JP2014049736A - 太陽電池及び太陽電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】設置面積あたりの発電効率を向上させることが可能な太陽電池を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る太陽電池は、ベース部材１４０と、ベース部材１４０の表面１４０ａ上に立設する複数の線状セル１６０と、を備え、複数の線状セル１６０のそれぞれが、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極及び第２の電極の間に配置された光電変換層と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池及び太陽電池システムに関する。

従来、太陽電池の形態としては様々な形態が提案されている。例えば、下記特許文献１には、繊維コアと、光透過性である導電体と、繊維コア及び前記導電体の間に配置された光転換材料とを備える太陽電池繊維が記載されている。また、特許文献１には、太陽電池繊維を用いた太陽電池織物が記載されている。

特許第４５４６７３３号公報

ところで、特許文献１の上記太陽電池織物をはじめとする従来の太陽電池は、平面状の受光領域を有しており、太陽電池の設置領域の面内方向に受光領域が延在するように配置される傾向がある。このような従来の太陽電池では、受光領域を広くして発電量を増加させる観点から、太陽電池の設置領域を当該設置領域の面内方向に拡張することが試みられている。しかしながら、太陽電池に対しては、設置領域の拡張を抑制しつつ充分な発電量を得ることが求められており、設置面積あたりの発電効率を向上させることが求められている。

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、設置面積あたりの発電効率を向上させることが可能な太陽電池及び太陽電池システムを提供することを目的とする。

本発明に係る太陽電池は、ベース部材と、当該ベース部材の表面上に立設する線状セルと、を備え、線状セルが、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極及び第２の電極の間に配置された光電変換層と、を有する。

平面状の受光領域を有する従来の太陽電池においては、受光領域を増加させるために太陽電池の設置領域を面内方向に拡張することが試みられている。一方、本発明に係る太陽電池では、光電変換層を有する線状セルがベース部材の表面上に立設していることにより、設置領域を面内方向に拡張することなく、設置領域の面内方向に交差する方向（線状セルの立設方向）に受光領域を広げることができる。これにより、本発明に係る太陽電池では、太陽電池の設置領域の拡張を抑制しつつ充分な発電量を得ることができる。したがって、本発明に係る太陽電池では、従来の太陽電池に比して、設置面積あたりの発電効率を向上させることができる。

本発明に係る太陽電池は、第１の電極が線状電極である態様であってもよい。また、本発明に係る太陽電池は、線状セルが線状基材を更に有し、第１の電極が線状基材に支持されている態様であってもよい。

本発明に係る太陽電池は、入射光を線状セル側に反射する反射部材を更に備えていることが好ましい。この場合、線状セルに直接照射されない太陽光を反射して当該太陽光を線状セルに照射することができる。これにより、設置面積あたりの発電効率を更に向上させることができる。

ベース部材の表面は、入射光を線状セル側に反射する反射面を有していてもよい。この場合、線状セルに直接照射されない太陽光を反射して当該太陽光を線状セルに照射することができる。これにより、設置面積あたりの発電効率を更に向上させることができる。

本発明に係る太陽電池は、当該太陽電池が線状セルを複数備え、複数の線状セルの少なくとも端部が集束されている態様であってもよい。これにより、太陽電池セルの機械強度を向上させることができると共に、線状セルを立設させ易くなる。

本発明に係る太陽電池は、当該太陽電池がベース部材及び線状セルを収容するカバー部材を更に備え、カバー部材の内部に不活性ガスが封入されている態様であってもよい。これにより、水分や酸素により線状セルが劣化することを抑制可能であり、設置面積あたりの発電効率を向上させ易くなる。

本発明に係る太陽電池は、当該太陽電池がベース部材及び線状セルを収容するカバー部材を更に備え、カバー部材の内部が真空状態に保持されている態様であってもよい。これにより、水分や酸素により線状セルが劣化することを抑制可能であり、設置面積あたりの発電効率を向上させ易くなる。

本発明に係る太陽電池は、ベース部材が球状であり、複数の線状セルがベース部材の表面全体において立設しており、ベース部材の半径と線状セルの長さとの合計に対する線状セルの長さの比が０．０１〜０．９９である態様であってもよい。これにより、設置面積あたりの発電効率を更に向上させることができる。

本発明に係る太陽電池システムは、本発明に係る太陽電池を複数備える。本発明に係る太陽電池システムでは、本発明に係る太陽電池を備えていることにより、従来の太陽電池に比して、設置面積あたりの発電効率を向上させることができる。

本発明によれば、設置面積あたりの発電効率を向上させることが可能な太陽電池及び太陽電池システムを提供することができる。本発明に係る太陽電池は、ＣＩＳ系太陽電池、ＣＩＧＳ系太陽電池、薄膜シリコン系太陽電池、有機薄膜太陽電池、色素増感太陽電池等として好適に用いられる。

本発明の第１実施形態に係る太陽電池を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る太陽電池における太陽電池セル部の構成を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る太陽電池における集束体の接続態様を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る太陽電池における線状セルの構成を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る太陽電池における線状セルの製造方法を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る太陽電池の構成を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係る太陽電池を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る太陽電池を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る太陽電池における太陽電池セル部の構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池システムを示す斜視図である。 シミュレーションモデルを説明するための図である。 シミュレーションモデルを説明するための図である。 シミュレーション結果の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

＜太陽電池＞
図１は、第１実施形態に係る太陽電池１００を示す斜視図である。太陽電池１００は、カバー部材１１０と、支持部材１２０と、太陽電池セル部１３０と、反射板（反射部材）１８０と、を備えている。

カバー部材１１０は、略球状であり、太陽電池セル部１３０を収容している。カバー部材１１０の内部は、封入ガスとして不活性ガス（例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の希ガスや二酸化炭素）が封入されていてもよく、封入ガスの種類は、各種太陽電池セルの劣化を引き起こさないガスであれば制限はない。カバー部材１１０の内部は、真空状態に保持されていてもよい。カバー部材１１０の材料としては、例えば、ガラス等の無機材料；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂（例えばポリエチレン、ポリスチレン樹脂）、塩化ビニル樹脂等の有機材料などが挙げられるが、光透過率を著しく低下させない素材であれば制限はない。カバー部材１１０は、支持部材１２０により支持されている。

太陽電池セル部１３０は、カバー部材１１０の内部の略中央に配置されている。図２は、太陽電池１００における太陽電池セル部１３０の構成を説明するための図である。太陽電池セル部１３０は、ベース部材１４０と、複数の集束体１５０とを備えている。

ベース部材１４０は、略球状である（図１参照）。ベース部材１４０は、カバー部材１１０の底部から伸びる支持部材１４２により支持されており、カバー部材１１０の内部の略中央に配置されている。ベース部材１４０の材料としては、特に制限はないが、例えばガラス；金属；ＰＥＴ、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂（例えばポリエチレン、ポリスチレン樹脂）、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂等の樹脂などが挙げられる。略球状のベース部材１４０の半径は、設置面積あたりの発電量が向上すると共に取り扱い性に優れる観点から、５ｍｍ以上が好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましい。

集束体１５０のそれぞれは、複数の線状セル１６０と、ソケット１７０とを有しており（図２参照）、複数の線状セル１６０の一方の端部１６０ａがソケット１７０により集束されることにより形成されている。集束体１５０のそれぞれは、ソケット１７０がベース部材１４０の表面１４０ａ上に配置されることにより、ベース部材１４０の表面１４０ａ上に立設している。これにより、集束体１５０を構成する線状セル１６０は、ベース部材１４０の表面１４０ａ上に立設している。集束体１５０は、例えば、ベース部材１４０の表面１４０ａ全体において所定の間隔を隔てて配列されている。線状セル１６０は、ベース部材１４０を中心として放射状に伸びている。

線状セル１６０は、直線状であってもよく、湾曲状であってもよい。線状セル１６０における長手方向に垂直な断面の平均直径は、強度に優れる観点から、０．０１ｍｍ以上が好ましく、０．０５ｍｍ以上がより好ましい。線状セル１６０の平均直径は、セルの総表面積が増大する観点から、１００ｍｍ以下が好ましく、５０ｍｍ以下がより好ましい。

ベース部材１４０の半径と線状セル１６０の平均長さとの合計に対する線状セル１６０の平均長さの比（「線状セル１６０の平均長さ」／「ベース部材１４０の半径と線状セル１６０の平均長さとの合計」。以下、場合により「セル長比」という）は、複数の線状セル１６０の総表面積を大きくし易いため発電効率を向上させ易くなる観点から、０．０１以上が好ましく、０．１０以上がより好ましく、０．２５以上が更に好ましい。セル長比は、複数の線状セル１６０の総表面積を大きくし易いため発電効率を向上させ易くなる観点から、０．９９以下が好ましく、０．７０以下がより好ましく、０．４５以下が更に好ましい。

集束体１５０の一端側におけるソケット１７０上には、電極１７２が配置されており、電極１７２の配置位置よりも集束体１５０の他端側の位置には、電極１７４が配置されている。集束体１５０では、例えば、電極１７２はプラス電極であり、電極１７４はマイナス電極である。各集束体１５０において電極１７４は、例えば、集束体１５０を構成する全ての線状セル１６０に接続されている。複数の集束体１５０を有する太陽電池１００において、一の集束体１５０における電極１７２は、他の集束体１５０における電極１７４に電気的に接続されている（図３参照）。これにより、太陽電池１００では、電気的に並列に配置された複数の線状セル１６０を有する集束体１５０が電気的に直列に接続されている。電極１７２及び電極１７４の材料としては、例えば、銀又は鉛（ハンダ）等の導電性材料が挙げられる。

図４は、太陽電池１００における線状セル１６０の構成を説明するための図である。線状セル１６０は、裏面電極（第１の電極）１６３と、光電変換層１６５と、表面電極（第２の電極）１６７と、バリア層１６９と、を有している。裏面電極１６３は、線状電極である。裏面電極１６３は、直線状であってもよく、湾曲状であってもよい。光電変換層１６５は、裏面電極１６３及び表面電極１６７の間に配置されている。

裏面電極１６３は、線状セル１６０の略中心において線状セル１６０の基幹部を構成しており、線状セル１６０の長手方向に伸びている。線状セル１６０の端部１６０ａ側において裏面電極１６３の端部１６３ａは、光電変換層１６５、表面電極１６７及びバリア層１６９に被覆されることなく露出しており、ソケット１７０と電気的に接続されている。裏面電極１６３の材料としては、例えば、銅、銀、アルミニウム、白金等の導電性材料が挙げられる。

光電変換層１６５は、裏面電極１６３の少なくとも一部を覆っていればよい。例えば、光電変換層１６５は、裏面電極１６３における端部１６３ａ側の部分を除いた部分を覆っており、線状セル１６０の長手方向に伸びている。光電変換層１６５は、例えばｎｉｐ接合を有しており、裏面電極１６３に接するｐ型層１６５ａと、ｐ型層１６５ａを覆うｉ型層１６５ｂと、ｉ型層１６５ｂを覆うｎ型層１６５ｃと、を有している。

表面電極１６７は、光電変換層１６５を覆っており、光電変換層１６５のｎ型層１６５ｃに接している。表面電極１６７は、透明導電膜であることが好ましい。表面電極１６７の材料としては、例えば、酸化錫（ＳｎＯ₂）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の酸化物、及び、銀、アルミニウム、白金等の金属などの無機材料；ポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ等の有機材料が挙げられる。

バリア層１６９は、表面電極１６７を覆っており、保護膜として線状セル１６０の表面に配置されている。バリア層１６９の材料は、透明であることが好ましく、酸素バリア性や水分バリア性が高いことが好ましい。バリア層１６９の材料としては、例えば、ポリオレフィン樹脂（例えばポリエチレン）、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の有機材料；ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、チタン酸化物等の無機材料などの絶縁材料が挙げられる。

線状セル１６０は、例えば下記の方法により得ることができる。図５は、太陽電池１００における線状セル１６０の製造方法を説明するための図である。

まず、図５（ａ）に示すように、裏面電極１６３の一方の端部を例えばマスク（金属製治具）１９０によりマスキングする。続いて、図５（ｂ）に示すように、裏面電極１６３上に光電変換層１６５、表面電極１６７及びバリア層１６９を順に形成する。この際、膜厚を均一にするため、裏面電極１６３を回転させながら各層を形成してもよい。光電変換層１６５は、例えばプラズマＣＶＤ法により形成することができる。表面電極１６７は、例えば熱ＣＶＤ法により形成することができる。バリア層１６９は、例えばディップ法、スプレー法により形成することができる。そして、図５（ｃ）に示すように、マスク１９０を除去することにより線状セル１６０を得ることができる。

太陽電池１００における反射板１８０は、カバー部材１１０の外側において、カバー部材１１０の下部を覆っている（図１参照）。反射板１８０は、反射板１８０に対して照射された入射光（太陽光）を線状セル１６０側に反射する。反射板１８０は、例えば、カバー部材１１０の形状に追随した湾曲形状の反射面１８２を有している。反射面１８２の配置位置及び形状は、反射面１８２に入射した入射光が線状セル１６０に照射されるように調整されている。

太陽電池１００は、ベース部材１４０の表面１４０ａ上に立設する線状セル１６０を備えており、線状セル１６０が光電変換層１６５を有している。太陽電池１００では、線状セル１６０の光電変換層１６５に太陽光が照射されると、光電変換層１６５において太陽光のエネルギーが電気エネルギーに変換される。太陽電池１００では、光電変換層１６５を有する線状セル１６０がベース部材１４０の表面１４０ａ上に立設していることにより、設置領域を面内方向に拡張することなく、設置領域の面内方向に交差する方向（線状セル１６０の立設方向）に受光領域を広げることができる。これにより、太陽電池１００では、太陽電池の設置領域の拡張を抑制しつつ充分な発電量を得ることができる。したがって、太陽電池１００では、従来の太陽電池に比して、設置面積あたりの発電効率を向上させることができる。

ところで、太陽光は、太陽電池に直接照射されるだけでなく、太陽電池の周囲に配置された物体によって反射されて太陽電池に照射されることがあり、太陽電池に対しては多方向から太陽光が照射されることがある。太陽電池１００では、ベース部材１４０の表面１４０ａ上において複数の方向に線状セル１６０が立設していることにより、太陽電池１００に対して多方向から照射される太陽光を太陽光発電に有効に活用することができる。

また、太陽電池１００は、反射板１８０を備えている。この場合、線状セル１６０に直接照射されない太陽光を反射板１８０によって反射して当該太陽光を線状セル１６０に照射することができる。このように反射板１８０を備える太陽電池１００では、線状セル１６０に直接照射される太陽光や、太陽電池の周囲に配置された物体によって反射されて線状セル１６０に照射される太陽光に加えて、太陽電池１００に直接照射されるものの線状セル１６０に直接照射されない太陽光についても太陽光発電に活用することができる。これにより、太陽電池１００では、太陽電池１００に対して多方向から照射される太陽光を太陽光発電に更に有効に活用することが可能であり、設置面積あたりの発電効率を更に向上させることができる。

図６は、第２実施形態に係る太陽電池２００の構成を説明するための図である。太陽電池２００は、線状セル１６０に代えて線状セル２６０を備えている点で太陽電池１００と異なっており、太陽電池２００のその他の構成は太陽電池１００と同様である。

線状セル２６０は、線状基材２６１と、裏面電極（第１の電極）２６３と、光電変換層２６５と、表面電極（第２の電極）２６７と、バリア層２６９と、を有している。光電変換層２６５は、裏面電極２６３及び表面電極２６７の間に配置されている。線状セル２６０の平均直径、平均長さ、及び、平均直径に対する平均長さの比は、線状セル１６０と同様である。

線状基材２６１は、線状セル２６０の略中心において線状セル２６０の基幹部を構成しており、線状セル２６０の長手方向に伸びている。線状基材２６１は、直線状であってもよく、湾曲状であってもよい。線状セル２６０の端部２６０ａ側において線状基材２６１の端部２６１ａは、裏面電極２６３、光電変換層２６５、表面電極２６７及びバリア層２６９に被覆されることなく露出している。線状基材２６１の材料としては、例えば、炭素繊維；アラミド等の芳香族ポリアミド、ポリイミド等の耐熱性高分子繊維；ステンレス、銀、アルミ、銅等の金属；ガラス；ＰＥＴ、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂（例えばポリエチレン、ポリスチレン樹脂）、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂等の樹脂などが挙げられる。

裏面電極２６３は、線状基材２６１の少なくとも一部を覆っていればよく、例えば、線状基材２６１における端部２６１ａ側の部分を除いた部分を覆っている。裏面電極２６３は、ソケット１７０と電気的に接続されている。裏面電極２６３の材料としては、裏面電極１６３と同様の材料を用いることができる。光電変換層２６５、表面電極２６７及びバリア層２６９の構成は、太陽電池１００における光電変換層１６５、表面電極１６７及びバリア層１６９と同様である。

太陽電池２００は、ベース部材１４０の表面１４０ａ上に立設する線状セル２６０を備えており、線状セル２６０が光電変換層２６５を有している。これにより、太陽電池２００においても、太陽電池１００と同様に、従来の太陽電池に比して、設置面積あたりの発電効率を向上させることができる。また、太陽電池２００では、太陽電池２００が反射板１８０を備えていることにより、太陽電池１００と同様に、設置面積あたりの発電効率を更に向上させることができる。

図７は、第３実施形態に係る太陽電池３００を示す斜視図である。太陽電池３００は、太陽電池セル部１３０に代えて太陽電池セル部３３０を備えている点で太陽電池１００と異なっており、太陽電池３００のその他の構成は太陽電池１００と同様である。

太陽電池セル部３３０は、カバー部材１１０の内部の略中央に配置されている。太陽電池セル部３３０は、ベース部材１４０と同様の構成を有するベース部材３４０、及び集束体１５０を備えており、集束体１５０の配置構成が太陽電池セル部１３０と異なっている。集束体１５０のそれぞれは、ソケット１７０がベース部材３４０の表面上に配置されることにより、ベース部材３４０の表面上に立設している。これにより、集束体１５０を構成する線状セル１６０は、ベース部材３４０の表面上に立設している。

集束体１５０を構成する線状セル１６０は、例えば、ベース部材３４０の表面における一方の半球面（例えば、略球状のベース部材３４０の鉛直方向上方の半球面）に立設しており、他方の半球面には配置されていない。線状セル１６０は、例えば半球体又は半楕円体を形成するように配置されており、複数の線状セル１６０の先端は、一つの面（例えば、鉛直方向上方に向いた面）を形成している。

太陽電池３００は、ベース部材３４０の表面上に立設する線状セル１６０を備えており、線状セル１６０が光電変換層１６５を有している。これにより、太陽電池３００においても、太陽電池１００と同様に、従来の太陽電池に比して、設置面積あたりの発電効率を向上させることができる。また、太陽電池３００では、太陽電池３００が反射板１８０を備えていることにより、太陽電池１００と同様に、設置面積あたりの発電効率を更に向上させることができる。

図８は、第４実施形態に係る太陽電池４００を示す斜視図である。太陽電池４００は、カバー部材１１０に代えてカバー部材４１０を備えている点、及び、太陽電池セル部１３０に代えて太陽電池セル部４３０を備えている点で太陽電池１００と異なっており、太陽電池４００のその他の構成は太陽電池１００と同様である。

カバー部材４１０は、鉛直方向に伸びる楕円体状であり、太陽電池セル部４３０を収容している。カバー部材４１０は、支持部材１２０により支持されている。カバー部材４１０の内部雰囲気や材料は、カバー部材１１０と同様である。

太陽電池セル部４３０は、カバー部材４１０の内部の略中央に配置されている。太陽電池セル部４３０は、ベース部材４４０と、複数の集束体１５０とを備えている。ベース部材４４０は、鉛直方向に伸びる長尺の円柱体である。ベース部材４４０は、カバー部材４１０の底部から伸びる支持部材１４２により支持されており、カバー部材４１０の内部の略中央に配置されている。ベース部材４４０の材料としては、ベース部材１４０と同様の材料を挙げることができる。ベース部材４４０の長さは例えば１０〜２０００ｍｍであり、ベース部材４４０における長手方向に垂直な断面の平均直径は例えば５〜２００ｍｍである。

太陽電池４００において集束体１５０のそれぞれは、ソケット１７０がベース部材４４０の表面上に配置されることにより、ベース部材４４０の表面上に立設している。これにより、集束体１５０を構成する線状セル１６０は、ベース部材４４０の表面上に立設している。集束体１５０は、例えば、ベース部材４４０の表面全体において所定の間隔を隔てて配列されている。線状セル１６０は、ベース部材４４０を中心として放射状に伸びている。

太陽電池４００は、ベース部材４４０の表面上に立設する線状セル１６０を備えており、線状セル１６０が光電変換層１６５を有している。これにより、太陽電池４００においても、太陽電池１００と同様に、従来の太陽電池に比して、設置面積あたりの発電効率を向上させることができる。また、太陽電池４００では、太陽電池４００が反射板１８０を備えていることにより、太陽電池１００と同様に、設置面積あたりの発電効率を更に向上させることができる。

本発明に係る太陽電池の構成は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

ベース部材の構成は略球状や円柱状に限られるものではなく、線状セルが立設可能な表面を有していればよい。ベース部材は、多方向から照射される太陽光を太陽光発電に活用することが更に容易である観点から、上記実施形態におけるベース部材の表面のような曲面や、法線軸が互いに交差する複数の平面を有していることが好ましい。また、太陽電池は、上記実施形態における太陽電池セル部に代えて、図９に示すような太陽電池セル部５３０を備えていてもよい。太陽電池セル部５３０では、集束体１５０を構成する線状セル１６０が平板状のベース部材５４０の主面（表面）５４０ａ上に立設している。その他、ベース部材の形状としては、多面体状（例えば、直方体状、立方体状、楕円体状、角錐状）等が挙げられる。ベース部材の表面は、入射光（太陽光）を線状セル側に反射する反射面を有していてもよく、太陽光発電が可能な受光領域を有していてもよい。

線状セルの構成は上述した構成に限られるものではない。例えば、線状セルは集束されていなくてもよい。また、複数の線状セルが集束される場合、複数の線状セルの少なくとも端部が集束されていればよい。線状セルは、線状セルの端部のみが集束されている構成を有していることに限られず、線状セルの全体が集束されている構成を有していてもよい。線状セルは、ソケット以外（例えば接着剤）によって集束されていてもよい。

線状セルにおける光電変換層の構成は、裏面電極側からｐ型層／ｉ型層／ｎ型層が順に配置される構成に限られず、ｎ型層／ｉ型層／ｐ型層等の構成であってもよい。光電変換層は、ｉ型層を有することなくｎ型層及びｐ型層の積層構成を有する構成を備えていてもよい。線状セルは、バリア層を有していなくてもよい。

線状セルや集束体の配置構成は上記に限られるものではなく、例えば、半球体又は半楕円体を形成するように配置された複数の線状セルの先端が鉛直方向下方に向いた面を形成するように配置されていてもよい。

線状セルや集束体は、太陽電池３００のように、ベース部材の表面の一部のみに配置されていてもよい。太陽電池は、ベース部材の表面上に立設する線状セルを少なくとも一つ有していればよい。線状セルは、ベース部材の表面に直接接した状態で立設していてもよく、ソケット等を介してベース部材の表面に間接的に接した状態で立設していてもよい。

太陽電池は、カバー部材を備えていなくてもよいが、水分や酸素により線状セルが劣化することを抑制可能であり、設置面積あたりの発電効率を向上させ易くなる観点から、カバー部材及び線状セルのバリア層のいずれか一方を少なくとも有していることが好ましい。

反射板は、カバー部材の内側に配置されていてもよい。反射板の反射面の形状は限定されるものではなく、反射面の形状は例えば平面状であってもよい。反射板の配置位置は上記に限られるものではなく、入射光を線状セル側に反射することが可能であればよい。例えば、反射板は、カバー部材の側面を覆っていてもよい。

＜太陽電池システム＞
本実施形態に係る太陽電池システムは、複数の太陽電池を備えている。図１０は、本実施形態に係る太陽電池システム１を示す斜視図である。太陽電池システム１は、複数の太陽電池１００を備えており、太陽電池１００のそれぞれが支持部材１０により支持されている。太陽電池１００は、互いに電気的に接続されていてもよく、互いに電気的に接続されていなくてもよい。

なお、本発明に係る太陽電池システムは必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、太陽電池システムは、太陽電池１００以外の太陽電池（例えば太陽電池２００、３００、４００）を備えていてもよい。また、太陽電池システムは、単一種の太陽電池を備えていることに限られず、複数種の太陽電池を備えていてもよい。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜出力電圧測定＞
表面電極、光電変換層及び線状の裏面電極を備える線状セルを以下のようにして作製した。まず、線状セルの基材となる裏面電極として直径１ｍｍ、長さ５ｃｍの銅線を準備した。次に、銅線の一方の端部（端面から約１ｃｍの領域）をマスク（金属製治具）によりマスキングした。続いて、光電変換層として、ｎｉｐ接合を有する厚さ約０．４μｍのアモルファスシリコン膜を、アモルファスシリコン膜が銅線を覆うようにプラズマＣＶＤ法により形成した。次に、表面電極として、厚さ約０．４５μｍのＳｎＯ₂膜（透明電極層）を、アモルファスシリコン膜を覆うように熱ＣＶＤ法により形成した。アモルファスシリコン膜及びＳｎＯ₂膜は、銅線を回転させながら形成した。

次いで、線状セルのマスクを除去した。マスクを除去することにより露出した銅線と、ＳｎＯ₂膜とを電圧計に繋ぎ、ソーラーシミュレーター（英弘精機社製）ＡＭ１．５を用いて出力電圧を測定したところ、電圧０．８Ｖが得られた。

＜セル長比のシミュレーション＞
球状のベース部材と、ベース部材の表面全体において立設する複数の線状セルとを有する太陽電池セル部をモデルとして、セル長比（ベース部材の半径と線状セルの長さとの合計に対する線状セルの長さの比）と線状セルの総表面積との関係をシミュレーションにより求めた。

図１１は、シミュレーションモデルを説明するための図である。図１１（ａ）に示すように、線状セルＬＣにおける長手方向に垂直な断面の半径を「ｒ_ｃ（単位：ｍｍ）」とし、線状セルＬＣの長さを「ｌ_ｃ（単位：ｍｍ）」とした。この場合、上記断面の面積ａ_ｃは「ｒ_ｃ ^２π（単位：ｍｍ^２）」であり、上記断面の円周長Ｌ_ｃは「２ｒ_ｃπ」であり、線状セルＬＣの表面積Ａ_Ｃは「２ａ_ｃ＋Ｌ_ｃ×ｌ_ｃ（単位：ｍｍ^２）」と算出される。

また、図１１（ｂ）に示すように、球状のベース部材の半径を「ｒ_ｓ（単位：ｍｍ）」とし、太陽電池セル部の半径を「Ｒ_ｍ＝（ｒ_ｓ＋ｌ_ｃ）（単位：ｍｍ）」とした。この場合、セル長比は「ｌ_ｃ／Ｒ_ｍ」と算出され、ベース部材の表面積Ａ_ｓは「４ｒ_ｓ ^２π（単位：ｍｍ^２）」と算出される。そして、ベース部材の表面において線状セルが占める面積の割合をＱ（以下、「充填率Ｑ」という）とすると、ベース部材の表面に配置可能な線状セルの本数（実セル本数）Ｎ_ｃは、「Ａ_ｓ×Ｑ／ａ_ｃ（単位：本）」と算出される。

これらのパラメータに基づき、複数の線状セルの総表面積「Ａ_Ｃ・total（単位：ｍｍ^２）」は「Ａ_ｃ×Ｎ_ｃ」と算出される。そして、線状セルの半径ｒ_ｃ、充填率Ｑ及び太陽電池セル部の半径Ｒ_ｍを変動させて、セル長比「ｌ_ｃ／Ｒ_ｍ」、及び、線状セルの総表面積Ａ_Ｃ・totalの数値を確認した。なお、充填率Ｑの最大値（最密充填率）は、０．９１とした。なお、最密充填率は下記のとおり算出した。図１２に示すように円が最密充填されているモデルにおいて、平行四辺形Ｐには、１つ分の円が含まれている（１／６×２＋１／３×２）。そして、円の半径を１とすると、平行四辺形Ｐの面積は「√３」である。この場合、図１２に示すモデルでは、１つの円の面積πを確保するために１×√３の領域を要することとなり、充填率は「π／√３」≒０．９１となる。

得られた結果に基づき、線状セルのセル長比「ｌ_ｃ／Ｒ_ｍ」と線状セルの総表面積Ａ_Ｃ・totalとの関係を検討した。その結果、線状セルの半径ｒ_ｃ、充填率Ｑ及び太陽電池セル部の半径Ｒ_ｍのいずれを変動させた場合であっても、セル長比「ｌ_ｃ／Ｒ_ｍ」が０．３３である場合に最大の総表面積Ａ_Ｃ・totalが得られることが確認された。図１３は、シミュレーション結果の一例を示す図であり、太陽電池セル部の半径Ｒ_ｍが３５０ｍｍであり、線状セルの半径ｒ_ｃが１ｍｍであり、充填率Ｑが０．５である場合のシミュレーション結果である。

また、線状セルの半径ｒ_ｃ、充填率Ｑ及び太陽電池セル部の半径Ｒ_ｍのいずれを変動させた場合であっても総表面積Ａ_Ｃ・totalが大きくなり易いことから、セル長比「ｌ_ｃ／Ｒ_ｍ」は、０．０１以上が好ましく、０．１０以上がより好ましく、０．２５以上が更に好ましいことが確認され、０．９９以下が好ましく、０．７０以下がより好ましく、０．４５以下が更に好ましいことが確認された。

１…太陽電池システム、１００，２００，３００，４００…太陽電池、１１０，４１０…カバー部材、１４０，３４０，４４０，５４０…ベース部材、１４０ａ，５４０ａ…ベース部材の表面、１６０，２６０…線状セル、１６０ａ，２６０ａ…線状セルの端部、２６１…線状基材、１６３，２６３…裏面電極（第１の電極）、１６５，２６５…光電変換層、１６７，２６７…表面電極（第２の電極）、１８０…反射板（反射部材）。

Claims (10)

1. ベース部材と、当該ベース部材の表面上に立設する線状セルと、を備え、
   前記線状セルが、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極の間に配置された光電変換層と、を有する、太陽電池。
2. 前記第１の電極が線状電極である、請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記線状セルが線状基材を更に有し、
   前記第１の電極が前記線状基材に支持されている、請求項１に記載の太陽電池。
4. 入射光を前記線状セル側に反射する反射部材を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池。
5. 前記ベース部材の前記表面が、入射光を前記線状セル側に反射する反射面を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池。
6. 前記線状セルを複数備え、
   前記複数の線状セルの少なくとも端部が集束されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池。
7. 前記ベース部材及び前記線状セルを収容するカバー部材を更に備え、
   前記カバー部材の内部に不活性ガスが封入されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の太陽電池。
8. 前記ベース部材及び前記線状セルを収容するカバー部材を更に備え、
   前記カバー部材の内部が真空状態に保持されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の太陽電池。
9. 前記ベース部材が球状であり、
   複数の前記線状セルが前記ベース部材の表面全体において立設しており、
   前記ベース部材の半径と前記線状セルの長さとの合計に対する前記線状セルの前記長さの比が０．０１〜０．９９である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の太陽電池。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の太陽電池を複数備える、太陽電池システム。