(54)【考案の名称】集光型太陽電池セルデバイス

(51)【国際特許分類】

H01L 31/042

H01L 31/052

(73)【実用新案権者】有限会社ディアックス

(72)【考案者】【考案者】

[fig000002]
【選択図】図1

【概要説明】

【分野】

【0001】
本考案は小型で気密性を確保した集光型太陽電池セルを外囲器に組み込んだデバイス構造に関する。

【従来の技術】

【0002】
集光型太陽光発電装置は数百倍に集光した太陽光を太陽電池セルに照射するため、照射部の温度は高温になる。そのため放熱フィンが取り付けられたり、水冷の冷却機構を取り付けて温度上昇を防止する。しかし太陽が雲間にある場合、温度が上がったり下がったりを繰り返したり、太陽が出ていない夜間では外気温度まで下がることになる。太陽光が照射される集光型太陽電池セルは冷却機構を備えていても熱衝撃や熱サイクルを避けることはできない。そして集光倍率が高いほど過酷な熱衝撃、熱サイクルを受ける。
【0004】
集光型太陽電池セルを外気から保護するために透明樹脂が被覆されている(特許文献1)。しかし一般に樹脂は気密性が不十分であるのは周知の通りであり、特に水分は樹脂を膨潤させて徐々に樹脂内部に取り込んでいく。そして熱サイクルがあると取り込んだ水分を吐き出したりする。水分は集光型太陽電池セルの受光面に結露したり、セルの電極を腐食することにもなる。また熱衝撃が加わる過酷な環境下での樹脂の耐用年数も十分に明らかにされていない。樹脂では十分な信頼性を確保することはできない。
【0005】

【効果】

【0009】
本考案の集光型太陽電池セルデバイスは小型で十分な気密性を確保でき、信頼性の高いテバイスである。多くのセルを組み込む太陽光発電装置では外囲器に組み込んだセルを扱うことになるので取り扱いが安全かつ容易になり、セルを使用した場合と同じ程度の密度で配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】 本考案の集光型太陽電池セルデバイスの断面図
【図2】 本考案の集光型太陽電池セルの外観図
【図3】 本考案の集光型太陽電池セルデバイスの構成を示す図
【図4】 金属箔リードと集光型太陽電池セルを説明する外観図
【図5】 本考案の集光型太陽電池セルデバイスをモジュール基板に実装する外観図

【0011】
以下、本考案の実施の形態を図に基づいて説明する。
【0012】
図1は集光型太陽電池セルデバイスの断面図を示しており、ガラス基板5と金属基板2で挟まれた中に集光型太陽電池セル1が搭載される。集光型太陽電池セル1には金属箔リード8が接続され、他端が絶縁性支持枠3の段部6に接続される。絶縁性支持枠3の上面7に透明性基板が載置されて気密性が確保される。なお絶縁性支持枠3の上面7と段部の上面6には導電性膜が形成され、この導電性膜は段差部も被覆されて電気的に接続される。従って集光型太陽電池セルの電極4の外部への取り出し電極は絶縁性支持枠の上面に形成された導電性膜になる。また集光型太陽電池セルの裏面電極は金属基板2として外部に取り出される。絶縁性支持枠の段部6は所定の高さに形成されるが、所定の高さとは図1の場合には集光型太陽電池セルの厚さで決まる。しかし集光型太陽電池セルが載置される金属基板の予定域を削って溝を形成したり、逆に予定域に厚めっき行って集光型太陽電池セルの上面を高くすることも可能である。従って所定の高さは柔軟に可変できるものである。
【0013】
集光型太陽電池セルデバイスの外観を図2に示し、その構成を分かり易く示したのが図3になる。図3は本考案に係る集光型太陽電池セルデバイスの組立方法を示す図でもある。金属基板2に絶縁性支持枠3を接合し、金属箔リードを取り付けた集光型太陽電池セル9を絶縁性支持枠3の段部6に接合する。次に透明基板5を絶縁性支持枠3の上面に接合すれば集光型太陽電池セルデバイスが完成する。接合材には一例として低温の焼結性Agペーストを使用するのが好ましい。焼結温度は130℃という低温のものもあり、接合に係る基板材料の選択の幅が広がる。熱膨張係数の異なる基板材料の接合でも残留応力を小さくすることができるため、例えばCu板とアルミナセラミック基板の接合も可能である。接合強度は樹脂よりも強く、接合層の比抵抗も導電性樹脂より小さい。接合の下地はAu、Agが好ましく、透明基板5の接合のために金属皮膜のシールリング10を形成してある。絶縁性支持枠3の上面と段部に形成する導電性膜もAu、あるいはAgを使用するのが好適である。低温の焼結性Agペーストは接合時に加圧することにより接合層を緻密にすることができる。特に気密性が必要な部位として、金属基板2と絶縁性支持枠3の接合部、透明基板5と絶縁性支持枠3の接合部がある。これらの部位の接合には加圧をすることによりHeリークレベルの気密性が確保できる。
【0014】
ここで低温の焼結性Agペーストとは、Agナノ粒子を有機膜で修飾し溶媒に分散させたもの、サブミクロンAg粒子を溶媒に分散させたもの、AgフレークにAgナノ粒子を溶媒に混合分散したものである。一般的に焼結温度は130℃から300℃で特徴付けられている。
【0014】
透明基板はガラス基板、石英基板、透明樹脂基板が使用できるが、気密性を確保するにはガラス基板や石英基板が好ましい。絶縁性支持枠にはセラミック、ガラス、カーボンと樹脂のコンポジット、ポリイミド樹脂などが使用できるが、気密性を十分に確保するにはセラミックやガラスが好ましい。絶縁性支持枠の上面と段部の上面及び段差部も被覆するには金属ペーストあるいは金属ナノペーストを使用して厚膜焼成印刷するのが好ましく、さらに厚めっきを行って段部と上面の電気的な接続を確保するようにする。
【0015】
金属基板は一般的に絶縁性支持枠の材質と熱膨張係数の近い材料を選択するのが良い。絶縁性支持枠の材質がアルミナセラミックやガラスの場合、コバールや42アロイ合金が好ましい。しかしこれらの合金は電気抵抗率が高いという欠点がある。一般にセラミック系と熱膨張係数の大きく乖離する金属、あるいは合金は電気抵抗率が小さく、銅や銅合金が代表的なものである。これらを使用するためには、接合温度を低くし、残留応力を小さくすることで使用することが可能になる。
【0016】
図4に集光型太陽電池セル1と金属箔リード8を示した。セルの上面に形成された電極4に金属箔リード8を接合するが、金属箔リードの取り扱いを容易にするためにセルの受光領域を開口11したフレームにするのが良い。しかし金属箔リードの形状はこれに限定されない。金属箔としては銅が安価で電気抵抗率も小さく好適である。接合材に低温の焼結性Agペーストを使用すれば、AuやAgの被膜を形成しなくても接合は可能である。
【0017】
図5には本考案に係る集光型太陽電池セルデバイスを集光型太陽電池モジュール基板12に実装した外観を示す。絶縁性支持枠の上面で透明基板より外側の領域が外部への取り出し電極になる。この取り出し電極からリード13を介してモジュール基板の電極に接続してある。なお集光型太陽電池モジュールを構成するには集光部の取り付けが必要であるが省略をしている。
【産業上の利用可能性】
【0021】
以上述べたように本考案の集光型太陽電池セルデバイスを使用すれば、小型で信頼性の高い集光型太陽光発電装置を提供することができる。
【0022】
1 集光型太陽電池セル
2 金属基板
3 絶縁性支持枠
4 集光型太陽電池セルの表面電極
5 透明基板
6 段部あるいは導電性膜
7 上面あるいは導電性膜
8 金属箔リード
9 金属箔リード付集光型太陽電池セル
10 シールリング
11 開口領域
12 モジュール基板
13 リード

(57)【要約】

【課題】小型で十分に気密性が確保された集光型太陽電池セルデバイスを提供する。【解決手段】金属基板2と透明基板5で集光型太陽電池セル1を挟み込んだ構造の外囲器において、金属基板上にはセルの載置領域を開口した絶縁性支持枠3が載置され、絶縁性支持枠の内域には底面から所定の高さに段部が形成され、絶縁性支持枠の段部の上面と絶縁性支持枠の上面には電気的に接続された導電性膜が形成され、セルの両端に設けられた二つの電極と段部の上面が金属箔リード8で接続され、透明基板が絶縁性支持枠上面に載置されて気密封止されることを特徴とする。


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