(57)【要約】  モノリシックモジュール組立て技法を使用して製造されたバック接点太陽電池を備えた光起電モジュールは、バックシートとパターン形成メタライゼーションを備えたフレキシブル回路を備える。モジュールは、電流を抽出するための、パターン形成メタライゼーションと電気的に接触しているバスを備え得る。あるいは、モジュールは、多層メタライゼーションと、熱的不整合による応力を緩和するアイランド又はドットを含む層間絶縁層を備える。複数のコードプレートの使用によって柔軟性のある回路レイアウトが可能になることからモジュールが最適化される。モジュールは、好ましくは、熱可塑性カプセル化材及び／又はハイブリッド接着剤／はんだ材料を備える。極薄防湿層によってロールツーロール処理が可能になる。
2011519182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバック接点太陽電池と、
フレキシブルバックシートと、
フレキシブルバックシート上のパターン形成メタライゼーションと、
パターン形成メタライゼーションと太陽電池との間に配置された、パターン形成メタライゼーションと太陽電池との間の所望の位置での電気的接触が可能になるようにパターン形成された絶縁材料と、
パターン形成メタライゼーションと電気的に接触している複数のバスとを備える光起電モジュール。
【請求項２】
バックシート上に防湿層を更に備え、防湿層は、パターン形成メタライゼーション及び防湿層と組み合わせたバックシートのロールツーロール処理を可能にするに十分な薄さである請求項１記載の光起電モジュール。
【請求項３】
絶縁材料が層間絶縁膜（ＩＬＤ）を含む請求項１記載の光起電モジュール。
【請求項４】
ＩＬＤがアイランド又はドットを含む請求項３記載の光起電モジュール。
【請求項５】
ＩＬＤの少なくとも一部を改変してその外見を変化させてある請求項３記載の光起電モジュール。
【請求項６】
カプセル化材を更に備える請求項１記載の光起電モジュール。
【請求項７】
カプセル化材が熱可塑性材料を含む請求項６記載の光起電モジュール。
【請求項８】
カプセル化材が、太陽電池とパターン形成メタライゼーションとの間に配置されたスクリム層を含む請求項６記載の光起電モジュール。
【請求項９】
絶縁材料がカプセル化材を含む請求項６記載の光起電モジュール。
【請求項１０】
カプセル化材を、モジュールの組立てに先立ってバックシートに統合する請求項６記載の光起電モジュール。
【請求項１１】
カプセル化材及びバックシートを、ロールツーロール処理技法を使用して互いにラミネートする請求項１０記載の光起電モジュール。
【請求項１２】
限定的な電気的接触が、ポリマーマトリクス及び伝導性粒子を含む材料によってもたらされる請求項１記載の光起電モジュール。
【請求項１３】
バックシートが１つ以上の開口部を備え、この開口部を通してバスが延びる請求項１記載の光起電モジュール。
【請求項１４】
１つ以上のバスの少なくとも一部が、モジュールの組立てに先立ってトリムストリップに統合される請求項１記載の光起電モジュール。
【請求項１５】
複数のバック接点太陽電池と、
第１絶縁バックシートと、
第１絶縁バックシートの第１面と接触している第１パターン形成メタライゼーションと、
第１絶縁バックシートの第２面と接触している第２パターン形成メタライゼーションと、
第１パターン形成メタライゼーションと太陽電池との間に配置された、第１パターン形成メタライゼーションと太陽電池との間の所望の位置での電気的接触を可能にするようにパターン形成された絶縁材料と、
第２パターン形成メタライゼーションと接触している第２バックシートとを備えた光起電モジュール。
【請求項１６】
第２バックシートが、第２パターン形成メタライゼーションが第２バックシートの外部で電気的接触を築くための開口部を備える請求項１５記載の光起電モジュール。
【請求項１７】
第１パターン形成メタライゼーションの一部及び第２パターン形成メタライゼーションの一部が、第１絶縁バックシートの縁部に巻かれた異なる面積のホイルを含む請求項１５記載の光起電モジュール。
【請求項１８】
第１パターン形成メタライゼーションの一部及び第２パターン形成メタライゼーションの一部が、第１絶縁バックシートの少なくとも１つの開口部を通して接続される請求項１５記載の光起電モジュール。
【請求項１９】
複数のフラットパックバイパスダイオードを更に備える請求項１５記載の光起電モジュール。
【請求項２０】
第２バックシート上に防湿層を更に備え、防湿層は、第２パターン形成メタライゼーション及び防湿層と組み合わせたバックシートのロールツーロール処理を可能にするに十分な薄さである請求項１５記載の光起電モジュール。
【請求項２１】
絶縁材料が層間絶縁膜（ＩＬＤ）を含む請求項１５記載の光起電モジュール。
【請求項２２】
ＩＬＤがアイランド又はドットを含む請求項２１記載の光起電モジュール。
【請求項２３】
ＩＬＤの少なくとも一部を改変してその外見を変化させてある請求項２１記載の光起電モジュール。
【請求項２４】
カプセル化材を更に備える請求項１５記載の光起電モジュール。
【請求項２５】
カプセル化材が熱可塑性材料を含む請求項２４記載の光起電モジュール。
【請求項２６】
カプセル化材が、太陽電池とパターン形成メタライゼーションとの間に配置されたスクリム層を含む請求項２４記載の光起電モジュール。
【請求項２７】
絶縁材料がカプセル化材を含む請求項２４記載の光起電モジュール。
【請求項２８】
カプセル化材を、モジュールの組立てに先立って少なくとも１つのバックシートに統合する請求項２４記載の光起電モジュール。
【請求項２９】
カプセル化材が、ロールツーロール処理技法を使用して少なくとも１つのバックシートにラミネートされる請求項２８記載の光起電モジュール。
【請求項３０】
限定的な電気的接触が、ポリマーマトリクス及び伝導性粒子を含む材料によってもたらされる請求項１５記載の光起電モジュール。
【請求項３１】
複数のバック接点太陽電池と、
フレキシブルバックシートと、
フレキシブルバックシート上のパターン形成メタライゼーションと、
パターン形成メタライゼーションと太陽電池との間に配置されたＩＬＤ材料を含む複数のアイランドとを備える光起電モジュール。
【請求項３２】
ＩＬＤ材料を含む複数の環を更に備え、各環は太陽電池とパターン形成メタライゼーションとを電気的に接続している伝導性材料を取り囲み且つ収容している請求項１１記載の光起電モジュール。
【請求項３３】
伝導性材料がポリマーマトリクス及び伝導性粒子を含む請求項３２記載の光起電モジュール。
【請求項３４】
フレキシブルバックシートと、
パターン形成メタライゼーションと、
第２パターン形成メタライゼーション及び防湿層と一緒でのバックシートのロールツーロール処理を可能にするに十分な薄さの防湿層とを備える、光起電モジュール用のバックシートアセンブリ。
【請求項３５】
防湿層が約２５μｍ未満の厚さを有する請求項３４記載のバックシートアセンブリ。
【請求項３６】
防湿層が約１５μｍ未満の厚さを有する請求項３５記載のバックシートアセンブリ。
【請求項３７】
防湿層が約１０μｍ未満の厚さを有する請求項３６記載のバックシートアセンブリ。
【請求項３８】
防湿層が約９μｍ未満の厚さを有する請求項３７記載のバックシートアセンブリ。
【請求項３９】
フレキシブルバックシート又はパターン形成メタライゼーションにラミネートされたＩＬＤ又はカプセル化材を更に備える請求項３４記載のバックシートアセンブリ。
【請求項４０】
複数のバック接点太陽電池と、
フレキシブルバックシートと、
複数の回路を形成するバックシート上のパターン形成メタライゼーションとを備えた光起電モジュールであって、
各回路は太陽電池のサブセットを接続しており、回路の少なくとも１つは非線形回路パスを備え、
光起電モジュールは更に
モジュール上の複数の位置に複数のコードプレートを備え、
各コードプレートは、回路の１つ以上をバイパスするための１つ以上のバイパスダイオードを電気的に備える光起電モジュール。
【請求項４１】
太陽電池が、アップグレードした金属グレードシリコン又は低抵抗率シリコンを含む請求項４０記載の光起電モジュール。
【請求項４２】
各バイパスダイオードが２０個未満の太陽電池をバイパスする請求項４０記載の光起電モジュール。
【請求項４３】
各バイパスダイオードが１６個未満の太陽電池をバイパスする請求項４２記載の光起電モジュール。
【請求項４４】
各バイパスダイオードが１１個未満の太陽電池をバイパスする請求項４３記載の光起電モジュール。
【請求項４５】
各バイパスダイオードが７個未満の太陽電池をバイパスする請求項４４記載の光起電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２００８年４月２９日に出願された米国特許仮出願第６１／０４８８９８号「Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｍｏｄｕｌｅｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｍｏｄｕｌｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ」、及び、２００８年９月２日に出願された米国特許仮出願第６１／０９３６７３号「Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｍｏｄｕｌｅｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」の出願の利益を主張し、その明細書は参照により本願に組み込まれる。
【発明の背景】
【０００２】
（発明の分野、技術分野）
本発明は、モノリシックモジュール組立て構成及び方法を使用して太陽電池モジュールを製造する方法を含む。
【０００３】
（関連技術の説明）
以下の論考では数多くの著者及び出版年の出版物に言及すること、また出版日の新しい一部の出版物を本発明の従来技術とはみなさないことに留意すべきである。本明細書では、より徹底して技術背景を説明するためにこのような出版物について記載するが、特許性を決定する目的でこれらの出版物を従来技術として認めると解釈すべきではない。
【０００４】
結晶シリコン光起電太陽電池を回路状に電気的に接続してシステム性能に合った電圧を発生させる。太陽電池回路は、回路内のある太陽電池が日陰になった場合に内部加熱を制限するためのバイパスダイオード等のその他の必要な機能も果たす。光起電モジュールでは、環境からの保護のために太陽電池回路をパッケージングしている。光起電モジュールでは、典型的には、太陽電池回路をガラスカバー、ポリマー及びバックシートでカプセル化する。このカプセル化は、典型的には、真空下でガラス／ポリマー／セル／ポリマー／バックシート層構造に圧力と温度を加えるラミネーション工程において行われる。取り扱いのしやすさ、機械的強度を目的として、また光起電モジュールの取り付け位置にあわせて、光起電モジュールは、このカプセル化したセルアセンブリの周りにフレームを有していることが多い。光起電モジュールは典型的には「接続箱」も備え、ここで光起電システム全体の別の部品への電気的な接続が行われる（ケーブル）。
【０００５】
光起電モジュールの典型的な製造シーケンスは、太陽電池回路の組立て、層構造体（ガラス、ポリマー、太陽電池回路、ポリマー、バックシート）の組立て及び層構造体のラミネーションである。最終工程には、モジュールフレーム及び接続箱の取り付けとモジュールのテストが含まれる。太陽電池回路は、典型的には、太陽電池を銅（Ｃｕ）フラットリボンワイヤ（相互接続部）で電気的に直列に接続する自動ツール（ストリンガ（ｓｔｒｉｎｇｅｒ）／タバー（ｔａｂｂｅｒ））を使用して製造される。次に、直列接続された太陽電池の幾つかのストリングを幅広のＣｕリボン（バス）で電気的に接続して回路を完成させる。これらのバスはまた、バイパスダイオード用及びケーブルへの接続用に回路の幾つかの地点から電流を接続箱へと運ぶ。現在の太陽電池の大半が、両面に接点を有する。
【０００６】
このプロセスには以下の制約がある。
・太陽電池を直列に電気的に接続するプロセスは自動化が困難なため、ストリンガ／タバーのスループットには限界があり、またコストがかかる。
・ラミネーション工程前の組み立てた太陽電池回路は極めて壊れやすい。
・Ｃｕリボン相互接続部は、光の過剰反射を回避するために細くなくてはならず、またあまり厚みがあってはならない。これは厚みがあると硬くなりすぎ、セルに応力がかかるからである。最終的に、Ｃｕ相互接続部の導電性は限定され、相互接続部による電気損失が大きくなる。
・上記の制約により、このプロセスでは薄い結晶シリコン太陽電池の使用が困難となる。より薄いＳｉの使用により太陽電池のコストは下がる。
・太陽電池間の間隔は、Ｃｕ相互接続ワイヤの応力緩和に対応するのに十分な広さでなくてはならないが、太陽電池間の利用されない間隔のせいでモジュール効率が低下してしまう。
・このプロセスには多くの工程があるため、製造コストが上がる。
【０００７】
バック接点太陽電池は、裏面に負極、陽極の両方の接点を有する。同一表面上に両方の極性の接点を配置することによって、太陽電池の電気的な相互接続が簡素化される。また、新しい組立て方や新しいモジュールデザインを可能にもする。米国特許第５９５１７８６号及び第５９７２７３２号（参照により本明細書に組み込まれる）に開示の「モノリシックモジュール組立て」すなわちＭＭＡは、太陽電池電気回路の組立て及び同じ工程でのラミネーションに言及している。典型的なモノリシックモジュール組立ては、パターン形成導電体層を備えたバックシートから始まる。フレキシブル大面積基板上へのこのようなパターン形成導体層の形成はプリント回路基板及びフレキシブル回路業界で周知である。バック接点セルはこのバックシート上にピックアンドプレース式ツールによって置かれる。このようなツールは周知であり、また高いスループットでもって極めて精確である。太陽電池は、ラミネーション工程中にバックシート上のパターン形成導電体と電気的な接続を築く。このようにしてラミネートされたパッケージと電気回路とが１段階で、単純な自動操作で作製される。バックシートは、ラミネーション温度／加圧サイクル中に電気的な接続を形成するはんだ、伝導性接着剤（電気的接続材料）等の材料を含む。バックシート及び／又はセルが、任意で、バックシート上の導電体と太陽電池上の導体との短絡を防止するための電気的絶縁体層を含む場合もある。カプセル化のために、ポリマー層をバックシートと太陽電池との間に設けることもできる。この層によってバックシートの太陽電池への接着が低応力となる。このカプセル化層に開放チャネルを設けることが可能であり、この開放チャネルによって太陽電池と導体層との間での電気的接続が築かれる。
【０００８】
モノリシックモジュール組立ての利点には以下が含まれる。
・１段階の組み立てによって工程の数が減り、また製造コストが下がる。
・平面的な形状によって自動化が容易となり、コストが下がり、製造ツールのスループットが改善される。
・モジュール端部のＣｕバスの数を減らす又は排除できることから、モジュールのサイズを小さくしてコストを下げ、効率を上げることができる。
・接触点の数及び位置を簡単に最適化することができる。これは形状がパターニング技術によってしか制限されないからである。これが追加のＣｕ相互接続ストラップ又は接触点によってコストが上がるストリンガ／タバーとは異なる点である。結果として、モノリシックモジュール組立てではセルと相互接続部の形状をより簡単に最適化してセルとモジュールのコストと性能を改善することができる。
・形状は現行のものよりずっと平面的であることから、応力がかかりにくい。したがって、薄いＳｉ太陽電池をより簡単に使用することができる。
・バックシート上の電気回路はほぼ全面を覆うことができる。このため、電気相互接続部の導電性は、相互接続部がはるかに幅広くなることから極めて高くなり得る。その一方で、より幅広の導体を、依然として低抵抗のままでより薄く（典型的には１００μｍ未満）形成することができる。薄い導体は一般にＣｕリボン相互接続部よりも柔軟性が高いため、応力が下がる。
・太陽電池の間隔を狭めることができる。これは分厚いＣｕ相互接続部の応力緩和を維持しなくてよいからである。これによってモジュール効率が改善され、モジュール材料コストが下がる（無使用面積が減ることから必要なガラス、ポリマー及びバックシートの量が少なくなる）。
【０００９】
４ｘ９列のアレイの１５６ｘ１５６ｍｍのセルを使用した３６セルモジュールの伝導性接着剤を使用したモノリシック組立てが、Ｐ．Ｃ．ｄｅＪｏｎｇの“Ｓｉｎｇｌｅ−ｓｔｅｐ  Ｌａｍｉｎａｔｅｄ  Ｆｕｌｌ−ｓｉｚｅ  ＰＶ  Ｍｏｄｕｌｅｓ  Ｍａｄｅ  ｗｉｔｈ  Ｂａｃｋ−ｃｏｎｔａｃｔｅｄ  ｍｃ−Ｓｉ  Ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ，”１９ｔｈ  Ｅｕｒ．ＰＶ  Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｐａｒｉｓ，Ｆｒａｎｃｅ（２００４）に記載されており、この文献は参照により本明細書に組み込まれる。バックシート上の電気回路は、単一の接続箱の使用となるように一点に集約される。
【００１０】
本発明は、低コスト製造において改善がなされた、より大型の光起電モジュールについてモノリシックモジュール組立てを実行するためのアプローチに関する。顧客はより大型のモジュールを好み、またこのアプローチの生産コストは低い。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、複数のバック接点太陽電池と、フレキシブルバックシートと、バックシート上のパターン形成メタライゼーションと、パターン形成メタライゼーションと太陽電池との間に配置された、パターン形成メタライゼーションと太陽電池との間の所望の位置での電気的接触が可能になるようにパターン形成された絶縁材料と、パターン形成メタライゼーションと電気的に接触している複数のバスとを備える光起電モジュールである。このモジュールは好ましくはバックシート上に防湿層を更に備え、この防湿層は、パターン形成メタライゼーション及び防湿層と組み合わせたバックシートのロールツーロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）処理を可能にするに十分な薄さである。好ましくは、絶縁材料は、好ましくはアイランド又はドットを含む層間絶縁膜（ＩＬＤ）を含む。好ましくは、ＩＬＤの少なくとも一部を改変してその外見を変えてある。光起電モジュールは好ましくはカプセル化材を更に備え、カプセル化材は好ましくは熱可塑性材料を含む。カプセル化材は、好ましくは、太陽電池とパターン形成メタライゼーションとの間に配置されたスクリム層を含む。絶縁材料は任意でカプセル化材を含む。このカプセル化材は、任意で、モジュールの組立てに先立ってバックシートに統合され、任意で、ロールツーロール処理技法を使用して一緒にラミネートされる。好ましくは、限定的な電気的接触が、ポリマーマトリクス及び伝導性粒子を含む材料によってもたらされる。バックシートは好ましくは１つ以上の開口部を備え、この開口部を通ってバスが延びる。１つ以上のバスの少なくとも一部が、好ましくは、モジュールの組立てに先立ってトリムストリップと統合される。
【００１２】
本発明は、複数のバック接点太陽電池と、第１絶縁バックシートと、第１絶縁バックシートの第１面と接触している第１パターン形成メタライゼーションと、第１絶縁バックシートの第２面と接触している第２パターン形成メタライゼーションと、第１パターン形成メタライゼーションと太陽電池との間に配置された、第１パターン形成メタライゼーションと太陽電池との間の所望の位置での電気的接触を可能にするようにパターン形成された絶縁材料と、第２パターン形成メタライゼーションと接触している第２バックシートとを備えた光起電モジュールでもある。第２バックシートは、好ましくは、第２パターン形成メタライゼーションが第２バックシートの外側で電気的接触を築くための開口部を備える。第１パターン形成メタライゼーションの一部及び第２パターン形成メタライゼーションの一部は、好ましくは、第１絶縁バックシートの縁部に巻かれた異なる面積のホイルを含む。第１パターン形成メタライゼーションの一部及び第２パターン形成メタライゼーションの一部は、好ましくは、第１絶縁バックシートの少なくとも１つの開口部を通して接続される。光起電モジュールは、任意で、複数のフラットパックバイパスダイオードを更に備える。光起電モジュールは好ましくは第２バックシート上に防湿層を更に備え、防湿層は、第２パターン形成メタライゼーション及び防湿層と組み合わせたバックシートのロールツーロール処理を可能にするに十分な薄さである。絶縁材料は好ましくは層間絶縁膜（ＩＬＤ）を含み、ＩＬＤは好ましくはアイランド又はドットを含む。任意で、ＩＬＤの少なくとも一部を改変してその外見を変えてある。光起電モジュールは好ましくはカプセル化材を更に備え、カプセル化材は好ましくは熱可塑性材料を含む。カプセル化材は、好ましくは、太陽電池とパターン形成メタライゼーションとの間に配置されたスクリム層を備える。絶縁材料は任意でカプセル化材を含む。カプセル化材は、任意で、モジュールの組立てに先立ってバックシートの少なくとも１つと統合され、任意で、ロールツーロール処理技法を使用してラミネートされる。限定的な電気的接触が、任意で、ポリマーマトリクス及び伝導性粒子を含む材料によってもたらされる。
【００１３】
本発明は、複数のバック接点太陽電池と、フレキシブルバックシートと、バックシート上のパターン形成メタライゼーションと、パターン形成メタライゼーションと太陽電池との間に配置されたＩＬＤ材料を含む複数のアイランドとを備える。光起電モジュールは、好ましくは、ＩＬＤ材料を含む複数の環を更に備え、各環は太陽電池とパターン形成メタライゼーションとを電気的に接続している伝導性材料を取り囲み且つ収容している。伝導性材料は、任意で、ポリマーマトリクス及び伝導性粒子を含む。
【００１４】
本発明は、光起電モジュール用のバックシートアセンブリでもあり、このバックシートアセンブリは、フレキシブルバックシートと、パターン形成メタライゼーションと、第２パターン形成メタライゼーション及び防湿層と一緒でのバックシートのロールツーロール処理を可能にするに十分な薄さの防湿層とを備える。防湿層は好ましくは約２５μｍ未満、より好ましくは約１５μｍ未満、より好ましくは約１０μｍ未満、更に一層好ましくは約９μｍ未満の厚さを有する。バックシートアセンブリは、好ましくは、フレキシブルバックシート又はパターン形成メタライゼーションにラミネートされたＩＬＤ又はカプセル化材を更に含む。
【００１５】
本発明は、複数のバック接点太陽電池と、フレキシブルバックシートと、複数の回路を形成するバックシート上のパターン形成メタライゼーションとを備えた光起電モジュールでもあり、各回路は太陽電池のサブセットを接続しており、回路の少なくとも１つは非線形回路パスを備え、光起電モジュールは更にモジュール上の複数の位置に複数のコードプレートを備え、各コードプレートは、回路の１つ以上をバイパスするための１つ以上のバイパスダイオードを電気的に備える。太陽電池は、任意で、アップグレードした金属グレードシリコン又は低抵抗率シリコンを含む。各バイパスダイオードは、２０個未満、より好ましくは１６個未満、より好ましくは１１個未満、より好ましくは７個未満の太陽電池をバイパスする。
【００１６】
本発明の目的、利点、新規の構成及び利用可能性の更なる範囲について、以下の詳細な説明において添付図面を取り入れながら一部記載する。一部は、以下の説明を精査することによって当業者に明らかとなる又は本発明の実施によって学ぶことができる。本発明の目的及び利点は、添付の特許請求の範囲で特に示した手段及びその組み合わせによって実現され、得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本明細書に組み込まれその一部をなす添付図面は、本文中の説明と共に本発明の幾つかの実施形態を例示し、また本発明の原理を説明する役割を果たす。図面は本発明の１つ以上の特定の実施形態を例示するためのものにすぎず、本発明を限定すると解釈されない。
【００１８】
【図１Ａ】バスバーを備えた本発明のＭＭＡモジュールの実施形態の平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの実施形態の断面図である。
【図１Ｃ】〜
【図１Ｄ】図１Ａの実施形態に詳細を加えたものを示す図である。
【図２】図１のＭＭＡモジュールの実施形態の分解組み立て図である。
【図３】図１のＭＭＡモジュールの実施形態の切り欠き図である。
【図４】本発明の第１多層メタライゼーション実施形態の断面図である。
【図５】両面フレキシブル回路を備えた本発明の第２多層メタライゼーション実施形態の断面図である。
【図６】〜
【図７】ＭＭＡモジュール用の考えられ得る相互接続部レイアウトを示す２つの代替実施形態を示す図である。
【図８Ａ】接続箱を１つ備えた従来のモジュールを示す図である。
【図８Ｂ】複数のコードプレートを全体に分散させたモジュールを示し、各コードプレートはバイパスダイオードを備える図である。
【図９】本発明の多層メタライゼーション実施形態に有用なフラットパックダイオードを示す図である。
【図１０】パターン形成メタライゼーションをオーバーレイしたバックシートを示す図である。
【図１１】ビアを備えた層間絶縁（ＩＬＤ）シートをオーバーレイした図１０の金属化バックシートを示す図である。
【図１２】図１１又は１３の断面図である。
【図１３】図１０の金属化バックシート上に配置されたＩＬＤドット又はアイランドを示す図である。
【発明の詳細な説明】
【００１９】
（モノリシックに統合されたＣｕバス線）
本文及び特許請求の範囲全体を通して使用の用語「バス（ｂｕｓ）」はバスバー、バスリボン、バスストラップ又は電流のバス伝送に適したその他の伝導性要素を意味する。
【００２０】
慣用のセルを使用した光起電モジュールにおいて、太陽電池ストリングは、銅（Ｃｕ）バスストラップを使用してモジュールの上部及び底部で終端する。これらのＣｕバスストラップをＳｎ又はＳｎ／Ａｇで被覆してカプセル化材との相互作用を防止し且つはんだ付け性を向上させることが多い。電流をモジュール中心の接続箱へと長距離に亘って伝送する必要がある（最高で光起電モジュールの幅の半分）。電流をこのような長距離に亘って低抵抗損失でもって伝送するためには、Ｃｕバスストラップの断面積を大きくして抵抗を十分に低くする必要がある。
【００２１】
図１Ａ〜１Ｄに示すモノリシックモジュール組立てにおいて、太陽電池は、好ましくは、バックシート１０上で電気回路状にパターン形成された極性が反対の薄い金属メタライゼーション又はホイル１２、１８（好ましくは銅を含む）を使用して相互接続される。セル２０は、好ましくは伝導性接着剤２４を介してパターン形成ホイル１２、１８に電気的に接続され、伝導性接着剤２４は層間絶縁膜（ＩＬＤ）２６内のビア２５を通って延びる。ＩＬＤは太陽電池と金属ホイルとの間を電気的に絶縁する。モジュールは、好ましくは、カプセル化材２８内に封入される。第１の極性のグリッド線（又はメタライゼーション）３０及び反対の極性のグリッド線（又はメタライゼーション）３１の太陽電池の裏面上での位置と同じく、太陽電池２０の輪郭２２を示す。
【００２２】
パターン形成メタライゼーションにおける電気抵抗損失は、典型的には、電流を長距離に亘って接続箱に伝送するのに必要な極めて幅広のホイル導体を使用しない限り、許容限度を超えて高くなる。大面積のホイル又はその他の金属を必要とすることがないように、バスストラップ又はバスバー１４を好ましくは金属ホイルの細いストリップ１６上にオーバレイして必要な断面積を得て、一方、相互接続部の設置面積を縮小する。バスにおける電力損失は、好ましくは、断面積を広くすることによって最小限に抑えられ、一方、モジュール効率の低下は、好ましくは、バスの設置面積を最小限に抑えることによって最小限に抑えられる。バスリボンもまた、セルストリングを接続箱へとバックシートの開口部を通して接続する便利な手段となる。
【００２３】
図２は、銅バスバーを統合したモジュールパッケージ全体を示す。この実施形態においては、１つ以上の開口部３２がバックシート３４（パターン形成メタライゼーションを備える）に形成され、バスリボン３６は接続箱への接続のためにモジュール積層体外部に出される。Ｃｕバスをバックシート上で事前に組立てることも、モノリシックモジュール組立て中にピックアンドプレース式ロボットを使用して挿入し、伝導性接着剤３８で金属化バックシートに接着することもできる。光起電セル２０は好ましくはピックアンドプレース式に適用され、また伝導性接着剤４０を使用してパターン形成メタライゼーションに接着される。
【００２４】
外観の向上のために、多くのＰＶモジュール製造業者は「トリムストリップ（ｔｒｉｍ  ｓｔｒｉｐ）」又はカバー層をリボンバス配線上に配置することによって見苦しいはんだ接合部とリボンを隠す。トリムストリップは、典型的には、着色ＰＥＴ、その他の不活性ポリマー又はファブリックを含む。トリムストリップ３７は、ＭＭＡ組立て中にＣｕバス上に配置することができる。あるいは、Ｃｕバスをある長さに切断してトリムストリップに完全に統合されたサブアセンブリとして取り付けることができる。リボンは適合性のある接着剤又は熱硬化処理によって取り付けることができる。このサブアセンブリによってＭＭＡプロセスのバス配線部分が、７個（又はモジュールのサイズに応じてそれより多い）の個々のバスリボンに対しての２つのサブアセンブリの単純なピックアンドプレース操作に減り、この結果、部品数及び組立ての複雑度が下がる。このようなアセンブリは様々な民間業者から部品として取り寄せることができる。加えて、日陰時の保護、モジュールトラブルシューティング＆モニタリング、ＲＦＩＤトラッキング等の機能のために、バイアスダイオード又は様々なその他のＩＣ及び回路をサブアセンブリ上に取り付けるのが有利な場合もある。トリムストリップが、バックシートとは別に、ＭＭＡバックシートと同様の自身のエッチングされた伝導性トレースを有して完全な回路を形成する場合もある。あるいは、ＩＬＤがその外見を変化させて（着色等）モジュールの見た目を変化させる材料を含む場合がある。この着色ＩＬＤは、モジュール前面から見える領域にしか印刷する必要がない。この例が図１Ｃに示され、着色ＩＬＤ４１が太陽電池（及び任意でバスリボン）の周囲に「ピクチャーフレーム」を形成し、より見た目を好ましいものにしている。
【００２５】
バスバー又はバスバーアセンブリは、好ましくはモジュール組立て中にラミネートされる。図３はモジュール構造体の平面図であり、構造体を見やすくするために層を切り取っている。バスリボン用の縁部位置４２が示されている。
【００２６】
（多層メタライゼーション）
バス機能はバスバーがなくても、すなわち図４に示されるようなバックシート上での多層メタライゼーションの利用を通じて面積を増やすことなく実現することができる。多層メタライゼーションとは、電気的絶縁体によって隔てられた２つ以上の金属導体層を意味する。これらの層は様々な地点において、電気的絶縁体の伝導性ビアを通して相互接続することができる。多層メタライゼーションでは、ある層をセルと接触させて電流を回路内の隣接する太陽電池に伝送し、一方、第２層を使用して電流を接続箱に伝送する又はその他の機能を果たさせることができる。このため、バスのための追加の領域を必要としない。この実施形態においては、単層の伝導性ホイル４４が内方バックシート４６の端部を包み込んで多層メタライゼーションを形成しており、好ましくは電流を外方バックシート５０の開口部４８を通じて外へと接続箱に伝達する。ホイル４４は太陽電池５２とＩＬＤ（及び／又はカプセル化材）５６に配置された伝導性材料５４を介して電気的に接触している。
【００２７】
バックシート上のパターン形成導体について多層メタライゼーションを形成するにあたっては幾つかのプロセスが考えられる。一実施形態においては、第１導体、絶縁体及び第２導体を連続的に適用し、基板上でパターン形成する。追加の導体及び絶縁体層を同じやり方で積層することができる。適用は堆積、金属ホイル及び絶縁膜のラミネーション又はその他の手段で行うことができる。この実施形態において、導体及び絶縁体層用の基板は、光起電モジュール用の外部バックシートとしての使用に適した材料を含むことができる。
【００２８】
第２の実施形態において、導体層は基板の両面に適用される。このような構造体は「両面フレキシブル回路（ｄｏｕｂｌｅ−ｓｉｄｅｄ  ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｃｉｒｃｕｉｔ）」として知られている。基板は、両方の面上の導体間を電気的に接続するために、基板を貫通する伝導性ビアを含み得る。両面フレキシブル回路は両面に導電体を有していることから、フレキシブル回路上に追加のカプセル化材及びバックシートをラミネートして太陽電池回路に環境からの必要な保護を行う。光起電モジュール用の両面フレキシブル回路の断面を図５に示す。第１金属ホイル層６０、６１は、外方バックシート６２の開口部６４を通って延び、外部接続部とのインターフェースをとる。ホイル層６０、６１は好ましくは極性が反対である。第１金属ホイル層６０、６１は、少なくとも部分的に内方絶縁バックシート６６の開口部内に延びており、ボンド６８、６９を介して第２金属ホイル７０、７１にそれぞれ接続している。第２金属ホイル７０、７１は、ＩＬＤ７４中のビア７２、７３のそれぞれを通して太陽電池（図示せず）に接続している。
【００２９】
（蛇行型セルレイアウト）
バックシート上での回路のレイアウトにはかなりの融通がきく。レイアウトがパターニング技法による制限しか受けないからである。これがＣｕリボン相互接続部を使用した、扁平なＣｕリボン相互接続部のせいで太陽電池を直線に並べなくてはならない慣用の光起電モジュールとは異なる点である。モノリシックバックシートにおける回路のレイアウトでは、電気的に直列のセルが直線状とならないように設計することもできる。すなわち、回路は直角の方向転換が可能である。このため、これらの回路は非線形となる。直角の方向転換が可能であることから、モジュールのどちらの端部でもバスを必要としない太陽電池の非線形のレイアウトが可能になり、これによってモジュールの効率が上がり、またコストが下がる。相互接続部又は電流路７６を黒線として示したこのようなデザイン２つを、縦６列ｘ横１０列のアレイ状の６０個の太陽電池７８を備えたモジュールについて図６、７に示す。これらのデザインは、中央位置（例えば、接続箱開口部８０）で終端する複数のストリングを備えていることから、１つしか接続箱を必要としない。最終的には、このデザインでは接続箱とケーブルのレイアウトがより単純となるため、モジュールのコストが低下する。加えて、直列及び並列接続をセル下で維持することにより、必要とするカプセル化材、ガラス、フレーム及びバックシート材料の量が少なくなる。
【００３０】
（複数の接続箱及びコードプレート）
一般的なアプローチは、接続箱をモジュールの上部及び中心に向けて設置することである。この設置には、上述したように、電流を接続箱にバス伝送する伝導性の高いバスが必要とされる。接続箱の設置及び相互接続を、Ｃｕリボンバスの使用に関連させて説明する。このアプローチにおいて、典型的な銅バスリボン（慣用の太陽電池の相互接続に使用されるもの等）は、好ましくは、モジュールのモノリシックバックシートの上部及び底部で金属ホイルに接合される。リボンを接続箱内に通すためには、バックシートを好ましくは打ち抜いて材料を除去し、接続箱の後方に続く開口部を形成する。また、スリットを使用してリボンをバックシートから接続箱内へと通すこともできる。
【００３１】
図８Ａに示されるように、モジュールに対して１つの接続箱８２しか使用しない場合、複数のバイパスダイオード８４（各セルストリングにつき１つ）及び２つのケーブル接続部８６の両方を収容するために、接続箱は比較的大型である必要がある。図８Ｂに示されるように、１つの大型の接続箱を使用するのではなく幾つかの小型の接続箱を代わりに使用してもよい。このような接続箱８７はそれぞれより小型とすることができるが、これはこの接続箱が好ましくは１つのバイパスダイオード８８と任意の１つのケーブル接続部８９しか格納しないからである。より小型の接続箱は、好ましくは、回路のバイパスダイオード又は太陽電池回路終端の位置近くに位置するため、電流を小型の接続箱に伝送するためのバスの長さが大幅に短くなる。複数の接続箱では、導線を外に出すためのバックシートの貫通口をより多く必要とする。このような小型の接続箱を「コードプレート」と称することもあるが、これは接続箱がケーブルを備えた扁平な形状を有するからである。複数のコードプレートを１つの射出成形によるエンクロージャにして組立て中の取り扱い部品数を減らすのが便利である。
【００３２】
モノリシックモジュールの組立てにおいて、複数のコードプレートの使用には幾つかの利点がある。複数のコードプレートを使用するアプローチでは内部バスの長さが短くなり、追加の内部バスの必要性が低下する又はなくなりさえすることから、モノリシックモジュールの組立てにとって特に都合がよい。回路レイアウトの形状は、上述したように、複数のコードプレートの使用によって更に多様になり得る。コードプレートそれ自体は、大型接続箱と比較して安価なことが多い。ただし、太陽電池回路への電気的接続のためにバックシートにより多くの貫通口を必要とする。
【００３３】
複数のコードプレートをモノリシックバックシートと組み立てるにあたって、バックシートの導体（例えば、ホイル）層を好ましくは取り付け位置にて露出させる。典型的な６０セルモジュールは、６ｘ１０のアレイ（縦６列ｘ横１０列）に配列され、３つのバイパスダイオードを有する。このデザインの場合、コードプレートは、好ましくは、図８Ｂに示されるように、セルの上部列の上の３つの異なる位置に取り付けられる。バイパスダイオードは、好ましくは、各コードプレートに含まれる。モジュールの両縁部上で接続されたコードプレートも、太陽電池回路の２つの端部に位置している。これらのコードプレートはダイオードに加えてケーブルにも接続され、モジュールの陽極コネクタ及び負極コネクタに対応している。６ｘ１０のアレイ状のセルの場合、典型的には３つの接続箱を使用し（左、中央、右）、各接続箱は好ましくは少なくとも１つのバイパスダイオードを備える。
【００３４】
様々な太陽電池用回路レイアウト又は様々な数のバイパスダイオードに対応するために、より多くの又は異なる形状のコードプレート配置を採用することができる。例えば、太陽電池回路は非線形の蛇行型レイアウトを採用することができ、この蛇行型レイアウトでは全てのストリングが、図７に示されるように１点の近くで終端する。この構成において、セルは蛇行パターンに接続され、全てのストリングが、好ましくは、モジュールの中心近くで終端する。全てのストリングにアクセスするために、コードプレートは好ましくは３つものセルにまたがる。接続箱において、ストリングの相互接続を各ストリング端部とのダイオードへの相互接続と同じく行う。この構成においては、追加のバス伝送リボンが不要であり、バックシートに中央への特殊なバス伝送チャネルを組み込む必要がなく、好ましくはモジュール効率が上がる。
【００３５】
あるいは、蛇行型回路を、複数の地点で終端させるために複数のコードプレートと共に設計する。この実施形態において、蛇行型回路は追加のバイパスダイオードを備える。慣用のモジュールは、モジュールの長さ全体に亘って太陽電池の長い線形のストリングを有する。バイパスダイオードを挿入するのに便利な位置はモジュールの端部だけであるため、典型的には、各バイパスダイオード毎に多数の直列のセルが存在する（例えば、１０セルのストリング６本に配列された６０個のセルの典型的なモジュールの場合、１バイパスダイオードあたり２０個のセル）。太陽電池は、ストリングの電圧の合計より高い逆方向ブレークダウン電圧を有していなくてはならない。また、ストリング中の１つのセルが日陰になると、ストリング全体の出力が失われる可能性がある。本発明のこの実施形態において、蛇行型回路は、モジュール上の複数の位置で各ストリングを横断するバイパスダイオードを有するコードプレートを含めることによって、１バイパスダイオードあたりのストリングをずっと短くすることができる（すなわち、より少ないセル数）。例えば、バイパスダイオードを６セルずつ横断させて使用するように回路を任意で設計する。これによって低逆方向ブレークダウン電圧を有する傾向がある低コスト低抵抗のＳｉ（例えば、アップグレードされた金属グレードシリコン）から製造した太陽電池の使用が可能になる。加えて、１つのセルが日陰になった場合の電力の損失が少なく、より短いストリングの電力だけが失われることから、エネルギー生産性が改善される。１バイパスダイオードあたり２０個未満の太陽電池であることが好ましく、より好ましくは１バイパスダイオードあたり１６個未満であり、より好ましくは１バイパスダイオードあたり１１個未満であり、より好ましくは１バイパスダイオードあたり７個未満である。
【００３６】
（フラットパックダイオードの統合）
典型的な光起電モジュールは、異なる材料の幾つかの層を積層し、これらの層をラミネーション処理において互いに封止することによって構築される。典型的な光起電モジュール積層体のレイアップは一枚のガラスから始まる。ガラスシート上に、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）のシートを置く。ＥＶＡは軟質熱硬化性透明ポリマーである。ＥＶＡ以外にも様々な別の材料をカプセル化に使用することができる。ＥＶＡの上には、一連のセルストリングが置かれる。一般に、各ストリングは直列に相互接続された一連の太陽電池から成る。セルをＥＶＡ上に一旦置いたら、各ストリングの開始及び終了セルにバス線／タブ線を接合して個々のストリングを相互接続する。このバス線は、一般に、金属リボンの１本１本から構成され、典型的にはＳｎ又はＳｎ／Ａｇ被覆Ｃｕを含む。相互接続の完了後、別のＥＶＡシートをストリングの上にガラスの端にまで延ばして置く。最後に、バッキング材料のシートをＥＶＡ上に置き、このシートもガラスの端にまで又はそれを超えて延びる。第２のＥＶＡシートのレイアップ中、バックシートに貫通口を開けて外部接触のためにリボンを外に出す。
【００３７】
典型的には、モジュールは、幾つかの直列のストリングから成る。「バイパス」ダイオードを、各ストリング間に太陽電池のストリングと電気的に並列に置く。ダイオードの目的は、あるストリングが導電していない場合に（日陰の場合等）、その他のストリング及び外部回路からの電流にそのストリングを迂回させることである。これらのダイオードは典型的には接続箱内に取り付けられる。これらのダイオードは典型的には別々にパッケージングされたデバイスであり、典型的にはアキシャルパッケージ（ａｘｉａｌ  ｐａｃｋａｇｅ）タイプである。典型的には、各ストリングは、ストリングの全電流を安全に伝導し且つ太陽電池のストリングによって発生する全電圧に逆バイアスで耐えるのに十分な大きさの単一のダイオードによって保護される。
【００３８】
モノリシックモジュール組立てでは、扁平なダイオードをフレキシブル回路上で直接組み立てることが可能である。図９に示す一実施形態において、フラットパックダイオード９０は、好ましくは、金属ホイル９２を含むセルストリングを保護するために使用されたフレキシブル回路に組み込まれる。ストリング電流と同じ又はそれより大きい合算電流容量を有する複数のフラットパックダイオードを好ましくは使用し、これは熱負荷をより広い面積に亘って分散させるのに役立つ。モノリシックモジュール組立てプロセス中、フラットパックダイオードをバックシート９４上に置いてモジュールに組み立てることができる。あるいは、ダイオードは、ＭＭＡ組立てにおける太陽電池と同様のやり方でフレキシブル回路に取り付けられるベア半導体ダイである。あるいは、上述したように、フラットパックダイオードを、バスリボンを備えたサブアセンブリに統合することができる。
【００３９】
（フレキシブル回路及び太陽電池の電気的絶縁）
裏面の電気回路及び太陽電池上の導体を電気的に絶縁して短絡を防止しなくてはならない。セルとバックシート回路との間のカプセル化材層は、典型的には、この機能を果たすに十分な絶縁耐力を有する。しかしながら、その厚さは極めて不均一となり得る。これは真空／加圧ラミネーション工程によって極めて薄い領域が生じる場合があるからである。加えて、電気的取り付け材料の適用又は太陽電池の設置が不正確になる場合もある。太陽電池又はフレキシブル回路のいずれかの上で電気的絶縁体層を使用することによって、電気的な短絡の可能性を下げつつ組立てにおいてより大きな公差をもたらすことがこれまでに既に記載されている。
【００４０】
ＭＭＡバックシートは、典型的には、フレキシブル回路業界によって開発された技法を使用して構築される。金属ホイル（典型的には銅）をキャリア材料に接合する。最も一般的なキャリア材料はカプトン及びポリエステルである。次に、エッチングレジストを使用して回路のパターン形成を行い、レジストはフォトリソグラフィによって又は直接のスクリーン印刷によってパターン形成される。次に、過剰な金属ホイルをエッチング処理により除去する。このプロセスの最終工程は、ソルダーレジスト又はカバーレイを使用して金属ホイル上に保護層を適用することである。保護層は、金属との接触が望ましい部分以外の全てで金属を覆うパターンを使用して適用される。あるいは、これらの材料をスクリーン印刷によって適用する。
【００４１】
本発明は、好ましくは、薄い絶縁性キャリア材料に接合され且つバック接点太陽電池を直列相互接続できるようにパターン形成された銅金属ホイルを備えたＭＭＡバックシートを利用する。金属ホイルは、好ましくは、絶縁体として機能してセルの望ましくない位置でのホイルとの接触を防止する材料（好ましくは、高分子材料）で被覆される。このコーティングはＩＬＤ、すなわち層間絶縁膜と称される。ＩＬＤは典型的にはスクリーン印刷によって適用され、セルを金属ホイルに接合する場所にビアが形成されるようにパターン形成される。
【００４２】
典型的には、ＩＬＤ層を、金属ホイルを覆い且つ太陽電池との接触のために開口部が必要な場所以外の全てにおいてキャリア材料を取り囲む連続シートとして印刷する。これらの開口部は一般に直径数ミリであり、太陽電池の接触点に直接対応する。
【００４３】
組立て中、バックシート全体に亘ってＩＬＤで封止すると金属ホイルとＩＬＤとの間にその熱膨張係数（ＣＴＥ）の違いから大きなせん断応力が本質的に発生する。熱膨張係数のこの違いによってＩＬＤと金属ホイルとの間の接合が時間の経過と共に不良となり、最終的に層が分離する。この破損のメカニズムは、ＭＭＡバックシートを使用して構成したモジュールを熱サイクル試験（典型的には、モジュールの温度は−４０℃〜８５℃の間で循環させられる）又は高温高湿試験（典型的には８５℃、相対湿度８５％）に供するとすぐに顕在化する。
【００４４】
図１０は、キャリアフィルム１０４上にパターン形成された金属ホイル１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを示す。典型的には、キャリアホイルは好ましくは１００〜２５０μｍのポリエステルホイル（例えば、ＰＥＴ又はマイラー（Ｍｙｌａｒ））を含むが、ホイルが、柔軟性が高く且つ金属に接合可能な適切な絶縁体（カプトン、ＰＶＦＥ等）を含む場合もある。金属ホイルは、好ましくは、３５ミクロンの軟質銅ホイルを含むが、いずれの金属又は合金も採用することができ、任意で銀、スズ、有機はんだ保存料（ＯＳＰ）等のコーティング仕上げ剤を含む。このような仕上げコーティングは、好ましくは極めて薄い（典型的には、約１０００ｎｍ未満）。
【００４５】
図１１は、金属ホイル上に印刷され且つセルがその下のホイルと接触するビア開口部１０８を備えた連続ＩＬＤシート１０６を有する典型的なモジュールを示す。下層である金属ホイルの輪郭１１０及びＩＬＤ上に置いた場合の太陽電池の輪郭１１２も示す。
【００４６】
図１２は、アセンブリの断面図である。パターン形成金属ホイル１０２がキャリアフィルム１０４上に配置される。ＩＬＤ１１４、１１５が金属ホイル１０２と太陽電池１１６との間に配置される。ＩＬＤの開口部１１８は伝導性接着剤１２０を受け入れ、この伝導性接着剤が太陽電池１１６を金属ホイル１０２に電気的に接続する。このため、ＩＬＤ１１４、１１５によって伝導性接着剤１２０が開口部１１８に閉じ込められる。図１１に示す実施形態において、開口部１１８はビア１０８に対応し、ＩＬＤ１１４、１１５は連続シートを構成している。
【００４７】
したがって、金属ホイルと接触しているＩＬＤの表面積が小さくなると、ＩＬＤと金属との間のせん断応力も小さくなり、ＩＬＤが金属ホイルから剥離しにくくなる。連続ＩＬＤ層の面積におけるこの縮小を実現するために、ＩＬＤを好ましくは離散したアイランドとすることによって、金属ホイルと接触している各離散アイランドの面積を小さくする。このパターン形成は、ドットマトリクスＩＬＤ層と称される。図１３はキャリアフィルム１０４及び金属ホイル１０２上にドット又はアイランド１２２として印刷されたＩＬＤを示す。ＩＬＤは、好ましくは、連続ＩＬＤシートにおけるビア１０８と同様に、ＥＷＴセルをその下の金属ホイルに接着する領域には印刷されない（ボンドパッド領域１２４）。このため、ＩＬＤドットは好ましくは各ボンドパッド領域（形状は問わない）周囲に配置され、伝導性接着剤を受け入れるに十分なブランク領域を残し、また伝導性接着剤が広がりすぎてセルを短絡してしまうのを防止する。このようにして、ＩＬＤは伝導性接着剤をボンドパッド開口部に閉じ込める。この実施形態では、図１２において、開口部１１８はボンドパッド領域１２４に対応し、ＩＬＤ１１４、１１５は離散したドット又はアイランドを構成し、そのドット又はアイランドの上に太陽電池１１６が載る。ＩＬＤから構成される環が、好ましくは、各ボンドパッド領域の周囲に配置され（最内部ドット内）、セルとバックシートとを係合させた際にセルを金属フィルムに接続するのに使用する伝導性接着剤が広がるのを防止するウェルを形成する。
【００４８】
ドットマトリクスパターンは、好ましくは、バックシート上での並べ方や回転方向に関係なく各太陽電池の各縁部の少なくとも一部が常にＩＬＤの柱上にくるように設計される。設置及び回転方向は、好ましくは、ＥＷＴセルとバックシートとの間で依然として良好な接触が得られる移動に限定される。各離散アイランドは好ましくは少なくとも面積１ｍｍ２を有する。ただし、ＩＬＤアイランドのサイズはバックシートに合わせて望みどおりに変化させることができる。ＩＬＤの厚さは、好ましくは、連続フィルムとして印刷した場合の厚さと同様である。ＩＬＤ材料は、任意で、ＵＶ又は熱硬化性のソルダーレジスト又は柔軟性のあるカバーレイを含む。
【００４９】
別の実施形態において、電気的絶縁層（ＩＬＤ）が、フレキシブル回路に加えて又はその代わりにセル上に配置される。ＩＬＤは、スクリーン印刷又は関連する技法によって適用することができ、またフレキシブル回路に使用したＩＬＤと同様の材料を使用することができる。この設置の利点は、より小型のセル上への印刷工程が、大型フレキシブル回路の場合より精確になる得ることである。また、電気的絶縁層を、電気的な絶縁を必要とする領域（例えば、隣接する回路層とは反対の極性のグリッド線）上にだけ配置して、極めて大型のバックシート上のＩＬＤに関連する応力を回避することができる。
【００５０】
電気的な絶縁を施すための別の実施形態においては、カプセル化層にスクリム材料を使用することができる。「スクリム（ｓｃｒｉｍ）」とは、グラスファイバー又は関連材料の不連続シートを意味する。スクリムは多くの場合、多孔性のメッシュであることから、カプセル化材がスクリムを通り抜けてセルとバックシートに接着する。スクリムを別層として設けることも、カプセル化材と事前に一体化させることもできる。スクリムによってラミネーション中のセルのずれが軽減され、また真空／加圧ラミネーション中にカプセル化材が薄くなりすぎるのを防止することができ、この結果、セルとフレキシブル回路バックシートとの間での電気的短絡を防止することができる。
【００５１】
（熱可塑性カプセル化材）
典型的な光起電モジュールは、連続レイアッププロセスを使用して構築される。このプロセスはガラスシートから始まり、このガラスシートがモジュールの正面にくる。ガラス面を水平面上で伏せ、カプセル化材のシート（典型的にはＥＶＡ）をガラス上に置く。ＥＶＡの上に一連のセルストリングを置き、ストリングの開始部及び終了部のその相互接続部を互いにはんだ付けする。次に、別のＥＶＡシートをセル上に置き、次にバックシートを置く（典型的には、ポリエステルをセルに向けたテドラー（Ｔｅｄｌａｒ）／ポリエステルホイル）。次に、パッケージ全体をプレスラミネータ内に置き、パッケージを互いに接合する。
【００５２】
ＭＭＡモジュール組立てプロセスは極めて異なる。このプロセスは、電気回路又はセル相互接続部が組み込まれ且つ層間絶縁膜（ＩＬＤ）で被覆した又は被覆していないバックシートから始まる。このアセンブリが統合又はＭＭＡバックシートである。セルを置く前に、カプセル化材のシートを統合バックシート上に置くことができる。カプセル化材のシートは好ましくは開口部を備え、好ましくは打ち抜かれており、伝導性接着剤等の伝導性材料の適用を通じてセルをバックシートに相互接続するビア又はボンドパッド開口部に対応する。伝導性接着剤は、好ましくは、ステンシルを使用してバックシートに適用される。一旦セルがカプセル化材層上の所定の位置に置かれたら、別のカプセル化材層を好ましくはそのセル上に置き、最後にカバーガラスをその第２のカプセル化材層上に置く。次に、パッケージ全体を、典型的には、熱と圧力とに曝露することによって層を互いに接合する。
【００５３】
モノリシックモジュール組立てでは、ラミネーション工程中に電気的接続材料をフレキシブル回路と太陽電池に接合することを必要とする。ラミネーション工程の時間／圧力サイクルは主にカプセル化材の特性によって決定される。電気的接続材料は、典型的なラミネーション温度に対応した低融点の伝導性接着剤又ははんだ付け材料となる可能性が最も高い。光起電モジュール用の最も一般的なカプセル化材は、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）から成る熱硬化性ポリマーである。ＥＶＡは熱硬化反応中に溶融し、流れ、また硬化反応中に様々な化学物質及びガスを放出し、これは電気的接続材料のフレキシブル回路又は太陽電池への接合能を全面的に阻害する可能性がある。ＥＶＡはまた軟質度が極めて高いため（低弾性率）、応力のほとんどが電気的接続材料及びボンドに伝達され、光起電モジュールの信頼性を低下させる可能性がある。最後に、ＥＶＡのガラス及び光起電モジュールにおけるその他の材料に対する接着性は比較的不良である。接着性は、モジュールで透湿性バックシートを使用する場合、高温高湿環境に曝露されると更に低下する。
【００５４】
モノリシックモジュール組立てにおいて、バックシートの導体層は表面の大半を覆い、また優れた気体／水分バリアである。大量生産時に、ラミネーション工程のスループットを最大限にし且つ製造コストを最小限に抑えるためにＥＶＡを部分的に硬化させるのはよくあるやり方である。信頼性に関する懸念から、不透湿性又は気体不透性パッケージングを採用する場合は、ＥＶＡをラミネーション工程中に完全に硬化させる必要がでてくる。問題は、使用中に部分的に硬化させたＥＶＡが硬化し続け気体が発生し、バックシートが気体不透性の場合、パッケージ内に気泡が溜まることである。
【００５５】
熱可塑性材料（アイオノマー、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリウレタン、エチレンコポリマー、ポリエチレン、シリコーン、同様の材料等）もまた、光起電モジュールにおけるカプセル化材として使用されている。熱可塑性カプセル化材では、モノリシックモジュール組立てを採用して組み立てられるモジュール用のより一般的な熱硬化性ＥＶＡカプセル化材と比較して、以下の利点が得られる。
【００５６】
・熱可塑性材料とのラミネーション中に化学反応は起きないため、熱可塑性カプセル化剤によって、ラミネーション工程中に電気的接続材料（伝導性接着剤等）の接合の阻害性が低い、化学的により均質な環境が得られる。これは本発明のＭＭＡプロセス独特のものである。
・熱可塑性ポリマーはより広いプロセスウィンドウを有し得ることから、カプセル化材のものだけでなく電気的取り付け材料の要件により適合するようにラミネーションプロセスを工夫することができる。
・パッケージにおいてより多くの応力が重要な電気的接合部ではなくカプセル化材にかかるように熱可塑性ポリマーをずっと硬くすることができる（より高い弾性係数）。
・熱可塑性カプセル化材はガラス及び光起電積層体におけるその他の界面に対して極めて優れた接着性を有しており、そのこともまた重要な電気的接合部に伝達される応力を軽減し且つパッケージ全体の信頼性も改善するのに役立つ。
・熱可塑性カプセル化材は、化学反応を起こして生成物を生じさせないことから、防湿性、気体不透性バックシートとの適合性がより高い。
・ＥＶＡと比較すると、熱可塑性カプセル化材はセル及び／又はバックシートと統合して組立てを簡素化し易い。熱可塑性カプセル化材では、材料を劣化させることなく融点より高い状態に繰り返しもっていくことができるが、硬化した熱硬化性材料では、硬化反応完了後はその他の材料への接合能が大幅に失われてしまう。
【００５７】
別の実施形態において、カプセル化材は、ＭＭＡバックシートに含める又は統合することができる。これによってカプセル化材層のパターン形成及び配置工程が省かれてＭＭＡ組立て工程が更に単純化される。カプセル化材は、ロールツーロール処理技法を使用してバックシートにラミネートすることができる。別の実施形態において、カプセル化材はセルに統合される。
【００５８】
（光起電モジュール用ハイブリッド接着剤／はんだ）
モノリシックモジュール組立てでは、電気的接続材料に導電性接着剤及び／又ははんだを利用することができる。これらの材料はラミネーション工程中に接合されなくてはならず、ラミネーションは典型的にはピーク温度２００℃未満で起こる。導電性接着剤は典型的にはポリマーマトリクス（エポキシ、シリコーン、ポリイミド、アクリル、ポリウレタン等）と伝導性粒子から成る。伝導性粒子は典型的にはＡｇを含む。導電性接着剤が、腐食作用を回避して良好な接着性を得るために特殊な金属表面仕上げ（例えば、Ａｇ又はＡｕめっき）を必要とする場合もある。導電性接着剤の欠点は表面への接合の困難さ、特殊金属表面仕上げのコスト、導電性接着剤のプロセスウィンドウ（室温にした後の有限の寿命）及び熱と湿度による経年劣化である。高温はんだは、必要とされる高温の硬化温度がカプセル化材及びバックシートに使用するポリマーとは合わないことから不利である。低温はんだ（Ｓｎ：Ｂｉ、Ｉｎ系合金等）は典型的なラミネーション温度に適合してはいるが、その他の金属表面を濡らすのが困難なことが知られており、また脆いことが多い。
【００５９】
導電性接着剤と低温はんだの両方の特性を有するハイブリッド材料は、合金から成り融点が低い粒子（すなわち、低温はんだ）を含むポリマーマトリクスから成る。ポリマーマトリクスは接着性と軟質の耐久性の高いマトリクスを提供し、一方、低温はんだ粒子の溶融及びリフローによって界面抵抗及びバルク抵抗が低くなる。
【００６０】
（ＭＭＡバックシートへの防湿層の統合）
防湿層のバックシートにおける使用が有利なことが多い。水分は腐食を引き起こし、材料又は界面の接着性を劣化させる恐れがある。バックシートにおける防湿層の追加によって光起電モジュールへの水分の侵入が大幅に低下し、ほぼ排除されるため、水分に関係した劣化がなくなる。正面のガラスは優れた防湿層であることから、典型的には裏面を通っての水分の侵入がより問題となってくる。光起電モジュールの裏面に使用される最も一般的な防湿材料にはガラス（結果的にモジュールが重く、高価になる）又はＡｌホイルである。Ａｌホイルの厚さは典型的に２５〜５０μｍである。薄膜誘電体フィルムも防湿層として使用されてきている。これらのフィルムは典型的にはポリマーシート上に直接堆積され、光起電バックシート構造体に統合される。
【００６１】
モノリシックモジュール組立て（ＭＭＡ）においては防湿層のバックシートへの組み込みが有利になり得る。防湿層によってより多くの金属表面仕上げ剤及び導電性材料の使用を考慮できるようになり、腐食及び電気回路層に一般的に使用される大面積のＣｕホイルに対する酸化から保護され、パッケージ全体の信頼性が改善される。
【００６２】
ＭＭＡバックシートはフレキシブル回路層（基板、金属回路及び電気的絶縁体層）及び電気的、環境的保護のための外層から成る。外方環境保護層は典型的には、擦過耐性及び電気的絶縁を目的として、比較的厚いポリエステル層上のフッ素化ポリマー（ＤｕＰｏｎｔのＴｅｄｌａｒ等）である。ただし、様々なその他の材料も使用されている。防湿層（例えば、２５〜５０μｍのＡｌ）を、上述したように、環境からのより高い保護を目的として外方バックシートに含めることができる。フレキシブル回路は、好ましくは、ラミネーション処理によって外方バックシートに接合される。ラミネーションは、好ましくは、製造コストを下げるために大気中でのロールツーロール技法によって行われる。
【００６３】
外方バックシートにおけるＡｌホイルを用いたこの構成は環境性能及び高い信頼性においてロバストであるが、特に製造しやすいというわけではない。現行のモジュールで使用されている各ＭＭＡバックシートでは、真空／加圧ラミネータでフレキシブル回路層を外層に個別に組み立てなくてはならない。このプロセスではスループットが低く、またロールツーロール技法によるラミネーションよりコストがかかる。一般にロールツーロール処理は使えないが、これは回路用の３５〜５０μｍのＣｕ及び防湿層用の２５〜５０μｍのＡｌを含む、防湿層を備えたＭＭＡバックシートがロールツーロール処理には硬くなりすぎるからである。
【００６４】
この問題を解決するために、防湿層を備えたより柔軟性の高いＭＭＡバックシート構成が望まれる。一実施形態において、フレキシブルＭＭＡバックシートではかなり薄いＡｌホイルを使用し、このホイルは約２５μｍ未満、より好ましくは約１５μｍ未満、より一層好ましくは約１０μｍ未満、最も好ましくは約９μｍの厚さを有する。ロールツーロール処理で機械的に取り扱い可能であるならば、もっと薄いホイルの使用も考えられる。この実施形態において、Ａｌホイルは外層に使用された基板（２５０μｍのポリエステル（ＰＥＴ）等）に接合される。フッ素化ポリマー（ＤｕＰｏｎｔのＴｅｄｌａｒ（ＰＶＦ）等）を、環境からの保護のためにＡｌホイルに接合する。好ましくはホイルを含む銅層を、ロールツーロール処理を使用して反対側でＰＥＴに接合することができる。これがＰＥＴの補強に役立ち、Ａｌホイルの破れが防止される。ＣｕホイルをＰＶＦ／ＡＬ／ＰＥＴ複合体に一旦接合したら、ＭＭＡバックシートへの回路の形成に現在採用されている典型的なロールツーロール技法を使用して加工することができる。あるいは、加工性が改善されたＭＭＡバックシートの製造を目的として、薄いＡｌホイルではなく薄膜防湿層を使用することもできる。
【００６５】
本発明をこれらの好ましい実施形態を特に参考にしながら詳細に説明してきたが、その他の実施形態でも同じ結果を得られる。本発明の変形及び改変は当業者に明白であり、またそのような改変及び均等物全てを網羅することが意図される。本明細書において開示してきた様々な構成は読み手に好ましい実施形態と代替実施形態を教示することを意図したものであり、本発明又は特許請求の範囲を限定することを意図したものではない。上記で引用の全ての特許、参考文献及び出版物の開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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