KR20150003091A - 태양전지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
<과제>
칼코파이라이트계 화합물 반도체 등을 광전 변환층에 이용한 박막 태양전지 모듈의 장기 신뢰성과 고효율화에 이바지하는 태양전지 모듈을 제공한다.
<해결수단>
패널(1a) 상에 금속 전극층, 광전 변환층, 광투과성 전극층을 순차 적층하여 이루어지는 박막 태양전지(2)와, 상기 패널(1a)의 박막 태양전지 형성면의 상방에 배치된 투명한 패널(1b)과, 상기 패널(1a, 1b) 사이에 박막 태양전지(2)를 덮도록 충전된 광투과성의 실리콘 겔층(3)과, 이 실리콘 겔층(3)의 외주부를 둘러싸 봉지하는 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 이루어지는 봉지부(4＇)를 구비한다.
칼코파이라이트계 화합물 반도체 등을 광전 변환층에 이용한 박막 태양전지 모듈의 장기 신뢰성과 고효율화에 이바지하는 태양전지 모듈을 제공한다.
<해결수단>
패널(1a) 상에 금속 전극층, 광전 변환층, 광투과성 전극층을 순차 적층하여 이루어지는 박막 태양전지(2)와, 상기 패널(1a)의 박막 태양전지 형성면의 상방에 배치된 투명한 패널(1b)과, 상기 패널(1a, 1b) 사이에 박막 태양전지(2)를 덮도록 충전된 광투과성의 실리콘 겔층(3)과, 이 실리콘 겔층(3)의 외주부를 둘러싸 봉지하는 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 이루어지는 봉지부(4＇)를 구비한다.
Description
본 발명은 태양전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 박막 실리콘 태양전지, 칼코파이라이트계 화합물 반도체나 칼코겐 원소를 포함하는 화합물 반도체, 예를 들면 CIGS(Copper－Indium－Gallium－Selenide)계나 CIS(Copper－Indium－Selenide)계, Cd, Zn, Te, S, Se의 원소로 구성되는 칼코겐 반도체 재료를 광전 변환층에 이용한 박막 태양전지를 봉지한 태양전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
태양전지 모듈의 고효율화 및 20년 내지 30년 초과의 장기 신뢰성을 확보하기 위한 방책으로서, 봉지재에 주목한 보고나 제안이 이루어지고 있다. 고효율화라는 점에 있어서는 현재, 봉지재의 주류인 에틸렌-초산비닐 공중합체(이하 EVA로 약한다)와 비교하여 실리콘 재료가 파장 300~400nm 부근의 광투과율 특성에 기초하는 내부 양자 효율의 우위성이 보고되고(예를 들면 비특허문헌 1 참조), 또 실제로 EVA와 실리콘 재료를 봉지재에 이용했을 때의 출력 전력의 비교 실험도 보고되고 있다(예를 들면 비특허문헌 2 참조).
원래 실리콘 재료를 봉지재로서 이용하는 것은 이미 1970년대 전반에 우주용의 태양전지를 제작한 후에 이루어져 있는 것이지만, 그것을 지상 용도쪽으로 제조함에 즈음하여, 실리콘 재료의 비용 문제나 봉지할 때의 작업성 문제가 있었기 때문에, 당시 저비용으로 또한 필름으로 공급 가능한 EVA로 치환되었다고 하는 경위가 있다.
그러나, 근년 태양전지의 고효율화나 장기 신뢰성이 재차 클로즈업됨과 동시에, 실리콘 재료의 봉지재로서의 성능, 예를 들면, 저모듈러스성, 고투명성, 고내후성 등이 재검토되어, 실리콘 재료를 이용한 새로운 봉지 방법도 여러가지 제안되어 있다.
예를 들면, 일본 특허공표 2009－515365호 공보(특허문헌 1)에서는 유기 폴리실록산 주체의 핫멜트(hot melt) 타입의 시트로의 봉지가 제안되어 있다. 그러나, 고투명성을 유지한 채 단층의 시트 형상으로 가공하는 것은 어렵고, 예를 들면 1mm 전후의 두께로 가공하기 위해서는, 그 「무름」 때문에 주형법이나 프레스법 등의 가공 방법에 한정되어 양산 방향은 아니다. 또 그 「무름」을 개선하기 위해서는 필러(filler) 등의 충전재를 혼합하여 성형성을 향상시킬 수가 있지만, 그렇게 하면 고투명성을 보지(保持)할 수 없게 되는 결점이 있다. 또, 일본 특허공표 2007－527109호 공보(특허문헌 2)에서는 기판 상에 코팅된 액체 실리콘 재료 상 또는 액체 실리콘 재료 중에, 접속된 태양전지를 다축 로봇에 의해 배치하고, 그 후에 액체 실리콘 재료를 경화함으로써 기포를 취하지 않고 봉입하는 것이 제안되어 있다. 또, 일본 특허공표 2011－514680호 공보(특허문헌 3)에서는 이동 가능한 플레이트를 가진 셀 프레스를 사용하여, 진공하에서 경화 혹은 반경화의 실리콘 재료 상에 태양전지 셀을 배치함으로써 기포를 취하지 않고 봉입하는 것이 제안되어 있다. 한편, 국제공개 제2009/091068호(특허문헌 4)에서는 유리 기판에 봉지제, 태양전지 소자, 실리콘 액상 물질을 배치하고, 마지막으로 이면 보호 기판을 포개어 가적층체로 하고, 실온의 진공하에서 가압 밀착시켜 밀봉하는 방법이 제안되어 있지만, 이 방법에서는 태양전지 모듈의 실용 크기에의 전개는 어려울 가능성이 있다.
또, 어느 방법에 있어서도 태양전지 셀 봉지 공정의 전후에서 액상의 실리콘 재료를 도포 혹은 배치하는 공정이 있기 때문에, 현행의 EVA에 의한 봉지 공정과 크게 다르고, 그것이 태양전지 모듈 제조업계에 있어서 실리콘 경화물을 봉지 재료로서 투입하는 것을 크게 방해하고 있다. 즉, 어느 방법도 종래의 태양전지 봉지 방법과는 크게 달라 현행의 양산 장치에서는 대처할 수 없을 가능성이 있다.
그런데, 칼코파이라이트계 화합물 반도체를 광전 변환층으로서 이용한 박막 태양전지는, 일반적으로 그 조성을 바꿈으로써 금제(禁制) 대폭을 1.01eV로부터 1.64eV로 제어할 수가 있어 태양광의 조사 스펙트럼을 효율 좋게 전기로 변환할 수가 있다. 이것은 결정계 실리콘이 가지는 1.14eV보다 큰 1.7eV 부근의 금제 대폭으로 설정하는 것이 요망되고 있는 것에 대응하는 것이고, 이 칼코파이라이트계 화합물 반도체를 이용한 박막 태양전지는 결정계 실리콘 태양전지보다도 효율적으로 태양광을 전기로 변환하는 능력이 높다고 할 수 있다. 또, 칼코파이라이트계 화합물 반도체를 이용한 박막 태양전지는 그 광의 흡수 특성이 뛰어나기 때문에 박막으로 충분한 광의 흡수가 가능하다. 그 때문에 대면적에 한 번에 박막을 형성 가능한 장치를 이용함으로써, 저비용 생산이 가능하게 되어 저비용화가 가능한 재료 기술로서도 기대되고 있다.
태양전지는 입사한 태양광을 전기로 얼마나 변환할 수 있는지의 지표인 변환효율과 태양전지에 얼마의 생산 비용을 요하는지의 비용의 지표가 요구된다. 태양전지의 비용 시산(試算)은 발전전력(W)당 비용으로부터, 와트당 금액(xxx엔)으로서 취급되어 왔다. 또, 태양전지를 발전시설로 간주하면 그 내용(耐用) 연수가 긴 것이 요구된다. 즉 장기에 있어서 출력 성능이 열화하지 않고 또 문제가 적은 것이 요구된다. 수명이 2배인 태양전지 시설이면, 단위 전력당 태양전지 시설에 요하는 비용은 1/2로 축소된다.
칼코파이라이트계 화합물 반도체를 이용한 박막 태양전지는 통상, 유리 기판에 금속 전극층, p형 CIS층(Copper－Indium－Selenide층), 고저항 버퍼층, n형 창층(투명 전극층으로서의 기능을 겸한다)이 순차 적층되어 있고, 적층 후의 최표면이 광입사면으로 되는 것이 특징이다. 이 광입사면을 보호하기 위해서, 통상 커버 유리로 불리는 열강화 유리를 사용하고, 상기 유리 기판 상에 형성된 이 박막 태양전지의 박막 퇴적면과의 사이에서 열가소성 수지에 의해 첩합(貼合)됨으로써 모듈로 하고 있다.
통상 이 열가소성 수지에는 EVA로 칭해지는 에틸렌비닐아세테이트 수지, 혹은 PVB로 칭해지는 폴리비닐부티랄 수지가 이용되고, 강도를 부여하기 위해서 가교제가 첨가되어 첩합 후에 열경화 처리가 행해진다. EVA, PVB는 그 열가소성에 의해, 시트 형상으로 가공한 재료를 상기의 커버 유리와 화합물 반도체 박막 태양전지의 광입사면에 끼워넣음으로써, 시판의 라미네이터 장치에 의해 진공하에서 가열했을 때 용융 접합함으로써 첩합되어 모듈화된다.
그렇지만, EVA는 산 또는 알칼리 환경하에서는 용이하게 가수분해되어 초산이 생성된다. 초산은 태양전지와의 접촉면에 있어서 금속 전극을 부식시키는 것이 지적되고 있다. 또, 가수분해는 금속 전극을 부식시킬 뿐만 아니라, EVA 자신의 분해에 의해 접착면에서의 접착 강도의 저하를 일으켜, 심한 경우에는 딜라미네이션(delamination)으로 불리는 박리를 일으킨다. 또한, 가수분해는 고온 고습 환경하에서의 가속 스트레스를 부여함으로써 그 발생을 예측할 수가 있고, 그 고온 고습 환경하의 가속 스트레스는 통상 85℃, 상대습도 85%에서 1,000시간, 2,000시간의 환경하에 노출시킴으로써 행해진다. EVA 수지는 통상 그러한 환경하에서는 분해가 진행되어 초산이 발생하여, 가속 스트레스 환경 시험조 내는 초산 냄새가 충만하다.
한편, EVA는 그 열가소성의 성질로부터 저온에서는 그 모듈러스(modulus)가 상승하고, 고온에서는 그 모듈러스가 저하하는 것이 알려져 있다. 이것으로부터 태양전지 모듈이 설치되는 환경 및 기상 조건에서의 온도 변화로부터, 태양전지의 최표면의 접촉층에 있어서 반복의 스트레스를 주게 된다. 이러한 스트레스에 의한 태양전지의 열화는 실리콘 결정 태양전지 모듈로 집전 전극 패턴, 통상 핑거 전극, 버스바(busbar) 전극에 있어서 박리로서 그 열화가 지적되고 있다.
결정 실리콘 태양전지와 동일하게, 동일 환경하에서 사용되는 칼코파이라이트계 화합물 반도체를 이용한 박막 태양전지에 있어서도, 수분의 침입에 의해 Al 첨가 ZnO 투명 도전막의 고저항화, Al/Ni의 수집 전극의 부식이 일어나(예를 들면 비특허문헌 3 참조), 장기 신뢰성에 있어서 동일한 개량이 요구된다.
또, EVA는 파장이 400nm 이하인 단파장광의 조사에 의한 광열화를 억제할 목적으로 자외선 흡수제가 첨가되어 있고, 그 때문에 태양전지의 광전 변환층에의 400nm 이하의 태양광의 입사가 억제되어 있다. 결정계 실리콘 태양전지로 비교하여 밴드갭(band gap)이 넓고, 보다 단파장의 광에 최적 감도를 가지는 칼코파이라이트계 화합물 반도체를 이용한 박막 태양전지에서는, EVA에 대신하는 400nm 이하의 단파장의 광을 투과하는 봉지 재료가 요구된다.
태양전지의 최표면을 보호하고, 또한 옥외 환경하의 심한 온도 변화에 있어서 낮은 모듈러스를 유지하고, 또한 자외선 조사에 있어서 높은 내구 성능을 가져 투명한 재료로서 실리콘 수지를 들 수 있다. 실리콘 수지는 통상 2액의 부가형 타입이고 액상의 봉지 재료로서 이용된다. 결정계 실리콘 태양전지의 모듈화에 있어서, 실리콘 수지를 사용하는 경우에는 유리판의 외주부에 액자상의 단면 봉지 재료를 형성하고, 그 내측에 실리콘 조성물을 흘려넣고, 그 위에 태양전지의 셀을 놓고, 그 상면에 다시 실리콘 조성물을 흘려넣어 태양전지를 매설시킨 후에 가열 경화시키는 방법이 알려져 있다. 그 밖에 2매의 유리 각각에 실리콘 수지를 도포한 후, 실리콘 태양전지의 셀 스트링(cell string)을 그들 사이에 진공하에서 끼워넣어 가열 경화시키는 것이 알려져 있다.
그렇지만, 액자상의 주변 재료의 내부에 거품이 발생하지 않게 진공하에서 디스펜스(dispense)하는 것은 곤란하고, 또 실리콘 조성물을 도포시킨 후에 포개어 경화시키는 것은 그 점도가 낮기 때문에 도포면을 수직 하방으로 향함으로써, 유동에 의해 막두께 불균일이 발생하는 문제가 있다. 이것을 경화시킨 후에 하방을 향함으로써 유동을 억제하는 것이 가능하게 되지만, 실리콘 조성물을 일단 경화시키면 포개어도 접착되지 않기 때문에, 결국 진공하에서 실리콘 조성물을 디스펜스시키는 것이 요구된다. 이러한 공정상의 번잡 때문에 저모듈러스라고 하는 특성을 살린 실리콘 재료가 결정계 실리콘 태양전지의 양산에 있어서의 적용이 진전되지 않았다.
S. Ohl, G. Hahn, "Increased internal quantum efficiency of encapsulated solar cell by using two－component silicone as Encapsulant material", Proc. 23rd, EU PVSEC, Valencia (2008), pp. 2693－2697
Barry Ketola, Chris Shirk, Philip Griffith, Gabriela Bunea, "DEMONSTRATION OF THE BENEFITS OF SILICONE ENCAPSULATION OF PV MODULES IN A LARGE SCALE OUTDOOR ARRAY", Dow Corning Corporation
박막 태양전지의 기초 태양광발전기술연구조합 감수 코나가이 마코토 편저 2001년
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 칼코파이라이트계 화합물 반도체 등을 광전 변환층에 이용한 박막 태양전지 모듈의 장기 신뢰성과 고효율화에 이바지하고, 또 공정상의 과제를 해결하여 양산 적용 가능한 실리콘 수지에 의해 봉지된 태양전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 하기의 태양전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공한다.
〔1〕제1기판 상에 금속 전극층, 광전 변환층, 광투과성 전극층을 순차 적층하여 이루어지는 박막 태양전지와, 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면의 상방에 배치된 투명한 제2기판과, 상기 제1기판과 제2기판 사이에 박막 태양전지를 덮도록 충전된 광투과성의 실리콘 겔층과, 이 실리콘 겔층의 외주부를 둘러싸 봉지하는 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 이루어지는 봉지부를 구비하는 태양전지 모듈.
〔2〕투명한 제1기판 상에 광투과성 전극층, 광전 변환층, 금속 전극층을 순차 적층하여 이루어지는 박막 태양전지와, 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면의 상방에 배치된 제2기판과, 상기 제1기판과 제2기판 사이에 박막 태양전지를 덮도록 충전된 실리콘 겔층과, 이 실리콘 겔층의 외주부를 둘러싸 봉지하는 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 이루어지는 봉지부를 구비하는 태양전지 모듈.
〔3〕상기 고무계 열가소성 씰링재가 부틸 고무인 것을 특징으로 하는〔1〕또는〔2〕기재의 태양전지 모듈.
〔4〕상기 광전 변환층이 칼코파이라이트계 화합물 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는〔1〕~〔3〕의 어느 하나에 기재된 태양전지 모듈.
〔5〕상기 광전 변환층이 칼코겐계 화합물 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는〔1〕~〔3〕의 어느 하나에 기재된 태양전지 모듈.
〔6〕상기 광전 변환층이 아모퍼스 실리콘층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는〔1〕~〔3〕의 어느 하나에 기재된 태양전지 모듈.
〔7〕상기 광전 변환층이 미결정형 박막 실리콘층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는〔1〕~〔3〕의 어느 하나에 기재된 태양전지 모듈.
〔8〕상기 광전 변환층이 게르마늄을 포함하는 박막층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는〔1〕~〔3〕의 어느 하나에 기재된 태양전지 모듈.
〔9〕(i) 제1기판의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 금속 전극층, 광전 변환층, 광투과성 전극층을 순차 적층하여 박막 태양전지를 형성하는 공정과, (ii) 투명한 제2기판의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 광투과성의 실리콘 겔층을 형성하는 공정과, (iii) 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면과 상기 제2기판의 실리콘 겔층 형성면을 대향시켜, 상기 박막 태양전지를 실리콘 겔층으로 덮음과 아울러, 상기 제1기판의 박막 태양전지를 형성하지 않은 외주 부분 및 제2기판의 실리콘 겔층을 형성하지 않은 외주 부분에서 실리콘 겔층보다도 두꺼운 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 구성되는 씰 부재를 끼우도록 제1기판과 제2기판을 적층하는 공정과, (iｖ) 상기 적층한 제1기판 및/또는 제2기판을 누르면서 가열하여 상기 박막 태양전지를 봉지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조 방법.
〔10〕(i) 제1기판의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 금속 전극층, 광전 변환층, 광투과성 전극층을 순차 적층하여 박막 태양전지를 형성하는 공정과, (ii) 투명한 제2기판과, 당해 제2기판의 기판면보다도 작고, 상기 박막 태양전지보다도 큰 광투과성의 실리콘 겔 시트를 준비하는 공정과, (iii) 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면과 제2기판 사이로서 박막 태양전지 상에 상기 실리콘 겔 시트를 배치하고, 또한 상기 제1기판의 박막 태양전지를 형성하지 않은 외주 부분과 제2기판의 외주 부분으로서 실리콘 겔 시트와 겹치지 않는 부분 사이에, 상기 실리콘 겔 시트보다도 두꺼운 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 구성되는 씰 부재를 배치하여 제1기판과 제2기판을 적층하는 공정과, (iｖ) 상기 적층한 제1기판 및/또는 제2기판을 누르면서 가열하여 상기 박막 태양전지를 봉지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조 방법.
〔11〕(i) 투명한 제1기판의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 광투과성 전극층, 광전 변환층, 금속 전극층을 순차 적층하여 박막 태양전지를 형성하는 공정과, (ii) 제2기판의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 실리콘 겔층을 형성하는 공정과, (iii) 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면과 상기 제2기판의 실리콘 겔층 형성면을 대향시켜, 상기 박막 태양전지를 실리콘 겔층으로 덮음과 아울러, 상기 제1기판의 박막 태양전지를 형성하지 않은 외주 부분 및 제2기판의 실리콘 겔층을 형성하지 않은 외주 부분에서 실리콘 겔층보다도 두꺼운 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 구성되는 씰 부재를 끼우도록 제1기판과 제2기판을 적층하는 공정과, (iｖ) 상기 적층한 제1기판 및/또는 제2기판을 누르면서 가열하여 상기 박막 태양전지를 봉지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조 방법.
〔12〕(i) 투명한 제1기판의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 광투과성 전극층, 광전 변환층, 금속 전극층을 순차 적층하여 박막 태양전지를 형성하는 공정과, (ii) 제2기판과, 당해 제2기판의 기판면보다도 작고, 상기 박막 태양전지보다도 큰 실리콘 겔 시트를 준비하는 공정과, (iii) 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면과 제2기판 사이로서 박막 태양전지 상에 상기 실리콘 겔 시트를 배치하고, 또한 상기 제1기판의 박막 태양전지를 형성하지 않은 외주 부분과 제2기판의 외주 부분으로서 실리콘 겔 시트와 겹치지 않는 부분 사이에, 상기 실리콘 겔 시트보다도 두꺼운 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 구성되는 씰 부재를 배치하여 제1기판과 제2기판을 적층하는 공정과, (iｖ) 상기 적층한 제1기판 및/또는 제2기판을 누르면서 가열하여 상기 박막 태양전지를 봉지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조 방법.
〔13〕상기 (i) 공정에 있어서, 제2기판의 일면에 경화성 실리콘 겔 조성물을 도포하고 경화하여 실리콘 겔층을 형성하는 것을 특징으로 하는〔9〕또는〔11〕기재의 태양전지 모듈의 제조 방법.
〔14〕상기 (iii) 공정에 있어서, 제1기판과 제2기판을 적층하기 전에, 미리 제작해 둔 실리콘 겔 시트를 제2기판에 첩부해 두는 것을 특징으로 하는〔10〕또는〔12〕기재의 태양전지 모듈의 제조 방법.
〔15〕상기 씰 부재가 부틸 고무로 이루어지는 것을 특징으로 하는〔9〕~〔14〕의 어느 하나에 기재된 태양전지 모듈의 제조 방법.
〔16〕상기 (iｖ) 공정에 있어서, 상기 적층한 제1기판 및 제2기판의 배치 공간 내를 배기하여 감압하고, 이 감압 상태에서 상기 제1기판 및 제2기판을 가열하면서 눌러 상기 박막 태양전지를 봉지하는 것을 특징으로 하는〔9〕~〔15〕의 어느 하나에 기재된 태양전지 모듈의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 박막 태양전지에 있어서의 재료계에 대한 봉지법의 최적화를 도모했으므로, 태양전지 모듈의 장기 신뢰성과 고효율화를 확보할 수가 있고, 또 실리콘 조성물을 진공하에서 디스펜스시키지 않고, 대기 중에서 도포, 경화를 행하여, 통상의 라미네이터 장치에 의해 모듈화가 가능하게 된다. 또한, 본 발명은 박막 태양전지의 광전 변환층으로서 칼코파이라이트계 화합물 반도체를 이용한 것에 한하지 않고, 칼코겐계 화합물 반도체, 아모퍼스 실리콘층, 미결정형 박막 실리콘층, 게르마늄을 포함하는 박막층으로 이루어지는 것에도 적용 가능하다.
도 1은 일방의 패널 상에 박막 태양전지를 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 타방의 패널 상에 실리콘 겔층을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 타방의 패널의 실리콘 겔층 형성면의 외주 부분에 씰 부재를 설치한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 일방의 패널의 박막 태양전지 형성면을 타방의 패널의 실리콘 겔층 형성면을 향해 일방의 패널과 타방의 패널을 적층한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 진공 라미네이터 장치에 의한 라미네이트 처리에 의해 태양전지를 봉지한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 타방의 패널 상에 실리콘 겔층을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 타방의 패널의 실리콘 겔층 형성면의 외주 부분에 씰 부재를 설치한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 일방의 패널의 박막 태양전지 형성면을 타방의 패널의 실리콘 겔층 형성면을 향해 일방의 패널과 타방의 패널을 적층한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 진공 라미네이터 장치에 의한 라미네이트 처리에 의해 태양전지를 봉지한 상태를 나타내는 단면도이다.
이하에 본 발명에 관계되는 태양전지 모듈 및 그 제조 방법의 매우 적합한 태양에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
(제1실시형태)
본 발명에 관계되는 태양전지 모듈 중 제1실시형태의 구성은, 제1기판 상에 금속 전극층, 광전 변환층, 광투과성 전극층을 순차 적층하여 이루어지는 박막 태양전지와, 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면의 상방에 배치된 투명한 제2기판과, 상기 제1기판과 제2기판 사이에 박막 태양전지를 덮도록 충전된 광투과성의 실리콘 겔층과, 상기 제1기판과 제2기판 사이로서 상기 실리콘 겔층의 외주부를 둘러싸 봉지하는 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 이루어지는 봉지부를 구비하는 것이다.
이 제1실시형태의 태양전지 모듈의 제조 방법은 (i) 제1기판의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 금속 전극층, 광전 변환층, 광투과성 전극층을 순차 적층하여 박막 태양전지를 형성하는 공정과, (ii) 투명한 제2기판의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 광투과성의 실리콘 겔층을 형성하는 공정과, (iii) 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면과 상기 제2기판의 실리콘 겔층 형성면을 대향시켜, 상기 박막 태양전지를 실리콘 겔층으로 덮음과 아울러, 상기 제1기판의 박막 태양전지를 형성하지 않은 외주 부분 및 제2기판의 실리콘 겔층을 형성하지 않은 외주 부분에서 실리콘 겔층보다도 두꺼운 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 구성되는 씰 부재를 끼우도록 제1기판과 제2기판을 적층하는 공정과, (iｖ) 상기 적층한 제1기판 및/또는 제2기판을 누르면서 가열하여 상기 박막 태양전지를 봉지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 도 1~도 5를 참조하면서 본 발명의 제1실시형태에 대해서 설명한다.
도 1은 일방의 패널 상에 박막 태양전지를 형성한 것의 단면의 일례이고, 도 2는 타방의 패널 상에 실리콘 겔층을 형성한 것의 단면의 일례이고, 도 3은 타방의 패널의 실리콘 겔층 형성면의 외주 부분에 씰 부재를 설치한 것의 단면의 일례이고, 도 4는 도 3에서 나타낸 패널 상방에, 박막 태양전지를 형성한 일방의 패널을 배치한 상태의 일례이고, 도 5는 도 4에서 나타낸 2매의 패널에 대해서 진공 라미네이트 처리한 상태의 일례이다.
(i) 박막 태양전지 형성 공정(도 1)
먼저, 도 1에 나타내듯이, 패널(1a)의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 금속 전극층, 광전 변환층, 광투과성 전극층을 순차 적층하여 박막 태양전지(2)를 형성한다.
패널(1a)은 제1기판으로서 본 실시형태에서는 태양광 입사의 반대면측의 패널이고, 태양전지의 온도를 효율적으로 방열하는 것이 요구되고, 재료로서 유리재, 합성수지재, 금속재 또는 그들의 복합 부재를 들 수 있다. 유리재의 예로서는 소다라임 유리(청판 유리), 백판 유리 또는 강화 유리 등을 들 수 있고, 합성수지재로서는 아크릴 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 또는 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 또 금속재로서는 동, 알루미늄 또는 철 등을 들 수 있고, 복합재로서는 실리카를 비롯하여 산화티탄, 알루미나, 질화알루미늄 등 높은 열전도성을 가지는 재료를 담지한 합성수지 등을 들 수 있다.
또한, 태양광 입사의 반대면측의 패널(1a)로서, 태양광을 입사시키는 패널(1b)과 함께 투명성을 가지는 부재를 이용함으로써, 이른바 시스루(see through)형으로서 태양광의 직달(直達)광 및 산란광의 일부를 태양광 입사의 반대면측으로 투과시킬 수가 있고, 예를 들면 초원 등에 설치한 경우, 태양전지 모듈의 입사면과 반대측의, 즉 본래 음지로 되어 버리는 부분에도 태양광의 일부가 조사됨으로써 식물의 생육을 촉진하여 가축의 방목 등에도 이용할 수 있게 된다.
패널(1a) 상에 형성하는 박막 태양전지(2)로서는 이하의 것을 들 수 있다.
(칼코파이라이트계 화합물 박막 태양전지)
금속 전극층은 DC 마그네트론 스퍼터법에 의해 형성되는 Mo 증착막이다.
광전 변환층은 CIGS(Copper－Indium－Gallium－Selenide)계나 CIS(Copper－Indium－Selenide)계의 칼코파이라이트계 화합물 반도체로 이루어지는 p형 광흡수층과, 그 위에 형성되는 CdS로 이루어지는 n형 고저항 버퍼층을 가진다. p형 광흡수층은 3단계 증착법에 의해 형성하고, n형 고저항 버퍼층은 용액 성장법에 의해 형성하면 좋다.
광투과성 전극층은 ZnO계 투명 도전막 창층이고 스퍼터법으로 형성된다.
CIGS 칼코파이라이트계의 반도체층은 그 구성 원소를 Cd, Zn, Te, S, Se 등으로 구성되는 칼코겐 반도체층에서 일부를 치환한 화합물 반도체층을 포함하는 화합물 박막 태양전지로 할 수가 있다.
또한, 패널(1a)을 청판 유리의 기판으로 한 경우에는 강도를 고려하여 그 두께를 1.8mm 정도로 하는 것이 바람직하다. 또, 각 구성층의 두께로서 예를 들면 Mo 증착막의 전극층은 0.8㎛, CuInGaSe2로 한 경우의 p형 광흡수층은 1.7㎛, CdS의 n형 고저항 버퍼층은 50nm, ZnO 반절연층은 0.1㎛, 투명 도전막 창층은 0.6㎛, 또한 그 위의 MgF2층으로 이루어지는 표면의 반사 방지층은 120nm, Ag의 빗형 전극으로 한 전극은 0.6㎛로 한다.
이상의 박막 태양전지 외에, 광전 변환층이 아모퍼스 실리콘층으로 이루어지는 것, 미결정형 박막 실리콘층으로 이루어지는 것 또는 게르마늄을 포함하는 박막층으로 이루어지는 것인 박막 태양전지라도 좋다. 예를 들면, 기판(패널(1a)) 상에 전극층, 박막 실리콘 반도체층, 투명 전극층, 인출 전극층이 순차 형성된 구성의 박막 실리콘 태양전지에 본 발명을 적용할 수가 있다.
(ii) 실리콘 겔층 형성 공정(도 2)
다음에, 도 2에 나타내듯이, 투명 부재의 패널(1b)의 일면에 경화성 실리콘 겔 조성물을 도포하고 경화하여 실리콘 겔층(3)을 형성한다.
여기서, 패널(1b)은 태양광을 입사시키는 측으로 되는 투명 부재이고, 투명성, 내후성, 내충격성을 비롯하여 옥외 사용에 있어서 장기의 신뢰 성능을 가지는 부재가 필요하다. 예를 들면 백판 강화 유리, 아크릴 수지, 불소 수지 또는 폴리카보네이트 수지 등을 들 수 있고, 특히 두께 3~5mm 정도의 백판 강화 유리가 바람직하다.
실리콘 겔층(3)은 투명성, 내후성을 비롯하여 옥외 사용에 있어서 20년 이상의 장기 신뢰성이 필요하고, 그 때문에 자외선 내성이 높고, 저모듈러스이고 또한 상기 패널(1a, 1b)과의 밀착성이 양호하다는 것이 필요하다.
이 실리콘 겔층(3)의 형성에 이용되는 경화성 실리콘 겔 조성물은 그 가교 방법이 습기 경화형, UV 경화형, 유기 과산화물 경화형, 백금 촉매를 이용하는 부가 경화형의 어느 것이라도 좋지만, 부생성물이 없고 변색이 적은 부가 경화형 실리콘 조성물로 이루어지는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명에서 이용하는 경화성 실리콘 겔 조성물은
(A) 하기 평균 조성식 (1)
RaR1 bSiO(4-a-b)/2 (1)
(식 중 R은 독립으로 알케닐기이고, R1은 독립으로 지방족 불포화 결합을 가지지 않는 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1~10의 1가 탄화수소기, a는 0.0001~0.2의 양수, b는 1.7~2.2의 양수이고, a＋b는 1.9~2.4이다)
로 표시되는 1분자 중에 규소 원자에 결합한 알케닐기를 적어도 1개 가지는 오가노폴리실록산： 100 질량부,
(B) 1분자 중에 적어도 2개의 규소 원자에 결합한 수소 원자를 함유하는 오가노하이드로전폴리실록산： (A) 성분의 규소 원자 결합 알케닐기 1몰에 대해서 규소 원자에 결합한 수소 원자가 0.3~2.5배 몰로 되는 양,
(C) 부가 반응 촉매： 촉매량을 함유하는 것이 바람직하다.
(A) 성분은 이 조성물의 주제(베이스 폴리머)이고, 상기 평균 조성식 (1)로 표시되는 1분자 중에 규소 원자에 결합한 알케닐기(본 명세서 중에 있어서 「규소 원자 결합 알케닐기」라고 한다)를 적어도 1개 가지는 오가노폴리실록산이다.
상기 식 (1) 중 R은 독립으로 통상 탄소 원자수 2~6, 바람직하게는 2~4, 보다 바람직하게는 2~3의 알케닐기이다. 그 구체적인 예로서는 비닐기, 알릴기, 프로페닐기, 이소프로페닐기, 부테닐기, 이소부테닐기 등을 들 수 있고, 바람직하게는 비닐기이다.
R1은 독립으로 지방족 불포화 결합을 포함하지 않는 비치환 또는 치환의 1가 탄화수소기이고, 그 탄소 원자수는 통상 1~10, 바람직하게는 1~6이다. 그 구체적인 예로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert－부틸기, 펜틸기, 헥실기, 시클로헥실기, 옥틸기, 데실기 등의 직쇄상, 분기상 또는 환상의 알킬기； 페닐기, 톨릴기 등의 아릴기； 벤질기, 페닐에틸기 등의 아랄킬기； 이들 기의 수소 원자의 일부 또는 전부를 염소, 브롬, 불소 등의 할로겐 원자로 치환한 클로로메틸기, 3, 3, 3－트리플루오로프로필기 등을 들 수 있다. 그 중에서도 합성이 용이한 것으로부터, 메틸기, 페닐기 또는 3, 3, 3－트리플루오로프로필기가 바람직하다. 내UV 특성을 감안하면 특히 메틸기인 것이 바람직하다.
또, a는 0.0001~0.2의 양수인 것이 필요하고, 바람직하게는 0.0005~0.1의 양수이다. b는 1.7~2.2의 양수인 것이 필요하고, 바람직하게는 1.9~2.02의 양수이다. 단, a＋b는 1.9~2.4의 범위를 만족하는 것이 필요하고, 바람직하게는 1.95~2.05의 범위이다.
본 성분은 1분자 중에 규소 원자 결합 알케닐기를 적어도 1개, 바람직하게는 2개 이상 가지는 것이 필요하고, 보다 바람직하게는 2~50개, 더 바람직하게는 2~10개 가진다. 이 규소 원자 결합 알케닐기의 조건을 만족하도록 상기 a 및 b의 값을 선택하면 좋다.
본 성분의 오가노폴리실록산의 분자 구조는 특히 한정되지 않고, 직쇄상이라도, 예를 들면 RSiO3 /2 단위(R은 상기와 같다), R1SiO3 /2 단위(R1은 상기와 같다), SiO2 단위 등을 포함하는 분기상이라도 좋지만, 하기의 일반식 (1a)
(식 중 R2는 독립으로 지방족 불포화 결합을 포함하지 않는 비치환 또는 치환의 1가 탄화수소기이고, R3는 독립으로 지방족 불포화 결합을 포함하지 않는 비치환 또는 치환의 1가 탄화수소기 또는 알케닐기이고, 단 적어도 1개의 R3는 알케닐기이고, 분자쇄 양 말단의 R3의 어느 것이 알케닐기인 경우에는, k는 40~1,200의 정수이고, m은 0~50의 정수이고, n은 0~50의 정수이고, 분자쇄 양 말단의 R3의 어느 것도 알케닐기가 아닌 경우에는, k는 40~1,200의 정수이고, m은 1~50의 정수이고, n은 0~50의 정수이고, 단 m＋n은 1 이상이다)
로 표시되는 오가노폴리실록산, 즉 주쇄가 기본적으로 디오가노실록산 단위의 반복으로 이루어지고, 분자쇄 양 말단이 트리오가노실록시기로 봉쇄된 직쇄상의 디오가노폴리실록산인 것이 바람직하다.
상기 식 (1a) 중 R2로 표시되는 독립으로 지방족 불포화 결합을 포함하지 않는 비치환 또는 치환의 1가 탄화수소기는, 통상 탄소 원자수 1~10, 바람직하게는 1~6의 것이다. 그 구체적인 예로서는 R1으로 예시한 것을 들 수 있다. 그 중에서도 합성이 용이한 것으로부터, 메틸기, 페닐기 또는 3, 3, 3－트리플루오로프로필기가 바람직하다.
또, R3로 표시되는 알케닐기 이외의 지방족 불포화 결합을 포함하지 않는 비치환 또는 치환의 1가 탄화수소기는, 통상 탄소 원자수 1~10, 바람직하게는 1~6의 것이다. 그 구체적인 예로서는 R1으로 예시한 것을 들 수 있다. 그 중에서도 합성이 용이한 것으로부터, 메틸기, 페닐기 또는 3, 3, 3－트리플루오로프로필기가 바람직하다. R3로 표시되는 알케닐기는 통상 탄소 원자수 2~6, 바람직하게는 2~4, 보다 바람직하게는 2~3의 것이다. 그 구체적인 예로서는 비닐기, 알릴기, 프로페닐기, 이소프로페닐기, 부테닐기, 이소부테닐기 등을 들 수 있고, 바람직하게는 비닐기이다.
상기 식 (1a) 중 분자쇄 양 말단의 R3의 어느 것이 알케닐기인 경우에는 k는 100~1,000의 정수이고, m은 0~40의 정수이고, n은 0인 것이 바람직하고, 분자쇄 양 말단의 R3의 어느 것도 알케닐기가 아닌 경우에는 k는 100~1,000의 정수이고, m은 2~40의 정수이고, n은 0인 것이 바람직하다.
상기 식 (1a)로 표시되는 오가노폴리실록산으로서는 예를 들면, 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·디페닐실록산 공중합체, 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산·디페닐실록산 공중합체, 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 메틸트리플루오로프로필폴리실록산, 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산 공중합체, 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 양 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산·비닐메틸실록산 공중합체, 양 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산·비닐메틸실록산·디페닐실록산 공중합체, 양 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 비닐메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산 공중합체, 말단 트리메틸실록시기·디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 말단 트리메틸실록시기·디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 말단 트리메틸실록시기·디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·디페닐실록산 공중합체, 말단 트리메틸실록시기·디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·디페닐실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 말단 트리메틸실록시기·디메틸비닐실록시기 봉쇄 메틸트리플루오로프로필폴리실록산, 말단 트리메틸실록시기·디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산 공중합체, 말단 트리메틸실록시기·디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 양 말단 메틸디비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 양 말단 메틸디비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 양 말단 메틸디비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·디페닐실록산 공중합체, 양 말단 메틸디비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산·디페닐실록산 공중합체, 양 말단 메틸디비닐실록시기 봉쇄 메틸트리플루오로프로필폴리실록산, 양 말단 메틸디비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산 공중합체, 양 말단 메틸디비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 양 말단 트리비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 양 말단 트리비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 양 말단 트리비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·디페닐실록산 공중합체, 양 말단 트리비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산·디페닐실록산 공중합체, 양 말단 트리비닐실록시기 봉쇄 메틸트리플루오로프로필폴리실록산, 양 말단 트리비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산 공중합체, 양 말단 트리비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산·메틸비닐실록산 공중합체 등을 들 수 있다.
본 성분의 오가노폴리실록산의 점도는 특히 한정되지 않지만, 조성물의 취급 작업성, 얻어지는 경화물의 강도 및 유동성이 양호해지는 점에서 50~100,000mPa·s인 것이 바람직하고, 1,000~50,000mPa·s인 것이 보다 바람직하다. 또한, 점도는 회전 점도계를 이용하여 25℃에서 측정되는 값이다(이하 같다).
다음에, (B) 성분은 상기 (A) 성분과 반응하여 가교제로서 작용하는 것이다. 당해 (B) 성분은 1분자 중에 규소 원자에 결합한 수소 원자(즉, SiH기(히드로실릴기)를 의미하고, 본 명세서 중에 있어서 「규소 원자 결합 수소 원자」라고 한다)를 적어도 2개 가지는 오가노하이드로전폴리실록산이다. 이 오가노하이드로전폴리실록산이 1분자 중에 가지는 규소 원자 결합 수소 원자는 바람직하게는 2~30개, 보다 바람직하게는 2~10개, 특히 바람직하게는 2~5개이다.
본 성분의 오가노하이드로전폴리실록산 중에 함유되는 규소 원자 결합 수소 원자는 분자쇄 말단 및 분자쇄 도중의 어느 것에 위치하고 있어도 좋고, 이 양방에 위치하는 것이라도 좋다. 또, 그 분자 구조는 특히 한정되지 않고, 직쇄상, 환상, 분기상 및 삼차원 망상 구조(수지상)의 어느 것이라도 좋다.
본 성분의 오가노하이드로전폴리실록산 1분자 중의 규소 원자의 수(즉, 평균중합도)는 통상 20~1,000개이지만, 조성물의 취급 작업성 및 얻어지는 경화물의 특성(저탄성률, 저응력)이 양호해지는 점에서 바람직하게는 40~1,000개, 보다 바람직하게는 40~400개, 더 바람직하게는 60~300개, 특히 바람직하게는 100~300개, 가장 바람직하게는 160~300개이다. 또한, 본 발명에서 말하는 평균중합도는 겔 퍼미에이션 크로마토그래피 분석(GPC)(용매： 톨루엔)에 있어서의 폴리스티렌 환산의 중량평균중합도이다(이하 같다).
또, 본 성분의 오가노하이드로전폴리실록산의 점도는 통상 10~100,000mPa·s, 바람직하게는 200~50,000mPa·s, 보다 바람직하게는 500~25,000mPa·s로서, 실온(25℃)에서 액상의 것이 매우 적합하게 사용된다.
또, 본 성분의 오가노하이드로전폴리실록산은 하기의 평균 조성식 (2)
R4 cHdSiO(4-c-d)/2 (2)
(식 중 R4는 독립으로 지방족 불포화 결합을 포함하지 않는 비치환 또는 치환의 1가 탄화수소기이고, c는 0.7~2.2의 양수이고, d는 0.001~0.5의 양수이고, 단 c＋d는 0.8~2.5이다)
로 표시되는 것이 매우 적합하게 이용된다.
상기 식 (2) 중 R4는 독립으로 지방족 불포화 결합을 포함하지 않는 비치환 또는 치환의 1가 탄화수소기이고, 그 탄소 원자수는 통상 1~10, 바람직하게는 1~6이다. 그 구체적인 예로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert－부틸기, 펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기, 시클로헥실기, 옥틸기, 노닐기, 데실기 등의 직쇄상, 분기상 또는 환상의 알킬기； 페닐기, 톨릴기, 자일릴기, 나프틸기 등의 아릴기； 벤질기, 페닐에틸기, 페닐프로필기 등의 아랄킬기； 이들 기의 수소 원자의 일부 또는 전부를 염소, 브롬, 불소 등의 할로겐 원자로 치환한 3, 3, 3－트리플루오로프로필기 등을 들 수 있다. 그 중에서도 바람직하게는 알킬기, 아릴기, 3, 3, 3－트리플루오로프로필기이고, 보다 바람직하게는 메틸기, 페닐기, 3, 3, 3－트리플루오로프로필기이다.
또, c는 1.0~2.1의 양수인 것이 바람직하고, d는 0.001~0.1의 양수인 것이 바람직하고, 0.005~0.1의 양수인 것이 보다 바람직하고, 0.005~0.05의 양수인 것이 더 바람직하고, 0.005~0.03의 양수인 것이 특히 바람직하고, 또 c＋d는 1.0~2.5의 범위를 만족하는 것이 바람직하고, 1.5~2.2의 범위를 만족하는 것이 특히 바람직하다.
상기 식 (2)로 표시되는 오가노하이드로전폴리실록산으로서는 예를 들면, 메틸하이드로전실록산·디메틸실록산 환상 공중합체, 양 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 메틸하이드로전폴리실록산, 양 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸하이드로전실록산 공중합체, 양 말단 디메틸하이드로전실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 양 말단 디메틸하이드로전실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸하이드로전실록산 공중합체, 양 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 메틸하이드로전실록산·디페닐실록산 공중합체, 양 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 메틸하이드로전실록산·디페닐실록산·디메틸실록산 공중합체, 양 말단 디메틸하이드로전실록시기 봉쇄 메틸하이드로전실록산·디메틸실록산·디페닐실록산 공중합체, (CH3)2HSiO1 /2 단위와 (CH3)3SiO1 /2 단위와 SiO4/2 단위로 이루어지는 공중합체, (CH3)2HSiO1 /2 단위와 SiO4/2 단위로 이루어지는 공중합체, (CH3)2HSiO1 /2 단위와 (C6H5)SiO3 /2 단위와 SiO4/2 단위로 이루어지는 공중합체 등을 들 수 있다.
본 성분의 배합량은 (A) 성분 100질량부에 대해서 적어도 1질량부, 바람직하게는 적어도 3질량부이다. 상한을 고려한 경우에는 바람직하게는 15~500질량부이고, 보다 바람직하게는 20~500질량부이고, 더 바람직하게는 30~200질량부이다. 본 성분의 배합량은 상기 조건을 만족함과 동시에, (A) 성분 중의 규소 원자 결합 알케닐기 1개당 본 성분 중의 규소 원자 결합 수소 원자가 0.3~2.5개로 되는 양인 것이 필요하고, 바람직하게는 0.5~2개, 보다 바람직하게는 0.6~1.5개로 되는 양이다. 이 배합량이 1질량부보다 적은 경우에는 얻어지는 경화물은 오일 블리드가 발생하기 쉬운 것으로 된다. 규소 원자 결합 수소 원자가 0.3개보다 적은 경우에는 가교 밀도가 너무 낮아져 얻어지는 조성물이 경화하지 않거나, 경화해도 경화물의 내열성이 저하하는 경우가 있고, 2.5개보다 많은 경우에는 탈수소 반응에 의한 발포의 문제가 생기거나 얻어지는 경화물의 내열성이 저하하거나 오일 블리드가 발생하는 경우가 있다.
또한, (C) 성분에 대해서는 상기 (A) 성분 중의 규소 원자 결합 알케닐기와 상기 (B) 성분 중의 규소 원자 결합 수소 원자의 부가 반응을 촉진시키기 위한 촉매로서 사용되는 것이다. 당해 (C) 성분은 백금계 촉매(백금 또는 백금계 화합물)이고 공지의 것을 사용할 수가 있다. 그 구체적인 예로서는 백금 블랙, 염화백금산, 염화백금산 등의 알코올 변성물； 염화백금산과 올레핀, 알데히드, 비닐실록산 또는 아세틸렌 알코올류 등의 착체 등이 예시된다.
본 성분의 배합량은 유효량(촉매량)으로 좋고, 소망의 경화 속도에 의해 적당히 증감할 수가 있지만, 통상 (A) 성분 및 (B) 성분의 합계량에 대해서 백금 원자의 질량으로 통상 0.1~1,000ppm, 바람직하게는 1~300ppm의 범위이다. 이 배합량이 너무 많으면 얻어지는 경화물의 내열성이 저하하는 경우가 있다.
본 발명에서 이용하는 경화성 실리콘 겔 조성물은 상기 (A)~(C) 성분(임의 성분이 배합되는 경우에는 임의 성분도 포함한다)을 통상의 방법에 준하여 혼합함으로써 조제할 수가 있다. 그때에 혼합되는 성분을 필요에 따라 2파트 또는 그 이상의 파트로 분할하여 혼합해도 좋고, 예를 들면 (A) 성분의 일부 및 (C) 성분으로 이루어지는 파트와 (A) 성분의 잔부 및 (B) 성분으로 이루어지는 파트로 분할하여 혼합하는 것도 가능하다.
이와 같이 하여 얻어진 경화성 실리콘 겔 조성물을, 상기 태양광을 입사시키는 투명 부재의 패널(1b)의 일면에 다음과 같이 도포하여 경화시켜 실리콘 겔층(3)을 형성한다.
(도포 처리)
도포의 방법으로서는 스프레이 코팅법, 커튼 코팅법, 나이프 코팅법, 스크린 코팅법 등이 있지만 그 어느 방법을 이용해도 좋다.
이때 도포량을 경화 후의 실리콘 겔층(3)으로서의 막두께가 200~1,000㎛로 되도록 조정하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 300~800㎛의 범위로 한다. 막두께가 200㎛보다 얇으면 저모듈러스, 저경도라고 하는 실리콘 겔층의 특징을 발휘할 수 없게 되고, 패널 사이에서 상기 박막 태양전지를 덮은 상태에서 패널을 눌러 제조하는 공정에 있어서 박막 태양전지가 손상을 받거나, 특히 온도 승강이 발생하는 옥외 환경하에 있어서는, 박막 태양전지 표면의 배선 접속부와의 선팽창계수 및 모듈러스의 차이를 흡수할 수 없게 되어, 태양전지의 취화(脆化)를 부를 가능성이 있다. 한편, 막두께가 1,000㎛보다 두꺼우면 경화하기 위한 시간을 요하고, 또 경화성 실리콘 겔 조성물의 사용량도 증가하여 고비용으로 될 가능성이 있다.
(경화 처리)
다음에, 패널(1b)에 경화성 실리콘 겔 조성물을 도포한 후, 통상의 방법에 의해 80~150℃ 사이에서 5~30분간 경화 처리를 행하여 패널(1b) 상에 실리콘 겔층(3)을 형성한다.
이상과 같이 하여 형성되는 실리콘 겔 경화막의 JIS K2220에서 규정되는 1/4콘에 의한 침입도(針入度)는 30~200으로 되고, 바람직하게는 40~150의 범위로 된다. 침입도가 30보다도 작으면 저모듈러스·저경도라고 하는 실리콘 겔 경화물의 특징을 발휘할 수 없게 되고, 패널 사이에서 박막 태양전지를 덮은 상태에서 패널을 눌러 제조하는 공정에 있어서 태양전지가 손상을 받거나, 특히 온도 승강이 발생하는 옥외 환경하에 있어서는 태양전지 표면의 배선 접속부와의 선팽창계수 및 모듈러스의 차이를 흡수할 수 없게 되어, 태양전지의 취화를 부를 가능성이 있다. 한편, 침입도가 200을 넘으면, 실리콘 겔 경화물로서의 형태를 보지할 수 없게 되어 유동해 버린다.
또한, 패널(1b)에의 도포시, 상기 패널 도포면(즉, 실리콘 겔 경화막 형성면)의 외주 부분, 예를 들면 폭 5~20mm의 액자상으로 경화성 실리콘 겔 조성물 미도포의 부분을 형성하는 것이 필요하다. 이 미도포의 부분에는 다음의 공정에서 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재, 예를 들면 부틸 고무계 열가소성 씰링재로 이루어지는 씰 부재를 배치하지만, 이 배치 부분에 조금이라도 실리콘 겔 조성물(실리콘 재료)이 잔류하면, 씰 부재와 패널의 밀착성이 떨어지는 원인으로 되고, 또 그 밀착 불량 부분으로부터 수분이 침입함으로써 태양전지 모듈의 장기 신뢰성을 위협하게 되기 때문이다. 패널 도포면의 외주 부분에 미도포의 부분을 형성하는데는, 경화성 실리콘 겔 조성물을 도포하기 전에 미리 패널면의 외주 부분에 마스킹 테이프에 의해 액자상으로 마스킹하여 경화성 실리콘 겔 조성물이 부착하지 않게 하는 등을 해 두면 좋다.
(iii) 패널 적층 공정(도 3, 도 4)
다음에, 도 3에 나타내듯이, 패널(1b)의 실리콘 겔층 형성면의 실리콘 겔층(3)을 형성하지 않은 외주 부분에, 부틸 고무계 열가소성 씰링재로 이루어지고, 실리콘 겔층(3)보다 두꺼운 씰 부재(4)를 설치한다.
여기서, 씰 부재(4)는 부틸 고무계 열가소성 씰링재로 이루어지는 것이고, 통상 시판되고 있는 부틸 고무계의 씰링재라도 좋지만, 다음의 공정에서 진공 라미네이트 처리할 때에 100~150℃의 온도를 걸기 때문에, 그 온도 영역에서 형상을 유지할 수가 있는 핫멜트 타입의 씰링재가 바람직하고, 예를 들면 요코하마고무제 태양광 발전 모듈용 씰링재 「M－155 P」가 매우 적합하게 이용된다.
씰 부재(4)를 설치하는데 즈음해서는, 패널(1b)의 실리콘 겔층 형성면의 실리콘 겔층(3)을 형성하지 않은 외주 부분에 핫멜트 어플리케이터(hot melt applicator)에 의해 부틸 고무계 열가소성 씰링재를 도포하는 형태로 설치해도 좋고, 미리 부틸 고무계 열가소성 씰링재를 테이프상 혹은 끈상으로 가공한 것을 배치하도록 해도 좋다.
다음에, 도 4에 나타내듯이, 패널(1a)의 박막 태양전지 형성면을 패널(1b)의 실리콘 겔층 형성면에 대향시켜, 박막 태양전지(2)를 실리콘 겔층(3)으로 덮음과 아울러, 패널(1a)의 박막 태양전지(2)를 형성하지 않은 외주 부분 및 패널(1b)의 실리콘 겔층(3)을 형성하지 않은 외주 부분에서 씰 부재(4)를 끼우도록 패널(1a, 1b)을 적층한다. 이때 패널(1a)은 씰 부재(4)에 지지되지만, 씰 부재(4)와 패널(1a) 사이에는 적어도 패널(1a)의 외측과 패널(1a, 1b)간의 공간 사이에 통기 가능한 정도의 공간이 확보되어 있다. 또, 패널(1a)측의 박막 태양전지(2)는 패널(1b)의 실리콘 겔층(3)과 이간한 상태로 되어 있어, 박막 태양전지(2)와 실리콘 겔층(3) 사이에 후술하는 진공 라미네이터 장치에 있어서 감압했을 때에 탈기 가능하게 되어 있다. 이 배치는 후술하는 진공 라미네이터 장치 내에서 행하면 좋다.
또한, 본 공정의 처리로서, 패널(1a)의 박막 태양전지(2)를 형성하지 않은 외주부에 씰 부재(4)를 배치하고, 패널(1b)의 실리콘 겔층 형성면을 패널(1a)의 박막 태양전지 형성면에 대향시켜, 박막 태양전지(2)를 실리콘 겔층(3)으로 덮음과 아울러, 패널(1a)의 박막 태양전지(2)를 형성하지 않은 외주 부분 및 패널(1b)의 실리콘 겔층(3)을 형성하지 않은 외주 부분에서 씰 부재(4)를 끼우도록 패널(1a, 1b)을 적층하도록 해도 좋다.
(iｖ) 진공 라미네이트 공정(도 5)
다음에, 도 4에 나타내는 것 같은 2매의 패널(1a, 1b)을 가적층한 상태의 것에 대해서, 진공 라미네이터 장치(미도시)를 이용하여 2매의 패널(1a, 1b)을 진공하에서 가열하면서 눌러 박막 태양전지(2)를 봉지하는 진공 라미네이트 처리를 한다.
여기서, 진공 라미네이터 장치로서는 유연한 막체로 칸막이된 인접하는 2개의 감압조를 가지는 범용의 태양전지 모듈 제작용의 라미네이터 장치를 채용할 수 있고, 예를 들면 일방의 감압조 내에 패널(1a, 1b)을 도 4에 나타내듯이 가적층한 상태로 세트하여 2개의 감압조를 감압하고, 패널(1a, 1b)간을 대략 진공 상태로 함과 아울러 패널(1a, 1b)의 적어도 외주 부분을 가열하고, 다음에 가적층된 패널(1a, 1b)이 세트된 감압조 내의 감압 상태를 유지한 채, 타방의 감압조의 감압을 개방하여, 상압으로 하고 또는 가압하여 막체로 패널(1a, 1b)을 그 판두께 방향으로 압축하도록 한다. 이때 패널(1a, 1b)을 예를 들면 100~150℃로 가열하면서 1~5분간 누르면, 씰 부재(4)가 패널(1a, 1b)에 고착한다.
이에 의해 감압하에서 패널(1a, 1b)간에 실리콘 겔층(3)이 박막 태양전지(2)에 압접되기 때문에, 박막 태양전지(2)는 실리콘 겔층(3)에 의해 그 사이에 기포를 말려들게 하지 않고 덮인다. 또, 실리콘 겔층(3)의 침입도가 크기 때문에 박막 태양전지(2)는 손상을 받지 않고 실리콘 겔층(3) 및 패널(1a)에 의해 봉지된다. 또, 씰 부재(4)가 소정의 온도로 가열되면서 패널(1a, 1b)로 눌러 찌부러지는 방향으로 압력을 받기 때문에, 씰 부재(4)는 패널(1a, 1b)의 패널면의 외주 부분 및 실리콘 겔층(3)의 외주부를 간극 없이 메우게 됨과 아울러, 패널(1a, 1b)에 고착하는 봉지부(4＇)로 된다. 그 결과 봉지부(4＇)가 2매의 패널(1a, 1b)과 함께 내부의 실리콘 겔층(3) 또한 박막 태양전지(2)를 밀봉하게 되고, 태양전지 모듈의 단면으로부터의 수분 등의 가스의 침입를 방지할 수 있어 내구성이 높은 태양전지 모듈을 실현할 수가 있다.
또, 제1실시형태의 태양전지 모듈의 다른 제조 방법으로서는 (i) 제1기판(패널(1a))의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 금속 전극층, 광전 변환층, 광투과성 전극층을 순차 적층하여 박막 태양전지(박막 태양전지(2))를 형성하는 공정과, (ii) 투명한 제2기판(패널(1b))과, 당해 제2기판의 기판면보다도 작고 상기 박막 태양전지보다도 큰 광투과성의 실리콘 겔 시트를 준비하는 공정과, (iii) 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면과 제2기판 사이로서 박막 태양전지 상에 상기 실리콘 겔 시트를 배치하고, 또한 상기 제1기판의 박막 태양전지를 형성하지 않은 외주 부분과 제2기판의 외주 부분으로서 실리콘 겔 시트와 겹치지 않는 부분 사이에, 상기 실리콘 겔 시트보다 두꺼운 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 구성되는 씰 부재(씰 부재(4))를 배치하여 제1기판과 제2기판을 적층하는 공정과, (iｖ) 상기 적층한 제1기판 및/또는 제2기판을 누르면서 가열하여 상기 박막 태양전지를 봉지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, (ii) 공정에 있어서의 실리콘 겔 시트는 상술한 실리콘 겔 조성물을 기재에 도포하여 경화시켜 얻어지는 시트 형상의 것을 이용하면 좋다.
즉, 기재로서는 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리프로필렌 필름, 종이, 천 등의 유연한 얇은 시트 형상의 재료가 이용되고, 통상은 롤상으로 감긴 것을 이용한다. 이 기재 상에 상기 실리콘 겔 조성물을 코팅 장치에 의해 연속적으로 도포한다. 또한, 코팅 장치로서는 콤마 코터, 리버스 코터, 바 코터, 다이 코터 등 공지의 장치가 이용된다. 코팅 장치에 의해 기재 상에 실리콘 겔 조성물을 도포한 후, 100~300℃에서 5분 정도 가열하여 경화시킴으로써 실리콘 겔 시트가 형성된다. 가열 온도의 범위로서는 바람직하게는 120~200℃이다. 이와 같이 형성된 실리콘 겔 시트의 기재와는 반대측의 표면에 보호 시트를 첩합함으로써 실리콘 겔 시트가 보호되어 그 취급이 용이하게 된다. 보호 시트의 재료로서는 기재의 재료와 마찬가지로 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리프로필렌 필름, 종이, 천 등의 유연한 얇은 시트 형상의 재료가 이용된다. 또한, 이 실리콘 겔 시트의 두께나 경화 후의 침입도는 패널(1b)에 직접 도포하여 형성하는 실리콘 겔층(3)과 같아도 좋다.
또, 이 실리콘 겔 시트의 크기로서, 패널(1b)의 외주부에 씰 부재(4)를 배치하는 공간을 확보할 수 있을 정도로 패널(1b)의 기판면보다도 작고, 박막 태양전지(2) 전체를 덮을 정도로 박막 태양전지(2)보다도 큰 것으로 한다.
또, 상기 (iii) 공정에 있어서, 제1기판(패널(1a))과 제2기판(패널(1b))을 적층하기 전에, 상기와 같이 미리 제작해 둔 실리콘 겔 시트를 제2기판(패널(1b))에 첩부해 두면 좋다.
즉, 먼저 얻어진 실리콘 겔 시트의 보호 시트를 박리하여 노출된 실리콘 겔 시트면을 패널(1b) 중앙에 첩부한 후에, 실리콘 겔 시트의 반대면측의 기재를 박리시킨다. 이에 의해 도 2에 있어서의 실리콘 겔층(3)과 동일한 상태로 된다. 또한, 이와 같이 실리콘 겔 시트를 패널(1b)에 첩부한 후로서 진공 라미네이트 처리하기 전에 이 실리콘 겔 시트 표면에 플라즈마 조사 또는 엑시머광 조사를 하여 실리콘 겔 시트 표면을 활성화한 다음에 진공 라미네이트 처리하면 박막 태양전지(2)나 패널(1a)과 밀착성이 좋아져 바람직하다.
(제2실시형태)
다음에, 본 발명의 제2실시형태에 대해서 설명한다.
본 발명의 태양전지 모듈 중 제2실시형태의 구성은, 투명한 제1기판(패널(1a)) 상에 광투과성 전극층, 광전 변환층, 금속 전극층을 순차 적층하여 이루어지는 박막 태양전지(박막 태양전지(2))와, 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면의 상방에 배치된 제2기판(패널(1b))과, 상기 제1기판과 제2기판 사이에 박막 태양전지를 덮도록 충전된 실리콘 겔층(실리콘 겔층(3))과, 상기 제1기판과 제2기판 사이로서 상기 실리콘 겔층의 외주부를 둘러싸 봉지하는 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 이루어지는 봉지부(봉지부(4＇))를 구비하는 것이다.
여기서, 제2실시형태의 태양전지 모듈에 있어서의 제1실시형태와의 상위점은, 패널(1a)이 투명한 기판인 것(즉, 제1실시형태에 있어서의 패널(1b)과 같은 것), 패널(1a) 상에 형성되는 박막 태양전지(2)의 층 구성의 순번이 패널(1a)측으로부터 광투과성 전극층, 광전 변환층, 금속 전극층으로 제1실시형태와 역으로 되어 있는 것, 패널(1b)이 광투과성(투명)인 것이 필수가 아닌 것(즉, 제1실시형태에 있어서의 패널(1a)과 같은 것)이고, 그 이외의 점에서는 제1실시형태와 같다.
또, 이 제2실시형태의 태양전지 모듈의 제조 방법은 상기 상위점을 제외하고 제1실시형태와 같고, 도 1~도 5를 참조하면서 보면, (i) 투명한 제1기판(패널(1a))의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 광투과성 전극층, 광전 변환층, 금속 전극층을 순차 적층하여 박막 태양전지(박막 태양전지(2))를 형성하는 공정과(도 1), (ii) 제2기판(패널(1b))의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 실리콘 겔층(실리콘 겔층(3))을 형성하는 공정과(도 2), (iii) 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면과 상기 제2기판의 실리콘 겔층 형성면을 대향시켜, 상기 박막 태양전지를 실리콘 겔층으로 덮음과 아울러, 상기 제1기판의 박막 태양전지를 형성하지 않은 외주 부분 및 제2기판의 실리콘 겔층을 형성하지 않은 외주 부분에서 실리콘 겔층보다 두꺼운 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 구성되는 씰 부재(씰 부재(4))를 끼우도록 제1기판과 제2기판을 적층하는 공정과(도 3, 도 4), (iｖ) 상기 적층한 제1기판 및/또는 제2기판을 누르면서 가열하여 상기 박막 태양전지를 봉지하는 공정(도 5)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 제2실시형태의 태양전지 모듈의 다른 제조 방법으로서도, 상기 상위점을 제외하고 제1실시형태와 같고, (i) 투명한 제1기판(패널(1a))의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 광투과성 전극층, 광전 변환층, 금속 전극층을 순차 적층하여 박막 태양전지(박막 태양전지(2))를 형성하는 공정과(도 1), (ii) 제2기판(패널(1b))과, 당해 제2기판의 기판면보다도 작고 상기 박막 태양전지보다도 큰 실리콘 겔 시트를 준비하는 공정과, (iii) 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면과 제2기판 사이로서 박막 태양전지 상에 상기 실리콘 겔 시트를 배치하고, 또한 상기 제1기판의 박막 태양전지를 형성하지 않은 외주 부분과 제2기판의 외주 부분으로서 실리콘 겔 시트와 겹치지 않는 부분 사이에, 상기 실리콘 겔 시트보다 두꺼운 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 구성되는 씰 부재(씰 부재(4))를 배치하여 제1기판과 제2기판을 적층하는 공정과(도 3, 도 4), (iｖ) 상기 적층한 제1기판 및/또는 제2기판을 누르면서 가열하여 상기 박막 태양전지를 봉지하는 공정(도 5)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이, 제2실시형태에 의해서도 제1실시형태와 마찬가지로, 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 이루어지는 봉지부(4＇)가 2매의 패널(1a, 1b)과 함께, 내부의 실리콘 겔층(3) 또한 박막 태양전지(2)를 밀봉하게 되어, 태양전지 모듈의 단면으로부터의 수분 등의 가스의 침입을 방지할 수 있어 내구성이 높은 태양전지 모듈을 실현할 수가 있다.
<실시예>
이하에 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 실리콘 조성물에 관하여 「부」는 「질량부」를 나타내고, 「%」는 「질량%」를 나타내고, 「Vi」는 「비닐기」를 나타낸다.
［실시예 1］
두께 1.8mm, 가로세로 22cm의 소다라임 유리의 제1기판을 준비하고, 차폐용 금속 마스크를 사용하여 이 기판의 외주 부분을 마스크하고, 제1기판 중 치수 가로세로 21cm의 영역에만 박막 태양전지의 구성층을 형성하였다. 그 순서는 먼저 제1기판을 세정하고, 차폐용 마스크를 표면에 씌운 후, DC 마그네트론 스퍼터법에 의해 Mo 전극막을 두께 0.8㎛ 퇴적시켰다. 다음에, 3단계 증착법에 의해 CIGS층을 2㎛, 용액 성장법에 의해 CdS 버퍼층을 50~100nm, 스퍼터법에 의해 ZnO 반절연층과 Al 첨가 ZnO 투명 전극층을 합계 두께 0.7㎛ 형성하였다. 또한, 그 위에 반사 방지막으로서 진공 증착법에 의해 MgF2막(두께 120nm)을 형성하였다. 또, 이 박막 태양전지로부터의 빗형 전극과 인출 전극을 Al/Ni층을 진공 증착법으로 형성하였다. 또한, 이 인출 전극 상에 전극 인출용의 탭선을 땜납으로 접속하였다.
다음에, 제2기판으로서 제1기판과 동일한 두께 1.8mm, 가로세로 22cm의 소다라임 유리를 이용하여, 그 외주 7mm 폭을 비도포면으로서 남기고 그 내측의 영역에 하기 조성의 실리콘 겔 조성물을 도포하고, 150℃, 30분간 가열 오븐 중에서 경화하여 겔상의 실리콘 겔층을 형성하였다.
(실리콘 겔 조성물)
점도가 1,000mPa·s인 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산 100부, 하기 식 (3)
으로 표시되는 점도가 1,000mPa·s인 양 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸하이드로전실록산 공중합체 63부((A) 성분 중의 규소 원자 결합 알케닐기 1개당의 (B) 성분 중의 규소 원자 결합 수소 원자의 개수(H/Vi라고 한다)는 1.05였다), 및 백금 원자로서 1% 함유하는 염화백금산비닐실록산 착체의 디메틸폴리실록산 용액 0.05부를 균일하게 혼합하여 실리콘 도포막용의 조성물을 조제하였다. 또한, 얻어진 조성물을 오븐에 의해 150℃에서 30분간 가열하여 경화시킨 바, 침입도 70의 겔 경화물이 얻어졌다. 침입도는 JIS K2220에서 규정되는 1/4콘에 의한 침입도이고, 주식회사 이합사제 자동 침입도 시험기 RPM－101을 이용하여 측정하였다.
다음에, 제2기판의 실리콘 겔층 형성면의 실리콘 겔층을 형성하지 않은 외주 7mm 폭의 영역에 용융 온도가 높은 고온형의 부틸 고무를 높이 2mm의 끈상으로 가공한 후 얹었다.
다음에, 제2기판의 실리콘 겔층 형성면에 대해서 제1기판을 박막 태양전지가 형성된 면을 하향으로 하여 얹은 후, 진공 라미네이터 장치에 의해 130℃, 10분간의 누름 조건으로 첩합하여 태양전지 모듈을 얻었다.
［비교예 1］
실시예 1에 있어서, 제2기판으로서 제1기판과 동일한 두께 1.8mm, 가로세로 22cm의 소다라임 유리를 준비하고, 이 제2기판과 제1기판의 박막 태양전지의 형성면 사이에 두께 0.7mm의 EVA 시트를 끼운 상태로 적층한 후, 진공 라미네이터 장치에 의해 130℃, 20분간의 누름 조건으로 첩합하여 비교용의 태양전지 모듈을 얻었다.
실시예 1의 태양전지 모듈 및 비교예 1의 태양전지 모듈을 고온 고습조에 넣어 85℃／85% RH의 조건으로 2,000시간 시험을 행하였다.
그 결과 실시예 1의 태양전지 모듈에서는 초기의 태양전지 특성에 비해, 출력 저하율은 4%였지만, 비교예 1의 태양전지 모듈에서는 출력 저하율은 -20%로 크고 열화가 컸다.
1a, 1b 패널
2 박막 태양전지
3 실리콘 겔층
4 씰 부재
4＇ 봉지부
2 박막 태양전지
3 실리콘 겔층
4 씰 부재
4＇ 봉지부
Claims (16)
- 제1기판 상에 금속 전극층, 광전 변환층, 광투과성 전극층을 순차 적층하여 이루어지는 박막 태양전지와, 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면의 상방에 배치된 투명한 제2기판과, 상기 제1기판과 제2기판 사이에 박막 태양전지를 덮도록 충전된 광투과성의 실리콘 겔층과, 이 실리콘 겔층의 외주부를 둘러싸 봉지하는 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 이루어지는 봉지부를 구비하는 태양전지 모듈.
- 투명한 제1기판 상에 광투과성 전극층, 광전 변환층, 금속 전극층을 순차 적층하여 이루어지는 박막 태양전지와, 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면의 상방에 배치된 제2기판과, 상기 제1기판과 제2기판 사이에 박막 태양전지를 덮도록 충전된 실리콘 겔층과, 이 실리콘 겔층의 외주부를 둘러싸 봉지하는 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 이루어지는 봉지부를 구비하는 태양전지 모듈.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고무계 열가소성 씰링재가 부틸 고무인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광전 변환층이 칼코파이라이트계 화합물 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광전 변환층이 칼코겐계 화합물 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광전 변환층이 아모퍼스 실리콘층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광전 변환층이 미결정형 박막 실리콘층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광전 변환층이 게르마늄을 포함하는 박막층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈. - (i) 제1기판의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 금속 전극층, 광전 변환층, 광투과성 전극층을 순차 적층하여 박막 태양전지를 형성하는 공정과,
(ii) 투명한 제2기판의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 광투과성의 실리콘 겔층을 형성하는 공정과,
(iii) 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면과 상기 제2기판의 실리콘 겔층 형성면을 대향시켜, 상기 박막 태양전지를 실리콘 겔층으로 덮음과 아울러, 상기 제1기판의 박막 태양전지를 형성하지 않은 외주 부분 및 제2기판의 실리콘 겔층을 형성하지 않은 외주 부분에서 실리콘 겔층보다 두꺼운 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 구성되는 씰 부재를 끼우도록 제1기판과 제2기판을 적층하는 공정과,
(iｖ) 상기 적층한 제1기판 및/또는 제2기판을 누르면서 가열하여 상기 박막 태양전지를 봉지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조 방법. - (i) 제1기판의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 금속 전극층, 광전 변환층, 광투과성 전극층을 순차 적층하여 박막 태양전지를 형성하는 공정과,
(ii) 투명한 제2기판과, 당해 제2기판의 기판면보다도 작고 상기 박막 태양전지보다도 큰 광투과성의 실리콘 겔 시트를 준비하는 공정과,
(iii) 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면과 제2기판 사이로서 박막 태양전지 상에 상기 실리콘 겔 시트를 배치하고, 또한 상기 제1기판의 박막 태양전지를 형성하지 않은 외주 부분과 제2기판의 외주 부분으로서 실리콘 겔 시트와 겹치지 않는 부분 사이에, 상기 실리콘 겔 시트보다 두꺼운 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 구성되는 씰 부재를 배치하여 제1기판과 제2기판을 적층하는 공정과,
(iｖ) 상기 적층한 제1기판 및/또는 제2기판을 누르면서 가열하여 상기 박막 태양전지를 봉지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조 방법. - (i) 투명한 제1기판의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 광투과성 전극층, 광전 변환층, 금속 전극층을 순차 적층하여 박막 태양전지를 형성하는 공정과,
(ii) 제2기판의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 실리콘 겔층을 형성하는 공정과,
(iii) 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면과 상기 제2기판의 실리콘 겔층 형성면을 대향시켜, 상기 박막 태양전지를 실리콘 겔층으로 덮음과 아울러, 상기 제1기판의 박막 태양전지를 형성하지 않은 외주 부분 및 제2기판의 실리콘 겔층을 형성하지 않은 외주 부분에서 실리콘 겔층보다 두꺼운 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 구성되는 씰 부재를 끼우도록 제1기판과 제2기판을 적층하는 공정과,
(iｖ) 상기 적층한 제1기판 및/또는 제2기판을 누르면서 가열하여 상기 박막 태양전지를 봉지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조 방법. - (i) 투명한 제1기판의 일면에 그 면의 외주 부분을 제외하고 광투과성 전극층, 광전 변환층, 금속 전극층을 순차 적층하여 박막 태양전지를 형성하는 공정과,
(ii) 제2기판과, 당해 제2기판의 기판면보다도 작고 상기 박막 태양전지보다도 큰 실리콘 겔 시트를 준비하는 공정과,
(iii) 상기 제1기판의 박막 태양전지 형성면과 제2기판 사이로서 박막 태양전지 상에 상기 실리콘 겔 시트를 배치하고, 또한 상기 제1기판의 박막 태양전지를 형성하지 않은 외주 부분과 제2기판의 외주 부분으로서 실리콘 겔 시트와 겹치지 않는 부분 사이에, 상기 실리콘 겔 시트보다 두꺼운 수증기 불투과성의 고무계 열가소성 씰링재로 구성되는 씰 부재를 배치하여 제1기판과 제2기판을 적층하는 공정과,
(iｖ) 상기 적층한 제1기판 및/또는 제2기판을 누르면서 가열하여 상기 박막 태양전지를 봉지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조 방법. - 제9항 또는 제11항에 있어서,
상기 (i) 공정에 있어서, 제2기판의 일면에 경화성 실리콘 겔 조성물을 도포하고 경화하여 실리콘 겔층을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조 방법. - 제10항 또는 제12항에 있어서,
상기 (iii) 공정에 있어서, 제1기판과 제2기판을 적층하기 전에, 미리 제작해 둔 실리콘 겔 시트를 제2기판에 첩부해 두는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조 방법. - 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 씰 부재가 부틸 고무로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조 방법. - 제9항 내지 제15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (iｖ) 공정에 있어서, 상기 적층한 제1기판 및 제2기판의 배치 공간 내를 배기하여 감압하고, 이 감압 상태에서 상기 제1기판 및 제2기판을 가열하면서 눌러 상기 박막 태양전지를 봉지하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조 방법.
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