TWI539612B - Solar cell module and its manufacturing method - Google Patents

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TW201314932A (zh
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Tomoyoshi Furihata
Atsuo Ito
Hyung Bae Kim
Minoru Igarashi
Masakatsu Hotta
Tsutomu Nakamura
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Shinetsu Chemical Co
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Description

太陽電池模組及其製造方法
本發明有關太陽電池模組(solar battery module)及其製造方法。
一般周知，如將太陽電池模組設置於房屋屋頂、大樓頂樓等戶外之情形，特別是在夏天時，因太陽光而使太陽電池模組的溫度大幅上升。並且，隨著太陽電池模組的溫度上升、太陽電池元件(solar battery element)的溫度亦上升，因而太陽電池模組的發電效率即降低之事實。例如，在單晶矽電池(single crystal silicon cell)之情形，如在25℃下的發電效率設為100%時，元件溫度從25℃每上升1℃，發電效率則降低約0.4%發電效率。因此，如何使所上升之太陽電池元件的溫度散熱，成為有效使用模組的重要要素。
再者，於在發電中之太陽電池模組上，並非收受一律不變的日照、實際上有於太陽電池模組上部分性籠罩陰影之情形。在此情況，因陰影的部分的太陽電池元件的發電不足夠，結果對該太陽電池元件施加反向偏置電壓(inverse bias voltage)以致發生稱為過熱點(hot spot)之發熱現象。如繼續此種稱為過熱點之現象時，則可能此種太陽電池元件的溫度會繼續上升，最壞的情形即有損壞之可能性。
於是，以往為防止太陽電池元件的溫度上升起見，提案有：於太陽電池模組背面設置由熱傳導性良好的金屬所成散熱構造體(參考例如，專利文獻1：日本專利第2770906號公報)、將傳熱性的方塊(block)構件與熱管(heat pipe)組合，藉以往背面散熱(參考例如，專利文獻2：日本專利特開平9-186353號公報)，將線膨脹係數相異的金屬製散熱部作成層合構造，藉以散熱(參考例如，專利文獻3：日本專利第4206265號公報)、又於背面黏接長板狀的金屬構件而使其散熱之作法(參考例如，專利文獻4：日本專利特開2006-156581號公報)。然而，採用金屬製材料之作法，係因有其材料費及加工費而成為模組製造時的成本高的原因之可能性，且會增加模組全體的重量之故在操作處理上有不方便之處。
再者，太陽光發電板(solar power generation panel)的方式而言，多採用一種於太陽光的受光面(light reception surface)上，全面舖滿有以厚度約200μm的矽晶圓(silicon wafer)作為材料之一般通稱為晶片(cell)之太陽電池之平板方式(plate type)。但，由於該按照受光面積所舖滿之太陽電池係高價之故，難於降低太陽光發電板的成本。由於如此背景，有人在開發一種藉由聚光透鏡(condensing lens)而將太陽光在受光面上之光聚光於小直徑的太陽電池之聚光型太陽電池模組(light condensing type solar cell module)。此種聚光型太陽電池模組，係藉由光之聚光，而能較平板方式為大幅 度削減太陽電池的使用量。但，使光聚光之聚光型太陽電池模組，需要將太陽光受光面以二軸(biaxal)方式跟踪太陽光方向。再者，由於為此跟踪之用的台架，亦考慮在屋外的使用環境而需要堅固者之故，如包含其安裝費用時，則將當初大幅度削減的高價太陽電池的使用量之成本優勢抵消掉。
另一方面，特別是在散熱性很重要上述聚光型太陽電池模組中，提案有：將含有金屬添加劑之樹脂，作為兼備有絕緣性之散熱電氣絕緣層而黏接於太陽電池晶片(solar battery cell)下部的電極板以使其散熱(參考例如，專利文獻5：日本專利特開2006-332535號公報)、於太陽電池晶片與所固定之背板(backing plate)之間設置有彈性差(elasticity difference)或黏性差(viscosity difference)之兩種樹脂層以使其散熱之方法(參考例如，專利文獻6：日本專利特開2007-165485號公報)。
又另一方面，以往，作為太陽電池元件的密封劑(sealant)而一般在採用EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)，而實施利用伴隨減壓及加熱等之層合(lamination)過程之密封。該過程，係由多項煩雜的作業所成，而由於在此過程中之缺失會引起太陽電池的特性之低落之故，例如提案有：使用經將位置於太陽電池模組兩端之正負電極所導出之引線，利用具有耐熱性之薄膜加以被覆者，以防止與其他引線之間的短路(參考例如專利文獻7：日本專利特開平9-326497號公報)、採用作為光 電動勢元件(photoelectro motive force element)的表面被覆材或背面被覆材之至少一種而由2種以上的樹脂所構成之一體層合薄膜(one-piece laminated film)以進行密封(參考例如專利文獻8：日本專利特開平11-87744號公報)等方法以謀求收率的提升之作法。
然而，以往的方法中，由於因太陽電池晶片與散熱材料之間的線膨脹係數的差異所引起之溫度上升時的變形(strain)之故，一直難於使所上升之太陽電池元件的溫度有效散熱。特別是，在以矽晶圓厚度在200μm及以下的矽晶圓作為材料製作之太陽電池元件，則在溫度上升時遭受與太陽電池元件相密接之材料的線膨脹率的影響，而有發生裂紋(crack)之可能性。又，周知一般所採用之作為密封劑之EVA會因溫度變化以致模數(modulus)大為變化之事實(參考例如非專利文獻1：Barry Ketola,Keith R.McIntosh,Ann Norris,Mary Kay Tomalia，等人所著，“Silicone For Photovoltaic Encapsulation(為光生伏打的封裝用之聚矽氧)”23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference(第23次歐洲光生伏打太陽能會議)2008,pp.2969-2973(2008年，第2969至2973頁)，而有對太陽電池元件的影響之可能性。
又，為壓低作為太陽電池模組之製造成本起見，需要降低佔有太陽電池模組成本的50%以上之矽晶圓的成本。因此，需要一種減少晶片的面積之同時，能降低晶片的厚度為120μm以下藉以具有成本效益之太陽電池元件。但， 由於由如此薄化晶圓所製作之太陽電池元件係容易因衝擊而破損之故，較由厚度在200μm以上的晶圓所製作之太陽電池模組，難以同樣採用其密封及散熱材料。特別是，指出太陽電池元件表面的配線連接部，因表面側與太陽電池元件背面側的密封材料的線膨脹係數及模數之不同，而在會發生溫度升降之戶外環境下，將招致脆化之事實(參考例如非專利文獻2：D.L.King,M.A.Quintana,J.A.Kratochvil,D.E.Ellibee and B.R.Hansen等人著，“Photovoltaic Module Performance and Durability Following Long Term Field Exposure(在長期曝露在戶外後的光生伏打的模組性能值及耐久性)，Progress in Photovoltaics(光生伏打的進展)”：Research and Application 8(2000)pp.241-256(研究與應用，第8冊(2000年出版)第241至256頁)、非專利文獻3：M.A.Quintana,D.L.King,T.J.MacMahon and C.R.Osterwald等人著，“Commonly Ob-served Degradation in Field-Aged Photovoltaic Modules(戶外久年的生伏打模組中一般所觀測到之降解情況)”，Proceedings of the 29th IEEE Photovoltaic Specialists Conference(第29次美國電氣及電子工程師學會光生伏打專家會議記錄)，New Orleans(新奧爾良市)，(2002)pp.1392-1395((2002年出版)第1392至1395頁)。
另一方面，就成本面而言，以往的方法中，由於為接合太陽電池元件與散熱性構件起見而使用黏接劑或為提升 散熱性而設置2種樹脂層，此等措施有成為成本增加的原因。又，特別是就黏接劑而言，在經使用10年以上之情形，則與上述者同樣，在會發生溫度升降之戶外環境下，有招致脆化之危險，以致有成為異物發生之原因之可能性。
再者，對收率而言，如採用以往的方法時，則因以薄膜被覆導出引線，或以2種以上的樹脂將被覆材作成一體層合薄膜之故，有導致成本增加之可能性，又有不能容易修改(reworking)之可性能。
[先行技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利第2770906號公報
專利文獻2：日本專利特開平9-186353號公報
專利文獻3：日本專利第4206265號公報
專利文獻4：日本專利特開2006-156581號公報
專利文獻5：日本專利特開2006-332535號公報
專利文獻6：日本專利特開2007-165485號公報
專利文獻7：日本專利特開平9-326497號公報
專利文獻8：日本專利特開平11-87744號公報
[非專利文獻]
非專利文獻1: Barry Ketola, Keith R. McIntosh, Ann Norris, Mary Kay Tomalia, “Silicone For Photovoltaic Encapsulation” 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference 2008, pp. 2969-2973
專利文獻2: D. L. King, M. A. Quintana, J. A. Kratochvil, D. E. Ellibee and B. R. Hansen, “Photovoltaic Module Performance and Durability Following Long Term Field Exposure, Progress in Photovoltaics: Research and Application 8 (2000) pp. 241-256
專利文獻3: M. A. Quintana, D. L. King, T. J. MacMahon and C. R. Osterwald, “Commonly Ob-served Degradation in Field-Aged Photovoltaic Modules”, Proceedings of the 29th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, New Orleans, (2002) pp. 1392-1395
本發明之目的在於提供一種太陽電池晶片的散熱性優異，且能容易進行修改，並可提升收率，抑低製造成本之太陽電池模組及其製造方法。
本發明，為達成上述目的起見，提供一種於由使太陽光入射之透明構件的板，與經配置於太陽光入射的相反側之熱傳導性構件的板所形成之空間使用具有橡膠狀的彈性(elasticity)之光透性彈性物(light permeability elastomer)構件利用按壓進行太陽電池元件之壓接(compression bonding)，藉以緩和因溫度升降時的線膨 脹率之差異所引起之變形(strain)，且具有能確實散熱所足夠的面積之熱傳導性構件之構造的太陽電池模組。
亦即，本發明提供下述的太陽電池模組及其製造方法。
[1]一種太陽電池模組，其特徵為：於使太陽光入射之透明構件的板(panel)與經配置於太陽光入射的相反側之熱傳導性構件的板之間的空隙，以於太陽光入射側配置光透性彈性物構件，並且在藉由該光透性彈性物構件而將太陽電池元件按壓於上述熱傳導性構件的板側並壓接之狀態，介設有光透性彈性物構件及太陽電池元件所成者。
[2]如[1]所記載之太陽電池模組，其中於熱傳導性構件的板與太陽電池元件之介設有熱傳導性彈性物層。
[3]如[2]所記載之太陽電池模組，其中熱傳導性彈性物層係由熱傳導率0.2W(瓦特)/m‧K以上5W/m‧K以下的熱傳導性聚矽氧橡膠所形成。
[4]如[1]至[3]之任一項所記載之太陽電池模組，其中於透明構件的板與熱傳導性構件的板之間的空隙端部配設有間隔物(spacer)構件。
[5]如[1]至[4]之任一項所記載之太陽電池模組，其中於透明構件的板與熱傳導性構件的板之間的外邊緣部間跨設有框架(frame)構件以固定兩個板。
[6]如[1]至[5]之任一項所記載之太陽電池模組，其中熱傳導性構件的板，係由玻璃材、合成樹脂材、金屬材或此等的複合材料(composite material)所形成。
[7]如[1]至[6]之任一項所記載之太陽電池模組，其中太陽電池元件係由矽(silicon)材料所形成。
[8]如[1]至[7]之任一項所記載之太陽電池模組，其中光透性彈性物構件，係由聚矽氧橡膠組成物的硬化物所形成。
[9]如[1]至[8]之任一項所記載之太陽電池模組，其中光透性彈性物構件，係聚光型太陽電池的光學片材(optical sheet)。
[10]一種太陽電池模組之製造方法，其特徵為：於使太陽光入射之透明構件的板上依序層合光透性彈性物構件與太陽電池元件，再覆蓋太陽電池元件，以藉由上述光透性彈性物構件而將太陽電池元件按壓於該熱傳導性構件的板側並壓接之方式配置熱傳導性構件的板。
[11]如[10]所記載之太陽電池模組之製造方法，其中作成於使太陽光入射之透明構件的板外周部配置密封構件，於其內側配置間隔物構件，並於其內方配置光透性彈性物與太陽電池元件之後，配置熱傳導性板之方式。
[12]如[10]或[11]所記載之太陽電池模組之製造方法，其中作成覆蓋上述太陽電池元件以配置熱傳導性彈性物，並於其上配置上述熱傳導性構件的板。
[13]如[10]至[12]之任一項所記載之太陽電池模組之製造方法，其中於透明構件的板與熱傳導性構件的板的外邊緣部間跨設有框架構件以固定兩個板。
本發明之太陽電池模組，係因太陽光或過熱點而溫度上升之晶片的散熱性優異，且作為具有經抑低製造成本之構造之太陽電池模組最合適者。
又，由於不需要藉由煩雜的層合過程之太陽電池元件的密封之故，可期待收率的提升。太陽電池元件係僅藉由彈性物的按壓所壓接之故，可容易進行修改。
[發明之最佳實施形態]
以下，就本發明之太陽電池模組之合適的狀態在參考圖面之下加以說明。
第1圖，表示作為光透性彈性物構件而採用板狀片材之太陽電池模組的一例，第2圖則表示作為光透性彈性物構件而採用聚光型太陽電池的光學片材之太陽電池模組的另一例。
第1、2圖中，1為使太陽光入射之透明構件的板、2為經配設於對太陽光之入射成為相反側之熱傳導性構件的板，而於此等兩個板1、2之間的空隙，光透性彈性物構件3及由半導體基板所成太陽電池元件4係於光入射側配置光透性彈性物構件之同時，在藉由光透性彈性物構件3而太陽電池元件4為被按壓於上述熱傳導性構件的板2側並壓接之狀態下所介設者。
在此情形，於第1、2圖之例中，在太陽電池元件4與熱傳導性構件的板2之間中介有熱傳導性彈性物層5， 而太陽電池元件4經由此熱傳導性彈性物層5被壓接於熱傳導性構件的板2上。
又，於第1圖之例中，太陽電池元件4係連續無空隙地配置有太陽電池晶片，光透性彈性物構件3係經形成為板狀片材狀者。另一方面，於第2圖之例中，太陽電池元件4係互相以既定間隔配置有太陽電池晶片之同時，光透性彈性物構件3，係作為聚光型太陽電池的光學片材所形成，而由剖面半球狀頭部3a及與此一體連接設置之剖面反向圓錐台狀柱部3b所成，並在柱部3b的下端面按壓有太陽電池元件(太陽電池晶片)4。
於上述兩盤1、2間的空隙端部近旁，配設有間隔物構件6，並於此間隔物構件6的上下部與兩個板1、2之間分別介設有密封構件7、7之同時，於間隔物構件6的上述空隙端部側亦配置有密封構件8，而密封有上述空隙的光透性彈性物構件3、太陽電池元件4、熱傳導性彈性物層5。並且，於上述兩個板1、2的上邊緣部間跨設有剖面字狀之框架構件9藉以固定有此等兩個板1、2間。
欲製得如此太陽電池模組時之合適的方法而言，於對白板強化玻璃等之使太陽光入射之透明構件的板1的光入射面成為相反面的外周部內側，按畫框狀方式配置丁基橡膠(butyl rubber)製等的密封構件8，接著，沿著經配置為該畫框狀之密封構件8內側，配置鋁合金製等的間隔物構件6。此時，於該間隔物構件6與上述光入射面側的白板強化玻璃1之間，配置聚矽氧橡膠製等的密封構件7。 接著，於上述間隔物構件8內方，將上述光透性彈性物構件3及太陽電池元件4，按上述板1與上述光透性彈性物構件3能相接觸之方式加以設置。再者，將熱傳導性彈性物層5，按能與太陽電池元件4相接觸之方式加以配置，接著，將熱傳導性構件的板2，配置於對上述熱傳導性彈性物層5的光入射側成為相反側。在此情形，於上述間隔物構件6與上述板2之間使聚矽氧製的密封構件7介在中間，並以夾住該間隔物構件及上述丁基橡膠製密封構件之方式加以接合。在進行接合時，為防止水分之混入起見，且為提升丁基橡膠製等的密封構件8之密封性能起見，較佳為一邊在100至130Pa的真空下於加熱為100至150℃一邊採用真空層合機(vacuume laminator)裝置以進行接合。再者，較佳為以能對上述太陽電池元件施加所用之壓力之方式，將光入射面側及其相反面側的板1、2藉由字型的鋁合金製等的框架構件9而進行固定，以製作太陽電池模組。
在此，於上述透明構件之板1中，除透明性、耐氣候性、耐衝擊性以外，尚需要於戶外使用中具有長期的可靠性能之構件，例如，有白板強化玻璃、丙烯樹脂、含氟樹脂或聚碳酸酯樹脂等，惟一般廣泛採用厚度3至5mm程度的白板強化玻璃。
其次，於上述熱傳導性構件之盤2中，需要有效散熱太陽電池元件的溫度，而其材料而言，可例舉：玻璃材、合成樹脂材、金屬材或此等的複合構件。以玻璃材的例而 言，可舉：藍板玻璃、白板玻璃或強化玻璃等，合成樹脂而言，可舉：丙烯樹脂、聚碳酸酯(PC)樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)樹脂或環氧樹脂等。又金屬材而言，可舉：銅、鋁或鐵等，複合材而言，可舉：載持有氧化矽、以及氧化鈦、氧化鋁、氮化鋁等具有高熱傳導性之材料之合成樹脂等。
再者，於此種熱傳導性構件的盤2中，如與熱傳導性彈性物層5一起使用具有透明性之構件，則可將太陽光的直達光及散射光的一部分穿透於太陽光入射的相反面側，例如設置於草原等之情形，則仍可對太陽電池模組的入射面及相反側之，亦即，本來會成為陰影之部分照射太陽光的一部分之結果，可促進植物的生育，且可利用於家畜的放牧等。
又，於太陽電池元件4中，係採用選自單晶矽或多晶矽(poly crystal silicon)之中之1種或2種矽材料以作成太陽電池元件者。再者，第2圖之採用聚光型太陽電池的光學片材之使用於太陽電池模組之太陽電池元件，係藉由太陽能之聚光而能將太陽電池元件的面積，較第1圖的太陽電池元件為減少1/2至1/3。
其次，如就上述光透性彈性物構件3加以說明時，該構件係需要透明性、耐氣候性以及戶外使用上20年以上的長期可靠性者，因此，為容易對應適合於為有效量產抗紫外線性(resistance to ultraviolet)高、且熱壓縮成型(thermocompression molding)或聚光型太陽電池的光學 片材用之加工方法之擠壓成型(extrusion molding)或壓延成型(calendering)起見，較佳為採用使經將燻製二氧化矽高填充之可成鏡面型(mirrorable type)的聚矽氧橡膠組成物硬化所成之片材。
使上述聚矽氧橡膠組成物硬化所成片材，係使例如含有：(A)作為成分，而可以下述平均組成式(I)R1 aSiO(4-a)/2 (I)
(式中，R1表示同一種或異種的非取代或取代之一元烴基，a為1.95至2.05的正數)。表示，一分子中至少具有2個脂肪族不飽和基之聚合度(degree of polymerization)為100以上的有機聚矽氧烷100質量份、(B)比表面積在200m2/g以上之燻製二氧化矽70至150質量份、(C)一分子中含有經與至少2個矽原子結合之氫原子之有機氫聚矽氧化0.1至30質量份，以及(D)使對(A)成分含有氫甲矽烷基化反應觸媒(hydrosilylation reaction catalyst)0.5至1,000ppm所成聚矽氧橡膠組成物硬化所得者。
此種聚矽氧橡膠組成物，係一種能擠壓成型、壓延成型等之可成鏡面型的材料，而該硬化物即使含有二氧化矽，仍然具有高的透明性，而作為聚光型太陽電池的光學片材最合適者。
(A)成分，係可以上述平均組成式(I)表示之聚合度為100以上的有機聚矽氧烷。平均組成式(I)中，R1表示同一種或異種的非取代或取代的一元烴基，通常為碳數1至12，特佳為碳數1至8者，具體可舉：甲基、乙基、丙基、丁基、己基、辛基等的烷基，環戊基、環己基等的環烷基、乙烯基、烯丙基、丙烯基等的鏈烯基，環烯基，苯基、甲苯基等的芳基、苄基、2-苯基乙基等的芳烷基，或者經將此等基的氫原子的一部分或全部以鹵素原子或氰基等取代之基，而較佳為甲基、乙烯基、苯基、三氟丙基，特佳為甲基、乙烯基。
作為(A)成分而具體上合適者為：該有機聚矽氧烷的主鏈係由二甲基矽氧烷單元的重複所成者，或於由構成該主鏈之二甲基矽氧烷單元的重複所成二甲基聚矽氧烷構造之一部分上導入具有苯基、乙烯基、3,3,3-三氟丙基等之二苯基矽氧烷單元，甲基苯基矽氧烷單元，甲基乙烯基矽氧烷單元，甲基-3,3,3-三氟丙基矽氧烷單元等者等。
特別是，有機聚矽氧烷，較佳為於一分子中具有2個以上的鏈烯基、環烯基等的脂肪族不飽和基者，特佳為乙烯基者。在此情形，全R1中0.01至20莫耳%，特佳為0.02至10莫耳%為脂肪族不飽和基者。再者，該脂肪族不飽和基，可為經於分子鏈末端結合於矽原子者，可為經於分子鏈中途的矽原子者，亦可為其雙方者，惟較佳為至少經結合於分子鏈末端的矽原子者。
又，a為1.95至2.05，較佳為1.98至2.02，更佳為 1.99至2.01的正數。
作為(A)成分的有機聚矽氧烷，更佳為於平均組成式(I)中之R1為碳數1至6的一元烴基，且一分子中的至少2個為鏈烯基。
(A)成分的有機聚矽氧烷之較佳者，可舉：分子鏈末端為被三甲基矽烷氧基、二甲基苯基矽烷氧基、二甲基羥基矽烷氧基、二甲基乙烯基矽烷氧基、甲基二乙烯基矽烷氧基、三乙烯基矽烷氧基等的三有機矽烷氧基所封鏈者。
特佳者而言，可舉：甲基乙烯基聚矽氧烷、甲基苯基乙烯基聚矽氧烷、甲基三氟丙基乙烯基聚矽氧烷等。
此種有機聚矽氧烷，藉由例如將有機鹵矽烷的1種或2種以上加以(共)水解縮合、或者將環狀聚矽氧烷(矽氧烷的三聚物、四聚物等)使用鹼性或酸性的觸媒加以開環聚合，則可製得。此等係基本上為直鏈狀的二有機聚矽氧烷，惟(A)成分而言，可為分子量(聚合度)或分子構造相異的2種或3種以上的混合物。
有機聚矽氧烷的聚合物為100以上，較佳為100至100,000，特佳為3,000至20,000。再者，該聚合度，可作為藉由凝膠滲透色譜法(GPC)分析之聚苯乙烯換算的重量平均聚合度加以測定。
(B)成分，係BET(布魯瑙厄-埃梅特-泰勒法)比表面積超過200m2/g之補強性二氧化矽。該補強性二氧化矽，係為了製得透明性優異、又機械性強度優異的聚矽氧 橡膠組成物所添加者。又，為提升聚矽氧橡膠組成物的透明性起見，BET比表面積需要在超過200m2/g，較佳為250m2/g以上。如BET比表積在200m2/g以下時，則硬化物的透明性會降低。在此，BET比表面積之上限並不特別加以限制，惟從作業性等的觀點來看，通常為500m2/g以下，較佳為400m2/g以下程度者較合適。
通常，為聚矽氧橡膠組成物所使用之二氧化矽而言，可舉：燻製二氧化矽、沉澱二氧化矽，惟由於使用沉澱二氧化矽時透明性會降低之故，採用燻製二氧化矽。經將此等的表面使用氯矽烷、烷氧矽烷、六甲基二矽氮烷等加以疏水化處理(hydrophobic treatment)者亦很適合使用。特別是藉由六甲基二矽氮烷之處理會提升透明性之故，較佳。
(B)成分的補強性二氧化矽之添加量，係對(A)成分的有機聚矽氧烷100質量份較佳為70至150質量份，更佳為70至120質量份，如在未達70質量份時，則會使聚矽氧橡膠組成物硬化之片材的透明性降低。如在超過150質量份時，則對聚矽氧聚合物中的二氧化物的分散會成為困難。
(C)成分，係一分子中含有與至少2個矽原子結合之氫原子之有機氫聚矽氧烷。該有機氫聚矽氧烷係含有一分子中至少與2個矽原子結合之氫原子(SiH基)者，較佳為可以下述平均組成式(II)R2 bHcSiO(4-b-c)/2 (II)
(式中，R2為碳數1至6的取代或非取代之一元烴基，b為0.7至2.1之數，c為0.18至1.0之數，且b+c為能滿足0.8至3.0者)。 所表示之以往周知之有機氫聚矽氧烷能適用。
R2為碳數1至6的取代或非取代之一元烴基，較佳為不具有脂肪族不飽和鍵者，例如，甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基等的烷基，環己基、環己烯基、苯基等的非取代之一元烴基，3,3,3-三氟丙基、氰基甲基等的上述一元烴基的氫原子之至少一部分為被鹵素原子或氰基所取代之取代烷基等的取代之一元烴基。
關於b及c而言，較佳為b為0.8至2.0，c為0.2至1.0，且能滿足b+c為1.0至2.5者。
(C)成分的有機氫聚矽氧烷之分子構造，可為直鏈狀、環狀、分枝狀、三維篩網狀的任一構造。在此情形，一分子中的矽原子數(或聚合度)為2至300個，特別是4至200個程度而在室溫下為液狀者很適合使用。在此，與矽原子結合之氫原子(SiH基)，可在分子鏈末端，在側鏈，或在其雙方者，可使用一分子中含有至少2個(通常2至300個)、較佳為含有3個以上(例如3至200個)、更佳為4至150個程度者。
(C)成分的有機氫聚矽氧烷而言，可具體舉例：1,1,3,3-四甲基二矽氧烷、1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷、甲基氫環聚矽氧烷、甲基氫矽氧烷‧二甲基矽氧烷環狀共聚物、參(二甲基氫矽烷氧基)甲基矽烷、參(二甲基氫二 烯矽烷氧基)苯基矽烷、兩末端三甲基矽烷氧基封鏈甲基氫二烯聚矽氧烷、兩末端三甲基矽烷氧基封鏈二甲基矽氧烷‧甲基氫二烯矽氧烷共聚物、兩末端二甲基氫二烯矽烷基封鏈二甲基聚矽氧烷、兩末端二甲基氫二烯矽烷氧基封鏈二甲基矽氧烷‧甲基氫二烯矽氧烷共聚物、兩末端三甲基矽烷氧基封鏈甲基氫二烯矽氧烷‧二苯基矽氧烷共聚物、兩末端三甲基矽烷氧基封鏈甲基氫矽氧烷‧二苯基矽氧烷‧二甲基矽氧烷共聚物、環狀甲基氫聚矽氧烷、環狀甲基氫矽氧烷‧二甲基矽氧烷共聚物、環狀甲基氫矽氧烷‧二苯基矽氧烷‧二甲基矽氧烷共聚物、由(CH3)2HSiO1/2單元與SiO4/2單元所成共聚物、由(CH3)2HSiO1/2單元與SiO4/2單元與(C6H5)SiO3/2單元所成之共聚物等或於上述各例示化合物中，甲基的一部分或全部為被乙基、丙基等的其他烷基或苯基等的芳基所取代者等。
(C)成分的有機氫聚矽氧烷之調配量，係對(A)成分的有機聚矽氧烷100質量份為0.1至30質量份、較佳為0.1至10質量份、更佳為0.3至10質量份。
又，(C)成分的有機氫聚矽氧烷，係按(C)成分中經與矽原子結合之氫原子(亦即，SiH基)對(A)成分中經與矽原子結合之鏈烯基的莫耳比能成為0.5至5莫耳/莫耳、較佳為0.8至4莫耳/莫耳、更佳為1至3莫耳/莫耳之量加以調配。
(D)成分的氫甲矽烷基化反應觸媒，係能適用周知 者，可例舉：白金黑粉(platinum black)、氯化鉑、氯鉑酸、氯鉑酸與一元醇之反應物、氯鉑酸與鏈烯烴類之錯合物、雙乙醯乙酸鉑等的鉑系觸媒、鈀(Pd)系觸媒、銠系觸媒等。
(D)成分的氫甲矽烷基化反應觸媒之調配量，可作成觸媒量而通常係以鉑族金屬計，對(A)成分為0.5至1,000ppm、較佳為1至200ppm程度者。
至少含有(A)至(D)成分所成之聚矽氧橡膠組成物，除上述成分以外，在不影響本發明之目的之範圍內，尚可添加阻燃性附與劑、著色劑。
聚矽氧橡膠組成物，如將上述之成分的既定量使用雙輥(double roll)、捏合機(kneader)、班伯里混煉機(Bumbury mixer)等加以混煉則可製得。
如欲成型聚矽氧橡膠組成物時，成型方法而言，並不特別加以限定，惟能採用壓塑成型(press molding)、擠壓成型、壓延成型等。
聚矽氧橡膠組成物之硬化條件，並不特別加以限定，一般，在80至300℃，特別是在100至250℃下進行5秒鐘至1小時，特別是30秒鐘至30分鐘程度之加熱硬化，則可製得鍵板(key pad)等。又，亦可在100至200℃下進行10分鐘至10小時程度之後塑化(post cure)。
此種聚矽氧橡膠組成物之硬化物，係厚度2mm的硬化物片材的全光線穿透係數(total light transmission factor)，較佳為以屬於結晶矽之光譜靈敏度區域之0.35 至1.15μm的波長計，在90%以上者。具體而言，採用素佳試驗機(股)製直讀式濁度電腦(direct reading haze computer)HGM-2時之測定值，較佳為在90%以上。如該全光線穿透係數在未達90%時，則光擴散(light diffusion)過大，而可能入射光達不到光學片材的最遠部分。該聚矽氧橡膠組成物的硬化物，係厚度2mm的硬化物片材的濁度值，如採用素佳試驗機(股)製直讀式濁度電腦HGM-2時之測定值，較佳為在10%以下，特佳為8%以下者。如該濁度在超過10%時，則光擴散過大，而可能入射光達不到光透性彈性物構件的最遠部分。
就將聚光型太陽電池之光學片材，採用由使對折射率0.35至1.15μm的波長穿透率在90%以上(在厚度2mm之情形)之聚矽氧橡膠組成物硬化所成之片材製作時之情形，加以說明。於聚光型太陽電池中，為有效採取太陽光的直達光起見，需要考量南中(即，天體通過子午線)高度會因季節而有所變動之事實，在本發明之太陽電池模組中所用之聚光型太陽電池的光學片材，則按單軸方向之方式形成其形狀。
南中高度係以春分‧秋分作為起點，而需要考慮在夏至按+23度、冬至按-23度之方式變化之事實，惟如採用在上述第2圖所示之太陽電池模組中所用之聚光型太陽電池的光學片材的形狀時，則對23度的斜向入射，在出射側即能大略往太陽電池的受光面入射之事實，經由幾何學光學軟體(Light Tools)之採用而加以確認。並且，經確 認對該光學片材的太陽光總入射面積，往太陽電池的總入射面積為2.7對1.0之事實。於本發明之實施中，並不需要受光面之朝向太陽的跟踪系統(tracking system)。使用本發明之簡便的具有重複的線狀構造形狀之線性的(linear)的光學片材1片，即可實現2.7倍聚光。依據本發明，可提供一種對南中高度的偏差±23度之直達光，能達成超過2倍的聚光度(light-gathering degree)之太陽電池模組。
其次，上述框架構件9而言，很適合採用對衝擊、風壓或積雪之強度優異、具有耐氣候性、且本身為輕量之鋁合金、不銹鋼等。藉由以此等材料所形成之框架構件9，而將被板1、2所夾持之構造體外周按包圍之方式安裝，並利用螺栓加以固定。
本發明之太陽電池模組，係經由具有橡膠狀的彈性之光透性彈性物構件3，而利用按壓進行太陽電池元件之壓接者，惟其時的按壓之壓力為0.01MPa以上5.0MPa以下，特佳為0.05MPa以上2.0MPa以下的範圍。如按壓之壓力在未達0.01MPa時，則太陽電池元件未被固定化，有所入射之太陽光的一部分不能採取於元件中之可能性，而且有難於將太陽電池元件的溫度上升從太陽電池元件的背面散熱之可能性。另一方面，如按壓的壓力大於5.0MPa時，則不能緩和因溫度升降時的線膨脹係數的差異所引起之變形，特別是採用第2圖之聚光型太陽電池的光學片材時，則有本身為光透性彈性物之光學片材變形且致聚光功 能劣差之可能性。再者，在太陽電池元件的厚度在120μm以下之情形，則有太陽電池元件破損之可能性。
本發明之太陽電池模組，可經由上述間隔物構件6而將使太陽光入射之透明構件的板1、及太陽光入射的相反側之熱傳導性構件的板2的外邊緣部加以保持。該間隔物構件6需具備之性能而言，將使太陽光入射之透明構件的板1，與熱傳導性構件的板2之間的距離保持為一定，藉以控制上述橡膠狀的具有彈性之光透性彈性物構件3對上述太陽電池元件4之按壓的壓力之功能，而作為材料而言，可舉鋁等的金屬或硬質樹脂等。在此，為間隔物構件之對板上的接合，可採用聚矽氧橡膠或丁基橡膠。
於本發明之太陽電池模組中，可於上述熱傳導性構件的板2與上述太陽電池元件4之間，設置上述熱傳導性彈性物層5，惟該層可作為片材而配設，亦可作為塗佈層而形成。如設置此種熱傳導性彈性物層5時，則可緩和‧吸收因熱傳導性構件的板2與太陽電池元件4的線膨脹係數的差異所引起之變形、或者因提升與熱傳導性構件的板2之間的黏著性之故，可有效散熱所發生之熱。
此種熱傳導性彈性物層5，較佳為熱傳導率0.2W/m‧K以上5W/m‧K以下(ASTM E1530)，特佳為0.5至5W/m‧K之聚矽氧橡膠硬化物。如熱傳導率小於0.2W/m‧K以下，則有需要提高上述熱傳導性構件的盤2與上述太陽電池元件4之間的熱壓接溫度，或延長壓接時間(compression bonding time)，而發生效率上不利的情 形。如在超過5W/m‧K時，則由於熱傳導性彈性物層的硬度會增高之故，難於加工為片材狀之同時，將難於進行與太陽電池元件之間的均勻的壓接。
又，此種熱傳導性彈性物層5的厚度較佳為200μm以上700μm以下，特佳為300μm以上500μm以下的厚度。如厚度在200μm以下時，則不能迅速進行從太陽電池元件往熱傳導性彈性物層的熱移動，而有難於抑制太陽電池元件的溫度上升之可能性。如厚度在700μm以上時，則有不能迅速進行從熱傳導性彈性物往熱傳導構件的熱移動之可能性。
為形成此種熱傳導性彈性物層5之用的組成物，如於有機聚矽氧烷100質量份中，至少添加選自碳、金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物1種10至1,600質量份，則可製得。此等的具體例而言，可例示：金屬則為銀粉、銅粉、鐵粉、鎳粉、鋁粉等，金屬氧化物則鋅、鎂、鋁、矽、鐵等的氧化物，金屬氮化物則硼、鋁、矽等的氮化物，金屬碳化物則矽、硼等的碳化物。
必要時，亦可於上述熱傳導性彈性物組成物中，添加著色顏料、耐高溫性提升劑、阻燃性提升劑、受酸劑等的各種添加劑、或者亦可作為分散劑而添加各種烷氧基矽烷、二苯基矽烷二醇、碳功能矽烷(corbon-functional silane)、含矽烷醇基矽氧烷等。
此種熱傳導性彈性物組成物，如將上述成分，採用雙輥、班伯里混煉機、捏合機、行星式混煉機(planetary mixer)等的混煉機加以均勻混合，需要時在100℃以上的溫度下熱處理，則可製得。
又，使此種熱傳導性彈性物組成物硬化以作成橡膠彈性體之硬化劑而言，使用為通常聚矽氧橡膠組成物之硬化所使用之以往周知者，此乃可例示：為游離基反應(radical reaction)所使用之二第三丁基過氧化物、2,5-二甲基-2,5-二(第三丁基過氧化)己烷、二異丙苯基過氧化物等的有機過氧化物，如作為加成反應硬化劑而有機聚矽氧烷具有鏈烯基之情形，可例示：為一分子中含有2個以上經與矽原子結合之氫原子之有機氫聚矽氧烷與鉑族金屬系觸媒所成者，如作為縮合反應硬化劑而有機聚矽氧烷含有矽烷醇基之情形，可例示：具有烷氧基、乙醯氧基、酮肟基、丙烯氧基等的水解性之基2個以上之有機矽化合物等，惟此等之添加量則作成與通常的聚矽氧橡膠組成物同樣方式即可。
此種熱傳導性彈性物組成物而言，可採用可成鏡面型聚矽氧橡膠組成物及液狀型聚矽氧橡膠組成物之任一種。從作業性、成型加工性的觀點來看，較佳為有機過氧化物硬化型或加成反應硬化型的熱傳導性聚矽氧橡膠組成物。
使上述熱傳導性彈性物組成物硬化，藉以形成熱傳導性彈性物層為宜。
[實施例]
以下，舉示實施例、參考例以及比較例，以具體方式說明本發明內容，惟本發明並不因下述之實施例而有所限制。
[參考例1]光透性彈性物構件之製作
由二甲基矽氧烷單元99.475莫耳%、甲基乙烯基矽氧烷單元0.50莫耳%、二甲基乙烯基矽氧烷單元0.025莫耳%所成，添加平均聚合度為6.000之有機聚矽氧烷100質量份、BET(布魯瑙厄-埃梅特-泰勒法)比表面積300m2/g的二氧化矽(商品名：AEROSIL 300、日本AEROSIL(股)製)70質量份、作為分散劑之六甲基二矽氮烷16質量份、水4質量份後，使用捏合機進行混煉，在170℃下實施加熱處理2小時，以調製化合物(compound)。
對上述化合物100質量份，作為加成交聯硬化劑而將C-25A(鉑觸媒)/C-25B(有機氫聚矽氧烷)(均為信越化學工業(股)製)分別0.5質量份/2.0質量份使用雙輥混煉後添加，經均勻混合後，依120℃，70kgf/cm2之條件進行預硬化(precure)10分鐘，接著在200℃下進行後硬化(postcure)4小時，以成型厚度2mm的試驗用片材。
[實施例1]太陽電池模組(1)之製作
採用經於參考例1中所成型之光透性彈性物構件，以製作太陽電池模組。亦即，於對光入射面側的厚度3.2mm的白板強化玻璃的光入射面成為相反面的外周部內側，按 畫框狀方式配置帶狀丁基橡膠製密封構件。接著，沿著經配置為該畫框狀之丁基橡膠製密封構件內側，配置鋁合金製的間隔物構件。在此情形，於該間隔物構件與上述光入射面側的白板強化玻璃之間，配置聚矽氧橡膠製密封構件。接著，於上述間隔物構件內方，將上述光透性彈性物構件及太陽電池元件，按上述白板強化玻璃與上述光透性彈性物構件能相接觸之方式加以設置。接著，作為熱傳導性彈性物，將信越化學工業(股)製散熱聚矽氧片材TC-20A(厚度0.2mm，熱傳導率1.1W/m‧K)，按能與上述太陽電池元件的光入射面的相反側相接觸之方式加以配置。接著，將上述白板強化玻璃之外之白板強化玻璃，配置於對上述熱傳導性彈性物的光入射側成為相反側。在此情形，於上述間隔物構件與該另一白板強化玻璃之間使聚矽氧橡膠製的密封構件介在中間，並以夾住該間隔物構件及上述丁基橡膠製密封構件之方式加以接合。又在進行接合時，為防止水分之混入起見，且為提升丁基橡膠製密封構件之密封性能起見，在110Pa的真空下於加熱為約120℃下採用真空層合機裝置以進行接合。再者，按能對上述太陽電池元件施加約0.5MPa的壓力之方式，將光入射面側及其相反面側的白板強化玻璃藉由字型的鋁合金製的框架而進行固定，以製作太陽電池模組(1)。在此，由於此情形係太陽光入射面和其相反側的面之雙面將成為玻璃的構造之故，以與通常採用雙面玻璃的構造之雙面受光型模組同樣方式，從兩玻璃之間取出電極並進行佈線。
[實施例2]太陽電池模組(2)之製作
除作為熱傳導性彈性物而採用信越化學工業(股)製散熱聚矽氧片材TC-45A(厚度0.45mm，熱傳導率1.1W/m‧K)以外，其餘則以與實施例1同樣方式製作太陽電池模組(2)。
[實施例3]太陽電池模組(3)之製作
除作為熱傳導性彈性物而採用信越化學工業(股)製散熱聚矽氧片材TC-45BG(厚度0.45mm，熱傳導率5.0W/m‧K)以外，其餘則以與實施例1同樣方式製作太陽電池模組(3)。
將實施例1至3的熱傳導性彈性物對太陽電池元件上的緊密黏附性，及太陽電池元件中所發生之熱的散熱性之結果，表示於表1中。
1‧‧‧透明構件的板
2‧‧‧熱傳導性構件的板
3‧‧‧光透性彈性物構件
3a‧‧‧剖面半球狀頭部
3b‧‧‧剖面反向圓錐台狀柱部
4‧‧‧太陽電池元件
5‧‧‧熱傳導性彈性物層
6‧‧‧間隔物構件
7‧‧‧密封構件
8‧‧‧密封構件
9‧‧‧框架構件
第1圖：有關本發明之一實施例之太陽電池模組的部分省略之剖面圖。
第2圖：經採用聚光型太陽電池之光學片材之有關本發明之其他實施例之太陽電池模組的部分省略之剖面圖。

Claims (11)

  1. 一種太陽電池模組，其特徵為：於使太陽光入射之透明構件的板與經配置於太陽光入射的相反側之熱傳導性構件的板之間的空隙，以於太陽光入射側配置光透性彈性物構件，並且僅藉由該光透性彈性物構件而將太陽電池元件按壓於上述熱傳導性構件的板側而該太陽電池元件壓接於熱傳導性構件的板側且被固定之狀態，介設光透性彈性物構件及太陽電池元件所成者。
  2. 如申請專利範圍第1項之太陽電池模組，其中於熱傳導性構件的板與太陽電池元件之間介設有熱傳導性彈性物層。
  3. 如申請專利範圍第2項之太陽電池模組，其中熱傳導性彈性物層係由熱傳導率0.2W/m‧K以上5W/m‧K以下的熱傳導性聚矽氧橡膠所形成。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項之任一項之太陽電池模組，其係具備於透明構件的板與熱傳導性構件的板之間的空隙端部配設、該透明構件的板與熱傳導性構件的板之間的距離保持為一定的間隔物構件、與透明構件的板與熱傳導性構件的板的外邊緣部間跨設的固定兩個板之框架構件。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項之太陽電池模組，其中熱傳導性構件的板，係由玻璃材、合成樹脂材、金屬材或此等的複合材料所形成。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項之太陽電池模 組，其中太陽電池元件係由矽材料所形成。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項之太陽電池模組，其中光透性彈性物構件，係由聚矽氧橡膠組成物的硬化物所形成。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項之太陽電池模組，其中光透性彈性物構件，係聚光型太陽電池的光學片材。
  9. 一種太陽電池模組之製造方法，其特徵為：於使太陽光入射之透明構件的板上依序層合光透性彈性物構件與太陽電池元件，再覆蓋太陽電池元件，以僅藉由上述光透性彈性物構件而將太陽電池元件按壓於熱傳導性構件的板側而該太陽電池元件壓接且固定於熱傳導性構件的板側之方式配置熱傳導性構件的板。
  10. 如申請專利範圍第9項之太陽電池模組之製造方法，其中於使太陽光入射之透明構件的板外周部配置密封構件，於其內側配置間隔物構件，並於其內方配置光透性彈性物與太陽電池元件之後，配置熱傳導性板，進而於透明構件的板與熱傳導性構件的板的外邊緣部間跨設有框架構件以固定兩個板。
  11. 如申請專利範圍第9項或第10項之太陽電池模組之製造方法，其係覆蓋上述太陽電池元件以配置熱傳導性彈性物，並於其上配置上述熱傳導性構件的板。
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