(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの太陽電池モジュールの連続フィルムを製造するための方法であって、
以下の順序で実施される次のステップ、すなわち、
ａ）連続的なループで移動されるベルト（１）の形態の代理基板に光透過性の剥離層（９）を形成する材料を蒸着するステップと、
ｂ）前記剥離層に太陽電池フィルムを形成する層（１３、１５、１６、１９）を蒸着するステップと、
ｃ）前記太陽電池フィルムに第１の保護プラスチック層（２６）を適用するステップと、
ｄ）少なくとも、前記剥離層（９）と、前記太陽電池フィルムと、前記太陽電池フィルムに取り付けられた前記第１の保護プラスチック層とを含むフィルムを前記ベルトから分離するステップと、
ｅ）前記第１の保護プラスチック層の反対側に分離された前記フィルムの側面に第２の保護プラスチック層（３５）を適用するステップとを含み、
ステップｄ）が、ステップｃ）の後に又はステップｃ）と関連して実施される方法。
【請求項２】
ステップａ）で、前記剥離層（９）が、≦０．２μｍの平均表面粗さを有する鋼製ベルトのようなベルト（１）に蒸着されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ベルト（１）が、再び代理基板として作用するために、前記分離ステップｄ）を通過して、ステップａ）を実施するために前記ループに沿ってスタートの位置に戻る時に洗浄されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
ステップａ）で、ステップｄ）のフィルムの前記分離を容易にするために適した剥離層材料が前記ベルトに蒸着されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
ステップａ）で、ＳｉＯ２が前記ベルトに蒸着され、前記剥離層（９）の構造をガラス状に変換する程度に十分な５００℃〜７００℃のような温度に加熱されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ステップｂ）で前記太陽電池フィルムの活性層（１５）として蒸着されるものが、ＣＩＧＳ（銅インジウムガリウムセレン）又はＳｉであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
ステップｂ）で、背部接点用の層又は前記太陽電池フィルムの前部接点用の層が前記剥離層に蒸着されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
ステップｂ）において実施されるステップｆ）複数の太陽電池を形成するために前記太陽電池フィルムをパターン化するステップを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
ステップｂ）の後、かつ、ステップｃ）の前に実施される、別のステップｇ）前記太陽電池フィルムを相互に分離された太陽電池モジュール（２４）に分離するステップを含むことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ステップｃ）で、前記第１の保護プラスチック層（２６）が、前記第１の保護プラスチック層を前記太陽電池フィルムに接着させるために、プラスチックフォイルを前記フィルムにプレスする及び／又は前記プラスチックフォイルを加熱する及び／又は接着剤を前記プラスチックフォイルに適用することによって前記太陽電池フィルムに適用されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
ステップｄ）で、前記フィルムが圧力及び／又は圧縮空気及び／又は熱を受け、及び／又は前記分離を達成するために前記ベルトの前記ループが方向転換されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
ステップｅ）の後に実施されるステップｈ）少なくとも１つの太陽電池モジュールの前記フィルムをローラのようなキャリア（４０）に巻き取るステップを含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの太陽電池モジュールの連続フィルムを製造するための方法、このような方法を実施することによって製造される太陽電池モジュール、ならびに少なくとも１つの太陽電池モジュールの連続フィルムを連続的に製造するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールを製造するための公知の方法の共通の問題は、それらの方法が実施するには高価であるか、あるいはさもなければ太陽電池モジュールの製造コストの結果、その太陽エネルギー発生技術が他のより成熟したエネルギー発生技術と成功裏に競争することを困難にすることである。
【０００３】
太陽電池モジュールの１つの高価な構成要素は、活性層及び前部と後部の接点を含む太陽電池フィルムのいくぶんか厚いキャリアであり得る。この厚いキャリアは大部分ガラスから製造される。
【０００４】
はるかに薄いキャリアを有する太陽電池モジュールの製造を可能にする太陽電池モジュールの連続フィルムを製造するための方法は、キャリアが薄いプラスチックフォイルであり得る米国特許第４６６３８２８号によって公知である。同様の方法が米国特許第２００６／００７３９７８Ａ１号によっても公知である。
【０００５】
しかし、当然、エネルギー源としての太陽エネルギーをより魅力的にするために、このような方法を改善するための進行中の試みがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、このような既知の方法に関し、少なくともある観点で改良される冒頭に規定した種類の方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、本発明に従って、以下の順序で実施される次のステップ、すなわち、
ａ）連続的なループで移動されるベルトの形態の代理基板に剥離層を形成する材料を蒸着するステップと、
ｂ）前記剥離層に太陽電池フィルムを形成する層を蒸着するステップと、
ｃ）前記太陽電池フィルムに第１の保護プラスチック層を適用するステップと、
ｄ）少なくとも前記太陽電池フィルムと、前記太陽電池フィルムに取り付けられた前記プラスチック層とを含むフィルムを前記ベルトから分離するステップと、
ｅ）前記第１の保護プラスチック層の反対側に分離された前記フィルムの側面に第２の保護プラスチック層を適用するステップとを含み、
ステップｄ）が、ステップｃ）の後に又はステップｃ）と関連して実施されるこのような方法を提供することによって達成される。
【０００８】
これらのステップの組み合わせにより、少なくとも１つ、実際には、たいていは多数の太陽電池モジュールの非常に薄いフィルムを確実に製造することが可能であり、このフィルムは、太陽電池フィルムの両側の保護プラスチック層のキャリアと共に数ミリメートル又はそれ未満のオーダの厚さを有することが可能である。剥離層を形成する材料を前記代理基板に蒸着することによって、代理基板からの太陽電池フィルムの分離が容易になる。この分離は、分離前に又は分離と関連して、前記第１の保護層を太陽電池フィルムに適用するお陰で太陽電池フィルムを損傷することなく実施することが可能である。「剥離層」は、本明細書では、単に代理基板からの太陽電池フィルムの分離を容易にするために適用され、かつ最終的な太陽電池フィルム製品の操作に関連する部分を形成しない層と解釈されることが指摘される。
【０００９】
本発明の実施形態によれば、前記剥離層は、ステップａ）で、≦０．２μｍ、≦０．１μｍ又は≦０．０５μｍの平均表面粗さを有する鋼製ベルトのようなベルトに蒸着される。代理基板のような滑らかなベルトの使用は、剥離層材料が、ベルトに対して弱い接触を行い、前記分離を容易にしつつベルトに蒸着することが可能であることを意味する。代理基板としての鋼製ベルトの使用は、前記層蒸着の間の高温の使用を可能にし、このことは方法の最終結果にプラスの影響を有する。
【００１０】
本発明の他の実施形態によれば、前記ベルトは、再び代理基板として作用するために、分離ステップｄ）を通過し、ステップａ）を実施するために前記ループに沿って位置に戻った後に洗浄される。このような洗浄は、剥離層が分離ステップで完全にベルトから除去されるとしても有利である。
【００１１】
本発明の他の実施形態によれば、ステップａ）で、ステップｄ）のフィルムの前記分離を容易にするために適した剥離層材料がベルトに蒸着される。このように、このような性質を有する剥離層用の材料の選択が有利である。この性質は、前記ベルトのために使用される材料に対する弱い付着力、分離のための温度変化の使用を可能にするためにベルト材料とは実質的に異なる熱膨張係数等を含み得る。
【００１２】
本発明の他の実施形態によれば、ＳｉＯ２がステップａ）で前記ベルトに蒸着され、前記剥離層の構造をガラス状に変換する程度に十分な５００℃〜７００℃のような温度に加熱される。剥離層材料としての二酸化ケイ素の使用及び前記変換用の温度を超えて剥離層材料を加熱することにより、前記ベルト、特に前記鋼製ベルトからの分離が容易な非常に面一な層が得られることが判明している。
【００１３】
本発明の他の実施形態によれば、ステップｂ）で前記太陽電池フィルムの活性層として蒸着されるものは、ＣＩＧＳ（銅インジウムガリウムセレン）又はＳｉである。
【００１４】
本発明の他の実施形態によれば、背部接点用の層又は太陽電池フィルムの前部接点用の層は、ステップｂ）で前記剥離層に蒸着され、太陽電池フィルムの前部接点用の層の場合、剥離層の材料が光透過性でない場合に剥離層がステップｄ）で前記前部接点から除去される。したがって、太陽電池モジュールの製造中に背部接点及び前部接点をベルトに最も近くに蒸着させることが共に可能であるが、前部接点の場合、剥離層が光透過性でない材料からなる場合、剥離層を除去しなければならない。しかし、剥離層材料が光透過性であり、前部接点に残される場合、反射防止特性を太陽電池モジュールに設けることによって太陽電池モジュールの効率を高めることさえ可能である。
【００１５】
本発明の他の実施形態によれば、本方法は、複数の太陽電池を形成するために太陽電池フィルムをパターン化する上部接点形成層を除いて、前記太陽電池フィルムを形成するすべての層を蒸着した後に前記ステップｂ）内で実施されるステップｆ）を含む。前記ベルトは、例えば数メートルのオーダのかなりの幅を有することが可能であり、このような寸法を有する太陽電池は、当然、十分に効率的でなく、この結果、直列に接続される好ましくはストライプの形態の複数の太陽電池がその代わりにこのように製造される。
【００１６】
本発明の他の実施形態によれば、本方法は、ステップｂ）の後にまた前記太陽電池フィルムを相互に分離された太陽電池モジュールに分割するステップｃ）の前に実施される別のステップｇ）を含む。このように、各々が複数の太陽電池からなる複数の太陽電池モジュールが形成される。
【００１７】
本発明の他の実施形態によれば、前記第１の保護プラスチック層は、ステップｃ）で、前記保護プラスチック層を前記太陽電池に接着させるために、プラスチックフォイルを前記フィルムにプレスする及び／又は前記プラスチックフォイルを加熱する及び／又は接着剤を前記プラスチックフォイルに適用することによって前記太陽電池フィルムに適用される。これらは、第１の保護プラスチック層を太陽電池フィルムに適用するために行われる好ましい措置である。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、前記フィルムは、ステップｄ）で、圧力及び／又は圧縮空気及び／又は熱を受け、及び／又は前記分離を達成するために前記ベルトのループが方向転換される。
【００１９】
本発明の他の実施形態によれば、層が蒸着された前記ベルトは、ステップｅ）で、例えば液体浴を通して、前記剥離層を溶解する材料と接触させられる。前記剥離層のために使用される材料に応じて、これは、前記ベルトから前記フィルムを分離する有利な方法であり得る。
【００２０】
本発明の他の実施形態によれば、本方法は、少なくとも１つの太陽電池モジュールの前記フィルムをローラのようなキャリアに巻き取るステップｅ）の後に実施されるステップｈ）を含む。したがって、前記ローラから切断される太陽電池モジュールの供給は、このようにして達成し得る。同様に、前記ローラに巻き取られた材料が１つの極めて長い太陽電池モジュールを形成することが可能であり、この結果、任意の長さの太陽電池モジュールを前記フィルムから切断し得る。
【００２１】
本発明はまた、本発明による方法を実施することによって製造される太陽電池モジュールに関する。このような太陽電池モジュールの特に低コストに関する利点が、本発明による方法の上記の説明から明らかに理解される。
【００２２】
本発明の他の実施形態によれば、前記太陽電池モジュールは、≦５ｍｍ、５０μｍ〜２ｍｍ、５０μｍ〜１ｍｍ又は５０μｍ〜２００μｍの全厚を有する。このような極めて薄い太陽電池モジュールは、様々な設計の表面形状に容易に適応可能であり、この結果、例えば車両の屋根に取り付けることが可能である。
【００２３】
本発明はまた、添付の独立した装置クレームに従って少なくとも１つの太陽電池モジュールの連続フィルムを連続的に製造するための装置に関する。このような装置は、競合コストで高品質の太陽電池モジュールを製造するために使用することが可能である。
【００２４】
本発明のさらなる利点ならびに有利な特徴は、本発明の実施形態の次の説明から明らかになるであろう。
【００２５】
添付図面を参照して、以下に、実施例として引用される本発明の実施形態の特定の説明を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態による少なくとも１つの太陽電池モジュールの連続フィルムを連続的に製造するための装置を示した非常に概略的な図面であり、本発明の異なる実施形態に従って少なくとも１つの太陽電池モジュールの連続フィルムを製造するための異なる方法ステップを説明するために使用することが可能である。
【図２】本発明による方法のステップｂ）を実施した後の層が適用されたベルトの一部の縮尺によらない単純化した断面図である。
【図３】本発明による太陽電池モジュールの層を示した図２に対応する図面である。
【図４】本発明による方法で保護プラスチック層を太陽電池フィルムに適用し得るかを示した単純化した図面である。
【図５】少なくとも太陽電池フィルムと、太陽電池フィルムに取り付けられた保護プラスチック層とを含むフィルムを前記ベルトから分離するステップを示した概略図である。
【図６】前記分離を達成するための他の手段を示した概略図である。
【図７】分離されたフィルムへの第２の保護プラスチック層の適用を示した概略図である。
【図８】本発明の実施形態に従って製造されたフィルムの可能な外観を示した単純化した図面であり、フィルムはローラに巻き取られかつその上に位置する異なる寸法の太陽電池モジュールを有する。
【図９】本発明による太陽電池モジュールの可能な適用を示した非常に概略的な図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、本発明の異なる実施形態による少なくとも１つの太陽電池モジュールの連続フィルムを製造するための方法について、本発明の実施形態による少なくとも１つの太陽電池モジュールの連続フィルムを連続的に製造するための装置の一般的構造を示した図１を参照して、同時に、このような方法の異なるステップを説明するために図２〜図８を参照して説明する。
【００２８】
装置は、好ましくは低い平均表面粗さを有する鉄鋼からなるエンドレスベルト１と、矢印７の方向に連続的なループでベルト１を移動させるように構成された方向転換ローラ３−６の形態の手段とを備える。ベルトは、約５００ｃｍの幅及び１００メートル超の長さを有することが可能である。
【００２９】
ベルトは、代理基板を形成するように構成され、また前記ループに沿った経路で、剥離層９（図２参照）がベルト１に蒸着されるチャンバ８に最初に到達する。剥離層は、例えば剥離層材料をベルトに噴射するか又は前記材料の浴内にベルトを浸漬することによって蒸着することが可能である。層９の厚さは、例えば２０ｎｍ〜５０μｍの間で変更してもよい。
【００３０】
次に、ベルトと剥離層は、引き続くチャンバ１０で、剥離層としての機能のためのそれらの適切な特性を得るように、それらの構造を変換するための加熱手段１１によって加熱される。ＳｉＯ２の場合、このことは、ＳｉＯ２を面一なガラス状の構造に変換する５００℃〜７００℃の温度に加熱することを意味し得る。
【００３１】
次に、ベルトと剥離層が、背部接点１３の層が剥離層に蒸着される別のチャンバ１２に入る。この背部接点は、製造すべき太陽電池モジュールの陰極を形成するように設計される。この接点１３に適切な材料はＭｏであり、ＰＶＤ（物理蒸着）によって得ることが好ましい。
【００３２】
ベルトは、その後にチャンバ１４に入り、このチャンバで、太陽電池フィルムの活性層１５がＣＶＤ（化学蒸着）のような任意の適切な蒸着技術によって前記背部接点層１３に蒸着される。活性層用の材料の例は、ＣＩＧＳ（Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅ）及びＳｉである。
【００３３】
前部接点用の材料及び活性層の材料が互いに合わない場合に必要となり得るバッファ層１６は、別のチャンバ１７で、例えばＰＶＤ又はＣＶＤによって活性層１５に蒸着される。Ｃｄ及びＺｎＯがバッファ層に用いることが可能な材料である。
【００３４】
次に、ベルトはチャンバ１８に入り、このチャンバで、チャンバ１２、１４と１７で製造された太陽電池フィルムが、複数の太陽電池を得るためにレーザによってパターン化される。次に、光透過性の材料をバッファ層１６に蒸着することによって前部接点層がチャンバ２０に形成される。ＡｌでドープされたＺｎＯが、透明な前部接点に可能な材料である。
【００３５】
次に、このように製造された太陽電池フィルムが、引き続くチャンバ２１で、相互に分離した太陽電池モジュールにレーザ手段２２によって切断される。しかし、太陽電池フィルム用の層は、ベルトの全面にわたって蒸着することが可能であるが、エンドレスベルトの限定領域に蒸着してもよいことが指摘される。
【００３６】
図８は、チャンバ１８におけるパターン化及びチャンバ２１内の切断の可能な結果を示しており、このチャンバでは、各々のストライプ２３は太陽電池であり、一群のストライプを形成しかつこのような他の群から分離されたいくつかの隣接するストライプは太陽電池モジュール２４を形成する。異なる形状を有する太陽電池モジュールをこのようにして形成することが可能であるように見える。
【００３７】
太陽電池フィルムを形成する層１３、１５、１６と１９の全厚は典型的に３〜４μｍである。
【００３８】
図１には、次にベルトがステーション２５に導かれるかが示されており、このステーションで、第１の保護プラスチックフォイル２６がベルトに供給され、供給ローラ２７から送られることによって前記前部接点層１９に適用され、またローラ２８、２９をプレスすることによって前部接点層にプレスされる。太陽電池フィルムに対する接着向上を達成するために、熱をプラスチックフォイルに加えることが可能であり、このことは図４の加熱手段３０によって示されている。太陽電池フィルムに対するフォイルの適切な接着を達成するために、にかわを塗布してもよい。プラスチックフォイルの厚さは典型的に１〜１００μｍのオーダである。エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリイミド、フルオロポリマー又はアクリルは、透明である薄いプラスチックフォイル用の可能な材料であり、このことは、隣接する層が前部接点である場合の必要条件である。
【００３９】
太陽電池フィルムの片側に取り付けられた保護プラスチックフォイルは、次に、ベルトに従い分離ステーション３１内に入り、このステーションで、少なくとも前記太陽電池フィルム及びそれに取り付けられた前記プラスチックフォイルを含むフィルムがベルトから分離される。この分離が達成される方法は図５と図６に示されている。図５は、ベルト１を方向転換して、プラスチックフォイルを有する太陽電池フィルムに牽引力を下向きに加えることによって、前記フィルムがベルトから如何に分離されるかを示している。このことは、前記分離を促進するために領域３２に圧縮空気を加えることと組み合わせてもよい。
【００４０】
図６は、層が蒸着されたベルトを剥離層を溶解する材料と接触させることによって前記分離を達成する他の可能性を示している。このことは、ベルト１の方向転換と関連して、ベルトと前記層とを液体浴３３を通して導くことによって達成される。代替方法は、剥離層を除去するために溶解ガスを使用することである。
【００４１】
分離ステップにより、薄いプラスチックフォイルのみによって支持された太陽電池フィルムが得られる。次に、プラスチックフォイル３４を有する太陽電池フィルムがステーション３５（図７参照）に導かれ、このステーションで、第２の保護プラスチックフォイル３５が、第１の保護プラスチックフォイルの反対側に分離された前記太陽電池フィルムの側面に適用して取り付けるために供給ローラ３６から送られる。この適用は、圧力ローラ３７、３８及び加熱手段３９を使用することによってステーション２５で達成される。フォイル３５は、太陽電池フィルムの裏側に位置しかつ太陽電池フィルムの光透明性に影響を及ぼさない場合、フォイル２６よりも厚くてもよく、また透明である必要はまったくない。
【００４２】
このように製造された太陽電池モジュールの連続フィルムは、図８に示した外観又は他の任意の外観を有することが可能であり、次に、ローラの形態のキャリア４０に巻き取られ、このキャリアで、前記フィルムを延伸して、ローラ４０に巻き付けるシステムによってこの巻き取りが制御される。ローラに巻き取られる太陽電池モジュールフィルムの長さは、数百メートルであり得る。
【００４３】
エンドレスベルトは、前記方向転換用のステーション３１の後にループに沿って、洗浄ステーション４１を通過し、このステーションで、おそらくは剥離層材料の残部又は他の廃棄物がベルトから除去され、この結果、ベルトは、代理基板として再び機能するためにチャンバ８に戻るときに完全に清浄である。ステーション４１の洗浄手段は、例えば超音波を使用するか又は前記洗浄用のベルトに対して機械的に又は化学的に作用することが可能である。
【００４４】
十分な取扱い強度を有し、同時に太陽電池モジュールフィルムが適用される異なる形状の対象物に対応するように適応可能な薄い太陽電池モジュールフィルムは、本発明による方法によって製造することが可能である。図９は、このような薄い太陽電池モジュール５０が車両５１のルーフの形状に従いつつ前記ルーフに固定し得るかを示している。このような太陽電池モジュールによって生成される太陽エネルギーは、例えば車両のバッテリーからエネルギーを排出することなしに駐車車両の空調装置を操作するために使用可能であり、この結果、車両が直接日光にさらされていたとしても、車両の空間は快適な温度を有することが可能である。本発明に従って製造される太陽電池モジュールの可能な用途の数には限界はない。建物、建築材料及び電気器具におけるこのようなモジュールの用途がいくつかの例としてあげられる。
【００４５】
当然、本発明は、上述の実施形態に決して制限されず、添付の特許請求の範囲に規定されるような本発明の範囲から逸脱することなしに、本発明の修正に対する多くの可能性が当業者には明白であろう。
【００４６】
第１の保護プラスチック層は、分離ステーション３１の下部ローラを通してベルトの上に巻かれるように、ベルトからのフィルムの分離と関連して太陽電池フィルムに適用することが可能である。
【００４７】
太陽電池フィルム層に適用した後に次に固化される溶融形態の材料を適用することによって、保護プラスチック層を適用することも可能である。
【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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【図９】
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