JP2009043904A - 光電変換装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ほぼ同材質(アルミニウムまたはアルミニウム合金)の支持体および金属シートを用いた上で、発電ブロックの一方の端の発電ユニットの縁部の支持体および他端の発電ユニットの縁部の金属シートのそれぞれに、支持体および金属シートとほぼ同材質の基材シートとその片面側に結合された少なくとも表面が、半田付けが容易な金属層(銅、黄銅、錫、鉄、銀、および半田からなる群より選ばれた少なくとも一種を主成分とする金属層)からなる端子板の基材シート側を超音波溶接などで溶接する。
【選択図】図15
Description
前記光電変換素子を支持し、かつ光電変換素子の第1半導体または第2半導体層と電気的に接続されたアルミニウムもしくはアルミニウム合金を主体とする支持体、
前記光電変換素子の第2半導体層または第1半導体と電気的に接続されたアルミニウムもしくはアルミニウム合金を主体とする金属シート、および、
前記支持体と金属シートとを絶縁する電気絶縁層、
を具備する発電ユニットの単独もしくは相互に電気的に接続された複数の発電ユニットからなる発電ブロックを備えた光電変換装置であって、
前記発電ブロックの一方の端に位置する発電ユニットの支持体および他方の端に位置する発電ユニットの金属シートのそれぞれに端子板が接続され、各端子板は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる基材シートと、該基材シートの片面側に結合された、少なくとも表面が銅、黄銅、錫、鉄、銀、および半田からなる群より選ばれた少なくとも一種を主成分とする金属層からなり、前記基材シート側が前記支持体および金属シートのそれぞれに溶接されていることを特徴とする。
前記発電ブロックの一方の端に位置する発電ユニットの支持体および他方の端に位置する発電ユニットの金属シートが、それぞれ、少なくとも表面が前記の半田付けが容易な金属層を基材シートの片面側に形成した端子板の基材シート側と接続されており、前記支持体と金属シートの主材料および基材シートがいずれもアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする。
(a)球状の第1半導体およびその表面を被覆する第2半導体層を具備し、第2半導体層が第1半導体を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子、前記素子を支持し、かつ素子の第1半導体または第2半導体層と電気的に接続されたアルミニウムまたはアルミニウム合金を主体とする支持体、前記素子の第2半導体層または第1半導体と電気的に接続されたアルミニウムまたはアルミニウム合金を主体とする金属シート、および前記支持体と金属シートを絶縁する電気絶縁層を具備する複数の発電ユニットを準備する工程、
(b)複数の前記発電ユニットを、各発電ユニットの支持体および/または金属シートの端部同士を溶接することにより、相互に直列ないしは並列に電気的に接続する工程、
および
(c)前記接続された複数の前記発電ユニットの一方の端に位置する発電ユニットの支持体および他方の端に位置する発電ユニットの金属シートのそれぞれに、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる基材シートと、該基材シートの片面側に結合された、少なくとも表面が銅、黄銅、錫、鉄、銀、および半田からなる群より選ばれた少なくとも一種を主成分とする金属層を備えた端子板の前記基材シート側を溶接する工程、
を含むことを特徴とする。
1)発電ユニットを準備する工程
本工程では、光電変換装置に組み込まれる発電ユニットを準備する。本実施形態における発電ユニットは、前記の代表的な形態の発電ユニットであり、球状の第1半導体およびその表面を被覆する第2半導体層を具備し、第2半導体層が第1半導体を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子、前記素子を1個ずつ配置するための複数の孔を有し、第2半導体層が前記孔の縁部に電気的に接続され、かつ第1半導体の露出部を裏面側に臨ませているアルミニウムまたはアルミニウム合金を主体とする支持体、支持体の裏面側に接合され、第1半導体の露出部に対向する部位の少なくとも一部に孔を有する電気絶縁層、並びに、電気絶縁層上に形成され、素子のそれぞれの第1半導体を電気絶縁層の孔を通して相互に電気的に接続するアルミニウムまたはアルミニウム合金を主体とする金属シートを具備している。
本実施形態では、まず、例えば、図2(a)の素子10Aを図1の支持体の孔の部分に固定した組立体を準備する。図4に示す組立体30Aは、素子10Aの第2半導体層2が支持体20の凹部の孔の縁部に導電性接着剤24により接続され、かつ素子10Aの一部が支持体20の裏面側に臨んでいる。図4には、図1のIV−IV線で切った断面図に相当する支持体の一部のみを示している。支持体のサイズは50×150mmであり、約1800個の素子が配置されている。
第2半導体層が反射防止膜で被覆された図3(a)の素子を支持体に固定する場合には、第2半導体層は、導電性の反射防止膜を介して、導電性接着剤により支持体に電気的に接続される。
第2半導体層に第1半導体の一部を露出させる開口部を形成した図2(b)あるいは図3(b)に示す素子を用いて発電ユニットを構成する方法について、その代表的な実施形態を図10に沿って説明する。
第1半導体の露出部を形成し、さらにその露出部に導電層を形成した図2(c)あるいは図3(c)に示す素子を用いて工程(a)の発電ユニットを構成する方法について、その代表的な実施形態を図11に沿って説明する。
こうして得られる発電ユニットにおいては、球状の光電変換素子が支持体の孔内に強固に固定され、さらに、支持体に固定された全ての素子の第1半導体と金属シート、および第2半導体層と支持体とが確実に電気的に接続される。
光電変換装置に組み込まれる発電ブロックには、単独の発電ユニットからなる場合、および複数の発電ユニットからなる場合がある。前者は1)の発電ユニットそのものなので説明を省略し、後者の実施形態について以下に説明する。
図12は、図8(3)の発電ユニットを支持体側から見た平面図である。図13には、この発電ユニットの複数個からなる発電ブロックのなかの隣接する二つの発電ユニットが接続されている状態を示す。支持体20の支持部30の各凹部21には、直径約1mmの約1800個の光電変換素子10が固定されている。発電ユニット100のサイズは50×150mmであり、その短辺側の縁部103および104は、支持体20、樹脂シート(電気絶縁層)40およびアルミニウムシート35の3層からなっている。長辺側の一方の縁部101では、支持体20および電気絶縁層40の端よりも外側にアルミニウムシート35の端が突出している。他方の縁部102では、電気絶縁層40およびアルミニウムシート35の端よりも外側に支持体20の端が突出している。
本工程では、発電ユニットの単独、または複数の発電ユニットを接続して構成された発電ブロックの、一方の端に位置する発電ユニットの支持体および他方の端に位置する発電ユニットの金属シートのそれぞれに端子板を接続する。端子板は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる基材シートと、該基材シートの片面側に結合された、少なくとも表面が半田付けが容易な金属層を備えており、前記端子板の基材シート側を発電ブロック側の被接続面に重ね合わせて溶接により接続される。
上記端子板における基材シートの片面に形成される半田付けが容易な金属層は、前記のように、少なくともその表面が、銅、黄銅、錫、鉄、銀、および半田からなる群より選ばれた少なくとも一種を主成分とする金属からなっている。この金属層と、光電変換装置内の他の構成要素とが半田付けにより接続される。表面層が半田の場合には、半田以外の上記の金属を主成分とする層の上の少なくとも一部に半田層が形成されていることが好ましい。
結合したもの、ii)上記の基材シートの片面に形成した中間層を介して、半田付けが容易
な半田以外の金属層を結合したもの、並びに、i)またはii)の半田付けが容易な半田以
外の金属層の上に半田層を結合するか、部分的に半田を付着させたもの、などを用いることができる。上記のように端子板に予め半田層を形成するか、部分的に半田を付着させることにより、他の構成要素との半田付けを容易に行うことができる場合が多い。上記のii
)における中間層は、例えば、銅などの半田付けが容易な金属層をメッキなどで形成することを容易にするために、必要に応じて基材シートの表面にスパッタやめっきにより形成されるTi、Cr,Ni,Ni−PおよびNi−Bなどの下地層を指す。
2 第2半導体層
3、13 第1半導体の露出部
4 第2半導体層の開口部
5 反射防止膜
6.16 第1半導体とのオーミックな導電性を有する層
7 導電性ペーストの塗布層
8 導体バンプ
10、10A、10B、10C 光電変換素子
15 レーザ
20、20B、20C 支持体
21 凹部
22(支持体の)孔
24 導電性接着剤
35、45、75、35A、35D 金属シート
40、70 電気絶縁性シート(または、樹脂シート)
44 金属シートの孔
52、62 電気絶縁層の孔(導電路)
55、65 導電性ペースト
100、100A,100B,100C,100D 発電ユニット
101、101A 発電ユニットの長辺側の他方の縁部
102、102B 発電ユニットの長辺側の一方の縁部
103 発電ユニットの短辺側の一方の縁部
104 発電ユニットの短辺側の一方の縁部
110 (発電ユニット同士の)接続部
120 端子板
121 基材シート
122 半田付けが容易な金属層
Claims (8)
- 球状の第1半導体およびその表面を被覆する第2半導体層を具備し、前記第2半導体層が前記第1半導体を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子、
前記光電変換素子を支持し、かつ光電変換素子の第1半導体または第2半導体層と電気的に接続されたアルミニウムもしくはアルミニウム合金を主体とする支持体、
前記光電変換素子の第2半導体層または第1半導体と電気的に接続されたアルミニウムもしくはアルミニウム合金を主体とする金属シート、および、
前記支持体と金属シートとを絶縁する電気絶縁層、
を具備する発電ユニットの単独もしくは相互に電気的に接続された複数の発電ユニットからなる発電ブロックを備えた光電変換装置であって、
前記発電ブロックの一方の端に位置する発電ユニットの支持体および他方の端に位置する発電ユニットの金属シートのそれぞれに端子板が接続され、前記端子板は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる基材シートと、該基材シートの片面側に結合された、少なくとも表面が銅、黄銅、錫、鉄、銀、および半田からなる群より選ばれた少なくとも一種を主成分とする金属層からなり、前記基材シート側が前記支持体および金属シートのそれぞれに溶接されていることを特徴とする光電変換装置。 - 球状の第1半導体およびその表面を被覆する第2半導体層を具備し、前記第2半導体層が前記第1半導体を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子、
前記光電変換素子を支持し、前記光電変換素子を1個ずつ配置するための複数の孔を有する導電性の支持体であって、前記光電変換素子の第2半導体層が前記孔の縁部に電気的に接続され、かつ前記第1半導体の露出部を裏面側に臨ませているアルミニウムもしくはアルミニウム合金を主体とする支持体、
前記支持体の裏面側に接合され、前記第1半導体の露出部に対向する部位の少なくとも一部に孔を有する電気絶縁層、並びに、
前記電気絶縁層に接合され、前記複数の光電変換素子のそれぞれの第1半導体を、前記電気絶縁層の孔を通して相互に電気的に接続するアルミニウムもしくはアルミニウム合金を主体とする金属シート、
を具備する発電ユニットの単独もしくは相互に電気的に接続された複数の発電ユニットからなる発電ブロックを備えた光電変換装置であって、
前記発電ブロックの一方の端に位置する発電ユニットの支持体および他方の端に位置する発電ユニットの金属シートのそれぞれに端子板が接続され、前記端子板は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる基材シートと、該基材シートの片面側に結合された、少なくとも表面が銅、黄銅、錫、鉄、銀、および半田からなる群より選ばれた少なくとも一種を主成分とする金属層からなり、前記基材シート側が前記支持体および金属シートのそれぞれに溶接されていることを特徴とする光電変換装置。 - 前記端子板の基材シート側が前記支持体および金属シートのそれぞれに超音波溶接により溶接されている請求項1または2に記載の光電変換装置。
- 前記端子板が、前記基材シートと銅シートとのクラッド板からなる請求項1〜3のいずれかに記載の光電変換装置。
- 前記端子板が、前記基材シートと銅シートとのクラッド板および前記銅シート側に結合された半田層からなる請求項1〜3のいずれかに記載の光電変換装置。
- 前記光電変換素子が、前記第2半導体層の表面を被覆する反射防止膜を有し、前記第2半導体層および前記反射防止膜が前記第1半導体を露出させる開口部をそれぞれ同部位に有する請求項1〜5のいずれかに記載の光電変換装置。
- 前記支持体が、前記孔を底部に有する凹部を隣接して表面に有し、前記凹部の内面に反射鏡層を有する請求項1〜6のいずれかに記載の光電変換装置。
- (a)球状の第1半導体およびその表面を被覆する第2半導体層を具備し、前記第2半導体層が前記第1半導体を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子、前記光電変換素子を支持し、かつ光電変換素子の第1半導体または第2半導体層と電気的に接続されたアルミニウムもしくはアルミニウム合金を主体とする支持体、前記光電変換素子の第2半導体層または第1半導体と電気的に接続されたアルミニウムもしくはアルミニウム合金を主体とする金属シート、および前記支持体と金属シートとを絶縁する電気絶縁層を具備する複数の発電ユニットを準備する工程、
(b)複数の前記発電ユニットを、各発電ユニットの支持体および/または金属シートの端部同士を溶接することにより、相互に直列ないしは並列に電気的に接続する工程、
および
(c)前記接続された複数の前記発電ユニットの一方の端に位置する発電ユニットの支持体および他方の端に位置する発電ユニットの金属シートのそれぞれに、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる基材シートと、該基材シートの片面側に結合された、少なくとも表面が銅、黄銅、錫、鉄、銀、および半田からなる群より選ばれた少なくとも一種を主成分とする金属層を備えた端子板の前記基材シート側を溶接する工程、
を含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
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