JP2006128474A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 新規な太陽電池モジュール電池を提供することにある。
【解決手段】 基体を兼ねた表面カバーと、セルと、該セルを表面カバーに封着する充填層とを含む太陽電池モジュールにおいて、セルの第一の面と基体が固着され、セルの第二の面に放射冷却体が被覆され、該充填層として、波長４〜１５μmの放射線を透過させる層を用いる、太陽電池モジュールである。
【選択図】 なし

Description

本発明は、新規な太陽電池モジュールに関し、特に低コスト、かつ高変換効率である、放射冷却構造を備えた太陽電池モジュールに関する。

近年、クリーンなエネルギーの筆頭として、半導体特有の量子効果を利用して、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電が注目されている。太陽光発電は、その特質として、クリーンなエネルギーを、可動部がないので静かに発生させること、維持が簡単であるので自動化、無人化が容易であること、発電装置規模の大小に係わらず一定効率で発電すること、モジュール構造であるので量産性に富み、スケールメリットが大きいこと、直接の太陽光のみならず拡散光によっても発電すること、光発電は本来放棄されていたエネルギーの有効利用であることが挙げられる。

しかし、太陽光発電が、一般的に広く普及するためには、太陽電池モジュールの更なる低コスト化、及び変換効率の向上が求められている。

太陽電池モジュールの構造は、（ａ）充填型、（ｂ）スーパーストレート型及び（ｃ）サブストレート型に大きくに分類される（図１）。図中、１０は表面カバー、２０はセル、３０はインターコネクタ、４０は充填層、５０はバックカバーである。最近は、（ｂ）スーパーストレート型の発展型である、（ｄ）基板一体型スーパーストレート型が注目されている。これは、表面カバー材としてのガラスにセルを密着保持させ、モジュールの支持板とするものである。

太陽電池モジュールは、次のようにして製造される。まず、光−電気変換機能を有するセル同士を直接接続する。セルの接続体の上に表面カバー（例えば白板強化ガラス）を、セル接続体（インターコネクト及び外部への配線材を含む）の下に、セルを表面カバーに封着する充填層である樹脂層（例えばフィルム状のエチルビニルアクリレート（ＥＶＡ））、セル等の保護層であるバックカバー（例えばポリビニルブチラール（ＰＶＢ））の順に積層し、ラミネート装置内で熱溶融圧着を行う。続いて、それを高温オーブンに入れて、２０分程度硬化を行う。次に端子ボックスを、バックカバー側に、シリコーン樹脂等の接着剤により取付け、ボックス内部の端子台とモジュール側のリード線とを接続する。その後ボックス内の電極部を封止するため、樹脂によりボックス充填を行う。これにブチルゴム等の封止剤による端部封止を行い、最終的にビルや屋根等へ設置するためのフレーム等の専用架台に取付けて、太陽電池モジュールを製造する。

そして、太陽電池モジュールの設置には、通常、ビルの屋上や住宅屋根の上に専用架台を固定し、その上に太陽電池モジュールを設置していた。しかし、建物上に設備が置かれるため、建物外観が美しくない、また専用架台のコストが高いという問題がある。そのため、太陽電池モジュールと建材の両方の機能をもった建材一体型太陽電池モジュールが提案されている。

ところが、建材一体型太陽電池モジュールは、太陽電池モジュールを屋根面に直接設置する。したがって、冷却用の通気層がないため、太陽電池モジュールの太陽光発電時（稼動時）、温度は特に夏場において大きく上昇する。これはセルが結晶Ｓｉ系の太陽電池素子である場合において、光−電気変換効率が低下するという問題の主要因となっている。温度上昇に伴って、０．４％／℃程度の性能低下があるため、太陽電池モジュールの温度が６０〜７０℃以上となる場合（夏場晴天時）、標準条件の性能の８割程度しか発電できないという問題がある。

このような温度上昇を解決するために、稼動時の太陽電池モジュールの発熱を放熱させる目的で、セルを放熱層（熱伝導性充填剤を含む合成樹脂）に埋設して、セル放熱を行うことは公知である（特許文献１：特開２００４−１７２２５５、特許請求の範囲、段落０００４、００１２、００２６）。ここで、放熱層に含まれる熱伝導性充填剤は、カーボン、アルミナ、ガラス、金属粉であり、合成樹脂はエポキシ樹脂が例示されている。しかし、冷却効果が充分ではないという欠点があった。

また、充填層としてＥＶＡで封止した太陽電池モジュールをフレームに装着するにあたり、放熱性の弾性体（熱伝導性金属等を含むシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂）を緩衝材とすることが公知である（特許文献２）。しかし、冷却効果が充分ではないという欠点があった。

さらに、太陽電池モジュールの背面に水冷式、或いは熱交換式の冷却ユニットを設けることが公知である。冷却効果は充分であるが、冷却ユニットが高価であること、冷却コストが高いという欠点があった。

そこで、太陽電池モジュールを、低コスト化し、変換効率を向上させるために、効率良く、かつ低コストで冷却できる方法が求められている。

特開２００４−１７２２５５号公報 特開２００４−６６２５号公報

本発明の目的は、新規な太陽電池モジュールであり、特に低コスト、かつ高変換効率である、放射冷却構造を備えた太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、本願発明の放射冷却体と特定領域の波長を透過させる充填層と組み合わせることにより、作製時の高温加熱によってひび割れや剥離現象が起らず、抗ヒートショック性も有する等の耐熱性に優れ、また熱を効果的に放射し、かつ蓄熱したエネルギーを放射するという優れた放射冷却性を有する放射冷却構造を設けた、新規な太陽電池モジュールを達成したものである。

すなわち、本発明は、基体を兼ねた表面カバーと、セルと、該セルを表面カバーに封着する充填層とを含む太陽電池モジュールにおいて、
セルの第一の面と基体が固着され、
セルの第二の面に放射冷却体が被覆され、
該充填層として、波長４〜１５μmの放射線を透過させる層を用いる、太陽電池モジュールに関する（発明１）。

本発明によれば、放射冷却体が、放射冷却性である。さらに熱伝導が少ないことが好ましい（発明２）。

本発明によれば、充填層が、ポリエチレン層であることが好ましい（発明３）。

本発明によれば、充填層の背面に、さらにバックカバーを設けることが好ましい（発明４）。また、バックカバーが、波長４〜１５μmの放射線を透過させることが好ましい（発明５）。

本発明によれば、放射冷却体を形成する放熱性組成物として、ケイ酸塩化合物、シロキサン化合物、シラン化合物、コロイダルシリカから選択される１種以上を含む液相と、金属酸化物とを含む組成物であることが好ましい（発明６）。

本発明によれば、金属酸化物として、カオリン、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アンチモン、酸化ゲルマニウム、酸化ホウ素、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化ビスマス、酸化スズ及びタルクの少なくとも一種を含有する組成物であることが好ましい（発明７）。

本発明の太陽電池モジュールの構造の一例を、図２に示す。
本発明において、太陽電池モジュールは、基体を兼ねた表面カバー１００に、太陽光受光面（第一の面）が接触するように、固着されたセル２００を有する。そして、セル２００は、光−電気変換させて太陽光発電を行い、さらに電気を外部に送電させる配線材３００を有し、さらにセル２００の太陽光非受光面である背面（第二の面）に、セル２００を放熱させて温度上昇を防止するために、被覆された放射冷却体６００を有する。セル２００、配線材３００及び放射冷却体６００を、波長４〜１５μmの放射線を透過させる充填層４００により表面カバー１００に封着されて、太陽電池モジュールが構成される。

また、本発明の太陽電池モジュールは、バックカバーを兼ねた充填層４００に代えて、太陽電池モジュールの背面をさらに保護するために、充填層４００に加えた任意のバックカバー５００を設けて構成させることができる。

本発明において、放射冷却性とは、発生された／蓄積された熱を放射によって放出させる特性、特に一定領域の波長の放射線である遠赤外線（波長４〜１５μm）の放射量を増加させ、発生された／蓄積された熱を放射させる特性をいう。例えば、加熱等により蓄積された基材の熱を大気中に放射することによって前記基材の温度上昇を抑えたり、温度低下させたりする特性である。

本発明の放射冷却体は、放射冷却効果を目的として、セル以外の発熱源に塗布することができる。例えば、配線、太陽電池モジュール架台等である。本発明の放熱性組成物は、金属、樹脂、ガラス、セラミックに塗布適用することができ、これらの材料に良好な密着性を有する。

本発明によれば、基体は、太陽電池モジュールに適した材料であれば、特に限定されない。例えば、ガラス基板、プラスチック基板、金属基板等が挙げられる。

本発明によれば、表面カバーは、太陽電池モジュールに適した材料であれば、特に限定されない。表面カバーは、太陽光の透過性、電気絶縁性等を有し、機械・化学・物理的強度に優れることが好ましい。具体的には、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐風圧性、耐降雹性、耐薬品性等の諸堅牢性に優れ、特に、耐光性に優れていると共に水分、酸素等の侵入を防止する防湿性に優れ、また、表面硬度が高く、かつ、表面の汚れ、ゴミ等の蓄積を防止する防汚性に優れ、極めて耐久性に富み、その保護能力性が高いこと等の特性を有することが望ましいものである。

表面カバーとしては、例えば、白板強化ガラスのようなガラス板等；ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等の各種の樹脂のフィルム又はシートを使用することができる。ガラス板、フッ素系樹脂シート、環状ポリオレフィン系樹脂シートが好ましい。紫外線吸収剤、酸化防止剤、強化繊維で処理、配合させることができる。

本発明によれば、セルは、太陽電池素子として一般に用いられるもの、例えば、単結晶シリコン型太陽電池素子、多結晶シリコン型太陽電池素子等の結晶シリコン太陽電池素子、シングル接合型あるいはタンデム構造型等からなるアモルファスシリコン太陽電池素子、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）やインジウム燐（ＩｎＰ）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池素子、カドミウムテルル（ＣｄＴｅ）や銅インジウムセレナイド（ＣｕＩｎＳｅ２）等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体太陽電池素子等を使用することができる。

本発明によれば、充填層は、波長４〜１５μmの放射線を透過させる層であれば、特に限定されない。例えば、波長４〜１５μmの放射線を透過させる層であることが好ましい。このような充填層として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリアルキレンを含むポリオレフィン、四フッ化フッ素樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリアルコキシシラン樹脂が挙げられる。

本発明によれば、所望によりバックカバーを設けることができる。バックカバーは、波長４〜１５μmの放射線を透過させる層であれば、特に限定されない。例えば、充填層に例示されたものが挙げられ、同一或いは異なるものでバックカバーを形成させることができる。本発明の目的の範囲内において、上述の太陽電池モジュールを改変し、追加的構成を加えることは、本発明の範囲に入ることは当業者にとって自明であろう。

本発明によれば、放射冷却体は、太陽電池モジュールに適した材料であれば、特に限定されない。好ましくは、放射冷却体は、放射冷却性である。さらに熱伝導が少ない。ここで、熱伝導が少ないとは、冷却効果に寄与する程度に、熱伝導性を有しないとの意である。このような放射冷却体は、放熱性組成物から形成される。例えば、放熱性組成物を塗布、乾燥させて、放熱性組成物塗膜を形成して、放射冷却体を形成させる。放熱性組成物としては、ケイ酸塩化合物、シロキサン化合物、シラン化合物、コロイダルシリカから選択される１種以上を含む液相と、金属酸化物とを含む組成物が挙げられる。

本発明の放熱性組成物の液相としては、適用されるセル上に塗膜を形成するように適合させた組成であれば、特に限定されない。例えば、ケイ酸ナトリウム及びケイ酸カリウムのようなアルカリ金属ケイ酸塩；シリコーン樹脂、アルキルシロキサンのようなシロキサン化合物；アルコキシシランのようなシラン化合物；並びにコロイダルシリカから選択される１種以上が挙げられる。

本発明の放熱性組成物の金属酸化物としては、含水ケイ酸アルミニウム（カオリン）、含水ケイ酸マグネシウム（タルク）、無水ケイ酸（二酸化ケイ素）等の金属酸化物中の成分としてＳｉＯ_２を含有する酸化ケイ素類（以下、単に酸化ケイ素類という）、酸化ゲルマニウム、酸化スズ、酸化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ナトリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化ビスマス及びタルクの少なくとも１種を含有する組成物が挙げられ、これらの窒化物を含有させることもできる。金属酸化物として、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、カオリン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化スズの１種以上を含有することが好ましく、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、カオリン及び所望の金属酸化物を含有することが特に好ましい。

本発明の放熱性組成物の金属酸化物の形態は、特に限定されない。粉末、好ましくは微粉末の形態で用いることが好ましい。微粉末を用いる場合、得られる塗膜の緻密性が向上し、塗膜の耐熱性、放熱性、機械的強度をより一層向上させることができるからである。金属酸化物を微粉末の形態で用いる場合、粒子径としては、塗膜の表面の平滑性、放熱・熱遮蔽性を考慮すると、平均粒子径で１００nm〜１５μmの範囲であることが好ましく、８０nm〜１０μmの範囲であることがより好ましい。

本発明の放熱性組成物は、液相４０〜７０重量％、金属酸化物３０〜６０重量％を含有することが好ましく、液相４５〜５５重量％、金属酸化物４５〜５５重量％を含有することがさらに好ましい。金属酸化物が微粉末の形態である場合、金属酸化物の配合量を上記の範囲よりも少なくすることができる。

本発明の放射冷却体は、セルに放熱性組成物を塗布し、乾燥させ、さらに所望により加熱処理して塗膜を形成して製造することができる。塗布方法は特に限定されず、スプレーのような吹付け法、ロールコーティングのような塗布法、スクリーン印刷のような印刷法等の慣用の方法を用いることができる。

乾燥方法は、常温又は加温下、必要に応じて乾燥炉によって乾燥（例えば１２５℃程度の乾燥炉によって１時間乾燥）させてもよく、ドライヤ等の熱風によって乾燥させることもできる。

加熱処理を行う場合は、セルの耐熱温度範囲であることが必要であり、例えば塗膜の機械強度及び接着性を考慮すると、８０〜３００℃であることが好ましい。

本発明の放射冷却体の厚さは、放熱効果と、蓄熱作用とを考慮すると、１００μm以下が好ましく、さらに好ましくは１０〜１００μm、特に好ましくは３０〜８０μmである。

本発明の放射冷却体は、優れた抗ヒートショック性、耐熱性、放熱性、遮熱性等の特性を有する。特に、蓄熱したエネルギーを遠赤外線として空気中に放射する能力が高く、物体の温度上昇を抑えることができる（放射率０．９５という高い数値を示す）。併せて、周囲の発熱体から受ける熱を遮蔽する特性を有する。そのために、空気対流という手段を用いずに効率よく放熱するという結果をもたらす。

従来遠赤外線の放射能力が高いとされている物質（例えば、ゼオライト、コージェライト、アパタイト、ドロマイト等）の遠赤外線放射特性を見ると、４〜１５μmの波長全ての領域にわたって高い遠赤外線の放射特性をもつわけではなく、波長によって放射率に相違がある。多くの場合、９μm波長前後の鎮域で放射率が下がる傾向が見られる。一方、本発明の放射冷却体の放射する遠赤外線は４〜１５μmにわたる全ての領域にわたって０．９以上の放射率を維持し、非常に放射効率の高いものとなっている。

また、本発明の放射冷却体においては、例えば、金属に塗布した場合、５００℃程度の高温加熱によっても膜の破壊（ひび割れ、剥離現象、変色等）が起こらず、優れた耐熱性を有する。また、５００℃以上のような高温から冷水に投下急冷しても、ひび割れや剥離等の膜の破壊現象が発生せず、優れた抗ヒートショック性を有する。

さらに、本発明の放射冷却体は塗布した対象に対して折り曲げ加工やプレス抜き加工といった物理的な外力を加えた場合にも、曲げ曲面や切断断面に対して層の破損や剥離がない。このような性能のために、本発明の放射冷却体層を形成した後であっても、被塗布物の加工が可能である。

本発明の放射冷却体を形成する放熱性組成物の好ましい態様について、下記に詳細に例示する。
本発明の放熱性組成物（１）は、液相としてアルカリ金属ケイ酸塩及び水と、金属酸化物とを含有する水性組成物である。
本発明の放熱性組成物（２）は、シリコーン樹脂の液相と、金属酸化物とを含有する組成物である。
本発明の放熱性組成物（３）は、液相としてシラン化合物とコロイダルシリカの水分散液と、金属酸化物とを含有する組成物である。

本発明の放熱性組成物（１）は、液相としてアルカリ金属ケイ酸塩及び水と、金属酸化物とを含有する水性組成物であることが好ましく、液相としてアルカリ金属ケイ酸塩及び水と、金属酸化物として酸化ケイ素類を含有する水性組成物であることがより好ましい。

アルカリ金属ケイ酸塩として、少なくともケイ酸ナトリウムとケイ酸カリウムと（以下、この少なくとも２種が含有されるアルカリ金属ケイ酸塩を「特定アルカリ金属ケイ酸塩」ともいう）を含有することが好ましい。また、他に併用可能なアルカリ金属ケイ酸塩として、ケイ酸リチウム等が挙げられる。さらに、任意含有成分として、例えば窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ジルコニウム、窒化スズ、窒化ストロンチウム、窒化チタン、窒化バリウム等の金属窒化物、トルマリン、カーボン等の１種又は２種以上を任意に選択して用いることができる。

本発明の放熱性組成物（１）におけるケイ酸ナトリウムは、公知の物質であり、例えば、二ケイ酸ナトリウム、四ケイ酸ナトリウム等のケイ酸ナトリウムの単一又は混合物を用いることができる。本発明のケイ酸ナトリウムは、市販品を用いることが可能であり、市販品の例としては、例えば、Ｊ珪酸ソーダ１号、５８珪酸ソーダ１号、５３珪酸ソーダ１号、５０珪酸ソーダ１号、４７珪酸ソーダ１号、３８珪酸ソーダ１号、４８珪酸ソーダ２号、４５珪酸ソーダ２号、４３珪酸ソーダ２号、Ｊ珪酸ソーダ３号、珪酸ソーダ４号（以上、日本化学工業（株）製）等が挙げられる。これらのうち、例えばＪ珪酸ソーダ１号は、ケイ酸ナトリウムの含有濃度が５４．５重量％のケイ酸ナトリウム水溶液である。

本発明の放熱性組成物（１）におけるケイ酸カリウムは、公知の物質であり、例えば、二ケイ酸水素カリウム（四ケイ酸カリウム）、二ケイ酸カリウム等が挙げられ、これらのケイ酸カリウムが単一又は混合して用いられる。本発明のケイ酸カリウムは、市販品を用いることが可能であり、市販品の例としては、例えば、２Ｋ珪酸カリ、Ａ珪酸カリ、Ｂ珪酸カリ、Ｃ珪酸カリ、１Ｋ珪酸カリ（以上、日本化学工業（株）製）等が挙げられる。これらのうち、例えば２Ｋ珪酸カリは、ケイ酸カリウムの含有濃度が３０重量％のケイ酸カリウム水溶液である。

本発明の放熱性組成物（１）における金属酸化物は、上記の例示のうち、酸化ケイ素類が好ましく、得られる塗膜の機能を制御するために、酸化ケイ素類と他の金属酸化物を併用することも好ましい。酸化ケイ素類と他の金属酸化物を併用する場合、酸化ケイ素類の量を超えない範囲で他の金属酸化物を配合することが好ましい。

本発明の放熱性組成物（１）は、金属酸化物を含む水に分散される物質の含有量が、組成物全量中５０〜６５重量％であることが好ましい。そのうち金属酸化物の含有量が、組成物全量中５〜６５重量％であることが特に好ましい。

また、本発明の放熱性組成物（１）は、液相として、組成物全量中３５〜５０重量％であることが好ましい。そのうち、ケイ酸ナトリウムの含有量は組成物全量中３〜１６重量％であることが好ましく、さらに好ましくは３〜１４重量％である。

本発明の放熱性組成物（１）におけるケイ酸カリウムの含有量は組成物全量中１．０〜７．５重量％であることが好ましく、さらに好ましくは１．５〜７．５重量％である。また、ケイ酸ナトリウムとケイ酸カリウムの含有比は重量比で１：２〜２０：１が好ましく、さらに好ましくは２：３〜１５：１である。

本発明の放熱性組成物（２）は、シリコーン樹脂の液相と、金属酸化物とを含有することが好ましく、液相がエマルジョンを形成することがさらに好ましい。金属酸化物としては、上記のものが挙げられ、それらの窒化物を併用することができる。金属酸化物としては、カオリン、酸化ケイ素、酸化アルミニウムの１種以上が好ましい。

本発明の放熱性組成物（２）におけるシリコーン樹脂の液相は、シリコーン樹脂のエマルジョンであることが好ましく、非水溶性のシリコーン樹脂を主として水に分散させたエマルジョン状態のものであり、例えば、以下に示す方法で得ることができる。
（１）アルキルシリケート化合物またはその部分加水分解・縮合物を各種界面活性剤を用いて乳化し、水性エマルジョンとする方法（特開昭５８−２１３０４６号、特開昭６２−１９７３６９号、特開平３−１１５４８５号、特開平３−２００７９３号公報）。さらにこのエマルジョンに、重合性ビニルモノマーを乳化重合したエマルジョンを混合する方法（特開平６−３４４６６５号公報）。
（２）界面活性剤を使用せずにアルキルシリケート化合物を水中で加水分解して得られる水溶性ポリマーの存在下、ラジカル重合可能なビニルモノマーを乳化重合する方法（特開平８−６００９８号公報）。
（３）ビニル重合性アルキルシリケートを含有するアルキルシリケート混合物を加水分解・縮合することにより、固形のシリコーン樹脂を含む水性エマルジョンとし、さらにラジカル重合性ビニルモノマーを加え、乳化重合することにより、グラフト共重合体微粒子（固形）エマルジョンを得る方法（特開平５−２０９１４９号、特開平７−１９６７５０号公報）。
（４）ラジカル重合性官能基を乳化重合したエマルジョンにアルキルシリケート化合物を添加し、加水分解・縮合させ、エマルジョン粒子中にシリコーン樹脂を導入する方法（特開平３−４５６２８号、特開平８−３４０９号公報）
（５）ビニル重合性官能基含有アルキルシリケートを、ラジカル重合性ビニルモノマーと共に乳化重合し、エマルジョンを作成する方法（特開昭６１−９４６３号、特開平８−２７３４７号公報）。

本発明の放熱性組成物（２）におけるシリコーン樹脂エマルジョンは、例えば、
（ａ）式（Ｉ）：

（式中、Ｒ¹は水素原子、置換若しくは非置換のアルキル基、又は置換若しくは非置換のアルケニル基、Ｒ²は同一同一又は異なっていてもよい置換又は非置換の一価炭化水素基、Ｘは酸素原子又は二価炭化水素基であり、ａは０、１又は２、ｎは１０以上の整数である）で示されるオルガノポリシロキサンと、
（ｂ）式（ＩＩ）：

（式中、Ｒ³は置換又は非置換の一価炭化水素基、Ｒ⁴及びＲ⁵は水素原子又は置換若しくは非置換の一価炭化水素基であり、Ｒ⁴及びＲ⁵の各々は同一又は異なっていてもよく、ｘは３又は４である）で示されるアルケノキシシラン化合物又はそれらの部分加水分解物と、
（ｃ）一分子中に式（III）：

（式中、Ｒ⁶、Ｒ⁷、Ｒ⁸及びＲ⁹は水素原子又は一価炭化水素基であり、ｙは１〜６の整数である）で示される一価の基を少なくとも１個、ケイ素原子を少なくとも２個、アルキル基、アルコキシ基又はアルケノキシ基から選ばれる基を少なくとも３個有するシロキサン又はその部分加水分解物と、を含有するオルガノポリシロキサン組成物が挙げられる。

シリコーン樹脂エマルジョンの表面硬度は、耐剥離性等のような膜形成性及び貯蔵安定性を考慮すると、鉛筆硬度でＢであることが好ましい。

本発明の放熱性組成物（２）が、シリコーン樹脂の液相３０〜７０重量％、金属酸化物３０〜７０重量％含有することが好ましく、シリコーン樹脂の液相４０〜７０重量％、金属酸化物３０〜６０重量％含有することがより好ましく、シリコーン樹脂の液相４５〜５５重量％、金属酸化物４５〜５５重量％含有することが特に好ましい。
また、放熱性組成物（２）が、カオリンを７〜２０重量％含有することが好ましい。

本発明の放熱性組成物（３）は、液相としてシラン化合物とコロイダルシリカの水分散液と、金属酸化物とを含有することが好ましく、液相としてアルコキシシランの溶液及びコロイダルシリカの水分散液と、金属酸化物として酸化ケイ素粉末、酸化アルミニウム粉末及びカオリン粉末との混合物とを含有する組成物であることがより好ましい。

本発明の放熱性組成物（３）におけるアルコキシシランの例は、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、メチルトリプロボキシシラン、エチルトリプロポキシシラン、ジチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等のようなテトラアルコキシシラン；トリアルコキシシラン（モノ有機基置換アルコキシシラン）；シアルコキシシラン（ジ有機基置換アルコキシシラン）等が挙げられ、さらにケイ素置換有機基はエポキシ基、エステル基、カルボキシル基、水酸基等の官能基を有することができる。

本発明の放熱性組成物（３）におけるコロイダルシリカの水分散液は、１０〜６０重量％コロイダルシリカ含有の水分散液であることが好ましい。例えば、次の方法により製造することができる。テトラアルコキシシラン（テトラアルキルシリケート）を塩酸、硝酸、アンモニア等の触媒の存在するエチルアルコールと水の混合液中に滴下して加水分解し、加水分解後エチルアルコールと触媒を、例えば、真空下に除去することにより、コロイダルシリカの水分散液を得ることができる。また、市販品を使用することもできる。コロイダルシリカの粒径は、ミクロンオーダー又はそれ以下であることが好ましい。

本発明の放熱性組成物（３）における金属酸化物として酸化ケイ素粉末、酸化アルミニウム粉末及びカオリン粉末との混合物には、上述の他の金属酸化物を併用することもできる。

本発明の放熱性組成物（３）の組成物の各成分であるアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液、酸化ケイ素粉末、酸化アルミニウム粉末及びカオリン粉末は、使用する直前に混合することが好ましい。特にアルコキシシランは、保存中のアルコキシシランの加水分解・縮合を防止するため、実質的に水は含まない溶液の状態で使用するまで保存することが好ましい。

本発明の放熱性組成物（３）におけるアルコキシシランの加水分解・縮合の反応速度を制御するために、アルコキシシランにチタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドを添加することができる。

本発明の放熱性組成物（３）におけるチタンアルコキシドの例は、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラプロボキシチタン、テトラブトキシチタンが挙げられ、アルミニウムアルコキシドの例は、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリエトキシド等が挙げられる。

本発明の放熱性組成物（３）における溶剤としては、水溶性の有機溶剤が好ましく、例えばメチルアルコール、エチルアルコール等のアルコール、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホオキシド、ジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルフォルムアミド、メチルアセトアミド等の溶媒剤である。なかでも、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルフオルムアミド、メチルアセトアミド等の溶剤が、アルコキシシランの保存、膜形生成及び放熱効果を考慮すると好ましい。

本発明の放熱性組成物（３）におけるコロイダルシリカ（固形分）の配合量は、アルコキシシランの加水分解と、膜形性、膜の保持性及び放熱性、遮熱性とを考慮すると、アルコキシシラン１００重量部に対し、１〜１００重量部で使用することが好ましく、５０〜１００重量部で使用することが好ましい。酸化ケイ素粉末及び酸化アルミニウム粉末の配合量の和は、アルコキシシラン１００重量部に対し、５０〜７０００重量部であることが好ましい。カオリンの配合量は、膜形成性と、高い放熱性能、熱遮蔽性能とを考慮すると、アルコキシシラン１００重量部に対し、１０〜２０００重量部であることが好ましい。
本発明の放熱性組成物（３）における液相は、予め調製された市販のアルコキシシランの溶液及びコロイダルシリカの水分散液を用いることができる。例えば、ＴＳＢ製２液型ＷＢ３００Ａ・ＷＢ３００Ｂの等量混合液が挙げられる。

本発明の放熱性組成物（３）におけるチタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドの配合量は、アルコキシシランのケイ素原子に対し、チタン及び／又はアルミニウム原子が０．０１〜０．５の割合で添加するのが好ましい。チタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドは、水の不存在下であれば、アルコキシシラン、又は他の成分に予め添加することも、或いはアルコキシシランと他の成分とを混合する際に同時に添加することもできる。

合成例１
ケイ酸ナトリウム水溶液（日本化学工業（株）製Ｊケイ酸ソーダ１号）２９．２重量％と、ケイ酸カリウム水溶液（日本化学工業（株）製２Ｋケイ酸カリ）２９．２重量％と、純水４１．６重量％とを混合し、充分撹拌してアルカリ金属ケイ酸塩水溶液を調製した。このアルカリ金属ケイ酸塩水溶液中に、撹拌しながら、アルカリ金属ケイ酸塩水溶液４８．１重量部に対して、１４．４重量部の酸化第二スズ、１９．４重量部の二酸化ケイ素、６．７重量部のカオリン及び１１．４重量部の酸化アルミニウムの金属酸化物粉末を投入した。混合液を、粉末が均一に分散するまで撹拌し、さらに撹拝の回転数を上げ撹拌を継続して、本発明の放熱性組成物（１）に対応する放熱性組成物１を得た。

合成例２ （放熱Ａ）
シリコーン樹脂エマルジョン（信越化学工業（株）製製品「ＰＯＬＯＮ−ＭＦ−５６」）５０．８重量部に、カオリン１２重量部、酸化ケイ素８．２重量部、酸化アルミニウム１２．３重量部、酸化チタン６．２重量部および酸化ジルコニウム１０．５重量部を添加し、粉末が均一に分散するまで撹拌し、その後さらに回転数１０００〜１２００rpmで撹拌を 分間撹拌して、本発明の放熱性組成物（２）に対応する放熱性組成物２を得た。

合成例３
メチルトリメトキシシラン３００重量部、ジメチルジメトキシシラン１７Ｏ重量部、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン３０重量部、テトラブトキシチタン１５重量部を、Ｎ−メチルピロリドン４８５重量部に溶解した溶液を作製し、この溶液に、シリカ固形分として２０重量％の酸性コロイダルシリカの水分散液１０００重量部とを混合した。この混合液の７００重量部をとり、カオリン１１０重量部、酸化ケイ素粉末４３５重量部、酸化アルミニウム粉末１９０重量部及び酸化ジルコニウム粉末１２０重量部を加え、合成例１と同様に撹拌混合して、本発明の放熱性組成物（３）に対応する放熱性組成物３を得た。

（１）遠赤外線放射率試験
本発明の放熱性組成物が、太陽電池モジュールのような発熱源の放射冷却効果（放熱効果）を有することを、下記の遠赤外線放射率試験を通じて確認した。物質の遠赤外線放射率が高い場合、放射冷却効果は高い。
合成例１〜３の放熱性組成物を、金属表面（研磨面）に厚さ膜厚５０μmに塗布し、乾燥させて、塗膜を作製した。
塗膜を形成した面と反対の面をガスバーナーを用いて加熱し、反対面から放出される単位面積当たりの遠赤外線量を放射率計で測定した。
各測定温度（５０℃、１００℃、１５０℃等）での波長４〜１５μmにおける放射率εを、米国ミネラッド社製ＳＡ２００ 赤外線放射計を用いて、測定した。
ここで、放射率εは、試料の放射（輻射）量を、黒体を１．０とする相対強度で示した値である。

金属表面（研磨面）として、アルミニウム（放熱性組成物３）、銅（放熱性組成物２）、クロムニッケル合金（放熱性組成物１）を、それぞれ用いたが、いずれの金属表面自体の放射率も、その理論放射率は、試料の放射率に影響を与えない程低い。例えば、アルミニウム粗面（２５．５℃）の放射率は、０．０５５であり、銅光沢面（２２℃）の放射率は、０．０７２であり、クロムニッケル合金研磨面の放射率（１００℃）は、０．０５９である。
したがって、測定された放射率は、実質的に、測定試料の放射率である。
金属表面（研磨面）の理論放射率を確認するため、クロムニッケル合金について測定した（図５）。

放熱性組成物３についての測定結果を、図３−１（測定温度５０℃）、図３−２（測定温度１００℃）、図３−３（測定温度１５０℃）に示す。図中、Ａは、放熱性組成物３の放射率である。

放熱性組成物２についての測定結果を、図４（測定温度１５１℃）に示す。図中、Ａは、放熱性組成物２の放射率である。

放熱性組成物１についての測定結果を、図５（測定温度１００℃）に示す。
図５中、◆は、α−１５００の測定温度１００℃における放射率である。■は、クロムニッケル合金（ＳＵＳ３４０）の測定温度２４０℃における放射率である。
クロムニッケル合金は、放熱性組成物１の測定温度１００℃では、放熱性組成物１の放射率結果に影響を与えないほど、クロムニッケル合金の放射率は、理論放射率と同程度に低かった。測定温度を２４０℃に上昇させて測定した場合であっても、放射率は理論放射率と同程度に低かった。

図３〜５から明らかなように、本発明の放熱性組成物（放熱性組成物１〜３）は、５〜２５μm等の波長領域全てにおいて、平均して９５％以上の放射率を示した。測定温度が高い方が、放射率は高い傾向が見られた。したがって、本発明の放熱性組成物は、温度が５０℃と低くとも、放熱効果を示す。また、より高温度域ではさらに有意な放熱効果を示し、太陽電池モジュールの温度領域において放熱効果を示すことが明らかである。

（２）充填層材料の波長４〜１５μmにおける放射線透過性試験
放熱性組成物１を充填層試料に厚さ１００μmに塗布し、乾燥させて、透過性試料を作製し、フーリエ変換赤外分光光度計（（株）島津製作所製、ＦＴＩＲ−８２００ＰＣ）を用いて、それぞれの試料の透過率を測定した。

図６に、ポリエチレン（アキレス社製）についての測定結果を示す。
波長４〜１５μmの放射線を透過することが分かる。

図７に、ポリオレフィン系樹脂シート（日本ゼオン（株）製ＺＦ１４−１００）についての測定結果を示す。
波長４〜１５μmの放射線を透過することが分かる。

図８に、ＥＶＡについての測定結果を示す。
波長４〜１５μmの放射線をほとんど透過しないことが分かる。

例１
直径５０mm×高さ７７mmのアルミ缶の外側に、放熱性組成物２を厚さ５０〜１００μmに塗布し、乾燥させて、試料１を作製した。

例２
試料１のさらに外側に、ポリエチレン薄膜（厚さ３０μm、アキレス社製）を巻きつけて、試料２を作製した。

比較例１
試料１のさらに外側に、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）（厚さ３０μm、三洋電機製製）を巻きつけて、比較試料１を作製した。

（３）放熱性試験（その１）
９５℃以上の湯を上記例の試料の内側（直径５０mm×高さ７７mmのアルミ缶内部）に投入し、外部雰囲気（室温）に放置して、初期湯温９３．４℃が、６０℃まで低下するのに要した時間（温度低下時間）を測定した。
温度は、HIOKI製メモリーハイロガー８４２０を用いて測定した。
ブランクとして、アルミ缶に９５℃以上の湯を投入し、温度低下時間を測定した。
温度低下時間曲線を、図９に示す。図中、１は例１の曲線、２は例２の曲線、３は比較例３の曲線、ブランクはブランクである。
図１０に、図９の温度低下時間曲線における、６０℃温度近辺の曲線の一部拡大図を示す。

表１から明らかなように、本発明の例１及び例２は、ブランクよりも有意に放熱性に優れていた。
また、放熱性組成物のみをブランクに塗布した例１と、波長４〜１５μmの放射線を透過させるポリエチレンを最外層に積層させた例２とは、温度低下時間が同程度であるので、波長４〜１５μmの放射線を透過させる充填層を有する構造は、放熱性に優れることが明らかである。
一方、放熱性組成物に波長４〜１５μmの放射線を透過しないＥＶＡを積層させた比較例１では、温度低下時間は、ブランクよりも短いが、本発明の例１及び例２のいずれより長く、放熱性に劣る。

例３
アルミ缶（例１と同様）の外側に、放熱性組成物２を厚さ５０〜１００μmに塗布し、乾燥させて、試料３を作製した。

例４
アルミ缶（例１と同様）の外側に、放熱性組成物３を厚さ５０〜１００μmに塗布し、乾燥させて、試料５を作製した。

（４）放熱性試験（その２）
放熱性試験（その１）と同条件において、初期湯温９３．４〜３０℃までの温度低下時間を測定して、放熱性組成物２と放熱性組成物３の放熱性とを比較評価した。

本発明の放熱性組成物３は、放熱性組成物２と比較して、９３．４〜６０℃の温度領域では同程度の放熱性であるが、９３．４〜３０℃の温度領域では温度低下時間が、放熱性組成物３の方が３０分以上短く、より優れた放熱性を示した。

（５）放熱性試験（その３）
太陽電池モジュール
表面カバーとして白板強化ガラスと、セルとして結晶シリコン太陽電池素子（寸法：１０×１０cm、シャープ株式会社製）と、表面カバーとセル間に接着材としてのＥＶＡと、で構成された太陽電池モジュールについて、受光側と逆側のセル面（背面）に放熱性組成物２を厚さ５０μmに塗布し、乾燥させて、その上に充填層として波長４〜１５μmの放射線を透過するポリエチレンを積層させて、太陽電池モジュール試料を作成した。
この太陽電池モジュール試料を、屋外に設置し、太陽光発電させ稼動時の温度上昇を測定した。
比較試料として、充填層としてのポリエチレンに代えて、波長４〜１５μmの放射線をほとんど透過しないＥＶＡを、上記太陽電池モジュール試料の放射冷却体上に充填層として積層させ、さらにバックカバーとしてＰＶＢを積層させて、比較太陽電池モジュール試料を作成した。
本発明の構造を有する太陽電池モジュール試料の温度は、太陽光発電時（稼動時）に、比較太陽電池モジュール試料の温度と比較して、平均して８℃低く、有意な放射冷却効果を示した。

本発明の新規な太陽電池モジュールは、低コスト、かつ高変換効率である、放射冷却構造を備えている。高温加熱によってひび割れや剥離現象が起らず、抗ヒートショック性も有する等の耐熱性に優れ、また熱を効果的に放射し、かつ蓄熱したエネルギーを放射するという優れた放射冷却性を有する。

従来型の太陽電池モジュールである。 本願発明の太陽電池モジュールの一例である。 本発明の放射冷却体の赤外輝度スペクトルである（５０℃）。 本発明の放射冷却体の赤外輝度スペクトルである（１００℃）。 本発明の放射冷却体の赤外輝度スペクトルである（１５０℃）。 本発明の他の放射冷却体の赤外輝度スペクトルである（１５１℃）。 本発明のさらに他の放射冷却体の赤外輝度スペクトルである（１００℃）。 本願発明の充填層の赤外透過率である（ポリエチレン）。 本願発明の他の充填層の赤外透過率である（ポリオレフィン） ＥＶＡの赤外透過率である。 本発明の放射冷却体による温度低下グラフである。 本発明の放射冷却体による温度低下グラフの一部拡大図である。

符号の説明

１ 本発明の放射冷却体（放熱性組成物２）
２ 本発明の放射冷却体（放熱性組成物２）＋ポリエチレンの積層
３ 本発明の放射冷却体（放熱性組成物２）＋ＥＶＡの積層
１０ 表面カバー
２０ セル
３０ 配線材（インターコネクト）
４０ 充填層
５０ バックカバー
１００ 表面カバー
２００ セル
３００ 配線材（インターコネクト）
４００ 充填層
５００ バックカバー
６００ 放射冷却体

Claims (7)

1. 基体を兼ねた表面カバーと、セルと、該セルを表面カバーに封着する充填層とを含む太陽電池モジュールにおいて、
   セルの第一の面と基体が固着され、
   セルの第二の面に放射冷却体が被覆され、
   該充填層として、波長４〜１５μmの放射線を透過させる層を用いる、太陽電池モジュール。
2. 放射冷却体が、放射冷却性である、請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 充填層が、ポリエチレン層である、請求項１又は２記載の記載記載の太陽電池モジュール。
4. 充填層の背面に、さらにバックカバーを設けた、請求項１〜３のいずれか１項記載記載の太陽電池モジュール。
5. バックカバーが、波長４〜１５μmの放射線を透過させる、請求項１〜４のいずれか１項記載の太陽電池モジュール。
6. 放射冷却体を形成する放熱性組成物として、アルカリ金属ケイ酸塩、シロキサン化合物、シラン化合物及びコロイダルシリカから選択される１種以上を含む液相と、金属酸化物とを含む組成物である、請求項１〜５のいずれか１項記載の太陽電池モジュール。
7. 金属酸化物として、含水ケイ酸アルミニウム、含水ケイ酸マグネシウム、無水ケイ酸、酸化ゲルマニウム、酸化スズ、酸化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ナトリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化ビスマス及びタルクの少なくとも一種を含有する組成物である、請求項１〜６のいずれか１項記載の太陽電池モジュール。