(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
背面シートと、
前記背面シートに離間して重ねられた透過性の前面カバーと、
前記背面シートと前記前面カバーとの間に配置され且つ互いに同一平面状にある複数の太陽電池にして、前記背面シートの表面の所定領域を覆わないように、前記前面カバーと平行に、互いに離隔して配置された複数の太陽電池と、
少なくとも前記背面シートの表面の前記太陽電池によって覆われていない所定領域の上に重ねられ、且つ前記太陽電池の厚みよりも薄い厚みを有し、且つ薄い可撓性プラスチックフィルム及び光反射性コーティングを有する光反射性積層シート材料にして、前記プラスチックフィルムは、前記前面カバーに面し且つエンボス加工され且つ前記プラスチックフィルムの厚みよりも浅い深さを有する複数のＶ字形溝を有し、前記複数のＶ字形溝は、前記前面カバーと平行な第１の方向に沿って互いに平行に延在する第１グループの溝と、前記第１の方向に対して角度を有し且つ前記前面カバーと平行な第２の方向に沿って互いに平行に延在する第２グループの溝とを有し、前記薄い光反射性コーティングで前記溝の表面を覆うことにより前記溝の表面に前記前面カバーに対して角度を有する複数の光反射ファセットを形成し、これにより、前記前面カバーを透過して前記ファセットに入射した光は、前記前面カバーに対する臨界角よりも大きな角度で前記前面カバーに向けて反射され、前記前面カバーによって内部反射されて前記太陽電池に至るようにされた光反射性積層シート材料と、
前記太陽電池及び前記光反射媒体を包囲し且つ前記太陽電池及び前記光反射媒体と結合され、積層構造を構成するように前記前面カバー及び前記背面シートまで延在して前記前面カバー及び背面シートに結合されている光透過性カプセル媒体と
を備えた太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記プラスチックフィルムは、０．００４インチ〜０．０１０インチ（０．０１０ｃｍ〜０．０２５ｃｍ）の厚みを有する請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記光反射性コーティングは、アルミニウム又は銀から作られるか、又は誘電体ミラーからなる請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記複数の太陽電池は、間隔をもって配置された横列と縦列をなして配列され、前記第１グループの溝は、前記太陽電池の隣接する横列の間の第１の方向に延在し、前記第２グループの溝は、前記太陽電池の隣接する横列の間の第２の方向に延在する請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記複数の太陽電池は、間隔をもって配置された横列と縦列をなし、前記溝の総てが、前記横列及び縦列に対して角度をもって延在している請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記溝は、それぞれが平行な溝群からなる複数の溝列を、隣接する溝列同士が逆方向に傾いたものとなるように組み合わせてなるヘリンボーンパターンをなしている請求項１から請求項３及び請求項５のいずれか一つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記太陽電池は、矩形形状を有し、縁部が横列と縦列をなすように整列している請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記プラスチックフィルムは、前記前面カバーに面する前面と、前記背面シートに面する背面とを備え、前記Ｖ字形溝は、前記前面に形成され、前記背面は平坦であって全体が前記背面シートを覆っている請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記溝は約０．００２インチ（０．００５ｃｍ）の深さを有する請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記溝は、約０．００７インチ（０．０１８ｃｍ）の繰り返しスペースを有する請求項１から請求項９のいずれか一つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
複数片の前記光反射性積層シート材料を備え、幾つかの片の溝は第１の方向に延在し、残りの片の溝は第２の方向に延在するようにした請求項１から請求項１０のいずれか一つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
異なる２つの方向に延びる溝を有する一枚の前記光反射性積層シート材料が、前記背面シートの全体を覆うようにした請求項１から請求項３及び請求項５から請求項７のいずれか一つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記Ｖ字形溝は、前記光反射性コーティングが施される前に、前記プラスティックフィルム内に形成される請求項１から請求項１２のいずれか一つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項１４】
前記プラスチックフィルムは、ポリエステル又はポリオレフィンからなる請求項１から請求項１３のいずれか一つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項１５】
前記背面シートは、可撓性を有し、プラスチック又はガラス繊維強化プラスチックからなる請求項１から請求項１４のいずれか一つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項１６】
背面シートと、
前記背面シートの前面に重ねられた可撓性の光反射性積層シート材料と、
前記可撓性の光反射性積層シート材料の上方に配置され且つ互いに同一平面状にある複数の電気的に相互接続された太陽電池にして、前記可撓性の光反射性積層シート材料の前面の所定領域を隠さないように、前記前面カバーと平行に、互いに離隔して配置された複数の太陽電池と、
前記太陽電池に間隔をもって重ねられた透過性前面カバーと、
前記前面カバーと前記背面シートの間に配設され、前記複数の太陽電池を包囲し、前記複数の太陽電池に結合され、前記前面カバー及び前記背面シートまで延在し、前記前面カバー及び前記背面シートに結合している光透過性媒体と、
を備え、
前記光反射性積層シート材料は、前記太陽電池の厚みよりも薄い厚みを有し、可撓性プラスチックフィルムと、前記可撓性プラスチックフィルムに結合され前記可撓性プラスチックフィルムと共に前記前面カバーと前記背面シートの間に延在する光反射フィルムとを備え、
前記プラスチックフィルムは、エンボス加工された複数のＶ字形溝となっており、
前記複数のＶ字形溝は、それぞれが平行な溝群からなる複数の溝列を、隣接する溝列同士が逆方向に傾いたものとなるように組み合わせてなるヘリンボーンパターンをなし、
前記光反射性積層シート材料の所定領域における前記Ｖ字形溝の側面が、光反射ファセットとして作用するようにし、
これにより、前記前面カバーを通過し且つ前記太陽電池の間を通過して前記所定領域内のファセットに入射した太陽光が、前記前面カバーに対する臨界角よりも大きな角度で前記前面カバーに向けて反射され、前記前面カバーによって更に太陽電池モジュール内側に向けて反射されて前記太陽電池に至るようにされた太陽電池モジュール。
【請求項１７】
前記プラスチックフィルムは、０．００４インチ〜０．０１０インチ（０．０１０ｃｍ〜０．０２５ｃｍ）の厚みを有する請求項１６に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１８】
前記プラスチックフィルムは、前記前面カバーに面する前面と、前記背面シートに面する背面とを備え、前記Ｖ字形溝は、前記前面に形成され、前記背面は平坦であって全体が前記背面シートを覆っている請求項１６又は請求項１７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１９】
前記溝は、１１０゜〜１３０゜の包囲角を有し、前記太陽電池は、矩形形状を有し、前記横列及び前記縦列に対して縁が整列した状態となっている請求項１６から請求項１８のいずれか一つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項２０】
高出力電流を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、
前面及び背面を有する可撓性プラスチックフィルムの延長された長さのウェブを準備する工程と、
前記プラスチックフィルムの前面にＶ字形溝が形成され且つ前記プラスチックフィルムの背面が変形されないように、上記プラスチックフィルムの前面をエンボス加工する工程と、
上記プラスチックフィルムのエンボス加工された前面を、前記フィルム以下の厚みの反射コーティングで覆って、上記プラスチックフィルム及び上記コーティングを具備し且つ上記Ｖ字形溝に沿った反射コーティングの部分が光反射ファセットを形成する積層フィルム材料を形成する工程と、
前面カバーと、背面シートと、互いに接続され且つ離間して配置された複数の電気的に相互接続された太陽電池と、カプセル材料の複数のシートとを準備する工程と、
前記前面カバーと、少なくとも一枚の前記カプセル材料のシートと、前記複数の太陽電池と、前記反射コーティングが施された面を前記前面カバー側に向けた少なくとも一片の前記積層シート材料と、少なくとも一枚の追加の前記カプセル材料のシートと、前記背面シートとを、この順序で重ねて配置することによりサンドイッチ構造を形成し、このサンドイッチ構造において、前記積層シート材料の少なくとも一部が前記複数の太陽電池間の間隔を横切って延在し、前記積層シート材料の溝の一部が、前記前面カバーの面と平行な第１の方向に沿って延在し、前記積層シート材料の溝の残りの部分が、前記前面カバーの面と平行な第２の方向に沿って延在するようにし、且つ前記積層シート材料が前記太陽電池の厚みよりも薄い厚みを有するようにする工程と、
前記サンドイッチ構造を真空下で加熱し、前記カプセル材料が前記サンドイッチ構造の他の構成要素と接合させる工程と、
前記サンドイッチ構造を冷却し、前記カプセル材料が隣接する構成要素に接合され、これにより封止された太陽電池モジュールを形成する工程と、
を備えた太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２１】
前記複数のＶ字形溝のうちの一部は、互いに平行に、第１の方向に向けて延在し、前記複数のＶ字形溝のうちの残りは、互いに平行に前記第１の方向と垂直な第２の方向に向けて延在するようにした請求項２０の方法。
【請求項２２】
前記プラスチックフィルムは、それぞれが平行な溝群からなる複数の溝列を、隣接する溝列同士が逆方向に傾いたものとなるように組み合わせてなるヘリンボーンパターンをなす溝が形成されるように、エンボス加工される請求項２０又は請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記プラスチックフィルムは、全てのＶ字形溝が互いに平行であるようにエンボス加工されており、前記サンドイッチ構造は、複数片の前記積層シート材料を備え、これら複数片の前記積層シート材料は、前記太陽電池の間の一部分に置かれたＶ字形溝は一つの方向に延び、前記太陽電池の間の他の部分に置かれたＶ字形溝は他の方向に延びるようにされた請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２４】
前記太陽電池モジュールは、横列及び縦列をなして配列され、前記ウェブから切り離された積層シート材料の所定長さが前記サンドイッチ構造に含まれ、前記溝は、横列の間では一つの方向に延び、縦列の間では他の方向に延びるようにした請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２５】
前記積層シート材料は、０．００４インチ〜０．０１０インチ（０．０１０ｃｍ〜０．０２５ｃｍ）の間の厚みを有し、前記溝は約０．００２インチ（０．００５ｃｍ）の深さを有する請求項２０から請求項２３のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項２６】
前記太陽電池は、矩形形状を有し、前記横列及び前記縦列に対して縁が整列した状態となっている請求項２０から請求項２４のいずれか一つに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改良された太陽電池モジュールに関する。該太陽電池モジュールは、通常は光電変換に利用されない太陽電池間の領域に衝突する光を利用するように設計された反射体手段を有するので、太陽電池の出力を増大させるものである。
【０００２】
【発明の背景】
太陽からの放射エネルギを電気エネルギに直接変換する光起電太陽電池は、周知である。光起電太陽電池の製造は、狭いｐ−ｎ接合が一表面（一般に「前面」と称される）に隣接して形成されている平坦な半導体基板を準備する工程を含む。かような基板は、「太陽電池ウェハ」と称されることが多い。典型的な太陽電池ウェハは、厚みが０．０１０〜０．０１８インチ（０．０２５〜０．０４６ｃｍ）、ｐ−ｎ接合が前面から約０．３〜０．５ミクロンの位置にあるｐ型伝導性の矩形ＥＦＧ成長多結晶シリコン基板の形態をとるであろう。円形又は四角形の単結晶シリコン基板及び矩形キャスト多結晶シリコン基板もまた、太陽電池を作るために、一般的に用いられるものである。太陽電池ウェハは、半導体基板の前面側及び背面側の両者に、電気接点（しばしば「電極」と称される）を設けることによって、完成された太陽電池に変換される。電気接点は、太陽光放射に暴露されるときに、太陽電池からの電流の回復を可能とするようになされている。これらの電気接点は、典型的には、アルミニウム、銀、ニッケルその他の金属又は合金から作られる。一般的に好ましい配置は、裏電極がアルミニウムで、表電極が銀であるシリコン太陽電池を提供するものである。太陽電池の前面にある電気接点は、概して、グリッド形態であり、狭いフィンガ列と、該フィンガと交差する少なくとも１本の細長いバス（一般に「母線」と称される）と、を備える。フィンガ及び母線の幅及び数は、出力電流を最大にするように選択される。
【０００３】
さらに、太陽電池の変換効率を改良するために、太陽電池の前面に、太陽光放射を透過する電気絶縁性の抗反射（ＡＲ）膜を形成する実務が受け入れられている。シリコン太陽電池の場合、ＡＲ膜は、チッ化珪素あるいはシリコン又はチタンの酸化物から作られることが多い。典型的には、ＡＲ膜は、約８００オングストロームの厚みである。ＡＲ膜は、太陽電池の表電極によって被覆されていない前面の領域の上に積層されていて、結合されている。ただし、半田付けすることができるように、表電極の少なくとも一部（通常は母線）は、ＡＲ膜で被覆されていない。
【０００４】
光起電太陽電池（例えば、シリコン太陽電池）は、寸法が比較的小さく、太陽電池が矩形ＥＦＧ成長基板から作られる場合には、一方の側が２〜４インチ（５．０８〜１０．１６ｃｍ）の寸法であることが多く、結果的に出力もまた小さい。よって、産業上の実用では、対応する大きな出力を有する物理的に一体化されたモジュールを形成するように、複数の太陽電池を組み合わせている。幾つかの太陽電池モジュールが一緒に連結されて、対応する大きな出力を有するより大きな列を形成する。
【０００５】
通常、実用上、２個又は３個の太陽電池の「ストリング」からモジュールが形成される。各ストリングは、直線に配置されて電気的に直列に接続されている複数の太陽電池からなり、幾つかのストリングは、隣接する太陽電池間にスペースを有し平行に配置された太陽電池の行列を形成するように物理的に互いに平行に配置されている。幾つかのストリングは、電圧要求及び電流要求に応じて、所定の平行及び／又は連続する電気回路配置において互いに電気的に接続されている。一般的には、実用上、１本のストリングに複数の太陽電池を相互連結するために、平坦なリボン形状が好ましい半田被覆された銅線を用いる。各リボンは、特定の太陽電池の表電極又は裏電極に、例えば適当な半田ペーストによって、半田付けされている。
【０００６】
製造及び組立上の利便性、経費、個々の太陽電池及びこれらの相互連結の保護等の多くの理由のために、かようなモジュールは積層構造を有することが一般的な実用であった。これらの積層構造は、前面保護シート及び背面保護シートからなり、少なくとも前面保護シートはカバーとして作用し、太陽光放射を透過する清澄なガラス又は適切なプラスチック材料から作られていて、背面保護シートは、太陽電池の支持体として作用し、前面保護シートと同じ材料又は異なる材料から作られている。サンドイッチ配置を形成するように、前面保護シート及び背面保護シートの間には、太陽電池及び光透過性高分子材料が配設されている。光透過性高分子材料は太陽電池をカプセル化し、さらに、太陽電池の物理的シールを形成するように、前面保護シート及び背面保護シートに結合されている。積層サンドイッチ構造は、太陽電池を機械的に支持すると共に、風、雪、雨、氷及び太陽光放射等の環境因子に起因する損傷から太陽電池を保護するように、設計されている。積層構造は、典型的には、金属製フレームに嵌合されている。金属製フレームは、モジュールに機械的強度を与え、より大きな配列すなわち太陽電池パネルを形成するために他のモジュールとの組合せを容易にする。この太陽電池パネルは、太陽光放射の受光を最大にする正確な角度で、太陽電池の配列を保持するように配置されている支持体に取り付けられ得る。
【０００７】
太陽電池を製造して組み合わせて積層モジュールを作る技術は、例えば、米国特許第４，７５１，１９１号明細書（Ｒ．Ｃ． Ｇｏｎｓｉｏｒａｗｓｋｉら）、米国特許第５，０７４，９２０号明細書（Ｒ．Ｃ． Ｇｏｎｓｉｏｒａｗｓｋｉら）、米国特許第５，１１８，３６２号明細書（Ｄ．Ａ． Ｓｔ．Ａｎｇｅｌｏら）、米国特許第５，１７８，６８５号明細書（Ｊ．Ｔ． Ｂｏｒｅｎｓｔｅｉｎら）、米国特許第５，３２０，６８４号明細書（Ｊ． Ａｍｉｃｋら）及び米国特許第５，４７８，４０２号明細書（Ｊ．Ｉ． Ｈａｎｏｋａ）に記載されている。これらの特許の技術は、本願に参照として組み込まれる。
【０００８】
残念ながら、複数の太陽電池が１個のモジュールに並べられる場合、列の総活性表面積（すなわち、太陽電池の前面の活性領域）は、透過性前面保護シートを介して、放射に暴露される総面積よりも少ない。ほとんどの場合、これは、隣接する太陽電池が互いに接触せず、配列の周縁部の太陽電池が前面保護シートの外縁まで十分に延びていないことによる。したがって、モジュールによって受け入れられた全太陽光放射よりも少ない太陽光放射が活性太陽電池領域に衝突し、受け入れられた太陽光放射の残りは、太陽電池の間すなわち太陽電池の列全体のボーダーにある不活性領域に衝突する。
【０００９】
１９８０年１１月２５日に発行されたＪａｍｅｓ Ａ． Ａｍｉｃｋの米国特許第４，２３５，６４３号明細書「太陽電池モジュール」に記載されているように、活性太陽電池領域への入射太陽光放射を集めることによって、太陽電池モジュールの効率及び効果を向上させるための多くの技術が提案されている。例えば、米国特許第２，９０４，６１２号明細書には、円形太陽電池間のランド領域が、基本的に、太陽電池を取り巻く逆交差円錐台からなる反射体型装置が記載されている。太陽電池モジュールの出力を増強させるために用いられる他の技術は、レンズを用いることである。例えば、米国特許第３，０１８，３１３号明細書には、太陽電池配列のカバー上に衝突する光を集めて、活性太陽電池領域に向かって下方向に収束するように、モジュールを覆うレンズの列を有する太陽電池モジュールが記載されている。米国特許第４，０５３，３２７号明細書において、また別の集光装置が記載されている。この集光装置において、太陽電池モジュールは、列内の太陽電池の表電極のグリッド線上に落下しないように、モジュール上の入射光を向けるように配置された複数の集束レンズを備えている。
【００１０】
Ａｍｉｃｋ特許は、かような従来技術の効果を上回る改良を開示する。この改良は、隣接する太陽電池間に、０．００１インチ〜０．０２５インチの範囲の深さ寸法を有する複数の溝を規定するように角度を付して配設されている複数の光反射ファセットを有する光学媒体を設けることを含む。ここで、２個の互いに収束するファセットによって形成された頂点の角度は、１１０゜〜１３０゜、好ましくは約１２０゜であり、結果的に、これらのファセット上に衝突する光は、臨界角度よりも大きな角度φにて、透過性前面保護部材に反射して戻され、次いで、太陽電池上に衝突するように、保護部材の前面から再び内部反射される。「臨界角度」とは、より密度の濃い光学媒体からより密度の低い光学媒体まで、通過する光線に対して、入射角度が有するかもしれない最大値をいう。入射角φが臨界角度を超えると、光線は、より密度の低い媒体（例えば空気）に入射しないが、総合的に内部反射されて高密度媒体（例えば、透過性カバーシート）に戻される。
【００１１】
Ａｍｉｃｋ特許第４，２３５，６４３号明細書（第４欄）は、ファセット領域が、太陽電池とほぼ面一にあり、ファセットの垂直方向高さが太陽電池の厚みと等しいことが好ましい旨を教示する。Ａｍｉｃｋ特許の第５欄には、溝が、光学媒体内に組み込まれるか又はモールド加工されることが述べられている。
【００１２】
Ａｍｉｃｋ特許に関するさらなる情報は、Ｊａｍｅｓ Ａ． Ａｍｉｃｋ 及びＷｉｌｌｉａｍ Ｔ． Ｋｕｒｔｈにより発行された技術論文”Ｖ−Ｇｒｏｏｖｅ Ｆａｃｅｔｅｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｆｏｒ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｍｏｄｕｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ”（「増強されたモジュール出力用のＶ字形溝ファセット反射体」），ｐｐ．１３７６−１３８１，Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ １９８１（ＩＥＥＥ光起電専門家会議の記録）により与えられる。この論文において、論者は、ファセット反射体はアクリルプラスチックから作られ、薄いアルミニウム反射層を有し、ファセットの反復スペース（ピークとピークとの間のスペース）は０．０７０インチ（０．１７８ｃｍ）であったと開示している。
【００１３】
しかし、Ａｍｉｃｋの反射体の発明は、商業上の成功を収められなかった。Ａｍｉｃｋの基本発明は、許容できるコストで、満足する反射体媒体を提供することができなかったのである。
【００１４】
したがって、近年の太陽電池のエネルギ変換効率の増強に見られる進展にもかかわらず、入手可能な光エネルギを捕捉し且つ使用する太陽電池モジュールの性能を改良すること、より重要なことには、製造コストが比較的廉価で使用しやすい反射体媒体を使用することに対する必要性が残されているのである。
【００１５】
【発明の目的及び概要】
本発明の第一の目的は、出力を増強させる新規な反射体手段を有する改良された光起電太陽電池モジュールを提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、少なくとも一方は、太陽光放射透過性である第１及び第２の支持シートの間に縦横に並べられた複数の太陽電池と、上記太陽電池の間に配設されていて上記透過性シートを通過して太陽電池に受け入れられる反射量を増加させる新規な可撓性反射体手段と、を備える改良された太陽電池モジュールを提供することである。
【００１７】
さらに本発明の別の目的は、光反射コーティングで被覆されている複数の平行溝を有する熱可塑性フィルムの形態である１以上のコンセントレータ手段を備える上述のタイプのモジュールを提供することである。
【００１８】
本発明の別の目的は、モジュールの出力電流を増強させるように作用する新規なエネルギ反射体を組み込むことによって、太陽電池モジュールを改良する方法を提供することである。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、改良された太陽電池モジュールを製造する方法を提供することである。
本発明の上述及びその他の目的及び利点は、少なくとも前面平面状カバー部材が太陽光放射透過性シート形態であり、上記前面平面状カバー部材及び背面支持構造体の間に平面状に且つ互いに離隔された関係に配設されている電気的に相互接続された光起電電池の配列と、隣接する太陽電池間に配設されていて太陽電池上へのさらなる内部反射を引き起こすように太陽電池間の領域に入射した光を上記透過カバー部材に戻すように反射する新規な光反射体手段と、を備える新規な光起電モジュールを提供することによって達成される。特に、本発明の太陽電池モジュールは、上記背面シート構造体の平面上で縦横の平面配列に並べられた複数の相互離隔した太陽電池を備え、上記太陽電池間の平面領域が、上記カバー部材に対して及び相互に所定角度関係に配設された複数のファセットを有する新規な光反射性テクスチャーのシート材料によって被覆されていて、前面カバー部材を通過して衝突する光が透過性カバー部材まで上方向に反射して戻され、次いで、太陽電池の活性領域に向かって戻されるようになされている。本発明によれば、光反射性テクスチャーシート材料は、太陽電池の厚みよりも大幅に小さい厚みを有し、（１）複数のほぼ平坦な側面の所定形状の溝を有するようにエンボス加工された薄く可撓性の熱可塑性フィルムの形態である基板と、（２）上記溝に沿って延びており複数の不連続の光反射性ファセットを形成する上記基板上の金属フィルム形態である光反射性コーティング（すなわちさらに後述するように不連続の多重層反射性フィルム）と、を備える。ここで、上記溝は、太陽電池モジュールに直交する入射光がファセットから反射して透過性平面状カバー部材に戻り、かような反射光の透過性カバー部材における入射角が臨界角よりも大きくなるような幾何学形状を有し、反射光のほぼすべてが透過性カバー部材からのさらなる反射によって太陽電池に戻るように向けられ、モジュールの出力を増強する。好ましくは、光反射性コーティングは、例えば銀やアルミニウムなどの高い反射性を有する薄い金属フィルムである。
【００２０】
一実施形態において、光反射性シート材料は、単一方向に走る複数の溝によって形成されるが、材料片は太陽電池間のスペースに位置づけられ、複数の溝は太陽電池の横列の間で単一方向に且つ太陽電池の縦列の間で異なる方向に延びる。別の実施形態は、（１）互いに平行に走る複数の溝を有し、すべての太陽電池の下に敷かれ、太陽電池の間のスペースを横切って延びる光反射性材料の１枚のシートと、（２）太陽電池の横列（又は縦列）の間に配設されている同じ材料のストリップで、ストリップにおける複数の溝が太陽電池の下に敷かれているシートの複数の溝に対して直角に延びるように配設されているストリップと、を有することを特徴とする。別の実施形態において、テクスチャー材料は、少なくとも２の異なる方向に走る複数の溝が配されて作られている。本発明の他の実施形態、特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなるであろう。図面において、全体を通して、同じ部品を識別するために、同じ符号が用いられている。
【００２１】
【好ましい実施形態】
幾つかの図面において、説明の便宜上、可撓性光反射性積層材料を形成するプラスチックフィルム及び金属層の相対的な厚みは、他の太陽電池モジュール成分に比べて誇張されて示されている。
【００２２】
図１及び図２は、複数の矩形太陽電池４からなる従来の太陽電池モジュール２を示す。モジュールに用いられる太陽電池の種類は、変えてもよい。必要ではないが、好ましくは、モジュールは、シリコン太陽電池からなる。図示されていないが、各太陽電池は、前面に、１以上の母線によって相互連結されている狭く細長い平行なフィンガを備えるグリッド形態の表接点を含むことは理解されるであろう。かような太陽電池は、上述の米国特許第４，７５１，１９１号明細書、第５，０７４，９２０号明細書、第５，１１８，３６２号明細書、第５，１７８，６８３号明細書、第５，３２０，６８４号明細書、第５，４７８，４０２号明細書に記載されている。モジュールはさらに、剛性でも可撓性であってもよく種々の材料から作ることができるシートすなわちプレート６の形態である背面保護部材、好ましくは、背面保護シート６は、ガラス、プラスチック、ガラス繊維強化プラスチック又はチップボードなどの電気絶縁性材料である。好ましい背面保護部材は、Ｔｅｄｌａｒ（登録商標）である。太陽電池は、縦横に平行に配置され、通常は平坦な銅リボンの形態である電線８によって相互に連結されている。通常の太陽電池の製造は、各列における太陽電池を直列に相互連結してストリングを形成し、次いで、モジュールが組み込まれる電気系の電圧要求及び電流要求に従って、ストリングを直列又は並列に、あるいは直列／並列の組合せに、連結する。図２を参照すれば、ストリング内で隣接する太陽電池は、可撓性銅リボン８の一端部を１個の太陽電池の裏電極に半田付けすることによって、及び同じリボンの反対側の端部を次の連続する太陽電池の表電極の母線に半田付けすることによって、直列に連結されている。
【００２３】
太陽電池の上には、太陽電池の支持構造体の一部としても機能するシート形態の剛性すなわち堅い平面状の光透過性で非電導性のカバー部材１０が敷かれている。カバー部材１０は、約１／８インチ〜約３／８インチ（０．３２〜０．９５ｃｍ）の範囲、好ましくは少なくとも約１／４インチ（０．６４ｃｍ）の厚みを有し、反射率が約１．３〜３．０の範囲にある。例示として、カバー部材１０は、ポリカーボネート又はアクリルポリマーなどの適切なプラスチックやガラスから作られてもよい。
【００２４】
背面シート６及び透過性カバー部材１０の間に介在し且つ太陽電池４及び電気接続用リボン８の回りを取り巻くのは、適切な光透過性非電導性材料から作られているカプセル材料１４である。好ましくは、カプセル材料１４は、ＥＶＡの商品名で知られているエチレンビニルアセテートコポリマー又はイオノマーである。一般的には、太陽電池の配列の下方及び上部に位置づけられている不連続のシートの形態であるカプセル材料を導入することである。これらの構成要素は、次いで、背面シート６及びカバー部材１０の間にサンドイッチされる。続いて、サンドイッチは真空下で加熱され、カプセル材料シートは、カプセル材料の周囲に流れて、太陽電池を包囲し、同時に、空気の蒸発によって生じる前面カバー部材と背面支持体との間の空隙を充填するに十分なほど液化される。冷却時に、液化したカプセル材料は固化し、元の場所で凝固して透過性固体マトリックスを形成する。透過性固体マトリックスは、太陽電池を包囲し、背面シート６及びカバー部材１０の間のスペースを完全に充填するが、互いに離隔している太陽電池及び電気的な相互接続を形成する構成成分によって占領されない。カプセル材料は、積層サブアセンブリを形成するように、前面シート１０及び背面シート６に接着する。
【００２５】
どのようにして積層サブアセンブリが形成されるかにかかわらず、通常は、積層サブアセンブリは、周囲フレーム１６及びシーラント１８を備える。積層サブアセンブリは、周囲フレーム１６に固着され、シーラント１８は通常、積層サブアセンブリの周囲フレーム及びエッジの間に配設されている。フレームは、金属から作られても又は有機物プラスチック又はエラストマーなどの適当な材料の成形によって作られてもよい。図示してはいないが、図１及び図２に示すような従来のモジュールもまたモジュールを別のモジュールに接続するため又は電気回路に直接接続するための電気端子を具備する。この端子は、通常は、背面支持シート６に添着されている。
【００２６】
本発明は、機械加工され又は成形された溝を有するＡｍｉｃｋの反射手段に比べて廉価であるが同等の性能の反射手段で置換することによって、Ａｍｉｃｋの発明を改良する。以下、便宜上、図１及び図２に示す従来のモジュール構造体に対して加えられた新規なテクスチャー反射性材料の内容について、本発明を説明する。テクスチャー材料は、隣接する太陽電池の間のスペース及び太陽電池の配列の境界を決めるスペースに沿って延びる。
【００２７】
図３は、本発明による反射性手段として用いられるテクスチャー材料２０の好ましい形態の側面立面図である。反射性材料は、通常、所定角度でモジュール内の太陽電池の間のランド領域及太陽電池を取り巻くランド領域に衝突する光を反射することができるように、後述する溝の存在によって表面形状が定められる（ｔｅｘｔｕｒｅｄ）。反射した光は、カバー部材の前面に到達すると、総合的に内部反射して太陽電池の配列に戻る。テクスチャー材料は、薄く可撓性熱可塑性フィルム２２の形態である基板を備える。基板の一方の側面は、光反射性金属フィルム２４で被覆されている。基板は、複数の連続するＶ字形溝２６を有するように形成されていて、各溝２６は、相互に収束する一対の平滑な表面２７Ａ、２７Ｂによって規定される。一対の表面２７Ａ、２７Ｂは、互いに１１０゜〜１３０゜の範囲、好ましくは約１２０゜の所定角度で延び、結果として、表面２７Ａ、２７Ｂの金属コーティングの部分２４Ａ及び２４Ｂは、光反射性ファセットを形成する。ファセットの間の角度が１１０゜〜１３０゜であるから、各ファセットは、カバー部材の平面に対して２５゜〜３０゜の角度で延びる。
【００２８】
テクスチャー材料２０は、幾つかの工程で製造される。第一に、基板として作用するフィルム２２が、前面及び背面を有する連続ウェブすなわち伸張ウェブとして製造される。次いで、この連続ウェブは、次の処理のために、ロール上に巻き取られるか、又は次の処理ステージに直接送られる。次の処理は、一方の側面にＶ字形溝を形成するようにフィルムをエンボス加工する第１のエンボス加工を含む。好ましくは、エンボス加工は、フィルムをピンチローラー及びエンボスローラーの間に通過させることによって達成される。ピンチローラーは、平滑な円筒状表面を有し、エンボスローラーは、円筒状表面に複数の連続するＶ字形隆起を有する。この隆起は、エンボスローラーの周辺に沿って延在する。エンボスローローラーの隆起は、所望の形状及び深さのＶ字形溝の反転（ネガ）イメージである。フィルムは、加熱されて、２個のローラーの間を通過するにつれて、エンボスローラー上の隆起によって形状化されるに十分なほど柔らかくなる。隆起によって形成された溝は、フィルムの冷却時に形状が固定する。溝２６の形成後、プラスチックフィルムは、金属化処理されて、接着性金属フィルム２４が形成される。必要ではないが好ましくは、この処理は、エンボス加工の第１ステージ及び比較的高速度で連続プラスチックフィルムを種々のステージを介して搬送する搬送手段を含む高速機械の第２のステージとしての連続的なベース上で、慣用の蒸着処理によってなされる。金属化されたフィルムは、本明細書に記載されているように光反射手段として次の工程で使用するために、ロール上に巻き取られる。続いて、本発明による光反射手段として使用するために、ロールに巻き取られた金属化されたフィルムは、複数の片にカットされる。
【００２９】
図３を参照すれば、基板は、熱可塑性で、透明でも、半透明でも、非透明でもよいプラスチックフィルム材料から作られている。コスト及び使用の容易さという観点から、基板２２としては、ロール形態で保存することができるほど十分に可撓性であって容易に入手可能なプラスチックフィルムが好ましい。一例として、適切な材料は、ポリエチレンテレフタレートであり、搬送可能なロール状に巻き付けられたフィルムの形態で商品名「Ｍｙｌａｒ（登録商標）」として販売されている。他のプラスチックフィルムも使用することができる。限定するものではなく単に例示として、基板は、ポリエチレン又はポリプロピレンなどの他のポリエステル又はポリオレフィンから作られたフィルムでもよい。さらに別のプラスチックフィルムも当業者には自明であろう。
【００３０】
十分に可撓性のテクスチャー反射体シートを、基板として、４〜１０ミル（０．００４〜０．０１０インチ（０．０１０〜０．０２５ｃｍ））の範囲の厚みを有するプラスチックフィルムを用いて作ることができる。好ましくは、基板は、約５ミル（０．０１３ｃｍ）の厚みを有する。現在のところ、反射性金属コーティングとして、コスト上の理由からアルミニウムが好ましいが、銀の反射性は、コスト差をオフセットする程度にアルミニウムの反射性よりも高いので、銀も好ましいコーティングとなるであろう。この点に関して、アルミニウムは約８０〜８５％の反射率を有するが、銀は９５〜９８％の反射率を有することに注意されたい。金属は、オングストローム単位で非常に薄く塗布される。好ましくは、３００オングストローム〜１０００オングストロームの範囲、より好ましくは３００オングストローム〜５００オングストロームの範囲の厚みである。例示として、厚み約０．００５インチ（０．０１３ｃｍ）で１１０゜〜１３０゜の間の囲み角を有するＶ字形溝を有する基板において、溝は、約０．００２インチ（０．００５ｃｍ）の深さと、約０．００７インチ（０．０１８ｃｍ）の繰り返し（ピークとピークの間）スペースを有する。
【００３１】
テクスチャー材料２０は、モジュール内の太陽電池間のスペース（ランド領域）を占領するように配設される。上述の溝２６の幾何学形状ゆえに、一つのファセットから反射した光は、隣接する他のファセットによって遮断されず、むしろ複数のファセットから反射して透過性カバー部材に通過する光が、臨界角を越える角度でカバー部材の前面に当たり、その結果、反射した光のほぼすべてが内部反射して太陽電池に戻る。こうして、モジュールの電流出力を実質的に改良する。
【００３２】
図４は、図３のテクスチャー積層反射体材料が、モジュール内でどのように用いられるかを示す。基本的に、積層シート材料２０は、隣接する太陽電池の横列の間の領域３０Ａ及び隣接する太陽電池の縦列の間の領域３０Ｂ、さらには太陽電池の配列の境界３０Ｃ及び３０Ｄに配設される。テクスチャー材料は、例えば図４において、溝２６が領域３０Ａ及び３０Ｃに水平に延在し、領域３０Ｂに垂直に延在するように配設される。簡略化するために、図４には幾つかの溝２６だけ、つまり全長の一部だけを示す。しかし、溝は、ランド領域３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ及び３０Ｄの全体にわたって延在することを理解されたい。
【００３３】
図５は、図４に示す配置を達成する一つの手法を示す。この場合、図３の積層反射性フィルム材料のシート２０Ａは、太陽電池の配列の下方に置かれ、シートは配列の周辺を越えて突出するほど十分に大きく、シートの溝はランド領域３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃにおける方向と同じ方向に延在する。同じ積層反射性フィルム材料の追加の長さがストリップ２０Ｂにカットされる。ストリップ２０Ｂは、ストリップの長さ方向に走る溝を有する。これらのストリップは、隣接する領域３０Ｂの間及び領域３０Ｂと３０Ｃとの間の領域３０Ａの部分並びに領域３０Ｃの間における領域３０Ｄの部分においてシート２０の上方に置かれて、部材２０Ａ及び２０Ｂの溝は、図４に示すようなパターンを提供する。特に、複数の溝が太陽電池の縦列の間に平行に延びて配設され、追加の溝は太陽電池の横列の間に平行に延びて配設される。この配列は、テクスチャー可能な反射体シートのただ一つの形態が使用するために必要となるだけであり、隣接する横列の間の溝が縦列の間の溝に直角に方向付けられているので太陽電池の間の領域から内部反射して太陽電池の前面に戻る光の量を改良するという利点がある。
【００３４】
図６は、図３に示す積層プラスチックフィルムを用いて、図４に示すようなパターン化された溝配列を得るための第２の方法を示す。この場合、積層シート２０Ａは省略され、代わりに、長さ方向に沿って走る平行な溝を有する積層プラスチックフィルムが複数のストリップ２０Ｂにカットされる。各ストリップは、長さ方向に走る複数の溝２６を有する。これらのストリップの一つは、ランド領域３０Ａ及び３０Ｄの各々に置かれるので、それらの溝は図４で見て水平方向に延在し、追加の同様の溝（図示せず）は図４のランド領域３０Ｂ及び３０Ｃに対応する領域に置かれるので、それらの溝は図４に示すように垂直方向に延在する。ランド領域３０Ｂ及び３０Ｃのランド領域３０Ａ及び／又は３０Ｄとの交差点において、溝は水平方向又は垂直方向のいずれかに延在してもよいことは理解されるであろう。
【００３５】
図７は、積層プラスチックフィルム反射性材料２０Ｃの好ましい一形態の部分平面図である。材料２０Ｃもまた、上述のようにエンボス加工によって形成された溝及び溝の外郭に沿って溝をカバーする金属フィルムを有するプラスチックフィルムを備えることを理解されたい。しかし、この場合、エンボス加工ロール（図示せず）は、溝２６同様の断面形状を有する溝２８の矩形パターンをエンボス加工するように設計されていて、ある溝２８Ａは一方向において長さ方向に延在し、残りの溝２８Ｂは溝２８Ａに直角に延在する。こうして、各平坦な矩形領域２９は、太陽電池４がその領域にフィットする寸法となる。積層フィルム材料は、幅方向に横断して形成された矩形領域２９の数が意図されたモジュールにおける太陽電池の列すなわち縦列における太陽電池の数と等しくなるように十分幅広に形成され得、積層フィルムのウェブが意図されたモジュールにおける太陽電池の数に等しい数である領域２９を有する非連続片に切断され得る。
【００３６】
図８は、積層プラスチックフィルム２０Ｄの別の形態を示す。この場合、フィルムは、溝３２Ａ及び３２Ｂのヘリンボーンパターンにエンボス加工される。この材料は、シート２０Ａの代わりに使用されてもよく、この場合には、ストリップ２０Ｂは図５の実施形態から省略されるか又は複数のストリップにカットされて図６の実施形態におけるストリップ２０Ｂの代わりに用いられてもよい。
【００３７】
本発明により提供される積層プラスチックフィルムを組み込むモジュールの製造法の実施例は、以下の方法及び図６に示す技術によって達成される。太陽電池の配列は、ＥＶＡ又はイオノマーなどのカプセル材料のシート上方で、背面シート６上に配設される。太陽電池は、上述のように、互いに及び背面シート上の出力端子に相互連結される。次いで、適当な形状にカットされた積層プラスチックフィルム材料の片は、図６に関して説明したように太陽電池の間のスペースに位置づけられる。次に、カプセル材料の別のシートが、太陽電池の上方に置かれ、ガラス又はプラスチック製の透過性前面カバーシートによって覆われる。最後に、モジュールは、真空下で加熱されて、カプセル材料の２枚のシートを互いに及び背面シート、前面カバー、太陽電池及び積層プラスチックフィルム材料の露出表面領域に溶融させて一体化する。このモジュールは、次いで、次なる使用のために、フレーム内に取り付け可能となる。
【００３８】
あるいは、モジュールは、逆の形態で組み立てられてもよい。すなわち、モジュール組立中に、モジュール構成要素を支持するために、透過性ガラス又はプラスチックシートが用いられてもよい。この方法において、カプセル材料の層は、透過性シート上方に置かれてもよく、太陽電池はこの層の下方面に置かれてもよい。第２の反射性の薄いカプセル材料の層は、太陽電池の背面全体に横たわり、図７に示すようなテクスチャーシートは、溝が下方に面している第２のカプセル材料シート全体下方に面して横たわる。次いで、第３の薄いカプセル材料シートは、テクスチャー反射性シート上方に置かれ、すなわちガラス製の背面シートによって覆われる。次いで、上述のサンドイッチは、上述のように、真空下で加熱されて積層される。
【００３９】
以下、本発明により達成される改良の度合いを説明する。１０個の太陽電池切り取り試片がカプセル材料としてＥＶＡを用いて、前面カバーシートとして０．２５インチ（０．６４ｃｍ）厚みのガラスを用いて製造される。各切り取り試片は、１００ｍｍ寸法の１個の太陽電池を含む。各太陽電池は、積層反射性材料の４本のストリップによって囲まれる。各ストリップは、太陽電池の各サイドに沿っていて、太陽電池の互いに反対側の２側に沿って一方向に及び太陽電池の他の互いに反対側の２側に沿う第１の方向に直角な第２の方向に、基本的に図４のパターンと同様に、溝が走っている。積層反射性材料は、上面に約４００オングストロームの厚みのアルミニウムコーティングを有する０．０５インチ（０．１３ｃｍ）の厚みのＭｙｌａｒ（登録商標）フィルムからなる。Ｍｙｌａｒ（登録商標）フィルムは、金属化される前に、エンボス加工される。エンボス加工によって、約１２０゜の囲み角度、約０．００２インチ（０．０００５ｃｍ）の深さ、及び約０．００７インチ（０．０１８ｃｍ）の繰り返しスペースを有するＶ字形溝が形成される。積層フィルムの各ストリップは、約２５ｍｍ幅である。これらの切り取り試片及び反射性材料を有していないが不透明なマスクで囲まれている他の切り取り試片は、太陽光に模した光源で各太陽電池を照射して短絡回路電流を測定することによって試験された。積層反射プラスチックフィルムを有する１０個の切り取り試片は、新規な反射媒体を有していない太陽電池の出力よりも２０．８〜２５．６％の範囲で出力の増加を示した。さらに、平坦な白色表面によって囲まれている同様の太陽電池は、反射媒体を有していない太陽電池よりも約１０％の出力増加を示した。
【００４０】
本発明はさらに、プラスチックフィルム上の反射性金属コーティングを、反射ミラーを形成するように配列されたＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４などの無機材料の多重層を具備する誘電体スタックで置換するコンセプトも含む。誘電体ミラーは周知であり、Ａ． Ｓｃｈｅｒｅｒ らの”Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｓｐｕｔｔｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｉｒｒｏｒ Ｓｔａｃｋｓ”，Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． （１９９３）（高反射率誘電体ミラースタックのリアクティブスパッタ蒸着）を参照されたい。誘電体ミラーを有するプラスチックフィルムは、種々の企業から市販されている。
【００４１】
本発明は、さらに、透過性プラスチックフィルム基板及びその溝付表面上の金属コーティングからなる積層反射材料を組み込むことを意図する。金属コーティングは、透過性カバーシートから離隔する方向に面していて、金属フィルムの太陽電池を短絡する可能性を排除する。
【００４２】
本発明は、特定の種類の太陽電池、太陽電池カプセル材料又はカバーシートや背面シートに適用が限定されるものではない。本発明は、当業者に明らかである種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の太陽電池モジュールの平面図であり、透過性カバー部材の一部が破断されて示されている。
【図２】図２は、図１の太陽電池モジュールの一部の模式的断面図である。
【図３】図３は、本発明により与えられるテクスチャー反射性積層フィルム材料の好ましい形態の拡大スケールでの一部側面立面図である。
【図４】図４は、図３のテクスチャー反射性材料が太陽電池モジュールにおいてどのように用いられるかを示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態の模式図である。
【図６】図６は、本発明の別の実施形態の模式図である。
【図７】図７は、本発明により与えられる反射性積層フィルムの好ましい形態の一部破断図である。
【図８】図８は、本発明による反射性積層フィルム材料の別の形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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