JP2019501540A - 光起電力ストリング及びモジュール用の相互接続方法 - Google Patents

Abstract

光起電力（ＰＶ）モジュールは、前部層、後部層、及び、前部層と後部層との間に積層されＰＶセル・セグメントに接続された一連のストリングを含んでいる。それぞれのＰＶセル・セグメントは、正面電極を含む前面、及び背面電極を含む後面を有する。隣接するＰＶセル・セグメントは、一方の隣接ＰＶセル・セグメントの正面電極が他方の隣接ＰＶセル・セグメントの背面電極の下に配置され背面電極に直接に接することでの重なり量によって重なる。少なくとも一つの接着片は、一対の隣接したＰＶセル・セグメントの底面に取り付けられている。

Description

関連出願への相互参照
この出願は、２０１５年１２月３０日に出願された、米国仮特許出願番号６２／２７２，９５０号への優先権を要求し、それはその全体が参照によってここに組み込まれる。

本開示は、一般的に、光起電力（ＰＶ）モジュールに関し、より具体的には、ＰＶモジュールで使用するためシングルされたＰＶセルのストリングを生産するための、進化した相互接続システム及び方法に関する。

いくつかの既知の光起電力（ＰＶ）ストリング（strings）は、フルサイズのＰＶセルから切り取られたＰＶセル・セグメントを使用してセルをシングルすること（shingling：葺くこと）によって組み立てられている。シングルされたセル（shingled cells：葺かれたセル）のストリングを使用してＰＶモジュールを組み立てることは、銀のバスバーに銅のリボンを使用してフルサイズのセルが接合された従来の太陽電池モジュールと比較して、電気及び光の損失を減少する。図１は、シングルされたセルのストリング（string：一続きのもの）を生産するための典型的な配置１０の側面図である。ＰＶセル・セグメント２０は、ＰＶセル・セグメント３０の上に位置決めされる。ＰＶセル・セグメント２０は、ＰＶセル・セグメント３０の正面電極５０に沿って配列される背面電極４０を有する。導電性の接着剤（ＥＣＡ）６０が電極４０と電極５０との間に配置される。いくつかのシステムでは、ソルダペーストがＥＣＡ６０の代わりに使用される。ここで使用されるように、用語「ＥＣＡ」は、導電性接着剤、はんだ、ソルダペースト、導電性テープ、並びに、ＰＶセル・セグメントの電極を電気的及び機械的に接続するのに使用される他の任意の材料を含んでいる。ＰＶセル・セグメント２０とＰＶセル・セグメント３０との間の実効抵抗は、電極４０とＥＣＡ６０との間の接触抵抗、ＥＣＡ６０のバルク抵抗、及び電極５０とＥＣＡとの間の接触抵抗の合計である。シングルされたＰＶセルを使用して組み立てられた既知のＰＶストリングはすべて、セル間に電気的接触及び機械的取り付けを提供するために、シングルされたセル間にある種の異物（例えばＥＣＡ）を含んでいる。

ＥＣＡと共にセルをシングルすることは、パラメータを分配することに関して非常に厳しいコントロールを要求する。僅かなズレは、セグメントの短絡を可能にし、短絡セグメントのため電力の全損失に帰着する。さらに、特定のＥＣＡの特性は、典型的に、２つのＰＶセル・セグメント間の重なり寸法を制約する。例えば、硬化されるＥＣＡの横せん断、及び接点間から出てくるＥＣＡの量は、ＥＣＡによって接続する２つのセル間のある最小の重なりを要求する。セル間の重なりを減じることは、モジュール出力を改善し、セルからモジュール（ＣＴＭ）への損失を低減する。配置１０の例では、接点４０、５０は、約１．０ミリメートル（ｍｍ）幅である。接点４０、５０の両側における隙間７０は、ＥＣＡ６０のために必要である。隙間７０は、それぞれ約０．２５ｍｍの幅であり、約１．５ｍｍの全重なり部８０に帰着する。よって、配置１０では、１．５ｍｍの幅でありセグメントの全幅に渡るセグメント３０のセクションは、セグメント２０によってカバーされ、日光を受け取れず、電気を生産しない。

さらに、据え付けられたＰＶモジュールは、太陽、風、雪、雨、氷などにさらされる。ＰＶモジュールは、温度変化、機械的な荷重及び非荷重、異物衝突、並びに、現場で生成される他のストレス、の結果として生じるサイクルに耐えるように設計される必要がある。具体的には、ＰＶモジュールは、作用するストレスを吸収し、セル間あるいはＰＶセル・セグメント間の電気伝導率を維持する必要がある。ＥＣＡの経年変化は、あまりよく研究された分野ではないので、ＥＣＡが適切な接続及び導電率を維持可能か否かは、不明確である。

この背景技術欄は、以下に記述され及び／又はクレームされる、本開示の種々の態様に関連するかもしれない技術の種々の態様を読み手に紹介することを意図している。ここの論述は、本開示の種々の態様のより良い理解を容易にするように、背景技術情報を読み手に提供する点において役立つと信じている。したがって、本欄の記述は、この観点から読まれるべきであり、従来技術の自認としてではないということを理解されるべきである。

本開示の一つの態様によれば、光起電力（ＰＶ）モジュールは、前部層、後部層、及び前部層と後部層との間に積層されたＰＶセル・セグメントに接続された一連のストリングを含んでいる。それぞれのＰＶセル・セグメントは、正面電極を含む前面、及び背面電極を含む後面を有する。隣接するＰＶセル・セグメントは、一方の隣接ＰＶセル・セグメントの正面電極が他方の隣接ＰＶセル・セグメントの背面電極の下に配置され背面電極に直接に接することでの重なり量によって重なっている。少なくとも一つの接着片は、一対の隣接したＰＶセル・セグメントの底面に取り付けられている。

本開示の別の態様は、ＰＶセル・セグメントの光起電力（ＰＶ）ストリングを作製する方法である。それぞれのＰＶセル・セグメントは、正面電極を有する前面、及び背面電極を有する後面を有する。この方法は、第１ＰＶセル・セグメントを位置決めすること、及び、第１ＰＶセル・セグメントの一部を重ならせて第２ＰＶセル・セグメントを位置決めすることを含んでいる。第２ＰＶセル・セグメントは、第１及び第２のＰＶセル・セグメントの一方の正面電極が第１及び第２のＰＶセル・セグメントの他方の背面電極と直接に接触するように、位置決めされる。第１接着片は、第１及び第２のＰＶセル・セグメントの後面を横切って貼付される。

様々な改良は、上述の態様に関して留意された特徴に存在する。さらなる特徴もまた、上述の態様に同様に組み込まれてもよい。これらの改良及び追加の特徴は、個々にあるいは任意の組み合わせにおいて存在するかもしれない。例えば、以下に論述する、図示したいずれの実施形態に関する様々な特徴は、上述の態様のいずれにも、単独であるいは任意の組み合わせにおいて組み込まれてもよい。

図１は、シングルされたＰＶセル・セグメントのストリングを生産するために使用される従来技術の配置における側面図である。 図２は光起電力（ＰＶ）モジュールの一例の斜視図 図３は、図１に示されるＰＶモジュールの横断面図である。 図４は、ＰＶセル・セグメントの生産用のＰＶセルの平面図である。 図５は、図４に示されるＰＶセルの個片化後の平面図である。 図６は、シングルされたＰＶセル・ストリングへＰＶセル・セグメントを組み立てる過程を示す図である。 図７は、ストリングに直接接続された２つのＰＶセル・セグメントの側面図である。 図８は、ＰＶセル・セグメントの組み立てられたＰＶセル・ストリングの平面図である。 図９は、図８に示すＰＶセル・ストリングの底面図である。 図１０は、図８及び図９に示すＰＶセル・ストリングへ組み立てられた別のＰＶセル・ストリングにおける底面図である。 図１１は、ＰＶセル・セグメントをＰＶセル・ストリングへひと続きにするための機構の側面図である。 図１２は、図１１に示される機構において、ＰＶセル・セグメントのストリングの生産中に記録されたエレクトロルミネセンス（ＥＬ）画像である。 図１３は、図１１に示される機構において、ＰＶセル・セグメントのストリングの生産中に記録されたエレクトロルミネセンス（ＥＬ）画像である。 図１４は、ＥＣＡ無でＰＶモジュールを組み立てる方法のフローチャートである。 図１５は、ＥＣＡの無いＰＶセル・セグメントのストリングの検査パネルのＥＬ画像である。 図１６は、図１５に示すパネルに関するＩＶカーブのグラフである。 図１７は、温度と重なりとの関数としてのＰＶセル・セグメントのストリングのパネルにおける正規化された抵抗のグラフである。 図１８は、ＥＣＡの無いＰＶセル・セグメントのストリングのパネルの、検査前、及び５４００Ｐａの荷重検査後におけるＥＬ画像を含んでいる。 図１９は、ＥＣＡの無いシングルされ面取りされたＰＶセル・セグメントを使用したＰＶモジュールに関して日射量の関数としての出力電流のグラフである。 図２０は、ＥＣＡの無いシングルされた長方形のＰＶセル・セグメントを使用したＰＶモジュールに関して日射量の関数としての出力電流のグラフである。 図２１は、ＥＣＡの無いＨＪＴ ＰＶセル・セグメントのストリングの検査パネルのＥＬ画像である。 図２２は、図２１に示すパネルに関するＩＶカーブのグラフである。 図２３は、電極間にＥＣＡの無い、ともにシングルされた４１個のＰＶセル・セグメントで構成された柔軟なＰＶ積層体である。 図２４は、アーチ形状に偏向された図２３に示す積層体の画像である。 図２５は、図２４に示す偏向された積層体のＥＬ画像である。

対応する参照文字は、各図面の全体を通して対応する部品を示している。

最初に図２及び図３を参照して、その全体を１００で示された光起電力（ＰＶ）モジュールの一つの実施形態が示されている。ＰＶモジュール１００の斜視図が図２に示されている。図３は、図２に示されたＡ−Ａ線におけるＰＶモジュール１００の横断面図である。ＰＶモジュール１００は、積層体１０２、及び積層体１０２を囲むフレーム１０４を含んでいる。

積層体１０２は、トッププレート１０６（日光受入側面とも呼ばれる）及び底面１０８（図３に示される）を含んでいる。エッジ１１０は、トッププレート１０６と底面１０８との間で延在する。この実施形態では、積層体１０２は、長方形形状である。他の実施形態では、積層体１０２は、任意の適切な形状であってもよい。積層体１０２は、幅Ｗ１及び長さＬ１を有する。

図３に示すように、積層体１０２は、いくつかの層１１８を含む積層構造を有する。層１１８は、例えば、ガラス層、封止材、非反射層、電気接続層、ｎ型シリコン層、ｐ型シリコン層、及び／又は、バッキング層を含んでもよい。層１１８の一つもしくは複数は、また、ＰＶセルのストリング（図２及び図３には示されていない）を含んでもよい。例示の実施形態では、積層体１０２（トッププレート１０６から底面１０８まで）は、ガラス層（前部層とも呼ばれる）、前部側封止材層、ＰＶセル・ストリング層（これらはまた封止材を含んでいる）、裏側封止材層、及び、バックシート層あるいはガラス層（後部層とも呼ばれる）を含んでいる。他の実施形態では、積層体１０２は、一つを含み、より多くのあるいはより少ない層１１８を有してもよいし、異なる層１１８を有してもよいし、及び／又は異なるタイプの層１１８を有してもよい。さらに、前部層及び後部層は、例えばプラスチック、別の積層体、フィルムなどのような、ガラス以外の材料であってもよい。

積層体１０２内のＰＶセルの各ストリングは、直列に接続された多数のＰＶセルを含んでいる。例示の実施形態では、ＰＶセルの各ストリングは、直列に接続した多数のＰＶセル・セグメントを含んでいる。積層体１０２内のＰＶセルのストリングは、所望の出力電圧及び電流を生産するために、直列に、並列に、あるいは直列と並列接続との組み合わせにおいて、互いに電気的に接続されている。多数のＰＶセル・ストリングを有する実施形態では、ＰＶセル・ストリングは、典型的に、接続箱内で互いに連結される。あるいはまた、ＰＶセル・ストリングは、積層体１０２内でともに連結されてもよい。

図３に示すように、フレーム１０４は、積層体１０２を囲む。図２に最もよく示されるように、フレーム１０４は、積層体１０２に連結される。フレーム１０４は、積層体１０２のエッジ１１０を保護するのを助け、ＰＶモジュール１００に追加の剛性を提供する。この実施形態では、フレーム１０４は、４つのフレーム部材１２０で組み立てられている。他の実施形態では、フレーム１０４は、より多くの、あるいはより少ないフレーム部材１２０を含んでもよい。例示のフレーム１０４は、積層体１０２から間をあけた外側表面１３０、及び積層体１０２に隣接する内側表面１３２を含んでいる。外側表面１３０は、内側表面１３２から間をあけて配置され、そして実質的に内側表面１３２に平行である。例示の実施形態では、フレーム１０４は、アルミニウムで作られている。より詳しくは、いくつかの実施形態では、フレーム１０４は、６０００シリーズの陽極酸化アルミニウムで作られている。他の実施形態では、フレーム１０４は、例えば、丸められた、あるいは型押しされたステンレス鋼、プラスチック、あるいは炭素繊維を含む、十分な剛性を提供する他の適切な材料で作られてもよい。

図４は、ＰＶセル・セグメントの生産用の例示のＰＶセル２００の平面図である。ＰＶセル２００は、シリコン基板２０４のトッププレートに配置されたバスバー２０２を含んでいる。バスバー２０２は、時々、正面電極と呼ばれる。シリコン基板の後面（図示せず）は、一つ以上の背面電極を含んでいる。シリコン基板２０４は、単結晶のシリコン基板あるいは多結晶の基板であってもよい。ＰＶセル２００は、バスバー２０２に実質的に垂直で、シリコン基板２０４に配置されたフィンガー（図示せず）を含む。ＰＶセル２００は、ＰＶセル２００がＰＶセル・セグメントへ分離されるところの３つのカットライン２０６を有する。基板２０４に配置されたフィンガーは、カットライン２０６を越えて延在しない。あるいはまた、フィンガーは、一つ以上のカットライン２０６を越えて延在する。４つのバスバー２０２及び３つのカットライン２０６により、図示のＰＶセル２００は、４つのＰＶセル・セグメントへの個片化（singulation）のために構成されている。あるいはまた、ＰＶセル２００は、より多くのあるいはより少ないＰＶセル・セグメントへの個片化のために構成されてもよい。例えば、様々な実施形態では、ＰＶセル２００は、２つのＰＶセル・セグメント、３つのＰＶセル・セグメント、あるいは６つのＰＶセル・セグメントへの個片化のために構成される。

図５は、個片化後のＰＶセル２００の平面図である。ＰＶセル２００は、カットライン２０６で４つのＰＶセル・セグメント２０８（時々、セルと呼ばれる）へ分離されている。ＰＶセル２００は、のこぎりあるいはレーザーカッターのようなものによりカットラインで切断することによって、カットラインでエッチングあるいは切除してエッチングで基板２０４を折ることによって、又は、基板２０４を分割する他の適切な方法によって、ＰＶセル・セグメント２０８へ分離されてもよい。ＰＶセル２００のシリコン基板２０４は、偽四角形状（pseudo-square shape）を有することから、ＰＶセル２００の外側のエッジからの２つのＰＶセル・セグメント２０８は、面取りされたセグメント２１０である。ＰＶセル２００の内部部分から個片化された（singulated）ＰＶセル・セグメント２０８は、長方形のセグメント２１２である。

図６は、ＰＶセル・セグメント２０８を、シングルされたＰＶセル・ストリング３００へ組み立てるプロセスの図である。ＰＶセル・セグメント２０８は、下部ＰＶセル・セグメント２０８の上に位置決めされたＰＶセル・セグメント２０８の背面電極（図６には示されない）と直接に接触する下部ＰＶセル・セグメント２０８の正面電極（つまりバスバー２０２）で重なる。ここで使用される、直接接点、直接接続、直接に接触する、直接に接続する、などは、接点での、部品間に異物なしで２つの部品（電極のようなもの）間における物理的な接触を説明するものである。ＰＶセル・セグメント２０８を互いに機械的に及び／又は電気的に接続するために、導電性の接着剤（ＥＣＡ）あるいは異物は、使用されない。隣接したＰＶセル・セグメント間の重なりは、０．００１ｍｍと１５６ｍｍとの間にある。

図７は、ＰＶセル・ストリング３００のような、ストリング（ひと続きになったもの）における２つのＰＶセル・セグメント２０８の側面図である。上部ＰＶセル・セグメント４０２の背面電極４００は、下部ＰＶセル・セグメント４０４の正面電極バスバー２０２と、それらの間にいずれのＥＣＡもなく直接に接触する。絶縁性の接着片４０６は、ＰＶ積層体への積層前及び積層中に上部及び下部のＰＶセル・セグメント４０２，４０４を共に保持するため、上部及び下部のＰＶセル・セグメント４０２，４０４の背面側に取り付けられる。図７では、一つのみの接着片４０６が示されるが、典型的に、２つ以上の接着片４０６が、２つのシングルされた各ＰＶセル・セグメント２０８間に取り付けられる。接着片４０６は、接着テープあるいは接着剤シートのような、接着剤の任意の適切な絶縁性の一片（strip）である。いくつかの実施形態では、接着片４０６は、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）テープのような、シリコン接着剤を有するポリイミドフィルムから作られたテープである。いくつかの実施形態では、接着片４０６は、ＰＥＴあるいはセルロース系接着テープから作製される。

より少数の好ましい実施形態では、シングルされたセルを有するモジュールは、接着片４０２を使用せず製造される。積層されたＰＶモジュールでは、しかしながら、封止材（ＥＶＡ、ＰＶＢ、ＴＰＵ、ポリオレフィン、シリコーン、ＥＰＤＭ、及びアイオノマーのような）は、温度変化と共にＰＶセル・セグメントを超えて著しく拡張及び収縮することができる。このことは、時間と共にＰＶセル・セグメントが分離し、開回路に帰着するかもしれない。接着片４０６は、この伸び差を補償し、及び、セル・セグメントが互いから離れて滑らないことを確保するのに役立つ。

セグメント４０２とセグメント４０４との間にＥＣＡがないことから、それらは、ＥＣＡを使用する同様のセルよりも小さな重なり４０８で位置決めすることができる。重なり４０８は、典型的に約１．５ｍｍ未満である。様々な実施形態では、重なり４０８は、約１．０ｍｍ未満、約０．５ｍｍ未満、あるいは約０．１ｍｍ未満である。特別な実施形態では、重なり４０８は、約０．９ｍｍ、約０．２ｍｍ、あるいは約０．１ｍｍである。最小の重なり４０８は、ＰＶセル・セグメントの正面及び背面の各電極の寸法、隣接する正面及び背面の電極４００、２０２間の摩擦量、接着片４０６の強さ、製造誤差、などによって少なくとも一部分決定される。重なり４０８が小さすぎる場合、正面及び背面の各電極４０４、２０２間の接点が損傷し、隣接するＰＶセル・セグメント２０８間の抵抗の増加に帰着するかもしれない。

ＰＶセル・セグメント４０２、４０４間の実効抵抗は、単純に電極バスバー２０２と背面電極４００との間の接触抵抗である。

図８−図１０は、上述したようなＰＶセル・セグメントから組み立てられたＰＶセル・ストリングの実施形態を図示している。

図８は、上述したようなＰＶセル・セグメント２０８から作られた、組み立てられたＰＶセル・ストリング５００の平面図である。図９は、ＰＶセル・ストリング５００の底面図である。ＰＶセル・セグメント２０８は、それらの正面及び背面の各接点を互いに直接に接続した状態でシングルされる。最上部のＰＶセル・セグメント５０２のバスバー２０２は、導体５０４に接続される。最後尾のＰＶセル・セグメント５０６の背面電極４００もまた、導体５０４に接続される。導体５０４は、一つのストリング５００を他の複数のストリング５００に接続するために、ストリングを組込んだモジュールの出力にストリング５００を接続するために、及び／又は、バイパス・ダイオード組立体、電力変換器、最大電力点追尾装置などのような、任意の他の外付部品にストリング５００を接続するために、使用される。

図９に示すように、複数のＰＶセルセグメント２０８を互いに対して適所に保持するために、３つの接着片４０６がＰＶセル・ストリング５００の背面側に取り付けられる。３つの接着片４０６の各々は、ストリング５００におけるＰＶセル・セグメント２０８のすべてを横切って延在する。他の実施形態では、３つよりも多いあるいは少ない接着片４０６が使用されてもよい。使用される接着片４０６の数は、他にも理由があるが、接着片の幅（より幅の広い接着片によって、より少ない数の接着片が必要とされることに帰着する）、及び／又は、接着片における接着性強度（より強い接着性によって、より少ない数の接着片が必要とされることに帰着する）に基づいて変化するかもしれない。

図１０は、ＰＶセル・ストリング５００に類似した、別の組み立てられたＰＶセル・ストリング６００の底面図である。ストリング６００の最上部（図示せず）は、図８に示したストリング５００の最上部と実質的に同じである。ストリング６００のＰＶセル３０８は、ストリングにおけるＰＶセル・セグメント２０８のすべてには接続されない接着片４０６によって接続される。より正確に言えば、各接着片は、２つの隣接した／シングルされたＰＶセル・セグメント２０８に接続される。ＰＶセル・ストリング６００は、隣接した／シングルされた一対のＰＶセル・セグメント２０８のそれぞれに取り付けられた２つの接着片４０６を含むが、他の実施形態は、一対あたり、より多くあるいはより少ない数の接着片４０６を含んでいる。

図１１は、ＰＶセル・セグメント２０８をＰＶセル・ストリングへひと続きにする（stringing）ための機構７００の側面図である。機構７００は、セグメント位置７０４を含む、絶縁されたベース７０２を含む。各セグメント位置７０４は、ＰＶセル・セグメント２０８を受け取り保持するように構成されている。３つのセグメント位置７０４が図示されているが、機構７００は、ＰＶセル・セグメント２０８のストリング７０５を組み立てるのに必要とされる数のセグメント位置７０４を含んでいる。各セグメント位置は、ＰＶセル・セグメント２０８の厚さ７０８と実質的に等しい距離７０６によって垂直方向にオフセットされている。真空源７１０は、ベース７０２における適所にＰＶセル・セグメント２０８を保持するように真空圧を加えるために使用される。図示の明瞭化のため一つのセグメント位置７０４へ接続されたもののみを図示しているが、真空源７１０は、各セグメント位置７０４に接続される。

機構７００は、ＰＶセル・セグメント２０８のストリング７０５のインライン検査を可能にするように構成されている。各セグメント位置７０４は、そのセグメント位置７０４に位置決めされた、ＰＶセル・セグメント２０８の背面電極４００に接触するように構成された導電性の検査用接点７１２を含んでいる。最上部のセグメント位置７１４は、セグメント位置７１４に位置決めされたＰＶセル・セグメント２０８の上部電極／バスバーと接触するように構成された上部接点７１６を含んでいる。検査用接点７１２は、スイッチ７１８に接続される。スイッチ７１８及び上部接点７１６は、検査用端子７２０の第１及び第２接点７１７、７１９に（それぞれ）接続される。スイッチ７１８は、一つ以上のＰＶセル・セグメント２０８を検査用端子７２０に選択的に連結することを可能にし、機構７００における適所にて一つ以上のＰＶセル・セグメント２０８が検査されることを許可する。したがって、図１１に示すようにスイッチが接続された場合、最上部のセグメント７１４だけが検査用端子７２０に電気的に接続される。スイッチ７１８の中央位置の選択は、中央のセグメント７２２及び最上部のセグメント７１４を直列に検査用端子７１４に接続する。スイッチ７１８の右端位置は、３つのセグメント２０８のすべてを直列に検査用端子７２０に接続する。いくつかの実施形態では、検査用接点７１２もまた、例えば別のスイッチを介して、接点７１９に選択的に連結され、ストリング７０５内の個々のＰＶセル・セグメントの検査を許可する。

電流計７２２が上部接点７１６と検査用接点７１９との間に接続され、ストリング７０５の一つ以上のＰＶセル・セグメント２０８を通る電流の測定を可能にする。ストリング７０５及び／又は個々のセル・セグメント２０８における、開回路電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、最大出力電流（Ｉｍｐ）、最大出力電圧（Ｖｍｐ）、フィルファクタ（ＦＦ）、直列抵抗（Ｒｓ）、分路抵抗（Ｒｓｈ）、電力（power）、効率などのような、電気的パラメータは、検査用端子７２０へ適切なハードウェアを取り付けることによって測定することができる。このことは、欠陥のある及び／又は低能力なセル・セグメント２０８が容易に検出され交換されることを可能にする。規定電圧での逆電流が、どの（もしあれば）セル・セグメント２０８が現場において不具合を引き起こしそうかを決定することを支援するために適用されてもよい。

図１２及び図１３は、機構７００におけるＰＶセル・セグメント２０８のストリング８００の生産中に記録されたエレクトロルミネセンス（ＥＬ）画像である。図１３は、図１２のセクション８０４のクローズアップ図である。欠陥のあるＰＶセル・セグメント８０２は、ＥＬ画像において明らかに識別可能である（暗いまだら模様８０６によって）。機構７００において全ストリング８００を検査することはできるが、ＰＶセル・セグメント２０８は、まだ互いに永久的に接合されていないので、欠陥のあるＰＶセル・セグメント８０２は、除去され、著しく困難なこともなく、動作するＰＶセル・セグメントと取り替えられることができる。

図１４は、ここに記述されるような、ＥＣＡを有しないＰＶモジュールを組み立てる方法のフローチャート９００である。９０２では、ＰＶセル・セグメント２０８のようなＰＶセル・セグメントは、ＰＶセル・ストリングを生産するために、機構７００のような一続きの機構に置かれる。個々のＰＶセル・セグメント及びストリングは、一続きの機構の間で検査される。特に、ＥＬ撮像は、ストリングにおけるどのような欠陥セル・セグメントも発見するために行なわれる。セル・セグメントはまた逆電流に関しても検査される。いくつかの実施形態において、追加のあるいは代替の検査が行なわれてもよい。欠陥品あるいは標準以下であるとして、いずれかのセル・セグメントが識別された場合には、ストリング（一続きにすること）は失敗であり、欠陥のあるセル・セグメントは、削除され交換される。検査が再び行なわれ、ストリングが検査に合格するまで、プロセスが繰り返される。いくつかの実施形態では、ストリングが最初の検査に合格した後、組み立てられたストリングの特性を測定するために、追加の検査がストリングにおいて行なわれる。

ストリングが検査を合格した後、９０４では、ストリングは、ＰＶセル・セグメントの背面側を露出するために反転される。セグメントを適所に保持するために、接着片がセグメントの後面に適用（貼付：applied）される。

９０６では、ＰＶセル・セグメントの組み立てられ接合されたストリングは、ＰＶモジュール・レイアップへ進み、ここでは、ストリングがＰＶ積層体へ積層されるように、前面ガラス、封止材、裏シート、ＰＶセル・セグメントの追加のストリングに沿って、ＰＶモジュール・レイアップに組み込まれる。

いくつかのＰＶパネルは、ここに記述された技術を使用して、構築され検査された。

第１の検査パネル１０００のＥＬ画像が図１５に示されている。パネル１０００は、ＰＶ積層体へ積層された１０個のＰＶセル・セグメントのストリングを含んでいる。ストリングは、パネルの幅（つまり図２に示すＷ１方向における）方向に延在するが、あるいはまたストリングは、パネルの長さ（つまり図２に示されるＬ１方向における）方向に延在してもよい。各ストリングは、ＰＶセル・ストリング６００（図１０に示される）の方法で構成された。このＰＶセル・セグメントは、電極間で１．５ｍｍの重なり及びＥＣＡ無でシングルされた。図１６は、パネル１０００に関するＩＶカーブのグラフ１１００である。パネル１００の最大電力出力は、３２３．０９ワット（Ｗ）であった。ＥＣＡ有で生産された同様のパネルは、約３２２．６７Ｗの最大電力出力を発生した。

パネル１０００と同様のいくつかのＰＶパネルは、ＰＶセル・セグメント間の異なる量の重なりによってシングルされたＰＶセル・セグメントのストリングで生産された。具体的には、追加のパネルは、０．９ｍｍの重なり、０．２ｍｍの重なり、０．１ｍｍの重なり、及び０．０５ｍｍの重なりによって構成された。これらのパネルのすべては、セグメントの電極間にＥＣＡを使用せず、ＰＶセル・ストリング６００（図１０に示される）と同様に、各対のＰＶセル・セグメント用に２つの別個の接着剤片を使用した。図１７は、温度の関数としてパネルの正規化された抵抗（オームで）のグラフ１２００である。

同様に構成されたパネルは、熱サイクルに続けて、風及び雪の荷重をシミュレートした機械的荷重検査が行われた。熱サイクルの間、幾つかのＰＶセル・セグメントは、場所外へ移動された。この移動は、シングルされたＰＶセル・セグメント、及び／又は接着片の配置構成、を保持するために使用される接着テープの特性により可能であるかもしれない。この移動にもかかわらず、セルの機械的荷重検査性能は、非常によかった。図１８は、検査前、及び５４００Ｐａの荷重検査後におけるパネル１２５０のＥＬ画像を示す。検査の結果は、表１に示される：

表１

ストリング６００（図１０）と同様に構成されたストリングを使用したＰＶパネルが熱サイクル検査を受けたとき、結果は理想的ではなかった。１２８回の熱サイクルの後、モジュールの最大電力出力は、１５％を超えて落ちた。このことは、シングルされたＰＶセル・セグメントを、及び／又は接着片の配置構成を、保持するために使用される接着テープの特性に少なくとも部分的に起因することが再び確信された。

さらなる検査では、ストリング５００（図８及び図９に示される）と同様に構成されたストリングを使用して、ストリングの全長にわたり設けた３つの接着片を有するＰＶパネルが構成された。この構成において構築されたパネルが熱サイクル検査にさらされたとき、５２５回のサイクルの後、無視できる最大電力損失であった。

図１９は、面取りされたＰＶセル・セグメントを使用してここに記述するように構築されたＰＶモジュールに関して、日射量の関数としての出力電流（アンペアで）のグラフ１３００である。図２０は、長方形のＰＶセル・セグメントを使用してここに記述するように構築されたＰＶモジュールに関して、日射量の関数としての出力電流（アンペアで）のグラフ１４００である。表２は、検査からの追加のデータを示す。

表２

上述の検査パネルは、受動エミッター後部接点（ＰＥＲＣ）セルから作製されたＰＶセル・セグメントで構成された。検査パネルはまた、ヘテロ接合テクノロジー（ＨＪＴ）セルを使用して構成された。ＨＪＴに基づいた検査パネル１５００のＥＬ画像は、図２１に示され、該パネルに関するＩＶカーブのグラフ１６００は、図２２に示される。表３は、そのパネルの追加の測定された特性を列記する。

表３

ここに記述された技術は、柔軟なＰＶパネルを生産するために使用されてもよい。ＥＣＡ無のＰＶセル・セグメントのストリングにおけるシングルされたＰＶセル・セグメントにおける正面電極と背面電極との間の電気的接続は、いくつかの既知のシステムにおける接続よりも、より力学的に迎合的なものである。一旦、ＥＣＡが硬化されると、それはかなり硬く柔軟性がないものである。パネルの中央に重量物が作用しているときのように、シングルされたＰＶセル・セグメントのパネルは、ＥＣＡが曲がった状態で構成されているので、隣接したＰＶセル・セグメント間の電気接点は、しばしば、部分的にあるいは完全に損傷している。ＥＣＡ無の、この開示によって構成されたパネルでは、隣接したＰＶセル・セグメントは、電気的接続が危険にさらされる前に、互いに関して非常に大きい運動範囲を有する。

図２３は、ストリング５００（図８及び図９に示される）と同様に構成されたＰＶセル・セグメントのストリングを使用して、電極間にＥＣＡ無で互いにシングルされた４１個のＰＶセル・セグメントで構築された柔軟なＰＶ積層体１７００である。積層体１７００において使用されるＰＶセル・セグメントは、１．５ｍｍの重なりでストリングへシングルされたＰＶセル・セグメントの１／６のサイズ（つまり標準ＰＶセルの１／６）だった。ストリングは、ガラスよりもむしろ柔軟で絶縁性のフィルムで積層された。任意の適切な絶縁フィルムが使用されてもよい。適切なフィルムの一つは、マサチューセッツ、ウォバーンのMadico PhotoVoltaic Backsheets から入手可能な、InsulPatch（登録商標）filmである。

図２３では、積層体１７００は、ＰＶセル・セグメントの目に見えるいずれの破壊、あるいはＰＶセル・セグメント間の電気接点の損失なしに、アーチ形状へ偏向される。その積層体の偏位量１７０２は、約３３０ｍｍである。図２４は、偏向された積層体のＥＬ画像であり、この比較的極端な偏位量でも電気的連続性の損失は確認していない。

ここに記述されたＰＶモジュールは、互いに直接に接触するために、ＰＶセル・セグメントにおいて電極（つまりバスバー）を利用している。それらを互いに保持している隣接セル・セグメントの電極間にＥＣＡあるいははんだは存在しない。レイアップの目的のため、いくつかのセルは、所望の重なりで置かれ、絶縁接着テープを使用して互いに保持される。シングルされた隣接セル間の電気接点を維持するために、ポリマー層間の積層によって十分な圧縮力が作用される。セルの横方向のせん断及び分離を回避するために、セル間の摩擦力と、絶縁テープの接着強さとの組み合わせが使用される。

シングルされたセル間で直接に接触する電極（つまりＥＣＡのない）を有するＰＶモジュールは、シングルされたセルの電極間にＥＣＡを含んでいるＰＶモジュールに対して多数の利点を提供する。

ＥＣＡが無いことは、１モジュールを生産する材料費を減少させる。モジュールの出力及び異なる材料のコスト構造に依存して、全体のコスト利点は、１ワット当たり０．０１ドル−０．１ドルになることができるだろう。典型的には、ＥＣＡは、高い導電性の銀（Ａｇ）粒子を含んでいる。セル設計及びプロセス条件に依存して、１−３０ｍｇのＥＣＡがセル間で必要である。コストは、非常に高額になり得る。さらに、典型的にＥＣＡは、冷凍で収納され、ＥＣＡを凍結し溶かし再利用する人員及び機器を必要とし、このことは、モジュール生産コストを増加させる。隣接したＰＶセル・セグメントの電極を接合するために（それらはＥＣＡへの適切な粘着のために、ある幅を必要とする）、ＥＣＡは使用されないので、ここに記述されたモジュールのセグメントにおける電極の幅は、減じることができ、このことは、電極を生産するために必要とされる材料（典型的に銀）の量を減らす。ここに記述された技術は、セル電極用に使用される銀の量をゼロまで減少することができ、セル能力を向上させながら、かなりのコスト削減に帰着する。

シングルされたセル間に異物（例えばＥＣＡ）がない状態において、親密な接点を作製する材料（つまり正面電極と背面電極）は、同種の材料である。その結果、異材質の熱膨張率（ＣＴＥ）の不一致は、存在しない。ＣＴＥの不一致は、太陽電池におけるクラックを時間経過にわたり促進し悪化させるということは、既知の問題である。

この開示によって作製されるＰＶモジュールは、既知のモジュールよりも低い実効抵抗を有する。上述したように、ＥＣＡを有する、シングルされたソーラーアレイ設計では、２つのセル間の実効抵抗は、ＥＣＡのバルク抵抗だけでなく、ＥＣＡによる２つの界面による接触抵抗値の合計である。この開示によって生産されるモジュールは、電極間にＥＣＡを含んでいない。ＥＣＡの無い２つのセル・セグメント間の実効抵抗は、単に電極間の２つの接触抵抗だけである。接触する表面は、太陽モジュールの直列抵抗をしばしば低減する同じ金属（典型的に銀）で一般的に作製される。

この開示の実施形態におけるモジュールは、セル・セグメント間にＥＣＡを使用するモジュールよりも、セルを分路する低い可能性（a lower likelihood of shunting cells）を有する。注意深く分注されなかった場合には、導電性接着剤は、アレイ出力のかなりの損失に帰着可能な分路（シャント：shunts）を生成可能である。そのような材料がない状態では、セルを分路する危険性は、ほぼ完全に排除される。

シングルされたＰＶセル・セグメントの電極間にＥＣＡを有しないモジュールは、より小さな重なりを有することができ、それによって、遮光を減少し、モジュール全体の効率を改善する。ＥＣＡを有する既知のモジュールでは、２つのシングルされたセル間の許容可能な最小の重なりは、結合材の粘性に依存する。接着剤の広がり範囲は、セルが重なる最小値に影響する。ＥＣＡを無くすことによって、セルの重なりにおける制限は、かなり低減される。さらに、重なりを低減することによって、使用されるセルの数を減らしながら、太陽モジュールにおけるアクティブ面積（active area）は同じままであることを保証することが可能である。このことは、太陽電池のコストを抑えながら、ＣＴＭ損失の著しい減少に帰着する。例えば、ＰＶモジュールにおいて８２個のＰＶセルが１．５ｍｍの重なりでシングルされた場合、該モジュールは、重なりのないモジュールにおける同じ８２個のセルよりも少ない出力の１２ワットを超えて生産するだろう。重なりを０．９ｍｍに減じた場合、８０個のセルを有するモジュールは、重なりのない８２個のセルよりも０．０８Ｗ少ない出力を生産する。さらに重なりを０．２ｍｍに減じた場合、７８個の重なったセルを有するモジュールは、重なりのない８２個のセルのモジュールよりも多い９．４８Ｗを生産する。

ＥＣＡ無しの直接接点におけるＰＶセル・セグメントを有するモジュールは、製造中、より少ないストレスの作用となり、より高く信頼できるだろう。ＥＣＡと共にストリングを製造することは、ＥＣＡを硬化するために熱源を必要とする。その熱源は、典型的に１００°Ｃと２００°Ｃとの間で維持されたサーマルマスである。このサーマルマスを有するＥＣＡを硬化することは、ＰＶセルにおいて余分な熱サイクル・ストレスを与え、これは、ＥＣＡを有するＰＶモジュールの初期故障に結びつく場合がある。さらに、ＥＣＡを硬化するために使用される機器、及び該機器を操作するために必要とされる電気は、セル間にＥＣＡを有するＰＶモジュールを生産するコストを増す。

ここに記述した技術で生産されたモジュールは、ＥＣＡを有し生産された既知のモジュールよりも柔軟で耐性がある。このことは、モジュールがより薄いフレームを持つことを可能にし、より薄い積層体が構築されることを可能にし、ストリングがそれらの長さに沿ってモジュールに設けられることを可能にし、柔軟なＰＶパネルの生産を可能にする。

ここに記述した技術はまた、ＰＶセル・セグメント間にＥＣＡを有して作製されたストリングでは利用可能でなかった、太陽電池ストリングのインライン検査／計測を許可する。セル・セグメント間の電気接点を行うために異物を用いて作製されたストリングは、その異物がセルへ完全に硬化し接合するまで検査することができない。そのときに、不良接続あるいは不良セル・セグメントがある場合には、接合した欠陥のあるセル・セグメントを除去するために、相当の取り組みが必要である。ここに記述するように生産されたストリングは、組立工程の全体にわたってインライン検査／計測を許可する。ストリングが構成されるとき、大幅ないずれの再加工をも必要とせずに、個々のＰＶセル・セグメントを受け入れる／受け入れないことが可能である。このことは、生産性及び生産設備の質を劇的に改善することができる。

本発明あるいはその実施形態における要素を導入する場合、冠詞「一つの（ａ）」、「一つの（an）」、「その（the）」、及び「上記（said）」は、一つ以上の要素が存在することを意味するように意図される。用語「備える（comprising）」、「含む（including）」、「有する（having）」は、包括的になるように意図され、列記した要素以外の追加の要素が存在してもよいことを意味する。

明細書及び請求範囲を通してここで使用されるような近似言語（approximating language）は、それに関係のある基本機能の変化に帰着せずに許容範囲で変化可能であろうあらゆる量的表現を修正するために適用されてもよい。したがって、「約（about）」、「ほぼ（approximately）」、及び「実質的に（substantially）」のような用語によって変更される値は、特定された正確な値に限定されない。少なくともいくつかの例では、近似言語は、値を測定するための機器の精度に対応するかもしれない。ここで、また明細書及び請求範囲を通して、範囲限定は、組み合わせられ、及び／又は交換されてもよい。すなわち、そのような範囲は、同一に扱われ、文脈あるいは言語が他のものを示さなければ、そこに含まれるサブレンジのすべてを含んでいる。

発明の範囲から外れることなく、種々の変更が上述のものにおいて行うことが可能であろうことから、上述に含まれ、かつ添付図に示されるすべての事項は、理解を助けるものであり、限定する趣旨ではないものとして解釈されるべきである。

Claims (24)

1. 前部層と、
   後部層と、
   前部層と後部層との間で積層されたＰＶセル・セグメントに接続された一連のストリングと、を備え、
   各ＰＶセル・セグメントは、正面電極を含む前面、及び背面電極を含む後面を有し、
   隣接したＰＶセル・セグメントは、一方の隣接ＰＶセル・セグメントの正面電極が他方の隣接ＰＶセル・セグメントの背面電極の下に配置され背面電極に直接に接することでの重なり量によって重なっており、
   少なくとも一つの接着片が一対の隣接したＰＶセルの底面に取り付けられている、
   光起電力（ＰＶ）モジュール。
2. 隣接したＰＶセル・セグメントにおける正面電極と背面電極との間には、導電性接着剤あるいははんだは含まれていない、請求項１に記載のＰＶモジュール。
3. 少なくとも一つの接着片は、ストリングの長さに沿って延在し、ストリングにおけるすべてのＰＶセル・セグメントの底面に取り付けられている、請求項１に記載のＰＶモジュール。
4. 少なくとも一つの接着片は、３つの接着片である、請求項３に記載のＰＶモジュール。
5. 少なくとも一つの接着片は、取り付けられた一対の隣接したＰＶセル・セグメントを越えて延在していない、請求項１に記載のＰＶモジュール。
6. 隣接したＰＶセル・セグメントのそれぞれの対は、それらの底面に取り付けられた少なくとも一つの接着片を有する、請求項５に記載のＰＶモジュール。
7. 少なくとも一つの接着片は、２つの接着片である、請求項５に記載のＰＶモジュール。
8. 少なくとも一つの接着片は、シリコン接着剤を有するポリイミドフィルムを備える、請求項１に記載のＰＶモジュール。
9. 少なくとも一つの接着片は、絶縁テープを備える、請求項１に記載のＰＶモジュール。
10. 重なり量は、１．５ｍｍ未満である、請求項１に記載のＰＶモジュール。
11. 重なり量は、１．０ｍｍ未満である、請求項１０に記載のＰＶモジュール。
12. 重なり量は、約０．９ｍｍである、請求項１１に記載のＰＶモジュール。
13. 重なり量は、０．５ｍｍ未満である、請求項１０に記載のＰＶモジュール。
14. 重なり量は、約０．２ｍｍである、請求項１３に記載のＰＶモジュール。
15. 重なり量は、約０．１ｍｍである、請求項１３に記載のＰＶモジュール。
16. 複数のＰＶセル・セグメントにおける光起電力（ＰＶ）ストリングの作製方法であって、各ＰＶセル・セグメントは、正面電極を含む前面、及び背面電極を含む後面を有しており、上記方法は、
    第１ＰＶセル・セグメントを位置決めすること、
    第１ＰＶセル・セグメントの一部を重ねて第２ＰＶセル・セグメントを位置決めすること、ここで第２ＰＶセル・セグメントは、第１及び第２のＰＶセル・セグメントの一方における正面電極が第１及び第２のＰＶセル・セグメントの他方における背面電極と直接に接触するように位置決めされる、
    第１及び第２のＰＶセル・セグメントの後面を横切って第１接着片を適用すること、
    を備えた、方法。
17. 第２ＰＶセル・セグメントの一部を重ねて第３ＰＶセル・セグメントを位置決めすることをさらに備え、ここで第３ＰＶセル・セグメントは、第２及び第３のＰＶセル・セグメントの一方における正面電極が第２及び第３のＰＶセル・セグメントの他方における背面電極と直接に接触するように位置決めされる、請求項１６に記載の方法。
18. 第３ＰＶセル・セグメントは、接着片を適用する前に位置決めされ、ここで、第１及び第２のＰＶセル・セグメントの後面を横切って第１接着片を適用することは、第１、第２、及び第３のＰＶセル・セグメントの後面を横切って延在する第１接着片を適用することを備える、請求項１６に記載の方法。
19. 第１、第２、及び第３のＰＶセル・セグメントの後面を横切って少なくとも第２接着片を適用することをさらに備える、請求項１８に記載の方法。
20. 第２及び第３のＰＶセル・セグメントの後面を横切って第２接着片を適用することをさらに備え、第１接着片は、第３ＰＶセル・セグメントの後面へ延在しない、請求項１６に記載の方法。
21. 第１ＰＶセル・セグメント、第２ＰＶセル・セグメント、及びＰＶセル・セグメントのストリングの一つ以上を検査することをさらに備えた、請求項１６に記載の方法。
22. 検査は、開路電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、最大出力電流（Ｉｍｐ）、最大出力電圧（Ｖｍｐ）、フィルファクタ（ＦＦ）、直列抵抗（Ｒｓ）、分路抵抗（Ｒｓｈ）、電力出力、及び効率を測定することの少なくとも一つを備える、請求項２１に記載の方法。
23. 検査は、第１接着片を適用する前に行なわれる、請求項２１に記載の方法。
24. 検査は、ＰＶセル・セグメントのストリングのエレクトロルミネセンス（ＥＬ）画像を備える、請求項２１に記載の方法。

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