JP2007311437A - 太陽電池用ダイオード素子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトに収納でき、放熱性が良く、それでいて、製作に時間を要することなく、外部環境に左右されずに接続剥がれ等の生じない太陽電池用ダイオード素子装置を提供する。
【解決手段】一端に太陽電池を接続するための端子Ｔ１〜Ｔ４を有し、相隣る少なくとも一方にダイオード素子挿着用の円形穴１２Ａを設け、互いに電気的に離隔して複数枚の端子板１１Ａ〜11Dを設け、この端子板１１Ａの円形穴１２Ａに、チップダイオードを円筒状有底の電極体の内部に装着し、上部より棒状電極９を設けたチップダイオード素子１Ａの電極体を挿着し、このダイオード素子１Ａの棒状電極の先端部１３Ａを隣接する端子板１１Ｄの溶接部１６Ａに溶着する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、太陽電池の端子箱等に収納する太陽電池用ダイオード素子装置に関する。

一般に、太陽電池は、図８に示すように、複数の太陽電池セルＢＳ１，ＢＳ２、・・・、ＢＳＮが直列に接続され、負荷Ｚに発生電圧が出力される。この種太陽電池では、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掛からないように各大陽電池セルＢＳ１，ＢＳ２，・・・，ＢＳＮにそれぞれ並列にダイオードＤ１、Ｄ２，・・・、ＤＮをバイパス用に接続している。図８では、太陽電池用セルＢＳ１，ＢＳ２、・・・、ＢＳＮを外部から接続する端子Ｔ１、Ｔ２、・・・、ＴＮ＋１を有する端子箱ＴＢにダイオードＤ１，Ｄ２、・・・、ＤＮを収納している。これらダイオードＤ１，Ｄ２、・・・、ＤＮは、端子箱ＴＢ内でそれぞれ端子Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ２〜Ｔ３、・・・、ＴＮ〜ＴＮ＋１に接続されている。

ここで使用されるダイオードとして、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３５を介して扁平な電極板３１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３６を介して、扁平な電極板３２で外部に接続されるようにしたものも使用されている。（例えば特許文献１参照）。また、この種の図９に示したベアチップ型のものを複数個横方向に配列し、２個のダイオード素子、さらに３個のダイオード素子を直列接続した太陽電池用ダイオード素子装置も開示されている（例えば特許文献２参照）。

ところで、自動車に使用される交流発電機の出力整流素子などのダイオード素子として、放熱性を良くし、また、接続を簡単容易にするために、ダイオードチップ全体を下部電極を兼ねる円筒状有底の電極体に収納し、ダイオードチップの上方よりリード電極を導出した半導体素子が知られている（例えば特許文献３、特許文献４参照）。
特開２００２―１８９０６４号公報 特開２０００―２２８５２９号公報 実公平５−１９９５７号公報 特開平９−３０７０４２号公報

上記した従来の太陽電池用ダイオード素子のうち、特許文献１，２に記載のものは、端子板が放熱板として作用するので放熱性が良い。しかし、ダイオードチップを端子板に接続する場合に半田付けするため、半田付けに時間を要し、チップダイオードの特性に影響を与える恐れがある。また、太陽電池は屋外に設置されることが多く温度差の激しいところで使用するので、半田と端子板の膨張・収縮率の相違から接続部に歪みが生じ、半田が剥がれるという問題がある。

また、上記特許文献３，４に示したダイオードを用いて大陽電池用ダイオード素子装置を実現可能であるが、リード電極部を半田付けするとやはり上記したと同様の不具合が発生する恐れがある。

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、コンパクトに収納でき、放熱性が良く、それでいて、装置の製作に時間を要することなく、外部環境に左右されずに、接続剥がれ等の生じない太陽電池用ダイオード素子装置を提供することを目的とする。

この発明の請求項１に係る太陽電池用ダイオード素子装置は、それぞれ一端に太陽電池を接続するための端子部を有し、相隣る少なくとも一方にダイオード素子挿着用の円形穴を設け、互いに電気的に離隔して一定方向に配置される複数の端子板と、チップダイオードを円筒状有底の電極体の内部に挿着し、かつチップダイオードの上部より棒状導電体の電極を設けた複数のチップダイオード素子と、を備え、前記ダイオード素子の前記円筒状有底の電極体を前記円形穴に挿着し、このダイオード素子の棒状導電体電極を隣接端子板に溶着したことを、特徴とする。

この発明の太陽電池用ダイオード素子装置において、前記各端子板のうち溶着部を有する端子板は、好ましくは溶着部近傍に切り欠きを形成すると良い。

また、この発明の太陽電池用ダイオード素子装置において、前記端子板のうち、配列方向の両端に配置される端子板は、好ましくは太陽電池セル接続用の端子部を形成する端部とは逆の一端部に出力用端子部を設けると良い。

また、この発明の太陽電池用ダイオード素子装置において、前記出力用端子部を設けた端子板は、好ましくは前記出力用端子部近傍に長手状の貫通穴を設けると良い。

請求項１に係る発明によれば、太陽電池セル接続用とダイオード装着用端子とを一つの端子板に設ける上、ダイオード素子の棒状導電電極と端子板とを溶着するので、ワンポイント溶着が可能であり、構成簡単で接続も短時間に容易に行うことができる。また、溶接による電気的接続を行うので、短時間接続が可能であり、ダイオードに熱的影響を与えることがない上、溶接後は、激しい温度変化等に対しても、剥がれる心配がない、という効果がある。

請求項２に係る発明によれば、端子板の溶接部近傍に切り欠きを形成するので、熱容量の小さい端子板で溶接を行うことが出来る。

請求項３に係る発明によれば、発生電圧出力用の端子部が、左右の端子板において、太陽電池セル接続の端子部とは逆の方の端部に設けるので、格別に端子板を設けることなく、それでいて、太陽電池セル接続部と明確に区別して、出力線を接続できる。

請求項４に係る発明によれば、前記出力用端子部を設けた端子板の、前記出力用端子部近傍に長手状の貫通穴を設けるので、出力用端子部を、他の端子板部分と熱的に離隔できる。

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太陽電池用ダイオード素子装置の端子板及びダイオード素子の配置を示す平面図である。この実施形態では、端子箱ＴＢに、４個の端子板１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄが左右横方向に配置されている。各端子板１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄは、ＣＵ（銅）で形成され、それぞれ縦横の長さは異なるものの厚さは同じで、いずれもほぼ長方形状である。また、各端子板１１Ａ、・・・、１１Ｄの一端には、外部より太陽電池セルＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３を接続するための端子Ｔ１、・・・、Ｔ４を備えている。

また、端子板１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃには、位置は異なるものの、同径の円形穴１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを形成しており、この円形穴１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃには、それぞれバイパス用のダイオード１Ａ、１Ｂ、１Ｃを装着している。ここに使用するダイオード１Ａ、１Ｂ、1Cについては詳細を後述する。なお、ダイオード１Ａと１Ｂは後述する極性が異なるものとし、ダイオード１Ｂと１Ｃは同じ極性のものを使用している。

端子板１１Ａと１１Ｂの間に配置される端子板１１Ｄは、ダイオード素子を挿着する円形穴を設けていず、溶着部１６Ａ、１６Ｂを設けている。又、端子板１１Ｂにも溶着部１６Ｃを設けている。この溶着部１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃは各端子板の他の面より高く台状に突出しており、溶接を容易にしている。

ダイオード素子１Ａは、後述のようにＰ層とＮ層からなるダイオードチップを、円筒状有底の電極体２Ａに挿着し、Ｎ層の下面の電極（カソード）を電極体２Ａの内面に接着し、Ｐ層の上面の電極（アノード）を棒状電極９Ａに接続したものである。この棒状電極９Ａは、図２に示すように,折り曲げられて、その先端部１３Ａが端子板１１Ｄの溶着部１６Ａに位置し、ここで、先端部１３Ａと溶着部１６Ａが、スポット溶接により溶着されている。

また、ダイオード素子１Ｂは、Ｐ層とＮ層からなるダイオードチップを、ダイオード素子１Ａの場合と逆にして円筒状有底の電極体２Ｂに挿着し、Ｐ層の下面の電極（アノード）を電極体２Ｂの内面に接着し、Ｎ層の上面の電極（カソード）を棒状電極９Ｂに接続したものである。この棒状電極９Ｂは、図３に示すように、折り曲げられてその先端部１３Ｂと端子板１１Ｄの溶着部１６Ｂに位置し、ここで先端部１３Ｂと溶着部１６Ｂがスポット溶接により溶着されている。

さらに、ダイオード素子１Ｃは、ダイオード素子１Ｂと同様に、Ｎ層を上部、Ｐ層を下部としたダイオードチップを、円筒状有底の電極体２Ｃに挿着し、Ｐ層の下面の電極（アノード）を電極体２Ｃの内面に接着し、Ｎ層の上面の電極（カソード）を棒状電極９Ｃに接続したものである。この棒状電極９Ｃも、図２に示すように、折り曲げられてその先端部１３Ｃと端子板１１Ｄの溶着部１６Ｃに位置し、ここで先端部１３Ｃと溶着部１６Ｃがスポット溶接により溶着されている。

以上の溶着による接続により、ダイオード素子１Ａのアノードとダイオード素子１Ｂのカソード、ダイオード素子１Ｂのアノードとダイオード素子１Ｃのカソードが接続され、図８のダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３と同様の極性で直列接続される。また、この実施形態においては、端子板１１Ｂ、１１Ｄにおいて、溶着部１６Ａ、１６Ｂの近傍に切り欠き１５Ｃを形成し、溶着部１６Ｃの近傍に切り欠き１５Ｂを形成し、溶接時の熱容量が小さくなるようにしている。

また、最左側の端子板１１Ａと最右側の端子板１１Ｃの太陽電池セル接続用の端子部Ｔ１，Ｔ４とは、異なる端部に負荷への出力導出用の端子ＯＴ１，ＯＴ２を設けている。この出力用端子ＯＴ１、ＯＴ２は、断面視馬蹄形をしたものであり、出力リード線を半田付けにより、あるいは圧力を掛けてかしめてリード線を挟み込んで接続している。この端子ＯＴ１、ＯＴ２が設けられる端子板１１Ａ、１１Ｃには、端子ＯＴ１、ＯＴ２の近傍に、長手状の貫通穴１７Ａ、１７Ｃを設け、ダイオード素子１Ａ、１Ｃと、出力用端子ＯＴ１、ＯＴ２とを熱的に離隔している。

ここで上記のダイオード素子１Ａとして使用するダイオード素子１について説明する。図４は、ダイオード素子１の断面図、図５は、ダイオード素子１の正面図である。

このダイオード素子１は、円筒状有底の形状をした全体として偏平な電極体２と、この電極体２の筒内部２ａに設けられるチップダイオード３と、筒内部２ａの空所に充填されるエポキシ樹脂パッケージ部４と、偏平部８と棒状部（導体棒）９とからなる電極体７と、から構成されている。

電極体２は、ＣＵ（銅）で形成され、外周２ｂに縦方向に無数の凹凸体が交互に形成され、つまり突起部と溝部が交互に形成されている。

チップダイオード３は、Ｐ層とＮ層からなるチップ部５と、チップ部５の下面に設けられた電極（アノード）６ａと、チップ部５の上面に設けられた電極（カソード）６ｂとからなる。電極６ａが高温半田１０ａで、電極体２の筒内部２ａの底面２ｄに接着されている。また、電極６ｂは電極体７の偏平部８に高温半田１０ｂを介して接続されている。電極体７は、偏平部８と棒状部９とからなり、ＣＵ（銅）で形成されており、棒状部９は、筒内部２ａの上面より、上方に突出して外部に導出されている。この棒状部９は、図２、図３示すように、折り曲げ自在なものである。

電極体２の筒内部２ａとチップダイオード３の空所にエポキシ樹脂が充填されパッケージ部４が形成されている。このパッケージ部４によってチップダイオード３は、外部より完全に密封されている。

この、ダイオード素子１を、上記実施形態において、ダイオード素子１Ａとして、端子板１１の円形穴１２に挿着した場合、図６に示す断面図となる。図６において、偏平なＣＵ（銅）製の端子板１１に,円形穴１２が設けられ、この円形穴１２に、上記したダイオード素子１の電極体２の外周部２ｂが圧着挿入されて、装着されている。端子板１１の円形穴１２は、ダイオード素子１の電極体２の外周円より、やや小さく設定していることと、電極体２の外周部２ｂに縦方向に線状の凹凸が形成さていることに相まち、ダイオード素子１が端子部１１に強力に接着され、外力にて簡単に離れず、かつ熱の放熱性も良い。

上記のダイオード素子１Ｂ，１Ｃとして使用するダイオード素子１は、基本的には図４に示すものと同様の構造であるが、ダイオードチップ３のP層とＮ層とを天地逆になるようにし、下層であるＰ層の下面の電極６ａが高温半田１０ａで電極体２の筒内部２ａの底面２ｄに接着されている。また、上層であるＮ層の上面の電極６ｂは電極体７の偏平部８に高温半田１０ｂを介して接続されている。

なお、上記実施形態に使用されるダイオード素子１は、電極体２内に装着されるダイオードチップが、図４に示す構造のものに限られるものではなく、電極体２と棒状電極部９を有するものであれば、他の構成のダイオードであっても良い。

また、図１の実施形態では、端子板を４枚とし、太陽電池セルを３個直列接続する場合の端子箱について説明したが、何個の端子板とするかは、直列接続する太陽電池セル（ダイオード）の数に応じて、適宜選定すれば良い。

例えば、太陽電池セルを２個直列接続する場合は、図７に示すように端子板を１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの３枚とすればよい。

この発明の一実施形態である太陽電池用ダイオード素子装置の端子板及びダイオード素子の配置を示す平面図である。 図１に示す同実施形態太陽電池用ダイオード素子装置のＡ−Ａで切断した断面図である。 図１に示す同実施形態太陽電池用ダイオード素子装置のＢ−Ｂで切断した断面図である。 同実施形態太陽電池用ダイオード素子装置に使用するダイオード素子の断面図である。 同実施形態太陽電池用ダイオード素子装置に使用するダイオード素子の正面図である。 同実施形態太陽電池用ダイオード素子装置に使用するダイオード素子を、端子板に挿着した場合の断面図である。 この発明の他の実施形態を示す太陽電池用ダイオード素子装置の端子板及びダイオード素子の配置を示す平面図である。 一般的な太陽電池の電池セルとバイパス用ダイオードの接続を示す回路図である。 一般的な太陽電池用ダイオード素子の一例を示す断面図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ ダイオード素子
２ 円筒状有底の電極体
９、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ 棒状電極
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ 端子板
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 円形穴
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ 棒状電極の先端部
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ 切り欠き
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ 溶着部
１７Ａ、１７Ｃ 長手状貫通穴
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４ 太陽電池セル接続端子
ＯＴ１、ＯＴ１ 出力端子

Claims (4)

1. それぞれ一端に太陽電池を接続するための端子部を有し、相隣る少なくとも一方にダイオード素子挿着用の円形穴を設け、互いに電気的に離隔して一定方向に配置される複数の端子板と、
   チップダイオードを円筒状有底の電極体の内部に挿着し、かつチップダイオードの上部より棒状導電体の電極を設けた複数のダイオード素子と、を備え、
   前記ダイオード素子の前記円筒状有底の電極体を前記円形穴に挿着し、このダイオード素子の棒状導電体電極を隣接端子板に溶着したことを、
   特徴とする太陽電池用ダイオ−ド素子装置。
2. 前記各端子板のうち溶着部を有する端子板は、溶着部近傍に切り欠きを形成したことを特徴とする請求項１記載の太陽電池用ダイオード素子装置。
3. 前記端子板のうち、配列方向の両端に配置される端子板に、太陽電池セル接続用の端子部を形成する端部とは逆の一端部に出力用端子部を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の太陽電池用ダイオード素子装置。
4. 前記出力用端子部を設けた端子板は、前記出力用端子部近傍に長手状の貫通穴を設けたことを特徴とする請求項３記載の太陽電池用ダイオード素子装置。

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