特許 7541311 太陽光発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-20

(45)【発行日】2024-08-28

(54)【発明の名称】太陽光発電装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/054 20140101AFI20240821BHJP

   G02B 5/22 20060101ALI20240821BHJP

   G02B 5/26 20060101ALI20240821BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 620

G02B5/22

G02B5/26

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020167869

(22)【出願日】2020-10-02

(65)【公開番号】P2022059954

(43)【公開日】2022-04-14

【審査請求日】2023-04-25

(73)【特許権者】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小橋 淳二

(72)【発明者】

【氏名】岡 真一郎

(72)【発明者】

【氏名】冨岡 安

(72)【発明者】

【氏名】吉田 浩之

【審査官】吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１９６５５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１５１６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０３０１６４２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０４－３１／０５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、床側に位置する下側面と、天井側に位置する上側面と、を有する光導波部と、
前記第２主面と対向する光学素子群と、
前記下側面と対向し、入射光のうちの紫外線を受光して発電する第１太陽電池と、
前記上側面と対向し、入射光のうちの赤外線を受光して発電する第２太陽電池と、
を備え、
前記光学素子群は、
第１螺旋ピッチのコレステリック液晶を有し、前記光導波部を介した入射光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する第１光学素子と、
前記第１光学素子に重なり、前記第１螺旋ピッチとは異なる第２螺旋ピッチのコレステリック液晶を有し、前記光導波部を介した入射光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する第２光学素子と、を備え、
前記第１光学素子は、前記光導波部と前記光学素子群との境界面に対して傾斜した第１反射面を有し、
前記境界面に対する前記第１反射面の傾斜角度は、前記第１太陽電池側に鋭角であり、
前記第２光学素子は、前記境界面に対して傾斜した第２反射面を有し、
前記境界面に対する前記第２反射面の傾斜角度は、前記第２太陽電池側に鋭角である、太陽光発電装置。

【請求項2】

さらに、紫外線カット層及び赤外線カット層の少なくとも一方の光学層を備え、
前記光学素子群は、前記光導波部と前記光学層との間に位置している、請求項１に記載の太陽光発電装置。

【請求項3】

さらに、紫外線カット層及び赤外線カット層が重なった光学層を備え、
前記光学素子群は、前記光導波部と前記光学層との間に位置している、請求項１に記載の太陽光発電装置。

【請求項4】

前記第１光学素子及び前記第２光学素子の各々は、第１旋回方向に旋回した前記コレステリック液晶を有し、前記第１旋回方向の第１円偏光を反射する、請求項１に記載の太陽光発電装置。

【請求項5】

前記第１光学素子は、第１旋回方向に旋回した前記コレステリック液晶を有し、前記第１旋回方向の第１円偏光を反射し、
前記第２光学素子は、前記第１旋回方向とは逆回りの第２旋回方向に旋回した前記コレステリック液晶を有し、前記第２旋回方向の第２円偏光を反射する、請求項１に記載の太陽光発電装置。

【請求項6】

前記第１光学素子及び前記第２光学素子の各々は、
第１旋回方向に旋回した前記コレステリック液晶を有し、前記第１旋回方向の第１円偏光を反射する第１層と、
前記第１旋回方向とは逆回りの第２旋回方向に旋回した前記コレステリック液晶を有し、前記第２旋回方向の第２円偏光を反射する第２層と、を有している、請求項１に記載の太陽光発電装置。

【請求項7】

前記光導波部において、前記第１主面は屋外側に位置し、前記第２主面は屋内側に位置している、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の太陽光発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、太陽光発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、透明な太陽電池が種々提案されている。例えば、透明な色素増感型太陽電池を表示装置の表面に配置した太陽電池付き表示装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００２－２２９４７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本実施形態の目的は、効率的に発電することが可能な太陽光発電装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本実施形態の太陽光発電装置は、
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、床側に位置する下側面と、を有する光導波部と、前記第２主面と対向し、コレステリック液晶を有し、前記第１主面からの入射光のうち紫外線の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する光学素子と、前記下側面と対向し、前記紫外線を受光して発電する太陽電池と、を備え、前記光学素子は、前記光導波部と前記光学素子との境界面に対して傾斜した反射面を有し、前記境界面に対する前記反射面の傾斜角度は、前記太陽電池側に鋭角である。

【0006】

本実施形態の太陽光発電装置は、
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、天井側に位置する上側面と、を有する光導波部と、前記第２主面と対向し、コレステリック液晶を有し、前記第１主面からの入射光のうち赤外線の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する光学素子と、前記上側面と対向し、前記赤外線を受光して発電する太陽電池と、を備え、前記光学素子は、前記光導波部と前記光学素子との境界面に対して傾斜した反射面を有し、前記境界面に対する前記反射面の傾斜角度は、前記太陽電池側に鋭角である。

【0007】

本実施形態の太陽光発電装置は、
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、床側に位置する下側面と、天井側に位置する上側面と、を有する光導波部と、前記第２主面と対向する光学素子群と、前記下側面と対向し、入射光のうちの紫外線を受光して発電する第１太陽電池と、前記上側面と対向し、入射光のうちの赤外線を受光して発電する第２太陽電池と、を備え、前記光学素子群は、第１螺旋ピッチのコレステリック液晶を有し、前記光導波部を介した入射光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する第１光学素子と、前記第１光学素子に重なり、前記第１螺旋ピッチとは異なる第２螺旋ピッチのコレステリック液晶を有し、前記光導波部を介した入射光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する第２光学素子と、を備え、前記第１光学素子は、前記光導波部と前記光学素子群との境界面に対して傾斜した第１反射面を有し、前記境界面に対する前記第１反射面の傾斜角度は、前記第１太陽電池側に鋭角であり、前記第２光学素子は、前記境界面に対して傾斜した第２反射面を有し、前記境界面に対する前記第２反射面の傾斜角度は、前記第２太陽電池側に鋭角である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本実施形態の太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。

【図2】図２は、光学素子３の構造を模式的に示す断面図である。

【図3】図３は、太陽光発電装置１００を模式的に示す平面図である。

【図4】図４は、変形例１に係る光学素子３を模式的に示す断面図である。

【図5】図５は、変形例２に係る光学素子３を模式的に示す断面図である。

【図6】図６は、実施形態１に係る太陽光発電装置１００の主要部を模式的に示す断面図である。

【図7】図７は、第１構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。

【図8】図８は、第１構成例において可視光Ｖ及び赤外線Ｉが透過する様子を示す断面図である。

【図9】図９は、第２構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。

【図10】図１０は、第３構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。

【図11】図１１は、実施形態２に係る太陽光発電装置１００の主要部を模式的に示す断面図である。

【図12】図１２は、第４構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。

【図13】図１３は、第４構成例において可視光Ｖ及び紫外線Ｕが透過する様子を示す断面図である。

【図14】図１４は、第５構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。

【図15】図１５は、第６構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。

【図16A】図１６Ａは、第７構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。

【図16B】図１６Ｂは、変形例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。

【図17】図１７は、第７構成例において可視光Ｖが透過する様子を示す断面図である。

【図18】図１８は、第７構成例において紫外線Ｕが選択反射される様子を示す断面図である。

【図19】図１９は、第８構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。

【図20A】図２０Ａは、変形例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。

【図20B】図２０Ｂは、変形例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。

【図21】図２１は、第９構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。

【図22】図２２は、第１０構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

【0010】

なお、図面には、必要に応じて理解を容易にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸を記載する。Ｚ軸に沿った方向を第１方向Ａ１と称し、Ｙ軸に沿った方向を第２方向Ａ２と称し、Ｘ軸に沿った方向を第３方向Ａ３と称する。第１方向Ａ１、第２方向Ａ２、及び、第３方向Ａ３は互いに直交する。Ｘ軸及びＹ軸によって規定される面をＸ－Ｙ平面と称し、Ｘ軸及びＺ軸によって規定される面をＸ－Ｚ平面と称し、Ｙ軸及びＺ軸によって規定される面をＹ－Ｚ平面と称する。

【0011】

（基本構成例)
図１は、本実施形態の太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。太陽光発電装置１００は、光導波部１と、光学素子３と、太陽電池５と、を備えている。

【0012】

光導波部１は、光を透過する透明部材、例えば、透明なガラス板又は透明な合成樹脂板によって構成されている。光導波部１は、例えば、可撓性を有する透明な合成樹脂板によって構成されていてもよい。光導波部１は任意の形状を取り得る。例えば、光導波部１は、湾曲していてもよい。光導波部１の屈折率は、例えば、空気の屈折率よりも大きい。光導波部１は、例えば、建造物の窓ガラス、車両の風防ガラス等として機能する。

【0013】

本明細書において、『光』は、可視光及び不可視光を含むものである。例えば、可視光域の下限の波長は３６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、可視光域の上限の波長は７６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下である。可視光は、第１波長帯（例えば４００ｎｍ～５００ｎｍ）の第１成分（青成分）、第２波長帯（例えば５００ｎｍ～６００ｎｍ）の第２成分（緑成分）、及び、第３波長帯（例えば６００ｎｍ～７００ｎｍ）の第３成分（赤成分）を含んでいる。不可視光は、第１波長帯より短波長帯の紫外線、及び、第３波長帯より長波長帯の赤外線を含んでいる。
本明細書において、『透明』は、無色透明であることが好ましい。ただし、『透明』は、半透明又は有色透明であってもよい。

【0014】

光導波部１は、Ｘ－Ｙ平面に沿った平板状に形成され、第１主面Ｆ１と、第２主面Ｆ２と、側面Ｆ３と、を有している。第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な面であり、第１方向Ａ１において、互いに対向している。側面Ｆ３は、第１方向Ａ１に沿って延びた面である。図１に示す例では、側面Ｆ３は、Ｘ－Ｚ平面と略平行な面であるが、側面Ｆ３は、Ｙ－Ｚ平面と略平行な面を含んでいる。

【0015】

光学素子３は、第１方向Ａ１において、光導波部１の第２主面Ｆ２と対向している。光学素子３は、第１主面Ｆ１から入射した光ＬＴｉの少なくとも一部を光導波部１に向けて反射するものである。一例では、光学素子３は、入射した光ＬＴｉのうち、第１円偏光及び第１円偏光とは逆回りの第２円偏光の少なくとも一方を反射する液晶層３１を備えている。光学素子３によって反射される第１円偏光及び第２円偏光は、例えば、紫外線及び赤外線といった不可視光であるが、可視光であってもよい。なお、本明細書において、光学素子３における「反射」とは、光学素子３の内部における回折を伴うものである。

【0016】

なお、光学素子３は、例えば、可撓性を有していてもよい。また、光学素子３は、光導波部１の第２主面Ｆ２と接触していてもよいし、光学素子３と光導波部１との間に接着層等の透明な層が介在していてもよい。光学素子３と光導波部１との間に介在する層の屈折率は、光導波部１の屈折率とほぼ同等であることが好ましい。
光学素子３は、薄膜として構成される。例えば、別途フィルム状に形成された光学素子３が光導波部１に接着される場合もあり得るし、光導波部１に直接材料を塗布してフィルム状の光学素子３が形成される場合もあり得る。

【0017】

太陽電池５は、第２方向Ａ２において、光導波部１の側面Ｆ３と対向している。太陽電池５は、光を受光して、受光した光のエネルギーを電力に変換するものである。つまり、太陽電池５は、受光した光によって発電する。太陽電池の種類は、特に限定されず、太陽電池５は、例えば、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、有機物系太陽電池、ペロブスカイト型太陽電池、又は、量子ドット型太陽電池である。シリコン系太陽電池としては、アモルファスシリコンを備えた太陽電池や、多結晶シリコンを備えた太陽電池などが含まれる。ここに示した太陽電池５は、受光素子の一例である。受光素子の他の例として、光センサが挙げられる。つまり、太陽電池５は、光センサに置換されてもよい。

【0018】

次に、図１に示す例において、太陽光発電装置１００の動作について説明する。

【0019】

光導波部１の第１主面Ｆ１に入射する光ＬＴｉは、例えば、太陽光である。つまり、光ＬＴｉは、可視光の他に、紫外線及び赤外線を含んでいる。
図１に示す例では、理解を容易にするために、光ＬＴｉは、光導波部１に対して略垂直に入射するものとする。なお、光導波部１に対する光ＬＴｉの入射角度は、特に限定されない。例えば、互いに異なる複数の入射角度をもって光導波部１に光ＬＴｉが入射してもよい。

【0020】

光ＬＴｉは、第１主面Ｆ１から光導波部１の内部に進入して、第２主面Ｆ２を介して光学素子３に入射する。そして、光学素子３は、光ＬＴｉのうち、一部の光ＬＴｒを光導波部１及び太陽電池５に向けて反射し、他の光ＬＴｔを透過する。ここでは、光導波部１及び光学素子３における吸収等の光損失は無視している。光学素子３で反射される光ＬＴｒは、例えば、所定波長の第１円偏光に相当する。また、光学素子３を透過する光ＬＴｔは、所定波長の第２円偏光と、所定波長とは異なる波長の光を含んでいる。ここでの所定波長とは、例えば紫外線、あるいは、赤外線である。なお、本明細書において、円偏光は、厳密な円偏光であってもよいし、楕円偏光に近似した円偏光であってもよい。

【0021】

光学素子３は、第１円偏光を、光導波部１における光導波条件を満足する進入角θで、光導波部１に向けて反射する。ここでの進入角θとは、光導波部１の内部で全反射を起こす臨界角θｃ以上の角度に相当する。進入角θは、光導波部１に直交する垂線に対する角度を示す。

【0022】

光ＬＴｒは、第２主面Ｆ２から光導波部１の内部に進入し、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を伝搬する。
太陽電池５は、側面Ｆ３から出射した光ＬＴｒを受光し、発電する。

【0023】

図２は、光学素子３の構造を模式的に示す断面図である。なお、光導波部１は二点鎖線で示している。
光学素子３は、複数の螺旋状構造体３１１を有している。複数の螺旋状構造体３１１の各々は、第１方向Ａ１に沿って延びている。つまり、複数の螺旋状構造体３１１の各々の螺旋軸ＡＸは、光導波部１の第２主面Ｆ２に対して略垂直である。螺旋軸ＡＸは、第１方向Ａ１に略平行である。複数の螺旋状構造体３１１の各々は、螺旋ピッチＰを有している。螺旋ピッチＰは、螺旋の１周期(３６０度）を示す。複数の螺旋状構造体３１１の各々は、複数の要素３１５を含んでいる。複数の要素３１５は、旋回しながら第１方向Ａ１に沿って螺旋状に積み重ねられている。

【0024】

光学素子３は、第２主面Ｆ２に対向する第１境界面３１７と、第１境界面３１７の反対側の第２境界面３１９と、第１境界面３１７と第２境界面３１９との間の複数の反射面３２１と、を有している。第１境界面３１７は、光導波部１を透過し第２主面Ｆ２から出射した光ＬＴｉが光学素子３に入射する面である。第１境界面３１７及び第２境界面３１９の各々は、螺旋状構造体３１１の螺旋軸ＡＸに対して略垂直である。第１境界面３１７及び第２境界面３１９の各々は、光導波部１（あるいは第２主面Ｆ２）に略平行である。

【0025】

第１境界面３１７は、螺旋状構造体３１１の両端部のうちの一端部ｅ１に位置する要素３１５を含んでいる。第１境界面３１７は、光導波部１と光学素子３との境界に位置している。第２境界面３１９は、螺旋状構造体３１１の両端部のうちの他端部ｅ２に位置する要素３１５を含んでいる。第２境界面３１９は、光学素子３と空気層との境界に位置している。

【0026】

図２に示す例では、複数の反射面３２１は、互いに略平行である。反射面３２１は、第１境界面３１７及び光導波部１（あるいは第２主面Ｆ２）に対して傾斜しており、一定方向に延びる略平面形状を有している。反射面３２１は、ブラッグの法則に従って、第１境界面３１７から入射した光ＬＴｉのうち一部の光ＬＴｒを選択反射する。具体的には、反射面３２１は、光ＬＴｒの波面ＷＦが反射面３２１と略平行になるように、光ＬＴｒを反射する。更に具体的には、反射面３２１は、第１境界面３１７に対する反射面３２１の傾斜角度φに応じて光ＬＴｒを反射する。

【0027】

反射面３２１は、次のように定義できる。すなわち、光学素子３において選択的に反射される所定波長の光（例えば円偏光）が感じる屈折率は、光が光学素子３の内部を進行するのに伴って徐々に変化する。このため、光学素子３においてフレネル反射が徐々に起こる。そして、複数の螺旋状構造体３１１において光が感じる屈折率が最も大きく変化する位置で、フレネル反射が最も強く起こる。つまり、反射面３２１は、光学素子３においてフレネル反射が最も強く起こる面に相当する。

【0028】

複数の螺旋状構造体３１１のうち、第２方向Ａ２に隣接する螺旋状構造体３１１の各々の要素３１５の配向方向は互いに異なっている。また、複数の螺旋状構造体３１１のうち、第２方向Ａ２に隣接する螺旋状構造体３１１の各々の空間位相は互いに異なっている。反射面３２１は、要素３１５の配向方向が揃った面、あるいは、空間位相が揃った面（等位相面）に相当する。つまり、複数の反射面３２１の各々は、第１境界面３１７あるいは光導波部１に対して傾斜している。

【0029】

なお、反射面３２１の形状は、図２に示したような平面形状に限らず、凹状や凸状の曲面形状であってもよく、特に限定されるものではない。また、反射面３２１の一部に凸凹を有していたり、反射面３２１の傾斜角度φが均一でなかったり、複数の反射面３２１が、規則的に整列していなかったりしてもよい。複数の螺旋状構造体３１１の空間位相分布に応じて、任意の形状の反射面３２１を構成することができる。

【0030】

本実施形態では、螺旋状構造体３１１は、コレステリック液晶である。要素３１５の各々は、液晶分子に相当する。図２では、図面の簡略化のため、１つの要素３１５は、Ｘ－Ｙ平面内に位置する複数の液晶分子のうち、平均的配向方向を向いている液晶分子を代表して示している。

【0031】

螺旋状構造体３１１であるコレステリック液晶は、選択反射帯域Δλに含まれる所定波長λの光のうち、コレステリック液晶の旋回方向と同じ旋回方向の円偏光を反射する。例えば、コレステリック液晶の旋回方向が右回りの場合、所定波長λの光のうち、右回りの円偏光を反射し、左回りの円偏光を透過する。同様に、コレステリック液晶の旋回方向が左回りの場合、所定波長λの光のうち、左回りの円偏光を反射し、右回りの円偏光を透過する。

【0032】

コレステリック液晶の螺旋のピッチをＰ、液晶分子の異常光に対する屈折率をｎｅ、液晶分子の常光に対する屈折率をｎｏと記載すると、一般的に、垂直入射した光に対するコレステリック液晶の選択反射帯域Δλは、「ｎｏ＊Ｐ～ｎｅ＊Ｐ」で示される。なお、詳細には、コレステリック液晶の選択反射帯域Δλは、「ｎｏ＊Ｐ～ｎｅ＊Ｐ」の範囲に対して、反射面３２１の傾斜角度φや、第１境界面３１７への入射角度などに応じて変化する。

【0033】

光学素子３がコレステリック液晶によって構成される場合、例えば、光学素子３は薄膜として形成される。例えば、光学素子３は、複数の螺旋状構造体３１１を重合させることによって形成される。具体的には、光学素子３は、複数の要素（液晶分子）３１５を重合させることによって形成される。例えば、複数の液晶分子に光を照射することによって、複数の液晶分子を重合させる。

【0034】

又は、光学素子３は、所定の温度又は所定の濃度において液晶状態を示す高分子液晶材料を、液晶状態において複数の螺旋状構造体３１１を形成するように配向制御し、その後、配向を維持したまま固体に転移させることで形成される。

【0035】

光学素子３において、隣り合う螺旋状構造体３１１は、重合又は固体への転移によって、螺旋状構造体３１１の配向を維持したまま、つまり、螺旋状構造体３１１の空間位相を維持したまま、互いに結合している。その結果、光学素子３において、各液晶分子の配向方向が固定されている。

【0036】

図３は、太陽光発電装置１００を模式的に示す平面図である。
図３には、螺旋状構造体３１１の空間位相の一例が示されている。ここに示す空間位相は、螺旋状構造体３１１に含まれる要素３１５のうち、第１境界面３１７に位置する要素３１５の配向方向として示している。

【0037】

第２方向Ａ２に沿って並んだ螺旋状構造体３１１の各々について、第１境界面３１７に位置する要素３１５の配向方向は互いに異なる。つまり、第１境界面３１７における螺旋状構造体３１１の空間位相は、第２方向Ａ２に沿って異なる。
一方、第３方向Ａ３に沿って並んだ螺旋状構造体３１１の各々について、第１境界面３１７に位置する要素３１５の配向方向は略一致する。つまり、第１境界面３１７における螺旋状構造体３１１の空間位相は、第３方向Ａ３において略一致する。

【0038】

特に、第２方向Ａ２に並んだ螺旋状構造体３１１に着目すると、各要素３１５の配向方向は、一定角度ずつ異なっている。つまり、第１境界面３１７において、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の要素３１５の配向方向は、線形に変化している。したがって、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の螺旋状構造体３１１の空間位相は、第２方向Ａ２に沿って線形に変化している。その結果、図２に示した光学素子３のように、第１境界面３１７及び光導波部１に対して傾斜する反射面３２１が形成される。ここでの「線形に変化」は、例えば、要素３１５の配向方向の変化量が１次関数で表されることを示す。

【0039】

なお、ここでの要素３１５の配向方向とは、螺旋状構造体３１１がコレステリック液晶の場合、Ｘ－Ｙ平面における液晶分子の長軸方向に相当する。

【0040】

ここで、図３に示すように、第１境界面３１７において、第２方向Ａ２に沿って要素３１５の配向方向が１８０度だけ変化するときの２つの螺旋状構造体３１１の間隔を螺旋状構造体３１１の周期Ｔと定義する。なお、図３においてＤＰは要素３１５の旋回方向を示している。図２に示した反射面３２１の傾斜角度φは、周期Ｔ及び螺旋ピッチＰによって適宜設定される。

【0041】

（変形例１）
図４は、変形例１に係る光学素子３を模式的に示す断面図である。
図４に示す変形例１は、上記の図２に示した構成例と比較して、螺旋状構造体３１１の螺旋軸ＡＸが光導波部１あるいは第２主面Ｆ２あるいは第１境界面３１７に対して傾斜している点で相違している。また、図４に示す変形例１では、第１境界面３１７あるいはＸ－Ｙ平面内での螺旋状構造体３１１の空間位相は略一致している。その他、変形例１に係る螺旋状構造体３１１は、上記した構成例に係る螺旋状構造体３１１と同様の特性を有している。
このような変形例１では、光学素子３は、光導波部１を介して入射した光ＬＴｉのうち、一部の光ＬＴｒを螺旋軸ＡＸの傾斜に応じた反射角で反射し、その他の光ＬＴｔを透過する。

【0042】

（変形例２）
図５は、変形例２に係る光学素子３を模式的に示す断面図である。
図５に示す変形例２は、上記の図４に示した変形例１と比較して、第１境界面３１７あるいはＸ－Ｙ平面内での螺旋状構造体３１１の空間位相が第２方向Ａ２に沿って異なる点で相違している。その他、変形例１に係る螺旋状構造体３１１は、上記した構成例に係る螺旋状構造体３１１と同様の特性を有している。
このような変形例２では、光学素子３は、光導波部１を介して入射した光ＬＴｉのうち、一部の光ＬＴｒを螺旋軸ＡＸの傾斜に応じた反射角で反射し、その他の光ＬＴｔを透過する。

【0043】

以下に、いくつかの実施形態について説明する。なお、各実施形態においては、螺旋状構造体がコレステリック液晶であるものとして説明する。

【0044】

《実施形態１》
図６は、実施形態１に係る太陽光発電装置１００の主要部を模式的に示す断面図である。なお、光導波部１は二点鎖線で示している。

【0045】

ここでは、建造物に取り付けられた太陽光発電装置１００を想定し、太陽光発電装置１００は図中のＹ軸が鉛直線に沿うように設置されたものとする。このとき、窓ガラスとしての光導波部１は屋外側に配置され、光学素子３は屋内側に配置されている。窓ガラスがペアガラスやトリプルガラスといった多層ガラスとして構成されている場合には、光導波部１は、最も屋外側に配置される。

【0046】

このような光導波部１において、第１主面Ｆ１は屋外側に位置し、第２主面Ｆ２は屋内側に位置している。ここで、鉛直下方つまり床側を「下」とし、鉛直上方つまり天井側を「上」とする。

【0047】

光導波部１は、側面Ｆ３の一部として、下側面Ｆ３１と、上側面Ｆ３２と、を有している。下側面Ｆ３１は、屋内にいる人間が太陽光発電装置１００を介して屋外を観察したときに、地平線よりも下側に位置する側面に相当する。上側面Ｆ３２は、屋内にいる人間が太陽光発電装置１００を介して屋外を観察したときに、地平線よりも上側に位置する側面に相当する。

【0048】

光学素子３において、反射面３２１は、Ｙ軸に対して傾斜している。図６に示す例では、連続する反射面３２１は、床側において屋内側に近接し、天井側において屋外側に近接するように傾斜している。あるいは、Ｙ軸と交差する反射面３２１において、反射面３２１とＹ軸との交点Ｃよりも床側の反射面３２１は屋内側に向かって延び、交点Ｃよりも天井側の反射面３２１は屋外側に向かって延びている。このため、反射面３２１の法線Ｎは、屋内側では上方に傾き、屋外側では下方に傾いている。

【0049】

ここで、光学素子３におけるコレステリック液晶３１１の選択反射帯域が中心波長λ０を含む帯域Δλ０に設定されている場合について検討する。尚、選択反射帯域Δλ０は、螺旋ピッチＰが小さいほど紫外線寄りの帯域とされ、螺旋ピッチＰが大きいほど赤外線寄りの帯域とされる。螺旋ピッチＰと選択反射帯域Δλ０との関係は、反射面３２１への光の入射角度および反射面３２１の光導波部１と光学素子３との界面に対する角度にも依存するが、一例として、螺旋ピッチＰが１５０ｎｍ～２５０ｎｍのときの選択反射帯域Δλ０は紫外線の帯域とされ、螺旋ピッチＰが２５０ｎｍ～５００ｎｍのときの選択反射帯域Δλ０は可視光の帯域とされ、螺旋ピッチＰが５００ｎｍ～９００ｎｍのときの選択反射帯域Δλ０は赤外線の帯域とされる。

【0050】

選択反射帯域Δλ０の光が太陽光発電装置１００に垂直入射した場合、反射面３２１の法線Ｎに対する入射角度はθ０である。選択反射帯域Δλ０の光が太陽光発電装置１００に対して斜め方向から入射した場合、選択反射帯域はシフトする。ここで、反射面３２１の法線Ｎに対する入射角度がθ０よりも大きい場合に選択反射帯域は短波長側へシフトし、反射面３２１の法線Ｎに対する入射角度がθ０よりも小さい場合に選択反射帯域は長波長側へシフトするように反射面３２１の角度が設定される。尚、反射面３２１の法線Ｎに対する入射角度が法線Ｎよりも下側になると選択反射帯域は短波長側へシフトするようになる。

【0051】

従って、太陽光のように太陽光発電装置１００に対して斜め上方向から光が入射する場合、法線Ｎに対する入射角度θ１は、入射角度θ０よりも大きい。この場合、太陽光発電装置１００に入射した光の選択反射帯域Δλ１の中心波長λ１は、中心波長λ０より短波長である。つまり、選択反射帯域Δλ１は、選択反射帯域Δλ０よりも短波長側にシフトしている。

【0052】

また、太陽光発電装置１００に対して斜め下方向から光が入射する場合、法線Ｎに対する入射角度θ２は、入射角度θ０よりも小さい。この場合、太陽光発電装置１００に入射した光の選択反射帯域Δλ２の中心波長λ２は、中心波長λ０より長波長である。つまり、選択反射帯域Δλ２は、選択反射帯域Δλ０よりも長波長側にシフトしている。

【0053】

図６に示す光学素子３が適用された太陽光発電装置１００においては、選択反射帯域Δλ０は紫外線の帯域に設定されることが望ましい。すなわち、発電に利用される太陽光は、太陽光発電装置１００に対して斜め上方向から入射する。しかも、光学素子３の選択反射帯域Δλ０は、斜め上方向から入射する光に関して、短波長側にシフトする。このため、選択反射帯域Δλ０が紫外線の帯域に設定されることにより、選択反射帯域Δλ０が短波長側にシフトした場合に、可視光（特に青成分）がほとんど選択反射帯域に含まれることがない。これにより、太陽光発電装置１００の表面の色付きを抑制することができる。また、太陽光発電装置１００を透過した光の着色を抑制することができる。したがって、透明窓ガラスとしての外観の品位低下が抑制される。

【0054】

《実施形態１－第１構成例》
図７は、第１構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。
図７に示す第１構成例の太陽光発電装置１００において、太陽電池５１は、光導波部１の下側面Ｆ３１と対向するように配置されている。実施形態１で説明する光学素子３Ｕは、上記の光学素子３と同等の機能を発揮するものである。光学素子３Ｕにおいて、反射面３２１は、第１境界面３１７に対して傾斜している。第１境界面３１７に対する反射面３２１の傾斜角度φ１は、太陽電池５１側（あるいは第１境界面３１７の法線Ｎ１より下側）に鋭角である。あるいは、第１境界面３１７の法線Ｎ１と反射面３２１とのなす角度α１は、法線Ｎ１より下側に鋭角である。

【0055】

図７では、光学素子３Ｕに含まれるコレステリック液晶３１１に関して、第１旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１を拡大して模式的に示している。コレステリック液晶３１１は、選択反射帯域として紫外線Ｕを反射するべく、Ｚ軸に沿って第１螺旋ピッチＰ１を有している。光学素子３Ｕにおいて、コレステリック液晶３１１の第１螺旋ピッチＰ１は、Ｚ軸に沿ってほとんど変化することなく一定である。

【0056】

このようなコレステリック液晶３１１は、例えば、選択反射帯域である紫外線Ｕの第１円偏光Ｕ１を反射するように構成されている。上記の通り、第１旋回方向が左回りの場合、コレステリック液晶３１１は、紫外線Ｕのうち、左回りの第１円偏光Ｕ１を反射する。また、第１旋回方向が右回りの場合、コレステリック液晶３１１は、紫外線Ｕのうち、右回りの第１円偏光Ｕ１を反射する。

【0057】

このような第１構成例の太陽光発電装置１００において、斜め上方向から太陽光が入射した場合、太陽光のうち紫外線Ｕは、第１主面Ｆ１から光導波部１の内部に進入して、第２主面Ｆ２を介して光学素子３Ｕに入射する。そして、光学素子３Ｕは、反射面３２１において、紫外線Ｕのうち、第１円偏光Ｕ１を光導波部１及び太陽電池５１に向けて反射する。また、光学素子３Ｕは、紫外線Ｕの第２円偏光Ｕ２を透過する。反射された第１円偏光Ｕ１は、第２主面Ｆ２から光導波部１の内部に進入し、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を下側に伝搬する。太陽電池５１は、下側面Ｆ３１から出射した紫外線Ｕを受光して発電する。

【0058】

次に、太陽光に含まれる可視光Ｖ及び赤外線Ｉについて、図８を参照しながら説明する。可視光Ｖ及び赤外線Ｉは、光導波部１を透過した後に光学素子３Ｕに入射する。光学素子３Ｕは、図７に示したように選択反射帯域Δλ０が紫外線Ｕとなるように第１螺旋ピッチＰ１が設定されているため、可視光Ｖ及び赤外線Ｉについて、ほとんど反射・回折することなく、透過する。このため、第１構成例では、可視光Ｖ及び赤外線Ｉは、発電に利用されない。

【0059】

このような第１構成例によれば、紫外線Ｕを利用して効率よく発電することができる。また、太陽光発電装置１００は、可視光Ｖの主要な成分である第１成分（青成分）、第２成分（緑成分）、及び、第３成分（赤成分）の各々を透過する。このため、太陽光発電装置１００を透過した光の着色を抑制することができる。また、太陽光発電装置１００における可視光Ｖの透過率の低下を抑制することができる。

【0060】

《実施形態１－第２構成例》
図９は、第２構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。
図９に示す第２構成例は、図７に示した第１構成例と比較して、太陽光発電装置１００が紫外線カット層ＵＣを備えた点で相違している。紫外線カット層ＵＣは、光学素子３Ｕの屋内側の面つまり第２境界面３１９と対向するように配置されている。つまり、光学素子３Ｕは、光導波部１と紫外線カット層ＵＣとの間に位置している。

【0061】

また、第２構成例の太陽光発電装置１００は、太陽電池５１の他に、太陽電池５２を備えている。太陽電池５２は、光導波部１の上側面Ｆ３２と対向するように配置されている。

【0062】

このような第２構成例の太陽光発電装置１００において、第１円偏光Ｕ１及び第２円偏光Ｕ２を含む紫外線Ｕは、第１主面Ｆ１から光導波部１の内部に進入して、第２主面Ｆ２を介して光学素子３Ｕに入射する。そして、光学素子３Ｕは、反射面３２１において第１円偏光Ｕ１を光導波部１及び太陽電池５１に向けて反射し、第２円偏光Ｕ２を透過する。反射された第１円偏光Ｕ１は、第２主面Ｆ２から光導波部１の内部に進入し、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を下側に伝搬する。太陽電池５１は、下側面Ｆ３１から出射した紫外線Ｕを受光して発電する。

【0063】

一方、光学素子３Ｕを透過した第２円偏光Ｕ２は、紫外線カット層ＵＣに入射し、紫外線カット層ＵＣの内部において反射を繰り返しながら、再び光学素子３Ｕに入射する。光学素子３Ｕにおいて、第１境界面３１７側からの入射光と、第２境界面３１９側からの入射光とでは、反射回折される方向が逆となる。つまり、紫外線カット層ＵＣから光学素子３Ｕに入射した光は、反射面３２１において、光導波部１及び太陽電池５２に向けて反射される。この反射光は、第２主面Ｆ２から光導波部１の内部に進入し、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を上側に伝搬する。太陽電池５２は、上側面Ｆ３２から出射した紫外線Ｕを受光して発電する。

【0064】

このような第２構成例によれば、紫外線Ｕの第１円偏光Ｕ１のみならず第２円偏光Ｕ２を利用して発電することができる。また、太陽光発電装置１００において、紫外線Ｕの屋内への透過を抑制することができる。

【0065】

《実施形態１－第３構成例》
図１０は、第３構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。
図１０に示す第３構成例は、図７に示した第１構成例と比較して、光学素子３Ｕが、第１旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ａを有する第１層３Ａと、第１旋回方向とは逆回りの第２旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ｂを有する第２層３Ｂと、を有している点で相違している。第１層３Ａ及び第２層３Ｂは、Ｚ軸に沿って重なっている。なお、第１層３Ａと第２層３Ｂとの間には、配向膜等の薄膜が介在していてもよい。第１層３Ａは、光導波部１と第２層３Ｂとの間に位置している。第１境界面３１７は光導波部１と第１層３Ａとの間に位置し、第２境界面３１９は第１層３Ａと第２層３Ｂとの間に位置している。

【0066】

第１層３Ａにおける反射面３２１Ａは、第１境界面３１７に対して傾斜している。第１境界面３１７に対する反射面３２１Ａの傾斜角度φＡは、太陽電池５１側に鋭角である。第１層３Ａに含まれるコレステリック液晶３１１Ａは、拡大して模式的に示すように、第１旋回方向に旋回している。このようなコレステリック液晶３１１Ａは、選択反射帯域のうち、第１旋回方向の第１円偏光を反射するように構成されている。

【0067】

第２層３Ｂにおける反射面３２１Ｂは、第２境界面３１９に対して傾斜している。第２境界面３１９に対する反射面３２１Ｂの傾斜角度φＢは、太陽電池５１側に鋭角である。傾斜角度φＢは、傾斜角度φＡと同一でもよいし、傾斜角度φＡと異なっていてもよい。つまり、反射面３２１Ｂは、反射面３２１Ａと平行である場合もあり得るし、反射面３２１Ａとは平行でない場合もあり得る。第２層３Ｂに含まれるコレステリック液晶３１１Ｂは、拡大して模式的に示すように、第２旋回方向に旋回している。このようなコレステリック液晶３１１Ｂは、選択反射帯域のうち、第２旋回方向の第２円偏光を反射するように構成されている。

【0068】

コレステリック液晶３１１Ａ及び３１１Ｂは、ともに選択反射帯域として紫外線Ｕを反射するべく、Ｚ軸に沿って第１螺旋ピッチＰ１を有している。つまり、コレステリック液晶３１１Ａ及びコレステリック液晶３１１Ｂのそれぞれの螺旋ピッチは、実質同等である。これにより、第１層３Ａのコレステリック液晶３１１Ａは紫外線Ｕのうちの第１円偏光Ｕ１を反射し、第２層３Ｂのコレステリック液晶３１１Ｂは紫外線Ｕのうちの第２円偏光Ｕ２を反射する。

【0069】

このような第３構成例によれば、紫外線Ｕの第１円偏光Ｕ１のみならず第２円偏光Ｕ２を利用して発電することができる。また、太陽光発電装置１００において、紫外線Ｕの屋内への透過を抑制することができる。

【0070】

《実施形態２》
図１１は、実施形態２に係る太陽光発電装置１００の主要部を模式的に示す断面図である。なお、光導波部１は二点鎖線で示している。
第２実施形態においても第１実施形態と同様に、太陽光発電装置１００は図中のＹ軸が鉛直線に沿うように設置されたものとする。

【0071】

光学素子３において、反射面３２１は、Ｙ軸に対して傾斜している。図１１に示す例では、連続する反射面３２１は、床側において屋外側に近接し、天井側において屋内側に近接するように傾斜している。あるいは、Ｙ軸と交差する反射面３２１において、反射面３２１とＹ軸との交点Ｃよりも床側の反射面３２１は屋外側に向かって延び、交点Ｃよりも天井側の反射面３２１は屋内側に向かって延びている。このため、反射面３２１の法線Ｎは、屋外側では上方に傾き、屋内側では下方に傾いている。

【0072】

このような光学素子３におけるコレステリック液晶３１１の選択反射帯域が中心波長λ０を含む帯域Δλ０に設定されている場合について検討する。

【0073】

選択反射帯域Δλ０の光が太陽光発電装置１００に垂直入射した場合、反射面３２１の法線Ｎに対する入射角度はθ０である。選択反射帯域Δλ０の光が太陽光発電装置１００に対して斜め方向から入射した場合、実施形態１と同様に、選択反射帯域はシフトする。ここで、反射面３２１の法線Ｎに対する入射角度がθ０よりも大きい場合に選択反射帯域は短波長側へシフトし、反射面３２１の法線Ｎに対する入射角度がθ０よりも小さい場合に選択反射帯域は長波長側へシフトするように反射面３２１の角度が設定される。尚、反射面３２１の法線Ｎに対する入射角度が法線Ｎよりも上側になると選択反射帯域は短波長側へシフトするようになる。

【0074】

太陽光のように太陽光発電装置１００に対して斜め上方向から光が入射する場合、法線Ｎに対する入射角度θ１は、入射角度θ０よりも小さい。この場合、太陽光発電装置１００に入射した光の選択反射帯域Δλ１の中心波長λ１は、中心波長λ０より長波長である。つまり、選択反射帯域Δλ１は、選択反射帯域Δλ０よりも長波長側にシフトしている。

【0075】

また、太陽光発電装置１００に対して斜め下方向から光が入射する場合、法線Ｎに対する入射角度θ２は、入射角度θ０よりも大きい。この場合、太陽光発電装置１００に入射した光の選択反射帯域Δλ２の中心波長λ２は、中心波長λ０より短波長である。つまり、選択反射帯域Δλ２は、選択反射帯域Δλ０よりも短波長側にシフトしている。

【0076】

図１１に示す光学素子３が適用された太陽光発電装置１００においては、選択反射帯域Δλ０は赤外線の帯域に設定されることが望ましい。すなわち、発電に利用される太陽光は、太陽光発電装置１００に対して斜め上方向から入射する。しかも、光学素子３の選択反射帯域Δλ０は、斜め上方向から入射する光に関して、長波長側にシフトする。このため、選択反射帯域Δλ０が赤外線の帯域に設定されることにより、選択反射帯域Δλ０が長波長側にシフトした場合に、可視光（特に赤成分）がほとんど選択反射帯域に含まれることがない。これにより、太陽光発電装置１００の表面の色付きを抑制することができる。また、太陽光発電装置１００を透過した光の着色を抑制することができる。したがって、透明窓ガラスとしての外観の品位低下が抑制される。

【0077】

《実施形態２－第４構成例》
図１２は、第４構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。
図１２に示す第４構成例の太陽光発電装置１００において、太陽電池５２は、光導波部１の上側面Ｆ３２と対向するように配置されている。実施形態２で説明する光学素子３Ｉは、上記の光学素子３と同等の機能を発揮するものである。光学素子３Ｉにおいて、反射面３２１は、第１境界面３１７に対して傾斜している。第１境界面３１７に対する反射面３２１の傾斜角度φ２は、太陽電池５２側（あるいは第１境界面３１７の法線Ｎ２より上側）に鋭角である。あるいは、第１境界面３１７の法線Ｎ２と反射面３２１とのなす角度α２は、法線Ｎ１より上側に鋭角である。

【0078】

図１２では、光学素子３Ｉに含まれるコレステリック液晶３１１に関して、第１旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１を拡大して模式的に示している。コレステリック液晶３１１は、選択反射帯域として赤外線Ｉを反射するべく、Ｚ軸に沿って第２螺旋ピッチＰ２を有している。光学素子３Ｉにおいて、コレステリック液晶３１１の第２螺旋ピッチＰ２は、Ｚ軸に沿ってほとんど変化することなく一定である。

【0079】

このようなコレステリック液晶３１１は、例えば、選択反射帯域である赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１を反射するように構成されている。上記の通り、第１旋回方向が左回りの場合、コレステリック液晶３１１は、赤外線Ｉのうち、左回りの第１円偏光Ｉ１を反射する。また、第１旋回方向が右回りの場合、コレステリック液晶３１１は、赤外線Ｉのうち、右回りの第１円偏光Ｉ１を反射する。

【0080】

このような第４構成例の太陽光発電装置１００において、斜め上方向から太陽光が入射した場合、太陽光のうち赤外線Ｉは、第１主面Ｆ１から光導波部１の内部に進入して、第２主面Ｆ２を介して光学素子３Ｉに入射する。そして、光学素子３Ｉは、反射面３２１において、赤外線Ｉのうち、第１円偏光Ｉ１を光導波部１及び太陽電池５２に向けて反射する。また、光学素子３Ｉは、赤外線Ｉの第２円偏光Ｉ２を透過する。反射された第１円偏光Ｉ１は、第２主面Ｆ２から光導波部１の内部に進入し、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を上側に伝搬する。太陽電池５２は、上側面Ｆ３２から出射した赤外線Ｉを受光して発電する。

【0081】

次に、太陽光に含まれる可視光Ｖ及び紫外線Ｕについて、図１３を参照しながら説明する。可視光Ｖ及び紫外線Ｕは、光導波部１を透過した後に光学素子３Ｉに入射する。光学素子３Ｉは、図１２に示したように赤外線Ｉを反射するように第２螺旋ピッチＰ２が設定されているため、可視光Ｖ及び紫外線Ｕについて、ほとんど反射・回折することなく、透過する。このため、第４構成例では、可視光Ｖ及び紫外線Ｕは、発電に利用されない。

【0082】

このような第４構成例によれば、赤外線Ｉを利用して効率よく発電することができる。また、太陽光発電装置１００は、可視光Ｖの主要な成分である第１成分（青成分）、第２成分（緑成分）、及び、第３成分（赤成分）の各々を透過する。このため、太陽光発電装置１００を透過した光の着色を抑制することができる。また、太陽光発電装置１００における可視光Ｖの透過率の低下を抑制することができる。

【0083】

《実施形態２－第５構成例》
図１４は、第５構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。
図１４に示す第５構成例は、図１２に示した第４構成例と比較して、太陽光発電装置１００が赤外線カット層ＩＣを備えた点で相違している。赤外線カット層ＩＣは、光学素子３Ｉの屋内側の面つまり第２境界面３１９と対向するように配置されている。つまり、光学素子３Ｉは、光導波部１と赤外線カット層ＩＣとの間に位置している。

【0084】

また、第５構成例の太陽光発電装置１００は、太陽電池５２の他に、太陽電池５１を備えている。太陽電池５１は、光導波部１の下側面Ｆ３１と対向するように配置されている。

【0085】

このような第５構成例の太陽光発電装置１００において、第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２を含む赤外線Ｉは、第１主面Ｆ１から光導波部１の内部に進入して、第２主面Ｆ２を介して光学素子３Ｉに入射する。そして、光学素子３Ｉは、反射面３２１において第１円偏光Ｉ１を光導波部１及び太陽電池５２に向けて反射し、第２円偏光Ｉ２を透過する。反射された第１円偏光Ｉ１は、第２主面Ｆ２から光導波部１の内部に進入し、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を上側に伝搬する。太陽電池５２は、上側面Ｆ３２から出射した赤外線Ｉを受光して発電する。

【0086】

一方、光学素子３Ｉを透過した第２円偏光Ｉ２は、赤外線カット層ＩＣに入射し、赤外線カット層ＩＣの内部において反射を繰り返しながら、再び光学素子３Ｉに入射する。光学素子３Ｉにおいて、第１境界面３１７側からの入射光と、第２境界面３１９側からの入射光とでは、反射回折される方向が逆となる。つまり、赤外線カット層ＩＣから光学素子３Ｉに入射した光は、反射面３２１において、光導波部１及び太陽電池５１に向けて反射される。この反射光は、第２主面Ｆ２から光導波部１の内部に進入し、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を下側に伝搬する。太陽電池５１は、下側面Ｆ３１から出射した赤外線Ｉを受光して発電する。

【0087】

このような第５構成例によれば、赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１のみならず第２円偏光Ｉ２を利用して発電することができる。また、太陽光発電装置１００において、赤外線Ｉの屋内への透過を抑制することができる。

【0088】

《実施形態２－第６構成例》
図１５は、第６構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。
図１５に示す第６構成例は、図１２に示した第４構成例と比較して、光学素子３Ｉが、第１旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ｃを有する第１層３Ｃと、第２旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ｄを有する第２層３Ｄと、を有している点で相違している。第１層３Ｃ及び第２層３Ｄは、Ｚ軸に沿って重なっている。なお、第１層３Ｃと第２層３Ｄとの間には、配向膜等の薄膜が介在していてもよい。第１層３Ｃは、光導波部１と第２層３Ｄとの間に位置している。第１境界面３１７は光導波部１と第１層３Ｃとの間に位置し、第２境界面３１９は第１層３Ｃと第２層３Ｄとの間に位置している。

【0089】

第１層３Ｃにおける反射面３２１Ｃは、第１境界面３１７に対して傾斜している。第１境界面３１７に対する反射面３２１Ｃの傾斜角度φＣは、太陽電池５２側に鋭角である。第１層３Ｃに含まれるコレステリック液晶３１１Ｃは、拡大して模式的に示すように、第１旋回方向に旋回している。このようなコレステリック液晶３１１Ｃは、選択反射帯域のうち、第１旋回方向の第１円偏光を反射するように構成されている。

【0090】

第２層３Ｄにおける反射面３２１Ｄは、第２境界面３１９に対して傾斜している。第２境界面３１９に対する反射面３２１Ｄの傾斜角度φＤは、太陽電池５２側に鋭角である。傾斜角度φＤは、傾斜角度φＣと同一でもよいし、傾斜角度φＣと異なっていてもよい。つまり、反射面３２１Ｄは、反射面３２１Ｃと平行である場合もあり得るし、反射面３２１Ｃとは平行でない場合もあり得る。第２層３Ｄに含まれるコレステリック液晶３１１Ｄは、拡大して模式的に示すように、第２旋回方向に旋回している。このようなコレステリック液晶３１１Ｄは、選択反射帯域のうち、第２旋回方向の第２円偏光を反射するように構成されている。

【0091】

コレステリック液晶３１１Ｃ及び３１１Ｄは、ともに選択反射帯域として赤外線Ｉを反射するべく、Ｚ軸に沿って第２螺旋ピッチＰ２を有している。つまり、コレステリック液晶３１１Ｃ及びコレステリック液晶３１１Ｄのそれぞれの螺旋ピッチは、実質同等である。これにより、第１層３Ｃのコレステリック液晶３１１Ｃは赤外線Ｉのうちの第１円偏光Ｉ１を反射し、第２層３Ｄのコレステリック液晶３１１Ｄは赤外線Ｉのうちの第２円偏光Ｉ２を反射する。

【0092】

このような第６構成例によれば、赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１のみならず第２円偏光Ｉ２を利用して発電することができる。また、太陽光発電装置１００において、赤外線Ｉの屋内への透過を抑制することができる。

【0093】

《実施形態３》
以下に説明する実施形態３に係る太陽光発電装置１００は、光導波部１と、複数の光学素子を備えた光学素子群３Ｇと、光導波部１の下側面Ｆ３１と対向する第１太陽電池５１と、光導波部１の上側面Ｆ３２と対向する第２太陽電池５２と、を備えている。
光学素子群３Ｇは、選択反射帯域が互いに異なる複数の光学素子を含んでいる。一例では、光学素子群３Ｇは、選択反射帯域が紫外線Ｕである第１光学素子３Ｕと、選択反射帯域が赤外線Ｉである第２光学素子３Ｉと、を含んでいる。
第１太陽電池５１及び第２太陽電池５２は、吸収波長のピークが異なることが望ましい。一例では、第１太陽電池５１は紫外線に対する感度が高くなるように構成され、第２太陽電池５２は赤外線に対する感度が高くなるように構成されている。
以下、いくつかの構成例について説明する。

【0094】

《実施形態３－第７構成例》
図１６Ａは、第７構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。
第７構成例の太陽光発電装置１００において、光学素子群３Ｇは、第２主面Ｆ２と対向するように配置されている。第１光学素子３Ｕ及び第２光学素子３Ｉは、Ｚ軸に沿って重なっている。なお、第１光学素子３Ｕと第２光学素子３Ｉとの間には、配向膜等の薄膜が介在していてもよい。図１６Ａに示す例では、第２光学素子３Ｉが光導波部１と第１光学素子３Ｕとの間に位置しているが、図１６Ｂに示す例のように第１光学素子３Ｕが光導波部１と第２光学素子３Ｉとの間に位置していてもよい。なお、以下では、図１６Ａに示した構成に基づいて説明する。

【0095】

第１光学素子３Ｕの反射面３２１Ｕは、光導波部１と光学素子群３Ｇとの間の第１境界面３１７に対して傾斜している。第１境界面３１７に対する反射面３２１Ｕの傾斜角度φ１は、第１太陽電池５１側に鋭角である。第１光学素子３Ｕに含まれるコレステリック液晶３１１Ｕは、例えば第１旋回方向に旋回し、選択反射帯域として紫外線Ｕを反射するべく、Ｚ軸に沿って第１螺旋ピッチＰ１を有している。このようなコレステリック液晶３１１Ｕは、例えば、選択反射帯域である紫外線Ｕの第１円偏光Ｕ１を反射するように構成されている。

【0096】

第２光学素子３Ｉの反射面３２１Ｉは、第１境界面３１７に対して傾斜している。第１境界面３１７に対する反射面３２１Ｉの傾斜角度φ２は、第２太陽電池５２側に鋭角である。第２光学素子３Ｉに含まれるコレステリック液晶３１１Ｉは、例えば第１旋回方向に旋回し、選択反射帯域として赤外線Ｉを反射するべく、Ｚ軸に沿って第２螺旋ピッチＰ２を有している。第２螺旋ピッチＰ２は第１螺旋ピッチＰ１とは異なり、第２螺旋ピッチＰ２は第１螺旋ピッチＰ１より大きい（Ｐ１＜Ｐ２）。このようなコレステリック液晶３１１Ｉは、例えば、選択反射帯域である赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１を反射するように構成されている。

【0097】

なお、第１光学素子３Ｕの詳細は実施形態１で述べた通りであり、第２光学素子３Ｉの詳細は実施形態２で述べた通りである。

【0098】

第１太陽電池５１は下側面Ｆ３１と対向するように配置され、第２太陽電池５２は上側面Ｆ３２と対向するように配置されている。第１太陽電池５１及び第２太陽電池５２の各々は、例えば、シリコン系太陽電池である。一例では、第１太陽電池５１はアモルファスシリコンを備え、第２太陽電池５２は多結晶シリコンを備えている。

【0099】

多結晶シリコンとアモルファスシリコンとを比較した場合、それぞれの吸収波長のピークが異なる。すなわち、アモルファスシリコンの吸収波長のピークは約４５０ｎｍ付近であり、多結晶シリコンの吸収波長のピークは約７００ｎｍ付近である。つまり、アモルファスシリコンは、多結晶シリコンと比較して、紫外線Ｕの吸収率が高い。このため、第１太陽電池５１は、紫外線Ｕによる発電に好適である。また、多結晶シリコンは、アモルファスシリコンと比較して、赤外線Ｉの吸収率が高い。このため、第２太陽電池５２は、赤外線Ｉによる発電に好適である。なお、第１太陽電池５１及び第２太陽電池５２の各々の構成は、これらに限定されるものではない。

【0100】

このような第７構成例の太陽光発電装置１００において、斜め上方向から太陽光が入射した場合、太陽光のうち赤外線Ｉは、第１主面Ｆ１から光導波部１の内部に進入して、第２主面Ｆ２を介して第２光学素子３Ｉに入射する。そして、第２光学素子３Ｉは、反射面３２１Ｉにおいて、赤外線Ｉのうち、第１円偏光Ｉ１を光導波部１及び第２太陽電池５２に向けて反射する。第２光学素子３Ｉは、赤外線Ｉの第２円偏光Ｉ２を透過する。また、第１光学素子３Ｕも、第２円偏光Ｉ２を透過する。反射された第１円偏光Ｉ１は、第２主面Ｆ２から光導波部１の内部に進入し、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を上側に伝搬する。第２太陽電池５２は、上側面Ｆ３２から出射した赤外線Ｉを受光して発電する。

【0101】

次に、太陽光に含まれる可視光Ｖについて、図１７を参照しながら説明する。可視光Ｖは、光導波部１を透過した後に第２光学素子３Ｉに入射する。第２光学素子３Ｉは、図１６に示したように赤外線Ｉを反射するように第２螺旋ピッチＰ２が設定されているため、可視光Ｖについて、ほとんど反射・回折することなく、透過する。可視光Ｖは、第２光学素子３Ｉを透過した後に第１光学素子３Ｕに入射する。第１光学素子３Ｕは、図１６に示したように紫外線Ｕを反射するように第１螺旋ピッチＰ１が設定されているため、可視光Ｖについて、ほとんど反射・回折することなく、透過する。このため、第７構成例では、可視光Ｖは、発電に利用されない。

【0102】

次に、太陽光に含まれる紫外線Ｕについて、図１８を参照しながら説明する。紫外線Ｕは、光導波部１を透過した後に第２光学素子３Ｉに入射する。第２光学素子３Ｉは、紫外線Ｕについて、ほとんど反射・回折することなく、透過する。紫外線Ｕは、第２光学素子３Ｉを透過した後に第１光学素子３Ｕに入射する。

【0103】

第１光学素子３Ｕは、反射面３２１Ｕにおいて、紫外線Ｕのうち、第１円偏光Ｕ１を光導波部１及び第１太陽電池５１に向けて反射する。また、第１光学素子３Ｕは、第２円偏光Ｕ２を透過する。反射された第１円偏光Ｕ１は、第２主面Ｆ２から光導波部１の内部に進入し、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を下側に伝搬する。第１太陽電池５１は、下側面Ｆ３１から出射した紫外線Ｕを受光して発電する。

【0104】

このような第７構成例によれば、赤外線Ｉ及び紫外線Ｕを利用して効率よく発電することができる。また、太陽光発電装置１００は、可視光Ｖのほとんどの成分を透過する。このため、太陽光発電装置１００を透過した光の着色を抑制することができる。また、太陽光発電装置１００における可視光Ｖの透過率の低下を抑制することができる。
また、図１６Ｂに示したように、紫外線Ｕを反射するべく構成された第１光学素子３Ｕが光導波部１と第２光学素子３Ｉとの間に設けられることにより、第２光学素子３Ｉの紫外線による劣化が抑制される。

【0105】

《実施形態３－第８構成例》
図１９は、第８構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。
図１９に示す第８構成例は、図１６Ａに示した第７構成例と比較して、太陽光発電装置１００が光学素子群３Ｇに対向する光学層ＯＬを備えた点で相違している。光学層ＯＬは、屋内側に位置している。つまり、光学素子群３Ｇは、光導波部１と光学層ＯＬとの間に位置している。

【0106】

第８構成例の光学層ＯＬは、紫外線カット層ＵＣ及び赤外線カット層ＩＣを備えている。紫外線カット層ＵＣは、赤外線カット層ＩＣに重なっている。図１９に示す例では、紫外線カット層ＵＣが光学素子群３Ｇと赤外線カット層ＩＣとの間に位置しているが、赤外線カット層ＩＣが光学素子群３Ｇと紫外線カット層ＵＣとの間に位置していてもよい。

【0107】

なお、紫外線カット層ＵＣの詳細は実施形態１で述べた通りであり、赤外線カット層ＩＣの詳細は実施形態２で述べた通りである。

【0108】

このような第８構成例によれば、紫外線Ｕの第１円偏光Ｕ１及び第２円偏光Ｕ２を利用して発電することができる。加えて、赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２を利用して発電することができる。また、太陽光発電装置１００において、紫外線Ｕ及び赤外線Ｉの屋内への透過を抑制することができる。

【0109】

この第８構成例では、光学層ＯＬが紫外線カット層ＵＣ及び赤外線カット層ＩＣの双方を備えている場合について説明したが、光学層ＯＬは紫外線カット層ＵＣ及び赤外線カット層ＩＣのいずれか一方を備えたものであってもよい。

【0110】

例えば、図２０Ａに示す変形例では、太陽光発電装置１００は、光学層として紫外線カット層ＵＣを備えている。紫外線カット層ＵＣは、光学素子群３Ｇと対向するように配置されている。これにより、紫外線Ｕの第１円偏光Ｕ１及び第２円偏光Ｕ２を利用して発電できるとともに、紫外線Ｕの屋内への透過を抑制することができる。

【0111】

また、図２０Ｂに示す変形例では、太陽光発電装置１００は、光学層として赤外線カット層ＩＣを備えている。赤外線カット層ＩＣは、光学素子群３Ｇと対向するように配置されている。これにより、赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２を利用して発電できるとともに、赤外線Ｉの屋内への透過を抑制することができる。

【0112】

《実施形態３－第９構成例》
図２１は、第９構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。
図２１に示す第９構成例は、図１６Ａに示した第７構成例と比較して、第１光学素子３Ｕが第１旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ｕを有し、第２光学素子３Ｉが第２旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ｉを有している点で相違している。つまり、コレステリック液晶３１１Ｕ及びコレステリック液晶３１１Ｉは、互いに逆回りに旋回している。

【0113】

第１光学素子３Ｕは、反射面３２１Ｕにおいて、紫外線Ｕのうち、第１旋回方向の第１円偏光Ｕ１を反射し、第２旋回方向の第２円偏光Ｕ２を透過する。第２光学素子３Ｉは、反射面３２１Ｉにおいて、赤外線Ｉのうち、第２旋回方向の第２円偏光Ｉ２を反射し、第１旋回方向の第１円偏光Ｉ１を透過する。
このような第９構成例においても、上記の第７構成例と同様の効果が得られる。

【0114】

《実施形態３－第１０構成例》
図２２は、第１０構成例に係る太陽光発電装置１００を模式的に示す断面図である。
図２２に示す第１０構成例は、図１６Ａに示した第７構成例と比較して、第１光学素子３Ｕ及び第２光学素子３Ｉの各々が第１層及び第２層を有している点で相違している。

【0115】

すなわち、第１光学素子３Ｕは、図１０に示した第３構成例と同様に構成され、第１旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ａを有する第１層３Ａと、第２旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ｂを有する第２層３Ｂと、を有している。コレステリック液晶３１１Ａ及びコレステリック液晶３１１Ｂは、それぞれ同等の第１螺旋ピッチＰ１を有している。これにより、第１層３Ａのコレステリック液晶３１１Ａは紫外線Ｕのうちの第１円偏光Ｕ１を反射し、第２層３Ｂのコレステリック液晶３１１Ｂは紫外線Ｕのうちの第２円偏光Ｕ２を反射する。

【0116】

第２光学素子３Ｉは、図１５に示した第６構成例と同様に構成され、第１旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ｃを有する第１層３Ｃと、第２旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ｄを有する第２層３Ｄと、を有している。コレステリック液晶３１１Ｃ及びコレステリック液晶３１１Ｄは、それぞれ同等の第２螺旋ピッチＰ２を有している。これにより、第１層３Ｃのコレステリック液晶３１１Ｃは赤外線Ｉのうちの第１円偏光Ｉ１を反射し、第２層３Ｄのコレステリック液晶３１１Ｄは赤外線Ｉのうちの第２円偏光Ｉ２を反射する。

【0117】

このような第１０構成例によれば、紫外線Ｕの第１円偏光Ｕ１及び第２円偏光Ｕ２を利用して発電することができる。加えて、赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２を利用して発電することができる。また、太陽光発電装置１００において、紫外線Ｕ及び赤外線Ｉの屋内への透過を抑制することができる。

【0118】

なお、第８構成例、第９構成例、及び、第１０構成例の各々について、図１６Ｂに示したように、第１光学素子３Ｕが光導波部１と第２光学素子３Ｉとの間に設けられてもよい。

【0119】

以上説明したように、本実施形態によれば、効率的に発電することが可能な太陽光発電装置を提供することができる。

【0120】

本明細書において、光学素子３の一例として、ブレーズ型について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、バイナリーパターンを有する回折層が適用されてもよい。
図１等において、光導波部１及び光学素子３を導波する光の様子を矢印で示しているが、この矢印は概念的に示しているものである。例えば、光導波部１を導波する光のうち、光学素子３の表面で反射される光の様子を矢印で示しているが、実際には、一部の光は、光学素子３に染み出したり、漏れ出たり、光学素子３の内部にとどまる場合もあり得る。

【0121】

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0122】

１００…太陽光発電装置
１…光導波部 Ｆ１…第１主面 Ｆ２…第２主面
Ｆ３…側面 Ｆ３１…下側面、Ｆ３２…上側面
３…光学素子 ３１１…螺旋状構造体（コレステリック液晶） ３２１…反射面
５…太陽電池

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20A】

【図20B】

【図21】

【図22】