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JP2010212280A - Light guide structure for solar cell, solar cell unit and solar cell module - Google Patents

Light guide structure for solar cell, solar cell unit and solar cell module Download PDF

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JP2010212280A
JP2010212280A JP2009053524A JP2009053524A JP2010212280A JP 2010212280 A JP2010212280 A JP 2010212280A JP 2009053524 A JP2009053524 A JP 2009053524A JP 2009053524 A JP2009053524 A JP 2009053524A JP 2010212280 A JP2010212280 A JP 2010212280A
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Japan
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solar cell
light guide
layer
light
light receiving
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Japanese (ja)
Inventor
Toshikazu Shibata
俊和 柴田
Susumu Inoue
享 井上
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

【課題】太陽光を効率的に太陽電池に導光できる太陽電池の導光構造を提供する。
【解決手段】太陽光が入射される受光層210と、受光層210から入射された太陽光を乱反射光として乱反射させる乱反射層230と、受光層210と乱反射層230との間に介在されて、乱反射光を太陽電池素子に導光する導光層220とを備える太陽電池の導光構造である。受光層210は、導光層220に対して所定の傾斜角度を有し、入射される太陽光を導光層220側に反射させる受光反射面212と、受光反射面212で反射された太陽光を導光層220へ入射させる入射口214と、受光層210と導光層220との境界面で、入射口以外の箇所に形成されて、導光層220内の乱反射光を反射させる導光反射面216とを備える。
【選択図】図1
A light guide structure for a solar cell capable of efficiently guiding sunlight to the solar cell.
SOLUTION: The light receiving layer 210 into which sunlight is incident, the irregular reflection layer 230 that irregularly reflects the sunlight incident from the light receiving layer 210 as irregularly reflected light, and the light receiving layer 210 and the irregular reflection layer 230 are interposed, It is a light guide structure of a solar cell including a light guide layer 220 that guides irregularly reflected light to the solar cell element. The light receiving layer 210 has a predetermined inclination angle with respect to the light guide layer 220, and a light receiving reflection surface 212 that reflects incident sunlight to the light guide layer 220 side, and sunlight reflected by the light receiving reflection surface 212. Is formed on a boundary surface between the light receiving layer 210 and the light guide layer 220 at a location other than the light entrance and reflects the irregularly reflected light in the light guide layer 220. A reflective surface 216.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、太陽電池の導光構造、その導光構造を備える太陽電池ユニット、及びそのユニットを複数組み合わせた太陽電池モジュールに関するものである。特に、太陽光を効率的に太陽電池に導光できる導光構造に関するものである。   The present invention relates to a light guide structure for a solar cell, a solar cell unit including the light guide structure, and a solar cell module in which a plurality of the units are combined. In particular, the present invention relates to a light guide structure capable of efficiently guiding sunlight to a solar cell.

地球温暖化や環境汚染に対する関心が高まる中で、二酸化炭素や汚染物質の排出がない太陽電池の普及が進められている。この太陽電池のユニットとして、太陽電池素子に太陽光を効率的に導光するための導光構造を組み合わせたものがある(例えば、特許文献1)。   With increasing interest in global warming and environmental pollution, solar cells that do not emit carbon dioxide or pollutants are being promoted. As a unit of this solar cell, there is one in which a solar cell element is combined with a light guide structure for efficiently guiding sunlight (for example, Patent Document 1).

この技術は、受光層、導光層、中間層、乱反射層を順次積層したシート状の集光器に係る。高屈折率物質からなる導光層は、低屈折率物質からなる受光層及び中間層で挟まれる。導光層の表面の一部には、受光層の設けられていない箇所があり、その箇所に太陽電池素子が配置される。一方、乱反射層には、多数の気泡が内包されている。受光層から入射した光は、乱反射層の気泡で種々の方向に乱反射され、導光層に入射される。その際、導光層の内部では、その界面に臨界角以上の入射角で進入した光は、導光層内で反射を繰り返し、導光層内に閉じ込められる。そして、この導光層内の光は、導光層内での反射を繰り返すうちに、太陽電池素子に入射される。   This technique relates to a sheet-like concentrator in which a light receiving layer, a light guide layer, an intermediate layer, and an irregular reflection layer are sequentially laminated. The light guide layer made of a high refractive index material is sandwiched between a light receiving layer made of a low refractive index material and an intermediate layer. A part of the surface of the light guide layer has a portion where the light receiving layer is not provided, and the solar cell element is disposed there. On the other hand, a large number of bubbles are included in the irregular reflection layer. The light incident from the light receiving layer is irregularly reflected in various directions by the bubbles in the irregular reflection layer and is incident on the light guide layer. At this time, inside the light guide layer, light that has entered the interface at an incident angle greater than the critical angle is repeatedly reflected in the light guide layer and confined in the light guide layer. And the light in this light guide layer injects into a solar cell element, while repeating the reflection in a light guide layer.

このような集光器によれば、高価な太陽電池素子の面積よりも大きな面積に照射される太陽光を太陽電池素子に導光することができ、太陽電池素子に照射される太陽光のエネルギー密度を高めることができるとされる。   According to such a concentrator, sunlight irradiated to an area larger than the area of the expensive solar cell element can be guided to the solar cell element, and the energy of sunlight irradiated to the solar cell element It is said that the density can be increased.

国際公開WO2006/035698号 図1International Publication WO2006 / 035698 Fig. 1

しかし、上記の従来技術においても、太陽電池素子に十分な導光が行われているとは言い難い。これは、一旦受光層に入射された太陽光のうち、太陽電池素子に到達する前に、再度、受光層から外部に漏出する光量が多いためと考えられる。つまり、乱反射層で乱反射された光が導光層内に入射されても、所定の臨界角未満の入射角で導光層と受光層の界面に進入する光が相当程度あり、そのような光はほぼ全て受光層から外部に漏出してしまう。そのため、受光層に入射した太陽光の一部しか太陽電池素子に入射させることができない結果になると考えられる。   However, even in the above-described conventional technology, it is difficult to say that sufficient light guiding is performed on the solar cell element. This is considered to be due to the large amount of light leaking from the light receiving layer to the outside again before reaching the solar cell element in the sunlight once incident on the light receiving layer. In other words, even if light irregularly reflected by the irregular reflection layer enters the light guide layer, there is a considerable amount of light that enters the interface between the light guide layer and the light receiving layer at an incident angle less than a predetermined critical angle. Almost leaks out of the light receiving layer. For this reason, it is considered that only a part of the sunlight incident on the light receiving layer can be incident on the solar cell element.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、太陽光を効率的に太陽電池に導光することができる太陽電池の導光構造を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of its purposes is to provide a light guide structure for a solar cell that can efficiently guide sunlight to the solar cell.

また、本発明の他の目的は、上記導光構造を備える太陽電池ユニット及び太陽電池モジュールを提供することにある。   Moreover, the other objective of this invention is to provide a solar cell unit and a solar cell module provided with the said light guide structure.

本発明の太陽電池の導光構造は、太陽光が入射される受光層と、受光層から入射された太陽光を乱反射光として乱反射させる乱反射層と、受光層と乱反射層との間に介在されて、前記乱反射光を太陽電池素子に導光する導光層とを備える。この受光層は、受光反射面と、入射口と、導光反射面とを備える。受光反射面は、前記導光層に対して所定の傾斜角度を有し、入射される太陽光を導光層側へ反射させる。入射口は、この受光反射面で反射された太陽光を導光層へ入射させる。そして、導光反射面は、受光層と導光層との境界面で、前記入射口以外の箇所に形成されて、導光層内の乱反射光を反射させる。   The light guide structure of the solar cell of the present invention is interposed between a light receiving layer on which sunlight is incident, a diffuse reflection layer that irregularly reflects sunlight incident from the light receiving layer as irregularly reflected light, and the light receiving layer and the irregular reflection layer. And a light guide layer that guides the irregularly reflected light to the solar cell element. The light receiving layer includes a light receiving reflection surface, an entrance, and a light guide reflection surface. The light receiving / reflecting surface has a predetermined inclination angle with respect to the light guide layer, and reflects incident sunlight to the light guide layer side. The incident port causes sunlight reflected by the light receiving and reflecting surface to enter the light guide layer. And a light guide reflective surface is formed in locations other than the said entrance at the boundary surface of a light reception layer and a light guide layer, and reflects the irregularly reflected light in a light guide layer.

この構成によれば、受光反射面により、受光層に入射する太陽光を効率的に入射口へと導くことができる。また、入射口から導光層を通って乱反射層で乱反射された光は、その大半が導光反射面で反射されて導光層内に閉じ込められ、ごく一部の乱反射光しか入射口から外部に漏出しない。そのため、受光層に入射した光の多くを太陽電池素子に導光することができる。   According to this configuration, sunlight incident on the light receiving layer can be efficiently guided to the entrance through the light receiving / reflecting surface. In addition, most of the light that is diffusely reflected by the diffuse reflection layer from the entrance through the light guide layer is reflected by the light guide reflection surface and confined in the light guide layer, and only a part of the irregularly reflected light is transmitted from the entrance to the outside. Do not leak into. Therefore, most of the light incident on the light receiving layer can be guided to the solar cell element.

本発明の実施形態として、前記乱反射層における受光層とは反対側の面に底部反射面を備えることが挙げられる。   As an embodiment of the present invention, it is possible to provide a bottom reflection surface on the surface of the irregular reflection layer opposite to the light receiving layer.

この構成によれば、導光構造における受光層とは反対側の面から光が漏出することを抑制できる。   According to this structure, it can suppress that light leaks from the surface on the opposite side to the light reception layer in a light guide structure.

本発明の実施形態として、前記導光層の側面に側方反射面を備えることが挙げられる。   As an embodiment of the present invention, a side reflection surface is provided on the side surface of the light guide layer.

この構成によれば、導光構造における側面から光が漏出することを抑制できる。   According to this structure, it can suppress that light leaks from the side surface in a light guide structure.

本発明の実施形態として、導光層における乱反射層側の面に太陽電池素子の取付面を備えることが挙げられる。   As embodiment of this invention, providing the attachment surface of a solar cell element in the surface at the side of the irregular reflection layer in a light guide layer is mentioned.

この構成によれば、受光層と太陽電池素子とを重ねることができる。それにより、受光層と太陽電池素子とを並列した場合に比べて、受光層の面積を大きくしながら、導光構造に太陽電池素子を組み合わせたモジュールの全体面積を小さくできる。   According to this configuration, the light receiving layer and the solar cell element can be overlapped. Thereby, compared with the case where a light reception layer and a solar cell element are paralleled, the whole area of the module which combined the solar cell element with the light guide structure can be made small, enlarging the area of a light reception layer.

本発明の実施形態として、前記取付面が、導光層の長手方向の中央部に設けられていることが挙げられる。   As embodiment of this invention, it is mentioned that the said attachment surface is provided in the center part of the longitudinal direction of a light guide layer.

この構成によれば、取付面が導光層の長手方向の中央部からずれている場合に比べて、受光層に入射した光が太陽電池素子に達するまでの導光層内での伝播長及び反射回数を減少できるため、光の損失を低減し、導光効率を高めることができる。   According to this configuration, the propagation length in the light guide layer until the light incident on the light receiving layer reaches the solar cell element, as compared with the case where the mounting surface is displaced from the longitudinal center of the light guide layer, and Since the number of reflections can be reduced, light loss can be reduced and light guide efficiency can be increased.

一方、本発明の太陽電池ユニットは、本発明の太陽電池の導光構造と、前記取付面に固定された太陽電池素子とを備えることを特徴とする。   On the other hand, the solar cell unit of the present invention includes the light guide structure of the solar cell of the present invention and a solar cell element fixed to the mounting surface.

この構成によれば、本発明の導光構造により、効率的に太陽電池素子に太陽光を導光することができる。   According to this configuration, sunlight can be efficiently guided to the solar cell element by the light guide structure of the present invention.

さらに、本発明の太陽電池モジュールは、複数の太陽電池ユニットが並列された太陽電池モジュールに係る。この太陽電池ユニットは、本発明の太陽電池の導光構造と、前記取付面に固定された太陽電池素子とを備える。そして、隣接する太陽電池ユニット同士の太陽電池素子の位置がずれるように各太陽電池ユニットが並列されていることを特徴とする。   Furthermore, the solar cell module of the present invention relates to a solar cell module in which a plurality of solar cell units are arranged in parallel. This solar cell unit includes the solar cell light guide structure of the present invention and a solar cell element fixed to the mounting surface. And each solar cell unit is arranged in parallel so that the position of the solar cell element of adjacent solar cell units may shift | deviate.

太陽電池素子の光電変換効率は、一般に素子の温度上昇に伴って低下する。太陽電池素子に太陽光が集光されると温度上昇が起こるため、複数の太陽電池ユニットを並列した際、各ユニットの太陽電池素子が隣接すると、さらに個々の素子の温度上昇が促進されて光電変換効率が低下する虞がある。そのため、隣接するユニットの太陽電池素子の位置がずれるように各ユニットを並列すれば、個々の太陽電池素子からの放熱が効果的に行われ、光電変換効率の低下を抑制することができる。   The photoelectric conversion efficiency of a solar cell element generally decreases as the temperature of the element increases. When sunlight is concentrated on the solar cell elements, the temperature rises. Therefore, when a plurality of solar cell units are arranged in parallel, if the solar cell elements of each unit are adjacent to each other, the temperature rise of each element is further promoted and There is a possibility that the conversion efficiency is lowered. Therefore, if the units are arranged in parallel so that the positions of the solar cell elements of the adjacent units are shifted, heat radiation from the individual solar cell elements is effectively performed, and a decrease in photoelectric conversion efficiency can be suppressed.

この太陽電池モジュールの実施形態として、導光層の幅方向における中央部からずれた同じ位置に太陽電池素子を備える複数の太陽電池ユニットを用いる。そして、隣接する太陽電池ユニットの向きを交互に変えて並列することで、隣接する太陽電池ユニット同士の太陽電池素子の位置がずれるようにすることが挙げられる。   As an embodiment of this solar cell module, a plurality of solar cell units including solar cell elements at the same position shifted from the central portion in the width direction of the light guide layer are used. And it is mentioned that the position of the solar cell element of adjacent solar cell units shifts | deviates by changing direction of an adjacent solar cell unit alternately, and paralleling.

この構成によれば、隣接する太陽電池ユニット同士の太陽電池素子の位置がずれるような構成の太陽電池モジュールを、太陽電池素子の取付位置が共通する1種類のユニットにて実現することができる。   According to this structure, the solar cell module of the structure which the position of the solar cell element of adjacent solar cell units shift | deviates can be implement | achieved by one type of unit with the common attachment position of a solar cell element.

本発明の太陽電池の導光構造によれば、太陽光を効率的に太陽電池に導光することができる。また、本発明の太陽電池ユニットや太陽電池モジュールによれば、太陽電池素子の受光面積よりも大きい面積に照射される太陽光を太陽電池素子に導光して効率的に発電できる。   According to the light guide structure of the solar cell of the present invention, sunlight can be efficiently guided to the solar cell. Moreover, according to the solar cell unit or solar cell module of the present invention, sunlight irradiated to an area larger than the light receiving area of the solar cell element can be guided to the solar cell element to efficiently generate power.

本発明の実施形態1に係る導光構造を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the light guide structure which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1の導光構造の製造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of the light guide structure of FIG. 本発明の実施形態2に係る導光構造を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the light guide structure which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3に係る導光構造を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the light guide structure which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態4に係る導光構造を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the light guide structure which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態5に係る導光構造を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the light guide structure which concerns on Embodiment 5 of this invention. 図6のユニットを並列したモジュールの平面図である。It is a top view of the module which arranged the unit of FIG. 6 in parallel. 本発明の実施形態6に係るモジュールの平面図である。It is a top view of the module which concerns on Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施形態7に係るモジュールの平面図である。FIG. 10 is a plan view of a module according to Embodiment 7 of the present invention.

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。以下の説明において、実施形態2以降の各実施形態は、実施形態1との相違点を中心に説明し、その他の構成は実施形態1と共通であるため説明を省略することとする。また、各図において、共通する部材には同一符号を付している。
(実施形態1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, each of the second and subsequent embodiments will be described with a focus on the differences from the first embodiment, and the other configurations are the same as those of the first embodiment, so that the description thereof will be omitted. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the common member.
(Embodiment 1)

[太陽電池ユニットの構成]
<全体構成>
図1に示すように、この太陽電池ユニットは、太陽電池素子100と、同素子100に太陽光を導光するための導光構造200とを備える細長いシート状のものである。そのうち、導光構造は200、太陽光の入射側から順次、受光層210、導光層220、及び乱反射層230が重ねられてなり、さらに必要に応じて乱反射層230と導光層220との間に中間層(図示略)を備えてもよい。受光層210に入射した太陽光は、導光層220を通って乱反射層230で乱反射される。この乱反射光の大半は導光層220内に閉じ込められて反射を繰り返し、太陽電池素子100に入射されて光電変換される。以下、本例のユニットの各構成をより詳しく説明する。
[Configuration of solar cell unit]
<Overall configuration>
As shown in FIG. 1, this solar cell unit is a long and thin sheet-shaped unit including a solar cell element 100 and a light guide structure 200 for guiding sunlight to the element 100. Among them, the light guide structure is 200, the light receiving layer 210, the light guide layer 220, and the irregular reflection layer 230 are sequentially stacked from the sunlight incident side, and further, if necessary, between the irregular reflection layer 230 and the light guide layer 220. An intermediate layer (not shown) may be provided therebetween. Sunlight incident on the light receiving layer 210 is diffusely reflected by the irregular reflection layer 230 through the light guide layer 220. Most of the irregularly reflected light is confined in the light guide layer 220 and repeatedly reflected, and is incident on the solar cell element 100 for photoelectric conversion. Hereafter, each structure of the unit of this example is demonstrated in detail.

<太陽電池素子>
太陽電池素子100は、太陽光を電気エネルギーに変換できる物であれば良く、公知の種々の素子が利用できる。例えば、シリコン系、化合物系、有機物系などの太陽電池がある。シリコン系太陽電池には、単結晶又は多結晶の結晶系シリコン太陽電池や、アモルファスシリコンを薄膜状に成膜した薄膜系シリコン太陽電池などがある。化合物系太陽電池には、銅・インジウム・セレンなどを原料とするCIS系太陽電池や、ガリウム砒素などの化合物半導体を用いたGaAs系太陽電池のほか、Cu2ZnSnS4(CZTS)系太陽電池やCdTe-CdS系太陽電池などがある。特に、GaAs系太陽電池は素子に入射される光エネルギーの増加に対する光電変換効率の上昇率が高く好ましい。さらに、有機物系太陽電池には、色素増感型太陽電池などがある。
<Solar cell element>
The solar cell element 100 may be anything that can convert sunlight into electric energy, and various known elements can be used. For example, there are silicon-based, compound-based, and organic-based solar cells. Silicon-based solar cells include single crystal or polycrystalline crystalline silicon solar cells, and thin-film silicon solar cells in which amorphous silicon is formed into a thin film. Compound solar cells include CIS solar cells made from copper, indium, selenium, etc., GaAs solar cells using compound semiconductors such as gallium arsenide, Cu 2 ZnSnS 4 (CZTS) solar cells, There are CdTe-CdS solar cells. In particular, a GaAs solar cell is preferable because it has a high rate of increase in photoelectric conversion efficiency with respect to an increase in light energy incident on the device. Furthermore, organic solar cells include dye-sensitized solar cells.

通常、素子100の形態としては、板状又は薄膜状のものが好適に利用される。本例のユニットでは、導光層220上面における一端側の一部領域を太陽電池素子100の取付面218とし、受光層210に隣接して矩形膜状の太陽電池素子100が配置される構成となっている。導光層220内で反射を繰り返して導かれてきた光は、取付面218を介して太陽電池素子100に入射される。   Usually, as the form of the element 100, a plate or thin film is preferably used. In the unit of this example, a partial region on one end side of the upper surface of the light guide layer 220 is used as the mounting surface 218 of the solar cell element 100, and the rectangular film-shaped solar cell element 100 is disposed adjacent to the light receiving layer 210. It has become. Light that has been repeatedly reflected in the light guide layer 220 is incident on the solar cell element 100 via the mounting surface 218.

<導光構造>
(受光層)
受光層210は、太陽光を効率的に導光層220側へ入射させるための層で、受光反射面212、入射口214、及び導光反射面216を備える。さらに、必要に応じて、受光反射面212や入射口214の表面に防汚コーティング(図示略)を施しても良い。
<Light guide structure>
(Light receiving layer)
The light receiving layer 210 is a layer for efficiently allowing sunlight to enter the light guide layer 220 side, and includes a light receiving reflection surface 212, an entrance port 214, and a light guide reflection surface 216. Furthermore, an antifouling coating (not shown) may be applied to the surfaces of the light receiving / reflecting surface 212 and the incident port 214 as necessary.

《受光反射面》
受光反射面212は、太陽光を反射させて導光層220側に導くための反射面である。この受光反射面212は、導光層220に対して所定の傾斜角度を備え、想定される太陽光の入射角度に対して、極力広範囲の太陽光が入射できるような角度に形成されて、入射された太陽光を全反射して導光層220側に導くように構成されている。例えば、導光層220に対する受光反射面212の傾斜角度は60〜90°が好ましい。また、受光反射面212には、同反射面212を境界として境界内外に屈折率の異なる物質を配することで形成しても良いが、反射率が高いコーティング、特に反射率99%以上の全反射コーティングを施すことが好適である。
<Receiving / reflecting surface>
The light receiving / reflecting surface 212 is a reflecting surface for reflecting sunlight and guiding it to the light guide layer 220 side. The light-receiving / reflecting surface 212 has a predetermined inclination angle with respect to the light guide layer 220, and is formed at an angle that allows sunlight in a wide range as much as possible to be incident with respect to an assumed incident angle of sunlight. The reflected sunlight is totally reflected and guided to the light guide layer 220 side. For example, the inclination angle of the light receiving / reflecting surface 212 with respect to the light guide layer 220 is preferably 60 to 90 °. In addition, the light receiving / reflecting surface 212 may be formed by arranging substances having different refractive indexes inside and outside the boundary with the reflecting surface 212 as a boundary, but a coating having a high reflectance, particularly a total reflectance of 99% or more. A reflective coating is preferably applied.

本例では、底辺が上辺よりも狭い倒立台形状の断面を有する複数の溝を受光層210に形成し、この溝の側面に受光反射面212を形成している。このようなV型配置の受光反射面212を複数対並列することで、太陽光を溝内の一方の受光反射面212で反射させて直接導光層220に入射させたり、溝内で対向する受光反射面212間での反射を介して導光層220に入射させることができる。それにより、受光層210に入射する太陽光を効率的に導光層220に導くことができる。   In this example, a plurality of grooves having an inverted trapezoidal cross section whose bottom is narrower than the top is formed in the light receiving layer 210, and the light receiving / reflecting surface 212 is formed on the side of the groove. By arranging a plurality of pairs of the light-receiving / reflecting surfaces 212 having the V-shaped arrangement, sunlight is reflected by one light-receiving / reflecting surface 212 in the groove and directly incident on the light guide layer 220, or is opposed in the groove. The light can be incident on the light guide layer 220 through reflection between the light receiving and reflecting surfaces 212. Thereby, sunlight incident on the light receiving layer 210 can be efficiently guided to the light guide layer 220.

《入射口》
入射口214は、受光反射面212で反射された光を導光層220に入射させるための窓である。上述した倒立台形状の溝の底面に相当する箇所には、受光反射面212に形成した高反射率のコーティングが施されていない。そのため、受光反射面212で反射されてきた太陽光又は直接入射口214に入射する太陽光は、入射口214を介して導光層220に入射される。
<Inlet>
The incident port 214 is a window for allowing the light reflected by the light receiving / reflecting surface 212 to enter the light guide layer 220. The portion corresponding to the bottom of the inverted trapezoidal groove described above is not coated with the high reflectance coating formed on the light receiving / reflecting surface 212. Therefore, the sunlight reflected by the light receiving / reflecting surface 212 or the sunlight directly incident on the incident port 214 is incident on the light guide layer 220 through the incident port 214.

受光層210の面積全体に占める入射口214の面積の比率は、小さければ一旦導光層220内に入射した光を外部に漏出する割合を小さくできるが、あまり小さいと導光層220内に入射できる光量が少なくなるため、10〜50%程度が好適である。   If the ratio of the area of the entrance 214 to the total area of the light receiving layer 210 is small, the ratio of light that has entered the light guide layer 220 once leaked to the outside can be reduced. However, if the ratio is too small, the light enters the light guide layer 220. Since the amount of light that can be produced is reduced, about 10 to 50% is preferable.

《導光反射面》
一方、導光反射面216は、入射口214から導光層220内に入射した光のうち、受光層210側に向かう光を導光層220の内側に反射させて、極力導光層220内に閉じ込めるための反射面である。この導光反射面216は、受光層210と導光層220との境界面において、入射口214のない領域に形成されている。この導光反射面216も受光反射面212と同様のコーティングを利用することが好ましい。
《Light guide reflective surface》
On the other hand, the light guide reflection surface 216 reflects the light that enters the light guide layer 220 from the entrance 214 to the light receiving layer 210 side, and reflects the light toward the inside of the light guide layer 220 as much as possible in the light guide layer 220. It is a reflection surface for confining in. The light guide reflection surface 216 is formed in a region where the entrance 214 is not provided on the boundary surface between the light receiving layer 210 and the light guide layer 220. The light guide reflection surface 216 preferably uses the same coating as the light reception reflection surface 212.

(導光層)
導光層220は、受光層210から導かれた光を可及的に内部に閉じ込め、太陽電池素子100に導くための層である。入射口214から導光層220に入ってきた太陽光は、一旦、次述する乱反射層230に到達して乱反射される。この乱反射光の大半は、導光反射面216で全反射され、再度乱反射層230側に進行する。そのため、入射口214から導光層220に入ってきた光の大半は、導光反射面216と乱反射層230との間で反射を繰り返すうちに、取付面218から太陽電池素子100に入射されることになる。一方、乱反射光のうち、入射口214に向かった一部の光は外部に漏出してしまうが、この漏出する光量は極僅かであるため、高い集光率とすることができる。
(Light guide layer)
The light guide layer 220 is a layer for confining the light guided from the light receiving layer 210 as much as possible inside and guiding the light to the solar cell element 100. The sunlight that has entered the light guide layer 220 from the entrance 214 once reaches the irregular reflection layer 230 described below and is irregularly reflected. Most of the irregularly reflected light is totally reflected by the light guide reflection surface 216 and travels again to the irregular reflection layer 230 side. Therefore, most of the light that has entered the light guide layer 220 from the incident port 214 is incident on the solar cell element 100 from the mounting surface 218 while being repeatedly reflected between the light guide reflection surface 216 and the irregular reflection layer 230. It will be. On the other hand, of the irregularly reflected light, part of the light directed toward the entrance 214 is leaked to the outside, but since the amount of leaked light is very small, a high light collection rate can be achieved.

また、必要に応じて、導光層220のうち、太陽電池素子100が取り付けられる取付面218と対向する箇所には、傾斜反射面219を設けることが好適である。この傾斜反射面219を設けておくことで、導光層220内の光を取付面218側に向けて反射させることで、効率的に集光することができる。   In addition, it is preferable to provide an inclined reflection surface 219 in a portion of the light guide layer 220 that faces the attachment surface 218 to which the solar cell element 100 is attached, as necessary. By providing the inclined reflection surface 219, the light in the light guide layer 220 is reflected toward the mounting surface 218, so that the light can be efficiently collected.

(乱反射層)
乱反射層230は、導光層220を透過してきた光を乱反射させ、種々の方向に光を進行させることで、入射口214から漏出する光の量を低減する機能を有する。この乱反射層230は、光を乱反射できるように導光層220との境界面が微細な凹凸状に形成されていることが好ましい。この凹凸は、乱反射層230の境界面にブラスト処理を施したり、平面状に成形した乱反射層230にローラで凹凸を形成したり、さらにはモールドにより当初から粗面化した表面を形成することにより実現できる。その他、特許文献1に示すように、気泡を内包した層を乱反射層230としても良い。
(Diffuse reflection layer)
The irregular reflection layer 230 has a function of reducing the amount of light leaking from the incident port 214 by irregularly reflecting the light transmitted through the light guide layer 220 and causing the light to travel in various directions. It is preferable that the irregular reflection layer 230 has a fine uneven surface at the boundary surface with the light guide layer 220 so that light can be irregularly reflected. The irregularities are formed by blasting the boundary surface of the irregular reflection layer 230, forming irregularities with a roller on the irregular reflection layer 230 formed into a flat shape, and further forming a roughened surface from the beginning by molding. realizable. In addition, as shown in Patent Document 1, a layer containing bubbles may be used as the irregular reflection layer 230.

(中間層)
さらに、必要に応じて、導光層220と乱反射層230との間に中間層を介在させて、導光層220と中間層との境界面で、導光層220内の光のうち、所定の臨界角以上の入射角で境界面に進入する光を全反射するようにしてもよい。つまり、乱反射層230で乱反射された光は、中間層を透過して導光層220に入射し、その入射光の大半が導光層220内に閉じ込められることになる。中間層を設ける場合、導光層220と中間層の屈折率は、「中間層<導光層」となるようにする。
(Middle layer)
Further, if necessary, an intermediate layer is interposed between the light guide layer 220 and the irregular reflection layer 230, and at the boundary surface between the light guide layer 220 and the intermediate layer, the light in the light guide layer 220 is predetermined. The light that enters the boundary surface at an incident angle that is greater than the critical angle may be totally reflected. That is, the light irregularly reflected by the irregular reflection layer 230 passes through the intermediate layer and enters the light guide layer 220, and most of the incident light is confined in the light guide layer 220. When the intermediate layer is provided, the refractive indexes of the light guide layer 220 and the intermediate layer are set to “intermediate layer <light guide layer”.

[太陽電池ユニットの製造方法]
上記ユニットの製造は、例えば、図2に示すように行えば良い。以下の製造過程において、受光層、導光層、乱反射層、及び中間層は、各種樹脂やガラスで構成できる。樹脂の具体例としては、完全フッ素化ポリマー、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル、ポリアミド、ポリエステル及びこれらを主成分とする共重合体、並びにこれらの混合物が挙げられる。ガラスとしては、石英ガラスが好適に利用できる。
[Method for manufacturing solar cell unit]
For example, the unit may be manufactured as shown in FIG. In the following manufacturing process, the light receiving layer, the light guide layer, the irregular reflection layer, and the intermediate layer can be composed of various resins and glass. Specific examples of the resin include a fully fluorinated polymer, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polystyrene, acrylic, polyamide, polyester, a copolymer based on these, and a mixture thereof. As glass, quartz glass can be suitably used.

まず、公知の成形方法にて、図2(a)に示すように、断面において、二等辺三角形状の突条が一定の間隔をあけて複数並列された基部211を成形する。この基部211では、突条の間に倒立台形状の溝が形成されることになる。   First, as shown in FIG. 2 (a), a base 211 having a plurality of isosceles triangular ridges arranged in parallel at a predetermined interval is formed by a known forming method. In the base 211, an inverted trapezoidal groove is formed between the protrusions.

次に、突条の表面、つまり基部211の上面のうち、溝の底面以外の箇所に公知の成膜方法にて全反射コーティングを行う。この全反射コーティングが受光反射面212となる(図2(b))。   Next, total reflection coating is performed on the surface of the ridge, that is, on the upper surface of the base 211, except for the bottom surface of the groove by a known film forming method. This total reflection coating serves as the light receiving reflection surface 212 (FIG. 2B).

次に、基部211の上面のうち、突条の裏面に相当する箇所に全反射コーティングを施す。この全反射コーティングが導光反射面216となる(図2(c))。つまり、基部の上下面のうち、溝の底面に相当する箇所の表裏には全反射コーティングが施されておらず、その非コーティング箇所が入射口214となる。   Next, a total reflection coating is applied to a portion corresponding to the back surface of the protrusion on the upper surface of the base portion 211. This total reflection coating becomes the light guide reflection surface 216 (FIG. 2C). That is, on the upper and lower surfaces of the base portion, the front and back of the portion corresponding to the bottom surface of the groove is not subjected to total reflection coating, and the uncoated portion serves as the entrance port 214.

そして、上述したコーティングを施した基部211を、予め作製しておいた導光層220と乱反射層230に接着する。本例では、受光層の溝部分は空洞になっているが、この溝部分を導光構造の光学性能に影響を及ぼさない充填剤で埋めても良い。   Then, the base 211 having the above-described coating is adhered to the light guide layer 220 and the irregular reflection layer 230 prepared in advance. In this example, the groove portion of the light receiving layer is hollow, but the groove portion may be filled with a filler that does not affect the optical performance of the light guide structure.

導光層220と乱反射層230の作製は、特許文献1に示されるように、樹脂の共押出などにより行うことができる。   The light guide layer 220 and the irregular reflection layer 230 can be produced by co-extrusion of a resin, as disclosed in Patent Document 1.

[太陽電池ユニットの作用効果]
本発明の太陽電池ユニットによれば、受光層210の受光反射面212により、効率的に導光層220に光を導くことができる。また、一旦、入射口214から導光層220に入った光は、乱反射層230で乱反射され、導光反射面216の存在により、ごく一部の光しか入射口214から外部に漏出しない。そのため、導光層220内に閉じ込めることができる光の割合を多くすることができ、太陽電池素子100の面積よりも大面積に入射する太陽光を効率的に太陽電池素子100に集光することができる。
[Operational effect of solar cell unit]
According to the solar cell unit of the present invention, light can be efficiently guided to the light guide layer 220 by the light receiving reflection surface 212 of the light receiving layer 210. In addition, the light that has once entered the light guide layer 220 from the incident port 214 is diffusely reflected by the irregular reflection layer 230, and due to the presence of the light guide reflection surface 216, only a part of the light leaks out from the incident port 214. Therefore, the ratio of light that can be confined in the light guide layer 220 can be increased, and sunlight incident on a larger area than the area of the solar cell element 100 can be efficiently condensed on the solar cell element 100. Can do.

また、この太陽電池ユニットは、導光機構により太陽電池素子100に光を導光する構成であるため、集光のためのレンズや、太陽の追尾機構も必要としない。
(実施形態2)
Further, since this solar cell unit is configured to guide light to the solar cell element 100 by the light guide mechanism, a lens for condensing light and a sun tracking mechanism are not required.
(Embodiment 2)

上記実施形態1の構成に加え、図3に示すように、乱反射層230の底面(受光層210と反対側)にも全反射コーティングを施して底部反射面240を形成することが好ましい。   In addition to the configuration of the first embodiment, as shown in FIG. 3, it is preferable to form a bottom reflection surface 240 by applying a total reflection coating to the bottom surface of the irregular reflection layer 230 (on the side opposite to the light receiving layer 210).

この底部反射面240により、乱反射層230から導光層220とは反対側に向かう光の漏出を抑制して、より効率的に太陽電池素子100への集光を実現することができる。
(実施形態3)
By this bottom reflection surface 240, leakage of light from the irregular reflection layer 230 to the side opposite to the light guide layer 220 can be suppressed, and light can be more efficiently collected on the solar cell element 100.
(Embodiment 3)

上記実施形態1の構成に加え、図4に示すように、導光層220の側面にも全反射コーティングを施して側方反射面250を形成することが好ましい。この側方反射面250は、さらに乱反射層230の側面や、中間層がある場合には、中間層の側面にまで及ぶように形成することが好ましい。   In addition to the configuration of the first embodiment, as shown in FIG. 4, it is preferable to form a side reflection surface 250 by applying a total reflection coating also to the side surface of the light guide layer 220. The side reflection surface 250 is preferably formed so as to extend to the side surface of the irregular reflection layer 230 and, when there is an intermediate layer, the side surface of the intermediate layer.

この側方反射面250の形成により、導光層220(乱反射層230又は中間層)の側面からの光の漏出を抑制して、より効率的に太陽電池素子100への集光を実現することができる。もちろん、上記底部反射面240と側方反射面250の双方を備えることが一層好ましい。
(実施形態4)
By forming the side reflection surface 250, light leakage from the side surface of the light guide layer 220 (the diffuse reflection layer 230 or the intermediate layer) is suppressed, and light can be more efficiently collected on the solar cell element 100. Can do. Of course, it is more preferable to provide both the bottom reflection surface 240 and the side reflection surface 250.
(Embodiment 4)

実施形態1では、導光層220の上面において、受光層210に隣接して太陽電池素子100を設けたが、図5に示すように、導光層220の下面において、乱反射層230に隣接して太陽電池素子100を設けても良い。   In Embodiment 1, the solar cell element 100 is provided adjacent to the light receiving layer 210 on the upper surface of the light guide layer 220. However, as illustrated in FIG. 5, the solar cell element 100 is adjacent to the irregular reflection layer 230 on the lower surface of the light guide layer 220. The solar cell element 100 may be provided.

この構成によれば、太陽電池素子100と受光層210の一部を重複した構成とできる。そのため、受光層210から入射した光は、導光層220での反射を経て太陽電池素子100に到達するのみならず、導光層220を透過して反射を経ることなく太陽電池素子に到達させることができる。そのため、実施形態1に比べて、ユニットの単位面積当たりに換算した光電変換効率を向上できる。その結果、このユニットを複数組み合わせて太陽電池発電システムなどを構成する際、全ユニットの設置面積を小さくすることができる。
(実施形態5)
According to this configuration, a part of the solar cell element 100 and the light receiving layer 210 can be overlapped. Therefore, the light incident from the light receiving layer 210 not only reaches the solar cell element 100 through reflection at the light guide layer 220 but also passes through the light guide layer 220 and reaches the solar cell element without reflection. be able to. Therefore, compared with Embodiment 1, the photoelectric conversion efficiency converted per unit area of the unit can be improved. As a result, when a solar cell power generation system or the like is configured by combining a plurality of these units, the installation area of all the units can be reduced.
(Embodiment 5)

実施形態1から4では、ユニットの幅方向(導光層220の幅方向)の一端側に太陽電池素子100を配置したが、図6に示すように、同ユニットの中央部に太陽電池素子100を配置しても良い。   In the first to fourth embodiments, the solar cell element 100 is arranged on one end side in the width direction of the unit (the width direction of the light guide layer 220). However, as shown in FIG. May be arranged.

この構成よれば、実施形態1のユニットに比べて、導光層220に入射した光が太陽電池素子100に到達するまでの光の伝播長及び反射回数を低減することができ、光の損失が低減できる。その結果、太陽電池素子100への集光率を高めることができる。   According to this configuration, the light propagation length and the number of reflections until the light incident on the light guide layer 220 reaches the solar cell element 100 can be reduced as compared with the unit of Embodiment 1, and the light loss is reduced. Can be reduced. As a result, the light collection rate on the solar cell element 100 can be increased.

なお、本実施形態のユニットを複数並列してモジュールを構成した場合、図7に示すようになる。つまり、隣接するユニットの太陽電池素子100は互いに隣接する配置となる。
(実施形態6)
When a module is configured by paralleling a plurality of units of the present embodiment, the module is as shown in FIG. That is, the solar cell elements 100 of adjacent units are arranged adjacent to each other.
(Embodiment 6)

実施形態1や実施形態5では、各ユニットの幅方向における太陽電池素子100の配置位置を一定にしたユニットとしたが、この太陽電池素子100の配置位置が異なるユニットを複数種類用意し、図8に示すように、隣接するユニットで太陽電池素子100の位置が異なるようにしても良い。   In the first embodiment and the fifth embodiment, the unit in which the arrangement position of the solar cell element 100 in the width direction of each unit is made constant, but a plurality of types of units having different arrangement positions of the solar cell element 100 are prepared. As shown, the positions of the solar cell elements 100 may be different between adjacent units.

図7のモジュールでは、隣接するユニットの太陽電池素子100は互いに隣接することになる。一般に、太陽電池素子100は、その温度が上昇すると発電電圧が下がる。そのため、図7のように、隣接するユニットの太陽電池素子100同士が隣接すれば、かえって各素子の温度上昇を促進することがあり、発電効率が低下する虞がある。図8の本例のように、太陽電池素子100の位置が異なる複数種のユニットを用いれば、隣接するユニットの太陽電池素子100を隣接しないようにずらすことができ、上記発電効率の低下を抑制することができる。
(実施形態7)
In the module of FIG. 7, the solar cell elements 100 of adjacent units are adjacent to each other. In general, as the temperature of the solar cell element 100 increases, the generated voltage decreases. Therefore, as shown in FIG. 7, if the solar cell elements 100 of adjacent units are adjacent to each other, the temperature rise of each element may be promoted, and the power generation efficiency may be reduced. If a plurality of types of units having different positions of the solar cell elements 100 are used as in this example of FIG. 8, the solar cell elements 100 of the adjacent units can be shifted so as not to be adjacent, and the reduction in the power generation efficiency is suppressed. can do.
(Embodiment 7)

実施形態6では、太陽電池素子100の配置位置が異なる複数種のユニットを用いたが、図9に示すように、1種類のユニットで同様の作用効果を実現することもできる。   In the sixth embodiment, a plurality of types of units having different arrangement positions of the solar cell elements 100 are used. However, as shown in FIG. 9, similar effects can be realized with one type of unit.

つまり、各太陽電池ユニットは、導光層220の幅方向における中央部からずれた同じ位置に太陽電池素子100を設ける。本例では、ユニットの一端からユニット長手方向の約1/4の箇所に太陽電池素子100を設けている。   That is, each solar cell unit is provided with the solar cell element 100 at the same position shifted from the central portion in the width direction of the light guide layer 220. In this example, the solar cell element 100 is provided at about 1/4 of the unit longitudinal direction from one end of the unit.

このような1種類のユニットを多数用意し、モジュールを構成する際には、隣接するユニットの向きを交互に逆にすることで、各ユニットの太陽電池素子100が隣接しないようにすることができる。   When many such one type of units are prepared and a module is configured, the solar cell elements 100 of each unit can be prevented from adjoining by alternately reversing the directions of adjacent units. .

なお、本発明の範囲は上記の実施例に限定されるわけではなく、種々の変形を行うことができる。   The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.

本発明の太陽電池の導光構造、太陽電池ユニット、及び太陽電池モジュールは、太陽光による発電システムなどに好適に利用することができる。   The light guide structure of a solar cell, the solar cell unit, and the solar cell module of the present invention can be suitably used for a power generation system using sunlight.

100 太陽電池素子
200 導光構造
210 受光層
211 基部 212 受光反射面 214 入射口 216 導光反射面
218 取付面 219 傾斜反射面
220 導光層
230 乱反射層
240 底部反射面
250 側方反射面
100 solar cell elements
200 Light guide structure
210 Light-receiving layer
211 Base 212 Light receiving / reflecting surface 214 Entrance 216 Light guiding / reflecting surface
218 Mounting surface 219 Inclined reflecting surface
220 Light guide layer
230 Diffuse reflection layer
240 Bottom reflective surface
250 Side reflective surface

Claims (8)

太陽光が入射される受光層と、受光層から入射された太陽光を乱反射光として乱反射させる乱反射層と、受光層と乱反射層との間に介在されて、前記乱反射光を太陽電池素子に導光する導光層とを備える太陽電池の導光構造であって、
前記受光層は、
前記導光層に対して所定の傾斜角度を有し、入射される太陽光を導光層側に反射させる受光反射面と、
この受光反射面で反射された太陽光を導光層へ入射させる入射口と、
受光層と導光層との境界面で、前記入射口以外の箇所に形成されて、導光層内の乱反射光を反射させる導光反射面とを備えることを特徴とする太陽電池の導光構造。
A light receiving layer on which sunlight is incident, a diffuse reflection layer that irregularly reflects the sunlight incident from the light receiving layer as irregularly reflected light, and interposed between the light receiving layer and the irregularly reflective layer, guide the irregularly reflected light to the solar cell element. A light guide structure of a solar cell including a light guide layer that emits light,
The light receiving layer is
A light receiving reflection surface having a predetermined inclination angle with respect to the light guide layer, and reflecting incident sunlight to the light guide layer side;
An entrance through which the sunlight reflected by the light receiving reflection surface enters the light guide layer;
A light guide for a solar cell, comprising: a light guide reflection surface which is formed at a boundary surface between the light receiving layer and the light guide layer and other than the entrance and reflects the irregularly reflected light in the light guide layer. Construction.
前記乱反射層における受光層とは反対側の面に底部反射面を備えることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池の導光構造。   The light guide structure for a solar cell according to claim 1, further comprising a bottom reflection surface on a surface of the irregular reflection layer opposite to the light receiving layer. 前記導光層の側面に側方反射面を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池の導光構造。   The light guide structure for a solar cell according to claim 1, further comprising a side reflection surface on a side surface of the light guide layer. 導光層における乱反射層側の面に太陽電池素子の取付面を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池の導光構造。   The light guide structure for a solar cell according to any one of claims 1 to 3, further comprising a solar cell element mounting surface on a surface of the light guide layer on the irregular reflection layer side. 前記取付面が、導光層の長手方向の中央部に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の太陽電池の導光構造。   The light guide structure for a solar cell according to claim 4, wherein the attachment surface is provided at a central portion in a longitudinal direction of the light guide layer. 請求項4又は5に記載の太陽電池の導光構造と、
前記取付面に固定された太陽電池素子とを備えることを特徴とする太陽電池ユニット。
The solar cell light guide structure according to claim 4 or 5,
A solar cell unit comprising a solar cell element fixed to the mounting surface.
複数の太陽電池ユニットが並列された太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池ユニットは、
請求項4に記載の太陽電池の導光構造と、
前記取付面に固定された太陽電池素子とを備え、
隣接する太陽電池ユニット同士の太陽電池素子の位置がずれるように各太陽電池ユニットが並列されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
A solar cell module in which a plurality of solar cell units are arranged in parallel,
The solar cell unit is
The light guide structure of the solar cell according to claim 4,
A solar cell element fixed to the mounting surface,
Each solar cell unit is arranged in parallel so that the position of the solar cell element of adjacent solar cell units may shift.
各太陽電池ユニットは、導光層の幅方向における中央部からずれた同じ位置に太陽電池素子を備え、
隣接する太陽電池ユニットの向きを交互に変えて並列することで、隣接する太陽電池ユニット同士の太陽電池素子の位置がずれるようにしたことを特徴とする請求項7に記載の太陽電池モジュール。
Each solar cell unit includes a solar cell element at the same position shifted from the central portion in the width direction of the light guide layer,
The solar cell module according to claim 7, wherein the positions of the solar cell elements of adjacent solar cell units are shifted by alternately changing the directions of adjacent solar cell units in parallel.
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