JP3174886U

JP3174886U - バイパスダイオード

Info

Publication number: JP3174886U
Application number: JP2012000460U
Authority: JP
Inventors: 良一生橋
Original assignee: パワード株式会社
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2022-01-31

Abstract

【課題】太陽電池モジュールの電池セルと並置して埋め込み可能で、高温下などによる電極線の剥離・切断等の発生しにくい、かつ安価なバイパスダイオードを提供する。
【解決手段】半導体チップ２として樹脂被覆したショットキーダイオードを使用し、その下面電極を、第２の電極板４より厚みが大なる第１の電極板３に接続し、他方の上面電極を接続する第２の電極板４を、略コの字状に切り欠いた第１の板部４ａと、この第１の板部４ａより所定角で斜めに折り曲げかつ側辺より切り欠き凹部５を設けた第２の板部４ｂと、この第２の板部４ｂに前記第１の板部４ａと同一平面となる角度をもって連接された第３の板部４ｃと、コの字状端に連接片４ｄを介して連接される電極連接片で構成する。
【選択図】図１

Description

この考案は、太陽電池モジュール、特に太陽電池モジュールの電池セルと並置して埋め込み可能とするに好適なバイパスダイオードに関する。

一般に、太陽電池モジュールは、図８に示すように直列に接続された多数個の太陽電池セル１３が表面に敷設されている。また、太陽電池モジュール１１における本体の裏面側には、太陽電池モジュールにおける接続ボックス１２が配設されている。この接続ボックス１２は、内部にバイパス用整流素子としてのバイパスダイオードを収容しており、これらのバイパスダイオードを電池セル１３の複数個のセル群の並列出力電圧と逆方向となるように接続し、逆バイアスされたセル群の電流をバイパスするようにしている（例えば特許文献１参照）。

また、太陽電池モジュールにおいて、各電池セルが大出力電流を流し得るようになり、バイパスダイオードも大電流が流されると、大電流が流れることになり、バイパスダイオードに高熱が発生するので、この高熱を放熱させるために、発生した高熱を放熱させるバイパスダイオードとして、チップのアノード電極、カソード電極を放熱板を介して端子ボックス内で端子に接続し、放熱板を介して放熱するようにしたバイパスダイオードが開示されている（例えば特許文献２参照）。

また、バイパスダイオードが収容されている接続ボックスは、太陽電池セルの下面に設置されているが、ダイオードに高温環境下で大電流ＯＮ−ＯＦＦの繰り返し発生する状況下では、かなりの温度差となり、ダイオードの電極板は、温度差により膨張・収縮し、又ねじれ現象などにより、アノード電極、カソード電極と電極板の接合部が剥離し、電気的に切断されてしまうことが生じ、この剥離・切断を防止するために図９に示すように電極板２３、２４の一方に切り欠き凹部２５を設けることが開示され、実施されている（例えば特許文献３参照）。

特開２００４−２８２１０７号公報特開２００３−３０３９８８号公報特開２００２−１５８３２４号公報

上記したように、太陽電池モジュールの電池セルの逆バイアスの電流をバイパスするバイパスダイオードは、端子（接続）ボックスに収納しており、またその端子ボックスは、太陽電池モジュールとは別に独立して例えば裏面に設けていることが多い。

ところで近年、太陽電池モジュールの太陽電池セルとして高電流を発生し得るものが開発されてきており、電池セルの逆電圧バイパス用のバイパスダイオードも、高電流に耐え得るものが開発され、一方で、上記引用文献２に示すように、バイパスダイードに大電流が流されると、この大電流によりバイパスダイオードに高熱が発生し、この大電流を放熱させるためにチップダイードのアノード電極、カソード電極を放熱板を介して端子ボックス内に接続し、放熱板を介して放熱するようにしたバイパスダイオードが開発され、その分、太陽電池モジュール用として提供されるバイパスダイオードは高価格化して提供されている。

このような状況を考慮し、太陽電池モジュール用のバイアパスダイオードを低廉化された価格で提供するために、太陽電池モジュール用のバイパスダイオードとして端子ボックス内に収納するタイプのものでなく、例えば太陽電池モジュール内に埋め込み可能な素子型のバイパスダイオードを創出することが望まれている。

太陽電池モジュールに使用する素子型のバイパスダイオードとして上記引用文献３に記載のものが考えられる。このバイパスダイオードは、簡単な構成で設置空間は確保でき、比較的簡単な構成で安価に提供できるが、高温下における電極板の膨張・収縮及びねじれが大となり、このバイパスダイオードのように電極板の平面的な形状・配置のものでは剥離・切断などの畏れを回避することは困難である。

この考案は、上記問題点に着目してなされたものであって、太陽電池モジュールの電池セルと並置して埋設可能な、しかも高温下などによる電極板の剥離・切断など発生しにく、かつ安価なバイパスダイオードを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この考案のバイパスダイオードは、上面と下面に電極を有する半導体チップと、この半導体チップの下面に接続された長手状の第１の電極板と、前記半導体チップの上面に接続された長手状の第２の電極板と、からなるバイパスダイオードにおいて、前記半導体チップが、周囲に樹脂被覆されたショットキーダイオードであり、前記第１の電極板が、厚さが前記第２の電極板の厚さよりも大であり、かつ長方形状であり、前記第２の電極板が、長手方向に向けて、略コの字状に切り欠いた第１の板部と、この第１の板部より所定角で斜めに折り曲げ、かつ側辺より切り書き凹部を設けた第２の板部と、この第２の板部より前記第１の板部と同一平面となる角度を持って連設される第３の板部と、前記第１の板部のコの字状端に連接片を介して連接される電極接続片とからなるものであることを特徴とする。

また、この考案のバイパスダイオードにおいて、前記第１と第２の電極板は、電極材料として黄銅を用いたものであることとしてもよい。

また、この考案のバイパスダイオードにおいて、前記第１と第２の電極板は、それぞれ先端部の表面に半田付け容易な電極材料の半田付け部を備えるものとしてもよい。

この考案によれば、半導体チップとして、樹脂被覆したショットキーダイオードを使用しているので樹脂被覆により外部からの衝撃による破損を防止することができ、また、第１の電極板を、第２の電極板より厚さを大としているので、高電流及び高温による放熱を容易に行うことが出来、高温化による破壊を防止し、いつも安定に動作させることができる。

また、ショットキーダイオードの一方の電極に接続される第２の電極板が第１の板部にコの字状の切り欠き部と、第１の板部と第３の板部との間にこれら板部の面に対し傾斜させた第２の板部に、切り欠き凹部を設けているので、第１の板部の切り欠き部、第２の板部の傾斜、および切り欠き凹部により、高温化などによる温度変化に対し剥離・断線などを避けることができる。

この考案の一実施形態に係るバイパスダイオードの外観斜視図である。同実施形態バイパスダイオードの概略側面図である。同実施形態バイパスダイオードの第１の電極板の側面図である。同実施形態バイパスダイオードの第２の電極板の平面図である。同実施形態バイパスダイオードの第２の電極板の側面図である。同実施形態バイパスダイオードの半導体チップの模式縦断面図である。この考案の他の実施形態に係るバイパスダイオードを示す概略外観斜視図である。従来の太陽電池モジュールにおけるバイパスダイオードの使用態様を示す図である。太陽電池モジュールに使用される従来のバイパスダイオードの一例を示す図である。

以下、実施の形態により、この考案をさらに詳細に説明する。
図１は、この考案の一実施形態に係る太陽電池モジュール用のバイパスダイオードを示す外観斜視図、図２はこの実施形態バイパスダイオードの概略側面図である。この実施形態バイパスダイオード１は、半導体チップ（ダイオードチップ）２と、この半導体チップ２の下側のＮ層の電極が接続される第１の電極板３と、同半導体チップ２の上側の電極が接続される第２の電極板４とから構成されている。

第１の電極板３は、長方形状をした銅材であり、一端上面に半導体チップ２を装着する点で従来のこの種バイパスダイオードのものと変わらないが、厚さを図３に示すように１．２ｍｍとし、後述の第２の電極板よりも厚くしている点で本願考案の一つの特徴である。

第２の電極板４は、図４の平面図、図５の側面図にも示すように、平面視して全長３５．１５ｍｍ、幅６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの略長手状であり、同じく銅材の板体である。具体的には、平面視略コの字状でその３辺の短い１辺の先端より連接片４ｄを経て電極接続片４ｅに一体接続する第１の板部４ａと、この第１の板部４ａより所定角αで斜めに折り曲げられ、かつ側辺より切り欠き凹部５を設けた第２の板部４ｂと、この第２の板部４ｂより水平方向に折り曲げられ、前記第２の電極板３の底面と同面となるよう配置される第３の板部４ｃとを備えている。

第２の電極板４の電極接続片４ｅは、２．３ｍｍ×２．３ｍｍの方形であり、これより上方に向けた１ｍｍ×１ｍｍの連接片４ｄを介して第１の板部４ａに接続されている。この第１の板部４ａは、コの字部分の幅を２ｍｍとしている。第１の板部４ａから第２の板部４ｂへの連接は、角度を垂直あるいは水平とせず、所定の傾斜角αとするのが望ましく、ここではα＝１２０度としている。又、第１の電極板３，第２の電極板４の底面より、第２の電極板４の第１の板部４ａの上面までの高さは２．４５ｍｍとしており、この点超薄型のバイパスダイオードであり、電池セルと並置する埋め込みをする場合に好適である。

半導体チップ２は、バイパスダイオードとしては、これまではＰＮ型ガラスパッシベーションタイプのものを使用していたが、この実施形態バイパスダイオードでは、図６の模式縦断面図に示すようにショットキータイプのダイオードチップ６を使用している。このダイオードチップ６は、ｎ^＋層６ａと、ｎ^＋層６ａ下面のカソード電極６ｂと、ｎ層６ｃと、ｐ層６ｄと、アノード電極（ショットキー電極）６ｅと、アノード周囲のチップ上面に形成される保護膜６ｆとから構成されるものである。

このダイオードチップ６は、第１の電極板３上にダイオードチップ６のカソード電極６ｂを接続すると共に、ダイオードチップ６の上面のアノード電極６ｅに第２の電極板４の第１の板部４ａに連接片４ｄを経て連接される電極接続片４ｅが接続されている。
また、ダイオードチップ６は、周囲をエポキシ樹脂７で保護被覆し、外部からの物理的な衝撃に対しダイオードチップ６が破損されないように保護している。
以上のように、この実施形態バイパスダイオードは、第１の電極板３の板厚を第２の電極板４よりも大きくしているのでダイオードチップ６に流れる大電流による熱発生を第１の電極板３を通して放熱することができる。

また、第２の電極板４の第１の板部４ａのコの字状切り欠き、第２の板部４ｂの第１の板部４ａに対する傾斜、及び側辺よりの切り欠き凹部５，さらに第１の板部４ａに対する第３の板部４ｃの段差を設けることで、前後左右、上下に立体的にストレスレリーフを入れることにより、ダイオードチップ６への大電流高温による電極板の伸縮の影響を応力緩和することができ、ダイオードチップ６への電極板４の接続剥離・断線等の発生を回避できる。

さらに、半導体チップ２として、ショットキーダイオードを使用することで、損失の少ないダイオードチップの通電により、大電流に対し、通常のベアチップダイオードを使用する場合に比し、発熱を少なくできる。

これらの高温、高電流に対する耐力があるとの利点により、しかも端子ボックスに収納するタイプのバイパスダイオードでなく、高さ（厚さ）を非常に低くした小型部品として太陽電池モジュールの埋め込みタイプのバイパスダイオードに適用でき、従来の端子ボックス収納タイプのものに比し、低廉な価格で提供することが出来る。

他の実施形態バイパスダイオードとして、図７に示すように上記実施形態バイパスダイオードのものに加えて、第１の電極板３と第２の電極板４のそれぞれ半導体チップ２が接続される端部と異なる端部の半田付け部に錫などによるメッキコーテング層８，９を施してもよい。またメッキコーテング層８，９に代えて錫板などの高導電部材を溶接により取付るようにしてもよい。このメッキコーテング層８，９より直接あるいはリード線で他の電池セル、バイパスダイオード、その他に容易に接続することができる。

１バイパスダイオード
２半導体チップ
３第１の電極板
４第２の電極板
４ａ第１の板部
４ｂ第２の板部
４ｃ第３の板部
４ｄ、連接片
４ｅ電極接続片
５切り欠き凹部
６ショトキーダイオード
６ａカソード電極
６ｅアノード電極
７エポキシ樹脂
８，９メッキコーテング層

Claims

上面と下面に電極を有する半導体チップと、この半導体チップの下面に接続された長手状の第１の電極板と、前記半導体チップの上面に接続された長手状の第２の電極板と、からなるバイパスダイオードにおいて、
前記半導体チップが、周囲に樹脂被覆されたショットキーダイオードであり、前記第１の電極板が、厚さが前記第２の電極板の厚さよりも大であり、かつ長方形状であり、前記第２の電極板が、長手方向に向けて、略コの字状に切り欠いた第１の板部と、この第１の板部より所定角で斜めに折り曲げ、かつ側辺より切り欠き凹部を設けた第２の板部と、この第２の板部より前記第１の板部と同一平面となる角度を持って連接される第３の板部と、前記第１の板部のコの字状端に連接片を介して連接される電極接続片と、からなるものであることを特徴とするバイパスダイオード。
前記第１と第２の電極板は、電極材料として黄銅を用いたものであることを特徴とする請求項１記載のバイパスダイオード。
前記第１と第２の電極板は、それぞれ先端部の表面に高導電性の電極材料の半田付け部を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のバイパスダイオード。