太阳光能转换装置 技术领域
本发明涉及将从太阳发射的光能转换成电能的太阳光能转换装置。
背景技术
通过燃烧煤或石油等矿物燃料来获得能量招致地球环境的恶化，并且因它们的贮藏量有限，所以难以长期使用它们。
为了解决因燃烧这样的矿物燃料产生的作为地球变暖原因的二氧化碳等造成的环境问题的恶化，而且从矿物燃料枯竭问题中解放出来，开发利用从太阳发射的太阳光能的方法和装置是人类生存的需要，如果能够将太阳光的能量高效率地转换成电能，那么有可能通过太阳来稳定地供给人类长期生存所需的能源。因此，至今进行着各种专门开发。
这里，作为期望的将这样的太阳光能转换成电能的方法和装置，首先是将太阳光线具有的能量转换成电能时的效率要高，考虑太阳光能的清洁性，不使用破坏、恶化环境的物质。
其次，由于普及地需要，所以必须价格便宜。为了价格便宜，需要避免使用难以到手的物质、制造成本提高的物质，而且期望其构造简单。
如果构造简单，那么通过交换结构部件，能够长期使用，为了长期使用，具有耐久性、耐用年数长是重要的，并且期望维护费用和运行成本便宜。
而且，期望在任何场所都能够使用、重量轻并且小型。
但是，作为至今为止的将太阳光能直接转换成电能的装置，一般知道主要使用半导体构成的太阳电池。在这些现有的太阳电池中，可利用的光的波长的中心在400至450nm的蓝色附近。即，现有的太阳电池可利用的太阳光仅是从太阳注入的光的一部分光谱，从绿色至红色的可见光线和红外线几乎都不能转换成电能。因此，通过许多研究者进行了提高太阳电池的效率的改善，但太阳电池的效率仍在20％以下。
而且，构成太阳电池的半导体，关系到制造成本，同时在制造工序中释放恶化环境物质也是众所周知的。
因此，不言而喻，太阳电池的太阳光能向电能量的转换方法和装置应该具备满足上述的太阳光能向电能量的转换方法和装置的条件。
本发明的目的在于，通过将太阳光线的更多光谱对应的波长能量、即现有的太阳电池不利用的太阳光的波长区域的能量也转换成电能，来提供效率高、价格低、对环境没有不良影响的太阳光能转换装置。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的核心在于提供一种太阳光能转换装置，与仅利用太阳光的一部分光谱的太阳电池(PN结的半导体)的使用划分界线，使用了电子加速电极。
这里，电子发射电极是发射热电子的电极，通常通过在电子发射能力高的金属(钨、钽、钪、铱等)上浸渍或涂敷容易发射热电子的物质(氧化钡、氧化铱、碳酸锶盐、铱和钪等的化合物)来获得，是通过使温度上升来发射热电子的物质，以及碳化合物的金刚石或微碳管。通过由电子收集电极接受收集发射出的热电子，来获得将太阳光能通过热电子发射转换成电能的状态。
有关这样的电子发射电极，披露于1967年的美国专利USP3358178、1973年的美国专利USP3179856及1977年的美国专利USP4007393，可提高发射的热电子的发射效率，提高耐久性。以上技术至今主要用于真空管和CRT(Cathode Ray Tube；阴极射线管)领域。
在固体表面施加强电场时，将电子封闭在固体内的表面势垒阻挡层变低变薄，出现电子通过隧道效应发射到真空中的所谓场致发射现象。
特别是如果将曲率半径小的物质放置在电场中，那么电荷集中在曲率半径小的尖细区域中，电子的发射变得容易。这是所谓的电荷前端集中现象，是放电工程学上众所周知的现象。
而且，金刚石构造(diamond structure)的物质具有负性电子亲和力(Negative Electron Affinity)，具有容易发射传导电子的性质。
作为该场致发射材料，针状碳、微碳管(carbon nanotube)、金刚石薄膜等至今主要用于真空管、荧光显示管和场致发射型电子源显示器(CRT、FED、VFD等)等领域。
本发明的太阳光能转换装置的构造具有与真空管类似的一面，但是，真空管的功能是放大作用、整流作用和振荡作用，而本发明的太阳光能转换装置的功能是发电作用。即，真空管和太阳光能转换装置在功能上完全不同。
具体地说，本发明第1形态的太阳光能转换装置包括：
聚光装置，收集太阳光；
加热板，配置在真空容器内，被所述聚光装置收集的太阳光照射；
电子发射电极，在所述真空容器内与所述加热板进行热耦合配置，通过其温度与所述加热板的温度一起上升，向真空中发射电子；
电子加速电极，在所述真空容器内与所述电子发射电极对置配置；
电子加速电源，将负端子连接到所述电子发射电极，将正端子连接到所述电子加速电极；
电子偏转装置，配置在所述真空容器内，使在所述电子发射电极和所述电子加速电极之间飞翔的电子的轨道弯曲；以及
电子收集电极，收集通过所述电子偏转装置其轨道弯曲的飞翔电子；
其特征在于，通过以所述电子收集电极为负电极，以所述电子发射电极为正电极，来使所述电子发射电极的电子移动而产生电。
本发明的第2形态的太阳光能转换装置包括：
聚光装置，收集太阳光；
加热板，配置在真空容器内，被所述聚光装置收集的太阳光照射；
电子发射电极，在所述真空容器内与所述加热板进行热耦合配置，通过其温度与所述加热板的温度一起上升，向真空中发射电子；
电子加速电极，在所述真空容器内与所述电子发射电极对置配置；
电子加速电源，将负端子连接到所述电子发射电极，将正端子连接到所述电子加速电极；
第一缝隙式电子收集电极，设置在所述电子发射电极和所述电子加速电极之间，收集从所述电子发射电极发射的飞翔电子；
第二缝隙式型电子收集电极，配置在所述第一缝隙式电子收集电极和所述电子加速电极之间，使得电力线穿过所述电子加速电极；以及
电子偏转装置，配置在所述真空容器内，使穿过所述第1缝隙式电子收集电极的缝隙间的飞翔电子的轨道弯曲，使该飞翔电子被所述第二缝隙式电子收集电极收集；
其特征在于，通过以所述电子收集电极为负电极，以所述电子发射电极为正电极，来使所述电子发射电极的电子移动而产生电。
在本发明的太阳光能转换装置中，所述电子偏转装置包括偏转磁铁或静电偏转电极的任何一个。
在本发明的太阳光能转换装置中，在所述电子收集电极的表面上形成由金属纤维、或网格状或方格状的金属线构成的捕获所述分翔电子的电子捕获部。
本发明第3形态的太阳光能转换装置包括：
聚光装置，收集太阳光；
加热板，配置在真空容器内，被所述聚光装置收集的太阳光照射；
电子发射电极，在所述真空容器内与所述加热板进行热耦合配置，通过其温度与所述加热板的温度一起上升，向真空中发射电子；
电子加速电极，在所述真空容器内与所述电子发射电极对置配置；
电子加速电源，将负端子连接到所述电子发射电极，将正端子连接到所述电子加速电极；以及
电子收集电极，设置在所述电子发射电极和所述电子加速电极之间，收集从所述电子发射电极发射的飞翔电子；
其特征在于，所述电子收集电极由金属纤维、或网格状或方格状的金属线构成，
通过以所述电子收集电极为负电极，以所述电子发射电极为正电极，来使所述电子发射电极的电子移动而产生电。
本发明第4形态的太阳光能转换装置包括：
聚光装置，收集太阳光；
加热板，配置在真空容器内，被所述聚光装置收集的太阳光照射；
电子发射电极，在所述真空容器内与所述加热板进行热耦合配置，通过其温度与所述加热板的温度一起上升，向真空中发射电子；
电子加速电极，在所述真空容器内与所述电子发射电极对置配置；
电子加速电源，将负端子连接到所述电子发射电极，将正端子连接到所述电子加速电极；以及
电子收集电极，设置在所述电子发射电极和所述电子加速电极之间，收集从所述电子发射电极发射的飞翔电子；
其特征在于，所述电子发射电极和所述电子收集电极相互电绝缘，
通过以所述电子收集电极为负电极，以所述电子发射电极为正电极，来使所述电子发射电极的电子移动而产生电。
在本发明的太阳光能转换装置中，所述电子发射电极含有或附着在铱、钪、钡、或碳中至少包含其中一个的化合物。
在本发明的太阳光能转换装置中，所述电子收集电极由不锈钢、钼化合物、及钨化合物中的任何一个构成。
在本发明的太阳光能转换装置中，所述加热板或所述电子收集电极中，至少对一方实施黑化处理。
在本发明的太阳光能转换装置中，形成电子再发射防止部，防止轰击所述电子收集电极的所述飞翔电子从所述电子收集电极再发射。
在本发明的太阳光能转换装置中，将所述电子收集电极向所述电子发射电极侧弯曲，形成向所述电子发射电极侧开口的凹部。
在本发明的太阳光能转换装置中，在所述真空容器的一部分区域中，形成使通过所述聚光装置聚焦的太阳光通过的太阳光通过窗。
在本发明的太阳光能转换装置中，将所述加热板通过导热不良处理构成的固定部件安装在真空容器上。
在本发明的太阳光能转换装置中，在所述真空容器内配置的加热板和电子发射电极之间，形成夹置绝缘物的结构。
本发明第5形态的太阳光能转换装置包括：
阴极和阳极，对置配置于真空容器内；
电场发生电源，负极端子连接到所述阴极，正极端子连接到所述阳极，在所述阴极和所述阳极之间产生电场；
电场通过性的电子发射电极，在所述真空容器内配置于阴极和阳极之间，通过太阳光的热向真空中发射电子；以及
电场通过性的电子收集电极，在所述真空容器内配置于所述电子发射电极和阳极之间，收集从所述电子发射电极发射的电子；
其特征在于，通过以所述电子收集电极作为负电极，以所述电子发射电极作为正电极，来使所述电子发射电极的电子移动而产生电。
本发明第6形态的太阳光能转换装置包括：
阴极和阳极，对置配置于真空容器内；
电场发生电源，负极端子连接到所述阴极，正极端子连接到所述阳极，在所述阴极和所述阳极之间产生电场；
电场通过性的电子发射电极，在所述真空容器内配置于阴极和阳极之间，通过太阳光的热向真空中发射电子；
第一缝隙式电子收集电极，设置在所述电子发射电极和所述电子加速电极之间，收集从所述电子发射电极发射的飞翔电子；
第二缝隙式电子收集电极，配置在所述第一缝隙式电子收集电极和所述电子加速电极之间，使得电力线通过所述电子加速电极；以及
电子偏转装置，配置于所述真空容器内，使通过所述第一缝隙式电子收集电极的缝隙间的飞翔电子的轨道弯曲，将该飞翔电子收集于所述第二缝隙式电子收集电极；
其特征在于，通过以所述电子收集电极作为负电极，以所述电子发射电极作为正电极，来使所述电子发射电极的电子移动而产生电。
本发明第7形态的太阳光能转换装置包括：
阴极和阳极，相对配置于真空容器内；
电场发生电源，负极端子连接到所述阴极，正极端子连接到所述阳极，在所述阴极和所述阳极之间产生电场；
电场通过性的电子发射电极，在所述真空容器内配置于阴极和阳极之间，通过太阳光的电磁波能量向真空中发射电子；
电子偏转装置，配置于所述真空容器内，使所述电子发射电极和所述阳极之间飞翔的电子的轨道弯曲；以及
电子收集电极，收集通过所述电子偏转装置而轨道弯曲的飞翔电子；
其特征在于，通过以所述电子收集电极作为负电极，以所述电子发射电极作为正电极，来使所述电子发射电极的电子移动而产生电。
在本发明的太阳光能转换装置中，在所述电子收集电极的阳极侧配置绝缘物质。
在本发明的太阳光能转换装置中，在所述真空容器的一部分区域中，形成使太阳光通过的太阳光通过窗口，使太阳光照射到所述电子发射电极。
在本发明的太阳光能转换装置中，包括收集太阳光的聚光装置，
将所述聚光装置收集的太阳光照射到所述电子发射电极上。
在本发明的太阳光能转换装置中，所述聚光装置包括透镜或凹面镜的其中之一。
在本发明的太阳光能转换装置中，所述电子发射电极和所述电子收集电极中至少所述电子发射电极是由碳构成的物质。
在本发明的太阳光能转换装置中，所述电子发射电极和所述电子收集电极中至少所述电子发射电极是由金刚石构成的物质。
在本发明的太阳光能转换装置中，所述电子发射电极和所述电子收集电极中至少所述电子发射电极使用微碳管也可以。
在本发明的太阳光能转换装置中，所述电子发射电极和所述电子收集电极中至少一个配置了纤维状、网格状或方格状的导电性部件。
在本发明的太阳光能转换装置中，所述电子发射电极是由碳构成的物质、金刚石构造的物质、微碳管中的其中之一，
所述电子收集电极是由碳构成的物质、金刚石构造物质、微碳管中的其中之一，
将这些所述电子发射电极和所述电子收集电极进行组合。
在本发明的太阳光能转换装置中，所述电子收集电极由不锈钢、钼化合物、钨化合物、以及碳化合物中的任何一种来组成就可以。
在本发明的太阳光能转换装置中，所述电子偏转装置包括偏转磁铁或静电偏转电极的任何一个就可以。
附图说明
图1是表示本发明的太阳光能转换装置的基本结构的图，是剖切真空容器来表示内部结构的侧面图。
图2是表示采用了静电偏转方式的太阳光能转换装置的图，是剖切真空容器来表示内部结构的侧面图。
图3是表示采用了磁场偏转方式的太阳光能转换装置的一部分(与磁铁的配置关系)的斜视图。
图4是表示采用了磁场偏转方式的太阳光能转换装置的图，是剖切真空容器来表示内部结构的图。
图5是表示在电子收集电极上安装了电子再发射防止部件的情况的剖面图。
图6是表示使磁场偏转方式的太阳光能转换装置的电子收集电极向电子发射电极侧弯曲，安装了电子再发射防止部件状态的图，是剖切真空容器来表示内部结构的侧面图。
图7是表示缝隙式的电子收集电极的平面图。
图8是表示使用了缝隙式电子收集电极的太阳光能转换装置的图，是垂直于缝隙式电子收集电极方向的剖面图。
图9是表示在电子收集电极上使用了金属纤维示例的斜视图。
图10是表示在电子收集电极上使用了金属网示例的斜视图。
图11是垂直于图10的电子收集电极的金属网方向的剖面图。
图12是表示未使用电子偏转装置的太阳光能转换装置的剖面图。
图13是表示未使用电子偏转装置的太阳光能转换装置的另一实施例的剖面图。
图14是表示本发明的太阳光能转换装置的太阳光通过窗口和其周边的加热板的固定部件等的剖面图。
图15是表示将绝缘物夹置在加热板和电子发射电极之间的结构的侧面图。
图16是表示将凹面镜用作聚光装置的示例的图。
图17是表示采用了场致发射方式的太阳光能转换装置的图，是剖切真空容器来表示内部结构的侧面图。
图18是表示在采用的场致发射方式的太阳光能转换装置中将绝缘物质配置在电子收集电极上的图，是剖切真空容器来表示内部结构的侧面图。
图19是表示采用了场致发射方式的太阳光能转换装置的另一实施例的图，是剖切真空容器来表示内部结构的侧面图。
图20是表示在场致发射方式太阳光能转换装置中使用的电子发射电极和电子收集电极的图，是表示在由微碳管构成的电极内部配置方格状的导电性材料的示例的斜视图。
图21是表示采用了场致发射方式的太阳光能转换装置的另一实施例的图，是垂直于缝隙式电子收集电极方向的剖面图。
图22是表示采用了场致发射方式的太阳光能转换装置的另一实施例的剖面图。
具体实施方式
图1表示作为将从太阳发射的光能转换成电能的装置的太阳光能转换装置100的基本构造。其中，图1是表示基本构造的图，与实用的太阳光能转换装置有小的差异，但用于说明基本的工作情况。
图1所示的太阳光能转换装置100包括真空容器3、真空容器3中设置的凸透镜20、真空容器3内配置的加热板5、与加热板5紧密耦合的电子发射电极6、电子加速电极7、以及连接电子发射电极6和电子加速电极7的电子加速电源30等。电子发射电极6是发射电子的电极，一般是涂敷容易发射热电子的物质并通过使温度上升来发射热电子的电极(将1883年由爱迪生发现了爱迪生效应的与阴极对应的电极称为电子发射电极)。电子加速电极7对电子飞翔的方向施加正电压而配置，用于加速从电子发射电极6发射的热电子，是对电子进行加速的电极。此外，热电子是以真空中电子发射能力高的物质(钨、钽、氧化钡、氧化铱、碳酸锶盐、铱和钪等的化合物、以及微碳管)作为阴极并达到高温，通过对阳极施加的电压从阴极发射的电子。
真空容器3的内部为真空，将电子发射电极6和电子加速电极7对置配置。
作为用于收集太阳光2的聚光装置1(如凸透镜或凹透镜那样将光收集在窄的区域)使用凸透镜20，在其焦点附近配置加热板5后，通过太阳光的照射来使加热板5的温度上升，并使紧密耦合的电子发射电极6的温度上升。这里，由于真空容器3的内部为真空，所以产生的热几乎没有因向外部传导产生的损失。而且，由于太阳的方向随经过时间而变化，所以也可以使用光传感器(未图示)来检测太阳光的方向，使用驱动装置(未图示)来使聚光装置1朝向太阳光的方向。这样的话，可提高将太阳能转换成电能的效率。
在电子发射电极6中浸渍高效率地发射热电子的钡或钪等化合物，通过电子发射电极6的温度上升向真空容器内发射热电子。特别是如果在加热板5和电子发射电极6上涂敷黑色物质，实施黑化处理，那么入射到黑体上的太阳光的能量保留在黑体上，向外部发射的能量最少，几乎所有的能量都被用于加热板5和电子发射电极6的温度上升，使温度上升效率高，更多地发射热电子，提高将光能转换成电能的效率。
这里，如果将作为直流电压发生装置的电子加速电源30的正端子10连接到电子加速电极7，将电子加速电源的负端子11连接到电子发射电极6，那么发射出的热电子通过电子加速电源7施加的正电压而加速，向电子加速电极7飞翔，轰击电子加速电极7。因此，在电子加速电极7上使电子过剩，在图1的构造中不能有效地取出电能。
因此，在本发明中，配置电子收集电极8来作为与电子加速电极7分离并用于收集电子的电极，通过使用电子偏转装置9，将朝向电子加速电极7的电子导向电子收集电极8的方向，从而通过将电子收集在电子收集电极8上来有效地取出电能。图2～图4表示该太阳光能转换装置的构造。
这里，电子收集电极8是收集电子的电极，是阻止发射的热电子的电极。将与爱迪生效应的阳极对应的电极称为电子收集电极(其中，在现有的真空管中，电子加速电极和电子收集电极是相同的，将其称为阳极。但是，在本发明的太阳光能转换装置中，将电子收集电极和电子加速电极分离配置)。该电子收集电极8大多使用不锈钢、钼和钨等化合物来构成，但也可以用其他导电性的金属代替。特别适合采用钼、钛、钨、不锈钢等硬金属。
电子偏转装置9是使真空中飞翔的电子的轨道弯曲的装置，有静电偏转方式和磁场偏转方式。静电偏转方式是在电子的飞翔轨道附近配置施加了正电压的正的静电偏转电极和施加了负电压的负的静电偏转电极，通过作用于具有电子的电荷的库仑力来使电子的轨道弯曲的方式，而磁场偏转方式是在电子的飞翔轨道附近配置磁铁的N极和S极，在磁铁形成的磁场中通过作用于飞翔电子的洛沦兹作用来使电子的轨道弯曲的方式。
图2是使用了静电偏转方式的太阳光能转换装置101，在太阳光能转换装置100中配有电子收集电极8、以及作为电子偏转装置9的静电偏转装置90。静电偏转装置90由静电偏转正电极14的正端子14a、静电偏转负电极15的负端子15a、以及静电偏转电源40等组成。
使用了图2的静电偏转方式的太阳光能转换装置101与图1的太阳光能转换装置100同样，使用凸透镜20作为用于收集太阳光的聚光装置1，如果在其焦点附近配置加热板5，那么通过太阳光的照射使加热板5的温度上升，并使紧密耦合的电子发射电极6的温度上升。通过电子发射电极6的温度上升向真空容器3内发射热电子，发射的热电子由电子加速电极7上施加的电子加速电源30的正电压来加速，向电子加速电极7飞翔。
由于以夹置热电子的飞翔轨道空间来配置静电偏转装置90的静电偏转正电极14、静电偏转负电极15，所以飞翔的热电子通过静电偏转装置90产生的静电沿弯曲的轨道行进。即，从电子发射电极6发射的热电子被电子加速电极7加速，在初期向电子加速电极7的方向行进，但如果热电子在静电偏转正电极14的正端子14a和静电偏转负电极15的负端子15a之间的空间移动，那么飞翔的热电子从静电偏转负电极15的负端子15a受到排斥力，从静电偏转正电极14的正端子14a受到引力，沿图2中实线所示的方向弯曲行进。由于在弯曲的行进方向上配置电子收集电极8，飞翔的热电子最终到达电子收集电极8。
作为以上现象的结果，在电子收集电极8中与中和状态相比，成为电子增加、电子过剩状态，进而成为负电位带电，与电池的负极相同的状态。另一方面，由于电子发射电极6发射电子，所以成为电子不足的状态，进而成为正电位带电，与电池正极相同的状态。在该状态下，电子发射电极6作为正电极，电子收集电极8作为负电极，通过在两电极间连接负载(例如，电容器)，可以取出电，使太阳光能变换成电能。
这里，考察电子加速电极7消耗的电力。为了对电子进行加速，需要在电子加速电极7上施加正的电压，因而需要电子加速电源30。由于电子加速电极7仅用于加速热电子，所以电子不轰击电子加速电极7。即，作为用于加速电子的电源的电子加速电源30仅使洛伦兹的静电力作用于飞翔电子，所以从电子加速电源30供给的电流几乎为零。因此，电子加速电源30消耗的电力几乎为零。
另外，考察静电偏转装置90消耗的电力。为了进行静电偏转，需要在静电偏转正电极14、静电偏转负电极15上施加电压，因而需要静电偏转电源40。由于静电偏转正电极14、静电偏转负电极15用于使电子的飞翔轨道弯曲，所以电子不轰击静电偏转正电极14。即，作为用于使电子的飞翔轨道弯曲的电源的静电偏转电源40仅使洛伦兹的静电力作用于飞翔电子，所以从静电偏转电源40供给的电流几乎为零。因此，静电偏转电源40消耗的电力几乎为零。
于是，由于在电子加速电源30和静电偏转电源40中消耗的电力几乎为零，所以可以说用于发电所需的消耗电力几乎为零，将太阳光能转换为电能的效率高，该太阳光能转换装置101的实用性高。
下面，说明使用磁场偏转方式的太阳光能转换装置102。
图3是使用磁场偏转方式的太阳光能转换装置，表示磁场偏转装置91、电子发射电极6、电子加速电极7、电子收集电极8之间的配置关系。图4是使用磁场偏转方式的太阳光能转换装置，在太阳光能转换装置100中包括电子收集电极8、作为电子偏转装置9的磁场偏转装置91。磁场偏转装置是所谓的磁铁。图4是从远望方向观察图3所示的从磁场偏转装置91的S极17侧至夹置热电子的飞翔轨道的磁场偏转装置91的N极16侧的图。
图4的使用了磁场偏转方法的太阳光能转换装置102与图1的太阳光能转换装置100同样，作为用于收集太阳光的聚光装置1，使用凸透镜20，在其焦点附近配置加热板5后，通过太阳光的照射使加热板5的温度上升，使热耦合的电子发射电极6的温度上升。通过电子发射电极6的温度上升，在真空容器3的内部发射电子，发射的电子由电子加速电极7上施加的正电压来加速，向电子加速电极7飞翔。
由于配置磁场偏转装置91来夹置热电子的飞翔轨道空间，所以飞翔的热电子在磁场产生的弯曲轨道上行进。即，从电子发射电极6发射的热电子由电子加速电极7加速，在初期向电子加速电极7的方向行进，但在通过磁场偏转装置91的N极16和磁场偏转装置91的S极17形成的磁场时，受到洛伦兹力，向依据弗莱明左手法则(Fleming’s rule)的方向使轨道弯曲(电子飞翔轨道弯曲成图4的虚线所示的曲线状)。由于在弯曲的行进方向上配置电子收集电极8，所以飞翔的热电子最终到达电子收集电极8。
作为以上现象的结果，在电子收集电极8中与中和状态相比，成为电子增加、电子过剩状态，进而成为负电位带电，与电池的负极相同的状态。另一方面，由于电子发射电极6发射电子，所以成为电子不足的状态，进而成为正电位带电，与电池正极相同的状态。在该状态下，电子发射电极6作为正电极，电子收集电极8作为负电极，通过在两电极间连接负载(例如，电容器)，可以取出电，使太阳光能变换成电能。
这里，对于电子加速电极7消耗的电力来说，与上述那样几乎为零。而且，磁场偏转装置91是永久磁铁，由于不需要用于进行磁场偏转的电源，所以消耗的电力为零。
于是，由于电子加速电源30消耗的电力几乎为零，磁场偏转装置91消耗的电力为零，所以可以说几乎没有发电损失，将太阳光能转换为电能的效率高，该太阳光能转换装置102的实用性高。
在本发明的太阳光能转换装置中，静电偏转装置90、磁场偏转装置91以外部分的构造是静电偏转方式和磁场偏转方式相同的构造。
下面，讨论电子收集电极8的热电子的收集效率。
这里，图2所示的电子收集电极8的表面是弯曲的凹形状，由于该表面朝向电子发射电极6的方向，而且配置电子再发射防止部件18，所以可以防止轰击电子收集电极8的热电子弹回、进行再发射并向电子加速电极7的方向移动。
但是，在图4所示的电子收集电极8的形状时，存在轰击电子收集电极8的热电子弹回并向电子加速电极7的方向移动的可能性。如果热电子到达电子加速电极7，那么可以从电子收集电极8取出的电流减少，并且如果热电子到达电子加速电极7，还需要从外部电源向电子加速电极7供给电流，消耗电力增多，将太阳光能转换为电能的效率下降。
因此，安装深围图5的电子收集电极8的具有略升形状的电子再发射防止部件18。通过该电子再发射防止部件18，来阻止轰击并弹回电子收集电极8的热电子向电子加速电极7的方向移动并再发射。因此，由于没有从电子收集电极8中可以取出的电流减少的现象，不从外部电源向电子加速电极7供给需要以上的电流，不增加装置本身消耗的电力，所以可提高将太阳光能转换成电能的效率。
图6表示用于防止电子再发射的另一实施例。图6所示的太阳光能转换装置103中的电子收集电极8不形成图2所示的弯曲面，而形成向电子发射电极6侧弯曲的部分。根据这样的结构，与图2所示的结构同样，可以阻止轰击弹回到电子收集电极8的热电子向电子加速电极7方向移动。而且，由于在电子收集电极8和电子加速电极7之间配置绝缘材料制作的电子再发射防止部件18，所以更有效地阻止电子从电子收集电极8向电子加速电极7的移动。因此，由于消耗电力少，可取出的电能也增多，所以可提高将太阳光能转换成电能的效率，实用性高。
下面，说明将电子收集电极8配置在电子发射电极6和电子加速电极7之间的太阳光能转换装置。
图7是表示在电子发射电极6和电子加速电极7之间配置的缝隙式电子收集电极8的图。
图8是将两片所述缝隙式电子收集电极8配置在电子发射电极6和电子加速电极7之间的太阳光能转换装置104。这里，在两片缝隙式电子收集电极8中，将电子发射电极6侧的电子收集电极作为第1缝隙式电子收集电极8，将电子加速电极7侧的电子收集电极作为第2缝隙式电子收集电极8。
该所述两片缝隙式电子收集电极8彼此的缝隙位置重合并对置配置，使电力线可穿过该缝隙间。于是，由于缝隙式电子收集电极8不妨碍电子发射电极6和电子加速电极7之间产生的电力线，所以与至今的太阳光能转换装置同样，热电子从电子发射电极6向电子加速电极7飞翔。
上述两片缝隙式电子收集电极8的缝隙，其宽度或大小是相同的，因而不仅其缝隙位置完全重合，而且在该缝隙的宽度或大小有所不同，即使该缝隙位置不完全重合，但只要按不妨碍电力线来配置就可以。
在飞翔的热电子中，轰击第1缝隙式电子收集电极8的热电子被其吸收。穿过第1缝隙式电子收集电极8的热电子通过作为电子偏转装置9的静电偏转装置90，该飞翔电子轨道向静电偏转装置90的正极侧14弯曲，飞翔的热电子轰击第2缝隙式电子收集电极8，在那里被吸收。
作为以上现象的结果，在电子收集电极8中与中和状态相比，成为电子增加、电子过剩状态，进而成为负电位带电，成为太阳光能转换装置的负电极。另一方面，由于电子发射电极6发射电子，所以成为电子不足的状态，进而成为正电位带电，成为太阳光能转换装置的正电极。在该状态下，以电子发射电极6作为正端子，以电子收集电极8作为负端子，通过在两端子之间连接负载(例如，电容器)，可取出电，使太阳光能转换成电能。
根据这样结构的太阳光能转换装置104，与上述的太阳光能转换装置101相比，由于飞翔热电子的偏转量很少即可，所以静电偏转装置90或静电偏转电源40所需的负载更小。
这里，作为电子偏转装置9，举例说明了静电偏转装置90，但也可以使用磁场偏转装置91来代替静电偏转装置90。
下面，作为防止电子再发射的方法，以下示出使电子收集电极8的形态变形的实施例。
以往，电子收集电极8使用金属板状电极，但在这样的刚体表面上，在飞翔的热电子轰击电极时引起弹回，以往通过形成将电极弯曲成钩状的构造，或安装由绝缘材料制作的电子再发射防止部件18，将再发射电子防止到最小限度。
这里，通过使用将用于电极的金属材料原封不动地形成纤维状的金属纤维50，或重叠网孔状地配置金属线的金属网60的构造的电极，也可以将再发射电子防止到最小限度(图9、图10)。
即，如果将电子收集电极8用金属纤维50或网孔状配置金属线的金属网60来构成，那么从电子发射电极发射的飞翔的热电子轰击电子收集电极8时，在金属纤维或网孔状配置金属线的金属网的周边有空间，飞翔的热电子进入该空间，并且在电极内部轰击电极。因此，即使引起弹回，由于电极内部空间中在各方向上配置构成电极的金属，所以在飞出到外部以前轰击接近的金属，最终被电子收集电极8捕获。在电极内部飞翔的热电子轰击电极金属，赶出二次电子，但在这种情况下，二次电子在向外部飞出以前轰击接近金属，由电子收集电极8收集(图11是垂直于图10所示的电子收集电极8的金属网方向的剖面图，示意表示电极内部的热电子的运动)。
即，一次就侵入到电极内部的飞翔的热电子从电极脱离的概率变低。就是说，真空中飞翔的热电子几乎都被由金属纤维或网孔状配置的金属线的金属网构成的电极捕获。因此，如果使用金属纤维来制作电子收集电极8，那么与用刚体表面的金属来构成相比，可提高捕获飞翔的热电子的概率。如果飞翔的热电子的捕获概率增加，那么可提高将太阳光能转换成电能的效率。
而且，如果使用将这种网孔状或格栅状配置的金属线的金属网重叠构造的电子收集电极8，那么可以形成图12所示的不需要电子偏转装置9的太阳光能转换装置105。
在图12所示的太阳光能转换装置105中，电子收集电极8是捆束金属网的结构，使用从电极表面到里面有间隙和空间。
即，即使将电子加速电极7配置在电子收集电极8的里面和背部，由于穿过电子收集电极8的间隙和空间的电场起作用，所以可获得加速效果。因此，从电子发射电极6发射、加速的热电子不偏转地到达电子收集电极8。
图13是表示不需要电子偏转装置9的太阳光能转换装置的另一实施形态106的图。在图13所示的太阳光能转换装置106中，电子收集电极8有环形状的圆盘形状部8a，在其中心孔中，圆锥形状的绝缘物质70从其圆锥前端朝向电子发射电极6来配置。在圆锥形状的绝缘物质70的表面上有用构成电子收集电极8的一部分的网孔状、格栅状、或螺旋状的金属线形成的线状部8b。在圆锥形状的绝缘物质70的下部配置电子加速电极7。通过电子加速电极7被圆锥形状的绝缘物质70覆盖而不吸收热电子。圆锥形状的绝缘物质70例如是SiO2这样的硬的物质。
通过该电子加速电极7，在圆锥形状的绝缘物质70的电子加速电极7附近的部分收集负电荷，在远的部分收集正电荷。由于正电荷产生的电力线到达电子发射电极6，所以构成电场，使热电子被加速。加速的热电子不但被电子收集电极8b吸收，而且击中弹回在圆锥形状的绝缘物质70中，或保留在圆锥形成的绝缘性物质70附近。弹回的热电子被周边的电子收集电极8的环状的圆盘形状部8a吸收。另一方面，在圆锥形状的绝缘物质70附近保留的热电子在电场的影响下进行移动而在圆锥形状的绝缘物质70的表面上滑动，被电子收集电极8的线状部8b或圆盘形状部8a吸收。
图14是表示在真空容器3中设置太阳光通过窗口4的情况、以及将加热板5和电子发射电极6安装在真空容器3中的状态的图。
在图14的太阳光能转换装置(局部图)中，在真空容器3的一部分区域中设置用透光性的透明物质制造的太阳光通过窗口4。太阳光通过太阳光通过窗口4照射到加热板5上(虚线的箭头表示太阳光)。于是，在设置了太阳光通过窗口4的情况下，因设置凸透镜那样的聚光装置1，使对加热板5进行加热的效率下降，但在需要提高效率的情况下，也可以在真空容器3的外部设置聚光装置1，将该聚光装置聚光的太阳光通过太阳光通过窗口4，照射到加热板5上。
在图14的太阳光能转换装置(局部图)中，使用固定部件19将加热板5和电子发射电极6安装在真空容器3中。固定部件19使用云母或陶瓷等不良导热体的材料来制造。由于固定部件19是不良导热体，所以加热板5被加热、温度上升所获得热量通过固定部件19传导给真空容器3的热量是微量的，所以几乎不损失热量，高效率地进行热电子发射。
图15是加热板5和电子发射电极6的耦合形态的另一实施例。
以往，加热板5和电子发射电极6直接进行热耦合，但这里形成在加热板5和电子发射电极6之间插入绝缘物71的形态。其作用在于，与以往同样，将加热板5加热，使上升的温度通过绝缘物71传送到电子发射电极6。电子发射电极6的温度上升后，容易放出热电子，而且由于绝缘物71的负电荷在电子发射电极6的附近，所以通过相同符号电荷的排斥作用，热电子被发射到真空中。
作为绝缘物71，有使用金刚石构造的物质、微碳管、其他碳化合物等的方法。作为绝缘物71，特别是如果使用金刚石构造的物质，那么金刚石构造的导热率比其他物质好，同时满足绝缘性和导热性，所以可将热良好地传导给电子发射电极6，并且通过良好的绝缘性来隔断其他的电子供给，所以成为电子不足状态。因此，增强作为太阳光能转换装置的正电极的作用，提高太阳光能转换装置的能量转换效率。
这里，由于加热板5和电子发射电极6被绝缘，所以不从电子加速电极30向电子发射电极6供给电子。即，不但消耗电力为最小限度即可，而且电子发射电极6确定电子不足而成为正的状态，在效果上具有与电池的正电极相同的作用(虽未图示，但电子收集电极8具有与电池的负电极相同的作用)。
图16表示作为聚光装置1使用凹面镜21的太阳光能转换装置(局部图)的实施例。在图16中虚线所示的太阳光通过凹面镜21反射聚集在加热板5上，使加热板5的温度上升。如果将加热板5配置在凹面镜21的焦点附近，那么可实现高效率的太阳光能转换装置。
图17表示采用场致发射方式的太阳光能转换装置107。
图17所示的太阳光能转换装置107包括：真空容器3；设置于真空容器3中的太阳光通过窗口4；在真空容器3内对置配置的阴极11a和阳极10a；在阴极11a和阳极10a之间配置的电子发射电极6；在所述电子发射电极6和阳极10a之间配置的电子收集电极8；以及连接着阴极11a和阳极10a的电场发生电源31等。
这里，将直流电压发生装置的电场发生装置31的负端子11连接到阴极11a，将电场发生电源31的正端子连接到阳极10a，如果在阴极11a和阳极10a上施加电压，那么产生图15的虚线所示的电力线那样的电场。这里，采用该场致发射方式的太阳光能转换装置107中使用的电子发射电极6和电子收集电极8是由碳元素构成的物质、例如微碳管，由于该微碳管以碳作为主要成分，所以具有半绝缘性，电场贯通这些电极，从阳极10a到达阴极11a。
如果将该电子发射电极6置于电场中，那么由于微碳管是直径小的细物质，所以通过电荷的前端集中现象，微碳管内的电子因库仑力集中到离正电位最近的区域。这里，在微碳管上施加的电场比电子发射阈值大的情况下，将集中在微碳管的曲率半径小的前端部的一部分电子发射到空间。特别是该微碳管是直径几纳米的非常细的管状物质，即使弱电场也可引起电子的发射。发射到空间的电子被电场加速，向正端子侧即阳极10a飞翔。飞翔电子朝向阳极10a，但不存在轰击电子收集电极8以外的飞翔路径。轰击电子收集电极8的电子有被电子收集电极8吸收的情况，以及从电子收集电极8反射而继续飞翔的情况。但是，飞翔的方向因电场而必然朝向电子收集电极8，最终几乎所有的电子被电子收集电极8吸收。
因此，在电子收集电极8中电子过剩，成为太阳光能转换装置107的负端子。另一方面，电子发射电极6由于发射电子而电子不足，成为太阳光能转换装置107的正电极。在太阳光能转换装置107的负电极和正电极之间电连接作为电负载的电阻等时，被电子收集电极8吸收的、过剩的电子经由负载电阻进行移动，返回到电子不足的电子发射电极6。通过该电子的循环现象，能够利用电能。
这里，在电子从电子发射电极6发射到空间成为飞翔电子时，电子需要具有超过构成属于电子的物质的能隙的能量。即，电子发射电极6对发射的电子必须提供从其物质飞翔到空间的能量。即，如果将电子发射到空间，那么电子发射电极6失去减少提供给电子的能量。例如，通过电子发射电极6失去很少的能量，电子发射电极6的温度就下降。因此，如果不补偿该失去的能量，那么不能将电子持续地发射到空间。通过用太阳光的能量来补偿该失去的能量，从而形成从电子发射电极6持续发射电子的结构，可进行持续发电的装置是采用了场致发射方式的太阳光能转换装置107。
图18是采用场致发射方式的另一太阳光能转换装置108。在图18所示的太阳光能转换装置108中，在电子收集电极8的阳极10a侧配置绝缘物质70，通过该绝缘物质70，可以阻止通过电子收集电极8、并且向阳极10a移动的电子。即，如果通过电子收集电极8的电子数目增加，那么由于该通过的电子成为能量的损失部分，所以使能量的转换效率下降。但是，通过配置绝缘物质70，由于通过电子收集电极8的电子轰击绝缘物质70，可以到达阳极10a，所以最终飞翔电子几乎都被电子收集电极8吸收。于是，通过配置绝缘物质70，可提高总的能量转换效率。
图19是采用场致发射方式的另一太阳光能转换装置109，为了将太阳光能更高效率地供给电子发射电极6，配有凸透镜20。
图20表示在使用了微碳管51的电极的内部配置了导电性的格栅61的电极80。
由于碳材料对于指定方向的导电率不好，所以从太阳光能转换装置提取过多的电流时，电阻提高，发热量增大。因此，为了高效率地提取电，在电极80(电子发射电极6和电子收集电极8)的内部配置导电性的格栅61。这里，由于导电性物质为格栅形状，所以不妨碍电场。
图21是在采用了场致发射方式的太阳光能转换装置中包括电子偏转装置9的静电偏转装置90的太阳光能转换装置110。
电子收集电极8和静电偏转装置90的结构与图8的太阳光能转换装置104相同，在从电子发射电极6向阳极侧飞翔的电子中，轰击第1缝隙式电子收集电极8的电子被其吸收。穿过第1缝隙式电子收集电极8的电子通过作为电子偏转装置9的静电偏转装置90，其飞翔电子轨道向正极侧弯曲，飞翔的电子轰击第2缝隙式电子收集电极8，在那里被吸收。
因此，在电子收集电极8中电子过剩，成为太阳光能转换装置110的负电极。另一方面，电子发射电极6由于发射电子而电子不足，成为太阳光能转换装置110的正电极。在太阳光能转换装置110的负电极和正电极之间电连接电气负载的电阻时，被电子收集电极8吸收的、过剩的电子经由负载电阻进行移动，返回到电子不足的电子发射电极6。通过该电子的循环现象，能够利用电能。
图22是在采用了场致发射方式的太阳光能转换装置中包括电子偏转装置9的静电偏转装置90的太阳光能转换装置111。
在这样构成的太阳光能转换装置的电子发射电极6中采用吸收电磁波能量来发射电子的微碳管这样的物质。
即，通过太阳光等的电磁波照射，电子发射电极6发射电子，发射的电子通过阴极-阳极间的电场作用向阳极飞翔。该飞翔电子轨道通过静电偏转装置90向正极侧弯曲，飞翔电子轰击电子收集电极8，在那里被吸收。
因此，在电子收集电极8中电子过剩，成为太阳光能转换装置110的负电极。另一方面，电子发射电极6由于发射电子而电子不足，成为太阳光能转换装置110的正电极。在太阳光能转换装置110的负电极和正电极之间电连接电气负载的电阻时，被电子收集电极8吸收的、过剩的电子经由负载电阻进行移动，返回到电子不足的电子发射电极6。通过该电子的循环现象，能够利用电能。
在图22的太阳光能转换装置111的结构中，从阳极10a侧进行太阳光的照射，但也可以将太阳光通过窗口4配置在阴极11a侧，从阴极11a侧进行太阳光的照射。
在图21、图22中，作为电子偏转装置9，举例说明了静电偏转装置90，但也可以是使用磁场偏转装置91来代替静电偏转装置90的结构。
产业上的利用可能性
本发明的太阳光能转换装置可以将太阳光的宽范围内的光谱所对应的光能转换成电能，所以转换效率高。
而且，由于不使用特殊的材料(取得困难的物质或制造成本高的物质)，构造简单，所以其制造成本低，具有普及性。
本发明的太阳光能转换装置中使用的真空容器用玻璃或不锈钢板来制造，由于几乎没有劣化部，所以具有耐久性，使用年数长。此外，由于这些使用材质不成为破坏环境的主要因素，所以即使大量地用于太阳光能转换装置，在环境上也没有问题。
在本发明的太阳光能转换装置中，由于在玻璃的容器内配置电极，所以其劣化几乎没有，维护费用也很少，可以长期使用。
而且，由于本发明的太阳光能转换装置可以进行轻量化、小型化，所以在任何场所都能设置。
根据以上效果，可以说本发明的太阳光能转换装置的实用性非常高。