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太陽電池、太陽電池パネルおよび太陽電池を備えた装置

国内特許コード P150012421
整理番号 3290
掲載日 2015年10月16日
出願番号 特願2013-509904
登録番号 特許第5967586号
出願日 平成24年4月9日(2012.4.9)
登録日 平成28年7月15日(2016.7.15)
国際出願番号 JP2012059704
国際公開番号 WO2012141141
国際出願日 平成24年4月9日(2012.4.9)
国際公開日 平成24年10月18日(2012.10.18)
優先権データ
  • 特願2011-090148 (2011.4.14) JP
発明者
  • 重田 博昭
  • 宮西 晋太郎
  • 津田 裕介
  • 小川 裕之
  • 野田 進
  • 冨士田 誠之
  • 田中 良典
出願人
  • シャープ株式会社
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 太陽電池、太陽電池パネルおよび太陽電池を備えた装置
発明の概要 本発明の一態様に係る太陽電池(1)は、主に短波長の光を吸収して光電変換する第1光電変換層(11)と、主に長波長の光を吸収して光電変換する第2光電変換層(12)と、複数のナノロッド(20)と、を備え、第2光電変換層(12)は、複数のナノロッド(20)を、光の入射側と反対側から覆うように形成され、複数のナノロッド(20)と共に第1のフォトニック結晶を構成していることを特徴としている。
従来技術、競合技術の概要


近年、太陽電池は、一般的に、光を電気に変換する光電変換層の媒質における光吸収が、波長によって異なり、特に、長波長側の光の吸収率が低いことが課題となっている。この課題を改善するために、アモルファスシリコン(a-Si)を媒質に用いた光電変換層に、微結晶シリコン(μc-Si)を媒質に用いた光電変換層を重ねて2層製膜するタンデム方式の太陽電池が実用化されてきている。なお、タンデム方式の太陽電池は、コストの面からも、薄膜太陽電池として、有望視されている。



ここで、従来用いられているタンデム方式の太陽電池における、各波長における太陽光のエネルギーと光電変換層の感度特性との関係を図22に示す。図22は、太陽光の各波長におけるエネルギーと光電変換層の感度特性との関係を示すグラフである。



図22に示す破線は、太陽光の各波長におけるエネルギー(以降、単に光エネルギーとも呼称する)の強度を示している。また、細線は、光電変換層の媒質にアモルファスシリコンを用いたa-Si光電変換層の感度特性、すなわち、光吸収の強度を示し、太線は、光電変換層の媒質に微結晶シリコンを用いたμc-Si光電変換層の感度特性、すなわち、光吸収の強度を示している。



図22に示すように、a-Si光電変換層は、波長が700nm程度以下の範囲に光吸収があり、特に波長が500nm程度付近において光吸収の強度が大きくなる。また、μc-Si光電変換層は、波長が450nm程度から950nm程度までの範囲に光吸収があり、特に、波長が600nm程度から700nm程度までの範囲において光吸収の強度が大きくなる。図22に示すように、a-Si光電変換層及びμc-Si光電変換層を有する従来のタンデム方式の太陽電池は、波長が750nm程度以下の範囲において、光の吸収効率を2層が補完し合うので、効率よく光を吸収することができている。



また、特許文献1には、太陽光をより効率よく受信して太陽電池に供給する技術が開示されている。図23に、特許文献1に係る太陽電池の概要を表す断面図を示す。



図23に示すように、特許文献1に係る太陽電池は、太陽電池表面に設けられた、誘電体アンテナと呼ばれる透明な材料(有機又は無機を問わず、例えば、ポリエチレン及びSiO2など)をロッド状にし、光との相互作用を起こすことによって、外部からの光の取り込み量を増やしている。これにより、本来なら表面反射を起こして取り込むことのできない光を取り込み、起電力を増加させている。

産業上の利用分野


本発明は、タンデム方式の太陽電池、複数の上記太陽電池を配列した太陽電池パネルおよび上記太陽電池を電源として搭載した装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
太陽電池において、
主に短波長の光を吸収して光電変換する第1光電変換層と、
主に長波長の光を吸収して光電変換する第2光電変換層と、
上記第2光電変換層の光の入射側に設けられた透明導電膜と、
複数の柱状の媒質と、
上記太陽電池の光入射側と反対側の面を覆う金属電極と、
を備え、
上記複数の柱状の媒質は、上記透明導電膜の表面形状に沿って形成されており、
上記第2光電変換層は、上記複数の柱状の媒質を、光の入射側と反対側から覆うように形成され、上記複数の柱状の媒質と共に第1のフォトニック結晶を構成している
ことを特徴とする太陽電池。

【請求項2】
上記第2光電変換層の光の入射側と反対側に、第1透明導電膜を挟んで上記第1光電変換層が配置され、
上記第2光電変換層の光の入射側に、請求項1に記載の透明導電膜としての第2透明導電膜が配置され、
上記第2光電変換層は、上記第2透明導電膜及び上記複数の柱状の媒質を、光の入射側と反対側から覆うように形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。

【請求項3】
上記複数の柱状の媒質は、上記第2光電変換層の媒質より屈折率が小さく、かつ、正方格子状に配置されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池。

【請求項4】
上記複数の柱状の媒質は、円柱状、四角柱状、又は、三角柱状に形成されている
ことを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の太陽電池。

【請求項5】
上記第1光電変換層と上記第2光電変換層との間に請求項1に記載の透明導電膜としての第1透明導電膜をさらに備え、
上記複数の柱状の媒質は、上記第1透明導電膜の表面形状に沿って形成されており、
上記第2光電変換層は、上記第1透明導電膜及び上記複数の柱状の媒質を、光の入射側と反対側から覆うように形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。

【請求項6】
上記複数の柱状の媒質は、上記第2光電変換層の媒質より屈折率が小さく、かつ、三角格子状に配置されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池。

【請求項7】
上記複数の柱状の媒質は、円柱状、又は、四角柱状に形成されている
ことを特徴とする請求項6に記載の太陽電池。

【請求項8】
上記第1のフォトニック結晶は、フォトニックバンドギャップを持ち、上記フォトニックバンドギャップに欠陥準位を生成するように、上記三角格子状の一部分に上記複数の柱状の媒質が配置されていない領域である欠陥が形成された第1のフォトニック結晶であることを特徴とする請求項6又は7に記載の太陽電池。

【請求項9】
上記第1光電変換層と上記第2光電変換層との間に請求項1に記載の透明導電膜としての第1透明導電膜をさらに備え、
上記複数の柱状の媒質は、上記第1透明導電膜の表面形状に沿って形成されており、
上記第2光電変換層は、上記第1透明導電膜及び上記複数の柱状の媒質を、光の入射側と反対側から覆うように形成されている
ことを特徴とする請求項6から8の何れか1項に記載の太陽電池。

【請求項10】
上記第2光電変換層の光の入射側と反対側の面の凹凸形状に沿って形成された第3透明導電膜をさらに備え、
上記第2光電変換層及び上記第3透明導電膜の表面の凹凸形状によって、第2のフォトニック結晶を構成している
ことを特徴とする、請求項1に記載の太陽電池。

【請求項11】
上記複数の柱状の媒質は、複数種類の格子構造を構成するように配置されている
ことを特徴とする、請求項1から10の何れか1項に記載の太陽電池。

【請求項12】
上記複数の柱状の媒質は、2種類の大きさの柱状の媒質を含んでおり、複数の小さな柱状の媒質と、1つの大きな柱状の媒質とによって第1の格子構造を形成すると共に、複数の上記第1の格子構造に含まれる大きな柱状の媒質によって第2の格子構造を形成する
ことを特徴とする請求項1から11の何れか1項に記載の太陽電池。

【請求項13】
請求項1から12のいずれか1項に記載の太陽電池を1ユニットとして、一次元的または二次元的に配列された複数の上記ユニットを備えたことを特徴とする太陽電池パネル。

【請求項14】
請求項1から12のいずれか1項に記載の太陽電池を電源として備えたことを特徴とする装置。

【請求項15】
請求項13に記載の太陽電池パネルを電源として備えたことを特徴とする装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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