JP2012502499A

JP2012502499A - 外形が形作られた基板を有する薄膜光起電モジュール

Info

Publication number: JP2012502499A
Application number: JP2011526886A
Authority: JP
Inventors: フランソワ，アンドレコーラン，; スティーブンノートン，; カーントラン，
Original assignee: ソルティア・インコーポレーテッド
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2012-01-26
Also published as: CA2736762A1; ZA201101887B; RU2011114099A; WO2010030445A2; TW201017903A; US20100065105A1; WO2010030445A3; CN102217092A; RU2514163C2; MX2011002664A; AU2009292081A1; KR20110053476A; BRPI0918176A2; EP2324510A2

Abstract

本発明は、前記の薄膜光起電デバイス上の母線の上に重なるスペースの形を形作られる外形を有する、例えばガラスのような保護基板を備える、薄膜光起電モジュールを提供する。前記の保護基板を外形に合わせて作ると、前記のモジュールの脱空気及び薄膜化が非常に促進される。なぜならば、それは、取り込まれた空気の量、及び薄膜化時に下に横たわる高分子材料が流れるように仕向けられる度合いを減少又は削減するからである。脱空気及び関連する薄膜化の問題により発生する廃棄物を最小限にして、本発明の光起電モジュールを調製することができる。

Description

発明の技術分野
本発明は、薄膜光起電モジュールの技術分野に属するものであり、さらに具体的には、本発明は、適切な薄膜光起電基板上に高分子層及び光起電デバイスを組み込んだ薄膜光起電モジュールの技術分野に属する。

今日使用されている光起電（太陽光発電）モジュールには、二つのタイプが知られている。光起電モジュールの第一のタイプは、基板として半導体ウェーハを利用し、そして光起電モジュールの第二のタイプは、適切な基板上に蒸着された（deposited）半導体の薄膜を利用する。

典型的には、半導体ウェーハタイプの光起電モジュールは、例えばコンピュータメモリーチップ及びコンピュータプロセッサーのような、通常様々な固体電子デバイスに使用されている結晶シリコンウェーハを含む。この一般に行なわれているデザインは有用ではあるが、相対的に製作費は高価であり、そして非標準的な用途に利用するには困難である。

一方、薄膜太陽光発電（Thin film photovoltaics）は、適切な基板上に例えば無晶質シリコンのような、一つ以上のよく知られた半導体を組み込むことができる。ウェーハが、複雑かつ繊細な製作技法におけるインゴットから切り出されるウェーハ利用とは異なり、薄膜太陽光発電は、例えばスパッタリングコーティング、物理蒸着法（PVD）又は化学気相成長法（CVD）のような比較的単純な蒸着法を使用して製作される。

ウェーハ光起電に対して、薄膜太陽光発電は、実用的な光起電手段としてより発達しつつあるが、この技術分野では、効率、耐久性及び製作にかかる費用における改善が必要とされている。

薄膜光起電モジュールの製作において遭遇する、特に一つの永続的な問題は、光起電デバイスの母線の周囲に、典型的にシート形態で提供される高分子膜として受容される薄膜の調製が困難なことである。製作過程において前記のモジュールの母線部位の脱空気が不適切であることから使いものにならない製品が得られる。したがって、前記の技術において必要とされるものは、簡単に製造され且つ安定な薄膜光起電モジュールを製造するための、改善された方法及び構造である。

発明の概要
本発明は、前記の薄膜光起電デバイス上の母線の上に重なるスペースの形を形作られる外形を有する、例えばガラスのような保護基板を備える、薄膜光起電モジュールを提供する。

前記の保護基板を外形に合わせて作ると、前記のモジュールの脱空気及び薄膜化が非常に促進される。なぜならば、それは、取り込まれた空気の量、及び薄膜化時に下に横たわる高分子材料が流れるように仕向けられる度合いを減少又は削減するからである。脱空気及び関連する薄膜化の問題により発生する廃棄物を最小限にして、本発明の光起電モジュールを調製することができる。

図１は、薄膜光起電モジュールの断面を表す模式図を表す。図２は、組み立て及び薄膜化に先立つ、従来の薄膜光起電モジュールの構成部材の断面を表す模式図を表す。図３は、外形の一態様を示す本発明の基板の断面を表す模式図を表す。図４は、外形の一態様を示す本発明の基板の断面を表す模式図を表す。図５は、組み立て及び薄膜化に先立つ、本発明の薄膜光起電モジュールの構成部材の断面を表す模式図を表す。

詳細な説明
本発明の薄膜光起電デバイスは、平坦な面から、下に横たわる光起電デバイスの母線に対してスペース的に補完する窪みとして役立つ、基板に形成された外形を備えた面まで変更された表面を備えた、保護基板を利用している。

薄膜光起電モジュールの一般的な形態の模式図は、図１の一般的には部材１０で示される。図１に示されるように、薄膜光起電デバイス１４は、例えばガラス又はプラスチックであるような基板１２上に形成される。保護基板１８は、高分子膜１６により前記光起電デバイス１４に結合させる。より詳細には以下に記載するように、前記の高分子膜１６は、あらゆる適切な高分子を含むことができる。

図２は、薄膜光起電デバイス１４が基板１２上に形成され、高分子膜１６及び保護基板１８による薄膜化に先立つ段階のおける製造時点における薄膜光起電モジュールの模式図である。前記の薄膜光起電デバイス１４は母線２０を含む。図２に示すように、前記の母線２０は、前記の薄膜光起電デバイス１４の残りの部分から突出する。この従来のレイアウトにおいて、前記の膜の薄膜化により、前記の母線２０の周囲を流れるように、各母線２０の直下の部位における前記の高分子が圧迫されるであろう。薄膜化の間に前記の母線２０により置き換えられる、前記の高分子膜１６の部位は、図２の部材２２で示される。さらに、前記の薄膜化プロセスを複雑にすると、脱空気が、示された従来の配列の形態では実質的により困難になる。なぜならば、前記の母線２０は、脱空気が完了する前に、しばしば前記の高分子膜１６に予め接着して、前記のモジュールからの空気の動きに対して著しい障害になるからである。この結果は、薄膜化の欠陥及び満足のいかないモジュールを生ずることになる。

この問題を解決するための試みとしては、相対的に流動性の高い高分子材料を使用すること、相対的に厚い高分子のシートを使用すること、より高い薄膜化の圧力及び温度を使用すること、及び全ての薄膜化の時間（lamination
time）を増やすることが挙げられる。しかしながら、これらの解決策の各々には欠点がある。

本発明は、置き換えることの代わりに高分子材料を流すことができる窪みを提供する外形を有している保護基板を提供することにより、この問題点の極めて有効な解決策を提供する。

本明細書で使用されているように、「外形を形作る（contoured）」基板という用語は、前記の基板の表面が、前記の基板の通常の表面の下方に型に合わせて作られた窪みの形を明確に明示するものを意味する。例えばフラットなガラスパネルのような平面の基板に関して、外形としては、溝（groove）、溝（channel）、窪み（cavity）又はその他の意図された窪みの形成が挙げられる。

本発明の外形を有する基板の一つの態様は、図３に示される。示したように、湾曲した窪み２４が前記の基板３０に形成されている。図４は、底面が平らな溝２６が前記の基板３０に形成されていることを示す。図３及び図４が例証するように、本発明の外形を作ることは、あらゆる特定の断面の形状に限定されるものではなく、かつ前記のモジュールの構成部材の完全な薄膜化を促進する、あらゆる適切な形状を形成してもよい。さらに、外形を形作ることは、使用される特定の光起電デバイスに適合するあらゆる方向に向けて設けることができ、例えば平行、対角線又は直角の配置に形成することができ、そして基板上に深さ及び形状が同一又は異なってもよい。

様々な態様では、外形を形作ること（contouring）は、前記の基板のすべて又は一部にわたって形成される一つ以上の形態を形成することができる。これらの態様のいくらかは、前記の溝を、前記の母線の長さ及び幅に完全な補完となるような長さ及び幅で形成される。その他の態様では、前記の溝を、前記の母線の長さ及び幅よりも0-50%又は10-50%大きく形成され、又は他の態様では、前記の母線の長さ及び幅の±0-25%又は±10-50%の大きさで形成される。幾らかの態様では、前記の母線及び前記の外形の断面の形態は類似であるか、又は同一である。他の態様では、例えば、薄膜化に向けて用意されたモジュールの構成部材を示す図５に示された態様であるように、前記の形態は異なっている。示したように湾曲した窪み２４を前記の保護基板３０の中に明確に形づくられ、そして前記の湾曲した窪み２４は、基板１２上に形成された前記の光起電デバイスの母線２０に対向して形成される。薄膜化の際に、前記の母線２０の下の前記の高分子膜１６は、前記の母線の周囲に実質的に流されることなく、前記の湾曲した窪み２４の中に押し込まれるであろう。このようにして、本発明の薄膜光起電モジュールの薄膜化法は、比較的厚い高分子膜、比較的長い薄膜化時間又は比較的高温及び高圧を必要とすることなく、前記の母線の周辺の脱空気及びシーリングを非常によく改善することができる。

本発明の外形が形作られた保護基板は、あらゆる適切な方法により製作される。様々な態様において、外形の製作は、例えば、とりわけ砥粒噴射加工、化学薬品、水若しくはエッチングのような他のよく知られた技術のうちで、例えばダイヤモンドでコーティングされたドリルによる粉砕により、又は石又はダイヤモンドでコーティングされた砥石車による研磨により実施される。

外形は、母線であろうとなかろうと、一直線の窪みが母線に正確に対応するように形成される単一な形状から、前記の光起電デバイスの突起部に向き合う、あらゆる目的とする窪みを含む、より複雑なパターンまでのあらゆる適切な形状に形作られることができる。一つの例では、非平行状に配置された母線は重なり合うことから、その母線が交差する位置では前記の光起電デバイス上に高い部分を形成する。前記の交差する部位に向かい合う外形は、前記の単一の母線の部位に対向する部位よりも深く形成することができることから、前記の外形は、特別な母線の高さを補完することができる。一般に、光起電デバイスにおいて所望のように突起部の何れか又は全てに対してはめ込むか又は補完するように、外形を形成することができる。様々な態様では、外形は、前記の光起電デバイスの一つ以上の前記の母線に対向する保護基板の部位にのみ形成される。これらの態様において、外形（contour）が、全ての前記の母線より少なく対向する場合もあるし、外形が前記の母線のそれぞれに対向するように形成される。

様々な態様では、外形は、対向する母線の長さよりも長く形成される。前記の態様は、例えば固定されたツールの下に基板を通すことが望ましい場合に有用である。これらの態様では、前記の基板の全幅又は全長を横切り、しかも前記の基板の全幅又は全長よりも短い母線に部分的に対向する溝（groove）又は溝（channel）が形成される。他の態様では、溝（groove）が、前記の母線の全長よりも短くてもよい。

外形は、用途に合わせてあらゆる形状、及びあらゆる望みの深さに形成することはできる。様々な態様において、母線は、0.0254ミリメーターから0.508ミリメーター（0.001インチから0.020インチ）までの高さ、0.127ミリメーターから0.305ミリメーター（0.005インチから0.012インチ）までの高さ、又は0.0254ミリメーターから0.229ミリメーター（0.001インチから0.009インチ）までの高さ、前記の周辺のデバイスよりも突出する。様々な態様において、外形は、0.0254ミリメーターから0.508ミリメーター（0.001インチから0.020インチ）までの深さ、0.127ミリメーターから0.305ミリメーター（0.005インチから0.012インチ）までの深さ、又は0.0254ミリメーターから0.229ミリメーター（0.001インチから0.009インチ）までの深さであり、そして前記の対向する母線の突出部の高さに適合することができる。

前記の基板のいずれかについて、異なる形状及び深さの外形を含む組み合わせのいずれかを提供することができる。

様々な態様では、外形は、デバイス中の前記の母線に対向するように配置されて基板中に形成される。ここにおいて、外形の容積のいずれかは、前記の対向する母線の突出部の相当する容積、プラス前記の相当する容積の0-50%、0-25%、0-10%又は0-5%（前掲の突出部の範囲とのあらゆる組み合わせで）の容積と同等であることから、前記の外形の形状は、それが対向する母線と同等か、又は前記の母線よりもわずかに大きくなる。例えば、直交した母線（bus bar）の突出部に適合する外形は、前記の母線の突出部、プラス0-50%、0-25%、0-10%又は0-5%の高さと同等である深さを有し、前記の外形は、前記の母線の幅プラス0-50%、0-25%、0-10%又は0-5%と同等である幅を有していてもよく、そして深さ及び幅のこれらの範囲については、いずれの様式でも組み合わせることができる。

他の態様では、前記の外形は、デバイス中の前記の母線に対向するように配置されて保護基板中に形成される。ここにおいて、各外形の容積は、前記の対向する母線の突出部の相当する容積又は前記の相当する容積のマイナス0-50%、0-25%、0-10%又は0-5%（前掲の突出部の範囲との組み合わせのいずれかで）の容積と同等であり、前記の外形の形状は、それが対向する母線と同等か、又は前記の母線よりもわずかに大きくなる。例えば、直交した母線（bus bar）の突出部に適合する外形は、前記の母線の突出部の高さプラス-50%から50%までの高さ、-20%から20%までの高さ、-10%から10%までの高さ、又は-5%から5%までの高さと同等である深さを有し、前記の外形は、前記の母線の幅プラス-50%から50%までの幅、-20%から20%までの幅、-10%から10%までの幅、又は-5%から5%までの幅と同等である幅を有していてもよく、深さ及び幅のこれらの範囲については、いずれの様式でも組み合わせることができる。

本発明の様々な態様では、使用される前記の高分子膜の厚さは、2.29ミリメーター（0.090”）、1.143ミリメーター（0.045”）又は0.762ミリメーター（0.030”）未満であり得る。更なる態様及び特にニップロール（nip-roll）非オートクレーブプロセスでは、0.508ミリメーター（0.020”）未満の厚さ、又は0.254ミリメーターから0.508ミリメーター（0.010”から0.020”）の間の厚さを有する高分子膜を使用することができる。この場合は、一般的には前記の薄膜の使用により薄膜化に失敗した、従来の用途の場合ではない。

基板
図１において部材１２で示される本発明の基板は、本発明の光起電デバイスを形成することができる、適切な基板のいずれかであってもよい。例としては、ガラス、「硬性」の薄膜モジュールを形成する硬性プラチック板材料、例えばポリ（エチレンテレフタレート）、ポリイミド、及びフルオロポリマー等の「柔軟」な薄膜モジュールを形成する薄いプラスチックフィルムが挙げられるが、それらに限定されるものではない。一般的に、前記の基板は、350ナノメーターから1200ナノメーターの領域のほとんどの入射光を伝送することができることが好ましいが、当業者ならば、光が前記の保護基板を透過して前記光起電デバイスに入るというような変形を含め、変形が可能であることを認識するであろう。

薄膜光起電デバイス
図１の部材１４で示される本発明の薄膜光起電デバイスは、直接前記の基板上に形成される。典型的なデバイスの製作工程は、第一の伝導性膜の蒸着工程、前記の第一の伝導性膜のエッチング工程、半導体膜の蒸着及びエッチング工程、第二の伝導性膜の蒸着工程、前記の第二の伝導性膜のエッチング工程、及び適用により変更される母線導体及び保護基板を適用する工程を含む。電気的な絶縁膜を任意に前記の第一の伝導性膜と基板との間の前記の基板上に形成することができる。この任意に付設される膜は、例えばシリコン膜であってもよい。

当業者ならば、前記のデバイスの製作の開示は、ただ一つの知られた方法であり、本発明のただ一つの態様にすぎないことを理解するであろう。他の多くのタイプの薄膜光起電デバイスは、本発明の範囲に含まれる。製作方法及びデバイスの例としては、米国公開特許出願第2003/0180983号、米国特許第7,074,641号、米国特許第6,455,347号、米国特許第6,500,690号、米国公開特許出願第2006/0005874号、米国公開特許出願第2007/0235073号、米国特許第7,271,333号及び米国公開特許出願第2002/0034645号の明細書の開示が挙げられる。これらの関係する製作方法及びデバイスに関する記載は、本明細書に援用されている。

前記の薄膜光起電デバイスの様々な部材は、適切な方法のいずれかにより製作することができる。様々な態様では、化学気相成長法（CVD）、物理気相成長法（PVD）及び／又はスパッタリングを使用してもよい。

前記の二つの伝導性の膜は、前記の介在する半導体材料により発生した電流を運ぶ電極として役立つ。典型的には、前記の電極の一つは、太陽光放射を前記の半導体材料に到達することができるくらい透明である。勿論、両伝導体が透明であり得るか、又は前記の伝導体の一方が反射的であり得ると、前記の半導体を通過して前記の半導体材料に戻る光線が反射される。伝導性の膜は、例えば酸化スズ又は酸化亜鉛のような、適切な伝導性の酸化材料のいずれかを含むことができ、又は例えば背後電極（back electrode）用のように透明性が重要でないならば、例えば、アルミニウム又は銀を含む金属膜又は合金膜を使用することができる。他の態様では、金属酸化物の膜を前記の金属膜と結合させて電極を形成することができ、そして前記の金属酸化物膜をホウ素又はアルミニウムによりドープし、そして低圧の化学気相成長法（CVD）を使用して蒸着することができる。例えば、前記の導電性膜は、0.1マイクロメーターから10マイクロメーターの厚さであり得る。

例えば、前記の薄膜光起電デバイスの光起電領域は、従来のPIN又はPN構造において水素化された無晶質性シリコンを含むことができる。前記のシリコンは、典型的には約500ナノメーターまでの厚さであり、典型的には3ナノメーターから25ナノメーターの厚さのP-層、20ナノメーターから450ナノメーターの厚さのi-層及び20ナノメーターから40ナノメーターの厚さのn-層を含む。蒸着は、シラン中又はシランと水素の混合物中でグロー放電により、例えば米国特許第4,064,521号明細書に開示されていようにして行なわれる。あるいは、前記の半導体材料は、ミクロモルハスシリコン（micromorphous silicon）、テルル化カドミウム（CdTe又はCdS/CdTe）、銅ガリウムジセレニド（CuInSe₂又はCIS若しくはCdS/CuInSe₂）、銅インジウムガリウムセレニド（CuInGaSe₂又はCIGS）、又は他の光起電作用を示す材料であってもよい。本発明の光起電デバイスは、追加の半導体膜及び前記のタイプの半導体の組み合わせを有することができ、そして本発明の光起電デバイスは、タンデム構造、トリプルジャンクション（triple-junction）構造又はヘテロジャンクション（heterojunction）構造とすることもできる。

前記のデバイスの個々の構成部材を形成するための前記の膜のエッチングは、レジスト・マスクによるシルクスクリーニング、正又は負の光レジストによるエッチング、機械的けがき、電気的放電けがき、化学的エッチング、又はレーザによるエッチングを含むが、これらに限定されるものではない、従来の半導体製作法のいずれかを使用して実施することができる。前記の様々な膜をエッチングすると、典型的には前記のデバイスの中に個々の光電池が形成される。これらの光電池を、製作プロセスの適切な段階のいずれかで挿入又は形成される母線により相互に電気的に接続することができる。

前記の高分子膜及び前記の保護基板による組み立てに先立ち、保護膜を、光電池を覆うように任意に形成することができる。前記の保護膜としては、例えばスパッタリングされたアルミニウムを挙げることができる。

任意の前記の絶縁用の膜、前記の伝導性の膜、前記の半導体の膜及び任意の前
記の保護膜から形成された、電気的に相互に接続された光電池は、本発明の光起電デバイスを形成する。

高分子膜
ポリ（ビニルブチラール）、非可塑性ポリ（ビニルブチラール）、ポリウレタン、ポリ（エチレン−コ−ビニルアセテート）、熱可塑性ポリウレタン、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリ（ビニルクロリド）、シリコン、ポリ（エチレン−コ−エチルアクリレート）、部分的に中和されたエチレン／（メタ）アクリル酸コポリマーのイオノマー（Surlyn（登録商標）という商標名でDuPontより入手可能）、ポリエチレンコポリマー、グリコールで修飾されたポリエチレン（PETG）又は他の適切な高分子材料のいずれかを含む、適切な熱可塑性ポリマーならばいずれも本発明の高分子膜として使用することができる。様々な態様では、前記の高分子は、ポリ（エチレン−コ−ビニルアセテート）（EVA）又は部分的に中和されたエチレン／（メタ）アクリル酸コポリマーのイオノマーを含む。

様々な態様では、ポリ（ビニルブチラール）の分子量は、少なくとも30,000、40,000、50,000、55,000、60,000、65,000、70,000、120,000、 250,000、又は少なくとも350,000グラム／モル（g/mole又はダルトン）である。分子量を少なくとも350
g/moleまで増やすために、アセタール化工程において少量のジアルデヒド又はトリアルデヒドを添加してもよい（例えば、米国特許第4,902,464号明細書; 米国特許第4,874,814号明細書、米国特許第4,814,529号明細書及び米国特許第4,654,179号明細書を参照されたい）。本明細書で使用されているように、「分子量」という用語は、重量平均の分子量を意味する。

本発明のポリ（ビニルブチラール）は、低分子量のエポキシ添加物を含むことができる。公知のエポキシ化剤のいずれも、本発明に使用することができる（例えば、米国特許第5,529,848号明細書及び米国特許第5,529,849号明細書を参照されたい）。

様々な態様では、下記において使用することができると見出されたエポキシ組成物は、（ａ）主としてビスフェノール-Aのジグリシジルエーテル単量体を含むエポキシ樹脂；（ｂ）主としてビスフェノール-Fのジグリシジルエーテル単量体を含むエポキシ樹脂；（ｃ）主としてビスフェノール-Aの水素添加されたジグリシジルエーテルを含むエポキシ樹脂；（ｄ）ポリエポキシ化されたフェノールノボラック（polyepoxidized phenol novolacs）；（ｅ）エポキシを末端に有するポリエーテルとしても知られているポリグリコールのジエポキシド；及び
（ｆ）（ａ）から（ｅ）の前記の樹脂のいずれかの混合物（the
Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Volume 6, 1967, Interscience Publishers, N.Y.,
pages 209-271を参照されたい）から選ばれる。

エポキシ化剤は、適量のいずれかでポリ（ビニルブチラール）膜に取り込まれる。様々の態様では、エポキシ化剤は、0.5から15phr、lから10phr、又は2から3phr（樹脂１００重量部あたりの重量部）で取り込まれる。これらの量は、前掲のエポキシ化剤のそれぞれのいずれにも、そして特に式Iで示される化合物にも、前掲のエポキシ化剤の混合物の全量にも適用することができる。

接着調節剤（ACAs）も本発明の高分子膜に使用することができ、その例としては米国特許第5,728,472号明細書に開示されている接着調節剤が挙げられる。加えて、残存する酢酸ナトリウム及び／又は酢酸カリウムの量は、酸による中和で使用された前記の関連する水酸化物の量を変えることにより調節することができる。様々な態様では、本発明の高分子膜は、酢酸ナトリウム及び／又は酢酸カリウムに加えてビス（2-エチルブタン酸）マグネシウム）（chemical
abstracts number 79992-76-0）を含む。前記のマグネシウム塩は、前記の高分子膜の接着を調節するのに有効な量として含まれる。

ポリ（ビニルブチラール）は、公知のアセタール化プロセスにより調製されることができる。すなわち、前記の工程は、酸触媒の存在下でのブチルアルデヒドとポリ（ビニルアルコール）とを反応させる工程、それに続く前記の触媒を中和する工程、分離する工程、安定化する工程及び前記のレジンを乾燥する工程から構成されている。

本明細書で使用されているように、「樹脂」という用語は、酸触媒反応及びそれに続く高分子前駆体の中和により生ずる混合物から除去される、前記のポリ（ビニルブチラール）の成分を意味する。樹脂は、一般に前記のポリ（ビニルブチラール）に加えて、例えばアセテート、塩及びアルコールのような他の成分を有するであろう。

ポリ（ビニルブチラール）樹脂を調製するための適切なプロセスの詳細は当業者に知られている（例えば、米国特許第2,282,057号明細書及び米国特許第2,282,026号明細書を参照されたい）。一つの態様では、Vinyl Acetal Polymers, in Encyclopedia of Polymer
Science & Technology, 3^rd edition, Volume 8, pages 381-399, by
B.E. Wade (2003) に開示された溶媒法を使用することができる。もう一つの態様では、本明細書に開示された水性溶媒法を使用することができる。ポリ（ビニルブチラール）は、様々な形態、例えばButvar（登録商標） resinという名称でSolutia Inc., St.
Louis, Missouriから市販されている。

本明細書で使用されているように、「分子量」という用語は、重量平均分子量を意味する。

前記のポリ（ビニルブチラール）膜を形成するために、適切な可塑剤のいずれかを、本発明のポリ（ビニルブチラール）樹脂に添加することができる。本発明のポリ（ビニルブチラール）膜において使用する可塑剤としては、とりわけ多塩基酸又は多価アルコールのエステルを挙げることができる。適切な可塑剤としては、例えば、トリエチレングリコールジ(2-エチルブチレート)、トリエチレングリコールジ（2-エチルヘキサノエート）、トリエチレングリコールジヘプタノエート、テトラエチレングリコールジヘプタノエート、アジピン酸ジヘキシル、アジピン酸ジオクチル、アジピン酸シクロヘキシルヘキシル、アジピン酸ヘプチル及びノニルの混合物、アジピン酸ジイソノニル、アジピン酸ヘプチルノニル、セバシン酸ジブチル、例えばオイルにより修飾されたセバシン酸アルキド（oil-modified sebacic alkyds）のようなポリマー可塑剤、米国特許第3,841,890号明細書に開示されたリン酸及びアジピン酸、及び米国特許第4,144,217号明細書に開示されたアジピン酸、並びに前記の可塑剤の混合物及び組み合わせが挙げられる。使用することができる他の可塑剤は、米国特許第5,013,779号明細書に開示された、C₄〜C₉アルキルアルコール及びC₄〜C₁₀シクロアルコールから調製される混合アジピン酸エステル、並びに例えばアジピン酸ヘキシルのようなC₆〜C₈アジピン酸エステルである。好ましい態様では、前記の可塑剤はトリエチレングリコールジ-（2-エチルヘキサノエート）である。

いくらかの態様において、前記の可塑剤の炭化水素部分の炭素数は、20個未満、15個未満、12個未満、又は10個未満である。

最終製品においてポリ（ビニルブチラール）膜の機能を向上させるために、添加物を前記のポリ（ビニルブチラール）膜に混合してもよい。前記の添加物としては、本技術分野で知られている、可塑剤、染料、色素、安定化剤（例えば紫外線安定化剤）、抗酸化剤、難燃剤、その他のIR吸収剤、UV吸収剤、抗塊剤（anti-block
agent）、及び前記の添加物等の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

ポリ（ビニルブチラール）膜を調製するための方法の一つの例は、樹脂、可塑剤及び添加剤を含む、溶融したポリ（ビニルブチラール）を押し出し成形する工程、ついでシートダイス型（例えば、垂直寸法よりも位置次元における寸法が大きい開口部を有するダイス型）を前記の溶融物を通す工程を含む。ポリ（ビニルブチラール）膜を調製するための方法のもう一つの例は、ダイス型から溶融物をローラー上に投じる工程、前記の溶融物を固める工程、ついでシート状に固化した溶融物を取り除く工程を含む。

本明細書において使用されているように、「溶融物」は、樹脂と、可塑剤及び任意で他の添加物との混合物を意味する。どちらか一方の態様では、前記の層のいずれか一方の面又は両面における表面の木目を、前記のダイス型の開口部の表面を調節することによるか、又は前記のローラー表面における木目を供給することにより調節してもよい。膜の木目を調節する他の方法は、前記の材料のパラメーター（例えば、前記の樹脂及び／又は可塑剤の水分含量、前記の溶融温度、前記のポリ（ビニルブチラール）の分子量分布、又は前記のパラメーターの組み合わせ）を変更する工程を含む。さらに、前記の膜は、一時的な表面の不規則性を明確に定める区切られた突起部を収容するように形成されることができる。それは、薄膜化プロセスの高温及び高圧により前記の突起部が前記の膜に溶け込むことにより、それでもって最終的に滑らかな表面とする、前記の薄膜化プロセスにおける前記の膜の脱空気を促進するためである。

保護基板
図において部材30で示される本発明の保護基板は、前記のモジュールを支えるために使用することができ、しかも前記のように十分な大きさの外形を明示するために加工することができる、適切な基板であればいずれでもよい。例としては、ガラス及び剛性のプラスチックが挙げられるが、これらに限定されるものではない。前記の保護基板は、350ナノメーターから1,200ナノメーターの範囲の入射光の大部分を透過できることが、一般的に好ましいが、当業者は、前記の光起電デバイスに入る光のすべてが前記の基板を通って入るという変形を含め、変形が可能であることを認識するであろう。これらの態様では、前記の保護基板は、透明又はほとんど透明であることを必要としないし、例えば前記の保護基板を通って前記の光起電モジュールから退出する光を防ぐ反射フィルムであってもよい。

組み立て
本発明の薄膜光起電モジュールの最終組み立ては、基板上に形成された薄膜光起電デバイス（母線とともに）と接触させて高分子膜を蒸着する工程、前記の高分子膜に接触させて基板を蒸着する工程、及び前記の組立部品を薄膜化して前記のモジュールを製作する工程を含む。

本発明の様々な態様では、従来のオートクレーブによる薄膜化プロセスが使用される。他の態様では、例えばニップロール（nip roll）プロセス、バキュームバッグ（vacuum
bag）プロセス又はリングプロセス（ring process）が使用される。一つの前記のプロセスにおいて、組み立て後、前記の組み立て部品をバキュームバック又はリングに入れ、そして例えば0.7-0.97大気圧のような真空下で、例えば0-60分間のような適切な時間脱空気され、ついでその温度を引き上げ、例えば70-150°Cというような温度で前記のモジュールを完成する。任意に前記のモジュールをオートクレーブして前記のモジュールを完成することもできる。様々な好ましい非オートクレーブを使用する態様では、高分子の水分含量は、例えば0.1-0.35%というように相対的に低く保たれている。

本発明の光起電モジュールは、非常に高率で規格をクリヤーした製品を製作できるという非オートクレーブプロセスを使用することができるという利点を提供する。一つの注目すべきプロセス、すなわちニップロール非オートクレーブプロセスは、米国特許出願公開第2003/0148114号A1明細書に開示されている。本発明の外形を形作るガラスを使用することのない、光起電モジュール非オートクレーブ製作には問題があった。すなわち、0.762ミリメーター（30 mil）高分子シートを使用すると非常に高率で欠陥品が発生することである。外形を形作る基板を使用する本発明は、優れた脱空気性が可能となり、欠陥品の発生率が非常に低くなる。本発明の様々な態様では、本明細書に開示されている本発明の光起電モジュールのいずれかを、例えば0.203から0.381ミリメーター（8から15 mils）又は0.203から0.305ミリメーター（8から12 mils）のような約0.254ミリメーター（10 mils）というような厚さの高分子シートによる非オートクレーブプロセスを使用して高率で成功裏に製作することができる。勿論、これらの非オートクレーブ法により、より厚い膜の薄膜化を容易に成し遂げられる。

光起電モジュールへのその適用に加えて、本発明の外形が形作られたガラスを、例えば霜取りのために組み立てられたグリッドを備える自動車の後部の霜取り装置のような、母線を有する、加熱され、薄膜化されたガラスとしての適用において有効に使用することができる。例えばこれらのような利用において、構成要素を加熱するグリッドは、典型的に光起電モジュールの製造において遭遇するような薄膜化が困難である、引き上げられた母線に接続される。

以下の実施例は、さらに本発明を説明するために適用される。前記の実施例は、例示を意図するものであって、本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。特に明記されないかぎり、全ての部及びパーセンテージは重量単位である。

本明細書において使用されているように、「モック薄膜光起電パネル（mock thin film photovoltaic panel）」は、基板、3
0ミリメーターの厚さの単一の板、焼きなました透明なガラス、公知の薄膜光起電デバイスに一致するパターンの前記の基板に接着された母線から構成されるであろう。

実施例１
45.72センチメーター（18”）×53.98センチメーター（211/4”）の寸法のモック薄膜光起電パネルを、典型的な光起電パネルにおける厚さの工程の変更の臨界的な大きさ及び位置に近づけるために母線により調製する。

0.38ミリメーターの厚さのポリ（ビニルブチラール）シートの部品は、最終製品の光起電モジュールのサイズより少し大きめに切断され、24℃で相対湿度18%の環境の容器に入れ、およそ12時間放置される。製作されたシートの期待される水分含量は0.39%である。

3ミリメーターの厚さの背面保護ガラス膜に、対向するモック薄膜光起電パネル上の前記の母線の位置に適合する溝を形作る。前記の機械で切削された溝の深さは、203.2ミクロンの母線よりわずかに浅く、152.4ミクロンから203.2ミクロン（0.006”-0.008”）の範囲である。

前記の機械で切削された溝の幅は、母線の幅の4ミリメーター及び8ミリメーターのそれぞれよりも4ミリメーター広い、8ミリメーター及び12ミリメーターである。

前記のポリ（ビニルブチラール）を前記の環境の容器から取り出し、そしてモック薄膜光起電パネルの上に置く。ついで前記の保護膜をその上に置く。前記の組み立て部品は、前記の過剰のポリ（ビニルブチラール）を除去するために形を整えられる。前記の薄膜化前の組み立て部品を赤外線ヒーターユニットに通し、急速に105°Cに加熱する。一旦加熱すると、前記の薄膜化前の組み立て部品を、536
kg/m (30 PLI)及び0.030 m/s (6 fpm)で作動するシングルニップロールアセンブリー（single nip roll assembly）を通して、前記のガラス／ポリ（ビニルブチラール）インタフェースの空気を除き、前記の材料を一緒に結合させ、そして空気が再度侵入するのを防止するため縁をシールする。前記のニップロールアセンブリーを通した後、前記の薄膜化前の組み立て部品（薄膜化前の段階にある）を、前記のラミネート化の典型的な圧力及び温度条件（1.28Mpa（185 psi）及び143°Cで1時間30分サイクル）でオートクレーブする。全ての光学的な試験をパスした、前記の最終の薄膜化物は、泡がなく、結合していない部位がなく、高強度の光線下において顕著な光学的な歪みがない。

実施例２
45.72センチメーター（18”）×53.98センチメーター（211/4”）の寸法のモック薄膜光起電パネルが、典型的な光起電パネルにおける厚さの工程の変更の臨界的な大きさ及び位置に近づけるために母線とともに製作される。0.38ミリメーターの厚さのポリ（ビニルブチラール）シートの部品は、最終製品の光起電モジュールのサイズより少し大きめに切断され、24℃で相対湿度18%の環境の容器に入れ、およそ12時間放置される。製作されたシートの期待される水分含量は0.39%である。

3ミリメーターの厚さの背面保護ガラス膜に、対向するモック薄膜光起電パネル上の前記の母線の位置に適合する溝を形作る。前記の機械で切削された溝の深さは、203.2ミクロンの母線よりわずかに浅く、152.4ミクロンから203.2ミクロン（0.006”-0.008”）の範囲である。前記の機械で切削された溝の幅は、母線の幅の4ミリメーター及び8ミリメーターのそれぞれよりも2ミリメーター広い、6ミリメーター及び10ミリメーターである。

前記のポリ（ビニルブチラール）を前記の環境の容器から取り出し、そしてモック薄膜光起電パネルの上に置く。ついで前記の保護膜をその上に置く。前記の組み立て部品は、前記の過剰のポリ（ビニルブチラール）を除去するために形を整えられる。前記の薄膜化前の組み立て部品を赤外線ヒーターユニットに通し、急速に105°Cに加熱する。一旦加熱すると、前記の薄膜化前の組み立て部品を、536
kg/m (30 PLI)及び0.030 m/s (6 fpm)で作動するシングルニップロールアセンブリー（single nip roll assembly）を通して、前記のガラス／ポリ（ビニルブチラール）インタフェースの空気を除き、前記の材料を一緒に結合させ、そして空気が再度侵入するのを防止するため縁をシールする。前記のニップロールアセンブリーを通ってきた、前記の薄膜化前の組み立て部品（薄膜化前の段階にある）を、前記のラミネート化の典型的な圧力及び温度条件（1.28Mpa（185psi）及び143°Cで1時間30分サイクル）でオートクレーブする。全ての光学的な試験をパスした、前記の最終の薄膜化物は、泡がなく、結合していない部位がなく、高強度の光線下において顕著な光学的な歪みがない。

実施例３
45.72センチメーター（18”）×53.98センチメーター（211/4”）の寸法のモック薄膜光起電パネルが、典型的な光起電パネルにおける厚さの工程の変更の臨界的な大きさ及び位置に近づけるために母線とともに製作される。

3ミリメーターの厚さの背面保護ガラス膜に、対向するモック薄膜光起電パネル上の前記の母線の位置に適合する溝を形作る。前記の機械で切削された溝の深さは、203.2ミクロンの母線よりわずかに浅く、76.2ミクロンから127ミクロン（0.003”-0.005”）の範囲である。前記の機械で切削された溝の幅は、母線の幅の4ミリメーター及び8ミリメーターのそれぞれよりも2ミリメーター広い、6ミリメーター及び10ミリメーターである。

前記のポリ（ビニルブチラール）を前記の環境の容器から取り出し、そしてモック薄膜光起電パネルの上に置く。ついで前記の保護膜を一番上に置く。前記の組み立て部品は、前記の過剰のポリ（ビニルブチラール）を除去するために形を整えられる。前記の薄膜化前の組み立て部品を赤外線ヒーターユニットに通し、急速に105°Cに加熱する。一旦加熱すると、前記の薄膜化前の組み立て部品を、536
kg/m (30 PLI)及び0.030 m/s (6 fpm)で作動するシングルニップロールアセンブリー（single nip roll assembly）を通して、前記のガラス／ポリ（ビニルブチラール）インタフェースの空気を除き、前記の材料を一緒に結合させ、そして空気が再度侵入するのを防止するため縁をシールする。前記のニップロールアセンブリーを通した後、前記の薄膜化前の組み立て部品（薄膜化前の段階にある）を、前記のラミネート化の典型的な圧力及び温度条件（1.28Mpa（185 psi）及び143°Cで1時間30
分サイクル）でオートクレーブする。全ての光学的な試験をパスした、前記の最終の薄膜化物は、泡がなく、結合していない部位がなく、高強度の光線下において顕著な光学的な歪みがない。

実施例４
45.72センチメーター（18”）×53.98センチメーター（211/4”）の寸法のモック薄膜光起電パネルが、典型的な光起電パネルにおける厚さの工程の変更の臨界的な大きさ及び位置に近づけるために母線とともに製作される。1.14ミリメーターの厚さのポリ（ビニルブチラール）シートの部品は、最終製品の光起電モジュールのサイズより少し大きめに切断され、24℃で相対湿度3%の環境の容器に入れ、およそ12時間放置される。製作されたシートの期待される水分含量は0.08%である。

前記のポリ（ビニルブチラール）を前記の環境の容器から取り出し、そしてモック薄膜光起電パネルの上に置く。ついで前記の保護膜をその上に置く。前記の組み立て部品は、前記の過剰のポリ（ビニルブチラール）を除去するために形を整えられる。前記の薄膜化前の組み立て部品を赤外線ヒーターユニットに通し、急速に105°Cに加熱する。一旦加熱すると、前記の薄膜化前の組み立て部品を、536
kg/m（30 PLI）及び0.030 m/s （6 fpm）で作動するシングルニップロールアセンブリー（single nip roll assembly）を通して、前記のガラス／ポリ（ビニルブチラール）インタフェースの空気を除き、前記の材料を一緒に結合させ、そして空気が再度侵入するのを防止するため縁をシールする。前記のニップロールアセンブリーを通した後、前記の薄膜化前の組み立て部品（薄膜化前の段階にある）を、予め140℃に加熱した対流式オーブン（大気圧下）に入れ、30分間加熱する。ついで、薄膜化物を前記のオーブンから取り出し、冷却する。

全ての光学的な試験をパスした、前記の最終の薄膜化物は、泡がなく、結合していない部位がなく、高強度の光線下において顕著な光学的な歪みがない。

本発明は、基板を供給する工程、その基板の上に光起電デバイスを形成する工程、前記の光起電デバイスを、本発明の高分子膜を使用する本発明の外形が形作られた保護基版に薄膜化する工程を含む、光起電モジュールを製作する方法を含む。

本発明に基づいて、優れた物理的安定性及び欠陥率が低いプロセッシング（defect rate processing）を有する、薄膜光起電モジュールを提供することが可能である。

本発明について態様の例示により説明したが、当業者ならば、様々な変更が可能であり、かつ本発明の範囲を逸脱することなく、均等物により本発明の構成要素を置き換えることが可能であることを理解するであろう。加えて、本発明の開示の本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の開示に対して特定の状況又は材料に適合させるために多くの変更が可能である。それゆえ、本発明が、本発明を実施するために配慮されたベストモードとして開示された具体的な態様に限定されものではなく、本発明が、添付の特許請求の範囲の中に含まれる全ての態様を含むことが意図されている。

本発明の単一の構成要素のいずれかについて与えられた範囲、値又は特性のいずれかは、本発明の他の構成要素のいずれかに与えられた範囲、値又は特性のいずれかと、矛盾ない場合に相互に交換するように使用して、本明細書に示されているように前記の構成要素の各々について明確に定められた値を有する態様を形成することができる。例えば、前記のポリ（ビニルブチラール）エポキシドの範囲及び可塑剤の範囲を結合させて、本願発明の範囲内ではあるが非常にリストしにくい、多くの置換体を形成することができる。

前記の要約又は請求項のいずれかに記載された図の引用番号のいずれかは、例示のみのためで、図のいずれかにおいて示された特定の態様のいずれに対しても前記の請求項に係る発明を限定するように解釈されるべきでない。

図は、特別に示されないならば縮尺されていない。

本明細書で引用されている定期刊行物の記事、特許、特許出願及び書籍を含む、各引用文献のすべての内容は、引用により本明細書に援用されている。

Claims

薄膜光起電モジュールであって、
基板；
前記の基板と接触して配置された薄膜光起電デバイスであって、前記光起電デバイスが母線を含み、前記母線が、前記デバイスの表面から出っ張っている、デバイス；
前記光起電デバイスと接触するように配置された高分子膜；及び
前記高分子膜と接触するように配置された保護基板であって、前記保護基板が、母線に対向するように配置された窪みを提供するように形作られている、保護基板；
を含む、モジュール。
前記基板及び前記保護基板がガラスを含む、請求項１に記載のモジュール。
前記高分子膜がポリ（ビニルブチラール）を含む、請求項１に記載のモジュール。
前記母線の一つが、前記デバイスの表面から0.0254ミリメーターから0.508ミリメーター出っ張っており、かつ前記窪みが、前記母線の出っ張りのプラス又はマイナス0-20%の深さを有する、請求項１に記載のモジュール。
前記窪みが、前記母線の前記出っ張り部分と同じ断面の形態を有する溝の形態である、請求項１に記載のモジュール。
前記窪みが、半円形の溝の形態である、請求項１に記載のモジュール。
前記高分子膜が2.29ミリメーター未満の厚さを有する、請求項１に記載のモジュール。
前記高分子膜が0.508ミリメーター未満の厚さを有する、請求項１に記載のモジュール。
前記高分子膜がポリ（エチレン−コ−酢酸ビニル）又は部分的に中和されたエチレン／（メタ）アクリル酸コポリマーのイオノマーを含む、請求項１に記載のモジュール。
薄膜光起電モジュールを製造する方法であって、
基板上に形成された薄膜光起電デバイスを備えた基板を供給する工程であって、前記光起電デバイスが母線を含み、前記母線の一部が前記デバイスの表面から出っ張っている、工程、
前記光起電デバイスと接触するように高分子膜を配置する工程、
前記高分子膜と接触するように配置された保護基板を配置する工程であって、前記保護基板が、前記母線に対向するように配置された窪みを提供するために形作られている、工程、及び
前記基板、前記デバイス、前記高分子膜及び前記保護基板を薄膜化して、前記モジュールを形成する工程を含む、方法。
前記基板及び前記保護基板がガラスを含む、請求項１０に記載の方法。
前記高分子膜がポリ（ビニルブチラール）を含む、請求項１０に記載の方法。
前記母線が、前記デバイスの表面から0.0254ミリメーターから0.508ミリメーター出っ張っており、かつ前記窪みが、前記母線の出っ張りのプラス又はマイナス0-25%の深さを有する、請求項１に記載のモジュール。
前記窪みが、前記母線の前記出っ張り部分と同じ断面の形態を有する溝の形態である、請求項１０に記載の方法。
前記窪みが、半円形の溝の形態である、請求項１０に記載の方法。
前記高分子膜が2.29ミリメーター未満の厚さを有する、請求項１０に記載の方法。
前記薄膜化工程が、非オートクレーブプロセスを使用して実施される、請求項１６に記載の方法。
前記非オートクレーブプロセスが、ニップロール非オートクレーブプロセスである、請求項１７に記載の方法。
前記非オートクレーブプロセスが、真空バッグ又は真空リング非オートクレーブプロセスである、請求項１７に記載の方法。
前記高分子膜が0.508ミリメーター未満の厚さを有する、請求項１０に記載の方法。
前記高分子膜がポリ（エチレン−コ−酢酸ビニル）又は部分的に中和されたエチレン／（メタ）アクリル酸コポリマーのイオノマーを含む、請求項１０に記載の方法。
薄膜光起電モジュールであって、
基板上に形成された薄膜光起電デバイスを備えた基板を供給する工程であって、前記光起電デバイスが母線を含み、前記母線の一部が前記デバイスの表面からの出っ張っている、工程、
前記光起電デバイスと接触するように高分子膜を配置する工程、
前記高分子膜と接触するように配置された保護基板を配置する工程であって、前記保護基板が、前記母線に対向するように配置された窪みを提供するために形作られている、工程、及び
前記基板、前記デバイス、前記高分子膜及び前記保護基板を薄膜化して、前記モジュールを形成する工程を含む方法により製作される、モジュール。