JP2024502460A - インライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、鋼基板および該鋼基板の表面上の複合絶縁層を含む、インライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板を提供する。該複合絶縁層は、絶縁ベース層およびレーザースクライビングバッファー層を含み；該絶縁ベース層の一方の側は、該鋼基板であり、他方の側は、該レーザースクライビングバッファー層である。該レーザースクライビングバッファー層は、以下の成分：ＳｉｘＮｙ（式中、０．７５≦ｘ：ｙ≦１）；およびＳｉ１－ｘ’（Ｒ）ｘ’Ｏｙ’（式中、Ｒは、Ｓｂ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｓｎ、およびＡｇから選択される元素であり、０＜ｘ’≦０．０５、１．９≦ｙ’≦２）の少なくとも１つを含有する。レーザースクライビングバッファー層において使用する窒化ケイ素およびドーピングした二酸化ケイ素は特定の色を示し得るため、レーザーのエネルギーの一部がレーザーエッチングプロセス中に吸収され得、エッチング中の絶縁ベース層の損傷および絶縁の損失を避け得、これにより、本発明によって提供されるインライン型薄膜太陽光発電モジュール用被覆鋼板が安定した加工性能を有することを確保する。さらに、本発明はさらに、前述の被覆鋼板を製造する方法を開示する。【選択図】図３

Description

本発明は、金属材料およびその製造方法に、特にインライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板およびその製造方法に関する。

背景
現在、一般的な太陽電池モジュールは：結晶ケイ素ベースの単結晶および多結晶太陽光発電モジュール、並びにセレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）、テルル化カジウム（ｃａｄｉｕｍ）（ＣｄＴｅ）、アモルファスケイ素（ａ－Ｓｉ）などの薄膜太陽光発電モジュール、並びに化合物半導体薄膜太陽電池、色素増感太陽電池、ペロブスカイト太陽電池、および有機薄膜太陽電池などの他の新たに開発された太陽電池を含む。近年、技術における進歩、および建物一体型太陽光発電、モバイル太陽光発電輸送などのさまざまな用途の拡大に伴い、市場は、太陽光発電モジュールのサービス性能について、軽重量、高強度、高靭性、柔軟性、および耐久性などの、さまざまな新しい要件を提示している。

現在、主流の太陽電池は主に、前面および背面のカバープレートまたは基材としてガラス基板を使用する。しかしながら、ガラス基板は、重い重量、乏しい支持力、自爆しやすさ、光害を引き起こす高い可能性、乏しい耐火性、柔軟性の欠如などの欠点を有する。ガラス基板を補完するために、ポリマー材料および金属基板もまた、導入されている。しかしながら、結晶ケイ素材料の脆い性質のため、柔軟性のある基板が、薄膜太陽電池においては主に使用される。ＣＩＳＧ、ＣｄＴｅ、およびａ－Ｓｉなどの薄膜電池はすでに商業化および安定したサービス性能を達成し、基板上に半導体化合物膜を堆積させるプロセスは高温の熱処理を必要とすることに、留意すべきである。例えば、生産ラインにおけるＣＩＧＳまたはＣｄＴｅ光吸収層の熱処理または堆積プロセスにおいては、基板は典型的には、５００～６５０℃の温度で２～３０分間保持する必要がある。さらに、上記のプロセスはまた、Ｓｅ、Ｈ_２Ｓ、およびＣｄＣｌ_２などの腐食性ガスを含み、従って代替基板材料は、５００℃を超える温度に対する耐熱性および腐食性ガスに対する十分な耐食性を有しなければならない。現在知られているポリイミド膜などの一般的なポリマー基板は、４００℃の最大耐熱温度を有するのみであり、一定量の熱分解生成物が、高温プロセス中に必然的に放出され、これが、熱処理雰囲気および化合物薄膜の組成に汚染リスクをもたらす。従って、熱処理温度を薄膜電池の製造プロセスにおいて制限しなければならないか、または薄膜電池モジュールの光電変換性能が影響を受けるであろう。

ポリマー基板と比較して、アルミニウム、銅、チタン、および鋼などの一般的な金属材料はそれぞれ、６６０℃、１０８３℃、１６６８℃、および１４００℃（鋼の組成に依存する）の融点を有し、それらは、５００～６５０℃の範囲内で一定の耐熱性を有する。高温でのアルミニウムまたはアルミニウム合金材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、典型的には（２０～３０）×１０^－６Ｋ^－１であり、ＣＩＧＳおよびＣｄＴｅタイプの機能性半導体多結晶材料の（８～１５）×１０^－６Ｋ^－１よりも著しく高いことに、留意すべきである。薄膜太陽電池の熱処理または堆積のプロセスの間、それは、機能性半導体膜とアルミニウムまたはアルミニウム合金基板材料との間の一致しない熱膨張のため、膜割れおよび界面接着不良の現象を引き起こしがちである。同様に、銅または銅合金、およびチタンまたはチタン合金は、全体のコストおよび加工の複雑さなどの要因のため、薄膜太陽光発電産業における実際の生産においてはほとんど使用されない。

アルミニウム、銅、およびチタンと比較して、各種の鋼、特にステンレス鋼基板は、性能およびコストにおいて良好な総合的利点を有し、ロール・ツー・ロールタイプまたはシート・ツー・シートタイプの薄膜モジュールの低コスト大量生産に高度に適している。

例えば、２０１７年３月１５日に公開された、「太陽電池基板用フェライト系ステンレス鋼箔およびその製造方法」と題する中国特許文書ＣＮ１０５０５１９１５Ｂは、太陽電池基板用フェライト系ステンレス鋼箔およびその製造方法を開示する。焦点は、鉄（Ｆｅ）イオンの高温拡散を防ぐための、０．０１～０．２ｍｍの厚さおよび表面上の金属被覆（Ｃｒのような）を有するステンレス鋼箔の製造方法上にある。このタイプのステンレス鋼材料は、表面上の絶縁処理に供されておらず、これは、内部直列接続を通した電圧または電流の改善を達成することを不可能とする。太陽光発電機能層を被覆した後、ステンレス鋼材料は、モジュールの定格電流および電圧の要件を満たすために、小さなサイズに切り、ワイヤで外部的に接続する必要がある。さらに、追加の背面カプセル化材料（通常は、ガラス基板またはポリマー薄膜）が、カプセル化して全体のワイヤ直列接続構造に機械的サポートを提供するために必要とされる。

別の例は、２００９年４月２９日に公開された、「無機／有機ハイブリッド膜被覆を有するステンレス鋼箔」と題する中国特許文書ＣＮ１００４８２４６１Ｃであり、無機－有機ハイブリッド膜で被覆したステンレス鋼箔を開示する。無機－有機ハイブリッド膜は、骨格の少なくとも１つの架橋酸素が有機基および／または水素原子によって置き換えられた、シロキサン結合を主に含む無機三次元網目構造から形成された該骨格を含む。このタイプの膜については、完全に緻密な膜は、構造上の特徴のため、形成し得ず、十分な降伏電圧（≧２００Ｖ）を提供することは、困難である。さらに、５００～６５０℃の熱処理または堆積条件下では、ハイブリッド膜層構造における有機官能基が必然的に熱分解および揮発を受け、熱処理雰囲気および化合物薄膜の成分に汚染リスクをもたらす。従って、無機－有機ハイブリッド膜で被覆したステンレス鋼箔は、現在最も一般的に使用されているＣＩＧＳおよびＣｄＴｅ薄膜電池の生産プロセスに適していない。

別の例は、２００９年６月１０日に公開された、「金属帯製品」と題する中国特許文書ＣＮ１００４９９１７４Ｃであり、ナトリウムでドーピングした電気絶縁層を含む被覆を有する被覆鋼製品を提供する。該被覆鋼製品は、少量のアルカリ金属を絶縁性金属酸化物の複数の層に添加することにより、ＣＩＧＳ生産中のＣＩＧＳ層中への拡散の目的を達成する。しかしながら、現在の研究は、ＣＩＧＳ電池の生産中の基板を通したアルカリ金属拡散の量を正確に制御することは異なり、これが、不均一なドーピングを引き起こし、電池効率に影響を及ぼしがちであることを示す。現在の工業生産は、ＣＩＧＳ膜形成プロセス中の同時アルカリ金属補充方法を採用する。従って、本発明は、現在一般的なＣＩＧＳ薄膜電池生産プロセスには適していない。

要約すると、既存の特許技術は、市販の薄膜電池の実際の用途においてそれらのそれぞれの欠点を有する。さらに、金属基板表面上の現在の絶縁膜システムの設計は、薄膜モジュールの実際の相互接続中のレーザースクライビングプロセスとの適合性を考慮しない。

概要
金属基板表面上の既存の絶縁膜システムがインライン型薄膜太陽光発電モジュールに適応できないという問題を解決するために、本発明は、鋼基板および該鋼基板の表面上の複合絶縁層を含む、インライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板を提供する。該複合絶縁層は、絶縁ベース層およびレーザースクライビングバッファー層を含む。該絶縁ベース層の一方の側は、該鋼基板であり、他方の側は、該レーザースクライビングバッファー層である。該レーザースクライビングバッファー層は、以下の成分：
Ｓｉ_ｘＮ_ｙ（式中、０．７５≦ｘ：ｙ≦１）；および
Ｓｉ_１－ｘ’（Ｒ）_ｘ’Ｏ_ｙ’（式中、Ｒは、Ｓｂ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｓｎ、およびＡｇから選択される少なくとも１つの元素であり、０＜ｘ’≦０．０５、１．９≦ｙ’≦２）
の少なくとも１つを含有する。

図３を参照すると、複合絶縁層は、鋼基板に隣接する絶縁ベース層および該絶縁ベース層の上に位置するレーザスクライビングバッファー層を含む。例えば、いくつかの実施態様においては、複合絶縁層は、ＳｉＯ_２絶縁ベース層およびＳｉ_３Ｎ_４レーザースクライビングバッファー層を含み得る。ＳｉＯ_２絶縁ベース層の一方の側は、鋼基板であり、他方の側は、Ｓｉ_３Ｎ_４レーザースクライビングバッファー層である。レーザースクライビングバッファー層材料として機能する酸化ケイ素および窒化ケイ素は、高温耐性の特徴を有し、これが、それらが被覆プロセス中に損傷を受けることなくそれらの構造を維持することを可能にする。

さらに、薄膜太陽光発電モジュールは通常、モジュールを直列に接続する目的で下部電極のレーザースクライビング（切ること）を必要とするため、レーザービームのエネルギーは金属下部電極を貫通するのに十分でなければならないことに、留意すべきである。これが必然的に、残留エネルギーを、下部電極を貫通した後、複合絶縁層の絶縁ベース層に到達させ、ひどい場合においては、それは、ベースの鋼基板に到達しさえして、モジュールにおける短絡をもたらし得る。しかしながら、複合絶縁層のレーザースクライビングバッファー層において使用する窒化ケイ素およびドーピングした二酸化ケイ素は、レーザースクライビングプロセス中に、特定の色を示し、レーザーのエネルギーのいくらかを吸収し得る。これは、金属下部電極をレーザースクライビングするときの残留エネルギーを消散するまたは軽減するのに役立ち、それによって下部での酸化物絶縁ベース層の損傷および絶縁の損失を避ける。

本願においては、０＜ｘ’≦０．０５に制御することが、必要である。一方で、適切な金属ドーピングは、ＳｉＯ_２に特定の色を与えて、レーザースクライビングプロセス中にいくらかのレーザーエネルギーを吸収し得、これが、絶縁ベース層用のバッファーとして作用する。他方、金属のドーピング量は、それがレーザースクライビングバッファー層における絶縁特性の損失を引き起こし得るので、高過ぎるべきではない。

さらに、１．９≦ｙ’≦２に制御することが、重要である。被覆プロセスにおいては、絶縁ベース層として機能する酸化物が特定の化学量論比率を有することを確保することが非常に困難であることが、理解されるべきである。ＳｉＯ_２を例としてとると、酸素空孔が被覆プロセス中に起こり、ｙ’が２より小さいことをもたらし得る。同様に、窒素（Ｎ）空孔がＳｉ_３Ｎ_４被覆プロセス中に起こり、ｘ：ｙ＞０．７５をもたらし得る。

レーザースクライビングバッファー層は、緻密で滑らかであり、絶縁ベース層との良好な接着を形成すべきである。レーザースクライビングバッファー層はまた、不動態化の役割も果たし得、絶縁ベース層における欠陥およびピンホールが絶縁ベース層の絶縁に影響を及ぼすのを防ぎ得る。

さらに、本発明によって提供される被覆鋼板においては、０．７５＜ｘ：ｙ＜０．９０に制御されている。

レーザースクライビングバッファー層は、非化学量論的窒化ケイ素（Ｓｉ_ｘＮ_ｙ）（式中、０．７５＜ｘ：ｙ≦１、好ましくは０．７５＜ｘ：ｙ＜０．９５、および最も好ましくは０．７５＜ｘ：ｙ＜０．９０）であり得る。一方で、この比は、バッファー層の十分な絶縁特性を確保するが、他方、Ｎ空孔があり、そのため、レーザースクライビングバッファー層は、特定の色を示し、レーザースクライビング中に、光吸収特徴の観点からいくらかのレーザーエネルギーを吸収し得る。さらに、レーザースクライビングバッファー層が、Ｓｂ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｓｎ、およびＡｇから選択される、元素Ｒでドーピングされた有色の酸化ケイ素（Ｓｉ_１－ｘ’（Ｒ）_ｘ’Ｏ_ｙ’）であるとき、異なる金属ドーパントを有するＳｉ_１－ｘ’（Ｒ）_ｘ’Ｏ_ｙ’は、紫、黄、緑、赤、および白などの色を示し得る。元素Ｒは好ましくは、Ａｕ、Ｃｕ、およびＡｇから選択される。これらのドーピング元素は、堆積前にＳｉＯ_２またはＳｉターゲット材料と事前に混合することができ、堆積は、酸素含有キャリアガス条件下で行う。または、Ｒ元素の単体のターゲット材料を、膜ドーピングを達成するために、酸素含有キャリアガス条件下での堆積中に、ＳｉＯ_２またはＳｉターゲット材料と組み合わせて使用することができる。

全体のレーザースクライビングバッファー層の全体の厚さは、５０から１０００ｎｍの間、好ましくは１００から５００ｎｍの間に制御することができる。小さな膜厚は、コストを効果的に制御し、過度に厚い膜の脆さのため製造中に起こり得る亀裂の問題を避け得る。

好ましくは、本発明の被覆鋼板において、絶縁ベース層は、以下の成分：ＳｉＯ_２－ｍ、ＨｆＯ_２－ｍ、Ｓｉ（Ｈｆ）Ｏ_２－ｍ、およびＴａ_２Ｏ_５－２ｍ（式中、０≦ｍ≦０．０５）の少なくとも１つから構成されている。

好ましくは、本発明の被覆鋼板において、絶縁ベース層は、以下の成分：ＳｉＯ_２－ｍ、ＨｆＯ_２、Ｓｉ（Ｈｆ）Ｏ_２、およびＴａ_２Ｏ_５（式中、０≦ｍ≦０．０５）の少なくとも１つを含有する

絶縁ベース層の化学組成は、高い熱安定性およびより高い誘電率を有する酸化物であるべきである。適切な酸化物の例は、ＳｉＯ_２、ＨｆＯ_２、Ｓｉ（Ｈｆ）Ｏ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、またはそれらの混合物を含む。ＳｉＯ_２および／またはＨｆＯ_２が好ましく、ＳｉＯ_２が最も好ましい。上述したように、被覆プロセスにおいては、酸化物の特定の化学量論的比率を確保することは、非常に困難である。ある程度の酸素空孔が、これらの材料において許容し得る。ＳｉＯ_２を例としてとると、その酸素欠損型ＳｉＯ_２－ｍが０＜ｍ≦０．０５を満足する限り、それはまた、絶縁ベース層の成分として使用することができる。同様に、本発明におけるＨｆＯ_２、Ｓｉ（Ｈｆ）Ｏ_２、およびＴａ_２Ｏ_５については、それらの酸素欠損型ＨｆＯ_２－ｍ、Ｓｉ（Ｈｆ）Ｏ_２－ｍ、およびＴａ_２Ｏ_５－２ｍがまたその０＜ｍ≦０．０５を満足し得る場合には、ＨｆＯ_２、Ｓｉ（Ｈｆ）Ｏ_２、およびＴａ_２Ｏ_５はまた、絶縁ベース層の成分として使用することができる。

好ましくは、本発明の被覆鋼板においては、絶縁ベース層は、単層構造または多層構造であり得る。絶縁ベース層が多層構造であるとき、各層の成分は、同一であり得るかまたは異なり得る。

絶縁ベース層が単層構造であるとき、層を通して貫通するピンホールまたは欠陥が製造プロセス中に起こり得る。従って、膜厚は、そのような発生を避けて絶縁を確保するために増加させる必要がある。

絶縁ベース層が多層構造であるとき、単層構造と比較して、利点は、それが、異なる層を設けることにより、単層構造において起こり得るピンホールおよび隠れ亀裂をブロックし、それにより膜システムの全体の厚さを低下させ得るという点である。多層の酸化物絶縁層を堆積するとき、これらの層は、同じまたは異なる酸化物によって形成することができ、各単層はまた、いくつかの金属酸化物の混合物から構成することができる。それが多層構造である限り、単層被覆プロセスにおいて生成したピンホールおよび欠陥を、隣接する膜層によってブロックして、絶縁を確保することができる。

絶縁ベース層の多層構造が３層を超えることは、多過ぎる層を有することが、界面剥離および他の欠陥を引き起こして、これが、製造プロセスを複雑にし、生産コストを増加させ得るので、一般的には推奨されない。鋼基板と直接接触する最下層は、鋼基板と絶縁ベース層との間の内部応力をさらに低下させる、鋼基板と同様の特性を有する遷移層であり得る。多層構造における各単層は、０．１から３μｍ、好ましくは０．１から１μｍの厚さを有する。

絶縁ベース層が単層構造であるか多層構造であるかにかかわらず、全体の絶縁ベース層の合計の厚さは、９μｍを超えるべきでない。合計の厚さは、より厚い膜における亀裂のリスクを避けるために、０．１から９μｍの範囲内に制御する。それは好ましくは、０．２５から６μｍの範囲内に制御し、これは、コストを節約するのに役立ち得る。

好ましくは、本発明の被覆鋼板において、鋼基板の熱膨張係数は、以下：
０から１００℃での熱膨張係数が（１０から１１）×１０^－６／℃であり；
１００から３１５℃での熱膨張係数が（１０．５から１１）×１０^－６／℃であり；および
３１５から６５０℃での熱膨張係数が（１１から１１．５）×１０^－６／℃である
を満足する。

本発明において、鋼基板の最も重要な特性は、複合絶縁層の酸化物／窒化物の熱膨張係数（ＣＴＥ）（２５℃で測定したときに、ＳｉＯ_２：５．６×１０^－６／℃、ＨｆＯ_２：６×１０^－６／℃、Ｔａ_２Ｏ_５：６．７×１０^－６／℃、Ｓｉ_３Ｎ_４：４．３×１０^－６／℃などの）および薄膜太陽光発電光吸収層（２５℃で測定したときに、ＣＩＧＳ：８～１２×１０^－６／℃、ＣｄＴｅ：４．８×１０^－６／℃、ａ－Ｓｉ：４×１０^－６／℃などの）に匹敵する低いＣＴＥを有し、それにより、熱膨張係数における著しい違いのための、製造プロセスにおける鋼基板または薄膜太陽光発電モジュール上に堆積した複合絶縁層の層間剥離または亀裂を避けることであることに、留意すべきである。前述の酸化物／窒化物、ＣｄＴｅ、およびａ－Ｓｉの熱膨張係数は「Ｌｉｓｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ （ＣＴＥ） ｆｏｒ Ｎａｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｍｓｅｓｕｐｐｌｉｅｓ．ｃｏｍ／）から参照することができ、ＣＩＧＳの熱膨張係数は、「Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ ７７， （２００４）， ６８５－６９５」から参照することができる。

そのような鋼基板の材料は、太陽電池のライフサイクル全体を通して作業環境に耐えるための十分な耐食性を有するべきである。フェライト４００系ステンレス鋼を、選択することができる。

好ましくは、本発明の被覆鋼板において、鋼基板は、５から１８０μｍの厚さを有する帯状箔鋼コイルである。

好ましくは、本発明の被覆鋼板において、鋼基板は、０．３から２．０ｍｍの厚さを有するシート様硬板である。

インライン型薄膜太陽光発電モジュールにおける基材の柔軟性および剛性についてのさまざまな要件に依存して、鋼基板は、帯状箔鋼コイルまたはシート様ステンレス鋼板の形態で届けることができる。柔軟なステンレス鋼帯状箔コイルについては、厚さは、５から１８０μｍの範囲内であるべきであり、好ましくは１５から５０μｍ内に制御するべきである。この厚さ範囲が、基材が、十分な引き裂き耐性を維持しながら、十分な柔軟性を有することを可能にする。シート様硬ステンレス鋼板については、厚さは、０．３から２．０ｍｍの範囲内であるべきであり、好ましくは０．４から１．０ｍｍ内に制御するべきである。この厚さ範囲が、基材が、基材の重量および単位面積あたりのコストを低下させながら十分な剛性を有することを保証し得る。

好ましくは、本発明の被覆鋼板において、鋼基板の表面粗さを表すプロファイルの算術平均偏差Ｒａは、０．３μｍより小さく、鋼基板の表面粗さを表すプロファイルの最大高さＲｚは、１μｍより小さい。

鋼基板の別の重要なパラメーターは表面粗さであり、より低い表面粗さが好ましいことに、留意すべきである。表面粗さを表すＲａ（プロファイルの算術平均偏差）は、０．３μｍより小さいべきであり、やはり表面粗さを表すＲｚ（プロファイルの最大高さ）は、１μｍより小さいべきである。０．０７μｍより小さいＲａおよび０．３μｍより小さいＲｚを有することが、好ましい。より小さなＲａおよびＲｚの値は、絶縁ベース層について必要とされる被覆厚さを低下させてコストを低下させるだけでなく、チップ放電による局所的な絶縁破壊を防ぐ。表面粗さを特徴付けるためのパラメーターの定義および説明は、ＧＢ／Ｔ ３５０５－２０００に見出すことができる。

好ましくは、本発明の被覆鋼板において、複合絶縁層は、その表面上に金属下部電極を堆積させることによって形成されるバックコンタクト層を有する。

本発明の前述の技術的解決策においては、下流上の異なる薄膜太陽光発電手順および異なるユーザーの特定の要件に依存して、対応するインライン型薄膜太陽光発電モジュールについて必要とされる金属下部電極を、複合絶縁膜層の表面上に堆積させて、バックコンタクト層を形成することができる。

好ましくは、本発明の被覆鋼板において、バックコンタクト層は、以下：ＭｏまたはＭｏ合金；ＣｕまたはＣｕ／Ｃ複合材料；ＡｌまたはＡｌ合金；Ａｇ；Ａｕ；およびＰｔの１つ製であり得る。

前述のバックコンタクト層は、緻密で、滑らかであり、複合絶縁層に良好な接着性を有する。薄膜電池のタイプに依存して、バックコンタクト層用の材料は、Ｍｏ若しくはＭｏ合金（ＣＩＧＳ電池用）、Ｃｕ若しくはＣｕ／Ｃ複合材料（ＣｄＴｅ電池用）、Ａｌ若しくはＡｌ合金（アモルファス／微結晶ケイ素電池用）、およびＡｇ、Ａｕ、またはＰｔ（ＧａＡｓ太陽電池、ペロブスカイト太陽電池、およびさまざまな有機半導体太陽電池用）であり得る。

好ましくは、本発明の被覆鋼板において、バックコンタクト層の厚さは、２０ｎｍから２μｍである。

好ましくは、バックコンタクト層の厚さは、５０ｎｍから８００ｎｍの範囲内に、より好ましくは５０ｎｍから５００ｎｍ内に制御する。より薄い膜厚は、コストを効果的に制御し得、過度に厚い膜の脆さのための製造プロセス中の亀裂の問題を避け得る。

好ましくは、バックコンタクト層の表面はまた、下流上の薄膜太陽光発電直列接続モジュールの要件に依存して、レーザーエッチングまたは機械的スクライビングによって処理して、適当な幅およびギャップを有する回路パターンを形成し得る。エッチングまたはスクライビングの深さは、バックコンタクト層が貫通されることを確保するために、バックコンタクト層の厚さ以上であるべきである。エッチングラインまたはスクライビングラインの幅は、２０μｍから１００μｍの間、好ましくは３０μｍから６０μｍの間に制御するべきである。２つの隣接するエッチングラインまたはスクライビングラインの間のギャップは、顧客の要求に基づいてカスタマイズすることができ、一般に５から２０ｍｍ、好ましくは、５から１０ｍｍの範囲である。

それに応じて、本発明の別の目的は、インライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した前述の被覆鋼板を製造する方法を提供することである。インライン型薄膜太陽光発電モジュール用の被覆鋼板の表面は、適当な粗さ、安定した耐熱性、およびさまざまな化学媒体に対する良好な耐性を有する。さらに、被覆鋼板の鋼基板の熱膨張係数は、インライン型薄膜太陽光発電モジュールの複合絶縁層および光吸収層の熱膨張係数と一致し、これが、それを、商業化について高度に有望で価値があるものとする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の工程：
鋼基板の表面を前処理すること；並びに
該鋼基板の該表面上に絶縁ベース層およびレーザースクライビングバッファー層を堆積させること
を含む、被覆鋼板を製造する方法を提供する。

さらに、本発明におけるインライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板はまた、バックコンタクト層を含み得る。バックコンタクト層を含む場合、被覆鋼板を製造する方法は、以下の工程：
Ｓ１：鋼基板の表面を前処理すること；並びに
Ｓ２：引き続き、絶縁ベース層、レーザースクライビングバッファー層、およびバックコンタクト層を、該鋼基板の該表面上に堆積させること
を含む。

本発明の上記技術的解決策においては、被覆鋼板における絶縁ベース層が、鋼基板の表面に良好な接着性を有し、これが、インライン型薄膜太陽光発電モジュールがある程度の柔軟性を有することを可能にすることが、必要である。本発明においては、接着性能を、鋼基板の表面を前処理することによって最適化することができる。最初の工程は、残留する油および汚れを適当な方法で鋼基板の表面から除去して、これらの不純物が、引き続く被覆プロセス中に被覆層の接着性および品質に影響を及ぼさないことを確保することである。さらに、プラズマ衝撃エッチングまたは極端紫外線（ＥＵＶ）照射を使用して、被覆前に鋼基板の表面を活性化することができる。

本発明においては、絶縁ベース層用の選択した材料は、プロセス制御を通して緻密で滑らかな絶縁ベース層を達成して、それにより良好な絶縁性能を得るために、高い誘電率および降伏電圧を有するべきであることに、留意すべきである。

従来技術と比較して、本発明によって提供される、インライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板およびその製造方法は、以下の利点および有益な効果を有する：
本発明は、鋼基板の表面に良好な接着を形成し、良好な耐薬品性、高温耐性、優れた絶縁性能、および適当な表面粗さを示し得る、膜システムの組合せ、およびその製造方法を提供する。鋼基板の表面上に連続的で均一で緻密な複合絶縁層を形成することによって、インライン型薄膜太陽光発電モジュール用の被覆鋼板の表面が、適当な粗さ、安定した耐熱性、およびさまざまな化学媒体に対する良好な耐性を有することを確保することができる。単層膜システムは、被覆プロセス中に貫通ピンホールを有する傾向があり、これは、絶縁層の絶縁機能を損なう。複合絶縁層を使用することによって、単層膜システムと関連するピンホールの問題を防ぐことができ、すなわち薄膜の絶縁特性を保つことができる。本発明によって提供される被覆鋼板を製造する方法は、インライン型薄膜太陽光発電モジュールの生産中に実施するレーザースクライビング直列接続手順とよく調和しており、これは、インライン型薄膜太陽光発電モジュールの生産要件を満たすことにおいて大きな実用上の意義を有する。

本発明の上記内容をより明確に理解可能なものとするために、好ましい実施態様を、添付の図面と組み合わせて以下に詳細に説明する。
図１は、ＳＵＳ４３０鋼基板の微細構造画像であり； 図２は、Ｂ４３０ＬＮＴ鋼基板の微細構造画像であり； 図３は、実施例３における被覆鋼板の断面構造の概略図であり； 図４は、バックコンタクト層を金属下部電極の堆積によって形成した後の、実施例３における被覆鋼板の断面構造の概略図であり； 図５は、本発明における連続被覆ラインの生産プロセスの概略図であり； 図６は、レーザースクライビング後の、実施例４におけるバックコンタクト層を有する被覆鋼板の表面の三次元表示であり； 図７は、図６におけるバックコンタクト層の断面プロファイルであり； 図８は、レーザースクライビング後の、比較例３におけるバックコンタクト層を有する比較鋼板の表面の三次元表示であり；および 図９は、図８におけるバックコンタクト層の断面プロファイルである。

詳細な説明
本発明の実施様式は、以下の特定の実施態様によって以下に例示し、当業者は容易に、本説明における開示に基づいて本発明の他の利点および効果を理解することができる。本発明の説明は、好ましい実施態様と組み合わせて提示するが、本発明の特徴が、特定の実施態様に限定されることを意味するものではない。逆に、本発明を実施様式と組み合わせて提示する目的は、本発明の特許請求の範囲から導き出し得る他の選択または修飾をカバーすることである。本発明の深い理解を提供するために、以下の説明は、多くの特定の詳細を含有するであろう。しかしながら、本発明はまた、これらの詳細を使用することなく実施することもできる。さらに、本発明の焦点の混乱または不明瞭化を避けるために、いくつかの特定の詳細が、説明において省略され得る。矛盾しない限り、本発明における実施態様および実施態様における特徴を、互いに組み合わせることができることに、留意すべきである。

実施例１～４６および比較例１～８

本発明の実施態様１～４６におけるインライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板および比較例１～８における比較鋼板は、以下の工程を使用して製造する。

Ｓ１：鋼基板を前処理すること：インライン型薄膜太陽電池モジュールの、基板の柔軟性および剛性についての異なる要件、並びに異なる厚さの基板の引き続く処理および保守性についての異なる要件に依存して、２つの材料、すなわち、ＳＵＳ４３０帯状箔鋼コイルおよびＢ４３０ＬＮＴシート様硬板をそれぞれ、鋼基板用材料として選択すること。それらの中で、ＳＵＳ４３０帯状箔鋼コイルの最大幅は、１，０００ｍｍであり得；Ｂ４３０ＬＮＴの最大幅は、１，５００ｍｍであり得る。

ＳＵＳ４３０：日本規格ＪＩＳ Ｇ４３０３－２０１２に従うフェライト系ステンレス鋼。

Ｂ４３０ＬＮＴ：Ｎｉｎｇｂｏ Ｂａｏｘｉｎ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．の企業規格Ｑ／ＢＸＳ ００９－２０１７に従うフェライト系ステンレス鋼。

一般的な４００系フェライト系ステンレス鋼に基づいて、Ｂ４３０ＬＮＴは、ＮおよびＳなどの不純物元素の含有量を非常に低いレベルまで低下させ、ＮｂおよびＴｉなどの合金元素を添加する。Ｎｂは、炭素および窒素を固定し、フェライトの粒粒径を精緻化する強い効果を有するため、Ｂ４３０ＬＮＴは、焼鈍状態において非常に均一でかつ微細なフェライト構造を有し、粒界での炭窒化物の析出が非常に少ない。従って、Ｂ４３０ＬＮＴは、ＳＵＳ４３０より良好な耐食性、成形性、およびしわ耐性を有する。

選定したＳＵＳ４３０鋼帯およびＢ４３０ＬＮＴ鋼板は、少なくとも冷間圧延、光輝焼鈍、およびレベリングを含む前処理プロセスを受けている。それらはともに、ＢＡ（光輝焼鈍しレベリングした表面）レベル以上の表面光沢度および平坦度を有する。選択したＳＵＳ４３０鋼帯およびＢ４３０ＬＮＴ鋼板の表面粗さは、できるだけ低く、Ｒａ＜０．３μｍおよびＲｚ＜１μｍで制御すべきである。好ましくは、それは、Ｒａ＜０．０７μｍおよびＲｚ＜０．３μｍに制御し得る。さらに、鋼基板材料としての、ＳＵＳ４３０鋼帯およびＢ４３０ＬＮＴ鋼板は、熱膨張性能要件を満足する必要がある：０から１００℃の温度範囲において、熱膨張係数は（１０から１１）×１０^－６／℃である；１００から３１５℃の温度範囲において、（１０．５から１１）×１０^－６／℃の熱膨張係数；および３１５から６５０℃の温度範囲において、熱膨張係数は（１１から１１．５）×１０^－６／℃である。

２つのタイプの鋼基板の表面を高圧水によって洗い流した後、鋼基板の表面を、圧縮空気を吹き付けることによって素早く乾燥させる。次いで、Ｎ_２雰囲気中で、鋼基板帯の上面を、５０ｍＷ／ｃｍ^２の強度でフラットチューブタイプの１７２ｎｍの極端紫外線（ＥＵＶ）光源によって照射する。このプロセスが、鋼基板の表面上の残留する小さな有機分子を除去し、鋼基板表面の反応性を増強する。ＥＵＶ照射後、上述の２つのタイプの鋼基板帯の表面上の水接触角は、１０°未満である。

Ｓ２：鋼基板の表面上に複合絶縁層を堆積させること：絶縁ベース層を、上述の２つのタイプの鋼基板の一方の表面上での連続ロール・ツー・ロールタイプまたはシート・ツー・シートタイプの被覆ラインを使用して、鋼基板帯の表面上に直接堆積させ、次いで窒化物または酸化物からなるレーザースクライビングバッファー層を、該絶縁ベース層の表面上に堆積して、インライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板を製造すること。本発明のさまざまな実施例および比較例において、全体の絶縁ベース層の厚さは、０．１から９μｍの範囲内に制御し、全体のレーザースクライビングバッファー層の厚さは、５０から１，０００ｎｍの範囲内に制御する。絶縁ベース層、および該絶縁ベース層の表面上のレーザースクライビングバッファー層が一緒に、複合絶縁層を形成する。

絶縁ベース層は、以下の成分：ＳｉＯ_２－ｍ、ＨｆＯ_２－ｍ、Ｓｉ（Ｈｆ）Ｏ_２－ｍ、およびＴａ_２Ｏ_５－２ｍ（式中、０≦ｍ≦０．０５）の少なくとも１つから構成されている。絶縁ベース層は、単層構造または多層構造であり得、各層を構成する成分は、同一であり得るかまたは異なり得る。絶縁ベース層の各単層の厚さは、０．１から３μｍの範囲内に制御する。

レーザースクライビングバッファー層は、以下の成分：Ｓｉ_ｘＮ_ｙ（式中、０．７５≦ｘ：ｙ≦１）；およびＳｉ_１－ｘ’（Ｒ）_ｘ’Ｏ_ｙ’（式中、Ｒは、Ｓｂ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｓｎ、およびＡｇから選択される元素であり、０＜ｘ’≦０．０５、１．９≦ｙ’≦２）の少なくとも１つから構成されている。さまざまな実施例および比較例における鋼基材および複合絶縁膜層の材料および構造を、表２に示す。

本発明の前述の工程Ｓ１において、異なる鋼基板材料の選択がそれぞれ、柔軟な連続ロール・ツー・ロールタイプのプロセスおよび薄膜太陽光発電モジュール用のベアリング機能を有するシート・ツー・シートタイプのプロセスの生産要件を満足し得ることに、留意すべきである。具体的には、柔軟な基板として機能するＳＵＳ４３０帯箔鋼コイルはさらに、５から１８０μｍの厚さを達成するために精密圧延プロセスに供する必要があり、好ましくは、厚さは、良好な柔軟性を達成するために１５から５０μｍの範囲内に制御する。シート様硬Ｂ４３０ＬＮＴステンレス鋼板については、厚さは、０．３から２．０ｍｍの間、好ましくは０．４から１．０ｍｍの間に制御する。

以下の表１は、ＳＵＳ４３０およびＢ４３０ＬＮＴタイプの鋼の化学成分の質量パーセントをリストする。

本発明においては、実施例１～４６の全てのプロセスパラメーターは、上記工程の要件と合致し、一方、比較例１～８においては、前述の工程のプロセス要件を満足しないパラメーターがある。

表１は、ＳＵＳ４３０およびＢ４３０ＬＮＴタイプの鋼の化学成分の質量パーセントを提示する。

ＧＢ／Ｔ ４３３９の方法に従い、２５ｍｍ×５ｍｍ×０．５ｍｍのサイズを有するＳＵＳ４３０およびＢ４３０ＬＮＴタイプの鋼の熱膨張係数を、ＮＥＴＺＳＣＨ ＤＩＬ熱膨張係数測定器によって、１０℃／分の同一の昇温速度および降温速度で測定する。試験温度は、０℃から７００℃まで上げ、１分間保持し、次いで下げる。０から１００℃、１００から３１５℃、および３１５から６５０℃の温度範囲における熱膨張係数を、分析し、ソフトウェアによって適合させる。

選定したＳＵＳ４３０ステンレス鋼の測定した熱膨張係数は、以下のとおりである：０から１００℃の温度範囲において１０．４×１０^－６／℃、１００から３１５℃の温度範囲において１０．９×１０^－６／℃、および３１５から６５０℃の温度範囲において１１．４×１０^－６／℃。

選択したＢ４３０ＬＮＴ ステンレス鋼の測定した熱膨張係数は、以下のとおりである：０から１００℃の温度範囲において１０．１×１０^－６／℃、１００から３１５℃の温度範囲において１０．５×１０^－６／℃、および３１５から６５０℃の温度範囲において１１．２×１０^－６／℃。

表２は、実施例１～４６におけるインライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板および比較例１～８における比較鋼板の機能膜システムの組成および膜厚を提示する。

表２において、絶縁ベース層の第１層は、鋼基板と直接接触する層であり、第３の層は、絶縁ベース層において鋼基板から最も遠い層である。本発明において、比較例１～３および比較例６～８における比較鋼は、レーザースクライビングバッファー層なしに、鋼基板および絶縁ベース層を含むのみである。比較例４～５は、鋼基板、絶縁ベース層、およびレーザースクライビングバッファー層が存在する、本発明における請求項１の制限を満足する。比較例４および５は、好ましい範囲外にあるレーザースクライビングバッファー層の厚さの影響を実証するために含めている。

それに応じて、本発明の実施例１～４６におけるインライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板は全て、鋼基板、および該鋼基板の表面上に設けた複合絶縁層を含む。複合絶縁層は、鋼基板に隣接する絶縁ベース層、および該絶縁ベース層の上に位置するレーザスクライビングバッファー層を含む。実施例１～２５および実施例３６～４２における被覆鋼板における絶縁ベース層は、単層構造であり、一方、実施例２６～２９における被覆鋼板における絶縁ベース層は、２層構造であり、実施例３０～３５および実施例４３～４６における被覆鋼板における絶縁ベース層は、３層構造である。

上記の工程により得られる、実施例１～４６におけるインライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板および比較例１～８における比較鋼板の最終製品のサンプルを、それぞれ採取し、以下の試験方法に従って試験した。さまざまな性能パラメーターの評価を行い、得られた試験結果を表３に示す。さまざまな性能パラメーターを評価するための試験は、以下のとおりである：

接着試験：ＡＳＴＭ Ｄ３３５９において規定する１００グリッド試験に従って行う。１００個の１ｍｍ×１ｍｍグリッドの傷を、ブレードを使用して、複合絶縁層を有する鋼帯の表面上に作製する（傷の深さを観察する、傷の深さは、鋼帯の表面に到達するべきであるが、鋼帯を貫通すべきでない）。３Ｍ ６１０テープをグリッドの傷を付けた部分上に貼り、それを、テープとグリッド表面との間の密着を確保するために手でしっかりと押す。約６０秒後、くっついていないテープの端を持ち上げ、それを、できるだけ１８０°に近い角度で迅速に引き上げる。虫眼鏡を使用して、グリッド領域において何らかの分離または剥離があるかを検査する。

具体的な評価基準は、以下のとおりである：
◎：グリッドにおいて分離が何ら観察されず、切り口が完全に滑らかであることを示す。
○：切り口の交点で複合絶縁層のわずかな分離があり、グリッド面積の約５％に影響を及ぼすことを示す。
△：切り口のエッジおよび交点で複合絶縁層のわずかな分離があり、グリッド領域の約５～１５％に影響を及ぼすことを示す。
×：グリッドの切り口のエッジおよび一部で帯状複合絶縁層の明らかな帯様剥離があり、グリッド面積の１５％超に影響を及ぼすことを示す。

絶縁性能試験：複合絶縁層が設けられている、１００ｍｍ×１００ｍｍのサイズを有する板帯サンプルの表面上に、鋼帯サンプルの複合絶縁層が位置し（エッジから２０ｍｍのマージン）、それが一方の電圧端子として機能する、表面の中心において、６０ｍｍ×６０ｍｍ×０．０３ｍｍの両面銅箔テープを貼る。ステンレス鋼基板を他方の電圧端子として使用して、５０Ｖ、１００Ｖ、２５０Ｖ、５００Ｖ、および１０００Ｖの電圧を、絶縁試験機を使用して複合絶縁層の厚さ方向に沿ってそれぞれ印加する。試験電圧に到達した後、該電圧を１分間保持し、抵抗測定結果を記録する。

具体的な評価基準は、以下のとおりである：
◎：降伏電圧が≧２５０Ｖであり、測定した抵抗が≧２５０ＭΩであることを示す；
○：降伏電圧が≧１００Ｖであり、測定した抵抗が≧１００ＭΩであることを示す；
△：降伏電圧が≧５０Ｖであり、測定した抵抗が≧５０ＭΩであることを示す；
×：降伏電圧が＜５０Ｖであり、複合絶縁層に、絶縁不良をもたらす表面欠陥または損傷があることを示す。

高温耐食性試験：表面上に複合絶縁層が設けられている、１００ｍｍ×１００ｍｍのサイズを有する鋼板帯サンプルを、密封可能な熱処理箱中に置き、５０ｍｇのセレン（Ｓｅ）粉末および５０ｍｇの硫黄（Ｓ）粉末を、該熱処理箱中に添加する。熱処理箱を密封してそれを空にした後、Ａｒガスを導入して、１２０Ｔｏｒｒの圧力を達成する。熱処理箱を、５０℃／分の速度で５５０℃まで加熱し、その温度で１０分間維持する。後ほど、それを室温まで冷却する。次いで、目視検査およびＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察を行って、複合絶縁層の表面が滑らかで亀裂がないままであるかどうかを決定する。

具体的な評価基準は、以下のとおりである：
◎：試験前後で目視で観察した複合絶縁層において著しい変化が何らなく；ＳＥＭ観察は、表面亀裂が何らない、複合絶縁層の滑らかで均一な表面を示すことを示す。
○：試験前後で目視で観察した複合絶縁層において著しい変化が何らなく；ＳＥＭ観察は、領域の５％未満に影響を及ぼす、少量の表面亀裂を有する、複合絶縁層の滑らかで均一な表面を示すことを示す。
△：試験前後で目視で観察した複合絶縁層において著しい変化が何らなく；ＳＥＭ観察は、領域の約５～１５％に影響を及ぼす、一定量の表面亀裂を有する、複合絶縁層の滑らかで均一な表面を示すことを示す。
×：目視で観察した複合絶縁層の剥離があり；ＳＥＭ観察は、複合絶縁層における顕著なしわおよび亀裂を示すことを示す。

変形抵抗試験：表面上に複合絶縁層が設けられている、１００ｍｍ×１００ｍｍのサイズを有する鋼板帯サンプルを１％伸長させた後、表面上の絶縁層の欠陥検出を、色の効果に基づく光学的方法を使用して行う。試験溶液：３．０ｇ±０．１ｇの亜硝酸ナトリウムを１００ｍＬの脱イオン水中で溶解し、４ｍＬのフェノールフタレインエタノール溶液（０．５％のフェノールフタレインの質量分率を有する）を添加する。電源：２４Ｖ±４Ｖの直流電圧。試験電極：濡れたキッチンペーパー（６０ｍｍ×６０ｍｍの面積を有する）を試験鋼帯サンプルの複合絶縁層の表面の中心（２０ｍｍのマージンを残して）に置く。鋼帯サンプルのステンレス鋼基板を電源の負極に接続し、次いで試験電極、すなわち、濡れた紙電極を電源の正極に接続する。試験電極を試験溶液中に浸し、それを試験領域の上に置いて、空気が何ら入らないことを確保する。電源を入れ、２分後に、それを切る。電源を切ることの１分以内に、試験電極上の欠陥の数を数える。平方メートルあたりの欠陥の数を計算する。

変形した複合絶縁層の表面欠陥率についての評価基準は、以下のとおりである：
◎：欠陥／ｍ^２≦２を示す；
○：２＜欠陥／ｍ^２≦５を示す；
△：５＜欠陥／ｍ^２≦１０を示す；および
×：欠陥／ｍ^２＞１０を示す。

表３は、サンプリングおよび試験後の、実施例１～４６におけるインライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板および比較例１～８における比較鋼板のさまざまな性能パラメーターを提示する。

表３から、本発明の製造方法を使用して製造した実施例１～４６におけるインライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板は、前述の上記試験を受けて、全ての評価した特性について「△」以上の評定結果を受けたことが分かる。これは、本発明における表面処理で処理した鋼帯が、インライン型鋼ベースの薄膜モジュール用の基材として必要とされる、優れたまたは適性のある界面接着性、絶縁性能、高温耐食性、および変形抵抗を有することを示す。

それに応じて、本発明の実施例１～４６における被覆鋼板および比較例１～８に従う比較鋼板を得た後、金属下部電極を、複合絶縁層上の異なるインライン型薄膜太陽光発電モジュール用のバックコンタクト層としてさらに堆積させることが可能である。バックコンタクト層用の材料は、以下：Ｍｏ若しくはＭｏ合金（ＣＩＧＳ電池用）、Ｃｕ若しくはＣｕ／Ｃ複合材料（ＣｄＴｅ電池用）、Ａｌ若しくはＡｌ合金（アモルファス／微結晶ケイ素電池用）、およびＡｇ、Ａｕ、またはＰｔ（ＧａＡｓ太陽電池、ペロブスカイト太陽電池、およびさまざまな有機半導体太陽電池用）の１つであり得る。

金属下部電極の堆積によって形成されるバックコンタクト層の厚さは、２０ｎｍから２μｍの範囲内であるべきであり、好ましくは５０ｎｍから８００ｎｍの範囲内であり、より好ましくは５０ｎｍから５００ｎｍの範囲内である。上記操作が完了した後、インライン型薄膜太陽光発電モジュールとしての使用に適した複合基板を、得ることができる。薄膜太陽光発電直列接続モジュールの要件に依存して、バックコンタクト層をレーザーエッチングまたは機械的スクライビングによって処理して、該バックコンタクト層上に適切な幅およびギャップを有する回路を得ることができる。

本発明においては、表面上に複合絶縁層を有する鋼帯がインライン型鋼ベースの薄膜モジュールの内部直列接続についての要件を満足するかどうかをさらに検証するために、上記の実施例１～４６および比較例１～８における鋼帯をマグネトロンスパッタリングによって処理して、Ｍｏ下部電極の堆積によって形成されるバックコンタクト層を調製する。形成されたバックコンタクト層の厚さは６００±１０ｎｍであり、平方抵抗は≦１．０Ω／□である。薄膜モジュールの生産プロセスにおけるレーザースクライビング（Ｐ１）プロセスを、バックコンタクト層で被覆した鋼帯に対して実施し、得られたさまざまな特性についての試験データを、表４にリストする。

鋼帯のさまざまな性能パラメーターの評価は、以下のとおりに行う：
レーザースクライビング試験を、バックコンタクト層で被覆した鋼帯に対して実施する。ガラス基板上でスクライビングのためにガラスを通過するレーザーの方法とは異なり、レーザーは、バックコンタクト層で被覆した側上で直接スクライビングを実施し、これが、スクライビングエッジでの揮発性不純物の蓄積または背面電極下の絶縁層への損傷を避ける。

本発明においては、２つのタイプのレーザー、赤外（１０６４ｎｍ）および緑色（５３２ｎｍ）を、検証用に使用する。使用するレーザーは、市販のレーザーである。赤外レーザーのパラメーターは：１，０６４ｎｍのレーザー波長、１５から３０ｎｓのパルス幅、１から１５０ｋＨｚの繰り返し周波数、および０．２８ｍＪの最大単一パルスエネルギーである。緑色レーザーのパラメーターは：５３２ｎｍのレーザー波長、６から１８ｎｓのパルス幅、１から１２０ｋＨｚの繰り返し周波数、および０．１０ｍＪの最大単一パルスエネルギーである。レーザースクライビング（Ｐ１）プロセス試験のスクライビング長は８０ｍｍであり、スクライビング線幅は５０±５μｍ（≦１０％）内に制御し、スクライビング速度は≧５００ｍｍ／分である。

既存のインライン型薄膜モジュール直列接続プロセスでの、鋼帯の、表面上の複合絶縁層との適合性を、レーザースクライビング結果に従って評価する。下側のスクライビングエッジの突起を制御することは、引き続く光吸収層の堆積に対する影響、およびインライン型薄膜太陽光発電モジュールを短絡させるリスクを避け得る。絶縁ベース層へのスクライビングの深さの損傷を制御することは、基材の絶縁を確保し、局所的な絶縁不良のための漏電のリスクおよびモジュールの短絡のリスクさえも防ぐ。

具体的な評価基準は、以下のとおりである：
◎：レーザーＰ１スクライビング後、スクライビングエッジの突起（ダメージクレーター）の高さが≦３０ｎｍであり、絶縁ベース層の厚さの損失が≦３０ｎｍであることを示す；
○：レーザーＰ１スクライビング後、スクライビングエッジの突起（ダメージクレーター）の高さが３０ｎｍより大きく５０ｎｍ以下であり、絶縁ベース層の厚さの損失が３０ｎｍより大きく５０ｎｍ以下であることを示す；
△：レーザーＰ１スクライビング後、スクライビングエッジの突起（ダメージクレーター）の高さが５０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下であり、絶縁ベース層の厚さの損失が５０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下であることを示す；および
×：レーザーＰ１スクライビング後、スクライビングエッジの突起（ダメージクレーター）の高さが１００ｎｍより大きく、絶縁ベース層の厚さの損失が１００ｎｍより大きいか、または絶縁ベース層が完全に貫通されていることを示す。

表４は、実施例１～４６におけるインライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板／帯、並びに比較例１～８における比較鋼板についての、レーザースクライビング適合性試験の結果を提示する。

表４から、実施例１～４６におけるインライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板を、市販の赤外または緑色レーザースクライバーによって試験したことが分かる。評価の評定結果は、「△」レベル以上である。これは、本発明の実施例１～４６における被覆鋼板が、インライン型薄膜太陽光発電モジュールの生産プロセスにおいて使用するレーザースクライビング直列接続プロセスと良好な適合性を有することを示す。従って、それらは、インライン型薄膜太陽光発電モジュールの生産要件を満足し得る。対照的に、比較例１～３および６～８における比較鋼板は、複合絶縁膜層中のレーザースクライビングバッファー層によるレーザーの残留エネルギーの吸収及び緩衝を欠き、比較例４～５における比較鋼のレーザースクライビングバッファー層の厚さは、好ましい厚さの範囲外であり、そのため、比較例１～８における絶縁基材は、該絶縁基材に著しい損傷を経験し、いくらかは貫通さえして、絶縁不良を引き起こした。さらに、揮発性の堆積物が、スクライビングエッジで蓄積して、数マイクロメートルの突起を形成し、これが、引き続く光吸収層の堆積およびインライン型薄膜太陽光発電モジュールの性能に直接影響を及ぼす。

表１～４を考慮することにより、比較例１～８における比較鋼と比較して、本発明の実施例１～４６におけるインライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板は、インライン型鋼ベースの薄膜モジュール用の基材として機能するために必要とされる、優れたまたは適性のある界面接着性、絶縁性能、高温耐食性、および変形抵抗を有すること、並びにそれらはまた、インライン型薄膜太陽光発電モジュールの生産プロセスの間に必要な、レーザースクライビング直列接続プロセスとの良好な適合性も有することが分かる。

図１は、ＳＵＳ４３０鋼基板の微細構造を示す。ＳＵＳ４３０鋼基板は、高温でオーステナイト組織を示し、これが、冷却プロセスの間にフェライトおよび炭化物に変化する。この相転移は、フェライト粒子を精緻化し、析出した炭化物はまた、粒子成長を妨げる。

図２は、Ｂ４３０ＬＮＴ鋼基板の微細構造を示す。Ｂ４３０ＬＮＴ鋼基板は、高温で相転移を何ら受けることなく単相フェライト構造中にとどまる。従って、それは、高温に耐え得る。さらに、Ｂ４３０ＬＮＴは、粒界を固定して粒子の成長を防ぐ炭化物を有さず、これが、ＳＵＳ４３０と比較してより大きな粒子サイズを可能とする。

図３は、実施例３に従う被覆鋼板の断面構造の概略図である。図３中、１は、鋼基板を表し、２は、絶縁ベース層を表し、３は、レーザースクライビングバッファー層を表す。

図４は、バックコンタクト層を金属下部電極の堆積によって形成した後の、実施例３に従う被覆鋼板の断面構造の概略図である。図４中、１は、鋼基板を表し、２は、絶縁ベース層を表し、３は、レーザースクライビングバッファー層を表し、４は、バックコンタクト層を表す。

図５は、本発明の連続被覆ラインの生産プロセスの概略図である。

本発明においては、鋼基板の被覆について、生産を、ＳＵＳ４３０などのロール・ツー・ロール帯を使用することによって、またはＢ４３０ＬＮＴなどのシート・ツー・シートタイプの帯を使用することによって、異なる製造ラインにおいて行うことができる。ロール・ツー・ロールタイプとシート・ツー・シートタイプの被覆との間の違いは、ロールまたはシート材料のステッピングおよび伝達にあることが、指摘されるべきである。しかしながら、全体の被覆プロセスおよび方法は、似ている。

上述したように、鋼基板の表面上での被覆生産の前に、まず高圧水洗によって該鋼基板の表面上の残留するまたは吸着した塵埃を除去することが必要である。引き続き、鋼基板表面を、高速圧縮空気での連続吹付けによって、迅速に乾燥させる。次いで、プラズマ支援エッチング技術または極端紫外線照射を使って、鋼基板の表面上の残留する小さな有機分子を除去し、該鋼基板の表面の反応性を改善し、それによって絶縁ベース層と該鋼基板との間の良好な接着性を得る。最後に、マグネトロンスパッタリング、熱蒸発、電子ビーム（ＥＢ）蒸発、および化学蒸着（ＣＶＤ）などの真空被覆システムを使用して、絶縁ベース層およびレーザースクライビングバッファー層を堆積させる。これらのプロセスは全て、当該分野における先行技術である。

図５に示すように、連続被覆プロセスのこの生産ラインは、２つのタイプ：ロール・ツー・ロールタイプの連続被覆ラインおよびシート・ツー・シートタイプのステッピング被覆ラインに分類することができる。ロール・ツー・ロールタイプの連続被覆ラインの最初の部分は、アンコイラー７であり、その後、高圧水噴射洗浄セクション８、圧縮空気ブロー乾燥セクション９、Ｎ_２雰囲気で満たした極端紫外線表面洗浄および活性化室１０、並びにルーパー真空移行室１１である。真空条件は、ルーパー真空移行室１１中で、徐々に１×１０^－４Ｐａ以下に移行する。ルーパー装置を使用して、ロール交換プロセスにおける被覆率および圧延速度の切替えを制御する。次いで、一連の堆積被覆室１２が、ルーパー真空移行室１１の後方に配置されている。必要とされる被覆室の数は、所望の絶縁ベース層およびレーザースクライビングバッファー層を得るために、被覆率および膜システムの構造に従って３から１０の範囲内で変化し得る。金属背面電極を被覆するための別個の堆積室１３を、堆積被覆室１２の後方に配置する。その後、移行室１４、金属背面電極の表面上に回路をエッチングするためのレーザスクライビング装置１５、および最後に、被覆鋼帯を巻き取るためのコイラー１６がある。生産要件に依存して、金属背面電極用の別個の堆積室１３およびレーザースクライビング装置１５を装備すべきかどうかを選択することが、可能である。シート・ツー・シートタイプのステッピング被覆グラインは、ロール・ツー・タイプの連続被覆ラインと同様の機能ブロックを有する。被覆するステンレス鋼帯は、磁気固定能力を有するオブジェクトテーブル１７上に置く。オブジェクトテーブル１７は、その上に置いたステンレス鋼帯とともに、全体の被覆ラインの至るところに配列した搬送ローラ１８によって搬送する。引き続くセクションは、高圧水噴射洗浄セクション８、圧縮空気ブロー乾燥セクション９、Ｎ_２雰囲気で満たした極端紫外線表面洗浄および活性化室１０、並びに徐々に１×１０^－４Ｐａ以下の真空状態に移行するための真空移行室１１を含む。一連の堆積被覆室１２は、真空移行室１１の後方に配置されており、必要とされる被覆室の数は、所望の絶縁ベース層およびレーザースクライビングバッファー層を得るために、被覆率および膜システムの構造に依存して３から１０の範囲内で変化し得る。金属背面電極を被覆するための別個の堆積室１３を、堆積被覆室１２の後方に配置し、その後、移行室１４、金属背面電極の表面上に回路をエッチングするためのレーザスクライビング装置１５、および最後に、磁気吸引または掴み機能を有するマニピュレータ１９を配置する。オブジェクトテーブルの磁気固定を解放した後、機能膜層で被覆したステンレス鋼帯を、集中ブランキングスタッキング位置に移動させる。同様に、生産要件に依存して、金属背面電極用の別個の堆積室１３およびレーザースクライビング装置１５を装備すべきかどうかを選択することが、可能である。

図６は、レーザースクライビング後の、実施例４におけるバックコンタクト層を有する被覆鋼板の三次元表示である。

図７は、図６におけるバックコンタクト層の断面プロファイルである。

図６および図７に示すように、実施例４の実施様式においては、レーザースクライビング後、絶縁ベース層の厚さ損失は１０％未満であり、スクライブエッジで形成される突起の高さはより１００ｎｍ未満であり、これは、引き続く光吸収膜層の堆積およびインライン型薄膜太陽光発電モジュールの性能に影響を及ぼさない。

図８は、レーザースクライビング後の、比較例３におけるバックコンタクト層を有する比較鋼板の三次元表示である。

図９は、図８におけるバックコンタクト層の断面プロファイルである。

図８および図９に示すように、比較例３における比較鋼板における絶縁基材は、鋼基板を貫通さえする、絶縁不良をもたらす、著しい損傷を受けている。さらに、揮発性の堆積物が、スクライビングエッジで蓄積して、数マイクロメートルの突起を形成し、これが、引き続く光吸収膜層の堆積およびインライン型薄膜太陽光発電モジュールの性能に直接影響を及ぼす。

要約すると、本発明によって提供される上記の実施態様は、本発明を限定するよりもむしろ、本発明の原理および利点を実証する例示的な例である。当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、上記の実施態様に修飾または変更を加えることができる。従って、当該技術分野における通常の知識を有する当業者によって達成される全ての同等の修飾または変更は、本発明によって開示される精神および技術的概念内で、依然として本発明の請求の範囲によって包含されるものとする。

Claims (18)

1. 鋼基板および該鋼基板の表面上の複合絶縁層を含む、インライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板であって、ここで、
   該複合絶縁層は、絶縁ベース層およびレーザースクライビングバッファー層を含み；該絶縁ベース層の一方の側は、該鋼基板であり、他方の側は、該レーザースクライビングバッファー層であり；並びに
   該レーザースクライビングバッファー層は、以下の成分：
   Ｓｉ_ｘＮ_ｙ（式中、０．７５≦ｘ：ｙ≦１）；および
   Ｓｉ_１－ｘ’（Ｒ）_ｘ’Ｏ_ｙ’（式中、Ｒは、Ｓｂ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｓｎ、およびＡｇから選択される少なくとも１つの元素であり、０＜ｘ’≦０．０５、１．９≦ｙ’≦２）
   の少なくとも１つを含有する、被覆鋼板。
2. Ｓｉ_ｘＮ_ｙにおいて、０．７５＜ｘ：ｙ＜０．９０である、請求項１に記載の被覆鋼板。
3. レーザースクライビングバッファー層の厚さが５０から１０００ｎｍである、請求項１に記載の被覆鋼板。
4. レーザースクライビングバッファー層の厚さが１００から５００ｎｍである、請求項３に記載の被覆鋼板。
5. 絶縁ベース層が、以下の成分：ＳｉＯ_２－ｍ、ＨｆＯ_２－ｍ、Ｓｉ（Ｈｆ）Ｏ_２－ｍ、およびＴａ_２Ｏ_５－２ｍ（式中、０≦ｍ≦０．０５）の少なくとも１つを含有する、請求項１に記載の被覆鋼板。
6. 絶縁ベース層が、以下の成分：ＳｉＯ_２－ｍ、ＨｆＯ_２、Ｓｉ（Ｈｆ）Ｏ_２、およびＴａ_２Ｏ_５（式中、０≦ｍ≦０．０５）の少なくとも１つから構成されている、請求項５に記載の被覆鋼板。
7. 絶縁ベース層が単層構造または多層構造である、請求項１に記載の被覆鋼板。
8. 絶縁ベース層の合計の厚さが０．１から９μｍである、請求項７に記載の被覆鋼板。
9. 絶縁ベース層の合計の厚さが０．２５から６μｍである、請求項８に記載の被覆鋼板。
10. 鋼基板の０から１００℃での熱膨張係数が（１０から１１）×１０^－６／℃であり；
    鋼基板の１００から３１５℃での熱膨張係数が（１０．５から１１）×１０^－６／℃であり；および
    鋼基板の３１５から６５０℃での熱膨張係数が（１１から１１．５）×１０^－６／℃である、
    請求項１に記載の被覆鋼板。
11. 鋼基板が、５から１８０μｍの厚さを有する帯状箔鋼コイルである、請求項１０に記載の被覆鋼板。
12. 帯状箔鋼コイルの厚さが１５から５０μｍである、請求項１１に記載の被覆鋼板。
13. 鋼基板が、０．３から２．０ｍｍの厚さを有するシート様硬板である、請求項１０に記載の被覆鋼板。
14. シート様硬板の厚さが０．４から１．０ｍｍである、請求項１３に記載の被覆鋼板。
15. 鋼基板の表面粗さを表す、プロファイルの算術平均偏差Ｒａが０．３μｍより小さく、鋼基板の表面粗さを表す、プロファイルの最大高さＲｚが１μｍより小さい、請求項１０に記載の被覆鋼板。
16. Ｒａ＜０．０７μｍ、および／またはＲｚ＜０．３μｍである、請求項１５に記載の被覆鋼板。
17. 複合絶縁層が、その表面上に金属下部電極を堆積させることによって形成されるバックコンタクト層を有し；
    該バックコンタクト層の材料が、以下：ＭｏまたはＭｏ合金、ＣｕまたはＣｕ／Ｃ複合材料、ＡｌまたはＡｌ合金、Ａｇ、Ａｕ、およびＰｔの少なくとも１つを含み；並びに
    該バックコンタクト層の厚さが、２０ｎｍから２μｍである、
    請求項１に記載の被覆鋼板。
18. 以下の工程：
    鋼基板の表面を前処理すること；並びに
    該鋼基板の該表面上に絶縁ベース層およびレーザースクライビングバッファー層を堆積させること
    を含む、請求項１～１７のいずれかに記載の被覆鋼板を製造する方法。