(57)【要約】  光起電力セル２０１のための光学シールド２０が提供され、少なくとも１つのキャリア要素１１を具備し、前記キャリア要素が少なくとも１つの所定の光学レリーフパターン５２へと配列された複数の埋め込み型光学的機能キャビティ５１を備え、前記少なくとも１つのキャリア要素内の各々の埋め込み型光学的機能キャビティが、光起電力セルの表面上に設けられた電極、コンタクト、フィンガ、またはバスバーなどの個々の表面構造の上方に設置かつ整列される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力セルのための光学シールド（２０、２０Ａ）であって、少なくとも１つのキャリア要素（１１）を備え、前記キャリア要素が少なくとも１つの所定の光学レリーフパターン（５２）へと配列された複数の埋め込み型光学的機能キャビティ（５１）を備え、前記少なくとも１つのキャリア要素内の各々の埋め込み型光学的機能キャビティが光起電力セル本体（１２）の表面上に設けられた個々の表面構造（１０）の上方に設置かつ整列される、光学シールド（２０、２０Ａ）。
【請求項２】
前記光起電力セルの前記表面上に設けられた前記個々の表面構造（１０）が、電極、コンタクト、フィンガ、またはバスバーである、請求項１に記載の光学シールド。
【請求項３】
前記光学的機能キャビティ（５１）が要素（１１、２１）同士の間に存在するように、前記少なくとも１つのキャリア要素（１１）に対して配置された平坦で平面状のベース層要素（２１）をさらに備える、請求項１または２に記載の光学シールド。
【請求項４】
前記光学的機能キャビティ（５１）が、前記キャビティを囲んでいる媒体物質の屈折率とは異なる屈折率を有する内部媒体物質で満たされる、請求項１から３のいずれかに記載の光学シールド。
【請求項５】
各々の埋め込み型光学的機能キャビティ（５１）が、サイズ、形状、寸法、およびその配置に関して、反射機能、屈折機能、偏向機能、および回折機能のうちの少なくとも１つのために構成される、請求項１から４のいずれかに記載の光学シールド。
【請求項６】
前記少なくとも１つのキャリア要素（１１）および／または前記ベース層要素（２１）が、プラスチックポリマ、ガラス、または樹脂である、請求項１から５のいずれかに記載の光学シールド。
【請求項７】
前記埋め込み型光学的機能キャビティ（５１）が、Ｖ字形溝の形状に形成される、請求項１から６のいずれかに記載の光学シールド。
【請求項８】
前記埋め込み型光学的機能キャビティ（５１）が、流体形態または固体形態で与えられる内部媒体物質で満たされる、請求項１から７のいずれかに記載の光学シールド。
【請求項９】
前記内部媒体流体物質が、空気、気体、および液体からなる群から選択される、請求項８に記載の光学シールド。
【請求項１０】
各々の埋め込み型光学的機能キャビティ（５１）が、光学的機能コーティングにより少なくとも部分的にコーティングされ、前記コーティングの光学機能が、正反射、拡散反射、および波長選択反射のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から９のいずれかに記載の光学シールド。
【請求項１１】
前記光学レリーフパターン（５２）内での寸法パラメータおよびその配置に関して、前記個々の埋め込み型光学的機能キャビティ（５１）が、前記光起電力セルの前記表面上に設けられた前記表面構造（１０）に対応する、請求項１から１０のいずれかに記載の光学シールド。
【請求項１２】
少なくとも２つのキャリア要素（１１、１１Ａ）を備え、各々のキャリア要素が、少なくとも１つの所定の光学レリーフパターン（５２、５２Ａ）へと配列された複数の埋め込み型光学的機能キャビティ（５１、５１Ａ）を含み、前記少なくとも１つの光学レリーフパターン内の前記光学的機能キャビティの寸法、形状、および周期性が、各々のキャリア要素について個々に調節可能である、請求項１から１１のいずれかに記載の光学シールド。
【請求項１３】
前記光起電力セルの表面全体を覆うように構成された、請求項１から１２のいずれかに記載の光学シールド。
【請求項１４】
複数の個別の要素（ｉ）、（ｉｉ）および／または（ｉｉｉ）として構成され、各々の個別の要素が前記光起電力セル本体（１２）の表面上に設けられた前記個々の表面構造（１０）の上方に設置かつ整列される、請求項１から１２のいずれかに記載の光学シールド。
【請求項１５】
前記個別の要素（ｉ）、（ｉｉ）および／または（ｉｉｉ）が、格子を形成するように配置される、請求項１４に記載の光学シールド。
【請求項１６】
膜、プレートまたはストリップとして構成される、請求項１から１５のいずれかに記載の光学シールド。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれかに記載の光学シールド（２０、２０Ａ）を備える、光起電力セル（２０１、２０１Ａ）。
【請求項１８】
前記光起電力セルの保護カバーの下に配置された光学シールド（２０）を備える、請求項１８に記載の光起電力セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一般に、本発明は、光学部品に関する。特に、本発明は、光起電力セル上に設けられた、コンタクト、電極、フィンガ（fingers）、およびバスバーなどの表面構造のための光学シールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的には、光起電力（photovoltaic）（ＰＶ）セルまたはＰＶ材料、特に多結晶シリコンおよび単結晶シリコンは、ＰＶ表面のうちの５％から１０％までを覆っているコンタクト、電極、フィンガ、および／またはバスバーなどの表面構造を有する。これらの表面コンタクトは、典型的には銀電極であり、マスク印刷により製作され、そして８５％の反射率を有する。このようなコンタクトは、一般に、反射損失およびシェーディング損失を生じさせ、これは、ほぼ５％から１０％の光学損失、そして全体で同じ量のセル出力電力の減少を意味する。
【０００３】
他方から、光起電力セルの（頂部）表面上の表面構造の全量およびサイズを最小にすることは、抵抗の増加および総合的なセルパワー出力に関する付随する電力損失を生じさせるだろう。この点で、従来のコンタクト設計および／または電極設計は、これらの２つのパラメータ間のトレードオフである。
【０００４】
加えて、上に述べたＰＶセル構造のサイズ、量、周期および／または場所は、内部電気抵抗、伝送される電流、および高い局所ドーピング対低い局所ドーピングなどの要因に強い影響を及ぼす。これらの要因は、全ＰＶセルパワー出力の減少または増加を生じさせる。
【０００５】
現時点でそして予期されて将来でも、ＰＶセルのアーキテクチャ、設計および構成は、前記セルの表面上のコンタクトおよび／または電極の準備に基づく／基づくだろう（図１Ａおよび図１Ｂ）。利用可能なコンタクトフリーの解決策は、高い製造価格と低い歩留まりとを組み合わせ、したがって、ＰＶセル設計およびアーキテクチャにおけるこのような解決策の優位性は、当面の主題には関係しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、関連する技術の限界および欠点から生じる問題の各々を少なくとも緩和させることである。この目的は、独立請求項１に規定されているものにしたがった、光起電力セルのための光学シールドアセンブリの様々な実施形態により達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
好ましい実施形態では、光起電力セルのための光学シールドが提供され、少なくとも１つの所定の光学レリーフパターンへと配列された複数の埋め込み型光学的機能キャビティを備える少なくとも１つのキャリア要素をともない、前記少なくとも１つのキャリア要素内の各々の埋め込み型光学的機能キャビティが、上記光起電力セルの表面上に設けられた、電極、コンタクト、フィンガ、またはバスバーなどの個々の表面構造の上方に設置かつ整列される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、上記光学シールドは、上記光学的機能キャビティが前記少なくとも１つのキャリア要素により画定される層とベース層要素との間に存在するように、上記少なくとも１つのキャリア要素に対して配置された平坦で平面状のベース層要素をさらに備える。
【０００９】
いくつかの実施形態では、上記光学的機能キャビティが、前記キャビティを囲んでいる媒体物質の屈折率とは異なる屈折率を有する内部媒体物質で満たされる。さらなる実施形態では、各々の埋め込み型光学的機能キャビティが、サイズ、形状、寸法、およびその配置に関して、反射機能、屈折機能、偏向機能、および回折機能のうちの少なくとも１つのために構成される。
【００１０】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのキャリア要素および／または前記ベース要素が、プラスチックポリマ、ガラス、または樹脂である。
【００１１】
いくつかの好ましい実施形態では、上記埋め込み型光学的機能キャビティが、Ｖ字形溝の形状に形成される。
【００１２】
いくつかの実施形態では、上記キャビティが、流体形態または固体形態で与えられる内部媒体物質で満たされ、上記物質は、空気、気体、および液体からなる群から選択されてもよい。
【００１３】
いくつかのさらなる実施形態では、各々の埋め込み型光学的機能キャビティが、光学的機能コーティングにより少なくとも部分的にコーティングされ、前記コーティングの光学機能が、正反射、拡散反射、および波長選択反射のうちの少なくとも１つを含む。
【００１４】
いくつかの実施形態では、上記光学レリーフパターン内での寸法パラメータおよびその配置に関して、上記個々の埋め込み型光学的機能キャビティが、上記光起電力セルの上記表面上に設けられた上記表面構造に対応する。
【００１５】
いくつかの追加の実施形態では、上記光学シールドが、重ねて配置された少なくとも２つのキャリア要素を備え、各々のキャリア要素が、少なくとも１つの所定の光学レリーフパターンへと配列された複数の埋め込み型光学的機能キャビティを備え、上記少なくとも１つの光学レリーフパターン内の前記光学的機能キャビティの上記寸法、形状、および周期性が、各々のキャリア要素について個々に調節可能である。
【００１６】
いくつかの実施形態では、上記光学シールドが、上記光起電力セルの表面全体を覆うように構成される。いくつかの他の実施形態では、上記光学シールドが、複数の個別の要素として構成され、各々の個別の要素が上記光起電力セルの表面上に設けられた上記個々の表面構造の上方に設置かつ整列される。さらなる実施形態では、特許請求の範囲の上記光学シールドが、格子を形成するように配列された個別の要素を備える。
【００１７】
上記光学シールドは、膜、プレートまたはストリップ（strip）としてさらに構成されてもよい。
【００１８】
もう１つの態様では、光起電力セルが、独立請求項１７に規定されたものにしたがって提供され、前述の態様に記載の上記光学シールドを備える。いくつかの実施形態では、上記光起電力セルが、上記光起電力セルの保護カバーの下に配置された上記光学シールドを備える。
【００１９】
本発明の効用は、本発明の各々の特定の実施形態に応じた様々な理由から生じる。第１の見地では、本発明は、キャリア要素内に少なくとも１つの光学レリーフパターンを形成する複数の光学的機能キャビティとして設けられた完全に一体化された埋め込み型キャビティ光学部品に基づき、上記キャリア要素が、コンタクト、電極、フィンガおよび／またはバスバーとして光起電力セルのこのような表面構造のための光学シールドを形成する。
【００２０】
本明細書に提示した埋め込み型の光学的な解決策は、従来のＰＶセル上のコンタクトおよび／または電極により引き起こされる光反射損失およびシェーディング損失（表面構造１０上に入射し、ＰＶセルの外へ直ちに反射３２される、入射光３１を示している図１Ｂ参照）を回避することを可能にする。光学的機能キャビティなどの埋め込み型光学部品は、上に特定した個々の表面構造の近くに設置され、したがって、ＰＶシリコン表面上へと光を導く光学的シールドをこのように形成し、光が前記個々の表面構造に当たることを防止し、よってＰＶセルの外へ反射されることを防止する。
【００２１】
本発明は、少なくとも１つの光学レリーフパターン内の光学的機能キャビティの様々な寸法、形状および周期性ならびに光学的機能キャビティの充填物質に関する適応性をさらに提供し、これにより、前記パターンを、屈折光学部品、回折光学部品またはハイブリッド光学部品として構成することができ、ハイブリッド光学部品は、反射機能、偏向機能、屈折機能および／または回折機能を組み合わせる。多層の解決策を、さらに製造することができ、多層の解決策では第１の層が光学シールドを形成し、第１の層と同じ方式で一体化したキャビティ光学部品を備える第２の層および／またはさらなる層が、光を方向付けすることおよび再方向付けすること、拡散させること、反射させること、カップリングさせること、等などの追加の光学機能を加える。
【００２２】
「表面構造」という用語は、本開示では、光起電力セルの表面上に設けられた、コンタクト、電極、フィンガ、バスバー、等を一般的に示すために利用される。
【００２３】
本発明の様々な実施形態が、詳細な説明および添付の図面を考慮することにより明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】光起電力セル１０１に関する従来の解決策を図示し、図１Ａは、ソーラー（光起電力）セルの表面におけるコンタクト線１０を示す図であり、図１Ｂは、その上部表面上に１つまたは複数のコンタクト１０を有するソーラーパネル１０１を示す図であり、その表面から入射光３１が反射され（反射光線３２）、その結果、フォトン吸収を生じさせることができない。
【図２】本発明の様々な実施形態による、光学シールドの解決策を図示する図である。
【図３】本発明の様々な実施形態による、光学シールドの解決策を図示する図である。
【図４】本発明の様々な実施形態による、光学シールドの解決策を図示する図である。
【図６】光起電力セル上に積層する前の光学シールドを示す図である。
【図７】いくつかの実施形態による、個別の光学シールドの解決策を示す図である。
【図８】いくつかの態様による、光起電力セル２０１、２０１Ａの様々な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の詳細な実施形態が、添付の図面を参照して本明細書において開示される。同じ参照符号が、同じ部材を参照するために図面全体を通して使用される。下記の列挙は、部材に関して使用される：
２０１、２０１Ａ−光起電力セル、
１０−ＰＶセルの表面上の表面構造、
１１、１１Ａ−光学機能を有するキャリア要素、
１２−ＰＶセルの本体、
１３−接着剤層、
１４−ＰＶセルのための最上部保護層、
２０、２０Ａ−光学シールドアセンブリ、
２１−キャリア要素１１のためのベース層要素、
３１、３２−適宜、入射光および反射光、
３３−受光した光、
５１、５１Ａ−光学的機能キャビティ、
５２、５２Ａ−光学レリーフパターン。
【００２６】
図２は、２０において、参照番号２０１により示された光起電力セルのための光学シールドアセンブリ、以降、光学シールドの様々な実施形態の基礎となる概念を図示している。光学シールド２０は、少なくとも１つの所定の光学レリーフパターン５２（太線により強調される、図２）へと配列された複数の光学的機能キャビティ５１をともなう少なくとも１つの平坦で平面状のキャリア要素１１をこのように含む。前記少なくとも１つのキャリア要素１１は、好ましくはプラスチックポリマ、ガラス、樹脂またはセラミック材料製である。
【００２７】
１つの実施形態では、光学シールド２０を形成するキャリア要素１１は、有利には光起電力セルの本体１２の（最上部）表面に配置される。
【００２８】
光学シールドが平滑で途切れのない最上部と最下部の面／側面をともなう平坦で平面状の一様な要素として設けられることが好ましい。実装するために、２０Ａとして具体化され、破線のボックスとして図２に描かれた光学シールドは、キャリア要素１１と同じ材料製のまたはプラスチックポリマ、ガラス、樹脂もしくはセラミック材料から選択される代替材料製の全体が平坦で平面状の層として構成されるベース層要素２１をさらに含む。例えば、両方の層１１および２１はプラスチックポリマ製あってもよく、あるいは、キャリア層１１はプラスチックポリマであってもよく、ベース層要素２１はガラスであってもよい。光学シールドアセンブリ２０Ａは、ＰＶセル本体１２の全表面に対するカバレッジを形成できる。構成２０Ａが、図６にさらに示されている。
【００２９】
いくつかの事例では、キャリア要素１１は、前記ＰＶセルの本体とカバーガラスまたはプラスチックなどの本体の保護カバー（図示せず）との間に配置される。これにより、光起電力セル２０１は、これに応じて保護カバーの下に配置された光学シールド２０を備えることができる。
【００３０】
あるいは、光学シールド２０を、保護カバー（図示せず）の下側表面（ＰＶセルに面している表面）に接着した層としてまたは前記保護カバーに一体化した一部として設けることができる。
【００３１】
各々の光学的機能キャビティ５１は、さらに、ＰＶセル２０１の表面上に設けられた個々の表面構造１０の上方に設置かつ整列される。個々の表面構造１０は、電極、コンタクト（コンタクトパッドもしくはコンタクトプレート）、フィンガ、またはバスバーとして設けられるが、これらに限定されない。
【００３２】
すべての上に述べた構造は、ＰＶセルからインバータへ直流（ＤＣ）を電導するように構成された導電体である。フィンガ（フィンガ状のコンタクトまたはフィンガ電極とも呼ばれる）は、ソーラーセルからバスバーへのエネルギーを集めそして配送する薄い金属線材である。バスバー（バスバーコンタクトまたはバスバー電極とも呼ばれる）は、典型的にはアルミニウム製または銀メッキした銅製であり、フィンガに対して垂直に配置される。
【００３３】
光学キャビティ５１は、このようにキャリア要素１１とベース層２１との間（構成２０Ａ）、またはキャリア要素１１とＰＶセル本体１２の表面との間（構成２０）の界面に一体化された完全に埋め込まれた光学パターンを形成する。
【００３４】
光学的機能キャビティ５１は、高さで１０から１０００ｕｍの範囲内の寸法であり、下にあるＰＶセル表面構造１０の寸法およびサイズと一致している。キャビティ５１に関して、ナノスケールのサブ構造のために構成された光学シールド２０の提供は、しかしながら除外されない。
【００３５】
光学シールド２０は、したがって、複数の埋め込み型光学的機能キャビティ５１（キャビティ光学部品）をともなう少なくとも１つのキャリア要素１１によって形成され、このキャビティ光学部品は、周囲の物質と対比して最適化された屈折率を有する流体（空気、気体、液体）または固体などの内部媒体物質に基づいている。キャビティ５１は、したがって、前記キャビティを囲んでいる媒体物質の屈折率とは異なる屈折率を有する内部媒体物質を用いて好ましくは満たされる。媒体の屈折率が周囲の物質の屈折率よりも低いことが好まれる。１つの好まれる内部媒体物質（充填物質）は空気である。もう１つの好まれる内部媒体物質は、全内部反射（ＴＩＲ）機能の提供を可能にするシリコーンなどの低屈折率を有する実質的に固体物質である。「低屈折率物質」によって、物質の屈折率が前記キャビティを囲んでいる媒体物質の屈折率よりも低い、キャリア要素１１が作られている物質などの物質を呼ぶ。
【００３６】
他方で、各々の埋め込み型光学的機能キャビティ５１を、光学的機能コーティング（図示せず）により少なくとも部分的にコーティングすることができ、ここでは前記コーティングの光学機能は：正反射、拡散反射、および波長選択反射のうちの少なくとも１つを含む。このコーティングを、すべてのキャビティ壁上へと部分的にまたは全体に付けることができる。ナノ光学特性を有するハイブリッドコーティングは、もう１つの実行可能な解決策を構成する。したがって、コーティングは、例えば、ナノ結晶を含むことができ、反射防止（ＡＲ）コーティングおよび／または自己洗浄性コーティングとして構成されることがある。
【００３７】
好ましい実施形態では、キャビティ５１は、キャリア要素１１のいずれかの方向へと延びる溝または窪みの形態に形成される。いくつかの構成では、前記溝は、実質的に平行な列に配列される。他の構成では、格子を形成するために、溝を十文字に設置することができる。
【００３８】
好ましい実施形態では、キャビティ（溝）５１は、Ｖ字形状の溝（Ｖ溝）、好ましくは逆Ｖ溝（上下逆にして設けられたＶ字形状を有する）として構成される。実際には、サイズ、幅、高さ、長さなどの寸法に関して、キャビティ５１を含めパターン５２は、それに応じて表面構造１０の寸法に依存する。溝とは別に、キャビティ５１を、Ｖ字形状の窪み（例えば、プリズム状）などのまったく別の要素としてさらに設けることができる。その上、Ｖ字形状とは別にまたは加えて、キャビティを、斜めの三角形形状、長方形形状、台形形状、凹レンズ状の形状、等などの違った形状にすることができる。パターン５２を、したがって、単一のプロファイル（すべてのキャビティが同一形状を有する）または複数のプロファイル（キャビティが異なる形状を有する）を用いて形成することができる。
【００３９】
各々の光学レリーフパターン内の光学的機能キャビティの寸法、形状、および周期性が、各々のキャリア要素について個別に調整可能であることが好まれる。「調節可能な」という用語は、「可変的な」または「変更可能な」という意味内で利用される。
【００４０】
表面構造（例えば、コンタクトおよび／または電極）の上部に所定のレリーフパターン５２、典型的にはＶ溝の解決策を設置しそして整列させると、入射光３１は、その元々の経路から外れるようにＴＩＲ反射される（図２）。これによって、従来の解決策で典型的に生じるようなＰＶセルの外へ反射されるまたは導電性構造１０により吸収される代わりに、入射光３１は、インカップルされ（incoupled）、ＰＶセルの方に向けられ、そしてＰＶセルのシリコン表面に集められ、したがって、発電に寄与する。このようなインカップルされ発電に寄与する光は、「受光した光」と呼ばれ、参照番号３３により示されている。ＰＶセル内での電子の発生を、フォトンの光束の関数として考えることができる。発電量Ｇは、式１にしたがって、毎秒単位面積当たりのフォトンの光束、Ｎ０、に正比例する。
【００４１】
【数１】
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【００４２】
ソーラーパネルに入射する／インカップルする太陽光などのすべての入射光３１は、典型的にはガラスまたはプラスチック製のソーラーパネルの上部表面のところで屈折され、これにより、ソーラーセル積層体の内部の角度分布が表面の垂線から±４２°内に規定される。すべての入射光３１にＶ溝５１表面のところでＴＩＲを経験させるために、少なくとも１２°の開口角（プリズム角またはＶ溝角アルファ（α）とも呼ばれる、図４）を有する溝プロファイルを必要とする。しかしながら、年間全体を通して太陽からの照射を考慮すると、前記角度分布は、表面の垂線から±５０°以内にほとんどが集中する。これゆえ、Ｖ溝角度プロファイルを、より大きな開口部で設計することができ、優れた収集効率をさらに実現できる。下記の表１のデータは、ソーラーパネルにおいてＶ溝の解決策（光学シールド２０）有無でのモロッコからの累積年間太陽光照射データを使用したシミュレーション結果である。モデルにおいて、表面コンタクトなどのすべての表面構造１０についてのカバレッジ面積は、約１０％であった。
【００４３】
表１．光学シールド２０有無でのソーラーパネルから得られた比較データ。光学シールド２０を含む解決策は様々なプリズム角を有する「ＩＣＳエアキャビティ」と呼ばれる。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
上記の比較結果から、表面コンタクト設計を、反射損失および／またはシェーディング損失を考慮に入れずに電気的損失を最小にする観点で最適化することができることが明らかである。電気的損失は、電流を抵抗と掛け算することにより規定される。原理的に、表面構造１０により占有される全面積を、コンタクトシールドアセンブリ２０光学部品を利用することによりすべての利用可能な（入射）光の９５〜９８％を集めることができるように、ソーラーセル全体またはパネルに関して大きくとも２０〜３０％とすることができる。これは、発光部（すなわち、ＰＶセル本体１２の最上部表面）上のコンタクト層などの表面構造１０についての設計最適化を考慮するときに、重要な特徴である。部分的なパワー損失を、コンタクトリード線などの構造１０同士の間の距離Ｓの関数として書き記すことができ（式２参照）、ここでは距離Ｓが構造１０の中点同士の間の距離として与えられる（図３）。距離Ｓが二乗にしたがって与えられる（Ｓ２）ことに注目すべきである。理論では、距離Ｓが、従来の解決策と比較して二分の一、それどころか三分の一に減少すると、著しいパワー損失の低減を達成することができる。
【００４６】
【数２】
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【００４７】
図５は、ＰＶセル２０１Ａが少なくとも２つのキャリア要素１１、１１Ａを有する光学シールド２０を含んでいる多層構成をさらに示しており、ここでは各々のキャリア要素が少なくとも１つの所定の光学レリーフパターン５２、５２Ａへと配列された複数の埋め込み型光学的機能キャビティ５１、５１Ａを含む。キャリア要素１１は、したがって、ＰＶセル表面１２およびその上に設置された表面構造１０のためのシールド構造を形成する、ところが、キャリア要素１１Ａは、光を方向付けすることおよび再方向付けすること、拡散させること、反射させること、カップリングさせること、等を含むが、これらに限定されない追加の光学機能を含む。
【００４８】
すべての構成に関して、パターン５２、５２Ａ内のキャビティ５１、５１Ａの寸法、形状および周期性が各々の個々のキャリア要素１１、１１Ａに対して調節可能であることが好まれる。
【００４９】
本発明の光学シールド２０を、従来の製作方法により製作することができ、ＰＶセル２０１、２０１Ａへと一体化することができる。光学シールド２０のための基本的な構成は、膜、好ましくは薄膜である。前記膜は、表面構造１０の全体にわたりキャビティ５１を整列させるように製造中には各々のＰＶセル上へと設置される。この光学シールド膜は、ロールツーロール法またはロールツーシート法により好ましくは製作され、これがＰＶセルサイズにしたがったダイカットを生成する。この方法は、低コストで大量生産できる。膜材料を、光学プラスチック、樹脂、またはセラミック材料とすることができる。１つの好ましい材料は、光学シリコーンであり、これは、特に長期間の使用で高いＵＶ耐性および温度耐性がある。
【００５０】
膜として設けられる光学コンタクトシールド２０を、例えば、コンタクト、および反射防止コーティングなどの表面構造１０を製造した後で、インライン積層ユニットにより各々のＰＶセル上に直接付けることができる。これは、最小化した配置を用いる非常に適切な解決策である。その後、各々のＰＶセルは、次のプロセスフェーズにおいて通常通りに扱われるだろう。シリコーン、ＥＶＡ、オレフィン系の層、等から選択される積層接着剤１３（図４）を、さらに利用することができる。
【００５１】
さらなる実施形態では、膜として構成された光学シールド２０を、ＰＶセルの保護カバーを形成する最上部のガラス層の底面側へと付けることができる。そのような事例では、（キャビティ５１に関して）全体のガラスカバーのアライメントが、モジュール内のすべてのＰＶセルと一致させるために必要である。
【００５２】
光学コンタクトシールド２０とＰＶセル表面との間の距離ｄ（図４）、光学キャビティのプロファイル、上部角度パラメータ（プリズム角、アルファ）およびそのコンタクト表面カバレッジとの関係（表面構造１０により占有される全体の面積）を、シミュレーションしそして最適化することができる。図４および表２は、したがって、複数のシミュレーションし最適化した解決策および実現した利得を表示している。
【００５３】
表２．本発明による膜として構成された光学コンタクトシールド２０に関するシミュレーションし、最適化した解決策、および実現した利得。
【００５４】
【表２】
2020508581.tif 000006
【００５５】
図６は、したがって、ＰＶセル上への積層の前の媒体（例えば、空気）で満たされたキャビティ５１を有する光学コンタクトシールド２０、２０Ａを示している。層１１と２１との間の破線は、（ベース層２１の有無で）両方の構成が実行可能であるという事実を示している。
【００５６】
複数の個別の要素（ブロック（ｉ）、（ｉｉ）および（ｉｉｉ）により示される）として具体化された光学シールド２０、２０Ａを示している図７をさらに参照する。各々の個別の要素（ｉ）、（ｉｉ）および（ｉｉｉ）を、表面構造（コンタクト）１０のレイアウトと整列するように、ＰＶセル本体上に配置された個々の膜、プレートまたはストリップとして設けることができる。いくつかの実施形態（構成２０）では、個別の要素（ｉｉｉ）は少なくとも１つのキャリア要素１１を含み；いくつかのさらなる実施形態（構成２１）では、個別の構造（ｉ）および（ｉｉ）はベース層２１を加えて含む。各々の個別の構造は、単一のキャビティ５１または複数のキャビティを含むことができる。個別の構造は、ＰＶセルの表面全体にわたり分散されるが、ＰＶセル全体のカバレッジを形成しない。
【００５７】
いくつかのさらなる実施形態では、個別の構造（ｉ）、（ｉｉ）および／または（ｉｉｉ）を、格子を形成するように配列させることができる。格子を、十文字状に配列させた複数のストリップ状の個別の構造により、または所定の順序にしたがって行方向に配列された複数の個々のプレート状またはフィルム状の構造により形成することができる。
【００５８】
各々の個別の構造（ｉ）、（ｉｉ）および／または（ｉｉｉ）が、少なくとも１つのキャビティ光学部品要素５１を含み、そして前記個別の構造がソーラーセル上に分散された表面構造１０と整列されることは、注目すべきである。
【００５９】
図８Ａおよび図８Ｂは、２０、２０Ａとして具体化された光学シールドを含む光起電力セル２０１、２０１Ａの異なる実施形態を示している。シールド２０、２０Ａを、全体のＰＶセル表面に対して全カバレッジを与える連続する膜状のもしくはプレート状の構造として、またはキャビティ光学部品要素５１の上方に分布する個別の構造として具体化することができる。
【００６０】
光学シールドを、様々な方法により、そして異なる製作ステージ中に、ａ）ＰＶセル本体１２の表面上へと、およびｂ）ＰＶセル本体１２とガラスなどの保護層１４との間へとなど、積層することができる。
【００６１】
光学シールド２０、２０Ａを、したがって、一方の側（図８Ａ）または両側（最下面および最上面、図８Ｂ）に接着剤層１３を用いて設けることができる。
【００６２】
光学シールド２０、２０Ａを、自動製造装置によりＰＶセル本体１２の上へとさらに載置することができ、ここでは載置することが：ａ）ＰＶセル本体１２の表面上に正確に；ｂ）全体のＰＶモジュールの表面上へと；および／またはｃ）据え付け中にＰＶセルもしくはモジュールの表面と「ワイヤコンタクト」を形成するように実施される。
【００６３】
本発明は、反射により生じる損失、シェーディング損失、およびコンタクト構造への入射光の吸収に起因する損失からなる光学パワー損失を効率的に最小にする。これにより設けられた光学シールドアセンブリは、単純でコスト効率の良い解決策であり、これが上記の損失を緩和し、そしてＰＶセルパワー出力に関する効率を増す。
【００６４】
これにより設けられた光学シールドアセンブリを利用することにより、１）表面構造１０の量およびそのサイズを増加させること、ならびに２）表面構造１０同士の間の距離、ギャップおよび周期を最小にすることによって、電気的損失を最小にすることができ、したがって、表面構造１０（コンタクト）当たりの電流および抵抗の最小化を達成することができる。
【００６５】
加えて、この発明は、導電性を高めるために、コンタクトなどの大きな表面構造１０の下の高濃度リンドープ（シリコン）領域の利用を支持する。このことは、高濃度ドープ領域および低濃度ドープ領域を利用するときに有利であり、これにより高い導電性および低いキャリア電荷を実現する。
【００６６】
技術の進歩とともに、本発明の基本的な考え方が、本発明の思想および範囲に含まれる様々な修正形態を包含するものであることは、当業者には明らかである。本発明およびその実施形態は、したがって、上に説明した実施例には限定されず、代わりに、別記の特許請求の範囲の範囲内で一般に変わることがある。
【符号の説明】
【００６７】
１０  表面構造
１１、１１Ａ  キャリア要素
１２  光起電力セル本体
１３  接着剤層
２０、２０Ａ  光学シールド
２１  ベース層要素
３１  入射光
３２  反射光線
３３  受光した光
５１  光学的機能キャビティ
５２、５２Ａ  光学レリーフパターン
２０１、２０１Ａ  光起電力セル
Ｓ  構造同士の間の距離
ｄ  光学コンタクトシールドとＰＶセル構造との間の距離
α  開口角
【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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【図８】
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【国際調査報告】
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