JP3174939U - 太陽電池モジュール用バイパスダイオード - Google Patents

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Abstract

【課題】雷雲発生時等の外部過渡電圧にも破壊されることのない太陽電池モジュール用バイパスダイオードを提供する。
【解決手段】パイパスダイオードとしてショットキーダイオードを使用し、このショットキーダイオードは、１０Ａの電流を通電したときの逆方向耐電圧降下が４５Ｖ以上２００Ｖ以下であり、かつ接合部温度が１５０℃以上１９５℃以下とし、さらに前記１０Ａの電流を２５℃の温度条件下で通電したときの前記ショットキーダイオードの逆方向電圧降下が４５Ｖで順方向電圧降下が０．５Ｖ以下であり、逆方向電圧降下が１００Ｖで順方向電圧降下が０．７５Ｖ以下であり、逆方向電圧降下が２００Ｖで順方向電圧降下が０．８５Ｖ以下であるとする。
【選択図】図１

Description

この考案は、バイパスダイオードとしてショットキーダイオードを用いたものであって、特に外部過渡電圧に強い太陽電池モジュール用バイパスダイオードに関する。
一般に、太陽電池モジュールでは、複数の太陽電池セルが直列に接続され、負荷に発生電圧が出力される。この種太陽電池モジュールでは、発電に寄与しない電池セルに逆バイアスの高電圧が印加されないように、各電池セルに並列にバイパスダイオードを接続している。
近年、この種太陽電池モジュールにおいて、バイパスダイオードがその機能を果たすために順方向へ大電流が流されると、激しい発熱による高温化から破壊されることがあり、これを防止するために、発熱の高いメサ型ベアチップダイオードに代えてショットキーダイオードが多く使用されるようになっている。
この種のバイパスダイオードの動作時の発熱を防止するものとして、端子ボックス内に設けるバイパスダイオードとしてシヨットキーバリアダイオードを使用し、このシヨットキーバリアダイオードが１５０℃以上のジャックション温度保証値を有すること、及び１０Ａの電流を通電したときのシヨットキーバリアダイオードの順方向電圧降下が、２５℃のジャンクション温度で０．５Ｖ以下、１００℃のジャンクション温度で０．４０以下、１５０℃のジャンクション温度で０．３５Ｖ以下であることしたものが開示されている（例えば特許文献１参照）
もっとも昨今、なお、時折、市場で原因が特定できない太陽電池モジュールのバイパスダイオードの破壊・不良が発生していることが見受けられる。これは、結晶型太陽電池モジュールとしては、約３０Ｖが実用の印加電圧であるが、時折、雷雲発生時には、大なる外部過渡電圧によってダイオードに高電圧が印加され破壊されていると推定される事故が発生しているものと認められる。
また、昨今、従来使用されてきたＰ／Ｎダイオード１０００Ｖから、コスト重視の観点で実装端子ボックスの冷却面積を減少させるため、ショットキーダイオードの低発熱となる性質を重視して、その弱点である低耐圧電圧に、設計上の余裕度をとっていないのが一般的である。
通電時に非常に発熱の少ないメリットのため一般的に順方向電圧ＶＦ（順方向電流ＩＦ１０Ａ）を０．５Ｖで使用しているか、一方、逆方向耐電圧ＶＤＲＭ４５Ｖと低い電圧となっている。ショットキーダイオードは、ＶＦ値発熱が小さくなると、逆方向耐電圧ＶＤＲＭが小さくなるというトレードオフの関係がある。
特許第４８３９３１０号公報
上記した特許文献１に記載のバイパスダイオードでは、ダイオードチップとしてショットキーダイオードを使用することにより動作時の発熱を抑え得るものの外部過渡電圧によってダイオード破壊するのを防止するのには充分ではない。
この考案は、上記問題点に着目してなされたものであって、外部過渡電圧にも破壊されることなく、また動作（接合）温度Ｔｊをより高くした太陽電池モジュール用バイパスダイオードを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、この考案のバイパスダイオードは、太陽電池モジュール用のバイパスダイオードにおいて、ダイオードチップは、ショットキーダイオードであり、このチップダイオードは、１０Ａの電流を通電したときの逆方向耐電圧ＶＤＲＭが４５Ｖ以上２００Ｖ以下であり、かつ最大動作温度Ｔｊが１５０℃以上１９５℃以下であることを特徴とする。
また、この考案のバイパスダイオードにおいて、前記１０Ａの電流を２５℃の温度条件下で通電したときの前記ショットキーダイオードの逆方向電圧降下が４５Ｖで順方向電圧降下が０．５Ｖ以下であり、逆方向電圧降下が１００Ｖで順方向電圧降下が０．７５Ｖ以下であり、逆方向電圧降下が２００Ｖで順方向電圧降下が０．８５Ｖ以下であること、としてもよい。
この考案によれば、逆方向耐電圧ＶＤＲＭを優先し、その為に増大する発熱（順方向電圧ＶＦ値）に対し最大動作温度Ｔｊを通常１５０℃から最大１９５℃までに対応することが出来、雷雲発生時の外部過渡電圧によるショットキーダイオードの破壊を回避できる。
この考案の一実施形態に係るバイパスダイオードの外観斜視図である。 同実施形態バイパスダイオードのショットキーダイオードの断面図である。 同実施形態バイパスダイオードの逆方向耐電圧ＶＤＲＭ―順方向電圧ＶＦ特性を示す図である。 同実施形態バイパスダイオードの動作温度Ｔｊ―漏れ電流ＩＲ特性を示す図である この考案の他の実施形態に係るバイパスダイオードを示す断面図である。
以下、実施の形態により、この考案をさらに詳細に説明する。
図１は、この考案の一実施形態に係る太陽電池モジュール用のバイパスダイオードを示す模式外観斜視図、図２はこの実施形態バイパスダイオードのダイオード素子として使用されるショットキーダイオードの断面図である。
この実施形態バイパスダイオード１は、リードフレーム２のベース３に、ショットキーダイオードチップ４の下面電極（カソード電極）４ｂを半田付け接続している。またベース部３の空領域３ａとリード端子５の接続端子７をリード線９で接続するとともに、ショットキーダイオードチップ４の上面電極（アノード電極）４ｅとリード端子６の接続端子８とをリード線１０で接続している。
この図１に示す実施形態バイパスダイオードの全体構成は、従来より一般に使用されているものと特に変わるところはない。この実施形態バイパスダイオードの特徴はショットキーダイオードの構成・特性にある。ショットキーダイオード４は、図２に示すように，ｎ＋層４ａと、ｎ＋層４ａ下面のカソード電極４ｂと、ｎ層４ｃと、ｐ層４ｄと、ｎ層４ｃとｐ層４ｄの上面のアノード電極４ｅと、アノード電極４ｅ周囲のチップ上面に形成された保護膜４ｆとから構成されている。
上記したように、ショットキーダイオードは、通電時に非常に発熱の少ないメリットのため一般的には順方向電圧ＶＦが０．５Ｖ以下で使用しているが、一方逆方向耐電圧ＶＤＲＭが４５Ｖと低い電圧になっている。このようにショットキーダイオードは、順方向電圧ＶＦが小さくなると、言い換えると発熱が小さくなると逆方向耐電圧ＶＤＲＭが小さくなるというトレードオフの関係がある。これは、図３に示すように、２５℃の温度条件下で１０Ａを通電したときの、発熱（順方向電圧ＶＦ）と逆方向耐電圧ＶＤＲＭとの間に比例相関があるためである。
本考案では、逆方向耐電圧ＶＤＲＭを優先し、そのために、増大する発熱（順方向電圧ＶＦ）に対し、ダイオード動作温度Ｔｊを通常１５０℃から最大１９５℃迄に対応できることをめざしたものであり、使用電圧増加による発熱大のデメリットを、その分ダイオード定格の最大動作温度Ｔｊを従来の一般ショットキーダイオードよりも向上させたことを特徴としている。
このショットキーダイオード４では、動作温度（接合温度）Ｔｊ上昇と共に増大する逆漏れ電流ＩＲを極力抑制した。また、ｐ層４ｄのガードリングをアノード電極４ｅに構成する工夫を行っている。その結果、動作温度（接合温度）Ｔｊ＝１９５℃においても熱暴走することなく安定し、通常のショットキーダイオードの動作温度Ｔｊ＝１５０℃よりも温度許容範囲が４５℃増大し、その分逆方向耐電圧ＶＤＲＭを増大することができた。
本考案者が、この実施形態バイパスダイオードに対し、各温度で３０分間放置して逆漏れ電流ＩＲを測定する温度試験を試みた結果図４に示すように１６０℃以上の温度では、中性子照射の効果で逆漏れ電流ＩＲを増加することなく飽和し安定した状態となる結果を得た。これにより、熱暴走が発生しないことが確認された。
他の実施形態バイパスダイオードとして、図５に示すようにアキシャルタイプのものについて説明する。この実施形態バイパスダイオード２０は、銅材のリード線２１の先端にカソード接続端子２２を、同じく銅材のリード線２３の先端にアノード接続端子２４を形成し、このカソード接続端子２２とアノード接続端子２４をショットキーダイオード２５に接続している。ショットキーダイオード２５のチップ構造は、外形が偏平であるものの、内部構造は図２に示すものと同様である。そのため、カソード接続端子２２はショットキーダイオード２５のカソード電極４ｂに、アノード電極接続端子２４はショットキーダイオード２５のアノード電極４ｅにそれぞれ接続している。このショットキーダイオード２５は、外部を円柱上の筒体２６で覆われ、この筒体２６内をエポキシ樹脂２７で充填したものである。
この実施形態バイパスダイオードにおいては、エポキシ樹脂２７内に石英成分を混入することによって、上記実施形態と同様に高温対策を施している。
１ バイパスダイオード
２ リードフレーム
３ ベース部
４ ショットキーダイオード
４ａ ｎ＋層
４ｂ カソード電極
４ｃ ｎ層
４ｄ ｐ層
４ｅ アノード電極
４ｆ 保護膜
５，６ リード端子
７，８ 接続端子
９，１０ リード線
２０ バイパスダイオード
２１、２３ リード線
２２ カソード接続端子
２４ アノード接続端子
２５ ショットキーダイオード
２６ 筒体
２７ エポキシ樹脂

Claims (2)

  1. 太陽電池モジュール用のバイパスダイオードにおいて、
    ダイオードチップは、ショットキーダイオードであり、このチップダイオードは、１０Ａの電流を通電したときの逆方向耐電圧降下が４５Ｖ以上２００Ｖ以下であり、かつ接合部温度が１５０℃以上１９５℃以下であることを特徴とする太陽電池モジュール用バイパスダイオード。
  2. 前記１０Ａの電流を２５℃の温度条件下で通電したときの前記ショットキーダイオードの逆方向電圧降下が４５Ｖで順方向電圧降下が０．５Ｖ以下であり、逆方向電圧降下が１００Ｖで順方向電圧降下が０．７５Ｖ以下であり、逆方向電圧降下が２００Ｖで順方向電圧降下が０．８５Ｖ以下であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール用バイパスダイオード。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015005605A (ja) * 2013-06-20 2015-01-08 三菱電機株式会社 端子ボックス及び太陽電池モジュール

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