集光型太陽電池、集光型太陽電池モジュールおよびその製造方法
【課題】集光型太陽電池において、太陽電池セルの封止材に樹脂を用いると、熱により、変色、変形、過熱などの影響を受け、太陽電池の発電量低下などの問題があった。また、導光部材にごみや埃がついて集光効率低下を招くことがあった。
【解決手段】本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の集光型太陽電池は、基板上に搭載された太陽電池セルと、下端面が前記太陽電池セルに対向するように前記太陽電池セルの上部に配置され、集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導くための導光部材とを備えた集光型太陽電池であって、前記基板に立設された支持材によって前記導光部材の上部が架設され、前記支持材、前記基板、及び前記導光部材によって密閉されていることを特徴とする。
【解決手段】本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の集光型太陽電池は、基板上に搭載された太陽電池セルと、下端面が前記太陽電池セルに対向するように前記太陽電池セルの上部に配置され、集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導くための導光部材とを備えた集光型太陽電池であって、前記基板に立設された支持材によって前記導光部材の上部が架設され、前記支持材、前記基板、及び前記導光部材によって密閉されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光された高エネルギーの太陽光が、太陽電池セルに照射される形式の集光型太陽電池モジュール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の意識が高まりつつあり、クリーンなエネルギーの開発が望まれている。特に太陽光発電はその重要性を一段と増しており、太陽光発電システムは、更なる普及のために低コスト化が望まれている。
【０００３】
集光型太陽光発電システムは、太陽光を集光することによって太陽電池の出力電圧の向上を図る方式であり、光学レンズや反射鏡などを用いて集光した太陽光を、小面積の太陽電池素子に照射することで、太陽電池素子の単位面積当たりの発電電力を大きくし、太陽光発電システムにおいて最も高価な構成物である太陽電池セルの使用量を減らし、システム全体のコストを低減するシステムとして有望である。
【０００４】
集光型太陽電池システムにおいては、一次光学レンズにより集光した光は、その中心部分の強度が強く、周辺部の強度が低くなるなどの不均一なものであり、一次光学レンズにおいて集光された光をそのまま太陽電池セルに照射させると、発電効率が低下する。そこで、特許文献１に示すような、柱状導光部材からなる二次光学レンズを用いて、一次光学レンズにおいて集光した光を、二次光学レンズの側面で全反射を繰り返しつつ進行させることによって混合し、光の強度やスペクトルの分布を均質化する方式が提案されている。
【０００５】
図１６に、特許文献１に示された、集光型太陽電池システムの構成図を示す。集光型太陽電池システムは、太陽光を集光するための一次光学レンズ４２と、太陽電池セル８０と、下端面がその太陽電池セル８０に対向するように、太陽電池セル８０の真上位置に立設され、一次光学レンズ４２により集光された太陽光をその太陽電池セル８０へ導くための柱状の二次光学レンズ７０と、その二次光学レンズ７０およびその下端面に対向する太陽電池セル８０を覆う封止樹脂７３とを備えている。二次光学レンズは、耐久性、光学的特性などを考慮して、角錐台形状、四角柱形状等の多面体からなるガラス部材によって構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１８７９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記構成によれば、一次光学レンズで集光された太陽光を二次光学レンズで効率よく太陽電池セルに導くことができる。また、太陽電池セルの受光面全体をシリコン樹脂などの光学特性のよい樹脂の封止材で被覆しているので、太陽電池セルの損傷を防止し、水分、塩分あるいは酸類が太陽電池セルに付着して、太陽電池セルの特性が劣化するのを防止することができる。
【０００８】
しかし、太陽電池セルの受光面に用いる封止材として樹脂を用いると、一般に樹脂は熱に弱く変形する可能性があり、さらに樹脂は劣化が早く、太陽光の照射によって樹脂が変色した場合、集光効率が低下し、太陽電池セルの発電量が低下する恐れがあった。
【０００９】
また、太陽光を集光する二次光学レンズは、側面による全反射を利用して光を導光しているが、表面にごみや埃が付着すると、その部分で光が乱反射してしまい、光の一部が外部に漏れ出てしまうという問題がある。この漏れ出た光に相当するエネルギーは、発電損失ということになる。さらに、ガラスは脆性材料であるため、外部からの衝撃により、破損しやすいという問題もあった。
【００１０】
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は集光型太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セルの受光面を樹脂で封止することなく、太陽電池セルの損傷や特性劣化を防止するとともに、二次光学レンズにごみや埃が付着するのを防ぎ、傷や破損から守る集光型太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る集光型太陽電池は、基板上に搭載された太陽電池セルと、下端面が前記太陽電池セルに対向するように前記太陽電池セルの上部に配置され、集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導くための導光部材とを備えた集光型太陽電池であって、前記基板に立設された支持材によって前記導光部材の上部が架設され、前記支持材、前記基板、および前記導光部材によって密閉されていることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明に係る集光型太陽電池は、前記支持材は、コバール、セラミック、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、ステンレスのいずれかを用いて構成されることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明に係る集光型太陽電池は、前記導光部材は、石英ガラス、バイコールガラス、高アルミナガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラスのいずれかを用いて構成されることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明に係る集光型太陽電池は、前記太陽電池セルで発電された電流を取り出す端子を備え、前記端子は、前記太陽電池セルで発電された電流を前記基板に設けたスルーホールを通して下面に導く構造を成すことを特徴としている。
【００１５】
また、本発明に係る集光型太陽電池モジュールは、前記集光型太陽電池がプレート上に複数配置されている集光型太陽電池モジュールであって、前記プレートには前記集光型太陽電池と接続される接続部と、前記太陽電池セル間を接続する配線とが形成されていることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明に係る集光型太陽電池システムは、前記集光型太陽電池モジュールと、太陽光を集光する一次光学系を備えたことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明に係る集光型太陽電池の製造方法は、基板上に搭載された太陽電池セルと、集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導く導光部材を備えた集光型太陽電池の製造方法であって、支持材によって前記導光部材の上部を架設し、前記支持材を前記太陽電池セルが搭載された基板に立設し、前記集光型太陽電池を密閉することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明に係る集光型太陽電池モジュールの製造方法は、基板上に搭載された太陽電池セルと、集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導く導光部材を備えた集光型太陽電池をプレート上に複数配置した太陽電池モジュールの製造方法であって、支持材によって前記導光部材の上部を架設し、前記支持材を前記太陽電池セルが搭載された基板に立設し、前記集光型太陽電池を密閉する工程と、前記集光型太陽電池と接続される接続部と、前記太陽電池セル間を接続する配線とが形成された前記プレートの前記接続部に前記集光型太陽電池を接続する工程を含むことを特徴としている。
【００１９】
また、本発明に係る集光型太陽電池モジュールの製造方法は、基板上に搭載された太陽電池セルと、集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導く導光部材を備えた集光型太陽電池をプレート上に複数配置した太陽電池モジュールの製造方法であって、支持材によって前記導光部材の上部を架設し、前記支持材を前記太陽電池セルが搭載された基板に立設し、前記集光型太陽電池を密閉する工程と、前記集光型太陽電池と接続される接続部と、前記太陽電池セル間を接続する配線とが形成された前記プレートの前記接続部に前記集光型太陽電池を接続する工程と、前記プレートと前記集光型太陽電池間に樹脂を充填する工程とを含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る集光型太陽電池によれば、基板に立設された支持材によって導光部材が架設され、支持材と基板と導光部材によって集光型太陽電池が密閉されているので、太陽電池セルの受光面を封止用樹脂で被覆しなくても、太陽電池セルの表面に水分、塩分あるいは酸類が大気中から付着して、太陽電池セルの特性が劣化するのを防ぐことができる。さらに、太陽電池セルの受光面を封止するための樹脂を用いないため、従来樹脂を用いたことにより発生した、変形、変色、過熱などの問題が発生しない。
【００２１】
また、導光部材にごみや埃などが付着し、集光効率に影響を与えたり、導光部材が外部の衝撃により傷ついたり、破損したりするのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】集光型太陽電池システムの概略図である。
【図２】集光型太陽電池の断面図である。
【図３】集光型太陽電池の断面図である。
【図４】基板の平面図である。
【図５】集光型太陽電池の斜視図である。
【図６】導光部材の斜視図である。
【図７】導光部材を支持材に取り付けた例である。
【図８】導光部材を支持材に取り付けた例である。
【図９】導光部材の斜視図である。
【図１０】導光部材の斜視図である。
【図１１】導光部材を支持材に取り付けた例である。
【図１２】プレートの平面図である。
【図１３】プレートのＡ−Ａ線断面図である。
【図１４】集光型太陽電池をプレートに取り付けた断面図である。
【図１５】樹脂を充填した断面図である。
【図１６】従来の集光型太陽電池システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２４】
（集光型太陽電池の構成）
図１は、集光型太陽電池システム１の概略図の一例である。集光型太陽電池システム１は、太陽光を集光するための一次光学レンズ３０と、一次光学レンズ３０により集光された太陽光を太陽電池セル１１へ導くための導光部材１４および太陽電池セル１１からなる集光型太陽電池１０と、配線があらかじめ施されたプレート２０より構成される。集光型太陽電池１０は、プレート２０に複数配置され、太陽電池セル１１間は電気的に接続された太陽電池モジュールを構成する。このような太陽電池モジュールが複数配置されることにより、太陽電池アレイを構成している。
【００２５】
図２は、集光型太陽電池１０の断面図である。集光型太陽電池１０は、導光部材１４で集光して照射された太陽光を光電変換して発電する太陽電池セル１１と、太陽電池セル１１を載置した基板１２とを備える。支持材１３によって基板１２の周囲が囲まれている。支持材１３の上方は内側に向かって断面逆Ｌ字型に形成され、支持材１３の先端に導光部材１４が太陽電池セル１１に対向するように位置決めされ、太陽電池セル１１の上部に取り付けられる。
【００２６】
太陽電池セル１１は、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＩｎＧａＰ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＮ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ、ＣｕＩｎＧａＳｅ、ＣｄＴｅのいずれかひとつ、もしくはこれらを組み合わせた半導体を用いて公知の半導体プロセスによりＰＮ接合、電極などを形成してウエハーから１〜１０ｍｍ角程度のチップに加工したものである。
【００２７】
太陽電池セル１１は、チップの裏面側（プレート２０側）の基板電極（図示せず）及びチップの表面側の表面電極１５を備える。太陽電池セル１１で発生した電流は基板電極と表面電極１５からワイヤ１７にて取り出される。電極の材料としてはたとえば銀、チタンなどが用いられる。
【００２８】
基板１２の外縁部の上に支持材１３が配置されている。基板１２には、端子１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、および放熱板１８があらかじめ形成されている。端子１６ａは端子１６ｃと、端子１６ｂは端子１６ｄと基板１２に形成されたスルーホールを通じて接続されていて、太陽電池セル１１で発生した電流は端子１６ａ、１６ｂを通じて基板１２の裏面の端子１６ｃ、１６ｄにそれぞれ流れる構成になっている。
【００２９】
端子１６ｃ、１６ｄを基板１２の裏面に配することにより、集光型太陽電池１０を後述するプレート２０へ接続する時に作業が容易となる上、従来の集光型太陽電池のように太陽電池セルで発生した電流を取り出す際に横方向に配線を伸ばさないため、集光型太陽電池１０を密閉構造にしやすく、また、基板の幅が小さくてすみ、集光型太陽電池１０の小型化およびプレート２０の小面積化が図れる。基板１２に用いられる材料としては、放熱性と電気絶縁性を兼ね備えたものが最適で、特に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミック材が有効である。
【００３０】
図３は基板１２の別の形状例である。図３に示すように基板１２は略コの字形で上方が開口している形状であってもよい。
【００３１】
図４（ａ）は、基板１２を上面から見た平面図（太陽電池セル１１搭載側）、（ｂ）は基板１２を下面から見た平面図である。
【００３２】
基板１２の上面には、端子１６ａ、１６ｂが形成されており、端子１６ａに太陽電池セル１１が半田付けにて接合される。図２に示すように、太陽電池セル１１の表面電極１５と端子１６ｂはワイヤ１７にてボンディングされ、接続される。基板１２の下面の２ヶ所の端子１６ｃ、１６ｄはそれぞれ基板１２をはさんで前述の端子１６ａ、１６ｂとスルーホールを通じて接続されており、後述するプレート２０の露出配線部２１ａ、２１ｂと半田付けにて接続される。基板２０の下面には、端子１６ｃ、１６ｄに左右を挟まれた位置で、かつ太陽電池セル１１の直下に当たる部分に、放熱板１８が配されている。放熱板１８は、太陽電池セル１１の太陽光受光による温度上昇を抑え、発電効率を上げるために熱を外部に逃す目的で配置されている。放熱板１８の素材としては銅のほかにアルミも有効である。放熱板１８は、後述するプレート２０の露出放熱部２３と半田付けにて接続される。
【００３３】
図５は、集光型太陽電池１０の斜視図である。本図では、わかりやすいように、支持材１３の厚みは省略し、導光部材１４を除いて図示している。支持材１３は、前述のとおり、断面逆Ｌ字型で、上方先端に導光部材１４を保持し、なおかつ導光部材１４の周囲を取り囲むように基板１２の周囲に立設されている。支持材１３と基板１２は溶接などによって接続される。なお、支持材１３としては、基板１２および、導光部材１４との接続の際に作業が容易で確実に接続できる材料がふさわしく、金属の中でも常温付近での熱膨張率が低く、硬質ガラスに近いたとえばコバール、セラミック、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、安価で加工が容易なステンレス材などの材料が適している。
【００３４】
図６は、導光部材１４の斜視図である。導光部材１４は、太陽電池セル１１に対向するように太陽電池セル１１のほぼ真上位置に配置され、その上端面から太陽電池セル１１側の下端面に向かうに従って断面積が小さくなる角錐状もしくは円錐状を成し、上面１４１の周縁部が外部にやや突出した形状になっており、この突出した部分は側面１４２、下面１４３から形成されている。この導光部材１４の側面における全反射を繰り返しつつ、導光部材１４に入射した光が、太陽電池セル１１に向かう過程で導光部材１４の断面積内の光エネルギーの強度分布を均等化させ、集光した光を太陽電池セル１１に導く。この導光部材１４を構成する素材としては、たとえば石英ガラス、バイコールガラス、高アルミナガラスや、汎用性が高く、安価であって加工が容易なソーダ石灰ガラス、化学的な侵食や熱衝撃に強いホウケイ酸ガラス等が用いられる。
【００３５】
次に図５、図６を用いて集光型太陽電池１０の組み立て手順を説明する。
【００３６】
まず、導光部材１４の上面１４１の周縁部を、支持材１３の上方部分１３１（先端が内部に屈曲している部分）にガラス溶着により固定し、導光部材１４を支持材１３に架設する。この時、導光部材１４の上面１４１の周縁部と、支持材１３の上方部分１３１は隙間ができないようにぴったりと溶着する。
【００３７】
次に、太陽電池セル１１を載置した基板１２の外縁部と、導光部材１４を取り付けた状態の支持材１３の下方部分１３２を銀（Ａｇ）等の金属を用いたロウ付け、Ａｕ−Ｓｎ系の材料を用いた半田付けなどの接着方法を用いて溶着する。
【００３８】
図７、図８はいずれも導光部材１４を支持材１３に取り付けた例を断面図で示したものである。
【００３９】
図７（ａ）は導光部材１４の上面１４１の周縁部を断面逆Ｌ字型の支持材１３の内側に取り付けた状態、図７（ｂ）は、導光部材１４の上面１４１の周縁部の下側面１４３を断面逆Ｌ字型の支持材１３の上側に取り付けた状態、図７（ｃ）は導光部材１４の上面１４１の周縁部外側１４２を断面逆Ｌ字型の支持材１３の先端側面に取り付けた状態を示している。
【００４０】
また、図８は断面がＩ字型の支持材１３ａに導光部材１４を取り付けた例である。図８（ａ）は導光部材１４の上面１４１の周縁部外側１４２を断面Ｉ字型支持材１３ａの上部内側に取り付けた状態、図８（ｂ）は導光部材１４の上面１４１の周縁部の下側面１４３を断面Ｉ字型の支持材１３ａの上部先端面に取り付けた状態を示している。
【００４１】
図９は、導光部材１４の別の形状を示す斜視図である。図６と異なる点は、上面１４１の部分の周辺部が外側に突出していない角錐台状である。またこのほかに、円錐台状、もしくはこれに類する形状であっても構わない。
【００４２】
図１０は、導光部材１４のさらに別の形状を示す斜視図である。図９の角錐台の上面と側面とで成す鋭角の角部を垂直方向に切り取った形状である。角部を切り取った後にできた面１４４は、支持材１３と接続する際に溶接が容易になるという利点がある。
【００４３】
図１１は断面がＩ字型の支持材１３ａに導光部材１４Ｂを取り付けた例である。導光部材１４Ｂの上面の角部を切り取った後にできた面１４４を断面Ｉ字型支持材１３ａの上部内側に取り付けた状態を示している。
【００４４】
上記の方法以外にも、支持材１３と導光部材１４がガラス溶着によって隙間ができないようにぴったりと溶着されれば、支持材１３の形状、導光部材１４の形状の組み合わせでさまざまな取り付け様式が可能である。
【００４５】
上記の方法により支持材１３に導光部材１４が取り付けられた後、太陽電池セル１１を載置した基板１２の外縁部と、導光部材１４を取り付けた状態の支持材１３の下方部分１３２を銀（Ａｇ）等の金属を用いたロウ付け、Ａｕ−Ｓｎ系の材料を用いた半田付けなどの接着方法を用いて、内部に窒素や乾燥空気、アルゴンガス等を充填した状態で、もしくは内部を減圧した状態で溶着される。
【００４６】
その際、内部に充填された窒素や乾燥空気、アルゴンガス等が外部に漏れないように、もしくは内部に外部の空気が混入しないように、基板１２の外縁部と、支持材１３の下方部分１３２とを隙間なくぴったりと溶着する。このとき、導光部材１４の下面１４５は太陽電池セル１１に対向するように太陽電池セル１１の真上位置になるように位置決めして取り付けられる。太陽電池セル１１と導光部材１４の間には空間が空いているが、太陽電池セル１１と導光部材１４の下面１４５との距離は、短いほうが光学的には有利である。
【００４７】
なお、上記の方法では、先に導光部材１４を支持材１３に取り付けてから、支持材１３を基板１２に取り付けるという順序で組み立てを行っているが、集光型太陽電池１０が、基板１２、支持材１３及び導光部材１４によって密閉された状態になっていれば、先に支持材１３を基板１２に取り付けてから導光部材１４を支持材１３に取り付けてもよい。
【００４８】
上記の方法により作成された集光型太陽電池１０は、太陽電池セル１１と導光部材１４が支持材１３及び基板１２によって周囲を囲まれ、窒素や乾燥空気、アルゴンガス等を充填した状態で、もしくは内部を減圧した状態で密閉され、集光型太陽電池１０として独立した形状でパッケージングされ外部から遮断されている。集光型太陽電池１０を密閉することで、導光部材１４にごみや埃などが付着し、集光効率に影響を与えたり、導光部材１４が外部の衝撃により傷ついたり、破損したりするのを防ぐことができる。
【００４９】
また、集光型太陽電池１０を密閉することにより、太陽電池セル１１をごみや埃、湿気、あるいは衝撃などの傷から守るための樹脂封止材が不要となり、樹脂の変形、変色、過熱などの問題による発電量低下などの悪影響を防ぐことができる。
【００５０】
（プレートの構成）
次にプレート２０の構成について説明する。
【００５１】
図１２は、集光型太陽電池１０を設置するプレート２０を上から見た概略平面図である。集光型太陽電池１０は、アルミ製、あるいはステンレス製のプレート２０に複数個配置される。ここでは配置の例として、図１２に縦４列、横５列の形状に示したが、これに限定されるものではない。
【００５２】
図１３はプレート２０の図１２におけるＡ−Ａ断面を示している。
【００５３】
プレート板２０ａには、太陽電池セル１１間を接続する配線２４が絶縁被膜２５により被覆された状態で、あらかじめ施されており、集光型太陽電池１０が配置される接続部としての露出配線部２１ａ、２１ｂだけが被覆されていない状態で設置されている。なお、配線２４とプレート板２０ａを電気的に絶縁するために、プレート板２０ａと配線２４の間には、絶縁シート２２が介在している。なお、絶縁シート２２と絶縁被膜２５は同じ部材でもかまわない。詳細は後述するが、図１４に示すように、集光型太陽電池１０をプレート２０に配置する際、露出配線部２１ａ、２１ｂはそれぞれ端子１６ｃ、１６ｄと接続される。
【００５４】
プレート２０の露出配線部２１ａ、２１ｂに挟まれた位置に、露出放熱部２３が配置されている。露出放熱部２３は、集光型太陽電池１０をプレート２０に取り付けたときには、太陽電池セル１１直下に位置し、太陽電池セル１１の発電に伴う熱を外部に放熱するための部材が設けられており、放熱板１８と接続される。露出放熱部２３の材料としては銅のほかに、セラミック、放熱シートなどでもよいが、熱伝導率の高い銅が効果的である。
【００５５】
（プレートへの接続）
次に集光型太陽電池１０をプレート２０に接続する手順について説明する。
【００５６】
図１２及び図１３で示した露出配線部２１ａ、２１ｂ、及び露出放熱部２３に集光型太陽電池１０の端子１６ｃ、１６ｄ、放熱板１８がそれぞれリフロー半田付けにより接続される。
【００５７】
図１４は、集光型太陽電池１０の一つをプレート２０に接続した状態の断面図である。露出配線部２１ａに端子１６ｃが、露出配線部２１ｂに端子１６ｄが露出放熱部２３に放熱板１８がそれぞれ接続されている。集光型太陽電池１０は、このようにしてプレート２０上に順次接続される。
【００５８】
図１５は、集光型太陽電池１０をプレート２０に接続した後、集光型太陽電池１０の周囲と集光型太陽電池１０とプレート２０の接続部分の空間に樹脂２６を充填した断面図である。樹脂２６は絶縁性かつ接着性を有する封止樹脂が適しており、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂などが用いられる。樹脂２６を集光型太陽電池１０の周辺及び接続部分の空間に充填することにより、集光型太陽電池１０とプレート２０の接続を確実にし、隙間から水分や塵、埃などが浸入するのを防ぐと共に、絶縁性を高めることができる。
【００５９】
以上に示したように本発明の集光型太陽電池１０は、独立した形状でパッケージングされた構成となっているので、プレート２０への接続が簡単であり、万一、一つの集光型太陽電池１０に不都合な点が見つかった場合も簡単にプレート２０から取り外し、新規の集光型太陽電池１０と取り替えることができる。
【００６０】
さらに本発明の集光型太陽電池１０によれば、構造上、密閉され、外部と遮断されているので、太陽電池セル１１の表面に樹脂等の封止材を用いなくても、ごみや埃、湿気、あるいは衝撃などからの傷を受ける心配がなく、樹脂を用いることによる変形、変色、加熱などの影響を受けることもない。また、導光部材１４の周囲にごみや埃などが付着し、集光効率に影響を与えたり、レンズが外部の衝撃により傷ついたり、破損したりするのを防ぐことができる。
【００６１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６２】
１ 集光型太陽電池システム
１０ 集光型太陽電池
１１ 太陽電池セル
１２ 基板
１３ 支持材
１４ 導光部材
１５ 表面電極
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 端子
１７ ワイヤ
１８ 放熱板
２０ プレート
２１ａ、２１ｂ 露出配線部
２２ 絶縁シート
２３ 露出放熱部
２４ 配線
２５ 絶縁被膜
２６ 樹脂
３０ 一次光学レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光された高エネルギーの太陽光が、太陽電池セルに照射される形式の集光型太陽電池モジュール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の意識が高まりつつあり、クリーンなエネルギーの開発が望まれている。特に太陽光発電はその重要性を一段と増しており、太陽光発電システムは、更なる普及のために低コスト化が望まれている。
【０００３】
集光型太陽光発電システムは、太陽光を集光することによって太陽電池の出力電圧の向上を図る方式であり、光学レンズや反射鏡などを用いて集光した太陽光を、小面積の太陽電池素子に照射することで、太陽電池素子の単位面積当たりの発電電力を大きくし、太陽光発電システムにおいて最も高価な構成物である太陽電池セルの使用量を減らし、システム全体のコストを低減するシステムとして有望である。
【０００４】
集光型太陽電池システムにおいては、一次光学レンズにより集光した光は、その中心部分の強度が強く、周辺部の強度が低くなるなどの不均一なものであり、一次光学レンズにおいて集光された光をそのまま太陽電池セルに照射させると、発電効率が低下する。そこで、特許文献１に示すような、柱状導光部材からなる二次光学レンズを用いて、一次光学レンズにおいて集光した光を、二次光学レンズの側面で全反射を繰り返しつつ進行させることによって混合し、光の強度やスペクトルの分布を均質化する方式が提案されている。
【０００５】
図１６に、特許文献１に示された、集光型太陽電池システムの構成図を示す。集光型太陽電池システムは、太陽光を集光するための一次光学レンズ４２と、太陽電池セル８０と、下端面がその太陽電池セル８０に対向するように、太陽電池セル８０の真上位置に立設され、一次光学レンズ４２により集光された太陽光をその太陽電池セル８０へ導くための柱状の二次光学レンズ７０と、その二次光学レンズ７０およびその下端面に対向する太陽電池セル８０を覆う封止樹脂７３とを備えている。二次光学レンズは、耐久性、光学的特性などを考慮して、角錐台形状、四角柱形状等の多面体からなるガラス部材によって構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１８７９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記構成によれば、一次光学レンズで集光された太陽光を二次光学レンズで効率よく太陽電池セルに導くことができる。また、太陽電池セルの受光面全体をシリコン樹脂などの光学特性のよい樹脂の封止材で被覆しているので、太陽電池セルの損傷を防止し、水分、塩分あるいは酸類が太陽電池セルに付着して、太陽電池セルの特性が劣化するのを防止することができる。
【０００８】
しかし、太陽電池セルの受光面に用いる封止材として樹脂を用いると、一般に樹脂は熱に弱く変形する可能性があり、さらに樹脂は劣化が早く、太陽光の照射によって樹脂が変色した場合、集光効率が低下し、太陽電池セルの発電量が低下する恐れがあった。
【０００９】
また、太陽光を集光する二次光学レンズは、側面による全反射を利用して光を導光しているが、表面にごみや埃が付着すると、その部分で光が乱反射してしまい、光の一部が外部に漏れ出てしまうという問題がある。この漏れ出た光に相当するエネルギーは、発電損失ということになる。さらに、ガラスは脆性材料であるため、外部からの衝撃により、破損しやすいという問題もあった。
【００１０】
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は集光型太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セルの受光面を樹脂で封止することなく、太陽電池セルの損傷や特性劣化を防止するとともに、二次光学レンズにごみや埃が付着するのを防ぎ、傷や破損から守る集光型太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る集光型太陽電池は、基板上に搭載された太陽電池セルと、下端面が前記太陽電池セルに対向するように前記太陽電池セルの上部に配置され、集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導くための導光部材とを備えた集光型太陽電池であって、前記基板に立設された支持材によって前記導光部材の上部が架設され、前記支持材、前記基板、および前記導光部材によって密閉されていることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明に係る集光型太陽電池は、前記支持材は、コバール、セラミック、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、ステンレスのいずれかを用いて構成されることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明に係る集光型太陽電池は、前記導光部材は、石英ガラス、バイコールガラス、高アルミナガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラスのいずれかを用いて構成されることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明に係る集光型太陽電池は、前記太陽電池セルで発電された電流を取り出す端子を備え、前記端子は、前記太陽電池セルで発電された電流を前記基板に設けたスルーホールを通して下面に導く構造を成すことを特徴としている。
【００１５】
また、本発明に係る集光型太陽電池モジュールは、前記集光型太陽電池がプレート上に複数配置されている集光型太陽電池モジュールであって、前記プレートには前記集光型太陽電池と接続される接続部と、前記太陽電池セル間を接続する配線とが形成されていることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明に係る集光型太陽電池システムは、前記集光型太陽電池モジュールと、太陽光を集光する一次光学系を備えたことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明に係る集光型太陽電池の製造方法は、基板上に搭載された太陽電池セルと、集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導く導光部材を備えた集光型太陽電池の製造方法であって、支持材によって前記導光部材の上部を架設し、前記支持材を前記太陽電池セルが搭載された基板に立設し、前記集光型太陽電池を密閉することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明に係る集光型太陽電池モジュールの製造方法は、基板上に搭載された太陽電池セルと、集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導く導光部材を備えた集光型太陽電池をプレート上に複数配置した太陽電池モジュールの製造方法であって、支持材によって前記導光部材の上部を架設し、前記支持材を前記太陽電池セルが搭載された基板に立設し、前記集光型太陽電池を密閉する工程と、前記集光型太陽電池と接続される接続部と、前記太陽電池セル間を接続する配線とが形成された前記プレートの前記接続部に前記集光型太陽電池を接続する工程を含むことを特徴としている。
【００１９】
また、本発明に係る集光型太陽電池モジュールの製造方法は、基板上に搭載された太陽電池セルと、集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導く導光部材を備えた集光型太陽電池をプレート上に複数配置した太陽電池モジュールの製造方法であって、支持材によって前記導光部材の上部を架設し、前記支持材を前記太陽電池セルが搭載された基板に立設し、前記集光型太陽電池を密閉する工程と、前記集光型太陽電池と接続される接続部と、前記太陽電池セル間を接続する配線とが形成された前記プレートの前記接続部に前記集光型太陽電池を接続する工程と、前記プレートと前記集光型太陽電池間に樹脂を充填する工程とを含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る集光型太陽電池によれば、基板に立設された支持材によって導光部材が架設され、支持材と基板と導光部材によって集光型太陽電池が密閉されているので、太陽電池セルの受光面を封止用樹脂で被覆しなくても、太陽電池セルの表面に水分、塩分あるいは酸類が大気中から付着して、太陽電池セルの特性が劣化するのを防ぐことができる。さらに、太陽電池セルの受光面を封止するための樹脂を用いないため、従来樹脂を用いたことにより発生した、変形、変色、過熱などの問題が発生しない。
【００２１】
また、導光部材にごみや埃などが付着し、集光効率に影響を与えたり、導光部材が外部の衝撃により傷ついたり、破損したりするのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】集光型太陽電池システムの概略図である。
【図２】集光型太陽電池の断面図である。
【図３】集光型太陽電池の断面図である。
【図４】基板の平面図である。
【図５】集光型太陽電池の斜視図である。
【図６】導光部材の斜視図である。
【図７】導光部材を支持材に取り付けた例である。
【図８】導光部材を支持材に取り付けた例である。
【図９】導光部材の斜視図である。
【図１０】導光部材の斜視図である。
【図１１】導光部材を支持材に取り付けた例である。
【図１２】プレートの平面図である。
【図１３】プレートのＡ−Ａ線断面図である。
【図１４】集光型太陽電池をプレートに取り付けた断面図である。
【図１５】樹脂を充填した断面図である。
【図１６】従来の集光型太陽電池システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２４】
（集光型太陽電池の構成）
図１は、集光型太陽電池システム１の概略図の一例である。集光型太陽電池システム１は、太陽光を集光するための一次光学レンズ３０と、一次光学レンズ３０により集光された太陽光を太陽電池セル１１へ導くための導光部材１４および太陽電池セル１１からなる集光型太陽電池１０と、配線があらかじめ施されたプレート２０より構成される。集光型太陽電池１０は、プレート２０に複数配置され、太陽電池セル１１間は電気的に接続された太陽電池モジュールを構成する。このような太陽電池モジュールが複数配置されることにより、太陽電池アレイを構成している。
【００２５】
図２は、集光型太陽電池１０の断面図である。集光型太陽電池１０は、導光部材１４で集光して照射された太陽光を光電変換して発電する太陽電池セル１１と、太陽電池セル１１を載置した基板１２とを備える。支持材１３によって基板１２の周囲が囲まれている。支持材１３の上方は内側に向かって断面逆Ｌ字型に形成され、支持材１３の先端に導光部材１４が太陽電池セル１１に対向するように位置決めされ、太陽電池セル１１の上部に取り付けられる。
【００２６】
太陽電池セル１１は、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＩｎＧａＰ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＮ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ、ＣｕＩｎＧａＳｅ、ＣｄＴｅのいずれかひとつ、もしくはこれらを組み合わせた半導体を用いて公知の半導体プロセスによりＰＮ接合、電極などを形成してウエハーから１〜１０ｍｍ角程度のチップに加工したものである。
【００２７】
太陽電池セル１１は、チップの裏面側（プレート２０側）の基板電極（図示せず）及びチップの表面側の表面電極１５を備える。太陽電池セル１１で発生した電流は基板電極と表面電極１５からワイヤ１７にて取り出される。電極の材料としてはたとえば銀、チタンなどが用いられる。
【００２８】
基板１２の外縁部の上に支持材１３が配置されている。基板１２には、端子１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、および放熱板１８があらかじめ形成されている。端子１６ａは端子１６ｃと、端子１６ｂは端子１６ｄと基板１２に形成されたスルーホールを通じて接続されていて、太陽電池セル１１で発生した電流は端子１６ａ、１６ｂを通じて基板１２の裏面の端子１６ｃ、１６ｄにそれぞれ流れる構成になっている。
【００２９】
端子１６ｃ、１６ｄを基板１２の裏面に配することにより、集光型太陽電池１０を後述するプレート２０へ接続する時に作業が容易となる上、従来の集光型太陽電池のように太陽電池セルで発生した電流を取り出す際に横方向に配線を伸ばさないため、集光型太陽電池１０を密閉構造にしやすく、また、基板の幅が小さくてすみ、集光型太陽電池１０の小型化およびプレート２０の小面積化が図れる。基板１２に用いられる材料としては、放熱性と電気絶縁性を兼ね備えたものが最適で、特に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミック材が有効である。
【００３０】
図３は基板１２の別の形状例である。図３に示すように基板１２は略コの字形で上方が開口している形状であってもよい。
【００３１】
図４（ａ）は、基板１２を上面から見た平面図（太陽電池セル１１搭載側）、（ｂ）は基板１２を下面から見た平面図である。
【００３２】
基板１２の上面には、端子１６ａ、１６ｂが形成されており、端子１６ａに太陽電池セル１１が半田付けにて接合される。図２に示すように、太陽電池セル１１の表面電極１５と端子１６ｂはワイヤ１７にてボンディングされ、接続される。基板１２の下面の２ヶ所の端子１６ｃ、１６ｄはそれぞれ基板１２をはさんで前述の端子１６ａ、１６ｂとスルーホールを通じて接続されており、後述するプレート２０の露出配線部２１ａ、２１ｂと半田付けにて接続される。基板２０の下面には、端子１６ｃ、１６ｄに左右を挟まれた位置で、かつ太陽電池セル１１の直下に当たる部分に、放熱板１８が配されている。放熱板１８は、太陽電池セル１１の太陽光受光による温度上昇を抑え、発電効率を上げるために熱を外部に逃す目的で配置されている。放熱板１８の素材としては銅のほかにアルミも有効である。放熱板１８は、後述するプレート２０の露出放熱部２３と半田付けにて接続される。
【００３３】
図５は、集光型太陽電池１０の斜視図である。本図では、わかりやすいように、支持材１３の厚みは省略し、導光部材１４を除いて図示している。支持材１３は、前述のとおり、断面逆Ｌ字型で、上方先端に導光部材１４を保持し、なおかつ導光部材１４の周囲を取り囲むように基板１２の周囲に立設されている。支持材１３と基板１２は溶接などによって接続される。なお、支持材１３としては、基板１２および、導光部材１４との接続の際に作業が容易で確実に接続できる材料がふさわしく、金属の中でも常温付近での熱膨張率が低く、硬質ガラスに近いたとえばコバール、セラミック、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、安価で加工が容易なステンレス材などの材料が適している。
【００３４】
図６は、導光部材１４の斜視図である。導光部材１４は、太陽電池セル１１に対向するように太陽電池セル１１のほぼ真上位置に配置され、その上端面から太陽電池セル１１側の下端面に向かうに従って断面積が小さくなる角錐状もしくは円錐状を成し、上面１４１の周縁部が外部にやや突出した形状になっており、この突出した部分は側面１４２、下面１４３から形成されている。この導光部材１４の側面における全反射を繰り返しつつ、導光部材１４に入射した光が、太陽電池セル１１に向かう過程で導光部材１４の断面積内の光エネルギーの強度分布を均等化させ、集光した光を太陽電池セル１１に導く。この導光部材１４を構成する素材としては、たとえば石英ガラス、バイコールガラス、高アルミナガラスや、汎用性が高く、安価であって加工が容易なソーダ石灰ガラス、化学的な侵食や熱衝撃に強いホウケイ酸ガラス等が用いられる。
【００３５】
次に図５、図６を用いて集光型太陽電池１０の組み立て手順を説明する。
【００３６】
まず、導光部材１４の上面１４１の周縁部を、支持材１３の上方部分１３１（先端が内部に屈曲している部分）にガラス溶着により固定し、導光部材１４を支持材１３に架設する。この時、導光部材１４の上面１４１の周縁部と、支持材１３の上方部分１３１は隙間ができないようにぴったりと溶着する。
【００３７】
次に、太陽電池セル１１を載置した基板１２の外縁部と、導光部材１４を取り付けた状態の支持材１３の下方部分１３２を銀（Ａｇ）等の金属を用いたロウ付け、Ａｕ−Ｓｎ系の材料を用いた半田付けなどの接着方法を用いて溶着する。
【００３８】
図７、図８はいずれも導光部材１４を支持材１３に取り付けた例を断面図で示したものである。
【００３９】
図７（ａ）は導光部材１４の上面１４１の周縁部を断面逆Ｌ字型の支持材１３の内側に取り付けた状態、図７（ｂ）は、導光部材１４の上面１４１の周縁部の下側面１４３を断面逆Ｌ字型の支持材１３の上側に取り付けた状態、図７（ｃ）は導光部材１４の上面１４１の周縁部外側１４２を断面逆Ｌ字型の支持材１３の先端側面に取り付けた状態を示している。
【００４０】
また、図８は断面がＩ字型の支持材１３ａに導光部材１４を取り付けた例である。図８（ａ）は導光部材１４の上面１４１の周縁部外側１４２を断面Ｉ字型支持材１３ａの上部内側に取り付けた状態、図８（ｂ）は導光部材１４の上面１４１の周縁部の下側面１４３を断面Ｉ字型の支持材１３ａの上部先端面に取り付けた状態を示している。
【００４１】
図９は、導光部材１４の別の形状を示す斜視図である。図６と異なる点は、上面１４１の部分の周辺部が外側に突出していない角錐台状である。またこのほかに、円錐台状、もしくはこれに類する形状であっても構わない。
【００４２】
図１０は、導光部材１４のさらに別の形状を示す斜視図である。図９の角錐台の上面と側面とで成す鋭角の角部を垂直方向に切り取った形状である。角部を切り取った後にできた面１４４は、支持材１３と接続する際に溶接が容易になるという利点がある。
【００４３】
図１１は断面がＩ字型の支持材１３ａに導光部材１４Ｂを取り付けた例である。導光部材１４Ｂの上面の角部を切り取った後にできた面１４４を断面Ｉ字型支持材１３ａの上部内側に取り付けた状態を示している。
【００４４】
上記の方法以外にも、支持材１３と導光部材１４がガラス溶着によって隙間ができないようにぴったりと溶着されれば、支持材１３の形状、導光部材１４の形状の組み合わせでさまざまな取り付け様式が可能である。
【００４５】
上記の方法により支持材１３に導光部材１４が取り付けられた後、太陽電池セル１１を載置した基板１２の外縁部と、導光部材１４を取り付けた状態の支持材１３の下方部分１３２を銀（Ａｇ）等の金属を用いたロウ付け、Ａｕ−Ｓｎ系の材料を用いた半田付けなどの接着方法を用いて、内部に窒素や乾燥空気、アルゴンガス等を充填した状態で、もしくは内部を減圧した状態で溶着される。
【００４６】
その際、内部に充填された窒素や乾燥空気、アルゴンガス等が外部に漏れないように、もしくは内部に外部の空気が混入しないように、基板１２の外縁部と、支持材１３の下方部分１３２とを隙間なくぴったりと溶着する。このとき、導光部材１４の下面１４５は太陽電池セル１１に対向するように太陽電池セル１１の真上位置になるように位置決めして取り付けられる。太陽電池セル１１と導光部材１４の間には空間が空いているが、太陽電池セル１１と導光部材１４の下面１４５との距離は、短いほうが光学的には有利である。
【００４７】
なお、上記の方法では、先に導光部材１４を支持材１３に取り付けてから、支持材１３を基板１２に取り付けるという順序で組み立てを行っているが、集光型太陽電池１０が、基板１２、支持材１３及び導光部材１４によって密閉された状態になっていれば、先に支持材１３を基板１２に取り付けてから導光部材１４を支持材１３に取り付けてもよい。
【００４８】
上記の方法により作成された集光型太陽電池１０は、太陽電池セル１１と導光部材１４が支持材１３及び基板１２によって周囲を囲まれ、窒素や乾燥空気、アルゴンガス等を充填した状態で、もしくは内部を減圧した状態で密閉され、集光型太陽電池１０として独立した形状でパッケージングされ外部から遮断されている。集光型太陽電池１０を密閉することで、導光部材１４にごみや埃などが付着し、集光効率に影響を与えたり、導光部材１４が外部の衝撃により傷ついたり、破損したりするのを防ぐことができる。
【００４９】
また、集光型太陽電池１０を密閉することにより、太陽電池セル１１をごみや埃、湿気、あるいは衝撃などの傷から守るための樹脂封止材が不要となり、樹脂の変形、変色、過熱などの問題による発電量低下などの悪影響を防ぐことができる。
【００５０】
（プレートの構成）
次にプレート２０の構成について説明する。
【００５１】
図１２は、集光型太陽電池１０を設置するプレート２０を上から見た概略平面図である。集光型太陽電池１０は、アルミ製、あるいはステンレス製のプレート２０に複数個配置される。ここでは配置の例として、図１２に縦４列、横５列の形状に示したが、これに限定されるものではない。
【００５２】
図１３はプレート２０の図１２におけるＡ−Ａ断面を示している。
【００５３】
プレート板２０ａには、太陽電池セル１１間を接続する配線２４が絶縁被膜２５により被覆された状態で、あらかじめ施されており、集光型太陽電池１０が配置される接続部としての露出配線部２１ａ、２１ｂだけが被覆されていない状態で設置されている。なお、配線２４とプレート板２０ａを電気的に絶縁するために、プレート板２０ａと配線２４の間には、絶縁シート２２が介在している。なお、絶縁シート２２と絶縁被膜２５は同じ部材でもかまわない。詳細は後述するが、図１４に示すように、集光型太陽電池１０をプレート２０に配置する際、露出配線部２１ａ、２１ｂはそれぞれ端子１６ｃ、１６ｄと接続される。
【００５４】
プレート２０の露出配線部２１ａ、２１ｂに挟まれた位置に、露出放熱部２３が配置されている。露出放熱部２３は、集光型太陽電池１０をプレート２０に取り付けたときには、太陽電池セル１１直下に位置し、太陽電池セル１１の発電に伴う熱を外部に放熱するための部材が設けられており、放熱板１８と接続される。露出放熱部２３の材料としては銅のほかに、セラミック、放熱シートなどでもよいが、熱伝導率の高い銅が効果的である。
【００５５】
（プレートへの接続）
次に集光型太陽電池１０をプレート２０に接続する手順について説明する。
【００５６】
図１２及び図１３で示した露出配線部２１ａ、２１ｂ、及び露出放熱部２３に集光型太陽電池１０の端子１６ｃ、１６ｄ、放熱板１８がそれぞれリフロー半田付けにより接続される。
【００５７】
図１４は、集光型太陽電池１０の一つをプレート２０に接続した状態の断面図である。露出配線部２１ａに端子１６ｃが、露出配線部２１ｂに端子１６ｄが露出放熱部２３に放熱板１８がそれぞれ接続されている。集光型太陽電池１０は、このようにしてプレート２０上に順次接続される。
【００５８】
図１５は、集光型太陽電池１０をプレート２０に接続した後、集光型太陽電池１０の周囲と集光型太陽電池１０とプレート２０の接続部分の空間に樹脂２６を充填した断面図である。樹脂２６は絶縁性かつ接着性を有する封止樹脂が適しており、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂などが用いられる。樹脂２６を集光型太陽電池１０の周辺及び接続部分の空間に充填することにより、集光型太陽電池１０とプレート２０の接続を確実にし、隙間から水分や塵、埃などが浸入するのを防ぐと共に、絶縁性を高めることができる。
【００５９】
以上に示したように本発明の集光型太陽電池１０は、独立した形状でパッケージングされた構成となっているので、プレート２０への接続が簡単であり、万一、一つの集光型太陽電池１０に不都合な点が見つかった場合も簡単にプレート２０から取り外し、新規の集光型太陽電池１０と取り替えることができる。
【００６０】
さらに本発明の集光型太陽電池１０によれば、構造上、密閉され、外部と遮断されているので、太陽電池セル１１の表面に樹脂等の封止材を用いなくても、ごみや埃、湿気、あるいは衝撃などからの傷を受ける心配がなく、樹脂を用いることによる変形、変色、加熱などの影響を受けることもない。また、導光部材１４の周囲にごみや埃などが付着し、集光効率に影響を与えたり、レンズが外部の衝撃により傷ついたり、破損したりするのを防ぐことができる。
【００６１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６２】
１ 集光型太陽電池システム
１０ 集光型太陽電池
１１ 太陽電池セル
１２ 基板
１３ 支持材
１４ 導光部材
１５ 表面電極
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 端子
１７ ワイヤ
１８ 放熱板
２０ プレート
２１ａ、２１ｂ 露出配線部
２２ 絶縁シート
２３ 露出放熱部
２４ 配線
２５ 絶縁被膜
２６ 樹脂
３０ 一次光学レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に搭載された太陽電池セルと、下端面が前記太陽電池セルに対向するように前記太陽電池セルの上部に配置され、集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導く導光部材を備えた集光型太陽電池であって、
前記基板に立設された支持材によって前記導光部材の上部が架設され、前記支持材、前記基板および前記導光部材によって密閉されていることを特徴とする集光型太陽電池。
【請求項２】
前記支持材は、コバール、セラミック、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、ステンレスのいずれかを用いて構成されることを特徴とする請求項１記載の集光型太陽電池。
【請求項３】
前記導光部材は、石英ガラス、バイコールガラス、高アルミナガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラスのいずれかを用いて構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の集光型太陽電池。
【請求項４】
前記集光型太陽電池は、前記太陽電池セルで発電された電流を取り出す端子を備え、前記端子は、前記太陽電池セルで発電された電流を前記基板に設けたスルーホールを通して下面に導く構造を成すことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の集光型太陽電池。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の集光型太陽電池がプレート上に複数配置されている集光型太陽電池モジュールであって、
前記プレートには前記太陽電池セルと接続される接続部と、前記太陽電池セル間を接続する配線とが形成されていることを特徴とする集光型太陽電池モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の集光型太陽電池モジュールと、太陽光を集光する一次光学系を備えたことを特徴とする集光型太陽電池システム。
【請求項７】
基板上に搭載された太陽電池セルと、
集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導く導光部材を備えた集光型太陽電池の製造方法であって、
支持材によって前記導光部材の上部を架設し、前記支持材を前記太陽電池セルが搭載された基板に立設し、前記集光型太陽電池を密閉する集光型太陽電池の製造方法。
【請求項８】
基板上に搭載された太陽電池セルと、
集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導く導光部材を備えた集光型太陽電池をプレート上に複数配置した太陽電池モジュールの製造方法であって、
支持材によって前記導光部材の上部を架設し、前記支持材を前記太陽電池セルが搭載された基板に立設し、前記集光型太陽電池を密閉する工程と
前記集光型太陽電池と接続される接続部と、前記太陽電池セル間を接続する配線とが形成された前記プレートの前記接続部に前記集光型太陽電池を接続する工程を含むことを特徴とする集光型太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の集光型太陽電池モジュールの製造方法であって、前記プレートと前記集光型太陽電池間に樹脂を充填する工程をさらに含むことを特徴とする集光型太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１】
基板上に搭載された太陽電池セルと、下端面が前記太陽電池セルに対向するように前記太陽電池セルの上部に配置され、集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導く導光部材を備えた集光型太陽電池であって、
前記基板に立設された支持材によって前記導光部材の上部が架設され、前記支持材、前記基板および前記導光部材によって密閉されていることを特徴とする集光型太陽電池。
【請求項２】
前記支持材は、コバール、セラミック、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、ステンレスのいずれかを用いて構成されることを特徴とする請求項１記載の集光型太陽電池。
【請求項３】
前記導光部材は、石英ガラス、バイコールガラス、高アルミナガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラスのいずれかを用いて構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の集光型太陽電池。
【請求項４】
前記集光型太陽電池は、前記太陽電池セルで発電された電流を取り出す端子を備え、前記端子は、前記太陽電池セルで発電された電流を前記基板に設けたスルーホールを通して下面に導く構造を成すことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の集光型太陽電池。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の集光型太陽電池がプレート上に複数配置されている集光型太陽電池モジュールであって、
前記プレートには前記太陽電池セルと接続される接続部と、前記太陽電池セル間を接続する配線とが形成されていることを特徴とする集光型太陽電池モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の集光型太陽電池モジュールと、太陽光を集光する一次光学系を備えたことを特徴とする集光型太陽電池システム。
【請求項７】
基板上に搭載された太陽電池セルと、
集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導く導光部材を備えた集光型太陽電池の製造方法であって、
支持材によって前記導光部材の上部を架設し、前記支持材を前記太陽電池セルが搭載された基板に立設し、前記集光型太陽電池を密閉する集光型太陽電池の製造方法。
【請求項８】
基板上に搭載された太陽電池セルと、
集光された太陽光を前記太陽電池セルへ導く導光部材を備えた集光型太陽電池をプレート上に複数配置した太陽電池モジュールの製造方法であって、
支持材によって前記導光部材の上部を架設し、前記支持材を前記太陽電池セルが搭載された基板に立設し、前記集光型太陽電池を密閉する工程と
前記集光型太陽電池と接続される接続部と、前記太陽電池セル間を接続する配線とが形成された前記プレートの前記接続部に前記集光型太陽電池を接続する工程を含むことを特徴とする集光型太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の集光型太陽電池モジュールの製造方法であって、前記プレートと前記集光型太陽電池間に樹脂を充填する工程をさらに含むことを特徴とする集光型太陽電池モジュールの製造方法。
【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１６】
【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１６】
【公開番号】特開２０１１−１３８９７０（Ｐ２０１１−１３８９７０Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９９０１５（Ｐ２００９−２９９０１５）
【出願日】平成２１年１２月２９日（２００９．１２．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２９日（２００９．１２．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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