(57)【要約】  本発明は、上面電極と裏面電極との間に配置される光電活性領域を有する、第１の光起電力セルと、そのセルの前面で前面電極と接触して、そのセルの上面電極に接着される、少なくとも１つの第１相互接続素子と、裏面電極に接着される、少なくとも１つの第２相互接続素子とを備える、光起電力物品である。低Ｔｇを有する導電性接着剤を使用して、前面電極に相互接続素子を接着する。裏面電極に第２相互接続素子を接着するために使用されるＥＣＡは、少なくとも８５℃のガラス転移温度という特徴、及びその裏面導電性接着剤が、環状配位のＯ、Ｎ、又はＳのうちの１つと、Ｏ、Ｎ、又はＳから選択される少なくとも１つの追加的なヘテロ原子とを含む複素環式構成成分の存在によって特徴付けられる金属キレート化合物を含むという特徴の、少なくとも一方によって特徴付けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面電極と裏面電極との間に配置される光電活性領域を有する、第１の光起電力セルと、前記セルの前面で前面電極と接触して、前記セルの前記上面電極に接着される、少なくとも１つの第１相互接続素子と、前記裏面電極に接着される、少なくとも１つの第２相互接続素子とを備え、前記第１相互接続素子が、７０℃以下のＴｇを有する導電性接着剤を使用して、前記前面電極に接着され、前記第２相互接続素子が、裏面導電性接着剤を使用して、前記裏面電極に接着され、前記裏面導電性接着剤が、少なくとも８５℃のガラス転移温度という特徴、及び環状配位のＯ、Ｎ、又はＳのうちの１つと、Ｏ、Ｎ、又はＳから選択される少なくとも１つの追加的なヘテロ原子とを含む複素環式構成成分の存在によって特徴付けられる金属キレート化合物を含むという特徴の、少なくとも一方によって特徴付けられる、光起電力物品。
【請求項２】
前記裏面導電性接着剤が、少なくとも８５℃のガラス転移温度を有する、請求項１に記載の光起電力物品。
【請求項３】
前記第１の光起電力セルに隣接する更なる光起電力セルを更に備え、前記更なる光起電力セルが、上面電極と裏面電極との間に配置される光電活性領域を有し、前記第１の光起電力セルの裏面と接触する前記相互接続素子が、前記更なる光起電力セルの前記上面電極と接触する、請求項１又は２に記載の光起電力物品。
【請求項４】
それぞれが別の光起電力セルに隣接する、１つ以上の更なる光起電力セルが存在し、各セルが、上面電極と裏面電極との間に配置される光電活性領域を有し、各隣接するセルの接続が、１つのセルの前記上面電極、及び前記隣接するセルの前記裏面電極と接触して、一連の相互接続されたセルを形成する、１つ以上の相互接続素子である、請求項３に記載の光起電力物品。
【請求項５】
各セルに関して、上面導電性接着剤が、前記相互接続素子を、該相互接続素子が接触する前記セルの前記前面に接着し、前記上面導電性接着剤が、摂氏７０度以下のガラス転移温度を有し、裏面導電性接着剤が、前記相互接続素子を、該相互接続素子が接触する前記セルの前記裏面電極に接着し、前記裏面導電性接着剤が、少なくとも摂氏８５度のガラス転移温度を有する、請求項３又は４に記載の物品。
【請求項６】
カルコゲン含有種が、前記裏面電極上に見出され、前記裏面導電性接着剤が、環状配位のＯ、Ｎ、又はＳのうちの１つと、Ｏ、Ｎ、又はＳから選択される少なくとも１つの追加的なヘテロ原子とを含む複素環式構成成分の存在によって特徴付けられる金属キレート化合物を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光起電力物品。
【請求項７】
裏面支持体と、前面透明バリア材料と、前記光起電力セル内で生成された電気の、他の電気デバイスへの伝達を可能にするための、電気的接続とを更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光起電力物品。
【請求項８】
前記裏面支持体と前記裏面電極との間の封入材料、及び前記上面電極と前記前面透明バリアとの間の封入材料を更に備える、請求項７に記載の物品。
【請求項９】
前記前面透明バリアが可撓性である、請求項７又は８に記載の物品。
【請求項１０】
前記前面透明バリアがガラスである、請求項７又は８に記載の物品。
【請求項１１】
前記導電性接着剤が、熱硬化性高分子及び導電性粒子を含む組成物である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の物品。
【請求項１２】
前記熱硬化性物質が、エポキシ、シアン酸エステル、マレイミド、フェノール、無水物、ビニル、アリル、若しくはアミノ官能性、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１１に記載の物品。
【請求項１３】
前記導電性粒子が、銀、金、銅、ニッケル、カーボンナノチューブ、グラファイト、スズ、スズ合金、ビスマス、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項１１又は１２に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には、相互接続された光起電力セル及び光起電力モジュールに関し、詳細には、それらのセル又はモジュールの耐用年数の全体を通じて良好な相互接続性能を維持するための、改善された手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光起電力セルは、典型的には、光エネルギーを電気に変換する光活性部分を備える。これらのセルの裏面上には、裏面電極があり、前面上には、別の電気収集システムがある。これらのセルは、第１のセルの前面、及び隣接するセルの裏面に接触する、複数の細いワイヤ又はリボンによって、直列に接続されることが一般的である。この相互接続構成は、一般的に「ストリング＆タブ」と称される。典型的には、導電性接着剤（ＥＣＡ）又はハンダを使用して、隣接するセルの前面及び裏面に、相互接続リボンを取り付ける。
【０００３】
これらの相互接続構成は、一般的には、銅カルコゲン化物タイプのセル（例えば、セレン化銅インジウムガリウム、セレン化銅インジウム、硫化銅インジウムガリウム、硫化銅インジウム、硫セレン化銅インジウムガリウムなど）、アモルファスシリコンセル、結晶シリコンセル、薄膜ＩＩＩ〜Ｖ族セル、有機光起電力技術、ナノ粒子光起電力技術、色素増感太陽電池、及び同様のものの組み合わせなどの、可撓性の光起電力セルと共に使用される。
【０００４】
国際公開第２００９／０９７１６１号は、隣接するセルの前面と裏面に導電性接着剤で接着された導電性のタブ又はリボンによって電気的に接合される、セルのストリングを教示している。この参照文献は、そのリボン又はタブの熱膨張係数が、基材の材料、及びＥＣＡの半可撓性の性質に適合するように選択されることにより、機械的応力が最小限に抑えられ、接着不良の可能性が減少することを示している。
【０００５】
相互接続のための手法の他の例としては、米国特許出願公開第２００９／０２６６３９８号、同第２００９／０２６０６７５号、米国特許第７，７３２，２２９号、米国特許出願公開第２００５／０２６３１７９号、同第２００８／０２１６８８７号、同第２００９／０００２５７８８号、同第２００８／００１１３５０号、米国特許第７，４３２，４３８号、同第６，９３６，７６１号、米国特許出願公開第２００７／０２５１５７０号、及び米国特許第７，０２２，９１０号が挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この業界は、相互接続を改善するための代替的手法を、継続的に検討している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
国際公開第２００９／０９７１６１号の教示にもかかわらず、環境応力（例えば、周囲熱）により、デバイス性能が経時的に低下することを、本発明者らは発見した。具体的には、相互接続されたセルのストリング内の電気コンタクトは、環境曝露の後に電気抵抗が増大しやすいことを、本出願人らは発見した。更なる試験の際に、出願人らは、裏面の導電性電極と電気コネクタ（例えば、導電性リボン）との間の、電気コンタクトの部分的損失を見出した。
【０００８】
セルの裏面電極に電気コネクタを接着する導電性接着剤は、動作範囲の温度での、材料の熱膨張係数の大幅な変動を回避するために、また高度な架橋系を維持して、動作範囲の温度での、ＥＣＡ中の導電性粒子の移動を防止するためにも、高いガラス転移温度を有するべきであり、かつ／又は、環状配位のＯ、Ｎ、若しくはＳのうちの１つと、少なくとも１つの追加的なヘテロ原子（Ｏ、Ｎ、Ｓ）とを含む複素環式構成成分の存在によって特徴付けられる金属キレート化合物を含むべきであることを、本発明者らは発見した。同時に、驚くべきことには、より低いガラス転移接着剤は、光起電力セルの上面又は前面と電気的接続システム又は電気コネクタとの間の接着剤として、より良好に機能することが発見された。金属キレート化合物の存在は、裏面電極上にカルコゲンの残留物の存在が見出される、ＩＢ−ＩＩＩＡタイプの光起電力セル内で、特に重要である。
【０００９】
それゆえ、一態様によれば、本発明は、上面電極と裏面電極との間に配置される光電活性領域を有する、第１の光起電力セルと、そのセルの前面で前面電極と接触して、そのセルの上面電極に接着される、少なくとも１つの第１相互接続素子と、裏面電極に接着される、少なくとも１つの第２相互接続素子とを備え、第１相互接続素子が、７０℃以下のＴｇを有する導電性接着剤を使用して、前面電極に接着され、第２相互接続素子が、裏面導電性接着剤を使用して、裏面電極に接着され、この裏面導電性接着剤は、少なくとも８５℃のガラス転移温度という特徴、及び環状配位のＯ、Ｎ、又はＳのうちの１つと、Ｏ、Ｎ、又はＳから選択される少なくとも１つの追加的なヘテロ原子とを含む複素環式構成成分の存在によって特徴付けられる金属キレート化合物を含むという特徴の、少なくとも一方によって特徴付けられる、光起電力物品である。
【００１０】
好ましくは、この光起電力物品は、少なくとも２つのそのような光起電力セルのストリングであり、上述のような第１の光起電力セルの裏面電極と接触する電気コネクタは、そのセルの縁部を越えて延出し、隣接するセルの前面電極と接触する。より好ましくは、この物品は、１つのセルの裏面電極と接触し、かつまた隣接するセルの前面電極とも接触する電気コネクタをそれぞれが有する、３つ以上のそのようなセルを有する。好ましくは、いずれの場合にも、７０℃以下のガラス転移温度を有する導電性接着剤が、光起電力セルの前面に、相互接続素子を接着し、少なくとも８５℃のガラス転移温度を有する導電性接着剤が、光起電力セルの裏面電極に、相互接続素子を接着する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】１つの光起電力セルから隣接する光起電力セルへの代表的な電気的接続の前面図を示す、概略図である。
【図２】１つのセルから隣接するセルへの代表的な電気的接続を示す、概略断面図である。
【図３】２つの異なる導電性接着剤を有する光起電力物品の性能を、単一タイプの導電性接着剤のみを有する物品と比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の光起電力物品の例示的実施形態の前面図を示し、この場合には２つの隣接する光起電力セル１１を示す。図２は、１つの相互接続素子の場所での、断面図を示す。各セルは、裏面電極１４と、この場合には一連の細いワイヤとして示される、上面の透明な電気コンタクト２６（ワイヤ１２の間の領域）上に配置された、前面電気収集システム１２とを有する。一手法によれば、この上面の集電体は、第１のセルの縁部を越えて延出し、第２のセルの裏面に接触することができる。この手法では、電気収集システムはまた、セル間の電気コネクタとしての機能も果たす。この手法は、図１及び図２では示されない。あるいは、図１及び図２に示すように、この場合には導電性リボン１３である、別個の電気コネクタが提供され、第１のセルの前面集電体１２を、第２のセルの裏面電極１４に接続する。更なるセルを追加することにより、所望の長さのストリングを形成することができ、末端のセルは、より複合的なアレイ（対象のストリングで作製されるモジュールによって形成される）内への、又は電気供給システムへの、そのセルの接続を可能にするために提供される電気導線（図示せず）を有する。
【００１３】
本発明で使用される光起電力セル１１は、この業界で使用される任意の光起電力セルとすることができる。そのようなセルの例としては、結晶シリコン、アモルファスシリコン、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、色素増感太陽電池（いわゆるグレッツェルセル）、有機／高分子太陽電池、又は光電効果を介して太陽光を電気へと変換する任意の他の材料が挙げられる。しかしながら、光活性層は、好ましくは、ＩＢ−ＩＩＩＡ族のセレン化物、ＩＢ−ＩＩＩＡ族の硫化物、又はＩＢ−ＩＩＩＡ族の硫セレン化物などの、ＩＢ−ＩＩＩＡ族のカルコゲン化物の層である。より具体的な例としては、セレン化銅インジウム、セレン化銅インジウムガリウム、セレン化銅ガリウム、硫化銅インジウム、硫化銅インジウムガリウム、セレン化銅ガリウム、硫セレン化銅インジウム、硫セレン化銅ガリウム、及び硫セレン化銅インジウムガリウム（これらの全ては、本明細書ではＣＩＧＳＳと称される）が挙げられる。これらはまた、式ＣｕＩｎ（１−ｘ）ＧａｘＳｅ（２−ｙ）Ｓｙによっても表され、式中、ｘは０〜１であり、ｙは０〜２である。セレン化銅インジウム及びセレン化銅インジウムガリウムが好ましい。ＣＩＧＳＳセルは、通常は、ＣＩＧＳＳ系セル内で有用であることが当該技術分野において既知であり、また本明細書でも想到されるような、１つ以上のエミッタ（バッファ）層、導電層（例えば、上面に使用される透明導電層）などのような、更なる電気活性層を含む。
【００１４】
これらのセルは、裏面電極を有する。典型的には、この裏面電極は、金属箔又は金属フィルムを含むか、あるいは非導電性又は導電性基材上の、そのような箔、フィルム、又は金属ペースト若しくは金属コーティングである。好適な材料としては、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、又はモリブデンの、金属箔若しくは金属フィルムが挙げられるが、これらに限定されない。ステンレス鋼及びチタンが好ましい。好ましくは、この基材を含む電極構造は、可撓性である。この基材は、基材の一方の面又は両面を、任意選択の裏面電気コンタクト領域でコーティングすることができる。そのような領域は、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、これらの組み合わせなどのうちの１つ以上を含めた、広範な導電性材料から形成することができる。Ｍｏを組み込む導電性組成物を、例示的実施形態で使用することができる。特に光活性層がＩＢ−ＩＩＩＡ族のカルコゲン化物である場合、裏面電極表面上に、微量以上のカルコゲン含有物質が見出され得る。これらのカルコゲン物質は、光活性層の形成プロセスからの残留物であり得る。これらの物質が見出される場合、環状配位のＯ、Ｎ、又はＳのうちの１つと、Ｏ、Ｎ、又はＳから選択される少なくとも１つの追加的なヘテロ原子とを含む複素環式構成成分の存在によって特徴付けられる金属キレート化合物を含む、裏面ＥＣＡを使用することが、特に有益である。そのような化合物の例としては、キノリン、ピラゾール、トリアゾール、複素環アミン、及びチアゾリン、並びに、特にこれらの化合物のヒドロキシ置換種が挙げられる。
【００１５】
これらのセルは、光活性領域からの光生成電子を収集するために役立つ、前面電極を含む上面電気収集システムを有する。この透明な上面電気コンタクト２６（またＴＣＬとも称される）は、光起電力デバイスの入光面上の、光活性領域の上に形成される。ＴＣＬは、約１０ｎｍ〜約１５００ｎｍの、好ましくは約１００ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲の厚さを有する。ＴＣＬは、電磁放射線の関連範囲に対して透明性を有する、極薄の金属フィルムとすることができ、又はより一般的には、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）である。多種多様な透明導電酸化物（ＴＣＯ）又はそれらの組み合わせを、使用することができる。例としては、フッ素ドープ酸化スズ、酸化スズ、酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛、酸化亜鉛、これらの組み合わせなどが挙げられる。例示的な一実施形態では、ＴＣＯ領域ＸＸは、酸化インジウムスズである。ＴＣＯ層は、スパッタリング又は他の好適な堆積技術を介して、簡便に形成される。
【００１６】
一部の場合には、この透明導電層は、デバイスからの電子の十分な収集を可能にするほど、十分に導電性ではない場合がある。それゆえ、前面電極領域はまた、電気収集システム１２（多くの場合、細いワイヤラインのグリッド又はメッシュである）領域も含み得る。このグリッド領域は、望ましくは、ニッケル、銅、銀、アルミニウム、スズなど、及び／又はこれらの組み合わせなどの、導電性金属を少なくとも含む。例示的な一実施形態では、このグリッドは、銀を含む。これらの材料は透明ではないため、例示的な一実施形態では、それらの材料を、離間したラインのグリッド又はメッシュとして堆積させることにより、そのグリッドは、表面上で比較的小さいフットプリントを占有する（例えば、一部の実施形態では、グリッドは、光捕獲に関連する全表面積の約１０％以下、更に約５％以下、又は更に約２％以下を占有することにより、光活性材料が入射光に曝露されることを可能にする）。このグリッド領域は、幾つかの既知の方法のうちの１つによって形成することができ、それらの方法としては、スクリーン印刷、インクジェット印刷、電気メッキ、スパッタリング、蒸着などが挙げられるが、これらに限定されない。
【００１７】
グリッド電気収集システムは、それ自体が、セルの上縁部を越えて延出して、隣接するセルの裏面と接触することにより、電気コネクタを形成することができる。より好ましくは、図１及び図２に示すように、１本以上の細いワイヤ若しくはリボン、又はワイヤメッシュの形態とすることができる、更なる相互接続素子１３が提供される。この相互接続素子は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｆｅ：Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉなどのような、１種以上の導電性金属から構成される。好ましい実施形態では、相互接続素子は、Ｓｎ又はＳｎ：Ａｇの薄層でコーティングされる、Ｃｕ又はＦｅ：Ｎｉのリボンを含む。この相互接続素子は、隣接するセルを接続するものであり、また端子バーなどの外部回路機構に、それらのセルを接続するために使用することもできる。例示的実施形態では、相互接続素子は、相互接続されたセルアセンブリの前縁及び後縁で、端子バーに接続される。
【００１８】
相互接続素子及び収集システムによって引き起こされる、光活性部分に対する遮光の量を制限すると同時に、そのセルの効率を最大化する電気的導通をもたらすために十分な導電性材料を提供することが望ましい。相互接続素子１３は、導電性接着剤の使用によって、光起電力セルの上面（多くの場合、透明導電層又は収集グリッドである）に接着される。前述のように、上面の集電体の延出部、又は導電性リボンは、第１のセルの縁部を越えて延出して、隣接するセルの裏面に接触することを可能にする、電気コネクタとしての機能を果たす。この電気コネクタはまた、銀充填エポキシ樹脂などの導電性接着剤によって、裏面電極にも接続される。
【００１９】
この導電性接着剤（ＥＣＡ）は、業界で既知であるような任意のものとすることができる。そのようなＥＣＡは、導電性高分子を有する、熱硬化性高分子マトリックスを含む組成物である場合が多い。そのような熱硬化性高分子としては、エポキシ、シアン酸エステル、マレイミド、フェノール、無水物、ビニル、アリル、若しくはアミノ官能性、又はこれらの組み合わせを含むものを有する、熱硬化性材料が挙げられるが、それらに限定されない。導電性充填剤粒子は、例えば、銀、金、銅、ニッケル、カーボンナノチューブ、グラファイト、スズ、スズ合金、ビスマス、又はこれらの組み合わせとすることができ、銀粒子を有するエポキシ系ＥＣＡが好ましい。
【００２０】
驚くべきことに、導電性前面電極１２に相互接続素子１３を接続するために採用される導電性接着剤（ＥＣＡ）１５が、導電性裏面電極に相互接続素子１３を接着するために使用される導電性接着剤１６と比較して、実質的に異なる物理的特性を有する場合には、高温多湿、乾性温熱、若しくは温度サイクリングなどの環境応力下での、これらのセル又はモジュールの性能が向上することを、本発明者らは発見した。具体的には、裏面ＥＣＡ  １６は、高いガラス転移温度（Ｔｇ）を有するべきである。それゆえ、裏面ＥＣＡ  １６は、そのＰＶモジュールの最高動作温度を超えるＴｇを有するべきである。地上設置ＰＶシステムに関しては、この上限動作温度は、８５〜９０℃の高さとすることができる。それゆえ、裏面ＥＣＡ  １６は、約８５℃超の、より好ましくは約９５℃超の、更により好ましくは約１０５℃超のＴｇを有する。裏面ＥＣＡの電気性能は、そのＥＣＡが約１００℃超のＴｇを有する場合には、熱応力又は環境応力下で、より良好であることが実証されている。本明細書で使用されるようなＴｇは、示差走査熱量測定法によって測定される。
【００２１】
製剤は、セルの長期的性能を改善するための添加剤を、任意選択的に含み得る。可撓性付与剤、強靱化剤、酸化防止剤、キレート剤、腐食防止剤、焼結助剤、又は表面改質剤を含む添加剤が好適である。好適な材料の例としては、Ｈｅｎｋｅｌ（登録商標）製のＣＥ３１０３ＷＬＶ、及びＣｒｅａｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ（登録商標）製の１２４−０８が挙げられる。裏面電極のリボン取り付けのために低ＴｇのＥＣＡで調製されたセルを加熱する場合、そのＥＣＡのＴｇを超過すると、相互接続素子（リボン）間で測定される抵抗が劇的に増大することが、実験で実証された。それらの結果は、実施例３で共有されている。
【００２２】
コネクタを裏面に取り付けるために有用なＥＣＡはまた、そのようなコネクタを前面に接着するためにも好適であることが、予期され得る。驚くべきことに、より低いガラス転移接着剤が、光起電力セルの前面と電気的接続システムとの間の前面ＥＣＡとして、より良好に機能することを、本発明者らは見出した。実施例２では、前面電極での高ＴｇのＥＣＡの使用により、セルに対する損傷が生じ得ることが説明される。具体的には、前面電極での高ＴｇのＥＣＡの使用により、ＥＣＡ／相互接続素子の結合ラインの一部分に沿って、裏面又は内部の境界面（例えば、ＣＩＧＳ／モリブデンの裏面電極境界面）で、層間剥離が生じ得ることが観察された。重ねて述べれば、束縛されることを望むものではないが、前面での高ＴｇのＥＣＡの使用により、ＣＩＧＳ／Ｍｏ境界面での層間剥離を引き起こす、過度に高い硬化応力が生じることが想到される。前面ＥＣＡ  １５は、７０℃未満の、好ましくは５０℃未満の、より好ましくは約３０℃未満の、更により好ましくは約１０℃未満のガラス転移温度を有するべきであることを、本発明者らは見出した。この前面ＥＣＡは、前面ＥＣＡ  １５のＴｇがＰＶモジュールの最低使用温度よりも低いか、又は約−４０℃である場合に、最も有効であり得ることが想到される。好適な材料の例としては、Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（登録商標）（ＥＣＭ）により提供されるＤＢ１５４１−Ｓ及びＤＢ１５０８製剤、あるいはＨｅｎｋｅｌ（登録商標）製のＣＡ  ３５５６  ＨＦが挙げられる。
【００２３】
本発明の別の態様では、光起電力物品又は相互接続されたセルアセンブリは、そのストリングの一方若しくは双方の末端部で、又はモジュールを外部回路機構に接続するために必要な他の領域で、端子バーに接続することができる。例示的実施形態では、相互接続素子は、この相互接続アセンブリの前縁で、第１の光起電力セルの裏面電極から、端子バーに接続され、相互接続素子はまた、この相互接続アセンブリの後縁でも、最後の光起電力セルの上面電極から、端子バーに接続される。この接続は、多種多様な接合技術を介して、相互接続素子と端子バーとの間に作り出すことができ、かつ／又は維持することができる点が想到され、それらの接合技術としては、溶接、ハンダ付け、又は導電性接着剤が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２４】
この光起電力物品は、幾つかの機能を実行することができる、任意選択の封入材層を更に含み得ることが想到される。例えば、この封入材層は、モジュールの隣接する層を一体に保持するために役立つ、結合機構としての機能を果たすことができる。その封入材層はまた、望ましい量及びタイプの光エネルギーの透過が、光起電力セル（例えば、光活性部分）に到達することも、可能にするべきである。この封入材層はまた、隣り合う層の幾何学形状の不規則性を補正する機能も果たすことができ、又はそれらの層を通じて変形される（例えば、厚さが変化する）。その封入材層はまた、環境因子（例えば、温度変化、湿度など）並びに物理的移動及び屈曲による、層間の撓み及び移動を可能にするためにも役立ち得る。好ましい実施形態では、第１の封入材層は、接着フィルム又は接着メッシュから本質的になるものとすることができるが、好ましくは、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）、熱可塑性ポリオレフィン、又は同様の材料などの、熱可塑性材料である。この封入材層は、単一層で構成することができ、又は複数層（例えば、第１層、第２層、第３層、第４層、第５層など）から構成することができると想到される。この層の好ましい厚さは、約０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ、より好ましくは約０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ、最も好ましくは約０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲とすることができる。
【００２５】
更なる前面バリア層及び裏面バリア層もまた、使用することができる。前面バリアは、透明又は半透明の材料から選択しなければならない。これらの材料は、比較的剛性のものとすることができ、又は可撓性のものとすることもできる。水分、衝撃などから活性セル構成要素を防護するための前面環境バリアとして、ガラスが非常に有用である。裏面バリア又はバックシートもまた、使用することができる。このバックシートは、好ましくは、可撓性材料（例えば、薄い高分子フィルム、金属箔、多層フィルム、又はゴムシート）で構築される。好ましい実施形態では、このバックシート材料は、非透湿性とすることができ、また約０．０５ｍｍ〜１０．０ｍｍの、より好ましくは約０．１ｍｍ〜４．０ｍｍの、最も好ましくは約０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲の厚さにすることもできる。他の物理的特性としては、約２０％以上の破断点伸び（ＡＳＴＭ  Ｄ８８２によって測定される場合）、約２５ＭＰａ以上の引張り強度（ＡＳＴＭ  Ｄ８８２によって測定される場合）、及び約７０ｋＮ／ｍ以上の引裂き強度（Ｇｒａｖｅｓ法で測定される場合）を挙げることができる。好ましい材料の例としては、ガラス板、アルミニウム箔、Ｔｅｄｌａｒ（登録商標）（ＤｕＰｏｎｔの商標）、又はこれらの組み合わせが挙げられる。補助バリアシートが、バックシートの下方に接続して配置される。この補助バリアシートは、環境条件から、及びＰＶデバイス１０がその上に供される構造の形体（例えば、ルーフデッキ内の不規則性、突起物など）によって引き起こされる恐れがある物理的損傷から上方の層を防護するバリアとしての役割を果たすことができる。これは任意選択の層であり、必須ではない場合もあることが想到される。あるいは、この防護層は、構造負荷及び環境負荷（例えば、風）の下での、更なる屋根材機能を提供するために、より剛性の材料で構成することが可能である。ＰＶデバイスの熱膨張係数を改善して、温度変動の間も所望の寸法を維持するために、更なる剛性もまた、望ましい場合がある。構造特性に関する防護層材料の例としては、ポリオレフィン、ポリエステルアミド、ポリスルホン、アセテル（ａｃｅｔｅｌ）、アクリル、ポリ塩化ビニル、ナイロン、ポリカーボネート、フェノール、ポリエチルエチルケトン、ポリエチレンテレフタレート、エポキシなどの高分子材料（ガラス及び鉱物充填複合材料を含む）、又はこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
【００２６】
これらの封入材及びバリア材料に加えて、建物などの構造体への光起電力物品の取り付けを可能にするために、かつ物品間の電気的相互接続、及び物品から他の電気デバイスへの電気的相互接続を可能にして防護するために、フレーム材料もまた提供することができる。例えば、国際公開第２００９／１３７３５３号で示されるような、好ましくは積層構造の周囲に射出成形によって調製され、建物一体型光起電力デバイスを形成する、フレームを参照されたい。
【００２７】
説明される発明の有利点は、周囲熱などの環境応力に曝露される場合の、光起電力ストリングの安定性に反映される。デバイスの光起電力性能を、８５℃の周囲熱条件への曝露の間、経時的に監視して、従来の５セルのストリングと比較する、更なる例示的実施例が提供される。導電素子１５の有り及び無しで調製され、実質的に実施例１〜３で説明されるように作製されたＣＩＧＳ系モジュールを、８５℃の周囲熱の環境耐候試験条件に曝した。曝露の間、それらの太陽電池積層体は、８５℃±２℃に保持されたオーブン内部で、ステンレス鋼の固定治具上に垂直に位置決めされる。Ｓｐｉｒｅ  ４６００クラスＡＡＡソーラーシミュレーターを、ＡＭ１．５、１０００Ｗ／ｍ２下で使用して、環境曝露の前、及び様々な間隔で測定される、電流−電圧（Ｉ〜Ｖ）特性曲線から、モジュールの電気性能を数学的に抽出する。Ｉ〜Ｖ特性測定の間、モジュールの温度は２５℃に維持される。このＩ〜Ｖ特性測定の装置及び手順は、ＩＥＣ  ６０９０４（第１部〜第１０部）規格及びＩＥＣ  ６０８９１規格で指定される要件を満たすものである。この測定の直後に、デバイスは、次の試験期間のために、周囲熱環境に戻される。このプロセスを、各試験期間に関して繰り返す。各Ｉ〜Ｖ測定のために、この電気アセンブリの先端及び後端の、端子バーに取り付けられた電気コネクタで、電気コンタクトを確立する。出力は、開路と閉路との間で、抵抗負荷を変化させることによって測定される。最大出力（Ｐｍａｘ）は、電流−電圧（Ｉ〜Ｖ）特性曲線下の最大矩形の面積として算出される。直列抵抗（Ｒｓ）は、開放電圧（Ｖｏｃ）付近の線の勾配であり、ダイオード適合から得るものではない。
【００２８】
任意選択的に、電気的接続を更に増強するために、相互接続素子が裏面電極に接着される領域の、少なくとも一部分の上に、導電性パッチを定置する。このパッチは、導電性テープとすることができる。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
上面に細い導電性ラインがスクリーン印刷されるが、相互接続素子（リボン）を有さない、ＣＩＧＳセルを入手した。ステンシルを使用して、低ＴｇのＥＣＡである、−３０℃のＴｇを有するＥｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ製のＤＢ１５４１−Ｓを、セルの上面電極上の、スクリーン印刷された３つのバスパターンに等しく適用した。ステンシルを取り除いて、各ＥＣＡ分配領域の上部に、リボンを定置した。ＥＣＡが硬化するまで、高温ポリイミドテープを使用して、リボンを定位置に保持した。これらの上面電極に取り付けられた３つのリボンは、それぞれ、セルの後縁を越えて延出するリボンの一部分を有するものとした。同様のステンシルを使用して、高ＴｇのＥＣＡである、１１４℃のＴｇを有し、かつヒドロキシキノン腐食防止剤を含む、Ｅｍｍｅｒｓｏｎ  ａｎｄ  ＣｕｍｉｎｇｓのＣＥ３１０３ＷＬＶを、同じセルの裏面電極上の３つの領域内に等しく適用した。ステンシルを取り除いて、各ＥＣＡ分配領域の上部に、リボンを定置した。これらの裏面電極に取り付けられた３つのリボンは、それぞれ、セルの前縁を越えて延出するリボンの一部分を有するものとした。全ての相互接続リボンは、幅２．５ｍｍであり、約０．１ｍｍの厚さを有するものとした。次いで、これらのセルを、２枚の強化ガラスの間に定置して、１８０℃に予熱した実験室オーブン内に定置した。オーブン内に４０分間セルを放置して、それらのＥＣＡに対する制御された硬化を可能にした。４０分後に、オーブンからサンプルを取り出し、各リボンからポリイミドテープを取り外した。上記のプロセスを２回繰り返したが、１回目は、高ＴｇのＥＣＡである、Ｅｍｍｅｒｓｏｎ  ａｎｄ  ＣｕｍｉｎｇｓのＣＥ３１０３ＷＬＶを使用して、上面電極及び裏面電極の双方にリボンを取り付け、２回目は、低ＴｇのＥＣＡである、Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ製のＤＢ１５４１−Ｓを使用して、上面電極及び裏面電極の双方にリボンを取り付けた。
【００３０】
次いで、これらのセルを、ガラス／ポリオレフィン封入材／セル／ポリオレフィン封入材／バックシート／ポリオレフィン封入材／ＴＰＯの順序で、予備積層体形式へと積み上げた。次いで、この予備積層体を、２つ折りタイプのラミネーター内で、摂氏１５０度で積層加工した。積層体が形成された後、安定性試験のために、その太陽電池積層体を環境曝露チャンバ内に定置した。図３は、積層形式での、温度サイクリング（摂氏−４０度〜摂氏９０度）における、単一ＥＣＡ溶液に勝る複式ＥＣＡ溶液の改善された性能を示すものであり、低Ｔｇの前面ＥＣＡ及び高Ｔｇの裏面ＥＣＡを有する物品が、より高い最大出力を保持することを示す。
【００３１】
比較実施例２：
実施例１と同じ方式で、単一セルの太陽電池を製作したが、ただし、高ＴｇのＥＣＡである、Ｅｍｍｅｒｓｏｎ  ａｎｄ  ＣｕｍｉｎｇｓのＣＥ３１０３ＷＬＶを使用して、上面電極及び裏面電極の双方にリボンを取り付けた。ＥＣＡがオーブン内で完全に硬化して、リボンからポリイミドテープが取り外された後、上面電極からのリボンの層間剥離が、およそ６つにつき１つのリボンで観察された。このリボンの層間剥離は、その部品の破損と見なされた。
【００３２】
比較実施例３：
実施例１と同じ方式で、単一セルの太陽電池を製作した。サンプルの半分は、裏面電極にリボンを取り付けるために、低ＴｇのＥＣＡである、Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ製のＤＢ１５４１−Ｓを使用して作製し、サンプルの残り半分は、裏面電極にリボンを取り付けるために、高ＴｇのＥＣＡである、Ｅｍｍｅｒｓｏｎ  ａｎｄ  ＣｕｍｉｎｇｓのＣＥ３１０３ＷＬＶを使用して作製した。実施例１とは対照的に、これらのセルは積層加工しなかった。周囲温度である実験室オーブン内に、これらのセルを裏返して定置した。裏面電極に接続された相互接続素子（リボン）のうちの２つに、マルチメーターを接続して、それらの間の抵抗を記録した。熱電対を裏面電極に接着して、セルの温度を報告した。次いで、オーブンを１２０℃まで昇温させ、２つのリボンの間の抵抗（リボン間抵抗）を、１０℃の温度上昇ごとに測定した。高ＴｇのＥＣＡを裏面電極で使用して作製した物品は、温度が上昇するにつれても、リボン間抵抗の増大を殆ど又は全く示さなかったが、低ＴｇのＥＣＡを裏面で使用して作製したものは、初期抵抗の２倍を超える抵抗の増大を示した。
【図１】
2014531774.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年4月1日(2014.4.1)
【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】
上面電極と裏面電極との間に配置される光電活性領域を有する、第１の光起電力セルと、前記セルの前面で前面電極と接触して、前記セルの前記上面電極に接着される、少なくとも１つの第１相互接続素子と、前記裏面電極に接着される、少なくとも１つの第２相互接続素子とを備え、前記第１相互接続素子が、７０℃以下のＴｇを有する導電性接着剤を使用して、前記前面電極に接着され、前記第２相互接続素子が、裏面導電性接着剤を使用して、前記裏面電極に接着され、前記裏面導電性接着剤が、少なくとも８５℃のガラス転移温度という特徴、及び環状配位のＯ、Ｎ、又はＳのうちの１つと、Ｏ、Ｎ、又はＳから選択される少なくとも１つの追加的なヘテロ原子とを含む複素環式構成成分の存在によって特徴付けられる金属キレート化合物を含むという特徴の、少なくとも一方によって特徴付けられる、光起電力物品。
【請求項２】
前記裏面導電性接着剤が、少なくとも８５℃のガラス転移温度を有する、請求項１に記載の光起電力物品。
【請求項３】
前記第１の光起電力セルに隣接する更なる光起電力セルを更に備え、前記更なる光起電力セルが、上面電極と裏面電極との間に配置される光電活性領域を有し、前記第１の光起電力セルの裏面と接触する前記相互接続素子が、前記更なる光起電力セルの前記上面電極と接触する、請求項１又は２に記載の光起電力物品。
【請求項４】
それぞれが別の光起電力セルに隣接する、１つ以上の更なる光起電力セルが存在し、各セルが、上面電極と裏面電極との間に配置される光電活性領域を有し、各隣接するセルの接続が、１つのセルの前記上面電極、及び前記隣接するセルの前記裏面電極と接触して、一連の相互接続されたセルを形成する、１つ以上の相互接続素子である、請求項３に記載の光起電力物品。
【請求項５】
各セルに関して、上面導電性接着剤が、前記相互接続素子を、該相互接続素子が接触する前記セルの前記前面に接着し、前記上面導電性接着剤が、摂氏７０度以下のガラス転移温度を有し、裏面導電性接着剤が、前記相互接続素子を、該相互接続素子が接触する前記セルの前記裏面電極に接着し、前記裏面導電性接着剤が、少なくとも摂氏８５度のガラス転移温度を有する、請求項３又は４に記載の物品。
【請求項６】
カルコゲン含有種が、前記裏面電極上に見出され、前記裏面導電性接着剤が、環状配位のＯ、Ｎ、又はＳのうちの１つと、Ｏ、Ｎ、又はＳから選択される少なくとも１つの追加的なヘテロ原子とを含む複素環式構成成分の存在によって特徴付けられる金属キレート化合物を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光起電力物品。
【請求項７】
裏面支持体と、前面透明バリア材料と、前記光起電力セル内で生成された電気の、他の電気デバイスへの伝達を可能にするための、電気的接続とを更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光起電力物品。
【請求項８】
前記導電性接着剤が、熱硬化性高分子及び導電性粒子を含む組成物である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の物品。
【請求項９】
前記熱硬化性高分子が、エポキシ、シアン酸エステル、マレイミド、フェノール、無水物、ビニル、アリル、若しくはアミノ官能性、又はこれらの組み合わせを含む、請求項８に記載の物品。
【請求項１０】
前記導電性粒子が、銀、金、銅、ニッケル、カーボンナノチューブ、グラファイト、スズ、スズ合金、ビスマス、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項８又は９に記載の物品。
【国際調査報告】
2014531774.tif 000006
2014531774.tif 000007
2014531774.tif 000008
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