太陽電池パネル、太陽電池ユニット、太陽電池ユニット集合体
【課題】受光面積の増大が可能であり、従来、太陽電池表面で反射してしまい、有効に利用できなかった光を有効に利用でき、かつ信頼性、寿命、光の変換効率の高い太陽電池パネル、太陽電池ユニット、太陽電池ユニット集合体を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の太陽電池パネルは、可撓性を有する薄膜光電変換層を―対の電極間に備えてなる太陽電池フィルム２を、その―辺に平行な複数列の畝２ａを成すように屈曲して波板状とし、この太陽電池フィルム２を支持体３上に配設してなる。
【解決手段】本発明の太陽電池パネルは、可撓性を有する薄膜光電変換層を―対の電極間に備えてなる太陽電池フィルム２を、その―辺に平行な複数列の畝２ａを成すように屈曲して波板状とし、この太陽電池フィルム２を支持体３上に配設してなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池パネル、太陽電池ユニット、太陽電池ユニット集合体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境にやさしい技術として、太陽電池の開発が盛んである。太陽電池は、光起電力効果を得る半導体の種類によって、シリコン系のものと化合物半導体系のものとに大別され、さらに前者は結晶シリコン系のものとアモルファスシリコン系のものとに分類される。
結晶シリコンを用いた太陽電池は古くから開発されてきたものであって、例えばシリコンの単結晶もしくは多結晶にｐｎ接合またはｐｉｎ接合を形成したもの、ショットキー接合を形成したものなどがあり、これらは変換効率や信頼性に優れている。この反面、柔軟性がなく、平面的な構造であるために、入射した光の多くが、その表面で反射されてしまい、発電に寄与せずに、変換効率を充分に上げることができなかった。
【０００３】
このような問題に対処するものとして、特許文献１には、ハニカムパネル上に、２つの側面を有する鋸歯反射板の列と、太陽電池の列とが交互に配置された太陽電池集光装置の構成が開示されている。この構成によれば、太陽電池表面に対して傾斜した入射角を有する放射太陽光を、鋸歯反射板で反射させて集光効率を向上できることが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、四角錘および四角錘の連なる表面形状のガラス基板と、その表面に形成されたアモルファスシリコンと、電極とからなる太陽電池の構成が開示されている。この構成によれば、受光面積を増大し、四方から反射されてくる散乱光を有効に受光できることが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、表面が凹凸状をなす、いわゆる逆ピラミッド形状の基板上に球状、棒状の半導体結晶を配置した太陽電池の構成が開示されており、半導体結晶に対して広い入射開口角が得られ、光の封じ込め効率が向上することが記載されている。
【０００６】
一方、化合物半導体を利用したものとしては、ＧａＡｓやＣｄＴｅなどのIII―Ｖ族やII−VI族の化合物半導体材料を用いたものや、有機系材料を用いる色素増感型のものが提案されている。
特許文献４には、可視光を透過する円筒型の透明セルの内部に色素増感型の半導体層を設けた太陽電池の構成が開示されている。この構成によれば、円筒形状で大きな表面積を有することから、集光効率が向上することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００４−５０４２３２号公報
【特許文献２】特開平０８−０７８７０８号公報
【特許文献３】特開２０００−０２２１８４号公報
【特許文献４】特開２００３−０７７５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の太陽電池の多くは、半導体基板として単結晶シリコンウエハーを用いたり、ガラス基板上に単結晶もしくは多結晶シリコンを積層したりしている。このために、基板自体には柔軟性がなく、さらなる光の吸収効率や受光面積の向上を図ることができなかった。
これを解決するものとして、柔軟性を有するプラスチックフィルムなどの基板上にアモルファスシリコンを積層したものが提案されているが、結晶シリコン系のものに比べて、信頼性、寿命、光の変換効率に劣るという問題があった。
【０００９】
上記文献には、柔軟性のない基板であっても、基板を立体形状にすることで散乱光を有効に受光できること（特許文献２参照）や、受光面に凹凸形状を付与することで入射光を有効に封じ込められること（特許文献３参照）が開示されている。
しかしながら、その製造にあたっては、基板によって形作られる立体の各面毎に太陽電池セルを作成し、そのセル毎の上下の各配線を互いに接続するので、製造工程とコストが増加するという問題があった。
さらに、化合物半導体材料を用いたものや、上記特許文献４に記載された有機系材料を用いた色素増感型のものは、いずれも製造コストが高く、耐候性に問題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、受光面積の増大が可能であり、従来、太陽電池表面で反射してしまい、有効に利用できなかった光を有効に利用でき、かつ信頼性、寿命、光の変換効率の高い太陽電池パネル、太陽電池ユニット、太陽電池ユニット集合体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】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の太陽電池パネルは、可撓性を有する薄膜光電変換層を一対の電極間に備えてなる太陽電池フィルムと、前記太陽電池フィルムを支持する支持体と、を備え、前記太陽電池フィルムが、該太陽電池フィルムの一辺に略平行な複数列の畝をなす屈曲状態で前記支持体上に配設されていることを特徴とする。
【００１２】
可撓性を有する薄膜光電変換層を使用することで、太陽電池フィルムにも可撓性が付与される。この太陽電池フィルムを屈曲させて、太陽電池フィルムの一辺に平行な複数の畝が配列された波板状に成形して、この太陽電池フィルムを支持体上に配設することで立体構造を有する太陽電池パネルとなる。
このような構成にすることで、支持体の面積に対して、波板状に屈曲した太陽電池フィルムの面積は大幅に増大するので、限られた設置面積でより多くの光を受光できる。
また、太陽電池フィルムを屈曲させて、複数列の畝を有する波板状とすることで、各畝をなす面は支持体表面に対して傾斜した側面となるので、周囲からの散乱光のみならず、自らが反射してしまい、従来は有効に利用できなかった自己散乱光をも効率良く受光することができる。よって、光の変換効率の良い太陽電池パネルとなる。
【００１３】
また、従来の立体構造を有する太陽電池パネルはいずれも、立体を構成する各面毎に別個にパネルを予め作成した後に、これらのパネルを互いに接続したものであった。これに対して、本発明の太陽電池パネルは、太陽電池フィルムを屈曲させたものであり、単一部材の連続面で構成されるので、立体化に要する組み立てや配線等が必要なく、製造工程とコストが増加することがない。
【００１４】
本発明の太陽電池パネルにあっては、前記薄膜光電変換層を、単結晶半導体薄膜または多結晶半導体薄膜で構成することができる。
一般的には柔軟性を持たない単結晶半導体または多結晶半導体を薄膜化することで、可撓性を有する薄膜光電変換層とすることができる。これにより、信頼性、寿命、光電変換効率に優れた本発明の太陽電池パネルにおいて、更なる光の吸収効率の向上や受光面積の向上を図ることができる。
【００１５】
本発明の太陽電池パネルにあっては、前記薄膜光電変換層を、ガラス薄膜基板上に、単結晶半導体層または多結晶半導体層を積層したもので構成することができる。
ガラス基板を薄膜化して、可撓性を有する薄膜基板とし、この上に半導体層を形成することで、半導体薄膜だけで薄膜光電変換層を構成する場合よりも、半導体層の膜特性の制御、強度の増強、太陽電池パネルとした際の設計自由度等を向上させることができる。
【００１６】
本発明の太陽電池パネルにあっては、前記太陽電池フィルムと前記支持体とを、 少なくとも１層ずつ交互に積層してなることが好ましい。
可撓性を有する太陽電池フィルムを屈曲して波板状とし、これを支持体と交互に少なくとも一層ずつ積層することで、いわゆるハニカム構造となり、軽量で高強度の太陽電池パネルとなる。
【００１７】
本発明の太陽電池ユニットは、上記本発明の太陽電池パネルを、内面が反射面とされた筐体内に収容してなり、前記太陽電池パネルの前記各畝の延在方向と前記筐体の内面とが平行とされていることを特徴とする。
このような構成にすると、屈曲された太陽電池フィルム表面と、支持体表面と、筐体の内面とによって囲まれた導光路が形成される。太陽電池ユニットに入射した光は、それぞれの入射角に従って、この導光路内で反射を繰り返すこととなり、 何度も太陽電池フィルムで受光することができる。このように、入射光を効率良く太陽電池ユニット内に封じ込めることができるので、高い変換効率での発電が可能となる。
また、太陽電池ユニットヘ入射した光はその入射角度にかかわらず、導光路内で 反射されることで、必然的に太陽電池フィルムに到達するので、筐体の開口面が限 られた面積であっても、より広い角度の入射光を利用できるようになる。また、太 陽電池ユニットの受光面を太陽光に対して好適な方向に姿勢制御する必要もない。
【００１８】
本発明の太陽電池ユニットにあっては、前記筐体の内側底面に、前記筐体への入射光を拡散または集束させる光学部材を備えてなることが好ましい。
太陽電池ユニットに入射して筐体の内側底面に到達した光を光学部材もしくは光 学部材を通した内側底面で反射させることにより再度、導光路内で反射を繰り返す ようにでき、太陽電池フィルムでの受光回数が増加する。
特に、本発明の太陽電池ユニットヘの入射光のうち、発電に利用されることなく 内側底面に到達していた筐体開口面への直角入射光を、光学部材で拡散または集束 するように反射することで、薄膜光電変換層で受光できるようになるので、入射光 の利用効率がより一層向上し、より高い光変換効率を有する太陽電池ユニットとな る。
【００１９】
本発明の太陽電池ユニット集合体は、本発明の太陽電池ユニットを複数個連結さ せてなることを特徴とする。
本発明の太陽電池ユニットは、いわゆるハニカム構造を有するものなので、その集合体は軽量で高強度のものとなる。また、光の変換効率に優れた太陽電池ユニットを連結することで、より多くの発電量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の太陽電池パネルの一実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の太陽電池ユニットの第１実施形態を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の太陽電池ユニットの第１実施形態の概略部分断面図である。
【図４】本発明の太陽電池ユニットの第２実施形態の概略部分断面図である。
【図５】本発明の太陽電池ユニット集合体の一実施形態を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明について、以下に図面を用いて説明する。なお、以下の各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や部材毎に縮尺を適宜変更している。
［太陽電池パネル］
図１は本発明の太陽電池パネルの一実施形態を示した概略斜視図である。
符号１は太陽電池パネルであって、太陽電池フィルム２と支持体３とを一層ずつ交互に積層してなるものである。太陽電池フィルム２は、可撓性を有するフィルムであり、波板状に屈曲されている。すなわち、太陽電池フィルム２は、太陽電池フィルム２の一辺に平行な畝２ａが連続的に並ぶように屈曲されている。太陽電池フィルム２と支持体３とは、畝２ａの頂部もしくは底部の任意の位置を支持体３の表面に部分的に接着することで固定されている。
【００２２】
支持体３は、屈曲された太陽電池フィルム２の形状を保持するためのものであって、可撓性を有するものであっても、剛直なものであってもよい。また、支持体３は、光電変換層の受光波長領域において透明であっても良いし、表面が反射面であっても良く、太陽電池フィルム２であっても良い。
【００２３】
太陽電池フィルム２は、一対の電極間に可撓性を有する薄膜光電変換層を備えてなるものであって、必要に応じて、反射防止膜や保護フィルム等を備えていてもよい。薄膜光電変換層は、光エネルギーを電力に変換する光電変換材料を薄膜化してなるものであって、光電変換材料の薄膜の単一層あるいは積層である他、ガラスや半導体等の薄膜基板上に薄膜の光電変換材料層を積層したものであっても良い。
【００２４】
光電変換材料としてはシリコンの他、III−Ｖ族、II−VI族、Ｉ−III−VI族の化合物半導体材料、有機系材料など周知の材料を用いることができるが、光の変換効率、寿命、信頼性の観点からはシリコン、特に、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンが好適である。
【００２５】
単結晶シリコン、多結晶シリコンはいずれも剛直であるが、その膜厚が１００μｍ程度となると、曲げに対する柔軟性を有するようになる。これら結晶性のシリコンの薄膜を得るには、例えば、本出願人による特開2005-266754号公報に記載された研磨方法が利用できる。この研磨方法は、研磨装置の定盤上に、薄膜化すべき板材をワックスで固定して、研磨を行って所望厚さにまで薄膜化した後に、ワックスを溶融除去するものである。この方法によれば、クラックの発生がなく、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンで膜厚２５μｍ以下の薄膜化が可能である。
【００２６】
より具体的には、以下の方法による。
まず、厚さ０．５ｍｍ程度の単結晶シリコンまたは多結晶シリコンの板材を用意し、これを定盤上にワックスで固定する。定盤上の板材と対向するように研磨用ヘッドを配置し、そこで研磨用ヘッドを軸線周りに回転させる一方で、研磨用ヘッドとは異なる速度で定盤も回転させる。この状態で研磨用ヘッドと板材との間に砥粒を含む懸濁液を供給しつつ、研磨用ヘッドと板材との間に荷重をかけながら研磨することで、板材を膜厚２５μｍにまで薄膜化することができる。さらに、必要に応じて、研磨用ヘッドに研磨布を取り付けて、再度、上記と同様の研磨を行うことで、薄膜化された板材の表面を平滑化することができる。薄膜化された板材を洗浄した後に、定盤を加熱すると、ワックスが溶融するので、薄膜化された板材に余分な応力をかけることなく、板材を容易に研磨装置から取り外すことができる。
【００２７】
本実施形態の太陽電池パネル１にあっては、この薄膜化された単結晶シリコンまたは多結晶シリコンをそのままの状態で用いる他、ガラス薄膜基板と貼り合わせて用いても良く、ガラス薄膜基板上に、半導体薄膜や有機材料からなる光電変換材料層を積層したものであってもよい。このガラス薄膜基板は、上記研磨方法で膜厚が１００μｍ以下とされたものであって、薄膜化によって曲げに対する柔軟性を持たせたものである。
このようなガラス薄膜基板を用いることで、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンの薄膜のみで薄膜光電変換層を構成する場合よりも、半導体層の膜特性の制御が容易になる他、強度の増強を図ることができるので、太陽電池パネルとした際の設計自由度が上がる。
本実施形態の太陽電池パネル１にあっては、信頼性、寿命、光電変換効率に優れているものの、柔軟性がなかった単結晶シリコン、多結晶シリコン、ガラス基板を薄膜化によって屈曲可能とすることで、受光面積の向上と、更なる光の吸収効率の増大とが可能となる。
【００２８】
太陽電池フィルム２の屈曲形状は、特に限定されるものではないが、図１に示したような複数の畝２ａが均等幅で配列された波板形状であることが好ましい。この形状は、太陽電池フィルム２の面積が縮小するように、フィルムの対向する２辺からその中心へ向かって均等に応力を付与することで容易に成形できるからである。
従来、立体構造を有する太陽電池パネルは、立体を構成する各面毎に太陽電池パネルを予め作成した後に、これらのパネルを互いに接続したものであったために、製造工程が煩雑になり、コストの増大が問題であった。これに対して、本実施形態の太陽電池パネル１にあっては、太陽電池フィルム２の連続面から上記方法により、非常に容易に立体構造を得ることができ、製造工程とコストが増加することがない。よって、光の変換効率、信頼性、寿命に優れた太陽電池パネル１を安価で提供可能となる。
【００２９】
畝２ａの頂部および底部の屈曲角度は小さい方が受光面積の増大率を大きくできるが、過度の屈曲は割れなどの不良の発生原因になるので、直角以上の鈍角であることが好ましい。
例えば、図１中に示したように、一つの畝２ａの頂部Ａと、それに隣接する２つ
の底部Ｂ、Ｃの屈曲角度をいずれも直角にすると、畝２ａの幅Ｂ−Ｃの中点Ｄを頂
点とした三角形Ｄ−Ａ−Ｂと三角形Ｄ−Ａ−Ｃは直角二等辺三角形になるので、辺
Ａ−Ｂおよび辺Ａ−Ｃの長さは、辺Ｂ−Ｄおよび辺Ｃ−Ｄの長さの√２倍になる。よって、√２倍の表面積を有する太陽電池フィルム２が支持体３に固定されることになり、受光面積が増大されるので、限られた設置面積でより多くの光を受光できる。
【００３０】
また、太陽電池フィルム２は支持体３に対して傾斜面となるので、周囲からの散乱光のみならず、自らが反射してしまい、従来は有効に利用できなかった自己散乱光をも効率良く受光することができる。よって、より一層光の変換効率の良いものとなる。
【００３１】
なお、本実施形態に係る太陽電池パネル１においては、畝２ａの形状および配列数、配列幅は、本実施形態に限定されるものではなく、畝２ａが異なる幅で不規則に配列されていてもよい。また、太陽電池フィルム２と支持体３との積層数もこれに限定されるものではなく、最上層と最下層とが支持体３であり、太陽電池フィルム２が支持体３に挟持されたサンドイッチ構造であってもよい。
【００３２】
［太陽電池ユニット］
（第１実施形態）
図２は本発明の太陽電池ユニット５の第１実施形態を示した概略斜視図である。
本実施形態の太陽電池ユニット５は、内面が反射面（鏡面）とされた筐体４内に、上記実施形態の太陽電池パネル１を収容してなるものである。太陽電池パネル１は、各畝２ａの延在方向が筐体４の側面４ｂと平行になり、かつ、概略波形をなす側面が筐体４の開口面４ａに露出するように、筐体４内に収容されている。
【００３３】
また、本実施形態の太陽電池ユニット５にあっては、３枚の支持体３の上下面に、波板状に屈曲した４枚の太陽電池フィルム２を交互に一枚ずつ積層した構造となっており、各太陽電池フィルム２と各支持体３とからなる太陽電池パネル層５０を４層、積層した構造となっている。各太陽電池パネル層５０において、太陽電池フィルム２と支持体３とで囲まれた部分で、断面形状が概略三角形の導光路５１が構成される。各太陽電池パネル層５０の周縁部と、最上層および最下層の太陽電池パネル層５０においては、筐体４の鏡面化された内側面が導光路５１の一側面となる。
この太陽電池ユニット５では、筐体４の開口面４ａが受光面５ａとされ、図２中に矢印で示したように、開口面４ａから筐体底面へ向かって光が入射されて発電に利用される。
【００３４】
以下、図３を参照して、本実施形態の太陽電池ユニット５における入射光の振る舞いを説明する。図３は、本実施形態の太陽電池ユニット５を支持体３に平行な平面で切断した概略部分断面図である。
以下の説明において、同一の太陽電池パネル層５０で隣接した３本の導光路５１、５２、５３を例にとり、各導光路への入射光を光１、光２、光３と称するが、これらは便宜的なものであって、受光面５ａの入射光が実際に光１〜光３に分離されるものではなく、その入射角度も光１〜光３のものに限定されるものでもない。
【００３５】
導光路５１において、光が受光面５ａに対して鋭角で入射する場合を例にとって説明する。
図３に示したように、光１は、導光路５１の一方の側面２２である太陽電池フィルム２に直接入射して光電変換される一方で、側面２２で反射され、導光路５１のもう一方の側面２１に入射する。しかし、この側面２１もまた、太陽電池フィルム２であるので、ここで光１は再度、光電変換される。さらに側面２１で反射された光１は、もとの側面２２に入射され、光電変換される一方で反射される。
【００３６】
このように、光１は導光路５１の側面２１、２２間で光電変換と反射とを繰り返して太陽電池ユニット５の底部へ向かって導光され、筐体４の内側底面４ｃに達する。この内側底面４ｃもまた反射面（鏡面）であるので、光１は進行方向を変え、受光面５ａへ向かって反射される。これにより、光１は導光路５１で、さらに光電変換と反射とを繰り返す。
【００３７】
太陽電池フィルム２での光の変換効率は、光電変換材料の種類やパネルの構成によって異なるが、単結晶シリコンでは１５〜１９％、多結晶シリコンでは１２〜１７％、アモルファスシリコンでは１０〜１２％であり、反射率はいずれも２０〜５０％である。
光１は光電変換されるよりも反射される割合の方が多い訳であるが、本実施形態の太陽電池ユニット５によれば、光を導光路５１内で繰り返し反射させて、その都度、太陽電池フィルム２面に入射させるような構成となっているので、光１を導光路５１内に封じ込めて、有効に発電に利用することができる。
【００３８】
導光路５２において、光２は受光面５ａに対して略直角に入射する。この光２も光１と同様に、導光路５２内において光電変換と反射とを繰り返すが、導光路５２を形成する一方の側面２３の太陽電池フィルム２への入射角が非常に浅くなるので、導光路５２内での反射回数が少なくなる。それでも、多数回の光電変換を行うことができるので、従来よりも高い変換効率での発電が可能である。
導光路５３においては、光３は受光面５ａに対して直角に入射するので、導光路５３を形成する２つの側面２３、２４に入射することなく、筐体４の内側底面４ｃに達して反射されるので、ほとんど発電に利用することができない。
【００３９】
このように、本実施形態の太陽電池ユニット５に入射した光は、それぞれの入射角に従って、各導光路５１〜５３内で反射を繰り返すこととなり、何度も太陽電池フィルム２で受光することができる。このように、入射光を効率良く太陽電池ユニット５内に封じ込めることができるので、高い変換効率での発電が可能となる。
【００４０】
（第２実施形態）
以下、本発明の太陽電池ユニットの第２実施形態について、図４を参照して説明するが、上記第１実施形態と異なるところについてのみ説明し、その他の構成の同一の部材には同一の符号を付して、説明を省略する。
図４は、本実施形態の太陽電池ユニット５５を支持体３に平行な平面で切断した概略部分断面図である。
本実施形態の太陽電池ユニット５５が上記第１実施形態と異なるのは、筐体４の内側底面４ｃに凸面鏡６を配し、筐体４の底部に到達した入射光を凸面鏡６で拡散させるようにしたところである。
受光面５ａに対して鋭角で入射した光１は、第１実施形態においても、導光路５１内での反射回数が多く、充分に光電変換に利用可能であるが、凸面鏡６によって拡散されることにより、側面２１、２２に対して深い入射角を持つようになるので、さらに反射回数が増加する。光１と同様に、光２も凸面鏡６によって、導光路５２内での反射回数が増加する。
【００４１】
特に、受光面５ａに対して直角に入射する光３は、第１実施形態の太陽電池ユニット５では、ほとんど発電に利用することができなかったが、本実施形態の太陽電池ユニット５５にあっては、凸面鏡６で拡散され、導光路５３の２つの側面２３、２４で反射されて、光電変換に利用可能となる。加えて、光１、光２と同様に、側面２３、２４へ対して深い入射角度を持つようになるので、導光路５３内での反射回数も多くなる。このように、太陽電池ユニット５５への入射光はその入射角度にかかわらず、各導光路内５１、５２、５３で複数回、反射を繰り返し、その都度、光電変換が行われるので、光電変換効率をより一層向上させることができる。
【００４２】
また、本実施形態の太陽電池ユニット５５にあっては、受光面５ａへの入射角度を問わないので、開口面５ａの面積が限られたものであっても、より広い範囲の光を利用できるようになるので、入射光に対して受光面５ａが好適な角度になるように姿勢制御する必要がない。
本実施形態においては、内側底面４ｃに凸面鏡６を配したが、本実施形態の太陽電池ユニット５５はこれに限定されるものではなく、内側底面４ｃに入射した光を拡散または集束させて反射できる部材であればよく、凹面鏡、凹レンズ、凸レンズ、フレネルレンズ等の各種の光学部材を利用することができる。なお、レンズを用いた場合には、入射光はレンズを通した内側底部４ｃで反射されることになるが、本実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【００４３】
［太陽電池ユニット集合体］
図５は、本発明の太陽電池ユニット集合体７を示した概略構成図である。
この太陽電池ユニット集合体７は、本発明の太陽電池ユニット５を複数積層してなり、その各受光面５ａが同一平面となるように連結されている。本実施形態の太陽電池ユニット集合体７は中空構造の所謂ハニカム構造であり、軽量で高強度であるので、このような多数の集合体とした際にも、自重が大きくなり過ぎて、機械的強度が不足する心配がない。よって、変換効率に優れた多数の太陽電池ユニット５を連結することができるので、より多くの発電量を得ることができる。
【００４４】
以上説明したように、本発明の太陽電池パネルは、信頼性、寿命、変換効率が高いが、柔軟性を持たなかった光電変換材料を薄膜化して、可撓性を有する薄膜光電変換層とすることで、立体構造を実現したものである。よって、受光面積が増大されると共に、周囲からの散乱光のみならず、自己散乱光をも効率良く受光でき、光の変換効率の高い太陽電池パネルとなる。
また、本発明の太陽電池パネルにおける立体構造は、太陽電池フィルムを屈曲した単一部材の連続面から構成されるので、立体化に際しての製造工程と製造コストの増加がなく、光電変換効率の高い太陽電池パネルを安価で提供できる。
【００４５】
本発明の太陽電池ユニットは、このような太陽電池パネルを備えたものであるので、信頼性、寿命、光の変換効率の高いものとなる。また、入射光の入射角度を問わず、広い範囲の光を利用可能であるので、限られた受光面積であっても効率の高い発電が可能であるばかりでなく、その受光面を常に入射光に対して好適な方向へ姿勢制御することなく、高い変換効率での発電が可能となる。
また、本発明の太陽電池ユニット集合体は、光の変換効率の高い太陽電池ユニットを連結したものであるので、軽量かつ高強度であり、大出力の電力を得ることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…太陽電池パネル、２…太陽電池フィルム、２ａ…畝、３…支持体、４…筐体、４ａ…開口面、４ｂ…側面、４ｃ…内側底面、５、５５…太陽電池ユニット、６…凹面鏡、７…太陽電池ユニット集合体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池パネル、太陽電池ユニット、太陽電池ユニット集合体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境にやさしい技術として、太陽電池の開発が盛んである。太陽電池は、光起電力効果を得る半導体の種類によって、シリコン系のものと化合物半導体系のものとに大別され、さらに前者は結晶シリコン系のものとアモルファスシリコン系のものとに分類される。
結晶シリコンを用いた太陽電池は古くから開発されてきたものであって、例えばシリコンの単結晶もしくは多結晶にｐｎ接合またはｐｉｎ接合を形成したもの、ショットキー接合を形成したものなどがあり、これらは変換効率や信頼性に優れている。この反面、柔軟性がなく、平面的な構造であるために、入射した光の多くが、その表面で反射されてしまい、発電に寄与せずに、変換効率を充分に上げることができなかった。
【０００３】
このような問題に対処するものとして、特許文献１には、ハニカムパネル上に、２つの側面を有する鋸歯反射板の列と、太陽電池の列とが交互に配置された太陽電池集光装置の構成が開示されている。この構成によれば、太陽電池表面に対して傾斜した入射角を有する放射太陽光を、鋸歯反射板で反射させて集光効率を向上できることが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、四角錘および四角錘の連なる表面形状のガラス基板と、その表面に形成されたアモルファスシリコンと、電極とからなる太陽電池の構成が開示されている。この構成によれば、受光面積を増大し、四方から反射されてくる散乱光を有効に受光できることが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、表面が凹凸状をなす、いわゆる逆ピラミッド形状の基板上に球状、棒状の半導体結晶を配置した太陽電池の構成が開示されており、半導体結晶に対して広い入射開口角が得られ、光の封じ込め効率が向上することが記載されている。
【０００６】
一方、化合物半導体を利用したものとしては、ＧａＡｓやＣｄＴｅなどのIII―Ｖ族やII−VI族の化合物半導体材料を用いたものや、有機系材料を用いる色素増感型のものが提案されている。
特許文献４には、可視光を透過する円筒型の透明セルの内部に色素増感型の半導体層を設けた太陽電池の構成が開示されている。この構成によれば、円筒形状で大きな表面積を有することから、集光効率が向上することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００４−５０４２３２号公報
【特許文献２】特開平０８−０７８７０８号公報
【特許文献３】特開２０００−０２２１８４号公報
【特許文献４】特開２００３−０７７５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の太陽電池の多くは、半導体基板として単結晶シリコンウエハーを用いたり、ガラス基板上に単結晶もしくは多結晶シリコンを積層したりしている。このために、基板自体には柔軟性がなく、さらなる光の吸収効率や受光面積の向上を図ることができなかった。
これを解決するものとして、柔軟性を有するプラスチックフィルムなどの基板上にアモルファスシリコンを積層したものが提案されているが、結晶シリコン系のものに比べて、信頼性、寿命、光の変換効率に劣るという問題があった。
【０００９】
上記文献には、柔軟性のない基板であっても、基板を立体形状にすることで散乱光を有効に受光できること（特許文献２参照）や、受光面に凹凸形状を付与することで入射光を有効に封じ込められること（特許文献３参照）が開示されている。
しかしながら、その製造にあたっては、基板によって形作られる立体の各面毎に太陽電池セルを作成し、そのセル毎の上下の各配線を互いに接続するので、製造工程とコストが増加するという問題があった。
さらに、化合物半導体材料を用いたものや、上記特許文献４に記載された有機系材料を用いた色素増感型のものは、いずれも製造コストが高く、耐候性に問題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、受光面積の増大が可能であり、従来、太陽電池表面で反射してしまい、有効に利用できなかった光を有効に利用でき、かつ信頼性、寿命、光の変換効率の高い太陽電池パネル、太陽電池ユニット、太陽電池ユニット集合体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】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の太陽電池パネルは、可撓性を有する薄膜光電変換層を一対の電極間に備えてなる太陽電池フィルムと、前記太陽電池フィルムを支持する支持体と、を備え、前記太陽電池フィルムが、該太陽電池フィルムの一辺に略平行な複数列の畝をなす屈曲状態で前記支持体上に配設されていることを特徴とする。
【００１２】
可撓性を有する薄膜光電変換層を使用することで、太陽電池フィルムにも可撓性が付与される。この太陽電池フィルムを屈曲させて、太陽電池フィルムの一辺に平行な複数の畝が配列された波板状に成形して、この太陽電池フィルムを支持体上に配設することで立体構造を有する太陽電池パネルとなる。
このような構成にすることで、支持体の面積に対して、波板状に屈曲した太陽電池フィルムの面積は大幅に増大するので、限られた設置面積でより多くの光を受光できる。
また、太陽電池フィルムを屈曲させて、複数列の畝を有する波板状とすることで、各畝をなす面は支持体表面に対して傾斜した側面となるので、周囲からの散乱光のみならず、自らが反射してしまい、従来は有効に利用できなかった自己散乱光をも効率良く受光することができる。よって、光の変換効率の良い太陽電池パネルとなる。
【００１３】
また、従来の立体構造を有する太陽電池パネルはいずれも、立体を構成する各面毎に別個にパネルを予め作成した後に、これらのパネルを互いに接続したものであった。これに対して、本発明の太陽電池パネルは、太陽電池フィルムを屈曲させたものであり、単一部材の連続面で構成されるので、立体化に要する組み立てや配線等が必要なく、製造工程とコストが増加することがない。
【００１４】
本発明の太陽電池パネルにあっては、前記薄膜光電変換層を、単結晶半導体薄膜または多結晶半導体薄膜で構成することができる。
一般的には柔軟性を持たない単結晶半導体または多結晶半導体を薄膜化することで、可撓性を有する薄膜光電変換層とすることができる。これにより、信頼性、寿命、光電変換効率に優れた本発明の太陽電池パネルにおいて、更なる光の吸収効率の向上や受光面積の向上を図ることができる。
【００１５】
本発明の太陽電池パネルにあっては、前記薄膜光電変換層を、ガラス薄膜基板上に、単結晶半導体層または多結晶半導体層を積層したもので構成することができる。
ガラス基板を薄膜化して、可撓性を有する薄膜基板とし、この上に半導体層を形成することで、半導体薄膜だけで薄膜光電変換層を構成する場合よりも、半導体層の膜特性の制御、強度の増強、太陽電池パネルとした際の設計自由度等を向上させることができる。
【００１６】
本発明の太陽電池パネルにあっては、前記太陽電池フィルムと前記支持体とを、 少なくとも１層ずつ交互に積層してなることが好ましい。
可撓性を有する太陽電池フィルムを屈曲して波板状とし、これを支持体と交互に少なくとも一層ずつ積層することで、いわゆるハニカム構造となり、軽量で高強度の太陽電池パネルとなる。
【００１７】
本発明の太陽電池ユニットは、上記本発明の太陽電池パネルを、内面が反射面とされた筐体内に収容してなり、前記太陽電池パネルの前記各畝の延在方向と前記筐体の内面とが平行とされていることを特徴とする。
このような構成にすると、屈曲された太陽電池フィルム表面と、支持体表面と、筐体の内面とによって囲まれた導光路が形成される。太陽電池ユニットに入射した光は、それぞれの入射角に従って、この導光路内で反射を繰り返すこととなり、 何度も太陽電池フィルムで受光することができる。このように、入射光を効率良く太陽電池ユニット内に封じ込めることができるので、高い変換効率での発電が可能となる。
また、太陽電池ユニットヘ入射した光はその入射角度にかかわらず、導光路内で 反射されることで、必然的に太陽電池フィルムに到達するので、筐体の開口面が限 られた面積であっても、より広い角度の入射光を利用できるようになる。また、太 陽電池ユニットの受光面を太陽光に対して好適な方向に姿勢制御する必要もない。
【００１８】
本発明の太陽電池ユニットにあっては、前記筐体の内側底面に、前記筐体への入射光を拡散または集束させる光学部材を備えてなることが好ましい。
太陽電池ユニットに入射して筐体の内側底面に到達した光を光学部材もしくは光 学部材を通した内側底面で反射させることにより再度、導光路内で反射を繰り返す ようにでき、太陽電池フィルムでの受光回数が増加する。
特に、本発明の太陽電池ユニットヘの入射光のうち、発電に利用されることなく 内側底面に到達していた筐体開口面への直角入射光を、光学部材で拡散または集束 するように反射することで、薄膜光電変換層で受光できるようになるので、入射光 の利用効率がより一層向上し、より高い光変換効率を有する太陽電池ユニットとな る。
【００１９】
本発明の太陽電池ユニット集合体は、本発明の太陽電池ユニットを複数個連結さ せてなることを特徴とする。
本発明の太陽電池ユニットは、いわゆるハニカム構造を有するものなので、その集合体は軽量で高強度のものとなる。また、光の変換効率に優れた太陽電池ユニットを連結することで、より多くの発電量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の太陽電池パネルの一実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の太陽電池ユニットの第１実施形態を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の太陽電池ユニットの第１実施形態の概略部分断面図である。
【図４】本発明の太陽電池ユニットの第２実施形態の概略部分断面図である。
【図５】本発明の太陽電池ユニット集合体の一実施形態を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明について、以下に図面を用いて説明する。なお、以下の各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や部材毎に縮尺を適宜変更している。
［太陽電池パネル］
図１は本発明の太陽電池パネルの一実施形態を示した概略斜視図である。
符号１は太陽電池パネルであって、太陽電池フィルム２と支持体３とを一層ずつ交互に積層してなるものである。太陽電池フィルム２は、可撓性を有するフィルムであり、波板状に屈曲されている。すなわち、太陽電池フィルム２は、太陽電池フィルム２の一辺に平行な畝２ａが連続的に並ぶように屈曲されている。太陽電池フィルム２と支持体３とは、畝２ａの頂部もしくは底部の任意の位置を支持体３の表面に部分的に接着することで固定されている。
【００２２】
支持体３は、屈曲された太陽電池フィルム２の形状を保持するためのものであって、可撓性を有するものであっても、剛直なものであってもよい。また、支持体３は、光電変換層の受光波長領域において透明であっても良いし、表面が反射面であっても良く、太陽電池フィルム２であっても良い。
【００２３】
太陽電池フィルム２は、一対の電極間に可撓性を有する薄膜光電変換層を備えてなるものであって、必要に応じて、反射防止膜や保護フィルム等を備えていてもよい。薄膜光電変換層は、光エネルギーを電力に変換する光電変換材料を薄膜化してなるものであって、光電変換材料の薄膜の単一層あるいは積層である他、ガラスや半導体等の薄膜基板上に薄膜の光電変換材料層を積層したものであっても良い。
【００２４】
光電変換材料としてはシリコンの他、III−Ｖ族、II−VI族、Ｉ−III−VI族の化合物半導体材料、有機系材料など周知の材料を用いることができるが、光の変換効率、寿命、信頼性の観点からはシリコン、特に、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンが好適である。
【００２５】
単結晶シリコン、多結晶シリコンはいずれも剛直であるが、その膜厚が１００μｍ程度となると、曲げに対する柔軟性を有するようになる。これら結晶性のシリコンの薄膜を得るには、例えば、本出願人による特開2005-266754号公報に記載された研磨方法が利用できる。この研磨方法は、研磨装置の定盤上に、薄膜化すべき板材をワックスで固定して、研磨を行って所望厚さにまで薄膜化した後に、ワックスを溶融除去するものである。この方法によれば、クラックの発生がなく、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンで膜厚２５μｍ以下の薄膜化が可能である。
【００２６】
より具体的には、以下の方法による。
まず、厚さ０．５ｍｍ程度の単結晶シリコンまたは多結晶シリコンの板材を用意し、これを定盤上にワックスで固定する。定盤上の板材と対向するように研磨用ヘッドを配置し、そこで研磨用ヘッドを軸線周りに回転させる一方で、研磨用ヘッドとは異なる速度で定盤も回転させる。この状態で研磨用ヘッドと板材との間に砥粒を含む懸濁液を供給しつつ、研磨用ヘッドと板材との間に荷重をかけながら研磨することで、板材を膜厚２５μｍにまで薄膜化することができる。さらに、必要に応じて、研磨用ヘッドに研磨布を取り付けて、再度、上記と同様の研磨を行うことで、薄膜化された板材の表面を平滑化することができる。薄膜化された板材を洗浄した後に、定盤を加熱すると、ワックスが溶融するので、薄膜化された板材に余分な応力をかけることなく、板材を容易に研磨装置から取り外すことができる。
【００２７】
本実施形態の太陽電池パネル１にあっては、この薄膜化された単結晶シリコンまたは多結晶シリコンをそのままの状態で用いる他、ガラス薄膜基板と貼り合わせて用いても良く、ガラス薄膜基板上に、半導体薄膜や有機材料からなる光電変換材料層を積層したものであってもよい。このガラス薄膜基板は、上記研磨方法で膜厚が１００μｍ以下とされたものであって、薄膜化によって曲げに対する柔軟性を持たせたものである。
このようなガラス薄膜基板を用いることで、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンの薄膜のみで薄膜光電変換層を構成する場合よりも、半導体層の膜特性の制御が容易になる他、強度の増強を図ることができるので、太陽電池パネルとした際の設計自由度が上がる。
本実施形態の太陽電池パネル１にあっては、信頼性、寿命、光電変換効率に優れているものの、柔軟性がなかった単結晶シリコン、多結晶シリコン、ガラス基板を薄膜化によって屈曲可能とすることで、受光面積の向上と、更なる光の吸収効率の増大とが可能となる。
【００２８】
太陽電池フィルム２の屈曲形状は、特に限定されるものではないが、図１に示したような複数の畝２ａが均等幅で配列された波板形状であることが好ましい。この形状は、太陽電池フィルム２の面積が縮小するように、フィルムの対向する２辺からその中心へ向かって均等に応力を付与することで容易に成形できるからである。
従来、立体構造を有する太陽電池パネルは、立体を構成する各面毎に太陽電池パネルを予め作成した後に、これらのパネルを互いに接続したものであったために、製造工程が煩雑になり、コストの増大が問題であった。これに対して、本実施形態の太陽電池パネル１にあっては、太陽電池フィルム２の連続面から上記方法により、非常に容易に立体構造を得ることができ、製造工程とコストが増加することがない。よって、光の変換効率、信頼性、寿命に優れた太陽電池パネル１を安価で提供可能となる。
【００２９】
畝２ａの頂部および底部の屈曲角度は小さい方が受光面積の増大率を大きくできるが、過度の屈曲は割れなどの不良の発生原因になるので、直角以上の鈍角であることが好ましい。
例えば、図１中に示したように、一つの畝２ａの頂部Ａと、それに隣接する２つ
の底部Ｂ、Ｃの屈曲角度をいずれも直角にすると、畝２ａの幅Ｂ−Ｃの中点Ｄを頂
点とした三角形Ｄ−Ａ−Ｂと三角形Ｄ−Ａ−Ｃは直角二等辺三角形になるので、辺
Ａ−Ｂおよび辺Ａ−Ｃの長さは、辺Ｂ−Ｄおよび辺Ｃ−Ｄの長さの√２倍になる。よって、√２倍の表面積を有する太陽電池フィルム２が支持体３に固定されることになり、受光面積が増大されるので、限られた設置面積でより多くの光を受光できる。
【００３０】
また、太陽電池フィルム２は支持体３に対して傾斜面となるので、周囲からの散乱光のみならず、自らが反射してしまい、従来は有効に利用できなかった自己散乱光をも効率良く受光することができる。よって、より一層光の変換効率の良いものとなる。
【００３１】
なお、本実施形態に係る太陽電池パネル１においては、畝２ａの形状および配列数、配列幅は、本実施形態に限定されるものではなく、畝２ａが異なる幅で不規則に配列されていてもよい。また、太陽電池フィルム２と支持体３との積層数もこれに限定されるものではなく、最上層と最下層とが支持体３であり、太陽電池フィルム２が支持体３に挟持されたサンドイッチ構造であってもよい。
【００３２】
［太陽電池ユニット］
（第１実施形態）
図２は本発明の太陽電池ユニット５の第１実施形態を示した概略斜視図である。
本実施形態の太陽電池ユニット５は、内面が反射面（鏡面）とされた筐体４内に、上記実施形態の太陽電池パネル１を収容してなるものである。太陽電池パネル１は、各畝２ａの延在方向が筐体４の側面４ｂと平行になり、かつ、概略波形をなす側面が筐体４の開口面４ａに露出するように、筐体４内に収容されている。
【００３３】
また、本実施形態の太陽電池ユニット５にあっては、３枚の支持体３の上下面に、波板状に屈曲した４枚の太陽電池フィルム２を交互に一枚ずつ積層した構造となっており、各太陽電池フィルム２と各支持体３とからなる太陽電池パネル層５０を４層、積層した構造となっている。各太陽電池パネル層５０において、太陽電池フィルム２と支持体３とで囲まれた部分で、断面形状が概略三角形の導光路５１が構成される。各太陽電池パネル層５０の周縁部と、最上層および最下層の太陽電池パネル層５０においては、筐体４の鏡面化された内側面が導光路５１の一側面となる。
この太陽電池ユニット５では、筐体４の開口面４ａが受光面５ａとされ、図２中に矢印で示したように、開口面４ａから筐体底面へ向かって光が入射されて発電に利用される。
【００３４】
以下、図３を参照して、本実施形態の太陽電池ユニット５における入射光の振る舞いを説明する。図３は、本実施形態の太陽電池ユニット５を支持体３に平行な平面で切断した概略部分断面図である。
以下の説明において、同一の太陽電池パネル層５０で隣接した３本の導光路５１、５２、５３を例にとり、各導光路への入射光を光１、光２、光３と称するが、これらは便宜的なものであって、受光面５ａの入射光が実際に光１〜光３に分離されるものではなく、その入射角度も光１〜光３のものに限定されるものでもない。
【００３５】
導光路５１において、光が受光面５ａに対して鋭角で入射する場合を例にとって説明する。
図３に示したように、光１は、導光路５１の一方の側面２２である太陽電池フィルム２に直接入射して光電変換される一方で、側面２２で反射され、導光路５１のもう一方の側面２１に入射する。しかし、この側面２１もまた、太陽電池フィルム２であるので、ここで光１は再度、光電変換される。さらに側面２１で反射された光１は、もとの側面２２に入射され、光電変換される一方で反射される。
【００３６】
このように、光１は導光路５１の側面２１、２２間で光電変換と反射とを繰り返して太陽電池ユニット５の底部へ向かって導光され、筐体４の内側底面４ｃに達する。この内側底面４ｃもまた反射面（鏡面）であるので、光１は進行方向を変え、受光面５ａへ向かって反射される。これにより、光１は導光路５１で、さらに光電変換と反射とを繰り返す。
【００３７】
太陽電池フィルム２での光の変換効率は、光電変換材料の種類やパネルの構成によって異なるが、単結晶シリコンでは１５〜１９％、多結晶シリコンでは１２〜１７％、アモルファスシリコンでは１０〜１２％であり、反射率はいずれも２０〜５０％である。
光１は光電変換されるよりも反射される割合の方が多い訳であるが、本実施形態の太陽電池ユニット５によれば、光を導光路５１内で繰り返し反射させて、その都度、太陽電池フィルム２面に入射させるような構成となっているので、光１を導光路５１内に封じ込めて、有効に発電に利用することができる。
【００３８】
導光路５２において、光２は受光面５ａに対して略直角に入射する。この光２も光１と同様に、導光路５２内において光電変換と反射とを繰り返すが、導光路５２を形成する一方の側面２３の太陽電池フィルム２への入射角が非常に浅くなるので、導光路５２内での反射回数が少なくなる。それでも、多数回の光電変換を行うことができるので、従来よりも高い変換効率での発電が可能である。
導光路５３においては、光３は受光面５ａに対して直角に入射するので、導光路５３を形成する２つの側面２３、２４に入射することなく、筐体４の内側底面４ｃに達して反射されるので、ほとんど発電に利用することができない。
【００３９】
このように、本実施形態の太陽電池ユニット５に入射した光は、それぞれの入射角に従って、各導光路５１〜５３内で反射を繰り返すこととなり、何度も太陽電池フィルム２で受光することができる。このように、入射光を効率良く太陽電池ユニット５内に封じ込めることができるので、高い変換効率での発電が可能となる。
【００４０】
（第２実施形態）
以下、本発明の太陽電池ユニットの第２実施形態について、図４を参照して説明するが、上記第１実施形態と異なるところについてのみ説明し、その他の構成の同一の部材には同一の符号を付して、説明を省略する。
図４は、本実施形態の太陽電池ユニット５５を支持体３に平行な平面で切断した概略部分断面図である。
本実施形態の太陽電池ユニット５５が上記第１実施形態と異なるのは、筐体４の内側底面４ｃに凸面鏡６を配し、筐体４の底部に到達した入射光を凸面鏡６で拡散させるようにしたところである。
受光面５ａに対して鋭角で入射した光１は、第１実施形態においても、導光路５１内での反射回数が多く、充分に光電変換に利用可能であるが、凸面鏡６によって拡散されることにより、側面２１、２２に対して深い入射角を持つようになるので、さらに反射回数が増加する。光１と同様に、光２も凸面鏡６によって、導光路５２内での反射回数が増加する。
【００４１】
特に、受光面５ａに対して直角に入射する光３は、第１実施形態の太陽電池ユニット５では、ほとんど発電に利用することができなかったが、本実施形態の太陽電池ユニット５５にあっては、凸面鏡６で拡散され、導光路５３の２つの側面２３、２４で反射されて、光電変換に利用可能となる。加えて、光１、光２と同様に、側面２３、２４へ対して深い入射角度を持つようになるので、導光路５３内での反射回数も多くなる。このように、太陽電池ユニット５５への入射光はその入射角度にかかわらず、各導光路内５１、５２、５３で複数回、反射を繰り返し、その都度、光電変換が行われるので、光電変換効率をより一層向上させることができる。
【００４２】
また、本実施形態の太陽電池ユニット５５にあっては、受光面５ａへの入射角度を問わないので、開口面５ａの面積が限られたものであっても、より広い範囲の光を利用できるようになるので、入射光に対して受光面５ａが好適な角度になるように姿勢制御する必要がない。
本実施形態においては、内側底面４ｃに凸面鏡６を配したが、本実施形態の太陽電池ユニット５５はこれに限定されるものではなく、内側底面４ｃに入射した光を拡散または集束させて反射できる部材であればよく、凹面鏡、凹レンズ、凸レンズ、フレネルレンズ等の各種の光学部材を利用することができる。なお、レンズを用いた場合には、入射光はレンズを通した内側底部４ｃで反射されることになるが、本実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【００４３】
［太陽電池ユニット集合体］
図５は、本発明の太陽電池ユニット集合体７を示した概略構成図である。
この太陽電池ユニット集合体７は、本発明の太陽電池ユニット５を複数積層してなり、その各受光面５ａが同一平面となるように連結されている。本実施形態の太陽電池ユニット集合体７は中空構造の所謂ハニカム構造であり、軽量で高強度であるので、このような多数の集合体とした際にも、自重が大きくなり過ぎて、機械的強度が不足する心配がない。よって、変換効率に優れた多数の太陽電池ユニット５を連結することができるので、より多くの発電量を得ることができる。
【００４４】
以上説明したように、本発明の太陽電池パネルは、信頼性、寿命、変換効率が高いが、柔軟性を持たなかった光電変換材料を薄膜化して、可撓性を有する薄膜光電変換層とすることで、立体構造を実現したものである。よって、受光面積が増大されると共に、周囲からの散乱光のみならず、自己散乱光をも効率良く受光でき、光の変換効率の高い太陽電池パネルとなる。
また、本発明の太陽電池パネルにおける立体構造は、太陽電池フィルムを屈曲した単一部材の連続面から構成されるので、立体化に際しての製造工程と製造コストの増加がなく、光電変換効率の高い太陽電池パネルを安価で提供できる。
【００４５】
本発明の太陽電池ユニットは、このような太陽電池パネルを備えたものであるので、信頼性、寿命、光の変換効率の高いものとなる。また、入射光の入射角度を問わず、広い範囲の光を利用可能であるので、限られた受光面積であっても効率の高い発電が可能であるばかりでなく、その受光面を常に入射光に対して好適な方向へ姿勢制御することなく、高い変換効率での発電が可能となる。
また、本発明の太陽電池ユニット集合体は、光の変換効率の高い太陽電池ユニットを連結したものであるので、軽量かつ高強度であり、大出力の電力を得ることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…太陽電池パネル、２…太陽電池フィルム、２ａ…畝、３…支持体、４…筐体、４ａ…開口面、４ｂ…側面、４ｃ…内側底面、５、５５…太陽電池ユニット、６…凹面鏡、７…太陽電池ユニット集合体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する薄膜光電変換層を一対の電極間に備えてなる太陽電池フィルムと、
前記太陽電池フィルムを支持する支持体と、を備え、
前記太陽電池フィルムが、該太陽電池フィルムの一辺に略平行な複数列の畝をなす屈曲状態で前記支持体上に配設されていることを特徴とする太陽電池パネル。
【請求項２】
前記薄膜光電変換層は、単結晶半導体薄膜または多結晶半導体薄膜からなることを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル。
【請求項３】
前記薄膜光電変換層は、ガラス基板上に単結晶半導体層または多結晶半導体層が積層されてなることを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル。
【請求項４】
前記太陽電池フィルムと前記支持体とが、少なくとも１層ずつ交互に積層されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の太陽電池パネル。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の太陽電池パネルを、内面が反射面とされた筐体内に収容してなり、前記太陽電池パネルの前記各畝の延在方向と前記筐体の内面とが略平行とされていることを特徴とする太陽電池ユニット。
【請求項６】
前記筐体の内側底面に、前記筐体への入射光を拡散または集束させる光学部材を備えてなることを特徴とする請求項５記載の太陽電池ユニット。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の太陽電池ユニットを複数個連結させてなることを特徴とする太陽電池ユニット集合体。
【請求項１】
可撓性を有する薄膜光電変換層を一対の電極間に備えてなる太陽電池フィルムと、
前記太陽電池フィルムを支持する支持体と、を備え、
前記太陽電池フィルムが、該太陽電池フィルムの一辺に略平行な複数列の畝をなす屈曲状態で前記支持体上に配設されていることを特徴とする太陽電池パネル。
【請求項２】
前記薄膜光電変換層は、単結晶半導体薄膜または多結晶半導体薄膜からなることを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル。
【請求項３】
前記薄膜光電変換層は、ガラス基板上に単結晶半導体層または多結晶半導体層が積層されてなることを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル。
【請求項４】
前記太陽電池フィルムと前記支持体とが、少なくとも１層ずつ交互に積層されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の太陽電池パネル。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の太陽電池パネルを、内面が反射面とされた筐体内に収容してなり、前記太陽電池パネルの前記各畝の延在方向と前記筐体の内面とが略平行とされていることを特徴とする太陽電池ユニット。
【請求項６】
前記筐体の内側底面に、前記筐体への入射光を拡散または集束させる光学部材を備えてなることを特徴とする請求項５記載の太陽電池ユニット。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の太陽電池ユニットを複数個連結させてなることを特徴とする太陽電池ユニット集合体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２７２７８７（Ｐ２０１０−２７２７８７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２５０００（Ｐ２００９−１２５０００）
【出願日】平成２１年５月２５日（２００９．５．２５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２５日（２００９．５．２５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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