JP7292254B2 - 光起電装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、光起電装置およびその製造のための方法に関する。本装置は、曲げられる材料のキャリアウェブまたはフィルム上に印刷されることもある光起電（ＰＶ）モジュール（本明細書では印刷ソーラフィルム（ＰＳＦ）と呼ばれる）を備える。各モジュールは、正モジュール端子と負モジュール端子との間に接続される複数の光起電セルを備える。キャリアウェブまたはフィルムはまた、要求に応じて光起電モジュールを適応的にまたは柔軟に相互接続するのに適したバスバーおよび／またはレールとともに印刷されることもある。

従来技術の光起電セルは、無機結晶シリコンを用いて製造されている。現在、最も効率の良い無機ソーラセルは、収集したソーラエネルギーの４０パーセントを超えて電気エネルギーに変換することもある。しかしながら、結晶シリコンに基づくそれらを含む、そのような無機ソーラセルの１つの不都合は、それらが、それらの製造において大量のエネルギーを必要とするということである。その上、無機ソーラセルに使用される材料の性質は、それらの製造のためにかなりの労働および費用を必要とすることもある。

それに応じて、注目は、典型的にはロールツーロールプロセスを介してキャリアウェブに沿ってモジュールパターン（図１ａを参照）に製作される有機ソーラセル、有機－無機ハイブリッドペロブスカイトソーラセルおよび無機ナノ粒子ベースのソーラセルを含む溶液処理ソーラセルのクラスに移っている。モジュールパターンは、キャリアウェブに沿って繰り返されることもあり、繰り返されるパターンは、ウェブの処理方向に沿って直列接続されることもある。

図１ａに示されるモジュールパターンは、理論的には無制限に延長されてもよいけれども、処理方向に垂直なストライプ状パターンを生産することは、製造方法の制限に起因して実用的でない。それ故に、ストライプ状パターンは、伝統的に処理方向に平行に生産されている。

従って、実用的な相互接続方法は、図２ａおよび図２ｂに示されるように開発され、またＷＯ２０１３／１５２９５２において述べられている。その方法は、大きいセル面積からの高電流に起因して抵抗（Ｉ２Ｒ）損失を被ることなく比較的高い電圧を生成するために、「無限設計」と呼ばれるセルの無限相互接続を使用する。その設計は、所望のアプリケーションまたは必要とされる電圧出力のために一定サイズに切断されることもある。

「無限設計」は、実用的でかつ有用であるけれども、現実世界のアプリケーションには制限がある。例えばアプリケーション長さが、決定されるとき、出力電圧が、典型的にはモジュール電圧×アプリケーション長さ／モジュール長さによって決定されることになるので、出力電圧を選ぶ自由が少ししかない。それ故に、アプリケーション長さが、長すぎるときは（例えば＞１０ｍ）、出力電圧は典型的には、安全のためには高すぎることもある。その上、出力電圧は通常、アプリケーション長さに応じて異なるので、システムのバランス（ＢＯＳ）の設計は、ソーラセルの出力を標準電圧に変換するインバータが典型的には、入力電圧および／または電流の動作窓を有するので、やりがいがある。

従来のシートモジュールおよび無限設計の制限に対処するために、光起電モジュールを相互接続する、より柔軟なまたは汎用的な方法が、望まれる。

従来技術として与えられる特許文献または他の事柄への本明細書での言及は、その文献もしくは事柄が、知られていたということ、またはそれが含有する情報が、請求項のいずれかの優先日におけるような共通の一般知識の一部であったということの承認と受け取られるべきではない。

国際公開第２０１３／１５２９５２号

本発明の一態様によると、キャリア基板を備える光起電装置が提供され、前記キャリア基板は、印刷構造物を担持し、前記印刷構造物は、
複数の印刷光起電モジュールであって、各モジュールは、
第１および第２のモジュール端子、ならびに、
各光起電セルが、隣接する光起電セルに直列に電気的に接続されるような、前記第１のモジュール端子と前記第２のモジュール端子との間の複数の印刷光起電セルを含む、複数の印刷光起電モジュールと、
前記光起電モジュールの片側に沿って延びる第１の印刷バスバーと、
前記光起電モジュールの反対側に沿って延びる第２の印刷バスバーと、
複数のモジュール間レールであって、各モジュール間レールは、光起電モジュールと関連し、
各モジュール間レールは、前記光起電モジュールが、最初は前記印刷構造物内で互いから切り離されるようなリンク可能なギャップとともに印刷される、複数のモジュール間レールと、を備え、
前記印刷構造物が、前記光起電モジュールの外側にある前記印刷構造物上の所定の場所に複数の選択的に構成可能な接合部を規定し、前記接合部の１つ又は複数は、
光起電モジュールが１つまたは複数のモジュール間レールの前記それぞれのリンク可能なギャップを覆う導電性ペースト、導電性インクまたは導電性テープによって隣接する光起電モジュールに選択的に接続されることを可能にし、かつ
モジュール端子が前記第１および第２のバスバーの１つと選択的に接続するまたは前記第１および第２のバスバーの１つから切り離すことを可能にするように、製造中にかつ前記印刷構造物への保護コーティングの適用より前に構成可能であり、
その結果、前記光起電モジュールは、直列にかつ／または並列に選択的に電気的に接続されることが可能である。

本発明によると、各光起電モジュールは、複数の接続された光起電セルを含む。各光起電モジュールは、所定の出力を提供するために所定の数の光起電セルを用いて構成されてもよい。モジュール間レールおよび選択的に構成可能な接合部は有利には、所望の全体的出力を達成するために任意の直列かつ／または並列組み合わせにおける光起電モジュールの柔軟な接続を可能にする。個々の光起電セル間の接続よりもむしろ光起電モジュール間の直列／並列接続を選択的に構成するために接合部を使用することがより容易であるということが、見いだされている。

典型的には、選択的に構成可能な接合部および選択された接合部構成は、製造中に光起電装置の設計に組み込まれる。特に、選択的に構成可能な接合部は、光起電モジュール、モジュール間レールおよびバスバーと一緒に形成されてもよい。これは有利には、カスタム設計された印刷ソーラフィルムが要求に応じてコスト効率の良い仕方で生産されることを可能にする。

複数の選択的に構成可能な接合部はさらに、１つまたは複数の切断可能なリンクを含んでもよい。

１つまたは複数のモジュール間レールは、隣接する光起電モジュール間の選択的直列接続を可能にするように構成されてもよく、接合部の１つまたは複数は、隣接する光起電モジュール間の選択的並列接続を可能にするように構成されてもよい。

光起電モジュールは、第１の導電性電極層、電荷選択層、および光活性層を含んでもよく、層の各々は、コーティングプロセスを介して基板上に形成される。

一実施形態では、少なくとも１つの接合部は、リンク可能なギャップの少なくとも一部分を覆って導電性ペーストを適用することで関連する光起電モジュールの第１の端子を隣接する光起電モジュールの第２の端子に選択的に接続するためのモジュール間レールと関連するリンク可能なギャップである。

一実施形態では、光起電装置は、モジュールの１つまたは複数のユニットを備え、各ユニットは、先頭（ｌｅａｄｉｎｇ）モジュールが、各ユニット内の直列接続の片方の端部に配置され、後端（ｔｒａｉｌｉｎｇ）モジュールが、直列接続の反対側の端部に配置されるように直列に接続される２つ以上の隣接するモジュールを含み、
先頭モジュールの第１の端子は、前記第１の端子を前記第１のバスバーに選択的に接続するための第１の接合部を含み、
後端モジュールの第２の端子は、前記第２の端子を前記第２のバスバーに選択的に接続するための第２の接合部を含む。

各モジュールの第１の端子は、少なくとも関連するモジュールが、モジュールのユニットの１つの端部における先頭モジュールであるとき、第１の端子を第１のバスバーに電気的に接続するための第１の接合部を含んでもよい。各モジュールの第２の端子は、少なくとも関連するモジュールが、モジュールの前記ユニットの別の端部に位置する後端モジュールであるとき、第２の端子を第２のバスバーに電気的に接続するための第２の接合部を含んでもよい。

そのモジュール間レールまたは各モジュール間レールは、少なくとも関連するモジュールが、隣接するモジュールに直列に接続されるべきであるとき、関連するモジュールの第１または第２の端子を隣接するモジュールの第２または第１の端子にそれぞれ電気的に接続するための第３の接合部を含んでもよい。

ｎ個のモジュールは、ｎ個のモジュールのマイナーユニットを形成するために直列に電気的に接続されてもよく、ただしｎは、整数である。ｎ個のモジュールのマイナーユニットは、各々ｎ個のモジュールのｍ個のマイナーユニットを形成するために少なくとも一度キャリア基板に沿って繰り返されてもよく、ただしｍは、整数である。「ｍ」は、２以上の整数であってもよい。ｎ個のモジュールのｍ個のマイナーユニットは、ｎ×ｍモジュールのメジャーユニットを形成するために並列に電気的に接続されてもよい。

１つの形では、キャリア基板は、金属またはプラスチックなどの曲げられるホイルを備えてもよい。

各光起電モジュールは、第１のモジュール端子と第２のモジュール端子との間で直列に電気的に接続される複数の光起電セルを備えてもよい。

各モジュール間レールは、印刷導電性材料を備えてもよい。

各第１および第２のバスバーは、印刷導電性材料、積層金属ホイルまたはそれらの組み合わせを備えてもよい。

第１のモジュール端子は、第２のモジュール端子に対して正電位を有するように配置されてもよい。第１のバスバーは、第２のバスバーに対して正電位を有するように配置されてもよい。

第１の接合部は、第１のモジュール端子と第１のバスバーとの間で電気的にリンク可能である少なくとも１つのギャップを備えてもよい。リンクは、導電性ペースト、導電性インクまたは導電性テープを介して作成されてもよい。

別法として、第１の接合部は、第１のモジュール端子と第１のバスバーとの間に切断可能なリンクを備えてもよく、リンクは、少なくとも関連するモジュールが、モジュールのユニットの１つの端部における先頭モジュールであるとき、維持され、前記リンクは、関連するモジュールが、モジュールのユニットの１つの端部における先頭モジュールでないとき、切断される。

第２の接合部は、前記第２のモジュール端子と前記第２のバスバーとの間で電気的にリンク可能である少なくとも１つのギャップを備えてもよく、リンクは、少なくとも関連するモジュールが、モジュールの前記ユニットの別の端部に位置する後端モジュールであるとき、作成される。リンクは、導電性ペースト、導電性インクまたは導電性テープを介して作成されてもよい。

別法として、第２の接合部は、第２のモジュール端子と第２のバスバーとの間に切断可能なリンクを備えてもよく、リンクは、少なくとも関連するモジュールが、モジュールのユニットの別の端部に位置する後端モジュールであるとき、維持され、リンクは、関連するモジュールが、モジュールのユニットの別の端部に位置する後端モジュールでないとき、切断される。

第３の接合部は、第１または第２のモジュール端子と隣接するモジュールのモジュール間レールとの間で電気的にリンク可能である少なくとも１つのギャップを備えてもよく、前記リンクは、少なくとも関連するモジュールが、隣接するモジュールに直列に接続されるべきとき、作成される。リンクは、導電性ペースト、導電性インクまたは導電性テープを介して作成されてもよい。

別法として、第３の接合部は、前記第１または第２のモジュール端子と隣接するモジュールのモジュール間レールとの間に切断可能なリンクを備えてもよく、前記リンクは、少なくとも関連するモジュールが、隣接するモジュールに直列に接続されるべきとき、維持され、前記リンクは、関連するモジュールが、隣接するモジュールと直列に接続されるべきでないとき、切断される。

本発明の別の態様によると、キャリア基板を備える光起電装置が提供され、前記キャリア基板は、印刷構造物を担持し、前記印刷構造物は、
複数のユニットであって、各ユニットは、複数の印刷光起電モジュールを備え、各モジュールは、
第１および第２のモジュール端子、ならびに、
各光起電セルが、隣接する光起電セルに直列に電気的に接続されるような、光起電モジュールの前記第１のモジュール端子と前記第２のモジュール端子との間の複数の印刷光起電セルを備える、複数のユニットと、
前記複数のユニットの片方の側に沿って延びる第１の印刷バスバーであって、前記第１のバスバーは、ユニット内の先頭光起電モジュールの前記第１の端子に電気的に接続するように適合される、第１の印刷バスバーと、
前記複数のユニットの他方の側に沿って延びる第２の印刷バスバーであって、前記第２のバスバーは、ユニット内の後端光起電モジュールの前記第２の端子に電気的に接続するように適合され、前記光起電セルは、前記第１および第２のバスバーに対して平行配向に位置決めされる、第２の印刷バスバーと、
各光起電モジュールと関連しかつ前記光起電モジュールの外側にある前記印刷構造物上に位置するモジュール間レールであって、前記モジュール間レールは、前記光起電モジュールが、最初は互いから切り離されるようなリンク可能なギャップを含み、１つの光起電モジュールは、少なくとも前記第１または第２のバスバーへの電気的接続が、製造中にかつ前記印刷構造物への保護用コーティングの適用より前に前記第１または第２の端子を通じて確立されるとき、前記それぞれのリンク可能なギャップを覆う導電性ペースト、導電性インクまたは導電性テープによって直列に隣接する光起電モジュールに選択的に接続可能である、モジュール間レールと、を備える。

キャリア基板を備える光起電装置が、ここでさらに開示され、前記キャリア基板は、印刷構造物を担持し、前記印刷構造物は、
複数のユニットであって、各ユニットは、複数の光起電モジュールを備え、各モジュールは、
第１および第２のモジュール端子、ならびに、
各光起電セルが、隣接する光起電セルに直列に電気的に接続されるような、光起電モジュールの前記第１のモジュール端子と前記第２のモジュール端子との間の複数の印刷光起電セルを備える、複数のユニットと、
複数のユニットの片側に沿って延びる第１の印刷バスバーであって、第１のバスバーは、ユニット内の先頭光起電モジュールの第１のモジュール端子に電気的に接続するように適合される、第１の印刷バスバーと、
複数のユニットの他方の側に沿って延びる第２の印刷バスバーであって、第２の印刷バスバーは、ユニット内の後端光起電モジュールの第２のモジュール端子に電気的に接続するように適合され、前記光起電セルは、前記第１および第２のバスバーに対して平行配向に位置決めされる、第２の印刷バスバーと、
各光起電モジュールと関連しかつ前記光起電モジュールの外側にある前記印刷構造物上に位置するモジュール間レールと、
を備え、
ｘ個のモジュールは、ただしｘは、１よりも大きい整数であるが、一組の光起電モジュールを形成するために接続されたモジュール間レールを通じて互いに直列に、または直列にかつ並列に電気的に接続され、
少なくとも前記第１または第２のバスバーへの電気的接続が、前記印刷構造物への保護用コーティングの適用より前に前記第１または第２の端子を通じて確立されるとき、レール接合部を含む隣接するモジュール間レールは、隣接する組の光起電モジュールを電気的に接続するように適合される。

光起電セルは、直列に互いに接続されてもよい。各光起電セルは、第１および第２のセル電極を備えてもよく、第１の電極は、第２のセル電極に対して正電位を有し、直列内の先頭光起電セルの第１のセル電極は、第１のモジュール端子を形成し、直列内の後端光起電セルの第２のセル電極は、第２のモジュール端子を形成する。光起電装置は、モジュール内のセルの数を選択する、かつ／またはユニット内のモジュールの数を選択することによって、選択された電圧または電流を提供するために要求に応じて印刷されてもよい。
一実施形態では、各光起電モジュールは、直列に電気的に接続される８を超える光起電セルを含む。
一実施形態では、各光起電モジュールは、前記第１および第２のバスバーに垂直に配向される。

上で述べられたような印刷光起電装置ならびに選択された第１の端子と第１のバスバーとの間、選択された第２の端子と第２のバスバーとの間およびレール接合部間を要求に応じて接続するように適合される導電性ペースト、導電性インクまたは導電性テープなどの導電性材料を備えるパーツ一式もまた、本明細書で開示される。

キャリア基板を備える光起電装置が、ここでさらに開示され、前記キャリア基板は、
複数の光起電モジュールであって、各モジュールは、第１および第２の端子を備え、複数の光起電セルは、第１のモジュール端子と第２のモジュール端子との間に電気的に接続される、複数の光起電モジュールと、
光起電モジュールの１つの側に沿って延びる第１のバスバーと、
光起電モジュールの別の側に沿って延びる第２のバスバーと、
複数のモジュール間レールであって、各モジュール間レールは、光起電モジュールと関連する、複数のモジュール間レールと、
を備える印刷構造物を担持し、
複数の光起電モジュールは、１つまたは複数のユニットとして配置され、各ユニットは、互いに電気的に接続されるまたはｎ個のモジュールだけ間隔を空けられる先頭モジュールおよび後端モジュールを有し、ただしｎは、整数であり、
モジュールは、前記モジュール間レールと関連する接合部を介して直列に、または直列にかつ並列に接続され、
先頭モジュールの前記第１の端子は、前記第１のバスバーに電気的に接続され、後端モジュールの第２の端子は、前記第２のバスバーに電気的に接続される。

本発明の別の態様によると、上で述べられたような光起電装置を生産する方法が、提供され、
本方法は、
基板上に第１の導電性電極層を形成するステップと、
第１の導電性電極層を少なくとも部分的に覆って第１の電荷選択層を形成するステップと、
第１の電荷選択層を少なくとも部分的に覆って光活性層を形成するステップと、
光活性層を少なくとも部分的に覆って第２の電荷選択層を形成するステップと、
基板に沿って所定の間隔で形成された層の部分を除去して、個々の光起電モジュールを部分的に形成する離散層セクションを生成するステップと、
光起電モジュール、モジュール間レールおよびバスバーを形成するために離散層セクションおよび基板を部分的に覆って第２の導電性電極層を印刷するステップと、を含み、
第１の導電性電極層、第１の電荷選択層、光活性層、および第２の電荷選択層の１つまたは複数は、コーティングプロセスを介して形成される。

本発明のなお別の態様によると、上で述べられたような光起電装置を生産する方法が、提供され、本方法は、光起電モジュール、モジュール間レールおよびバスバーを基板上に形成するステップを含み、形成するステップは、選択的に構成可能な接合部を規定するステップを含む。

キャリア基板上に光起電装置を製造するための方法もまた、本明細書で開示され、
本方法は、
前記キャリア基板を提供するステップと、
複数の光起電モジュールを前記基板上に印刷するステップであって、各モジュールは、第１および第２の端子を備え、１つまたは複数の光起電セルは、前記第１のモジュール端子と前記第２のモジュール端子との間に電気的に接続される、ステップと、
前記キャリア基板に沿って延びかつ光起電モジュールの片方の側に位置する第１のバスバーを印刷するステップと、
前記キャリア基板に沿って延びかつ光起電モジュールのもう一方の側に位置する第２のバスバーを印刷するステップと、
複数のモジュール間レールを前記基板上に印刷するステップであって、各モジュール間レールは、それぞれの光起電モジュールと関連する、ステップと、
前記モジュール端子、前記モジュール間レールおよび／または前記バスバーと関連する複数の接合部を印刷するステップであって、前記接合部は、要求に応じて直列にかつ／または並列に前記光起電モジュールを電気的に接続するように適合される、ステップと、
を含む。

オプションとして、各モジュールの第１の端子は、少なくとも関連するモジュールが、モジュールのユニットの１つの端部における先頭モジュールであるとき、前記第１の端子を前記第１のバスバーに電気的に接続するための第１の接合部を含み、各モジュールの前記第２の端子は、少なくとも関連するモジュールが、モジュールの前記ユニットの別の端部に位置する後端モジュールであるとき、前記第２の端子を前記第２のバスバーに電気的に接続するための第２の接合部を含む。

オプションとして、または各モジュール間レールは、少なくとも関連するモジュールが、前記隣接するモジュールに直列に接続されるべきであるとき、関連するモジュールの第１または第２の端子を隣接するモジュールの第２または第１の端子にそれぞれ電気的に接続するための第３の接合部を含む。

オプションとして、ｎ個のモジュールは、ｎ個のモジュールのマイナーユニットを形成するために直列に電気的に接続可能であり、ただしｎは、整数である。ｎ個のモジュールのマイナーユニットは、各々ｎ個のモジュールのｍ個のマイナーユニットを形成するために少なくとも一度前記キャリア基板に沿って繰り返されてもよく、ただしｍは、整数である。ｎ個のモジュールのｍ個のマイナーユニットは、ｎ×ｍモジュールのメジャーユニットを形成するために並列に電気的に接続可能であってもよい。

一実施形態では、キャリア基板は、曲げられるホイルを備えてもよい。本方法は、ロールを形成するために曲げられるホイルを巻き上げるステップを含んでもよい。

一実施形態では、各モジュールは、前記第１のモジュール端子と前記第２のモジュール端子との間で直列に電気的に接続される複数の光起電セルを備える。各モジュール間レールは、印刷導電性材料を備えてもよい。その上、各前記第１および第２のバスバーは、印刷導電性材料、積層金属ホイルまたはそれらの組み合わせを備えてもよい。

典型的には、第１のモジュール端子は、前記第２のモジュール端子に対して正電位を有する。さらに、第１のバスバーは、前記第２のバスバーに対して正電位を有してもよい。

第１の接合部は、前記第１のモジュール端子と前記第１のバスバーとの間で電気的にリンク可能である少なくとも１つのギャップを備えてもよい。リンクは、導電性ペースト、導電性インクまたは導電性テープを介して作成されてもよい。第１の接合部は、第１のモジュール端子と前記第１のバスバーとの間に切断可能なリンクを備えてもよく、前記リンクは、少なくとも関連するモジュールが、モジュールのユニットの１つの端部における先頭モジュールであるとき、維持されてもよく、前記リンクは、関連するモジュールが、モジュールのユニットの１つの端部における先頭モジュールでないとき、切断されてもよい。

第２の接合部は、前記第２のモジュール端子と前記第２のバスバーとの間で電気的にリンク可能である少なくとも１つのギャップを備えてもよく、リンクは、少なくも関連するモジュールが、モジュールの前記ユニットの別の端部に位置する後端モジュールであるとき、作成される。リンクは、導電性ペースト、導電性インクまたは導電性テープを介して作成されてもよい。第２の接合部は、前記第２のモジュール端子と前記第２のバスバーとの間に切断可能なリンクを備えてもよく、前記リンクは、少なくとも関連するモジュールが、モジュールの前記ユニットの別の端部に位置する後端モジュールであるとき、維持され、前記リンクは、関連するモジュールが、モジュールの前記ユニットの別の端部に位置する後端モジュールでないとき、切断される。

第３の接合部は、前記第１または第２のモジュール端子と隣接するモジュールのモジュール間レールとの間で電気的にリンク可能である少なくとも１つのギャップを備えてもよく、前記リンクは、少なくとも関連するモジュールが、隣接するモジュールに直列に接続されるべきであるとき、作成される。リンクは、導電性ペースト、導電性インクまたは導電性テープを介して作成されてもよい。第３の接合部は、前記第１または第２のモジュール端子と隣接するモジュールのモジュール間レールとの間に切断可能なリンクを備えてもよく、前記リンクは、少なくとも関連するモジュールが、隣接するモジュールに直列に接続されるべきであるとき、維持され、前記リンクは、関連するモジュールが、隣接するモジュールと直列に接続されるべきでないとき、切断される。

本発明の具体的実施形態は今から、例としてかつ添付の図面を参照して述べられることになる。実施形態は、実例として与えられるだけであり、本発明は、この実例によって限定されないということを理解すべきである。

直列に接続された４つのセルを有するＰＶモジュールの一例を示す図である。 ＰＶモジュールの横断面を示す図である。 ＰＶセルの構造の詳細を示す図である。 双方向の無限に相互接続されたＰＶモジュールの一例を示す図である。 一方向の無限に相互接続されたＰＶモジュールの一例を示す図である。 ３つの直列接続されたモジュールを有するハイブリッド設計におけるＰＳＦレイアウトの一例を示す図である。 ２つのチャンネルを用いて構成されたハイブリッド設計におけるＰＳＦレイアウトを示す図である。 モジュール間レールのためのリンク可能なギャップおよびモジュールとバスバーとの間のリンク可能なギャップを有するＰＳＦレイアウトを示す図である。 ギャップが架橋された後の図５ａのレイアウトを示す図である。 簡単な線または複雑な形状を含むリンク可能なギャップの例を示す図である。 モジュール間レールのための切断可能なリンクおよびモジュールとバスバーとの間の切断可能なリンクを有するＰＳＦレイアウトを示す図である。 リンクが切断された後の図７ａのレイアウトを示す図である。 モジュール間レールのためのリンク可能なギャップを有するＰＳＦレイアウトを示す図である。 モジュール、モジュール間レールおよびバスバーの間のリンク可能なギャップを有する代替ＰＳＦレイアウトを示す図である。 ギャップが架橋されたまたは接続された後の図８ｂのレイアウトを示す図である。 先頭モジュールＬと後端モジュールＴとの間の直列接続のためのリンク可能なギャップを有するＰＳＦレイアウトを示す図である。 先頭モジュールＬと後端モジュールＴとの間の直列接続のためのリンク可能なギャップもまた有する、図９ａに対する代替ＰＳＦレイアウトを示す図である。 一実施形態による３つの電気的に接続されたモジュールを備える光起電モジュールまたはユニットの一例を示す図である。 別の実施形態による４つの電気的に接続されたモジュールを備える光起電モジュールまたはユニットの一例を示す図である。 本発明の一実施形態による印刷ソーラフィルムのための製造プロセスにおけるステップを例示する概略図を示す図である。 コーティングプロセス後に第１の導電性電極層１１、第１の電荷選択層１２、光活性層１３および第２の電荷選択層１４の各々を担持する光起電装置の基板のセクションの平面図を例示する図である。 各層１１から１４の関連部分が、個々の光起電モジュールのための基礎を形成するように、エッチングプロセスを介して除去された後の図１２ａに示される基板を例示する図である。

本発明は、様々な変更および代替形を受けやすいが、具体的な実施形態は、図面において例として示されており、本明細書で詳細に述べられることになる。しかしながら、本発明は、開示される特定の形に限定されることを目的としていないことを理解すべきである。むしろ、本発明は、添付の請求項によって規定されるような本発明の趣旨および範囲内に入るすべての変更、等価物、および代替案をカバーするためである。

「定義」
「光起電セル」
本発明の文脈において、用語「光起電セル」は、その表面に衝突し、吸収されると外部回路内で所与の電圧における電流の形で電気エネルギーに変換される光を変換する１つまたは複数の要素を備えるユニットを表す。

「光起電モジュール」
本発明の文脈において、用語「光起電モジュール」は、複数の光起電セルを備えるモジュールを表す。

「モジュール端子」
本発明の文脈において、用語「モジュール端子」は、光起電モジュールの出力端子を表す。光起電モジュールは、２つのモジュール端子、例えば正端子および負端子を備えてもよい。本発明による光起電モジュールでは、光起電モジュールは、１つの正モジュール端子および１つの負モジュール端子を備え、それらの間に光起電セルが、配置される。

「印刷される」
本発明の文脈において、用語「印刷される」は、回転スクリーン印刷、フラットベッドスクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷、スロットダイコーティング、ナイフコーティング、ブレードコーティング、バーコーティングおよびコイルコーティングなどの、任意の種類の転写プロセスを表す。

「ウェブ」
本発明の文脈において、用語「ウェブ」は、金属ホイルまたはプラスチックホイルなどの、材料の薄いシートを表す。一実施形態では、ウェブは、０．９ｍｍを下回る、または０．８ｍｍを下回る、または０．７５ｍｍを下回る、または０．７ｍｍを下回る、または０．６ｍｍを下回る、または０．５ｍｍを下回る、または０．４ｍｍを下回る、または０．３ｍｍを下回る、または０．２５ｍｍを下回る、または０．２ｍｍを下回る、または０．１ｍｍを下回るのを含む、１ｍｍを下回る厚さを有してもよい。

一実施形態では、ウェブは、曲げられる材料で作られていてもよく、５００ｍｍを下回る、または２５０ｍｍを下回る、または１２５ｍｍを下回る、または１００ｍｍを下回る、または７５ｍｍを下回る、または５０ｍｍを下回る、または４０ｍｍを下回る、または３０ｍｍを下回る、または２５ｍｍを下回る、または２０ｍｍを下回る、または１５ｍｍを下回る、または１０ｍｍを下回る、または５ｍｍを下回るのを含む、１０００ｍｍを下回る曲げ半径を有してもよい。

「曲げ半径」
本発明の文脈において、用語「曲げ半径」は、材料が、壊れることなく、損傷を受けることなくまたは寿命を短縮されることなく、曲げられてもよい最小の尺度を表し、それは、湾曲の内側で測定される。一実施形態では、材料は、塑性的に変形されることなくこの半径まで曲げられてもよい、言い換えれば、材料は、この半径まで曲げられるとき、弾性的に変形されるだけであってもよい。それ故に、材料の曲げ半径が、小さいほど、材料は、より柔軟であり、曲げることができると認識されてもよい。同様に、曲げ半径が、大きいほど、材料は、より堅いと認識されてもよい。

ウェブの曲げ半径をテストする１つの方法は、曲げ半径に対応する半径を有するシリンダを提供することであってもよい。その後、ウェブが、シリンダの周りに曲げられてもよい。一例として、２５ｍｍの半径を有するシリンダが、提供され、その後ウェブが、シリンダの周りに曲げられてもよい。最後に、光起電モジュールが、なお機能しているかどうか、すなわち曲げられなかったウェブと同じ量の電気を発生させる能力があるかどうかを決定するようにテストされてもよい。

「有機の」
本発明の文脈において、用語「有機の」は、飽和されてもまたは不飽和であってもよくかつ半導体特性を伝えるために共役方式で接続されてもよい炭素－炭素結合を通じて構築された分子を備える材料を表す。有機材料は、水素、窒素、酸素、硫黄、セレン、リンおよび金属イオンなどの、１つまたは複数の他の要素を含んでもよい。

本発明は、柔軟な基板上に印刷することによって生産される溶液処理ソーラセルを含む印刷ソーラフィルム（ＰＳＦ）のための相互接続方法を提供してもよい。有機ソーラセル、有機－無機ハイブリッドペロブスカイトソーラセル、無機ナノ粒子ベースのソーラセルを含む溶液処理ソーラセルは典型的には、透明導電性電極（ＴＣＥ）上に製作される。

図１ａは、直列接続の４つのセルを有するＴＣＥベースのＰＶモジュールの一例を示し、図１ｂは、ＰＶモジュールの横断面を示す。研究所では、デバイスは典型的には、小面積の単一セルとして製作される。対照的に、セルの直列相互接続は、ＴＣＥの制限された導電率に起因して大面積デバイスのために必要とされる。ＴＣＥの高抵抗率から生じる損失、いわゆる抵抗損は、セル幅が、センチメートル規模よりも大きいとき、著しくなることもある。従って、図１ａに示されるようなストライプ状パターン設計は典型的には、大面積ＴＣＥベースのデバイスを製作するために使用される。

図１ｃは、ＰＶセルの構造の詳細を横断面で示す。横断面は、基板１０、導電性電極１１、電荷選択層１２、光活性層１３、電荷選択層１４および導電性電極１５を含む。

基板１０は、ＰＥＴ、ＰＥＮおよびポリイミドなどのプラスチック材料、絶縁コーティングを有する金属ホイル、ならびに柔軟なガラスを備えてもよい。導電性電極１１は典型的には、インジウムドープのスズ酸化物（ＩＴＯ）を備える。別法として、他の金属酸化物、導電性ポリマー、金属ナノワイヤおよび複合物（他の導電性材料を有する金属グリッド）が、使用されてもよい。透明上部電極を有する上部照明デバイスの場合、導電性電極１１は、不透明金属を含んでもよい。

電荷選択層１２（またバッファ層または電荷（電子、ホール）輸送層とも呼ばれる）は、デバイスが、層１２なしで動作してもよいように、オプションである。材料は典型的には、金属酸化物または有機半導体を含んでもよい。二重層もしくは三重層および／または複合材料がまた、使用されてもよい。

導電性電極１５は、導電性電極１１に使用されるのと同様の材料を備えてもよい。ＴＣＥが、導電性電極１１に使用されるとき、導電性電極１５は、不透明導体を備えてもよい。

モジュール設計は主に、アプリケーション面積が、小さく（典型的にはＡ３サイズよりも小さい）、典型的にはシートの形で使用されるとき、有益である。大面積アプリケーションについては、ソーラセルは伝統的に、ロールツーロールプロセスを介してロールの形で長いフィルム上に生産される。モジュールパターンは、処理方向に沿って繰り返され、直列接続されてもよい。

上で述べられたように、大きいセル面積からの高電流に起因して抵抗損を被ることなく比較的高い電圧を生成するために無限設計と呼ばれるセルの無限相互接続を使用する実用的な相互接続方法が、開発されている。無限設計は、実用的であり、有益であるけれども、上で論じられたように、現実世界のアプリケーションには限界がある。

従来のシートモジュールおよび無限設計の限界に対処するために、本発明は、ハイブリッド相互接続設計を提案する。提案されるハイブリッド設計は、図３から図７を参照して以下で述べられるように、繰り返しユニットモジュール、モジュール間レールおよび平行バスバーを備える。

図３は、マイナーユニットを形成するためにモジュール間レール３４を介して直列に接続される３つのモジュール３１～３３を有するハイブリッド設計３０におけるＰＳＦレイアウトの一例を示し、マイナーユニットは、メジャーユニットを形成するためにバスバー３５、３６に並列接続される。バスバー３５、３６間の所望の出力電圧は、繰り返しマイナーユニット内の直列接続モジュールの数を選択することによって決定されてもよい。各マイナーユニットの先頭および後端モジュールは、パワーが、バスバー３５、３６上の任意の点において集められてもよいように、バスバー３５、３６に接続されてもよい。ハイブリッド相互接続設計は、図２ａに示され双方向設計などのマルチチャンネル設計とともに使用されてもよい。

３つの光起電モジュール３１～３３の各々は、直列に接続された複数の光起電セル３７を含む。例示目的のために、９つの光起電セルが、各光起電モジュール内に示される。しかしながら、実際には、任意の適切な数の光起電セルが、各光起電モジュール内に含まれてもよい。典型的には、例えばもし基板３８が、約３０ｃｍの幅（Ｗ）を有するならば、５から２０個の光起電セル３７が、各モジュール３１～３３に含まれる。一実施形態では、５個の光起電セル３７が、各モジュール３１～３３に含まれる。別の実施形態では、１６個の光起電セル３７が、各モジュール３１～３３に含まれる。さらなる実施形態では、２０個の光起電セル３７が、各モジュール３１～３３に含まれる。他の実施形態では、特にもし基板３８の幅（Ｗ）が、増加されるならば、より多くの光起電セル３７が、各モジュール３１～３３に含まれてもよい。

本発明の実施形態は有利には、光起電モジュール間の接続が、任意のアプリケーションに適合するために任意のカスタム出力を提供するように柔軟な仕方で選択的に構成されることを可能にするということが、より明瞭に少なくとも図３から認識されてもよい。光起電セルおよびモジュールのサイズ、配置および構成に起因して、例えばモジュール間レールおよび接合部を使用して光起電モジュール間の直列／並列接続を選択的に構成することは、個々の光起電セル間の接続を変えることによって同様の成果を達成しようと試みるよりもはるかに容易であるということになることが、見いだされている。

図４は、２つのチャンネル４１、４２を用いて構成されるハイブリッド設計４０におけるＰＳＦレイアウトを示す。ハイブリッド設計は、スクリーン印刷などの任意の知られている工業または大量生産方法によりレールおよび／またはバスバーならびに接続および／または接合部を印刷し、以下で述べられるような様々な方法を使用して大量生産された接続または接合部を変更することによって達成されてもよい。

いくつかの実施形態では、小さいギャップが、モジュール間接続内にかつユニットモジュールとバスバーとの間に提供されてもよく、それらは、架橋する、リンクするまたは充填するのが容易であってもよい。ギャップは、溶液ディスペンサ、スタンプ、スロットダイ、スプレー、ブラシおよびインクジェット印刷などの、様々なツールを使用して導電性インクで架橋され、リンクされまたは充填されてもよい。ギャップはまた、導電性テープおよび／またはステッカを介して架橋されまたはリンクされてもよい。

図５ａは、モジュール間レール５２と関連するリンク可能なギャップ５１およびモジュール５５とバスバー５６、５７との間のリンク可能なギャップ５３、５４を有するＰＳＦレイアウト５０を示す。

ギャップ５１は、関連するモジュールが、隣接するモジュールに直列に接続されるべきとき、関連するモジュール端子に電気的にリンク可能である。

ギャップ５３は、関連するモジュールが、隣接するモジュールに並列に接続されるべきとき、バスバー５６に電気的にリンク可能である。

ギャップ５４は、関連するモジュールが、隣接するモジュールに並列に接続されるべきとき、バスバー５７に電気的にリンク可能である。いずれの場合にも、リンクは、導電性ペーストまたは類似のものを介して作成されてもよい。

図５ｂは、ギャップ５１、５３、５４が、導電性ペーストを介して架橋されたまたは接続された後の同じレイアウト５０を示す。ギャップ５１、５３、５４が、架橋された後、レイアウト５０は、図５ａの例に示されるように、直列に接続された３つのモジュールを備えるマイナーユニット５８を形成する。マイナーユニット５８は、各々３つのモジュールのｍ個のマイナーユニットを形成するために少なくとも一度キャリア基板に沿って繰り返されてもよく、ただしｍは、整数である。ｎ個のモジュールのｍ個のマイナーユニットは、３×ｍモジュールのメジャーユニットを形成するために並列に電気的に接続されてもよい。

図６に示されるように、各ギャップ５１、５３、５４は、単純な直線６０（図６ａ）を含んでもよくまたはそれは、ギャップを接続するまたは架橋する際に誤差許容範囲をより良く受け入れるために、より複雑な形状６１～６３（図６ｂから図６ｄ）を含んでもよい。各ギャップは、導電性ペーストまたは類似のものを介して架橋されまたは接続されてもよい。

他の実施形態では、すべての光起電モジュールは最初に、切断可能なリンクを介して接続され、またバスバーに並列に接続されてもよい。モジュール間レールとバスバーとの間の接続はその後、繰り返しユニット内の直列接続ユニットモジュールの数を決定するためにあらゆる方法で切り離されまたは切断されてもよい。接続は、レーザスクライビング、機械的スクライビングおよび／または化学的エッチングを介して切断されてもよい。

図７ａは、モジュール間レール７２と関連する切断可能なリンク７１およびモジュール７５とバスバー７６、７７との間の切断可能なリンク７３、７４を有するＰＳＦレイアウト７０を示す。

リンク７１は、関連するモジュールが、隣接するモジュールに直列に接続されるべきとき、維持される。リンク７１は、関連するモジュールが、隣接するモジュールと並列に接続されるべきとき、切断される。

リンク７３、７４は、関連するモジュールが、隣接するモジュールに並列に接続されるべきとき、維持される。リンク７３、７４は、関連するモジュールが、隣接するモジュールに直列に接続されるべきとき、切断される。

図７ｂは、リンク７１、７３、７４が、切断された後の同じＰＳＦレイアウト７０を示す。リンク７１、７３、７４が、切断された後、レイアウト７０は、図７ｂの例に示されるように、直列に接続された３つのモジュールを備えるマイナーユニット７８を形成する。マイナーユニット７８は、各々３つのモジュールのｍ個のマイナーユニットを形成するために少なくとも一度キャリア基板に沿って繰り返されてもよく、ただしｍは、整数である。ｎ個のモジュールのｍ個のマイナーユニットは、３×ｍモジュールのメジャーユニットを形成するために並列に電気的に接続されてもよい。

図８ａは、モジュール間レール８３と関連するリンク可能なギャップ８２を有する複数のモジュール８１を備えるＰＳＦレイアウト８０を示す。ギャップ８２は、少なくとも関連するモジュール／モジュールのユニットが、隣接するモジュール／モジュールのユニットに直列に接続されるべきとき、電気的にリンク可能である。

図８ｂは、モジュール間レール８３と関連するリンク可能なギャップ８２、モジュール端子８６、８７と関連するリンク可能なギャップ８４、８５およびモジュール端子８６、８７とバスバー９０、９１との間のリンク可能なギャップ８８、８９を有する複数のモジュールを備える代替ＰＳＦレイアウト８０を示す。ギャップ８２は、少なくとも関連するモジュール／モジュールのユニットが、隣接するモジュール／モジュールのユニットに直列に接続されるべきとき、電気的にリンク可能である。モジュール端子８６、８７と関連するギャップ８４、８５は、少なくとも関連するモジュールが、隣接するモジュールに並列に接続されるべきとき、電気的にリンク可能である。

ギャップ８８は、少なくとも関連する先頭モジュールまたはモジュールのユニットが、隣接するモジュール／モジュールのユニットに並列に接続されるべきとき、バスバー９０に電気的にリンク可能である。同様に、ギャップ８９は、少なくとも関連する後端モジュール／モジュールのユニットが、隣接するモジュール／モジュールのユニットに並列に接続されるべきとき、バスバー９１に電気的にリンク可能である。いずれの場合にも、リンクは、導電性ペースト、導電性インクもしくは導電性テープまたは類似のものを介して作成されてもよい。

図８ｃは、ギャップ８２、８４、８５、８８および８９が、導電性ペーストを介して要求に応じて架橋されまたは接続された（または場合によっては切り離されたままにされた）後の同じレイアウト８０を示す。ギャップが、架橋された（または切り離されたままにされた）後、レイアウト８０は、直列に接続された２つのモジュールを各々備えるマイナーユニット９２、９３を形成する。マイナーユニット９２、９３は、各々２つのモジュールのｍ個のマイナーユニットを形成するためにキャリア基板に沿って繰り返されてもよく、ただしｍは、整数である。ｎ個のモジュールのｍ個のマイナーユニットは、２×ｍモジュールのメジャーユニットを形成するために並列に電気的に接続されてもよい。

図９ａは、モジュール間レール８３と関連するリンク可能なギャップ８２、および先頭モジュールＬと後端モジュールＴとの間の直列接続のための、モジュール端子８６、８７とバスバー９０、９１との間のリンク可能なギャップ８８、８９を有する複数のモジュール８１を備えるＰＳＦレイアウト８０を示す。

図９ｂは、モジュール端子８６、８７間のリンク可能なギャップ８２、および先頭モジュールＬと後端モジュールＴとの間の直列接続のためのモジュール端子８６、８７とバスバー９０、９１との間のリンク可能なギャップ８８、８９を有する複数のモジュール８１を備える代替ＰＳＦレイアウト８０を示す。

図１０ａは、３つの電気的に相互接続された光起電モジュールの光起電モジュールまたはユニットの例となるＰＳＦレイアウト８０を示す。３つのモジュール８１のユニットは、先頭ユニットＬ１が、接合部８８’を介してバスバー９０に接続され、後端ユニットＴが、接合部８９’を介してバスバー９１に接続され、モジュールＬ１、ＮおよびＴが、接合部８２’を介して互いに直列に接続される状態で示される。Ｌ１とＴとの間の他の接合部８４、８５、８８および８９は、切り離されたままである。Ｌ２は、別個のユニットの一部を形成することになる。

図１０ｂは、４つの電気的に接続されたモジュールを備える光起電モジュールまたはユニットの例となるＰＳＦレイアウト８０を示す。４つのモジュール８１のユニットは、先頭ユニットＬ１が、接合部８８’を介してバスバー９０に接続され、後端ユニットＴが、接合部８９’を介してバスバー９１に接続される状態で示される。モジュールＬ１およびＮ１、ならびにＮ２およびＴは、接合部８４’および８５’を介して並列に互いに接続される。モジュールＮ１およびＮ２は、接合部８２’を介して直列に互いに接続される。Ｌ１とＴとの間の他の接合部８２、８４、８５、８８および８９は、切り離されたままである。

さらなる実施形態では、光起電モジュールは、図５～図１０を参照して上で述べられたように、リンク可能なギャップおよび切断可能なリンクを含む方法の組み合わせを介して接続されてもよい。

従来のモジュールシートと比較して、本発明は、比較的大きい面積のデバイスが生産されることを可能にすることができる。大面積ソーラセルの出力電圧は、製造プロセスの後または製造プロセス中にオンデマンドで設定されてもよい。

大面積設備では、出力電圧は、安全なレベルに設定されてもよくかつ／または任意のインバータシステムと互換性があってもよい。大面積設備では、印刷ソーラフィルムは、必要とされる出力電圧にかかわらず所望の長さに切断されてもよい（繰り返しユニットの中間が、切断されるとき、自由が制限されてまたはある面積の廃棄物をともなうどこでも）。

エネルギーは、バスバー上のどこからでも集められてもよい。ＰＳＦ間の相互節接続は、平行方向の多重ＰＳＦ設備などの広域アプリケーションのために任意の点においてなされてもよい。

本発明の光起電装置および方法は、柔軟な基板上の溶液処理ソーラセルとともに使用するのに特に適していることもある。

本発明の一実施形態による印刷ソーラフィルム（ＰＳＦ）を製造する方法１１０は今から、図１１を参照して述べられることになる。方法１１０は、図３から図１０（ｂ）を参照して前に述べられたような光起電モジュールおよび光起電装置を集合的に作り上げる、図１（ｃ）においてより明瞭に示されるような光起電セルを構築する適切な層１１から１５の各々を形成するために使用されてもよい。

第１のステップ１１２中に、キャリア基板１０（柔軟なＩＴＯ基板など）が、提供される。例示目的のために、図１１における基板１０は、製造中に図１１において矢印１２８によって例示されるように「ウェブ方向」に移動する。第１の導電性電極１１が、コーティングプロセスを介して基板１０に適用される。ディスペンサ１２６は、コーティングプロセスを介して第１の導電性電極層１１を適用するために使用される。好ましくは、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）ベースの導体が、第１の導電性電極層のために使用される。その上、第１の導電性電極層１１は、約１００～３００ｎｍの厚さ範囲を有して形成される。

いくつかの印刷プロセスと異なり、このコーティングプロセスは有利には、適用される層の厚さの正確な制御を可能にする。特に、コーティングプロセスは、均一な層が所望の厚さで適用されることを可能にする。加えて、コーティングプロセスは、基板がディスペンサに対して移動するにつれて、各層が連続的に生成されることを可能にし、それは、より大きな効率を可能にする（例えば、様々な印刷プロセスと比較するとき）。

典型的には、印刷プロセスにおいて、「印刷インク」の液滴は、基板上に分注される。そのような印刷プロセスは、不均等な厚さ、時にはギャップ（またピンホールとしても知られている）を印刷層内に生成する可能性がある。加えて、印刷層の厚さは、特に高レベルの正確さおよび均一性が、印刷層の厚さに必要とされるとき、正確に制御することが困難である。

第２のステップ１１４中に、第１の電荷選択層１２が、同じコーティングプロセスを介して基板１０を覆って適用され、第１の導電性電極層１１を部分的にカバーする。好ましくは、第１の電荷選択層１２は、約１０～１００ｎｍの厚さ範囲を有して形成される。

第３のステップ１１６中に、光活性層１３もまた、同じコーティングプロセスを介して基板１０を覆って適用され、第１の電荷選択層１２を部分的にカバーする。好ましくは、光活性層１３は、約１００～５００ｎｍの厚さ範囲を有して形成される。

図１１には示されないが、第２の電荷選択層１４がまた、同じコーティングプロセスを介して基板１０を覆って適用されてもよく、光活性層１３を部分的にカバーする。好ましくは、第２の電荷選択層１４は、約１０～５００ｎｍの厚さ範囲を有して形成される。

厚さおよび品質制御の各々について層１１から１４の各々を適用するためにコーティングプロセスを使用することは好ましいが、十分なレベルの品質は、ある印刷プロセスを使用して達成されてもよい。例えば、電荷選択層は、妥当な導電率を有し、それは、より厚さに寛容である。それに応じて、回転スクリーン印刷などの方法が、電荷選択層を形成するために使用されてもよい。

図１２（ａ）および図１２（ｂ）においてより明瞭に示されるような第４のステップ１１８（また図１１にも示されない）中に、コーティングステップ１１２から１１６を介して適用された層１１から１４の１つまたは複数の部分が、個々の光起電力モジュールの基礎を形成するために除去されてもよい。除去される層１１から１４の数は、層１１から１４の導電率に依存することもある。典型的には、図１２（ｂ）において２０２、２０４によって表されるエリア内の第２の電荷選択層１４の部分が、除去される。場合によっては、もし電荷輸送層（また光活性層１３としても知られている）の導電率が、高すぎるならば、層１１から１４の部分が、図１２（ａ）および図１２（ｂ）においてより明瞭に例示されるように除去される。図１２（ａ）は、コーティングステップ１１２から１１６が、完了した後の層１１から１４の各々を担持する基板１０の平面図を例示する。図１２（ｂ）は、各層１１から１４の関連部分が、個々の光起電モジュール間にスペース２０２、２０４を生成するように層間剥離および／またはスクラッチングを含む任意の適切な方法を介して除去された後の基板１０を例示する。

第５のステップ１２０中に、第２の導電性電極層１５が、スクリーン印刷プロセスを介して適用され、その場合導電性材料の層が、スクリーン内のメッシュに適用され、ステンシルが、印刷すべき光起電モジュール設計の陰画内のスクリーンの部分を塞ぐことによって生成される。一実施形態では、光起電モジュールは、モジュール間レール内のリンク可能なギャップおよびモジュールとバスバーとの間のリンク可能なギャップとともに印刷される。スクリーン印刷層の厚さは、メッシュサイズ、スクリーンの厚さ、印刷ペースト内の固形分、スキージ角およびスキージ圧を含む少数のパラメータによって制御可能である。最初の２つのパラメータが、主要な制御パラメータである。典型的には、第２の導電性電極層１５の厚さは、約１μｍから１０μｍであってもよい。第２の導電性電極層１５は、各光起電モジュール１３０、関連するモジュール間レール１３２およびバスバー１３４、１３６の形成を完了する。

第６のステップ１２２（また図１１にも示されない）中に、基板１０は、所望の長さに切断される。この切断ステップ１２２はまた、いくつかの相互接続がなされた後に実行されてもよい。

最後の第７のステップ１２４中に、隣接する光起電モジュールを接続するためのモジュール間レールについての望ましい相互接続、および光起電モジュールとバスバーとの間の相互接続が、遠位制御ディスペンサを使用して実行される。いくつかの実施形態では、相互接続は、導電性テープを介して形成されてもよい。代替実施形態では、既存の電気的接続は、任意の適切なプロセスによって、例えばエッチングおよび／または穿孔プロセスを介して壊されてもよい。いったん相互接続／切り離しが、完了すると、印刷ソーラフィルは、基板１０および形成された層１１から１５を保護するために積層プロセスを介してカプセル化される。方法１１０は有利には、各光起電装置の設計が、製造プロセスの一部としてかつソーラフィルムの最終カプセル化より前にステップ１２４中にカスタマイズされることを可能にする。

光起電装置設計に組み込まれる選択的に構成可能な接合部を提供することによって、１つもしくは複数のテンプレートまたは一般的光起電装置設計が、生産中に（例えば上記のステップ１１２から１２２を介して）利用されてもよい。各光起電装置についてカスタマイズされた相互接続が次いで、保護のために印刷ソーラフィルムを積層する前に、ステップ１２４において実行されてもよい。例えば、ステップ１２４におけるディスペンサは、選択された接合部に所望の相互接続を生成するためにプログラムされてもよい。それに応じて、本発明の実施形態は有利には、積層後のさらなる再構成を必要とすることなく、高容量のカスタム設計された光起電装置の迅速な生産が異なるアプリケーション要件に適合することを可能にする。すなわち、本発明の実施形態は、異なるカスタム設計された光起電装置が比較的低いコストで柔軟な仕方で要求に応じて大量生産されることを可能にする。

用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「構成される（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が、この明細書（請求項を含む）において使用される場合、それらは、述べられた特徴、整数、ステップまたはコンポーネントの存在を指定すると解釈すべきであるが、しかし１つもしくは複数の他の特徴、整数、ステップもしくはコンポーネント、またはそれらのグループの存在を除外することはない。

本発明は、限られた数の実施形態と併せて述べられているが、前の記述を考慮すると、多くの代替案、変更および変形が可能であることは、当業者によって認識されることになる。それに応じて、本発明は、開示されるような本発明の趣旨および範囲内に入ることもあるようなすべてのそのような代替案、変更および変形を包含することを目的とする。

本出願は、１つまたは複数の将来の出願についての基礎または優先事項として使用されてもよく、任意のそのような将来の出願の請求項は、本出願において述べられる任意の１つの特徴または特徴の組み合わせに向けられてもよい。任意のそのような将来の出願は、次の請求項の１つまたは複数を含んでもよく、それらは、例として与えられ、任意の将来の出願において特許請求されることもあるものに関して限定されない。

１０ 基板
１１ 導電性電極
１２ 電荷選択層、バッファ層、電荷輸送層
１３ 光活性層
１４ 電荷選択層
１５ 導電性電極
３０ ハイブリッド設計
３１ モジュール
３２ モジュール
３３ モジュール
３４ モジュール間レール
３５ バスバー
３６ バスバー
３７ 光起電セル
３８ 基板
４０ ハイブリッド設計
４１ チャンネル
４２ チャンネル
５０ ＰＳＦレイアウト
５１ リンク可能なギャップ
５２ モジュール間レール
５３ リンク可能なギャップ
５４ リンク可能なギャップ
５５ モジュール
５６ バスバー
５７ バスバー
５８ マイナーユニット
６０ 単純な直線
６１ より複雑な形状
６２ より複雑な形状
６３ より複雑な形状
７０ ＰＳＦレイアウト
７１ 切断可能なリンク
７２ モジュール間レール
７３ 切断可能なリンク
７４ 切断可能なリンク
７５ モジュール
７６ バスバー
７７ バスバー
７８ マイナーユニット
８０ ＰＳＦレイアウト
８１ 複数のモジュール
８２ リンク可能なギャップ
８２’ 接合部
８３ モジュール間レール
８４ リンク可能なギャップ、接合部
８５ リンク可能なギャップ、接合部
８６ モジュール端子
８７ モジュール端子
８８ リンク可能なギャップ、接合部
８８’ 接合部
８９ リンク可能なギャップ、接合部
８９’ 接合部
９０ バスバー
９１ バスバー
９２ マイナーユニット
９３ マイナーユニット
１１０ 方法
１２６ ディスペンサ
１２８ 矢印
１３０ 光起電モジュール
１３２ モジュール間レール
１３４ バスバー
１３６ バスバー
２０２ エリア、スペース
２０４ エリア、スペース
Ｎ モジュール
Ｎ１ モジュール
Ｎ２ モジュール
Ｌ 先頭モジュール
Ｌ１ 先頭ユニット
Ｔ 後端モジュール、後端ユニット

Claims (18)

1. キャリア基板を備える光起電装置において、前記キャリア基板は、印刷構造物を担持し、前記印刷構造物は、
   複数の印刷光起電モジュールであって、各モジュールは、
   第１および第２のモジュール端子、ならびに
   各光起電セルが、隣接する光起電セルと直列に電気的に接続されるような、前記第１のモジュール端子と前記第２のモジュール端子との間の複数の印刷光起電セルを含む、複数の印刷光起電モジュールと、
   前記光起電モジュールの片側に沿って延びる第１の印刷バスバーと、
   前記光起電モジュールの反対側に沿って延びる第２の印刷バスバーと、
   複数のモジュール間レールであって、各モジュール間レールは、光起電モジュールと関連し、
   各モジュール間レールは、前記光起電モジュールが、最初は前記印刷構造物内で互いから切り離されるようなリンク可能なギャップとともに印刷される、複数のモジュール間レールと、を備え、
   前記印刷構造物は、前記光起電モジュールの外側にある前記印刷構造物上の所定の場所に複数の選択的に構成可能な接合部を規定し、前記接合部の各々は、
   光起電モジュールが対応するモジュール間レールの前記それぞれのリンク可能なギャップを覆う導電性ペースト、導電性インクまたは導電性テープによって隣接する光起電モジュールに選択的に接続されることを可能にし、かつ
   モジュール端子が前記第１および第２のバスバーの１つと選択的に接続するまたは前記第１および第２のバスバーの１つから切り離すことを可能にするように、製造中にかつ前記印刷構造物への保護用コーティングの適用より前に構成可能であり、
   その結果、前記光起電モジュールは、直列にかつ／または並列に選択的に電気的に接続されることが可能である、光起電装置。
2. 前記複数の選択的に構成可能な接合部はさらに、１つまたは複数の切断可能なリンクを含む、請求項１に記載の光起電装置。
3. １つまたは複数のモジュール間レールは、隣接する光起電モジュール間の選択的直列接続を可能にするように構成され、
   前記接合部の１つまたは複数は、隣接する光起電モジュール間の選択的並列接続を可能にするように構成される、請求項１または２に記載の光起電装置。
4. 前記光起電モジュールは、第１の導電性電極層、電荷選択層、および光活性層を含み、前記層の各々は、コーティングプロセスを介して前記基板上に形成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の光起電装置。
5. モジュールの１つまたは複数のユニットを備え、各ユニットは、先頭モジュールが、前記直列接続の片方の端部に配置され、後端モジュールが、各ユニット内の前記直列接続の反対側の端部に配置されるように、直列に接続される２つ以上の隣接するモジュールを含み、
   前記先頭モジュールの前記第１の端子は、前記第１の端子を前記第１のバスバーに選択的に接続するための第１の接合部を含み、
   前記後端モジュールの前記第２の端子は、前記第２の端子を前記第２のバスバーに選択的に接続するための第２の接合部を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の光起電装置。
6. ｎ個のモジュールは、ｎ個のモジュールのマイナーユニットを形成するために直列に電気的に接続可能であり、ただしｎは、整数である、請求項１から５のいずれか一項に記載の光起電装置。
7. ｎ個のモジュールの前記マイナーユニットは、各々ｎ個のモジュールのｍ個のマイナーユニットを形成するために少なくとも一度繰り返され、ただしｍは、２以上の整数である、請求項６に記載の光起電装置。
8. 前記ｎ個のモジュールのｍ個のマイナーユニットは、ｎ×ｍモジュールのメジャーユニットを形成するために並列に電気的に接続可能である、請求項７に記載の光起電装置。
9. 各モジュール間レールは、印刷導電性材料を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の光起電装置。
10. 前記第１および第２のバスバーの各々は、印刷導電性材料、積層金属ホイルまたはそれらの組み合わせを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の光起電装置。
11. 前記第１のモジュール端子は、前記第２のモジュール端子に対して正電位を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の光起電装置。
12. 前記第１のバスバーは、前記第２のバスバーに対して正電位を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の光起電装置。
13. キャリア基板を備える光起電装置において、前記キャリア基板は、印刷構造物を担持し、前記印刷構造物は、
    複数のユニットであって、各ユニットは、複数の印刷光起電モジュールを備え、各モジュールは、
    第１および第２のモジュール端子、ならびに
    各光起電セルが、隣接する光起電セルと直列に電気的に接続されるような、光起電モジュールの前記第１のモジュール端子と前記第２のモジュール端子との間の複数の印刷光起電セルを備える、複数のユニットと、
    前記複数のユニットの片方の側に沿って延びる第１の印刷バスバーであって、前記第１のバスバーは、ユニット内の先頭光起電モジュールの前記第１の端子に電気的に接続するように適合される、第１の印刷バスバーと、
    前記複数のユニットの他方の側に沿って延びる第２の印刷バスバーであって、前記第２のバスバーは、ユニット内の後端光起電モジュールの前記第２の端子に電気的に接続するように適合され、前記光起電セルは、各光起電セルの長手方向が前記第１および第２のバスバーに対して平行であるように位置決めされる、第２の印刷バスバーと、
    各光起電モジュールと関連しかつ前記光起電モジュールの外側にある前記印刷構造物上に位置するモジュール間レールであって、前記モジュール間レールは、前記光起電モジュールが、最初は互いから切り離されるようなリンク可能なギャップを含み、１つの光起電モジュールは、少なくとも前記第１または第２のバスバーへの電気的接続が、製造中にかつ前記印刷構造物への保護用コーティングの適用より前に前記第１または第２の端子を通じて確立されるとき、前記それぞれのリンク可能なギャップを覆う導電性ペースト、導電性インクまたは導電性テープによって直列に隣接する光起電モジュールに選択的に接続可能である、モジュール間レールと、を備える、光起電装置。
14. 各光起電セルは、第１および第２のセル電極を備え、前記第１の電極は、前記第２のセル電極に対して正電位を有し、前記直列内の前記先頭光起電セルの前記第１のセル電極は、前記第１のモジュール端子を形成し、前記直列内の前記後端光起電セルの前記第２のセル電極は、前記第２のモジュール端子を形成する、請求項１３に記載の光起電装置。
15. 各光起電モジュールは、直列に電気的に接続される８を超える光起電セルを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の光起電装置。
16. 各光起電モジュールは、各光起電モジュールの長手方向が前記第１および第２のバスバーに垂直であるように位置決めされる、請求項１から１５のいずれか一項に記載の光起電装置。
17. 請求項１から１６のいずれか一項に記載の光起電装置を生産する方法において、前記方法は、
    第１の導電性電極層を前記基板上に形成するステップと、
    第１の電荷選択層を少なくとも部分的に前記第１の導電性電極層を覆って形成するステップと、
    光活性層を少なくとも部分的に前記第１の電荷選択層を覆って形成するステップと、
    第２の電荷選択層を少なくとも部分的に前記光活性層を覆って形成するステップと、
    前記基板に沿って所定の間隔で前記形成された層の部分を除去して、個々の光起電モジュールを部分的に形成する離散層セクションを生成するステップと、
    前記光起電モジュール、モジュール間レールおよびバスバーを形成するために前記離散層セクションおよび基板を部分的に覆って第２の導電性電極層を印刷するステップと、
    を備え、
    前記第１の導電性電極層、前記第１の電荷選択層、前記光活性層、および前記第２の電荷選択層の１つまたは複数は、コーティングプロセスを介して形成される、
    光起電装置を生産する方法。
18. 請求項１３または１４に記載の光起電装置を生産する方法であって、
    前記光起電装置は、各光起電モジュール内の光起電セルの数を選択するかつ／またはユニット内の光起電モジュールの数を選択することによって、選択された電圧または電流を提供するために要求に応じて生産される、光起電装置を生産する方法。

Images