(57)【要約】  ガラス板（４）とモノリシックな太陽電池（２）とを備える、ソーラー・パネル用のモジュール（１０）であって、前記モノリシックな太陽電池がガラス板に連結したモジュール。ガラスフリット層（１２）が、前記太陽電池と前記ガラス板との間に位置し、前記ガラス板の表面（４ａ）と前記太陽電池の光活性な表面（２ａ）との間の連結を形成する。
2009540600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス板（４）とモノリシックな太陽電池（２）とを備えるソーラー・パネル用モジュール（１０;１００）であって、前記モノリシックな太陽電池が前記ガラス板に連結され、前記太陽電池と前記ガラス板との間に位置するガラスフリット層（１２）が、前記ガラス板の表面（４ａ）と前記太陽電池の光活性な表面（２ａ）との間の連結を形成するソーラー・パネル用モジュール。
【請求項２】
ガラスフリット層が、太陽電池の光活性な表面を被覆する、請求項１記載のモジュール。
【請求項３】
ガラスフリット層の光透過性が、ガラス板の光透過性に実質的に相当する、請求項１又は２記載のモジュール。
【請求項４】
太陽電池への光の導入を最適化するために、ガラスフリット層が、ガラス板の屈折率に実質的に一致する屈折率を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のモジュール。
【請求項５】
ガラスフリット層が、太陽電池の熱膨張係数とガラス板の熱膨張係数との間の値の熱膨張係数を有する、請求項１〜４のいずれかに記載のモジュール。
【請求項６】
太陽電池（２）が、「メタルラップ・スルー」、「エミッタラップ・スルー」、「メタルラップ・アラウンド」、及び「バック・ジャンクション」のうちの１つの型である、請求項１〜５のいずれかに記載のモジュール。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のモジュールを備えたソーラー・パネルであって、プラスチック連結層（６）及び背面支持板（７）とをさらに備え、前記プラスチック連結層（６）が、前記ガラス板（４）から離れた、太陽電池（２）の表面（２ｂ）と背面シート又はガラス板（７）の表面との間の連結を形成するソーラー・パネル。
【請求項８】
ガラス板とモノリシックな太陽電池とを備え、前記モノリシックな太陽電池が前記ガラス板に連結された、ソーラー・パネルのモジュールの製造方法であって、
−連結ガラスフリット層（１２）を、前記太陽電池の光活性な表面（２ａ）とガラス板の表面（４ａ）との間の連結として形成することを含む方法。
【請求項９】
−ガラス板の表面（４ａ）に、ガラスフリット粉末層（１２ｂ）を適用すること、
−太陽電池（２）の光活性な表面（１２ａ）が前記ガラスフリット粉末層（１２ｂ）に面した状態で、前記ガラスフリット粉末層上に前記太陽電池を配置すること、及び
−熱処理を実施すること
をさらに含む請求項８記載の方法であって、
--前記熱処理の間、第１ステップ（II）において、前記太陽電池の光活性な表面（２ａ）と前記ガラス板の表面（４ａ）との間で前記ガラスフリット粉末層が液体になる温度（Ｔｇ）まで、前記ガラスフリット粉末層を加熱し、さらに
--第２ステップ（III）において、液体のガラスフリットが固化して連結ガラスフリット層（１２）を形成するように、温度を低下させる
方法。
【請求項１０】
ガラスフリット粉末層（１２ｂ）を、懸濁液の形態で適用する請求項９記載の方法。
【請求項１１】
熱処理が、懸濁液から液体を蒸発させるステップ（Ｉ）を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
連結ガラスフリット層（１２）の厚さ（ｄ）が、太陽電池（２）の光活性な表面（２ａ）上の金属化された配線（２ｃ）の高さよりも大きくなるようにガラスフリット粉末層（１２ｂ）を適用する、請求項１０又は１１記載の方法。
【請求項１３】
ガラス板（４）を形成することを含む、請求項８〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
熱処理の第１ステップ（II）を、３５０℃〜７００℃の間で実施する、請求項９〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
ガラス板（４）と太陽電池（２）との間に封入された気体を除去するために、熱処理の少なくとも第１ステップ（II）を真空下で実施する、請求項９〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
熱処理の少なくとも第１ステップ（II）の間、ガラス板（４）及び太陽電池（２）に対して圧縮力を加える、請求項９〜１５のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段記載のソーラー・パネルモジュールに関する。本発明はまた、ソーラー・パネルモジュールの製造方法に関する。本発明はさらに、上記のソーラー・パネルモジュールを備えたソーラー・パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
１又は複数のモノリシックな太陽電池を備えるソーラー・パネルが、先行技術により知られている。単結晶構造であっても多結晶構造であってもよいモノリシックな太陽電池は板状であり、その特徴として半導体基板を備えている。前記太陽電池は、入射光のもとで光電変換を行うことのできる光活性な表面を備え、これにより電力を発生させることができる。
【０００３】
前記先行技術によるソーラー・パネルは、前記モノリシックな太陽電池の他に、ガラス板、第１プラスチック連結層、第２プラスチック連結層、及び背面カバーシート又はガラス板を備える。
【０００４】
前記太陽電池の光活性な表面はスーパーストレートとも称される前記ガラス板に面している。前記光活性な表面と前記ガラス板の表面とは、前記第１プラスチック連結層によって連結している。前記太陽電池の、ガラス板から離れた他方の面は、第２プラスチック連結層により、前記背面カバーシート又はガラス板に連結している。
【０００５】
前記第１及び第２プラスチック連結層はそれぞれ、ガラス板と太陽電池との結合、及び太陽電池と背面との結合を担っている。前記第１及び第２プラスチック連結層はまた、熱膨張の差により、上記の各種の層の間に生じる熱機械的応力（thermomechanical stress）を吸収するのに適している。
【０００６】
前記先行技術によるソーラー・パネルの構造の短所として、原価に寄与する材料集約性、製造工程の複雑さ、及びプラスチックがソーラー・パネルの使用に伴って経年劣化し、耐用年数の制限を招くことが挙げられる。前記経年劣化の結果、例えば前記連結層の透明性が低下し、太陽電池の効率に悪影響を及ぼす。この経年劣化はまた、ソーラー・パネルの各種の層の間の接着低下を招く場合があり、前記ソーラー・パネルのシール（sealing）の低下につながるため不利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、プラスチック連結層の使用に伴う上記の短所を克服するソーラー・パネルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴により達成される。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１は、ガラス板と太陽電池との間に、使用期間中に経年劣化しない耐久性のある連結を提供するという、有利な効果を有する。本発明はさらに、半完成品（semi-finished product）としてのモノリシックなソーラー・パネルモジュールを提供する。かかる半完成品は頑丈であり、所望の任意の数の太陽電池を有するソーラー・パネルの構成に用いて、優れた効果をもたらすことができる。
【００１０】
薄膜技術の応用において、ソーラー・パネルにガラスフリットを用いることが知られている。この種の応用においてガラスフリットは、ガラスのスーパーストレートとガラス基板との間の縁部に沿ったシール層として用いられる（前記ガラス基板上に太陽電池薄膜が配置される）。このシールは、活性太陽電池を外部から密閉し、それにより、酸素及び湿度による太陽電池の経年劣化及び／又は品質の低下が起き得ないようにする機能を有する。
【００１１】
本発明においてガラスフリットは、太陽電池とガラスのスーパーストレートとの間の結合層として用いられる。
【００１２】
以下の図面及び本発明を説明する例示的な実施形態に基づき、本発明をより詳細に説明する。かかる図面は本発明の目的の説明を意図するものであり、添付の特許請求の範囲に定義された発明的概念を制限するものとは理解されない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】モノリシックな太陽電池を備える、先行技術のソーラー・パネルの断面図を示す。
【図２】本発明によるソーラー・パネルの断面図を示す。
【図３】本発明によるソーラー・パネルモジュールの断面図を示す。
【図４】本発明の方法に用いる温度プロファイルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、先行技術によるソーラー・パネル１の断面図を示す。この最も通常の形態において、ソーラー・パネル１はモノリシックな太陽電池２を備えている。かかる太陽電池は、単結晶であっても多結晶であってもよい板状の半導体基板を備えている。前記太陽電池２は、入射光のもとで光電変換を行い、それにより電力を発生させることができる光活性な表面２ａを備えている。
【００１５】
前記ソーラー・パネル１はまた、ガラス板４、第１プラスチック連結層５、第２プラスチック連結層６、及び背面シート又はガラス板７を備えている。
【００１６】
前記太陽電池の光活性な表面２ａはガラス板４に面しており、第１プラスチック連結層５により、ガラス板４の表面４ａに連結されている。太陽電池２の、前記ガラス板から離れている他方の表面２ｂは、第２プラスチック連結層６により、背面シート又はガラス板７に連結されている。
【００１７】
前記第１及び第２プラスチック連結層５、６は、例えばエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）のようなゴム系粘着性物質（rubber-adhesive material）からなる。前記背面シート又はガラス板７には例えば、テドラー（Tedlar）又はラミネート等のフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）が含まれる。太陽電池２への電気的接続を成す配線は示されていない。
【００１８】
図１に示すソーラー・パネル１は、典型的にはバッチ処理（batch process）で形成される。
【００１９】
先行技術のソーラー・パネル１の構築は、ガラス板４、第１プラスチック連結層５、電気的に相互接続された複数の太陽電池２、第２プラスチック連結層６、及び背面シート又はガラス板７を、互いに重なるように配置するステップを含む。
【００２０】
次に、このように形成された組立品を真空ラミネータにおいて処理する。前記組立品を真空下に置き、積み重ねた部品の間に存在する空気を除去する。次に、前記組立品を任意の温度に加熱する（例えば、ＥＶＡを用いている場合は約１５０℃まで）。かかる温度において、前記プラスチック連結層５、６の材料を加硫処理し、これにより、一方ではガラス板４と太陽電池２とを連結させ、他方では太陽電池２と背面シート又はガラス板７とを連結させる。前記加硫処理の後、前記組立品を真空ラミネータから取り去り、このように形成した積層品を室温まで冷却する。
【００２１】
前記ソーラー・パネルの構築方法は、相対的に労働集約的、材料集約的、及び生産時間が比較的長いという短所を有する。
【００２２】
図２は、本発明によるソーラー・パネルの断面図を示す。
【００２３】
図１に用いたのと同一の参照番号は、同一の部分を示す。
【００２４】
第１の態様におけるソーラー・パネル１０は、ガラス板又はスーパーストレート４、モノリシックな太陽電池２、プラスチック連結層６、及び背面シート又はガラス板７を備える。
【００２５】
本発明によれば、ガラス板４の表面４ａは、ガラスフリット層１２により、ガラス板４に面した、太陽電池２の光活性な表面２ａに連結している。
【００２６】
前記ガラスフリット層は、光学的に透明、かつ相対的に融点が低いガラス物質からなり、かかる物質は、ガラス板の表面４ａと太陽電池２の光活性な表面２ａとの間の固定連結をもたらす。この場合において、「相対的に融点が低い」なる用語は、前記ガラス物質が、相対的に低い温度において、液体、即ち低粘度の状態に移行することを意味する。この転移（transition）温度は、太陽電池製造の際の処理温度未満かつガラス板の溶解温度未満である。
【００２７】
本発明は、先行技術のプラスチック連結層５と比較して（同一の時間尺度において）経年劣化しにくい透明連結層を提供する点で有利である。更なる利点としては、以下に説明するように、太陽電池の構築方法が簡素化される。
【００２８】
さらに、ガラスフリット連結１２は、ガラス板の光学的透明度と実質的に同等の光学的透明度を提供し得る。このことは、入射光が太陽電池２へと透過するのに有利である。また、太陽電池への光の導入を最適化させるように、ガラスフリット層１２の屈折率を適合させることができ、有利である。
【００２９】
前記ガラスフリット材料は、ガラス板４と太陽電池２との（熱膨張係数の差から生じる）熱膨張の差の吸収を可能とする熱膨張係数を有するように選択するべきである。
【００３０】
ガラスフリット層１２の厚みもまた、力の（熱）平衡に影響する。
【００３１】
適切な場合、前記ガラスフリット層は、太陽電池の光活性な表面を一部分だけ被覆するように適用することができる。
【００３２】
図３は、第１製造ステップにしたがった、本発明によるソーラー・パネルモジュールの断面図を示す。
【００３３】
図２に示すソーラー・パネル１０の製造方法の第１ステップにおいて、ガラス板４を、モノリシックな太陽電池２に連結させる。
【００３４】
ガラス板４の表面４ａに、ガラスフリット粉末１２ｂの層を適用する。これは例えば、液体中に懸濁させたガラスフリット粒子をガラス板の表面４ａ上に分配することにより行うことができる。
【００３５】
前記液体を蒸発させた後、太陽電池２をこの懸濁層の上に配置する（「ピック・アンド・プレース方式」）。この動作の間に、光活性の表面２ａを、ガラスフリット粉末層１２ｂと接触させる。
【００３６】
前記液体の蒸発は、前記ガラス板の温度を上昇させることにより加速させることができる。
【００３７】
複数の太陽電池を互いに隣接して配置できることが明らかである。
【００３８】
次にガラス板４、ガラスフリット粉末層１２及び太陽電池２で構成される前記組立品の温度を上げて高温にする。この高温（即ちガラス転移温度）において、前記ガラスフリット粉末は液体となって流出（flow out）し、実質的に連続的な層をガラス板と太陽電池との間に形成する。この流動の間に圧縮成形（compacting process）が行われ、その間にガラスフリット層の気孔が除外される。適切な場合、ガラス板４、ガラスフリット粉末層１２ｂ、及び太陽電池２で構成された前記組立品を真空下に配置し、ガラス板と太陽電池との間に封入された気体を除去することができる。
【００３９】
適切な場合、前記流動プロセスの間に、前記組立品に対して圧縮力を加えることができる。
【００４０】
前記流動工程の後、温度を低下させる。この結果、前記ガラスフリット層１２は固化状態（ガラス状態）へと変化する。
【００４１】
これにより、半完成品である、ソーラー・パネル用のモジュール１００が得られる。
【００４２】
さらなる工程において、背面シート又はガラス板７により、この半完成品モジュール１００に接点（contact）を設けることができる。背面シート又はガラス板７は、上記のようにプラスチック連結層６により太陽電池２に連結させることができる。相違点として、この層はもはや光学的に透明でなくてもよい。
【００４３】
本発明によれば、使用に適したモノリシックな太陽電池２の型は、背面接点が設けられている太陽電池の型（即ち電気接点は、光活性な表面２ａではなく、反対側の表面２ｂに位置する）である。この種の太陽電池としては、例えば「メタル・ラップ・スルー(metal wrap through)（ＭＷＴ）」、「エミッタ・ラップ・スルー（emitter wrap through）（ＥＷＴ）」、「メタル・ラップ・アラウンド（metal wrap around）（ＭＷＡ）」及び「バック・ジャンクション（back junction）（ＢＪ）」の型が挙げられる。
【００４４】
ＭＷＴ型及びＭＷＡ型の太陽電池の光活性な表面２ａ上には、光活性表面からの、又は光活性表面への電荷輸送のための、金属化された配線（metallization trace）２ｃがない。さらなる電気回路への接点接続は、太陽電池２の反対側の表面２ｂ上に実現されている。
【００４５】
適切なガラスフリット粉末のガラス温度は、好ましくは約５００℃未満である。ガラスフリット懸濁液は例えば、ホウケイ酸ガラス粉末及びエタノールからなる。その他の種類、例えば鉛含有ガラス及び他の液体ベースのガラスフリットも用いることができる。
【００４６】
懸濁液の層は、前記ガラスフリットの流動プロセスの後のガラスフリットの厚さが、前記太陽電池２の光活性の表面２ａ上の金属化された配線の高さと少なくとも等しいか、又はそれ以上になるような厚さでなくてはならない。例を挙げると、約１００μｍの厚さで懸濁液を適用する。蒸発、流動、及び冷却後に生じるガラスフリット層１２の厚さは、ガラスフリット粉末の粒度分布に左右されるが、例えば、金属化された配線の高さが最大でも２０μｍとすれば、約２５〜５０μｍである。
【００４７】
前記方法は、バッチ処理又は即時処理（in-line process）として実施することができる。かかる処理では、前記ガラス板を所定の位置に配置し、ガラスフリット懸濁液を適用し、太陽電池を所定の位置に配置し、次に熱処理を実施してガラスフリットを流動させ、前記ガラス板と太陽電池とを互いに連結させることが連続的に行われる。
【００４８】
しかし、本発明による方法は、ベルト・オーブンを用いて実施することもできる。この場合、ベルト・オーブンを通過する、ガラス板、ガラスフリット懸濁液、及び太陽電池で構成された組立品は、前記ガラスフリットを流動させ、次に固化させて、前記ガラス板と太陽電池とを連結させるような温度プロファイル下に置かれる。
【００４９】
好適な実施形態において、太陽電池及びガラス板の組立ては、ガラス板製造工程における追加的なステップとして実施される。
【００５０】
本発明の方法を実施する間に用いる温度プロファイルを図４に図示する。温度曲線は、時間の関数として示す（又は、ベルト・オーブンの場合はベルト・オーブン内での場所の関数）。
【００５１】
第１段階Ｉでは、前記組立品（ガラス板、ガラスフリット懸濁液、及び太陽電池）は、前記懸濁液から液体を蒸発させるためにやや高い温度に保持する。次の第２段階IIでは、ガラスフリットが流動できるように、前記温度をガラスフリットのガラス温度Ｔｇまで上昇させる。この第２段階の間、前記温度Ｔｇを、特定の時間、一定に維持する。次の第三段階IIIでは、ガラスフリット層を固化するために冷却が行われる。最後のステップは最終段階IVであり、形成されたモジュール１００を、この段階で除去する。
【００５２】
この例において、前記第４段階IVにおける温度は、前記第１段階Ｉにおける温度よりも低い。しかし、前記第４段階IVにおける温度を前記第１段階Ｉにおける温度以上にすることも可能である。
【００５３】
前記ガラス転移温度Ｔｇ（段階II）については、ガラスフリット物質が非結晶特性を有するため、結晶性物質の溶解温度とは異なり、急激な変化を設定しない。ガラスフリットの流速は、かかる物質の温度によって決定される。第２段階IIにおいて用いられる温度Ｔｇが相対的に低いと、温度Ｔｇがより高温な場合と比べて、流速は遅くなる。この速度効果（kinetic effect）を補うため、段階IIにおける選択温度に前記組立品が滞留する時間（residence time）を調整しなくてはならない。Ｔｇの適切な温度は、好ましくは約３５０〜約７００℃の範囲である。
【００５４】
ガラスフリット層１２内において時間依存性の応力緩和効果（time-dependent stress relaxation）が生じるため、冷却区分IIIを通過する速度はソーラー・パネル１００内で生じる熱応力の水準に影響を与える場合がある。
【００５５】
当業者には明らかなように、本発明の別法及び同等の実施形態は、本発明の概念の範囲内において想到可能である。本発明の概念は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
2009540600.tif 000003
【図２】
2009540600.tif 000004
【図３】
2009540600.tif 000005
【図４】
2009540600.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月15日(2008.4.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス板（４）とモノリシックな太陽電池（２）とを備えるソーラー・パネル用モジュール（１０;１００）であって、前記モノリシックな太陽電池が前記ガラス板に連結され、前記太陽電池と前記ガラス板との間に位置するガラスフリット層（１２）が、前記ガラス板の表面（４ａ）と前記太陽電池の光活性な表面（２ａ）との間の連結を形成し、前記ガラスフリット層が、前記太陽電池の光活性な表面を被覆し、前記ガラスフリット層の光透過性が、前記ガラス板の光透過性に実質的に相当するソーラー・パネル用モジュール。
【請求項２】
太陽電池への光の導入を最適化するために、ガラスフリット層が、ガラス板の屈折率に実質的に一致する屈折率を有する、請求項１記載のモジュール。
【請求項３】
ガラスフリット層が、太陽電池の熱膨張係数とガラス板の熱膨張係数との間の値の熱膨張係数を有する、請求項１又は２記載のモジュール。
【請求項４】
太陽電池（２）が、「メタルラップ・スルー」、「エミッタラップ・スルー」、「メタルラップ・アラウンド」、及び「バック・ジャンクション」のうちの１つの型である、請求項１〜３のいずれかに記載のモジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のモジュールを備えたソーラー・パネルであって、プラスチック連結層（６）及び背面支持板（７）とをさらに備え、前記プラスチック連結層（６）が、前記ガラス板（４）から離れた、太陽電池（２）の表面（２ｂ）と背面シート又はガラス板（７）の表面との間の連結を形成するソーラー・パネル。
【請求項６】
ガラス板とモノリシックな太陽電池とを備え、前記モノリシックな太陽電池が前記ガラス板に連結された、ソーラー・パネルのモジュールの製造方法であって、
−連結ガラスフリット層（１２）を、前記太陽電池の光活性な表面（２ａ）とガラス板の表面（４ａ）との間の連結として形成することを含み、
前記ガラスフリット層が、前記太陽電池の光活性な表面を被覆し、前記ガラスフリット層の光透過性が、前記ガラス板の光透過性に実質的に相当する方法。
【請求項７】
−ガラス板の表面（４ａ）に、ガラスフリット粉末層（１２ｂ）を適用すること、
−太陽電池（２）の光活性な表面（１２ａ）が前記ガラスフリット粉末層（１２ｂ）に面した状態で、前記ガラスフリット粉末層上に前記太陽電池を配置すること、及び
−熱処理を実施すること
をさらに含む請求項６記載の方法であって、
--前記熱処理の間、第１ステップ（II）において、前記太陽電池の光活性な表面（２ａ）と前記ガラス板の表面（４ａ）との間で前記ガラスフリット粉末層が液体になる温度（Ｔｇ）まで、前記ガラスフリット粉末層を加熱し、さらに
--第２ステップ（III）において、液体のガラスフリットが固化して連結ガラスフリット層（１２）を形成するように、温度を低下させる
方法。
【請求項８】
ガラスフリット粉末層（１２ｂ）を、懸濁液の形態で適用する請求項７記載の方法。
【請求項９】
熱処理が、懸濁液から液体を蒸発させるステップ（Ｉ）を含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
連結ガラスフリット層（１２）の厚さ（ｄ）が、太陽電池（２）の光活性な表面（２ａ）上の金属化された配線（２ｃ）の高さよりも大きくなるようにガラスフリット粉末層（１２ｂ）を適用する、請求項８又は９記載の方法。
【請求項１１】
ガラス板（４）を形成することを含む、請求項６〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
熱処理の第１ステップ（II）を、３５０℃〜７００℃の間で実施する、請求項７〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
ガラス板（４）と太陽電池（２）との間に封入された気体を除去するために、熱処理の少なくとも第１ステップ（II）を真空下で実施する、請求項７〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
熱処理の少なくとも第１ステップ（II）の間、ガラス板（４）及び太陽電池（２）に対して圧縮力を加える、請求項７〜１３のいずれかに記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月17日(2009.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス板（４）とモノリシックな太陽電池（２）とを備えるソーラー・パネル用モジュール（１０;１００）であって、前記モノリシックな太陽電池が前記ガラス板に連結され、前記太陽電池と前記ガラス板との間に位置するガラスフリット層（１２）が、前記ガラス板の表面（４ａ）と前記太陽電池の光活性な表面（２ａ）との間の連結を形成し、前記ガラスフリット層が、前記太陽電池の光活性な表面を被覆し、前記ガラスフリット層の光透過性が、前記ガラス板の光透過性に実質的に相当し、前記太陽電池への光の導入を最適化するために、前記ガラスフリット層が、前記ガラス板の屈折率に実質的に一致する屈折率を有するソーラー・パネル用モジュール。
【請求項２】
ガラスフリット層が、太陽電池の熱膨張係数とガラス板の熱膨張係数との間の値の熱膨張係数を有する、請求項１記載のモジュール。
【請求項３】
太陽電池（２）が、「メタルラップ・スルー」、「エミッタラップ・スルー」、「メタルラップ・アラウンド」、及び「バック・ジャンクション」のうちの１つの型である、請求項１又は２記載のモジュール。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のモジュールを備えたソーラー・パネルであって、プラスチック連結層（６）及び背面支持板（７）とをさらに備え、前記プラスチック連結層（６）が、前記ガラス板（４）から離れた、太陽電池（２）の表面（２ｂ）と背面シート又はガラス板（７）の表面との間の連結を形成するソーラー・パネル。
【請求項５】
ガラス板とモノリシックな太陽電池とを備え、前記モノリシックな太陽電池が前記ガラス板に連結された、ソーラー・パネルのモジュールの製造方法であって、
−連結ガラスフリット層（１２）を、前記太陽電池の光活性な表面（２ａ）とガラス板の表面（４ａ）との間の連結として形成することを含み、
前記ガラスフリット層が、前記太陽電池の光活性な表面を被覆し、前記ガラスフリット層の光透過性が、前記ガラス板の光透過性に実質的に相当し、前記太陽電池への光の導入を最適化するために、前記ガラスフリット層が、前記ガラス板の屈折率に実質的に一致する屈折率を有する方法。
【請求項６】
−ガラス板の表面（４ａ）に、ガラスフリット粉末層（１２ｂ）を適用すること、
−太陽電池（２）の光活性な表面（１２ａ）が前記ガラスフリット粉末層（１２ｂ）に面した状態で、前記ガラスフリット粉末層上に前記太陽電池を配置すること、及び
−熱処理を実施すること
をさらに含む請求項５記載の方法であって、
--前記熱処理の間、第１ステップ（II）において、前記太陽電池の光活性な表面（２ａ）と前記ガラス板の表面（４ａ）との間で前記ガラスフリット粉末層が液体になる温度（Ｔｇ）まで、前記ガラスフリット粉末層を加熱し、さらに
--第２ステップ（III）において、液体のガラスフリットが固化して連結ガラスフリット層（１２）を形成するように、温度を低下させる
方法。
【請求項７】
ガラスフリット粉末層（１２ｂ）を、懸濁液の形態で適用する請求項６記載の方法。
【請求項８】
熱処理が、懸濁液から液体を蒸発させるステップ（Ｉ）を含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
連結ガラスフリット層（１２）の厚さ（ｄ）が、太陽電池（２）の光活性な表面（２ａ）上の金属化された配線（２ｃ）の高さよりも大きくなるようにガラスフリット粉末層（１２ｂ）を適用する、請求項７又は８記載の方法。
【請求項１０】
ガラス板（４）を形成することを含む、請求項５〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
熱処理の第１ステップ（II）を、３５０℃〜７００℃の間で実施する、請求項６〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
ガラス板（４）と太陽電池（２）との間に封入された気体を除去するために、熱処理の少なくとも第１ステップ（II）を真空下で実施する、請求項６〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
熱処理の少なくとも第１ステップ（II）の間、ガラス板（４）及び太陽電池（２）に対して圧縮力を加える、請求項６〜１２のいずれかに記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月17日(2009.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段記載のソーラー・パネルモジュールに関する。本発明はまた、ソーラー・パネルモジュールの製造方法に関する。本発明はさらに、上記のソーラー・パネルモジュールを備えたソーラー・パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
１又は複数のモノリシックな太陽電池を備えるソーラー・パネルが、先行技術により知られている。単結晶構造であっても多結晶構造であってもよいモノリシックな太陽電池は板状であり、その特徴として半導体基板を備えている。前記太陽電池は、入射光のもとで光電変換を行うことのできる光活性な表面を備え、これにより電力を発生させることができる。
【０００３】
前記先行技術によるソーラー・パネルは、前記モノリシックな太陽電池の他に、ガラス板、第１プラスチック連結層、第２プラスチック連結層、及び背面カバーシート又はガラス板を備える。
【０００４】
前記太陽電池の光活性な表面はスーパーストレートとも称される前記ガラス板に面している。前記光活性な表面と前記ガラス板の表面とは、前記第１プラスチック連結層によって連結している。前記太陽電池の、ガラス板から離れた他方の面は、第２プラスチック連結層により、前記背面カバーシート又はガラス板に連結している。
【０００５】
前記第１及び第２プラスチック連結層はそれぞれ、ガラス板と太陽電池との結合、及び太陽電池と背面との結合を担っている。前記第１及び第２プラスチック連結層はまた、熱膨張の差により、上記の各種の層の間に生じる熱機械的応力（thermomechanical stress）を吸収するのに適している。
【０００６】
前記先行技術によるソーラー・パネルの構造の短所として、原価に寄与する材料集約性、製造工程の複雑さ、及びプラスチックがソーラー・パネルの使用に伴って経年劣化し、耐用年数の制限を招くことが挙げられる。前記経年劣化の結果、例えば前記連結層の透明性が低下し、太陽電池の効率に悪影響を及ぼす。この経年劣化はまた、ソーラー・パネルの各種の層の間の接着低下を招く場合があり、前記ソーラー・パネルのシール（sealing）の低下につながるため不利である。
【０００７】
ＵＳ−Ａ−５９７２７３２は、ガラス板及びモノリシックな太陽電池を備えた太陽電池モジュールについて記載している。結合は、加熱及び加圧によって実施されている。
【０００８】
Roy Knechtel文献 "Glass frit bonding: an universal technology for wafer level encapsulation and packaging” MICROSYSTEM TECHNOLOGIES; MICRO AND NANOSYSTEMS, SPRINGER-VERSLAG, BE, vol. 12, no. 1-2, 1 December 2005, pages 63-68" は、太陽電池の光活性な表面とガラス板との連結にガラスフリット層を用いることについて記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＵＳ−Ａ−５９７２７３２
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Roy Knechtel "Glass frit bonding: an universal technology for wafer level encapsulation and packaging” MICROSYSTEM TECHNOLOGIES; MICRO AND NANOSYSTEMS, SPRINGER-VERSLAG, BE, vol. 12, no. 1-2, 1 December 2005, pages 63-68"
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、プラスチック連結層の使用に伴う上記の短所を克服するソーラー・パネルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴により達成される。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１は、ガラス板と太陽電池との間に、使用期間中に経年劣化しない耐久性のある連結を提供するという、有利な効果を有する。本発明はさらに、半完成品（semi-finished product）としてのモノリシックなソーラー・パネルモジュールを提供する。かかる半完成品は頑丈であり、所望の任意の数の太陽電池を有するソーラー・パネルの構成に用いて、優れた効果をもたらすことができる。
【００１４】
薄膜技術の応用において、ソーラー・パネルにガラスフリットを用いることが知られている。この種の応用においてガラスフリットは、ガラスのスーパーストレートとガラス基板との間の縁部に沿ったシール層として用いられる（前記ガラス基板上に太陽電池薄膜が配置される）。このシールは、活性太陽電池を外部から密閉し、それにより、酸素及び湿度による太陽電池の経年劣化及び／又は品質の低下が起き得ないようにする機能を有する。
【００１５】
本発明においてガラスフリットは、太陽電池とガラスのスーパーストレートとの間の結合層として用いられる。
【００１６】
以下の図面及び本発明を説明する例示的な実施形態に基づき、本発明をより詳細に説明する。かかる図面は本発明の目的の説明を意図するものであり、添付の特許請求の範囲に定義された発明的概念を制限するものとは理解されない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】モノリシックな太陽電池を備える、先行技術のソーラー・パネルの断面図を示す。
【図２】本発明によるソーラー・パネルの断面図を示す。
【図３】本発明によるソーラー・パネルモジュールの断面図を示す。
【図４】本発明の方法に用いる温度プロファイルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、先行技術によるソーラー・パネル１の断面図を示す。この最も通常の形態において、ソーラー・パネル１はモノリシックな太陽電池２を備えている。かかる太陽電池は、単結晶であっても多結晶であってもよい板状の半導体基板を備えている。前記太陽電池２は、入射光のもとで光電変換を行い、それにより電力を発生させることができる光活性な表面２ａを備えている。
【００１９】
前記ソーラー・パネル１はまた、ガラス板４、第１プラスチック連結層５、第２プラスチック連結層６、及び背面シート又はガラス板７を備えている。
【００２０】
前記太陽電池の光活性な表面２ａはガラス板４に面しており、第１プラスチック連結層５により、ガラス板４の表面４ａに連結されている。太陽電池２の、前記ガラス板から離れている他方の表面２ｂは、第２プラスチック連結層６により、背面シート又はガラス板７に連結されている。
【００２１】
前記第１及び第２プラスチック連結層５、６は、例えばエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）のようなゴム系粘着性物質（rubber-adhesive material）からなる。前記背面シート又はガラス板７には例えば、テドラー（Tedlar）又はラミネート等のフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）が含まれる。太陽電池２への電気的接続を成す配線は示されていない。
【００２２】
図１に示すソーラー・パネル１は、典型的にはバッチ処理（batch process）で形成される。
【００２３】
先行技術のソーラー・パネル１の構築は、ガラス板４、第１プラスチック連結層５、電気的に相互接続された複数の太陽電池２、第２プラスチック連結層６、及び背面シート又はガラス板７を、互いに重なるように配置するステップを含む。
【００２４】
次に、このように形成された組立品を真空ラミネータにおいて処理する。前記組立品を真空下に置き、積み重ねた部品の間に存在する空気を除去する。次に、前記組立品を任意の温度に加熱する（例えば、ＥＶＡを用いている場合は約１５０℃まで）。かかる温度において、前記プラスチック連結層５、６の材料を加硫処理し、これにより、一方ではガラス板４と太陽電池２とを連結させ、他方では太陽電池２と背面シート又はガラス板７とを連結させる。前記加硫処理の後、前記組立品を真空ラミネータから取り去り、このように形成した積層品を室温まで冷却する。
【００２５】
前記ソーラー・パネルの構築方法は、相対的に労働集約的、材料集約的、及び生産時間が比較的長いという短所を有する。
【００２６】
図２は、本発明によるソーラー・パネルの断面図を示す。
【００２７】
図１に用いたのと同一の参照番号は、同一の部分を示す。
【００２８】
第１の態様におけるソーラー・パネル１０は、ガラス板又はスーパーストレート４、モノリシックな太陽電池２、プラスチック連結層６、及び背面シート又はガラス板７を備える。
【００２９】
本発明によれば、ガラス板４の表面４ａは、ガラスフリット層１２により、ガラス板４に面した、太陽電池２の光活性な表面２ａに連結している。
【００３０】
前記ガラスフリット層は、光学的に透明、かつ相対的に融点が低いガラス物質からなり、かかる物質は、ガラス板の表面４ａと太陽電池２の光活性な表面２ａとの間の固定連結をもたらす。この場合において、「相対的に融点が低い」なる用語は、前記ガラス物質が、相対的に低い温度において、液体、即ち低粘度の状態に移行することを意味する。この転移（transition）温度は、太陽電池製造の際の処理温度未満かつガラス板の溶解温度未満である。
【００３１】
本発明は、先行技術のプラスチック連結層５と比較して（同一の時間尺度において）経年劣化しにくい透明連結層を提供する点で有利である。更なる利点としては、以下に説明するように、太陽電池の構築方法が簡素化される。
【００３２】
さらに、ガラスフリット連結１２は、ガラス板の光学的透明度と実質的に同等の光学的透明度を提供し得る。このことは、入射光が太陽電池２へと透過するのに有利である。また、太陽電池への光の導入を最適化させるように、ガラスフリット層１２の屈折率を適合させることができ、有利である。
【００３３】
前記ガラスフリット材料は、ガラス板４と太陽電池２との（熱膨張係数の差から生じる）熱膨張の差の吸収を可能とする熱膨張係数を有するように選択するべきである。
【００３４】
ガラスフリット層１２の厚みもまた、力の（熱）平衡に影響する。
【００３５】
適切な場合、前記ガラスフリット層は、太陽電池の光活性な表面を一部分だけ被覆するように適用することができる。
【００３６】
図３は、第１製造ステップにしたがった、本発明によるソーラー・パネルモジュールの断面図を示す。
【００３７】
図２に示すソーラー・パネル１０の製造方法の第１ステップにおいて、ガラス板４を、モノリシックな太陽電池２に連結させる。
【００３８】
ガラス板４の表面４ａに、ガラスフリット粉末１２ｂの層を適用する。これは例えば、液体中に懸濁させたガラスフリット粒子をガラス板の表面４ａ上に分配することにより行うことができる。
【００３９】
前記液体を蒸発させた後、太陽電池２をこの懸濁層の上に配置する（「ピック・アンド・プレース方式」）。この動作の間に、光活性の表面２ａを、ガラスフリット粉末層１２ｂと接触させる。
【００４０】
前記液体の蒸発は、前記ガラス板の温度を上昇させることにより加速させることができる。
【００４１】
複数の太陽電池を互いに隣接して配置できることが明らかである。
【００４２】
次にガラス板４、ガラスフリット粉末層１２及び太陽電池２で構成される前記組立品の温度を上げて高温にする。この高温（即ちガラス転移温度）において、前記ガラスフリット粉末は液体となって流出（flow out）し、実質的に連続的な層をガラス板と太陽電池との間に形成する。この流動の間に圧縮成形（compacting process）が行われ、その間にガラスフリット層の気孔が除外される。適切な場合、ガラス板４、ガラスフリット粉末層１２ｂ、及び太陽電池２で構成された前記組立品を真空下に配置し、ガラス板と太陽電池との間に封入された気体を除去することができる。
【００４３】
適切な場合、前記流動プロセスの間に、前記組立品に対して圧縮力を加えることができる。
【００４４】
前記流動工程の後、温度を低下させる。この結果、前記ガラスフリット層１２は固化状態（ガラス状態）へと変化する。
【００４５】
これにより、半完成品である、ソーラー・パネル用のモジュール１００が得られる。
【００４６】
さらなる工程において、背面シート又はガラス板７により、この半完成品モジュール１００に接点（contact）を設けることができる。背面シート又はガラス板７は、上記のようにプラスチック連結層６により太陽電池２に連結させることができる。相違点として、この層はもはや光学的に透明でなくてもよい。
【００４７】
本発明によれば、使用に適したモノリシックな太陽電池２の型は、背面接点が設けられている太陽電池の型（即ち電気接点は、光活性な表面２ａではなく、反対側の表面２ｂに位置する）である。この種の太陽電池としては、例えば「メタル・ラップ・スルー(metalwrap through)（ＭＷＴ）」、「エミッタ・ラップ・スルー（emitter wrap through）（ＥＷＴ）」、「メタル・ラップ・アラウンド（metal wrap around）（ＭＷＡ）」及び「バック・ジャンクション（back junction）（ＢＪ）」の型が挙げられる。
【００４８】
ＭＷＴ型及びＭＷＡ型の太陽電池の光活性な表面２ａ上には、光活性表面からの、又は光活性表面への電荷輸送のための、金属化された配線（metallization trace）２ｃがない。さらなる電気回路への接点接続は、太陽電池２の反対側の表面２ｂ上に実現されている。
【００４９】
適切なガラスフリット粉末のガラス温度は、好ましくは約５００℃未満である。ガラスフリット懸濁液は例えば、ホウケイ酸ガラス粉末及びエタノールからなる。その他の種類、例えば鉛含有ガラス及び他の液体ベースのガラスフリットも用いることができる。 
【００５０】
懸濁液の層は、前記ガラスフリットの流動プロセスの後のガラスフリットの厚さが、前記太陽電池２の光活性の表面２ａ上の金属化された配線の高さと少なくとも等しいか、又はそれ以上になるような厚さでなくてはならない。例を挙げると、約１００μｍの厚さで懸濁液を適用する。蒸発、流動、及び冷却後に生じるガラスフリット層１２の厚さは、ガラスフリット粉末の粒度分布に左右されるが、例えば、金属化された配線の高さが最大でも２０μｍとすれば、約２５〜５０μｍである。
【００５１】
前記方法は、バッチ処理又は即時処理（in-line process）として実施することができる。かかる処理では、前記ガラス板を所定の位置に配置し、ガラスフリット懸濁液を適用し、太陽電池を所定の位置に配置し、次に熱処理を実施してガラスフリットを流動させ、前記ガラス板と太陽電池とを互いに連結させることが連続的に行われる。
【００５２】
しかし、本発明による方法は、ベルト・オーブンを用いて実施することもできる。この場合、ベルト・オーブンを通過する、ガラス板、ガラスフリット懸濁液、及び太陽電池で構成された組立品は、前記ガラスフリットを流動させ、次に固化させて、前記ガラス板と太陽電池とを連結させるような温度プロファイル下に置かれる。
【００５３】
好適な実施形態において、太陽電池及びガラス板の組立ては、ガラス板製造工程における追加的なステップとして実施される。
【００５４】
本発明の方法を実施する間に用いる温度プロファイルを図４に図示する。温度曲線は、時間の関数として示す（又は、ベルト・オーブンの場合はベルト・オーブン内での場所の関数）。
【００５５】
第１段階Ｉでは、前記組立品（ガラス板、ガラスフリット懸濁液、及び太陽電池）は、前記懸濁液から液体を蒸発させるためにやや高い温度に保持する。次の第２段階IIでは、ガラスフリットが流動できるように、前記温度をガラスフリットのガラス温度Ｔｇまで上昇させる。この第２段階の間、前記温度Ｔｇを、特定の時間、一定に維持する。次の第三段階IIIでは、ガラスフリット層を固化するために冷却が行われる。最後のステップは最終段階IVであり、形成されたモジュール１００を、この段階で除去する。
【００５６】
この例において、前記第４段階IVにおける温度は、前記第１段階Ｉにおける温度よりも低い。しかし、前記第４段階IVにおける温度を前記第１段階Ｉにおける温度以上にすることも可能である。
【００５７】
前記ガラス転移温度Ｔｇ（段階II）については、ガラスフリット物質が非結晶特性を有するため、結晶性物質の溶解温度とは異なり、急激な変化を設定しない。ガラスフリットの流速は、かかる物質の温度によって決定される。第２段階IIにおいて用いられる温度Ｔｇが相対的に低いと、温度Ｔｇがより高温な場合と比べて、流速は遅くなる。この速度効果（kinetic effect）を補うため、段階IIにおける選択温度に前記組立品が滞留する時間（residence time）を調整しなくてはならない。Ｔｇの適切な温度は、好ましくは約３５０〜約７００℃の範囲である。
【００５８】
ガラスフリット層１２内において時間依存性の応力緩和効果（time-dependent stress relaxation）が生じるため、冷却区分IIIを通過する速度はソーラー・パネル１００内で生じる熱応力の水準に影響を与える場合がある。
【００５９】
当業者には明らかなように、本発明の別法及び同等の実施形態は、本発明の概念の範囲内において想到可能である。本発明の概念は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【国際調査報告】
2009540600.tif 000007
2009540600.tif 000008
2009540600.tif 000009