JP4749401B2 - 太陽電池、集光型太陽光発電モジュール、集光型太陽光発電ユニット、および太陽電池製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、集光された太陽光を反射して太陽電池素子へ導光する反射面を有する反射部材を備えた太陽電池、そのような太陽電池を備える集光型太陽光発電モジュール、集光型太陽光発電ユニット、およびそのような太陽電池を製造する太陽電池製造方法に関する。

太陽光発電装置としては、太陽電池素子を隙間無く敷き詰めて構成した太陽光発電モジュールを屋根の上などに設置した非集光固定型の平板式構造が一般的である。これに対し、太陽光発電装置を構成する部材（部品）の中で価格が高い太陽電池素子の使用量を減らす技術が提案されている。

つまり、光学レンズや反射鏡などを用いて太陽光を集光し、小面積の太陽電池素子に高エネルギ密度の太陽光を照射することで、太陽電池素子の単位面積あたりの発電電力を大きくし、太陽電池素子のコスト（つまり、太陽光発電装置のコスト）を削減することが提案されている。

集光倍率を上げるほど太陽電池素子の素子特性としての光電変換効率は向上する。しかし、太陽電池素子の位置を固定したままでは太陽光が斜光となって入射することが多くなり、太陽光を有効に利用することができない。したがって、太陽を追尾して太陽光を常に正面で受光するように構成した高集光倍率の追尾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ないし特許文献３参照。）。

図５は、従来の追尾集光型太陽光発電装置に適用される集光型太陽光発電モジュールの構成を示す断面図である。

従来例に係る集光型太陽光発電モジュール１４０ｍは、光軸Ｌａｘと平行に入射面に対して垂直に入射する太陽光Ｌｓ（太陽光Ｌｓｖ）を受光して集光する集光レンズ１４２と、集光レンズ１４２により集光された太陽光Ｌｓ（太陽光Ｌｓａ）を光電変換する太陽電池１１０とを備える。また、太陽電池１１０は、集光レンズ１４２により集光された太陽光Ｌｓａを光電変換する太陽電池素子１１１と、太陽電池素子１１１が載置されたレシーバ基板１２０とを備える。

従来の追尾集光型太陽光発電装置は、集光レンズ１４２の作用により高集光倍率とした集光型太陽光発電モジュール１４０ｍを適用していた。

高集光倍率の追尾集光型太陽光発電装置では、集光レンズ１４２のみで集光を行なう。しかし、太陽光Ｌｓが含む幅広い波長の各波長に対して集光レンズ１４２による屈折は、均一ではないことから、ある範囲の波長（太陽電池素子１１１の感度波長領域の内で、特に短波長領域の波長）では、屈折状態が通常の場合と異なって太陽電池素子１１１に集光されない太陽光Ｌｓ（太陽光Ｌｓｂ）が生じる。

したがって、太陽光Ｌｓのある範囲の波長では、集光レンズ１４２による集光が行なわれないことから、太陽電池素子１１１に対する実質的な入射光量が減少し、太陽電池素子１１１の発電電力（出力）が低下して損失を生じるという問題がある。

また、集光レンズ１４２と太陽電池素子１１１とのアライメント誤差、太陽光発電モジュール１４０ｍを構成する部材の温度特性の差による位置ズレなどが生じることから、太陽電池素子１１１以外の領域に位置ズレをした太陽光Ｌｓ（太陽光Ｌｓｓ）が照射される場合がある。

つまり、太陽電池素子１１１以外の領域に位置ズレをした太陽光Ｌｓｓが照射されると、位置ズレした太陽光Ｌｓｓの熱エネルギーにより照射部分の部材（例えば、レシーバ基板１２０上の絶縁膜、配線など）が高温になり、場合によっては焼損（破損）することがあるという問題があった。
米国特許第５１６７７２４号明細書 特開２００２−２８９８９７号公報 特開２００３−２５８２９１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無駄なく太陽電池素子に照射して出力を向上し、かつ、位置ズレした太陽光を反射して太陽電池素子へ導光する反射部材を備えることにより耐熱性、集光効率を向上させ、信頼性、耐候性を向上させた高出力の太陽電池を提供することを目的とする。

また、本発明は、集光レンズを備える集光型太陽光発電モジュールであって、集光された太陽光を無駄なく太陽電池素子に照射して出力を向上し、かつ、位置ズレした太陽光を反射して太陽電池素子へ導光する反射部材を備えることにより耐熱性、集光効率を向上させ、信頼性、耐候性を向上させた高出力の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。

また、本発明は、複数の集光型太陽光発電モジュールを備える集光型太陽光発電ユニットであって、集光された太陽光を無駄なく太陽電池素子に照射して出力を向上し、かつ、位置ズレした太陽光を反射して太陽電池素子へ導光する反射部材を備えることにより耐熱性、集光効率を向上させ、信頼性、耐候性を向上させた高出力の集光型太陽光発電ユニットを提供することを他の目的とする。

また、本発明は、集光された太陽光を光電変換する太陽電池を製造する太陽電池製造方法であって、集光された太陽光を無駄なく太陽電池素子に照射して出力を向上し、かつ位置ズレした太陽光を反射して太陽電池素子へ導光する反射部材を金属で形成することにより、反射部材を容易かつ高精度に形成して、高効率で耐熱性に優れた信頼性の高い太陽電池を生産性良く製造する太陽電池製造方法を提供することを他の目的とする。

また、本発明は、集光された太陽光を光電変換する太陽電池を製造する太陽電池製造方法であって、集光された太陽光を無駄なく太陽電池素子に照射して出力を向上し、かつ位置ズレした太陽光を反射して太陽電池素子へ導光する反射部材をガラスに金属膜を被覆して形成することにより、軽量化した反射部材を容易かつ高精度に形成して、高効率で耐熱性に優れた信頼性の高い太陽電池を生産性良く製造する太陽電池製造方法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、集光レンズにより集光され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、前記太陽電池素子を樹脂封止する樹脂封止部とを備える太陽電池であって、板状の厚さ方向で導光路を形成する板状の反射部材を備え、前記反射部材は、太陽光を前記太陽電池素子に照射する照射窓と、該照射窓より大きく形成され太陽光を導入する光導入窓と、前記照射窓および前記光導入窓の間に形成され太陽光を反射して前記太陽電池素子へ導光する反射面とを有して前記レシーバ基板に正対する構成としてあり、前記反射部材は、樹脂封止によって前記樹脂封止部を形成するときの樹脂止めとなる封止枠部を介して前記レシーバ基板に固定され、前記樹脂封止部に当接しており、前記樹脂封止部は、前記照射窓および前記光導入窓の間の空間と前記封止枠部の内部とに、同一樹脂が充填されて一体的に封止してあることを特徴とする。

この構成により、太陽光に対する導光路を樹脂封止部と太陽電池素子に正対する反射部材（反射面）で形成できることから、太陽電池素子への異物の付着を防止して感度波長領域に対応する太陽光を太陽電池素子に高精度に集光させることが可能となり、また、集光レンズと太陽電池素子との間でのアライメント誤差が存在しても太陽光を太陽電池素子へ高精度に照射させることが可能となるので、集光効率を向上させて太陽電池素子への実質的な入射光量の低減を抑制し、太陽電池素子の発電電力を向上させることができる。また、集光された太陽光が追尾誤差により位置ズレを生じて太陽電池素子の位置からずれた位置を照射する場合でも、レシーバ基板への太陽光の照射を防止してレシーバ基板の温度上昇を抑制（低減）できることから、耐熱性を向上させた信頼性、耐候性の良い高効率で安価な太陽電池とすることができる。また、集光レンズと太陽電池素子とのアライメント精度を向上させ、レシーバ基板の放熱性を向上させることが可能となる。

また、反射面が形成する導光路を樹脂封止部で充填（樹脂封止）することから、樹脂封止部の表面に異物が付着した場合でも異物が付着した位置を非焦点位置として太陽電池素子への損傷を防止できるので、集光された太陽光に対する導光路を確実に作用させ、入射光量の精度を安定させて発電効率を安定化させ、また、反射部材と樹脂封止部との機械的結合を安定化させることができる。

本発明に係る太陽電池では、前記光導入窓と前記樹脂封止部とは面一としてあることを特徴とする。

この構成により、反射面が形成する導光路への異物の侵入を防止し、導光路を高精度に維持して発電効率を安定化させることが可能となる。

本発明に係る太陽電池では、前記光導入窓は、カバー部材で被覆してあることを特徴とする。

この構成により、樹脂封止部に対する湿気や水分の浸入を防止し、太陽電池素子を保護することが可能となり太陽電池の信頼性を向上させることができる。

本発明に係る太陽電池では、前記反射部材は、金属で形成してあることを特徴とする。

この構成により、優れた反射特性を有する反射部材を容易かつ安価に量産性良く形成することが可能となる。

本発明に係る太陽電池では、前記反射面は、鏡面加工してあることを特徴とする。

この構成により、さらに優れた反射特性を有する反射面とすることが可能となる。

本発明に係る太陽電池では、前記反射部材は、ガラスに金属膜を被覆して形成してあることを特徴とする。

この構成により、軽量で優れた反射特性を有する反射部材を容易かつ安価に量産性良く形成することが可能となる。

本発明に係る集光型太陽光発電モジュールは、太陽光を集光する集光レンズと、該集光レンズにより集光された太陽光を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、集光効率を向上させて集光された太陽光を無駄なく利用でき、位置ズレした太陽光による影響を抑制して高効率でかつ耐熱性を向上させた信頼性の高い集光型太陽光発電モジュールとすることができる。

本発明に係る集光型太陽光発電ユニットは、長尺状フレームと、該長尺状フレームに沿って配置された複数の集光型太陽光発電モジュールとを備える集光型太陽光発電ユニットであって、前記集光型太陽光発電モジュールは、本発明に係る集光型太陽光発電モジュールであることを特徴とする。

この構成により、集光効率を向上させて集光された太陽光を無駄なく利用でき、位置ズレした太陽光による影響を抑制して高効率でかつ耐熱性を向上させた信頼性の高い集光型太陽光発電ユニットとすることができる。

本発明に係る太陽電池製造方法は、集光レンズにより集光され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、前記太陽電池素子を樹脂封止する樹脂封止部と、板状の厚さ方向で導光路を形成する板状の反射部材とを備え、前記反射部材は、太陽光を前記太陽電池素子に照射する照射窓と、該照射窓より大きく形成され太陽光を導入する光導入窓と、前記照射窓および前記光導入窓の間に形成され太陽光を反射して前記太陽電池素子へ導光する反射面とを有している太陽電池を製造する太陽電池製造方法であって、金属を前記厚さ方向で成形加工して前記反射部材を準備する反射部材準備工程と、前記反射部材を前記厚さ方向で封止枠部を介して前記太陽電池素子および前記レシーバ基板に正対させて固定する反射部材固定工程と、前記封止枠部を樹脂止めとして前記光導入窓から封止樹脂を充填し前記太陽電池素子および前記導光路を樹脂封止する前記樹脂封止部を形成する樹脂封止工程と、前記導光路に形成された前記樹脂封止部と前記反射部材とを面一に平坦化する表面平坦化工程とを備えることを特徴とする。

この構成により、優れた反射特性を有する反射部材を容易かつ高精度に形成して固定することが可能となることから、工程を簡略化して耐熱性に優れた信頼性の高い太陽電池を生産性良く製造することが可能となる。

本発明に係る太陽電池製造方法は、集光レンズにより集光され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、前記太陽電池素子を樹脂封止する樹脂封止部と、板状の厚さ方向で導光路を形成する板状の反射部材とを備え、前記反射部材は、太陽光を前記太陽電池素子に照射する照射窓と、該照射窓より大きく形成され太陽光を導入する光導入窓と、前記照射窓および前記光導入窓の間に形成され太陽光を反射して前記太陽電池素子へ導光する反射面とを有している太陽電池を製造する太陽電池製造方法であって、ガラスを前記厚さ方向で成形加工し金属膜を被覆して前記反射部材を準備する反射部材準備工程と、前記反射部材を前記厚さ方向で封止枠部を介して前記レシーバ基板および前記太陽電池素子に正対させて固定する反射部材固定工程と、前記封止枠部を樹脂止めとして前記光導入窓から封止樹脂を充填し前記太陽電池素子および前記導光路を樹脂封止する前記樹脂封止部を形成する樹脂封止工程と、前記導光路に形成された前記樹脂封止部と前記反射部材とを面一に平坦化する表面平坦化工程とを備えることを特徴とする。

この構成により、軽量化した反射部材を容易かつ高精度に形成して固定することが可能となることから、工程を簡略化して耐熱性に優れた信頼性の高い太陽電池を生産性良く製造することが可能となる。

本発明に係る太陽電池製造方法では、前記反射部材準備工程は、ガラスを成形加工して下地ガラスを形成する下地ガラス形成工程と、前記下地ガラスの表面に金属膜を被覆する金属膜被覆工程と、前記金属膜を加熱処理する金属膜熱処理工程とを備えることを特徴とする。

この構成により、ガラス表面に安定した金属膜を被覆形成できることから、信頼性の高い太陽電池製造方法とすることができる。

本発明に係る太陽電池によれば、太陽光を反射して太陽電池素子へ導光する反射面を板状の厚さ方向に有して太陽電池素子およびレシーバ基板に正対する板状の反射部材を備えることから、集光効率を向上させて受光レンズによって集光された太陽光を無駄なく太陽電池素子に照射することが可能となり、また、位置ずれした太陽光を反射することが可能となるので、太陽電池の出力特性を向上させると共に耐熱性を向上させ、信頼性、耐候性を向上させることが可能になるという効果を奏する。

また、本発明に係る集光型太陽光発電モジュールによれば、本発明に係る太陽電池を備えることから、集光効率を向上させて集光された光を無駄なく利用でき、位置ズレした太陽光による影響を抑制して高効率でかつ耐熱性、耐候性を向上させた信頼性の高い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。

また、本発明に係る集光型太陽光発電ユニットによれば、本発明に係る複数の集光型太陽光発電モジュールを備えることから、集光効率を向上させて集光された光を無駄なく集光し、位置ズレした太陽光による影響を抑制して高効率でかつ耐熱性、耐候性を向上させた信頼性の高い集光型太陽光発電ユニットとすることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る太陽電池製造方法によれば、反射部材を金属で形成することから、反射部材を容易かつ高精度に形成して固定することが可能となり、工程を簡略化して耐熱性に優れた信頼性の高い太陽電池を生産性良く製造することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る太陽電池製造方法によれば、反射部材をガラスに金属膜を被覆して形成することから、軽量化した反射部材を容易かつ高精度に形成して固定することが可能となり、工程を簡略化して耐熱性に優れた信頼性の高い太陽電池を生産性良く製造することができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１および図２に基づいて、実施の形態１に係る太陽電池、および集光型太陽光発電モジュールについて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュールの構成を示す断面図である。図２は、図１に示した太陽電池を集光レンズの側から見た状態を示す平面図である。

本実施の形態に係る太陽電池１０は、集光レンズ４２により集光された太陽光Ｌｓ（太陽光Ｌｓａ）を光電変換する太陽電池素子１１と、太陽電池素子１１が載置されたレシーバ基板２０と、太陽電池素子１１を樹脂封止する樹脂封止部３３とを備える。

集光レンズ４２は、追尾機構（不図示）の作用により太陽に正対する構成としてある。したがって、太陽光Ｌｓは、太陽光Ｌｓｖとして光軸Ｌａｘと平行な方向で集光レンズ４２の入射面に垂直に入射する。

太陽光Ｌｓｖは、集光レンズ４２によって屈折、集光され、ほとんどは太陽光Ｌｓａとして太陽電池素子１１へ直接照射される。しかし、太陽光Ｌｓが有する波長領域は幅広く種々の波長が含まれることから、ある範囲の波長（太陽電池素子１１の感度波長領域の内で、特に短波長領域の波長）では、屈折状態が通常の場合と異なって太陽電池素子１１へ直接照射されない太陽光Ｌｓｂを生じる。

本実施の形態では、太陽電池素子１１へ直接照射されない太陽光Ｌｓｂを反射部材３２で反射、導光することによって太陽電池素子１１へ照射する構成としてある。すなわち、太陽電池１０は、反射面３２ｒを有して太陽電池素子１１およびレシーバ基板２０に正対する板状の反射部材３２を備える。

つまり、反射部材３２は、太陽電池素子１１に正対して太陽光Ｌｓ（太陽光Ｌｓａおよび太陽光Ｌｓｂ）を太陽電池素子１１に照射する照射窓３２ｆと、照射窓３２ｆより大きく形成され集光レンズ４２に正対して太陽光Ｌｓ（太陽光Ｌｓａおよび太陽光Ｌｓｂ）を導入する光導入窓３２ｗと、照射窓３２ｆおよび光導入窓３２ｗの間に形成され太陽光Ｌｓを反射して太陽電池素子１１へ導光する反射面３２ｒとを有する。

反射部材３２は、反射面３２ｒを有することから、太陽光Ｌｓを無駄なく集光して集光効率を向上させると共に位置ズレした太陽光Ｌｓ（例えば太陽光Ｌｓｂ）を太陽電池素子１１に反射して照射することが可能となる。

したがって、反射部材３２（反射面３２ｒ）および樹脂封止部３３で太陽光Ｌｓに対する導光路３５を形成できることから、太陽電池素子１１への異物の付着を防止して感度波長領域に対応する太陽光Ｌｓを太陽電池素子１１に高精度に集光させることが可能となり、また、集光レンズ４２と太陽電池素子１１との間でのアライメント誤差、追尾誤差が存在し集光された太陽光Ｌｓが位置ズレを生じた場合でも太陽光Ｌｓを太陽電池素子１１へ高精度に照射させることが可能となるので、太陽電池素子１１への実質的な入射光量の低減を抑制し、太陽電池素子１１の発電電力を向上させることができる。

なお、反射部材３２の厚さ（レシーバ基板２０からの高さ）は、光導入窓３２ｗの位置での太陽光Ｌｓの照射強度が例えば０．３５ｋＷ／ｍ²程度以下となり、反射部材３２、樹脂封止部３３の耐熱性を確保できる程度とすることが望ましい。

太陽電池素子１１は、例えばＳｉ、ＧａＡｓ、ＣｕＩｎＧａＳｅ、ＣｄＴｅなどの無機材料で構成してある。また、太陽電池素子１１の構造は、単一接合型セル、モノリシック多接合型セル、波長感度領域の異なる種々の太陽電池セルを接続したメカニカルスタック型など種々の形態の構造を適用することが可能である。

なお、太陽電池素子１１の外形サイズは、使用する太陽電池材料の削減、加工の安さ、工程の容易性、簡略化などの観点から、数ｍｍ程度から２０ｍｍ程度までとすることが望ましい。

また、太陽電池素子１１の感度波長領域での光反射率を低減するために、太陽電池素子１１の表面に適当な反射防止膜などを設けても良い。さらに、太陽電池素子１１の感度波長領域以外の波長領域での光を反射するＵＶ反射膜、赤外線反射膜などを設けても良い。

レシーバ基板２０は、例えばアルミニウム板、銅板などのベース基台に適宜の絶縁層を介して所望の配線（太陽電池素子１１の電極（不図示）に接続され、外部への取り出しを行なう接続パターン。また、太陽電池１０相互間を直列、あるいは並列に接続するための接続パターン。不図示）が形成してある。

つまり、太陽電池素子１１が発生した電流はレシーバ基板２０に形成された配線により太陽電池１０の外部へ適宜取り出す構成としてある。レシーバ基板２０に形成された配線は、信頼性の高い絶縁性を確保する必要があることから、例えば、銅箔で形成された接続パターンを有機材料などの絶縁膜で被覆して絶縁する構成としてある。

また、反射部材３２は樹脂封止部３３に当接させてあり、照射窓３２ｆおよび反射面３２ｒは樹脂封止部３３によって樹脂封止してある。樹脂封止部３３は、太陽電池素子１１とカバー部材３６との間の空間（レシーバ基板２０とレシーバ基板２０に正対する反射部材３２との間の空間、および反射面３２ｒで構成された導光路３５の空間）に充填された絶縁樹脂で構成してあり、例えば透明なシリコーン樹脂を適用してカバー部材３６を透過した太陽光Ｌｓを太陽電池素子１１に導光して照射させるように形成してある。

反射面３２ｒが形成する導光路３５を樹脂封止部３３で充填（樹脂封止）することから、樹脂封止部３３の表面に異物が付着した場合でも異物が付着した位置を非焦点位置として太陽電池素子１１への損傷を防止できるので、集光された太陽光Ｌｓに対する導光路３５を確実に作用させ、入射光量の精度を安定させて発電効率を安定化させ、また、反射部材３２と樹脂封止部３３との機械的結合を安定化させることができる。

また、反射部材３２は、太陽電池素子１１の外側の外周領域に対応させて配置されレシーバ基板２０に正対することから、集光された太陽光Ｌｓが追尾誤差により位置ズレを生じて太陽電池素子１１の位置からずれた位置を太陽光Ｌｓ（太陽光Ｌｓｓ）が照射する場合でも、レシーバ基板２０への太陽光Ｌｓｓの直接的な照射を防止してレシーバ基板２０の温度上昇を抑制（低減）できるので、耐熱性を向上させた信頼性、耐候性の良い高効率で安価な太陽電池１０とすることができる。

光導入窓３２ｗと樹脂封止部３３（頂面）とは面一としてある。したがって、反射面３２ｒが形成する導光路３５への異物の侵入を防止し、導光路３５を高精度に維持して発電効率を安定化させることが可能となる。

光導入窓３２ｗは、カバー部材３６で被覆してある。したがって、樹脂封止部３３に対する湿気や水分の浸入を防止し、太陽電池素子１１を外部環境から保護することが可能となり太陽電池１０の信頼性を向上させることができる。つまり、カバー部材３６は、例えばガラス板で構成してあり、耐熱性および耐湿性を確保して耐候性を向上させる。

太陽電池１０は、上述したとおり、太陽電池素子１１を樹脂封止する樹脂封止部３３、反射面３２ｒを有する反射部材３２、反射部材３２（光導入窓３２ｗ）を被覆するカバー部材３６を備え、導光路３５を構成する。

したがって、集光レンズ４２によって屈折、集光された太陽光Ｌｓａは、太陽電池素子１１に直接入射するのに対し、集光レンズ４２によって集光しきれない太陽光Ｌｓｂは、反射部材３２（反射面３２ｒ）によって反射、屈折された後、太陽電池素子１１に入射する。つまり、従来損失となっていた太陽光Ｌｓｂを太陽電池素子１１に入射させて太陽電池１０の損失を低減し高効率化を図ることが可能となる。

反射部材３２が有する反射面３２ｒ（照射窓３２ｆ、光導入窓３２ｗ）は、太陽光Ｌｓｂを反射して太陽電池素子１１（有効入射面領域）に入射させる領域（導光路３５）を構成する。したがって、集光レンズ４２の位置が正常な状態では、ある範囲の波長（例えば上述した短波長領域の波長）に起因する太陽光Ｌｓｂであっても確実に太陽電池素子１１に集光することが可能となる。なお、照射窓３２ｆ、光導入窓３２ｗは、太陽電池素子１１（有効入射面領域）と相似形に形成してあることが望ましい。

太陽光Ｌｓは、追尾機構により太陽電池素子１１に集光される構成としてあるが、例えば、追尾誤差の発生あるいは光学系のアライメント誤差により位置ズレを生じ集光スポットが集光領域Ａｆからずれることがある。

つまり、位置ズレした太陽光Ｌｓ（太陽光Ｌｓｓ）を太陽電池１０へ照射することがある。なお、以下では、追尾誤差、アライメント誤差、光強度のバラツキなどによる集光スポットのズレを単に追尾誤差（追尾誤差など）によるものとして記載することがある。

反射部材３２は、太陽電池素子１１（有効入射面領域）に向けて集光された太陽光Ｌｓａ、太陽光Ｌｓｂに対して設定された集光領域Ａｆの外側に対応させて配置してあることから、仮に太陽光Ｌｓｓが生じた場合には、太陽光Ｌｓｓを反射することが可能となる。

したがって、集光された太陽光Ｌｓａ、太陽光Ｌｓｂが例えば追尾誤差などにより位置ずれを生じ、太陽電池素子１１の位置（有効入射面領域）からずれた位置（集光領域Ａｆの外側）を照射する太陽光Ｌｓｓを生じた場合でも、レシーバ基板２０への太陽光Ｌｓｓの照射を防止することが可能となる。

つまり、反射部材３２を集光領域Ａｆの外側でレシーバ基板２０に正対させて配置することから、レシーバ基板２０への太陽光Ｌｓｓの照射を防止することが可能となり、レシーバ基板２０の表面の温度上昇を抑制してレシーバ基板２０の表面に配置された部材の焼損を防止することができる。

レシーバ基板２０の表面に形成してある配線は、上述したとおり、耐熱性の低い有機部材などで構成してあることから、仮に太陽光Ｌｓｓが照射されると有機部材の損傷、ひいては配線の損傷を生じ、また、太陽電池１０の信頼性を低下させる恐れがある。しかし、反射部材３２を設けていることから、太陽光Ｌｓｓがレシーバ基板２０（配線）に直接照射されることを防止し、配線の損傷などを回避することが可能となる。

したがって、反射部材３２を配置することにより、例えば６００ＳＵＮ（１ＳＵＮ＝１００ｍＷ／ｃｍ²）以上の高集光倍率の場合でも、レシーバ基板２０の配線（有機部材）などの焼損を防ぐことが可能となり、耐熱性を向上させた信頼性、耐候性の良い高効率で安価な太陽電池１０とすることができる。

反射部材３２は、例えば金属で形成してある。したがって、太陽光Ｌｓを効果的に反射することが可能となる。金属で反射部材３２を形成することにより、優れた反射性を有する反射部材３２を容易かつ安価に量産性良く形成することが可能となる。

反射部材３２は、照射窓３２ｆを太陽電池素子１１の直上に配置するだけで良く、その他の部材を必要としないことから、安価に形成することが可能であり、従来損失していた太陽光Ｌｓｂを太陽電池素子１１に入射させることができることから太陽電池素子１１の効率の向上を図れる。

また、反射部材３２は、レシーバ基板２０に対する過剰な太陽光Ｌｓｓの照射を防止することから、太陽電池素子１１の効率低下の原因となる温度上昇を抑制（低減）することが可能となる。つまり、太陽電池素子１１の温度上昇、レシーバ基板２０の温度上昇を抑制して太陽電池素子１１の発電効率の低下を防止し、レシーバ基板２０に配置された部材の焼損を防止できることから、耐熱性を向上させ、発電量の低下を防止することが可能となる。

反射部材３２は、金属の代わりにガラスに金属膜を被覆して形成することが可能である。ガラスを適用することにより、軽量で優れた反射特性を有する反射部材３２を容易かつ安価に量産性良く形成することが可能となる。

反射部材３２は、レシーバ基板２０に封止枠部３４（反射部材固定手段）を介して固定してある。したがって、集光レンズ４２と太陽電池素子１１とのアライメント精度を向上させ、また、レシーバ基板２０の放熱性を向上させることが可能となる。

なお、封止枠部３４は、樹脂封止によって樹脂封止部３３を形成するときの樹脂止めとして予め形成してある。したがって、反射部材固定手段として封止枠部３４を適用することから、反射部材固定手段を簡単に形成することが可能となる。

封止枠部３４（反射部材固定手段）は、例えば、金属枠、プラスチック枠を配置して形成することが可能であるが、反射部材３２を接着できる接着性の樹脂で形成することが望ましい。

また、反射部材３２に枠状の脚部を形成し脚部をレシーバ基板２０に接着することによって反射部材固定手段および反射部材３２を一体に形成することも可能である。この構成により、部品点数、工数を低減でき、また、レシーバ基板２０の放熱性をさらに向上させることが可能となる。

また、本実施の形態に係る集光型太陽光発電モジュール４０ｍは、太陽光Ｌｓを受光して集光する集光レンズ４２と、集光レンズ４２により集光された太陽光Ｌｓを光電変換する太陽電池素子１１（太陽電池１０）とを備える。

この構成により、高効率で耐熱性に優れた太陽電池１０を備えることから、耐熱性、集光効率を向上させた信頼性の高い集光型太陽光発電モジュール４０ｍを構成することが可能となる。つまり、集光された太陽光Ｌｓを無駄なく利用でき、高効率でかつ耐熱性を向上させた信頼性の高い集光型太陽光発電モジュール４０ｍとすることができる。

なお、集光型太陽光発電モジュール４０ｍに適用する太陽電池素子１１としては、高効率性、実用性が特に求められることから、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅで構成した３接合型太陽電池素子、ＡｌＧａＡｓ／Ｓｉで構成した太陽電池素子、モノリシック多接合型太陽電池素子を使用することが望ましい。

集光レンズ４２による集光を効果的に行なうために、太陽光Ｌｓを光電変換する太陽電池素子１１の表面は平坦で、光軸Ｌａｘと直交する平面となるように配置され、カバー部材３６の入射面・出射面に対して平行としてある。

集光レンズ４２としては、両凸レンズ、平凸レンズ、フレネルレンズなどが挙げられる。重量・コスト・使用環境での扱い易さなどの観点から、太陽光Ｌｓを受光する入射面が平坦で、太陽光Ｌｓを太陽電池素子１１に照射する出射面が略三角断面を有するフレネルレンズの形状としてあることが望ましい。なお、集光レンズ４２は、同じ光学系を複数並べて一体に成形し、アレイ状（図４参照）とすることも可能である。

集光レンズ４２の材質としては、太陽電池素子１１の感度波長光での透過率が高く、耐候性を有するものが良い。例えば、通常の太陽電池モジュール（太陽光発電システム）などに一般的に使用される薄板ガラス、耐候性グレードのアクリル、ポリカーボネートなどを適用することが可能である。なお、集光レンズ４２の材料は、これらに限定されるものではなく、これら材料を複層構成としたものでも良い。また、これら材料に、集光レンズ４２自体やその他の部材の紫外線劣化を防ぐ目的で、適当な紫外線吸収剤を添加することも可能である。

＜実施の形態２＞
図３Ａおよび図３Ｂに基づいて、実施の形態２に係る太陽電池製造方法について説明する。つまり、実施の形態１に係る太陽電池１０を製造する太陽電池製造方法を実施の形態２として説明する。

図３Ａは、本発明の実施の形態２に係る太陽電池製造方法の各工程での太陽電池の状態を図２の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面で示す工程断面図であり、（Ａ）は封止枠部形成工程での状態を示し、（Ｂ）は反射部材固定工程での状態を示す。

図３Ｂは、本発明の実施の形態２に係る太陽電池製造方法の各工程での太陽電池の状態を図２の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面で示す工程断面図であり、（Ａ）は樹脂封止工程での状態を示し、（Ｂ）はカバー部材載置工程での状態を示す。

まず、金属を成形加工して反射部材３２を準備する（反射部材準備工程。不図示）。反射部材３２は板状の金属に照射窓３２ｆおよび光導入窓３２ｗを開口して反射面３２ｒを形成する。太陽光Ｌｓを効率よく太陽電池素子１１に入射させるように反射面３２ｒの傾斜を形成するようにダイキャスティングにより、または、金属板をくり抜くことにより作製することが可能である。

反射面３２ｒの傾斜は、例えば、集光レンズ４２の端部と太陽電池素子１１の端部を結んで構成される直線と同程度の傾斜として形成することが可能である。傾斜の角度を調整することによって、反射量を調整することが可能であるので、適用される集光型太陽光発電モジュール４０ｍの形状に対応させて適宜の角度を設定することが望ましい。この構成により、優れた反射特性を有する反射部材３２を形成することが可能となる。

次に、反射部材３２（反射面３２ｒ）の反射率を増加させるために反射面３２ｒを鏡面加工する。その後、真空蒸着法、スパッタ法、メッキ法によって金属膜をさらに積層成膜しても良い。この構成により、さらに優れた反射特性を有する反射面３２ｒとすることが可能となる。

次に、レシーバ基板２０に封止枠部３４（反射部材固定手段）を形成する（封止枠部形成工程あるいは反射部材固定手段形成工程。図３Ａ（Ａ）参照）。実施の形態１で述べたとおり、封止枠部３４は金属枠やプラスチック枠を形成し配置することも可能であるが反射部材３２を接着できる樹脂や接着剤で形成することが望ましい。また、封止枠部３４を反射部材３２と一体化して形成する場合は、封止枠部形成工程（反射部材固定手段形成工程）は、次の反射部材固定工程と併合される。

その後、封止枠部３４に反射部材３２を載置、接着し固定する（反射部材固定工程。図３Ａ（Ｂ）参照）。このとき、反射部材３２の照射窓３２ｆの中心と太陽電池素子１１（有効入射面領域）の中心が一致するように載置する必要がある。つまり、反射部材３２をレシーバ基板２０および太陽電池素子１１に正対させて固定する
次に、反射面３２ｒが形成する導光路３５（光導入窓３２ｗ）を介してレシーバ基板２０および反射部材３２の間に封止樹脂を充填して樹脂封止部３３を形成する（樹脂封止工程。図３Ｂ（Ａ）参照）。つまり、樹脂封止部３３を形成して太陽電池１０を樹脂封止し、併せて導光路３５を樹脂封止する。

その後、導光路３５に形成された樹脂封止部３３と反射部材３２（光導入窓３２ｗ）とを面一に平坦化し（表面平坦化工程。不図示）、樹脂封止部３３および反射部材３２にカバー部材３６を樹脂封止部３３と同質の接着剤を適用して接着する（カバー部材載置工程。図３Ｂ（Ｂ）参照）。つまり、安定した信頼性の高い出力特性を得るために充填した樹脂の表面を平坦化させ、太陽電池素子１１を湿気や水分から保護するカバー部材３６を載置して光導入窓３２ｗと樹脂封止部３３との境界を外部雰囲気から遮蔽する。

上述したとおり、本実施の形態に係る太陽電池１０を製造する太陽電池製造方法は、集光レンズ４２により集光された太陽光Ｌｓを光電変換する太陽電池素子１１と、太陽電池素子１１が載置されたレシーバ基板２０と、太陽電池素子１１を樹脂封止する樹脂封止部３３と、太陽光Ｌｓを反射して太陽電池素子１１へ導光する反射面３２ｒを有し太陽電池素子１１およびレシーバ基板２０に正対する板状の反射部材３２とを備える太陽電池１０の製造方法に関し、次の工程を備える。

すなわち、金属を成形加工して反射部材３２を準備する反射部材準備工程と、反射部材３２を太陽電池素子１１およびレシーバ基板２０に正対させて固定する反射部材固定工程と、反射面３２ｒが形成する導光路３５（光導入窓３２ｗ）を介してレシーバ基板２０および反射部材３２の間に封止樹脂を充填して樹脂封止部３３を形成する樹脂封止工程と、導光路３５に形成された樹脂封止部３３と反射部材３２（光導入窓３２ｗ）とを面一に平坦化する表面平坦化工程とを備える。

この構成により、優れた反射特性を有する反射部材３２を容易かつ高精度に形成して高精度に固定することが可能となることから、工程を簡略化して耐熱性に優れた信頼性の高い太陽電池１０を生産性良く製造することが可能となる。

実施の形態１で述べたとおり、反射部材３２は金属のほかに、ガラスを適用することも可能である。以下、反射部材３２にガラスを採用した場合の反射部材３２の製造方法について説明する。基本的には、金属の場合と同様であるので異なる点を主に説明する。

反射部材３２の形状は、金属の場合もガラスの場合も同様である。また、反射部材３２は、ガラスを成形加工し金属膜を被覆して準備する（反射部材準備工程）ことが可能である。

まず、金属の場合と同様に、ガラスをダイキャスティングにより、または、ガラスをくり抜くことにより成形加工して下地ガラスを形成する（反射部材準備工程の一部としての下地ガラス形成工程）。

次に、反射特性を持たせるために下地ガラスの表面に金属膜を被覆する（反射部材準備工程の一部としての金属膜被覆工程）。金属膜を被覆する方法としては、周知の真空蒸着法、スパッタ法、メッキ法などを適用することが可能である。

その後、金属膜が形成されたガラスに対して加熱処理を施して金属膜を加熱処理する（反射部材準備工程の一部としての金属膜熱処理工程）。加熱処理は、例えば、窒素雰囲気（空気雰囲気とすることも可能である）を有するオーブンで４５０℃、３０分間の熱処理とすることが可能である。

なお、熱処理後の冷却は、１５℃／ｍｉｎの徐冷速度で熱処理温度から２００℃まで徐冷し、さらに、室温まで冷却することにより、ガラスの割れなどを防止して安定的に反射部材３２を形成することができる（反射部材準備工程）。

上述したとおり、反射部材準備工程を、下地ガラス形成工程、金属膜被覆工程、金属膜熱処理工程で構成することから、ガラス表面に安定した金属膜を被覆形成することが可能となり、信頼性の高い太陽電池製造方法とすることができる。

また、反射部材固定工程、樹脂封止工程、表面平坦化工程は、金属の場合と同様であるので説明は省略する。この構成により、軽量化した反射部材３２を容易かつ高精度に形成して固定することが可能となることから、工程を簡略化して耐熱性に優れた信頼性の高い太陽電池１０を生産性良く製造することが可能となる。

＜実施の形態３＞
図４に基づいて、実施の形態３に係る集光型太陽光発電ユニットについて説明する。本実施の形態に係る集光型太陽光発電ユニットは、実施の形態１および実施の形態２で説明した太陽電池１０を備える集光型太陽光発電モジュール４０ｍを複数配置して構成してある。

図４は、本発明の実施の形態３に係る集光型太陽光発電ユニットの構成を概略的に示す斜視図である。

本実施の形態に係る集光型太陽光発電ユニット４０は、長尺状フレーム４４と、長尺状フレーム４４に沿って配置された複数の集光型太陽光発電モジュール４０ｍとを備える。なお、集光型太陽光発電モジュール４０ｍは、実施の形態１または実施の形態２に係る太陽電池１０を備える。また、集光型太陽光発電モジュール４０ｍは、長尺状フレーム４４とは異なる個別のフレームに配置することにより独立した形態とすることも可能である。

この構成により、集光型太陽光発電ユニット４０は、耐熱性に優れた太陽電池１０を備えることから、耐熱性を向上させ高い信頼性を実現することが可能となる。また、集光された太陽光Ｌｓを無駄なく利用でき、高効率でかつ耐熱性を向上させた信頼性の高い集光型太陽光発電ユニット４０とすることができる。

集光型太陽光発電モジュール４０ｍは、例えば３０ｃｍ角程度の集光レンズ４２を備え、集光型太陽光発電ユニット４０は、例えば５×１個（５個）の集光型太陽光発電モジュール４０ｍを備える構成とすることが可能である。このとき、集光型太陽光発電ユニット４０は、例えば３０ｃｍ×１５０ｃｍ程度の入射面を構成することとなる。

また、集光型太陽光発電モジュール４０ｍは、必要な電力を発電するために、適宜の数で直列または並列に接続してある。図４では、例えば、集光型太陽光発電ユニット４０を７個並置して集光型太陽光発電システム（集光型太陽光発電装置）を構成した形態としてある。

複数の集光型太陽光発電ユニット４０で構成された集光型太陽光発電システム（集光型太陽光発電装置）は、支柱８１に支持されて、追尾機構部（不図示）により水平方向の回転Ｒｏｔｈ、垂直方向の回転Ｒｏｔｖにより太陽を追尾する方向へ自動的に駆動され、集光型太陽光発電モジュール４０ｍの表面に配置された集光レンズ４２（入射面）を太陽光Ｌｓに対して垂直方向へ向ける構成としてある。

したがって、本実施の形態に係る集光型太陽光発電ユニット４０は、高集光倍率の集光型太陽光発電システムに適用できる。つまり、本発明に係る集光型太陽光発電モジュール４０ｍは信頼性・耐候性のよい高効率で安価な追尾集光型太陽光発電システムを構成することが可能となる。

また、追尾誤差などによる追尾不良が発生した場合でも、反射部材３２が作用することにより太陽電池１０を焼損する恐れがなく、信頼性の高い、追尾集光型太陽光発電システムとすることが可能である。

なお、追尾機構部（追尾駆動システム）は、太陽の方位に集光レンズ４２（入射面）を向けるための方位軸と、太陽の高度に集光レンズ４２（入射面）を傾けるための傾倒軸との２軸別々の追尾駆動装置によって構成されていることから、太陽を高精度に追尾することが可能となる。

追尾駆動システムの動力系としては、モーターと減速機を用いてギヤを所定の回転数回転させて所定の方向に駆動させる方法、油圧ポンプと油圧シリンダーを用いて所定の長さにシリンダーを調節することにより所定の方向に駆動させるといった方法があり、どちらの方法を用いても良い。

追尾駆動システムの動作を制御する追尾駆動システムの内部に搭載された時計によって、予め太陽の軌道を計算し、太陽の向きに集光型太陽光発電モジュール４０ｍ（集光型太陽光発電ユニット４０）を向かせるように制御する方法、追尾駆動システムにホトダイオードなどからなる太陽センサーを取り付けて太陽方向を随時モニターし制御する方法などが太陽光追尾方法として知られており、いずれの方法を用いても良い。

本発明の実施の形態１に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュールの構成を示す断面図である。 図１に示した太陽電池を集光レンズの側から見た状態を示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係る太陽電池製造方法の各工程での太陽電池の状態を図２の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面で示す工程断面図であり、（Ａ）は封止枠部形成工程での状態を示し、（Ｂ）は反射部材固定工程での状態を示す。 本発明の実施の形態２に係る太陽電池製造方法の各工程での太陽電池の状態を図２の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面で示す工程断面図であり、（Ａ）は樹脂封止工程での状態を示し、（Ｂ）はカバー部材載置工程での状態を示す。 本発明の実施の形態３に係る集光型太陽光発電ユニットの構成を概略的に示す斜視図である。 従来の追尾集光型太陽光発電装置に適用される集光型太陽光発電モジュールの構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ 太陽電池
１１ 太陽電池素子
２０ レシーバ基板
３２ 反射部材
３２ｆ 照射窓
３２ｒ 反射面
３２ｗ 光導入窓
３３ 樹脂封止部
３４ 封止枠部（反射部固定手段）
３５ 導光路
３６ カバー部材
４０ 集光型太陽光発電ユニット
４０ｍ 集光型太陽光発電モジュール
４２ 集光レンズ
４４ 長尺状フレーム
Ａｆ 集光領域
Ｌｓ、Ｌｓａ、Ｌｓｂ、Ｌｓｓ、Ｌｓｖ 太陽光
Ｒｏｔｈ 水平方向回転
Ｒｏｔｖ 垂直方向回転

Claims (11)

1. 集光レンズにより集光され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、前記太陽電池素子を樹脂封止する樹脂封止部とを備える太陽電池であって、
   板状の厚さ方向で導光路を形成する板状の反射部材を備え、
   前記反射部材は、太陽光を前記太陽電池素子に照射する照射窓と、該照射窓より大きく形成され太陽光を導入する光導入窓と、前記照射窓および前記光導入窓の間に形成され太陽光を反射して前記太陽電池素子へ導光する反射面とを有して前記レシーバ基板に正対する構成としてあり、
   前記反射部材は、樹脂封止によって前記樹脂封止部を形成するときの樹脂止めとなる封止枠部を介して前記レシーバ基板に固定され、前記樹脂封止部に当接しており、
   前記樹脂封止部は、前記照射窓および前記光導入窓の間の空間と前記封止枠部の内部とに、同一樹脂が充填されて一体的に封止してあること
   を特徴とする太陽電池。
2. 請求項１に記載の太陽電池であって、
   前記光導入窓と前記樹脂封止部とは面一としてあること
   を特徴とする太陽電池。
3. 請求項１または請求項２に記載の太陽電池であって、
   前記光導入窓は、カバー部材で被覆してあること
   を特徴とする太陽電池。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の太陽電池であって、
   前記反射部材は、金属で形成してあること
   を特徴とする太陽電池。
5. 請求項４に記載の太陽電池であって、
   前記反射面は、鏡面加工してあること
   を特徴とする太陽電池。
6. 請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の太陽電池であって、
   前記反射部材は、ガラスに金属膜を被覆して形成してあること
   を特徴とする太陽電池。
7. 太陽光を集光する集光レンズと、該集光レンズにより集光された太陽光を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ないし請求項６のいずれか一つ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。
8. 長尺状フレームと、該長尺状フレームに沿って配置された複数の集光型太陽光発電モジュールとを備える集光型太陽光発電ユニットであって、
   前記集光型太陽光発電モジュールは、請求項７に記載の集光型太陽光発電モジュールであること
   を特徴とする集光型太陽光発電ユニット。
9. 集光レンズにより集光され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、前記太陽電池素子を樹脂封止する樹脂封止部と、板状の厚さ方向で導光路を形成する板状の反射部材とを備え、前記反射部材は、太陽光を前記太陽電池素子に照射する照射窓と、該照射窓より大きく形成され太陽光を導入する光導入窓と、前記照射窓および前記光導入窓の間に形成され太陽光を反射して前記太陽電池素子へ導光する反射面とを有している太陽電池を製造する太陽電池製造方法であって、
   金属を前記厚さ方向で成形加工して前記反射部材を準備する反射部材準備工程と、
   前記反射部材を前記厚さ方向で封止枠部を介して前記太陽電池素子および前記レシーバ基板に正対させて固定する反射部材固定工程と、
   前記封止枠部を樹脂止めとして前記光導入窓から封止樹脂を充填し前記太陽電池素子および前記導光路を樹脂封止する前記樹脂封止部を形成する樹脂封止工程と、
   前記導光路に形成された前記樹脂封止部と前記反射部材とを面一に平坦化する表面平坦化工程とを備えること
   を特徴とする太陽電池製造方法。
10. 集光レンズにより集光され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、前記太陽電池素子を樹脂封止する樹脂封止部と、板状の厚さ方向で導光路を形成する板状の反射部材とを備え、前記反射部材は、太陽光を前記太陽電池素子に照射する照射窓と、該照射窓より大きく形成され太陽光を導入する光導入窓と、前記照射窓および前記光導入窓の間に形成され太陽光を反射して前記太陽電池素子へ導光する反射面とを有している太陽電池を製造する太陽電池製造方法であって、
    ガラスを前記厚さ方向で成形加工し金属膜を被覆して前記反射部材を準備する反射部材準備工程と、
    前記反射部材を前記厚さ方向で封止枠部を介して前記レシーバ基板および前記太陽電池素子に正対させて固定する反射部材固定工程と、
    前記封止枠部を樹脂止めとして前記光導入窓から封止樹脂を充填し前記太陽電池素子および前記導光路を樹脂封止する前記樹脂封止部を形成する樹脂封止工程と、
    前記導光路に形成された前記樹脂封止部と前記反射部材とを面一に平坦化する表面平坦化工程とを備えること
    を特徴とする太陽電池製造方法。
11. 請求項１０に記載の太陽電池製造方法であって、
    前記反射部材準備工程は、
    ガラスを成形加工して下地ガラスを形成する下地ガラス形成工程と、
    前記下地ガラスの表面に金属膜を被覆する金属膜被覆工程と、
    前記金属膜を加熱処理する金属膜熱処理工程とを備えること
    を特徴とする太陽電池製造方法。

Images