JP2009231839A - 光起電モジュールを製造するための方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】起電モジュールの製造時に縁において層を除去するための方法であって、一方では生産性が高く、他方では高い絶縁強度を有するモジュールをもたらす方法を提供する。
【解決手段】光起電モジュール１を製造するために、透明な前側電極層３と半導体層４と後ろ側電極層５とを機能層として透明な基板２へと成膜し、その後に機能層３〜５を赤外放射を発するレーザによって該モジュール１の縁領域１０において該基板２から除去し、次いで後ろカバー１２を接着フィルム１１によって前記被覆された基板２へと積層する。前記モジュール１の該縁領域１０において該機能層３〜５を除去する除去速度が、該機能層３〜５へと集中させられるレーザビームの少なくとも２０ｍＪ／ｍｍ２のエネルギー密度および少なくとも１ｋＨｚのレーザのパルス繰り返し速度により、残留の材料を該縁領域１０において該基板２上に残しつつ、少なくとも１０００ｍｍ２／ｓである。
【選択図】図１
【解決手段】光起電モジュール１を製造するために、透明な前側電極層３と半導体層４と後ろ側電極層５とを機能層として透明な基板２へと成膜し、その後に機能層３〜５を赤外放射を発するレーザによって該モジュール１の縁領域１０において該基板２から除去し、次いで後ろカバー１２を接着フィルム１１によって前記被覆された基板２へと積層する。前記モジュール１の該縁領域１０において該機能層３〜５を除去する除去速度が、該機能層３〜５へと集中させられるレーザビームの少なくとも２０ｍＪ／ｍｍ２のエネルギー密度および少なくとも１ｋＨｚのレーザのパルス繰り返し速度により、残留の材料を該縁領域１０において該基板２上に残しつつ、少なくとも１０００ｍｍ２／ｓである。
【選択図】図１
Description
本発明は、請求項１の冒頭部分に記載の光起電モジュールの製造方法に関する。
光起電モジュールの動作において湿った状態または濡れた状態にあるときに、電圧が印加された機能層について、周囲（フレーム、取り付けラック、傾けラック）からの充分な電気的絶縁を保証するために、後ろカバーを接着フィルムによって積層する前に、モジュールの縁の全周において機能層を基板から取り除き、後ろカバーが縁領域において接着フィルムによって基板へと直接に接続されて、機能層が周囲から気密に封じられるようにしなければならない。
コランダムでのブラスト処理や砥石車での研削など、機械的な方法を使用してモジュールの縁領域の機能層を取り除くことが通例である。その結果、基板が通常どおりガラスで製造されている場合、ガラスの表面が数μｍ〜数十μｍの深さまで除去され、微細な割れによって大幅に損傷する。これが、ガラス板の機械的強度に負の影響をもたらす可能性がある。しかしながら、より深刻なのは、機械的処理が水分の作用後のガラス表面の導電性へと及ぼす影響である。
ソーダ石灰ガラスの表面抵抗を、例えばコランダムでのブラストによる表面処理の後に測定すると、約１０１３オーム／スクエアという未処理のガラス表面と同様の値が確認される。しかしながら、試料にＩＥＣ規格６１６４６に従って１０００時間にわたる８５℃および８５％の相対湿度での高温湿潤試験を加えると、未処理のガラス表面の抵抗が約１０１３オーム／スクエアでほぼ不変のままである一方で、ブラスト処理された表面の表面抵抗は、２×１０９〜１０１０オーム／スクエアへと低下する。
面積が１ｍ２であって外周が４ｍである光起電モジュールにおいて、縁において層が幅２ｃｍにわたって取り除かれる場合、結果として、この太陽電池モジュールの縁における接地への絶縁抵抗は、わずかに１０〜５０Ｍオームとなる。上述のＩＥＣ規格は、高温湿潤試験の後の絶縁抵抗が少なくとも４０Ｍオーム×ｍ２であるように求めており、したがって縁の層を機械的に除去した場合、絶縁強度に関してＩＥＣの必要条件を満足しない危険がある。これは、外周が相応に大きくなるより大型のモジュールに特に当てはまる。
ＥＰ１００５０９６Ａ２が、縁領域の機能層を、機械的な方法のみならず、レーザによっても除去できることを示している。この目的のために、可視の範囲にある５３２ｎｍの波長を有するレーザ光を放射するＹＡＧレーザ、すなわちネオジムドープのレーザが使用されている。しかしながら、これは、前側電極層を除去することができない。レーザビームが後ろ側電極層へと集中させられるとき、後ろ側電極層または半導体層によるレーザ光の完全な吸収が最初から生じる。前側電極層は、透明であるがゆえにレーザビームを吸収しないため、レーザビームがガラス基板を通って進入するときにわずかに除去されるにすぎない。
したがって、本発明の目的は、光起電モジュールの製造時に縁において層を除去するための方法であって、一方では生産性が高く、他方では高い絶縁強度を有するモジュールをもたらす方法を提供することにある。
これが、本発明によれば、モジュールの縁領域の３つの機能層を除去するために赤外放射を発するレーザを使用することによって達成される。
驚くべきことに、そのようなレーザは、半導体層が赤外放射を吸収しないにもかかわらず、３つの機能層のすべての除去を可能にする。
前側電極層によるレーザ照射の吸収は、前側電極層がレーザ照射によって加熱されることで、前側電極層の上方に位置する半導体層および同様にレーザ照射を吸収する後ろ側電極層の両者が除去されるという結果を有する。
透明な基板は、ガラス板であってよく、あるいは別の電気絶縁性の透明な材料で構成できる。
前側電極層は、例えば酸化すず（ＳｎＯ２）、特にはフッ素をドープした酸化すずなど、導電性の金属酸化物で構成でき、あるいは他の材料で構成できる。透明であって電気を通し、好ましくはレーザの発する赤外放射のうちの少なくとも０．５％、特には少なくとも２％を吸収することだけが必須である。
半導体層は、例えば非晶質、ナノ結晶、マイクロ結晶、または多結晶シリコンなどのシリコンで構成できるが、テルル化カドミウムまたはＣＩＧＳ（すなわち、銅・インジウム・ガリウム・セレニド）など、別の半導体であってもよい。
後ろ側電極層は、好ましくは、例えばアルミニウム、銅、銀、などで構成される金属層である。
接着フィルムは、ＥＶＡまたはＰＶＢフィルム、あるいは他のホットメルト接着フィルムであってよい。接着フィルムによって被覆された基板へと積層される後ろカバーは、さらなるガラス板であってよく、あるいは例えばプラスチックフィルムまたはプラスチック板であってよい。
次いで、接着フィルムを中間層として有する被覆された基板および後ろカバーが、加圧下で、通常は高められた温度のもとで積層され、したがって基板および後ろカバーのそれぞれがガラス板によって構成されている場合には、積層ガラスが縁領域に形成される。
さらに、後ろカバーおよび接着フィルムが、機能層が除去されたモジュールの全周に沿った基板の縁領域を覆うため、モジュールの機能層が、周囲から完璧に封じられる。
本発明に従って使用されるレーザは、赤外放射を発し、すなわち少なくとも８００ｎｍ、好ましくは少なくとも１０００ｎｍの波長の放射を発し、特には近赤外範囲において放射を行う固体レーザが使用される。固体レーザは、ファイバレーザまたはディスクレーザであってもよい。
固体レーザは、好ましくはＮｄ：ＹＡＧレーザであり、すなわちイットリウム・アルミニウム・ガーネットをホスト結晶として有している。代わりに、ホスト結晶が、例えばイットリウム・バナデート（ＹＶＯ４）であってもよい。ネオジムをドーピングに使用することが好ましく、すなわち１０６４ｎｍの波長を有する固体レーザを使用することが好ましい。また、エルビウム、イッテルビウム、または他の元素をドーピングに使用することも可能である。
被覆された基板の縁領域の機能層を除去するために、レーザビームが、透明な基板を通って機能層へと集中させられる。しかしながら、レーザビームを、層側、すなわち反対側から機能層へと集中させてもよい。
確実なレーザ除去を保証するために、機能層へと集中させられるレーザビームのエネルギー密度は、少なくとも２０ｍＪ／ｍｍ２、特には少なくとも５０ｍＪ／ｍｍ２であるべきである。
２００ｎｓ未満、特には１００ｎｓ未満の短いレーザパルスを発するレーザを使用することが好ましい。レーザパルスがより長いと、除去すべき材料が部分的にのみ加熱され、部分的にしか除去されない恐れがあり、加熱された材料の熱エネルギーが基板表面を傷める恐れもある。
レーザの出力は、少なくとも１００Ｗであるべきであり、パルスの繰り返し速度は、少なくとも１ｋＨｚであるべきである。レーザのスポットを、わずかな重なり合いにて互いに隣接させて位置させることができる。レーザビームとガラス表面との間の相対速度は、この目的のために、少なくとも１０００ｍｍ／ｓであるべきである。
このようにして、例えば５０ｍＪ／ｍｍ２のレーザビームのエネルギー密度、１ｍｍ２のレーザスポット面積、１００Ｗのレーザ出力、および２ｋＨｚのパルス繰り返し速度にて、２０００ｍｍ２／ｓの除去速度で機能層の連続的な除去を行うことが可能である。
使用される基板ガラスが例えばソーダ石灰ガラスである場合、本発明に従ってレーザで層を除去したガラス表面の表面抵抗は、処理の直後および１０００時間にわたる８５℃および相対湿度８５％での高温湿潤試験の後の両方において、１０１０オーム／スクエア超、好ましくは１０１１オーム／スクエア超、特には１０１２オーム／スクエア超である。
さらに、被覆されたガラス表面は、損傷を受けておらず、すなわち微細な割れまたは弾痕を有していないことを特徴とする。機能層の残留の材料の痕跡を、少なくとも顕微鏡下で視認することができるが、それらは表面抵抗に対して悪影響を及ぼさない。
以下で、本発明を、添付の図面を参照しつつ例としてさらに詳しく説明する。
光起電モジュール１は、透明な基板２（例えば、ガラス板）を有しており、基板２に、３つの機能層、すなわち透明な前側電極層３と、例えば非晶質シリコンａ−Ｓｉ：Ｈで構成される半導体層４と、後ろ側電極層５とが順に成膜されている。
モジュールは、帯状の個々のセルＣ１、Ｃ２等を、パターン線６、７、８によって直列に接続して備えている。生成される電流を、モジュール１の２つの外側のセル、すなわちセルＣ１およびモジュール１の反対側に位置するセル（図示せず）を接触させることによって集めることができる。
モジュール１の縁領域１０において、機能層３、４、５が除去されている。面積が１ｍ２であるモジュールにおいて、縁領域の幅ｂは、例えば５センチメートルであってよい。
好ましくはホットメルト接着フィルムである接着フィルム１１によって、例えばガラス板である後ろカバー１２が、基板２の機能層３、４、５が設けられている側に積層されている。その結果、基板２が、縁領域１０において接着フィルム１１によって直接後ろカバー１２へと堅固に接続されており、モジュール１の機能層３〜５を封じ、種々の気候条件（特には湿度、しかしながら温度変化も）のもとでも高い電気絶縁抵抗によって機能層３〜５を周囲から切り離している。
モジュール１を製造するために、機能層３〜５が、表面全体を覆って基板へと順に成膜され、太陽電池セルＣ１、Ｃ２等を電気的に境界付ける／終端処理するパターン線６、７、８および絶縁線１３、１４、１５が、それぞれに設けられる。その後に、機能層３〜５が、縁領域１０において除去される。３つの機能層３〜５を除去するために、１０６４ｎｍの基本波長を有するＮｄ：ＹＡＧ固体レーザが使用され、レーザビームが、例えば基板２を通って機能層３へと集中させられる。
次いで、接着フィルム１１が、機能層３〜５が設けられているが縁領域１０においては除去されている基板１２に配置され、後ろカバー１２が接着フィルム１１へと配置され、積層が加圧下で、随意により高い温度で実行され、モジュール全体が接着フィルム１１によってしっかりと封じられる。
１ 光起電モジュール
２ 基板
３ 前側電極層（機能層）
４ 半導体層（機能層）
５ 後ろ側電極層（機能層）
６ パターン線
１０ 縁領域
１１ 接着フィルム
１２ カバー
１３ 絶縁線
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４ 半導体層（機能層）
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１１ 接着フィルム
１２ カバー
１３ 絶縁線
Claims (3)
- 光起電モジュール（１）を製造するために、透明な前側電極層（３）と、半導体層（４）と、後ろ側電極層（５）とを、機能層として透明な基板（２）へと成膜し、その後に機能層（３〜５）を、赤外放射を発するレーザによって該モジュール（１）の縁領域（１０）において該基板（２）から除去し、次いで後ろカバー（１２）を接着フィルム（１１）によって前記被覆された基板（２）へと積層する方法であって、
前記モジュール（１）の該縁領域（１０）において該機能層（３〜５）を除去する除去速度が、該機能層（３〜５）へと集中させられるレーザビームの少なくとも２０ｍＪ／ｍｍ２というエネルギー密度および少なくとも１ｋＨｚというレーザのパルス繰り返し速度によって、残留の材料をモジュール（１）の該縁領域（１０）において該基板（２）上に残しつつ、少なくとも１０００ｍｍ２／ｓであることを特徴とする方法。 - １０６４ｎｍの波長を有するネオジムドープの固体レーザが、該縁領域（１０）の機能層（３〜５）を除去するために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- ２００ｎｓ未満のレーザ・パルスを有するパルス状レーザが使用されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
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