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JP2012089592A - Photoelectric conversion device and photoelectric conversion module - Google Patents

Photoelectric conversion device and photoelectric conversion module Download PDF

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JP2012089592A
JP2012089592A JP2010233198A JP2010233198A JP2012089592A JP 2012089592 A JP2012089592 A JP 2012089592A JP 2010233198 A JP2010233198 A JP 2010233198A JP 2010233198 A JP2010233198 A JP 2010233198A JP 2012089592 A JP2012089592 A JP 2012089592A
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JP
Japan
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photoelectric conversion
substrate
conversion device
light
heat dissipation
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010233198A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Ito
宏樹 伊藤
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion device and a photoelectric conversion module which contribute to the increase of the size.SOLUTION: A photoelectric conversion device 2 includes a heat radiation substrate 5, multiple ceramic substrates 6 disposed on the heat radiation substrate 5 so as to be spaced apart from each other, electrode layers 7 respectively provided at the multiple ceramic substrates, lead frames 8 which are respectively provided on the electrode layers 7 and electrically connect the electrode layers 7, provided on the adjacent ceramic substrates 6, with each other, and multiple photoelectric conversion elements 4 respectively disposed on the multiple ceramic substrates 6 in a planar perspective view.

Description

本発明は、光電変換装置およびその光電変換装置を用いた光電変換モジュールに関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion device and a photoelectric conversion module using the photoelectric conversion device.

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。光電変換装置は、光エネルギーを電力エネルギーに変換する光電変換素子を有している。光電変換装置が例えば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エネルギーに変換する太陽電池素子である(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, development of a photoelectric conversion device having a photoelectric conversion element has been advanced. As an exemplary photoelectric conversion device, there is a solar cell device that converts solar energy into electric power. In particular, for the purpose of improving the power generation efficiency, a concentrating solar cell device is being developed. The photoelectric conversion device includes a photoelectric conversion element that converts light energy into electric power energy. When the photoelectric conversion device is, for example, a solar cell device, the photoelectric conversion element is a solar cell element that converts solar energy into electric power energy (see, for example, Patent Document 1).

なお、光電変換装置は、光電変換素子上に、光電変換素子に光を集光させる集光部材が設けられる。   Note that in the photoelectric conversion device, a condensing member that condenses light on the photoelectric conversion element is provided on the photoelectric conversion element.

特開平9−64396号公報JP-A-9-64396

光電変換装置は、光を集光して電気に変換するものであるため、室外にて設置されて用いられる場合は、太陽光の影響を受けやすい。そのため、光電変換装置を大型化しようとすると、光電変換装置自体が熱膨張の影響を受けやすくなり、光電変換装置が破壊される虞が高まるという課題がある。   Since the photoelectric conversion device collects light and converts it into electricity, when it is installed and used outdoors, it is easily affected by sunlight. Therefore, when trying to enlarge the photoelectric conversion device, there is a problem that the photoelectric conversion device itself is easily affected by thermal expansion, and there is a risk that the photoelectric conversion device may be destroyed.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大型化に寄与することが可能な光電変換装置および光電変換モジュールを提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the photoelectric conversion apparatus and photoelectric conversion module which can contribute to enlargement.

本発明の一実施形態に係る光電変換装置は、放熱基板と、前記放熱基板上にそれぞれが間を空けて配置された複数のセラミック基板と、前記複数のセラミック基板上のそれぞれに設けられた電極層と、前記複数のセラミック基板に設けられた前記電極層上のそれぞれに設けられ、隣接する前記セラミック基板に設けられた前記電極層同士を電気的に接続したリードフレームと、平面透視して前記複数のセラミック基板のそれぞれに配置された複数の光電変換素子と、を備えている。   A photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention includes a heat dissipation substrate, a plurality of ceramic substrates that are spaced apart from each other on the heat dissipation substrate, and an electrode provided on each of the plurality of ceramic substrates. Layer, and a lead frame provided on each of the electrode layers provided on the plurality of ceramic substrates and electrically connecting the electrode layers provided on the adjacent ceramic substrates, and seen through in plan view And a plurality of photoelectric conversion elements disposed on each of the plurality of ceramic substrates.

また、本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールは、前記光電変換装置と、前記光電変換装置の上方に設けられた集光部材と、を備えている。   Moreover, the photoelectric conversion module which concerns on one Embodiment of this invention is provided with the said photoelectric conversion apparatus and the condensing member provided above the said photoelectric conversion apparatus.

本発明によれば、大型化に寄与することが可能な光電変換装置および光電変換モジュールを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photoelectric conversion apparatus and photoelectric conversion module which can contribute to enlargement can be provided.

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。It is a disassembled perspective view which shows the external appearance of the photoelectric conversion module which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光電変換モジュールの一部の断面図である。It is a partial sectional view of a photoelectric conversion module concerning this embodiment. 本実施形態に係る光電変換装置の平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing of the photoelectric conversion apparatus which concern on this embodiment. 本実施形態に係る光電変換装置のリードフレームの平面図である。It is a top view of the lead frame of the photoelectric conversion apparatus concerning this embodiment. 本実施形態に係る光電変換装置の平面図および断面図であって、光電変換素子およびリードフレームを除いた状態を示している。It is the top view and sectional drawing of the photoelectric conversion apparatus which concern on this embodiment, Comprising: The state which excluded the photoelectric conversion element and the lead frame is shown. 一変形例に係る光電変換装置の平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing of the photoelectric conversion apparatus which concern on one modification.

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる光電変換装置および光電変換モジュールの実施形態の例を説明する。なお、本発明は以下の実施形態の例に限定されないものである。   Exemplary embodiments of a photoelectric conversion device and a photoelectric conversion module according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited to the example of the following embodiment.

<光電変換モジュールの概略構成>
図1は、本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。図2は、図1に示す光電変換モジュール1の一部である光電変換装置2および集光部材3の断面図である。図3(A)は、図2に示した光電変換装置2の平面図である。図3(B)は、図2に示した光電変換装置2の断面図であって、図3(A)の平面図のA−A’に沿った断面図である。図4は、リードフレームの平面図である。図5(A)および図5(B)は、図3(A)および図5(B)に対応するものであって、図3から光電変換素子、リードフレームおよび接合樹脂を取り除いた状態を示している。
<Schematic configuration of photoelectric conversion module>
FIG. 1 is an overview perspective view of a photoelectric conversion module 1 according to the present embodiment, and an exploded perspective view in which a part thereof is enlarged. FIG. 2 is a cross-sectional view of the photoelectric conversion device 2 and the light collecting member 3 which are part of the photoelectric conversion module 1 shown in FIG. FIG. 3A is a plan view of the photoelectric conversion device 2 illustrated in FIG. FIG. 3B is a cross-sectional view of the photoelectric conversion device 2 illustrated in FIG. 2, and is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the plan view of FIG. FIG. 4 is a plan view of the lead frame. 5 (A) and 5 (B) correspond to FIGS. 3 (A) and 5 (B), and show a state in which the photoelectric conversion element, the lead frame, and the bonding resin are removed from FIG. ing.

本実施形態に係る光電変換モジュール1は、太陽光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、光を集光する光電変換素子4を含んでいる。かかる光電変換素子4は、例えば太陽光を集光して発電する機能を備えている。光電変換モジュール1は、図1に示すように、複数の光電変換装置2を含んで構成されている。そして、複数の光電変換装置2が、電気的に並列または直列に接続されている。   The photoelectric conversion module 1 according to the present embodiment is a photovoltaic power generation module that converts sunlight into electric power. Moreover, the photoelectric conversion apparatus 2 according to the present embodiment includes a photoelectric conversion element 4 that collects light. For example, the photoelectric conversion element 4 has a function of collecting sunlight to generate power. As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion module 1 includes a plurality of photoelectric conversion devices 2. A plurality of photoelectric conversion devices 2 are electrically connected in parallel or in series.

光電変換モジュール1は、複数の光電変換装置2と、光を受光する集光部材3とを含んでいる。集光部材3は、光電変換装置2の上方に設けられている。集光部材3は、例えばドーム形状のフレネルレンズである。集光部材3は、外部からの光を受光するとともに、受光した光を光電変換装置2の光電変換素子4に集める機能を備えている。なお、集光部材3は、例えばガラス、プラスチックまたは樹脂等からなる。かかる集光部材3は、フレーム部材3aとレンズ部材3bとを含んでおり、レンズ部材3bの外周を取り囲むようにフレーム部材3aにて固定されている。   The photoelectric conversion module 1 includes a plurality of photoelectric conversion devices 2 and a light collecting member 3 that receives light. The condensing member 3 is provided above the photoelectric conversion device 2. The condensing member 3 is, for example, a dome-shaped Fresnel lens. The condensing member 3 has a function of collecting light received from the outside and collecting the received light on the photoelectric conversion element 4 of the photoelectric conversion device 2. The light collecting member 3 is made of, for example, glass, plastic, resin, or the like. The condensing member 3 includes a frame member 3a and a lens member 3b, and is fixed by the frame member 3a so as to surround the outer periphery of the lens member 3b.

光電変換装置2は、図2または図3に示すように、放熱基板5と、放熱基板5上にそれぞれが間を空けて配置された複数のセラミック基板6と、複数のセラミック基板6上のそれぞれに設けられた電極層7と、電極層7上のそれぞれに設けられ、隣接するセラミック基板6に設けられた電極層7同士を電気的に接続したリードフレーム8と、平面透視して複数のセラミック基板6のそれぞれに重なるように配置された複数の光電変換素子4と、を備えている。   As shown in FIG. 2 or FIG. 3, the photoelectric conversion device 2 includes a heat dissipating substrate 5, a plurality of ceramic substrates 6 disposed on the heat dissipating substrate 5, and a plurality of ceramic substrates 6 respectively. The electrode layer 7 provided on the electrode layer 7, and the lead frame 8 provided on each of the electrode layers 7 and electrically connected to each other on the adjacent ceramic substrate 6. And a plurality of photoelectric conversion elements 4 arranged so as to overlap each of the substrates 6.

放熱基板5は、光電変換素子4に伝わる熱を外部に放熱する機能を備えている。光電変換装置2は、集光部材3を介して伝わる光のエネルギーの一部が熱に変換されて発熱する。そのため、放熱基板5は、光電変換素子4から熱が伝わりやすい材料からなる。放熱基板5は、例えば、アルミニウム、銅またはモリブデンなどの放熱性の優れた金属材料からなる。なお、放熱基板5の熱伝導率は、例えば、80W/(m・K)以上に設定されている。また、放熱基板5の熱膨張率は、例えば、5×10−6/℃以上20×10−6/℃以下に設定されている。 The heat dissipation substrate 5 has a function of radiating heat transmitted to the photoelectric conversion element 4 to the outside. The photoelectric conversion device 2 generates heat by converting a part of the energy of the light transmitted through the light collecting member 3 into heat. Therefore, the heat dissipation substrate 5 is made of a material that easily transfers heat from the photoelectric conversion element 4. The heat dissipation substrate 5 is made of a metal material having excellent heat dissipation, such as aluminum, copper, or molybdenum. The heat conductivity of the heat dissipation substrate 5 is set to 80 W / (m · K) or more, for example. Moreover, the thermal expansion coefficient of the thermal radiation board | substrate 5 is set to 5 * 10 < -6 > / degreeC or more and 20 * 10 < -6 > / degreeC or less, for example.

放熱基板5の大きさは、複数のセラミック基板6を設けることができる大きさに設定されている。放熱基板5の大きさは、例えば、平面視したときの一辺の長さが20mm以上200mm以下であって、上下方向の厚みが0.5mm以上10mm以下に設定されている。   The size of the heat dissipating substrate 5 is set to such a size that a plurality of ceramic substrates 6 can be provided. The size of the heat dissipation substrate 5 is set such that, for example, the length of one side in a plan view is 20 mm or more and 200 mm or less, and the thickness in the vertical direction is 0.5 mm or more and 10 mm or less.

放熱基板5の下面には、放熱フィン9が設けられている。放熱フィン9は、放熱基板5に伝わる熱を外部に向かって放熱する機能を備えている。放熱フィン9は、例えば、アルミニウム、銅またはモリブデンなどの放熱性の優れた金属材料からなる。放熱フィン9は、放熱基板5の下面に、例えば半田付け、ろう付けまたはグリースを介して接続される。   On the lower surface of the heat radiating substrate 5, heat radiating fins 9 are provided. The heat radiating fins 9 have a function of radiating heat transmitted to the heat radiating substrate 5 toward the outside. The heat radiating fins 9 are made of, for example, a metal material having excellent heat radiating properties such as aluminum, copper, or molybdenum. The heat radiating fins 9 are connected to the lower surface of the heat radiating substrate 5 through, for example, soldering, brazing, or grease.

セラミック基板6は、例えば、アルミナ、ムライトまたは窒化アルミなどのセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料などから成る。または、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料から成る。なお、セラミック基板6の熱伝導率は、例えば、14W/m・K以上200W/m・K以下に設定されている。また、セラミック基板6の熱膨張率は、例えば、3×10−6/℃以上10×10−6/℃以下に設定されている。 The ceramic substrate 6 is made of, for example, a ceramic material such as alumina, mullite, or aluminum nitride, or a glass ceramic material. Or it consists of a composite material which mixed several materials among these materials. The thermal conductivity of the ceramic substrate 6 is set to, for example, 14 W / m · K or more and 200 W / m · K or less. Moreover, the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate 6 is set to, for example, 3 × 10 −6 / ° C. or more and 10 × 10 −6 / ° C. or less.

各セラミック基板6の大きさは、1つのセラミック基板6の上面に、1つの光電変換素子4を実装できる大きさに設定されている。各セラミック基板6の大きさは、例えば、平面視したときの一辺の長さが3mm以上30mm以下であって、上下方向の厚みが0.1mm以上5mm以下に設定されている。   The size of each ceramic substrate 6 is set such that one photoelectric conversion element 4 can be mounted on the upper surface of one ceramic substrate 6. The size of each ceramic substrate 6 is set such that, for example, the length of one side in a plan view is 3 mm or more and 30 mm or less, and the thickness in the vertical direction is 0.1 mm or more and 5 mm or less.

各セラミック基板6上には、電極層7としての電極パターンが設けられている。電極層7は、光電変換素子4と電気的に接続されており、光電変換素子4にて起電された電力を外部に取り出すためのものである。電極層7は、例えば、銅、銀、金、鉄、アルミニウム、ニッケル、コバルトまたはクロム等の金属材料、あるいはそれらの合金からなる。   An electrode pattern as an electrode layer 7 is provided on each ceramic substrate 6. The electrode layer 7 is electrically connected to the photoelectric conversion element 4 and is for taking out the electric power generated by the photoelectric conversion element 4 to the outside. The electrode layer 7 is made of, for example, a metal material such as copper, silver, gold, iron, aluminum, nickel, cobalt, or chromium, or an alloy thereof.

光電変換素子4は、平面視してセラミック基板6上に配置され、リードフレーム8と電気的に接続される。光電変換素子4は、例えば半田を介してリードフレーム8と電気的に接続されている。また、セラミック基板6上にメタライズされた電極パターン上に光電変換素子4が実装され、電極パターンに対してリードフレーム8が実装されていても良い。   The photoelectric conversion element 4 is disposed on the ceramic substrate 6 in plan view and is electrically connected to the lead frame 8. The photoelectric conversion element 4 is electrically connected to the lead frame 8 via, for example, solder. Further, the photoelectric conversion element 4 may be mounted on the electrode pattern metallized on the ceramic substrate 6, and the lead frame 8 may be mounted on the electrode pattern.

光電変換素子4は、光を電力に変換する機能を備えている。光電変換素子4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4は、光起電
力効果により、受けた光を即時に電力に変換して出力することができる。例示的な太陽電池素子は、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以上890nm以下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以上2000nm以下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。なお、光電変換素子4の大きさは、例えば、平面視したときの一辺の長さが3mm以上15mm以下であって、上下方向の厚みが0.3mm以上5mm以下に設定されている。そして、1つの光電変換素子4を1つのセラミック基板6に重ね合わせた状態では、平面視したときにセラミック基板6の端部と光電変換素子4の端部との間の隙間は、例えば10mm以下に設定されている。
The photoelectric conversion element 4 has a function of converting light into electric power. The photoelectric conversion element 4 is a solar cell element including a III-V group compound semiconductor, for example. The photoelectric conversion element 4 can immediately convert the received light into electric power and output it by the photovoltaic effect. An exemplary solar cell element has an InGaP / GaAs / Ge3 junction cell structure. The indium gallium phosphide (InGaP) top cell converts energy contained in a wavelength region of 660 nm or less. The gallium arsenide (GaAs) middle cell converts energy contained in a wavelength region of 660 nm or more and 890 nm or less. The germanium (Ge) bottom cell converts energy contained in a wavelength region of 890 nm or more and 2000 nm or less. The three cells are connected in series via a tunnel junction. The open circuit voltage is the sum of the electromotive voltages of the three cells. The size of the photoelectric conversion element 4 is set such that, for example, the length of one side in a plan view is 3 mm or more and 15 mm or less, and the thickness in the vertical direction is 0.3 mm or more and 5 mm or less. In a state where one photoelectric conversion element 4 is superposed on one ceramic substrate 6, the gap between the end of the ceramic substrate 6 and the end of the photoelectric conversion element 4 when viewed in plan is, for example, 10 mm or less. Is set to

セラミック基板6上に設けられるリードフレーム8は、光電変換素子4にて起電された電力を外部に取り出すためのものである。リードフレーム8は、各光電変換素子4と電気的に接続されている。リードフレーム8は、例えば、銅、銀、金、鉄、アルミニウム、ニッケル、コバルトまたはクロム等の金属材料、あるいはそれらの合金からなる。   The lead frame 8 provided on the ceramic substrate 6 is for taking out the electric power generated by the photoelectric conversion element 4 to the outside. The lead frame 8 is electrically connected to each photoelectric conversion element 4. The lead frame 8 is made of a metal material such as copper, silver, gold, iron, aluminum, nickel, cobalt, or chromium, or an alloy thereof.

リードフレーム8は、図4に示すように、格子状に形成されているとともに端子として機能する。リードフレーム8の外縁の一部には、一対のリード端子8aが設けられている。一対のリード端子8aは、リードフレーム8に対して左右対称に設けられている。そして、各光電変換素子4は、それぞれがリードフレーム8の交差する領域に設けられる。   As shown in FIG. 4, the lead frame 8 is formed in a lattice shape and functions as a terminal. A part of the outer edge of the lead frame 8 is provided with a pair of lead terminals 8a. The pair of lead terminals 8 a are provided symmetrically with respect to the lead frame 8. Each photoelectric conversion element 4 is provided in a region where the lead frame 8 intersects.

一対のリード端子8aの下部には、セラミック基台10が設けられる、セラミック基台10は、リード端子8aを支持するためのものである。セラミック基台10は、放熱基板5の上面であって、放熱基板5の外周縁の一部に設けられる。セラミック基台10は、放熱基板5に対して例えば半田を介して接続される。   A ceramic base 10 is provided below the pair of lead terminals 8a. The ceramic base 10 is for supporting the lead terminals 8a. The ceramic base 10 is provided on a part of the outer peripheral edge of the heat dissipation board 5 on the upper surface of the heat dissipation board 5. The ceramic base 10 is connected to the heat dissipation substrate 5 via, for example, solder.

セラミック基台10は、例えば、アルミナ、ムライトまたは窒化アルミなどのセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料などから成る。または、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料から成る。なお、セラミック基板6の熱伝導率は、例えば、14W/m・K以上200W/m・K以下に設定されている。また、セラミック基板6の熱膨張率は、例えば、3×10−6/℃以上10×10−6/℃以下に設定されている。 The ceramic base 10 is made of, for example, a ceramic material such as alumina, mullite, or aluminum nitride, or a glass ceramic material. Or it consists of a composite material which mixed several materials among these materials. The thermal conductivity of the ceramic substrate 6 is set to, for example, 14 W / m · K or more and 200 W / m · K or less. Moreover, the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate 6 is set to, for example, 3 × 10 −6 / ° C. or more and 10 × 10 −6 / ° C. or less.

セラミック基台10は、セラミック基板6と同じ材料から構成することによって、セラミック基板6の熱膨張率とセラミック基台10の熱膨張率とを合わせることができる。セラミック基板6とセラミック基台10との熱膨張率を合わせることで、太陽光などの熱によって、両者の熱膨張率の違いにより、リードフレーム8に加わる熱応力が特定箇所に集中するのを抑制することができる。その結果、リードフレーム8が変形して、セラミック基板6から剥離するのを抑制することができ、光電変換装置2の気密性を向上させることができる。   The ceramic base 10 is made of the same material as that of the ceramic substrate 6, whereby the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate 6 and the thermal expansion coefficient of the ceramic base 10 can be matched. By combining the thermal expansion coefficients of the ceramic substrate 6 and the ceramic base 10, the heat stress applied to the lead frame 8 due to the difference in thermal expansion coefficient between the two is suppressed due to the heat of sunlight or the like. can do. As a result, the lead frame 8 can be prevented from being deformed and peeled off from the ceramic substrate 6, and the hermeticity of the photoelectric conversion device 2 can be improved.

放熱基板5上には、複数の光電変換素子4を取り囲むように枠体11が設けられている。枠体11の一部には、枠体11の一部が途切れるような隙間が設けられているとともに、この隙間にセラミック基台10が設けられる。枠体11は、例えば、アルミニウム、銅またはモリブデンまたは鉄系の合金などの材料からなる。そして、枠体11とセラミック基台10によって、平面視して複数の光電変換素子4を取り囲むことができる。枠体11は、放熱基板5に対して例えばロウ材、半田材または接合樹脂を介して接続される。   A frame body 11 is provided on the heat dissipation substrate 5 so as to surround the plurality of photoelectric conversion elements 4. A part of the frame body 11 is provided with a gap in which a part of the frame body 11 is interrupted, and the ceramic base 10 is provided in the gap. The frame 11 is made of, for example, a material such as aluminum, copper, molybdenum, or an iron-based alloy. The frame body 11 and the ceramic base 10 can surround the plurality of photoelectric conversion elements 4 in plan view. The frame 11 is connected to the heat dissipation substrate 5 via, for example, a brazing material, a solder material, or a bonding resin.

複数の光電変換素子4が設けられていない枠体11とセラミック基台10の外周とには、接合樹脂12が設けられている。接合樹脂12は、放熱基板5と対向して配置される光透過性基板13を接合するものである。接合樹脂12を枠体11とセラミック基台10の外周とに連続して設けることで、放熱基板5と光透過性基板13とによって、複数の光電変換素子4を気密封止することができる。接合樹脂12は、例えば、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などの材料からなる。   A bonding resin 12 is provided on the frame 11 on which the plurality of photoelectric conversion elements 4 are not provided and the outer periphery of the ceramic base 10. The bonding resin 12 is for bonding the light-transmitting substrate 13 disposed to face the heat dissipation substrate 5. By providing the bonding resin 12 continuously on the frame 11 and the outer periphery of the ceramic base 10, the plurality of photoelectric conversion elements 4 can be hermetically sealed by the heat dissipation substrate 5 and the light transmissive substrate 13. The bonding resin 12 is made of a material such as an epoxy resin or a silicone resin, for example.

光電発光素子4が、放熱基板5、セラミック基台10、枠体11、接合樹脂12および光透過性基板13で囲まれることで気密封止される。なお、気密封止される空間は、不活性ガスが充填されている。あるいは、気密封止される空間は、大気よりも圧力の低い低圧状態に維持されている。   The photoelectric light emitting element 4 is hermetically sealed by being surrounded by the heat dissipation substrate 5, the ceramic base 10, the frame 11, the bonding resin 12, and the light transmissive substrate 13. Note that the space to be hermetically sealed is filled with an inert gas. Alternatively, the hermetically sealed space is maintained in a low pressure state having a lower pressure than the atmosphere.

光透過性基板13は、放熱基板5と対向配置して設けられている。光透過性基板13は、太陽光を透過させて、複数の光電変換素子4に照射可能なものである。光透過性基板13は、例えば、ガラス、プラスチックまたは樹脂などの光透過性の材料からなる。光透過性基板13の大きさは、放熱基板5と重なる大きさであって、例えば、平面視したときの一辺の長さが20mm以上200mm以下であって、上下方向の厚みが0.2mm以上5mm以下に設定されている。   The light transmissive substrate 13 is provided so as to face the heat dissipation substrate 5. The light transmissive substrate 13 transmits sunlight and can irradiate the plurality of photoelectric conversion elements 4. The light transmissive substrate 13 is made of a light transmissive material such as glass, plastic, or resin. The size of the light-transmitting substrate 13 overlaps with the heat dissipation substrate 5. For example, the length of one side when viewed in plan is 20 mm or more and 200 mm or less, and the vertical thickness is 0.2 mm or more. It is set to 5 mm or less.

光透過性基板13は、光電変換素子4と間を空けて設けられている。光電変換素子4と光透過性基板13とが気密封止された空間を介して設けられることで、光透過性基板13の一部が光電変換素子4と接触し、光透過性基板13または光電変換素子4が損傷するのを抑制することができる。仮に、光電変換素子4が損傷すると、光電変換素子4の光電変換効率が低減することがあるが、本実施形態によれば、両者が接触しないため、光電変換素子4の光電変換効率が低減するのを抑制することができる。また、仮に、光透過性基板13が損傷すると、集光部材3から光電変換素子4に向かう光が損傷した箇所にて乱反射する虞があるが、本実施形態によれば、両者が接触しないため、光電変換素子4に集光する光の量が低減するのを抑制することができる。   The light transmissive substrate 13 is provided so as to be spaced from the photoelectric conversion element 4. By providing the photoelectric conversion element 4 and the light-transmitting substrate 13 through a hermetically sealed space, a part of the light-transmitting substrate 13 comes into contact with the photoelectric conversion element 4 and the light-transmitting substrate 13 or photoelectric It can suppress that the conversion element 4 is damaged. If the photoelectric conversion element 4 is damaged, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element 4 may be reduced. However, according to the present embodiment, since the two do not contact, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element 4 is reduced. Can be suppressed. In addition, if the light-transmitting substrate 13 is damaged, there is a possibility that the light traveling from the light collecting member 3 toward the photoelectric conversion element 4 is diffusely reflected at the damaged portion. However, according to the present embodiment, the two are not in contact with each other. It is possible to suppress a reduction in the amount of light condensed on the photoelectric conversion element 4.

リードフレーム8のリード端子8aは、平面視して光透過性基板13内から光透過性基板13外に向かって延在して設けられている。そして、各光電変換素子4で発電した電力は、リード端子8aから外部に向かって取り出される。   The lead terminals 8a of the lead frame 8 are provided so as to extend from the inside of the light transmissive substrate 13 toward the outside of the light transmissive substrate 13 in plan view. The electric power generated by each photoelectric conversion element 4 is taken out from the lead terminal 8a toward the outside.

光電変換モジュール1および光電変換装置2は、光を集光して電気に変換するものである。室外に設置して使用されることが多いため、太陽光の光による熱の影響を受けやすい。また、光電変換モジュール1および光電変換装置2は、昼と夜とで、外気の温度差が大きく影響する。さらに、光電変換モジュール1および光電変換装置2は、天候の影響をも受ける。そのため、光電変換モジュール1および光電変換装置2は、温度差の違いにより、熱膨張を起こしやすい環境におかれている。   The photoelectric conversion module 1 and the photoelectric conversion device 2 collect light and convert it into electricity. Since it is often used outdoors, it is easily affected by the heat of sunlight. Further, the photoelectric conversion module 1 and the photoelectric conversion device 2 are greatly influenced by the temperature difference of the outside air between day and night. Furthermore, the photoelectric conversion module 1 and the photoelectric conversion device 2 are also affected by the weather. Therefore, the photoelectric conversion module 1 and the photoelectric conversion device 2 are placed in an environment in which thermal expansion is likely to occur due to a difference in temperature.

そのため、光電変換モジュール1および光電変換装置2は、放熱基板5と光電変換素子4を実装する基板との熱膨張率の違いによって、光電変換素子4を実装する基板または光電変換素子4が破壊される虞がある。特に、光電変換モジュール1および光電変換装置2を大型化しようとすると光電変換素子4を実装する基板または光電変換素子4の破壊される虞が大きくなり、光電変換素子4を実装する基板が例えばセラミックスであって、例えば銅の放熱基板5に接合されるとすると、銅熱膨張率の違いが大きいため、セラミック基板を大きくするほど割れやすくなる問題がある。   Therefore, in the photoelectric conversion module 1 and the photoelectric conversion device 2, the substrate on which the photoelectric conversion element 4 is mounted or the photoelectric conversion element 4 is destroyed due to the difference in thermal expansion coefficient between the heat dissipation substrate 5 and the substrate on which the photoelectric conversion element 4 is mounted. There is a risk. In particular, if the photoelectric conversion module 1 and the photoelectric conversion device 2 are to be increased in size, there is a high possibility that the substrate on which the photoelectric conversion element 4 is mounted or the photoelectric conversion element 4 is destroyed. However, if it is joined to the copper heat dissipation substrate 5, for example, there is a problem that the larger the ceramic substrate, the easier it is to crack because the difference in the coefficient of thermal expansion of copper is large.

本実施形態に係る光電変換モジュール1および光電変換装置2は、大型の放熱基板5に対して、複数のセラミック基板6を実装して、各セラミック基板6に光電変換素子4を実装した構造とする。その結果、複数の光電変換素子4を実装する基板を複数に分断して放熱基板5上に実装することによって、放熱基板5とセラミック基板6との熱膨張率の違いによる熱膨張の影響を低減することができ、放熱基板5からセラミック基板6が剥離するのを抑制することができる。そして、光電変換素子4が破壊される虞を低減することができ、光電変換モジュール1および光電変換装置2を大型化することができる。   The photoelectric conversion module 1 and the photoelectric conversion device 2 according to the present embodiment have a structure in which a plurality of ceramic substrates 6 are mounted on a large heat dissipation substrate 5 and the photoelectric conversion elements 4 are mounted on each ceramic substrate 6. . As a result, the substrate on which the plurality of photoelectric conversion elements 4 are mounted is divided into a plurality of portions and mounted on the heat dissipation substrate 5, thereby reducing the influence of thermal expansion due to the difference in thermal expansion coefficient between the heat dissipation substrate 5 and the ceramic substrate 6. It is possible to suppress the peeling of the ceramic substrate 6 from the heat dissipation substrate 5. And the possibility that the photoelectric conversion element 4 may be destroyed can be reduced, and the photoelectric conversion module 1 and the photoelectric conversion device 2 can be enlarged.

また、複数の光電変換素子4同士を電気的に接続するリードフレーム8を設けることで、複数の光電変換素子4を電気的に接続するための配線パターンを簡略化することができ、さらには複数の光電変換素子4同士をワイヤなどで電気的に接続する必要もなくなるため、製造工程を単純化することができ、歩留まりを向上させることができる。   In addition, by providing the lead frame 8 that electrically connects the plurality of photoelectric conversion elements 4 to each other, the wiring pattern for electrically connecting the plurality of photoelectric conversion elements 4 can be simplified. Since it is no longer necessary to electrically connect the photoelectric conversion elements 4 with wires or the like, the manufacturing process can be simplified and the yield can be improved.

また、リードフレーム8が複数の光電変換素子4または複数のセラミック基板6と接続されているため、放熱基板5に対して光電変換素子4またはセラミック基板6を位置決めして実装するのに、放熱基板5に対して1つ1つ光電変換素子4またはセラミック基板6を実装するのに比べて、一度に位置決めして実装することができる。その結果、放熱基板5に対して光電変換素子4またはセラミック基板6を実装するときにも、製造工程を単純化することができ、歩留まりを向上させることができる。   Further, since the lead frame 8 is connected to the plurality of photoelectric conversion elements 4 or the plurality of ceramic substrates 6, the heat dissipation substrate can be used to position and mount the photoelectric conversion elements 4 or the ceramic substrate 6 with respect to the heat dissipation substrate 5. Compared to mounting the photoelectric conversion elements 4 or the ceramic substrates 6 one by one with respect to 5, it can be positioned and mounted at a time. As a result, even when the photoelectric conversion element 4 or the ceramic substrate 6 is mounted on the heat dissipation substrate 5, the manufacturing process can be simplified and the yield can be improved.

上述したように、本実施形態によれば、大型化に寄与することが可能な光電変換装置2および光電変換モジュール1を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide the photoelectric conversion device 2 and the photoelectric conversion module 1 that can contribute to an increase in size.

なお、本発明は上述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。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned form, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.

以下、本発明の実施形態の変形例について説明する。なお、本発明の実施形態の変形例に係る光電変換モジュール1および光電変換装置2のうち、本発明の実施形態に係る光電変換モジュール1および光電変換装置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。なお、図6は、一変形例に係る光電変換装置2を示す図であって、図6(A)および図6(B)は図3(A)および図3(B)に相当する。なお、図6(B)は、図6(A)のB−B’に沿った断面図である。   Hereinafter, modifications of the embodiment of the present invention will be described. Note that, in the photoelectric conversion module 1 and the photoelectric conversion device 2 according to the modification of the embodiment of the present invention, portions similar to those of the photoelectric conversion module 1 and the photoelectric conversion device 2 according to the embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals. The description will be omitted as appropriate. FIG. 6 is a diagram illustrating a photoelectric conversion device 2 according to a modification, and FIGS. 6A and 6B correspond to FIGS. 3A and 3B. Note that FIG. 6B is a cross-sectional view taken along B-B ′ in FIG.

上述した実施形態に係る光電変換装置2は、セラミック基台10、枠体11および接合樹脂12を設けて、複数の光電変換素子4を封止したが、これに限られない。例えば、図6に示すように、セラミック基台10、枠体11および接合樹脂12を設けずに、放熱基板5と光透過性基板13との間に、透光性樹脂14を充填する構造であってもよい。   In the photoelectric conversion device 2 according to the above-described embodiment, the ceramic base 10, the frame body 11, and the bonding resin 12 are provided and the plurality of photoelectric conversion elements 4 are sealed. For example, as shown in FIG. 6, a transparent resin 14 is filled between the heat dissipation substrate 5 and the light transmissive substrate 13 without providing the ceramic base 10, the frame body 11, and the bonding resin 12. There may be.

透光性樹脂14は、光が透過するものであって、放熱基板5と光透過性基板13とを接合するものである。透過性基板13は、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シアネート樹脂、シリコーン樹脂またはビスマレイミドトリアジン樹脂などの熱硬化性樹脂、あるいはポリエーテルケトン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂またはポリフェニレンエーテル樹脂等の熱可塑性樹脂などの封止性に優れた材料からなる。   The translucent resin 14 transmits light and joins the heat dissipation substrate 5 and the light transmissive substrate 13 together. The transparent substrate 13 is, for example, a thermosetting resin such as polyimide resin, acrylic resin, epoxy resin, urethane resin, cyanate resin, silicone resin or bismaleimide triazine resin, or polyether ketone resin, polyethylene terephthalate resin or polyphenylene ether resin. It is made of a material having excellent sealing properties such as a thermoplastic resin.

本変形例に係る光電変換装置2は、複数の光電変換素子4を透光性樹脂14にて被覆することによって、放熱基板5と光透過性基板13の接着性を向上させることができ、放熱基板5と光透過性基板13とを剥離しにくくすることができ、放熱基板5と光透過性基板13との間に挟まれる複数の光電変換素子4の気密性を良好に維持することができる。   The photoelectric conversion device 2 according to this modification can improve the adhesion between the heat-radiating substrate 5 and the light-transmitting substrate 13 by covering the plurality of photoelectric conversion elements 4 with the light-transmitting resin 14. The substrate 5 and the light transmissive substrate 13 can be made difficult to peel off, and the airtightness of the plurality of photoelectric conversion elements 4 sandwiched between the heat dissipation substrate 5 and the light transmissive substrate 13 can be favorably maintained. .

<光電変換モジュールの製造方法>
ここで、光電変換モジュール1および光電変換装置2の製造方法を説明する。
<Method for producing photoelectric conversion module>
Here, the manufacturing method of the photoelectric conversion module 1 and the photoelectric conversion apparatus 2 is demonstrated.

まず、セラミック基板6およびセラミック基台10を準備する。セラミック基板6およびセラミック基台10が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムまたは酸化カルシウムなどの原料粉末に、有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して混合物を得る。そして、セラミック基板6およびセラミック基台10の型枠内に、混合物を充填して乾燥させた後、焼結前のセラミック基板6およびセラミック基台10を取り出す。   First, the ceramic substrate 6 and the ceramic base 10 are prepared. When the ceramic substrate 6 and the ceramic base 10 are made of, for example, an aluminum oxide sintered body, an organic binder, a plasticizer, a solvent, or the like is added to a raw material powder such as aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, or calcium oxide. Add and mix to obtain a mixture. Then, the molds of the ceramic substrate 6 and the ceramic base 10 are filled with the mixture and dried, and then the ceramic substrate 6 and the ceramic base 10 before sintering are taken out.

また、タングステンまた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、可塑剤または溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。そして、取り出した焼結前のセラミック基板6の上面に対して、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光電変換素子4を接合するためのメタライズ層を形成する。   Moreover, a high melting point metal powder such as tungsten or molybdenum is prepared, and an organic binder, a plasticizer, a solvent, or the like is added to and mixed with the powder to obtain a metal paste. Then, a metallized layer for bonding the photoelectric conversion element 4 is formed on the upper surface of the ceramic substrate 6 before sintering by applying a metal paste using, for example, a screen printing method.

その後、セラミック基板6およびセラミック基台10を、約1600℃の温度で焼成することにより、セラミック基板6およびセラミック基台10をそれぞれ作製することができる。なお、セラミック基板6は、複数個作製するとともに、セラミック基台10は2つ作製する。   Thereafter, the ceramic substrate 6 and the ceramic base 10 are fired at a temperature of about 1600 ° C., whereby the ceramic substrate 6 and the ceramic base 10 can be respectively produced. A plurality of ceramic substrates 6 are produced, and two ceramic bases 10 are produced.

次に、リードフレーム8を用意し、リードフレーム8の交差する領域にセラミック基板6を例えば銀ロウにより位置決めして接合する。また、放熱基板5から引き出すリードフレームの位置にセラミック基台10を例えば銀ロウにより位置決め接合する。   Next, the lead frame 8 is prepared, and the ceramic substrate 6 is positioned and bonded to a region where the lead frame 8 intersects, for example, with silver solder. Further, the ceramic base 10 is positioned and bonded to the position of the lead frame drawn out from the heat radiating substrate 5 by, for example, silver solder.

そして、格子状のリードフレーム8のリード同士が交差する各領域に、光電変換素子4を位置決めして例えば半田を介して接合する。このようにして、リードフレーム8に複数の光電変換素子4を設ける。   Then, the photoelectric conversion element 4 is positioned and joined to each region where the leads of the grid-like lead frame 8 intersect with each other through, for example, solder. In this way, the plurality of photoelectric conversion elements 4 are provided on the lead frame 8.

そして、前記のリードフレーム8にセラミック基板6、セラミック基台10を位置決めし、光電変換素子4を実装したものを、放熱基板5に対して例えば半田により固定する。   Then, the ceramic substrate 6 and the ceramic base 10 are positioned on the lead frame 8 and the photoelectric conversion element 4 mounted thereon is fixed to the heat dissipation substrate 5 with, for example, solder.

予め、複数の光電変換素子4を設けているため、一度の工程で放熱基板5上に各セラミック基板6に対して光電変換素子4を設けることができる。   Since a plurality of photoelectric conversion elements 4 are provided in advance, the photoelectric conversion elements 4 can be provided on each of the ceramic substrates 6 on the heat dissipation substrate 5 in a single process.

次に、枠体11および光透過性基板13を準備する。そして、放熱基板5に対して、放熱基板5の外周に沿って複数の光電変換素子4を取り囲むように、枠体11を例えば半田を介して接合する。そして、放熱基板5の枠体11の外周に沿って例えばエポキシ樹脂からなる接合樹脂12を被着させる。その後、光透過性基板13を放熱基板5に対向するように位置決めして、不活性ガス雰囲気中にて、放熱基板5の枠体11の外周に沿って被着した接合樹脂12を介して放熱基板5と光透過性基板13とを接合する。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。   Next, the frame 11 and the light transmissive substrate 13 are prepared. Then, the frame body 11 is joined to the heat dissipation substrate 5 via, for example, solder so as to surround the plurality of photoelectric conversion elements 4 along the outer periphery of the heat dissipation substrate 5. Then, a bonding resin 12 made of, for example, an epoxy resin is attached along the outer periphery of the frame 11 of the heat dissipation substrate 5. Thereafter, the light transmissive substrate 13 is positioned so as to face the heat radiating substrate 5, and heat is radiated through the bonding resin 12 deposited along the outer periphery of the frame 11 of the heat radiating substrate 5 in an inert gas atmosphere. The substrate 5 and the light transmissive substrate 13 are bonded. In this way, the photoelectric conversion device 2 can be manufactured.

このような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、放熱フィン9とを準備する。   A method for manufacturing such a photoelectric conversion module 1 will be described. First, a plurality of photoelectric conversion devices 2 and heat radiation fins 9 are prepared.

次に、光電変換装置2の下面に放熱フィン9を例えば半田を介して接合する。そして、各光電変換装置2のリード端子8a同士を電気的に接続し、集光部材3を光電変換装置2上に設けることで、光電変換モジュール1を作製することができる。   Next, the radiation fin 9 is joined to the lower surface of the photoelectric conversion device 2 through, for example, solder. And the photoelectric conversion module 1 is producible by electrically connecting the lead terminals 8a of each photoelectric conversion apparatus 2, and providing the condensing member 3 on the photoelectric conversion apparatus 2. FIG.

1 光電変換モジュール
2 光電変換装置
3 集光部材
3a フレーム部材
3b レンズ部材
4 光電変換素子
5 放熱基板
6 セラミック基板
7 電極層
8 リードフレーム
8a リード端子
9 放熱フィン
10 セラミック基台
11 枠体
12 接合樹脂
13 光透過性基板
14 透光性樹脂
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photoelectric conversion module 2 Photoelectric conversion apparatus 3 Condensing member 3a Frame member 3b Lens member 4 Photoelectric conversion element 5 Radiation substrate 6 Ceramic substrate 7 Electrode layer 8 Lead frame 8a Lead terminal 9 Radiation fin 10 Ceramic base 11 Frame body 12 Bonding resin 13 Light-transmissive substrate 14 Translucent resin

Claims (7)

放熱基板と、
前記放熱基板上にそれぞれが間を空けて配置された複数のセラミック基板と、
前記複数のセラミック基板上のそれぞれに設けられた電極層と、
前記電極層上のそれぞれに設けられ、隣接する前記セラミック基板に設けられた前記電極層同士を電気的に接続したリードフレームと、
平面透視して前記複数のセラミック基板のそれぞれに配置された複数の光電変換素子と、を備えた光電変換装置。
A heat dissipation substrate;
A plurality of ceramic substrates each spaced apart on the heat dissipation substrate;
An electrode layer provided on each of the plurality of ceramic substrates;
A lead frame provided on each of the electrode layers and electrically connecting the electrode layers provided on the adjacent ceramic substrate;
A photoelectric conversion device comprising: a plurality of photoelectric conversion elements arranged on each of the plurality of ceramic substrates in a plan view.
請求項1に記載の光電変換装置であって、
前記光電変換素子は、前記リードフレーム上に接合されていることを特徴とする光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 1,
The photoelectric conversion device, wherein the photoelectric conversion element is bonded onto the lead frame.
請求項1または請求項2に記載の光電変換装置であって、
前記放熱基板と対向配置して設けられた光透過性基板を備えたことを特徴とする光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 1 or 2, wherein
A photoelectric conversion device comprising a light-transmitting substrate provided to be opposed to the heat dissipation substrate.
請求項3に記載の光電変換装置であって、
前記リードフレームの一部が、平面視して前記光透過性基板内から前記光透過性基板外に向かって延在していることを特徴とする光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 3,
A part of the lead frame extends from the inside of the light transmissive substrate to the outside of the light transmissive substrate in a plan view.
請求項3に記載の光電変換装置であって、
前記放熱基板の外周には、前記複数の光電変換素子を取り囲むように枠体が設けられていることを特徴とする光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 3,
A frame is provided on the outer periphery of the heat dissipation substrate so as to surround the plurality of photoelectric conversion elements.
請求項3に記載の光電変換装置であって、
前記放熱基板と前記光透過性基板との間に、透光性樹脂が充填されていることを特徴とする光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 3,
A photoelectric conversion device, wherein a light-transmitting resin is filled between the heat dissipation substrate and the light-transmitting substrate.
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置の上方に設けられた、外部からの光を受光して前記光電変換素子に集める集光部材と、を備えた光電変換モジュール。
A photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 6,
And a light collecting member provided above the photoelectric conversion device for receiving light from outside and collecting the light on the photoelectric conversion element.
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