DE10134901B4 - Transmissives Dünnschicht-Solarzellenmodul mit einem lichtdurchlässigen Substrat, einem lichtdurchlässigen Abschnitt und einer lichtdurchlässigen Abdichtschicht - Google Patents

Transmissives Dünnschicht-Solarzellenmodul mit einem lichtdurchlässigen Substrat, einem lichtdurchlässigen Abschnitt und einer lichtdurchlässigen Abdichtschicht Download PDF

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Abstract

Transmissives Dünnschicht-Solarzellenmodul (1) mit:
– einem lichtdurchlässigen Substrat (2);
– einer Vorderseitenelektrode-Schicht (3);
– einer Schicht für fotovoltaische Wandlung (4);
– einer Rückseitenelektrode-Schicht (7), wobei diese drei Schichten aufeinander folgend auf das Substrat (2) auflaminiert sind, um eine Solarzelle zu bilden;
– einem lichtdurchlässigen Abschnitt (9), der von der Vorderseitenelektrode-Schicht (3) über die Schicht für fotovoltaische Wandlung (4) und die Rückseitenelektrode-Schicht (7) verläuft; und
– einer lichtdurchlässigen Abdichtschicht (10, 30), die die Rückseitenelektrode-Schicht (7) bedeckt;
– wobei die Abdichtschicht (10, 30) im Nahinfrarot-Wellenlängenbereich von 1500 bis 2000 nm ein Lichtabsorptionsvermögen von 40% oder mehr aufweist, aus einer Glasplatte (30a) mit einem Zinkoxidfilm (30b) oder einem Laminatfilm aus einem Zinkoxidfilm (30b) und einem Silberfilm auf einer Oberfläche der Glasplatte (30a) besteht und innerhalb eines Bereichs sichtbaren Lichts von 400 bis 800 nm über ein Lichttransmissionsvermögen von 70% oder mehr verfügt, und wobei die Abdichtschicht...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Dünnschicht-Solarzellenmodul, genauer gesagt ein derartiges Modul mit einem Solarzellenelement mit einer Schicht für fotovoltaische Wandlung.
  • Module in dieser Beschreibung bedeuten mehrere auf einem Substrat ausgebildete Solarzellen, die elektrisch miteinander verbunden sind.
  • US 5 176 758 A beschreibt ein lichtdurchlässiges Fotovoltaikbauelement zur Energieerzeugung, das einen Energie erzeugenden Film mit einem Substrat aufweist, eine Mehrzahl von Halbleiterschichten und eine transparente leitfähige Oxidschicht mit einem auf ihrer Oberfläche haftenden Gitter. Aperturen treten durch die lichtundurchlässigen Halbleiterschichten, um Licht passieren zu lassen. Der Energie erzeugende Film ist auf jeder Seite auf einer transparenten Glasplatte angebracht, um das Fotovoltaikbauelement auszubilden.
  • US 5 800 631 A betrifft ein Solarzellenmodul mit einem bestimmten die Rückseite bedeckenden Material und einem Verfahren zum Herstellen des Solarzellenmoduls. Das Solarzellenmodul weist einen gestapelten Körper auf, der ein fotovoltaisches Element beinhaltet, welches zwischen einem Vorderseitenabdeckungsmaterial und einem Rückseitenabdeckungsmaterial mit einer aufgeschäumten Materialschicht angeordnet ist. Die aufgeschäumte Materialschicht wird durch Aufschäumen eines ungeschäumten Materials während der Herstellung des gestapelten Körpers erzeugt.
  • JP 07-297 435 A beschreibt ein Solarbatteriepaneel. Das Solarbatteriepaneel umfasst einen Wärmeisolator, der eng mit der Oberfläche des Paneels gegenüber der Lichtempfangsoberfläche einer Solarzelle verknüpft ist, wobei die Solarzelle eine amorphe Halbleiterschicht aufweist, die auf einem lichtdurchlässigen Substrat ausgebildet ist. Das Paneel ist in einen Aluminiumrahmen eingebracht und in diesem festgemacht unter Verwendung von Butylkautschuk.
  • JP 07-202 230 A betrifft eine Solarzellenbatterie mit einer natürlichen Wiederherstellungsfunktion nach Degradation. Ein lichtdurchlässiges Oberflächenschutzmaterial und ein Rückseitenschutzmaterial sind über einen Haftvermittler mit einer amorphen Siliziumsolarzellenbatterie verbunden. Hierbei wird eine blaue Glasplatte als lichtdurchlässiges Oberflächenschutzmaterial verwendet und Tedlar(R) wird als Rückseitenschutzmaterial verwendet. Danach werden thermische Isolatoren über einen Haftvermittler mit den Schutzmaterialien verknüpft. Als Haftvermittler wird ein Silizium-basiertes Dichtmittel verwendet und als thermische Isolatoren wird Urethankautschuk verwendet. Ein Aluminiumrahmen wird auf dem thermischen Isolator mittels Silizium-basiertem Dichtmittel angebracht und Elektroden werden herausgeführt.
  • JP 01-100 975 A betrifft ein fotovoltaisches Bauelement. Der größere Anteil der Lichtenergie von Solarstrahlen wird in Wärme umgesetzt. Diese Wärme wird einem Wärmespeichermittel zugeführt, das thermisch in Kontakt mit einem Rückseitenschutzelement ist, und gespeichert. Ein optischer Wandler der durch Lichtbestrahlung während des Tages degradiert, wird einer thermischen Ausheilung durch Wärmeübertragung aus dem Wärmekapazitätselement unterzogen und die optische Verschlechterung einer aktiven Schicht wird vor der Lichtbestrahlung am nächsten Tag rückgängig gemacht.
  • JP 09-162 435 A betrifft einen Filter für eine Solarbatterie. Auf einer oder beiden Seiten einer transparenten Grundmaterialschicht werden Infrarotabschirmungsschichten ausgebildet, die aus Wellenlängen-selektiven lichtdurchlässigen Mitteln bestehen, welche aus Zinkoxiden oder ähnlichem Material aufgebaut sind, die Lichtstrahlen L1 (1200 < L1 < 300 nm oder 1200 ≤ L1 ≤ 3000 nm) im Wellenlängenbereich von wenigstens 1200–300 nm abschneiden.
  • JP 07-183 550 A betrifft eine amorphe Halbleitersolarzellenstruktur, die im Wesentlichen aus einer blauen Glasplatte ausgebildet ist, auf welche Zinnoxid abgeschieden ist. Somit dient eine Glasplatte/Zinnoxid als Substrat und eine p-Typ Halbleiterschicht, eine i-Typ Halbleiterschicht, eine n-Typ Halbleiterschicht, eine p-Typ Halbleiterschicht, eine i-Typ Halbleiterschicht und eine n-Typ Halbleiterschicht werden oft sukzessive beschichtet. Für eine zweite Elektrodenschicht ist es von Vorteil, falls ein im Wesentlichen intrinsischer Halbleiterdünnfilm, auf den das Sonnenlicht einfällt, 15 bis 50 Atom-% Wasserstoff enthält, und es ist ebenso von Vorteil, falls ein zweiter, im Wesentlichen intrinsischer Halbleiterdünnfilm 0.5 bis 15 Atom-% Wasserstoff enthält und eine erste und eine zweite Halbleiterschicht, eine erste und eine zweite n-Typ Halbleiterschicht und eine erste und eine zweite Elektrode werden so angeordnet, dass obiger Aufbau erzielt wird.
  • JP 08-078 714 A betrifft ein elektromotorisches Bauelement. Eine erste SiO2-Schicht und eine zweite SiO2-Schicht, die durch ein Niedertemperatur-CVD-Verfahren mit Si(NCO)4 + H2O ausgebildet werden, werden zwischen eine blaue Glasplatte und eine transparente Elektrode sowie zwischen eine transparente Elektrode und einen a-Si-Film, der eine fotoelektrische Wandlungsschicht darstellt, eingelegt.
  • Erste und zweite Grenzflächenschichten (SiO2/SnO2-Mischschicht), deren Anteil an SnO2 mit zunehmender Annäherung an die Seite der transparenten Elektrode von der Seite der ersten und zweiten SiO2-Schicht zunimmt, werden zwischen die erste SiO2-Schicht und die transparente Elektrode und zwischen die transparente Elektrode und die zweite SiO2-Schicht eingelegt.
  • US 4 392 009 A betrifft ein Solarleistungsmodul. Das Solarleistungsmodul umfasst ein Solarzellenfeld, das auf einem flachen Paneel angebracht ist, wobei das Paneel durch einen im Wesentlichen festen, leicht montierbaren Rahmen gestützt wird, der voneinander entfernte Seitenkanäle aufweist, die jeweils mit benachbarten Kanälen verzahnen.
  • JP 2000-174 311 A betrifft ein Dünnfilmsolarzellenmodul. Ein wärmeisolierender Abstandshalter mit einem thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten von 10–3 W/cm°C oder weniger wird zwischen eine Solarzelle und einen Aluminiumrahmen gebracht. Darüber hinaus wird ein Abdichtungsmaterial aus Butylkautschuk zur Verbesserung der Haftfähigkeit und zum Schutz einer Stirnseite der Solarzelle zwischen die Solarzelle und den wärmeisolierenden Abstandshalter gebracht. Auf diese Weise wird die Solarzelle mechanisch vom Aluminiumrahmen in einem Bereich innerhalb eines Randbereichs im Umfang der Solarzelle gestützt.
  • US 5 128 181 A betrifft ein Konstruktionselement. Das Element umfasst zwei Scheiben, eine thermische Isolationsschicht, die zwischen den Scheiben ausgebildet ist, und eine Scheiben-ähnliche fotovoltaische Einheit, die zwischen der einen Scheibe und der thermischen Isolationsschicht angeordnet ist und aus einem transparenten Halbleitermaterial bestehen kann. Mit diesem Aufbau des Elements ist die Solarenergie optimal als Licht- und thermische Energie gemäß ihrer spektralen Verteilung verfügbar und nach Umwandlung über das fotovoltaische Element ebenso als elektrische Energie.
  • Dünnschicht-Solarzellenmodule benötigen kleinere Mengen an Halbleitermaterial als Solarzellenmodule unter Verwendung von Kristallwafern. Auch können sie auf billigen Substraten, wie Glassubstraten, Metallsubstraten und dergleichen, durch einen Niedertemperaturprozess hergestellt werden. Daher ist zu erwarten, dass der Preis von Dünnschicht-Solarzellenmodulen weiter fällt.
  • Hinsichtlich Dünnschicht-Solarzellenmodulen befinden sich solche aus amorphem Silicium unter aktiver Entwicklung, da sie dahingehend vorteilhaft sind, dass ihr Ausgangsmaterial, Silicium, im Überfluss vorhanden ist und harmlos ist und damit die Umwelt nicht beeinträchtigt, wie Solarzellenmodule aus Verbindungshalbleitern unter Verwendung von Cd und Se.
  • Hinsichtlich Solarzellenmodulen aus amorphem Silicium werden auch transmissive Dünnschicht-Solarzellenmodule entwickelt, die zusätzlich zur Stromerzeugungsfunktion Lichtaufnahmefunktion dahingehend aufweisen, dass sie einen Teil des einfallenden Lichts zur Rückseite durchlassen.
  • Im Allgemeinen werden Solarzellenmodule aus amorphem Silicium grob entsprechend ihrer Struktur in die folgenden zwei Typen eingeteilt.
  • Beim einen Typ ist ein transparenter, elektrisch leitender Film aus SnO2, ITO, ZnO oder dergleichen auf einem lichtdurchlässigen, isolierenden Substrat aus Glas oder dergleichen ausgebildet. Auf den transparenten, elektrisch leitenden Film sind eine p-, eine i- und eine n-Schicht aus amorphen Halbleitern sequenziell auflaminiert, um eine Schicht für fotovoltaische Wandlung zu bilden, auf der ein transparenter, elektrisch leitender Film aus ITO, ZnO oder dergleichen und ein Metallfilm aus Ag, Al oder dergleichen sequenziell auflaminiert sind, um eine Rückseitenelektrode zu bilden.
  • Beim anderen Typ ist ein transparenter, elektrisch leitender Film aus ITO, ZnO oder dergleichen auf einem Metallsubstrat ausgebildet. Auf diesen sind eine p-, eine i- und einen n-Schicht aus amorphem Silicium auflaminiert, um eine Schicht für fotovoltaische Wandlung zu bilden, auf der ein transparenter, elektrisch leitender Film aus SnO2, ITO, ZnO oder dergleichen ausgebildet ist.
  • Bei Solarzellenmodulen aus amorphem Silicium unter Verwendung lichtdurchlässiger, isolierender Substrate aus Glas oder dergleichen werden typischerweise die zwei folgenden Prozesse dazu verwendet, einen lichtdurchlässigen Abschnitt zum Durchlassen eines Teils des einfallenden Lichts auszubilden.
  • Der eine ist ein Nassprozess, bei dem die Rückseitenelektrode teilweise auf der Schicht für fotovoltaische Wandlung ausgebildet wird und die gegenüber der Rückseitenelektrode freiliegende Schicht für fotovoltaische Wandlung unter Verwendung der Rückseitenelektrode als Maske weggeätzt wird.
  • Der andere ist ein Trockenprozess, bei dem die Schicht für fotovoltaische Wandlung und die Rückseitenelektrode gleichzeitig durch einen Laserschreibvorgang teilweise entfernt werden.
  • Nachdem der lichtdurchlässige Abschnitt auf diese Weise durch einen der Prozesse hergestellt wurde, wird die Seite mit der Rückseitenelektrode dadurch abgedichtet, dass eine Glasplatte durch einen Kleber, wie EVA (Ethylenvinylacetat) oder PVB (Polyvinylbutyral) oder dergleichen, aufgeklebt wird.
  • Zu Materialien zum Abdichten der Seite mit der Rückseitenelektrode gehören ein Füllstoff aus EVA oder PVB, eine transparente PVB-Folie, eine PET/Aluminiumfilm/PET-Laminatfolie, eine transparente Rückseitenfolie aus Tedlar(R) (Du pont) zusätzlich zur Glasplatte.
  • Das so hergestellte transmissive Dünnschicht-Solarzellenmodul wird zur Verwendung im Freien mit einem Rahmen aus Aluminium, rostfreiem Stahl oder dergleichen, der an seinem Umfang angebracht ist, platziert.
  • Typischerweise verfügt ein transmissives Dünnschicht-Solarzellenmodul (nachfolgend einfach als ”transmissives Modul” bezeichnet) über einen lichtdurchlässigen Abschnitt, der ungefähr 1 bis 50% einer Energieerzeugungsfläche belegt, weswegen es über einen geringeren Energieerzeugungs-Wirkungsgrad pro Einheitsfläche als ein Dünnschicht-Solarzellenmodul vom nicht-transmissiven Typ (nachfolgend einfach als ”nicht-transmissives Modul” bezeichnet) verfügt.
  • Demgemäß müssen zum Erzeugen einer bestimmten Energiemenge mehr transmissive Module als nicht-transmissive Module installiert werden, die dann eine größere Installationsfläche belegen.
  • Unter den vorstehend beschriebenen Umständen ist es wünschenswert, dass transmissive Module einen besonders hohen Energieerzeugungs-Wirkungsgrad aufweisen.
  • Andererseits leiden typische Solarzellenmodule aus amorphem Silicium unter einer Beeinträchtigung des Wandlungswirkungsgrads in einem frühen Stadium, die als Staebler-Wronski-Effekt (nachfolgend als ”Fotobeeinträchtigung” bezeichnet) bezeichnet wird.
  • Die Fotobeeinträchtigung ist ein Problem, wenn ein Halbleiter in Form amorphen Siliciums für die Schicht für fotovoltaische Wandlung eines Solarzellenmoduls verwendet wird, das im Freien Energie aus Sonnenlicht erzeugt.
  • Es wurde bisher kein Verfahren zum vollständigen Beseitigen der Fotobeeinträchtigung bei Solarzellenmodulen aus amorphem Silicium aufgefunden. Jedoch ist ein Verfahren zum Verringern der Fotobeeinträchtigung zum Verringern der Dicke der Halbleiterschicht aus amorphem Silicium in einem Modul mit gestapelten Solarzellen von Tandem- oder Dreifachstruktur bekannt, bei dem Einheitszellen in zwei oder drei Schichten aufgestapelt werden.
  • Es ist bekannt, dass sich der durch die Fotobeeinträchtigung abgesenkte Energieerzeugungs-Wirkungsgrad beim Erhöhen der Temperatur von Solarzellenmodulen aus amorphem Silicium wiederholt (als ”Temperungseffekt” bezeichnet). Dieser Temperungseffekt kann bei Temperaturen von ungefähr 40°C beobachtet werden, jedoch ist er bei höheren Temperaturen verstärkt. Z. B. ist es bekannt, dass sich der Energieerzeugungs-Wirkungsgrad bei einer Temperatur von ungefähr 70°C oder höher stark erholt.
  • Die Temperaturabhängigkeit der Ausgangsleistung von Solarzellenmodulen aus amorphem Silicium ist beträchtlich kleiner als die von Solarzellenmodulen aus kristallinem Silicium. Die Ausgangsleistung von Solarzellenmodulen aus amorphem Silicium nimmt um ungefähr 0,1 bis 0,2% ab, wenn die Temperatur um ungefähr 1°C ansteigt. Daher ist, wenn amorphe Solarzellenmodule unter hoher Temperatur verwendet werden, der Energieerzeugungs-Wirkungsgrad verbessert, da der Effekt aus der Erholung der Fotobeeinträchtigung stärker als der aus dem Abfall durch die erhöhte Temperatur ist.
  • Anders gesagt, ist die Fotobeeinträchtigung verringert, und es kann eine hohe Ausgangsleistung erzielt werden, wenn Solarzellenmodule aus amorphem Silicium bei hoher Temperatur für eine Erholung der Fotobeeinträchtigung verwendet werden.
  • Als spezielles Verfahren zum Nutzen dieser Temperaturcharakteristik von Solarzellenmodulen aus amorphem Silicium hinsichtlich einer Verringerung der Fotobeeinträchtigung ist allgemein ein Verfahren bekannt, bei dem die Abstrahlung von Wärme aus Sonnenlicht von der Rückseite der Module dadurch unterdrückt wird, dass an der Rückseite ein Wärmeisolator angebracht wird (siehe z. B. JP 04-71276 A ).
  • Jedoch bestehen bei dieser bekannten Technik die folgenden Probleme.
  • Das Anbringen eines Wärmeisolators an der Rückseite von Solarzellenmodulen aus amorphem Silicium (nachfolgend einfach als ”Solarzellenmodule” bezeichnet) bringt die höchste Temperatur der Solarzellenmodulen während eines Sommertags auf ungefähr 70°C. Jedoch überschreitet die Temperatur der Solarzellenmodulen während anderer Jahreszeiten ungefähr 70°C nicht.
  • Ferner ist es bekannt, dass dann, wenn ein vorstehend beschriebenes Solarzellenmodul mit Wärmeisolator an seinem Umfang mit einem Rahmen zum Verstärken seiner Stabilität versehen wird, die Wärmeleitung vom Modul zum Rahmen ansteigt.
  • Das heißt, dass die Wärme des Solarzellenmoduls, insbesondere an seinem Umfang, zu seinem Rahmen geleitet und dann von diesem an die Luft abgestrahlt wird. Aus diesem Grund ist die Temperatur am Umfang eines Solarzellenmoduls, der sich nahe am Rahmen befindet, häufig um ungefähr 20°C niedriger als die Temperatur in der Mitte des Moduls.
  • Das Dokument JP 11-103 086 A offenbart ein Verfahren zum Unterdrücken der Wärmeleitung zum Rahmen durch Anbringen eines Wärmeisolators zwischen dem Solarzellenmodul und dem Rahmen.
  • Jedoch bestehen bei dieser bekannten Technik die folgenden Probleme.
    • (1) Das Einfügen einer Wärmeisolierung zwischen dem Solarzellenmodul und dem Rahmen verringert die Installationsstabilität des Moduls und die mechanische Festigkeit desselben.
    • (2) Der Wärmeisolator wird häufig aus Polystyrol hergestellt, was zu Umweltverschmutzung führen kann, oder aus Polyurethan, Polyethylen oder dergleichen, was die Gefahr der Erzeugung von Dioxin während der üblichen Abfallverbrennung beinhaltet. Diese Materialien sind für Solarzellenmodule, die auf einer großen Fläche installiert werden, z. B. auf einem Dach, nicht geeignet. Andererseits müssen, wenn PET oder ein Phenolharz, die nur mit geringer Wahrscheinlichkeit zu Umweltverschmutzung führen, zur Wärmeisolierung verwendet werden, dieselben mit einer Dicke von 20 cm oder mehr hergestellt werden, um die Temperatur eines Moduls mit großer Fläche aufrechtzuerhalten, da die Wärmeisolierkoeffizienten der Materialien ungefähr 0,3 betragen. Daher nimmt die Größe des Moduls selbst in nachteiliger Weise zu, und beim Ausrangieren des Moduls fällt viel Wärmeisolator als Abfall an.
    • (3) Der Wärmeisolator wird im Allgemeinen durch einen Kleber mit der Rückseite des Moduls verbunden, wodurch zusätzliche Arbeitszeit nach der Herstellung des Moduls erforderlich ist. Darüber hinaus ist das Ankleben des Wärmeisolators an das Modul häufig unzureichend, weswegen der Kleber durch Eindringen von Wasser oder dergleichen während Langzeitbetrieb im Freien beeinträchtigt wird, wodurch sich die Funktion des Solarzellenmoduls verschlechtert. Um eine solche Beeinträchtigung zu unterdrücken, muss eine Zusatzschicht aus einer wasserdichten Lage angebracht werden, was die Her stellkosten weiter erhöht.
    • (4) Der Umfang des Solarzellenmoduls muss abgedichtet werden, um ein Eindringen von Wasser in die Halbleiterschicht zu verhindern. Wenn der zwischen das Solarzellenmodul und den Rahmen eingefügte Wärmeisolator unzureichende Wetterbeständigkeit aufweist, besteht die Tendenz, dass sich die Abdichtungseigenschaften des Wärmeisolators wegen einer Beeinträchtigung desselben durch Licht stark verschlechtern, weswegen die Ausgangsleistung der Solarzelle abnimmt. Insbesondere dann, wenn als Wärmeisolator ein expandiertes Harz mit hervorragenden Wärmeisoliereigenschaften verwendet wird, nehmen die Installationsstabilität und die Abdichtungseigenschaften stark ab.
  • Die vorstehend beschriebenen bekannten Techniken zum Anbringen eines Wärmeisolators an der Rückseite eines Solarzellenmoduls sowie zwischen diesem und dem Rahmen sind nicht für transmissive Module vorgesehen. Demgemäß wurden in Allgemeinen undurchsichtige Wärmeisolatoren verwendet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dünnschicht-Solarzellenmodul mit verringerter Fotobeeinträchtigung und großer Ausgangsleistung zu schaffen.
  • Diese Aufgabe ist durch das Modul gemäß dem beigefügten unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen veranschaulicht.
  • 1 ist ein vergrößerter Teilschnitt eines transmissiven Dünnschicht-Solarzellenmoduls gemäß einer Ausführungsform 1;
  • 2 ist eine Draufsicht zum Veranschaulichen des Moduls gemäß der Ausführungsform 1 mit an ihm angebrachtem Rahmen;
  • 3 ist eine teilgeschnittene Ansicht der Linie A-A in 2;
  • 4 ist ein vergrößerter Teilschnitt eines transmissiven Dünnschicht-Solarzellenmoduls gemäß einer Ausführungsform 2 der Erfindung;
  • 5 bis 8 sind vergrößerte Teilschnitte von transmissiven Dünnschicht-Solarzellenmodulen gemäß Ausführungsbeispielen 3, 4, 5 bzw. 6;
  • 9 ist ein vergrößerter Teilschnitt eines als Vergleichsbeispiel hergestellten transmissiven Dünnschicht-Solarzellenmoduls;
  • 10 ist ein schematischer Schnitt eines transmissiven Dünnschicht-Solarzellenmoduls gemäß einer anderen Ausführungsform;
  • 11 ist ein schematischer Schnitt eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls gemäß einer anderen Ausführungsform (Beispiel 1);
  • 12 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls gemäß einem Beispiel 2;
  • 13 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls gemäß einem Beispiel 3; und
  • 14 ist eine grafische Wiedergabe des spektralen Transmissionsvermögens lichtdurchlässiger Substrate gemäß einem Beispiel 3.
  • Durch die Erfindung ist ein transmissives Dünnschicht-Solarzellenmodul mit Folgendem geschaffen: einem lichtdurchlässigen Substrat; einer transparenten Vorderseitenelektrode-Schicht; einer Schicht für fotovoltaische Wandlung; einer Rückseitenelektrode-Schicht, wobei diese Schichten aufeinanderfolgend auf das Substrat auflaminiert sind, um eine Solarzelle zu bilden; einem lichtdurchlässigen Abschnitt, der von der Vorderseitenelektrode-Schicht durch die Schicht für fotovoltaische Wandlung und die Rückseitenelektrode-Schicht verläuft; und einer lichtdurchlässigen Abdichtschicht, die die Rückseitenelektrode-Schicht bedeckt und ein Lichtabsorptionsvermögen von 40% oder mehr innerhalb des Nahinfrarot-Wellenlängenbereichs von 1500 bis 2000 nm aufweist.
  • Die Abdichtschicht wird erfindungsgemäß aus einer Glasplatte mit einem Zinkoxidfilm oder einem Laminatfilm aus einem Zinkoxidfim und einem Silberfilm auf einer Oberfläche derselben hergestellt, und sie verfügt über ein Lichttransmissionsvermögen von 70% oder mehr innerhalb des Bereichs sichtbaren Lichts von 400 bis 800 nm. Da Zinkoxid und Silber auch Materialien für Rückseitenelektrode-Schichten von Solarzellenelementen sind, können derartige Glasplatten leicht hergestellt werden, ohne dass es erforderlich ist, neue Investitionen in Anlagen und Ausrüstung zu tätigen. Erfindungsgemäß ist die Abdichtschicht über einen Kleber mit der Rückseitenelektroden-Schicht verbunden.
  • Gemäß der Erfindung kann die Temperatur des Moduls angehoben werden, um den Temperungseffekt zu verbessern und die Fotobeeinträchtigung zu verringern, ohne dass die Lichtaufnahmefunktion verschlechtert wird.
  • Die Abdichtschicht wird beispielsweise aus einer blauen Glasplatte mit einem Lichttransmissionvermögen von 70% oder mehr innerhalb des Bereichs sichtbaren Lichts von 400 bis 800 nm hergestellt. Ein derartiges Glas wirkt als Wärme absorbierendes Glas.
  • Beispielsweise ist auch ein transmissives Dünnschicht-Solarzellenmodul mit Folgendem geschaffen: einem lichtdurchlässigen Substrat; einer transparenten Vorderseitenelektrode-Schicht; einer Schicht für fotovoltaische Wandlung; einer Rückseitenelektrode-Schicht, wobei diese Schichten aufeinanderfolgend auf das lichtdurchlässige Substrat auflaminiert sind, um eine Solarzelle zu bilden; einem lichtdurchlässigen Abschnitt, der von der Vorderseitenelektrode-Schicht über die Schicht für fotovoltaische Wandlung und die Rückseitenelektrode-Schicht verläuft; und einer lichtdurchlässigen Abdichtschicht, die die Rückseitenelektrode-Schicht bedeckt und aus Glas besteht, das 1 bis 50 Volumen-% Gas enthält.
  • Ein Glas, das ein Gas, wie Luft, enthält, verfügt über geringe Wärmeleitfähigkeit, weswegen zu erwarten ist, dass es einen Wärmeisoliereffekt zeigt. Gemäß der Erfindung kann solches Glas eine unmittelbare Abstrahlung von im Modul absorbierter Wärme von der Rückseite desselben verhindern und das Modul auf hoher Temperatur halten. Daher kann der Temperungseffekt verbessert werden, und die Fotobeeinträchtigung kann verringert werden.
  • Beispielsweise ist ein transmissives Dünnschicht-Solarzellenmodul mit Folgendem geschaffen: einem lichtdurchlässigen Substrat; einer transparenten Vorderseitenelektrode-Schicht; einer Schicht für fotovoltaische Wandlung; einer Rückseitenelektrode-Schicht, wobei diese Schichten aufeinanderfolgend auf das lichtdurchlässige Substrat auflaminiert sind, um eine Solarzelle zu bilden; einem lichtdurchlässigen Abschnitt, der von der Vorderseitenelektrode-Schicht über die Schicht für fotovoltaische Wandlung und die Rückseitenelektrode-Schicht verläuft; einer lichtdurchlässigen Abdichtschicht, die die Rückseitenelektrode-Schicht bedeckt; und einem lichtdurchlässigen Wärmeisolator, der das Substrat oder die Abdichtschicht bedeckt.
  • Beispielsweise kann verhindert werden, dass im transmissiven Modul absorbierte Wärme unmittelbar abgestrahlt wird, und das Modul kann auf hoher Temperatur gehalten werden. Daher kann der Temperungseffekt verbessert werden, und die Fotobeeinträchtigung kann verringert werden. Ferner nimmt die Lichtaufnahmefunktion nicht ab, da der Wärmeisolator lichtdurchlässig ist.
  • Beispielsweise besteht der Wärmeisolator aus einer Lage eines Silica-Aerogels. Da der Silica-Aerogel eine geringe Wärmeleitfähigkeit und hohes Transmissionsvermögen für sichtbares Licht aufweist, können sich der Wärmeisoliereffekt und die Lichtaufnahmefunktion maximal entwickeln.
  • Beispielsweise verfügt das transmissive Dünnschicht-Solarzellenmodul ferner über einen den Umfang des Moduls umgebenden Rahmen, der auf der Substratseite über höheres Wärmeemissionsvermögen als auf der Seite der Abdichtschicht verfügt. Die Verwendung eines derartigen Rahmens erhöht die Absorption von Sonnenlicht auf der Rahmenseite mit dem lichtdurchlässigen Substrat, d. h. auf der Lichtempfangsseite des Rahmens, und es wird die Wärmeabstrahlung von der Rahmenseite mit dem Abdichtelement, d. h. auf der Nicht-Lichtempfangsfläche des Rahmens, verringert. Dadurch wird vom Umfang des transmissiven Moduls weniger oder keine Wärme zum Rahmen geleitet, und die Temperatur am Umfang des Moduls steigt an. Daher wird der Temperungseffekt weiter verstärkt, und die Fotobeeinträchtigung wird verringert. Da die Wärmeabstrahlung vom Rahmen verringert wird, wird der Rahmen selbst warm. Daher muss zwischen dem Modul und dem Rahmen kein Wärmeisolierelement vorhanden sein wie beim Stand der Technik. Das transmissive Modul kann fest mit dem Rahmen verbunden werden.
  • Beispielsweise ist die Substratseite des Rahmens schwarz oder von dunkler Farbe mit einer Schattierung, die der der Schicht für fotovoltaische Wandlung ähnlich ist, und die Rahmenseite mit der Abdichtschicht ist silbrig oder weiß. Bei diesem Aufbau ist die Absorption von Sonnenlicht auf der Lichtempfangsfläche des Rahmens erhöht. Andererseits ist die Wärmeabstrahlung auf der Nicht-Lichtempfangsfläche des Rahmens verringert. Daher nimmt die Temperatur des Rahmens zu.
  • Beispielsweise ist ferner ein Dünnschicht-Solarzellenmodul mit einem Solarzellenelement mit einer Halbleiterschicht aus amorphem Silicium geschaffen, wobei auf der Lichtempfangsfläche und/oder der Nicht-Lichtempfangsfläche des Solarzellenelements eine Vakuumschicht ausgebildet ist.
  • Das Anbringen einer Vakuumschicht ermöglicht es, einen hohen Wärmeisoliereffekt zu erzielen. Die durch Lichteinstrahlung erhöhte Temperatur des Solarzellenelements wird auf einem hohen Wert gehalten, und daher kann der Temperungseffekt verstärkt sein. Dadurch wird die Fotobeeinträchtigung unterdrückt, und es wird eine hohe Ausgangsleistung erzielt. Darüber hinaus kann die vorgesehene Wärmeisolierung ausreichend sein, wenn die Abmessung (Dicke) der Vakuumschicht verringert ist. Die Größe des Moduls kann verringert werden, und es können Ressourcen zum Herstellen des Moduls eingespart werden.
  • Beispielsweise verfügt die Vakuumschicht über einen Innendruck über 1,33 hPa oder weniger. Wenn der Vakuumgrad der Vakuumschicht 1,33 hPa oder weniger ist, kann ein Wärmeisolierkoeffizient von 0,1 oder weniger erzielt werden.
  • Beispielsweise ist die Vakuumschicht auf der Nicht-Lichtempfangsfläche des Solarzellenelements vorhanden, und sie verfügt über einen solchen Aufbau, dass ein Kernelement in einen Harzfilm zur Vakuumabdichtung eingehüllt ist und der Innendruck auf 1,33 hPa oder niedriger gehalten wird. In diesem Fall kann der Wärmeisolierkoeffizient an der Nicht-Lichtempfangsfläche des Solarzellenelements auf 0,1 oder weniger gesenkt werden (ungefähr ein Drittel desjenigen üblicher Wärmeelemente). Dadurch kann selbst dann, wenn die Abmessung (Dicke) der Vakuumschicht auf der Nicht-Lichtempfangsfläche des Solarzellenelements verringert wird, der vorgesehene Wärmeisoliereffekt erzielt werden, und es kann der Einfluss der Fotobeeinträchtigung herabgedrückt werden. Auch kann die Größe des Moduls verringert werden, und es können Ressourcen zum Herstellen desselben eingespart werden, da die Abmessungen der Vakuumschicht verringert werden können.
  • Beispielsweise wird in Laminierschritt beim Abdichten der Nicht-Lichtempfangsfläche des Solarzellenelements die Vakuumschicht durch Vakuumabdichten des Harzfilms zur Vakuumabdichtung gleichzeitig mit der Laminatstruktur hergestellt. Das gleichzeitige Laminieren und Vakuumabdichten senken die Arbeitszeit beträchtlich. Ferner werden der Laminatfilm und der Film zum Herstellen der Vakuumschicht integral ausgebildet, und diese Filme werden durch Aufschmelzen bei verringertem Druck mit dem Harz verbunden. Daher weisen das Modul und die Vakuumschicht engeren gegenseitigen Kontakt auf.
  • Als Harzfilm zum Vakuumabdichten wird vorzugsweise ein solcher aus PET verwendet, auf dem Aluminium abgeschieden ist und der in einem Beutel hergestellt wird. Die Verwendung eines derartigen Harzfilms ermöglicht nicht nur ein gleichzeitiges Auflaminieren bei der Herstellung der Vakuum schicht, sondern es können auch zeitliche Änderungen des Drucks unterdrückt werden, die von der Abscheidung von Aluminium herrühren.
  • Der Harzfilm zur Vakuumabdichtung wird vorzugsweise durch ein transparentes Harz mit der Nicht-Lichtempfangsfläche des Solarzellenelements verbunden. Wenn als Kleber ein transparentes Harz verwendet wird, kann als Rückseiten-Füllstoff des Solarzellenelements ein EVA-Harz verwendet werden, und es kann für langzeitige Zuverlässigkeit des Moduls gesorgt werden.
  • Beispielsweise wird ein chemisches Absorptionsmittel, das große Mengen an Cyclopentan und Kohlendioxidgas adsorbieren kann und den Vakuumgrad auf 1,33 hPa oder niedriger halten kann, in die Vakuumschicht eingefüllt. Bei diesem Aufbau werden vom Kernelement freigesetzte Gase, wie Cyclopentan. adsorbiert, weswegen der Innendruck für lange Zeit auf 1,33 hPa gehalten werden kann.
  • Beispielsweise besteht das lichtdurchlässige Substrat auf der Lichtempfangsfläche des Solarzellenelements aus einem mehrschichtigen Glas mit einem Zwischenraum, in dem die Vakuumschicht ausgebildet ist. Dadurch kann Wärmeabstrahlung vom lichtdurchlässigen Substrat an der Lichtempfangsfläche unterdrückt werden.
  • Beispielsweise ist ferner ein Dünnschicht-Solarzellenmodul geschaffen, bei dem ein Rahmen am Modul angebracht ist, der auf seiner Lichtempfangsfläche größeres Wärmeemissionsvermögen als auf seiner Nicht-Lichtempfangsfläche aufweist.
  • Bei diesem Aufbau wird die Temperatur des Rahmens um das Modul herum durch Lichtabsorption erhöht, und die Temperatur des gesamten Module steigt an. Daher ist der Temperungseffekt verbessert, und die Fotobeeinträchtigung ist stark verringert.
  • Beispielsweise ist der Rahmen auf seiner Lichtempfangsfläche schwarz oder dunkel, mit einer ähnlichen Schattierung wie der der Halbleiterschicht aus amorphem Silicium, und auf seiner Nicht-Lichtempfangsfläche ist er weiß oder silbrig. Die Absorption von Sonnenlicht wird auf der Lichtempfangsfläche des Rahmens erhöht, und die Wärmeabstrahlung wird auf seiner Nicht-Lichtempfangsfläche verringert.
  • Beispielsweise ist der Rahmen auf seiner Lichtempfangsfläche schwarz oder dunkel, mit ähnlicher Schattierung wie der der Halbleiterschicht aus amorphem Silicium, und er ist auf seiner Nicht-Lichtempfangsfläche mit einer Wärmeisoliereinrichtung versehen. Die Absorption von Sonnenlicht ist auf der Lichtempfangsfläche des Rahmens erhöht, und die Wärmeemission ist auf seiner Nicht-Lichtempfangsfläche verringert.
  • Beispielsweise ist ein Dünnschicht-Solarzellenmodul geschaffen, bei dem die Rückseite eines Solarzellenelements durch einen Harzfilm abgedichtet ist, der auf seiner Lichtempfangsfläche über höheres Wärmeemissionsvermögen als auf seiner Nicht-Lichtempfangsfläche verfügt.
  • Bei diesem Aufbau ist die Absorption von Sonnenlicht auf der Lichtempfangsfläche des Rahmens erhöht, und auf seiner Nicht-Lichtempfangsfläche ist die Wärmeabstrahlung verringert. So wird die Temperatur des Rahmens durch Lichteinstrahlung erhöht. Wärme am Umfang des Moduls entweicht nicht zum Rahmen hin, und die Temperatur am Umfang ist erhöht. Dadurch ist der Temperungseffekt verbessert, und die Fotobe einträchtigung ist verringert.
  • Beispielsweise ist der Harzfilm auf seiner Lichtempfangsfläche schwarz oder dunkel, mit einer Schattierung ähnlich der der Halbleiterschicht aus amorphem Silicium, und auf seiner Nicht-Lichtempfangsfläche ist er weiß oder silbrig. Dadurch ist die Absorption von Sonnenlicht auf der Lichtempfangsfläche des Films erhöht, und auf seiner Nicht-Lichtempfangsfläche ist die Wärmeemission verringert.
  • Beispielsweise ist der Harzfilm ein Laminatfilm aus einem schwarzen oder dunklen Harzfilm, mit einer Schattierung ähnlich der der Halbleiterschicht aus amorphem Silicium, einem weißen oder silbrigen Harzfilm und einem Aluminiumfilm, der zwischen den schwarzen oder dunklen Film und den weißen oder silbrigen Film eingebettet ist. Dadurch ist die Absorption von Sonnenlicht auf der Lichtempfangsfläche des Films erhöht, während auf seiner Nicht-Lichtempfangsfläche die Wärmeabstrahlung verringert ist.
  • Beispielsweise ist auch ein Dünnschicht-Solarzellenmodul mit einem Solarzellenelement mit einer Halbleiterschicht aus amorphem Silicium und einer Wärmeisoliereinrichtung auf einer Nicht-Lichtempfangsfläche des Solarzellenelements zum Fördern einer Temperaturerhöhung desselben durch Sonnenlicht geschaffen, wobei das lichtdurchlässige Substrat des Solarzellenelements ein mittleres Lichtabsorptionsvermögen von 40% oder mehr innerhalb eines Nahinfrarot-Wellenlängenbereichs von 1500 bis 2000 nm aufweist.
  • Bei diesem Aufbau kann Infrarotlicht, das von der Halbleiterschicht aus amorphem Silicium nicht absorbiert wird, durch das lichtdurchlässige Substrat absorbiert werden. Dadurch ist die Lichtabsorption des gesamten Solarzellenelements erhöht, und der Temperungseffekt kann vergrößert wer den.
  • Bei der Erfindung besteht das lichtdurchlässige Substrat vorzugsweise aus einer blauen Glasplatte, die mit einem transparenten, elektrisch leitenden Film versehen ist und ein mittleres Transmissionsvermögen von ungefähr 70% oder mehr im Empfindlichkeits-Wellenlängenbereich von amorphem Silicium von 400 bis 800 nm aufweist. Durch Herstellen des transparenten, elektrisch leitenden Films mit hohem Transmissionsvermögen für sichtbares Licht und hohem Absorptionsvermögen für Infrarot (z. B. aus Zinnoxid) auf der blauen Glasplatte mit Absorption im nahen Infrarot wird es möglich, ein lichtdurchlässiges Substrat zu erhalten, dessen Absorption im nahen Infrarot erhöht sein kann, ohne dass die Absorption für sichtbares Licht erhöht ist, z. B. ein Substrat mit der durch eine gekrümmte Linie in der 4 gekennzeichneten Charakteristik.
  • Erste Ausführungsform
  • Nun wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein transmissives Dünnschicht-Solarzellenmodul gemäß einer Ausführungsform 1 erläutert.
  • Die 1 ist eine vergrößerte Teilansicht des Moduls 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel 1.
  • Dieses Modul 1 weist Folgendes auf: eine transparente Vor derseitenelektrode-Schicht 3, eine Schicht 4 für fotovoltaische Wandlung und eine Rückseitenelektrode-Schicht 7 aus einem transparenten, elektrisch leitenden Film 5 und einem Metallfilm 6, die aufeinanderfolgend auf einem Glassubstrat 2 ausgebildet sind, um eine Solarzelle 8 zu bilden. Ein lichtdurchlässiger Abschnitt 9 ist so ausgebildet, dass er durch die Vorderseitenelektrode-Schicht 3, die Schicht 4 für fotovoltaische Wandlung und die Rückseitenelektrode-Schicht 7 verläuft, wobei die letztere durch ein lichtdurchlässiges Abdichtelement 10 abgedeckt ist, das im Nahinfrarot-Wellenlängenbereich von ungefähr 1500 bis 2000 nm ein Lichttransmissionvermögen von ungefähr 40% oder mehr aufweist, wodurch verhindert ist, dass der Wirkungsgrad für fotovoltaische Wandlung abnimmt.
  • Nun wird ein Herstellprozess für dieses Modul 1 erläutert. Auf dem Glassubstrat 2 wurde die transparente Vorderseitenelektrode-Schicht 3 aus SnO2 hergestellt und unter Verwendung der Grundwelle eines YAG-Lasers strukturiert.
  • Genauer gesagt, wurde ein Laserstrahl auf das Glassubstrat 2 gerichtet, um die Vorderseitenelektrode-Schicht 3 in Streifen aufzutrennen, um Trennlinien 11 für die Vorderseitenelektrode-Schicht auszubilden. Das Glassubstrat 2 wurde mit reinem Wasser gewaschen, und die Schicht 4 für fotovoltaische Wandlung wurde durch ein plasmaunterstütztes CVD-System aus einer p-, einer i- und einer n-Schicht aus amorphem Silicium hergestellt. Die Summe der Dicken der p-, der i- und der n-Schicht betrug ungefähr 100 bis 600 nm.
  • Abschließend wurde diese Schicht 4 für fotovoltaische Wandlung unter Verwendung eines YAG-SHG-Lasers strukturiert. Genauer gesagt, wurde ein Laserstrahl auf das Glassubstrat 2 gerichtet, um die Schicht 4 für fotovoltaische Wandlung in Streifen zu unterteilen, um Trennlinien 12 der Schicht für fotovoltaische Wandlung auszubilden.
  • Danach wurde die Rückseitenelektrode-Schicht 7 aus dem transparenten, elektrisch leitenden Film 5 und dem Metallfilm 6 durch ein Sputtersystem hergestellt. Genauer gesagt, wurde ein ZnO-Film als transparenter, elektrisch leitender Film 5 mit einer Dicke von ungefähr 100 nm hergestellt, und dann wurde ein Ag-Film als Metallfilm 6 mit einer Dicke von ungefähr 500 nm hergestellt.
  • Auf die Rückseitenelektrode-Schicht 7 wurde ein Resistfilm 13, der mittels eines Pigments auf eine wahlfreie Farbe eingefärbt wurde, mit einer Dicke von ungefähr 1 bis 10 μm aufgesprüht und in einem Trocknungsofen getrocknet.
  • Diese Rückseitenelektrode-Schicht 7 wurde durch den YAG-SHG-Laser strukturiert. Genauer gesagt, wurde der Laserstrahl auf das Glassubstrat 2 gerichtet, um die Rückseitenelektrode-Schicht 7 in Streifen aufzuteilen, um Trennlinien 12 der Rückseitenelektrode-Schicht zu erzeugen.
  • Danach wurde der lichtdurchlässige Abschnitt 9 in einem Energieerzeugungsgebiet durch Strukturieren mit dem YAG-SHG-Laser ausgebildet.
  • Genauer gesagt, wurde der lichtdurchlässige Abschnitt 9 dadurch ausgebildet, dass ein Laserstrahl unter Verwendung einer Maske zum Herstellen des lichtdurchlässigen Abschnitts 9 in Form nicht zusammenhängender Linien auf das Glassubstrat gerichtet wurde.
  • Das Lichttransmissionvermögen kann dadurch frei eingestellt werden, dass die Anzahl und die Länge der Linien des lichtdurchlässigen Abschnitts 9 eingestellt wird. Bei der Ausführungsform 1 belegte jedoch der lichtdurchlässige Abschnitt 9 ungefähr 10% der gesamten Energieerzeugungsfläche.
  • Nachdem der lichtdurchlässige Abschnitt 9 hergestellt war, wurden Reste der Rückseitenelektrode-Schicht 7 durch ein saures Ätzmittel oder ein Eisensulfid-Ätzmittel entfernt.
  • Mit der Rückseitenelektrode-Schicht 7 wurde eine blaue Glasplatte mit derselben Größe wie der des Glassubstrats 2 als Abdichtelement 10 unter Verwendung einer Lage eines Klebers 15 aus EVA mittels eines Laminier- und Aushärtungsschritts verbunden, um dadurch eine Laminatglasstruktur mit dem Glassubstrat 2 zu bilden. Die blaue Glasplatte hatte eine Dicke von ungefähr 4 mm. Sie ist ein billiges Material mit hohem Transmissionsvermögen für sichtbares Licht und hoher Lichtabsorption von ungefähr 40% oder mehr in einem Nahinfrarot-Wellenlängenbereich.
  • Als Anschlüsse wurden eine Anode und eine Kathode von im Abdichtelement 10 geöffneten Löchern (nicht dargestellt) herausgeführt, damit elektrische Energie über einen am Abdichtelement 10 angebrachten Anschlusskasten (nicht dargestellt) entnommen werden konnte.
  • Danach wurde, wie es in den 2 und 3 dargestellt ist, am Umfang des Moduls 1 ein Aluminiumrahmen 16 unter Einfügen von Butylkautschuk (nicht dargestellt) angebracht. So wurde das Modul 1 fertiggestellt.
  • Die 2 ist eine Draufsicht des Moduls 1 mit an ihm befestigtem Rahmen 16, und die 3 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A in der 2. Weder in der 2 noch in der 3 sind das Modul 1, der Butylkautschuk, die Anschlüsse und der Anschlusskasten detailliert dargestellt.
  • Vergleichsbeispiel
  • Nun wird unter Bezugnahme auf die 9 ein nicht-transmissives Dünnschicht-Solarzellenmodul 201, das zum Vergleich mit dem transmissiven Modul hergestellt wurde, kurz erläutert. Wie es in der 9 dargestellt ist, ist dieses nicht-transmissive Modul 201 mit einem lichtdurchlässigen Abschnitt 9, wie bei der Ausführungsform 1, versehen, und anstelle des Abdichtelements 10 der Ausführungsform 1 ist ein Wärmeisolator 210 aus Glasfaser mittels eines EVA-Klebers 15 angebracht. Der Wärmeisolator 210 hat dieselben Abmessungen wie das Glassubstrat 2, und seine Dicke beträgt ungefähr 2 mm. Der andere Aufbau ist derselbe wie bei der Ausführungsform 1.
  • Das vorstehend beschriebene, nicht-transmissive Modul 201 wurde am selben Rahmen 16, wie er bei der Ausführungsform 1 verwendet wurde, mittels Butylkautschuk befestigt, um dadurch ein Modul des Vergleichsbeispiels herzustellen.
  • Das transmissive Modul 1 der Ausführungsform 1 und das nicht-transmissive Modul 201 des Vergleichsbeispiels wurden im Freien installiert, und sie wurden hinsichtlich Änderungen ihrer Temperatur und ihres fotovoltaischen Wandlungswirkungsgrads untersucht.
  • Beim Vergleichsbeispiel war die Temperatur des Moduls in der Mitte desselben nur um ungefähr 40° und am Umfang desselben nur um ungefähr 25° höher als die Umgebungstemperatur im Sommer.
  • Bei der Ausführungsform war die mittlere Temperatur des gesamten Moduls um ungefähr 30 bis 45° höher als die Umgebungstemperatur, und sie erreichte im Sommer 60 bis 75°C.
  • Im Ergebnis wurde beim Vergleichsbeispiel eine Fotobeeinträchtigung von ungefähr 24% im jährlichen Mittel beobachtet, wohingegen bei der Ausführungsform 1 eine Fotobeeinträchtigung von ungefähr 22% im jährlichen Mittel beobachtet wurde. So wurde eine Verbesserung durch die Ausführungsform 1 bestätigt.
  • Zweite Ausführungsform
  • Nun wird unter Bezugnahme auf die 4 ein transmissives Dünnschicht-Solarzellenmodul 21 gemäß einer Ausführungsform 2 der Erfindung erläutert. Die 4 ist eine vergrößerte Teilansicht dieses transmissiven Moduls 21.
  • Wie es in der 4 dargestellt ist, wurde bei diesem transmissiven Modul 21 eine Glasplatte 30a mit einem Zinkoxidfilm 30b von einer Dicke von ungefähr 1 μm darauf als Abdichtelement 30 verwendet. Der andere Aufbau und die Herstellung jedes Elements sind dieselben wie beim transmissiven Modul 1 der Ausführungsform 1, weswegen keine zugehörige Erläuterung erfolgt.
  • Das transmissive Modul 21 der Ausführungsform 2 und das nicht-transmissive Modul 201 des Vergleichsbeispiels wurden im Freien installiert und hinsichtlich Änderungen ihrer Temperatur und ihres fotovoltaischen Wandlungswirkungsgrads untersucht.
  • Beim Vergleichsbeispiel war die Temperatur des Moduls in der Mitte desselben nur ungefähr 40° höher und am Umfang desselben nur ungefähr 25° höher als die Umgebungstemperatur im Sommer.
  • Bei der Ausführungsform 2 war die mittlere Temperatur des gesamten Moduls um ungefähr 30 bis 50° höher als die Umge bungstemperatur, und sie erreichte im Sommer ungefähr 65 bis 80°C.
  • Im Ergebnis wurde beim Vergleichsbeispiel eine Fotobeeinträchtigung von ungefähr 24% im jährlichen Mittel beobachtet, dagegen eine Fotobeeinträchtigung von ungefähr 21% im jährlichen Mittel bei der Ausführungsform 2. So wurde eine Verbesserung durch die Ausführungsform 2 bestätigt.
  • Obwohl die Glasplatte 30a mit dem darauf mit einer Dicke von ungefähr 1 μm hergestellten Zinkoxidfilm 30b als Abdichtelement 30 verwendet wurde, ist es besser, einen Laminatfilm aus einem Zinkoxidfilm und einem Silberfilm, mit Optimierung als Wärmeabsorptionsfilm, anstelle des Zinkoxidfilms zu verwenden.
  • Eine derartige Glasplatte ist als Abdichtelement eines erfindungsgemäßen transmissiven Dünnschicht-Solarzellenmoduls geeignet, da sie als Wärmeabsorptionsglas wirkt.
  • Da Zinkoxid und Silber auch Materialien für die Rückseitenelektrode-Schicht sind, kann eine Glasplatte mit einem Zinkoxidfilm und/oder einem Silberfilm auf einfache Weise hergestellt werden, ohne dass neue Investitionen in Anlagen und Ausrüstungen zu tätigen wären.
  • Dritte Ausführungsform
  • Nun wird unter Bezugnahme auf die 5 ein transmissives Dünnschicht-Solarzellenmodul 41 gemäß einer Ausführungsform 3 erläutert. Diese 5 ist eine vergrößerte Teilansicht des Moduls 41 der Ausführungsform 3.
  • Wie es in der 5 dargestellt ist, wurde bei diesem transmissiven Modul 41 eine Glasplatte, die ungefähr 10 Vo lumen-% Luft enthielt, als Abdichtelement 50 verwendet. Der andere Aufbau und die Herstellung jedes Elements sind dieselben wie beim transmissiven Modul 1 der Ausführungsform 1, weswegen keine zugehörige Erläuterung erfolgt.
  • Das transmissive Modul 41 der Ausführungsform 3 und das nicht-transmissive Modul 201 des Vergleichsbeispiels wurden im Freien installiert und hinsichtlich Änderungen der Temperatur und des fotovoltaischen Wandlungswirkungsgrads untersucht.
  • Beim Vergleichsbeispiel war die Temperatur des Moduls in der Mitte desselben nur um ungefähr 40° höher und am Umfang desselben nur um ungefähr 25° höher als die Umgebungstemperatur im Sommer.
  • Bei der Ausführungsform 3 war die mittlere Temperatur des gesamten Moduls um ungefähr 35 bis 50° höher als die Umgebungstemperatur, und sie erreichte im Sommer ungefähr 65 bis 80°C.
  • Im Ergebnis wurde beim Vergleichsbeispiel eine Fotobeeinträchtigung um ungefähr 24% im jährlichen Mittel beobachtet, jedoch eine Fotobeeinträchtigung von ungefähr 21% im jährlichen Mittel bei der Ausführungsform 3. So wurde eine Verbesserung durch die Ausführungsform 3 bestätigt.
  • Ein Glas, das ungefähr 1 bis 50 Volumen-% Gas enthält, wird deswegen verwendet, weil der Wärmeisoliereffekt unzureichend ist, wenn der Volumenanteil des im Glas enthaltenen Gases weniger als ungefähr 1% beträgt und da das Abdichtelement geringe Stabilität aufweist, wenn der Anteil ungefähr 50% überschreitet.
  • Vierte Ausführungsform
  • Nun wird unter Bezugnahme auf die 6 ein transmissives Dünnschicht-Solarzellenmodul 61 gemäß einer Ausführungsform 4 erläutert. Die 6 ist eine schematische Schnittansicht dieses Moduls 61 der Ausführungsform 4, die der 3 zur Ausführungsform 1 entspricht. Gleiche Zahlen bezeichnen Elemente mit gleichem Namen und Konstruktionen wie bei den Ausführungsformen 1 bis 3.
  • Wie es in der 6 dargestellt ist, wurde bei diesem transmissiven Modul 61 ein Wärmeisolator 17 mit dem Abdichtelement 10 des transmissiven Moduls 1 der Ausführungsform 1 (siehe die 1 und 3) unter Verwendung eines Klebers aus einem transparenten Siliconharz verbunden.
  • Der Wärmeisolator 17 bestand aus einem Silica-Aerogel mit einer Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 0,02 kcal/mh°C und einem Transmissionsvermögen für sichtbares Licht von ungefähr 90%, und seine Dicke betrug ungefähr 10 mm.
  • Der Wärmeisolator kann nicht nur unter Verwendung des oben genannten transparenten Siliconharzes angeklebt werden, sondern auch durch Auflaminieren unter Verwendung von EVA als Kleber oder durch direktes Auftragen des Wärmeisolators auf das Modul und Aushärten desselben.
  • Andere Konstruktionen und Herstellungen jedes Elements sind dieselben wie beim transmissiven Modul 1 der Ausführungsform 1, weswegen keine zugehörige Erläuterung erfolgt.
  • Das transmissive Modul 61 der Ausführungsform 4 und das nicht-transmissive Modul 201 des Vergleichsbeispiels wurden im Freien installiert und hinsichtlich Änderungen ihrer Temperatur und ihres fotovoltaischen Wandlungswirkungsgrads un tersucht.
  • Beim Vergleichsbeispiel war die Temperatur des Moduls in der Mitte desselben nur ungefähr 40° höher und am Umfang desselben nur ungefähr 25° höher als die Umgebungstemperatur im Sommer.
  • Bei der Ausführungsform 4 war die mittlere Temperatur des gesamten Moduls um ungefähr 42 bis 55° höher als die Umgebungstemperatur, und sie erreichte im Sommer ungefähr 72 bis 85°C.
  • Im Ergebnis wurde beim Vergleichsbeispiel eine Fotobeeinträchtigung von ungefähr 24% im jährlichen Mittel beobachtet, jedoch eine solche von ungefähr 20% im jährlichen Mittel bei der Ausführungsform 4. Es wurde eine Verbesserung durch die Ausführungsform 4 bestätigt.
  • Das transmissive Dünnschicht-Solarzellenmodul ist so aufgebaut, dass der Wärmeisolator dadurch in engen Kontakt mit dem Modul gebracht wird, dass das lichtdurchlässige Substrat oder das Abdichtelement mit dem lichtdurchlässigen Wärmeisolator bedeckt wird. Dadurch kann verhindert werden, dass im Modul absorbierte Wärme unmittelbar abgestrahlt wird, so dass das Modul auf hoher Temperatur gehalten wird. So kann der Temperungseffekt verbessert werden, und die Fotobeeinträchtigung kann verringert werden. Da der Wärmeisolator lichtdurchlässig ist, ist die Lichtaufnahmefunktion nicht beeinträchtigt.
  • Der Wärmeisolator verfügt wünschenswerterweise über geringe Wärmeleitfähigkeit und hohes Transmissionsvermögen für sichtbares Licht. Zum Beispiel sind für ihn die folgenden Materialien verwendbar: Methacryl-Harz, Polycarbonat-Harz, Polystyrol-Harz, mit einem Metallocen-Katalysator polymeri siertes Polyolefin, Polyester-Harz, transparenter Fluor-Kunststoff, Polyimid-Harz und dergleichen, die zu den transparenten Harzen gehören. Insbesondere unter Verwendung eines Silica-Aerogels mit einer Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 0,02 kcal/mh°C und einem Transmissionsvermögen für sichtbares Licht von ungefähr 90% können sich der Wärmeisoliereffekt und die Lichtaufnahmefunktion maximal entfalten.
  • Da der Wärmeisolator warm wird, verfügt er wünschenswerterweise über hervorragende Wärmebeständigkeit und Wetterbeständigkeit, wenn er mit Licht bestrahlt wird. Ferner entwickelt er wünschenswerterweise keine Schadstoffe wie Dioxin, wenn er verbrannt wird.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Nun wird unter Bezugnahme auf die 7 ein transmissives Dünnschicht-Solarzellenmodul 81 gemäß einer Ausführungsform 5 erläutert. Die 7 ist eine schematische Schnittansicht dieses transmissiven Moduls 81 der Ausführungsform 5, und sie entspricht der 3 der Ausführungsform 1. Gleiche Zahlen bezeichnen Elemente mit denselben Namen und Konstruktionen wie bei den Ausführungsformen 1 bis 4.
  • Wie es in der 7 dargestellt ist, sind bei diesem transmissiven Modul 81 das Glassubstrat 2 und die Vorderseitenelektrode-Schicht 3 beim transmissiven Modul 1 der Ausführungsform 1 (siehe die 1 und 3) durch eine blaue Glasplatte 72 mit einem durch thermisches CVD abgeschiedenen transparenten, elektrisch leitenden Film aus Zinnoxid ersetzt.
  • Auch wurde, wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform 4, ein Wärmeisolator 17 unter Verwendung eines Klebers aus transparentem Siliconharz mit dem Abdichtelement 10 verbunden.
  • Die anderen Konstruktionen und die Herstellung jedes Elements sind dieselben wie beim transmissiven Modul 1 der Ausführungsform 1, weswegen keine zugehörige Erläuterung erfolgt.
  • Zum Anbringen des Wärmeisolators am transparenten Substrat oder Abdichtelement wird ein Kleber verwendet. Als spezielle Beispiele können ein Kleber aus transparentem Siliconharz und ein Kleber aus EVA genannt werden.
  • Das transmissive Modul 81 der Ausführungsform 5 und das nicht-transmissive Modul 201 des Vergleichsbeispiels wurden im Freien installiert und hinsichtlich Änderungen der Temperatur und des fotovoltaischen Wandlungswirkungsgrads untersucht.
  • Beim Vergleichsbeispiel war die Temperatur des Moduls im Sommer in der Mitte desselben nur ungefähr 40° höher und am Umfang desselben nur ungefähr 25° höher als die Umgebungstemperatur.
  • Bei der Ausführungsform 5 war die mittlere Temperatur des gesamten Moduls um ungefähr 50 bis 60° höher als die Umgebungstemperatur, und sie erreichte im Sommer ungefähr 80 bis 90°C.
  • Im Ergebnis wurde beim Vergleichsbeispiel eine Fotobeeinträchtigung von ungefähr 24% im jährlichen Mittel beobachtet, jedoch eine Fotobeeinträchtigung von ungefähr 18% im jährlichen Mittel bei der Ausführungsform 5. So wurde durch die Ausführungsform 5 eine Verbesserung erzielt.
  • Für das transmissive Dünnschicht-Solarzellenmodul kann ein lichtdurchlässiges Substrat mit einem mittleren Lichttransmissionvermögen von ungefähr 40% oder mehr innerhalb des Nahinfrarot-Wellenlängenbereichs von ungefähr 1500 bis 2000 nm verwendet werden.
  • Als derartiges lichtdurchlässiges Substrat kann ein solches aus einer blauen Glasplatte mit einem transparenten, elektrisch leitenden Film mit einem mittleren Transmissionsvermögen von ungefähr 70% oder mehr im Empfindlichkeits-Wellenlängenbereich von amorphem Silicium von ungefähr 400 bis 800 nm genannt werden.
  • Sechste Ausführungsform
  • Nun wird unter Bezugnahme auf die 8 ein transmissives Dünnschicht-Solarzellenmodul 101 gemäß einer Ausführungsform 6 erläutert. Die 8 ist eine schematische Schnittansicht des Moduls 101 der Ausführungsform 6, die der 3 zur Ausführungsform 1 entspricht. Gleiche Zahlen bezeichnen Elemente mit denselben Namen und Konstruktionen wie bei den Ausführungsformen 1 bis 5.
  • Wie es in der 8 dargestellt ist, wurde beim transmissiven Modul 101 der Rahmen 16 des transmissiven Moduls 1 der Ausführungsform 1 (siehe die 3) durch einen Rahmen 115 ersetzt, dessen Farbe auf der direkt das Sonnenlicht empfangenden Fläche (Lichtempfangsfläche) schwarz war, während sie auf anderen Flächen (Nicht-Lichtempfangsflächen) silbrig war. In der 8 waren schwarze Teile des Rahmens 15 eine Fläche 115a parallel zum Glassubstrat 2 sowie eine Seitenfläche 115b, die im Wesentlichen rechtwinklig gegenüber der Fläche 115a abgebogen war.
  • Auch wurde, wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform 4, ein Wärmeisolator 17 unter Verwendung eines Klebers aus transparentem Siliconharz mit dem Abdichtelement 10 verbunden.
  • Das transmissive Modul 101 der Ausführungsform 6 und das nicht-transmissive Modul 201 des Vergleichsbeispiels wurden im Freien installiert und hinsichtlich Änderungen der Temperatur und des fotovoltaischen Wandlungswirkungsgrads untersucht.
  • Beim Vergleichsbeispiel war die Temperatur des Moduls im Sommer in der Mitte desselben nur ungefähr 40° höher und am Umfang desselben nur ungefähr 25° höher als die Umgebungstemperatur.
  • Bei der Ausführungsform 6 war die mittlere Temperatur des gesamten Module um ungefähr 45 bis 55° höher als die Umgebungstemperatur, und sie erreichte im Sommer ungefähr 75 bis 85°C.
  • Im Ergebnis wurde beim Vergleichsbeispiel eine Fotobeeinträchtigung von ungefähr 24% im jährlichen Mittel beobachtet, jedoch eine solche von ungefähr 19% im jährlichen Mittel bei der Ausführungsform 6. So wurde durch die Ausführungsform 6 eine Verbesserung erzielt.
  • Die Tabelle 1 zeigt Temperaturerhöhungen gegenüber der Umgebungstemperatur sowie Fotobeeinträchtigungs-Verhältnisse für das Vergleichsbeispiel und die Ausführungsformen 1 bis 6. Um die Temperaturerhöhungen gegenüber der Umgebungstemperatur zu erhalten, wurde die Temperatur in der Mitte des Moduls für das Vergleichsbeispiel gemessen, und für die Ausführungsformen 1 bis 6 wurde die mittlere Temperatur über die Oberfläche der Module berechnet.
  • Das Fotobeeinträchtigungs-Verhältnis n wurde gemäß der folgenden Formel berechnet:
  • Photobeeinträchtigungs-Verhältnis:
    • n = (nI – nS)/nI × 100)(wobei nI den anfänglichen Wirkungsgrad repräsentiert und nS den stabilisierten Wirkungsgrad repräsentiert)
  • Tabelle 1
    St. d. Techn. Beisp. 1 Beisp. 2 Beisp. 3 Beisp. 4 Beisp. 5 Beisp. 6
    Temperaturanstieg gegenüber d. Umgeb.-temperatur (in Grad) 25–40 30–45 35–50 35–50 42–55 50–60 45–55
    Lichtbeeinträchtig.-verhältnis (%) 24 22 21 21 20 18 19
  • Bei der Ausführungsform 6 kann die Substratseite des Rahmens schwarz oder dunkel sein, und auf der Rahmenseite mit dem Abdichtelement kann ein Wärmeisolator angebracht sein. D. h., dass ein Wärmeisolator verwendet werden kann, anstatt dass die Rahmenseite mit dem Abdichtelement weiß oder silbrig gemacht wird.
  • Wenn ein derartiger Rahmen für ein nicht-transmissives Modul verwendet wird, zeigt sich sicher derselbe Effekt.
  • Siebte Ausführungsform
  • Die 10 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen des Aufbaus einer anderen Ausführungsform.
  • Das Dünnschicht-Solarzellenmodul der 10 verfügt über einen solchen Aufbau, dass eine Solarzellentafel 311 in einen Aluminiumrahmen 305 eingesetzt und an diesen unter Verwendung von Butylkautschuk angeklebt ist. Die Solarzellentafel 311 verfügt über ein Solarzellenelement 310, bei dem eine Halbleiterschicht 302 aus amorphem Silicium auf einem lichtdurchlässigen Substrat 301 ausgebildet ist. Ein Rückseiten-Abdichtharzfilm 303 (auf beiden Flächen weiß) dient zum Abdichten der Rückseite (der Nicht-Lichtempfangsfläche) des Solarzellenelements 310. Eine Vakuum-Wärmeisolierschicht 304 ist auf der Nicht-Lichtempfangsfläche des Solarzellenelements 310 vorhanden.
  • Bei diesem Solarzellenelement 310 ist eine Schicht für fotovoltaische Wandlung auf dem lichtdurchlässigen Substrat 301 ausgebildet. Die Rückseite (die Nicht-Lichtempfangsfläche) ist durch einen Füllstoff (nicht dargestellt), wie EVA, PVB, Polyisobutylen-Harz oder dergleichen, abgedichtet. Die Schicht für fotovoltaische Wandlung besteht aus einem Laminat aus einem transparenten, elektrisch leitenden Film (nicht dargestellt)/einer Halbleiterschicht 302 aus amorphem Silicium mit pin(oder nip)-Aufbau/einer Metallelektrodenschicht, die aufeinanderfolgend auf dem Substrat 301 abgeschieden sind. Die Rückseite des Solarzellenelements 310 wird durch den Rückseiten-Abdichtfilm 303 aus PET, Tedlar(R) oder dergleichen geschützt. In den Rückseiten-Abdichtfilm 303 kann nach Bedarf eine Aluminiumfolie eingesetzt sein.
  • Hierbei sind für das lichtdurchlässige Substrat 301 ein Substrat aus verstärktem Glas oder Laminatglas sowie andere übliche lichtdurchlässige Substrate verwendbar.
  • Der transparente, elektrisch leitende Film kann aus Zinnoxid oder Indiumoxid hergestellt werden, wie bei bekannten Solarzellenelementen.
  • Die Halbleiterschicht 302 aus amorphem Silicium kann aus amorphem Silicium, amorphem Siliciumcarbid, amorphem Siliciumgermanium oder dergleichen hergestellt werden.
  • Die Metallelektrodenschicht kann aus einem üblichen Metallmaterial, wie Chrom, Aluminium, Silber oder dergleichen, hergestellt werden, unter denen Silber aus dem Gesichtspunkt des Einschließens von Licht und der Lichtreflexion bevorzugt ist.
  • Da die Temperatur des Solarzellenelements hoch ist, besteht ein Problem hinsichtlich einer Diffusion der Metallkomponente zwischen der Halbleiterschicht 302 aus amorphem Silicium und der Metallelektrodenschicht. Um eine solche Diffusion zu verhindern, ist es bevorzugt, einen transparenten, elektrisch leitenden Film aus Zinkoxid oder dergleichen zwischen der Halbleiterschicht 302 aus amorphem Silicium und der Metallelektrodenschicht einzufügen.
  • Wenn EVA, PVB oder dergleichen als Füllstoff zum Abdichten der Rückseite der Halbleiterschicht 302 aus amorphem Silicium verwendet werden, wird der Rückseiten-Abdichtharzfilm 303 vorzugsweise durch einen Laminatvorgang im Vakuum angebracht.
  • Die Vakuum-Wärmeisolierschicht 304 wird dadurch hergestellt, dass ein später beschriebenes Kernelement in einen Beutel aus einem Harz, wie PET, vorzugsweise PET/Aluminium/PET, eingebracht wird und ein Absaugen mit einer Drehschieberpumpe oder dergleichen in solcher Weise erfolgt, dass der Innendruck 1,33 hPa oder weniger wird. Die Herstellung der Vakuum-Wärmeisolierschicht 304 wird vorzugsweise angesichts einer Verringerung der Arbeitszeit gleichzeitig mit dem oben genannten Vakuum-Laminiervorgang für den Rückseiten-Abdichtharzfilm 303 ausgeführt. Wenn die Vakuum-Wärmeisolierschicht 304 ein Vakuumausmaß von 1,33 hPa oder weniger aufweist, ist insbesondere der Wärmeisoliereffekt stark verbessert (Wärmeisolierkoeffizient von 0,1% oder weniger).
  • Hinsichtlich der Vakuum-Wärmeisolierschicht 304 ist es bevorzugt, ein chemisches Adsorptionsmittel einzufüllen, das bei 25 bis 70°C große Mengen an Cyclopentan oder Kohlendioxidgas adsorbiert und es erlaubt, den Vakuumgrad auf 1,33 hPa oder weniger zu halten. Als derartiges chemisches Adsorptionsmittel kann ein Gettermaterial genannt werden, das eine Ba-Li-Legierung enthält, oder dergleichen.
  • Das Kernelement der Vakuum-Isolierschicht 304 wird aus einem Material mit hervorragenden Wärmeisoliereigenschaften, Wärmespeichereigenschaften und Wärmesammeleigenschaften hergestellt. Als derartige Materialien sind expandierte Materialien wie Polystyrol-Schaum, Polyethylen-Schaum, starrer Polyurethan-Schaum, Phenol-Schaum, Siliconkautschuk-Schaum, Polypropylen und Polyisocyanurat, Fasermaterialien wie Steinwolle, Glaswolle, Keramikfasern, Tierfasern und Pflanzenfasern, körnige und Pulvermaterialien wie Calciumsilikat, Kieselgur und Kork, leichter Porenbeton und dergleichen verwendbar.
  • Hierbei verfügt die Vakuum-Wärmeisolierschicht 304, da sie warm wird, vorzugsweise über hervorragende Wärmeisoliereigenschaften und hervorragende Wetterbeständigkeit bei Erwärmung und Lichtbestrahlung. Wünschenswerterweise erzeugt sie beim Verbrennen keine Schadstoffe, wie Dioxin.
  • <Beispiel 1>
  • Wie es in der 10 dargestellt ist, wurde eine Halbleiterschicht 302 aus amorphem Silicium auf einem lichtdurchlässigen Substrat 301 mit einem transparenten, elektrisch leitenden Film auf der Oberfläche desselben hergestellt, um ein Solarzellenelement 310 herzustellen. Auf eine Nicht-Lichtempfangsfläche des Solarzellenelements 310 wurden ein Rückseiten-Abdichtharzfilm 303 und eine Vakuum-Wärmeisolierschicht 304 mittels EVA aufgeklebt, um eine Solarzellentafel 310 herzustellen. Die Solarzellentafel 310 wurde in einen Aluminiumrahmen 305 eingesetzt und durch Butylkautschuk festgeklebt. So wurde ein Dünnschicht-Solarzellenmodul hergestellt. Die Vakuum-Wärmeisolierschicht 304 wurde dadurch hergestellt, dass ein Kernelement aus Polyurethan-Schaum unter Verwendung eines Harzfilms aus PET mit darauf abgeschiedenem Aluminium eingehüllt wurde, auf 1,33 hPa oder weniger abgepumpt wurde und dann abgedichtet wurde.
  • Dieses Modul wurde im Freien installiert und hinsichtlich seiner Temperatur und des fotovoltaischen Wandlungswirkungsgrads untersucht. Die Temperatur des bekannten Moduls wurde im Sommer in der Mitte des Moduls maximal ungefähr 40° höher als die Umgebungstemperatur gehalten. Jedoch war beim Modul dieses Beispiels 1 die Gesamttemperatur desselben ungefähr 50 bis 60° höher als die Umgebungstemperatur, und sie erreichte im Sommer 80 bis 90°C. Auch zeigte das bekannte Modul eine Fotobeeinträchtigung von ungefähr 24% im jährlichen Mittel, jedoch zeigte das Modul des Beispiels 1 eine solche von nur ungefähr 19% im jährlichen Mittel. So zeigte das Beispiel 1 eine starke Verbesserung.
  • <Beispiel 2>
  • Ein Dünnschicht-Solarzellenmodul wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, dass als Vakuum-Wärmeisolierschicht 304 eine Vakuumschicht aus zweischichtigem Glas dadurch hergestellt wurde, dass eine Glasplatte auf der Rückseite des lichtdurchlässigen Glassubstrats 301 so angebracht wurde, dass zwischen den zwei Glasplatten ein abpumpbarer Zwischenraum erzeugt wurde, woraufhin auf 1,33 hPa oder niedriger abgepumpt wurde, anstatt dass ein Kernelement aus Polyurethan-Schaum unter Verwendung eines Harzfilms aus PET mit darauf abgeschiedenem Aluminium eingehüllt wurde und auf 1,33 hPa oder weniger evakuiert wurde, worauf ein Abdichtvorgang folgte.
  • Dieses Modul wurde im Freien installiert und hinsichtlich seiner Temperatur und des fotovoltaischen Wandlungswirkungsgrads untersucht. Die Temperatur des bekannten Moduls war im Sommer in seiner Mitte maximal nur ungefähr 40° höher als die Umgebungstemperatur. Jedoch war beim Modul dieses Beispiels 2 die Temperatur des gesamten Moduls um ungefähr 48 bis 58° höher als die Umgebungstemperatur, und sie erreichte im Sommer ungefähr 78 bis 88°C. Auch zeigte das bekannte Modul eine Fotobeeinträchtigung von ungefähr 24% im jährlichen Mittel, wohingegen das Modul des Beispiels 2 eine solche von ungefähr 20% im jährlichen Mittel zeigte. So wurde durch das Beispiel 2 eine große Verbesserung erzielt.
  • Wenn ein chemisches Adsorptionsmittel, das eine große Menge an Cyclopentan und Kohlendioxid adsorbieren kann und den Vakuumgrad auf 1,33 hPa oder weniger halten kann, eingefüllt wird, wenn das Kernelement in die Vakuumschicht eingebracht wird, werden vom Kernelement freigesetzte Gase, wie Cyclopentan, adsorbiert, weswegen der Innendruck für lange Zeit auf 1,33 hPa gehalten werden kann.
  • Hierbei erfolgt der Laminiervorgang zum Abdichten der Rückseite des Solarzellenelements durch einen Quarzfilm im All gemeinen bei einem Unterdruck von 1,33 hPa oder weniger bei einer Temperatur von 130°C zum Entschäumen zwischen einem Rückseitenfilm und einem Harzfilm. Eine für einen Laminierschritt verwendete Laminiervorrichtung verfügt über einen Mechanismus zum Erzeugen des Rückseitenfilms in Form eines Beutels und für thermisches Verschmelzen einer Öffnung in einem Vakuumzustand. Daher kann das Laminieren im Laminierschritt gleichzeitig ausgeführt werden, während der Harzfilm zur Vakuumabdichtung vakuumdicht abgeschlossen wird, um die Vakuumschicht zu erzeugen. Durch dieses gleichzeitige Laminieren und Vakuumabdichten kann die Arbeitszeit stark verringert werden. Ferner werden der Laminatfilm und der Film zum Erzeugen der Vakuumschicht einstückig hergestellt, und beide Filme werden durch Verschmelzen mit dem Harz bei Unterdruck verbunden. Daher weisen das Modul und die Vakuumschicht engeren gegenseitigen Kontakt auf.
  • Achte Ausführungsform
  • Die 10 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer anderen Ausführungsform.
  • Das Dünnschicht-Solarzellenmodul der 11 verfügt über einen solchen Aufbau, dass eine Solarzellentafel 411 in einen Aluminiumrahmen 405 eingesetzt und unter Verwendung von Butylkautschuk mit diesem verbunden ist. Die Solarzellentafel 411 beinhaltet ein Solarzellenelement 410, bei dem eine Halbleiterschicht 402 aus amorphem Silicium auf einem lichtdurchlässigen Substrat 401 ausgebildet ist. Ein Rückseiten-Abdichtharzfilm 403 dient zum Abdichten einer Rückseite (einer Nicht-Lichtempfangsfläche) des Solarzellenelements 410. Eine Wärmeisolierschicht 404 ist auf der Nicht-Lichtempfangsfläche des Solarzellenelements 410 vorhanden.
  • Der Rahmen 405 ist auf seiner Lichtempfangsfläche 405a schwarz, während er auf seiner Nicht-Lichtempfangsfläche 405b silbrig (Farbe von Aluminium) ist.
  • Im Solarzellenelement 410 ist auf dem lichtdurchlässigen Substrat 401 eine Schicht für fotovoltaische Wandlung vorhanden. Die Rückseite (die Nicht-Lichtempfangsfläche) ist durch einen Füllstoff (nicht dargestellt), wie EVA, PVB, Polyisobutylen-Harz oder dergleichen, abgedichtet. Die Schicht für fotovoltaische Wandlung besteht aus einem Laminat eines transparenten, elektrisch leitenden Films (nicht dargestellt), einer Halbleiterschicht 402 aus amorphem Silicium mit pin(oder nip)-Aufbau/einer Metallelektrodenschicht (nicht dargestellt), die aufeinanderfolgend auf dem Substrat 401 abgeschieden wurden. Die Rückseite des Solarzellenelements 410 ist durch den Rückseiten-Abdichtfilm 403 aus PET, Tedlar(R) oder dergleichen geschützt. In diesen Rückseiten-Abdichtfilm 403 kann nach Bedarf eine Aluminiumfolie eingefügt sein. Als solcher Rückseiten-Abdichtharzfilm 403 wird ein Film mit einer weißen Lichtempfangsfläche 403a und einer weißen Nicht-Lichtempfangsfläche 403b oder ein Film mit einer schwarzen Lichtempfangsfläche 403a und einer weißen Nicht-Lichtempfangsfläche 403b verwendet.
  • Hierbei sind für das lichtdurchlässige Substrat 401 ein Substrat aus verstärktem Glas oder Laminatglas oder andere übliche lichtdurchlässige Substrate verwendbar.
  • Der transparente, elektrisch leitende Film kann aus Zinnoxid oder Indiumoxid hergestellt werden, wie bei bekannten Solarzellenelementen.
  • Die Halbleiterschicht 402 aus amorphem Silicium kann aus amorphem Silicium, amorphem Siliciumcarbid, amorphem Siliciumgermanium oder dergleichen bestehen.
  • Die Metallelektrodenschicht kann aus einem üblichen Metallmaterial, wie Chrom, Aluminium, Silber oder dergleichen, hergestellt werden, wobei Silber aus dem Gesichtspunkt des Einschließens von Licht und der Lichtreflexion bevorzugt ist.
  • Da das Solarzellenelements 410 warm wird, besteht ein Problem hinsichtlich einer Diffusion der Metallkomponente zwischen der Halbleiterschicht 402 aus amorphem Silicium und der Metallelektrodenschicht. Um eine solche Diffusion zu verhindern, ist es bevorzugt, einen transparenten, elektrisch leitenden Film aus Zinkoxid oder dergleichen zwischen der Halbleiterschicht 402 aus amorphem Silicium und der Metallelektrodenschicht einzufügen.
  • Wenn EVA, PVB und dergleichen als Füllstoff zum Abdichten der Rückseite der Halbleiterschicht 402 aus amorphem Silicium verwendet werden, wird der Rückseiten-Abdichtharzfilm 403 vorzugsweise durch einen Vakuum-Laminiervorgang angebracht.
  • Die Wärmeisolierschicht 404 kann ein Wärmeisolator, eine Schicht aus trockener Luft oder dergleichen sein. Der Wärmeisolator kann aus Materialien mit hervorragender Wärmeisolierung, Wärmespeicherung und Wärmesammlung hergestellt werden, z. B. aus expandierten Materialien wie Polystyrol-Schaum, Polyethylen-Schaum, starrem Polyurethan-Schaum, Phenol-Schaum, Siliconkautschuk-Schaum, Polypropylen und Polyisocyanurat, Fasermaterialien wie Steinwolle, Glaswolle, Keramikfasern, Tierfasern und Pflanzenfasern, körnigen und Pulvermaterialien wie Calciumsilikat, Kieselgur und Kork, leichtem Porenbeton und dergleichen.
  • Hierbei verfügt die Vakuum-Wärmeisolierschicht 404, da sie warm wird, vorzugsweise über hervorragende Wärmeisolierei genschaften und hervorragende Wetterbeständigkeit bei Erwärmung und Lichtbestrahlung. Wünschenswerterweise erzeugt sie beim Verbrennen keine Schadstoffe, wie Dioxin.
  • Die 12 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen des Aufbaus eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls gemäß einer anderen Ausführungsform.
  • Beim Dünnschicht-Solarzellenmodul der 12 ist der Rückseiten-Abdichtharzfilm 403 auf seiner Lichtempfangsfläche (Vorderseite) 403a schwarz, während er auf seiner Nicht-Lichtempfangsfläche (Rückseite) 403b weiß ist. Der andere Aufbau ist derselbe wie in der 11.
  • Die 13 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen des Aufbaus eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls gemäß einer anderen Ausführungsform.
  • Beim Dünnschicht-Solarzellenmodul der 13 ist als lichtdurchlässiges Substrat des Solarzellenelements 410 ein lichtdurchlässiges Substrat 401' in Form einer blauen Glasplatte mit einem transparenten, elektrisch leitenden Film 401a' aus auf deren Oberfläche durch thermisches CVD abgeschiedenem Zinnoxid verwendet. Der andere Aufbau ist derselbe wie in der 12. Das bei dieser Ausführungsform verwendete lichtdurchlässige Substrat 401' verfügt über eine Charakteristik, wie sie durch die gekrümmte Linie B in der 14 dargestellt ist.
  • <Beispiel 3>
  • Wie es in der 11 dargestellt ist, wurde eine Halbleiterschicht 402 aus amorphem Silicium auf einem lichtdurchlässigen Substrat 401 hergestellt, um ein Solarzellenelement 410 zu erzeugen. Mit der Nicht-Lichtempfangsfläche des So larzellenelements 410 wurden ein Rückseiten-Abdichtharzfilm 403, dessen beide Flächen weiß waren, und eine Wärmeisolierschicht 4304 verbunden, um eine Solarzellentafel 411 herzustellen. Diese Solarzellentafel 411 wurde in einen Aluminiumrahmen 405 eingesetzt und mit diesem durch Butylkautschuk verbunden. So wurde ein Dünnschicht-Solarzellenmodul hergestellt. Die Lichtempfangsfläche 405a des Rahmens 405 war schwarz, und seine Nicht-Lichtempfangsfläche 405b war silbrig (Farbe von Aluminium). Als lichtdurchlässiges Substrat 401 wurde eine blaue Glasplatte mit der durch eine gekrümmte Linie A in der 14 dargestellten Charakteristik verwendet.
  • Dieses Dünnschicht-Solarzellenmodul wurde im Freien installiert und hinsichtlich seiner Temperatur und seines fotovoltaischen Wandlungswirkungsgrads untersucht. Die Temperatur des bekannten Moduls war im Sommer in der Mitte des Moduls maximal ungefähr 40° höher als an seinem Umfang nur ungefähr 25° höher als die Umgebungstemperatur. Jedoch war beim Modul dieses Beispiels 3 die Gesamttemperatur des gesamten Moduls um ungefähr 45 bis 55° höher als die Umgebungstemperatur, und sie erreichte im Sommer ungefähr 75 bis 85°C. Auch zeigte das bekannte Modul eine Fotobeeinträchtigung von ungefähr 24 im jährlichen Mittel, jedoch zeigte das Modul gemäß dem Beispiel 3 eine solche von ungefähr 20% im jährlichen Mittel. So führte das Beispiel 3 zu einer starken Verbesserung.
  • <Beispiel 4>
  • Wie es in der 12 dargestellt ist, wurde ein Dünnschicht-Solarzellenmodul auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 3 mit der Ausnahme hergestellt, dass die Lichtempfangsfläche 403a (Vorderseite) des Rückseiten-Abdichtharzfilms 403 schwarz war und seine Nicht-Lichtempfangsfläche 403b (Rückseite) weiß war.
  • Dieses Dünnschicht-Solarzellenmodul wurde im Freien installiert und hinsichtlich seiner Temperatur und seines fotovoltaischen Wandlungswirkungsgrads untersucht. Jedoch war beim Modul dieses Beispiels 4 die Gesamttemperatur des gesamten Moduls ungefähr 78 bis 88° höher als die Umgebungstemperatur, und sie erreichte im Sommer ungefähr 78 bis 88°C. Auch zeigte das bekannte Modul eine Fotobeeinträchtigung von ungefähr 24% im jährlichen Mittel, jedoch zeigte das Modul gemäß dem Beispiels 4 eine solche von ungefähr 19% im jährlichen Mittel. So führte das Beispiel 4 zu einer starken Verbesserung.
  • <Beispiel 5>
  • Wie es in der 13 dargestellt ist, wurde ein Dünnschicht-Solarzellenmodul auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 4 mit der Ausnahme hergestellt, dass eine blaue Glasplatte mit einem transparenten, elektrisch leitenden Film 401a' aus Zinnoxid, der durch thermisches CVD auf ihrer Oberfläche abgeschieden worden war, als lichtdurchlässiges Substrat des Solarzellenelements verwendet wurde. Das lichtdurchlässige Substrat weist die durch die gekrümmte Linie B in 14 dargestellte Charakteristik auf.
  • Dieses Dünnschicht-Solarzellenmodul wurde im Freien installiert und hinsichtlich seiner Temperatur und seines fotovoltaischen Wandlungswirkungsgrads untersucht. Die Temperatur des bekannten Moduls wurde im Sommer in der Mitte des Moduls maximal ungefähr 40° höher als die Umgebungstemperatur gehalten. Jedoch war beim Modul dieses Beispiels 5 die Gesamttemperatur desselben ungefähr 53 bis 63° höher als die Umgebungstemperatur, und sie erreichte im Sommer 83 bis 93°C. Auch zeigte das bekannte Modul eine Fotobeeinträchtigung von ungefähr 24% im jährlichen Mittel, jedoch zeigte das Modul des Beispiels 5 eine solche von nur ungefähr 17% im jährlichen Mittel. So zeigte das Beispiel 5 eine starke Verbesserung.

Claims (1)

  1. Transmissives Dünnschicht-Solarzellenmodul (1) mit: – einem lichtdurchlässigen Substrat (2); – einer Vorderseitenelektrode-Schicht (3); – einer Schicht für fotovoltaische Wandlung (4); – einer Rückseitenelektrode-Schicht (7), wobei diese drei Schichten aufeinander folgend auf das Substrat (2) auflaminiert sind, um eine Solarzelle zu bilden; – einem lichtdurchlässigen Abschnitt (9), der von der Vorderseitenelektrode-Schicht (3) über die Schicht für fotovoltaische Wandlung (4) und die Rückseitenelektrode-Schicht (7) verläuft; und – einer lichtdurchlässigen Abdichtschicht (10, 30), die die Rückseitenelektrode-Schicht (7) bedeckt; – wobei die Abdichtschicht (10, 30) im Nahinfrarot-Wellenlängenbereich von 1500 bis 2000 nm ein Lichtabsorptionsvermögen von 40% oder mehr aufweist, aus einer Glasplatte (30a) mit einem Zinkoxidfilm (30b) oder einem Laminatfilm aus einem Zinkoxidfilm (30b) und einem Silberfilm auf einer Oberfläche der Glasplatte (30a) besteht und innerhalb eines Bereichs sichtbaren Lichts von 400 bis 800 nm über ein Lichttransmissionsvermögen von 70% oder mehr verfügt, und wobei die Abdichtschicht (10, 30) über einen Kleber (15) mit der Rückseitenelektrode-Schicht (7) verbunden ist.
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