(57)【要約】【課題】密封性、耐候性（耐湿性、防塵性）を向上させることができる太陽電池モジュール、このような太陽電池モジュールを搭載した太陽光発電ユニット、太陽電池モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】太陽電池モジュール１は、集光レンズ２０が配置されたガラス板２１と、ガラス板２１に形成されてガラス板２１を枠体部４０に固定する金属層２２とを備え、枠体部４０は、合成樹脂で一体成形され、ガラス板２１が固定された第１端部４１と、底板部３０が固定された第２端部４２と、第１端部４１に固定されて金属層２２に接合された金属板４３とを備え、金属層２２と金属板４３とは、溶接されている。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池素子と、前記太陽電池素子のそれぞれに太陽光を集光する複数の集光レンズと、前記太陽電池素子が搭載された底板部と、前記集光レンズと前記底板部との間隔を画定する枠体部とを備えた太陽電池モジュールであって、
前記集光レンズが配置されたガラス板と、前記ガラス板に形成されて前記ガラス板を前記枠体部に固定する金属層とを備え、
前記枠体部は、合成樹脂で一体成形され、前記ガラス板が固定された第１端部と、前記底板部が固定された第２端部と、前記第１端部に固定されて前記金属層に接合された金属板とを備え、
前記金属層と前記金属板とは、溶接されていること
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記第１端部は、前記ガラス板の端面が対向する第１枠部と、前記第１枠部の内側で前記第２端部の側に位置して前記ガラス板の平面に対向する段差部と、前記段差部から前記ガラス板の側へ突出して前記金属板が配置された台形領域とを備えていること
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の太陽電池モジュールであって、
前記金属板は、板厚の方向で一部が前記台形領域に埋め込まれていること
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の太陽電池モジュールであって、
前記金属層は、前記ガラス板の外周に沿って連続して配置され、
前記金属板は、前記金属層に沿って連続して配置されていること
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項５】
請求項２から請求項４までのいずれか一つに記載の太陽電池モジュールであって、
前記第１枠部は、前記ガラス板の端面に対向する内側の頂部が除去されて封止樹脂が充填された封止部を備えること
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の太陽電池モジュールであって、
前記封止樹脂は、シリコーン樹脂、あるいはウレタン樹脂であること
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一つに記載の太陽電池モジュールであって、
前記金属板は、銅、コバール、およびニッケルメッキしたアルミニウムの内いずれか一つの金属材料で形成されていること
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一つに記載の太陽電池モジュールであって、
前記金属層は、ガラスへの接着性を有する半田で形成されていること
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の太陽電池モジュールであって、
前記金属層は、前記半田に対して銅めっきまたは銅ペーストが下地層として形成されていること
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか一つに記載の太陽電池モジュールであって、
前記枠体部は、３００ｎｍないし１４００ｎｍの波長の光に対する反射率が５０％以上の第１被覆膜を内壁に備えること
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれか一つに記載の太陽電池モジュールであって、
前記枠体部は、耐候性を有する第２被覆膜を外壁に備えること
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか一つに記載の太陽電池モジュールであって、
前記枠体部は、前記第１端部と前記第２端部との間の壁に形成された窓枠部と、前記窓枠部に配置されて壁面を形成する金属壁部とを備えること
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２までのいずれか一つに記載の太陽電池モジュールであって、
前記枠体部を成形する前記合成樹脂は、エンジニアリングプラスチックであること
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項１４】
請求項１３に記載の太陽電池モジュールであって、
前記エンジニアリングプラスチックは、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、およびポリカーボネート樹脂の群から選ばれたいずれか１つ、あるいは、炭素繊維またはガラスフィラーで複合化した前記群から選ばれたいずれか１つであること
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項１５】
複数の太陽電池モジュールを支持フレームに搭載した太陽光発電ユニットであって、
前記太陽電池モジュールは、請求項１から請求項１４までのいずれか一つに記載の太陽電池モジュールであることを特徴とする太陽光発電ユニット。
【請求項１６】
複数の太陽電池素子と、前記太陽電池素子のそれぞれに太陽光を集光する複数の集光レンズと、前記太陽電池素子が搭載された底板部と、前記集光レンズと前記底板部との間隔を画定する枠体部とを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記枠体部は、前記ガラス板が固定される第１端部と、前記底板部が固定される第２端部とを備え、
前記枠体部の前記第１端部に前記ガラス板を固定する金属層を前記ガラス板に形成する工程と、
前記金属層に位置合わせされた金属板を前記第１端部に嵌め込む工程と、
前記金属層と前記金属板とを重ねる工程と、
前記金属板と前記金属層とを溶接する工程とを備えること
を特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光レンズが配置されたガラス板を合成樹脂で形成された枠体部に固定した太陽電池モジュール、複数の太陽電池モジュールを搭載した太陽光発電ユニット、および太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フレネルレンズ（集光レンズ）によって集光した太陽光を太陽電池素子に照射して大きい光起電力を得る集光型太陽光発電装置が提案されている（例えば、引用文献１ないし引用文献５参照。）。
【０００３】
集光型太陽光発電装置は、集光レンズの受光面積より小さいサイズの太陽電池素子を配置すれば良いことから、太陽電池素子のサイズ（面積）を縮小することができるので、高価な構成物である太陽電池素子の使用量を低減することができ、製造コストを下げることが可能となる。このような利点から、集光型太陽光発電装置は、広大な面積を利用して発電することが可能な地域などで、大電力供給用に利用されつつある。
【０００４】
引用文献１に記載された技術は、フレネルレンズ（集光レンズ）を筐体に取り付けた太陽電池モジュールである。フレネルレンズと太陽電池素子との間を周囲から保護する筐体が適用され、筐体とフレネルレンズとの固定にゴム製ブッシングが適用されている。したがって、筐体に対するフレネルレンズの固定構造が複雑となり、密封性、耐候性、作業性の観点からの課題がある。また、引用文献２では、フレネルレンズの固定構造についての記載が全く無い。
【０００５】
引用文献３、４に記載された技術は、金属製のフレームに集光レンズを固定する太陽電池モジュールである。金属製のフレームは、重量が大きくなり、また、組み立て工程が必要になる。また、金属製のフレームに対して集光レンズの取り付けに困難性があるなどの課題がある。また、引用文献５に開示された技術は、集光レンズをフレームに連結するレンズフレームの位置決めに関する技術である。
【０００６】
いずれの技術においても、集光レンズの固定において、高精度に位置決めできる締結部材が必要となる。また、筐体の構造が複雑で作業が複雑になって製造コストが掛かるという課題がある。
【０００７】
また、複数の太陽電池素子を直列に接続した太陽電池モジュールの場合、集光された太陽光の照射によって、高い電圧が出力され、例えば２００Ｖ以上となることがある。したがって、太陽電池モジュールの内部の耐水性（外部からの水分、湿気の浸入を防止する密封性）、耐候性が極めて重要な課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２８９８９７号公報
【特許文献２】特開２００３−２５８２９１号公報
【特許文献３】特開２００６−３４３４３５号公報
【特許文献４】特開２００８−９８２３７号公報
【特許文献５】特開２０１０−１３５６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、集光レンズが配置されたガラス板の金属層と枠体部が備える金属板とを溶接することによって、ガラス板と枠体部との間の固定構造を簡略化し、ガラス板と枠体部との密着性を向上させて太陽電池素子に対する外部の影響を防止して、密封性、耐候性（耐湿性、防塵性）を向上させることができる太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、本発明に係る太陽電池モジュールを複数搭載することによって、密封性、耐候性を向上させた太陽光発電ユニットを提供することを他の目的とする。
【００１１】
また、本発明は、本発明に係る太陽電池モジュールを製造する太陽電池モジュールの製造方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子と、前記太陽電池素子のそれぞれに太陽光を集光する複数の集光レンズと、前記太陽電池素子が搭載された底板部と、前記集光レンズと前記底板部との間隔を画定する枠体部とを備えた太陽電池モジュールであって、前記集光レンズが配置されたガラス板と、前記ガラス板に形成されて前記ガラス板を前記枠体部に固定する金属層とを備え、前記枠体部は、合成樹脂で一体成形され、前記ガラス板が固定された第１端部と、前記底板部が固定された第２端部と、前記第１端部に固定されて前記金属層に接合された金属板とを備え、前記金属層と前記金属板とは、溶接されていることを特徴とする。
【００１３】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、機械的な締結部材を用いることなくガラス板の金属層と枠体部の金属板とを溶接してガラス板を枠体部に固定することから、ガラス板と枠体部との間の固定構造を簡略化し、ガラス板と枠体部との密着性を向上させて太陽電池素子に対する外部の影響を防止できるので、密封性、耐候性（耐湿性、防塵性）を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る太陽電池モジュールでは、前記第１端部は、前記ガラス板の端面が対向する第１枠部と、前記第１枠部の内側で前記第２端部の側に位置して前記ガラス板の平面に対向する段差部と、前記段差部から前記ガラス板の側へ突出して前記金属板が配置された台形領域とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、ガラス板の端面を枠体部の第１枠部の内側で包囲し、第１枠部の内側に形成されてガラス板の平面に対向する段差部の台形領域に金属板を配置することから、ガラス板の金属層と金属板とを高精度に位置合わせして強固に結合することができる。
【００１６】
また、本発明に係る太陽電池モジュールでは、前記金属板は、板厚の方向で一部が前記台形領域に埋め込まれていることを特徴とする。
【００１７】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、金属板の一部が板厚の方向で第１端部（段差部から突出した台形領域）に埋め込まれていることから、金属板を第１端部に対して高精度に位置決めして強固に固定することができる。
【００１８】
また、本発明に係る太陽電池モジュールでは、前記金属層は、前記ガラス板の外周に沿って連続して配置され、前記金属板は、前記金属層に沿って連続して配置されていることを特徴とする。
【００１９】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、金属層および金属板をガラス板の外周に沿わせて連続して配置することから、ガラス板（金属層）と第１端部（金属板）との間の接合を確実にして密封性および結合強度を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明に係る太陽電池モジュールでは、前記第１枠部は、前記ガラス板の端面に対向する内側の頂部が除去されて封止樹脂が充填された封止部を備えることを特徴とする。
【００２１】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、ガラス板の端面を囲む第１端部（第１枠部）の内側の頂部が除去されて封止樹脂が充填された封止部を備えることから、ガラス板と枠体部（第１端部、第１枠部）との間での密着性、封止性を向上させて更に耐候性を向上させることができる。
【００２２】
また、本発明に係る太陽電池モジュールでは、前記封止樹脂は、シリコーン樹脂、あるいはウレタン樹脂であることを特徴とする。
【００２３】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、容易に封止部を形成することが可能となり、封止部の信頼性、経済性を更に向上させることができる。
【００２４】
また、本発明に係る太陽電池モジュールでは、前記金属板は、銅、コバール、およびニッケルメッキしたアルミニウムの内いずれか一つの金属材料で形成されていることを特徴とする。
【００２５】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、金属板を溶接性に優れた特定の材料とすることから、ガラス板に形成された金属層に対する溶接を容易に施すことができる。
【００２６】
また、本発明に係る太陽電池モジュールでは、前記金属層は、ガラスへの接着性を有する半田で形成されていることを特徴とする。
【００２７】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、ガラスへの接着性を有する半田で金属層を形成することから、ガラス板に対して金属層を確実に形成し、金属層と金属板との間の溶接性を向上させることができる。
【００２８】
また、本発明に係る太陽電池モジュールでは、前記金属層は、前記半田に対して銅めっきまたは銅ペーストが下地層として形成されていることを特徴とする。
【００２９】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、半田の形成を容易にして半田の溶着性を向上させることができる。
【００３０】
また、本発明に係る太陽電池モジュールでは、前記枠体部は、３００ｎｍないし１４００ｎｍの波長の光に対する反射率が５０％以上の第１被覆膜を内壁に備えることを特徴とする。
【００３１】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、枠体部の内壁の反射率を５０％以上とすることから、枠体部での蓄熱作用を抑制して、底板部に搭載された太陽電池素子が太陽光の集光によって温度上昇することを防止できる。
【００３２】
また、本発明に係る太陽電池モジュールでは、前記枠体部は、耐候性を有する第２被覆膜を外壁に備えることを特徴とする。
【００３３】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、枠体部（外壁）の耐候性を向上させることから、枠体部の信頼性を向上させることができる。
【００３４】
また、本発明に係る太陽電池モジュールでは、前記枠体部は、前記第１端部と前記第２端部との間の壁に形成された窓枠部と、前記窓枠部に配置されて壁面を形成する金属壁部とを備えることを特徴とする。
【００３５】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、枠体部の壁からの放熱性を向上させ、構造強度を向上させるので、発電効率および信頼性を向上させることができる。
【００３６】
また、本発明に係る太陽電池モジュールでは、前記枠体部を成形する前記合成樹脂は、エンジニアリングプラスチックであることを特徴とする。
【００３７】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、枠体部の耐候性と強度を強化することが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【００３８】
また、本発明に係る太陽電池モジュールでは、前記エンジニアリングプラスチックは、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、およびポリカーボネート樹脂の群から選ばれたいずれか１つ、あるいは、炭素繊維またはガラスフィラーで複合化した前記群から選ばれたいずれか１つであることを特徴とする。
【００３９】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、枠体部の耐候性と強度を更に確実に向上させることができる。
【００４０】
また、本発明に係る太陽光発電ユニットは、複数の太陽電池モジュールを支持フレームに搭載した太陽光発電ユニットであって、前記太陽電池モジュールは、本発明に係る太陽電池モジュールであることを特徴とする。
【００４１】
したがって、本発明に係る太陽光発電ユニットは、軽量化が可能となり、耐候性、機械的強度を向上させることができる。
【００４２】
また、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、複数の太陽電池素子と、前記太陽電池素子のそれぞれに太陽光を集光する複数の集光レンズと、前記太陽電池素子が搭載された底板部と、前記集光レンズと前記底板部との間隔を画定する枠体部とを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、前記枠体部は、前記ガラス板が固定される第１端部と、前記底板部が固定される第２端部とを備え、前記枠体部の前記第１端部に前記ガラス板を固定する金属層を前記ガラス板に形成する工程と、前記金属層に位置合わせされた金属板を前記第１端部に嵌め込む工程と、前記金属層と前記金属板とを重ねる工程と、前記金属板と前記金属層とを溶接する工程とを備えることを特徴とする。
【００４３】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、ガラス板に形成された金属層と枠体部に形成された金属板とを溶接することから、締結部材を適用することなく、集光レンズ（ガラス板）を枠体部（第１端部）へ固定できるので、密封性、耐候性の高い太陽電池モジュールを容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明に係る太陽電池モジュールは、集光レンズが配置されたガラス板に形成された金属層と、枠体部の第１端部に固定されて金属層に溶接された金属板とを備える。
【００４５】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、ガラス板と枠体部との間の固定構造を簡略化し、ガラス板と枠体部との密着性を向上させて太陽電池素子に対する外部の影響を防止できるので、密封性、耐候性（耐湿性、防塵性）を向上させることができるという効果を奏する。
【００４６】
本発明に係る太陽光発電ユニットは、本発明に係る複数の太陽電池モジュールを支持フレームに搭載している。
【００４７】
したがって、本発明に係る太陽光発電ユニットは、軽量化が可能となり、耐候性、機械的強度を向上させることができるという効果を奏する。
【００４８】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、金属層をガラス板に形成する工程と、金属層に位置合わせされた金属板を第１端部に嵌め込む工程と、金属層と金属板とを重ねて溶接する工程とを備える。
【００４９】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、締結部材を適用することなく、集光レンズ（ガラス板）を合成樹脂製の枠体部（第１端部）へ固定できるので、密封性、耐候性の高い太陽電池モジュールを容易に製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュールの全体構成の概要を分解して示す分解斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示した太陽電池モジュールを側面から透視して見た状態を示す透視側面図である。
【図２Ａ】図１Ａに示した太陽電池モジュールにおける枠体部（第１端部）とガラス板との固定関係を断面状態で示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示した太陽電池モジュールの変形例１における封止部の形成状態を示す断面図である。
【図３】図１Ａに示した太陽電池モジュールの変形例２における金属層とガラス板との固定関係を示す断面図である。
【図４】図１Ａに示した太陽電池モジュールにおける枠体部（第２端部）と底板部との固定関係を断面状態で示す断面図である。
【図５】図１Ａに示した太陽電池モジュールの変形例３における内壁に形成された第１被覆膜の断面状態を示す断面図である。
【図６】図１Ａに示した太陽電池モジュールの変形例４における外壁に形成された第２被覆膜の断面状態を示す断面図である。
【図７Ａ】図１Ａに示した太陽電池モジュールの変形例５における枠体部に形成された窓枠部に配置された金属壁部の断面状態を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示した太陽電池モジュールの変形例の全体外観を斜め上方から見た状態で示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る太陽光発電ユニットの全体構成の概要を側面から見た状態として示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００５２】
＜実施の形態１＞
図１Ａないし図７Ｂを参照して、本実施の形態に係る太陽電池モジュール１について説明する。
【００５３】
図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュール１の全体構成の概要を分解して示す分解斜視図である。なお、図１Ａは、太陽電池モジュール１の全体構成の概要であることから、レシーバ基板３１相互間の配線などの細部については、図示を省略している。以下においても同様に省略することがある。
【００５４】
図１Ｂは、図１Ａに示した太陽電池モジュール１を側面から透視して見た状態を示す透視側面図である。
【００５５】
本実施の形態に係る太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池素子１０と、太陽電池素子１０のそれぞれに太陽光を集光する複数の集光レンズ２０と、太陽電池素子１０が搭載された底板部３０と、集光レンズ２０と底板部３０との間隔を画定する枠体部４０とを備える。
【００５６】
集光レンズ２０は、ガラス板２１に行列状に配置されている。本実施の形態では、４０個（５×８）の集光レンズ２０が１枚のガラス板２１に敷き詰められ、ガラス板２１は、枠体部４０に固定されている。枠体部４０は、合成樹脂で一体成形され、ガラス板２１が固定された第１端部４１と、底板部３０が固定された第２端部４２とを備える。
【００５７】
太陽電池モジュール１は、枠体部４０が合成樹脂の一体成形で形成されているので、金属製の枠体部４０（筐体）に比較して軽量化を図ることができる。枠体部４０を成形する合成樹脂は、エンジニアリングプラスチックであることが好ましい。この構成によって、太陽電池モジュール１は、枠体部４０の耐候性と強度を強化することが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【００５８】
また、枠体部４０は、合成樹脂の一体成形で形成されることから、従来の金属製フレームを適用して形成する筐体（枠体）のような複数部材を組み立てて形成する必要が無く、フレームの組み立て工程が不要となる。枠体部４０は、金型によって枠体部４０の外形を画定する樹脂射出成形機によって製造されることから、樹脂射出成形機の精度の範囲内で、集光レンズ２０（ガラス板２１）と太陽電池素子１０（底板部３０）との位置精度を確保でき、また、集光レンズ２０に対する太陽電池素子１０の位置合わせを高精度に実現できることから、発電効率の高い太陽電池モジュール１を形成できる。
【００５９】
枠体部４０は、従来の金属製フレームに比較して約２０％程度の軽量化が可能となり、太陽光発電ユニット２（図８参照）に搭載する場合の作業性を向上させ、材料費などを低減することから、低コスト化を図ることができる。
【００６０】
なお、エンジニアリングプラスチックは、熱可塑性ポリエステル樹脂（例えば、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）など）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、およびポリカーボネート樹脂（ＰＣ）の群から選ばれたいずれか１つ、あるいは、炭素繊維またはガラスフィラーで複合化した群から選ばれたいずれか１つであることが好ましい。したがって、太陽電池モジュール１は、枠体部４０の耐候性と強度を更に確実に向上させることができる。
【００６１】
具体例として、ポリエステル樹脂について、説明する。例えば３００℃以上の高温溶融状態とされたポリエステル樹脂はアルミニウム板との濡れ性が良い。したがって、高温高圧状態でポリエステル樹脂とアルミニウム板とを接触させた状態でポリエステル樹脂を室温に冷却すると、密閉性の良い界面構造が得られる。この性質を利用して、加熱した合成樹脂の射出成形で密閉性の良いポリエステル樹脂製の枠体部４０が形成（成形）される。
【００６２】
太陽電池素子１０は、レシーバ基板３１を介して底板部３０に配置されている。レシーバ基板３１は、例えばアルミニウム製の基台に絶縁層を介して配線層（不図示）が積層されている。太陽電池素子１０（裏面電極：不図示）が載置される配線パターン、太陽電池素子１０の表面電極（不図示）が接続される配線パターンが配線層によって形成されている。太陽電池素子１０は、例えばＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／Ｇｅの積層構造を有する３接合化合物半導体タンデム太陽電池（素子）である。
【００６３】
上述したとおり、太陽電池モジュール１は、太陽電池素子１０が搭載された底板部３０を枠体部４０に固定し、集光レンズ２０が配置されたガラス板２１を枠体部４０に固定することによって製造される。
【００６４】
図２Ａは、図１Ａに示した太陽電池モジュール１における枠体部４０（第１端部４１）とガラス板２１との固定関係を断面状態で示す断面図である。
【００６５】
第１端部４１の外側（外壁４０ｆ）には、第１枠部４５が形成され、第１枠部４５にガラス板２１の端面２５が挿入されている。また、第１枠部４５の内側（内壁４０ｓ）には、金属板４３、金属層２２を介してガラス板２１（平面２６）を載置した台形領域４７が形成されている。
【００６６】
つまり、太陽電池モジュール１では、第１端部４１は、ガラス板２１の端面２５が対向する第１枠部４５と、第１枠部４５の内側（内壁４０ｓの側）で第２端部４２の側に位置してガラス板２１の平面２６に対向する段差部４６と、段差部４６からガラス板２１の側へ突出して金属板４３が配置された台形領域４７とを備えている。
【００６７】
したがって、太陽電池モジュール１は、ガラス板２１の端面２５を枠体部４０の第１枠部４５の内側で包囲し、第１枠部４５の内側に形成されてガラス板２１の平面２６に対向する段差部４６の台形領域４７に金属板４３を配置することから、ガラス板２１の金属層２２と金属板４３とを高精度に位置合わせして強固に結合することができる。
【００６８】
なお、金属板４３は、台形領域４７に配置されてガラス板２１の平面２６（太陽電池素子１０に対向する内側の平面）と平行に配置されているので、金属層２２との接合（溶接）を確実に実現できる。また、段差部４６および台形領域４７は、ガラス板２１の端部（端面２５）に対して空間を設けることから、ガラス板２１の端部（端面２５）に対する応力の印加を防止して、ガラス板２１の損傷を防止することができる。
【００６９】
金属板４３は、板厚の方向で一部が台形領域４７に埋め込まれていることが好ましい。この構成によって、太陽電池モジュール１は、金属板４３の一部が板厚の方向で第１端部４１（段差部４６から突出した台形領域４７）に埋め込まれていることから、金属板４３を第１端部４１に対して高精度に位置決めして強固に固定することができる。
【００７０】
金属板４３は、枠体部４０の成形時に（あるいは、枠体部４０を成形した後）、台形領域４７に一部が埋め込まれているので、枠体部４０（台形領域４７）で強固に固定される。また、金属板４３は、表面が露出しているので、金属板４３に対して金属層２２が容易に溶接される。
【００７１】
枠体部４０の基本構造を形成した後に金属板４３を台形領域４７に形成する場合（埋め込む場合）の処理工程は例えば次のとおりである。
【００７２】
台形領域４７を備える枠体部４０の基本構造を成形した後、金属板４３を台形領域４７に埋め込んで配置する場合、金属板４３を枠体部４０に形成された直前の台形領域４７に当接させて固定（位置決め）する。次に、金属板４３の一部を埋め込むように台形領域４７の追加部分を形成する。追加部分は、金属板４３の周囲に金型を配置し、金型内へ高温溶融状態のポリエステル樹脂を注入し、加圧状態で室温まで冷却することによって形成される。
【００７３】
金属板４３は、銅、コバール、およびニッケルメッキしたアルミニウムの内いずれか一つの金属材料で形成されていることが好ましい。この構成によって、太陽電池モジュール１は、金属板４３を溶接性（半田に対する溶着性）に優れた特定の材料とすることから、ガラス板２１に形成された金属層２２に対する溶接を容易に施すことができる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、金属板４３として、コバールを適用した。コバールを構成する元素（重量比）は、Ｆｅ（５３．５％）、Ｎｉ（２９％）、Ｃｏ（１７％）、Ｓｉ（０．２％）、Ｍｎ（０．３％）である。
【００７５】
金属層２２は、ガラスへの接着性を有する半田で形成されていることが好ましい。この構成によって、太陽電池モジュール１は、ガラスへの接着性を有する半田で金属層２２を形成することから、ガラス板２１に対して金属層２２を確実に形成し、金属層２２と金属板４３との間の溶接性を向上させることができる。
【００７６】
なお、金属層２２は、半田に超音波振動を加えることによってガラス板２１に接着される。超音波振動によって接着された半田は、接着性、耐候性、耐湿性が極めて高い性質を有している。
【００７７】
また、金属層２２を構成する半田は通常のＰｂ−Ｓｎ合金半田に酸素親和力の強い元素（例えばＳｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｃｕなど）を添加して構成された特殊な半田素材を適用することが好ましい。この特殊な半田素材を適用して超音波エネルギーを印加することによって、接触界面の不要な空気層を除去し、ガラス（ガラス板２１）と半田素材の接触面の最表面層とを化学結合させるので、ガラス（ガラス板２１）への半田の接着が容易となっている。
【００７８】
なお、ガラス（ガラス板２１）は、金属の酸化物で形成されていることから、半田に含有される酸素親和力の強い元素がガラスにおいて金属の酸化物を形成している酸素（ガラス）と結合するので、半田は確実にかつ強固にガラス（ガラス板２１）と結合される。  金属層２２と金属板４３との接合（溶着固定）は、超音波溶接方法、あるいはレーザ溶接方法によって実行される。例えば、超音波溶接方法とした場合の加工条件は、超音波周波数が２０ｋＨｚ、超音波出力が２０００Ｗ程度、印加圧力が５００Ｎ（ニュートン）程度である。この加工条件によって、低い温度で良好な溶接（溶着）ができた。
【００７９】
なお、金属層２２と金属板４３とを超音波溶接で接合する場合、予め底板部３０を枠体部４０に固定し、その後、枠体部４０（第１端部４１）にガラス板２１を嵌め込み、枠体部４０の内部に不活性ガスを充填し、低湿度の作業環境とする。その後、金属板４３および金属層２２を予め加熱状態として超音波溶接を施すことで、金属層２２の変質を防止して確実な溶接を施すことが可能となる。また、予め形成された集光レンズ２０は、ガラス板２１に金属層２２を形成した後、ガラス板２１に張り付けられる。
【００８０】
ガラス板２１の外周（端面２５）に対して、第１枠部４５、段差部４６、台形領域４７の断面状態、更に、金属板４３および金属層２２の断面状態は、上述したとおりの配置であるが、平面状態は、不連続あるいは連続してガラス板２１の外周（端面２５）に沿うように配置される。なお、集光レンズ２０は、ガラス板２１の外周より内側に配置されることから、ガラス板２１の外周は、集光レンズ２０からはみ出し、平面２６が露出した状態とされている。
【００８１】
なお、金属層２２は、ガラス板２１の外周に沿って連続して配置（ガラス板２１の露出した平面に沿って配置）され、金属板４３は、金属層２２に沿って連続して配置されていることが好ましい。
【００８２】
この構成によって、太陽電池モジュール１は、金属層２２および金属板４３をガラス板２１の外周（端面２５）に沿わせて連続して配置することから、ガラス板２１（金属層２２）と第１端部４１（金属板４３）との間の接合を確実にして密封性および結合強度を向上させることができる。換言すれば、金属層２２と金属板４３とは、相互に位置合わせして形成されている。また、金属層２２および金属板４３をガラス板２１の全周に配置することで、十分な密封状態を形成することができる。
【００８３】
なお、半田層（金属層２２）は、液体状でガラス板２１に形成（配置）される。したがって、金属層２２（半田層）は、ガラス板２１の外周の全周に渡って容易に形成される。
【００８４】
また、集光レンズ２０は、光学樹脂（例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂）で形成され、ガラス板２１は、例えば硼珪酸ガラスで形成されている。また、ガラス板２１は、約５ｍｍ程度の幅の外周部分が露出している。つまり、金属層２２は、５ｍｍの範囲内に枠状に形成されている。
【００８５】
上述したとおり、本実施の形態に係る太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池素子１０と、太陽電池素子１０のそれぞれに太陽光を集光する複数の集光レンズ２０と、太陽電池素子１０が搭載された底板部３０と、集光レンズ２０と底板部３０との間隔を画定する枠体部４０とを備える。
【００８６】
また、太陽電池モジュール１は、集光レンズ２０が配置（接着）されたガラス板２１と、ガラス板２１に形成されてガラス板２１を枠体部４０に固定する金属層２２とを備え、枠体部４０は、合成樹脂で一体成形され、ガラス板２１が固定された第１端部４１と、底板部３０が固定された第２端部４２と、第１端部４１に固定されて金属層２２に接合された金属板４３とを備え、金属層２２と金属板４３とは、溶接されている。
【００８７】
したがって、太陽電池モジュール１は、機械的な締結部材を用いることなくガラス板２１の金属層２２と枠体部４０の金属板４３とを溶接してガラス板２１を枠体部４０に固定することから、ガラス板２１と枠体部４０との間の固定構造を簡略化し、ガラス板２１と枠体部４０との密着性を向上させて太陽電池素子１０に対する外部の影響を防止できるので、密封性、耐候性（特には耐湿性、粉塵の内部侵入を防止する防塵性）を向上させることができる。
【００８８】
また、太陽電池モジュール１では、ガラス板２１と枠体部４０との間の固定構造を簡略化することから、組み立て工程を簡略化し、製造コストを低減させることができる。
【００８９】
図２Ｂは、図２Ａに示した太陽電池モジュール１の変形例１における封止部４８の形成状態を示す断面図である。
【００９０】
変形例１に係る太陽電池モジュール１は、ガラス板２１の端面２５と第１端部４１の第１枠部４５との間で、第１枠部４５において内壁４０ｓの側の頂部が面取りによる凹部とされて封止樹脂が充填された封止部４８が形成されている。
【００９１】
つまり、変形例１に係る太陽電池モジュール１において、第１枠部４５は、前記ガラス板２１の端面２５に対向する内側の頂部が除去されて封止樹脂が充填された封止部４８を備える。
【００９２】
したがって、変形例１に係る太陽電池モジュール１は、ガラス板２１の端面２５を囲む第１端部４１（第１枠部４５）の内側の頂部が除去されて封止樹脂が充填された封止部４８を備えることから、ガラス板２１と枠体部４０（第１端部４１、第１枠部４５）との間での密着性、封止性を向上させて更に耐候性を向上させることができる。
【００９３】
なお、封止部４８を形成する封止樹脂は、シリコーン樹脂、あるいはウレタン樹脂であることが好ましい。この構成によって、太陽電池モジュール１は、容易に封止部４８を形成することが可能となり、封止部４８の信頼性、経済性を更に向上させることができる。つまり、ガラス板２１の端面２５と枠体部４０（第１枠部４５）との間に封止部４８を形成することから、高度な密封性を実現することができる。
【００９４】
図３は、図１Ａに示した太陽電池モジュール１の変形例２における金属層２２とガラス板２１との固定関係を示す断面図である。
【００９５】
変形例２に係る太陽電池モジュール１では、ガラス板２１と金属層２２との間に予め下地層２３が形成されている。下地層２３は、金属層２２を形成する前に予め形成されている。
【００９６】
つまり、金属層２２は、ガラス（ガラス板２１）の表面に直接形成しても良いが、コストを削減し、採算性を向上させる観点からは、半田層に対して銅めっきまたは銅ペーストが下地層２３として形成されていることが好ましい。この構成によって、太陽電池モジュール１は、半田の形成を容易にして半田の溶着性を向上させることができる。なお、銅めっきは、無電解めっきを適用することによって容易に形成可能である。また、銅ペーストは、適宜の塗布工程によって実施することができる。
【００９７】
図４は、図１Ａに示した太陽電池モジュール１における枠体部４０（第２端部４２）と底板部３０との固定関係を断面状態で示す断面図である。
【００９８】
枠体部４０において底板部３０の側に位置する第２端部４２の外側（外壁４０ｆ）には、第１枠部４５に対して反対側の位置に第２枠部５５が形成され、第２枠部５５の内側（内壁４０ｓ）に底板部３０の端面３５が挿入されている。また、第２枠部５５の内側（内壁４０ｓの側）には、底板部３０の平面３６が嵌め込み凸部３７を介して載置された台形領域５７が形成されている。嵌め込み凸部３７は、平面３６の一部に台形状に形成されているが、台形領域５７に対する嵌め込み強度を向上できる形状であればどのような形状であっても良い。
【００９９】
つまり、第２端部４２は、底板部３０の端面３５が対向する第２枠部５５と、第２枠部５５の内側（内壁４０ｓの側）で第１端部４１の側に位置して底板部３０の平面３６に対向する段差部５６と、段差部５６から底板部３０の側へ突出して嵌め込み凸部３７が配置された台形領域５７とを備えている。
【０１００】
底板部３０（平面３６、嵌め込み凸部３７）と、枠体部４０（第２端部４２、第２枠部５５、段差部５６、台形領域５７）との連結（固定）は、合成樹脂の特性を利用して行う。具体的には、まず、太陽電池素子１０が載置された底板部３０の嵌め込み凸部３７が段差部５６の台形領域５７に配置される。その後、加熱溶融によって十分に脱泡したポリエステル樹脂が嵌め込み凸部３７の周囲に充填され、加圧・加熱処理により、嵌め込み凸部３７を台形領域５７へ埋め込んだ形状とする。つまり、金属板４３が台形領域４７に対して埋め込まれた場合と同様の処理が施される。
【０１０１】
なお、底板部３０を枠体部４０に固定してから、底板部３０に対して太陽電池素子１０を配置することも可能であるが、作業性を考慮すれば、予め太陽電池素子１０を配置した底板部３０を枠体部４０に固定することが好ましい。
【０１０２】
底板部３０は、端面３５が第２枠部５５で位置決めされることから、高精度に太陽電池素子１０を集光レンズ２０に位置決めすることができる。
【０１０３】
また、枠体部４０に対するガラス板２１の固定と、枠体部４０に対する底板部３０の固定との作業順は、枠体部４０に対する底板部３０の固定を先行させることが好ましい。枠体部４０に対する底板部３０の固定は、図４に示した例に限らず種々の形態を採ることが可能であり、例えば締結金具を利用することも可能である。
【０１０４】
図５は、図１Ａに示した太陽電池モジュール１の変形例３における内壁４０ｓに形成された第１被覆膜５１の断面状態を示す断面図である。
【０１０５】
変形例３に係る太陽電池モジュール１では、枠体部４０は、３００ｎｍないし１４００ｎｍの波長の光に対する反射率が５０％以上の第１被覆膜５１を内壁４０ｓに備えることが好ましい。この構成によって、太陽電池モジュール１は、枠体部４０の内壁４０ｓの反射率を５０％以上とすることから、枠体部４０での蓄熱作用を抑制して、底板部３０に搭載された太陽電池素子１０が太陽光の集光によって温度上昇することを防止できる。
【０１０６】
第１被覆膜５１は、例えば、白色フッ素レジストを内壁４０ｓに塗布して形成され、厚さは例えば５μｍないし５０μｍ程度とすることができる。
【０１０７】
第１被覆膜５１が枠体部４０の内壁４０ｓに形成してあることから、太陽光に対する追尾ズレ、集光した太陽光の位置ズレが生じた場合でも、枠体部４０が損傷することを防止できる。
【０１０８】
図６は、図１Ａに示した太陽電池モジュール１の変形例４における外壁４０ｆに形成された第２被覆膜５２の断面状態を示す断面図である。
【０１０９】
変形例４に係る太陽電池モジュール１では、枠体部４０は、耐候性を有する第２被覆膜５２を外壁４０ｆに備えることが好ましい。この構成によって、太陽電池モジュール１は、枠体部４０（外壁４０ｆ）の耐候性を向上させることから、枠体部４０の信頼性を向上させることができる。つまり、枠体部４０の経時変化を抑制し、長期にわたる信頼性を向上させることができる。
【０１１０】
第２被覆膜５２は、例えば、ＵＶ吸収剤を含有する有機ケイ素化合物（シリコーン）がプラズマコーティングによって５μｍないし５０μｍ程度の厚さで塗布（形成）され、耐候性および耐傷付き性（耐磨耗性）を向上することができる。したがって、第２被覆膜５２をコーティングすることによって、合成樹脂で形成された枠体部４０の屋外使用寿命を２０年以上確保することができる。
【０１１１】
第２被覆膜５２は、第１被覆膜５１と併用しても良く、また、第２被覆膜５２のみを形成しても良い。第１被覆膜５１および第２被覆膜５２を併用することによって、枠体部４０（合成樹脂、エンジニアリングプラスチック）の長期間での耐候性、信頼性が著しく向上する。
【０１１２】
図７Ａは、図１Ａに示した太陽電池モジュール１の変形例５における枠体部４０に形成された窓枠部６０に配置された金属壁部６１の断面状態を示す断面図である。
【０１１３】
図７Ｂは、図７Ａに示した太陽電池モジュール１の変形例５の全体外観を斜め上方から見た状態で示す斜視図である。
【０１１４】
変形例５に係る太陽電池モジュール１では、枠体部４０は、第１端部４１と第２端部４２との間の壁５８に形成された窓枠部６０と、窓枠部６０に配置されて壁面を形成する金属壁部６１とを備えることが好ましい。この構成によって、太陽電池モジュール１は、枠体部４０の壁５８からの放熱性を向上させ、構造強度を向上させるので、発電効率および信頼性を向上させることができる。
【０１１５】
なお、金属壁部６１は、アルミニウム板で形成され、枠体部４０を構成する合成樹脂に埋め込まれた状態とされている。金属壁部６１は、枠体部４０の成形時に同時に形成することが可能である。また、枠体部４０の成形時に予め窓枠部６０を形成しておき、その後、窓枠部６０に金属壁部６１を嵌め込んで周囲を枠体部４０と同一の合成樹脂で充填することによって形成することもできる。
【０１１６】
枠体部４０の壁５８を金属壁部６１で構成することから、枠体部４０を構成する合成樹脂の使用量を抑制してコスト低減を図ることができる。特に、枠体部４０をエンジニアリングプラスチックで構成する場合にはコスト低減の効果が大きい。
【０１１７】
また、放熱性が向上することによって、枠体部４０（太陽電池モジュール１）の内外での温度差を低減することから、太陽電池モジュール１の内側に配置された集光レンズ２０での結露防止の作用を増加させることができる。
【０１１８】
なお、枠体部４０が、炭素繊維またはガラスフィラー（例えば、窒化ホウ素フィラー）で複合化した合成樹脂で形成される場合は、高い熱伝導性を有することから、金属壁部６１を省略することが可能である。
【０１１９】
＜実施の形態２＞
図８を参照して、本実施の形態に係る太陽光発電ユニット２について説明する。
【０１２０】
図８は、本発明の実施の形態２に係る太陽光発電ユニット２の全体構成の概要を側面から見た状態として示す側面図である。
【０１２１】
本実施の形態に係る太陽光発電ユニット２は、複数の太陽電池モジュール１を支持フレーム７０に搭載している。支持フレーム７０は、支柱７１に取り付けられた追尾機構７２によって太陽を追尾する構成とされている。
【０１２２】
太陽光発電ユニット２に搭載された太陽電池モジュール１は、実施の形態１に係るものである。したがって、太陽光発電ユニット２は、軽量化が可能となり、耐候性、機械的強度を向上させることができる。
【０１２３】
本実施の形態に係る太陽光発電ユニット２では、太陽電池モジュール１が軽量化されていることから、追尾機構７２を小型化して追尾駆動能力を軽減することが可能となり、システム構成に必要なコストを低減することができる。
【０１２４】
＜実施の形態３＞
実施の形態１に係る太陽電池モジュール１の製造方法について、実施の形態３として説明する。太陽電池モジュール１は、実施の形態１で説明したとおりであるので、符号を援用し主に異なる事項について説明する。
【０１２５】
本実施の形態に係る太陽電池モジュール１の製造方法は、複数の太陽電池素子１０と、太陽電池素子１０のそれぞれに太陽光を集光する複数の集光レンズ２０と、太陽電池素子１０が搭載された底板部３０と、集光レンズ２０と底板部３０との間隔を画定する枠体部４０とを備えた太陽電池モジュール１の製造方法である。
【０１２６】
太陽電池モジュール１の製造方法では、枠体部４０は、ガラス板２１が固定される第１端部４１と、底板部３０が固定される第２端部４２とを備えており、次の工程を備える。
【０１２７】
つまり、太陽電池モジュール１の製造方法は、枠体部４０を合成樹脂で一体成形する工程（射出成形工程）の後、枠体部４０の第１端部４１にガラス板２１を固定する金属層２２をガラス板２１に形成する工程（金属層形成工程）と、金属層２２に位置合わせされた金属板４３を第１端部４１に嵌め込む工程（金属板配置工程）と、金属層２２と金属板４３とを重ねる工程（溶接部位置決め工程）と、金属板４３と金属層２２とを溶接する工程（溶接工程）とを備える。
【０１２８】
したがって、本実施の形態に係る太陽電池モジュール１の製造方法は、ガラス板２１に形成された金属層２２と枠体部４０に形成された金属板４３とを溶接することから、締結部材を適用することなく、集光レンズ２０（ガラス板２１）を合成樹脂製の枠体部４０（第１端部４１）へ固定できるので、密封性、耐候性の高い太陽電池モジュール１を容易に製造することができる。
【０１２９】
なお、射出成形工程では、射出成形機によって枠体部４０が一体成形される。金属層形成工程では、超音波振動（超音波エネルギー）を半田に付加することによって半田（金属層２２）がガラス板２１に接合（形成）される。また、溶接工程では、超音波溶接、あるいはレーザ溶接によって金属層２２と金属板４３とが溶接される。
【０１３０】
その他の工程として、ガラス板２１に集光レンズ２０を貼り付ける工程、枠体部４０に底板部３０を固定する工程などがある。
【０１３１】
以上、実施の形態１ないし実施の形態３を参照して、太陽電池モジュール１、太陽電池モジュール１を複数配置した太陽光発電ユニット２、太陽電池モジュール１の製造方法について説明したが、実施の形態１ないし実施の形態３は、それぞれ他の実施の形態に対して適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１３２】
１太陽電池モジュール
２  太陽光発電ユニット
１０  太陽電池素子
２０  集光レンズ
２１  ガラス板
２２  金属層
２３  下地層
２５  端面
２６  平面
３０  底板部
３１  レシーバ基板
３５  端面
３６  平面
３７  嵌め込み凸部
４０  枠体部
４０ｆ  外壁
４０ｓ  内壁
４１  第１端部
４２  第２端部
４３  金属板
４５  第１枠部
４６  段差部
４７  台形領域
４８  封止部
５１  第１被覆膜
５２  第２被覆膜
５５  第２枠部
５６  段差部
５７  台形領域
５８  壁
６０  窓枠部
６１  金属壁部
７０  支持フレーム
７１  支柱
７２  追尾機構
【図１Ａ】
2013084670.tif 000003
【図１Ｂ】
2013084670.tif 000004
【図２Ａ】
2013084670.tif 000005
【図２Ｂ】
2013084670.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013084670.tif 000009
【図６】
2013084670.tif 000010
【図７Ａ】
2013084670.tif 000011
【図７Ｂ】
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【図８】
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