JP2017530553A - 封入された太陽電池セルおよびモジュール - Google Patents

Abstract

本開示は、繊維強化複合熱硬化性材料に埋め込まれた１つまたは複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールであって、太陽電池セルの前面で、繊維強化複合材料が実質的に透明な樹脂と実質的に透明な繊維とを含み、樹脂およびガラス繊維の屈折率が実質的に同じである、太陽電池モジュールに関する。特に、繊維は、アミノシランカップリング剤で処理したガラスで繊維であり得、樹脂はエポキシ樹脂であり得る。金型、金型中の１つまたは複数の太陽電池セル、および金型中の強化繊維を提供し、型穴を取り囲むバッグを配置することを含む、１つまたは複数の結晶シリコン太陽電池セルを含む太陽電池モジュールの製造方法をさらに開示する。次いで、バッグ中で実質的に徐々に真空を生じさせ、生じた真空により樹脂は金型に注入される。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１４年９月８日に出願された欧州特許出願第１４３８２３３３．４号の利益を主張する。

本開示は、封入された太陽電池セル（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｎｉｃ ｃｅｌｌ,光起電性電池）およびモジュール、ならびに封入された太陽電池セルおよびモジュールを製造する方法に関する。

太陽電池モジュールは、構造的および保護的支持体中に配置された、相互接続した太陽電池セルによって形成することができる。そのようなモジュールを、その後、好適な環境に、例えば建物の屋根の上、または野原に設置することができる。

モジュール、および特にそれらの構造的支持体は、適切な耐久性を有し、例えば、湿気、水、紫外線放射、粒子摩耗、物体の衝撃などをはじめとする様々な環境条件で、電池および接続部を保護するように設計することができる。

同時に、太陽電池モジュールを形成する材料は、その正しい機械的挙動を保証するために充分な構造性能を有し、アセンブリに剛性および機械的強度を提供しなければならない。太陽電池モジュールはさらに、好ましくは比較的低コストで製造されなければならない。重量はさらに重要な検討事項である。

最後に、構造的支持体は太陽電池セルにおける効率的な光電変換を可能にすることが重要である。封入材料（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）は充分な光透過率を有する必要があり、光透過率は許容可能な程度で長時間維持されなければならない。

従来の解決策は、バックシートと、フロントシートと、セルを埋め込む封入体材料とからなるラミネートに基づく。バックシートは、ガラス、ポリマー、金属、または複合ラミネートであり得る。フロントシートは通常、ガラスであるか、または透明なポリマーシートであり得る。封入体（ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔ）材料は概して、ラミネーション過程で流動してセルを埋め込み、バックシートおよびフロントシートに接着されるポリマーから構成される。

繊維強化熱硬化性樹脂複合材料を支持体として使用することが当該技術分野でさらに公知である。しかしながら、モジュールの光透過率は概して損なわれ、用いられる太陽電池セルの効率の低下に至る。

第１の態様において、本開示は、繊維強化複合材料中に封入された１つまたは複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールを提供する。太陽電池セルは、照射される前面と、背面とを有する。太陽電池セルの前面で、繊維強化複合材料は実質的に透明な樹脂と実質的に透明な繊維とを含み、樹脂および繊維の屈折率は実質的に同じである。

この態様において、繊維強化複合材料の有益な機械的特性は、実質的に低重量と充分な強度および剛性とを組み合わせることによって利用される。同時に、実質的に透明な樹脂および繊維を選択し、繊維および樹脂両方の屈折率を一致させる（すなわち、同じまたは実質的に同じ屈折率を得る）ことによって、複合材料封入内の光拡散が減少する。これによって太陽電池モジュールの効率が改善される。

（繊維および樹脂の）透明性とは、本明細書中で用いられる場合、３００ｎｍ〜２０００ｎｍの光波長領域で、好ましくは８０％以上、またはさらに好ましくは９０％以上の光透過率を意味すると理解される。

屈折率の一致とは、本明細書では、屈折率の互いとの相違が２％未満、好ましくは１％未満、さらに好ましくは０．５％未満であることを意味すると理解される。

太陽電池セルは複合材料によって完全に埋め込まれていてもよい。本開示の実施例で記載する太陽電池モジュールは、公知技術に関して、構造性能、光透過率、非平面構造への適合性、保護、重量および製造過程における段階の減少の態様を組み合わせる。

ここで、前面は、太陽電池の太陽光によって照射される側と見なすことができる。そして背面は反対側と見なすことができる。場合によって、例えば両面受光型太陽電池（ｂｉｆａｃｉａｌ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）を使用する場合、背面も太陽光によって照射され得る。

電池およびそれらの接続部は複合材料内に完全に埋め込むことができる。バックシート、フロントシート、またはフレームとしてさらなる材料を使用する必要がなくなる。したがって、モジュール自体は実質的または完全に自立し得る。

いくつかの例では、太陽電池セルの前面で、低い空隙率（ｖｏｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ）を達成するために選択された樹脂と繊維との組み合わせを提供することができる。繊維および樹脂の良好な接着は、複合材料中の空隙を減少または排除するために重要である。空隙の減少によって光拡散を減少させることができ、したがってモジュールの変換効率を潜在的に増加させることができる。

低空隙率は、本明細書では、概して２％未満、好ましくは１％未満の空隙率と理解され得る。

数例では、エポキシ樹脂を使用することができ、場合によってシランカップリング剤で処理したガラス繊維と組み合わせてもよい。シランは、ガラス、無機充填剤、金属および金属酸化物などの無機材料を有機樹脂に結合する能力を有する。

シランカップリング剤は繊維と樹脂との間の結合を顕著に改善することができる。さらに、ガラス繊維のシランカップリング剤での処理によって、繊維および樹脂の屈折率を一致させることができる。

適切な樹脂を選択するために考慮すべき他の因子としては以下のものが挙げられる：
−モジュールの完全な埋め込みを可能にする粘度およびポットライフ
−適切な機械的特性および耐熱性
−ＵＶ耐性（場合によって添加剤を用いる）
−太陽電池セルおよびそれらの接続部に対する接着。

いくつかの例では、太陽電池モジュールの前面用の繊維強化複合材料は、太陽電池モジュールの背面用の繊維強化複合材料とは異なっていてもよい。これらの例では、複合材料、特に繊維は、例えば太陽電池セルの前面での光透過率について最適化することができ、太陽電池セルの裏面で、材料をコスト、強度／重量比またはその他に関して最適化することができる。

任意に、これらの例では、繊維は（太陽電池セル前面と背面とで）異なり、樹脂は同じである。これによって、製造が容易になり、製造過程をスピードアップする可能性が与えられる。太陽電池セルの背面の繊維は透過率の観点から概して重要ではないので、繊維の選択に関してより自由度がある。また、例えば必要とされる層数が少なくなるように、単位面積あたりの重量（ａｒｅａｌ ｗｅｉｇｈｔ）が増加した繊維層を選択することができる。

別の例では、特に製造を容易にするために、複合材料（樹脂および繊維の両方）は太陽電池セルの前面と背面について同じであってよい。

いくつかの例では、モジュールは両面受光型であってよく、すなわち太陽電池セルを両面から照射することができる。したがって、前面および背面の両方を照射することができ、両面の光透過率を最適化することが望ましい。また、全表面積に沿って照射受けることができる球状セルを含むモジュールを想定することができる。

別の態様では、１つまたは複数の結晶シリコン太陽電池セルを含む太陽電池モジュールの製造方法を提供する。その方法は、金型を提供し、金型中に１つまたは複数の太陽電池セルを提供し、そしてセルの前面上およびセルの裏面上の両方上で金型中に強化繊維を提供することを含む。型穴を取り囲むようにバッグを配置することができ、バッグ中に真空を作り出すことができる。次に、作り出された真空のために樹脂が真空バッグ中に注入される。バッグ中での真空の生成を徐々におこなってもよい。

この態様にしたがって、結晶シリコン太陽電池セルに特に適した太陽電池モジュールを製造する方法が提供される。真空バッグ注入法は、複合製品を製造する技術分野で周知である。本発明者らは、結晶シリコン太陽電池セルの封入の形成に関連して、改良された真空バッグ注入法が必要であることを見出した。すなわち真空が充分に徐々に供給されない場合は、結晶シリコン電池が破損する可能性があることが判明した。

いくつかの例では、バッグ中に真空を作り出すことは、比較的急速に第１のレベルの負圧（ｕｎｄｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ）を生じさせ、実質的な真空に達するまで第１のレベルの負圧を徐々に増加させることを含み得る。これらの例では、製造速度を維持することができる一方で、製造中に破損したセルのスクラップまたは落下物を減少または排除することができる。

いくつかの例では、第１のレベル（ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｌｅｖｅｌ）は０．６〜０．８５ｂａｒの負圧、好ましくは０．６〜０．８ｂａｒの負圧であり得る。本発明者らは、結晶シリコン太陽電池セルの亀裂や破損が０．８ｂａｒの真空値を超えて、特に０．８５ｂａｒ超で適用される突然の負圧で起こることを見出した。すなわち、周囲圧力が１ｂａｒである場合、型穴（ｍｏｌｄ ｃａｖｉｔｙ）中の圧力は０．２または０．１５ｂａｒ未満である。これらの限界値を過ぎて負圧を徐々に増加させることによって、亀裂および破損を実質的に低減することができるか、または完全に回避することができる。

いくつかの例では、セルの前面上の金型中に強化繊維を提供することは、少なくとも４つの繊維の層を提供することを含み得、場合によって６つの繊維の層を太陽電池セルの前面上に配置してもよい。本発明者らは、繊維の層の数も同様に太陽電池セルの亀裂に影響を及ぼすことを見出した。特に、電池の亀裂を回避するためには、少なくとも４つの繊維の層が前面で有益であることが判明した。単位面積あたりの重量が低い繊維を使用した場合、シリコン太陽電池セルのいくつかの場合では、少なくとも６つの繊維の層が必要とされることが判明した。概して、層の数を増やすことによって、電池はある程度良好に保護され、したがって電池を損傷することなく真空を適用する速度を同様に増加させることができると言える。

本開示の特定の非限定的な例を、添付の図面を参照して以下で説明する。

一実施形態による太陽電池モジュールの一例の概略図である。 一実施形態による太陽電池モジュールの製造方法の一例を概略的に示す図である。 一実施形態による太陽電池モジュールの製造方法の一例を概略的に示す図である。 モジュールの写真を示す。 本明細書中で記載する製造方法の一例にしたがって得られる太陽電池モジュールのエレクトロルミネッセンス分析の写真画像を示す。 別の実施形態による太陽電池モジュールの別の例を概略的に示す。

図１は一実施形態による太陽電池モジュールの一例の概略図である。複合材料が基材および被膜として同時に作用する例示的太陽電池モジュールは、単一過程で製造することができる。

複合材料中に封入されたモジュールは、太陽電池セル１３およびそれらの接続部１２を繊維強化複合材料に埋め込むことによって得ることができる。この例では、複数の太陽電池セルがモジュール中に設けられている。これらのセルは相互接続されている。モジュールの端で電気的コネクタが設けられている。

透明な樹脂、例えばポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂または他の透明な樹脂を提供することができる。樹脂と結合後の屈折率一致のために適した透明な樹脂も選択することができる。透明な繊維に樹脂と屈折率を一致させるための処理をおこなってもよい。そのような処理の結果、繊維は透明であっても透明でなくてもよい。樹脂と結合させた後、繊維は（再度）実質的に透明になるであろう。

繊維の屈折率と樹脂の屈折率とを一致させることによって、モジュール内の光拡散を著しく減少させることができ、結果として得られる太陽電池モジュールの効率を改善することができる。繊維の化学処理およびナノサイズの化合物を樹脂に含めることをはじめとする、繊維および樹脂の屈折率を一致させるためのいくつかの選択肢が存在する。

一例では、繊維強化材をシランカップリング剤での前処理に供したガラス繊維ラミネート１４をセルまたは相互接続したセルのアセンブリの少なくとも前部（すなわち、セルが動作している時に太陽放射に面している部分）で作製することができる。ガラス繊維の表面を、繊維と共有結合したアミノシラン化合物で修飾する。

本明細書中で使用するアミノシラン基または化合物は、少なくとも１つのアミノ基を含むシランであると理解され得る。

エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡおよびビスフェノールＦのジグリシジルエーテルから構成され得る。アミノシランカップリング剤に起因する繊維の表面上に存在するアミノ基は、未硬化エポキシ樹脂のオキシラン基と化学的に反応することができる。

そのような反応後、強化繊維および樹脂の屈折率は実質的に同じであり得る。さらに、反応の結果、樹脂が繊維と共有結合し、空隙百分率は低い。光透過率に影響を及ぼす他の界面現象も回避することができる。

本開示の実施例で使用することができる別のエポキシ樹脂は脂肪族または脂環式エポキシ樹脂である。これらの分子は、脂肪族または脂環式基構造（芳香族単位を含まない）を含む。この実施例におけるアミノシランとの化学反応もオキシラン基に基づく。芳香族基がないために、すでに記載した樹脂よりも高い太陽放射に対する耐性（ＵＶ耐性、および耐黄変性）を得ることができる。

樹脂を脂環式アミン触媒によって熱硬化させることができる。そのような触媒の一例は４，４’ジアミノシクロヘキシルメタンである。セル、電気的接続部材料および結合部がこの過程で損傷を受けないという意味で、樹脂成分も触媒も太陽電池セルまたは電気的接続部材料および結合部と実質的に反応しないのが有利である。

太陽電池モジュールの前面の研磨された低粗度表面仕上げは光拡散を低減することができ、かくして埋め込まれた太陽電池セルの効率をさらに増大させることができる。そのような低粗度表面は、研磨された金型を使用して得ることができる。ＰＶ（太陽電池）モジュールは、摩擦および摩耗耐性、表面硬度、環境要因に対する老化などのモジュールの表面特性の改善のために、ゲルコートまたはトップコートに基づき、前面および／または背面に仕上げ層を組み入れることができる。

樹脂は、環境要因に対する耐性の改善、着色、入射放射線波長のフィルタリングおよび変換など、さらなる機能のための１つまたは複数の添加剤を含み得る。

別のラミネート１５を太陽電池セルの背面、すなわち太陽に照射されない側に形成してもよい。数例では、同じ樹脂を前面および背面の両方で使用してもよいが、繊維の種類は変えてもよい。例えば、別の種類のガラス繊維を用いてもよいし、またはアラミド繊維、炭素繊維などの別の種類の繊維を用いてもよい。

一旦処理したら、このアセンブリは太陽電池モジュール１１を形成する。特に、用途に応じてさらなる構造的支持体（金属フレームまたはその他のいずれか）は必要ない可能性がある。

使用する太陽電池セル、繊維および樹脂の種類に応じて、樹脂の真空バッグ注入によるかまたは金型に樹脂を注入することにより、成形過程を実施することができる。別法として、手作業の含浸によって成形を実施してもよい。補強要素は乾燥繊維であり得る。成形は、高圧蒸気養生の有無にかかわらず真空バッグプリプレグ技術を使用することによって実施することもできる。

樹脂で成形する前に、さらなる繊維（例えば、アラミド繊維、炭素繊維、ホウ素繊維またはそれらの組み合わせ）を１つまたは複数のセルの裏面中に配置することができる。

このようにして製造したモジュールは、少なくとも１つの太陽電池セルおよびその対応する電気的接続部と、熱硬化性ポリマー樹脂のマトリックスを含む複合材料とを含む。

前記目的のために使用する過程は、真空バッグ注入、ＲＴＭ（樹脂トランスファー成形）、マニュアルラミネーションまたは高圧蒸気養生の有無を問わないプリプレグを用いたラミネーションである。これらの記載した過程を以下で簡単に説明する。すなわち、

真空バッグ注入：この過程は概して、金型と、外部に対して実際の金型をシールする真空バッグとの間にあらかじめ形成された空洞に樹脂を導入してすることによって複合材料を形成することからなる。樹脂は、真空圧力の作用によってこの空洞内部に侵入する。樹脂の注入前に、繊維ならびに相互接続したセルおよび他の電気的接続部（またはモジュールが１つのセルで構成されている場合は、そのセルおよびその接続部）を空洞中に入れる。繊維を太陽電池セルの前面および背面の両方で提供してもよい。外部容器中であらかじめ混合し脱気してもよい樹脂を次いで注入してもよく、空洞を充填し、繊維強化材を通ってセルの周りに流動させることができる。空洞がいっぱいになったら、樹脂の硬化および凝固に必要な時間、真空を維持できる。硬化したら、モジュールを金型から外すことができる。樹脂が金型中で完全に硬化しない場合は、さらなる硬化または後硬化サイクルに供することができる。

ＲＴＭ−樹脂トランスファー成形、ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｌｄｉｎｇ：この過程は、閉鎖した金型の内部に樹脂を注入することによる成形からなる。繊維を再度、金型中に配置された太陽電池セルの前面および背面の両方で提供してもよい。金型を閉じたら、樹脂を加圧注入によってこの金型の内部に導入してもよい。樹脂は繊維を通って太陽電池セルの周りを流れ、太陽電池セルを埋め込み、金型を完全に充填する。金型の正しい充填が保証されたら、樹脂を硬化させ、後硬化させ、太陽電池モジュールをその後金型から取り外すことができる。この過程の変形では、樹脂の移動は射出圧力とあわせて真空で支援され、この場合、この過程はＶＡＲＴＭ（真空支援ＲＴＭ）と呼ばれる。

手作業の積層、Ｍａｎｕａｌ ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ（ハンド・レイ・アップｈａｎｄ−ｌａｙ−ｕｐ）：この過程は、繊維強化材を乾燥形態にすることからなる。その後、繊維に手作業で樹脂を含浸させる。セルの両側に繊維の層のアセンブリを形成する、繊維の層および相互接続したセルを金型上に配置する。繊維の含浸は、手作業の方法を使用することによって、および含浸ローラ、ブラシまたはその他のツールを使用することによって実施する。真空バッグを続いて記載したラミネート（積層製品）上に製造してもよく、そして空洞をシーリング材料で閉じる。樹脂の硬化に必要な場合は、このアセンブリを、使用した樹脂の種類にしたがってラミネートの硬化および圧縮に必要な条件が適用されるオーブン中に導入することができる。これらの条件は、樹脂の硬化サイクルに応じて真空および温度を含み得る。樹脂が硬化したら、太陽電池モジュールを金型から取り出す。

プリプレグによるラミネーション：この場合、既にあらかじめ混合した樹脂（「プリプレグ」）をあらかじめ含浸させた繊維を使用する。プリプレグおよび相互接続したセルを、金型上のセルの両側上のあらかじめ含浸させた繊維のアセンブリを形成するように配置した。真空バッグシステムを使用して、空洞をシーリング材料で閉鎖することができる。このアセンブリを次いで、使用する樹脂の種類にしたがってラミネートの硬化および圧縮に必要な条件が適用される加圧滅菌器またはオーブン中に導入してもよい。これらの条件は、特定の圧力、真空および／または温度を含み得る。一旦樹脂が硬化したら、太陽電池モジュールを金型から取り外すことができる。

図２ａおよび２ｂは、結晶シリコン太陽電池に特に適した製造方法の一例を概略的に示す。そのような方法は他の種類のセルにも使用することができる。

金型１は、結果として得られる太陽電池モジュールに適した形状を備えていてもよい。繊維強化材層２（例えば、ガラス繊維層）を金型１表面上に配置してもよい。これらの層は最終的に得られるモジュールの前面に配置される。良好な圧縮を達成し、その後のその部分で望ましくない空隙を回避するために、繊維を金型に良好に適合させることが重要である。繊維の金型への良好な適合を達成するために、本発明者らは、より細い（軽い）繊維材料を使用することが有益であり得ることを見出した。例えば、１６２ｇ／ｍ^２の重量のガラス繊維を使用することができる。

モジュールの前面上の繊維層２は太陽電池（例えば、シリコン電池）を金型による損傷から保護する層である。これらの繊維は真空をかけた場合に若干の変形を許容し、電池を金型表面に適合させて、電池の破損を回避する。

太陽電池３は、所望の構成および繊維層上への配置にしたがって設置することができる。複数の太陽電池またはセルストリング（ｃｅｌｌ ｓｔｒｉｎｇ、一連の電池）が提供される場合、太陽電池またはストリングを引き続き所望の電気的構成およびスキームにしたがって相互接続してもよい。

強化繊維層４の残りを次いで、所望の部品厚さ（および強度）が達成されるように、相互接続したセル（結果としてセルの背面になるもの）上に設置してもよい。前述のように、太陽電池の背面で使用する繊維は、数例では、前面で使用する繊維とは異なっていてもよい。

剥離層５を設置してもよく、これは最終的に、樹脂注入後に補助材料を除去するのに役立つ。剥離層は、さらに良好な背面仕上げを達成するためにさらに役立つ可能性がある。

バルブ７を備えた真空点と樹脂入口点とチャンネル９とを適切に設置することができる。入口点およびチャンネルは、繊維を流動させ濡らすために適切な粘度を維持しつつ、樹脂が硬化前のモジュール部分全体を流動し充填することを確実にするために設置される。入口点の数、チャンネルおよびそれらの正確な位置は、例えばモジュールサイズ、幾何学的側面および処理戦略によって変わる可能性があることは明らかであろう。スロットルバルブを使用してもよい。

真空バッグ８を取り付けることができ、金型の外周に沿ってシーラントテープ６によってバッグを密封することができる。樹脂注入を開始する前に、例えば樹脂チャンネルをはじめとする全ての補助要素を適切に密封することができる。また、一旦、負圧が生じたら、漏れがなくこの負圧ができる限り維持されるように、太陽電池セルへの電気的コネクタまたは接続部および金型の突出部を適切に密封することができる。

次いで、真空を徐々に適用してもよい。０．６ｂａｒ（マノメータ圧力）に等しい負圧のレベルではじめて真空を適用してもよい。

その後、一例では、真空レベルを実質的に０．１ｂａｒ／ｍｉｎの割合で０．７ｂａｒの負圧が達成されるまで上昇させてもよい。次に、圧力が例えば２分間一定に保持され得る停止時間（ｄｗｅｌｌ ｐｅｒｉｏｄ）を使用してもよい。その後、バッグ中の圧力を以前と同じ割合で０．８ｂａｒの負圧までさらに減少させてもよい。ここでも、停止時間を導入してもよい。

同じ手順を続けて、再度、負圧を以前と同じ０．１ｂａｒ／ｍｉｎの割合で０．９ｂａｒまで上昇させてもよい。さらなる停止時間の後、最終的に真空に到達し得る。

他の例では、第１ステップにおける負圧は、前述の０．６ｂａｒの代わりにさらに高いレベル、例えば０．７または０．８ｂａｒに達する可能性がある。このレベルに達した後、停止時間を導入することができる。次いで、再度、負圧を０．０５ｂａｒ／ｍｉｎ〜０．１５ｂａｒ／ｍｉｎ、特に０．１ｂａｒ／ｍｉｎの割合で増加させることができる。任意に、さらなる停止時間を導入してもよい。

例えば、０．０５〜０．２ｂａｒ、任意に０．１ｂａｒ付近の増加の後に停止時間を導入してもよい。

発明者らは、真空を徐々に適用すると、太陽電池はさらにひび割れないことを見いだした。太陽電池セル、特にシリコン結晶電池は、非常に壊れやすい材料からなり、樹脂注入前にすでに微小亀裂を呈することが多い。いかなる理論にも拘束されないが、圧力の漸減によって、セルに、必要とされる変形に適応する時間が与えられると考えられる。変形速度が遅い場合、セルの変形能限界が高くなり、それらの破損が回避される。

亀裂は特に０．８または０．８５ｂａｒを超える急激な負圧で起こることが判明した。したがって好ましい実施例において、多段階法の第１ステップはこれらの値よりも低い負圧の限界を有する。その後、減圧率を例えば０．１ｂａｒ／ｍｉｎ以下に減少させ、場合によって停止時間を含んでもよい。

発明者らはさらに、繊維マットまたは生地の厚さ、および繊維マットまたは生地の層の数も影響を及ぼすことを見いだした。数例では、少なくとも６つの１６２ｇ／ｍ^２のガラス繊維の層を太陽電池セルの前面上に（すなわち、金型とセルとの間に）設ける。他の例では、３００ｇ／ｍ^２の４または５の層を使用することができる。繊維はある程度までセルを製造過程中の亀裂から保護する。繊維の層の数およびそれらの重量も、真空が充分徐々に適用される場合には少なくなり得る。

樹脂注入の間、真空を連続的にチェックすることができる。真空が比較的高速（例えば、１５分で０．０２ｂａｒ超）で失われる場合、真空を再度適用することができ、空気漏れをチェックし、適切に密封することができる。樹脂注入後、モジュールを例えばオーブン中で硬化させてもよい。

図３を参照して、太陽電池モジュールのさらなる例を説明することができる。

太陽電池モジュールは以下の方法で得ることができる：金型を提供し、先ず、離型剤を金型の内側に塗布する。離型剤の目的は、金型表面からのより容易な除去すなわち「離型」を可能にすることである。

次いで、２／２綾織（ｔｗｉｌｌ ２／２ ｗｅａｖｅ）の、アミノシランカップリング剤で処理した、あらかじめ裁断したガラス繊維織物の６つの層を金型中に入れることができる。ガラス繊維織物は１６２ｇ／ｍ^２の単位面積あたりの重量を有していてもよい。生地のこれらの６つの層は、最終的に太陽電池モジュールの前面を形成する。これらの層は、真空を適用する場合、および樹脂注入の間、太陽電池セルの一種の保護としての役割も果たす。

これらの繊維層の上に、太陽ＰＶセルを配置することができる。この場合、１列５個のセルを２列配置する。セルを次いで相互接続し、２つの出力端子をモジュールから「突き出す」ように配置する。

次いで、太陽電池セルの最上部に、さらなる繊維強化材層を配置してもよい。この特定の実施例では、１４の同じ組成のさらなる層を太陽電池セルの背面上に配置する。結果として得られるモジュール厚さはおよそ３ｍｍである。

その後、剥離層、樹脂供給チャンネル、樹脂入口バルブおよび真空点などを配置してもよい。次いで、シーリングテープおよび真空バッグを用いて金型を密封することができる。この目的のために、金型の縁には離型剤を付けないでおいてもよい。この特定の実施例では、厚さ５０ミクロン真空バッグを使用した。

モジュールの出力端子は繊維強化材層および真空バッグを通過しなければならない。これらの端子の出力は、気密性が保証されるように充分に密封されていなければならず、そうして最大真空値を達成できる。

前述の方法にしたがって、ＰＶセルの破損を回避するために、０ｂａｒ〜１ｂａｒの真空を徐々に適用する。

真空を適用しチェックしたら、樹脂および硬化剤を清浄な容器中および適切な混合速度で混合することができ、この具体的な実施例では以下のとおりであった：すなわち、ビスフェノールＡおよびビスフェノールＦエポキシ樹脂のジグリシジルエーテルと、硬化剤としての脂環式アミン触媒との１００／１７の割合の混合物。

その後、樹脂混合物の脱気をおこなってもよい。その後、樹脂注入を開始してもよい。注入が完了した後、凝固するまで部品を金型の内部で室温にて硬化させてもよく、その後、金型から取り出す。

金型から取り出したら、さらに硬化させるために部品を１１０℃のオーブン中に５時間導入してもよい。

結果として得られるモジュールを図３ａの写真で示す。この特定の実施例では、１０個の多結晶シリコン電池が各々５個のセルの２つのストリングすなわち２列に配置されている。セルは３個のバスバーを含み、１５６×１５６ｍｍの寸法を有する。結果として得られるモジュール寸法は約９３０×４７０×３ｍｍである。

すでに説明したように、真空を徐々に適用することができる。このように、ＰＶセルの損傷を回避することができる。これは、図３ｂに示すようなエレクトロルミネッセンス分析画像で確認することができる。

ＡＭ１．５および１０００Ｗ／ｍ^２の標準的条件下でのモジュールの電気性能を下表にまとめる。

ここで、Ｐは電力を指し、Ｉ_ｓｃは短絡電流を指し、Ｖ_ｏｃは開回路電圧を指し、Ｖ_ｍａｘは最大電力での電圧を指し、Ｉ_ｍａｘは最大電力での電流を指す。同じ頭字語および記号を以下のさらなる実施例で使用する。

機械的負荷下で起こり得る電気性能の劣化も、特定の太陽電池モジュールについて試験した。

モジュールを均一な機械的負荷下で試験した。３サイクルの２４００Ｐａ負荷を、前面と背面のそれぞれで、及び二者択一的に適用した。各サイクルの期間は１時間であった。この負荷下で測定した最大バックリングは２．２ｃｍであった。その後、５４００Ｐａ負荷を適用し、３．３ｃｍの最大バックリングを測定した。

機械的負荷試験後の電気性能を下表にまとめることができる：

上表からわかるように、電気性能は大きな影響を受けなかった。エレクトロルミネッセンス画像は、機械的負荷試験の後にセル損傷を示さなかった。

本明細書中で記載するモノリシック太陽電池モジュール、および本明細書中で説明する原理に従った製造は、ガラス板または金属フレームなどのさらなる強化材を必要とすることなく、機械的に充分機能する（すなわち、自立する）と結論づけることができる。モジュールはさらに電気的にも充分に機能する。

本明細書中で記載する方法で得られる太陽電池モジュールのさらなる例は、図４を参照して説明することができる。この例では、可撓性ＣＩＧＳセルの湾曲した複合モノモジュール（単一セルを有するモジュール）が提供される。

製造過程は概して、図３に関連して先に説明した過程と類似している。しかしながら、この例では、真空を徐々に適用しなかった。結晶シリコン電池と対照的に、ＣＩＧＳセルは非漸次真空適用に耐え得る。製造過程はしたがって短縮することができる。

太陽電池セルの背面で、１６２ｇ／ｍ^２の１４層のガラス繊維織物（綾織２／２）を配置し、一方、前面には同じ繊維を２層だけ配置した。ビスフェノールＡおよびビスフェノールＦのジグリシジルエーテルから構成されるエポキシ樹脂を使用し、研磨した表面仕上げを有する湾曲したアルミニウム金型を使用した。

モジュールの寸法（図４を参照）および電気性能を下表にまとめる。電気性能を１．５ＡＭスペクトルおよび１０００Ｗ／ｍ^２照射の標準的条件下で試験した。

ここで、ＦＦは充填因子を指し、Ｅｆｆ．はモジュール効率を指す。

さらなる試験のいくつかの結果を以下でまとめる。異なる数の繊維層および異なる単位面積あたりの重量のこれらの層を有するモノモジュールの様々な実施例を試験した。

概して図３を参照して記載された同じ手順にしたがって、結晶シリコン電池を封入した。すべての実施例におけるガラス繊維層は、アミノシラン剤および綾織２／２で処理したガラス繊維織物層であった。各実施例において、１６２ｇ／ｍ^２繊維の１４の層をセルの背面に配置し、全ての実施例で同じエポキシ樹脂を使用した。

実施例のそれぞれにおいて、異なる数の繊維層および異なる単位面積あたりの重量の繊維をセルの前面に配置する。異なる組成を下表にまとめる：

１．５ＡＭスペクトルおよび１０００Ｗ／ｍ^２照射の標準的条件下で電気性能を試験し、封入前後のセルの性能を比較した。

封入前後の電気性能は、すなわち、

これらの実施例すべてについて、モジュールは封入後、電気的に良好に機能することがわかる。繊維および樹脂の屈折率の一致は、したがって、太陽電池モジュールの非常に良好な性能を可能にする。

本開示の様々な態様を以下の付番した項目で記載する：

第１項 繊維強化複合材料中に封入された１つまたは複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールであって、前記太陽電池セルが照射される前面と背面とを有し、前記太陽電池セルの前記前面で、
前記繊維強化複合材料が実質的に透明な樹脂と実質的に透明な繊維とを含み、
前記樹脂および前記繊維の屈折率が実質的に同じである、太陽電池モジュール。

第２項 前記太陽電池セルの前記前面で、樹脂および繊維が低空隙率を達成するために選択される、第１項に記載の太陽電池モジュール。

第３項 前記太陽電池セルの前記前面で、前記繊維がガラス繊維である、第１項または第２項に記載の太陽電池モジュール。

第４項 前記太陽電池セルの前記前面について、前記ガラス繊維をシランカップリング剤で処理する、第３項に記載の太陽電池モジュール。

第５項 前記シランカップリング剤がアミノシランカップリング剤である、第４項に記載の太陽電池モジュール。

第６項 前記太陽電池セルの前記前面について、前記樹脂がエポキシ樹脂である、第１項〜第５項に記載の太陽電池モジュール。

第７項 前記太陽電池セルの前記前面について、前記エポキシ樹脂がビスフェノールＡおよびビスフェノールＦのジグリシジルエーテルから構成されるか、または脂肪族または脂環式エポキシ樹脂である、第６項に記載の太陽電池モジュール。

第８項 前記太陽電池モジュールの前記前面用の繊維強化複合材料が前記太陽電池モジュールの前記背面用の前記繊維強化複合材料とは異なる、第１項〜第７項のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

第９項 前記前面上の前記繊維が前記背面上の前記繊維とは異なり、前記樹脂が同じである、第８項に記載の太陽電池モジュール。

第１０項 前記太陽電池セルの前記前面上の前記樹脂がＵＶ耐性のための添加剤を含む、第１項〜第９項のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

第１１項 前記太陽電池セルが、結晶シリコン太陽電池セル、薄膜太陽電池セル、有機太陽電池セルおよび多機能太陽電池セルなどのうちの１つ以上である、第１項〜第１０項のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

第１２項 １つまたは複数の結晶シリコン太陽電池セルを含む太陽電池モジュールを製造する方法であって：
金型を提供し、
金型中に１つまたは複数の太陽電池セルを提供し、
電池の前面および電池の裏面の両方で金型中に強化繊維を提供し、
前記金型の空洞を取り囲むバッグを配置し密封して、前記バッグ中で真空を作りだし、および
作り出された真空のために前記金型に前記樹脂を注入することを含み、
前記バッグ中で真空を作り出すことが、真空を徐々に作り出すことを含む、前記方法。

第１３項 前記バッグ中で前記真空を作り出すことが、第１のレベルの負圧を比較的急速に生じさせ、前記第１のレベルの負圧を実質的に真空に達するまで徐々に増加させることを含む、第１２項に記載の方法。

第１４項 実質的に真空に達するまで前記第１のレベルの前記負圧を徐々に増加させることが、各増加後に停止時間を伴って１つまたは複数の増加で前記負圧を増加させることを含む、第１３項に記載の方法。

第１５項 前記負圧を各増加について０．２ｂａｒ／ｍｉｎ未満の割合で増加させる、第１４項に記載の方法。

第１６項 前記負圧を各増加について実質的に０．１ｂａｒ／ｍｉｎの割合で増加させる、第１４項に記載の方法。

第１７項 各増加が０．０５〜０．２ｂａｒであり、場合によって約０．１ｂａｒであってよい、第１４項〜第１６項のいずれかに記載の方法。

第１８項 前記第１のレベルが０．６〜０．８５ｂａｒ負圧、好ましくは０．６〜０．８ｂａｒ負圧である、第１３項〜第１７項のいずれかに記載の方法。

第１９項 前記樹脂を硬化させることをさらに含む、第１３項〜第１８項のいずれかに記載の方法。

第２０項 強化繊維を前記セルの前記前面上の前記金型中に提供することが、少なくとも４つの繊維の層を前記太陽電池セルの前記前面上に配置することを含む、第１３項〜第１９項のいずれかに記載の方法。

第２１項 第１２項〜第２０項のいずれかに記載の方法によって得ることができる太陽電池モジュール。

第２２項 第１２項〜第２０項のいずれかに記載の方法によって得られる第１項〜第１１項のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

数例のみを本明細書中で開示したが、他の代替、改変、使用および／または等価物が可能である。さらに、記載する例のあらゆる可能な組み合わせも対象とする。したがって、本開示の範囲は、特定の例によって限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲を正しく読むことによってのみ決定されるべきである。

Claims (8)

1. 繊維強化熱硬化性複合材料に埋め込まれた１つまたは複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールであって、前記太陽電池セルが照射される前面と、背面とを有し、前記太陽電池セルの前記前面で、
   前記繊維強化複合材料が、実質的に透明なエポキシ樹脂と、前記ガラス繊維に共有結合したアミノシランカップリング剤を有する実質的に透明なガラス繊維とを含み、
   前記樹脂および前記繊維の屈折率が、未硬化エポキシ樹脂とアミノシランカップリング剤との間の化学反応後に実質的に同じである、前記太陽電池モジュール。
2. 前記太陽電池セルの前記前面で、前記繊維がガラス繊維織物である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記太陽電池セルの前記前面について、前記エポキシ樹脂がビスフェノールＡおよびビスフェノールＦのジグリシジルエーテルから構成される、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記太陽電池セルの前記前面について、前記エポキシ樹脂が脂肪族または脂環式エポキシ樹脂である、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記太陽電池セルの前記前面用の前記繊維強化複合材料が、前記太陽電池セルの前記背面用の前記繊維強化複合材料とは異なる、請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
6. 前記前面上の前記繊維が前記背面上の前記繊維とは異なり、前記樹脂が同じである、請求項５に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記太陽電池セルの前記前面上の前記樹脂が、ＵＶ耐性のための添加剤を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
8. 前記太陽電池セルが、結晶シリコン太陽電池セル、薄膜太陽電池セル、有機太陽電池セルおよび多機能太陽電池セルまたはその他のうちの１つ以上である、請求項１〜７のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

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