JP2013011670A - Light guide member - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light guide member that has a large sunlight receiving surface (for example, more than 1 m), can efficiently guide received sunlight, and can be manufactured by a simple method.SOLUTION: A light guide member includes: a sunlight receiving surface on which a reflective metal film is laminated; a light guide layer that guides sunlight entering from the sunlight receiving surface; and a mounting part for mounting a solar cell on the light guide layer. The sunlight receiving surface has incident ports comprising a recessed part penetrating the metal film to reach the light guide layer, and the inside surface of the recessed part is formed in a reverse conical shape.

Description

本発明は、導光部材、特に、太陽光を太陽電池(例えば、多接合型化合物太陽電池)に導光するための導光部材に関する。   The present invention relates to a light guide member, and more particularly to a light guide member for guiding sunlight to a solar cell (for example, a multi-junction compound solar cell).

太陽電池のなかで最も効率が高く、集光型太陽電池に適している太陽電池として、多接合型III-V族化合物太陽電池がある。このような高効率の太陽電池への集光構造として、太陽電池素子に太陽光を効率的に導光するための導光構造を組み合わせたものがある(例えば、特許文献1や非特許文献1を参照)。   Among solar cells, there is a multi-junction type III-V group compound solar cell as a solar cell having the highest efficiency and suitable for a concentrating solar cell. As such a light-condensing structure for a high-efficiency solar cell, a solar cell element combined with a light-guiding structure for efficiently guiding sunlight (for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). See).

特許文献1に示されている太陽電池の導光構造を、図9Aに示す。図9Aは、太陽電池の導光構造の模式断面図である。図9Aに示す導光構造200は、受光層210と、導光層220と、乱反射層230と、太陽電池素子100と、を有する。   The light guide structure of the solar cell disclosed in Patent Document 1 is shown in FIG. 9A. FIG. 9A is a schematic cross-sectional view of a light guide structure of a solar cell. The light guide structure 200 illustrated in FIG. 9A includes a light receiving layer 210, a light guide layer 220, an irregular reflection layer 230, and the solar cell element 100.

従来の導光構造として、プリズムアレイシートで光に方向性を持たせる技術も提案されている(非特許文献1を参照)。図9Bに示されるように、プリズムアレイシート300で方向性を与えた光を、さらに別部品の導光構造のリフレクター310で太陽電池320に集光させている。   As a conventional light guide structure, a technique of giving directionality to light with a prism array sheet has also been proposed (see Non-Patent Document 1). As shown in FIG. 9B, the light having the directionality given by the prism array sheet 300 is further condensed on the solar cell 320 by the reflector 310 having a light guide structure as another component.

特開2010-212280号公報JP 2010-212280 A

日本太陽エネルギー学会 2009年、通号189、P53〜60「進化的アルゴリズムによる集光PV用プリズムアレイシートの最適設計」Japan Solar Energy Society 2009, 189, P53-60 “Optimum design of prism array sheet for condensing PV by evolutionary algorithm”

しかしながら、特許文献1の導光構造200では、受光層210と導光層220とを別部品で構成し、貼りあわせるため、生産リードタイムが長くなる。大型サイズ(例えば1m超)の受光面を有する受光層と導光層とを均一に貼りあわせることは、熱膨張係数の違いから困難であった。また、乱反射層230は、光を様々な方向に乱反射させるため、太陽電池素子100にむかって効率的に導光させることができず、太陽電池素子100への光の集光率を低下させる課題がある。 However, in the light guide structure 200 of Patent Document 1, since the light receiving layer 210 and the light guide layer 220 are configured as separate parts and bonded together, the production lead time becomes long. It has been difficult to uniformly bond a light receiving layer having a light receiving surface of a large size (for example, more than 1 m 2 ) and a light guide layer due to a difference in thermal expansion coefficient. In addition, since the irregular reflection layer 230 diffuses light in various directions, the diffuse reflection layer 230 cannot efficiently guide light toward the solar cell element 100, and the light collection rate of the solar cell element 100 is reduced. There is.

また、非特許文献1に示される導光構造でも、プリズムアレイシート300とリフレクター310とが別個の部品であり、適切なギャップを保持しながら一体化する必要がある。そのため、生産リードタイムが長くなり、大型サイズ(例えば、1m超)のプリズムアレイシートとリフレクターとをはり合わせようとすると、安定したギャップを保持できない。 Also in the light guide structure shown in Non-Patent Document 1, the prism array sheet 300 and the reflector 310 are separate components and need to be integrated while holding an appropriate gap. Therefore, the production lead time becomes long, and when a prism array sheet of a large size (for example, more than 1 m 2 ) and a reflector are to be bonded together, a stable gap cannot be maintained.

また、太陽光のリフレクターへの入射角によっては、一旦リフレクターに入射した光が、再度リフレクターから出射し、太陽電池320への集光効率が低下する。また、リフレクター310は、受光面に対して傾けて(θ)配置されるため、リフレクター310が大きくなると太陽電池320も大きくなり、しかも重量が重くなるため、実用性が低い。 Further, depending on the incident angle of sunlight to the reflector, light once incident on the reflector is emitted from the reflector again, and the light collection efficiency to the solar cell 320 is lowered. In addition, since the reflector 310 is disposed at an angle (θ l ) with respect to the light receiving surface, the solar cell 320 becomes larger and the weight becomes heavier when the reflector 310 becomes larger, so the practicality is low.

そこで本発明は、大型の太陽光受光面(例えば1m超)を有し、受光した太陽光を効率的に導光することができる部材であって、簡便な方法で製造することができる導光部材を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is a member that has a large sunlight receiving surface (for example, more than 1 m 2 ) and can efficiently guide received sunlight, and can be manufactured by a simple method. An object is to provide an optical member.

本発明の第一は、以下のように構成される導光部材に関する。
[1]反射性金属膜が積層された太陽光受光面と、前記太陽光受光面から入射した太陽光を導光する導光層と、前記導光層に太陽電池を取付けるための取付け部と、を備える導光部材であって、
前記受光面には、前記金属膜を貫通し、前記導光層に達する凹部からなる入射口を有し、かつ前記凹部の内側面は逆錘形状である、導光部材。
1st of this invention is related with the light guide member comprised as follows.
[1] A sunlight receiving surface on which a reflective metal film is laminated, a light guide layer for guiding sunlight incident from the sunlight receiving surface, and an attachment portion for attaching a solar cell to the light guide layer A light guide member comprising:
A light guide member, wherein the light receiving surface has an incident port including a recess that penetrates the metal film and reaches the light guide layer, and an inner surface of the recess has an inverted weight shape.

前記[1]の導光部材によれば、生産リードタイムの短縮と同時に、導光部材の大判化(例えば、受光面を1m以上とする)と、集光効率の向上とが実現される。 According to the light guide member of [1], the production lead time is shortened, the light guide member is enlarged (for example, the light receiving surface is 1 m 2 or more), and the light collection efficiency is improved. .

本発明の第二は、以下のように構成される導光部材に関する。
[2]太陽光受光面と、前記太陽光受光面から入射した太陽光を導光する導光層と、前記導光層に太陽電池を接続するための取付け部と、を備える導光部材であって、
前記太陽光受光面と対向する面は非対称プリズム面であり、前記導光層を導光する光を、前記接続部にまで導光させやすくする、導光部材。
2nd of this invention is related with the light guide member comprised as follows.
[2] A light guide member comprising a sunlight receiving surface, a light guide layer that guides sunlight incident from the sunlight receiving surface, and an attachment portion for connecting a solar cell to the light guide layer. There,
A light guide member that faces the sunlight receiving surface is an asymmetric prism surface, and makes it easy to guide light guided through the light guide layer to the connection portion.

前記[2]の導光部材によれば、導光層に入射した太陽光を、より効率的に太陽電池素子に集光することができる。   According to the light guide member of [2], sunlight incident on the light guide layer can be more efficiently collected on the solar cell element.

本発明の太陽電池の導光部材によれば、太陽光を効率的に太陽電池に導光することができる。また、太陽電池素子サイズよりも、大きな面積に照射される太陽光を太陽電池素子に導光して効率的に発電できる。   According to the light guide member of the solar cell of the present invention, sunlight can be efficiently guided to the solar cell. In addition, sunlight irradiated to a larger area than the solar cell element size can be guided to the solar cell element to efficiently generate power.

本発明の導光部材の全体構成を示す模式断面図(図1A)と、図1AにおけるA部の拡大図(図1A)である。It is a schematic cross section (FIG. 1A) which shows the whole structure of the light guide member of this invention, and the enlarged view (FIG. 1A) of the A section in FIG. 1A. 本発明の導光部材において、受光面に照射された太陽光が、表面凹部からなる入射口を経て、導光層に入射する様子を示す図(図2A)と、導光層に入射した光が、導光層内部を導光する様子を示す図(図2B)である。In the light guide member of the present invention, a diagram (FIG. 2A) showing a state in which sunlight irradiated on the light receiving surface is incident on the light guide layer through an incident port made of a surface recess, and light incident on the light guide layer FIG. 2B is a diagram (FIG. 2B) illustrating a state of guiding light inside the light guide layer. 本発明の導光部材の製造フローの第1工程(導光材料基板を用意する工程)を示す図(図3A)と、第2工程(受光面の裏面に凹部を形成する工程)を示す図(図3B)である。The figure (FIG. 3A) which shows the 1st process (process which prepares a light guide material board | substrate) of the manufacturing flow of the light guide member of this invention, and the figure which shows the 2nd process (process which forms a recessed part in the back surface of a light-receiving surface). (FIG. 3B). 本発明の導光部材の製造フローの第3工程(導光材料基板の表面に、金属膜を成膜する工程)を示す図(図4A)と、第4工程(受光面に凹部を形成する工程)を示す図(図4B)である。The figure (FIG. 4A) which shows the 3rd process (process which forms a metal film on the surface of a light guide material board | substrate) of the manufacturing flow of the light guide member of this invention, and a 4th process (a recessed part is formed in a light-receiving surface). It is a figure (FIG. 4B) which shows a process. 本発明の導光部材の導光層に、太陽電池を配置する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a solar cell is arrange | positioned in the light guide layer of the light guide member of this invention. 太陽電池を、インターポーザー基板に実装する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a solar cell is mounted in an interposer board | substrate. 多接合型化合物太陽電池の構造と、太陽光の吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the structure of a multijunction compound solar cell, and the absorption spectrum of sunlight. 多接合型化合物太陽電池パッケージの詳細構造を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of a multijunction type compound solar cell package. 従来の太陽電池の導光構造の模式断面図である。It is a schematic cross section of the light guide structure of the conventional solar cell.

1.導光部材について
本発明の第一の導光部材は、1)反射性金属膜が積層された太陽光受光面と、2)前記太陽光受光面から入射した太陽光を導光する導光層と、3)前記導光層に太陽電池を取付けるための取付け部と、を備える。太陽光は、太陽光受光面から導光層に入射し、導光層の内部を導光して、取付け部に集光される。第一の導光部材は、太陽光受光面に配置された入射口に特徴がありうる。
1. About the light guide member The first light guide member of the present invention includes 1) a sunlight receiving surface on which a reflective metal film is laminated, and 2) a light guide for guiding sunlight incident from the sunlight receiving surface. A light layer; and 3) an attachment portion for attaching a solar cell to the light guide layer. Sunlight enters the light guide layer from the sunlight receiving surface, guides the inside of the light guide layer, and is condensed on the attachment portion. The first light guide member may be characterized by an incident port disposed on the sunlight receiving surface.

すなわち、本発明の第一の導光部剤の太陽光受光面には、前記金属膜を貫通し、前記導光層に達する凹部からなる入射口が配置され、かつ前記凹部は逆錘形状の凹部とされている。それにより、太陽光受光面に照射された光は、どのような角度で照射されても、効率的に入射口を経て導光層に入射できる(図2A参照)。   That is, the sunlight receiving surface of the first light guide agent of the present invention is provided with an incident port that is a concave portion that penetrates the metal film and reaches the light guide layer, and the concave portion has an inverted weight shape. It is a recess. Thereby, the light irradiated on the sunlight receiving surface can be efficiently incident on the light guide layer through the incident port regardless of the angle of irradiation (see FIG. 2A).

また、本発明の第一の導光部材の太陽光受光面の入射口以外の面には、前記金属膜が配置されているので、一旦導光層に入射した光が、太陽光受光面から漏出することが抑制される(図2B参照)。   Moreover, since the said metal film is arrange | positioned in surfaces other than the entrance of the sunlight light-receiving surface of the 1st light guide member of this invention, the light which once entered into the light guide layer is from a sunlight light-receiving surface. Leakage is suppressed (see FIG. 2B).

本発明の第二の導光部材は、1)太陽光受光面と、2)前記太陽光受光面から入射した太陽光を導光する導光層と、3)前記導光層に太陽電池を取付けるための取付け部と、を備える。第一の導光部材と同様に、太陽光は、太陽光受光面から導光層に入射し、導光層の内部を導光して、取付け部に集光される。第二の導光部材は、太陽光受光面に対して反対の面に特徴がありうる。   The second light guide member of the present invention includes 1) a sunlight receiving surface, 2) a light guide layer for guiding sunlight incident from the sunlight receiving surface, and 3) a solar cell on the light guide layer. An attachment portion for attachment. Similarly to the first light guide member, sunlight enters the light guide layer from the sunlight receiving surface, guides the inside of the light guide layer, and is condensed on the attachment portion. The second light guide member may be characterized by a surface opposite to the sunlight receiving surface.

すなわち、本発明の第二の導光部材の太陽光受光面に対して反対の面は、非対称プリズム面とされている。非対称プリズムの形状を調整することで、導光層内部に入射して、導光層を導光する太陽光を、効率的に、太陽電池取付け部にまで導光させやすくしている(図2B参照)。   That is, the surface opposite to the sunlight receiving surface of the second light guide member of the present invention is an asymmetric prism surface. By adjusting the shape of the asymmetric prism, the sunlight that enters the light guide layer and guides the light guide layer can be efficiently guided to the solar cell mounting portion (FIG. 2B). reference).

以下、本発明の実施の形態に係る太陽電池の導光部材について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。   Hereinafter, a light guide member of a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, substantially the same members are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

<導光部材の全体構成>
図1Aは、本発明の一実施形態の導光部材の全体構成を示す概略断面図である。図1Aに示すように、導光部材50は、太陽電池素子10に太陽光を導光するために用いられる。導光部材50の形状は特に制限されないが、シート状とすることができ、例えば細長いシート状とする。
<Overall configuration of light guide member>
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing an overall configuration of a light guide member according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1A, the light guide member 50 is used to guide sunlight to the solar cell element 10. The shape of the light guide member 50 is not particularly limited, but may be a sheet shape, for example, an elongated sheet shape.

導光部材50は、導光層1と、導光層1の表面に積層された金属膜2と、を有する。導光部材のうち、太陽光を受光する面(受光面)には、表面凹部3からなる入射口が複数形成されている。一方、導光部材50の受光面とは反対側の面は、裏面凹部7からなる非対称プリズムが形成されており、非対称プリズム面とされている。   The light guide member 50 includes the light guide layer 1 and the metal film 2 laminated on the surface of the light guide layer 1. In the light guide member, a plurality of incident ports made of the surface recesses 3 are formed on a surface that receives sunlight (light receiving surface). On the other hand, the surface opposite to the light receiving surface of the light guide member 50 is formed with an asymmetric prism formed of the back surface concave portion 7 and is an asymmetric prism surface.

導光層1の材料は、太陽光が透過できる透明材料であればよく、各種樹脂やガラスでありうる。透明樹脂の具体例には、完全フッ素化ポリマー、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル(PMMA)、ポリアミド、ポリエステル及びこれらを主成分とする共重合体、並びにこれらの混合物が含まれる。ガラスの例には、石英ガラスが含まれる。   The material of the light guide layer 1 may be a transparent material that can transmit sunlight, and may be various resins or glass. Specific examples of the transparent resin include perfluorinated polymer, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polystyrene, acrylic (PMMA), polyamide, polyester, copolymers based on these, and mixtures thereof. Examples of glass include quartz glass.

導光層1の厚みは、0.5〜10mmであることが好ましく、例えば、約3mmである。   The thickness of the light guide layer 1 is preferably 0.5 to 10 mm, for example, about 3 mm.

金属膜2は、反射性の金属であることが好ましく;反射性の金属の例には、Ag、Al、Au、Pt、Pdなどが含まれるが、AgまたはAlが好ましい。金属膜2の厚みは特に限定されないが、通常は10〜30μmの範囲である。   The metal film 2 is preferably a reflective metal; examples of reflective metals include Ag, Al, Au, Pt, Pd, etc., with Ag or Al being preferred. Although the thickness of the metal film 2 is not specifically limited, Usually, it is the range of 10-30 micrometers.

図1Bは、図1AのA部拡大図である。入射口を構成する表面凹部3の内側面がなす角度θは、30°≦θ<90°であることが好ましい。受光面に照射された光を、入射口を経て効率的に導光層1に入射させるためである。つまり、入射口を構成する表面凹部3の内側面(入射反射面2X,図2A参照)が、太陽光の導光層1への入射を促進する。   FIG. 1B is an enlarged view of a portion A in FIG. 1A. The angle θ formed by the inner side surface of the surface recess 3 constituting the entrance is preferably 30 ° ≦ θ <90 °. This is because the light applied to the light receiving surface is efficiently incident on the light guide layer 1 through the entrance. That is, the inner side surface (incident reflection surface 2 </ b> X, see FIG. 2A) of the surface recess 3 constituting the incident port promotes the incidence of sunlight on the light guide layer 1.

入射口を構成する表面凹部3の、導光層1における幅(入射口幅5)は、1.2μm〜2μmであることが好ましい。入射口を構成する表面凹部3の、導光層1における深さ(入射口深さ6)は、0.6〜2μmであることが好ましい。入射口幅5や入射口深さ6は、太陽光を効率良く回折させながら、効率よく導光層1に入射させることができるように設定すればよい。上述のサイズは、太陽光スペクトルの波長650〜1200nmまで利用するために設定したサイズである。   The width (incident aperture width 5) in the light guide layer 1 of the surface recess 3 constituting the incident aperture is preferably 1.2 μm to 2 μm. It is preferable that the depth (incident port depth 6) in the light guide layer 1 of the surface concave portion 3 constituting the incident port is 0.6 to 2 μm. The incident aperture width 5 and the incident aperture depth 6 may be set so that the sunlight can be efficiently incident on the light guide layer 1 while efficiently diffracting sunlight. The above-mentioned size is a size set to use up to a wavelength of 650 to 1200 nm of the sunlight spectrum.

一方、導光部材50の裏面凹部7は、非対称プリズム構造を構成している。長辺側7aでの反射光が太陽電池10に進行し、短辺側7bでの反射光が太陽電池10とは逆側に進行するようにする。このようにすることで、導光層1を導光する太陽光が、効率的に太陽電池10に導光される。裏面凹部深さ8は、1〜100μmであることが好ましく、裏面凹部の内側面がなす角度(プリズムの頂角θ’)は、90°<θ’≦150°であることが好ましい。   On the other hand, the back surface recess 7 of the light guide member 50 forms an asymmetric prism structure. The reflected light on the long side 7 a proceeds to the solar cell 10, and the reflected light on the short side 7 b proceeds on the opposite side to the solar cell 10. By doing in this way, the sunlight which guides the light guide layer 1 is efficiently guided to the solar cell 10. The back surface recess depth 8 is preferably 1 to 100 μm, and the angle formed by the inner surface of the back surface recess (the apex angle θ ′ of the prism) is preferably 90 ° <θ ′ ≦ 150 °.

本発明の導光部材は、太陽電池に太陽光を集光するために用いられる。具体的には、導光部材50は、太陽電池10を取付けるための取付け部30を有する。取付け部30には金属膜2が積層されておらず、導光層1が露出している。導光部材50がシート状部材である場合には、例えば、シート側面に取付け部50を設けることができる。   The light guide member of the present invention is used for concentrating sunlight on a solar cell. Specifically, the light guide member 50 has an attachment portion 30 for attaching the solar cell 10. The metal film 2 is not laminated on the attachment portion 30, and the light guide layer 1 is exposed. When the light guide member 50 is a sheet-like member, for example, the attachment portion 50 can be provided on the side surface of the sheet.

導光部材50の取付け部30に取付けられる太陽電池10は、その受光面を、取付け部50の面に対向させて配置される。太陽電池10は、導光部材50の取付け部30に固定されることが好ましい。固定は、例えば透明接着剤24にて行えばよい。   The solar cell 10 attached to the attachment portion 30 of the light guide member 50 is disposed with its light receiving surface facing the surface of the attachment portion 50. The solar cell 10 is preferably fixed to the attachment portion 30 of the light guide member 50. Fixing may be performed with the transparent adhesive 24, for example.

<太陽電池素子>
導光部材50の取付け部30に取付けられる太陽電池10は、太陽光を電気エネルギーに変換できる素子であればよく、公知の種々の素子が利用できる。公知の太陽電池素子の例には、シリコン系、化合物系、有機物系太陽電池が含まれる。シリコン系太陽電池には、単結晶又は多結晶の結晶系シリコン太陽電池や、アモルファスシリコンを薄膜状に成膜した薄膜系シリコン太陽電池などがある。化合物系太陽電池には、銅・インジウム・セレンなどを原料とするCIS系太陽電池や、ガリウム砒素などの化合物半導体を用いたGaAs系太陽電池のほか、Ge系太陽電池やCdTe-CdS系太陽電池などがある。また有機物系太陽電池には、色素増感型太陽電池などがある。
<Solar cell element>
The solar cell 10 attached to the attachment part 30 of the light guide member 50 may be an element that can convert sunlight into electric energy, and various known elements can be used. Examples of known solar cell elements include silicon-based, compound-based, and organic-based solar cells. Silicon-based solar cells include single crystal or polycrystalline crystalline silicon solar cells, and thin-film silicon solar cells in which amorphous silicon is formed into a thin film. Compound solar cells include CIS solar cells using copper, indium, selenium, etc. as raw materials, GaAs solar cells using compound semiconductors such as gallium arsenide, Ge solar cells, and CdTe-CdS solar cells. and so on. Organic-based solar cells include dye-sensitized solar cells.

特に、GaAs系太陽電池は素子に入射される光エネルギーの増加に対する光電変換効率が高く、導光部材を組み合わせることで効果的に発電量が高まる。本発明に好適に用いられうる多接合型GaAs系太陽電池について後述する。   In particular, a GaAs solar cell has high photoelectric conversion efficiency with respect to an increase in light energy incident on the element, and the amount of power generation is effectively increased by combining a light guide member. A multi-junction GaAs solar cell that can be suitably used in the present invention will be described later.

本発明の導光部材50の受光面に照射された太陽光26は、入射口を通じて導光層1に入射し、導光層1の内部を太陽電池の取付け部30にまで導光される(図2AB)。   The sunlight 26 irradiated to the light receiving surface of the light guide member 50 of the present invention enters the light guide layer 1 through the entrance, and is guided through the light guide layer 1 to the mounting portion 30 of the solar cell ( FIG. 2AB).

具体的には、表面凹部3からなる入射口に入射した太陽光26は、入射反射面2Xで反射を繰り返しながら、導光層1の受光面に形成された入射口に集光されながら入射する(図2A)。導光層1に入射した太陽光26は、導光層1と金属膜2との境界にある導光反射面2Yと、受光面とは反対面に形成した裏面凹部7からなる非対称プリズム7の表面に形成した金属膜2との界面(導光反射面2Z)とで、反射を繰り返しながら、導光層1の内部を導光する(図2B)。そのとき、裏面凹部7からなる非対称プリズムの形状が制御されているので、太陽光26は、より効率的に取り付け部30にまで導光される。その結果、導光部材50の受光面に照射された太陽光26は、効率的に太陽電池10に入射されて、光電変換される。   Specifically, the sunlight 26 that has entered the entrance made of the surface recess 3 is incident on the entrance formed on the light receiving surface of the light guide layer 1 while being repeatedly reflected by the entrance reflection surface 2X. (FIG. 2A). The sunlight 26 incident on the light guide layer 1 is generated by the asymmetric prism 7 having a light guide reflection surface 2Y at the boundary between the light guide layer 1 and the metal film 2 and a back surface recess 7 formed on the surface opposite to the light receiving surface. The inside of the light guide layer 1 is guided while repeating reflection at the interface (light guide reflection surface 2Z) with the metal film 2 formed on the surface (FIG. 2B). At that time, since the shape of the asymmetric prism formed of the back surface concave portion 7 is controlled, the sunlight 26 is guided to the mounting portion 30 more efficiently. As a result, the sunlight 26 irradiated to the light receiving surface of the light guide member 50 is efficiently incident on the solar cell 10 and subjected to photoelectric conversion.

導光部材50の受光面に照射される太陽光26は、日中の太陽の動きにより、入射角度が常に変化する。受光面に対して垂直方向から太陽光26が照射されることが、入射光率から理想的である。入射角度が常に変化する太陽光を、常に垂直方向から受光面に照射させるには、太陽追尾装置(トラッカー)を用いて、導光部材50の受光面の面角度を常に調整しなければならない。しかしながら、トラッカーにも設置誤差や追尾誤差があり、常に受光面の面角度を最適化できるとは限らない。さらに、トラッカーはシステムが複雑でコストが高い。そのため、導光部材を固定設置することで、トラッカーレスとすることが求められている。   The incident angle of the sunlight 26 irradiated to the light receiving surface of the light guide member 50 is constantly changed by the movement of the sun during the day. It is ideal from the incident light rate that the sunlight 26 is irradiated from a direction perpendicular to the light receiving surface. In order to always irradiate the light receiving surface with sunlight whose incident angle constantly changes from the vertical direction, the surface angle of the light receiving surface of the light guide member 50 must always be adjusted using a sun tracking device (tracker). However, the tracker also has installation errors and tracking errors, and the surface angle of the light receiving surface cannot always be optimized. In addition, trackers are complex and expensive. For this reason, it is required that the light guide member be fixed and installed to be tracker-less.

本発明の導光部材50の受光面に対して、斜め方向から照射された太陽光26は、受光面に形成した入射反射面2Xで1回又は複数回の全反射を繰り返して、最終的に導光層1に形成した凹部に導かれて、導光層1に入射する(図2A)。このように、受光面に対して斜めから入射した太陽光26は、表面凹部3に集光されて、導光層1に入射することができる。従って、本発明の導光部材50は、固定設置されていても、効率的に太陽光26を導光層1に入射させることができる。   The sunlight 26 irradiated from an oblique direction with respect to the light receiving surface of the light guide member 50 of the present invention is repeatedly subjected to total reflection once or a plurality of times on the incident reflection surface 2X formed on the light receiving surface, and finally. The light is guided to the recess formed in the light guide layer 1 and enters the light guide layer 1 (FIG. 2A). Thus, the sunlight 26 incident on the light receiving surface obliquely can be condensed on the surface recess 3 and incident on the light guide layer 1. Therefore, even if the light guide member 50 of the present invention is fixedly installed, the sunlight 26 can be efficiently incident on the light guide layer 1.

導光層1に入射した太陽光26は、導光層1の内部を、太陽電池10の取付け部30まで導光される(図2B)。具体的には、導光層1の内壁面(金属膜2との界面)での反射を繰り返しながら、太陽電池10の取付け部30まで導かれる。導光層1に入射した太陽光26は、受光面の裏面に形成された裏面凹部7からなる非対称プリズム7の表面に形成された金属膜2との界面(導光反射面2Z)で全反射し、かつ受光面側の導光層内面に形成された導光反射面2Yで全反射する。太陽光26は、この全反射を繰り返して、金属膜2のない取付け部30に導光され、太陽電池10に入射する。   The sunlight 26 incident on the light guide layer 1 is guided through the inside of the light guide layer 1 to the mounting portion 30 of the solar cell 10 (FIG. 2B). Specifically, the light guide layer 1 is guided to the mounting portion 30 of the solar cell 10 while repeatedly reflecting on the inner wall surface (interface with the metal film 2). Sunlight 26 incident on the light guide layer 1 is totally reflected at the interface (light guide reflection surface 2Z) with the metal film 2 formed on the surface of the asymmetric prism 7 formed of the back surface concave portion 7 formed on the back surface of the light receiving surface. In addition, the light is totally reflected by the light guide reflection surface 2Y formed on the inner surface of the light guide layer on the light receiving surface side. The sunlight 26 repeats this total reflection, is guided to the mounting portion 30 without the metal film 2, and enters the solar cell 10.

導光する太陽光26のうちのごく一部は、受光面にある表面凹部からなる入射口から出射するため、出射光ロスが生じる。しかしながら、入射口幅5は、1.2〜2μmと非常に微細であるため、出射光ロスは極めて少ない。   A small part of the sunlight 26 that is guided is emitted from an incident port that is formed by a concave surface on the light receiving surface, so that an outgoing light loss occurs. However, since the entrance width 5 is as very fine as 1.2 to 2 μm, the emission light loss is extremely small.

このようにして、本発明の導光部材50の受光面に照射された太陽光26は、効率的に太陽電池10に集光して照射される。そのため、本発明の導光部材に接続された太陽電池は、十分な発電量を示す。   Thus, the sunlight 26 irradiated to the light-receiving surface of the light guide member 50 of the present invention is efficiently condensed and irradiated on the solar cell 10. Therefore, the solar cell connected to the light guide member of the present invention exhibits a sufficient amount of power generation.

2.導光部材の製造方法について
本発明の導光部材は、本発明の効果が得られる限り任意の方法で製造されうるが、以下においてその例を説明する。
2. About the manufacturing method of a light guide member Although the light guide member of this invention can be manufactured by arbitrary methods as long as the effect of this invention is acquired, the example is demonstrated below.

<導光材料基板の用意>
まず、導光層1となる導光材料基板1’を用意する(図3A)。導光材料基板1’は、通常は板状部材である。導光材料基板1’の材料は、前述の通り、太陽光を透過する透明材料であればよい。本実施例では、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)を用いており、その屈折率は約1.49である。
<Preparation of light guide material substrate>
First, a light guide material substrate 1 ′ to be the light guide layer 1 is prepared (FIG. 3A). The light guide material substrate 1 ′ is usually a plate-like member. As described above, the light guide material substrate 1 ′ may be made of a transparent material that transmits sunlight. In this embodiment, PMMA (polymethyl methacrylate) is used, and its refractive index is about 1.49.

導光材料基板1’のサイズ(面積)は、特に限定されないが、1m×1mとすることができ、さらに大きなサイズにしても構わない。また、導光層1の厚みは、0.5mm〜10mmの範囲であることが好ましい。   The size (area) of the light guide material substrate 1 ′ is not particularly limited, but may be 1 m × 1 m, and may be larger. Moreover, it is preferable that the thickness of the light guide layer 1 is in the range of 0.5 mm to 10 mm.

<非対称プリズム面の形成工程>
導光材料基板1’の一方の面を、非対称プリズム面とする(図3B)。導光材料基板1’の一方の面を、ダイヤモンドバイト25による研削工法で、裏面凹部7を形成することで非対称プリズム面とする。非対称プリズム面は、太陽光受光面の裏面に形成される。導光材料基板1’の一方の面に接触させたダイヤモンドバイト25に、裏面凹部7の深さ8に対応した荷重を印加し、ダイヤモンドバイト25をスキャンさせながら、導光材料基板1’の一方の面に凹部を形成する。ダイヤモンドバイト25のスキャンスピードは、研削深さにもよるが、約10〜100mm/sでありうる。
<Asymmetric prism surface formation process>
One surface of the light guide material substrate 1 ′ is an asymmetric prism surface (FIG. 3B). One surface of the light guide material substrate 1 ′ is made into an asymmetric prism surface by forming the back surface concave portion 7 by a grinding method using a diamond cutting tool 25. The asymmetric prism surface is formed on the back surface of the sunlight receiving surface. A load corresponding to the depth 8 of the back surface recess 7 is applied to the diamond tool 25 brought into contact with one surface of the light guide material substrate 1 ′, and the diamond tool 25 is scanned while one of the light guide material substrates 1 ′ is scanned. A recess is formed on the surface. The scan speed of the diamond cutting tool 25 may be about 10 to 100 mm / s depending on the grinding depth.

導光材料基板1’の一方の面を、非対称プリズム面とする(図3B)手法の他の例には、導光材料基板1’を成形するための金型のキャビティー面に、裏面凹部7に対応する凹凸部を設けておいてもよい。本手法によれば、導光材料基板1’の成形と同一工程で、キャビティー面の凹凸部が転写された導光材料基板1’が得られ、非対称プリズム面がより容易に形成される。このように、キャビティー面の凹凸部を導光材料基板1’に転写するには、コンプレッション成形技術を用いることが好ましく;より正確な転写をするために、金型の荷重印加プロファイルを多段にすることが好ましい。   In another example of the method in which one surface of the light guide material substrate 1 ′ is an asymmetric prism surface (FIG. 3B), a back surface recess is formed on the cavity surface of a mold for forming the light guide material substrate 1 ′. An uneven portion corresponding to 7 may be provided. According to this method, the light guide material substrate 1 'to which the uneven portions of the cavity surface are transferred is obtained in the same process as the formation of the light guide material substrate 1', and the asymmetric prism surface is more easily formed. Thus, it is preferable to use a compression molding technique to transfer the concavo-convex portion of the cavity surface to the light guide material substrate 1 ′; in order to perform more accurate transfer, the load application profile of the mold is multi-staged. It is preferable to do.

<金属膜形成工程>
裏面凹部7を形成した導光材料基板1’の全面に、金属膜2を成膜する(図4A)。金属膜2の厚みは、例えば10〜30μmであり、Ag膜でありうる。金属膜2の成膜には、公知の種々の手法が利用できる。好ましい手法の例には、銀鏡反応を利用した無電解メッキ工法がある。この手法は、特開2010−107854において「プラスチック鏡」と称されている。銀鏡反応とは、鏡の製造にも使われている化学反応のひとつであり、アンモニア性硝酸溶液が還元されると、銀(99.9%)が析出して被対象物質に付着し、鏡のようになる反応である。
<Metal film formation process>
A metal film 2 is formed on the entire surface of the light guide material substrate 1 ′ on which the back surface recess 7 is formed (FIG. 4A). The thickness of the metal film 2 is, for example, 10 to 30 μm and can be an Ag film. Various known methods can be used for forming the metal film 2. An example of a preferable method is an electroless plating method using a silver mirror reaction. This technique is referred to as “plastic mirror” in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-107854. Silver mirror reaction is one of the chemical reactions used in mirror manufacturing. When ammoniacal nitric acid solution is reduced, silver (99.9%) is deposited and adheres to the target substance. It is a reaction that becomes like this.

銀鏡反応を利用したメッキ技術のなかには、塗装工法や、メッキ塗装工法、スプレー塗装など、いろいろなメッキ方法があり、導光層1の大きさや膜厚によって最適な工法を選択すればよい。   Among the plating techniques using the silver mirror reaction, there are various plating methods such as a coating method, a plating method, and spray coating. The optimum method may be selected according to the size and film thickness of the light guide layer 1.

金属膜2の成膜には、金属スパッタ法による金属蒸着法を採用してもよい。金属スパッタ法による金属膜2の膜厚は、通常、0.1μm〜0.3μmとなる。蒸着する金属の例には、Ag、Al、Au、Pt、Pdなどが含まれる。   For the formation of the metal film 2, a metal vapor deposition method by a metal sputtering method may be employed. The film thickness of the metal film 2 by metal sputtering is usually 0.1 μm to 0.3 μm. Examples of the metal to be deposited include Ag, Al, Au, Pt, and Pd.

<受光面の凹部形成工程>
金属膜2を成膜された導光材料基板1’の受光面に、表面凹部3を形成する(図4B)。受光面とは、前述の裏面凹部7からなる非対称プリズム面に対して反対側の面である。受光面にある金属膜2と導光層1の表層を、ダイヤモンドバイト25で研削することで、表面凹部3が形成される。
<Recess formation process of light receiving surface>
A surface recess 3 is formed on the light receiving surface of the light guide material substrate 1 ′ on which the metal film 2 is formed (FIG. 4B). The light receiving surface is a surface on the opposite side to the asymmetric prism surface including the above-described back surface concave portion 7. The surface recesses 3 are formed by grinding the metal film 2 on the light receiving surface and the surface layer of the light guide layer 1 with a diamond tool 25.

導光材料基板1’の受光面に、表面凹部3を形成する(図4B)手法の他の例には、レーザーカットにより金属膜2と導光層1を部分的に除去したり、レジスト膜を用いて金属膜2と導光層1を部分的にウェットエッチングして凹部を形成したりする手法がある。   Other examples of the method of forming the surface recess 3 on the light receiving surface of the light guide material substrate 1 ′ (FIG. 4B) include removing the metal film 2 and the light guide layer 1 partially by laser cutting, or using a resist film There is a method in which the metal film 2 and the light guide layer 1 are partially wet etched to form a recess.

導光材料基板1’の受光面に、表面凹部3を形成する(図4B)手法のさらに他の例には、導光材料基板1’を成形するための金型のキャビティー面に、表面凹部3に対応する凹凸部を設けておき;成形された導光材料基板1’(表面凹部3が形成されている)の全面に金属膜2を成膜し;成膜した金属膜2をレーザーカットしたり、ウェットエッチングしたりして、入射口を形成する。本手法によれば、導光材料基板1’の成形と同一工程で、キャビティー面の凹凸部が転写された導光材料基板1’が得られる。このように、キャビティー面の凹凸部を導光材料基板1’に転写するには、コンプレッション成形技術を用いることが好ましく、より正確な転写をするために、金型の荷重印加プロファイルを多段にすることが好ましい。   In still another example of the method of forming the surface recess 3 on the light receiving surface of the light guide material substrate 1 ′ (FIG. 4B), the surface is formed on the cavity surface of the mold for molding the light guide material substrate 1 ′. An uneven portion corresponding to the recess 3 is provided; a metal film 2 is formed on the entire surface of the molded light guide material substrate 1 ′ (where the surface recess 3 is formed); The entrance is formed by cutting or wet etching. According to this method, the light guide material substrate 1 ′ on which the concave and convex portions of the cavity surface are transferred is obtained in the same process as the formation of the light guide material substrate 1 ′. Thus, it is preferable to use a compression molding technique in order to transfer the concave and convex portions of the cavity surface to the light guide material substrate 1 ′, and in order to perform more accurate transfer, the load application profile of the mold is multi-staged. It is preferable to do.

<導光部材と太陽電池との位置合わせ工程>
導光材料基板1’の表面に形成された金属膜2のうち、太陽電池10を取り付け部30にある金属膜2を鏡面研磨して、導光層1を露出させる(図5A)。このようにして、導光部材50が得られる。
<Positioning process of light guide member and solar cell>
Of the metal film 2 formed on the surface of the light guide material substrate 1 ′, the metal film 2 on the attachment portion 30 is mirror-polished to expose the light guide layer 1 (FIG. 5A). In this way, the light guide member 50 is obtained.

導光部材50の取付け部30と、パッケージ化された太陽電池10(後述)との位置あわせを行う(図5A)。次に、太陽電池10の受光面に透明接着剤24を塗布する。導光部材50の取付け部30に、透明接着材24を介して太陽電池10の受光面を接触させる。   The mounting portion 30 of the light guide member 50 is aligned with the packaged solar cell 10 (described later) (FIG. 5A). Next, a transparent adhesive 24 is applied to the light receiving surface of the solar cell 10. The light receiving surface of the solar cell 10 is brought into contact with the attachment portion 30 of the light guide member 50 through the transparent adhesive 24.

<太陽電池の実装工程>
導光部材50の取付け部30に接触させた太陽電池10の透明接着剤24を硬化させて、太陽電池10の実装を行う(図5B)。透明接着剤24にUV光27を照射して、透明接着剤24を硬化させ、太陽電池10と取付け部30とを機械的に固定する。その結果、太陽電池10に、導光層1を導光する太陽光が入射できる構造にする。
<Solar cell mounting process>
The solar cell 10 is mounted by curing the transparent adhesive 24 of the solar cell 10 brought into contact with the mounting portion 30 of the light guide member 50 (FIG. 5B). The transparent adhesive 24 is irradiated with UV light 27 to cure the transparent adhesive 24 and mechanically fix the solar cell 10 and the attachment portion 30. As a result, the solar cell 10 has a structure in which sunlight that guides the light guide layer 1 can enter.

以上の工程により、本実施例における「太陽電池の導光構造」をもつ構造体が完成する。   The structure having the “light guide structure of the solar cell” in this example is completed through the above steps.

前述の通り、本発明の導光部材には任意の太陽電池が接続されるが、太陽電池10はインターポーザーを用いてパッケージ化されていてもよい。図6Aには、多接合型化合物系の太陽電池10を、インターポーザー基板11に位置合わせする工程が示される。インターポーザー基板11は、シリコン、セラミック、ガラスエポキシ基板またはガラスなどで形成される。インターポーザー基板11は、内部に貫通電極15を有する。また、インターポーザー基板11の太陽電池10が接合される面には、素子側電極14が形成され;その反対面には、外部取り出し電極16が形成されている。素子側電極14と外部取り出し電極16はいずれも、その最表層がAu膜で形成されている。Au膜は、フラッシュAuメッキや、電解Auメッキ工法を用いて形成され、その厚みは最大0.5μm厚である。   As described above, an arbitrary solar cell is connected to the light guide member of the present invention, but the solar cell 10 may be packaged using an interposer. FIG. 6A shows a step of aligning the multi-junction compound solar cell 10 with the interposer substrate 11. The interposer substrate 11 is formed of silicon, ceramic, glass epoxy substrate, glass, or the like. The interposer substrate 11 has a through electrode 15 inside. An element side electrode 14 is formed on the surface of the interposer substrate 11 to which the solar cell 10 is bonded; an external extraction electrode 16 is formed on the opposite surface. Both the element-side electrode 14 and the external extraction electrode 16 have an outermost layer formed of an Au film. The Au film is formed using flash Au plating or electrolytic Au plating, and has a maximum thickness of 0.5 μm.

次に、インターポーザー基板11の太陽電池を接合する面に、ACF(Anisotropic Conductive Film)13を貼り付ける(図6A)。例えば、ACF13を接合面に押し当てて、80℃で1秒間保持すればよい。その後、バックコンタクト型の太陽電池10にある、太陽電池電極12と、素子側電極14とを位置合わせする。   Next, an ACF (Anisotropic Conductive Film) 13 is attached to the surface of the interposer substrate 11 to which the solar cells are bonded (FIG. 6A). For example, the ACF 13 may be pressed against the bonding surface and held at 80 ° C. for 1 second. Thereafter, the solar cell electrode 12 and the element side electrode 14 in the back contact type solar cell 10 are aligned.

図6Bには、多接合型化合物系の太陽電池10をインターポーザー基板11に実装して、パッケージ化する工程が示される。インターポーザー基板11に太陽電池10を、150〜250℃に加熱した加圧過熱ヘッド17で約5〜20秒間押圧する。ACF13の母材であるエポキシ樹脂を加熱硬化させる。ACF13には、導電粒子が含まれているので、太陽電池電極12と素子側電極14とが導通する。このようにして、太陽電池10にダメージを与えることなく、太陽電池10をパッケージ化することができる。   FIG. 6B shows a process of mounting the multi-junction compound solar cell 10 on the interposer substrate 11 and packaging it. The solar cell 10 is pressed against the interposer substrate 11 with a pressure overheating head 17 heated to 150 to 250 ° C. for about 5 to 20 seconds. The epoxy resin that is the base material of the ACF 13 is heated and cured. Since the ACF 13 contains conductive particles, the solar cell electrode 12 and the element side electrode 14 are electrically connected. In this way, the solar cell 10 can be packaged without damaging the solar cell 10.

実装する太陽電池10が、バックコンタクト型ではなく、両面電極型である場合には、太陽電池10の下面電極(インターポーザー基板11に対向する電極)を、はんだやACFなどでインターポーザー基板11に実装し;太陽電池10の上面電極を、ワイヤボンディング工法や、リボンボンディング工法や、金属リードフレームのはんだ付けなどでインターポーザー基板11に実装し、パッケージ化すればよい。   When the solar cell 10 to be mounted is not a back contact type but a double-sided electrode type, the lower electrode (electrode facing the interposer substrate 11) of the solar cell 10 is attached to the interposer substrate 11 with solder, ACF or the like. Mounting: The upper electrode of the solar cell 10 may be mounted on the interposer substrate 11 by wire bonding, ribbon bonding, or soldering a metal lead frame, and packaged.

<多接合化合物太陽電池の構造>
前述の通り、本発明の導光部材には任意の太陽電池10が接続されるが、太陽電池10は、好ましくは化合物太陽電池であり、より好ましくは多接合化合物太陽電池である。
<Structure of multi-junction compound solar cell>
As described above, an arbitrary solar cell 10 is connected to the light guide member of the present invention. The solar cell 10 is preferably a compound solar cell, and more preferably a multi-junction compound solar cell.

図7に、多接合化合物太陽電池の代表的な例として、3接合化合物太陽電池10の構造を示す。3接合化合物太陽電池10は、GaAs基板の上に、各化合物層を形成していくことで作製されうる。化合物層の形成は、縦型MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置に投入し、エピタキシャル成長法によって積層していく。   FIG. 7 shows the structure of a three-junction compound solar cell 10 as a typical example of a multi-junction compound solar cell. The three-junction compound solar cell 10 can be manufactured by forming each compound layer on a GaAs substrate. The compound layer is formed by putting it in a vertical MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus and laminating it by an epitaxial growth method.

エピタキシャル成長は、温度約700℃の環境下にて行うことが好ましい。GaAs層を成長させるための原料として、TMG(トリメチルガリウム)とAsH(アルシン)が用いられる。InGaP層を成長させるための原料として、TMI(トリメチルインジウム)、TMGおよびPH(ホスフィン)が用いられる。また、n型のGaAs層、InGaP層およびInGaAs層を形成するための不純物として、SiH(モノシラン)が用いられる。一方、p型のGaAs層、InGaP層およびInGaAs層を形成するための不純物としてDEZn(ジエチル亜鉛)が用いられる。 Epitaxial growth is preferably performed in an environment at a temperature of about 700 ° C. TMG (trimethylgallium) and AsH 3 (arsine) are used as raw materials for growing the GaAs layer. As materials for growing the InGaP layer, TMI (trimethylindium), TMG, and PH 3 (phosphine) are used. SiH 4 (monosilane) is used as an impurity for forming the n-type GaAs layer, InGaP layer, and InGaAs layer. On the other hand, DEZn (diethyl zinc) is used as an impurity for forming the p-type GaAs layer, InGaP layer, and InGaAs layer.

まず、GaAs基板上に、約100nm厚みのAlAs層を成長させる。次に、コンタクト層Cとして、約0.1μm厚みのn型InGaP層を成長させる。   First, an AlAs layer having a thickness of about 100 nm is grown on a GaAs substrate. Next, an n-type InGaP layer having a thickness of about 0.1 μm is grown as the contact layer C.

次に、トップセルTを積層する。ウィンドウとしての約25nm厚みのn型InAlP層と、エミッターとしての約0.1μm厚みのn型InGaP層と、ベースとしての約0.9μm厚みのp型InGaP層と、BSFとしての約0.1μm厚みのp型InGaP層とを、それぞれエピタキシャル成長法によって形成し、約1μm厚みのトップセルTを積層する。   Next, the top cell T is stacked. An n-type InAlP layer having a thickness of about 25 nm as a window, an n-type InGaP layer having a thickness of about 0.1 μm as an emitter, a p-type InGaP layer having a thickness of about 0.9 μm as a base, and about 0.1 μm as a BSF. A p-type InGaP layer having a thickness is formed by an epitaxial growth method, and a top cell T having a thickness of about 1 μm is stacked.

次に、トンネル層を積層する。約12nm厚みのp型AlGaAs層と、約20nm厚みのn型GaAs層を成長させ、約30μm厚みのトンネル層を積層する。   Next, a tunnel layer is stacked. A p-type AlGaAs layer having a thickness of about 12 nm and an n-type GaAs layer having a thickness of about 20 nm are grown, and a tunnel layer having a thickness of about 30 μm is laminated.

次に、ミドルセルMを積層する。ウィンドウとしての約0.1μm厚みのn型InGaP層と、エミッターとしての約0.1μm厚みのn型GaAs層と、ベースとしての約2.5μm厚みのp型GaAs層と、BSFとしての約50nm厚みのp型InGaP層とを、それぞれエピタキシャル成長法によって形成し、約3μm厚みのミドルセルMを積層する。   Next, the middle cell M is stacked. About 0.1 μm thick n-type InGaP layer as window, about 0.1 μm thick n-type GaAs layer as emitter, about 2.5 μm thick p-type GaAs layer as base, and about 50 nm as BSF A p-type InGaP layer having a thickness is formed by an epitaxial growth method, and a middle cell M having a thickness of about 3 μm is stacked.

次に、トンネル層を積層する。約12nm厚みのp型AlGaAs層と、約20nm厚みのn型GaAs層を成長させ、約30μm厚みのトンネル層を積層する。   Next, a tunnel layer is stacked. A p-type AlGaAs layer having a thickness of about 12 nm and an n-type GaAs layer having a thickness of about 20 nm are grown, and a tunnel layer having a thickness of about 30 μm is laminated.

次に、グリッド層を積層する。約0.25μm厚みのn型InGaP層を8層積層し、約2μm厚みのグリッド層を形成する。グリッド層は、格子定数のミスマッチで転位や欠陥等の発生を抑制する。   Next, a grid layer is laminated. Eight n-type InGaP layers having a thickness of about 0.25 μm are stacked to form a grid layer having a thickness of about 2 μm. The grid layer suppresses the occurrence of dislocations, defects, and the like due to lattice constant mismatch.

次に、バッファ層として、約1μm厚みのn型InGaP層を成長させる。   Next, an n-type InGaP layer having a thickness of about 1 μm is grown as a buffer layer.

次に、ボトムセルBを積層する。パッシベーション膜としての約50nm厚みのn型InGaP層と、エミッターとしての約0.1μm厚みのn型InGaAs層と、ベースとしての約2.9μm厚みのp型InGaAs層と、パッシベーション膜としての約50nm厚みのp型InGaP層とを、それぞれエピタキシャル成長法によって形成し、約3μm厚みのボトムセルBを積層する。   Next, the bottom cell B is stacked. About 50 nm thick n-type InGaP layer as a passivation film, about 0.1 μm thick n-type InGaAs layer as an emitter, about 2.9 μm thick p-type InGaAs layer as a base, and about 50 nm as a passivation film A p-type InGaP layer having a thickness is formed by an epitaxial growth method, and a bottom cell B having a thickness of about 3 μm is stacked.

次に、コンタクト層Cとしての約0.1μm厚みのp型InGaAs層を成長させる。   Next, a p-type InGaAs layer having a thickness of about 0.1 μm as the contact layer C is grown.

図7のグラフに示すように、トップセルTの禁制帯幅は1.87eV、太陽光スペクトルの中で吸収できる波長は650nm以下の領域であり;ミドルセルMの禁制帯幅は1.41eV、太陽光スペクトルの中で吸収できる波長は650nm〜900nmの領域であり;ボトムセルBの禁制帯幅は1.0eV、太陽光スペクトルの中で吸収できる波長は900nm〜1200nmの領域である。このように3層構造にすることにより、太陽光スペクトルを有効に利用できる、高効率の太陽電池を実現できる。   As shown in the graph of FIG. 7, the forbidden band width of the top cell T is 1.87 eV, and the wavelength that can be absorbed in the solar spectrum is 650 nm or less; the forbidden band width of the middle cell M is 1.41 eV, solar The wavelength that can be absorbed in the optical spectrum is in the region of 650 nm to 900 nm; the forbidden bandwidth of the bottom cell B is 1.0 eV, and the wavelength that can be absorbed in the solar spectrum is in the region of 900 nm to 1200 nm. By adopting a three-layer structure in this manner, a highly efficient solar cell that can effectively use the sunlight spectrum can be realized.

<多接合化合物太陽電池ペッケージの詳細構造>
図8には、多接合(3接合)化合物太陽電池10を、インターポーザー基板11に実装してパッケージ化した構造を示す。3接合化合物太陽電池10は、太陽光の入射側から、透明電極18であるZnO層、コンタクト層C、トップセルT、ミドルセルM、ボトムセルB、コンタクト層C、下部電極19、下部電極のAuめっき厚膜部19bで構成されている。Auめっき厚膜部19bの厚みは10〜50μmである。また、透明電極18と接続しており、トップセルTの電位を有する上部電極20が配置されている。
<Detailed structure of multi-junction compound solar cell package>
FIG. 8 shows a structure in which a multi-junction (three-junction) compound solar cell 10 is mounted on an interposer substrate 11 and packaged. The three-junction compound solar cell 10 includes a ZnO layer, which is a transparent electrode 18, a contact layer C, a top cell T, a middle cell M, a bottom cell B, a contact layer C, a lower electrode 19, and Au plating on the lower electrode from the sunlight incident side. The thick film portion 19b is used. The thickness of the Au plating thick film portion 19b is 10 to 50 μm. An upper electrode 20 connected to the transparent electrode 18 and having the potential of the top cell T is disposed.

次に、トップセルT、ミドルセルM、ボトムセルBの側面に絶縁膜21であるSiN膜を形成し、絶縁膜21の外周面に側面電極22を形成する。側面電極22は、上部電極22と接続しており、破線Lの位置にまで引き出している。このようにして、トップセルの電位を有する電極と、ボトムセルの電位を有する電極とを、いずれも破線Lの位置に配置することで、太陽電池10をバックコンタクト型としている。   Next, the SiN film that is the insulating film 21 is formed on the side surfaces of the top cell T, the middle cell M, and the bottom cell B, and the side electrode 22 is formed on the outer peripheral surface of the insulating film 21. The side electrode 22 is connected to the upper electrode 22 and is drawn to the position of the broken line L. In this way, the electrode having the potential of the top cell and the electrode having the potential of the bottom cell are both arranged at the position of the broken line L, so that the solar cell 10 is of the back contact type.

<インターポーザー基板への実装時の応力吸収>
図8に記載されているパッケージ構造において、突起電極23は、円柱部23bと、応力吸収層23aとを有する。応力吸収層23aの断面(図8の上下方向に直交する断面)は、円柱部23bの断面よりも、小さな面積を有する。具体的には、円柱部23bは円柱形状であり、応力吸収層23aは円錐形状であり、その側面がテーパー構造を有する。例えば、応力吸収層23aの側面は、導通方向(図8の上下方向)に対して、30°〜60°傾斜されたテーパー構造を有する。実施形態の例としては、円柱部23bの直径を20〜50μm、円柱部23bの厚みを6〜10μm、応力吸収層23aの厚みを20μm以上とする。
<Stress absorption during mounting on interposer board>
In the package structure illustrated in FIG. 8, the protruding electrode 23 includes a cylindrical portion 23b and a stress absorbing layer 23a. The cross section of the stress absorption layer 23a (the cross section perpendicular to the vertical direction in FIG. 8) has a smaller area than the cross section of the cylindrical portion 23b. Specifically, the cylindrical portion 23b has a cylindrical shape, the stress absorption layer 23a has a conical shape, and a side surface thereof has a tapered structure. For example, the side surface of the stress absorbing layer 23a has a taper structure inclined by 30 ° to 60 ° with respect to the conduction direction (vertical direction in FIG. 8). As an example of the embodiment, the diameter of the cylindrical part 23b is 20 to 50 μm, the thickness of the cylindrical part 23b is 6 to 10 μm, and the thickness of the stress absorbing layer 23a is 20 μm or more.

3接合化合物太陽電池10が実装されるときに、応力吸収層23aの円錐形状の先端が平坦状に押し潰される。このように、突起電極23の円柱部23bと応力吸収層23aを、互いに異なる形状とするとともに、応力吸収層23aの断面積を円柱部23bの断面積よりも小さくすることで、太陽電池10の実装時に加わる応力を応力吸収層23aの変形で吸収する。従って、応力吸収層23aを設けることで、太陽電池10をインターポーザー基板11に実装するときに、太陽電池10がダメージを受けにくい。   When the three-junction compound solar cell 10 is mounted, the conical tip of the stress absorption layer 23a is crushed flat. As described above, the cylindrical portion 23b and the stress absorbing layer 23a of the protruding electrode 23 have different shapes, and the sectional area of the stress absorbing layer 23a is smaller than the sectional area of the cylindrical portion 23b. The stress applied during mounting is absorbed by deformation of the stress absorption layer 23a. Therefore, by providing the stress absorption layer 23a, the solar cell 10 is not easily damaged when the solar cell 10 is mounted on the interposer substrate 11.

突起電極23の材料は、Au,Ti,Cu,Al,Sn,Ag,Pd,Cu,Bi,Pb,Ni,Crなどの金属材料の単体もしくは複合材でありうるが、一般的にはAuである。突起電極23はワイヤボンディング工法を用いたスタッドバンプ法などの方法によって形成することができる。   The material of the protruding electrode 23 can be a single material or a composite material of metal materials such as Au, Ti, Cu, Al, Sn, Ag, Pd, Cu, Bi, Pb, Ni, and Cr. is there. The protruding electrode 23 can be formed by a method such as a stud bump method using a wire bonding method.

また、突起電極23は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂と、Ag,Pd,Au,Cu,Al,Ni,Cr,Tiなどの導電性金属とを含む導電性ペーストを、塗布や印刷して形成してもよい。この場合は、突起電極23にテーパー部分を設ける必要はない。溶融した状態の導電性ペーストが太陽電池10の電極と接触し、硬化されるので、太陽電池10に応力がかかりにくい。   The protruding electrode 23 is formed by applying or printing a conductive paste containing a resin such as an epoxy resin or a silicone resin and a conductive metal such as Ag, Pd, Au, Cu, Al, Ni, Cr, or Ti. It may be formed. In this case, it is not necessary to provide a tapered portion on the protruding electrode 23. Since the molten conductive paste comes into contact with the electrode of the solar cell 10 and is cured, the solar cell 10 is hardly stressed.

図8で示される太陽電池パッケージにおける透明電極18を、図1Aに示されるように、本発明の導光部材50の取付け部30に対向させて取付けることで、集光型太陽電池が構成される。   A concentrating solar cell is configured by mounting the transparent electrode 18 in the solar cell package shown in FIG. 8 so as to face the mounting portion 30 of the light guide member 50 of the present invention, as shown in FIG. 1A. .

本発明の太陽電池の導光部材は、受光面で受光した太陽光を、集光しながら太陽電池にまで導光できる。そのため、集光型太陽電池に光を集光するための導光部材として応用できる。本発明の太陽電池の導光部材は、従来の多結晶シリコン型太陽電池(変換効率が約20%程度)にはもちろん、約3mm×3mmの受光面しかない多接合型化合物太陽電池(変換効率が約40%)にも適用できる。受光面の面積が同じであっても、変換効率が2倍になれば、発電量が2倍となるので、本発明の太陽電池の導光部材は、日照量の多い地域での大規模太陽発電システムに最適である。   The light guide member of the solar cell of the present invention can guide the sunlight received by the light receiving surface to the solar cell while collecting the sunlight. Therefore, it can be applied as a light guide member for condensing light on the concentrating solar cell. The light guide member of the solar cell of the present invention is a multi-junction compound solar cell (conversion efficiency) having only a light receiving surface of about 3 mm × 3 mm as well as a conventional polycrystalline silicon solar cell (conversion efficiency is about 20%). (Approx. 40%). Even if the area of the light receiving surface is the same, if the conversion efficiency is doubled, the power generation amount is doubled. Therefore, the light guide member of the solar cell of the present invention is a large-scale solar in an area with a large amount of sunlight. Ideal for power generation systems.

1 導光層
1’ 導光材料基板
2 金属膜
2X 入射反射面
2Y,2Z 導光反射面
3 表面凹部
θ 表面凹部の内側面がなす角度
5 入射口幅
6 入射口深さ
7 裏面凹部
7a 長辺
7b 短辺
8 裏面凹部深さ
θ’プリズムの頂角
10 太陽電池
11 インターポーザー基板、
12 太陽電池電極
13 ACF
14 素子側電極
15 貫通電極
16 外部取り出し電極
17 加圧加熱ヘッド
18 透明電極
19 下部電極
19b Auめっき厚膜部
20 上部電極
21 絶縁膜
22 側面電極
23 突起電極
23a 応力吸収層
23b 円柱部
24 透明接着剤
25 ダイヤモンドバイト
26 太陽光
27 UV光
30 取付け部
50 導光部材
C コンタクト層
T トップセル
M ミドルセル
B ボトムセル
100 太陽電池素子
200 導光構造
210 受光層
220 導光層
230 乱反射層
300 プリズムアレイシート
310 リフレクター
320 太陽電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light guide layer 1 'Light guide material board | substrate 2 Metal film 2X Incident reflective surface
2Y, 2Z Light guiding reflective surface
3 Surface recessed portion θ Angle formed by the inner surface of the surface recessed portion 5 Incident port width 6 Incident port depth 7 Back surface recessed portion 7a Long side 7b Short side 8 Back surface recessed portion depth θ 'apex angle 10 of solar prism 11 interposer substrate,
12 Solar cell electrode 13 ACF
14 Element side electrode 15 Through electrode 16 External extraction electrode 17 Pressure heating head 18 Transparent electrode 19 Lower electrode 19b Au plating thick film part 20 Upper electrode 21 Insulating film 22 Side electrode 23 Projection electrode
23a Stress absorption layer 23b Column 24 Transparent adhesive
25 Diamond bit 26 Sunlight 27 UV light 30 Mounting portion 50 Light guide member C Contact layer T Top cell M Middle cell B Bottom cell
100 solar cell element 200 light guide structure 210 light receiving layer 220 light guide layer 230 diffuse reflection layer 300 prism array sheet 310 reflector 320 solar cell

Claims (9)

反射性金属膜が積層された太陽光受光面と、前記太陽光受光面から入射した太陽光を導光する導光層と、前記導光層に太陽電池を取付けるための取付け部と、を備える導光部材であって、
前記受光面には、前記金属膜を貫通し、前記導光層に達する凹部からなる入射口を有し、かつ前記凹部の内側面は逆錘形状である、導光部材。
A solar light receiving surface on which a reflective metal film is laminated; a light guide layer for guiding sunlight incident from the solar light receiving surface; and an attachment portion for attaching a solar cell to the light guide layer. A light guide member,
A light guide member, wherein the light receiving surface has an incident port including a recess that penetrates the metal film and reaches the light guide layer, and an inner surface of the recess has an inverted weight shape.
前記反射性金属膜の厚みが、10〜30μmである、請求項1に記載の導光部材。   The light guide member according to claim 1, wherein the reflective metal film has a thickness of 10 to 30 μm. 前記反射性金属膜が、Ag膜またはAl膜であり、かつ前記導光層が、透明アクリル樹脂(PMMA)層である、請求項1に記載の導光部材。   The light guide member according to claim 1, wherein the reflective metal film is an Ag film or an Al film, and the light guide layer is a transparent acrylic resin (PMMA) layer. 前記入射口を構成する凹部の内側面がなす角度θが、30°≦θ<90°であり、
前記入射口を構成する凹部の導光層における幅が、1.2〜2μmであり、
前記入射口を構成する凹部の導光層における深さが、0.6〜2μmである、請求項1に記載の導光部材。
The angle θ formed by the inner surface of the concave portion constituting the entrance is 30 ° ≦ θ <90 °,
The width of the light guide layer of the concave portion constituting the entrance is 1.2 to 2 μm,
The light guide member according to claim 1, wherein a depth of the light guide layer of the concave portion constituting the incident port is 0.6 to 2 μm.
前記反射性金属膜が、前記太陽光受光面に照射された太陽光を導光層に導く入射反射面と、前記導光層からの光の漏れを抑制する導光反射面と、を備える、請求項1に記載の導光部材。   The reflective metal film includes an incident reflection surface that guides sunlight irradiated to the sunlight receiving surface to a light guide layer, and a light guide reflection surface that suppresses leakage of light from the light guide layer. The light guide member according to claim 1. 太陽光受光面と、前記太陽光受光面から入射した太陽光を導光する導光層と、前記導光層に太陽電池を接続するための取付け部と、を備える導光部材であって、
前記太陽光受光面に対して反対側の面は非対称プリズム面であり、前記導光層を導光する光を、前記接続部にまで導光させやすくする、導光部材。
A light guide member comprising a sunlight receiving surface, a light guide layer for guiding sunlight incident from the sunlight receiving surface, and an attachment portion for connecting a solar cell to the light guide layer,
A light guide member, wherein a surface opposite to the sunlight receiving surface is an asymmetric prism surface, and makes it easy to guide light guided through the light guide layer to the connection portion.
前記非対称プリズム面には反射性金属膜が積層されている、請求項6に記載の導光部材。   The light guide member according to claim 6, wherein a reflective metal film is laminated on the asymmetric prism surface. 前記非対称プリズム面のプリズムの頂角θ’が90°<θ<150°であり、かつ前記プリズムの凹凸高さが1〜100μmである、請求項6に記載の導光部材。   The light guide member according to claim 6, wherein a prism apex angle θ ′ of the asymmetric prism surface is 90 ° <θ <150 °, and an uneven height of the prism is 1 to 100 μm. 前記太陽電池が、多接合型化合物太陽電池である、請求項1および請求項6に記載の導光部材。
The light guide member according to claim 1 and claim 6, wherein the solar cell is a multi-junction compound solar cell.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016035404A (en) * 2014-08-01 2016-03-17 オムロン株式会社 Optical sensor and design method of light guide plate

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