JP2010199531A - 薄膜太陽電池の封止プロセスおよび当該薄膜太陽電池の封止プロセスによって製造された薄膜太陽電池 - Google Patents
薄膜太陽電池の封止プロセスおよび当該薄膜太陽電池の封止プロセスによって製造された薄膜太陽電池 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】太陽電池の性能がほとんど損なわれることがなく、長期間使用が可能であり、低コストな太陽電池を得る封止技術を提供する。
【解決手段】本発明に係る薄膜太陽電池の封止プロセスは、塗布機によって薄膜太陽電池のＴＣＯガラスの電極上に樹脂を塗布する工程と上記樹脂を塗布する工程と同時に、枠塗布機によって太陽電池の端部を覆う工程とを含む。上記樹脂は、高性能樹脂であり、固化後に、所定の剛性、粘着性、エージング耐性、磨耗耐性および穿刺耐性を有する。
【選択図】なし
【解決手段】本発明に係る薄膜太陽電池の封止プロセスは、塗布機によって薄膜太陽電池のＴＣＯガラスの電極上に樹脂を塗布する工程と上記樹脂を塗布する工程と同時に、枠塗布機によって太陽電池の端部を覆う工程とを含む。上記樹脂は、高性能樹脂であり、固化後に、所定の剛性、粘着性、エージング耐性、磨耗耐性および穿刺耐性を有する。
【選択図】なし
Description
本発明は、アモルファスシリコンの薄膜セル、ＣＩＧＳ薄膜セル、クロム（III）アンチモン化合物の薄膜セル、および、軟質薄膜セルを含む薄膜太陽電池の封止プロセスに関する。
現在、あらゆる薄膜太陽電池には、２層の硬質材料構成が採用されており、上記２層の硬質材料にはヒートシール接着層が介されている。高温および真空条件では、薄膜セルの導電層に薄層を重ねることによって上記２層が密封されている。これにより、導電層と外部との接触が防止されると共に、導電層の酸化が防止される。これは、製造されたフィルムが長期間の使用できること、および、長寿命な薄膜太陽電池を確保するためになされる。さらには、薄膜太陽電池に機械的強度を付与するためでもある。現在、薄膜太陽電池のうち上記２層を積層するにあたり、２種類の、材料および製造品が存在する：第１に、製造品の表面層は導電ガラスで構成されている。また、バックパネルは公知のガラスによって構成されている（バックパネルには強化ガラスのものもある）。さらに、表面層およびバックパネルの中間には、ＥＶＡまたは他のヒートシール接着剤が配置されている。第２に、表面層は導電ガラスで構成され、バックパネルはアルミニウムフィルム（型番１ＸＡＰＯＷ、１ＱＡＢＯ）を含むＰＥＴ複合フィルムであり、上記表面層およびＰＥＴ複合フィルムの中間には、ＥＶＡまたは他のヒートシール接着剤が配置されている。真空条件および高温条件では、積層機械によって、表面層および背面層をヒートシール接着層によって貼り合わせる。しかし、現在、従来の多くの薄膜、例えば、ＥＶＡおよびヒートシール接着剤と一体となった２層フィルム、または、単層の導電ガラス、ＥＶＡおよびヒートシール接着剤と一体となった、アルミニウムフィルムを含むＰＥＴ複合フィルム（型番１ＸＡＰＯＷ、１ＱＡＢＯ）などを製造する処理方法を用いると、以下に示す不都合が生じる：
１．すなわち、ガラスは容易にひび割れおよび破損する。理由は以下の通りである：第１に、薄膜セルに関する上記ガラスの厚さは、通常、３．２ｍｍまたは４ｍｍ、大きくとも５ｍｍである。ガラスが厚過ぎる場合、薄膜セルの重量が増加する。また、搬送重量が増加するだけでなく、建物または家屋の屋根における支持重量も増加するからである。しかし、３．２ｍｍまたは４ｍｍの厚さのガラスを使用する場合、ガラスが非常に薄いため、縁取り工程、半径調整工程（radiusing process）、特に重ね合わせ工程、および、積層工程において、ひび割れが容易に生じることとなる。現在、強化ガラスを用いる工場もわずかにあるが、製造コストが増大する。このため、ほとんどの導電ガラスに対して、製造中にフィルムコートすることを要する。製造工程において、ガラスをフィルムコートし、同時に強化処理をすることは非常に複雑な処理である。そのため、現在、ほとんどの製造者は、当該製造工程において共通のガラスを用いている。上記導電ガラスは、クラックの問題をも有している。次に、振動および湾曲およびその他の原因に起因して、組み立て工程、搬送工程、設置工程、発電する間において、導電ガラスにはひび割れが容易に生じる。第３に、薄膜太陽電池は、通常約２０年に達する耐用期間を必要とする。長期間使用される間、高温、雹、鳥類または廃棄物などのあらゆる原因により、薄膜セルに衝撃が加えられ、ひび割れが生じる。
１．すなわち、ガラスは容易にひび割れおよび破損する。理由は以下の通りである：第１に、薄膜セルに関する上記ガラスの厚さは、通常、３．２ｍｍまたは４ｍｍ、大きくとも５ｍｍである。ガラスが厚過ぎる場合、薄膜セルの重量が増加する。また、搬送重量が増加するだけでなく、建物または家屋の屋根における支持重量も増加するからである。しかし、３．２ｍｍまたは４ｍｍの厚さのガラスを使用する場合、ガラスが非常に薄いため、縁取り工程、半径調整工程（radiusing process）、特に重ね合わせ工程、および、積層工程において、ひび割れが容易に生じることとなる。現在、強化ガラスを用いる工場もわずかにあるが、製造コストが増大する。このため、ほとんどの導電ガラスに対して、製造中にフィルムコートすることを要する。製造工程において、ガラスをフィルムコートし、同時に強化処理をすることは非常に複雑な処理である。そのため、現在、ほとんどの製造者は、当該製造工程において共通のガラスを用いている。上記導電ガラスは、クラックの問題をも有している。次に、振動および湾曲およびその他の原因に起因して、組み立て工程、搬送工程、設置工程、発電する間において、導電ガラスにはひび割れが容易に生じる。第３に、薄膜太陽電池は、通常約２０年に達する耐用期間を必要とする。長期間使用される間、高温、雹、鳥類または廃棄物などのあらゆる原因により、薄膜セルに衝撃が加えられ、ひび割れが生じる。
薄膜太陽電池にひび割れが生じると、雨、流水が太陽電池の内部層に入り込む。そして、速やかに導電膜が腐食される。その結果として、導電膜が酸化され、導電層が損なわれ、発電出力が低下し、薄膜太陽電池は、速やかに発電能力を失う。そして、上記薄膜太陽電池は廃棄物となる。製造工程におけるガラスのひび割れは、廃棄物を生み出すこととなる。上記廃棄物はコストに深刻な影響を及ぼす。すなわち、設置工程および長期間の使用の間、仮にひび割れが生じると、発電システムに深刻な損害を及ぼし、メンテナンスコストが増大する。その結果、薄膜太陽電池のひび割れは、薄膜太陽電池の製造および使用における深刻な不利益であり、顕著な問題である。
２．非常に多くの製造方法が存在し得るが、２重に積層することは高いコストとなる。現在、薄膜セルのフィルムコーティングを行った後、２層のガラス、または、単層のガラスおよびアルミニウムフィルム（型番１Ｘ ＡＰＯＷ、１ＱＡＢＯ）を含むＰＥＴ複合フィルムを積層する必要がある。ＥＶＡ、その他の接着剤、および、裏当て材を用いる必要があるため、これらの工程は複雑であるだけでなく、コストをも増大させる。他の側面として、２層のガラスを用いると非常に重量が増加し、容積も大きくなる。これらにより、太陽電池製造に係る包装、搬送および設置コストが増加する。
３．現在、多くの薄膜セルには、ＥＶＡまたは他の接着剤が２層の中間にある２層のガラス〔または、１層はガラスで、もう１層はアルミニウムフィルムを含むＰＥＴ複合フィルム（型番１ＸＡＰＯＷ、１ＱＡＢＯ）〕の構造が用いられている。製造の間、ラミネーション設備の減圧条件、温度および平坦性、または、接着剤のエージング条件およびその他条件を十分に制御することはできないと仮定すると、薄膜セル表面、特に端部の密封性が低下することとなる。そして、水が薄膜セルの内部層に浸入し、出力が減少する結果となる。２０年間の耐用期間において上記内部層に水が浸入せず、導電層が影響を受けないためには、上記端部に防水処理を施す必要があるが、製造技術も非常に複雑となり、要求度が高くなる。同時に、薄膜太陽電池に端部の封止材料（例えば、シリカゲル）を用いるためコストが増加する。
上述した現在の製造技術について要約すると、太陽電池を用いる現在の製造技術は、製品の品質および長期間使用に関して深刻な問題を招き、コストを増大させている。上記問題を解決するため、本発明は、封止技術および封止材料を提供するものである。
本発明の主要な目的は、薄膜太陽電池の封止プロセスを提供することにある。上記封止プロセスは、ＴＣＯガラスの端部と同様、ＴＣＯガラスの上端部に高性能樹脂を塗布する工程を含む。上記工程は、ファブリックをコーティングする枚葉式装置によってなされ得る。本発明に係る上記高性能樹脂によれば、以下のような点で好ましい。
１．上記高性能樹脂が固体となった後、非常に硬くなり、ナイフで切断することすらできない。固化した樹脂の切断抵抗および磨耗抵抗は金属板よりも高く、上記樹脂はＴＣＯガラスの電極に完全に貼りつき、分離することができない。一方、太陽電池の長期間の使用が可能なように、上記樹脂およびガラスはその間に気泡を生じさせることのない１つの層となる。このため、上記太陽電池では、上記層に空気または水が浸入する懸念がない。上記太陽電池ではその固定された領域が全てコーティングされている。このため、空気または水がＴＣＯガラスの端部から浸入することができない。また、本発明では、上記樹脂およびＴＣＯガラスが分離し得ない。それゆえ、水または空気の浸透が生じる機会がほとんどない。これにより、上記太陽電池の性能はほとんど損なわれることがない。
２．雨、日光および高温に対して耐性のある上記樹脂は、悪天候条件下において品質の低下を防止できる。それゆえ、太陽電池の性能は２０年間確保される。
３．本発明によれば、上記のように非常に高い切断耐性および磨耗耐性が発現され、さらに、強化ＴＣＯガラスを用いることもできる。上記強化ＴＣＯガラスとは、非常に強度が高く、高い穿刺抵抗を有する材料を意味する。このため、雹、鳥の糞または他のものとの接触が生じたとしても、上記強化ＴＣＯガラスには損傷が生じない。また、強化ＴＣＯガラスは、高温にて破損することがない。その結果、破損被害が回避される。
４．本発明によれば、製造コストを格段に減少させることができる。つまり、（Ａ）製造工程を格段に簡便化することができる。設備投資を行うと同様に、本発明の方法を用いる間、封止工程を削除し、電気料、水コストおよび人件費を低減させることができる。（Ｂ）剥離を回避するため、ＴＣＯガラスの従来の製法では、封止に必要な切り口は１．５ｃｍの幅である。例えば、１１０ｃｍ＊１４０ｃｍのサイズのセルに関して切り口面積は７５ｃｍ２である。切り口面積は性能を発揮しないので、セルの全体的な性能を大きく減少させる。ＥＶＡを長期間用いる本発明の技術を用いると、同じサイズの物と比べて切り口の幅を０．５ｃｍに、切り口面積を２５ｃｍ２に減少させることができ、従来技術に比べ３３％減とすることができる。それゆえ、性能が発揮される領域を拡張することができる。（Ｃ）背面ガラス、または、ＰＥＴ複合フィルムを高性能樹脂と共に用いると、材料費および太陽電池の全体的なコストを削減することができる。上記ＰＥＴ複合フィルムは、アルミニウムフィルムおよびＥＶＡを含むためである。（Ｄ）本発明に係る技術を用いることにより、従来の３．２ｍｍのＴＣＯガラスおよび４ｍｍの背面ガラスに比較して、樹脂厚さを１．５ｍｍとすることができ、総重量および総サイズを４０％減少させることができる。それゆえ、総重量および総寸法を減少させることができる。その結果、包装コスト、搬送コストおよびソーラーファーム（solar farm）の区画を減少させ、屋根および他の建築材料に関する支持重量を減少させ、さらに、設置コストを減少させることができる。上述した条件を考慮すると、薄膜セルの製品量、搬送コストおよび設置コストを抜本的に減少させることができ、太陽エネルギーのコストを慣用されているエネルギーのコストに近付けることができる。そして、慣用エネルギーと代替させることも可能である。
５．本発明に係る技術を用いることによって、セルを透明にすることができる。そのため、建物への設置目的に適することとなる。上記樹脂は透明な液体であり、固化後に透明な状態を保つものである。ＴＣＯガラスの電極の透明板材料を共に用いることによって、透明なＢＩＰＶを実現でき、薄膜太陽電池の潜在的な市場を広げることができる。
上記の目的を達成するため、本発明は、薄膜太陽電池の封止プロセスを提供する。上記薄膜太陽電池の封止プロセスは、以下の工程：塗布機によって薄膜太陽電池のＴＣＯガラスの電極上に樹脂を塗布する工程と、；同時に、枠塗布機によって太陽電池の端部を覆う工程と、；接続箱を設置する工程と、；キュアリング機によって上記樹脂を固化させる工程と、；製造品を試験し、包装し、および、保管所に送付する工程とを含む。
本発明に係る上述のおよび他の目的、特徴、および、利点は、以下の詳細な説明および添付した特許請求の範囲から明らかになるであろう。
本発明の好ましい実施の形態に係る薄膜太陽電池の封止プロセスについて説明する。当該薄膜太陽電池の封止プロセスは、は、以下の工程：塗布機によって薄膜太陽電池のＴＣＯガラスの電極上に樹脂を塗布する工程と、；同時に、枠塗布機によって太陽電池の端部を塗布する工程と、；接続箱を設置する工程と、；製造品を得るためのキュアリング機によって上記樹脂を固化させる工程と、；製造品を試験し、包装し、および、保管所に送付する工程とを含む。
上記樹脂は高い性能を有している。上記樹脂が固化した後、樹脂は非常に硬くなり、ナイフで切断することすらできない。固化した樹脂の切断抵抗および磨耗抵抗は金属板よりも高い。固化した樹脂はＴＣＯガラスの電極に完全に貼りつき、分離することができない。一方、太陽電池の長期間の使用が可能なように、上記樹脂およびＴＣＯガラスは間に気泡を生じさせることのない１つの層となる。上記太陽電池では、上記層に空気または水が浸入する懸念がない。上記ＴＣＯガラスはその端部が全てコーティングされている。このため、空気または水が端部から浸入することができない。また、本発明では、上記樹脂およびＴＣＯガラスが分離し得ない。それゆえ、水または空気の浸透が生じる機会がほとんどない。これにより、上記太陽電池の性能はほとんど損なわれることがない。
さらに、雨、日光および高温に対して耐性のある上記高性能な樹脂は、悪天候条件下において品質の低下を防止できる。それゆえ、太陽電池の性能は２０年間確保される。
本発明によれば、上記のように非常に高い切断耐性および磨耗耐性が発現されるので、さらに、強化ＴＣＯガラスを用いることもできる。上記強化ＴＣＯガラスとは、非常に強度が高く、高い穿刺抵抗を有する材料を示す。このため、雹、鳥の糞または他の物との衝突があったとしても、上記強化ＴＣＯガラスには損傷が及ばない。また、強化ＴＣＯガラスは、高温にて破損することがない。よって、破損被害を回避することができる。
その上、薄膜太陽電池のＴＣＯガラスの電極は、薄膜太陽電池の光トラッピング性能を増大させる光トラッピング層の塗膜を有する。
本発明に係る技術を用いることにより、従来の３．２ｍｍのＴＣＯガラスおよび４ｍｍの背面ガラスに比較して、塗布された樹脂厚さを１．５ｍｍとすることができ、本発明に係る太陽電池の総重量および総サイズを４０％減少させることができる。それゆえ、総重量および総寸法を減少させることができる。したがって、包装および搬送コストを減少させ、ソーラーファームの区画、屋根および他の建築物に関する支持重量を減少させ、さらに、設置コストを減少させることができる。上述した条件を考慮すると、薄膜セルの製品量、搬送コストおよび設置コストを抜本的に減少させることができ、太陽エネルギーのコストを慣用エネルギーのコストに近付けることができる。そして、慣用エネルギーと代替させることも可能である。
剥離を回避するため、ＴＣＯガラスの従来の製法では、封止に必要な切り口は１．５ｃｍの幅である。例えば、１１０ｃｍ＊１４０ｃｍのサイズのセルに関して当該切り口面積は７５ｃｍ２である。切り口面積は性能を発揮しないので、セルの全体的な性能を大きく減少させる。本発明によれば、ＥＶＡを用いることなく、切り口の幅を０．５ｃｍに減少させることができる。また、同じサイズの物と比べて、切り口面積を２５ｃｍ２に減少させることができ、従来技術に比べ３３％減とすることができる。それゆえ、性能が発揮される領域を拡張することができ、太陽電池の出力を増加させることができる。
本発明によれば、太陽電池を透明にすることができる。そのため、建物への設置目的に適することとなる。上記高性能な樹脂は透明な液体であり、固化後に透明な状態を保つものである。ＴＣＯガラスの電極の透明板材料を共に用いることによって、透明なＢＩＰＶを実現でき、薄膜太陽電池の潜在的な市場を広げることができる。
当業者であれば、上述したように、本発明に係る実施の形態は一例であり、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
また、本発明の目的は十分効果的に達成されていることが明らかであろう。本発明に係る機能および構成上の本質を説明する目的に関しては、上記本質から離れることなく、具体的に示されると共に説明されている。それゆえ、本発明には、特許請求の範囲に係る発明の精神および観点の範囲内に包括される全ての変形例が含まれる。
Claims (20)
- 薄膜太陽電池の封止プロセスにおいて、
塗布機によって薄膜太陽電池のＴＣＯガラスの電極上に樹脂を塗布する工程と
上記樹脂を塗布する工程と同時に、枠塗布機によって太陽電池の端部を覆う工程と、
接続箱を設置する工程と、
製造品を得るために、キュアリング機によって上記樹脂を固化させる工程と、
製造品を試験し、包装し、および、保管所に送付する工程とを含む薄膜太陽電池の封止プロセス。 - 上記樹脂は、高性能樹脂であり、固化後に、所定の剛性、粘着性、エージング耐性、磨耗耐性および穿刺耐性を有する請求項１に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。
- 上記薄膜太陽電池のＴＣＯガラスの電極は、光トラッピング層の塗膜を有し、
上記光トラッピング層の塗膜は、薄膜太陽電池の光トラッピング性能を増大させる請求項２に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。 - 上記樹脂の塗布厚さが１．５ｍｍである請求項２に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。
- 上記樹脂の塗布厚さが１．５ｍｍである請求項３に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。
- 塗布端部同士の幅が０．５ｍｍである請求項２に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。
- 塗布端部同士の幅が０．５ｍｍである請求項３に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。
- 塗布端部同士の幅が０．５ｍｍである請求項４に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。
- 塗布端部同士の幅が０．５ｍｍである請求項５に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。
- 上記ＴＣＯガラスの電極は、透明板材料から構成されており、上記高性能樹脂は、透明な液体である請求項２に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。
- 上記ＴＣＯガラスの電極は、透明板材料から構成されており、上記高性能樹脂は、透明な液体である請求項３に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。
- 上記ＴＣＯガラスの電極は、透明板材料から構成されており、上記高性能樹脂は、透明な液体である請求項４に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。
- 上記ＴＣＯガラスの電極は、透明板材料から構成されており、上記高性能樹脂は、透明な液体である請求項５に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。
- 上記ＴＣＯガラスの電極は、透明板材料から構成されており、上記高性能樹脂は、透明な液体である請求項６に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。
- 上記ＴＣＯガラスの電極は、透明板材料から構成されており、上記高性能樹脂は、透明な液体である請求項７に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。
- 上記ＴＣＯガラスの電極は、透明板材料から構成されており、上記高性能樹脂は、透明な液体である請求項８に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。
- 上記ＴＣＯガラスの電極は、透明板材料から構成されており、上記高性能樹脂は、透明な液体である請求項９に記載の薄膜太陽電池の封止プロセス。
- ＴＣＯガラスは樹脂が塗布された２枚の背面電極を有し、樹脂に塗布された塗布端部を有し、
上記樹脂の塗布厚さが１．５ｍｍであり、
塗布端部同士の幅が０．５ｍｍである請求項７に記載の薄膜太陽電池の封止プロセスによって製造された薄膜太陽電池。 - ＴＣＯガラスは樹脂が塗布された２枚の背面電極を有し、樹脂に塗布された塗布端部を有し、
上記樹脂の塗布厚さが１．５ｍｍであり、
塗布端部同士の幅が０．５ｍｍである請求項８に記載の薄膜太陽電池の封止プロセスによって製造された薄膜太陽電池。 - ＴＣＯガラスは樹脂が塗布された２枚の背面電極を有し、樹脂に塗布された塗布端部を有し、
上記樹脂の塗布厚さが１．５ｍｍであり、
塗布端部同士の幅が０．５ｍｍである請求項９に記載の薄膜太陽電池の封止プロセスによって製造された薄膜太陽電池。
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