JP2014511034A - 1つ又は複数のタブを備える改良された光起電性外装要素 - Google Patents
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Abstract
Description
光起電性電池組立体100は、多数の層及び構成要素/組立体の集合物とすることができると考えられ、このような組立体は、例えば、現在係属中の国際特許出願PCT/US09/042496に開示されており、参照することによって本明細書に組み込まれる。光起電性電池組立体は、少なくともバリア層122と光起電性電池層110(一般に、バリア層122の周縁の内側に配置される)とを備えている。また、光起電性電池組立体100は、封止材層や他の保護層などの他の層を含むことができると考えられる。例示的な実施例を図面に示し、それを以下に説明する。典型的な光起電性電池組立体100の分解図を図2A及び図2Bに示す。光起電性電池組立体100全体の厚さMTは、約1〜12mm、好ましくは約2〜9mm、最も好ましくは約9.0mm未満である。
バリア層122は、一般に光起電性電池組立体100の環境シールドとして機能し、より具体的には、前記光起電性電池層110の少なくとも一部分の環境シールドとして機能する。バリア層122は、光エネルギーが光起電性電池層110の光活性部分を通過することができるように、透明又は半透明材料で構成されていることが好ましい。この材料は、可撓性(例えば、薄いポリマーフィルム、多層フィルム、ガラス、ガラス複合体など)であっても、剛性(例えば、厚いガラス又はポリカーボネート等のプレキシガラス(商標)など)であってもよい。また、前記材料は、水分/粒子浸透に対して耐性を有する又は強化することによって特徴付けることもできる。バリア層122は、好ましくない波長が光起電性電池に到達しないように、特定波長の光をフィルタリングする機能を備えることもできる。また、好ましい実施形態では、バリア層122の材料は、約0.05mm〜10.0mm、より好ましくは0.1mm〜4.0mm、最も好ましくは2.5mm〜3.5mmの範囲の厚みを有する。少なくともフィルムの場合においては、他の物理特性として、20MPaを超える引張強度(JIS K7127により測定)、1%以上の引張伸び(JIS K7127により測定)、及び/又は0.05以下の吸水率(23℃、24時間)(ASTM D570により測定)、及び/又は約5×10-6mm/mm℃〜100×10-6mm/℃、より好ましくは約10×10-6mm/mm℃〜80×10-6mm/mm℃、最も好ましくは約20×10-6〜50×10-6mm/mm℃の線膨張係数(「CLTE」)を含むことができる。少なくとも厚いガラスの場合においては、他の物理特性として、約5×10-6mm/mm℃〜約140×10-6mm/mm℃、好ましくは約7×10-6mm/mm℃〜約50×10-6mm/mm℃、より好ましくは約8×10-6mm/mm℃〜約30×10-6mm/mm℃、最も好ましくは約9×10-6mm/mm℃〜約15×10-6mm/mm℃の線膨張係数(CLTE)を含むことができる。少なくとも厚いガラスの場合においては、他の物理特性として、約2.42g/cm3〜約2.52g/cm3の密度、約75〜200N/sq.mmの範囲の引張強度、500〜1200N/sq.mmの範囲の圧縮強度、60〜80GPaの範囲の弾性率、約9×10-6mm/mm℃のCLTE、及び、約85%以上、好ましくは約87%以上、より好ましくは約90%以上の可視光透過率を含むことができる。
封止材層の一例において、第1の封止材層124は、バリア層122の下方及び概して光起電性電池層110の上方に配置することができる。第1の封止材層124は、隣接する層を共に保持することを助ける接合機構として機能し得ると考えられる。また、光起電性電池110に到達する光エネルギーを、所望の量及び種類で透過させることも必要である。第1の封止材層124は、隣接する層の幾何学的形状における変則性又はこれらの層を通る変則性(例えば、厚みの変化)を補償するように機能することもできる。また、温度変化や物理的変動、曲げによって、層間の撓みや変動が可能となるように機能することもできる。好ましい実施形態において、第1の封止材層124は、実質的に接着フィルム又はメッシュから構成することができ、好ましくはEVA(エチレンビニルアセテート)、熱可塑性ポリオレフィン、ポリウレタン、アイオノマー、シリコン系ポリマー又は類似の材料から構成することができる。この層の好ましい厚みは、約0.1mm〜1.0mm、より好ましくは約0.2mm〜0.8mm、最も好ましくは約0.25mm〜0.5mmである。
本発明において想定される光起電性電池層110は、市販されているいくつかの公知の光起電性電池から構成することも、又は、将来開発されるいくつかの光起電性電池から選択することもできる。これらの電池は、光エネルギーを電気に変換する機能を有するものである。光起電性電池の光活性部分は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する材料である。その機能を発現することが知られている任意の使用できる材料は、結晶シリコン、アモルファスシリコン、CdTe、GaAs、色素増感太陽電池(いわゆる、Gratezel電池)、有機/ポリマー太陽電池、又は、光電効果を介して太陽光を電気に変換する任意の他の材料が挙げられる。しかしながら、光活性層は、好ましくはIB−IIIA−セレン化物、IB−IIIA−硫化物又はIB−IIIA−セレン硫化物などのIB−IIIAカルコゲニドの層である。より具体的な例は、銅インジウムセレニド、銅インジウムガリウムセレニド、銅ガリウムセレニド、銅インジウムスルフィド、銅インジウムガリウムスルフィド、銅ガリウムセレニド、銅インジウム硫化セレニド、銅ガリウム硫化セレニド、及び銅インジウムガリウム硫化セレニド(これらはすべてCIGSSと呼ばれる)を含む。これらは、また、式 Culn(1−x)GaxSe(2−y)Sy によって表すことができる。ここで、xは0〜1であり、yは0〜2である。銅インジウムセレニド及び銅インジウムガリウムセレニドが好ましい。1又は複数のエミッタ(バッファ)層、導電層(例えば、透明導電層)、及び、CIGSS系電池に有用であると当技術分野において既知の追加の電気活性層なども、ここに考慮される。これらの電池は、軟質のものでも、硬質のものでもよく、また、形状やサイズも様々なものを採用できるが、一般的に壊れ易く、また、環境による劣化し易いものである。好ましい実施形態では、光起電性電池組立体110は、実質的な割れが生じず及び/又は機能の有意な損失を生ずることなく、曲げることのできる電池である。代表的な光起電性電池は、米国特許第3767471号明細書、米国特許第4465575号明細書、米国特許出願公開第2005/0011550号明細書、欧州特許出願公開第841706号明細書、米国特許出願公開第2007/0256734号明細書、欧州特許出願公開1032051号明細書、特開平2−216874号公報、特開平2−143468号公報、特開平10−189924号公報などの多くの米国特許や公開公報に教示乃至記載されており、すべての目的上、参照により本明細書に組み込まれる。
封止材層の別の例においては、第2封止材層126は、一般的に光起電性電池層110の下方に配置され、いくつかの場合においては、上部層122及び/又は第1の封止材層124に直接接触させてもよい。第2の封止材層26は、必ずしも電磁放射線又は光エネルギーを送る必要はなく、第1の封止材層と同様の機能を果たすことができると考えられる。
保護層の例では、第2の封止材層126の下側に連接して配置されるバックシート128を設けることができる。このバックシート128は、環境保護層(例えば、層の上側からの湿気及び/又は粒子状物質の侵入防止など)として機能することができる。可撓性材料(例えば、薄いポリマーフィルム、金属箔、多層フィルム又はゴムシート)で構成されていることが好ましい。好ましい実施形態において、バックシート128の材料は、水分不透過性の材料とすることができ、また、厚みの範囲を、約0.05mm〜10.0mm、更に好ましくは約0.1mm〜4.0mm、最も好ましくは約0.2mm〜0.8mmとすることができる。その他の物理的特性として、約20%以上の破断伸び(ASTM D882により測定)、約25MPa以上の引張強度(ASTM D882により測定)、及び、約70kN/m以上の引裂強度(グレーブス法により測定)を含むことができる。好ましい材料の例としては、ガラス板、アルミニウム箔、ポリ(フッ化ビニル)(例えば、テドラー(R)(デュポン社の登録商標)として市販されている)、ポリ(エチレンテレフタレート)、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロエチレンの共重合体(「FEP」としても知られている)、ポリ(エチレンテトラフルオロエチレン)、ポリ(エチレンナフタレート)、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリカーボネート、又は、それらの組み合わせである。
保護層の他の例としては、前記バックシート128の下側に連接して配置される補助バリアシート130を設けることができる。補助バリアシート130は、前記光起電性外装要素10に従属する構造(例えば、ルーフデッキの変則性、突出する付属品など)の任意の特徴によって引き起こされる可能性がある、上方からの環境条件や物理的損傷から保護する障壁として作用し得る。これは任意の層であり、不要とすることも想定される。また、この層は、本体部200と同じ機能を果たすことができると考えられる。好ましい実施形態では、補助バリアシート材130の材料は、少なくとも部分的に水分不透過性とすることができ、また、その厚みの範囲は、約0.25mm〜10.0mm、更に好ましくは約0.5mm〜2.0mm、最も好ましくは0.8mm〜1.2mmとすることができる。この層は、約20%以上の破断伸び(ASTM D882により測定)、約10MPa以上の引張強度(ASTM D882により測定)及び約35kN/m以上の引裂強度(グレーブス法により測定)を示すことが好ましい。好ましい材料の例としては、熱可塑性ポリオレフィン(TPO)、熱可塑性エラストマー、オレフィンブロックコポリマー(OBC)、天然ゴム、合成ゴム、ポリ塩化ビニル並びにその他のエラストマー及びプラストマー材料が挙げられる。或いは、前記保護層は、構造的及び環境的な負荷(例えば、風など)に対して追加的な屋根用の機能が発現するように、高剛性材料によって構成することができる。前記光起電性外装要素10の熱膨張係数を改良して、温度の変動時に所望の寸法を維持するように、更なる剛性とすることも望ましい。構造特性を有する保護層材料の例としては、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステルアミド類、ポリスルホン、アセタール、アクリル、ポリ塩化ビニル、ナイロン、ポリカーボネート、フェノール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、エポキシなどのポリマー材料、ガラスや無機物質が充填された複合材料又はそれらの任意の組み合わせなどが挙げられる。
本体部200は、複数の構成要素/組立体の集合物(compilation)とすることができると考えられるが、一般的に好ましくは、ポリマー(又はポリマーブレンド)を金型(光起電性電池組立体100又はその他の構成要素(例えば、コネクタ用構成要素)など挿入物の有無に拘わらない−本願にて後述する)に射出することによって成形されるポリマー製品が好ましく、例えば、現在係属中の国際特許出願第PCT/US09/042496号に開示されており、参照により本明細書に組み込まれる。この本体部200は、光起電性外装要素10用の主な構造的担体として機能し、この機能を一貫して伴うように構成する必要がある。例えば、それは、本質的にプラスチック構成材料で機能することができる。本体部200は、熱膨張による応力以上の接着強度を光起電性電池組立体に付与する必要があると考えられる。
上部外周タブ600は、前記本体部200の局所的な延長部分として、一般的に定義することができる。隣接する装置の垂直方向の位置調整を補助すること;隣接する装置の水平方向の位置調整を補助すること;例えば、前記コネクタ組立体300の中及びその周辺、又は隣接する2つの装置の向かい合う間の領域(「隙間G」を参照)などにおける水の侵入(例えば、前記光起電性外装要素10下の水の付着)を防ぐこと、のうちの1つ又は複数を機能的に行うことができる。好ましい実施形態では、前記光起電性外装要素10は、こけら板10の上縁部に沿って配置された2つ以上のタブ600を備える。前記タブは、前記機能の実行に応じて任意の形状とすることができる。前記外周タブ600は、任意の数の形状及びサイズとすることができる。例えば、正方形、長方形、三角形、楕円形、円形又はそれらの任意の組み合わせとすることができ、好ましくは、前記タブは、一般的に正方形又は長方形の形状である。また、前記外周タブ600は、例えば、図1に標記されているような長さ「LTP」、幅「WTP」及び厚さ「t」を有するものとして記載することもできる。例示的な例を図1に示す。前記タブ600は、好ましくは前記本体部200と一体であることが好ましく、垂直方向に隣接する1つ又は複数の装置の下に嵌り込むことのできる十分な厚みを(前記装置がその中に受容領域700を有していようと無かろうと)有する。さらに、前記タブ600は、アレイ1000に組み込まれたときに、少なくとも1つのタブ600が、電気的コネクタ300が存在する領域又は2つの隣接する装置の間の領域(隙間Gを参照)において垂直方向に隣接する2つ以上の装置の下に嵌り込むのに適合した位置に、前記光起電性外装要素の上縁部に沿って配置されることが好ましい。前記スペーサ部材「S」と前記PV装置10の間のタブ600や前記スペーサ部材「S」と前記縁部材「E」の間のタブ600についての例示的な例が、図3Aに示されている。また、前記タブ600は、アレイ1000に配置されたときに、前記タブ600が垂直方向に直に隣接する装置の固定領域800の下側に真っ直ぐ落下しないような位置に配置されることが好ましい。図3Bは、外装要素の列のすぐ上の光起電性外装要素下側のタブの位置について、特定のタブの位置を示すために点線を用いて示している。垂直方向に直に隣接する装置であって、前記タブ600又は垂直方向に隣接する装置を貫通しないように前記タブ600上部の上に配置される装置に固定するために、任意の留め金具を用いることが望ましい。別の方法では、前記タブ600は、前記留め具が1つの装置のみを貫通して前記構造1100に至り、前記留め具が2つの装置を貫通しないように配置されることが好ましい。
受容領域700は、隣接する装置の前記外周タブ600のクリアランス領域として機能する。前記光起電性外装要素10又は他の装置は、前記1つ又は複数の外周タブを受容することができ、前記建築構造物に取り付けられるときに、前記光起電性外装要素10又は他の装置が曲がったり、歪んだりしない厚さを、少なくとも局所的に有する。一般に、この受容領域は、前記光起電性外装要素又は他の装置の下側に配置することができる。図6A〜6Bには2つの例示的な例が示されており、ここには、連続的な受容領域700と分離した受容領域700がある。連続的な受容領域700の場合においては、前記タブ600及び領域700の組み合わせは、垂直方向に隣接する列における装置の垂直方向の位置調整を補助することができる。分離した受容領域700の場合においては、前記タブ600と領域700の組み合わせは、垂直方向に隣接する列における垂直及び水平方向の両方の位置調整を補助することができる。好ましくは前記領域700の寸法(長さ及び/又は幅)は、前記タブ600のそれよりも大きい。好ましい実施形態では、前記領域700の寸法は、前記タブよりも約2%以上大きく、より好ましくは約5%以上大きく、最も好ましくは約7%以上大きく、また、好ましくは約25%以下の大きさ、より好ましくは約15%以下の大きさ、最も好ましくは約10%以下の大きさである。
固定領域800は、これを介して前記外装要素10を建築構造物に(例えば釘、ネジ、クリップなどの留め具を介して)固定するのに望ましい光起電性外装要素10の領域である。領域800は、取り付け作業者が、簡単に釘、ネジ又はその他の締結具を打ち込むのに適切な領域を確認できるように、光起電性外装要素10上で積極的に認識されることが好ましい。図1に示すように、一つの図示例においては、複数の半円と文字で好ましい固定領域800が認識される。
コネクタ組立体は、一般に、光起電性外装要素10への及び/又は光起電性外装要素10からの電気通信を可能とするために機能するものである。この通信は、光起電性電池層110に繋がった回路に接続することができ、又は、他の回路を介して、前記光起電性外装要素10を通じて及び横断して通信することを容易にすることもできる。コネクタ組立体は、様々な構成要素及び組立体によって構成することができ、また、部分的に又は完全に前記光起電性外装要素10に(中に埋め込まれて)一体化することができる。硬質及び軟質部分の両方を含むことができる。組立体300は、電気通信を容易にするために、別々の構成要素(例えば、図9に示されるブリッジコネクタ330を参照)を使用しても、使用しなくてもよい。可能な構成の具体例/実施形態を図面に示し、以下に続く段落で検討する。
第1の例として、例示的なコネクタハウジング310が図10に示されている。この例においては、前記ハウジングは、接続コネクタ(コネクタ接続部品)を受け入れるように適合されてもよく、例えば、前記光起電性外装要素10へ及び/又は該要素10から電気的に連通させるためのブリッジコネクタ330との接続に用いられるように構成することができる。第2の例では、コネクタハウジングは、接続コネクタ(コネクタ接続部品)内に受け入れられるように適合されてもよい。
前記リード線320は、電気を伝導するように機能すれば、任意の数の材料及び幾何学的形状によって構成することができると考えられる。また、これらは隆起した可撓性部分を含んでいてもよい。前記コネクタ組立体300が前記光起電性外装要素10に(埋め込まれて)完全に一体化されている場合には、前記リード線320は、前記可撓性部分を必要とせず、また、本発明の主題でもない。前記リード線320が可撓性部分を有する実施形態は、本発明の一部として想定されるものであり、さらに以下に詳述する。
装置アレイ(例えば、光起電性外装要素、スペーサ装置、縁部材など)は、太陽放射(例えば、太陽光)に曝されたときに電気エネルギーを生成するように機能する。アレイは、建築構造物に取り付けられるように相互接続された装置の集合体である。本発明の目的上、前記アレイ1000は、建築構造物1100の既存のルーフデッキ上(又は外側面)に、又は、以前に取り付けられた屋根用材料(例えば、アスファルト外装要素)上に、従来の屋根用こけら板に適用されているのと同様の方法で(本明細書において特に断りのない限り)、直接取り付けられる。これらのアレイ1000は、2つ以上の装置を含む列であって、隣接する装置の列の2列以上から構成することができる。図3Aに図示例として示すように、前記アレイ1000は、1列当たり2つの装置を有する列を2列有し、各末端に縁部材を割り当てる(光起電性外装要素10、縁部材「E」、スペーサ装置「S」)。縁部材「E」は、通常、複数の装置列を共に接続するように機能し、その他の機能要素を含んでいても、含んでいなくてもよい。スペーサ装置「S」は、通常、列内において装置を接続するように機能することができ、その他の機能要素を含んでいても、含んでいなくてもよい。図3Bに示すように、他の例示的な例では、前記アレイ1000は、1列当たり3つの装置を有する列を4列と、各末端に共用の縁部材(光起電性外装要素10、縁部材「E」、スペーサ装置「S」)とを有し、建築構造物1100上に明瞭に示される。前記装置は、別の装置と接続される。図3Aに明瞭に見られるように、1つの好ましい実施形態によれば、前記装置は、前記コネクタ組立体300及びブリッジコネクタ330を介して、他の装置と電気的に接続される。前記ブリッジコネクタ330は、前記コネクタ組立体300に対して、分離した構成要素(前記光起電性電池組立体に、間接的に電気的に接続する)又は全体(前記光起電性電池組立体に、直接的に電気的に接続する)とすることができる。上記の実施形態又は例は、相互に排他的ではなく、組み合わせて用いることができると考えられる。
Claims (9)
- 建築構造物に取り付けることのできる光起電性外装要素を含む組立体であって、こけら板は、少なくとも、
光起電性電池組立体と、
該光起電性電池組立体の1又は複数の部分に取り付けられる本体部と、
前記光起電性外装要素の両側に配置されるとともに、前記光起電性電池組立体を水平方向に隣接する1つ又は複数の装置に対して、直接的又は間接的に、電気的に接続することのできる、少なくとも第1及び第2のコネクタ組立体と、
を備え、前記本体部は、垂直方向に隣接する1つ又は複数の装置の下にそれぞれ嵌り込むことのできる、1つ又は複数の上部外周タブを備える、前記組立体。 - 前記光起電性外装要素は、前記1つ又は複数の上部外周タブを受け入れることのできる受容領域を備え、該受容領域は前記光起電性外装要素の下側に配置される、請求項1に記載の組立体。
- 前記受容領域は、前記光起電性外装要素の全幅に亘って広がる、請求項2に記載の組立体。
- 前記受容領域は、前記光起電性外装要素の下側に配置され、且つ、2つ以上の別個の部分によって構成される、請求項2に記載の組立体。
- 前記1つ又は複数の上部外周タブと、前記2つ以上の別個の部分のうちの少なくとも1つとの組み合わせは、垂直方向に隣接する1つ又は複数の装置に対する、前記光起電性外装要素の実用的な水平方向の位置調整領域を提供するように構成される、請求項4に記載の組立体。
- 前記1つ又は複数の上部外周タブが、Ltp=Ltpn+Ltptによって定義される長さを有し、ここで、Ltp=(Wbp−(2*Wexp)−n+C1*(Lbp/Wexp))+(C2*To *(1/ルーフピッチ))である、請求項1〜5のいずれかに記載の組立体。
- 前記1つ又は複数の上部外周タブは、流体を、前記光起電性外装要素の外周縁から離れるように流すことのできる、1つ又は複数の流体誘導機構を備える、請求項1〜6のいずれかに記載の組立体。
- 前記1つ又は複数の外周タブは、前記垂直方向に隣接する装置の所定の固定領域に隣接する領域における、前記こけら板上に配置される、請求項1〜7のいずれかに記載の組立体。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の組立体のアレイであって、
第1列に配置された2つ以上の光起電性外装要素と、
垂直方向に隣接し、且つ、水平方向にずれた列である第2列に配置された2つ以上の光起電性外装要素と、
を有する、前記アレイ。
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