光電変換装置用部品および光電変換装置

【課題】光電変換装置において、放熱性を向上させることにより、光電変換効率を向上させること。
【解決手段】光電変換装置は、光電変換装置用部品と、光電変換装置用部品に搭載された光電変換素子４とを含んでいる。光電変換装置用部品は、光電変換素子４が搭載される搭載部を有する基体１を含んでいる。基体１は、側面または下面の第１の部位から第２の部位に開口する空洞部１２を有している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置用部品および光電変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電変換素子を有する光電変換装置の開発が進められている。例示的な光電変換装置は、太陽電池装置である。特に、発電効率の向上を目的として、集光型の太陽電池装置の開発が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７８５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光電変換装置は、使用環境によっては温度上昇を伴う場合があり、光電変換素子における光電変換効率が低下する可能性がある。従って、光電変換装置は、放熱性に関して改善される必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの態様によれば、光電変換装置用部品は、光電変換素子が搭載される搭載部を有する基体を含んでいる。基体は、側面または下面の第１の部位から第２の部位に開口する空洞部を有している。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、光電変換装置は、上記光電変換装置用部品と、光電変換装置用部品の基体に搭載された光電変換素子とを備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一つの態様によれば、光電変換装置用部品は、側面または下面の第１の部位から第２の部位に開口する空洞部を有する基体を含んでいることにより、放熱性に関して向上されている。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、光電変換装置は、上記光電変換装置用部品を含んでいることにより、放熱性に関して向上されている。従って、光電変換装置は、光電変換効率に関して向上されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態における光電変換装置を示す透視斜視図である。
【図２】図１に示された基体１の平面図を示している。
【図３】図１に示された光電変換装置における放熱経路を示す模式図である。
【図４】図１に示された光電変換装置における端子構造の例を示している。
【図５】図１に示された光電変換装置における外部装置への取り付け構造の例を示している。
【図６】図５に示された外部装置への取り付け構造における放熱経路を示す模式図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の光電変換装置における基体１などを示している。
【図８】図７に示された光電変換装置における放熱経路を示す模式図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の光電変換装置における基体１などを示している。
【図１０】本発明の第４の実施形態の光電変換装置における基体１などを示している。
【図１１】図１０に示された基体１などの縦断面図を示している。
【図１２】図１１に示された光電変換装置における放熱経路を示す模式図である。
【図１３】図１１に示された光電変換装置における端子構造の例を示している。
【図１４】本発明の第５の実施形態の光電変換装置における基体１などを示している。
【図１５】図１４に示された基体１の縦断面図を示している。
【図１６】図１４に示された光電変換装置における放熱経路を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１および図２に示されているように、本発明の第１の実施形態における光電変換装置は、基体１と、基体１に接合された複数の導電路２と、基体１の上に設けられたサブマウント基板３と、サブマウント基板３に実装された光電変換素子４と、基体１の上に設けられたカバー部材５と、光電変換素子４の上方に設けられた集光部材６とを含んでいる。基体１と、複数の導電路２とによって、光電変換装置用部品が構成されている。光電変換装置は、例えば、集光型太陽電池である。図１において、光電変換装置は、仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面に実装されている。図１において、上方向とは、仮想のｚ軸の正方向のことをいう。
【００１２】
基体１は、例えば、銅（Ｃｕ）、銅−タングステン（Ｃｕ−Ｗ）合金、鉄（Ｆｅ）、鉄−ニッケル−コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）合金などの金属材料を含んでいる。基体１は、光電変換素子が搭載される搭載部１１と、空洞部１２と、複数の貫通孔１３とを有している。
【００１３】
本実施形態において、搭載部１１とは、サブマウント基板３が設けられる領域のことをいい、図２において破線によって示されている。
【００１４】
空洞部１２は、基体１の仮想ｙ軸方向に形成されており、基体１の側面の第１の部位１１１、基体１の下面の部位、および第１の部位１１１に対向する側面の第２の部位１１２にわたり連続的に開口している。空洞部１２は、搭載部１１の直下に位置している。図１および図２において、空洞部１２は、基体１を透視した状態で点線によって示されている。なお、空洞部１２は、側面の部位と下面の部位の２箇所のみが開口していても良い。
【００１５】
複数の貫通孔１３は、基体１の上面から空洞部１２にかけて形成されている。図１において、複数の貫通孔１３は、上下方向に形成されている。
【００１６】
複数の導電路２は、基体１の上面から基体１の内部にかけて設けられており、一部が空洞部１２と接している。複数の導電路２は、複数の貫通孔１３内に設けられているとともに、絶縁部材によって基体１に固定されたリードピンである。絶縁部材は、例えばガラス接合部材である。複数の導電路２は、例えば、鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金または鉄−ニッケル−コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）合金からなる。
【００１７】
サブマウント基板３は、例えば、ロウ材によって、基体１の上面に接合されている。サブマウント基板３は、導体パターンを有している。導体パターンは、ボンディングワイヤによって導電路２に電気的に接続されている。サブマウント基板３は、例えば、セラミックスからなる。セラミックスは、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である。
【００１８】
光電変換素子４は、サブマウント基板３の導体パターンに電気的に接続されている。光電変換素子４は、例えば、III−Ｖ族化合物半導体を含んでいる太陽電池素子である。例示的な太陽電池素子は、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ３接合型セルの構造を有している。インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）トップセルは、６６０ｎｍ以下の波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ミドルセルは、６６０ｎｍから８９０ｎｍまでの波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。ゲルマニウム（Ｇｅ）ボトムセルは、８９０ｎｍから２０００ｎｍまでの波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。３つのセルは、トンネル接合を介して直列に接続されている。開放電圧は、３つのセルの起電圧の和である。
【００１９】
カバー部材５は、光電変換素子４を囲むように、基体１上に設けられている。カバー部材５は、例えば、鉄（Ｆｅ）、鉄−ニッケル−コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）合金などの金属材料を含んでいる。カバー部材５は、基体１に接合されている。接合方法の例は、例えば銀ロウなどのロウ材を用いた接合である。接合方法の他の例は、例えば抵抗溶接などの溶接である。基体１とカバー部材５との接合は、集光型光電変換装置が気密性を保持するように行われる。
【００２０】
集光部材６は、カバー部材５に接合されているとともに、光電変換素子４の直上に設けられている。集光部材６は、例えば、プリズムレンズなどの透光性部材である。透光性とは、例えば、光電変換装置が太陽電池装置の場合、太陽光の少なくとも一部の波長が透過できることをいう。プリズムレンズは、上端から下端に向かうに従って断面積が小さくなる角錐状を成している。光は、プリズムレンズの内部と外部との界面において繰り返し全反射される。プリズムレンズは、光の全反射によって断面積内の光エネルギーの強度分布を均等化するという機能を有している。
【００２１】
図３を参照して、本実施形態の光電変換装置における放熱経路について説明する。図３において、サブマウント基板３、光電変換素子４、カバー部材５および集光部材６は省略されている。
【００２２】
本実施形態における光電変換装置は、空洞部１２を有する基体１を含んでいることにより、例えば光電変換素子４によって発生された熱は、空洞部１２において媒体によって外部へ伝導される。図３において、空洞部１２における媒体による熱伝導が、ブロック矢印によって示されている。熱は、空洞部１２において、仮想のｙ軸方向へ伝導される。媒体は、例えば、冷媒ガスまたは冷媒液などの冷媒流体である。冷媒ガスは、例えば、空気などを含む。冷媒液は、例えば、水などを含む。基体１は、空洞部１２を有していることにより、放熱性に関して向上されている。従って、光電変換装置は、光電変換効率に関して向上されている。
【００２３】
本実施形態における光電変換装置は、基体１の上面から空洞部１２にかけて設けられた複数の導電路２を含んでいることにより、例えば光電変換素子４によって発生された熱は、複数の導電路２によって空洞部１２へ伝導される。図３において、複数の導電路２による熱伝導が、ブロック矢印によって示されている。熱は、複数の導電路２において、仮想のｚ軸の負方向へ伝導される。光電変換素子４は、導電路２が基体１の上面から空洞部１２にかけて設けられていることにより、放熱性に関して向上されている。従って、光電変換装置は、光電変換効率に関して向上されている。
【００２４】
本実施形態における光電変換装置は、空洞部１２を搭載部１１の直下に有していることにより、例えば光電変換素子４によって発生された熱を空洞部１２へ伝導しやすくなっている。従って、本実施形態における光電変換装置は、光電変換効率に関して向上されている。
【００２５】
本実施形態の光電変換装置において、導電路２がリードピンであることにより、本実施形態における光電変換装置は、生産性に関して改善されている。
【００２６】
図４を参照して、本実施形態の光電変換装置における端子構造の例について説明する。端子構造は、例えば、複数の導電路２に電気的に接続された複数のフレキシブル配線基板７を有する構造である。複数のフレキシブル配線基板７の各々は、フレキシブル基体７０と、フレキシブル基体７０の下面に設けられており、導電路２に電気的に接続された導体パターン７１とを有している。図４において、導体パターン７１は、フレキシブル基体７０を透視した状態で破線によって示されている。
【００２７】
図５を参照して、本実施形態の光電変換装置における外部装置への取り付け構造の例について説明する。例えば、光電変換装置には、放熱フィン８が取り付けられている。取り付けには、例えば銀ロウなどのロウ材が用いられる。
【００２８】
図６を参照して、本実施形態の光電変換装置が放熱フィン８に接合された構造における放熱経路について説明する。光電変換装置は、放熱フィン８に接合されていることにより、空洞部１２と放熱フィン８から外部への放熱経路を有する。光電変換素子４によって発生された熱は、空洞部１２と放熱フィン８によって外部に放熱される。
【００２９】
図７を参照して、本発明の第２の実施形態における光電変換装置について説明する。図７において、カバー部材５および集光部材６は省略されている。本実施形態における光電変換装置において第１の実施形態における光電変換装置と異なる点は、基体１の構造である。その他の構成は、第１の実施形態における光電変換装置の構成と同様である。
【００３０】
基体１は、空洞部１２および複数の貫通孔１３を有している。空洞部１２は、基体１の側面の第１の部位１１１と第２の部位１１２の２箇所に開口しているとともに、仮想のｙ軸方向に形成されている。空洞部１２は、搭載部１１の直下に位置している。図７において、空洞部１２は、基体１を透視した状態で点線によって示されている。空洞部１２は、基体１の下面より高い位置に設けられている。
【００３１】
複数の貫通孔１３は、基体１の上面から空洞部１２にかけて形成されている。図７において、複数の貫通孔１３は、上下方向に形成されている。複数の導電路２は、複数の貫通孔１３内に設けられているとともに、絶縁部材によって基体１に固定されたリードピンである。
【００３２】
図８を参照して、本実施形態の光電変換装置における放熱経路について説明する。図８において、サブマウント基板３、光電変換素子４、カバー部材５および集光部材６は省略されている。
【００３３】
本実施形態における光電変換装置は、空洞部１２を有する基体１を含んでいることにより、例えば光電変換素子４によって発生された熱は、空洞部１２において媒体によって外部へ伝導される。図８において、空洞部１２における媒体による熱伝導が、ブロック矢印によって示されている。熱は、空洞部１２において、仮想のｙ軸方向へ伝導される。
【００３４】
本実施形態における光電変換装置は、基体１の上面から空洞部１２にかけて設けられた複数の導電路２を含んでいることにより、例えば光電変換素子４によって発生された熱は、複数の導電路２によって空洞部１２へ伝導される。図８において、複数の導電路２による熱伝導が、ブロック矢印によって示されている。熱は、複数の導電路２において、仮想のｚ軸の負方向へ伝導される。
【００３５】
本実施形態の光電変換装置において、空洞部１２は、基体１の下面より高い位置に設けられていることにより、本実施形態の光電変換装置は、空洞部１２における放熱に関して基体１の下方の使用環境による影響が低減されている。
【００３６】
図９を参照して、本発明の第３の実施形態における光電変換装置について説明する。図９において、カバー部材５および集光部材６は省略されている。本実施形態における光電変換装置において第１の実施形態における光電変換装置と異なる点は、基体１、複数の導電路２および光電変換素子４の実装構造である。その他の構成は、第１の実施形態における光電変換装置の構成と同様である。
【００３７】
基体１は、例えば、セラミックスからなる。基体１は、空洞部１２を有している。空洞部１２は、基体１の側面の第１の部位１１１と第２の部位１１２の２箇所に開口しているとともに、仮想のｙ軸方向に形成されている。空洞部１２は、基体１の下面に設けられているとともに、搭載部１１の直下に位置している。図９において、空洞部１２は、基体１を透視した状態で点線によって示されている。
【００３８】
複数の導電路２は、基体１の上面から基体１の内部にかけて設けられており、一部が空洞部１２に接している。複数の導電路２は、複数のビア導体であり、焼成によってセラミックスからなる基体１とともに一体的に形成されている。複数の導電路２は、例えば、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）からなる。
【００３９】
光電変換素子４は、基体１に接合されているとともに、複数の導電路２に電気的に接続されている。
【００４０】
本実施形態における光電変換装置は、空洞部１２を有する基体１を含んでいることにより、例えば光電変換素子４によって発生された熱は、空洞部１２において媒体によって外部へ伝導される。
【００４１】
本実施形態における光電変換装置は、基体１の上面から空洞部１２にかけて設けられた複数の導電路２を含んでいることにより、例えば光電変換素子４によって発生された熱は、複数の導電路２によって空洞部１２へ伝導される。
【００４２】
本実施形態における光電変換装置において、複数の導電路２は、焼成によってセラミックスからなる基体１とともに一体的に形成された複数のビア導体であることにより、本実施形態における光電変換装置は、基体１および導電路２における気密性に関して改善されている。従って、本実施形態の光電変換装置は、光電変換効率に関して向上されている。
【００４３】
図１０および図１１を参照して、本発明の第４の実施形態における光電変換装置について説明する。本実施形態における光電変換装置において第１の実施形態における光電変換装置と異なる点は、基体１、導電路２および光電変換素子４の実装構造である。その他の構成は、第１の実施形態における光電変換装置の構成と同様である。
【００４４】
基体１は、例えば、銅（Ｃｕ）、銅−タングステン（Ｃｕ−Ｗ）合金、鉄（Ｆｅ）、鉄−ニッケル−コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）合金などの金属材料からなる。基体１は、空洞部１２と、貫通孔１３とを有している。貫通孔１３は、基体１の上面から空洞部１２にかけて形成されている。図１０において、貫通孔１３は、上下方向に形成されている。
【００４５】
導電路２は、基体１の上面から基体１の内部にかけて設けられており、一部が空洞部１２に接している。導電路２は、貫通孔１３内に設けられているとともに、絶縁部材によって基体１に固定されたリードピンである。
【００４６】
光電変換素子４は、基体１に接合されているとともに、金属材料からなる基体１に電気的に接続されている。光電変換素子４は、導電路２に電気的に接続されている。
【００４７】
図１２を参照して、本実施形態の光電変換装置における放熱経路について説明する。
【００４８】
本実施形態における光電変換装置は、空洞部１２を有する基体１を含んでいることにより、例えば光電変換素子４によって発生された熱は、空洞部１２において媒体によって外部へ伝導される。図１２において、空洞部１２における媒体による熱伝導が、ブロック矢印によって示されている。熱は、空洞部１２において、仮想のｙ軸方向へ伝導される。
【００４９】
本実施形態における光電変換装置は、基体１の上面から空洞部１２にかけて設けられた導電路２を含んでいることにより、例えば光電変換素子４によって発生された熱は、導電路２によって空洞部１２へ伝導される。図１２において、導電路２による熱伝導が、ブロック矢印によって示されている。熱は、導電路２において、仮想のｚ軸の負方向へ伝導される。
【００５０】
本実施形態の光電変換装置において、光電変換素子４が基体１に接合されていることにより、本実施形態における光電変換装置は、光電変換素子４から空洞部１２への熱伝導に関して向上されている。光電変換素子４によって発生された熱は、基体１によって空洞部１２へ伝導される。
【００５１】
図１３を参照して、本実施形態の光電変換装置における端子構造の例について説明する。端子構造は、例えば、基体１に電気的に接続されたフレキシブル配線基板７aと、導電路２に電気的に接続されたフレキシブル配線基板７bを有する構造である。フレキシブル配線基板７aは、基体１の任意の場所と電気的に接続することができるため、基体１の任意の場所に取り付けることができる。従って、本実施形態の光電変換装置は、端子構造の設計の自由度が高い。
【００５２】
図１４および図１５を参照して、本発明の第５の実施形態における光電変換装置について説明する。図１４および図１５において、カバー部材５および集光部材６は省略されている。本実施形態における光電変換装置において第１の実施形態における光電変換装置と異なる点は、基体１の構造である。その他の構成は、第１の実施形態における光電変換装置の構成と同様である。
【００５３】
基体１は、空洞部１２および複数の貫通孔１３を有している。空洞部１２は、基体１の下面の第１の部位１１１と第２の部位１１２の２箇所に開口しているとともに、搭載部１１の直下に位置している。図１４において、空洞部１２は、基体１を透視した状態で点線によって示されている。空洞部１２は、開口部以外が、基体１の下面より高い位置に設けられている。
【００５４】
複数の貫通孔１３は基体１の上面から空洞部１２にかけて形成されている。図１４において、複数の貫通孔１３は、上下方向に形成されている。複数の導電路２は、複数の貫通孔１３内に設けられているとともに、絶縁部材によって基体１に固定されたリードピンである。
【００５５】
図１６を参照して、本実施形態の光電変換装置における放熱経路について説明する。図１６において、サブマウント基板３、光電変換素子４、カバー部材５および集光部材６は省略されている。
【００５６】
本実施形態における光電変換装置は、空洞部１２を有する基体１を含んでいることにより、例えば光電変換素子４によって発生された熱は、空洞部１２において媒体によって外部へ伝導される。図１６において、空洞部１２における媒体による熱伝導が、ブロック矢印によって示されている。熱は、空洞部１２において、仮想のｙ軸方向と仮想のｚ軸の負方向へ伝導される。
【００５７】
本実施形態における光電変換装置は、基体１の上面から空洞部１２にかけて設けられた複数の導電路２を含んでいることにより、例えば光電変換素子４によって発生された熱は、複数の導電路２によって空洞部１２へ伝導される。図１６において、複数の導電路２による熱伝導が、ブロック矢印によって示されている。熱は、複数の導電路２において、仮想のｚ軸の負方向へ伝導される。
【００５８】
本実施形態の光電変換装置において、空洞部１２が、基体１の下面の第１の部位１１１と第２の部位１１２の２箇所に開口していることにより、光電変換装置から外部への放熱が下方向に集中する。従って、本実施形態の光電変換装置は、下方向への熱の拡散に関して向上されている。例えば、光電変換装置を平面状に複数並べて実装した際に、光電変換装置は、配列方向への熱の影響を抑えることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１基体
１２空洞部
１３貫通孔
２導電路
３サブマウント基板
４光電変換素子
５カバー部材
６集光部材

【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子が搭載される搭載部を有する基体を備え、
前記基体は、側面および下面の少なくとも２箇所の部位に開口する空洞部を有していることを特徴とする光電変換装置用部品。
【請求項２】
前記空洞部が、前記基体の側面から下面若しくは前記基体の側面から他の側面にわたり、連続的に開口していることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置用部品。
【請求項３】
前記空洞部の少なくとも一部が、前記搭載部の直下に位置していることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置用部品。
【請求項４】
少なくとも一部が前記基体の内部に設けられ、一部が前記空洞部と接する導電路をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置用部品。
【請求項５】
前記基体が、金属材料からなるとともに、前記上面から前記空洞部にかけて形成された貫通孔を有しており、
前記導電路が、絶縁部材とともに前記貫通孔内に配置されているリードピンであり、
前記リードピンが前記絶縁部材によって前記基体に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置用部品。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載された光電変換装置用部品と、
前記光電変換装置用部品の前記基体に搭載された光電変換素子と、
を備えた光電変換装置。
【請求項７】
請求項５に記載された光電変換装置用部品と、
前記光電変換装置用部品の前記基体に実装されているとともに、前記基体および前記リードピンに電気的に接続された光電変換素子と、
を備えた光電変換装置。

【図１】