(57)【要約】【課題】大型の太陽光受光面（例えば１ｍ２超）を有し、受光した太陽光を効率的に導光することができる部材であって、簡便な方法で製造することができる導光部材を提供することを目的とする。【解決手段】反射性金属膜が積層された太陽光受光面と、前記太陽光受光面から入射した太陽光を導光する導光層と、前記導光層に太陽電池を取付けるための取付け部とを備える導光部材であって、前記受光面には、前記金属膜を貫通し、前記導光層に達する凹部からなる入射口を有し、かつ前記凹部の内側面は逆錘形状である、導光部材を提供する。【選択図】図１
2013011670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射性金属膜が積層された太陽光受光面と、前記太陽光受光面から入射した太陽光を導光する導光層と、前記導光層に太陽電池を取付けるための取付け部と、を備える導光部材であって、
前記受光面には、前記金属膜を貫通し、前記導光層に達する凹部からなる入射口を有し、かつ前記凹部の内側面は逆錘形状である、導光部材。
【請求項２】
前記反射性金属膜の厚みが、１０〜３０μｍである、請求項１に記載の導光部材。
【請求項３】
前記反射性金属膜が、Ａｇ膜またはＡｌ膜であり、かつ前記導光層が、透明アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）層である、請求項１に記載の導光部材。
【請求項４】
前記入射口を構成する凹部の内側面がなす角度θが、３０°≦θ＜９０°であり、
前記入射口を構成する凹部の導光層における幅が、１．２〜２μｍであり、
前記入射口を構成する凹部の導光層における深さが、０．６〜２μｍである、請求項１に記載の導光部材。
【請求項５】
前記反射性金属膜が、前記太陽光受光面に照射された太陽光を導光層に導く入射反射面と、前記導光層からの光の漏れを抑制する導光反射面と、を備える、請求項１に記載の導光部材。
【請求項６】
太陽光受光面と、前記太陽光受光面から入射した太陽光を導光する導光層と、前記導光層に太陽電池を接続するための取付け部と、を備える導光部材であって、
前記太陽光受光面に対して反対側の面は非対称プリズム面であり、前記導光層を導光する光を、前記接続部にまで導光させやすくする、導光部材。
【請求項７】
前記非対称プリズム面には反射性金属膜が積層されている、請求項６に記載の導光部材。
【請求項８】
前記非対称プリズム面のプリズムの頂角θ’が９０°＜θ＜１５０°であり、かつ前記プリズムの凹凸高さが１〜１００μｍである、請求項６に記載の導光部材。
【請求項９】
前記太陽電池が、多接合型化合物太陽電池である、請求項１および請求項６に記載の導光部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光部材、特に、太陽光を太陽電池（例えば、多接合型化合物太陽電池）に導光するための導光部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池のなかで最も効率が高く、集光型太陽電池に適している太陽電池として、多接合型III-Ｖ族化合物太陽電池がある。このような高効率の太陽電池への集光構造として、太陽電池素子に太陽光を効率的に導光するための導光構造を組み合わせたものがある（例えば、特許文献１や非特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１に示されている太陽電池の導光構造を、図９Ａに示す。図９Ａは、太陽電池の導光構造の模式断面図である。図９Ａに示す導光構造２００は、受光層２１０と、導光層２２０と、乱反射層２３０と、太陽電池素子１００と、を有する。
【０００４】
従来の導光構造として、プリズムアレイシートで光に方向性を持たせる技術も提案されている（非特許文献１を参照）。図９Ｂに示されるように、プリズムアレイシート３００で方向性を与えた光を、さらに別部品の導光構造のリフレクター３１０で太陽電池３２０に集光させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０-２１２２８０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】日本太陽エネルギー学会 2009年、通号189、Ｐ５３〜６０「進化的アルゴリズムによる集光ＰＶ用プリズムアレイシートの最適設計」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の導光構造２００では、受光層２１０と導光層２２０とを別部品で構成し、貼りあわせるため、生産リードタイムが長くなる。大型サイズ（例えば１ｍ２超）の受光面を有する受光層と導光層とを均一に貼りあわせることは、熱膨張係数の違いから困難であった。また、乱反射層２３０は、光を様々な方向に乱反射させるため、太陽電池素子１００にむかって効率的に導光させることができず、太陽電池素子１００への光の集光率を低下させる課題がある。
【０００８】
また、非特許文献１に示される導光構造でも、プリズムアレイシート３００とリフレクター３１０とが別個の部品であり、適切なギャップを保持しながら一体化する必要がある。そのため、生産リードタイムが長くなり、大型サイズ（例えば、１ｍ２超）のプリズムアレイシートとリフレクターとをはり合わせようとすると、安定したギャップを保持できない。
【０００９】
また、太陽光のリフレクターへの入射角によっては、一旦リフレクターに入射した光が、再度リフレクターから出射し、太陽電池３２０への集光効率が低下する。また、リフレクター３１０は、受光面に対して傾けて（θｌ）配置されるため、リフレクター３１０が大きくなると太陽電池３２０も大きくなり、しかも重量が重くなるため、実用性が低い。
【００１０】
そこで本発明は、大型の太陽光受光面（例えば１ｍ２超）を有し、受光した太陽光を効率的に導光することができる部材であって、簡便な方法で製造することができる導光部材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】
【００１１】
本発明の第一は、以下のように構成される導光部材に関する。
［１］反射性金属膜が積層された太陽光受光面と、前記太陽光受光面から入射した太陽光を導光する導光層と、前記導光層に太陽電池を取付けるための取付け部と、を備える導光部材であって、
前記受光面には、前記金属膜を貫通し、前記導光層に達する凹部からなる入射口を有し、かつ前記凹部の内側面は逆錘形状である、導光部材。
【００１２】
前記［１］の導光部材によれば、生産リードタイムの短縮と同時に、導光部材の大判化（例えば、受光面を１ｍ２以上とする）と、集光効率の向上とが実現される。
【００１３】
本発明の第二は、以下のように構成される導光部材に関する。
［２］太陽光受光面と、前記太陽光受光面から入射した太陽光を導光する導光層と、前記導光層に太陽電池を接続するための取付け部と、を備える導光部材であって、
前記太陽光受光面と対向する面は非対称プリズム面であり、前記導光層を導光する光を、前記接続部にまで導光させやすくする、導光部材。
【００１４】
前記［２］の導光部材によれば、導光層に入射した太陽光を、より効率的に太陽電池素子に集光することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の太陽電池の導光部材によれば、太陽光を効率的に太陽電池に導光することができる。また、太陽電池素子サイズよりも、大きな面積に照射される太陽光を太陽電池素子に導光して効率的に発電できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の導光部材の全体構成を示す模式断面図（図１Ａ）と、図１ＡにおけるＡ部の拡大図（図１Ａ）である。
【図２】本発明の導光部材において、受光面に照射された太陽光が、表面凹部からなる入射口を経て、導光層に入射する様子を示す図（図２Ａ）と、導光層に入射した光が、導光層内部を導光する様子を示す図（図２Ｂ）である。
【図３】本発明の導光部材の製造フローの第１工程（導光材料基板を用意する工程）を示す図（図３Ａ）と、第２工程（受光面の裏面に凹部を形成する工程）を示す図（図３Ｂ）である。
【図４】本発明の導光部材の製造フローの第３工程（導光材料基板の表面に、金属膜を成膜する工程）を示す図（図４Ａ）と、第４工程（受光面に凹部を形成する工程）を示す図（図４Ｂ）である。
【図５】本発明の導光部材の導光層に、太陽電池を配置する様子を示す図である。
【図６】太陽電池を、インターポーザー基板に実装する様子を示す図である。
【図７】多接合型化合物太陽電池の構造と、太陽光の吸収スペクトルを示す図である。
【図８】多接合型化合物太陽電池パッケージの詳細構造を示す図である。
【図９】従来の太陽電池の導光構造の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１.導光部材について
本発明の第一の導光部材は、１）反射性金属膜が積層された太陽光受光面と、２）前記太陽光受光面から入射した太陽光を導光する導光層と、３）前記導光層に太陽電池を取付けるための取付け部と、を備える。太陽光は、太陽光受光面から導光層に入射し、導光層の内部を導光して、取付け部に集光される。第一の導光部材は、太陽光受光面に配置された入射口に特徴がありうる。
【００１８】
すなわち、本発明の第一の導光部剤の太陽光受光面には、前記金属膜を貫通し、前記導光層に達する凹部からなる入射口が配置され、かつ前記凹部は逆錘形状の凹部とされている。それにより、太陽光受光面に照射された光は、どのような角度で照射されても、効率的に入射口を経て導光層に入射できる（図２Ａ参照）。
【００１９】
また、本発明の第一の導光部材の太陽光受光面の入射口以外の面には、前記金属膜が配置されているので、一旦導光層に入射した光が、太陽光受光面から漏出することが抑制される（図２Ｂ参照）。
【００２０】
本発明の第二の導光部材は、１）太陽光受光面と、２）前記太陽光受光面から入射した太陽光を導光する導光層と、３）前記導光層に太陽電池を取付けるための取付け部と、を備える。第一の導光部材と同様に、太陽光は、太陽光受光面から導光層に入射し、導光層の内部を導光して、取付け部に集光される。第二の導光部材は、太陽光受光面に対して反対の面に特徴がありうる。
【００２１】
すなわち、本発明の第二の導光部材の太陽光受光面に対して反対の面は、非対称プリズム面とされている。非対称プリズムの形状を調整することで、導光層内部に入射して、導光層を導光する太陽光を、効率的に、太陽電池取付け部にまで導光させやすくしている（図２Ｂ参照）。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態に係る太陽電池の導光部材について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２３】
＜導光部材の全体構成＞
図１Ａは、本発明の一実施形態の導光部材の全体構成を示す概略断面図である。図１Ａに示すように、導光部材５０は、太陽電池素子１０に太陽光を導光するために用いられる。導光部材５０の形状は特に制限されないが、シート状とすることができ、例えば細長いシート状とする。
【００２４】
導光部材５０は、導光層１と、導光層１の表面に積層された金属膜２と、を有する。導光部材のうち、太陽光を受光する面（受光面）には、表面凹部３からなる入射口が複数形成されている。一方、導光部材５０の受光面とは反対側の面は、裏面凹部７からなる非対称プリズムが形成されており、非対称プリズム面とされている。
【００２５】
導光層１の材料は、太陽光が透過できる透明材料であればよく、各種樹脂やガラスでありうる。透明樹脂の具体例には、完全フッ素化ポリマー、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリアミド、ポリエステル及びこれらを主成分とする共重合体、並びにこれらの混合物が含まれる。ガラスの例には、石英ガラスが含まれる。
【００２６】
導光層１の厚みは、０．５〜１０ｍｍであることが好ましく、例えば、約３ｍｍである。
【００２７】
金属膜２は、反射性の金属であることが好ましく；反射性の金属の例には、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどが含まれるが、ＡｇまたはＡｌが好ましい。金属膜２の厚みは特に限定されないが、通常は１０〜３０μｍの範囲である。
【００２８】
図１Ｂは、図１ＡのＡ部拡大図である。入射口を構成する表面凹部３の内側面がなす角度θは、３０°≦θ＜９０°であることが好ましい。受光面に照射された光を、入射口を経て効率的に導光層１に入射させるためである。つまり、入射口を構成する表面凹部３の内側面（入射反射面２Ｘ,図２Ａ参照）が、太陽光の導光層１への入射を促進する。
【００２９】
入射口を構成する表面凹部３の、導光層１における幅（入射口幅５）は、１．２μｍ〜２μｍであることが好ましい。入射口を構成する表面凹部３の、導光層１における深さ（入射口深さ６）は、０．６〜２μｍであることが好ましい。入射口幅５や入射口深さ６は、太陽光を効率良く回折させながら、効率よく導光層１に入射させることができるように設定すればよい。上述のサイズは、太陽光スペクトルの波長６５０〜１２００ｎｍまで利用するために設定したサイズである。
【００３０】
一方、導光部材５０の裏面凹部７は、非対称プリズム構造を構成している。長辺側７ａでの反射光が太陽電池１０に進行し、短辺側７ｂでの反射光が太陽電池１０とは逆側に進行するようにする。このようにすることで、導光層１を導光する太陽光が、効率的に太陽電池１０に導光される。裏面凹部深さ８は、１〜１００μｍであることが好ましく、裏面凹部の内側面がなす角度（プリズムの頂角θ’）は、９０°＜θ’≦１５０°であることが好ましい。
【００３１】
本発明の導光部材は、太陽電池に太陽光を集光するために用いられる。具体的には、導光部材５０は、太陽電池１０を取付けるための取付け部３０を有する。取付け部３０には金属膜２が積層されておらず、導光層１が露出している。導光部材５０がシート状部材である場合には、例えば、シート側面に取付け部５０を設けることができる。
【００３２】
導光部材５０の取付け部３０に取付けられる太陽電池１０は、その受光面を、取付け部５０の面に対向させて配置される。太陽電池１０は、導光部材５０の取付け部３０に固定されることが好ましい。固定は、例えば透明接着剤２４にて行えばよい。
【００３３】
＜太陽電池素子＞
導光部材５０の取付け部３０に取付けられる太陽電池１０は、太陽光を電気エネルギーに変換できる素子であればよく、公知の種々の素子が利用できる。公知の太陽電池素子の例には、シリコン系、化合物系、有機物系太陽電池が含まれる。シリコン系太陽電池には、単結晶又は多結晶の結晶系シリコン太陽電池や、アモルファスシリコンを薄膜状に成膜した薄膜系シリコン太陽電池などがある。化合物系太陽電池には、銅・インジウム・セレンなどを原料とするＣＩＳ系太陽電池や、ガリウム砒素などの化合物半導体を用いたGaAs系太陽電池のほか、Ｇｅ系太陽電池やＣｄＴｅ-ＣｄＳ系太陽電池などがある。また有機物系太陽電池には、色素増感型太陽電池などがある。
【００３４】
特に、ＧａＡｓ系太陽電池は素子に入射される光エネルギーの増加に対する光電変換効率が高く、導光部材を組み合わせることで効果的に発電量が高まる。本発明に好適に用いられうる多接合型ＧａＡｓ系太陽電池について後述する。
【００３５】
本発明の導光部材５０の受光面に照射された太陽光２６は、入射口を通じて導光層１に入射し、導光層１の内部を太陽電池の取付け部３０にまで導光される（図２ＡＢ）。
【００３６】
具体的には、表面凹部３からなる入射口に入射した太陽光２６は、入射反射面２Ｘで反射を繰り返しながら、導光層１の受光面に形成された入射口に集光されながら入射する（図２Ａ）。導光層１に入射した太陽光２６は、導光層１と金属膜２との境界にある導光反射面２Ｙと、受光面とは反対面に形成した裏面凹部７からなる非対称プリズム７の表面に形成した金属膜２との界面（導光反射面２Ｚ）とで、反射を繰り返しながら、導光層１の内部を導光する（図２Ｂ）。そのとき、裏面凹部７からなる非対称プリズムの形状が制御されているので、太陽光２６は、より効率的に取り付け部３０にまで導光される。その結果、導光部材５０の受光面に照射された太陽光２６は、効率的に太陽電池１０に入射されて、光電変換される。
【００３７】
導光部材５０の受光面に照射される太陽光２６は、日中の太陽の動きにより、入射角度が常に変化する。受光面に対して垂直方向から太陽光２６が照射されることが、入射光率から理想的である。入射角度が常に変化する太陽光を、常に垂直方向から受光面に照射させるには、太陽追尾装置（トラッカー）を用いて、導光部材５０の受光面の面角度を常に調整しなければならない。しかしながら、トラッカーにも設置誤差や追尾誤差があり、常に受光面の面角度を最適化できるとは限らない。さらに、トラッカーはシステムが複雑でコストが高い。そのため、導光部材を固定設置することで、トラッカーレスとすることが求められている。
【００３８】
本発明の導光部材５０の受光面に対して、斜め方向から照射された太陽光２６は、受光面に形成した入射反射面２Ｘで１回又は複数回の全反射を繰り返して、最終的に導光層１に形成した凹部に導かれて、導光層１に入射する（図２Ａ）。このように、受光面に対して斜めから入射した太陽光２６は、表面凹部３に集光されて、導光層１に入射することができる。従って、本発明の導光部材５０は、固定設置されていても、効率的に太陽光２６を導光層１に入射させることができる。
【００３９】
導光層１に入射した太陽光２６は、導光層１の内部を、太陽電池１０の取付け部３０まで導光される（図２Ｂ）。具体的には、導光層１の内壁面（金属膜２との界面）での反射を繰り返しながら、太陽電池１０の取付け部３０まで導かれる。導光層１に入射した太陽光２６は、受光面の裏面に形成された裏面凹部７からなる非対称プリズム７の表面に形成された金属膜２との界面（導光反射面２Ｚ）で全反射し、かつ受光面側の導光層内面に形成された導光反射面２Ｙで全反射する。太陽光２６は、この全反射を繰り返して、金属膜２のない取付け部３０に導光され、太陽電池１０に入射する。
【００４０】
導光する太陽光２６のうちのごく一部は、受光面にある表面凹部からなる入射口から出射するため、出射光ロスが生じる。しかしながら、入射口幅５は、１．２〜２μｍと非常に微細であるため、出射光ロスは極めて少ない。
【００４１】
このようにして、本発明の導光部材５０の受光面に照射された太陽光２６は、効率的に太陽電池１０に集光して照射される。そのため、本発明の導光部材に接続された太陽電池は、十分な発電量を示す。
【００４２】
２．導光部材の製造方法について
本発明の導光部材は、本発明の効果が得られる限り任意の方法で製造されうるが、以下においてその例を説明する。
【００４３】
＜導光材料基板の用意＞
まず、導光層１となる導光材料基板１’を用意する（図３Ａ）。導光材料基板１’は、通常は板状部材である。導光材料基板１’の材料は、前述の通り、太陽光を透過する透明材料であればよい。本実施例では、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）を用いており、その屈折率は約１．４９である。
【００４４】
導光材料基板１’のサイズ（面積）は、特に限定されないが、１ｍ×１ｍとすることができ、さらに大きなサイズにしても構わない。また、導光層１の厚みは、０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００４５】
＜非対称プリズム面の形成工程＞
導光材料基板１’の一方の面を、非対称プリズム面とする（図３Ｂ）。導光材料基板１’の一方の面を、ダイヤモンドバイト２５による研削工法で、裏面凹部７を形成することで非対称プリズム面とする。非対称プリズム面は、太陽光受光面の裏面に形成される。導光材料基板１’の一方の面に接触させたダイヤモンドバイト２５に、裏面凹部７の深さ８に対応した荷重を印加し、ダイヤモンドバイト２５をスキャンさせながら、導光材料基板１’の一方の面に凹部を形成する。ダイヤモンドバイト２５のスキャンスピードは、研削深さにもよるが、約１０〜１００ｍｍ/ｓでありうる。
【００４６】
導光材料基板１’の一方の面を、非対称プリズム面とする（図３Ｂ）手法の他の例には、導光材料基板１’を成形するための金型のキャビティー面に、裏面凹部７に対応する凹凸部を設けておいてもよい。本手法によれば、導光材料基板１’の成形と同一工程で、キャビティー面の凹凸部が転写された導光材料基板１’が得られ、非対称プリズム面がより容易に形成される。このように、キャビティー面の凹凸部を導光材料基板１’に転写するには、コンプレッション成形技術を用いることが好ましく；より正確な転写をするために、金型の荷重印加プロファイルを多段にすることが好ましい。
【００４７】
＜金属膜形成工程＞
裏面凹部７を形成した導光材料基板１’の全面に、金属膜２を成膜する（図４Ａ）。金属膜２の厚みは、例えば１０〜３０μｍであり、Ａｇ膜でありうる。金属膜２の成膜には、公知の種々の手法が利用できる。好ましい手法の例には、銀鏡反応を利用した無電解メッキ工法がある。この手法は、特開２０１０−１０７８５４において「プラスチック鏡」と称されている。銀鏡反応とは、鏡の製造にも使われている化学反応のひとつであり、アンモニア性硝酸溶液が還元されると、銀（９９．９％）が析出して被対象物質に付着し、鏡のようになる反応である。
【００４８】
銀鏡反応を利用したメッキ技術のなかには、塗装工法や、メッキ塗装工法、スプレー塗装など、いろいろなメッキ方法があり、導光層１の大きさや膜厚によって最適な工法を選択すればよい。
【００４９】
金属膜２の成膜には、金属スパッタ法による金属蒸着法を採用してもよい。金属スパッタ法による金属膜２の膜厚は、通常、０．１μｍ〜０．３μｍとなる。蒸着する金属の例には、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどが含まれる。
【００５０】
＜受光面の凹部形成工程＞
金属膜２を成膜された導光材料基板１’の受光面に、表面凹部３を形成する（図４Ｂ）。受光面とは、前述の裏面凹部７からなる非対称プリズム面に対して反対側の面である。受光面にある金属膜２と導光層１の表層を、ダイヤモンドバイト２５で研削することで、表面凹部３が形成される。
【００５１】
導光材料基板１’の受光面に、表面凹部３を形成する（図４Ｂ）手法の他の例には、レーザーカットにより金属膜２と導光層１を部分的に除去したり、レジスト膜を用いて金属膜２と導光層１を部分的にウェットエッチングして凹部を形成したりする手法がある。
【００５２】
導光材料基板１’の受光面に、表面凹部３を形成する（図４Ｂ）手法のさらに他の例には、導光材料基板１’を成形するための金型のキャビティー面に、表面凹部３に対応する凹凸部を設けておき；成形された導光材料基板１’（表面凹部３が形成されている）の全面に金属膜２を成膜し；成膜した金属膜２をレーザーカットしたり、ウェットエッチングしたりして、入射口を形成する。本手法によれば、導光材料基板１’の成形と同一工程で、キャビティー面の凹凸部が転写された導光材料基板１’が得られる。このように、キャビティー面の凹凸部を導光材料基板１’に転写するには、コンプレッション成形技術を用いることが好ましく、より正確な転写をするために、金型の荷重印加プロファイルを多段にすることが好ましい。
【００５３】
＜導光部材と太陽電池との位置合わせ工程＞
導光材料基板１’の表面に形成された金属膜２のうち、太陽電池１０を取り付け部３０にある金属膜２を鏡面研磨して、導光層１を露出させる（図５Ａ）。このようにして、導光部材５０が得られる。
【００５４】
導光部材５０の取付け部３０と、パッケージ化された太陽電池１０（後述）との位置あわせを行う（図５Ａ）。次に、太陽電池１０の受光面に透明接着剤２４を塗布する。導光部材５０の取付け部３０に、透明接着材２４を介して太陽電池１０の受光面を接触させる。
【００５５】
＜太陽電池の実装工程＞
導光部材５０の取付け部３０に接触させた太陽電池１０の透明接着剤２４を硬化させて、太陽電池１０の実装を行う（図５Ｂ）。透明接着剤２４にＵＶ光２７を照射して、透明接着剤２４を硬化させ、太陽電池１０と取付け部３０とを機械的に固定する。その結果、太陽電池１０に、導光層１を導光する太陽光が入射できる構造にする。
【００５６】
以上の工程により、本実施例における「太陽電池の導光構造」をもつ構造体が完成する。
【００５７】
前述の通り、本発明の導光部材には任意の太陽電池が接続されるが、太陽電池１０はインターポーザーを用いてパッケージ化されていてもよい。図６Ａには、多接合型化合物系の太陽電池１０を、インターポーザー基板１１に位置合わせする工程が示される。インターポーザー基板１１は、シリコン、セラミック、ガラスエポキシ基板またはガラスなどで形成される。インターポーザー基板１１は、内部に貫通電極１５を有する。また、インターポーザー基板１１の太陽電池１０が接合される面には、素子側電極１４が形成され；その反対面には、外部取り出し電極１６が形成されている。素子側電極１４と外部取り出し電極１６はいずれも、その最表層がＡｕ膜で形成されている。Ａｕ膜は、フラッシュＡｕメッキや、電解Ａｕメッキ工法を用いて形成され、その厚みは最大０．５μｍ厚である。
【００５８】
次に、インターポーザー基板１１の太陽電池を接合する面に、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）１３を貼り付ける（図６Ａ）。例えば、ＡＣＦ１３を接合面に押し当てて、８０℃で１秒間保持すればよい。その後、バックコンタクト型の太陽電池１０にある、太陽電池電極１２と、素子側電極１４とを位置合わせする。
【００５９】
図６Ｂには、多接合型化合物系の太陽電池１０をインターポーザー基板１１に実装して、パッケージ化する工程が示される。インターポーザー基板１１に太陽電池１０を、１５０〜２５０℃に加熱した加圧過熱ヘッド１７で約５〜２０秒間押圧する。ＡＣＦ１３の母材であるエポキシ樹脂を加熱硬化させる。ＡＣＦ１３には、導電粒子が含まれているので、太陽電池電極１２と素子側電極１４とが導通する。このようにして、太陽電池１０にダメージを与えることなく、太陽電池１０をパッケージ化することができる。
【００６０】
実装する太陽電池１０が、バックコンタクト型ではなく、両面電極型である場合には、太陽電池１０の下面電極（インターポーザー基板１１に対向する電極）を、はんだやＡＣＦなどでインターポーザー基板１１に実装し；太陽電池１０の上面電極を、ワイヤボンディング工法や、リボンボンディング工法や、金属リードフレームのはんだ付けなどでインターポーザー基板１１に実装し、パッケージ化すればよい。
【００６１】
＜多接合化合物太陽電池の構造＞
前述の通り、本発明の導光部材には任意の太陽電池１０が接続されるが、太陽電池１０は、好ましくは化合物太陽電池であり、より好ましくは多接合化合物太陽電池である。
【００６２】
図７に、多接合化合物太陽電池の代表的な例として、３接合化合物太陽電池１０の構造を示す。３接合化合物太陽電池１０は、ＧａＡｓ基板の上に、各化合物層を形成していくことで作製されうる。化合物層の形成は、縦型ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置に投入し、エピタキシャル成長法によって積層していく。
【００６３】
エピタキシャル成長は、温度約７００℃の環境下にて行うことが好ましい。ＧａＡｓ層を成長させるための原料として、ＴＭＧ(トリメチルガリウム)とＡｓＨ３（アルシン）が用いられる。ＩｎＧａＰ層を成長させるための原料として、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ３（ホスフィン）が用いられる。また、ｎ型のＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層およびＩｎＧａＡｓ層を形成するための不純物として、ＳｉＨ４（モノシラン）が用いられる。一方、ｐ型のＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層およびＩｎＧａＡｓ層を形成するための不純物としてＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）が用いられる。
【００６４】
まず、ＧａＡｓ基板上に、約１００ｎｍ厚みのＡｌＡｓ層を成長させる。次に、コンタクト層Ｃとして、約０．１μｍ厚みのｎ型ＩｎＧａＰ層を成長させる。
【００６５】
次に、トップセルＴを積層する。ウィンドウとしての約２５ｎｍ厚みのｎ型ＩｎＡｌＰ層と、エミッターとしての約０．１μｍ厚みのｎ型ＩｎＧａＰ層と、ベースとしての約０．９μｍ厚みのｐ型ＩｎＧａＰ層と、ＢＳＦとしての約０．１μｍ厚みのｐ型ＩｎＧａＰ層とを、それぞれエピタキシャル成長法によって形成し、約１μｍ厚みのトップセルＴを積層する。
【００６６】
次に、トンネル層を積層する。約１２ｎｍ厚みのｐ型ＡｌＧａＡｓ層と、約２０ｎｍ厚みのｎ型ＧａＡｓ層を成長させ、約３０μｍ厚みのトンネル層を積層する。
【００６７】
次に、ミドルセルＭを積層する。ウィンドウとしての約０．１μｍ厚みのｎ型ＩｎＧａＰ層と、エミッターとしての約０．１μｍ厚みのｎ型ＧａＡｓ層と、ベースとしての約２．５μｍ厚みのｐ型ＧａＡｓ層と、ＢＳＦとしての約５０ｎｍ厚みのｐ型ＩｎＧａＰ層とを、それぞれエピタキシャル成長法によって形成し、約３μｍ厚みのミドルセルＭを積層する。
【００６８】
次に、トンネル層を積層する。約１２ｎｍ厚みのｐ型ＡｌＧａＡｓ層と、約２０ｎｍ厚みのｎ型ＧａＡｓ層を成長させ、約３０μｍ厚みのトンネル層を積層する。
【００６９】
次に、グリッド層を積層する。約０．２５μｍ厚みのｎ型ＩｎＧａＰ層を８層積層し、約２μｍ厚みのグリッド層を形成する。グリッド層は、格子定数のミスマッチで転位や欠陥等の発生を抑制する。
【００７０】
次に、バッファ層として、約１μｍ厚みのｎ型ＩｎＧａＰ層を成長させる。
【００７１】
次に、ボトムセルＢを積層する。パッシベーション膜としての約５０ｎｍ厚みのｎ型ＩｎＧａＰ層と、エミッターとしての約０．１μｍ厚みのｎ型ＩｎＧａＡｓ層と、ベースとしての約２．９μｍ厚みのｐ型ＩｎＧａＡｓ層と、パッシベーション膜としての約５０ｎｍ厚みのｐ型ＩｎＧａＰ層とを、それぞれエピタキシャル成長法によって形成し、約３μｍ厚みのボトムセルＢを積層する。
【００７２】
次に、コンタクト層Ｃとしての約０．１μｍ厚みのｐ型ＩｎＧａＡｓ層を成長させる。
【００７３】
図７のグラフに示すように、トップセルＴの禁制帯幅は１．８７ｅＶ、太陽光スペクトルの中で吸収できる波長は６５０ｎｍ以下の領域であり；ミドルセルＭの禁制帯幅は１．４１ｅＶ、太陽光スペクトルの中で吸収できる波長は６５０ｎｍ〜９００ｎｍの領域であり；ボトムセルＢの禁制帯幅は１．０ｅＶ、太陽光スペクトルの中で吸収できる波長は９００ｎｍ〜１２００ｎｍの領域である。このように３層構造にすることにより、太陽光スペクトルを有効に利用できる、高効率の太陽電池を実現できる。
【００７４】
＜多接合化合物太陽電池ペッケージの詳細構造＞
図８には、多接合（３接合）化合物太陽電池１０を、インターポーザー基板１１に実装してパッケージ化した構造を示す。３接合化合物太陽電池１０は、太陽光の入射側から、透明電極１８であるＺｎＯ層、コンタクト層Ｃ、トップセルＴ、ミドルセルＭ、ボトムセルＢ、コンタクト層Ｃ、下部電極１９、下部電極のＡｕめっき厚膜部１９ｂで構成されている。Ａｕめっき厚膜部１９ｂの厚みは１０〜５０μｍである。また、透明電極１８と接続しており、トップセルＴの電位を有する上部電極２０が配置されている。
【００７５】
次に、トップセルＴ、ミドルセルＭ、ボトムセルＢの側面に絶縁膜２１であるＳｉＮ膜を形成し、絶縁膜２１の外周面に側面電極２２を形成する。側面電極２２は、上部電極２２と接続しており、破線Ｌの位置にまで引き出している。このようにして、トップセルの電位を有する電極と、ボトムセルの電位を有する電極とを、いずれも破線Ｌの位置に配置することで、太陽電池１０をバックコンタクト型としている。
【００７６】
＜インターポーザー基板への実装時の応力吸収＞
図８に記載されているパッケージ構造において、突起電極２３は、円柱部２３ｂと、応力吸収層２３ａとを有する。応力吸収層２３ａの断面（図８の上下方向に直交する断面）は、円柱部２３ｂの断面よりも、小さな面積を有する。具体的には、円柱部２３ｂは円柱形状であり、応力吸収層２３ａは円錐形状であり、その側面がテーパー構造を有する。例えば、応力吸収層２３ａの側面は、導通方向（図８の上下方向）に対して、３０°〜６０°傾斜されたテーパー構造を有する。実施形態の例としては、円柱部２３ｂの直径を２０〜５０μｍ、円柱部２３ｂの厚みを６〜１０μｍ、応力吸収層２３ａの厚みを２０μｍ以上とする。
【００７７】
３接合化合物太陽電池１０が実装されるときに、応力吸収層２３ａの円錐形状の先端が平坦状に押し潰される。このように、突起電極２３の円柱部２３ｂと応力吸収層２３ａを、互いに異なる形状とするとともに、応力吸収層２３ａの断面積を円柱部２３ｂの断面積よりも小さくすることで、太陽電池１０の実装時に加わる応力を応力吸収層２３ａの変形で吸収する。従って、応力吸収層２３ａを設けることで、太陽電池１０をインターポーザー基板１１に実装するときに、太陽電池１０がダメージを受けにくい。
【００７８】
突起電極２３の材料は、Ａｕ,Ｔｉ,Ｃｕ,Ａｌ,Ｓｎ,Ａｇ,Ｐｄ,Ｃｕ,Ｂｉ,Ｐｂ,Ｎｉ,Ｃｒなどの金属材料の単体もしくは複合材でありうるが、一般的にはＡｕである。突起電極２３はワイヤボンディング工法を用いたスタッドバンプ法などの方法によって形成することができる。
【００７９】
また、突起電極２３は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂と、Ａｇ,Ｐｄ,Ａｕ,Ｃｕ,Ａｌ,Ｎｉ,Ｃｒ,Ｔｉなどの導電性金属とを含む導電性ペーストを、塗布や印刷して形成してもよい。この場合は、突起電極２３にテーパー部分を設ける必要はない。溶融した状態の導電性ペーストが太陽電池１０の電極と接触し、硬化されるので、太陽電池１０に応力がかかりにくい。
【００８０】
図８で示される太陽電池パッケージにおける透明電極１８を、図１Ａに示されるように、本発明の導光部材５０の取付け部３０に対向させて取付けることで、集光型太陽電池が構成される。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の太陽電池の導光部材は、受光面で受光した太陽光を、集光しながら太陽電池にまで導光できる。そのため、集光型太陽電池に光を集光するための導光部材として応用できる。本発明の太陽電池の導光部材は、従来の多結晶シリコン型太陽電池（変換効率が約２０％程度）にはもちろん、約３ｍｍ×３ｍｍの受光面しかない多接合型化合物太陽電池（変換効率が約４０％）にも適用できる。受光面の面積が同じであっても、変換効率が２倍になれば、発電量が２倍となるので、本発明の太陽電池の導光部材は、日照量の多い地域での大規模太陽発電システムに最適である。
【符号の説明】
【００８２】
１  導光層
１’  導光材料基板
２  金属膜
２Ｘ  入射反射面  
２Ｙ，２Ｚ  導光反射面  
３  表面凹部
θ  表面凹部の内側面がなす角度
５  入射口幅
６  入射口深さ
７  裏面凹部
７ａ  長辺
７ｂ  短辺
８  裏面凹部深さ
θ’プリズムの頂角
１０  太陽電池
１１  インターポーザー基板、
１２  太陽電池電極
１３  ＡＣＦ
１４  素子側電極
１５  貫通電極
１６  外部取り出し電極
１７  加圧加熱ヘッド
１８  透明電極
１９  下部電極
１９ｂ  Ａｕめっき厚膜部
２０  上部電極
２１  絶縁膜
２２  側面電極
２３  突起電極  
２３ａ  応力吸収層
２３ｂ  円柱部
２４  透明接着剤 
２５  ダイヤモンドバイト
２６  太陽光
２７  ＵＶ光
３０  取付け部
５０ 導光部材
Ｃ  コンタクト層
Ｔ  トップセル
Ｍ  ミドルセル
Ｂ  ボトムセル 
１００  太陽電池素子
２００  導光構造
２１０  受光層
２２０  導光層
２３０  乱反射層
３００  プリズムアレイシート
３１０  リフレクター
３２０  太陽電池
【図９】
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【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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