JP2018523318A - 光起電力モジュールの背面接触用複合システム - Google Patents

Abstract

本発明は、導通トラック構造を有する金属ホイルと、前記金属ホイルに適用され、接着方法で前記金属ホイルに接続された少なくとも１つの電気絶縁及び安定化ポリマ層とからなる光起電力モジュールの背面接触用複合システムに関する。安定化ポリマ層の主な役割は、例えば、積層工程又は動作中の温度上昇が引き金となりせん断応力が生じる場合、構成された導電トラックが動かないように、構成された導電トラックを機械的に安定させることである。

Description

本発明は、導体トラック構造を有する金属ホイルと、その金属ホイルに適用され、接着接続される少なくとも一つの電気絶縁及び安定化ポリマ層とを含む光起電力モジュールの背面接触用複合システムに関する。

光起電力モジュール（ＰＶモジュール）では、熱膨張率および弾性係数のような熱力学特性が異なる材料（ガラス、セルシリコーン、金属、プラスチック層からなる埋め込み材料）が組み合わせられる。

通常、ＰＶモジュールは、個々のプラスチック層が、温度、圧力の影響下で結合される真空積層法で生産される。異なる材質の異なる熱力学特性はモジュール中にストレスを引き起こし、結果として個々の層間のせん断力となる。

背面接触型セルの場合には、広面積相互接続構造が、抵抗損を低減するので、セル同士の相互接続にしばしば使用される。例えば、いわゆる「導電性バックシート」が、例えば、欧州特許出願EP 2 810 539 A1又はEP 2 618 381 A1に開示されたように知られている。例えば、特許出願WO 2011 003969 A2は、キャリアーホイル、そのキャリアーホイルに適用される金属ホイル、及び、金属ホイルに適用され、セルと金属ホイル間の短絡を防ぐ絶縁層から構成されるＰＶモジュール用複合システムを開示する。良好な電気絶縁値に加えて、この絶縁層は、さらに、導電性粒子又はセルの金属化された背面の凸凹が、絶縁層を通って強制的に短絡が引き起こされることを防ぐ、機械的バリアとして機能しなければならない。

先行技術から知られるＰＶモジュールの欠点は、絶縁層またはキャリア層があれば、そこに用いるプラスチックの選択如何によっては、真空積層法での条件（特に温度上昇）がこれらの層を過度に柔らかくする可能性があることである。異なる熱膨張率に起因する層間に働く力は、金属層の導線経路が互い移動し、接触し、そのために、短絡を引き起こす可能性がある。更に、絶縁層は局所的にそのバリア特性を失う恐れがあり、導線経路とセルの背面との間の短絡を引き起こしかねない。

太陽電池モジュールにとって、例えば、建物が集積する地域ではその美観がますます重要となる。モジュールで最も重要な光学的特徴の一つが色である。したがって、セル間の正面から見える絶縁層又は導線経路を色付けできれば利点になる。

そこで、本発明の目的は、短絡を回避するように、金属層における導線経路のズレと絶縁層のバリア機能の損失を防ぐ、ＰＶモジュールの背面接触用複合システムを提案することである。更に別の目的は、所望の連続的色付けの必要条件を満たし、絶縁層と導線経路に色の相違がなくなるようＰＶモジュールを生産することを可能にすることである。

先行技術の問題を解決する為、本発明はＰＶモジュールの製造中に接触用の特別な複合システムを提案する。

本願による光起電力モジュールの背面接触用複合システムは、導線経路構造を有する金属ホイルと、金属ホイルに適用され接着接合された少なくとも一つの電気絶縁と安定化ポリマ層を含む。安定化ポリマ層の主な目的は、構造化された導線経路を機械的に安定させ、例えば温度上昇により、積層工程中又は動作中に、せん断応力が発生しても、構造化された導線経路のズレを防ぐものである。

本発明によれば、複合システムは、少なくとも二つのポリマ層からなるポリマ複合物をさらに含むことが好ましい。このポリマ複合物は、一方では、封止性を持ち、即ち、光起電力セルへ接着結合を形成する。さらに、ポリマ複合物はバリア機能を有し、複合システムの電気絶縁を可能にする。

好ましい実施形態（ボトムアップ・システム、図１）において、安定化ポリマ層は、金属ホイル（導体層）（下部）の後部に設けられ、更なるポリマ複合物（上部）で補足され、これは導体層とセルの間に設けられ、セル同士を封止層により接着接合し、導体層とセルの間の電気絶縁を確保し、またバリア層により、導電性粒子又はセルの導電背面の凹凸が押されるのを防ぐ機械的バリア機能を確保する。具体的には、このバリア機能は、メタルラップスルー（ＭＷＴ）セルの凸凹な背面には有用である。

さらに好ましい実施形態（アップシステム、図２）では、安定化ポリマ層はポリマ複合物の一部であり、金属ホイルに直接貼り付けられる。導線経路の安定化に加えて、ポリマ複合物はさらに、セルに対する電気絶縁を確保し、バリア機能を提供する。

ポリマ複合物の電気絶縁ポリマ層の主な役割は、温度影響に対して、構造化された導線経路を機械的に保護することである。

この目的に使用されたポリマ層の流動作用および熱特性は、ＰＶモジュールの製造中又は動作中の温度変化においても導線経路の機械的安定性を確保し、短絡を回避するために、機械的バリア機能の局所的な損失を防ぐ。

セル端子と導線経路の間の電気的接続は、この目的のために、対応するポリマ複合物にある開口部と、その開口部に適用された接合手段によって確保される。

開口部は、熱機械処理、化学的、又は、レーザー加工により形成される。これによって、ポリマ複合物が製造工程に確実に適合されなければならない。

さらに、複合システムの異なる構成要素が、例えば、カプセル化、ガラス、導電性接着剤、はんだ、及び、太陽電池のような、異なるモジュール材料に適合することが重要である。さらに、これらの構成要素は、モジュールの全長期安定性の必要条件を満たすものがよい。

機械的安定化に使用され、及び／又は、機械的バリア機能を確保するポリマ層は、積層中または動作中に生じる温度で過度に柔らかくなってはいけない。このように、ポリマ層は、積層温度範囲外の軟化温度を持つ。この積層温度範囲外のガラス転移温度をもつポリマは特に有用である。更に、ポリマによっては、その水分が可塑剤として働くので、吸水は可能なかぎり低いほうがよい。

機械的安定化又は機械的バリアとして使用される安定化ポリマ層は、ポリエステル類、ポリアミド類、ポリイミド類、酢酸セルロース類、ポリオキシメチレン類、ポリ塩化ビニル類、ポリスチレン、ポリエーテルケトン類、ポリエポキシド類、ポリアクリレート類、ポリアクリロニトリル類、ポリウレタン類、及び、それらのハロゲン化誘導体又は修飾されたポリマの少なくとも一つのポリマからなる。

バリアとして機能できる他の任意のポリマ層は、修飾されたポリシロキサン類、エポキシ樹脂類、ポリカーボネート類、ポリアミド類、ポリアクリレート類、ポリアクリロニトリル類、ポリメチルメタクリレート類、又は、ポリエステル類、それらのハロゲン化誘導体及び修飾されたポリマの少なくとも一つのポリマからなるのが好ましい。

封止層として使用されるさらなるポリマ層は、ポリエチレン酢酸ビニル類、ポリビニルブチラール類、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル類、又は、熱可塑性のポリオレフィン類、それらの誘導体又は修飾されたポリマの少なくとも一つのポリマからなるのが好ましい。

好ましい実施形態では、封止ポリマ層の軟化温度は、１５０℃より高く、５０℃から１５０℃の間、好ましくは５０℃から１２０℃の間ではガラス転移はなく、また、封止ポリマ層の弾性部分は、５０℃から１５０℃までの温度範囲では、プラスチック含有量より大きい。

本発明によれば、好ましくは金属ホイルに直接接触するポリマ層が接着層として形成され、好ましくは架橋可能であり、５０℃から１５０℃の間にガラス転移温度がないことが好ましい。

本発明の有利な実施形態では、ポリマ層は接着層として形成され、エポキシ樹脂類、ポリアクリレート類、修飾されたポリシロキサン類、ポリビニルブチラール類、又は、架橋ポリエチレン酢酸ビニル類、ポリエポキシド類又はポリウレタン類の少なくとも一つのポリマを含む。

金属ホイルは、好ましくは銅で作られる。さらに、アルミニウム、錫若しくは錫合金、又は、メッキされた錫ホイル若しくは銀を使用することも可能である。さらに有利な実施形態では、金属ホイルの厚さは、少なくとも５μｍ、好ましくは、５−６０μｍ、特に好ましくは、１０−４０μｍである。

本発明の第１実施形態（ボトム・アップ）によるホイルシステムの典型的な構造を図１に示す。ここで、図１ａは、金属ホイルの色付けを施した典型的な構造を示し、図１ｂはプラスチックホイルが色付けされている構造を示す。

このようにして、安定化ポリマ層（ボトム）は導線経路構造の機械的安定化のために使用される。導線経路へのポリマ層の接合は、接合手段により実現される。接合手段は、好ましくは接着剤である。

使用される接着剤は架橋可能な接着剤で、結果として、ホイルシステムに機械的強度与えます。機械的安定化及び温度活性化接合手段は、積層工程中に発生するせん断応力によって引き起こされるホイルシステムの変形を防ぎ、それにより導線経路間の互いの相対的なズレ防ぐ。このようにして、本発明は、そのようなズレに起因する短絡を防ぐことができる。

本発明に従った接着層は、好ましくは、エポキシ樹脂類、ポリアクリル類、修飾されたポリシロキサン類、ポリビニルブチラール類、又は、架橋ポリエチレン酢酸ビニル類、ポリエポキシド類、又は、ポリウレタン類の少なくとも一つのポリマからなる。

提案する複合システムの別の利点は、色付けできることであり、それにより、セル間のスペースにおいて正面から目視できる絶縁層又は導線経路はモジュールの色と目立たないことである。色付けは、導体トラックに適用するか、絶縁層及び機械的バリア（上部）の働きをするポリマ層合成物に取り入れることができる。色付けは、積層、スパッタリング、蒸発、ゾルゲル法、印刷、エナメル加工、又は、スプレーによってなされる。

導線経路を色付けする時、ポリママトリクス（好ましくは、一つのポリママトリクス）が使用され、それらはさらにバリア又は電気絶縁層の役割を果たす。無機顔料はカラーの主成分のうちの一つで、通常は、ポリママトリクスに埋め込まれるか、ポリママトリクスに塗布される。

前述の導線経路の色付けは、さらに、電気絶縁及び／又は機械的バリアとしての付加的な作用というさらなる利点がある。

本ボトムアップ複合システムは、安定化機能（下部）と機械的バリア（上部）の分離を可能にし、そのため複合システムは二つ構成部に分けて製造できる。この機能分離により、本発明による複合システムの製造における柔軟性が高まる。したがって、さらに有利な実施形態では、安定化ポリマ層及びバリア可能ポリマ層は、二つの独立したホイル複合物にそれぞれ設けられる。

本発明は、このように、さらに光起電力モジュールの背面接触用複合システムを生産するプロセス過程を含み、ここで、個々のホイル複合物の生産は別々に行なわれる。

本発明による複合システムの別の利点は、ＰＶモジュールの生産におけるものである。すなわち、背面接触によるソーラーモジュールの製造中の金属ポリマ層複合システムのカーリングが、モジュール製造工程におけるセルの挿入を困難にすることは知られている。この現象は、ポリマ層と導線経路間で膨張率が異なることと関連する。本発明の複合システムでは、この不利な作用は回避される。

さらに好ましい実施形態（アップシステム）では、導線経路の安定化機能、セルと導線経路間の電気絶縁及び機械的バリア機能は、導体層に接着接合されるポリマ複合物で組み合わされ、積層中にセルの背面と接着接続を形成する。

二つの典型的な実施形態が図２に示され、図２ａ及び２ｂは、二重ホイル複合物を表し、図２ｃ及び２ｄは、三重ホイル複合物を示す。

二重ホイル複合物の場合は、ポリマ複合物は、二つの異なるポリマ層及び一つの接着層からなる。三重ホイル複合物は、少なくとも二つの異なるポリマ層からなる。

図２ａ及び２ｂによる二重ホイル複合物では、導線経路の直上に配置されたポリマ層は、機械的バリア機能を備えた機械的安定化の電気絶縁層として設計される。金属ホイル上のこれらのポリマ層の接合は、接合手段によってなされる。接合手段は、接着剤が好ましい。

ここで使用される接着剤は、架橋可能な接着剤で、ポリマ複合物及び導体層からなるホイルシステムに機械的強度を与える。本発明による接着層は、好ましくは、エポキシ樹脂類、ポリアクリレート類、修飾されたポリシロキサン類、ポリビニルブチラール類、又は、架橋ポリエチレン酢酸ビニル類、ポリエポキシド類、又は、ポリウレタン類の少なくとも一つのポリマからなる。

セルに向けて配置されたポリマ層は、接着層として形成され、積層中にホイルシステムをセルに接続する。

絶縁、機械的安定化及び機械的バリア形成の役割するポリマ層は、軟化温度、特に有利には、積層温度範囲外のガラス転移温度を持ち、最適には、水分を吸収しない。好ましくは、ポリエステル類、ポリアミド類、ポリイミド類、酢酸セルロース類、ポリオキシメチレン類、ポリ塩化ビニル類、ポリスチレン、ポリエーテルケトン類、ポリエポキシド類、ポリアクリレート類、ポリアクリロニトリル類、ポリウレタン類、及び、それらのハロゲン化誘導体又は修飾されたポリマの少なくとも一つのポリマからなる。

図２ｃ及び２ｄに示す三重ホイル複合物では、安定化ポリマ層は、接着ポリマにより、モジュール製造の真空積層プロセス中にその安定化特性が維持されるよう、動粘性係数、損失弾性率、貯蔵弾性率、ガラス転移温度のようなレオロジー特性が特に厳選された導体層と接合される。（接着性ポリマは、ポリエチレン酢酸ビニル類、ポリビニルブチラール類、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル類、又は、熱可塑性のポリオレフィン、これらの誘導体又は修飾されたポリマの少なくとも一つのポリマからなる。）

さらに、二重ホイル及び三重ホイル複合物は、特に、カプセル化、ガラス、導電性接着、及び、太陽電池と、特に化学的に適合性を有するべきである。加えて、ポリマ層は、ソーラーモジュールの長期間安定性の要件を満たさなければならない。特に、温度変化中のセルの背面及び／又は接点へのストレスは考慮されるべきである。

第二実施形態では、さらに、ポリマ層に色付けすることが可能である。しかし、これは背面接触型太陽電池の製造工程に適合するものでなくてはならない。

１ 安定化ポリマ層（ポリエステル類、ポリアミド類、ポリイミド類、酢酸セルロース類、ポリオキシメチレン類、ポリ塩化ビニル類、ポリスチレン、ポリエーテルケトン類、ポリエポキシド類、ポリアクリレート類、ポリアクリロニトリル類、ポリウレタン類、及び、それらのハロゲン化誘導体、修飾されたポリマ）
２ 接着層（エポキシ樹脂類、ポリアクレラート類、修飾されたポリシロキサン類、ポリビニルブチラール類、架橋ポリエチレン酢酸ビニル類、ポリエポキシド類、ポリウレタン類）
３ ポリマ層（ポリアクリレート類、修飾されたポリシロキサン類、エポキシ樹脂類、ポリカーボネート類、ポリアミド類、ポリアクリレート類、ポリアクリロニトリル類、ポリメチルメタクリレート類、ポリエステル類、及び、それらのハロゲン化誘導体、修飾されたポリマ）
４ ポリマ層（ポリエチレン酢酸ビニル類、ポリビニルブチラール類、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル類、熱可塑性のポリオレフィン類、又は、それらの誘導体、修飾されたポリマ）
１０ 金属ホイル（Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ｓｎ）
１１ 色付け
２０ 光起電力セル

Claims (11)

1. 導体トラック構造を有する金属ホイルと、
   前記金属ホイルに適用され、それに接着接合された、少なくとも１つの電気絶縁及び安定化ポリマ層と、
   少なくとも２つの異なるポリマ層から構成されるポリマ複合物とを備え、
   前記安定化ポリマ層は、ポリエステル類、ポリアミド類、ポリイミド類、酢酸セルロース類、ポリオキシメチレン類、ポリ塩化ビニル類、ポリスチレン、ポリエーテルケトン類、ポリエポキシド類、ポリアクリレート類、ポリアクリロニトリル類、ポリウレタン類、及び、それらのハロゲン化誘導体又は修飾されたポリマの少なくとも１つのポリマからなり、
   封止ポリマ層は、ポリエチレン酢酸ビニル類、ポリビニルブチラール類、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル類、又は、熱可塑性ポリオレフィン類、それらの誘導体又は修飾されたポリマの少なくとも１つのポリマからなり、
   前記金属ホイルに直接接触するポリマ層は、接着層として形成され、架橋可能で、ガラス転移温度が５０℃と１５０℃の範囲に無いこと
   を備える光起電力モジュールの背面接触用複合システム。
2. 前記安定化ポリマ層は、前記金属ホイルの裏側に配置され、少なくとも３つのポリマ層を備える前記ポリマ複合物は、前記金属ホイルに適用されたこと
   を特徴とする請求項１に記載の光起電力モジュールの背面接触用複合システム。
3. 前記安定化ポリマ層は、前記ポリマ複合物の一部であり、前記金属ホイルの上に直接適用され、同時に、熱機械的バリアを構成すること
   を特徴とする請求項１に記載の光起電力モジュールの背面接触用複合システム。
4. バリアを含むポリマ層は、ポリアクリレート類、修飾されたポリシロキサン類、エポキシ樹脂類、ポリカーボネート類、ポリアミド類、ポリアクリレート類、ポリアクリロニトリル類、ポリメチルメタクリレート類、又は、ポリエステル類、それらのハロゲン化誘導体及び修飾されたポリマの少なくとも１つのポリマからなること
   を特徴とするいずれか１つの前記請求項に記載の光起電力モジュールの背面接触用複合システム。
5. 前記封止ポリマ層は、軟化温度が１５０℃より高く、前記封止ポリマ層は、５０℃から１５０℃の間はガラス転移せず、好ましくは、５０℃から１２０℃の間はガラス転移せず、
   前記封止ポリマ層の弾性部分は、５０℃から１５０℃の温度範囲において、プラスチック部分より大きいこと
   を特徴とするいずれか１つの前記請求項に記載の光起電力モジュールの背面接触用複合システム。
6. 前記接着層は、エポキシ樹脂類、ポリアクリレート類、修飾されたポリシロキサン類、ポリビニルブチラール類、又は、架橋ポリエチレン酢酸ビニル類、ポリエポキシド類又はポリウレタン類の少なくとも一つのポリマを含むこと
   を特徴とするいずれか１つの前記請求項に記載の光起電力モジュールの背面接触用複合システム。
7. 前記複合システムは、ポリママトリクスの内側又は上方に無機顔料の１つの層を含むこと
   を特徴とするいずれか１つの前記請求項に記載の光起電力モジュールの背面接触用複合システム。
8. 前記金属ホイルは、銅、アルミニウム若しくは銀、又は、錫若しくは錫合金、又は、メッキされた錫ホイルにより構成されること
   を特徴とするいずれか１つの前記請求項に記載の光起電力モジュールの背面接触用複合システム。
9. 前記金属ホイルは、５μｍを超え、好ましくは、５−６０μｍ、さらに好ましくは、１０−４０μｍの厚さを持つこと
   を特徴とするいずれか１つの前記請求項に記載の光起電力モジュールの背面接触用複合システム。
10. 前記安定化ポリマ層及び前記バリア可能ポリマ層は、２つの独立したホイル複合物に設けられたこと
    を特徴とする請求項１−２及び請求項４−９のいずれか１つに記載の光起電力モジュールの背面接触用複合システム。
11. 個々の前記ホイル複合物の生産は、別々に行われること
    を特徴とする請求項１０に記載の複合システムを生産する方法。

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