JP2004172255A

JP2004172255A - Light condensing-type solar power generating device

Info

Publication number: JP2004172255A
Application number: JP2002334691A
Authority: JP
Inventors: Kenji Araki; 建次荒木; Michio Kondo; 道雄近藤; Hisafumi Uozumi; 久文魚住
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-11-19
Also published as: JP4269651B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light condensing-type solar power generating device which can be bonded to a base plate with sufficient adhesion without causing trouble, such as cracking or the like, to a solar cell. <P>SOLUTION: The solar cell 30 is embedded in a heat sinking layer 34, so that it has a sufficiently reliable bonding interface between itself and the heat sink layer 34. When the solar cell 30 is bonded to the base plate 28, the solar cell 30 is made to subside into the heat sink layer 34 while the material of the heat sink layer 34 is liquidized, then a pressure and a temperature are raised to harden the heat sink layer 34, so that the solar cell 30 can be properly bonded even when it is comparatively small in thickness. That is, the light condensing-type solar power generating device 10 which can be bonded to the base plate with sufficient adhesion without causing any trouble, such as cracking or the like, to the solar cell 30. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集光した太陽光の光エネルギを太陽電池セルによって電気エネルギに変換する集光型太陽光発電装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、太陽光を受光する側に非結像系フレネルレンズなどの一次光学系が嵌め着けられたケースと、そのケースの一部に設けられた座板（ベースプレート）とを備え、半導体製本体の下面とそれに隣接する半導体製本体の上面とに長手状の金属箔の両端部が固着されて直列接続された複数の太陽電池セルがその座板に固設されて構成された集光型太陽光発電装置が知られている。かかる集光型太陽光発電装置では、前記一次光学系により集光された太陽光が太陽電池セルの受光面に射出されることにより、その太陽電池セルによって太陽光の光エネルギが電気エネルギに変換されて電力が出力される。
【０００３】
ところで、太陽電池セルをケースに備えられた座板に固設する手段としては、感圧型接着剤を用いて太陽電池セルを前記座板に所定の圧力にて押し付けつつ接着する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。しかし、感圧型接着剤による接着は、一般的に熱処理後の安定性に欠け、とりわけ日本国内のような湿潤で結露が多い場所では長期に渡る信頼性及び耐光性に問題があった。また、集光型太陽光発電装置は、日中は集光光により加熱され、夜間は外気温まで冷却されることから熱サイクルが激しく、長期間の使用により剥離あるいは絶縁性能の低下が発生する可能性があった。
【０００４】
そこで、前記太陽電池セルを熱伝導性エポキシ樹脂により前記座板に固設する技術が提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。かかる構造によれば、太陽電池セルと座板との間に熱伝導性の充填剤（フィラ）を分散させたエポキシ樹脂から成る放熱層が形成されているため、太陽電池セルと座板との間の温度差を好適に抑えることができる。また、前記放熱層は、屋外建材等の屋外使用に長期的な実績のあるエポキシ樹脂から成るものであるため、耐久性及び環境安定性に優れている。すなわち、太陽電池セルの放熱が効率的におこなわれることにより変換効率が高く、長期信頼性及び耐光性を備えた集光型太陽光発電装置を提供することができる。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５，４９８，２９７号明細書
【非特許文献１】
ＫｅｎｊｉＡｒａｋｉｅｔａｌ．， ”ＡＳＩＭＰＬＥＰＡＳＳＩＶＥＣＯＯＬＩＮＧＳＴＲＵＣＴＵＲＥＡＮＤＩＴＳＨＥＡＴＡＮＡＬＹＳＩＳＦＯＲ５００ＸＣＯＮＣＥＮＴＲＡＴＯＲＰＶＭＯＤＵＬＥ”，２９^ｔｈＩＥＥＥＰＶＳＣＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００２ＮｅｗＯｒｌｅａｎｓＵＳＡ
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、熱伝導性エポキシ樹脂は、混入される前記充填剤の量に応じて接着力が低下する。従って、前記放熱層に優れた熱伝導性を付与しつつ十分な信頼性を備えた接着界面を形成するためには、前記太陽電池セルを前記座板に比較的高圧にて押し付けつつ接着する必要があった。その一方で、前記太陽電池セルは、内部抵抗を減ずるために可及的に薄く形成されることが好ましいことから、加圧に際して割れる可能性が高いという弊害があった。また、前記配線は、好適には、電気抵抗の抑制及び放熱性能の向上などを意図して可及的に幅広に形成されるため、接着時の樹脂硬化に際して応力集中が発生し易く、更に太陽電池セルが割れる可能性が高くなる。
【０００７】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、太陽電池セルに割れなどの弊害を発生させず、十分な接着力をもって座板に接着できる集光型太陽光発電装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための第１の手段】
かかる目的を達成するために、本発明の要旨とするところは、金属箔から成る配線を備えた太陽電池セルが熱伝導性充填剤を含む合成樹脂から成る放熱層を介して座板に固設された集光型太陽光発電装置であって、前記太陽電池セルは、前記放熱層に埋設されていることを特徴とするものである。
【０００９】
【第１発明の効果】
このようにすれば、前記太陽電池セルは、前記放熱層に埋設されていることから、その放熱層との間に十分な信頼性を有する接着界面を備えている。また、前記太陽電池セルの前記座板への固着に際して、前記放熱層の材料を液状化させた状態でその太陽電池セルを沈下させた後、圧力及び温度を上昇させて硬化させることで、比較的薄い太陽電池セルであっても好適に固着できる。すなわち、太陽電池セルに割れなどの弊害を発生させず、十分な接着力をもって座板に接着できる集光型太陽光発電装置を提供することができる。
【００１０】
【課題を解決するための第２の手段】
また、前記目的を達成するために、本第２発明の要旨とするところは、金属箔から成る配線を備えた太陽電池セルが熱伝導性充填剤を含む合成樹脂から成る放熱層を介して座板に固設された集光型太陽光発電装置であって、前記放熱層は、前記座板側に形成された第１放熱層と、前記太陽電池セル側に形成された第２放熱層とから成り、その第２放熱層は、熱可塑性材料又は所定の温度帯域において前記第１放熱層よりも弾性値あるいは粘弾性値が低下する材料から成ることを特徴とするものである。
【００１１】
【第２発明の効果】
このようにすれば、前記放熱層は、前記座板側に形成された第１放熱層と、前記太陽電池セル側に形成された第２放熱層とから成り、その第２放熱層は、熱可塑性材料又は所定の温度帯域において前記第１放熱層よりも弾性値あるいは粘弾性値が低下する材料から成ることから、前記太陽電池セルの前記座板への固着に際して、前記第２放熱層を液状化させた状態でその太陽電池セルを押圧しつつ、温度を上昇させて硬化させることで、前記第１放熱層が緩衝材となり比較的薄い太陽電池セルや、前記座板に対向する面に若干の段差を有する凹凸を備えた太陽電池セルであっても好適に固着できる。すなわち、太陽電池セルに割れなどの弊害を発生させず、十分な接着力をもって座板に接着できる集光型太陽光発電装置を提供することができる。
【００１２】
ここで、前記第１放熱層の材料としては、所謂固体エポキシなどの合成樹脂が、前記第２放熱層の材料としては、所謂液体エポキシなどの合成樹脂が、それぞれ好適に用いられる。これら固体エポキシ及び液体エポキシは、何れも熱硬化性樹脂であり、それらの動的粘弾性は、例えば図９のような温度依存性を示す。すなわち、固体エポキシの弾性値あるいは粘弾性値が、温度上昇に伴い単調に増加するのに対し、液体エポキシの弾性値（弾性率）あるいは粘弾性値（粘性率）は、所定の温度帯域例えば８０℃以上１００℃以下の温度帯域において極小となり、それより高い温度においては単調に増加する。前記座板に太陽電池セル及び配線を接着するに際して、上記所定の温度帯域において、前記第１放熱層が所定の弾性を保ちつつ前記第２放熱層が液状化した状態でその太陽電池セル及び配線を埋設することで、その太陽電池セルの電極及び配線が放熱層を突き抜けて前記座板と接触し、電気的絶縁性が損なわれるといった不具合を好適に防止することができる。
【００１３】
【課題を解決するための第３の手段】
また、前記目的を達成するために、本第３発明の要旨とするところは、金属箔から成る配線を備えた太陽電池セルが熱伝導性充填剤を含む合成樹脂から成る放熱層を介して座板に固設された集光型太陽光発電装置であって、前記配線には複数の穴隙部が設けられており、その配線の少なくとも一部が前記放熱層に埋設され、その放熱層が前記穴隙部に浸入していることを特徴とするものである。
【００１４】
【第３発明の効果】
このようにすれば、前記配線には複数の穴隙部が設けられており、その配線の少なくとも一部が前記放熱層に埋設され、その放熱層が前記穴隙部に浸入していることから、所謂アンカー効果によって前記配線と放熱層とが強固な接着力を示すため、比較的薄い太陽電池セルであっても好適に固着できる。すなわち、太陽電池セルに割れなどの弊害を発生させず、十分な接着力をもって座板に接着できる集光型太陽光発電装置を提供することができる。
【００１５】
【第１発明乃至第３発明の他の態様】
ここで、好適には、前記配線は、前記太陽電池セルから四方に張り出して設けられたものである。このようにすれば、前記太陽電池セルへの前記配線の固着などによってその太陽電池セルに付与される残留応力が、その太陽電池セルの前記座板への固着によってその太陽電池セルに加えられる応力により分散されるものと考えられ、太陽電池セルの割れが更に好適に抑制されるという利点がある。
【００１６】
また、好適には、前記太陽電池セルの受光面を被覆するように透明樹脂による封止層が設けられたものである。このようにすれば、前記太陽電池セルの残留応力が緩和されるという利点がある。
【００１７】
また、好適には、前記封止層の受光面を被覆するように透明ガラス板が固着されたものである。このようにすれば、可及的に平坦な受光面が得られると共に、前記封止層延いては太陽電池セルへの水分や反応性ガスなどの浸入が抑制されるという利点がある。
【００１８】
また、好適には、前記配線は、前記太陽電池セルの受光面側における電極に対し所定の角度を有してろう接されたものである。このようにすれば、前記配線を電極にろう接するためのろう材が前記太陽電池セルに垂れることなく、その配線の短絡が抑制されるという利点がある。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図面に関して、各部の寸法比等は必ずしも正確には描かれていない。
【００２０】
図１は、本発明の一実施例である集光型太陽光発電装置１０が用いられる太陽光追尾装置１２の斜視図である。この図１に示す太陽光追尾装置１２は、本実施例の集光型太陽光発電装置１０と、その集光型太陽光発電装置１０を垂直軸心及び水平軸心まわりに回転可能に支持すると共に、後述するフレネルレンズ２６の設けられている一面が太陽に対向した姿勢に維持されるように、上記垂直軸心及び水平軸心まわりに回転駆動する垂直軸駆動装置１４及び水平軸駆動装置１６とを有し、太陽に常時対向できるようにその太陽の位置を追尾するようになっている。上記垂直軸駆動装置１４は、上方へ突き出す垂直軸心まわりに回転可能な垂直軸１８と、その垂直軸１８に固定され、集光型太陽光発電装置１０を水平軸心まわりに回転可能に支持する為のＵ字状アーム２０とを備えている。上記水平軸駆動装置１６は、そのＵ字状アーム２０の一端部に設けられ、上記太陽光発電装置１０を支持する水平軸２２に直接あるいは簡単な減速装置を介して間接的に連結された図示しない出力軸を備えている。
【００２１】
図２は、本実施例の集光型太陽光発電装置１０の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線で切断して示す概略断面図である。この図２に示すように、上記集光型太陽光発電装置１０は、例えばプラスチック素材等により形成された直方体状のケース２４と、一次光学系として機能するためにそのケース２４の蓋部に嵌め付けられた非結像系フレネルレンズ２６と、例えばアルミニウムを主成分とする金属（以下の説明では、これをアルミニウム合金と呼ぶ）等により形成されて上記ケース２４の底部に設けられた座板２８と、上記フレネルレンズ２６の集光位置であるケース２４の底面すなわち座板２８上に放熱層３４を介して設置された太陽電池セル３０と、二次光学系として機能する筒型反射鏡３２とを備えている。この座板２８は、例えば、ＪＩＳ−Ｈ４０００に規定するＡ５２０３Ｐ等の板状アルミニウム合金から成るものであり、好適には、２〜５（ｍｍ）程度の厚み寸法を備えたものである。
【００２２】
上述のように構成された集光型太陽光発電装置１０では、図２（ｂ）に二点鎖線で示す上記フレネルレンズ２６により集光された太陽光が、上記筒型反射鏡３２を通過して上記太陽電池セル３０の受光面４０に射出されることにより、その太陽電池セル３０から発電された電力が出力されるようになっている。かかる集光型太陽光発電装置１０では、非結像系フレネルレンズ２６が用いられることにより、太陽に向かう方向に対して所定の角度範囲内であれば、上記太陽電池セル３０の受光面４０に射出される集光光強度を一定にすることができるようになっている。また、上記筒型反射鏡３２は、例えば受光部を成す上部開口と出光部を成す下部開口の２箇所の開口を有する筒状の六面体であって、その内壁面は反射率が９５％程度の鏡面とされたものであり、上記フレネルレンズ２６によって集光された太陽光の一部がその筒型反射鏡３２の内壁面により反射させられて上記太陽電池セル３０の受光面４０に照射させられることにより、そのフレネルレンズ２６により生じる色収差が是正されると共に、前記太陽光追尾装置１２の追尾が若干ずれた場合にも太陽光が上記太陽電池セル３０の受光面４０に照射されるように導くことができるため、予期されていない部分に集光された太陽光が照射されることによる配線等の劣化を好適に防止できる。
【００２３】
図３は、前記太陽電池セル３０の構造を説明する構造図である。この図３に示すように、本実施例に用いられる太陽電池セル３０は、吸収波長帯が異なる複数種類のｐｎ接合が積層された多接合型構造を備えたものであり、ｐ型Ｇｅ基板４４の上部が不純物拡散などによってｎ型とされることによりｐｎ接合が形成された底部接合層４６と、０．１μｍ程度のｎ^＋−ＧａＡｓ層及びｎ^＋−（Ｉｎ）ＧａＡｓ層から順次構成され、上記Ｇｅ基板上に積層されたバッファ層４８と、ｎ^＋＋−ＩｎＧａＰ層及びｐ^＋＋−ＡｌＧａＡｓ層から順次構成され、上記バッファ層４８上に積層された第１トンネル層５０と、ｐ^＋−ＩｎＧａＰ層、ｐ−（Ｉｎ）ＧａＡｓ層、ｎ^＋−（Ｉｎ）ＧａＡｓ層、ｎ^＋−ＡｌＩｎＰ層から順次構成されることによりｐｎ接合が形成された中間部接合層５２と、ｎ^＋＋−ＩｎＧａＰ層及びｐ^＋＋−ＡｌＧａＡｓ層から順次構成され、上記中間部接合層５２上に積層された第２トンネル層５４と、ｐ−ＡｌＩｎＰ層、ｐ−ＩｎＧａＰ層、ｎ^＋−ＩｎＧａＰ層、ｎ^＋−ＡｌＩｎＰ層から順次構成されることによりｐｎ接合が形成された上部接合層５６とを備えている。また、かかる半導体製本体の下面には下部電極５８が、上面おける受光面４０を除く部分には相対向する２本の長手状の上部電極（バスバー）４２が固着されている。また、その上部電極４２と上部接合層５６のｎ^＋−ＡｌＩｎＰ層との間には、例えばｎ^＋−（Ｉｎ）ＧａＡｓから成るコンタクト層６０が設けられており、上部接合層５６のｎ^＋−ＡｌＩｎＰ層の露出面には反射防止膜６２が設けられている。なお、図３において［］内に示されている物質は、半導体型を設定するために拡散あるいはイオン注入された不純物である。また、かかる構成の半導体製本体には、エッチング技術などにより前記受光面４０から一定の深さに至るまでの側部が蝕刻されることで、メサ部８４が形成されている。
【００２４】
上記底部接合層４６、中間部接合層５２、及び上部接合層５６にそれぞれ設けられているｐｎ接合は、電気的に直列に接続されるとともに、中心波長が相互に異なる吸収波長帯を備えており、例えば波長３００〜６００（ｎｍ）の青色光を上部接合層５６が、波長６００〜１０００（ｎｍ）の黄色光を中間部接合層５２が、波長１０００〜１８００（ｎｍ）の赤色光を底部接合層４６がそれぞれ吸収することにより、太陽光の波長帯のうち吸収波長帯を広域として高い変換効率が得られるようになっている。
【００２５】
図４は、前記太陽電池セル３０が熱伝導性充填剤を含む合成樹脂から成る放熱層３４を介して前記座板２８に固設されている様子を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線で切断して示す断面図、（ｃ）は座板及び放熱層を省いて示す底面図である。この図４に示すように、前記集光型太陽光発電装置１０では、前記太陽電池セル３０の下面に設けられた下部電極５８にＹ字形の金属箔６４がそのＹ字の下端にてその下部電極５８の全面を覆うように固着される一方、上面に設けられた２本の長手状の上部電極４２にそれぞれ別体を成す１対のＦ字形の金属箔６６がそれらＦ字の横長辺先端にて固着されている。ここで、好適には、前記太陽電池セル３０の下部電極５８から延びる金属箔６４が他の太陽電池セル３０の上部電極４２から延びる金属箔６６に電気的に接続されることにより、複数の太陽電池セル３０が直列接続されている。また、相対向する上記１対の金属箔６６それぞれの横短辺は、導線６８にて電気的に接続されている。この金属箔６４及び６６は、例えば厚さ０．１（ｍｍ）程度の銅箔であり、導電性に影響を与えない程度の貫通穴あるいは切り欠きなどの複数の穴隙部７０を備えている。かかる金属箔６４及び６６によれば、通常の金属線と比較して電気抵抗が低く抑えられるため、電流が配線を通過する際の損失及びジュール熱による発熱が可及的に削減される。
【００２６】
前記太陽電池セル３０は、カーボン、ガラス繊維、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粉、及び金属粉のうち少なくともひとつを含む充填剤すなわち熱伝導性を高めるためのフィラを分散させた合成樹脂から成る放熱層３４に少なくともその一部、好適にはその全体が埋設されることにより前記座板２８に固設されて構成されている。すなわち、下面において平面的に固着されているのではなく、下面及び側面において立体的に固着されているために優れた接着性を示す。この固着に際しては、例えば、前記放熱層３４の材料を液状化させた状態で前記太陽電池セル３０を沈下させた後、圧力及び温度を上昇させて硬化させることで、比較的薄い太陽電池セル３０であっても割れなどの弊害を生じさせることなく固着できる。
【００２７】
また、好適には、前記放熱層３４は、前記座板２８側に形成された厚み１００（μｍ）程度の第１放熱層３４ａと、前記太陽電池セル３０側に形成された厚み３５０（μｍ）程度（硬化後では１５０（μｍ）程度）の第２放熱層３４ｂとから成り、その第２放熱層３４ｂは、熱可塑性材料又は所定の温度帯域において上記第１放熱層３４ａよりも弾性値あるいは粘弾性値が低下してゲル化乃至液状化する材料から成る。例えば、上記第１放熱層３４ａは、硬化後の弾性率が６〜９（ＧＰａ）程度の熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂などを主成分とする一方、上記第２放熱層３４ｂは、硬化後の弾性率が２０〜５０（ＧＰａ）程度、加熱・加圧時の最低弾性率が０．０１〜１（ＧＰａ）程度、最低粘性率が５×１０^３〜５×１０^４（Ｐａ・ｓ）程度の熱硬化性樹脂を主成分とするものである。通常、前記太陽電池セル３０の下面すなわち前記座板２８に対向する面には、前記金属箔６４のろう接などの結果、半田ダマやバリなどにより２０〜４０（μｍ）程度の段差を有する凹凸が形成され、そのような凹凸は、前記太陽電池セル３０の前記座板２８への接着に際して、その太陽電池セル３０をその座板２８に押圧することにより割れを生じさせる原因となるが、以上のように構成された放熱層３４では、上記第２放熱層３４ｂが所定の温度帯域において弾性あるいは粘弾性に富む材料から成ることに加え、その第２放熱層３４ｂと前記座板２８との間に設けられた上記第１放熱層３４ａが緩衝材として機能することで、下面に若干の段差を有する凹凸を備えた比較的薄い太陽電池セル３０であっても好適に固着できるのである。また、前記放熱層３４は、例えば５．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度の熱伝導率を備えたものであり、集光動作により加熱させられた前記太陽電池セル３０の放熱を効率的におこなう放熱層としての効果を示すと共に、前述の接着層としての効果、更には前記太陽電池セル３０、金属箔６４、及び６６と前記座板２８との間を電気的に絶縁する絶縁層としての効果を示すものである。
【００２８】
図４（ｂ）に示すように、前記金属箔６４及び６６の少なくとも一部は、前記放熱層３４に埋設されており、その放熱層３４がそれら金属箔６４及び６６に設けられた前記穴隙部７０に浸入していることで、所謂アンカー効果によりそれら金属箔６４及び６６と前記放熱層３４とが強固な接着性を示す。通常、銅箔のような比較的軟らかい配線では、接着面からの剥離応力が作用すると先端に応力集中が発生し易く、例えば１０（ｋｇｆ／ｃｍ）程度の力が加わっただけで剥離することが考えられるが、前述の構成によりかかる不具合を好適に防止できると共に、前記太陽電池セル３０の固着が一層信頼性の高いものになる。
【００２９】
図４（ａ）及び（ｃ）に示すように、前記金属箔６４及び６６から成る配線は、平面視において前記太陽電池セル３０から四方に張り出して放射状に設けられている。通常、前記太陽電池セル３０には、配線などをろう接することにより圧縮（残留）応力が付与されるが、前記金属箔６４及び６６から成る配線がその太陽電池セル３０から四方に張り出して設けられていることで、かかる圧縮応力が前記座板２８への固着によってその太陽電池セル３０に加えられる引張応力により分散されるものと考えられ、固着に際しての太陽電池セル３０の割れが更に好適に抑制されると共に、その太陽電池セル３０の開放電圧Ｖ_ｏｃ延いてはＦＦ（ｃｕｒｖｅｆｉｌｌ−ｆａｃｔｏｒ：曲線因子）値が向上する。また、前記上部電極４２にそれぞれ別体を成す１対の金属箔６６が固着され、更にそれらが前記導線６８にて電気的に接続されているのは、前記放熱層３４の硬化段階において、前記太陽電池セル３０に割れが生じるのを更に好適に抑制するためである。すなわち、前記１対の金属箔６６の横短辺が連続した一体の金属箔が前記上部電極４２にろう接された後、その一部が前記太陽電池セル３０と共に液状化した前記放熱層３４の材料に沈下させられた場合、その放熱層３４の硬化に伴って前記太陽電池セル３０に付与される応力により、その太陽電池セル３０に割れが生じる可能性が高くなる。一方、それぞれ別体を成す１対の金属箔６６では、前記放熱層３４の硬化に伴って前記太陽電池セル３０に付与される応力は、その太陽電池セル３０に割れを生じさせる方向には働き難く、更には前述したように、配線の固着などにより付与された圧縮応力と相殺されることから、結果として何ら問題を生じさせないのである。
【００３０】
また、好適には、前記太陽電池セル３０の受光面４０を被覆するように例えばエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）などの比較的粘弾性に富んだ透明樹脂による封止層７２が設けられると共に、その封止層７２の受光面７４を被覆するように図４（ａ）及び（ｃ）において二点差線で示す透明ガラス板７６が、その封止層７２延いては前記太陽電池セル３０へ水分や反応性ガスなどが浸入しないように気密的に固着され、結果として直接太陽光を受光する受光面７８が可及的に平坦に構成されている。また、前記金属箔６４における前記太陽電池セル３０が固着されている面と逆側の面には、その太陽電池セル３０と熱膨張係数が同程度である４２ニッケル銅合金から成る裏打板８０が固着されている。かかる構成によれば、前記太陽電池セル３０における特に受光面４０付近の残留応力が上記封止層７２により緩和されるため、前記太陽電池セル３０のＦＦ値が向上する。また、上記透明ガラス板７６が設けられていることで、ＺｎＳ−ＭｇＦ_２の二層膜などの反射防止性能に優れているものの潮解性の高い材料を前記反射防止膜６２に用いても劣化が生じず、使用寿命を保証しつつ変換効率を向上させることができる。
【００３１】
図６は、前記太陽電池セル３０の上部電極４２と前記金属箔６６とのろう接の様子を詳しく説明する図である。この図６に示すように、前記太陽電池セル３０では、前記金属箔６６から成る配線が前記上部電極４２に対し例えば２〜３（°）の角度を有してろう接されている。また、好適には、前記上部電極４２は、前記太陽電池セル３０の半導体製本体の上面外縁から例えば２００（μｍ）程度隔てた位置に固着されている。従来の太陽電池セルでは、例えば図５に示すように、前記金属箔６６から成る配線が前記上部電極４２と平行にろう接されることで、有鉛半田などのろう材８２がこぼれて半導体製本体のメサ部８４の側面に垂れかかるなどして受光面４０側の配線電極が短絡する不具合が生じ易かったが、図６に示す構成によれば、前記金属箔６６と上部電極４２との間にろう材８２が好適に湛えられることから、かかる不具合の発生を防止することができる。
【００３２】
このように、本実施例によれば、前記太陽電池セル３０は、前記放熱層３４に埋設されていることから、その放熱層３４との間に十分な信頼性を有する接着界面を備えている。また、前記太陽電池セル３０の前記座板２８への固着に際して、前記放熱層３４の材料を液状化させた状態でその太陽電池セル３０を沈下させた後、圧力及び温度を上昇させて硬化させることで、比較的薄い太陽電池セル３０であっても好適に固着できる。すなわち、太陽電池セル３０に割れなどの弊害を発生させず、十分な接着力をもって座板に接着できる集光型太陽光発電装置１０を提供することができる。
【００３３】
また、前記放熱層３４は、前記座板２８側に形成された第１放熱層３４ａと、前記太陽電池セル３０側に形成された第２放熱層３４ｂとから成り、その第２放熱層３４ｂは、熱可塑性材料又は所定の温度帯域において前記第１放熱層３４ａよりも弾性値あるいは粘弾性値が低下する材料から成ることから、前記太陽電池セル３０の前記座板２８への固着に際して、前記第２放熱層３４ｂを液状化させた状態でその太陽電池セル３０を押圧しつつ、温度を上昇させて硬化させることで、前記第１放熱層３４ａが緩衝材となり比較的薄い太陽電池セル３０や、前記座板２８に対向する面に若干の段差を有する凹凸を備えた太陽電池セル３０であっても好適に固着できる。具体的には、前記座板２８と対向する面に１４０（μｍ）程度の段差を有する凹凸を備えた太陽電池セル３０をその座板２８に固着した場合でも略１００（％）の歩留まりが得られた。これは、従来の技術により前記座板２８と対向する面に段差のない太陽電池セルをその座板２８に固着した場合に歩留まりが６０（％）程度、２０（μｍ）程度の段差を有する凹凸を備えた太陽電池セルでは歩留まりが略０（％）であったのに比べて優れている。
【００３４】
また、前記金属箔６４及び６６から成る配線には複数の穴隙部７０が設けられており、その配線の少なくとも一部が前記放熱層３４に埋設され、その放熱層３４が前記穴隙部７０に浸入していることから、所謂アンカー効果によって前記配線と放熱層３４とが強固な接着力を示すため、比較的薄い太陽電池セル３０であっても好適に固着できる。具体的には、低温時に結露及び氷結させつつ−４０（℃）と１００（℃）との間を２時間程度で往復する熱サイクルを５００回繰り返した場合であっても、８０（％）程度の太陽電池セル３０が前記座板２８から剥離せずに済んだ。これは、従来の技術により前記座板２８に固着された太陽電池セル３０が、かかる試験の結果略１００（％）の割合で剥離するのに比べて優れている。
【００３５】
また、前記金属箔６４及び６６から成る配線は、前記太陽電池セル３０から四方に張り出して設けられたものであるため、その太陽電池セル３０への前記配線の固着などによってその太陽電池セル３０に付与される残留応力が、その太陽電池セル３０の前記座板２８への固着によってその太陽電池セル３０に加えられる応力により分散されるものと考えられ、太陽電池セル３０の割れが更に好適に抑制されるという利点がある。具体的には、前記座板２８への固着に際して、前記太陽電池セル３０の厚さ寸法に関わらず割れの発生が皆無となったことに加え、好適に前記座板２８に固着された太陽電池セルの７０倍集光下で測定したＦＦ値の平均が０．８６となった。これは、従来の技術による前記座板２８への固着に際して、１５０（μｍ）程度の厚さ寸法を備えた太陽電池セルでは４０（％）程度の割合で割れが生じていたことに加え、好適に前記座板２８に固着された太陽電池セルの７０倍集光下で測定したＦＦ値の平均が０．８１であったのに比べて優れている。
【００３６】
また、前記太陽電池セル３０の受光面４０を被覆するように透明樹脂による封止層７２が設けられたものであるため、前記太陽電池セル３０の残留応力が緩和されるという利点がある。具体的には、開放電圧Ｖ_ｏｃの平均が２．８９（Ｖ）、７０倍集光下で測定したＦＦ値の平均が０．８９となった。これは、前記封止層７２が設けられていない集光型太陽光発電装置では開放電圧Ｖ_ｏｃの平均が２．６３（Ｖ）、７０倍集光下で測定したＦＦ値の平均が０．８６であったのに比べて優れている。
【００３７】
また、前記封止層７２の受光面７４を被覆するように透明ガラス板７６が固着されたものであるため、可及的に平坦な受光面７８が得られると共に、前記封止層７２延いては太陽電池セル３０への水分や反応性ガスなどの浸入が抑制されるという利点がある。具体的には、温度１３０（℃）程度、湿度１００ＲＨ（％）程度の水蒸気圧力釜内において５００時間程度維持しても前記封止層７２延いては前記太陽電池セル３０に水分の浸入がみられなかったことに加え、受光面７８が平坦化されることで短絡電流が４（％）程度増加した。
【００３８】
また、前記金属箔６４及び６６から成る配線は、前記太陽電池セル３０の受光面４０側における電極すなわち上部電極４２に対し所定の角度を有してろう接されたものであるため、前記配線を電極にろう接するためのろう材８２が前記太陽電池セル３０に垂れることなく、その配線の短絡が抑制されるという利点がある。具体的には、従来の集光型太陽光発電装置では１０（％）程度の割合で発生していた受光面４０側の配線電極の短絡による不良が根絶した。
【００３９】
以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。
【００４０】
例えば、前述の実施例において、前記金属箔６４及び６６から成る配線は、前記上部電極４２に対し所定の角度を有してろう接されたものであったが、図７に示すように、前記上部電極４２にろう接される先端部がその上部電極４２に対し所定の角度を成すように折り曲げられた金属箔８６を用いたものや、図８に示すように、前記上部電極４２及び金属箔６６がそれらの間に金属線材８８を介してろう接されたものであっても構わない。かかる構造によっても、前記太陽電池セル３０の受光面４０側の配線電極の短絡を好適に防止することができる。
【００４１】
また、前述の実施例では、多接合型の太陽電池セル３０を用いていたが、本発明は、単一接合型の太陽電池セルを用いた集光型太陽光発電装置にも好適に用いられる。
【００４２】
また、前述の実施例では、前記太陽電池セル３０の半導体製本体の上面及び下面に上部電極４２及び下部電極５８が設けられており、それらの電極に前記金属箔６４及び６６がろう接されていたが、前記上部電極４２及び下部電極５８が設けられておらず、前記金属箔６４及び６６が半導体製本体に直接固着されたものであっても構わない。
【００４３】
また、前述の実施例では、放熱層として前記第１放熱層３４ａ及び第２放熱層３４ｂの二層構造とされていたが、この放熱層は単層構造であってもよい。その場合、かかる単層構造から成る放熱層には、熱可塑性材料又は前述した所謂液体エポキシのように所定の温度帯域において弾性値あるいは粘弾性値が極小となる材料が好適に用いられる。
【００４４】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である集光型太陽光発電装置が用いられる太陽光追尾装置の斜視図である。
【図２】本実施例の集光型太陽光発電装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線で切断して示す概略断面図である。
【図３】図２の集光型太陽光発電装置に備えられた太陽電池セルの構造を説明する構造図である。
【図４】図３の太陽電池セルが放熱層を介して座板に固設されている様子を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線で切断して示す断面図、（ｃ）は座板及び放熱層を省いて示す底面図である。
【図５】従来技術による太陽電池セルの上部電極と金属箔とのろう接の様子を詳しく説明する図である。
【図６】本実施例における太陽電池セルの上部電極と金属箔とのろう接の様子を詳しく説明する図である。
【図７】本実施例の他の一例における太陽電池セルの上部電極と金属箔とのろう接の様子を詳しく説明する図である。
【図８】本実施例の他の一例における太陽電池セルの上部電極と金属箔とのろう接の様子を詳しく説明する図である。
【図９】本発明の放熱層の材料として好適に用いられる固体エポキシ及び液体エポキシの動的粘弾性の温度依存性について説明するグラフである。
【符号の説明】
１０：集光型太陽光発電装置
２８：座板
３０：太陽電池セル
３４：放熱層
３４ａ：第１放熱層
３４ｂ：第２放熱層
４０：太陽電池セルの受光面
４２：上部電極
６４、６６：金属箔（配線）
７０：穴隙部
７２：封止層
７４：封止層の受光面
７６：透明ガラス板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a concentrating solar power generation device that converts condensed light energy of sunlight into electric energy by a solar cell.
[0002]
[Prior art]
For example, a case in which a primary optical system such as a non-imaging system Fresnel lens is fitted on the side receiving sunlight and a seat plate (base plate) provided in a part of the case are provided. A condensed solar light comprising a plurality of solar cells which are fixed in series on the lower surface and the upper surface of the semiconductor body adjacent thereto, the ends of which are fixed at both ends of a long metal foil, and which are fixed to the seat plate thereof. Power generation devices are known. In such a concentrating photovoltaic power generation device, the sunlight condensed by the primary optical system is emitted to the light receiving surface of the photovoltaic cell, so that the photovoltaic cell converts the light energy of the sunlight into electric energy. Power is output.
[0003]
By the way, as a means for fixing the solar battery cell to the seat plate provided in the case, a technique has been proposed in which the solar battery cell is bonded to the seat plate while being pressed with a predetermined pressure using a pressure-sensitive adhesive. (For example, see Patent Document 1). However, bonding with a pressure-sensitive adhesive generally lacks stability after heat treatment, and in particular, has a problem with long-term reliability and light resistance in places where there is a lot of dew condensation, such as in Japan. In addition, a concentrating solar power generation device is heated by condensed light during the day and is cooled to the outside temperature at night, so that the heat cycle is severe, and peeling or deterioration of insulation performance occurs due to long-term use. There was a possibility.
[0004]
Therefore, a technique has been proposed in which the solar battery cells are fixed to the seat plate with a thermally conductive epoxy resin (for example, see Non-Patent Document 1). According to this structure, since the heat radiation layer made of the epoxy resin in which the thermally conductive filler (filler) is dispersed is formed between the solar battery cell and the seat plate, the solar battery cell and the seat plate are separated from each other. The temperature difference between them can be suitably suppressed. Further, since the heat radiation layer is made of an epoxy resin having a long-term track record for outdoor use such as outdoor building materials, it has excellent durability and environmental stability. That is, it is possible to provide a concentrator photovoltaic power generation device having high conversion efficiency due to efficient heat radiation of the solar battery cells, and having long-term reliability and light resistance.
[0005]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 5,498,297
[Non-patent document 1]
Kenji Araki et al. , "A SIMPLE PASSIVE COOOLING STRUCTURE AND ITS HEAT ANALYSIS FOR 500 X CONCENTRATOR PV MODULE", 29 ^th IEEE PVSC Conference, 2002 New Orleans USA
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the adhesiveness of the heat conductive epoxy resin decreases according to the amount of the filler mixed therein. Therefore, in order to form an adhesive interface having sufficient reliability while imparting excellent thermal conductivity to the heat dissipation layer, it is necessary to adhere the solar cell to the seat plate while pressing the solar cell at a relatively high pressure. was there. On the other hand, since the solar cell is preferably formed as thin as possible to reduce the internal resistance, there is a problem that the solar cell is likely to be cracked during pressurization. Further, the wiring is preferably formed as wide as possible for the purpose of suppressing electric resistance and improving heat radiation performance. The possibility that the battery cell is cracked increases.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and a purpose thereof is to provide a condensing type which can adhere to a seat plate with a sufficient adhesive force without causing any adverse effect such as cracking of a solar cell. It is to provide a solar power generation device.
[0008]
[First means for solving the problem]
In order to achieve this object, the gist of the present invention is that a solar cell having wiring made of metal foil is fixed to a seat plate via a heat radiation layer made of a synthetic resin containing a thermally conductive filler. A concentrating solar power generation device, wherein the solar cells are embedded in the heat dissipation layer.
[0009]
[Effect of the first invention]
With this configuration, since the solar cell is buried in the heat radiation layer, the solar cell has an adhesive interface having sufficient reliability between the solar cell and the heat radiation layer. Further, when the solar cell is fixed to the seat plate, the solar cell is settled in a state where the material of the heat dissipation layer is liquefied, and then the pressure and temperature are increased to cure the solar cell. Even thin solar cells can be fixed properly. That is, it is possible to provide a concentrator photovoltaic power generation device that can adhere to the seat plate with a sufficient adhesive force without causing any adverse effect such as cracking of the solar cell.
[0010]
[Second means for solving the problem]
In order to achieve the above object, the gist of the second invention is that a solar cell provided with a wiring made of a metal foil is seated via a heat radiation layer made of a synthetic resin containing a heat conductive filler. A concentrator photovoltaic power generation device fixed to a plate, wherein the heat dissipation layer includes a first heat dissipation layer formed on the seat plate side, and a second heat dissipation layer formed on the solar battery cell side. Wherein the second heat radiation layer is made of a thermoplastic material or a material having a lower elasticity or viscoelasticity than the first heat radiation layer in a predetermined temperature band.
[0011]
[Effect of the second invention]
According to this configuration, the heat radiation layer includes the first heat radiation layer formed on the seat plate side and the second heat radiation layer formed on the solar battery cell side, and the second heat radiation layer has a heat radiation layer. Since the elastic member or the viscoelastic member has a lower elasticity value or viscoelasticity value than the first heat dissipation layer in a predetermined temperature range, the second heat dissipation layer is liquid when the solar cell is fixed to the seat plate. While pressing the solar cell in the state of being formed, by raising the temperature and curing the solar cell, the first heat dissipation layer becomes a cushioning material, and the relatively thin solar cell and the surface facing the seat plate slightly A solar cell having unevenness having a step can be suitably fixed. That is, it is possible to provide a concentrator photovoltaic power generation device that can adhere to the seat plate with a sufficient adhesive force without causing any adverse effect such as cracking of the solar cell.
[0012]
Here, a synthetic resin such as a so-called solid epoxy is suitably used as a material of the first heat dissipation layer, and a synthetic resin such as a so-called liquid epoxy is preferably used as a material of the second heat dissipation layer. Both these solid epoxies and liquid epoxies are thermosetting resins, and their dynamic viscoelasticity shows temperature dependence, for example, as shown in FIG. That is, the elasticity or viscoelasticity of the solid epoxy monotonically increases with an increase in temperature, whereas the elasticity (elasticity) or viscoelasticity (viscosity) of the liquid epoxy has a predetermined temperature range, for example, 80%. It becomes a minimum in a temperature band of 100 ° C. or more and 100 ° C. or less, and increases monotonically at a temperature higher than 100 ° C. In bonding the solar cell and the wiring to the seat plate, the solar cell and the wiring in a state where the second heat radiation layer is liquefied while the first heat radiation layer maintains predetermined elasticity in the predetermined temperature band. By embedding, it is possible to preferably prevent a problem that the electrodes and wirings of the solar cell penetrate through the heat radiation layer and come into contact with the seat plate, thereby impairing electrical insulation.
[0013]
[Third Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the gist of the third invention is that a solar cell provided with a wiring made of a metal foil is seated via a heat radiation layer made of a synthetic resin containing a heat conductive filler. A concentrating solar power generation device fixed to a plate, wherein the wiring is provided with a plurality of holes, at least a part of the wiring is embedded in the heat radiation layer, and the heat radiation layer is It is characterized in that it penetrates into the hole.
[0014]
[Effect of the third invention]
With this configuration, the wiring is provided with a plurality of holes, and at least a part of the wiring is embedded in the heat radiation layer, and the heat radiation layer penetrates into the hole. Since the wiring and the heat radiation layer exhibit a strong adhesive force due to a so-called anchor effect, even a relatively thin solar cell can be suitably fixed. That is, it is possible to provide a concentrator photovoltaic power generation device that can adhere to the seat plate with a sufficient adhesive force without causing any adverse effect such as cracking of the solar cell.
[0015]
[Other aspects of the first to third inventions]
Here, preferably, the wiring is provided so as to project from the solar battery cell in all directions. According to this configuration, the residual stress applied to the solar cell by, for example, the fixing of the wiring to the solar cell, is the stress applied to the solar cell by the fixing of the solar cell to the seat plate. And it is advantageous that cracking of the solar cell is more suitably suppressed.
[0016]
Preferably, a sealing layer made of a transparent resin is provided so as to cover the light receiving surface of the solar cell. This has the advantage that the residual stress of the solar cell is reduced.
[0017]
Preferably, a transparent glass plate is fixed so as to cover the light receiving surface of the sealing layer. By doing so, there is an advantage that a light receiving surface as flat as possible can be obtained, and intrusion of moisture, a reactive gas, or the like into the sealing layer and the solar battery cells is suppressed.
[0018]
Preferably, the wiring is brazed at a predetermined angle to an electrode on the light receiving surface side of the solar cell. In this case, there is an advantage that a short-circuit of the wiring is suppressed without the brazing material for brazing the wiring to the electrode dropping onto the solar cell.
[0019]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings used in the following description, the dimensional ratios and the like of each part are not necessarily drawn accurately.
[0020]
FIG. 1 is a perspective view of a solar tracking device 12 using a concentrating solar power generation device 10 according to one embodiment of the present invention. The solar tracking device 12 shown in FIG. 1 supports the concentrating solar power generation device 10 of the present embodiment and the concentrating solar power generation device 10 rotatably around a vertical axis and a horizontal axis. At the same time, the vertical axis driving device 14 and the horizontal axis driving device 16 that are driven to rotate around the vertical axis and the horizontal axis so that one surface on which a Fresnel lens 26 described later is provided facing the sun are maintained. The position of the sun is tracked so that the sun can always be opposed to the sun. The vertical axis driving device 14 is rotatable about a vertical axis projecting upward, and is fixed to the vertical axis 18 to support the concentrating solar power generation device 10 rotatably about a horizontal axis. And a U-shaped arm 20. The horizontal axis driving device 16 is provided at one end of the U-shaped arm 20 and is directly or indirectly connected to a horizontal shaft 22 supporting the photovoltaic power generation device 10 through a simple reduction gear. Not equipped with output shaft.
[0021]
2A and 2B are diagrams illustrating a configuration of the concentrator photovoltaic power generation device 10 of the present embodiment, where FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view cut along a dashed line of FIG. is there. As shown in FIG. 2, the concentrator photovoltaic power generator 10 is fitted to a rectangular case 24 formed of, for example, a plastic material or the like, and a lid of the case 24 to function as a primary optical system. The attached non-imaging Fresnel lens 26 and a seat plate 28 formed of, for example, a metal mainly composed of aluminum (hereinafter, referred to as an aluminum alloy) and provided on the bottom of the case 24. A solar cell 30 disposed on a bottom surface of the case 24, that is, a seat plate 28, which is a condensing position of the Fresnel lens 26 via a heat radiation layer 34, and a cylindrical reflecting mirror 32 functioning as a secondary optical system. It has. The seat plate 28 is made of, for example, a plate-like aluminum alloy such as A5203P specified in JIS-H4000, and preferably has a thickness of about 2 to 5 (mm).
[0022]
In the concentrator photovoltaic power generator 10 configured as described above, the sunlight condensed by the Fresnel lens 26 indicated by a two-dot chain line in FIG. When the light is emitted to the light receiving surface 40 of the solar cell 30, the power generated from the solar cell 30 is output. In such a concentrating solar power generation device 10, the use of the non-imaging Fresnel lens 26 allows the light receiving surface 40 of the solar cell 30 to be located within a predetermined angle range with respect to the direction toward the sun. The emitted condensed light intensity can be made constant. The cylindrical reflecting mirror 32 is a cylindrical hexahedron having two openings, for example, an upper opening forming a light receiving portion and a lower opening forming a light emitting portion. The inner wall surface has a reflectance of about 95%. A part of the sunlight condensed by the Fresnel lens 26 is reflected by the inner wall surface of the cylindrical reflecting mirror 32 and radiated to the light receiving surface 40 of the solar cell 30. This corrects the chromatic aberration caused by the Fresnel lens 26 and guides the sunlight to irradiate the light receiving surface 40 of the solar cell 30 even when the tracking of the solar tracking device 12 is slightly shifted. Therefore, it is possible to preferably prevent the deterioration of the wiring and the like due to the irradiation of the condensed sunlight on the unexpected part.
[0023]
FIG. 3 is a structural diagram illustrating the structure of the solar cell 30. As shown in FIG. As shown in FIG. 3, the solar cell 30 used in this embodiment has a multi-junction structure in which a plurality of types of pn junctions having different absorption wavelength bands are stacked, and a p-type Ge substrate 44. And a bottom junction layer 46 in which a pn junction is formed by making the upper part of the n type n-type by impurity diffusion or the like. ⁺ -GaAs layer and n ⁺ A buffer layer 48 which is sequentially formed from the (In) GaAs layer and is laminated on the Ge substrate, ⁺⁺ -InGaP layer and p ⁺⁺ A first tunnel layer 50, which is sequentially formed from an AlGaAs layer and is stacked on the buffer layer 48, ⁺ -InGaP layer, p- (In) GaAs layer, n ⁺ -(In) GaAs layer, n ⁺ An intermediate bonding layer 52 having a pn junction formed by sequentially forming an AlInP layer; ⁺⁺ -InGaP layer and p ⁺⁺ A second tunnel layer 54, which is sequentially formed from an AlGaAs layer and is laminated on the intermediate junction layer 52, a p-AlInP layer, a p-InGaP layer, and an n-layer. ⁺ -InGaP layer, n ⁺ -An upper bonding layer 56 formed sequentially from an AlInP layer to form a pn junction. A lower electrode 58 is fixed to the lower surface of the semiconductor body, and two opposed upper electrodes (bus bars) 42 are fixed to a portion of the upper surface other than the light receiving surface 40. Further, n of the upper electrode 42 and the upper bonding layer 56 ⁺ -AlInP layer, for example, n ⁺ A contact layer 60 made of (In) GaAs, and n of the upper junction layer 56 ⁺ An antireflection film 62 is provided on the exposed surface of the -AlInP layer. In FIG. 3, substances shown in [] are impurities diffused or ion-implanted to set a semiconductor type. In the semiconductor body having such a configuration, a mesa portion 84 is formed by etching a side portion from the light receiving surface 40 to a predetermined depth by an etching technique or the like.
[0024]
The pn junctions respectively provided in the bottom bonding layer 46, the intermediate bonding layer 52, and the upper bonding layer 56 are electrically connected in series and have absorption wavelength bands whose center wavelengths are different from each other. For example, the upper bonding layer 56 applies blue light having a wavelength of 300 to 600 (nm), the intermediate bonding layer 52 applies yellow light having a wavelength of 600 to 1000 (nm), and the bottom bonding applies red light having a wavelength of 1000 to 1800 (nm). The layer 46 absorbs the light so that the absorption wavelength band out of the wavelength band of sunlight is widened to obtain high conversion efficiency.
[0025]
4A and 4B are diagrams illustrating a state in which the solar battery cells 30 are fixed to the seat plate 28 via a heat radiation layer 34 made of a synthetic resin containing a thermally conductive filler, and FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the dashed line in FIG. 2A, and FIG. 2C is a bottom view showing the seat plate and the heat radiation layer omitted. As shown in FIG. 4, in the concentrator photovoltaic power generator 10, a Y-shaped metal foil 64 is provided on the lower electrode 58 provided on the lower surface of the solar cell 30 at the lower end of the Y-shape. A pair of F-shaped metal foils 66, which are fixed to cover the entire surface of the electrode 58 and are separate from each other on the two long upper electrodes 42 provided on the upper surface, are provided at the tips of the long sides of the F-shape. Is fixed. Here, preferably, the metal foil 64 extending from the lower electrode 58 of the solar battery cell 30 is electrically connected to the metal foil 66 extending from the upper electrode 42 of another solar battery cell 30, so that a plurality of solar cells are formed. Battery cells 30 are connected in series. The short sides of the pair of metal foils 66 opposed to each other are electrically connected to each other by a conductive wire 68. The metal foils 64 and 66 are, for example, copper foils having a thickness of about 0.1 (mm) and have a plurality of holes 70 such as through holes or cutouts that do not affect the conductivity. . According to the metal foils 64 and 66, the electric resistance is suppressed to be lower than that of a normal metal wire, so that loss when a current passes through the wiring and heat generation due to Joule heat are reduced as much as possible.
[0026]
The solar cell 30 is made of carbon, glass fiber, alumina (Al ₂ O ₃ ) At least a part, preferably the whole, is buried in a heat radiation layer made of a synthetic resin in which a filler containing at least one of powder and metal powder, that is, a filler for enhancing thermal conductivity is dispersed. And is fixed to the seat plate 28. That is, it is not fixed flat on the lower surface, but is fixed three-dimensionally on the lower surface and side surfaces, so that it exhibits excellent adhesiveness. In this fixing, for example, after the solar cell 30 is settled in a state where the material of the heat radiation layer 34 is liquefied, the pressure and the temperature are increased and the solar cell 30 is cured, so that the relatively thin solar cell 30 is formed. Even in this case, it can be fixed without causing a bad effect such as a crack.
[0027]
Preferably, the heat dissipation layer 34 has a thickness of about 100 (μm) formed on the seat plate 28 side and a thickness 350 (μm) formed on the solar cell 30 side. (About 150 (μm) after curing), and the second heat dissipation layer 34b is made of a thermoplastic material or has a higher elasticity or viscosity than the first heat dissipation layer 34a in a predetermined temperature band. It is made of a material that has a low elasticity and gels or liquefies. For example, the first heat radiation layer 34a is mainly composed of an epoxy resin which is a thermosetting resin having a modulus of elasticity of about 6 to 9 (GPa) after curing, while the second heat radiation layer 34b is composed of Has a modulus of about 20 to 50 (GPa), a minimum modulus of about 0.01 to 1 (GPa) when heated and pressed, and a minimum viscosity of 5 × 10 ³ ~ 5 × 10 ⁴ It is mainly composed of a thermosetting resin of about (Pa · s). Normally, the lower surface of the solar cell 30, that is, the surface facing the seat plate 28, has irregularities having a level difference of about 20 to 40 (μm) due to solder lumps or burrs as a result of brazing of the metal foil 64 or the like. Are formed, and such irregularities cause a crack when the solar battery cell 30 is pressed against the seat plate 28 when the solar battery cell 30 is bonded to the seat plate 28. In the heat dissipating layer 34 configured as described above, the second heat dissipating layer 34b is made of a material that is rich in elasticity or viscoelasticity in a predetermined temperature band, and the second heat dissipating layer 34b is disposed between the second heat dissipating layer 34b and the seat plate 28. Since the first heat radiation layer 34a provided in the above serves as a cushioning material, even a relatively thin solar cell 30 having unevenness having a slight step on the lower surface can be suitably fixed. Further, the heat radiation layer 34 has a thermal conductivity of, for example, about 5.0 (W / m · K), and efficiently dissipates heat of the solar cell 30 heated by the light condensing operation. In addition to exhibiting the effect as a heat dissipation layer, the effect as the adhesive layer described above, and further as an insulating layer that electrically insulates the solar cell 30, metal foils 64 and 66, and the seat plate 28 from each other. It shows the effect.
[0028]
As shown in FIG. 4B, at least a part of the metal foils 64 and 66 is embedded in the heat radiation layer 34, and the heat radiation layer 34 is provided in the hole provided in the metal foils 64 and 66. By penetrating into the portion 70, the metal foils 64 and 66 and the heat radiation layer 34 exhibit strong adhesion due to a so-called anchor effect. Normally, in the case of relatively soft wiring such as copper foil, when a peeling stress from the bonding surface acts, stress concentration tends to occur at the tip, and for example, peeling can be performed only by applying a force of about 10 (kgf / cm). It is conceivable that such a problem can be suitably prevented by the above-described configuration, and the fixing of the solar cell 30 becomes more reliable.
[0029]
As shown in FIGS. 4A and 4C, the wiring made of the metal foils 64 and 66 is provided radially so as to project from the solar cell 30 in all directions in plan view. Usually, a compressive (residual) stress is applied to the solar cell 30 by brazing a wiring or the like, but a wiring composed of the metal foils 64 and 66 is provided so as to project from the solar cell 30 in all directions. By doing so, it is considered that such compressive stress is dispersed by the tensile stress applied to the solar cell 30 due to the fixation to the seat plate 28, and the cracking of the solar cell 30 at the time of fixation is more suitably suppressed. And the open-circuit voltage V of the solar cell 30 _oc As a result, the FF (curve fill-factor) factor is improved. Further, a pair of metal foils 66, which are separate bodies, are fixed to the upper electrode 42, respectively, and they are electrically connected by the conductive wires 68. This is because the generation of cracks in the solar cell 30 is more preferably suppressed. That is, after an integral metal foil in which the horizontal short sides of the pair of metal foils 66 are continuous is brazed to the upper electrode 42, a part of the heat radiation layer 34 liquefied together with the solar cell 30 is formed. In the case of sinking in the material, the possibility that the solar cell 30 is cracked increases due to the stress applied to the solar cell 30 as the heat radiation layer 34 is hardened. On the other hand, in the pair of metal foils 66 that are separate bodies, the stress applied to the solar cell 30 due to the curing of the heat radiation layer 34 acts in a direction that causes the solar cell 30 to crack. It is difficult, and furthermore, as described above, since it is offset by the compressive stress given by the fixation of the wiring and the like, no problem is caused as a result.
[0030]
Preferably, a sealing layer 72 made of a relatively viscoelastic transparent resin such as ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) is provided so as to cover the light receiving surface 40 of the solar battery cell 30. A transparent glass plate 76 indicated by a two-dot line in FIGS. 4A and 4C so as to cover the light receiving surface 74 of the sealing layer 72 extends to the solar cell 30 through the sealing layer 72. The light receiving surface 78 for directly receiving sunlight is formed as flat as possible as a result of being airtightly fixed so that moisture, reactive gas and the like do not enter. On the surface of the metal foil 64 opposite to the surface on which the solar cells 30 are fixed, there is provided a backing plate 80 made of a 42 nickel copper alloy having a thermal expansion coefficient similar to that of the solar cells 30. It is fixed. According to such a configuration, since the residual stress in the solar cell 30, particularly near the light receiving surface 40, is reduced by the sealing layer 72, the FF value of the solar cell 30 is improved. Further, by providing the transparent glass plate 76, ZnS-MgF ₂ Even if the antireflection film 62 is made of a material having excellent antireflection performance such as a two-layer film but having high deliquescence, the deterioration does not occur, and the conversion efficiency can be improved while guaranteeing the service life.
[0031]
FIG. 6 is a view for explaining in detail how the upper electrode 42 of the solar cell 30 is soldered to the metal foil 66. As shown in FIG. 6, in the solar cell 30, the wiring made of the metal foil 66 is brazed to the upper electrode 42 at an angle of, for example, 2 to 3 (°). Further, preferably, the upper electrode 42 is fixed at a position separated from the outer edge of the upper surface of the semiconductor body of the solar cell 30 by, for example, about 200 (μm). In a conventional solar battery cell, for example, as shown in FIG. 5, a wiring made of the metal foil 66 is brazed in parallel with the upper electrode 42, so that a brazing material 82 such as leaded solder is spilled out. Although the wiring electrode on the light receiving surface 40 was likely to be short-circuited due to, for example, hanging on the side surface of the mesa portion 84 of the main body, according to the configuration shown in FIG. Since the brazing material 82 is suitably filled, the occurrence of such a problem can be prevented.
[0032]
As described above, according to the present embodiment, since the solar cell 30 is embedded in the heat radiation layer 34, the solar cell 30 has an adhesive interface having sufficient reliability between the solar cell 30 and the heat radiation layer 34. . When the solar cell 30 is fixed to the seat plate 28, the solar cell 30 is settled in a state where the material of the heat radiation layer 34 is liquefied, and then the pressure and temperature are increased to cure the solar cell 30. Thereby, even a relatively thin solar cell 30 can be suitably fixed. That is, it is possible to provide the concentrator photovoltaic power generation device 10 that can adhere to the seat plate with a sufficient adhesive force without causing adverse effects such as cracks in the solar battery cells 30.
[0033]
The heat radiation layer 34 includes a first heat radiation layer 34a formed on the seat plate 28 side and a second heat radiation layer 34b formed on the solar cell 30 side, and the second heat radiation layer 34b is Since it is made of a thermoplastic material or a material whose elasticity value or viscoelasticity value is lower than that of the first heat radiation layer 34a in a predetermined temperature band, the fixing of the solar cell 30 to the seat plate 28 (2) The first heat radiation layer 34a serves as a buffer material and is relatively thin, by pressing the solar cell 30 and curing it while pressing the solar cell 30 in a state where the heat radiation layer 34b is liquefied. Even a solar cell 30 having unevenness having a slight step on the surface facing the seat plate 28 can be suitably fixed. Specifically, a yield of about 100 (%) can be obtained even when the solar cell 30 having the unevenness having a step of about 140 (μm) on the surface facing the seat plate 28 is fixed to the seat plate 28. Was done. This is because unevenness having a step of about 60 (%) and a step of about 20 (μm) when a solar cell having no step on the surface facing the seat plate 28 is fixed to the seat plate 28 by a conventional technique. The yield is excellent in the solar cell provided with the above, which is approximately 0 (%).
[0034]
Further, a plurality of holes 70 are provided in the wiring composed of the metal foils 64 and 66, and at least a part of the wiring is embedded in the heat radiation layer 34, and the heat radiation layer 34 is , The wiring and the heat radiation layer 34 exhibit a strong adhesive force due to a so-called anchor effect, so that a relatively thin solar cell 30 can be suitably fixed. Specifically, even if the heat cycle of reciprocating between −40 (° C.) and 100 (° C.) in about 2 hours while dew condensation and freezing at low temperature is repeated 500 times, about 80 (%) Of the solar cell 30 did not have to be separated from the seat plate 28. This is superior to the conventional technique in which the solar cell 30 fixed to the seat plate 28 is peeled at a rate of about 100 (%) as a result of the test.
[0035]
Further, since the wiring composed of the metal foils 64 and 66 is provided so as to protrude in all directions from the solar cell 30, the wiring is fixed to the solar cell 30 by fixing the wiring to the solar cell 30. It is considered that the applied residual stress is dispersed by the stress applied to the solar cell 30 by the fixation of the solar cell 30 to the seat plate 28, and the cracking of the solar cell 30 is more suitably suppressed. There is an advantage that it is done. Specifically, when the solar cell 30 is fixed to the seat plate 28, cracks are not generated regardless of the thickness dimension of the solar cell 30. The average of the FF values measured under 70-fold light collection of the cell was 0.86. This is because, when the solar cell is fixed to the seat plate 28 according to the conventional technique, a solar cell having a thickness of about 150 (μm) has a crack at a rate of about 40 (%). This is superior to the average of the FF values of the photovoltaic cells fixed to the seat plate 28 under the 70-fold light concentration being 0.81.
[0036]
Further, since the sealing layer 72 made of a transparent resin is provided so as to cover the light receiving surface 40 of the solar battery cell 30, there is an advantage that the residual stress of the solar battery cell 30 is reduced. Specifically, the open circuit voltage V _oc Was 2.89 (V), and the average of FF values measured under 70-fold condensing was 0.89. This is because the open-circuit voltage V in the concentrator photovoltaic power generator in which the sealing layer 72 is not provided. _oc Is 2.63 (V), and the average of the FF values measured under 70-fold condensing is 0.86.
[0037]
Further, since the transparent glass plate 76 is fixed so as to cover the light receiving surface 74 of the sealing layer 72, a light receiving surface 78 as flat as possible is obtained, and the sealing layer 72 extends Has an advantage that intrusion of moisture, a reactive gas, or the like into the solar battery cell 30 is suppressed. Specifically, even when the temperature is maintained for about 500 hours in a steam pressure cooker at a temperature of about 130 (° C.) and a humidity of about 100 RH (%), infiltration of moisture into the sealing layer 72 and the solar cell 30 is observed. In addition to this, the short-circuit current increased by about 4 (%) by flattening the light receiving surface 78.
[0038]
Since the wiring made of the metal foils 64 and 66 is brazed at a predetermined angle to the electrode on the light receiving surface 40 side of the solar cell 30, that is, the upper electrode 42, the wiring is There is an advantage that the brazing material 82 for brazing to the electrode does not hang down to the solar cell 30 and the short circuit of the wiring is suppressed. Specifically, in the conventional concentrator photovoltaic power generation device, a defect caused by a short circuit of the wiring electrode on the light receiving surface 40 side, which occurred at a rate of about 10 (%), was eradicated.
[0039]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and may be implemented in other embodiments.
[0040]
For example, in the above-described embodiment, the wiring made of the metal foils 64 and 66 was soldered at a predetermined angle to the upper electrode 42, but as shown in FIG. A metal foil 86 whose tip end brazed to the upper electrode 42 is bent so as to form a predetermined angle with respect to the upper electrode 42, or as shown in FIG. 66 may be soldered between them via a metal wire 88. Even with such a structure, it is possible to suitably prevent a short circuit of the wiring electrode on the light receiving surface 40 side of the solar cell 30.
[0041]
Further, in the above-described embodiment, the multi-junction solar cell 30 is used, but the present invention is also suitably used for a concentrating solar power generation apparatus using a single junction solar cell. .
[0042]
In the above-described embodiment, the upper electrode 42 and the lower electrode 58 are provided on the upper and lower surfaces of the semiconductor body of the solar battery cell 30, and the metal foils 64 and 66 are brazed to these electrodes. However, the upper electrode 42 and the lower electrode 58 may not be provided, and the metal foils 64 and 66 may be directly fixed to the semiconductor body.
[0043]
In the above-described embodiment, the heat dissipation layer has the two-layer structure of the first heat dissipation layer 34a and the second heat dissipation layer 34b. However, this heat dissipation layer may have a single-layer structure. In this case, for the heat dissipation layer having such a single-layer structure, a thermoplastic material or a material having a minimum elasticity value or viscoelasticity value in a predetermined temperature band, such as the above-mentioned liquid epoxy, is suitably used.
[0044]
Although not specifically exemplified, the present invention is embodied with various changes without departing from the spirit thereof.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a solar tracking device using a concentrating solar power generation device according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating a configuration of a concentrator photovoltaic power generator according to the present embodiment, in which FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view cut along a dashed line in FIG. .
3 is a structural diagram illustrating the structure of a solar cell provided in the concentrator photovoltaic power generator of FIG.
4A and 4B are diagrams illustrating a state in which the solar cell of FIG. 3 is fixed to a seat plate via a heat radiation layer, wherein FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a dashed line of FIG. FIG. 3C is a cross-sectional view showing the cut-away portion, and FIG. 3C is a bottom view showing the seat plate and the heat radiation layer omitted.
FIG. 5 is a view for explaining in detail a state of brazing between an upper electrode of a solar cell and a metal foil according to a conventional technique.
FIG. 6 is a diagram for explaining in detail a state of brazing between an upper electrode of a solar battery cell and a metal foil in the present embodiment.
FIG. 7 is a diagram for explaining in detail the state of brazing between an upper electrode of a solar battery cell and a metal foil in another example of the present embodiment.
FIG. 8 is a view for explaining in detail the state of brazing between an upper electrode of a solar battery cell and a metal foil in another example of the present embodiment.
FIG. 9 is a graph illustrating temperature dependency of dynamic viscoelasticity of solid epoxy and liquid epoxy suitably used as a material of a heat radiation layer of the present invention.
[Explanation of symbols]
10: Concentrating solar power generation device
28: Seat plate
30: solar cell
34: heat dissipation layer
34a: first heat dissipation layer
34b: second heat dissipation layer
40: Light receiving surface of solar cell
42: Upper electrode
64, 66: metal foil (wiring)
70: hole
72: sealing layer
74: light-receiving surface of sealing layer
76: transparent glass plate

Claims

金属箔から成る配線を備えた太陽電池セルが熱伝導性充填剤を含む合成樹脂から成る放熱層を介して座板に固設された集光型太陽光発電装置であって、
前記太陽電池セルは、前記放熱層に埋設されていることを特徴とする集光型太陽光発電装置。A concentrator photovoltaic power generator in which a solar cell provided with wiring made of metal foil is fixed to a seat plate via a heat dissipation layer made of a synthetic resin containing a thermally conductive filler,
The concentrating solar power generation device, wherein the solar cell is embedded in the heat dissipation layer.

金属箔から成る配線を備えた太陽電池セルが熱伝導性充填剤を含む合成樹脂から成る放熱層を介して座板に固設された集光型太陽光発電装置であって、
前記放熱層は、前記座板側に形成された第１放熱層と、前記太陽電池セル側に形成された第２放熱層とから成り、該第２放熱層は、熱可塑性材料又は所定の温度帯域において前記第１放熱層よりも弾性値あるいは粘弾性値が低下する材料から成ることを特徴とする集光型太陽光発電装置。A concentrator photovoltaic power generator in which a solar cell provided with wiring made of metal foil is fixed to a seat plate via a heat dissipation layer made of a synthetic resin containing a thermally conductive filler,
The heat dissipation layer includes a first heat dissipation layer formed on the seat plate side and a second heat dissipation layer formed on the solar cell side, wherein the second heat dissipation layer is formed of a thermoplastic material or a predetermined temperature. A concentrating solar power generation device comprising a material having a lower elasticity value or viscoelasticity value than the first heat radiation layer in a band.

金属箔から成る配線を備えた太陽電池セルが熱伝導性充填剤を含む合成樹脂から成る放熱層を介して座板に固設された集光型太陽光発電装置であって、
前記配線には複数の穴隙部が設けられており、該配線の少なくとも一部が前記放熱層に埋設され、該放熱層が前記穴隙部に浸入していることを特徴とする集光型太陽光発電装置。A concentrator photovoltaic power generator in which a solar cell provided with wiring made of metal foil is fixed to a seat plate via a heat dissipation layer made of a synthetic resin containing a thermally conductive filler,
A plurality of holes are provided in the wiring, at least a part of the wiring is embedded in the heat radiation layer, and the heat radiation layer penetrates the hole. Solar power generator.

前記配線は、前記太陽電池セルから四方に張り出して設けられたものである請求項１から３の何れかの集光型太陽光発電装置。The concentrator photovoltaic power generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the wiring is provided so as to project from the solar cell in all directions.

前記太陽電池セルの受光面を被覆するように透明樹脂による封止層が設けられたものである請求項１から４の何れかの集光型太陽光発電装置。The concentrator photovoltaic power generator according to any one of claims 1 to 4, wherein a sealing layer made of a transparent resin is provided so as to cover a light receiving surface of the solar cell.

前記封止層の受光面を被覆するように透明ガラス板が固着されたものである請求項５の集光型太陽光発電装置。The concentrator photovoltaic power generator according to claim 5, wherein a transparent glass plate is fixed so as to cover a light receiving surface of the sealing layer.

前記配線は、前記太陽電池セルの受光面側における電極に対し所定の角度を有してろう接されたものである請求項１から６の何れかの集光型太陽光発電装置。The concentrator photovoltaic power generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the wiring is brazed at a predetermined angle to an electrode on a light receiving surface side of the solar cell.