JP2010003969A - 太陽電池、集光型太陽光発電モジュール、および太陽電池製造方法 - Google Patents

太陽電池、集光型太陽光発電モジュール、および太陽電池製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】広い波長領域に対する集光特性を向上させて発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、信頼性、耐候性の高い太陽電池、集光型太陽光発電モジュール、および太陽電池製造方法を提供する。
【解決手段】太陽電池10は、集光レンズ50により集光された太陽光Lsを光電変換する太陽電池素子11と、太陽電池素子11が載置されたレシーバ基板20と、集光された太陽光Lsを入射させる入射面40fと太陽電池素子11に対向して配置され太陽電池素子11に太陽光Lsを照射する照射面40rとを有する柱状光学部材40と、柱状光学部材40を保持する保持部35と、太陽電池素子11の周囲に枠状に配置されレシーバ基板20に固定された枠状台座部30とを備え、保持部35は、枠状台座部30に嵌合させてある。
【選択図】図1

Description

本発明は、集光レンズにより集光された太陽光を光電変換する太陽電池素子と、太陽電池素子が載置されたレシーバ基板と、集光された太陽光を入射させる入射面と太陽電池素子に対向して配置され太陽電池素子に太陽光を照射する照射面とを有する柱状光学部材と、柱状光学部材を保持する保持部とを備える太陽電池、このような太陽電池を搭載した集光型太陽光発電装置、およびこのような太陽電池を製造する太陽電池製造方法に関する。
太陽エネルギーを電力に変換する太陽光発電装置が実用化されているが、低コスト化を実現し、さらに大電力を得るために、集光レンズで集光した太陽光を集光レンズの受光面積より小さい太陽電池素子に照射して電力を取り出すタイプの集光型太陽光発電装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
集光型太陽光発電装置は、太陽光を集光レンズで集光して太陽電池素子に照射することから、太陽電池素子は、光学系で集光された太陽光を受光できる小さい受光面積を備えれば良い。つまり、集光レンズの受光面積より小さいサイズの太陽電池素子で良いことから、太陽電池素子のサイズを縮小することができるので、太陽光発電装置において高価な構成物である太陽電池素子の使用量を減らすことができ、コストを低減することが可能となる。
このような利点から、集光型太陽光発電装置は、広大な面積を利用して発電することが可能な地域などで、電力供給用に利用されつつある。
また、集光特性を向上させるために、集光レンズを1次光学系とし、太陽電池素子の表面に対応させて配置した2次光学系に1次光学系で集光した太陽光を入射させる形態の集光型太陽光発電装置が提案されている(例えば、特許文献2ないし特許文献4参照。)。
しかし、従来の集光型太陽光発電装置では、光学系の構造が複雑であり、集光レンズに対する太陽電池素子の位置決め、あるいは、集光レンズに対する2次光学系の位置決めを容易かつ高精度にすることは困難であり、実用化する上で多くの困難が生じている。また、構造の複雑さに伴い、稼動中の信頼性の維持、生産性の向上という面で多くの課題が生じている。
特開平11−284217号公報 特開2002−289896号公報 特開2002−289897号公報 特開2002−289898号公報
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、集光レンズにより集光された太陽光を光電変換する太陽電池素子と、太陽電池素子が載置されたレシーバ基板と、集光された太陽光を太陽電池素子に照射する柱状光学部材と、柱状光学部材を保持する保持部とを備える太陽電池であって、太陽電池素子の周囲に枠状に配置されレシーバ基板に固定された枠状台座部に保持部を嵌合させることにより、柱状光学部材を太陽電池素子に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に保持し、広い波長領域に対する集光特性を向上させて発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、信頼性、耐候性の高い太陽電池を提供することを目的とする。
また、本発明は、集光レンズと本発明に係る太陽電池とを備える集光型太陽光発電モジュールとすることにより、広い波長領域に対する集光特性を向上させて発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、信頼性、耐候性の高い安価な集光型太陽光発電モジュールを提供することを他の目的とする。
また、本発明は、本発明に係る太陽電池を製造する太陽電池製造方法であって、枠状台座部をレシーバ基板に位置決めして載置する枠状台座部載置工程と、保持部を枠状台座部に嵌合する嵌合工程と、保持部の貫通穴に柱状光学部材を挿入し柱状光学部材の太陽電池素子に対向する照射面を封止樹脂で被覆する柱状光学部材搭載工程とを備えることにより、柱状光学部材を太陽電池素子に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に保持することができ、広い波長領域に対する集光特性を向上させて発電効率および発電電力を向上させた信頼性の高い安価な太陽電池を容易かつ高精度に生産性良く製造する太陽電池製造方法を提供することを他の目的とする。
本発明に係る太陽電池は、集光レンズにより集光された太陽光を光電変換する太陽電池素子と、該太陽電池素子が載置されたレシーバ基板と、集光された太陽光を入射させる入射面と前記太陽電池素子に対向して配置され前記太陽電池素子に太陽光を照射する照射面とを有する柱状光学部材と、該柱状光学部材を保持する保持部とを備える太陽電池であって、前記太陽電池素子の周囲に枠状に配置され前記レシーバ基板に固定された枠状台座部を備え、前記保持部は、前記枠状台座部に嵌合させてあることを特徴とする。
この構成により、枠状台座部をレシーバ基板に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に固定することが可能となり、また、保持部を枠状台座部に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に保持することが可能となるので、柱状光学部材を太陽電池素子に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に保持することができ、広い波長領域に対する集光特性を向上させて発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、信頼性、耐候性の高い安価な太陽電池とすることができる。
また、本発明に係る太陽電池では、前記レシーバ基板に配置され前記枠状台座部の位置決めをする位置決めピンを備えることを特徴とする。
この構成により、枠状台座部をレシーバ基板に容易かつ高精度に作業性良く位置決めすることが可能となる。
また、本発明に係る太陽電池では、前記枠状台座部は、前記保持部と嵌合する段差部を有することを特徴とする。
この構成により、保持部を枠状台座部に容易かつ高精度に作業性良く位置決めすることが可能となる。
また、本発明に係る太陽電池では、前記枠状台座部は、前記レシーバ基板に当接する面に形成された溝部を有し、該溝部に充填された第1接着剤によって前記レシーバ基板に接着されていることを特徴とする。
この構成により、枠状台座部をレシーバ基板に容易かつ高精度に作業性良く固定(接着)することが可能となる。
また、本発明に係る太陽電池では、前記保持部は、前記段差部と対向する端部に前記段差部に嵌合された鍔状突起を備えることを特徴とする。
この構成により、保持部の外周形状を縮小し、柱状光学部材を安定的に保持することが可能となり、軽量化を図ることができる。
また、本発明に係る太陽電池では、前記柱状光学部材は、四角柱としてあり、前記保持部は、前記四角柱に当接する貫通穴を有する柱状とされていることを特徴とする。
この構成により、保持部に対して柱状光学部材を自己整合的に位置合わせし、集光された太陽光を太陽電池素子へ高精度に照射させることが可能となることから、集光特性を向上させて発電効率を向上させることができる。
また、本発明に係る太陽電池では、前記保持部は、金属製であることを特徴とする。
この構成により、保持部の機械的強度および放熱性を向上させ、柱状光学部材を安定性良く確実に保持し、発電効率および信頼性を向上させることが可能となる。
また、本発明に係る太陽電池では、前記照射面および前記太陽電池素子は、前記枠状台座部に充填された樹脂封止部によって樹脂封止されていることを特徴とする。
この構成により、照射面から太陽電池素子に向けて照射される太陽光を効率良く導光することが可能となり、また、太陽電池素子および太陽電池素子に接続されたワイヤを周囲環境から保護(絶縁)することが可能となることから、発電効率および信頼性を向上させることができる。
また、本発明に係る太陽電池では、前記保持部は、前記太陽電池素子に対向する側で前記柱状光学部材を露出させる空間を構成する凹部を有することを特徴とする。
この構成により、封止樹脂部と保持部との間に空間を形成し、樹脂封止部を形成するときに封止樹脂から発生する気泡を空間へ放出することが可能となることから、樹脂封止部の透光性を向上させることが可能となり、発電効率を向上させることができる。
また、本発明に係る太陽電池では、前記貫通穴は、前記四角柱の前記角部に対応して形成された貫通溝部を有することを特徴とする。
この構成により、柱状光学部材の角部の損傷を防止し、太陽電池素子から外部に至る空気の通路を構成することが可能となることから、樹脂封止部を形成するときに発生する気泡を外部へ放出し、また、稼動中に太陽電池素子から外部に至る対流を発生させることができるので、発電効率を向上させることができる。
また、本発明に係る集光型太陽光発電モジュールは、太陽光を集光する集光レンズと、集光された太陽光を受光して光電変換する太陽電池とを備える集光型太陽光発電モジュールであって、前記太陽電池は、本発明に係る太陽電池であることを特徴とする。
この構成により、広い波長領域に対する集光特性を向上させて発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、信頼性、耐候性の高い安価な集光型太陽光発電モジュールとすることができる。
また、本発明に係る太陽電池製造方法は、集光レンズにより集光された太陽光を光電変換する太陽電池素子と、該太陽電池素子が載置されたレシーバ基板と、集光された太陽光を入射させる入射面と前記太陽電池素子に対向して配置され前記太陽電池素子に太陽光を照射する照射面とを有する柱状光学部材と、該柱状光学部材を保持する保持部と、前記太陽電池素子の周囲に枠状に配置され前記レシーバ基板に固定されて前記保持部と嵌合する枠状台座部とを備える太陽電池を製造する太陽電池製造方法であって、前記レシーバ基板に前記太陽電池素子を実装する太陽電池素子実装工程と、前記枠状台座部を前記レシーバ基板に接着する第1接着剤を前記レシーバ基板に塗布する第1接着剤塗布工程と、前記枠状台座部を前記レシーバ基板に位置決めして載置する枠状台座部載置工程と、前記保持部を前記枠状台座部に接着する第2接着剤を前記枠状台座部に塗布する第2接着剤塗布工程と、前記保持部を前記枠状台座部に嵌合する嵌合工程と、前記第1樹脂および前記第2樹脂を加熱して熱硬化する第1熱硬化工程と、前記太陽電池素子を樹脂封止する封止樹脂を前記枠状台座部に注入する封止樹脂注入工程と、前記保持部の貫通穴に前記柱状光学部材を挿入し前記柱状光学部材の前記太陽電池素子に対向する照射面を前記封止樹脂で被覆する柱状光学部材搭載工程と、前記封止樹脂に対して脱泡処理を施す脱泡処理工程と、前記封止樹脂を加熱して熱硬化する第2熱硬化工程とを備えることを特徴とする。
この構成により、枠状台座部をレシーバ基板に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に固定することが可能となり、また、保持部を枠状台座部に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に保持することが可能となるので、柱状光学部材を太陽電池素子に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に保持することができ、広い波長領域に対する集光特性を向上させて発電効率および発電電力を向上させた信頼性の高い安価な太陽電池を容易かつ高精度に生産性良く製造することができる。
本発明に係る太陽電池によれば、集光レンズにより集光された太陽光を光電変換する太陽電池素子と、太陽電池素子が載置されたレシーバ基板と、集光された太陽光を入射させる入射面と太陽電池素子に対向して配置され太陽電池素子に太陽光を照射する照射面とを有する柱状光学部材と、柱状光学部材を保持する保持部とを備える太陽電池であって、太陽電池素子の周囲に枠状に配置されレシーバ基板に固定された枠状台座部を備え、保持部は、枠状台座部に嵌合させてあることから、枠状台座部をレシーバ基板に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に固定することが可能となり、また、保持部を枠状台座部に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に保持することが可能となるので、柱状光学部材を太陽電池素子に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に保持することができ、広い波長領域に対する集光特性を向上させて発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、信頼性、耐候性の高い安価な太陽電池とすることができるという効果を奏する。
また、本発明に係る集光型太陽光発電モジュールによれば、太陽光を集光する集光レンズと、集光された太陽光を受光して光電変換する太陽電池とを備える集光型太陽光発電モジュールであって、太陽電池は、本発明に係る太陽電池とすることから、広い波長領域に対する集光特性を向上させて発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、信頼性、耐候性の高い安価な集光型太陽光発電モジュールとすることができるという効果を奏する。
また、本発明に係る太陽電池製造方法によれば、集光レンズにより集光された太陽光を光電変換する太陽電池素子と、太陽電池素子が載置されたレシーバ基板と、集光された太陽光を入射させる入射面と太陽電池素子に対向して配置され太陽電池素子に太陽光を照射する照射面とを有する柱状光学部材と、柱状光学部材を保持する保持部と、太陽電池素子の周囲に枠状に配置されレシーバ基板に固定されて保持部と嵌合する枠状台座部とを備える太陽電池を製造する太陽電池製造方法であって、レシーバ基板に太陽電池素子を実装する太陽電池素子実装工程と、枠状台座部をレシーバ基板に接着する第1接着剤をレシーバ基板に塗布する第1接着剤塗布工程と、枠状台座部をレシーバ基板に位置決めして載置する枠状台座部載置工程と、保持部を枠状台座部に接着する第2接着剤を枠状台座部に塗布する第2接着剤塗布工程と、保持部を枠状台座部に嵌合する嵌合工程と、第1樹脂および第2樹脂を加熱して熱硬化する第1熱硬化工程と、太陽電池素子を樹脂封止する封止樹脂を枠状台座部に注入する封止樹脂注入工程と、保持部の貫通穴に柱状光学部材を挿入し柱状光学部材の太陽電池素子に対向する照射面を封止樹脂で被覆する柱状光学部材搭載工程と、封止樹脂に対して脱泡処理を施す脱泡処理工程と、封止樹脂を加熱して熱硬化する第2熱硬化工程とを備えることから、枠状台座部をレシーバ基板に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に固定することが可能となり、また、保持部を枠状台座部に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に保持することが可能となるので、柱状光学部材を太陽電池素子に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に保持することができ、広い波長領域に対する集光特性を向上させて発電効率および発電電力を向上させた信頼性の高い安価な太陽電池を容易かつ高精度に生産性良く製造することができるという効果を奏する。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
<実施の形態1>
図1ないし図4Cに基づいて、本実施の形態に係る集光型太陽光発電モジュールおよび太陽電池について説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る集光型太陽光発電モジュールおよび太陽電池の断面状態をしめす断面図である。
図2は、図1で示した太陽電池の外観を示す斜視図である。
図3は、図1で示した太陽電池素子のレシーバ基板への実装状態を示す斜視図である。
本実施の形態に係る太陽電池10は、集光レンズ50により集光された太陽光Lsを光電変換する太陽電池素子11と、太陽電池素子11が載置されたレシーバ基板20と、集光された太陽光Lsを入射させる入射面40fと太陽電池素子11に対向して配置され太陽電池素子11に太陽光Lsを照射する照射面40rとを有する柱状光学部材40と、柱状光学部材40を保持する保持部35とを備える。また、太陽電池10は、太陽電池素子11の周囲に枠状に配置されレシーバ基板20に固定された枠状台座部30を備え、保持部35は、枠状台座部30に嵌合させてある。
したがって、枠状台座部30をレシーバ基板20に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に固定することが可能となり、また、保持部35を枠状台座部30に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に保持することが可能となるので、柱状光学部材40を太陽電池素子11に対して容易かつ高精度に位置決めして強固に保持することができ、広い波長領域に対する集光特性を向上させて発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、信頼性、耐候性の高い安価な太陽電池10とすることができる。
なお、本実施の形態では、保持部35を枠状台座部30に嵌め込む形態としてあるが、逆に枠状台座部30が保持部35に嵌め込まれる形態とすることも可能である。
照射面40rは、太陽電池素子11に対応する面積、例えば太陽電池素子11の有効受光面積に対応させる面積としてある。つまり、照射面40rは、太陽電池素子11の有効受光面積と同等とすることによって、不要な太陽光Lsの照射を防止することが可能となり、太陽エネルギによる温度上昇を防止して発電効率を向上させることができる。また、入射面40fは、照射面40rより大きい面積としてあることから、集光された太陽光Lsを確実に柱状光学部材40へ入射させる構成としてある。
本実施の形態では、太陽電池10に加え、太陽電池10を搭載した集光型太陽光発電モジュール1も併せて説明する。集光型太陽光発電モジュール1は、太陽光Lsを集光する集光レンズ50と、集光された太陽光Lsを受光して光電変換する太陽電池10とを備える。したがって、広い波長領域に対する集光特性を向上させて発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、信頼性、耐候性の高い安価な集光型太陽光発電モジュール1とすることができる。
太陽電池素子11は、放熱の均一性を考慮してレシーバ基板20の中央部に配置される。また、太陽電池素子11には、バイパスダイオード12が並列に接続してあり、バイパスダイオード12は、太陽光Lsが遮断したときなどに太陽電池素子11が抵抗として動作する場合の電流経路を確保するものであり、例えば複数の太陽電池素子11を接続して集光型太陽光発電モジュール1を構成した場合に、特定の太陽電池素子11が発電機能を果たさないときでも全体として発電機能を維持できる構成とするものである。
太陽電池素子11は、例えばSi、あるいはGaAs系の化合物半導体を用いて公知の半導体製造プロセスによりPN接合、電極などを形成してある。使用する太陽電池材料の削減を図ることにより、材料コストを下げるなどの観点から、ウエハー状態でプロセス処理を施し、太陽電池素子として形成した後、4〜6mm角程度のチップに分離してある。太陽電池素子11は、電極としてチップの基板側の基板電極(不図示)及びチップの表面側の表面電極(不図示)を備える。
レシーバ基板20は、例えばベース基台20b、ベース基台20bに積層された中間絶縁層(不図示)、中間絶縁層に積層された銅製の第1接続パターン21および第2接続パターン22を備える。また、レシーバ基板20は、第1接続パターン21および第2接続パターン22を保護する表面保護層23を備える。
第1接続パターン21を被覆する表面保護層23は、外部端子(不図示)が接続される第1取り出し電極21pの領域、太陽電池素子11およびバイパスダイオード12が実装される領域で除去されており、第1接続パターン21の銅(導体)が直接外部に露出する状態とされている。
同様に、第2接続パターン22を被覆する表面保護層23は、外部端子(不図示)が接続される第2取り出し電極22pの領域、太陽電池素子11の電極およびバイパスダイオード12の電極にワイヤ26を介して接続されるワイヤ接続部22wの領域で除去されており、第2接続パターン22の銅(導体)が直接外部に露出する状態とされている。
レシーバ基板20は、例えば4mm〜6mm程度の太陽電池素子11に対して、例えば24mm〜60mm角とされる。レシーバ基板20の厚さは、放熱性を考慮して例えば1mm〜3mm程度としてある。また、ベース基台20bは、例えばアルミニウムで構成され、放熱性を向上させると共に軽量化を可能としてある。
レシーバ基板20は、後の処理工程でレシーバ基板20を各製造装置/各製造治具(不図示)にセットする際の位置決め用のための基板位置固定穴25を対角線上に一対有している。
また、レシーバ基板20(太陽電池10)は、レシーバ基板20に配置され枠状台座部30の位置決めをする位置決めピン24を備える。したがって、枠状台座部30をレシーバ基板20に容易かつ高精度に作業性良く位置決めすることが可能となる。なお、位置決めピン24は、レシーバ基板20の予め規定された2箇所の所定位置に配置されていることから、位置決めを正確に実施することが可能となる。
枠状台座部30は、レシーバ基板20に固定される下面側と反対の上面側に保持部35(鍔状突起36)と嵌合する段差部32を有する。したがって、保持部35を枠状台座部30に容易かつ高精度に作業性良く位置決めすることが可能となる。段差部32は、枠状台座部30の内周側に配置してあることから、保持部35を容易に嵌合させることが可能となる。これに限らず、段差部32は、枠状台座部30の外周側に配置することも可能である。
枠状台座部30は、レシーバ基板20に当接する下面に形成された溝部31を有し、溝部31に充填された第1接着剤31bによってレシーバ基板20に接着されている。したがって、枠状台座部30をレシーバ基板20に容易かつ高精度に作業性良く固定(接着)することが可能となる。
保持部35は、段差部32と対向する端部に段差部32に嵌合された鍔状突起36を備える。したがって、保持部35の外周形状を縮小し、柱状光学部材40を安定的に保持することが可能となり、軽量化を図ることができる。つまり、保持部35は、機構的に安定した構造を有することから、柱状光学部材40の重心位置の影響を排除して柱状光学部材40を安定的に保持することが可能となる。
保持部35は、例えばアルミニウム合金で形成してある。つまり、保持部35は、金属製である。したがって、保持部35の機械的強度および放熱性を向上させ、柱状光学部材40を安定性良く確実に保持し、発電効率および信頼性を向上させることが可能となる。
保持部35は、太陽電池素子11に対向する側で柱状光学部材40を露出させる空間37sを構成する凹部37を有する。したがって、樹脂封止部29と保持部35との間に空間37sを形成し、樹脂封止部29を形成するときに封止樹脂29b(図10)から発生する気泡を空間37sへ放出することが可能となることから、封止樹脂29bを短時間で効率的に注入することが可能となる。また、樹脂封止部29での気泡の混入が生じないことから、樹脂封止部29の透光性を向上させることが可能となり、発電効率を向上させることができる。
柱状光学部材40は、四角柱としてあり、保持部35は、四角柱に対応して形成され各光路傾斜面40sに当接する貫通傾斜面35sで構成された貫通穴35hを有する円柱状とされている。したがって、保持部35(貫通穴35h)に対して柱状光学部材40を自己整合的に位置合わせし、集光された太陽光Lsを太陽電池素子11へ高精度に照射させることが可能となることから、集光特性を向上させて発電効率を向上させることができる。
貫通穴35hは、四角柱(柱状光学部材40)の角部に対応して形成された貫通溝部35gを有する。したがって、柱状光学部材40の角部の損傷を防止し、太陽電池素子11から外部に至る空気の通路を構成することが可能となることから、樹脂封止部29を形成するときに発生する気泡を外部へ放出し、また、稼動中に太陽電池素子11から外部に至る対流を発生させることができるので、発電効率を向上させることができる。
照射面40rおよび入射面40fは、中心が一致する四辺形とされている。したがって、柱状光学部材40は、照射面40rと、照射面40rより大きく形成された入射面40fとで画定される光路傾斜面40sを有する。つまり、集光された太陽光Lsを効率的に太陽電池素子11へ照射することができる構成としてある。
柱状光学部材40は、太陽光Lsを太陽電池素子11に集光する光路傾斜面40sを有し、保持部35の貫通穴35hが有する貫通傾斜面35sと同じ傾斜角としてある。したがって、柱状光学部材40は、テーパ嵌合により、保持部35(貫通穴35h)に対して自己整合的に位置合わせして嵌合され、高精度に位置決めを行うことができる。
本実施の形態に係る柱状光学部材40は、集光レンズ50によって集光された太陽光Lsを太陽電池素子11に直接入射させることが可能となり、太陽電池10の発電効率を高効率化することができる。
柱状光学部材40では、太陽光Lsが入射される入射面40fを照射面40rに対して大きくしてあることから、集光レンズ50と太陽電池10との位置ズレに対してマージンを大きくすることが可能となり、発電効率および発電電力を向上させることができる。つまり、高い位置精度と安定性を有する導光路(柱状光学部材40)を確保して広い波長領域で太陽光Lsを高精度に集光できる集光特性が得られ、集光特性および放熱性を向上させ、集光された太陽光Lsの位置ズレによって生じる発電効率の低減および温度上昇を防止して発電電力を向上させ、耐熱性、信頼性、耐候性を向上させることができる。
保持部35(貫通傾斜面35s)と柱状光学部材40(光路傾斜面40s)とは、保持部35の上部位置で当接させてある。また、保持部35の下部位置では、柱状光学部材40は、保持部35に設けた凹部37が形成する空間37sに露出させてあり、空気と接触する状態となる。
柱状光学部材40は、例えば耐熱性のあるガラスで生成してある。したがって、柱状光学部材40側の屈折率n=1.5に対して、空気の屈折率n=1と屈折率の差が大きくなることから、柱状光学部材40内に入射した太陽光Lsを光路傾斜面40sで効率的に全反射させながら、柱状光学部材40の先端(照射面40r)まで太陽光Lsを効率よく進行させることが可能となる。
照射面40rおよび太陽電池素子11は、枠状台座部30に充填された樹脂封止部29によって樹脂封止されている。つまり、柱状光学部材40の先端(照射面40r)は、枠状台座部30に形成された樹脂封止部29に例えば0.3mmないし0.5mm程度被覆された状態としてある。樹脂封止部29の上面(表面)は、凹部37(空間37s)に露出した形態となり、太陽電池素子11で発生した熱は、樹脂封止部29を介して空間37sへ放出される。
上述したとおり、柱状光学部材40では、屈折率n=1.5となる。他方、樹脂封止部29を構成する封止樹脂29b(図10)をシリコーン樹脂としたとき、樹脂封止部29では、屈折率n=1.3となることから、柱状光学部材40と樹脂封止部29との間では、屈折率に大きな差が無く、柱状光学部材40を全反射しながら進行してきた太陽光Lsは、樹脂封止部29を介して効率良く太陽電池素子11(有効受光領域)へ照射されることとなる。
つまり、保持部35、柱状光学部材40、樹脂封止部29、および空間37sの組み合わせによって、入射面40fから入射し、照射面40rから太陽電池素子11に向けて照射される太陽光Lsを効率良く導光することが可能となり、発電効率を向上させることができる。また、樹脂封止部29によって、太陽電池素子11および太陽電池素子11に接続されたワイヤなどを周囲環境から保護(絶縁)することが可能となることから、絶縁耐圧を向上させ、信頼性を向上させることができる。
集光されて太陽光Lsに起因してレシーバ基板20で発生した熱を外部へ放出するために、レシーバ基板20の裏面には放熱フィン45が連結されている。つまり、レシーバ基板20は、基板位置固定穴25に挿入されたリベット46によって放熱フィン45に連結され一体化されている。放熱フィン45は、櫛の歯状とされていることから、効率良く放熱することが可能となり、太陽電池素子11の発電効率および信頼性をさらに向上させることができる。なお、放熱フィン45は、軽量化を図るためにアルミニウムで製作されている。
図4Aは、図1で示した枠状台座部の断面形状を示す断面図である。
枠状台座部30は、直径25mm〜30mmの枠状(環状)の形状を有し、厚さは5mm程度としてある。枠状台座部30には、上面側には保持部35の鍔状突起36を嵌め込むための段差部32が枠状台座部30の中心に対して同心状に設けられ、下面側(裏面側)には、第1接着剤31bが充填される凹状の溝部31が同じく同心状に設けられている。
枠状台座部30はレシーバ基板20の表面に配置されて外部電極として機能する第1接続パターン21および第2接続パターン22が枠状台座部30と直接触れる恐れがあることから、枠状台座部30を通じて第1接続パターン21および第2接続パターン22の間で電流が流れないようにする必要がある。したがって、枠状台座部30は、ポリカーボネートなどの樹脂で作製される。
図4Bは、図1で示した保持部の概略構造を示す斜視図である。
図4Cは、図4Bで示した保持部の断面形状を示す断面図である。
保持部35は、円柱状としてあり、枠状台座部30に対向する端部に鍔状突起36を備える。保持部35は、外周の直径が例えば15mm、高さが例えば20mmとしてある。鍔状突起36の外周は、枠状台座部30の段差部32の内周に収まる直径20mmの円形状としてある。
保持部35の軸方向(保持部35の中央部)には、鍔状突起36のある端面35trの側で狭く、鍔状突起36のない端面35tfの側で広くなる四角柱の形状をした貫通穴35hが形成されている。また、保持部35の貫通穴35hの4隅には、樹脂封止部29を充填した後に樹脂封止部29に対する脱泡処理を確実に行うための貫通溝部35gが設けられている。さらに、貫通溝部35gは、柱状光学部材40の光路傾斜面40sが相互に交差して構成するエッジの損傷を防止するという作用を生じる。
貫通穴35hを構成する貫通傾斜面35sは、柱状光学部材40が有する光路傾斜面40sと当接(密着)するように形成してある。したがって、保持部35に対して、柱状光学部材40を確実かつ高精度に載置することが可能となる。
なお、保持部35は、枠状台座部30の段差部32と鍔状突起36との間に塗布した第2接着剤32b(図8)により枠状台座部30に接着され、確実に固定される。
集光レンズ50は、両凸レンズ、平凸レンズ、フレネルレンズなど種々の形状とすることが可能である。また、集光レンズ50の材質としては、太陽電池素子11の感度波長光での透過率が高く、耐候性を有するものが良い。例えば、通常の太陽光発電モジュールなどに一般的に使用される薄板ガラス、耐候性グレードのアクリル、ポリカーボネートなどを適用することが可能である。
なお、集光レンズ50の材料は、これらの材料に限定されるものではなく、これらの材料を複層構成としたものでも良い。また、集光レンズ50やその他の部材の紫外線劣化を防ぐ目的で、適当な紫外線吸収剤をこれらの材料に添加することも可能である。
<実施の形態2>
図3(実施の形態1)、図5ないし図11に基づいて、本実施の形態に係る太陽電池を製造する太陽電池製造方法について説明する。
本実施の形態に係る太陽電池10は、実施の形態1で説明した太陽電池10と同一であるので適宜符号を援用し、主に異なる事項について説明する。
図5は、本発明の実施の形態2に係る太陽電池を製造する太陽電池製造方法の製造工程を示すフローチャートである。
本実施の形態に係る太陽電池10を製造する太陽電池製造方法は、以下のステップS1ないしステップS10を備えている。各ステップに対応する図(図3、図6ないし図11)を参照して説明する。
ステップS1(図3):
レシーバ基板20に太陽電池素子11を実装する(太陽電池素子実装工程)。
先ず、実施の形態1で説明したレシーバ基板20を準備する。レシーバ基板20には、第1接続パターン21、第2接続パターン22が形成してあり、表面は表面保護層23で保護(絶縁)されている。第1接続パターン21には、太陽電池素子11の基板(基板電極:不図示)、バイパスダイオード12の基板(基板電極:不図示)が接続される。太陽電池素子11、バイパスダイオード12が接続される領域、外部端子が接続される第1取り出し電極21pに対応する領域では、表面保護層23は予め除去されている。
レシーバ基板20の対応領域(中央部分)に、太陽電池素子11をハンダ付けして載置する。同様に、太陽電池素子11に対して一定の距離を置いた(レシーバ基板20の中央部分より少しずれた部分)レシーバ基板20の対応領域に、バイパスダイオード12をハンダ付けして載置する。
次に、太陽電池素子11の表面電極(不図示)に対して例えば4本のワイヤ26、バイパスダイオード12の表面電極(不図示)に対して例えば2本のワイヤ26の一方をそれぞれ接続する。ワイヤ26の他方を第2接続パターン22が露出されているワイヤ接続部22wにそれぞれ接続する。
なお、基板位置固定穴25によって、レシーバ基板20を適宜位置決めしておくことが可能である。
ステップS2(図6):
図6は、本発明の実施の形態2に係る太陽電池製造方法の製造工程で第1接着剤を塗布する状態を示す工程斜視図である。
レシーバ基板20に太陽電池素子11、バイパスダイオード12を実装した後、枠状台座部30をレシーバ基板20に接着する第1接着剤31bをレシーバ基板20に塗布する(第1接着剤塗布工程)。
レシーバ基板20を第1接着剤ディスペンサ61のテーブル(不図示)の所定位置にセットし、第1接着剤31bをレシーバ基板20の所定位置(溝部31に対応する位置。適宜のマークを予め形成しておくことも可能である。)に所定形状にて塗布する。つまり、太陽電池素子11、バイパスダイオード12を載置したレシーバ基板20の表面の決められた位置に白色のシリコーン樹脂製の第1接着剤31bを決められた大きさで円形状に塗布する。
ステップS3(図7):
図7は、本発明の実施の形態2に係る太陽電池製造方法の製造工程で枠状台座部をレシーバ基板に載置した状態を示す工程斜視図である。
第1接着剤31bを塗布したレシーバ基板20に枠状台座部30を位置決めして載置する(枠状台座部載置工程)。
レシーバ基板20に対する枠状台座部30の位置決めは、枠状台座部30の側面をレシーバ基板20に設けた2本の位置決めピン24に押し当てることによって容易かつ高精度に実行することができる。また、第1接着剤31bは、溝部31に充填される形状で塗布してあることから、第1接着剤31bが溝部31を充填する形態で接着され、枠状台座部30はレシーバ基板20に対して強固に接着(固定)される。
また、枠状台座部30は、内側に開口部31wを備え、開口部31wは、太陽電池素子11およびバイパスダイオード12、ワイヤ接続部22wを内包する形状としてある。したがって、枠状台座部30は、太陽電池素子11、バイパスダイオード12、ワイヤ接続部22wを周囲環境から保護することが可能となる。
ステップS4(図8):
図8は、本発明の実施の形態2に係る太陽電池製造方法の製造工程で第2接着剤を枠状台座部に塗布する状態を示す工程斜視図である。
保持部35を枠状台座部30に接着する第2接着剤32bを枠状台座部30に塗布する(第2接着剤塗布工程)。
レシーバ基板20を第2接着剤ディスペンサ62のテーブル(不図示)の所定位置にセットし、レシーバ基板20に載置され接着された枠状台座部30の段差部32に第2接着剤32bを塗布する。つまり、段差部32に第2接着剤32bを円形状に塗布する。
なお、第1接着剤31bと第2接着剤32bとは同一の樹脂としても良く、また、第1接着剤ディスペンサ61と第2接着剤ディスペンサ62とは同一の装置を適用しても良い。
ステップS5(図9):
図9は、本発明の実施の形態2に係る太陽電池製造方法の製造工程で保持部を枠状台座部に嵌合した状態を示す工程斜視図である。
第2接着剤ディスペンサ62のテーブルに載置した状態を維持して、保持部35を枠状台座部30に嵌合する(嵌合工程)。
枠状台座部30の段差部32と、保持部35の鍔状突起36とは、相互に嵌合する形状としてあることから、容易かつ高精度に位置決めすることが可能となる。また、段差部32には、第2接着剤32bが予め塗布してあることから、保持部35(鍔状突起36)と枠状台座部30(段差部32)とは、相互に接着され、強固に固定される状態となる。
なお、枠状台座部30に対する保持部35の位置決めの微調整は、保持部35を枠状台座部30に対して円周方向に回転させて実行することが可能である。
ステップS6:
第1接着剤31bおよび第2接着剤32bを加熱して熱硬化する(第1熱硬化工程)。
つまり、レシーバ基板20を第1接着剤ディスペンサ61のテーブルから取り外し、オーブン(不図示)に収容した状態で、第1接着剤31bおよび第2接着剤32bを例えば150℃30分で加熱して熱硬化させる。第1接着剤31bおよび第2接着剤32bの熱硬化によって、レシーバ基板20と枠状台座部30は、第1接着剤31bによって一体化され、枠状台座部30と保持部35は、第2接着剤32bによって一体化される。
ステップS7(図10):
図10は、本発明の実施の形態2に係る太陽電池製造方法の製造工程で太陽電池素子を樹脂封止する封止樹脂を枠状台座部に注入する状態を示す工程斜視図である。
太陽電池素子11を樹脂封止する封止樹脂29bを枠状台座部30に注入する(封止樹脂注入工程)。
レシーバ基板20を封止樹脂ディスペンサ63のテーブル(不図示)の所定位置にセットし、樹脂封止部29を形成する所定量の封止樹脂29bを保持部35の貫通穴35hを介して注入する。
封止樹脂29bとしては、高い透光性を有するシリコーン樹脂を適用する。また、注入量は、柱状光学部材40を保持部35の貫通穴35hに嵌め込んだ際、柱状光学部材40の先端(照射面40r)が樹脂封止部29の表面に対して0.3mm〜0.5mm程度被覆(浸漬)される程度とする。
保持部35は、レシーバ基板20に実装した太陽電池素子11に対向させて形成された凹部37を備えることから、枠状台座部30に注入された封止樹脂29bが含有する気泡が抜け易くなり、樹脂封止部29を形成する封止樹脂29bを短時間で効率良く注入することができる。
ステップS8(図11):
図11は、本発明の実施の形態2に係る太陽電池製造方法の製造工程で保持部の貫通穴に柱状光学部材を挿入した状態を示す工程斜視図である。
保持部35の貫通穴35hに柱状光学部材40を挿入(嵌合)し柱状光学部材40の太陽電池素子11に対向する照射面40rを封止樹脂で被覆する(柱状光学部材搭載工程)。
封止樹脂ディスペンサ63のテーブルに載置した状態を維持して、柱状光学部材40を保持部35に嵌合させる。上述したとおり、柱状光学部材40(光路傾斜面40s)は、保持部35(貫通穴35h、貫通傾斜面35s)と自己整合するように形成されていることから、容易かつ高精度に柱状光学部材40を保持部35に結合させることが可能となる。
ステップS9:
封止樹脂29bに対して脱泡処理を施す(脱泡処理工程)。
柱状光学部材40を保持部35に嵌め込んだ状態で、レシーバ基板20を封止樹脂ディスペンサ63のテーブルから取り出し、真空デシケータ(不図示)に収容した状態で、真空ポンプ(不図示)による真空引きを行い、樹脂封止部29を構成する封止樹脂29bに含まれる気泡を取り除くための脱泡処理を施す。
ステップS10:
封止樹脂29bを加熱して熱硬化する(第2熱硬化工程)。
脱泡処理後に真空デシケータ(不図示)からレシーバ基板20を取り出し、オーブン(不図示)に収容した状態で、封止樹脂29b(樹脂封止部29)を例えば160℃40分で加熱して熱硬化させる。封止樹脂29bの熱硬化により、柱状光学部材40は、樹脂封止部29の先端(照射面40r)と密着し、保持部35、樹脂封止部29に対して固定される。
ステップS10の後、リベッター(不図示)を用いて、基板位置固定穴25に挿入したリベット46によってレシーバ基板20と放熱フィン45とを連結して一体化する(放熱フィン取り付け工程)。
以上、本実施の形態では、各処理工程において、レシーバ基板20は、太陽電池素子11が載置された表面を常に同一方向(視認可能な方向)に向けた状態として処理される。したがって、レシーバ基板20の治具へのセットおよび取り出し作業、別の治具へのセットなどでの複雑な移動処理、位置合わせ処理が不要となる。つまり、集光特性を向上させた耐熱性、信頼性、耐候性の高い太陽電池10を容易かつ高精度に、また、生産性良く安価に製造することが可能となる。
上述したとおり、本実施の形態に係る太陽電池製造方法は、集光レンズ50により集光された太陽光Lsを光電変換する太陽電池素子11と、太陽電池素子11が載置されたレシーバ基板20と、集光された太陽光Lsを入射させる入射面40fと太陽電池素子11に対向して配置され太陽電池素子11に太陽光Lsを照射する照射面40rとを有する柱状光学部材40と、柱状光学部材40を保持する保持部35と、太陽電池素子11の周囲に枠状に配置されレシーバ基板20に固定されて保持部35と嵌合する枠状台座部30とを備える太陽電池10を製造する太陽電池製造方法である。
また、本実施の形態に係る太陽電池製造方法は、上述したとおりの、太陽電池素子実装工程と、第1接着剤塗布工程と、枠状台座部載置工程と、第2接着剤塗布工程と、嵌合工程と、第1熱硬化工程と、封止樹脂注入工程と、柱状光学部材搭載工程と、脱泡処理工程と、第2熱硬化工程とを備える。
したがって、枠状台座部30をレシーバ基板20に対して高精度に位置決めして強固に固定することが可能となり、また、保持部35を枠状台座部30に対して高精度に位置決めして強固に保持することが可能となるので、柱状光学部材40を太陽電池素子11に対して高精度に位置決めして強固に保持することができ、広い波長領域に対する集光特性を向上させて発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、信頼性、耐候性の高い安価な太陽電池10を容易かつ高精度に生産性良く製造することができる。
本発明の実施の形態1に係る集光型太陽光発電モジュールおよび太陽電池の断面状態をしめす断面図である。 図1で示した太陽電池の外観を示す斜視図である。 図1で示した太陽電池素子のレシーバ基板への実装状態を示す斜視図である。 図1で示した枠状台座部の断面形状を示す断面図である。 図1で示した保持部の概略構造を示す斜視図である。 図4Bで示した保持部の断面形状を示す断面図である。 本発明の実施の形態2に係る太陽電池を製造する太陽電池製造方法の製造工程を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態2に係る太陽電池製造方法の製造工程で第1接着剤を塗布する状態を示す工程斜視図である。 本発明の実施の形態2に係る太陽電池製造方法の製造工程で枠状台座部をレシーバ基板に載置した状態を示す工程斜視図である。 本発明の実施の形態2に係る太陽電池製造方法の製造工程で第2接着剤を枠状台座部に塗布する状態を示す工程斜視図である。 本発明の実施の形態2に係る太陽電池製造方法の製造工程で保持部を枠状台座部に嵌合した状態を示す工程斜視図である。 本発明の実施の形態2に係る太陽電池製造方法の製造工程で太陽電池素子を樹脂封止する封止樹脂を枠状台座部に注入する状態を示す工程斜視図である。 本発明の実施の形態2に係る太陽電池製造方法の製造工程で保持部の貫通穴に柱状光学部材を挿入した状態を示す工程斜視図である。
符号の説明
1 集光型太陽光発電モジュール
10 太陽電池
11 太陽電池素子
12 バイパスダイオード
20 レシーバ基板
20b ベース基板
21 第1接続パターン
21p 第1取り出し電極
22 第2接続パターン
22p 第2取り出し電極
22w ワイヤ接続部
23 表面保護層
24 位置決めピン
25 基板位置固定穴
26 ワイヤ
29 樹脂封止部
29b 封止樹脂
30 枠状台座部
31 溝部
31b 第1接着剤
31w 開口部
32 段差部
32b 第2接着剤
35 保持部
35g 貫通溝部
35h 貫通穴
35s 貫通傾斜面
35tf 端面
35tr 端面
36 鍔状突起
37 凹部
37s 空間
40 柱状光学部材
40f 入射面
40r 照射面
40s 光路傾斜面
45 放熱フィン
46 リベット
50 集光レンズ
61 第1接着剤ディスペンサ
62 第2接着剤ディスペンサ
63 封止樹脂ディスペンサ
Lax 光軸
Ls 太陽光

Claims (12)

  1. 集光レンズにより集光された太陽光を光電変換する太陽電池素子と、該太陽電池素子が載置されたレシーバ基板と、集光された太陽光を入射させる入射面と前記太陽電池素子に対向して配置され前記太陽電池素子に太陽光を照射する照射面とを有する柱状光学部材と、該柱状光学部材を保持する保持部とを備える太陽電池であって、
    前記太陽電池素子の周囲に枠状に配置され前記レシーバ基板に固定された枠状台座部を備え、
    前記保持部は、前記枠状台座部に嵌合させてあること
    を特徴とする太陽電池。
  2. 請求項1に記載の太陽電池であって、
    前記レシーバ基板に配置され前記枠状台座部の位置決めをする位置決めピンを備えること
    を特徴とする太陽電池。
  3. 請求項1または請求項2に記載の太陽電池であって、
    前記枠状台座部は、前記保持部と嵌合する段差部を有すること
    を特徴とする太陽電池。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれか一つに記載の太陽電池であって、
    前記枠状台座部は、前記レシーバ基板に当接する面に形成された溝部を有し、該溝部に充填された第1接着剤によって前記レシーバ基板に接着されていること
    を特徴とする太陽電池。
  5. 請求項3または請求項4に記載の太陽電池であって、
    前記保持部は、前記段差部と対向する端部に前記段差部に嵌合された鍔状突起を備えること
    を特徴とする太陽電池。
  6. 請求項1ないし請求項5のいずれか一つに記載の太陽電池であって、
    前記柱状光学部材は、四角柱としてあり、前記保持部は、前記四角柱に当接する貫通穴を有する柱状とされていること
    を特徴とする太陽電池。
  7. 請求項1ないし請求項6のいずれか一つに記載の太陽電池であって、
    前記保持部は、金属製であること
    を特徴とする太陽電池。
  8. 請求項1ないし請求項7のいずれか一つに記載の太陽電池であって、
    前記照射面および前記太陽電池素子は、前記枠状台座部に充填された樹脂封止部によって樹脂封止されていること
    を特徴とする太陽電池。
  9. 請求項1ないし請求項8のいずれか一つに記載の太陽電池であって、
    前記保持部は、前記太陽電池素子に対向する側で前記柱状光学部材を露出させる空間を構成する凹部を有すること
    を特徴とする太陽電池。
  10. 請求項6ないし請求項9のいずれか一つに記載の太陽電池であって、
    前記貫通穴は、前記四角柱の前記角部に対応して形成された貫通溝部を有すること
    を特徴とする太陽電池。
  11. 太陽光を集光する集光レンズと、集光された太陽光を受光して光電変換する太陽電池とを備える集光型太陽光発電モジュールであって、
    前記太陽電池は、請求項1ないし請求項10のいずれか一つに記載の太陽電池であることを特徴とする集光型太陽光発電モジュール。
  12. 集光レンズにより集光された太陽光を光電変換する太陽電池素子と、該太陽電池素子が載置されたレシーバ基板と、集光された太陽光を入射させる入射面と前記太陽電池素子に対向して配置され前記太陽電池素子に太陽光を照射する照射面とを有する柱状光学部材と、該柱状光学部材を保持する保持部と、前記太陽電池素子の周囲に枠状に配置され前記レシーバ基板に固定されて前記保持部と嵌合する枠状台座部とを備える太陽電池を製造する太陽電池製造方法であって、
    前記レシーバ基板に前記太陽電池素子を実装する太陽電池素子実装工程と、
    前記枠状台座部を前記レシーバ基板に接着する第1接着剤を前記レシーバ基板に塗布する第1接着剤塗布工程と、
    前記枠状台座部を前記レシーバ基板に位置決めして載置する枠状台座部載置工程と、
    前記保持部を前記枠状台座部に接着する第2接着剤を前記枠状台座部に塗布する第2接着剤塗布工程と、
    前記保持部を前記枠状台座部に嵌合する嵌合工程と、
    前記第1樹脂および前記第2樹脂を加熱して熱硬化する第1熱硬化工程と、
    前記太陽電池素子を樹脂封止する封止樹脂を前記枠状台座部に注入する封止樹脂注入工程と、
    前記保持部の貫通穴に前記柱状光学部材を挿入し前記柱状光学部材の前記太陽電池素子に対向する照射面を前記封止樹脂で被覆する柱状光学部材搭載工程と、
    前記封止樹脂に対して脱泡処理を施す脱泡処理工程と、
    前記封止樹脂を加熱して熱硬化する第2熱硬化工程とを備えること
    を特徴とする太陽電池製造方法。
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