(57)【要約】  本発明は、第１の自由表面と第２の自由表面とを含む平板無機ガラスであって、第１及び第２の自由表面の間の平板ガラス本体内に形成した、第１の自由表面からの深さが１〜１０００μｍの、高屈折率（ｎ2）を有する領域の群と低屈折率（ｎ1）を有する領域の群とを含んでいる平板無機ガラスに関する。前記高屈折率の領域と低屈折率の領域とは、第１及び第２の自由表面の間でガラス本体を横切る方向に交互に位置しており、高屈折率の領域は第１の自由表面から第２の自由表面に向かって広がっており、そしてそれらの面が第１の自由表面に対して少なくとも６５°の角度（θ）を成す高屈折率領域を包囲している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の自由表面と第２の自由表面とを含む平板無機ガラスであって、該平板無機ガラスは、高屈折率（ｎ2）を有するゾーンの群と低屈折率（ｎ1）を有するゾーンの群とを含んでおり、該ゾーンの群は、第１及び第２の自由表面間の該平板ガラスの厚さ内に、該第１の自由表面から出発して１〜１０００μｍの深さにわたって形成されており、前記高屈折率ゾーンと低屈折率ゾーンとは、該第１及び第２の自由表面間の平板ガラスの厚さ方向を横切る方向に沿って交互に位置しており、該高屈折率ゾーンは該第１の自由表面から該第２の自由表面に向かって広がっており、そして該高屈折率ゾーンの外周面が、該第１の自由表面に対して少なくとも６５°、好ましくは７０°に実質的に近い角度（θ）をなしていることを特徴とする、平板無機ガラス。
【請求項２】
前記高屈折率ゾーンは小さな底辺（ｌ2）と大きい底辺（ｌ1）とを有する台形ベースのプリズムであり、該プリズムはガラスの厚さの全体又は一部にわたって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のガラス。
【請求項３】
前記高屈折率ゾーンは、前記第１の自由表面を起点として、２０μｍ〜７００μｍのガラス内の深さを有していることを特徴とする、請求項２に記載のガラス。
【請求項４】
前記高屈折率ゾーンは、丸みを帯びた又は球面状の輪郭を備えた側壁を有していることを特徴とする、請求項１に記載のガラス。
【請求項５】
各低屈折率ゾーンの屈折率（ｎ1）と各高屈折率ゾーンの屈折率（ｎ2）との屈折率差が０．０５〜０．１５、とりわけ０．１０〜０．１５であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載のガラス。
【請求項６】
集光率（ｌ2／ｌ1）が３５〜５５％であり、好ましくは４０％に近いことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載のガラス。
【請求項７】
前記高屈折率ゾーンがＡｇ、Ｔｌ、Ｃｕ、Ｂａの群からの少なくとも１種の元素を含有していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載のガラス。
【請求項８】
シリコンの帯を備えた太陽光集光器が作られることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載のガラス。
【請求項９】
請求項８に記載のガラスを内蔵することを特徴とする光起電力モジュール。
【請求項１０】
太陽電池に向かって入射する光を集めるための、請求項１から８までのいずれか１項に記載のガラスの使用。
【請求項１１】
請求項１から８までのいずれか１項に記載のガラスを製造する方法であって、ゾーンなしのガラスを、電界の作用下でガラス内にマイグレートすることができる異なるイオンを提供する２種の異なるイオン源材料の帯を交互に配置したものと接触させることを含み、そして電界を印加することを含む、ガラス製造方法。
【請求項１２】
前記帯の輪郭がイオンのマイグレーション後にガラス内に得られるゾーンの輪郭に合致することを特徴とする、請求項１１に記載のガラス製造方法。
【請求項１３】
前記イオン源材料のうちの少なくとも一方が固体であって、エナメルタイプのものであることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、より小さな作動層領域にもかかわらず同等量の光エネルギーを集めるのを可能にする光起電システムのための太陽光集光器の分野に関する。本発明の対象を形成するデバイスは、ガラス機能を有する基板によって作製された集光器内部の全光反射という現象を利用するものである。本発明の目標は、光電池内部で、光エネルギーから電気エネルギーへエネルギー変換するための機能作動層で被覆されたゾーンに向かって光の全てを反射させることである。
【背景技術】
【０００２】
種々の光電池技術の中で、単結晶又は多結晶シリコンウエハーに基づく技術が圧倒的に優勢であり、約９５％の市場シェアを占めている。加えて、エネルギー効率及び製造コストが比較的有利な数多くの薄膜技術（非晶質Ｓｉ、ＣＩＳ、ＣｄＴｅなど）が開発されつつあることも指摘されるべきである。
【０００３】
良く知られているように、光起電力デバイスによって生成されるエネルギーの量は、種々様々な因子によって、最も具体的にはモジュールによって吸収された太陽エネルギーの量、前記モジュールに含まれる電池の変換効率、及びモジュールに衝突する光の強度によって影響を受ける。現在、これらの側面のそれぞれに対して固有の技術を改善するために多数の研究がなされている。
【０００４】
更に、デバイスによって生成されるエネルギーの総量は、もちろんデバイスによって占められる面積に正比例し、より正確に言えば、変換システムに内蔵された光電池の全てによって占められる累積面積に正比例する。従って、エネルギー量だけでなく投資コストも、現時点では装置の大きさに正比例する。
【０００５】
より詳しくいえば、目下のところ更なる高成長を制限している主な要因は、太陽エネルギー市場がその最大の販路である光電池の製造に際して使用されるシリコンのコスト及び品質である。特に詳しく言えば、このことは、装置のコストが現在は、装置の全体的大きさの関数としてだけではなく、とりわけ光電池自体によって占められる部分の関数として、増大しつつあるという事実を説明するものである。
【０００６】
このような状況において、既に言われている一つのアプローチは、小面積の電池に光を集めるテクスチャ付き基板を内蔵する大面積の太陽電池モジュールを製造することにある。これらのモジュールでは、デバイスの寸法が実質的に同じであり、また受け取るエネルギーの量が実質的に同等であるため、集光器を導入することにより、光電池の固有面積を大幅に低減することが可能であり、これにより装置のコスト全体を下げることができる。
【０００７】
国際公開第２００６／１３３１２６号パンフレット又は米国特許出願公開第２００６／２７２６９８号明細書には、集光器として作用するテクスチャ付き基板の考えられ得る実施形態が記載されている。
【０００８】
このタイプの集光器の作動原理の説明のために、図１ａ及び図１ｂにそれぞれ前記集光器の斜視図及び断面図を模式的に示す。
【０００９】
このように、光起電力モジュール１は、ガラス基板５に結合された帯状の一連の基本光電池４から構成されている。基板５は、図１ａに示したように、光を捕捉するのを可能にするように形成された二次元テクスチャ表面構造７を有している。
【００１０】
より具体的には、テクスチャ表面構造７は、互いに平行な一連の三角プリズム８からなっていると言ってよく、プリズムの端部は基板がその内側に平らな帯１１を有するように切り取られており、平らな帯の面積はこれに面して位置する光起電性の帯４の面積に相当する。
【００１１】
操作原理は、図１ｂに示した光線２及び２’の光路を考察することにより容易に理解することができる。２つの光線は、空気−ガラス界面６で屈折させられる。屈折した光線２は光電池４に直接到達するのに対して、光線２’は電池４に達する前に、３のところで全内部反射させられる。こうして当業者ならば容易に理解するように、基板５の表面に対する法線に対して比較的大きい入射角をなす光線が、それにもかかわらず光電池によって集められ、それによりこの発明に従って集光することになる。連続する２つのテクスチャ表面構造間のスペース１０と、光電池の幅、すなわち帯１１の幅９との比に対応して、集光率を容易に計算することもできる。この発明による「スペース」という用語は、テクスチャ表面構造のピッチ、あるいは、２つの連続する電池の中央位置間の距離に相当する。
【００１２】
更に、光線を受け取る角度は、図１ａ又は図１ｂに関連して説明したものと類似するが、しかし丸みを帯びた側壁を有するレリーフ模様でテクスチャ形成することにより、かなり増大させることができる。放物線状の側壁は、光を捕捉する上で極めて効果的であるように思われる。
【００１３】
基板５のために使用することができる種々様々な材料の中で、無機ガラスは、特に例えば時間経過全体にわたる安定性と、その優れた耐温度性及び耐紫外線性に関して、多くの利点を有している。吸収を最小限にするためには、鉄含有率が低いガラス、特にＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｇｌａｓｓ社製のガラスＡｌｂａｒｉｎｏ（登録商標）が好ましい。
【００１４】
この従来技術の欠点は、システムが正しく動作するためには、先端を切り取った隣接する２つのプリズム間に空気（あるいは真空又は任意のガス）の割り込み部を残されなければならないという事実に由来する。これは、以下のことの原因となりかねない。
・一般にモジュールは積層され、そして積層中に全ての気泡が排除されることから生じる製造困難。
・モジュールの芳しくない老化（空気の割り込み部で始まる層間剥離、電池の腐食など）。
・このようなテクスチャ付き板の精密製作中の相当な困難（標準的な方法、例えばガラスのロール加工プロセスはあまり精密ではない）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、本発明の目的は、このテクスチャ付きガラス基板の代わりに、低屈折率ｎ1を有するゾーンと高屈折率ｎ2を有するゾーンとを交互に有する平らなガラス基板（屈折率差ｎ2−ｎ1は０．１以上である）を用いることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、光屈折率が高いゾーンを、太陽束を受け取らないガラスの自由表面から出発して作り出す。高屈折率ｎ2を有するこれらのゾーンは、低屈折率ｎ1を有するゾーンによって互いに分離されている。一定の周期で離隔された高屈折率ゾーンは、板ガラス内の平面で合体するか、又は太陽束を受け取る板ガラスの自由表面で合体する。従って、通常は集光器と呼ばれる光収束デバイスが、高屈折率ゾーン内に形成されて、これにより太陽束を受け取らないガラスの自由表面に光線を集中させることを可能にし、この面に向き合って、太陽電池モジュール又は光起電モジュールの機能素子が有利に配置されて、光エネルギーを電気エネルギーに変換するのを可能にする。
【００１７】
この目的のために、本発明の一つの対象は、第１の自由表面と第２の自由表面とを含むとともに、高屈折率を有するゾーンの群と低屈折率を有するゾーンの群とを含んでいる平板無機ガラスであって、該ゾーンの群が、第１及び第２の自由表面間の平板ガラスの厚さ内に、該第１の自由表面から出発して１〜１０００μｍの深さにわたって形成されており、前記高屈折率ゾーンと低屈折率ゾーンとが、該第１及び第２の自由表面間の平板ガラスの厚さ方向を横切る方向に沿って交互に位置しており、該高屈折率ゾーンは該第１の自由表面から該第２の自由表面に向かって広がっており、そして該高屈折率ゾーンの外周面が、該第１の自由表面に対して少なくとも６５°、好ましくは７０°に実質的に近い角度をなしている、平板無機ガラスである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
（原文記載なし）
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の第１の実施形態によれば、ガラスはその厚さ内に高屈折率ゾーンを交互に含み、これらの高屈折率ゾーンのそれぞれの外周線は台形を形成しており、そしてガラスはその容積中に、台形ベースのプリズムを含む。これらのゾーンは、例えば図４に示すように、交差する２つの方向において交互に存在する。換言すれば、この第１の実施形態によれば、高屈折率ゾーンは、長さｌ2の小さな底辺と長さｌ1の大きい底辺とを有する台形ベースのプリズムであり、前記プリズムは、ガラスの厚さの全体又は一部にわたって形成されている。有利には、高屈折率ゾーンはガラス内で、第１の自由表面から出発して２０μｍ〜７００μｍの深さを有している。
【００２０】
本発明の別の実施形態によれば、高屈折率ゾーンは、図５に示すように、丸みを帯びた形状又は球面状の形状の側壁又は外周線を有してもよい。
【００２１】
本発明の実施形態がどのようなものであれ、各低屈折率ゾーンの屈折率と各高屈折率ゾーンの屈折率との屈折率差は０．０５〜０．１５であり、更に言うならば０．１０〜０．１５である。加えて、集光率ｌ2／ｌ1は３５〜５５％であり、好ましくは４０％に近い。
【００２２】
高屈折率ゾーンと低屈折率ゾーンとは、少なくとも１つのカチオン性元素の含有量が異なる。「カチオン性元素」という用語は、そのイオンが陽イオンの形態である元素を意味するものと理解される。例えば、ナトリウム原子のイオン形態はＮａ+カチオンである。同様に、銀原子のイオン形態はＡｇ+カチオンである。無機ガラスにおいては、カチオン性元素は酸化物の形態をなしており、その酸素原子との結合は一部はイオン結合であり、また一部は共有結合である。高屈折率ゾーンは詳しく言うと、Ａｇ、Ｔｌ、Ｃｕ、Ｂａの群からの元素を少なくとも１種含有することができる。
【００２３】
本発明によるガラスは、太陽電池に入射する光を集めるのに使用することができる。具体的には、本発明によるガラスは、シリコンの帯を備えた太陽光集光器を形成することができ、また、光起電力モジュール内に内蔵することができる。
【００２４】
太陽束を受け取るガラスの自由表面は平らである。本発明によるガラスは一体式である。それというのも、それが単一のガラスマトリックスからなり、その組成がイオン交換によって高屈折率ゾーン内で局所的に変更されているからである。
【００２５】
これらのゾーンは、ガラスに含有された少なくとも１種の元素と、ガラスに接触して配置される媒質を介して導入された少なくとも１種の元素との間でイオン交換を行うことにより作り出される。具体的には、ガラスに含有されたナトリウム原子を、ガラスと接触させた銀塩によって導入された銀原子と、又はタリウム塩によって導入されたタリウム原子と、交換することができる。具体的には、銀塩は硝酸銀ＡｇＮＯ3でよく、タリウム塩は硝酸タリウムＴｌＮＯ3でよい。ナトリウムはガラスから出てナトリウム誘導体を形成する。
【００２６】
このイオン交換は、ガラス表面の初期のレリーフ模様を変化させることなしに、異なる屈折率を有する異なる媒質をガラスの厚さ内に交互に作り出す。このイオン交換は、電界内でのマイグレーションによって行われ、それにより制御された形状の段階的屈折率ゾーンを得るのを可能にする。具体的には、これらのゾーンは上述のように、台形形状であるか又は部分的に球面状又は丸みを帯びていると有利であろう。従って、ガラスがイオン交換前に平滑である場合には、イオン交換後にも平滑である。
【００２７】
台形ゾーンを交互に製造するには、太陽束を受け取る面とは反対側のガラス表面を、当該ゾーンを作り出すためガラス内にマイグレートするイオン源として働く２種の材料と交互に接触させる。これらの材料は、イオンの拡散後に得ようとする輪郭に一致又は合致する輪郭を有する帯の形にして被着させる。このように、台形の形をしたゾーンを得るためには、台形輪郭を有する材料の帯を使用することが必要である。容積内で、これらのゾーンは台形ベースのプリズムを画定する。
【００２８】
従って、本発明はまた、最初はゾーンのないガラスを、電界の作用下でガラス内にマイグレートすることができる異なるイオンを提供する２種の異なるイオン源材料の帯を交互に配置したものと接触させることを含み、そして電界を印加することを含む、ガラス製造方法に関する。ゾーンは、２種の材料の帯の下に作り出される。ガラス表面のゾーンの表面の形状寸法は、材料がガラスと接触する面の形状寸法に相当する。ガラス内に作り出される交互のゾーンは、その真上にある材料に由来するイオン性元素で富化される。この交互の形態を作り出すために、高分極率のイオンを提供する供給源材料、すなわち高屈折率ゾーンの組成の一部を構成することになるイオンを提供する供給源材料は、固体の形態であり、一般にはエナメル又は金属、例えば銀などであり、そしてガラスの表面に帯の形で配置され、他方の材料は液体又は固体の形態であることが可能である。この他方の材料、つまり低屈折率ゾーンに入ることになる低分極率のイオンを提供する供給源材料は、第１の材料の帯の間のスペースを埋める。他方の材料が固体の場合、この材料も、第１の材料から成る帯の間に帯の形態で配置される。他方の材料が液体の場合、それは第１の材料の固体の帯の間のスペースを充填する。高分極率イオンは、Ａｇ、Ｂａ、Ｔｌ、Ｃｕの群のうちの元素である。低分極率元素に関しては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒから選ばれる。交互に形成されたゾーンのイオンの分極率の差が大きければ大きいほど、屈折率間の差が大きくなる。このことは、より大きい入射角で入射する光線の方向を変えるのに好ましい。
【００２９】
一実施形態によれば、第１の材料は固体で、且つ金属タイプのもの、例えば銀、タリウム、銅などであるか、あるいはＡｇ、Ｂａ、Ｔｌ、Ｃｕの群の元素のうちの少なくとも１つを含有するエナメルタイプのものである。他方の材料も、やはり固体であってよく、そして第一の材料とは異なる、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒの群の元素のうちの少なくとも１つを含有するエナメルタイプのものでよい。それは、一般に溶融塩タイプの、例えばＫＮＯ3、ＬｉＮＯ3、ＣａＴＦＳＩ又はＢａＴＦＳＩ（ＴＦＳＩはビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドを表す）などの、液体であってもよい。
【００３０】
有利には、ガラス表面上の交互に位置する２種の材料は、同等の移動度のカチオン性元素の供給源であり、これにより、力線がマイグレーション中に歪むのを防止し、ひいてはイオンがガラス表面に対して垂直にマイグレートするのを可能にする。この移動度は、所与（温度、ガラスマトリックス）の条件下でイオンがガラス内へ浸透する速度を測定することによって割り出すことができる。浸透深さは、走査型電子顕微鏡での観察、又は基板の重量増加によって容易に割り出すことができる。電界の力線が歪まないので、高分極率元素を含有する材料の形状は、電界に支援されたイオン交換中にガラス内で、比例定数の範囲内で再現される。従って、材料が台形形状の帯である場合には、交換後に得られる高屈折率ゾーンも台形形状の帯となる。
【００３１】
電界下でのカチオン性元素のマイグレーションは、ガラス内に作り出されたゾーンが所望の深さ、すなわち第１の自由表面から出発するガラス内の所期の深さを有するのに十分な時間にわたって実施される。
【００３２】
例えば、固体材料は、拡散するように意図された元素のエナメルであることができる。このエナメルは一般に、スクリーン印刷によって被着されたフリットから製造される。イオン交換後、固体材料は、例えば研磨又は酸エッチングによって、除去される。
【００３３】
低屈折率ゾーンに入るイオンを含有する材料が液体である場合、このプロセスは、その液体材料と接触させる前に固体材料上に保護膜を適用することにある付加的な工程を含んでもよい。保護膜の機能は、液体材料のカチオン性元素が固形材料中へマイグレートし、そして「希釈」効果により、ガラス中に含まれるカチオン性元素と固体材料中に含まれるカチオン性元素との交換に支障を来すのを防ぐことである。
【００３４】
例えば、保護膜はＮｉ／Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｉ又はＡｇの膜であることができる。それは好ましくは、マグネトロンスパッタリングによってエナメル上に被着される。膜厚は１００ｎｍ〜１μｍであってよく、好ましくは１５０〜３００ｎｍである。
【００３５】
本発明の一つの実施形態によれば、光収束ゾーン、すなわち高屈折率ゾーンは、丸みを帯びた形状であり、そして太陽束を受け取る板ガラスの自由表面上で合体する（一例が図５に示されている）。この場合、太陽に曝されるガラス表面から、電界に支援されたイオン交換を行うことが有利である。この場合、次の２つの手順が可能である。
・例えばＡｇＮＯ3、ＴｌＮＯ3などの、溶融塩の浴から、ガラス表面に被着させたマスキング膜を通して、イオン交換を行う。この膜は、例えば、スパッタリング、ＣＶＤなどによって被着されたＡｌ、Ｔｉ、Ｎｉ／Ｃｒ又はＡｌ2Ｏ3膜でよい。マスクの開口部は円形であり、そしてイオン交換時間は、高分極率のイオンがガラスの反対側の面に達するように選択される。
・高分極率元素を含有する固体材料からイオン交換を行う。この材料は、板ガラスの表面に帯の形状で被着され、被着される材料の厚さは、高分極率イオンがガラスの反対側の面に達するように選択される。この材料は、例えばスクリーン印刷によって被着されるエナメルでよい。
【００３６】
電界の力線の歪みにより、イオン交換されたゾーンは丸みを帯びた形状、例えば集光器として作用するのに望ましい形状を有する。マスキング膜の円形開口部の直径と、固体材料の帯の幅は、作動ゾーンの寸法にほぼ等しい。低屈折率ゾーンは、イオン交換によって影響を受けていないゾーンである。
【００３７】
ガラスにおけるイオン交換の原理自体は、当業者に知られている。交換されるべき種は、ガラス基板のいずれかの側に配置された電極及び対電極によって印加された電界の作用下でマイグレートする。カチオン性元素は１つの方向にマイグレートして基板内に入る。これは、ガラスに挿入されるべきイオンが一方の面を通って電極側に到達するのに対して、ガラスから排除されるイオンは他方の面を通って対電極側に排除されることを意味する。
【００３８】
電極及び対電極は、イオン性の塩、交換温度で少なくとも基板自体と同程度に導電性の導電性エナメル、又は金属もしくはセラミックの導電性薄膜、例えばＴｉ、Ｎｉ／Ｃｒ、Ａｌ、ＩＴＯ、ＳｎＯ2：Ｆなどで作られたもの、で構成することができる。
【００３９】
一実施形態によれば、エナメルの帯を基板表面に作ることができる。エナメルは、当業者に知られているやり方でもって、ガラスフリットを使用して基板表面上で作ることができる。具体的には、ガラスフリットの融点より高く、基板の軟化温度より低い温度で、エナメルの焼成を行う。焼成時間は、ガラスフリットがガラス質のマトリックスを形成するのに十分に長い時間でなければならない。ソーダ−石灰−シリカガラス製の基板の場合の実例として、焼成は、７００℃を超えない温度、好ましくは６００〜６８０℃の範囲の温度で、６０分未満、好ましくは１０〜３０分間、行われる。その導電性に応じて、エナメルは、そのイオン源としての機能に加えて、電極側に配置された帯の形態でもって、それ自体が電極として働くことができる。この場合には、エナメルは、最高レベルのイオン交換を行うように、できるだけ最低限の細孔率、又は最大限の稠密性を有することが望ましい。
【００４０】
エナメルを対電極として使用する場合には、その細孔率はより高くてもよい。
【００４１】
イオン源、電極、又は対電極として溶融塩を使用する場合、塩は好ましくは、その融点よりも少なくとも１０℃高い、好ましくは少なくとも２０℃高い温度で維持される。
【００４２】
イオン交換は電界内で実施される。印加される電界の値は、交換されるべきカチオン性元素の性質に依存し、そしてまた基板の組成にも依存する。一般に、電界は、０．０１〜１μｍ／ｍｉｎの基板内へのマイグレーション速度を得るように選ばれる。この電界は一般に、基板の厚さ１ミリメートル当たり１〜１０００ボルトである。
【００４３】
ゾーンが台形である場合、これらのゾーンは、太陽に曝される基板の自由表面から所与の距離を置いて位置する平面から出発して、ガラス機能を有する基板の厚さの少なくとも一部にわたって作られる。
【００４４】
高屈折率ゾーンの深さは、基板／ゾーン界面で光が、作動膜で被覆されたゾーンに向かって全内部反射するのを可能にするのに十分なものである。
【００４５】
図１０及び１１は、本発明の２つの実施形態を示している。一方の実施形態では、ゾーンは基板の厚さ全体にわたって作られており（図１０）、他方ではゾーンは自由表面から所定の深さの位置から始まっている（図１１）。
【００４６】
屈折率ｎ2の高屈折率ゾーンと屈折率ｎ1の低屈折率ゾーンとの屈折率差ｎ2−ｎ1が約０．０５〜０．１５、もっと言うなら０．１０〜０．１５である場合、そして入射光束がガラス機能を有する基板の自由表面に対して垂直である場合、ガラス機能を有する基板の自由表面に対するゾーンの傾斜した側壁の方位は、６０°〜８０°、より好ましくは６５°〜７５°、更に好ましくは実質的に７０°に近い角度θで最適化される。
【００４７】
この最適な角度の場合、集光器のアスペクト比を最適化することが有利なこともある。ｌ1がガラス機能を有する基板の光線の方に向けられる自由表面から所与の深さに位置する平面内の高屈折率ゾーンの最大長さであり、そしてｌ2がガラス機能を有する基板のエネルギー収束を実施するための作動ゾーンの方に向けられる自由表面における最小長さであるとすると、集光率はｌ1／ｌ2比として定義される。逆比、つまりｌ2／ｌ1は、太陽放射線に対して曝される面積に対する機能材料で被覆された面積の割合に相当する。
【００４８】
低屈折率ゾーンは、イオン交換されていないガラス基板からなり、これらのゾーンの屈折率ｎsは１．３〜２の範囲でよい。高屈折率ゾーンの屈折率は１．４３〜２．１３であることができる。具体的には、ソーダ−石灰ガラスの屈折率ｎsodaは例えば１．４７〜１．５５である。ガラス中に含まれるナトリウムを硝酸銀に由来する銀で交換することによって作られる銀に富む帯の屈折率は、一般に１．０１ｎsoda〜１．２ｎsodaの範囲である。
【００４９】
本発明に従って実施されるマイグレーションによって、ゾーン内の別のイオンと入れ替わるイオンは、１０〜１００ｍｏｌ％の範囲の量、一般には２０ｍｏｌ％を上回る量で、それと入れ替わることができる。
【００５０】
ゾーンは、光起電力システムのための集光器用途では板ガラスを装備することができる。板ガラスは一般に、水平に対して傾斜しており、そして太陽「追尾」システムが最適なエネルギー変換を保証する角度に配置にするのを可能にする。
【００５１】
本発明による板ガラスは一般に、屋根又は地面、あるいは建物（任意のタイプの建物、すなわち住宅、オフィス、格納庫など）の壁に配置されるキャリア構造体に、板ガラスが日光を受け取るように配置される。
【００５２】
図２は、ガラス表面上に所定の深さにわたる集光器を作り出すために、この例では厚さ２．１ｍｍのソーダ石灰ガラスを局所的にそれで富化させるように意図されたカチオン性元素を含有する固体から出発して台形状のゾーンを得るための方法を示している。
【００５３】
ガラス２１の表面に、典型的には台形の形をした、厚さの変化するガラスの帯２２又はフリットを被着する。これらのフリットはＡｇ+に富むものである。この集成体全体を硝酸ナトリウム浴（Ｎａ+、ＮＯ3-）中に浸漬し、そして電界を印加する。
【００５４】
次いで、Ａｇ+に富むガラスフリット２２の厚さ方向の輪郭を、周囲の媒質とは異なる屈折率を有し実質的にほぼ台形状のゾーン２３を画定するよう、Ｎａ+イオンをＡｇ+イオンと交換させることによってガラス中に再現させる。
【００５５】
図４は、断面図で見た水平方向の板ガラスを示しており、この板ガラスは交差する２つの方向に沿って、特に台形輪郭の、ゾーン２３を備えており、かくして集光器を画定している。光源からやって来てガラス内に突き進んだ光線は、ゾーン／媒質界面で反射させられ、そして台形の２つの側壁によって仕切られた収束ゾーン内で、板ガラスの他の面に向かって送り返される。板ガラス内の入射光は実際には、高屈折率ゾーン／低屈折率ゾーンの界面で全内部反射させられ、かくしてエネルギー収束のための作動表面を備えた集光器の末端に向かって方向変換される。
【００５６】
図４において、ガラス基板の厚さは４ｍｍである。屈折率ｎ2のゾーンは、例えば、第１の自由表面から始まるガラス内の深さが５００μｍ、入射光線入口面における幅ｌ1が７００μｍ、そして他方の端部、すなわち台形の小さい方の底辺における幅ｌ2が３４０μｍである。この図では、台形の側壁はまっすぐになっている。図５では、高屈折率ゾーンの輪郭２０は球面状の又は丸みを帯びた外周線を有している。
【００５７】
図６は、板ガラスの表面に対して垂直入射時の光線の全内部反射の現象を示している。ゾーンの側壁の角度θは７０°に近く、この値は、屈折率差ｎ2−ｎ1が０．１２であり且つ垂直入射である場合には、光の全反射のための最小角度である。
【００５８】
図７は、ｌ2／ｌ1比の２つの極端な事例を示している。
【００５９】
左側の図では、比が小さすぎる結果、光線は作動表面に当たらず、失われることになる。
【００６０】
右側の図では、その反対に、比が大きいために全ての入射光束が捕捉されるのを可能にするが、しかし作動表面の一部、すなわち図７で周辺の部分は、直接光だけを受け取る。このことは集光率を更に増大させることができることを意味する。
【００６１】
このように、ｌ2／ｌ1比の最適化を行うことができる。
【００６２】
図８は、構造体のθの種々の値に関する、及び作動表面、すなわちエネルギー変換を行うことができる材料、例えばシリコンなどで被覆された表面の種々の比率にも相当する種々の集光率ｌ2／ｌ1に関する、入射光束に対する捕捉光束の比率を示している。図８から判るように、注目すべきなのは、６５〜７０°の角度θlim未満では、全反射は保証されず、捕捉光束が急激に減少すること、この値θlimを上回ると、角度θの増大がシステムの性能を有意に改善することにはならないこと、そしてｌ2／ｌ1比が約４０％の場合、捕捉光束が事実上１００％に達することである。従って、このｌ2／ｌ1比が最適な比であると思われる。
【００６３】
図９は、構造体を設けた場合と設けない場合で、被着されたシリコンの種々の比率に関して、光電池によって捕捉された光束の比率を度数で表した光束の入射角ｉの関数として示している。
【００６４】
下記の表は、角度θが７０°であり屈折率差ｎ2−ｎ1が０．１３である場合の、それぞれのｌ2／ｌ1比に相当する２つのＳｉ充填割合と、３つの太陽束入射角とに関して、捕捉された太陽束の割合をまとめたものである。これら２つの充填割合はそれぞれ３３％及び４０％であり、そしてゾーンは台形である。
【００６５】
注目するべきなのは、いかなる構造体もない場合（すなわち高屈折率ゾーン及び低屈折率ゾーンが存在しない場合）には、捕捉される光束はＳｉ充填割合に等しいことである。
【００６６】
【表１】
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【００６７】
全ての入射角に関してＳｉ比と等しい捕捉光束値が得られる、集光ゾーンなしの基板と比較して、入射角が小さくＳｉ比が同じ場合、約２倍の大きさの捕捉光束値が台形ゾーンによって得られることに注目するべきである。
【００６８】
言うまでもなく図面において、様々な構成要素は明快にするため縮尺通りには描かれていない。
【実施例】
【００６９】
〔例１〕
この例は、図２に関連して説明した実施形態を例示する。
【００７０】
モルパーセントで表して、ＳｉＯ2を７１％、Ｎａ2Ｏを１３．５％、ＣａＯを９．５％、及びＭｇＯを６％含むソーダ−石灰−シリカガラス組成物から、基板を作製した。この基板の屈折率は１．５２であった。
【００７１】
大きい底辺の幅が１００μｍ、小さな底辺の幅が４０μｍ、厚さが２０μｍ、角度θが７０°の、４００の台形の帯からなる列を、基板（測定寸法５ｃｍ×５ｃｍ×３．１ｍｍ）の一方の面に被着した。帯は縁部から縁部まで配置され、ｗｔ％で表して７５％の銀粒子、１０％のガラスフリット、及び１５％のテルピネオール混合物を含むエナメル組成物（ガラス上に塗布するのに適した粘性を提供するスクリーン印刷媒体）によってスクリーン印刷を施すことにより形成した。ガラスフリットの組成は、ｗｔ％で表して、ＳｉＯ2が３６％、Ｂｉ2Ｏ3が３０％、Ｎａ2Ｏが２４．５％、ＣａＯが５．５％、そしてＡｌ2Ｏ3が４％であった。
【００７２】
スクリーン印刷した表面構造体で被覆された基板に、６５０℃で３０分間エナメル焼成処理を施した。
【００７３】
エナメル表面構造体を有する基板面を、電圧発生器のアノードに接続された溶融（３２０℃）ＮａＮＯ3浴と接触させた。他方の基板面は、前記発生器のカソードに接続された別の溶融（３２０℃）ＮａＮＯ3浴と接触させた。基板内のＡｇイオンのマイグレーション速度が０．０７μｍ／ｍｉｎとなるように発生器の端子間に電位差を印加することにより、イオン交換を２０時間行った。
【００７４】
６８ｗｔ％のＨＮＯ3溶液中で５分間酸エッチングすることにより、エナメルを除去した。
【００７５】
この基板について、表面構造体中のＡｇイオンのガラス内への拡散深さと、イオン交換後の低屈折率ゾーンの屈折率ｎ1及び高屈折率ゾーンの屈折率ｎ2を測定し、その値は、
・拡散深さ８４μｍ、
・ｎ1＝１．５２、ｎ2＝１．６３、
であった。
【００７６】
ガラスフリットの初期輪郭に一致して、台形輪郭の深さ８４μｍの円錐ゾーンの存在が観察された。
【００７７】
〔例２〕
この例は、本発明の変更例を示すものであり、この変更例では集光ゾーンが丸みを帯びた形状を有しており、その深さはガラスの厚さに等しい。
【００７８】
モルパーセントで表して、ＳｉＯ2を７１％、Ｎａ2Ｏを１３．５％、ＣａＯを９．５％、及びＭｇＯを６％含むソーダ−石灰−シリカガラス組成物から、基板を作製した。この基板の屈折率は１．５２であった。
【００７９】
幅３００μｍ及び厚さ１００μｍを有する４００の平行六面体状の帯からなる列を、基板（測定寸法５ｃｍ×５ｃｍ×０．５ｍｍ）の一方の面に被着した。前記帯は、ｗｔ％で表して７５％の銀粒子、１０％のガラスフリット、及び１５％のテルピネオール混合物を含むエナメル組成物（ガラス上に塗布するのに適した粘性を提供するスクリーン印刷媒体）によってスクリーン印刷を施すことにより形成した。ガラスフリットの組成は、ｗｔ％で表して、ＳｉＯ2が３６％、Ｂｉ2Ｏ3が３０％、Ｎａ2Ｏが２４．５％、ＣａＯが５．５％、そしてＡｌ2Ｏ3が４％であった。
【００８０】
スクリーン印刷した表面構造体で被覆された基板に、６５０℃で３０分間エナメル焼成処理を施した。次いで、他方のガラス面上に金属電極を被着させた。スクリーン印刷した表面構造体に正電圧を印加する一方で、反対側の面の電極は接地した。
【００８１】
平均速度が０．０７μｍ／ｍｉｎとなるように、発生器の端子間に電位差を印加することにより、イオン交換を１２０時間行った。
【００８２】
この基板について、銀とのイオン交換後の高屈折率ゾーンの屈折率ｎ2を測定し、それは１．６３に等しかった。
【００８３】
更に、イオン交換されたゾーンは、スクリーン印刷面で幅が１ｍｍであり、そして反対側の面では３００μｍの幅にわたって現れ、側面に丸みを帯びた縁部を有することが見いだされた。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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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【国際調査報告】
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