JP2015159154A - Condensing photoelectric conversion apparatus and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、集光型光電変換装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a concentrating photoelectric conversion device and a method for manufacturing the same.
従来から、光電変換装置として、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する太陽光発電装置が実用化されているが、低コスト化を実現し、さらに多くの発電量を得るために、集光レンズで集光した太陽光を集光レンズの受光面積より小さい太陽電池素子に照射して電
力を取り出すタイプの集光型光電変換装置が実用化されている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, a photovoltaic power generation device that converts solar energy into electrical energy has been put to practical use as a photoelectric conversion device. However, in order to achieve a reduction in cost and obtain a larger amount of power generation, a condensing lens is used. A condensing photoelectric conversion device of a type that takes out electric power by irradiating condensed sunlight with a solar cell element smaller than the light receiving area of a condensing lens has been put into practical use (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、従来の集光型光電変換装置においては、晴天時には通常のシリコン太陽
電池を用いた平板の太陽電池モジュールと比較して多くの発電量が得られるが、曇天時に
はほとんど発電量が得られないといった問題があった。
However, in a conventional concentrating photoelectric conversion device, a large amount of power generation can be obtained in clear weather as compared with a flat plate solar cell module using a normal silicon solar cell, but almost no power generation amount can be obtained in cloudy weather. There was a problem.
上記の問題を解決するために、散乱光用シリコン太陽電池の上に集光用多接合型化合物半導体太陽電池を載せて、散乱光用シリコン太陽電池と集光用多接合型化合物半導体太陽電池とを電気的に接続する構成の集光型光電変換装置が提案されている(特許文献2参照)。 In order to solve the above problems, a concentrating multi-junction compound semiconductor solar cell is mounted on a scattered-light silicon solar cell, and the scattered-light silicon solar cell and the concentrating multi-junction compound semiconductor solar cell A concentrating photoelectric conversion device configured to electrically connect the two has been proposed (see Patent Document 2).
特許文献2において提案されている集光型光電変換装置について、図7を参照しながら以下に説明する。
図7において、集光型光電変換装置3は、散乱光用太陽電池であるシリコン太陽電池100と、シリコン太陽電池100上に形成された集光用太陽電池である多接合型化合物半導体太陽電池200とを有している。
なお、集光型光電変換装置3は、上部が受光面になっており、集光用太陽電池である多接合型化合物半導体太陽電池200に集光する集光レンズ(不図示)を上部に有している。
A condensing photoelectric conversion device proposed in
In FIG. 7, the concentrating
The concentrating
シリコン太陽電池100は、p型シリコン基板113と、p型シリコン基板113の受光面側に形成されたn型不純物ドーピング領域114と、p型シリコン基板113の受光面と反対側に形成されたp型不純物ドーピング領域112とからなり、n型不純物ドーピング領域114は、第1エミッタ層114aと、第1エミッタ層114aの周囲に設けられた第2エミッタ層114bとからなる。
The silicon
第2エミッタ層114bの表面にはn電極115が形成されており、p型不純物ドーピング領域112の表面にはp電極111が形成されている。
また、第1エミッタ層114a上には一部絶縁膜117を介してL字形状の接合電極116が形成されている。
An n-
An L-
多接合型化合物半導体太陽電池200は、受光面側の第1の化合物半導体太陽電池523と、受光面と反対側にある第2の化合物半導体太陽電池524と、第1の化合物半導体太陽電池523と第2の化合物半導体太陽電池524との間にあるトンネル接合層518とを有している。
第1の化合物半導体太陽電池523と、第2の化合物半導体太陽電池524とは、トンネル接合層518によって接合されている。
The multi-junction compound semiconductor
The first compound semiconductor
第1の化合物半導体太陽電池523は、バンドギャップ幅が1.8eV以上2eV以下の半導体層によって形成された第1のpn接合525を含んでおり、受光面側の第1のn型化合物半導体層積層体516と、受光面と反対側の第1のp型化合物半導体層積層体517とを有している。
第1のn型化合物半導体層積層体516は複数のn型化合物半導体層が積層されることで形成され、第1のp型化合物半導体層積層体517は複数のp型化合物半導体層が積層されることで形成されている。
The first compound semiconductor
The first n-type compound
第2の化合物半導体太陽電池524は、バンドギャップ幅が1.4eV以上1.6eV以下の半導体層によって形成された第2のpn接合526を含んでおり、受光面側の第2のn型化合物半導体層積層体519と、受光面と反対側の第2のp型化合物半導体層積層体520とを有している。
第2のn型化合物半導体層積層体519は複数のn型化合物半導体層が積層されることにより形成され、第2のp型化合物半導体層積層体520は複数のp型化合物半導体層が積層されることにより形成されている。
The second compound semiconductor
The second n-type compound
第1のn型化合物半導体層積層体516の受光面側の表面にはn電極521が設けられており、第2のp型化合物半導体層積層体520の受光面側と反対の表面にはp電極522が設けられている。
An n-
そして、多接合型化合物半導体太陽電池200のp電極522がシリコン太陽電池100の接合電極116上に設置されて電気的に接続されることにより、集光型光電変換装置3が形成されている。
Then, the concentrating
しかしながら、本発明者らが検討したところ、上記で説明した集光型光電変換装置3は以下の問題点があることがわかった。
第1の問題点は、各サブセル(すなわち、集光用太陽電池及び散乱光用太陽電池)のバンドギャップ設計が困難であるため、高効率化が困難であるというものである。
すなわち、多接合型化合物半導体太陽電池とシリコン太陽電池の2種類の太陽電池を用いており、発電効率を向上させる為にそれぞれの太陽電池で主に吸収する波長を調整する必要があるが、どの波長をどの太陽電池で吸収させるかどうかの調整が難しく、結果的にバンドギャップ設計が難しくなるというものである。
この影響はシリコン太陽電池の面積に対する多接合型化合物半導体太陽電池の面積の比(通常は1より小さい)が比較的大きくなる場合に、すなわち、多接合型化合物半導体太陽電池の影になるシリコン太陽電池の面積が大きくなるほど、顕著となることが予想される。
However, when the present inventors examined, it turned out that the condensing
The first problem is that it is difficult to achieve high efficiency because it is difficult to design the band gap of each subcell (that is, the concentrating solar cell and the scattered light solar cell).
That is, two types of solar cells, a multi-junction compound semiconductor solar cell and a silicon solar cell, are used, and it is necessary to adjust the wavelength mainly absorbed by each solar cell in order to improve power generation efficiency. It is difficult to adjust which solar cell absorbs the wavelength, and as a result, the band gap design becomes difficult.
This effect is caused when the ratio of the area of the multi-junction compound semiconductor solar cell to the area of the silicon solar cell (usually less than 1) is relatively large, that is, the silicon sun that is the shadow of the multi-junction compound semiconductor solar cell. It is expected to become more prominent as the battery area increases.
第2の問題点は、太陽電池メーカー以外は製造が困難であるというものである。
すなわち、製造装置に億単位の半導体製造装置が必要となり、中小企業等の小さい会社では設備投資が難しく製造が困難になるというものである。
The second problem is that it is difficult to manufacture except for solar cell manufacturers.
That is, 100 million units of semiconductor manufacturing equipment is required for the manufacturing equipment, and it is difficult for small companies such as small and medium-sized enterprises to make capital investments and manufacture difficult.
第3の問題点は、放熱設計が困難であるというものである。
すなわち、上記の集光型光電変換装置3は、集光用太陽電池である多接合型化合物半導体太陽電池200がシリコン太陽電池100上に配置されており、集光により発生した熱は多接合型太陽電池200からシリコン太陽電池100へ拡散するため、発生した熱がシリコン太陽電池100を一度経由することにより、発生した熱を直接外部に逃がすことが出来ないため、放熱設計が困難になるというものである。
The third problem is that it is difficult to design heat dissipation.
That is, in the concentrating
第4の問題点は、シリコン太陽電池の変換効率は温度上昇により低下しやすいため、集光倍率を高められないというものである。
すなわち、集光により多接合型化合物半導体太陽電池200にて主に発生した熱がシリコン太陽電池100に拡散してくるため、集光倍率を高めると、シリコン太陽電池100の温度上昇により変換効率の低下が生じるというものである。
また、局所的な高温化はシリコン太陽電池に応力分布を生じさせるため、長期信頼性の観点からも問題がある。
The fourth problem is that the conversion efficiency of the silicon solar cell is likely to be lowered due to a temperature rise, so that the light collecting magnification cannot be increased.
That is, the heat generated mainly in the multi-junction compound semiconductor
Moreover, since local high temperature causes stress distribution in the silicon solar cell, there is a problem from the viewpoint of long-term reliability.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、新たにバンドギャップ設計をする必要がなく、太陽電池メーカー以外でも入手可能な既存の太陽電池を用いて容易に製造することができ、放熱設計が容易であり、集光倍率を高めても変換効率の低下を抑制できる集光型光電変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and does not require a new band gap design, and can be easily manufactured using an existing solar cell that can be obtained by other than a solar cell manufacturer. An object of the present invention is to provide a condensing photoelectric conversion device that is easy to design for heat dissipation and can suppress a decrease in conversion efficiency even when the condensing magnification is increased.
上記目的を達成するために、本発明は、集光レンズと、前記集光レンズに対向する位置に設置された光電変換素子とを備えた集光型光電変換装置であって、前記光電変換素子は、散乱光用太陽電池と、前記散乱光用太陽電池の前記集光レンズ側表面上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられた電極層と、前記電極層上に設けられ前記電極層と電気的に接続される集光用太陽電池とを有し、前記集光レンズは、透明な熱硬化性樹脂からなり、前記光電変換素子は、外部接続基板上に搭載され、前記散乱光用太陽電池と前記集光用太陽電池とは、電気的に分離されているものであることを特徴とする集光型光電変換装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention is a condensing photoelectric conversion device comprising a condensing lens and a photoelectric conversion element installed at a position facing the condensing lens, the photoelectric conversion element Are provided on the electrode layer, a solar cell for scattered light, an insulating layer provided on the surface of the solar cell for scattered light on the condenser lens side, an electrode layer provided on the insulating layer, and A concentrating solar cell electrically connected to the electrode layer, the condensing lens is made of a transparent thermosetting resin, and the photoelectric conversion element is mounted on an external connection substrate, The concentrating photoelectric conversion device is characterized in that the scattered light solar cell and the concentrating solar cell are electrically separated.
このように、集光用太陽電池が散乱光用太陽電池の上に絶縁層を介して設けられており、集光用太陽電池が絶縁層上の電極層に電気的に接続され、散乱光用太陽電池が外部接続基板上に搭載される構成になっているので、既存の集光用太陽電池と既存の散乱光用太陽電池とを組み合わせて用いれば集光型光電変換装置となるので、新たにバンドキャップ設計する必要がなく、太陽電池メーカー以外でも容易に製造することができる構成になっている。
また、集光用太陽電池が電極層を介して絶縁層上に設けられているので、集光用太陽電池で発生した熱を直接絶縁層に拡散させることができるため、散乱光用太陽電池への熱の拡散を防止できるとともに、放熱設計を容易にすることができる構成になっている。
Thus, the concentrating solar cell is provided on the scattered light solar cell via the insulating layer, and the concentrating solar cell is electrically connected to the electrode layer on the insulating layer, Since the solar cell is configured to be mounted on the external connection substrate, a concentrating photoelectric conversion device can be obtained by using an existing concentrating solar cell and an existing scattered light solar cell in combination. In addition, it is not necessary to design a band cap, and it can be easily manufactured by anyone other than a solar cell manufacturer.
In addition, since the concentrating solar cell is provided on the insulating layer via the electrode layer, the heat generated in the concentrating solar cell can be directly diffused into the insulating layer. The heat diffusion can be prevented, and the heat radiation design can be facilitated.
このとき、前記散乱光用太陽電池と集光用太陽電池は、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、薄膜シリコン型、HIT型、CIGS型、CdTe型、色素増感型、有機半導体型、III−V族多接合型の少なくとも1つ以上から構成されることができる。
このように、散乱光用太陽電池及び集光用太陽電池として、上記のようなタイプの太陽電池を好適に用いることができる。
At this time, the scattered light solar cell and the concentrating solar cell are a single crystal silicon type, polycrystalline silicon type, thin film silicon type, HIT type, CIGS type, CdTe type, dye sensitized type, organic semiconductor type, III It can be composed of at least one of -V group multi-junction type.
Thus, the solar cell of the above type can be suitably used as the solar cell for scattered light and the solar cell for condensing light.
このとき、前記透明な熱硬化性樹脂がシリコーンを含む材料であることが好ましい。
集光レンズを構成する透明な熱硬化性樹脂として、シリコーンを含む材料を好適に用いることができる。
At this time, the transparent thermosetting resin is preferably a material containing silicone.
As the transparent thermosetting resin constituting the condenser lens, a material containing silicone can be suitably used.
このとき、前記絶縁層は、熱硬化性樹脂又はガラス質からなることが好ましい。
散乱光用太陽電池と集光用太陽電池とを電気的に分離する絶縁層として、上記のような材料を好適に用いることができる。
At this time, the insulating layer is preferably made of a thermosetting resin or glass.
As the insulating layer that electrically separates the scattered light solar cell and the concentrating solar cell, the above materials can be suitably used.
このとき、前記絶縁層は、光散乱防止材、蛍光体、量子ドット、沈降防止剤の少なくとも1つ以上を含むことが好ましい。
このような構成により、散乱用太陽電池の発電効率を向上させることができる。
At this time, the insulating layer preferably includes at least one of a light scattering preventing material, a phosphor, a quantum dot, and an anti-settling agent.
With such a configuration, the power generation efficiency of the scattering solar cell can be improved.
このとき、前記散乱光用太陽電池の外部接続基板側に、前記散乱光用太陽電池を透過してきた光を反射又は散乱させる反射層を有することが好ましい。
このような構成により、散乱用太陽電池の発電効率を向上させることができる。
At this time, it is preferable to have a reflection layer that reflects or scatters the light transmitted through the scattered light solar cell on the external connection substrate side of the scattered light solar cell.
With such a configuration, the power generation efficiency of the scattering solar cell can be improved.
前記集光レンズと前記光電変換素子とが、400nm〜800nmの波長範囲で光の透過率が80%以上の透明な熱硬化性樹脂で、一体成型、封止されてことが好ましい。
このような構成により、散乱用太陽電池及び集光用太陽電池の発電効率を維持しながら、光電変換素子の耐湿性を向上させることができる。
The condensing lens and the photoelectric conversion element are preferably integrally molded and sealed with a transparent thermosetting resin having a light transmittance of 80% or more in a wavelength range of 400 nm to 800 nm.
With such a configuration, it is possible to improve the moisture resistance of the photoelectric conversion element while maintaining the power generation efficiency of the scattering solar cell and the concentrating solar cell.
また、本発明は、集光レンズと、前記集光レンズに対向する位置に設置された光電変換素子とを備えた集光型光電変換装置であって、前記光電変換素子は、シリコン太陽電池と、前記シリコン太陽電池の前記集光レンズ側表面上に設けられた厚さ0.1〜100μmの絶縁層と、前記絶縁層上に設けられた電極層と、前記電極層上に設けられ前記電極層と電気的に接続されたIII−V多接合型太陽電池とを有し、前記絶縁層は、シリコーン樹脂を含むものであるか、又は、ポリシラザン類を主成分とする材料から形成されたガラス質を含むものであり、前記シリコン太陽電池と前記III−V多接合型太陽電池は電気的に分離されていることを特徴とする集光型光電変換装置を提供する。 Further, the present invention is a condensing photoelectric conversion device comprising a condensing lens and a photoelectric conversion element installed at a position facing the condensing lens, wherein the photoelectric conversion element is a silicon solar cell. , An insulating layer having a thickness of 0.1 to 100 μm provided on the surface of the silicon solar cell on the condenser lens side, an electrode layer provided on the insulating layer, and the electrode provided on the electrode layer A III-V multi-junction solar cell electrically connected to the layer, and the insulating layer includes a silicone resin, or a glassy material formed from a material mainly composed of polysilazanes. The concentrating photoelectric conversion device is characterized in that the silicon solar cell and the III-V multi-junction solar cell are electrically separated.
このように、集光用太陽電池であるIII−V族多接合型太陽電池が、散乱光用太陽電池であるシリコン太陽電池の上に絶縁層を介して設けられており、III−V族多接合型太陽電池が絶縁層上の電極層に電気的に接続され、シリコン太陽電池が外部接続基板上に搭載される構成になっているので、既存のIII−V族多接合型太陽電池と既存のシリコン太陽電池とを組み合わせて用いれば集光型光電変換装置となるので、新たにバンドキャップ設計する必要がなく、太陽電池メーカー以外でも容易に製造することができる。
また、III−V族多接合型太陽電池が絶縁層上に設けられているので、III−V族多接合型太陽電池で発生した熱を直接絶縁層に拡散させることができるため、シリコン太陽電池への熱の拡散を防止でき、シリコン太陽電池の発電効率の低下を抑制できるとともに、放熱設計を容易にすることができる。
Thus, the group III-V multi-junction solar cell that is a concentrating solar cell is provided on the silicon solar cell that is a scattered light solar cell via an insulating layer, and the group III-V Since the junction solar cell is electrically connected to the electrode layer on the insulating layer and the silicon solar cell is mounted on the external connection substrate, the existing III-V group multi-junction solar cell and the existing If it is used in combination with a silicon solar cell, it becomes a condensing photoelectric conversion device, so that it is not necessary to newly design a band cap, and it can be easily manufactured by a non-solar cell manufacturer.
In addition, since the III-V group multi-junction solar cell is provided on the insulating layer, the heat generated in the group III-V multi-junction solar cell can be directly diffused into the insulating layer. The diffusion of heat to the silicon solar cell can be prevented, the decrease in power generation efficiency of the silicon solar cell can be suppressed, and the heat dissipation design can be facilitated.
また、本発明は、上記の集光型光電変換装置を製造する方法であって、前記光電変換素子を前記外部接続基板と一体化した後に、型を用いて、前記透明な熱硬化性樹脂で前記光電変換素子の前記外部接続基板と反対側の面に集光レンズを形成することを特徴とする集光型光電変換装置の製造方法を提供する。 Moreover, this invention is a method of manufacturing said condensing type photoelectric conversion apparatus, Comprising: After integrating the said photoelectric conversion element with the said external connection board | substrate, using a type | mold, it is said transparent thermosetting resin. A condensing photoelectric conversion device manufacturing method is provided, wherein a condensing lens is formed on a surface of the photoelectric conversion element opposite to the external connection substrate.
上記の集光型光電変換装置の集光レンズを、このような製造方法を用いて製造することができる。 The condensing lens of said condensing type photoelectric conversion apparatus can be manufactured using such a manufacturing method.
このとき、前記絶縁層を、フィルム貼り合せ、スピンコート、スプレー、印刷、金型による成形の少なくとも1つ以上によって形成することができる。
散乱光用太陽電池と集光用太陽電池とを電気的に分離する絶縁層を形成する際に、上記のような製造方法を好適に用いることができる。
At this time, the insulating layer can be formed by at least one of film bonding, spin coating, spraying, printing, and molding by a mold.
When forming the insulating layer for electrically separating the solar cell for scattered light and the solar cell for condensing light, the above manufacturing method can be suitably used.
このとき、前記集光レンズと前記光電変換素子とを、400nm〜800nmの波長範囲で光の透過率が80%以上の透明な熱硬化性樹脂を用いて、注型、トランスファー成型、圧縮成型、射出成型の少なくとも1つ以上によって、一体成型、封止することが好ましい。
集光レンズと光電変換素子とを一体成型、封止する際に、上記のような製造方法を好適に用いることができる。
At this time, the condenser lens and the photoelectric conversion element are cast, transfer molding, compression molding, using a transparent thermosetting resin having a light transmittance of 80% or more in a wavelength range of 400 nm to 800 nm, It is preferable to integrally mold and seal by at least one of injection molding.
When the condenser lens and the photoelectric conversion element are integrally molded and sealed, the above manufacturing method can be suitably used.
このとき、前記電極層を、フィルム貼り合せ、スピンコート、スプレー、印刷、蒸着の少なくとも1つ以上によって形成することができる。
集光用太陽電池に電気的に接続される電極層を形成する際に、上記のような製造方法を好適に用いることができる。
At this time, the electrode layer can be formed by at least one of film bonding, spin coating, spraying, printing, and vapor deposition.
When forming the electrode layer electrically connected to the concentrating solar cell, the above manufacturing method can be suitably used.
また、本発明は、上記の集光型光電変換装置を製造する方法であって、前記光電変換素子を外部接続基板と一体化した後、型に設置し透明なシリコーン樹脂を含む材料で光電変換素子の前記外部接続基板と反対側の面に前記集光レンズを成形硬化させることを特徴とする集光型光電変換装置の製造方法を提供する。 In addition, the present invention is a method for manufacturing the above-described concentrating photoelectric conversion device, wherein the photoelectric conversion element is integrated with an external connection substrate, and then photoelectric conversion is performed using a material including a transparent silicone resin that is placed in a mold. Provided is a method of manufacturing a condensing photoelectric conversion device, wherein the condensing lens is molded and cured on a surface of an element opposite to the external connection substrate.
上記の集光型光電変換装置の集光レンズを、このような製造方法を用いて製造することができる。 The condensing lens of said condensing type photoelectric conversion apparatus can be manufactured using such a manufacturing method.
以上のように、本発明によれば、集光用太陽電池が散乱光用太陽電池の上に絶縁層を介して設けられており、集光用太陽電池が絶縁層上の電極層に電気的に接続され、散乱光用太陽電池が外部接続基板上に搭載される構成になっており、既存の集光用太陽電池と既存の散乱光用太陽電池とを組み合わせて用いれば集光型光電変換装置となるので、新たにバンドキャップ設計する必要がなく、太陽電池メーカー以外でも容易に製造することができる。
また、本発明によれば、集光用太陽電池が電極層を介して絶縁層上に設けられているので、集光用太陽電池で発生した熱を直接絶縁層に拡散させることができるため、散乱光用太陽電池への熱の拡散を防止できるとともに、放熱設計を容易にすることができる。
As described above, according to the present invention, the concentrating solar cell is provided on the scattered light solar cell via the insulating layer, and the concentrating solar cell is electrically connected to the electrode layer on the insulating layer. If the existing concentrating solar cell and the existing scattered light solar cell are used in combination, the concentrating photoelectric conversion is performed. Since it becomes an apparatus, it is not necessary to newly design a band cap, and it can be easily manufactured by anyone other than a solar cell manufacturer.
Further, according to the present invention, since the concentrating solar cell is provided on the insulating layer via the electrode layer, the heat generated in the concentrating solar cell can be directly diffused into the insulating layer. It is possible to prevent the diffusion of heat to the scattered light solar cell and to facilitate the heat dissipation design.
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail as an example of an embodiment with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
上述のように、特許文献2で提案されている集光型光電変換装置には、以下の問題点があった。
第1の問題点は、各サブセル(すなわち、集光用太陽電池及び散乱光用太陽電池)のバンドギャップ設計が困難であるため、高効率化が困難であるというものである。
第2の問題点は、太陽電池メーカー以外は製造が困難であるというものである。
第3の問題点は、放熱設計が困難であるというものである。
第4の問題点は、シリコン太陽電池の変換効率は温度上昇により低下しやすいため、集光倍率を高められないというものである。
As described above, the concentrating photoelectric conversion device proposed in
The first problem is that it is difficult to achieve high efficiency because it is difficult to design the band gap of each subcell (that is, the concentrating solar cell and the scattered light solar cell).
The second problem is that it is difficult to manufacture except for solar cell manufacturers.
The third problem is that it is difficult to design heat dissipation.
The fourth problem is that the conversion efficiency of the silicon solar cell is likely to be lowered due to a temperature rise, so that the light collecting magnification cannot be increased.
そこで、本発明者らは、新たにバンドギャップ設計をする必要がなく、太陽電池メーカー以外でも容易に製造することができ、放熱設計が容易であり、集光倍率を高めても変換効率の低下を抑制できる集光型光電変換装置について鋭意検討を重ねた。
その結果、集光用太陽電池を散乱光用太陽電池の上に絶縁層を介して設け、集光用太陽電池が絶縁層上の電極層に電気的に接続され、散乱光用太陽電池が外部接続基板上に搭載される構成にすることで、既存の集光用太陽電池と既存の散乱光用太陽電池とを組み合わせて用いれば集光型光電変換装置となるので、新たにバンドキャップ設計する必要がなく、太陽電池メーカー以外でも容易に製造することができ、さらに、集光用太陽電池が電極層を介して絶縁層上に設けられているので、集光用太陽電池で発生した熱を絶縁層に拡散させることができるため、散乱光用太陽電池への熱の拡散を防止できるとともに、放熱設計を容易にすることができることを見出し、本発明をなすに至った。
Therefore, the present inventors do not need to newly design a band gap, and can be easily manufactured by a non-solar cell manufacturer, easy to design for heat dissipation, and decrease in conversion efficiency even if the light collection magnification is increased. We have made extensive studies on a concentrating photoelectric conversion device that can suppress the above.
As a result, the concentrating solar cell is provided on the scattered light solar cell via the insulating layer, the concentrating solar cell is electrically connected to the electrode layer on the insulating layer, and the scattered light solar cell is externally provided. By adopting a configuration to be mounted on the connection substrate, a concentrating photoelectric conversion device can be obtained by using a combination of an existing concentrating solar cell and an existing scattered light solar cell. It is not necessary and can be easily manufactured by non-solar cell manufacturers. Furthermore, since the concentrating solar cell is provided on the insulating layer via the electrode layer, the heat generated by the concentrating solar cell can be reduced. Since it can be diffused in the insulating layer, it has been found that heat can be prevented from diffusing into the solar cell for scattered light, and heat radiation design can be facilitated, and the present invention has been made.
以下、図1〜図2を参照しながら、本発明の集光型光電変換装置を説明する。
図1(a)は本発明の集光型光電変換装置1の断面図を示しており、図1(b)は本発明の集光型光電変換装置1の斜視図を示しており、図2は本発明の集光型光電変換装置1の集光レンズ34を示す断面図を示している。
Hereinafter, the condensing photoelectric conversion device of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1A shows a cross-sectional view of the concentrating
図1において、集光型光電変換装置1は、散乱光用太陽電池10と、散乱光用太陽電池10の集光レンズ34側(図2参照)の表面上に設けられた絶縁層31と、絶縁層31上に設けられた電極層32と、電極層32上に設けられ電極層32と電気的に接続される集光用太陽電池20とからなる光電変換素子30を有している。
そして、集光型光電変換装置1は、上部が受光面になっており、集光用太陽電池20に集光する透明な熱硬化性樹脂からな集光レンズ34(図2参照)を上部に有している。
In FIG. 1, the concentrating
The condensing
光電変換素子30を構成する散乱光用太陽電池10は基体42と外部接続配線43とからなる外部接続基板41上に搭載されており、外部接続基板41を介して外部に接続されている。
また、集光用太陽電池20は、電極層32を介して絶縁層31上に設けられており、電極層32を介して外部に接続されている。
The scattered light
The concentrating
本発明の集光型光電変換装置1は、集光用太陽電池20が散乱光用太陽電池10の上に絶縁層を介して設けられており、集光用太陽電池20が絶縁層31上の電極層32に電気的に接続され、散乱光用太陽電池10が外部接続基板41上に搭載される構成になっているので、既存の集光用太陽電池と既存の散乱光用太陽電池とを組み合わせて用いれば集光型光電変換装置となるので、新たにバンドキャップ設計する必要がなく、太陽電池メーカー以外でも容易に製造することができる構成になっている。
また、集光用太陽電池20が電極層32を介して絶縁層31上に設けられているので、集光用太陽電池20で発生した熱を直接絶縁層31に拡散させることができるため、散乱光用太陽電池10への熱の拡散を防止できるとともに、放熱設計を容易にすることができる構成になっている。
In the concentrating
Moreover, since the concentrating
散乱光用太陽電池10と集光用太陽電池20は、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、薄膜シリコン型、HIT型、CIGS型、CdTe型、色素増感型、有機半導体型、III−V族多接合型の少なくとも1つ以上から構成されることができる。
このように、散乱光用太陽電池及び集光用太陽電池として、上記のようなタイプの太陽電池を好適に用いることができる。
The scattered light
Thus, the solar cell of the above type can be suitably used as the solar cell for scattered light and the solar cell for condensing light.
集光レンズ34を構成する透明な熱硬化性樹脂が、シリコーンを含む材料であることが好ましい。
集光レンズを構成する透明な熱硬化性樹脂として、シリコーンを含む材料を好適に用いることができる。
The transparent thermosetting resin constituting the
As the transparent thermosetting resin constituting the condenser lens, a material containing silicone can be suitably used.
絶縁層31は、熱硬化性樹脂又はガラス質からなることが好ましい。
散乱光用太陽電池と集光用太陽電池とを電気的に分離する絶縁層31として、上記のような材料を好適に用いることができる。
The insulating
As the insulating
絶縁層31は、光散乱防止材、蛍光体、量子ドット、沈降防止剤の少なくとも1つ以上を含むことが好ましい。
このような構成により、散乱用太陽電池10の発電効率を向上させることができる。
The insulating
With such a configuration, the power generation efficiency of the scattering
散乱光用太陽電池10の外部接続基板41側に、散乱光用太陽電池10を透過してきた光を反射又は散乱させる反射層を有することが好ましい。
このような構成により、散乱用太陽電池10の発電効率を向上させることができる。
It is preferable to have a reflective layer on the
With such a configuration, the power generation efficiency of the scattering
集光レンズ34と光電変換素子30とが、400nm〜800nmの波長範囲で光の透過率が80%以上の透明な熱硬化性樹脂で、一体成型、封止されてことが好ましい。
このような構成により、散乱用太陽電池10及び集光用太陽電池20の発電効率を維持しながら、光電変換素子30の耐湿性を向上させることができる。
It is preferable that the
With such a configuration, the moisture resistance of the
光電変換素子30を外部接続基板41と一体化した後に、型を用いて、透明な熱硬化性樹脂で光電変換素子30の外部接続基板41と反対側の面に集光レンズ34を形成することができる。
集光型光電変換装置1の集光レンズ34を、このような製造方法を用いて製造することができる。
After integrating the
The condensing
絶縁層31を、フィルム貼り合せ、スピンコート、スプレー、印刷、金型による成形の少なくとも1つ以上によって形成することができる。
散乱光用太陽電池10と集光用太陽電池20とを電気的に分離する絶縁層31を形成する際に、上記のような製造方法を好適に用いることができる。
The insulating
When forming the insulating
集光レンズ34と光電変換素子30とを、400nm〜800nmの波長範囲で光の透過率が80%以上の透明な熱硬化性樹脂を用いて、注型、トランスファー成型、圧縮成型、射出成型の少なくとも1つ以上によって、一体成型、封止することが好ましい。
集光レンズ34と光電変換素子30とを一体成型、封止する際に、上記のような製造方法を好適に用いることができる。
The
When the
電極層32を、フィルム貼り合せ、スピンコート、スプレー、印刷、蒸着の少なくとも1つ以上によって形成することができる。
集光用太陽電池20に電気的に接続される電極層32を形成する際に、上記のような製造方法を好適に用いることができる。
The
When the
次に、図3〜図5を参照しながら、本発明の集光型光電変換装置1において、散乱光用太陽電池としてシリコン太陽電池10’を用い、集光用太陽電池としてIII−V族多接合型太陽電池20’を用いた集光型光電変換装置2について説明する。
Next, referring to FIGS. 3 to 5, in the concentrating
図3(a)は本発明の集光型光電変換装置2の断面図を示しており、図3(b)は本発明の集光型光電変換装置2の斜視図を示しており、図4は本発明の集光型光電変換装置2の集光レンズ34を示す断面図を示しており、図5はIII−V族多接合型太陽電池20’を拡大した断面図を示している。
3A shows a cross-sectional view of the condensing
図3において、集光型光電変換装置2は、シリコン太陽電池10’と、シリコン太陽電池10’の集光レンズ34側(図4参照)の表面上に設けられた絶縁層31と、絶縁層31上に設けられた電極層32と、電極層32上に設けられ電極層32と電気的に接続されるIII−V族多接合型太陽電池20’とからなる光電変換素子30を有している。
そして、集光型光電変換装置2は、上部が受光面になっており、III−V族多接合型太陽電池20’に集光する透明な熱硬化性樹脂からな集光レンズ34(図4参照)を上部に有している。
In FIG. 3, the concentrating
The condensing
光電変換素子30を構成するシリコン太陽電池10’は基体42と外部接続配線43とからなる外部接続基板41上に搭載されており、外部接続基板41を介して外部に接続されている。
また、III−V族多接合型太陽電池20’は、電極層32を介して絶縁層31上に設けられており、電極層32を介して外部に接続されている。
The silicon
The III-V group multi-junction
絶縁層31は、シリコーン樹脂を含むものであるか、又は、ポリシラザン類を主成分とする材料から形成されたガラス質を含むものである。
The insulating
シリコン太陽電池10’は、p型シリコン基板13と、p型シリコン基板13の集光レンズ34側に形成されたn型不純物ドーピング領域14と、p型シリコン基板13の外部接続基板41側に形成されたp型不純物ドーピング領域12とからなる。
The silicon
n型不純物ドーピング領域14の表面にはn電極15が形成されており、p型不純物ドーピング領域12の表面にはp電極11が形成されている。
そして、シリコン太陽電池10’は、p電極11と外部接続配線43とが接するように、外部接続基板41に電気的に接続されている。
An n-
And silicon solar cell 10 'is electrically connected to the external connection board |
III−V族多接合型太陽電池20’は、集光レンズ34側の第1のIII−V族化合物半導体太陽電池28と、外部接続基板41側にある第2のIII−V族化合物半導体太陽電池27と、第1のIII−V族化合物半導体太陽電池28と第2のIII−V族化合物半導体太陽電池27との間にあるトンネル接合層24とを有している。
第1のIII−V族化合物半導体太陽電池28と、第2のIII−V族化合物半導体太陽電池27とは、トンネル接合層24によって接合されている。
トンネル接合層24は、例えば、図5に示すように、p型AlGaAsトンネル接合層24aと、n型AlInGaPトンネル接合層24bからなる。
The group III-V multi-junction solar cell 20 'includes a first group III-V compound semiconductor
The first III-V group compound semiconductor
For example, as shown in FIG. 5, the
第1のIII−V族化合物半導体太陽電池28は、バンドギャップ幅が1.8eV以上2eV以下の半導体層によって形成された第1のpn接合35を含んでおり、集光レンズ34側の第1のn型III−V族化合物半導体層積層体26と、外部接続基板41側の第1のp型III−V族化合物半導体層積層体25とを有している。
第1のn型III−V族化合物半導体層積層体26は、複数のn型III−V族化合物半導体が積層されることで形成され、例えば、図5に示すように、n型GaAsコンタクト層26aと、n型AlInP窓層26bと、n型AlInGaPエミッタ層26cからなる。
第1のp型III−V族化合物半導体層積層体25は複数のp型化合物半導体層が積層されることで形成され、例えば、図5に示すように、p型AlInGaPベース層25aと、p型AlInP裏面電界層25bからなる。
The first III-V compound semiconductor
The first n-type III-V compound
The first p-type III-V compound
第2のIII−V族化合物半導体太陽電池27は、バンドギャップ幅が1.4eV以上1.6eV以下の半導体層によって形成された第2のpn接合36を含んでおり、集光レンズ34側の第2のn型III−V族化合物半導体層積層体23と、外部接続基板41側の第2のp型III−V族化合物半導体層積層体22とを有している。
第2のn型III−V族化合物半導体層積層体23は複数のn型III−V族化合物半導体層が積層されることにより形成され、例えば、図5に示すように、n型AlInP窓層23aと、n型AlGaAsエミッタ層23bからなる。
第2のp型III−V族化合物半導体層積層体22は複数のp型III−V族化合物半導体層が積層されることにより形成され、例えば、図5に示すように、p型AlGaAsベース層22aと、p型InGaP裏面電界層22bと、p型GaAsコンタクト層22cからなる。
The second III-V compound semiconductor
The second n-type group III-V compound
The second p-type group III-V compound
第1のn型III−V族化合物半導体層積層体26の受光面側の表面にはn電極29が設けられており、第2のp型III−V族化合物半導体層積層体22の外部接続基板41側の表面にはp電極21が設けられている。
そして、III−V族多接合型太陽電池20’は、p電極21と電極層32とが接するように絶縁層31上に設けられている。
An n-
The III-V group multi-junction
本発明の集光型光電変換装置2は、III−V族多接合型太陽電池20’がシリコン太陽電池10’の上に絶縁層を介して設けられており、III−V族多接合型太陽電池20’が絶縁層31上の電極層32に電気的に接続され、シリコン太陽電池10’が外部接続基板41上に搭載される構成になっているので、既存の集光用太陽電池と既存の散乱光用太陽電池とを組み合わせて用いれば集光型光電変換装置となるので、新たにバンドキャップ設計する必要がなく、太陽電池メーカー以外でも容易に製造することができる構成になっている。
また、III−V族多接合型太陽電池20’が電極層32を介して絶縁層31上に設けられているので、III−V族多接合型太陽電池20’で発生した熱を直接絶縁層31に拡散させることができるため、シリコン太陽電池10’への熱の拡散を防止でき、シリコン太陽電池10’の発電効率の低下を抑制できるとともに、放熱設計を容易にすることができる。
In the concentrating
Further, since the III-V group multi-junction
光電変換素子30を外部接続基板41と一体化した後に、型を用いて、透明なシリコーン樹脂を含む材料で光電変換素子30の外部接続基板41と反対側の面に集光レンズ34を成形硬化させることができる。
集光型光電変換装置2の集光レンズ34を、このような製造方法を用いて製造することができる。
After the
The condensing
以下、実施例、比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
(実施例1)
まず、シリコン太陽電池10’を半田ペーストを用いて、外部接続基板41であるPCB基板に搭載し、UVオゾン処理を実施した。
次に、シリコン太陽電池10’の表面にフィルム状に塗工したシリコーン樹脂(AF−500:信越化学工業製)を真空ラミネータ装置(ニチゴーモートン製)にて貼り付けることで、絶縁層31を作製した。
次に、絶縁層31上にAgペースト(信越化学工業製)をスクリーン印刷し、集光用太陽電池であるIII−V族多接合型太陽電池20’を搭載する電極層32を作製した。
電極層作製後、鉛フリー半田を用いて集光用太陽電池であるIII−V族多接合型太陽電池20’を搭載した。
次に、外部接続基板41に搭載した光電変換素子30を金型に配置し、シリコーン樹脂(LPS−3541 信越化学工業製)を圧縮成型にて、集光レンズ34と外部接続基板41を保有する光電変換素子30を一体成型し、集光型光電変換装置2を作製した。
Example 1
First, the silicon
Next, a silicone resin (AF-500: manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) coated in a film shape on the surface of the silicon
Next, Ag paste (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was screen-printed on the insulating
After producing the electrode layer, a III-V group multi-junction
Next, the
(実施例2)
まず、シリコン太陽電池10’を半田ペーストを用いて、外部接続基板41であるPCB基板に搭載し、UVオゾン処理を実施した。
次に、シリコン太陽電池10’表面にシリコーン樹脂(AF−500:信越化学工業製)と蛍光体を混合し作製したフィルムを真空ラミネータ装置(ニチゴーモートン製)にて貼り付けることで、50μmの絶縁層31を作製した。
次に、絶縁層31上にAgペーストをスクリーン印刷し、集光用太陽電池であるIII−V族多接合型太陽電池20’を搭載する電極層32を作製した。
電極層作製後、鉛フリー半田を用いて集光用太陽電池であるIII−V族多接合型太陽電池20’を搭載した。
次に、外部接続基板に41に接続した光電変換素子30を金型に配置し、シリコーン樹脂(LPS−3541 信越化学工業製)を圧縮成型にて、集光レンズ34と外部接続基板41を保有する光電変換素子30を一体成型し、集光型光電変換装置2を作製した。
(Example 2)
First, the silicon
Next, a film made by mixing a silicone resin (AF-500: manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and a phosphor on the surface of the silicon solar cell 10 'is pasted with a vacuum laminator apparatus (manufactured by Nichigo Morton), thereby insulating 50
Next, Ag paste was screen-printed on the insulating
After producing the electrode layer, a III-V group multi-junction
Next, the
(比較例1)
図6を参照しながら、比較例1の集光型光電変換装置4について説明する。
まず、シリコン太陽電池10’を半田ペーストを用いて、基体42、外部接続配線43からなる外部接続基板41であるPCB基板に搭載し、UVオゾン処理を実施した。
次に、シリコン太陽電池10’の表面にAgペースト(信越化学工業製)をスクリーン印刷し、集光用太陽電池であるIII−V族多接合型太陽電池20’を搭載する電極層32を作製した。
電極層32作製後、鉛フリー半田を用いて集光用太陽電池であるIII−V族多接合型太陽電池20’を搭載した。
次に、外部接続基板41に搭載した光電変換素子30を金型に配置し、シリコーン樹脂(LPS−3541 信越化学工業製)を圧縮成型にて、集光レンズ34と外部接続基板41を保有する光電変換素子30を一体成型し、集光型光電変換装置4を作製した。
(Comparative Example 1)
The condensing
First, the silicon
Next, Ag paste (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) is screen-printed on the surface of the silicon solar cell 10 ', and an
After producing the
Next, the
実施例1〜2の集光型光電変換装置2のそれぞれについて、実太陽光を用いて25℃の常温におけるトータルの発電効率を測定した。
さらにシリコン太陽電池とIII−V族多接合型太陽電池についても同様にして発電効率を測定した。なお、発電効率は、(太陽電池からの電気出力/太陽電池に入った太陽エネルギー)×100(%)で定義されるものである。
その結果を表1に示す。
For each of the concentrating
Furthermore, the power generation efficiency was measured in the same manner for silicon solar cells and III-V multi-junction solar cells. The power generation efficiency is defined by (electric output from solar cell / solar energy entering solar cell) × 100 (%).
The results are shown in Table 1.
表1からわかるように、既存のシリコン太陽電池と、既存のIII−V族多接合型太陽電池とを組み合わせて作製した実施例1〜2の集光型光電変換装置において、シリコン太陽電池、III−V族多接合型太陽電池を単独で用いるよりも発電効率を飛躍的に向上させることができた。 As can be seen from Table 1, in the concentrating photoelectric conversion devices of Examples 1 and 2 manufactured by combining an existing silicon solar cell and an existing III-V group multi-junction solar cell, the silicon solar cell, III The power generation efficiency could be dramatically improved as compared with the use of the −V group multi-junction solar cell alone.
また、実太陽光を用いて、実施例1〜2の集光型光電変換装置2のそれぞれについて、試験開始30分後のトータルの発電効率とそのシリコン太陽電池のジャンクション温度を測定した。
さらに、比較例1の集光型光電変換装置4についても同様の測定を行った。
その結果を表2に示す。
Moreover, the total
Further, the same measurement was performed for the condensing
The results are shown in Table 2.
表2からわかるように、シリコン太陽電池とIII−V族多接合型太陽電池との間に絶縁層を設けた実施例1−2では、シリコン太陽電池上に直接III−V族多接合型太陽電池を積層した比較例1の集光型光電変換装置4と比較して、III−V族多接合型太陽電池の発熱によるシリコン太陽電池への影響が抑えられ、シリコン太陽電池のジャンクション温度が大きく上昇しない。これによりジャンクション温度の上昇による発電効率の減少を10%以内に維持可能であり、放熱性について問題は無いことがわかった。
As can be seen from Table 2, in Example 1-2 in which an insulating layer was provided between the silicon solar cell and the III-V group multi-junction solar cell, the group III-V multi-junction type solar cell directly on the silicon solar cell. Compared with the concentrating
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
1、2、3…集光型光電変換装置、
10…散乱光用太陽電池、 10’…シリコン太陽電池(散乱光用太陽電池)、
11…p電極、 12…p型不純物ドーピング領域、 13…p型シリコン基板、
14…n型不純物ドーピング領域、 15…n電極、
20…集光用太陽電池、
20’…III−V族多接合型太陽電池(集光用太陽電池)、 21…p電極、
22…第2のp型III−V族化合物半導体層積層体、
22a…p型AlGaAsベース層、 22b…p型InGaP裏面電界層、
22c…p型GaAsコンタクト層、
23…第2のn型III−V族化合物半導体層積層体、
23a…n型AlInP窓層、 23b…n型AlGaAsエミッタ層、
24…トンネル接合層、 24a…p型AlGaAsトンネル接合層、
24b…n型AlInGaPトンネル接合層、
25…第1のp型III−V族化合物半導体層積層体、
25a…p型AlInGaPベース層、 25b…p型AlInP裏面電界層、
26…第1のn型III−V族化合物半導体層積層体、
26a…n型GaAsコンタクト層、 26b…n型AlInP窓層、
26c…n型AlInGaPエミッタ層、
27…第2のIII−V族化合物半導体太陽電池、
28…第1のIII−V族化合物半導体太陽電池、 29…n電極、
30…光電変換素子、 31…絶縁層、 32…電極層、 34…集光レンズ、
35…第1のpn接合、 36…第2のpn接合、
41…外部接続基板、 42…基体、 43…外部接続配線、
100…シリコン太陽電池(集光型光電変換装置)、 111…p電極、
112…p型不純物ドーピング領域、 113…p型シリコン基板、
114…n型不純物ドーピング領域、 114a…第1のエミッタ層、
114b…第2のエミッタ層、 115…n電極、 116…接合電極、
117…絶縁膜、
200…多接合型化合物半導体太陽電池(集光用太陽電池)、
516…第1のn型化合物半導体層積層体、
517…第1のp型化合物半導体層積層体、 518…トンネル接合層、
519…第2のn型化合物半導体層積層体、
520…第2のp型化合物半導体層積層体、 521…n電極、 522…p電極、
523…第1の化合物半導体太陽電池、 524…第2の化合物半導体太陽電池、
525…第1のpn接合、 526…第2のpn接合。
1, 2, 3 ... Condensing photoelectric conversion device,
10 ... solar cell for scattered light, 10 '... silicon solar cell (solar cell for scattered light),
11 ... p electrode, 12 ... p-type impurity doping region, 13 ... p-type silicon substrate,
14 ... n-type impurity doping region, 15 ... n-electrode,
20 ... Concentrating solar cell,
20 '... III-V group multi-junction solar cell (condensing solar cell), 21 ... p-electrode,
22 ... Second p-type III-V compound semiconductor layer stack,
22a ... p-type AlGaAs base layer, 22b ... p-type InGaP back surface field layer,
22c ... p-type GaAs contact layer,
23. Second n-type III-V compound semiconductor layer stack,
23a ... n-type AlInP window layer, 23b ... n-type AlGaAs emitter layer,
24 ... tunnel junction layer, 24a ... p-type AlGaAs tunnel junction layer,
24b ... n-type AlInGaP tunnel junction layer,
25. First p-type group III-V compound semiconductor layer stack,
25a ... p-type AlInGaP base layer, 25b ... p-type AlInP back surface field layer,
26. First n-type III-V compound semiconductor layer stack,
26a ... n-type GaAs contact layer, 26b ... n-type AlInP window layer,
26c ... n-type AlInGaP emitter layer,
27. Second group III-V compound semiconductor solar cell,
28 ... 1st group III-V compound semiconductor solar cell, 29 ... n electrode,
30 ... Photoelectric conversion element, 31 ... Insulating layer, 32 ... Electrode layer, 34 ... Condensing lens,
35 ... 1st pn junction, 36 ... 2nd pn junction,
41 ... External connection substrate, 42 ... Base, 43 ... External connection wiring,
100 ... silicon solar cell (condensing photoelectric conversion device), 111 ... p-electrode,
112 ... p-type impurity doping region, 113 ... p-type silicon substrate,
114 ... n-type impurity doping region, 114a ... first emitter layer,
114b ... second emitter layer, 115 ... n electrode, 116 ... junction electrode,
117: Insulating film,
200 ... multi-junction compound semiconductor solar cell (concentrator solar cell),
516 ... First n-type compound semiconductor layer stack,
517: First p-type compound semiconductor layer stack, 518: Tunnel junction layer,
519 ... second n-type compound semiconductor layer stack,
520 ... 2nd p-type compound semiconductor layer laminated body, 521 ... n electrode, 522 ... p electrode,
523 ... 1st compound semiconductor solar cell, 524 ... 2nd compound semiconductor solar cell,
525 ... first pn junction, 526 ... second pn junction.
第3の問題点は、放熱設計が困難であるというものである。
すなわち、上記の集光型光電変換装置3は、集光用太陽電池である多接合型化合物半導体太陽電池200がシリコン太陽電池100上に配置されており、集光により発生した熱は多接合型化合物半導体太陽電池200からシリコン太陽電池100へ拡散するため、発生した熱がシリコン太陽電池100を一度経由することにより、発生した熱を直接外部に逃がすことが出来ないため、放熱設計が困難になるというものである。
The third problem is that it is difficult to design heat dissipation.
That is, in the concentrating
図1において、集光型光電変換装置1は、散乱光用太陽電池10と、散乱光用太陽電池10の集光レンズ34側(図2参照)の表面上に設けられた絶縁層31と、絶縁層31上に設けられた電極層32と、電極層32上に設けられ電極層32と電気的に接続される集光用太陽電池20とからなる光電変換素子30を有している。
そして、集光型光電変換装置1は、上部が受光面になっており、集光用太陽電池20に集光する透明な熱硬化性樹脂からなる集光レンズ34(図2参照)を上部に有している。
In FIG. 1, the concentrating
The condensed type
Claims (13)
前記光電変換素子は、散乱光用太陽電池と、前記散乱光用太陽電池の前記集光レンズ側表面上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられた電極層と、前記電極層上に設けられ前記電極層と電気的に接続される集光用太陽電池とを有し、
前記集光レンズは、透明な熱硬化性樹脂からなり、
前記光電変換素子は、外部接続基板上に搭載され、
前記散乱光用太陽電池と前記集光用太陽電池とは、電気的に分離されているものであることを特徴とする集光型光電変換装置。 A condensing photoelectric conversion device comprising a condensing lens and a photoelectric conversion element installed at a position facing the condensing lens,
The photoelectric conversion element includes a solar cell for scattered light, an insulating layer provided on the condenser lens side surface of the solar cell for scattered light, an electrode layer provided on the insulating layer, and the electrode layer A concentrating solar cell provided on and electrically connected to the electrode layer;
The condenser lens is made of a transparent thermosetting resin,
The photoelectric conversion element is mounted on an external connection substrate,
The concentrating photoelectric conversion device, wherein the scattered light solar cell and the concentrating solar cell are electrically separated.
前記光電変換素子は、シリコン太陽電池と、前記シリコン太陽電池の前記集光レンズ側表面上に設けられた厚さ0.1〜100μmの絶縁層と、前記絶縁層上に設けられた電極層と、前記電極層上に設けられ前記電極層と電気的に接続されたIII−V族多接合型太陽電池とを有し、
前記絶縁層は、シリコーン樹脂を含むものであるか、又は、ポリシラザン類を主成分とする材料から形成されたガラス質を含むものであり、
前記シリコン太陽電池と前記III−V族多接合型太陽電池は電気的に分離されていることを特徴とする集光型光電変換装置。 A condensing photoelectric conversion device comprising a condensing lens and a photoelectric conversion element installed at a position facing the condensing lens,
The photoelectric conversion element includes a silicon solar cell, an insulating layer having a thickness of 0.1 to 100 μm provided on the surface of the silicon solar cell on the condenser lens side, and an electrode layer provided on the insulating layer. A III-V group multi-junction solar cell provided on the electrode layer and electrically connected to the electrode layer;
The insulating layer includes a silicone resin, or includes a glassy material formed from a material mainly containing polysilazanes,
The concentrating photoelectric conversion device, wherein the silicon solar cell and the group III-V multi-junction solar cell are electrically separated.
前記光電変換素子を前記外部接続基板と一体化した後に、型を用いて、前記透明な熱硬化性樹脂で前記光電変換素子の前記外部接続基板と反対側の面に集光レンズを形成することを特徴とする集光型光電変換装置の製造方法。 A method for producing the concentrating photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 7,
After integrating the photoelectric conversion element with the external connection substrate, using a mold, a condenser lens is formed on the surface of the photoelectric conversion element opposite to the external connection substrate with the transparent thermosetting resin. A method of manufacturing a condensing photoelectric conversion device characterized by the above.
前記光電変換素子を外部接続基板と一体化した後、型に設置し透明なシリコーン樹脂を含む材料で光電変換素子の前記外部接続基板と反対側の面に前記集光レンズを成形硬化させることを特徴とする集光型光電変換装置の製造方法。
A method for producing the concentrating photoelectric conversion device according to claim 8,
After the photoelectric conversion element is integrated with the external connection substrate, the condenser lens is molded and cured on the surface of the photoelectric conversion element opposite to the external connection substrate with a material including a transparent silicone resin that is placed in a mold. A manufacturing method of a condensing photoelectric conversion device, which is characterized.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015159151A (en) * | 2014-02-21 | 2015-09-03 | 信越化学工業株式会社 | Condensing photoelectric conversion apparatus and method for manufacturing the same |
CN106685351A (en) * | 2017-03-13 | 2017-05-17 | 成都聚合追阳科技有限公司 | Low-rate concentrating photovoltaic round stepped cooling fin heat sink |
CN106685350A (en) * | 2017-03-13 | 2017-05-17 | 成都聚合追阳科技有限公司 | Low condensing photovoltaic step-strip-shaped radiating fin radiator |
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105429585A (en) * | 2015-12-15 | 2016-03-23 | 四川钟顺太阳能开发有限公司 | Secondary concentrator for concentrating solar cell module, receiver employing secondary concentrator and manufacturing method of secondary concentrator |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009510719A (en) * | 2005-09-26 | 2009-03-12 | インペリアル イノベーションズ リミテッド | Photovoltaic cell |
JP2009545184A (en) * | 2006-07-28 | 2009-12-17 | ユニバーシティー、オブ、デラウェア | High-efficiency solar cell with surrounding silicon scavenger cell |
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Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009510719A (en) * | 2005-09-26 | 2009-03-12 | インペリアル イノベーションズ リミテッド | Photovoltaic cell |
JP2009545184A (en) * | 2006-07-28 | 2009-12-17 | ユニバーシティー、オブ、デラウェア | High-efficiency solar cell with surrounding silicon scavenger cell |
WO2010140371A1 (en) * | 2009-06-05 | 2010-12-09 | 住友化学株式会社 | Semiconductor substrate, photoelectric conversion device, method for manufacturing semiconductor substrate, and method for manufacturing photoelectric conversion device |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015159151A (en) * | 2014-02-21 | 2015-09-03 | 信越化学工業株式会社 | Condensing photoelectric conversion apparatus and method for manufacturing the same |
JP2017204513A (en) * | 2016-05-10 | 2017-11-16 | 信越化学工業株式会社 | Condensing photoelectric conversion element array module and method for manufacturing the same |
CN106685351A (en) * | 2017-03-13 | 2017-05-17 | 成都聚合追阳科技有限公司 | Low-rate concentrating photovoltaic round stepped cooling fin heat sink |
CN106685350A (en) * | 2017-03-13 | 2017-05-17 | 成都聚合追阳科技有限公司 | Low condensing photovoltaic step-strip-shaped radiating fin radiator |
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