(57)【要約】  【課題】電気的に絶縁性を保持しつつ、太陽電池セルに発生する熱の放熱効果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。  【解決手段】  透光性受光面部材１と裏面シート６との間に受光面側封止材２と裏面側封止材５で挟持した太陽電池素子５を配設した太陽電池モジュールである。前記裏面側封止材５は、多数の貫通穴８を形成し、前記貫通穴８内に、前記裏面側封止材より熱伝導率の大きな絶縁性粒子と接着樹脂で構成された熱伝導性ペースト９を充填し、前記熱伝導性ペースト９が前記裏面シート６と接触させた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性受光面部材と裏面シートとの間に、受光面側封止材と裏面側封止材で挟持した太陽電池素子を配設した太陽電池モジュールにおいて、
前記裏面側封止材に複数の貫通穴を形成するとともに、前記貫通穴内に、前記裏面側封止材より熱伝導率の大きな絶縁性粒子および前記裏面側封止材と同じ組成の接着樹脂とから構成される熱伝導性ペーストを充填して、前記裏面シートと接触させたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記裏面シートが、セラミックおよびまたは金属シートを含む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。
【請求項３】
前記熱伝導率の大きな絶縁性粒子がアルミナまたはジルコニアであ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池モジュールに関し、特に放熱性を向上させた太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池素子は単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製することが多い。このため太陽電池素子は物理的衝撃に弱く、また野外に太陽電池を取り付けた場合に、雨などからこれを保護する必要がある。また、太陽電池素子１枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。このため複数の太陽電池素子を接続して透光性受光面部材とエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする封止材で封入して太陽電池モジュールを作製することが通常行われている。
【０００３】
屋外に設置された太陽電池モジュールでは、その発電時には外気温２０℃でも太陽電池モジュールの温度は太陽電池素子の動作に伴って生じる熱などによって４０〜５０℃程度まで上昇する。このように太陽電池モジュールの温度が上昇すると太陽電池素子の温度特性から発電効率が低下する。
【０００４】
さらに、発電中の太陽電池モジュールの複数の太陽電池素子のなかのある１つの太陽電池素子が何かの影になって発電が不十分になった場合、この太陽電池素子は抵抗となる。このときこの太陽電池素子の両電極にはその抵抗値と流れる電流の積の電位差が発生する。すなわち、太陽電池素子に逆方向のバイアス電圧がかかることとなり、この素子は発熱するようになる。このような状況をホットスポットと呼んでいる。このホットスポットの現象が発生して太陽電池素子の温度が上昇し続けると、最悪の場合にはこの太陽電池素子は破壊し、以後この太陽電池モジュールから所定の電気出力を得られなくなる。
【０００５】
図４は従来の太陽電池モジュールの構成図を示す図である。２１は透光性受光面部材、２２は受光面側封止材、２３は接続タブ、２４は太陽電池素子、２５は裏面側封止材、２６は裏面シートである。透光性受光面部材２１は、厚さ３〜５ｍｍ程度の白板強化ガラス等が多く使用される。太陽電池素子２４は、厚み０．２ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などから成り、概略の大きさは、例えば多結晶シリコン太陽電池でおよそ１５０mm角である。太陽電池モジュール作製時にはこの太陽電池素子の電極と銅箔などの接続タブ２３にて太陽電池素子を直並列に接続したものを用いる。封止材２２、２５は上述のようにエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）のほかポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とするものが多く用いられる。裏面シート２６は水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂などが用いられる。
【０００６】
上述のような太陽電池モジュールの温度上昇やホットスポットが発生したときに太陽電池モジュールを冷却するために、太陽電池モジュールの裏面側に表面が凹凸状の熱放射率の高いフィルムを設けることや太陽電池モジュールの周囲に配設されるモジュール枠に通風口を設けることが考案されている。（特許文献１参照）
また、太陽電池素子と裏面側封止材との間に熱伝導率の大きなシート材を配設した太陽電池モジュールが考案されている。（特許文献２参照）
【特許文献１】特開平６−１８１３３３号公報
【特許文献２】特開２００４−３１１４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上述のように太陽電池モジュールの裏面シート２６に表面が凹凸状の熱放射率の高いフィルムを設ける方法では、ＥＶＡなどの裏面側封止材２５の熱伝導が悪いために、太陽電池モジュール内部に熱がこもり、その温度が上昇しやすくなって放熱効果は不十分である。
【０００８】
また、太陽電池モジュールの周囲に配設されるモジュール枠に通風口を設けるものでは、太陽電池モジュールの強度に影響が出ることが考えられ、さらに無風状態ではその効果が不十分になることが考えられる。
【０００９】
また、上述のように熱伝導率の大きなシート材を太陽電池素子２４と裏面側封止材２２との間に配設する方法ではＥＶＡなどの裏面側封止材２５の熱伝導が悪いために、太陽電池モジュール内部に熱がこもり、その温度が上昇しやすくなって放熱効果は不十分になることが考えられる。
【００１０】
本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、その目的は太陽電池モジュール内部の熱伝導性を向上させ、光発電時の太陽電池モジュールの温度上昇を抑えることによってその発電効率の低下を防ぐと共に、ホットスポットが発生したときの太陽電池素子の温度上昇を抑制して太陽電池素子の破壊を防ぐことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、透光性受光面部材と裏面シートとの間に、受光面側封止材と裏面側封止材で挟持した太陽電池素子を配設した太陽電池モジュールにおいて、
前記裏面側封止材に複数の貫通穴を形成するとともに、前記貫通穴内に、前記裏面側封止材より熱伝導率の大きな絶縁性粒子および前記裏面側封止材と同じ組成の接着樹脂とから構成される熱伝導性ペーストを充填して、前記裏面シートと接触させたことを特徴とする。
【００１２】
上記太陽電池モジュールでは、前記裏面シートがセラミックおよびまたは金属シートを含んでいることが望ましい。
【００１３】
上記太陽電池モジュールでは、前記熱伝導率の大きな粒子がアルミナまたはジルコニアであることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る太陽電池モジュールによれば、透光性受光面部材と裏面シートとの間に受光面側封止材と裏面側封止材で挟持した太陽電池素子を配設した太陽電池モジュールにおいて、前記裏面側封止材に貫通穴を形成し、前記貫通穴内に電気的に絶縁性を有し、かつ前記裏面側封止材より熱伝導率の大きな粒子と前記裏面側封止材と同じ組成の接着樹脂で構成された粒子充填率が高い熱伝導性ペーストを充填し、前記熱伝導性ペーストが前記裏面シートと接触していることで、太陽電池素子で発生した熱を速やかに太陽電池モジュール裏面シートに伝えて裏面シートから放熱させることが可能となる。
【００１５】
請求項２に係る発明では、裏面シートがセラミックおよび／または金属シートを配設すると太陽電池素子で発生した熱は熱伝導性ペーストで裏面シートに伝達され樹脂シートより熱伝導性が高い材料の為、速やかに外気に放熱させることができる。
【００１６】
請求項３に係る発明では、熱伝導性ペーストに含まれる粒子はアルミナまたはジルコニアなどの熱伝導率の大きな粒子であると、放熱速度が速く、また絶縁性に優れるため信頼性試験時の耐電圧にも良好な結果をなる。
【００１７】
また、ホットスポットなどで局部的な発熱があった場合でも熱の拡散が速くなって太陽電池素子の破壊を防ぐことができる。さらに、太陽電池モジュールの受光面側は光の吸収などで裏面側に比べて温度上昇が起こり易いが、本発明では裏面側から放熱させることによって受光面側に何ら影響を及ぼすことなく、効率よく均一に太陽電池モジュールの温度上昇を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の太陽電池モジュールを添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明に係る太陽電池モジュールの構造を示す図である。図１において、１は透光性受光面部材、２は受光面側封止材、３は太陽電池素子、４は接続タブ、５は多数の貫通穴に熱伝導性ペーストが充填された裏面側封止材、６は裏面シートを示す。
【００２０】
透光性受光面部材１としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる透明な基板が用いられる。ガラス板については、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが使用され、集光性を高める為、表または裏面にエンボス加工を行ったものもある。他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。
【００２１】
受光面側封止材２は、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性に優れた透明なエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）のほかポリビニルブチラール（ＰＶＢ）やオレフィンなどを主成分とするものが用いられる。
【００２２】
太陽電池素子３は、例えば厚み０．３〜０．４ｍｍ程度、大きさ１５０ｍｍ角程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンで作られている。この太陽電池素子３の内部にはボロンなどのＰ型不純物を多く含んだP層とリンなどのＮ型不純物を多く含んだＮ層が接しているＰN接合（不図示）が形成されている。また、太陽電池素子３の受光面側表面及び裏面側表面には、電極（不図示）が銀ペーストをスクリーンプリント法などにより形成され、その電極の表面は、その保護と接続配線６を取り付けやすくするために、そのほぼ全面にわたりハンダコートされる。
【００２３】
太陽電池モジュールを作製するときには、この太陽電池素子３の電極にハンダメッキなど施した幅１〜７ｍｍ程度の銅箔等の接続タブ４をハンダ付けなどで接続することにより、複数の太陽電池素子３を直列または並列に接続して、太陽電池モジュールから所定の電気出力が発生するように接続する。
【００２４】
図２は本発明に係る裏面側封止材５の斜視図であり、さらに図３は本発明に係る多数の貫通穴に熱伝導性ペーストが充填された裏面側封止材５の拡大断面図である。
【００２５】
図２、図３において、７は裏面側封止材シート、８は貫通穴、９は熱伝導性ペースト、１０は熱伝導率の大きな絶縁性粒子、１１は接着樹脂を示す。
【００２６】
本発明に係る裏面側封止材シート７は、エチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）やオレフィンなどを主成分としている。この中では、太陽電池モジュールのコストや長期的な安定性を考慮してＥＶＡが好適である。しかし、例えばＥＶＡの熱伝導率は０．２Ｗ／ｍＫと低いため、本発明に係る裏面側封止材シート７では、これに多数の貫通穴８を形成し、この貫通穴８内に、電気的に絶縁性を有し、かつ裏面側封止材シート７の材料より熱伝導率の大きな特性をもつ絶縁性粒子１０と裏面側封止材７と同じ組成の接着樹脂で構成された熱伝導性ペースト９を充填する。これにより、裏面側封止材５が完成する。そしてこの熱伝導性ペースト９が裏面シート６と接触する様に配設される。
【００２７】
このような裏面側封止材シート７は、金属のピンによるパンチング等で貫通穴を形成している。穴の直径は１ｍｍから５ｍｍ程度で、その個数は２５００〜１００００個／m2程度開けられている。穴の直径が１ｍｍ以下だと熱伝導性ペーストが穴の中に入りづらく、５ｍｍ以上だと太陽電池素子３との密着性が弱くなる。またその個数は２５００個／m2より少ないと太陽電池素子３の熱の熱伝導性ペースト９への伝導距離が長くなり放熱効果が弱くなり、また１００００個／m2より多いと太陽電池素子３と裏面側封止材５の密着性が弱くなり長期使用での放熱効果が弱くなるため好ましくない。またこの多数の貫通穴８への熱伝導ペースト９の充填は、スキージ仕様のプリンターで圧入され、その後５０〜８０℃程度の乾燥炉で３０分程度乾燥され、貫通穴８に固定される。
【００２８】
熱伝導率の大きな絶縁性粒子１０は、直径０．０１ｍｍ~０．１ｍｍ程度のアルミナやジルコニア等のセラミックや熱伝導性が良く軽量なアルミニウムやステンレスなどの金属などの粒子が使用可能であるが、その熱導電率や太陽電池モジュールの絶縁性や耐電圧性能などを考慮するとアルミナ（熱伝導率２１Ｗ／ｍＫ）やジルコニア（熱伝導率２．５Ｗ／ｍＫ）などが最適である。
【００２９】
またこの熱伝導性ペースト９は、熱伝導率の大きな粒子の絶縁性粒子１０を接着樹脂１１に、重量比でＥＶＡ１に対して０．０１〜３程度混合撹拌して、プリンターで圧入しやすいように、溶剤により３００〜１０００ポイズ程度に調整される。
【００３０】
このような多数の貫通穴８を形成し、ここに熱伝導率の大きな絶縁性粒子１０と裏面側封止材シート７と同じ組成の接着樹脂１１で構成された熱伝導性ペースト９を充填したことで裏面側充填材５と太陽電池素子の密着力を広い面積で落とすこと無しに十分強い密着力を確保できる。密着力が高いと熱伝導性ペーストと太陽電池素子の長期使用での密着のずれが無くなる。また熱伝導性ペースト９は成型品のシート体と異なりそれ自身で形を保持する必要が無い為、樹脂分を減らし熱伝導率の大きな粒子の充填率を高めることができ、粒子同士の接触率が高くなることでより熱伝導性が良い熱伝導媒体となる。
【００３１】
また本発明に係る裏面シート６には、湿度を通さないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有する薄いフッ素系樹脂などが用いられるが、更に放熱性を高めるために、裏面シート６をセラミックおよびまたは金属シートを用いる。セラミックは熱伝導性が良く耐湿性が良い高純度アルミナ、高純度ジルコニアが適している。金属は熱伝導性が良く軽量なアルミニウム板やステンレス材が最適である。また、金属とセラミックとの複合体でも放熱の効果は高い。セラミックや金属シートを使用したときの厚みは一例では２０μｍ〜１００μｍで放熱性は良好である。さらに裏面シート６の外側の面には、放熱性を向上させるために機械加工などでその表面を荒らして、０．０５〜０．１ｍｍ程度の凹凸を形成しても良い。
【００３２】
本発明に係る太陽電池モジュールの作製は次のように行われる。  
透光性受光面部材１、受光面側封止材２、太陽電池素子３、多数の貫通穴に熱伝導性ペーストが充填された裏面側封止材５、裏面シート６を図１のように順次積層して重畳し、ラミネーターと呼ばれる装置にセットし、５０〜１５０Ｐａ程度の減圧下で１００から２００℃程度の温度で１５〜６０分間程度、加熱しながら押圧して気泡を追い出しながら加圧することにより受光面側封止材２と裏面側封止材５と熱伝導性ペースト９を架橋させて一体化することにより太陽電池パネルを作製する。
【００３３】
次に、この一体化した太陽電池パネルの４辺にモジュール枠（図示せず）を取り付ける。このモジュール枠は太陽電池モジュールに必要な強度やコストを考慮して通常アルミニウムを押し出し成形して作られ、その表面にアルマイト処理やクリヤ塗装が施される。
【００３４】
さらに、この太陽電池パネルの裏面側に太陽電池素子を外部回路に接続するための端子ボックス（不図示）を接着剤で取り付けて太陽電池モジュールが完成する。
【００３５】
このように透光性受光面部材１と裏面シート６との間に受光面側封止材２と裏面側封止材５で挟持した太陽電池素子を配設した太陽電池モジュールにおいて、裏面側封止材に多数の貫通穴を形成し、貫通穴内に電気的に絶縁性を有し、かつ裏面側封止材より熱伝導率の大きな絶縁性粒子１０と裏面側封止材シート７と同じ組成の接着樹脂１１で構成された熱伝導性ペースト９を充填し、熱伝導性ペースト９が裏面シート６と接触していることで、太陽電池素子３の発生した電流により生じる熱などを速やかに太陽電池モジュールの裏面側に伝えることができ、これによって太陽電池素子３の温度の上昇を抑え、太陽電池モジュールの発電効率の低下を防ぐことが可能となる。
【００３６】
さらに裏面シート６がセラミックおよび／または金属シートを用いることにより熱伝導率を向上させ、さらにアルミナまたはジルコニアの粒子を含ませた熱伝導ペースト９を用いることにより、ＥＶＡ等の持つ接着性や充填性を失うことなく、その熱伝導率を向上させることが可能となり、裏面に速やかに伝えることができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば太陽電池素子は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系太陽電池などでも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係る裏面側封止材の斜視図である。
【図３】本発明の多数の貫通穴に熱伝導性ペーストが充填された裏面側充填材の拡大断面図である。
【図４】従来の太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１；透光性受光面部材
２；受光面側封止材
３；太陽電池素子
４；接続タブ
５；多数の貫通穴に熱伝導性ペーストが充填された裏面側封止材
６；裏面シート
７；裏面側封止材シート
８；貫通穴
９；熱伝導性ペースト
１０；絶縁性粒子
１１；接着樹脂
２１；透光性受光面部材
２２；受光面側封止材
２３；接続タブ
２４；太陽電池素子
２５；裏面側封止材
２６；裏面シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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