JP2011009461A - Photoelectric converter, and component for the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve light collection efficiency of a photoelectric converter.SOLUTION: This photoelectric converter includes: a package 1; a photoelectric conversion element 2 mounted on the package 1; a light collection member 3 jointed to the package 1; and a cover 4 jointed to the light collection member 3. The light collection member 3 surrounds a space above the photoelectric conversion element 2, and includes a light reflecting part 31 for scattering light. The cover 4 covers the space above the photoelectric conversion element 2. The light reflecting part 31 is formed into a porous shape.

Description

本発明は、光電変換装置および光電変換装置用部品に関するものである。   The present invention relates to a photoelectric conversion device and a component for a photoelectric conversion device.

近年、光電変換素子を有する光電変換装置の開発が進められている。例示的な光電変換装置としては、太陽エネルギーを電力に変換する太陽電池装置がある。特に、発電効率の向上を目的として、集光型の太陽電池装置の開発が進められている。光電変換装置は、光エネルギーを電力エネルギーに変換する光電変換素子を有している。光電変換装置が例えば太陽電池装置の場合、光電変換素子は、太陽エネルギーを電力エネルギーに変換する太陽電池素子である。   In recent years, development of a photoelectric conversion device having a photoelectric conversion element has been advanced. As an exemplary photoelectric conversion device, there is a solar cell device that converts solar energy into electric power. In particular, for the purpose of improving the power generation efficiency, a concentrating solar cell device is being developed. The photoelectric conversion device includes a photoelectric conversion element that converts light energy into electric power energy. When the photoelectric conversion device is, for example, a solar cell device, the photoelectric conversion device is a solar cell device that converts solar energy into electric power energy.

特開２００５−２８５９４８号公報JP 2005-285948 A

光電変換装置の開発において、光電変換の効率の向上が求められている。特に、集光型の光電変換装置は、光電変換素子における光電変換の効率を向上させることを目的に、集光効率に関する改善が求められている。   In the development of photoelectric conversion devices, improvement in photoelectric conversion efficiency is required. In particular, the condensing photoelectric conversion device is required to improve the condensing efficiency for the purpose of improving the photoelectric conversion efficiency in the photoelectric conversion element.

本発明の一つの態様によれば、光電変換装置は、パッケージと、パッケージに実装された光電変換素子と、パッケージに接合された集光部材と、集光部材に接合されたカバーとを含んでいる。集光部材は、光電変換素子の上方の空間を囲んでおり、光反射部が光を散乱させる光反射部を有している。カバーは、光電変換素子の上方の空間を覆っている。   According to one aspect of the present invention, a photoelectric conversion device includes a package, a photoelectric conversion element mounted on the package, a light collecting member bonded to the package, and a cover bonded to the light collecting member. Yes. The condensing member surrounds the space above the photoelectric conversion element, and the light reflecting portion has a light reflecting portion that scatters light. The cover covers the space above the photoelectric conversion element.

本発明の他の態様によれば、光電変換装置用部品は、光電変換素子の実装領域を有しているパッケージと、パッケージに接合される集光部材と、集光部材に接合されるカバーとを含んでいる。集光部材は、光電変換素子の上方の空間を囲み、光反射部が光を散乱させる光反射部を有している。カバーは、光電変換素子の上方の空間を覆う。   According to another aspect of the present invention, a photoelectric conversion device component includes a package having a mounting region for a photoelectric conversion element, a light collecting member bonded to the package, and a cover bonded to the light collecting member. Is included. The condensing member has a light reflecting portion that surrounds the space above the photoelectric conversion element and the light reflecting portion scatters light. The cover covers the space above the photoelectric conversion element.

本発明の一つの態様によれば、光電変換装置は、パッケージに接合された集光部材を含んでいる。集光部材は、光電変換素子の上方の空間を囲んでおり、光反射部が光を散乱させる光反射部を有している。光電変換装置は、このような構成により、集光効率に関して向上されている。   According to one aspect of the present invention, the photoelectric conversion device includes a light collecting member bonded to a package. The condensing member surrounds the space above the photoelectric conversion element, and the light reflecting portion has a light reflecting portion that scatters light. The photoelectric conversion apparatus is improved in terms of light collection efficiency by such a configuration.

本発明の他の態様によれば、光電変換装置用パッケージは、パッケージに接合される集光部材を含んでいる。集光部材は、光電変換素子の上方の空間を囲み、光反射部が光を散乱させる光反射部を有している。光電変換装置用部品は、このような構成により、集光効率に関して改善された光電変換装置を実現させることができる。   According to another aspect of the present invention, a package for a photoelectric conversion device includes a light collecting member bonded to the package. The condensing member has a light reflecting portion that surrounds the space above the photoelectric conversion element and the light reflecting portion scatters light. With such a configuration, the photoelectric conversion device component can realize a photoelectric conversion device improved in terms of light collection efficiency.

本発明の一つの実施形態における光電変換装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the photoelectric conversion apparatus in one embodiment of this invention. 図１に示された光電変換装置の縦断面図および部分的な拡大模式図を示している。The longitudinal cross-sectional view and partial enlarged schematic diagram of the photoelectric conversion apparatus shown by FIG. 1 are shown. 図１に示されたパッケージ１の分解斜視図を示している。The disassembled perspective view of the package 1 shown by FIG. 1 is shown.

以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, some exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の一つの実施形態における光電変換装置は、図１に示されているように、パッケージ１と、パッケージ１に実装された光電変換素子２と、パッケージ１の上に設けられた集光部材３と、集光部材３に固定されたカバー４とを含んでいる。図１において、光電変換装置は、仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面に実装されている。図１において、光電変換装置の内部構造を示すことを目的に、パッケージ１および集光部材３が透視された状態で示されており、光電変換素子２が破線によって示されている。   As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion device according to one embodiment of the present invention includes a package 1, a photoelectric conversion element 2 mounted on the package 1, and a light collecting member provided on the package 1. 3 and a cover 4 fixed to the light collecting member 3. In FIG. 1, the photoelectric conversion device is mounted on an xy plane in a virtual xyz space. In FIG. 1, for the purpose of showing the internal structure of the photoelectric conversion device, the package 1 and the light collecting member 3 are shown in a transparent state, and the photoelectric conversion element 2 is indicated by a broken line.

光電変換装置の例は、太陽電池装置である。さらに具体的に、光電変換装置は、例えば集光型の太陽電池装置である。   An example of the photoelectric conversion device is a solar cell device. More specifically, the photoelectric conversion device is, for example, a concentrating solar cell device.

図２に示されているように、パッケージ１は、ベース部１１と、ベース部１１の上に設けられたフレーム部１２と、ベース部１１の上に設けられた第１の端子１３と、フレーム部１２の上に設けられた第２の端子１４とを含んでいる。   As shown in FIG. 2, the package 1 includes a base portion 11, a frame portion 12 provided on the base portion 11, a first terminal 13 provided on the base portion 11, and a frame. And a second terminal 14 provided on the portion 12.

ベース部１１１およびフレーム部１１２は、実質的に絶縁材料からなる。絶縁材料の例は、セラミックスである。従って、光電変換装置１は、耐環境性に関して改善されている。   The base portion 111 and the frame portion 112 are substantially made of an insulating material. An example of the insulating material is ceramics. Therefore, the photoelectric conversion device 1 is improved with respect to environmental resistance.

第１の端子１３は、ベース部１１におけるフレーム部１２に囲まれた領域に設けられている。第１のリード端子１３は、ベース部１１およびフレーム部１２の間に設けられており、ベース部１１およびフレーム部１２に接合されている。例示的な第２の端子１３は、銅を含んでいる。第２の端子１３は、実質的に無酸素銅からなる。従って、光電変換装置は、熱伝導または低抵抗化に関して改善されている。他の例示的な第１の端子１３は、実質的に鉄−ニッケル−コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）合金からなる。第１の端子１３は、光電変換素子２の実装領域を有している。本実施形態において、第１の端子１３は、リード端子である。   The first terminal 13 is provided in a region surrounded by the frame portion 12 in the base portion 11. The first lead terminal 13 is provided between the base portion 11 and the frame portion 12 and is joined to the base portion 11 and the frame portion 12. The exemplary second terminal 13 includes copper. The second terminal 13 is substantially made of oxygen-free copper. Therefore, the photoelectric conversion device is improved with respect to heat conduction or resistance reduction. Another exemplary first terminal 13 consists essentially of an iron-nickel-cobalt (Fe-Ni-Co) alloy. The first terminal 13 has a mounting area for the photoelectric conversion element 2. In the present embodiment, the first terminal 13 is a lead terminal.

第２の端子１４は、導体パターン１４１およびリード端子１４２を含んでいる。図３に示されているように、導体パターン１４１は、フレーム部１２の上面に全面的に形成されており、キャビティ領域を囲んでいる。図３において、導体パターン１４１は、ドット模様によって示されている。図３において、パッケージ１は、全体構成を示すことを目的に、分解された状態で示されている。フレーム部１２が実質的にセラミックスからなる場合、例示的な導体パターン１４１は、フレーム部１２とともに焼成されたメタライズ層である。導体パターン１４１は、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）を含んでいる。   The second terminal 14 includes a conductor pattern 141 and a lead terminal 142. As shown in FIG. 3, the conductor pattern 141 is entirely formed on the upper surface of the frame portion 12 and surrounds the cavity region. In FIG. 3, the conductor pattern 141 is indicated by a dot pattern. In FIG. 3, the package 1 is shown in a disassembled state for the purpose of showing the overall configuration. When the frame portion 12 is substantially made of ceramics, the exemplary conductor pattern 141 is a metallized layer fired together with the frame portion 12. The conductor pattern 141 contains tungsten (W) or molybdenum (Mo).

リード端子１４２は、リング部１４３および端子部１４４を有している。リード端子１４２は、リング部１４３において導体パターン１４１に接合されている。リング部１４３の開口部の面積は、導体パターン１４１の開口部の面積より大きい。図３において、導体パターン１４１におけるリング部１４３の内周位置が、破線によって示されている。例示的なリード端子１４２は、銅を含んでいる。リード端子１４２は、実質的に無酸素銅からなる。他の例示的なリード端子１４２は、実質的に鉄−ニッケル−コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）合金からなる。   The lead terminal 142 has a ring part 143 and a terminal part 144. The lead terminal 142 is joined to the conductor pattern 141 at the ring portion 143. The area of the opening of the ring part 143 is larger than the area of the opening of the conductor pattern 141. In FIG. 3, the inner peripheral position of the ring portion 143 in the conductor pattern 141 is indicated by a broken line. The exemplary lead terminal 142 includes copper. The lead terminal 142 is substantially made of oxygen-free copper. Another exemplary lead terminal 142 consists essentially of an iron-nickel-cobalt (Fe-Ni-Co) alloy.

再び図２を参照して、光電変換素子２は、パッケージ１のキャビティ部に収容されており、第１の端子１３の上に設けられている。光電変換素子２は、第１の端子１３および第２の端子１４に電気的に接続されている。光電変換素子２は、ボンディングワイヤを介して導体パターン１４１に電気的に接続されている。   Referring to FIG. 2 again, the photoelectric conversion element 2 is accommodated in the cavity portion of the package 1 and provided on the first terminal 13. The photoelectric conversion element 2 is electrically connected to the first terminal 13 and the second terminal 14. The photoelectric conversion element 2 is electrically connected to the conductor pattern 141 via a bonding wire.

例示的な光電変換素子２は、III−Ｖ族化合物半導体を含んでいる太陽電池素子である。例示的な太陽電池素子は、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ３接合型セルの構造を有している。インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）トップセルは、６６０ｎｍ以下の波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ミドルセルは、６６０ｎｍから８９０ｎｍまでの波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。ゲルマニウム（Ｇｅ）ボトムセルは、８９０ｎｍから２０００ｎｍまでの波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。３つのセルは、トンネル接合を介して直列に接続されている。開放電圧は、３つのセルの起電圧の和である。   The exemplary photoelectric conversion element 2 is a solar cell element containing a III-V compound semiconductor. An exemplary solar cell element has an InGaP / GaAs / Ge3 junction cell structure. The indium gallium phosphide (InGaP) top cell converts energy contained in a wavelength region of 660 nm or less. The gallium arsenide (GaAs) middle cell converts energy contained in a wavelength region from 660 nm to 890 nm. The germanium (Ge) bottom cell converts light contained in a wavelength region from 890 nm to 2000 nm. The three cells are connected in series via a tunnel junction. The open circuit voltage is the sum of the electromotive voltages of the three cells.

集光部材３は、パッケージ１の上端部に接合されている。さらに具体的に、集光部材３は、リード端子１４２のリング部１４３に接合されている。   The light collecting member 3 is joined to the upper end portion of the package 1. More specifically, the light collecting member 3 is joined to the ring portion 143 of the lead terminal 142.

集光部材３は、上端部から下端部に向かうに伴って開口面積が小さくなる貫通孔を有している。光電変換素子２の上方の空間を囲んでいる光反射部３１を有している。光反射部３１は、集光部材３の少なくとも内側表面部分に設けられている。上端部の開口部に入射された光は、光反射部３１において繰り返し全反射される。集光部材３は、光の反射によって貫通孔の開口積内の光エネルギーの強度分布を均等化するという機能を有している。光反射部３１は、光を散乱させるように反射する。   The condensing member 3 has a through-hole whose opening area becomes smaller from the upper end to the lower end. The light reflection part 31 surrounding the space above the photoelectric conversion element 2 is provided. The light reflecting portion 31 is provided on at least the inner surface portion of the light collecting member 3. The light incident on the opening at the upper end is repeatedly totally reflected at the light reflecting portion 31. The condensing member 3 has a function of equalizing the intensity distribution of light energy in the aperture area of the through hole by reflecting light. The light reflecting portion 31 reflects light so as to be scattered.

光の“散乱”の例としては、ポーラス状に形成された光反射部３１において光の全反射によって起こる乱反射がある。図２における拡大模式図に示されているように、ポーラス状に形成された光反射部３１は、複数の粒子３１２および複数のセル３１４を含んでいる。例示的な粒子３１２は、セラミック粒子である。セル３１４の構造例は空隙である。セル３１４の他の構造例は、粒子３１２より光の屈折率の小さい媒質が充填されたものである。この他の構造例の場合、例えば、集光部材３１の内側空間に粒子３１２より光の屈折率の小さいガスが充填されている。   As an example of “scattering” of light, there is irregular reflection caused by total reflection of light in the light reflecting portion 31 formed in a porous shape. As shown in the enlarged schematic diagram in FIG. 2, the light reflecting portion 31 formed in a porous shape includes a plurality of particles 312 and a plurality of cells 314. Exemplary particles 312 are ceramic particles. An example of the structure of the cell 314 is a void. Another structural example of the cell 314 is one in which a medium having a light refractive index smaller than that of the particle 312 is filled. In the case of this other structure example, for example, the inner space of the light collecting member 31 is filled with a gas having a light refractive index smaller than that of the particles 312.

“ポーラス状”とは、複数の粒子３１２を有する構造体において、１５％から４３％までの範囲に含まれる気孔率を有している。光反射部３１の気孔率の例示的な測定方法は、マイクロメリティクス（Micromeritics）社製のポアサイザー（Pore Sizer）９３１０型による水銀圧入法である。   “Porous” is a structure having a plurality of particles 312 and has a porosity included in a range of 15% to 43%. An exemplary method for measuring the porosity of the light reflecting portion 31 is a mercury intrusion method using a pore sizer 9310 manufactured by Micromeritics.

粒子３１２は、セル３１４より屈折率が大きい。粒子３１２に入射された光は、粒子３１２とセル３１４との界面において全反射される。粒子３１２とセル３１４との界面は様々な方向を向いていることにより、光反射部３１に入射された光は乱反射される。   The particle 312 has a higher refractive index than the cell 314. The light incident on the particle 312 is totally reflected at the interface between the particle 312 and the cell 314. Since the interface between the particle 312 and the cell 314 is directed in various directions, the light incident on the light reflecting portion 31 is irregularly reflected.

この例における光電変換装置は、光の全反射によって光を光電変換素子２に導くことにより、光を反射させるときにおける光の損失を低減させることができ、集光効率に関して改善されている。   The photoelectric conversion device in this example can reduce light loss when light is reflected by guiding light to the photoelectric conversion element 2 by total reflection of light, and is improved in terms of light collection efficiency.

光の“散乱”の他の例としては、粗面化された表面において光が複数の方向に反射されることにより起こる乱反射がある。“粗面化された表面”とは、例えば、０．４μｍから０．８μｍまでの範囲に含まれる算術平均粗さＲａを有する表面のことをいう。光反射部３１は、実質的にセラミックスからなる。   Another example of light “scattering” is irregular reflection caused by light being reflected in multiple directions on a roughened surface. The “roughened surface” refers to a surface having an arithmetic average roughness Ra included in a range from 0.4 μm to 0.8 μm, for example. The light reflecting portion 31 is substantially made of ceramics.

本実施形態における光電変換装置は、光を乱反射させる光反射部３１を有する集光部材３を含んでいることにより、光電変換素子２の受光面における光の均一化を図ることができる。従って、光電変換装置は、光電変換素子２における光電変換の効率を向上させることができ、発電効率に関して改善されている。   The photoelectric conversion device according to the present embodiment includes the light collecting member 3 having the light reflecting portion 31 that diffusely reflects light, whereby the light on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 2 can be made uniform. Therefore, the photoelectric conversion device can improve the efficiency of photoelectric conversion in the photoelectric conversion element 2, and the power generation efficiency is improved.

カバー４は、集光部材３の上端部に設けられており、透光性を有している。カバー４の“透光性”とは、例えば光電変換装置が太陽電池装置である場合には、太陽光の少なくとも一部の波長が透過できることをいう。カバー４は、集光部材３の上端部に接合されている。   The cover 4 is provided at the upper end of the light collecting member 3 and has translucency. “Translucent” of the cover 4 means that, for example, when the photoelectric conversion device is a solar cell device, at least a part of the wavelength of sunlight can be transmitted. The cover 4 is joined to the upper end portion of the light collecting member 3.

本実施形態において、光電変換装置は、パッケージ１と集光部材３とカバー４とによって光電変換素子２を気密封止していることにより、耐環境性に関して改善されている。   In the present embodiment, the photoelectric conversion device is improved in terms of environmental resistance by hermetically sealing the photoelectric conversion element 2 with the package 1, the light collecting member 3, and the cover 4.

本実施形態において、光電変換装置は、集光部材３を含む構造によって光電変換素子２を気密封止していることにより、気密封止のための構成とは別に集光のための部材を有する構造に比べて、生産性に関して改善されている。   In the present embodiment, the photoelectric conversion device has a member for condensing light separately from the structure for hermetic sealing by hermetically sealing the photoelectric conversion element 2 with a structure including the light condensing member 3. Compared to the structure, productivity is improved.

１ パッケージ
２ 光電変換素子
３ 集光部材
４ カバー 1 Package 2 Photoelectric Conversion Element 3 Light Condensing Member 4 Cover

Claims (5)

パッケージと、
前記パッケージに実装された光電変換素子と、
前記パッケージに接合されているとともに、前記光電変換素子の上方の空間を囲んでいる光反射部を有しており、前記光反射部が光を散乱させる集光部材と、
前記集光部材に接合されており、前記空間を覆っているカバーと、
を備えた光電変換装置。 Package and
A photoelectric conversion element mounted in the package;
A light condensing member that is bonded to the package and surrounds a space above the photoelectric conversion element, and the light reflecting portion scatters light;
A cover that is joined to the light collecting member and covers the space;
A photoelectric conversion device comprising: 前記光反射部が、ポーラス状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the light reflecting portion is formed in a porous shape. 前記光反射部が、空隙を含んでいることを特徴とする請求項２記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 2, wherein the light reflecting portion includes a gap. 前記光反射部は、粗面化された表面を有していることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the light reflecting portion has a roughened surface. 光電変換素子の実装領域を有しているパッケージと、
前記パッケージに接合されるとともに、前記光電変換素子の上方の空間を囲む光反射部を有しており、前記光反射部が光を散乱させる集光部材と、
前記集光部材に接合されるとともに、前記空間を覆うカバーと、
を備えた光電変換装置用部品。 A package having a mounting area for photoelectric conversion elements;
A light condensing member that is bonded to the package and surrounds the space above the photoelectric conversion element, and the light reflecting portion scatters light;
A cover that is joined to the light collecting member and covers the space;
A component for a photoelectric conversion device.
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