(57)【要約】  本発明は、ソーラーパワーから電力を発生するように半導体材料で作られており、少なくとも１個のドープされた基質を有している第１の太陽電池ユニット（１０１）を有している太陽電池（１０）である。従って、第１の太陽電池ユニット（１０１）は、第１のドープされた基質（１１１）を有しており、第２のドープされた基質（１１２）が、第１の接合領域（１３１）を間に定めるために、ずれている態様で、第１のドープされた基質（１１１）の上に設けられており、第３のドープされた基質（１１３）が、第３の接合領域（１３２）を間に定めるために、ずれている態様で、第２のドープされた基質（１１２）の下に設けられており、第１の絶縁領域（１５１）が、第１のドープされた基質（１１１）と第３のドープされた基質（１１３）との間に設けられており、ドープされた基質（１１０）の少なくとも１個は、第１のドープされた基質（１１１）と第３のドープされた基質（１１３）との間の電圧差を形成する態様で構成されている。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーラーパワーから電力を発生するように半導体材料で作られ、第１の太陽電池ユニット（１０１）を有している太陽電池（１０）であって、
少なくとも１個のドープされた基質を有し、
前記第１の太陽電池ユニット（１０１）は、第１のドープされた基質（１１１）を有しており、
第２のドープされた基質（１１２）が、第１の接合領域（１３１）を間に定めるために、ずれている態様で、前記第１のドープされた基質（１１１）の上に設けられており、
第３のドープされた基質（１１３）が、第２の接合領域（１３２）を間に定めるために、ずれている態様で、前記第２のドープされた基質（１１２）の下に設けられており、
第１の絶縁領域（１５１）が第１のドープされた基質（１１１）と第３のドープされた基質（１１３）との間に設けられており、
前記ドープされた基質（１１０）の少なくとも１個は、第１のドープされた基質（１１１）と第３のドープされた基質（１１３）との間の電圧差を形成する態様で構成される、
ことを特徴とする、太陽電池（１０）。
【請求項２】
前記第１の太陽電池ユニット（１０１）は、第２のドープされた基質（１１２）に接触していない態様で、その間に第３の接合領域（１３３）を定めるために、前記第３のドープされた基質（１１３）の下、上、または横に配置されている第４のドープされた基質（１１４）をさらに有している、請求項１に記載の太陽電池（１０）。
【請求項３】
前記第１の太陽電池ユニット（１０１）は、第２のドープされた基質（１１２）または第４のドープされた基質（１１４）に接触していない態様で、その間に第４の接合領域（１３４）を定めるために、前記第１のドープされた基質（１１１）の下、上、または横に配置されている第５のドープされた基質（１１５）をまた有している、請求項１に記載の太陽電池（１０）。
【請求項４】
第１の太陽電池ユニット（１０１）のドープされた基質（１１０）は、上向きに上昇する及び／または下向きに下降する階段構造を定める態様で互いに配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池（１０）。
【請求項５】
前記ドープされた基質（１１０）の少なくとも１個は、第１の太陽電池ユニット（１０１）の２個の対向している端部で２個のドープされた基質（１１０）の間の電圧差を生成する態様で構成されている、請求項１に記載の太陽電池（１０）。
【請求項６】
第１の太陽電池ユニット（１０１）と同様な第２の太陽電池ユニット（１０２）が設けられており、前記第２の太陽電池ユニット（１０２）は、自体のドープされた基質（１１０）によって、第１の太陽電池ユニット（１０１）の第４のドープされた基質（１１４）または第５のドープされた基質（１１５）との中間接合領域（１３５）を定める態様で第１の太陽電池ユニット（１０１）に接続されている、請求項２または３に記載の太陽電池（１０）。
【請求項７】
第１の太陽電池ユニット（１０１）及び第２の太陽電池ユニット（１０２）は、互いに対して電気的に直列または並列の態様で接続さている、請求項６に記載の太陽電池（１０）。
【請求項８】
ドープされた基質（１１０）の少なくとも１個は、前記電圧差を発生させるために、他とは異なる比率でドープされた、請求項１または４に記載の太陽電池（１０）。
【請求項９】
ドープされた基質（１１０）の少なくとも１個は、前記電圧差を発生させるために、他とは異なる材料で作られている、請求項１または４に記載の太陽電池（１０）。
【請求項１０】
ドープされた基質（１１０）の少なくとも１個は、他とは異なる波長範囲を吸収する態様で構成されている、請求項１から９のいずれか１項に記載の太陽電池（１０）。
【請求項１１】
各々が直列の態様で接続されている複数の太陽電池ユニット（１００）を有している並列な配線（１９０）が設けられており、前記配線（１９０）は、太陽に曝される太陽電池（１０）の面を部分的にまたは完全にとざす態様で配置されている、請求項１から１０のいずれか１項に記載の太陽電池（１０）。
【請求項１２】
並列な配線（１９０）は、間の電圧差が０となるように構成されている、請求項１１に記載の太陽電池（１０）。
【請求項１３】
互いに直列に接続されている複数の太陽電池ユニット（１００）が設けられており、前記太陽電池ユニット（１００）は、太陽に曝される太陽電池（１０）の面を部分的または完全にとざす態様で配置されている、請求項１から１２のいずれか１項に記載の太陽電池（１０）。
【請求項１４】
ドープされた基質（１１０）の少なくとも１個は、異なるドープ比率を有している少なくとも２個の下側の基質（１２０）を有している、請求項１から１３のいずれか１項に記載の太陽電池（１０）。
【請求項１５】
第２の接合領域（１３２）と第３の接合領域（１３３）の間または第１の接合領域（１３１）と第４の接合領域（１３４）との間の対角直線は、接合領域（１３０）の延長表面に対して鋭角を成す態様で延びている、請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池（１０）。
【請求項１６】
前記鋭角は、５°から４５°の間である、請求項１５に記載の太陽電池（１０）。
【請求項１７】
２個の接合されているドープされた基質（１１０）の間の接合領域の長さ（Ｌｊ）は、ドープされた基質の長さ（Ｌ）の半分に等しいか、ドープされた基質の長さ（Ｌ）の半分よりも短い、請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池（１０）。
【請求項１８】
２個の接合されているドープされた基質（１１０）の間の接合領域の幅（Ｗｊ）は、ドープされた基質の幅（Ｗ）に等しいか、ドープされた基質の幅（Ｗ）よりも短い、請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池（１０）。
【請求項１９】
少なくとも１個の接合領域の長さ（Ｌｊ）は、他の接合領域の長さ（Ｌｊ）とは異なる、請求項１から１８のいずれか１項に記載の太陽電池（１０）。
【請求項２０】
全ての接合領域の長さ（Ｌｊ）は、互いに等しい、請求項１から１９のいずれか１項に記載の太陽電池（１０）。
【請求項２１】
各ドープされた基質（１１０）の少なくとも１個の平坦な面は、隣接しているドープされた基質（１１０）との接合領域（１３０）を形成する角柱の形態である、請求項１から２０のいずれか１項に記載の太陽電池（１０）。
【請求項２２】
全てのドープされた基質（１１０）の間に残っている領域は、絶縁材料で充填されている、請求項１から２１のいずれか１項に記載の太陽電池（１０）。
【請求項２３】
前記絶縁充填材料は、透明である、請求項２２に記載の太陽電池（１０）。
【請求項２４】
該太陽電池（１０）を覆う外側の層（２００）が設けられている、請求項1に記載の太陽電池（１０）。
【請求項２５】
少なくとも１個の配線（１９０）が、少なくとも１個の他の配線（１９０）上に配置されており、上下に重ねて配置されている配線の間の部分に前記透明な絶縁充填材料が充填されている、請求項２３に記載の太陽電池（１０）。
【請求項２６】
第１の端子（１８１）及び第２の端子（１８２）を介して直列及び／または並列な態様で互いに接続することによって、複数の太陽電池（１０）から構成されている請求項１から２５のいずれか１項に記載の太陽電池パネル（６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソーラーパワーから電力を発生させる太陽電池及びこの太陽電池を有する太陽電池パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池パネルは、内部に含まれる太陽電池により、ソーラーパワーから電力を発生する。現在の技術における太陽電池は、間に接合領域を定める態様で上下に重ねられている板状の２個のドープされた半導体シリコン層を有している。層の一方はＮ型ドープシリコンであって他方はＰ型ドープシリコンであるため、その間には電圧差がある。一方の層によって吸収された光子によって、そこに存在している電子が移動し、接合領域を通過し、他方の層に存在している正孔に配置される態様で置き換わり、したがって、光子は、電子とは反対の方向の一方から他方へ流れる導体による電流を実現する。これらの層は、特定の波長の光だけを吸収するので、受けた太陽光を電気に変換するその効率は、望ましい効率レベルではない。到来角に対する太陽光の向きは、追加の機構によって変更され、効率を部分的に増加させることができる。
【０００３】
特許文献１の米国特許において、複数の板状の層を備えているタンデム太陽電池構造が言及されている。そのような太陽電池において、一部の光は上側の層で吸収され、残りの部分は下側の層に向けて進み、部分的に下側の層で吸収される。したがって、下側の層によって、様々な波長の光が部分的に吸収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第２０１６３３６４７８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
その結果、前述の全ての問題のために、関連する技術分野で改善が必要とされている。
【０００６】
本発明は、前述の欠点をなくし、関連する技術分野に新しい利点をもたらす太陽電池及び太陽電池を有している太陽電池パネルに関する。
【０００７】
本発明の目的は、広い帯域で吸収能力を有する太陽電池及びその太陽電池によって構成されている太陽電池パネルを提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、太陽に曝される表面積が拡大された太陽電池及びその太陽電池によって構成されている太陽電池パネルを提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、ワット／ｍ２単位で電力をより多く発生できる太陽電池及びその太陽電池によって構成されている太陽電池パネルを提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、全ての角度にわたって効果的な態様で太陽光線を受けることができる太陽電池及びその太陽電池によって構成されている太陽電池パネルを提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、積層構造を有していても、全ての層が太陽光を効果的な態様で受けることができる太陽電池及びその太陽電池によって構成されている太陽電池パネルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の目的の全て及び以下の詳細な説明から推測される目的を実現するために、本発明は、ソーラーパワーから電力を発生するように半導体材料で作られており、少なくとも１個のドープされた基質を有している第１の太陽電池ユニットを有している太陽電池である。対象としている太陽電池は、第１の太陽電池ユニットが、第１のドープされた基質を有しており、第２のドープされた基質が、第１の接合領域を間に定めるために、ずれている態様で、第１のドープされた基質の上に設けられており、第３のドープされた基質が、第２の接合領域を間に定めるために、ずれている態様で、第２のドープされた基質の下に設けられており、第１の絶縁領域が第１のドープされた基質と第３のドープされた基質との間に設けられており、ドープされた基質の少なくとも１個は、第１のドープされた基質と第３のドープされた基質との間の電圧差を形成するように構成されていることを特徴としている。したがって、ドープされた基質の下に位置している基質は、昼光を直接受けることが可能で、ずれている態様での接続によって生じる接合領域の減少のおかげで、より素早い電子の流れが得られる。
【００１３】
発明の好ましい実施態様において、第１の太陽電池ユニットは、第２のドープされた基質に接触していない態様で、その間に第３の接合領域を定めるために、第３のドープされた基質の下、上、または横に配置された第４のドープされた基質をまた有している。
【００１４】
発明の他の好ましい実施態様において、第１の太陽電池ユニットは、第２のドープされた基質または第４のドープされた基質に接触していない態様で、その間に第４の接合領域を定めるために、第１のドープされた基質の下、上、または横に配置されている第５のドープされた基質をまた有している。
【００１５】
発明の他の好ましい実施態様において、第１の太陽電池ユニットのドープされた基質は、上向きに上昇する及び／または下向きに下降する階段構成を定める態様で互いに配置されている。したがって、様々な角度から入射している太陽光線を、ドープされた基質の上面に加えて、ドープされた基質の側面、前面、及び中間面によっても吸収することができる。
【００１６】
発明の他の好ましい実施態様において、ドープされた基質の少なくとも１個は、第１の太陽電池ユニットの２個の対向する端部の位置で２個のドープされた基質の間の電圧差を生成する態様で構成されている。したがって、２個の対向している端部の間のドープされた基質が、光を吸収すると、光子によって移動する電子により、これらの２個の対向する端部の間に設けられている導体を通して電流が流れうる。
【００１７】
発明の他の好ましい実施態様において、第１の太陽電池ユニットと同様な第２の太陽電池ユニットが設けられており、第２の太陽電池ユニットは、自体のドープされた基質によって、第１の太陽電池ユニットの第４のドープされた基質または第５のドープされた基質との中間接合領域を定める態様で第１の太陽電池ユニットに接続されている。
【００１８】
発明の他の好ましい実施態様において、第１の太陽電池ユニット及び第２の太陽電池ユニットは、互いに対して電気的に直列または並列の態様で接続さている。各太陽電池ユニットは、電池のように機能するので、電流と電圧との要件に応じて配置することができる。
【００１９】
発明の他の好ましい実施態様において、ドープされた基質の少なくとも１個は、電圧差を発生させるために、他とは異なる比率でドープされた。
【００２０】
発明の他の好ましい実施態様において、ドープされた基質の少なくとも１個は、電圧差を発生させるために、他とは異なる材料で作られている。
【００２１】
発明の他の好ましい実施態様において、ドープされた基質の少なくとも１個は、他とは異なる波長範囲を吸収する態様で構成されている。したがって、より広い波長範囲での吸収を実現することができる。
【００２２】
発明の他の好ましい実施態様において、各々が直列の態様で接続されている複数の太陽電池ユニットを有している並列な配線が設けられており、配線は、太陽に曝される太陽電池の面を部分的にまたは完全にとざす態様で配置されている。
【００２３】
発明の他の好ましい実施態様において、並列な配線は、間の電圧差が０となるように構成されている。したがって、並列な配線内に設けられている太陽電池ユニットが、反対方向のバッテリー効果を発生して、並列な配線の互いの端部に形成される電圧に負の態様で影響することが防止される。
【００２４】
発明の他の好ましい実施態様において、ドープされた基質の少なくとも１個は、異なるドープ比率を有している少なくとも２個の下側の基質を有している。
【００２５】
発明の他の好ましい実施態様において、互いに直列に接続されている複数の太陽電池ユニットが設けられており、太陽電池ユニットは、太陽に曝される太陽電池の面を部分的または完全にとざす態様で配置されている。
【００２６】
発明の他の好ましい実施態様において、第２の接合領域と第３の接合領域の間または第１の接合領域と第４の接合領域との間の対角直線は、接合領域の延長表面に対して鋭角を成す態様で延びる。
【００２７】
発明の他の好ましい実施態様において、鋭角は、５°から４５°の間である、
【００２８】
発明の他の好ましい実施態様において、２個の接合されているドープされた基質の間の接合領域の長さは、ドープされた基質の長さの半分に等しいか、ドープされた基質の長さの半分よりも短い。
【００２９】
発明の他の好ましい実施態様において、２個の接合されているドープされた基質の間の接合領域の幅は、ドープされた基質の幅に等しいか、ドープされた基質の幅よりも短い。
【００３０】
発明の他の好ましい実施態様において、少なくとも１個の接合領域の長さは、他の接合領域の長さとは異なる。
【００３１】
発明の他の好ましい実施態様において、全ての接合領域の長さは、互いに等しい。
【００３２】
発明の他の好ましい実施態様において、各ドープされた基質の少なくとも１個の平坦な面は、隣接しているドープされた基質との接合領域を形成する角柱の形態である。
【００３３】
発明の他の好ましい実施態様において、全てのドープされた基質の間に残っている領域は、絶縁材料で満たされている。絶縁充填材料は、透明であることが好ましい。
【００３４】
発明の他の好ましい実施態様において、太陽電池を覆う外側の層が設けられている。
【００３５】
発明の他の好ましい実施態様において、少なくとも１個の配線が、少なくとも１個の他の配線上に配置されており、上下に重ねて配置されている配線の間の部分に透明な絶縁充填材料が充填されている。
【００３６】
本発明は、第１の端子及び第２の端子を介して直列及び／または並列な態様で互いに接続することによって、複数の太陽電池から構成されている太陽電池パネルにも関連している。したがって、太陽電池ユニットは、間に透明な充填材料が存在するように層の形態で互いに上下に配置されており、より広い波長の範囲で光吸収が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、従来技術の太陽電池の代表的な図である。
【図２ａ】図２ａは、太陽電池を有している太陽電池パネルの代表的な上面図である。
【図２ｂ】図２ｂは、太陽電池の代表的な上面図である。
【図３ａ】図３ａは、第１の太陽電池ユニットの代表的な前面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、第１の太陽電池ユニット及び第２の太陽電池ユニットの代表的な前面図である。
【図３ｃ】図３ｃは、太陽電池ユニットの面を示している代表的な図である。
【図４ａ】図４ａは、第１の太陽電池ユニットの代表的な前面図である。
【図４ｂ】図４ｂは、第１の太陽電池ユニット及び第２の太陽電池ユニットの代表的な前面図である。
【図５】図５は、第１の太陽電池ユニットの代表的な等角図である。
【図６】図６は、第１の太陽電池ユニット及び第２の太陽電池ユニットの代表的な前面図である。
【図７ａ】図７ａは、第１の太陽電池ユニットの代表的な等角図である。
【図７ｂ】図７ｂは、第１の太陽電池ユニットのより詳細な代表的な等角図である。
【図８】図８は、第１の太陽電池ユニット及び第２の太陽電池ユニットの代表的な前面図である。
【図９】図９は、第１の太陽電池ユニット及び第２の太陽電池ユニットの代表的な前面図である。
【図１０】図１０は、第１の太陽電池ユニットの代表的な前面図である。
【図１１】図１１は、第１の太陽電池ユニットの代表的な前面図である。
【図１２】図１２は、第１の太陽電池ユニットの代表的な前面図である。
【図１３ａ】図１３ａは、太陽電池の代表的な上面図である。
【図１３ｂ】図１３ｂは、太陽電池の代表的な上面図である。
【図１４】図１４は、太陽電池の断面の代表的な図及びこの断面の代表的な上面図である。
【図１５】図１５は、様々な角度からの光を受ける太陽電池の断面の代表的な図である。
【図１６】図１６は、太陽電池の考えうる実施形態の断面の代表的な等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
この詳細な説明において、対象をより理解しやすくするためだけに、いかなる限定的な効果を生じることなく例を参照して対象を説明する。
【００３９】
既知のように、太陽電池パネル６００は、複数の太陽電池１０を有しており、太陽電池１０は、太陽電池ユニット１００から得られる。本発明は、新規の構造で構成されている太陽電池ユニット１００に関し、太陽電池１０は、太陽電池ユニット１００を有し、太陽電池パネル６００は、太陽電池１０を有している。
【００４０】
図２ａ及び２ｂを参照すると、太陽電池１０は、第１の端子１８１及び第２の端子１８２を本質的に有しており；複数の太陽電池ユニット１００は第１の端子１８１と第２の端子１８２との間で互いに対して直列及び／または並列の態様で接続されており、各太陽電池ユニット１００は、受け取った太陽光から電気を発生する。太陽電池ユニット１００は、角柱状の形態のドープされた基質１１０を基本的に有しており、ドープされた基質１１０は、隣接しているドープされた基質１１０によって、少なくとも１個の接合領域を構成するために少なくとも１個の平坦な表面を有している。太陽電池ユニット１００内に設けられているドープされた基質１１０は、第１の端子１８１と第２の端子１８２との間に電圧差があるように実施されている。
【００４１】
そのため、図３ａを参照すると、第１の太陽電池ユニット１０１は、第１のドープされた基質１１１と；第１のドープされた基質１１１上に、ずれている態様で、言い換えると階段を形成する態様で、そして間に第１の接合領域１３１を定める態様で配置されている第２のドープされた基質１１２と；第２のドープされた基質１１２の下に、ずれている態様で、そして間に第２の接合領域１３２を定める態様で配置されている第３のドープされた基質１１３とを有している。第１の絶縁領域１５１が、第１のドープされた基質１１１と第２のドープされた基質１１２との間に定められている。第１の絶縁領域１５１には、絶縁材料が充填されている。第１の太陽電池ユニット１０１は、一方から上向きに階段を上り、一方から下きに階段を下りる階段構造を有している。
【００４２】
言い換えると、ドープされた基質１１０の間に部分的な接触を設けることによって接合領域が得られている。部分的な接触点、言い換えると接合領域１３０は、ドープされた基質１１０の残りと比較すると、より高い密度を有している領域を形成している。したがって、接合領域１３０を出た電子は、他の接合領域１３０に到達するまでより密度の低い領域を移動する。言い換えると、高密度領域で高エネルギーレベルに到達した電子は、次の高密度領域に到達するまで、当該技術の密度のより低い領域と比較してはるかに素早く、よりエネルギーを消費しない態様で前進する。この状態、言い換えると、接合領域の機能は、本明細書特有の用語である電子を加速する電子ポンプとして定義することができる。
【００４３】
例示する実施形態において、第１のドープされた基質１１１及び第３のドープされた基質１１３は、第２のドープされた基質１１２の材料と比べて光吸収がより高い材料から作られる。
【００４４】
ドープされた基質１１０は、第１のドープされた基質１１１と第３のドープされた基質１１３との間の電圧差を形成する態様で実施されている。たとえば、第１のドープされた基質１１１をｎ型とし、第２のドープされた基質１１２をｐ型とし、第３のドープされた基質１１３をｎ型とすることができる。第１のドープされた基質１１１をｐ型とし、第２のドープされた基質１１２をｎ型とし、第３のドープされた基質１１３をｐ型とすることができる。両方の場合において、第１のドープされた基質１１１のドーピング比率は、第３のドープされた基質１１３のドーピング比率とは異なっている。したがって、吸収された光子の効果の結果、第１のドープされた基質１１１から第３のドープされた基質１１３の方へ、または逆の方向の電子の流れを実現することができる。ドープされた基質１１０の実施形態は、様々な比率でドープすること及び／または様々な材料を使用することによって実現することができる。全ての実施形態のドープされた基質１１０は、ケイ素、ゲルマニウム、及びテルル化ビスマスのような材料をマグネシウム、ボロン、セレン、亜鉛、鉛、窒素などの材料でドープすることによって得ることができる。
【００４５】
図３ｂを参照すると、第１の太陽電池ユニット１０１と同様な構造の第２の太陽電池ユニット１０２が第３のドープされた基質１１３または第１のドープされた基質１１１の側面を介して接続されている。したがって、複数の太陽電池ユニット１００が並べられ、この階段構造の反復を実現している。
【００４６】
図３ｃを参照すると、全ての実施形態において、角柱の態様で、太陽電池ユニット１００内に設けられているドープされた基質１１０の天井が、上面１４１として定めらており、互いに同じ平面内に設けられている側面の中で一方の側に設けられている面が前面１４３として定められており、反対側に設けられている面が後面１４４として定められており、他の横の面が側面１４２として定められている。
【００４７】
図４ａを参照すると、考え得る実施形態において、第１の太陽電池ユニット１０１は、第３のドープされた基質１１３上にずれている態様で、第２のドープされた基質１１２に接触していない態様の、第４のドープされた基質１１４を有している。言い換えると、第２のドープされた基質１１２と第４のドープされた基質１１４の互いに向き合う面の間で容積が定められている。
【００４８】
図４ｂを参照すると、本実施形態において提供される太陽電池１０は、第１の太陽電池ユニット１０１の構造と同様の構造を有している第２の太陽電池ユニット１０２を有している。第２の太陽電池ユニット１０２は、第２の太陽電池ユニット１０２と自体のドープされた基質１１０の１つとの間の中間の接合領域１３５を定める態様で第１の太陽電池ユニット１０１の第４のドープされた基質１１４に接続されている。複数の第２の太陽電池ユニット１０２が、第１の端子１８１と第２の端子１８２との間に並べて直列に配置されており、それによって、配線が定義される。
【００４９】
その結果、発明のおかげで、太陽電池ユニット１００のレベルで得られるセル構造のおかげで、従来技術のような一片の板から構成されている太陽電池１０と比べて非常に進んだ設計の柔軟性を可能にする構造が提供される。より詳細には、たとえば、本発明において、適切な製造方法によってドープされた基質１１０を様々な特徴で製造することができる。したがって、応用分野に応じて、同じ太陽電池１０において様々な特徴の領域を形成することができる。従来技術のように単一の形式の材料で形成された板構造の層によって実現することができないのは明らかである。
【００５０】
図５を参照すると、考え得る実施形態において、第１の太陽電池ユニット１０１は、第３のドープされた基質１１３の下にずれている態様で、その間に第３の接合領域１３３を定める態様で配置されている第４のドープされた基質１１４を有し得る。第４のドープされた基質１１４は、第３のドープされた基質１１３を第２のドープされた基質１１２にずれている態様で関連させることによる階段構造の段差によって階段構造を連続させている。したがって、一方の側で２段上昇し３段下降する階段構造に似ている構造が形成される。
【００５１】
図６を参照すると、本実施形態の太陽電池１０は、第１の太陽電池ユニット１０１の構造と同様の構造を有している第２の太陽電池ユニット１０２を有している。第２の太陽電池ユニット１０２は、第２の太陽電池ユニット１０２と自体のドープされた基質１１０の１つとの間の中間の接合領域１３５を定める態様で第１の太陽電池ユニット１０１の第４のドープされた基質１１４に接続されている。したがって、第１の太陽電池ユニット１０１及び第２の太陽電池ユニット１０２は、並べて配置されており、反復している階段構造を形成している。
【００５２】
図７ａを参照すると、考え得る実施形態において、第１の太陽電池ユニット１０１は、第３のドープされた基質１１３下にずれている態様で、その間に第３の接合領域１３３を定める態様で配置されている第４のドープされた基質１１４を有している。第４のドープされた基質１１４は、第３のドープされた基質１１３を第２のドープされた基質１１２にずれている態様で関連させることによる階段構造の段差によって階段構造を連続させている。第１の太陽電池ユニット１０１は、第１のドープされた基質１１１の下でずれている態様で、間に第４の接合領域１３４を定めている態様で配置されている第５のドープされた基質１１５をさらに有している。第５のドープされた基質１１５は、第１のドープされた基質１１１を第２のドープされた基質１１２にずれている態様で関連させることによる階段構造の段差によって階段構造を連続させている。したがって、一方の側で３段上昇し、他方の側で３段下降する階段構造に似ている構造が形成される。太陽光が階段構造に鋭角で到達しても、太陽光を側面１４２および上面１４１によっても吸収されうる。
【００５３】
第２の絶縁領域１５２が、第５のドープされた基質１１５と第４のドープされた基質１１４との間に定められている。第２の絶縁領域１５２にも、絶縁材料が充填されている。この例示の実施形態において、第２の絶縁領域１５２の体積は、第１の絶縁領域１５１の体積よりも小さい。図１０のような代替の実施形態において、第１の絶縁領域１５１及び第２の絶縁領域１５２の体積は互いに等しい。
【００５４】
本発明において、接合領域１３０の延長平面と階段の形態で上下に配置されているドープされた基質１１０の間の２個の接合領域１３０との間に延びる最短の仮想直線との間の角度は鋭角である。鋭角のおかげで、２個の接合領域１３０の間の電子の進む方向は、この過程で最小のエネルギー損失につながる方向である。前述の電子ポンプ機能と共に、この鋭角の前進方向は、太陽電池ユニット１００の効率と動作活動を驚くほど増加させる。
【００５５】
より詳細には、図７ｂを参照すると、第１の太陽電池ユニット１０１のドープされた基質１１０は、第２の接合領域１３２から第３の接合領域１３３の表面に延びる仮想直線が、接合領域１３３が延在する延長表面Ａとの間で鋭角をなすように寸法が設定され配置されている。より詳細には、仮想直線は、第３の接合領域１３３に他よりも近い態様で位置している第２の接合領域１３２の角の１つである第１の角１３７と、第１の角１３７に他よりも近い態様で位置している第３の接合領域１３３の角である第２の角１３８との間に設けられている。言い換えると、直線は、一方の端部が第２に接合領域１３２に接触し、他方の端部が第３の接合領域１３３に接触する考え得る最短の直線である。太陽電池ユニット１００のドープされた基質１１０は、第１の接合領域１３１と第４の接合領域１３４との間にそれらに接触する態様で配置可能な最短の仮想直線が第４の接合領域１３４が延在する平面に対して鋭角を成すように寸法が設定され配置されている。
【００５６】
狭い角度は、５°から４５°の間であることが好ましく、３０°から４５°の間であることがより好ましい。
【００５７】
図８を参照すると、本実施形態において提供される太陽電池１０は、第１の太陽電池ユニット１０１の構造と同様の構造を有している第２の太陽電池ユニット１０２を有している。第２の太陽電池ユニット１０２は、自体のドープされた基質１１０の１つと第２の太陽電池ユニット１０２との間の中間の接合領域１３５を定める態様で側面１４２から太陽電池ユニット１０１の第４のドープされた基質１１４に接続されている。
【００５８】
接合領域の長さＬｊは、ドープされた基質の長さＬの半分よりも短い。
【００５９】
図９を参照すると、考え得る実施形態において、太陽電池１０は、図７ａに示している実施形態において設けられている第１の太陽電池ユニット１０１を有している。太陽電池１０は、図５に示している実施形態において設けられている第１の太陽電池ユニット１０１と同様の構造の第２の太陽電池ユニット１０２をさらに有している。第２の太陽電池ユニット１０２は、自体のドープされた基質１１０の１つによって中間の接合領域１３５を形成する態様で第１の太陽電池ユニット１０１の第４のドープされた基質１１４または第５のドープされた基質１１５に接続されている。複数の第２の太陽電池ユニット１０２が、並べて追加されており、第１の端子１８１と第２の端子１８２との間に配線１９０を定めている。
【００６０】
図１１を参照すると、考え得る実施形態において、第１のドープされた基質１１１及び／または第３のドープされた基質１１３は、異なる材料から得られたまたは互いに異なる比率でドープされた少なくとも２個の下側の基質１２０を有し得る。
【００６１】
前述の実施形態において、接合領域の幅Ｗｊは、ドープされた基質の幅Ｗと等しいかドープされた基質の幅Ｗよりも小さい。
【００６２】
図１２に示しているように、接合領域１３０は、互いに異なる長さとすることができる。
【００６３】
複数の太陽電池ユニット１００が、前述の実施形態で説明したように第１の端子１８１と第２の端子１８２との間に並べて配置されており、配線１９０を定めている。太陽電池１０の内部で平行な態様で互いに接続されている複数の配線１９０を設けることができる。ドープされた基質１１０及び太陽電池ユニット１００は、互いに並列な各配線１９０の間の電圧差が０に等しくなるように実施される。したがって、各々が電池として機能している、太陽電池ユニット１００に並列な太陽電池ユニット１００を用いた並列化を実現する互いの端部の間に形成される電圧の減少が防止される。
【００６４】
配線１９０または複数の配線１９０は、太陽電池１０から取り出したい電圧または電流の量にしたがって、太陽電池１０の表面上に配置される。図１３ａを参照すると、考え得る実施形態において、互いに直列に接続されている太陽電池ユニット１００を有している配線１９０が、太陽に向いている太陽電池１０の面を覆う態様で第１の端子１８１と第２の端子１８２との間に配置されている。この配置において、配線１９０は、蛇行形態と同様の形態で曲がっており、面を部分的に覆う形態で設けられている。したがって、電流を発生している太陽電池ユニット１００は、直列の態様で接続されており、各々が発生している電流全体は、端子の間で得ることができる。図２のような実施形態において、並列な態様で互いに接続されている配線１９０が、第１の端子１８１と第２の端子１８２との間に配置されている。図１３ｂに示しているような本発明の他の考え得る実施形態において、配線１９０は、太陽に向いている太陽電池１０の表面上で複数の第１の端子１８１と第２の端子１８２によって直列及び並列の態様で接続することによって配置されている。
【００６５】
図１４を参照すると、太陽電池１０はさらに支持層３００及び外側の層２００を有している。太陽電池ユニット１００は、支持層３００上に位置している。支持層３００は、太陽電池１０の用途の分野によって、結晶ガラスから成ることや、柔軟な材料で作ることができる。外側の層２００は、太陽電池ユニット１００を被覆する態様で太陽電池ユニット１００に接続されている。外側の層２００は、保護層２０１及び単方向反射層２０２を有している。保護層２０１は、太陽電池ユニット１００に対して最も外側の部分に配置されており、ほこりをはじく材料を有していることが好ましい。単方向反射層２０２は、保護層２０１の下に配置されており、太陽電池ユニット１００に外側から到達した光線を透過させ、太陽電池ユニット１００から外向きに反射された光線をそれ自体の表面から太陽電池ユニット１００に反射して戻す。したがって、太陽電池ユニット１００から部分的に反射された光線は、太陽電池ユニット１００に送り返される。
【００６６】
太陽電池ユニット１００の少なくとも１個は、他の太陽電池ユニット１００とは異なる波長の光を吸収する態様で実施される。より詳細には、ドープされた基質１１０の少なくとも１個は、他のドープされた基質１１０とは異なる波長の光を吸収する態様で実施されている。本実施形態は、ドープされた基質１１０を他の材料から作る、異なる材料でドープする、異なる量でドープすることによって実現することができる。したがって、従来技術の太陽電池１０及び太陽電池パネルと比べて広いスペクトルでの吸収が実現される。
【００６７】
図２及び図１３ａを参照すると、互いに平行な態様で位置している太陽電池ユニット１００の間に絶縁充填材１７０が充填されている。絶縁充填材１７０は、少なくとも部分的に光を透過させる材料から作られていることが好ましい。したがって、互いに平行な太陽電池ユニット１００の電気接触が防止され、太陽電池ユニット１００がその前面１４３及び後面１４４を通して光を吸収するように設けられる。並列な太陽電池ユニット１００の間の距離は、その間の電子の流れを防止する幅で設けられる。例示の実施形態において、並列な太陽電池ユニット１００の間の距離は、太陽電池ユニット１００の幅と等しいか、太陽電池ユニット１００の幅よりも大きい。その結果、太陽電池ユニット１００は、その階段状の構造のおかげで上面１４１と側面１４２を通して、そして、それら並列な太陽電池ユニット１００の間の透明な充填材１７０のおかげで上面１４１の後面、後面１４４、及び前面１４３を通して太陽光を吸収することができる。
【００６８】
図１５を参照すると、太陽電池ユニット１００は上向きに上昇し下向きに下降する階段の形態を有しているので、太陽電池ユニット１００は、一日のうちで異なる時間に異なる角度で到達した光を受けることができる。階段構造のおかげで、ドープされた基質１１０は、露出している側面を通して光を吸収することができる。また、それらは、太陽が一日のうちで様々な位置にある時に、昼光を吸収することができる。したがって、正しい角度で太陽からの光を受け取るために太陽電池１０またはこれらの太陽電池を有している太陽電池パネル６００を外部の効果によって移動させる必要がなくなる。
【００６９】
図１６を参照すると、本発明の考え得る実施形態において、配線１９０の少なくとも１個を他の上に位置する態様で配置することができる。絶縁充填材１７０は、上下に位置している配線１９０の間に充填されている。したがって、上方に配置されている第１の配線１９１を透過した光は、下方に設けられている第２の配線１９２に到着し、この第２の配線１９２に吸収させることができる。この例示の実施形態において、第１の絶縁領域１５１及び第２の絶縁領域１５２は、少なくとも部分的に光を透過させる材料で作られている。
【００７０】
複数の太陽電池１０は、それらの第１の端子１８１及び第２の端子１８２を介して直列及び／または並列の態様で互いに接続されており、太陽電池パネル６００を形成し、したがって、それらの端部に接続されている負荷５００に供給することができる。
【００７１】
ドープされた基質１１０及び太陽電池ユニット１００は、ナノメートルの寸法を有することができる。ドープされた基質の幅（Ｗ）は、２ｎｍと２ｍｍとの間とすることができる。例示の実施形態において、２ｃｍ２の面積に、４百万個の太陽電池ユニット１００がある。ドープされた基質１１０のずれている態様での上下の配置は、当該技術分野で既知の半導体素子の製造方法によって実現することができる。
【００７２】
本発明の保護の範囲は、添付の特許請求の範囲に述べており、詳細に説明した前述の実例の開示に制限することはできない。それは、当業者が、本発明の主な原理から逸脱することなく、前述の開示の下で、同様な実施形態を作ることができるのは明らかなためである。
【符号の説明】
【００７３】
１０  太陽電池
１００  太陽電池ユニット
１０１  第１の太陽電池ユニット
１１０  ドープされた基質
１１１  第１のドープされた基質
１１２  第２のドープされた基質
１１３  第３のドープされた基質
１１４  第４のドープされた基質
１１５  第５のドープされた基質
Ｗ  ドープされた基質の幅
Ｌ  ドープされた基質の長さ
Ｈ  ドープされた基質の高さ
１０２  第２の太陽電池ユニット
１２０  下側の基質
１３０  接合領域
１３１  第１の接合領域
１３２  第２の接合領域
１３３  第３の接合領域
１３４  第４の接合領域
１３５  中間の接合領域
１４１  上面
１４２  側面
１４３  前面
１４４  後面
Ｌｊ  接合領域の長さ
Ｗｊ  接合領域の幅
１３７  第１の角
１３８  第２の角
Ａ  延長平面
１５０  絶縁領域
１５１  第１の絶縁領域
１５２  第２の絶縁領域
１７０  絶縁充填材
１８１  第１の端子
１８２  第２の端子
１９０  配線
１９１  第１の配線
１９２  第２の配線
２００  外側の層
２０１  保護層
２０２  単方向反射層
３００  支持層
５００  負荷
６００  太陽電池パネル
【図１】
2020507935.tif 000003
【図２ａ】
2020507935.tif 000004
【図２ｂ】
2020507935.tif 000005
【図３ａ】
2020507935.tif 000006
【図３ｂ】
2020507935.tif 000007
【図３ｃ】
2020507935.tif 000008
【図４ａ】
2020507935.tif 000009
【図４ｂ】
2020507935.tif 000010
【図５】
2020507935.tif 000011
【図６】
2020507935.tif 000012
【図７ａ】
2020507935.tif 000013
【図７ｂ】
2020507935.tif 000014
【図８】
2020507935.tif 000015
【図９】
2020507935.tif 000016
【図１０】
2020507935.tif 000017
【図１１】
2020507935.tif 000018
【図１２】
2020507935.tif 000019
【図１３ａ】
2020507935.tif 000020
【図１３ｂ】
2020507935.tif 000021
【図１４】
2020507935.tif 000022
【図１５】
2020507935.tif 000023
【図１６】
2020507935.tif 000024
【国際調査報告】
2020507935.tif 000025
2020507935.tif 000026