(57)【要約】      （修正有）【課題】発電素子内部に発生した熱を素子外部に効率良く放熱することができる集光型太陽電池の提供。【解決手段】太陽光を集光するレンズアレイ１０１と、レンズアレイにより集光した光を受光し、電気を発生する発電素子と、発電素子に対してレンズアレイと対向する側に配置したグラファイトシート１０２と、レンズアレイ並びに発電素子とグラファイトシートとの間を接着する異方性導電膜１０４とを備え、発電素子は、光を受光する第一面と、前記第一面に対向する第二面とを有する半導体層２０１と、第一面上に形成されたグリッド電極２０２と、第二面上に形成された下面電極２０３とを有し、グリッド電極は、レンズアレイの第２面上に形成した第２配線２１４と電気的に接続し、下面電極は、前記レンズアレイの第２面上に形成した第１配線２１３と電気的に接続し、第１配線と第２配線とは、各々の外部取り出し線と電気的に接続する。【選択図】図２
2013012626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射面を有し、前記光入射面から入射した光を集光するレンズアレイと、
前記レンズアレイにより集光した光を受光し、電気を発生する発電素子と、
前記発電素子に対して前記レンズアレイと対向する側に配置したグラファイトシートとを有する集光型太陽電池であって、
前記発電素子は、
光が入射する第一面と、前記第一面に対向する第二面とを有する半導体層と、
前記第一面上に形成された第３電極と、
前記第二面上に形成された第４電極と、
前記第３電極と電気的に接合されるとともに、前記半導体層の厚みよりも大きい厚みを有し、かつ前記半導体層の外周側に端部が突出する第２電極と、
ここで、第２電極は第３端部と第２中間部と第４端部の３領域で構成されている、
前記第４電極と電気的に接合されるとともに、前記半導体層の厚みよりも大きい厚みを有し、かつ前記半導体層の外周側に端部が突出する第１電極と、
ここで、第１電極は第１端部と第１中間部と第２端部の３領域で構成されている、
前記半導体層の外周側に突出した第１電極の第２端部領域と前記レンズアレイ上に形成された第１配線、第１電極パッド、
および、前記半導体層の外周側に突出した第２電極の第４端部領域と前記レンズアレイ上に形成された第２配線、第２電極パッドが、それぞれ、第１はんだバンプ、第２はんだバンプにより電気的に接合されており、
ここで、前記第１配線、ならびに、前記第１電極パッドと、前記第２配線、ならびに、前記第２電極パッドは前記レンズアレイ上で電気的に絶縁されている、
前記レンズアレイ並びに前記発電素子と前記グラファイトシートの間には機械的に接着する異方性導電膜を備え、
前記半導体層の第２面上に位置する第１電極の第１端部と第１中間部、ならびに、第２電極の第３端部と第２中間部における前記発電素子と前記グラファイトシートの間隔は、
前記第１電極の第２端部、前記第１はんだバンプ、前記第１電極パッド、前記第１配線と前記グラファイトシートの間隔、並びに、前記第２電極の第４端部、前記第２はんだバンプ、前記第２電極パッド、前記第２配線と前記グラファイトシートの間隔よりも小さいことを特徴とする集光型太陽電池。
【請求項２】
太陽光が入射する第１面と前記第１面に対向する第２面とを有し、かつ太陽光を集光するレンズアレイと、
前記レンズアレイにより集光した光を受光し、電気を発生する発電素子と、
前記発電素子に対して前記レンズアレイと対向する側に配置したグラファイトシートと、
前記レンズアレイ並びに前記発電素子と前記グラファイトシートとの間を接着する異方性導電膜とを備え、
前記発電素子は、
光を受光する第一面と、前記第一面に対向する第二面とを有する半導体層と、
前記第一面上に形成されたグリッド電極と、
前記第二面上に形成された下面電極とを有し、
前記グリッド電極は、前記レンズアレイの第２面上に形成した第２配線と電気的に接続し、
前記下面電極は、前記レンズアレイの第２面上に形成した第１配線と電気的に接続し、
前記第１配線と第２配線とは、各々の外部取り出し線と電気的に接続する集光型太陽電池。
【請求項３】
金属粒子を含む異方性導電膜は、レンズアレイとグラファイトシートとの間に発電素子を内包した状態で、レンズアレイとグラファイトシートとの接着し、
前記グリッド電極と前記レンズアレイの第２配線と電気的に接続する第２電極と、
前記下面電極と前記レンズアレイの第１配線と電気的に接続する第１電極とを備え、
前記半導体層の下面電極に位置する第１電極と前記グラファイトシートとの間の間隔Ｔ１が、他の第１電極と前記グラファイトシートとの間隔Ｔ２、Ｔ３よりも小さい請求項２記載の集光型太陽電池。
【請求項４】
前記グラファイトシート上には電気配線を配置しない請求項２又は３記載の集光型太陽電池。
【請求項５】
前記異方性導電膜が、熱硬化性樹脂と金属粒子からなる請求項１又は２記載の集光型太陽電池。
【請求項６】
前記金属粒子が、金粒子、または、表面に金を被覆した樹脂粒子からなる請求項１又は２記載の集光型太陽電池。
【請求項７】
前記金属粒子が半田粒子である請求項５記載の集光型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集光型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
集光型太陽電池は、レンズを用いて発電素子に太陽光を集光して、発電する太陽電池である。発電素子は、光照射によって電流が発生する素子である。発電素子は、１層または数層積層したｐｎ接合からなる半導体層と、半導体層内に発生した電流を外部に取り出すための電極とを有する。
【０００３】
特許文献１は、レンズの底面に発電素子が直接接触した、レンズと発電素子が一体構造の集光型太陽電池が開示されている。図８に示す集光型太陽電池は、太陽電池チップ８０１のそれぞれに小型レンズ８０２が配置固着されている。太陽電池チップ８０１は、印刷配線パターンを有する下部基体８０３上に装着されている。下部基体８０３は、発電素子からの熱を除去するための放熱板となる。
【０００４】
一方、集光型太陽電池においては、発電素子に太陽光が集光されるので、発電素子の温度が上がり太陽電池の発電効率が低下する恐れがある。このため、発電素子で発生した熱を効率よく素子外部に逃がす必要がある。
【０００５】
特許文献２は、図９に示す太陽電池セル９１４と放熱基台９１２との間に、カーボン、ガラス繊維、アルミナ、金属粒子などを混入した樹脂シート９２２を入れ、太陽電池セル９１４の熱を、放熱基台９１２に逃がすことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−６８９８８号公報
【特許文献２】特開２００５−１４２３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の集光型太陽電池では、発電素子の熱を放熱板に効率良く逃がす具体的な方法が開示されていない。
特許文献２で開示されているカーボン、ガラス繊維、アルミナ、金属粒子などを混入した樹脂シート９２２は、素子の放熱性が悪く、放熱用の銅板９２４が必要となる。また、集光用レンズを一体にした構成についての開示はない。
本発明は、かかる課題を解決し、発電素子内で発生した熱を効率良く放熱板に逃がすことが可能な、レンズと発電素子とが一体構造の集光型太陽電池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】
【０００８】
従来の課題を解決するために、本発明の集光型太陽電池は、
太陽光が入射する第１面と前記第１面に対向する第２面とを有し、かつ太陽光を集光するレンズアレイと、
前記レンズアレイにより集光した光を受光し、電気を発生する発電素子と、
前記発電素子に対して前記レンズアレイと対向する側に配置したグラファイトシートと、
前記レンズアレイ並びに前記発電素子と前記グラファイトシートとの間を接着する異方性導電膜とを備え、
前記発電素子は、
光を受光する第一面と、前記第一面に対向する第二面とを有する半導体層と、
前記第一面上に形成されたグリッド電極と、
前記第二面上に形成された下面電極とを有し、
前記グリッド電極は、前記レンズアレイの第２面上に形成した第２配線と電気的に接続し、
前記下面電極は、前記レンズアレイの第２面上に形成した第１配線と電気的に接続し、
前記第１配線と第２配線とは、各々の外部取り出し線と電気的に接続する集光型太陽電池。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の集光型太陽電池は、グラファイトシートには電気配線を形成することなく、発電素子の熱を効率的に放熱できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）本発明の集光型太陽電池システムの概略図、（ｂ）図（ａ）のＡ−Ａ部の断面模式図。
【図２】本発明の集光型太陽電池の素子近傍の断面模式図。
【図３】（ａ）本発明の集光型太陽電池の素子の側面図、（ｂ）平面図。
【図４】本発明の集光型太陽電池の発電素子とレンズアレイとの位置関係を示した平面模式図。
【図５】本発明の集光型太陽電池の発電素子の作製方法を示した断面模式図。
【図６】本発明の集光型太陽電池の発電素子の作製方法を示した平面模式図。
【図７】本発明の集光方太陽電池のレンズアレイとグラファイトシートの接着方法を示した断面模式図。
【図８】従来の集光型太陽電池の断面模式図。
【図９】従来の太陽電池セルの放熱構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施態様は、
光入射面を有し、前記光入射面から入射した光を集光するレンズアレイと、
前記レンズアレイにより集光した光を受光し、電気を発生する発電素子と、
前記発電素子に対して前記レンズアレイと対向する側に配置したグラファイトシートとを有する集光型太陽電池であって、
前記発電素子は、
光が入射する第一面と、前記第一面に対向する第二面とを有する半導体層と、
前記第一面上に形成された第３電極と、
前記第二面上に形成された第４電極と、
前記第３電極と電気的に接合されるとともに、前記半導体層の厚みよりも大きい厚みを有し、かつ前記半導体層の外周側に端部が突出する第２電極と、
ここで、第２電極は第３端部と第２中間部と第４端部の３領域で構成されている、
前記第４電極と電気的に接合されるとともに、前記半導体層の厚みよりも大きい厚みを有し、かつ前記半導体層の外周側に端部が突出する第１電極と、
ここで、第１電極は第１端部と第１中間部と第２端部の３領域で構成されている、
前記半導体層の外周側に突出した第１電極の第２端部領域と前記レンズアレイ上に形成された第１配線、第１電極パッド、
および、前記半導体層の外周側に突出した第２電極の第４端部領域と前記レンズアレイ上に形成された第２配線、第２電極パッドが、それぞれ、第１はんだバンプ、第２はんだバンプにより電気的に接合されており、
ここで、前記第１配線、ならびに、前記第１電極パッドと、前記第２配線、ならびに、前記第２電極パッドは前記レンズアレイ上で電気的に絶縁されている、
前記レンズアレイ並びに前記発電素子と前記グラファイトシートの間には機械的に接着する異方性導電膜を備え、
前記半導体膜の第２面上に位置する第１電極の第１端部と第１中間部、ならびに、第２電極の第３端部と第２中間部における前記発電素子と前記グラファイトシートの間隔は、
前記第１電極の第２端部、前記第１はんだバンプ、前記第１電極パッド、前記第１配線と前記グラファイトシートの間隔、並びに、前記第２電極の第４端部、前記第２はんだバンプ、前記第２電極パッド、前記第２配線と前記グラファイトシートの間隔よりも小さいことを特徴とする。
本実施態様によれば、第１電極と第２電極が半導体層全体を覆っており、かつ、第１電極と第２電極の厚みが半導体層の厚みよりも大きく、さらに、半導体層の外側にも位置する。従って、第１電極と第２電極は、発電素子の放熱板として機能し、発電素子内部で発生した熱を、早く第１電極と第２電極に放熱する。
【００１２】
また、本発明の集光型太陽電池は、第１電極と第２電極が、それぞれ、異方性導電膜の金属粒子を介してグラファイトシートに接着されているので、第１電極と第２電極の熱は、効率良くグラファイトシートに伝導する。この結果、発電素子内部で発生した熱は効率良くグラファイトシートに伝達される。
【００１３】
また、異方性導電膜によって、レンズアレイ、発電素子、グラファイトシートを一体固定でき、レンズアレイに発生した熱も、異方性導電膜を介してグラファイトシートに伝えることができる。
【００１４】
さらに、第１電極の第２端部、第１はんだバンプ、第１電極パッド、第１配線と第２電極の第４端部、第２はんだバンプ、第２電極パッド、第２配線における異方性導電性膜は電気的に導通しないので、レンズアレイとグラファイトシートを接着しても電気的な絶縁性は確保される。
【００１５】
また、  本発明の一実施態様は、
太陽光が入射する第１面と前記第１面に対向する第２面とを有し、かつ太陽光を集光するレンズアレイと、
前記レンズアレイにより集光した光を受光し、電気を発生する発電素子と、
前記発電素子に対して前記レンズアレイと対向する側に配置したグラファイトシートと、
前記レンズアレイ並びに前記発電素子と前記グラファイトシートとの間を接着する異方性導電膜とを備え、
前記発電素子は、
光を受光する第一面と、前記第一面に対向する第二面とを有する半導体層と、
前記第一面上に形成されたグリッド電極と、
前記第二面上に形成された下面電極とを有し、
前記グリッド電極は、前記レンズアレイの第２面上に形成した第２配線と電気的に接続し、
前記下面電極は、前記レンズアレイの第２面上に形成した第１配線と電気的に接続し、
前記第１配線と第２配線とは、各々の外部取り出し線と電気的に接続する。
更に、金属粒子を含む異方性導電膜は、レンズアレイとグラファイトシートとの間に発電素子を内包した状態で、レンズアレイとグラファイトシートとの接着し、
前記グリッド電極と前記レンズアレイの第２配線と電気的に接続する第２電極と、
前記下面電極と前記レンズアレイの第１配線と電気的に接続する第１電極とを備え、
前記半導体層の下面電極に位置する第１電極と前記グラファイトシートとの間の間隔Ｔ１が、他の第１電極と前記グラファイトシートとの間隔Ｔ２、Ｔ３よりも小さい。
ここで、間隔Ｔ１は、第１電極を覆う絶縁層の厚みを加えた間隔としてもよい。
加えて、前記グラファイトシート上には電気配線を配置しない。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。もちろんこの発明は以下の例によって制限されるものではない。以下の説明で用いる図では、図面内の寸法、寸法比率及び位置関係は必ずしも正確ではない。さらに、見やすいようにハッチングを省略する場合がある。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の集光型太陽電池の具体的な構造を示す。
【００１６】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態における集光型太陽電池システムの模式図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の集光型太陽電池１００のＡ-Ａ面における断面模式図である。
集光型太陽電池システム１０７は、集光型太陽電池１００と、集光型太陽電池１００を支える支柱１０５、台１０６、集光型太陽電池を動かして太陽光を追尾するための駆動装置（図示せず）から構成される。
集光型太陽電池１００は、レンズアレイ１０１、発電素子１０３、グラファイトシート１０２が順に配置されている。
【００１７】
レンズアレイ１０１は、太陽光が入射する第１面（入射面）１０８と、第１面１０８に対向する第２面（底面）１０９から構成され、太陽光を集光する。本実施形態の集光型太陽電池は、対向する第２面１０９が平面形状であり、第２面１０９内近傍にレンズの焦点が存在する。
レンズアレイ１０１は、太陽光を集光するレンズを二次元に配列した構造を有する。図１（ａ）で示すレンズアレイは、光入射側から個々のレンズを見た時のレンズの平面形状は四角形である。レンズ形状は四角形に限る必要はなく、多角形でも良い。例えば、個々のレンズの平面形状が六角形の場、レンズアレイは、個々のレンズが蜂の巣状に配置された構造となる。
【００１８】
図１（ｂ）で示すように、発電素子１０３はレンズアレイの第２面１０９の焦点付近に接触している。グラファイトシート１０２は、発電素子１０３に対して、レンズアレイの第２面１０９とは反対側に配置されている。本実施形態の集光型太陽電池１００は、レンズアレイ１０１とグラファイトシート１０２によって発電素子１０３をはさんだ構造になっている。
【００１９】
図２は、一個の発電素子１０３の近傍の断面模式図である。図３（ａ）は発電素子の側面図、図３（ｂ）はその上面図である。
レンズアレイ１０１の第２面１０９上は、第１配線２１３、第２配線２１４、及び共通電極４０１とが形成されている（図４参照）。
第１配線２１３は、複数の発電素子１０３における、一方の電極（２０９）同士を電気的に接続する。
第２配線２１４は、複数の発電素子１０３における、他方の電極（２１０）同士を電気的に接続する。
第２配線２１４は、外部取り出し線４０３と電気的に接続する。
共通電極４０１は、各々の第１配線２１３と電気的に接続する。また、共通電極４０１は、外部取り出し線４０４と電気的に接続する。また、共通電極４０１は、絶縁膜４０２によって第２配線２１４と電気的に絶縁されている。
発電素子１０３で発生した電気は、外部取り出し線４０４と、外部取り出し線４０３とを通じて取り出せる。
【００２０】
図２、図３を用いて本実施形態の集光型太陽電池に用いる発電素子の構造を説明する。
【００２１】
発電素子１０３は、半導体層２０１（発電層）、半導体層２０１の第１面（太陽光の受光面）２０１ａ側に形成した第３電極（グリッド電極）２０２、第１面（光受光面）２０１ａと対向する第２面２０１ｂ側に形成した第４電極（下面電極）２０３、板形状の第１電極２０４、板形状の第２電極２０５を有する。
【００２２】
第２電極２０５は、接続用金属膜２１７を介して第３電極２０２と電気的に接続している。図２に示すように、第３端部２０５ａは第２面２０１ｂに位置し、第２中間部２０５ｂで屈曲し、第４端部２０５ｃは半導体層２０１の外周側から突出する。具体的には、第２電極２０５の第２中間部２０５ｂ、第４端部２０５ｃの部分が、接続用金属膜２１７を介して第３電極２０２と電気的に接続している。
【００２３】
第１電極２０４は、第４電極２０３と電気的に接続しており、図２に示すように、第１端部２０４ａは第４電極２０３に接続され、第１中間部２０４ｂで屈曲し、第２端部２０４ｃは半導体層２０１の外周側から突出する。
【００２４】
第１電極２０４の第２端部２０４ｃの第一面２０４ｄと、第２電極の第４端部２０５ｃの第一面２０５ｄは、半導体層２０１において、光照射面となる第１面２０１ａ（第３電極２０２を含む）と略同一平面上になるように構成されている。
本実施形態の、第１電極２０４と第２電極２０５は、図２に示すように、屈曲した形状であり、端部（２０４ａ、２０５ａ）、中間部（２０４ｂ、２０５ｂ）、端部（２０４ｃ、２０５ｃ）の各厚み（ｔ１、ｔ２、ｔ３）は均一でない。
ここで、厚み（ｔ１，ｔ２，ｔ３）は、電極の一端から他端における各位置の厚みである。
本実施形態の第１電極と第２電極の厚みとは、電極を構成する最小の厚み（ｔ１、ｔ２、ｔ３で最小の厚み）と定義する。
また、第１電極２０４と第２電極２０５の厚みは、半導体層２０１の厚みよりも大きい。第１電極と第２電極の厚みに制限はないが、半導体層２０１の厚みの１．５〜３倍が望ましい。３倍よりも大きくすると、第１と第２電極形成時に発生した応力により半導体層が割れる場合がある。第１電極２０４と第２電極２０５の材料は、Ａｕを使用することができる。
【００２５】
第１電極２０４と第２電極２０５とは、絶縁膜２０６、２０７、２０８によって電気的に絶縁されている。
【００２６】
第１電極２０４の端部２０４ｃの第二面（側面）２０４ｅ及び第２電極２０５の端部２０５ｃの第二面（側面）２０５ｅには、それぞれ、第１はんだバンプ２０９と第２はんだバンプ２１０が形成されている。はんだバンプ材料にはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−ＩｎといったＳｎ合金を用いることが望ましい。
【００２７】
図２、図３に示すように、発電素子は、発電層（半導体層）、第１電極、第２電極、第１はんだバンプ、第２はんだバンプを含み、前記発電層は、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層を積層し、
透過平面視において、第１はんだバンプが前記発電層に重ならず、第１電極を介して前記ｎ型半導体層が第１はんだバンプに電気的に接続されており、透過平面視において、第２はんだバンプが前記発電層に重ならず、第２電極を介して前記ｐ型半導体層が第２はんだバンプに電気的に接続されている。
【００２８】
半導体層（発電層）２０１は、ｐｎ接合が積層された構造を含めば特に制限はない。例えば、半導体層としては、ｎ型のＧａＡｓ薄膜とｐ型のＧａＡｓ薄膜が積層されたもの、または、光入射面から順に、ｎ型ＩｎＧａＰ膜、ｐ型ＩｎＧａＰ膜、トンネル接合膜、ｎ型ＧａＡｓ膜、ｐ型ＧａＡｓ膜、トンネル接合膜、ｎ型ＩｎＧａＡｓ膜、ｐ型ＩｎＧａＰ膜が積層されたものがある。また、上記半導体層のｐｎ接合の順序が反対でも良い。この場合、ｎｐ接合が積層された構造となる。第１電極と第２電極に接触する部分に、抵抗率の低いコンタクト層を挿入しても良い。また、光電流の再結合を防ぐために、再結合防止用の薄膜を挿入しても良い。
【００２９】
第３電極と第４電極の材料は、半導体層２０１とオーミック接続するものが好ましく、例えばＴｉとＡｕの積層膜、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕの積層膜、ＡｕＧｅ合金、Ｎｉ、Ａｕの積層膜を使用することができる。第３電極２０２は、図３（ｂ）で示すように、櫛型状であることが望ましい。櫛型形状にすることで、発電素子に照射された太陽光が半導体層２０１に入射して吸収される。
【００３０】
図２を用いて、本発明の集光型太陽電池の構造を示す。
発電素子１０３は、第３電極２０２の面（半導体層の第１面２０１ａ側）が、レンズアレイの第２面１０９と対向して配置されている。
半導体層２０１の第１面２０１ａとレンズアレイの第２面１０９との間は、透明樹脂層を介して対向する。すなわち、半導体層２０１の第１面２０１ａと対向するレンズアレイの第２面１０９上には、第１配線２１３と第２配線２１４とは存在しない。
レンズアレイ１０１に設けた第１配線２１３は、第１電極パッド２１１を介して、半導体層２０１の第１はんだバンプ２０９と電気的に接続する。
レンズアレイ１０１に設けた第２配線２１４は、第２電極パッド２１２を介して、半導体層２０１の第２はんだバンプ２１０と電気的に接続する。
このように、半導体層の第１面２０１ａに形成した第３電極（グリッド電極）２０２とレンズアレイ１０１に形成した第２配線２１４とを電気的に接続する。本実施形態では、第３電極２０２、接続用金属膜２１７、第２電極２０５、第１はんだバンプ２０９、第２電極パッド２１２、第２配線２１４の順に電気的に接続する。
尚、本実施形態は、接続用金属膜２１７、第２電極２０５、第２はんだバンプ２１０、第２電極パッド２１２を用いたが、各構成を全て使用することは必須でなく、一部を用いてもよく、第３電極と第２配線とを電気的に接続すればよい。
同様に、半導体層の第２面２０１ｂに形成した第４電極（下面電極）２０３とレンズアレイ１０１に形成した第１配線２１３とを電気的に接続すればよい。本実施形態では、第４電極２０３、第１電極２０４、第１はんだバンプ２０９、第１電極パッド２１１、第１配線２１３の順に電気的に接続するが、各構成を全て使用することは必須でなく、一部を用いてもよく、第４電極と第１配線とを電気的に接続すればよい。
本実施の形態では、第１電極２０４と第２電極２０５に、それぞれ、第１はんだバンプ２０９と第２はんだバンプ２１０が形成されている。第１はんだバンプ２０９と第２はんだバンプ２１０は、それぞれ、第１電極パッド２１１、第２電極パッド２１２に電気的に接続されている。第１電極パッド２１１、第２電極パッド２１２は、それぞれ、第１配線２１３、第２配線２１４に電気的に接続されている。
グラファイトシートは金属との密着性が悪く、蒸着等によるグラファイトシート上に電極配線を直接形成することが難しい。また、仮に配線が形成できたとしても、発電素子の電極とグラファイトシートの配線を接合するときに、グラファイトシートと金属との密着性が悪いことから、グラファイトシート上の配線が剥離してしまう。
そこで、本実施形態では、レンズアレイ側に電気配線を形成し、グラファイトシート側には配線を形成しない構成にしている。このため、上述するような課題は発生しない。
また、グラファイトシートは、放熱性がよく、しかも導電性粒子を介して直接、半導体層の熱を伝達することが可能となり、従来の配線を介在した放熱板に比べて、熱冷却効率が向上する。尚、絶縁層は、相対的に薄く熱の伝播に影響はない。
第１配線２１３、第２配線２１４は、レンズアレイ１０１上にメタルマスク等を用いた蒸着や、スクリーン印刷等によりパターニングされている。また、第１電極パッド２１１、第２電極パッド２１２も同様にパターニングすることができる。
発電素子１０３は、第１はんだバンプ２０９と第２はんだバンプ２１０をリフローにより溶融させることにより、第１はんだバンプ２０９と第２はんだバンプ２１０を介して第１電極パッド２１１、第２電極パッド２１２と電気的に接続される。
【００３１】
上述したように、発電素子１０３はレンズアレイ１０１上の第１配線２１３、第２配線２１４と電気的に接続され、レンズアレイ１０１上に固定される。
【００３２】
グラファイトシート１０２は、異方性導電膜１０４によって、レンズアレイ１０１、並びに発電素子１０３と接着されている。異方性導電膜１０４は、複数個の金属粒子２１５が熱硬化性樹脂２１６に分散した１０〜５０ｕｍ程度の厚みを持つ接着剤を塗布した構造を有する。金属粒子には、Ａｕ、ＡｕやＮｉで被覆された樹脂粒子を用いることができる。金属粒子の粒径は２ｕｍ〜数１０ｕｍまでのものが使用できるが、３ｕｍ〜１５ｕｍ程度のものを使用することが好ましい。
グラファイトシート１０２と発電素子１０３が配置されたレンズアレイ１０１とを異方性導電膜１０４によって接着した場合の、位置関係（間隔）について説明する。
間隔Ｔ１は、発電素子１０３に形成された絶縁膜２０７、２０８とグラファイトシート１０２との間隔が近接する領域の間隔と定義する。具体的には、Ｔ１は第１電極２０４の第１端部２０４ａ、第１中間部２０４ｂと第２電極２０５の第３端部２０５ａ、第２中間部２０５ｂの領域とグラファイトシート１０２との間隔である。間隔Ｔ２は、第１はんだバンプ２０９とグラファイトシート１０２との間隔と定義する。間隔Ｔ３は、第２はんだバンプ２１０とグラファイトシート１０２との間隔（Ｔ３）と定義する。本実施形態では、間隔Ｔ１は、間隔Ｔ２及び間隔Ｔ３よりも小さくする。これにより、発電素子１０３とグラファイトシート１０２の間には接着時に圧力が印加されて、金属粒子２１５が接触する。一方、発電素子１０３以外の領域（Ｔ２、Ｔ３の領域を含む）においては、Ｔ２、Ｔ３の方がＴ１よりも大きいため第１はんだバンプ２０９、第２はんだバンプ２１０とグラファイトシート１０２との間には接着時に加わる圧力が小さくなるため、各々の金属粒子２１５は接触しない。また、レンズアレイ１０１上の第１配線２１３、第２配線２１４とグラファイトシートの間隔も間隔Ｔ２，Ｔ３よりも大きく、上述したように加わる圧力は更に小さくなるため、各々の金属粒子２１５は接触しない。これにより、第１配線２１３、第２配線２１４との間は電気的に絶縁される。
【００３３】
さらに、レンズアレイ１０１によって太陽光を発電素子１０３に集光しても、発電素子１０３とグラファイトシート１０２は間にある金属粒子２１５が接触しているので熱伝導性が良くなり、異方性導電膜１０４を介してレンズアレイに発生した熱をグラファイトシートに効率良く伝えることが可能である。
【００３４】
図４は、レンズアレイ１０１をグラファイトシート１０２側から見た平面模式図である。図４では、発電素子１０３が４個の場合を記載しているが、これ以上の数でも良い。また、理解しやすいように、図４では、グラファイトシート１０２と、発電素子１０３周辺の異方性導電膜１０４は省略されている。
発電素子１０３の各々の第３電極２０２は、接続用金属膜２１７、第２電極２０５、第２はんだバンプ２１０、第２電極パッド２１２を介してレンズアレイ１０１上に形成した第２配線２１４と電気的に接続させている。発電素子１０３の第４電極２０３は、第１電極２０４、第１はんだバンプ２０９、第１電極パッド２１１を介してレンズアレイ１０１上に形成した第１配線２１３と電気的に接続されている。第２配線２１４は共通電極４０１に電気的に接続されている。第１配線２１３と共通電極４０１は絶縁膜４０２により、レンズアレイ１０１上では電気的に絶縁されている。
このように、本実施形態の集光型太陽電池は、電気回路的には、発電素子１０３が並列接続された構造を有する。複数の発電素子１０３で発電した電気エネルギーは、外部取り出し線４０３、４０４によって外部に取り出すことができる。
本実施形態の集光型太陽電池においては、発電素子上の第３電極２０２と第４電極２０３に、それぞれ、板形状の第２電極２０５と板形状の第１電極２０４が電気的に接合する構造を有する。この構造によって、半導体層２０１内部で発生した熱は、第３電極２０２と第４電極２０３を介して、第１電極２０４と第２電極２０５に伝わる。
また、本実施の形態の集光型太陽電池においては、板形状の第１電極２０４と第２電極２０５の厚みが半導体層２０１の膜厚よりも大きく、さらに、第１電極２０４と第２電極２０５の一部は半導体層２０１の外部に位置することを特徴とする。従って、第１電極２０４と第２電極２０５は、発電素子１０３の放熱板として働き、半導体層２０１内部で発生した熱が第１電極２０４と第２電極２０５に放熱される。
また、本実施の形態の集光型太陽電池においては、板形状の第１電極２０４と第２電極２０５が、それぞれ、異方性導電膜１０４によってグラファイトシート１０２と接着されていることを特徴とする。
第１電極２０４とグラファイトシート１０２の間、及び、第２電極２０５とグラファイトシート１０２の間には金属粒子２１５が存在するので、第１電極２０４と第２電極２０５の熱は絶縁膜２０７、２０８、並びに、金属粒子２１５を介して効率よくグラファイトシート１０２に伝導する。この結果、半導体層２０１で発生した熱は効率良くグラファイトシート１０２に逃がすことが可能である。
尚、本実施の形態で第１電極２０４は、第４電極２０３を含んで、第１の電極とし、第２電極２０５は、第３電極２０２を含んで、第２の電極としてもよい。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した集光型太陽電池の作製方法を示す。図２、図５、図６を用いて本発明の集光型太陽電池の作製方法を説明する。
図５は、発電素子の作製方法を示した断面模式図である。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）を半導体層５０１の側から見た平面模式図である。
図５（ａ）と図６（ａ）で示すように、基板５０３に犠牲層５０２を介して半導体層５０１を形成する。基板５０３としては、例えば、厚みが４００〜６００μｍのＧａＡｓ基板を用いることができる。犠牲層５０２としては、例えば、膜厚が１０〜２００ｎｍのＡｌＡｓ膜を用いることができる。半導体層５０１としては、例えば、ｎ型のＧａＡｓ薄膜とｐ型のＧａＡｓを積層したもの、または、基板側から、ｎ型ＩｎＧａＰ膜、ｐ型ＩｎＧａＰ膜、トンネル接合膜、ｎ型ＧａＡｓ膜、ｐ型ＧａＡｓ膜、トンネル接合膜、ｎ型ＩｎＧａＡｓ膜、ｐ型ＩｎＧａＡｓ膜が積層されたものを用いることができる。また、半導体層５０１の再下部と最上面に、電極とオーミックコンタクト接続をするための抵抗率の低いコンタクト層を作製しても良い。また、光電流の再結合を防ぐために、再結合防止用の薄膜を挿入しても良い。
【００３５】
次に、図５（ｂ）と図６（ｂ）で示すように、犠牲層５０２を残して、半導体層５０１をパターニングする。パターンのサイズには特に制限がないが、例えば一辺が１００〜１０００μｍの正方形にすることが望ましい。パターニングは、ウェットエッチング法またはドライエッチング法を用いることができる。なお、図ではパターニングした半導体層２０１が一個しか示されていないが、実際は、基板５０３上にパターニングした多数個の半導体層２０１が存在する。
【００３６】
次に、図５（ｃ）と図６（ｃ）で示すように、第４電極２０３と接続用金属膜２１７を形成する。これらの電極は、例えば、パターニングしたレジスト膜を形成後、真空電子ビーム蒸着法でＴｉ、Ａｕ薄膜を形成した後、レジストを剥離することで形成することができる。第４電極２０３と接続用金属膜２１７の厚みに特に制限はないが、１００〜３００ｎｍが好ましい。
【００３７】
次に、図５（ｄ）と図６（ｄ）で示すように、絶縁膜２０６を形成する。絶縁膜としては、例えば窒化シリコン薄膜や、窒化シリコン薄膜と酸化シリコン薄膜の積層膜を用いることができる。これらの薄膜は、真空スパッタリング法またはプラズマＣＶＤ法で形成することができる。絶縁膜２０６は、ドライエッチング法によりパターニングすることが可能である。
【００３８】
次に、図５（ｅ）と図６（ｅ）で示すように、第１電極２０４を形成する。第１電極２０４は電界めっき法により形成することができる。電極材料としてはＡｕを用いることができる。
【００３９】
次に、図５（ｆ）と図６（ｆ）で示すように、絶縁膜２０７を形成する。絶縁膜としては、例えば窒化シリコン薄膜や、窒化シリコン薄膜と酸化シリコン薄膜の積層膜を用いることができる。これらの薄膜は、真空スパッタリング法またはプラズマＣＶＤ法で形成することができる。絶縁膜２０７は、ドライエッチング法によりパターニングすることが可能である。
【００４０】
次に、図５（ｇ）と図６（ｇ）で示すように、第２電極２０５を形成する。第２電極２０５は電界めっき法により形成することができる。電極材料としてはＡｕを用いることができる。
【００４１】
次に、図５（ｈ）と図６（ｈ）で示すように、絶縁膜２０８を形成する。絶縁膜としては、例えば窒化シリコン薄膜や、窒化シリコン薄膜と酸化シリコン薄膜の積層膜を用いることができる。これらの薄膜は、真空スパッタリング法またはプラズマＣＶＤ法で形成することができる。絶縁膜２０８は、ドライエッチング法によりパターニングすることが可能である。
【００４２】
次に、図５(ｉ)で示すように、第１電極２０４と第２電極２０５に接するようにそれぞれ、蒸着法等により第１はんだバンプ２０９と第２はんだバンプ２１０を形成する。
【００４３】
次に、図５(ｊ)で示すように、基板５０３と転写用基板５０４とを、ワックス５０５を用いて貼り付ける。転写用基板としては例えばガラス基板やシリコンウェハを用いることができる。
【００４４】
次に、図５(ｋ)で示すように、犠牲層５０２を残して、ウェットエッチング法またはドライエッチング法によって基板５０３のみを除去する。基板がＧａＡｓ、犠牲層がＡｌＡｓの場合は、クエン酸と過酸化水素水の混合溶液を用いることで基板のみをウェットエッチングすることが可能である。
【００４５】
次に、図５（ｌ）で示すように、犠牲層５０２を除去した後、第３電極２０２を形成する。犠牲層がＡｌＡｓの場合は、フッ酸水溶液を用いて除去することができる。第３電極２０２は、図３（ｂ）で示すように、櫛型形状であることが望ましい。第３電極２０２は、犠牲層５０２を除去した後、犠牲層５０２の存在した面に、例えば、メタルマスクを用いてＴｉとＡｕの積層膜を電子ビーム蒸着法等により形成することや、所定の形状のレジストのパターンを形成し、このＴｉとＡｕの積層膜をエッチング除去後、レジストを剥離することで形成することができる。
【００４６】
最後に、図５(ｍ)で示すように、ワックス５０５を有機溶剤で溶解して発電素子１０３を転写用基板５０４から剥離する。
【００４７】
次に、図２で示すように、第１配線２１３、第２配線２１４、第１電極パッド２１１、第２電極パッド２１２が形成されたレンズアレイ１０１の第２面１０９上に、作製した発電素子１０３を第３電極２０２がレンズアレイの第２面１０９に向くように配置する。
次に、真空ピンセットで発電素子１０３をつかみ、発電素子１０３をレンズアレイ１０１の第２面１０９の所定の位置に移動し、発電素子１０３を置く。最後に、リフロー等により第１はんだバンプ２０９と第２はんだバンプ２１０を溶融させ、第１電極パッド２１１、第２電極パッド２１２それぞれと電気的に接合し、発電素子１０３をレンズアレイの第２面１０９上に固定する。
【００４８】
次に、発電素子を配置したレンズアレイの第２面１０９の全体に異方性導電膜１０４を形成する。異方性導電膜の形成方法には以下の二種類がある。一つ目は、Ａｕ粒子やＡｕ又はＮｉを分散した熱硬化性樹脂フィルムをレンズアレイの第２面１０９に貼り付ける方法である。この方法には、例えば、ソニ−ケミカル ＆ インフォメーションデバイス製の異方性導電フィルムＣＰ６９２０Ｆ３を用いることができる。二つ目は、ハンダ粒子を分散した熱硬化性樹脂内を塗布する方法である。二つ目の方法は、例えば、特許第４４３２９４９号公報、特許第４５９１３９９号公報、特開２００８−６９３１７号公報に記述されている。
【００４９】
次に、グラファイトシート１０２を異方性導電膜１０４の上から覆うように配置し、押し付ける。押し付けた状態でグラファイトシートを加熱した後、冷却する。  これにより、図２で示すように、発電素子１０３が固定されたレンズアレイ１０１とグラファイトシート１０２を接着することができる。
【００５０】
図７を用いて、レンズアレイ７０１とグラファイトシート７０２の接着方法を説明する。
【００５１】
まず、図７（ａ）に示すように、レンズアレイの面７０３上にリフロー等により発電素子７０４を固定する。
【００５２】
次に、プラスチックの粒子表面に金のめっき層を設けた導電性粒子（粒径は５ｕｍ）が分散した異方性導電膜７０５（厚み３０ｕｍ）をレンズアレイ７０１上に配置する。図７（ｂ）に示すように、レンズアレイ７０１上に異方性導電膜７０５を配置後、異方性導電膜７０５上に均一に加圧できるようにシリコーンシート７０６を置き、加熱ヘッド７０７を用いて８０℃程度の加熱と１ＭＰａの加圧を同時に行い、レンズアレイ７０１と異方性導電膜７０５を仮接着する。これにより、図７（ｃ）に示すように、レンズアレイ７０１上に異方性導電膜７０５が固定される。
【００５３】
次に、図７（ｄ）に示すように、異方性導電膜７０５上にグラファイトシート７０２を置き、シリコーンシート７０６と加熱ヘッド７０８を用いて１８０℃程度の加熱と２ＭＰａの加圧を同時に行い、異方性導電膜７０５の接着剤成分を軟化させてレンズアレイ７０１上に異方性導電膜７０５を充填させて硬化させる。
【００５４】
以上の工程により、図７（ｅ）に示すように、レンズアレイ７０１とグラファイトシート７０２を異方性導電膜７０５により接着することができる。
【００５５】
本実施の形態においては、Ａｕで形成された第１電極２０４と第２電極２０５が半導体層２０１全体を覆っており、かつ、第１電極２０４と第２電極２０５の厚みが半導体層２０１の厚みよりも大きく、さらに、半導体層２０１の外側にも位置していることから、レンズアレイ１０１とグラファイトシート１０２を接着する時に半導体層２０１へ印加される圧力が分散され、半導体層２０１の割れを防ぐことができる。
【００５６】
以上の工程により、本発明の集光型太陽電池を作製することができる。
（実施例）
〈ＧａＡｓ発電素子の形成〉  本実施例では、４インチのｎ型ＧａＡｓウェハ（厚み４５０ｕｍ）上にＡｌＡｓ犠牲層（１００ｎｍ）、ｎ型コンタクトＧａＡｓ層（２０ｎｍ）、ｎ型ＩｎＧａＰ層（５０ｎｍ）、ｎ型ＧａＡｓ層（１８０ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓ層（３０００ｎｍ）、ｐ型ＩｎＧａＰ層（１００ｎｍ）、ｐ型コンタクトＧａＡｓ層（３５０ｎｍ）を順次、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により成膜したものを発電素子として用いた。
【００５７】
以下、図５を用いてＧａＡｓ発電素子の形成方法を示す。
【００５８】
図５（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法により、５００ｕｍ角のレジストパターンを形成し、ドライエッチング法を用いてｐ型コンタクトＧａＡｓ層、ｐ型ＩｎＧａＰ層、ｐ型ＧａＡｓ層、ｎ型ＧａＡｓ層、ｎ型ＩｎＧａＰ層、ｎ型コンタクトＧａＡｓ層のメサパターンを形成した。本実施例のドライエッチングには、ＢＣｌ３とＳＦ６の混合ガスを用いた。これにより、ＡｌＡｓ犠牲層でエッチングストップを実現した。
【００５９】
次に、図５（ｃ）に示すように、リフトオフ法により、Ｔｉ（５０ｎｍ）、Ｐｔ（１５０ｎｍ）、Ａｕ（１００ｎｍ）を順次電子ビーム蒸着法を用いて電極パターンを形成した。
【００６０】
次に、図５（ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化シリコン膜を８００ｎｍ形成した。その後、フォトリソグラフィー法とドライエッチング法を用いて、電極パターン上の窒化シリコン膜を除去し、窒化シリコン膜のパターニングを行った。
【００６１】
次に、図５（ｅ）に示すように、電解めっき法により２０ｕｍ厚の第１Ａｕめっきパターンを形成した。
【００６２】
次に、図５（ｆ）に示すように、第１Ａｕめっき上に窒化シリコン膜を３００ｎｍのパターンを形成した。
【００６３】
次に、図５（ｇ）に示すように、電解めっき法により２０ｕｍ厚の第２Ａｕめっきパターンを形成した。
【００６４】
次に、図５（ｈ）に示すように、第２Ａｕめっき上に窒化シリコン膜を３００ｎｍのパターンを形成した。
【００６５】
次に、図５（ｉ）に示すように、第１、第２Ａｕめっきの側面にはんだバンプを蒸着法により１８ｕｍ形成した。
【００６６】
次に、図５（ｊ）に示すように、ＧａＡｓウェハ、ならびに、ガラス基板上にスピンコートによりワックスを塗布した。その後、１４０℃に加熱されたホットプレートにてＧａＡｓウェハとガラス基板を貼り付けた。
【００６７】
次に、図５（ｋ）に示すように、ＧａＡｓウェハの裏面を研磨することにより、ウェハ厚みを４５０ｕｍから１００ｕｍとした。その後、クエン酸と過酸化水素水の混合液を用いてＧａＡｓウェハをウェットエッチングにより除去し、ＡｌＡｓ犠牲層でエッチングストップさせた。
【００６８】
次に、図５（ｌ）に示すように、バッファードフッ酸を用いたウェットエッチングによりＡｌＡｓ犠牲層を除去した。その後、メタルマスクを用いてＴｉ（５０ｎｍ）／Ａｕ（１０００ｎｍ）の櫛形形状の電極を電子ビーム蒸着法により形成した。
【００６９】
次に、図５（ｍ）に示すように、アセトンやイソプロピルアルコール等の有機溶剤を用いてワックスを除去し、発電素子を得た。
【００７０】
〈集光型太陽電池の形成〉予め、配線や電極パッドが形成された４×４に配列したガラスレンズアレイ上に形成した発電素子４個を真空ピンセットにて、所定の位置に配置した。
【００７１】
次に、リフロー法を用いて、２５０℃、１分間ではんだバンプを溶融させてガラスレンズアレイ上に発電素子を固定した。
【００７２】
次に、ガラスレンズアレイ上にＡＣＦ膜を貼り付け、その上から厚み７０ｕｍのグラファイトシートを貼り付けた。加熱温度は１８０℃で加圧して貼り付けた。
【００７３】
以上により、ガラスアレイ上に一体となった集光型太陽電池を得た。
【００７４】
この集光型太陽電池の太陽電池特性を計測する時に、Ｗａｈｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．ＩＮＣ製のウェハ表面温度測定用テンプ・プレートをグラファイトシートに貼り付けて集光型太陽電池の温度を計測した。計測した温度は４８℃以下であることが確認でき、本実施例における集光型太陽電池は高い放熱特性を有していることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
発明は、集光型太陽電池に利用できる。
【符号の説明】
【００７６】
１００  集光型太陽電池
１０１  レンズアレイ
１０２  グラファイトシート
１０３  発電素子
１０４  異方性導電膜
１０５  支柱
１０６  台
１０７  集光型太陽電池システム
１０８  第１面
１０９  第２面
２０１  半導体層（発電層）
２０１ａ  第１面
２０１ｂ  第２面
２０２  第３電極（グリッド電極）
２０３  第４電極（下面電極）
２０４  第１電極
２０５  第２電極
２０６  絶縁膜
２０７  絶縁膜
２０８  絶縁膜
２０９  第１はんだバンプ
２１０  第２はんだバンプ
２１１  第１電極パッド
２１２  第２電極パッド
２１３  第１配線
２１４  第２配線
２１５  金属粒子
２１６  熱硬化性樹脂
２１７  接続用金属膜
４０１  共通電極
４０２  絶縁膜
４０３  外部取り出し線
４０４  外部取り出し線
５０１  半導体層（発電層）
５０２  犠牲層
５０３  基板
５０４  転写用基板
５０５  ワックス
７０１  レンズアレイ
７０２  グラファイトシート
７０３  レンズアレイの面
７０４  発電素子
７０５  異方性導電膜
７０６  シリコーンシート
７０７  加熱ヘッド
７０８  加熱ヘッド
８０１  太陽電池チップ
８０２  小型レンズ
８０３  下部基体
９１２  放熱基台
９１４  太陽電池セル
９２２  樹脂シート
９２４  銅板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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