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JP3206467B2 - 太陽電池セルの冷却液封止構造 - Google Patents

太陽電池セルの冷却液封止構造

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JP3206467B2
JP3206467B2 JP34478696A JP34478696A JP3206467B2 JP 3206467 B2 JP3206467 B2 JP 3206467B2 JP 34478696 A JP34478696 A JP 34478696A JP 34478696 A JP34478696 A JP 34478696A JP 3206467 B2 JP3206467 B2 JP 3206467B2
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  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池、特に太陽
電池を冷却するための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、太陽電池においては、その温度
が上昇すると発電量が低下する性質がある。例えば、太
陽電池素子の温度が１００℃まで上昇した場合、その発
電電力は、２５℃の場合の約６０％まで低下する。従っ
て、従来より太陽電池を冷却し、発電量の低下を抑制す
るとともに、その耐久性を向上させる技術が種々提案さ
れている。このような例が特開平５−８３８８１号公報
に開示されている。本公報には、太陽電池の冷却方法の
例として、冷却ジャケット方式により、太陽電池素子を
水にジャブ漬けする技術が示唆されている。
【０００３】しかし、エネルギ回収年数あるいはエネル
ギペイバック期間（太陽電池モジュールの製造に要した
エネルギを発電出力として回収できる年数）の短縮及び
太陽電池を用いた発電システムの低コスト化のために、
太陽光を集光レンズを用いて集光し太陽電池セルへの入
射光量を増加させるととともに、高価な太陽電池セルの
使用面積を減らすことができる集光型太陽電池が近年注
目されている。このような集光型太陽電池装置において
は、集光度の増加とともに太陽電池セルの温度上昇も著
しくなり、上記従来の冷却方法では十分な冷却を行うこ
とが困難となっている。
【０００４】このため、より効率的、効果的に太陽電池
を冷却するために、太陽電池セルを冷媒により直接冷却
する技術が考えられる。図５には、このような太陽電池
セルを直接冷却する例が示される。図５において、太陽
電池セル１０は基板１００上に設置されており、太陽電
池セル１０の裏面側に設けられた電極１２からは、バス
ライン１０２を介して発電電力が取り出される。このよ
うな太陽電池セル１０は、受光面の周囲に土手状の補強
部１４が形成されており、この補強部１４と基板１００
表面とにかけてエポキシ樹脂等による封止剤１０４によ
り太陽電池セル１０と基板１００との隙間が封止され
る。この封止剤により、太陽電池セル１０を水等の冷却
液で直接冷却しても、この冷却液が電極１２側に漏れ込
むことがなく、電極１２の腐食を防止することができ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、太陽電池を長
期間使用した場合には、その間に太陽電池セル１０の温
度変化が繰り返され、太陽電池セル１０を構成する材料
であるシリコンと封止剤１０４との熱膨張係数の違い等
により、太陽電池セル１０と封止剤１０４との間に剥離
が生じてくる。この剥離は、ほぼ２〜５年程度の使用に
より生じると考えられる。このため、太陽電池セル１０
と封止剤１０４との界面から電極１２側へ冷却液が漏れ
込み、これにより電極１２が腐食するという問題があっ
た。
【０００６】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、長期間の使用によっても封止性
が低下せず、信頼性の高い太陽電池セルの冷却液封止構
造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、太陽電池セルの冷却液封止構造であ
って、太陽電池セルの受光面を直接冷却するための冷却
液が循環する冷却液通路を備え、前記太陽電池セルの周
囲と前記冷却液通路を構成する板状部材とが陽極接合に
より接合されていることを特徴とする。
【０００８】また、第２の発明は、第１の発明の太陽電
池セルの冷却液封止構造において、太陽電池セルの周囲
には土手状の補強部が設けられており、この補強部と板
状部材とが陽極接合されていることを特徴とする。
【０００９】また、第３の発明は、第２の発明の太陽電
池セルの冷却液封止構造において、補強部は、太陽電池
セルの受光面側または裏面側の少なくとも一方に設けら
れていることを特徴とする。
【００１０】また、第４の発明は、第１の発明の太陽電
池セルの冷却液封止構造において、冷却液通路は、板状
部材に接着され、太陽電池セルを覆う透明部材を含むこ
とを特徴とする。
【００１１】また、第５の発明は、第４の発明の太陽電
池セルの冷却液封止構造において、冷却液通路に隣接し
て水溜め部が一体的に形成されていることを特徴とす
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明する。
【００１３】図１には、本発明に係る太陽電池セルの冷
却液封止構造の一実施形態の断面図が示される。図１に
おいて、太陽電池セル１０は、３００〜７００μｍ程度
の厚さのｐ型あるいはｎ型シリコンウエハから形成され
ており、特に受光面１１が形成された部分が薄く成型さ
れている。これは、受光面１１から入射した太陽光によ
り生成されたキャリアの移動距離を５０〜１００μｍ程
度と短距離にして、キャリアライフタイムを大きくする
とともに、抵抗を小さくするためである。ただし、受光
面１１が形成された部分の厚さが薄くなると、入射され
た光の封じ込めが十分に行えず、光電変換効率が低下す
るので、受光面１１にはピラミッド状あるいは逆ピラミ
ッド状のテクスチャー１６が形成され、光の封じ込めが
十分行われるように構成されている。また、太陽電池セ
ル１０は、上述したように受光面１１が形成された部分
が薄く成型されているので、受光面１１の周囲は土手状
に残されており、太陽電池セル１０の強度を向上させる
ための補強部１４となっている。
【００１４】太陽電池セル１０を形成しているシリコン
ウエハは、キャリアライフタイムを長くするため、その
不純物濃度は低めとされており、数１０〜２００Ωｃｍ
程度となっている。また、受光面１１の裏面側には、ｎ
型拡散層とｐ型拡散層とが交互に並び、ｐｎ接合を形成
しており、ここにそれぞれ正負の電極１２が形成されて
いる。この太陽電池セル１０の表面側は、水等の冷却液
により直接冷却ができるようにシリコン酸化膜あるいは
チッ化膜等の保護膜１８が形成されている。従って、太
陽電池セル１０の表面は、補強部１４の頂部上を含めて
平滑度の高いミラー面となっている。
【００１５】上記のように、ミラー面に加工された補強
部１４の頂部に、ガラス材料で形成された板状部材２０
が配置され、この板状部材２０と補強部１４の頂部とが
陽極接合により接合されている。なお、板状部材２０に
は、太陽電池セル１０の受光面１１に対応して、四角形
状の穴４２が開けられている。
【００１６】陽極接合の条件としては、板状部材２０と
してパイレックス（商標）ガラス等を用いた場合、太陽
電池セル及び板状部材２０の全体を３５０〜４５０℃に
昇温し、３００〜１０００Ｖの電圧を印加して行う。こ
の条件は、保護膜１８の厚さが厚くなると高温、高電圧
での処理が必要となるが、３０００オングストロームま
での厚さであれば、上記条件の範囲で接合を行うことが
できる。上記陽極接合においては、ガラス及びシリコン
ウエハの融点以下の温度でＮａ+ イオンが負電界に引か
れてガラス中を移動し、板状部材２０と補強部１４の頂
部との界面に達する。この界面において、空間電荷層が
形成され、保護膜１８中のＳｉとガラス中を移動してき
たＮａ+ イオンとが反応し、化学結合することにより高
い接着強度を得ることが可能となる。
【００１７】上記板状部材２０の上には、アクリル等の
透明樹脂あるいはガラスで構成された透明部材２２がか
ぶせられ、当接部２４が接着あるいは溶着される。これ
により、冷却液通路２５が構成される。この冷却液通路
２５中に冷却液を循環させて太陽電池セル１０の冷却を
行う。この場合、冷却液が穴４２を介して太陽電池セル
１０に直接接触し、直接冷却となる。なお、この当接部
２４は、板状部材２０と透明部材２２とを一体構成する
ことにより省略することができる。
【００１８】図２には、上述のようにして形成された、
本実施形態に係る太陽電池セルの冷却液封止構造の斜視
図が示される。図２において、透明部材２２には、冷却
液配管２６、２８を介して冷却液が循環され、この冷却
液により太陽電池セル１０が直接冷却される。
【００１９】図１、図２に示された実施形態において
は、補強部１４と板状部材２０とが陽極接合により強固
に接着されており、しかもガラスとシリコンとの熱膨張
係数の差も小さいので、温度変化の繰り返しを受けて
も、補強部１４と板状部材２０とが剥離することがな
い。さらに、本実施形態においては太陽光３０が図示し
ない集光レンズで集光されることが前提となっている
が、このような集光レンズによる強力な集光ビームが照
射されても、陽極接合された補強部１４の頂部と板状部
材２０との接合部はほとんど劣化しない。例えば、１０
Ｗ／ｃｍ2 （１００倍集光に相当）の光を連続１０００
０時間照射しても、全く機密性に影響がないことが確認
された。
【００２０】図３には、本発明に係る太陽電池セルの冷
却液封止構造の他の実施形態が示される。図３におい
て、透明部材２２は、壁３２を有しており、この壁３２
と板状部材２０とが当接され、この隙間がゴムパッキン
３４でシールされている。以上に述べた太陽電池セル１
０、板状部材２０、透明部材２２の壁３２により冷却液
通路２５が構成されている。
【００２１】また、本実施形態の透明部材２２は、図３
に示されるような構造となっており、板状部材２０に到
達する下板部３６を有している。板状部材２０と下板部
３６とは、接着あるいは溶着により接合されている。以
上のような構成により、冷却液通路２５の両側に冷却液
室３８が配置される。この冷却液室３８には、常時冷却
液が満たされており、仮に冷却液通路２５中の冷却液が
なくなった場合にも、補強部１４と板状部材２０との接
合面の冷却を確保することができる。これにより、上記
接合面の冷却が常時確保され、この部分の温度変化が小
さくなって、接合面の機密性の信頼性がさらに向上す
る。
【００２２】図４には、本発明に係る太陽電池セルの冷
却液封止構造のさらに他の実施形態が示される。図４に
おいて、太陽電池セル１０は、受光面１１の周囲の表面
側に形成された補強部１４に加え、裏面側にも補強部４
０を有している。これにより、太陽電池セル１０は板状
部材２０とこの裏面側の補強部４０によって陽極接合に
より接合されている。なお、裏面側の補強部４０が十分
太陽電池セル１０の強度を確保できる場合には、表面側
の補強部１４は省略することも可能である。
【００２３】図１に示された実施形態においては、板状
部材２０に太陽電池セル１０の受光面１１に対応した四
角形状の穴４２を開け、この穴４２の周囲と補強部１４
の頂部とを接合する必要があった。板状部材２０に四角
形状の穴４２をあけることは、加工が難しく、製造に困
難が伴っていた。本実施形態の場合には、太陽電池セル
１０の裏面の電極１２からリード線を取り出すことがで
きる穴４２をあければよいので、例えば加工の容易な丸
穴でもよい。このため、本実施形態ではさらに製造が容
易となる。例えば、超音波加工や機械加工でも十分この
ような穴をあけることができる。
【００２４】なお、本実施形態においても、板状部材２
０の上に透明部材２２を接合して、冷却液通路２５を形
成している。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
太陽電池セルと板状部材とが陽極接合によって接合され
ているので、接着強度が向上でき、封止効果をきわめて
高くすることができる。また、冷却液通路の両側に冷却
液室を設けることにより、さらに接合面の機密性の信頼
性をさらに向上できる。さらに、太陽電池セルの裏面側
に補強部を形成し、この裏面側の補強部と板状部材とを
陽極接合により接合する構成とすれば、板状部材にあけ
る穴の形状が自由に選択でき、加工性を向上させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る太陽電池セルの冷却液封止構造
の一実施形態の断面図である。
【図２】 図１に示された実施形態の斜視図である。
【図３】 本発明に係る太陽電池セルの冷却液封止構造
の他の実施形態の断面図である。
【図４】 本発明に係る太陽電池セルの冷却液封止構造
のさらに他の実施形態の断面図である。
【図５】 太陽電池セルの受光面を冷却液により直接冷
却する構成の例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 太陽電池セル、１１ 受光面、１２ 電極、１４
補強部、１６ テクスチャー、１８ 保護膜、２０
板状部材、２２ 透明部材、２４ 当接部、２５ 冷却
液通路、２６，２８ 冷却液配管、３０ 太陽光、３２
壁、３４ ゴムパッキン、３６ 下板部、３８ 冷却
液室、４０ 補強部、４２ 穴。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 太陽電池セルの受光面を直接冷却するた
    めの冷却液が循環する冷却液通路を備え、前記 太陽電池セルの周囲と前記冷却液通路を構成する板
    状部材とが陽極接合により接合されていることを特徴と
    する太陽電池セルの冷却液封止構造。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の太陽電池セルの冷却液封
    止構造において、太陽電池セルの周囲には土手状の補強
    部が設けられており、この補強部と前記板状部材とが陽
    極接合されていることを特徴とする太陽電池セルの冷却
    液封止構造。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の太陽電池セルの冷却液封
    止構造において、前記補強部は、太陽電池セルの受光面
    側または裏面側の少なくとも一方に設けられていること
    を特徴とする太陽電池セルの冷却液封止構造。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の太陽電池セルの冷却液封
    止構造において、前記冷却液通路は、前記板状部材に接
    着され、太陽電池セルを覆う透明部材を含むことを特徴
    とする太陽電池セルの冷却液封止構造。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の太陽電池セルの冷却液封
    止構造において、前記冷却液通路に隣接して水溜め部が
    一体的に形成されていることを特徴とする太陽電池セル
    の冷却液封止構造。
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