(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子搭載基板と、
前記素子搭載基板の一主面に設けられる光電変換素子と、
前記素子搭載基板の一主面に前記光電変換素子を取り囲むように設けられる枠体と、
前記枠体に接合されるとともに、前記光電変換素子の上方に空間を介して設けられる集光部材と、
平面透視して、前記枠体で囲まれる領域内のみで、前記素子搭載基板の他主面に当接して設けられる熱伝導性基板と、を備え、
前記熱伝導性基板の側面の一部は、前記素子搭載基板との当接部より外側であって前記素子搭載基板の他主面に沿った方向に突出するとともに、前記素子搭載基板の他主面から離れて設けられる延在部を有していることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換装置であって、
前記光電変換素子と電気的に接続されるとともに、前記光電変換素子の出力を外部に取り出す第１の出力端子および第２の出力端子を有していることを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光電変換装置であって、
前記延在部は、平面透視して、前記枠体の外側の領域にまで延在されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
光電変換素子が搭載される搭載部を有した素子搭載基板と、
前記素子搭載基板の一主面に前記搭載部を取り囲むように設けられる枠体と、
前記枠体に接合されるとともに、前記光電変換素子の搭載予定位置よりも上方位置に設けられる集光部材と、
平面透視して、前記枠体で囲まれる領域内のみで、前記素子搭載基板の他主面に当接して設けられる熱伝導性基板と、を備え、
前記熱伝導性基板の側面の一部は、前記素子搭載基板との当接部より外側であって前記素子搭載基板の他主面に沿った方向に突出するとともに、前記素子搭載基板の他主面から離れて設けられる延在部を有していることを特徴とする光電変換素子収納用パッケージ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置上に設けられ、前記集光部材に光を集める受光部材と、
を備えたことを特徴とする光電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置、光電変換素子収納用パッケージ、及びにその光電変換装置を用いる光電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。この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に変換する太陽電池素子である。集光された太陽光を効率良く太陽電池素子に照射する構造が、例えば、特許文献１に、開示されている。
【０００３】
上記特許文献１で提案されている太陽電池装置は、光電変換する太陽電池素子を搭載するレシーバ基板と、太陽電池素子を樹脂封止する樹脂封止部と、レシーバ基板上の太陽電池素子へ太陽光を導光する光学部材と、光学部材を保持し、レシーバ基板上に配置された光学保持部と、を含んで構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８７９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１で提案された太陽電池装置の構造では、太陽光等の照射によって、レシーバ基板で発生した熱が光学保持部を介して、光学部材に伝導し、その結果として、光学部材の熱膨張に起因して位置ずれ等を生じる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、放熱性に優れた光電変換装置、光電変換素子収納用パッケージ及び光電変換モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る光電変換装置は、素子搭載基板と、前記素子搭載基板の一主面に設けられる光電変換素子と、前記素子搭載基板の一主面に前記光電変換素子を取り囲むように設けられる枠体と、前記枠体に接合されるとともに、前記光電変換素子の上方に空間を介して設けられる集光部材と、平面透視して、前記枠体で囲まれる領域内のみで、前記素子搭載基板の他主面に当接して設けられる熱伝導性基板と、を備え、前記熱伝導性基板の側面の一部は、前記素子搭載基板との当接部より外側であって前記素子搭載基板の他主面に沿った方向に突出するとともに、前記素子搭載基板の他主面から離れて設けられる延在部を有していることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第２の様態に係る光電変換素子収納用パッケージは、光電変換素子が搭載される搭載部を有した素子搭載基板と、前記素子搭載基板の一主面に前記搭載部を取り囲むように設けられる枠体と、前記枠体に接合されるとともに、前記光電変換素子の搭載予定位置よりも上方位置に設けられる集光部材と、平面透視して、前記枠体で囲まれる領域内のみで、前記素子搭載基板の他主面に当接して設けられる熱伝導性基板と、を備え、前記熱伝導性基板の側面の一部は、前記素子搭載基板との当接部より外側であって前記素子搭載基板の他主面に沿った方向に突出するとともに、前記素子搭載基板の他主面から離れて設けられる延在部を有していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の第３の様態に係る光電変換モジュールは、前記光電変換装置と、前記光電変換装置上に設けられる受光部材と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、放熱性に優れた光電変換装置、光電変換素子収納用パッケージ及び光電変換モジュールを提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る光電変換モジュールの概観を示す分解斜視図である。
【図２】本実施形態に係る光電変換装置の概観斜視図である。
【図３】本実施形態に係る光電変換装置の集光部材を除いた概観斜視図である。
【００１２】
【図４】図２に示す光電変換装置をＡ−Ａ線で切断したときの断面図である。
【図５】図４に示す光電変換装置の平面図であって、（Ａ）は、光電変換素子を搭載した状態を示す光電変換装置の平面図である。また、（Ｂ）は、光電変換素子を除き、熱伝導性基板の当接位置を示す光電変換装置の平面図である。また、（Ｃ）は、熱伝導性基板の素子搭載基板との当接状態を示す光電変換装置の概略断面図である。
【図６】本実施形態の変形例１に係る光電変換装置の断面図である。
【図７】本実施形態の変形例２に係る光電変換装置の断面図である。
【図８】図７に示す変形例２に係る光電変換装置の平面図であって、（Ａ）は、光電変換素子を搭載した状態を示す光電変換装置の平面図である。また、（Ｂ）は、光電変換素子を除き、熱伝導性基板の当接位置を示す光電変換装置の平面図である。また、（Ｃ）は、熱伝導性基板の素子搭載基板との当接状態を示す光電変換装置の概略断面図である。
【図９】本実施形態の変形例３に係る光電変換装置の平面図であって、（Ａ）は、光電変換素子を搭載した状態を示す光電変換装置の平面図である。また、（Ｂ）は、光電変換素子を除き、熱伝導性基板の当接位置を示す光電変換装置の平面図である。また、（Ｃ）は、熱伝導性基板の素子搭載基板との当接状態を示す光電変換装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る光電変換モジュール、光電変換装置及び光電変換素子収納用パッケージについて、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
＜実施形態＞
＜光電変換モジュールの構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る光電変換モジュール１の概観斜視図と、その一部を拡大した分解斜視図である。また、図２は、図１に示す光電変換装置２の概観斜視図である。また、図３は、集光部材を取り除いた光電変換装置２の概観斜視図である。また、図４は、光電変換装置２の断面図である。また、図５は、集光部材を取り除いた光電変換装置２の平面図であって、図５（Ａ）は、光電変換素子を搭載した状態を示す光電変換装置２の平面図である。また、図５（Ｂ）は、光電変換素子を取り除き、熱伝導性基板を配置した状態を示す光電変換装置２の平面図である。
【００１５】
本実施形態に係る光電変換モジュール１は、太陽光エネルギーを電力に変換する太陽光発電モジュールである。また、本実施形態に係る光電変換装置２は、光エネルギーを電力に変換する光電変換素子９を含んでいる。かかる光電変換素子９は、例えば、太陽光エネルギーを電力に変換する機能を備えている太陽電池素子である。
【００１６】
光電変換モジュール１は、複数の光電変換装置２と、複数の光電変換装置２の上方に設けられた受光部材３と外部基板４を含んで構成される。受光部材３は、外部からの光を受光するとともに、受光した光を集光部材１１に集める機能を備えている。また、受光部材３は、複数個のレンズ部材３ｂが矩形のフレーム部材３ａに固定されることにより構成されている。受光部材３のレンズ部材３ｂは、例えば、ドーム状のフレネルレンズであり、例えば、アクリル樹脂等の光学的特性に優れた樹脂材料からなる。複数の光電変換装置２は、外部基板４に実装されている。受光部材３は、外部基板４に固定されており、複数の光電変換装置２を覆っている。
【００１７】
また、外部基板４は、光電変換装置２から発せられる熱を放散させる機能を備えている。外部基板４は、例えば、アルミニウム、銅、炭素−金属複合材等の金属材料から成る。なお、外部基板４の熱伝導率は、例えば、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。
【００１８】
受光部材３に入射された光は、光電変換装置２の集光部材１１の上端部に集められる。すなわち、集光部材１１は、受光部材３によって集められた光を光電変換素子９に導く機能を備えている。集光部材１１に入射された光は、集光部材１１で反射を繰り返しながら集光部材１１の上端部から下端部へ進み、集光部材１１の下端部から光電変換素子９の上面に入射される。そして、光電変換素子９は、光エネルギーを電力に変換する。
【００１９】
光電変換装置２は、図４に示すように、素子搭載基板５と、素子搭載基板５の一主面に設けられる台座６と、素子搭載基板５の一主面に設けられる光電変換素子９と、光電変換素子９と電気的に接続されるともに、光電変換素子９の出力を外部に取り出す第１の出力端子８ａと第２の出力端子８ｂと、素子搭載基板５の一主面の光電変換素子９を取り囲むように設けられる枠体１０と、枠体１０に接合されるとともに、光電変換素子９の上方に空間を介して設けられる集光部材１１と、平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内であって、素子搭載基板５の他主面に当接して設けられる熱伝導性基板１２と、を備えている。なお、枠体１０は、素子搭載基板５の一主面を環状に取り囲むように形成されている。
【００２０】
素子搭載基板５及び素子搭載基板５の一主面に設けられる台座６は、平面透視したときに矩形状に形成された部材である。また、枠体１０は、平面透視したときに矩形状に形成された部材である。素子搭載基板５、台座６又は枠体１０の平面透視したときの形状は、矩形状に限らず、円形状等の形状にすることができる。なお、枠体１０の形状は、接合される集光部材１１の形状に合わせて形成されることが好ましい。
【００２１】
素子搭載基板５、台座６及び枠体６は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体又はガラスセラミック等のセラミックス、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケル又はコバルト等の金属材料或いはこれらの金属材料を含有する合金、ガラスエポキシ、アクリル又はエポキシ等の樹脂材料からなる。また、素子搭載基板５の熱膨張係数は、例えば、７（ｐｐｍ／℃）以上９（ｐｐｍ／℃）以下に設定されている。
【００２２】
また、素子搭載基板５の一主面には、第１の導電パターン７ａが形成される。また、素子搭載基板５の他主面には、熱伝導性基板１２が当接される領域にメタライズ層が形成される。
【００２３】
台座６上には、第２の導電パターン７ｂが形成される。第１の導電パターン７ａ及び第２の導電パターン７ｂは、例えば、タングステン、モリブデン又はマンガン等の金属材料からなり、例えば、スクリーン印刷法によるメタライズ形成技術を用いて形成される。
【００２４】
また、枠体１０は、集光部材１１を支持する機能を備える。すなわち、枠体１０は、図４に示すように、枠体１０の上面から枠体６の全周にわたって、枠体１０の内壁側が低くなる方向に傾斜している傾斜面を有する支持部１０ａを有している。枠体１０の支持部１０ａの傾斜の形状は、集光部材１１の傾斜の形状に合わせて形成される。尚、支持部１０ａの傾斜の形状と集光部材１１の傾斜の形状、すなわち、断面視したときの支持部１０ａの傾斜面の傾斜角と集光部材１１の側面の傾斜角の差が、２０°以下の範囲内であれば好ましい。
【００２５】
集光部材１１の側面が枠体１０の支持部１０ａの傾斜面で接合されるため、両者が滑らかに接合され、集光部材１１に傷等が付きにくく、両者を良好に接合することができる。その結果、傷等によって光電変換素子９に導かれる光の進行方向の変化を抑制することができ、集光性を向上することができる。また、枠体１０の支持部１０ａは、枠体１０の上面から内壁面にかけて切り欠いた段差であっても良い。
【００２６】
集光部材１１との接合のために、枠体１０の支持部１０ａの傾斜面には、メタライズ層が形成されている。接合部材１０ｂを介して、支持部１０ａの傾斜面のメタライズ層と集光部材１１の側面部に設けられた金属膜が接合される。メタライズ層としては、例えば、タングステン、モリブデン又はマンガン等の金属材料が、例えば、スクリーン印刷法によるメタライズ形成技術を用いて形成される。なお、集光部材１１の詳細な構成については後述する。
【００２７】
ここで、素子搭載基板５、台座６及び枠体１０がセラミックスで形成される場合について、三者が一体化される状態の素子搭載基板５、台座６及び枠体１０の作製方法について説明する。焼成前の未硬化の素子搭載基板５上の一主面に、例えば、スクリーン印刷法によるメタライズ形成技術を用いて、第１の導電パターン７ａを形成し、他主面に熱伝導性基板１２が当接される領域にメタライズ層を形成する。また、焼成前の未硬化の台座６上に、例えば、スクリーン印刷法によるメタライズ形成技術を用いて、第２の導電パターン７ｂを形成する。また、焼成前の未硬化の枠体１０の支持部１０ａの傾斜面に、例えば、スクリーン印刷法によるメタライズ形成技術を用いて、集光部材１１との接合のためのメタライズ層を形成する。そして、第１の導電パターン７ａが形成された焼成前の未硬化の素子搭載基板５の一主面に、第２の導電パターン７ｂが形成された焼成前の未硬化の台座６、更に、焼成前の未硬化の枠体１０を圧着して、三者を同時に焼成する。このようにして、焼成後に、素子搭載基板５、台座６及び枠体１０が一体化される。
【００２８】
光電変換素子９は、例えば、III−Ｖ族化合物半導体を含んでいる太陽電池素子である。光電変換素子９は、光起電力効果により、受けた光エネルギーを即時に電力に変換して出力することができる。例えば、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。
【００２９】
光電変換素子９の下面には、光電変換素子９の下面電極が形成されている。かかる下面電極は、例えば、銀、アルミニウム等により形成され、低融点半田、導電性エポキシ樹脂等の接合材を介して第１の導電パターン７ａと電気的に接続されている。
【００３０】
また、光電変換素子９の上面には、光電変換素子９の上面電極が形成されている。かかる上面電極は、例えば、銀、アルミニウム等により形成され、導電性ワイヤで第２の導電パターン７ｂと電気的に接続されている。なお、上面電極の第２の導電パターン７ｂに対する導電性ワイヤの接続箇所は、２箇所としているが、これに限らず、３箇所以上としても良い。これにより、導電性ワイヤの１本あたりの電流が低減し、熱の発生を抑制することができる。
【００３１】
更に、第１の導電パターン７ａ及び第２の導電パターン７ｂは、接合材を介して第１の出力端子８ａと第２の出力端子８ｂに電気的に接続されている。第１の出力端子８ａ及び第２の出力端子８ｂは、例えば、鉄−ニッケル−コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）合金である。また、接合材としては、例えば、銀−銅ロウ、低融点半田又は導電性エポキシ樹脂等である。
【００３２】
ここで、例えば、第１の出力端子８ａは、正極として機能する。また、第２の出力端子８ｂは、負極として機能する。そして、光電変換素子９は、第１の出力端子８ａ及び第２の出力端子８ｂに電気的に接続されており、第１の出力端子８ａ及び第２の出力端子８ｂを介して外部に電気を取り出すことができる。
【００３３】
集光部材１１は、側面の全周にわたって金属膜が形成される。尚、金属膜は、枠体１０の支持部１０ａに相当する位置に蒸着法やスパッタ法等の薄膜形成技術によって形成される。金属膜は、例えば、チタン、白金、金、クロム、ニッケル、金、銀、銅、或いはそれらの合金等の金属材料である。集光部材１１の側面の金属膜が、接合部材１０ｂを介して、枠体１０の全周にわたって、枠体１０の支持部１０ａの傾斜面で接合される。両者は、ロウ接合、半田接合又は樹脂接合等で接合される。
【００３４】
また、接合部材１０ｂは、例えば、ロウ材、半田、低融点ガラス又はエポキシ樹脂等からなる。ロウ材としては、例えば、銀−銅ロウ等である。半田としては、金−錫系、金−ゲルマニウム系、錫−鉛系等である。また、低融点ガラスとは、ガラス転移点が６００℃以下のガラスのことをいう。枠体１０と集光部材１１が、枠体１０の支持部１０ａのみで接合されることによって、枠体１０と集光部材１１の接合面積が小さくできる。その結果、枠体１０から集光部材１１への圧縮応力が低減でき、集光部材１１の屈折率の変化による光電変換素子９への照射光の位置ずれを抑制し、集光性を向上することができる。
【００３５】
集光部材１１は、枠体１０の全周にわたって接合されるとともに、光電変換素子９の上方に空間ＳＰを介して設けられる。結果として、光電変換素子９は、素子搭載基体５、台座６、枠体１０及び集光部材１１で囲まれる空間ＳＰに設けられ、気密封止される。内部の空間ＳＰに設けられることによって、光電変換素子９を気密封止することができるため、耐湿性が向上し、光電変換素子９を長期にわたって信頼性良く作動させることができる。
【００３６】
また、集光部材１１は、透光性を有しており、受光部材３から届いた光を光電変換素子９に導く機能を備えている。集光部材１１の透光性とは、光電変換素子９が、太陽電池素子である場合は、太陽光の少なくとも一部の波長領域に含まれる光が透過できることをいう。集光部材１１は、例えば、ホウ珪酸ガラスである。
【００３７】
また、集光部材１１は、集光プリズムであり、その形状は、集光部材１１の上端部から下端部へ光電変換素子９に向かうに従って断面積が小さくなる四角錐台形状である。集光部材１１に届いた光は、集光部材１１の内部と外部との界面において繰り返し反射される。集光部材１１は、光電変換素子９に向かう過程で反射によって断面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備えている。なお、集光部材１１の周囲には、例えば、蒸着法等によって、太陽光を反射する機能を有する反射部材として、金属の薄膜を設けても良い。
【００３８】
また、集光部材１１は、光の反射によって断面積内の光エネルギーの強度分布を均等化する機能を有していればよい。集光部材１１の形状は、集光部材１１の上端部から下端部へ光電変換素子９に向かうに従って断面積が小さくなる円錐台形状であっても良い。なお、枠体１０の形状は、集光部材１１の形状に合わせて形成されることが好ましい。
【００３９】
熱伝導性基板１２は、平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内、すなわち、図５（Ｂ）に示すように、一点鎖線で囲まれる領域内で、素子搭載基板５の他主面に当接して設けられる。なお、熱伝導性基板１２は、平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内のみで、素子搭載基板５の他主面に当接されることが好ましい。熱伝導性基板１２は、熱伝導性の優れた材料からなり、例えば、銅、銀、金、鉄、アルミニウム、ニッケル、コバルト又はクロム等の金属材料、或いはそれらの合金からなる。熱伝導性基板１２は、素子搭載基板５の他主面で、枠体１０で囲まれる領域内に形成されたメタライズ層に、ロウ材を介して、素子搭載基板５と接合される。また、熱導電性基板１２の熱膨張係数は、例えば、７（ｐｐｍ／℃）以上２３（ｐｐｍ／℃）以下に設定されている。
【００４０】
熱伝導性基板１２の熱伝導率は、例えば、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。また、熱伝導性基板１２は、図５（Ｂ）に示すように、平面透視した場合に、熱伝導性基板１２と枠体１０との距離Ｌは、集光部材１１への熱伝導の抑制という点で、Ｌ１は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、Ｌ２は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、Ｌ３は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、Ｌ４は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下にそれぞれ設定されることが好ましい。また、熱伝導性基板１２の厚みＴ１は、素子搭載基板５と熱伝導性基板１２との熱膨張係数の差による接合応力の緩和という点で、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に設定されることが好ましい。
【００４１】
＜光電変換素子収納用パッケージの構成＞
ここで、光電変換素子収納用パッケージについて説明する。光電変換素子収納用パッケージとは、素子搭載基板５の一主面上に光電変換素子９が未搭載の状態である。すなわち、光電変換素子収納用パッケージは、素子搭載基板５の一主面に光電変換素子９が搭載される導電パターンを含む搭載部を有した素子搭載基板５と、素子搭載基板５の一主面の搭載部を取り囲むように設けられる枠体１０と、を備えている。枠体１０は、光電変換素子９の搭載予定位置より上方位置に設けられる予定の集光部材１１を接合するために、枠体１０の内壁側が低くなる方向に傾斜している傾斜面を有している。また、枠体１０の支持部１０ａは、枠体１０の上面から内壁面にかけて切り欠いた段差を有していても良い。
【００４２】
光電変換素子収納用パッケージの素子搭載基板５の一主面に、例えば、半田や樹脂等の接合材を介して光電変換素子９を搭載し、更に、枠体１０に、光電変換素子９の上方に空間を介して集光部材１１が設けられる。更に、熱伝導性基板１２が、平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内で素子搭載基板５の他主面に当接して設けられる。接合部材１０ｂを介して、枠体１０の支持部１０ａのメタライズ層と集光部材１１の金属膜が接合されることにより、集光部材１１が設けられた光電変換装置２となる。
【００４３】
本実施形態によれば、熱伝導性基板１２が、平面透視して、枠体１０で囲まれた領域内で素子搭載基板５の他主面に当接して設けられることで、光電変換素子９で発生する熱が熱伝導性基板１２に効率良く放熱されるため、光電変換素子９の温度上昇を抑制することができる。その結果、光電変換素子９の温度上昇が抑制され、光電変換素子９の変換効率の低下を抑制することができる。
【００４４】
また、熱伝導性基板１２が、平面視して、枠体１０で囲まれた領域内で素子搭載基板５の他主面に当接して設けられているため、光電変換素子９から熱伝導性基板１２に伝導される熱を、枠体１０にまで伝導するのを抑制することができるため、枠体１０に接合されている集光部材１１は、光電変換素子９で発生した熱の影響を受けにくくなる。結果として、枠体１０から集光部材１１に伝導する熱を低減することができる。集光部材１１が熱の影響を受けにくくなることによって、集光部材１１の熱膨張による集光効率の低下が抑制される。すなわち、集光部材１１と光電変換素子９との高さの変動や光電変換素子９への照射光の位置ずれによる集光効率の低下が抑制される。
【００４５】
また、例えば、枠体１０から集光部材１１に熱が多く伝導すると、枠体１０と集光部材１１とを接続する接続部材１０ｂが熱の影響を受けて、集光部材１１の位置ずれが発生し、集光部材１１から光電変換素子９への照射光の位置ずれにより集光性が低下する虞がある。本実施例によれば、熱伝導性基板１２を平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内に当接して設けることで、熱伝導性基板１２から枠体１０に伝導する熱を低減することができる。結果として、枠体１０から集光部材１１に伝導する熱を低減することができるため、枠体１０と集光部材１１とを接続する接続部材１０ｂが熱の影響を受けにくく、集光部材１１の位置ずれが抑制され、集光部材１１から光電変換素子９への照射光の位置ずれを抑制することができ、集光性を向上することができる。
【００４６】
また、例えば、集光部材１１で集光された太陽光が、光電変換素子９以外の領域に、位置ずれした状態で多く照射されると、素子搭載基板５の温度が上昇する。本実施例によれば、熱伝導性基板１２に効率良く放熱されるため、集光部材１１で集光された太陽光が、光電変換素子９以外の領域に、位置ずれした状態で照射されても、素子搭載基板５の温度上昇を抑制することができる。結果として、集光された太陽光の位置ずれに起因して発生する熱による素子搭載基板５の温度上昇及び光電変換素子９の変換効率の低下を抑制することができる。
【００４７】
＜光電変換モジュールの製造方法＞
ここで、図１に示す光電変換モジュール１及び図２に示す光電変換装置２の製造方法を説明する。
【００４８】
まず、素子搭載基板５、台座６及び枠体１０を準備する。素子搭載基板５、台座６及び枠体１０が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム及び酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤又は溶剤等を添加混合して混合物を得る。そして、素子搭載基板５、台座６及び枠体１０の型枠内に、混合物を充填して乾燥させた後、焼結前の素子搭載基板５、台座６及び枠体１０を取り出す。
【００４９】
また、タングステン又はモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤又は溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。
【００５０】
そして、取り出した焼結前の素子搭載基板５の一主面に対して、例えばスクリーン印刷法を用いて、金属ペーストを塗って、第１の導電パターン７ａとなるメタライズ層を形成する。また、素子搭載基板５の他主面に対して、熱伝導性基板１２が当接される領域に、例えばスクリーン印刷法を用いて、金属ペーストを塗って、メタライズ層を形成する。
【００５１】
また、取り出した焼成前の未硬化の台座６上に、例えばスクリーン印刷法を用いて、金属ペーストを塗って、第２の導電パターン７ｂを形成する。また、取り出した焼結前の枠体１０の支持部１０ａの傾斜面に対して、例えばスクリーン印刷法を用いて、金属ペーストを塗って、集光部材１１との接合のためのメタライズ層を形成する。
【００５２】
さらに、素子搭載基板５の一主面に台座６及び枠体１０を載せて加圧させることで、三者を密着させる。そして、三者を約１６００℃の温度で焼成することにより、素子搭載基板５、台座６及び枠体１０の一体品を作製することができる。その後、一体焼成された素子搭載基板５、台座６及び枠体１０に、熱伝導性基板１２を、素子搭載基板５の他主面に形成されたメタライズ層にロウ材を介して接合する。
【００５３】
次に、素子搭載基板５、台座６及び枠体１０で囲まれる領域であって、第１の導電パターン７ａ上に、例えば、導電性エポキシ樹脂で光電変換素子９を実装する。そして、第１の導電パターン７ａと光電変換素子９の下面電極とを電気的に接続する。また、第２の導電パターン７ｂから、光電変換素子７の上面電極に対して、導電性ワイヤを介して電気的に接続する。そして、枠体１０の支持部１０ａに半田を介して集光部材１１を接合する。このようにして、光電変換装置２を作製することができる。
【００５４】
次に、光電変換モジュール１の作製方法について説明する。まず、複数個の光電変換装置２と、外部基板４を準備する。ここでは、二つの光電変換装置２の接続方法について説明する。一方の光電変換装置２の第１の出力端子８ａと他方の光電変換装置２の第２の出力端子８ｂとが隣り合うように、両者を配置する。そして、配置した二つの光電変換装置２を外部基板４上に設け、接続部材を介して配置した二つの光電変換装置２を接続する。その結果、二つの光電変換装置２を外部基板４に対して固定することができる。
【００５５】
このようにして、光電変換装置２を外部基板４に固定することができる。同様にして、複数個の光電変換装置２を外部基板４に配置して固定する。そして、外部基板４に配置した複数個の光電変換装置２上に受光部材３を設けることで、光電変換モジュール１を作製することができる。
【００５６】
＜変形例＞
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。以下、本実施形態の変形例について説明する。なお、本実施形態の変形例に係る光電変換装置のうち、本実施形態に係る光電変換装置２と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
【００５７】
＜変形例１＞
上記実施例に係る光電変換装置２は、素子搭載基板５の一主面に第１の導電パターン７ａが形成され、台座６に第２の導電パターン７ｂが形成され、その上に枠体１０を配置する構造としているが、これに限らない。図６に示すように、素子搭載基板５の一主面に、第１の導電パターン７ａ及び第２の導電パターン７ｂを形成し、素子搭載基板５の一主面に枠体１０を配置する構造にしてもよい。その結果、光電変換装置２は、素子搭載基板５と枠体１０で構成される構造となり、台座６を使用しないため、製造プロセスを削減することができる。
【００５８】
＜変形例２＞
上記実施形態に係る光電変換装置２は、熱伝導性基板１２が、平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内に当接するように設けられているが、これに限らない。熱伝導性基板１２が、図７に示すように、熱伝導性基板１２が、平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内に当接するように設けられ、更に、熱伝導性基板１２の両側面の一部が、素子搭載基板５の他主面に沿った方向に突出するとともに、素子搭載基板５の他主面と間を空けて設けられる延在部１３を有している。
【００５９】
光電変換装置２は、図８に示すように、素子搭載基板５と当接する熱伝導性基板１２の上面と対向する下面の面積を大きくするとともに、熱伝導性基板１２は、平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内、すなわち、図８（Ｂ）に示すように、一点鎖線で囲まれる領域内で、素子搭載基板５に当接して設けられる。更に、熱伝導性基板１２の延在部１３は、図８（Ｃ）に示すように、素子搭載基板５の他主面との間に空隙Ａ１を有して設けられる。なお、熱伝導性基板１２は、平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内のみで、素子搭載基板５の他主面に当接されることが好ましく、また、熱伝導性基板１２の延在部１３は、平面透視して、枠体１０の下面で、素子搭載基板５の他主面との間に空隙Ａ１を有して設けられることが好ましい。
【００６０】
光電変換装置２は、素子搭載基板５と当接する熱伝導性基板１２の上面より下面の面積を大きくすることで、外部基板４上に固定する際に、光電変換装置２の安定性を向上させることができる。また、熱伝導性基板１２に、螺子穴を設けて、外部基板４に螺子を締めて直接固定することで、より簡易的な固定ができる。
【００６１】
また、素子搭載基板５の他主面との間に空隙Ａ１を有することで、熱伝導性基板１２から枠体１０に伝わる熱を抑制することができる。その結果、枠体１０に接合されている集光部材１１は、光電変換素子９で発生した熱の影響が抑制される。
【００６２】
また、素子搭載基板５の他主面との間に空隙Ａ１を有することで、光電変換素子９から発生する熱を、熱伝導性基板１２を介して効果的に外部に放散することができる。
【００６３】
熱伝導性基板１２の熱伝導率は、例えば、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。また、熱伝導性基板１２は、図８（Ｂ）に示すように、平面透視した場合に、熱伝導性基板１２と枠体１０との距離Ｍは、集光部材１１への熱伝導の抑制という点で、Ｍ１は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、Ｍ２は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、Ｍ３は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、Ｍ４は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下にそれぞれ設定されることが好ましい。
【００６４】
また、図８（Ｃ）に示すように、熱伝導性基板１２の厚みＴ２は、素子搭載基板５と熱伝導性基板１２との熱膨張係数の差による接合応力の緩和という点で、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に設定されることが好ましい。
【００６５】
また、素子搭載基板５の他主面との間の空隙Ａ１は、集光部材11への熱伝導の抑制という点で、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定されることが好ましい。
【００６６】
図８では、熱伝導性基板１２の両側面の一部が、素子搭載基板５の他主面に沿った方向に突出するとともに、素子搭載基板５の他主面と間を空けて設けられる延在部１３を有しているが、これに限らない。熱伝導性基板１２の一方の側面の一部が素子搭載基板５の他主面に沿った方向に突出するとともに、素子搭載基板５の他主面と間を空けて設けられる延在部１３を有し、熱伝導性基板１２の他方の側面の一部は、平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内に設けてもよい。熱伝導性基板１２は、平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内のみで、素子搭載基板５の他主面に当接されることが好ましい。
【００６７】
＜変形例３＞
上記変形例２の光電変換装置２は、熱伝導性基板１２が、熱伝導性基板１２の両側面の一部を素子搭載基板５の他主面に沿った方向に突出するとともに、素子搭載基板５の他主面と間を空けて設けられる延在部１３を有しているが、これに限らない。熱伝導性基板１２が、図９に示すように、熱伝導性基板１２が、平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内で当接するように設けられる。更に、熱伝導性基板１２の両側面の一部が、素子搭載基板５の他主面に沿った方向に突出するとともに、素子搭載基板５の他主面と間を空けて設けられる延在部１３を有し、平面透視して、熱伝導性基板１２の延在部１３が、第１の出力端子８ａと第２の出力端子８ｂと重ならないように切り欠き部を有している。
【００６８】
光電変換装置２は、図９に示すように、素子搭載基板５と当接する熱伝導性基板１２の上面と対向する下面の面積を大きくするとともに、熱伝導性基板１２は、平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内、すなわち、図９（Ｂ）に示すように、一点鎖線で囲まれる領域内で、素子搭載基板５に当接して設けられる。更に、図９（Ｃ）に示すように、熱伝導性基板１２の延在部１３は、素子搭載基板５の他主面との間に空隙Ａ２を有して設けられる。なお、熱伝導性基板１２は、平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内のみで、素子搭載基板５の他主面に当接されることが好ましく、また、熱伝導性基板１２の延在部１３は、平面透視して、枠体１０の下面で、素子搭載基板５の他主面との間に空隙Ａ１を有して設けられることが好ましい。
【００６９】
光電変換装置２は、素子搭載基板５と当接する熱伝導性基板１２の上面より下面の面積を大きくすることで、外部基板４上に固定する際に、光電変換装置２の安定性を向上させることができる。また、熱伝導性基板１２に、螺子穴を設けて、外部基板４に螺子を締めて直接固定することで、より簡易的な固定ができる。
【００７０】
また、素子搭載基板５の他主面との間に空隙Ａ２を有することで、熱伝導性基板１２から枠体１０に伝わる熱を抑制することができる。その結果、枠体１０に接合されている集光部材１１は、光電変換素子９で発生した熱の影響が抑制される。
【００７１】
また、素子搭載基板５の他主面との間に空隙Ａ２を有することで、光電変換素子９から発生する熱を、熱伝導性基板１２を介して効果的に外部に放散することができる。
【００７２】
また、熱伝導性基板１２の一部が、平面透視して、第１の出力端子８ａと第２の出力端子８ｂと重ならないように熱伝導性基板１２の延在部１３の一部に切り欠き部を有しているので、熱伝導性基板１２が、熱伝導性基板１２と第１の出力端子８ａと第２の出力端子８ｂとの間で、電気的にショートすることを抑制することができる。
【００７３】
熱伝導性基板１２の熱伝導率は、例えば、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。また、熱伝導性基板１２は、図９（Ｂ）に示すように、平面透視した場合に、熱伝導性基板１２と枠体１０との距離Ｎは、集光部材11への熱伝導の抑制という点で、Ｎ１は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、Ｎ２は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、Ｎ３は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、Ｎ４は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下にそれぞれ設定されることが好ましい。
【００７４】
また、平面透視した場合に、熱伝導性基板１２の延在部１３と第１の出力端子８ａ及び第２の出力端子８ｂとの間隙Ｓは、熱伝導性基板１２の延在部１３と第１の出力端子８ａ及び第２の出力端子８ｂとの電気的絶縁という点で、Ｓ１は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、Ｓ２は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下，Ｓ３は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、Ｓ４は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定されることが好ましい。
【００７５】
また、図９（Ｃ）に示すように、熱伝導性基板１２の厚みＴ３は、素子搭載基板５と熱伝導性基板１２との熱膨張係数の差による接合応力の緩和という点で、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に設定されることが好ましい。
【００７６】
また、素子搭載基板５の他主面との間の空隙Ａ２は、集光部材１１への熱伝導の抑制という点で、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定されることが好ましい。
【００７７】
図９では、熱伝導性基板１２の両側面の一部が、素子搭載基板５の他主面に沿った方向に突出するとともに、素子搭載基板５の他主面と間を空けて設けられる延在部１３を有しているが、これに限らない。熱伝導性基板１２の一方の側面の一部を素子搭載基板５の他主面に沿った方向に突出するとともに、素子搭載基板５の他主面と間を設けて設けられる延在部１３を有し、熱伝導性基板１２の他方の側面の一部は、平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内に設けてもよい。熱伝導性基板１２は、平面透視して、枠体１０で囲まれる領域内のみで、素子搭載基板５の他主面に当接されることが好ましい。
【符号の説明】
【００７８】
１  光電変換モジュール
２  光電変換装置
３  受光部材
３ａ  フレーム部材
３ｂ  レンズ部材
４  外部基板
５  素子搭載基板
６台座
７ａ  第１の導電パターン
７ｂ  第２の導電パターン
８ａ  第１の出力端子
８ｂ  第２の出力端子
９  光電変換素子
１０  枠体
１０ａ  支持部
１０ｂ  接合部材
１１  集光部材
１２  熱伝導性基板
１３  延在部
ＳＰ  空間
Ａ１、Ａ２  空隙
Ｓ１〜Ｓ４  間隙
Ｔ1〜Ｔ３  熱伝導性基板の厚み
Ｌ１〜Ｌ４  枠体と熱伝導性基板との距離
Ｍ１〜Ｍ４  枠体と熱伝導性基板との距離
Ｎ１〜Ｎ４  枠体と熱伝導性基板との距離
【図１】
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【図２】
0005388778.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005388778.tif 000007
【図７】
0005388778.tif 000008
【図８】
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【図９】
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