DE60034840T3

DE60034840T3 - Photovoltaisches Modul

Info

Publication number: DE60034840T3
Application number: DE60034840T
Authority: DE
Inventors: Akimine Hayashi; Naoaki Nakanishi; Seishiro Mizukami; Takeharu Yamawaki
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2020-03-18
Also published as: AU2233900A; DE60034840T2; ATE362656T1; EP1039551A2; US6288326B1; EP1039551B2; DE60034840D1; EP1039551A3; EP1039551B1

Description

Die Erfindung betrifft ein photovoltaisches Modul mit einer Halbleiterschicht, die auf einem Glassubstrat ausgebildet und durch ein Kapselungsmaterial verschlossen ist. Bekannte photovoltaische Module sind u. a. solche vom Kristalltyp, die unter Verwendung von einkristallinem oder polykristallinem Silicium hergestellt sind, und solche des amorphen Typs, die unter Verwendung von amorphem Silicium hergestellt sind. In jedem Fall muß beachtet werden, daß Silicium leicht chemisch reagiert und zerbrechlich ist, wenn es einer kinetischen Belastung ausgesetzt wird.
Die Verwendung einer Kapselungsstruktur ist gewählt worden, um das Silicium im photovoltaischen Modul zu schützen und die Halbleiterschicht des Moduls elektrisch zu isolieren. Gemäß der vorgeschlagenen Kapselungstechnik kann die Kapselungsstruktur ein Kapselungsmaterial aufweisen, das normalerweise aus EVA (Ethylen-Vinylacetat-Copolymer) oder EVAT (dreiteiliges Copolymer mit Ethylen-Vinylacetat-Triallylisozyanurat-Brücke) besteht. Wenn eine Kapselung der Halbleiterschicht mit einem Kapselungsmaterial erfolgt, werden das Substrat und das auf dem Substrat aufgebrachte Kapselungsmaterial normalerweise unter Anwendung von Druck und Wärme vereinigt.
Da das Kapselungsmaterial unter Druck erwärmt wird, zieht es sich zusammen. Deshalb wird das Kapselungsmaterial so bemessen, daß es größer ist als das Substrat, um die Wärmeschrumpfung unter Druck zu kompensieren. Das Ausmaß der Schrumpfung des Kapselungsmaterials durch Wärme unter Druck kann jedoch als eine Funktion verschiedener am Erwärmungs/Druckbeaufschlagungsprozeß beteiligter Faktoren variieren. Das Endergebnis kann oft ein Umfangsrand des Kapselungsmaterials sein, der über sein Gegenstück des Substrats hinaus nach außen vorsteht.
Wenn das photovoltaische Modul in einem Zustand benutzt wird, in dem der Umfangsrand des Kapselungsmaterials über das Gegenstück des Substrats hinaus nach außen vorsteht, kann unbeabsichtigt eine äußere Kraft auf den Abschnitt des Kapselungsmaterials ausgeübt werden, der über die Endfläche des Substrats hinaus vorsteht, und eine sich wiederholende Ausübung einer solchen Kraft kann schließlich den Umfang des Kapselungsmaterials beschädigen, um zumindest teilweise das Kapselungsmaterial vom Substrat durch einen Spalt zu trennen, durch den Regenwasser in die Halbleiterschicht gelangen kann.
14 der beigefügten Zeichnungen stellt schematisch ein bekanntes photovoltaisches Modul vom Dünnfilmtyp dar, das geeignet ist, die Beständigkeit der Photozellen gegen Umwelteinflüsse zu verbessern. Das dargestellte photovoltaische Modul ist das gleiche Modul wie ein in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 25633877 offenbartes. Mit Bezug auf 14 ist ein Vorderflächenglasüberzug 1 dargestellt, der als transparentes Substrat dient, auf dessen Rückfläche eine Vielzahl von photovoltaischen Dünnfilmzellen 2 angeordnet und durch die Rückseitenelektrode 3 in Reihe und/oder parallel geschaltet sind. Die Rückseitenelektrode 3 ist mit einem Ausgangsanschlußdraht 4 verbunden, der normalerweise aus Metallfolie besteht. Die Rückseitenelektrode 3 ist durch ein Füllungsteil 5 verschlossen. Insbesondere wird das Füllungsteil 5 normalerweise durch heißschmelzendes EVA gebildet, wobei das entsprechende Ende des Ausgangsanschlußdrahts 4 stehen gelassen wird. Die Rückfläche des Füllungsteils 5 ist mit einem Rückflächenkapselungsmaterial (witterungsbeständiger Film) 6 beschichtet, das eine dreischichtige Struktur aufweist, wobei eine Metallfolie 6a von einem Paar Isolierfilmen 6b sandwichartig eingeschlossen ist. Das Rückflächenfüllungsteil 6 ist mit einer Durchgangsbohrung versehen, die als Ausgangsanschlußteilstück Q zur Führung des Ausgangsanschlußdrahts 4 nach außen dient. Der Ausgangsanschlußdraht 4 ist durch die Durchgangsbohrung zur Rückflächenseite des Rückflächenkapselungsmaterials 6 gezogen. Der nach außen gezogene Ausgangsanschlußdraht 4 ist an seinem Vorderende am Anschluß 7 durch Lot oder durch eine Schraube fest befestigt. Ein Ausgangsleitungsdraht 8 ist mit dem Anschluß 7 verbunden. Das Anschlußteilstück mit dem Ausgangsanschlußdraht 4, dem Anschluß 7 und dem Ausgangsleitungsdraht 8 ist in einem Anschlußkasten 9 aufgenommen.
Die freiliegenden Bereiche des Füllungsteils 5 und des Ausgangsanschlußdrahts 4 des Ausgangsanschlußteilstücks Q können mit Schutzharz, wie etwa Siliciumharz, verschlossen werden. Entsprechend kann die Oberfläche des Anschlusses 7 mit Schutzharz, wie etwa Siliciumharz, verschlossen werden.
15 der beigefügten Zeichnungen stellt schematisch ein bekanntes photovoltaisches Modul vom Kristalltyp dar. Gemäß 15 sind eine Vielzahl von Photozellen 11 vom Kristalltyp auf der Rückfläche eines Vorderflächenglasüberzugs 1 angeordnet und durch Verbindungsdrähte 12 verbunden. Die an einem Ende des Moduls angeordnete photovoltaische Zelle 11 ist mit einem Ausgangsanschlußdraht 4 verbunden, der normalerweise aus Metallfolie besteht. Ansonsten hat das Modul gemäß 15 im wesentlichen dieselbe Konfiguration wie das Modul gemäß 14.
Das Dokument ”Entwicklung photovoltaischer Fassaden mit Dünnschichtsolarmodulen auf Basis von amorphem Silizium (a-Si)” der Phototronics Solartechnik GmbH, D-Putzbrunn, 1996, offenbart ein photovoltaisches Modul aufweisend in der folgenden Reihenfolge: ein Frontglassubstrat, ein a-Si-Modul, eine Deckschicht, einen Draht, und ein Rückglas. Das Rückglas weist eine Durchgangsbohrung auf, und der Draht wird durch die Durchgangsbohrung senkrecht zur Rückglasfläche in ein Gehäuse geführt. In dem Gehäuse wird der Kabelschuh des Drahtes an ein Anschlußkabel angelötet. Das Gehäuse wird mit PUR-Masse gefüllt.
Keines der oben aufgeführten photovoltaischen Module ist hinsichtlich Feuchtigkeitsbeständigkeit und Wasserbeständigkeit zufriedenstellend, da das Füllungsteil 5 am Ausgangsanschlußteilstück Q der Atmosphäre ausgesetzt ist. Wenn das Ausgangsanschlußteilstück Q durch Siliciumharz oder ein anderes Schutzmaterial geschützt wird, ist dies weder in Hinsicht auf die Feuchtigkeitsbeständigkeit noch auf die Wasserbeständigkeit zufriedenstellend, da das Teilstück Q praktisch der Atmosphäre ausgesetzt bleibt. Folglich kann insbesondere dann, wenn Wasser in das Innere des Anschlußkastens 9 eindringt, Feuchtigkeit durch das Ausgangsanschlußteilstück Q in das Füllungsteil 5 gelangen, um dadurch den Ausgangsanschlußdraht 4 und die Rückseitenelektrode 3 korrodieren zu lassen. Dies ist ein hauptsächlicher Nachteil von bekannten photovoltaischen Modulen insbesondere hinsichtlich der Umwelteinflußbeständigkeit. Tatsächlich sind die meisten Funktionsstörungen, die in photovoltaischen Modulen auftreten, einer korrodierten rückseitigen Elektrode 3 zuzuschreiben, hervorgerufen durch Feuchtigkeit, die von außen in diese eingedrungen ist. Das Dokument EP-A-0 969 521 beschreibt ein photovoltaisches Modul, das zwischen Harzschichten eingekapselt ist.
Angesichts der vorstehenden Umstände ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein photovoltaisches Modul bereitzustellen, das verhindern kann, daß sein Kapselungsmaterial, das die Halbleiterschicht kapselt, beschädigt wird und sein Umfang vom Substrat getrennt wird.
Erfindungsgemäß wird die oben beschriebene Aufgabe durch Bereitstellung eines photovoltaischen Moduls nach Anspruch 1 erreicht.
Die Erfindung wird aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, wobei diese folgendes zeigen:
1 ist eine schematische Schnittansicht eines Beispiels eines photovoltaischen Moduls.
2 ist eine schematische Schnittansicht eines zweiten Beispiels eines photovoltaischen Moduls.
3 ist eine schematische Schnittansicht eines dritten Beispiels eines photovoltaischen Moduls.
4 ist eine schematische Schnittansicht eines vierten Beispiels eines photovoltaischen Moduls.
5 ist eine schematische Schnittansicht eines fünften Beispiels eines photovoltaischen Moduls.
6 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines fünften Beispiels des photovoltaischen Moduls, die das Hauptkapselungsmaterial und das Dampfsperrenmaterial, das auf der Rückfläche des Moduls angeordnet ist, zeigt.
7 ist eine schematische Schnittansicht eines sechsten Beispiels eines photovoltaischen Moduls, die ein Verfahren zur Herstellung eines photovoltaischen Moduls veranschaulicht.
8 ist eine schematische Schnittansicht des sechsten Beispiels eines in einer Vakuumlaminiervorrichtung angeordneten photovoltaischen Moduls, die den Schritt des Heißklebens in dessen Herstellungsverfahren veranschaulicht.
9 ist eine schematische Schnittansicht des sechsten Beispiels eines photovoltaischen Moduls, die das Laminat unmittelbar vor dem Beschneidungsschritt in dessen Herstellungsverfahren veranschaulicht.
10 ist eine schematische Schnittansicht des sechsten Beispiels eines photovoltaischen Moduls, die das im Beschneidungsschritt beschnittene Laminat veranschaulicht.
11 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen photovoltaischen Moduls vom Dünnfilmtyp.
12 ist eine schematische Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen photovoltaischen Moduls vom Kristalltyp.
13 ist eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen photovoltaischen Moduls vom Dünnfilmtyp.
14 ist eine schematische Schnittansicht eines bekannten photovoltaischen Moduls.
15 ist eine schematische Schnittansicht eines weiteren bekannten photovoltaischen Moduls vom Dünnfilmtyp.
1 veranschaulicht ein Beispiel eines photovoltaischen Moduls, das insgesamt mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet ist. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 101 ein Glassubstrat. Sowohl die Vorderfläche als auch die Rückfläche des Glassubstrats 101 werden entlang ihrer Ränder abgeschrägt, um Abschrägungen (zweite abgeschrägte Flächen) 101a mit einem vorbestimmten Neigungswinkel zu erzeugen.
Transparente leitende Filmstreifen 103 sind auf der Rückfläche des Glassubstrats 101 in regelmäßigen Intervallen entlang der gesamten Länge des Glassubstrats 101 in einer vorbestimmten Richtung ausgebildet, wobei sich zwischen diesen ein SiO₂-Film 102 befindet. Der SiO₂-Film 102 und die transparenten leitenden Filmstreifen 103 sind zwar in dieser Ausführungsform auch auf den Abschrägungen 102a auf der Rückfläche des Substrats 101 angeordnet, können aber von den Abschrägungen 102 entfernt werden.
Halbleiterfilmstreifen 104 sind auf dem transparenten leitenden Film 103 in regelmäßigen Intervallen ausgebildet. Eine Rückelektrodenschicht 105 ist auf jedem Streifen der Halbleiterschicht 104 aufgebracht, um eine mehrschichtige Struktur zu erzeugen. Jeweils zwei benachbarte Halbleiterschichtstreifen 104 sind durch den transparenten leitenden Film 103 und die Rückelektrodenschicht 105 elektrisch in Reihe geschaltet.
Die transparenten leitenden Filmstreifen 103, die mit Blick in einer Richtung, die senkrecht zu dieser vorbestimmten Richtung ist, an den gegenüberliegenden Enden angeordnet sind, sind mit jeweiligen Sammelschienen 106a, 106b versehen, die an ihnen mit Lot 107 befestigt sind und als optische Außenelektroden fungieren. Eine der Sammelschienen oder die Sammelschiene 106a fungiert als Anode, während die andere Sammelschiene 106a als Katode fungiert.
Die auf der Rückfläche des Glassubstrats 101 ausgebildete Halbleiterschicht 104 ist mit einem Kapselungsmaterial 108 beschichtet. Das Kapselungsmaterial 108 weist eine Harzschicht 109 aus einem Harzmaterial, wie etwa EVA oder EVAT, und eine Harzfilmschicht 110 auf, die die Harzschicht 109 bedeckt. Obwohl nicht dargestellt, wird jede der paarigen Sammelschienen 106a, 106b an ihrem einen Ende durch die Harzschicht 109 und die Harzfilmschicht 110 nach außen geführt. Somit kann die elektrische Ausgangsleistung des photovoltaischen Moduls über die Sammelschienen 106a, 106b gewonnen werden.
Der äußere Umfang des Kapselungsmaterials 108 hat eine geneigte Fläche (erste geneigte Fläche) 108a mit einem vorbestimmten Neigungswinkel. Der Neigungswinkel der geneigten Fläche 108a ist derselbe wie der Neigungswinkel der Abschrägungen 101a des Glassubstrats 101. Die Abschrägungen 101a sind einheitlich mit der geneigten Fläche 108a
Das Kapselungsmaterial 108 wird mit dem Glassubstrat 101 vereinigt, wenn ersteres mit der Rückfläche des letzteren durch Wärme und unter Druck verbunden wird. Während des Verbindungsprozesses kann das Kapselungsmaterial 108 sein Profil ändern, weil es sich thermisch zusammenzieht. Deshalb wird die Größe des Kapselungsmaterials 108 so gewählt, daß sie nicht kleiner werden kann als die Größe des Glassubstrats 101, wenn sich das Kapselungsmaterial 108 thermisch zusammenzieht. Die geneigte Fläche 108a des Kapselungsmaterials 108 wird ausgebildet, nachdem das Kapselungsmaterials 108 mit dem Glassubstrat 101 verbunden worden ist oder das Kapselungsmaterial 108 sich thermisch zusammengezogen hat. Mit dieser Abfolge können die Abschrägungen 101a des Glassubstrats 101 verläßlich mit der geneigten Fläche 108a des Kapselungsmaterials 108 abschließen.
Bei einem photovoltaischen Modul 100 wird also auf die oben beschriebene Weise bewirkt, daß die äußere Umfangsfläche des Kapselungsmaterials 108 eine geneigte Fläche hat, die denselben Neigungswinkel aufweist wie die Abschrägungen 101a des Glassubstrats 101, und außerdem sind die Abschrägungen 101a mit der geneigten Fläche 108a vereint.
Infolgedessen steht der Umfang des Kapselungsmaterials 108 nicht über den Umfang des Glassubstrats 101 hinaus nach außen vor. Folglich ist das Kapselungsmaterial 108 gegen Beschädigungen geschützt, die sonst entstehen können, wenn eine äußere Kraft unbeabsichtigt darauf einwirkt. Außerdem wird verhindert, daß es vom Glassubstrat 101 getrennt wird, um das zufällige Eindringen von Regenwasser in die Halbleiterschicht 104 zu bewirken.
Das Kapselungsmaterial 108 weist nicht nur das Merkmal auf, daß sein Umfang nicht über den Umfang des Glassubstrats 101 hinaus nach außen vorsteht, sondern ein weiteres Merkmal, nämlich daß die Abschrägungen 101a des Glassubstrats 101 mit der geneigten Fläche 108a des Kapselungsmaterials 108 vereint sind.
Somit erstrecken sich die Abschrägungen 101a von der geneigten Fläche 108a gleichmäßig und kontinuierlich, ohne daß eine Stufe an ihrer Grenze entsteht.
Wenn eine äußere Kraft unbeabsichtigt auf einen Umfangsbereich des Kapselungsmaterials 108 ausgeübt wird, wird folglich zuverlässig verhindert, daß das letztere entlang seines Umfangs beschädigt und vom Glassubstrat getrennt wird.
2 ist eine schematische Schnittansicht eines weiteren photovoltaischen Moduls 120. Wie bei dem oben beschriebenen ersten Beispiel weist dieses zweite Beispiel eines photovoltaischen Moduls 120 ein Glassubstrat 101 auf, das auch Abschrägungen 101a hat, die durch Abschrägung seines äußeren Umfangs gebildet werden.
Jedoch ist die äußere Umfangsfläche des Kapselungsmaterials 108 keine geneigte Fläche 108a, sondern eine senkrechte Fläche 108b, die zur ebenen Fläche des Glassubstrats 101 im wesentlichen senkrecht steht. Die senkrechte Fläche 108b ist auf der Rückfläche des Glassubstrats 101 angeordnet, so daß sie sich nicht über die äußere Umfangsfläche des Glassubstrats 101 hinaus nach außen erstrecken kann. In diesem Beispiel ist die senkrechte Fläche 108b so angeordnet, daß einer ihrer Ränder positionsmäßig mit den entsprechenden Rändern der Abschrägungen 101a übereinstimmt.
Obwohl sich bei dieser Anordnung die senkrechte Fläche 108a des Kapselungsmaterials 108 von den Abschrägungen 101a des Glassubstrats 101 im Winkel unterscheidet und folglich nicht mit diesen vereint ist, ist das Kapselungsmaterial 108 gegen jede äußere Kraft geschützt, die unbeabsichtigt darauf ausgeübt werden kann, da das Kapselungsmaterial 108 sich nicht über den äußeren Umfang des Glassubstrats 101 hinaus nach außen erstreckt, wie beim ersten Beispiel.
Außerdem ist die senkrechte Fläche 108b so angeordnet, daß einer ihrer Ränder positionsmäßig mit den entsprechenden Rändern der Abschrägungen 101a übereinstimmt. Deshalb erstreckt sich das Kapselungsmaterial 108 weder über den äußeren Umfang des Glassubstrats 101 hinaus nach außen, noch von den entsprechenden Rändern der Abschrägungen 101a aus, im Unterschied zur gedachten senkrechten Fläche 108c, die in 2durch eine gestrichelte Linie angezeigt ist. Somit ist das Kapselungsmaterial 108 vor der nachteiligen Wirkung einer äußeren Kraft, die unbeabsichtigt auf ihren Umfang ausgeübt werden kann, sicherer als im ersten Beispiel.
3 ist eine schematische Schnittansicht des dritten Beispiels eines photovoltaischen Moduls 130. Das Glassubstrat 101 des photovoltaischen Moduls 130 dieses Beispiels ist an seinem Rand nicht abgeschrägt, und seine äußere Umfangsfläche ist eine senkrechte Fläche 101b. Dagegen ist die äußere Umfangsfläche des Kapselungsmaterials 108 als geneigte Fläche 108a mit einem vorbestimmten Neigungswinkel ausgeführt und so angeordnet, daß sie sich nicht über die senkrechte Fläche 101b des Glassubstrats 101 hinaus nach außen erstreckt. In diesem Beispiel ist einer der Ränder der geneigten Fläche 108a so angeordnet, daß er positionsmäßig mit dem entsprechenden Rand der senkrechten Fläche 101b des Glassubstrats 101 übereinstimmt.
Da der Umfang des Kapselungsmaterials 108 bei dieser Anordnung nicht über die äußere Umfangsfläche des Glassubstrats 101 hinaus nach außen vorsteht, ist das Kapselungsmaterial 108 gegen jede äußere Kraft, die unbeabsichtigt darauf ausgeübt werden kann, geschützt. Da die äußere Umfangsfläche des Kapselungsmaterials 108 nicht geneigt ist, ist sie außerdem einer äußeren Kraft weniger ausgesetzt.
In diesem Beispiel kann das letzte Ende der geneigten Fläche 108a des Kapselungsmaterials 108 relativ zur senkrechten Fläche 101b des Glassubstrats 101 nach innen positioniert werden.
4 ist eine schematische Schnittansicht des vierten Beispiels eines photovoltaischen Moduls 140. Das Glassubstrat 101 des photovoltaischen Moduls 140 dieses Beispiels ist an seinem Rand nicht abgeschrägt und hat eine senkrechte Fläche 101b. Auch die äußere Umfangsfläche der Kapselung 108 ist nicht abgeschrägt und hat eine senkrechte Fläche 108b. Dann ist die senkrechte Fläche 108b des Kapselungsmaterials 108 mit der senkrechten Fläche 101b des Glassubstrats 101 vereint.
Da der Umfang des Kapselungsmaterials 108 nicht über den Umfang des Glassubstrats 101 hinaus nach außen vorsteht, ist bei dieser Anordnung das Kapselungsmaterial 108 einer äußeren Kraft, die unbeabsichtigt darauf ausgeübt werden kann, weniger ausgesetzt, so daß es gegen Beschädigungen und Unfälle, die es vom Glassubstrat trennen könnten, geschützt ist.
In diesem vierten Beispiel kann die senkrechte Fläche 108b des Kapselungsmaterials 108 relativ zur senkrechten Fläche 101b des Glassubstrats 101 nach innen positioniert werden.
Angesichts der Tatsache, daß sich das Kapselungsmaterial 108 thermisch zusammenziehen kann, wenn es mit dem Glassubstrat 101 unter Druck thermisch verbunden wird, wird entsprechend die geneigte Fläche 108a oder die senkrechte Fläche 108b des Kapselungsmaterials 108 der zweiten bis vierten Beispiele vorzugsweise ausgebildet, nachdem das Kapselungsmaterial 108b mit dem Glassubstrat 101 unter Druck thermisch verbunden worden ist.
5 ist eine schematische Schnittansicht des fünften Beispiels eines photovoltaischen Moduls 200. Man beachte jedoch, daß die Anordnung dieses Beispiels auf jedes der oben beschriebenen ersten bis vierten Beispiele angewendet werden kann.
Eine transparente SiO₂-Elektrodenschicht ist auf einem Glassubstrat 201 aus Natronkalkglas mit den Abmessungen 92 cm (Länge) × 46 cm (Breite) × 4 mm (Höhe) ausgebildet. Die transparente Elektrodenschicht 202 ist entlang von Ritzlinien 202a, die einer Vielzahl von Elementarzellen entsprechen, geritzt und in Stränge mit einer Breite von etwa 10 mm eingeteilt. Eine Halbleiterschicht vom amorphen Siliciumtyp zur photoelektrischen Umwandlung 203 mit Stiftverbindungen ist auf der transparenten Elektrodenschicht 202 ausgebildet.
Die Halbleiterschicht vom amorphen Siliciumtyp zur photoelektrischen Umwandlung 203 ist entlang der Ritzlinien 203a, die von den entsprechenden jeweiligen Ritzlinien 202a der transparenten Elektrodenschicht 202 um etwa 100 μm verschoben sind, geritzt. Die Ritzlinien 203a stellen so viele Verbindungsöffnungen zwischen der transparenten Elektrodenschicht 203 und einer Rückelektrodenschicht 204 bereit, die auf der Halbleiterschicht zur photoelektrischen Umwandlung 203 durch Einbringen von ZnO und Ag in eine Mehrschichtstruktur ausgebildet ist. Die Rückelektrodenschicht 204 und die photoelektrische Halbleiterschicht zur photoelektrischen Umwandlung 203, die an der Vorderflächenseite relativ zur ersteren angeordnet ist, sind jeweils durch Ritzlinien 203a, 204a in Stränge geteilt, wobei die Ritzlinien 204a der Rückelektrodenschicht 204 von den entsprechenden jeweiligen Ritzlinien 203a der photoelektrischen Halbleiterschicht zur photoelektrischen Umwandlung 203 um etwa 100 μm verschoben sind. Dann wird die Vielzahl von Elementarzellen (mit einer Strangbreite von etwa 10 mm) in Reihe geschaltet, um ein integriertes Modul aus photovoltaischen Dünnfilmzellen zu erzeugen.
Die Halbleiterschicht zur photoelektrischen Umwandlung und die Rückelektrodenschicht werden entlang einer Linie, die entlang des äußeren Umfangs des Glassubstrats 201 gezogen ist, vom Glassubstrat 201 entfernt und von letzterem um 5 mm getrennt, um dort eine Isolierungs/Trennzone zu erzeugen, um die photovoltaischen Zellen entlang des gesamten Umfangs des Glassubstrats 201 von der Außenseite elektrisch zu trennen. Die Abschnitte der Halbleiterschicht zur photoelektrischen Umwandlung und der Rückelektrodenschicht, die sich relativ zu den äußersten Strängen draußen befinden, werden entfernt, um etwa 3,5 mm breite Verdrahtungszonen zu erzeugen. Auf die Verdrahtungszonen wird Lot 205 aufgebracht, um Sammelschienenelektroden 206 zu erzeugen. Somit sind die Sammelschienenelektroden 206 parallel zu den Strängen aus photovoltaischen Zellen angeordnet. Dann werden die Sammelschienenelektroden 206 mit den jeweiligen leitenden Bändern (nicht dargestellt) verbunden.
Dann wird, wie aus der perspektivischen Ansicht in 6 zu ersehen ist, ein Hauptkapselungsmaterial 207 aus einer EVA-Bahn auf einem zentralen Bereich der Rückflächen der photovoltaischen Zellen aufgelegt, und darauf wird Polyisobutylenharz aufgebracht, um ein Dampfsperrenteil 208 zu erzeugen, das einen Umgebungsbereich der Rückflächen der photovoltaischen Zellen bedeckt. Insbesondere wird das Material des Dampfsperrenteils 208 auf einem Zonenbereich aufgebracht, der eine Breite von weniger als 5 mm vom äußeren Umfang des Glassubstrats 201 hat, so daß das Material des Dampfsperrenteils 208 nicht mit den Sammelschienenelektroden 206 und der Rückelektrodenschicht 204 im Stromerzeugungsbereich in Kontakt kommt. Außerdem wird ein Rückflächenabdeckfilm 209 aus Vinylfluoridharz/Al/Vinylfluoridharz auf das Kapselungsmaterial mit dem Hauptkapselungsmaterial 207 und dem Dampfsperrenteil 208 aufgelegt, und die Anordnung von Filmen wird mit einer Vakuumlaminiervorrichtung verschlossen. Die Vakuumlaminiervorrichtung wird für den Wärmehärtungsprozeß mit 150°C für 30 Minuten betrieben. Unter den oben beschriebenen Bedingungen werden die Materialien des Hauptkapselungsmaterials und des Dampfsperrenteils verbrückt und ausgehärtet. Da das Polyisobutylenharz während dieses Prozesses beweglich wird, werden die seitlichen Flächen des Glassubstrats 201 auch vom Dampfsperrenteil 208 bedeckt. Das Hauptkapselungsmaterial 207 und das Dampfsperrenteil 208 weisen eine Dicke von etwa 0,6 mm auf, während der Rückflächenabdeckfilm 209 eine Dicke von 110 μm hat.
In einem Experiment wurde die Strom-Spannungs-Kennlinie des auf diese Weise hergestellten photovoltaischen Moduls mittels eines Sonnensimulators mit 100 mW/cm² und 1,5 A festgestellt, um einen Ausgangsleistungspegel von 32 W aus dem photovoltaischen Modul zu erhalten. Dann wurde das photovoltaische Modul in einem PCT (Pressure Cooker Test – Dampfdrucktest) beobachtet, der bei 120°C unter 2 Atmosphären durchgeführt wurde, und das Aussehen des photovoltaischen Moduls wurde nach dem Test untersucht und festgestellt, daß die Rückelektrode völlig unbeeinflußt und korrosionsfrei geblieben war.
Zu Vergleichszwecken wurde ein photovoltaisches Modul genauso wie beim vorigen Beispiel hergestellt, außer daß lediglich EVA als Kapselungsmaterial zur Bedeckung der gesamten Rückflächen der photovoltaischen Zellen verwendet wurde. Das Vergleichsexemplar wurde ebenfalls mittels des Sonnensimulators beobachtet, um wie beim fünften Beispiel einen Ausgangsleistungspegel von 32 W zu erhalten. Wenn das Exemplar jedoch in einem PCT (Dampfdrucktest) bei 120°C unter 2 Atmosphären beobachtet wurde und das Aussehen der photovoltaischen Moduls nach dem Test untersucht wurde, wurde festgestellt, daß die Rückelektrode offensichtlich aufgrund der Feuchtigkeit, die durch deren Umfang in diese eingedrungen ist, korrodiert worden war. Eine Kapselungsbahn aus Duroplast, wie etwa EVA, hat insofern Vorteile, als diese ein Reflexionsvermögen ähnlich wie bei Glas aufweist und billig hergestellt werden kann. EVA ist jedoch nicht zufriedenstellend hinsichtlich Wasserbeständigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Alkalibeständigkeit. Deshalb kann Feuchtigkeit auf einfache Weise durch das freiliegende EVA in herkömmliche photovoltaische Module eindringen, so daß die innen angeordneten leitenden Bänder und die Rückelektrodenschicht korrodieren und daraus folgend sich die Langzeitzuverlässigkeit des Moduls verschlechtert.
Wie oben beschrieben, bietet das fünfte Beispiel eines photovoltaischen Moduls 200 einen hervorragenden Vorteil, nämlich Langzeitzuverlässigkeit aufgrund des korrosionshemmenden Effekts durch Verwendung eines Kapselungsmaterials mit einem Hauptkapselungsmaterial, das einen zentralen Bereich der Rückflächen der photovoltaischen Zellen überdeckt, und einem Dampfsperrenteil, das einen Umfangsbereich der Rückflächen der photovoltaischen Zellen überdeckt, so daß das Eindringen jeglicher Feuchtigkeit, die durch die Außenseiten des Kapselungsmaterials in das Innere des photovoltaischen Moduls einzudringen versucht, um die leitenden Bänder und die Rückelektrodenschicht im Inneren zu korrodieren, wirksam verhindert werden kann. Außerdem kann ein solches photovoltaisches Modul mit geringem Kostenaufwand hergestellt werden.
Da das Polyisoprenharzmaterial der Dampfsperre nur auf einem Umfangsbereich der Rückfläche der montierten photovoltaischen Zellen aufgebracht wird, ist außerdem der Materialauftragungsprozeß mühelos. Ferner ist bei einer solchen Anordnung der Verbrauch eines relativ teuren Materials gering, und somit können die Kosten zur Herstellung eines solchen photovoltaischen Moduls niedrig gehalten werden. Da schließlich das Hauptkapselungsmaterial und die Dampfsperre mit gleicher Dicke ausgeführt werden können, kann die Rückfläche des photovoltaischen Moduls sehr flach ausgeführt werden.
Ein Material mit einer Dampfdurchlässigkeit von 1 g/m²·Tag bei einer Filmdicke von 100 μm wird vorzugsweise für die Dampfsperre verwendet. Die Materialien, die für die Dampfsperre verwendet werden können und die die oben beschriebene Anforderung erfüllen, sind zwar u. a. Harzmaterialien vom Polyisobutylentyp, Isobutylenharzmaterialien vom Urethantyp, Isobutylenharzmaterialien vom Siliciumtyp, Kleber vom Urethantyp, Kleber vom Acrylattyp und Kleber vom Epoxydtyp, wobei die Verwendung eines Harzmaterials vom Polyisobutylentyp vom Standpunkt der Isolierwirkung und -festigkeit zu bevorzugen ist.
Verschiedene bekannte Techniken können zum Härten der oben genannten Verbindungen verwendet werden. Beispielsweise kann zum Härten von Harzmaterialien vom Polyisobutyltyp eine Technik verwendet werden, wie sie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 6-49365 zur Polymerisation und Aushärtung einer Verbindung offenbart worden ist, die folgendes enthält: eine Polymersubstanz vom Isobutylentyp mit C-C-Doppelbindungen an den Enden, einen Härter mit zwei oder mehr als zwei Hydrosolradikalen und einen Katalysator und eine Technik zur Polymerisation einer Verbindung, die eine Polymersubstanz vom Isobutylentyp mit Hydroxylradikalen an den Enden, eine Isozyanatverbindung und einem Härtungskatalysator enthält.
Für die Zwecke der vorliegenden Beispiele können der Verbindung auch einige andere Zusätze, wie etwa ein Weichmacher zum Regulieren der Viskosität der zu härtenden Verbindung, hinzugesetzt werden. Ein Dampfsperrenteil aus einem elastischen gehärteten Material kann durch Härtung einer Zusammensetzung, die solche Substanzen enthält, ausgebildet werden.
7 ist eine schematische Schnittansicht des sechsten Beispiels eines photovoltaischen Moduls 310, die einen Hauptabschnitt desselben zeigt, um ein Herstellungsverfahren eines photovoltaischen Moduls zu veranschaulichen. 8 bis 10 sind schematische Schnittansichten des sechsten Beispiels des photovoltaischen Moduls, die verschiedene Schritte seines Herstellungsverfahrens darstellen. Das nachstehend für dieses Beispiel beschriebene Verfahren kann auch auf das oben beschriebene erste bis vierte Beispiel für photovoltaische Module angewendet werden.
Das in 7 gezeigte photovoltaische Modul 310 weist ein photovoltaisches Teilmodul auf, das wiederum eine Vielzahl von photovoltaischen Zellen 312 aufweist, die auf einem lichtdurchlässigen (transparenten) Glassubstrat 311 einstückig ausgebildet sind. Es wird bewirkt, daß das Sonnenlicht durch das Glassubstrat 311 in das photovoltaische Teilmodul eintritt. Jede Elementarzelle 312 weist eine transparente Vorderelektrodenschicht 312a, eine photoelektrische Umwandlungseinheit vom nichteinkristallinen Siliciumtyp 312b und eine Rückelektrodenschicht 312c auf, die nacheinander auf dem Glassubstrat 311 in der oben aufgeführten Reihenfolge angeordnet sind.
Die transparente Vorderelektrodenschicht 312a, die direkt auf dem Glassubstrat 311 ausgebildet ist, kann eine Schicht aus einem transparenten leitenden Oxidfilm, wie etwa ITO-Film, SiO₂-Film oder ein ZnO-Film sein. Die transparente Vorderelektrodenschicht 312a kann eine Einschichtstruktur oder eine Mehrschichtstruktur haben und kann durch eine entsprechende bekannte Technik ausgebildet sein, wie etwa Aufdampfung, CVD-Verfahren oder Zerstäubungsverfahren. Vorzugsweise weist die Oberfläche der transparenten Vorderelektrodenschicht eine Oberflächentexturstruktur mit Mikrowelligkeit auf. Dadurch, daß der Oberfläche der transparenten Vorderelektrodenschicht 312 eine solche Texturstruktur verliehen wird, können alle Sonnenstrahlen, die auf die photoelektrische Umwandlungseinheit vom nichteinkristallinen Siliciumtyp 312b auftreffen und die Zelle 312 verlassen, ohne zum photoelektrischen Umwandlungsprozeß beizutragen, unterdrückt werden.
Obwohl nicht dargestellt, hat die auf der transparenten Vorderelektrodenschicht 312a ausgebildete photoelektrische Umwandlungseinheit vom nichteinkristallinen Siliciumtyp 312b eine Mehrschichtstruktur, die durch aufeinanderfolgendes Aufbringen einer p-leitenden nichteinkristallinen Silicium-Halbleiterschicht, einer nichteinkristallinen Silicium-Dünnfilmschicht zur photoelektrischen Umwandlung und einer n-leitenden nichteinkristallinen Silicium-Halbleiterschicht gewonnen wird. Die oben aufgeführte p-leitende Halbleiterschicht, die photoelektrische Umwandlungsschicht 342 und die n-leitende Halbleiterschicht können alle durch Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet werden. Die p-leitende Silicium-Halbleiterschicht kann unter Verwendung von Silicium, Siliciumcarbid oder einer Siliciumlegierung ausgebildet werden, wie etwa Silicium-Germanium, das mit den p-Leitfähigkeitstyp bestimmenden Fremdatomen dotiert ist, wie etwa Boratome oder Aluminiumatome. Materialien, die für die Schicht verwendet werden können, sind u. a. Silicium (Silan usw.), das ein Eigenhalbleiter ist, Siliciumkarbid und Siliciumlegierungen, wie etwa Silicium-Germanium. Außerdem kann auch ein leicht dotiertes p-leitendes oder n-leitendes Halbleitermaterial, das Silicium und eine Spur einer den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung enthält, verwendet werden, wenn es für die photoelektrische Umwandlung ausreichend wirksam ist. Die photoelektrische Umwandlungsschicht ist so beschaffen, daß sie eine Dicke zwischen 0,1 und 10 μm aufweist, wenn sie aus einem amorphen Material besteht. Die n-leitende Silicium enthaltende Halbleiterschicht, die auf der photoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet ist, kann aus Silicium, Siliciumcarbid oder einer Siliciumlegierung bestehen, wie etwa Silicium-Germanium, das mit den n-Leitfähigkeitstyp bestimmenden Fremdatomen, wie etwa Phosphoratome oder Stickstoffatome, dotiert ist.
Obwohl die auf der photoelektrischen Umwandlungseinheit 312b ausgebildete Rückelektrodenschicht 312c aus einem metallischen Material besteht, ist es vorteilhaft, daß die Rückelektrodenschicht 312c nicht nur als Elektrode arbeitet, sondern auch als Reflexionsschicht zum Reflektieren der Lichtstrahlen, die durch das Glassubstrat 311 in die photoelektrische Umwandlungseinheit 312b eintreten und zur Rückelektrodenschicht 312c gelangen, so daß sie wieder in die photoelektrische Umwandlungseinheit 312b eintreten. Deshalb wird sie vorzugsweise aus einem metallischen Material mit einem großen Reflexionsvermögen für Licht ausgeführt, wie etwa Silber oder eine Silberlegierung. Die Rückelektrodenschicht 312c kann durch eine bekannte Technik ausgebildet werden, wie etwa Aufdampfung oder Zerstäubung.
Die transparente Vorderelektrodenschicht 312a, die photoelektrische Umwandlungseinheit vom nichteinkristallinen Siliciumtyp 312b und die Rückelektrodenschicht 312c werden, wie so viele dünne Schichten mit einer großen Oberfläche, auf dem Glassubstrat 311 ausgebildet und dann normalerweise mittels eines Laserprozesses, in eine Vielzahl von Elementarzellen 312 eingeteilt, wobei die Elementarzellen 312 dann elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet werden, um eine einstückige Struktur zu herzustellen.
Wie in 7 dargestellt, werden die transparente Vorderelektrodenschicht und die anderen auf dem Glassubstrat 311 ausgebildeten Silicium-Dünnfilmschichten normalerweise durch eine Sandstrahltechnik von seinem Umfangsbereich 311a entfernt, so daß der Umfangsbereich 311a zur Atmosphäre freigelegt wird, um Zellen 312 zu erzeugen. Die freigelegte Glasfläche des Umfangsbereichs des Glassubstrats 311 erzeugt eine verbesserte Haftwirkung relativ zum Kapselungsharz, das darauf aufzutragen ist, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
Die Rückfläche des oben beschriebenen photovoltaischen Teilmoduls wird dann durch einen darauf ausgebildeten Schutzfilm 314 mit einer dazwischen angeordneten Kapselungsharzschicht (Haftschicht) 313 geschützt und verschlossen. Das Kapselungsharz kann leicht gehärtet werden, wenn es durch Wärme erweicht und geschmolzen ist, und kann verwendet werden, um die auf dem Glassubstrat 311 ausgebildeten Elementarzellen hermetisch zu verschließen und zu bewirken, daß der Schutzfilm 314 fest mit dem photovoltaischen Teilmodul verbunden wird. Harzmaterialien, die als Kapselungsharz verwendet werden können, sind normalerweise thermoplastische Harzmaterialien, wie etwa EVA, EVAT, PVB (Polyvinylbutyral) und PIB, von denen EVA vorzugsweise für den Zweck der Erfindung im Hinblick auf die Haftung auf dem Glassubstrat und der Kosten verwendet werden kann.
Die oben aufgeführten thermoplastischen Harzmaterialien enthalten einen Härter (Verbrückungsmittel) zur Verbrückung und Aushärtung des Harzes. Härter, die vorzugsweise für den Zweck der Erfindung verwendet werden können, sind u. a. organische Peroxidverbindungen, wie etwa 2,5-Dimethylhexan-2,5-Dihydroperoxid. Ein Verbrückungsmittel aus einer organischen Peroxidverbindung kann Radikale zur Verbrückung des Kapselungsharzes erzeugen, wenn es über 100°C erwärmt wird.
Der Schutzfilm 314 wird zum Schutz des photovoltaischen Teilmoduls verwendet, wenn es im Freien angeordnet ist, so daß er erwünschterweise sehr feuchtigkeitsbeständig und wasserfest ist und eine hohe Isolierungswirkung hat. Ein solcher Schutzfilm 314 kann sehr wohl eine organische Filmschicht aus einem Fluorharzfilm, wie etwa Polyvinylfluoridfilm (z. B. Tedler-Film (Markenname)) oder Polyethylenterephthalat-(PET-)Film haben, die an der Seite angeordnet sind, die mit der Kapselungsharzschicht 313 in Kontakt gehalten wird. Die organische Filmschicht kann eine Einschichtstruktur oder eine Mehrschichtstruktur haben. Als Alternative kann die Schutzfilmschicht 314 eine Struktur haben, bei der eine Metallfolie, wie etwa Aluminiumfolie, zwischen einem Paar organischer Filme sandwichartig angeordnet sein kann. Da eine Metallfolie, wie etwa Aluminiumfolie, die Feuchtigkeitsbeständigkeit und die Wasserbeständigkeit des Schutzfilms verbessern kann, kann sie das photovoltaische Teilmodul wirksam gegen Feuchtigkeit schützen, die versucht, von der Rückfläche in dieses einzudringen, wenn der Schutzfilm 314 eine solche Struktur hat. Die organischen Filme sind vorzugsweise Fluorharzfilme für die Zwecke der Erfindung.
Die Kapselungsharzschicht 313 und der Schutzfilm 314 sind entlang des Umfangs des Glassubstrats 311 beschnitten.
Nunmehr wird nachstehend die erste bis vierte Art eines Herstellungsverfahrens eines photovoltaischen Moduls mit Bezug auf 8 bis 10 beschrieben. Ein photovoltaisches Modul wird kurz gesagt hergestellt durch aufeinanderfolgendes Aufbringen einer Kapselungsharzbahn, die leicht gehärtet werden kann, wenn sie durch Wärme erweicht und geschmolzen ist, und eines Schutzfilms mit einer Fläche, die größer ist als die Oberfläche des Glassubstrats auf der Rückfläche des photovoltaischen Teilmoduls, und Durchführen eines Härtungsprozesses nach dem Erweichen und Schmelzen des Kapselungsharzes, um den Schutzfilm sicher mit der Rückfläche des photovoltaischen Teilmoduls zu verbinden. Dann wird das photovoltaische Modul in einem entsprechenden Herstellungsschritt einem vorbestimmten Beschneidungsprozeß unterzogen, um ein fertiges photovoltaisches Modul herzustellen.
Normalerweise werden die Kapselungsharzbahn und der Schutzfilm zusammen mit dem photovoltaischen Teilmodul in einer Vakuumheißklebevorrichtung (einer sogenannten Vakuumlaminierungsvorrichtung) plaziert, um das Kapselungsharz zu erweichen und zu schmelzen, und erwärmt und miteinander verbunden, während sie im Vakuum erwärmt werden.
Jede bekannte Laminiervorrichtung vom Doppelvakuumtyp kann erfindungsgemäß verwendet werden. Die Vakuum-Laminiervorrichtung 330, die in 8 als ein Beispiel gezeigt ist, weist eine untere Kammer 332 und eine obere Kammer 331 auf, die so betrieben werden können, daß sie relativ zur unteren Kammer 332 durch einen Antriebsmechanismus (nicht dargestellt) geöffnet und geschlossen werden.
Die obere Kammer 331 ist mit einer Trennwand 331a versehen, deren Umfang luftdicht mit der inneren Umfangswand der oberen Kammer 331 verbunden ist. Die obere Kammer 331 ist außerdem an einer ihrer Seitenwände mit einem oberen Absaugloch 331b versehen, das mit dem Innenraum, der durch die Trennwand 331a begrenzt und abgetrennt ist, in Verbindung gehalten wird. Das obere Absaugloch 331b ist mit einer Absaugpumpe (nicht dargestellt) verbunden. Andererseits ist die untere Kammer 332 in ihrem Inneren mit einem Tisch 332a zum Halten eines Laminierungsobjekts versehen, wobei der Tisch 332a einen Heizer 332c zur Erwärmung des Laminierungsobjekts enthält. Zusätzlich ist die untere Kammer 332 an einer ihrer Seitenwände mit einem unteren Absaugloch 332b versehen, das mit einer Absaugpumpe (nicht dargestellt) verbunden ist.
Wenn das photovoltaische Teilmodul 320 mit einem Glassubstrat 311 und mehreren Zellen 312, die einstückig auf dem Glassubstrat 311 ausgebildet sind, gekapselt wird, wird zunächst das photovoltaische Teilmodul 320 auf dem Tisch 332a in der unteren Kammer 332 plaziert, wobei das Glassubstrat 311 mit dem Tisch 332a in Kontakt gehalten wird. Dann wird die Kapselungsharzbahn 313' auf der Rückfläche (die obere Fläche in 8) des photovoltaischen Teilmoduls 320 plaziert, und dann wird der Schutzfilm 314 auf der Kapselungsharzbahn 313' plaziert, um ein Laminat zu erzeugen. Man beachte, daß die Kapselungsharzbahn 313' so groß oder geringfügig größer als das Glassubstrat 311 ist und der Schutzfilm 314 geringfügig größer ist als das Glassubstrat 311.
Danach wird die obere Kammer 331 relativ zur unteren Kammer 332 geschlossen und sowohl das Innere der oberen Kammer 331 als auch das der unteren Kammer 332 evakuiert, um das in der Kapselungsharzbahn 313' enthaltene Gas zu entfernen. Dann wird der Innendruck der oberen Kammer 331 wiederhergestellt. Infolgedessen dehnt sich die in der oberen Kammer 331 angeordnete Trennwand 331a nach unten aus, wie in 8 gezeigt, um das Laminierungsobjekt, das auf dem vom Heizer 332c erwärmten Tisch 332a plaziert ist, nach unten zu drücken. Dann wird das Laminierungsobjekt erwärmt und zwischen dem Tisch 332a und der Trennwand 331a unter Druck gehalten, bis die Kapselungsharzbahn 313' weich wird und schmilzt, um nachfolgend ein Laminat zu erzeugen, bei dem der Schutzfilm 314 und die Rückfläche des photovoltaischen Teilmoduls 320 fest miteinander verbunden sind.
Bei dieser ersten Art der Ausführung des sechsten Beispiels geht der Erwärmungs/Verbindungsprozeß so lange weiter, bis das Kapselungsharz in der Vakuum-Laminiervorrichtung vollständig gehärtet ist. Das heißt im einzelnen, bei dieser ersten Art wird der Erwärmungs/Verbindungsprozeß bei einer Temperatur durchgeführt, die höher ist als die Härtungstemperatur des Kapselungsharzes und niedriger als die Zersetzungstemperatur des Kapselungsharzes. Zum Beispiel kann ein EVA-Kapselungsharzmaterial, das eine normale organische Peroxidverbindung enthält, bei einer Temperatur von über etwa 120°C und unter 170°C für ungefähr 5 bis 120 Minuten erwärmt/verbunden werden. Nach der vollständigen Aushärtung des Kapselungsharzes wird das erzeugte Laminat (photovoltaisches Modul) aus der Vakuum-Laminiervorrichtung 330 herausgenommen.
Beim Herausnehmen des Laminatprodukts aus der Vakuum-Laminiervorrichtung 330 wird zunächst der Innendruck der unteren Kammer 332 wiederhergestellt, um zu bewirken, daß sich die Trennwand 331a, die nach unten ausgedehnt worden ist, zusammenzieht und das urspüngliche Profil wieder annimmt und die Decke der oberen Kammer 331 anhebt. Dann wird die Vakuum-Laminiervorrichtung 330 geöffnet, damit das Laminatprodukt herausgenommen werden kann.
Nunmehr wird der Beschneidungsprozeß beschrieben. Wie oben ausgeführt, weist das Laminatprodukt, das aus der Vakuum-Laminiervorrichtung 330 nach der Beendigung des Härtungsprozesses des Kapselungsharzes herausgenommen worden ist, ein Profil auf, wie in 9 dargestellt, wobei das Kapselungsharz sich teilweise über den Umfang des Glassubstrats 311 hinaus erstreckt, da das Kapselungsharz schmelzflüssig wurde, als es unter Druck erwärmt wurde. Das heißt, es hat einen geschmolzenen und ausgedehnten Teil 313a, der sich unter dem entsprechenden ausgedehnten Teil 314a des Schutzfilms befindet, der sich ebenfalls über einen Umfang der Glasunterlage 311 hinaus erstreckt.
Daher wird der geschmolzene und ausgedehnte Teil 313a des Kapselungsharzes zusammen mit dem entsprechenden ausgedehnten Teil 314a des Schutzfilms 314 einem Beschneidungsprozeß in einem Zustand unterzogen, in dem der ausgedehnte Teil 313a des Kapselungsharzes auf eine Temperatur über dem Erweichungspunkt (und unter der Zersetzungstemperatur) des Kapselungsharzes erwärmt ist. Obwohl die spezifische Temperatur des Beschneidungsprozesses in Abhängigkeit vom jeweils verwendeten Kapselungsharz variieren kann, liegt sie zwischen 40°C und 150°C, wenn das Kapselungsharz aus normalem EVA besteht. Eine normale Schneidvorrichtung, wie etwa ein Schneidgerät, kann für den Beschneidungsprozeß verwendet werden. Normalerweise werden das Kapselungsharz und der Schutzfilm 313 entlang des Umfangs des Glassubstrats 311 abgeschnitten.
Während des Beschneidungsprozesses kann das gesamte Laminatprodukt über den Erweichungspunkt des Kapselungsharzes erwärmt werden. Als Alternative kann der Beschneidungsprozeß durchgeführt werden, während das Laminatprodukt auf einer Wärmeplatte mit dem Glassubstrat nach unten plaziert ist und das Laminat über den Erweichungspunkt des Kapselungsharzes erwärmt wird. Als noch eine weitere Alternative kann der Beschneidungsprozeß durchgeführt werden mit Hilfe einer Schneidvorichtung, wie etwa ein Schneidgerät, das erwärmt wird, um das Laminat über den Erweichungspunkt des Kapselungsharzes zu erwärmen. In diesem Fall wird der ausgedehnte Teil 313a wiederum mit einer Schneidvorrichtung in Kontakt gebracht, die auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt ist, so daß der ausgedehnte Teil 313a über den Erweichungspunkt des Kapselungsharzes erwärmt wird.
Vorzugsweise wird der Beschneidungsprozeß nach der Beendigung des Härtungsprozesses des Kapselungsharzes durchgeführt, da das Kapselungsharz nach der vollständigen Aushärtung des Kapselungsharzes einfacher mit einer Schneidvorrichtung beschnitten werden kann als vor der Beendigung des Härtungsprozesses.
In dieser zweiten Art der Ausführung des sechsten Beispiels wird der Erwärmungs/Verbindungsprozeß in der Vakuum-Laminiervorrichtung 330 beendet, während das Kapselungsharz gehärtet wird, das heißt, nach Beginn des Härtungsprozesses des Kapselungsharzes und vor Beendigung des Prozesses. Mit anderen Worten, das Laminat wird der Vakuum-Laminiervorrichtung entnommen, wenn die Kapselungsharzbahn 313' bereits begonnen hat zu erweichen und zu schmelzen, um durch den Erwärmungs/Verbindungsvorgang gehärtet zu werden, aber noch nicht vollständig ausgehärtet ist. Obwohl die Bedingungen, unter denen der Erwärmungs/Verbindungsvorgang durchgeführt wird, je nach der Härtungscharakteristik des zu verwendenden Kapselungsharzes entsprechend gewählt werden können, wird der Vorgang normalerweise bei einer Temperatur zwischen 120°C und 130°C für ungefähr 5 bis 10 Minuten durchgeführt, wenn das Kapselungsharz normales EVA in einer organischen Peroxidverbindung ist.
Das Laminat, das der Vakuum-Laminiervorrichtung 330 entnommen wird, wenn das Kapselungsharz noch immer nicht vollständig ausgehärtet ist (das Laminat kann als photovoltaisches Modul-Zwischenprodukt bezeichnet werden, da der Härtungsprozeß noch nicht beendet ist), wird dann in ein normales Nachwärmgerät (nicht dargestellt), wie etwa einen Ofen, eingebracht und dort erwärmt, um den Härtungsprozeß des Kapselungsharzes zu beenden. Obwohl die Bedingungen, unter denen der Härtungsvorgang durchgeführt wird, je nach Art des zu verwendenden Kapselungsharzes entsprechend gewählt werden können, wird der Vorgang normalerweise bei einer Temperatur von über 140°C (und unter der Zersetzungstemperatur des Kapselungsharzes) für 10 bis 120 Minuten durchgeführt, wenn das Kapselungsharz normales EVA ist. Obwohl sich das Kapselungsharz zusammenziehen kann, wenn es in diesem Erwärmungsprozeß gehärtet wird, ist das Ausmaß der Zusammenziehung klein und vernachlässigbar.
Dann erfolgt der Beschneidungsprozeß an dem photovoltaische Modul, das nach der Beendigung des Härtungsprozesses des Kapselungsharzes dem Nachwärmgerät entnommen wird, und wird beendet, bevor das Kapselungsharz unter seinen Erweichungspunkt abgekühlt ist.
Bei der oben beschriebenen Art der Ausführung des Laminierungsprozesses nimmt das Laminierungsobjekt die Vakuum-Laminiervorrichtung nicht bis zur Beendigung des Härtungsprozesses des Kapselungsharzes ein, so daß sich ein Vorteil ergibt, nämlich eine Verbesserung der Produktivität bei der Fertigung von photovoltaischen Modulen.
Bei der dritten Art der Ausführung des sechsten Beispiels, wie bei der oben beschriebenen zweiten Art, wird der Erwärmungs/Verbindungsprozeß in der Vakuum-Laminiervorrichtung 330 beendet, während das Kapselungsharz härtet, das heißt, nach Beginn des Härtungsprozesses des Kapselungsharzes und vor Beendigung des Prozesses. Anschließend wird das gewonnene photovoltaische Modul-Zwischenprodukt der Vakuum-Laminiervorrichtung entnommen.
Das der Vakuum-Laminiervorrichtung 330 entnommene Laminatprodukt weist ein Profil auf, wie in 9 dargestellt, wobei sich das Kapselungsharz teilweise über den Umfang des Glassubstrats 311 hinaus ausdehnt, da das Kapselungsharz schmelzflüssig wurde, als es unter Druck erwärmt wurde. Folglich hat es einen ausgedehnten Teil 313a. Deshalb wird der geschmolzene und ausgedehnte Teil 313a des Kapselungsharzes zusammen mit dem entsprechenden ausgedehnten Teil 314a des Schutzfilms 314 (siehe 10) einem Beschneidungsprozeß unterzogen. Normalerweise kann ein Schneidgerät verwendet werden, um die ausgedehnten Teile entlang des Umfangs des Glassubstrats 311' während des Beschneidungsvorgangs abzuschneiden.
Dann wird das Werkstück, das ein in 10 gezeigtes Profil hat, in ein gewöhnliches Nachwärmgerät, wie etwa einen Ofen, eingebracht und dort erwärmt, um den Härtungsprozeß des Kapselungsharzes zu beenden. Obwohl die Bedingungen, unter denen der Härtungsvorgang erfolgt, je nach Art des zu verwendenden Kapselungsharzes entsprechend gewählt werden können, wird der Vorgang normalerweise bei einer Temperatur über 140°C (und unter der Zersetzungstemperatur des Kapselungsharzes) für 10 bis 120 Minuten durchgeführt, wenn das Kapselungsharz normales EVA ist. Obwohl sich das Kapselungsharz zusammenziehen kann, wenn es in diesem Erwärmungsprozeß gehärtet wird, ist das Ausmaß der Zusammenziehung klein und vernachlässigbar.
Bei der vorstehend beschriebenen dritten Art besteht kein Risiko, daß sich der ausgedehnte Teil 313a während des Nachwärmprozesses zur Härtung des Kapselungsharzes ablöst und das Nachwärmgerät verunreinigt, wenn das Werkstück im Nachwärmgerät nachgewärmt wird, da alle unnötigen Teile des Kapselungsharzes und des Schutzfilms vor dem Nachwärmprozeß beim Beschneiden entfernt werden (siehe 9). Auf diese Weise wird ein photovoltaisches Modul 310 gemäß 7 hergestellt.
In dem Verfahren zur Herstellung eines photovoltaischen Moduls, wie es oben mit Bezug auf das sechste Beispiel beschrieben, kann sowohl der ausgedehnte Teil 314a des Schutzfilms als auch der ausgedehnte Teil 313a des Kapselungsharzes beim Beschneidungsprozeß glatt und effizient entfernt werden, ohne auch nur teilweise den Schutzfilm vom verbleibenden Teil des Moduls zu trennen und/oder das Glassubstrat 311, den Schutzfilm 314 und/oder das Kapselungsharz zu beschädigen, da die Kapselungsharzschicht keiner übermäßigen Beanspruchung während des Beschneidungsprozesses ausgesetzt ist. Infolgedessen kann ein Laminat, bei dem die Endfläche der Kapselungsharzschicht 313 und die des Schutzfilms 314 mit der Endfläche des Glassubstrats 311 bündig ist, gewonnen werden, wie in 10 gezeigt, um schließlich ein fertiges photovoltaisches Modulprodukt 310 zu erzeugen, wie in 7 gezeigt.
Die Herstellungskosten eines photovoltaischen Moduls können reduziert werden, da es nicht mehr notwendig ist, den Erwärmungs/Druckbeaufschlagungsprozeß und den Prozeß des Erweichens/Schmelzens und Härtens des Kapselungsharzes fortlaufend in einer teueren Vakuum-Laminiervorrichtung durchzuführen. Außerdem kann der geschmolzene und ausgedehnte Teil des Kapselungsharzes zusammen mit dem überflüssigen Teil des Schutzfilms im Beschneidungsprozeß auf einfache Weise entfernt werden, um daraus folgend die Produktivität und die Ausbeute bei der Herstellung von photovoltaischen Modulen zu erhöhen.
11 ist eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines photovoltaischen Moduls 400, das ein photovoltaisches Modul vom Dünnfilmtyp ist. Man beachte jedoch, daß die nachfolgende Beschreibung im wesentlichen auch für das oben beschriebene erste bis vierte Beispiel gilt. In 11 sind mehrere photovoltaische Dünnfilmzellen 402 auf der Rückfläche des vorderen Glasüberzugs 401, der als transparentes Substrat dient, angeordnet und durch eine Rückflächenelektrode 403 in Reihe und/oder parallelgeschaltet. Die Rückflächenelektrode 403 ist ihrerseits mit einem Ausgangsanschlußdraht 404 verbunden, der normalerweise aus Metallfolie besteht.
Die oben aufgeführten Komponenten der Rückflächenseite sind durch eine Füllmaterialschicht 405 eingehüllt, wobei der Ausgangsanschlußdraht 404 von dort herausgezogen ist. Das Füllmaterial ist normalerweise aus EVA, PVB und Siliciumharz ausgewählt.
Dann wird die Rückfläche der Füllmaterialschicht 405 mit Rückflächenkapselungsmaterialien 406 mit einer dreischichtigen Struktur überzogen, die dadurch entsteht, daß eine Metallfolie 406a zwischen einem Paar Isolierfilmen 406b eines äußerst feuchtigkeitsbeständigen und wasserbeständigen Materials, wie etwa Fluorfilme oder ET-Filme, sandwichartig angeordnet wird. Die Lücke zwischen den beiden Rückflächenkapselungsmaterialien 406 ist mit einem Ausgangsanschlußteilstück Q zum Herausführen des Außenanschlußdrahts 404 versehen.
Wie oben aufgezeigt, hat das Rückflächenverkapselungsmaterial eine dreischichtige Struktur, die durch sandwichartiges Anordnen einer Metallfolie zwischen einem Paar Isolierfilmen entsteht, obwohl es alternativ aus einem einzigen Isolierfilm hergestellt sein kann. Wenn die dreischichtige Struktur verwendet wird, verbessert die sandwichartig zwischen den Isolierfilmen angeordnete Metallfolie die Feuchtigkeitsbeständigkeit und die Wasserbeständigkeit des Teils, so daß es die photovoltaischen Zellen wirksam vor Feuchtigkeit schützen kann.
Der Außenanschlußdraht 404, der durch das Ausgangsanschlußteilstück Q herausgezogen ist, ist so ausgeführt, daß er sich entlang der Rückfläche des photovoltaischen Moduls erstreckt. Insbesondere wird eines der Rückflächenkapselungsmaterialien 406 auf der Füllmaterialschicht 405 und dem EVA-Film aufgebracht, und der herausgezogene Ausgangsanschlußdraht 404 und das Ausgangsanschlußteilstück Q werden auf dem Rückseitenverkapselungsmaterial 406 aufgebracht. Dann wird der EVA-Film auf der Verlängerung des Ausgangsanschlußteilstücks 404 aufgebracht, und das andere Rückseitenverkapselungsmaterial 406 wird auf dem EVA-Film aufgebracht. Die mehrschichtige Struktur der Rückflächenseite wird vervollständigt, wenn die Schichten normalerweise in einem Warmschmelzprozeß behandelt werden. Die Länge, entlang der das äußere Rückflächenkapselungsmaterial 406 auf dem Außenanschlußdraht 404 aufgebracht ist (was dem Abstand zwischen der Atmosphäre und dem Ausgangsanschlußteilstück entspricht), beträgt vorzugsweise 100 mm oder mehr. Um genauer zu sein, je länger, umso besser für den Abstand. Der nach draußen gezogene Außenanschlußdraht 404 wird dann am Anschluß 406 durch Lot oder durch eine Schraube befestigt, und ein Ausgangsleitungsdraht 408 wird mit dem Anschluß 407 verbunden. Das Anschlußteilstück des Moduls mit dem Ausgangsanschlußdraht 404, dem Anschluß 407 und dem Ausgangsleitungsdraht 408 ist in einem Anschlußkasten 409 untergebracht.
Wie oben beschrieben, ist die Füllmaterialschicht 405 des Ausgangsanschlußteilstücks Q des oben beschriebenen photovoltaischen Moduls 400 mit den Rückflächenkapselungsmaterialien 406 überzogen und somit nicht der Atmosphäre ausgesetzt. Deshalb ist die Füllmaterialschicht 405 des Ausgangsanschlußteilstücks Q von der Atmosphäre um einen Abstand getrennt, der länger ist als das Gegenstück eines beliebigen bekannten photovoltaischen Moduls, so daß wirksam verhindert wird, daß Feuchtigkeit nach innen eindringt. Somit sind der Außenanschlußdraht 404 und die Rückflächenelektrode 403 wirksam gegen Korrosion geschützt, um die Witterungsbeständigkeit des photovoltaischen Moduls zu verbessern. Aufgrund der oben beschriebenen Vorteile ist es nicht mehr erforderlich, das Innere des Anschlußkastens 409 mit Schutzharz zu verschließen, so daß die Effizienz der Herstellung des photovoltaischen Moduls deutlich erhöht wird.
12 ist eine schematische Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen photovoltaischen Moduls, das vom Kristalltyp ist. In 12 sind die Komponenten, die denen in 11 gleichen, jeweils mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht weiter beschrieben.
In 12 sind mehrere photovoltaische Zellen 411 auf der Rückfläche des vorderen Glasüberzugs 401 angeordnet und untereinander durch Verbindungsdrähte 412 verbunden. Jede der photovoltaischen Zellen 411, die an den entgegengesetzten Enden angeordnet sind, ist mit einem Ausgangsanschlußdraht 404 verbunden. Ansonsten hat das Modul die gleiche Konfiguration wie in 1 gezeigt.
Das in 12 dargestellte photovoltaische Modul bietet die Vorteile, wie oben mit Bezug auf 11 beschrieben, so daß die Rückflächenelektrode 403 und die Verbindungsdrähte gegen Korrosion geschützt sind, um die Witterungsbeständigkeit des Moduls zu verbessern.
13 ist eine schematische Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines photovoltaischen Moduls, das auch vom Dünnfilmtyp ist. In 13 sind die Komponenten, die denen in 11 gleichen, jeweils mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht weiter beschrieben.
In 13 ist die Anordnung der photovoltaischen Zellen 402, der Rückflächenelektrode 403 und der Füllmaterialschicht 405 auf der Rückfläche des vorderen Glasüberzugs 401 dieselbe wie in 11. Im photovoltaischen Modul gemäß 13 sind die Rückflächenkapselungsmaterialien 406 mit einem Durchgangsloch versehen, in dem das Ausgangsanschlußteilstück Q angeordnet ist. Dann ist der Ausgangsanschlußdraht 404 auf der Rückflächenseite eines Rückflächenkapselungsmaterials 406 herausgezogen und durch die Füllmaterialschicht 405 verlängert. Ein drittes Rückflächenkapselungsmaterial 413 ist auf dem anderen Rückflächenkapselungsmaterial 406 und der Verlängerung des Außenanschlußdrahts 404 aufgebracht, wobei die Füllmaterialschicht 405 dazwischen angeordnet ist.
Das in 13 dargestellte photovoltaische Modul bietet auch die Vorteile, wie oben anhand von 11 beschrieben, so daß die Rückflächenelektrode 403 und die Verbindungsdrähte gegen Korrosion geschützt sind, um die Witterungsbeständigkeit des Moduls zu verbessern.

Claims

Photovoltaisches Modul mit: einem transparenten Substrat; photovoltaischen Zellen, die auf der Rückfläche des transparenten Substrats ausgebildet sind; einem Füllungsteil zum Verschließen der photovoltaischen Zellen; und einem Rückflächenkapselungsmaterial, das auf der Rückfläche des Füllungsteils angeordnet ist, wobei ein Ausgangsanschlussdraht mit den photovoltaischen Zellen verbunden ist; wobei der Ausgangsanschlussdraht aus dem Inneren des Füllungsteils durch ein Ausgangsanschlussstück zu der Rückfläche des Rückflächenkapselungsmaterials gezogen ist, wobei das Füllungsteil des Ausgangsanschlussteilstücks nicht direkt der Atmosphäre ausgesetzt ist; wobei die photovoltaischen Zellen durch eine Rückflächenelektrode verbunden sind, die mit dem Ausgangsanschlussdraht verbunden ist; wobei das Rückflächenkapselungsmaterial einen dreischichtigen Aufbau aufweist, bei dem sich eine Metallfolie zwischen zwei Isolationsfolien aus einem hochfeuchtigkeits- und wasserbeständigen Material befindet, oder aus einer einzigen Isolationsfolie gebildet wird; wobei ein erster Teil des Rückflächenkapselungsmaterials auf einer ersten Schicht des Füllungsteils aufgebracht ist und die zweite Schicht des Füllungsteils und der durch das Ausgangsanschlussstück herausgezogene Ausgangsanschlussdraht auf dem ersten Teil des Rückflächenkapselungsmaterials aufgebracht sind; wobei eine dritte Schicht des Füllungsteils auf dem Ansatzstück des Ausgangsanschlussstücks und der zweite Teil des Rückflächenkapselungsmaterials auf der dritten Schicht des Füllungsmaterials aufgebracht ist; wobei der Ausgangsanschlussdraht auf einem Anschluss angelötet bzw. an diesem angeschraubt ist, wobei ein Ausgangszuleitungsdraht mit dem Anschluss verbunden ist und der Anschluss und der Ausgangszuleitungsdraht sich in einem Anschlusskasten befinden.