(57)【要約】【課題】  電極付き太陽電池セルが接着層から剥離することを防止するとともに、剥離した場合にも、放熱性の低下を抑制することができる太陽電池セルの固定構造を提供する。【解決手段】  ２つの板バネ２４を、下側リード電極１８において太陽電池セル１４からはみ出す裏打板２０の一対の縁部２０ａ上に位置する部分に載置し、その板バネ２４の両端部をねじ２６により放熱基台に固定する。このようにすると、裏打板２０が放熱基台から離隔する方向（図１の上側）に変形しようとして板バネ２４を上方へ押しても、板バネ２４に付与されている弾性力により裏打板２０は放熱基台側へ押し付けられるので、裏打板２０は放熱基台から離隔する方向への変形が抑制される。従って、裏打板２０が接着層から剥離することが防止され、また、剥離してしまった場合にも、裏打板２０と接着層との間の密着性が低下することが抑制されるので、放熱性の低下が抑制される。【選択図】                    図１
2005142386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セルにリード電極が接合されている電極付き太陽電池セルが、絶縁性の接着層を介して放熱基台に固定されている太陽電池セルの固定構造であって、
前記放熱基台から離隔する方向への移動が抑制されている移動抑制部材が、前記電極付き太陽電池セルの上面に載置されていることを特徴とする太陽電池セルの固定構造。
【請求項２】
請求項１の太陽電池セルの固定構造であって、
前記電極付き太陽電池セルは、太陽電池セルと、該太陽電池セルの受光面の縁部に接合された上側リード電極と、前記受光面の反対側に位置する前記太陽電池セルの固着面に接合された下側リード電極とを有し、
前記移動抑制部材は、長手板状であって、長手方向が前記上側リード電極または下側リード電極の幅方向となるように該上側リード電極または下側リード電極上に絶縁板を介して載置され、且つ、両端部が前記上側リード電極または下側リード電極からはみ出しており、該両端部が前記放熱基台に固定されていることを特徴とする太陽電池セルの固定構造。
【請求項３】
請求項２の太陽電池セルの固定構造であって、
前記電極付き太陽電池セルは、さらに、前記下側リード電極の前記固着面側とは反対側の面に接合され、該下側リード電極の長手方向の両方向に前記太陽電池セルからはみ出す一対の縁部を有する裏打板を有し、
前記長手板状の移動抑制部材は２つ備えられ、一方の移動抑制部材は前記下側リード電極において前記裏打板の一方の縁部上に位置する部分に絶縁板を介して載置され、他方の移動抑制部材は前記下側リード電極において前記裏打板の他方の縁部上に位置する部分に絶縁板を介して載置されていることを特徴とする太陽電池セルの固定構造。
【請求項４】
前記長手板状の移動抑制部材が板バネであることを特徴とする請求項２または請求項３の太陽電池セルの固定構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集光型太陽光発電装置に用いる太陽電池セルに関し、特にその太陽電池セルの固定構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
集光型太陽光発電装置で使用する太陽電池セルに接合される電流取り出し用のリード電極には、電極抵抗を小さくするために、たとえば、０．１ｍｍ厚以上の銅板が使用される。また、光が入射する上面すなわち受光面を大きく解放するために、上側のリード電極は、太陽電池セルの上面の両側縁でのみ接合される一方、下側のリード電極は、電気抵抗および熱抵抗を低減するために太陽電池セルの下面すなわち固着面のほぼ全面に接合される。これら太陽電池セルとリード電極とは、熱膨張率が大きく異なるので、接合される際、または、使用中の温度変化により歪みが生じる。この歪みを取り除くために、Ｓｉダイオード素子と銅スタッドの間にタングステンの薄片を介設したものが知られている（たとえば非特許文献１参照）。
【０００３】
また、太陽電池セルには太陽光が集光されて照射されるが、温度が過度に上昇すると変換効率が低下するので、高変換効率を得るためには、太陽電池セルの熱を放熱する必要がある。そのため、電極が接合された電極付き太陽電池セルは、放熱性の良好な金属製の基台に固定される。その一方で、電極付き太陽電池セルと基台との間は電気的絶縁が必要であることから、電極付き太陽電池セルはエポキシ樹脂などの絶縁性の接着層を介して基台に固定される。
【０００４】
【非特許文献１】電気学会大学講座「パワーエレクトロニクスの基礎」社団法人電気学会編、1993年4月20日発行、Ｐ．４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
集光型太陽光発電装置は、発電効率を向上させるために、一層の高集光率（たとえば５００倍、さらには１０００倍、１５００倍）が求められており、集光率を高くする場合、昼と夜など、集光された太陽光が太陽電池セルに照射されているときと照射されていないときの温度差が大きくなることから、太陽電池セルとリード電極とのバイメタル作用による湾曲しようとする内部応力が大きくなる。湾曲しようとする内部応力が大きくなると電極付き太陽電池セルが接着層から剥離する恐れがあり、剥離してしまうと、接着層との密着性が低下するので、放熱性が低下してしまう。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、電極付き太陽電池セルが接着層から剥離することを防止するとともに、剥離した場合にも、放熱性の低下を抑制することができる太陽電池セルの固定構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するための第１発明の太陽電池セルの固定構造は、(a)太陽電池セルにリード電極が接合されている電極付き太陽電池セルが、絶縁性の接着層を介して放熱基台に固定されている太陽電池セルの固定構造であって、(b)前記放熱基台から離隔する方向への移動が抑制されている移動抑制部材が、前記電極付き太陽電池セルの上面に載置されていることを特徴とする。
【０００８】
また、第２発明の太陽電池セルの固定構造は、第１発明において、前記電極付き太陽電池セルは、太陽電池セルと、その太陽電池セルの受光面の縁部に接合された上側リード電極と、前記受光面の反対側に位置する前記太陽電池セルの固着面に接合された下側リード電極とを有し、前記移動抑制部材は、長手板状であって、長手方向が前記上側リード電極または下側リード電極の幅方向となるようにその上側リード電極または下側リード電極上に絶縁板を介して載置され、且つ、両端部が前記上側リード電極または下側リード電極からはみ出しており、その両端部が前記放熱基台に固定されていることを特徴とする。
【０００９】
また、第３発明の太陽電池セルの固定構造は、第２発明において、前記電極付き太陽電池セルは、さらに、前記下側リード電極の前記固着面側とは反対側の面に接合され、その下側リード電極の長手方向の両方向に前記太陽電池セルからはみ出す一対の縁部を有する裏打板を有し、前記長手板状の移動抑制部材は２つ備えられ、一方の移動抑制部材は前記下側リード電極において前記裏打板の一方の縁部上に位置する部分に絶縁板を介して載置され、他方の移動抑制部材は前記下側リード電極において前記裏打板の他方の縁部上に位置する部分に絶縁板を介して載置されていることを特徴とする。
【００１０】
また、第４発明の太陽電池セルの固定構造は、第２発明または第３発明において、前記長手板状の移動抑制部材が板バネであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１発明によれば、電極付き太陽電池セルの上面に、放熱基台から離隔する方向への移動が抑制されている移動抑制部材が載置されているので、その移動抑制部材の下側に位置する電極付き太陽電池セルは、放熱基台から離隔する方向への変形が抑制される。従って、電極付き太陽電池セルが接着層から剥離することが防止される。また、電極付き太陽電池セルが接着層から剥離してしまった場合にも、電極付き太陽電池セルの上面に載置されている移動抑制部材により、電極付き太陽電池セルは放熱基台から離隔する方向への変形が抑制される。従って、電極付き太陽電池セルと接着層との間の密着性が低下することが抑制されるので、放熱性の低下が抑制される。
【００１２】
第２発明では、電極付き太陽電池セルにおいて接着層側の部材である下側リード電極上に移動抑制部材が載置されているので、電極付き太陽電池セルが接着層から剥離することが好適に防止されるとともに、電極付き太陽電池セルが接着層から剥離した場合にも、電極付き太陽電池セルが放熱基台から離隔する方向への変形が好適に抑制される。
【００１３】
第３発明は、下側リード電極の放熱基台側の面に裏打板が接合されている態様であるので、裏打板と接着層との間の剥離が問題となるが、２つの移動抑制部材が、下側リード電極において太陽電池セルからはみ出す裏打板の一対の縁部上に位置する部分に載置されているので、裏打板は放熱基台から離隔する方向への変形が抑制される。従って、裏打板が接着層から剥離することが防止され、裏打板が接着層から剥離してしまった場合にも、裏打板は放熱基台から離隔する方向への変形が抑制されるので、裏打板と接着層との間の密着性が低下することが抑制される。
【００１４】
第４発明によれば、下側リード電極が放熱基台から離隔する方向に変形しようとしても、板バネの弾性力により下側リード電極は放熱基台側へ押し付けられるので、下側リード電極の変形が一層抑制される。従って、電極付き太陽電池セルが接着層から剥離することが一層抑制され、また、剥離してしまった場合にも、電極付き太陽電池セルと接着層との間の密着性の低下が一層抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【００１６】
図１は、本発明が適用された太陽電池セルの固定構造を示す斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図である。図１において、電極付き太陽電池セル１０は、太陽電池セル１４と、その太陽電池セル１４の上面（受光面）１４ａの両側縁に半田付け接合された上側リード電極１６ａ、１６ｂと、太陽電池セル１４の下面（固着面）の全面に半田付け接合された下側リード電極１８と、その下側リード電極１８の裏面（すなわち太陽電池セル１４側とは反対側の面）に半田付け接合された裏打板２０とから構成される。
【００１７】
太陽電池セル１４は、たとえば７ｍｍ角の矩形板状であり、厚さは、たとえば０．１５〜０．１７ｍｍ程度である。上記上側リード電極１６ａ、１６ｂは、表面に半田メッキが施された銅板製であり、その幅方向長さが太陽電池セル１４の上側リード電極１６と接合している側の辺と略等しい長さとされ、厚みは、たとえば、０．１ｍｍ程度とされる。下側リード電極１８も表面に半田メッキが施された銅板製であり、その幅方向長さが太陽電池セル１４の上側リード電極１６と接合していない側の辺と略等しい長さとされ、厚みが０．１ｍｍ程度とされている。
【００１８】
裏打板２０は、太陽電池セル１４と同程度の熱膨張率を有し、後述する樹脂シート３０よりも熱伝導性の良い材質（たとえば金属）からなる矩形板状体であり、たとえば、厚さ０．３ｍｍ、４２ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金であり、表面にＳｎメッキが施されている。また、裏打板２０は、下側リード電極１８の幅方向における長さは下側リード電極１８および太陽電池セル１４のその方向における長さと等しくされ、その方向における両縁が下側リード電極１８および太陽電池セル１４の両縁と重なる位置に配置されている。さらに、裏打板２０は、下側リード電極１８の長手方向に、太陽電池セル１４から両方向に均等にはみ出す一対の縁部２０ａを有している。この裏打板２０は、互いの熱膨張率が１桁程度異なる太陽電池セル１４とリード電極１６、１８とを接合する際に、半田付け後、常温へ低下する過程で接合部に大きな剪断応力が発生しないようにするためのものである。下側リード電極１８の下面に裏打板２０を接合すると、太陽電池セル１４に下側リード電極１８を半田付け接合した後、常温へ低下する過程でその接合部に生じる変形の方向と、太陽電池セル１４に上側リード電極１６を半田付け接合した後、常温へ低下する過程でその接合部に生じる変形の方向とが同方向となるので、太陽電池セル１４とリード電極１６、１８との接合部付近に生じる剪断応力が緩和される。従って、太陽電池セル１４が割れることが防止される。
【００１９】
下側リード電極１８上において前記裏打板２０の一対の縁部２０ａ上に位置する部分には、それぞれ絶縁板２２が載置され（図１には一方しか図示せず）、さらに、その絶縁板２２の上に平板状の板バネ２４が載置されている。この板バネ２４は長手状であり、長手方向が下側リード電極１８の幅方向と平行となるように配置され、また、長手方向の両端部が下側リード電極１８からその下側リード電極１８の幅方向の両側にはみ出しており、そのはみ出している部分に、固定具或いは締着具として機能するねじ２６が挿し通される貫通穴２８が設けられている。
【００２０】
上記絶縁板２２は、板バネ２４と下側リード電極１８との間を絶縁するものであるので、長手方向の長さは下側リード電極１８の幅方向長さと同じかそれよりも長くされる。絶縁板２２の材質は、良好な絶縁性を有するものであればよいが、熱伝導性にも優れる材質、たとえば、窒化珪素、アルミナなどが好ましい。
【００２１】
上記電極付き太陽電池セル１０は、図２に示すように、接着層として機能する樹脂シート３０により放熱基台１２に固着されており、放熱性を向上させるために、本実施例では、裏打板２０が樹脂シート３０に埋設されている。
【００２２】
放熱基台１２は、本実施例では、４ｍｍ程度の厚さのアルミニウム製である。樹脂シート３０は、電極付き太陽電池セル１０と放熱基台１２との間を絶縁するとともに電極付き太陽電池セル１０を放熱基台１２に接着するものであるので、電極付き太陽電池セル１０と同様に、十字に延びる形状である。本実施例の樹脂シート３０は、エポキシ樹脂に熱伝導性充填剤としてアルミナ粉末が分散させられたものである。なお、エポキシ樹脂以外の熱硬化性樹脂、または熱可塑性樹脂を用いることもできる。また、熱伝導性充填剤としては、他に、カーボン、ガラス繊維、金属粉などを用いることができ、また、熱伝導性充填剤が含まれていなくてもよい。
【００２３】
また、図２に示すように、板バネ２４の貫通穴２８に挿し通されているねじ２６の先端は、放熱基台１２に固定されているので、板バネ２４の両端部は放熱基台１２から離隔する方向へ移動することが禁止され、また、その両端部間の板バネ２４の中央部分も放熱基台１２から離隔する方向への移動が抑制される。従って、本実施例では、板バネ２４が移動抑制部材として機能する。この板バネ２４は、耐熱性、高弾性の点から、金属、たとえばステンレス鋼が好ましいが、プラスチック製であってもよい。なお、プラスチックなどの絶縁性材料を用いる場合には、前記絶縁板２２は不要である。
【００２４】
太陽電池セル１４に集光された太陽光が照射されることにより、太陽電池セル１４の温度が上昇した場合には、太陽電池セル１４の熱は、下側リード電極１８、裏打板２０、および樹脂シート３０を介して放熱基台１２へ伝達される。
【００２５】
また、上記電極付き太陽電池セル１０は、太陽電池セル１４または裏打板２０とリード電極１６、１８との間の熱膨張率が１桁程度異なるので、バイメタル作用により、温度変化に際し裏打板２０が放熱基台１２から離隔する方向へ変形（湾曲）しようとする力が生じる。しかし、下側リード電極１８および裏打板２０は放熱基台１２方向へ所定の押圧力で予め押し付けられており、押し付けられることにより板バネ２４に弾性力が付与されているので、裏打板２０が放熱基台１２から離隔しようとして板バネ２４を上方へ押しても、板バネ２４の弾性力により下側リード電極１８および裏打板２０の変形が抑制される。
【００２６】
以上説明したように、本実施例によれば、２つの板バネ２４が、下側リード電極１８において太陽電池セル１４からはみ出す裏打板２０の一対の縁部２０ａ上に位置する部分に載置されているので、裏打板２０は放熱基台から離隔する方向への変形が抑制される。従って、裏打板２０が樹脂シート３０から剥離することが防止される。また、裏打板２０が樹脂シート３０から剥離してしまった場合にも、板バネ２４が、下側リード電極１８において裏打板２０の一対の縁部２０ａ上に位置する部分に載置されていることにより、裏打板２０は放熱基台１２から離隔する方向への変形が抑制される。従って、裏打板２０と樹脂シート３０との間の密着性が低下することが抑制されるので、放熱性の低下が抑制される。
【００２７】
また、本実施例によれば、電極付き太陽電池セル１０において樹脂シート３０側の部材である下側リード電極１８上に板バネ２４が載置されているので、電極付き太陽電池セル１０が樹脂シート３０から剥離することが好適に防止されるとともに、電極付き太陽電池セル１０が樹脂シート３０から剥離した場合にも、電極付き太陽電池セル１０が放熱基台１２から離隔する方向への変形が好適に抑制される。
【００２８】
また、本実施例によれば、下側リード電極１８および裏打板２０が放熱基台１２から離隔する方向に変形しようとしても、板バネ２４の弾性力により下側リード電極１８および裏打板２０は放熱基台１２側へ押し付けられるので、下側リード電極１８および裏打板２０の変形が一層抑制される。従って、裏打板２０が樹脂シート３０から剥離することが一層抑制され、また、剥離してしまった場合にも、裏打板２０と樹脂シート３０との間の密着性の低下が一層抑制される。
【００２９】
以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施できる。
【００３０】
例えば、前述の実施例では、裏打板２０は下側リード電極１８の長手方向の両側にはみ出す一対の縁部２０ａを有していたが、その縁部２０ａが設けられず、裏打板２０が太陽電池セル１４と同じ大きさとされてもよい。その場合には、板バネ２４の位置は、たとえば、下側リード電極１８上において太陽電池セル１４に近接する位置とされる。また、裏打板２０の大きさにかかわらず、板バネ２４が上側リード電極１６上に載置されてもよい。板バネ２４が上側リード電極１６上に載置される場合、板バネ２４は、たとえば、その上側リード電極１６の幅方向と平行となるように、且つ、両端部が上側リード電極１６からはみ出すように載置され、その両端部が前述の実施例のねじ２６などにより放熱基台１２に固定される。
【００３１】
また、前述の実施例では、板バネ２４は平板状であったが、非拘束状態において放熱基台側に凸またはその反対側に凸の湾曲状とされてもよい。特に、板バネが非拘束状態において放熱基台側に凸の湾曲状とされていると、板バネはより強い力で下側リード電極１８を放熱基台１２方向へ押し付けるので、より一層、裏打板２０が樹脂シート３０から剥離することが抑制される。また、非拘束状態において放熱基台側に凸の湾曲状とされる代わりに、所定の高温域において放熱基台側に凸状態となる形状記憶合金が用いられても同様の効果が得られる。
【００３２】
また、前述の実施例では、板バネ２４が移動抑制部材として用いられていたが、弾性変形しない剛体（たとえばセラミックスなど）が板バネ２４に代えて用いられてもよい。弾性変形しない剛体が用いられる場合には、放熱基台１２から離隔する方向への移動は極限的に抑制、すなわち、禁止される。
【００３３】
また、裏打板２０が、図３に示すように、上側リード電極１６ａ、１６ｂの幅方向にも下側リード電極１８の幅方向にも、それらリード電極１６、１８から両方向にはみ出している場合、そのはみ出している部分が、非電気伝導性のねじ、たとえばセラミック製のねじ３２により放熱基台１２に固定されてもよい。この場合には、ねじ３２が移動抑制部材として機能する。また、図３において、ねじ３２に代えて、放熱基台１２裏および裏打板２０上からそれら放熱基台１２および裏打板２０を挟み込む一対の磁石が用いられてもよい。
【００３４】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明が適用された太陽電池セルの固定構造を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１とは別の太陽電池セルの固定構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０：電極付き太陽電池セル
１２：放熱基台
１４：太陽電池セル
１４ａ：上面（受光面）
１６：上側リード電極
１８：下側リード電極
２０：裏打板
２０ａ：縁部
２２：絶縁板
２４：板バネ（移動抑制部材）
３０：樹脂シート（接着層）
【図１】
2005142386.tif 000003
【図２】
2005142386.tif 000004
【図３】
2005142386.tif 000005