JPS6181675A - 光起電力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は光照射を受けると起電力を発生する光起電力装
置に関する。

＜ＣＩ）　　従来の技術 支持基板に光照射により光電変換動作する光電変換膜を
直接形成せしめた光起電力素子は例えば米国特許第４．
２８１．２０８号に開示された如く既に知られている。

斯る光起電力素子は現在電車、ポケットラジオ等小型民
生用電子機器の電力源として実眉化されており、一方家
庭用の電力源を目的とする所謂光発電用の太陽電池とし
ては第６図の如く上記構造の光起電力素子（Ｓｌ）〜（
Ｓ２０）を複数個用意し、それを屋根の庇や屋上に設置
された架台への取けを容易ならしめる金属製或いは樹脂
製の非透光性枠体（２０）内に組み込みパネル化したも
のが試作されている。

通常パネル化された光起電力装置を上記架台に取付ける
際、年間を通じて太陽光の有効利用を考慮し、受光面の
法線方向は春分く秋分）時の太陽の南中方向と一致すべ
く南向きに地平線に対し傾斜せしめられている。この様
に受光面が南向きに設置されると、日の出或いは日没時
近くの太陽光の入射角θは小学くならざるを得す、光起
電力装置の受光量は上記入射角θのｓ　：ｎｅ酸成分比
例するから、当然のことながら南中時を境に光起電力装
置の発電量は減少する。

一方、従来から枠体く２０）内に光起電力素子（Ｓｌ）
〜（５２０＞を組み込む際にはパネル面積中に於ける光
起電力素子の占める割合が高くなることのみ考慮されて
いる結果、第７図に示す如く光電変換膜（２１）の受光
面方向に於ける光起電力素子（Ｓｌ）〜（Ｓ２０）の隣
接間隔長ｄ及び枠体（２０）との距離Ｓは可及的に小き
く設定きれている。

然し乍ら、上記光起電力素子（Ｓｌ〉〜（５２０）と枠
体（２０〉との距離８が小さくなると、第７図に於いて
θで示す方向から照射きれる日の出或いは日没時近くの
太陽光は、光照射により光電変換動作する光電変換膜（
２１）の受光面（ＰＳ）に比して上記非透光性の枠体く
２０）の受光面側端面（ＰＥ）が該受光面（ＰＳ）と直
交する方向、即ち法線方向に距離（高き）Ｈだけ突出し
ているために、遮光きれ受光面（ＰＳ）方向の幅にして
Ｗの範囲の光電変換膜（１）の光電変換動作を阻害する
。

特に、１つの光起電力素子（Ｓｌ〉〜（Ｓ２０）単独で
高電圧を得るべく複数の光電変換膜（１）（１）・・・
を多段に直列接続せしめた形態であり、枠体（１１）に
最も近い直列接続形態の１つの光電変換膜（１）のみが
遮光されると、遮光されていないその他多数の正常に動
作している光ＮＲ換膜（１ン（１ン・・・の出力を流ま
でも上記遮光により減小した光電変換膜（１）の出力寛
流僅に規制してしまう。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 本発明は光電変換膜の受光面に対し小さな入射角を持っ
て照射される光を枠体が遮光する点を解決し、斯る小き
な入射角の照射光であっても有効に光電変換に利用する
ことを目的とするものである。

（ニ）　　問題点を解決するための手段本発明は上記問
題点を解決すべく、光照射により光電変換動作する光電
変換膜と、該光電変換膜の受光面側に設けられた大気と
接する一枚の透光性受光板と、該受光板の少なくとも側
面を包囲す　　　゛る非透光性の枠体と、を備え上記枠
体に於ける光電変換膜の受光面から該受光面と直交する
方向の受光側端面までの距離をれとしたとき、上記端面
の内側遮光周縁から光電変換膜の受光面に平行な方向に
於ける光電変換膜の周縁まで−の距離λを、！≧０．８
７　ｈ とした構成にある。

（ホ）　作用 上述の如く枠体の受光側端面の内側遮光周縁から光電変
換膜の受光面に平行な方向に於ける光電変換膜の周縁ま
での距離りを、枠体の受光面対応箇所から受光面と直交
する方向の受光側端面までの距離りの０．８７倍以上と
することによって、上記光電変換膜の周縁にまで入射角
の小さい日の出或いは日没近くであってもその照射光を
案内すべく作用する。

くべ）実施例 第１図は本発明光起電力装置を春分（秋分）に於ける南
中時の方向から臨んだ正面図、第２図は第１図に於ける
ｎ−ｉ　’線拡大断面図、第３図は第１図に於けるｍ−
ｍ’腺拡大断面図、であり、第４図は更に要部拡大断面
図である。

第１図乃至第４図に於いて、（ｓｌ）〜（５２０）は上
記米国特許第４．２８１．２０８号に開示された１０〜
３゜ｃＩＴＩＸ１０〜３０ｃＩＴ１程度の４×５個の光
起電力素子で、該光起電力素子（Ｓｌ）〜（Ｓ２０　）
の各々は単独でも電子機器を動作せしめるべく例えば光
電変換膜（１）は透光性支持基板（２）の背面に於いて
５分割された後電気的に直列接続されている。より詳し
くは光電変換膜（１）の各々は支持基板（２）側から見
て、ＳｎＯ２、ＩＴＯ等の透光性導電酸化物からなる透
明電極！（３）と、シラン雰囲気中でのグロー放電によ
り形成されｐｉｎ接合等の半導体接合を備えたアモルフ
ァスシリコン系の光活性贋（４）と、該光活性！（４）
とオーミンク接触するＡ２等のオーミンク金属製の背面
電極Ｎ！Ｊ（５＞と、の三層積層構造をなし、斯る積層
構造にある光電変換膜（１）が光照射を受けると実際に
光電変換動作するのは三層が互いに重なり合う部分であ
る。

（６）は上記光電変換膜（１）の背面を被覆すべくスク
リーン印刷により形成された樹脂膜である。

尚、上記光電変換！（１）の総合膜厚は約２〜３ＩＪＩ
１１程度と支持基板（２）の厚み１〜３ｓ程度に比して
極めて肉薄であるが、図に於いては説明の都合上両者は
余り大差なく描いである二　−（７）は上記横方向に４
行、縦方向に５列長方形状に配列された光起電力素子（
Ｓｌ〉〜（５２０）と同一サイズの平面を備えた透光性
受光板で、風冷強化或いは化学強化された強化ガラスか
らなり、該透光性受光板（７）の大気と接する光入射面
と反対の主面側に於いて、透光性接着層（８）を介して
４×５個の光起電力素子（Ｓｌ）〜（５２０）が接着固
定きれ機械的に支持きれている。上記接着層（８）は好
ましくは各光起電力素子（Ｓｌ）〜（５２））の支持基
板（２）と受光板（７）の屈折率とほぼ等しい屈折率を
備えている０例えば上記支持基板（２）及び受光板（７
）として通常の窓ガラス用の所謂板ガラスを使用すると
、そのガラス材はソーダ石灰ガラスであり約１．４５〜
１．６０程度の屈折率を持ち、斯る屈折率とほぼ等しい
透明接着／１ｔ（８）としては屈折率約１．４８のポリ
ビニルブチラール（ＰＶＢ）やエチレンビニルアセテー
ト（Ｅ”／Ａ）が存在する。斯るＰ”／Ｂ及びＥＶＡ共
に厚み０．１〜数ｍ程度のシート状のものが例えば米国
デュポン社から市販されており、購入時白濁している透
明接着居（８）用シート材を支持基板（２）と受光板〈
７）との間に挾み込み、例えば１０Ｔ　ｏｒｒ以下の減
圧状態に於いて加熱温度８０〜１７０゛Ｃ１圧力０．５
〜５ｋｇ／ｅｍ２の条件でホットプレスすることにより
、白濁していたシート材から気泡が脱気され透明となっ
た透明接着Ｍ（８）により受光板（７）と支持基板（２
）とが一体的に結合される。

（９）は光起電力素子（Ｓｌ）〜（５２０）の背面を保
護するポリビニルフロライド、ＡＱ、ポリビニルフロラ
イドの三層構造からなる保護膜で、光起電力素子（Ｓｌ
）〜（５２０）を背面に於いて結線した後、上記受光板
（７）の接着Ｊ’１（８）と同じ材料の接着層（１０）
及び同−工稈に於いて接着固定きれる。

（１１）はＡｌ１製の枠体で、受光板（７）、光起電力
素子（Ｓｌ）〜（Ｓ２０）及び保護膜（９）の積属構造
体の側面を包囲し架台への取付けを容易ならしめている
。

（１２〉は上記枠体（１１）の内壁と積属構造体の側面
との間に充填されたブチルゴム等の充填材で、斯る積層
構造体側面への雨水の回込みを防止している。

而して、上記枠体（１１）は光電変換膜（１）の受光面
（ＰＳ）から該受光面（ＰＳ）と直交する方向の受光側
端面（ＰＥ）までの距ａｈを有しており入射角θ境界に
それ以上の入射角を持つ入射光（Ｉ）は少なくとも光電
変換膜（１）の周縁り１ｃ）まで到達し、該周縁（ｌｅ
）より内側の光電変換膜（１）を照射範囲とする。従っ
て、斯る入射角θが小きければ小さいほど日の出或いは
日没近くまで有効に光電変換動作を可能ならしめる。

今、例えば年間を通じての太陽光の有効利用を考え、光
電変換膜（１）の受光面（ＰＳ）の法線を春分（秋分）
時の南中方向に設定した場合の冬至（夏至）に於ける午
前８時から午後４時頃の太陽光が光電変換膜（１）全域
を照射範囲とする。この時の南北方向の受光側端面（Ｐ
Ｅ）の内側遮光周縁（ＩＥ）から光電変換膜（１）の受
光面（ＰＳ）に平行な方向に於ける光電変換膜（１）の
周縁（ｌｅ）までの距離！はｐ−ｈｃｏｔθで与えられ
、地球を球形、空気の屈折率を１とした場合、上記ｃｏ
ｔｏは ＣＯ５ψ で求められる。

ただし、χは公転面に対する地球の自転の傾き、即ち約
２３．５°であり、ψは地球の自転軸を回転軸とし正午
の太陽の位置をＯｏとしたときの太陽の回転角である。

従って、冬至（夏至）に於ける午％ｉ　８時及び午後４
時頃のψは約６０１であり、Ｘ−２３，５＠及びψ＃６
０°を上式に代入すれば、 が得られ、その結果上記内側遮光周縁（ＩＥ）から光電
変換膜（１）の周縁（１ｅ）までの距ｍρは、２厘０．
８７　ｈ となる。即ち、上式から明らかな如く、距離！を距ａｈ
の０．８７倍となるべく設定すると、冬至（夏至）に於
ける午前８時から午後４時頃までは太陽光は光電変換膜
（１）全域を照射し、また距離りがｈの０．８７倍より
大きくなるに従って入射角θが小きくなっても全域を照
射し得る。

従って、枠体（１１）の内側遮光部！（ＩＥ）から光電
変換膜（１）の周縁（１ｅ）までの距１１１１１！を、
受光面（ＰＳ）から受光側端面（ＰＥ）までの距離（高
さ）ｈの０．８７倍以上とすることにより冬至（夏至）
であっても午前８時から午後４時頃まで光電変換膜（１
）全域に太陽光を照射することが可能となる。

第５図は第１図の如く南北方向に充電変換膜（１）・・
・を多段位置列接続せしめた同一構成にある光起電力素
子（Ｓｌ）〜（５２０）を４×５個配列し、それらを上
記乏≧０．８７　ｈを満足する試料Ａ、ｆ≧０、８７　
ｈを満足しない試料Ｂ１更には枠体（１１）の存在しな
い試料Ｃについての冬至に於ける出力特性の経時変化を
示す。

試料Ａはｈ−５ｍｍ、　ｌ−４，５ｒｒｒｎｏ＞もので
あり、上記！≧０．８７ｈを満足しており、また試料Ｂ
はｈ＝＝５画、ｌ−１，５＋＋ａである。上記条件２≧
０．８７ｈを満足しない試料Ｂにあっては午前９時以前
、午後３時以降に於いて枠体（１１）による遮光現象に
より枠体（１１）のない試料Ｃに比較して約３０％出力
低下を招くのに対し、条件を満足する試料Ａにあっては
ほとんど遮光により出力が低下しないことが実証された
。また冬至以外の日に於いても同様の試料Ａ−Ｃにつき
経時出力特性を測定したところ、同じ傾向の結果が得ら
れた。

（ト）　発明の効果 本発明は以上の説明から明らかな如く、枠体の受光側端
面の内側遮光周縁から光電変換膜の受光面に平行な方向
に於ける光電変換膜の周縁までの距離Ｐを、枠体の受光
面対応箇所から受光面と直交する方向の受光側端面まで
の距離ｈ（７）０．８７倍以上とすることによって、特
に南北方向に配置された枠体の遮光による影響を除去し
、上記光Ｎ、変換膜の周縁にまで入射角の小さい日の出
或いは日没近くであってもその照射光を案内すべく作用
するので、小許な入射角の照射光であってもほとんど遮
光されず、有効に光電変換に利用することができ、電力
損失の抑圧された光起電力装置を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明光起電力装置を示し、第１図
は正面図、第２図は第１図に於ける■−■′線断面図、
第３図は第１図に於ける■−■′線断面図、第４図は要
部拡大断面図、第５図は出力の経時変化特性図、第６図
及び第７図は従来例を示し、第６図は正面図、第７図は
要部拡大断面図である。 （１）・・・光電変換膜、（２）・・・支持基板、（７
）・・・受光板、（１１）・・・枠体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光照射により光電変換動作する光電変換膜と、該
   光電変換膜の受光面側に設けられた大気と接する一枚の
   透光性受光板と、該受光板の少なくとも側面を包囲する
   非透光性の枠体と、を備え、上記枠体に於ける光電変換
   膜の受光面から該受光面と直交する方向の受光側端面ま
   での距離をれとしたとき、上記端面の内側遮光周縁から
   光電変換膜の受光面に平行な方向に於ける光電変換膜の
   周縁までの距離ｌを、 ｌ≧０．８７ｈ としたことを特徴とする光起電力装置。