(57)【要約】  本発明は、電気的接続／電気収集システムに使用される全ての金属部品がガルバニ電池効果により引き起こされ得る腐食を回避するのに十分類似である光起電力セルに関する。具体的には、全ての金属部品が同じであるべきである、または極めて類似の電位を有するべきである。【選択図】図１
2015503241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｉ）
ａ．光起電力セルのための裏面電極として機能できる導電性基板と、
ｂ．前記基板の前面の光活性部分と、
ｃ．前記基板の前記光活性部分の反対側の前面電気収集システムと
を含む光起電力セルと、
ｉｉ）前記基板の裏面に電気的に接続している、外面を有する少なくとも１つの第１の電気的接続要素と、
ｉｉｉ）前記前面電気収集システムに電気的に接続している、外面を有する少なくとも１つの第２の電気的接続要素と
を含み、
前記基板の前記裏面、前記前面電気収集システムの一部である任意の金属面、および前記電気的接続要素の前記外面はそれぞれ、他の面に使用されている材料と０．１Ｖ以下異なる電位を有する材料から形成される、光起電力物品。
【請求項２】
前記前面電気収集システムが金属グリッドを含む、請求項１記載の物品。
【請求項３】
前記第１および第２の電気的接続要素の少なくとも１つが、ポリマーマトリックス中に金属粒子を含む導電性接着剤を使用して前記裏面または前記前面電気収集システムの少なくとも１つに接合されており、前記金属粒子が他の面に使用されている材料と０．１Ｖ以下異なる電位を有する材料の外面を有する、請求項１または２のいずれかに記載の物品。
【請求項４】
少なくとも２つの隣接する前記光起電力セルと、外面を有する前記少なくとも１つの第１の電気的接続要素とが存在し、あるセルの前記基板の裏面に接合している該要素が前記隣接するセルの前記前面電気収集システムに接合している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の物品。
【請求項５】
露出金属面が同じ金属または同じ金属合金でできている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の物品。
【請求項６】
前記金属が銀である、請求項５記載の物品。
【請求項７】
前記前面電気収集システムが、前記セルの縁を越えて拡張して前記隣接するセルの裏面に接合して、結果として前記第１または第２の電気的接続要素の１つとして機能するワイヤメッシュを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の物品。
【請求項８】
前記第２の電気的相互接続要素が、隣接するセルの裏面まで拡張する１つまたは複数のリボンを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、相互接続光起電力セルおよびモジュール、特にセルまたはモジュールの耐用年数を通して良好な相互接続性能を維持することへの改善したアプローチに関する。
【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含む。これらのセルの裏面には裏面電極が見られ、表面には別の電気収集システムが見られる。これらのセルを第１のセルの前面と隣接するセルの裏面を接触させて太陽電池のストリングを形成する多数の細い相互接続ワイヤまたはリボンにより直列に接続することが一般的である。１つの一般的な相互接続構成は、典型的にはセルの上部電極上に堆積された導電性グリッドの一部であるバスライン（ｂｕｓｓ  ｌｉｎｅ）上で、あるセルの上部電気収集システムに接続する平坦なワイヤリボンを使用する。次いで、平坦なワイヤリボンが隣接するセルの裏面電極と接触するよう拡張される。この構成は一般的に「ストリング＆タブ」と呼ばれる。確実にリボンが前面電極と裏面電極の両方との電気的接触を維持するようにするために、相互接続リボンを隣接するセルの前面および裏面に付着させるために導電性接着剤（ＥＣＡ）またははんだが使用される。
【０００３】
これらの相互接続構成は、一般的に銅カルコゲナイド型セル（例えば、銅インジウムガリウムセレニド、銅インジウムセレニド、銅インジウムガリウムスルフィド、銅インジウムスルフィド、銅インジウムガリウムセレニドスルフィド等）、アモルファスシリコンセル、結晶シリコンセル、薄膜ＩＩＩ−Ｖセル、有機光起電力セル、ナノ粒子光起電力セル、色素増感太陽電池およびこれらの組み合わせなどの、剛性と可撓性の両方の光起電力セルで使用される。
【０００４】
国際公開第２００９／０９７１６１号パンフレットは、隣接するセルの前面および裏面に導電性接着剤により接着された導電性タブまたはリボンにより電気的に接合されたセルのストリングを教示しており、基板の裏面がＭｏまたはＣｒ／Ｍｏの層で被覆され得ることをさらに教示している。国際公開第２００９／０９７１６１号パンフレットは、故障につながり得る膨張係数のミスマッチを回避するために、リボン材料の熱膨張係数が基板の同係数に対して２０％未満しか異なるべきでないことをさらに教示している。この種の用途に使用される相互接続リボンの典型的な例は、ＳｎまたはＳｎ／Ａｇ合金で被覆された金属リボンを含む。相互接続のアプローチの他の例は、米国特許出願公開第２００９／０２６６３９８号明細書、米国特許出願公開第２００９／０２６０６７５号明細書、米国特許第７７３２２２９号明細書、米国特許出願公開第２００５／０２６３１７９号明細書、米国特許出願公開第２００８／０２１６８８７号明細書、米国特許出願公開第２００９／０００２５７８８号明細書、米国特許出願公開第２００８／００１１３５０号明細書、米国特許第７４３２４３８号明細書、米国特許第６９３６７６１号明細書、米国特許出願公開第２００７／０２５１５７０号明細書および米国特許第７０２２９１０号明細書を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
産業界は相互接続を改善するための代替アプローチを調査し続けている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、相互接続セルストリングの電気的接触は環境曝露後の増加した電気抵抗に影響されやすいことを発見した。本発明者らは、このような抵抗の増加は、相互接続セルストリングに使用される金属元素の適切な選択により回避または実質的に減少され得ることをさらに発見した。
【０００７】
したがって、第１の実施形態によると、本発明は、
光起電力セルのための裏面電極として機能できる導電性基板と、
基板の前面の光活性部分と、
基板の光活性部分の反対側の前面電気収集システムと、
基板の裏面に電気的に接続している、外面を有する少なくとも１つの第１の電気的接続要素と、
前面電気収集システムに電気的に接続している、外面を有する少なくとも１つの第２の電気的接続要素と
を含み、
基板の裏面、金属もしくは金属合金である場合には電気収集システムの上面、および電気的接続要素の外面はそれぞれ、各々が他の面に使用されている材料の電位と０．１Ｖ以下、好ましくは０．０５Ｖ以下異なる電位を有する（すなわち、基板の裏面および電気的接続要素の外面、および金属製である場合には前面電気収集システムの上面の各々に使用される材料の電位は互いに０．１Ｖ以下異なる）材料から形成される、光起電力物品である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ある光起電力セルから隣接する光起電力セルまでの代表的な電気的接続の前面概略図である。
【図２】あるセルから隣接するセルまでの代表的な電気コネクタを示す断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、本発明の光起電力物品の電気収集および相互接続システムの導電性部品の表面がシステムのガルバニ腐食の可能性を最小化または排除するよう選択されることを要する。当技術分野で公知の典型的な太陽電池の電気収集および相互接続システムは、典型的にはガルバニ腐食が起こるのに有利となるのに十分に異なる金属を用いて設計されている。すなわち、２つの界面材料の標準電位または標準電極電位（本明細書では電位と呼ばれる）が有意に異なるので、結果としてガルバニ腐食が可能または有利にさえなり得る。所与の材料の標準電位は、標準カロメル電極（ＳＣＥ）に対する標準条件下での可逆電極の個々の電位の尺度である。例として、多くの場合、光起電力モジュール内の結晶シリコン太陽電池の電気的相互接続は、スズ被覆リボンをＡｇ含有スクリーン印刷母線にはんだ付けすることにより作成されるのが一般的である。上記のように、薄膜セルの裏面電気的接続は、ステンレス鋼またはＭｏバック接点と電気的に接触したＳｎ被覆相互接続リボンからなる。公開された電位データによると、Ｍｏ／ＳｎまたはＡｇ／Ｓｎシステムのガルバニ腐食電位は約０．２Ｖより大きく、界面でのガルバニ腐食をもたらし得る。
【００１０】
したがって、上記のように、本発明の光起電力物品の露出金属面に使用される材料の電位はそれぞれ、電気的に接続されている他の露出金属面に使用される材料の電位の０．１Ｖ以内、好ましくは０．０５Ｖ以内である。最も好ましくは、金属面は、同じ金属または同じ金属合金でできている。いくつかの金属および合金についての標準電位値は、ＣＲＣ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  ＰｈｙｓｉｃｓまたはＡＳＴＭ  Ｇ８２−９８などのいくつかの供給源から見出され得る。
【００１１】
最も広範な実施形態では、本発明は、０．１Ｖ、好ましくは０．０５Ｖまたはそれより小さい電位差を有する材料でできた、裏面電極の外面および電気的接続要素の外面を有する単一セルであり得る。好ましくは、前面電気収集システムも、裏面電極の外面および電気的接続要素の外面に使用される材料の０．１Ｖ、好ましくは０．０５Ｖ以内の電位を有する材料から作られた外面を有する金属または金属合金である。好ましくは、電気的接続要素は、導電性接着剤を使用して裏面電極または前面電気収集システムの少なくとも１つに接合される。このような接着剤は、ポリマーマトリックス中に金属粒子を含む。金属粒子は、外面を構成する金属または金属合金が、他の要素（裏面電極面、電気的接続要素、および任意選択により、前面電気収集システム）に使用される材料の０．１Ｖ、好ましくは０．０５Ｖ以内の電位を有するように選択される。好ましくは、本発明は、あるセルの前面電気収集システムに接合した（ｊｏｉｎｅ  ｔｏ）電気的接続要素が隣接するセルの裏面電極に接合している、互いに隣接して位置する少なくとも２つのセルを含む。
【００１２】
最も好ましくは、露出金属部品の各々の金属は、他の露出金属部品に使用されるものと同じである。
【００１３】
図１は、この場合は２つの隣接する光起電力セル１１を示す、本発明の光起電力物品の代表的な実施形態の前面図を示している。図２は、２つの相互接続セルの位置で横断面を示している。各セルは、裏面電極１４およびこの場合、前面透明電気的接触２６（グリッド１２の間の領域）上に位置する、集電体として機能する一連の細いワイヤまたは導電性材料からなる収集グリッド１２として示される前面電気収集システムを有する。１つのアプローチによると、前面集電体は、第１のセルの縁を越えて拡張して第２のセルの裏面に接触することができる。このアプローチでは、電気収集システムは、セル間の電気コネクタとしても働く。このアプローチは図１および図２には示されていない。あるいは、図１および２に示されるように、第１のセルの前面電気収集システム１２を第２のセルの裏面電極１４に接続するために、別々の電気的接続要素（本明細書では相互接続要素とも呼ばれる）１３、この場合は導電性リボン、が用意される。他の実施形態では、導電性リボン（複数可）は、各場合で、上記本発明と矛盾しない適切な冶金で構成されたまたは被覆もしくはめっきされた、細いワイヤまたはワイヤメッシュに置き換わってもよい。相互接続要素１３をセルの前面および裏面電極に付着させるために、導電性接着剤（ＥＣＡ）１５および１６などの導電性結合要素が使用され得る。所望の長さのストリングを形成するために追加のセルが加えられ得る。末端セルは、セルのより複雑なアレイ（対象ストリングでできたモジュールにより形成される）内への、または電気設備システムへの接続を可能にするために用意された電気リード（図示せず）を有する。
【００１４】
収集グリッド１２、相互接続要素１３、裏面電極１４ならびに導電性接着剤１５および１６が共に太陽電池ストリングまたはモジュールの電気収集および相互接続システムを構成する。電気収集および相互接続システムの導電性部品１２〜１６の表面は、０．１Ｖ未満、好ましくは０．０５Ｖ未満離れた電位値を有する金属部品であり、最も好ましくは同じ金属または同じ金属合金である。この様式で、この相互接続構成は、部品１２〜１６に使用される異なる金属間の界面でのガルバニ腐食の可能性を減少または排除する。例えば、電気的接続要素および裏面電極の裏面は完全に単一の金属であってもよいし、類似の金属で全てめっきされていてもよい。同様に、溶接または導電性接着剤などの結合要素が使用される場合、溶接材料またはＥＣＡ中の導電性粒子の表面金属は、電気的接続要素および裏面電極の裏面の材料に対応するよう選択されるべきである。非限定的例として、裏面電極および電気的接続要素は銀でめっきされ得る。この場合、いずれの金属製前面電気収集システム１２も銀であるもしくは銀めっきされているべきである、または銀粒子で構成されているべきであり、いずれのＥＣＡ１５または１６中の導電性粒子も銀であるべきである、または溶接材料は銀であるべきである。導電性パッチが電気的接続要素と裏面電極との間の接触に使用される実施形態では、このパッチも、好ましくは同じ冶金を含む。以下の材料についての議論は、全ての露出金属が同じである、または０．１Ｖ未満の電位差を有するように選択がなされるべきであることを分かった上で読まれるべきである。
【００１５】
典型的には、裏面電極１４は、金属箔または膜の導電性基板層を含む、あるいはこのような箔、膜もしくは金属ペーストまたは非導電性もしくは導電性基板上の被覆であるだろう。適した材料は、それだけに限らないが、ステンレス鋼、アルミニウム、チタンもしくはモリブデンの金属箔または膜を含む。ステンレス鋼およびチタンが好ましい。好ましくは、基板を含む裏面電極構造は可撓性である。導電性基板層は、片面または両面が任意選択による裏面電気的接触領域で被覆され得る。このような領域は、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、これらの組合せなどの１つまたは複数を含む、広範囲の導電性材料から形成され得る。Ｍｏを組み込んだ導電性組成物が例示的実施例で使用され得る。ガルバニ腐食を回避するために、裏面電極の裏面は、電気的接続要素に使用される金属でめっきされる。好ましい実施形態では、この金属は銀である。いくつかの場合、セルの裏面電極は、セル製造工程で使用される要素で汚染され得る。裏面電極は、電気的接続要素に使用される金属で直接めっきされ得る、または裏面汚染物質を除去するための追加の工程が行われ得る。選択肢は、電気的接続要素に使用される金属の堆積前の裏面のプラズマ処理または機械的洗浄を含む。本発明者らは、プラズマ処理法が裏面電気的接触の初期抵抗を改善するのにも有用となり得ることを発見した。
【００１６】
本発明に使用される光起電力セル１１は、産業で使用される任意の光起電力セルとすることができる。このようなセルの例は、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（Ｇｒａｔｅｚｅｌ）セル）、有機／ポリマー太陽電池、または光電効果を通して日光を電気に変換する任意の他の材料を含む。しかしながら、光活性層は、好ましくはＩＢ−ＩＩＩＡ−セレニド、ＩＢ−ＩＩＩＡ−スルフィドまたはＩＢ−ＩＩＩＡ−セレニド−スルフィドなどのＩＢ−ＩＩＩＡ−カルコゲナイドの層である。より具体的な例は、銅インジウムセレニド、銅インジウムガリウムセレニド、銅ガリウムセレニド、銅インジウムスルフィド、銅インジウムガリウムスルフィド、銅ガリウムスルフィド、銅インジウムスルフィドセレニド、銅ガリウムスルフィドセレニドおよび銅インジウムガリウムスルフィドセレニド（これらの全てが本明細書ではＣＩＧＳＳと呼ばれる）を含む。これらは、式ＣｕＩｎ（１−ｘ）ＧａｘＳｅ（２−ｙ）Ｓｙ（ｘは０〜１であり、ｙは０〜２である）で表され得る。銅インジウムセレニドおよび銅インジウムガリウムセレニドが好ましい。この層は吸収層と呼ばれ得る。吸収層は、蒸発、スパッタリング、電着、噴霧および焼結などの種々の１種または複数の技術を使用して任意の適切な方法により形成され得る（Ｄｈｅｒｅ、Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ＆  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ  ９０（２００６）２１８１〜２１９０）。
【００１７】
ＣＩＧＳＳセルは通常、同様に本明細書で熟慮されるＣＩＧＳＳをベースとするセルに有用であることが当技術分野で公知のエミッタ（緩衝）層、導電層（例えば、上面に使用される透明導電層）などの１つまたは複数などの追加の電気活性層を含む。エミッタまたは緩衝層は、例えば、吸収層とのｐｎ接合を形成するＣｄＳなどのｎ型半導体である。ＣｄＳ層などの緩衝層は、化学浴析出、物理蒸着またはスパッタリングにより種々の基板上に形成され得ることが公知である。例えば、Ａｂｏｕ−Ｒａｓら（Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ  ４８０〜４８１（２００５）１１８〜１２３）および５５０００５５を参照されたい。緩衝または緩衝の代替材料を有さないセルも公知であり、本発明に使用され得る。
【００１８】
単層であっても、スパッタリングおよびＭＯＣＶＤを含む技術により多数の副層から形成されてもよい任意選択による窓領域は、短絡からの保護に役立ち得る。この領域はまた、前面電気収集システムの一部または全部として機能する透明導電層のその後の堆積中に緩衝領域を保護することもできる。窓領域は、広範囲の材料から形成され得、通常はＺｎ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｓｎの酸化物、これらの組合せなどの抵抗性透明酸化物から形成される。代表的な窓材料は真性ＺｎＯである（Ｃｏｏｒａｙら  Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ  ４９（１９９７）２９１〜２９７）。典型的な窓領域は、約１ｎｍ〜約２００ｎｍ、好ましくは約１０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、より好ましくは約８０〜約１２０ｎｍの範囲の厚さを有し得る。セルは、光活性領域から光発生電子を回収するのに役立つ前電極を含む上面電気収集システムを有する。透明上面電気的接触（ＴＣＬとも呼ばれる）は、光起電力装置の入光面上の光活性領域にわたって形成される。ＴＣＬは、約１０ｎｍ〜約１５００ｎｍ、好ましくは約１００ｎｍ〜約３００ｎｍの範囲の厚さを有する。ＴＣＬは、電磁放射線の関連範囲に対する透明度を有する、またはより一般的には透明導電性酸化物（ＴＣＯ）である極めて薄い金属膜であり得る。多種多様な透明導電性酸化物（ＴＣＯ）またはこれらの組合せが使用され得る。例は、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、これらの組合せなどを含む（ＴＣＯ材料の調査については、Ｇｏｒｄｏｎ、ＭＲＳ  Ｂｕｌｌ  ２５  ５２〜５７、２０００参照）。１つの例示的実施形態では、ＴＣＬ領域は酸化インジウムスズである。単層であっても、多数の副層から形成されてもよいＴＣＬは、好都合にはスパッタリングまたは他の適切な堆積技術により形成される（Ａ．Ｆ．ｄａ  Ｃｕｎｈａら／Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｏｌｉｄｓ  ３５２（２００６）１９７６〜１９８０）。
【００１９】
多くの場合、透明導電層は、装置からの電子の十分な回収を可能にし、前面電気収集システムとして独立して働くほど十分に導電性ではないだろう。したがって、前電極領域も透明接触層上に形成された集電体１２（通常、細いワイヤもしくはラインのグリッドまたはメッシュ）を含むことができる。グリッド領域は、望ましくは少なくともニッケル、銅、銀、金、アルミニウム、スズなどおよび／またはこれらの組合せなどの導電性金属（例えば、金属粒子またはワイヤとして）を含む。１つの例示的実施形態では、グリッドは有機マトリックス中に銀粒子を含む。これらの材料は透明でないので、１つの例示的実施形態では、これらの材料は離間したラインのグリッドまたはメッシュとして堆積され、結果としてグリッドは表面上の比較的小さいフットプリントを占める（例えば、いくつかの実施形態では、グリッドは光捕獲に関連する総表面積の約１０％以下、約５％以下、または約２％以下を占めて、光活性物質が入射光に曝露されるのを可能にする）。グリッドまたはメッシュは、その冶金が裏面基板の裏面および電気コネクタの外面と同じまたは類似となるよう選択される。グリッド領域は、それだけに限らないが、スクリーン印刷、インクジェット印刷、電気めっき、スパッタリング、蒸発などを含むいくつかの公知の方法の１つにより形成され得る。あるいは、電気収集システム１２は、一連の細いワイヤ、またはワイヤメッシュなどの細いワイヤの連続シートとしてセルの前面に適用され得る。一実施形態では、ワイヤまたはメッシュの外面は、銀で被覆またはめっきされ得る。
【００２０】
グリッド電気収集システム自体がセルの上端を越えて拡張して隣接するセルの裏面と接触し、したがってそれ自体が電気コネクタを形成することができる。例えば、前面電気収集システム１２は、ＰＶセルの前面の一端を越えて拡張する、ワイヤメッシュまたは複数の細いワイヤの形態で用意され得る。前面電気収集システム１２の拡張部分は、隣接するセルの裏面電極と接触するための相互接続要素１３として使用され得る。ワイヤまたはメッシュをＴＣＬ２６および／または裏面電極に付着させるために、導電性接着剤１５および１６が任意選択により使用され得る。より好ましくは、図１および２に示されるように、１つまたは複数の細いワイヤまたはリボンまたはワイヤメッシュの形態であり得る追加の相互接続要素（複数可）１３が用意される。相互接続要素（複数可）１３は、セルの前電極領域の透明接触層および電気収集システム１２の一方または両方と接触し、電気的接続を形成する。隣接するセルの裏面では、相互接続要素１３が裏面電極１４と接触し、電気的接続を形成する。相互接続要素は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｆｅ：Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉなどの１種または複数の導電性金属で構成される。好ましい実施形態では、相互接続要素は、Ａｇの薄膜で被覆されたＣｕまたはＦｅ：Ｎｉリボンを含む。相互接続要素は隣接するセルを接続し、セルを接合堤などの外部回路網に接続するためにも使用され得る。代表的な実施形態では、相互接続要素は、相互接続セルアセンブリの前縁および後縁で接合堤に接続される。
【００２１】
セルの効率を最大化する電気的導通をもたらすのに十分な導電性材料を提供すると同時に、相互接続要素および収集システムにより引き起こされる光活性部分に対する遮光量を制限することが望ましい。相互接続要素１３は、ＴＬＣ２６および／または電気収集システム１２ならびに隣接するセルの裏面電極と電気的に接続したセルの上面に直接適用され得る。あるいは、電気的接続を形成し、確実に相互接続要素がセルの前電極および裏面電極の一方または両方にしっかり付着されるようにするために、導電性接着剤１５および／または１６が使用され得る。導電性接着剤１５および１６は、相互接続要素ならびに前および裏面電極の電気的接触領域と実質的に同じ金属で構成されるべきである、あるいは任意の２つの電気的接続部品間の電位差が約０．１Ｖ未満である限り、異なる材料が使用され得る。好ましい実施形態では、導電性接着剤１５、１６は導電性接着剤またははんだである。代表的な実施形態では、相互接続要素を前電極および裏面電極の両方に接続する導電性材料は、銀充填エポキシ樹脂などの導電性接着剤である。
【００２２】
導電性接着剤（ＥＣＡ）は、産業において知られているいずれのものであってもよい。このようなＥＣＡはしばしば、導電性充填剤粒子と共に熱硬化性ポリマーマトリックスを含む組成物である。このような熱硬化性ポリマーは、それだけに限らないが、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、アリルもしくはアミノ官能基またはこれらの組合せを有する熱硬化性材料を含む。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、黒鉛、スズ、スズ合金、ビスマスまたはこれらの組合せであり得、銀粒子を含むエポキシ系ＥＣＡが好ましい。導電性充填剤は、裏面基板の裏面および電気コネクタ要素の外面の金属と同じまたは類似となるよう選択される。
【００２３】
本発明の別の態様では、光起電力物品または相互接続セルアセンブリは、ストリングの一端もしくは両端、またはモジュールを外部回路網に接続するのに必要な他の領域で接合堤に接続され得る。代表的な実施形態では、相互接続要素は、相互接続アセンブリの前縁で最初の光起電力セルの裏面電極から接合堤まで接続され、相互接続要素はまた、相互接続アセンブリの後縁で最後の光起電力セルの上面電極から接合堤まで接続される。それだけに限らないが、溶接、はんだ付けまたは導電性接着剤を含む多種多様な接合技術を通して、相互接続要素と接合堤との間で接続が作り出され得るおよび／または維持され得ることが考えられる。本明細書に記載される本発明は、相互接続要素１３と接合堤の電気的接続までさらに拡張され得るので、結果として相互接続要素１３、接合堤および電気的接続のために使用される任意選択による任意の接着剤は、相互接続要素ならびに前および裏面電極の電気的接触領域と実質的に同じ金属で構成される、あるいは任意の２つの電気的接続部品間の電位差が約０．１Ｖ未満である限り、異なる材料が使用され得る。
【００２４】
光起電力物品がいくつかの機能を行うことができる任意選択による封入層をさらに含むことができることが考えられる。例えば、封入層は、結合機構として働き、モジュールの隣接する層を一つにつなげるのを助けることができる。これはまた、望む量および種類の光エネルギーが透過して光起電力セル（例えば、光活性部分）に到達するのを可能にするはずである。封入層はまた、隣接する層の幾何学におけるまたはこれらの層を通して変換される不規則さ（例えば、厚さの変化）を埋め合わせるよう機能することもできる。これはまた、環境因子（例えば、温度変化、湿度等）および物理的移動および屈曲により層間のたわみおよび移動を可能にするよう働くこともできる。好ましい実施形態では、第１の封入層は、接着膜またはメッシュから本質的になることができるが、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または類似の材料などの熱可塑性材料である。封入層が単層で構成されても、多数の層（例えば、第１、第２、第３、第４、第５の層等）で構成されてもよいことが考えられる。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に及び得る。
【００２５】
追加の前および裏面障壁層も使用され得る。前面障壁は、透明または半透明材料から選択されなければならない。これらの材料は、比較的剛性であっても、可撓性であってもよい。活性セル部品を湿気、衝撃などから守るための前面環境障壁としてガラスが極めて有用である。裏面障壁またはバックシートも使用され得る。これは、好ましくは可撓性材料で構成される（例えば、高分子薄膜、金属箔、多層膜またはゴムシート）。好ましい実施形態では、バックシートの材料は非透湿性で、厚さが約０．０５ｍｍ〜１０．０ｍｍ、より好ましくは約０．１ｍｍ〜４．０ｍｍ、最も好ましくは約０．２ｍｍ〜０．８ｍｍに及んでもよい。他の物理的特性は、約２０％以上の破断伸び（ＡＳＴＭ  Ｄ８８２により測定される）；約２５ＭＰａ以上の（ｏｒ）引張強さ（ＡＳＴＭ  Ｄ８８２により測定される）；および約７０ｋＮ／ｍ以上の引裂強さ（Ｇｒａｖｅｓ法により測定される）を含むことができる。好ましい材料の例は、ガラス板、アルミ箔、Ｔｅｄｌａｒ（登録商標）（ＤｕＰｏｎｔの商標）またはこれらの組合せを含む。追加の障壁は、バックシートの下に接続して配置される。追加の障壁シートは、上の層を環境条件およびＰＶ装置が受ける構造の任意の特徴（例えば、ルーフデッキの不規則さ、突起物など）により引き起こされ得る物理的損傷から守る障壁として作用することができる。これは任意選択による層であり、必要とされなくてもよいことが考えられる。あるいは、保護層は、構造および環境（例えば、風）負荷の下で追加のルーフィング機能を提供するためにより剛性の材料で構成され得る。ＰＶ装置の熱膨張係数を改善し、温度変動中に所望の寸法を維持するためにも追加の剛性が望ましいだろう。構造的特性のための保護層材料の例は、ガラスおよび鉱物充填複合体またはこれらの任意の組合せを含む、ポリオレフィン、ポリエステルアミド、ポリスルホン、アセタール（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、ポリエーテルエーテルケトン、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を含む。
【００２６】
封入および障壁材料に加えて、光起電力物品の建物などの構造への付着を可能にする、ならびに物品間および物品から他の電気装置までの電気的相互接続を可能にするおよび保護するために、骨組材料も用意され得る。例えば、好ましくは、国際公開第２００９／１３７３５３号パンフレットに示されるように、積層構造周りに射出成形して建物一体型光起電力装置を形成することにより作成される骨組を参照されたい。
【実施例】
【００２７】
実施例１−比較
上面の銀スクリーン印刷グリッド（電気収集システム）およびＭｏ被覆バック接点を有する導電性基板電極を含む寸法１００×２１０ｍｍのＣＩＧＳセルを得た。スパーテルを使用して、ステンシルを通して一直線に、Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ製の銀充填導電性接着剤（ＥＣＡ）、ＤＢ１５４１−Ｓを塗布した。堆積したＥＣＡラインは約２ｍｍ×９０ｍｍであり、これをセルの上面電極上のＡｇスクリーン印刷バスバー上の３つの領域に等しく適用した。ステンシルを除去し、Ｓｎ被覆金属リボンをＥＣＡの長さに沿ってＥＣＡ分配領域の各々の上面に配置して、結果としてリボンの一端がセルの縁を越えて拡張するようにした。高温ポリイミドテープの小片をリボンの下のセル縁に適用してリボンとセルの縁の接触を避けた。第２の高温ポリイミドテープの長片をリボンの長さに沿って適用してＥＣＡが硬化するまでリボンを定位置に固定した。スパーテルを使用して、ステンシルを通して一直線に、Ｅｍｅｒｓｏｎ  ａｎｄ  Ｃｕｍｍｉｎｇｓ製の第２の銀充填導電性接着剤（ＥＣＡ）、ＣＥ３１０３ＷＬＶを塗布した。堆積したＥＣＡラインは約２ｍｍ×７５ｍｍであり、これをセルの裏面電極上の３つの領域に等しく適用した。ステンシルを除去し、Ｓｎ被覆金属リボンをＥＣＡの長さに沿ってＥＣＡ分配領域の各々の上面に配置して、結果としてリボンの一端がセルの縁を越えて拡張するようにした。高温ポリイミドテープの長片をリボンの長さに沿って適用してＥＣＡが硬化するまでリボンを定位置に固定した。全ての相互接続リボンは２．５ｍｍ幅であり、約０．１ｍｍの厚さを有していた。次いで、セルを２枚の強化ガラスの間に置き、１８０℃に予熱した実験室オーブンに入れた。セルをオーブン中に４０分間入れたままにしてＥＣＡの制御された硬化を許した。４０分後、試料をオーブンから取り出し、ポリイミドテープをリボンの各々から除去した。
【００２８】
次いで、セルを以下の順で予備積層体フォーマット（ｐｒｅ−ｌａｍｉｎａｔｅ  ｆｏｒｍａｔ）にレイアップした：ガラス／ポリオレフィン封入体／セル／ポリオレフィン封入体／バックシート／ポリオレフィン封入体／ＴＰＯ。次いで、予備積層体を１５０℃のクラムシェル型ラミネーター中で積層した。積層体が形成した後、安定性を試験するために、太陽電池積層体を環境曝露室に入れた。８５℃の蒸気熱曝露および８５％の相対湿度条件中に種々の間隔で得た光起電力性能の性能指数を以下の表に示す（標本数６）。
【表１】
2015503241.tif 000003
ＡＭ１．５、１０００ワット／ｍ２でＳｐｉｒｅ４６００クラスＡＡＡソーラーシミュレータを使用して、環境曝露前および種々の間隔で測定した電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性曲線からモジュール電気性能を数学的に抽出する。Ｉ−Ｖ特性測定中、モジュールの温度を２５℃に維持する。Ｉ−Ｖ特性測定装置および手順は、ＩＥＣ６０９０４（パート１〜１０）および６０８９１規格で規定されている用件を満たす。この測定の直後、装置を次の試験期間のために周囲熱環境に戻す。この工程を各期間で繰り返す。各Ｉ−Ｖ測定について、電気的接触を電気アセンブリの前縁および後縁で接合堤に付着した電気コネクタで確立する。開回路と閉回路との間で抵抗負荷を変化させることにより電力を測定する。最大電力（Ｐｍａｘ）を電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性曲線下の最大長方形の面積として計算する。直列抵抗（Ｒｓ）は、ダイオードフィット（ｄｉｏｄｅ  ｆｉｔ）から減じない、開回路電圧（Ｖｏｃ）近くのラインの勾配である。
【００２９】
実施例２
上面上の銀スクリーン印刷グリッド（電気収集システム）およびＭｏ被覆バック接点を有する導電性基板電極を含む寸法１００×２１０ｍｍのＣＩＧＳセルを得た。スパッタリング技術を使用して裏面電極を銀の薄層でめっきした。スパーテルを使用して、ステンシルを通して一直線に、Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ製の銀充填導電性接着剤（ＥＣＡ）、ＤＢ１５４１−Ｓを塗布した。堆積したＥＣＡラインは約２ｍｍ×９０ｍｍであり、これをセルの上面電極上のＡｇスクリーン印刷バスバー上の３つの領域に等しく適用した。ステンシルを除去し、Ａｇ被覆金属リボンをＥＣＡの長さに沿ってＥＣＡ分配領域の各々の上面に配置して、結果としてリボンの一端がセルの縁を越えて拡張するようにした。高温ポリイミドテープの小片をリボンの下のセル縁に適用してリボンとセルの縁の接触を避けた。第２の高温ポリイミドテープの長片をリボンの長さに沿って適用してＥＣＡが硬化するまでリボンを定位置に固定した。スパーテルを使用して、ステンシルを通して一直線に、Ｅｍｅｒｓｏｎ  ａｎｄ  Ｃｕｍｍｉｎｇｓ製の第２の銀充填導電性接着剤（ＥＣＡ）、ＣＥ３１０３ＷＬＶを塗布した。堆積したＥＣＡラインは約２ｍｍ×７５ｍｍであり、これをセルのＡｇめっき裏面電極上の３つの領域に等しく適用した。ステンシルを除去し、Ａｇ被覆金属リボンをＥＣＡの長さに沿ってＥＣＡ分配領域の各々の上面に配置して、結果としてリボンの一端がセルの縁を越えて拡張するようにした。高温ポリイミドテープの長片をリボンの長さに沿って適用してＥＣＡが硬化するまでリボンを定位置に固定した。全ての相互接続リボンは２．５ｍｍ幅であり、約０．１ｍｍの厚さを有していた。次いで、セルを２枚の強化ガラスの間に置き、１８０℃に予熱した実験室オーブンに入れた。セルをオーブン中に４０分間入れたままにしてＥＣＡの制御された硬化を許した。４０分後、試料をオーブンから取り出し、ポリイミドテープをリボンの各々から除去した。
【００３０】
次いで、セルを以下の順で予備積層体フォーマット（ｐｒｅ−ｌａｍｉｎａｔｅ  ｆｏｒｍａｔ）にレイアップした：ガラス／ポリオレフィン封入体／セル／ポリオレフィン封入体／バックシート／ポリオレフィン封入体／ＴＰＯ。次いで、予備積層体を１５０℃のクラムシェル型ラミネーター中で積層した。積層体が形成した後、安定性を試験するために、太陽電池積層体を環境曝露室に入れた。８５℃の蒸気熱曝露および８５％の相対湿度条件中に種々の間隔で得た光起電力性能の性能指数を以下の表に示す（標本数７）。
【表２】
2015503241.tif 000004
【図１】
2015503241.tif 000005
【図２】
2015503241.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月5日(2014.8.5)
【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】
ｉ）
ａ．光起電力セルのための裏面電極として機能できる導電性基板と、
ｂ．前記基板の前面の光活性部分と、
ｃ．前記基板の前記光活性部分の反対側の前面電気収集システムと
を含む光起電力セルと、
ｉｉ）前記基板の裏面に電気的に接続している、外面を有する少なくとも１つの第１の電気的接続要素と、
ｉｉｉ）前記前面電気収集システムに電気的に接続している、外面を有する少なくとも１つの第２の電気的接続要素と
を含み、
前記基板の前記裏面、前記前面電気収集システムの一部である任意の金属面、および前記電気的接続要素の前記外面はそれぞれ、他の面に使用されている材料と０．１Ｖ以下異なる電位を有する材料から形成される、光起電力物品。
【請求項２】
前記前面電気収集システムが金属グリッドを含む、請求項１記載の物品。
【請求項３】
前記第１および第２の電気的接続要素の少なくとも１つが、ポリマーマトリックス中に金属粒子を含む導電性接着剤を使用して前記裏面または前記前面電気収集システムの少なくとも１つに接合されており、前記金属粒子が他の面に使用されている材料と０．１Ｖ以下異なる電位を有する材料の外面を有する、請求項１のいずれかに記載の物品。
【請求項４】
少なくとも２つの隣接する前記光起電力セルと、外面を有する前記少なくとも１つの第１の電気的接続要素とが存在し、あるセルの前記基板の裏面に接合している該要素が前記隣接するセルの前記前面電気収集システムに接合している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の物品。
【請求項５】
露出金属面が同じ金属または同じ金属合金でできている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の物品。
【請求項６】
前記前面電気収集システムが、前記セルの縁を越えて拡張して前記隣接するセルの裏面に接合して、結果として前記第１または第２の電気的接続要素の１つとして機能するワイヤメッシュを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の物品。
【請求項７】
前記第２の電気的相互接続要素が、隣接するセルの裏面まで拡張する１つまたは複数のリボンを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の物品。
【国際調査報告】
2015503241.tif 000007
2015503241.tif 000008