JP4986875B2 - 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集光された太陽光を導光する導光路とを備える太陽電池、および、そのような太陽電池を備えた集光型太陽光発電モジュールに関する。

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、集光した太陽光を小面積の太陽電池素子に照射することで、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。

一般に集光倍率を上げるほど太陽電池素子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５参照。）。

図６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Ｌｓｖ（太陽光Ｌｓ）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により焦点位置ＦＰへ集光された太陽光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、一般的に集光レンズ１４２を適用して集光を行なう。しかし、集光レンズ１４２による屈折は、太陽光Ｌｓが含む幅広い波長の各波長に対してそれぞれわずかに異なることから、波長領域（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）によっては、屈折状態が通常の場合と大きく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）を生じる場合がある。

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、屈折状態が異なる場合と同様に太陽電池素子１１１以外の領域に位置ズレをした集光されない太陽光Ｌｓ（太陽光Ｌｓｓ）が生じる場合がある。

したがって、波長領域による屈折状態の相違、各構成部材間の位置ズレなどを原因として太陽電池素子１１１への集光がされない太陽光Ｌｓ（太陽光Ｌｓｂ、Ｌｓｓ）は、太陽電池素子１１１に対する実質的な入射光量を減少することとなり、太陽電池素子１１１の発電電力（出力）を低下させて損失を生じるという問題がある。

また、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。

また、太陽電池素子１１１は、集光された太陽光Ｌｓａによって発熱し、その結果発電電力（出力）が低下するという問題があった。
特開２００２−２８９８９６号公報 特開２００２−２８９８９７号公報 特開２００２−２８９８９８号公報 特開２００６−２７８５８１号公報 特開２００７−２０１１０９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、集光レンズにより集光された太陽光を無駄なく太陽電池素子に照射する柱状光学部材と、レシーバ基板に載置され柱状光学部材を保持する光学保持部とを備えることによって、集光特性および放熱性を向上させ、発電効率および発電電力を向上させた耐熱性、信頼性、耐候性の高い太陽電池を提供することを目的とする。

また、本発明は、集光レンズにより集光された太陽光を光電変換する太陽電池を備える集光型太陽光発電モジュールであって、集光特性および放熱性を向上させた太陽電池を備えることによって、発電効率および発電電力を向上させた耐熱性、信頼性、耐候性の高い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、集光された太陽光を前記太陽電池素子に集光する光路傾斜面が形成する導光路を備える柱状光学部材と、前記光路傾斜面に整合された保持傾斜面を有する保持壁が前記柱状光学部材を保持する光学保持部とを備え、前記光学保持部と前記レシーバ基板が構成する空間に充填されて前記樹脂封止部を形成する封止樹脂が、前記樹脂封止部から前記柱状光学部材と前記光学保持部との間に充填されていることを特徴とする。

この構成により、高い位置精度と安定性を有する導光路を確保して広い波長領域で太陽光を高精度に集光できる集光特性が得られることから、集光特性および放熱性を向上させ、集光された太陽光の位置ズレによって生じる発電効率の低減および温度上昇を防止して発電効率および発電電力を向上させた耐熱性、信頼性、耐候性の高い太陽電池とすることが可能となる。また、封止樹脂を介在させることによって、光学保持部に対して柱状光学部材を密着させることが可能となり、光学保持部に対する柱状光学部材の載置を安定して行なうことが可能となることから、生産性を向上させることができる。

また、本発明に係る太陽電池では、前記光学保持部は、前記レシーバ基板が有する金属のベース基台に当接させてあることを特徴とする。

この構成により、レシーバ基板と光学保持部との間の熱抵抗を低減して、太陽電池素子からレシーバ基板へ熱伝導された熱を効率的に放熱することが可能となり、発電効率および信頼性を向上させることができる。

また、本発明に係る太陽電池では、前記光学保持部は、外周側面に櫛の歯状のフィンを備えることを特徴とする。

この構成により、放熱特性をさらに向上させることが可能となり、発電効率および信頼性をさらに向上させることができる。

また、本発明に係る太陽電池では、前記柱状光学部材は、四角柱としてあり、前記光学保持部は、前記四角柱の軸方向角部を包囲する溝状の切り欠き部を備えることを特徴とする。この構成により、柱状光学部材の軸方向角部での光学保持部による損傷を防止し、光学保持部に対して柱状光学部材を確実かつ高精度に載置することが可能となり、また、柱状光学部材と光学保持部の間に充填される封止樹脂の脱泡と充填を確実に行なうことが可能となることから、導光路を高精度に画定（位置決め）することができる。

また、本発明に係る太陽電池では、前記切り欠き部は、前記封止樹脂で充填されていることを特徴とする。この構成により、切り欠き部によって、柱状光学部材と光学保持部の間に充填される封止樹脂の脱泡と充填を確実に行なうことが可能となることから、導光路（柱状光学部材）を高精度に画定（位置決め）し、光路傾斜面と保持壁との間、あるいは樹脂封止部での気泡の混入が生じない高品質の導光路とすることができる。

また、本発明に係る太陽電池では、前記樹脂封止部は、前記柱状光学部材と前記太陽電池素子との間で周囲領域より薄くしてあることを特徴とする。この構成により、柱状光学部材の太陽電池素子に対向する面（照射面）を太陽電池素子に確実に近接させることが可能となることから、柱状光学部材によって集光された太陽光を効果的に太陽電池素子へ照射することができる。また、周囲領域でのレシーバ基板の温度上昇を抑制することが可能となることから、耐熱性を向上させて信頼性と耐候性の高い太陽電池とすることができる。

また、本発明に係る太陽電池では、前記保持壁は、金属ブロックの内側に形成されていることを特徴とする。この構成により、光学保持部を金属ブロックで形成して、フィンを外周に形成することができる。

また、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、高い位置精度と安定性を有する導光路を確保して広い波長領域で太陽光を高精度に集光できる集光特性が得られることから、集光特性および放熱性を向上させ、集光された太陽光の位置ズレによって生じる発電効率の低減および温度上昇を防止して発電効率および発電電力を向上させた耐熱性、信頼性、耐候性の高い集光型太陽光発電モジュールとすることが可能となる。

本発明に係る太陽電池によれば、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、太陽電池素子が載置されたレシーバ基板と、太陽電池素子を樹脂封止する樹脂封止部とを備え、集光された太陽光を太陽電池素子へ導光する導光路を構成する柱状光学部材と、柱状光学部材を保持する保持壁を有し樹脂封止部を覆ってレシーバ基板に載置された光学保持部とを備えることから、高い位置精度と安定性を有する導光路を確保して広い波長領域で太陽光を高精度に集光できる集光特性が得られ、集光特性および放熱性を向上させ、集光された太陽光の位置ズレによって生じる発電効率の低減および温度上昇を防止して発電効率および発電電力を向上させた耐熱性、信頼性、耐候性を向上させ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、太陽電池は、本発明に係る太陽電池とすることから、高い位置精度と安定性を有する導光路を確保して広い波長領域で太陽光を高精度に集光できる集光特性が得られ、集光特性および放熱性を向上させ、集光された太陽光の位置ズレによって生じる発電効率の低減および温度上昇を防止して発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、信頼性、耐候性を向上させ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ないし図３に基づいて、本実施の形態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拡大して見た状態を示す拡大平面図である。図３は、図２の矢符Ｙ−Ｙ方向での断面を示す拡大断面図である。なお、図１での太陽電池の断面図は、図２の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面である。

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、太陽光Ｌｓｂ）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７３とを備える太陽電池１０である。

なお、太陽光Ｌｓａは、集光レンズ４２によって正常に集光され、直接に太陽電池素子１１へ入射する太陽光である。また、太陽光Ｌｓｂは、集光レンズ４２によって集光されたが、レンズ端部、波長領域（特に短波長領域）などの影響を受けて太陽電池素子１１へ直接入射することはできず、柱状光学部材７０の入射面７０ｆ（集光領域Ａｆ）へ集光されたことによって、導光路（柱状光学部材７０）の内部で反射しながら進行して太陽電池素子１１へ照射される太陽光である。つまり、太陽光Ｌｓｂは、従来の技術では損失となっていた太陽光である。

また、太陽電池１０は、集光された太陽光Ｌｓを太陽電池素子１１へ導光する導光路を構成する柱状光学部材７０と、柱状光学部材７０を保持する保持壁７２ｗを有し樹脂封止部７３を覆ってレシーバ基板２０に載置された光学保持部７２とを備える。

したがって、高い位置精度と安定性を有する導光路（柱状光学部材７０）を確保して広い波長領域で太陽光Ｌｓを高精度に集光できる集光特性が得られることから、集光特性および放熱性を向上させ、集光された太陽光Ｌｓの位置ズレによって生じる発電効率の低減および温度上昇を防止して発電効率および発電電力を向上させた耐熱性、信頼性、耐候性の高い太陽電池１０とすることが可能となる。

レシーバ基板２０は、例えばアルミニウム板、銅板などの金属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、柱状光学部材７０は、太陽光Ｌｓを太陽電池素子１１に集光する光路傾斜面７０ｓを有し、保持壁７２ｗは、光路傾斜面７０ｓに整合させた保持傾斜面としてある。

したがって、柱状光学部材７０を光学保持部７２に対して自己整合的に位置合わせすることが可能となり、柱状光学部材７０を保持壁７２ｗによって高精度に保持することができるので、導光路（柱状光学部材７０）を高精度に位置決めし、集光特性を向上させることができる。

柱状光学部材７０は、例えば耐熱性のあるガラスで形成してあり、例えば１．５程度の屈折率を有している。太陽光Ｌｓが集光される柱状光学部材７０の入射面７０ｆ（集光領域Ａｆ）の広さは、集光レンズ４２の端部で屈折された太陽光Ｌｓｂの中で最も屈折する短波長光である約４００ｎｍの太陽光を入射することができる大きさに構成してある。

また、太陽光Ｌｓが太陽電池素子１１へ照射される導光路（柱状光学部材７０）の照射面７０ｒは、太陽電池１０への照射を効率よく実行できるように太陽電池素子１１の有効受光面領域と同程度の大きさに形成してある。したがって、柱状光学部材７０は、入射面７０ｆから照射面７０ｒにかけて先細りとなる光路傾斜面７０ｓを備える。

光学保持部７２（保持壁７２ｗ）のレシーバ基板２０に対する角度は４５°以上としてあり、入射した太陽光Ｌｓｂを全反射させて太陽電池素子１１への照射が可能となる。また、柱状光学部材７０のレシーバ基板２０からの高さＨｐは、光学保持部７２の斜面の角度、太陽電池素子１１の面積（有効受光面領域）に対応する照射面７０ｒの面積の大きさ、柱状光学部材７０の入射面７０ｆの大きさによって決定することが可能である。

したがって、柱状光学部材７０のサイズは、太陽光Ｌｓを損失なく入射する入射面７０ｆの面積、太陽光Ｌｓを全反射させて太陽電池素子１１へ照射させる光学保持部７２の保持壁７２ｗ（保持傾斜面）のレシーバ基板２０からの角度、照射面７０ｒの面積によって適宜に決定することができる。

また、光学保持部７２に対する関係で柱状光学部材７０での全反射が利用できない場合は、柱状光学部材７０の光路傾斜面７０ｓに、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉなどの金属膜を真空蒸着法、スパッタ法などによって形成した反射面を設けてもよい。

上述したとおり、本実施の形態に係る柱状光学部材７０は、集光レンズ４２によって正常に集光された太陽光Ｌｓａを太陽電池素子１１に直接入射させ、集光レンズ４２によって入射面７０ｆに集光された太陽光Ｌｓｂを導光路（柱状光学部材７０）を多重反射させながら進行させて太陽電池素子１１に入射させることが可能となり、太陽電池１０の発電効率を高効率化することができる。

また、光学保持部７２は、レシーバ基板２０が有する金属のベース基台（不図示）に当接させ、接着部２１によってレシーバ基板２０に接着してある。つまり、光学保持部７２は、レシーバ基板２０（ベース基台）に対して適宜の接触面積を確保した状態で直接接着してある。

したがって、集光された太陽光Ｌｓに起因してレシーバ基板２０（太陽電池素子１１）で発生した熱を金属で形成した光学保持部７２へ効率よく熱伝導することができ、また、光学保持部７２に伝導した熱は、放熱面積を増加させたフィン７２ｈによって効果的に放熱されるので、太陽電池素子１１へ集光された太陽光Ｌｓに起因する熱を効率よく放熱することが可能となり、太陽電池１０の発電効率および信頼性を向上させることができる。

なお、光学保持部７２は、例えば金属で形成してあることが望ましい。金属で形成することによって、優れた放熱性を有する光学保持部７２を容易かつ安価に量産性良く形成することができる。

光学保持部７２は、例えば外周側面に櫛の歯状のフィン７２ｈを備える。したがって、放熱特性をさらに向上させることが可能となり、発電効率および信頼性をさらに向上させることができる。なお、フィン７２ｈは、根元から先端へかけてレシーバ基板２０から離れる方向（上向き）へ傾斜を有する形状としてあり、放熱性をさらに向上させてある。

柱状光学部材７０は、四角柱としてあり、光学保持部７２は、四角柱の軸方向角部７０ｃを包囲する溝状の切り欠き部７２ｇを備える。したがって、柱状光学部材７０の軸方向角部７０ｃでの光学保持部７２による損傷を防止し、光学保持部７２に対して柱状光学部材７０を確実かつ高精度に載置することが可能となる。

また、切り欠き部７２ｇによって、柱状光学部材７０と光学保持部７２の間に充填される封止樹脂７３ｒ（図４Ｃ参照）の脱泡と充填を確実に行なうことが可能となることから、導光路（柱状光学部材７０）を高精度に画定（位置決め）し、光路傾斜面７０ｓと保持壁７２ｗとの間、あるいは樹脂封止部７３での気泡の混入が生じない高品質の導光路とすることができる。

なお、光学保持部７２は、レシーバ基板２０からの高さＨｈが柱状光学部材７０の重心位置Ｗｂより高くなるように形成してあることが望ましい。この構成によって、柱状光学部材７０の重心を光学保持部７２によって安定性良く確実に保持することが可能となる。したがって、光学保持部７２によって柱状光学部材７０の揺れあるいは転倒を防止し、集光した太陽光Ｌｓの揺れを抑制して信頼性の高い発電を行なうことが可能となり、太陽電池１０の信頼性を向上させることができる。

また、封止樹脂７３ｒを介在させることによって、光学保持部７２に対して柱状光学部材７０を密着させることが可能となり、光学保持部７２に対する柱状光学部材７０の載置を安定して行なうことが可能となることから、生産性を向上させることができる。

樹脂封止部７３は、太陽電池素子１１と光学保持部７２との間に充填された絶縁性の封止樹脂７３ｒで構成してあり、例えば透明なシリコーン樹脂を適用することによって、柱状光学部材７０を透過した太陽光Ｌｓが太陽電池素子１１に照射できる構成としてある。

樹脂封止部７３は、柱状光学部材７０と太陽電池素子１１との間で周囲領域より薄くしてある。つまり、柱状光学部材７０と太陽電池素子１１との間の厚さＴｓに対して、周囲領域での厚さＴｒを厚くなるように形成してある。

したがって、柱状光学部材７０の太陽電池素子１１に対向する面（照射面７０ｒ）を太陽電池素子１１（有効受光面領域）に確実に近接させることが可能となることから、柱状光学部材７０によって集光された太陽光Ｌｓを効果的に太陽電池素子１１へ照射することができる。

また、太陽電池素子１１の周囲領域でのレシーバ基板２０の温度上昇を抑制することが可能となることから、耐熱性を向上させて信頼性と耐候性の高い太陽電池１０とすることができる。

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ずれることがある。つまり、位置ズレした太陽光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。

光学保持部７２は、太陽電池素子１１（有効受光面領域）に向けて集光された太陽光Ｌｓ（太陽光Ｌｓａ、太陽光Ｌｓｂ）に対して設定された集光領域Ａｆ（柱状光学部材７０）の外側に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Ｌｓ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（有効受光面領域）からずれた位置を太陽光Ｌｓｓが照射することとなった場合でも、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。

上述したとおり、レシーバ基板２０の表面に形成してある配線は、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、光学保持部７２（および樹脂封止部７３）によって太陽電池素子１１の周囲のレシーバ基板２０を被覆していることから、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ことから、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（配線、絶縁膜など）の焼損を防止することができる。

つまり、太陽電池素子１１の外周領域で光学保持部７２をレシーバ基板２０に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）などの焦げ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。

また、光学保持部７２は、上述したとおり、例えば金属とすることにより、太陽光Ｌｓｓを効果的に反射することが可能となる。

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、単一接合型太陽電池素子、モノリシック多接合型太陽電池素子、波長感度領域の異なる種々の太陽電池太陽電池素子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を有する太陽光を反射するＵＶ反射膜、赤外線反射膜などを設けても良い。

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（太陽光Ｌｓｖ）を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（太陽光Ｌｓａ、太陽光Ｌｓｂ）を光電変換する太陽電池１０（太陽電池素子１１）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Ｌｓｖは、集光レンズ４２の入射面に対して垂直方向に入射する。また、集光レンズ４２は、太陽光Ｌｓｖを屈折させて太陽電池素子１１（本実施の形態では、集光領域Ａｆとしての入射面７０ｆ）に集光する構成としてある。

太陽電池１０では、高い位置精度と安定性を有する導光路（柱状光学部材７０）を確保して短波長領域の波長を含む広い波長領域での太陽光Ｌｓを高精度に集光できる集光特性が得られることから、集光特性を向上させ、集光された太陽光Ｌｓの位置ズレによって生じる発電効率の低減および温度上昇を防止して耐熱性を向上させ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た信頼性、耐候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、集光レンズ４２の入射面、柱状光学部材７０の入射面７０ｆ、照射面７０ｒと平行に配置してある。

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たアレイ状（図５参照）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４Ａないし図４Ｄに基づいて、本実施の形態に係る太陽電池製造方法について説明する。なお、本実施の形態に係る太陽電池製造方法で製造する太陽電池は実施の形態１に係る太陽電池１０であるので、実施の形態１での符号をそのまま適用する。

図４Ａの工程（太陽電池素子実装工程）とは別に、まず、金属を成形加工して光学保持部７２を準備する（光学保持部準備工程）。なお、光学保持部７２の形状は実施の形態１で説明したとおりであるので適宜説明を省略する。

つまり、柱状光学部材７０の光路傾斜面７０ｓに対応させての光路傾斜面７０ｓと同一の傾斜角を有する保持壁７２ｗ（保持傾斜面）を金属ブロックの内側に形成する。また、柱状光学部材７０が有する軸方向角部７０ｃに対応させて切り欠き部７２ｇを形成する。併せて、樹脂封止部７３を覆う空間をレシーバ基板２０に当接する面に隣接させて形成する。また、フィン７２ｈを光学保持部７２の外周に形成する。

なお、光学保持部７２の製造方法としては、高精度な加工ができるダイキャスティング方法、または、金属ブロックを切削して製作する方法がある。

図４Ａは、本発明の実施の形態２に係る太陽電池製造方法を説明する工程図であり、レシーバ基板に太陽電池素子を載置した状態を図２の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面で示す。

光学保持部準備工程とは別に、レシーバ基板２０に太陽電池素子１１を実装する（太陽電池素子実装工程）。

図４Ｂは、本発明の実施の形態２に係る太陽電池製造方法を説明する工程図であり、レシーバ基板に光学保持部を載置した状態を図２の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面で示す。

レシーバ基板２０に太陽電池素子１１を実装した後、太陽電池素子１１の外周で光学保持部７２を配置する位置に対応させて接着部２１をレシーバ基板２０に形成する（接着部形成工程）。接着部２１は、例えば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光学保持部７２を接着できる樹脂や接着剤を適宜配置することが望ましい。

接着部２１は、レシーバ基板２０が有するベース基台に（不図示）に直接光学保持部７２を当接できるように、光学保持部７２の側面で光学保持部７２をレシーバ基板２０に接着するように配置される。なお、熱伝導性の高い接着剤を適用した場合などには、レシーバ基板２０と光学保持部７２との間に接着部２１を介挿する形態とすることも可能である。

接着部２１を形成した後、接着部２１に位置合わせして光学保持部７２をレシーバ基板２０に当接して配置する（光学保持部配置工程）。このとき、保持壁７２ｗが構成する光学保持部７２の中心位置（照射面７０ｒの中心位置に対応）と太陽電池素子１１（有効受光面領域）の中心を一致させるように光学保持部７２を載置する。

図４Ｃは、本発明の実施の形態２に係る太陽電池製造方法を説明する工程図であり、光学保持部がレシーバ基板との間で構成する空間に封止樹脂を注入した状態を図２の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面で示す。

保持壁７２ｗが構成する空間を介して、光学保持部７２およびレシーバ基板２０が構成する空間（樹脂封止部７３を構成する空間および柱状光学部材７０が配置される空間の一部）へ太陽電池素子１１を保護する封止樹脂７３ｒを注入する（樹脂注入工程）。

封止樹脂７３ｒの注入量は、柱状光学部材７０を載置した場合に封止樹脂７３ｒが柱状光学部材７０と光学保持部７２との間の隙間を充填し、光学保持部７２（切り欠き部７２ｇ）から漏れない程度であれば良く、予め求めた適宜の量を注入する。

図４Ｄは、本発明の実施の形態２に係る太陽電池製造方法を説明する工程図であり、光学保持部に柱状光学部材を載置した状態を図２の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面で示す。

注入した封止樹脂７３ｒが硬化する前に、光学保持部７２（保持壁７２ｗ）に柱状光学部材７０を載置し（光学部材載置工程）、真空チャンバーに収納して脱泡を行なう（気泡脱泡工程）。光学保持部７２に形成してある切り欠き部７２ｇが気泡の排出路となることから、簡単な工程で信頼性の良い脱泡を行なうことができる。

気泡脱泡工程で脱泡を行なうことによって封止樹脂７３ｒの圧力が低下することから、柱状光学部材７０は、自重で保持壁７２ｗに押圧され、高精度に太陽電池素子１１の側へ自己整合的に移動挿入される。また、封止樹脂７３ｒは、柱状光学部材７０と光学保持部７２との間に充填され潤滑材として作用することから、柱状光学部材７０と光学保持部７２との間の摩擦抵抗を低減して柱状光学部材７０の表面を保護すると共に、より円滑に光学保持部７２に載置（結合）することが可能となる。

気泡脱泡工程の後、封止樹脂７３ｒを硬化して樹脂封止部７３を形成し、柱状光学部材７０と光学保持部７２とを密着させて固定する（樹脂硬化工程／柱状光学部材固定工程）。

上述したとおり、本実施の形態に係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７３と、集光された太陽光Ｌｓを太陽電池素子１１へ導光する導光路を構成する柱状光学部材７０と、柱状光学部材７０を保持する保持壁７２ｗを有し樹脂封止部７３を覆ってレシーバ基板２０に載置された光学保持部７２とを備える太陽電池１０を製造する太陽電池製造方法に関する。

また、本実施の形態に係る太陽電池製造方法は、金属を成形加工して光学保持部７２を準備する光学保持部準備工程と、光学保持部７２を太陽電池素子１１の外周でレシーバ基板２０に当接させて配置する光学保持部配置工程と、光学保持部７２およびレシーバ基板２０が構成する空間に樹脂封止部７３を形成する封止樹脂７３ｒを注入する樹脂注入工程と、保持壁７２ｗに柱状光学部材７０を載置する光学部材載置工程とを備える。

したがって、光学保持部７２および柱状光学部材７０を簡単な工程で高精度に位置決めすることが可能となり、太陽光Ｌｓを高精度で効果的に導光する導光路（柱状光学部材７０）および光学保持部７２を容易に形成することができるので、集光特性および放熱性を向上させ、集光された太陽光Ｌｓの位置ズレによって生じる発電効率の低減および温度上昇を防止して発電効率および発電電力を向上させた耐熱性、信頼性、耐候性の高い太陽電池１０を生産性良く安価に製造することが可能となる。

＜実施の形態３＞
図５に基づいて、本実施の形態に係る集光型太陽光発電ユニットについて説明する。なお、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ので、実施の形態１での符号をそのまま適用する。

図５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太陽電池モジュール４０ｍとを備える。なお、集光型太陽光発電モジュール４０ｍは、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それぞれ独立した形態とすることも可能である。

したがって、高い位置精度と安定性を有する導光路（柱状光学部材７０）を確保して短波長領域の波長を含む広い波長領域での太陽光Ｌｓを高精度に集光できる集光特性が得られることから、集光特性および放熱性を向上させ、集光された太陽光Ｌｓの位置ズレによって生じる発電効率の低減および温度上昇を防止して発電効率および発電電力を向上させた耐熱性、信頼性、耐候性の高い集光型太陽光発電ユニット４０とすることが可能となる。

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程度の受光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。本実施の形態では、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Ｌｓｖ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、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。

上述したとおり、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に沿って配置された複数の太陽電池モジュール４０ｍを備える。集光特性および放熱性を向上させた太陽電池モジュール４０ｍを備えることによって、発電効率および発電電力を向上させた耐熱性、信頼性、耐候性の高い集光型太陽光発電ユニット４０を提供する。

つまり、高い位置精度と安定性を有する導光路を確保して広い波長領域で太陽光Ｌｓを高精度に集光できる集光特性が得られることから、集光特性および放熱性を向上させ、集光された太陽光Ｌｓの位置ズレによって生じる発電効率の低減および温度上昇を防止して発電効率および発電電力を向上させた耐熱性、信頼性、耐候性の高い集光型太陽光発電ユニット４０とすることが可能となる。

また、本発明に係る集光型太陽光発電ユニット４０によれば、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太陽電池モジュール４０ｍとを備えることから、高い位置精度と安定性を有する導光路を確保して広い波長領域で太陽光Ｌｓを高精度に集光できる集光特性が得られ、集光特性および放熱性を向上させ、集光された太陽光Ｌｓの位置ズレによって生じる発電効率の低減および温度上昇を防止して発電効率および発電電力を向上させ、耐熱性、信頼性、耐候性を向上させ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１に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュール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拡大して見た状態を示す拡大平面図である。 図２の矢符Ｙ−Ｙ方向での断面を示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態２に係る太陽電池製造方法を説明する工程図であり、レシーバ基板に太陽電池素子を載置した状態を図２の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面で示す。 本発明の実施の形態２に係る太陽電池製造方法を説明する工程図であり、レシーバ基板に光学保持部を載置した状態を図２の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面で示す。 本発明の実施の形態２に係る太陽電池製造方法を説明する工程図であり、光学保持部がレシーバ基板との間で構成する空間に封止樹脂を注入した状態を図２の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面で示す。 本発明の実施の形態２に係る太陽電池製造方法を説明する工程図であり、光学保持部に柱状光学部材を載置した状態を図２の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面で示す。 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
２１ 接着部
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
７０ 柱状光学部材（導光路）
７０ｃ 軸方向角部
７０ｆ 入射面
７０ｒ 照射面
７０ｓ 光路傾斜面
７２ 光学保持部
７２ｇ 切り欠き部
７２ｈ フィン
７２ｗ 保持壁（保持傾斜面）
７３ 樹脂封止部
７３ｒ 封止樹脂
Ａｆ 集光領域
Ｈｈ、Ｈｐ 高さ
Ｌａｘ 光軸
Ｌｓ、Ｌｓａ、Ｌｓｂ、Ｌｓｓ 太陽光
Ｒｏｔｈ 水平方向回転
Ｒｏｔｖ 垂直方向回転
Ｔｒ、Ｔｓ 厚さ
Ｗｂ 重心位置

Claims (8)

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、
   集光された太陽光を前記太陽電池素子に集光する光路傾斜面が形成する導光路を備える柱状光学部材と、
   前記光路傾斜面に整合された保持傾斜面を有する保持壁が前記柱状光学部材を保持する光学保持部とを備え、
   前記光学保持部と前記レシーバ基板が構成する空間に充填されて前記樹脂封止部を形成する封止樹脂が、前記樹脂封止部から前記柱状光学部材と前記光学保持部との間に充填されていること
   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、
   前記光学保持部は、前記レシーバ基板が有する金属のベース基台に当接させてあること
   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、
   前記光学保持部は、外周側面に櫛の歯状のフィンを備えること
   を特徴とする太陽電池。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の太陽電池であって、
   前記柱状光学部材は、四角柱としてあり、前記光学保持部は、前記四角柱の軸方向角部を包囲する溝状の切り欠き部を備えること
   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、
   前記切り欠き部は、前記封止樹脂で充填されていること
   を特徴とする太陽電池。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一つに記載の太陽電池であって、
   前記樹脂封止部は、前記柱状光学部材と前記太陽電池素子との間で周囲領域より薄くしてあること
   を特徴とする太陽電池。
7. 請求項１から請求項７までのいずれか一つに記載の太陽電池であって、
   前記保持壁は、金属ブロックの内側に形成されていること
   を特徴とする太陽電池。
8. 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から請求項７まで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。

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