JP6637835B2 - 集光型光電変換素子アレイモジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、集光型光電変換素子アレイモジュール及びその製造方法に関する。

従来の集光型太陽電池モジュールはレンズが四角形で作られ、集光される太陽光線が太陽電池セルに入射することによって発電するシステムのものが一般的であった（例えば、特許文献１）。特許文献１の集光型太陽電池は、レシーバー基板上に設けられた太陽電池素子を被覆するようにして、前記レシーバー基板上に封止部が設けられ、該封止部上に、前記太陽電池素子に太陽光を集光する光学部材が設けられた集光型太陽電池であって、前記光学部材は、太陽光を屈折して集光するための曲面を有する光学屈折部と、該光学屈折部により集光された太陽光を前記太陽電池素子にむけて照射するために前記封止部に密着配置される集光射出部と、前記光学屈折部と該集光射出部との間に配された光学土台部とを含んで構成され、かつ、前記光学屈折部から前記光学土台部を介して前記集光射出部まで中間空気層のない一体構造とされている。

しかしながら、レンズが四角形であるため、集光光電変換素子上の集光線は対角線状の広がりが多くなり、集光光電変換素子上の集光面積も小さくなる。そのため、モジュール変換効率が低下してしまうといった問題があった。

さらに、特許文献１では、９０°直線の太陽光は集光光電変換素子に集光することはできるのだが、集光光電変換素子に当たらない散乱された太陽光がある。この問題を解決するために、集光光電変換素子下に太陽電池セル基板を接合させて、散乱された太陽光を当てることができるシステムが提案されている（特許文献２）。

特許文献２の集光型光電変換装置は、新たにバンドギャップ設計をする必要がなく、太陽電池メーカー以外でも入手可能な既存の太陽電池を用いて容易に製造することができる。また、放熱設計が容易であり、集光倍率を高めても変換効率の低下を抑制できる集光型光電変換装置となる。この集光型光電変換装置は、集光レンズと前記集光レンズに対向する位置に設置された光電変換素子とを備えた集光型光電変換装置であって、前記光電変換素子は、散乱光用太陽電池と、前記散乱光用太陽電池の前記集光レンズ側表面上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられた電極層と、前記電極層に設けられ前記電極層と電気的に接続される集光用太陽電池とを有し、前記集光レンズは、透明な熱硬化性樹脂からなり、前記光電変換素子は、外部接続基板上に搭載され、前記散乱光用太陽電池と前記集光用太陽電池とは、電気的に分離された構造となっている。

しかし、特許文献２では、モジュールは一体化されており、良品の集光レンズのみの選別はできないため、低収率、高コストといった問題があった。また、さらに集光効率の良い省エネ型の集光型光電変換装置、即ち太陽電池モジュールが求められている。

国際公開第２０１２−１６０９９４号 特開２０１５−１５９１５４号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、集光光電変換素子上の集光面積を向上させることができ、散乱された太陽光を当てることができる集光型光電変換素子アレイモジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、搭載領域を有するリードフレームと、該リードフレームの搭載領域上に設けられた集光光電変換素子と、前記リードフレーム上に形成され、前記集光光電変換素子に太陽光を集光するための集光レンズとからなる集光型光電変換素子モジュールを具備し、該集光型光電変換素子モジュールは、複数の前記集光型光電変換素子モジュールが連結されてモジュールアレイが形成され、該モジュールアレイが、前記集光レンズに対向する位置に設置された太陽電池セル基板に取り付けられた集光型光電変換素子アレイモジュールであって、前記集光レンズは、透明な熱硬化性樹脂からなるものであり、前記集光レンズの断面は、六角形形状のものであり、前記太陽電池セル基板は、前記リードフレーム上の前記集光光電変換素子又は電極に当たらなかった散乱された太陽光が当たる集光型光電変換素子アレイモジュールを提供する。

このような集光型光電変換素子アレイモジュールであれば、集光光電変換素子上の集光面積を向上させることができ、散乱された太陽光を当てることができるものとなる。

このとき、前記太陽電池セル基板は、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、薄膜シリコン型、ＨＩＴ型、ＣＩＧＳ型、ＣｄＴｅ型、色素増感型、有機半導体型、ＩＩＩ−Ｖ族多接合型の少なくとも１つ以上から構成されるものであることが好ましい。

このように、本発明では、太陽電池セル基板として、上記のようなものを好適に用いることができる。

またこのとき、前記集光レンズは、太陽光を屈折して集光するための屈折部を有し、該屈折部は、曲面で設けられたものであることが好ましい。

本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールにおいて、集光レンズの屈折部がこのような形状であれば、集光光電変換素子上に確実に集光させることができ、モジュール変換効率がより向上されたものとなる。

またこのとき、前記集光レンズは、波長範囲４００ｎｍ〜８００ｎｍで透過率が８０％以上の透明な熱硬化性樹脂で形成されたものであることが好ましい。

光透過率が８０％以上であれば、モジュール変換効率が低下することがなく、太陽電池としての発電効率は良好となり、機能を十分に発揮できる。また、このような光透過性に優れた熱硬化性樹脂であれば、モジュール変換効率がより向上された集光型光電変換素子アレイモジュールとなる。

またこのとき、前記透明な熱硬化性樹脂は、シリコーン樹脂、有機変性シリコーン樹脂、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂からなる混成樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、及びエポキシ樹脂から選択されるものであることが好ましい。

集光レンズの成型材料となる透明な熱硬化性樹脂としては、このようなものが好適である。

またこのとき、前記搭載領域及び前記電極は、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ又はＡｇでめっきされたものであることが好ましい。

このように、本発明では、前記搭載領域及び前記電極を、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ又はＡｇでめっきされたものとすることができる。

またこのとき、前記搭載領域及び前記電極のメタル部の占有面積は、２０％以下であることが好ましい。

前記搭載領域及び前記電極のメタル部の占有面積が２０％以下であれば、太陽電池セル基板を遮る面積が小さくなり、モジュール変換効率、発電効率が向上する。

またこのとき、前記搭載領域及び前記電極は、裏面に裏ハーフエッチング構造が設けられたものであることが好ましい。

このような構造であれば、前記搭載領域及び前記電極と成型された集光レンズとの接着性をより向上させることができる。

またこのとき、前記集光光電変換素子は、前記搭載領域と熱硬化性樹脂で接合されたものであることが好ましい。

このようなものであれば、前記集光光電変換素子周辺の放熱性が向上し、モジュール変換効率がより向上された集光型光電変換素子アレイモジュールとなる。

またこのとき、前記モジュールアレイは、単独の前記集光型光電変換素子モジュールが連結されてなるものであることが好ましい。

このように、選別した良品の単独の集光レンズから作製された集光型光電変換素子モジュールのみを用いて連結させてモジュールアレイとすることによって、良品、均質、安定な集光型光電変換素子アレイモジュールとなり、モジュール変換効率が向上されたものとなる。

またこのとき、前記モジュールアレイは、前記太陽電池セル基板と絶縁光学接着材で接合されたものであることが好ましい。

このように、本発明では、絶縁光学接着材を用いることで、モジュールアレイが太陽電池セル基板に接合されたものとすることができる。

またこのとき、前記絶縁光学接着材は、シリコーン樹脂、有機変性シリコーン樹脂、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂からなる混成樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、及びエポキシ樹脂から選択されるものであることが好ましい。

絶縁光学接着材としては、このようなものが好適である。

また、本発明では、上述の集光型光電変換素子アレイモジュールを製造する方法であって、
前記集光光電変換素子を前記リードフレームの搭載領域に搭載する工程と、型を用いて、前記透明な熱硬化性樹脂で前記リードフレーム上に前記断面六角形状の集光レンズを形成して集光型光電変換素子モジュールを成型する工程と、該成型された集光型光電変換素子モジュールを連結してモジュールアレイとする工程と、該モジュールアレイを前記太陽電池セル基板上に取り付ける工程とを含む集光型光電変換素子アレイモジュールの製造方法を提供する。

本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールは、このような製造方法で製造することができる。

このとき、前記集光型光電変換素子モジュールを成型する工程において、前記集光レンズと前記リードフレームとを、注型、トランスファー成型、圧縮成形、射出成型の少なくとも１つ以上によって、一体成型あるいは封止することが好ましい。

このような製造方法であれば、集光レンズ内のボイド等を抑制できることから優れた集光レンズを製造できるため、モジュール変換効率が優れた集光型光電変換素子アレイモジュールを製造することができる。

またこのとき、前記集光型光電変換素子モジュールを成型する工程において、前記集光レンズを形成する際に、トランスファー成型又は射出成型における成型機のプランジャーの先端を六角形の曲面とし、ポット、上型、及び下型によって前記集光レンズを形成することが好ましい。

特に、トランスファー成型により、プランジャーが上昇することによって、成型後の集光レンズの屈折部に変形やキズ等を付けず、簡単に離型できるため、優れた集光レンズ及び集光型光電変換素子アレイモジュールを製造できる。

またこのとき、前記集光型光電変換素子モジュールを成型する工程において、前記集光レンズを形成した後に、専用カット金型により前記リードフレームの余分な部分をカットすることが好ましい。

このような製造方法であれば、生産効率を向上でき、優れた集光レンズ及び集光型光電変換素子アレイモジュールを製造できる。

本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールであれば、集光光電変換素子上の集光面積を向上させることができ、散乱された太陽光は太陽電池セル基板に当てることができるものとなる。従って、本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールは、太陽光を高効率的に集光できるものとなる。また、本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールにおけるモジュールアレイは、透明な熱硬化性樹脂で成型した良品の六角形の集光レンズから作製された集光型光電変換素子モジュールの集合体、あるいは集光レンズのブロック構造体からなる集光型光電変換素子モジュールと単独の集光型光電変換素子モジュールの組み合わせからなる集合体とすることができる。特に、選別した良品の単独集光レンズから作製された集光型光電変換素子モジュールのみを用いてモジュールアレイとすることによって、良品、均質、安定な集光型光電変換素子アレイモジュールとなり、より経済性、量産性に優れた高効率でコストパフォーマンスに優れたものとなる。また、散乱された太陽光を太陽電池セル基板に最大量当てることができるため、太陽電池セル基板（散乱用太陽電池）の発電効率も向上させることができる。

本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールの一例を示す（ａ）上面図及び（ｂ）断面図である。（ｃ）図１（ｂ）の四角で囲まれた部分の拡大図である。 （ａ）本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールが具備する集光型光電変換素子モジュールにおいて、集光光電変換素子に太陽光が集光される状態を示す部分断面図である。（ｂ）本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールが具備する集光型光電変換素子モジュールの集光レンズの上面図である。（ｃ）図２（ａ）の集光される状態を示した上面図である。 リードフレーム上に集光レンズを形成した状態の一例を示す（ａ）上面図及び（ｂ）断面図である。 集光型光電変換素子モジュールを成型する際に用いられる成型用金型の一例を示す斜視図である。 リードフレームの余分な部分をカットする状態を示す上面図である。 成型された集光型光電変換素子モジュールの一例を示す（ａ）上面図及び（ｂ）断面図である。 （ａ）従来の集光型光電変換素子モジュールにおいて、集光光電変換素子に太陽光が集光される状態を示す部分断面図である。（ｂ）従来の集光型光電変換素子モジュールの集光レンズの上面図である。（ｃ）図７（ａ）の集光される状態を示した上面図である。

上述のように、集光光電変換素子上の集光面積を向上させることができ、散乱された太陽光を当てることができる集光型光電変換素子アレイモジュールが求められていた。

図７（ａ）は、従来の集光型光電変換素子モジュールにおいて、集光光電変換素子に太陽光が集光される状態を示す部分断面図であり、図７（ｂ）は、従来の集光型光電変換素子モジュールの集光レンズの上面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）における集光される状態を示した上面図である。

図７（ａ）に示すように、従来の集光型光電変換素子モジュール１０７は、集光レンズ１０６を具備し、太陽光が集光光電変換素子１０５上に集光される。図７（ｂ）に示すように、集光レンズ１０６の断面は四角形形状となっている。図７（ｃ）に示すように、集光光電変換素子１０５上に集光される集光線１１３は、対角線状の広がりが多くなって、集光面積が小さく、モジュール変換効率が低下し、期待した変換効率が得られない欠点がある。従来の集光型光電変換素子モジュールの発電効率は最大３５．７％であった。

以上のような結果から、本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、集光型光電変換素子アレイモジュールが具備する集光型光電変換素子モジュールにおける集光レンズの断面を六角形形状とすることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、
搭載領域を有するリードフレームと、該リードフレームの搭載領域上に設けられた集光光電変換素子と、前記リードフレーム上に形成され、前記集光光電変換素子に太陽光を集光するための集光レンズとからなる集光型光電変換素子モジュールを具備し、
該集光型光電変換素子モジュールは、連結されてモジュールアレイが形成され、
該モジュールアレイが、前記集光レンズに対向する位置に設置された太陽電池セル基板に取り付けられた集光型光電変換素子アレイモジュールであって、
前記集光レンズは、透明な熱硬化性樹脂からなるものであり、
前記集光レンズの断面は、六角形形状のものであり、
前記太陽電池セル基板は、前記リードフレーム上の前記集光光電変換素子又は電極に当たらなかった散乱された太陽光が当たる集光型光電変換素子アレイモジュールである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［集光型光電変換素子アレイモジュール］
図１（ａ）は、本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールの一例を示す上面図であり、図１（ｂ）は、本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールの一例を示す断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の四角で囲まれた部分の拡大図である。

図１に示すように、集光型光電変換素子アレイモジュール１は、搭載領域２及び電極３を有するリードフレーム４と、リードフレーム４の搭載領域２上に設けられた集光光電変換素子５と、リードフレーム４上に形成され、集光光電変換素子５に太陽光を集光するための集光レンズ６とからなる集光型光電変換素子モジュール７を具備するものである。この電極３は＋電極３ａと−電極３ｂからなるものである。

ここで、搭載領域２及び電極３は、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ又はＡｇでめっきされたものであることが好ましい。このように、本発明では、搭載領域２及び電極３を、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ又はＡｇでめっきされたものとすることができる。

また、搭載領域２及び電極３のメタル部の占有面積は、２０％以下であることが好ましい。搭載領域２及び電極３のメタル部の占有面積が２０％以下であれば、太陽電池セル基板を遮る面積が小さくなるので、モジュール変換効率、発電効率が向上する。好ましくは１５％以下、さらに好ましくは１０％以下である。なお、この占有面積とは、集光レンズ６の断面積全体に対する搭載領域２及び電極３のメタル部の占有面積を指す。

さらに、搭載領域２及び電極３は、裏面に裏ハーフエッチング構造が設けられたものであることが好ましい。このようなものであれば、搭載領域２及び電極３と成型された集光レンズ６との接着性をより向上させることができる。

集光光電変換素子５は、搭載領域２と、例えば熱硬化性樹脂２６で接合されたものとすることができる。この熱硬化性樹脂としては、高熱伝導性熱硬化シリコーン樹脂が好ましい。

集光レンズ６は、透明な熱硬化性樹脂からなり、リードフレーム４上にダイレクトに成型されている。また、集光レンズ６の断面は、六角形形状となっている。集光レンズ６は、波長範囲４００ｎｍ〜８００ｎｍで透過率が８０％以上の透明な熱硬化性樹脂で形成されたものであることが好ましい。光透過率が８０％以上であれば、モジュール変換効率が低下することがなく、太陽電池としての発電効率は良好となり、機能を十分に発揮できる。また、このような光透過性に優れた熱硬化性樹脂であれば、モジュール変換効率がより向上された集光型光電変換素子アレイモジュールとなる。好ましくは、光透過率９０％以上である。

集光レンズの成型材料となる透明な熱硬化性樹脂としては、耐熱性及び耐久性に優れるシリコーン樹脂、有機変性シリコーン樹脂、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂からなる混成樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、及びエポキシ樹脂から選択されるものであることが好ましい。シリコーン樹脂としては、付加硬化型シリコーン樹脂か縮合硬化型シリコーン樹脂が使用できる。

付加硬化型シリコーン樹脂は、
・アルケニル基含有オルガノポリシロキサン
・オルガノハイドロジェンポリシロキサン
・白金族金属系触媒
を必須成分として含有する組成物からなる。

一方、縮合硬化型シリコーン樹脂は、
・分子鎖末端が水酸基又は加水分解性基で封鎖されたオルガノポリシロキサン
・珪素原子に結合した加水分解可能な基を１分子中に３個以上有するシランもしくはその部分加水分解縮合物
・縮合触媒
を必須成分として含有する組成物からなる。

例えば、ＬＰＳ−５５９０Ｍ（商品名：信越化学工業社製）、ＬＰＳ−３５７０Ｍ（商品名：信越化学工業社製）、ＬＰＳ−３６２０（商品名：信越化学工業社製）等が使用できる。

熱硬化性エポキシ樹脂としては、１，３，５−トリアジン核誘導体エポキシ樹脂が耐熱性、耐光性等の観点から好ましい。熱硬化性エポキシ樹脂組成物は、トリアジン誘導体、硬化剤としての酸無水物等からなるものに限らず、従来から公知のエポキシ樹脂やアミン、フェノール硬化剤等も適宜使用してもよい。例えば、ＫＪＣ−Ｘ２（商品名：信越化学工業社製）、ＫＪＣ−Ｘ５（商品名：信越化学工業社製）等が使用できる。

シリコーン樹脂とエポキシ樹脂との混成樹脂としては、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂との共重合体、ハイブリッド体が挙げられる。例えば、ＬＰＳ−７６００（商品名：信越化学工業社製）等が使用できる。

これら透明な熱硬化性樹脂の中では、特に耐熱性、耐光性、耐候性、透明性、光透過耐久性等に優れる熱硬化性のシリコーン樹脂が好ましい。

また、集光レンズ６は、太陽光を屈折して集光するための屈折部８を有し、屈折部８は、曲面で設けられたものであることが好ましい。集光レンズの屈折部がこのような形状であれば、集光光電変換素子上に確実に集光させることができ、モジュール変換効率がより向上されたものとなる。

また、集光型光電変換素子モジュール７は、トランスファー成型等により一体成型されたものであることが好ましい。このようなものであれば、得られる集光型光電変換素子アレイモジュールは光電変換効率に優れ、耐熱性、耐久性に優れた発電効率の高いものとなる。

集光型光電変換素子モジュール７は、複数の集光型光電変換素子モジュール７が連結されて、モジュールアレイ９となる。ここでは、リボン電極１０で＋電極３ａと−電極３ｂを直列連結することによって、複数の良品の集光型光電変換素子モジュール７が連結されている。集光型光電変換素子モジュール７はテーパーが付いていないため、隙間なくレンズとレンズを連結することができる。

このモジュールアレイは、透明な熱硬化性樹脂で成型された六角形形状の集光レンズから良品だけを選別した集光型光電変換素子モジュールを連結させた集合体、あるいは集光レンズのブロック構造体からなる集光型光電変換素子モジュールと単独の集光型光電変換素子モジュールとの組み合わせからなる集合体とすることができる。特に、モジュールアレイを単独の集光型光電変換素子モジュールが連結されてなる集合体とすることにより、より経済的、生産性に優れ高効率でコストパフォーマンスに優れたものとなる。また、散乱された太陽光を太陽電池セル基板に最大量当てることができるため、全体のモジュール変換効率も向上できる。

このモジュールアレイ９は、集光レンズ６に対向する位置に設置された太陽電池セル基板１１に取り付けられている。ここでは、モジュールアレイ９は、＋電極３ａと−電極３ｂの下の絶縁光学接着材１２により太陽電池セル基板１１と接着されている。

絶縁光学接着材としては、シリコーン樹脂、有機変性シリコーン樹脂、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂からなる混成樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、及びエポキシ樹脂からなる接着材から選択される。特に、耐熱性、耐光性、耐候性、透明性、光透過耐久性等に優れるシリコーン樹脂が好ましい。

太陽電池セル基板１１は、リードフレーム４上の集光光電変換素子５又は電極３に当たらなかった散乱された太陽光が当たるものである。即ち、リードフレーム４は、太陽電池セル基板１１が集光光電変換素子５に当たらない散乱された太陽光が当たるように設けられている。例えば、リードフレーム４の搭載領域２及び電極３以外の部分をエッチングすることで、太陽電池セル基板に当たらない散乱された太陽光を太陽電池セル基板１１に最大量当てるようにすることができる。

太陽電池セル基板は、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、薄膜シリコン型、ＨＩＴ型、ＣＩＧＳ型、ＣｄＴｅ型、色素増感型、有機半導体型、ＩＩＩ−Ｖ族多接合型の少なくとも１つ以上から構成されるものであることが好ましく、特に、高効率性、実用性から、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅで構成された３接合型光電変換素子やＡｌＧａＡｓ／Ｓｉで構成した光電変換素子等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、モノリシック多接合型光電変換素子よりなる太陽電池素子が好ましい。

このような集光型光電変換素子アレイモジュールであれば、直線９０°の太陽光を高効率で集光することができ、また、散乱された太陽光を高効率で太陽電池セル基板に当てることができるため、全体のモジュール変換効率を向上させることができるものとなる。特に、本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールでは、集光面積を最大にすることができるとともに、散乱された太陽光を太陽電池セル基板に最大量当てることができるため、太陽電池セル基板（散乱用太陽電池）の発電効率を向上させることができる。

図２（ａ）は本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールが具備する集光型光電変換素子モジュールにおいて、集光光電変換素子に太陽光が集光される状態を示す部分断面図であり、図２（ｂ）は本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールが具備する集光型光電変換素子モジュールの集光レンズの上面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）における集光される状態を示した上面図である。

図２（ｂ）に示すように、集光型光電変換素子モジュール７の集光レンズ６は、断面が六角形形状となっている。図２（ａ）に示すように、この集光レンズ６により、太陽光が集光光電変換素子５上に集光される。ここで、図２（ｃ）に示すように、集光光電変換素子５上の集光線１３は対角線状の広がりが少なくなって、図７（ｃ）に示される集光光電変換素子１０５上の集光線１１３の面積と比べて、図２（ｃ）に示される集光線１３の集光面積のほうが大幅に大きくなった。この集光型光電変換素子モジュールの発電効率は最大４０．２％であった。このように六角形形状の集光レンズを用いた集光型光電変換素子モジュールであれば、モジュール変換効率が向上することが分かった。

＜集光型光電変換素子アレイモジュールの製造方法＞
また、本発明では、上述の本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールを製造する方法を提供する。本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールの製造方法は、前記集光光電変換素子を前記リードフレームの搭載領域に搭載する工程（工程ａ）と、型を用いて、前記透明な熱硬化性樹脂で前記リードフレーム上に前記断面六角形状の集光レンズを形成して集光型光電変換素子モジュールを成型する工程（工程ｂ）と、該成型された集光型光電変換素子モジュールを連結してモジュールアレイとする工程（工程ｃ）と、該モジュールアレイを前記太陽電池セル基板上に取り付ける工程（工程ｄ）とを含む。以下、本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールの製造方法について説明する。

まず、工程ａと工程ｂについて、図３を参照して説明する。図３（ａ）はリードフレーム上に集光レンズを形成した状態の一例を示す上面図であり、図３（ｂ）はリードフレーム上に集光レンズを形成した状態の一例を示す断面図である。

まず、本発明では、集光光電変換素子５をリードフレーム４の搭載領域２に搭載する（工程ａ）。ここでは、図３（ａ）に示すように、成型用リードフレーム１４として、位置決め穴１５、搭載領域２、＋電極３ａ、−電極３ｂ、及び余分な部分１６が設けられたものを用いる。成型用リードフレーム１４としては、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ又はＡｇめっきがされたものを好適に用いることができる。また、搭載領域２、＋電極３ａ、及び−電極３ｂのサイズは強度が持つ最低限にされ、また裏面はハーフエッチングが施され、裏ハーフエッチング構造１７が設けられている。このような成型用リードフレーム１４を用いることにより、搭載領域２、＋電極３ａ、−電極３ｂは、形成された集光レンズ６との接着性を向上でき、剥げにくくなる。また、散乱された太陽光も最大量通ることができる。

このような成型用リードフレーム１４を使用し、リードフレーム４の搭載領域２上に熱硬化性樹脂２６で集光光電変換素子５を搭載し、熱をかけて硬化させて接合する。この後、集光光電変換素子５と−電極３ｂとの間にワイヤー１８を張る。この熱硬化性樹脂としては、上述したように、高熱伝導性熱硬化性シリコーン樹脂が好ましい。

次に、型を用いて、透明な熱硬化性樹脂でリードフレーム４上に断面六角形状の集光レンズ６を形成して集光型光電変換素子モジュール７を成型する（工程ｂ）。まず、透明な熱硬化性樹脂を成型して硬化させ、リードフレーム４上に集光レンズ６を形成する。この透明な熱硬化性樹脂としては、上述したものと同じものを用いることができる。

この工程ｂにおいては、集光レンズ６とリードフレーム４とを、注型、トランスファー成型、圧縮成形、射出成型の少なくとも１つ以上によって、一体成型あるいは封止することが好ましい。このようにすれば、集光レンズ内のボイド等を抑制できることから優れた集光レンズを製造できるため、モジュール変換効率が優れた集光型光電変換素子アレイモジュールを製造することができる。

また、この工程ｂにおいては、集光レンズ６を形成する際に、トランスファー成型又は射出成型における成型機のプランジャーの先端を六角形の曲面とし、ポット、上型、及び下型によって集光レンズ６を形成することが好ましい。特に、トランスファー成型により、プランジャーが上昇することによって、成型後の集光レンズの屈折部に変形やキズ等を付けず、簡単に離型できるため、優れた集光レンズ及び集光型光電変換素子アレイモジュールを製造できる。

この工程ｂにおいては、例えば、図４に示すような成型用金型を用いて集光レンズ６を形成することができる。この成型用金型（トランスファー成型機）には、上型１９、下型２０、位置決め用パイロットピン２１、ポット２２、六角先端２３、プランジャー２４が設けられている。以下、このような成型用金型を用いて集光レンズを形成する方法について説明する。

まず、上型１９と下型２０との間に、リードフレーム４の搭載領域２に集光光電変換素子５を搭載した成型用リードフレーム１４を、位置決め用パイロットピン２１と合わせ、配置する。次に、決められたレンズ高さにプランジャー２４の位置を設定し、透明な熱硬化性樹脂をポット２２に直接入れ、硬化させる。

透明な熱硬化性樹脂が硬化した後、プランジャー２４を上昇させることで、形成した集光レンズ６をポット２２から簡単に離型することができる。

このような製造方法であれば、集光レンズ内のボイド等を抑制するとともに、集光レンズの屈折部にはキズ等が付かず、優れた集光レンズを形成することができる。

ここで、集光レンズを形成した後に、専用カット金型によりリードフレームの余分な部分をカットすることが好ましい。図５は、リードフレームから余分な部分をカットする状態を示す上面図である。図５に示すように、成型用リードフレーム１４における、＋電極３ａ及び−電極３ｂと余分な部分１６との間を専用カット金型２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄによりカットする。カットした後に集光型光電変換素子モジュール７を簡単に成型用リードフレーム１４から取り出すことができる。このような製造方法であれば、生産効率を向上でき、優れた集光レンズ及び集光型光電変換素子アレイモジュールを製造できる。

このようにして、集光型光電変換素子モジュール７を成型することができる。図６（ａ）は、成型された集光型光電変換素子モジュールの一例を示す上面図であり、図６（ｂ）は、成型された集光型光電変換素子モジュールの一例を示す断面図である。成型された集光型光電変換素子モジュールの電極はショートされずに連結することができる。

次に、成型された集光型光電変換素子モジュール７を複数連結してモジュールアレイ９とする（工程ｃ）。複数の集光型光電変換素子モジュールを連結する方法としては、リボン電極１０で＋電極３ａと−電極３ｂを直列連結する方法が挙げられる。集光型光電変換素子モジュール７はテーパーが付いていないため、隙間なくレンズとレンズを連結することができる。しかも、図１（ａ）に示されるように、断面六角形状であるため、隙間なく複数の集光型光電変換素子モジュール７を連結して配置することができる。

最後に、モジュールアレイ９を太陽電池セル基板１１上に取り付ける（工程ｄ）。太陽電池セル基板１１上にモジュールアレイ９を取り付ける方法としては、例えば、上述したような、絶縁光学接着材１２によりモジュールアレイ９と太陽電池セル基板１１を接合する方法が挙げられる。

このようにして、本発明の集光型光電変換素子アレイモジュールを製造することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…集光型光電変換素子アレイモジュール、 ２…搭載領域、
３…電極、 ３ａ…＋電極、 ３ｂ…−電極、 ４…リードフレーム、
５…集光光電変換素子、 ６…集光レンズ、 ７…集光型光電変換素子モジュール、
８…屈折部、 ９…モジュールアレイ、 １０…リボン電極、
１１…太陽電池セル基板、 １２…絶縁光学接着材、 １３…集光線、
１４…成型用リードフレーム、 １５…位置決め穴、 １６…余分な部分、
１７…裏ハーフエッチング構造、 １８…ワイヤー、
１９…上型、 ２０…下型、 ２１…位置決め用パイロットピン、
２２…ポット、 ２３…六角先端、 ２４…プランジャー、
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ…専用カット金型、 ２６…熱硬化性樹脂。

Claims (16)

1. 搭載領域を有するリードフレームと、該リードフレームの搭載領域上に設けられた集光光電変換素子と、前記リードフレーム上に形成され、前記集光光電変換素子に太陽光を集光するための集光レンズとからなる集光型光電変換素子モジュールを具備し、
   該集光型光電変換素子モジュールは、複数の前記集光型光電変換素子モジュールが連結されてモジュールアレイが形成され、
   該モジュールアレイが、前記集光レンズに対向する位置に設置された太陽電池セル基板に取り付けられた集光型光電変換素子アレイモジュールであって、
   前記集光レンズは、透明な熱硬化性樹脂からなるものであり、
   前記集光レンズの前記太陽電池セル基板に平行な断面は、六角形形状のものであり、
   前記太陽電池セル基板は、前記リードフレーム上の前記集光光電変換素子又は電極に当たらなかった散乱された太陽光が当たるものであることを特徴とする集光型光電変換素子アレイモジュール。
2. 前記太陽電池セル基板は、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、薄膜シリコン型、ＨＩＴ型、ＣＩＧＳ型、ＣｄＴｅ型、色素増感型、有機半導体型、ＩＩＩ−Ｖ族多接合型の少なくとも１つ以上から構成されるものであることを特徴とする請求項１に記載の集光型光電変換素子アレイモジュール。
3. 前記集光レンズは、太陽光を屈折して集光するための屈折部を有し、該屈折部は、曲面で設けられたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の集光型光電変換素子アレイモジュール。
4. 前記集光レンズは、波長範囲４００ｎｍ〜８００ｎｍで透過率が８０％以上の透明な熱硬化性樹脂で形成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の集光型光電変換素子アレイモジュール。
5. 前記透明な熱硬化性樹脂は、シリコーン樹脂、有機変性シリコーン樹脂、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂からなる混成樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、及びエポキシ樹脂から選択されるものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の集光型光電変換素子アレイモジュール。
6. 前記搭載領域及び前記電極は、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ又はＡｇでめっきされたものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の集光型光電変換素子アレイモジュール。
7. 前記搭載領域及び前記電極のメタル部の占有面積は、２０％以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の集光型光電変換素子アレイモジュール。
8. 前記搭載領域及び前記電極は、裏面に裏ハーフエッチング構造が設けられたものであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の集光型光電変換素子アレイモジュール。
9. 前記集光光電変換素子は、前記搭載領域と熱硬化性樹脂で接合されたものであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の集光型光電変換素子アレイモジュール。
10. 前記モジュールアレイは、単独の前記集光型光電変換素子モジュールが連結されてなるものであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の集光型光電変換素子アレイモジュール。
11. 前記モジュールアレイは、前記太陽電池セル基板と絶縁光学接着材で接合されたものであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の集光型光電変換素子アレイモジュール。
12. 前記絶縁光学接着材は、シリコーン樹脂、有機変性シリコーン樹脂、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂からなる混成樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、及びエポキシ樹脂から選択されるものであることを特徴とする請求項１１に記載の集光型光電変換素子アレイモジュール。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の集光型光電変換素子アレイモジュールを製造する方法であって、
    前記集光光電変換素子を前記リードフレームの搭載領域に搭載する工程と、型を用いて、前記透明な熱硬化性樹脂で前記リードフレーム上に前記断面六角形状の集光レンズを形成して集光型光電変換素子モジュールを成型する工程と、該成型された集光型光電変換素子モジュールを連結してモジュールアレイとする工程と、該モジュールアレイを前記太陽電池セル基板上に取り付ける工程とを含むことを特徴とする集光型光電変換素子アレイモジュールの製造方法。
14. 前記集光型光電変換素子モジュールを成型する工程において、前記集光レンズと前記リードフレームとを、注型、トランスファー成型、圧縮成形、射出成型の少なくとも１つ以上によって、一体成型あるいは封止することを特徴とする請求項１３に記載の集光型光電変換素子アレイモジュールの製造方法。
15. 前記集光型光電変換素子モジュールを成型する工程において、前記集光レンズを形成する際に、トランスファー成型又は射出成型における成型機のプランジャーの先端を六角形の曲面とし、ポット、上型、及び下型によって前記集光レンズを形成することを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の集光型光電変換素子アレイモジュールの製造方法。
16. 前記集光型光電変換素子モジュールを成型する工程において、前記集光レンズを形成した後に、専用カット金型により前記リードフレームの余分な部分をカットすることを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の集光型光電変換素子アレイモジュールの製造方法。