JP2020522139A - 光起電力セルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、光電的に活性な表面要素、および表面要素の少なくとも１つの表面側上の少なくとも１つの導体トラック配列を含む光起電力セルと、その製造方法とに関する。本発明によれば、導体トラック配列を形成するために、目の粗い織物が、光電的に活性な表面要素の少なくとも１つの表面側に付けられ、織物が、導電性糸と、透明な非導電性糸とから織られており、目の粗い織物には表面被覆がない。

Description

本発明は、請求項１に記載の前文による、光電的に活性な表面要素と、表面要素の少なくとも１つの表面側の少なくとも１つの導体トラック配列とを含む光起電力セルならびに新規な光起電力モジュールを製造するための方法に関する。

本発明は、さらに、請求項１５に記載の前文による、少なくとも１つの光電的に活性な表面要素と、表面要素の少なくとも１つの表面側の少なくとも１つの導体トラック配列とを含む光起電力セルに関する。

極めて広範囲の設計の太陽電池、特に、いわゆる、厚膜または薄膜太陽電池が、長い間知られている。太陽電池は、通常は１つまたは複数の半導体材料、特にシリコンを使用して形成されている光電的に活性な表面要素を含む。表面要素に入射する光は、層状の表面要素内に自由電荷キャリアを発生させる。このようにして発生された自由電荷キャリアを導くことにより、電圧を発生させることができ、その電圧を使用して電流を発生させることができる。

複数のタイプの太陽電池の場合、電流発生のために、光が突き当たる光電的に活性な表面側の上に直接電気導体トラック配列を付ける、特に印刷することが必要である。導体トラック配列のサイズが増加するにつれて、いわゆる、遮光も増加し、それは、光電的に活性な表面の減少、したがって、太陽電池の電力出力の低下を招く。

電力出力を改善した、すなわち、効率を高めた太陽電池に対する重大なニーズがある。さらに、太陽電池をできるだけ広く使用できるように、常に、より費用効率の高い太陽電池が市場で求められている。

フィルム上に導体トラック配列を形成し、例えば印刷し、次いで、前記フィルムを導電性基材として光起電力表面要素に付けることが知られている。

ＥＰ ２ ７９０ １９６ Ａ１は、光電子デバイスのための導電性基材を開示しており、導体トラック配列が、金属繊維または金属化繊維を織り合わせることによって生成されている。この場合、織物は部分的なまたは完全な表面被覆を有しており、その結果、織物の一部分が露出され、光電子デバイスと接触させるために使用され得る。

光電子デバイスのための同様の基材が、ＤＥ １０ ２００８ ０５５ ９６９ Ａ１からも知られている。光起電力セルを形成するための光電的に活性な表面要素は、この種類の基材に付けることができる。しかしながら、この場合、光電的に活性な表面要素の表面との良好な電気的接触を確立することが依然として必要である。これは追加の作業に関連しており、効率の低下をもたらすことがある。

当該のタイプの一般的な方法が、ＷＯ ２０１６／１５６ ２７６ Ａ１に開示されている。可融性ポリマー糸を含む織った導体トラック配列が使用されている。前記糸は、クラッド層を形成するために熱処理によって溶かされる。

はんだペーストからなる電気接点によって電気導体トラック配列をもつ織物を固定することが、ＥＰ ２ ６６０ ８７８のＡ１およびＵＳ ３，２５５，０４７ Ａから知られている。

特開２００６−１６５１４９Ａ１公報は、織った導体トラック配列を追加の接着剤層によって固定することを教示している。

本発明の目的は、特に高い効率を有する光起電力セルと、この種の光起電力セルおよび新規な光起電力モジュールの効率的な製造方法とが達成される、光起電力セルおよびその製造方法を提供することである。

この目的は、本発明に従って、請求項１の特徴を有する方法、請求項１４の特徴を有する光起電力セル、および請求項１５の特徴を有する光起電力セル用の織物によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に明記されている。

本発明による方法は、導体トラック配列を形成するために、目の粗い織物が、光電的に活性な表面要素の少なくとも１つの表面側に付けられ、織物が、導電性糸と、透明な非導電性糸とから織られており、目の粗い織物には表面被覆がないことを特徴とする。

本発明の基本概念は、光電的に活性な表面要素の表面側に導体トラック配列を形成するために、目の粗い織物、すなわち、被覆されていない織物を使用することにある。この場合、織物は、光電的に活性な表面要素の表面側に直接付けられる。その結果、先行技術から分かるように、連続的な被覆を含む基材を製造する作業ステップを省略することができる。織物は非常に簡単な方法で構築され、それにより、目の粗い構造および透明な非導電性糸の使用の結果として、良好な透明性、したがって、光電的に活性な表面要素の良好なエネルギー収量がもたらされる。織物は、好ましくは、光にさらされる、２つの表面側のうちの前面に配列することができる。新しいＩＢＣ ＳＨＪ太陽電池の場合には、織物は、表面要素の裏面にのみ付けることもできる。

本発明の好ましい実施形態は、目の粗い織物が可融性糸によって少なくとも部分的に形成されていることと、目の粗い織物を付けた後、熱処理が実行され、その熱処理で可融性糸が少なくとも部分的に溶融され、目の粗い織物が、溶融した糸によって表面要素に堅固に接着されることとにある。織物を付けた後、前記織物は、こうして表面要素の表面側に容易に固定され得る。この場合、織物に使用された糸のうちの少なくとも一部は、少なくともその表面領域で溶融することができる。この場合、溶融した材料は、表面要素の表面に緊密な接続を構成し、織物は、少なくとも部分的に表面要素の表面側に確実に付着する。

本発明の開発によれば、非導電性糸は、少なくとも部分的に溶融する熱可塑性ポリマー材料、特に、熱可塑性オレフィンによって形成されることが特に好ましい。熱可塑性ポリマー材料は、特に、ＰＰ、ＰＯＥ、ＰＡ、ＰＥＴ、ＰＥＮなどを含むことができる。非導電性糸の直径は、好ましくは、１０μｍと２００μｍ以上との間の範囲内とすることができる。ポリマー糸は、透明であることが好ましい。

原理上、非導電性糸のみを溶融することができる。しかしながら、本発明の好ましい開発は、特に２００℃未満の低い溶融または軟化温度を有し、少なくとも部分的に溶融する金属または合金で導電性糸が形成されることにある。したがって、熱処理の間に導電性糸のみまたは導電性糸と非導電性糸の両方を溶融させることが可能である。これにより、表面要素の表面への特に緊密な接続がもたらされる。金属導電性糸の溶融はまた、接触の改善、したがって、光起電力セルの内部抵抗の低減をもたらす。金属糸は、固体材料を含むことができ、または可融性金属被覆を有する。可融性材料は、Ｃｕ／ＩｎＳｎ、Ｃｕ／Ｓｎ、ＣＵ／ＳＢＡなどの合金とすることができる。好ましくは、スズ合金（Ｓｎ合金）を溶融スズめっきによって付けることができる。

本発明の開発によれば、糸が表面要素の表面に直接接触すること、および糸と表面要素の表面との間の接触面が溶融の際に増加することは特に有利である。特に、可融性導電性糸を使用すると、それにより、表面要素への接触面がより大きくなり、そして特に密接になるように設計することが可能である。これにより、特に、低抵抗性電圧または電流タッピングが可能になる。

熱処理は、好適な温度で実行することができる。本発明の開発によれば、熱処理の間、２５０℃、特に２００℃の温度を超えないことが特に好ましい。熱処理の温度は、１４０℃と２００℃との間にあることが好ましい。これらの比較的低い温度では、半導体材料で製作された敏感な表面要素への熱損傷が防止される。その結果、特に、本発明による方法は、特に熱的に敏感な材料から新規な太陽電池、特にシリコン・ヘテロ構造太陽電池を製造するのに特に適している。

熱処理により、目の粗い織物を、表面要素に十分に位置づけ固定することができる。本発明の変形によれば、安定な取付けを達成するために、目の粗い織物を付けた後、接合化合物が表面要素上に積層される。この場合、接合化合物は、透明であり、それゆえに、良好な透明性が依然として保証される。特に、接合化合物は、非導電性糸、フルオロポリマー、またはシリコーンの使用のために提供されるものなどの熱ポリマー、ＵＶ硬化性ポリマー、またはポリマー混合物とすることができる。

本発明によれば、目の粗い織物を付けた後、透明カバー層、特にガラスが表面要素に付けられるという点で、さらなる改善が達成される。透明カバー層は、接合化合物と一緒にまたは接合化合物なしに設けることができる。しかしながら、透明カバー層は、接合化合物と一緒に、目の粗い織物を含む表面要素の表面側に付けられることが好ましい。その結果、光起電力セルの特に良好な保護および特に頑強な表面が達成される。

さらに、本発明によれば、目の粗い織物が接触側を含み、それに沿って、導電性糸の大部分が延びることが好ましい。特に、織物は、綾織が施され、特に、５：１または３：１の綾織を有するように織られてもよい。１１：１以上までの綾織も可能であり、導電性糸は、目の粗い織物の接触側で複数の隣接する糸の上を進み、それにより、特に大きい接触領域を形成する。

原理上、他の適切な織物および結合システムを提供することもできる。本発明の開発によれば、目の粗い織物において導電性糸が横糸方向および／または縦糸方向に織られることは特に有利である。横糸方向または縦糸方向にのみ織る場合には、実質的に平行になるように延びる電気導体トラックが設けられる。横糸方向および縦糸方向に導電性糸を織ると、目の粗い織物においてパターンまたは格子様導体トラック配列を達成することが可能になる。これは、特定の太陽電池アセンブリには有利となり得る。

原理上、光電的に活性な表面要素は、好ましくは光エネルギーを電気エネルギーに変換する任意の光電気または光電子要素とすることができる。この場合、太陽電池、特に、いわゆる、Ａｌ−ＢＳＦ、ＰＥＲＣ−／ＰＥＲＴ−／ＰＥＲＬセル、または他の太陽電池の任意の従来の構造が設けられてもよい。本発明による方法の特に有利な開発は、ＳＨＪ太陽電池としても知られているシリコン・ヘテロ構造太陽電池が光電的に活性な表面要素として提供されることにある。この種類の太陽電池は、新しい世代の太陽電池を代表しており、効率のレベルが向上している。この種類の太陽電池は特に熱に弱い。

本発明の開発によれば、目の粗い織物を含む導体トラック配列は、表面要素の片側または両側に付けられる。特に、片側に付ける場合には、導体トラック配列は、光にさらされる表面要素の表面側に設けることができる。同じように、特に、いわゆる両面セルの場合には、第２の導体トラック配列を表面要素の下面に配列することもできる。好ましくは、新しいＩＢＣ ＳＨＪ太陽電池の場合には、導体トラック配列を含む織物は、光から離れた下面または裏面にのみ付けることもできる。

光起電力モジュールへの特に好都合な接続のために、本発明による方法の変形によれば、複数の表面要素が１つまたは複数の織物によって１つの光起電力モジュールに接続されることが好ましい。この場合、目の粗い織物は、単一の光起電力セルよりも何倍も大きいことがある。この場合、導電性糸は、織物の一方の側でのみ延びてもよく、または、好ましくは、代替として、最初に織物の一方の側で、次いで、他方の側で延びてもよい（図３）。交互の導電性接触側を有するこの種類の織物は、１つのモジュールでの複数のセルのＺ−ワイヤリングのために特に需要が多い。目の粗い織物は、複数の相互に隣接したフォトセルに接触し相互接続することができる。これは、隣接するセルの１つの表面側にあってもよく、または隣接するセルの前面と裏面との間で交互にあってもよい。この場合、目の粗い織物は、相互に隣接する太陽電池間の導電性電気接続を構成するだけでなく、それどころか前記セルを機械的にも接続する。

光起電力セルに関して、最初に述べた目的はまた、導体トラック配列を形成するために、目の粗い織物が、光電的に活性な表面要素の少なくとも１つの表面側に直接付けられ、織物が、導電性糸と、透明な非導電性糸とから織られているという点で達成される。光起電力セルは、特に、上述の方法のうちの１つに従って製造され、対応する利点も生じる。

さらに、本発明によれば、織物も提供され、織物は、それが、導電性糸と、透明な非導電性糸とから織られた目の粗い織物であること、および糸の少なくとも一部が２００℃未満の温度で可融性であることを特徴とする。織物は、特に、上述の光起電力セルで、または本発明による上述の方法で使用することができる。

織物を形成するために、導電性金属で製作されるかまたは導電性金属被覆を有し、７０μｍと３００μｍとの間の直径を有するワイヤが、導電性糸として用意されることが好ましい。非導電性糸は、２０μｍと２００μｍとの間、特に、３０μｍと７０μｍとの間の直径を有することが好ましい。前記糸は、９５％以上、特に９９％を超える透明度を有する透明なポリマー材料、特に、ＰＥＮ、ＰＰ、ＰＯＥおよびＰＡまたはＰＥＴから製造される。縦糸方向の糸の数は、１ｃｍ当たり４０本から６０本の糸であることが好ましく、横糸方向では、やはり、１ｃｍ当たり４０本から６０本の糸であることが好ましい。この場合、織物は、基本的には非導電性透明糸から形成され、導電性糸は、０．５ｍｍと１５ｍｍとの間、好ましくは、１ｍｍと８ｍｍとの間の間隔で設けられる。特に、好ましくは５／１から１１／１または３／３の綾織が織りとして提供される。

この場合、本発明の開発によれば、導電性糸が非導電性糸に対して規定量だけ外側に突き出ることは特に有利であり、その量は、１０μｍと２０μｍとの間であることが好ましい。その結果、導電性糸と表面要素の表面側との間の接触の改善を達成することができる。織物の厚さは、１００μｍと４００μｍとの間にあることが好ましい。

本発明が、図面に概略的に示されている好ましい実施形態に基づいて、以下でさらに説明される。

本発明に従って製造された光起電力セルの構造を示す図である。 本発明による光起電力セルのための織物の図である。 本発明の織物の拡大断面図である。 本発明の織物を構築する概略断面図である。 複数の光起電力セルを織物に接合させるための第１の接合配列を示す図である。 光起電力セルを接合させるための第２の接合配列を示す図である。

本発明による光起電力セルが図１に示される。セルは、その重要な部分として光電的に活性な表面要素１２を含む。表面要素１２は、既知の方法で、半導体材料、特に、シリコン材料から層構造で形成され、電荷キャリアは、光エネルギーが衝突すると変位する。表面要素１２は、特に、シリコン・ヘテロ構造太陽電池とすることができる。

表面要素１２の２つの表面側で電荷キャリアまたは電圧を引き出すために、本発明によれば、目の粗い織物２０が各々の面に付けられる。図２によれば、織物２０は、非導電性糸２４と、導体トラック配列を形成する導電性糸２２とを含む。

目の粗い織物２０が付けられたかまたは配置された後、熱処理が、好ましくは１４０℃と１８０℃との間の温度範囲で実行される。この場合、織物２０の導電性糸２２と非導電性糸２４の両方が溶融し、拡大した接触面と表面要素１２の表面への堅固な接続とを形成する。

続いて、特にプラスチックまたは接着剤材料からなる接合化合物１４が、溶融または流動性状態で積層される。続いて、カバー層１８、またはテフロン（登録商標）もしくはシリコンなどのＵＶ安定性ポリマー、特にガラスが、表面要素１２の両側の接合化合物１４に付けられる。接合化合物１４が硬化すると、カバー層１８、特に、透けて見えるガラス材料は堅固に接続され、その結果、それによって、光起電力セル１０の頑強な外側保護層が設けられる。

本発明による目の粗い織物２０は、導電性糸２２と、ポリマー材料で製作された非導電性糸２４とから織られている。本発明による目の粗い織物２０の場合には、連続的な被覆または他の層の被覆は設けられず、それゆえに、織られた構造体を通る間隙および通路が依然として存在する。図示の織物２０の場合には、金属ワイヤの形態の導電性糸２２が、１ｍｍから１．８ｍｍの間隔で一緒に織られる。透明な熱可塑性オレフィンからなる非導電性糸２４が、縦糸および中間横糸として設けられる。１ｃｍ当たり合計６０本の糸２２、２４が、縦糸方向または横糸方向に織られる。

図３は、５：１の綾織を有する可能な織物の織り方を示す。この場合、横糸方向の１つの導電性糸２２は、糸ループが形成される前に、それぞれの場合に、５つの非導電性縦糸２４に重なる。この場合、導電性糸２２の細長く、したがって、大きい表面接触領域が、織物２０の接触側２６で生じる。この場合、図３による織物２０は、両側が接触側２６として形成されるという特殊性を有し、綾織は、特定の点で、一方の接触側２６から他方の接触側２６へと交互になる。織物２０の前記交互配列は、図５に示されるような複数の表面要素１２を含む光起電力モジュール３０にとって特に有利である。この場合、連続的な織物２０は、それぞれの場合に交互に、互いに隣接する表面要素１２の前面および裏面を環状に取り巻いており、その結果、それぞれの場合に交互になる接触領域が必要である。

しかしながら、本発明による織物２０が単に１つの接触側２６を有するように形成されることも可能であり、導電性糸２２は１つの接触側２６に沿って実質的に延びる。そのような設計の織物は、特に、図６による光起電力モジュール３０に好適であり、１つの織物２０が、それぞれの場合に、複数の表面要素１２からなる配列の一方の側の各々に付けられる。１つの織物または複数の織物２０による接触に続いて、接合化合物１４とカバー層１８とを付けることができる。

本発明に従って織物２０を形成すると、特に、接触側２６で、導電性糸２２が、図４に明確に示されるように、規定量Δｈだけ隣接する非導電性糸２４に対して外側に突き出るのは好都合で有利である。導電性糸２２の突出の前記量は、特に、１０μｍと５０μｍとの間にある。

Claims (15)

1. 光電的に活性な表面要素と、
   前記表面要素の少なくとも１つの表面側上の少なくとも１つの導体トラック配列と、
   を含む光起電力セルを製造するための方法であって、
   前記導体トラック配列を形成するために、目の粗い織物が、前記光電的に活性な表面要素の前記少なくとも１つの表面側に付けられ、前記織物が、導電性糸と、透明な非導電性糸とから織られており、前記目の粗い織物には表面被覆がなく、
   前記目の粗い織物が、少なくとも部分的に可融性糸を有するように形成され、
   前記非導電性糸が、３０μｍから７０μｍの直径を有し、前記導電性糸が、７０μｍから３００μｍの直径を有し、前記導電性糸が、前記非導電性糸に対して、規定量だけ外側に突き出ており、
   前記非導電性糸が、熱可塑性ポリマー材料を使用して形成され、
   前記目の粗い織物を付けた後、熱処理が実行され、前記熱処理において、前記可融性糸が少なくとも部分的に溶融され、前記目の粗い織物が、前記部分的に溶融された糸によって、前記表面要素に堅固に接着されて固定され、
   透明カバー層が前記固定された目の粗い織物に付けられる、方法。
2. 縦糸方向および横糸方向の前記目の粗い織物の糸の数が、１ｃｍ当たり４０本から６０本の糸である、請求項１に記載の方法。
3. 前記非導電性糸が、部分的に溶融する熱可塑性オレフィンを使用して形成される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記導電性糸が、特に２００℃未満の低い溶融または軟化温度を有する金属または合金から形成され、少なくとも部分的に溶融する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 糸が前記表面要素の表面に直接接触し、前記糸と前記表面要素の前記表面との間の接触面が溶融の際に増加する、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記熱処理の間、２５０℃、特に２００℃の温度を超えない、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記目の粗い織物を付けた後、接合化合物が前記表面要素上に積層される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. ガラスが、前記透明カバー層として前記表面要素に付けられる、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記目の粗い織物が接触側を含み、前記接触側に沿って、前記導電性糸の大部分が延びる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記導電性糸が、前記目の粗い織物において前記横糸方向および／または前記縦糸方向に織られる、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. シリコン・ヘテロ構造太陽電池（ＳＨＪ太陽電池）が、前記光電的に活性な表面要素として設けられる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記目の粗い織物を含む前記導体トラック配列が、前記表面要素の片側または両側に付けられる、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 複数の表面要素が、１つまたは複数の織物によって１つの光起電力モジュールに接続される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記導電性糸が、互いに１ｍｍから８ｍｍの間隔を有する、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法によって製造された、少なくとも１つの光電的に活性な表面要素と、前記表面要素の少なくとも１つの表面側上の少なくとも１つの導体トラック配列とを含む光起電力セルおよび／またはモジュールであって、
    前記導体トラック配列を形成するために、目の粗い織物が、前記光電的に活性な表面要素の前記少なくとも１つの表面側に直接付けられ、前記織物が、導電性糸および透明な非導電性糸から織られており、少なくとも部分的に可融性であり、
    前記非導電性糸が、３０μｍから７０μｍの直径を有し、前記導電性糸が、７０μｍから３００μｍの直径を有し、前記導電性糸が、前記非導電性糸に対して、規定量だけ外側に突き出ており、
    前記非導電性糸が、熱可塑性ポリマー材料を使用して形成され、
    前記目の粗い織物を付けた後、前記糸が、熱処理によって部分的に溶融され、前記目の粗い織物が、前記表面要素に堅固に接着されて固定される、光起電力セルおよび／またはモジュール。
    

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