特許 7571994 太陽電池装置

(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】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】太陽電池装置

(51)【国際特許分類】

   H02S 40/22 20140101AFI20241016BHJP

   H01L 31/054 20140101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

H02S40/22

H01L31/04 620

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020119970

(22)【出願日】2020-07-13

(65)【公開番号】P2022016956

(43)【公開日】2022-01-25

【審査請求日】2023-06-15

(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】岡 真一郎

(72)【発明者】

【氏名】冨岡 安

(72)【発明者】

【氏名】小橋 淳二

(72)【発明者】

【氏名】吉田 浩之

【審査官】原 俊文

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／０１４５３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／０１１３０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１７０３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／１８０２９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／０７３５８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１５０８４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１１／１５２１３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／０７０３７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１４－００７７２４４（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０２－３１／０７８

Ｈ０２Ｓ １０／００－１０／４０

Ｈ０２Ｓ ３０／００－９９／００

(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、第１側面と、前記第１側面とは異なる第２側面と、を有する第１光導波部と、
第３主面と、前記第３主面と対向する第４主面と、前記第２側面と対向する第３側面と、前記第３側面とは異なる第４側面と、を有し、前記第１光導波部と並んで配置された第２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主面から入射した光の少なくとも一部を前記第１光導波部に向けて反射する第１光学素子と、
前記第４主面と対向し、コレステリック液晶を有し、前記第３主面から入射した光の少なくとも一部を前記第２光導波部に向けて反射する第２光学素子と、
前記第１側面と対向する第１太陽電池と、
前記第１太陽電池を前記第１側面に接着する透明な第１接着層と、
前記第２側面と前記第３側面との間に位置し、前記第１光導波部及び前記第２光導波部を接着する透明な第２接着層と、
を備える、太陽電池装置。

【請求項2】

前記第１光学素子は、前記第２光学素子から離間している、請求項１に記載の太陽電池装置。

【請求項3】

前記第２接着層は、前記第１光導波部及び前記第２光導波部の厚さと同等の厚さと、前記第２側面及び前記第３側面の間隔と同等の幅と、を有し、
前記第２接着層の厚さは、前記第２接着層の幅より大きい、請求項１に記載の太陽電池装置。

【請求項4】

前記第１光学素子及び前記第２光学素子は、前記第２接着層と対向する位置に配置されていない、請求項２に記載の太陽電池装置。

【請求項5】

第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、第１側面と、前記第１側面とは異なる第２側面と、を有する第１光導波部と、
第３主面と、前記第３主面と対向する第４主面と、前記第２側面と対向する第３側面と、前記第３側面とは異なる第４側面と、を有し、前記第１光導波部と並んで配置された第２光導波部と、
前記第１側面と対向する第１太陽電池と、
前記第１太陽電池を前記第１側面に接着する透明な第１接着層と、
前記第２側面と前記第３側面との間に位置し、前記第１光導波部及び前記第２光導波部を接着する透明な第２接着層と、
前記第２主面、前記第４主面、及び、前記第２接着層と対向し、単一シートとして形成され、コレステリック液晶を有し、前記第１主面から入射した光の少なくとも一部を前記第１光導波部に向けて反射するとともに前記第３主面から入射した光の少なくとも一部を前記第２光導波部に向けて反射する光学素子と、
を備える、太陽電池装置。

【請求項6】

さらに、前記第４側面に接着されている第２太陽電池を備える、請求項１または５に記載の太陽電池装置。

【請求項7】

前記第１接着層の屈折率は、前記第１光導波部の屈折率と同等である、請求項１または５に記載の太陽電池装置。

【請求項8】

前記第２接着層の屈折率は、前記第１光導波部及び前記第２光導波部の屈折率と同等である、請求項１または５に記載の太陽電池装置。

【請求項9】

前記第１接着層の屈折率及び前記第２接着層の屈折率は同等である、請求項１または５に記載の太陽電池装置。

【請求項10】

さらに、前記第１光導波部及び前記第２光導波部を覆う透明な保護層を備え、
前記保護層の屈折率は、前記第１光導波部及び前記第２光導波部の屈折率と同等である、請求項１または５に記載の太陽電池装置。

【請求項11】

さらに、前記第１光導波部、前記第２光導波部、及び、前記光学素子を覆う透明な保護層を備え、
前記保護層の屈折率は、前記第１光導波部及び前記第２光導波部の屈折率と同等である、請求項５に記載の太陽電池装置。

【請求項12】

前記第１接着層の屈折率と前記第１光導波部の屈折率との差は、０．１以下である、請求項１または５に記載の太陽電池装置。

【請求項13】

前記第２接着層の屈折率と前記第１光導波部の屈折率との差、及び、前記第２接着層の屈折率と前記第２光導波部の屈折率との差は、０．１以下である、請求項１または５に記載の太陽電池装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、太陽電池装置に関する。

【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。このような太陽電池装置において、低コストで大型化を可能とする技術が要望されている。

【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、低コストで大型化が可能な太陽電池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】

本実施形態の太陽電池装置は、
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、第１側面と、を有する第１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主面から入射した光の少なくとも一部を前記第１光導波部に向けて反射する光学素子と、前記第１側面と対向する第１太陽電池と、を備え、前記第１太陽電池は、透明な第１接着層によって、前記第１側面に接着されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、実施形態１の太陽電池装置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、太陽電池装置１００を模式的に示す平面図である。

【図4】図４は、光学素子３の一例を模式的に示す断面図である。

【図5】図５は、実施形態１の変形例１に係る光学素子３を模式的に示す断面図である。

【図6】図６は、変形例２の太陽電池装置１００を模式的に示す平面図である。

【図7】図７は、実施形態２の太陽電池装置１００を模式的に示す平面図である。

【図8】図８は、図７に示した太陽電池装置１００のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。

【図9】図９は、実施形態２の変形例１に係る太陽電池装置１００の断面図である。

【図10】図１０は、実施形態２の変形例２に係る太陽電池装置１００を模式的に示す平面図である。

【図11】図１１は、実施形態２の変形例３に係る太陽電池装置１００の断面図である。

【図12】図１２は、実施形態２の変形例４に係る太陽電池装置１００の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

（実施形態１)
図１は、実施形態１の太陽電池装置１００を模式的に示す断面図である。太陽電池装置１００は、光導波部１と、光学素子３と、太陽電池５と、接着層（第１接着層）７と、を備えている。

【0010】

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、窓ガラスとして機能する。

【0011】

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。

【0012】

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、外側面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。外側面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、外側面Ｆ３は、Ｘ－Ｚ平面と略平行な面であるが、外側面Ｆ３は、Ｙ－Ｚ平面と略平行な面を含んでいる。

【0013】

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に対向している。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。これらの第１円偏光及び第２円偏光の各々は、上述した第１成分、第２成分、及び、第３成分を含む可視光であってもよいし、不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。

【0014】

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、例えば、フィルムとして構成される。

【0015】

太陽電池５は、第２方向Ａ２において、光導波部１の外側面Ｆ３に対向している。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。

【0016】

接着層７は、透明であり、太陽電池５を外側面Ｆ３に接着する。接着層７の屈折率は、光導波部１の屈折率とほぼ同等である。なお、ここでのほぼ同等とは、接着層７の屈折率と光導波部１の屈折率との差が、反射回折する波長において０．１以下であり、さらに好ましくは０．０５以下である場合に相当する。

【0017】

次に、図１に示す実施形態１において、太陽電池装置１００の動作について説明する。

【0018】

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。
図１の例では、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。

【0019】

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。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。

【0020】

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。

【0021】

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、外側面Ｆ３から出射した光ＬＴｒを受光し、発電する。

【0022】

太陽電池５では、受光した光を効率よく発電に利用することが要求される。例えば、シリコン系の太陽電池５において、シリコンの表面での光反射を抑制する技術として、反射防止膜を形成したり、シリコンの表面に反射防止構造を形成したりする技術は、コストアップの要因となり得る。

【0023】

実施形態１によれば、太陽電池５は、透明な接着層７によって光導波部１の外側面Ｆ３に接着されており、光学素子３で反射した光を、光導波部１を介して受光する。光学素子３は、光導波部１に向けて光を反射するときに、後述する螺旋状構造体３１１によって反射する方向を制御することができる。このため、光導波部１において太陽電池５への光の入射角度を制御することができ、シリコン表面での反射を抑制することができる。

【0024】

また、実施形態１によれば、太陽電池５は透明な接着層７によって光導波部１の外側面Ｆ３に接着されており、また、接着層７の屈折率は光導波部１の屈折率とほぼ同等である。このため、たとえ太陽電池５において光が反射されたとしても、ほとんど損失することなく、光導波部１に再び導くことができ、発電に再利用することができる。つまり、接着層７は、太陽電池５を光導波部１に固定するとともに、光導波部１と太陽電池５との間に低損失の光路を形成している。

【0025】

したがって、反射防止膜を形成したり、反射防止構造を形成したりする技術を適用する場合と比較して、太陽電池５を光導波部１に固定するための部品を別途必要とせず、低コストで、低損失の太陽電池装置１００を提供することができる。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

実施形態１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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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を有する光であって、コレステリック液晶の螺旋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。

【0035】

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。

【0036】

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はフィルムとして形成される。フィルムとしての光学素子３は、例えば、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、フィルムとしての光学素子３は、光学素子３に含まれる複数の要素（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。

【0037】

又は、フィルムとしての光学素子３は、例えば、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。

【0038】

重合又は固体への転移によって、フィルムとしての光学素子３では、隣り合う螺旋状構造体３１１は、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、フィルムとしての光学素子３では、各液晶分子の配向方向が固定されている。

【0039】

図３は、太陽電池装置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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

図４は、光学素子３の一例を模式的に示す断面図である。図４に示す例では、光学素子３は、主として第１成分ＬＴ１を反射する第１層Ｌ１と、主として第２成分ＬＴ２を反射する第２層Ｌ２と、主として第３成分ＬＴ３を反射する第３層Ｌ３と、を備えている。第１層Ｌ１、第２層Ｌ２、及び、第３層Ｌ３は、第１方向Ａ１においてこの順に積層されている。第１層Ｌ１は、第２主面Ｆ２と対向している。なお、第１層Ｌ１、第２層Ｌ２、及び、第３層Ｌ３の積層順は、図４に示す例に限らない。

【0044】

図４には、第１層Ｌ１、第２層Ｌ２、及び、第３層Ｌ３の各々における螺旋状構造体３１１として、一方向に旋回したコレステリック液晶を模式的に示している。第１層Ｌ１、第２層Ｌ２、及び、第３層Ｌ３の各々の螺旋状構造体３１１は、同一方向に旋回しており、例えば第１円偏光を反射するように構成されている。

【0045】

第１層Ｌ１においては、螺旋状構造体３１１は、第１円偏光の第１成分ＬＴ１１を反射するべく、第１螺旋ピッチＰ１を有している。
第２層Ｌ２においては、螺旋状構造体３１１は、第１円偏光の第２成分ＬＴ２１を反射するべく、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とは異なる。
第３層Ｌ３においては、螺旋状構造体３１１は、第１円偏光の第３成分ＬＴ３１を反射するべく、第３螺旋ピッチＰ３を有している。第３螺旋ピッチＰ３は、第１螺旋ピッチＰ１及び第２螺旋ピッチＰ２とは異なる。
第２螺旋ピッチＰ２は第１螺旋ピッチＰ１より大きく、第３螺旋ピッチＰ３は第２螺旋ピッチＰ２より大きい（Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３）。

【0046】

ここで、光導波部１を介して入射する光ＬＴｉが第１成分ＬＴ１、第２成分ＬＴ２、及び、第３成分ＬＴ３を含んでいる場合について説明する。
第１層Ｌ１の反射面３２１では、第１円偏光の第１成分ＬＴ１１が反射され、第２円偏光の第１成分ＬＴ１２の他に、第２成分ＬＴ２及び第３成分ＬＴ３が透過される。
第２層Ｌ２の反射面３２１では、第１円偏光の第２成分ＬＴ２１が反射され、第２円偏光の第１成分ＬＴ１２及び第２成分ＬＴ２２の他に、第３成分ＬＴ３が透過される。
第３層Ｌ３の反射面３２１では、第１円偏光の第３成分ＬＴ３１が反射され、第２円偏光の第１成分ＬＴ１２、第２成分ＬＴ２２、及び、第３成分ＬＴ３２が透過される。
つまり、光学素子３において反射される光ＬＴｒは、第１円偏光の第１成分ＬＴ１１、第２成分ＬＴ２１、及び、第３成分ＬＴ３１を含み、光学素子３を透過する光ＬＴｔは、第２円偏光の第１成分ＬＴ１２、第２成分ＬＴ２２、及び、第３成分ＬＴ３２を含んでいる。

【0047】

なお、各層の螺旋状構造体３１１のうちの１つの層の螺旋状構造体３１１が他の層の螺旋状構造体３１１とは異なる方向に旋回していてもよい。この場合、互いに逆方向の円偏光が反射される。

【0048】

図４に示す例では、第１層Ｌ１、第２層Ｌ２、及び、第３層Ｌ３は、個別に形成されている。第１層Ｌ１においては、螺旋状構造体３１１の第１螺旋ピッチＰ１はほとんど変化することなく一定である。第２層Ｌ２においても第２螺旋ピッチＰ２はほぼ一定であり、第３層Ｌ３においても第３螺旋ピッチＰ３はほぼ一定である。

【0049】

なお、光学素子３が単層体の液晶層であって、螺旋ピッチＰが第１方向Ａ１に沿って連続的に変化するものであってもよい。

【0050】

また、光学素子３は、不可視光を反射する層を含んでいてもよい。

【0051】

（変形例１）
図５は、実施形態１の変形例１に係る光学素子３を模式的に示す断面図である。
図５に示す変形例１は、上記の実施形態１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に対して傾斜している点で相違している。また、ここでの変形例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、上記した実施形態１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。

【0052】

このような変形例１においても、上記の実施形態１と同様の効果が得られる。

【0053】

（変形例２）
図６は、変形例２の太陽電池装置１００を模式的に示す平面図である。変形例２は、上記の実施形態や変形例１と比較して、光学素子３が太陽電池５に向かって集光するように構成された点で相違している。図６には、光学素子３で反射された光ＬＴｒの伝搬の理解を容易にするために、光ＬＴｒの波面ＷＦが示されている。

【0054】

図６において、ＩＩＩａ－ＩＩＩａ線に沿った太陽電池装置１００の断面、ＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ線に沿った太陽電池装置１００の断面、及び、ＩＩＩｃ－ＩＩＩｃ線に沿った太陽電池装置１００の断面は、図１に示した太陽電池装置１００の断面と同様である。
また、ＩＩＩａ－ＩＩＩａ線に沿った光学素子３の断面、ＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ線に沿った光学素子３の断面、及び、ＩＩＩｃ－ＩＩＩｃ線に沿った光学素子３の断面は、例えば、図２に示した光学素子３の断面、あるいは、図５に示した光学素子３の断面と同様である。

【0055】

つまり、図２あるいは図５を参照して説明したように、光学素子３の反射面３２１は、Ｘ－Ｙ平面内の各位置で、光を太陽電池５に向けて反射するように傾斜している。光学素子３で反射された光ＬＴｒは、太陽電池５に向かって光導波部１の内部を伝搬する。

【0056】

このような変形例２においても、上記の実施形態１と同様の効果が得られる。
さらに、変形例２によれば、光学素子３が太陽電池５に向かって集光するように傾斜した反射面３２１を有し、反射された光ＬＴｒが光導波部１において太陽電池５に向かって伝搬するため、太陽電池５の単位時間当たりの受光量を増加することができる。したがって、太陽電池５を小型化でき、さらに、太陽電池５の発電量を増加できる。

【0057】

（実施形態２)
図７は、実施形態２の太陽電池装置１００を模式的に示す平面図である。ここでは、光学素子３の図示を省略している。実施形態２は、実施形態１と比較して、太陽電池装置１００が第２方向Ａ２に並んだ複数の光導波部１を接着することによって構成された点で相違している。図７に示す例では、太陽電池装置１００は、光導波部１として、光導波部（第１光導波部）１Ａと、光導波部（第２光導波部）１Ｂと、を備えている。光導波部１Ａ及び光導波部１Ｂは、接着層（第２接着層）８によって接着されている。光導波部１Ａ及び光導波部１Ｂは、第２方向Ａ２に並んでいるが、第３方向Ａ３に並んでいてもよい。

【0058】

光導波部１Ａ及び光導波部１Ｂの各々は、Ｘ－Ｙ平面に沿った平板状に形成されている。また、光導波部１Ａ及び光導波部１Ｂは、透明な同一材料によって形成され、同一の屈折率を有している。

【0059】

光導波部１Ａは、外側面（第１側面）Ｆ３Ａと、外側面Ｆ３Ａとは異なる側面（第２側面）Ｆ３１と、を有している。光導波部１Ｂは、外側面Ｆ３Ｂと、外側面（第４側面）Ｆ３Ｂとは異なる側面（第３側面）Ｆ３２と、を有している。側面Ｆ３１及び側面Ｆ３２は、第３方向Ａ３に沿って延びた面である。側面Ｆ３１は、第２方向Ａ２において側面Ｆ３２と対向している。

【0060】

接着層８は、透明であり、側面Ｆ３１と側面Ｆ３２との間で光導波部１Ａ及び光導波部１Ｂを接着している。接着層８の屈折率は、光導波部１Ａ及び光導波部１Ｂの屈折率とほぼ同等である。例えば、接着層８の屈折率と光導波部１Ａの屈折率との差、及び、接着層８の屈折率と光導波部１Ｂの屈折率との差は、反射回折する波長において０．１以下であり、さらに好ましくは０．０５以下である。

【0061】

図７に示す太陽電池装置１００は、複数の太陽電池５Ａ及び５Ｂを備えている。太陽電池（第１太陽電池）５Ａは、接着層７Ａにより光導波部１Ａの外側面Ｆ３Ａに接着されている。太陽電池（第２太陽電池）５Ｂは、接着層７Ｂにより光導波部１Ｂの外側面Ｆ３Ｂに接着されている。接着層７Ａ及び７Ｂの屈折率は、接着層８の屈折率と同等である。例えば、接着層７Ａ及び７Ｂは、接着層８と同一材料によって形成されている。但し、接着層７Ａ及び７Ｂ、及び、接着層８は、透明且つ同等の屈折率を有する材料であれば、互いに異なる材料によって形成されてもよい。

【0062】

太陽電池装置１００は、太陽電池５Ａ及び５Ｂのいずれか一方のみを備えていてもよいし、３個以上の太陽電池５を備えていてもよい。

【0063】

図８は、図７に示した太陽電池装置１００のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。接着層８は、光導波部１Ａ及び１Ｂの厚さと同等の厚さＴと、側面Ｆ３１及び側面Ｆ３２の間隔と同等の幅Ｗを有している。厚さＴは、幅Ｗより大きい（Ｔ＞Ｗ）。なお、厚さＴは第１方向Ａ１に沿った長さであり、幅Ｗは第２方向Ａ２に沿った長さである。接着層８は、第１主面Ｆ１の一部、及び、第２主面Ｆ２の一部を形成している。換言すると、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の各々は、光導波部１Ａ、光導波部１Ｂ、及び、接着層８によって形成された面である。

【0064】

光学素子３は、光導波部１Ａと対向する第１素子３Ａと、光導波部１Ｂと対向する第２素子３Ｂと、を備えている。第１素子３Ａは、第２素子３Ｂから離間している。図８に示す例では、第１方向Ａ１において接着層８と対向する位置には、第１素子３Ａ及び第２素子３Ｂのいずれも配置されていない。

【0065】

第１素子３Ａの反射面３２１Ａは、第２素子３Ｂの反射面３２１Ｂとは異なる傾斜面である。すなわち、反射面３２１Ａは、光導波部１を介して入射した光ＬＴｉを太陽電池５Ａに向けて反射するように傾斜している。反射面３２１Ｂは、光導波部１を介して入射した光ＬＴｉを太陽電池５Ｂに向けて反射するように傾斜している。

【0066】

このような実施形態２においても、上記の実施形態１と同様の効果が得られる。加えて、複数の光導波部１が接着されることにより、容易に大型の太陽電池装置１００を提供することができる。

【0067】

また、光導波部１Ａ及び光導波部１Ｂを接着する接着層８が各光導波部と同等の屈折率を有しているため、接着層８は、光導波部１Ａと光導波部１Ｂとの間に低損失の光路を形成する。このため、例えば、光導波部１Ａの内部を伝搬する光を接着層８及び光導波部１Ｂに伝搬することができ、また、光導波部１Ｂの内部を伝搬する光を接着層８及び光導波部１Ａに伝搬することができる。

【0068】

また、接着層８において、厚さＴが幅Ｗより大きいため、接着層８に対向する光学素子３が設けられていなくても、接着層８での光漏れが抑制される。

【0069】

実施形態２においては、光学素子３の詳細についての説明を省略したが、実施形態１において図２を参照しながら説明したように、空間位相を調整することで傾斜した反射面３２１Ａ及び３２１Ｂを形成してもよいし、図５を参照しながら説明したように、螺旋軸ＡＸを傾斜させることで傾斜した反射面３２１Ａ及び３２１Ｂを形成してもよい。

【0070】

（変形例１)
図９は、実施形態２の変形例１に係る太陽電池装置１００の断面図である。
図９に示す変形例１は、図８に示した実施形態２と比較して、光学素子３が接着層８を越えて、光導波部１Ａ及び光導波部１Ｂに亘って対向している点で相違している。つまり、光学素子３は、単一シートとして形成され、第２主面Ｆ２のほぼ全面に亘って配置されている。

【0071】

このような変形例１でも、上記の実施形態２と同様の効果が得られる。加えて、部品点数を削減することができる。

【0072】

（変形例２)
図１０は、実施形態２の変形例２に係る太陽電池装置１００を模式的に示す平面図である。ここでは、光学素子３の図示を省略している。図１０に示す変形例２は、図７に示した実施形態２と比較して、第２方向Ａ２及び第３方向Ａ３に並んだ複数の光導波部が接着された点で相違している。

【0073】

太陽電池装置１００は、光導波部１Ａと、光導波部１Ｂと、光導波部１Ｃと、光導波部１Ｄと、接着層（第２接着層）８と、を備えている。光導波部１Ａ及び光導波部１Ｂは第２方向Ａ２に並び、光導波部１Ｃ及び光導波部１Ｄは第２方向Ａ２に並び、光導波部１Ａ及び光導波部１Ｃは第３方向Ａ３に並び、光導波部１Ｂ及び光導波部１Ｄは第３方向Ａ３に並んでいる。

【0074】

光導波部１Ａ、光導波部１Ｂ、光導波部１Ｃ、及び、光導波部１Ｄの各々は、Ｘ－Ｙ平面に沿った平板状に形成されている。また、光導波部１Ａ、光導波部１Ｂ、光導波部１Ｃ、及び、光導波部１Ｄは、透明な同一材料によって形成され、同一の屈折率を有している。

【0075】

光導波部１Ａは、外側面Ｆ３Ａとは異なる側面Ｆ３１を有している。光導波部１Ｂは、外側面Ｆ３Ｂとは異なる側面Ｆ３２を有している。光導波部１Ｃは、外側面Ｆ３Ｃとは異なる側面Ｆ３３を有している。光導波部１Ｄは、外側面Ｆ３Ｄとは異なる側面Ｆ３４を有している。側面Ｆ３１、側面Ｆ３２、側面Ｆ３３、及び、側面Ｆ３４は、Ｘ－Ｙ平面においてＬ字状の面である。

【0076】

接着層８は、透明であり、側面Ｆ３１、側面Ｆ３２、側面Ｆ３３、及び、側面Ｆ３４において、光導波部１Ａ、光導波部１Ｂ、光導波部１Ｃ、及び、光導波部１Ｄを互いに接着している。接着層８の屈折率は、光導波部１Ａ等の屈折率とほぼ同等である。

【0077】

太陽電池５Ａは、接着層７Ａにより光導波部１Ａの外側面Ｆ３Ａに接着されている。太陽電池５Ｂは、接着層７Ｂにより光導波部１Ｂの外側面Ｆ３Ｂに接着されている。太陽電池５Ｃは、接着層７Ｃにより光導波部１Ｃの外側面Ｆ３Ｃに接着されている。太陽電池５Ｄは、接着層７Ｄにより光導波部１Ｄの外側面Ｆ３Ｄに接着されている。

【0078】

このような変形例２でも、上記の実施形態２と同様の効果が得られる。

【0079】

（変形例３)
図１１は、実施形態２の変形例３に係る太陽電池装置１００の断面図である。
図１１に示す変形例３は、上記の実施形態２と比較して、太陽電池装置１００がさらに光導波部１Ａ及び光導波部１Ｂを覆う透明な保護層９を備えた点で相違している。保護層９は、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の各々のほぼ全面を覆っている。換言すると、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２にそれぞれ接触している。また、保護層９は、接着層８にも接触している。光導波部１Ａ及び光導波部１Ｂの第２主面Ｆ２の側においては、光導波部１Ａと光学素子３との間、及び、光導波部１Ｂと光学素子３との間に保護層９が配置されている。

【0080】

保護層９は、例えば接着層８と同一材料によって形成される。保護層９の屈折率は、光導波部１の屈折率（あるいは光導波部１Ａ及び光導波部１Ｂの屈折率）とほぼ同等である。

【0081】

このような変形例３でも、上記の実施形態２と同様の効果が得らえる。加えて、光導波部１の損傷を抑制することができる。

【0082】

（変形例４)
図１２は、実施形態２の変形例４に係る太陽電池装置１００の断面図である。
図１２に示す変形例４は、図１１に示した変形例３と比較して、透明な保護層９が光導波部１Ａ、光導波部１Ｂ、及び、光学素子３を覆っている点で相違している。保護層９は、第１主面Ｆ１及び光学素子３の各々のほぼ全面を覆っている。光導波部１Ａ及び光導波部１Ｂの第２主面Ｆ２の側においては、光導波部１Ａと保護層９の間、及び、光導波部１Ｂと保護層９との間に光学素子３が配置されている。換言すると、保護層９は、第１主面Ｆ１、及び、光学素子３の第２境界面３１９にそれぞれ接触している。

【0083】

このような変形例４でも、上記の変形例３と同様の効果が得らえる。

【0084】

なお、変形例３及び変形例４において、光学素子３は、図８に示したように互いに離間した第１素子３Ａ及び第２素子３Ｂを備えていてもよいし、図９に示したように単一シートとして形成されてもよい。

【0085】

また、保護層９は、さらに、外側面Ｆ３Ａ及びＦ３Ｂを覆っていてもよい。この場合、保護層９が接着層７Ａ及び７Ｂと置換されてもよい。つまり、太陽電池５Ａ及び５Ｂは、それぞれ保護層９によって接着されてもよい。また、太陽電池５Ａと外側面Ｆ３Ａとの間に保護層９及び接着層７Ａが介在してもよいし、太陽電池５Ｂと外側面Ｆ３Ｂとの間に保護層９及び接着層７Ｂが介在してもよい。

【0086】

上述した実施形態１及び２は、互いに組み合わせることができる。

【0087】

以上説明したように、本実施形態によれば、低コストで低損失の太陽電池装置を提供することができる。

【0088】

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】

【0089】

１００…太陽電池装置
１…光導波部 Ｆ１…第１主面 Ｆ２…第２主面 Ｆ３…外側面
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 ７…接着層
１Ａ、１Ｂ…光導波部 Ｆ３Ａ、Ｆ３Ｂ…外側面 Ｆ３１、Ｆ３２…側面
３Ａ…第１素子 ３Ｂ…第２素子
５Ａ、５Ｂ…太陽電池 ７Ａ、７Ｂ…接着層 ８…接着層 ９…保護層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】