(57)【要約】  本発明による太陽電池モジュールは、少なくとも1つの太陽電池が、ハウジングの中に配置され、少なくとも1つの反射空洞が、ハウジングの中に配置され、少なくとも1つの集束要素が、入射太陽光を少なくとも1つの反射空洞に集束させるように構成され、少なくとも1つの反射空洞は、少なくとも1つの太陽電池を収容するように構成され、少なくとも1つの集束要素は、ハウジングと一体に接続して実現されることを特徴とする。本発明の最良の形態は、プラスチックレンズを備える多孔性セラミックのハウジング内に収容される、複数のスペクトル応答を有するタンデム太陽電池であると考えられる。ハウジングは、ミラー箔で内部から被覆される。一部の実施形態では、タンデム太陽電池は、集束要素の焦点の下側であり、ハウジング内には、真空状態がさらに存在する。一部の実施形態では、太陽電池モジュールは、れんがのような建築材料として使用され得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの太陽電池（１００、１０１、１０２）が、ハウジング（５００）の内部に配置され、
少なくとも１つの反射空洞（２００）が、前記ハウジング（５００）の内部に配置され、
少なくとも１つの集束要素（３００）が、入射太陽光を少なくとも１つの前記反射空洞（２００）に集束させるように構成され、
前記少なくとも１つの反射空洞は、前記少なくとも１つの太陽電池（１００、１０１、１０２）を収容するように構成され、
少なくとも１つの前記集束要素（３００）は、前記ハウジング（５００）と一体に接続して実現され、
少なくとも１つの前記太陽電池１００、１０１、１０２は、フィルタが設けられる
ことを特徴とする、太陽電池モジュール（１０）。
【請求項２】
少なくとも１つの集束要素（３００）は、前記ハウジング（５００）の少なくとも１つの側部に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
少なくとも１つの反射空洞（２００）は、前記ハウジング（５００）内に、前記ハウジングの内部壁を反射材料で被覆することにより配置されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記太陽電池により集束かつ捕獲される光子から生成される追加的な光電流は、前記反射空洞（２００）、ハウジング（５００）および／または集束要素（３００）のコストを補償または相殺するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記太陽電池モジュール（１０）のハウジング（５００）は、多孔性セラミックで作製され、前記集束要素（３００）は、プラスチックで作製され、かつ／または、前記反射空洞（２００）は、前記ハウジング（５００）の内部壁をミラー箔で被覆することにより実現されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記ハウジング（５００）および前記集束要素（３００）は、任意の材料またはプラスチックで、１つの一体型の要素に作製されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記ハウジング（５００）、前記反射空洞（２００）、前記集束要素（３００）、回折／拡散要素（４００）、または太陽電池モジュール（１０）の他の任意の部分は、任意の金属もしくは合金、セラミック、多孔性セラミック、ガラス、プラスチック、複合材、ポリマー、ゴム、発泡体、木材ならびに／または木材製品に基づくことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
少なくとも１つの反射空洞（２００）の内部には、真空状態または低密度の気体が存在することを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
少なくとも１つの太陽電池モジュール（１０）が、１つまたは複数の太陽電池モジュール（１０）を備える太陽電池パネルを形成するように集約されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
異なるスペクトル応答のいくつかの太陽電池（１００、１０１、１０２）が、前記反射空洞（２００）の中に配置され、かつ／または、少なくとも１つの太陽電池（１００、１０１、１０２）は、タンデム太陽電池であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記太陽電池（１００、１０１、１０２）により収集される光電流は、前記太陽電池モジュール（１０）から通じるように構成される少なくとも１つの導電体により収集されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記太陽電池モジュール（１０）は、建築材料として使用されるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
少なくとも１つの集束要素（３００）が、入射太陽光を反射空洞（２００）に集束し、
少なくとも１つの反射空洞は、少なくとも１つの太陽電池（１００、１０１、１０２）を収容し、
前記少なくとも１つの集束要素（３００）および前記少なくとも１つの反射空洞（２００）による、光子の前記集束および反射は、同じハウジング（５００）内で、および／または前記同じハウジング（５００）の壁上で行われ、
少なくとも１つの前記太陽電池１００、１０１、１０２は、フィルタが設けられる
ことを特徴とする、太陽光の電気を生成する方法。
【請求項１４】
請求項１の前記太陽電池モジュール（１０）を用いて電気を生成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新しい低コストの太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
光起電力太陽電池の性能は、何十年もの間、絶え間なく進展し続けてきた。長年にわたって、それらの効率および発生される電力を向上させるために、いくつかの試みが開始されている。これらは、参照により本出願に組み込まれる、本発明者の特許出願FI20070264、FI20070743およびFI2007801を含む。
【０００３】
米国特許第6689949号もまた、数kW〜50kWの範囲で太陽光発電所を設置するための興味深い試みを記載している。外部の放物面集光器が、宇宙グレードの反射材の材料「Spectralon」で作製される反射空洞に太陽光を集めるために使用される。反射空洞は、様々な波長の太陽電池を内蔵する。米国特許出願公開第2008/0251112A1号もまた、同様の解決策を提示する。両方の文献は、本明細書では参考文献として引用されている。
【０００４】
従来技術は、重大な欠点を負っている。米国特許第6689949号の発電所は、非常に大規模であるので、電気の使用地点から離れている必要があるため、送電のコストが上昇する。さらには、発電所は、大規模な先行投資を必要とするので、資本コストと同様に、生成される1ワット当たりの平均コストの観点から、非常に高価である。再生可能エネルギーにおける今日の状況は、光起電性電気の生成がエネルギー生産の好適な様式であるというものであるが、それは、平均的な個人または企業にとっては、残念ながら、単位ワット当たり非常に高価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】FI20070264 An active solar cell and method of manufacture
【特許文献２】FI20070743 Thermodynamically shielded solar cell
【特許文献３】FI2007801 Method and means for designing a solar cell
【特許文献４】米国特許第6689949号, Ugur Ortabasi, Concentrating photovoltaic cavity converters for extreme solar-to-electric conversion efficiencies.
【特許文献５】米国特許出願公開第2008/0251112A1号, David g. Jenkins, Concentrating photovoltaic kaleidoscope and method.
【特許文献６】EP1724841A1, Josuke Nakata, “Multilayer Solar Cell”
【特許文献７】米国特許第6320117号, James P. Campbell et al., “Transparent solar cell and method of fabrication”
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Solar Electricity、Thomas Markvart、2nd Edition、ISBN0-471-98852-9
【非特許文献２】「An unexpected discovery could yield a full spectrum solar cell」、Paul Preuss、Research News、Lawrence Berkeley National Laboratory
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
研究中の本発明は、低コストの太陽電池を対象とする。
【０００８】
本発明の1つの目的は、電気の使用地点から利用可能である、発電所グレードの光起電技術をもたらすことである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、太陽電池パネルに必要とされる初期投資を低減することにより、電気の単位ワット当たりのコストを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある態様では、太陽電池パネルは、いくつかの小型の太陽電池モジュールで作製される。これらのモジュールは、数cm2の領域であり、数cm以下の厚さを有する場合がある。太陽電池モジュールは、太陽電池のためのハウジングを備える。ハウジングの入射太陽光の側部には、集束要素が存在する。これは、太陽光を小さな領域に集束させる。太陽電池は、この集束領域の下方にあり、入射太陽光の最大量を受け取る。太陽電池は、典型的には、集束要素またはハウジング要素の領域と比較して、小さな領域を有する。ハウジングはさらに、反射空洞または積分球として動作し、その内壁は、反射箔、または拡散性の反射材料、または他の反射材料で被覆される。
【００１１】
前記のように、太陽電池は高価である。太陽電池または光ダイオードのコストは、その面積と非常に強く関係して変動(scale)する。同じ事は、太陽電池となる半導体材料を作製する際に消費されるエネルギーについても当てはまる。一方、多くの半導体は、それらの効率が向上されるにつれて、放射照度の増大(すなわち増大するフラックス)から利益を得る。これは、より多くの光子が存在するほど、より多くの励起される電子が伝導帯に入る結果となるためである。一方、光子の集束および捕獲(entrapment)をもたらす集束要素および反射空洞は、複数の方法で製造され得る。本発明のある実施形態では、ハウジングは、透明プラスチックのハウジングであり、集束要素は、安価なプラスチックレンズであり、空洞、すなわちハウジングの内側は、それを反射空洞に変えるために、安価なミラー箔で被覆されている。
【００１２】
本発明のある実施形態では、ハウジング、集束要素およびミラー箔は、それらのコストおよび設置のコストが、少なくとも、捕獲される光子および集束される光子により生成される追加の電気の価格により相殺されるように選択されるように構成される。
【００１３】
本発明による太陽電池モジュールは、
-  少なくとも1つの太陽電池が、ハウジングの中に配置され、
-  少なくとも1つの反射空洞が、前記ハウジングの中に配置され、
-  少なくとも1つの集束要素が、入射太陽光を少なくとも1つの前記反射空洞に集束させるように構成され、
-  前記少なくとも1つの反射空洞は、前記少なくとも1つの太陽電池を収容するように構成され、
-  少なくとも1つの前記集束要素は、ハウジングと一体に接続して実現される
ことを特徴とする。
【００１４】
本発明による太陽光の電気を生成する方法は、
-  集束要素が、入射太陽光を反射空洞に集束し、
-  反射空洞は、少なくとも1つの太陽電池を収容し、
-  光子の集束および反射は、同じハウジングの内部で行われる
ことを特徴とする。
【００１５】
上述の利点を生じる実施形態に加えて、およびそれに関して、本発明の最良の形態は、プラスチックレンズを備える多孔性セラミックのハウジング内に収容される、複数のスペクトル応答を有するタンデム太陽電池であると考えられる。ハウジングは、ミラー箔で内部から被覆される。一部の実施形態では、タンデム太陽電池は、集束要素の焦点の下側であり、ハウジング内には、真空状態がさらに存在する。
【００１６】
以下では、本発明は、添付図面に従って、例示的な実施形態を参照して、より詳細に記載されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】発明の太陽電池モジュール10の実施形態をブロック図として明示する。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施形態の一部は、従属クレームにおいて記載される。
【００１９】
図1は、本発明の太陽電池モジュール10の実施形態を示す。一部の実施形態では、太陽電池モジュール(10)のハウジングは、比較的高価でない材料であるプラスチックで作製される。一部の実施形態では、太陽電池モジュール10のハウジングは、ガラス、またはガラス/プラスチックの混合物で作製される。集束要素300は、一部の実施形態では、プラスチック、ガラス、またはガラス/プラスチックの混合物で作製され、太陽電池モジュール10のハウジング500の一体部分である場合がある。一部の実施形態では、ハウジング500および集束要素は、例えば成形により、単一のガラスおよび/またはプラスチックの部分品で作製される。
【００２０】
集束要素300は、本発明の一部の実施形態では、レンズであるが、集束要素300は、本発明によれば、放物面鏡、または他の集束デバイスであってもよい。集束要素は、本発明の大部分の実施形態では、ハウジング500に一体に接続される。ハウジング500の壁の1つまたは複数は、集束要素300として実現され、または、壁は、少なくともそれらの領域の1つの部分に集束要素300を含むように構成される。一部の実施形態では、少なくとも1つの光ファイバまたはペリスコープなどの光子の導体が、集束要素300をハウジング500に一体に接続するために使用され得る。
【００２１】
一部の実施形態では、ハウジングおよび集束要素は、異なる材料で作製される。例えば、ハウジング500は、最も安価な一般的な材料である(典拠:Cambridge University Engineering Department、UK)多孔性セラミックで、集束要素300は、プラスチック、ガラス、および/またはガラス/プラスチックの混合物で作製され得るとともに、反射空洞は、任意の金属もしくは合金または任意の他の材料でのミラー箔を用いて実現され得る。一部の実施形態では、反射空洞200は、ハウジング500の内部で、任意の金属もしくは合金または任意の他の材料に基づく場合がある、反射箔で内壁を被覆することにより実現される。
【００２２】
本発明の一部の実施形態では、ハウジングの内部の反射空洞のほぼ開口部に、集束、発散、および/または回折の要素400がさらに存在する。この要素400は、反射空洞の内部で、初期の内部の光子分布を最適化するために使用され得る。さらには、反射空洞200の捕獲壁600もまた重要である。光子は、大部分の実施形態では、それ、および反射空洞200の他の壁から反射され、非常に小さな領域を有する要素400に戻るように、それらがうまく反射されない限りは、実際に脱出することはできない。したがって、反射空洞200は、光子を閉じ込め、それらを太陽電池100、101、102と数倍、強制的に相互作用させ、それによって、少なくとも1つの太陽電池での、それらの電流への変換の確率を上昇させる。
【００２３】
集束要素300は、入射太陽光を反射空洞200に集束させるように構成される。反射空洞の開口部には、集束、および/または回折/拡散の要素400がさらに存在する場合がある。一部の実施形態では、反射空洞(200)は、太陽電池モジュール(10)の内部で、ミラー箔で内部壁を被覆することにより実現される。一部の実施形態では、反射空洞は、積分球として配置される。これらの実施形態では、壁は、拡散するように反射し、これは、壁が白いことをしばしば意味する。太陽電池モジュールおよび反射空洞は、本発明によれば、任意の形状を有することができる。本発明の一部の実施形態では、少なくとも1つの反射空洞(200)および/またはハウジング(500)の内部には、真空状態または低密度の気体が存在する。
【００２４】
本発明の一部の実施形態では、ハウジング500、反射空洞200、集束要素300、回折/拡散要素400、または太陽電池モジュール10の他の任意の部分は、任意の金属もしくは合金、セラミック、多孔性セラミック、ガラス、複合材、プラスチック、ポリマー、ゴム、発泡体、木材ならびに/または木材製品に基づく場合がある。
【００２５】
少なくとも1つの太陽電池100、101、102は、本発明によれば、Si(シリコン)、多結晶シリコン、薄膜シリコン、アモルファスシリコン、Ge(ゲルマニウム)、GaAs(ヒ化ガリウム)、GaAlAs(ヒ化ガリウムアルミニウム)、GaAlAs/GaAs、GaP(リン化ガリウム)、InGaAs(インジウムガリウムヒ素)、InP(リン化インジウム)、InGaAs/InP、GaAsP(リン化ガリウムヒ素)、GaAsP/GaP、CdS(硫化カドミウム)、CIS(二セレン化銅インジウム)、CdTe(テルル化カドミウム)、InGaP(リン化インジウムガリウム)、AlGaInP(リン化アルミニウムガリウムインジウム)、InSb(アンチモン化インジウム)、CIGS(二セレン化銅インジウム/ガリウム)および/またはInGaN(窒化インジウムガリウム)の太陽電池であってよい。同様に、本発明による少なくとも1つの太陽電池100、101、102は、一部の実施形態では、EP1724841A1、Josuke Nakata、「Multilayer Solar Cell」、米国特許第6320117号、James P. Campbellら、「Transparent solar cell and method of fabrication」、Solar Electricity、Thomas Markvart、2nd Edition、ISBN0-471-98852-9、および「An unexpected discovery could yield a full spectrum solar cell」、Paul Preuss、Research News、Lawrence Berkeley National Laboratoryの刊行物に記載されている光電効果が可能である、任意の元素もしくは合金の組み合わせ、または任意の材料を扱う場合があり、これらの刊行物は、本発明による本出願にすべてが参照により組み込まれている。少なくとも1つの太陽電池100、101および/または102は、量子カスケード半導体などのバンド内ギャップ(intraband-gap)半導体であってもよい。一部の実施形態では、これは、例えば、逆に(すなわち受光器として)駆動されるQCLレーザで実現され得る。
【００２６】
大部分の実施形態では、少なくとも1つの太陽電池100、101、102は、集束要素300の焦点に位置するように構成される。一部の実施形態では、少なくとも1つの太陽電池100、101、102は、典型的には、太陽電池が最も効率的である帯域での帯域通過を有することになるフィルタが設けられる場合がある。これは、本発明によれば、太陽電池に、それが最高の量子効率を有する、スペクトルのその部分からの光子を供給することが賢明であるからである。そのようなフィルタの一例は、ルゲートフィルタ(Rugate filter)である。あるいは、要素400は、スペクトルのある部分からの光子を、その帯域で最良に動作する特定の太陽電池100、101、102に分配するように構成され得る。一部の実施形態では、これは、要素400を回折プリズムとして配置し、様々な太陽電池を、効率の点でそれらの最良の帯域に対応する回折最大の位置に位置させることにより実現され得る。本発明の一部の実施形態では、フィルタおよび光子分配方法の両方が、ともに使用される。
【００２７】
本発明のある実施形態では、異なるスペクトル応答のいくつかの太陽電池100、101、102が、反射空洞200の中に配置され、かつ/または、少なくとも1つの太陽電池100、101、102は、タンデム太陽電池である。これらの精巧な光起電の解決策の使用が、これで経済的に可能である、というのは、反射空洞内で、それらは、より大きな放射照度にさらされることになり、より高いレベルの使用が実現されることになり、より多くの光電流が引き出されることになるためである。
【００２８】
本発明の大部分の実施形態では、太陽電池100、101、102のいずれかにより収集される光電流は、太陽電池モジュール10から通じるように構成される導電体により収集されるように構成される。例えば、太陽電池100、101、102のいずれかに接続される金属電線または他の導体が、本発明による太陽電池モジュールの外部で、および/または、それから遠く離れて、ネットワークに電力供給するために、または負荷を駆動するために、またはバッテリを充電するために、反射空洞200から引き出され得る。
【００２９】
一部の実施形態では、少なくとも1つの太陽電池モジュール10が、1つまたは複数の太陽電池モジュールを備える太陽電池パネルを形成するように集約される。本発明の太陽電池モジュールは、非常に小さく作製され得る。それらは、例えば、腕時計に電力供給するために使用され得る。しかしながら、巨大な太陽電池パネルもまた、太陽光発電所で使用され得る数千または数百万の太陽電池モジュールの集合体から構築され得る。太陽電池モジュール自体は、例えばホールまたは家のサイズに、非常に大きくも作製され得る。このように、太陽電池モジュール10自体、またはその太陽電池パネルは、任意のサイズ、形状または構成で実現され得る。
【００３０】
太陽電池100、101、102により集束かつ捕獲される光子から生成される追加的な光電流は、本発明の大部分の実施形態では、反射空洞200、および/または集束要素300、および/またはモジュール10、またはそのハウジング500のコストを相殺するように構成される。例えば、太陽電池100は、1cm2の有効面積を有し、モジュールの面積は、10cm2の面積を有する集束要素を伴って、より大きいと仮定する。集束要素300は、一部の実施形態では、任意の形状、例えば正方形または円形のレンズである場合がある。その場合、太陽電池100は、理想的な条件を想定すれば、およそ10倍の大きさのフラックス、すなわち10個の太陽にさらされる。それが、これらの条件のもとで、それが1個の太陽のもとで生成することができたはずであるものと比較して、3倍の大きさの電力を生成するものとする。その場合、プラスチックのケーシングは、作製するのにほとんどコストがかからないので、反射空洞、ハウジングおよび集束要素を含む太陽電池モジュールシステムの全体は、2つの太陽電池のコストよりコストがかからないことになるということは、十分にあり得るということになる。太陽電池の耐久性が、集光により影響を受けず、太陽電池モジュールの価格が、太陽電池の価格に等しいとすれば、太陽電池モジュールの内部で太陽電池を使用する際に、1/3=33%のコスト削減がなされる。したがって、本発明の太陽電池パネルでは、太陽電池モジュールのコストは、好ましくは、集束かつ捕獲される光子からの光電流での相対的な利得による相殺を超えることになる。言い換えれば、捕獲および集束による光電流の相対的な増大が、太陽電池のコスト(100、101、102)に対する、ハウジング500、集束要素300および反射空洞200の相対的なコストよりも大きく構成される。ハウジング500および/または反射空洞200との、集束要素の一体的な接触は、本発明によれば、このコスト-電力の最適化が、それぞれの太陽電池モジュールごとに、および/または、それぞれの太陽電池パネルごとに行われることを可能にする。
【００３１】
集束要素、反射空洞および太陽電池モジュールは、安価なプラスチック、ガラス、またはその2つの混合物で作製されることになるということが、前に考察された。さらには、本発明の一部の実施形態では、ハウジング500、反射空洞200、集束要素300、集束/回折/拡散要素400、または太陽電池モジュール10の他の任意の部分は、任意の金属もしくは合金、セラミック、多孔性セラミック、ガラス、プラスチック、複合材、ポリマー、ゴム、発泡体、木材ならびに/または木材製品に基づく場合があるということが考察された。本発明によれば、相対的なコスト-利得の基準を満たす他の任意の材料が使用されることは、当然ながら可能である。
【００３２】
本発明の太陽電池モジュール10は、任意の形状、サイズ、使用方法またはカムフラージュで実現され得る。例えば、低コストの太陽光発電所が、建設され、前記太陽電池モジュールを使用する太陽電池パネルに基づいて使用され得る。個別の太陽電池パネルが、本発明の太陽電池モジュールに基づいて建設され得るとともに、任意の位置、例えば、家庭、事務所などのような、電気の使用地点で使用され得る。
【００３３】
光学機器のすべて、および少なくとも1つの太陽電池は、同じハウジングの内部にあるので、本発明の非常に好ましい実施形態は、要素として複数の太陽電池モジュールで構成される集合体の太陽電池パネルである。太陽電池パネルは厚すぎるべきではないので、集束要素300の焦点距離は、好ましくは、非常に短くあるべきである。さらには、これは、集束要素の面積に制限を加える。ある実施形態では、太陽電池パネルは、約1cmの厚さであり、集束要素は、約1cmの焦点距離を有し、太陽電池は、反射空洞(200)およびハウジング(500)の裏壁に存在する。これらの寸法に基づいて、数平方センチメートルの面積が、例えば、集束要素(300)に対して可能である。したがって、この実施形態では、面積が1平方メートルの太陽電池パネルが、それぞれが数平方cmの面積を有する、複数の小型の太陽電池モジュール(10)で構成されることになる。一部の実施形態では、太陽電池モジュール10は、平坦な太陽電池パネルを実現するように、平坦な平面上に設計されるが、他の形状もまた可能である。太陽電池モジュール10で構成される太陽電池パネルは、一部の実施形態では、球形の、または円形の物体などの、任意の形状に適合するように集成され得る。同様に、ハウジング500、集束要素300、および反射空洞200、および太陽電池100、101、102のいずれかは、本発明の一部の実施形態では、異なる形状を有することができる。ハウジング500、集束要素300、および/または反射空洞200の一体的な接触は、本発明によれば、電気の使用地点で適切である、任意の形状、サイズまたは形式での、集光ベースのコスト-電力の最適化のすべての利点を可能にする。
【００３４】
本発明の一部の実施形態では、複数の太陽電池モジュールを備える太陽電池パネルが、シート状に製造される。複数の小型の空洞のシートが、一部の実施形態では、例えば、噴霧および/または溶融により、反射箔または他の何らかの反射材料で被覆される。次いで、本発明によれば、太陽電池が、各空洞に対する導体に配線される。次いで、集束要素のシートが、太陽電池を収容する空洞のシートの上部上に取り付けられ、この2つのシートは、ともに太陽電池パネルを形成する。太陽電池は、好ましくは、各集束要素の焦点に配置される。このようにして、本発明の複数の太陽電池モジュールを扱う太陽電池パネル全体が、本発明に従って、一部の実施形態で製造され得る。
【００３５】
本発明の一部の実施形態では、太陽電池モジュール10またはその太陽電池パネルは、れんが、建築要素などのような建築材料として使用され得る。例えば、太陽電池モジュール10は、レンズまたは同様の集束要素を太陽入射の側部に有するれんがとして実現され得る。これらの実施形態では、れんがの内部の真空状態は、本発明の一部の実施形態では、環境から建物を断熱するのに非常に好ましいものとなる。真空状態、およびれんがの内部に格納することは、典型的には、太陽電池が環境にさらされないので、太陽電池の寿命を延長することにもなる。太陽電池パネルが、外側の太陽系および太陽圏の相対的な真空状態に維持され続けているので、人工衛星のボイジャーは、32年間、同じ太陽電池パネルを完全に動作させ続けている。
【００３６】
れんがの内部の太陽電池は、電気接点により相互に、および/または負荷に接続され、そのようなれんがから作製される壁全体、またはその一部が、家の内部の負荷を動作させるように作製され得る。本発明の一部の実施形態では、れんがは、直列、または並列、または両方で接続される。一部の実施形態では、れんがは、その表面上に1つまたは複数の電気接点を有する。電流は、れんがの外側面、すなわち、入射太陽光の側部の反対の側部(=外部の外側)の内部の電気接点を介して通じる電線により収集される。一部の実施形態では、れんがの外側面の上部および/または底部に、れんが同士の電気接点を有することもまた可能である。壁が組み立てられるときに、モルタルまたはプラスターによる電気接点の切断を回避することは重要であり、一部の実施形態では、電気接点は、隆起され、下げられ、被覆され、または介挿されるように構成され、その結果、モルタルまたはプラスターは、壁が構築されるときに、電気接点を切断しないことになる。本発明によれば、他の支持構造、例えば、れんがを貫通し、電気コネクタ、または他の電気コネクタに対するホストとして二重に使用される金属ロッドもまた使用され得る。
【００３７】
太陽電池モジュールが建築材料として使用される、本発明の実施形態では、建築材料からの節約、真空状態の断熱によって減少される暖房もしくは冷房、ならびに、集束かつ捕獲される光子によって増加される光電流での複合的な利得が、太陽電池モジュール10自体のコストを相殺するために使用され得る。したがって、本発明の太陽光電力発生建築材料は、家庭、消費者および企業に対して、より金銭的に利用可能である光起電の電力をもたらすことになる。
【００３８】
本発明は、上述の実施形態に関して上記で説明され、いくつかの商業的および工業的な利点が明示された。本発明の方法および構成は、生成される単位ワット当たりできわめて低いコストを有する太陽電池パネルを可能にする。
【００３９】
本発明は、上述の実施形態に関して上記で説明された。しかしながら、本発明は、これらの実施形態に単に制限されるのではなく、本発明の思想および以下の特許請求項の趣旨ならびに範囲内のすべての可能な実施形態を含む。
【符号の説明】
【００４０】
10  太陽電池モジュール、モジュール
100、101、102  太陽電池
200  反射空洞
300  集束要素
400  要素、回折/拡散要素、集束/回折/拡散要素
500  ハウジング
600  捕獲壁
【図１】
2012519952.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成23年10月28日(2011.10.28)
【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】
少なくとも１つの太陽電池（１００、１０１、１０２）が、ハウジング（５００）の内部に配置され、
少なくとも１つの反射空洞（２００）が、前記ハウジング（５００）の内部に配置され、
少なくとも１つの集束要素（３００）が、入射太陽光を少なくとも１つの前記反射空洞（２００）に集束させるように構成され、
前記少なくとも１つの反射空洞は、前記少なくとも１つの太陽電池（１００、１０１、１０２）を収容するように構成され、
少なくとも１つの前記集束要素（３００）は、前記ハウジング（５００）と一体に接続して実現される太陽電池モジュール（１０）であって、
少なくとも１つの前記太陽電池１００、１０１、１０２は、フィルタが設けられることを特徴とする、太陽電池モジュール（１０）。
【請求項２】
少なくとも１つの集束要素（３００）は、前記ハウジング（５００）の少なくとも１つの側部に配置される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
少なくとも１つの反射空洞（２００）は、前記ハウジング（５００）内に、前記ハウジングの内部壁を反射材料で被覆することにより配置される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記太陽電池により集束かつ捕獲される光子から生成される追加的な光電流は、前記反射空洞（２００）、ハウジング（５００）および／または集束要素（３００）のコストを補償または相殺するように構成される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記太陽電池モジュール（１０）のハウジング（５００）は、多孔性セラミックで作製され、前記集束要素（３００）は、プラスチックで作製され、かつ／または、前記反射空洞（２００）は、前記ハウジング（５００）の内部壁をミラー箔で被覆することにより実現される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記ハウジング（５００）および前記集束要素（３００）は、任意の材料またはプラスチックで、１つの一体型の要素に作製される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記ハウジング（５００）、前記反射空洞（２００）、前記集束要素（３００）、回折／拡散要素（４００）、または太陽電池モジュール（１０）の他の任意の部分は、任意の金属もしくは合金、セラミック、多孔性セラミック、ガラス、プラスチック、複合材、ポリマー、ゴム、発泡体、木材ならびに／または木材製品に基づいている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
少なくとも１つの反射空洞（２００）の内部には、真空状態または低密度の気体が存在する、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
少なくとも１つの太陽電池モジュール（１０）が、１つまたは複数の太陽電池モジュール（１０）を備える太陽電池パネルを形成するように集約される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
異なるスペクトル応答のいくつかの太陽電池（１００、１０１、１０２）が、前記反射空洞（２００）の中に配置され、かつ／または、少なくとも１つの太陽電池（１００、１０１、１０２）は、タンデム太陽電池である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記太陽電池（１００、１０１、１０２）により収集される光電流は、前記太陽電池モジュール（１０）から通じるように構成される少なくとも１つの導電体により収集される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記太陽電池モジュール（１０）は、建築材料として使用されるように構成される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
少なくとも１つの集束要素（３００）が、入射太陽光を反射空洞（２００）に集束し、
少なくとも１つの反射空洞は、少なくとも１つの太陽電池（１００、１０１、１０２）を収容し、
前記少なくとも１つの集束要素（３００）および前記少なくとも１つの反射空洞（２００）による、光子の前記集束および反射は、同じハウジング（５００）内で、および／または前記同じハウジング（５００）の壁上で行われる太陽光の電気を生成する方法であって、
少なくとも１つの前記太陽電池１００、１０１、１０２は、フィルタが設けられることを特徴とする、太陽光の電気を生成する方法。
【請求項１４】
請求項１の前記太陽電池モジュール（１０）を用いて電気を生成する方法。
【国際調査報告】
2012519952.tif 000004
2012519952.tif 000005
2012519952.tif 000006