JP2004531893A

JP2004531893A - カプセル化太陽電池モジュール及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004531893A
Application number: JP2003506016A
Authority: JP
Inventors: ゴンソラウスキー，ロナルド・シー
Original assignee: アールダブリューイー・ショット・ソーラー・インコーポレーテッド
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2004-10-14
Also published as: US20030000568A1; WO2002103809A8; EP1396034A1; WO2002103809A1

Abstract

複数の太陽電池（６）を備える改良された積層光起電力太陽電池モジュール及び製造方法が得られ、これは、ハンダ付けされた太陽電池の接続（８）での、酸性ハンダフラックスの残渣による化学反応劣化を避けるための、亜鉛を基にしたイオノマー封止材料（４、１２）の使用を特徴とする。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力太陽電池モジュールの製造に関し、より詳細には、改良された封止材料及びこの材料を用いるモジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大部分の光起電力太陽電池、例えばシリコン太陽電池は比較的に小さく、例えばＥＦＧ成長塊から切り出した矩形のシリコンウェーハから製造した電池の場合には２〜６インチ角であり、その結果としてこの発生出力は小さい。従って、ウェーハ形電池を使用する従来の産業界の慣行は、可撓性の平らなリボン（タブ付き（tabbing））の形態のハンダ付け伝導体を使用して、電池の列をストリング状に直列に接続し、幾つかのストリングを、選択された直列及び／または並列配置で一緒に電気的に接続し、それによって物理的に集積されたモジュールを形成し、それに対応するより大きな発生出力を得ることである。電気的に相互接続されたストリングの末端は、モジュールの外に延在しそれによって別のモジュール及び／または外部回路との接続を可能にする電気伝導体である。２つ以上のモジュールを、選択された直列及び／または並列配置で一緒に接続してより大きなアレイを形成し、それに対応するより大きな発生出力を得ることができ、モジュールを実装し、それによって集積されたユニットを形成する。
【０００３】
脆いシリコン電池を機械的に支持する必要性、また環境による劣化から保護する必要性を含む様々な理由で、太陽電池モジュールを積層構造として形成するのが一般的な慣行である。積層モジュールは保護用の前部及び後部パネルまたはシートを備え、前部パネルは太陽放射に対して透明なガラスまたは剛性プラスチック材料で製造される。一般的に“バックスキン（backskin）”と呼ばれる後部パネルは、前部パネルと同じ材料で製造してよいが、好ましくかつ一般的な慣行は、異なる材料、例えばテドラー（登録商標）（Tedlar（登録商標））（テドラーは、Ｅ．Ｉ．デュポン・ド・ネメールＣｏ．（E. I. DuPont de Nemeurs Co.）が製造するポリフッ化ビニルポリマーの商品名である）のような材料で製造することである。前部シートと後部シートとの間に配置され、それによってサンドイッチ配置を形成するのは、相互接続済み太陽電池並びに電池をカプセル化し、電池及び前部及び後部シートの両方と接合する選択されたポリマー材料である。封止材料（その少なくとも電池の前部と透明な前部パネルとの間に延在する部分）の必要要件は、これが太陽放射に対して透明であるということである。
【０００４】
これまで多数の材料が太陽電池のための封止材料として使用されるかまたは使用するために検討されており、これは、１９９５年１２月２６日にJ. Hanokaに発行された米国特許第5,478,402号及び１９９５年１２月１９日にJ. Hanoka et alに発行された同第5,476,553号によって開示されている通りである。少なくともほぼ１９９５年まで、エチレン酢酸ビニルコポリマー（一般に“ＥＶＡ”として周知である）が最良の封止材料であるとみなされていた。しかしながら、上記のHanokaの特許によって指摘されているように、ＥＶＡは満足なものではない。その限定の中には、これは太陽光の下で分解し、その結果としてこれは変色し、次第に暗色になるというものがある。その分解はまた酢酸を放出し、これが次に特に酸素及び／または熱の存在下でのさらなる劣化を促進する。
【０００５】
より最近では、前記米国特許第5,478,402号において開示されているように、ＥＶＡの使用に附随する問題は、イオノマーを電池封止材料として使用することによって低減することができるということが開示された。“イオノマー”という用語及びそれによって識別される樹脂のタイプは従来技術において周知であり、これは、Richard W. Rees, "Ionic Bonding In Thermoplastic Resins", DuPont Innovation, 1971,2 (2), pp. 1-4及びRichard W. Rees, "Physical Properties And Structural Features Of Surlyn Ionomer Resins", Polyelectrolytes, 1976, C, 177-197によって証明されている通りである。１例として、イオノマーは、周期表のＩ、II、またはIII族の元素、特に、ナトリウム、亜鉛、アルミニウム、リチウム、マグネシウム及びバリウムの陽イオンを有する有機塩基を用いたエチレン−メタクリル酸コポリマーまたはエチレン−アクリル酸コポリマーの部分中和によって形成してよい。
【０００６】
Hanokaの’４０２特許において開示されている積層モジュールは、順を追って最上部ガラスパネル、イオノマー封止材料の少なくとも１枚の最上部シート、電気伝導体によって相互接続された太陽電池のアレイ、イオノマー封止材料の少なくとも１枚の後部シート、及び後部パネルを備えるサンドイッチを組立て、次にこれらの構成要素を熱及び圧力の下で一緒に接合することによって構成された。Hanokaの’４０２特許は、ナトリウムを基にしたイオノマーは、最上部ガラスパネルと係合する第１のイオノマー層として好ましいことを教示しており、また、亜鉛を基にしたイオノマーの光透過率はナトリウムを基にしたイオノマーのものよりも劣るので、亜鉛を基にしたイオノマーの使用は後部シートに限定すべきであると提案している。Hanokaの’４０２特許は、封止材料として使用するための２種のナトリウムを基にしたイオノマー、すなわち、デュポンが製造するサーリン１６０１（SURLYN 1601）及びサーリン１７０７製品を開示しており、前者は優れた光学的性質及び高いホットタック強度（hot tack strength）を有し、最良の結果を生じるので好ましいと説明されている。米国特許第5,476,553号において、Hanoka et al.は、ナトリウムを基にしたイオノマー樹脂中にＵＶ吸収剤及びＵＶ安定剤を取り入ることを開示している。Hanokaは、サンドイッチを約１０〜１５分以内に温度約１７０〜１８０℃に加熱し、次にサンドイッチをこの温度で約１０〜２０分間保持し、この間に同時にサンドイッチの幾つかの層を約１４〜１４．６psi（７２４〜７５５torr）の範囲内の圧力下で一緒に圧縮することによって積層を行うと指定している。ナトリウムイオノマーを軟化させ、流れさせて、電池及び相互接続用伝導体とのカプセル化関係にするためには、１７０℃の温度が必要である。その後、加熱を終了し、圧力を除去する。組立体を雰囲気温度に冷却し、イオノマーを凝固させ、電池、相互接続用伝導体、並びに前部及び後部パネルと接合させる。
【０００７】
しかしながら、Hanoka et alによって教示されているようにＵＶ吸収剤及び安定剤を含むナトリウムを基にしたイオノマーを使用して製造したモジュールは、時間と共に、しばしば何か月かのうちに、透明なイオノマーの一部分が変色するという理由で、不満足なものであることが判明している。この変色は、モジュールの長手方向及び幅方向に多数の箇所で起き、イオノマーの光透過率を低下させ、それによってモジュールのエネルギー変換効率及び発生出力を下げ、並びにこれを美的観点からより魅力のないものにする。またＵＶ吸収剤及び安定剤を省いた場合、ナトリウムイオノマーの変色がよりゆっくりと現れ、広帯域スペクトルの光透過率の低下と共に灰色の色調が２〜５年以内に現れて、光起電力性能の損失を引き起こすことが明らかになった。ナトリウムイオノマー封止材料を使用する際に生じる別の問題は、比較的に高温（１７０〜１８０℃）及び高圧（７２４〜７５５torr）、並びにこれらの条件での滞留時間が、所望の接合強度を実現するために重要であり、また実現するには多大の費用を要するという点である。さらに重要なことには、シリコン太陽電池は一般に薄く脆いので、比較的に高い積層圧力は、積層プロセスの最中に電池破壊の発生の増大を引き起こす傾向がある。
【０００８】
従って、ナトリウムを基にしたイオノマー、特にHanoka et alによって開示されているようなＵＶ保護添加剤を含むナトリウムを基にしたイオノマーを太陽電池のための封止材料として使用する際に附随する問題を解決するかまたは実質的に低減する必要が存在した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、太陽電池モジュール内の多数の箇所での、ナトリウムを基にしたイオノマー封止材料の観察された劣化は、カプセル化電池を相互接続する多数の伝導体のためのハンダ付け接続がしばしば、酸性環境を与えるフラックス残渣を有するという事実が原因であるという発見に基づく。ナトリウムを基にしたイオノマーは酸に対して反応性があり、その結果として、ナトリウムイオノマーのうちのハンダ付け接続と接触する部分において酸性反応による変色が起きる傾向がある。
【００１０】
従って、本発明の第１の目的は、ナトリウムイオノマー、特にHanoka et alによって開示されているようにＵＶ保護添加剤を含むナトリウムイオノマーを封止材料として用いる太陽電池モジュールの特徴である変色の問題を解決することにある。
【００１１】
別の目的は、封止材料のいかなる実質的な劣化も無しに耐用寿命を伸ばすことができる改良された積層光起電力太陽電池モジュールを提供することにある。
さらなる目的は、発生出力のいかなる実質的な損失も無しに長い耐用寿命を有する改良された光起電力太陽電池モジュールを提供することにある。
【００１２】
さらに別の目的は、積層太陽電池モジュールの改良された製造方法を提供することにある。
より具体的な目的は、酸性反応に対して耐性がありまた太陽電池モジュールの他の構成要素との強い密着を可能にする光透過イオノマーを電池封止材料として使用することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、電池封止材料が酸性反応劣化耐性と優れた光透過率及び高いタック強度とを兼ね備えた亜鉛を基にしたイオノマーであるような光電池モジュールを製造することによって、前述の目的を達成する。亜鉛を基にしたイオノマーの使用はまた、前部及び／または後部パネルとの高いタック強度の密着を有しかつイオノマーのいかなる熱劣化も無しに太陽電池の完全なカプセル化を確実にする中程度のレベルの温度及び圧力条件下で積層プロセスを行うことを可能にし、積層プロセスを容易に実現し、制御することを可能にする。
【００１４】
本発明の他の特徴及び利点を、添付図面と共に検討すべき以下の詳細な明細書において説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
シリコン太陽電池を備えるソーラーモジュールを製造する際の重要な要件は、本明細書において参考のために引用する１９９１年１２月２４日にR. C. Gonsiorawski et alに"Photovoltaic Cells With Improved Thermal Stability"に関して発行された米国特許第5,074,920号によって教示されているように、光電池を相互接続するために使用する伝導体（タブ付き）を、熱劣化に耐えることができるハンダによって所定の位置に固定することである。この接続において、ハンダを別個に施用してよく、または、ハンダ付けプロセスを促進するために伝導体に予備ハンダを施してよい、すなわち、ハンダ層を設けてよいことに注意されたい。両方の場合に、ハンダまたはハンダ付けプロセスは、酸化膜を除去し、表面の濡れを確実にするためのフラックス組成物を含む。好ましくかつ効果的な実施は、予備ハンダ済みでありまた適切なフラックス組成物でコーティング済みである伝導体を使用することである。フラックスは一般に、無機若しくは有機酸または酸性塩、例えば、カルボキシラートまたはベンゾアート化合物の例として“ペントアート（Pentoate）”という商品名で販売されているものを含む。フラックス組成物は、ハンダ付けプロセスの最中の蒸発によって直接に除去されるかまたは分解によって除去されるように設計されるが、実際には、囲繞するイオノマー封止材料と接触した状態になっているハンダ付け接続箇所で若干のフラックス残渣が存在し続けることがある。フラックス残渣は少量存在し、モジュール全体にわたって散乱する傾向があるので、封止材料に及ぼすその悪影響は、即座のものでも即座に目に見えるものでもないかもしれない。しかしながら、時間が経つと共に、特に比較的に高い雰囲気温度の下で、ナトリウムイオノマーのフラックス誘発劣化は、モジュールの発生出力及び安定性に悪影響を及ぼすのに十分な程に進行し得る。
【００１６】
本発明は、亜鉛を基にしたイオノマーを封止材料として使用することによって、フラックス誘発によるイオノマーの劣化の問題を解決する。透明で安定でありかつ太陽電池モジュールの隣接する構成要素を接合できる、亜鉛を基にしたイオノマーが存在することが明らかになった。このような亜鉛を基にしたイオノマーは、サーリン１７０５−１及びサーリン１７０６として識別される２種のデュポン製品によって例示される。こうしたポリマーは優れた光学的性質及び高いホットタック強度を有する。こうした材料の正確な化学組成は周知ではないが、こうしたものは、亜鉛陽イオンを含む塩をエチレン−メタクリル酸のコポリマーに加えるかまたはエチレン−アクリル酸のコポリマーに加え、酸による中和を組成物に施し、得られるポリマーマトリックス内部にイオンクラスターの形成をもたらすことによって製造されると考えられている。サーリン１７０６はより粘稠でありかつ幾分より高い融解温度を有するので、サーリン１７０５組成物が好ましい。サーリン１７０５製品の、樹脂としてのまたシート形態での特性を表Ｉ及びＩＩにそれぞれ説明する。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【表２】

【００１９】
本発明の好適な具体例によれば、ＵＶ誘発光酸化を軽減するための添加剤を亜鉛イオノマー中に組み込む。好ましくは添加剤を約０．３〜約１．０重量％の範囲にわたる量で加え、これは、２−（２Ｈ−ベンゾトリアゾール−２−イル）−４，６−ｄｉｔｅｒｔペンチルフェノールであると考えられているニューヨーク州アーズレーのガイギー・ケミカル・コーポレーション（Geigy Chemical Corporation of Ardsley, New York）によって製造された製品であるチヌビン３２８（Tinuvin 328）の形態のＵＶ光吸収剤及び立体的に込み合ったアミン光安定剤（一般にＨＡＬＳとして識別される）としての製造によって識別されているガイギー・ケミカル・コーポレーションによって製造された製品であるキマソーブ９４４（Chimasorb 944）の形態のＵＶ安定剤からなる。
【００２０】
０．３重量％のチヌビン及び約０．３２重量％のキマソーブ９４４を用いて修正され、２枚のガラスのシートの間に配置され、これらのガラスと接合したサーリン１７０５の０．０１０インチ厚さの２つの層を各々備える試験片は、４００〜８００nMの波長領域における改良された放射透過を示し、さらに重要なことには、試験品は光酸化に耐え、長期間のかつ強い放射のストレスにさらした後に、この波長領域において識別できる色の変更無しにその高い透過特性を維持した。具体的には、試験片を２種の異なるガラスを使用して製造した。一方の場合に、前部及び後部ガラスシートはソラテックスＩＩ（Solatex II）ガラス（強化ソーラー等級ガラス）だった。他の場合に、２枚のガラスシートはホウケイ酸ガラスだった。図１及び２は、それぞれソラテックスＩＩガラス及びホウケイ酸ガラスを用いて製造した試験片の場合の放射透過曲線を示す。両方の場合に、試験条件に８か月間さらした後の各試験品の透過特性は、製造直後でかつ試験前と事実上同じであることが明らかである。
【００２１】
ここから図３を参照すると（ここで、構成要素の厚さは、正確な縮尺率であることを意図したものではない）、本発明の好適な具体例によるソーラーモジュールの製造は、以下の構成要素を名前をつけた順に組立てることを含む：底部にあり第１の名前をつけた構成要素である透明な前部パネル（“上層（superstrate）”）２、透明な亜鉛イオノマー封止材料の第１の層４、伝導体８によって相互接続されたウェーハ形シリコン太陽電池６のアレイ（例えば、前記Hanokaの米国特許第5,478,402号に示すように）、多孔質スクリムシート１０、透明な亜鉛イオノマー封止材料の第２の層１２、及びテドラーまたは何らかの他の適切な材料の形態の保護用の後部シートまたはパネル１４。各電池は、その前部放射受容表面の第１の電極または接点及びその後部表面の第２の電極または接点を有し、伝導体８は、所望の電気的回路形状を確立するためにこうした接点にハンダ付けされる。さらに図３を参照すると、層４及び１２の各々は、厚さに依存して、市販の亜鉛イオノマーの１枚以上のシートを含んでよい。亜鉛イオノマーの各シートの１表面にコロナ放電処理を施してイオノマーと隣接する構成要素との接合密着を向上させておくことは、好ましいが必ずしも必要ではない。図示しないが、太陽電池をその前部接点がガラスパネル２に対向するように向け、また電池を一直線の列、すなわち、ストリング状に配置し、幾つかのストリングを伝導体８と同様の他の伝導体によって接続し、アレイ全体は、構成要素の組立体の側面を通って外に延在する端子リードを有することは理解できるはずである。好ましくは前部パネルはソラテックスＩＩまたはホウケイ酸ガラスのような強化ソーラー等級であり、後部パネルはテドラーで製造される。サンドイッチを組立てた後に、これを積層装置に移し、ここでその構成要素に積層プロセスを施す。積層装置は本質的に、電気的加熱手段及び、プレスを閉じ、真空排気すると別の剛性壁部材またはプラテンと共に働いて構成要素を一緒に圧縮する可撓性壁またはブラダ部材を有する真空プレスである。剛性プラテンと係合し底部にあるガラスパネルと共に組立体を位置決めする。次に、組立体を真空中で温度約１１５℃〜約１３０℃の範囲内、好ましくは約１２５℃に加熱し、圧力を選択された速度で最高約３９０〜約４１０torrの範囲内のレベルに増大させて構成要素に加えるように、プレスを稼働させる。こうした温度及び圧力条件を約３〜１０分間、好ましくは約３〜８分維持して、イオノマーが流れ、それによって相互接続済み電池を完全にカプセル化し、前部及び後部パネルを接触させることを確実にし、その後圧力を前述の最高レベルでまたはまたはほぼ最高レベルで維持し、その間に組立体を約８０℃以下に冷却する。その後圧力を加えるのを止めて、積層プロセスを終了させ、積層モジュール品を取り出してさらに加工する。好ましくは、モジュールの組立て済み構成要素を約７〜約１０分以内に所望の最高温度レベルに加熱し、この温度で約９〜約１３分間保持し、次に冷却するように、プレスを稼働させる。モジュール構成要素のサンドイッチに加える圧力は、組立て済み構成要素が所望の最高温度に達した後にのみ３９０〜４１０torrの最高レベルに達して、イオノマーを必要に応じて流れさせ、また空気及び水分の完全な除去を確実にする。圧力を上述の最高レベルで少なくとも約４分間維持するが、これが約８分を超えないことは、好ましいが必ずしも必要ではない。
【００２２】
以下のものは、シリコン太陽電池を用いるモジュールを製造するために本発明を実施する好適な実施態様の具体的な例である。
【実施例】
【００２３】
厚さ３／１６インチを有する強化ソーラー等級無ＣｅＯガラスの１枚のシートを下向きにして支持面の上に置く。０．３０％のキマソーブ９４４及び０．３０％のチヌビン３２８を用いて修正されたサーリン１７０５（亜鉛を基にしたイオノマー）の０．０１０インチ厚さの２枚のコロナ処理済みシートをガラスシートの上面の上に置く。矩形の多結晶ＥＦＧ成長ウェーハから製造した相互接続済みシリコン太陽電池のアレイを２枚のサーリンシートの上に置き、電池の前部接点をガラスシートに対向させる。太陽電池を相互接続する伝導体は、Gonsiorawskiによって米国特許第5,074,920号において規定されているようなスズ／銀ハンダ及び酸性カルボキシラートフラックスを使用して、電池の前部及び後部接点にハンダ付け済みである。一方のシートのコロナ処理済み表面がガラスシートと係合し、第２のシートのコロナ処理済み表面が太陽電池のアレイに対向するように、イオノマーシートを向ける。厚さ約０．００５インチを有するスクリム層を、電池の後部接点及び相互接続用伝導体と接触した状態で太陽電池のアレイの上に置く。次に同じ修正済みサーリン１７０５亜鉛イオノマーの０．０１０インチ厚さの別のシートをスクリムの上に置き、そのコロナ処理済み表面はスクリムに対して反対の面であり、このイオノマーシートをテドラーの後部シートで被覆する。テドラーは厚さ約０．００１５インチを有する。得られたサンドイッチ様組立体を真空プレス中に置き、積層する。
【００２４】
積層を、以下の稼働条件が確立するようにプレスを稼働させることによって行う：（１）組立体を雰囲気温度から温度約１２０℃に約８分間にわたって加熱し、その間プレスの真空排気を開始して、空気及び水分を真空排気し；（２）構成要素が最高温度約１２０℃で約２〜５分間置かれた後に、圧力勾配をサンドイッチ全体に次第に加え、それによって最高約４００torrに達し；（３）排気を止めて４００torrの圧力を維持し、加熱を続けて構成要素を１２０℃のレベルでさらに約３〜８分間維持し、その後加熱を終了して組立体を冷却し；（４）組立体が約８０℃に冷却するまで、圧力勾配を４００torrでまたはわずかに４００torr未満で維持し；（５）その後圧力勾配をゼロに低下させ、プレスを開いて、得られた積層品を取り出す。積層品中では、幾つかのイオノマーシートは隣接する構成要素と強力な接合を形成しており、また電池同士の間でまたモジュールの周囲で互いに融合している。次に、例えば１９９８年６月９日にJack L. Hanoka et alに発行された米国特許第5,762,720号及び前記米国特許第5,478,402号（この両方を本明細書において参考のために引用する）によって開示されているように、当業者には周知の方法で、囲繞するアルミニウム枠をこの積層モジュール品に取り付けて、個別のソーラーパネルを形成してよい。
【００２５】
例えば、前述の実施例において説明したように本発明に従って製造されたシリコン太陽電池モジュールを組み込んだパネルは、電気的光起電力性能の低下無しに１０００時間の８５％ＲＨ／８５％℃の湿度及び温度並びに２０サイクルの湿度−凍結の繰り返し（８５／８５〜０／−４０）のストレス試験に合格し、同時に３６００ボルトでの湿式及び乾式高電圧耐性試験の安全基準並びに５００ボルトで測定した絶縁抵抗基準を完全に満たした。テドラー基板を使用したこの成功は、亜鉛イオノマー封止材料が低い水溶性を有することによるものであり、この低い水溶性は、封止材料の強い密着能力と結びつくと、早期の絶縁破壊と電池から接地への大きな電流伝導経路とを避けることができる。比較のために、それぞれ吸水率３．０重量％及び０．７重量％を有するナトリウムサーリン１６０１及びＥＶＡと比べると、亜鉛サーリン１７０５材料は吸水率０．３重量％を有する。その上、ソーラーモジュールの物理構造の条件はそのプレストレス状態から事実上変化が無く、これは、（ａ）ＥＶＡのような他の封止材料系を曇らせる液体の水滴及び（ｂ）下にある封止材料の界面での加水分解侵食から生じるテドラー基板の下の膨れの出現の無いことが挙げられる。
【００２６】
上記に説明したものを要約し、またさらに付け加えると、本発明に従って製造されたシリコン太陽電池モジュールは以下の利点を提供する：（１）亜鉛イオノマーとガラス前部パネル（上層）、電池、及びテドラーバックスキン（基板）との高くかつ安定な密着；（２）亜鉛イオノマーは、積層プロセスに伴う中程度の温度の逸脱を受けると、流れ、融解し、自由に流れ、また容易に凝固する；（３）封止材料は、酸フラックス残渣に対して実質的に不活性であることに加えて、低い水溶性を有する；（４）亜鉛イオノマーの固有の光酸化耐性は、ＣｅＯドープガラスを使用する必要を無くす（４００〜８００nMの波長の放射での変色を低減するために、特定の他の封止材料、特にＥＶＡ及びより程度は低いがナトリウムイオノマーの場合には必要である）；（５）低い圧力勾配及び中程度の温度は、電池破壊の発生を低減する。
【００２７】
明らかに、ソーラーモジュールの構成要素及び構成要素を積層する方法を、本発明の範囲から逸脱することなく修正することは可能である。非ＣｅＯドープガラスを前部パネルとして使用して本発明に従って製造されたモジュールは、光酸化に耐え、４００〜８００nMの波長範囲における太陽放射の透過を維持するイオノマー封止材料に関して従来技術にまさる利点を示し、このようなガラスの低減されたコストが理由となって好ましいが、コストが支配的要因ではない場合、ＣｅＯドープソーラーガラス前部パネルを使用して本発明を実施してよい。またガラス前部パネルを、透明なプラスチック材料、例えば、ポリカーボネートまたはアクリルポリマーのシートに代えてよく、同時にバックスキンまたは後部パネルを、ガラスまたは何らかの他の透明、半透明または不透明な材料、例えば、多組成積層品で製造してよい。また、積層プロセスのパラメータのうちの１つ以上を変化させることも本発明の範囲内にあり、パラメータとしては以下のものが挙げられるがこれらに限定されるものではない：（ａ）構成要素を所望の最高温度まで加熱する速度、（ｂ）モジュールに加える圧縮圧力を所望の最高レベルに増大させる速度、及び（ｃ）構成要素を最高温度及び圧力条件にさらす時間の長さ。モジュールの製造において使用する亜鉛イオノマーシートの数及び厚さもまた変化させてよい。サーリン１７０５亜鉛イオノマーを、同様に高い放射エネルギー透過率を有するサーリン１７０６亜鉛イオノマーに代えてよい。しかしながら、積層を約１６０℃〜約１８５℃の範囲内の温度で進行させる必要があるので、サーリン１７０６亜鉛イオノマーの使用は好ましくない。酸に対して耐性があり、同等の低い吸湿量を有する他の亜鉛イオノマーも、以下の要件を満たすならば使用してよい：許容可能な光透過率、十分な接合密着、高いメルトフロー、及び光酸化耐性。また他のＵＶ吸収剤及び安定剤がチヌビン３２８９及びキマソーブ９４４の許容可能な代替物であることが見い出されるかもしれないことは理解できるはずである。
【００２８】
また本発明を、当業者には周知の様々な形態の太陽電池を備えるモジュールの製造において使用してよい。本明細書において及び上記の米国特許第5,478,402号及び同第5,476,553号において予想されるタイプのシリコン太陽電池は、ドーピングによって形成されたｐ−ｎ接合を有するシリコンウェーハを含み、これは例えば、１９８８年６月１４日にR. C. Gonsiorawski et alに発行された米国特許第4,751,191号及び１９９３年１月１２日にJ. T. Borenstein et alに発行された米国特許第5,178,685号において開示されている通りである。本発明をまた、互いに独立して形成されたがハンダ付け伝導体によって相互接続された他の電池、特に、上に別の結晶性材料の１つ以上の層をエピタキシャル成長させて、１つ以上の接合を形成する半導体基板の例えばゲルマニウムまたはヒ化ガリウムを含む電池を備えるモジュールにおいて使用してよく、これは例えば、１９９９年８月３１日にH. Q. Hou et al.に発行された米国特許第5,944,913号及び２００１年６月２６日にS. R. Kurtz et alに発行された米国特許第6,252,287号において開示されている通りである。本発明をまた、いわゆる薄膜太陽電池を備えるモジュール中に組み込んでよい。一般的に、このような太陽電池モジュールは、ガラスのような基板の表面に幾つかの薄膜層を堆積し、層をパターン形成し、それによって、電気的に相互接続されて適切な出力電圧を提供する複数の個々の電池を形成することによって製造される。多層堆積を実行する順序に依存して、ガラス基板はモジュールの後部表面または前部窓として機能し得る。１例として、薄膜太陽電池は、１９９６年４月３０日にR. van der Bergに発行された米国特許第5,512,107号、１９９９年９月７日にK. V. Ramanathan et al.に発行された同第5,948,176号、１９９９年１１月３０日にM. Bodegard et al.に発行された同第5,994,163号、２０００年３月２１日にK. Kushiya et alに発行された同第6,040,521号、２０００年１０月２４日にX. Wuに発行された同第6,137,048号、及び２００１年７月１０日にD. L. Morel et alに発行された同第6,258,620号において開示されている。
【００２９】
図４及び５は、薄膜太陽電池のモジュールへの本発明の適用を示す。図４においては、モジュールはテルル化カドミウム薄膜太陽電池を備える。本発明のこの具体例においては、透明なガラス上層２４の表面に予め堆積した透明な伝導性酸化膜２２の表面に、複数のテルル化カドミウム太陽電池２０を形成する。薄膜テルル化カドミウム太陽電池は当業者には周知である。各電池は後部接点２８を備える。電池を、モノリシック接続によって直列に結合する（図示せず）。モジュールはまた、好ましくはサーリン１７０５−１製品である亜鉛イオノマーの少なくとも１枚のシート３０、及び後部ガラスプレート３２を含む。イオノマーシート３０及びガラスプレート３２を他の構成要素と一緒に接合し、イオノマーシートは太陽電池のアレイを被覆し、後部ガラスプレート３２で被覆される。図示しないが、電池２０のアレイは（好ましくは酸化膜２２も）上層２４の周辺に延在しないことは理解されよう。イオノマーシートは電池のアレイの周辺を越えて延在するのに十分大きく、好ましくはこれは上層２４及び後部ガラスプレート３２の縁部に延在する。また、図示するのに便利なように図４からは（図５からも）省略しているが、ワイヤリードは電池のアレイの対向する端部にハンダ付され、これによってモジュールは別のモジュールまたは外部回路と電気的に接続できることは理解できるはずである。得られた組立体を真空プレス中に置き、圧力下で加熱し、温度及び圧力はシリコン太陽電池モジュールの製造に関連して上記に説明したものと同じであり、その結果として、イオノマーは、電池及び電池を囲繞する上層２４の任意の露出した表面をカプセル化し、これらと接合し、また後部ガラスプレート３２と接合する。結果は、高い層間剥離耐性を有し、囲繞する雰囲気からの電池及びその端子リードの優れた耐久性のある保護を提供する密閉型モジュールである。１例として、しかし限定するものではなく、このようなモジュールは、比較的に大きな、例えば６００mm×１０００mmの矩形のモジュールになり得る。
【００３０】
さらに１例として、図５は、ＣＩＧＳ太陽電池を備えるモジュールへの本発明の適用を示す。“ＣＩＧＳ”という用語は、Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳｅＳ）_２の薄膜を備える電池を特定する。このタイプの電池は、例えば上記に引用した米国特許第5,981,868号によって示されるように周知である。この場合には、モジュールは、ガラスまたは何らかの他の材料で製造してよい基板４０、全体が４２で表される複数の直列相互接続済みＣＩＧＳ薄膜太陽電池、前部ガラスプレート４６、及び好ましくはサーリン１７０５−１製品である本発明による亜鉛イオノマーからなる封止材料層４８からなる。この図示した具体例においては、電池のアレイ４２は、基板４０及びガラスプレート４６の周辺に延在せず、イオノマー層４８は電池のアレイの周辺を越えて延在し、重なる。イオノマーはアレイの縁部を越えて基板４０と接合し、またガラスプレート４６と完全にかつ直接に接合する。端子タブ５０は電池のアレイ４２の１端と接続し、基板４０中の穴５２を通って延在し、ここでこれは出力ケーブル５４Ａにハンダ付けされる。基板４０に取り付けられたハウジング５６Ａは、タブ５０及びケーブル５４Ａのハンダ付け接続を隠し、保護する。第２の出力ケーブル５４Ｂは、モジュールの他端を形成する電池（図示せず）に取り付けられた端子タブ（図示せず）にハンダ付けされ、これによってケーブル５４Ａ及び５４Ｂはモジュールが別のモジュールまたは外部回路と電気的に結合することを可能にする。基板４０に取り付けられた第２のハウジング５６Ｂは、ケーブル５４Ｂとモジュールとのハンダ付け接続を隠し、保護する。結果は、改良された変色耐性及び層間剥離耐性並びに長い耐用寿命を有する密閉型モジュールである。この具体例においては、図４に示すものと同様に、亜鉛イオノマーは、ハンダ付けされた太陽電池の接続での、酸性ハンダフラックスの残渣による化学反応劣化を避けることができる。１例として、しかし限定するものではなく、このようなモジュールは、比較的に大きな、例えば６００mm×１０００mmの矩形のモジュールになり得る。
【００３１】
本発明のさらに他の修正及び利点は、前述の明細書及び請求の範囲から当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】亜鉛イオノマー樹脂を具体化する試験片の放射透過特性を示す図である。
【図２】亜鉛イオノマー樹脂を具体化する試験片の放射透過特性を示す図である。
【図３】本発明を具体化するソーラーモジュールの好ましい形態を製造するために使用する構成要素の組立体の断面図であり、構成要素は、図示及び説明するのに便利なように間隔を置いて離して示されている。
【図４】本発明を具体化するソーラーモジュールの第２の形態を示す概略部分組立分解図である。
【図５】本発明を具体化するソーラーモジュールの第３の形態を示す概略断面図である。

Claims

透明な前部パネルと後部シートとの間に光透過イオノマーによってカプセル化され電気的に相互接続された光電池のアレイを有するタイプの太陽電池モジュールにおいて、前記光透過イオノマーは亜鉛を基にしたイオノマーである改良。
前記イオノマーはエチレン−メタクリル酸コポリマーまたはエチレン−アクリル酸コポリマーである、請求項１に記載の組合せ。
前記前部パネルはガラスで製造され、前記後部シートはテドラーで製造される、請求項１に記載の組合せ。
前記電池の各々は前部及び後部接点を有し、前記電池は、酸性フラックスを使用して所定の位置にハンダ付け済みである伝導体によって相互接続される、請求項１に記載の組合せ。
前記イオノマーは、サーリン１７０５−１として識別される製品である、請求項１に記載の組合せ。
前記イオノマーは、キマソーブ９４４として識別されるＵＶ吸収剤及びチヌビン３２８として識別されるＵＶ安定剤を加えることによって修正済みである、請求項６に記載の組合せ。
前記亜鉛イオノマーは酸の化学的侵食に対して耐性がある、請求項１に記載の組合せ。
前記亜鉛イオノマーは低い水溶性を有し、約９５℃の温度で融解する、請求項７に記載の組合せ。
透明な前部支持シートと、後部シートと、該前部支持シートと該後部シートとの間に配置され前部及び後部電気的接点を有する光電池のアレイと、ハンダによって前記接点と物理的かつ電気的に接続され前記電池を相互接続する複数の電気伝導体と、前記前部支持シートと前記後部との間に延在し、これらと接合し、前記電池及び前記伝導体を囲繞し、これらと接合するイオノマー封止材料と、を備える太陽電池モジュールにおいて、酸性フラックス残渣は、前記伝導体と前記電池とのハンダ付け接続の少なくとも幾つかに存在し、前記イオノマーは、酸フラックス酸残渣との反応に対して実質的に不活性である亜鉛イオノマーであることを特徴とする、太陽電池モジュール。
前記亜鉛イオノマーは約９５℃の温度で融解する、請求項９に記載の太陽電池モジュール。
前記前部支持シートは、約４００〜約８００nMの範囲内の波長を有する放射に対して透明な無ＣｅＯガラスである、請求項９に記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池は薄膜太陽電池である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池は、モノリシック接続によって互い結合される、請求項１２に記載の太陽電池モジュール。
テルル化カドミウム太陽電池であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
ＣＩＧＳ太陽電池であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
太陽電池モジュールの製造方法であって：
（ａ）電気的に相互接続された光電池の１つ以上のストリングを用意し、各電池は前部受光表面及び後部表面にそれぞれ取り付けられた第１及び第２の接点を有する該前部受光表面及び後部表面を有し、前記電池は前記接点にハンダ付された伝導体によって相互接続されている工程と；
（ｂ）前部及び後部支持シートを用意し、該前部支持シートは剛性でかつ透明である工程と；
（ｃ）前記前部支持シートの１表面の上に重なる関係で第１の亜鉛イオノマーシートを置く工程と；
（ｄ）亜鉛イオノマーの少なくとも１枚のシートの上に重なる関係で前記電池の１つ以上のストリングを置く工程と；
（ｅ）前記電池の１つ以上のストリングの上に重なる関係でスクリムのシートを置く工程と；
（ｆ）前記スクリムのシートを亜鉛イオノマーの１枚以上の追加のシートで被覆する工程と；
（ｇ）前記亜鉛イオノマーの１枚以上の追加のシートの上に重なる関係で第２の支持シートを置く工程と；
（ｈ）前記シート及び電池の１つ以上のストリングの得られた組立体を約１２０℃〜約１３０℃の範囲内の温度に加熱し、構成要素を約３９０〜約４００torrの範囲内の圧力下で一緒に圧縮し、それによって、前記亜鉛イオノマーシートを、前記電池及び伝導体をカプセル化するのに十分に軟化させる工程と；
（ｉ）前記組立体を冷却し、それによって前記イオノマーに、前記電池、伝導体、スクリム並びに前部及び後部支持シートとの固体接合を形成させ、これによって積層モジュールを製造する工程と；を含む製造方法。
工程（ｈ）は、可撓性壁を有する真空積層装置中に配置された前記組立体を用いて行われ、前記組立体の前記構成要素の圧縮は、前記装置を真空排気することによって成し遂げられ、これによって空気は前記シート同士の間から追い出され、前記可撓性壁は引っ張られて前記組立体と密接圧縮関係になる、請求項１６に記載の方法。
前記モジュール内の前記亜鉛イオノマーは、４００〜８００nMの波長領域における高い放射透過を示す、請求項１６に記載の方法。
前記亜鉛イオノマーは酸の化学的侵食に対して耐性がある、請求項１８に記載の方法。
前記亜鉛イオノマーは低い水溶性を有し、約９５℃の温度で融解する、請求項１９に記載の方法。
前記亜鉛イオノマーは光酸化に耐え、４００〜８００nMの波長範囲における高い放射透過を維持する、請求項２０に記載の方法。
前記前部支持シートは、４００〜８００nMの範囲内の波長を有する放射に対して透明な無ＣｅＯガラスである、請求項１６に記載の方法。