生する起電力は、コレクタ１１と電極部材１３との間の電界を打ち消す方向に発生するので、該起電力による電界の強さよりも、コレクタ１１と電極部材１３との間の電界の強さが大きくなるように前記直流電源２５の電圧が設定されている。その電圧は、本実施形態では、数Ｖ程度である。
【００６７】
このような起電力の発生時において、本実施形態では、エミッタ９の温度が、２００〜７００°Ｃ程度の範囲内の温度（例えば５００°Ｃ程度）になるように、光学レンズ３（フレネルレンズ）の寸法や、光学レンズ３と真空容器７との間の距離などが設定されている。この温度範囲は、エミッタ９の入射面９ａでの光電効果による電子放出が活発に発生し、また、熱によるコレクタ１１の損傷や劣化を防止する上で、適切な温度範囲である。すなわち、本願発明者の各種実験によれば、エミッタ９の温度が２００°Ｃよりも低い場合には、光電効果による電子放出が少な過ぎで十分な起電力が発生しない。また、エミッタ９の温度が７００°Ｃを超える高温になるようにエミッタ９の付近の集光量を高めると、熱によるコレクタ１１の損傷、劣化が早期に発生し易いことが観察された。
【００６８】
なお、２００°Ｃ〜７００°Ｃ程度の温度では、エミッタ９からの熱電子の放出はさほど発生せず、エミッタ９の入射面９ａからの電子の放出は、主として、光電効果によるものである。
【００６９】
この場合、本実施形態では、エミッタ９とコレクタ１１との間の間隔は１ｍｍ程度の微小なものであるが、エミッタ９の温度を、７００°Ｃを超えるような高温にする必要がないので、エミッタ９の熱変形や熱膨張によって、エミッタ９とコレクタ１１とが短絡するような事態を回避することができる。また、透明導電膜であるコレクタ１１が高温の熱によって損傷を受けるのも防止することができる。
【００７０】
また、エミッタ９とコレクタ１１との間隔を小さくできると共に、コレクタ１１と電極部材１３との間に、コレクタ１１側が電極部材１３に対して正電位となる直流電圧を印加して、エミッタ９の入射面９ａからの放出電子をコレクタ１１に向かわせる電界を発生させるようにしたので、エミッタ９の入射面９ａから放出される電子を効率よく、コレクタ１１で捕獲することができる。また、太陽光によってエミッタ９を２００°Ｃ以上に加熱するので、光電効果を活発に発生させて、該光電効果による電子放出量を多くすることができる。このとき、加熱されるエミッタ９が真空容器７の内面に直接的には接触していないと共に、エミッタ９の周囲が真空状態であるので、エミッタ９から真空容器７などへの放熱量を小さくすることができ、該エミッタ９を、太陽光によって、光電効果の発生に適した温度に効率よく加熱することができる。さらに、エミッタ９の温度がさほど高温でないことから、エミッタ９からの赤外光などの放射や熱伝導に伴うエネルギー損失を少なくできる。
【００７１】
この結果、本実施形態の光電変換装置１によれば、エネルギー損失を少なくしつつ、効率よく太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、該光電変換装置１の発電効率を高めることができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図４および図５を参照して説明する。図４は、本実施形態の光電変換装置の起電力発生部の縦断面図、図５は図４のIV-IV線断面図である。
【００７２】
本実施形態の光電変換装置は、前記第１実施形態のものと起電力発生部の構造だけが相違するものである。従って、以下の本実施形態の説明では、起電力発生部以外の構成については、前記第１実施形態と同一の参照符号を使用し、説明を省略する。
【００７３】
図４および図５を参照して、本実施形態の光電変換装置の起電力発生部３１は、環状部材３３、エミッタ３５、コレクタ３７、および電極部材３９を備える。
【００７４】
環状部材３３は、環状に形成された絶縁部材であり、本実施形態では、方形枠形状に形成されている。この環状部材３３の構成材料は、例えば酸化ケイ素である。また、環状部材３３の軸方向の長さ（厚さ）は、例えば１００μｍである。
【００７５】
なお、環状部材３３は、方形枠形状に限らず、例えば円形、三角形、六角形などの枠形状に形成されていてもよい。また、環状部材３３の構成材料として、エポキシ樹脂、セラミック材料などの絶縁材料を使用してもよい。
【００７６】
エミッタ３５は、太陽光の照射時に光電効果によって電子を放出可能なカーボンなどの導電材料により薄い平板状（本実施形態では方形板状）に形成され、その厚み方向の両面３５ａ，３５ｂのうちの一方の面３５ａが太陽光の入射面となっている。そして、このエミッタ３５には、第１実施形態と同様に、その厚み方向に貫通する複数の貫通穴としての複数のスリット３５ｃ（細長い貫通穴）が穿設されている。
【００７７】
なお、第１実施形態の場合と同様に、エミッタ３５の外形状は、方形板状に限らず、例えば円板形状などであってもよい。また、複数のスリット３５ｃの代わりに、例えば複数の円形状などの貫通孔を点在的にエミッタ３５に穿設するようにしてもよい。あるいは、複数のスリット３５ｃの代わりに、例えばエミッタ３５の一側辺から複数の細長い切欠きを形成するようにしてもよい。また、エミッタ３５の入射面３５ａの仕事関数を低下させるために、該入射面３５ａに酸化セシウム、酸化バリウム、酸化カルシウムなどから成る皮膜層を形成してもよい。この場合、該皮膜層は、エミッタ３５の入射面３５ａの全面に形成してよいことはもちろん、該入射面３５ａのうち、後述する密封空間４５に臨む部分だけに該皮膜層を形成するようにしてもよい。
【００７８】
このエミッタ３５の入射面３５ａが、前記環状部材３３の軸方向の両端面３３ａ，３３ｂのうちの一方の端面３３ｂ側を閉蓋するようにして、該端面３３ｂに図示しない接着剤（例えば、ガラスフリット、エポキシ樹脂、セラミック接着剤など）によって気密に接合されている。
【００７９】
この場合、本実施形態では、環状部材３３の軸方向で見たエミッタ３５の面積が環状部材３３の外形面積よりも大きいものとなっており、エミッタ３５の一側部が、環状部材３３の側方に張り出している。また、エミッタ３５の前記スリット３５ｃは、環状部材３３の内側に収まるように形成されている。なお、エミッタ３５の周縁部の複数個所が、環状部材３３の側方に張り出すようにしてもよい。
【００８０】
電極部材３９は、第１実施形態と同様に、ニッケルやコバールなどの導電材料により薄い平板状に形成されている。この電極部材３９は、その厚み方向で見た形状が、エミッタ３５と同じ形状（方形状）とされている。そして、電極部材３９の厚み方向の両面３９ａ，３９ｂのうちの一方の面３９ａが電極面とされ、この電極面３９ａが、エミッタ３５の入射面３５ａと反対側の面３５ｂとの間に介装された薄い方形板状の絶縁部材であるエミッタ・電極間部材４１を介して該エミッタ３５に固着されている。該エミッタ・電極間部材４１の構成材料（絶縁材料）は、例えば酸化ケイ素である。これにより、第１実施形態と同様に、エミッタ３５と電極部材３９とが電気的に絶縁された状態で、該エミッタ３５、電極部材３９およびエミッタ・電極間部材４１が一体化されている。
【００８１】
なお、本実施形態では、電極部材３９の電極面３９ａの全面がエミッタ・電極間部材４１により被覆されているが、第１実施形態の場合と同様に、電極部材３９の電極面３９ａのうちのエミッタ３５のスリット３５ｃに対向する箇所以外の箇所だけをエミッタ・電極間部材４１により被覆するようにしてもよい。あるいは、例えばエミッタ３５と電極部材１３との間の複数の局所にエミッタ・電極間部材４１を介装するようにしてもよい。
【００８２】
コレクタ３７は、第１実施形態と同様に方形膜状のＩＴＯ膜などの透明導電膜（膜状の透明導電部材）により構成され、ガラスなどの透明材料から成る基板４３の表面に、スパッタリング法や、電子ビーム蒸着法などの手法によって成膜されている。
【００８３】
この場合、コレクタ３７の厚み方向の両面３７ａ，３７ｂのうちの基板４３側の面３７ａが光の入射面とされ、これと反対側の面３７ｂが光の出射面とされている。そして、前記環状部材３３のエミッタ３５側の端面３３ｂと反対側の端面３３ａと基板４３との間にコレクタ３７を介在させた状態で該端面３３ａを閉蓋するようにして、該端面３３ａに、図示しない接着剤（例えば、ガラスフリット、エポキシ樹脂、セラミック接着剤など）によってコレクタ３７が基板４３と共に気密に接合されている。このようにコレクタ３７が環状部材３３の端面３３ａに接合されているので、該コレクタ３７の出射面３７ｂのうち、エミッタ３５の各スリット３５ｃに対向する局所が、該スリット３５ｃを介して前記電極部材３７の電極面３７ａ側に露出することとなる。
【００８４】
また、本実施形態では、環状部材３３の軸方向で見た基板４３およびコレクタ３７の面積は、環状部材３３の外形面積よりも大きくなっており、コレクタ３７の一側部が、環状部材３３の側方に張り出している。この場合、本実施形態では、環状部材３３に対するコレクタ３７の張り出し部分と、前記エミッタ３５の張り出し分とは互いに逆向きに張り出しており、それらの張り出し部分が環状部材３３の軸方向で互いに対向しないようになっている。
【００８５】
補足すると、コレクタ３７や基板４３の形状は、方形状に限らず、例えば円形状などであってもよい。また、コレクタ３７の周縁部の複数個所が、環状部材３３の側方に張り出すようにしてもよい。また、第１実施形態の場合と同様に、コレクタ１１は、ＩＴＯ膜以外の透明導電部材（例えば酸化亜鉛の酸化アルミニウムや酸化ガリウムを添加したものなど）で構成してもよい。
【００８６】
本実施形態の起電力発生部３１では、上記のように環状部材３３の両端面３３ａ，３３ｂにそれぞれコレクタ３７、エミッタ３５が接合されているので、環状部材３３の内側には、該環状部材３３の内周面とコレクタ３７の出射面３７ｂとエミッタ３５の入射面３５ａとにより画成された密封空間４５が形成されている。そして、エミッタ３５の入射面３５ａは、この密封空間４５を介してコレクタ３７に平行に対面している。この場合、密封空間４５は、真空の密封空間とされている。該密封空間４５の真空度は、例えば１００Ｐａ程度である。このような真空の密封空間４５は、例えば、エミッタ３５またはコレクタ３７を環状部材３３に接合して、該環状部材３３の内部を密封する際に、その接合を真空環境下で行うことによって形成することができる。
【００８７】
なお、環状部材３３、エミッタ３５、基板４３の構成材料は、それらの接合箇所でのクラックの発生を防止するために、互いに熱膨張係数の値が近い材料であることが好ましい。
【００８８】
以上が、本実施形態における起電力発生部３１の詳細構造である。なお、本実施形態では、起電力発生部３１の全体を厚み方向で見た外形寸法は、例えば３０ｍｍ×３２ｍｍである。
【００８９】
本実施形態の光電変換装置では、前記起電力発生部３１が、前記図１の起電力発生部５の代わりに備えられ、該起電力発生部３１の基板４３が前記光学レンズ３に対向するように該起電力発生部３１が配置される。
【００９０】
そして、該起電力発生部３１が、図４に示すようにエミッタ３５とコレクタ３７との間で発生する起電力の供給対象である電気負荷２３と、コレクタ３７と電極部材３９との間に電子加速用の電圧を印加する直流電源２５とに接続される。
【００９１】
より詳しくは、コレクタ３７の、環状部材３３の側方に張り出した張り出し部と、エミッタ３５の環状部材３３の側方に張り出した張り出し部とが、それぞれに接続された導線や回路基板などを介して電気負荷２３に接続される。さらに、コレクタ３７の張り出し部は、直流電源２５の正極に導線や回路基板などを介して接続され、前記電極部材３９の電極面３９ａと反対側の面３９ｂが、直流電源２５の負極に導線や回路基板などを介して接続される。
【００９２】
なお、光学レンズ３、電気負荷２３および直流電源２５は、前記第１実施形態と同じでよい。また、前記第１実施形態で前記複数の導電部材２１を互いに導通させた場合と同様に、コレクタ３７の周縁部の複数個所を、導線などにより相互に導通（短絡）させるようにしてもよい。
【００９３】
次に本実施形態の光電変換装置の発電動作を説明する。
【００９４】
前記直流電源２５からコレクタ３７と電極部材３９との間に直流電圧を印加した状態で、前記光学レンズ３により集光された太陽光が、基板４３を介して透明導電膜であるコレクタ３７の入射面３７ａから出射面３７ｂに透過し、該出射面３７ｂから出射する。そして、該太陽光は、エミッタ３５の入射面３５ａに入射する。このとき、第１実施形態と同様に、エミッタ３５の入射面３５ａは、その付近で集光する太陽光により加熱されながら、光電効果を発生し、該入射面３５ａから前記密封空間４５内に電子が放出される。
【００９５】
この場合、第１実施形態と同様に、コレクタ３７と電極部材３９との間に印加された直流電圧によって該コレクタ３７と電極部材３９との間に電界が形成される。そして、この電界によって、エミッタ９の入射面９ａから放出された電子がコレクタ３７に向かって加速される。従って、エミッタ３５の入射面３５ａから密封空間４５内に放出された電子は、その大部分がコレクタ３７に向かって移動し、該コレクタ３７で捕獲される。
【００９６】
これにより第１実施形態と同様に、エミッタ３５がコレクタ３７に対して正電位となり、該エミッタ３５とコレクタ３７との間に起電力が発生する。そして、この起電力が、前記電気負荷２３に供給される。
【００９７】
なお、第１実施形態と同様に、エミッタ３５とコレクタ３７との間に発生する起電力による電界の強さよりも、コレクタ３７と電極部材３９との間の電界の強さが大きくなるように前記直流電源２５の電圧が設定されている。
【００９８】
また、第１実施形態と同様に、エミッタ３５の温度が、２００〜７００°Ｃ程度の範囲内の温度（例えば５００°Ｃ程度）になるように、光学レンズ３（フレネルレンズ）の寸法や、光学レンズ３と起電力発生部３１との間の距離などが設定されている。
【００９９】
かかる本実施形態においても、エミッタ３５とコレクタ３７との間隔を小さくできると共に、コレクタ３７と電極部材３９との間に直流電圧を印加して、エミッタ３５の入射面３５ａからの放出電子をコレクタ３７に向かわせる電界を発生させるようにしたので、エミッタ３５の入射面３５ａから放出される電子を効率よく、コレクタ３９で捕獲することができる。また、太陽光によってエミッタ３５を効率よくさほど高温でない温度に加熱して、光電効果を活発に発生させ、該光電効果による電子放出量を多くすることができる。
【０１００】
従って、本実施形態においても、エネルギー損失を少なくしつつ、効率よく太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、該光電変換装置の発電効率を高めることができる。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を図６および図７を参照して説明する。図６は、本実施形態の光電変換装置の起電力発生部の縦断面図、図７は図４のVI-VI線断面図である。なお、本実施形態の光電変換装置は、前記第２実施形態の起電力発生部３１と一部の構成だけが相違する起電力発生部を備えたものであるので、第２実施形態と同一部分については、第２実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【０１０１】
図６および図７を参照して、本実施形態の光電変換装置の起電力発生部３１’は、前記密封空間４５の内部に（環状部材３３の内側に）局所的に配置された絶縁部材である複数のエミッタ・コレクタ間補助部材４７を備える。各エミッタ・コレクタ間補助部材４７は、本実施形態では円柱形状に形成され、その高さ（厚さ）は、環状部材３３の厚さと同じとされている。また、各エミッタ・コレクタ間補助部材４７は、エミッタ３５のスリット３５ｃと対向しない位置に配置されている。そして、各エミッタ・コレクタ間補助部材４７は、そのエミッタ３５側の端面とコレクタ３９側の端面とがそれぞれエミッタ３５、コクレクタ３９に接合されている。なお、エミッタ・コレクタ間補助部材４７の構成材料は、環状部材３３と同じ（例えば酸化ケイ素）である。ただし、エミッタ・コレクタ間補助部材４７の構成材料を環状部材３３と異なる絶縁材料にしてもよい。
【０１０２】
以上説明した以外の構成は、前記第２実施形態と同じである。なお、エミッタ・コレクタ間補助部材４７の形状は円柱形状に限らず、四角柱、三角柱などの形状であってもよい。あるいは、例えばエミッタ３５のスリット３５ｃと同方向に延在する形状であってもよく、さらには、環状部材３３に一体に連結されていてもよい。
【０１０３】
かかる本実施形態の光電変換装置においても、前記第１実施形態および第２実施形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに本実施形態では、真空の密封空間４５に、エミッタ３５とコレクタ３７との間に介在するエミッタ・コレクタ間補助部材４７が設けられているので、該密封空間４５の内部と外部との圧力差によって、エミッタ３５並びに、これと一体化されたエミッタ・電極間部材４１および電極部材３９、あるいは、前記基板４３が撓むのを防止し、エミッタ３５とコレクタ３７との間の間隔を安定に保持することができる。この結果、エミッタ３５並びに、これと一体化されたエミッタ・電極間部材４１および電極部材３９、あるいは、基板１３の撓みに起因して、エミッタ３５とコレクタ３７とが接触（短絡）してしまうようなことを防止することができる。ひいては、エミッタ３５とコレクタ３７との間隔をより狭めて、エミッタ３５から放出される電子をより効率よくコレクタ３７に捕獲させることができる。
【０１０４】
なお、以上説明した各実施形態ではエミッタ９，３５に照射する光として太陽光を用いたが、人工的な光源光を利用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の第１実施形態の光電変換装置の全体構成を示す図。
【図２】第１実施形態の光電変換装置の起電力発生部の縦断面図。
【図３】図１のＩ−Ｉ線断面図。
【図４】本発明の第２実施形態の光電変換装置の起電力発生部の縦断面図。
【図５】図４のIV−IV線断面図。
【図６】本発明の第３実施形態の光電変換装置の起電力発生部の縦断面図。
【図７】図６のVI−VI線断面図。
【符号の説明】
【０１０６】
１…光電変換装置、３…光学レンズ（集光手段）、７…真空容器、９，３５…エミッタ、９ｃ，３５ｃ…スリット（貫通穴）、１１，３７…コレクタ、１３，３９…電極部材、１５，４１…エミッタ・電極間部材、３３…環状部材、４７…エミッタ・コレクタ間補助部材。
【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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