JP2011009461A - 光電変換装置および光電変換装置用部品 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換装置における集光効率を向上させること。
【解決手段】光電変換装置は、パッケージ１と、パッケージ１に実装された光電変換素子２と、パッケージ１に接合された集光部材３と、集光部材３に接合されたカバー４とを含んでいる。集光部材３は、光電変換素子２の上方の空間を囲んでおり、光を散乱させる光反射部３１を有している。カバー４は、光電変換素子２の上方の空間を覆っている。光反射部３１は、ポーラス状に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光電変換装置および光電変換装置用部品に関するものである。

近年、光電変換素子を有する光電変換装置の開発が進められている。例示的な光電変換装置としては、太陽エネルギーを電力に変換する太陽電池装置がある。特に、発電効率の向上を目的として、集光型の太陽電池装置の開発が進められている。光電変換装置は、光エネルギーを電力エネルギーに変換する光電変換素子を有している。光電変換装置が例えば太陽電池装置の場合、光電変換素子は、太陽エネルギーを電力エネルギーに変換する太陽電池素子である。

特開２００５−２８５９４８号公報

光電変換装置の開発において、光電変換の効率の向上が求められている。特に、集光型の光電変換装置は、光電変換素子における光電変換の効率を向上させることを目的に、集光効率に関する改善が求められている。

本発明の一つの態様によれば、光電変換装置は、パッケージと、パッケージに実装された光電変換素子と、パッケージに接合された集光部材と、集光部材に接合されたカバーとを含んでいる。集光部材は、光電変換素子の上方の空間を囲んでおり、光反射部が光を散乱させる光反射部を有している。カバーは、光電変換素子の上方の空間を覆っている。

本発明の他の態様によれば、光電変換装置用部品は、光電変換素子の実装領域を有しているパッケージと、パッケージに接合される集光部材と、集光部材に接合されるカバーとを含んでいる。集光部材は、光電変換素子の上方の空間を囲み、光反射部が光を散乱させる光反射部を有している。カバーは、光電変換素子の上方の空間を覆う。

本発明の一つの態様によれば、光電変換装置は、パッケージに接合された集光部材を含んでいる。集光部材は、光電変換素子の上方の空間を囲んでおり、光反射部が光を散乱させる光反射部を有している。光電変換装置は、このような構成により、集光効率に関して向上されている。

本発明の他の態様によれば、光電変換装置用パッケージは、パッケージに接合される集光部材を含んでいる。集光部材は、光電変換素子の上方の空間を囲み、光反射部が光を散乱させる光反射部を有している。光電変換装置用部品は、このような構成により、集光効率に関して改善された光電変換装置を実現させることができる。

本発明の一つの実施形態における光電変換装置を示す斜視図である。 図１に示された光電変換装置の縦断面図および部分的な拡大模式図を示している。 図１に示されたパッケージ１の分解斜視図を示している。

以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について図面を参照して説明する。

本発明の一つの実施形態における光電変換装置は、図１に示されているように、パッケージ１と、パッケージ１に実装された光電変換素子２と、パッケージ１の上に設けられた集光部材３と、集光部材３に固定されたカバー４とを含んでいる。図１において、光電変換装置は、仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面に実装されている。図１において、光電変換装置の内部構造を示すことを目的に、パッケージ１および集光部材３が透視された状態で示されており、光電変換素子２が破線によって示されている。

光電変換装置の例は、太陽電池装置である。さらに具体的に、光電変換装置は、例えば集光型の太陽電池装置である。

図２に示されているように、パッケージ１は、ベース部１１と、ベース部１１の上に設けられたフレーム部１２と、ベース部１１の上に設けられた第１の端子１３と、フレーム部１２の上に設けられた第２の端子１４とを含んでいる。

ベース部１１１およびフレーム部１１２は、実質的に絶縁材料からなる。絶縁材料の例は、セラミックスである。従って、光電変換装置１は、耐環境性に関して改善されている。

第１の端子１３は、ベース部１１におけるフレーム部１２に囲まれた領域に設けられている。第１のリード端子１３は、ベース部１１およびフレーム部１２の間に設けられており、ベース部１１およびフレーム部１２に接合されている。例示的な第２の端子１３は、銅を含んでいる。第２の端子１３は、実質的に無酸素銅からなる。従って、光電変換装置は、熱伝導または低抵抗化に関して改善されている。他の例示的な第１の端子１３は、実質的に鉄−ニッケル−コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）合金からなる。第１の端子１３は、光電変換素子２の実装領域を有している。本実施形態において、第１の端子１３は、リード端子である。

第２の端子１４は、導体パターン１４１およびリード端子１４２を含んでいる。図３に示されているように、導体パターン１４１は、フレーム部１２の上面に全面的に形成されており、キャビティ領域を囲んでいる。図３において、導体パターン１４１は、ドット模様によって示されている。図３において、パッケージ１は、全体構成を示すことを目的に、分解された状態で示されている。フレーム部１２が実質的にセラミックスからなる場合、例示的な導体パターン１４１は、フレーム部１２とともに焼成されたメタライズ層である。導体パターン１４１は、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）を含んでいる。

リード端子１４２は、リング部１４３および端子部１４４を有している。リード端子１４２は、リング部１４３において導体パターン１４１に接合されている。リング部１４３の開口部の面積は、導体パターン１４１の開口部の面積より大きい。図３において、導体パターン１４１におけるリング部１４３の内周位置が、破線によって示されている。例示的なリード端子１４２は、銅を含んでいる。リード端子１４２は、実質的に無酸素銅からなる。他の例示的なリード端子１４２は、実質的に鉄−ニッケル−コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）合金からなる。

再び図２を参照して、光電変換素子２は、パッケージ１のキャビティ部に収容されており、第１の端子１３の上に設けられている。光電変換素子２は、第１の端子１３および第２の端子１４に電気的に接続されている。光電変換素子２は、ボンディングワイヤを介して導体パターン１４１に電気的に接続されている。

例示的な光電変換素子２は、III−Ｖ族化合物半導体を含んでいる太陽電池素子である。例示的な太陽電池素子は、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ３接合型セルの構造を有している。インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）トップセルは、６６０ｎｍ以下の波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ミドルセルは、６６０ｎｍから８９０ｎｍまでの波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。ゲルマニウム（Ｇｅ）ボトムセルは、８９０ｎｍから２０００ｎｍまでの波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。３つのセルは、トンネル接合を介して直列に接続されている。開放電圧は、３つのセルの起電圧の和である。

集光部材３は、パッケージ１の上端部に接合されている。さらに具体的に、集光部材３は、リード端子１４２のリング部１４３に接合されている。

集光部材３は、上端部から下端部に向かうに伴って開口面積が小さくなる貫通孔を有している。光電変換素子２の上方の空間を囲んでいる光反射部３１を有している。光反射部３１は、集光部材３の少なくとも内側表面部分に設けられている。上端部の開口部に入射された光は、光反射部３１において繰り返し全反射される。集光部材３は、光の反射によって貫通孔の開口積内の光エネルギーの強度分布を均等化するという機能を有している。光反射部３１は、光を散乱させるように反射する。

光の“散乱”の例としては、ポーラス状に形成された光反射部３１において光の全反射によって起こる乱反射がある。図２における拡大模式図に示されているように、ポーラス状に形成された光反射部３１は、複数の粒子３１２および複数のセル３１４を含んでいる。例示的な粒子３１２は、セラミック粒子である。セル３１４の構造例は空隙である。セル３１４の他の構造例は、粒子３１２より光の屈折率の小さい媒質が充填されたものである。この他の構造例の場合、例えば、集光部材３１の内側空間に粒子３１２より光の屈折率の小さいガスが充填されている。

“ポーラス状”とは、複数の粒子３１２を有する構造体において、１５％から４３％までの範囲に含まれる気孔率を有している。光反射部３１の気孔率の例示的な測定方法は、マイクロメリティクス（Micromeritics）社製のポアサイザー（Pore Sizer）９３１０型による水銀圧入法である。

粒子３１２は、セル３１４より屈折率が大きい。粒子３１２に入射された光は、粒子３１２とセル３１４との界面において全反射される。粒子３１２とセル３１４との界面は様々な方向を向いていることにより、光反射部３１に入射された光は乱反射される。

この例における光電変換装置は、光の全反射によって光を光電変換素子２に導くことにより、光を反射させるときにおける光の損失を低減させることができ、集光効率に関して改善されている。

光の“散乱”の他の例としては、粗面化された表面において光が複数の方向に反射されることにより起こる乱反射がある。“粗面化された表面”とは、例えば、０．４μｍから０．８μｍまでの範囲に含まれる算術平均粗さＲａを有する表面のことをいう。光反射部３１は、実質的にセラミックスからなる。

本実施形態における光電変換装置は、光を乱反射させる光反射部３１を有する集光部材３を含んでいることにより、光電変換素子２の受光面における光の均一化を図ることができる。従って、光電変換装置は、光電変換素子２における光電変換の効率を向上させることができ、発電効率に関して改善されている。

カバー４は、集光部材３の上端部に設けられており、透光性を有している。カバー４の“透光性”とは、例えば光電変換装置が太陽電池装置である場合には、太陽光の少なくとも一部の波長が透過できることをいう。カバー４は、集光部材３の上端部に接合されている。

本実施形態において、光電変換装置は、パッケージ１と集光部材３とカバー４とによって光電変換素子２を気密封止していることにより、耐環境性に関して改善されている。

本実施形態において、光電変換装置は、集光部材３を含む構造によって光電変換素子２を気密封止していることにより、気密封止のための構成とは別に集光のための部材を有する構造に比べて、生産性に関して改善されている。

１ パッケージ
２ 光電変換素子
３ 集光部材
４ カバー

Claims (5)

1. パッケージと、
   前記パッケージに実装された光電変換素子と、
   前記パッケージに接合されているとともに、前記光電変換素子の上方の空間を囲んでいる光反射部を有しており、前記光反射部が光を散乱させる集光部材と、
   前記集光部材に接合されており、前記空間を覆っているカバーと、
   を備えた光電変換装置。
2. 前記光反射部が、ポーラス状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
3. 前記光反射部が、空隙を含んでいることを特徴とする請求項２記載の光電変換装置。
4. 前記光反射部は、粗面化された表面を有していることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
5. 光電変換素子の実装領域を有しているパッケージと、
   前記パッケージに接合されるとともに、前記光電変換素子の上方の空間を囲む光反射部を有しており、前記光反射部が光を散乱させる集光部材と、
   前記集光部材に接合されるとともに、前記空間を覆うカバーと、
   を備えた光電変換装置用部品。

Images