JP2012138478A - Substrate for photoelectric conversion element and photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放熱を良好にすることによって光電変換素子が剥離する可能性を抑制することができる光電変換素子用基板および光電変換装置に関するものである。 The present invention relates to a substrate for a photoelectric conversion element and a photoelectric conversion apparatus that can suppress the possibility of peeling of the photoelectric conversion element by improving heat dissipation.
光電変換素子を搭載する光電変換素子用基板を備えた集光型太陽電池モジュールとして、例えば、特許文献1に記載された電極板およびこの電極板を支持する支持板を備えた光電変換素子用基板が知られている。
As a concentrating solar cell module including a photoelectric conversion element substrate on which a photoelectric conversion element is mounted, for example, an electrode plate described in
特許文献1に記載の集光型太陽電池モジュールは、太陽電池素子である太陽電池セルと、太陽電池セルの下面が上面に接合された、金(Au)、銀(Ag)または銅(Cu)のような熱伝導率の大きな金属を主材料とした電極板と、この電極板の上面に接合された太陽電池セルと、電極板を支持するように電極板の下面に接合された、電気絶縁性を有する熱伝導性材料からなる支持板とを備えている。この集光型太陽電池モジュールでは、電極板と支持板とで光電変換素子用基板が構成されている。このような集光型太陽電池モジュールにおいては、電極板が、高い熱伝導率を備えていることにより、太陽電池セルから発生する熱の放熱性を高めている。
The concentrating solar cell module described in
特許文献1に記載の集光型太陽電池モジュールにおいては、太陽電池セルで生じた熱が、太陽電池セルから電極板に伝わることによって放熱性を高めている。しかしながら、太陽電池セルで発生する熱の放熱性を高めるために電極板として金属を主材料とした電極板を用いていることから、電極板の上面と太陽電池セルの下面との間に大きな熱膨張差が生じる。そのため、太陽電池セルと電極板との間に大きな熱応力が生じて、太陽電池セルと電極板との間の密着性が低下して、太陽電池セルが電極板から剥離する可能性がある。このように、太陽電池セルが電極板から剥離した場合、太陽電池セルから電極板への導電性が低下することが考えられる。その結果、太陽電池セルの光電変換効率が低下することが考えられる。
In the concentrating solar cell module described in
本発明の目的は、従来技術の課題を解決すべく、光電変換素子が光電変換素子用基板から剥離する可能性を抑制することができる光電変換素子用基板およびそれを用いた光電変換装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element substrate capable of suppressing the possibility of the photoelectric conversion element peeling from the photoelectric conversion element substrate, and a photoelectric conversion device using the same, in order to solve the problems of the prior art. There is to do.
本発明の1つの態様に基づく光電変換素子用基板は、セラミックスからなる絶縁体層と、絶縁体層の上面に設けられた、上面および下面に電極を有する光電変換素子が搭載されるとともに光電変換素子の下面側電極が接続される搭載領域を有する、金属材料からなり炭素繊維を含有した第1の導電体層と、第1の導電体層の上面に搭載領域を囲むように設けられた、金属材料からなる第2の導電体層とを備えたことを特徴とする。 A substrate for a photoelectric conversion element according to one aspect of the present invention includes an insulator layer made of ceramics, and a photoelectric conversion element having electrodes on the upper surface and the lower surface provided on the upper surface of the insulator layer, and photoelectric conversion A first conductor layer made of a metal material and containing carbon fiber, having a mounting region to which the lower surface side electrode of the element is connected, and provided on the upper surface of the first conductor layer so as to surround the mounting region; And a second conductor layer made of a metal material.
本発明の1つの態様に基づく光電変換装置は、上記光電変換素子用基板と、前記搭載領域に搭載された光電変換素子と、該光電変換素子の上に位置して上方からの光を前記光電
変換素子に集中させる集光手段とを備えたことを特徴とする。
A photoelectric conversion device according to one aspect of the present invention includes a photoelectric conversion element substrate, a photoelectric conversion element mounted on the mounting region, and a photoelectric conversion element that is positioned on the photoelectric conversion element and transmits light from above. Condensing means for concentrating on the conversion element is provided.
本発明の1つの態様に基づく光電変換素子用基板によれば、光電変換素子が搭載される第1の導電体層が、金属材料からなり炭素繊維を含有していることから、金属を主材料とした電極板を光電変換素子用基板に用いた場合と比較して、光電変換素子と第1の導電体層との間の熱膨張差が小さくなる。そのため、光電変換素子と第1の導電体層との間に生じる熱応力を低減することができる。これにより、光電変換素子が第1の導電体層から剥離する可能性を低減することができる。従って、光電変換素子から第1の導電体層へと電流および熱を良好に伝達させることができる。 According to the substrate for a photoelectric conversion element based on one aspect of the present invention, the first conductor layer on which the photoelectric conversion element is mounted is made of a metal material and contains carbon fiber. The difference in thermal expansion between the photoelectric conversion element and the first conductor layer is reduced as compared with the case where the electrode plate is used for the photoelectric conversion element substrate. Therefore, thermal stress generated between the photoelectric conversion element and the first conductor layer can be reduced. Thereby, possibility that a photoelectric conversion element will peel from a 1st conductor layer can be reduced. Therefore, current and heat can be favorably transmitted from the photoelectric conversion element to the first conductor layer.
さらに、光電変換素子用基板を構成する金属材料からなる第2の導電体層が、第1の導電体層の上面に設けられたことにより、光電変換素子から第1の導電体層へと流れる電流を第2の導電体層へと伝達することができる。そのため、光電変換素子と第1の導電体層との接合性を良好に保ちつつ、光電変換素子から第1の導電体層へと流れる電流を第2の導電体層を介して良好に取り出すことができる。 Further, the second conductor layer made of a metal material constituting the photoelectric conversion element substrate is provided on the upper surface of the first conductor layer, so that the photoelectric conversion element flows to the first conductor layer. Current can be transferred to the second conductor layer. For this reason, the current flowing from the photoelectric conversion element to the first conductor layer can be satisfactorily taken out through the second conductor layer while maintaining good bonding between the photoelectric conversion element and the first conductor layer. Can do.
そして、本発明の1つの態様に基づく光電変換装置によれば、光電変換素子が光電変換素子用基板から剥離する可能性を抑制することができる。 And according to the photoelectric conversion apparatus based on 1 aspect of this invention, possibility that a photoelectric conversion element will peel from the board | substrate for photoelectric conversion elements can be suppressed.
以下、本発明のいくつかの実施形態の例について図面を参照して説明する。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1、4に示すように、本発明の第1の実施形態の例の光電変換装置100は、光電変換素子用基板10(以下、単に基板10ともいう。)と、基板10の上面に搭載された光電変換素子7と、基板10の上面に設けられており、平面視したときに光電変換素子7を囲んでいる枠体5と、枠体5に保持されており光電変換素子7の上方に位置している集光手段6とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 4, a
本例の基板10は、セラミックスからなる絶縁体層4と、絶縁体層4の上面に設けられた、上面に光電変換素子7が搭載される第1の導電体層1と、第1の導電体層1の上面であって光電変換素子7を囲むように設けられた、金属材料からなる第2の導電体層2とを備えている。
The
本例の基板10における絶縁体層4は、平面視したときの形状が四角形の板状である。絶縁体層4は、第1の導電体層1と基板10における第1の導電体層1と、基板10が実装される実装基板(不図示)とを電気的に絶縁するために設けられている。
The
本例の基板10における絶縁体層4はセラミックスからなっている。絶縁体層4に用いられるセラミックスとしては、熱伝導性の良好なセラミック材料を用いることが望ましい。具体的には、熱伝導性の良好なセラミック材料として、窒化アルミニウム(AlN)を用いることができる。
The
なお、絶縁体層4の厚みは、例えば150〜400μm程度に設定することができる。また、絶縁体層4の縦横の寸法は、例えば5〜50mm程度に設定することができる。
The thickness of the
本例の基板10における第1の導電体層1は、それぞれ絶縁体層4の上面に設けられるとともに、互いに離間して配置された第1の部位11と第2の部位12とを有している。第1の部位11は、その上面に光電変換素子7が搭載される搭載領域112を有しており、光電変換素子7の下面側電極と電気的に接続されている。第2の部位12は、光電変換素子7の上面側電極と電気的に接続されている。また、第2の部位12は、平面視した場合に第1の部位11の搭載領域112を囲むように位置する凹部121を有している。第1の導電体層1の上面は、搭載領域112と第2の導電体層2が設けられた領域とが面一の面とされている。
The
本例の第1の導電体層1における第1の部位11は、平面視したときの形状が、長方形における長辺側の一部に基板10の中心側に突出する四角形状の突出部111を設けた形状である。なお、本例においては、突出部111が四角形状に形成されているが、特にこれに限られるものではなく、例えば、半円形状または三角形状に形成されていてもよい。突出部111は、その上面に光電変換素子7が搭載される搭載領域112を有している。
The
本例の第1の導電体層1における第2の部位12は、平面視したときの形状が、長方形における長辺側の一部に第1の部位11の搭載領域112を囲むように位置する凹部121が設けられた形状である。図4に示すように第2の部位12の凹部121は、第1の部位11の突出部111を3方向から囲むように形成されている。なお、本例においては、凹部121が四角形状に形成されているが、特にこれに限られるものではなく、例えば、半円形状または三角形状に形成されていてもよい。
The
なお、第1の導電体層1における第1の部位11および第2の部位12の厚みは、例えば200〜2000μm程度に設定することができる。また、第1の導電体層1は、第1の部位11および第2の部位12の外周の一部が、平面視したときに絶縁基体4の外周と一致するように配置されていることが好ましい。これにより、基板10のサイズを大きくすることなく、光電変換素子7から第1の導電体層1へと伝わった熱を効率よく外部に放熱することができる。突出部111の縦横の寸法は、例えば3〜10mm程度に設定することができる。なお、突出部111は、平面視したときに基板10の中央に位置することが好ましい。これにより、光電変換素子7から熱が伝達されたときに、熱の分布に偏りが生じる可能性を低減することができる。凹部121の縦横の寸法は、例えば3.5〜10.5mm程度に設定することができる。
In addition, the thickness of the 1st site |
本例の基板10のように、第1の部位11と第2の部位12との間隔が一定であることが好ましい。これにより、突出部111を凹部121の内部に位置させたときに、突出部111と凹部121とを一定の距離で離間させることができる。これにより、第1の部位11と第2の部位12との電気的な絶縁性を保つために必要な距離を離間させて、第1の部位11と第2の部位12を配置した際に、突出部111と凹部121との間に不必要に広く離間した部位が生じる可能性を低減することができる。その結果、絶縁体層4の上面に第1の部位11と第2の部位12を効率よく配置することができるので、絶縁体層4を小型化することができる。その結果、基板10を小型化することができる。
Like the
第1の部位11と第2の部位12との間隔は、例えば0.2mm程度に設定することが好ましい。これにより、第1の部位11と第2の部位12との間の電気的な絶縁性を確保しつつ、光電変換素子7から第2の部位12への熱の伝達を良好に行なうことができる。これにより、例えば、光電変換素子7の寸法が縦横3mm程度の場合は、基板10の縦横の寸法を例えば5mm程度にまで小型化することができる。
The distance between the
さらに、搭載領域112が、第2の部位12に囲まれている突出部111に設けられていることから、光電変換素子7の上面側電極と第2の部位12との電気的な接続を様々な方向から行なうことができる。具体的には、本例のように突出部111および凹部121を平面視したときの形状が四角形状の場合であれば、突出部111の外周の辺である3辺の全てが、凹部121の内周の辺とそれぞれ対向しているので、突出部111の上記の3辺をまたいで通電部材8を設けることが可能である。その結果、基板10に搭載される光電変換素子7の上面側電極の設計自由度を高めることができる。
Further, since the mounting
本例の基板10における第1の導電体層1としては、金属材料からなり炭素繊維を含有した複合材料が用いられる。複合材料に用いられる金属材料としては、熱伝導性および電気伝導性が良好な金属材料を用いることが望ましい。具体的には、例えば、熱伝導性および電気伝導性が良好な金属材料として銅(Cu)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)または金(Au)を用いることができる。
As the
このように、光電変換素子7が搭載される第1の導電体層1が、金属材料からなり炭素繊維を含有していることから、金属材料のみからなる場合と比較して、熱膨張率を小さくすることができる。そのため、光電変換素子7と第1の導電体層1との間に生じる熱応力を低減することができる。これにより、光電変換素子7と第1の導電体層1との間に剥離が生じる可能性を低減することができるので、光電変換素子7と第1の導電体層1との間の密着性の低下を防ぐことができる。これにより、光電変換素子7に生じた熱を第2の導電体層2に良好に伝達することができる。
Thus, since the
さらに、含有している材料が導電性の材料である炭素繊維であることから、例えば第1の導電体層1が絶縁材料を含有する場合と異なり、良好な導電性を維持することができる。これにより、光電変換素子7から第2の導電体層2へと電流を良好に伝達させることができる。
Furthermore, since the contained material is carbon fiber which is a conductive material, for example, unlike the case where the
なお、含有させる炭素繊維としては、1本あたりの大きさが、例えば太さが5〜10μm、長さが100〜500μm程度の炭素繊維の集合体を用いることができる。第1の導電体層1の中に含まれる炭素繊維の含有量は、例えば50Vol%程度であることが好ましい。これにより、光電変換素子7と第1の導電体層1との間の熱膨張差を低減しつつ、良好に電気を伝導することができる。
In addition, as the carbon fiber to be contained, an aggregate of carbon fibers having a size of, for example, a thickness of about 5 to 10 μm and a length of about 100 to 500 μm can be used. The content of the carbon fiber contained in the
本例の基板10における第2の導電体層2は、第1の導電体層1の上面に搭載領域112を囲むように設けられている。なお、ここでいう「搭載領域112を囲むように」とは、必ずしも搭載領域112を第2の導電体層2が完全に囲んでいる必要はなく、例えば、第2の導電体層2が複数の部位からなり、この各部位が搭載領域112の周囲に点在していてもよい。なお、本例においては、第2の導電体層2は、第1の部位11の上面に設けられた第3の部位23と、第2の部位12の上面に設けられた第4の部位24とによって形成されている。第3の部位23と第4の部位24とは、互いに離れており、電気的に絶縁されている。第3の部位23は、平面視したときの形状が長方形状である。第4の部位24は、平面視したときの形状が、第2の部位12の外周のうち短辺側を短くして、凹部121を大きくした形状である。基板10は、第2の導電体層2が、搭載領域112を囲むように設けられていることによって光電変換素子7で生じた熱の放散性が向上している
。
The
なお、第2の導電体層2における第3の部位23および第4の部位24の厚みは、例えば50〜400μm程度に設定することができる。また、第2の導電体層1は、第3の部位23および第4の部位24の外周の一部が、平面視したときに絶縁基体4の外周と一致するように配置されていることが好ましい。これにより、基板10のサイズを大きくすることなく、光電変換素子7から第2の導電体層2へと伝わった熱を効率よく外部に放熱することができる。
In addition, the thickness of the 3rd site |
また、第2の導電体層2における第3の部位23は、光電変換素子7から0.2mm程度離間して設けられていることが好ましい。これにより、第3の部位23が熱膨張した際に光電変換素子7に熱応力を与える可能性を低減することができる。
Moreover, it is preferable that the 3rd site |
また、第2の導電体層2における第4の部位24は、第1の導電体層1における第2の部位12の外周のうち、第1の部位11と一定の間隔をあけて離れている部分よりも、平面視したときに0.2mm程度、光電変換素子7からみて基体10の周辺側に設けられていることが好ましい。これにより、第4の部位24を設けるときに、これに用いるろう材等の接合材が第1の部位11と第2の部位12との間に流れ込んで、第1の部位11と第2の部位12との間の絶縁性を低下させてしまう可能性を低減することができる。
Further, the
本例の基板10における第2の導電体層2としては、金属材料が用いられる。第2の導電体層2に用いられる金属材料としては、熱伝導性および電気伝導性の良好な金属材料を用いることが望ましい。具体的には、例えば、熱伝導性および電気伝導性が良好な金属材料として銅(Cu)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)または金(Au)を用いることができる。このように、金属材料からなる第2の導電体層2が、第1の導電体層1の上面に設けられたことにより、光電変換素子7から第1の導電体層1に引き出される電気を導電性のさらに良好な第2の導電体層2を介して伝達することができる。これにより、基板10全体における抵抗値を低減することができるので、電気が流れることによる基板10における発熱を低減することができる。
A metal material is used as the
なお、第1の導電体層1に銅(Cu)および炭素繊維を用いた場合には、第2の導電体層2にも銅(Cu)を用いることが望ましい。このように、第1の導電体層1と第2の導電体層2とにおいて、同じ金属材料を用いたことから、第1の導電体層1と第2の導電体層2との間の熱膨張差を低減することができる。
When copper (Cu) and carbon fiber are used for the
本例の基板10における第1の導電体層1の厚みは、第2の導電体層2の厚みよりも大きい。これにより、光電変換素子7から伝わった熱により第2の導電体層2が熱膨張したとしても、第1の導電体層1に反りが生じる可能性を低減することができる。これは、第1の導電体層1の厚みが相対的に大きいことにより、第1の導電体層1の強度を向上させるとともに、第2の導電体層2の厚みが小さいことにより、第2の導電体層2から第1の導電体層1に及ぼされる熱応力を低減することができるためである。この結果、基板10の信頼性を向上させることができる。例えば、第1の導電体層1の厚みが、1mm程度であれば、第2の導電体層2の厚みは、0.2mm程度にすることが好ましい。
The thickness of the
図1に示すように第2の導電体層2の上面は、第1の導電体層1の上面に対して略平行な周縁領域231と周縁領域231よりも搭載領域112の近くに位置して搭載領域112に向かって次第に低くなる近傍領域232とを備えていてもよい。これにより、第2の導電体層2内に熱応力が生じた際に応力が一箇所に集中する可能性を低減することができる。その結果、基板10の信頼性を向上させることができる。
As shown in FIG. 1, the upper surface of the
ここでいう「略平行」とは、厳密に平行であることを意味するものではなく、第1の導電体層1および第2の導電体層2の表面粗さ程度のずれを含むものである。具体的には、第1の導電体層1および第2の導電体層2それぞれの上面における十点平均粗さを測定して、第1の導電体層1の第2の導電体層2に対する傾斜の高さがこの平均粗さ程度のずれであれば略平行とみなしている。
Here, “substantially parallel” does not mean strictly parallel, but includes a deviation of the surface roughness of the
近傍領域232を備える第2の導電体層2としては、例えば、銅(Cu)等のめっきによって作製された金属層を用いることができる。また、銅(Cu)等の金属板の角を研磨することによって得た金属層を第2の導電体層2として用いることもできる。
As the
さらに、本例の第2の導電体層2における近傍領域232は、断面視したときに、例えば図2に示すように上面に向かって広がる曲面を有していたり、図3に示すように傾斜した傾斜面を有していたりすることが好ましい。これにより、近傍領域232に当たった光の一部を搭載領域112に向かって反射させることができる。その結果、搭載される光電変換素子7の光電変換効率を向上させることができる。
Further, the neighboring
傾斜面の寸法としては、例えば、幅が0.1〜0.5mm程度、高さが50〜400μm程度、角度が周縁領域231から見て近傍領域232が60〜80度程度傾斜するように設定することができる。
As the dimensions of the inclined surface, for example, the width is set to about 0.1 to 0.5 mm, the height is set to about 50 to 400 μm, and the angle is set so that the neighboring
本例の基板10の作製方法について説明する。まず、絶縁体層4を準備する。絶縁体層4として、本例では窒化アルミニウム(AlN)の板を用いている。なお、窒化アルミニウム(AlN)の板の寸法は、例えば、厚さが0.3〜0.5mm程度、縦横の寸法が100mm程度である。窒化アルミニウム(AlN)の板の上面に接着用のメタライズ層を形成する。
A method for manufacturing the
次に、第1の導電体層1を作製する。第1の導電体層1の作製には以下の方法を用いることができる。まず、一方向性の炭素繊維の束を炭素で結合した板状の塊を一方向性の炭素繊維からなる小さな集合体に破砕し、破砕された集合体を集めて固体のピッチあるいはコークス等の微粉末を分散させたフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂の溶液中に浸す。なお、板状の塊を破砕して得られる集合体の大きさは、その形状を例えば略立方体として見た場合に、一辺が約0.1〜1mm程度である。
Next, the
次に、これを乾燥させて、所定の圧力を加えるとともに加熱して熱硬化性樹脂部分を硬化させ、板状の塊を得る。これを不活性雰囲気中、高温で焼成することでフェノール樹脂とピッチあるいはコークスの微粉末を炭化させて炭素質母材とする。次に、炭素質母材内に熱伝導率が金属、本例では銅(Cu)を高温、高圧の下で溶融させて含浸させる。含浸された銅(Cu)は銅塊となって炭素質母材内に分散される。含浸させる金属は、銅(Cu)以外には例えば、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)またはマグネシウム(Mg)を用いることができる。そして、炭素質母材内に炭素繊維および銅(Cu)を分散させた塊を板状に切り出して第1の部位11および第2の部位12となる板を作製する。板の寸法は、例えば厚さが0.5〜2mm程度、縦横の寸法が第1の部位11の長辺が25mm程度、第1の部位11の突出部111の一辺が12mm程度である。
Next, this is dried, a predetermined pressure is applied and heated to cure the thermosetting resin portion, and a plate-like lump is obtained. This is fired at a high temperature in an inert atmosphere to carbonize the phenol resin and pitch or coke fine powder to obtain a carbonaceous base material. Next, a metal having a thermal conductivity, in this example, copper (Cu), is melted and impregnated in a carbonaceous base material under high temperature and high pressure. The impregnated copper (Cu) becomes a copper lump and is dispersed in the carbonaceous base material. As the metal to be impregnated, for example, silver (Ag), aluminum (Al), nickel (Ni), or magnesium (Mg) can be used in addition to copper (Cu). And the board | plate which becomes the 1st site |
次に、絶縁体層4の上面に第1の導電体層1を接合する。接合は、絶縁体層4のメタライズ層と第1の導電体層1の下面とを接合する。接合には、例えば、銀ろう等のろう材を用いることができる。
Next, the
さらに、第1の導電体層1の上面に第2の導電体層2を形成する。第2の導電体層2として、本例では銅板を用いる。第1の導電体層1の上面のうち第2の導電体層2が設けら
れる領域に銀ろう等のろう材を塗布し、これに、第2の導電体層2として銅板を接合することで基板10とする。
Further, the
なお、本例においては、第2の導電体層2として銅板を用いたがこれに限られるものではなく、鉄(Fe)等のその他の金属板を用いてもよい。さらに、第2の導電体層2としては、銅めっき等のめっきを用いることもできる。
In this example, a copper plate is used as the
光電変換素子7は、例えば、III−V族化合物半導体を含んでいる太陽電池素子である
。光電変換素子7は、光起電力効果により、受けた光エネルギーを電力に変換して出力することができる。本例の光電変換素子7は、第1の導電体層1の搭載領域112に搭載される。光電変換素子7としては、上面と下面とに電極を有するものを用いることができる。下面側電極と第1の導電体層1における第1の部位11は、銀ろう等のろう材によって接合されている。上面側電極と第2の導電体層2における第4の部位24は、通電部材8によって電気的に接合されている。
The
通電部材8としては、ボンディングワイヤを用いることができる。なお、ボンディングワイヤは突出部111のうちの1辺のみをまたがって設けられていてもよく、また、図5に示すように向かい合う2辺にまたがって設けられていてもよい。このように、向かい合う2辺にまたがってボンディングワイヤが設けられていることにより、1辺のみをまたぐようにボンディングワイヤが設けられている場合と比べて、ボンディングワイヤを介して第4の部位24に伝わる熱の偏りを低減することができる。
A bonding wire can be used as the energizing
なお、図2、3に示すように、第1の導電体層1の上面に対して略平行な周縁領域231と周縁領域231よりも搭載領域112の近くに位置して搭載領域112に向かって次第に低くなる近傍領域232とを備えており、近傍領域232の断面が搭載領域112に向かって光を反射する形状である場合には、ボンディングワイヤは、周縁領域231に接合されていることが望ましい。これにより、近傍領域232に向かう光と、近傍領域232から搭載領域112に向かう光とをボンディングワイヤが遮断しにくくすることができる。
2 and 3, the
なお、光電変換素子7としては、例えば、InGaP/GaAs/Geの3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、660n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
光電変換素子7の下面および上面には、光電変換素子7の下面側電極および上面側電極が形成されている。かかる下面側電極および上面側電極は、例えば、銀(Ag)、アルミニウム(Al)等により形成されている。
The lower surface side electrode and the upper surface side electrode of the
本例の光電変換装置100における枠体5は、第2の導電体層2の上面に接合されている。本例における枠体5は、平面視したときの形状が筒形状であって、光電変換素子7を囲むように設けられている。
The
本例の光電変換装置100における枠体5はセラミックスからなっている。枠体5に用いられるセラミックスとしては、熱伝導性の良好なセラミック材料を用いることが望ましい。具体的には、例えば、熱伝導性の良好なセラミック材料として、窒化アルミニウム(AlN)を用いることができる。枠体5の下面には、第2の導電体層2との接合性を向上
させるためにメタライズ層が形成されている。枠体5と第2の導電体層2との接合には、銀ろう等のろう材を用いることができる。本例における枠体5は、セラミックスからなることにより、電気絶縁性が向上している。
The
なお、枠体5には金属材料を用いることもできる。金属材料としては、例えば、鉄ニッケルコバルト(Fe−Ni−Co)合金を用いることができる。
A metal material can also be used for the
本例の光電変換装置100における集光手段6は、光電変換素子7の上に位置するように設けられている。集光手段6は、上方からの光を光電変換素子7に集中させることを目的として設けられている。集光手段6は、枠体5と接合されている。集光手段6と枠体5との接合には、例えば、ガラス質材料を用いることができる。なお、集光手段6としては、例えば、集光プリズムを用いることができる。
The condensing means 6 in the
次に、本発明の第2の実施形態の例の光電変換装置100について説明する。なお、本例の各構成において、第1の実施形態と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
Next, the
図6に示すように、第2の実施形態の例の光電変換装置100は、第1の実施形態の例の光電変換装置100と比較して、基板10の構成が異なる。具体的には、絶縁体層4の下面に第3の導電体層3が設けられている。
As shown in FIG. 6, the
本例の基板10における第3の導電体層3は、平面透視したときに、搭載領域112を囲んでいるように形成されている。第3の導電体層3としては、熱伝導性の良好な金属材料を用いることが望ましい。具体的には、例えば、熱伝導性が良好な金属材料として銅(Cu)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)または金(Au)を用いることができる。このように、金属材料からなる第3の導電体層3が、絶縁体層4の上面に設けられたことにより、第1の導電体層1と第2の導電体層2との熱膨張差によって基板10を反らそうとする力が生じたとしても、第3の導電体層3によってこれと反対の方向に基板10を反らそうとする力が働くので、両方の力が打ち消し合うことになる。これにより、基板10に生じる反りを低減することができる。
The
さらに、第3の導電体層3が、搭載領域112を囲むように形成されていることにより、光電変換素子7が搭載される搭載領域112の直下では、熱応力を発生しにくくすることができる。これにより、光電変換素子7と基板10とが剥離する可能性を低減することができる。
Furthermore, since the
第3の導電体層3は、例えば枠形状であって、断面視したときに内径および外径が第2の導電体層2と一致していることが好ましい。これにより、熱応力の発生をより効果的に低減することができる。
The
なお、第3の導電体層3には、下方向に向かって突出する複数の金属板を付加してもよく、これにより放熱フィンとして用いることもできる。このような金属板としては、例えば、厚さ1mm、縦横5mm程度の銅(Cu)板を9枚用いて放熱フィンとすることができる。なお、第3の導電体層3との材料として、銅(Cu)を用いている場合には、放熱フィン用の金属板にも銅(Cu)を用いることが望ましい。これにより、放熱フィンと、第3の導電体層3との間に生じる熱膨張差を低減することができる。
Note that a plurality of metal plates projecting downward may be added to the
なお、本発明は上述の実施形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更や実施の形態の組合せを行なうことは何等差し支えない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and combinations of embodiments may be made without departing from the scope of the present invention.
1:第1の導電体層
112:搭載領域
2:第2の導電体層
231:周縁領域
232:近傍領域
3:第3の導電体層
4:絶縁体層
6:集光手段
7:光電変換素子
8:通電部材
10:光電変換素子用基板
100:光電変換装置
1: first conductor layer 112: mounting region 2: second conductor layer 231: peripheral region 232: neighboring region 3: third conductor layer 4: insulator layer 6: light collecting means 7: photoelectric conversion Element 8: Current-carrying member 10: Substrate for photoelectric conversion element 100: Photoelectric conversion device
Claims (6)
該絶縁体層の上面に設けられた、上面および下面に電極を有する光電変換素子が搭載されるとともに該光電変換素子の下面側電極が接続される搭載領域を有する、金属材料からなり炭素繊維を含有した第1の導電体層と、
該第1の導電体層の上面に前記搭載領域を囲むように設けられた、金属材料からなる第2の導電体層とを備えたことを特徴とする光電変換素子用基板。 An insulator layer made of ceramics;
A carbon fiber made of a metal material having a mounting region provided on the upper surface of the insulator layer, on which a photoelectric conversion element having electrodes on the upper surface and the lower surface is mounted and to which a lower surface side electrode of the photoelectric conversion element is connected A first conductor layer contained;
A photoelectric conversion element substrate comprising: a second conductor layer made of a metal material provided on an upper surface of the first conductor layer so as to surround the mounting region.
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