JP5905108B2 - 接続ソケットを備えたソーラーモジュール並びにその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、接続ソケットを備えたソーラーモジュール並びにその製造方法に関する。

太陽光を電気エネルギーに直接変換するための光起電力層システムは十分に公知である。これらは一般的に「太陽電池」と称される。「薄膜太陽電池」との概念は、数μｍの僅かな厚さしか有さない層システムを表し、その支持体基板は十分な機械的強度を必要としている。既知の支持体基板は、無機ガラス、プラスチック（ポリマー）、または金属、特に金属合金を含み、それぞれの層厚さと、特定の材料特性とに依存して、剛性基板、又は可撓性フィルムとして設計することができる。

技術的な取り扱いおよび効率に関して、薄膜太陽電池は、アモルファス、マイクロモルファス又は多結晶のシリコン、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）又はカルコパイライト化合物、特に、銅−インジウム／ガリウム−硫黄／セレン（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２）から成る半導体層を備えている態様が有利であることが判明しており、この場合特に、銅−インジウム−ジセレニド（ＣｕＩｎＳｅ_２又はＣＩＳ）は、太陽光のスペクトルに適合されたバンドギャップに基づき、吸収効率が高い点で優れている。

個々の太陽電池は、通常は１ボルト未満の電圧レベルしか得ることができない。そのため技術的に使える出力電圧を得るためには、ソーラーモジュールにおいて多数の太陽電池が相互に直列に接続される。薄膜ソーラーモジュールは、多数の太陽電池が既に、層の製造過程中に集積された形態で相互接続可能である利点を提供する。特許文献においても、この薄膜ソーラーモジュールについては、既に多くの説明がなされている。例えば例としてＤＥ ４３２４３１８ Ｃ１及びＥＰ２２０００９７Ａ１明細書が参照される。

典型的には、薄膜太陽電池の製造のための層は、基板上に直接被着され、この基板は、安定した耐候性の複合体として別の基板に接着される。これらの２つの基板の間の層構造は、背面電極層と光起電力活性吸収体層とを含む。この吸収体層は、半導体層と前面電極層を有している。各薄膜ソーラーモジュールは、外部との電気的な接続のために、２つの電圧端子を有する。この目的のために、例えば、背面電極を接触させる２つのバスバーが設けられており、それらはそれぞれモジュール裏側へ案内されたフィルム導体ないしフラットリボン導体と導電的に接続されている。モジュールの背面側では、２つのフィルム導体が、１つ以上の接続ソケットに接続されており、それらは接続ケーブル若しくはまたはプラグ接続部を備えている。そのような接続ソケットは、ＤＥ １０２００５０２５６３２ Ａ１から公知である。接続ソケットにおいては、ソーラーモジュールがモジュールストリング形成ために別のソーラーモジュールと直列に相互接続されるか、または、電気的な負荷に接続される。この電気的な負荷とは、しばしば、生成された直流電圧を公共電力網に適した交流電圧に変換するインバータであり得る。

工場での生産において、フィルム導体は手作業で接続ソケットに接続されるため、例えばクランプ式のコンタクトが設けられている。ここでの簡単でかつ低コストな自動化は不可能である。そのためソーラーモジュールの製造には、比較的高い製造コストが伴ってしまう。

さらに薄膜ソーラーモジュールの場合、連続的な直列抵抗の増加が観察され得る。この直列抵抗は数千時間の運転期間の経過後に徐々に少なくともほぼ一定の値に移行する。このような経年劣化は、ソーラーモジュールの効率に望ましくない劣化をもたらす。この主な原因は、太陽電池の半導体材料内への水分子の拡散であると考えられている。この経年劣化を抑制するためには、２つの積層基板の間の縁部空隙を、拡散バリアとして使用されるシールストリップを用いて水密かつ気密にシールすることが公知である。さらに接続ソケットが例えばホットメルト接着剤を用いて基材に固定され、それによっても内部が気密にシールされ得る。

ＷＯ ２００９／１２９４０５ Ａ２公報には、コンタクトポイントがベースプレートの切欠きによってフィルム導体端部と導電的に接続することができる、ソーラーモジュール用接続ボックスが記載されている。ここではフィルム導体の端部は、コンタクトホールによってコンタクト形成可能である。この場合接続ソケットのベースプレートは、コンタクトホールを密封しない。なぜならそうでなければ、コンタクトポイントがもはやフィルム導体と接触接続できなくなるからであり、ここでの密封は不可能である。

そのことに鑑み本発明の課題は、従来型のソーラーモジュールをさらに有利な形で改善することにあり、その際には特に接続ソケットの電気的な接続と自動化された固定とが可能でなければならない。さらにここでは接続ソケットからの太陽電池内部への水分や気体の侵入が高い信頼性のもとで確実に阻止されなければならない。

前記課題及びさらなる課題は、独立請求項の特徴部分に記載された本発明によるソーラーモジュールないしソーラーモジュール装置とその製造方法とによって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の特徴によって与えられる。

本発明によれば、ソーラーモジュールは、２つの基板からなる積層複合体とともに示されている。これらの基板の間には層構造部が存在しており、この層構造部は、直列に相互接続された複数の太陽電池を形成するために、前面電極層と、背面電極層と、これら２つの電極層の間に配置された半導体層とを有している。このソーラーモジュールとは、好ましくは、統合された形態で相互接続された複数の太陽電池を有する薄膜ソーラーモジュールである。特に、前記半導体層は、カルコパイライト化合物から成るものであり、これは、銅−インジウム／ガリウム−２硫黄／二セレン化物（Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳＥ）₂）、例えば、銅−インジウム−二セレン化物（ＣｕＩｎＳｅ₂又はＣＩＳ）、若しくは、類似の化合物グループからなるＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体であってもよい。また２つの基板は、例えば、無機ガラス、ポリマー、または金属合金を含有していてもよいし、層の厚さおよび材料特性に依存して剛性プレートまたは可撓性フィルムとして設計されてもよい。

このソーラーモジュールは逆極性の二つの電圧端子を含み、それらには電気的に接触接続可能である。この目的のために、ソーラーモジュールは２つのコンタクト要素を含み、それらはそれぞれ前面電極層及び／又は背面電極層と導電的に接続されている。有利には、前記２つのコンタクト要素は、それぞれ背面電極層とのみ導電的に接続されている。

有利には、前記２つのコンタクト要素の各々は、ストリップ状ないし帯状のバスバー（集電導体）を介して前面電極層及び／又は背面電極層と導電的に接続されている。それにより、各コンタクト要素は、バスバーによって前面電極層及び／又は背面電極層と導電的に接続されている。この場合前記コンタクト要素は、バスバーとは異なっている。特に前記コンタクト要素は、前記バスバーの一部若しくは区分、特に端部区間として形成されていない。

前記２つのバスバーは、例えば帯状若しくはストリップ状の（金属箔）フィルム導体として形成され、例えばアルミニウム又は錫メッキ銅からなっているが、フィルム状に加工することができるその他の導電性材料が使用されてもよい。これらの例には、アルミニウム、金、銀、スズ、及びそれらの合金が挙げられる。前記バスバーは、例えば０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚さと、２ｍｍ〜１６ｍｍの範囲の幅を有することができる。

前記バスバーと各電極層との間に導電性接続は、溶接、ボンディング、はんだ付け、クランピング又は導電性接着剤を用いた接着によって行われる。有利には、前記２つのバスバーは、それぞれ背面電極層に被着され、この背面電極層と導電的に接続されている。

前記２つのコンタクト要素は、少なくとも１つの基板の少なくとも一方のコンタクトホール（貫通孔部）に配置され、この場合前記２つのコンタクト要素は、同じコンタクトホールに配置されてもよいし、別のコンタクトホールにそれぞれ配置されてもよい。２つのコンタクトホールが設けられている場合には、２つのコンタクトホールが同じ基板に形成されてもよいし、異なる基板に形成されてもよい。２つのコンタクト要素は、少なくとも１つのコンタクトホールによって形成ないし取り囲まれた空洞内に少なくとも部分的に、若しくは完全に存在している。

この場合に重要なことは、前記少なくとも１つのコンタクトホールが、コンタクト要素と前面及び／又は背面電極層との間の電気的な接続を可能にするように構成されていることである。２つのバスバーが設けられている場合には、少なくとも１つのコンタクトホールによって２つのバスバーへのアクセスが提供される。有利には、前記ソーラーモジュールは、２つのコンタクトホールを備え、それらがそれぞれ２つのバスバーの１つへのアクセスを提供する。各コンタクト要素は、１つのコンタクトホールによって形成されたないし取り囲まれた中空空間内に、少なくとも部分的に、とりわけ完全に、存在し得る。

前記ソーラーモジュールは、さらに少なくとも１つのカバー要素を備えている。このカバー要素は、少なくとも１つのコンタクトホールを密閉しており、この目的のためにコンタクトホールを形成する基板に固定されている。前記カバー要素は、完全にコンタクトホールを覆っている。例えば、ソーラーモジュールは２つのカバー要素を含み、それらがそれぞれ別個のコンタクトホールを完全に覆うかないしは完全に密閉し、基板に固定されている。前記カバー要素は、例えばプレートの形態で形成されている。有利には前記カバー要素は、基板に次のように固定されている。すなわちコンタクトホールがこのカバー要素によって気密にかつ水密に密閉されるように固定されている。

少なくとも１つのカバー要素は２つのコンタクトピースを有し、これらの２つのコンタクトピースは、それぞれ２つのコンタクト要素の一つに導電的に接続されている。ここでは、少なくとも１つのカバー要素が導電性材料を含み、この場合前記カバー要素は、２つのコンタクト要素に次のように導電的に接続されている。すなわち２つのコンタクトピースが当該カバー要素によってそれぞれ２つのコンタクト要素の一方と接続されるように接続されている。

有利には２つのカバー要素が設けられ、それらがそれぞれ（対応する）コンタクトピースを備え、このコンタクトピースが２つのコンタクト要素の一方と導電的に接続されている。このようなソーラーモジュールの構成によれば、複数のカバー要素がそれぞれ少なくとも部分的に、とりわけ完全に、導電性材料からなっているか、又は、そのような導電性材料を含んでおり、この場合前記複数のカバー要素はそれぞれ、（対応する）コンタクト要素と次のように導電的に接続されている。すなわち前記コンタクトピースがカバー要素によって前記コンタクト要素と導電的に接続されるように接続されている。例えば、前記カバー要素と前記コンタクトピースは、導電性材料からなっていてもよい。その場合には、前記コンタクトピースはカバー要素に固定されている。特に、カバー要素とコンタクトピースは一体化されて若しくは一体的に構成されていてもよい。さらに、前記ソーラーモジュールは、少なくとも１つのコンタクトホールを備えた基板に少なくとも１つのカバー要素を取り囲むように固定され、２つの対抗コンタクトピースを有する少なくとも１つの接続ソケットを含み、前記２つの対抗コンタクトピースはそれぞれ前記２つのコンタクトピースの１つにプラグコネクタの形態で導電的に接続されている。例えば、前記ソーラーモジュールは、２つのカバー要素と２つの接続ソケットとを含み、この場合前記２つの接続ソケットはそれぞれ１つの別個のカバー要素を取り囲むように基板に固定され、それぞれ１つの対抗コンタクトピースを有し、該対抗コンタクトピースは、前記２つのコンタクトピースの１つとプラグコネクタの形態で導電接続されている。ここで重要なことは、前記２つの対抗コンタクトピースが次のように構成されることである。すなわち前記２つの対抗コンタクトピースが、少なくとも１つのコンタクトホールを備えた基板に少なくとも１つの接続ソケットを固定する際に、対応するコンタクトピースとの電気的な接触接続が自動的に達成されるようにすることである。少なくとも１つのカバー要素は、少なくとも１つの接続ソケットの一部ではない。つまりこの（これらの）接続ソケットとこの（これらの）カバー要素は、互いに異なっている。

少なくとも１つの接続ソケットは、プラグコネクタ又は接続ケーブルのためベースとして使用可能である。その他にもさらなる機能素子、例えばダイオードや制御エレクトロニクスなどを収容することができる。少なくとも１つの接続ソケットは、例えば非導電性材料から製造され、その際には工場生産に適した射出成形法で処理が可能な熱可塑性プラスチックやエラストマーが用いられてもよい。この熱可塑性プラスチックないしエラストマーとして、例えば、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリブチレンテレフタレート、エチレンープロピレンージエン系ゴムなどが使用可能である。また代替的に、アクリレートやエポキシ樹脂等の成形材が、少なくとも１つの接続ソケットの製造に使用されてもよい。しかしながらまた、少なくとも１つの接続ソケットを、金属材料から、あるいは絶縁性挿入部を備えた他の導電性材料から製造することも考えられる。

これによりソーラーモジュールの２つの電圧端子は、それぞれ、前面及び／又は背面電極層と導電接続された１つのコンタクト要素と、場合によっては、前面及び／又は背面電極層と接触接続するバスバーと、前記コンタクト要素と導電接続されるコンタクトピース並びにそれと導電接続される対抗コンタクトピースとを含んでいる。この対抗コンタクトピースには、通常は、接続ソケットの接続線路ないし接続プラグが電気的に接続されている。

本発明によるソーラーモジュールは、有利には、基板への少なくとも１つの接続ソケットの容易でかつ低コストの自動化された取付けを可能にし、並びに、ソーラーモジュールの２つの電圧端子を提供する前面電極層及び／又は背面電極層との電気的な接続を可能にする。コンタクトピースと対抗コンタクトピースとの間のプラグコネクタ接続部は、原則的に、接続ソケットへの差し込みによって電気的な接続が可能である限り、任意の形態で構成可能である。有利には、この目的のために前記コンタクトピースは、それぞれコンタクトピンとして形成され、前記対抗コンタクトピースは、当該コンタクトピンをクランプするバネクランプ要素として形成される。

ソーラーモジュールの裏側若しくは表側での、少なくとも１つのコンタクトホールを備えた基板への少なくとも１つの接続ソケットの固定は、例えば接着によって行われてもよい。このことは、当該接続ソケットの内部が、この接着によって、ガス、水分、湿気などに対して密閉される利点を有している。特に前記接続ソケット内部の電気的な接触接続箇所は、接着によって腐食からも保護されるようになる。この接着に対しては、例えば、アクリル、ポリウレタン、ポリイソブチレン系の接着剤を備えた接着テープまたは接着バンドが設けられてもよい。基板とのそのような接着は、簡単な方法で自動化できる。好ましくは、少なくとも１つの接続ソケットがモジュール裏側に接着される。

本発明によるソーラーモジュールの有利な実施形態によれば、少なくとも１つの接続ソケットが、少なくとも１つのコンタクトホールを備えた基板におけるコンタクトピースと対抗コンタクトピースとの間の２つの電気的なプラグコネクタ接続部によって固定される。この場合少なくとも１つの接続ソケットの電気的なプラグコネクタ接続部による固定は、基板への別個の固定に対してさらに付加的に、例えば接着によって行われてもよい。それにより、接続ソケットの基板への固定的な保持がさらに改善される。しかしながらまた代替的に、少なくとも１つの接続ソケットを専ら、２つの電気的なプラグコネクタ接続部によって基板に固定することも考えられる。その場合には、例えば接着による接続ソケットの別個の固定は省略される。少なくとも１つの接続ソケットの取り付けと電気的な接続は、このように前記コンタクトピースをただ対抗コンタクトピースに差し込むだけの特に簡単な方法で行うことができる。例えば、２つの接続ソケットが設けられている場合には、それらがそれぞれ専ら対抗コンタクトピースをコンタクトピースに差し込むことによって基板に固定される。

コンタクトピースと対抗コンタクトピースとの間の電気的なプラグコネクタ接続部がそれぞれ１つの係止機構を有し、この係止機構によって少なくとも１つの接続ソケットの固定がロック式に行われる場合には利点となる。前記コンタクトピースがそれぞれコンタクトピンとして形成され、前記対抗コンタクトピースがそれぞれ前記コンタクトピンをクランプするバネクランプ要素として形成されているならば、そのような係止機構は、特に簡単に実現することが可能となる。例えば、電気的なプラグコネクタ接続部の構成要素（コンタクトピース又は対抗コンタクトピース）は少なくとも１つの突起を備えており、この突起が、当該電気的なプラグコネクタ接続部の別の構成要素（対抗コンタクトピース又はコンタクトピース）内の相応の凹部内への当該接続ソケットのロック式固定のために係合し得る。

本発明によるソーラーモジュールでは、少なくとも１つの接続ソケットが、接着結合によって、少なくとも１つのコンタクトホールを備えた基板に固定されてもよい。その場合当該接続ソケットの内部が水密ないし気密に密閉される。少なくとも１つの接続ソケットは、少なくとも１つのカバー要素によって取り囲まれているので、この手段によれば少なくとも１つのコンタクトホールも同様に水密ないし気密に密閉される。このような水密性ないし気密性のさらなる向上は、外部環境から水密および気密に封止する封止材を少なくとも１つのコンタクトホール内へ設けることによって実現することが可能である。前記封止材は、例えば、アクリル、ポリウレタン、ポリイソブチレンベースの接着剤であってもよい。さらに前記封止材は、自動化された取り付けを向上させるために、コンタクトホール内に各コンタクト要素を固定するのに使用してもよい。

本発明によるソーラーモジュールでは、少なくとも１つのカバー要素が、対応する基板に固定されている。好ましくはこの固定は、特に、アクリル、ポリウレタン、またはポリイソブチレンベースの接着剤を有する接着バンド又は接着テープによって材料結合的に行われてもよい。また有利には、前記カバー要素と基板との間の接続が、超音波溶接によって行われてもよい。それにより、大量生産において、少なくとも１つのカバー要素の基板への自動化された取り付けが、簡単でかつ安価な方法で可能になる。この自動化に関連して、有利には、２つのコンタクトピースがそれぞれ次のように形成される。すなわち、少なくとも１つのカバー要素を基板に固定する際に、コンタクト要素との電気的接触接続が自動的に達成されるように形成される。少なくとも１つのカバー要素の基板への固定は、有利には、少なくとも１つのコンタクトホールが気密及び水密に密閉されるように形成される。

有利には、前記コンタクトピースは、それぞれ（非破壊的に）解離可能ないしは脱着可能な接続、例えばネジないしボルトによって、少なくとも１つのカバー要素と接続されてもよい。それにより、前記コンタクトピースは、そのつどの適用方式に関連して所期のように適合化させることが可能になる。その際には（他の）カバー要素も同一部材として製造することが可能にある。さらにまた、前記コンタクトピースは、カバー要素の残りの部分とは異なる材料で製造することも可能である。

本発明はまた、前述したように、ソーラーモジュール、特に薄膜ソーラーモジュールの自動化された製造方法に関しており、この方法は、以下のステップを含んでいる。すなわち、
−２つの基板からなる積層複合体であって、前記２つの基板の間に層構造部が存在し、前記層構造部は、直列に相互接続された複数の太陽電池を形成するために、前面電極層と、背面電極層と、介在的に存在する半導体層とを有している、積層複合体を準備するステップと、
−少なくとも１つの前記基板に、少なくとも１つのコンタクトホールを形成するステップと、
−前記少なくとも１つのコンタクトホール内に２つのコンタクト要素を配置し、前記前面電極層及び／又は前記背面電極層と導電的に接続させるステップと、
−前記少なくとも１つのコンタクトホールを覆い、それぞれ前記２つのコンタクト要素の１つに導電的に接続される２つのコンタクトピースを有する少なくとも１つのカバー要素を、前記基板に固定するステップと、
−前記少なくとも１つのカバー要素を取り囲む少なくとも１つの接続ソケットを、前記少なくとも１つのコンタクトホールを備えた前記基板に固定するステップとを有し、
前記少なくとも１つの接続ソケットが、２つの対抗コンタクトピースを有し、前記２つの対抗コンタクトピースは、それぞれ前記２つのコンタクトピースの１つと共に導電的なプラグコネクタ接続部を形成する。

例えば、少なくとも１つのカバー要素によって、２つのコンタクト要素との電気的なコンタクトが次のように形成される。すなわち、前記２つのコンタクトピースが２つのコンタクト要素の１つとそれぞれ導電的に接続されるように形成される。特に、２つのカバー要素が設けられていてもよく、それらは、それぞれ１つのコンタクトピースを有し。各コンタクトピースが（対応する）コンタクト要素と導電的に接続される。例えば前記コンタクトピースは、カバー要素によって（対応する）コンタクト要素と導電的に接続される。

有利には、前記コンタクト要素はそれぞれコンタクトホール内に設けられた、太陽電池を外部環境から水密および気密に密封する封止材によって固定され得る。これにより、前記コンタクト要素を特に簡単に設置することが可能となる。

有利には、少なくとも１つの接続ソケットが（例えば専ら）コンタクトピースへの対抗コンタクトピースの差し込みによって、少なくとも１つのコンタクトホールを備えた基板に固定され、これによって、接続ソケットの特に簡単な取り付けが可能となる。

以下では、本発明を添付の図面に関連する実施例に基づいて詳細に説明する。

薄膜ソーラーモジュールの概略的断面図 図１による薄膜ソーラーモジュールの接続ソケット領域におけるさらなる概略的断面図 図１の薄膜ソーラーモジュールのさらなる変形例の概略図 図１の薄膜ソーラーモジュールのさらなる変形例の概略図である。

実施例の説明
図１には、全体として符号１の付された薄膜ソーラーモジュールが概略的に示されている。この薄膜ソーラーモジュール１は、統合された形態で互いに直列に接続された複数の薄膜太陽電池２を含んでいる。ここでは例示的にそれらのうちの２つが描写されている。なお、この薄膜ソーラーモジュールは、通常は、多数（例えば、１００個）の薄膜太陽電池２を有していることを理解されたい。

薄膜ソーラーモジュール１は、ここでは、例えばいわゆる基板構造に基づいている。このソーラーモジュール１は、電気絶縁性の支持体基板７を含み、該支持体基板７には層構造部６が被着されており、この層構造部は前記支持体基板７の光入射側である表側（ＩＩＩ）に配置されている。支持体基板７は、ここでは例えばガラス若しくはプラスチックからなっている。なおこれについては、ここで実施されるプロセスステップに対して十分な耐性と不活性特性とを備える他の絶縁材料も同様に用いることができる。それぞれの層の厚さと、特定の材料特性に応じて、前記支持体基板７は、剛性プレート又は可撓性フィルムとして構成されてもよい。前記支持体基板７は、例えば比較的僅かな光透過率を有する硬質ガラス板の形態で構成されていてもよい。

前記層構造部６は、例えば蒸着法によって、すなわち気相からの物理蒸着法（ＰＶＤ）若しくは化学蒸着法（ＣＶＤ）によって、あるいはスパッタリング法（磁場支援された陰極スパッタリング）によって製造することができる。この層構造体６は、前記支持体基板７の表側（ＩＩＩ）に配置された背面電極層９を含んでいる。この背面電極層９は、例えばモリブデンのような非透光性の金属からなる層であり、例えばカソードスパッタリングなどによって支持体基板７に被着される。この背面電極層９は例えば約１μｍの層厚さを有している。別の実施形態によれば、前記背面電極層９は、異なる個別層からなる積層体を含んでいる。有利には、この積層体は拡散バリアを含んでおり、この拡散バリアは、前記支持体基板７から例えばナトリウムイオンが、前記背面電極層９に堆積され光起電活性吸収体層８を形成する層へ拡散するのを防止するために設けられる。

前記吸収層８は、例えばｐ型ドープされた半導体層１０、特にｐ導電型カルコパイライト半導体を含み、例えば、銅−インジウム−ジセレニド（ＣｕＩｎＳｅ₂）、とりわけナトリウム（Ｎａ）ドープされたＣｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳＥ）₂のグループからなる化合物を含んでいる。半導体層の半導体材料に対する異なる金属の置換は、ＲＴＰ炉（ＲＴＰ＝Rapid Thermal Processing）内の熱処理により行われる。半導体層１０は、例えば５００ｎｍ〜５μｍの層厚さ、特に約２μｍの層厚さを有している。この半導体層１０には、緩衝層１１が堆積され、この層はここでは例えば硫化カドミウム（ＣｄＳ）の単層、及び真性酸化亜鉛（ｉ−ＺｎＯ）の単層を含む。前記緩衝層１１には、前面電極層１２が例えば蒸着によって被着されている。この前面電極層１２は、入射する太陽光の減衰が極僅かでしかないことを保証するために、前記半導体層１１にとって感応スペクトル領域の放射線に対して透過的である（いわゆる「窓層」）。この透過的前面電極層１２は、一般にＴＣＯ層（ＴＣＯ＝透明導電性電極）と称され、ドープされた金属酸化物、例えば、ｎ導電型のアルミニウムドープされた酸化亜鉛（ＡＺＯ）に基づいている。前記前面電極層１２、緩衝層１１及び半導体層１０によってｐｎヘテロ接合が形成される。すなわち、相反する導電型の複数の層からなる積層体である。前面電極層１２の厚さは、例えば３００ｎｍである。

この層システムは、（薄膜）ソーラーモジュール１を製造するためのそれ自体公知の方法を用いて、個々の光起電活性領域、すなわち薄膜太陽電池２に分割されている。この分割は、例えばレーザ加工やドロッシング、スクラッチングなどの機械加工のように適切な構造化技法を用いた切り込み１３によって行われる。隣接する複数の薄膜太陽電池２は、背面電極層９の電極領域１４を介して直列に相互接続されている。

図示の実施例では、薄膜ソーラーモジュール１において、結果として得られた正の（＋）電圧端子５も、結果として得られた負の（−）電圧端子５も、当該薄膜ソーラーモジュール１の裏側（ＶＩ）の背面電極層９上に導かれ、そこで電気的に接触接続される。これは以下で図２に基づいて更に詳細に説明する。

前面電極層１２の上には中間層１５が被着されており、この層は、例えば熱可塑性接着剤層として構成され、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）又はエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を含む。前記中間層１５の厚さは、例えば０．７６ｍｍである。外的環境の影響から保護するために、支持体基板７、背面電極層９、及び光起電活性吸収体層８からなる層構造部が、中間層１５を介してカバーディスクとして構成されたカバー基板１６によって封止されている。このカバー基板は、その裏側（ＩＩ）で接着されている。前記中間層１５は、加熱によって塑性成形可能であり、さらに冷却のもとで両基板７，１６が相互に強固に接続する。このカバー基板１６は、太陽光に対して透過的であり、例えば、硬質で鉄含有量の少ない超白色ガラスを含む。前記カバー基板１６は、例えば、１．６ｍ×０．７ｍの面積を有する。前記複数の薄膜太陽電池２は、カバー基板１６の前面側（Ｉ）に入射する光によって照射される。特に前記カバー基板１６は、プラスチックフィルムとして形成されてもよい。一般に、カバー基板１６は、層構造部６の封止と機械的保護のために用いられる。

腐食に敏感な光起電活性吸収体層８を空気中の酸素と湿気から守るために、支持体基板７とカバー基板１６との間の縁部領域周辺を、例えば蒸着拡散バリアとしてのエッジシール、有利には例えばポリイソブチレンなどのプラスチック材料を用いて封止されると有利である。

図２では、薄膜ソーラーモジュール１がその接続ソケット３領域を中心に概略的に示されている。この薄膜ソーラーモジュール１は、ここでは例示的にそれぞれ１つの電圧端子５のための２つの接続ソケット３を有している。この２つの接続ソケット３は、当該薄膜ソーラーモジュール１の電気的接触接続のために、例えばモジュールストリングを形成すべくさらなる薄膜ソーラーモジュールとの相互接続のために、あるいは電気的な負荷、例えばインバータとの接続のために使用される。前記接続ソケット３は、この目的のために接続ケーブル４を有している。同様に、前記接続ソケット３は接続プラグを備えることも可能である。前記接続ソケット３は、ここでは例えばプラスチックからの射出成形部材として製造されている。

薄膜太陽電池２への接続ソケット３の電気的接続のために、前記支持体基板７内にコンタクトホール１７が設けられ、該コンタクトホール１７を介して、背面電極９と導電的に接続されたバスバー１８へのアクセスが提供される。このバスバー１８は、有利には適切な箇所、例えばモジュール縁部での接触接続を可能にしている。

前記コンタクトホール１７内には、ばね鋼などの導電性材料からなる、バスバー１８とは異なる、弾性変形可能なバネコンタクト要素１９が挿入されている。このバネコンタクト要素はバスバー１８と接触接続させる。前記バネコンタクト要素１９は、少なくとも部分的にコンタクトホール１７の内部に存在する。コンタクトホール１７内のバネコンタクト要素１９の固定は、シール材２０によって行われており、このシール材はコンタクトホールの内側領域全面に亘って分散配置されている。このシール材２０によれば、前記バスバー１８ないし薄膜太陽電池２が、外部環境に対して水密ないし気密に封止され、それによって薄膜ソーラーモジュール１内への水分子の侵入が防止される。このシール材２０としては原則的に、水バリア及び水蒸気バリアとして用いられ、バネコンタクト要素の固定に適している任意の材料を選択することができる。例えば、この目的のためにポリイソブチレンからなる封止材を用いることができる。

コンタクトホール１７の領域においては、カバー要素２１が、支持体基板７の裏側（ＩＶ）に固定されている。このカバー要素２１は、板状のベース２２とそこに成形されたコンタクトピン２３とを含み、このコンタクトピン２３は、前記ベース２２のほぼ中央から前記コンタクトホール１７とは反対側へ垂直に突出している。前記ベース２２は、前記コンタクトホール１７を完全に覆うか、ないしは完全に密封している。それにより、当該コンタクトホール１７は、気密に及び水密に封止される。前記支持体基板７の裏側（ＩＶ）へのカバー要素２１の固定は、前記ベース２２の下側と前記支持体基板７との超音波溶接によって行われる。これにより環状に取り囲む溶接部３０が形成される。

前記カバー要素２１は、金属材料から一体形若しくは一体的に製造され、ここで例えばアルミニウムが選択された場合には、その比較的低い硬度が超音波溶接を容易に可能にする。また前記カバー要素２１は、成形法において、低コストで製造することができる。このカバー要素２１は、前記接続ソケット３とは異なる、すなわち、前記接続ソケット３の一部若しくはその構成要素ではない。

カバー要素２１が取り付けられていないときに、バネコンタクト要素１９がわずかにコンタクトホール１７から突出しているならば、支持体基板７にカバー要素２１のベース２２を載置したときには弾性的に変形する。このバネ負荷された当接によって、カバー要素２１ないしコンタクトピン２３と、バネコンタクト要素１９との間の良好な電気的接触が保証される。カバー要素２１の取り付け後は、バネコンタクト要素１９は、完全に、コンタクトホール１７内に位置する。

前記接続ソケット３は、内部にバネクランプ要素２４を備えており、このバネクランプ要素は２つの湾曲した金属バネ２５からなり、これらの金属バネは、それら自身の間にクランプ力によってコンタクトピン２３を収容できるように配置されている。接続ソケット３を支持体基板７の裏側（ＩＶ）に載置すると、コンタクトピン２３は、前記２つの金属バネ２５の間に容易に差し込まれ、そこにクランプされる。接続ソケット３は、この目的のために、支持体基板７に向いているその下側に、前記ベース２２を収容する切欠き２８と、前記コンタクトピン２３のためにそこに形成されている開口部２７とを備えている。有利には、前記２つの金属バネ２５は、コンタクトピン２３が当該バネクランプ要素２４内に挿入された場合に、アルミニウムからなるコンタクトピン２３表面の酸化物を少なくとも部分的に除去するようなクランプ力を発揮する。しかしながら、コンタクトピン２３がむき出しの金属ではなく、酸化及び腐食からの保護のためにコーティングまたはプラスチックフィルムからなる保護層で覆われていることも考えられ、それもバネクラン部要素２４内への差し込みの際に除去される。

前記接続ソケット３は、カバー要素２１を取り囲む。バネクランプ要素２４は、図２に詳細に示していないが、接続ケーブル４（または接続プラグ）に電気的に接続されている。

接続ソケット３の支持体基板７への固定は、当該接続ソケット３下側で、環状に取り囲む接着剤層２６によって行われる。この接着剤層２６は、例えばアクリレートまたはポリウレタン系の接着剤からなっている。簡単でかつ永続的な接合の他に、これらの接着剤は、シール機能を満たし、含まれている電気部品を湿気や腐食から保護している。代替的な構成によれば、前記接続ソケット３は、専ら支持体基板７における前記コンタクトピン２３とバネクランプ要素２４との間のクランプ作用のみによって固定される。その場合には前記接着剤層２６は省略される。

それにより、前記接続ソケット３は、このような簡単な方法で自動化されて前記支持体基板７に固定され、バスバー１８に電気的に接続される。この目的のために、まず、（コンタクトホール１７の形成後に）バネコンタクト要素１９がコンタクトホール１７内に挿入され、そこでバスバー１８と電気的に接触接続して前記シール材２０によって固定される。それに続いて、カバー要素２１のベース２２が支持体基板７の裏側（ＩＶ）に載置され、そして超音波溶接によって固定される。この場合前記カバー要素２１ないしコンタクトピン２３は、前記バネクランプ要素１９と自動的に電気的な接触接続状態になる。さらに前記接続ソケット３が前記支持体基板７の裏側（ＩＶ）に載置されると、この場合は前記コンタクトピン２３がバネクランプ要素２４内に挿入される。前記接続ソケット３及び／又は前記支持体基板７の裏側（ＩＶ）に事前に被着された接着剤層２６によって、前記接続ソケット３は、当該支持体基板７に固定される。代替的に、この固定は、前記コンタクトピン２３と前記バネクランプ要素２４との間の差し込み接続だけによって行われてもよい。

図２に示された構成は、３つのステップを含み、それらのステップによって、前記薄膜太陽電池２が水分や水蒸気の侵入から保護される。これらは、コンタクトホール１７内のシール材２０と、ベース２２と支持体基板７の間の溶接部３０と、接続ソケット３と支持体基板７の間の接着剤層２６とによって行われている。それにより水分子の浸入が高い信頼性のもとで確実に回避される。

既に説明したように、薄膜ソーラーモジュール１は、それぞれ１つの電圧端子５に対応する２つの接続ソケット３を含んでいる。また図２に示されていないにも係わらず、２つの電圧端子５のために唯１つの接続ソケット３だけを設けることも同様に可能である。そのようなケースでは、２つのバネクランプ要素２４間の電気的なフラッシュオーバーの回避が考慮されるべきである。このことは、例えば絶縁分離壁によって達成することができる。同様にまた、唯一のカバー要素２１のみが設けられ、該カバー要素は、相応に２つの区分を有し、該区分がそれぞれ１つのバネクランプ要素１９に対応付けられ、互いに電気的に絶縁されている構成も可能である。さらにまた、唯１つのコンタクトホール１７が設けられ、その中に２つのバネクランプ要素１９が２つの電圧端子５に配置され、互いに電気的に絶縁されている構成も可能である。

図３は、図１及び図２の薄膜ソーラーモジュール１の変形例を示している。不必要な繰り返しを避けるために、これらの薄膜ソーラーモジュール１との相違点についてのみ説明し、それ以外は、これまでの記述を参照されたい。

それにより、ここでのカバー要素２１のベース２２は、超音波溶接によってではなく、支持体基板７上の接着剤２９によって固定されている。この接着剤２９は、例えば、アクリル系、ポリウレタン系、またはポリイソブチレン系の接着剤を備えた接着剤層として、または両面接着テープとして構成される。

図４は、図１及び図２に示されている薄膜ソーラーモジュール１の更なる変化例を示しており、ここでも前記第１実施例との相違点のみを説明する。

ここでの構成では、カバー要素２１が一体型若しくは一体的に形成されているのではなく、板状のベース２２からなっている。このベースはこの実施例ではネジ穴３１を備えており、このネジ穴にコンタクトピン２３がネジ付き台座３２がねじ込まれている。このことは、用途に応じてコンタクトピン２３の所期の適合化を可能にする。さらにまた、前記ベース２２の材料と前記コンタクトピン２３の材料が互いに異なっていてもよい。特に前記ベース２２は、電気絶縁材料からなっていてもよい。このベース２２は、環状に取り囲む接着剤２９（ホットメルト接着剤）によって支持体基板７に接着されている。支持体基板７へのベース２２の取り付けの際には、前記コンタクトピン２３が、バネコンタクト要素１９と直接電気的に接触接続される。

本発明によれば、工業的な大量生産を可能にし、コンタクトホールへの接続ソケットの簡単でかつ低コストな自動化された取り付けと、太陽電池の電極層への接続とを可能にしたソーラーモジュール、特に薄膜ソーラーモジュールが得られるようになる。この場合コンタクトホールにおける水分子の拡散は高い信頼性のもとで確実に阻止することができる。

１ 薄膜ソーラーモジュール
２ 薄膜太陽電池
３ 接続ソケット
４ 接続ケーブル
５ 電圧端子
６ 層構造部
７ 支持体基板
８ 吸収体層
９ 背面電極層
１０ 半導体層
１１ 緩衝層
１２ 前面電極層
１３ 切り込み
１４ 電極領域
１５ 中間層
１６ カバー基板
１７ コンタクトホール
１８ バスバー
１９ バネコンタクト要素
２０ 封止材
２１ カバー要素
２２ ベース
２３ コンタクトピース（コンタクトピン）
２４ 対抗コンタクトピース（バネクランプ要素）
２５ 金属バネ
２６ 接着剤層
２７ 開口部
２８ 切欠き
２９ 接着剤
３０ 溶接部
３１ ネジ穴
３２ ネジ付き台座

Claims (15)

1. 積層複合体と、
   第１のコンタクト要素（１９）と、
   第２のコンタクト要素（１９）と、
   少なくとも１つのカバー要素（２１）と、
   第１のコンタクトピース（２３）および第２のコンタクトピース（２３）と、
   少なくとも１つの接続ソケット（３）と、
   を有するソーラーモジュール（１）において、
   −前記積層複合体は、支持基板（７）およびカバー基板（１６）からなり、前記支持基板（７）と前記カバー基板（１６）との間に層構造部（６）が存在し、前記層構造部（６）は、直列に相互接続された複数の太陽電池（２）を形成するために、前面電極層（１２）と、背面電極層（９）と、介在的に存在する半導体層（１０）と、を有し、
   −前記第１のコンタクト要素（１９）は、前記背面電極層（９）に導電的に接続され、かつ、弾性変形可能なバネコンタクト要素として形成され、
   −前記第２のコンタクト要素（１９）は、前記前面電極層（１２）に導電的に接続され、かつ、弾性変形可能なバネコンタクト要素として形成され、
   前記第１のコンタクト要素（１９）および前記第２のコンタクト要素（１９）は、それぞれ前記支持基板（７）の少なくとも１つのコンタクトホール（１７）の中空空間内に完全に配置され、
   −前記少なくとも１つのカバー要素（２１）は、第１のコンタクトホール（１７）を備えた前記支持基板（７）に固定され、少なくとも１つのコンタクトホール（１７）を密閉し、
   −前記第１のコンタクトピース（２３）および第２のコンタクトピース（２３）は、前記少なくとも１つのカバー要素（２１）に接続され、前記第１のコンタクトピース（２３）は、コンタクトピンとして形成され、前記第１のコンタクト要素（１９）に導電的に接続され、前記第２のコンタクトピース（２３）は、コンタクトピンとして形成され、前記第２のコンタクト要素（１９）に導電的に接続され、
   −前記少なくとも１つの接続ソケット（３）は、前記少なくとも１つのカバー要素（２１）を取り囲み、前記少なくとも１つのコンタクトホール（１７）を備えた前記支持基板（７）に固定され、第１の対向コンタクトピース（２４）および第２の対向コンタクトピース（２４）を有し、
   前記第１および第２の対向コンタクトピース（２４）は、それぞれバネクランプ要素として形成され、
   前記第１の対向コンタクトピース（２４）は、前記第１のコンタクトピース（２３）にプラグコネクタ接続の形態で導電的に接続され、
   前記第２の対向コンタクトピース（２４）は、前記第２のコンタクトピース（２３）にプラグコネクタ接続の形態で導電的に接続されている、
   ソーラーモジュール（１）。
2. 前記第１および第２のコンタクト要素（１９）は、それぞれ帯状のバスバー（１８）を介して前記前面電極層（１２）および前記背面電極層（９）に導電的に接続されている、
   請求項１記載のソーラーモジュール（１）。
3. 前記少なくとも１つの接続ソケット（３）は、前記第１のコンタクトピース（２３）と前記第１の対向コンタクトピース（２４）との間の電気的なプラグコネクタ接続部によって、前記第１のコンタクトホール（１７）を備えた前記支持基板（７）に固定されている、
   請求項１または２記載のソーラーモジュール（１）。
4. 前記電気的なプラグコネクタ接続部は、それぞれ１つの係止機構を有している、
   請求項３記載のソーラーモジュール（１）。
5. 前記少なくとも１つのコンタクトホール（１７）内に、前記太陽電池（２）を外部周辺環境に対して水密かつ気密に密閉する封止材（２０）が設けられている、
   請求項１から４いずれか１項記載のソーラーモジュール（１）。
6. 前記第１および第２のコンタクト要素（１９）は、前記封止材（２０）によって前記少なくとも１つのコンタクトホール（１７）内に固定されている、
   請求項５記載のソーラーモジュール（１）。
7. 前記少なくとも１つのカバー要素（２１）は、材料結合部によって前記少なくとも１つのコンタクトホール（１７）を備えた前記支持基板（７）に固定されている、
   請求項１から６いずれか１項記載のソーラーモジュール（１）。
8. 前記少なくとも１つのカバー要素（２１）と前記支持基板（７）との間の前記材料結合部は、前記コンタクトホール（１７）を取り囲むように形成されている、
   請求項７記載のソーラーモジュール（１）。
9. 前記第１のコンタクトピース（２３）は、前記少なくとも１つのコンタクトホール（１７）を備えた前記支持基板（７）への前記少なくとも１つのカバー要素（２１）の固定の際に、前記第１のコンタクト要素（１９）との電気的な接触接続が自動的に達成されるように形成され、
   前記第２のコンタクトピース（２３）は、前記少なくとも１つのコンタクトホール（１７）を備えた前記支持基板（７）への前記少なくとも１つのカバー要素（２１）の固定の際に、前記第２のコンタクト要素（１９）との電気的な接触接続が自動的に達成されるように形成されている、
   請求項１から８いずれか１項記載のソーラーモジュール（１）。
10. 前記第１のコンタクトピース（２３）および第２のコンタクトピース（２３）は、それぞれ、解離可能な接続部によって、前記少なくとも１つのカバー要素（２１）に接続されている、
    請求項１から９いずれか１項記載のソーラーモジュール（１）。
11. 前記接続部は、ねじ込み式接続部である、
    請求項１０記載のソーラーモジュール（１）。
12. 前記ソーラーモジュール（１）は、薄膜ソーラーモジュールである、
    請求項１から１１いずれか１項記載のソーラーモジュール（１）。
13. 請求項１から１２いずれか１項記載のソーラーモジュール（１）の自動化された製造方法において、
    −支持基板（７）およびカバー基板（１６）からなる積層複合体であって、前記支持基板（７）と前記カバー基板（１６）との間に層構造部（６）が存在し、前記層構造部（６）は、直列に相互接続される複数の太陽電池（２）を形成するために、前面電極層（１２）と、背面電極層（９）と、介在的に存在する半導体層（１０）と、を有している積層複合体を準備するステップと、
    −前記支持基板（７）に、少なくとも１つのコンタクトホール（１７）を形成するステップと、
    −前記コンタクトホール（１７）内に第１のコンタクト要素（１９）を配置し、前記背面電極層（９）に導電的に接続させるステップと、
    −前記コンタクトホール（１７）内に第２のコンタクト要素（１９）を配置し、前記前面電極層（１２）に導電的に接続させるステップと、
    −前記少なくとも１つのコンタクトホール（１７）を覆い、前記第１のコンタクト要素（１９）に導電的に接続される第１のコンタクトピース（２３）と前記第２のコンタクト要素（１９）に導電的に接続される第２のコンタクトピース（２３）とを有する少なくとも１つのカバー要素（２１）を、前記支持基板（７）に固定するステップと、
    −前記カバー要素（２１）を取り囲む少なくとも１つの接続ソケット（３）を、前記コンタクトホール（１７）を備えた前記支持基板（７）に固定するステップと、
    を有し、
    前記接続ソケット（３）は、第１の対向コンタクトピース（２４）および第２の対向コンタクトピース（２４）を有し、前記第１の対向コンタクトピース（２４）は、前記第１のコンタクトピース（２３）と共に導電的なプラグコネクタ接続部を形成し、前記第２の対向コンタクトピース（２４）は、前記第２のコンタクトピース（２３）と共に導電的なプラグコネクタ接続部を形成するようにした、
    ソーラーモジュール（１）の製造方法。
14. 前記第１および第２のコンタクト要素（１９）は、それぞれ前記少なくとも１つのコンタクトホール（１７）内に挿入される前記太陽電池（２）を外部周辺環境に対して水密かつ気密に密閉する封止材（２０）によって固定される、
    請求項１３記載の方法。
15. 前記少なくとも１つの接続ソケット（３）は、前記コンタクトピース（２３）への前記対向コンタクトピース（２４）の差し込みによって前記第１のコンタクトホール（１７）を備えた前記支持基板（７）に固定される、
    請求項１３または１４記載の方法。

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