(57)【要約】  太陽電池モジュール（１００Ａ）は、相互接続された太陽電池（１０１）と、太陽電池の正面（１０１）を被覆する透明カバー（２０１）と、太陽電池（１０１）の背面の背面シート（２０５）とを含む。太陽電池モジュール（１００Ａ）は、透明カバー（２０１）と、太陽電池（１０１）の正面との間に絶縁材（２０２）を含む。カプセル材（２０３）によって、太陽電池（１０１）が保護されパッケージ化される。分極させないために、絶縁材（２０２）は、太陽電池（１０１）の正面から、太陽電池モジュールの他の部分へと、透明カバー（２０１）を介して電荷がリークしないようにすることのできる抵抗を有する。絶縁材（２０２）は、(例えばコーティング等により)透明カバー（２０１）の下面に直接取り付けられてもよいし、あるいは、カプセル材（２０３）の層の間に形成される別個の層として形成されてもよい。太陽電池（１０１）は、背面接合型の太陽電池であってもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュールであって、
通常動作時に太陽側を向く正面、および前記正面の反対側の背面を各々が有する、相互接続された複数の太陽電池と、
前記複数の太陽電池の前記正面を覆う透明カバーと、
前記透明カバーと、前記複数の太陽電池の前記正面との間に設けられた絶縁材と、
前記複数の太陽電池の前記背面に設けられた背面シートと、
前記複数の太陽電池、前記透明カバー、前記絶縁材、および、前記背面シートを結合して、保護パッケージを構成するカプセル材と
を備え、
前記絶縁材は、前記複数の太陽電池の前記正面から、前記太陽電池モジュールの他の部分への、前記透明カバーを介した電荷のリークを防止するよう構成されており、前記絶縁材は、摂氏４５から８５度の温度範囲で１０１６Ωｃｍ以上の体積比抵抗を有する、太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記複数の太陽電池は、背面接合型の太陽電池を含む請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記絶縁材は、フッ化炭素系のポリマーを含む請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記絶縁材は、前記透明カバーの下面に直接コーティングされる請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記透明カバーは、ガラスを含む請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記透明カバーは、ガラスを含み、前記絶縁材は、前記透明カバーの下面にコーティングされる請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記絶縁材は、前記カプセル材の各層の間に設けられる請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記カプセル材は、ポリエチレンビニルアセテート（poly-ethyl-vinyl acetate）を含む請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
通常動作時に太陽側を向く正面、および前記正面の反対側の背面を各々が有する、背面接合型の複数の太陽電池と、
前記複数の太陽電池の前記正面を覆う透明カバーと、
前記透明カバーと、前記複数の太陽電池の前記正面との間に設けられた絶縁材と、
前記複数の太陽電池の前記背面に設けられた背面シートと、
前記複数の太陽電池、前記背面シート、および、前記絶縁材を結合して保護するカプセル材と
を備え、
前記絶縁材は、前記カプセル材の各層の間に設けられる、太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記絶縁材は、１０１６Ωｃｍ以上の抵抗を有する請求項９に記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して太陽電池に係り、より詳しくは太陽電池モジュールに関するが、これに限定はされない。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽光を電気エネルギーに変換する公知のデバイスであり、半導体プロセス技術を利用して半導体基板上に製造することができる。一般的には、太陽電池は、シリコン基板上にｐ型領域とｎ型領域とを形成することにより製造することができる。各隣接するｐ型領域とｎ型領域とによって、ｐ−ｎ接合が形成される。太陽電池に入射する太陽光は、ｐ型領域およびｎ型領域に移動する電子と正孔とを生成して、ｐ−ｎ接合に電圧差を生じさせる。背面接合型の太陽電池においては、ｐ型領域とｎ型領域とが、外部電気回路またはデバイスを太陽電池に接続して太陽電池から受電することができるようにする金属接触とともに背面側に位置していてよい。背面接合型の太陽電池は、米国特許第５，０５３，０８３号、４，９２７，７７０号明細書でも開示されており、これらの全体をここに参照として組み込む。
【０００３】
幾つかの太陽電池を接続して、１つの太陽電池アレイを形成する。太陽電池アレイは、太陽電池モジュールへとパッケージ化され、太陽電池アレイを、環境条件に耐えさせて、屋外（field）で利用可能とする保護層を含んでよい。
【０００４】
注意しなければ、太陽電池は、屋外で分極が進み、出力電力が低減してしまう場合がある。太陽電池の分極の解決法については、米国特許出願第７，５５４，０３１号明細書に開示されており、この全体をここに参照として組み込む。本開示は、太陽電池の分極に対するモジュールレベルの解決法に係る。
【発明の概要】
【０００５】
一実施形態では、太陽電池モジュールは、相互接続された太陽電池と、太陽電池の正面を被覆する透明カバーと、太陽電池の背面の背面シートとを含む。太陽電池モジュールは、透明カバーと、太陽電池の正面との間に絶縁材を含む。カプセル材によって、太陽電池が保護されパッケージ化される。分極させないために、絶縁材は、太陽電池の正面から、太陽電池モジュールの他の部分へと、透明カバーを介して電荷がリークしないようにすることのできる抵抗を有する。絶縁材は、(例えばコーティング等により)透明カバーの下面に直接取り付けられてもよいし、あるいは、カプセル材の層の間に形成される別個の層として形成されてもよい。太陽電池は、背面接合型の太陽電池であってもよい。本発明のこれらの特徴またはその他の特徴が、本開示の全体（添付図面および請求項を含む）を読んだ当業者には自明である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一実施形態における太陽電池モジュールを示す。
【図２】本発明の一実施形態における、図１の太陽電池モジュールの断面図を示す。
【図３】図１の太陽電池モジュールでの利用に適した絶縁材の一般的な特徴を示す。
【図４】本発明の別の実施形態における図１の太陽電池モジュールの断面図を示す。
【図５】絶縁材を利用するモジュールレベルの分極の解決法を、絶縁材を有さない制御例と比較した試験データを示す。
【図６】ガラストップカバーの上下に絶縁材を配置する効果を比較する試験データを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
異なる図面間で同じ参照符号が利用されている場合には、同じ、または類似した部材を示している。図面は実際の縮尺に即して描かれてはいない。本開示においては、本発明の完全な理解を提供するために、装置、部材、および方法の例といった数多くの詳細を提供する。当業者であれば、本発明が特定の詳細の１以上を利用しなくても実行可能であることを理解する。また他の場合には、公知の詳細を示さないようにすることで、本発明の特徴的な側面を曖昧にしないようにしている場所もある。
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態における太陽電池モジュール１００を示す。太陽電池モジュール１００は、いわゆる「地上太陽電池モジュール」というものであり、屋根の上に搭載されたり、発電所により利用されたりする、固定して利用される用途向けのものである。図１の例では、太陽電池モジュール１００は、相互に接続された太陽電池１０１のアレイを含む。図１では、太陽電池１０１の幾つかだけに参照番号を付すことで、明瞭化を期している。太陽電池１０１は、特に分極に弱い背面接合型の太陽電池を含んでよい。図１からは、太陽電池１０１の、通常動作において太陽に向かう正面側が示されている。太陽電池１０１の背面側は、正面側とは反対側である。フレーム１０２は、太陽電池アレイに機械的なサポートを提供する。
【０００９】
太陽電池モジュール１００の正面は、１０３という参照番号が付されており、太陽電池１０１の正面側と同じ側にあり、図１に現れているほうの側である。太陽電池モジュール１００の背面１０４は、正面１０３の下側である。以下の記載から明らかになるように、正面１０３には、透光性の保護を提供し、絶縁性を有する材料からなる層が、太陽電池１０１の正面を覆うように形成されている。
【００１０】
図２は、本発明の一実施形態における、図１の太陽電池モジュール１００の断面図を示す。図２の太陽電池モジュール１００は、「１００Ａ」という参照符号を付されており、図４の実施形態とは異なる実施形態であることが示されている。図２に示されているように、太陽電池モジュール１００Ａは、透明カバー２０１と、絶縁材２０２と、カプセル材２０３と、太陽電池１０１と、背面シート２０５とを含む。透明カバー２０１、絶縁材２０２、およびカプセル材２０３は、透光性の材料である。透明カバー２０１は、正面１０３の上の最上部の層であり、外部環境から太陽電池１０１を保護する。太陽電池モジュール１００Ａは、透明カバー２０１が、通常動作時に太陽に向かうように搭載される。太陽電池１０１の正面は、透明カバー１０１よりも（by way of）太陽の方向側を向いている。図２の例では、透明カバー２０１は、太陽電池１０１に対向する側を絶縁材２０２でコーティングされたたガラスを含む（例えば３．２ｍｍの厚みのソーダライムガラス）。
【００１１】
カプセル材２０３は、太陽電池１０１、絶縁材２０２でコーティングされた透明カバー２０１、および背面シート２０５を結合して、保護パッケージを形成する。一実施形態では、カプセル材２０３は、ポリエチレンビニルアセテート（poly-ethyl-vinyl acetate：ＥＶＡ）を含む。
【００１２】
太陽電池１０１の背面は、背面シート２０５側を向いており、カプセル材２０３に取り付けられている。一実施形態では、背面シート２０５は、テドラー／ポリエステル／ＥＶＡ（Tedlar/Polyester/EVA：ＴＰＥ）を含む。ＴＰＥでは、テドラーが、外部環境から保護をする最外部の層であり、ポリエステルが絶縁性をさらに高め、ＥＶＡが、カプセル材２０３に対する接着を促進する、非架橋型（non-crosslinked）の薄い層である。背面シート２０５への用途でＴＰＥの代替物として利用可能な一例としては、テドラー／ポリエステル／テドラー（Tedlar/Polyester/Tedlar：ＴＰＴ）がある。
【００１３】
太陽電池１０１は、フレーム１０２から絶縁されている（electrically isolated）。絶縁材２０２は、太陽電池１０１の外部にあり、透明カバー２０１を介した、太陽電池１０１の正面からフレーム１０２へ、または、太陽電池モジュール１００Ａのその他の部分への電荷のリークを防止することにより、太陽電池の分極を防止するよう構成されている。発明者たちは、分極を効果的に防止する目的において、絶縁材２０２が、摂氏４５から８５度の通常動作温度範囲で１０１６（例えば１０１６−１０１９）Ωｃｍ以上の体積比抵抗を有すると好適であることを発見した。
【００１４】
絶縁材２０２は、フッ化炭素系のポリマーを含んでよい。一実施形態では、絶縁材２０２が、日本国の旭硝子社製のＦｌｕｏｎ（登録商標）ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）を含む。Ｆｌｕｏｎ（登録商標）ＥＴＦＥの一般的な特性を図３に示す。図２の例では、Ｆｌｕｏｎ（登録商標）ＥＴＦＥは、２から６ミル（mils）であり、３．２ｍｍの厚みのガラス製透明カバー２０１の下面にコーティングされる。本開示においては、Ｆｌｕｏｎ（登録商標）ＥＴＦＥ以外にも、本発明の効果が果たせる範囲を逸脱しないで利用可能な絶縁材が存在することは理解に難くないであろう。
【００１５】
図４は、本発明の別の実施形態における太陽電池モジュール１００の断面図を示す。図４の太陽電池モジュール１００は、「１００Ｂ」という参照符号を付されており、図２の実施形態とは異なる実施形態であることが示されている。太陽電池モジュール１００Ｂは、絶縁材２０２が、カプセル材２０３の層の間に挟まれた別個の材料層であり、透明カバー２０１の直下に直接取り付けられていない（例えばコーティングにより）、ということ以外は、太陽電池モジュール１００Ａと同じである。図４の部材については、既に図２の実施形態を参照して説明済みである。図２の実施形態と比較すると、太陽電池モジュール１００Ｂは、絶縁材２０２が透明カバー２０１に直接コーティングすることができない場合に、より好適である。図４の例では、カプセル材２０３は、太陽電池１０１、透明カバー２０１、絶縁材２０２、および背面シート２０５を結合して、保護パッケージを形成する。
【００１６】
図５は、絶縁材２０２を利用するモジュールレベルの分極の解決法を、絶縁材を有さない制御例と比較した試験データを示す。図５では、垂直軸がモジュール出力を表している。水平軸は、サンプル番号１、２、３、４、５、および６の試験データを示す。サンプル番号１、２、および３は、分極を防止するための絶縁層を利用しない太陽電池モジュールであり、サンプル番号４、５、および６は、絶縁材２０２が透明ガラスカバーと太陽電池との間にある太陽電池モジュール１００に類似した太陽電池モジュールである。サンプルの性能は、別個の４日に分けて計測され、各サンプルにつき４つのバーグラフで表されている。各サンプルにおいて、一番左のバーグラフは初日のものであり、次のバーグラフが数日後に採られたものであり、といった具合である。図５から分かるように、サンプル番号１、２および３は性能が分極のために時を経ると徐々に落ちていっている。一方で、サンプル番号４、５および６は、性能が比較的安定しており、分極に対してより有効な解決法であることが分かる。
【００１７】
図５の試験データは、絶縁材２０２をガラス製の透明カバーの上に載置することで、比較的簡単な実装で、分極からの保護が達成されることを示している。しかし、最上部に絶縁材２０２を設けることには、幾つか潜在的な欠点がある。つまり、絶縁材２０２は直接紫外線（ＵＶ）に晒されることとなり、速い速度で劣化して、その容積抵抗（volumetric resistivity）を失う。さらに、ポリマー製の絶縁材２０２は、ガラス製の透明カバーよりも汚れる（soil）傾向にあり、ひょうの影響の試験要件（hail impact test requirements）を満たさない。
【００１８】
図６は、ガラストップカバーの上下に絶縁材２０２を配置する効果を比較する試験データを示す。図６では、異なる温度のサンプル番号７、８、および９について、垂直軸が効率を表し、水平軸がバーグラフを示す。サンプル番号７は、制御に利用される従来の太陽電池モジュールである。サンプル番号８は、ガラス製の透明カバーｎ下に絶縁材２０２が追加されている以外はサンプル番号７と類似したものであり、サンプル番号９は、絶縁材２０２がガラス製の透明カバーの上に追加されている以外はサンプル番号７と類似したものである。試験は、摂氏１２０度までの温度で、１０００ＶのＤＣを、１時間の間サンプルに適用することで、電圧バイアスをかけて行われた。
【００１９】
図６では、サンプル番号７の効率の低さは、分極が原因であると思われる。図６から分かるように、サンプル番号８および９において絶縁材２０２を利用することで、効率には顕著な影響が出ている。図６の試験データは、さらに、絶縁材２０２を透明のカバーの下に設けることで（サンプル番号８）、絶縁材２０２を透明カバーの上に設けるよりも（サンプル番号９）、分極から保護する効果が高い、という予期しなかった結果が得られることを表している。
【００２０】
絶縁材２０２は、製造の複雑性およびコストを増加させ、別の材料層を追加して、太陽光を通過させることとなる。しかし、絶縁材２０２を本明細書で記載するように利用して、分極を防止することによる利点は、上述した不利益を補って余りある。さらに、絶縁材２０２は、太陽電池１０１に対して変更を行う必要なく、または、接地等の電気的な変更、または、太陽電池モジュール１００（つまり１００Ａおよび１００Ｂ）のシステムレベルの構成の変更等を行う必要なく、分極を防止することができる。従い、本明細書で述べるモジュールレベルの分極の解決法は、現行および将来の設計の太陽電池モジュールにも容易に実装することができる。本発明の特定の実施形態を記載してきたが、これら実施形態はあくまで例示を目的としたものであって、限定は意図していない。さらなる数多くの実施形態も、本開示を読んだ当業者にとっては明らかとなろう。
【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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【国際調査報告】
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