JP2017511606A - 太陽電池モジュールおよびそのようなモジュールを製造するための方法 - Google Patents

太陽電池モジュールおよびそのようなモジュールを製造するための方法 Download PDF

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Abstract

おもて面および裏面とともに半導体基板に基づく太陽電池（１２）を含む太陽電池モジュールを製造するための方法に関する。この方法は、基板から太陽電池を作製するステップと、裏面にコーティング層を堆積するステップとを含む。堆積ステップは、裏面にコーティング粉末（２０）を付加して、その面に付着粉末層を形成するステップを含む。本方法は、堆積ステップの後に、付着粉末層を事前アニールされたコーティング層に変換するために、太陽電池モジュール上で第１のアニールプロセスを実施するステップを含む。さらに、本方法は、太陽電池上の接触領域（１４）のロケーションにおける付着粉末層の除去によって太陽電池上にオープン接触領域を作成するステップ、または太陽電池上の接触領域をマスキングすることによって太陽電池上にオープン接触領域を作成するステップを含む。【選択図】 図２ａ

Description

本発明は、太陽電池モジュール、およびかかる太陽電池モジュールを製造するための方法に関する。さらに、本発明は、かかる太陽電池モジュールを備えるソーラーパネルに関する。また、本発明は、かかる太陽電池モジュールおよび／またはソーラーパネルモジュールを製造するための加工ラインおよびツールに関する。
半導体ベースの太陽電池は、ｐ／ｎ接合を形成するｐ形ドープ層とｎ形ドープ層との層構造をもつ半導体基板を備える。
太陽電池における材料の量を低減するために、より薄い基板を使用する傾向がある。その結果、基板はより脆弱になり、ソーラーパネルへの組付け中に扱うのがより難しくなる。
すべての接点が裏面上にある太陽電池からなるソーラーパネルでは、接点は、典型的には、バックシート層上の導体パターンに接続される。太陽電池とバックシート層との中間には、太陽電池の接点のロケーションと、導体パターン上の対応する接触領域のロケーションとに対応する開口をもつカプセル材層が配置される。カプセル材層の開口には、太陽電池接点と導体パターンとの間の電気接触を提供するための結合材料が付加される。結合材料は、典型的には、接着剤と、導体ベースのフィラーとを備える。フィラーは、典型的には、銀または銀合金ベースの粉末である。導体ベースのフィラーの量を低減するために、カプセル材層は、カプセル材層がそれのカプセル化および応力軽減特性を保持するならば、できる限り薄いべきである。
ソーラーパネルでは、穿孔されたバックシートが使用される。大きいパネルの場合、例えばカプセル材シートに穴を作成する穴あけ装置の精度が限られていることにより、およびカプセル材料の寸法安定性が限られていることにより、カプセル材シートの穴を導電性パターン化ホイルの接触領域と一致させるのが困難である。
ソーラーパネルにおいて、導電性接着剤は、すべてのセルの接点のために印刷されるステンシルである。大きいパネルの場合、印刷の精度が不十分になり、それが印刷の不整合をもたらし得る。
モジュール製造のために、導電性パターン化バックシート上でカプセル材穿孔および導電性接着剤印刷を行う機械が利用可能である。これは、典型的には固定の所定サイズをもつモジュールのために行われ、これらの機械は、ツールの配置の精度の限界により、異なる可変サイズおよび形状をもつモジュールの生産には適さない。
米国特許出願公開第２０１０／０１１６９２７号明細書は、それの受光面側上の前層と裏層との間にカプセル化された少なくとも１つの光起電力要素を備える太陽電池モジュールを開示しており、前記前層は、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）ポリマーを備える少なくとも１つの層を備える。
米国特許出願公開第２０１３／００８７１８１号明細書は、接触側上に設けられた接触領域を有する裏面接触半導体セルを有する光起電力モジュールを生成するための方法を開示しており、この方法は、非導電性ホイルタイプ基板を提供するステップと、基板上に半導体セルの接触側を配置するステップと、半導体セルの接触側の接触領域において開口を生成するために基板を貫通するレーザードリル加工を実施するステップと、開口を充填するためにおよび基板上に延長する接触層を形成するために基板上に接触手段を堆積（成膜）するステップとを含む。
米国特許第８，４４０，９０３号明細書は、粉末コーティングおよび熱処理プロセスを使用して形成されたソーラーモジュールを開示している。ソーラーモジュールは、表面領域と、表面領域の上にある光起電力材料とを有する基板を含む。ソーラーモジュールは、光起電力材料の上にある障壁材料をさらに含む。その上、ソーラーモジュールは、障壁材料の上にあり、光起電力材料を機械的に保護するために光起電力材料を囲んでいるコーティングを含む。いくつかの実施形態では、光起電力材料は薄膜光起電力電池であり、コーティングは、静電噴霧によって形成され熱処理プロセスで硬化される気泡が実質的にない粉末コーティングによって実現される。
本発明の目的は、従来技術からの欠点を克服することである。この目的は、放射を捕捉するためのおもて面および裏面とともに半導体基板に基づく太陽電池を備える太陽電池モジュールを製造するための方法によって達成され、
本方法は、
半導体基板から太陽電池を作製するステップと、
太陽電池の少なくとも１つの面上にコーティング層を堆積する堆積ステップであって、
この堆積ステップが、少なくとも裏面上にコーティング粉末を付加して、前記面上に付着粉末層を形成するステップを含む、堆積ステップと、
堆積ステップの後に、
コーティングされた太陽電池を作成するように、付着粉末層を事前アニールされたコーティング層に変換するために、太陽電池上で第１のアニールプロセスを実施するステップと
を含み、本方法は、
太陽電池上の接触領域のロケーションにおける付着粉末層の除去によって太陽電池上にオープン接触領域を作成するステップであって、除去が第１のアニールプロセスに先行する、ステップ
または
付着粉末層による被覆を防ぐためにおよび太陽電池上にオープン接触領域を作成するために、太陽電池上の接触領域をマスキングすることによって太陽電池上にオープン接触領域を作成するステップであって、マスキングが１つまたは複数の堆積ステップに先行する、ステップ
のいずれかをさらに含む。
本方法によって、太陽電池基板は、基板の少なくとも１つの面上のコーティングとして事前アニールされたコーティング層とともに提供される。第１のアニールプロセスにおける事前アニールにより、コーティング粉末粒子は、基板面に付着しており、多孔性層または緻密層とともにパーコレートされた網を形成している。事前アニールされたコーティング層の多孔性状態または緻密状態は、第１のアニールプロセスの条件（例えば、持続時間および温度）によって制御される。
コーティングは基板の厚さを増し、したがって、基板の強化をもたらし、特に「薄い基板」の場合、後続のソーラーパネル作製ステップ中に基板の割れの危険を減少させる。
さらに、本方法は、コーティング材料がソーラーパネル製造中のカプセル化に好適な材料である場合、事前アニールされたコーティング層がソーラーパネル積層プロセスのためのプリカーサーカプセル材層を提供することを実現する。
粉末が基板に付着する段階中に、粉末の選択的除去、または太陽電池上の接触領域のロケーションにおける選択的マスキングは、太陽電池の接触領域が、粉末がないままになることを実現する。選択的除去は、例えば、粉末を局所的に除去する真空ノズルによって可能である。真空ノズルは、配置デバイスによって配置および制御され得る。
代替的に、接触領域は、粉末コーティングステップに先行するマスキングによっても粉末がないままになり得る。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、堆積ステップは、おもて面上にコーティング粉末を付加して、前記面上に付着粉末層を形成するステップをさらに含む。
本方法は、基板の片面または両面コーティングを形成するために使用され得る。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、この方法は、太陽電池上にオープン接触領域を作成するための、太陽電池上の接触領域のロケーションにおける付着粉末層の除去をさらに含む。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、マスキングは、太陽電池を支持ツール上に配置することによって実施され、太陽電池の各接触領域は支持ツールの突出部によってカバーされる。
この実施形態では、マスキングは、支持ツールが太陽電池の面に接触するロケーションにおいて、支持ツールによって行われる。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、支持ツールの少なくとも１つの突出部は、接触領域の面を保持するために真空ノズルを備える。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、第１のアニールプロセスは、事前アニールされたコーティング層として多孔性層を生成するように調整される。
事前アニールされたコーティング層の多孔性は、第１のアニールプロセス中に粉末の脱ガスのためのチャネルを提供することによって有利であり得る。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、第１のアニールプロセスは、事前アニールされたコーティング層として緻密層を生成するように調整される。
緻密層は、最小量の導電性接着剤を用いたステンシル印刷を可能にする。より厚い多孔性層は、粗くてまだ厚い多孔性層上でステンシルが十分に平坦にならない方法でステンシルプロセスを妨げる、何らか粗さを有し得る。その結果、ステンシルにおける開口から接触領域までの距離はあまりに高くなり得る。導電性接着剤ドットは、比較的大きくなり、必要とされるよりも多くの材料を含むことになろう。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、第１のアニールプロセスは真空中で実施される。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、この方法は、太陽電池モジュールが、第１のアニールプロセスに先行して、支持層の間に構成され、第１のアニールプロセスが、太陽電池モジュールが支持層の間にある間に実施されることを含む。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、この方法は、太陽電池モジュールに対して支持層を押圧するステップを含む。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、支持層はリブのパターンとともに提供される。このようにして、事前アニールされたコーティング層は、真空下で後のソーラーパネル積層プロセス中にガスの除去を可能にするチャネルの構造とともに提供される。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、この方法は、分配技法、噴出技法またはスクリーン印刷技法のいずれかによって、太陽電池のオープン接触領域において接触材料を付加するステップをさらに含む。
事前アニールされたコーティング層の開口において付加される必要がある接触材料の量は、事前アニールされたコーティング層の厚さの低減に比例して低減し、それにより、必要な接触材料の量およびそれのコストが節約され得る。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、この方法は、ソーラーパネルスタックの形成のために、
パネルモジュール透明カバー層を設けるステップと、
太陽電池の接触面がパネルモジュール透明カバー層から離れて対向しているように、パネルモジュール透明カバー層上に少なくとも１つの太陽電池を構成するステップと、
少なくとも１つのコーティングされた太陽電池上にバックシート層を構成するステップであって、バックシート層が、太陽電池の接触領域に対応する接触領域をもつ導電層パターンで構成される、ステップと、
太陽電池とバックシート層との間で、第１のアニールプロセスにおいて事前アニールされたコーティング層が溶融するように、第２のアニールプロセスにおいてソーラーパネルスタックを高い温度および圧力に曝露するステップと
をさらに含む。
第１のアニールプロセスにおいて事前アニールされたコーティング層は、ソーラーパネル積層プロセス中にカプセル材層として提供される。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、この方法は、ソーラーパネルスタックの形成のために、パネルモジュール透明カバー層を設けるステップと、
太陽電池の接触面がパネルモジュール透明カバー層から離れて対向しているように、パネルモジュール透明カバー層上に少なくとも１つの太陽電池を構成するステップと、
太陽電池の接触領域に対応する導電層接触領域をもつ導電層パターンで構成されたバックシート層を設けるステップと、
導電層パターン接触領域上に接触材料を構成するステップと、
太陽電池の接触領域に対応する導電層パターン接触領域とともに少なくとも１つのコーティングされた太陽電池上にバックシート層を構成するステップと、
太陽電池とバックシート層との間で、第１のアニールプロセスにおいて事前アニールされたコーティング層を溶融するように、第２のアニールプロセスにおいてソーラーパネルスタックを高い温度および圧力に曝露するステップと
をさらに含む。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、コーティングされた太陽電池は、パネルモジュール透明カバー層のほうへ対向している第２の事前アニールされたコーティング層を備え、第２の事前アニールされたコーティング層は、前記高い温度および圧力の曝露中に溶融される。
太陽電池が裏面とおもて面の両方の上で粉末コーティングされた場合、第２の事前アニールされたコーティング層は、基板とパネルモジュール透明カバー層との間のカプセル材層として提供される。
また、事前アニールされたコーティング層の多孔性は、１つまたは複数の多孔性の事前アニールされたコーティング層とともに提供される太陽電池が積層される、ソーラーパネルスタックの製造中に有利であり得る。この積層プロセス中に、多孔性は、事前アニールされたコーティング層中の流路をガスに提供することができ、それにより、太陽電池とバックシート層および／または隣接するカバー層との間に位置するガスの脱ガスの改善が可能になる。このようにして、脱気または脱ガスのために必要な時間が低減され得る。また、ソーラーパネルスタック内のガスの包含が防止され得る。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、この方法は、粉末コーティング技法を使用することによって、パネルモジュール透明カバー層の面上に、前記面上に付着粉末層を作成するステップと、パネルモジュール透明カバー層上に事前アニールされたコーティング層を作成するように、パネルモジュール透明カバー層をパネルモジュール透明カバーアニールプロセスに曝露するステップとを含み、少なくとも１つのコーティングされた太陽電池上のパネルモジュール透明カバー層の構成は、太陽電池面とパネルモジュール透明カバー層との間にパネルモジュール透明カバーの事前アニールされたコーティング層を構成することを含み、パネルモジュール透明カバーの事前アニールされたコーティング層は、前記高い温度および圧力の曝露中に溶融される。
パネルモジュール透明カバー層は、基板とパネルモジュール透明カバー層との間のカプセル材層のためのプリカーサーとして粉末コーティング層とともに提供され得る。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、コーティング粉末は静電噴霧によって付加される。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、コーティング粉末は、静電印刷プロセスまたはレーザー印刷プロセスによって付加される。
粉末を基板上に印刷することによって、事前アニールされたコーティング層は、太陽電池の接触領域にわたって開口のパターンを含む基板に転写され得る。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、少なくとも１つの太陽電池とバックシート層との間の少なくとも事前アニールされたコーティング層は約１００μｍ以下の厚さを有する。
粉末コーティング方法は、比較的薄いコーティング層を作成することを可能にし、それにより、生成されるソーラーパネルの全体的な重みが低減されるのが有効である。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、高い温度および圧力への曝露の後に、接触領域中の接触材料は約１００μｍ以下の厚さを有する。
さらに、事前アニールされたコーティング層の開口において付加される必要がある接触材料の量は、事前アニールされたコーティング層の厚さの低減に比例して低減し、それにより、必要な接触材料の量およびそれのコストが節約され得る。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、１つまたは複数の支持層はテフロンまたはテフロン複合材料からなる。
そのような材料は、支持層からの事前アニールされたコーティング層の容易な解放を可能にする。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した方法に関係し、堆積ステップは、粉末と太陽電池との間の電位を使用して実施され、電位は粉末の静電帯電によって生じる。
電位は、粉末が基板の面にわたって分散され得、基板の面に付着する様式で、粉末を帯電状態にさせるのが有効である。
静電帯電は、例えば、静電噴霧ノズルによって起こり得る。
本発明はまた、裏面およびおもて面、ならびに少なくとも１つのコーティング層とともに半導体基板に基づく太陽電池を備える太陽電池モジュールに関係し、少なくとも１つのコーティング層は、事前アニールされたコーティング層であり、後面とおもて面とのうちの少なくとも１つをカバーする。
本発明は、ソーラーパネルを形成するための後続の処理ステップ中に割れに対してコーティング層によって強化された、ほぼ完成した太陽電池製品を提供する。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した太陽電池モジュールに関係し、コーティング層は熱可塑性材料からなる。
熱可塑性材料は、後続のソーラーパネル積層プロセス中にカプセル材層としてコーティング層を使用することを可能にする。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した太陽電池モジュールに関係し、コーティング層は裏面とおもて面とをカバーする。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した太陽電池モジュールに関係し、コーティング層は、太陽電池基板の周辺の周りに、裏面およびおもて面に直角に延長している独立延長部分を備える。
このようにして、熱可塑性材料の縁部が太陽電池基板の周りに設けられ、それにより、太陽電池モジュールのハンドリングが可能になる。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した太陽電池モジュールに関係し、少なくとも１つのコーティング層は１００μｍ以下の厚さを有する。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した太陽電池モジュールに関係し、少なくとも１つのコーティング層は、太陽電池上の接触領域のロケーションに対応するロケーションにおいて開口を備える。
その上、本発明は、パネルモジュール透明カバー層と、少なくとも１つの太陽電池と、バックシート層とを備えるソーラーパネルに関係し、バックシート層と少なくとも１つの太陽電池との間に第１のカプセル材層が構成され、パネルモジュール透明カバー層と少なくとも１つの太陽電池との間に第２のカプセル材層が構成され、第１のカプセル材層は、太陽電池上の接触領域のロケーションに対応するロケーションにおいて開口とともに構成され、接触材料が、少なくとも１つの太陽電池の各接触領域と、バックシート層上の対応する接触領域との間の開口において構成され、少なくとも第１のカプセル材層および接触材料は１００μｍ以下の厚さを有する。
さらに、本発明は、太陽電池を粉末コーティングするための第１のステーションと、太陽電池の少なくとも１つの面上で事前アニールされたコーティング層でコーティングされた太陽電池を作成するために、粉末コーティングされた太陽電池をアニールするための第２のステーションとを備える、太陽電池またはソーラーパネル加工ラインに関係する。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した加工ラインに関係し、この加工ラインは、粉末コーティングされた太陽電池からコーティング粉末を選択的に除去するための第３のステーションをさらに備え、第３のステーションは、使用中に太陽電池が第２のステーションに達する前に第３のステーションを通過するように、第１のステーションと第２のステーションとの中間に構成される。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した加工ラインに関係し、第１のステーションは、複数のピラー（柱状体）と、キャリアとを備える支持ツールを備え、ピラーは、キャリアから延長し、太陽電池上の粉末コーティングの堆積中にマスキングされるべきである太陽電池の領域に対応するロケーションに配置される。
一態様によれば、本発明は、上記で説明した加工ラインに関係し、この加工ラインは、第２のステーションが、ベルト炉と、連続支持ベルトと、支持ベルトのための駆動機構とを備え、支持ベルトが、ベルト炉を通る通過中に太陽電池モジュールをクランプするために反対位置に構成されることをさらに備える。
有利な実施形態は従属請求項によってさらに定義される。
本発明について、本発明の例示的な実施形態が示された図面を参照しながら、以下でより詳細に説明する。
本発明の一実施形態による製造ステップによる太陽電池モジュールの断面図を示す。 後続の製造ステップ中の太陽電池モジュールの断面図を示す。 後続の製造ステップ中の太陽電池モジュールの断面図を示す。 本発明の一実施形態によるさらなる製造ステップ中の太陽電池モジュールの断面図を示す。 次の製造ステップの後の太陽電池モジュールの断面図を示す。 本発明の一実施形態によるソーラーパネルモジュールの断面図を示す。 本発明の一実施形態による太陽電池モジュールの製造ステップを示す。 図６に示されたステップの後の太陽電池モジュールの断面図を示す。 図７の太陽電池モジュールの上面図を示す。 図８の太陽電池モジュールの構成の上面図を示す。 本発明の一実施形態による太陽電池モジュールとパネルモジュール透明カバー層との断面図を示す。 本発明の一実施形態による製造ステップ中の太陽電池モジュールの断面図を示す。 本発明の一実施形態による製造ステップの概略断面図を示す。
本発明は、半導体基板に基づく太陽電池モジュール、例えばシリコン基板から作られた太陽電池を製造するための方法に関係する。太陽電池は、典型的には、ＭＷＴ（メタルラップスルー）、ＥＷＴ（エミッタラップスルー）、ＨＩＴ（真性薄層をもつヘテロ接合）、ＩＢＣ（交互嵌合バック接点）などのバック接点タイプ太陽電池である。ただし、いくつかの実施形態では、本発明は、フロント接点とバック接点をもつ他の太陽電池タイプをも包含することが考えられる。
図１は、本発明の一実施形態による製造ステップによる太陽電池モジュール１０の断面図を示す。
太陽電池モジュール１０は、上記で説明したように半導体基板に基づく太陽電池１２を備える。太陽電池１２はおもて面Ｆおよび裏面Ｒを有する。この実施形態では、太陽電池の接触領域１４は裏面Ｒに構成される。
この製造ステップ中に、太陽電池１２は支持層１６上に配置される。
裏面Ｒおよび接触領域１４は、付着粉末コーティング層２０によってカバーされる。付着粉末コーティング層２０は、粒子と裏面との間の電位の下で裏面Ｒ（および接触領域）を粉末の粒子に曝露することによって堆積されている。
一実施形態では、電位は粉末の静電帯電によって生じる。
代替実施形態では、コーティング粉末は静電噴霧によって付加される。またさらなる代替形態では、コーティング粉末は静電印刷プロセス（例えば、トナーおよびドラムベースのレーザー印刷プロセス）によって付加される。
好ましい実施態様では、粉末コーティングは、ソーラーパネルスタックのためのカプセル材料として好適な熱可塑性材料からなる。
図２ａ、図２ｂは、後続の製造ステップ中の太陽電池モジュールの断面図を示す。
図２ａでは、太陽電池モジュールは、付着粉末コーティング層２０から若干の距離にあるノズル２２とともに示されている。ノズルは、付着粉末コーティング層２０から接触領域１４などの所定のロケーションにおいてコーティング粉末を選択的に除去するように構成される。このようにして、コーティング粉末が実質的にないオープン接触領域１４が作成される。
代替実施形態では、除去ステップの代わりに、マスキングされた裏面上の位置においてコーティング粉末が蓄積するのを防ぐマスキングステップが使用される。マスキングは、堆積ステップに先行して行われる。
さらなる実施形態では、マスキングは、太陽電池を支持ツール（図示せず）上に配置することによって実施され、太陽電池の各接触領域（または選択的オープン領域）は支持ツールのピラーによってカバーされる。
図２ｂは、オープン接触領域１４をもつ、除去ステップの後の太陽電池モジュールの断面図を示す。マスキングステップをもつ実施形態では、図２ｂは、マスキングツールの除去後の太陽電池モジュールを示す。
図３は、本発明の一実施形態によるさらなる製造ステップ中の太陽電池モジュールの断面図を示す。
裏面Ｒ上の付着粉末コーティング層は第２の支持層１７によってカバーされ、おもて面Ｆは、今や粉末粒子に曝露されて、裏面Ｒ上の粉末コーティング層２０と同様の様式でおもて面Ｆ上に付着粉末コーティング層２４が形成される。次に、付着粉末コーティング層２４は支持層１８によってカバーされる。
後続のステップにおいて、付着粉末コーティング層２０、２４の間に積層された太陽電池１２は高い温度に曝露されて、付着粉末コーティング層は、事前アニールされたコーティング層２０ａ、２４ａに変換される（凝固ステップ）。
アニールは真空条件の下で行われ得る。
アニールおよび随意の真空の条件は、それぞれ、（事前タッキングステップにおける）多孔性の事前アニールされたコーティング層から（事前積層ステップにおける）緻密な事前アニールされたコーティング層の範囲内で事前アニールされたコーティングを作成するために、粉末コーティング層を部分的にあるいは完全に溶融するように構成される。
一実施形態によれば、事前アニールされたコーティング層２０ａ、２４ａの厚さは１００μｍ以下である。厚さは、平均粒径およびサイズ分布など、粉末コーティングプロセスのパラメータおよび粉末パラメータによって制御され得る。
凝固ステップの結果として、粉末コーティング層はあまりもろくなくなり、太陽電池１２の後面およびおもて面への比較的改善された付着を得る。
凝固ステップ中に、支持層１７、１８は、太陽電池モジュール１０（すなわち、太陽電池１２および粉末コーティング層２０、２４）をクランプし支持するために配置されたままである。
一実施形態では、支持層はテフロン（ＰＴＦＥ）またはテフロン化合物からなり、これらは、たいていの熱可塑性材料にとって優れたリフトオフ特性を有し、したがって再利用され得る。
一実施形態では、支持層の一方または両方の面はリブパターンとともに提供され、このリブパターンは、事前アニールされたコーティング層上にパターン化された面形状を作成するために、それぞれの事前アニールされた１つまたは複数のコーティング層中に転写される。
凝固ステップは、溶融した粉末コーティング層２０が接触領域における開口をカバーするのを防ぐような条件で行われることを、当業者は諒解されよう。凝固ステップの後に、接触領域における開口は開いたままである。
図４は、次の製造ステップの後の太陽電池モジュールの断面図を示す。
凝固ステップの後に、支持層１７、１８が除去されている。次に、接触材料２６が接触領域１４において付加される。
事前アニールされたコーティング層２０ａ、２４ａが多孔性である、すなわち、事前タッキングステップによって形成された場合、接触材料２６は接触領域１４のロケーションにおいて分配され得る。事前アニールされたコーティング層が事前積層ステップで作成された場合、接触材料はまた、スクリーン印刷、ステンシル印刷または噴出され得る。
太陽電池モジュールの接触領域への接触材料２６の付加は、バックシート層への接触材料の付加と比較して、付加は、実質的にバックシート層のサイズにわたって正確であるツールを必要とせずにより正確に行われ得る、比較的小さい領域にわたって行われるという利点を有する。その上、太陽電池モジュールへの印刷が整合しない場合、バックシート上の整合しない印刷は完全なバックシートの除去を伴い得るが、その太陽電池モジュールのみが交換を必要とする。
図５は、本発明の一実施形態によるソーラーパネルモジュール５０を示す。
ソーラーパネルモジュール５０は、バックシート層５２と、パターン化導電層５４と、複数の太陽電池モジュール１０と、パネルモジュール透明カバー層５６とのスタックを備える。
パターン化導電層５４は、太陽電池モジュール１０のほうへ対向しているバックシート層上に構成される。太陽電池１２の裏面Ｒ上の接触領域１４はパターン化導電層５４のほうへ向けられている。太陽電池の上に、パネルモジュール透明カバー層（ガラス層または透明ホイル層）５６が構成される。
ソーラーパネルモジュールは、太陽電池モジュール上の接触材料のロケーションがパターン化導電層上の関連するロケーションに配置されるように、複数の太陽電池モジュール１０をパターン導電層上に構成する、バックシート層＋パターン化導電層を設けることによってボトムアップ方向に製造される。太陽電池モジュール１０の上に、パネルモジュール透明カバー層が構成される。
本発明によれば、太陽電池モジュールは、カプセル化のための材料を提供する事前アニールされたコーティング層を備えるので、スタックは別個のカプセル材層を含んでいない。したがって、従来技術に従ってパターン化導電層との位置の正確なマッチングをプロセスが必要とし得る、ソーラーパネルスタックにおいてカプセル材層を構成することが不要であるので、本発明はスタッキングシーケンスを簡略化する。このステップは省略されるので、スタッキングはより少ない時間を必要とする。
スタックを作成した後に、第２のアニールプロセスにおいて事前アニールされたコーティング層２０ａ、２４ａの材料の溶融によってスタックを融合させるために積層プロセスが行われる。積層の後に、ソーラーパネルモジュールは冷却される。太陽電池モジュールの事前アニールされたコーティング層２０ａおよび２４ａは、パネルモジュール透明カバー層と太陽電池との間で、太陽電池とバックシート層との間で、および隣接する太陽電池の中間でカプセル化５８を融合し、形成している。
事前アニールされたコーティング層２０ａ、２４ａが多孔性状態であった場合、多孔性は、多孔性層を通る脱ガスが積層プロセス中のガス抜きステップを改善するので、積層プロセス中の真空の付加が拡張されることを可能にする。事前アニールされたコーティング層における多孔性は、事前アニールされたコーティング層を通るガス分子のための流路を提供する、相互接続された空隙のチャネルを備える。
代替または追加として、事前アニールされたコーティング層２０ａ、２４ａがリブパターンとともに提供された場合、リブパターンは、ソーラーパネルスタックを脱気するためのチャネルを提供することによって、積層プロセス中の真空の付加が可能にされることを可能にすることに留意されたい。
太陽電池上の事前アニールされたコーティング層の使用の結果として、カプセル化５８の厚さは、事前アニールされたコーティング層の初期厚さによって決定される。太陽電池とパネルモジュール透明カバー層との間の、または太陽電池とバックシート層との間のカプセル化の厚さは１００μｍ以下であり得、これは、ソーラーパネルにおける従来技術のカプセル化と比較して比較的薄い。
比較的薄いカプセル化は、太陽電池接点とパターン化導電層の接点との間の接触材料の所要量が従来技術と比較して著しく低減されることを可能にする。
ソーラーパネルスタックの作成は、パネルモジュール透明カバー層を設けることと、パネルモジュール透明カバー層上に太陽電池モジュールを構成することであって、太陽電池の裏面がパネルモジュール透明カバー層から離れて対向する、ことと、その後に太陽電池モジュールにわたってパターン化導電層およびバックシートを構成することとによって、逆の順序で、すなわちトップダウンで行われ得ることを、当業者は諒解されよう。
ソーラーパネルスタック中に太陽電池モジュールを構成するステップの間にまたはそれに続いて、隣接する太陽電池モジュールの間に追加のコーティング粉末が追加され得ることを諒解されよう。必要に応じて、追加のコーティング粉末は、隣接する太陽電池モジュールの間のギャップを充填するための追加のカプセル材料を提供することになる。
図６は、本発明の一実施形態による太陽電池モジュール１１の製造ステップを示す。この実施形態では、裏面Ｒ上に粉末コーティング層２０を形成した後に、および裏面において接触領域を開いた後に、太陽電池モジュール１１は支持層１７上に配置され、裏面は支持層のほうへ対向し、粉末コーティング層が依然としてないおもて面Ｆは離れて対向する。
太陽電池モジュール１１の周りには、太陽電池モジュール１０の周りの周辺縁部を作成するマスキング要素３０が配置される。
その後、おもて面Ｆを粉末コーティング層２４でカバーするために粉末コーティング堆積ステップが行われる。さらに、太陽電池１２の周辺の周りに延長する粉末コーティング層部分２８が作成される。
図７は、凝固ステップの後の図５の太陽電池モジュール１１の断面図を示す。延長している粉末コーティング層部分２８は、凝固ステップ中に事前アニールされた延長部２８ａに変換されている。
図８は、中心部分で図６の太陽電池モジュール１１の上面図を示し、太陽電池１２は、事前アニールされたコーティング層２０ａ、２４ａと、事前アニールされたコーティング層材料２８ａからなる周辺部分とによってカバーされる。
図９は、ソーラーパネルの構成中の図７の太陽電池モジュール１１の構成の上面図を示す。
延長された事前アニールされたコーティング層２８ａをもつ複数の太陽電池モジュール１１が互いに隣接して構成され、それらのそれぞれの延長された事前アニールされたコーティング層２８ａが互いに重複している。
一実施形態では、太陽電池モジュール１１は屋根瓦のように積層される。
ソーラーパネルにおける延長された事前アニールされたコーティング層２８ａをもつ太陽電池モジュール１１の使用は、ソーラーパネルのカプセル化５８のための延長された事前アニールされたコーティング層２８ａの追加の材料が、カプセル材料の追加の供給として働くことができ、ソーラーパネルスタックの作成中に別個のカプセル材料を追加する必要を除去し得るので、利点を有する。
図１０は、本発明の一実施形態による太陽電池モジュールとパネルモジュール透明カバー層との断面図を示す。
代替実施形態では、太陽電池モジュールは、太陽電池１２の裏面Ｒ上にのみ事前アニールされたコーティング層２０ａとともに提供されるが、おもて面は粉末コーティング層が実質的にない。本発明によれば、パネルモジュール透明カバー層５６は、太陽電池モジュールの場合の同様の様式で、粉末コーティングを用いた堆積プロセスと、その後のアニールステップ（事前タッキングまたは事前積層）とによって作成された、事前アニールされたコーティング層２５ａとともに提供される。
ソーラーパネルスタックは、パネルモジュール透明カバー層の事前アニールされたコーティング層２５ａ上に太陽電池モジュールのおもて面を構成することと、その後に太陽電池モジュールにわたってパターン化導電層およびバックシート層を構成することと、次いで、ソーラーパネルスタック上で積層プロセスを実施することとによって作成される。
事前アニールされたコーティング層２５ａは、パネルモジュール積層ステップ中に、隣接する太陽電池モジュールの間のギャップをカプセル材料で充填するための供給材料として提供され得る余剰の厚さを有するように構成され得る。
代替的に、粉末コーティングされた事前アニールされたコーティング層２５ａの代わりに、カプセル材層がパネルモジュール透明カバー層と太陽電池モジュールとの間に構成され得る。
また、代替形態として、太陽電池モジュールのおもて面は、事前アニールされたコーティング層によってカバーされるが、裏面の側では、太陽電池の裏面とバックシート層上の導電層パターンとの間にパターン化カプセル材層が提供される。
図１１は、本発明の一実施形態による製造ステップ中の太陽電池モジュールの断面図を示す。
この実施形態では、太陽電池は、複数のピラー１０５とキャリア１１０とを備える支持ツール１００上に取り付けられる。ピラー１０５は、キャリア１１０から延長し、太陽電池上の粉末コーティングの堆積中にマスキングされるべきである太陽電池の領域に対応するロケーションに配置される。
堆積プロセスに先行して、太陽電池１２は支持ツール１００上に取り付けられ、マスキングされるべき領域はピラー１０５の位置と整合される。ピラーのうちの１つまたは複数は、支持ツール１００上で太陽電池をクランプするための真空ノズルとして具備され得る。
ピラー１０５は、太陽電池１２と支持ツールとの間に空間を有するようにキャリア１１０から延長する。
次に、付着コーティング層を作成するために太陽電池上にコーティング粉末を堆積するための堆積プロセスが実施される。太陽電池はマスキングされるべき位置のみにおいてカバーされるので、堆積プロセスは、単一の堆積プロセスでコーティング粉末のすべての面の堆積を行うことができる。
一実施形態では、ピラー１０５、および場合によっては、キャリア１１０は、テフロンまたはテフロンベースの化合物からなる。
堆積プロセスの後に、付着コーティング層２１をもつ太陽電池１２が支持層上に構成され、上記で説明したようにさらに処理される。
図１２は、本発明の一実施形態による製造ツール２００の概略断面図を示す。
製造ツール２００は、事前アニールされたコーティング層２０ａ、２４ａで太陽電池モジュールを作成するための事前タッキングまたは事前積層炉に関係する。
製造ツール２００は、ベルト炉２１０、連続支持ベルト２２０、２３０と、支持ベルトのための駆動機構２４０とを備える。
支持ベルトは、それらの間に太陽電池モジュールをクランプするために反対位置に構成される。
付着コーティング層２０、２４、および存在する場合、延長されたコーティング層２８が、事前タッキングモードまたは事前積層モードのいずれかで、事前アニールされたコーティング層に変換される様式で、支持ベルトはベルト炉を通過する。
製造ツールは、支持ベルトの経路内に粉末コーティングステーション（図示せず）を装備し得る。
一実施形態では、製造ツール２００は、太陽電池を粉末コーティングするための第１のステーションと、太陽電池の少なくとも１つの面上で事前アニールされたコーティング層でコーティングされた太陽電池を作成するために、粉末コーティングされた太陽電池をアニールするための第２のステーションとをもつ、太陽電池またはソーラーパネル加工ラインの一部である。
一実施形態によれば、太陽電池またはソーラーパネル加工ラインは、粉末コーティングされた太陽電池からコーティング粉末を選択的に除去するための第３のステーションを装備する。第３のステーションは、使用中に太陽電池が第２のステーションに達する前に第３のステーションを通過するように、第１のステーションと第２のステーションとの中間に構成される。
一実施形態では、図１１に示されている支持ツールは、太陽電池またはソーラーパネル加工ラインの第１のステーションの一部であり得る。
本発明について、いくつかの実施形態に関して説明した。前述の詳細な説明を読み取り理解することで、当業者は明らかな変更および改変を想到するであろう。本発明はすべてのそのような変更および改変を含むものとして解釈され、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲のみによって限定されるものである。

Claims (33)

  1. 裏面と、放射をするためのおもて面とともに半導体基板に基づく太陽電池を備える太陽電池モジュールを製造するための方法であって、
    前記半導体基板から太陽電池を作製するステップと、
    前記太陽電池の少なくとも１つの面上にコーティング層を堆積する堆積ステップであって、少なくとも前記裏面上にコーティング粉末を付加して、その面に付着粉末層を形成するサブステップを含む、堆積ステップと、
    前記堆積ステップの後に、コーティングされた太陽電池を作成するように、前記付着粉末層を事前アニールされたコーティング層に変換するために、前記太陽電池上で第１のアニールプロセスを実施するステップと
    を含み、
    当該方法が、
    前記太陽電池上の接触領域のロケーションにおける前記付着粉末層の除去によって前記太陽電池上にオープン接触領域を作成するステップであって、前記除去が前記第１のアニールプロセスに先行する、ステップ
    または
    前記付着粉末層による被覆を防ぐためにおよび前記太陽電池上にオープン接触領域を作成するために、前記太陽電池上の接触領域をマスキングすることによって前記太陽電池上にオープン接触領域を作成するステップであって、前記マスキングが前記１つまたは複数の堆積ステップに先行する、ステップ
    のいずれかをさらに含む、方法。
  2. 前記太陽電池上の前記オープン接触領域はコーティング粉末がない、請求項１に記載の方法。
  3. 前記堆積ステップが、前記おもて面上に前記コーティング粉末を付加して、その面に付着粉末層を形成するサブステップをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記マスキングが、前記太陽電池をクランピングツール上に配置することによって実施され、前記太陽電池の各接触領域が前記クランピングツールの突出部によってカバーされる、請求項１に記載の方法。
  5. 前記クランピングツールの少なくとも１つの突出部が、前記接触領域の前記面を保持するために真空ノズルを備える、請求項４に記載の方法。
  6. 前記第１のアニールプロセスが、事前アニールされたコーティング層として多孔性層を生成するように調整される、請求項１に記載の方法。
  7. 前記第１のアニールプロセスが、事前アニールされたコーティング層として緻密層を生成するように調整される、請求項１に記載の方法。
  8. 前記第１のアニールプロセスが真空中で実施される、請求項６または請求項７に記載の方法。
  9. 前記太陽電池モジュールが、前記第１のアニールプロセスに先行して、支持層の間に構成され、前記第１のアニールプロセスが、前記太陽電池モジュールが前記支持層の間にある間に実施されることを含む、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記太陽電池モジュールに対して前記支持層を押圧するステップを含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記支持層がリブのパターンとともに提供される、請求項１０に記載の方法。
  12. 当該方法が、分配技法、噴出技法またはスクリーン印刷技法のいずれかによって、前記太陽電池の前記オープン接触領域において接触材料を付加するステップを含むことを含む、請求項６〜１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. ソーラーパネルスタックの形成のために、
    パネルモジュール透明カバー層を設けるステップと、
    前記太陽電池の接触面が前記パネルモジュール透明カバー層から離れて対向しているように、前記パネルモジュール透明カバー層上に少なくとも１つの太陽電池を構成するステップと、
    前記少なくとも１つのコーティングされた太陽電池上にバックシート層を構成するステップであって、前記バックシート層が、前記太陽電池の前記接触領域にロケーション的に対応する導電層パターン接触領域をもつ導電層パターンで構成される、ステップと、
    前記太陽電池と前記バックシート層との間で、前記第１のアニールプロセスにおいて事前アニールされた前記コーティング層が溶融するように、第２のアニールプロセスにおいて前記ソーラーパネルスタックを高い温度および圧力に曝露するステップと
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
  14. ソーラーパネルスタックの形成のために、
    パネルモジュール透明カバー層を設けるステップと、
    前記太陽電池の前記接触面が前記パネルモジュール透明カバー層から離れて対向しているように、前記パネルモジュール透明カバー層上に少なくとも１つの太陽電池を構成するステップと、
    前記太陽電池の前記接触領域にロケーション的に対応する導電層接触領域をもつ導電層パターンで構成されたバックシート層を設けるステップと、
    前記導電層接触領域上に接触材料を構成するステップと、
    前記太陽電池の前記接触領域に対応する前記導電層接触領域とともに前記少なくとも１つのコーティングされた太陽電池上に前記バックシート層を構成するステップと、
    前記太陽電池と前記バックシート層との間で、前記第１のアニールプロセスにおいて事前アニールされた前記コーティング層が溶融するように、第２のアニールプロセスにおいて前記ソーラーパネルスタックを高い温度および圧力に曝露するステップと
    をさらに含む、請求項６〜１２のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記コーティングされた太陽電池が、前記パネルモジュール透明カバー層のほうへ対向している第２の事前アニールされたコーティング層を備え、前記第２の事前アニールされたコーティング層が、前記第２のアニールプロセスにおいて前記高い温度および圧力の曝露中に溶融される、請求項１３または１４に記載の方法。
  16. 粉末コーティング技法を使用することによって、前記パネルモジュール透明カバー層の面上に、前記面上に付着粉末層を作成するステップと、
    前記パネルモジュール透明カバー層上にカバー事前アニールされたコーティング層を作成するために、前記パネルモジュール透明カバー層をパネルモジュール透明カバーアニールプロセスに曝露するステップと
    を含み、
    前記少なくとも１つのコーティングされた太陽電池上の前記パネルモジュール透明カバー層の前記構成が、前記太陽電池の面と前記パネルモジュール透明カバー層との間に前記事前アニールされたコーティング層を構成することを含み、
    前記事前アニールされたコーティング層が、前記第２のアニールプロセスにおいて前記高い温度および圧力の曝露中に溶融される、
    請求項１３または１４に記載の方法。
  17. 前記コーティング粉末が静電噴霧によって付加される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記コーティング粉末が静電印刷プロセスまたはレーザー印刷プロセスによって付加される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
  19. 前記少なくとも１つの太陽電池とバックシート層との間の少なくとも前記事前アニールされたコーティング層が約１００μｍ以下の厚さを有する、請求項１〜１８に記載の方法。
  20. 高い温度および圧力への前記曝露の後に、前記接触領域中の前記接触材料が約１００μｍ以下の厚さを有する、請求項１３〜１９のいずれか一項に記載の方法。
  21. 前記１つまたは複数の支持層がテフロンまたはテフロン複合材料からなる、請求項９〜２０のいずれか一項に記載の方法。
  22. 前記堆積ステップが、前記粉末と前記太陽電池との間の電位を使用して実施され、
    前記電位が前記粉末の静電帯電によって生じる、請求項１に記載の方法。
  23. 裏面およびおもて面、ならびに少なくとも１つのコーティング層とともに半導体基板に基づく太陽電池を備え、
    前記少なくとも１つのコーティング層が、第１のアニールプロセスにおいて事前アニールされた、事前アニール済み粉末コーティング層であり、前記裏面と前記おもて面とのうちの少なくとも１つをカバーしている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法に従って製造された太陽電池モジュール。
  24. 前記コーティング層が熱可塑性材料からなる、請求項２３に記載の太陽電池モジュール。
  25. 前記コーティング層が前記裏面と前記おもて面とをカバーしている、請求項２３または請求項２４に記載の太陽電池モジュール。
  26. 前記コーティング層が、前記太陽電池の基板の周辺の周りに、前記裏面および前記おもて面に実質的に平行に延長している独立延長部分を備える、請求項２５に記載の太陽電池モジュール。
  27. 前記少なくとも１つのコーティング層が１００μｍ以下の厚さを有する、請求項２３〜２６のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
  28. 前記少なくとも１つのコーティング層が、前記太陽電池上の接触領域のロケーションに対応するロケーションにおいて開口を備える、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
  29. 前記コーティング層が多孔性状態または緻密状態のいずれかである、請求項２３〜２８のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
  30. パネルモジュール透明カバー層と、少なくとも１つの太陽電池と、バックシート層とを備えるソーラーパネルであって、
    前記太陽電池が、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法に従って製造されたコーティングされた太陽電池、または請求項２３〜２９のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールであり、
    前記バックシート層と前記少なくとも１つの太陽電池との間に第１のカプセル材層が構成され、
    前記パネルモジュール透明カバー層と前記少なくとも１つの太陽電池との間に第２のカプセル材層が構成され、
    前記第１のカプセル材層が、前記太陽電池上の接触領域のロケーションに対応するロケーションにおいて開口とともに構成され、
    接触パッドが、前記少なくとも１つの太陽電池の各接触領域と、前記バックシート層上の対応する接触領域との間の前記開口において構成され、
    少なくとも前記第１のカプセル材層および前記接触パッドが１００μｍ以下の厚さを有する、ソーラーパネル。
  31. 太陽電池を粉末コーティングするための第１のステーションと、
    前記太陽電池の少なくとも１つの面上で事前アニールされたコーティング層でコーティングされた太陽電池を作成するために、前記粉末コーティングされた太陽電池をアニールするための第２のステーションと
    を備える太陽電池またはソーラーパネルの加工ラインであって、
    前記粉末コーティングされた太陽電池からコーティング粉末を選択的に除去するための第３のステーションを備え、前記第３のステーションが、使用中に前記太陽電池が前記第２のステーションに達する前に前記第３のステーションを通過するように、前記第１のステーションと前記第２のステーションとの中間に構成された、太陽電池またはソーラーパネルの加工ライン。
  32. 前記第１のステーションが、複数のピラーと、キャリアとを備える支持ツールを備え、
    前記ピラーが、前記キャリアから延長し、太陽電池を支持するように構成され、前記太陽電池上の前記粉末コーティングの堆積中にマスキングされるべきである前記太陽電池の領域に対応するロケーションに配置されている、請求項３１に記載の太陽電池またはソーラーパネルの加工ライン。
  33. 前記第２のステーションが、ベルト炉と、連続支持ベルトと、前記支持ベルトのための駆動機構とを備え、前記支持ベルトが、前記ベルト炉を通る前記太陽電池の通過中に太陽電池モジュールをクランプするために反対位置に構成されている、請求項３１または３２に記載の太陽電池またはソーラーパネルの加工ライン。
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