JP2009502044A - 改良された裏面シートを備えた光電モジュール - Google Patents

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Abstract

第一のスーパーストレートシートと、裏面シートと、１つ又は複数の光電セルとを含む光電モジュールであり、各光電モジュールは、前記スーパーストレートシートと前記裏面シートとの間に封入されており、前記裏面シートはポリエステル材料からなる。

Description

発明の分野
本発明は、改良された光電モジュールに関する。より特定すると、本発明は、光電モジュールを形成するために使用される裏面シートがポリエステル材料からなる光電セルを含んでいる光電モジュールに関する。本発明はまた、このような改良された光電モジュールを形成する方法に関する。
本願は、２００５年７月１８日に出願された米国仮特許出願第６０／７００，２０６号の優先権を主張している。
光電素子は、光エネルギ、特に太陽エネルギを電気エネルギに変換する。光電作用によって発生される電気エネルギは全て、バッテリによって発生されるか又は確立した電力回路網によって得られる電気を使用することができるものと同じ目的に対して使用することができるが、再生可能な形態の電気エネルギである。一つの形態の光電素子は光電モジュールとして知られており、太陽電池モジュールとも称される。これらのモジュールは、１つの又は典型的且つ好ましくは複数の光電セルを含んでおり、これらの光電セルもまた太陽電池モジュールと称され、透明ガラス又は透明なポリマー材料のシートのようなスーパーストレートシートとポリマー材料からなるシートのような裏面シートとの間に配置され且つ封止される。シーラントは、典型的には封入剤と称され、光電セルがスーパーストレートシートと裏面シートとの間で封入剤内に封入された状態でスーパーストレートシートを裏面シートに接着するように機能する。光電セルは、シリコン若しくはその他の適切な半導体材料のウェーハによって作ることができ、又は典型的には薄いフィルム型の光電セルを製造する技術分野の当業者に知られている種々のプロセス及び方法のうちの一つによってスーパーストレートシート若しくは裏面シート上に蒸着された薄いフィルム型のセルとすることができる。１以上の一般的な型の光電モジュールは、シリコンウェーハによって作られた複数の別個の光電セルを含んでいる。このような別個の光電セルは、典型的には、単結晶又は多結晶のシリコンウェーハによって作られ、典型的には、このような別個のセルが、多数個、モジュール内で所望の配列で電気的に連結され、太陽に曝されたときに所望の電気出力を有するモジュールを達成する。
ほとんどの用途においては、光電モジュールは、１以上の光電モジュールを支持するように設計された屋根又は支持構造上のような屋外位置に取り付けられる。従って、封止された光電モジュールは、通常の屋外環境（例えば、湿った空気、雨、雪、氷）に曝されたときに水分の浸入に耐えなければならない。光電モジュールは、２０〜２５年のような長い期間に亘って機能することが期待されているので、このような水分の浸入に耐える能力は、このような長い期間に亘って続かなければならない。水分がモジュール内及びその内部の光電セルへ浸入すると、水分はモジュールの外観に対して悪影響を及ぼすばかりでなく、より重要なことには、最終的には、性能の低下又は恐らくはモジュール全体の故障をもたらすであろう。従って、裏面シートは、スーパーストレートシートに対する良好な封止を形成し且つ水分の浸入に耐える材料によって作られることが重要である。
光電モジュールは、ＵＬ １７０３又はＩＥＣ（国際標準電気会議） ６１７３０のような厳格な電気的安全性試験に合格することができなければならない。従って、裏面シートは、十分に高い絶縁破壊電圧を有する材料によって作られるべきである。裏面シートは、処理が難しくなく且つ光電モジュールを形成するために使用することができる積層プロセス中に適用できる材料によって作られるべきである。更に、光電モジュールは、典型的には、見えるような方法で取り付けられるので、同様に、美観に訴える必要がある。従って、裏面シートの外観は、光電モジュールの外観を損ねるべきではない。
従来のモジュールにおいては、裏面シートは、市販によって入手可能なポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）フィルム材料又はＰＶＦとポリエステルとの多層によって作られている。ＰＶＦ裏面シートは、引っ掻き傷及び引き裂き傷を受け易く、このような引っ掻き傷及び引き裂き傷を避けるためには、ＰＶＦによって作られた裏面シートを使用して光電モジュールを製造するプロセス中に特別な注意を払わなければならない。このような引っ掻き傷及び裂き傷はまた、モジュールを取り付けるときに適正な注意が払われない場合にも起こり得る。ＰＶＦシートは水分の浸透に対抗する一方で、水分の浸透がより少ない材料は、光電モジュールの寿命を増すであろう。更に、ＰＶＦよりも高い絶縁破壊電圧を有している裏面シートを有することが望ましい。ＰＶＦとポリエステルとの多層を備えた裏面シートは高い絶縁破壊電圧を有することができ且つ水分の浸透に耐えることができるけれども、このような多層はまた、価格が競合している光電モジュールにおいて使用するには高価すぎる。１つの層がポリエステルによって作られているこれらの多層材料においては、ポリエステル層が備えていない必要特性を他の層が提供する必要がある。
従って、当該技術においては、美観に訴え、引っ掻き傷及び裂き傷に耐え、水分の浸透が低く、絶縁破壊電圧が高い裏面シートを有する光電モジュールが必要とされ、このような裏面シートは単一層であるのが好ましい。更に、当該技術においては、取り付けが容易なこのような裏面シートを使用して光電モジュールを形成するためのプロセスが必要とされている。本発明は、このような光電モジュール及びプロセスを提供する。
本発明は、透明なスーパーストレートシートと、ポリエステルからなる裏面シートと、封入剤内に埋設され且つ前記スーパーストレートシートと前記裏面シートとの間に配置されている１つの又は複数の光電セルとを含む光電モジュールである。
本発明はまた、このような光電モジュールを製造するためのプロセスでもある。本発明の光電モジュールは、太陽光を電気エネルギに変換するのに有用である。
好ましい実施形態の説明
本発明は、スーパーストレートシートと、ポリエステル材料からなる裏面シートと、封入剤内に埋設され且つ前記スーパーストレートシートと前記裏面シートとの間に配置されている１つの又は複数の光電セルとを含んでいる光電モジュールである。
前記スーパーストレートシートは、太陽光、特に可視範囲の太陽光を透過する如何なる適切な材料によっても作ることができる。例えば、スーパーストレートシートは、ガラス又はポリマー材料によって作ることができる。当該スーパーストレートシートは、透明な焼き入れされた又は耐熱強化ガラスによって作られるのが好ましい。当該スーパーストレートシートは、如何なる一般的な大きさ及び厚みとすることもできる。例えば、約０．０９９２〜約１．８５８平方メートル（約１〜約２０平方フィート）とすることができ、例えば、矩形形状又は正方形形状とすることができる。基板の厚みは、一般的に、当該モジュールの用途に鑑みて選択されるであろう。例えば、当該モジュールがスーパーストレートシートとしてガラスを使用している場合には、ガラスの厚みは、約３．２ｍｍ〜約５ｍｍの範囲とすることができる。
本発明の光電モジュールにおいて使用される光電セルは、如何なる適切な光電セルとすることもできる。例えば、これらの光電セルは、単結晶又は多結晶のシリコンウェーハ又はその他の適切な半導体材料によって作られたウェーハによって作ることができる。これらは、例えば、アモルファスシリコン又はテルル化カドミウム及び硫化カドミウムによって作られたセルのような薄いフィルム状の光電セルとすることができる。光電セルを製造する方法は、当該技術において良く知られている。
本発明のモジュールにおいては、好ましい光電セルは、単結晶又は多結晶ウェーハによって作られる。これらのセルは、如何なる形状であっても良いが、典型的には、円形、方形、矩形又は擬正方形とすることができる。“擬正方形”は、通常は角が丸いほぼ正方形であることを意味している。例えば、本発明において有用な単結晶又は多結晶光電セルは、厚みを約５０ミクロン〜約４００ミクロンとすることができる。円形の場合には、当該光電セルは、直径を約１００〜約２００ミリメートルとすることができる。矩形、方形又は擬正方形の場合には、当該光電セルは、約１００〜約２１０ミリメートルの辺を有することができ、擬正方形のウェーハに対しては、丸い角は約１２７〜約１７８ミリメートルの直径を有することができる。
本発明による光電モジュールの一つのタイプにおいては、シリコンの単結晶又は多結晶のウェーハによって作られた複数の光電セルは、線又はその他の導電性金属ストリップのような適切な導電体を使用して、直列又はその他の所望の配列で接続される。個々の光電セルは、モジュールが太陽に曝されたときに所望の出力電圧を達成するように配列され且つ電気的に接続される。太陽電池セルの数は変更可能であるが、１つのモジュール内に約３６〜約７２個のこのようなセルを存在するようにすることができる。
本発明の光電モジュールの裏面シートは、ポリエステル材料からなる。ポリエステル材料は公知である。ポリエステル材料は、例えば、１以上のジカルボン酸又はその等価物のようなポリカルボン酸又はその等価物を１以上のグリコールのような１以上のポリオールと反応させて高分子量ポリエステルポリマーを形成することによって作ることができる。使用されるカルボン酸は、テレフタル酸、イソフタル酸又はナフタレンジカルボン酸のうちの１以上のようなアルコキシカルボン酸とすることができる。ポリオールは、エチレングリコール、プロピレングリコール又はブチレングリコールのうちの１以上とすることができる。特定のポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴとして知られてもいる）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴとして知られてもいる）及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮとして知られてもいる）である。上記したポリエステルは、ポリカルボン酸の混合物及びポリオールの混合物によって作ることができる。当該ポリエステル材料はまた、着色剤若しくは色素、可塑剤、難燃剤、フィラー、抗酸化剤、紫外線（ＵＶ）安定剤又はその他の添加剤のような内部に混合される添加剤を含むこともできる。本発明の光電モジュール内の裏面シートは、ポリエステル材料であるのが好ましい。
本発明の光電モジュールにおいて有用なポリエステル材料を含んでいる裏面シートは、基材シートと同じか又はほぼ同じ形状及び大きさであるのが好ましく、約０．０５０８ミリメートル（約０．００２インチ）乃至約０．１７７８ミリメートル（約０．００７インチ）の厚みを有しているのが好ましい。当該光電モジュールは、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｅ９６方法で測定して、３７．８℃で約１０グラム／メートル2／日未満の水蒸気透過速度を有しているのが好ましい。本発明の光電モジュールにおいて有用な１以上のポリエステル材料を含んでいる裏面シートは、０．０５０８ミリメートル（０．００２インチ）の厚みのシートを使用して測定して、約１２，０００ボルト（Ｖ）を超える絶縁破壊電圧（この場合、絶縁破壊電圧は、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ１４９方法によって測定される）を有しているのが好ましく、厚みが０．１２７ミリメートル（０．００５インチ）のような厚いシートを使用して測定して、約２２，５００Ｖを超えるのが好ましい。本発明の光電モジュールにおいて有用なポリエステル材料を含んでいる裏面シートは、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ８８２方法によって測定して１９２．６２１ＭＰａ（平方インチ当たり少なくとも約１８，８００ポンド（ｐｓｉ））の引っ張り強度を有しているのが好ましい。本発明の好ましい光電モジュールにおいては、ポリエステル材料を含んでいる裏面シートは単一層である。
ポリエステル材料を含んでいる裏面シートは、太陽によって発生される紫外線のような紫外線に曝露されときに著しく劣化しない。従って、本発明のモジュールによる好ましい裏面シートは、長い期間紫外線に曝露された後に裏面シートが著しく劣化しないように、ＵＶ耐性を有しているのが好ましい。このような紫外線曝露による劣化に対する耐性は、紫外線曝露模擬試験によって評価することができる。紫外線曝露模擬試験は、３４０ナノメートル（ｎｍ）において測定して０．７ワット／メートル2（Ｗ／ｍ2）の紫外線レベルが０．３５Ｗ／ｍ2の代わりに使用され、放射照度が循環されるよりもむしろ連続的であり、サンプルの温度が６３℃ではなく９０℃である以外は、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｇ１５５−１試験方法と同じである。紫外線曝露模擬試験においては、当該モジュールの裏面シートは、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｇ１５５−１試験方法において記載されているものと同じフィルタ及びフィルタ構造を使用して、２つのホウケイ酸ガラスフィルタを備えているキセノンアークランプを使用してアトラスウェザーオーメーターによって空気中で紫外線に曝される。３４０ｎｍにおいて測定して０．７Ｗ／ｍ2の紫外線線量率が９０℃のサンプル温度及び５０％の周囲湿度で使用されている。大きな光電モジュールはウェザーオーメーター試験装置に適合しないので、比較的小さな３８．７平方センチメートル（６平方インチ）の試験モジュールが紫外線曝露模擬試験に対して使用される。一つの試験モジュールにおいては、当該モジュールは、機能しつつある光電セルを含んでおり、もう一つ別の試験モジュールにおいては、光電セルは存在しない。紫外線曝露模擬試験においては、光電セルを含んでいる試験モジュールは、試験モジュールの裏面シートがキセノンランプに向けられた状態で連続５００時間に亘って上記した試験条件で紫外線に直接曝される。光電セルを含んでいない試験モジュールは、試験モジュールのスーパーストレートシートがキセノンランプに向けられた状態で連続２０００時間に亘って上記した試験条件で紫外線に直接曝される。キセノンランプは、ランプの前面から照射されている試験モジュールの表面までの距離が３０．４８〜６０．９６センチメートル（１〜２フィート）であるようにして試験モジュールに直角に保持される。実際の距離は、キセノンランプに対向している試験モジュールの表面が３４０ｎｍにおいて０．７Ｗ／ｍ2の紫外線を受けるように調節される。このような処理の後に、モジュールは、裏面シートが著しく劣化したか否かを判定するために評価される。紫外線曝露模擬試験の結果として、裏面シートに対する著しい劣化が起こったか否かを判定する一つの好ましい方法は、ＩＥＣ（国際標準電気会議）６１２２１５における方法による湿漏電試験において光電セルを備えた試験モジュールを試験することである。モジュールが１，０００Ｖの電圧での湿漏電試験に合格している場合には、裏面シートは、著しく劣化してはいない。ポリエステル材料からなる裏面シートを備えている本発明のモジュール、より好ましくは裏面シートが単一の層であるモジュールは、紫外線曝露模擬試験の後に、１，０００Ｖの電圧で湿漏電試験に合格している。紫外線曝露模擬試験の結果として著しい劣化が起こったか否かを判定する別の好ましい方法は、引っ張り試験を使用することである。引っ張り試験においては、裏面シートは、弱い引っ張り強度（１ポンド／インチ）での引っ張り試験を使用して引っ張られ、裏面シートが著しい劣化を受けた場合には、裏面シートは、弱い引っ張り強度（１ポンド／インチ）によって引き離すことができ、このような引っ張りによって下面に横たわっている封止剤から分離することができる。裏面シートが引っ張り試験によって引き離すことができる場合には、モジュールは引っ張り試験に不合格であり、裏面シートに対する著しい劣化が起こっている。この引っ張り試験によって引き離すことができない場合には、当該モジュールは、この引っ張り試験に合格している。ポリエステル材料からなる裏面シートを備えている本発明のモジュール、より好ましくは裏面シートが単一の層である本発明のモジュールは、紫外線曝露模擬試験の後に当該引っ張り試験に合格している。
ポリエステル材料を含んでいる本発明の光電モジュールの裏面シートは、湿度への曝露によって著しく劣化しない。幾つかのポリエステル材料は長期間に亘る高湿度への曝露の後に破壊し又は劣化する。従って、本発明の光電モジュールによる好ましい裏面シートは、長期間に亘る高湿度状態へ曝露された後にも、その機械的強度を維持している。このような高湿度による劣化に対する耐久性は、高湿度再現試験によって評価することができる。この湿度再現試験においては、光電モジュールは、８５％の相対湿度及び８５℃の温度の空気に曝露される。このような処理の後に、裏面シートは、著しい劣化を受けたか否かが判定されるために試験される。著しい劣化が起こったか否かを判定するための一つの好ましい方法は、上記した引っ張り試験を使用することである。裏面シートが著しい劣化を受けている場合には、裏面シートは、弱い引っ張り強度（１ポンド／インチ）によって引き離すことができ且つこのような引っ張りによって下面にある封止剤が分離され得る。長期間に亘る高い湿度への曝露によって著しい変化が起こったか否かを判定する別の方法は、湿漏電試験を行うことである。光電モジュールが１，０００Ｖで湿漏電試験に合格している場合には、裏面シートは著しく劣化していない。ポリエステル材料からなる裏面シートを備えている本発明の好ましい光電モジュールにおいては、裏面シートは、１，５００時間に亘る湿度再現試験の後に、著しい劣化を受けない。
ポリエステル材料からなる光電モジュールの裏面シートが単一の層である本発明の好ましい実施形態においては、ポリエステルからなる裏面シートは、１，５００時間に亘る湿度再現試験の後に、著しい劣化を受けない。好ましくは、ポリエステル材料からなる裏面シートを備えている本発明のモジュール、より好ましくは、裏面シートが単一の層であるモジュールは、１，５００時間に亘る湿度再現試験の後に、１，０００Ｖの電圧で湿漏電試験に合格するのが好ましい。このことは、ポリエステルからなる裏面シートは長期間湿度に曝露された後においても所望の絶縁特性を維持し続けることを示している。ポリエステル材料からなる裏面シートを備えている本発明のモジュール、より好ましくは、裏面シートが単一の層である本発明のモジュールは、１，５００時間に亘る湿度再現試験の後に引っ張り試験に合格するのが好ましい。
ポリエステル材料からなる裏面シートを備えている本発明の好ましい光電モジュールにおいては、当該モジュールは、８，０００Ｖの試験電圧による衝撃電圧試験に合格した。衝撃電圧試験は、ＩＥＣ（国際標準電気会議）６１７３０−２の方法に記載されている。ポリエステル材料からなる裏面シートを備えている本発明の好ましい光電モジュール、好ましくは裏面シートが単一の層である光電モジュールは、１，５００時間に亘る高湿度再現試験の後に、８，０００Ｖの試験電圧において衝撃電圧試験に合格した。ポリエステル材料からなり且つ裏面シートが単一の層であるのが好ましい裏面シートを備えている本発明の好ましい光電モジュールは、紫外線曝露模擬試験の後に、８，０００Ｖの試験電圧における衝撃電圧試験に合格している。
好ましくは、本発明の光電モジュールにおけるポリエステル材料からなる裏面シートは、最も好ましくは裏面シートが単一の層であるときに、モジュールに対向しているシートの面、モジュールと反対の方向を向いているシートの面、最も好ましくはシートの両面に、シリコーンプライマーが適用されている。適切なシリコーンプライマーはDow CorningＺ６０４０である。
本発明のモジュールのための裏面シートとして有用な適切なポリエステルシートは、Mitsubishi Polymer Film, LLCから入手可能であるＷ２７０である。このようなシートのための適切な厚みは約０．０５０８〜約０．１７７８ミリメートル（約０．００２〜約０．００７インチ）である。本発明のモジュールのための裏面シートとして有用なもう一つ別の適切なポリエステルシートは、同じくMitsubishi Polymer Film, LLCから入手可能であるＷＳＡＣポリエステルである。このようなシートの適切な厚みは、約０．０５０８〜約０．１７７８ミリメートル（約０．００２〜約０．００７インチ）である。ＷＳＡＣポリエステルシートは、シートの各面上にシリコーンプライマーを有している。ポリエステルからなる裏面シートがプライマーを有している場合には、Dow CorningＺ６０４０のような適切なシリコーンプライマーを、好ましくはシートがモジュールを形成するために使用される前に、ポリエステルシートの両面に適用することができる。
裏面シートは、好ましくはポリエステル材料からなる少なくとも１つの層が以下の特性の１以上好ましくは全ての特性を含んでいるポリエステルを含むことができる。すなわち、上記ポリエステルは、約０．０５０８〜約０．１７７８ミリメートル（約０．００２〜約０．００７インチ）の厚み、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｅ９６方法によって測定して２７．８℃で約１０グラム／メートル2／日未満である水蒸気透過速度、少なくとも且つ好ましくは０．０５０８ミリメートル（０．００２インチ）の厚みの層を使用して測定して約１２，０００Ｖを超える絶縁破壊電圧、好ましくは０．１２７ミリメートル（０．００５インチ）以上の厚みの層を使用して測定して約２２，５００Ｖを超えるのが好ましい絶縁破壊電圧（当該絶縁破壊電圧はＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ１４９方法によって測定）、約ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ８８２方法によって測定して少なくとも１２９．６２１ＭＰａ（１８，８００ｐｓｉ）の引っ張り強度の特性の１以上好ましくは全てを含んでいる。当該裏面シートは、ポリエステル材料からなる１以上の層と、例えば、ＰＶＦ、ポリカーボネート又は別のポリエステルの層のような他の材料の１以上からなる少なくとも１つの層とを含むことができ、この場合、ポリエステル材料からなるこのような層の少なくとも１つは、以下の特性の１以上好ましくは全てを有している。すなわち、上記ポリエステル材料からなる層は、約０．０５０８〜約０．１７７８ミリメートル（約０．００２〜約０．００７インチ）の厚み、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｅ９６方法で測定して３７．８℃で約１０グラム／メートル2／日未満である水蒸気透過速度、少なくとも且つ好ましくは０．０５０８ミリメートル（０．００２インチ）の厚みの層を使用して測定して約１２，０００Ｖを超える絶縁破壊電圧、好ましくは０．１２７ミリメートル（０．００５インチ）以上の厚みの層を使用して測定して約２２，５００Ｖを超えるのが好ましい絶縁破壊電圧（当該絶縁破壊電圧はＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ１４９方法によって測定）、及びＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ８８２方法によって測定して少なくとも１２９．６２１ＭＰａ（１８，８００ｐｓｉ）の引っ張り強度特性の１以上好ましくは全てを含んでいる。
好ましくは、本発明の光電モジュールにおける裏面シートは、ポリエステル材料からなる単一の層であり、このような層は、以下の特性の１以上より好ましくは全てを有している。すなわち、上記ポリエステル材料からなる層は、約０．０５０８〜約０．１７７８ミリメートル（約０．００２〜約０．００７インチ）の厚み、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｅ９６方法で測定して３７．８℃で約１０グラム／メートル2／日未満である水蒸気透過速度、少なくとも且つ好ましくは０．０５０８ミリメートル（０．００２インチ）の厚みの層を使用して測定して約１２，０００Ｖを超える絶縁破壊電圧、好ましくは０．１２７ミリメートル（０．００５インチ）以上の厚みの層を使用して測定して約２２，５００Ｖを超えるのが好ましい絶縁破壊電圧（当該絶縁破壊電圧はＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ１４９方法によって測定）、及びＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ８８２方法によって測定して少なくとも１２９．６２１ＭＰａ（１８，８００ｐｓｉ）の引っ張り強度特性の１以上好ましくは全てを含んでいる。好ましくは、単一の層であるポリエステルからなる裏面シートを備えている本発明の光電モジュールにおいては、裏面シートは、１５００時間に亘る高湿度再現試験の後に著しい劣化を受けず、紫外線曝露模擬試験の後に著しい劣化を受けず、このような紫外線曝露模擬試験の後に、このような単一の層を有する光電モジュールは１，０００Ｖの電圧で湿漏電試験に合格している。
本発明によるモジュールを形成するための典型的な方法においては、電気的に接続された光電セルは、基材シートに隣接して又は基材シート上に配置され又はエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）のシート若しくはその他の適切な封入剤を使用して取り付けられ、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）のシートのような封入剤又はその他の適切な封入剤が光電セルと裏面シートとの間に配置される。次いで、スーパーストレートシート、光電セル及び裏面シートが相互にプレスすなわち積層されて、封入剤によって封入され且つスーパーストレートシート、複数の電気的に接続されたセル及び裏面シートを含んでいるユニットが形成される。積層プロセスは、典型的には、高温で且つ低圧下で行われる。このような積層のための温度は、スーパーストレートシートを裏面シートに封入するために使用される封入剤の硬化温度に近いか又はより高い温度であるべきである。例えば、封入剤がＥＶＡのシートであるときに、この温度は少なくとも約１３０℃であるべきである。積層プロセス中に低い圧力を使用することにより、積層体内の不所望な気泡の形成を減らされるか又は排除される。ＥＶＡのシートのような封入剤の接着を改良するために、封入剤内に組み込まれた裏面シートの表面又は両面にプライマー剤を付加することができる。このようなプライマーは、例えば、Dow CorningＺ６０２０、Ｚ６０７６又はＺ６０９４のような有機−活性シランである。
当該裏面シートは、積層されたモジュール内で光電セルに接続された絶縁ワイヤー又は電気ケーブルのような電気コネクタが通る穴を有することができる。当該モジュールが作動状態にあるときに、これらの出力ケーブルは、当該モジュールを、当該モジュールによって発生される電流を利用する装置又はデバイスに接続するために使用される。このような出力ケーブルが通る裏面シートに設けられた穴は、接続箱とすることができ且つ好ましくは接続箱によって覆われることができる。当該接続箱は、非導電性のポリマー材料によって適切に形成される。当該接続箱は、接着剤を使用してモジュールの下面において裏面シートに取り付けられるのが好ましく、接続箱は、典型的には、封入剤を充填されて、裏面シート内に設けられた出力ケーブルのための穴を介して水分が積層体内に入るのを阻止している。封入剤が充填された接続箱はまた、完成されたモジュールが意図された用途のために取り付けられたときに、完成されたモジュールに損傷を生じさせることなく処理することができるように出力ケーブルを係留する役目を果たす。
以下、図面を参照して本発明を説明する。図面は、ある種の実施形態を示しているが、本発明の範囲を限定することは意図していない。
図１は、本発明の光電モジュールの一つの実施形態を示している。図１の光電モジュールは、ガラス又はその他の適切な透明材料によって作られるのが好ましいスーパーストレートシート５と、ポリエステルの裏面シート１０とを備えている。スーパーストレートシート５と裏面シート１０との間には、図１に示されているように、電気的に直列に接続されている複数の光電セル２０がサンドイッチされている。スーパーストレートシート５と裏面シート１０との間には、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）のシート１５が設けられており、エチレンビニルアセテートのシート１５は、光電セル２０が間に封入された状態で、スーパーストレートシート５を裏面シート１０に対して封止している。図１においては、明確化のために、１つの光電セルのみに符号２０が付されている。これらの光電セルは、多結晶又は単結晶のシリコンウェーハによって作られたセルのような光電セルの如何なるタイプのものとすることもできる。各セルは、図１に示されているように、格子型の前方の電気接点２５を備えている。（図面においては、明確化のために、１つの格子型の前方電気接点のみに符号が付されている。）太陽光は、スーパーストレートシート５を介して入射し、光電セル２０の前面に当たる。光電セル２０は、線３０によって電気的に接続されている。線３０は、光電セル２０の裏面（光電セルの裏面は図示されていない）上の背面接点及び光電セル２０の前面上の半田付け箇所３５に取り付けられて、直列に接続されたセルを形成する。（明確化のために、図１においては、一組みのワイヤー３０と光電セルの前面の一組みの半田付け箇所３５のみに符号が付されている。）ワイヤーは、平らな錫メッキ銅リード線、電線又はその他の適当な導電体であるのが適切である。
図１のモジュールに示されている直列に接続されたセルにおける一番目の及び最後の光電セルは、端のセルの電気接続線４０によって母線４５に接続されている。母線４５はまた、電気導管でもあり且つ例えば線又は平らな電気リード線とすることができる。母線４５は、半田付け箇所４８によって終わっている。電気ケーブル５０は、半田付け箇所４８において母線４５に半田付けされている。電気ケーブルは、裏面シート１０に設けられた穴（図１には示されていない）を通ってモジュール１の下面から延びている。電気ケーブル５０は、光電モジュール１を、当該光電モジュール１によって発生される電流を使用する装置又はデバイスに電気的に接続するために使用される。（明確化のために、１つの電気接点４０、１つの母線４５、１つの半田付け箇所４８及び１つのケーブル５０のみに符号が付されている。）
図１においては、裏面シート１０は、０．０５０８ミリメートル（０．００２インチ）の厚みのＷＳＡＣポリエステルのシートである。このシートは、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｅ９６方法によって測定して、３７．８℃で約１０グラム／ｍ2／日未満の水蒸気透過速度と、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ１４９方法によって測定して約１２，０００Ｖを超える絶縁破壊電圧とを有している。
図２は、図１に示されている光電モジュールの下面を示している。図２においては、図１におけるものと同じ部材は同じ符号が付されている。
図２は、裏面シート１０に設けられた穴５５から延びている電気ケーブル５０を示している。穴５５の周りには接続箱６５が設けられている。明確化のために、接続箱６５がカバーなしの状態で示されている。接続箱６５は、その完成された形態においてはカバー６０を有しており、ケーブル５０は、このようなカバーに設けられた穴を通るか又は接続箱の１以上の側面を通って延びている。接続箱６５はまた、シリコーン又はエポキシ樹脂のような適切な封止剤を充填されている。接続箱内の封止剤は、穴５５を封止し且つケーブル５０が処理されるときに穴５５の周囲の封止を破壊しないようにケーブル５０を係留する機能をも果たす。接続箱６５の底面は、接着剤を使用してポリエステルの裏面シート１０に取り付けられるのが好ましい。我々は、接続箱をポリエステル材料からなる裏面シートに接着するためには、酸性よりも中性の硬化系を有する接着剤が好ましいと判断した。例えば、我々は、アルコキシ−、アミン−、エポキシ−又はオキシム−型の硬化系を有している接着剤が接続箱とポリエステルシートとの間に水分に耐える耐久性のある結合を形成することを発見した。Dow Corning７３７のようなオキシム−硬化接着剤及びShi EtsuのＫＥ３４７ＴＵＶのようなエポキシ硬化接着剤が適している。Dow CorningＲＴＶ７９０のようなアミン−硬化接着剤及びDow CorningＲＴＶ７３９のようなアルコキシ硬化接着剤もまた、接続箱をポリエステル材料からなる裏面シートに接着するための適切な接着剤である。
以上、本発明をシリコンウェーハによって作られた光電セルを含んでいる光電モジュールに関して説明したけれども、上記したように、本発明はこのような光電セルに限定されないことは理解されるべきである。この光電セルは如何なるタイプとすることもできる。例えば、これらの光電セルは、薄膜アモルファスシリコンセル又はＣｄＳ／ＣｄＴｅセルのような薄膜型の光電セルとすることができる。このような光電セルは、当該技術において知られており且つ公知の方法によって、ガラス又は金属のような適切なスーパーストレートシート材料上に蒸着することができる。例えば、本発明において使用することができるアモルファスシリコンセルを形成するための方法は、米国特許第号第４，０６４，５２１号及び第４，２９２，０９２号、英国特許出願９９１６５３１．８（２０００年２月９日に公開された公開第２３３９９６３号）に記載されており、これらは全て本明細書に参考として組み入れられている。
本発明はまた、光電モジュールを形成する方法でもあり、当該方法は、スーパーストレートシートと裏面シートとの間に少なくとも１つの光電セル好ましくは複数の電気的に接続された光電セルを封止することを含んでおり、前記裏面シートは、上記したポリエステル材料からなる。
ここでは、本発明のある種の実施形態のみが記載され且つ述べられたことは理解されるべきである。上記の説明から、代替的な実施形態及び種々の変形例が当業者に明らかとなるであろう。これらの及びその他の代替例は、等価であり且つ本発明の精神及び範囲に含まれる。
実施例
３６個の直列に接続された光電セルを、スーパーストレートシートとしての長さが１５２．４センチメートル（約６０インチ）であり、幅が６６．０４センチメートル（約２６インチ）である３．１７５ミリメートル（１／８インチ）の厚みのシートと、裏面シートとしての前記スーパーストレートシートとほぼ同じ長さ及び幅の０．０５０８ミリメートル（０．００２インチ）の厚みのＷＳＡＣポリエステル材料の単一の層との間に積層することによって形成した。当該積層体は、スーパーストレートシートを備えた層状構造を準備し、続いて、プライマーを付加された透明なＥＶＡのシートを重ね、前記スーパーストレートシートに対向している光電的に活性な面を有している３６個の直列に接続した光電セルを重ね、ガラス繊維強化ＥＶＡのシート（同じく、ポリエステルに対する接着を改良するためにプライマーが付加されている）を重ね、最後にＷＳＡＣポリエステル裏面シートを重ねて完成される。この層状構造はまた、必要とされる電気回路及び接続を形成するために適当な母線内に含まれた。この層状構造を、１５０℃まで加熱された圧板を備えた積層プレス内に配置した。当該層状構造を真空下で加熱するために、約３〜４分間前記圧板上に載置した後、積層プレスを活性化させ、ＥＶＡに光電セルを封入させ且つ封入された光電モジュールを形成するのに十分な時間に亘って当該層状構造を１大気圧を使用して互いに圧締めした。
ＷＡＳＣの単一層からなる裏面シートが１５００時間に亘って上記した湿度再現試験を受けさせる方法で光電モジュールを形成した。裏面シートは、このような試験の後に著しい劣化を受けず、上記したように、当該モジュールは、１，０００Ｖの電圧で湿漏電試験に合格した。光電セルを含み且つＷＳＡＣ単一層の裏面シートを備えている１５．２４センチメートル（６インチ）の正方形試験モジュールを、上記した紫外線暴露模擬試験において試験した。裏面シートはこのような試験の後に著しい劣化を受けず、光電モジュールは、１，０００Ｖの電圧で上記した湿漏電試験に合格した。
この極端な試験は、本発明によるポリエステルを含んでいる裏面シートを備えた光電モジュールが、高い湿度の環境条件及び紫外線暴露に対して優れた耐久性を有することを示した。
２００５年７月１８日に出願された米国仮特許出願６０／７００，２０６号は、その全体が本明細書に組み入れられている。
図１は、ポリエステルからなる裏面シートを備えている本発明の光電モジュールの一つの実施形態の斜視図である。 図２は、図１に示された光電モジュールの下面の斜視図である。

Claims (31)

  1. スーパーストレートシートと、
    紫外線又は高い湿度に長期間曝露された後にも著しく劣化することがないポリエステル材料からなる裏面シートと、
    前記スーパーストレートシートと裏面シートとの間に配置された１つ又は複数の光電セルと、を含む光電モジュール。
  2. 請求項１に記載の光電モジュールであり、
    前記裏面シートがポリエステル材料からなる単一層である光電モジュール。
  3. 請求項１に記載の光電モジュールであり、
    前記裏面シートが、厚みが約０．０５０８ミリメートル乃至約０．１７７８ミリメートル（約０．００２インチ乃至約０．００７インチ）のポリエステル材料からなる少なくとも１つの層を含んでいる光電モジュール。
  4. 請求項１に記載の光電モジュールであり、
    前記裏面シートが、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｅ９６方法で測定して３７．８℃において約１０ｇ／ｍ2／日未満の水蒸気透過速度を有するポリエステル材料からなる少なくとも１つの層を含んでいる光電モジュール。
  5. 請求項１に記載の光電モジュールであり、
    前記裏面シートが、厚みが０．０５０８ミリメートル（０．００２インチ）の層に対してＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ１４９方法で測定して約１２，０００Ｖより大きな絶縁破壊電圧を有しているポリエステル材料からなる少なくとも１つの層を含んでいる光電モジュール。
  6. 請求項１に記載の光電モジュールであり、
    前記裏面シートが、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ８８２方法で測定して少なくとも約５５８．５ＭＰａ（約１８，０００ｐｓｉ）の引っ張り強度を有しているポリエステル材料からなる光電モジュール。
  7. 請求項１に記載の光電モジュールであり、
    前記裏面シートが、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｅ９６方法で測定して３７．８℃において約１０ｇ／ｍ2／日未満の水蒸気透過速度と、厚みが０．０５０８ミリメートル（０．００２インチ）の層に対してＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ１４９方法で測定して約１２，０００Ｖより大きな絶縁破壊電圧と、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ８８２方法で測定して少なくとも約５５８．５ＭＰａ（約１８，０００ｐｓｉ）の引っ張り強度を有しているポリエステル材料からなる少なくとも１つの層を含んでいる光電モジュール。
  8. 請求項１に記載の光電モジュールであり、
    前記裏面シートが、ポリエステル材料からなる単一の層であり、当該層は、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｅ９６方法で測定して３７．８℃において約１０ｇ／ｍ2／日未満の水蒸気透過速度と、厚みが０．０５０８ミリメートル（０．００２インチ）の層に対してＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ１４９方法で測定して約１２，０００Ｖより大きな絶縁破壊電圧と、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ８８２方法で測定して約５５８．５ＭＰａ（約１８，０００ｐｓｉ）の引っ張り強度とを有している光電モジュール。
  9. 請求項１に記載の光電モジュールであり、
    前記スーパーストレートシートと裏面シートとの間に封止剤を更に含んでいる光電モジュール。
  10. 請求項９に記載の光電モジュールであり、
    前記封入剤に付加されたプライマー剤を更に含んでいる光電モジュール。
  11. 請求項１０に記載の光電モジュールであり、
    前記プライマー剤が有機反応型のプライマー剤を含んでいる光電モジュール。
  12. 請求項１に記載の光電モジュールであり、
    下面を有し、当該下面において前記裏面シートに取り付けられている接続箱を更に含んでいる光電モジュール。
  13. 請求項１２に記載の光電モジュールであり、
    前記接続箱が、オキシム硬化接着剤、アミン硬化接着剤、エポキシ硬化接着剤又はアルコキシ硬化接着剤のうちの１以上から選択された接着剤によって前記裏面シートに取り付けられている光電モジュール。
  14. 請求項１に記載の光電モジュールであり、
    ＩＥＣ（国際標準電気会議）６１７３０−２における方法によって測定して８，０００Ｖの電圧での衝撃電圧試験に合格した光電モジュール。
  15. 請求項１に記載の光電モジュールであり、
    紫外線曝露模擬試験の後にＩＥＣ（国際標準電気会議）６１２２１５方法によって測定して１，０００Ｖの電圧での湿漏電試験に合格した光電モジュール。
  16. 請求項１に記載の光電モジュールであり、
    １，５００時間に亘る湿度再現試験の後に、ＩＥＣ（国際標準電気会議）６１２２１５方法によって測定して１，０００Ｖの電圧において湿漏電試験に合格した光電モジュール。
  17. スーパーストレートシートと裏面シートとの間に少なくとも１つの光電セルを封止することを含む光電モジュールを形成する方法であり、前記裏面シートは、紫外線又は高湿度に長時間曝露された後においても著しく劣化することはないポリエステル材料からなる光電モジュールを形成する方法。
  18. 請求項１７に記載の方法であり、
    前記スーパーストレートシートを前記裏面シートに封止するための封止剤を更に含んでいる方法。
  19. 請求項１８に記載の方法であり、
    前記封止剤がＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）を含んでいる方法。
  20. 請求項１７に記載の方法であり、
    ポリエステル材料を含んでいる前記裏面シートが単一の層であり、この層は、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｅ９６方法で測定して３７．８℃において約１０ｇ／ｍ2／日未満の水蒸気透過速度と、厚みが０．０５０８ミリメートル（０．００２インチ）の層に対してＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ１４９方法で測定して約１２，０００Ｖより大きな絶縁破壊電圧と、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ８８２方法で測定して少なくとも約５５８．５ＭＰａ（約１８，０００ｐｓｉ）の引っ張り強度とを有している方法。
  21. 請求項２に記載の光電モジュールであり、
    前記裏面シートが第一の面と第二の面とを有しており且つ当該第一の面と第二の面との両方の上にシリコーンプライマーを有している光電モジュール。
  22. 請求項２に記載の光電モジュールであり、
    １，５００時間に亘る湿度再現試験の後に、ＩＥＣ（国際標準電気会議）６１２２１５方法によって測定して１，０００Ｖの電圧において湿漏電試験に合格した光電モジュール。
  23. 請求項２に記載の光電モジュールであり、
    紫外線曝露模擬試験の後に、ＩＥＣ（国際標準電気会議）６１２２１５方法によって測定して１，０００Ｖの電圧において湿漏電試験に合格した光電モジュール。
  24. 請求項７に記載の光電モジュールであり、
    １，５００時間に亘る湿度再現試験の後に、ＩＥＣ（国際標準電気会議）６１２２１５方法によって測定して１，０００Ｖの電圧において湿漏電試験に合格した光電モジュール。
  25. 請求項８に記載の光電モジュールであり、
    紫外線曝露模擬試験の後に、ＩＥＣ（国際標準電気会議）６１２２１５方法によって測定して１，０００Ｖの電圧において湿漏電試験に合格した光電モジュール。
  26. 請求項７に記載の光電モジュールであり、
    １５００時間に亘る湿度再現試験の後に、ＩＥＣ（国際標準電気会議）６１２２１５方法によって測定して１０００Ｖの電圧において湿漏電試験に合格した光電モジュール。
  27. 請求項８に記載の光電モジュールであり、
    紫外線曝露模擬試験の後に、ＩＥＣ（国際標準電気会議）６１２２１５方法によって測定して１，０００Ｖの電圧において湿漏電試験に合格した光電モジュール。
  28. 請求項１に記載の光電モジュールであり、
    １，５００時間に亘る湿度試験の後に引っ張り試験に合格した光電モジュール。
  29. 請求項１に記載の光電モジュールであり、
    紫外線曝露模擬試験の後に引っ張り試験に合格した光電モジュール。
  30. 請求項２に記載の光電モジュールであり、
    １，５００時間に亘る湿度試験の後に、引っ張り試験に合格した光電モジュール。
  31. 請求項２に記載の光電モジュールであり、
    紫外線曝露模擬試験の後に引っ張り試験に合格した光電モジュール。
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