JP2004193444A

JP2004193444A - 半導体素子及び太陽電池

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Publication number: JP2004193444A
Application number: JP2002361638A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Ikuhashi; 良一生橋
Original assignee: POWERED KK
Current assignee: POWERED KK
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】熱応力緩和を確保した上で、なお放熱性の良い半導体素子を提供する。
【解決手段】電極板１３の電極側放熱部１３ｃと他端側放熱部１３ｆ間に、熱応力緩和部１３ａを設け、この熱応力緩和部１３ａは、電極板１３の長手方向に直交する方向にスリット１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊを形成するとともに、中央部に十字状切り欠き穴１３ｋを設け、スリット１３ｇ、１３ｈと十字状切り欠き穴１３ｋ間、スリット１３ｉ、１３ｊと十字状切り欠き穴１３ｋ間に、それぞれ屈曲状の導電路１３ｄ、１３ｅを並列に設けた。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、チップ型ダイオードなどの半導体素子及びそれを用いた太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般によく知られた屋根等に設置される太陽電池は、図８に示すように、複数個の太陽電池セルＢＳ₁、ＢＳ₂、……、ＢＳ_nが直列に接続され、負荷Ｚに発生電圧が導出される。この種の太陽電池では、太陽光が影になるなどして、発電に寄与しないセルに、逆バイアスの高電圧がかからないように、各太陽電池セルＢＳ₁、ＢＳ₂、……、ＢＳ_nに、それぞれに並列にダイオードＤ₁、Ｄ₂、……、Ｄ_nをバイパス用に接続している。ここで使用されるダイオードは、例えば図９に示すように、メサ構造ガラスパッシベーション型のベアチップ型のもので、Ｎ層とＰ層を有し、Ｐ層にはアノード電極を有し、このアノード電極が高温半田（融点２９０°Ｃ）５を介して、偏平な電極板１で外部に接続され、またＮ層にはカソード電極を有し、このカソード電極がやはり高温半田６を介して、偏平な電極板２で外部に接続されるようになっている。
【０００３】
この種の上記した太陽電池では、太陽電池セルは屋根の上面に配列され、バイパス用のダイオードユニットは、太陽電池セルの下面に配置されるが、太陽の照射されている時と、夜など太陽が照射されない時とでは、かなりの温度差となり、ダイオードの電極板は、温度差により、膨張・収縮し、またねじれ現象などにより、アノード電極やカソード電極と電極板との接合部が剥離し、電気的に切断されてしまうという問題があった。この問題を解決するために、従来、電極板のいずれかに切り欠き凹部（スリット）を設けた半導体素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２３７６１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
太陽電池は、その用途が拡大されており、それに伴い、その求められる使用環境条件も年々厳しいものとなって来ている。一方、２００３年度からはＩＥＣ等の国際規定によって規制されようとしており、太陽電池に使用されるバイパスダイオードにおいても、同様の規制対象品となっている。
【０００６】
太陽電池の変換効率の向上に伴い、ダイオードに流れる電流も増加している。ＩＥＣ６１２１５は、周囲温度８０°Ｃで連続通電した場合のダイオード接合部温度（Ｔｊ）最大値が絶対最大定格を越えないことを定義づけている。
【０００７】
しかるに、上記した特許文献１に記載の技術では、熱応力緩和のための切り欠き部（スリット）を設けているが、この切り欠き凹部を形成する電極板の導電路は、直列状の屈曲部であるため、発熱体であるダイオード部からの放熱性が悪くなる欠点もあり、上記ＩＥＣ６１２１５の条件をクリアしにくいという問題がある。
【０００８】
この発明は上記問題点に着目してなされたものであって、熱応力緩和を確保した上で、なお放熱性も良い半導体素子を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る半導体素子は、半導体チップの表面に、少なくとも第１と第２の電極を有し、これらの電極が外部に接続するための電極板に接続されてなる半導体素子において、少なくとも一方の前記電極板は、電極側と他端側間に、屈曲した複数の導電路を並列に配置している。
【００１０】
この半導体素子では、ダイオード接合面温度が、電極板の複数の並列の導電路を通して、効率良く放熱される。
【００１１】
また、請求項２に係る半導体素子は、請求項１に係るものにおいて、前記複数の導電路部は、その屈曲部で前記電極板の両側部より電極板の長手方向と直行する方向に、スリットを形成している。
【００１２】
また、請求項３に係る半導体素子は、請求項１又は請求項２に係るものにおいて、前記複数の導電路の互いに隣接する導電路間は、十字状の切り欠き部で離隔形成している。
【００１３】
また、請求項４に係る太陽電池は、複数個の電池セルが縦続接続され、各電池セルに並列にダイオードが接続される太陽電池において、前記ダイオードは、アノードを外部に接続するための電極板、カソードを外部に接続するための電極板の少なくとも、いずれか一方は電極側と他端側間に、屈曲した複数の導電路を並列に配置している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の一実施形態であるメサ構造ガラスパッシベーション型のベアチップ型のダイオードを示し、図１の（ａ）は、平面図、図１の（ｂ）はその断面図である。この実施形態ベアチップ型のダイオード１１は、Ｐ層とＮ層からなるチップ部１２と、チップ部１２のＰ層の電極（アノード）と高温半田１８を介して接続された電極板１３と、Ｎ層の電極（カソード）と高温半田１９を介して接続される電極板１４とから構成されている。チップ部１２のサイズは、２０〜２５ｍｍ平方であり、電極板１３、１４として、材料は銅（Ｃｕ）が使用され、厚さは電極板１３が０．１ｍｍ、電極板１４が０．２〜０．４ｍｍ程度である。この実施形態ダイオードの特徴は、メサ構造のため、電極接着面積の少ないアノード側の電極板１３に、熱応力緩和部１３ａを設けたことであり、特にこの熱応力緩和部１３ａの構造にある。このような熱応力緩和部１３ａは、電極板１４に設けても良い。電極板１４の穴１６は、このダイオードをケース体やその他の支持体に取り付ける場合の位置決め用の穴である。
【００１５】
電極板１３の熱応力緩和部１３ａは、図４に示すように、チップ部１２側の放熱部１３ｃと他端側の放熱部１３ｆ間に配置されている。熱応力緩和部１３ａは、放熱部１３ｃと放熱部１３ｆ間に並列に接続される２本の導電路１３ｄ、１３ｅと、電極板１３の長手方向に垂直に形成される４本のスリット（切り欠き凹部）１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊと、導電路１３ｄ、１３ｅ間に形成される十字状の切り欠き穴１３ｋとから構成されている。
【００１６】
導電路１３ｄは、全体として幅０．７ｃｍの帯状であり、電極板１３の長手方向に並行の辺１３ｄ₁、１３ｄ₃と、これらに一端と他端が個別に接続され、開口部が内側で、閉じた部分が外側に配置されるコ字状辺１３ｄ₂とから構成されている。導電路１３ｅも同様に、全体として幅０．７ｃｍの帯状であり、電極板１３の長手方向に平行の辺１３ｅ₁、１３ｅ₃と、これらに一端と他端が個別に接続され、開口部が内側で、閉じた部分が外側に配置されるコ字状辺１３ｅ₂とから構成されている。
【００１７】
スリット１３ｇは、放熱部１３ｃの放熱部１３ｆ側の端辺と、コ字状辺１３ｄ間に、スリット１３ｋはコ字状辺１３ｄ₂と放熱部１３ｆの放熱部１３ｃ側の端辺間に形成されている。また、スリット１３ｉは、放熱部１３ｃの放熱部１３側の端辺とコ字状辺１３ｅ₂間に形成され、スリット１３ｊはコ字状辺１３ｅ₂と放熱部１３ｆの放熱部１３ｃ側の端辺間に形成されている。スリット１３ｇとスリット１３ｉは、電極板１３の長手方向に直交する方向に同一線上に配置されており、スリット１３ｈとスリット１３ｊも同じく同一線上に配置されている。
スリット１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊは、いずれも幅０．７ｃｍ、長さ２．４５ｃｍに設定している。１３ｂはアノード接続部である。
【００１８】
この実施形態ダイオードを太陽電池のバイパス用として使用する場合には、図２に示すように、端子箱１７に収納し、電極板１３と電極板１４の外側端を外付けの太陽電池２０の電池セルの両端と、リード線で半田付けする。ダイオード１１は、ベアチップと電極板の厚さのみであるので、超薄型のバイパスダイオードが得られる。
【００１９】
図２は、１個のダイオードを端子箱１７に収納しているが、図３に示すように、３個のダイオードを直列に接続したものを端子箱１７に収納し、外つけの太陽電池２０に接続してもよい。
【００２０】
上記実施形態半導体素子及び太陽電池において、周囲が急激に温度上昇し、電極板１３、１４が長手方向に膨張し、熱的ストレスが加えられ場合に、スリット１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊ等で、従来等と同様に、熱的ストレスを緩和できる。
【００２１】
発明者が、図７に示す従来の半導体素子の電極板１３を１０×８×０．１ｍｍとして、更に電極板１４を１３×８×０．１ｍｍとし、各スリット幅を０．７ｍｍとして、スリット無しの場合、スリット１本の場合、スリット２本の場合、スリット３本の場合について、ＡＣ間に１ｍｓｅｃ幅、１１〔Ａ〕のインパルス電流を流し、それぞれＡＢ間、ＡＣ間の電位差を測定したところ、スリット３本でＡ−Ｂ間で０．８８Ｖ、ＡＣ間で０．９２Ｖとなり、Ｂ−Ｃ間は０．０４Ｖ（３．６ｍΩの抵抗）となった。スリットの数を２本にすると、Ｂ−Ｃ間の電位差が０．０３Ｖ（２．７ｍΩの抵抗）、スリットを１本にするとＢ−Ｃ間の電位差が０．０２Ｖ（１．８ｍΩの抵抗）、スリット無しとするとＢ−Ｃ間ので電位差が０．０１Ｖ（０．９ｍΩの抵抗）となった。
【００２２】
一方、図６に示すように、この発明の実施形態の半導体素子で、導電路が並列で片方に２本のスリットを形成し、スリット幅を０．７ｍｍ幅とした場合のＡ−Ｂ間の電位差は０．８８Ｖ、Ａ−Ｃ間の電位差が０．８９Ｖとなり、したがってＢ−Ｃ間は０．０１Ｖ（０．９ｍΩ）となった。
【００２３】
上記図６と図７の場合のＡ−Ｃ間の電位の差は、直列型と並列型で、０．９２Ｖ−０．８９Ｖ＝０．０３Ｖとなる。この電圧差は、温度差にして３０°Ｃであり、並列型の方が温度差が少なく、放熱に優れている。
【００２４】
図５は、この発明の他の実施形態半導体素子の電極板を示し、電極板１３のこの場合は、両側端にそれぞれ１個のスリット１３ｈ、１３ｉを設けたものである。この電極板１３は、図４に示すスリット１３ｇとスリット１３ｊを形成せず、スリット１３ｈとスリット１３ｊのみを設け、構造を簡略化したものである。
【００２５】
なお、上記実施形態では、導電路２本を並列にした場合を説明したが、この発明では、導電路を２本に限ることなく、２本以上の複数本にしても良い。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、少なくとも一方の電極板の、電極側と他端側間に、屈曲した複数の導電路を並列に配置しているので、屈曲形成によるスリットで熱膨張・収縮による変位を吸収できるとともに、導電路の並列形成により、大きな放熱効果を得ることができる。特に、温度差の激しい環境で使用され、かつ自身に大電流を流した場合に、発生する熱を放電する必要のある太陽電池用のバイパスダイオードに使用すると有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態であるベアチップ型のダイオードを示す図である。
【図２】同実施形態ダイオード１個のユニットと太陽電池の接続を示す図である。
【図３】同実施形態ダイオード３個のユニットと太陽電池の接続を示す図である。
【図４】同実施形態ダイオードの電極板を拡大して示した平面図である。
【図５】この発明の他の実施形態であるベアチップ型のダイオードの電極板を示す平面図である。
【図６】上記実施形態ベアチップ型のダイオードの電圧降下測定を説明する図である。
【図７】従来のベアチップ型のダイオードの電圧降下測定を説明する図である。
【図８】バイパス用のダイオードを接続した太陽電池の回路図である。
【図９】メサ構造ガラスパッシベーション型のベアチップ型のダイオードを示す断面図である。
【符号の説明】
１１メサ構造ガラスパッシベーション型のベアチップ型のダイオード
１２チップ部
１３アノード側の電極板
１３ｄ、１３ｅ導電路
１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊスリット
１３ｋ十字状の切り欠き穴
１４カソード側の電極板

Claims

半導体チップの表面に、少なくとも第１と第２の電極を有し、これらの電極が外部に接続するための電極板に接続されてなる半導体素子において、
少なくとも一方の前記電極板は、電極側と他端側間に、屈曲した複数の導電路が並列に配置してなることを特徴とする半導体素子。
前記複数の導電路部は、その屈曲部で前記電極板の両側部より電極板の長手方向と直行する方向に、スリットを形成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子。
前記複数の導電路の互いに隣接する導電路間は、十字状の切り欠き部で離隔形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体素子。
複数個の電池セルが縦続接続され、各電池セルに並列にダイオードが接続される太陽電池において、
前記ダイオードは、アノードを外部に接続するための電極板、カソードを外部に接続するための電極板の少なくとも、いずれか一方は電極側と他端側間に、屈曲した複数の導電路が並列に配置してなることを特徴とする太陽電池。