專利名稱：壘層型太陽電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為關(guān)于為有效利用太陽光光譜中的廣范圍波長成分，而將感度波長帶域不同的 多個(gè)太陽電池模塊進(jìn)行疊加的壘層型太陽電池裝置，特別為關(guān)于半導(dǎo)體禁制能帶隙(band gap)較大的太陽電池模塊，亦即，依感度波長帶域中心波長越短的太陽電池模塊、越靠 太陽光入射側(cè)的方式進(jìn)行疊加的壘層型太陽電池裝置。
背景技術(shù)：
為使太陽電池裝置普及，太陽電池或太陽電池模塊的方便性、光電轉(zhuǎn)換效率、制作成 本、質(zhì)量安定性、壽命、太陽電池制造時(shí)所需要的能量消耗量、使用后的廢棄處理等將成 為重要因素。
太陽電池巳知有如:(A)平面受光型太陽電池、(B)將粒狀太陽電池槽(cell)多個(gè)行多個(gè) 列配置呈面板狀的太陽電池、(C)將多個(gè)的纖維型太陽電池槽配置呈面板狀的太陽電池、 (D)串聯(lián)型太陽電池、(E)壘層型太陽電池等。
上述(B)太陽電池有提案例如:W002/35613號(hào)公報(bào)、WO03/017383號(hào)公報(bào)、 WO03/036731號(hào)公報(bào)、WO2004/001858號(hào)公報(bào)等。上述(C)太陽電池有提案例如:美國專利 第3,984,256號(hào)、美國專利第5,437,736號(hào)公報(bào)等。上述(D)串聯(lián)型太陽電池為有為提升平 面受光型太陽電池槽單獨(dú)的光電轉(zhuǎn)換效率，而將太陽光光譜的感度波長帶域切割成多個(gè) 區(qū)，并利用在各感度波長帶域(頻寬)中具有最佳禁制能帶隙的半導(dǎo)體制成PN結(jié)，再于 其共通的半導(dǎo)體基板上連續(xù)進(jìn)行結(jié)晶成長。
上述(E)壘層型太陽電池為為提高太陽光光譜的利用效率與光電轉(zhuǎn)換效率，便利用依 照每個(gè)太陽光光譜的感度波長帶域，使用最佳禁制能帶隙的半導(dǎo)體所制成的太陽電池槽， 制作平板形太陽電池模塊，并將多個(gè)種太陽電池模塊進(jìn)行上下方向疊加。
上述(A) (E)太陽電池亦采取利用透鏡或反射器將太陽光進(jìn)行聚光而提升能量密度的 技術(shù)。此情況下，因?yàn)椴粌H可提升光電轉(zhuǎn)換效率，尚可依較小受光面積獲得高輸出，因而 將可降低太陽電池的成本。相關(guān)該等的技術(shù)，已揭示于頗多的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)、專利公報(bào)中。
例如相關(guān)太陽電池中利用透鏡進(jìn)行聚光的技術(shù)，在美國專利第4,834,805號(hào)、第 4,834,805號(hào)、第4,638,110號(hào)等的中便有揭示。因?yàn)槔镁酃鈱⑹固栯姵夭鄣臏囟壬仙?，而降低光電轉(zhuǎn)換效率，容易導(dǎo)致太陽電池模塊劣化，因而如何使聚光所產(chǎn)生的熱均能效率 佳地散熱的事將屬重要。美國專利第5,482,568號(hào)、第6,252,155號(hào)、第6,653,551號(hào)、第 6,440,769號(hào)中有揭示，采取在多個(gè)錐體形狀反射面的底部收容著太陽電池槽，并將經(jīng)該 反射面進(jìn)行聚光而讓產(chǎn)生的熱散熱的構(gòu)造的太陽電池。
但是，現(xiàn)有串聯(lián)型太陽電池或壘層型太陽電池，因?yàn)槭芄饷鏋槌势矫?，且僅接受來自 表面的光，因而對(duì)來自周圍多方向的反射散射光將無法進(jìn)行有效的光電轉(zhuǎn)換。且，太陽電 池中所形成的多個(gè)平面狀PN結(jié)，為屬于同一面積的單一PN結(jié)，該等為串聯(lián)連接。因此， 將因構(gòu)成串聯(lián)型太陽電池或壘層型太陽電池的多個(gè)PN結(jié)中，輸出電流最小的PN結(jié)導(dǎo)致 輸出電流受限，將有原本單獨(dú)可輸出較高輸出電流的PN結(jié)無法發(fā)揮輸出最大極限的問 題。
況且，串聯(lián)型太陽電池必需在共通的半導(dǎo)體基板上使不同禁制能帶隙的不同晶格常數(shù) 半導(dǎo)體結(jié)晶進(jìn)行薄膜成長，并在各層上形成與PN結(jié)不同的遂穿(隧道結(jié)tunnel junction) 接點(diǎn)。為使不同種半導(dǎo)體進(jìn)行連續(xù)成長，便必需將晶格常數(shù)整合，導(dǎo)致能選用的半導(dǎo)體受 限制，且，在薄膜結(jié)晶成長時(shí)必需進(jìn)行精密組成等的控制，將導(dǎo)致制造裝置與作業(yè)所需費(fèi) 用提高。
將多個(gè)種太陽電池模塊進(jìn)行機(jī)械式壘層的波長分割型壘層型太陽電池，無需形成遂穿 (隧道結(jié)tunnel junction)接點(diǎn)、或晶格常數(shù)整合，但是，當(dāng)將多個(gè)的平板形單一 PN結(jié) 的太陽電池進(jìn)行壘層的際，若太陽電池模塊的電極配置、太陽電池模塊的間隔與平行度未 精密設(shè)定，恐將因電極所造成的遮蔽、表面反射，而導(dǎo)致輸出降低的狀況。
為解決如上述的現(xiàn)有壘層型太陽電池所發(fā)生問題，本案發(fā)明者便提案有如 WO2005/088733號(hào)公報(bào)，將平面受光型太陽電池模塊、與利用不同禁制能帶隙半導(dǎo)體所 制成的多數(shù)球狀太陽電池槽，多個(gè)行多個(gè)列組裝而獨(dú)立制成多個(gè)種的太陽電池模塊，并將 該等太陽電池模塊依禁制能帶隙越大的模塊越靠太陽光入射光側(cè)的方式進(jìn)行疊加的壘層 型太陽電池。
該壘層型太陽電池中，當(dāng)將由不同禁制能帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成的相互獨(dú)立的太陽電池模塊 施行串聯(lián)連接的際，便依整合在各太陽電池模塊中流通電流大小一致的方式，選擇太陽電 池槽的串聯(lián)數(shù)與并聯(lián)數(shù)，便可使整體輸出最大化。
專利文獻(xiàn)1: WO02/35613號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2: WO03/017383號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3: WO03/036731號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4: WO2004/001858號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)5:美國專利第3,984,256號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)6:美國專利第5,437,736號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)7:美國專利第4,834,805號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)8:美國專利第4,834,805號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)9:美國專利第4,638,110號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)10:美國專利第5,482,568號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)11:美國專利第6,252,155號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)12:美國專利第6,653,551號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)13:美國專利第6,440,769號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)14: WO2005/088733號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明所欲解決的問題)
但是，上述壘層型太陽電池中，若球狀太陽電池槽的數(shù)量增加，將電池槽施行電氣性 連接的地方必然亦隨的增加，因而將導(dǎo)致包括線路耦接成本在內(nèi)的組裝成本成為高價(jià)，且 容易降低裝置的可靠性。此外，即便將多數(shù)球狀太陽電池槽依最大極限稠密地配置，仍將 發(fā)生無法埋藏的間隙，特別是當(dāng)接受經(jīng)透鏡聚光的光的情況，將有無法充分利用通過間隙 的光的缺點(diǎn)。
本發(fā)明目的在于提供將由部分圓筒形PN結(jié)、以及具有1對(duì)帶狀電極的多個(gè)桿型太陽 電池槽所構(gòu)成的至少1種太陽電池模塊，進(jìn)行組裝的壘層型太陽電池裝置；亦提供使用桿 型太陽電池槽，減少太陽電池槽數(shù)量與線路耦接處的數(shù)量，而可降低組裝成本的壘層型太 陽電池裝置；亦提供利用透鏡與反射面施行聚光，而提升光電轉(zhuǎn)換效率且可降低制作成本 的壘層型太陽電池裝置；亦提供利用金屬制外裝箱體，可提升散熱性的壘層型太陽電池裝 置等。
(解決問題的手段)
本發(fā)明的壘層型太陽電池裝置，是將多個(gè)太陽電池模塊施行多個(gè)層疊加的壘層型太陽 電池裝置，具備有感度波長帶域不同的多個(gè)種太陽電池模塊，且依感度波長帶域中心波長 越短的太陽電池模塊、越靠太陽光入射側(cè)的方式進(jìn)行疊加的多個(gè)種太陽電池?！姥耄黄渲?， 至少1種太陽電池模塊為由將多個(gè)的桿型太陽電池槽各自組裝的多個(gè)的桿受光型副模塊所構(gòu)成；而上述桿型太陽電池槽為具備有:基材，由桿型半導(dǎo)體結(jié)晶所構(gòu)成，該半導(dǎo)體結(jié) 晶由p型或n型半導(dǎo)體構(gòu)成，且具有圓形或部分圓形的截面；其它導(dǎo)電層，為形成于上述 基材表面層中與上述基材軸心呈平行的帶狀部分的以外的部分，且導(dǎo)電型不同于上述基材 的導(dǎo)電型；部分圓筒形PN結(jié)，由上述基材與其它導(dǎo)電層所形成；帶狀第1電極，為歐姆 歐姆接觸于上述基材的帶狀部分表面上；以及帶狀第2電極，為包夾著上述基材軸心而在 第1電極的對(duì)向側(cè)，歐姆歐姆接觸于上述其它導(dǎo)電層的表面上。 (發(fā)明效果)
因?yàn)闂U型太陽電池槽具有:桿型基材、導(dǎo)電型不同于基材導(dǎo)電型的其它導(dǎo)電層、部分 圓筒形PN結(jié)、以及包夾基材軸心而設(shè)置于電池槽二端并連接于PN結(jié)的帶狀第1、第2 電極；因而可將由PN結(jié)各點(diǎn)至第1、第2電極的距離維持于幾乎一定的較小值。因而， 由于PN結(jié)整體均等地產(chǎn)生光電動(dòng)勢，故可將桿型太陽電池槽的光電轉(zhuǎn)換效率維持為較 高。
當(dāng)將多個(gè)桿型太陽電池槽平行排列，并經(jīng)由第l、第2電極而構(gòu)成串聯(lián)連接的桿受光 型副模塊的情況，通過改變基材直徑，將改變多個(gè)桿型太陽電池槽數(shù)量，便可改變由副模 塊所產(chǎn)生的電壓。
由多個(gè)桿受光型副模塊所構(gòu)成的太陽電池模塊，為采用將多個(gè)桿受光型副模塊并聯(lián)連 接的構(gòu)造，并通過改變所并聯(lián)連接的副模塊數(shù)量，便可改變由太陽電池模塊所產(chǎn)生的電流。
因?yàn)闂U型太陽電池槽可將軸心方向的長度，設(shè)定為基材直徑的數(shù)倍 十幾倍大小，因 而相較于粒狀太陽電池槽，可將受光面積變?yōu)樘貏e大，且可將多個(gè)桿型太陽電池槽稠密地 平行排列而構(gòu)成桿受光型副模塊，可增加受光面積對(duì)于太陽光投射面積的比例，可提高接 受太陽光的受光效率。
而且，桿受光型副模塊在相較于將多個(gè)粒狀太陽電池槽組裝的副模塊的下，因?yàn)榭蓪?太陽電池槽電氣式連接的線路耦接地方數(shù)量變?yōu)樘貏e少，因而可大幅降低包括線路耦接成 本在內(nèi)的副模塊組裝成本。
該太陽電池裝置為具備有感度波長帶域不同的多個(gè)種太陽電池模塊，且依感度波長帶 域中心波長越短的太陽電池模塊、越靠太陽光入射側(cè)的方式進(jìn)行疊加的多個(gè)種太陽電池模 塊，因而可將太陽光光譜中較廣波長范圍的太陽光施行光電轉(zhuǎn)換。
因?yàn)椴ㄩL越短的光，穿透性越弱，通過如上述，依感度波長帶域中心波長越短的太陽 電池模塊、越靠近太陽光入射側(cè)的方式，將多個(gè)種太陽電池模塊進(jìn)行疊加，便可提高各太 陽電池模塊的光電轉(zhuǎn)換效率。
7該太陽電池裝置中，通過將上下方向疊加的多個(gè)種太陽電池模塊施行串聯(lián)連接，并將 該等的輸出電流整合為大致相同的電流，便可使多個(gè)種太陽電池模塊的發(fā)電能力發(fā)揮至最 大極限。
因?yàn)橹辽?種的太陽電池模塊為由多個(gè)桿受光型副模塊所構(gòu)成，因而通過改變各副模 塊中的桿型太陽電池槽的串聯(lián)連接數(shù)量，便可調(diào)整桿受光型副模塊的輸出電壓，且通過改 變將多個(gè)桿受光型副模塊并聯(lián)連接的并聯(lián)連接數(shù)量，便可調(diào)整該太陽電池模塊的輸出電 流，因而可輕易地整合上下方向疊加的多個(gè)種太陽電池模塊的輸出電流。
本發(fā)明附屬項(xiàng)的構(gòu)成，亦可采用如下述的各種構(gòu)成
(1) 至少1種太陽電池模塊為由具有平面狀PN結(jié)的平面受光型太陽電池槽所各自構(gòu)成 的多個(gè)平面受光型副模塊所構(gòu)成。
(2) 具備3種太陽電池模塊，其中2種太陽電池模塊為由多個(gè)桿受光型副模塊各自構(gòu) 成，其余l(xiāng)種太陽電池模塊為由多個(gè)平面受光型副模塊構(gòu)成，由多個(gè)平面受光型副模塊構(gòu) 成的太陽電池模塊為配置于最上層位置。
(3) 各桿受光型副模塊與各平面受光型副模塊，為形成為接受太陽光的受光面積呈相等。
(4) 桿受光型副模塊的多個(gè)桿型太陽電池槽，為將第1、第2電極連結(jié)的導(dǎo)電方向整合 (arrange)于水平方向且平行配置，并經(jīng)由第1、第2電極進(jìn)行電氣式串聯(lián)連接。
(5) 設(shè)置將構(gòu)成太陽電池模塊的多個(gè)桿受光型副模塊施行并聯(lián)連接、且一體連結(jié)的1 對(duì)第1連接桿，并設(shè)置將構(gòu)成太陽電池模塊的多個(gè)平面受光型副模塊施行并聯(lián)連接、且一 體連結(jié)的2對(duì)第2連接桿。
(6) 設(shè)置具有朝下方凹入的凹部的金屬板制外裝箱體，并在該外裝箱體凹部中將多個(gè) 種太陽電池模塊依疊加狀態(tài)予以收容。
(7) 上述外裝箱體為具有朝上述凹部的寬度方向呈水平排列的平行多個(gè)凹部，并在各 多個(gè)凹部中分別將多個(gè)種太陽電池模塊依疊加狀態(tài)收容。
(8) 上述外裝箱體的凹部為具有寬度越朝上方越寬廣的實(shí)質(zhì)倒梯形截面，且該凹部的1 對(duì)側(cè)壁與底壁內(nèi)面形成為光反射面。
(9) 在較多個(gè)太陽電池模塊更靠太陽光入射側(cè)，設(shè)有具透鏡部的透鏡構(gòu)件，該透鏡部 為具有將太陽光朝多個(gè)太陽電池模塊進(jìn)行聚光的聚光功能。
(10) 在上述外裝箱體的多個(gè)凹部內(nèi)的間隙中填充透明合成樹脂制密封材，且利用上述 外裝箱體與透鏡構(gòu)件進(jìn)行封裝。(11) 在上述外裝箱體的底壁形成朝上方突出既定小高度的梯形狀突出臺(tái)。
(12) 設(shè)置將上述外裝箱體的凹部端部阻塞的側(cè)栓塊，并在該側(cè)栓塊中設(shè)置插入上述第 1、第2連接桿的端部、且電氣式連接的多個(gè)金屬制連接管，使該等連接管突出于側(cè)栓塊 外側(cè)而構(gòu)成外部端子。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的太陽電池裝置中所組裝的平面受光型太陽電池槽(副模塊)的俯 視圖2為圖i中的n-n線剖面圖3為圖1所示太陽電池槽的仰視圖4為桿型太陽電池槽的立體圖5為桿型太陽電池槽32的剖面圖6為圖5所示太陽電池槽32的右側(cè)視圖7為圖5所示太陽電池槽32的左側(cè)視圖8為桿型太陽電池槽52的剖面圖9為圖5所示太陽電池槽52的右側(cè)視圖10為圖5所示太陽電池槽52的左側(cè)視圖11為太陽電池單元的分解立體圖12為太陽電池裝置的俯視圖13為圖12中的XIII-Xin線剖面圖14為圖12中的XIV-XIV線剖面圖15為圖13中的XV-XV線剖面部分圖16為側(cè)栓塊的立體圖17為側(cè)栓塊的前視圖18為太陽電池裝置的重要部分部放大剖面圖； 圖19為太陽電池裝置的等效電路圖20為太陽電池光譜與太陽電池裝置的分光感度特性說明圖；以及 圖21為變化例的桿型太陽電池槽立體圖。
具體實(shí)施方式
將多個(gè)太陽電池模塊多個(gè)層疊加的壘層型太陽電池裝置，具 備有感度波長帶域不同的多個(gè)種太陽電池模塊，且依感度波長帶域中心波長越短的太陽電 池模塊、越靠太陽光入射側(cè)的方式進(jìn)行疊加的多個(gè)種太陽電池模塊，而至少1種太陽電池 模塊為由將多個(gè)桿型太陽電池槽各自組裝的多個(gè)桿受光型副模塊來構(gòu)成，桿型太陽電池槽 為具有如后述特有的構(gòu)造。
(實(shí)施例)
以下，針對(duì)本發(fā)明實(shí)施例根據(jù)圖式進(jìn)行說明。
如圖11~圖15所示，該聚光型壘層型太陽電池裝置1為由:金屬板制外裝箱體2;在 該外裝箱體2的3個(gè)凹部3中，各自收容的壘層型太陽電池單元4;填充于凹部3內(nèi)的密 封材63(圖13中省略圖示)；配置于該太陽光入射側(cè)的玻璃蓋5;以及配置于外裝箱體2 的凹部3端部的側(cè)栓塊6等構(gòu)成
壘層型太陽電池單元4為具備有感度波長帶域不同的3種太陽電池模塊10、 30、 50， 且依感度波長帶域中心波長越短的太陽電池模塊、越靠太陽光入射側(cè)的方式進(jìn)行疊加的3 種太陽電池模塊IO、 30、 50。第1太陽電池模塊10為將5個(gè)平面受光型太陽電池槽的平 面受光型副模塊ll進(jìn)行并聯(lián)連接，且配置于最上層。
第2太陽電池模塊30為將由4個(gè)桿型太陽電池槽32串聯(lián)連接的桿受光型副模塊31 ， 進(jìn)行5個(gè)并聯(lián)連接，并配置于最上層的下一層。第3太陽電池模塊50為將8個(gè)桿型太陽 電池槽52串聯(lián)連接的桿受光型副模塊51，進(jìn)行5個(gè)并聯(lián)連接，且配置于最下層。太陽電 池單元4中，3種太陽電池模塊10、 30、 50為相隔既定小間隔平行配置。
首先，針對(duì)平面受光型副模塊11根據(jù)圖1~圖3進(jìn)行說明。
該平面受光型副模塊11為由平面受光型GaAsP/GaP太陽電池槽構(gòu)成。該GaAsP/GaP 太陽電池槽為可依照與周知的發(fā)出橙色光的發(fā)光二極管的制造方法為相同的方法進(jìn)行制 作。
GaAsP/GaP太陽電池槽(副模塊ll)為將n型GaP單結(jié)晶晶圓作為為基板12使用，并 在該基板12上利用例如氣相磊晶成長法(VPE)而成長出n型GaAsP層13。此情況下，將 形成從n型GaP基板12表面開始逐漸增加As對(duì)P的比例的傾斜層，最終便成長出組成 一定的n型GaAso4P。6層13。接著，在n型GaP基板12的下側(cè)表面，黏附著供雜質(zhì)擴(kuò)散 用擴(kuò)散屏蔽的氮化硅膜(Si3N4)后，再于GaAsP層13表面整體擴(kuò)散p型雜質(zhì)的鋅，而形成 深度0.5 1.0;wm的p型GaAso4Po6層14，并形成平面狀PN結(jié)15。
其次，在將n型GaP基板12下側(cè)表面的氮化硅膜去除的狀態(tài)下，對(duì)其下側(cè)表面施行
10Au-Ge的蒸鍍，且在p型GaAso.4P().6層14的表面上施行Au-Zn的蒸鍍，并利用光蝕刻，便如圖1、圖3所示，在GaAsP/GaP太陽電池槽11的上下二面上，于上下二面相對(duì)向地形成細(xì)長矩形狹縫狀的多個(gè)狹縫窗16、 17，接著通過燒結(jié)以設(shè)置歐姆歐姆接觸于各自表面的正電極18與負(fù)電極19。此外，雖未圖示，但是除了正負(fù)電極18、 19以外的表面的
整個(gè)區(qū)域均覆蓋著Si02等抗反射膜(未圖示)。
如圖11所示，第1太陽電池模塊10為例如將5片副模塊11以正電極18朝上面?zhèn)?，在整合于狹縫窗16、 17方向的平面上排列1列且并聯(lián)連接。當(dāng)將該第1太陽電池模塊10進(jìn)行組裝時(shí)，準(zhǔn)備4根由銅或鎳'鐵合金制的直徑0.5 1.0mm棒材所構(gòu)成的連接桿20a、20b，并在5個(gè)副模塊11的一端部配置著上下1對(duì)連接桿20a、 20b，且在另一端配置著上下l對(duì)連接桿20a、 20b。
將5個(gè)副模塊11上面?zhèn)鹊恼姌O18 二端部，利用焊錫或?qū)щ娦责ず蟿╇姎馐竭B接于作為正極端子的l對(duì)連接桿20a，且將5個(gè)副模塊11下面?zhèn)鹊呢?fù)電極19二端部，利用焊錫或?qū)щ娦责ず蟿╇姎馐竭B接于作為負(fù)極端子的1對(duì)連接桿20b。
上述副模塊11的GaAsP層13與PN結(jié)15，并不僅局限于利用氣相磊晶成長法形成，尚可采取諸如:有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)、分子束磊晶成長法(MBE)等方法形成。此外，視需要，在p型GaAso.4Po.6層14上追加設(shè)置提高P比例的薄p型透光層，將可減少于表面的發(fā)生載子進(jìn)行再結(jié)合的速度，對(duì)光電轉(zhuǎn)換效率的提升亦屬有效。
由GaAsP/GaP太陽電池槽構(gòu)成的平面受光型副模塊11，為將圖20中曲線A所示的分光感度范圍(波長感度帶域)內(nèi)的光吸收并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，而波長較長于此范圍的光將穿透過GaAsP/GaP太陽電池槽11的狹縫窗16、 17，并朝下方前進(jìn)。該副模塊ll的尺寸為例如長7mm、寬6mm、厚0.4mm程度。
但是，在較大尺寸的共通GaP基板12上同時(shí)形成多數(shù)太陽電池槽，然后再分割為上述尺寸的太陽電池槽，便可提升電池槽生產(chǎn)的生產(chǎn)性。此情況下，與其使用較大尺寸的GaP基板12，制作較大尺寸的單一太陽電池槽，不如可部分性地將特性較差部分去除，且不致因基板12破裂而使太陽電池槽整體不良化，并可有效地利用高單價(jià)化合半導(dǎo)體。
其次，為說明第2、第3太陽電池模塊30、 50的桿受光型副模塊31、 51，所采用的桿型太陽電池槽32、 52構(gòu)造，便針對(duì)與該等為相同構(gòu)造的桿型太陽電池槽70進(jìn)行說明。
如圖4所示，桿型太陽電池槽70為將形成截面為圓形的桿的由Si、 Ge等單一元素構(gòu)成的半導(dǎo)體結(jié)晶、或者III-V族元素、II-VI族元素等化合物半導(dǎo)體結(jié)晶，制成基材71。
該桿型半導(dǎo)體結(jié)晶為可依照例如將Ge或Si的桿型種晶(seed crystal),通過坩堝的細(xì)徑噴嘴并接觸于熔液(melt)， 一邊朝上方上拉或朝下方下拉， 一邊施行冷卻，以連續(xù)細(xì)長地使單結(jié)晶桿成長的方法進(jìn)行制作。si、 Ge、 GaAs、 GaSb等半導(dǎo)體為可依照該方法制造直徑0.5~2.5mm的單結(jié)晶桿。
但是，較難成長出此種細(xì)徑桿型結(jié)晶的材料，亦可從塊材(bulk)結(jié)晶施行機(jī)械式切取并加工成桿型。該細(xì)長桿型半導(dǎo)體結(jié)晶將切斷成其直徑的約3倍 10倍左右的長度，形成作為制作桿型太陽電池槽70用的半導(dǎo)體結(jié)晶基材。此外，并非僅局限于上述約3倍~10倍的長度，亦可切斷成基材71直徑的10倍以上或數(shù)10倍的長度。當(dāng)施行該切斷的際，為對(duì)桿軸心進(jìn)行垂直切斷。桿型太陽電池槽70為將上述截面圓形的桿型半導(dǎo)體結(jié)晶使用作為基材，并依以下方式進(jìn)行制作。
首先，如圖4所示，準(zhǔn)備n型半導(dǎo)體結(jié)晶的基材71，其次，將該基材71表面部分的其中一部分平行軸心地予以切斷，而形成平行軸心的帶狀平坦面72(帶狀部分)。此外，該平坦面72寬度為設(shè)定為基材71直徑的0.4-0.6倍程度。接著，除了該平坦面72與其二側(cè)附近部分的外，于基材71表面層上設(shè)置部分圓筒狀p型層73(其它導(dǎo)電層)，并橫跨基材71全長形成部分圓筒狀PN結(jié)74。在基材71的平坦面72上，形成歐姆歐姆接觸于n型半導(dǎo)體結(jié)晶(基材71)，且平行于基材71軸心的帶狀負(fù)電極75。在包夾基材71軸心且負(fù)電極75的對(duì)向側(cè)，形成歐姆歐姆接觸于p型層73表面、且平行于基材71軸心的帶狀正電極76。接著，將除了正負(fù)電極76、75以外的表面整面覆蓋著透明絕緣性抗反射膜77。
該桿型太陽電池槽70為除了正負(fù)電極76、 75、平坦面72及其附近部分以外的表面大部分均屬于可受光的表面，而除平坦面72的外，從基材71軸心78的正交方向所觀看到的投影截面積幾乎一定，相對(duì)于直射光的受光面積為不受入射角度的影響均幾乎呈一定。從PN結(jié)74的各點(diǎn)P、 Q、 R連結(jié)至正負(fù)電極76、 75的直線距離和(a+b)、 (a'+b')、 (a"+b")為幾乎呈一定，在PN結(jié)74中流通的電流分布的對(duì)稱性、均勻性均優(yōu)良，對(duì)入射光的指向性較少，將可進(jìn)行高效率的光電轉(zhuǎn)換。
但是，亦可利用p型半導(dǎo)體構(gòu)成基材，并在其表面層形成部分圓筒狀n型半導(dǎo)體層(其它導(dǎo)電層)。形成桿型太陽電池槽70的PN結(jié)74的形成方法，為可活用周知選擇的雜質(zhì)擴(kuò)散、離子植入、氣相或液相磊晶成長法等方法。關(guān)于電極形成、抗反射膜形成亦可利用周知技法進(jìn)行設(shè)置，在此將省略其詳細(xì)說明。
其次，針對(duì)第2太陽電池模塊30的桿受光型副模塊31所采用的桿型太陽電池槽32，根據(jù)圖5 圖7進(jìn)行說明。
作為GaAs桿型太陽電池槽32的基材33，為準(zhǔn)備在截面為圓形的n型GaAs單結(jié)晶上形成與基材33軸心平行的帶狀平坦面34。在將該基材33表面中的平坦面34與其二側(cè)附近處，在利用Si3N4被膜作成屏蔽的狀態(tài)下， 一邊使基材33表面在高溫下接觸到將Ga作成熔液的GaAs熔融后， 一邊施行降溫，便在基材33表面上未被屏蔽的部分圓筒面上，磊晶成長出均勻厚度的n型GaAs層(未圖示)。
其次，取代GaAs熔融，改為一邊接觸到經(jīng)鋅摻雜的Gao.8Al().2AS熔融， 一邊更進(jìn)一步施行降溫，便連續(xù)成長出p型Gao.8Al().2As層36。在該p型Ga^Al^As層36成長期間，鋅從Gao.sAlcuAs熔融中熱擴(kuò)散至上述部分圓筒形n型GaAs層的中途深度，而形成p型GaAs層35(其它導(dǎo)電層)，在該p型GaAs層35與鄰接的n型GaAs層的邊界處，將形成部分圓筒形PN結(jié)37。
依此的話，例如在由直徑約L7mm的細(xì)徑n型GaAs單結(jié)晶構(gòu)成的基材33表面層中，未被上述屏蔽的部分圓筒狀區(qū)域，將連續(xù)成長出厚20~50 pm的n型GaAs層(未圖示)、與l-2/mi的p型GaAlAs層36，且從二者的成長界面起至n型GaAs層側(cè)的0.5~1.0/mi位置處，將形成p型GaAs層35，在利用磊晶成長所形成的n型GaAs層(未圖示)與p型GaAs層35的邊界處，將形成部分圓筒形PN結(jié)37。 p型GaAlAs層36為具有穿透光的透光層功能，且利用p型GaAs層35與GaAlAs層36的邊界面的異質(zhì)接面，可降低太陽電池槽32表面處的少數(shù)載子的再結(jié)合速度，俾可提升GaAs太陽電池槽的光電轉(zhuǎn)換效率。
其次，將上述Si3N4被膜屏蔽利用化學(xué)性蝕刻而去除，使基材33的n型GaAs層表面裸露出于平坦面34上，在裸露出n型GaAs層的平坦面34上，形成平行于基材33軸心的帶狀負(fù)電極38、且電氣式連接于n型GaAs層的負(fù)電極38。在包夾基材33軸心且負(fù)電極38的對(duì)向側(cè)，于p型GaAlAs層36表面上設(shè)置平行于負(fù)電極38的帶狀正電極39。當(dāng)該正負(fù)電極39、 38形成的際，分別在p型GaAlAs36表面上蒸鍍燒結(jié)形成經(jīng)Zn慘雜的金，在平坦面34所裸露出的n型GaAs層表面上蒸鍍燒結(jié)形成經(jīng)Ge摻雜的金，以作成歐姆接觸于p型GaAs層36的正電極39、以及歐姆接觸于基材33的負(fù)電極38。此外，正負(fù)電極39、 38為數(shù)/xm厚的電極。依此便可制作桿型太陽電池槽32的連續(xù)體。
其次，將該桿型太陽電池槽32連續(xù)體利用線鋸切削等切斷裝置切斷成每個(gè)長度例如約8mm，形成桿型太陽電池槽32。將多個(gè)桿型太陽電池槽32利用耐酸性蠟集成束的后，再使切斷表面裸露出，再利用藥物施行蝕刻處理而形成氧化被膜，便可減少端面的PN結(jié)37表面所發(fā)生漏電流。另外，雖未圖示，將除了正負(fù)電極39、 38以外的整個(gè)表面利用Si02等抗反射膜(未圖示)進(jìn)行覆蓋，完成桿型太陽電池槽32。圖20中，該桿型GaAs太陽電池槽32的分光感度特性為依曲線B圖標(biāo)。但是，上述例子中，在形成PN結(jié)37的際為采用Si3N4被膜的屏蔽，但是亦可采用由截面圓形的n型GaAs單結(jié)晶所構(gòu)成的基材，并在該基材整個(gè)表面上，如同上述，形成n型GaAs層、經(jīng)Zn摻雜的p型GaAlAs層，而形成圓筒形PN結(jié)，然后將平行于基材軸心的帶狀部分利用切削加工去除而形成平坦面34，并使平行軸心的帶狀n型GaAs層裸露出，再于該平坦面34上形成帶狀負(fù)電極38。
如圖11所示，在桿受光型副模塊31制作的際，將4個(gè)桿型太陽電池槽32整合于從正電極39朝負(fù)電極38的導(dǎo)電方向且朝向水平方向，并將該等太陽電池槽32在平面上平行配置成相近接狀態(tài)。其次，此相鄰接太陽電池槽32的正負(fù)電極39、 38相抵接，并利用焊錫或?qū)щ娦责ず蟿┻M(jìn)行黏合而制成副模塊31。
第2太陽電池模塊30為例如將5個(gè)副模塊31整合于導(dǎo)電方向與軸心方向，并在平面上排列成1列形成并聯(lián)連接的構(gòu)造。在該第2太陽電池模塊30進(jìn)行組裝時(shí)，便準(zhǔn)備由銅或鎳■鐵合金制直徑0.5~1.0mm棒材構(gòu)成的2根連接桿40a、 40b，并在5個(gè)副模塊31的二端側(cè)配置1對(duì)連接桿40a、 40b，將副模塊31—端側(cè)的正電極39，利用焊錫或?qū)щ娦责ず蟿╇姎馐竭B接于正極端子的連接桿40a，且將副模塊31另一端側(cè)的負(fù)電極38利用焊錫或?qū)щ娦责ず蟿╇姎馐竭B接于負(fù)極端子的連接桿40b。
其次，關(guān)于第3太陽電池模塊50的桿受光型副模塊51所采用的桿型太陽電池槽52，根據(jù)圖8 圖10進(jìn)行說明。
首先，Ge桿型太陽電池槽52的基材53為準(zhǔn)備在直徑0.9mm程度的截面圓形桿型p型Ge單結(jié)晶上，形成平行于基材53軸心的帶狀平坦面54。上述桿型Ge單結(jié)晶為例如利用巳熔融了鍺的石墨制坩堝底部的噴嘴，使細(xì)徑的種晶(seedcrystal)與鍺熔液進(jìn)行接觸并朝下方拉出而進(jìn)行制作。將其依形成一定直徑圓柱、且表面無凹凸的方式施行研磨處理，并利用藥物施行蝕刻。
然后，該基材53表面中，在將平坦面54與其二側(cè)附近處利用Si3N4被膜進(jìn)行屏蔽的狀態(tài)下，將桿型p型鍺在含有銻的氣體環(huán)境中施行加熱，而設(shè)置距表面深度0.5-1.0/xm的n型擴(kuò)散層55(其它導(dǎo)電層)，便形成部分圓筒形PN結(jié)56。然后，將由Si3N4被膜所構(gòu)成的屏蔽施行蝕刻處理而去除，然后在p型Ge所裸露出的平坦面54中央處施行含錫的銀的蒸鍍，并對(duì)包夾軸心且對(duì)向側(cè)的由n型Ge構(gòu)成的擴(kuò)散層55表面上施行含銻的銀的蒸鍍，然后施行燒結(jié)，便設(shè)置歐姆接觸于p型Ge層所裸露出平坦面54的帶狀正電極57、以及歐姆接觸于n型擴(kuò)散層55的帶狀負(fù)電極58。此外，正負(fù)電極57、 58為數(shù)Mm厚的電極。依此便制成桿型太陽電池槽52的連續(xù)體。其次，將該桿型太陽電池槽52連續(xù)體使用線鋸切削等切斷裝置切斷成長度每個(gè)約10mm，而形成太陽電池槽52。將該太陽電池槽52多個(gè)個(gè)利用耐酸性蠟進(jìn)行集束，并將周面施行屏蔽，再將經(jīng)切斷的表面利用周知方法使用化學(xué)藥物施行蝕刻處理，而形成氧化被膜，便將減少切斷面的PN結(jié)56的漏電流現(xiàn)象。圖20中，將該Ge桿型太陽電池槽52的分光感度特性依曲線C圖標(biāo)。
再者，上述例子中，當(dāng)形成PN結(jié)56的際為采用Si3N4被膜的屏蔽，但是亦可在截面圓形p型Ge桿的整個(gè)表面上形成圓筒形PN結(jié)，然后，將桿型Ge單結(jié)晶的表面部分中，平行于軸心的帶狀部分利用切削加工而去除，藉此便形成平行于軸心的帶狀平坦面54，使p型Ge基材裸露出于該平坦面54上，并在該平坦面54上設(shè)置帶狀正電極57，并在該正電極57的對(duì)向側(cè)設(shè)置連接于n型Ge層的帶狀負(fù)電極58。
如圖11所示，在桿受光型副模塊51制作的際，將8個(gè)桿型太陽電池槽52整合于從正電極57朝負(fù)電極58的導(dǎo)電方向且朝向水平方向，將該等太陽電池槽52在平面上平行配置成相近接狀態(tài)。其次，使相鄰接太陽電池槽52的正負(fù)電極57、 58抵接，并利用焊錫或?qū)щ娦责ず蟿┦┬叙ず媳阒瞥筛蹦K51。此外，副模塊ll、 31、 51為構(gòu)成該等的長、寬尺寸(即受光面積)相等、或大致相等。
第3太陽電池模塊50為將例如5個(gè)副模塊51整合于導(dǎo)電方向與軸心方向，并在平面上排列成1列且并聯(lián)連接的構(gòu)造。當(dāng)將該第3太陽電池模塊50進(jìn)行組裝時(shí)，便準(zhǔn)備由銅或鎳*鐵合金制直徑0.5-1.Omm棒材構(gòu)成的2根連接桿60a、 60b，在5個(gè)副模塊51 二端側(cè)配置1對(duì)連接桿60a、 60b，并將副模塊51 —端側(cè)的正電極57，利用焊錫或?qū)щ娦责ず蟿╇姎馐竭B接于正極端子的連接桿60a，且將副模塊51另一端側(cè)的負(fù)電極58，利用焊錫或?qū)щ娦责ず蟿╇姎馐竭B接于負(fù)極端子的連接桿60b。
其次，針對(duì)將以上所說明副模塊ll、 31、 51進(jìn)行組裝的聚光型壘層型太陽電池裝置1構(gòu)造進(jìn)行說明。
如圖12 圖18所示，該壘層型太陽電池裝置1為例如具有3組太陽電池單元4，該等3組太陽電池單元4為利用外裝箱體2、 6個(gè)側(cè)栓塊6、及玻璃蓋5進(jìn)行封裝。
外裝箱體2為將不銹鋼薄板(厚0.5 1.5mm)施行沖壓成形而制成俯視觀的呈長方形狀。在外裝箱體2中形成集水管狀的3個(gè)凹部3且朝寬度方向平行排列，各凹部3為具有寬度越朝上方越寬廣的實(shí)質(zhì)倒梯形截面，為將光聚光于太陽電池單元4，而使凹部3的1對(duì)側(cè)壁2a與底壁2b內(nèi)面形成為光反射面，在除了底壁2b二端部分以外的部分，形成朝上方突出既定小高度的截面梯形狀突出臺(tái)2c。凹部3的側(cè)壁2a與底壁2b的表面為了提高光反射效果，可施行鏡面加工、或形成銀等金屬皮膜、或附著氧化鎂粉末。在相鄰接凹部3的l對(duì)側(cè)壁2a上端部形成共通的水平支撐部2d。在外裝箱體2的左右端部分處形成平坦凸緣部2e，與從該凸緣部2e端部垂直立起既定高度的圍壁2f。
側(cè)栓塊6為由白色絕緣性陶瓷材料構(gòu)成，并各自安裝于外裝箱體2的凹部3二端處。如圖16、圖17所示，在側(cè)栓塊6上，將在太陽電池模塊IO、 30、 50的連接桿20a、 20b、40a、 40b、 60a、 60b端部，各自插入的多個(gè)金屬制連接管20A、 20B、 40A、 40B、 60A、60B，預(yù)先如圖示般地予以設(shè)置，該等連接管20A、 20B、 40A、 40B、 60A、 60B為朝側(cè)栓塊6內(nèi)側(cè)突出既定長度，且朝側(cè)栓塊6外側(cè)突出既定長度。上述連接管為由Fe58。/。-Ni42。/。合金等構(gòu)成，并將側(cè)栓塊6氣密式地貫通。
各太陽電池單元4中，為了將太陽電池模塊IO、 30、 50施行串聯(lián)連接，便在側(cè)栓塊6外面?zhèn)仍O(shè)置:將已插入連接桿20b、 40a的連接管20B、 40A施行串聯(lián)接的連接器61 ，以及將已插入連接桿40b、 60a的連接管40B、 60A施行串聯(lián)接的連接器62。
如圖12 圖14、圖18所示，玻璃蓋5為由透明玻璃材料構(gòu)成，玻璃蓋5為具有:朝向3個(gè)凹部3且各自聚光的3個(gè)部分圓筒形透鏡部5a、供固定于外裝箱體2左右二端部的凸緣部2e上的左右1對(duì)平板部5b、嵌合于凹部3上端處的倒梯形狀的高度較小的嵌合部5c、以及卡合于外裝箱體2的2個(gè)支撐部2d上的2個(gè)卡合溝5d，且玻璃蓋5下面為形成為大致平坦。
其次，針對(duì)壘層型太陽電池裝置l的組裝方法進(jìn)行說明。
在各凹部3后端部分處預(yù)先黏合側(cè)栓塊6的狀態(tài)下，將太陽電池模塊50的連接桿60a、60b后端側(cè)部分，各自插入于上述側(cè)栓塊6的連接管60A、 60B中，并將太陽電池模塊30的連接桿40a、 40b后端側(cè)部分，各自插入上述側(cè)栓塊6的連接管40A、 40B中，將太陽電池模塊10的連接桿20a、 20b后端側(cè)部分，插入于上述側(cè)栓塊6的連接管20A、 20B中，且將太陽電池模塊IO、 30、 50保持平行的水平姿勢。
其次，將太陽電池模塊IO、 30、 50的連接桿20a、 20b、 40a、 40b、 60a、 60b前端側(cè)部分，各自插入于前方側(cè)的側(cè)栓塊6的連接管20A、 20B、 40A、 40B、 60A、 60B中的后，便將該側(cè)栓塊6定位于凹部3的前端部分并進(jìn)行黏合。依此的話，各太陽電池單元4的太陽電池模塊IO、 30、 50，便在外裝箱體2的凹部3內(nèi)，依隔開既定小間隔的狀態(tài)，朝上下方向進(jìn)行疊加(層重迭)。
然后，通過對(duì)連接管20A、 20B、 40A、 40B、 60A、 60B施行斂縫(caulking)，而將該等連接管20A、 20B、 40A、 40B、 60A、 60B、與連接桿20a、 20b、 40a、 40b、 60a、 60b
施行電氣式連接。但是，亦可利用導(dǎo)電性黏合劑施行黏合而電氣式連接。此外，連接管20A、 20B、 40A、 40B、 60A、 60B亦可活用為外部端子。
其次，在收容著太陽電池模塊IO、 30、 50的凹部3中，填充透明合成樹脂(例如聚硅氧橡膠等)的后，經(jīng)脫泡后施行加熱硬化，而使合成樹脂進(jìn)行聚合，便形成將全部的副模塊ll、 31、 51埋藏于合成樹脂密封材63內(nèi)的狀態(tài)。然后，在玻璃蓋5下面施行透明聚硅氧樹脂等的涂布的后，再將玻璃蓋5從上方覆蓋，使支撐部2d卡合于卡合溝5d中并進(jìn)行黏合，且將平板部5b黏合于凸緣部2e。玻璃蓋5及外裝箱體2與合成樹脂密封材63間的間隙為利用透明聚硅氧樹脂64進(jìn)行密封。
其次，如圖12~圖14所示，在左右二端部將玻璃蓋5的平板部5b與外裝箱體2的凸緣部2e，利用4根的螺栓65與螺帽66各自鎖緊。該螺栓鎖緊部將透過丁基橡膠制的襯墊(packing) 67與墊圈68進(jìn)行鎖緊。
其次，針對(duì)以上所說明的太陽電池裝置l作用進(jìn)行說明。
圖19所示為上述壘層型太陽電池單元4的等效電路圖，將上述太陽電池槽ll、 32、52依二極管11A、 32A、 52A圖示。太陽電池模塊IO、 30為前后二側(cè)利用將連接管20B、40A電氣式連接的連接器61施行串聯(lián)連接。
太陽電池模塊30、 50為前后二側(cè)利用將連接管40B、 60A電氣式連接的連接器62施行串聯(lián)連接。另外，針對(duì)中央的1組太陽電池單元4，圖13、圖14中的左右二側(cè)太陽電池單元4，為經(jīng)由連接管20A、 20B、 40A、 40B、 60A、 60A與導(dǎo)線進(jìn)行并聯(lián)連接。在連接管20A所連接的導(dǎo)線中央處將形成正極端子80，在連接管60B所連接的導(dǎo)線中央處將形成負(fù)極端子81。
如圖20所示太陽電池槽11、 32、 52的分光感度特性，依照太陽電池槽11、 32、 52的種類，可進(jìn)行光電氣轉(zhuǎn)換的感度波長帶域與能量密度將有所不同。地面上的太陽光能量密度為100mW/cm2，依該太陽光所形成的單獨(dú)太陽電池槽開放電壓為GaAsP/GaP太陽電池槽11(副模塊)為約1.2伏特，GaAs太陽電池槽32為約0.9伏特，Ge太陽電池槽52則為約0.4伏特。
在太陽電池模塊IO、 30、 50串聯(lián)連接的關(guān)系上，假設(shè)太陽電池模塊IO、 30、 50的輸出電流出現(xiàn)較大擾動(dòng)的情況，輸出電流最少的太陽電池模塊輸出電流將有所限制，除此以外的太陽電池模塊亦將無法產(chǎn)生其以上的輸出電流。在此，該太陽電池裝置1中，因?yàn)镚aAsP/GaP太陽電池槽11的每單位受光面積的輸出電流為最小，因而將其它副模塊31、
1751的輸出電流大小，設(shè)定為與GaAsP/GaP太陽電池槽11輸出電流大小大致相等、且太陽電池模塊10、 30、 50的輸出電流大致相同值的狀態(tài)。所以，太陽電池槽11、 32、 52的各自發(fā)電能力將發(fā)揮至最大極限。
太陽電池模塊10將可利用副模塊11數(shù)量(并聯(lián)連接數(shù))的增減，而增減輸出電流，且可利用副模塊ll的受光面積增減，而增減輸出電流。太陽電池模塊30、 50可利用副模塊31、 51數(shù)量(并聯(lián)連接數(shù))的增減，而增減輸出電流，且可利用副模塊31、 51中所組裝太陽電池槽32、 52的數(shù)量(串聯(lián)連接數(shù))增減，而增減副模塊31、 51的輸出電壓。
該聚光型太陽電池裝置l中，利用玻璃蓋5的透鏡部5a所產(chǎn)生的折射、與利用外裝箱體2的反射聚光所產(chǎn)生的聚光作用，便可利用小型太陽電池模塊IO、 30、 50獲得大輸出。圖18所示為以中央處的1組太陽電池單元4為例的聚光作用說明圖。若太陽直射光對(duì)玻璃蓋5垂直入射，光將利用透鏡部5a而折射并聚光。大多數(shù)的直射光便將入射于最上端的GaAsP/GaP太陽電池槽ll(副模塊ll)表面，而圖20所示曲線A的感度波長帶域的光將被吸收，較此波長帶域更長波長的光，則將從下方由GaAs太陽電池槽32構(gòu)成的副模塊31表面入射。
利用該副模塊31，圖20所示曲線B的感度波長帶域的光將被吸收，而較此波長帶域更長波長的光，則將從其下方由Ge太陽電池槽52構(gòu)成的副模塊51表面入射，圖20所示曲線C的感度波長帶域的光將被吸收，而較此波長帶域更長波長的光，將從入射于其下方的突出臺(tái)2c表面并產(chǎn)生反射或吸收。各個(gè)太陽電池槽ll、 32、 52將從所吸收的光施行光電轉(zhuǎn)換為電氣能量，便從各太陽電池模塊IO、 30、 50的外部端子80、 81獲得電氣輸出。
穿透過透鏡部5a的光未直接入射于GaAsP/GaP太陽電池槽ll(副模塊ll)表面，而入射于傾斜側(cè)壁2a的光，將在此被反射并入射于副模塊31、 51表面。除在該表面上直接被吸收的外，尚有進(jìn)行反射而產(chǎn)生朝向其它方向的光。該光為在外裝箱體2、側(cè)栓塊6、玻璃蓋5、各副模塊ll、 31、 51的間進(jìn)行多重反射的后，而到達(dá)副模塊ll、 31、 51表面的光將被吸收并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。
副模塊ll、 31、 51間、及Ge副模塊51與突出臺(tái)2c的間將有小間隔，可使光進(jìn)入。該光將因?yàn)闂U型太陽電池槽32、 52表面屬于圓筒面，因而吸收比例將較高于受光面屬于平面的太陽電池槽11，故可達(dá)成太陽電池裝置1的輸出提升。
另外，圖18所示為圖式制作上，雖將凹部3的側(cè)壁2a描繪成平面，但是亦可設(shè)計(jì)成較多反射光有效聚光于太陽電池槽ll、 31、 51的曲面形狀。此外，GaAs副模塊31與Ge副模塊51為具有對(duì)穿透其處的波長光(無法吸收的波長光)，能如透鏡部5a般進(jìn)行聚光的作用，因而可依經(jīng)聚光的光入射于上述太陽電池副模塊的方式，由光學(xué)觀點(diǎn)對(duì)太陽電池槽的配置進(jìn)行改良。
未利用太陽電池模塊IO、 30、 50施行光電轉(zhuǎn)換的光能量，將轉(zhuǎn)換為熱能量。若因該熱能量而導(dǎo)致太陽電池槽ll、 32、 52的溫度上升，將降低光電轉(zhuǎn)換效率。所以，提升外裝箱體2的散熱能力來俾減少溫度上升是重要的。此處，本實(shí)施例為將外裝箱體2形成集水管狀而增加表面積，便可將從太陽電池槽ll、 32、 52所發(fā)生的熱較容易散熱于外部。另外，亦可在包圍外裝箱體2外側(cè)的表面上設(shè)置覆蓋構(gòu)件(未圖示)而形成氣罩，并構(gòu)成在外裝箱體2與覆蓋構(gòu)件的間流通冷卻介質(zhì)的狀態(tài)，藉此可提高冷卻效果。
其中，因?yàn)槿肷涔獾墓庾V分布將依場所、天候狀況而有所變動(dòng)，因而構(gòu)成壘層型太陽電池裝置l的太陽電池槽的輸出電流亦將有所變動(dòng)。亦可因應(yīng)此現(xiàn)象，而變更副模塊ll、31、 51的并聯(lián)連接數(shù)、串聯(lián)連接數(shù)，俾構(gòu)成能使整體輸出維持最大化的狀態(tài)。因?yàn)樘栯姵啬K10、 30、 50具有分別獨(dú)立的外部端子(連接管)，因而亦可設(shè)置變更并聯(lián)連接數(shù)與串聯(lián)連接數(shù)的多個(gè)電子開關(guān)裝置，利用該等電子開關(guān)裝置的導(dǎo)通/截止控制，便可配合光譜變動(dòng)而自動(dòng)地達(dá)到輸出最大化。
再者，因?yàn)樵谔栯姵啬KIO、 30、 51中設(shè)有外部端子的連接管，因而可針對(duì)狀況變化的太陽光，個(gè)別測量各太陽電池模塊的輸出特性，并施行性能評(píng)估。然后，可以該測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，針對(duì)太陽電池裝置1的各太陽電池模塊的透鏡部5a、外裝箱體2內(nèi)面的反射構(gòu)造、及太陽電池槽的配置、并聯(lián)連接數(shù)、串聯(lián)連接數(shù)等進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)。
因?yàn)楦蹦K31為將多個(gè)桿型太陽電池槽32平行排列，并經(jīng)由正負(fù)電極39、 38而構(gòu)成串聯(lián)連接的桿受光型副模塊31，因而通過改變基材33的直徑，可改變多個(gè)桿型太陽電池槽32的數(shù)量，便可改變副模塊31所發(fā)生的電壓。此現(xiàn)象就副模塊51亦同。太陽電池模塊30因?yàn)闉閷⒍鄠€(gè)副模塊31并聯(lián)連接，因而通過改變并聯(lián)連接的副模塊31數(shù)量，便可改變太陽電池模塊30所發(fā)生的電流。此現(xiàn)象在太陽電池模塊50亦同。
因?yàn)闂U型太陽電池槽32為可將軸心方向的長度，設(shè)定為基材33直徑的數(shù)倍 十幾倍大小，因而相較于粒狀太陽電池槽的下，除了可大幅增加受光面積的外，尚可將多個(gè)桿型太陽電池槽32稠密平行排列地構(gòu)成桿受光型副模塊31，將可增加受光面積對(duì)太陽光投射面積的比例，可提高接受太陽光的受光效率。此現(xiàn)象就桿型太陽電池槽52亦同。
且，桿受光型副模塊31、 51在相較于組裝多個(gè)粒狀太陽電池槽的副模塊的下，因?yàn)榭纱蠓鶞p少將太陽電池槽施行電氣式連接的線路耦接地方數(shù)量，因而可大幅降低包括線路耦接成本在內(nèi)的副模塊組裝成本。
因?yàn)樵撎栯姵匮b置1具備有感度波長帶域不同的多個(gè)種太陽電池模塊10、 30、 50， 且依感度波長帶域中心波長越短的太陽電池模塊、越靠太陽光入射側(cè)的方式進(jìn)行疊加的多 個(gè)種太陽電池模塊，因而可將太陽光光譜中較寬廣波長范圍的太陽光施行光電轉(zhuǎn)換。因?yàn)?波長越短的光，穿透性將越弱，因而如上述，依感度波長帶域中心波長越短的太陽電池模 塊、越靠太陽光入射側(cè)的方式，將多個(gè)種太陽電池模塊IO、 30、 50施行疊加，可提高各 太陽電池模塊的光電轉(zhuǎn)換效率。
因?yàn)樵撎栯姵匮b置I為將上下方向疊加的多個(gè)種太陽電池模塊IO、 30、 50串聯(lián)連 接，并將該等的輸出電流整合于大致相同，因而可使該等太陽電池模塊的發(fā)電能力發(fā)揮至 最大極限。
因?yàn)?種太陽電池模塊中的2種太陽電池模塊30、 50，為利用多個(gè)桿受光型副模塊 31、 51各自構(gòu)成，因而通過改變各副模塊31、 51的桿型太陽電池槽32、 52串聯(lián)連接數(shù)， 便可調(diào)整桿受光型副模塊31、 51的輸出電壓，且通過改變將多個(gè)桿受光型副模塊31、 51 并聯(lián)連接的并聯(lián)連接數(shù)，便可調(diào)整太陽電池模塊30、 50的輸出電流，因而可輕易地整合 上下方向疊加的多個(gè)種太陽電池模塊IO、 30、 50的輸出電流。
桿型太陽電池槽32、 52的基材為通過從半導(dǎo)體熔液中，使用種晶(seedcrystal)進(jìn)行 上拉或下拉，便可輕易地成長出細(xì)圓柱狀單結(jié)晶，可輕易地制造出使用平面狀、球狀太陽 電池槽基材用的半導(dǎo)體單結(jié)晶，且依低成本進(jìn)行制作。
在桿型太陽電池槽32、 52制作的際，于PN結(jié)與電極形成的后，再切斷為必要長度 便可使用，因而將適于量產(chǎn)。
桿型太陽電池槽32、 52為設(shè)有:部分圓筒形的PN結(jié)；以及平行于其軸方向，且各自 連接于p型區(qū)域與n型區(qū)域表面中心處的帶狀1對(duì)電極。在基材軸心的垂直方向表面上， 太陽光幾乎無指向性，不僅可利用直射光，尚可利用反射或散射方向的光。
因?yàn)闂U型太陽電池槽32、 52為形成帶狀長電極38、 39、 57、 58，因而可減少與外部 端子間的連接地方。此外，可將太陽光電池槽32、 52的電極間，直接利用焊錫或?qū)щ娦?合成樹脂依無力學(xué)應(yīng)力的狀態(tài)進(jìn)行接合。因?yàn)楦蹦K31、 51為可自由設(shè)定太陽電池槽32、 52的串聯(lián)連接數(shù)，因而可輕易地實(shí)現(xiàn)高電壓輸出。
桿型太陽電池槽32、 52在相較于平面受光型太陽電池槽11的下，電極占受光面的比 例較少，陰影損失(shadowloss)較少，電流為朝電極厚度方向的垂直進(jìn)行流通，因而電阻 較少。副模塊31、 51為將桿型太陽電池槽稠密平行排列并將電池槽間進(jìn)行直接連接而模
20塊化，便可自由擴(kuò)張其受光面積。因?yàn)楦蹦K將可增加受光表面積對(duì)投影面積的比例，因 而可制作成小巧尺寸的副模塊。
將球狀太陽電池槽排列并線路耦接的模塊，雖在電池槽間將發(fā)生間隙，但是桿型太陽 電池槽32、 52則可幾乎無間隙地將電池槽排列連接，可對(duì)垂直方向直射光增加每單位面 積的輸出。此現(xiàn)象將有利于制作利用透鏡進(jìn)行聚光的太陽電池模塊的情況。如副模塊31、 51所示，使用直徑不同的桿型電池槽，依相同面積制作出串聯(lián)數(shù)不同的副模塊。
外裝箱體2的凹部3中，感度波長帶域不同的副模塊ll、 31、 51為利用透明合成樹 脂依一定間隔配置，各太陽電池槽經(jīng)吸收光而發(fā)生的熱便將由位置的配置而分散。所以， 溫度上升便不致于部分性地集中，俾使太陽電池槽ll、 32、 52的溫度的上升較少。
外裝箱體2為構(gòu)成將內(nèi)面當(dāng)作光反射面，并將外面當(dāng)作散熱面，具有改善兼具聚光與 抑制溫度上升二者相反關(guān)為的作用。側(cè)栓塊6為由可進(jìn)行光反射或光散射的白色陶瓷構(gòu) 成，便可將光封鎖于凹部3內(nèi)部。藉此，可間接性地使光入射于桿型太陽電池槽32、 52 中，俾提升光的利用效率。
因?yàn)榭蓪⒍鄠€(gè)太陽電池單元4利用連接管20A、 20B、 40A、 40B、 60A、 60B(外部端 子)進(jìn)行并聯(lián)連接，因而將太陽電池模塊IO、 30、 50施行串聯(lián)連接且并聯(lián)連接，便可構(gòu)成 具有輸出必要電壓與電流的電源。
玻璃蓋5的透鏡部5a中心與凹部3中心，為利用玻璃蓋5的卡合溝5d與外裝箱體2 的支撐部2d間的卡合，便可輕易地進(jìn)行對(duì)位。因?yàn)樵谕庋b箱體2的凹部3底壁2b上形成 突出臺(tái)2c，因而將可提高外裝箱體2的剛性，并增加散熱面積。此外，利用側(cè)栓塊6與 玻璃蓋5的透鏡部5a，亦可提高太陽電池裝置1整體的機(jī)械強(qiáng)度。
副模塊ll、 31、 51為埋設(shè)于具柔軟性的透明聚硅氧樹脂內(nèi)，并將外裝箱體2與玻璃 蓋5透過襯墊67，利用螺栓65與螺帽66進(jìn)行鎖緊而密封，因而將可確保機(jī)械強(qiáng)度、對(duì) 環(huán)境的機(jī)密性、及對(duì)太陽光的耐候性。
當(dāng)不需要壘層型太陽電池裝置1的情況時(shí)，解除螺栓65與螺帽66間的鎖緊狀況，分 解玻璃蓋5與外裝箱體2，再施加有機(jī)溶劑或高溫蒸氣，便可輕易地由透明聚硅氧樹脂構(gòu) 成的密封材63中，分離回收副模塊ll、 31、 51。
其次，針對(duì)上述實(shí)施例部分變更的例子進(jìn)行說明。
1)雖就在外裝箱體2中形成3個(gè)凹部3，并組裝3組太陽電池單元4的例子進(jìn)行說明， 惟其充其量僅為一例而已，視需要亦可形成4個(gè)以上的凹部3，并可組裝4組以上的太陽 電池單元4。再者，雖就在太陽電池模塊IO、 30、 50中組裝5個(gè)副模塊11、 31、 51的例子進(jìn)行說 明，但是太陽電池模塊IO、 30、 50中所組裝的副模塊數(shù)亦可予以適當(dāng)設(shè)定，亦可組裝6 個(gè)以上的副模塊ll、 31、 51。依此的話，便可構(gòu)成自由設(shè)定太陽電池裝置1輸出電壓與 輸出電流的構(gòu)造。
2) 副模塊31中所組裝的太陽電池槽32數(shù)亦不僅局限于4個(gè)，亦可組裝5個(gè)以上的電 池槽32。此情況就副模塊51亦同，亦可在副模塊51中組裝9個(gè)以上的太陽電池槽52。
3) 亦可取代最上層的GaAsP/GaP太陽電池槽11，改為將GaP、 InGaP、 SiC、 GaN、 InGaN、 ZnO的結(jié)晶使用為基材的平面受光型太陽電池槽，并采用由以該等任一半導(dǎo)體結(jié) 晶為基材的太陽電池槽所構(gòu)成的桿受光型副模塊。
4) 亦可取代最下層的副模塊51的桿型Ge電池槽52，改為采用以GaSb、 InGaAs、 InGaAsSb結(jié)晶為基材的太陽電池槽。
5) 亦可取代中間層的副模塊31的桿型太陽電池槽32，改為采用以GaAlAs、 Si、 InP 結(jié)晶為基材的平面受光型太陽電池槽、或由該等任一半導(dǎo)體結(jié)晶構(gòu)成基材的桿型太陽電池 槽。
6) 上述實(shí)施例的太陽電池裝置1 ，為針對(duì)將感度波長帶域不同的3種太陽電池模塊10、 30、 50，予以疊加狀組裝的例子進(jìn)行說明，但是亦可為將感度波長帶域不同的2種太陽電 池模塊進(jìn)行疊加狀組裝的太陽電池裝置。此情況下，至少1種太陽電池模塊為設(shè)定為由桿 受光型副模塊構(gòu)成。此外，亦可制作成將感度波長帶域不同的4種以上太陽電池模塊，進(jìn) 行疊加狀組裝的太陽電池裝置。
7) 亦可取代上述玻璃蓋5，改為采用由透明聚碳酸酯或丙烯酸等合成樹脂材料構(gòu)成的 覆蓋構(gòu)件，并在該覆蓋構(gòu)件上形成與上述透鏡部5a相同的透鏡部。
8) 上述外裝箱體2的材料亦可采用將內(nèi)側(cè)表面施行銀或鎳等高反射率金屬電鍍的 Fe58n/。-M42n/。合金板、表面經(jīng)防蝕處理的鋁板、鋁合金板、鎂合金板。
9) 上述桿型太陽電池槽32、 52為在基材上形成帶狀平坦面34、 54，并在該平坦面上 設(shè)置其中一電極38、 57，但是亦可如圖21所示桿型太陽電池槽70A，省略上述平坦面， 在圓形截面的基材71A表面上，形成歐姆接觸于基材71A的其中一帶狀電極75A。但是， 此情況下，最好利用使正負(fù)電極的材料、顏色、形狀等互異，便可辨別正負(fù)電極。此外， 就與圖4所示太陽電池槽70相同者，便賦予相同的組件符號(hào)并省略說明。
(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)
本壘層型太陽電池裝置為可使用為利用太陽光進(jìn)行發(fā)電的各種發(fā)電裝置。
權(quán)利要求
1.一種壘層型太陽電池裝置，為將多個(gè)太陽電池模塊施行多個(gè)層疊加者，其特征為具備有多個(gè)種的太陽電池模塊，其為感度波長帶域不同的多個(gè)種太陽電池模塊，且依感度波長帶域中心波長越短的太陽電池模塊、越靠太陽光入射側(cè)的方式進(jìn)行疊加；至少1種的太陽電池模塊為由將多個(gè)的桿型太陽電池槽各自組裝的多個(gè)桿受光型副模塊所構(gòu)成；上述桿型太陽電池槽為具備有基材，其含有由桿型的半導(dǎo)體結(jié)晶，該半導(dǎo)體結(jié)晶為含有p型或n型半導(dǎo)體，且具有圓形或部分圓形的截面；其它導(dǎo)電層，其形成于上述基材表面層中的除了與上述基材軸心平行的帶狀部分以外的部分處，且導(dǎo)電型不同于上述基材的導(dǎo)電型；部分圓筒形的PN結(jié)，為由上述基材與其它導(dǎo)電層所形成；帶狀第1電極，其歐姆歐姆接觸于上述基材的帶狀部分的表面上；以及帶狀第2電極，其包夾上述基材軸心且在第1電極的對(duì)向側(cè)，歐姆歐姆接觸于上述其它導(dǎo)電層的表面上。
2. 如權(quán)利要求1所述的壘層型太陽電池裝置，其中，至少l種的太陽電池模塊為由多 個(gè)的平面受光型副模塊所構(gòu)成，該多個(gè)的平面受光型副模塊為各由具有平面狀PN結(jié)的平 面受光型太陽電池槽所構(gòu)成。
3. 如權(quán)利要求2所述的壘層型太陽電池裝置，其中，具備3種太陽電池模塊，其中2 種太陽電池模塊為由多個(gè)的桿受光型副模塊所各自構(gòu)成，其中1種太陽電池模塊為由多個(gè) 的平面受光型副模塊所構(gòu)成，由多個(gè)的平面受光型副模塊所構(gòu)成的太陽電池模塊為配置于 最上層位置。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的壘層型太陽電池裝置，其中，各桿受光型副模塊與各平面 受光型副模塊，為形成為接受太陽光的受光面積為相等。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的壘層型太陽電池裝置，其中，桿受光型副模塊的多個(gè)的桿 型太陽電池槽，為將連結(jié)第l、第2電極的導(dǎo)電方向整合于水平方向且平行配置，并經(jīng)由 第1、第2電極進(jìn)行電氣性串聯(lián)連接。
6. 如權(quán)利要求5所述的壘層型太陽電池裝置，其中，設(shè)置將構(gòu)成太陽電池模塊的多 個(gè)的桿受光型副模塊施行并聯(lián)連接、且一體連結(jié)的1對(duì)第1連接桿，并設(shè)置將構(gòu)成太陽電池模塊的多個(gè)的平面受光型副模塊施行并聯(lián)連接、且一體連結(jié)的2對(duì)第2連接桿。
7. 如權(quán)利要求6所述的壘層型太陽電池裝置，其中，設(shè)有具朝下方凹入的凹部的金 屬板制的外裝箱體；在該外裝箱體的凹部中將多個(gè)種的太陽電池模塊依疊加狀態(tài)予以收容。
8. 如權(quán)利要求7所述的壘層型太陽電池裝置，其中，上述外裝箱體為具有朝上述凹 部寬度方向水平排列的平行的多個(gè)凹部；在多個(gè)凹部的各個(gè)中將多個(gè)種的太陽電池模塊依疊加狀態(tài)予以收容。
9. 如權(quán)利要求8所述的壘層型太陽電池裝置，其中，上述外裝箱體的凹部為具有寬 度越靠上方變?cè)綄拸V的實(shí)質(zhì)倒梯形截面，該凹部的1對(duì)側(cè)壁與底壁內(nèi)面為形成為光反射 面。
10. 如權(quán)利要求9所述的壘層型太陽電池裝置，其中，在較多個(gè)的太陽電池模塊更靠 太陽光入射側(cè)處，設(shè)置具有透鏡部的透鏡構(gòu)件，該透鏡部為具有將太陽光聚光于多個(gè)的太 陽電池模塊的聚光功能。
11.如權(quán)利要求10所述的壘層型太陽電池裝置，其中，在上述外裝箱體的多個(gè)凹部內(nèi) 的間隙中，填充透明合成樹脂制密封材，并以上述外裝箱體與透鏡構(gòu)件進(jìn)行封裝。
12. 如權(quán)利要求9所述的壘層型太陽電池裝置，其中，在上述外裝箱體的底壁上，形 成朝上方突出既定小高度的梯形狀突出臺(tái)。
13. 如權(quán)利要求8所述的壘層型太陽電池裝置，其中，設(shè)置阻塞上述外裝箱體的凹部 端部的側(cè)栓塊，并在該側(cè)栓塊中設(shè)置插入上述第l、第2連接桿的端部、且電氣式連接的 多個(gè)的金屬制連接管，使該等連接管朝側(cè)栓塊外側(cè)突出而構(gòu)成外部端子。
全文摘要
本發(fā)明的壘層型太陽電池裝置，為具備有多個(gè)的太陽電池單元4、收容該等太陽電池單元4的金屬板制的外裝箱體、以及形成部分圓筒形透鏡部的玻璃蓋等；在外裝箱體的多個(gè)凹部中收容多個(gè)的太陽電池單元4，且利用合成樹脂制密封材進(jìn)行密封。太陽電池單元4為將平面受光型太陽電池模塊10、與桿受光型太陽電池模塊30、50，依感度波長帶域中心波長越短、越靠太陽光入射側(cè)的方式進(jìn)行疊加。太陽電池模塊10為將5個(gè)平面受光型太陽光電池槽11利用4個(gè)連接桿20a、20b施行并聯(lián)連接，太陽光模塊30、50為將5個(gè)副模塊31、51利用各自連接桿40a、40b、60a、60b施行并聯(lián)連接，副模塊31、51為將多個(gè)桿型太陽電池槽32、52各自施行串聯(lián)連接。
文檔編號(hào)H01L31/042GK101553935SQ20068005637
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2006年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
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