JP2012533905A - バック接点太陽電池及び金属リボンを使用するモノリシックモジュールアセンブリ - Google Patents

バック接点太陽電池及び金属リボンを使用するモノリシックモジュールアセンブリ Download PDF

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Abstract

本発明の実施形態は、新しい太陽電池相互接続構造体を形成するのに使用される自動化工程シーケンスを用いて形成される相互接続太陽電池のアレイを含む太陽電池モジュールの形成を考えるものである。一実施形態では、本明細書に説明するモジュール構造体は、複数のパターン化導電リボンを受け取ってそこに接合するように裏面シート上に配置されたパターン化接着剤層を含む。次に、接合導電リボンを使用して太陽電池デバイスのアレイを相互接続し、太陽電池モジュールの発生電気を受け取ることができる外部構成要素に電気的に接続することができる太陽電池モジュールを形成する。
【選択図】図２Ｅ

Description

本発明は、モノリシックモジュールアセンブリを使用して製造する太陽光電池モジュールに関する。
太陽電池は、太陽光を直接に電力に変換する光起電デバイスである。各太陽電池は、特定の量の電力を発生し、かつ一般的に、望ましい量の発生電力を供給するように寸法決めされた相互接続した太陽電池又はモジュールのアレイにタイル張りされる。最も一般的な太陽電池材料は、シリコンであり、シリコンは、時にウェーハと呼ぶ単結晶又は多結晶基板の形態である。シリコンベースの太陽電池を形成して電気を発生する償却引き原価が従来の方法を使用して電気を発生するコストよりも高いので、太陽電池を形成するコストを低減する努力が為されている。
１つのタイプの太陽電池は、バック接点太陽電池又は全バック接点太陽電池デバイスである。バック接点太陽電池は、形成された太陽電池デバイスの後面上に負極性及び陽極性の両方の接点を有する。同じ面上に両極性の接点が位置することにより、太陽電池の電気相互接続が簡素化され、かつ新しいアセンブリ手法及び新しいモジュール設計の可能性が開かれる。「モノリシックモジュールアセンブリ」は、同一段階での太陽電池電気回路及び光起電性積層体のアセンブリを指すものであり、既に説明されている（米国特許第５，９５１，７８６号明細書及び第５，９７２，７３２号明細書、及びＪ．Ｍ．Ｇｅｅ、Ｓ．Ｅ．Ｇａｒｒｅｔｔ、及びＷＰ．Ｍｏｒｇａｎ共著「バック接点結晶シリコンシリコン電池を使用する簡素化モジュールアセンブリ」、第２６回ＩＥＥＥ光起電力専門家会議、アナハイム、カリフォルニア州、１９９７年９月２９日〜１０月３日を参照されたい）。モノリシックモジュールアセンブリは、電気導体層によって一般的にパターン化された裏面シートから始まる。可撓性大面積基板上でのこのようなパターン化導体層の生成は、プリント回路基板及び可撓性回路業界から公知である。バック接点電池は、ピックアンドプレースツールでこの裏面シート上に設けられる。このようなツールは、公知であり、かつ収量が高く非常に正確である。太陽電池は、積層段階中に裏面シート上のパターン化電気導体と電気接続し、それによって単一の段階かつ簡単な自動化において積層パッケージ及び電気回路が製造される。裏面シートは、積層温度圧力サイクル中に電気接続部を形成する半田又は導電接着剤のような材料を含む。裏面シートは、導体が太陽電池上にある状態で裏面シート上の電気導体の短絡を防止する電気絶縁体層を任意的に含むことができる。ポリマー層も、封入に向けて裏面シートと太陽電池の間に設けることができる。この層は、太陽電池への裏面シートの低応力接着を提供すると考えられる。このポリマー封入層は、裏面シートと一体化することができ、又はアセンブリ工程中に裏面シートと電池の間に挿入することができると考えられる。
典型的な製造シーケンスは、太陽電池回路の形成、層状構造体（ガラス、ポリマー、太陽電池回路、ポリマー、裏面シート）のアセンブリ、及び次に積状構造体の積層を含む。最終段階は、モジュールフレーム及び接続箱の設置とモジュールの試験とを含む。太陽電池回路は、一般的に、銅製（Ｃｕ）平坦リボンワイヤを用いて太陽電池を電気的に直列に接続する（相互接続）自動ツール（ストリンガー／タバー）で製造される。次に、直列接続の太陽電池のいくつかストリングが幅広のＣｕリボン（バス）と電気的に接続されて回路を完成する。これらのバスはまた、バイパスダイオードに向けて及びケーブルとの接続に向けて回路内のいくつかの点から接続箱に電流を伝える。
この従来の太陽光電池モジュール設計及びアセンブリ手法は、業界で公知であり、かつ以下の短所がある。第１に、直列に太陽電池を電気的に接続する工程は、自動化し難く、従って、ストリンガー／タバーは、収量の限界がありかつ高価である。第２に、太陽電池のアレイ間に形成されたアセンブリ済みの太陽電池回路は、積層段階前に非常に脆弱である。第３に、銅（Ｃｕ）リボン相互接続は、非常に応力が掛かり、従って、銅製相互接続の導電率には限界があり、相互接続による電気損は大きい。第４に、相互接続されかつ応力が掛った銅製リボンは、業界が発展する時に太陽電池コストを低減するために薄くなり続ける薄い結晶シリコン太陽電池と共に使用するのが困難である。第５に、太陽電池間の間隔は、Ｃｕ相互接続ワイヤのための応力除去に適合するほど十分に大きなものでなければならず、これは、太陽電池間の利用されない空間のためにモジュール効率を低減する。これは、特に、正極性及び負極性の接点が両面上にあるシリコン太陽電池を使用する時に当て嵌まる。最後に、これらの方法を使用して太陽電池を形成するこの工程には、多くの段階があり、従って、製造費が高いものになる。
様々な手法は、太陽電池の活性領域及び太陽電池の電流搬送金属線又は導体を製造することを可能にする。しかし、これらの従来の製造方法にはいくつかの問題がある。例えば、その形成工程は、太陽電池を完成するのに必要とされる経費を増大させる複雑な多段の労働集約的工程である。
米国特許第５，９５１，７８６号明細書 米国特許第５，９７２，７３２号明細書
Ｊ．Ｍ．Ｇｅｅ、Ｓ．Ｅ．Ｇａｒｒｅｔｔ、及びＷＰ．Ｍｏｒｇａｎ共著「バック接点結晶シリコンシリコン電池を使用する簡素化モジュールアセンブリ」、第２６回ＩＥＥＥ光起電力専門家会議、アナハイム、カリフォルニア州、１９９７年９月２９日〜１０月３日
従って、相互接続した太陽電池のアレイ上に形成された活性領域及び電流搬送領域の間の相互接続部を形成する改良型方法及び装置に対する必要性が存在する。
本発明は、一般的に、取付け面を有する裏面シートと、取付け面上に配置された複数の接着領域を含むパターン化接着剤層と、形成された接着領域の上に配置された複数のパターン化導電リボンと、パターン化導電リボン及び取付け面の上に配置されたパターン化層間誘電体と、相互接続太陽電池アレイを形成するためにパターン化導電リボンの上に配置された複数の太陽電池とを含み、複数の太陽電池の各々が、導電材料を使用してパターン化導電リボンの一部分に電気的に接続される太陽電池モジュールを提供する。
本発明の実施形態は、取付け面上の複数の接着領域を形成するパターン化接着剤層を裏面シートの取付け面上に堆積させる段階と、形成された接着領域の各々の上にパターン化導電リボンを配置する段階と、パターン化導電リボンの各々の上に形成された１つ又はそれよりも多くのバイアを有するパターン化層間誘電体層をパターン化導電リボンと取付け面との上に堆積させる段階と、形成されたバイアに導電材料を堆積させる段階と、相互接続太陽電池アレイを形成するためにバイアに配置された導電材料の上に複数の太陽電池を配置する段階とを含む太陽電池デバイスを形成する方法も提供することができる。
一部を添付の図面に示す実施形態参照して、本発明の上記に記載した特徴を詳細に理解することができる方法で先に簡単に要約した本発明のより具体的な説明を与えることができる。
明瞭さを期すために図間に共通である同一要素を指定するために適用可能な場合に同一参照番号を使用した。一実施形態の特徴は、更なる説明がなくても他の実施形態に組み込むことができるように考えられている。
本発明の一実施形態による太陽電池モジュールを示す下面図である。 本発明の一実施形態による太陽電池モジュールを示す下面図である。 本発明の一実施形態による太陽電池モジュールを形成するのに使用される工程段階を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態による太陽電池モジュールを形成するのに使用される工程段階を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態による太陽電池モジュールを形成するのに使用される工程段階を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態による太陽電池モジュールを形成するのに使用される工程段階を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態による太陽電池モジュールを形成するのに使用される工程段階を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態による太陽電池モジュールを形成するのに使用される工程段階を示す概略断面図である。 本発明の実施形態による図２Ａ〜図２Ｆに示す太陽電池モジュールを形成するのに使用される工程段階を示す図である。
本発明の実施形態は、新しい太陽電池相互接続構造体を形成するのに使用される自動化工程シーケンスで形成される相互接続した太陽電池のアレイを含む太陽電池モジュールの形成を考えるものである。一実施形態では、本明細書に説明するモジュール構造体は、複数のパターン化導電リボンを受け取って裏面シート上で接合するように裏面シート上に配置されたパターン化接着剤層を含む。次に、接合導電リボンを使用して、太陽電池デバイスのアレイを相互接続して太陽電池モジュールの発生された電気を受け取ることができる外部構成要素に電気的に接続することができる太陽電池モジュールを形成する。一般的な外部構成要素又は外部負荷「Ｌ」（図１Ａ〜図１Ｂ）は、電力グリッド、付随体、電子デバイス、又は他の類似の電気を必要とするユニットを含むことができる。特に本発明から利益が得られる太陽電池構造体には、正と負の両方の接点がデバイスの後面上だけに形成されるようなバック接点太陽電池がある。本明細書で開示する考え方から恩典を受けることができる太陽電池デバイスは、単一の結晶シリコン、多結晶シリコン、多結晶シリコン、ゲルマニウム（Ｇｅ）、砒化ガリウム（ガリウム砒素）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、銅製インディアムガリウムセレン化物（ＣＩＧ）、銅製インディアムセレン化物（ＣｕＩｎＳｅ2）、燐化インジウムガリウム（ＧａＩｎＰ2）のような材料を含むデバイス、並びにＧａｌｎＰ／ガリウム砒素／Ｇｅ、ＺｎＳｅ／ガリウム砒素／Ｇｅのようなヘテロ接合電池、又は日光を電力に変換するのに使用することができる他の類似の基板材料を含むことができる。
図１Ａは、裏面シート１０３の底面１０３Ｂ（図２Ａ）越しに見た時に裏面シート１０３の上面１０３Ａ（図２Ｅ）の上に配置された相互接続太陽電池１０１のアレイを有する太陽電池モジュール１００Ａの一実施形態の下面図である。一実施形態では、太陽電池モジュール１００Ａ内の太陽電池１０１は、太陽電池１０１の前面１０１Ｃ（図２Ｅ）上で受け取られた光が電気エネルギに変換されるバック接点タイプの太陽電池である。一般的に、太陽電池アレイ１０１Ａ内の太陽電池１０１は、図１Ａの参照番号１０５Ａ及び１０５Ｃ、又は図２Ｂ〜図２Ｆの参照番号１０５のような導電リボンの使用により望ましい方法で接続される。一実施例では、太陽電池アレイ１０１Ａ内の太陽電池１０１は、全ての接続された太陽電池の発生電圧が追加されて発生電流が比較的一定のままであるように直列に接続される。この構成において、各々の相互接続太陽電池内に形成されたｎ型及びｐ型領域は、別々に導電リボン１０５Ａの使用により反対のドーパントタイプを有する隣接太陽電池内に形成された領域に接続される。当業者は、太陽電池アレイ１０１Ａの各列の開始部及び終了部で導電リボン１０５Ｃ及び相互接続１０６を使用して隣接横列を接合することができ、太陽電池アレイ１０１Ａの開始部及び終了部にある太陽電池１０１に接続された相互接続１０７及び導電リボン１０５Ｃを使用して太陽電池アレイ１０１Ａの出力を外部負荷「Ｌ」に接続することができることを認めるであろう。この構成において、類似に構成された太陽電池１０１に対して、１つ置きの太陽電池は、裏面シート１０３の面に対して１８０°回転され、従って、隣接電池内のｎ型領域及びｐ型領域は、直線的な導電リボン１０５Ａで簡単に接続することができるように整列することになる。当業者は、一部の実施形態で太陽電池１０１を直列対並列に接続し、発生された電圧を制限するか又はモジュールの出力電流を増大させることができることを認めるであろう。
図１Ｂは、裏面シート１０３の底面１０３Ｂ（図２Ａ）越しに見た時に裏面シート１０３の上面１０３Ａ（図２Ｅ）の上に配置された相互接続太陽電池１０１のアレイを有する太陽電池モジュール１００Ｂの一実施形態の下面図である。一実施形態では、太陽電池モジュール１００Ｂの太陽電池１０１は、バック接点タイプの太陽電池である。上述のように、太陽電池アレイ１０１Ｂは、図１Ｂの参照番号１０５Ｂ及び１０５Ｃ又は図２Ｂ〜図２Ｆの参照番号１０５のような導電リボンの使用により望ましい方法で接続することができる、一実施形態では、太陽電池アレイ１０１Ａ内の太陽電池１０１は、各々の相互接続太陽電池内に形成された形成済みのｎ型領域及びｐ型領域が別々に導電リボン１０５Ｂの使用により反対のドーパントタイプを有する隣接太陽電池内に形成された領域に接続されるように直列に接続される。当業者は、太陽電池アレイ１０１Ａの各列の開始部及び終了部で導電リボン１０５Ｃ及び相互接続１０６を使用して隣接横列を接合することができ、相互接続太陽電池アレイ１０１Ａの開始部及び終了部にある太陽電池１０１に接続された相互接続１０７及び導電リボン１０５Ｃを使用して太陽電池アレイ１０１Ａの出力を外部負荷「Ｌ」に接続することができることを認めるであろう。この実施例では、類似に構成された太陽電池に対して、各太陽電池１０１は、隣接電池内のｎ型領域及びｐ型領域をパターン化導電リボン１０５Ｂの使用により接続することができるように、裏面シート１０３の面に対して類似の向きに配置される。この構成において、パターン化導電リボン１０５Ｂは、隣接して位置決めされた太陽電池内の望ましい領域を接続するように成形される。一実施形態では、図１Ｂに示すように、パターン化導電リボンは、太陽電池モジュール１００Ｂ内での太陽電池１０１の位置決め、配向、及び相互接続の簡素化を可能にするようにｓ字形である。上述のように、一部の構成において、並列対直列で太陽電池モジュール１００Ｂ内の太陽電池１０１の少なくとも一部を接続することが望ましいてあろう。
太陽電池モジュール形成工程
図２Ａ〜図２Ｆは、太陽電池モジュール１００を形成するのに使用される工程シーケンスの異なる段を示す概略断面図である。図３は、図１Ａ及び図１Ｂに示す太陽電池モジュール１００Ａ、１００Ｂのいずれかと類似の太陽電池モジュール１００を形成するのに使用される工程シーケンス３００を示している。図３にあるシーケンスは、図２Ａ〜図２Ｆに示す段に対応し、これらの段に対して本明細書に説明する。
ボックス３０２でかつ図２Ａ１に示すように、裏面シート１０３の上面１０３Ａ上に接着材料１０４を望ましいパターンで堆積させる。一実施形態では、堆積された接着材料１０４は、複数の個別の接着領域１０４Ａを形成するためにパターンで上面１０３Ａ上に堆積される。一実施形態では、接着領域１０４Ａ内に配置された接着剤は、導電リボン１０５により実質的に覆われる形状で堆積され、導電リボン１０５は、その後の工程段階で接着剤上に置かれる。パターン化接着材料１０４が導電リボン１０５により覆われるので、接着剤がその後の工程段階中に他の太陽電池モジュール構成要素（例えば、ＩＬＤ層１０８、太陽電池１０１）と相互作用する可能性は低減される。接着剤と他の太陽電池モジュール構成要素間の相互作用低減により、接着剤のあらゆる除気が防止され、すなわち、接着剤自体の接着性により形成された太陽電池モジュール内の構成要素の１つ又はそれよりも多くが汚染されるか又は腐食することが防止され、及び／又は太陽電池モジュール製造工程及びデバイス歩留りが影響を受けることが防止される。
一実施形態では、接着材料１０４は、著しく除気しない低温硬化型接着剤（例えば、＜１８０℃）である。一実施形態では、接着材料１０４は、裏面シート１０３の上面１０３Ａ上の望ましい位置に付加される感圧接着剤（ＰＳＡ）である。接着材料１０４は、裏面シート１０３上の望ましい位置での接着剤の正確な配置をもたらすスクリーン印刷、ステンシル印刷、インクジェット印刷、ゴム打抜加工、又は他の有用な付加法を用いて裏面シート１０３に付加することができる。一実施形態では、接着材料１０４は、段階３０２中に紫外線の印加により少なくとも部分的に硬化させることができるＵＶ硬化型感圧接着剤（ＰＳＡ）材料である。一部の実施形態では、接着材料１０４の印刷及び硬化は、連続ロールツーロール工程を可能にするように形成された裏面シート上で行うことができる。他の実施形態では、接着材料１０４は、接着材料１０４の適用前に望ましいサイズに切断した裏面シート１０３に付加することができる。
一実施形態では、裏面シート１０３はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、カプトン又はポリエチレンのような１００〜２００μｍ厚のポリマー材料を含む。一実施例では、裏面シート１０３は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の１２５〜１７５μｍ厚シートである。別の実施形態では、裏面シート１０３は、ポリマー材料及び金属（例えば、アルミニウム）を含むことができる材料の１つ又はそれよりも多くの層を含む。一実施例では、裏面シート１０３は、１５０μｍポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート、商品名「デュポン ２１１１ Ｔｅｄｌａｒ（登録商標）」で購入されるポリフッ化ビニルの２５μｍ厚シート、及び薄いアルミニウム層を含む。裏面シート１０３の下面１０３Ｂは、一般的に環境に直面することになり、従って、裏面シート１０３の各部は、ＵＶ遮蔽部又は防湿層として作用するように構成することができることに注意すべきである。従って、裏面シート１０３は、一般的に、優れた機械的特性に対してかつ紫外線に対する長時間の露光下で特性を維持することができるように選択される。ＰＥＴ層は、優れた長期的機械的安定性及び絶縁特性に対して選択することができる。裏面シートは、全体として、太陽光電池モジュール内での使用に対してＩＥＣ及びＵＬ要件を満たすことが証明されていることが好ましい。
次に、段階３０４でかつ図２Ｂに示すように、導電リボン１０５を望ましい形状及び／又は長さに切断してパターン化接着材料１０４上に置く。導電リボン１０５を接着材料上に置く工程は、導電リボン１０５が裏面シート１０３に十分に固定されることを保証するために導電リボン１０５に圧力を印加する段階を含むことができる。一実施形態では、導電リボン１０５は、厚み約１２５μｍのような厚み約２５μｍと２５０μｍの間に存在する厚み２０５（図２Ｂ）を有する薄い軟質焼き鈍し銅材料を含む。一実施形態では、導電リボン１０５は、導電リボン１０５と導電材料１１０の間の電気的接触を容易にするために錫（Ｓｎ）の層で被覆された銅製材料であり、これに対して以下に説明する。別の実施形態では、導電リボン１０５は、ニッケル（Ｎｉ）の層で被覆されたアルミニウム材料を含む。一実施例において、導電リボン１０５は、通常は６ｍｍ幅であるが、他の幅を容易に用いることができる。導電リボン１０５を通常はリボン材料の連続ロールから望ましい形状及び長さに切断し、ピックアンドプレイスロボット又は他の類似のデバイスを使用して裏面シート１０３上に置くことができる。
次に、段階３０６でかつ図２Ｃに示すように、裏面シート１０３及び導電リボン１０５の上面１０３Ａの上に層間絶縁膜（ＩＬＤ）材料１０８を配置する。一実施形態では、層間絶縁膜（ＩＬＤ）材料１０８は、複数のバイア１０９又は穴が導電リボン１０５の面１０５Ｄ（図２Ｃ）の上に形成されたパターン化層又は断続的な層である。パターン化層間絶縁膜（ＩＬＤ）材料１０８は、スクリーン印刷、ステンシル印刷、インクジェット印刷、ゴム打抜加工、又はこれらの望ましい位置上の正確な層間絶縁膜（ＩＬＤ）材料１０８の配置をもたらす他の有用な付加方法を用いて裏面シート１０３及び導電リボン１０５に付加することができる。一実施形態では、層間絶縁膜（ＩＬＤ）材料１０８は、アクリル又はフェノール樹脂材料のような低温で確実に処理することができるＵＶ硬化型材料である。一実施形態では、層間絶縁膜（ＩＬＤ）材料１０８は、導電リボン１０５の上に厚み約１８μｍと２５μｍの間に存在する層を形成するように堆積される。この構成において、ＩＬＤ材料１０８の厚みは、発生電流が、それが導電リボン１０５と太陽電池１０１の間に配置された導電材料１１０（図２Ｄ）を通る時に通らなければならない経路長を最小にするように制御される。
次に、段階３０８でかつ図２Ｄに示すように、層間絶縁膜（ＩＬＤ）材料１０８内に形成されたバイア１０９に導電材料１１０を配置する。導電材料１１０は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、ボール付加、注射器分注、又はこれらの望ましい位置内の導電材料１１０の正確な配置をもたらす他の有用な付加方法を用いてバイア１０９に位置決めすることができる。一実施形態では、導電材料１１０は、形成された太陽電池１０１によって発生された電気を伝えるのに十分に高い導電率を有する金属充填エポキシ、金属充填シリコーン、又は他の類似の材料のようなスクリーン印刷可能な導電性接着剤（ＥＣＡ）材料である。一実施例では、導電材料１１０は、約１ｘ１０-5オームセンチメートル又はそれ未満である抵抗率を有する。
段階３０８の代替的な実施形態では、導電材料１１０を太陽電池１０１の後面１０１Ｂにある電池接合パッド上に分注し、従って、次に、これらの堆積された領域は、その後の段階でＩＬＤ材料１０８に形成されたバイア１０９と嵌合することができる。
次に、段階３１０でかつ図２Ｄに示すように、裏面シート１０３と太陽電池１０１の間に形成された領域の中への環境浸食を防止するために、任意的に、裏面シート１０３、層間絶縁膜（ＩＬＤ）材料１０８、及び導電リボン１０５の上にモジュール封入剤材料（図示せず）を配置する。モジュール封入剤材料は、その後の積層工程中に液化して裏面シートに電池を接合するのを補助するポリマーシートである。モジュール封入剤材料は、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）又は他の適切な封入材料を含むことができる。材料は、導電リボン１０５の周りに充填されて太陽電池と導電リボン１０５の間の機械的障壁になるほど十分な厚みであることが好ましい。モジュール封入剤シートは、裏面シートの端から突出するようなサイズに切断されることが好ましい。一実施形態では、モジュール封入剤材料には、裏面シート１０３の上に置かれる前に、導電材料１１０が太陽電池１０１と導電リボン１０５の間を延びることを可能にするために穴が打ち抜かれる。穴の直径は、導電リボン１０５と導電材料１１０の間に形成された相互接続に必要とされる面積量により決まる。穴を形成するためのモジュール封入剤材料の穴あけ又は除去の工程は、機械的穴あけ工程又はレーザ切除工程のようないくつかの方法で実行することができる。モジュール封入剤に穴があけられた状態で、それは、導電リボン１０５の上で裏面シート１０３上に置かれ、かつモジュール封入剤の穴が導電リボン１０５上に形成されたバイア１０９と整列するように位置合わせされる。
次に、段階３１２でかつ図２Ｅに示すように、太陽電池１０１は、導電材料１１０が太陽電池１０１内に形成された活性領域１０２Ａ又は１０２Ｂに結合された太陽電池接合パッドに整列するように導電リボン１０５の上に置かれる。一実施形態では、活性領域１０２Ａは、第１の太陽電池内のｎ型領域であり、活性領域１０２Ｂは、第２の太陽電池内に形成されたｐ型領域である。
次に、段階３１４でかつ図２Ｅに示すように、構造体全体をその後の積層工程中に封入することができるように、太陽電池モジュール１００の上に１つ又はそれよりも多くの封入構成要素を位置決めする。一実施形態では、封入構成要素は、前部封入剤１１５のシート、カバーガラス１１６、及び任意的な外側裏面シート１１７を含む。前部封入剤１１５は、上述のモジュール封入剤と類似のものとすることができ、かつエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）又は他の適切な熱可塑性プラスチック材料料を含むことができる。任意的な外側裏面シート１１７は、防湿層兼ＵＶ遮蔽部として作用するポリフッ化ビニル（例えば、「デュポン ２１１１ Ｔｅｄｌａｒ（登録商標）」）のシート及び薄いアルミニウム層を含むことができる。外部裏面シート１１７内のアルミニウム層は、主として防湿層として機能し、３５〜５０μｍ厚であるが、良好な環境隔離を維持しながらより良好な可撓性が得られるようにより薄い障壁を用いることができる。１ｘ１０-4ｇ／ｍ2／日未満の透湿度（ＷＴＶＲ）をもたらす特性を有する非金属性薄膜を使用することも可能である。
次に、段階３１６で、封入構成要素の積み重ねが完了した状態で、完全なアセンブリを圧縮積層器に入れる。積層工程により、封入剤は軟化し、流動してパッケージ内の全ての面と接合し、接着剤層１０４及び導電材料１１０が単一の工程段階で硬化する。積層工程中に、導電材料１１０は、硬化して太陽電池１０１の接続領域と導電リボン１０５の間の電気接合部を形成することができる。積層段階により、ガラス１１６、封入剤１１５、太陽電池１０１、導電材料１１０、導電リボン１０５、接着材料１０４、及び裏面シート１０３のような完全なアセンブリに圧力及び温度が印加され、一方、真空圧は、完全なアセンブリの周りで維持される。積層段階の後に、取り扱い易いように、機械的強度が得られるように、かつ太陽光電池モジュールを取り付ける位置のために、封入済みの太陽電池モジュール周りにフレームが設けられる。完全な太陽光電池システムの他の構成要素（ケーブル）との電気接続が作られる「接続箱」を積層された完全なアセンブリに追加することもできる。
この構成方法の利点は、それが従来のＰＶモジュールアセンブリ工程に関連の問題を回避すると同時に市販の材料及び工程を使用するという点である。電池は、平面であり、電池の上面と底面の間を通るリボンはない。それによってリボンが電池の上部から底部まで通る縁部に応力を掛けることを回避すると同時に、電池を互いに近づけて設けることができる。平面構成はまた、現地に配置した時にモジュールが毎日受ける熱サイクル中の機械的応力の低減をもたらすものである。
本発明を特にこれらの好ましい実施形態を参照して詳細に説明したが、他の実施形態も同じ結果をもたらすことができる。本発明の変形及び変更は、当業者に自明であり、全てのこのような変更及び均等物を包含するように意図している。先に引用した全ての特許、文献、及び論文の開示全体は、引用により本明細書に組み込まれている。本明細書に説明する太陽電池モジュールの利点は、以下を含む。第１に、単一の熱処理段階又は積層段階を用いて太陽電池モジュールを封入し、工程段階数を低減して太陽電池製作費を低減する。第２に、形成された太陽電池モジュールの平面形状は、より自動化しやすく、それによってコストが低減されて製造ツールの収量が改善し、同時に形成されたデバイスに導入される応力が低減されて薄いＳｉ太陽電池の使用が可能である。第３に、銅製リボン相互接続を有する従来の太陽光電池モジュールと比較して低減した太陽電池間の間隔を用いることができ、それによってモジュール効率が増大し、太陽電池モジュール経費が低減される。一部の構成において、モジュール端部の銅製バス数を低減するか又は銅製バスを排除することができ、また、コスト低減及び効率改善に向けてモジュールが小形化する。第４に、太陽電池上に形成された接点の数及び位置は、形状がパターン化技術によってのみ制限されるので簡単に最適化することができる。これは、付加的な銅相互接続ストラップ又は接点により経費増大をもたらすストリンガー／タバー設計と異なるものである。正味の結果として、電池及び相互接続形状は、モノリシックモジュールアセンブリを用いてより簡単に最適化することができる。第５に、裏面シート上の電気回路は、ほぼ面全体を覆うことができる。電気相互接続の導電率は、有効相互接続が遥かに広くなるので更に高くすることができる。一方、より幅広の導体を薄くし（典型的に５０μｍ未満）、依然として低い抵抗を有することができる。より薄くした導体は、可撓性が増し、応力を低減する。最後に、肉厚の銅相互接続の応力除去の備えが不要であるので、太陽電池間の間隔を小さくすることができる。それによってモジュール効率が改善し、モジュール材料費が低減される（面積低減によるガラス、ポリマー、及び裏面シートの量の低減）。
以上は本発明の実施形態に関連したものであるが、本発明の他の及び更に別の実施形態は、以下の特許請求の範囲によって判断される本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができる。
１００ 太陽電池モジュール
１０１ 太陽電池
１０２Ａ、１０２Ｂ 活性領域
１０５ 導電リボン

Claims (11)

  1. 取付け面を有する裏面シートと、
    前記取付け面上に配置された複数の接着領域を含むパターン化接着剤層と、
    前記形成された接着領域の上に配置された複数のパターン化導電リボンと、
    前記パターン化導電リボン及び取付け面の上に配置されたパターン化層間誘電体と、
    相互接続太陽電池アレイを形成するために前記パターン化導電リボンの上に配置され、各々が導電材料を使用してパターン化導電リボンの一部分に電気的に接続された複数の太陽電池と、
    を含むことを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 前記裏面シートは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、及びポリエチレンから構成される群から選択された材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記裏面シートは、防湿材を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記パターン化接着剤層は、ＵＶ硬化型感圧接着剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記パターン化接着剤層は、スクリーン印刷又はインクジェット印刷工程によって前記取付け面に付加されることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール。
  6. 前記複数のパターン化導電リボンは、非線形形状を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  7. 前記複数のパターン化導電リボンは、銅含有材料の上に配置された錫の層、又はアルミニウム含有材料の上に配置されたニッケルの層を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  8. 太陽電池デバイスを形成する方法であって、
    裏面シートの取付け面上に該取付け面上の複数の接着領域を形成するパターン化接着剤層を堆積させる段階と、
    前記形成された接着領域の各々の上にパターン化導電リボンを配置する段階と、
    前記パターン化導電リボン及び前記取付け面の上に該パターン化導電リボンの各々の上に形成された１つ又はそれよりも多くのバイアを有するパターン化層間誘電体層を堆積させる段階と、
    前記形成されたバイアに導電材料を堆積させる段階と、
    相互接続太陽電池アレイを形成するために前記バイアに配置された前記導電材料の上に複数の太陽電池を配置する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
  9. 前記パターン化接着剤層は、スクリーン印刷又はインクジェット印刷工程によって前記取付け面に付加されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 前記複数の太陽電池の上に封入剤及びガラスシートを配置する段階と、
    前記ガラスシート及び封入剤を相互接続太陽電池アレイに積層する段階と、
    を更に含み、
    前記ガラスシート及び封入剤を相互接続太陽電池アレイに積層する前記工程は、前記パターン化接着剤層を硬化させるために用いられる、
    ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  11. 前記パターン化導電リボンの各々が、第１の隣接太陽電池に形成されたｎ型領域と第２の隣接太陽電池のｐ型領域とで結合されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
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