JP5179944B2 - 太陽電池製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、集光された太陽光を光電変換する太陽電池素子と集光された太陽光を太陽電池素子に照射する柱状光学部材とを備える太陽電池を製造する太陽電池製造方法に関する。

太陽光発電装置としては、太陽電池素子を隙間無く敷き詰めて構成した太陽光発電モジュールを屋根の上などに設置した非集光固定型の平板式構造が一般的である。これに対し、太陽光発電装置を構成する部材（部品）の中で価格が高い太陽電池素子の使用量を減らす技術が提案されている。

つまり、光学レンズや反射鏡などを用いて太陽光を集光し、集光した太陽光を小面積の太陽電池素子に照射することで、太陽電池素子の単位面積あたりの発電電力を大きくし、太陽電池素子のコスト（つまり、太陽光発電装置のコスト）を削減することが提案されている。

一般に集光倍率を上げるほど太陽電池素子の光電変換効率は向上する。しかし、太陽電池素子の位置を固定したままでは太陽光が斜光となって入射することが多くなり、太陽光を有効に利用することができない。したがって、太陽を追尾して太陽光を常に正面で受光するように構成した高集光倍率の追尾集光型太陽光発電装置が提案されている（例えば、特許文献１ないし特許文献５参照。）。

図７は、従来の追尾集光型太陽光発電装置に適用される集光型太陽光発電モジュールの構成例を示す断面図である。

従来例に係る集光型太陽光発電モジュール１０１は、光軸Ｌａｘと平行に入射面に対して垂直に入射する太陽光Ｌｓを受光して集光する集光レンズ１５０と、集光レンズ１５０により集光された太陽光Ｌｓを光電変換する太陽電池１１０とを備える。また、太陽電池１１０は、集光された太陽光Ｌｓを光電変換する太陽電池素子１１１と、太陽電池素子１１１が載置されたレシーバ基板１２０とを備える。

太陽光Ｌｓの波長領域は、短波長の４００ｎｍから中間波長の１０００ｎｍ（１μｍ）までの中短波長側領域と、１μｍを越える長波長側領域とを含んでいる。したがって、集光レンズ１５０で集光された太陽光Ｌｓの内で、中短波長側領域の太陽光Ｌｓは、焦点ＦＰｂ側に向けて集光されることから、太陽電池素子１１１の中央付近に集光されて中短波長側集光束領域ＦＬＲｂを構成する。また、長波長側領域の太陽光Ｌｓは、焦点ＦＰｃ側に向けて集光されることから、中短波長側集光束領域ＦＬＲｂおよびその外周（例えば、太陽電池素子１１１の外周）に長波長側集光束領域ＦＬＲｃを構成する。

従来の追尾集光型太陽光発電装置は、集光レンズ１５０の作用により高集光倍率とした集光型太陽光発電モジュール１０１を適用していた。

しかし、集光レンズ１５０による屈折は、太陽光Ｌｓが含む幅広い波長の各波長に対してそれぞれわずかに異なることから、波長領域によって屈折状態が大きく異なる。したがって、上述したとおり、太陽電池素子１１１に集光されない太陽光Ｌｓ（長波長側集光束領域ＦＬＲｃの外周側領域ＦＬＲｃｓ）を生じる場合がある。

また、集光レンズ１５０と太陽電池素子１１１とのアライメント誤差、太陽光発電モジュール１０１を構成する部材の温度特性の差による位置ズレなどが生じることから、屈折状態が異なる場合と同様に太陽電池素子１１１の中心（光軸Ｌａｘ）に対して位置ズレを生じる。つまり、太陽電池素子１１１に対して照射すべき太陽光Ｌｓの位置ズレが生じ、結果として集光効率が変動して低下する場合がある。

したがって、波長領域による屈折状態の相違、各構成部材間の位置ズレなどを原因として太陽電池素子１１１に対する位置合わせがされない太陽光Ｌｓの発生は、太陽電池素子１１１に対する実質的な入射光量の減少をもたらすこととなり、太陽電池１１０（太陽電池素子１１１）の光電変換効率および発電電力（出力）を低下させ、さらには不要な損失を生じるという問題がある。

また、位置ズレをした太陽光Ｌｓが太陽電池素子１１１以外の領域に照射されると、位置ズレした太陽光Ｌｓの熱エネルギーにより照射された部分の部材（例えば、レシーバ基板１２０上の絶縁膜、配線など）が高温になり、場合によっては焼損（破損）することがあるという問題があった。

また、太陽電池素子１１１は、集光された太陽光Ｌｓによって発熱することから、光電変換効率が低下し、発電電力（出力）が低下するという問題があった。
特開２００２−２８９８９６号公報 特開２００２−２８９８９７号公報 特開２００２−２８９８９８号公報 特開２００６−２７８５８１号公報 特開２００７−２０１１０９号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものである。

本発明は、太陽電池素子が載置されたレシーバ基板と、集光レンズにより集光された太陽光を無駄なく太陽電池素子に照射する柱状光学部材と、柱状光学部材の側面に当接された枠状の当接枠体と柱状光学部材から離して配置され当接枠体を支持する支持体とを有してレシーバ基板に立設された保持部とを備える太陽電池を製造する太陽電池製造方法であって、支持体をレシーバ基板に固定する支持体固定工程と、内側樹脂止め部の内側に透光性樹脂を注入する透光性樹脂注入工程と、柱状光学部材を当接枠体に当接させて照射面を透光性樹脂に載置する柱状光学部材載置工程とを備えることによって、集光効率および光電変換効率を向上させた耐熱性および信頼性の高い太陽電池を生産性良く安価に製造することができる太陽電池製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る太陽電池製造方法は、集光レンズにより集光された太陽光を光電変換する太陽電池素子と、該太陽電池素子が載置されたレシーバ基板と、集光された太陽光を入射させる入射面と前記太陽電池素子に対向して配置され前記太陽電池素子に太陽光を照射する照射面とを有する柱状光学部材と、該柱状光学部材の側面に当接された枠状の当接枠体と前記柱状光学部材から離して配置され前記当接枠体を支持する支持体とを有して前記レシーバ基板に立設された保持部とを備える太陽電池を製造する太陽電池製造方法であって、前記太陽電池素子を載置した前記レシーバ基板を準備する基板準備工程と、前記レシーバ基板に接着性樹脂を塗布して、前記太陽電池素子を樹脂封止する透光性樹脂が注入される内側樹脂止め部および該内側樹脂止め部の外側で前記支持体が固定される外側樹脂止め部を形成する樹脂止め部形成工程と、前記支持体を前記外側樹脂止め部に接着して前記接着性樹脂を硬化することで前記支持体を前記レシーバ基板に固定する支持体固定工程と、前記内側樹脂止め部の内側に前記透光性樹脂を注入する透光性樹脂注入工程と、前記柱状光学部材を前記当接枠体に当接させて前記照射面を前記透光性樹脂に載置する柱状光学部材載置工程と、前記透光性樹脂を硬化して樹脂封止部を形成する樹脂封止部形成工程とを備えることを特徴とする。

この構成により、集光された太陽光（集光束領域）が柱状光学部材の中心に対して位置ズレを生じた場合に入射面集光束領域を入射面の領域内に位置させて集光特性の変動を防止し、また、集光された太陽光が柱状光学部材に加える熱を当接枠体によって分散することによって集光効率および光電変換効率を向上させた耐熱性および信頼性の高い太陽電池を容易かつ高精度に製造することができる。

本発明に係る太陽電池製造方法によれば、集光レンズにより集光された太陽光を光電変換する太陽電池素子と、該太陽電池素子が載置されたレシーバ基板と、集光された太陽光を入射させる入射面と前記太陽電池素子に対向して配置され前記太陽電池素子に太陽光を照射する照射面とを有する柱状光学部材と、該柱状光学部材の側面に当接された枠状の当接枠体と前記柱状光学部材から離して配置され前記当接枠体を支持する支持体とを有して前記レシーバ基板に立設された保持部とを備える太陽電池を製造する太陽電池製造方法であって、前記太陽電池素子を載置した前記レシーバ基板を準備する基板準備工程と、前記レシーバ基板に接着性樹脂を塗布して、前記太陽電池素子を樹脂封止する透光性樹脂が注入される内側樹脂止め部および該内側樹脂止め部の外側で前記支持体が固定される外側樹脂止め部を形成する樹脂止め部形成工程と、前記支持体を前記外側樹脂止め部に接着して前記接着性樹脂を硬化することで前記支持体を前記レシーバ基板に固定する支持体固定工程と、前記内側樹脂止め部の内側に前記透光性樹脂を注入する透光性樹脂注入工程と、前記柱状光学部材を前記当接枠体に当接させて前記照射面を前記透光性樹脂に載置する柱状光学部材載置工程と、前記透光性樹脂を硬化して樹脂封止部を形成する樹脂封止部形成工程とを備えることから、集光された太陽光（集光束領域）が柱状光学部材の中心に対して位置ズレを生じた場合に入射面集光束領域を入射面の領域内に位置させて集光特性の変動を防止し、また、集光された太陽光が柱状光学部材に加える熱を当接枠体によって分散することによって集光効率および光電変換効率を向上させた耐熱性および信頼性の高い太陽電池を容易かつ高精度に製造することができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１Ａないし図３Ｂに基づいて、本実施の形態に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュールについて説明する。

図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュールの光軸を含む面での概略構成を透視的に示す透視側面図である。

図１Ｂは、図１Ａに示した太陽電池の保持部および柱状光学部材の外観を斜め上方から見て示す斜視図である。

本実施の形態に係る太陽電池１０は、集光レンズ５０により集光された太陽光Ｌｓを光電変換する太陽電池素子１１と、太陽電池素子１１が載置されたレシーバ基板２０と、集光された太陽光Ｌｓを入射させる入射面３１と太陽電池素子１１に対向して配置され太陽電池素子１１に太陽光Ｌｓを照射する照射面３２とを有する柱状光学部材３０と、レシーバ基板２０に立設され柱状光学部材３０を保持する保持部４０とを備える。

保持部４０は、柱状光学部材３０の側面３３に当接され入射面３１から照射面３２の方向へ厚さｔを持たせた枠状の当接枠体４１と、柱状光学部材３０から離して配置され当接枠体４１を支持する支持体４２とを備える。

柱状光学部材３０の側面３３は、入射された太陽光Ｌｓを照射面３２の方向へ全反射するように傾斜させてあり、柱状光学部材３０の入射面３１は、集光された太陽光Ｌｓによって形成される集光束領域ＦＬＲが入射面３１に形成する入射面集光束領域ＦＬＲｄを内側に位置させる大きさとしてある。

したがって、この構成により、集光された太陽光Ｌｓ（集光束領域ＦＬＲ）が柱状光学部材３０の中心（光軸Ｌａｘ）に対して位置ズレ（図４、図５参照）を生じた場合に入射面集光束領域ＦＬＲｄを入射面３１の領域内に確実に位置させて太陽電池１０の集光特性の変動を防止することが可能となり、また、集光された太陽光Ｌｓが柱状光学部材３０に加える熱を側面３３および当接枠体４１によって周囲の空間へ分散することが可能となるので、集光効率および光電変換効率を向上させた耐熱性および信頼性の高い太陽電池１０とすることができる。

側面３３は、照射面３２の垂直方向（光軸Ｌａｘ方向、つまり、太陽電池素子１１の受光面に対する垂直方向）に対して８度〜２０度の傾斜角θを有している。したがって、柱状光学部材３０に入射した太陽光Ｌｓを側面３３で確実かつ高精度に全反射させて太陽電池素子１１に照射させることが可能となるので、太陽電池１０の集光効率および光電変換効率を確実に向上させることができる。

照射面３２は、太陽電池素子１１（外周）の内側に位置する大きさとしてある。したがって、照射面３２から太陽電池素子１１に対して照射される太陽光Ｌｓは、確実に太陽電池素子１１へのみ照射されることとなる。つまり、光電変換に寄与しない不要な太陽光Ｌｓがレシーバ基板２０に照射されることを防止できるので、太陽電池素子１１に対する配線が形成されたレシーバ基板２０の焼損を防止して信頼性の高い太陽電池１０とすることができる。

柱状光学部材３０は、例えば、ガラス、耐熱ガラス、一般的な透明樹脂などによって構成することが可能である。集光された太陽光Ｌｓが有する高いエネルギー密度に耐える特性を有する材料を適用することが望ましい。つまり、太陽光Ｌｓによる温度上昇、急激な温度変化に耐えられる耐熱ガラスが特に望ましいがこれに限るものではない。

当接枠体４１は、矩形状としてあり、支持体４２は、当接枠体４１の４隅に柱状に配置してある。したがって、当接枠体４１と柱状光学部材３０とを高精度に位置合わせすることが可能となり、また、太陽電池素子１１の周囲および柱状光学部材３０（側面３３）の周囲に設けた空間での煙突効果によって太陽電池素子１１および柱状光学部材３０の放熱を効果的に行なうことが可能となるので、光電変換効率を向上させることができる。

つまり、側面３３の全反射を生じる領域は、当接枠体４１に当接せずに空間に露出していることから、柱状光学部材３０に供給される太陽光Ｌｓによる熱エネルギーを効率的に空間に放出することが可能となり、太陽電池１０（太陽電池素子１１）の耐熱性を向上させることができる。

また、当接枠体４１の内側（柱状光学部材３０と当接する部分）の角部（隅部）には、柱状光学部材３０の角に対応させて溝部４１ｇが形成してある。つまり、柱状光学部材３０の角は溝部４１ｇが構成する空間に配置されることから、当接枠体４１と直接接触することがなく、組み立て時において破損を生じる恐れがない。また、側面３３と当接枠体４１の内側面は、それぞれ平面で構成してあることから、高精度に当接させることが可能であり、高精度に位置決めすることができる。

なお、溝部４１ｇには、接着樹脂を充填して柱状光学部材３０と保持部４０との接着強度を向上させることが可能であり、機械的強度を向上させて柱状光学部材３０の安定性を向上させることができる。また、集光束領域ＦＬＲが最小となる最小集光束領域ＦＬＲｓは、当接枠体４１に対して照射面３２側に位置するように構成してある。したがって、当接枠体４１の内側面では、太陽光Ｌｓが側面３３に照射しないことから、太陽光Ｌｓに対する影響を全く生じない。つまり、溝部４１ｇに接着樹脂を充填した場合でも、集光特性に対して悪影響を及ぼすことはない。

保持部４０は、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレスなどの金属、あるいはポリエチレンなどの合成樹脂などを適用することが可能である。放熱性、熱膨張特性などを考慮して金属とすることが望ましい。また、軽量化、低コスト化の観点からは、アルミニウムとすることが望ましい。

太陽電池素子１１の周囲には、内側樹脂止め部２１が環状（額縁状）に形成してあり、内側樹脂止め部２１の内側には透光性樹脂の樹脂封止部２５が形成してある。つまり、内側樹脂止め部２１は、太陽電池素子１１と照射面３２との間を透光性樹脂で樹脂封止して樹脂封止部２５を形成するときの樹脂止めとして利用される。樹脂封止部２５によって、太陽電池素子１１の表面を確実に保護して外部環境からの影響を排除することが可能となり、耐候性に優れた太陽電池１０とすることができる。

樹脂封止部２５を構成する透光性樹脂は、光透過性が高く、優れた接着性を有することが望ましい。例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを適用することが可能である。樹脂封止部２５は、太陽電池素子１１の表面を被覆して、太陽電池素子１１の耐水性、耐湿性を向上させる。また、柱状光学部材３０（入射面３１）に接着され、柱状光学部材３０を固定する作用を有する。

また、内側樹脂止め部２１の外側には外側樹脂止め部２２が形成してある。外側樹脂止め部２２は、支持体４２を接着して固定するために配置されている。したがって、支持体４２に対応する位置にのみ形成することが可能であるが、外側樹脂止め部２２と同様に環状（額縁状）に形成することも可能である。環状（額縁状）とした場合は、樹脂封止部２５を形成するとき、内側樹脂止め部２１に充填された透光性樹脂が柱状光学部材３０によって内側樹脂止め部２１から押し出された場合に、透光性樹脂が外側樹脂止め部２２によって止められるので、工程不良の発生を防止することができる。

内側樹脂止め部２１、外側樹脂止め部２２は、接着性のある合成樹脂で形成されることが望ましい。例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを適用することが可能である。

本実施の形態に係る集光型太陽光発電モジュール１は、太陽光Ｌｓを集光して太陽電池１０に入射させる集光レンズ５０と、集光レンズ５０により集光された太陽光Ｌｓを光電変換する太陽電池１０とを備える。したがって、集光された太陽光Ｌｓによって入射面３１に形成された入射面集光束領域ＦＬＲｄが入射面３１の中心（光軸Ｌａｘ）に対して位置ズレを生じた場合でも、入射面集光束領域ＦＬＲｄを入射面３１の内側に形成することが可能であることから、集光特性は変動することがない。

つまり、本実施の形態に係る集光型太陽光発電モジュール１は、入射面集光束領域ＦＬＲｄが入射面３１の中心に対して位置ズレを生じたとき、集光効率が低下する恐れがないので、集光効率と変換光率を向上させ、高い耐熱性および信頼性を実現することが可能となる。

また、集光束領域ＦＬＲが最小となる最小集光束領域ＦＬＲｓは、柱状光学部材３０の内部に位置するように構成してある。したがって、集光レンズ５０による焦点群ＦＰｇ（図３Ａ参照）の位置を柱状光学部材３０の内部に位置させて入射面集光束領域ＦＬＲｄでのエネルギー密度を抑制することが可能となる。つまり、入射面３１の表面に例えばゴミが付着した場合に、集光された太陽光Ｌｓによる高い熱エネルギーによってゴミが燃焼して柱状光学部材３０を焼損することを防止し、信頼性の高い集光型太陽光発電モジュール１とすることができる。

最小集光束領域ＦＬＲｓは、当接枠体４１の底部４１ｂと照射面３２との間に位置する構成としてあることが望ましい。つまり、柱状光学部材３０の側面３３での全反射を当接枠体４１に当接していない位置で生じさせることが可能となることから、当接枠体４１による反射損を生じることがなく、集光効率を安定化させて太陽電池１０の出力特性を安定化することができる。

なお、入射面集光束領域ＦＬＲｄの大きさは、太陽電池１０に対する集光レンズ５０の集光特性、大きさ、距離を光学的に算出して設定することが可能である。また、最小集光束領域ＦＬＲｓの大きさと位置は、太陽電池１０に対する集光レンズ５０の集光特性、大きさ、距離、さらには太陽電池素子１１に対する柱状光学部材３０の大きさ、距離を光学的に算出して求める設定することが可能である。

＜実施の形態２＞
図２に基づいて、本実施の形態に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュールについて説明する。本実施の形態に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュールの基本的な構成は実施の形態１の場合と同様であるので、適宜符号を援用し、主に異なる事項について説明する。

図２は、本発明の実施の形態２に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュールの太陽光波長に対する特性を概念的に示す側面図である。

太陽光Ｌｓの波長領域は、短波長の４００ｎｍから中間波長の１０００ｎｍ（１μｍ）までの中短波長側領域と、１μｍを越える長波長側領域とを含んでいる。集光レンズ５０により集光された太陽光Ｌｓの内で、中短波長側領域の太陽光Ｌｓは、入射面３１の中央付近に集光され中短波長側集光束領域ＦＬＲｂを構成する。また、長波長側領域の太陽光Ｌｓは、中短波長側集光束領域ＦＬＲｂとその外周（入射面３１の外周、さらには当接枠体４１に対応する領域）に長波長側集光束領域ＦＬＲｃを構成する。

中短波長側領域（４００ｎｍないし１０００ｎｍ）の太陽光Ｌｓは、太陽電池素子１１の光電変換にそのまま寄与する。したがって、中短波長側領域（４００ｎｍないし１０００ｎｍ）が構成する集光束領域である中短波長側集光束領域ＦＬＲｂは、確実に太陽電池素子１１に照射される構成としてある。

本実施の形態では、中短波長側集光束領域ＦＬＲｂは、入射面３１に入射し、柱状光学部材３０の内部で進行した後、側面３３で全反射する。つまり、入射面３１は、中短波長側集光束領域ＦＬＲｂを入射面３１の内側に位置するように構成されている。逆に言えば、中短波長側集光束領域ＦＬＲｂは、集光レンズ５０によって入射面３１の内側に位置するように構成されている。

他方、長波長側領域（１μｍ超）の太陽光Ｌｓは、全てが太陽電池素子１１の光電変換に寄与するわけではなく、光電変換に寄与するに必要なエネルギーは入射エネルギーの３分の２程度であれば良い。また、長波長側領域の太陽光Ｌｓは、太陽電池１０の温度を上昇させて光電変換効率を低下させる作用がある。

したがって、本実施の形態では、長波長側領域（１μｍ超）の太陽光Ｌｓが構成する集光束領域である長波長側集光束領域ＦＬＲｃの外周側の一部（中短波長側集光束領域ＦＬＲｂの外側の外周側領域ＦＬＲｃｓ）を当接枠体４１（厚さｔ）によって遮光する構成としてある。すなわち、長波長側領域の太陽光Ｌｓが構成する長波長側集光束領域ＦＬＲｃの外周側領域ＦＬＲｃｓは、入射面３１の外周で当接枠体４１の頂面および厚さｔに対応する領域で遮光される位置に集光レンズ５０によって集光されるように構成されている。

つまり、当接枠体４１の厚さｔは、太陽光Ｌｓの長波長側領域が形成する長波長側集光束領域ＦＬＲｃの外周側領域ＦＬＲｃｓを遮光する厚さとしてある。この構成により、太陽光Ｌｓの長波長側領域を当接枠体４１で遮光し、レシーバ基板２０を太陽光Ｌｓが照射することを防止することが可能となるので、レシーバ基板２０の温度上昇を防止して光電変換効率を向上させることができる。

太陽電池素子１１が多接合太陽電池とされた場合、ボトム層の設計電流値は、トップ層、ミドル層より１．８倍程度多いためすべての領域の波長を吸収する必要はない。したがって、長波長側領域に対する遮光特性を当接枠体４１の頂面および厚さｔの部分に持たせることによって、長波長側領域の太陽光Ｌｓによる温度上昇を排除することが可能となる。また、逆に中短波長側領域に対応する入射面集光束領域ＦＬＲｄを高精度に入射面３１に位置決めし、また、側面３３で全反射させることによって、遮熱効果を発生させ、入射面集光束領域ＦＬＲｄの位置ズレによる出力低減を防止して出力の安定化を確保することができる。

＜実施の形態３＞
図３Ａおよび図３Ｂに基づいて、本実施の形態に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュールについて説明する。本実施の形態に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュールの基本的な構成は実施の形態１、実施の形態２の場合と同様であるので、適宜符号を援用し、主に異なる事項について説明する。

図３Ａは、本発明の実施の形態３に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュールでの集光レンズの温度特性による太陽光波長に対する焦点の変位状態を概念的に示す側面図である。

図３Ｂは、図３Ａに示した太陽電池の入射面での入射面集光束領域の変位状態を概念的に示す平面図である。

本実施の形態に係る集光レンズ５０は、例えば、シリコーン樹脂で形成したフレネルレンズとしてある。シリコーン樹脂の温度が、例えば２０℃ないし４０℃と変化した場合、例えば波長６５０ｎｍに対する屈折率は、温度の変化に対応して１．４０９（２０℃）ないし１．４０３（４０℃）と変化する。なお、屈折率の変化は、全波長に対して生じる。

したがって、温度が変化するときの集光束領域ＦＬＲは温度に従って変動する。例えば、温度Ｔ１＞温度Ｔ２＞温度Ｔ３とした場合、温度Ｔ１のときの集光束領域ＦＬＲ（Ｔ１）＜温度Ｔ２のときの集光束領域ＦＬＲ（Ｔ２）＜温度Ｔ３のときの集光束領域ＦＬＲ（Ｔ３）となる。また、温度Ｔ１のときの入射面集光束領域ＦＬＲｄ（Ｔ１）、温度Ｔ２のときの入射面集光束領域ＦＬＲｄ（Ｔ２）、温度Ｔ３のときの入射面集光束領域ＦＬＲｄ（Ｔ３）の関係は、入射面集光束領域ＦＬＲｄ（Ｔ１）＜入射面集光束領域ＦＬＲｄ（Ｔ２）＜入射面集光束領域ＦＬＲｄ（Ｔ３）となる。

つまり、温度Ｔ１のときの焦点ＦＰ（Ｔ１）、温度Ｔ２のときの焦点ＦＰ（Ｔ２）、温度Ｔ３のときの焦点ＦＰ（Ｔ３）の位置は、入射面３１から順に焦点ＦＰ（Ｔ１）、焦点ＦＰ（Ｔ２）、焦点ＦＰ（Ｔ３）となる。したがって、焦点ＦＰ（Ｔ１）、焦点ＦＰ（Ｔ２）、焦点ＦＰ（Ｔ３）は、焦点ＦＰの集合であり、焦点群ＦＰｇを構成する。

すなわち、集光レンズ５０の温度が、温度Ｔ１ないし温度Ｔ３の間で変化したとき、焦点ＦＰは焦点ズレＳｆｐを生じ、集光レンズ５０の集光特性を変動させる。また、入射面３１での入射面集光束領域ＦＬＲｄは、屈折率の変化の影響を受けて変化することとなる。

集光レンズ５０の径は、例えば３０ｃｍ、集光レンズ５０と太陽電池素子１１との間隔は、例えば３０ｃｍとしてある。この形状としたとき、温度Ｔ１（例えば４０℃）のとき入射面集光束領域ＦＬＲｄ（Ｔ１）は直径約６．５ｍｍ、温度Ｔ２（例えば３０℃）のとき入射面集光束領域ＦＬＲｄ（Ｔ２）は直径約７ｍｍ、温度Ｔ３（例えば２０℃）のとき入射面集光束領域ＦＬＲｄ（Ｔ３）は直径約７．５ｍｍである場合、矩形状とした入射面３１の辺の長さｗを例えば９．４ｍｍとしておけば、入射面集光束領域ＦＬＲｄは、温度変化に伴う集光特性の変化があっても、必ず入射面３１の内側に入射することとなり、集光特性の変動を実質上防止することが可能となる。

また、このときの、焦点ＦＰ（Ｔ１）から焦点ＦＰ（Ｔ３）に渡る焦点ズレＳｆｐは、約１０ｍｍであった。したがって、当接枠体４１の底部４１ｂから照射面３２までの距離は、少なくとも１０ｍｍ以上としておけば良いこととなる。

上述したとおり、本実施の形態では、集光レンズ５０の温度変化に伴って変位する集光レンズ５０の焦点ＦＰが構成する焦点群ＦＰｇは、当接枠体４１の底部４１ｂと照射面３２との間に位置する構成としてある。したがって、集光レンズ５０の温度変化によって焦点が変位したときに、側面３３での全反射を当接枠体４１と当接していない位置で生じさせることが可能となり、集光効率を安定化させて太陽電池１０の出力特性を安定化することができる。

また、焦点ＦＰを当接枠体４１の底部４１ｂと照射面３２との間に位置することから、焦点ＦＰの位置が保持部４０の外周に対応する位置に移動することを防止し、太陽光Ｌｓがレシーバ基板２０を例外的に照射するような場合でも、レシーバ基板２０の表面での集光束領域ＦＬＲの熱エネルギー密度を抑制することが可能となることから、レシーバ基板２０の温度上昇を防止し、焼損を回避することができる。

＜実施の形態４＞
図４に基づいて、本実施の形態に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュールについて説明する。本実施の形態に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュールの基本的な構成は実施の形態１ないし実施の形態３の場合と同様であるので、適宜符号を援用し、主に異なる事項について説明する。

図４は、本発明の実施の形態４に係る集光型太陽光発電モジュールを間欠追尾制御したときの追尾状態と入射面に形成される入射面集光束領域との関係を概念的に示す追尾状態概念図であり、（Ａ）は太陽光に対して集光型太陽光発電モジュールが正対した状態を、（Ｂ）は太陽光に対して集光型太陽光発電モジュールを先行して移動させた状態を、（Ｃ）は移動させた集光型太陽光発電モジュールが太陽光の移動によって再度正対した状態を、（Ｄ）は太陽光の移動によって集光型太陽光発電モジュールが遅れを生じた状態をそれぞれ示している。

本実施の形態に係る集光型太陽光発電モジュール１（太陽電池１０）は、いわゆる追尾制御によって太陽光Ｌｓに対して正対する構成としてある。つまり、太陽移動方向ＳＳＤに沿って集光型太陽光発電モジュール１（入射面３１）に対する太陽光Ｌｓの入射方向が変動することから、集光型太陽光発電モジュール１は、追尾制御部５によって太陽方位角に対して間欠的に旋回駆動され、また、太陽高度に対して間欠的に傾倒駆動される構成としてある。なお、図４では、理解を容易にするために旋回駆動された状態のみを示しているが、旋回駆動と共に傾倒駆動に対しても同様の駆動制御が実行されている。

追尾制御を効率的に実行するために、集光型太陽光発電モジュール１に対する追尾制御は、規定時間毎に実行される。つまり、追尾制御部５による追尾制御は、いわゆる間欠追尾制御態様とされている。なお、集光型太陽光発電モジュール１の形状（集光レンズ５０の径、集光レンズ５０と太陽電池素子１１の間隔）は、実施の形態４の場合と同様としてある。

間欠追尾制御は、例えば以下のようにして実行することが可能である。

太陽光Ｌｓに対して遅れた位置（同図（Ａ）の直前の位置）にあった集光型太陽光発電モジュール１を矢符Ｒｏｔ方向へ旋回駆動して、太陽光Ｌｓに対して正対する状態（同図（Ａ））を通過させ、太陽光Ｌｓを追い越した位置に移動させ固定する（同図（Ｂ））。

集光型太陽光発電モジュール１が太陽光Ｌｓを追い越したときの旋回角度は、正対位置に対して、最大角度で例えば＋０．０５度とされている。入射面３１の辺の長さｗを９．４ｍｍ、入射面集光束領域ＦＬＲｄの直径を７ｍｍとしたとき、入射面集光束領域ＦＬＲｄの旋回ズレｄｗは正対時に対して１ｍｍとなる。

太陽光Ｌｓは、太陽光Ｌｓに対して進んだ位置（同図（Ｂ））に移動された集光型太陽光発電モジュール１に入射面集光束領域ＦＬＲｄを入射しつつ再度正対する状態（同図（Ｃ））を通過し、集光型太陽光発電モジュール１を追い越した位置（同図（Ｄ））に移動する。

太陽光Ｌｓが集光型太陽光発電モジュール１を追い越したときの旋回角度は、正対位置に対して、最大角度で例えば−０．０５度とされている。したがって、集光型太陽光発電モジュール１が太陽光Ｌｓを追い越したときに対して反対側で、入射面集光束領域ＦＬＲｄの旋回ズレｄｗは正対時に対して１ｍｍとなる。

したがって、集光型太陽光発電モジュール１が太陽光Ｌｓを追い越した場合、あるいは太陽光Ｌｓが集光型太陽光発電モジュール１を追い越した場合のいずれであっても、旋回角度の最大値での入射面集光束領域ＦＬＲｄの正対時に対する旋回ズレｄｗは、入射面３１の大きさに対して十分小さい値とすることが可能であることから、追尾制御（旋回制御）による意図的な位置ズレ操作が実行された場合でも集光特性が変動することが無く、集光効率を低下させることはない。

また、傾倒駆動での傾倒角度は、最大角度で±０．０２５度、傾倒ズレは、０．５ｍｍとすることが可能である。つまり、傾倒角度の最大値での入射面集光束領域ＦＬＲｄの正対時に対する傾倒ズレは、入射面３１の大きさに対して十分小さい値とすることが可能であることから、追尾制御（傾倒制御）による意図的な位置ズレ操作が実行された場合でも集光効率を低下させることはない。

上述したとおり、本実施の形態に係る集光型太陽光発電モジュール１では、太陽電池１０（集光型太陽光発電モジュール１）の位置を太陽軌道上の太陽の移動先へ規定時間毎に先行して移動させる間欠追尾制御態様としたとき、入射面集光束領域ＦＬＲｄは、入射面３１の内側に位置する構成としてある。

したがって、太陽の移動先へ先行して移動させる間欠追尾制御としたときでも、太陽電池１０の集光特性の変動を抑制して集光効率を安定化させることが可能となるので、太陽電池１０の出力特性を安定化させて信頼性の高い集光型太陽光発電モジュール１とすることができる。

＜実施の形態５＞
図５に基づいて、本実施の形態に係る集光型太陽光発電モジュールについて説明する。本実施の形態に係る集光型太陽光発電モジュールの基本的な構成は実施の形態１ないし実施の形態４の場合と同様であるので、適宜符号を援用し、主に異なる事項について説明する。

図５は、本発明の実施の形態５に係る集光型太陽光発電モジュールの集光レンズと太陽電池との間で組み立て誤差を生じたときの設定角度ズレと入射面に形成される入射面集光束領域との関係を概念的に説明する説明図である。

入射面３１に形成される入射面集光束領域ＦＬＲｄと入射面３１の中心（光軸Ｌａｘ）との位置ズレは、上述した稼動中の場合に限らず、製造工程での組み立て誤差に起因して生じることがある。すなわち、太陽電池１０（太陽電池素子１１）と集光レンズ５０との間には高精度の平行性が要求される。しかし、集光レンズ５０は、太陽電池１０に対して本来の平行位置からずれて設定角度ズレαを生じた状態で集光型太陽光発電モジュール１として組み立てられることがある。

このような太陽電池１０に対する集光レンズ５０の組み立て誤差を伴う場合、集光レンズ５０によって集光された太陽光Ｌｓ（集光束領域ＦＬＲ）は、入射面３１に対して位置ズレを生じる。つまり、位置ズレの無い入射面集光束領域ＦＬＲｄに対して、入射面３１には横方向へ位置ズレした入射面集光束領域ＦＬＲｄｓが形成される。

実施の形態４で示したとおり、入射面３１の辺の長さｗを９．４ｍｍ、入射面集光束領域ＦＬＲｄの直径を７ｍｍとした場合、設定角度ズレαが最大値で例えば０．１度としたとき、位置ズレした入射面集光束領域ＦＬＲｄｓは、本来の入射面集光束領域ＦＬＲｄに対して最大１ｍｍのズレを生じる。つまり、集光レンズ５０がいずれの方向に対して位置ズレした場合であっても、入射面集光束領域ＦＬＲｄｓは、入射面３１の内側に位置することが可能となる。したがって、集光効率を低下させることがなく、集光効率と変換光率を向上させた信頼性の高い集光型太陽光発電モジュール１とすることが可能となる。

＜実施の形態６＞
図６Ａないし図６Ｅに基づいて、本実施の形態に係る太陽電池製造方法について説明する。本実施の形態に係る太陽電池の基本的な構成は実施の形態１ないし実施の形態５の場合と同様であるので、適宜符号を援用し、主に異なる事項について説明する。

図６Ａは、本発明の実施の形態６に係る太陽電池製造方法で太陽電池を載置したレシーバ基板を準備する基板準備工程を示す工程図である。

図６Ｂは、本発明の実施の形態６に係る太陽電池製造方法で内側樹脂止め部および外側樹脂止め部を形成する樹脂止め部形成工程を示す工程図である。

図６Ｃは、本発明の実施の形態６に係る太陽電池製造方法で保持部の支持体をレシーバ基板に固定する支持体固定工程を示す工程図である。

図６Ｄは、本発明の実施の形態６に係る太陽電池製造方法で内側樹脂止め部の内側に透光性樹脂を注入する透光性樹脂注入工程を示す工程図である。

図６Ｅは、本発明の実施の形態６に係る太陽電池製造方法で保持部に柱状光学部材を当接させて照射面を透光性樹脂に載置する柱状光学部材載置工程を示す工程図である。

本実施の形態に係る太陽電池製造方法は、集光レンズ５０により集光された太陽光Ｌｓを光電変換する太陽電池素子１１と、太陽電池素子１１が載置されたレシーバ基板２０と、集光された太陽光Ｌｓを入射させる入射面３１と太陽電池素子１１に対向して配置され太陽電池素子１１に太陽光Ｌｓを照射する照射面３２とを有する柱状光学部材３０と、柱状光学部材３０の側面３３に当接された枠状の当接枠体４１と柱状光学部材３０から離して配置され当接枠体４１を支持する支持体４２とを有してレシーバ基板２０に立設された保持部４０とを備える太陽電池１０を製造する。

また、本実施の形態に係る太陽電池製造方法は、基板準備工程、樹脂止め部形成工程、支持体固定工程、透光性樹脂注入工程、柱状光学部材載置工程、樹脂封止部形成工程を備える。

まず、太陽電池素子１１を載置したレシーバ基板２０を準備する（基板準備工程。図６Ａ）。

次に、レシーバ基板２０に接着性樹脂を塗布して、太陽電池素子１１を樹脂封止する透光性樹脂が注入される内側樹脂止め部２１および内側樹脂止め部２１の外側で支持体４２が固定される外側樹脂止め部２２を形成する（樹脂止め部形成工程。図６Ｂ）。

内側樹脂止め部２１は、後の工程で太陽電池素子１１を樹脂封止する透光性樹脂が注入されることから、太陽電池素子１１の周囲に環状（額縁状）に形成される。また、外側樹脂止め部２２は、後の工程で支持体４２を接着して固定することから、支持体４２に対応する位置にのみ形成する。

なお、外側樹脂止め部２２は、内側樹脂止め部２１の周囲に環状（額縁状）に形成して内側樹脂止め部２１に注入された透光性樹脂が内側樹脂止め部２１から必要以上に拡大することを防止する形態とすることも可能である。また、外側樹脂止め部２２を環状とした場合は、レシーバ基板２０の表面に沿って浸入する水分を遮断する作用を生じる。

支持体４２を外側樹脂止め部２２に接着して接着性樹脂を硬化することで支持体４２をレシーバ基板２０に固定する（支持体固定工程。図６Ｃ）。外側樹脂止め部２２を形成する接着性樹脂が硬化する温度で熱処理を施すことによって、外側樹脂止め部２２を硬化させることが可能である。なお、外側樹脂止め部２２に対する硬化に併せて内側樹脂止め部２１に対する硬化も施される。

内側樹脂止め部２１の内側に透光性樹脂を注入する（透光性樹脂注入工程。図６Ｄ）。透光性樹脂としては、上述したとおり、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを適用することが可能である。

内側樹脂止め部２１の内側に透光性樹脂を注入した後、柱状光学部材３０を当接枠体４１に当接させて照射面３２を透光性樹脂に載置する（柱状光学部材載置工程。図６Ｅ）。

透光性樹脂を硬化して樹脂封止部２５を形成する（樹脂封止部形成工程。不図示）。透光性樹脂を適宜の温度に加熱することによって硬化と同時に脱泡処理を施すことが可能であり、優れた透光性を有する樹脂封止部２５を形成することができる。

照射面３２を透光性樹脂に載置して接触させることから、照射面３２は、樹脂封止部２５の透光性樹脂によって接着され、柱状光学部材３０は太陽電池素子１１に対して確実かつ高精度に固定される。なお、溝部４１ｇに接着性樹脂を注入し、溝部４１ｇで柱状光学部材３０と保持部４０を接着、固定することによってさらに機械的強度を確保することが可能となる。

本実施の形態に係る太陽電池製造方法によって、集光された太陽光Ｌｓ（集光束領域ＦＬＲ）が柱状光学部材３０の中心に対して位置ズレを生じた場合に入射面集光束領域ＦＬＲｄを入射面３１の領域内に位置させて集光特性の変動を防止し、また、集光された太陽光Ｌｓが柱状光学部材３０に加える熱を当接枠体４１によって分散することで集光効率および光電変換効率を向上させた耐熱性および信頼性の高い太陽電池１０を生産性良く（つまり、容易かつ高精度に）、安価に製造することができる。なお、本願発明は太陽電池製造方法の提供に限るものではない。太陽電池製造方法に併せて、太陽電池、集光型太陽光発電モジュールを提供することを他の目的とすることも可能である。つまり、本願に開示した太陽電池は、集光特性の変動を防止して集光特性を向上させ、また、放熱性を向上させて、集光効率および光電変換効率を向上させた耐熱性および信頼性の高い太陽電池を提供することを目的（発明が解決しようとする課題）とすることができる。また、本願に開示した集光型太陽光発電モジュールは、集光効率および放熱性を向上させた太陽電池を備えることによって、発電効率および発電電力を向上させた耐熱性および信頼性の高い集光型太陽光発電モジュールを提供することを他の目的（発明が解決しようとする課題）とすることができる。

本発明の実施の形態１に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュールの光軸を含む面での概略構成を透視的に示す透視側面図である。 図１Ａに示した太陽電池の保持部および柱状光学部材の外観を斜め上方から見て示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュールの太陽光波長に対する特性を概念的に示す側面図である。 本発明の実施の形態３に係る太陽電池および集光型太陽光発電モジュールでの集光レンズの温度特性による太陽光波長に対する焦点の変位状態を概念的に示す側面図である。 図３Ａに示した太陽電池の入射面での入射面集光束領域の変位状態を概念的に示す平面図である。 本発明の実施の形態４に係る集光型太陽光発電モジュールを間欠追尾制御したときの追尾状態と入射面に形成される入射面集光束領域との関係を概念的に示す追尾状態概念図であり、（Ａ）は太陽光に対して集光型太陽光発電モジュールが正対した状態を、（Ｂ）は太陽光に対して集光型太陽光発電モジュールを先行して移動させた状態を、（Ｃ）は移動させた集光型太陽光発電モジュールが太陽光の移動によって再度正対した状態を、（Ｄ）は太陽光の移動によって集光型太陽光発電モジュールが遅れを生じた状態をそれぞれ示している。 本発明の実施の形態５に係る集光型太陽光発電モジュールの集光レンズと太陽電池との間で組み立て誤差を生じたときの設定角度ズレと入射面に形成される入射面集光束領域との関係を概念的に説明する説明図である。 本発明の実施の形態６に係る太陽電池製造方法で太陽電池を載置したレシーバ基板を準備する基板準備工程を示す工程図である。 本発明の実施の形態６に係る太陽電池製造方法で内側樹脂止め部および外側樹脂止め部を形成する樹脂止め部形成工程を示す工程図である。 本発明の実施の形態６に係る太陽電池製造方法で保持部の支持体をレシーバ基板に固定する支持体固定工程を示す工程図である。 本発明の実施の形態６に係る太陽電池製造方法で内側樹脂止め部の内側に透光性樹脂を注入する透光性樹脂注入工程を示す工程図である。 本発明の実施の形態６に係る太陽電池製造方法で保持部に柱状光学部材を当接させて照射面を透光性樹脂に載置する柱状光学部材載置工程を示す工程図である。 従来の追尾集光型太陽光発電装置に適用される集光型太陽光発電モジュールの構成例を示す断面図である。

符号の説明

１ 集光型太陽光発電モジュール
５ 追尾制御部
１０ 太陽電池
１１ 太陽電池素子
２０ レシーバ基板
２１ 内側樹脂止め部
２２ 外側樹脂止め部
２５ 樹脂封止部
３０ 柱状光学部材
３１ 入射面
３２ 照射面
３３ 側面
４０ 保持部
４１ 当接枠体
４１ｂ 底部
４１ｇ 溝部
４２ 支持体
５０ 集光レンズ
ＦＬＲ 集束光領域
ＦＬＲｂ 中短波長側集光束領域
ＦＬＲｃ 長波長側集光束領域
ＦＬＲｃｓ 外周側領域
ＦＬＲｄ 入射面集光束領域
ＦＬＲｓ 最小集光束領域
ＦＬＲ（Ｔ１） 集光束領域（温度Ｔ１）
ＦＬＲ（Ｔ２） 集光束領域（温度Ｔ２）
ＦＬＲ（Ｔ３） 集光束領域（温度Ｔ３）
ＦＬＲｄ（Ｔ１） 入射面集光束領域（温度Ｔ１）
ＦＬＲｄ（Ｔ２） 入射面集光束領域（温度Ｔ２）
ＦＬＲｄ（Ｔ３） 入射面集光束領域（温度Ｔ３）
ＦＰ 焦点
ＦＰｇ 焦点群
ＦＰ（Ｔ１） 焦点（温度Ｔ１）
ＦＰ（Ｔ２） 焦点（温度Ｔ２）
ＦＰ（Ｔ３） 焦点（温度Ｔ３）
Ｌａｘ 光軸
Ｌｓ 太陽光
Ｓｆｐ 焦点ズレ
ＳＳＤ 太陽移動方向
ｔ 厚さ
α 設定角度ズレ
θ 傾斜角（側面３３の傾斜）

Claims (1)

1. 集光レンズにより集光された太陽光を光電変換する太陽電池素子と、該太陽電池素子が載置されたレシーバ基板と、集光された太陽光を入射させる入射面と前記太陽電池素子に対向して配置され前記太陽電池素子に太陽光を照射する照射面とを有する柱状光学部材と、該柱状光学部材の側面に当接された枠状の当接枠体と前記柱状光学部材から離して配置され前記当接枠体を支持する支持体とを有して前記レシーバ基板に立設された保持部とを備える太陽電池を製造する太陽電池製造方法であって、
   前記太陽電池素子を載置した前記レシーバ基板を準備する基板準備工程と、
   前記レシーバ基板に接着性樹脂を塗布して、前記太陽電池素子を樹脂封止する透光性樹脂が注入される内側樹脂止め部および該内側樹脂止め部の外側で前記支持体が固定される外側樹脂止め部を形成する樹脂止め部形成工程と、
   前記支持体を前記外側樹脂止め部に接着して前記接着性樹脂を硬化することで前記支持体を前記レシーバ基板に固定する支持体固定工程と、
   前記内側樹脂止め部の内側に前記透光性樹脂を注入する透光性樹脂注入工程と、
   前記柱状光学部材を前記当接枠体に当接させて前記照射面を前記透光性樹脂に載置する柱状光学部材載置工程と、
   前記透光性樹脂を硬化して樹脂封止部を形成する樹脂封止部形成工程とを備えること
   を特徴とする太陽電池製造方法。

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