太阳能电池模块的制作方法

本申请涉及利用聚光透镜来使太阳光聚光的太阳能电池模块。

背景技术：

专利文献1公开了使入射容许角增大的太阳光聚光装置。该太阳光聚光装置具备：受光部件，具有光线入射的面，且该面具有第一正的折射力；导光部件，接在该受光部件之后配置，且光线从其内部穿过；以及太阳能电池103，紧接在该导光部件之后配置。这样，能够实现容许入射角大，且向太阳能电池的照射均一性高的聚光装置。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1日本特开2002-280595号公报

技术实现要素：

本申请提供一种抑制聚光效率降低的聚光型太阳能电池模块。

本申请中的太阳能电池模块具备：对太阳光进行聚光的第一光学系统、进行光电转换的发电元件、保持发电元件的保持部件、以及支承所述保持部件的第二光学系统，且该第二光学系统是第一光学系统的射出侧。所述第二光学系统具有：定位部、以及位于第一光学系统侧的第二透镜，所述保持部件被配置在定位部，以使发电元件位于第二透镜的焦点位置。

通过本申请中的太阳能电池模块，能够提供一种对聚光效率的降低进行抑制的太阳能电池模块。

附图说明

图1是实施方式1中的太阳能电池模块的斜视图。

图2是用于说明实施方式1中的太阳能电池模块的构成的截面图。

图3是对实施方式1中的太阳能电池模块的一部分放大了的截面图。

图4是对实施方式2中的太阳能电池模块的一部分放大了的截面图。

图5A是对实施方式3中的太阳能电池模块的一部分放大了的截面图。

图5B是用于说明实施方式3中的突起的形成方法的截面图。

图6是对其他的实施方式中的太阳能电池模块的一部分放大了的截面图。

图7A是示出其他的实施方式中的第二光学系统的构成的斜视图。

图7B是示出其他的实施方式中的第二光学系统的构成的斜视图。

图8是对其他的实施方式中的太阳能电池模块的一部分放大了的截面图。

符号说明

100 太阳能电池模块

110 第一光学系统

111 第一透镜

120 第二光学系统

121 第二透镜

122 凹部

122a 第二凹部

123 切口

124 基底部

125 槽

130 玻璃板(保持部件的一个例子)

130a 陶瓷膏

131 突起

140 发电元件(光电转换元件的一个例子)

141 第一焊盘电极

142 第二焊盘电极

150 第一电极

151 第二电极

152 弹簧部件

160 粘着剂

170、178、179 焊膏

171 细线

180 外框

181 支承部件

181a 支承部

181b 前端部

190 绝缘性树脂

191 散热膏

200 模具

210 凹陷部

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对实施方式进行详细说明。对于不必要的详细说明也有省略的情况。例如，对于已经知道的事项的详细说明、或者对于实质上相同的构成进行的重复说明会有省略的情况。这是为了避开说明中的不必要的冗长，以便本领域技术人员的理解。

并且，附图以及以下的说明均是为了本领域技术人员能够充分地理解本申请而提供的，并非是对权利要求中所记载的主体的限定。

(实施方式1)

以下利用图1～3对实施方式1进行说明。

[1-1.构成]

图1是本申请的太阳能电池模块100的模式图。太阳能电池模块100是通过光学系统对太阳光进行聚光的聚光型的太阳能电池模块。并且，太阳能电池模块100也可以搭载在尾随太阳光的装置(未图示)。并且，也可以排列多个太阳能电池模块100而搭载在尾随太阳光的装置上。通过尾随太阳光的装置，太阳能电池模块100能够在一天中有更多的时间来接受垂直入射到表面的太阳光。图2是图1的A-A的截面模式图。太阳能电池模块100具备：第一光学系统110、第二光学系统120、作为保持部件之一的玻璃板130、发电元件140、以及第一电极150。

第一光学系统110被构成为，具有正的折射力的多个第一透镜111被配置成阵列状。第一透镜111将太阳光聚光到后述的第二透镜121。第一透镜111例如能够使用球面透镜、非球面透镜、以及菲涅耳透镜。在菲涅耳透镜的情况下，优选为菲涅耳面位于第一透镜111的光射出侧。第一光学系统110的材料优选为树脂。这是为了使太阳能电池模块100轻量化。具体而言，第一光学系统110通过对丙烯酸类树脂进行挤压成型或射出成型来制作。本实施方式所涉及的第一透镜111的入射面以及射出面的形状没有特殊的限定，例如可以是正方形、长方形、六角形的任意一个。其中，优选为正方形。并且，关于第一透镜111的厚度，为了易于透镜成型，优选为5mm以下。

第二光学系统120被配置在第一光学系统110的射出方向。并且，第二光学系统120具有基底部124以及在基底部124的入射面侧的第二透镜121，所述基底部124作为支承基板在图中的X-Y平面铺开。第二透镜121的光轴与第一透镜111的光轴一致。具体而言，基底部124为板状，第二透镜121以与第一光学系统110的第一透镜111一一对应的方式，在基底部124的表面被配置成阵列状。并且，基底部124与第二透镜121被一体成型。

接着，对由进行光电转换的发电元件140、以及保持发电元件140的保持部件构成的发电模块进行说明。并且，在本实施方式中，虽然将保持部件作为玻璃板130来进行说明，不过，保持部件的材料或形状没有特殊的限定，也可以是透明的树脂或透明的晶体。在此优选为，当玻璃板130被插入到设置在第二光学系统120的基底部124的定位部即凹部122时，被搭载于玻璃板130的发电元件140的位置与第二透镜121的焦点吻合。在本实施方式中，第二光学系统120具有凹部122，以使发电元件140藉由玻璃板130位于第二透镜121的焦点。通过将固定了发电元件140的玻璃板130不留间隙地插入到该凹部122，来决定玻璃板130与第二透镜121的焦点的位置关系。因此，玻璃板130中的发电元件140的位置由第二透镜121的焦点与凹部122的位置关系来决定。据此，仅通过将玻璃板130插入到第二光学系统120的凹部122，就能够将发电元件140配置到第二透镜121的焦点，从而能够缩短制造过程。

玻璃板130通过硅类树脂等粘着剂被固定到凹部122。发电元件140的受光面积优选为0.09～1mm²，更优选为0.36～0.64mm²。第二光学系统120的材料与第一光学系统110同样，优选为树脂。具体而言，例如，第二光学系统120通过丙烯酸类树脂的挤压成型或者射出成型来制作。第二光学系统120的最小厚度没有特殊的限制，考虑到易于射出成型，优选为5mm以下。

玻璃板130需要具有能够收纳在凹部122的大小。玻璃板130例如呈板状、长方体的形状。在为长方体的形状的情况下，优选为，配置发电元件140的面的一个边的长度为1～5mm、厚度为1～5mm。

在第一光学系统110与第二光学系统120之间，配置有外框180、以及支承部件181。支承部件181是相对于第二光学系统120来支承起第一光学系统110，且维持第一光学系统110与第二光学系统120之间的间隔的部件。在本实施方式的情况下，外框180与支承部件181分别与第二光学系统120一体形成。支承部件181由支承部181a和前端部181b构成。外框180与支承部件181的前端部181b分别与第一光学系统110的光射出面接触，以支承第一光学系统110。前端部181b中的与第一光学系统110接触的部分例如大致为球状。相对于支承部件181a的宽度(厚度)，位于第一光学系统110侧的前端部181b的宽度(厚度)窄(薄)。据此，能够抑制从第一透镜111射出的太阳光被支承部件181干扰。

在第二光学系统120的光射出侧形成有第一电极150，用于将发电元件140所产生的光电流提取到外部电路(未图示)。作为第一电极150，例如能够使用Cu箔、Al箔、Ni箔。第一电极150的形状优选为长条形状。在为长条状的情况下，厚度为1～200μm，优选为5～50μm，宽度为0.05～5mm，优选为0.5～2mm。

第一透镜111的面积优选为发电元件140的面积的100～1000倍，更优选为500～1000倍。发电元件的面积优选为0.09～1mm²，0.36～0.64mm²则更好。因此，第一透镜111的面积优选为9～1000mm²，180～640mm²则更好。

太阳能电池模块100的厚度由第一透镜111的焦点距离来决定。第一透镜111的焦点距离是第一透镜111的外接圆的直径的1.5倍左右。因此，本实施方式中的太阳能电池模块100的厚度为4.5～50mm左右。

图3是放大了第二光学系统120的一部分的截面图。在玻璃板130形成有第二电极151。在发电元件140形成有第一焊盘电极141和第二焊盘电极142。第一焊盘电极141和第二焊盘电极142是用于将发电元件140所产生的光电流提取到外部的电极。发电元件140具有将照射来的太阳光的能量转换为电能的功能。发电元件140由GaAs系材料、GaN系材料、Si系材料薄膜构成。这些薄膜当被光照射时，由于产生光电流，因此能够将电能供给到外部电路。发电元件140优选采用能量转换率为40％以上的GaAs系材料构成的膜。

在配置发电元件140的玻璃板130，形成有第二电极151。第二电极151例如通过采用Ag膏或Cu膏进行印刷来形成。第二电极151经由第一焊盘电极141和第二焊盘电极142，而与发电元件140电结合。在第二电极151与第一焊盘电极141以及第二焊盘电极142的接合中采用焊膏179。在焊膏179中采用SnCu、SnCuAg、SnBi、SnIn、SnInAgBi等合金与有机材料的混合物。并且，也可以取代焊膏179，而采用含有银的粘糊。

第一电极150通过粘着剂160而被固定在第二光学系统120的光射出侧。并且，第一电极150和第二电极151例如通过焊膏170而被电连接。也可以取代焊膏170而采用含有银的粘糊。

[1-2.效果等]

如以上所述，实施方式1中的太阳能电池模块100具备：对太阳光进行聚光的第一光学系统110、玻璃板130、被配置在玻璃板130上的发电元件140、以及作为第一光学系统110的射出侧，用以支承玻璃板130的第二光学系统120。第二光学系统120具有凹部122，在第二光学系统120的第一光学系统110侧设置有第二透镜121，所述玻璃板130被配置在凹部122，以使发电元件140位于第二透镜121的焦点。据此，通过将玻璃板130嵌入到第二光学系统120的凹部122，从而能够准确且容易地将发电元件140配置到第二透镜121的焦点。因此，能够以具有简单且廉价的机构的装置来嵌入玻璃板130，从而能够降低太阳能电池模块100的制造成本。并且，在图3中，虽然凹部122与玻璃板130之间存在间隙，但是在XY平面中，凹部122的内表面与玻璃板130的外周面至少有三个相抵接的位置，通过将玻璃板130嵌入到凹部122，从而能够决定玻璃板130相对于凹部122的位置。

并且，通过在由第一光学系统110或第二光学系统120聚光的、高能量密度的太阳光所照射的发电元件140的附近，设置热膨胀系数与发电元件140的热膨胀系数接近的玻璃板130，从而不会使配置了发电元件140的区域的机械特性降低。并且，玻璃板130的光学特性的随时间变化也会减少。因此，太阳能电池模块100能够长时间地且稳定的发电。

并且，在第二光学系统120的光射出侧通过粘着剂160，而配置有第一电极150。第二光学系统120的线膨胀系数在70ppm/℃左右，例如铜的线膨胀系数为16ppm/℃左右，两者的线膨胀系数相差较大。因此，在第一电极150通过真空镀膜或电镀法而被形成在第二光学系统120的情况下，第一电极150会紧密地固定在第二光学系统120，当太阳能电池模块100的温度发生变化时，在两者的界面会产生力学上的应力，从而会出现第一电极150从透镜剥落的状况。但是，在本实施方式中，由于第一电极150是通过粘着剂160而被固定到第二光学系统120的，因此，即使温度发生变化，在第二光学系统120与第一电极150的界面上也不会产生力学上的应力，能够通过粘着剂160的变形来弥补这种应力。因此，本实施方式的太阳能电池模块100，即使在温度发生变化的情况下，也能够抑制结构的劣化。并且，由玻璃板130、发电元件140、第二电极151、第一焊盘电极141、以及第二焊盘电极142构成的发电模块的制造工序与第一光学系统110或第二光学系统120不同。因此，发电模块能够以比较高的温度来进行处理，通过第一焊盘电极141以及第二焊盘电极142，从而不仅能够对第二电极151与发电元件进行机械连接，而且能够进行良好的电连接。

(实施方式2)

以下利用图4对实施方式2的太阳能电池模块100进行说明。以与实施方式1不同之处为中心进行说明，并省略与实施方式1相同的说明。

[2-1.构成]

图4是实施方式2所涉及的第二光学系统120的截面的一部分的放大图。在本实施方式的太阳能电池模块100，在基底部124上形成有沿着基底部124的厚度方向的切口123，且该切口123是第二光学系统120的一部分。该切口123以围住玻璃板130的方式而被形成。在本实施方式的情况下，切口123是与凹部122连通的筒状的空间，以仅留出基底部124的光入射侧的一部分的状态，从凹部122朝着第二光学系统120的光入射侧的方向而被设置。并且，太阳能电池模块100具备弹簧部件152，该弹簧部件152被固定在设置于基底部124的表面的第一电极150，并向凹部122的内侧突出。在本实施方式的情况下，弹簧部件152是具有导电性的材料，例如由金属形成，通过焊膏178而被固定在第一电极150。由于弹簧部件152的加力，从而第二电极151与弹簧部件152相抵接而成为电连接，第一电极150与第二电极151通过弹簧部件152而电连接。并且，弹簧部件152能够将用于使玻璃板130维持在凹部122内的力，朝向光入射侧的方向(Z轴的正的方向)发生。即，玻璃板130是在不使用粘着剂，而是通过弹簧部件152的弹力而被固定到凹部122的。

[2-2.效果等]

通过本实施方式的太阳能电池模块100，在太阳能电池模块100内部的一部分发电元件140发生了破损的情况下，能够容易地按照发电模块来取下发电元件140。即，通过在第二光学系统120设置切口123，从而通过挤压比树脂硬的玻璃板130，使基底部124中残存的一部分破裂，这样，能够将发电元件140与第二透镜121一起除去。并且，在这种情况下，玻璃板130也可以通过粘着剂来固定在凹部122。

据此，例如在太阳能电池模块100内，所有的发电元件140均为并联连接的情况下，如果其中的一个发电元件出现短路，则太阳能电池模块内的所有的发电元件都不能发电。但是，在本实施方式中，由于能够仅取下其中的一个发电元件140，因此，取下的部分成为绝缘状态，这样则不会影响到其他的发电元件。

并且，玻璃板130在不使用粘着剂而通过弹簧部件152的弹性被固定到凹部122的情况下，能够将玻璃板130与发电元件140从第二光学系统120取下，即能够将发电模块取下。并且，能够取下搭载了有破损的发电元件140的玻璃板130，而更换为搭载有发电元件140没有破损的玻璃板130。也就是说，能够更换发电模块，这样能够维持太阳能电池模块100的发电能力。

而且，在通过弹簧部件152的加力来将玻璃板130固定到凹部122的情况下，能够防止因太阳能电池模块100的温度变化等导致的玻璃板130的线膨胀量与第二光学系统120的线膨胀量的不同，从而能够防止粘结部分的破损以及玻璃板130从凹部122的脱落。

(实施方式3)

以下利用图5A以及图5B对实施方式3的太阳能电池模块100进行说明。以与实施方式1的不同之中为中心进行说明，并省略与实施方式1同样的说明。

[3-1.构成]

图5A是实施方式3中的第二光学系统120的一部分的放大图。并且，在该图中也示出了第二光学系统120的截面，为了便于说明而省略剖面线。在本实施方式的太阳能电池模块100中，在玻璃板130形成有作为咬合部的突起131。并且，在第二光学系统120的凹部122的上部形成有作为第二定位部的第二凹部122a。突起131为嵌入到第二凹部122a的结构。突起131被设置在从第二透镜121向发电元件140入射的光路的外侧。

在此，对在玻璃板130形成突起131的方法进行说明。图5B是示出在玻璃板130形成突起131的方法的截面模式图。

首先，为了形成突起131，而准备具有与第二凹部122a的形状相同的凹陷部210的模具200。

接着，在与配置了发电元件140的面相反的玻璃板130的面上，设置陶瓷膏130a，并使其成为山状。该陶瓷膏130a在室温的情况下，其形状能够自由变形。

接着，将该玻璃板130放入到模具200。据此，陶瓷膏130a被填入到模具200的凹陷部210，从而成为与突起131相同的形状。

接着，对载放了形状与突起131相同的陶瓷膏130a的玻璃板130进行烧制，并对陶瓷膏130a进行硬化。这样，在玻璃板130上形成突起131。

在本实施方式中的太阳能电池模块100中，当形成有突起131的玻璃板130被插入到第二光学系统120的凹部122时，突起131与第二光学系统120的第二凹部122a嵌合，从而便于定位。

并且，事先对玻璃板130上的发电元件140与突起131的位置关系进行设定。并且，在将玻璃板的突起131嵌入到第二光学系统120的第二凹部122a时，事先使发电元件140位于第二透镜121的焦点。这样，与将玻璃板130嵌入第二光学系统120的凹部122相比，通过使突起131与第二凹部122a嵌合，从而能够更加正确地将发电元件140配置到第二透镜121的焦点。

并且，也可以事先在玻璃板130上制作突起131后，以突起131为基准来制作第二电极151，并对发电元件140进行设置。

[3-2.效果等]

在采用透镜等聚光型的太阳能电池中，若发电元件140不能正确地配置到第二透镜121的焦点，则太阳能电池模块100的发电效率就会降低。因此，为了使发电元件140处于第二透镜121的焦点，而需要正确地将玻璃板130配置到第二光学系统120的凹部122。

在本实施方式中，通过使玻璃板130的突起131与第二光学系统120的第二凹部122a嵌合，从而发电元件140被配置到第二透镜121的焦点的位置。因此，能够以廉价的装置来正确地将发电元件140配置到焦点位置，这样能够降低太阳能电池模块的制造成本。

(其他的实施方式)

如以上所述，通过实施方式1～3对本申请所公开的技术进行了举例说明。但是，本申请的技术并非受此所限。也能够适用于对各种构成进行的变更、替换、附加、以及省略后的实施方式。并且，能够对上述的实施方式1～3所说明的各个构成要素进行组合，而成为新的实施方式。

在此，对其他的实施方式进行举例。

图6是其他的实施方式的第二光学系统120的一部分的放大图。在太阳能电池模块100，在发电元件140的背面，即在发电元件140的受光面以外的面设置绝缘性树脂190，并通过在其上涂布含有银的散热膏191等。其他的构成与实施方式1相同。

散热膏191以在绝缘性树脂190的表面空出周边部分的方式而被设置。据此，能够防止具有导电性的散热膏191与第一电极150接触而造成短路。并且，散热膏191在被涂布到绝缘性树脂190之后，最好是迅速干燥，并使其表面粗糙。据此，能够使散热膏191的表面积增加，从而能够将散热膏191内的热高效地释放到外部。散热膏191可以采用热传导性高的材料，可以使用含有银或铝的膏状物、硅类树脂、润滑脂等部件。绝缘性树脂190例如采用分散了金属粒子的聚酰亚胺树脂、硅类树脂、丙烯酸类树脂、环氧树脂。据此，能够高效地将发电元件140产生的热释放到外部。绝缘性树脂190的厚度为0.01mm～5mm，优选为0.1～1mm。

通过在发电元件140的背面藉由绝缘性树脂190存在散热膏191，从而能够将发电元件140所产生的热分散到散热膏191。这样，能够抑制发电元件140的温度上升，从而能够抑制因发电元件140的温度上升而造成的发电效率的降低。

图7A是示出其他的实施方式中与第二光学系统120的受光面相反的面的斜视图。图7B是用于说明在该其他的实施方式中，配置了第一电极150的第二光学系统120的斜视图。如图7A所示，在第二光学系统120的基底部124的背面形成有槽125，该槽125的宽度不同且具有周期性。槽125的宽度优选为1～5mm，深度优选为0.1mm～1mm。如图7B所示，在槽125配置与槽125的形状和深度相吻合的第一电极150。第一电极150能够通过对铜、镍，铝的压延板进行冲压、或者通过蚀刻来制作。第一电极150与实施方式1同样，利用粘着剂160来配置在槽125。

通过在第二光学系统120事先形成周期上宽度不同的槽125，从而第一电极150仅通过机械上的嵌合就能够准确地配置到第二光学系统120的背面。因此，由于能够利用简单的装置来形成第一电极150，从而能够降低太阳能电池模块100的制造成本。

以下利用图8对其他的实施方式中的太阳能电池模块100进行说明。在实施方式1中，对于第二电极151与第一焊盘电极141以及第二焊盘电极142的接合采用了焊膏。但是并非受此所限。如图8所示，也可以在发电元件140的第一焊盘电极141以及第二焊盘电极142上设置铜的细线171，来与第二电极151连接。细线171是直径为100μm左右的纳米导线，进行周知的光烧结(Photo Sintering)，与第二电极151接合。这样，能够以更高的焊接精确度来进行发电元件140的接合。另外，细线171的材料优选为与接合的第二电极151相同的材料，但是不仅受限于铜，也可以是金、银。据此，相对于玻璃板130能够将发电元件140配置到更正确的位置，藉由玻璃板130能够使发电元件140准确地位于第二透镜121的焦点。

并且，上述的实施方式为对本申请中的技术进行的示例，在权利要求书或其他等同的范围中能够进行各种变更、替换、添加、省略等。例如，定位部不仅可以是凹部122，也可以是竖立在基底部124的背面的插脚等。

本申请能够适用于聚光型的太阳能电池装置。