JP2002520820A - 光起電モジユールとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
と共に太陽電池システム(solar cell system)を呈する(exhibits)積層体(l
aminate)の形の光起電モジユール(photovoltaic module)に関する。又本発明
に依るその製造工程も開示されている。
エネルギーは、シリコンセル(silicon cell)から成るのが好ましい、太陽電池
システムを媒介して発生される。しかしながら、これらは僅かの機械的負荷しか
担えないので、それらは何れかの側をカプセル化材料により包まれねばならない
。カプセル化材料はガラス及び/又はプラスチックフイルム及び/又はプラスチ
ックフイルム複合材料の1つ以上の層とすることが出来る。
ート{ピーイーテー(PET)}とから成るプラスチックフイルム複合材料は本出
願人によりイコソーラー(ICOSOLAR)の呼称で製造され、そしてWO−A1−9
4/29106で開示された真空積層工程で光起電モジユールを作るため使用さ
れている。これらのモジユールでは、該太陽電池システムは機械的損傷に対して
保護されるのみならず、自然力(elements)、特に水蒸気、への露出に対しても
保護されている。水蒸気に対するバリヤ層(barrier layer)として、該イコソー
ラーフイルム複合材料内にはアルミニウム製の中間層が設けられている。しかし
ながら、この層の欠点はそれが該太陽電池システムに導電的に接続されており、
従って該光起電モジユール内に望ましくない外部電流(outside current)が出
現することである。
な最初に述べた種類の光起電モジユールを提供することである。
リヤとなる層から成ること、そして該バリヤ層が、該太陽電池システムに面する
側上に蒸気相から分離された(separated out of the vapor phase)無機酸化
物層を供給された、プラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材料製
であることを特徴とする、提案された光起電モジユールにより達成される。
ム又はシリコン元素から成り、そして30から200ナノメートルの厚さにある
ことである。又該無機酸化物層はそれが可視光波範囲及び近紫外線波長(near U
V wavelength)範囲の光ビームに透過性がある一方紫外線波長(UV wavelength
)範囲のより短い波長では光ビームを吸収する利点を呈すことである。
システムと該バリヤ層との間に配置され、そしてエチレンビニルアセテート{イ
ーブイエイ(EVA)}又はイオノマー(ionomers)から成るのが好ましいと云う
利点を呈している。
フイルムは追加的にポリエチレンテレフタレート{ピーイーテー(PET)}又は
エチレンテトラフルオールエチレンコーポリマー{イーテーエフイー(ETFE)}
から成る。
に面し、そして直接的に又はプライマーコート(primer coat)を介して隣接シ
ール層に接触することである。
料で包まれるが、そこでは少なくとも1つのプラスチックフイルム又は1つのプ
ラスチックフイルム複合材料が該バリヤ層として作用する。この場合、該無機酸
化物層は接着剤層、及び/又は有機/無機ネットワーク(organic/inorganic ne
tworks)から成るハイブリッド層、を介して該プラスチックフイルム又は複合材
料と接触する利点を有する。
イ素の元素比(atomic ratio)xは1.2−1.7の範囲内にある。
有利であり、すなわち a)プラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材料に該蒸気相から分
離された無機酸化物層を備えさせること、 b)該シール層が該太陽電池システムを両側で包む様な仕方で該太陽電池システ
ムとカプセル化材料から成るモジユールスタックが成層されること、 c)このモジユールスタツクが、該シール層のひずみ温度(distortion tempera
ture)より下の温度にそれが保たれる工程配備の積載ステーションに、組み入れ
られること、 d)該モジユールスタツクが、排気され、そして該モジユールスタツクが該シー
ル層のひずみ温度まで加熱される、この配備内の真空積層機内に搬送されること
、そして e)再冷却無しに該真空積層機を換気した後、該モジユールスタックから形成さ
れた該複合材料体が硬化炉へ搬送されるが、そこで該シール層は硬化されるので
、再冷却後該連続工程から取り除かれ得る、光起電モジユールとして積相体が形
成される。
場合、該構造は、外側から中へ、すなわち該太陽電池システムの方向に、進むシ
ークエンス(sequence)を有する、次ぎの表に基づいて選択出来る。
エチレンテレフタレート{ピーイーテーピー(PETP)}から成る複合材料 −無機酸化物層7:SiOx又はAl2O3 −シール層4’ 例b −バリヤ層6: エチレンテトラフルオーロエチレンコポリマー{イーテーエフイー(ETFE)
}から成るプラスチックフイルム −無機酸化物層7:SiOx又はAl2O3 −シール層4’ 例c −バリヤ層6:ピーブイエフ(PVF)とピーイーテーピー(PETP)とから成る
複合材料 −無機酸化物層7:SiOx又はAl2O3 −有機/無機ネットワークから成るハイブリッド層10’ −接着剤層10:例えば、ポリウレタン −プラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材料11: ポリ弗化ビニル{ピーブイエフ(PVF)}、ポリ弗化ビニリデン{ピーブイ
デーエフ(PVDF)}、エチレンテトラフルオーロエチレンコーポリマー{イーテ
ーエフイー(ETFE)}、ポリエチレンテレフタレート{ピーイーテーピー(PETP
)} −シール層4’ 例d −バリヤ層6:ピーブイエフ(PVF)とピーイーテーピー(PETP)から成る複
合材料 −無機酸化物層7:SiOx又はAl2O3 −プライマーコート12:例えば、ポリウレタン、エチレンビニルアセテート
(EVA)、ポリメチルメタアクリレート(PMMA) −シール層4’ 該表から明らかな様に、該バリヤ層6は例b)の単一プラスチックフイルムか
ら、そして例a)のプラスチックフイルム複合材料から成ることが可能である。
その結果として架橋結合(cross-linked)され、該プラスチックスをクリープ(
creeping)から防止するエチレンビニルアセテート{イーブイエイ(EVA)}フ
イルムが使われるのがよい。
に加えて低い水蒸気透過性を有する、イオンのグループを伴うポリマーである。
さで無機酸化物層7が今該ピーエフテーピー(PFTP)プラスチックフイルム{表
の例a)参照}上に作られる。例えば、この目的で真空コーテイングシステム(
vacuum coating system)(図示せず)が使用される。該プラスチックフイルム
表面と該無機酸化物との間の満足すべき接着を保証するために、該プラスチック
フイルムの表面は酸素ガス(純度99.995%)から成るプラズマ内で予め処
理される(pretreated)。
理論量(stoichiometric quantities)が、例えば、コーテイング材料として使
用され、そして真空下で電子ビームを使用して蒸発される。例えば、220mA
までの放射速度(emission rate)で、蒸発中に使用されたエネルギーは10k
eVであった。該蒸発速度、又はローラを介し動かされる該プラスチックフイル
ム又はプラスチックフイルム複合材料の速度、を変えることによりSiOx又はAl2O 3 層の厚さは30乃至200ナノメートルの範囲内にセット出来る。
ル毎分の速度が選択される一方、40ナノメートルの厚さのAl2O3層を作るため
に2.5メートル毎分の速度を選択せねばならなかった。ここで蒸発速度は70
ナノメートル毎秒までになり、蒸発中使用された圧力は約5×10-2パスカルであ
った。工業的な生産時は、100倍以上速い速度がセット出来る。
スチックフイルムは今度は、例えばピーブイエフ(PVF){表の例a)参照}で
作られた該プラスチックフイルム複合材料を作るために他のプラスチックフイル
ムと積層されることも出来る。
、好ましくは酸化けい素層、が充分な結合を保証するシール層4’と直接接触す
ることを予想させる。この場合、けい素と酸素との間の原子比(atomic ratio)
は望むように変えることが出来る。
い素/酸化物層、が紫外線(UV)フイルター効果を保証することも追加して意図
するならば、酸素の占有率xが1.3と1.7の間にあるような仕方で蒸発中の
酸素に対するけい素の原子比(atomic ratio)を制御する必要がある。
ric quantity ratio )或いは蒸発速度の選択に加えて、これは、蒸発中に反応
ガスの形で酸素を追加的に供給することによっても達成出来る。これは可視光波
長範囲で高度に透明な酸化物層を生じさせるが、該層は紫外(UV)線をなお吸収
するので、該紫外線に敏感な(UV-sensitive)シール層4’が保護されることに
もなる。
テーエフイー(ETFE)プラスチックフイルムの光透過性を示す。これは、SiOxの
コートされたプラスチックフイルムが350ナノメートルの光の波長より下の紫
外線の範囲内の光に対し実際には透過性がないことを明らかにしている。しかし
ながら、同じ構造(図示せず)のコートしてないプラスチックフイルムはこの範
囲内の光を吸収しない。350ナノメートルの光の波長でスタートして、SiOxで
コートされた該イーテーエフイー(ETFE)フイルムは入射光を通過させ始める。
可視光のスペクトラムの青ー紫部分の約450ナノメートルでスタートして顕著
な透明性が観察出来る。残る可視光範囲に亘り高い透過率(transmission)が観
察され、それは赤外線の範囲でのみ再び減少する。
すなわち、より短い波長の紫外線範囲での光の同時阻止を与えられた該可視範囲
及び近紫外線範囲での高い光透過率、そして又水蒸気に対する高いバリヤ効果で
ある。 1.無機酸化物層厚さの変型(variation) この場合、光透過性はランバートビーアの法則(Lambert-Beer's law)に依存
し良好な近似で有利に影響されるが、該法則は ln(I/I0)=-4pkdl-1 ここで I=通過の許される光の強さ(light intensity allowed through) I0=放射された強さ k=波長で決まる吸収係数 d=蒸着された(vapor-deposited)無機酸化物層の層厚さ λ=波長 2.無機酸化物層、好ましくはSiOx層の酸素含量(oxygen content)(x)の変
型 他の蒸着条件を使用してxが図3の1.3の値から増加された場合、該材料の
透過率(transmission)は該層厚さを変えねばならぬことなく400ナノメート
ルの波長範囲でより高くなる。
することにより例えば、1.7のxに対する値がセット出来る。
、紫外線範囲でのバリヤ効果、そして水蒸気に対するバリヤ効果に対する同時最
適値を可能にする。
戸外使用中の大気腐蝕への抵抗もプラスチックフイルム又はプラスチックフイル
ム複合材料で該無機酸化物層7の両側を包むことにより保証される。
ることにより行われているが、該層は今度は接着剤層10を介してもう1つのプ
ラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材料11と接触している。こ
の場合、接着剤層10は単独でも或いは無機/有機ネットワークのハイブリッド
層から成る層10’と組み合わせて備えられることも可能である。これらのネッ
トワークは、例えば、アルコキシシロキサン(alcoxy siloxanes)に基づく無機
/有機ハイブリッドシステムである。それらは密接な架橋密度(close crosslin
k density)、従って水蒸気に対する高いバリヤ効果を呈し、そして同時に該SiO x 層に充分によく接着する。
で、それらは該太陽電池システムを自然力(the elements)への露出に対して保
護するように追加的な作用をする。この場合、図1/Iaによる該太陽電池シス
テム用の配備は、該バリヤ層6が該シール層4’に隣接し一方該プラスチックフ
イルム又はプラスチックフイルム複合材料11は該モジユールスタツク内の最外
層を形成する様な仕方で選択されることも可能である。
酸化物層7との間に配置される、プラスチック製のプライマーコート12を使用
し大気の腐蝕に対する充分な抵抗をもたらすことも可能である。
程内では全ての変型品を今使用出来る。
ル層4’、太陽電池システム2,もう1つのプラスチックのシール層4そしてガ
ラス層5で積層されている。該ガラス層5の代わりにピーイーテー(PET)/ピ
ーブイエフ(PVF)プラスチックフイルム複合材料を使用することも出来る。
なければならぬので、アクリレート層(acrylate layer)を備えそしてデザイン
された装飾的積層シートのマックスエクステリヤ(MAX(商標) EXTERIOR)が適
している。
場合、該モジユールスタック1は室温、又は80度の最高温度に保たれた、該積
載ステーション14で搬送プレート15上に置かれる。
ステム部品との接着を防止するために分離用フイルム(図示せず)が備えられて
いる。
テム16、例えば、チエーンコンベアを介して該真空積層機17内へ運ばれる。
該加熱プレート21の温度は外部制御システム22により該シール層内で使用さ
える該プラスチック材料の軟化点に対応するレベルにその中で保たれる。油圧配
備20は該加熱プレート21を該搬送プレートに対し加圧するので、該搬送プレ
ート内の熱流は該モジユールスタツク内の該プラスチックスシール層4,4’を
それらの軟化点へ持って行く。
該モジユールスタツクから空気と他の揮発性構成分を取り除くが、それによりふ
くれの無い(blister-free)積層品を保証する。これは次ぎに換気に受け継がれ
るが、それは該可撓性のある膜(図示せず)を該モジユールスタツクに対し加圧
する。
、後者は換気され、そして該モジユールスタツクは何等追加の加圧動力無しに硬
化炉23内へ搬送される。後者は該制御システム24により規定された温度にそ
の中で保たれるので、該モジユールスタツク内の該シール層は規定された保持時
間後硬化し、そして積層品が形成されそれは次に該冷却領域25で室温に冷却さ
れる。該硬化した積層品は該除去領域27で該搬送プレートから取り外され、そ
して該再冷却された搬送プレートは該積載ステーション14へ戻るようルート付
けされる。
太陽電池を呈する。この場合、該太陽電池システムは加圧モールド又はカレンダ
ー作用(calendaring)を経由して該カプセル化材料3,3’に結合される。こ
れ等の薄膜太陽電池は破損し難く、水に影響されやすいが、その水は本発明で提
案した解決策を特に価値あるものとする。
陽電池 シール層4’:イーブイエイ(EVA) バリヤ層6:無機SiOx酸化物層7を有するイーテーエフイー(ETFE)プラスチ
ックフイルム 例 f): 層5:ガラス 太陽電池システム2:アモルフアスシリコン製薄膜太陽電池 シール層4’:イーブイエイ(EVA) バリヤ層6:ピーブイエフ(PVF)/ピーイーテー(PET)プラスチックフイル
ム複合材料と無機SiOx酸化物層7 例e)とf)では、該薄膜太陽電池システムは該バリヤ層6により水蒸気に対
し保護されている。しかしながら、後者は破損を受け難いので、追加のシール層
4は省略出来る。
を発生するため使用される。それらは構造的に一体化された屋根及び外面(faca
de)のシステムを介して緊急呼び出しボックス(emergency call box)又はモバ
イルホーム(mobile home)用の小型電力プラントから、大規模プラント及び太
陽電力設備までに亘る、種々の応用を有する。
酸化物層により顕著に改善されていることが示された。図4はこれを詳細に説明
している。
蒸気透過率に関しコートされていないフイルム{横座標で左の柱(column)}が
SiOxをコートされたフイルム(横座標で右の柱(column)}と比較された。
12)のピーイーテー(PET)では該コートされていない材料の値の約10分の1
に、そしてアールエヌ75型(type RN 75)ではその25分の1に減少出来た。
該水蒸気透過性は20マイクロメートルの材料厚さを有するイーテーピーイー(
ETPE)では約100の桁も減少される。
成る、本発明の光起電モジユール1の構造を示している。該太陽電池システム2
は、ボンデイングワイヤ9によりグループを形成するよう直列に半田付けされた
1連のシリコンセル8から作られている。該カプセル化材料3’は該プラスチッ
クシール層4’と、該太陽電池システム2に面する表面上に該蒸気相から分離さ
れた酸化物層7を呈するプラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材
料6から成っている。この層構造は,,I”でデザインされる(designed)。該カ
プセル化材料3は、例えば、ガラス層又は6の様なプラスチックフイルム複合材
料とすることが出来る層5とプラスチックシール層4とから作ることが出来る。
す。 変型品Ia(図1a)では、該無機酸化物層7は接着剤層10及び/又は有機
/無機ネットワークから成るハイブリッド層を介して追加的なプラスチックフイ
ルム又はプラスチックフイルム複合材料11と結合されている。 変型品Ib(図1b)では、該無機酸化物層7は、結果として該シール層4’
への結合を確立する追加的プライマー層12を呈している。
3を示している。それの積載ステーションは14であるが、そこでは搬送システ
ム16のみならず、固定上部部分18と、油圧配備20を使用して上下出来る下
部部分19とを有する真空積層機17も又用いて、動かされる該搬送プレート1
5上に該モジユールスタツク1が置かれる。温度、圧力及び保持時間は制御シス
テム22を経由して該真空積層機17内でセットされる。図2は、加えて、制御
システム24を経由してその温度がセットされる硬化炉23,制御システム26
を経由してその温度がセット出来る冷却領域25、そして除去領域27を示す。
々の波長範囲での透過率を示す。
気に対するバリヤ効果を改善した程度を示す。
Claims (13)
- 【請求項1】 コア層として太陽電池システム2と該後者の両側に付けられ
たカプセル化材料3,3’とを呈する、積層体の形の光起電モジユール1に於い
て、少なくとも1つのカプセル化材料層3’がシール層4’とバリヤ層6とから
成ることと、該バリヤ層6が、蒸気相から分離された無機酸化物層7を呈する、
プラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材料から成ることとを特徴
とする積層体の形の光起電モジユール1。 - 【請求項2】 請求項1の光起電モジユールが、該無機酸化物層7が元素ア
ルミニウム又はけい素から成り、そして30乃至200ナノメートルの厚さであ
ることを特徴とする光起電モジユール。 - 【請求項3】 請求項1又は2の光起電モジユールが、該無機酸化物層7が
可視光波長範囲と近紫外線波長範囲(near UV wavelength)の光ビームに透過性
である一方、依り短い波長の紫外線波長範囲のこれらのビーム(these beams in
the UV wavelength range at shorter wavelengths)を吸収することを特徴と
する光起電モジユール。 - 【請求項4】 請求項1から3の1つの光起電モジユールが、該シール層4
’が該太陽電池システム2とバリヤ層6の間に配置されていることを特徴とする
光起電モジユール。 - 【請求項5】 請求項4の光起電モジユールが、該シール層4’がエチレン
ビニルアセテート{イーブイエイ(EVA)}から成ることを特徴とする光起電モ
ジユール。 - 【請求項6】 請求項4の光起電モジユールが、該シール層4’がイオノマ
ー(ionomers)から成ることを特徴とする光起電モジユール。 - 【請求項7】 請求項1から6の1つの光起電モジユールが、該無機酸化物
層が蒸着される該プラスチックフイルムがポリエチレンテレフタレート{ピーイ
ーテー(PET)}又はエチレンテトラフルーロエチレンコポリマー{イーテーエ
フイー(ETFE)}から成ることを特徴とする光起電モジユール。 - 【請求項8】 請求項1から7の1つの光起電モジユールが、該無機酸化物
層7が該太陽電池システム2に面しておりそして該隣接するシール層4’に直接
接していることを特徴とする光起電モジユール。 - 【請求項9】 請求項1から7の1つの光起電モジユールが、該無機酸化物
層7が該太陽電池システム2に面しておりそしてプライマーコート(primer coa
t)12を介して該隣接するシール層4’に接していることを特徴とする光起電
モジユール。 - 【請求項10】 請求項1から7の1つの光起電モジユールが、該無機酸化
物層7が両側でプラスチックフイルム又は複合材料6,11により包まれており
そこでは、少なくとも1つのプラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複
合材料が該バリヤ層6として作用することを特徴とする光起電モジユール。 - 【請求項11】 請求項10の光起電モジユールに於いて、該無機酸化物層
7が接着剤層10及び/又は有機/無機ネットワーク(organic/inorganic netw
orks)10’から成るハイブリッド層(hybrid layer)を介して該プラスチック
フイルム又は複合材料11に接することを特徴とする光起電モジユール。 - 【請求項12】 請求項1から11の1つの光起電モジユールに於いて、該
無機酸化物層7がSiOxから成り、ここでけい素の酸素に対する原子比(atomic r
atio)xが1.3から1.7までの範囲にあることを特徴とする光起電モジユー
ル。 - 【請求項13】 請求項1から12の1つの光起電モジユールを作るための
工程が、 a)プラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材料6に蒸気相から
分離された無機物の層を備えさせることと、 b)シール層4,4’が該太陽電池システム2を両側で包む様な仕方でモジユ
ールスタツク1が該太陽電池システム2とカプセル化材料3,3’とから成層さ
れることと、 c)このモジユールを配備13の積載ステーション14内へ導入しその中でそ
れを該シール層4,4’の軟化点より下の温度に保つことと、 d)該モジユールをこの配備13の排気された、真空積層機17へ搬送し、そ
してその中で該モジユールスタツクを該シール層4,4’の該軟化点まで加熱す
ることと、そして e)該真空積層機が再冷却無しに換気された後、該モジユールスタツクから形
成された該複合材料体は硬化炉23内へ搬送され、その中で該シール層4,4’
が硬化されるので、光起電モジユールの形の積層体2が形成され、それが再冷却
の後該連続工程から取り出し可能になることを特徴とする光起電モジユールを作
るための工程。
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