JP2012164915A

JP2012164915A - 光電変換装置および光電変換モジュール

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Publication number: JP2012164915A
Application number: JP2011025863A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Ito; 宏樹伊藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2012-08-30

Abstract

【課題】大型化に寄与することが可能な光電変換装置および光電変換モジュールを提供する。
【解決手段】光電変換装置２であって、基板５と、基板５の上方に設けられた光電変換素子４とを備え、基板５は、側面に設けられた２つの開口部と、内部に設けられた、平面透視して光電変換素子４と重なる領域に配置されかつ２つの開口部に連続して接続された空洞部Ｃとを有することを特徴とする。光電変換素子４から伝わる熱は、空洞部Ｃに流れる液体が吸収して、基板５が高温になるのを抑制することができるので、光電変換効率を良好に維持しつつ大型化に寄与することが可能な光電変換装置２および光電変換モジュール。
【選択図】図２

Description

本発明は、光電変換装置およびその光電変換装置を用いた光電変換モジュールに関する。

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（例えば、特許文献１参照）。

なお、光電変換装置は、光電変換素子上に、光電変換素子に光を集光させる集光部材が設けられる。

特開平９−６４３９６号公報

光電変換装置は、光を集光して電気に変換するものであるため、室外にて設置されて用いられる場合は、太陽光の影響を受けやすい。そのため、太陽光の影響によって、光電変換素子が高温になって、光電変換素子の電気特性が変化し、光電変換素子の太陽エネルギーを電力エネルギーに変換する光電変換効率が低下する虞がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光電変換効率を良好に維持することが可能な光電変換装置および光電変換モジュールを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る光電変換装置は、基板と、前記基板の上方に設けられた光電変換素子を備え、前記基板は、前記基板の側面または下面に設けられた２つの開口部と、前記基板内に設けられ、平面透視して前記光電変換素子と重なる領域に配置されかつ前記２つの開口部と連続して接続された空洞部を有することを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールは、前記光電変換装置と、前記光電変換装置の上方に設けられた、外部からの光を受光して前記光電変換素子に受光した光を集める集光部材を備えている。

本発明によれば、光電変換効率を良好に維持することが可能な光電変換装置および光電変換モジュールを提供することができる。

本実施形態に係る光電変換モジュールの概観を示す分解斜視図である。本実施形態に係る光電変換モジュールの一部の断面図である。本実施形態に係る光電変換装置の平面図である。基板内の空洞部を示した透過平面図である。光電変換素子と整流素子との電気的接続関係を示している。光電変換素子と整流素子の配置関係を示した透過平面図である。一変形例に係る光電変換装置の断面図である。一変形例に係る光電変換装置の断面図である。一変形例に係る光電変換装置の断面図である。一変形例に係る光電変換装置の断面図である。一変形例に係る光電変換装置の断面図である。一変形例に係る光電変換装置の基板内の空洞部を示した透過平面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる光電変換装置および光電変換モジュールの実施形態の例を説明する。なお、本発明は以下の実施形態の例に限定されないものである。

＜光電変換モジュールの概略構成＞
図１は、本実施形態に係る光電変換モジュール１の概観斜視図と、その一部を拡大した分解斜視図である。図２は、図１に示す光電変換モジュール１の一部である光電変換装置２および集光部材３の断面図である。図３は、光電変換装置２の平面図であって、光電変換装置２同士の接続関係を示している。図４は、光電変換装置２の透過平面図であって、基板内に設けられた空洞部を示している。図５は、光電変換素子と整流素子との間の電気的接続関係を示している。図６は、光電変換装置２の透過平面図であって、光電変換装置２と整流素子との配置関係を示している。なお、図２は、図３のＡ−Ａ’線に沿って光電変換装置２を切断したときの断面図である。

本実施形態に係る光電変換モジュール１は、太陽光を電力に変換する太陽光発電モジュールである。また、本実施形態に係る光電変換装置２は、光を電気に変換する光電変換素子４を含んでいる。かかる光電変換素子４は、例えば太陽光を受光して発電する機能を備えている。光電変換モジュール１は、図１に示すように、複数の光電変換装置２を含んで構成されている。そして、複数の光電変換装置２が、電気的に並列または直列に接続されている。

光電変換モジュール１は、光電変換装置２と、光を受光する集光部材３とを含んでいる。集光部材３は、光電変換装置２の上方に設けられている。集光部材３は、例えばドーム形状のフレネルレンズである。集光部材３は、外部からの光を受光するとともに、受光した光を光電変換装置２の光電変換素子４に集める機能を備えている。なお、集光部材３は、例えばガラス、プラスチックまたは樹脂等からなる。かかる集光部材３は、レンズ部材３ａとフレーム部材３ｂを含んでおり、レンズ部材３ａの外周を取り囲むようにフレーム部材３ｂにて固定されている。

光電変換装置２は、基板５と、基板５の上方に設けられた光電変換素子４とを備えている。さらに、光電変換装置２は、基板５の下方に設けられた整流素子６と、基板５内に設けられた、整流素子６を光電変換素子４に整流方向が出力電圧に対して逆方向となるように電気的に並列に接続されたビア導体７とを備えている。

基板５は、光電変換素子４に伝わる熱を外部に放熱する機能を備えている。基板５は、基板５内に平面透視して光電変換素子４と重なる領域に空洞部Ｃを有する。また、基板５の側面の２箇所には、空洞部Ｃに連続する開口部Ｏが設けられている。開口部Ｏの一方から開口部Ｏの他方に向かって、例えば、水、油または不凍液等の液体が流れる。そして、
空洞部Ｃに流れる液体が、基板５の熱を吸収して、基板５を冷却することができる。空洞部Ｃに流れる液体は、開口部Ｏの一方から空洞部Ｃを通って開口部Ｏの他方に流れ、空洞部Ｃから外部に排出される。そして、新たな液体が、開口部Ｏの一方から空洞部Ｃ内に流れ込む。基板５の熱を吸熱した液体は基板５外に排出されて、新たに冷やされた液体が空洞部Ｃ内に流れて、基板５の温度が高温になるのを抑制することができる。

光電変換装置２は、集光部材３を介して伝わる光のエネルギーの一部が熱に変換されて発熱する。そのため、基板５は、光電変換素子４から熱が伝わりやすい材料からなる。光電変換素子４から伝わる熱は、空洞部Ｃに流れる液体が吸収して、基板５が高温になるのを抑制することができる。さらに、基板５を冷やすことで、光電変換素子４が高温になるのを抑制することができる。基板５は、例えば、アルミナ、ムライトまたは窒化アルミニウム等のセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料、あるいはこれらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料からなる。また、基板５は、銅、アルミ、鉄、ニッケル、コバルト、クロムまたはそれらの合金等の放熱性の優れた金属材料からなる。なお、基板５の熱伝導率は、例えば１８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上に設定されている。また、基板５の熱膨張率は、例えば、３×１０^−６／℃以上１８×１０^−６／℃以下に設定されている。

基板５の大きさは、複数のセラミック基板８を設けることができる大きさに設定されている。基板５の大きさは、例えば、平面視したときの１辺の長さが２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であって、上下方向の厚みが０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定されている。

また、基板５上には、複数のセラミック基板８がマトリックス状に配置されている。そして、空洞部Ｃは、平面透視したときに複数のセラミック基板８と重なるように設けられている。空洞部Ｃは、基板５内に２つ設けられている。そして、２つの空洞部Ｃは、互いに連続して沿って形成されている。なお、空洞部Ｃの一方の開口部Ｏから他方の開口部Ｏまでの長さは、例えば１辺長さ以上１辺長さの３０倍以下に設定可能であって、上下方向の厚みが０．１ｍｍ以上９ｍｍ以下に設定されている。

セラミック基板８は、例えば、アルミナ、ムライトまたは窒化アルミニウム等のセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料、あるいはこれらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料からなる。なお、セラミック基板８の熱伝導率は、例えば、１４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。また、セラミック基板８の熱膨張率は、例えば、３×１０^−６／℃以上１０×１０^−６／℃以下に設定されている。

各セラミック基板８の大きさは、１つのセラミック基板８の上面に、１つの光電変換素子４を実装できる大きさに設定されている。各セラミック基板８の大きさは、例えば、平面視したときの１辺の長さが３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であって、上下方向の厚みが０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。

基板５の材料とセラミック基板８の材料が異なる場合は、基板５上に複数のセラミック基板８をマトリックス状に実装することで、セラミック基板８を小分けにすることができ、基板５とセラミック基板８の熱膨張差に起因して、基板５またはセラミック基板８が破壊されるのを抑制することができる。また、基板５の材料とセラミック基板８の材料とに同一のセラミック材料を用いた場合は、基板５またはセラミック基板８を一体焼成で作製することができ、基板５またはセラミック基板８に形成したパターンを引き回すことができ、製造工程を単純化することができる。

各セラミック基板８上には、第１電極層９としての電極パターンが設けられている。第１電極層９は、光電変換素子４と電気的に接続されており、光電変換素子４にて起電された電力を外部に取り出すためのものである。第１電極層９は、例えば、銅、銀、金、鉄、
アルミニウム、ニッケル、コバルトまたはクロム等の金属材料、あるいはそれらの合金からなる。

光電変換素子４は、セラミック基板８上に配置されている。光電変換素子４は、例えばボンディングワイヤを介して第１電極層９に電気的に接続されている。また、光電変換素子４は、セラミック基板８上にメタライズされた電極パターン上に実装されてもよい。

光電変換素子４は、光を電力に変換する機能を備えている。光電変換素子４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４は、光起電
力効果により、受けた光を即時に電力に変換して出力電圧を出力することができる。太陽電池素子は、例えば、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ３接合型セルの構造である。インジウムガリウムリントップセルは、６６０ｎｍ以下の波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。ガリウムヒ素ミドルセルは、６６０ｎｍ以上８９０ｎｍ以下の波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。ゲルマニウムボトムセルは、８９０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下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。

光電変換素子４の大きさは、例えば、平面視したときの１辺の長さが３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であって、上下方向の厚みが０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。そして、１つの光電変換素子４を１つのセラミック基板８に重ね合わせた状態では、平面視したときにセラミック基板８の端部と光電変換素子４の端部との間の距離は、例えば１０ｍｍ以下に設定されている。

光電変換素子４にて起電された電力は、リードフレーム１０から外部に取り出される。リードフレーム１０は端子として機能する。リードフレーム１０は、電気的に直列に接続された複数の光電変換素子４の端部に設けられている。

セラミック基板８上に設けられるリードフレーム１０は、光電変換素子４にて起電された電力を外部に取り出すためのものである。リードフレーム１０は、例えば、銅、銀、金、鉄、アルミニウム、ニッケル、コバルトまたはクロム等の金属材料、あるいはそれらの合金からなる。

基板５上には、複数の光電変換素子４を取り囲むように枠体１１が設けられている。枠体１１は、基板５に対して、例えば半田または接合樹脂を介して接続される。

枠体１１の一部には、枠体１１の一部が途切れるような隙間が設けられているとともに、この隙間にリードフレーム１０が設けられる。なお、リードフレーム１０は、枠体１１が金属材料からなる場合は、枠体１１と絶縁するように枠体１１とリードフレーム１０の間に絶縁材料が介在されている。

枠体１１は、例えば、銅、アルミ、鉄、ニッケル、コバルト、クロムまたはそれらの合金等の金属材料、あるいはアルミナ、ムライトまたは窒化アルミニウム等のセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料、あるいはこれらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料からなる。なお、枠体１１の熱伝導率は、例えば、１４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。また、枠体１１の熱膨張率は、例えば、３×１０^−６／℃以上１０×１０^−６／℃以下に設定されている。

枠体１１は、セラミック基板８と同じ材料から構成した場合は、セラミック基板８の熱膨張率と枠体１１の熱膨張率とを合わせることができる。セラミック基板８と枠体１１との熱膨張率を合わせることで、太陽光等の熱によって、両者の熱膨張率の違いにより、リ
ードフレーム１０に加わる熱応力が特定箇所に集中するのを抑制することができる。その結果、リードフレーム１０が変形して、枠体１１から剥離するのを抑制することができ、光電変換装置２の気密性を向上させることができる。

枠体１１上には、複数の光電変換素子４を覆うように光透過性基板１２が設けられている。光透過性基板１２は、枠体１１に対して、例えば半田または接合樹脂を介して接続される。光電変換素子４が、基板５、枠体１１、光透過性基板１２で囲まれることで気密封止される。なお、気密封止される空間は、不活性ガスが充填されている。あるいは、気密封止される空間は、大気よりも圧力の低い低圧状態に維持されている。

光透過性基板１２は、基板５と対向配置して設けられている。光透過性基板１２は、太陽光を透過させて、複数の光電変換素子４に照射可能なものである。光透過性基板１２は、例えば、ガラス、プラスチックまたは樹脂等の光透過性の材料からなる。光透過性基板１２の大きさは、基板５と重なる大きさであって、例えば、平面視したときの１辺の長さが２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であって、上下方向の厚みが０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。

光透過性基板１２は、光電変換素子４と間を空けて設けられている。光電変換素子４と光透過性基板１２とが気密封止された空間を介して設けられることで、光透過性基板１２の一部が光電変換素子４と接触し、光透過性基板１２または光電変換素子４が損傷するのを抑制することができる。仮に、光電変換素子４が損傷すると、光電変換素子４の光電変換効率が低減することがあるが、本実施形態によれば、両者が接触しないため、光電変換素子４の光電変換効率が低減するのを抑制することができる。また、仮に、光透過性基板１２が損傷すると、集光部材３から光電変換素子４に向かう光が損傷した箇所にて乱反射する虞があるが、本実施形態によれば、両者が接触しないため、光電変換素子４に集光する光の量が低減するのを抑制することができる。

基板５の下面には、整流素子６が設けられている。整流素子６は、図５に示すように、光電変換素子４の出力電圧に対してその整流方向が逆方向となるように光電変換素子４に電気的に並列に接続されている。ここで、光電変換素子４と、光電変換素子４に整流方向が出力電圧に対して逆方向となるように電気的に並列に接続された整流素子６とを電気ユニットＵと称する。図５では、複数の電気ユニットＵが電気的に直列に接続された電気回路を示している。整流素子６は、光電変換素子４が影等により発電量が小さくなる等バラツキが生じたり、抵抗が大きくなって発電電力が低下したりすることを避ける等、発電電力の低下を最小限に抑えるためのものである。整流素子６は、例えば、バイパスダイオード、電圧・電流調整機能を備えたＩＣ素子等を用いることで、流れる電流をバイパスさせて発電電力の低下を最小限に抑えることが可能となる。仮に、整流素子６を、基板５の上面に光電変換素子４と並設しようとすると、基板５の上面に占める光電変換素子４の面積が小さくなってしまう。光電変換素子４の基板５の上面に占める面積が小さくなると、光電変換素子４の受光する光の量が低減し、光電変換装置２としての起電力が低下することになる。そこで、整流素子６を光電変換素子４と並設せずに、基板５の下面に設けることで、基板５の上面に占める光電変換素子４の面積を大きくすることができ、光電変換装置２の起電力を向上させることができる。

整流素子６は、図６に示すように、平面透視して、光電変換素子４と重なる領域に配置されている。整流素子６を光電変換素子４と重なるように配置した場合は、基板５の上面に占める光電変換素子４の面積を最大限大きくすることができ、光電変換装置２の起電力を効果的に向上させることができる。

整流素子６は、基板５の下面には、第２電極層１３としての電極パターンが設けられて
いる。第２電極層１３は、整流素子６と電気的に接続されている。第２電極層１３は、例えば、銅、銀、金、鉄、アルミニウム、ニッケル、コバルトまたはクロム等の金属材料、あるいはそれらの合金からなる。

整流素子６は、例えばボンディングワイヤを介して第２電極層１３に電気的に接続されている。また、整流素子６は、基板５の下面にメタライズされた電極パターン上に実装されてもよい。

ビア導体７は、第１電極層９と第２電極層１３との間に設けられている。ビア導体７は、セラミック基板８および基板５を貫通する構造である。ビア導体７は、整流素子６を光電変換素子４に対して電気的に並列に接続することができる。ビア導体７は、例えば、銅、銀、金、鉄、アルミニウム、ニッケル、コバルトまたはクロム等の金属材料、あるいはそれらの合金からなる。なお、ビア導体７は、セラミック基板８および基板５に対してレーザー加工したビア孔に導電ペーストを埋め込むことで作製することができる。ビア導体７の径は、例えば０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。

ビア導体７を用いることで、基板５の下面に整流素子６を設けることができ、基板５上面に占める光電変換素子４の面積を大きくすることができ、光電変換素子４の光電変換効率を向上させることができる。

また、空洞部Ｃは、複数のビア導体７の間に設けられる。ビア導体７と空洞部Ｃとは間をあけて配置されている。仮に、ビア導体７と空洞部とＣが接している場合は、空洞部Ｃに液体が流れるため、ビア導体７が酸化し、ビア導体７に所望する電流が流れなくなる虞がある。そこで、ビア導体７と空洞部Ｃとを離して配置することで、ビア導体７が酸化するのを抑制することができる。

光電変換モジュール１および光電変換装置２は、光を集光して電気に変換するものである。室外に設置して使用されることが多いため、太陽光による熱の影響を受けやすい。また、光電変換モジュール１および光電変換装置２は、昼と夜とで、外気の温度差が大きく影響する。さらに、光電変換モジュール１および光電変換装置２は、天候の影響をも受ける。そのため、光電変換モジュール１および光電変換装置２は、温度差の違いにより、熱膨張を起こしやすい環境におかれている。

そのため、光電変換モジュール１および光電変換装置２は、基板５の片面である上面に光電変換素子４および整流素子６の両方を実装すると、光電変換素子４と整流素子６とから発生する熱によって基板５の反りが大きくなりやすく、光電変換素子４または整流素子６が基板５から剥離する虞がある。特に、光電変換モジュール１および光電変換装置２を大型化しようとすると基板５が破壊される虞が大きくなる。

また、光電変換モジュール１および光電変換装置２は、大型の基板５に対して、複数のセラミック基板８を実装して、各セラミック基板８に光電変換素子４を実装した構造とする。その結果、複数の光電変換素子４を実装するセラミック基板８を複数に分断して基板５上に実装することによって、基板５とセラミック基板８との熱膨張率の違いによる熱膨張の影響を低減することができ、基板５からセラミック基板８が剥離するのを抑制することができる。さらに、基板５の一主面に光電変換素子４を実装し、基板５の他主面に整流素子６を実装することで、基板５の破壊を効果的に抑制することができ、光電変換モジュール１および光電変換装置２を大型化することができる。

光電変換モジュール１および光電変換装置２は、光電変換素子４が太陽光の影響によって高温になり、光電変換効率が低下する虞があるが、本実施形態のように、基板５内に空
洞部Ｃを設けて、その空洞部Ｃに液体を流して、基板５が高温になるのを抑制することができる。さらに、光電変換素子４の熱を基板５を介して液体が吸温することで、光電変換素子４の温度が上昇しにくくすることができ、光電変換効率が低下するのを効果的に抑制することができる。上述したように、光電変換効率を良好に維持することができる光電変換装モジュール１および光電変換装置２を提供することができる。

なお、本発明は上述の形態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において種々の変更、改良等が可能である。なお、空洞部Ｃに液体を流さずに、冷気等の気体を流す構造であってもよい。

＜変形例＞
以下、本発明の実施形態の変形例について説明する。なお、本発明の実施形態の変形例に係る光電変換モジュール１および光電変換装置２のうち、本発明の実施形態に係る光電変換モジュール１および光電変換装置２と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。なお、図７から図１２は、一変形例に係る光電変換装置２を示す図であって、図７から図１１は図２に相当し、図１２は図４に相当する。

上述した実施形態に係る光電変換装置２は、セラミック基板８を用いたが、これに限られない。例えば、図７に示すように、セラミック基板８を設けずに、基板５の上面に直接光電変換素子４を実装した構造であってもよい。

光電変換素子４を直接基板５の上面に実装することで、光電変換装置２の厚みを小さくすることができ、太陽光を受光する受光面積を確保するとともに、光電変換装置２の小型化を実現することができる。また、光電変換素子４にて発生する熱を直接基板５に伝え、基板５から外部に向かって放熱することができる。その結果、光電変換素子４にて発生した熱がパッケージ内部にてこもりにくくすることができ、パッケージの封止が破壊されるのを抑制することができる。

また、上述した実施形態に係る光電変換装置２は、第１電極層９および第２電極層１３を用いたが、これに限られない。例えば、図８に示すように、第１電極層９および第２電極層１３を設けずに、ビア導体７を介して直接光電変換素子４と整流素子６とを電気的に接続した構造であってもよい。

ビア導体７を介して直接光電変換素子４と整流素子６とを電気的に接続することで、第１電極層９および第２電極層１３にて発生する熱をなくすことができる。そして、光電変換素子４にて起電した電力の第１電極層９および第２電極層１３での消費電力をなくし、光電変換装置２から取り出す電力を大きくすることができ、発電量の大きな光電変換モジュール１および光電変換装置２を実現することができる。

また、上述した実施形態に係る光電変換装置２は、枠体１１を用いて、光電変換素子４の封止性を確保していたが、これに限られない。例えば、図９に示すように、基板５と光透過性基板１２との間に透光性樹脂１４を充填した構造であってもよい。

透光性樹脂１４は、光が透過するものであって、基板５と光透過性基板１２とを接合するものである。透光性樹脂１４は、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シアネート樹脂、シリコーン樹脂またはビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいはポリエーテルケトン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂またはポリフェニレンエーテル樹脂等の熱可塑性樹脂等の封止性に優れた材料からなる。

本変形例に係る光電変換装置２は、複数の光電変換素子４を透光性樹脂１４にて覆うことによって、基板５と光透過性基板１２の接着性を向上させることができ、基板５と光透過性基板１２とを剥離しにくくすることができ、基板５と光透過性基板１２との間に挟まれる複数の光電変換素子４の気密性を良好に維持することができる。

また、上述した実施形態に係る光電変換装置２は、整流素子６がパッケージ外にあったが、これに限られない。例えば、図１０に示すように、整流素子６をパッケージ内に設けた構造であってもよい。

図１０に示すように、基板５の下面の外周に沿って支持体１５を設け、支持体１５に例えば半田または接合樹脂を介して封止基板１６を設ける構造であってもよい。支持体１５は、例えば、例えば、銅、アルミ、鉄、ニッケル、コバルト、クロムまたはそれらの合金等の金属材料、あるいはアルミナ、ムライトまたは窒化アルミニウム等のセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料、あるいはこれらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料からなる。

また、封止基板１６は、整流素子６を封止するものであって、複数の整流素子６を覆うものである。封止基板１６は、例えば、銅、アルミまたはそれらの合金等の材料からなる。

また、上述した実施形態に係る光電変換装置２は、基板５に絶縁材料を用いたが、これに限られない。例えば、図１１に示すように、基板５ａを金属材料にしてもよい。

また、図１１に示すように、基板５ａを金属材料から構成した場合は、光電変換素子４と基板５ａとの間に第１絶縁層１７を設け、整流素子６と基板５ａとの間に第２絶縁層１８を設けて、基板５ａに対して光電変換素子４および整流素子６を絶縁させる。さらに、基板５ａには、貫通孔が形成されている。そして、貫通孔の内壁面に絶縁体１９を設け、ビア導体７を基板５ａから絶縁させるとともに、ビア導体７を介して光電変換素子４と整流素子６とを電気的に接続する。

基板５ａを金属材料とすることで、光電変換素子４によって発熱された熱を基板５ａを介して外部に放散させやすくすることができ、光電変換装置内に熱がこもりにくくすることで、光電変換素子４の電気特性が変化するのを抑制することができる。

また、上述した実施形態に係る光電変換装置２は、基板５の側面に開口部Ｏを設けた構造であったが、これに限られない。例えば、図１２に示すように、基板５の下面に開口部Ｏｘを設けた構造であってもよい。

図１２に示すように、基板５の下面に２つの開口部Ｏｘを設け、開口部Ｏｘのそれぞれを基板５内の空洞部Ｃと接続する。そして、一方の開口部Ｏｘから他方の開口部Ｏｘに向けて液体を流して、基板５の温度が高温になるのを抑制することができる。

＜光電変換モジュールの製造方法＞
ここで、光電変換モジュール１および光電変換装置２の製造方法を説明する。まず、基板５およびセラミック基板８を準備する。基板５およびセラミック基板８が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムまたは酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して混合物を得る。そして、基板５およびセラミック基板８の型枠内に、混合物を充填して乾燥させた後、焼結前の基板５およびセラミック基板８を取り出す。

そして、焼結前の基板５およびセラミック基板８に対して、例えばレーザーを用いて、基板５およびセラミック基板８の所定個所にビア孔を形成する。

また、タングステンまたはモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。そして、取り出した焼結前の基板５およびセラミック基板８のビア孔に対して、例えばスクリーン印刷法を用いて、金属ペーストを塗って光電変換素子４と整流素子６とを電気的に接続するためのビア孔７を形成する。

また、基板５およびセラミック基板８の所定個所に金属ペーストを印刷して、第１電極層９および第２電極層１３を形成する。その後、基板５およびセラミック基板８を、約１６００℃の温度で焼成することにより、基板５およびセラミック基板８をそれぞれ作製することができる。さらに、基板５上に光電変換素子４を実装したセラミック基板８を、例えば半田または接合樹脂を介して接続する。

次に、枠体１１および光透過性基板１２を準備する。そして、基板５に対して、基板５の外周に沿って複数の光電変換素子４を取り囲むように、枠体１１を例えば半田を介して接合する。さらに、リードフレーム１０を枠体１１の所定個所に例えば半田を介して接続する。そして、光透過性基板１２を基板５に対向するように位置決めして、不活性ガス雰囲気中にて、接合樹脂１２を介して基板５と光透過性基板１２とを接合する。このようにして、光電変換装置２を作製することができる。さらに、光電変換装置２の上方に集光部材３を位置決めして設けることで、光電変換モジュール１を作製することができる。

１光電変換モジュール
２光電変換装置
３集光部材
３ａレンズ部材
３ｂフレーム部材
４光電変換素子
５基板
６整流素子
７ビア導体
８セラミック基板
９第１電極層
１０リードフレーム
１１枠体
１２光透過性基板
１３第２電極層
Ｃ空洞部
Ｏ開口部

Claims

基板と、前記基板の上方に設けられた光電変換素子とを備え、
前記基板は、側面または下面に設けられた２つの開口部と、内部に設けられた、平面透視して前記光電変換素子と重なる領域に配置されかつ前記２つの開口部に連続して接続された空洞部とを有することを特徴とする光電変換装置。
請求項１に記載の光電変換装置であって、
前記基板の下方に設けられた整流素子と、
前記基板内に設けられた、前記整流素子を前記光電変換素子に整流方向が出力電圧に対して逆方向となるように電気的に並列に接続しているビア導体とをさらに備え、
前記空洞部は、前記ビア導体と間をあけて設けられていることを特徴とする光電変換装置。
請求項２に記載の光電変換装置であって、
前記整流素子は、平面透視して前記光電変換素子と重なる領域に配置されていることを特徴とする光電変換装置。
請求項２または請求項３に記載の光電変換装置であって、
前記空洞部には、液体が流れることを特徴とする光電変換装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置の上方に設けられた、外部からの光を受光して前記光電変換素子に集める集光部材とを備えた光電変換モジュール。