WO2008059593A1 - Dispositif de cellule solaire superposée - Google Patents

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Josuke Nakata
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Kyosemi Corporation
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    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to a stacked solar cell device in which a plurality of solar cell modules having different sensitivity wavelength bands are stacked in order to effectively use a wide range of wavelength components in the sunlight spectrum, and in particular, a semiconductor forbidden band.
  • the present invention relates to a solar cell module having a large width, that is, a stack type solar cell device in which the center wavelength of the sensitivity wavelength band is short and the solar cell module is stacked on the sunlight incident side.
  • solar cells As solar cells, (A) planar light-receiving solar cells, (B) granular solar cells arranged in multiple rows and columns in a panel form, and (C) multiple fiber-type solar cells A solar cell arranged in a shape, (D) a tandem solar cell, (E) a stack solar cell, and the like are known.
  • the solar cell (B) has been proposed in, for example, WO02 / 35613, WO03Z017383, WO03Z036731, WO2004Z001858, and the like.
  • the solar cell (C) is proposed in, for example, US Pat. No. 3,984,256 and US Pat. No. 5,437,736.
  • the tandem solar cell of (D) is optimal for each sensitivity wavelength band by dividing the sensitivity wavelength band of the solar spectrum into a plurality of areas in order to improve the photoelectric conversion efficiency of the single planar light receiving cell.
  • a pn junction is made of a semiconductor having a large forbidden band width, and the crystal is continuously grown on a common semiconductor substrate.
  • the stack type solar cell of (E) uses a semiconductor having an optimum forbidden bandwidth for each sensitivity wavelength band of the solar spectrum in order to increase the utilization efficiency and photoelectric conversion efficiency of the solar spectrum.
  • a flat solar cell module is manufactured from the solar cells made, and multiple types of solar cell modules are stacked vertically.
  • a technique for increasing the energy density by collecting sunlight with a lens or a reflector is also employed. In this case, since a high output can be obtained with a relatively small light receiving area as much as possible to improve the photoelectric conversion efficiency, the cost of the solar cell can be reduced.
  • the inventor of the present application uses a semiconductor having a different forbidden band width from a planar light receiving type solar cell module.
  • Multiple types of solar cell modules incorporating multiple spherical solar cells made in multiple rows and multiple examples are manufactured independently, and these solar cell modules have a larger forbidden band and the incident light from sunlight.
  • Patent Literature l WO02Z35613
  • Patent Document 2 WO03Z017383
  • Patent Document 3 WO03 / 036731
  • Patent Document 4 WO2004Z001858
  • Patent Document 5 US Patent No. 3,984,256
  • Patent Document 6 US Patent No. 5,437,736
  • Patent Document 7 US Patent No. 4,834,805
  • Patent Document 8 U.S. Pat.No. 4,834,805
  • Patent Document 9 US Patent No. 4,638,110
  • Patent Document 10 US Patent No. 5,482,568
  • Patent Document 11 US Patent No. 6,252,155
  • Patent Document 12 US Patent No. 6,653,551
  • Patent Document 13 US Patent No. 6,440,769
  • Patent Document 14 WO2005Z088733
  • the number of spherical solar cells increases. Inevitably, the number of locations where the cells are electrically connected increases, so that the assembly cost including the cost of connection becomes expensive, and the reliability of the device tends to decrease. In addition, even if a large number of spherical solar cells are arranged as densely as possible, there is a gap that is not filled, and particularly when light collected by a lens is received, the light that passes through the gap cannot be used sufficiently. there were.
  • An object of the present invention is to provide a stack type solar cell device incorporating at least one type of solar cell module having a plurality of rod-shaped solar cell powers having a partially cylindrical pn junction and a pair of strip-like electrodes.
  • the stack type solar cell device is a stack type solar cell device in which a plurality of solar cell modules are stacked in a plurality of layers, and is a plurality of types of solar cell modules having different sensitivity wavelength bands.
  • a solar cell module having a short center wavelength is provided with a plurality of types of solar cell modules stacked so as to be positioned on the sunlight incident side, and at least one type of solar cell module has a plurality of rod-shaped solar cells.
  • the rod type solar cell is composed of a rod-shaped semiconductor crystal having a circular or partially circular cross-section made of a p-type or n-type semiconductor.
  • a rod-shaped solar cell is a cell having a rod-shaped substrate, a separate conductive layer having a conductivity type different from the conductivity type of the substrate, a partially cylindrical pn junction, and the axis of the substrate. Pn connection provided at both ends of In this case, the distance from each point of the pn junction to the first and second electrodes can be maintained at a substantially constant small value. As a result, the entire pn junction uniformly generates photovoltaic power, so that the photoelectric conversion efficiency of the rod-shaped solar battery cell can be kept high.
  • a plurality of apertures can be obtained by changing the diameter of the substrate.
  • the voltage generated in the submodule can be changed by changing the number of solar cells.
  • Solar cell modules consisting of multiple rod-receiving sub-modules have a configuration in which multiple rod-receiving sub-modules are connected in parallel, and are generated in the solar cell module by changing the number of sub-modules connected in parallel. Can be changed.
  • the length in the axial center direction can be set to a size of several to tens of times the diameter of the base material, compared to a granular solar cell,
  • the light-receiving area can be significantly increased, and a rod-receiving sub-module can be configured by arranging a plurality of rod-shaped solar cells closely and in parallel, and the ratio of the light-receiving area to the projected area of sunlight. Can be increased, and the light receiving efficiency for receiving sunlight can be increased.
  • the number of connection points for electrically connecting the solar cells may be significantly reduced as compared to a submodule incorporating a plurality of granular solar cells.
  • the assembly cost of the submodule including the connection cost can be greatly reduced.
  • This solar cell device is a plurality of types of solar cell modules having different sensitivity wavelength bands, and a plurality of solar cell modules stacked such that a solar cell module having a shorter center wavelength in the sensitivity wavelength band is positioned closer to the sunlight incident side. Since solar cell modules of various types are provided, sunlight in a wide wavelength range in the solar spectrum can be photoelectrically converted. Because of the shorter wavelength and the lower the light transmittance, the solar cell modules with the shorter center wavelength in the sensitivity wavelength band are stacked so that multiple types of solar cell modules are positioned on the sunlight incident side as described above. By increasing the photoelectric conversion efficiency of each solar cell module Can do.
  • this solar cell device a plurality of types of solar cell modules stacked in the vertical direction are connected in series, and their output currents are aligned to substantially the same current, so that the power generation capability of the plurality of types of solar cell modules is achieved. Can be maximized.
  • the output of the rod light receiving submodule can be changed by changing the number of rod solar cells connected in series in each submodule. Since the voltage can be adjusted and the output current of the solar cell module can be adjusted by changing the number of parallel connection of multiple rod-receiving submodules, multiple types of solar cell modules stacked vertically It becomes easy to arrange the output currents.
  • At least one type of solar cell module is composed of a plurality of planar light receiving submodules each composed of a planar light receiving solar cell having a planar pn junction.
  • Each rod light receiving submodule and each planar light receiving submodule are formed so that the light receiving areas for receiving sunlight are equal.
  • the plurality of rod-shaped solar cells in the rod-receiving submodule are arranged in parallel with the conductive direction connecting the first and second electrodes aligned in the horizontal direction, and via the first and second electrodes. Electrically connected in series.
  • a plurality of rod-receiving sub-modules constituting the solar cell module are connected in parallel and provided with a pair of first connecting rods, and a plurality of the solar cell modules are constituted. Two pairs of second connecting rods are provided to connect the planar light receiving submodules in parallel and connect them together.
  • An exterior case made of a metal plate having a recess recessed downward is provided.
  • a plurality of types of solar cell modules were stacked and accommodated in the recesses.
  • the exterior case has a plurality of parallel recesses arranged horizontally in the width direction of the recesses, and a plurality of types of solar cell modules are housed in a stacked state in each of the plurality of recesses.
  • the recess of the outer case has a substantially inverted trapezoidal cross section so that the width of the recess becomes wider upward, and the pair of side walls and the inner surface of the bottom wall of the recess are formed on the light reflecting surface.
  • a lens member having a lens portion having a condensing function for condensing sunlight toward the plurality of solar cell modules is provided closer to the sunlight incident side than the plurality of solar cell modules.
  • a sealing material made of a transparent synthetic resin is filled in gaps in the plurality of recesses of the outer case, and the outer case and the lens member are packaged.
  • a trapezoidal protruding base protruding upward by a predetermined small height is formed on the bottom wall of the outer case.
  • a side plug block that closes an end of the recess of the outer case is provided, and a plurality of metal plugs that are electrically connected by inserting the ends of the first and second connecting rods into the side plug block. Connection pipes were provided, and these connection pipes were projected to the outside of the side plug block to form external terminals.
  • FIG. 1 is a plan view of a planar light receiving solar cell (submodule) incorporated in a solar cell device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a bottom view of the solar battery cell of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a perspective view of a rod-shaped solar battery cell.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a rod-shaped solar battery cell 32.
  • FIG. 6 is a right side view of the solar battery cell 32 of FIG.
  • FIG. 7 is a left side view of the solar battery cell 32 of FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of rod-shaped solar battery cell 52.
  • FIG. 9 is a right side view of the solar battery cell 52 of FIG.
  • FIG. 10 is a left side view of the solar battery cell 52 of FIG.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of a solar cell unit.
  • FIG. 12 is a plan view of the solar cell device.
  • FIG. 13 is a sectional view taken along line XIII—XIII in FIG.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line XIV-XIV in FIG.
  • 15 is a partial sectional view taken along line XV—XV in FIG.
  • FIG. 16 is a perspective view of a side plug block.
  • FIG. 17 is a front view of the side plug block.
  • FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view of the main part of the solar cell device.
  • FIG. 19 is an equivalent circuit diagram of a solar cell device.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram of a solar cell spectrum and spectral sensitivity characteristics of a solar cell device.
  • FIG. 21 is a perspective view of a rod-shaped solar battery cell according to a modified example.
  • the solar cell device is a stack type solar cell device in which a plurality of solar cell modules are stacked in a plurality of layers, and is a plurality of types of solar cell modules having different sensitivity wavelength bands, and the center of the sensitivity wavelength band.
  • Solar cell modules with shorter wavelengths are equipped with multiple types of solar cell modules that are stacked so that they are located on the sunlight incident side.
  • At least one type of solar cell module is composed of a plurality of rod-shaped solar cells.
  • the rod-shaped solar cell has a specific configuration as described later.
  • the concentrating stack type solar cell device 1 includes a stack type solar cell housed in a metal plate outer case 2 and three recesses 3 of the outer case 2, respectively.
  • the unit 4, the sealing material 63 filled in the recess 3 (not shown in FIG. 13), the cover glass 5 disposed on the solar light incident side, and the end of the recess 3 of the exterior case 2 are disposed. It consists of side plug block 6 and so on.
  • the stack type solar cell unit 4 includes three types of solar cell modules 10, 30, and 50 having different sensitivity wavelength bands, and the incidence of sunlight is larger than the solar cell module having a shorter center wavelength in the sensitivity wavelength band. Three types of solar cell modules 10, 30 and 50 are stacked so as to be positioned on the side.
  • the first solar cell module 10 is obtained by connecting five planar light receiving submodules 11 which are planar light receiving solar cells in parallel, and is arranged at the top.
  • the second solar cell module 30 is formed by connecting five rod light receiving submodules 31 in which four rod-shaped solar cells 32 are connected in series, in parallel, and is arranged in the next stage after the uppermost stage. ing.
  • the third solar cell module 50 has five rod light receiving submodules 51 in which eight rod-shaped solar cells 52 are connected in series and is connected in parallel, and is arranged at the lowest level. In the solar cell unit 4, the three types of solar cell modules 10, 30, 50 are arranged in parallel at predetermined small intervals.
  • planar light receiving submodule 11 will be described with reference to FIGS.
  • the planar light receiving submodule 11 is composed of a planar light receiving GaAsPZGaP solar cell.
  • This GaAsPZGaP solar cell can be manufactured by a method similar to the manufacturing method of a well-known light emitting diode emitting orange light.
  • an n-type GaP single crystal wafer is used as the substrate 12, and the n-type GaAsP is formed on the substrate 12 by vapor phase epitaxy (VPE), for example.
  • VPE vapor phase epitaxy
  • an n-type GaAs P layer 13 having a constant composition is finally grown while forming a graded layer that gradually increases the ratio of As to P from the surface of the n-type GaP substrate 12.
  • impurity diffusion is applied to the lower surface of the n-type GaP substrate 12.
  • Si N silicon nitride film
  • a flat pn junction 15 is formed as a 0.40 layer 14.
  • the GaAsPZGaP solar cell 11 is formed so that a plurality of elongated slit windows 16, 17 are opposed to the top and bottom surfaces. Then, a positive electrode 18 and a negative electrode 19 are provided which are ohmically connected to the respective surfaces by sintering. The entire surface except for the positive and negative electrodes 18 and 19 (not shown) is covered with an antireflection film (not shown) such as SiO.
  • the first solar cell module 10 includes, for example, five submodules 11 with the positive electrode 18 on the upper surface side and the slit windows 16 and 17 aligned in a line on a plane. Are connected in parallel.
  • the connecting rods 20a, 20b made of copper or nickel 'iron alloy rods with a diameter of 0.5-1.0 mm, and attach them to one end of five submodules 11.
  • a pair of upper and lower connecting rods 20a and 20b are arranged, and a pair of upper and lower connecting rods 20a and 20b are arranged at the other end.
  • Both ends of the positive electrode 18 on the upper surface side of the five submodules 11 are electrically connected to a pair of connecting rods 20a as positive leads by solder or conductive adhesive, and the five submodules 11 Both ends of the negative electrode 19 on the lower surface side of the electrode are electrically connected to a pair of connecting rods 20b as a negative electrode lead with solder or a conductive adhesive.
  • the GaAsP layer 13 and the pn junction 15 in the submodule 11 are not limited to vapor phase epitaxy, but may be formed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE). It can also be formed. In addition, if necessary, a thin p-type window layer with a high P ratio may be additionally provided on the p-type Ga As P layer 14 to display the surface.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • the planar light receiving submodule 11 composed of GaAsPZGaP solar cells absorbs light within the spectral sensitivity range (wavelength sensitivity band) indicated by the curve A in FIG. Light having a longer wavelength passes through the slit windows 16 and 17 of the GaAsPZGaP solar cell 11 and travels downward.
  • the size of the submodule 11 is, for example, about 7 mm in length, 6 mm in width, and about 0.4 mm in thickness.
  • a large number of solar cells can be simultaneously formed on a common GaP substrate 12 of a large size, and then divided into solar cells of the above-mentioned size to increase cell production productivity.
  • the rod-shaped solar cell 70 is composed of a semiconductor crystal composed of a single element such as Si or Ge, or a compound semiconductor crystal such as a III-V group element or a II-VI group element.
  • the base material 71 is used as the base material.
  • the rod-shaped seed crystal for example, in Ge or Si, the rod-shaped seed crystal is brought into contact with the melt (melt) through the small nozzle of the crucible and pulled up or pulled down.
  • melt melt
  • the rod-shaped seed crystal is brought into contact with the melt (melt) through the small nozzle of the crucible and pulled up or pulled down.
  • it is manufactured by a method in which a single crystal rod is continuously grown to be elongated by cooling.
  • semiconductors such as Si, Ge, GaAs, and GaSb
  • single crystal rods having a diameter of 0.5 to 2.5 mm can be manufactured by this method.
  • This elongated rod-shaped semiconductor crystal is divided into lengths of about 3 to 10 times its diameter, and used as a semiconductor crystal base material for producing the rod-shaped solar cell 70.
  • the length is not limited to about 3 to 10 times, but may be divided into 10 or more times the diameter of the base material 71 or several tens of times.
  • the rod-shaped solar battery cell 70 is manufactured as follows using the above-described circular circular rod-shaped semiconductor crystal as a base material.
  • an n-type semiconductor crystal substrate 71 is prepared, and then A part of the surface portion of the base material 71 is cut in parallel with the axial center to form a strip-shaped flat surface 72 (strip-shaped portion) parallel to the axial center.
  • the width of the flat surface 72 is about 0.4 to 0.6 times the diameter of the base material 71.
  • a partial cylindrical P-type layer 73 is provided on the surface layer of the base material 71, and the partial cylindrical pn junction 74 is connected to the base material 71.
  • a strip-like negative electrode 75 is formed which is ohmically connected to the n-type semiconductor crystal (base material 71) and parallel to the axis of the base material 71.
  • a band-like positive electrode 76 that is ohmically connected to the surface of the p-type layer 73 on the opposite side of the negative electrode 75 across the axis of the base 71 and parallel to the axis of the base 71 is formed.
  • the entire surface other than the positive and negative electrodes 76 and 75 is covered with a transparent insulating antireflection film 77.
  • the base material may be formed of a p-type semiconductor, and a partially cylindrical n-type semiconductor layer (separate conductive layer) may be formed on the surface layer.
  • a forming method for forming the pn junction 74 of the rod-shaped solar battery cell 70 a known selective impurity diffusion, ion implantation, vapor phase or liquid phase epitaxial growth method can be utilized. Electrode formation and antireflection film formation can also be provided using known techniques, and detailed description thereof is omitted.
  • an n-type GaAs single crystal having a circular cross section is prepared by forming a band-like flat surface 34 parallel to the axis of the base material 33.
  • the base material 33 In the state where the flat surface 34 of the surface of the base material 33 and the vicinity of both sides thereof are masked with the Si N coating, the base material 33
  • the n-type GaAs layer (not shown in the figure) with a uniform thickness is placed on the non-masked partial cylindrical surface of the base material 33 surface after the GaAs melt containing Ga solution is brought into contact with the surface of the substrate at a high temperature. ).
  • the P-type Ga Al As layer 36 is continuously grown. This p-shaped
  • a p-type GaAs layer 35 (separate conductive layer) is formed by thermal diffusion to a depth in the middle of the cylindrical n-type GaAs layer, and a partial cylinder is formed at the boundary between this p-type GaAs layer 35 and the adjacent n-type GaAs layer.
  • a pn junction 37 of the shape is formed.
  • a thickness of 20 to 50 / zm is formed in a partial cylindrical region of the surface layer of the base material 33 having a diameter of about 1.7 mm and having a thin n-type GaAs single crystal force without the mask.
  • An n-type GaAs layer (not shown) and a p-type GaAlAs layer 36 of l to 2 / zm are continuously grown and 0.5 to 1.0 m from the growth interface of the n-type GaAs layer side.
  • a p-type GaAs layer 35 is formed up to the position, and a partially cylindrical ⁇ junction 37 is formed at the boundary between the n-type GaAs layer (not shown) formed by epitaxial growth and the p-type GaAs layer 35.
  • the p-type GaAlAs layer 36 functions as a window layer through which light passes, and minority carrier re-growth on the surface of the solar cell 32 is caused by heterojunction at the interface between the p-type GaAs layer 35 and the GaAlAs layer 36. The coupling speed is reduced and the photoelectric conversion efficiency of the GaAs solar cell is improved.
  • the Si N coating mask is removed by chemical etching, and the n-type Ga of the substrate 33 is removed.
  • the surface of the As layer is exposed on the flat surface 34, and the flat surface 34 on which the n-type GaAs layer is exposed is a strip-like negative electrode 38 parallel to the axis of the substrate 33, and electrically connected to the n-type GaAs layer.
  • a connected negative electrode 38 is formed.
  • a band-like positive electrode 39 parallel to the negative electrode 38 is provided on the surface of the p-type GaAl As layer 36 on the opposite side of the negative electrode 38 across the axis of the substrate 33.
  • the positive and negative electrodes 39, 38 are electrodes having a thickness of several / zm. In this way, a continuous body of rod-shaped solar cells 32 can be manufactured.
  • the rod-shaped solar battery cell 32 is formed by cutting a continuous body of the rod-shaped solar battery 32 using a cutting device such as a wire saw, for example, every about 8 mm in length.
  • a cutting device such as a wire saw, for example, every about 8 mm in length.
  • Multiple rod type The photovoltaic cell 32 is bundled with acid-resistant wax, and the cutting surface is exposed with force, and is etched with a chemical to form an acid film, thereby reducing the leakage current on the surface of the pn junction 37 at the end face.
  • the entire surface except for the positive and negative electrodes 39, 38 (not shown) is made of anti-reflection such as SiO.
  • the rod-shaped solar cell 32 is completed by covering with a stop film (not shown).
  • a stop film not shown.
  • the spectral sensitivity characteristic of this rod-shaped GaAs solar cell 32 is illustrated by curve B.
  • a substrate made of n-type GaAs single crystal with a circular cross section is adopted, and an n-type GaAs layer and a p-type GaAlAs layer doped with Zn are formed on the entire surface of the substrate in the same manner as described above to form a cylindrical shape.
  • the band-like portion parallel to the axis of the substrate is removed by cutting to form a flat surface 34, exposing the band-like n-type GaAs layer parallel to the axis, and the flat A band-like negative electrode 38 may be formed on the surface 34! /.
  • the rod-receiving submodule 31 when the rod-receiving submodule 31 is manufactured, the four rod-shaped solar cells 32 are aligned in the horizontal direction with the conductive direction directed from the positive electrode 39 to the negative electrode 38 aligned. The solar cells 32 are arranged in parallel and close to each other on a plane. Next, the submodule 31 is manufactured by bringing the positive and negative electrodes 39, 38 of the adjacent solar cells 32 into contact with each other and bonding them with solder or a conductive adhesive.
  • the second solar cell module 30 has a structure in which, for example, five submodules 31 are arranged in parallel in a row on a plane with the conductive direction and the axial direction aligned.
  • a pair of connecting rods 40a and 40b are arranged on both ends of the connector, and the positive electrode 39 on one end of the submodule 31 is electrically connected to the connecting rod 40a as the positive lead with solder or a conductive adhesive.
  • the negative electrode 38 on the other end side of the submodule 31 is electrically connected to the connecting rod 40b as a negative electrode lead with solder or a conductive adhesive.
  • a strip-shaped flat surface 54 parallel to the axis of the base material 53 is formed on a P-type Ge single crystal having a circular cross section with a diameter of about 0.9 mm.
  • the rod-shaped Ge single crystal is produced, for example, by bringing a small-diameter seed crystal into contact with the germanium melt and pulling it downward by using a nozzle at the bottom of a crucible made of Dullaphite with germanium melt.
  • the surface is polished so that it has no irregularities on the surface so that it becomes a cylinder with a certain diameter, and is etched with chemicals.
  • rod-type p-type germanium is heated in a gas atmosphere containing antimony to provide an n-type diffusion layer 55 (separate conductive layer) with a surface force depth of 0.5 to 1.0 m.
  • n-type diffusion layer 55 separate conductive layer
  • a partially cylindrical pn junction 56 is formed.
  • Silver containing tin is deposited on the center of the flat surface 54 where the p-type Ge is exposed, and silver containing antimony is deposited on the surface of the diffusion layer 55 made of n-type Ge on the opposite side across the axis.
  • the strip-shaped positive electrode 57 is in ohmic contact with the flat surface 54 on which the P-type Ge layer is exposed, and the strip-shaped negative electrode 58 is in ohmic contact with the n-type diffusion layer 55.
  • the positive and negative electrodes 57, 58 are electrodes having a thickness of several / zm. In this way, a continuum of rod-shaped solar cells 52 is manufactured.
  • a continuous body of the rod-shaped solar cells 52 is cut at a length of about 10 mm using a cutting device such as a wire saw to obtain solar cells 52.
  • a plurality of solar cells 52 are bundled with acid-resistant wax, the peripheral surface is masked and the cut surface is etched with chemicals using a known technique to form an acid film, and the leakage current of the pn junction 56 on the cut surface is reduced. Reduce.
  • the spectral sensitivity characteristic of this Ge rod solar cell 52 is shown by curve C.
  • the Si N film mask was used when forming the pn junction 56.
  • a cylindrical pn junction is formed on the entire surface of a p-type Ge rod with a circular cross-section, and then a belt-like portion parallel to the axis of the surface portion of the rod-shaped Ge single crystal is removed by cutting to obtain an axial center.
  • a strip-shaped flat surface 54 is formed in parallel with the surface, and a p-type Ge base material is exposed on the flat surface 54, and a strip-shaped positive electrode 57 is provided on the flat surface 54. There may be a strip-shaped negative electrode 58 connected to the layer.
  • the eight rod-shaped solar cells 52 are aligned in the horizontal direction with the conductive direction directed from the positive electrode 57 to the negative electrode 58 aligned.
  • the solar cells 52 are arranged in parallel and close to each other on a plane.
  • the submodule 51 is manufactured by bringing the positive and negative electrodes 57 and 58 of the adjacent solar cells 52 into contact with each other and bonding them with solder or a conductive adhesive.
  • the submodules 11, 3 1, 51 are configured so that their vertical and horizontal dimensions, that is, the light receiving areas are equal or substantially equal.
  • the third solar cell module 50 has, for example, a structure in which five submodules 51 are arranged in parallel in a line on a plane with the conductive direction and the axial direction aligned.
  • a pair of connecting rods 60a and 60b are arranged on both ends of the sub-module 51, and the positive electrode 57 on one end of the submodule 51 is electrically connected to the connecting rod 60a as a positive lead with solder or conductive adhesive.
  • the negative electrode 58 on the other end side of the submodule 51 is electrically connected to the connecting rod 60b as a negative electrode lead with solder or a conductive adhesive.
  • this stack type solar cell device 1 has, for example, three sets of solar cell units 4, and these three sets of solar cell units 4 include an outer case 2 and six sides. Packaged with a stopper block 6 and a cover glass 5!
  • the outer case 2 is manufactured by press-molding a stainless steel thin plate (thickness 0.5 to 1.5 mm) into a rectangular shape in plan view.
  • three bowl-shaped recesses 3 are formed in parallel in the width direction, and each recess 3 has a substantially inverted trapezoidal cross section whose width increases toward the upper side, leading to the solar cell unit 4.
  • the inner surface of the pair of side walls 2a and bottom wall 2b of the recess 3 is formed as a light reflecting surface, and a section trapezoidal shape that protrudes a predetermined small height upward on the portion excluding both ends of the bottom wall 2b
  • the protruding base 2c is formed.
  • the surface of the side wall 2a and the bottom wall 2b of the recess 3 is mirror-finished to enhance the light reflection effect, or a metal film such as silver is formed, or magnesium oxide powder adheres. I'm allowed.
  • a common horizontal support 2d is formed at the upper end of a pair of side walls 2a of adjacent recesses 3.
  • the left and right ends of the outer case 2 have a flat flange 2e and the flange 2e.
  • a wall 2f is formed to rise vertically from the end portion by a predetermined height.
  • the side plug block 6 is made of a white insulating ceramic material, and is attached to both ends of the recess 3 of the outer case 2. As shown in FIGS. 16 and 17, the side plug block 6 has a plurality of end forces S inserted into the connecting rods 20a, 20b, 40a, 40b, 60a, 60b of the solar cell modules 10, 30, 50, respectively.
  • Metal connection pipes 20A, 20B, 40A, 40B, 60A, 60B Force S Pre-installed as shown in the figure, these connection knobs 20A, 20B, 40A, 40B, 60A, 60B are set inside the side plug block 6.
  • the length protrudes and protrudes to the outside of the side plug block 6 by a predetermined length.
  • the connecting pipe is made of Fe58% —Ni42% alloy or the like, and penetrates the side plug block 6 in an airtight manner.
  • connection pipes 20B, 40A into which connection rods 20b, 40a are inserted are provided on the outer surface side of the side plug block 6.
  • a connector 61 connected in series and a connector 62 connected in series with the connecting pipes 40B, 60A into which the connecting rods 40b, 60a are inserted are provided.
  • the cover glass 5 is made of a transparent glass material, and the cover glass 5 has a three-part cylindrical shape that collects light toward the three recesses 3 respectively.
  • the rear end side portions of the connecting rods 60a, 60b of the solar cell module 50 are connected to the connection pipes 6 OA, 60B of the side plug block 6, respectively.
  • the side portions are inserted into the connection pipes 20A and 20B of the side plug block 6, and the solar cell modules 10, 30, and 50 are held in a parallel horizontal posture.
  • the front end side portions of the connecting rods 20a, 20b, 40a, 40b, 60a, 60b of the solar cell modules 10, 30, 50 are connected to the connecting pipes 20A, 20B, 40A, of the front side plug block 6. 40B , 60A and 60B, and then the side plug block 6 is positioned and bonded to the front end portion of the recess 3.
  • the solar cell modules 10, 30, 50 of each solar cell unit 4 are stacked (stepped) in the vertical direction with a predetermined small space in the recess 3 of the outer case 2.
  • connection knobs 20 ⁇ , 20 ⁇ , 40 ⁇ , 40 ⁇ , 60 ⁇ , 60 ⁇ these connecting pipes 20 ⁇ , 20 ⁇ , 40 ⁇ , 40 ⁇ , 60 ⁇ , 60 ⁇ and connecting rods 20a, 20b, 40a, 40b , 60a, 60b are electrically connected. However, it may be electrically connected by bonding with a conductive adhesive.
  • the connection knobs 20A, 20B, 40A, 40B, 60A, 60B are used as outer terminals.
  • a transparent synthetic resin for example, silicone rubber
  • the cover glass 5 is covered with the upper cover, the support portion 2d is engaged with the engagement groove 5d and bonded, and the flat plate portion 5b is attached. Adhere to flange 2e. A gap between the cover glass 5 and the outer case 2 and the synthetic resin sealing material 63 is sealed with a transparent silicone resin 64.
  • the flat plate portion 5b of the cover glass 5 and the flange portion 2e of the outer case 2 are fastened with four bolts 65 and nuts 66 at the left and right ends, respectively.
  • the bolt fastening portion is fastened through a butyl rubber packing 67 and a washer 68.
  • FIG. 19 is a diagram showing an equivalent circuit of the stack type solar cell unit 4, and the solar cells 11, 32, 52 are illustrated by diodes 11A, 32A, 52A.
  • the solar cell modules 10 and 30 are connected in series by the connector 61 that electrically connects the connecting pipes 20B and 40A on both the front and rear sides! RU
  • the solar cell modules 30 and 50 are connected in series by connectors 62 that electrically connect the connection pipes 40B and 60A on both the front and rear sides.
  • the solar cell unit 4 on both the left and right sides in FIGS. 13 and 14 is connected to the central pair of solar cell units 4 via connection pipes 20A, 20B, 40A, 40B, 60A, 60A and lead wires. Connected in parallel.
  • Contact A positive terminal 80 is formed at the center of the lead wire connected to the connecting pipe 20A, and a negative terminal 81 is formed at the center of the lead wire connected to the connection pipe 60B.
  • the sensitivity wavelength band and the energy density that can be photoelectrically converted differ depending on the type of solar cells 11, 32, and 52.
  • the energy density of solar light on the ground is lOOmWZcm 2
  • the open-circuit voltage of the solar cell alone due to this solar light is about 1.2 volts for GaAsP / GaP solar cell 11 (submodule), GaAs solar cell 32 About 0.9 volts for Ge solar cell 52 and about 0.4 volts.
  • the output current can be increased / decreased by increasing / decreasing the number of submodules 11 (number of parallel connections), and the output current can be increased / decreased by increasing / decreasing the light receiving area of the submodule 11. It can be increased or decreased.
  • the output current can be increased or decreased by increasing or decreasing the number of submodules 31, 51 (number of parallel connections).
  • the output voltage of submodules 31 and 51 can be increased or decreased by increasing or decreasing the number (number of series connections).
  • FIG. 18 is a diagram for explaining the light condensing action by taking a pair of solar cell units 4 in the center as an example.
  • Direct sunlight is dripping against the cover glass 5 When incident directly, the light is refracted and collected by the lens unit 5a. Most direct light is incident on the surface of the uppermost GaAsP / GaP solar cell 11 (submodule 11), and light in the sensitivity wavelength band of curve A in Fig. 20 is absorbed. Is incident on the surface of the submodule 31 composed of the GaAs solar cells 32 below.
  • This submodule 31 absorbs light in the sensitivity wavelength band of curve B in FIG. 20, and light having a wavelength longer than that is incident on the surface of the submodule 51 composed of the Ge solar cell 52 below it.
  • Light in the sensitivity wavelength band of curve C in FIG. 20 is absorbed, and light having a wavelength longer than that is incident on the surface of the protrusion 2c below it, and reflection and absorption occur.
  • the light absorbed in each solar cell 11, 32, 52 is photoelectrically converted into electrical energy, and an electrical output is obtained from the external terminals 80, 81 of each solar cell module 10, 30, 50.
  • the light transmitted through the lens unit 5a is not directly incident on the surface of the GaAsP / GaP solar cell 11 (submodule 11), but is incident on the inclined side wall 2a. Incident on the surface. In addition to being absorbed by the surface, light that is reflected and directed in other directions is also generated. This light is subjected to multiple reflections between the outer case 2, the side plug block 6, the cover glass 5, and each of the submodules 11, 31, 51, and then the light reaching the surface of the submodules 11, 31, 51 is absorbed and photoelectrically Converted.
  • the side wall 2a of the recess 3 is planarly drawn for the purpose of drawing.
  • the curved surface shape is such that most of the force-reflected light is effectively focused on the solar cells 11, 31, 51. It may be designed as follows. Further, the GaAs submodule 31 and the Ge submodule 51 have a function of condensing the light having a wavelength transmitted therethrough (the light having a wavelength that cannot be absorbed) like the lens unit 5a, so that the collected light is ahead. It is possible to devise an optical standpoint to arrange the solar cells so that they are incident on the solar cell submodule.
  • the outer case 2 has a bowl shape to increase the surface area so that the heat generated from the solar cells 11, 32, 52 can be easily dissipated to the outside.
  • a cover member (not shown) is provided on the outer surface of the outer case 2 to form a duct, and a cooling medium is circulated between the outer case 2 and the cover member to enhance the cooling effect. You can also.
  • the output current of the solar cells constituting the stack type solar cell device 1 also varies.
  • each of the solar cell modules 10, 30, and 50 has an independent external terminal (connection pipe), a plurality of electronic switch devices that change the number of parallel connections and the number of series connections are provided, and these electronic switch devices are turned on and off. By controlling the output, it is possible to automatically maximize the output according to the spectrum fluctuation.
  • the solar cell modules 10, 30, 51 are provided with connection pipes as external terminals, the output characteristics of each solar cell module are individually measured with respect to sunlight in which the situation changes, Performance can be evaluated. Based on the measurement data, the optimal design is made with respect to the reflection of the lens portion 5a of each solar cell module of solar cell device 1 and the inner surface of exterior case 2, the number of solar cells, the number of parallel connections, and the number of series connections. Is possible.
  • a plurality of rod-shaped solar cells 32 are arranged in parallel, and the rod light-receiving submodule 31 is connected in series via the positive and negative electrodes 39 and 38, so that By changing the diameter of the material 33, the number of the plurality of rod-shaped solar cells 32 can be changed, and the voltage generated in the submodule 31 can be changed.
  • submodule 51 In the solar cell module 30, a plurality of submodules 31 are connected in parallel! / In order to change the current generated in the solar cell module 30 by changing the number of submodules 31 connected in parallel. Can do. The same applies to the solar cell module 50.
  • the length in the axial center direction is several times to ten times the diameter of the base material 33. Since it can be set to several times the size, the light-receiving area can be significantly increased compared to granular solar cells, and multiple rod-shaped solar cells 32 are arranged closely in parallel and receive the rod.
  • the sub-module 31 can be configured, and the ratio of the light receiving area to the projected area of sunlight can be increased, and the light receiving efficiency for receiving sunlight can be increased. The same applies to the rod-shaped solar battery cell 52.
  • the number of connection points for electrically connecting the solar cells is markedly greater than that of the submodule incorporating a plurality of granular solar cells. Therefore, the assembly cost of the submodule including the connection cost can be greatly reduced.
  • This solar cell device 1 is a plurality of types of solar cell modules 10, 30, and 50 having different sensitivity wavelength bands, and the solar cell module having a shorter center wavelength in the sensitivity wavelength band is positioned closer to the solar light incident side. Since the solar cell modules are laminated in such a manner, sunlight in a wide wavelength range in the sunlight spectrum can be photoelectrically converted. Since light with shorter wavelength has lower transmission, multiple types of solar cell modules 10, 30, and 50 are stacked so that the solar cell module with the shorter center wavelength in the sensitivity wavelength band is located on the sunlight incident side as described above. By doing so, the photoelectric conversion efficiency of each solar cell module can be increased.
  • this solar cell device in order to connect a plurality of types of solar cell modules 10, 30, and 50 stacked in the vertical direction in series and make their output currents substantially the same, The power generation capability of these solar cell modules can be maximized.
  • the base material of the rod-shaped solar cells 32, 52 is pulled up using a semiconductor melt crystal seed crystal. By pulling or pulling down, it is possible to easily grow a thin cylindrical single crystal, which is easier and less expensive than the production of a semiconductor single crystal for a planar or spherical solar cell substrate. Can be produced.
  • the rod-shaped solar cells 32 and 52 are provided with a partially cylindrical pn junction and a pair of strip-shaped electrodes that are parallel to the axial direction and connected to the center of the surface of the P-type region and the n-type region, respectively. It is a thing. There is almost no directivity of sunlight on the surface perpendicular to the axis of the substrate, and not only direct light but also light reflected or scattered can be used.
  • the long strip-shaped electrodes 38, 39, 57, and 58 are formed, so that the number of connection points with external leads can be reduced. Further, the electrodes of the solar cells 32 and 52 can be directly joined with a conductive synthetic resin without mechanical stress. In the submodules 31, 51, the number of solar cells 32, 52 connected in series can be freely set, so that high voltage output can be easily realized.
  • the electrode occupies a smaller proportion of the light-receiving surface than the planar light-receiving solar cell 11, and the current with less shadow loss flows perpendicular to the thickness direction of the electrode. Therefore, there is little resistance.
  • rod-shaped solar cells are arranged closely in parallel and cells are directly connected to form a module, and the light receiving area can be freely expanded. Since the submodule can increase the ratio of the light receiving surface area to the projected area, a submodule with a compact size can be produced.
  • the submodules 11, 31, 5 1 having different sensitivity wavelength bands are arranged at regular intervals through a transparent synthetic resin, and each solar cell absorbs light. The generated heat is dispersed in position. For this reason, the temperature rise is not partially concentrated, and the temperature rise of the solar battery cells 11, 32, 52 is small.
  • the outer case 2 has a light reflecting surface on the inner surface and a heat radiating surface on the outer surface, and serves to improve the reciprocal relationship of both the light condensing and the temperature rise suppression.
  • the side plug block 6 is made of white ceramic that can reflect or scatter light, and confines the light inside the recess 3. As a result, light is incident on the rod-shaped solar cells 32 and 52 indirectly and the light utilization efficiency is increased.
  • connection pipes 20A, 20B, 40A, 40B, 60A, 60B external terminals
  • solar cell modules 10, 30, 50 are connected in series. Connected and connected in parallel, a power supply with the required output voltage and current can be configured.
  • the center of the lens portion 5a of the cover glass 5 and the center of the recess 3 can be easily aligned by the engagement of the engagement groove 5d of the cover glass 5 and the support portion 2d of the outer case 2. Since the protruding base 2c is formed on the bottom wall 2b of the recess 3 of the outer case 2, the rigidity of the outer case 2 can be increased and the heat release area can be increased. Further, the side plug block 6 and the lens portion 5 a of the rubber glass 5 also increase the mechanical strength of the entire solar cell device 1.
  • Submodules 11, 31, and 51 are buried in flexible transparent silicone resin, and the outer case 2 and the cover glass 5 are fastened with the bolts 65 and nuts 66 through the packing 67 and sealed. Therefore, the mechanical strength, confidentiality to the atmosphere, and weather resistance to sunlight are ensured.
  • the bolts 65 and nuts 66 are unfastened, disassembled into the cover glass 5 and the outer case 2, and an organic solvent or high-temperature steam is added.
  • the submodules 11, 31, 51 can also be easily separated and recovered from the sealing material 63 which also becomes a transparent silicone resin.
  • the number of solar cells 32 incorporated in the submodule 31 is not limited to four, and five or more cells 32 may be incorporated. The same applies to the submodule 51, and nine or more solar cells 52 may be incorporated in the submodule 51.
  • a planar light receiving solar cell based on crystals of GaP, InGaP, SiC, GaN, InGaN, ZnO may be adopted. It is possible to adopt a rod-receiving sub-module that has a solar cell power composed of any semiconductor crystal.
  • a solar battery cell based on crystals of GaSb, InGaAs, and InGaAsSb may be employed.
  • a planar light-receiving solar cell based on a crystal of GaAlAs, Si, or InP, or a semiconductor crystal of any of them is used. You may employ
  • cover glass 5 instead of the cover glass 5, a cover member made of a synthetic resin material such as transparent polycarbonate or acrylic is adopted, and a lens portion similar to the lens portion 5a is formed on the cover member.
  • the rod-shaped flat surfaces 34 and 54 are formed on the substrate, and one electrode 38 and 57 is provided on the flat surface.
  • the above flat surface may be omitted, and one band-like electrode 75A in an ohmic contact with the base material 71A may be formed on the surface of the base material 71A having a circular cross section.
  • This stack type solar cell device can be used for various power generation devices that generate power using sunlight.

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Description

明 細 書
スタック型太陽電池装置
技術分野
[0001] 本発明は太陽光のスペクトルのうちの広範囲の波長成分を有効利用する為に、感 度波長帯域の異なる複数の太陽電池モジュールを積層したスタック型太陽電池装置 に関し、特に半導体の禁止帯幅が大きい太陽電池モジュール、つまり、感度波長帯 域の中心波長が短!、太陽電池モジュールほど太陽光の入射側に位置するにょうに 積層したスタック型太陽電池装置に関する。
背景技術
[0002] 太陽電池装置を普及させる為には、太陽電池叉は太陽電池モジュールの利便性、 光電変換効率、製作コスト、品質の安定性、寿命、太陽電池製造に要するエネルギ 一消費量、使用後の廃棄処理などが重要な要素である。
太陽電池としては、（A)平面受光形の太陽電池、（B)粒状の太陽電池セルを複数 行複数列にパネル状に配置した太陽電池、（C)複数のファイバ一形太陽電池セルを パネル状に配置した太陽電池、（D)タンデム形太陽電池、（E)スタック形太陽電池、 などが公知である。
[0003] 前記（B)の太陽電池は、例えば、 WO02/35613号公報、 WO03Z017383号公報 、 WO03Z036731号公報、 WO2004Z001858号公報などに提案されている。前記（C )の太陽電池は、例えば、米国特許第 3,984,256号、米国特許第 5,437,736号公報 などに提案されている。前記 (D)のタンデム形の太陽電池は、平面受光形の太陽電 池セル単独の光電変換効率の向上を図る為に、太陽光スペクトルの感度波長帯域 を複数に区切り、各感度波長帯域に最適な禁止帯幅を持つ半導体で pn接合を作り 、これを共通の半導体基板上に連続的に結晶成長させたものである。
[0004] 前記 (E)のスタック形太陽電池は、太陽光スペルトルの利用効率と光電変換効率を 高める為に、太陽光スペクトルの感度波長帯域ごとに最適な禁止帯幅の半導体を用 V、て作った太陽電池セルで平板形の太陽電池モジュールを製作し、複数種類の太 陽電池モジュールを上下方向に積層したものである。 [0005] 前記 (A)〜 (E)の太陽電池にお 、て、レンズや反射器によって太陽光を集光して エネルギー密度を上げる技術も採用されている。 この場合は、光電変換効率を向上 できるだけでなぐ比較的小さい受光面積で高い出力が得られるため、太陽電池のコ ストを下げることが可能である。これらの技術については既に多くの学術文献や特許 公報で開示されている。
[0006] 例えば、太陽電池においてレンズで集光する技術については、米国特許第 4,834,8 05号、第 4,834,805号、第 4,638,110号などに開示されている。 集光により太陽電池 セルの温度が上昇し、光電変換効率が下がり、太陽電池モジュールが劣化しやすく なるため、集光により発生した熱をいかに効率よく放熱するかが重要になる。 米国特 許第 5,482,568号、第 6,252, 155号、第 6,653, 551号、第 6,440,769号では、複数のコ ーン形状の反射面の底部に太陽電池セルを収容しその反射面により集光し、発生し た熱を放熱させる構造を採用した太陽電池が開示されている。
[0007] しかし、従来のタンデム型太陽電池やスタック型太陽電池は、受光面が平面で、し 力も表面からのみ受光するため、周囲の多方向から来る反射散乱光に対し効果的な 光電変換が出来ない。 その上、太陽電池に形成された複数の平面状の pn接合は、 同一面積の単一の pn接合であり、それらは直列接続されている。 そのため、タンデ ム型太陽電池またはスタック型太陽電池を構成する複数の pn接合中の最も出力電 流が小さい pn接合によって出力電流が制限されるため、本来、単独では高い出力電 流が出せる pn接合はその出力を最大限発揮できな!/、という問題がある。
[0008] し力も、タンデム型太陽電池では、共通の半導体基板上に異なる禁止帯幅の異な る格子定数の半導体結晶を薄膜成長させ、各層に pn接合と異なるトンネル接合を成 形しなければならな!/、。 異種半導体の連続的成長の為には格子定数を整合させる 必要があり、選択できる半導体に制約があり、また、薄膜結晶成長において精密な組 成などの制御が必要で製造装置や作業にかかる費用が高くなる。
[0009] 複数種類の太陽電池モジュールを機械的にスタックする波長分割型のスタック型太 陽電池では、トンネル接合を形成したり格子定数を整合させる必要はないが、複数の 平板形の単一の ρη接合の太陽電池をスタックする際、太陽電池モジュールの電極の 配置や太陽電池モジュールの間隔と平行度を精密に設定しないと電極による遮蔽や 表面の反射によって出力が低下するおそれがある。
[0010] 以上のような従来のスタック形太陽電池が持つ問題を解決するため、本願発明者 は、 WO2005Z088733号公報に示すように、平面受光形の太陽電池モジュールと、 禁止帯幅が異なる半導体で作った多数の球状太陽電池セルを複数行複数例に組 み込んだ複数種類の太陽電池モジュールを独立に製作し、これら太陽電池モジユー ルを、禁止帯幅が大き 、モジュールほど太陽光の入射光側となるように積み重ねた スタック型太陽電池を提案した。
[0011] このスタック型太陽電池において、禁止帯幅が異なる半導体で構成された互いに 独立した太陽電池モジュールを直列接続するに当たって各太陽電池モジュールを 流れる電流の大きさが揃うように太陽電池セルの直列数と並列数を選択し、全体の 出力を最大化できるようにした。
特許文献 l :WO02Z35613号公報
特許文献 2： WO03Z017383号公報
特許文献 3： WO03/036731号公報
特許文献 4:WO2004Z001858号公報
特許文献 5 :米国特許第 3,984,256号公報
特許文献 6 :米国特許第 5,437,736号公報
特許文献 7 :米国特許第 4,834,805号公報
特許文献 8 :米国特許第 4,834,805号公報
特許文献 9 :米国特許第 4,638,110号公報
特許文献 10 :米国特許第 5,482,568号公報
特許文献 11 :米国特許第 6,252,155号公報
特許文献 12 :米国特許第 6,653,551号公報
特許文献 13 :米国特許第 6,440,769号公報
特許文献 14： WO2005Z088733号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0012] しかし、前記のスタック型太陽電池にお 、ては、球状太陽電池セルの数が多くなる と必然的にセルを電気的に接続する箇所が多くなるため、結線のコストを含む組み 立てコストが高価になり、装置の信頼性が低下しやすくなる。また、多数の球状太陽 電池セルを最大限稠密に配置しても埋まらない隙間が発生し、特にレンズで集光し た光を受光する場合、隙間を通過する光を十分に利用できないという欠点があった。
[0013] 本発明の目的は、部分円筒形の pn接合と帯状の 1対の電極を有する複数のロッド 形太陽電池セル力 なる少なくとも 1種類の太陽電池モジュールを組み込んだスタツ ク型太陽電池装置を提供すること、ロッド形太陽電池セルを用いて太陽電池セルの 数と結線個所の数を少なくして組み立てコストを低減可能なスタック型太陽電池装置 を提供すること、レンズと反射面による集光により光電変換効率を向上させ且つ製作 コストを低減可能なスタック型太陽電池装置を提供すること、金属製の外装ケースに より放熱性を向上できるスタック型太陽電池装置を提供すること、などである。
課題を解決するための手段
[0014] 本発明に係るスタック型太陽電池装置は、複数の太陽電池モジュールを複数層に 積層したスタック型太陽電池装置において、感度波長帯域の異なる複数種類の太陽 電池モジュールであって、感度波長帯域の中心波長が短い太陽電池モジュールほ ど太陽光の入射側に位置するように積層された複数種類の太陽電池モジュールを備 え、少なくとも 1種類の太陽電池モジュールは、複数のロッド形の太陽電池セルを夫 々組み込んだ複数のロッド受光形サブモジュールで構成され、前記ロッド形太陽電 池セルは、 p形叉は n形の半導体からなる円形叉は部分円形の断面を有するロッド形 の半導体結晶からなる基材と、前記基材の表面層のうちの前記基材の軸心と平行な 帯状部分を除く部分に形成され且つ前記基材の導電形とは異なる導電形の別導電 層と、前記基材と別導電層とで形成された部分円筒形の pn接合と、前記基材の帯状 部分の表面にォーミック接続された帯状の第 1電極と、前記基材の軸心を挟んで第 1 電極と反対側において前記別導電層の表面にォーミック接続された帯状の第 2電極 とを備えたことを特徴とするものである。
発明の効果
[0015] ロッド形太陽電池セルは、ロッド形の基材と、基材の導電形と異なる導電形の別導 電層と、部分円筒形の pn接合と、基材の軸心を挟んでセルの両端に設けられ pn接 合に接続された帯状の第 1,第 2電極とを有するため、 pn接合の各点から第 1,第 2 電極までの距離をほぼ一定の小さな値に維持できる。そのため、 pn接合の全体が均 等に光起電力を発生するので、ロッド形太陽電池セル光電変換効率を高く維持する ことができる。
[0016] 複数のロッド形太陽電池セルを平行に並べ、第 1,第 2電極を介して直列接続した ロッド受光形サブモジュールを構成する場合に、基材の直径を変えることで複数の口 ッド形太陽電池セルの数を変えて、サブモジュールで発生する電圧を変えることがで きる。
複数のロッド受光形サブモジュールからなる太陽電池モジュールでは、複数のロッ ド受光形サブモジュールを並列接続する構成を採用し、その並列接続されるサブモ ジュールの数を変えることにより、太陽電池モジュールで発生する電流を変えることが できる。
[0017] ロッド形太陽電池セルでは、その軸心方向の長さを基材の直径の数倍〜十数倍の 大きさに設定することができるため、粒状の太陽電池セルと比較して、受光面積を格 段に大きくすることができるうえ、複数のロッド形太陽電池セルを稠密に平行に並べ てロッド受光形サブモジュールを構成することができ、太陽光の投射面積に対する受 光面積の割合を大きくし、太陽光を受光する受光効率を高めることができる。
[0018] しかも、ロッド受光形サブモジュールでは、複数の粒状の太陽電池セルを組み込ん だサブモジュールと比較して、太陽電池セルを電気的に接続する結線個所の数を格 段に少なくすることができるため、その結線コストを含むサブモジュールの組み立てコ ストを大幅に低減することができる。
[0019] この太陽電池装置は、感度波長帯域の異なる複数種類の太陽電池モジュールで あって、感度波長帯域の中心波長が短い太陽電池モジュールほど太陽光の入射側 に位置するように積層された複数種類の太陽電池モジュールを備えているため、太 陽光のスペクトルのうちの広い波長範囲の太陽光を光電変換することができる。 波長の短!、光ほど透過性が弱 、ため、上記のように感度波長帯域の中心波長が 短い太陽電池モジュールほど太陽光の入射側に位置するように複数種類の太陽電 池モジュールを積層することで、各太陽電池モジュールの光電変換効率を高めること ができる。
[0020] この太陽電池装置において、上下方向に積層される複数種類の太陽電池モジユー ルを直列接続し、それらの出力電流をほぼ同じ電流に揃えることで、複数種類の太 陽電池モジュールの発電能力を最大限発揮させることができる。
[0021] 少なくとも 1種類の太陽電池モジュールを複数のロッド受光形サブモジュールで構 成するため、各サブモジュールにおけるロッド形太陽電池セルの直列接続数を変え ることで、ロッド受光形サブモジュールの出力電圧を調整でき、複数のロッド受光形サ ブモジュールを並列接続する並列接続数を変えることで、その太陽電池モジュール の出力電流を調整できるため、上下方向に積層される複数種類の太陽電池モジユー ルの出力電流を揃えやすくなる。
[0022] 本発明の従属請求項の構成として、次のような種々の構成を採用してもよい。
(1)少なくとも 1種類の太陽電池モジュールは、平面状の pn接合を有する平面受光 形太陽電池セルで夫々構成された複数の平面受光形サブモジュールで構成された
(2) 3種類の太陽電池モジュールを備え、 2種類の太陽電池モジュールは複数のロッ ド受光形サブモジュールで夫々構成され、 1種類の太陽電池モジュールは複数の平 面受光形サブモジュールで構成され、複数の平面受光形サブモジュールで構成さ れた太陽電池モジュールが最上段位置に配置された。
[0023] (3)各ロッド受光形サブモジュールと各平面受光形サブモジュールは、太陽光を受 光する受光面積が等しくなるように形成された。
(4)ロッド受光形サブモジュールにおける複数のロッド形太陽電池セルは、第 1,第 2 電極を結ぶ導電方向を水平方向に揃えて平行に配置されると共に、第 1,第 2電極 を介して電気的に直列接続された。
[0024] (5)太陽電池モジュールを構成する複数のロッド受光形サブモジュールを並列接続 し且つ一体的に連結する 1対の第 1の接続ロッドを設けると共に、太陽電池モジユー ルを構成する複数の平面受光形サブモジュールを並列接続し且つ一体的に連結す る 2対の第 2接続ロッドを設けた。
[0025] (6)下方へ凹入した凹部を有する金属板製の外装ケースを設け、この外装ケースの 凹部に複数種類の太陽電池モジュールを積層状態にして収容した。
(7)前記外装ケースは、前記凹部の幅方向に水平に並べた平行な複数の凹部を有 し、複数の凹部の各々に複数種類の太陽電池モジュールを積層状態にして収容し た。
(8)前記外装ケースの凹部は、その幅が上方程広くなるような実質的に逆台形断面 を有し、この凹部の 1対の側壁と底壁の内面は光反射面に形成された。
[0026] (9)複数の太陽電池モジュールよりも太陽光入射側に、複数の太陽電池モジュール の方へ太陽光を集光する集光機能を持つレンズ部を有するレンズ部材を設けた。
(10)前記外装ケースの複数の凹部内の隙間に透明合成樹脂製の封止材が充填さ れ、前記外装ケースとレンズ部材とでパッケージされた。
(11)前記外装ケースの底壁には、上方へ所定小高さ突出する台形状の突出台が形 成された。
(12)前記外装ケースの凹部の端部を塞ぐ側栓ブロックを設け、この側栓ブロックに 前記第 1,第 2の接続ロッドの端部を挿入して電気的に接続する複数の金属製の接 続パイプを設け、これら接続パイプを側栓ブロックの外側へ突出させて外部端子に構 成した。
図面の簡単な説明
[0027] [図 1]本発明の実施例に係る太陽電池装置に組み込まれる平面受光形太陽電池セ ル（サブモジュール）の平面図である。
[図 2]図 1の II II線断面図である。
[図 3]図 1の太陽電池セルの底面図である。
[図 4]ロッド形太陽電池セルの斜視図である。
[図 5]ロッド形太陽電池セル 32の断面図である。
[図 6]図 5の太陽電池セル 32の右側面図である。
[図 7]図 5の太陽電池セル 32の左側面図である。
[図 8]ロッド形太陽電池セル 52の断面図である。
[図 9]図 5の太陽電池セル 52の右側面図である。
[図 10]図 5の太陽電池セル 52の左側面図である。 [図 11]太陽電池ユニットの分解斜視図である。
[図 12]太陽電池装置の平面図である。
[図 13]図 12の XIII— XIII線断面図である。
[図 14]図 12の XIV -XIV線断面図である。
[図 15]図 13の XV— XV線断面部分図である。
[図 16]側栓ブロックの斜視図である。
[図 17]側栓ブロックの正面図である。
[図 18]太陽電池装置の要部拡大断面図である。
[図 19]太陽電池装置の等価回路図である。
[図 20]太陽電池スペクトルと太陽電池装置の分光感度特性の説明図である。
[図 21]変更例に係るロッド形太陽電池セルの斜視図である。
符号の説明
1 太陽電池装置
2 外装ケース
2a 側壁
2b 底壁
2c 突出台
3 凹部
4 太陽電池ユニット
5 カバーガラス（レンズ部材）
5a レンズ部
6 側栓ブロック
10 平面受光形太陽電池モジュール
11 太陽電池セル（サブモジュール）
20a, 20b 接続ロッド
20A, 20B 接続ノィプ
30 太陽電池モジュール
31 ロッド受光形サブモジュール 32 太陽電池セル
33 基材
35 p形 GaAs層 (別導電層）
36 p形 GaAlAs層
37 pn接合
38 負電極
39 正電極
40a, 40b 接続ロッド
40A, 40B 接続パイプ
50 太陽電池モジュール
51 ロッド受光形サブモジユー,
52 太陽電池セル
53 基材
55 n形 Ge拡散層 (別導電層)
56 pn接合
57 正電極
58 負電極
60a, 60b 接続ロッド
60A, 60B 接続パイプ
63 封止材
発明を実施するための最良の形態
本発明に係る太陽電池装置は、複数の太陽電池モジュールを複数層に積層したス タック型太陽電池装置において、感度波長帯域の異なる複数種類の太陽電池モジュ ールであって、感度波長帯域の中心波長が短い太陽電池モジュールほど太陽光の 入射側に位置するように積層された複数種類の太陽電池モジュールを備え、少なく とも 1種類の太陽電池モジュールは、複数のロッド形の太陽電池セルを夫々組み込 んだ複数のロッド受光形サブモジュールで構成され、ロッド形の太陽電池セルは後 述のような特有の構成を有する。 実施例
[0030] 以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。
図 11〜図 15に示すように、この集光型のスタック型太陽電池装置 1は、金属板製 の外装ケース 2と、この外装ケース 2の 3つの凹部 3に夫々収容されたスタック型太陽 電池ユニット 4と、凹部 3内に充填された封止材 63 (図 13では図示省略）と、この太陽 光入射側に配置されたカバーガラス 5と、外装ケース 2の凹部 3の端部に配置された 側栓ブロック 6などで構成されて 、る。
[0031] スタック型太陽電池ユニット 4は、感度波長帯域の異なる 3種類の太陽電池モジュ ール 10, 30, 50であって、感度波長帯域の中心波長が短い太陽電池モジュールほ ど太陽光の入射側に位置するように積層された 3種類の太陽電池モジュール 10, 30 , 50を備えている。第 1の太陽電池モジュール 10は、平面受光形太陽電池セルであ る平面受光形サブモジュール 11を 5個並列接続したものであり、最上段に配置され ている。
[0032] 第 2の太陽電池モジュール 30は、 4つロッド形太陽電池セル 32を直列接続したロッ ド受光形サブモジュール 31を 5個並列接続したものであり、最上段の次の段に配置 されている。第 3の太陽電池モジュール 50は、 8つのロッド形太陽電池セル 52を直列 接続したロッド受光形サブモジュール 51を 5個並列接続したものであり、最下段に配 置されている。太陽電池ユニット 4において、 3種類の太陽電池モジュール 10, 30, 5 0は所定の小間隔を空けて平行に配置されている。
[0033] 最初に、平面受光形サブモジュール 11について図 1〜図 3に基づいて説明する。
この平面受光形サブモジュール 11は、平面受光形の GaAsPZGaP太陽電池セル で構成されている。この GaAsPZGaP太陽電池セルは、周知のオレンジ色光を発す る発光ダイオードの製造方法と同様の方法で製作することができる。
[0034] GaAsPZGaP太陽電池セル（サブモジュール 11)では、 n形の GaP単結晶のゥェ ハを基板 12として用い、この基板 12上に例えば気相ェピタキシャル成長法 (VPE) によって n形の GaAsP層 13を成長させる。 この場合、 n形 GaP基板 12の表面から徐 々に Pに対する Asの割合を増やす傾斜層を形成しながら、最終的に組成が一定の n 形の GaAs P 層 13を成長させる。 次に n形 GaP基板 12の下側表面に不純物拡 散の為の拡散マスクとしてシリコン窒化膜 (Si N )を被着した後、 GaAsP層 13の表
3 4
面全体に p形不純物である亜鉛を拡散して深さ 0. 5〜： L O /z mまで p形の GaAs P
0.4 0 層 14とし平面状の pn接合 15を形成する。
.6
[0035] 次に n形の GaP基板 12の下側表面のシリコン窒化膜を除去した状態で、その下側 表面に Au— Geを蒸着すると共に、 p形の GaAs P 層 14の表面に Au— Znを蒸
0.4 0.6
着し、フォトエッチングすることにより、図 1、図 3に示すように、 GaAsPZGaP太陽電 池セル 11の上下両面に細長い矩形スリット状の複数のスリット窓 16, 17が上下両面 に対向するように形成され、次にシンタリングによりそれぞれの表面にォーミック接続 された正電極 18と負電極 19を設ける。 尚、図示省略した力 正負の電極 18, 19を 除く表面の全域を SiOなどの反射防止膜 (図示略)で覆う。
2
[0036] 図 11に示すように、第 1の太陽電池モジュール 10は、例えば 5枚のサブモジュール 11を正電極 18を上面側にし、スリット窓 16, 17の方向を揃えて平面上に 1列に並べ て並列接続したものである。この第 1の太陽電池モジュール 10を組み立てる場合、銅 またはニッケル '鉄合金製の直径 0.5〜1.0 mmの棒材からなる接続ロッド 20a, 20b を 4本準備し、 5つのサブモジュール 11の一端部に上下 1対の接続ロッド 20a, 20b を配置すると共に他端部に上下 1対の接続ロッド 20a, 20bを配置する。
[0037] 5つのサブモジュール 11の上面側の正電極 18の両端部を正極リードとしての 1対 の接続ロッド 20aにハンダ叉は導電性接着剤で電気的に接続し、 5つのサブモジュ ール 11の下面側の負電極 19の両端部を負極リードとしての 1対の接続ロッド 20bに ハンダ叉は導電性接着剤で電気的に接続する。
[0038] 前記サブモジュール 11における GaAsP層 13と pn接合 15は、気相ェピタキシャル 成長法に限らず、有機金属化学気相成長法 (MOCVD)、モルキュラービームェピタ キシャル成長法 (MBE)により形成することもできる。 また、必要に応じて、 p形の Ga As P 層 14の上に Pの割合を高くした薄い p形のウィンドウ層を追カ卩的に設け、表
0.4 0.6
面での発生キヤリヤーの再結合速度を少なくして光電変換効率の向上を図ることも有 効である。
[0039] GaAsPZGaP太陽電池セルからなる平面受光形サブモジュール 11は、図 20に曲 線 Aで示す分光感度範囲 (波長感度帯域）内の光を吸収して光電変換するが、それ よりも長い波長の光は、 GaAsPZGaP太陽電池セル 11のスリット窓 16, 17を透過し て下方へ進む。 このサブモジュール 11のサイズは、例えば、縦 7mm、横 6mm、厚さ 0 . 4mm程度である。
[0040] 但し、大きなサイズの共通の GaP基板 12上に多数の太陽電池セルを同時に形成 し、その後上記のサイズの太陽電池セルに分割してセル生産の生産性を上げること ができる。 その場合、大きなサイズの GaP基板 12を用いて大きなサイズの単一の太 陽電池セルを作るよりも、部分的に特性が悪い部分を除くことができ、基板 12の割れ により太陽電池セル全体が不良化することがなぐ高価な化合半導体を有効利用す ることがでさる。
[0041] 次に、第 2,第 3の太陽電池モジュール 30, 50のロッド受光形サブモジュール 31, 51に採用するロッド形太陽電池セル 32, 52の構造を説明する為に、これらと同構造 のロッド形太陽電池セル 70つ!、て説明する。
図 4に示すように、ロッド形太陽電池セル 70は、断面円形のロッドにした Si、 Geなど の単一元素から成る半導体結晶、叉は III V族元素や II VI族元素などの化合物 半導体結晶を基材 71にして製作する。
[0042] このロッド形の半導体結晶は、例えば、 Geや Siでは、ロッド形の種結晶を坩堝の細 径のノズルを通じて融液 (メルト）とコンタクトさせ、上方へ引き上げ叉は下方に引き下 げながら、冷却して単結晶のロッドを細長く連続的に成長させる方法で製作する。 Si 、 Ge、 GaAs, GaSbなどの半導体では、この方法により直径 0 . 5〜2. 5mmの単結 晶のロッドを製造することができる。
[0043] しかし、このような細径のロッド形結晶を成長させることが難 、材料では、バルタ結 晶から機械的に切りだしてロッド形に加工してもよい。 この細長いロッド形の半導体 結晶は、その直径の約 3倍〜 10倍程度の長さに分断して、ロッド形太陽電池セル 70 を作る半導体結晶基材とする。 尚、前記約 3倍〜 10倍の長さに限定される訳ではな ぐ基材 71の直径の 10倍以上叉は数 10倍の長さに分断してもよい。この分断の際 にはロッドの軸心に対して垂直に切断する。ロッド形太陽電池セル 70は、上記の断 面円形のロッド形の半導体結晶を基材として以下のように製作する。
[0044] 最初に、例えば、図 4に示すように、 n形半導体結晶の基材 71を準備し、次にその 基材 71の表面部分の一部を軸心と平行に切断して軸心と平行な帯状の平坦面 72 ( 帯状部分)を形成する。尚、この平坦面 72の幅は基材 71の直径の 0.4〜 0.6倍程度 とする。次に、この平坦面 72とその両側近傍部分を除いて、基材 71の表面層に部分 円筒状の P形層 73 (別導電層）を設け、部分円筒状の pn接合 74を基材 71の全長に わたって形成する。 基材 71の平坦面 72には n形半導体結晶（基材 71)にォーミック 接続され且つ基材 71の軸心と平行な帯状の負電極 75を形成する。基材 71の軸心 を挟んで負電極 75と反対側において p形層 73の表面にォーミック接続され且つ基 材 71の軸心と平行な帯状の正電極 76を形成する。次に、正負の電極 76, 75以外の 表面の全面を透明な絶縁性反射防止膜 77で被覆する。
[0045] このロッド形太陽電池セル 70においては、正負の電極 76, 75と平坦面 72及びそ の近傍部分を除く表面の大部分が受光可能な表面であり、平坦面 72を除いて、基 材 71の軸心 78に直交する方向から見た投影断面積はほぼ一定であり、直射光に対 する受光面積は入射角度によらずほぼ一定である。 pn接合 74の各点 P, Q,尺から 正負の電極 76, 75を結ぶ直線の距離の和（a + b) , (a' +b' ) , (a" + b")はほぼ一 定であり、 pn接合 74を流れる電流分布の対称性、均一性に優れ、入射光に対する 指向性が少なぐ高効率の光電変換が可能になる。
[0046] 但し、基材を p形半導体で構成し、その表面層に部分円筒状の n形半導体層 (別導 電層）を形成してもよい。ロッド形太陽電池セル 70の pn接合 74を形成する形成方法 として、公知の選択的な不純物拡散、イオン注入、気相または液相ェピタキシャル成 長法を活用できる。 電極形成、反射防止膜形成についても公知の技法を利用して 設けることが可能であり、その詳細な説明は省略する。
[0047] 次に、第 2の太陽電池モジュール 30のロッド受光形サブモジュール 31に採用する ロッド形太陽電池セル 32について図 5〜図 7に基づいて説明する。
GaAsロッド形太陽電池セル 32の基材 33として、断面が円形の n形 GaAs単結晶に 基材 33の軸心と平行な帯状の平坦面 34を形成したものを準備する。この基材 33の 表面のうちの平坦面 34とその両側近傍部を Si N被膜でマスクした状態で、基材 33
3 4
の表面に Gaを溶液とする GaAsのメルトを高温でコンタクトさせてから降温し、基材 3 3の表面のうちのマスクしない部分円筒面上に均一な厚みの n形の GaAs層（図示略 )をェピタキシャル成長させる。
[0048] 次に、 GaAsメルトを取替えて、亜鉛をドープした Ga Al Asのメルトをコンタクトさ
0.8 0.2
せながらさらに降温させ、 P形の Ga Al As層 36を連続的に成長する。 この p形の
0.8 0.2
Ga Al As層 36を成長させている間に Ga Al Asのメルトから亜鉛が前記部分
0.8 0.2 0.8 0.2
円筒形の n形 GaAs層の途中の深さまで熱拡散して p形 GaAs層 35 (別導電層）が形 成され、この p形 GaAs層 35と隣接する n形 GaAs層との境界に部分円筒形の pn接 合 37が形成される。
[0049] こうして、例えば、直径約 1 . 7mmの細径の n形 GaAs単結晶力 なる基材 33の表 面層のうち前記マスクをしない部分円筒状の領域に、厚さ 20〜50 /z mの n形 GaAs 層（図示略）と、 l〜2 /z mの p形の GaAlAs層 36を連続的に成長させるとともに両者 の成長界面から n形 GaAs層側の 0. 5〜1. 0 mの位置まで p形 GaAs層 35が形成 され、ェピタキシャル成長により形成した n形 GaAs層（図示略）と p形 GaAs層 35との 境界に部分円筒形の ρη接合 37を形成する。 p形の GaAlAs層 36は、光が透過する ウィンドウ層として機能し、また、 p形 GaAs層 35と GaAlAs層 36の境界面のへテロ接 合により、太陽電池セル 32の表面における少数キャリアの再結合速度が小さくなり、 GaAs太陽電池セルの光電変換効率が向上する。
[0050] 次に、前記 Si N被膜のマスクをィ匕学的エッチングにより除去し、基材 33の n形 Ga
3 4
As層の表面を平坦面 34に露出させ、 n形 GaAs層が露出している平坦面 34に基材 33の軸心と平行な帯状の負電極 38であって n形 GaAs層に電気的に接続された負 電極 38を形成する。基材 33の軸心を挟んで負電極 38と反対側において、 p形 GaAl As層 36の表面に、負電極 38と平行な帯状の正電極 39を設ける。 この正負の電極 3 9, 38の形成の際、 p形 GaAlAs36の表面には Znをドープした金、平坦面 34に露出 した n形 GaAs層の表面には Geをドープした金を、それぞれ蒸着しシンターして、 p形 GaAs層 36にォーミックコンタクトされた正電極 39と、基材 33にォーミックコンタクトさ れた負電極 38とする。 尚、正負の電極 39, 38は数/ z mの厚さの電極である。こうし て、ロッド形太陽電池セル 32の連続体を製作することができる。
[0051] 次に、このロッド形太陽電池セル 32の連続体をワイヤソゥなどの切断装置を用いて 例えば長さ約 8mm毎に切断して、ロッド形太陽電池セル 32とする。複数のロッド形 太陽電池セル 32を耐酸性ワックスで束ねて力も切断表面を露出させ、薬品でエッチ ングして酸ィ匕被膜を形成して端面における pn接合 37の表面のリーク電流を少なくす る。 なお、図示省略した力 正負の電極 39, 38を除く全表面を SiOなどの反射防
2
止膜（図示略)で覆いロッド形太陽電池セル 32を完成させる。 図 20には、このロッド 形 GaAs太陽電池セル 32の分光感度特性が曲線 Bで図示されて ヽる。
[0052] 但し、上記の例では、 pn接合 37を形成する際に Si N被膜のマスクを採用したが
3 4
、断面円形の n形 GaAs単結晶からなる基材を採用し、この基材の全表面に、前記と 同様にして n形 GaAs層、 Znをドープした p形 GaAlAs層を形成して、円筒形の pn接 合を形成し、その後基材の軸心と平行な帯状部分を切削加工により除去して平坦面 34を形成し、軸心と平行な帯状の n形 GaAs層を露出させ、その平坦面 34に帯状の 負電極 38を形成してもよ!/、。
[0053] 図 11に示すように、ロッド受光形サブモジュール 31を製作する際には、 4つのロッド 形太陽電池セル 32を正電極 39から負電極 38に向力う導電方向を揃えて水平方向 に向け、それら太陽電池セル 32を平面上に近接状に平行に配置する。次に、隣接 する太陽電池セル 32の正負の電極 39, 38を当接させてハンダ叉は導電性接着剤 により接着することによりサブモジュール 31製作する。
[0054] 第 2の太陽電池モジュール 30は、例えば、 5つのサブモジュール 31を、導電方向と 軸心方向を揃えて平面上に 1列に並べて並列接続した構造のものである。この第 2 の太陽電池モジュール 30を組み立てる場合、銅またはニッケル ·鉄合金製の直径 0. 5〜1.0 mmの棒材からなる 2本の接続ロッド 40a, 40bを準備し、 5つのサブモジュ ール 31の両端側に 1対の接続ロッド 40a, 40bを配置して、サブモジュール 31の一 端側の正電極 39を正極リードとしての接続ロッド 40aにハンダ叉は導電性接着剤で 電気的に接続すると共に、サブモジュール 31の他端側の負電極 38を負極リードとし ての接続ロッド 40bにハンダ叉は導電性接着剤で電気的に接続する。
[0055] 次に、第 3の太陽電池モジュール 50のロッド受光形サブモジュール 51に採用する ロッド形太陽電池セル 52について図 8〜図 10に基づいて説明する。
最初に、 Geロッド形太陽電池セル 52の基材 53として、直径が 0. 9mm程度の断面 円形のロッド形の P形 Ge単結晶に基材 53の軸心と平行な帯状の平坦面 54を形成し たものを準備する。 上記のロッド形 Ge単結晶は、例えばゲルマニウムを融力したダラ ファイト製の坩堝の底のノズルで細径の種結晶をゲルマニウムの融液とコンタクトさせ て下方に引きだすようにして作る。 それを一定の直径の円柱になるように表面の凹 凸をなくすように研磨し薬品でエッチングする。
[0056] その後、この基材 53の表面のうち、平坦面 54とその両側近傍部を Si N被膜でマ
3 4 スクした状態で、ロッド形の p形ゲルマニウムをアンチモンを含むガス雰囲気中で加熱 して表面力 深さ 0. 5〜1. 0 mの n形拡散層 55 (別導電層）を設けて部分円筒形 の pn接合 56を形成する。 その後、 Si N被膜からなるマスクをェチッングで除去し、
3 4
p形 Geが露出している平坦面 54の中央部に錫を含む銀を蒸着し、軸心を挟んで反 対側の n形 Geからなる拡散層 55の表面にアンチモンを含む銀を蒸着し、シンタリン グを行ない、 P形 Ge層が露出している平坦面 54にォーミックコンタクトされた帯状の 正電極 57と、 n形の拡散層 55にォーミックコンタクトされた帯状の負電極 58を設ける 。 尚、正負の電極 57, 58は数/ z mの厚さの電極である。こうして、ロッド形太陽電池 セル 52の連続体を製作する。
[0057] 次に、このロッド形太陽電池セル 52の連続体をワイヤソゥなどの切断装置を用いて 長さ約 10mm毎に切断し、太陽電池セル 52とする。この太陽電池セル 52を複数個 耐酸性ワックスで束ねて周面をマスクし切断した表面を公知の技法による化学薬品 でエッチングして酸ィ匕被膜を形成し切断面における pn接合 56のリーク電流を少なく する。 図 20には、この Geロッド形太陽電池セル 52の分光感度特性が曲線 Cで図示 されている。
[0058] 尚、上記の例では、 pn接合 56を形成する際に Si N被膜のマスクを採用したが、
3 4
断面円形の p形 Geロッドの全表面に円筒形の pn接合を形成し、その後ロッド形 Ge単 結晶の表面部分のうちの軸心と平行な帯状部分を切削加工により除去することにより 、軸心と平行な帯状の平坦面 54を形成し、この平坦面 54に p形 Ge基材を露出させ、 この平坦面 54に帯状の正電極 57を設け、この正電極 57と反対側において n形 Ge層 に接続された帯状の負電極 58を設けてもょ 、。
[0059] 図 11に示すように、ロッド受光形サブモジュール 51を製作する際には、 8つのロッド 形太陽電池セル 52を正電極 57から負電極 58に向力う導電方向を揃えて水平方向 に向け、それらの太陽電池セル 52を平面上に近接状に平行に配置する。次に、隣 接する太陽電池セル 52の正負の電極 57, 58を当接させてハンダ叉は導電性接着 剤により接着することによりサブモジュール 51を製作する。尚、サブモジュール 11, 3 1, 51はそれらの縦、横の寸法、つまり受光面積が等しぐ叉はほぼ等しくなるように 構成されている。
[0060] 第 3の太陽電池モジュール 50は、例えば、 5つのサブモジュール 51を、導電方向と 軸心方向を揃えて平面上に 1列に並べて並列接続した構造のものである。この第 3 の太陽電池モジュール 50を組み立てる場合、銅またはニッケル ·鉄合金製の直径 0. 5〜1.0 mmの棒材からなる 2本の接続ロッド 60a, 60bを準備し、 5つのサブモジュ ール 51の両端側に 1対の接続ロッド 60a, 60bを配置して、サブモジュール 51の一 端側の正電極 57を正極リードとしての接続ロッド 60aにハンダ叉は導電性接着剤で 電気的に接続すると共に、サブモジュール 51の他端側の負電極 58を負極リードとし ての接続ロッド 60bにハンダ叉は導電性接着剤で電気的に接続する。
[0061] 次に、以上説明したサブモジュール 11, 31, 51を組み込んだ集光型のスタック型 太陽電池装置 1の構造について説明する。
図 12〜図 18に示すように、このスタック型太陽電池装置 1は、例えば 3組の太陽電 池ユニット 4を有し、これら 3組の太陽電池ユニット 4は、外装ケース 2と、 6つの側栓ブ ロック 6と、カバーガラス 5でパッケージされて!/、る。
[0062] 外装ケース 2は、ステンレス鋼の薄板（厚さ 0 . 5〜1. 5mm)をプレス成型して平面 視にて長方形に製作される。外装ケース 2には、樋状の 3つの凹部 3がその幅方向に 並べて平行に形成され、各凹部 3はその幅が上方ほど広くなる実質的に逆台形断面 を有し、太陽電池ユニット 4へ光を集光するため、凹部 3の 1対の側壁 2aと底壁 2bの 内面は光反射面に形成され、底壁 2bの両端部分を除く部分には上方へ所定小高さ 突出する断面台形状の突出台 2cが形成されている。
[0063] 凹部 3の側壁 2aと底壁 2bの表面は、光反射効果の高めるため鏡面カ卩ェされるか、 叉は銀などの金属皮膜が形成され、叉は酸ィ匕マグネシユウム粉末が付着させてある 。隣接する凹部 3の 1対の側壁 2aの上端部には共通の水平な支持部 2dが形成され ている。外装ケース 2の左右端部分には、平坦なフランジ部 2eとこのフランジ部 2eの 端部から所定高さ垂直に立ち上った囲 、壁 2fが形成されて 、る。
[0064] 側栓ブロック 6は、白色の絶縁性のセラミック材料で構成され、外装ケース 2の凹部 3の両端部に夫々装着される。図 16、図 17に示すように、側栓ブロック 6には、太陽 電池モジュール 10, 30, 50の接続ロッド 20a, 20b, 40a, 40b, 60a, 60bの端部力 S 夫々挿入される複数の金属製の接続パイプ 20A, 20B, 40A, 40B, 60A, 60B力 S 予め図示のように設けられ、これら接続ノィプ 20A, 20B, 40A, 40B, 60A, 60B は、側栓ブロック 6の内側へ所定長さ突出すると共に、側栓ブロック 6の外側へ所定 長さ突出している。上記の接続パイプは Fe58%— Ni42%合金などで構成され、側 栓ブロック 6を気密に貫通して 、る。
[0065] 各太陽電池ユニット 4において、太陽電池モジュール 10, 30, 50を直列接続する ため、側栓ブロック 6の外面側には、接続ロッド 20b, 40aが挿入される接続パイプ 20 B, 40Aを直列接するコネクタ 61と、接続ロッド 40b, 60aが挿入される接続パイプ 40 B, 60Aを直列接するコネクタ 62とが設けられて!/、る。
[0066] 図 12〜図 14、図 18に示すように、カバーガラス 5は透明なガラス材料で構成され、 カバーガラス 5は、 3つの凹部 3に向けて夫々集光する 3つの部分円筒形のレンズ部 5aと、外装ケース 2の左右両端部のフランジ部 2eに固定する為の左右 1対の平板部 5bと、凹部 3の上端部に嵌合する逆台形状の高さの小さな嵌合部 5cと、外装ケース 2の 2つの支持部 2dに係合する 2つの係合溝 5dとを有し、カバーガラス 5の下面はほ ぼ平坦に形成されている。
[0067] 次に、スタック型太陽電池装置 1の組み立て方法について説明する。
各凹部 3の後端部分に側栓ブロック 6を予め接着した状態において、太陽電池モジ ユール 50の接続ロッド 60a, 60bの後端側部分を上記側栓ブロック 6の接続パイプ 6 OA, 60Bに夫々挿入し、太陽電池モジュール 30の接続ロッド 40a, 40bの後端側部 分を上記側栓ブロック 6の接続パイプ 40A, 40Bに夫々挿入し、太陽電池モジユー ル 10の接続ロッド 20a, 20bの後端側部分を上記の側栓ブロック 6の接続パイプ 20A , 20Bに挿入し、太陽電池モジュール 10, 30, 50を平行な水平姿勢に保持する。
[0068] 次に、太陽電池モジュール 10, 30, 50の接続ロッド 20a, 20b, 40a, 40b, 60a, 60bの前端側部分を、前方側の側栓ブロック 6の接続パイプ 20A, 20B, 40A, 40B , 60A, 60Bに夫々挿入してから、その側栓ブロック 6を凹部 3の前端部分に位置決 めして接着する。こうして、各太陽電池ユニット 4の太陽電池モジュール 10, 30, 50 は、外装ケース 2の凹部 3内に所定の小間隔を空けた状態にして上下方向に積層 ( 段重ね）される。
[0069] その後、接続ノィプ 20Α, 20Β, 40Α, 40Β, 60Α, 60Βを力シメることにより、これ ら接続パイプ 20Α, 20Β, 40Α, 40Β, 60Α, 60Βと接続ロッド 20a, 20b, 40a, 40b , 60a, 60bを電気的に接続する。但し、導電性接着剤にて接着することで電気的に 接続してもよ ヽ。尚、接続ノィプ 20A, 20B, 40A, 40B, 60A, 60Bは、外咅端子と してち活用される。
[0070] 次に、太陽電池モジュール 10, 30, 50を収容した凹部 3の中に透明な合成樹脂（ 例えば、シリコーンゴムなど）を充填後、脱泡して加熱キュアを行って合成樹脂を重合 させて、全部のサブモジュール 11, 31, 51を合成樹脂封止材 63内に埋め込んだ状 態にする。その後、カバーガラス 5の下面に透明なシリコーン榭脂などを塗布してから 、カバーガラス 5を上方カゝら被せ、支持部 2dを係合溝 5dに係合させて接着し、平板 部 5bをフランジ部 2eに接着する。カバーガラス 5と外装ケース 2及び合成樹脂封止 材 63との間の隙間は透明なシリコーン榭脂 64で封止される。
[0071] 次に、図 12〜図 14に示すように、左右両端部においてカバーガラス 5の平板部 5b と外装ケース 2のフランジ部 2eとを 4本のボルト 65とナット 66で夫々締結する。このボ ルト締結部では、ブチルゴム製のパッキング 67とヮッシャ 68を介して締結する。
[0072] 次に、以上説明した太陽電池装置 1の作用について説明する。
図 19は、前記スタック型太陽電池ユニット 4の等価回路を示す図であり、前記太陽 電池セル 11, 32, 52をダイオード 11A, 32A, 52Aで図示してある。太陽電池モジ ユール 10, 30は、前後両側において接続パイプ 20B, 40Aを電気的に接続するコ ネクタ 61により直列接続されて！、る。
[0073] 太陽電池モジュール 30, 50は、前後両側において接続パイプ 40B, 60Aを電気 的に接続するコネクタ 62により直列接続されている。なお、中央の 1組の太陽電池ュ ニット 4に対して、図 13、図 14における左右両側の太陽電池ユニット 4は、接続パイ プ 20A, 20B, 40A, 40B, 60A, 60Aとリード線を介して並列接続されている。接 続パイプ 20Aに接続されたリード線の中央部に正極端子 80が形成され、接続パイプ 60Bに接続されたリード線の中央部に負極端子 81が形成されている。
[0074] 図 20に図示の太陽電池セル 11, 32, 52の分光感度特性のように、太陽電池セル 11, 32, 52の種類によってその光電気変換ができる感度波長帯域とエネルギー密 度が異なる。地上における太陽光のエネルギー密度は lOOmWZcm2であり、この 太陽光による太陽電池セル単独の開放電圧は、 GaAsP/ GaP太陽電池セル 11 (サ ブモジュール）で約 1. 2ボルト、 GaAs太陽電池セル 32で約 0. 9ボルト、 Ge太陽電 池セル 52で約 0. 4ボルトである。
[0075] 太陽電池モジュール 10, 30, 50が直列接続されている関係上、仮に、太陽電池モ ジュール 0, 30, 50の出力電流に大きなバラツキがある場合には、出力電流が最少 となる太陽電池モジュールの出力電流の制約を受け、それ以外の太陽電池モジユー ルもそれ以上の出力電流を発生することができない。そこで、この太陽電池装置 1で は、 GaAsP/ GaP太陽電池セル 11は受光面積あたりの出力電流が最も小さいため 、他のサブモジュール 31, 51の出力電流の大きさを GaAsP/ GaP太陽電池セル 11 の出力電流の大きさとほぼ等しくし、太陽電池モジュール 10, 30, 50の出力電流が ほぼ同じ値になるように設定している。そのため、太陽電池セル 11、 32、 52は、それ ぞれの発電能力を最大限発揮することができる。
[0076] 太陽電池モジュール 10においては、サブモジュール 11の数（並列接続数）を増減 すことにより出力電流を増減させることができ、また、サブモジュール 11の受光面積 を増減することにより出力電流を増減させることができる。太陽電池モジュール 30, 5 0においては、サブモジュール 31, 51の数 (並列接続数)を増減すことにより出力電 流を増減することができ、また、サブモジュール 31, 51に組み込む太陽電池セル 32 , 52の数 (直列接続数)を増減することによりサブモジュール 31, 51の出力電圧を増 減することができる。
[0077] この集光型の太陽電池装置 1においては、カバーガラス 5のレンズ部 5aによる屈折 と外装ケース 2の反射集光による集光作用を利用し、小型の太陽電池モジュール 10 , 30, 50で大きな出力が得られる。図 18は、中央の 1組の太陽電池ユニット 4を例と して、その集光作用を説明する図である。 太陽の直射光がカバーガラス 5に対して垂 直に入射すると光はレンズ部 5aにより屈折を受けて集光する。 多くの直射光は、最 上部の GaAsP/ GaP太陽電池セル 11 (サブモジュール 11)の表面に入射し、図 20 の曲線 Aの感度波長帯域の光が吸収され、それよりも長 、波長の光がその下の GaA s太陽電池セル 32からなるサブモジュール 31の表面に入射する。
[0078] このサブモジュール 31によって、図 20の曲線 Bの感度波長帯域の光が吸収され、 それよりも長い波長の光がその下の Ge太陽電池セル 52からなるサブモジュール 51 の表面に入射し、図 20の曲線 Cの感度波長帯域の光が吸収され、それよりも長い波 長の光がその下の突出台 2cの表面に入射し反射や吸収が生じる。それぞれの太陽 電池セル 11, 32, 52において吸収された光から電気エネルギーに光電変換され、 各太陽電池モジュール 10, 30, 50の外部端子 80, 81から電気的出力が得られる。
[0079] レンズ部 5aを透過した光が GaAsP/ GaP太陽電池セル 11 (サブモジュール 11)の 表面に直接入射せずに傾斜した側壁 2aに入射する光は、そこで反射されてサブモ ジュール 31, 51の表面に入射する。その表面でそのまま吸収されるほかに反射して 他の方向に向力う光も生じる。この光は外装ケース 2、側栓ブロック 6、カバーガラス 5 、各サブモジュール 11, 31, 51の間を多重反射してからサブモジュール 11, 31, 5 1の表面に到達した光が吸収され光電変換される。
[0080] サブモジュール 11, 31, 51同士の間、及び Geサブモジュール 51と突出台 2cとの 間には小さな間隔があり、光が進入できる。その光は、ロッド形の太陽電池セル 32, 5 2の表面が円筒面であるため、受光面が平面である太陽電池セル 11よりも吸収され る割合が高ぐこの太陽電池装置 1の出力アップが達成されている。
[0081] なお、図 18では、図面作成上、凹部 3の側壁 2aは平面的に描かれている力 反射 光の多くが効果的に太陽電池セル 11、 31, 51に集光するよう曲面形状に設計して もよい。また、 GaAsサブモジュール 31と Geサブモジユー 51は、そこを透過する波長 の光（吸収できない波長の光）に対してレンズ部 5aのように集光する作用を持つので 、集光した光がその先の太陽電池サブモジュールに入射するよう太陽電池セルの配 置を光学的見地力 工夫することができる。
[0082] 太陽電池モジュール 10, 30, 50で光電変換されない光エネルギーは、熱エネル ギ一に変換される。この熱エネルギーによって太陽電池セル 11, 32, 52の温度が上 昇すると光電変換効率が低下する。そのため外装ケース 2の放熱能力あげて温度上 昇を少なくすることが重要である。 そこで本実施例では、外装ケース 2を樋状にして 表面積を大きくし太陽電池セル 11, 32, 52から発生した熱を外部に放熱しやすくし ている。なお、外装ケース 2の外側を囲む表面にカバー部材（図示略)を設けてダクト を形成し、外装ケース 2とカバー部材の間に冷却媒体を流通させるように構成し、冷 却効果を高めることもできる。
[0083] ここで、入射光のスペクトル分布は、場所や天候の状態によって変動するため、スタ ック型太陽電池装置 1を構成する太陽電池セルの出力電流も変動する。これに対応 してサブモジユーノレ 11, 31, 51の並列接続数、直列接続数を変更し、全体の出力 の最大化を維持するように構成することも可能である。太陽電池モジュール 10, 30, 50には、それぞれ独立した外部端子 (接続パイプ)を有するので、並列接続数、直列 接続数を変更する複数の電子スィッチ装置を設け、それら電子スィッチ装置のオン' オフを制御することにより、スペクトル変動に応じて自動的に出力の最大化を図ること も可能である。
[0084] また、太陽電池モジュール 10, 30, 51に外部端子としての接続パイプを設けてあ るため、状況が変化する太陽光に対して、各太陽電池モジュールの出力特性を個別 に測定し、性能を評価することができる。そして、その測定データをもとに太陽電池装 置 1の各太陽電池モジュールのレンズ部 5aや外装ケース 2の内面の反射講造及び 太陽電池セルの配置や並列接続数、直列接続数に関して最適設計が可能となる。
[0085] サブモジュール 31においては、複数のロッド形太陽電池セル 32を平行に並べ、正 負の電極 39, 38を介して直列接続したロッド受光形サブモジュール 31を構成して ヽ るため、基材 33の直径を変えることで複数のロッド形太陽電池セル 32の数を変えて 、サブモジュール 31で発生する電圧を変えることができる。このことは、サブモジユー ル 51においても同様である。そして、太陽電池モジュール 30では、複数のサブモジ ユール 31を並列接続して!/ヽるため、その並列接続するサブモジュール 31の数を変え ることにより、太陽電池モジュール 30で発生する電流を変えることができる。このこと は、太陽電池モジュール 50においても、同様である。
[0086] ロッド形太陽電池セル 32では、その軸心方向の長さを基材 33の直径の数倍〜十 数倍の大きさに設定ことができるため、粒状の太陽電池セルと比較して、受光面積を 格段に大きくすることができるうえ、複数のロッド形太陽電池セル 32を稠密に平行に 並べてロッド受光形サブモジュール 31を構成することができ、太陽光の投射面積に 対する受光面積の割合を大きくし、太陽光を受光する受光効率を高めることができる 。このことは、ロッド形太陽電池セル 52においても同様である。
[0087] し力も、ロッド受光形サブモジュール 31, 51では、複数の粒状の太陽電池セルを組 み込んだサブモジュールと比較して、太陽電池セルを電気的に接続する結線個所の 数を格段に少なくすることができるため、その結線コストを含むサブモジュールの組 み立てコストを大幅に低減することができる。
[0088] この太陽電池装置 1は、感度波長帯域の異なる複数種類の太陽電池モジュール 1 0, 30, 50であって、感度波長帯域の中心波長が短い太陽電池モジュールほど太陽 光の入射側に位置するように積層された複数種類の太陽電池モジュールを備えて ヽ るため、太陽光のスペクトルのうちの広い波長範囲の太陽光を光電変換することがで きる。波長の短い光ほど透過性が弱いため、上記のように感度波長帯域の中心波長 が短い太陽電池モジュールほど太陽光の入射側に位置するように複数種類の太陽 電池モジュール 10, 30, 50を積層することで、各太陽電池モジュールの光電変換効 率を高めることができる。
[0089] この太陽電池装置 1にお!/、て、上下方向に積層される複数種類の太陽電池モジュ ール 10, 30, 50を直列接続し、それらの出力電流をほぼ同じに揃えるため、それら 太陽電池モジュールの発電能力を最大限発揮させることができる。
[0090] 3種類の太陽電池モジュールのうちの 2種類の太陽電池モジュール 30, 50を複数 のロッド受光形サブモジュール 31, 51で夫々構成するため、各サブモジュール 31, 51におけるロッド形太陽電池セル 32, 52の直列接続数を変えることで、ロッド受光 形サブモジュール 31, 51の出力電圧を調整でき、複数のロッド受光形サブモジユー ル 31, 51を並列接続する並列接続数を変えることで、その太陽電池モジュール 30, 50の出力電流を調整できるため、上下方向に積層される複数種類の太陽電池モジ ユール 10, 30, 50の出力電流を揃えやすくなる。
[0091] ロッド形の太陽電池セル 32, 52の基材は、半導体の融液力 種結晶を用いて引上 げたり叉は引き下げることにより、容易に細い円柱状の単結晶を成長させることができ 、平面状、球状の太陽電池セルの基材の為の半導体単結晶の製造よりも容易にか つ低コストで製作できる。
[0092] ロッド形の太陽電池セル 32, 52を製作する際に、 pn接合と電極の形成後に、必要 な長さにカットして使うことができ、量産に適する。
ロッド形の太陽電池セル 32, 52は、部分円筒形の pn接合と、その軸方向に平行で 且つ P型領域と n型領域の表面中心部に夫々接続された帯状の 1対の電極を設けた ものである。基材の軸心に垂直方向の表面において太陽光の指向性はほとんどなく 、直射光のみならず反射や散乱した方向の光も利用できる。
[0093] ロッド形の太陽電池セル 32, 52では、帯状の長い電極 38, 39, 57, 58を形成する ため、外部リードとの接続個所をが少なくすることができる。また、太陽光セル 32, 52 の電極同士を直接ノヽンダゃ導電性合成樹脂で力学的なストレスなしで接合できる。 サブモジュール 31, 51においては、太陽電池セル 32, 52を直列接続する数を自由 に設定できるため、高電圧の出力が容易に実現できる。
[0094] ロッド形の太陽電池セル 32, 52では、平面受光型太陽電池セル 11と比べて電極 が受光面に占める割合が少なぐシャドウロスが少なぐ電流は電極の厚み方向と垂 直に流れるため抵抗が少ない。サブモジュール 31, 51では、ロッド形の太陽電池セ ルを稠密に平行に並べてセル同士を直接接続してモジュールィ匕し、その受光面積を 自由に拡張できる。サブモジュールは、投影面積に対し受光表面積の割合を大きく できるため、コンパクトな大きさのサブモジュールが作することができる。
[0095] 球状太陽電池セルを並べて結線したモジュールでは、セル同士の間に隙間が発生 するがロッド形の太陽電池セル 32, 52では、殆ど隙間なくセルを並べて接続でき、 垂直方向の直射光に対して単位面積あたりの出力を大きくすることができる。これは レンズにより集光した太陽電池モジュールを作る場合に有利である。サブモジュール 31, 51のように、直径の異なるロッド形のセルを用いて同じ面積で直列数が異なるサ ブモジュールを作ることができる。
[0096] 外装ケース 2の凹部 3の中では、感度波長帯域が異なるサブモジュール 11, 31, 5 1が透明な合成樹脂を介して一定間隔で配置してあり、各太陽電池セルが光を吸収 して発生する熱は位置的に分散して 、る。このため温度上昇が部分的に集中せず太 陽電池セル 11, 32, 52の温度上昇が少ない。
[0097] 外装ケース 2は、内面が光反射面、外面が放熱面として構成され、集光と温度上昇 抑制を兼ね備え両方の相反関係を改善するのに役立っている。側栓ブロック 6を光 反射あるいは光散乱可能な白色セラミックで構成し、凹部 3の内部に光を閉じ込めて いる。これにより間接的に光がロッド形の太陽電池セル 32, 52に入射して光の利用 効率がアップする。
[0098] 複数の太陽電池ユニット 4を接続パイプ 20A, 20B, 40A, 40B, 60A, 60B (外部 端子）を介して並列接続することが可能であるから、太陽電池モジュール 10, 30, 50 を直列接続且つ並列接続し、必要な出力電圧や電流を持つ電源を構成することが できる。
[0099] カバーガラス 5のレンズ部 5aの中心と凹部 3の中心を、カバーガラス 5の係合溝 5dと 外装ケース 2の支持部 2dの係合により容易に位置合せすることができる。外装ケース 2の凹部 3の底壁 2bに突出台 2cを形成してあるため、外装ケース 2の剛性を高め、放 熱面積を増すことができる。また、側栓ブロック 6と、ガバーガラス 5のレンズ部 5aによ つても、太陽電池装置 1全体の機械的強度を高めている。
[0100] サブモジュール 11, 31, 51は、柔軟性のある透明なシリコーン榭脂内に埋没させ、 外装ケース 2とカバーガラス 5をパッキング 67を介してボルト 65とナット 66で締結して 密封しているため、機械的強度と雰囲気に対する機密性と太陽光に対する耐候性が 確保される。
[0101] スタック型太陽電池装置 1が不要になった場合には、ボルト 65とナット 66の締結を 解除し、カバーガラス 5と外装ケース 2に分解し、さらに有機溶剤あるいは高温スチー ムを加えて透明なシリコーン榭脂カもなる封止材 63からサブモジュール 11, 31, 51 を分離回収することも容易に行うことができる。
[0102] 次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
1)外装ケース 2に 3つの凹部 3を形成し、 3組の太陽電池ユニット 4を組み込んだ例 について説明した力 これは一例に過ぎず、必要に応じて 4つ以上の凹部 3を形成し 、 4組以上の太陽電池ユニット 4を組み込むこともある。 [0103] また、太陽電池モジュール 10, 30, 50には 5つのサブモジュール 11, 31, 51を組 み込んだ例について説明した力 太陽電池モジュール 10, 30, 50に組み込むサブ モジュールの数は適宜設定することができ、 6つ以上のサブモジュール 11, 31, 51 を組み込むこともある。こうして、太陽電池装置 1の出力電圧と出力電流を自由に設 定する構成ことができる。
[0104] 2)サブモジュール 31に組み込む太陽電池セル 32の数も 4つに限るものではなく、 5つ以上のセル 32を組み込むこともある。このことは、サブモジュール 51についても 同様であり、サブモジュール 51に 9つ以上の太陽電池セル 52を組み込むこともある。
[0105] 3)最上段の GaAsPZGaP太陽電池セル 11の代わりに GaP、 InGaP、 SiC、 GaN 、 InGaN、 ZnOの結晶を基材とする平面受光形太陽電池セルを採用してもよぐそ れらの何れかの半導体結晶で基材を構成した太陽電池セル力 なるロッド受光形サ ブモジュールを採用してもよ 、。
[0106] 4)最下段のサブモジュール 51のロッド形の Geセル 52の代わりに、 GaSb、 InGaA s、InGaAsSbの結晶を基材とする太陽電池セルを採用してもよい。
5)中段部のサブモジュール 31のロッド形の太陽電池セル 32の代わりに、 GaAlAs 、 Si、 InPの結晶を基材とする平面受光形太陽電池セル、叉はそれらの何れかの半 導体結晶で基材を構成したロッド形太陽電池セルを採用してもよい。
[0107] 6)上記実施例の太陽電池装置 1では、感度波長帯域の異なる 3種類の太陽電池 モジュール 10, 30, 50を積層状に組み込んだ例について説明した力 感度波長帯 域の異なる 2種類の太陽電池モジュールを積層状に組み込んだ太陽電池装置でも よく。この場合、少なくとも 1種類の太陽電池モジュールは、ロッド受光形サブモジュ ールで構成するものとする。尚、感度波長帯域の異なる 4種類以上の太陽電池モジ ユールを積層状に組み込んだ太陽電池装置も製作することができる。
[0108] 7)前記カバーガラス 5の代わりに、透明なポリカーボネートやアクリルなどの合成榭 脂材料で構成したカバー部材を採用し、そのカバー部材に前記レンズ部 5aと同様の レンズ部を形成する。
[0109] 8)前記外装ケース 2の材料として、内側表面を銀やニッケルなどの反射率が高い 金属をメツキした Fe58%— Ni42%合金板、表面を防食処理したアルミニウム板ゃァ ルミニゥム合金板やマグネシウム合金板を採用してもょ 、。
[0110] 9)前記ロッド形太陽電池セル 32, 52では、基材に帯状の平坦面 34, 54を形成し 、その平坦面に一方の電極 38, 57を設けた力 図 21に示すロッド形太陽電池セル 7 OAのように、前記の平坦面を省略し、円形断面の基材 71Aの表面に基材 71Aにォ 一ミックコンタクトされた一方の帯状の電極 75Aを形成してもよい。但し、この場合、正 負の電極の材料、色、形状などを異ならせることにより、正負の電極を識別可能に構 成することが望ましい。その他、図 4の太陽電池セル 70のものと同様のものに、同一 符号を付して説明を省略する。
産業上の利用分野
[0111] このスタック型太陽電池装置は、太陽光を利用して発電する種々の発電装置に利 用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 複数の太陽電池モジュールを複数層に積層したスタック型太陽電池装置にぉ 、て 感度波長帯域の異なる複数種類の太陽電池モジュールであって、感度波長帯域 の中心波長が短 、太陽電池モジュールほど太陽光の入射側に位置するように積層 された複数種類の太陽電池モジュールを備え、
少なくとも 1種類の太陽電池モジュールは、複数のロッド形の太陽電池セルを夫々 組み込んだ複数のロッド受光形サブモジュールで構成され、
前記ロッド形太陽電池セルは、
p形叉は n形の半導体からなる円形叉は部分円形の断面を有するロッド形の半導体 結晶からなる基材と、
前記基材の表面層のうちの前記基材の軸心と平行な帯状部分を除く部分に形成さ れ且つ前記基材の導電形とは異なる導電形の別導電層と、
前記基材と別導電層とで形成された部分円筒形の pn接合と、
前記基材の帯状部分の表面にォーミック接続された帯状の第 1電極と、 前記基材の軸心を挟んで第 1電極と反対側にお!ヽて前記別導電層の表面にォーミ ック接続された帯状の第 2電極と、
を備えたことを特徴とするスタック型太陽電池装置。
[2] 少なくとも 1種類の太陽電池モジュールは、平面状の pn接合を有する平面受光形 太陽電池セルで夫々構成された複数の平面受光形サブモジュールで構成されたこ とを特徴とする請求項 1に記載のスタック型太陽電池装置。
[3] 3種類の太陽電池モジュールを備え、 2種類の太陽電池モジュールは複数のロッド 受光形サブモジュールで夫々構成され、 1種類の太陽電池モジュールは複数の平面 受光形サブモジュールで構成され、複数の平面受光形サブモジュールで構成された 太陽電池モジュールが最上段位置に配置されたことを特徴とする請求項 2に記載の スタック型太陽電池装置。
[4] 各ロッド受光形サブモジュールと各平面受光形サブモジュールは、太陽光を受光 する受光面積が等しくなるように形成されたことを特徴とする請求項 2叉は 3に記載の スタック型太陽電池装置。
[5] ロッド受光形サブモジュールにおける複数のロッド形太陽電池セルは、第 1,第 2電 極を結ぶ導電方向を水平方向に揃えて平行に配置されると共に、第 1,第 2電極を 介して電気的に直列接続されたことを特徴とする請求項 1叉は 2に記載のスタック型 太陽電池装置。
[6] 太陽電池モジュールを構成する複数のロッド受光形サブモジュールを並列接続し 且つ一体的に連結する 1対の第 1接続ロッドを設けると共に、太陽電池モジュールを 構成する複数の平面受光形サブモジュールを並列接続し且つ一体的に連結する 2 対の第 2接続ロッドを設けたことを特徴とする請求項 5に記載のスタック型太陽電池装 置。
[7] 下方へ凹入した凹部を有する金属板製の外装ケースを設け、
この外装ケースの凹部に複数種類の太陽電池モジュールを積層状態にして収容し たことを特徴とする請求項 6に記載のスタック型太陽電池装置。
[8] 前記外装ケースは、前記凹部の幅方向に水平に並べた平行な複数の凹部を有し、 複数の凹部の各々に複数種類の太陽電池モジュールを積層状態にして収容した ことを特徴とする請求項 7に記載のスタック型太陽電池装置。
[9] 前記外装ケースの凹部は、その幅が上方程広くなるような実質的に逆台形断面を 有し、 この凹部の 1対の側壁と底壁の内面は光反射面に形成されたことを特徴とす る請求項 8に記載のスタック型太陽電池装置。
[10] 複数の太陽電池モジュールよりも太陽光入射側に、複数の太陽電池モジュールの 方へ太陽光を集光する集光機能を持つレンズ部を有するレンズ部材を設けたことを 特徴とする請求項 9に記載のスタック型太陽電池装置。
[11] 前記外装ケースの複数の凹部内の隙間に透明合成樹脂製の封止材が充填され、 前記外装ケースとレンズ部材とでパッケージされたことを特徴とする請求項 10に記載 のスタック型太陽電池装置。
[12] 前記外装ケースの底壁には、上方へ所定小高さ突出する台形状の突出台が形成 されたことを特徴とする請求項 9に記載のスタック型太陽電池装置。
[13] 前記外装ケースの凹部の端部を塞ぐ側栓ブロックを設け、この側栓ブロックに前記 第 1,第 2の接続ロッドの端部を挿入して電気的に接続する複数の金属製の接続パイ プを設け、これら接続パイプを側栓ブロックの外側へ突出させて外部端子に構成した ことを特徴とする請求項 8に記載のスタック型太陽電池装置。
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