JPS60170270A - 太陽電池素子のパツケ−ジ構成法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業−１−の利ｊｌｌ１分野 本発明ｔｉｔ、シリコン単結晶ウェハシリコン多結晶ウ
ェハ、アモルファスシリコン膜あるいはカドミウム化合
物結晶薄膜などの半導体材料を用いた太陽電池の素子高
信頼性、特ＶＣ劇湿持性にすぐれた刺止（パッケージ）
技術に関するものである〇従来例の構成とその問題点 近年、既存エネルギ源の代替と−して太陽先発′亀が注
目され半導体の量子効果を利用し、太陽の輻射エネルギ
を最も利用しやすい電気エネルギに変換する太陽電池が
相次いで開発され、実用化段階に入りつつあるが、太陽
の輻射エネルギを効率良く導き、（変換効率のアップ）
、かつ長期にわたって苛酷な自然環境に耐え得る様に、
太陽７Ｅ池素子を保護することを目標にした高信頼性か
つ低コスト量産性に富んだパッケージ技術の開発要求が
高捷っている。

これ１でにも、各種太陽電池素子のパッケージ構成法や
その構成材料について、またこれらパッケージによる各
種環境試験の評価について多くの報告がなされているが
、現在代表的なパッケージ技術として知られている構成
法を第１図に示めし本発明者らが／リコン単結晶つェハ
上にＰＮ接合を構成した太陽電池素子をそのパッケージ
構成法で封止したのち、特に信頼性評価の中で、長Ｊｔ
ＪＩ耐湿寿命を推定する１方法として一般に採用されて
いる高温高湿（８６°Ｃ２９５％ＲＨ）　雰囲気中に放
置した、加速テストを行なったその結果を第２図に示し
、現在のパッケージ技術の問題点を明らかにすることと
したし、第１図において、１は太陽光の輻射エネルギを
取り入れる受光面に適した４００〜１１００ｍμの波長
域で９０％以上の高い光透過性をもつ透明材料、すなわ
ち、ガラス板で同時にパッケージ全体の構造的支持体の
１つとなっている。２はシリコン単結晶ウェハ上にＰＮ
接合を構成した太陽電池素子である。

この太陽電池素子は光透過率がよく、酬紫外線（’Ｉ：
　ＶＣすぐれたシリコンゴムあるいはポリビニルブチラ
ールなどの合成樹脂を接着層３としてガラス板の内面に
はり合せられており、そして、あらかじめ太陽電池素子
の電極に接続されている外部リード線４が碍子のごとき
絶縁層５を介してアルミニウムステンレスなどの金属板
からなるバックカバー６の外に導出されている。バック
カバー６はパッケージ全体のもう一つの構造的支持体で
ある。

そしてこのバンクカバーとガラス板との間に太陽電池素
子ケ埋め込んだ形になる様シリコンゴム。

ポリウレタン樹脂などの弾力性に富んだ合成樹脂７が充
填されている。そしてこの２つの構造的支持体の端部に
相当する周囲をさらにもう１つの構造的支持体であるア
ルミニウム、ステンレスなどの金属フレーム８でとりか
こみこの間にポリエチレン：酢酸ビニル共重合樹脂、ポ
リイノブチレン樹脂など水蒸気透過率が小さくかつ先の
構造的支持体１．６．８と充填樹脂層、７ときわめて接
着性の良い合成樹脂材料９を充填［７てより強固に一体
化されている。

この様なパッケージ構成で、特に合成樹脂材料が多用さ
れるが、これらの拐料に対して次の様な性能が要求され
る。

（１）長期の屋外放置に於いて紫外線熱湿分などの影響
により物性が変化しないこと。

（榊　電気絶縁性が高く他の材料を腐蝕しないこと０ （→　急激な外気条件の変化による太陽電池素子の損傷
お・よび樹脂の亀裂、界面はく離が発生しないこと。

上記の要求の中で特に長期にわたる屋外放置の実使用状
態で、大気中の湿分の影響はきわめて犬きく、太陽電池
素子の特性低下に直接に作用する因子として重要視さγ
しる０すなわち水蒸気透過率の小さい拐料を用いて、気
密性の良い〕くツケージ構造にすることが構成上重安で
ある。。

」二連し、た各種合成樹脂材料のおふ・よその水蒸気透
過率を第１表に示す。

■ 第１人からもわかる様に合成樹脂材料を用いて完全な気
密ゼ１：を得ることはほとんど不可能である。

第２図ｖｃ　、、−Ｌ−記パッケージ構成法による太陽
電池の長１ｔｌ圏湿寿命を推定するために一般的に行な
わｔている加速テスト８５°Ｃ９６％ＲＨ雰囲気中に放
置した後の変換効率の結果を第２図に示す。

この結果からも明らかな様に、太陽電池のテスト前の輻
射エネルギの変換効率を１００とした場合、その効率は
時間の経過とともに低下する。屋外の自然環境下におけ
る性能との相関については、壕だ十分なデータを得てい
ないが、通常屋内で使用さ扛る電子機器部品の同条件下
での加速テストにおいて１０００Ｈｖ　経過後初期値に
おいて１０％程度の性能減にとソめることか実用上要求
されていることから考察すると屋外での苛酷な環境下で
長期にわたって使用する場合には、壕だ寸だ不十分なも
のと云える（。

発明の目的 本発明は、上述した太陽電池素子のパッケージ構成にお
いて、特ｙｃ耐湿腔性全改善し、屋外の苛酷な環境下で
、長期にわたって使用しイ↓Ｉる実用性に優ぐれたパッ
ケージ技術を提供するものである。

発明の構成 本発明は、太陽電池素子の周りに合成結晶アルミノシリ
ケートの含水金属塩（Ｍ２／ｎ○・Ａｌ２Ｏ３・ｘ　Ｓ
　ｉＯｓ　・ｙＨ２０ただしＭ：金属カチオン、ｎ：原
子価、Ｘ：係数、ｙ：係数）の結晶水を加熱脱離して得
られ２るいわゆるモレキュラーツーブスを充填１、／（
層を設はガラス、金属板、金属フレームなどの構造的支
持体と合成樹脂材料でその周りを封止し、モレキュラー
ツーブスの強い水分子の吸着能力でもって、合成樹脂充
填層を通して浸入してくる湿分を捕そくせしめ、太陽電
池素子を保護し耐湿特性を向−１−せしめたことを特徴
とするパッケージ構成法に関するものである。結晶水を
加熱脱離したモレキュラーツーブスは化学構造上、結晶
水を敗り除いた跡に空洞が残り、この空洞の内壁に泊効
直径が３〜１０オングストロームの分子（水分子を主と
して、アンモニア硫化水素、アルコール、ベンゼンなど
）を吸着することができる。本発明はこの効果を有効に
応用したものである。

実施例の説明 以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第３図は、本発明の一実施例における太陽電池る０ 第３図において１１はパッケージ全体の構造的支持体で
あると同時に、太陽光の輻射エネルギを透過させるに適
した光透過率の良いガラス板である。このガラス板の内
側に、シリコン牟結晶ウェハ上に構成された太陽電池素
子１２がシリコンゴム、あるじはポリビニル、ブチラー
ル樹脂などのガラス板と同様光透過性の良い合成樹脂材
１１を接着層１３としてはり合せられる。そして素子の
裏面にも同種の合成樹脂材料を被段したカバーコート層
、１４が形成せられている。また、わらかしめ太陽電池
素子の電極に接続されていた外部リード線１５は碍子の
ごとき絶縁層１６を介して、アルミニウム、ステンレス
などの金属板からなるバックカバー１７の外に導出され
る。

バックカバー１７はパッケージ全体のもう１つの構造的
支持体である。そしてガラス板から々る構造的支持体と
の間に、モレキュラーツーブスが充填された層１８が形
成されている。さらにこの２つの構造的支持体の端部に
相当する周囲をアルミニウム、ステンレスなどの金属フ
レーム１９でとりかこみこの間にポリエチレン酢酸ビニ
ル共重合樹脂、ポリイノブチレン樹脂など、水魚透過率
が小さくかつ、先の構造的支持体であるガラス板および
バックカバーの金属板と接着の良い合成樹脂材料２０を
充填して強固に一体化されている。

以上のように本発明によるノくツケージ構成法の特徴は
、太陽電池素子の弁受光面の周囲にモレキ、ラーシーブ
ス層を形成せしめ、さらにその周囲に合成樹脂材料を充
填したものである。

本発明者らはこのモレキュラーツーブスとしてユニオン
昭和（株）製の商品名、４Ａ６るいは１３Ｘを用いた。

このモ【／ギュラージーブスは直径１陥程の粒状にクレ
イをバインダとして加工したものでパッケージ内に封入
することは容易である。

そし７てこれらのモレキュラーツーブスは１００ｇ、（
う／こり８６°Ｃ（／′）雰囲気で約１５ｇの水分を吸
着するイ化力をもっている。１だ見損は比重が０．７〜
Ｏ，Ｓ程で、従来バクケージにおいて充填した合成樹脂
材料の体積よＶ少ない充填量でよいため、ノζッグージ
全体として軽鎖化できると同時にコストの点においても
安価になるメリットがある。

第４図に実施例に示したノ（・ノケージ構成からなる太
陽電池の耐湿特性を示すが、この結果からも明らかな様
に、従来の太陽電池の）（ツケージによる特性と比し大
１〕な長期寿命性能の改善がなされているモレキュラー
／−ブスが水分子を吸着し吸着限界に達した段階では、
それ以−ヒの時間性能を維持することは不可能であるが
、モレキュラーツーブスが潮解現象を生ずる物質でもな
いため、急速に性能を低下せ１〜めることはなく、従来
の・ζツケージにおける性能低下と同様のモードを呈す
る。

発明の効果 以上のよう７ｃ本発明はモレキュラーツーブスをパッケ
ージ内に封入することによってガラス、ノ（ツクカバー
フレームの構造支持体との間１に充填さ扛た合成樹脂層
を透して浸入してくる湿分をモレキュラーツーブスの強
い水分子を吸着する力によって捕そくし湿分が太陽電池
素子表面に吸着１−ることによって生ずる性能の低下を
遅延させ、結果的に太陽電池素子の寿命性能を大きく改
善することになる。

さらにモレキュラシーブスは水分子以外の被吸着分子と
してアンモニア硫化水素、アルコール。

ベンゼンなど分−ｒ−の有効直径が３〜１０オングスト
ロームの物質を吸着するため、大気中に浮遊するこれら
太陽電池素子の性能に悪影響を与える物質を湿分と同様
に捕そくすることができるため、本発明によるパッケー
ジ構造を有する太陽電池はより信頼性高く長期寿命に優
ぐれたものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の太陽電池パッケージの断面図、第２図は
第１図のパッケージの特性図、第３図は本発明の実施例
による太陽電池パッケージの断面図、第４図に第３図の
パッケージの特性を示す図である。、 １・・・・ガラス板、２・・・・・・太陽電池素子、３
・・・・・・接着材層、４・・・・・・リード線、６・
・・・・・バックカバー、７・・・・・・合成樹脂充填
層、８・・・・・・フレーム、９・・・・・・合成樹脂
充填層、１１・・・・・ガラス板、１２・・・・・・太
陽電池素子、１３・・・・・・ｉ着材層、１４・・・・
・カバーコート層、１６・・・・・・リード線、１７・
・・・・バックカバー、１８・・・・・・モレキュラー
シーブス、１９・・・・・・フレーム、２０・・・・・
・合成樹脂充填層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１　図 第　２　図 ５００　ｆｏｏｏ　２０００　３０００　５θｏＯＢ与
　間　（ｍ） 第３０ １：鼻：； すｔ會會舎 署＠４図 ５ｔｔｌｔｔｖｖｅＯθＤ３ａｏｂ、Ｍ（ｋ。 時　間　（Ｈｒ〕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 太陽電池素子の非受光面の１わりに合成結晶アルミノシ
   リケ−１・の含水金属塩（Ｍｎ／２Ｏ−Ａ１２０３・Ｘ
   ５ＩＯ２ＩＩｙＨ２０ただしＭ：金属カチオン、ｎ：原
   子価、ｘ：係数、ｙ：係数）の結晶水を加熱脱離しで得
   られるいわゆるモレキュラーシーブスヲ充填ｊ−２だ層
   を設け、ガラス、全机板、金楓フレームなどの構造的支
   持体と合成樹脂材ネ；Ｉで太陽′電池素子とモレギュラ
   ーシーブス層を一体に封止したことを特徴とする太陽７
   Ｅ池素子のパッケージ構成法。