JP2022548450A - バックコンタクト光起電力セルを金属箔相互接続したソーラモジュール - Google Patents
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Abstract
光起電力モジュールが、多数の電気接点であって、各々がその他の電気接点から電気的に隔離される、電気接点を画定する金属箔と、金属箔上方に重畳されかつ多数の電気接点を介して電気的に接続される複数のバックコンタクト光起電力セルとを含む。各光起電力セルは、光を吸収するように構成される第１の側と第１の導電性突起および第２の導電性突起を含む第２の側とを含む。光起電力セルの第１の１つの第１の導電性突起は多数の電気接点の第１の１つと直接電気連通しており、かつ光起電力セルの第１の１つの第２の導電性突起は電気接点の第２の１つと直接電気連通している。
Description
関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年６月１４日に出願の米国特許出願第６２／８６１，９７３号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
本出願は、２０１９年６月１４日に出願の米国特許出願第６２／８６１，９７３号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
政府利害の声明
本発明は、米国エネルギー省によって与えられたＤＥ－ＥＥ０００７５３８の下で政府支援を得てなされた。政府は本発明に一定の権利を有する。
本発明は、米国エネルギー省によって与えられたＤＥ－ＥＥ０００７５３８の下で政府支援を得てなされた。政府は本発明に一定の権利を有する。
本発明は、バックコンタクト光起電力セルを組み込んだ光起電力モジュール、金属箔電気接点、およびセルに電気接点を接続するための方法に関し、特に光起電力モジュールのアーキテクチャ（材料および層順）ならびに製法（製造方法および手順）に関する。
光起電力モジュール内の光起電力セルは、典型的に、最小抵抗損失で光発生電荷キャリアを収集および輸送するために、例えばフィンガーおよびバスバーの形態の金属を使用する。しかしながら、光起電力セルの表、または太陽を向く側の金属は、入射光を反射することによってセルの効率を低下させる。バックコンタクト光起電力セルは、それらの金属のほとんどまたは全てがそれらの裏（地面を向く）側にあるが、裏側に負および正極性半導体領域を有するセルだけでなく、表側に一方または他方の極性領域を有し、この領域に接触する金属がセルのビアを通して巻き付いて裏側に達するものも含むことができる。
バックコンタクト光起電力セルが相互接続されてモジュール内の隣接セル間に直列および並列の電気接続を形成するアーキテクチャおよび方法が幾つかある。一例では、例えば光起電力セルの長さにわたって延在し得る光起電力セル上のバスバーに金属タビングリボンがはんだ付けされてよい。別の例では、各光起電力セルの裏の金属は、最小抵抗損失でソーラセルの幅にわたって電流を導通するのに十分に厚くされ、そして金属タビングリボンのはんだ付けは、セルの縁において行われていればよい。更に別の例では、光起電力セルに導電性接着剤で金属箔が取り付けられる。しかしながら、これらのアーキテクチャは、コストを上昇させ、かつ効率、信頼性およびエネルギー収量を低下させる不利点を有する。
本開示は、結果として安価な高効率で信頼できる光起電力モジュールに至る、材料の配置および配置を製作する方法を含め、バックコンタクト光起電力セルを有する光起電力モジュールの設計および製造に関する。
本明細書に記載される光起電力モジュールは、最小抵抗で電流を輸送する金属箔を含む。この金属箔は、はんだ付けタビングリボンまたは光起電力セル上の厚い金属被覆の必要を回避するが、これらの両方とも、同じ電流輸送機能を行うためにバックコンタクト光起電力モジュールに使用されてきたものである。金属箔は、隣接光起電力セルを相互接続して直列および並列の電気接続を形成する。選択された光起電力セルだけが相互接続され、その他が箔の部分間の開口によって電気的に隔離されるように、箔はセグメントへ分離されてよい。金属箔は、レーザ溶接、薄い接着剤（金属粒子もしくは薄片なし）またはその何らかの組合せによって容易にされつつ、光起電力セル上の金属領域に低抵抗接触する。レーザ溶接または薄い接着剤による取付けが、高効率で信頼できる金属箔付きモジュールに貢献する。
本明細書に記載される光起電力モジュールアーキテクチャは、レーザ溶接または薄い接着剤による取付けを容易にするが、これらの両方とも、金属箔の領域が光起電力セル上の金属領域に近接している、または直接接触していることを必要とする。特に、エンボス加工により、光起電力セルに接触する金属箔の領域を箔の残りに対して浮き立たせてよい。エンボス加工は、金属箔と光起電力セルとの間に、１０μｍから８００μｍの間の厚さを有し得る封止層があると、箔のエンボス領域が封止層を通して光起電力セルと機械的接触するように箔のそれらの領域の通過を許す開口を封止剤が有し得るので、特に有用である。エンボス加工は、このように封止層の穿孔における、導電性接着剤などの追加の導電材料の必要を回避できる。
バックコンタクト光起電力モジュールの製造のための本明細書に記載される方法は、モジュール材料をスタックする、または積み上げること、および結果的なスタックを積層することを含む。一部の実装例は、金属箔のエンボス加工、モジュールスタックへの光起電力セルの配置前の積上げ中の薄い接着剤の塗布、およびモジュール積層後のセルへの箔のレーザ溶接を含む。
第１の一般態様において、光起電力モジュールが、多数の電気接点であって、各々がその他の電気接点から電気的に隔離される、電気接点を画定する金属箔と、金属箔上方に重畳されかつ多数の電気接点を介して電気的に接続される複数のバックコンタクト光起電力セルとを含む。各光起電力セルは、光を吸収するように構成される第１の側と第１の導電性突起および第２の導電性突起を含む第２の側とを含む。光起電力セルの第１の１つの第１の導電性突起は多数の電気接点の第１の１つと直接電気連通しており、かつ光起電力セルの第１の１つの第２の導電性突起は電気接点の第２の１つと直接電気連通している。
第１の一般態様の実装例は以下の特徴の１つまたは複数を含む。
多数の電気接点は、隣接した電気接点の対であって、各々が金属箔を貫く開口によって分離される、隣接した電気接点の対を含む。一部の場合に、光起電力セルの第１の１つの第１の導電性突起は、多数の電気接点の第１の１つにレーザ溶接される。一部の場合に、光起電力セルの第１の１つの第１の導電性突起は、非導電性接着剤で多数の電気接点の第１の１つに接着される。
一部の場合に、金属箔は金属箔層である。多数の電気接点の各々は、多数の電気接点の各々のエンボス部分が複数の光起電力セルに向けて金属箔の平面から延びるようにエンボス加工される。各エンボス部分は、典型的に１０μｍから８００μｍの間の距離だけ金属箔の平面から延びる。光起電力セルの第１の１つの第１の導電性突起は多数の電気接点の第１の１つのエンボス部分と直接電気連通しており、かつ光起電力セルの第１の１つの第２の導電性突起は電気接点の第２の１つのエンボス部分と直接電気連通している。
一部の場合に、金属箔と複数の光起電力セルとの間に封止層が配設される。多数の電気接点の各々は、多数の電気接点の各々のエンボス部分が複数の光起電力セルに向けて金属箔の平面からかつ封止層における開口を通して延びるようにエンボス加工される。封止層の厚さおよび各エンボス部分が金属箔の平面から延びる距離は実質的に同じである。
光起電力モジュールは第１の外層および第２の外層を含んでよく、ここでは金属箔および複数の光起電力セルは第１の外層と第２の外層との間に配設される。光起電力モジュールは、第１の外層と複数の光起電力セルとの間に第１の封止層および金属箔と第２の外層との間に第２の封止層を含んでよい。
第２の一般態様において、光起電力モジュールを製造することが、金属箔を複数の電気的に隔離される電気接点へ分離するステップと、複数の電気接点上方に複数の光起電力セルであって、各々が第１の導電性突起および第２の導電性突起を備える、光起電力セルを重畳するステップと、光起電力セルの第１の１つの第１の導電性突起と電気接点の第１の１つとの間におよび光起電力セルの第１の１つの第２の導電性突起と電気接点の第２の１つとの間に直接電気結合を形成するステップとを含む。
第２の一般態様の実装例は以下の特徴の１つまたは複数を含んでよい。
金属箔を分離するステップは、金属箔の一部分を除去すること（例えば、金属箔に、伸長開口などの開口を形成すること）を含んでよい。金属箔の一部分を除去することは、金属箔の一部分をレーザアブレーションまたは機械粉砕することを含む。金属箔は、金属箔を複数の電気接点へ分離する前にエンボス加工されてよい。金属箔をエンボス加工するステップは、金属箔の平面から延びる多数の電気接点の各々のエンボス部分を生成する。
第２の一般態様は、金属箔をエンボス加工する前に中間層（例えば、封止層）に開口を形成するステップと、金属箔および中間層を重畳するステップと、中間層における開口を通して金属箔をエンボス加工するステップとを更に含んでよい。一部の場合に、光起電力セルの第１の１つの第１の導電性突起は、電気接点の第１の１つにレーザ溶接される。光起電力セルの第１の１つの第１の導電性突起と電気接点の第１の１つとの間に直接電気結合を形成するステップは、光起電力セルの第１の１つの第１の導電性突起および電気接点の第１の１つを非導電性接着剤で接着することを含んでよい。
複数のバックコンタクト光起電力セルと共に本明細書に記載される光起電力モジュールは、アルミニウムなどの安価な金属箔で相互接続できる。光起電力セルと金属箔との間の電気接続点の間隔が減少するにつれて、電荷キャリア輸送に最大抵抗を与えるために必要とされる光起電力セル上の金属の量は減少し、そして電流は光起電力セル上の金属の代わりに箔において搬送される。光起電力セルに直接適用される金属は、典型的に金属箔として使用される金属より高価であり、開示される光起電力モジュールのコスト低減を見込める。電気伝導が生じるレーザ溶接または薄い接着剤で複数のバックコンタクト光起電力セルと金属箔との間の低抵抗電気相互接続を提供することが更なる利点である。
本開示の対象の１つまたは複数の実施形態の詳細が添付図面および説明に示される。対象の他の特徴、態様および利点は説明、図面および請求項から明らかになるであろう。
本開示は、その第１（表または太陽を向く側）からその第２（裏または地面を向く側）へ、第１の外層、第１の封止剤、複数のバックコンタクト光起電力セル、中間層、複数の電気的に隔離される電気接点へ分離される金属箔、第２の封止剤および第２の外層を含む光起電力モジュールに関する。これらの層または要素の各々は、積層前に独立していてよく、そして全体的に、または中間段階で組み合わされて、凝集モジュールまたは積層体を形成してよい。
第１の外層は、モジュールにおいて他の層と併せて使用されるときにソーラモジュール製品認定試験（例えば、ＩＥＣ６１２１５）に規定されるヘイルアンドウィンドローディング（hail and wind-loading）試験に耐える、ガラスまたはプラスチックなどの光学的に透明な材料から形成される。適切なガラスの一例は、熱強化、低Ｆｅ、ソーダ石灰ガラスである。第１の外層の厚さは、典型的に１ｍｍ～５ｍｍまたは２ｍｍ～４ｍｍの範囲（例えば、３ｍｍ）である。第１の外層は反射防止膜を有してよい。一例では、反射防止膜は、ゾル－ゲルまたは真空蒸着プロセスによって堆積されるシリカ粒子を含む。
第１（または表）の封止剤は、典型的に、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）層、ポリオレフィン（ＰＯＥ）層または両方などの１つまたは複数の層を含む。第１の封止剤のための他の適切な材料には、積層サイクル（加熱および加圧）の間に屈折率がほぼ１．５の光学的に透明な層を形成することが可能な材料を含む。第１の封止剤は、厚さ１０μｍから８００μｍの間で、かつソーラモジュール製品認定試験（例えば、ＩＥＣ６１２１５）に規定される紫外線（ＵＶ）、熱的および含水量試験後の層間剥離を阻止するのに十分な第１の外層および光起電力セルへの接着を呈し得る。
バックコンタクト光起電力セルは、セルの第２の面（裏または後ろを向く側）上の金属領域（セル金属被覆または導電性突起）に終端する半導体における正および負領域を有する。セル金属被覆は、スクリーン印刷、真空蒸着またはメッキされた、銀、アルミニウムまたは銅などの金属を含んでよい。正および負の金属被覆領域は、セルの第２の面上にパターンに従って分散されてよい。適切なパターンの例には、ドット、交差指ラインおよび放射状スポークの配列を含む。正および負の金属被覆領域にわたって誘電体層がパターンに従って（例えば、スクリーン印刷によって）塗布されて、これらの領域の群が、スクリーン印刷または真空蒸着された金属の第２の層によるか、金属箔によるか、その組合せで共に接続されることを可能にしてよい。
中間層は、典型的に光起電力セルの第２の側（または後ろ）と金属箔との間に位置する１つまたは複数のポリマー材料を含む。中間層は連続または不連続層でよい。適切な中間層の第１の例には、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）またはポリオレフィン（ＰＯＥ）（例えば、厚さ１０μｍ～８００μｍ間）などの封止剤または接着剤の１つまたは複数の層を含む。適切な中間層の第２の例には、２つの封止剤層（例えば、各々厚さが１０μｍ～１００μｍ）間に挟まれる積層温度で溶融しないポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの固体ポリマーシートの３層封止剤スタック（例えば、１０μｍ～１００μｍ）を含む。適切な中間層の第３の例には、スクリーン印刷、ジェットディスペンス、ブレード塗布等によってセルか箔電気接点かに適用される、室温で液体でありかつ積層温度（例えば、１３０°Ｃ～１６０°Ｃ）で硬化するポリマー材料の層（例えば、厚さ１μｍ～５０μｍ）を含む。
中間層はパターン化されてよい。一例では、適切なパターンには、光起電力セル（例えば、金属被覆、フィンガー、バスバー）からの導電性突起と金属箔との間で電気連通または直接接触がなされるべき領域における穿孔または開口を含む。穿孔または開口を形成する中間層のパターニングは、レーザ、打抜型または他のサブトラクティブプロセスを使用して達成されてよい。一部の場合に、中間層は、積層プロセス中に金属箔が光起電力セルの導電性突起と電気的に結合される開口を含む。
金属箔は多数の電気接点に分離される。各電気接点は、光起電力モジュール内のバックコンタクト光起電力セルの導電性突起と直接電気連通または結合しているように構成される。本明細書で使用される場合、「直接電気連通」または「直接電気結合」は、いずれの介在する導電材料の非存在下でも（例えば、金属粒子を含む導電性接着剤の非存在下でも）光起電力セルの導電性突起と金属箔との間で電荷が直接流れることを意味する。金属箔の適切な厚さは、典型的に２０μｍ～１００μｍの範囲（例えば、４０μｍ～７０μｍ）である。金属箔のための適当な金属の例には、銅、アルミニウムまたはその任意の組合せ（例えば、銅で被覆されたアルミニウム、抗酸化剤または接着促進層で被覆された銅またはアルミニウム）を含む。
一部の場合に、金属箔は、光起電力セルの導電性突起に接触すると意図される金属箔の部分が光起電力セル上の金属領域から隔離されると意図される金属箔の部分から延びる（それらと同じ平面にない）ように３次元形状へエンボス加工またはその他変形される。特に、エンボス部分は中間層における穿孔を通して突出してよく、その結果、金属箔のエンボス部分は光起電力セルの導電性突起と直接電気連通（例えば、直接接触）している。金属箔の平坦（非エンボス）部分は中間層によって光起電力セルから隔離されてよい。金属箔のエンボス部分は光起電力セル上の導電性突起の一部もしくは全部と同じもしくは類似の空間パターンを有してよく、またはそれらは異なるパターンでよい。他の場合には、金属箔は、特に室温で液体でありかつ積層サイクル中に硬化する中間層と併せて使用されるときには、平坦（例えば、平面）であり至る所で光起電力セルと直接電気連通しており、セル上に誘電体隔離層がない。
金属箔の３次元成形は幾つかの方法によって達成され得る。第１の方法は、中間層または第２の封止剤への箔の（積層または別の手段による）取付け前にマンドレルまたは片面もしくは両面エンボス型を使用して独立した箔をエンボス加工することを含む。第２の方法は、成形前に独立した箔を中間層に（積層または別の手段によって）取り付け、中間層をパターン化し、そしてマンドレルまたは片面もしくは両面エンボス型を使用して中間層の穿孔領域を通して金属箔をエンボス加工することを含む。第３の方法は、中間層をパターン化し、マンドレルまたは片面エンボス型を使用して中間層の穿孔領域を通して独立した金属箔をエンボス加工し、そしてパターン化した中間層に成形した金属箔を（積層または別の手段によって）取り付けることを含む。
エンボス加工されている、または平坦な（例えば、平面の）金属箔は、モジュール製造プロセスにおける幾つかの段階の１つにおいて複数の電気接点へ分離されてよい。分離は、電気接点が互いから電気的に隔離されるようにそれらの間に十分な間隔を達成する。一例では、金属箔が中間層に取り付けられた後に、約１ｍｍ～約５ｍｍの幅を有するリボンがレーザアブレーション、機械粉砕または別の手段によって金属箔から除去され、その結果、コプレーナ箔の電気的に隔離される電気接点が、１ｍｍ～５ｍｍ開口をそれらの縁間にして、電気接点を形成する。
分離は、金属箔が任意の所望の形状を有する複数の電気接点へ分離されるように行われてよいが、好適な形状によりモジュール内の光起電力セルの相互接続を容易にする。特に、金属箔が光起電力セルに接続された後、金属箔の分離は、セルの負極性領域を電気的に接続し、かつセルの正極性領域から電気的に隔離される第１の電気接点、およびセルの正極性領域を電気的に接続し、かつセルの負極性領域から電気的に隔離される第２の電気接点を提供する。追加的に、直列相互接続を形成するために、箔の分離は、光起電力セルの正極性領域がストリング内の次のセルの負極性領域に電気的に接続されることに備えてよい。金属箔の電気接点の分離は、他の隣接セルからの電気的隔離を提供する。金属箔の電気接点の分離は、隣接ストリングの電気的隔離を提供し、ストリング端が、接続箱内のダイオードを迂回する接続を可能にするように向けられる。
第２（または裏）の封止剤は、典型的に、ＥＶＡ層、ＰＯＥ層または両方などの１つまたは複数の層を含む。第２の封止剤の厚さは、典型的に１０μｍから８００μｍの間の範囲である。第２の封止剤は金属箔および第２の外層に接着する。接着は、ソーラモジュール製品認定試験（例えば、ＩＥＣ６１２１５）に規定されるＵＶ、熱的および含水量試験後の層間剥離を阻止するのに十分である。第２の外層は、少なくとも部分的に使用される箔－光起電力セル相互接続方法に応じて、光学的に透明または光学的に不透明（例えば、白、黒または透明）であり得る。第２の外層は１つまたは複数の開口を画定してよい。１つまたは複数の開口の各々に近接して接続箱が配置されてよい。各接続箱は、光起電力モジュール相互接続コードに従って金属箔の電気接点、バイパスダイオードおよび外部リード間の電気接続点を提供する。外部ケーブルと電気接点との間の移行は、銅ブッシングワイヤを一端において接続箱内部の部品にはんだ付けしかつ他端を金属箔の端部電気接点に接続すること（例えば、セルに箔を接続するために使用される同じ方法によってまたは抵抗溶接などの別の方法によって）など、幾つかの仕方で実現され得る。
光起電力モジュールは、他の種類の光起電力モジュール、特に導電性バックシートまたは金属箔電気接点付きのものを組み立てるために使用されるものと類似の方式で組み立てられてよい。第２の外層、第２の封止剤、金属箔および中間体が、それらの縁を位置合わせして、適宜スタックまたは適用されてよい。金属箔がエンボス加工および分離されてよい上述した方法に従って、金属箔は、既に第２の封止剤および第２の外層に取り付けられていても、パターン化された中間層に取り付けられていても、またはその組合せでもよい。光起電力セルは、例えばピックアンドプレイスロボットまたは別の適切な手段によって、それらの相互接続のための適切な位置で中間層上に置かれてよい。
図１は、光起電力モジュール１００の横断面図である。光起電力モジュール１００は、第１の外層１０２、第１の封止剤１０４、バックコンタクト光起電力セル１０６、中間層１０８、金属箔１１０、第２の封止剤１１２および第２の外層１１４を有する。中間層１０８はパターン化されかつ穿孔を画定する。金属箔１１０は、中間層における穿孔を通してエンボス加工される。第２の外層１１４は光学的に透明である。
光起電力セル１０６は中間層１０８上に配設でき、そして第１の封止剤１０４および第１の外層１０２が光起電力セルの上にスタックされる。材料のスタックは加熱および加圧されて積層体を形成する。代替的に、任意の他の適切なプロセスを使用して、光起電力モジュール１００から気泡を除去し、封止剤または接着剤層を溶融および架橋または硬化させ、そして金属箔１１０のエンボス範囲を光起電力セル１０６の導電性突起１１６とより密に接触させてよい。金属箔１１０と光起電力セル１０６上の導電性突起１１６との間の直接電気連通が、光起電力モジュール１００の第２の外層１１４を通して２つの金属を溶接して、レーザ溶接１１８を形成するレーザを使用して（例えば、積層後に）達成される。レーザは、第２の外層１１４および第２の封止剤１１２によって大して吸収されない任意の波長を有してよい。適切なレーザの例には、パルスあたり３０ｍＪ～１５０ｍＪを供給できるミリ秒Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、１０ｋＨｚと４ＭＨｚとの間の周波数で動作する光ファイバレーザ、または箔電気接点の金属がセル上の金属と合金になることを可能にする任意の他のレーザを含む。
光起電力モジュール１００は、モジュールの少なくとも１つの縁の周りの縁シール、モジュールの少なくとも１つの縁の周りに取り付けられるフレーム、モジュールの第２の外層に近接して取り付けられる装着レール、第２の外層に取り付けられる接続箱、またはその任意の組合せを含んでよい。
図２は、光起電力モジュール２００の横断面図である。光起電力モジュール２００は、第１の外層２０２、第１の封止剤２０４、光起電力セル２０６、中間層２０８、金属箔２１０、第２の封止剤２１２および第２の外層２１４を有する。中間層２０８は、穿孔を画定するパターン化された封止層である。金属箔２１０は、中間層２０８における穿孔を通してエンボス加工される。中間層２０８は、金属箔２１０のエンボス領域とエンボス加工された金属箔２１０が接続する光起電力セル２０６上の導電性突起２１６との間の接着剤の層も含む。接着剤は、積層温度（１３０℃～１６０℃）で硬化する室温の液体でよく、そしてそれは、金属箔２１０のエンボス領域か光起電力セル２０６上の導電性突起２１６かに塗布されてよい。接着剤は、スクリーン印刷およびジェットディスペンスなどの任意の適切な手段によって金属箔２１０にまたは光起電力セル２０６に塗布されてよい。接着剤は、金属箔２１０および光起電力セル２０６の導電性突起２１６に結合することが可能である任意の材料でよい。
適切な接着剤は、典型的に電気絶縁体であり、かつ典型的に光起電力セル２０６の導電性突起２１６と金属箔２１０との間で直接電気連通（例えば、低抵抗電気伝導）が生じ得るように少なくとも一部の領域において十分に薄い。一部の場合に、導電性突起２１６と金属箔２１０との間の直接接触がある。接着剤は、例えば、エポキシ、アクリレートもしくはシリコーン、または任意の他の適切な材料でよい。金属箔２１０の表面形態は、接着剤層の結合を促進する多孔質表面領域を作成するために、パターンに従って、または全表面にわたって、化学もしくは物理摩耗によって、または（例えば、焼結による）粒子の印加によって改質されてよい。
接着剤が所望の範囲に塗布され、そして光起電力セル２０６が中間層２０８上に配設された後に、第１の封止剤２０４および第１の外層２０２が光起電力セル２０６上にスタックされてよい。材料のスタックは次いで加熱および加圧されて積層体を形成してよい。代替的に、任意の他の適切なプロセスを使用して、光起電力モジュール２００から気泡を除去し、封止剤または接着剤層を溶融および架橋または硬化させ、そして金属箔２１０のエンボス範囲を光起電力セル２０６の導電性突起２１６とより密に接触させてよい。
光起電力モジュール２００は、モジュールの少なくとも１つの縁の周りの縁シール、モジュールの少なくとも１つの縁の周りに取り付けられるフレーム、モジュールの第２の外層に近接して取り付けられる装着レール、第２の外層に取り付けられる接続箱、またはその任意の組合せを含んでよい。
図３は、光起電力モジュール３００の横断面図である。光起電力モジュール３００は、第１の外層３０２、第１の封止剤３０４、光起電力セル３０６、中間層３０８、金属箔３１０、第２の封止剤３１２および第２の外層３１４を有する。中間体３０８は接着剤の層を含む。金属箔３１０は平面である（すなわち、エンボス加工されていない。）。光起電力セル３０６は、金属箔３１０に直接または電気接続すると意図されない所与の極性の領域を覆う誘電体層を含む。接着剤は、積層温度（１３０℃～１６０℃）で硬化する室温の液体でよく、そしてそれは、金属箔３１０または光起電力セル３０６の第２の側に塗布されて、それが塗布される表面の一部または全部を覆ってよい。接着剤は、例えばスクリーン印刷、ブレード塗布、ジェットディスペンスまたは任意の他の適切な方法によって塗布されてよい。接着剤は、金属箔３１０および光起電力セル３０６の導電性突起３１６に結合することが可能である任意の材料でよい。
適切な接着剤は典型的に絶縁体であるが、接着剤層は、光起電力セル３０６の導電性突起３１６と金属箔３１０との間で低抵抗電気伝導（直接電気連通）が生じ得るように少なくとも一部の領域において十分に薄くなることができる。接着剤は、例えば、エポキシ、アクリレートもしくはシリコーン、または任意の他の適切な材料でよい。金属箔３１０の表面形態は、接着剤層の結合を促進する多孔質表面領域を作成するために、パターンに従うか、表面にわたるか、化学もしくは物理摩耗によって、または（例えば、焼結による）粒子の印加によって改質されてよい。
接着剤が塗布されて光起電力セル３０６が中間層３０８上に配設された後に、第１の封止剤３０４および第１の外層３０２が光起電力セル３０６の上にスタックされてよい。材料のスタックは次いで加熱および加圧されて積層体を形成してよい。代替的に、任意の他の適切なプロセスを使用して、光起電力モジュール３００から気泡を除去し、封止剤または接着剤層を溶融および架橋または硬化させ、そして金属箔３１０を光起電力セル３０６の導電性突起３１６とより密に接触させてよい。
積層後に、光起電力モジュール３００の第２の外層３１４が光学的に透明である場合、金属箔の電気接点と光起電力セルの導電性突起との間のロバストな電気接続が、モジュールの透明な第２の外層を通して２つの金属を溶接するレーザを使用して任意選択で形成されてよい。レーザは、第２の外層３１４および第２の封止剤３１２によって大して吸収されない任意の波長を有してよい。適切なレーザの例には、パルスあたり３０ｍＪ～１５０ｍＪを供給できるミリ秒Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、１０ｋＨｚと４ＭＨｚとの間の周波数で動作する光ファイバレーザ、または電気接点の金属がセル上の金属と合金になることを可能にする任意の他のレーザを含む。
図４は、光起電力モジュール４００の一部分の分解立体図である。光起電力モジュール４００は、第１の外層４０２、第１の封止剤４０４、バックコンタクト光起電力セル４０６、中間層４０８、金属箔４１０、第２の封止剤４１２および第２の外層４１４を含む。金属箔４１０は、電気的に隔離される電気接点４１８へ開口４１６に沿って分離される。図４は、積層前の、積上げ中の光起電力モジュール４００の一部分を描く。積層後に、封止剤は圧縮されて隣接層と共に接着する。
図５は、バックコンタクト光起電力セル５０６、中間層５０８および金属箔５１０を伴う光起電力モジュール５００の一部分の分解破断図である。金属箔５１０は、電気的に隔離される平面電気接点５１８へ開口５１６に沿って分離される。電気接点５１８からエンボス部分５２０が延びる。中間層５０８は、エンボス部分５２０が光起電力セル５０６から延びる導電性突起と直接電気連通（例えば、直接接触）を形成するのを許すように構成される穿孔または開口５２２を含む。
図６は、バックコンタクト光起電力セル６０６、中間層６０８および金属箔６１０を伴う光起電力モジュール６００の一部分の分解破断図である。金属箔６１０は、電気的に隔離される平面電気接点６１８へ開口６１６に沿って分離される。電気接点６１８からエンボス部分６２０が延びる。中間層６０８は、エンボス部分６２０が光起電力セル６０６から延びる導電性突起と非導電性接着剤６２４を通して直接電気連通を形成するのを許すように構成される穿孔または開口６２２を含む。
図７は、開口７１６、電気接点７１８およびエンボス部分７２０の第１の配置を有する金属箔７１０の上面図である。図８は、４つの光起電力セル８０６と位置合わせおよび接続された図７の金属箔７１０の上面図である。図９は、図８の光起電力セル８０６の上面図である。拡大部分は、バスバー９００、フィンガー９０２および誘電体領域９０４を図示する。
図１０は、開口１０１６およびエンボス部分１０２０の第２の配置を有する金属箔１０１０の上面図である。図１１は、４つの光起電力セル１１０６と位置合わせおよび接続された図１０の金属箔１０１０の上面図である。図１２は、導電性突起１２００を図示する図１１の光起電力セル１１０６の上面図である。
図１３は、光起電力モジュールのための製造順序の動作を描く。１３０２で、中間（封止）層に穿孔が形成される。１３０４で、封止層を通して金属箔がエンボス加工され、そして金属箔および封止層が結合（例えば、接着）される。１３０６で、金属箔が分離されて電気接点を形成し、各電気接点はその他の電気接点から電気的に隔離されている。１３０８で、金属箔および中間層上に第２の封止剤および第２の外層が重畳される。１３１０で、中間層上に光起電力セルが配設される。箔、第２の封止剤および第２の外層における開口を通してブッシングリボンが螺刻される。１３１２で、光起電力セル上に第１の封止層および第１の外層が重畳される。１３１４で、１３１２で形成された組立体（またはスタック）が積層される。１３１４で、レーザ溶接によって光起電力セルの導電性突起と金属箔との間で直接電気連通が達成される。追加の動作には、積層体の縁をトリミングし、トリミングした積層体をフレームに入れ、そしてシーリングを塗布することを含む。光起電力モジュールに接続箱が結合され、そして光起電力モジュールが試験されてよい。
図１４は、光起電力モジュールの電流密度－電圧特性を図示する。図１５は、湿熱暴露の時間の関数として光起電力モジュールの相対性能を図示する。図１６は、熱サイクル数の関数として光起電力モジュールの相対性能を図示する。図１７は、湿度－凍結サイクル数の関数として光起電力モジュールの相対性能を図示する。
本開示が多くの具体的な実施形態の詳細を含むが、これらは、対象の範囲に対するまたは特許請求され得る範囲に対する限定としてではなく、むしろ特定の実施形態に固有であり得る特徴の説明として解釈されるべきである。別々の実施形態の文脈で本開示に記載される或る特徴を組み合わせて単一の実施形態でも実装できる。反対に、単一の実施形態の文脈で記載される様々な特徴を別々に複数の実施形態でも、または任意の適切な下位組合せでも実装できる。その上、前記した特徴が或る組合せで作用すると記載され、しかもそのように最初に特許請求され得るが、特許請求された組合せからの１つまたは複数の特徴を、一部の場合に、同組合せから削除でき、そして特許請求された組合せは、下位組合せまたは下位組合せの変形とされ得る。
対象の特定の実施形態が記載された。記載された実施形態の他の実施形態、変更および入替えは、当業者に明らかであるように以下の請求項の範囲内である。図面または請求項に特定の順序で動作が描かれるが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が図示される特定の順序でもしくは順番に行われること、または全ての例示された動作が行われる（一部の動作は任意選択と考えられ得る）ことを必要とすると理解されるべきでない。
したがって、前記した実施形態例は本開示を限定または制約しない。他の変形、置換および修正も本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく可能である。
１００ 光起電力モジュール
１０２ 第１の外層
１０４ 第１の封止剤
１０６ バックコンタクト光起電力セル
１０８ 中間層
１１０ 金属箔
１１２ 第２の封止剤
１１４ 第２の外層
１１６ 導電性突起
１１８ レーザ溶接
２００ 光起電力モジュール
２０２ 第１の外層
２０４ 第１の封止剤
２０６ 光起電力セル
２０８ 中間層
２１０ 金属箔
２１２ 第２の封止剤
２１４ 第２の外層
２１６ 導電性突起
３００ 光起電力モジュール
３０２ 第１の外層
３０４ 第１の封止剤
３０６ 光起電力セル
３０８ 中間層
３１０ 金属箔
３１２ 第２の封止剤
３１４ 第２の外層
３１６ 導電性突起
４００ 光起電力モジュール
４０２ 第１の外層
４０４ 第１の封止剤
４０６ バックコンタクト光起電力セル
４０８ 中間層
４１０ 金属箔
４１２ 第２の封止剤
４１４ 第２の外層
４１６ 開口
４１８ 電気接点
５００ 光起電力モジュール
５０６ バックコンタクト光起電力セル
５０８ 中間層
５１０ 金属箔
５１６ 開口
５１８ 平面電気接点
５２０ エンボス部分
５２２ 穿孔、開口
６００ 光起電力モジュール
６０６ バックコンタクト光起電力セル
６０８ 中間層
６１０ 金属箔
６１６ 開口
６１８ 平面電気接点
６２０ エンボス部分
６２２ 穿孔、開口
６２４ 非導電性接着剤
７１０ 金属箔
７１６ 開口
７１８ 電気接点
７２０ エンボス部分
８０６ 光起電力セル
９００ バスバー
９０２ フィンガー
９０４ 誘電体領域
１０１０ 金属箔
１０１６ 開口
１０２０ エンボス部分
１１０６ 光起電力セル
１２００ 導電性突起
１０２ 第１の外層
１０４ 第１の封止剤
１０６ バックコンタクト光起電力セル
１０８ 中間層
１１０ 金属箔
１１２ 第２の封止剤
１１４ 第２の外層
１１６ 導電性突起
１１８ レーザ溶接
２００ 光起電力モジュール
２０２ 第１の外層
２０４ 第１の封止剤
２０６ 光起電力セル
２０８ 中間層
２１０ 金属箔
２１２ 第２の封止剤
２１４ 第２の外層
２１６ 導電性突起
３００ 光起電力モジュール
３０２ 第１の外層
３０４ 第１の封止剤
３０６ 光起電力セル
３０８ 中間層
３１０ 金属箔
３１２ 第２の封止剤
３１４ 第２の外層
３１６ 導電性突起
４００ 光起電力モジュール
４０２ 第１の外層
４０４ 第１の封止剤
４０６ バックコンタクト光起電力セル
４０８ 中間層
４１０ 金属箔
４１２ 第２の封止剤
４１４ 第２の外層
４１６ 開口
４１８ 電気接点
５００ 光起電力モジュール
５０６ バックコンタクト光起電力セル
５０８ 中間層
５１０ 金属箔
５１６ 開口
５１８ 平面電気接点
５２０ エンボス部分
５２２ 穿孔、開口
６００ 光起電力モジュール
６０６ バックコンタクト光起電力セル
６０８ 中間層
６１０ 金属箔
６１６ 開口
６１８ 平面電気接点
６２０ エンボス部分
６２２ 穿孔、開口
６２４ 非導電性接着剤
７１０ 金属箔
７１６ 開口
７１８ 電気接点
７２０ エンボス部分
８０６ 光起電力セル
９００ バスバー
９０２ フィンガー
９０４ 誘電体領域
１０１０ 金属箔
１０１６ 開口
１０２０ エンボス部分
１１０６ 光起電力セル
１２００ 導電性突起
Claims (20)
- 多数の電気接点であって、各々がその他の電気接点から電気的に隔離される、電気接点を画定する金属箔と、
前記金属箔上方に重畳されかつ前記多数の電気接点を介して電気的に接続される複数のバックコンタクト光起電力セルであって、各々が、
光を吸収するように構成される第１の側と、
第１の導電性突起および第２の導電性突起を備える第２の側とを備える、光起電力セルとを備え、
前記光起電力セルの第１の１つの前記第１の導電性突起が前記多数の電気接点の第１の１つと直接電気連通しており、かつ前記光起電力セルの前記第１の１つの前記第２の導電性突起が前記電気接点の第２の１つと直接電気連通している、
光起電力モジュール。 - 前記多数の電気接点が、隣接した電気接点の対であって、各々が前記金属箔を貫く開口によって分離される、隣接した電気接点の対を含む、請求項１に記載の光起電力モジュール。
- 前記光起電力セルの前記第１の１つの前記第１の導電性突起が前記多数の電気接点の前記第１の１つにレーザ溶接される、請求項１に記載の光起電力モジュール。
- 前記光起電力セルの前記第１の１つの前記第１の導電性突起が非導電性接着剤で前記多数の電気接点の前記第１の１つに接着される、請求項１に記載の光起電力モジュール。
- 前記多数の電気接点の各々が、前記多数の電気接点の各々のエンボス部分が前記複数の光起電力セルに向けて前記金属箔の平面から延びるようにエンボス加工される、請求項１に記載の光起電力モジュール。
- 各エンボス部分が１０μｍから８００μｍの間の距離だけ前記金属箔の前記平面から延びる、請求項１に記載の光起電力モジュール。
- 前記光起電力セルの第１の１つの前記第１の導電性突起が前記多数の電気接点の前記第１の１つのエンボス部分と直接電気連通しており、かつ前記光起電力セルの前記第１の１つの前記第２の導電性突起が前記電気接点の前記第２の１つのエンボス部分と直接電気連通している、請求項１に記載の光起電力モジュール。
- 前記金属箔と前記複数の光起電力セルとの間に封止層を更に備える、請求項１に記載の光起電力モジュール。
- 前記多数の電気接点の各々が、前記多数の電気接点の各々のエンボス部分が前記複数の光起電力セルに向けて前記金属箔の平面から、かつ前記封止層における開口を通して延びるようにエンボス加工される、請求項８に記載の光起電力モジュール。
- 前記封止層の厚さおよび各エンボス部分が前記金属箔の前記平面から延びる距離が実質的に同じである、請求項９に記載の光起電力モジュール。
- 第１の外層および第２の外層を更に備え、前記金属箔および前記複数の光起電力セルが前記第１の外層と前記第２の外層との間に配設される、請求項１に記載の光起電力モジュール。
- 前記第１の外層と前記複数の光起電力セルとの間に第１の封止層および前記金属箔と前記第２の外層との間に第２の封止層を更に備える、請求項１に記載の光起電力モジュール。
- 光起電力モジュールを製造する方法であって、
金属箔を複数の電気接点へ分離し、各電気接点がその他の電気接点の各々から電気的に隔離される、ステップと、
前記複数の電気接点上方に複数の光起電力セルを重畳するステップであって、各々の光起電力セルが第１の導電性突起および第２の導電性突起を備える、複数の光起電力セルを重畳するステップと、
前記光起電力セルの第１の１つの前記第１の導電性突起と前記電気接点の第１の１つとの間に、および前記光起電力セルの前記第１の１つの前記第２の導電性突起と前記電気接点の第２の１つとの間に直接電気結合を形成するステップとを含む、方法。 - 前記金属箔を分離するステップが、前記金属箔の一部分を除去することを含む、請求項１３に記載の方法。
- 前記金属箔の前記一部分を除去することが、前記金属箔の前記一部分をレーザアブレーションまたは機械粉砕することを含む、請求項１４に記載の方法。
- 前記金属箔を前記複数の電気接点へ分離する前に前記金属箔をエンボス加工するステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
- 前記金属箔をエンボス加工するステップが、前記金属箔の平面から延びる前記多数の電気接点の前記各々のエンボス部分を生成する、請求項１６に記載の方法。
- 前記金属箔をエンボス加工する前に中間層に開口を形成するステップと、
前記金属箔および前記中間層を重畳するステップと、
前記中間層における前記開口を通して前記金属箔をエンボス加工するステップと
を更に含む、請求項１７に記載の方法。 - 前記電気接点の前記第１の１つに前記光起電力セルの前記第１の１つの前記第１の導電性突起をレーザ溶接するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
- 前記光起電力セルの前記第１の１つの前記第１の導電性突起と前記電気接点の前記第１の１つとの間に前記直接電気結合を形成するステップが、前記光起電力セルの前記第１の１つの前記第１の導電性突起および前記電気接点の前記第１の１つを非導電性接着剤で接着することを含む、請求項１３に記載の方法。
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