JP2005509265A - 光起電薄膜モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、キャリヤー材料に適用されかつ選択的に両側が封止用材料複合体で覆われた薄膜太陽電池システムを有する光起電薄膜モジュールの製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】
光電池は、太陽光から電気エネルギーを作るために使用される。エネルギーは、好ましくは薄膜太陽電池により作られた太陽電池システムにより作られる。薄膜太陽電池は、CIGS(銅−インジウム−ガリウム−セレン化物)、CTS(カドミウム−テルル−硫化物)、a−Si(アモルファスシリコン)及びその他のような種々の半導体システムから作ることができる。
【0003】
これら薄い半導体システムは、ガラスのような剛いキャリヤー材料に、或いはポリイミドフィルム、鋼のストリップ、金属箔などのような可撓性キャリヤー材料に適用される。
【0004】
薄膜太陽電池は、湿気、酸素及び紫外線のような環境の影響に敏感である。これらは、機械的破損に対して保護されねばならず、更に加えて電気的に絶縁されなければならない。従って、薄膜太陽電池は両側を封止材料で覆う必要がある。封止材料は、例えば1層又は複数層のガラス及び/又はプラスチックフィルムとすることができる。
【0005】
本質的にポリ弗化ビニル(PVF)及びポリエチレンテレフタレート(PETP)よりなるフィルム複合体が、名称ICOSOLARで出願人から市販され、そしてWO−Al−94/29106号により明らかにされた真空積層方法で光起電モジュールを作るために使用される。この既知の方法は、太陽電池システムが環境の影響に対して満足に保護される利用可能な光起電モジュールを作るが、この方法自体は比較的大きいエネルギー消費及び長い処理時間と組み合わせられる。
【0006】
[発明の記述]
従って、本発明の目的は、少ない処理時間及び低いエネルギー費用で実行することができ、かつ戸外用として満足な耐候性を有する光起電モジュールが用意される光起電モジュールの製造方法を考案することである。
【0007】
本発明において請求されたように、始めに述べられた形式の方法であって、積層段階において、シーリング層が薄膜太陽電池システムに隣接し積層ステーションにおける増加された圧力と選択的に高くされた温度との使用により光起電薄膜モジュール用の複合体が形成されるように、保護層とシーリング層とからなる封止材料複合体のための材料ウェブ、及び薄膜太陽電池システムとそのキャリヤー材料のための別の材料のウェブが、積層ステーションにおいて互いに近寄せられることを特徴とする方法が提供される。
【0008】
本発明において請求された方法の有利な実施例が従属請求項の主題である。
【0009】
[本発明の実施例]
本発明の実施例が、図1ないし5に示された図面を使用して詳細に説明される。
【0010】
本発明は、図面及び実施例を使用して詳細に説明される。
【0011】
第1の製造段階において、耐候性保護層8、無機酸化物層7、キャリヤー層6及びプラスチックシーリング層5よりなる図1aに示されたような封止材料4が形成される。
【0012】
例a)からc)は、それぞれの層の材料の選択のために可能なバージョンを示す。
【0013】
例a):
耐候性保護層8:膜形式のポリ塩化ビニル(PVF)又はポリ塩化ビニリデン(PVDF),
接着剤層(図示せず):ポリウレタン
無機酸化物層7:ケイ素酸化物(SiOX)、又は酸化アルミニウム(Al2O3)
無機酸化物層7用のキャリヤー層6:フィルム又はフィルム合成体の形式のポリエチレンナフテネート(PEN)又はポリエチレンテレフタレート(PETP)及びこれらの共押出し体
プラスチックシーリング層5:エチレン酢酸ビニル(EVA)又はアイオノマー、ポリメチルメタクリレート(PMMA),ポリウレタン、ポリエステル又はホットメルト
例b):
耐候性保護層8:ポリウレタン又はポリメチルメタクリレート(PMMA)の上塗りコーティング及び安定化ポリエチレンテレフタレートフィルム(PETPフィルム)
接着剤層(図示せず):ポリウレタン
無機酸化物層7:ケイ素酸化物(SiOX)、又は酸化アルミニウム(Al2O3)
無機酸化物層7用のキャリヤー層6:フィルム又はフィルム合成体の形式のポリエチレンナフテネート(PEN)又はポリエチレンテレフタレート(PETP)及びこれらの共押出し体
プラスチックシーリング層5:エチレン酢酸ビニル(EVA)又はアイオノマー、ポリメチルメタクリレート(PMMA),ポリウレタン、ポリエステル又はホットメルト
例c):
耐候性保護層8:フルオロポリマー、例えばエチレンテトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリ弗化ビニリデン(PVDF)、ポリ弗化ビニリデン(PVF)、又はその他のフルオロポリマーフィルム
無機酸化物層7:ケイ素酸化物(SiOX)、又は酸化アルミニウム(Al2O3)
プラスチックシーリング層5:エチレン酢酸ビニル(EVA)又はアイオノマー、ポリメチルメタクリレート(PMMA),ポリウレタン、ポリエステル又はホットメルト
例a)ないしc)において、封止材料4の構成要素が表示される。これらは、その相互作用により薄膜太陽電池システム2を天候の影響及び水蒸気の浸透に対して保護する。
【0014】
特に、耐候性保護層8としては、気象、例えば紫外線の影響に対して薄膜太陽電池システム2を保護するフルオロポリマーが選ばれる。
【0015】
厚さ30から200nmの無機酸化物層7は、例えばPEN又はPET−PEN共押出し体よりなるキャリヤー層6に真空蒸着される。キャリヤー層6と無機酸化物層7とよりなるバリヤ層9は、薄膜太陽電池システム2を水蒸気の浸透に対して保護する。
【0016】
無機酸化物層7のある層構造は、水蒸気の浸透度が、PETPフィルムに適用された無機酸化物層より1/10に小さくなり、これが図5を使って示される。これは、キャリヤー層6としてのポリエチレンテレフタレート(PETP)が満足な値を示すが、g/m2d(1日当たりグラム/平方メートル)で表された水蒸気浸透度は、ポリエチレンナフテネート(PEN)の追加により大きく減らし得ることを示す。これが、共押出しPETP−PENを使用し及び純PENを使用してプラスチック当たり一度に2連続測定した結果に基づいて図5に示される。
【0017】
薄膜太陽電池システム2はシーリング層を介して封止材料4に接着されるため、封止材料4に使用されるシーリング層5は、その接着特性により、薄膜太陽電池システム2に対する追加の保護機能を実行する。
【0018】
耐候性層8、バリヤ層7、キャリヤー層6、及びシーリング層5に関する材料の選択に関連したa)ないしc)による標本バージョンを使用している封止材料4の形成は、既知の積層方法で行われる。
【0019】
関連して、バリヤ層7、例えば酸化ケイ素(SiOX)層は、蒸気相からの析出により、キャリヤー層6、例えばポリエチレンナフテネートフィルム(PETPフィルム)、共押出しされたポリエチレンテレフタレート−ポリナフテネートのフィルム(PETP−PENフィルム)に適用される。
【0020】
従って、プラスチックフィルム又はプラスチックフィルム複合体となし得る耐候性層8が、バリヤ層7の上に積層される。同様に、シーリング層5、例えばポリウレタン接着剤は積層により適用することができる。
【0021】
形成された封止材料4は、図3に示されるように装置の給送ローラー13’上に支持される。薄膜太陽電池システム2は、搭載ステーション13において、剛いキャリヤー材料3、例えばガラスと共に輸送ベルト(図示せず)に乗せられて加熱ステーション15に供給される。加熱ステーションにおいて、制御装置の手段(図示せず)により、薄膜太陽電池システム2は、剛いキャリヤー材料3、例えばガラスキャリヤーと共に、封止材料4中のシーリング層5の軟化点まで予熱される。ガラスキャリヤー3と共に70から180℃の温度に予熱された封止材料4及び薄膜太陽電池システム2の両者は、次いでカレンダーローラーの対17の形式の積層ステーション16に供給される。好ましくは70から180℃の範囲の温度に予熱された積層ステーション16における高い温度のため、及びカレンダーローラー17により加えられ好ましくは80から400N/cm(線圧力)の圧力のため、図1に示されたような封止された光起電モジュール1が積層により形成される。これは硬化用オーブン(18)に輸送され、ここで、ほぼ120から190℃の温度で硬化、特にシーリング層5の硬化が生ずる。関連した裁断の後、完成した薄膜モジュール1が排出ステーション19において取り出される。
【0022】
本発明において請求される別の方法が、図4に示された装置を使って詳細に説明される。この場合は、前述の方法と同様に、封止材料4が作られ、給送ローラー13’上に蓄えられる。薄膜太陽電池システム2は、可撓性キャリヤー11と共に別の給送ローラー13’に蓄えられる。
【0023】
可撓性キャリヤー11は、プラスチックフィルム又はプラスチックフィルム複合体とすることができる。例えば、ポリイミドを含んだプラスチックが可撓性キャリヤーに適している。
【0024】
従って、封止材料4と薄膜太陽電池システム2とは、可撓性キャリヤー11と一緒に積層ステーションに供給される。両材料をこのようにすることにより、ウェブは、加熱ステーション23、23’内で、シーリング層5の軟化点、即ちほぼ70から180℃に加熱される。図4に示された積層ステーション21は、例えばカレンダーローラーの対22である。一方又は両方のローラーが、少なくも封止材料4内のシーリング層5の軟化点、好ましくは70から180℃に加熱される。これにより、カレンダーローラーの間隙22’内の予熱された封止材料4が、薄膜太陽電池システム2に直接適用され、そしてこれをほぼ80から400N/cm(線圧力)のローラーの接触圧力で圧縮する。次いで、合成体が、硬化炉24内でほぼ120から190℃の温度で硬化される。この積層段階の手段により薄膜太陽電池システム2が封止され、そして図2に示されるような光起電薄膜モジュール10が形成される。
【0025】
給送ローラー13’の数を増加することにより、追加の封止材料4’の使用が可能となる。薄膜太陽電池システム2について、太陽電池システム2に対する対気象保護又はバリヤ保護に関する更なる改良が確保されるように、図2に従って両側を覆うことも考えられる。
【0026】
纏めると、本発明において請求される方法により、封止材料4及び薄膜太陽電池システム2は、関係のキャリヤーと共に、積層により互いに接合され、圧力と高温の下で圧縮され、複合体の形式の耐候性光起電薄膜モジュールが形成されるということができる。本発明に請求された方法は、公知の方法と比較してプロセス時間及びエネルギー費用が少ないことが特徴である。加えて、容易に実行し得るこの方法において、紫外線、水蒸気及びその他の気象の影響に耐える光起電薄膜モジュールが入手できる。キャリヤー材料、例えばプラスチックフィルム又はプラスチックフィルム複合体の形式の材料を選ぶことにより、光起電モジュールに更に可撓性が与えられる。
【0027】
[商業的適用可能性]
本発明において請求された方法により作られた光起電薄膜モジュールは、太陽光からの電気エネルギー発生に使用される。これらの適用可能性は、非常電話用又はキャンパー用の小型電力設備から、建築物に組み込まれた屋根及び建物前面用のシステムを経て、大きい設備及び太陽光発電所にまで拡張される。
【0028】
戸外の用途においては、蒸気相からPEN又はPETP−PENの共押出し体のキャリヤーフィルム上に堆積された酸化物層により、水蒸気に関する封止材料のバリヤ作用が更に大きくされることが見い出された。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明において請求された方法を使用して製造された光起電モジュール1であって、剛いキャリヤー材料3、例えば、封止材料として同時に使用されるガラスの上の薄膜太陽電池システム2、及び第2の封止材料4よりなる光起電モジュールの構造を示す。
【図1a】
封止材料4が示され、これはプラスチックシーリング層5及び蒸気相より堆積された無機酸化物層7用のキャリヤー層6、及び耐候性保護層8を含んだバリヤ層9よりなる。
【図2】
本発明において請求された方法により作られた可撓性薄膜モジュール10の構造を示す。この可撓性の特性は、可撓性キャリヤー材料11により作られる。
【図3】
剛い薄膜モジュール1を作るための装置12を示す。
【図4】
可撓性薄膜モジュール10を作るための装置20を示す。
【図5】
SiOxコーティングが設けられた数種のキャリヤーフィルムの水蒸気浸透性を示す。種々のプラスチックがキャリヤーフィルムとして使用され、そして互いに比較される。
Claims (12)
- キャリヤー材料(3、11)に適用されかつ選択的に両面が封止材料複合体(4、4’)で覆われた薄膜太陽電池システム(2)を有する光起電薄膜モジュール(1、10)の製造方法であって、積層段階において、シーリング層(5)が薄膜太陽電池システム(2)と隣接しかつ高い圧力と選択的に高い温度とにより光起電モジュール(1、10)の形式の複合体が形成されるように、積層ステーションにおいて、保護層(8、9)とシーリング層とよりなる封止材料複合体(4、4’)のための材料ウェブが、薄膜太陽電池システム(2)とそのキャリヤー材料(3、11)とのための別の材料ウェブの近くに持って来られることを特徴とする方法。
- 積層が、1組又は複数組のカレンダーローラーの対(17、21)を使用して行われる請求項1において請求された方法。
- 形成された光起電薄膜モジュール(1、10)が更に硬化される請求項1又は2に請求された方法。
- 薄膜太陽電池システム(2)のためのキャリヤー材料が可撓性キャリヤー材料(11)である請求項1から3の一に請求された方法。
- 可撓性キャリヤー材料(11)がプラスチックフィルム又はプラスチックフィルム複合体に基づくものである請求項4に請求された方法。
- 可撓性キャリヤー材料(11)が金属箔又は鋼ストリップに基づくものである請求項4に請求された方法。
- 薄膜太陽電池システム(2)のためのキャリヤー材料が剛いキャリヤー材料(3)である請求項1から3の一に請求された方法。
- 剛いキャリヤー材料(3)がガラスである請求項7に請求された方法。
- 封止材料(4、4’)内に、耐候性層(8)、無機酸化物層(7)、及び無機酸化物層(7)用に意図されたキャリヤー層(6)からなるバリヤ層(9)がある請求項1から8の一に請求された方法。
- ポリエチレンナフテネート(PEN)又はポリエチレンテレフタレート(PETP)とポリエチレンナフテネート(PEN)との共押出し体に基づくプラスチックフィルム又はフィルム合成体がキャリヤー層(6)において使用される請求項9に請求された方法。
- バリヤ層(9)内に、30から200nmの厚さのアルミニウム又はケイ素よりなる無機酸化物層(7)が使用される請求項9又は10に請求された方法。
- シーリング層(5)が、ポリアミド又は熱可塑性エラストマー及び/又はアイオノマーのような高温熔融材料から形成される請求項1から11の一に請求された方法。
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