JP4558077B2 - 太陽電池、および集光型太陽光発電モジュール - Google Patents

Description

本発明は、集光された太陽光を太陽電池素子に照射する光学部材と、太陽電池素子が載置されたレシーバ基板とを備える太陽電池、および、このような太陽電池を搭載した集光型太陽光発電モジュールに関する。

太陽エネルギーを電力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、さらに大電力を得るために、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太陽光発電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

集光型太陽光発電装置は、太陽光を集光レンズで集光して太陽電池素子に照射することから、太陽電池素子は、光学系で集光された太陽光を受光できる小さい受光面積を備えれば良い。つまり、集光レンズの受光面積より小さいサイズの太陽電池素子で良いことから、太陽電池素子のサイズを縮小することができるので、太陽光発電装置において高価な構成物である太陽電池素子の使用量を減らすことができ、コストを低減することが可能となる。

このような利点から、集光型太陽光発電装置は、広大な面積を利用して発電することが可能な地域などで、電力供給用に利用されつつある。

また、集光特性を向上させるために、集光レンズを１次光学系とし、太陽電池素子の表面に対応させて配置した２次光学系に１次光学系で集光した太陽光を入射させる形態の集光型太陽光発電装置が提案されている（例えば、特許文献２ないし特許文献４参照。）。

例えば特許文献１に開示された技術を実用化する場合、筒形のレンズフレーム１８の外部から異物（雨水や砂塵など）が侵入したとき、太陽電池セル４６に貼り付けられた光導体４７の上端面などの受光領域に水滴や砂塵が入り込み、十分に受光できないという課題があった。また、レンズ集合体２０を支持するレンズフレーム１８と、太陽電池セル４６を搭載したベースパネル２３とは、それぞれ大型化されており、組付け誤差により隙間が生じることもあった。

特開平１１−２８４２１７号公報 特開２００２−２８９８９６号公報 特開２００２−２８９８９７号公報 特開２００２−２８９８９８号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、集光された太陽光を透過させる光学部材と、光学部材を透過した太陽光を光電変換する太陽電池素子と、太陽電池素子が載置されたレシーバ基板とを備える太陽電池であって、太陽電池素子を囲む接着部と、接着部に接着された台座部と、太陽電池素子を被覆する樹脂封止部とを備えることによって、構成要素を光軸に対応させた平面方向および重畳方向で容易かつ高精度に確定し、集光された太陽光を効果的に太陽電池素子へ照射し、また、太陽電池素子を外部から遮断して外部からの異物の混入による太陽電池素子への影響を防止して、発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、耐候性、信頼性を向上させた生産性の良い太陽電池を提供することを目的とする。

また、本発明は、集光レンズと本発明に係る太陽電池とを備える集光型太陽光発電モジュールとすることによって、広い波長領域に対する集光特性を向上させて発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、耐候性、信頼性の高い安価な集光型太陽光発電モジュールを提供することを他の目的とする。

本発明に係る太陽電池は、集光された太陽光を透過させる光学部材と、該光学部材を透過した太陽光を光電変換する太陽電池素子と、該太陽電池素子が載置されたレシーバ基板とを備える太陽電池であって、前記レシーバ基板に接着され前記太陽電池素子を囲む枠状に形成された接着部と、前記レシーバ基板に当接され前記太陽電池素子を囲んで前記接着部に接着された台座部と、前記接着部に囲まれ前記太陽電池素子を被覆する樹脂封止部とを備え、前記光学部材は、平板状とされた平板光学部材であり、該平板光学部材は、前記接着部と前記台座部との間に配置されていることを特徴とする。

この構成により、レシーバ基板、太陽電池素子に対して、接着部、台座部を重畳方向で重ねて連結するので、太陽電池素子に対する樹脂封止部および光学部材の位置決めを光軸に対応させた平面方向および重畳方向（高さ方向）で容易かつ高精度に確定して集光された太陽光を効果的に太陽電池素子へ照射し、また、太陽電池素子を外部から遮断して外部からの異物の混入による太陽電池素子への影響を防止することが可能となるので、発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、耐候性、信頼性を向上させた生産性の良い太陽電池とすることができる。また、接着部、台座部に対して光学部材（平板光学部材）を平面方向および重畳方向で容易かつ高精度に位置決めして固定することが可能となる。

また、本発明に係る集光型太陽光太陽電池モジュールは、太陽光を集光する集光レンズと、集光された太陽光を受光して光電変換する太陽電池とを備える集光型太陽光発電モジュールであって、前記太陽電池は、本発明に係る太陽電池であることを特徴とする。

この構成により、広い波長領域に対する集光特性を確実に向上させて発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、耐候性、信頼性の高い安価な集光型太陽光発電モジュールとすることができる。

本発明に係る太陽電池によれば、集光された太陽光を透過させる光学部材と、光学部材を透過した太陽光を光電変換する太陽電池素子と、太陽電池素子が載置されたレシーバ基板とを備える太陽電池であって、レシーバ基板に接着され太陽電池素子を囲む枠状に形成された接着部と、レシーバ基板に当接され太陽電池素子を囲んで接着部に接着された台座部と、接着部に囲まれ太陽電池素子を被覆する樹脂封止部とを備えることから、レシーバ基板、太陽電池素子に対して、接着部、台座部を重畳方向で重ねて連結し、太陽電池素子に対する樹脂封止部および光学部材の位置決めを光軸に対応させた平面方向および重畳方向（高さ方向）で容易かつ高精度に確定して集光された太陽光を効果的に太陽電池素子へ照射し、また、太陽電池素子を外気から遮断して外気による太陽電池素子への影響を防止することが可能となるので、耐熱性、耐候性、信頼性を向上させた生産性の良い太陽電池とすることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る集光型太陽光太陽電池モジュールによれば、太陽光を集光する集光レンズと、集光された太陽光を受光して光電変換する太陽電池とを備える集光型太陽光発電モジュールであって、太陽電池は、本発明に係る太陽電池とすることから、広い波長領域に対する集光特性を確実に向上させて発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、耐候性、信頼性の高い安価な集光型太陽光発電モジュールとすることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る太陽電池の概略構成の断面状態を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に基づいて、本実施の形態に係る太陽電池およびこの太陽電池を製造する太陽電池製造方法について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る太陽電池の概略構成の断面状態を模式的に示す断面図である。

本実施の形態に係る太陽電池２１は、集光された太陽光Ｌｓを透過させる光学部材４０（平板光学部材４０ｆ）と、光学部材４０を透過した太陽光Ｌｓを光電変換する太陽電池素子２３と、太陽電池素子２３が載置されたレシーバ基板２２とを備える。

太陽電池２１は、レシーバ基板２２に接着され太陽電池素子２３を囲む枠状に形成された接着部３１と、レシーバ基板２２に当接され太陽電池素子２３を囲んで接着部３１に接着された台座部４５と、接着部３１に囲まれ太陽電池素子２３を被覆する樹脂封止部３４とを備える。

したがって、レシーバ基板２２、太陽電池素子２３に対して、接着部３１、台座部４５を重畳方向で重ねて連結するので、太陽電池素子２３に対する樹脂封止部３４および光学部材４０（平板光学部材４０ｆ）の位置決めを光軸Ｌａｘに対応させた平面方向および重畳方向（高さ方向）で容易かつ高精度に確定して集光された太陽光Ｌｓを効果的に太陽電池素子２３へ照射し、また、太陽電池素子２３を外部から遮断して外部からの異物の混入による太陽電池素子への影響を防止することが可能となるので、発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、耐候性、信頼性を向上させた生産性の良い太陽電池２１とすることができる。

つまり、本実施の形態に係る太陽電池２１では、例えば、光軸Ｌａｘに対応させた平面方向および重畳方向で、レシーバ基板２２、太陽電池素子２３、接着部３１、台座部４５、光学部材４０を順に重ねて位置合わせすることが可能となる。

なお、光学部材４０は、平板状とされた平板光学部材４０ｆであり、平板光学部材４０ｆは、重畳方向で、接着部３１と台座部４５との間に配置されている。したがって、接着部３１、台座部４５に対して光学部材４０（平板光学部材４０ｆ）を平面方向および重畳方向で容易かつ高精度に位置決めして固定することが可能となる。また、光学部材４０は、水平方向で、台座部４５の外周枠４５ｆの内側領域に配置されることから、台座部４５に対して精度良く位置決めすることが可能となる。

台座部４５は、台座部４５の底面４５ｃに形成された底面凹部４５ｄとレシーバ基板２２との間に配置された接着部３１によってレシーバ基板２２に接着されている。つまり、台座部４５の底面凹部４５ｄとレシーバ基板２２との間に接着部３１が形成されている。

したがって、接着部３１を介して台座部４５とレシーバ基板２２とを精度良く接着して固定することが可能となる。なお、台座部４５は、接着部３１と同様に枠状とすることが好ましいが、これに限らず、例えば４脚構造のようにすることも可能である。つまり、接着部３１に対する接着が十分になされ、レシーバ基板２２に安定して固定される構造であれば良い。台座部４５の位置を高精度に確定することから、光学部材４０の焦点距離を高精度に整合させることができる。

また、異物（雨水や砂塵）が侵入することを防止するために、レンズフレーム５１とベースプレート５２等の連結部分の隙間を少なくして、太陽光Ｌｓを導光する空間の密閉度合を高めた場合には、集光レンズ５０から太陽電池素子２３もしくは光学部材４０までの導光領域内の湿気を含む気体（例えば、空気）が気温の変化に伴う結露現象を生じることにより、導光領域で水滴が発生し、レシーバ基板２２等に付着する場合がある。

レシーバ基板２２等に付着した水滴は、太陽光Ｌｓを追尾する際のレシーバ基板２２等の追尾角度変化によって、太陽電池素子２３の表面に流入する恐れがある。しかし、太陽電池素子２３を接着部３１、樹脂封止部３４などによって導光領域側から遮断することで、導光領域側からの異物（水滴など）の混入による太陽電池素子２３への影響を防止することが可能となる。

また、太陽電池素子２３の表面領域（例えば、樹脂封止部３４と平板光学部材４０ｆの底面４０ｂとの間の空間領域）を導光領域から遮断された気体（例えば、空気、窒素、あるいは、アルゴン）が充填された状態とする場合は、できる限り湿度の低い気体を充填するのが好ましい。また、湿気の絶対量を小さくする点で、導光領域側から遮断した領域はできる限り体積を小さくするのが好ましい。

あるいは、太陽電池素子２３の表面領域を気体の代わりに封止樹脂を充填して密閉しても構わない。また、充填材の絶対量を小さくして膨張収縮の影響を少なくするため、導光領域側から遮断した領域はできる限り体積を小さくすることが好ましい。さらに、導光領域側に気体が充填された遮断領域を設けても良い。

また、遮断領域は太陽電池素子２３の周辺のバイパスダイオード２４、ワイヤ（不図示）、配線部材、第１接続パターン（太陽電池素子２３の一方の電極に接続されたパターン。不図示）および第２接続パターン（太陽電池素子２３の他方の電極に接続されたパターン。不図示）を密閉しても良い。このようにすると、水滴や塵などの付着による、出力取り出し端子間などでの短絡を生じる恐れがなくなる。

平板光学部材４０ｆは、底面凹部４５ｄと接着部３１との間に配置され、接着部３１に密着させてあるので、容易かつ高精度に位置決めされ、太陽電池素子２３を外部環境から保護することができる。

太陽電池素子２３を被覆する樹脂封止部３４は、光学部材４０（平板光学部材４０ｆ）とレシーバ基板２２の間でレシーバ基板２２を被覆して形成される。したがって、太陽電池素子２３および太陽電池素子２３に接続された接続部材（太陽電池素子２３の表面電極と取り出し電極とを接続するワイヤ（不図示）など）を周囲環境から確実に保護（絶縁）することが可能となることから、信頼性を確保することができる。

なお、樹脂封止部３４は、光学部材４０の底面４０ｂ（内面）に接触させることも可能である。つまり、図１では、樹脂封止部３４と平板光学部材４０ｆとの間に空間領域を有する形状としているが、空間領域を完全に封止樹脂３４ｒ（樹脂封止部３４）で充填する形状とすることも可能である。

空間領域を樹脂封止部３４で充填することによって、空間領域に存在していた気体（例えば空気）による影響を抑制することができる。つまり、光学部材４０（平板光学部材４０ｆ）と樹脂封止部３４との間に存在していた気体を排除して光学部材４０（平板光学部材４０ｆ）と樹脂封止部３４との間での屈折率の変動を抑制し、太陽光Ｌｓを効率よく太陽電池素子２３へ導光することができる。

また、樹脂封止部３４の外周は、接着部３１で枠状に囲まれている。したがって、台座部４５の内側でレシーバ基板２２の表面に配置された部材（例えば、太陽電池素子２３、バイパスダイオード２４、ワイヤ、配線部材）を確実に被覆して保護（絶縁）することが可能となることから、絶縁耐圧、耐候性を向上させて信頼性を向上させることができる。

本実施の形態に係る太陽電池２１を搭載した集光型太陽光発電モジュール２０とすることも可能である。つまり、太陽光Ｌｓを集光する集光レンズ５０と、集光された太陽光Ｌｓを受光して光電変換する太陽電池２１とを備える集光型太陽光発電モジュール２０とすることができる。したがって、広い波長領域に対する集光特性を確実に向上させて発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、耐候性、信頼性の高い安価な集光型太陽光発電モジュール２０とすることができる。

レシーバ基板２２は、例えば集光型太陽光発電モジュール２０に太陽電池２１を適用して取り付けるための取り付け穴２２ｈを備える。集光型太陽光発電モジュール２０は、集光レンズ５０を保持して太陽電池２１と集光レンズ５０とを相互に位置決めするレンズフレーム５１を備える。また、太陽電池２１（レシーバ基板２２）は、取り付け穴２２ｈを介してベースプレート５２に締結されている。

つまり、太陽電池２１は、ベースプレート５２を介してレンズフレーム５１に固定されている。したがって、集光レンズ５０および太陽電池２１は、光軸Ｌａｘ上に容易かつ高精度に位置決めされ、集光された太陽光Ｌｓは、太陽電池２１へ高精度に入射する。

本実施の形態に係る太陽電池２１を製造する太陽電池製造方法について説明する。なお、製造工程については、概略を説明するに留める。

本実施の形態に係る太陽電池製造方法は、集光された太陽光Ｌｓを透過させる光学部材４０と、光学部材４０を透過した太陽光Ｌｓを光電変換する太陽電池素子２３と、太陽電池素子２３が載置されたレシーバ基板２２と、レシーバ基板２２に接着され太陽電池素子２３を囲む枠状に形成された接着部３１と、レシーバ基板２２に当接され太陽電池素子２３を囲んで接着部３１に接着された台座部４５と、接着部３１に囲まれ太陽電池素子２３を被覆する樹脂封止部３４とを備える太陽電池２１を製造する太陽電池製造方法である。

本実施の形態に係る太陽電池製造方法では、接着部３１を形成する接着剤３１ｒをレシーバ基板２２に塗布する接着剤塗布工程と、光学部材４０として平板状とされた平板光学部材４０ｆを接着剤３１ｒに配置する平板光学部材配置工程（光学部材４０を配置する光学部材配置工程）と、接着剤３１ｒに台座部４５を接着してレシーバ基板２２に載置する台座部載置工程と、接着剤３１ｒを加熱して接着部３１を形成する第１熱硬化工程と、太陽電池素子２３を樹脂封止する封止樹脂３４ｒを接着部３１の内側領域に注入する封止樹脂注入工程とを備える。

したがって、接着剤塗布工程、平板光学部材配置工程（光学部材配置工程）、台座部載置工程、封止樹脂注入工程を実行するので、各構成部材（接着部３１、封止樹脂部３４、平板光学部材４０ｆ（光学部材４０）、台座部４５）を順に重ねて位置合わせするという簡単な工程で、容易かつ高精度に耐熱性、耐候性、信頼性の高い太陽電池２１を生産性良く製造することが可能となる。

また、封止樹脂注入工程は、接着剤塗布工程の前から平板光学部材配置工程までの間で実施することができる。好ましくは、接着剤塗布工程の後から平板光学部材配置工程までの間で実施する。

なお、封止樹脂３４ｒは、脱泡処理、熱硬化処理を施すことが好ましい。つまり、本実施の形態に係る太陽電池製造方法では、封止樹脂３４ｒに対して脱泡処理を施す脱泡処理工程と、封止樹脂３４ｒを加熱して熱硬化させる第２熱硬化工程とを備える。したがって、信頼性の高い樹脂封止部３４を容易かつ高精度に形成することができる。

２０ 集光型太陽光発電モジュール
２１ 太陽電池
２２ レシーバ基板
２２ｈ 取り付け穴
２３ 太陽電池素子
３１ 接着部
３１ｒ 接着剤
３４ 樹脂封止部
３４ｒ 封止樹脂
４０ 光学部材
４０ｂ 底面
４０ｆ 平板光学部材（光学部材）
４５ 台座部
４５ｃ 底面
４５ｄ 底面凹部
４５ｆ 外周枠
５０ 集光レンズ
５１ レンズフレーム
５２ ベースプレート
Ｌａｘ 光軸
Ｌｓ 太陽光

Claims (2)

1. 集光された太陽光を透過させる光学部材と、該光学部材を透過した太陽光を光電変換する太陽電池素子と、該太陽電池素子が載置されたレシーバ基板とを備える太陽電池であって、
   前記レシーバ基板に接着され前記太陽電池素子を囲む枠状に形成された接着部と、
   前記レシーバ基板に当接され前記太陽電池素子を囲んで前記接着部に接着された台座部と、
   前記接着部に囲まれ前記太陽電池素子を被覆する樹脂封止部とを備え、
   前記光学部材は、平板状とされた平板光学部材であり、該平板光学部材は、前記接着部と前記台座部との間に配置されていること
   を特徴とする太陽電池。
2. 太陽光を集光する集光レンズと、集光された太陽光を受光して光電変換する太陽電池とを備える集光型太陽光発電モジュールであって、前記太陽電池は、請求項１に記載の太陽電池であることを特徴とする集光型太陽光発電モジュール。

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