DE69533600T2

DE69533600T2 - Eine mit lichtdurchlässigem Harz versiegelte Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE69533600T2
Application number: DE69533600T
Authority: DE
Inventors: Ichiro Kataoka; Takahiro Mori; Satoru Yamada; Hidenori Shiotsuka; Ayako Komori
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-04-30
Filing date: 1995-04-26
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2015-04-27
Also published as: EP0680095A2; JPH07302926A; DE69533600D1; CN1107984C; CN1114467A; KR950030322A; EP0680095A3; AU679620B2; US5684325A; EP0680095B1; AU1770295A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiter, der mit einem lichtdurchlässigen Harz versiegelt ist, insbesondere auf ein oberflächenbedeckendes Material für ein Solarzellmodul, welches mit einem lichtdurchlässigen, organischen Hochpolymerharz an der Lichteinfalls-(lichtempfangenden)Oberflächenseite des photovoltaischen Elements versiegelt ist.
Verwandter Stand der Technik
In den vergangenen Jahren wurde die Umweltverschmutzung ein weltweit beachtetes Problem. Insbesondere ist der globale Temperaturanstieg, verursacht durch den Treibhauseffekt von ausgestoßenem Kohlendioxid, ein ernsthaftes Problem. Daher ist eine saubere Energieerzeugung ohne die Verwendung von fossilen Brandstoffen sehr erwünscht. Die Solarzelle, welche ein photoelektrischer Wandler ist, ist zurzeit eine vielversprechende saubere Energiequelle, weil sie sicher ist und einfach zu handhaben.
Die Solarzelle enthält verschiedene Typen, beispielsweise durch kristalline Siliciumsolarzellen, polykristalline Siliciumsolarzellen, amorphe Siliciumsolarzellen (hierbei enthält amorphes Silicium mikrokristallines Silicium), Kupfer-Indiumselenatsolarzellen, Verbindungshalbleitersolarzellen und ähnliche. Von diesem werden Dünnschichtsolarzellen aus kristallinem Silicium, Verbindungshalbleitersolarzellen und Solarzellen vom amorphen Siliciumtyp aktiv untersucht, da diese Arten von Solarzellen einfach in einer großflächigen Form bei geringen Kosten erzeugt werden können.
Ferner sind von diesen Solarzellen Dünnschichtsolarzellen, typifiziert durch Solarzellen vom amorphen Siliciumtyp, welche durch Abscheiden von Silicium auf einem Substrat mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche, wie etwa ein flexibles, elektrisch leitfähiges Metallsubstrat und nachfolgendes Bilden einer lichtdurchlässigen elektrisch leitfähigen Schicht darauf, vielversprechend als ein zukünftiges Modulmodell, aufgrund ihres leichten Gewichts, ihrer hohen mechanischen Beständigkeit und ihrer hohen Flexibilität. Jedoch erfordert diese Art von Modul eine lichteinfallende Fläche, die mit einem lichtdurchlässigen Material bedeckt ist, um die Solarzelle zu schützen, die unterschiedlich zu der ist, die durch Siliciumabscheidung auf einem Glassubstrat erzeugt wird. In herkömmlichen Solarzellmodulen wird ein lichtdurchlässiger dünner Film eines Fluoridpolymers, wie etwa ein Fluorkunststofffilm und eine Fluorkunststoffbeschichtung als die äußerste Deckschicht aufgetragen, und ein lichtdurchlässiges thermoplastisches organisches Harz wird unterhalb der Deckschicht vorgesehen. Der Fluorkunststoff (Fluoridpolymer wird als eine äußerste Schicht verwendet, aufgrund seiner hohen Wetterbeständigkeit und hohen Wasserabstoßungsfähigkeit, um die hohe Lichtdurchlässigkeit ohne einen Abfall der Umwandlungswirksamkeit des Solarzellmoduls zu erhalten, die durch gelbe Verfärbung oder weiße Trübung oder Beschmutzung der Oberfläche verursacht wird. Das lichtdurchlässige thermoplastische Harz wird aufgrund seiner geringen Kosten in großen Mengen als der Füllstoff für den Schutz des inneren photovoltaischen Elements eingesetzt.
Die 4 zeigt ein Beispiel eines derartigen Solarzellmoduls. In der 4 ist das Modul aus einem Dünnfilmschicht 401 aus einem Fluorkunststoff (Fluoridpolymer), einem lichtdurchlässigen thermoplastischen organischen Harz 402, einem photovoltaischen Element 403 und einer Isolationsschicht 404 aufgebaut. In diesem Beispiel ist die Rückseite des photovoltaischen Elements mit dem gleichen organischen Harz wie die Lichteinfallsseite bedeckt. Spezifischer ist die Fluorkunststoff-Dünnfilmschicht 401 ein Fluoridpolymerfilm, wie etwa ein Film aus ETFE (Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer) und ein Film aus PVF (Polyvinylfluorid). Das lichtdurchlässige thermoplastische organische Harz 402 ist beispielsweise EVA (Ethylen-Vinylacetat-Copolymer) und Butyralharze. Die Isolationsschicht 404 kann aus verschiedenen organischen Harzfilmen, wie etwa Nylonfilm, ein aluminiumlaminierter Tedlar-Film und ähnlichem hergestellt werden. In diesem Beispiel dient das lichtdurchlässige, thermoplastische, organische Harz 402 als ein Klebstoff für die Bindung des photovoltaischen Elements 403 an den Fluorkunststofffilm 401 und die Isolationsschicht 404, und dient ebenfalls als ein Füllstoff für den Schutz der Solarzelle vor äußerem Zerkratzen und mechanischer Belastung.
Jedoch sind die vorher erwähnten thermoplastischen, lichtdurchlässigen, organischen Harze, insbesondere EVA, in der Wärmebeständigkeit und Wasserbeständigkeit nicht ausreichend. Daher weisen Solarzellmodule mit EVA und den vorher erwähnten Fluorkunststoffen als Oberflächenschichten die folgenden Probleme auf.
Bei Aussetzen des Solarzellmoduls mit direktem Sonnenlicht, wird die Oberfläche des Moduls auf eine Temperatur von mehr als 65°C erwärmt. Das für die Versiegelung des Solarzellmoduls verwendete EVA neigt dazu bei einer derartigen hohen Temperatur deformiert zu werden, da das EVA-Harz einen Vicat-Erweichungspunkt von 40°C oder weniger hat. Dieses Problem ist ernsthafter, wenn das Solarzellmodul einstückig mit einem Baumaterial, wie etwa einem Dachmaterial, verwendet wird.
Das photovoltaische Element mit einem dünnen Halbleiterfilm, gebildet auf einem elektrisch leitfähigen Metallsubstrat, neigt dazu Kurzschluss-(oder Nebenschlusswiderstand) zwischen dem Substrat und der lichtdurchlässigen elektrisch leitfähigen Schicht aufgrund der Unebenheit des Substrats oder der Ungleichmäßigkeit des gebildeten Films zu verursachen. Obwohl der Nebenschlusswiderstand durch eine Defektentfernungsbehandlung eliminiert werden kann, neigt das behandelte Element latent dazu, wieder einen Nebenschlusswiderstand zu verursachen. Dieses Wiederauftreten des Nebenschlusswiderstandes wird in der Anwesenheit von Feuchtigkeit beschleunigt. Das die äußerste Schicht des Solarzellmoduls bildende Fluorkunststoffharz wirkt nur wenig als eine Feuchtigkeitsbarriere. Ferner ist die Versiegelung des photovoltaischen Elements mit einem stark hygroskopischen EVA-Harz, bei der Sicherstellung der Langzeitstabilität des Solarzellmoduls unter Bedingungen von hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit nicht wünschenswert. Überdies kann das EVA-Harz möglicherweise an seiner Acetatgruppe in der Anwesenheit von Feuchtigkeit hydrolysiert werden, und Essigsäure frei setzen, welche den Nebenschlusswiderstand des photovoltaischen Elements beschleunigt oder die Korrosion der lichtdurchlässigen elektrisch leitfähigen Oberfläche verursacht.
Die Japanische Patentveröffentlichung Nr. 62-9232 offenbart ein adhäsives Füllstoffblattmaterial für Solarzellen, welches aus einer Mischung eines Silan-modifizierten Ethylencopolymers und einem organischen Peroxid gebildet wird. Die Japanische Patentveröffentlichung Nr. 62-14111 offenbart ein adhäsives Füllstoffblattmaterial für Solarzellen, welches aus einem Ethylencopolymer gebildet wird, das darin ein Kopplungsmittel und ein organisches Peroxid enthält.
Jedoch beschreiben die vorher erwähnten Japanischen Patentveröffentlichung überhaupt nicht das Solarzellelement, welches durch Bedecken eines einer Defektentfernungsbehandlung unterzogenen Elements mit einem EVA-Harz und einem Fluorkunststoffharz auf der Lichteinfallsseite des Elements hergestellt wird. Ferner beschreiben die Japanischen Patentveröffentlichungen die hohe Wärmebeständigkeit und hohe Hygroskopizität des EVA-Harzes oder die Freisetzung einer Säure aus dem EVA-Harz nicht, und erwähnen nicht den Unterschied zwischen EVA-Harzen und anderen Copolymeren vom Ethylentyp. Daher ist die Verwendung von Copolymeren vom Ethylentyp, die sich vom EVA unterscheiden, es wert sind untersucht zu werden.
EP 0 680 097 A2 offenbart ein Solarzellmodul mit einem oberflächenschützenden Element bestehend aus einem Fluorharz. Die Verwendung eines versiegelnden Materials auf einer lichteinfallenden Fläche eines photovoltaischen Wandlers, wie etwa Ethylen-Vinylacetatcopolymer (EVA), Ethylen-Methylacrylatcopolymer (EMA) oder Ethylen-Ethylacrylatcopolymer (EEA) für ein Solarzellmodul wird beschrieben.
EP 0 680 096 A2 offenbart ebenfalls ein Solarzellmodul, in welchem ein transparenter Füllstoff an der Vorderseite gebildet aus Copolymeren von Ethylen und einem ungesättigten Fettsäureester verwendet wird, um die Oberflächenrauheit des photovoltaischen Elements zu bedecken und die Bindung eines Oberflächenfilms sicherzustellen.
Die Dokumente FR 2 244 266, JP 04 311732 und E. F. Cuddihy, et al.: Encapsulation materials for terrestrial photovoltaic modules, Extended Abstracts, Vol. 82-1, May 1982 (XP002005969) offenbaren Materialien für die Beschichtung, Versiegelung oder den Schutz von photovoltaischen Elementen. Diese Materialien umfassen Copolymere von Ethylen und einem ungesättigten Fettsäureester als ein Klebstoff für die Bindung eines transparenten Elements, eines schützenden Blatts für Solarzellmodule bzw. als Einbettungsmaterialien für die Verwendung in einem Einkapselungssystem für photovoltaische Module.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt einen wie in Anspruch 1 definierten, mit einem lichtdurchlässigen Harz versiegelten Halbleiter zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt einen mit einem lichtdurchlässigen Harz versiegelten Halbleiter für eine Solarzelle zur Verfügung zu stellen, welcher mit einem oberflächenbedeckenden Material mit hoher Wärmebeständigkeit und niedriger Hygroskopizität versehen ist, das selbst in der Anwesenheit von Feuchtigkeit keine freie Säure freisetzt, sich bei hoher Temperatur wenig verformt, die Verschlechterung der Solarzellleistung verursacht durch den Abfall des Nebenschlusswiderstandes des photovoltaischen Elements bei hoher Feuchtigkeit minimiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines mit einem lichtdurchlässigen Harz versiegelten Halbleiters der vorliegenden Erfindung, wie etwa einem Solarzellmodul.
Die 2A ist eine schematische Querschnittsansicht eines photoelektrischen Wandlers für das in der 1 gezeigte Solarzellmodul, und die 2B ist eine Draufsicht auf die Lichteinfallsseite des Elements.
Die 3 ist eine schematische Querschnittsansicht des Solarzellmoduls des Beispiels 1.
Die 4 ist eine schematische Querschnittsansicht des Solarzellmoduls zum Vergleich.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Der erfindungsgemäße Halbleiter versiegelt mit einem lichtdurchlässigen Harz wird an der Lichteinfallsfläche eines photoelektrischen Wandlers mit einer organischen Polymerharzschicht versiegelt, wobei die organische Harzschicht ein Copolymer aus Ethylen und einem ungesättigten Fettsäureester umfasst. Die organische Polymerharzschicht mit einem Copolymer aus Ethylen und einem ungesättigten Fettsäureester als das oberflächenbedeckende Material ergibt die folgenden Wirkungen.

(1) Die Deckschicht ist wärmebeständig, verursacht keine Verformung und Abblätterung durch Erweichen des Füllstoffs bei Verwendung bei einer hohen Temperatur.
(2) Die Deckschicht ist feuchtigkeitsbeständig, verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit darin, unterdrückt die Freisetzung einer Säure und senkt inhärent die nachteilige Wirkung von Feuchtigkeit in dem photovoltaischen Element.
(3) Die Deckschicht, wenn sie auf ein photovoltaisches Element aufgebracht wird, das einer Defektentfernungsbehandlung unterzogen wurde, um den Nebenschlussabschnitt zu reparieren, verhindert den Fall des Nebenschlusswiderstandes, welcher dazu neigt durch Wasser und eine freigesetzte Säure in dem defektentfernungsbehandelten photovoltaischen Element verursacht werden kann, wodurch die Senkung der Leistungsfähigkeit der Solarzelle durch Feuchtigkeit verzögert wird.

Mit Bezug auf die 1, wird die Struktur eines Solarzellmoduls als ein Beispiel des erfindungsgemäßen, mit einem lichtdurchlässigen Harz versiegelten Halbleiters im Folgenden beschrieben. Äußeres Licht 100 dringt durch eine äußerste Oberfläche 103 in ein photovoltaisches Element 101 ein. Die durch das photovoltaische Element 101 erzeugte elektromotorische Kraft wird durch einen Ausgabeanschluss (nicht in der Zeichnung gezeigt) abgeleitet.
Photoelektrischer Wandler 101
Das erfindungsgemäße photovoltaische Element 101, welches ein photoelektrischer Wandler mit einer photoaktiven Halbleiterschicht als das photovoltaische Element wird zum Beispiel auf einem elektrisch leitfähigen Substrat gebildet. Ein Beispiel für den Aufbau davon wird in den 2A und 2B gezeigt, gebildet aus einem elektrisch leitfähigen Substrat 201, einer Rückseitenreflexionsschicht 202, einer photoaktiven Halbleiterschicht 203, einer lichtdurchlässigen elektrisch leitfähigen Schicht 204 und einer Sammelelektrode (bzw. Aufnahmeelektrode) 205.
Elektrisch leitfähiges Substrat 201
Das elektrisch leitfähige Substrat 201 dient als ein Grundmaterial für das photovoltaische Element 101 als auch als eine untere Elektrode. Die es bildenden Materialien enthalten Silicium, Tantal, Molybdän, Wolfram, rostfreien Stahl, Aluminium, Kupfer, Titan, Kohlenstoffblatt, bleibeschichteter Stahl, Harze, Keramiken und Glas mit einer elektrisch leitfähigen Schicht darauf. Auf das vorher erwähnte elektrisch leitfähige Substrat 201 kann eine Rückseitenreflexionsschicht 202 aus einer Metallschicht, einer Metalloxidschicht oder einem Laminat davon gebildet werden. Die Metallschicht kann aus Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni oder ähnlichem gebildet werden. Die Metalloxidschicht kann aus ZnO, TiO₂, SnO₂, In₂O₃-SnO₂ (ITO) oder ähnlichem gebildet werden. Die Metallschicht und die Metalloxidschicht kann durch Widerstandswärmebedampfen, Elektronstrahlbedampfen, Kathodenzerstäuben oder ähnlichen Verfahren gebildet werden.
Photoaktive Halbleiterschicht 203
Die photoaktive Halbleiterschicht 203 führt die photoelektrische Umwandlung durch. Die spezifischen Materialien dafür enthalten polykristallines Silicium vom pin-Konjunktionstyp, amorphes Silicium vom pin-Konjunktionstyp und Verbindungshalbleiter, wie etwa CuInSe₂, CuInS₂, GaAs, CdS/Cu₂S, CdS/CdTe, CdS/InP und CdTe/Cu₂Te. Die photoaktive Halbleiterschicht vom polykristallinen Siliciumtyp kann durch ein Verfahren, wie etwa Blattbildung aus geschmolzenen Silicium und Wärmebehandlung von amorphen Silicium gebildet werden. Die photoaktive Halbleiterschicht vom amorphen Siliciumtyp kann durch Plasma-CVD unter Verwendung eines Silangases gebildet werden. Die photoaktive Halbleiterschicht vom Verbindungshalbleitertyp kann durch Ionenplattierung, Ionenstrahlabscheidung, Vakuumbedampfen, Kathodenzerstäuben, Elektroabscheiden oder ähnlichen Verfahren gebildet werden.
Lichtdurchlässige, elektrisch leitfähige Schicht 204
Die lichtdurchlässige, elektrisch leitfähige Schicht 204 wird für eine Solarzelle mit höherem elektrischen spezifischen Widerstand eingesetzt und dient als eine obere Elektrode. Die spezifischen Beispiele von Materialien dafür enthalten In₂O₃, SnO₂, In₂O₃-SnO₂ (ITO), ZnO, TiO₂, Cd₂SnO₄, kristalline Halbleiterschichten, dotiert mit einer hohen Konzentration an Fremdatomen und Metalldünnfilme mit ohmischen Verbindungen mit einem Halbleiter. Die lichtdurchlässige elektrisch leitfähige Schicht 204 kann durch Widerstandserwärmung verdampfen, Kathodenzerstäuben, sprühen, CVD, Fremdatomdiffusion, oder ähnliche Verfahren, gebildet werden.
Das photovoltaische Element, aufgebaut um eine lichtdurchlässige Schicht zu haben, hat örtliche Kurzschlüsse zwischen dem elektrisch leitfähigen Substrat und der lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Schicht, aufgrund der Unebenheit des elektrisch leitfähigen Substrats und/oder der gebildeten photoaktiven Halbleiterschicht. Das heißt, das photovoltaische Element hat einen niedrigen Leckwiderstand (Nebenschlusswiderstand). Dort tritt ein Stromleck im Verhältnis zu der Ausgabespannung auf. Um dieses zu reparieren, wird das Element nach Bildung der lichtdurchlässigen elektrisch leitfähigen Schicht einer Defektentfernungsbehandlung unterzogen. Diese Behandlung wird ausführlich in USP 4,729,970 beschrieben. Durch diese Behandlung wird der Nebenschlusswiderstand des photovoltaischen Elements gesteuert, um in einem Bereich von 1 bis 500 KΩ × cm², bevorzugt von 10 bis 500 KΩ × cm² zu sein.
Sammelelektrode 205
Auf der lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Schicht 204 kann eine Sammelelektrode vom Gittertyp 205 (Gitter) vorgesehen werden. Die spezifischen Beispiele des Materials für die Sammelelektrode 205 enthalten Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni, Cu und Sn und elektrisch leitfähige Pasten, wie etwa Silberpaste. Die Sammelelektrode 205 kann durch Kathodenzerstäuben, Widerstandserwärmen und CVD unter Einsatz eines Maskenmusters, Gesamtmetallfilmabscheiden und nachfolgendes Ätzen der unnötigen Teile mit Musterbildung; direktes Gitterelektrodenmusterbilden durch photounterstütztes CVD; Bilden einer negativen Mustermaske der Gitterelektrode und nachfolgendes Metallplattieren; Drucken mit einer elektrisch leitfähigen Paste; Binden einer Metallleitung an einen gedruckten elektrisch leitfähigen Pastenabschnitt durch Löten, oder ähnliche Verfahren gebildet werden.
Die elektrisch leitfähige Paste enthält eine Dispersion eines Pulvers aus Silber, Gold, Kupfer, Nickel, Kunststoff oder ähnliche in einem Binderpolymer. Das Binderpolymer enthält Polyesterharze, Epoxidharze, Acrylharze, Alkydharze, Polyvinylacetatharze, Gummis, Urethanharze und Phenolharze.
Ausgabeanschluss 206
Schließlich werden Ausgabeanschlüsse 206a, 206b für die Ausgabe der elektromotorischen Kraft entsprechend an das elektrisch leitfähige Substrat 201 und die Sammelelektrode 205 gebunden. An das elektrisch leitfähige Substrat 201 wird ein Metallgegenstand, wie etwa ein Kupferstreifen, durch Punktschweißen oder Löten gebunden. An die Sammelelektrode 205 wird ein Metallgegenstand elektrisch durch elektrisch leitfähige Paste oder Löten verbunden.
Die photovoltaischen Elemente 101, hergestellt durch das vorherige Vorgehen, können in Serie oder parallel geschaltet werden, um die erwünschte Spannung oder Stromintensität zu erhalten. Andererseits können die photovoltaischen Elemente auf dem isolierten Substrat integriert werden, um eine erwünschte Spannung oder Stromintensität zu erhalten.
Rückseitendeckfilm 105
Der Rückseitendeckfilm 105 isoliert das elektrisch leitfähige Substrat 201 des photovoltaischen Elements 101 elektrisch von der Außenseite. Das Material dafür hat wünschenswerter Weise eine ausreichende elektrische Isolationseigenschaft für das elektrisch leitfähige Substrat 201, ausreichende Beständigkeit für eine Langzeitverwendung, Beständigkeit gegenüber thermischer Expansion und thermischer Zusammenziehung und Flexibilität. Spezifische Beispiele für den Rückseitendeckfilm sind Filme aus Nylon und Polyethylenterphtalat.
Rückseitenfüllstoff 104
Der Rückseitenfüllstoff 104 bindet den Rückseitendeckfilm 105 an das photovoltaische Element 101. Das Material für den Rückseitenfüllstoff 104 hat wünschenswerter Weise ausreichende Bindungseigenschaften, ausreichende Langzeitbeständigkeit, Beständigkeit gegenüber thermischer Expansion und thermischer Zusammenziehung und Flexibilität. Spezifische Beispiele dafür enthalten heißschmelzende Klebstoffe, wie etwa EVA und Polyvinylbutyral, doppelseitig beschichtete Bänder, und flexible Epoxidklebstoffe. Dieser Rückseitenfüllstoff 104 kann aus dem gleichen Material wie der später beschriebene Vorderseitenfüllstoff 102 hergestellt werden.
In dem Fall, wo das Solarzellmodul bei einer hohen Temperatur verwendet wird, zum Beispiel einstückig mit einem Baumaterial, wie einem Dachmaterial, wird der Füllstoff bevorzugt quervernetzt, um die Adhäsion bei der hohen Temperatur sicherzustellen. Das Quervernetzen des Materials wie EVA wird im Allgemeinen mit einem organischen Peroxid durchgeführt.
Eine Verstärkungsplatte kann an die äußere Oberfläche des Rückseitendeckfilms 105 angehaftet werden, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen oder die Verzerrung und das Verziehen des Solarzellmoduls aufgrund von Temperaturveränderung zu vermeiden. Die Verstärkungsplatte ist geeigneter Weise aus einer Stahlplatte, einer Kunststoffplatte, FRP (glasfaserverstärkte Kunststoffe) oder ähnlichem hergestellt.
Füllstoff 102
Der Füllstoff 102, wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird im Folgenden ausführlich erläutert. Der Füllstoff ist ein Harz, das eingesetzt wird, um die Oberflächenrauheit des photovoltaischen Elements zu bedecken, und um das photovoltaische Element vor der äußeren Umwelt zu schützen. Wenn ein Oberflächenfilm vorgesehen wird, dient der Füllstoff dazu, den Oberflächenfilm an das photovoltaische Element zu binden. Daher ist es erforderlich, dass der Füllstoff zusätzlich zu der hohen Durchlässigkeit Wetterbeständigkeit, Adhäsionsfähigkeit, Wärmebeständigkeit und ferner eine niedrige Hygroskopizität hat und keine Säure freisetzt. Diese Erfordernisse werden ausreichend durch Copolymerharze aus Ethylen und einer ungesättigten aliphatischen Carbonsäure (Fettsäure) erfüllt, die spezifisch Ethylen-Methylacrylat-Copolymere (EMA), Ethylen-Ethylacrylat-Copolymere (EEA), Ethylen-Butylacrylat-Copolymere (EBA), Ethylen-Methylmethacrylat-Copolymere (EMM) und Ethylen-Ethylmethacrylat-Copolymere (EEM) einschließen. Von diesen sind Ethylen-ungesättige aliphatische Carbonsäuren, EMA und EEA wegen ihrer Erhältlichkeit und Kosten geeignet und EEA ist wegen der Lichtdurchlässigkeit noch geeigneter.
Es ist erwünscht, dass das den Füllstoff bildende Harz quervernetzt ist, um die Wärmebeständigkeit und Adhäsionsfähigkeit zu verbessern. Das Quervernetzen wird im Allgemeinen durch Verwendung eines Quervernetzungsmittels, wie etwa Isocyanat, Melamin und einem organischen Peroxid durchgeführt. Das in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Quervernetzungsmittel hat erwünscht eine ausreichend lange Verarbeitungszeit, um eine schnelle Quervernetzungsreaktion zu verursachen und keine oder wenig Substanz abzugeben.
Organische Peroxide erfüllen die vorherigen Erfordernisse. Die organischen Peroxide werden ausführlich beschrieben. Die Quernetzungsreaktion durch ein organisches Peroxid schreitet durch Abstraktion von Wasserstoffatomen aus den Harzmolekülen durch aus dem organischen Peroxid erzeugten freien Radikale fort, um Kohlenstoff-Kohlenstoffbindungen zu bilden. Das organische Peroxid wird durch thermische Zersetzung, Redox-Zersetzung oder ionische Zersetzung aktiviert. Im Allgemeinen wird thermische Zersetzung bevorzugt.
Das organische Peroxid wird gemäß der chemischen Struktur in Hydroperoxide, Dialkyl(aryl)peroxide, Diacylperoxide, Peroxyketale, Peroxyester, Peroxcarbonate und Ketonperoxide klassifiziert.
Die Hydroperoxide enthalten t-Butylhydroperoxid, 1,1,3,3-Tetramethylbutylhydroperoxid, p-Methanhydroperoxid, Cumolhydroperoxid, p-Cymolhydroperoxid, Diisopropylbenzolhydroperoxid, 2,5-Dimethylhexan-2,5-dihydroperoxid, Cyclohexanhydroperoxid, und 3,3,5-Trimethylhexanonhydroperoxid.
Die Diacyl-(aryl-)peroxide enthalten di-t-Butylperoxid, Dicumylperoxid und t-Butylcumylperoxid.
Die Dialkylperoxide enthalten Diacetylperoxid, Dipropionylperoxid, Diisobutyrylperoxid, Dioctanoylperoxid, Didecanoylperoxid, Dilauroylperoxid, bis(3,3,5-Trimethylhexanoylperoxid, Benzoylperoxid, m-Tolylperoxid, p-Chlorbenzoylperoxid, 2,4-Dichlorbenzoylperoxid, und Peroxybernsteinsäure.
Die Peroxyketale enthalten
2,2-di-t-Butylperoxybutan,
1,1-di-t-Butylperoxycyclohexan,
1,1-di-(t-Butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan,
2,5-Dimethyl-2,5-di-(t-butylperoxy)hexan,
2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hex-3-in,
1,3-Di(t-butylperoxyisopropyl)benzol,
2,5-Dimethyl-2,5-dibenzoylperoxyhexan,
2,5-Dimethyl-2,5-di(peroxybenzoyl)hex-3-in, und
n-Butyl-4,4-bis(t-butylperoxy)valerat.
Die Peroxyester enthalten t-Butylperoxyacetat, t-Butylperoxyisobutyrat, t-Butylperoxypivalat, t-Butylperoxyneodecanoat, t-Butylperoxy-3,3,5-trimethylhexanoat, t-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, (1,1,3,3-Tetramethylbutylperoxy)-2-ethylhexanoat, t-Butylperoxylaurat, t-Butylperoxybenzoat, di(t-Butylperoxy)adipat, 2,5-Dimethyl-2,5-di(peroxy-2-ethylhexanoyl)hexan, di(t-Butylperoxy)isophthalat, t-Butylperoxymaleat, und Acetylcylohexylsulfonylperoxid.
Die Peroxycarbonate enthalten
t-Butylperoxyisopropylcarbonat,
di-n-Propylperoxydicarbonat,
di-sec-Butylperoxycarbonat,
Di(isopropylperoxy)dicarbonat,
Di(2-ethylhexylperoxy)dicarbonat,
Di(2-ethoxyethylperoxy)dicarbonat,
Di(methoxyisopropylperoxy)carbonat,
Di(3-methoxybutylperoxy)dicarbonat, und
bis(4-t-Butylcylohexylperoxy)dicarbonat.
Die Ketonperoxide enthalten Acetylacetonperoxid, Methylethylketonperoxid, Methylisobutylketonperoxid, und Ketonperoxid.
Überdies sind Vinyl-tris(t-butylperoxy)silan und ähnliche als verwendbares Peroxid bekannt.
Das organische Peroxid wird bevorzugt in einer Menge von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent auf der Grundlage des Füllstoffmaterials verwendet. Der Füllstoff kann quervernetzt und gleichzeitig an das Solarzellmodul durch Pressen und Erwärmen einer Mischung eines organischen Peroxids des Füllstoffmaterials wärmegebunden werden. Die Erwärmungstemperatur und die Erwärmungszeit hängen von dem thermischen Abbaueigenschaften des organischen Peroxids ab. Im Allgemeinen wird die Temperatur und Zeit der Wärmebindung derartig ausgesucht, dass 90% oder mehr, bevorzugt 95% oder mehr der organischen Peroxidverbindung zersetzt wird. Das Pressen wird unter Verwendung einer erwärmten Walze oder einer erwärmten Presse durchgeführt, oder durch Evakuierung des Systems unter Verwendung einer Spannvorrichtung in Luftsackform, um mit dem atmosphärischen Druck zu pressen. Als Quervernetzungshilfe wird Triallylcyanurat bevorzugt verwendet, um die Quervernetzungsreaktion wirkungsvoll durchzuführen, allgemein in einer Menge von 0,1% bis 5 Gewichtsprozent des Füllstoffs.
Zu dem Füllstoffharz wird häufig ein thermischer Oxidationsinhibitor zugegeben, um das Harz bei hoher Temperatur zu stabilisieren, geeigneterweise in einer Menge von 0,1 bis 1 Gewichtsteile auf der Grundlage von 100 Gewichtsteilen des Harzes. Der thermische Oxidationsinhibitor wird in Monophenoltypen, Bisphenoltypen, polymere Phenoltypen, Schwefeltypen und Phosphittypen klassifiziert.
Die Monophenoltypen der Inhibitoren enthalten 2,6-di-t-Butyl-p-cresol, butyliertes Hydroxyanisol, und 2,6-di-t-Butyl-4-ethylphenol.
Die Bisphenoltypen der Inhibitoren enthalten
2,2'-Methylen-bis(4-methyl-6-t-butylphenol),
2,2'-Methylen-bis(4-ethyl-6-t-butylphenol),
4,4'-Thio-bis(3-methyl-6-t-butylphenol),
4,4'Butyliden-bis(3-methyl-6-t-butylphenol),
und 3,9-bis[1,1-Dimethyl-2-[β-(3-t-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl)propionyloxyethyl]-2,4,8,10-tetraoxaspiro]-5,5-undecan.
Die polymeren Phenoltypen der Inhibitoren enthalten
1,1,3-Tris(2-methyl-4-hydroxy-5-t-butylphenyl)butan,
1,3,5-Trismethyl-2,4,6-tris(3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl)benzol,
Tetrakis[methylen-3-(3',5'-di-t-butyl-4'-hydroxyphenyl)propionat]methan,
bis(3,3'-bis-4'-Hydroxy-3'-t-butylphenyl)butyrsäure/Glycolester,
1,3,5-Tris(3',5'-di-t-butyl-4'-hydroxybenzyl)-s-triazin-2,4-6-(1H,3H,5H)trion, und
Tocopherol (Vitamin E).
Die Schwefeltypen der Inhibitoren enthalten Dilaurylthiodipropionat, Dimyristylthiodipropionat, und Distearylthiopropionat.
Die Phosphittypen der Inhibitoren enthalten
Triphenylphosphit,
Diphenylisodecylphosphit,
Phenyldiisodecylphosphit,
4,4'-Butyliden-bis-(3-methyl-6-t-butylphenyl-ditridecyl)phosphit,
zyklisches Neopentantetrayl-bis(octadecylphosphit),
Tris(mono- und/oder di-phenylphosphit),
Diisodecylpentaerythritoldiphosphit,
9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid,
10-(3,5-di-t-Butyl-4-hydroxybenzyl-9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid,
10-Decyloxy-9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphophenanthren,
zyklisches Neopentantetrayl-bis(2,4-di-t-butylphenyl)phosphit,
zyklisches Neopentantetrayl-bis(2,6-di-t-butylphenyl)phosphit, und
2,2-Methylen-bis(4,6-t-butylphenyl)octylphosphit.
Ferner wird bevorzugt ein Absorptionsmittel für ultraviolettes Licht dem Füllstoffharz zugegeben, um die Lichtverschlechterung zu vermeiden und die Wetterbeständigkeit davon zu verbessern. Das Absorptionsmittel für ultraviolettes Licht wird in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Gewichtsteile auf der Grundlage von 100 Teilen des Harzes verwendet. Die Absorptionsmittel für ultraviolettes Licht sind bekannt und werden gemäß der chemischen Struktur in Salicylattypen, Benzophenontypen, Benzotriazoltypen, Cyanoacrylattypen klassifiziert.
Die Absorptionsmittel für ultraviolettes Licht vom Salicylattyp enthalten Phenylsalicylat, p-t-Butylphenylsalicylat, und p-Octylophenylsalicylat.
Die Absorptionsmittel für ultraviolettes Licht vom Benzophenontypen enthalten 2,4-Dihydroxybenzophenon,
2-Hydroxy-4-methoxybenzophenon,
2-Hydroxy-4-octoxybenzophenon,
2-Hydroxy-4-dodecyloxybenzophenon,
2,2'-Dihydroxy-4-methoxybenzophenon,
2,2'-Dihydroxy-4,4'-dimethoxybenzophenon,
2-Hydroxy-4-methoxy-5-sulfobenzophenon, und
bis(2-Methoxy-4-hydroxy-5-benzophenon)methan.
Die Absorptionsmittel für ultraviolettes Licht vom Benzotriazoltyp enthalten
2-(2'Hydroxy-5'-methylphenyl)benzotriazol,
2-(2'Hydroxy-5'-t-butylphenyl)benzotriazol,
2-(2'Hydroxy-3',5'-di-t-butylphenyl)benzotriazol,
2-(2'Hydroxy-3'-t-butyl-5-methylphenyl)benzotriazol,
2-(2'Hydroxy-3'-t-butyl-5-methylphenyl)-5-chlorbenzotriazol,
2-(2'Hydroxy-3',5'-di-t-butylphenyl)-5-chlorbenzotriazol,
2-(2'Hydroxy-3',5'-di-t-amylphenyl)benzotriazol,
2-[2'Hydroxy-3'-(3'',4'',5'',6''-tetrahydrophthalimido-methyl)-5'-methylphenyl]benzotriazol, und
2,2-Methylen-bis[4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)-6-(2H-benzotriazol-2-yl)phenol].
Die Absorptionsmittel für ultraviolettes Licht vom Cyanoacrylattyp enthalten 2-Ethylhexyl-2-cyano-3,3'-diphenylacrylat, und Ethyl-2-cyano-3,3'-diphenylacrylat.
Einer oder mehrere der vorher erwähnten Absorptionsmittel für ultraviolettes Licht wird bevorzugt zu dem Füllstoffharz zugegeben.
Die Wetterbeständigkeit kann ebenfalls durch die Zugabe von Lichtstabilisatoren vom gestörten (hindered) Amintyp verbessert werden. Die gestörten Aminlichtstabilisatoren absorbieren kein ultraviolettes Licht, wie die Absorptionsmittel für ultraviolettes Licht, weisen aber in Kombination mit den Absorptionsmitteln für ultraviolettes Licht bemerkenswerte synergistische Wirkungen für die Verbesserung der Wetterbeständigkeit auf. Der Lichtstabilisator wird bevorzugt in einer Menge von 0,1 bis 0,3 Gewichtsteile auf der Grundlage von 100 Gewichtsteilen des Harzes verwendet. Lichtstabilisatoren, die keine gestörten Amine sind, sind im Allgemeinen gefärbt, und daher nicht geeignet für die Stabilisation des erfindungsgemäßen Füllstoffs.
Die Photostabilisatoren vom gestörten Amintyp enthalten
ein Polykondensat von Dimethylsuccinat mit 1-(2-Hydroxyethyl)-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin,
Poly[{6-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)amino-1,3,5-triazin-2,4-diyl}{(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino}-hexamethylen{(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino}),
N,N'-bis(3-Aminopropyl)ethylendiamin-2,4-bis[N-butyl-N-(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl)amino]-6-chlor-1,3,5-triazinkondensat,
bis(2,2,6,6-Tetramethyl-4-piperidyl)sebacat,
bis(1,2,2,6,6-Pentamethyl-4-piperidyl)2-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl)-2-n-butylmalonat.
Das Absorptionsmittel für ultraviolettes Licht, der Lichtstabilisator, und der thermische Oxidationsinhibitor sind wünschenswerterweise unter Berücksichtigung der Arbeitsumgebung des Solarzellmoduls schwer flüchtig.
Wenn strengere Arbeitsbedingungen für das Solarzellmodul erwartet werden, wird die Adhäsionsfähigkeit des Füllstoffmaterials des photovoltaischen Elements und des Oberflächenfilms bevorzugt erhöht. Die Adhäsionsfähigkeit kann durch Zugabe eines Silankopplungsmittels oder eines organischen Titanats zu dem Füllstoffmaterial verbessert werden. Die Silankopplungsmittel enthalten
Vinyltrichlorsilan,
Vinyl-tris(β-methoxyethoxy)silan,
Vinyltriethoxysilan,
Vinyltrimethoxysilan,
γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan,
β-(3,4-Epoxycylohexyl)ethyltrimethoxysilan,
γ-Glycidoxypropylmethyldiethoxysilan,
N-β(Aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan,
N-β(Aminoethyl)-γ-aminopropylmethyldimethoxysilan,
γ-Aminopropyltriethoxysilan,
N-Phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilan,
γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan,
γ-Chlorpropyltrimethoxysilan, und ähnliche.
Um eine ausreichende Menge an Licht in das photovoltaische Element einzubringen ist die Lichtdurchlässigkeit des Füllstoffharzes wünschenswerterweise nicht weniger als 80%, bevorzugter nicht weniger als 90% in dem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm. Ferner, um das Eindringen von Licht von außen zu erleichtern, ist der Brechungsindex des Füllstoffs bevorzugt in einem Bereich von 1,1 bis 2,0, bevorzugter von 1,1 bis 1,6.
Der Oberflächenfilm 103, welche die äußerste Schicht des Solarzellmoduls ist, sollte Wetterbeständigkeit, Wasserabstoßungsfähigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Beschmutzung, mechanische Festigkeit und andere Eigenschaften haben, um die Verlässlichkeit bei langfristigem Aussetzen des Solarzellmoduls mit der Außenwelt sicherzustellen. Das geeignete Material für den Oberflächenfilm enthält Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymerharze (ETFE), Polyvinylfluoridharze (PVF), Polyvinylidenfluoridharze (PVDF), Polytetrafluorethylenharz (TFE), Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymere (FEP) und Polytrifluorchlorethylenharze (CTFE). Vom Standpunkt der Wetterbeständigkeit sind Polyvinylidenfluoridharze geeignet. Vom Standpunkt der Wetterbeständigkeit und mechanischen Festigkeit sind Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymere insbesondere geeignet.
Der Oberflächenfilm wird bevorzugt einer Coronabehandlung oder Plasmabehandlung für die Verbesserung der Adhäsivität des Füllstoffmaterials unterzogen. Der Oberflächenfilm kann für die Verbesserung der mechanischen Festigkeit gestreckt werden.
Das Verfahren für die Herstellung eines Solarzellmoduls wird beschrieben, in welchem das vorher beschriebene photovoltaische Element, das Füllstoffharz, der Oberflächenfilm und das rückseitenbedeckende Material verwendet werden.
Das Harz des Füllstoffs 102 wird wenigstens auf die Lichteinfallsfläche des photovoltaischen Elements durch jedes Aufbringverfahren einer Lösung des Füllstoffmaterials und Verdampfen des Lösungsmittels aufgebracht; gleichmäßiges Aufbringen eines pulverförmigen Füllstoffs auf die Oberfläche des photovoltaischen Elements und Wärmeschmelzen des pulverförmigen Füllstoffs; Extrusion eines wärmegeschmolzenen Füllstoffmaterials durch einen Schlitz auf das Element; Bildung eines Füllstoffmaterialblatts durch Wärmeextrusionsformen und Pressbinden an das photovoltaischen Element und ähnliche Verfahren.
Wenn der Füllstoff als eine Lösung aufgebracht wird, werden die Zusätze, wie etwa Silankopplungsmittel, Absorptionsmittel für ultraviolettes Licht und Antioxidationsmittel gleichzeitig darin gelöst. Wenn das Füllstoffmaterial durch Schmelzverbinden eines pulverförmigen Materials oder wenn das Füllstoffmaterial schmelzextrudiert wird, ist es ebenfalls notwendig die Zusatzstoffe vorher zu mischen.
In dem Fall, wo ein vorher gebildeter Füllstoffmaterialfilm verwendet wird, wird die Rückseitenfüllstoffschicht 104, der Rückseitendeckfilm 105, das photovoltaische Element, der Füllstoffmaterialfilm und der Oberflächenfilm 103 in der angegebenen Reihenfolge aufgeschichtet und der beschichtete Gegenstand wird warmpressgebunden, um ein Solarzellmodul zu erzeugen. Eine Verstärkungsplatte, wenn sie vorgesehen wird, wird an dem Rückseitendeckfilm mit Einfügen eines Klebstoffs dazwischen pressgebunden. Dies kann entweder vor oder nach den vorher erwähnten Produktionsschritten durchgeführt werden.
In dem Fall, wo das Füllstoffmaterial in einer Blattform gebildet wird, wird das Füllstoffmaterialblatt zwischen dem photovoltaischen Zellelement und dem Oberflächenfilm eingefügt, und in der gleichen Art und Weise wie vorher warmpressgebunden, um ein Solarzellmodul zu erzeugen.
Das Warmpressbinden kann ebenfalls durch Vakuumlamination, Walzenlamination oder ein ähnliches Verfahren durchgeführt werden. Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden ausführlicher mit Bezug auf Beispiele beschrieben.
Beispiel 1
Photovoltaisches Element
Eine amorphe Silicium (a-Si) Solarzelle (ein photovoltaisches Element) wurde hergestellt. Die Herstellungsschritte werden mit Bezug auf die 2A und 2B beschrieben.
Auf einem gereinigten rostfreien Stahlsubstrat 201 wurde eine Al-Schicht von 5000 Å Stärke und eine ZnO-Schicht von 5000 Å Stärke nacheinander als die Rückseitenreflektionsschicht 202 durch Kathodenzerstäubung gebildet. Dann wurde durch Plasma-CVD eine a-Si-Schicht vom n-Typ unter Verwendung einer Gasmischung aus SiH₄, PH₃ und H₂ gebildet; eine a-Si-Schicht wurde aus einer Gasmischung aus SiH₄ und H₂ gebildet, und eine mikrokristalline Silicium (μc-Si) Schicht wurde aus einer Gasmischung aus SiH₄, BF₃ und H₂ gebildet. Folglich wurde die photoaktive Halbleiterschicht 203 einer a-Si-photovoltaischen Halbleiterschicht vom Tandemtyp gebildet, welche aus einer Schicht vom n-Typ von 150 Å Stärke, einer Schicht vom i-Typ von 4000 Å Stärke und einer Schicht vom p-Typ von 100 Å Stärke, einer Schicht vom n-Typ von 100 Å Stärke, einer Schicht vom i-Typ von 800 Å Stärke und einer Schicht vom p-Typ von 100 Å Stärke in der angegebenen Reihenfolge angeordnet wurde.
Darauf wurde ein dünner In₂O₃-Film von 700 Å Stärke als die lichtdurchlässige elektrisch leitfähige Schicht 204 durch Verdampfen von In durch Widerstandserwärmen in einer O₂-Atmosphäre gebildet.
Danach wurde das photovoltaische Element für die Defektentfernungsbehandlung wie folgt behandelt. Das photovoltaische Element wurde in eine wässrige Aluminiumfluoridlösung mit einer in dem Bereich von 50 bis 70 mS eingestellten Leitfähigkeit eingetaucht, mit einer Elektrodenplatte gegenüber der lichtdurchlässigen elektrisch leitfähigen Schicht des photovoltaischen Elements. Ein positives Potenzial von 3,5 V wurde an die Elektrodenplatte für zwei Sekunden angelegt, wobei das photovoltaische Element geerdet wurde, um selektiv die lichtdurchlässige elektrisch leitfähige Schicht an Nebenwiderstandsstellen selektiv abzubauen. Diese Behandlung verbessert den Nebenschlusswiderstand des photovoltaischen Elements von 1 bis 10 kΩ × cm² vor der Behandlung auf 50 bis 200 kΩ × cm² nach der Behandlung.
Ferner wurde eine Sammelelektrode 205 für das Stromsammeln durch Siebdruck einer Kupferpastenlinie von 200 μm Breite und Fixieren einer Kupferleitung mit einem Cremelötmittel fixiert. Ein Kupferstreifen als der negative Anschluss 206b wurde an das rostfreie Stahlsubstrat 201 mit einem rostfreien Stahllötmittel 208 gebunden. Ein Zinnfolienband wurde als der positive Anschluss 206a an die Sammelelektrode 205 unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs oder eines Lötmittels 207 gebunden. Folglich wurde ein photovoltaisches Element fertiggestellt.
Das Solarzellmodul wurde in den folgenden, mit Bezug auf die 3 beschriebenen Herstellungsschritten, erzeugt.
Deckmaterialien
Eine Füllstoffmaterialzusammensetzung für den Füllstoff 302 wurde durch Mischen von 100 Gewichtsteilen pelletisiertes EEA-Harz (Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer, Ehtylacrylateinheitenanteil: 25 Gewichtsprozent), 3 Gewichtsteilen 2,5-Dimethyl-2,5-bis(t-butylperoxyhexan, als das Quervernetzungsmittel, 0,3 Gewichtsteile γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, als das Silankopplungsmittel, 0,3 Gewichtsteile 2-Hydroxy-4-n-octoxybenzophenon, als das Adsorptionsmittel für ultraviolettes Licht, 0,1 Gewichtsteile bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)sebacat als der Lichtstabilisator und 0,2 Gewichtsteile Tris(nonylphenyl)phosphit, als das Antioxidationsmittel. Diese Zusammensetzung wurde in ein Blatt von 400 μm Stärke durch Warmschmelzen der Zusammensetzung bei einer Niedrigtemperatur von 80 bis 100°C, um thermisches Zersetzen des Quervernetzungsmittels zu vermeiden und Extrusion davon durch einen T-förmigen Schlitz. geformt (hiernach als EEA-Blatt bezeichnet) Dieses EEA-Blatt wurde als der Füllstoff 302 verwendet.
Der Oberflächenfilm 303 war ein ETFE-Film (Handelsname Tefzel T2 Film, monoaxialgestreckt, 38 μm dick, hergestellt von DuPont Co.) welcher durch Coronaentladung an der Seite für die Adhäsion an den unterliegenden organischen Polymerharzfilm behandelt wurde.
Der Rückseitendeckfilm 304 war ein aluminiumlaminierter Tedler-Film von 120 μm Stärke (hergestellt durch Tokai Aluminium Foil K. K.).
Die Verstärkungsplatte 305 war eine galvanisierte Stahlplatte (Zink-plattierte Stahlplatte) von 0,3 mm Stärke.
Lamination
Das vorher erwähnte photovoltaische Element wurde mit den vorherigen Deckmaterialien laminiert, um den in 3 gezeigten Aufbau zu erhalten. Das EEA-Blatt und der Oberflächenfilm wurden auf die Lichteinfallsfläche des photovoltaischen Elements aufgelegt, und das EEA-Blatt, der Aluminium-laminierte Tedler-Film, und das Verstärkungsblatt wurden auf der umgedrehten Fläche des photovoltaischen Elements aufgelegt, und der beschichtete Gegenstand wurde mittels eines Vakuum-Laminiergeräts mit unter Druck setzen und Entlüften bei 150°C für 30 Minuten erwärmt. Der Ausgabeanschluss 306 wurde an der Rückseite des photovoltaischen Elements vorgesehen, so dass die Ausgabe durch Ausgabeöffnungen 307, vorher gebildet durch der galvanisierte Stahlplatte, abgeleitet werden kann. Folglich wurde das erfindungsgemäße Solarzellmodul erzeugt.
Beispiel 2
Ein Solarzellmodul wurde in der gleichen Art und Weise wie im Beispiel 1 erzeugt, außer dass das EEA-Harz Ethylacrylateinheiten in einem Anteil von 19 Gewichtsprozent enthielt.
Beispiel 3
Ein Solarzellmodul wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass das EEA-Harz Ethylacrylateinheiten in einem Anteil von 35 Gewichtsprozent enthielt.
Beispiel 4
Ein Solarzellmodul wurde in der gleichen Art und Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, außer dass ein EMA-Harz (Ethylen-Methylacrylat-Copolymer) anstelle des EEA-Harzes verwendet wurde.
Beispiel 5
Ein Solarzellmodul wurde in der gleichen Art und Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, außer dass das EEA-Blatt ohne die Verwendung eines Quervernetzungsmittels hergestellt wurde, und die Erwärmungszeit für die Vakuumlaminierung wurde auf 5 Minuten verkürt, da kein Quervernetzung durchgeführt wurde.
Vergleichsbeispiel 1
Ein Solarzellmodul wurde in der gleichen Art und Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, außer dass das Füllstoffblatt aus einem EVA-Harz (Anteil an Vinylacetateinheiten: 33 Gewichtsprozent, Handelsname: Evaflex 150, hergestellt durch Mitsui DuPont Polychemical Co.) anstelle des EEA-Harzes verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 2
Ein Solarzellmodul wurde in der gleichen Art und Weise wie im Vergleichsbeispiel 1 hergestellt, außer das ein EVA-Harz (Anteil an Vinylacetateinheiten: 28 Gewichtsprozent, Markenname: Evaflex 250, hergestellt von Mitsui DuPont Polychemical Co.) anstelle des EVA in Vergleichsbeispiel 1 verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 3
Ein Solarzellmodul wurde in der gleichen Art und Weise wie im Beispiel 5 hergestellt, außer dass das EEA-Harz durch das im Vergleichsbeispiel 1 verwendete EVA-Harz ersetzt wurde.
Bewertungsverfahren
Die in den Beispielen 1 bis 5 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3 erhaltenen Solarzellmodule werden auf die folgenden Gesichtspunkte hin bewertet. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Bewertung.
(1) Wärmebeständigkeit
Das Solarzellmodul wurde in einer Atmosphäre von 100°C für 24 Stunden stehen gelassen. Diejenigen, welche ihr Aussehen nicht änderten, wurden als „gut" bewertet.
(2) Anfängliche Umwandlungseffizienz
Die Solarzellmodule wurden unmittelbar nach ihrer Herstellung einer Messung der photoelektrischen Umwandlungseffizienz bei einer Bestrahlung mit AM 1,5, Lichtintensität 5,100 mW/cm², unterzogen.
(3) Feuchtigkeitsbeständigkeit
Das Solarzellmodul wurde in einer Atmosphäre von 85°C und 85%-iger relativer Luftfeuchtigkeit für 24 Stunden unter Bestrahlung mit simulierten Sonnenlicht mit AM 1,5 und 100 mW/cm² stehen gelassen. Die Umwandlungseffizienz des Solarzellmoduls wurde vor und nach der vorherigen Aussetzungsbehandlung mit Lichtbestrahlung mit AM 1,5 und 100 mW/cm² gemessen. Die Messung wurde mit 10 Modulen durchgeführt und der Durchschnitt des relativen Abfallverhältnis der Umwandlungseffizienz wurde berechnet. Zusätzlich wurde der Nebenschlusswiderstand im dunklen Zustand von 10 Modulen gemessen und der durchschnittliche Nebenschlusswiderstand wurde berechnet.
Die Tabelle 1 zeigt, dass die mit EEA-Harz bedeckten Solarzellen sich überhaupt nicht verformten, und eine hervorragende Wärmebeständigkeit aufweisen. Insbesondere in Beispiel 5 und Vergleichsbeispiel 3, in welchem die Harze nicht quervernetzt waren, war das EEA-Harz wirkungsvoll im Vergleich mit dem EVA-Harz, aufgrund des höheren Erweichungspunkts des EEA-Harzes.
Die anfängliche Umwandlungseffizienz des mit dem EMA-beschichteten Moduls war leicht gering. Dies wird durch die leicht geringere Lichtdurchlässigkeit von EMA als die von EEA und EVA verursacht. EEA ergab die gleiche Effizienz wie EVA und zeigte kein Problem bei der Lichtdurchlässigkeit des Harzes.
Bei der Feuchtigkeitsbeständigkeitsbewertung war die Verschlechterung der Umwandlungseffizienz der Module in den Beispielen bemerkenswert niedriger als in den Vergleichsbeispielen. Dies ist aufgrund der Tatsache so, dass der Abfall des Nebenschlusswiderstands im Fall der Verwendung von EEA-Harz weniger ist als der in dem Fall, wo EVA für die Bedeckung verwendet wird. Die zwei Gründe dafür werden im Folgenden betrachtet.
Der eine Grund ist der Unterschied in der Hygroskopizität der Harze. Spezifisch hat das in Beispiel 1 eingesetzte EEA-Harz eine Hygroskopizität von 420 ppm bei 40°C, 90% relativer Luftfeuchtigkeit, während das EVA-Harz eine Hygroskopizität von 1860 ppm unter den gleichen Bedingungen hat, was mehr als das Vierfache des EEA-Harzes ist. Die Hygroskopizität hängt von dem Gehalt der Comonomereinheiten in der gleichen Art Harz ab. Jedoch ist EEA weniger hygroskopisch als EVA. Es wird angenommen, dass der Abfall des Nebenschlusswiderstands aufgrund der Ionisierung von Metall, wie etwa der Sammelelektrode vorgesehen auf der Oberfläche des Elements, und der nachfolgenden Zersetzung des Metalls ist. In diesem Ionisierungs-Zersetzungsmechanismus ist Wasser unerlässlich. Demgemäß, je höher die Hygroskopizität des Deckharzes des photovoltaischen Elements ist, desto mehr würde die Ionisierung sich beschleunigen, um einen Abfall des Nebenschlusswiderstands zu beschleunigen.
Der andere Grund ist die Freisetzung einer Säure aus dem Harz. Das EVA-Harz setzt Essigsäure durch Hydrolyse der Acetatgruppe frei, welche die vorher erwähnte Ionisierung beschleunigt. Andererseits verursachen die EEA-Harze und die EMA-Harze keine Säurefreisetzung, welches die Ionisierung in Kombination mit niedriger Hygroskopizität verzögert, im Vergleich mit dem EVA-Harz.
Das erfindungsgemäße Solarzellmodul ist nicht durch die vorherigen Beispiele begrenzt, sondern kann natürlich entsprechend dem Hauptinhalt der Erfindung modifiziert werden.
Das erfindungsgemäße Solarzellmodul ist wenigstens an der Lichteinfallsfläche mit wenigstens einer Schicht eines lichtdurchlässigen organischen Polymerharzes versiegelt, welches ein Copolymer von Ethylen mit einem ungesättigten Fettsäureester ist. Daher wird die Verformung oder Ablösung des Oberflächendeckmaterials des Solarzellmoduls bei hoher Temperatur, wenn das Solarzellmodul direkter Sonnenlichtbestrahlung ausgesetzt wird, verhindert. Ferner ist das Eindringen von Wasser in das organische Polymerharz weniger und die Säurefreisetzung wird wahrscheinlich nicht in dem Deckmaterial auftreten, so dass die nachteilige Wirkung der Feuchtigkeit auf das Element reduziert wird, und es wird vermieden, dass das photovoltaische Element, das einer Defektentfernungsbehandlung unterzogen wurde, einen durch Feuchtigkeit verursachten Abfall der Leistungsfähigkeit hat.

Claims

Mit einem lichtdurchlässigen Harz versiegelter Halbleiter, welcher wenigstens an einer Lichteinfallsfläche eines fotoelektrischen Wandlers (101) mit einer organischen Polymerharzschicht (102) versiegelt ist, wobei die organische Schicht (102) ein Copolymer aus Ethylen und einem ungesättigten Fettsäureester umfasst, wobei der fotoelektrische Wandler (101) ein elektrisch leitfähiges Substrat (201), eine fotoaktive Halbleiterschicht (203) und eine Aufnahmeelektrode (205) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtdurchlässige, elektrisch leitfähige Schicht (204) des fotoelektrischen Wandlers (101) selektiv an Nebenwiderstandstellen abgebaut ist, und dass der fotoelektrische Wandler (101) einen Nebenschlusswiderstand im Bereich von 50 kΩ·cm² bis 200 kΩ·cm² hat.
Mit einem lichtdurchlässigen Harz versiegelter Halbleiter nach Anspruch 1, wobei der fotoelektrische Wandler (101) ein elektrisch leitfähiges Substrat (201) als eine erste Elektrode, eine fotoaktive Halbleiterschicht (203) als ein darauf gebildetes fotovoltaisches Element und weiterhin eine darauf gebildete lichtdurchlässige elektrisch leitfähige Schicht (204) als eine zweite Elektrode umfasst.
Mit einem lichtdurchlässigen Harz versiegelter Halbleiter nach Anspruch 1, wobei der fotoelektrische Wandler (101) eine fotoaktive Halbleiterschicht (203) mit einem nicht-einkristallinen Halbleiter umfasst.
Mit einem lichtdurchlässigen Harz versiegelter Halbleiter nach Anspruch 3, wobei der nicht-einkristalline Halbleiter amorphes Silicium umfasst.
Mit einem lichtdurchlässigen Harz versiegelter Halbleiter nach Anspruch 1, wobei der ungesättigte Fettsäureester Methylacrylat oder Ethylacrylat ist.
Mit einem lichtdurchlässigen Harz versiegelter Halbleiter nach Anspruch 1, wobei der fotoelektrische Wandler (101) eine Sammelelektrode (205) hat, vorgesehen auf der Lichteinfallsfläche davon.
Mit einem lichtdurchlässigen Harz versiegelter Halbleiter nach Anspruch 1, wobei die Lichteinfallsfläche des Halbleiters weiterhin mit einem dünnen Film (303) eines Fluoridpolymer als die äußerste Schicht bedeckt ist.