(57)【要約】  太陽光発電モジュールは、裏面電極型太陽電池セルの少なくとも１つのストリングと、太陽電池セルを電気的に相互接続する柔軟な導電性経路をその上に含むセルの裏側の多孔質非導電層とを含む。裏面シートと、多孔質非導電層を通って流れることができ、裏面シートを太陽電池セルに接合する、裏面シートと多孔質非導電層との間の封止材とがある。
2014504040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面電極型太陽電池セルの少なくとも１つのストリングと、
前記太陽電池セルを電気的に相互接続する柔軟な導電性経路をその上に含む前記セルの裏側の多孔質非導電層と、
裏面シートと、
前記多孔質非導電層を通って流れることができ、前記裏面シートを前記太陽電池セルに接合する、前記裏面シートと前記多孔質非導電層との間の封止材とを含む、太陽光発電モジュール。
【請求項２】
前記裏面電極型太陽電池セルはそれぞれ、アレイ状の電極を含む、請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】
前記裏面電極型太陽電池セルはそれぞれ、櫛歯状電極を含む、請求項１に記載のモジュール。
【請求項４】
前記多孔質非導電層は、不織のガラス繊維材料を含む、請求項１に記載のモジュール。
【請求項５】
前記柔軟な導電性経路は、前記多孔質非導電層に接着された金属箔を含む、請求項１に記載のモジュール。
【請求項６】
前記柔軟な導電性経路は、前記裏面電極型太陽電池セルにはんだ付けされたか、または接着された、請求項１に記載のモジュール。
【請求項７】
前記裏面シートは、絶縁された非多孔質層を含む、請求項１に記載のモジュール。
【請求項８】
前記絶縁された非多孔質層は、プラスチックを含む、請求項７に記載のモジュール。
【請求項９】
前記封止材は、エチレン酢酸ビニルの層を含む、請求項１に記載のモジュール。
【請求項１０】
前記セルを覆うガラス前面シートをさらに含む、請求項１に記載のモジュール。
【請求項１１】
前記セルを覆う前記ガラス前面シートを固定する封止材をさらに含む、請求項１０に記載のモジュール。
【請求項１２】
太陽光発電モジュールを製造する方法であって、
多孔質非導電層上に導電性経路を形成するステップと、
裏面電極型太陽電池セルの少なくとも１つのストリングの裏面電極を前記導電性経路に固定するステップと、
封止材と一緒に前記太陽電池セルを備える絶縁された裏面シートを組み立てるステップと、
前記封止材が、前記多孔質非導電層を通って流れて前記裏面シートを前記セルに接合するように、前記封止材を加熱するステップとを含む、方法。
【請求項１３】
固定するステップは、はんだを前記導電性経路に追加するステップおよび前記はんだをリフローするステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
固定するステップは、導電性接着剤を前記導電性経路に追加するステップおよび前記接着剤を硬化するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記多孔質層は、不織のガラス繊維材料を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
形成するステップは、前記導電性経路を前記多孔質非導電層に接着するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記セルを覆うガラス前面シートを提供するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記セルを覆う前記ガラス前面シートを固定する封止材を提供するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
裏面電極型太陽電池セルの少なくとも１つのストリングと、
前記太陽電池セルを電気的に相互接続する導電性経路をその上に含む前記セルの裏側の多孔質非導電層と、
裏面シートと、
前記裏面シートと前記多孔質非導電層との間の第１の封止材と、
前記セルを覆うガラス前面シートと、
前記ガラス前面シートと前記セルとの間の第２の封止材とを含む、太陽光発電モジュールスタック。
【請求項２０】
前記多孔質非導電層は、ガラス繊維材料を含む、請求項１９に記載のモジュールスタック。
【請求項２１】
前記導電性経路は、前記多孔質非導電層に接着された金属箔を含む、請求項１９に記載のモジュールスタック。
【請求項２２】
前記導電性経路は、前記裏面電極型太陽電池セルにはんだ付けされたか、または接着された、請求項１９に記載のモジュールスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§§１１９、１２０、３６３、３６５、および３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．５５および§１．７８の下で、２０１１年１月２６日に出願された、米国特許出願第１２／９３１，２３３号に基づき、その優先権を主張するものであり、その出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、太陽電池パネルなどの太陽光発電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００３】
伝統的な太陽電池パネルでは、太陽電池セルは、薄く平らな導電性相互接続「リボン」または「タブ」を使用してストリング状に電気的に相互接続される。太陽電池セルは、結晶シリコン太陽電池セルまたはアモルファスシリコン、ＣＩＧＳ、およびＣｄＴｅを含む薄膜太陽電池セルである場合もある。リボンは典型的には、スズまたは、スズ−銀、スズ−鉛、スズ−鉛−銀、もしくはビスマス−スズなどのはんだ合金で被覆されることもある薄い銅ストランドである。
【０００４】
従来の一設計では、ストリングでの第１の太陽電池セルの前面は、そのストリングでの第２の太陽電池セルの裏面に電気的に接続され、その前面は、第３の太陽電池セルの裏面に電気的に接続され、セルにはんだ付けされる間隔の空いた相互接続リボンの対を使用して同じように続く。太陽電池セルのストリングは、次に、バスリボンによって電気的に接続される。典型的なパネルはまた、ガラス製カバーシートおよび天候から保護する裏面プラスチックシートを含むこともある。
【０００５】
裏面電極型太陽電池セルは、陰影損失および同様のものを低減するために立案された。Ｖａｎ  ＫｅｒｓｃｈａｖｅｒおよびＢｅａｕｃｅｒｎｅ、「Ｂａｃｋ−Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ：  Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ」、Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ：  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，  ２００６、１４、１０７〜１２３頁（２００５）を参照のこと。Ｓｏｌｌａｎｄ  Ｓｏｌａｒは、例えば、裏面電極がアレイ状である「Ｓｕｎｗｅｂ」と呼ばれる裏面電極型太陽電池セルを提示する。別の裏面電極設計は、櫛歯状設計での電極を有する。
【０００６】
このようにして、パネルの裏面シートは、太陽電池セルをストリング状に電気的に相互接続するために箔状導電層を含むことができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｖａｎ  ＫｅｒｓｃｈａｖｅｒおよびＢｅａｕｃｅｒｎｅ、「Ｂａｃｋ−Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ：  Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ」、Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ：  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，  ２００６、１４、１０７〜１２３頁（２００５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、セルはまた、裏面シートに機械的に結合もされ、それは、パネルの熱サイクル中にプラスチック裏面シートの損耗をもたらす可能性がある。耐候性プラスチック裏面シートの損耗は、太陽電池パネルに損傷をもたらす可能性がある。また、裏面シートと太陽電池セルとの間のどんな封止材も、太陽電池セルの裏面電極と金属箔との間の電気的接続を妨げないようにパターン形成されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一態様では、本発明は、太陽電池パネルなどの太陽光発電モジュールを提供し、それは、好ましい一実施形態では、繰り返される熱サイクル中に損耗せず、長いモジュール耐用年数にわたる太陽電池セルの完全な封止を可能にして、水分、凝縮、腐食、および剥離を低減する裏面シートを含む。本発明の好ましい一方法はまた、高速自動化プロセスも受け入れやすい。
【００１０】
本発明は、裏面電極型太陽電池セルの少なくとも１つのストリングと、太陽電池セルを電気的に相互接続する柔軟な導電性経路をその上に含むセルの裏側の多孔質非導電層とを含む太陽光発電モジュールを特徴とする。裏面シートと、多孔質非導電層を通って流れることができ、裏面シートを太陽電池セルに接合する、裏面シートと多孔質非導電層との間の封止材とがある。
【００１１】
裏面電極型太陽電池セルはそれぞれ、１つのバージョンではアレイ状の電極を含んでもよく、または裏面電極型太陽電池セルはそれぞれ、別の例となるバージョンでは櫛歯状電極を含むことができる。好ましくは、多孔質非導電層は、不織のガラス繊維材料を含む。
【００１２】
一設計では、柔軟な導電性経路は、多孔質非導電層に接着された金属箔を含み、柔軟な導電性経路は、裏面電極型太陽電池セルにはんだ付けされまたは接着され、裏面シートは、絶縁された非多孔質層（典型的にはプラスチック）を含む。封止材は、エチレン酢酸ビニルの層を含んでもよい。
【００１３】
モジュール（例えば、パネル）は典型的にはまた、セルを覆うガラス前面シートおよびセルを覆うガラス前面シートを固定する封止材も含む。
【００１４】
太陽光発電モジュールを製造する方法は、本発明の一例によると、導電性経路を多孔質非導電層上に形成するするステップと、裏面電極型太陽電池セルのストリングの裏面電極を導電性経路に固定するステップと、封止材と一緒に太陽電池セルを備える絶縁された裏面シートを組み立てるステップとを含む。封止材は、多孔質非導電層を通って流れて裏面シートをセルに接合するように加熱される。
【００１５】
はんだが、導電性経路に加えられ、リフローされてもよい。導電性接着剤が、導電性経路に加えられ、硬化されてもよい。典型的には、形成するステップは、導電性経路を多孔質非導電層に接着するステップを含む。また、ガラス前面シートが、セルを覆って加えられてもよく、封止材が次いで、通常セルを覆うガラス前面シートを固定するために配置される。
【００１６】
１つの太陽光発電モジュールスタックは、本発明によると、裏面電極型太陽電池セルの少なくとも１つのストリングと、前記太陽電池セルを電気的に相互接続する導電性経路をその上に含むセルの裏側の多孔質非導電層と、裏面シートと、裏面シートと多孔質非導電層との間の第１の封止材と、セルを覆うガラス前面シートと、ガラス前面シートとセルとの間の第２の封止材とを特徴とする。
【００１７】
他の目的、特徴および利点は、好ましい実施形態の次の説明および添付の図面から当業者には思い当たることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術による太陽電池セルの２つのストリングおよび各ストリングの個々のセル間の相互接続リボンを示す概略上面図である。
【図２】特定の種類の裏面電極型太陽電池セルを相互接続する従来技術の一方法の概略分解組立図である。
【図３】本発明による太陽電池パネルの一例を示す概略分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下で開示する好ましい実施形態に加えて、本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施または実行されうる。それ故に、本発明は、その応用において次の説明で述べるまたは図示する構築の詳細および構成要素の配置に限定されないことを理解すべきである。もし１つの実施形態だけが、本明細書で述べられても、これに関する請求項は、その実施形態に限定されるべきでない。その上、これに関する請求項は、ある排除、制限、または放棄を明示する明白かつ確信のある証拠がない限り、制限的に読むべきでない。
【００２０】
上記の背景技術の節で論じたように、１つの典型的な太陽電池モジュールは、太陽電池セル１２のストリング１０ａおよび１０ｂを含む。各ストリングでの太陽電池セルは、相互接続リボン１４を介して電気的に相互接続される。ストリング１０ａおよび１０ｂは、次に、バスリボン１６ａ、１６ｂ、および１６ｃによって電気的に相互接続される。パネルは、例えば、それぞれが多数のセルを備える６つのストリングを含んでもよい。
【００２１】
図２に示す裏面電極型太陽電池セル１２’の出現とともに、天候に影響されない裏面プラスチックシート２４上の電極２２を含む箔状配線２０を使用して、セルのストリングを電気的に接続することができ、それらは次いで、エチレン酢酸ビニル層２８などの封止材を使用して裏面シート２４とガラス製カバー２６との間に封止される。ＥＶＡはまた、耐候性プラスチック裏面シート２４上にも存在する。この設計の結果、得られるパネルの熱サイクル中にプラスチック裏面シート２４が損耗する可能性がある。
【００２２】
本発明では、対照的に、図３に示す柔軟な導電性経路（例えば、金属箔）３０が、使用される裏面電極型セル（１２’）の種類に応じて、各セル１２’間の必要な電気的相互接続を提供するように、また望むならば、ストリングを電気的に接続するようにも構成される。異なる種類の裏面電極型セルが、使用されてもよく、図２で示すようなアレイ状の電極を備えるそれらならびに当技術分野で周知のような櫛歯状電極を備える裏面電極型太陽電池セルを含む。柔軟な導電性経路は、多孔質非導電層３２（例えば、Ｃｒａｎｅ  ａｎｄ  Ｃｏ．の「Ｃｒａｎｅｇｌａｓ  ２３０」などの不織のガラス繊維）上に支持される。この層の多孔性は、封止層３４ａが層３２を通って流れることを可能にし、天候から保護する絶縁された不浸透プラスチック裏面シート３６をセル１２’の裏面に固定する。いろいろな異なる可能なパターンでの３０に示す金属配線が、接着剤を使用して多孔質非導電層３２に接着されてもよく、この形態においてシートにまたはロール上に提供されてもよい。太陽電池セルの裏面電極は、次に、適切な位置で柔軟な導電性経路にはんだ付けされまたは接着されてもよい。また、多くの設計で、セルを覆うガラス前面シート３８ならびにガラスシート３８とセルストリング１２’との間の封止層３４ｂも、提供される。好ましい封止材は、エチレン酢酸ビニルすなわちＥＶＡのシートである。シート３２の多孔性は、モジュール積層プロセス中に封止材３４ａがシート３２を通って流れ、太陽電池セル１２’の裏面に接合することを可能にする。その結果、空気を閉じ込めるまたは非積層領域を形成することなく太陽電池セルを完全に封止する。非積層領域は、水分凝縮および剥離を許すので、完全な封止は、長いモジュール耐用年数をもたらす。
【００２３】
加えて、３０で示すような柔軟な回路を裏面シート３６から分離することは、セル１２’を低弾性率封止材３４ａの層を使って裏面シート３６から機械的に切り離し、それによってモジュール寿命にわたる数千もの熱サイクル中に裏面シート３６への損傷を防止する。
【００２４】
裏面電極型太陽電池セルは、はんだ付けによってまたは導電性接着剤を使って所望の位置で金属パターン３０に結合されてもよい。柔軟な回路３０は、あらゆるセルについて正および負の結合位置ではんだもしくはフラックスを使ってまたは導電性接着剤を使って準備されてもよい。高速自動化技術は、太陽電池セル１２’を選び取り、検査し、整列させて、柔軟な回路３０上に置くために使用できる。熱および圧力が次いで、はんだをリフローするまたは接着剤を硬化するために加えられてもよい。セルが貼り付けられた状態の柔軟な回路３０は、ガラス製カバーシート３８および天候から保護する絶縁された不浸透プラスチック裏面シート３６を含む図３で示すようなスタックに組み立てられてもよく、そのスタックは、Ｓｐｉｒｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｂｅｄｆｏｒｄ、ＭＡから入手できるＳｐｉ−Ｌａｍｉｎａｔｏｒなどの周知のモジュール積層装置で真空積層されてもよい。
【００２５】
柔軟な回路３０のために多孔質絶縁シート３２を使用することは、封止層が回路に付加される前に太陽電池セルを回路に接合することを可能にする。これは、積層中に除去できない空気を閉じ込める可能性がある封止材に損傷を与えるまたは封止材を早期に溶かすことなくセルを回路に結合するためにはんだ付けプロセスを使用することを可能にする。未硬化のＥＶＡは、例えば、６２℃の融点を有し、典型的には２００〜２４０℃の典型的なはんだ付け温度よりも十分下の１５０〜１６０℃においてラミネーターで硬化される。
【００２６】
柔軟な回路は、より簡単でより高速なモジュール組立てプロセスを提供することができる。セル相互接続およびストリングのバス接続（ｂｕｓｉｎｇ）の両方のための実際の導体は、柔軟な回路３０上に提供されてもよい。柔軟な多孔質層３２の使用は、長いモジュール寿命のための完全なセル封止、セルを裏面シートから切り離すこと、および裏面封止層に損傷を与えることなくセルを回路にはんだ付けする能力などの、いくつかの利点をもたらす。
【００２７】
本発明の特定の特徴が、いくつかの図面で示され、他では示されないけれども、各特徴が、本発明によるその他の特徴のいずれかまたはすべてと組み合わされてもよいように、これは、便宜のためだけである。本明細書で使用されるような単語「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｈａｖｉｎｇ」、および「ｗｉｔｈ」は、広くかつ包括的に解釈されるべきであり、どんな物理的相互接続にも限定されない。その上、本出願で開示するどんな実施形態も、これらのみが可能な実施形態と受け取るべきでない。
【００２８】
加えて、本特許に対して特許出願の手続き中に提示されるどんな補正も、出願時の出願書類に提示されたどんな請求項要素の放棄（ｄｉｓｃｌａｉｍｅｒ）ではない。すなわち、当業者は、すべての可能な均等物を文字通りに包含することになる請求項を起草すると合理的に期待できず、多くの均等物は補正時に予見できず、放棄されるべきもの（もしあるなら）の公正な解釈を超えており、補正の根底にある論理的根拠は、多くの均等物からそれた関係しか有しておらず、かつ／または出願人が補正された任意の請求項要素の特定の非実質的な代替を記述すると期待できない多くの他の理由がある。
【００２９】
他の実施形態は、当業者には思い当たることになり、次の特許請求の範囲内である。
【符号の説明】
【００３０】
１０ａ  ストリング
１０ｂ  ストリング
１２  太陽電池セル
１２’  裏面電極型太陽電池セル
１４  相互接続リボン
１６ａ  バスリボン
１６ｂ  バスリボン
１６ｃ  バスリボン
２０  箔状配線
２２  電極
２４  裏面シート
２６  ガラス製カバー
２８  エチレン酢酸ビニル層
３０  柔軟な導電性経路、金属配線、柔軟な回路、金属パターン
３２  多孔質非導電層、多孔質絶縁シート
３４ａ  封止層、封止材
３４ｂ  封止層
３６  裏面シート
３８  ガラス前面シート、ガラス製カバーシート
【図１】
2014504040.tif 000003
【図２】
2014504040.tif 000004
【図３】
2014504040.tif 000005
【国際調査報告】
2014504040.tif 000006