(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と共に小型で簡素な構成とすることができる光電変換装置を提供する。【解決手段】絶縁材料により構成された環状部材７と、エミッタ９と、透明導電部材により構成されたコレクタ１１を備える。環状部材７の内側に、該環状部材７の内周面と前記エミッタ９およびコレクタ１１とにより画成された真空の密封空間１５を形成するように、環状部材７の両端面７ａ，７ｂにそれぞれコレクタ１１、エミッタ９が接合され、エミッタ９の入射面９ａが密封空間１５を介してコレクタ１１に対面している。密封空間１５の外部からコレクタ１１を介してエミッタ９の入射面９ａ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、
絶縁材料により構成された環状部材を備えると共に、前記コレクタが透明導電部材により構成され、
前記環状部材の内側に、該環状部材の内周面と前記エミッタおよびコレクタとにより画成された真空の密封空間を形成するように、該環状部材の軸方向の両端面にそれぞれ前記エミッタと前記コレクタとが接合されて、該エミッタの入射面が前記密封空間を介して前記コレクタに対面し、
前記密封空間の外部から前記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、太陽光を集光して、前記コレクタに入射する集光手段を前記密封空間の外部に備えたことを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項２記載の光電変換装置において、前記集光手段は、フレネルレンズであ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、絶縁材料により構成され、前記密封空間の内部に局所的に配置された補助部材を備え、前記環状部材の軸方向における該補助部材の両端面がそれぞれ前記エミッタとコレクタ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５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電変換装置において、前記コレクタは、透明な基板に成膜された透明導電膜であり、該基板と前記環状部材との間に介在するように該環状部材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６】
請求項５記載の光電変換装置において、前記コレクタは、その周縁部が前記環状部材の外側に張り出すように該環状部材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６記載の光電変換装置において、前記コレクタのうち、前記環状部材の外側に張り出した周縁部における複数の部位が、前記起電力を外部に出力するためのコレクタ側の部位として、前記密封空間の外部において互いに導通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と共に小型で簡素な構成とす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、絶縁材料により構成された環状部材を備えると共に、前記コレクタが透明導電部材により構成され、前記環状部材の内側に、該環状部材の内周面と前記エミッタおよびコレクタとにより画成された真空の密封空間を形成するように、該環状部材の軸方向の両端面にそれぞれ前記エミッタと前記コレクタとが接合されて、該エミッタの入射面が前記密封空間を介して前記コレクタに対面し、前記密封空間の外部から前記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、前記密封空間の外部から、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】
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、環状部材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。同時に、環状部材なども小型なもので済む。
【００１４】
従って、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と共に小型で簡素な構成とすることができる。
【００１５】
かかる第１発明では、種々様々の光源を利用することが可能であるが、太陽光を集光して、前記コレクタに入射する集光手段を前記密封空間の外部に備えることが好適である（第２発明）。
【００１６】
この第２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。
【００１７】
そして、第２発明においては、前記集光手段は、フレネルレンズであることが好ましい（第３発明）。
【００１８】
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。
【００１９】
また、前記第１〜第３発明では、絶縁材料により構成され、前記密封空間の内部に局所的に配置された補助部材を備え、前記環状部材の軸方向における該補助部材の両端面がそれぞれ前記エミッタとコレクタとに接合されていることが好ましい（第４発明）。
【００２０】
この第４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。
【００２１】
また、前記第１〜第４発明では、前記コレクタは、透明な基板に成膜された透明導電膜であり、該基板と前記環状部材との間に介在するように該環状部材に接合されていることが好ましい（第５発明）。
【００２２】
この第５発明によれば、コレクタでの光の吸収を小さくできると共に、該コレクタと環状部材との接合を容易に行うことができる。
【００２３】
この第５発明では、前記コレクタは、その周縁部が前記環状部材の外側に張り出すように該環状部材に接合されていることが好ましい（第６発明）。
【００２４】
この第６発明によれば、前記基板に成膜されたコレクタのうち、前記環状部材の外側に張り出した周縁部に、前記密封空間の外部において、導線などを容易に接続することが可能となるので、エミッタとコレクタとの間に発生する起電力を外部に出力させることが容易になる。
【００２５】
さらに、この第６発明では、前記コレクタのうち、前記環状部材の外側に張り出した周縁部における複数の部位が、前記起電力を外部に出力するためのコレクタ側の部位として、前記密封空間の外部において互いに導通されていることが好ましい（第７発明）。
【００２６】
この第７発明によれば、前記複数の部位が、エミッタとコレクタとの間に発生する起電力を外部に出力するためのコレクタ側の部位として機能する。この場合、コレクタの各局所部にエミッタから到達した電子は、前記複数の導電部材のうち、該局所部との間の抵抗値が最も小さくなる導電部材を経由して流れるので、該コレクタでの抵抗によるエネルギー損失を小さく抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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の矢印Ａの方向で見た起電力発生部の平面図である。なお、図３では、図を見やすくするために、後述する環状部材７に点描を付している。
【００２８】
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。
【００２９】
起電力発生部５は、環状部材７、エミッタ９およびコレクタ１１を備える。
【００３０】
環状部材７は、絶縁材料により構成され、本実施形態では、方形枠形状に形成されている。環状部材７の構成材料は、例えばフリットガラスである。また、環状部材７の軸方向の長さ（厚さ）は、例えば１００μｍである。
【００３１】
なお、環状部材７は、方形状に限らず、例えば円形、三角形、六角形などの形状に形成されていてもよい。また、環状部材７の構成材料として、エポキシ樹脂、セラミック材料どを使用してもよい。
【００３２】
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薄い平板状（本実施形態では方形板状）に形成されている。このエミッタ９の構成材料は、本実施形態では、コバールである。また、その厚さは、例えば０．５ｍｍである。そして、このエミッタ９の厚み方向の両面９ａ，９ｂのうちのうちの一方の面９ａが太陽光の入射面とされ、該入射面９ａには、カーボンから成る第１の皮膜層（図示省略）が形成されている。さらに、この第１の皮膜層上に、酸化セシウムから成る第２の皮膜層（図示省略）が形成されている。第１の皮膜層は、光の吸収性を高めるためのものである。また、第２の皮膜層は、エミッタ９の入射面９ａの仕事関数を低下させ（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）、該入射面９ａからの電子の放出を容易にするためのものである。
【００３３】
そして、エミッタ９は、その入射面９ａが、環状部材７の軸方向の両端面７ａ，７ｂのうちの一方の端面７ｂ側を閉蓋するようにして、該端面７ｂに図示しない接着剤などによって気密に接合されている。
【００３４】
なお、エミッタ９の形状は、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、前記第２の皮膜層の構成材料として、酸化セシウムの代わりに、酸化バリウムや酸化カルシウムを使用してもよい。また、前記第１の皮膜層もしくは第２の皮膜層は必ずしも必要ではなく、いずれか一方、もしくは両方の皮膜層を省略してもよい。また、第１の皮膜層および第２の皮膜層は、必ずしもエミッタ９の入射面９ａの全体に形成する必要はなく、該入射面９ａのうちの、後述する密封空間１５に臨む部分だけに第１の皮膜層および第２の皮膜層の一方もしくは両方を形成するようにしてもよい。また、エミッタ９の構成材料として、例えばカーボンやチタンを使用してもよい。また、環状部材７の軸方向で見たエミッタ９の外形寸法と環状部材７の外形寸法とは同じである必要はなく、例えばエミッタ９の周縁部が環状部材７の外側に張り出していてもよい。
【００３５】
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ている。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、ガラスなどの透明材料からなる基板１３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。基板１３は、本実施形態では方形状で、その外形寸法は、例えば３０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍである。
【００３６】
そして、この基板１３と前記環状部材７との間にコレクタ１１が介在するようにして、該環状部材７の前記エミッタ９側の端面７ｂと反対側の端面７ａを閉蓋するようにして、該端面７ａに、図示しない接着剤などによってコレクタ１１が基板１３と共に気密に接合されている。この場合、本実施形態では、環状部材７の軸方向で見た基板１３およびコレクタ１１の大きさは、環状部材７の外形の大きさよりも大きく、コレクタ１１の周縁部は、環状部材７の外側に張り出している。
【００３７】
なお、コレクタ１１や基板１３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１１は、ＩＴＯ膜以外の透明導電部材（例えば酸化亜鉛に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。
【００３８】
本実施形態の起電力発生部５では、上記のように環状部材７の両端面７ａ，７ｂにそれぞれコレクタ１１、エミッタ９が接合されているので、環状部材７の内側には、該環状部材７の内周面とコレクタ１１およびエミッタ９とにより画成された密封空間１５が形成されている。そして、エミッタ９の入射面９ａは、この密封空間１５を介してコレクタ１１に平行に対面している。この場合、密封空間１５は、真空の密封空間とされている。該密封空間１５の真空度は、例えば１Ｐａ〜１０００Ｐａ程度である。このような真空の密封空間１５は、例えば、エミッタ９またはコレクタ１１を環状部材７に接合して、該環状部材７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。
【００３９】
ここで、環状部材７、エミッタ９、基板１３の構成材料に関して補足する。環状部材７、エミッタ９、および基板１３の熱膨張係数が相互に大きく異なると、環状部材７とエミッタ９もしくは基板１３との接合箇所などでクラックが発生して、密封空間１５の気密性が損なわれる恐れがある。そのため、環状部材７、エミッタ９、および基板１３の構成材料は、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。このようなことから、本実施形態では、環状部材７、エミッタ９、および基板１３の構成材料として、それぞれ、フリットガラス、コバール、コバールガラスを使用している。
【００４０】
上記のように構成された起電力発生部５は、その基板１３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基板１３、コレクタ１１、および密封空間１５を順に介してエミッタ９の入射面９ａに入射するようになっている。
【００４１】
この場合、本実施形態では、光学レンズ３および起電力発生部５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と起電力発生部５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および起電力発生部５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。
【００４２】
また、密封空間１５の外部において、エミッタ９とコレクタ１１とにはそれぞれ導線１７，１９が接続されている。これらの導線１７，１９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導線である。この場合、導線１７は、エミッタ９の一つの部位（本実施形態ではエミッタ９の入射面９ａと反対側の面９ｂの部位）に接続され、導線１９は、環状部材コレクタ１１の周縁部の複数の部位を互いに導通（短絡）させるようにして、該複数の部位に接続されている。本実施形態では、コレクタ１１の一辺の中央付近の部位と、その一辺の対辺の中央付近の部位との２つの部位が、起電力を外部に出力するためのコレクタ１１側の部位とされ、これらの２つの部位に導線１９が接続されると共に、これらの２つの部位が互いに導通（短絡）されている。
【００４３】
ここで、コレクタ１１の複数の部位に導線１９を接続して、それらの部位を導通させるのは、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、コレクタ１１の周縁部の一つの部位だけを起電力を出力するためのコレクタ１１側の部位として、該部位に導線１９を接続するようにすると、コレクタ１１の各局所部のうち、導線１９の接続部位から離れた局所部と該接続部位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、コレクタ１１の周縁部の複数の部位に導線１９を接続してそれらの部位を導通（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、コレクタ１１の周縁部の複数の部位のうち、該局所部との間の抵抗値が最も小さい部位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。
【００４４】
なお、本実施形態では、エミッタ９の抵抗率はコレクタ１１に比べて十分に小さいので、該エミッタ９のどの部位に導線１７を接続しても、その接続部位とエミッタ９の各局所部との間の抵抗値は、十分に小さなものとなる。また、本実施形態では、コレクタ１１の周縁部の２つの部位に導線１９を接続するようにしたが、コレクタ１１の周縁部のより多くの部位に、導線１９を接続して、それらの部位を互いに導通させるようにしてもよい。この場合、コレクタ１１の各局所部とその局所部に最も近い導線１９の接続部位との間の距離（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導線１９の接続部位を配列することが望ましい。
【００４５】
また、上記のように導線１７，１９をそれぞれ接続したエミッタ９、コレクタ１１は、該導線１７，１９を介して電力の供給対象である電気負荷（図示省略）などに接続される。この場合、導線１７，１９を直接的に電気負荷に接続してもよいが、電圧変換を行う電力調整回路などを介して電気負荷に接続してもよい。また、導線１７，１９は、図３に示す如く、光学レンズ３から基板１３に至る光路をできるだけ遮らないように配設される。
【００４６】
なお、導線１７，１９は、その全部を一般的なリード線で構成してもよいが、その全部または一部を基板の回路パターンや、導体板などで構成してもよい。
【００４７】
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。
【００４８】
太陽光が前記光学レンズ３により集光され、前記基板１３、コレクタ１１、および密封空間１５を介してエミッタ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。そして、その放出された電子が、コレクタ１１で捕獲される。このため、エミッタ９が正電位、コレクタ１１が負電位となり、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、前記導線１７，１９を介して外部に出力される。
【００４９】
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３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。
【００５０】
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。
【００５１】
この場合、本実施形態では、前記環状部材７の厚さ、すなわち、エミッタ９とコレクタ１１との間の間隔は１００μｍ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。
【００５２】
そして、エミッタ９とコレクタ１１との間隔を小さくできることから、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。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。
【００５３】
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。
【００５４】
次に、本発明の第２実施形態を図４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をそのエミッタ側から見た平面図である。なお、図４では、図を見やすくするために、起電力発生部に備えた環状部材と補助部材とに点描を付している。また、本実施形態において、前記第１実施形態と同一の構成要素については、第１実施形態と同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５５】
本実施形態の光電変換装置の起電力発生部２１は、前記密封空間１５の内部に（環状部材７の内側に）局所的に配置されて、該環状部材７の軸心方向と直交する方向に延在する複数条の細長い補助部材２３を備える。この場合、各補助部材２３は、環状部材７と同じ絶縁材料により該環状部材７と一体に形成され、各補助部材２３の両端部が環状部材７に連結されている。また、各補助部材２３の厚さは、環状部材７と同じである。本実施形態では、２条の補助部材２３を備え、それらが十文字状に交差している。そして、各補助部材２３は、方形状の横断面形状を有しており、そのエミッタ９側の面とコレクタ１１側の面とがそれぞれエミッタ９、コクレクタ１１に接合されている。
【００５６】
以上説明した以外の構成は、前記第１実施形態と同じである。
【００５７】
なお、本実施形態では、２条の補助部材２１を交差させるように設けたが、複数の線状補助部材２３を互いに平行に延在するように備えてもよい。また、より多くの線状補助部材２３を格子状に配列してもよい。さらに、各線状補助部材２３は、その両端部が必ずしも環状部材７に連結している必要はない。
【００５８】
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１５に、エミッタ９とコレクタ１１との間に介在する補助部材２３が設けられているので、該密封空間１５の内部と外部との圧力差によってエミッタ９や基板１３が撓むのを防止し、エミッタ９とコレクタ１１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９や基板１３の撓みに起因して、エミッタ９とコレクタ１１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９とコレクタ１１との間隔をより狭めて、エミッタ９から放出される電子をより効率よくコレクタ１１に捕獲させることができる。また、エミッタ９や基板１３の厚さをより薄いものとすることができるので、太陽光によるエミッタ９の加熱効率を高めることができると共に、起電力発生部２１の製造コストを低減できる。
【００５９】
次に、本発明の第３実施形態を図５を参照して説明する。図５は本実施形態の光電変換装置の起電力発生部のエミッタ側から見た平面図である。なお、図５では、図を見やすくするために、起電力発生部に備えた環状部材と補助部材とに点描を付している。また、本実施形態において、前記第１実施形態もしくは第２実施形態と同一の構成要素については、第１実施形態もしくは第２実施形態と同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６０】
本実施形態の光電変換装置の起電力発生部２５は、それに備えた補助部材２７の構成のみが第２実施形態と相違するものである。
【００６１】
本実施形態における補助部材２７は、密封空間１５内に局所的に点在するように配列された複数のドット状の補助部材２７である。この場合、各補助部材２７は、環状部材７と同じ絶縁材料により円柱状に形成され、その厚さは、環状部材７と同じである。これらの補助部材２７は、本実施形態では、升目状に配列されている。そして、各補助部材２７は、そのエミッタ９側の面とコレクタ１１側の面とがそれぞれエミッタ９、コクレクタ１１に接合されている。
【００６２】
以上説明した以外の構成は、前記第１実施形態と同じである。
【００６３】
なお、各補助部材２７の形状は、円柱状に限らず、例えば四角柱、六角柱、あるいは、円錐台などの形状であってもよい。また、補助部材２７の配列形態は、升目状に限らず、例えば千鳥配列状などであってもよい。
【００６４】
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１５に、エミッタ９とコレクタ１１との間に介在するドット状の補助部材２７が設けられているので、第２実施形態と同様に、エミッタ９とコレクタ１１とが接触（短絡）してしまうようなことを防止しつつ、エミッタ９とコレクタ１１との間隔をより狭めて、エミッタ９から放出される電子をより効率よくコレクタ１１に捕獲させることができる。また、エミッタ９や基板１３の厚さをより薄いものとして、太陽光によるエミッタ９の加熱効率を高めることができると共に、起電力発生部２１の製造コストを低減できる。
【００６５】
なお、以上説明した実施形態ではエミッタ９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】
【００６６】
【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の矢印Ａの方向で見た起電力発生部の平面図。
【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をそのエミッタ側から見た平面図。
【図５】本発明の第３実施形態の光電変換装置の起電力発生部をそのエミッタ側から見た平面図。
【符号の説明】
【００６７】
１…光電変化装置、３…集光手段（フレネルレンズ）、７…環状部材、９…エミッタ、９ａ…エミッタの入射面、１１…コレクタ、１５…密封空間、２３，２７…補助部材。
【図１】
2009195001.tif 000003
【図２】
2009195001.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009195001.tif 000006
【図５】
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