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JP5242499B2 - 太陽電池モジュールおよびその製造方法、ならびに当該太陽電池モジュールを搭載した電子機器 - Google Patents

太陽電池モジュールおよびその製造方法、ならびに当該太陽電池モジュールを搭載した電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、携帯電子機器の一形態、および前記機器に搭載され、そのエネルギー源となる発電装置に関するものである。
携帯電話等の携帯電子機器は、現在では日常生活の必需品として重要度を増している。これらの携帯電子機器は、一般的にリチウム電池等の二次電池を電源として動作している。この二次電池の充電は、コンセント等の外部電源から電力を供給することによって行われる。携帯電子機器は、利用中または携帯中に充電量が減少するが、充電を行うための電源確保が困難な場合が多い。
充電量を補うために、乾電池あるいは太陽電池装置により発電した電力を蓄電した別の二次電池によって充電する機器が利用されることがある。これらの充電機器は、外部電源を確保する必要がない利点がある。しかし、その反面、携帯電子機器と共に携帯する必要がある、または充電のために携帯電子機器と接続する必要がある等、移動中等には取り扱いに不便であるという欠点がある。以上のことから、太陽電池装置を携帯電子機器に搭載することが望まれる。
太陽電池装置は太陽光等の太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である。この太陽電池装置は、主に蓄電池の充電用としての二次電源、あるいは電源を必要とする機器の一次電源として使われている。現在利用されている太陽電池装置は、家庭用のものが一般的である。
一般的に、太陽電池モジュールでは、インターコネクタによって直列または並列に接続された太陽電池セルが透明樹脂内に封止されている。太陽電池モジュールの種類によって、さらにそれがアルミニウム等の枠体またはプラスチックの容器内に取り付けられている。この従来の太陽電池モジュールは、機械的強度を維持するために、重量を大きくせざるを得ないという問題点があった。
そこで、太陽電池モジュールをさらに軽量化する工夫が考案された。特許文献１は、太陽電池モジュールを軽量化および十分な機械的強度にすることを目的に開示されたものである。本文献の技術は、太陽電池モジュールの外形を透光性プラスチック樹脂のみから構成することによって、軽量化を図っている。また、太陽電池モジュールの周囲に枠体を備えることによって、機械的な強度を向上させている。
特開平９−５１１１７（１９９７年２月１８日公開）
今後様々な電子機器の携帯化に伴って、その重量および寸法の低減化が求められる。したがって、携帯電子機器に搭載する太陽電池装置も同様に、軽量化および小型化が望まれる。
前述したとおり、現在利用されている太陽電池装置は、家庭用のものが一般的である。したがって、特許文献１の技術では、携帯電子機器に適用するために小型化を図ったとしても、低強度、大重量、見栄えの悪さ、または高コスト等の問題が生じてしまう。また、従来の太陽電池モジュールを湾曲した電子機器の表面に沿って搭載すると、基板に強い応力がかかり、割れてしまう場合がある。
さらに、携帯電子機器は、直射日光下、高温下、高湿下あるいは携帯時の圧迫、落下等の電子機器としては厳しい環境下で使用可能なことが求められる。このため、これらの外部環境に耐えうる太陽電池装置が必要である。
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、湾曲した電子機器の表面に沿って搭載可能であり、かつ充分な機械的強度を有する太陽電池モジュールおよびその製造方法、ならびに当該太陽電池モジュールを搭載した電子機器を提供することにある。
本発明に係る太陽電池モジュールは、上記の課題を解決するために、複数の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールであって、
前記複数の太陽電池セルのいずれかを、当該太陽電池セルにおける一方の極性を示す面と電気的に接続された状態で、個別に搭載する複数のパッド部と、
前記複数の太陽電池セルの少なくともいずれかにおける、前記一方の極性と反対の極性を示す面と電気的に接続される少なくとも１つのインナーリード部と、
前記各太陽電池セルの発電によって生じた電流を取り出す陽極部および陰極部と、
前記複数のパッド部、前記インナーリード部、前記陽極部、および前記陰極部を自身の一部として個別に形成している金属製のリードフレームと、
前記リードフレームにおける前記複数の太陽電池セルの搭載面の反対側に形成される絶縁層と、
少なくとも前記複数の太陽電池セル、前記陽極部、および前記陰極部を封止する封止層とを備え、
前記複数のパッド部のそれぞれの外形寸法は、当該パッド部に搭載する前記太陽電池セルよりも小さく、
前記複数のパッド部のそれぞれは、太陽電池セルが固定されている側の一部分が絶縁性のテープで固定されていることを特徴としている。
上記の構成によれば、本発明に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セル、リードフレーム、絶縁層、および封止層を備えている。リードフレームは、太陽電池セルを搭載する基板として金属製のものが採用されている。このリードフレームには、パッド部、インナーリード部、陰極部、および陽極部が自身の一部として形成されている。
各太陽電池セルは、各パッド部に各々固定されており、電気的にインナーリード部と接続されている。複数の太陽電池セルは、電気的に接続されたインナーリード部を介すことによって相互接続されている。相互接続された太陽電池セルの陰極は、リードフレーム内に陰極部として形成されている。同様に、相互接続された太陽電池セルの陽極は、リードフレーム内に陽極部として形成されている。太陽電池セルによって発電された電力を、この陰極部および陽極部から取り出すことができる。この際、リードフレームに形成されたパッド部は、太陽電池セルによって完全に隠れる。したがって、リードフレームの色を最終的に太陽電池モジュールの上面から見せずに済むので、太陽電池モジュールの見栄えを良くすることができる。
太陽電池セルを搭載した面は、太陽電池セル、陰極部および陽極部を封止するようにして、封止層が形成されている。また、それに対して反対側の面は、絶縁層が形成されている。
以上のように、本発明に係る太陽電池モジュールは、従来太陽電池セル同士の接続に使用していたインターコネクタを使用していないので、従来に比べて全体の厚さをより薄くできる。さらに、最終的にリードフレームの上面を封止層で被覆し、下面を絶縁層で被覆することによって、太陽電池モジュールは補強される。
さらに、本発明に係る太陽電池モジュールでは、リードフレーム上のパッド部に絶縁性のテープが固定されている。こうすることによって、パッド部が自重によって垂れ下がることはなくなり、製造過程における搬送を安定的に行うための補強材となる。
また、本発明に係る太陽電池モジュールは、金属製のリードフレームを使用しているため、曲げ応力に対して強くなる。したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは湾曲することが可能となる。このことから、太陽電池モジュールを搭載する電子機器の表面が湾曲していても、太陽電池モジュールを割らずに搭載可能となる。
以上より、本発明に係る太陽電池モジュールは、薄型であり、なおかつ湾曲させても機械的強度を十分備えることができる。
また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、
前記複数の太陽電池セルは、互いにすべてが直列に接続されているか、すべてが並列に接続されているか、並列に接続されたもの同士が互いに直列に接続されているか、または直列に接続されたもの同士が互いに並列に接続されていることが好ましい。
上記の構成によれば、太陽電池セルの接続形態が異なる多様な構成の太陽電池モジュールを実現できる。
また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、
前記絶縁層は、前記陰極部および前記陽極部とを露出させていることが好ましい。
上記の構成によれば、太陽電池モジュールにおけるリードフレームの下面から電流を取り出せる。
また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、
前記陰極部および前記陽極部は、太陽電池モジュールの側面から突出するように形成されていることが好ましい。
上記の構成によれば、リードフレーム上の陰極部および陽極部が太陽電池モジュールの側面から突出している。これにより、突出した電極を任意の方向に折り曲げて使用することが可能になる。したがって、本発明に係る太陽電池モジュールを実装する際、半田付け実装を行う以外に、コネクターに差し込む等、その接続方法の自由度が上がる。
また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、
前記複数のパッド部のそれぞれは、当該パッド部に搭載される前記太陽電池セルと、熱硬化性を有する導電材によって接続されていることが好ましい。
上記の構成によれば、各太陽電池セルをパッド部に容易に搭載できる。
また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、
前記導電材は、銀と化成品とを混ぜ合わせたペースト状のものであることが好ましい。
上記の構成によれば、各太陽電池セルをパッド部とを強固かつ確実に接続できる。
また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、
前記複数の太陽電池セルのそれぞれは、当該太陽電池セルに接続される前記インナーリード部と、金属線によって接続されていることが好ましい。
上記の構成によれば、各太陽電池セルをインナーリード部に確実に接続できる。
また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、
前記金属線は、金線であるが好ましい。
上記の構成によれば、各太陽電池セルとインナーリード部との電気抵抗を低くできる。
また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、
前記インナーリード部の表面には、金、銀および錫のうち少なくともいずれかがメッキされていることが好ましい。
上記の構成によれば、各太陽電池セルとインナーリード部との接続が安定する。
また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、
前記封止層は、エポキシ系樹脂、エチレンビニルアセテート、またはエチレンビニルアセテートとポリエチレンテレフタートとの積層体のいずれかであることが好ましい。
また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、
前記絶縁層は、前記リードフレームの下面に絶縁性接着剤によって貼り付けられていることを特徴としている。
また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、前記絶縁層は、シート状のポリイミドまたはポリエチレンテレフタートであることが好ましい。
また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、
前記複数の太陽電池セルのそれぞれは、順に積層させるＮプラス層、Ｐマイナス層、およびＰプラス層と、当該Ｎプラス層の上面の少なくとも一部に銀を焼結させて形成される集電部兼陰極部と、当該Ｐプラス層の上にアルミニウムを焼結させて形成される陽極部とを備えていることが好ましい。
また、本発明に係る太陽電池モジュールは、上記の課題を解決するために、複数の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールであって、
前記複数の太陽電池セルのいずれかを個別に搭載する複数のパッド部と、
前記複数の太陽電池セルのいずれかと金属線によって電気的に接続される少なくとも１つのインナーリード部と、
少なくとも前記複数のパッド部および前記インナーリード部とを構成する金属製のリードフレームと、
前記リードフレームにおける前記複数の太陽電池セルの搭載面の反対側に形成される絶縁層と、
前記複数の太陽電池セルおよび前記金属線を封止する封止層とを備え、
前記複数のパッド部のそれぞれの外形寸法は、当該パッド部に搭載する前記太陽電池セルよりも小さく、
前記複数のパッド部のそれぞれは、太陽電池セルが固定されている側の一部分が絶縁性のテープで固定されており、
電子機器の筐体に湾曲可能な状態で搭載可能であることを特徴としている。
上記の構成によれば、電子機器の筐体に湾曲可能な状態で搭載可能な太陽電池モジュールを提供できる。
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、上記の課題を解決するために、複数の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、
複数のパッド部、インナーリード部、陽極部、および陰極部を自身の一部として形成している金属製のリードフレームを用意する工程と、
前記複数のパッド部のそれぞれの一部分を、絶縁性のテープで固定する工程と、
前記複数のパッド部のそれぞれにおいて、前記絶縁性のテープが固定されている側に、熱硬化性を有する導電材を配置する工程と、
前記導電材が配置された複数のパッド部のそれぞれに、前記複数の太陽電池セルのいずれかを、当該太陽電池セルの一方の極性を示す面を向けて搭載する工程と、
前記各太陽電池セルが搭載された前記リードフレームを熱することによって、前記導電材を硬化させる工程と、
前記複数の太陽電池セルのそれぞれにおける、前記一方の極性と反対の極性を示す面と、前記インナーリード部とを金属線によって接続する工程と、
前記リードフレームにおける前記複数の太陽電池セルの搭載面の反対側に、絶縁層を形成する工程と、
少なくとも前記複数の太陽電池セル、前記陽極部、および前記陰極部を封止する封止層を形成する工程とを備え、
前記リードフレームを用意する工程において、前記複数のパッド部のそれぞれの外形寸法を、当該パッド部に搭載する前記太陽電池セルよりも小さくすることを特徴としている。
上記の構成によれば、折り曲げた状態で使用でき、携帯電子機器に搭載可能な太陽電池モジュールを製造できる。
また、本発明に係る電子機器は、上記の課題を解決するために、
上述したいずれかの太陽電池モジュールを備えていることを特徴としている。
上記の構成によれば、太陽電池モジュールを湾曲した状態で搭載可能な電子機器を提供できる。
本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽電池セルを搭載する基材として、リードフレームを利用することによって、複数の太陽電池セルを相互に接続することが可能となる。従来のインターコネクタを使用せずに太陽電池セルを相互接続するので、薄型の太陽電池モジュールが得られる。さらに、最終的にリードフレームの上面を透明樹脂で被覆し、下面を絶縁シートで被覆することによって、太陽電池モジュールは補強される。したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、薄型であり、なおかつ機械的強度も十分備えているので、携帯電子機器に搭載することが可能である。
また、本発明に係る太陽電池モジュールは、隣り合う太陽電池セルとの間を境にして、屈曲させることによって、湾曲した筐体にも搭載することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの全体を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの上面を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの断面を示す図である。 本発明の一実施形態に係るリードフレームのパッド部に、銀ペーストを塗布する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係るリードフレームのパッド部に太陽電池セルを設置する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係るリードフレームのインナーリードと太陽電池セルを接続する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係るリードフレームに透明樹脂を被覆する工程を示す図である。 （ａ）は、太陽電池セルの全体を示す斜視図であり、（ｂ）は、太陽電池セルの断面を示す図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの電気回路を示す図である。 本発明の一実施形態に係るリードフレームの上面を示す図である。 本発明の一実施形態に係るリードフレームの左半分を見開きにした時の、上面および下面を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの全体を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの上面を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの断面を示す図である。 本発明の一実施形態に係るリードフレームの上面を示す図である。 本発明の一実施形態に係るリードフレームの上面を示す図である。 本発明の一実施形態に係るリードフレームの上面を示す図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの電気回路を示す図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの上面を示す図である。 本発明の一実施形態に係るリードフレームの上面を示す図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールを湾曲させた状態の断面を示す図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールを搭載した折り畳み式の携帯電話を開いた状態の側面を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールを搭載した折り畳み式の携帯電話を閉じた状態の上面を示す図であり、（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールを搭載した折り畳み式の携帯電話を閉じた状態の側面を示す図であり、（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールを搭載した折り畳み式の携帯電話を閉じた状態の下面を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
〔第一の実施形態〕
（太陽電池モジュール１の概要）
本発明の第一の実施形態に係る太陽電池モジュール１の概要について、図１を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の全体を示す斜視図である。図１に示すように、太陽電池モジュール１は、リードフレーム１０、絶縁シート２０、太陽電池セル３０、導電材、金線５０、および透明樹脂６０を備えている。これらの構成要素に関しては、後ほど詳述する。リードフレーム１０は、太陽電池セル３０を搭載する基板として採用されている。このリードフレーム１０には、パッド部１１２、陰極部１１４、陽極部１１６、サポートバー１１８、インナーリード部１２０、および連繋部１２２が模様化されている。
太陽電池セル３０は、リードフレーム１０内に形成された各パッド部１１２に導電材によって各々固定されている。各太陽電池セル３０は、金線５０によってリードフレーム１０に形成されたインナーリード部１２０と接続されている。複数の太陽電池セル３０は、上記した導電材、金線５０および連繋部１２２を介すことによって、相互に電気的に接続されている。複数の太陽電池セル３０は、互いにすべてを直列に接続するか、すべてを並列に接続する、並列に接続されたもの同士が互いに直列に接続するか、または直列に接続されたもの同士を互いに並列に接続することが可能である。第一の実施形態として、複数の太陽電池セル３０をすべて直列に接続した場合を以下に示す。
図２（ａ）は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の上面を示す図である。図２（ａ）に示すように、相互接続された太陽電池セル３０の陰極は、リードフレーム１０内に陰極部１１４として形成されている。同様に、太陽電池セル３０の陽極は、リードフレーム１０内に陽極部１１６として形成されている。これらは外部に露出しており、太陽電池セル３０によって発電された電力を、ここから取り出すことができる。
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示したＡ−Ａ’の断面を示す図である。リードフレーム１０の上面は、太陽電池セル３０、陰極部および陽極部を封止するようにして、封止層が形成されている。図２（ｂ）に示すように、封止層として透明樹脂６０が被覆されている。また、リードフレーム１０の下面は、絶縁層が形成されている。絶縁層として絶縁シート２０が覆われている。
（太陽電池モジュール１の製造過程）
太陽電池モジュール１の製造工程について、図３〜図６を参照して説明する。
始めにパッド部１１２に導電材を塗布する。導電材として銀ペースト４０を用いた場合を示す。図３は、パッド部１１２に、銀ペースト４０を塗布する工程を示す図である。図３に示すように、銀ペースト４０をパッド部１１２に塗布する。この際、ディスペンサーを使用して、先端に孔が空いているニードルから塗布する。銀ペースト４０は、主にフレーク状の銀に粉状のエポキシ樹脂等の化成品を混ぜ合わせたものであり、熱硬化性を示す。図中においては、各パッド部１１２へ５点の塗布となっているが、パッド部１１２のサイズおよび１点の塗布量に応じて、適宜塗布する点数を調整する。
図４は、太陽電池セル３０をパッド部１１２に固定する工程を示す図である。図４に示すように、太陽電池セル３０を、塗布した銀ペースト４０を上から押し広げるように、ダイボンダーを使用して設置する。この際、銀ペースト４０はパッド部１１２から極度に食み出さないように調整する。その後、リードフレーム１０全体をベーキング装置を用いて１５０℃で１時間加熱することによって、銀ペースト４０を硬化させる。この加熱処理によって、太陽電池セル３０がパッド部１１２に確実に固定される。
図５は、集電部１３２を結束した部位１３４からインナーリード部１２０に、金線５０を接続する工程を示す図である。図５に示すように、太陽電池セル３０の最上部には、集電部１３２（集電部兼陰極部）が設けられており、それらを結束した部位１３４が形成されている。この集電部１３２を結束した部位１３４とインナーリード部１２０とを、金線５０によって接続する。この際、ワイヤーボンダーを用いて接続する。接続部は、金と金、銀と金、または錫と金の接続となるため、安定する。また、金線５０を用いることによって、太陽電池セル３０とインナーリード部１２０との電気抵抗が低下する。太陽電池セル３０は、インナーリード部１２０と一本の金線５０によって接続しているが、断線によるオープン不良のリスクを低減するために二本以上接続しても良い。
図６は、シート６２およびシート６４をリードフレーム１０に被覆する工程を示す図である。図６に示すように、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）のシート６２を太陽電池セル３０の上方から重ねる。さらにその上からＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のシート６４も重ねる。そして、シート６２およびシート６４を加圧しながら１３５℃に加熱する。シート６２の外形寸法は、３８×６５×０．６ｍｍであり、シート６４の外形寸法は、４０×６７×０．０８ｍｍである。
この際、シート６２は太陽電池セル３０の上に重ねた時に、金線５０に接触しないように抜き部６６を設けている。このシート６２は、加圧および加熱によってシート６２の下面接触部の凹凸に這うようにして押し広げられる。このため、シート６２は外形寸法４４×７１×０．２５ｍｍ程度にまで広がり、金線５０の周辺も完全に封止する。
シート６４には、加圧時にシート６２が治工具に接触するのを防止する役割、および太陽電池モジュール１の表面の平坦性を確保する役割がある。さらに、このシート６４は、反対側の面に貼り付けられた絶縁シート２０によって、絶縁シート２０の方へと漏出するのがせき止められている。
シート６２およびシート６４の積層体は、透明樹脂６０を成している。この透明樹脂６０として、エポキシ系樹脂またはＥＶＡを使用しても良い。
最後に、切断機または打ち抜き金型によって、クレードル部１１０を切断または打ち抜くことにより、図１に示したような略直方体の太陽電池モジュール１が完成する。完成した太陽電池モジュール１の外形寸法は、４０×６７×０．８５ｍｍである。
（太陽電池セル３０の構成）
太陽電池モジュール１に搭載する太陽電池セル３０の詳細について、図７および図８を参照して説明する。
太陽電池セル３０は、多結晶シリコンのインゴッドから切り出された平板を加工し、さらに個片化したものである。寸法の例として、平板のサイズが１５６×１５６ｍｍであり、かつ個片化された太陽電池セル３０が１２×１８×０．２ｍｍだとする。この場合、一枚の平板から太陽電池セル３０を１２×８個（９６個）切り出すことになる。
太陽電池セル３０では、最上部は陰極部を成しており、最下部は陽極部を成している。図７（ａ）は、太陽電池セル３０の構造を示す斜視図である。図７（ａ）に示すように、最上部（陰極部）は主に銀を焼結させた集電部１３２、およびそれを結束した部位１３４から構成されている。また、最下部（陽極部）は、主にアルミニウムを焼結させたアルミニウム層１３６から構成されている。
図７（ｂ）は、図７（ａ）に示したＢ−Ｂ’の断面を示す図である。太陽電池セル３０の最上部および最下部の間は、図７（ｂ）に示すように、上から順に、Ｎ＋層１３８、Ｐ−層１３０およびＰ＋層１４０が形成されている。
（太陽電池セル３０の発電機序）
太陽電池セル３０が発電する詳しい機序について、図８を参照して説明する。
図８は、太陽電池モジュール１の電気回路を示す図である。太陽電池モジュール１は、図８に示すように、１０個のｐｎ接合のダイオードである太陽電池セル３０と光起電力による電流源との逆並列接続となっている。図８に示した１４２は、漏れ電流等価抵抗を表し、１４４は、直列抵抗を表している。太陽光等の光１４６が太陽電池セル３０に当たると、太陽電池セル３０の光起電力効果によって、太陽エネルギーが電気エネルギーに変換される。その電気エネルギーは、短絡電流（Ｉｓｃ）として流れ、負荷である電池８０へ出力される。このようにして、太陽電池モジュール１から電力が供給される。太陽電池モジュール１が電池８０と無接続の状態では、光起電力がすべて太陽電池セル３０で消費され、太陽電池セル３０の順方向電圧でクランプされる。これは、太陽電池モジュール１の開放電圧（Ｖｏｃ）である。
（リードフレーム１０の構成）
太陽電池セル３０を搭載するリードフレーム１０の詳細について、図９および図１０を参照して説明する。
図９は、本実施形態に係るリードフレーム１０の上面を示す図である。リードフレーム１０の外形寸法は、５４×１５０×０．１５ｍｍである。前述したとおり、リードフレーム１０には、図９に示すように、クレードル部１１０、パッド部１１２、陰極部１１４、陽極部１１６、サポートバー１１８、インナーリード部１２０、および連繋部１２２が模様化されている。クレードル部１１０は、リードフレーム１０の外枠であり、孔１２４を有している。この孔１２４は、製造中にピンを通し、リードフレーム１０の位置合わせを行うためのものである。パッド部１１２は、太陽電池セル３０を固定する部位であり、その外形寸法は１１．５×１７．５ｍｍである。陰極部１１４および陽極部１１６の外形寸法は、３×６ｍｍである。サポートバー１１８は、各部位とクレードル部１１０とを繋ぐ。インナーリード部１２０には、最表面に金、銀、または錫がメッキされており、金線５０によって太陽電池セル３０と接続されている。連繋部１２２は、上段パッド部１１２と下段インナーリード部１２０とを繋ぐ。リードフレーム１０内に形成されたこれらの部位は、化学的にエッチング、または物理的にパンチングすることによって形成されている。
リードフレーム１０の表面には、様々な色が着色されているのが想定され、その色が太陽電池モジュール１の上面から見える構造になっている。本実施形態では、パッド部１１２は、太陽電池セル３０よりも小さいサイズなので、太陽電池セル３０によって完全に隠れてしまう。したがって、リードフレーム１０の色を太陽電池モジュール１の上面から見せない形式を採っている。
図１０は、リードフレーム１０の左半分を見開きにした時の、上面および下面を示す斜視図である。リードフレームの下面側には、図１０に示すように、外形寸法が４４×７１×０．１５ｍｍからなる絶縁シート２０を絶縁性接着剤によって貼り付けている。この絶縁シート２０からは、陰極部１１４および陽極部１１６が露出している。なお、陽極部１１６に隣接しているパッド部１１２ａは、リードフレーム１０内において陽極部１１６と繋がっており、同電位となっている。したがって、パッド部１１２ａを絶縁シート２０から露出させることによって、パッド部１１２ａ自体を陽極部の端子としても良い。この絶縁シート２０としては、耐熱性を有するＰＥＴ等の絶縁材を用いる。さらに高い耐熱性が要求される場合は、ポリイミド等を用いても良い。この際、絶縁シート２０として着色したものを使用すると、太陽電池セル３０の周囲において、その着色した色が透明樹脂６０を通して眺められる。このようにして、太陽電池モジュール１の見栄えを考慮した絶縁シート２０を採用しても良い。
リードフレーム１０の材料は展性を有する金属である。金属合金も含まれる。本実施形態では、リードフレーム１０材質は合金（４２アロイまたは銅アロイ）である。４２アロイの４２％はニッケルであり、その他の大部分は鉄によって構成されている。また、銅アロイの大部分は、銅によって構成されている。金属製のリードフレーム１０を採用したことによって、太陽電池モジュール１は曲げ応力に対して強くなり、電子機器の筐体の湾曲した表面に沿って湾曲状態で搭載可能となる。
（本実施形態の効果）
前述したとおり、本実施形態では、太陽電池セル３０を搭載する基材として、リードフレーム１０を使用している。このリードフレーム１０を利用することによって、太陽電池セル３０を相互接続できる。従来のインターコネクタを使用せずに太陽電池セル３０を相互接続するので、薄型の太陽電池モジュール１が得られる。さらに、最終的にリードフレーム１０の上面を透明樹脂６０で被覆し、下面を絶縁シート２０で被覆することによって、太陽電池モジュール１は補強される。したがって、本実施形態に係る太陽電池モジュール１は、薄型であり、なおかつ機械的強度も十分備えているので、携帯電子機器に搭載することが可能である。
〔第二の実施形態〕
（太陽電池モジュール２の概要）
本発明の第二の実施形態に係る太陽電池モジュール２の概要について、図１１〜図１３を参照して説明する。本実施形態は、第一の実施形態の一部を改変したものである。
図１１は、本実施形態に係る太陽電池モジュール２の全体を示す斜視図である。本実施形態と第一の実施形態の相違点は、図１１に示すように、陰極部２１４および陽極部２１６を太陽電池モジュール２の側面から突出させているところである。第一の実施形態では、陰極部１１４および陽極部１１６は太陽電池モジュール１の下面に固定されている。本実施形態では、陰極部２１４および陽極部２１６の突出部を任意の方向に折り曲げて使用することが可能になる。そのため、太陽電池モジュール２を実装する際、半田付け実装以外に、コネクターに差し込む等、その接続方法の自由度が上がる。
図１２（ａ）は、本実施形態に係る太陽電池モジュール２の上面を示す図である。図１２（ｂ）は、本実施形態に係る太陽電池モジュール２の断面を示す図である。図１２に示すように、太陽電池モジュール２において、その他の実施形態は、第一の実施形態と同様である。図１３は、本実施形態に係るリードフレーム１２の上面を示す図である。図１３に示すように、リードフレーム１２の構成も、第一の実施形態と同様である。なお、図１３に示した２１０はクレードル部、２１２はパッド部、２１８はサポートバー、２２０はインナーリード部、２２２は連繋部、および２２４は孔を表している。これらの部位は、第一の実施形態で述べた各部位と同様の役割をする。
〔第三の実施形態〕
（絶縁テープ７０，７２を貼り付けた太陽電池モジュール１，２の概要）
本発明の第三の実施形態に係る太陽電池モジュールの概要について、図１４および図１５を参照して説明する。本実施形態は、第一および第二の実施形態に、さらに工夫を加えたものである。
図１４は、絶縁テープ７０，７２を貼り付けたリードフレーム１０の上面を示す図である。図１５は、絶縁テープ７０，７２を貼り付けたリードフレーム１２の上面を示す図である。
本実施形態は、図１４に示すように、第一の実施形態に係るリードフレーム１０に、絶縁テープ７０および絶縁テープ７２を貼り付けている。同様に、図１５に示すように、第二の実施形態に係るリードフレーム１２に、絶縁テープ７０および絶縁テープ７２を貼り付けている。絶縁テープ７０，７２は、接着剤によって、各パッド部を跨るように貼り付けられている。絶縁テープ７０が存在しない状態では、各パッド部１１２，２１２は、片側のみリードフレーム１０，１２に接続されている。絶縁テープ７０を貼り付けることによって、パッド部１１２，２１２が自重によって垂れ下がることはなくなる。したがって、絶縁テープ７０は、製造過程における搬送を安定的に行うための補強材となる。同様に、絶縁テープ７２も補強材となる。さらに、絶縁テープ７２を絶縁テープ７０と同じ高さにすることによって、太陽電池セル３０が傾くことを防止できる。絶縁テープ７０および絶縁テープ７２の総厚は、いずれも０．１〜０．１５ｍｍである。また、その材質としては、カプトン（登録商標）またはユーピレックス（登録商標）を用いる。
リードフレーム１０，１２の下面側に貼り付ける絶縁シート２０は、シート６４形成後、または太陽電池モジュール１，２の個片後に貼り付ける。
〔第四の実施形態〕
（太陽電池モジュール３の概要）
本発明の第四の実施形態に係る太陽電池モジュール３の概要について、図１６および図１７を参照して説明する。本実施形態は、第一の実施形態を一部改変したものである。
本実施形態と第一の実施形態との相違点は、太陽電池セル３０を直列および並列の両方によって接続しているところである。第一の実施形態では、１０個の太陽電池セル３０が直列に接続されている。図１６は、太陽電池モジュール３の電気回路を示す図である。本実施形態では、図１６に示すように、５個の太陽電池セル３０を並列に接続しているものが２つあり、さらにそれら２つを直列に接続している。図１７は、本実施形態に係るリードフレーム１４の上面を示す図である。図１７に示すように、上段５個の太陽電池セル３０の陰極側は、金線５０によってインナーリード部３２０と接続され、同電位になっている。また、陽極側では、パッド部３１２とパッド部３１２との間が繋部３２４によって繋がっているため、同電位になっている。したがって、上段５個の太陽電池セル３０は並列に接続されている。同様にして、下段５個の太陽電池セル３０の陰極側は、金線５０によってインナーリード部３２１と接続され、同電位になっている。また、陽極側では、パッド部３１２とパッド部３１２との間が繋部３２４によって繋がっているため、同電位になっている。したがって、下段５個の太陽電池セル３０も並列に接続されている。さらに、連繋部３２２によって、上段の太陽電池セル３０の集団と下段の太陽電池セル３０の集団とが直列に接続されている。
よって、複数の太陽電池セル３０を並列に接続したもの同士を、互いに直列に接続することが可能となる。このように、太陽電池セル３０の接続として、接続形態が異なる多様な構成ができる。
なお、図１８は、本実施形態に係る太陽電池モジュール３の上面を示す図である。図１８に示すように、パッド部３１２の十字型抜き部３３０は、太陽電池セル３０を搭載する時の目印である。また、リードフレーム１４の抜き部３３２は、太陽電池モジュール３を個片化する時の目印である。これら目印は、第一、第二および第三の実施形態にも適用できることは言うまでもない。
また、図１８に示した３１８は、サポートバーを表しており、第一の実施形態で述べたサポートバー１１８と同様の役割をする。
〔第五の実施形態〕
（湾曲させた太陽電池モジュール１，２，３の概要）
本発明の太陽電池モジュール１，２，３を湾曲した状態で用いる場合の実施形態について、図１９を参照して説明する。例として、太陽電池モジュール１を使用した場合を以下に示す。
図１９は、本発明における太陽電池モジュール１を湾曲させた状態の断面を示す図である。本実施形態では、図１９に示すように、隣り合う太陽電池セル３０と太陽電池セル３０の間を境にして、４箇所屈曲させている。屈曲部の角度は各７．５度とし、全体として３０度曲げている。太陽電池モジュール１の取り付け部分の形状に合わせて、各屈曲部の角度を変更することが可能である。この屈曲は、金属であるリードフレーム１０の延性と塑性変形を利用しており、太陽電池モジュール１の弾性を緩和しつつ、定常的な曲げを実現できる。また、屈曲部の角度をより大きくしたい場合は、太陽電池セル３０と太陽電池セル３０の間隔を広げることによって、屈曲部の角度を大きくすることが可能である。
本実施形態では、透明樹脂６０を外側にして曲げているが、逆方向に曲げることも可能である。また、本実施形態では、４箇所屈曲させているが、屈曲箇所を任意に選んでも良い。
本実施形態では、太陽電池モジュール１，２，３を相応に曲げることが可能である。そのため、太陽電池モジュール１，２，３を携帯電子機器に搭載する際、湾曲した部分にも搭載できる等、自由度が上がる。
〔第六の実施形態〕
（携帯電話１００の概要）
本発明の太陽電池モジュール１，２，３を搭載した携帯電子機器の実施形態について、図２０を参照して説明する。例として、太陽電池モジュール１を使用した場合を以下に示す。
図２０（ａ）は、本発明の太陽電池モジュール１を搭載した折り畳み式の携帯電話１００を開いた状態の側面を示す図である。図２０（ｂ）は、本発明の太陽電池モジュール１を搭載した折り畳み式の携帯電話１００を閉じた状態の上面を示す図である。図２０（ｃ）は、本発明の太陽電池モジュール１を搭載した折り畳み式の携帯電話１００を閉じた状態の側面を示す図である。図２０（ｄ）は、本発明の太陽電池モジュール１を搭載した折り畳み式の携帯電話１００を閉じた状態の下面を示す図である。
本実施形態の携帯電話１００は、図２０（ａ）に示すように、折り畳み式となっている。キーパネル面１０１を備える筐体２０１と情報表示面１０２を備える筐体２０２とが、ヒンジ部１０４を中心として、一定の角度で見開くようになっている。太陽電池モジュール１は、図２０（ｂ）に示すように、キーパネル面１０１に対して反対側の面に取り付けられている。また、図２０（ｄ）に示すように、情報表示面１０２に対して反対側の面にも、太陽電池モジュール１が取り付けられている。したがって、図２０（ｃ）に示したように、携帯電話１００を閉じた状態にでは、その上面および下面に太陽電池モジュール１が取り付けられていることになる。なお、図２０（ｂ）に示した１０６は、カメラ用のレンズを表し、１０８は、バッテリー収納部の蓋を表している。
本実施形態では、折り畳み式の携帯電話１００を示したが、必ずしも折り畳み式の携帯電話１００である必要はない。また、２個の太陽電池モジュール１を搭載させたが、１個または３個以上でも適用できることは言うまでもない。
本実施形態として、例えば、ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）受信機、卓上型電子辞書、デジタルスチルカメラ、またはビデオカメラ等、他の携帯電子機器にも適用できる。また、テレビ等のリモートコントローラにも適用できる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
本発明に係る太陽電池モジュールは、例えば、携帯電話、ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）受信機、卓上型電子辞書、デジタルスチルカメラ、またはビデオカメラ等の携帯電子機器に利用できる。また、テレビ等のリモートコントローラにも利用できる。
１，２，３ 太陽電池モジュール
１０，１２，１４ リードフレーム
２０ 絶縁シート
３０ 太陽電池セル
４０ 銀ペースト
５０ 金線
６０ 透明樹脂
６２ ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）のシート
６４ ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のシート
６６ 抜き部
７０，７２ 絶縁テープ
８０ 電池
１００ 携帯電話
１０１ キーパネル面
１０２ 情報表示面
１０４ ヒンジ部
１０６ カメラ用レンズ
１０８ バッテリー収納部の蓋
１１０，２１０ クレードル部
１１２，２１２，３１２ パッド部
１１２ａ 陽極部１１６に隣接しているパッド部
１１４，２１４，３１４ 陰極部
１１６，２１６，３１６ 陽極部
１１８，２１８，３１８ サポートバー
１２０，２２０，３２０，３２１ インナーリード部
１２２，２２２，３２２ 連繋部
１２４，２２４ 孔
１３０ Ｐ−層
１３２ 集電部
１３４ 集電部１３２が結束した部位
１３６ アルミニウム層
１３８ Ｎ＋層
１４０ Ｐ＋層
１４２ 漏れ電流等価抵抗
１４４ 直列抵抗
１４６ 光
２０１ キーパネル面１０１を備える筐体
２０２ 情報表示面１０２を備える筐体
３２４ 繋部
３３０ 十字型抜き部
３３２ リードフレームの抜き部

Claims (17)

  1. 複数の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールであって、
    前記複数の太陽電池セルのいずれかを、当該太陽電池セルにおける一方の極性を示す面と電気的に接続された状態で、個別に搭載する複数のパッド部と、
    前記複数の太陽電池セルの少なくともいずれかにおける、前記一方の極性と反対の極性を示す面と電気的に接続される少なくとも１つのインナーリード部と、
    前記各太陽電池セルの発電によって生じた電流を取り出す陽極部および陰極部と、
    前記複数のパッド部、前記インナーリード部、前記陽極部、および前記陰極部を自身の一部として個別に形成している金属製のリードフレームと、
    前記リードフレームにおける前記複数の太陽電池セルの搭載面の反対側に形成される絶縁層と、
    少なくとも前記複数の太陽電池セル、前記陽極部、および前記陰極部を封止する封止層とを備え、
    前記複数のパッド部のそれぞれの外形寸法は、当該パッド部に搭載する前記太陽電池セルよりも小さく、
    前記複数のパッド部のそれぞれは、太陽電池セルが固定されている側の一部分が絶縁性のテープで固定されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 前記複数の太陽電池セルは、互いにすべてが直列に接続されているか、すべてが並列に接続されているか、並列に接続されたもの同士が互いに直列に接続されているか、または直列に接続されたもの同士が互いに並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記絶縁層は、前記陽極部および前記陰極部とを露出させていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記陰極部および前記陽極部は、太陽電池モジュールの側面から突出するように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記複数のパッド部のそれぞれは、当該パッド部に搭載される前記太陽電池セルと、熱硬化性を有する導電材によって接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  6. 前記導電材は、銀と化成品とを混ぜ合わせたペースト状のものであることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
  7. 前記複数の太陽電池セルのそれぞれは、当該太陽電池セルに接続される前記インナーリード部と、金属線によって接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  8. 前記金属線は、金線であることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池モジュール。
  9. 前記インナーリード部の表面には、金、銀および錫のうち少なくともいずれかがメッキされていることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池モジュール。
  10. 前記封止層は、エポキシ系樹脂、エチレンビニルアセテート、またはエチレンビニルアセテートとポリエチレンテレフタートとの積層体のいずれかであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  11. 前記絶縁層は、前記リードフレームの下面に絶縁性接着剤によって貼り付けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  12. 前記絶縁層は、シート状のポリイミドまたはポリエチレンテレフタートであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  13. 前記複数の太陽電池セルのそれぞれは、順に積層され、いずれもシリコンをベースとしたＮ＋層、Ｐ−層、およびＰ＋層と、当該Ｎ＋層の上面の少なくとも一部に銀を焼結させて形成される集電部兼陰極部と、当該Ｐ＋層の上にアルミニウムを焼結させて形成される陽極部とを備えていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  14. 前記複数の太陽電池セルのうち隣り合う２つの前記太陽電池セルの間を境にして、少なくとも１箇所湾曲されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  15. 複数の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールであって、
    前記複数の太陽電池セルのいずれかを個別に搭載する複数のパッド部と、
    前記複数の太陽電池セルのいずれかと金属線によって電気的に接続される少なくとも１つのインナーリード部と、
    少なくとも前記複数のパッド部および前記インナーリード部を個別に構成する金属製のリードフレームと、
    前記リードフレームにおける前記複数の太陽電池セルの搭載面の反対側に形成される絶縁層と、
    前記複数の太陽電池セルおよび前記金属線を封止する封止層とを備え、
    前記複数のパッド部のそれぞれの外形寸法は、当該パッド部に搭載する前記太陽電池セルよりも小さく、
    前記複数のパッド部のそれぞれは、太陽電池セルが固定されている側の一部分が絶縁性のテープで固定されており、
    電子機器の筐体に湾曲可能な状態で搭載可能であることを特徴とする太陽電池モジュール。
  16. 複数の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、
    複数のパッド部、インナーリード部、陽極部、および陰極部を自身の一部として個別に形成している金属製のリードフレームを用意する工程と、
    前記複数のパッド部のそれぞれの一部分を、絶縁性のテープで固定する工程と、
    前記複数のパッド部のそれぞれにおいて、前記絶縁性のテープが固定されている側に、熱硬化性を有する導電材を配置する工程と、
    前記導電材が配置された複数のパッド部のそれぞれに、前記複数の太陽電池セルのいずれかを、当該太陽電池セルの一方の極性を示す面を向けて搭載する工程と、
    前記各太陽電池セルが搭載された前記リードフレームを熱することによって、前記導電材を硬化させる工程と、
    前記複数の太陽電池セルのそれぞれにおける、前記一方の極性と反対の極性を示す面と、前記インナーリード部とを金属線によって接続する工程と、
    前記リードフレームにおける前記複数の太陽電池セルの搭載面の反対側に、絶縁層を形成する工程と、
    少なくとも前記複数の太陽電池セル、前記陽極部、および前記陰極部を封止する封止層を形成する工程とを備え、
    前記リードフレームを用意する工程において、前記複数のパッド部のそれぞれの外形寸法を、当該パッド部に搭載する前記太陽電池セルよりも小さくすることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
  17. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールを備えていることを特徴とする電子機器。
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