JP4694892B2 - Concentrating solar cell module - Google Patents

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Description

本発明は、集光型太陽電池モジュールの技術に関し、より具体的には集光型太陽電池セルの固定および裏面電極接続構造に関する。   The present invention relates to a technology of a concentrating solar cell module, and more specifically to a fixing and back electrode connection structure of a concentrating solar cell.

近年、エネルギー資源枯渇の問題や大気中のCO2増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギーの開発が望まれており、特に太陽電池を用いた太陽光発電が新しいエネルギー源として開発、実用化されている。太陽光発電システムは、更なる普及のため低コスト化が望まれている。集光型太陽光発電システムは、太陽光発電システムにおいて最も高価な構成物である太陽電池セルの使用量を減らし、システム全体のコストを低減するシステムとして有望である。 In recent years, development of clean energy has been demanded due to problems such as depletion of energy resources and global environmental problems such as increased CO 2 in the atmosphere. In particular, solar power generation using solar cells has been developed and used as a new energy source. It has become. The solar power generation system is desired to be reduced in cost for further spread. The concentrating solar power generation system is promising as a system that reduces the amount of solar cells that are the most expensive components in the solar power generation system and reduces the cost of the entire system.

集光型太陽電池モジュールの従来例を図を用いて説明する。図10は、従来の集光型太陽電池モジュールの概略図である。図10に示すように、太陽電池モジュールは直方体形状のケース11の太陽光入射側に固定されたフレネルレンズ12に太陽光が常に垂直に入射する様に設計されている。太陽光がフレネルレンズ12に垂直に入射するように設計するためには、ケース11全体が常に太陽方向を向くように追尾する必要がある。一般的には、ケース11とシステム設置面の間に2つの回転軸を設け、モータあるいは油圧駆動によりその2軸を回転駆動させ太陽追尾を行う。太陽方位、太陽高度が、太陽軌道の理論式と設置場所の緯度、経度、時刻により計算され、前記駆動系を制御することにより太陽追尾が行われる。
図11は、フレネルレンズ12側から見た集光型太陽電池モジュールであり、図12は、図11の2a−2bで切断した断面図を示す。フレネルレンズ12に入射した太陽光は、フレネルレンズ12により集光され、フレネルレンズ12と対向するケース11の支持板部11aに設置された太陽電池セル23に照射される。集光倍率は数十倍〜数百倍であり、太陽電池セル23上には大きなエネルギー密度の太陽光が照射され、太陽電池セル23の温度が上昇する。
太陽電池セル23は温度上昇に伴って、発電効率が低下するため、放熱機構が必要である。一般には、支持板部11aの材質に金属等の熱伝導率の大きな材質を用いて太陽電池セル23の裏面を通じて支持板部11aにより放熱する構造や、さらに放熱効率を上げるため、支持板部11aの裏側の表面積が大きくなる様に放熱用フィンを設けた構造が採られる。太陽電池セルは表面と裏面に電極を有しており、裏面電極はセル裏面略全面に形成されている。この裏面電極からの配線取り出しは、前述の放熱機能も兼ねる構造が採られている。
A conventional example of a concentrating solar cell module will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a schematic view of a conventional concentrating solar cell module. As shown in FIG. 10, the solar cell module is designed so that sunlight always enters the Fresnel lens 12 fixed to the sunlight incident side of the rectangular parallelepiped case 11. In order to design so that sunlight enters the Fresnel lens 12 perpendicularly, it is necessary to track the entire case 11 so that it always faces the sun. In general, two rotation shafts are provided between the case 11 and the system installation surface, and the sun tracking is performed by rotationally driving the two shafts by a motor or hydraulic drive. The solar azimuth and solar altitude are calculated from the theoretical formula of the solar orbit and the latitude, longitude and time of the installation location, and the sun tracking is performed by controlling the drive system.
FIG. 11 shows a concentrating solar cell module viewed from the Fresnel lens 12 side, and FIG. 12 shows a cross-sectional view taken along 2a-2b in FIG. Sunlight incident on the Fresnel lens 12 is collected by the Fresnel lens 12 and irradiated to the solar cells 23 installed on the support plate portion 11 a of the case 11 facing the Fresnel lens 12. Concentration magnification is several tens to several hundred times, and solar cells 23 are irradiated with sunlight having a large energy density, and the temperature of solar cells 23 rises.
Since the power generation efficiency of the solar battery cell 23 decreases as the temperature rises, a heat dissipation mechanism is necessary. In general, the support plate portion 11a is made of a material having a high thermal conductivity such as a metal, and the support plate portion 11a uses the support plate portion 11a to dissipate heat through the back surface of the solar battery cell 23. The structure which provided the fin for heat radiation is taken so that the surface area of the back side may become large. The solar cell has electrodes on the front surface and the back surface, and the back electrode is formed on substantially the entire back surface of the cell. The wiring taking out from the back electrode has a structure that also serves as the heat dissipation function described above.

特許文献1には、集光型太陽光発電システムにおける太陽電池セル固定に関して、金属箔を太陽電池セルの裏面電極全面に半田付けし、この金属箔により電極を取り出し、前記金属箔を熱伝導性フィラーを含有するエポキシ樹脂接着剤からなる放熱層により座板に接着することによって、太陽電池セルの固定と放熱を実現する構造が開示されている。この構造によると、非常に薄い金属箔を使用しているため裏面電極と金属箔を半田付けした際の、太陽電池セル基板と前記金属箔間の熱膨張係数の違いによる応力の発生を軽減できる。また、金属箔、前記放熱層および座板を介して太陽電池セルの放熱が十分に行われ、エポキシ樹脂により接着するため耐久性、長期信頼性が確保できるという効果を得られることが開示されている。さらに、効率的な放熱のためには、金属箔の幅は太陽電池セルの幅より大きい方が好ましいといった記述がある。
特開2003−174179号公報
In Patent Document 1, regarding solar cell fixing in a concentrating solar power generation system, a metal foil is soldered to the entire back electrode of the solar cell, the electrode is taken out by this metal foil, and the metal foil is thermally conductive. The structure which implement | achieves fixation of a photovoltaic cell and heat dissipation is adhere | attached by adhering to a seat plate with the thermal radiation layer which consists of an epoxy resin adhesive containing a filler. According to this structure, since a very thin metal foil is used, the generation of stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the solar cell substrate and the metal foil when the back electrode and the metal foil are soldered can be reduced. . In addition, it is disclosed that the solar cell is sufficiently radiated through the metal foil, the heat dissipation layer and the seat plate, and can be secured with an epoxy resin so that durability and long-term reliability can be ensured. Yes. Further, there is a description that the width of the metal foil is preferably larger than the width of the solar battery cell for efficient heat dissipation.
JP 2003-174179 A

しかしながら、特許文献1の太陽電池セル固定においては、セル裏面電極全面に金属箔を接合するため、十分な量の半田を使用し、半田接合時に太陽電池セルにある程度の圧力を加える必要があり、その際に、半田が太陽電池セルの裏面からはみ出し、表面張力により太陽電池セルの側面に付着し、太陽電池セルにリークが生じるといった問題がある。さらに、放熱特性を向上させる目的で前記金属箔の幅を大きくすると前記の半田のはみ出しによる太陽電池セルのリークが生じ易くなるという問題がある。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、特に太陽電池セルの温度上昇が問題となる集光型太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの固定に関し、裏面電極の半田付け時に半田が太陽電池セル側面に付着することがなく、太陽電池セルのリークが発生せず、かつ太陽電池セルの放熱特性が十分に確保された集光型太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
However, in fixing the solar battery cell of Patent Document 1, in order to join the metal foil to the entire cell back electrode, it is necessary to use a sufficient amount of solder and to apply a certain amount of pressure to the solar battery cell during solder joining, At that time, there is a problem that the solder protrudes from the back surface of the solar battery cell, adheres to the side surface of the solar battery cell due to surface tension, and leaks in the solar battery cell. Furthermore, when the width of the metal foil is increased for the purpose of improving heat dissipation characteristics, there is a problem that the solar battery leaks easily due to the protrusion of the solder.
The present invention has been made in view of the above points. In particular, the present invention relates to fixing solar cells in a concentrating solar cell module in which the temperature rise of the solar cells is a problem. It is an object of the present invention to provide a concentrating solar cell module that does not adhere to the side surface, does not cause solar cell leakage, and has sufficient heat dissipation characteristics of the solar cell.

上記目的を達成するために本発明は、集光型太陽電池モジュールケースと、前記集光型太陽電池モジュールケースの上面に配置される集光レンズと、前記集光レンズに対向する面である集光型太陽電池モジュールケースの支持板上に配置される、表面と裏面にそれぞれ電極を有する太陽電池セルと、前記太陽電池セルと支持板の間に配置され、太陽電池セルの裏面電極と導電性ペーストによって電気的に接合される電極板と、前記電極板と前記支持板の間に介在する放熱電気絶縁層とを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、前記電極板には、前記太陽電池セルの裏面電極と接合される接合面の周囲に、前記太陽電池セルを電極板に接合する際、太陽電池セルに上方より圧力を加えることにより導電性ペーストが太陽電池セルの外側にはみ出した導電性ペーストを導くために前記接合面より低い溝を形成し、前記接合面に前記太陽電池セルを接合した後、前記溝の少なくとも一部に、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂に酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛を含む金属酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、ガラス繊維の1つ以上を添加物として混入した熱伝導性と電気絶縁性を有する材料を挿入することを特徴とする
本発明において、導電性ペーストは金属,カーボン等の導電性材料を含有するペーストであり、半田を含むものとする。また、放熱電気絶縁層は電気絶縁性を有し、かつ熱伝導率が大きい程望ましく、電気絶縁性を有する樹脂に熱伝導率の大きな添加剤を添加したものとする。また、支持板は電極板を支持するため機械的な強度を有し、かつ熱伝導性が優れたものが好ましく、金属板等が挙げられる。
この構造によれば、太陽電池セル裏面電極と前記電極板を導電性ペーストにより接合する際に、太陽電池セルに圧力を加えて導電性ペーストが太陽電池セル外側にはみ出した場合でも、重力により電極板の接合面周囲に設けられた低部に導かれるため太陽電池セル側面に付着することが無く、太陽電池セルのリークが生じない。また、集光型太陽電池モジュールは太陽電池セルに太陽光が集光されるため、太陽電池セルの温度が上昇するが、太陽電池セルに電極板を接合する際、太陽電池セルを上方より圧力を加えて接合するので、太陽電池セルと電極板の接合が密であり、そのため、太陽電池セルで発生する熱を太陽電池セル外側方向に拡散でき、その後、電極板から放熱電気絶縁層、支持板を通して放熱することができる。このように、電極板により一旦熱を太陽電池セル外側に拡散することにより電極板あるいは支持板と比較して熱伝導率が小さな放熱電気絶縁層に熱伝導時の断面積を大きくし熱抵抗を低減でき、放熱効率が向上する。更に、溝の一部に、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂に酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛を含む金属酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、ガラス繊維の1つ以上を添加物として混入した熱伝導性と電気絶縁性を有する材料を挿入するので、放熱効果が良くなる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a concentrating solar cell module case , a condensing lens disposed on an upper surface of the concentrating solar cell module case, and a concentrating surface that faces the condensing lens. Solar cell having electrodes on the front and back surfaces, respectively, disposed on the support plate of the optical solar cell module case, and disposed between the solar cell and the support plate, by the back electrode of the solar cell and the conductive paste A method for manufacturing a solar cell module, comprising: an electrode plate that is electrically joined; and a heat dissipation electrical insulating layer interposed between the electrode plate and the support plate, wherein the electrode plate includes a back surface of the solar cell. When the solar battery cell is joined to the electrode plate around the joint surface to be joined with the electrode, the conductive paste is placed outside the solar battery cell by applying pressure to the solar battery cell from above. A groove lower than the bonding surface is formed to guide the protruding conductive paste, and the solar battery cell is bonded to the bonding surface, and then, at least a part of the groove is coated with aluminum oxide or oxide on an epoxy resin or silicone resin. It is characterized by inserting a material having thermal conductivity and electrical insulation mixed with one or more of metal oxides containing magnesium and zinc oxide, boron nitride, aluminum nitride and glass fiber as additives .
In the present invention, the conductive paste is a paste containing a conductive material such as metal and carbon, and includes solder. In addition, the heat-dissipating electrical insulating layer is preferably as long as it has electrical insulating properties and high thermal conductivity, and an additive having high thermal conductivity is added to a resin having electrical insulating properties. Further, the support plate preferably has mechanical strength to support the electrode plate and has excellent thermal conductivity, and examples thereof include a metal plate.
According to this structure, even when the solar battery cell back electrode and the electrode plate are joined with the conductive paste, even if pressure is applied to the solar battery cell and the conductive paste protrudes outside the solar battery cell, the electrode is pulled by gravity. Since it is led to the lower part provided around the joint surface of the plate, it does not adhere to the side surface of the solar battery cell, and the solar battery cell does not leak. In addition, the concentrating solar cell module collects sunlight on the solar cell, so that the temperature of the solar cell rises, but when the electrode plate is joined to the solar cell, the solar cell is pressed from above. The solar cell and the electrode plate are tightly joined to each other, so that the heat generated in the solar cell can be diffused to the outside of the solar cell, and then from the electrode plate to the heat dissipating electrical insulating layer, the support Heat can be dissipated through the board. In this way, once the heat is diffused to the outside of the solar battery cell by the electrode plate, the cross-sectional area at the time of heat conduction is increased and the thermal resistance is increased in the heat dissipation electrical insulating layer having a smaller thermal conductivity than the electrode plate or the support plate. It can be reduced and the heat dissipation efficiency is improved. In addition, thermal conductivity in which one or more of metal oxide including aluminum oxide, magnesium oxide, zinc oxide, boron nitride, aluminum nitride, and glass fiber are mixed as an additive in a part of the groove with epoxy resin or silicone resin, Since a material having electrical insulation is inserted, the heat dissipation effect is improved.

また、本発明は、前記接合面が、前記電極板に設けられた凸部により構成されている。
この構造によれば、太陽電池セル裏面電極と前記電極板を導電性ペーストにより接合する際に、太陽電池セルに圧力を加えて導電性ペーストが太陽電池セル外側にはみ出した場合でも、重力により電極板に設けた低部に導かれるため太陽電池セル側面に付着することが無く、太陽電池セルのリークが生じない。
In the present invention, the joint surface is constituted by a convex portion provided on the electrode plate.
According to this structure, even when the solar battery cell back electrode and the electrode plate are joined with the conductive paste, even if pressure is applied to the solar battery cell and the conductive paste protrudes outside the solar battery cell, the electrode is pulled by gravity. Since it is led to the lower part provided on the plate, it does not adhere to the side surface of the solar battery cell, and the solar battery cell does not leak.

また、本発明では、前記低部は、前記接合面の周囲に設けられた溝により構成されている。
この構造によれば、太陽電池セル裏面電極と前記電極板を導電性ペーストにより接合する際に、太陽電池セルに圧力を加えて導電性ペーストが太陽電池セル外側にはみ出した場合でも、重力により電極板に設けた溝に導かれるため太陽電池セル側面に付着することが無く、太陽電池セルのリークが生じない。
In the present invention, the low part is constituted by a groove provided around the joint surface.
According to this structure, even when the solar battery cell back electrode and the electrode plate are joined with the conductive paste, even if pressure is applied to the solar battery cell and the conductive paste protrudes outside the solar battery cell, the electrode is pulled by gravity. Since it is led to the groove provided in the plate, it does not adhere to the side surface of the solar battery cell, and the solar battery cell does not leak.

また、本発明は、前記溝の少なくとも一部に熱伝導性のよい材料を挿入した構造である。熱伝導性の良い材料は、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂に金属、金属酸化物、カーボン、ガラス繊維、窒化ホウ素、窒化アルミニウムのうち一つ以上を含むもの、あるいは半田である。
この構造によれば、電極板の太陽電池セル裏面電極との接合面周囲に設けた溝における熱伝導率が向上するため、前記電極板の平面方向の熱伝導特性が向上し、放熱特性がさらに向上する。
Further, the present invention has a structure in which a material having good thermal conductivity is inserted into at least a part of the groove. A material having good thermal conductivity is an epoxy resin or silicone resin containing one or more of metal, metal oxide, carbon, glass fiber, boron nitride, and aluminum nitride, or solder.
According to this structure, since the thermal conductivity in the groove provided around the joint surface of the electrode plate with the solar cell back surface electrode is improved, the thermal conductivity characteristic in the planar direction of the electrode plate is improved, and the heat dissipation characteristic is further improved. improves.

また、本発明は、前記熱伝導性のよい材料はエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂に酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛を含む金属酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウムを添加剤として混入した熱伝導性と電気絶縁性を有する材料であることが望ましい。
この構造によれば、電極板の太陽電池セル裏面電極との接合面周囲に設けた溝における熱伝導率が向上すると共に、電気絶縁性を有するため、太陽電池セル側面に前記材料が付着した場合でも太陽電池セルのリークが発生しない。
また、本発明では、前記電極板の主材料が金属であることが望ましい。
この構成によれば、前記電極板の導電率が大きく電極として好適であると同時に熱伝導率が大きいため、太陽電池セルの熱を電極板全体に拡散し、前記放熱電気絶縁層の熱抵抗低減が可能となる。
Further, according to the present invention, the material having good thermal conductivity is an epoxy resin or a silicone resin in which aluminum oxide, magnesium oxide, metal oxide containing zinc oxide, boron nitride, and aluminum nitride are mixed as additives. It is desirable that the material has insulating properties.
According to this structure, the thermal conductivity in the groove provided around the joint surface of the electrode plate with the back surface electrode of the solar battery cell is improved, and since the material has electrical insulation, the material adheres to the side surface of the solar battery cell. However, no leakage of solar cells occurs.
In the present invention, the main material of the electrode plate is preferably a metal.
According to this configuration, the conductivity of the electrode plate is large and suitable as an electrode, and at the same time, the thermal conductivity is large. Therefore, the heat of the solar cell is diffused throughout the electrode plate, and the thermal resistance of the heat dissipation electrical insulating layer is reduced. Is possible.

また、本発明では、前記放熱電気絶縁層がエポキシ樹脂またはシリコーンを主材料とし、添加剤として金属、金属酸化物、カーボン、ガラス繊維、窒化ホウ素、窒化アルミニウムの何れかまたはそれらの内の2つ以上が添加されている。
この構成によれば、前記放熱電気絶縁層の電気絶縁特性の維持と同時に熱伝導性の向上が可能となる。
また、本発明では、前記支持板の主材料が金属であることが望ましい。
この構成によれば、前記支持板の熱伝導率が大きく、前記放熱電気絶縁層から伝導した熱を前記支持板他面より効率よく放熱することが可能となる。
In the present invention, the heat-dissipating electrical insulating layer is mainly composed of epoxy resin or silicone, and the additive is any one of metal, metal oxide, carbon, glass fiber, boron nitride, and aluminum nitride, or two of them. The above is added.
According to this configuration, it is possible to improve the thermal conductivity while maintaining the electrical insulation characteristics of the heat dissipation electrical insulation layer.
In the present invention, the main material of the support plate is preferably a metal.
According to this configuration, the support plate has a large thermal conductivity, and the heat conducted from the heat dissipation electrical insulating layer can be efficiently radiated from the other surface of the support plate.

本発明の構造によれば、太陽電池セル裏面電極と前記電極板を導電性ペーストにより接合する際に、太陽電池セル上方より圧力を加えることにより導電性ペーストが太陽電池セル外側にはみ出した場合でも、重力により電極板に設けられた低部に導かれるため太陽電池セル側面に付着することが無く、太陽電池セルのリークを防ぐことができる。   According to the structure of the present invention, when the solar cell back electrode and the electrode plate are joined with the conductive paste, even when the conductive paste protrudes outside the solar cell by applying pressure from above the solar cell. Since it is led to the lower part provided on the electrode plate by gravity, it does not adhere to the side surface of the solar battery cell, and leakage of the solar battery cell can be prevented.

以下、本発明の第一発明に係る実施の形態を図に基づき説明する。図1は本発明の実施の形態に係る集光型太陽電池モジュールの断面図である。直方体形状をしたケース11の一端面は開口しており、前記開口部に非結像系フレネルレンズ12が固定される。ケース11の材質としては軽量で熱伝導性の良いアルミニウムが適しているが、ステンレス板、鋼板、あるいは鋼板に亜鉛、アルミニウム、シリコン等の合金をめっきしたものを用いても良い。また、フレネルレンズ12の材質としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート、UV硬化樹脂、ガラス等の透光性材料が挙げられる。
図1において、ケース11のフレネルレンズ12と対向する面である支持板部11aには太陽電池セル23が固定され、フレネルレンズ12により集光された太陽光が照射される。太陽光の集光倍率は最大で700倍程度である。太陽電池セル23としては、Si、GaAs、CuInGaSe、CdTe等からなる無機太陽電池セルや、色素増感太陽電池セル等の有機太陽電池セルが用いられ、また、太陽電池セルの構造は、単一接合型セルや、モノリシック多接合型セルや、感度領域の異なる種々太陽電池セルを繋げたメカニカルスタックセル等が用いられる。
Hereinafter, an embodiment according to the first aspect of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a concentrating solar cell module according to an embodiment of the present invention. One end surface of the rectangular parallelepiped case 11 is open, and the non-imaging Fresnel lens 12 is fixed to the opening. As the material of the case 11, aluminum that is lightweight and has good thermal conductivity is suitable. However, a stainless plate, a steel plate, or a steel plate plated with an alloy such as zinc, aluminum, or silicon may be used. Further, examples of the material of the Fresnel lens 12 include translucent materials such as acrylic resin, polycarbonate, UV curable resin, and glass.
In FIG. 1, a solar battery cell 23 is fixed to a support plate portion 11 a which is a surface facing the Fresnel lens 12 of the case 11, and sunlight condensed by the Fresnel lens 12 is irradiated. The concentration factor of sunlight is about 700 times at maximum. As the solar cell 23, an inorganic solar cell made of Si, GaAs, CuInGaSe, CdTe, or the like, or an organic solar cell such as a dye-sensitized solar cell is used, and the solar cell has a single structure. A junction type cell, a monolithic multi-junction type cell, a mechanical stack cell in which various solar cells having different sensitivity regions are connected, and the like are used.

図2は支持板部11aに太陽電池セル23を固定した部分の拡大図である。太陽電池セル23を固定する支持板部11aの上面に、電気絶縁性を有しかつ熱伝導率が大きな材料からなる放熱電気絶縁層41を設け、その上部の電極板42の下面と接する構造とする。放熱電気絶縁層の材質としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の主剤に添加剤として金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ステンレス等の金属や、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の金属酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、カーボン等を1つ以上混合したものを使用する。この放熱絶縁層の熱伝導率は、前記主剤と添加剤の材料あるいは比率によって調整できるが、本実施形態において十分な電気絶縁性を有するためには、熱伝導率は最大でも10W/m・K程度であり、長期間の耐候性を考えるとさらに低くなる。
電極板42の上面に図示するように凸部42aを設ける。凸部42aの頂部には接合面42bを設け、接合面42bの形状は太陽電池セル23の外周と同一形状とするが、太陽電池セル23より小さな形状としても良い。凸部42aの断面形状は、接合面42bおよび接合面42b外周から平坦面に向けて下方向に傾斜する形状であれば良い。前記傾斜する部分の形状は直線のみを組み合わせた形状、円弧のみを組み合わせた形状またはそれらを組み合わせた形状の何れでも良い。接合面42bの周辺には低部42eが設けられ、接合面42bより低ければ良い。電極板42の材質は熱伝導率の大きな金属あるいは合金を主材料としたものが望ましい。例えば、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ニッケル、錫、ステンレス等の金属単体や、それらの合金とすることができる。
FIG. 2 is an enlarged view of a portion where the solar battery cell 23 is fixed to the support plate portion 11a. A structure in which a heat-dissipating electrical insulating layer 41 made of a material having electrical insulation and high thermal conductivity is provided on the upper surface of the support plate portion 11a that fixes the solar battery cell 23, and is in contact with the lower surface of the electrode plate 42 on the upper side To do. As the material of the heat-dissipating electrical insulation layer, the main agent such as epoxy resin, silicone resin, etc., and metal such as gold, silver, copper, aluminum, magnesium, iron and stainless steel, and metal such as aluminum oxide, magnesium oxide and zinc oxide as additives A mixture of at least one of oxide, boron nitride, aluminum nitride, carbon and the like is used. The thermal conductivity of the heat radiation insulating layer can be adjusted by the material or ratio of the main agent and the additive. However, in order to have sufficient electrical insulation in this embodiment, the thermal conductivity is 10 W / m · K at the maximum. However, it is even lower when long-term weather resistance is considered.
A convex portion 42a is provided on the upper surface of the electrode plate 42 as shown in the figure. A joint surface 42 b is provided on the top of the convex portion 42 a, and the shape of the joint surface 42 b is the same as the outer periphery of the solar battery cell 23, but may be smaller than the solar battery cell 23. The cross-sectional shape of the convex part 42a should just be a shape which inclines below toward the flat surface from the outer periphery of the joint surface 42b and the joint surface 42b. The shape of the inclined portion may be a shape combining only straight lines, a shape combining only arcs, or a shape combining them. A low portion 42e is provided around the joint surface 42b and may be lower than the joint surface 42b. The electrode plate 42 is preferably made mainly of a metal or alloy having a high thermal conductivity. For example, it can be a simple metal such as gold, silver, copper, aluminum, magnesium, iron, nickel, tin, stainless steel, or an alloy thereof.

電極板42の接合面42bに太陽電池セル23の裏面電極を導電性ペースト43により、接合面42bが太陽電池セル23の外側にはみ出さないように固定する。導電性ペーストとしては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ニッケル、錫、ステンレス等の金属やカーボンの内の1種類以上を有機材料等に含有したものあるいは半田が挙げられる。この導電性ペーストを焼成あるいはろう付けすることにより太陽電池セルが固着される。この際、電極板の接合面42bは略水平に保持することが望ましい。   The back electrode of the solar battery cell 23 is fixed to the joint surface 42 b of the electrode plate 42 with the conductive paste 43 so that the joint surface 42 b does not protrude outside the solar battery cell 23. Examples of the conductive paste include a material containing one or more of metals such as gold, silver, copper, aluminum, magnesium, iron, nickel, tin, and stainless steel, or an organic material, or solder. The solar battery cells are fixed by firing or brazing the conductive paste. At this time, it is desirable to hold the joining surface 42b of the electrode plate substantially horizontally.

以上の構造とすることで、太陽電池セル23の裏面電極と電極板42の接合面42bを導電性ペースト43により接合する際に、太陽電池セル23に上方より圧力を加えることにより導電性ペースト43aが太陽電池セル外側にはみ出した場合でも、重力により電極板凸部の側面42cに沿って電極板42の方に導かれるため、太陽電池セル側面23aに付着することが無く、太陽電池セルのリークを防ぐことができる。   With the above structure, when the back electrode of the solar battery cell 23 and the joint surface 42b of the electrode plate 42 are joined by the conductive paste 43, the conductive paste 43a is applied by applying pressure to the solar battery cell 23 from above. Even if it protrudes to the outside of the solar battery cell, it is guided toward the electrode plate 42 along the side face 42c of the electrode plate protrusion by gravity, so that it does not adhere to the solar battery side face 23a, and the solar battery leaks. Can be prevented.

また、フレネルレンズ12により集光された太陽光が、太陽電池セルに照射されるため、太陽電池セルの温度が上昇するが、前記構造の金属製の電極板により、太陽電池セルで発生する熱を太陽電池セル外側方向に拡散でき、その後、電極板から放熱電気絶縁層、支持板を通して放熱することができる。電極板により一旦熱を太陽電池セル外側に拡散することにより、電極板あるいは支持板と比較して熱伝導率が小さな放熱電気絶縁層の熱伝導時の断面積を大きくし熱抵抗を低減できるため、放熱効率が向上する。   Moreover, since the sunlight condensed by the Fresnel lens 12 is irradiated to the solar cells, the temperature of the solar cells rises, but the heat generated in the solar cells by the metal electrode plate having the above structure. Can be diffused in the outward direction of the solar battery cell, and thereafter, heat can be radiated from the electrode plate through the heat dissipation electrical insulating layer and the support plate. By once diffusing heat to the outside of the solar cell with the electrode plate, the heat conduction of the heat dissipation electrical insulation layer with a small thermal conductivity compared to the electrode plate or support plate can be increased and the thermal resistance can be reduced. , Heat dissipation efficiency is improved.

太陽電池セル電流の表面電極から外部への取り出しは、電極板上面に設けたアクリル、ナイロン、PET、ポリイミド等の電気絶縁層上に、金、銀、銅、錫等の金属箔をパターニングし、その金属箔を太陽電池セル表面電極にスポット溶接することにより行う。太陽電池セル表面および金属箔電極は透光性の樹脂等でラミネートし、耐候性を向上させる。ラミネート用の材料としては、ポリエチレンテトラフルオロエチレン、ポリ3フッ化エチレン、ポリフッ化ビニルなどのフッ素樹脂フィルム、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)樹脂、ブチラール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ化ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、PETなどの透明な樹脂が使用できる。   The extraction of the solar cell current from the surface electrode to the outside is performed by patterning a metal foil such as gold, silver, copper, and tin on an electrical insulating layer such as acrylic, nylon, PET, polyimide provided on the upper surface of the electrode plate, The metal foil is spot welded to the solar cell surface electrode. The surface of the solar cell and the metal foil electrode are laminated with a translucent resin or the like to improve the weather resistance. Laminating materials include polyethylene resin film such as polyethylene tetrafluoroethylene, polytrifluoride ethylene, polyvinyl fluoride, ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) resin, butyral resin, silicone resin, epoxy resin, fluorinated polyimide Transparent resins such as resin, acrylic resin, and PET can be used.

本発明の第2発明に係る実施形態を図3を用いて説明する。第2発明の実施形態は前記第1発明と全体構成は同様であるが、電極板42の形状が異なる。図3は、太陽電池セル固定部分の拡大断面図である。電極板42表面の太陽電池セルとの接合面の周囲に溝42dを設け、その断面形状を円弧形状とした。溝42dの断面形状は円弧形状に限るものではなく直線を組み合わせた形状、円弧を組み合わせた形状またはそれら両方を組み合わせた形状としても良い。この溝42dにより低部42eが構成されている。前記構造とすることで、太陽電池セル裏面電極と前記電極板を導電性ペーストにより接合する際に、太陽電池セルに上方より圧力を加えることにより導電性ペーストが太陽電池セル外側にはみ出した場合でも、重力により前記溝42dに導かれ、太陽電池セル側面に付着すること無く、太陽電池セルのリークが生じない。   An embodiment according to the second aspect of the present invention will be described with reference to FIG. The embodiment of the second invention has the same overall configuration as the first invention, but the shape of the electrode plate 42 is different. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a solar battery cell fixing portion. A groove 42d was provided around the joint surface of the electrode plate 42 with the solar battery cell, and the cross-sectional shape thereof was an arc shape. The cross-sectional shape of the groove 42d is not limited to the arc shape, and may be a shape combining straight lines, a shape combining arcs, or a combination of both. The groove 42d constitutes a low portion 42e. Even when the conductive paste protrudes to the outside of the solar cell by applying pressure to the solar cell from above when joining the back electrode of the solar cell and the electrode plate with the conductive paste. The solar cell is not leaked without being guided to the groove 42d by gravity and adhering to the side surface of the solar cell.

さらに前記構造において、溝42dに熱伝導性の良い材料を挿入することで前記溝42dを設けたことにより低下した電極板の平面方向の熱伝導率を改善することができる。熱伝導性の良い材料としては、エポキシ樹脂あるいはシリコーン樹脂に金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ステンレス等の金属や、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の金属酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、カーボン等を1つ以上混合したものや、半田を用いることができる。さらに好ましくは、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の金属酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の導電性を有しない熱伝導性の高い微粉末を添加したエポキシ樹脂やシリコーン樹脂を使用する。導電性を有しない材料を使用することで、それらが太陽電池セルの側面に付着した場合でも、太陽電池デバイスのセルリークを防ぐことができる。上記の熱伝導率の良い材料は、前記放熱絶縁層と略同等の熱伝導率である。この構造により、太陽電池セル裏面から放熱した熱が、前記電極板を平面方向に拡散し易くなり、放熱特性が向上する。   Furthermore, in the structure, the thermal conductivity in the planar direction of the electrode plate, which has been lowered by providing the groove 42d, can be improved by inserting a material having good thermal conductivity into the groove 42d. Materials with good thermal conductivity include epoxy resin or silicone resin, metal such as gold, silver, copper, aluminum, magnesium, iron, stainless steel, metal oxide such as aluminum oxide, magnesium oxide, zinc oxide, boron nitride, A mixture of one or more of aluminum nitride, carbon, or the like, or solder can be used. More preferably, an epoxy resin or a silicone resin to which a metal oxide such as magnesium oxide or zinc oxide, a fine powder having high conductivity without conductivity such as boron nitride or aluminum nitride is added is used. By using the material which does not have electroconductivity, even when they adhere to the side surface of the solar battery cell, cell leak of the solar battery device can be prevented. The material having a good thermal conductivity has a thermal conductivity substantially equal to that of the heat dissipation insulating layer. With this structure, the heat dissipated from the back surface of the solar battery cell easily diffuses the electrode plate in the plane direction, and the heat dissipation characteristics are improved.

本実施の形態では、集光手段と太陽電池セルを対として、ケース内に一組だけ設けた例を示したが、1つのケース内にそれらを複数設けた構成としても良い。ケースを大型化すれば更に多数の太陽電池セルを設置可能である。
また、電極板の太陽電池セル接合部周囲に溝を設けた構造において、前記溝以外の部分の平面は同一面内になくても良い。電極板に溝加工をした場合、溝以外の部分の平面は同一面内となるが、加工が容易になるといった利点がある。
In the present embodiment, an example in which only one set of the light collecting means and the solar battery cell is provided in the case is shown, but a plurality of them may be provided in one case. If the case is enlarged, a larger number of solar cells can be installed.
Moreover, in the structure which provided the groove | channel around the photovoltaic cell junction part of the electrode plate, the planes of parts other than the said groove | channel do not need to be in the same plane. When the electrode plate is grooved, the planes of the portions other than the groove are in the same plane, but there is an advantage that the processing becomes easy.

以下、本発明の実施例1について図を基に説明する。基本的な構成は、図1および図2と同じである。直方体形状をしたアルミニウムを材料とするケース11の一端面は開口しており、前記開口部にアクリル樹脂からなる非結像系フレネルレンズ12がエポキシ樹脂製接着剤により固着される。フレネルレンズ12の外形は200mm×200mmで厚さは2mm、焦点距離を200mmとした。ケース11の外形は、200mm×200mm×190mmであり、厚さを3mmとした。ケース11のフレネルレンズ12と対向する面(支持板部)11aには太陽電池セル23が固定され、フレネルレンズ12により集光された太陽光が照射される。
この構成により、集光した光が太陽電池セル全面に当たるように設定すると、集光倍率は約300倍となる。太陽電池セル23としては、InGaP/InGaAs/Geの3接合型化合物太陽電池を使用した。支持板部11aの厚さは3mmとした。支持板部11aの上面に、エポキシ樹脂接着剤を主成分とし、添加剤として酸化アルミニウムを含有する放熱電気絶縁層41を設け、その上部の電極板42の下面と接着した。放熱電気絶縁層41の熱伝導率は1.0W/m・Kであり、厚さは0.2mmとなるようにした。電極板42の最大厚さは2mmとし、電極板上面に図示するように凸部42aを設けた。凸部42aの段差は1mmとした。電極板42の厚さは、電極板面方向への熱拡散が十分に行われる厚さであれば良く、電極板の形状、熱伝導率、太陽電池セルから生じる熱量、太陽電池セル設定温度および重量を考慮して決定されるが、本発明の実施形態においては0.5mmから10mm程度の範囲であれば良い。
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. The basic configuration is the same as in FIGS. One end face of a case 11 made of aluminum having a rectangular parallelepiped shape is opened, and a non-imaging Fresnel lens 12 made of acrylic resin is fixed to the opening by an epoxy resin adhesive. The external shape of the Fresnel lens 12 was 200 mm × 200 mm, the thickness was 2 mm, and the focal length was 200 mm. The outer shape of the case 11 was 200 mm × 200 mm × 190 mm, and the thickness was 3 mm. A solar battery cell 23 is fixed to a surface (supporting plate portion) 11 a facing the Fresnel lens 12 of the case 11, and sunlight condensed by the Fresnel lens 12 is irradiated.
With this configuration, when the collected light is set to strike the entire surface of the solar battery cell, the light collection magnification is about 300 times. As the solar cell 23, an InGaP / InGaAs / Ge three-junction compound solar cell was used. The thickness of the support plate part 11a was 3 mm. On the upper surface of the support plate portion 11a, a heat-dissipating electrical insulating layer 41 containing an epoxy resin adhesive as a main component and containing aluminum oxide as an additive was provided and adhered to the lower surface of the upper electrode plate. The heat dissipation electric insulation layer 41 had a thermal conductivity of 1.0 W / m · K and a thickness of 0.2 mm. The maximum thickness of the electrode plate 42 was 2 mm, and a convex portion 42a was provided on the upper surface of the electrode plate as shown in the figure. The level difference of the convex part 42a was 1 mm. The thickness of the electrode plate 42 may be a thickness that allows sufficient heat diffusion in the direction of the electrode plate surface. The shape of the electrode plate, the thermal conductivity, the amount of heat generated from the solar cells, the solar cell set temperature, Although it is determined in consideration of weight, in the embodiment of the present invention, it may be in the range of about 0.5 mm to 10 mm.

図4は電極板42を上面から見た図である。電極板42の外形は50mm×50mmの正方形としたが、この形状に限るものではなく多角形、円弧あるいはそれらを組み合わせた形状でも良い。電極板42の外形サイズは、放熱特性の面からは大きい程良いが、モジュールの軽量化の関係から、本発明の実施形態においては数十mmとした。また、接合面42bの形状は太陽電池セルサイズと同サイズの10mm角とした。   FIG. 4 is a view of the electrode plate 42 as viewed from above. The outer shape of the electrode plate 42 is a square of 50 mm × 50 mm, but is not limited to this shape, and may be a polygon, a circular arc, or a combination thereof. The outer size of the electrode plate 42 is preferably as large as possible from the viewpoint of heat dissipation characteristics, but is set to several tens of mm in the embodiment of the present invention because of the weight reduction of the module. The shape of the joint surface 42b was 10 mm square, the same size as the solar cell size.

電極板42の材質は熱伝導率の大きな金属が望ましく、本実施例においては銅を用いた。凸部の頂部の接合面42bの形状は太陽電池セル23の外周と同一形状とした。接合面42bに太陽電池セル23の裏面電極を半田付けにより固定し、接合面42bが太陽電池セル23の外周からはみ出さないように固定した。使用した太陽電池セルのサイズは10mm角とした。太陽電池セルの形状は、加工容易性、材料の有効利用性から矩形形状が一般的であるが、円形、楕円形、多角形等の形状でも良い。また、太陽電池セルのサイズはフレネルレンズのサイズと所望の集光倍率から決定されるものであり、どのような大きさでも良い。   The electrode plate 42 is preferably made of a metal having a high thermal conductivity, and copper is used in this embodiment. The shape of the joint surface 42 b at the top of the convex portion was the same as the outer periphery of the solar battery cell 23. The back electrode of the solar battery cell 23 was fixed to the joint surface 42b by soldering, and the joint surface 42b was fixed so as not to protrude from the outer periphery of the solar battery cell 23. The size of the solar cell used was 10 mm square. The shape of the solar battery cell is generally rectangular from the viewpoint of ease of processing and effective utilization of materials, but may be circular, elliptical, polygonal, or the like. Further, the size of the solar battery cell is determined from the size of the Fresnel lens and a desired condensing magnification, and may be any size.

上記、支持板、放熱電気絶縁層、電極板および太陽電池セルのサイズと材質は、太陽電池セルへの入射光エネルギーと太陽電池セル温度の所望値から、3次元放熱シミュレーションソフト(COSMOSDesignSTAR4.0)により決定した。本実施例においては、フレネルレンズ面が受光する直達日射光エネルギーを850W/m2とし、フレネルレンズの面積から計算したエネルギー量から太陽電池セル発電エネルギーを除いたエネルギー量が太陽電池表面に与えられるとしてシミュレーションを行った。また、支持板裏面の大気温度は25℃で対流するものとし、太陽電池セル温度が約65℃となるように設計した。 The size and material of the support plate, the heat dissipation electric insulation layer, the electrode plate, and the solar battery cell are determined from the desired values of the incident light energy and the solar cell temperature to the solar battery cell, and the three-dimensional heat dissipation simulation software (COSMOSDesignSTAR4.0). Determined by. In this embodiment, the direct solar radiation energy received by the Fresnel lens surface is 850 W / m 2, and the amount of energy obtained by removing the solar cell power generation energy from the amount of energy calculated from the area of the Fresnel lens is given to the solar cell surface. As a simulation. Moreover, the atmospheric temperature of the back surface of the support plate was assumed to be convection at 25 ° C., and the solar battery cell temperature was designed to be about 65 ° C.

本実施例で用いたInGaP/InGaAs/Geの3接合型化合物太陽電池の製造方法を以下に説明する。図5には本実施例で用いた3接合型化合物太陽電池の構造を示す。前記3接合型化合物太陽電池を作製するために、約50mm径、厚さ150μmのp型Ge基板を縦型MOCVD装置に投入し、層構造を順次エピタキシャル成長する。
まず、Gaをドープしたp型Ge基板上面にバッファ層73としてn+型InGaAs[Si]層を形成し、前記n+型InGaAs[Si]層のAsがGe基板に拡散することでn型Ge層が形成される。この工程によりGeボトムセル72が形成される。
A method for manufacturing an InGaP / InGaAs / Ge three-junction compound solar cell used in this example will be described below. FIG. 5 shows the structure of the three-junction compound solar cell used in this example. In order to fabricate the three-junction compound solar cell, a p-type Ge substrate having a diameter of about 50 mm and a thickness of 150 μm is put into a vertical MOCVD apparatus, and the layer structure is sequentially epitaxially grown.
First, the n + -type InGaAs [Si] layer was formed as a buffer layer 73 on the p-type Ge substrate upper surface doped with Ga, the n + -type InGaAs [Si] n-type by As is diffused into the Ge substrate the layer Ge A layer is formed. Through this process, the Ge bottom cell 72 is formed.

その後、前記n+型InGaAs[Si]層上にトンネル接合層74としてn++型InGaP[Si]層と前記n++型InGaP[Si]層上にp++型AlGaAs[C]層を形成し、前記p++型AlGaAs[C]層上にInGaAsミドルセル75を形成していく。前記[Si]および[C]はn型またはp型ドーピングのための不純物を示しており、以降も同様に記述する。
以下に、InGaAsミドルセル75の形成工程について説明する。前記p++型AlGaAs[C]層上にp+型InGaP[Zn]層を形成し、前記p+型InGaP[Zn]層上にp型InGaAs[Zn]層を形成し、前記p型InGaAs[Zn]層上にn+型InGaAs[Si]層を形成し、前記n+型InGaAs[Si]層上にn+型AlInP[Si]層を形成する。この工程によりInGaAsミドルセル75が形成される。
Then, an n ++ type InGaP [Si] layer is formed as a tunnel junction layer 74 on the n + type InGaAs [Si] layer, and a p ++ type AlGaAs [C] layer is formed on the n ++ type InGaP [Si] layer. Then, an InGaAs middle cell 75 is formed on the p ++ type AlGaAs [C] layer. [Si] and [C] indicate impurities for n-type or p-type doping, and will be described in the same manner.
Below, the formation process of the InGaAs middle cell 75 is demonstrated. A p + type InGaP [Zn] layer is formed on the p ++ type AlGaAs [C] layer, a p type InGaAs [Zn] layer is formed on the p + type InGaP [Zn] layer, and the p type InGaAs An n + type InGaAs [Si] layer is formed on the [Zn] layer, and an n + type AlInP [Si] layer is formed on the n + type InGaAs [Si] layer. By this process, an InGaAs middle cell 75 is formed.

続いて、前記n+型AlInP[Si]層上にn++型InGaP[Si]層を形成し、前記n++型InGaP[Si]層上にp++型AlGaAs[C]層を形成することで、トンネル接合層76が形成される。前記p++型AlGaAs[C]層上にInGaPトップセル77を形成する。
以下に、InGaPトップセル77の形成工程について説明する。前記p++型AlGaAs[C]層上にp型AlInP[Zn]層を形成し、前記p型AlInP[Zn]層上にp型InGaP[Zn]層を形成し、前記p型InGaP[Zn]層上にn+InGaP[Si]層を形成し、前記n+InGaP[Si]層上にn+AlInP[Si]層を形成する。この工程によりInGaPトップセル77が形成される。
Subsequently, an n ++ type InGaP [Si] layer is formed on the n + type AlInP [Si] layer, and a p ++ type AlGaAs [C] layer is formed on the n ++ type InGaP [Si] layer. As a result, the tunnel junction layer 76 is formed. An InGaP top cell 77 is formed on the p ++ type AlGaAs [C] layer.
Below, the formation process of the InGaP top cell 77 is demonstrated. A p-type AlInP [Zn] layer is formed on the p ++- type AlGaAs [C] layer, a p-type InGaP [Zn] layer is formed on the p-type AlInP [Zn] layer, and the p-type InGaP [Zn] is formed. ] the n + InGaP [Si] layer is formed on the layer to form an n + AlInP [Si] layer on the n + InGaP [Si] layer. By this step, the InGaP top cell 77 is formed.

続いて、前記n+AlInP[Si]層上にキャップ層79としてn+InGaAs層を形成した構造である。
上記エピタキシャル成長において、成長温度は700℃とする。InGaAs層形成においては原料としてトリメチルインジウム(TMI)、トリメチルガリウム(TMG)およびアルシン(AsH3)を用いた。また、InGaP層形成においては原料としては、TMI、TMGおよびホスフィン(PH3)を用いた。また、AlGaAs層形成においては、トリメチルアルミニウム(TMA)、TMGおよびAsH3を用いた。また、AlInP層形成においては、TMA、TMIおよびPH3を用いた。
Subsequently, an n + InGaAs layer is formed as a cap layer 79 on the n + AlInP [Si] layer.
In the epitaxial growth described above, the growth temperature is 700 ° C. In the InGaAs layer formation, trimethylindium (TMI), trimethylgallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) were used as raw materials. In the InGaP layer formation, TMI, TMG and phosphine (PH 3 ) were used as raw materials. In forming the AlGaAs layer, trimethylaluminum (TMA), TMG, and AsH 3 were used. Further, TMA, TMI, and PH 3 were used in forming the AlInP layer.

上記InGaAs、InGaPおよびAlInP層において、n型ドーピングのために不純物としてモノシラン(SiH4)を用い、p型ドーピングのために不純物としてジエチル亜鉛(DEZn)を用いた。
上記トンネル接合層のAlGaAs層のp型ドーピングのための不純物として四臭化炭素(CBr4)を用いた。
In the InGaAs, InGaP and AlInP layers, monosilane (SiH 4 ) was used as an impurity for n-type doping, and diethylzinc (DEZn) was used as an impurity for p-type doping.
Carbon tetrabromide (CBr 4 ) was used as an impurity for p-type doping of the AlGaAs layer of the tunnel junction layer.

上記MOCVD法を用いたエピタキシャル成長により太陽電池構造を形成した後、前記太陽電池の表面に、フォトリソグラフィー法により表面電極パターンにレジストパターンを形成する。レジストを形成した基板上にGeを12%含むAuからなる層を抵抗加熱蒸着法により形成する。前記Au層の膜厚は100nmとした。次いで、前記Au層上にNi層およびAu層をそれぞれ厚さ約20nmおよび約5000nmとしてEB蒸着法により形成する。その後、リフトオフ法により所望のパターンの表面電極80とする。
次いで、上記表面電極80をマスクとして、前記マスクが形成されていない部分のキャップ層n+InGaAs層をアルカリ水溶液によりエッチングする。
続いて、フォトリソグラフィー法により、メサエッチングパターンの領域をあけたレジストを前記太陽電池表面に形成し、前記レジストが形成されていない領域のエピタキシャル層をアルカリ水溶液および酸水溶液にてエッチングしてGe基板を露出させる。
After the solar cell structure is formed by epitaxial growth using the MOCVD method, a resist pattern is formed on the surface electrode pattern on the surface of the solar cell by photolithography. A layer made of Au containing 12% Ge is formed on a resist-formed substrate by resistance heating vapor deposition. The thickness of the Au layer was 100 nm. Next, a Ni layer and an Au layer are formed on the Au layer with thicknesses of about 20 nm and about 5000 nm, respectively, by EB vapor deposition. Thereafter, the surface electrode 80 having a desired pattern is formed by a lift-off method.
Next, using the surface electrode 80 as a mask, the cap layer n + InGaAs layer where the mask is not formed is etched with an alkaline aqueous solution.
Subsequently, a resist having a mesa etching pattern region formed thereon is formed on the surface of the solar cell by photolithography, and the epitaxial layer in the region where the resist is not formed is etched with an alkaline aqueous solution and an acid aqueous solution to form a Ge substrate. To expose.

次に、太陽電池裏面に、裏面電極71としてAg層を約1000nmの厚さでEB蒸着法により形成する。その後、太陽電池表面側に反射防止膜78としてTiO2膜およびAl23膜を約50nmおよび約85nmの厚さでEB蒸着法により形成する。
続いて、表面電極のシンタリングと、裏面電極71および反射防止膜78のアニーリングを兼ねて窒素雰囲気中で380℃で熱処理を行う。その後、メサエッチングライン上をダイシングしセルを切断する。本実施例においてはセルサイズを10mm×10mmとした。
トップセル、ミドルセルとボトムセルは電気的に直列接続されており、各々の吸収波長帯が300〜600nm、600〜900nm、900〜1800nmと異なり、広い波長域の太陽光を吸収できるため、高い変換効率が得られる。
Next, an Ag layer is formed as a back electrode 71 with a thickness of about 1000 nm on the back surface of the solar cell by EB vapor deposition. Thereafter, a TiO 2 film and an Al 2 O 3 film are formed on the surface of the solar cell as an antireflection film 78 with a thickness of about 50 nm and about 85 nm by EB vapor deposition.
Subsequently, a heat treatment is performed at 380 ° C. in a nitrogen atmosphere for both the sintering of the front electrode and the annealing of the back electrode 71 and the antireflection film 78. Thereafter, the cell is cut by dicing on the mesa etching line. In this example, the cell size was 10 mm × 10 mm.
The top cell, middle cell and bottom cell are electrically connected in series, and each absorption wavelength band is different from 300 to 600 nm, 600 to 900 nm, 900 to 1800 nm, and can absorb sunlight in a wide wavelength range, so high conversion efficiency Is obtained.

太陽電池セルと電極板の半田付けは、略水平に設置したホットプレート上に電極板を置き、温度を190℃に保持した。続いて電極板の平坦面に半田を置いて溶かし、1kgf/cm2の圧力で太陽電池セルを上方より押しつけた。この際、プリフォーム半田を用いると、太陽電池裏面電極と電極板平坦部を全面において接合し、かつ太陽電池セル外側への半田のはみ出しを最小限に抑えることが出来る。その後、太陽電池への押圧を保持したまま、電極板と共に室温まで自然冷却し、太陽電池と電極板を接合した。図6には電極板接合面42bに太陽電池セル23を半田付けした後の断面図を示した。太陽電池セル23に圧力を加えることで、半田が太陽電池外側にはみ出すが、電極板42の凸部の側面42cに沿って半田が電極板側に落ちるため、太陽電池セル側面23aに半田が付着することなく、太陽電池セルのリークが生じない。特に、太陽電池セルの直列抵抗低減によるセル特性向上、または、基板材料の量の低減によるコスト削減のため、太陽電池基板の厚さを薄くすることが行われており、厚さが薄い場合には、太陽電池セルの側面に半田が付着する現象が起こり易く、セル特性低下を招き易い。本実施例の構造によれば、前述の問題が発生することなく、太陽電池セルの半田付けが可能となる。 For the soldering of the solar battery cell and the electrode plate, the electrode plate was placed on a hot plate installed substantially horizontally, and the temperature was maintained at 190 ° C. Subsequently, solder was placed on the flat surface of the electrode plate and melted, and the solar cell was pressed from above with a pressure of 1 kgf / cm 2 . At this time, when preform solder is used, the back surface electrode of the solar battery and the flat portion of the electrode plate can be joined over the entire surface, and the protrusion of the solder to the outside of the solar battery cell can be minimized. Thereafter, while maintaining the pressure on the solar cell, it was naturally cooled to room temperature together with the electrode plate, and the solar cell and the electrode plate were joined. FIG. 6 shows a cross-sectional view after the solar battery cell 23 is soldered to the electrode plate bonding surface 42b. By applying pressure to the solar battery cell 23, the solder protrudes to the outside of the solar battery, but since the solder falls to the electrode plate side along the convex side surface 42 c of the electrode plate 42, the solder adheres to the solar battery cell side surface 23 a. Without leaking solar cells. In particular, in order to improve cell characteristics by reducing the series resistance of solar cells, or to reduce costs by reducing the amount of substrate material, the thickness of the solar cell substrate is reduced. Is liable to cause a phenomenon that solder adheres to the side surface of the solar battery cell, and easily deteriorates cell characteristics. According to the structure of this embodiment, the solar battery cell can be soldered without causing the above-described problems.

太陽電池表面電極の取り出しは、電極板上に25μm厚のポリイミドフィルムを用いて電気絶縁層を設け、その電気絶縁層上に銀リボンを置き、表面電極と銀リボンをスポット溶接により接合した。このようにして、電極を取り出した後、透光性のエポキシ樹脂により電極板上の太陽電池を封止した。封止用の材料は透光性材料であれば良く、本構造においては、太陽電池裏面からの放熱効果が大きいため、封止用材料には、放熱機能すなわち熱伝導性が必要なく、より透光性、耐候性に優れる樹脂を使用できるといった利点がある。
以上のような工程で電極板上に太陽電池セルを固定、封止した後、電極板裏面を支持板に放熱電気絶縁層を介して固定した。放熱電気絶縁層は、エポキシ樹脂接着剤に酸化アルミニウムを添加したもので、1.0W/m・Kの熱伝導率を有するものを使用した。
For taking out the surface electrode of the solar cell, an electric insulating layer was provided on an electrode plate using a polyimide film having a thickness of 25 μm, a silver ribbon was placed on the electric insulating layer, and the surface electrode and the silver ribbon were joined by spot welding. Thus, after taking out an electrode, the solar cell on an electrode plate was sealed with the translucent epoxy resin. The sealing material only needs to be a translucent material. In this structure, since the heat dissipation effect from the back surface of the solar cell is large, the sealing material does not need a heat dissipation function, that is, thermal conductivity, and more transparent. There is an advantage that a resin excellent in light resistance and weather resistance can be used.
After fixing and sealing the solar battery cell on the electrode plate in the above-described process, the back surface of the electrode plate was fixed to the support plate via the heat dissipation electrical insulating layer. The heat-dissipating electrical insulating layer was obtained by adding aluminum oxide to an epoxy resin adhesive and having a thermal conductivity of 1.0 W / m · K.

本構造とすることで、太陽電池部分で発生した熱が裏面電極に半田付けした電極板を通じて電極板面方向すなわち太陽電池セル外側方向に拡散し、その後、放熱電気絶縁層、支持板を通じて外気に放熱することが可能となる。電極板の面積を大きくすることで、熱伝導率が電極板に比べて小さな放熱電気絶縁層部分の伝導断面積が大きくなり、放熱する際の熱抵抗を小さくすることが可能となるため、良好な放熱特性が確保できる。
上記構造において実際に850W/m2の太陽光を集光し前記太陽電池に照射した場合、太陽電池セル裏面温度は65℃程度に抑えることができた。
また、太陽電池セル裏面電極一面を半田付けにより金属板に固定した場合、その熱膨張係数の差によりセルに応力が掛かり、セル割れあるいはセル特性低下といった問題が懸念されるが、本実施例の構造において、液体窒素温度(−約195℃)から120℃までの熱サイクル試験を行った結果、30サイクルにおいても、セル割れ、特性低下等の問題は生じなかった。
With this structure, the heat generated in the solar cell part diffuses in the direction of the electrode plate surface, that is, toward the outside of the solar cell through the electrode plate soldered to the back electrode, and then to the outside air through the heat-dissipating electrical insulating layer and the support plate. It is possible to dissipate heat. By increasing the area of the electrode plate, the conduction cross-sectional area of the heat-dissipating electrical insulating layer portion having a smaller thermal conductivity than that of the electrode plate is increased, and it is possible to reduce the thermal resistance when radiating heat. Heat dissipation characteristics can be secured.
In the above structure, when sunlight of 850 W / m 2 was actually condensed and applied to the solar cell, the solar cell back surface temperature could be suppressed to about 65 ° C.
In addition, when the entire surface of the solar cell back electrode is fixed to the metal plate by soldering, the cell is stressed due to the difference in thermal expansion coefficient, and there are concerns about problems such as cell cracking or deterioration of cell characteristics. The structure was subjected to a thermal cycle test from liquid nitrogen temperature (−about 195 ° C.) to 120 ° C., and as a result, problems such as cell cracking and characteristic deterioration did not occur even in 30 cycles.

以下、本発明の実施例2について図に基づき説明する。基本的な構造は実施例1と同様であり、電極板の形状が異なる。図3はケースに太陽電池セルを固定した部分の拡大図である。図3に示すように厚さ2mmの電極板42の表面に溝42dが接合面42bの周囲に位置するように設けた。溝42dの断面形状は半径1mmの円弧形状とし、太陽電池セルは接合面42bのみで電極板と接合する構造とした。   Embodiment 2 of the present invention will be described below with reference to the drawings. The basic structure is the same as in Example 1, and the shape of the electrode plate is different. FIG. 3 is an enlarged view of a portion where solar cells are fixed to the case. As shown in FIG. 3, the groove 42d was provided on the surface of the electrode plate 42 having a thickness of 2 mm so as to be positioned around the bonding surface 42b. The cross-sectional shape of the groove 42d was an arc shape having a radius of 1 mm, and the solar battery cell was structured to be joined to the electrode plate only by the joining surface 42b.

図7は電極板42を上面から見た図である。点線は太陽電池セル23の外周が設置される位置を示す。溝42dは太陽電池セル23の外周に沿って設けられ、溝42dの端部で太陽電池セル内側に当たる部分が太陽電池セル裏面の外周から0.5mm内側に入るように設けた。この構成により、電極板42の太陽電池セルとの接合面42bのサイズは、太陽電池セルサイズより1mm小さくなるが、この接合面42bのサイズは太陽電池セルサイズと同一あるいは小さければ良い。   FIG. 7 is a view of the electrode plate 42 as viewed from above. A dotted line shows the position where the outer periphery of the photovoltaic cell 23 is installed. The groove 42d was provided along the outer periphery of the solar battery cell 23 so that the end of the groove 42d hitting the inner side of the solar battery cell was 0.5 mm inside from the outer periphery of the rear surface of the solar battery cell. With this configuration, the size of the joint surface 42b of the electrode plate 42 with the solar battery cell is 1 mm smaller than the solar battery cell size, but the size of the joint surface 42b may be equal to or smaller than the solar battery cell size.

また、溝42dは、電極板の上面から見た場合に、少なくとも接合面42bの周囲に設けられる。加工容易性等のため他の部分に溝を設けても良い。例えば、図7に示す溝42dの部分に溝を設けるために、電極板一辺から対向する一辺まで溝加工しても良い。
太陽電池セル裏面電極は、溝42dで囲まれた接合面42bと実施例1と同様の方法により半田付けして固定した。
Further, the groove 42d is provided at least around the bonding surface 42b when viewed from the upper surface of the electrode plate. Grooves may be provided in other portions for ease of processing. For example, in order to provide a groove in the groove 42d shown in FIG. 7, the groove may be processed from one side of the electrode plate to the opposite side.
The back surface electrode of the solar battery cell was fixed by soldering to the joining surface 42b surrounded by the groove 42d by the same method as in Example 1.

本実施例の構造も実施例1と同様に、3次元放熱シミュレーションソフトにより決定した。本実施例においては、照射エネルギー等の条件は実施例1の場合と同一とし、太陽電池セル温度が約63℃となるように設計した。   The structure of this example was also determined by three-dimensional heat radiation simulation software as in Example 1. In this example, the conditions such as irradiation energy were the same as those in Example 1, and the solar cell temperature was designed to be about 63 ° C.

図8には電極板接合面42bに太陽電池セル23を半田付けする際の断面図を示した。実施例1の場合と同様に、太陽電池セル23に上方より圧力を加えることで、半田が太陽電池外側にはみ出すが、電極板42の溝42dに沿って半田43aが電極板側に導かれるため、太陽電池セル側面23aに半田が付着することなく、太陽電池セルのリークが生じない。本実施例の構造によれば、実施例1の場合と同様に太陽電池セルの側面に半田が付着しないため、太陽電池セルリークの問題が発生せず、特性低下を起こすことなく、電極板と太陽電池セルの半田付けが可能となる。
太陽電池セル表面電極の取り出し、ラミネートは実施例1と同じ構造とした。
上記構造において実際に850W/m2の太陽光を集光し前記太陽電池に照射した場合、太陽電池セル裏面温度は63℃程度に抑えることができた。
また、実施例1と同様の温度サイクル試験の結果、セル割れ、特性低下等の問題は生じなかった。
FIG. 8 shows a cross-sectional view when the solar battery cell 23 is soldered to the electrode plate bonding surface 42b. As in the case of Example 1, when pressure is applied to the solar battery cell 23 from above, the solder protrudes to the outside of the solar battery, but the solder 43a is guided to the electrode plate side along the groove 42d of the electrode plate 42. The solder does not adhere to the solar cell side surface 23a, and the solar cell does not leak. According to the structure of the present embodiment, the solder does not adhere to the side surface of the solar battery cell as in the case of the first embodiment. Therefore, the problem of the solar battery cell leak does not occur, and the electrode plate and the solar battery are not deteriorated. Battery cells can be soldered.
The solar cell surface electrode was taken out and laminated in the same structure as in Example 1.
In the above structure, when sunlight of 850 W / m 2 was actually condensed and applied to the solar cell, the solar cell back surface temperature could be suppressed to about 63 ° C.
Further, as a result of the same temperature cycle test as in Example 1, there were no problems such as cell cracking and characteristic deterioration.

以下、本発明の実施例3について図に基づき説明する。図9は電極板に太陽電池セルを固定した部分の拡大図である。基本的な構造は実施例2と同様であり、実施例2の方法で太陽電池セルを電極板に固定した後、電極板42の上面に設けられた溝42dに熱伝導性の良い物質44を添加した。熱伝導性の良い物質44としては、エポキシ樹脂に酸化マグネシウムを分散したものを使用した。この場合の熱導電率は、5.0W/m・Kである。熱伝導性の良い物質としては他に、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂に添加剤として金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ステンレス等の金属や、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の金属酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、カーボン等を1種類以上混合したものが使用できる。より好ましくは、それらの添加剤の内、導電性を有しないものがよい。導電性を有する添加剤は、太陽電池セルの側面に付着した場合にセルリークを起こす可能性があり、太陽電池セル特性を低下させる可能性がある。   Embodiment 3 of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 9 is an enlarged view of a portion where solar cells are fixed to the electrode plate. The basic structure is the same as that of Example 2. After fixing the solar cell to the electrode plate by the method of Example 2, a material 44 with good thermal conductivity is placed in the groove 42d provided on the upper surface of the electrode plate 42. Added. As the material 44 having good thermal conductivity, a material obtained by dispersing magnesium oxide in an epoxy resin was used. The thermal conductivity in this case is 5.0 W / m · K. Other materials with good thermal conductivity include epoxy resin, silicone resin, metal oxides such as gold, silver, copper, aluminum, magnesium, iron, stainless steel, and metal oxides such as aluminum oxide, magnesium oxide, and zinc oxide. A mixture of at least one of a material, boron nitride, aluminum nitride, carbon and the like can be used. More preferably, those additives that do not have electrical conductivity are preferred. The conductive additive may cause cell leakage when adhering to the side surface of the solar battery cell, and may deteriorate the solar cell characteristics.

上記構造において実際に850W/m2の太陽光を集光し前記太陽電池に照射した場合、太陽電池セル裏面温度は60℃程度に抑えることができた。
また、実施例2と同様の温度サイクル試験の結果、セル割れ、特性低下等の問題は生じなかった。
In the above structure, when sunlight of 850 W / m 2 was actually condensed and applied to the solar cell, the solar cell back surface temperature could be suppressed to about 60 ° C.
Further, as a result of the same temperature cycle test as in Example 2, there were no problems such as cell cracking and characteristic deterioration.

本発明の実施の形態に係る集光型太陽電池モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the concentrating solar cell module which concerns on embodiment of this invention. 本発明第1発明の実施の形態に係る太陽電池セル固定部分の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the photovoltaic cell fixed part which concerns on embodiment of this invention 1st invention. 本発明第2発明の実施の形態に係る太陽電池セル固定部分の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the photovoltaic cell fixed part which concerns on embodiment of this invention 2nd invention. 本発明の実施例1に係る電極板を上方より見た図である。It is the figure which looked at the electrode plate which concerns on Example 1 of this invention from upper direction. 本発明の実施例で使用した化合物太陽電池の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the compound solar cell used in the Example of this invention. 実施例1に係る太陽電池セル固定部分の拡大断面図である。3 is an enlarged cross-sectional view of a solar cell fixing portion according to Example 1. FIG. 本発明の実施例2に係る電極板を上方より見た図である。It is the figure which looked at the electrode plate which concerns on Example 2 of this invention from upper direction. 実施例2に係る太陽電池セル固定部分の拡大断面図である。6 is an enlarged cross-sectional view of a solar cell fixing portion according to Example 2. FIG. 実施例3に係る太陽電池セル固定部分の拡大断面図である。6 is an enlarged cross-sectional view of a solar cell fixing portion according to Example 3. FIG. 従来の集光型太陽電池モジュールを示す概略図である。It is the schematic which shows the conventional concentrating solar cell module. フレネルレンズ側から見た集光型太陽電池モジュール。A concentrating solar cell module viewed from the Fresnel lens side. 図11の2a−2bで切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by 2a-2b of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11 ケース
12 フレネルレンズ
11a 支持板部
23 太陽電池セル
23a 太陽電池セルの側面
41 放熱電気絶縁層
42 電極板
42a 電極板の凸部
42b 電極板の接合面
42c 電極板の凸部の側面
42d 電極板に設けられた溝
42e 低部
43 導電性ペースト
43a はみ出した導電性ペースト
44 熱伝導性の良い物質
71 裏面電極
72 ボトムセル
73 バッファ層
74 トンネル接合層
75 ミドルセル
76 トンネル接合層
77 トップセル
78 反射防止膜
79 キャップ層
80 表面電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Case 12 Fresnel lens 11a Support plate part 23 Solar cell 23a Solar cell side surface 41 Radiation electrical insulation layer 42 Electrode plate 42a Electrode plate convex portion 42b Electrode plate joint surface 42c Electrode plate convex side surface 42d Electrode plate Groove 42e provided in the lower portion 43 conductive paste 43a protruding conductive paste 44 material with good thermal conductivity 71 back electrode 72 bottom cell 73 buffer layer 74 tunnel junction layer 75 middle cell 76 tunnel junction layer 77 top cell 78 antireflection film 79 Cap layer 80 Surface electrode

Claims (6)

集光型太陽電池モジュールケースと、A concentrating solar cell module case;
前記集光型太陽電池モジュールケースの上面に配置される集光レンズと、A condensing lens disposed on the upper surface of the concentrating solar cell module case;
前記集光レンズに対向する面である集光型太陽電池モジュールケースの支持板上に配置される、表面と裏面にそれぞれ電極を有する太陽電池セルと、Solar cells having electrodes on the front and back surfaces, respectively, disposed on a support plate of a concentrating solar cell module case that is a surface facing the condensing lens,
前記太陽電池セルと支持板の間に配置され、太陽電池セルの裏面電極と導電性ペーストによって電気的に接合される電極板と、An electrode plate disposed between the solar cell and the support plate, and electrically joined by a back surface electrode of the solar cell and a conductive paste;
前記電極板と前記支持板の間に介在する放熱電気絶縁層とA heat-dissipating electrical insulating layer interposed between the electrode plate and the support plate;
を備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、A solar cell module manufacturing method comprising:
前記電極板には、前記太陽電池セルの裏面電極と接合される接合面の周囲に、前記太陽電池セルを電極板に接合する際、太陽電池セルに上方より圧力を加えることにより導電性ペーストが太陽電池セルの外側にはみ出した導電性ペーストを導くために前記接合面より低い溝を形成し、前記接合面に前記太陽電池セルを接合した後、前記溝の少なくとも一部に、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂に酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛を含む金属酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、ガラス繊維の1つ以上を添加物として混入した熱伝導性と電気絶縁性を有する材料を挿入することを特徴とする集光型太陽電池モジュールの製造方法。When the solar battery cell is joined to the electrode plate around the joint surface to be joined to the back electrode of the solar battery cell, the conductive paste is applied to the electrode plate by applying pressure to the solar battery cell from above. A groove lower than the bonding surface is formed to guide the conductive paste protruding outside the solar battery cell, and the solar battery cell is bonded to the bonding surface, and then an epoxy resin or silicone is formed on at least a part of the groove. It is characterized by inserting a material having thermal conductivity and electrical insulation mixed with one or more of metal oxide including aluminum oxide, magnesium oxide, zinc oxide, boron nitride, aluminum nitride, and glass fiber as an additive. A method for manufacturing a concentrating solar cell module.
前記接合面は、前記電極板に設けられた凸部であることを特徴とする請求項1に記載の集光型太陽電池モジュールの製造方法The method for manufacturing a concentrating solar cell module according to claim 1, wherein the joint surface is a protrusion provided on the electrode plate. 前記底部は、前記電極板に設けられた溝であることを特徴とする請求項1に記載の集光型太陽電池モジュールの製造方法The method for manufacturing a concentrating solar cell module according to claim 1, wherein the bottom is a groove provided in the electrode plate. 前記電極板が金属を主材料とする特徴とする請求項1から3までの何れか1項に記載の集光型太陽電池モジュールの製造方法The method for manufacturing a concentrating solar cell module according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode plate is mainly made of metal. 前記放熱電気絶縁層がエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂を主材料とし、添加剤として金属、金属酸化物、カーボン、ガラス繊維、窒化ホウ素、窒化アルミニウムの1つ以上が添加されていることを特徴とする請求項1から4までの何れか1項に記載の集光型太陽電池モジュールの製造方法。 Claims wherein the heat dissipating electrical insulating layer is an epoxy resin or a silicone resin as a main material, a metal as an additive, a metal oxide, carbon, glass fibers, characterized in that the boron nitride, one or more of aluminum nitride is added Item 5. The method for producing a concentrating solar cell module according to any one of Items 1 to 4 . 前記支持板が金属を主材料とする特徴とする請求項1から5までの何れか1項に記載の集光型太陽電池モジュールの製造方法The method for manufacturing a concentrating solar cell module according to any one of claims 1 to 5, wherein the support plate is mainly made of metal.
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