JP2002076414A

JP2002076414A - 太陽電池

Info

Publication number: JP2002076414A
Application number: JP2000258210A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Sugio; 嘉彦杉尾; Fumio Suzuki; 文雄鈴木
Original assignee: ABEL SYSTEMS Inc
Current assignee: ABEL SYSTEMS Inc
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2002-03-15
Anticipated expiration: 2020-08-28
Also published as: JP3415817B2

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽から照射される電磁波をより効率よく受
信して太陽電池本体に供給する。【解決手段】太陽電池は、誘電体でもって太陽電池本
体１の表面側に無数のロッドアンテナ２を設けている。
ロッドアンテナ２は、太陽電池本体１の表面に対して垂
直方向に延長して設けられ、その高さ（Ｔ）を太陽電池
本体１の最大感度波長λmaxの０．５〜５倍とし、最小
幅（Ｄ）を高さ（Ｔ）の０．５〜２倍とし、かつ、隣接
するロッドアンテナ２の間隔（Ｌ）を最大感度波長λma
xの０．５〜１０倍としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽光線を効率よく
吸収する太陽電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池は、太陽から照射される光線で
ある可視光線を含む電磁波をいかに効率よく吸収できる
かが大切である。図１は太陽から照射される電磁波の地
表面における強度を示し、図２は結晶シリコン太陽電池
の分光感度特性を示している。図１に示すように、太陽
から放射される電磁波は紫外線領域から赤外線領域まで
広い範囲に分布している。太陽電池の吸収波長は可視光
線の範囲に止まらず赤外線の領域まで広く分布してい
る。太陽電池は、変換効率を高くするために、図１に示
す波長特性の電磁波をいかに効率よく吸収して発電に寄
与できるかが大切である。

【０００３】太陽の電磁波をより効率よく吸収させる従
来技術は、以下の２種に大別できる。太陽電池表面の反射率を低くする。レンズで光線を集束して太陽電池に照射する。

【０００４】の表面反射率を低くする技術として以下
の(1)〜(3)の技術が開発されている。 (1) 太陽電池表面のシリコンをエッチングして微細な
ピラミッドを多数に設けているテクスチュア表面とする
方法。 (2) 表面をスリット状に加工する方法。 (3) シリコン表面に酸化チタン等の薄膜を設けて、薄
膜の屈折率（ｎ）と厚さ（ｄ）とを調整して、以下の式
で示される波長（λ）の反射率を低減する方法。ｄ＝λ
／４ｎ

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】太陽電池の表面反射率
を低くする方法において、(1)のテクスチュア表面とす
る構造、あるいは(2)のスリット状に加工する方法は、
反射率を理想的な状態とすることが難しい。また、(3)
の薄膜の屈折率と厚さとで反射率を低くする構造は、広
い波長領域において小さい反射率とすることが難しい欠
点がある。さらに、のレンズで太陽光線を集束する方
法は、集束するほど太陽電池が加熱される欠点があり、
太陽が移動すると集束領域が変化して、太陽電池の表面
に集束できなくなるので、レンズと太陽電池とを常に太
陽の方向に向ける追随システムを必要とする欠点があ
る。

【０００６】本発明は、従来の構造とは全く異なる原理
によって、太陽から照射される電磁波をより効率よく受
信して太陽電池本体に供給できる太陽電池を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池は、誘
電体でもって太陽電池本体１の表面側に無数のロッドア
ンテナ２を設けている。ロッドアンテナ２は、太陽電池
本体１の表面に対して垂直方向に延長して設けられ、そ
の高さ（Ｔ）を太陽電池本体１の最大感度波長λmaxの
０．５〜５倍とし、最小幅（Ｄ）を高さ（Ｔ）の０．５
〜２倍とし、かつ、隣接するロッドアンテナ２間の間隔
（Ｌ）を最大感度波長λmaxの０．５〜１０倍としてい
る。本明細書において「最大感度波長λmax」とは、太
陽電池本体の分光感度が最大になる電磁波の波長を意味
するものとする。図２に示す分光感度の太陽電池は、最
大感度波長λmaxが約０．９μｍである。

【０００８】ロッドアンテナ２の高さ（Ｔ）は、好まし
くは０．５〜５μｍで、その形状は、多角柱状、円柱
状、楕円柱状等とすることができる。さらにロッドアン
テナ２は、平面形状を細長い長方形とする角柱状、ある
いは両端を円弧状とする細長い形状の柱状とすることも
できる。ロッドアンテナ２を形成している誘電体の誘電
率は、好ましくは２〜１０である。誘電体の誘電率は、
低すぎるとロッドアンテナとしての効率が悪く、誘電率
が高すぎると太陽電池本体に供給する電磁波の波長領域
が狭くなる。さらに、本発明の太陽電池は、ロッドアン
テナ２を着色することができ、また、ロッドアンテナ２
の表面側を平滑面として、異物が付着して汚れるのを防
止できる。さらに、太陽電池は、ロッドアンテナ２と太
陽電池との間に電磁波の導波部３を設けることができ
る。この導波部３はロッドアンテナ２と誘電体で一体的
に成形することができる。

【０００９】

【作用】本発明の太陽電池は、表面における電磁波の反
射率を低くして発電効率を高くするのではない。また、
レンズのように可視光線を一点に集束して発電効率を高
くするのでもない。太陽電池本体の表面に設けているロ
ッドアンテナが、太陽から放射される可視光線を含む電
磁波をアンテナとして受信し、受信した電磁波を太陽電
池本体に供給する。誘電体で構成される多数のロッドア
ンテナは、高い利得で太陽から放射される電磁波を受信
する。ロッドアンテナは先端の面積が小さいが、この先
端面に入射する電磁波のみを受信するのではない。アン
テナは先端面に入射する電磁波のみでなく、近傍を通過
する電磁波をも受信する。たとえば、誘電体で製作され
て、高さ（Ｔ）を１λ、一辺を１λとする平面形状を正
方形とする角柱状のロッドアンテナは、波長を０．５〜
３λとする電磁波における利得が約１０ｄｂと極めて高
くなる。このことは、ロッドアンテナが電磁波を極めて
効率よく受信することを意味する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための太陽電池を例示するもの
であって、本発明は太陽電池を下記のものに特定しな
い。

【００１１】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決す
るための手段の欄」に示される部材に付記している。た
だ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に
特定するものでは決してない。

【００１２】図３に示す太陽電池は、太陽電池本体１
と、この太陽電池本体１の表面側に設けている無数のロ
ッドアンテナ２からなる。太陽電池本体１は、ロッドア
ンテナ２から供給される電磁波を吸収して発電するもの
で、たとえば、結晶シリコン、アルモファスシリコン等
がある。

【００１３】ロッドアンテナ２は、太陽電池本体１の表
面に対して垂直方向に延長して設けられる。このロッド
アンテナ２は、太陽電池本体１の最大感度波長λmaxの
０．５〜５倍の高さ（Ｔ）で、最小幅（Ｄ）を高さ
（Ｔ）の０．５〜２倍とし、さらに、隣接するロッドア
ンテナ２間の間隔（Ｌ）を最大感度波長λmaxの０．５
〜１０倍とする。さらに、好ましくは、かつ隣接するロ
ッドアンテナ２の間隔（Ｌ）は、ロッドアンテナの高さ
（Ｔ）の０．５〜１０倍とする。

【００１４】ロッドアンテナ２の高さ（Ｔ）を最大感度
波長λmaxの０．５〜５倍とするのは、最大感度波長λm
axに比較して短すぎても、反対に長すぎても、電磁波を
受信する感度が低下するからである。また、ロッドアン
テナ２の最小幅（Ｄ）も、小さすぎても大きすぎても電
磁波の受信感度が低下し、さらに、隣接するロッドアン
テナ２の間隔（Ｌ）も、狭すぎても広すぎても受信感度
が低下する。図２に示す分光感度特性の太陽電池は、最
大感度波長λmaxが約０．９μｍである。この太陽電池
は、高さ（Ｔ）を最大感度波長λmaxの０．５〜５倍と
する場合、ロッドアンテナの高さ（Ｔ）は０．４５〜
４．５μｍとなる。太陽電池の最大感度波長λmaxは、
太陽電池の材質等で変化する。ロッドアンテナの高さ
（Ｔ）の最適値は太陽電池の材質によって変化するが、
最大感度波長λmaxを約１μｍとする太陽電池に使用す
るロッドアンテナは、高さ（Ｔ）を０．５〜５μｍとす
る。

【００１５】ロッドアンテナ２は、図３に示すように多
角柱とし、あるいは図４に示すように、円柱状とし、あ
るいはまた、図示しないが楕円柱状とすることもでき
る。さらに、図５と図６に示すように、ロッドアンテナ
２は、平面形状を細長い長方形とする角柱状とすること
もできる。また、図７に示すように、平面形状において
両端を円弧状とする細長い形状の柱状とすることもでき
る。さらに、以上の図のロッドアンテナ２は先端を平面
状としているが、図８の拡大断面図に示すように先端を
湾曲面とすることもできる。

【００１６】ロッドアンテナ２は有機や無機の誘電体で
製作される。誘電体は、誘電率を２〜１０とする材質が
適している。これより誘電率が低いとアンテナとして充
分に利得が実現されず、また、高すぎると受信できる電
磁波の波長領域が狭くなる。有機の誘電体として、ポリ
プロピレン、ポリエチレン、フッ素樹脂等が使用でき
る。無機の誘電体としてガラスが使用できる。

【００１７】誘電体は、エッチングしてロッドアンテナ
２を形成することができる。また、レーザー等でロッド
アンテナ２を形成することもできる。ロッドアンテナ２
は、太陽電池本体１の表面に直接に誘電体の薄膜を設
け、これをエッチングして無数のロッドアンテナ２を設
けることができる。また、図９に示すように厚い誘電体
の表面にロッドアンテナ２を設け、これを太陽電池本体
１に積層して設けることもできる。

【００１８】図９の太陽電池は、ロッドアンテナ２と太
陽電池本体１との間にロッドアンテナ２で受信した電磁
波の導波部３を設けており、この導波部３とロッドアン
テナ２を同じ誘電体で一体的に成形している。導波部３
は太陽電池本体１に向かって次第に細くなっており、こ
こで電磁波が集束されて太陽電池本体１に供給される。
この太陽電池は、ロッドアンテナ２を設けている領域全
体の面積を太陽電池本体１の面積よりも大きくしてい
る。したがって、より広い領域で電磁波を受信して、太
陽電池本体１の発電出力を大きくできる。

【００１９】ロッドアンテナ２を構成する誘電体は、顔
料や染料を添加して着色することができる。着色したロ
ッドアンテナを表面に備える太陽電池は、表面を美しい
色にできる特長がある。このことにより、本発明の太陽
電池は壁面や屋根に装置し建築材のごとく活用が可能で
ある。

【００２０】図１０の太陽電池は、太陽電池本体１の表
面のシリコンに直接にロッドアンテナ２を設けている。
この太陽電池は、太陽電池表面のシリコンをエッチング
し、あるいはレーザー等で加工してロッドアンテナ２を
設ける。この構造は、反射率を低下させるためにシリコ
ンをエッチングしてテクスチュア表面とし、あるいはシ
リコンをスリット状に加工するのに代わってロッドアン
テナ２を設けて、電磁波を効率よく吸収できる。また、
ロッドアンテナ２を設けた凹凸面は反射率も低くなっ
て、電磁波を反射することなく効率よく吸収する効果も
ある。

【００２１】さらに、太陽電池は、図１０に示すよう
に、ロッドアンテナ２の表面側を平滑面として、ロッド
アンテナ２の隙間に異物が付着して汚れるのを防止でき
る。表面側を平滑面とするには、図に示すように電磁波
を透過させる平面板４を配設し、あるいは図１１に示す
ように、ロッドアンテナ２の間に誘電率が低い材料５を
充填する。誘電率の低い材料５としては、たとえば、四
フッ化エチレン樹脂、ＦＲＰ等が使用できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明の太陽電池は、太陽から照射され
る電磁波をより効率よく受信して太陽電池本体に供給で
きる特長がある。とくに、本発明の太陽電池は、反射率
を低くし、あるいはレンズで集束する従来の太陽電池と
は全く異なる原理、すなわち電磁波をロッドアンテナで
受信して効率よく太陽電池本体に供給するために、従来
のレンズのように追随機構を設けることなく、太陽から
放射される電磁波を効率よく受信して太陽電池本体の発
電に寄与できる特長がある。また、電磁波を高利得のロ
ッドアンテナで受信するので、たとえば、電磁波を集束
するレンズと組み合わせて使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】太陽から照射される電磁波の海面における強度
を示すグラフ

【図２】結晶シリコン太陽電池の分光感度特性を示すグ
ラフ

【図３】本発明の実施例の太陽電池の拡大断面斜視図

【図４】ロッドアンテナの他の一例を示す拡大断面斜視
図

【図５】ロッドアンテナの他の一例を示す拡大斜視図

【図６】ロッドアンテナの他の一例を示す拡大斜視図

【図７】ロッドアンテナの他の一例を示す拡大斜視図

【図８】ロッドアンテナの他の一例を示す拡大断面図

【図９】本発明の他の実施例の太陽電池の一部拡大断面
図

【図１０】本発明の他の実施例の太陽電池の拡大断面図

【図１１】本発明の他の実施例の太陽電池の拡大断面図

【符号の説明】

１…太陽電池本体２…ロッドアンテナ３…導波部４…平面板５…誘電率が低い材料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体でもって太陽電池本体(1)の表面
側に無数のロッドアンテナ(2)を設けており、このロッ
ドアンテナ(2)が太陽電池本体(1)の表面に対して垂直方
向に延長して設けられると共に、ロッドアンテナ(2)の
高さ(T)が太陽電池本体(1)の最大感度波長λmaxの０．
５〜５倍で、最小幅(D)が高さ(T)の０．５〜２倍で、隣
接するロッドアンテナ(2)の間隔(L)が最大感度波長λma
xの０．５〜１０倍である太陽電池。
【請求項２】ロッドアンテナ(2)の高さ(T)が０．５〜
５μｍである請求項１に記載される太陽電池。
【請求項３】ロッドアンテナ(2)が多角柱、円柱状、
楕円柱状のいずれかである請求項１に記載される太陽電
池。
【請求項４】ロッドアンテナ(2)は、平面形状を細長
い長方形とする角柱状、あるいは平面形状において両端
を円弧状とする細長い形状の柱状とする請求項１に記載
される太陽電池。
【請求項５】ロッドアンテナ(2)を形成している誘電
体の誘電率が２〜１０である請求項１に記載される太陽
電池。
【請求項６】ロッドアンテナ(2)に着色している請求
項１に記載される太陽電池。
【請求項７】ロッドアンテナ(2)の表面側を平滑面と
している請求項１に記載される太陽電池。
【請求項８】ロッドアンテナ(2)と太陽電池との間に
電磁波の導波部(3)を設けており、この導波部(3)とロッ
ドアンテナ(2)とを誘電体で一体的に成形している請求
項１に記載される太陽電池。