(57)【要約】本発明は、少なくとも１の太陽電池及びカプセル材料の層を含む太陽電池モジュールにおいて、該太陽電池モジュールは電流接続領域を有し、該電流接続領域は外部電流キャリアーと導電性接続により接続されており、該導電性接続はハウジングを備えられており、該ハウジングはレーザー溶接結合によりカプセル材料の層に結合されている、前記太陽電池モジュールに関する。ハウジングをカプセル材料の層にレーザーで溶接された結合により結合させることは、強くかつ良好な絶縁性を有する結合を作り出す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１の太陽電池及びカプセル材料の層を含む太陽電池モジュールにおいて、該太陽電池モジュールは電流接続領域を有し、該電流接続領域は外部電流キャリアーと導電性接続により接続されており、該導電性接続はハウジングを備えられており、該ハウジングはレーザー溶接結合により該カプセル材料の層に結合されている、前記太陽電池モジュール。
【請求項２】
ハウジングが、太陽電池モジュールの１の面上でのみカプセル材料の層に結合されており、該モジュールの他の面に接続されていない、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
複数のハウジングを有する複数の導電性接続が太陽電池モジュールに結合されており、すべてのハウジングが、モジュールの正面又は背面にかかわらず、モジュールの同じ面に結合されている請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
ハウジングが太陽電池モジュールの両面上でカプセル材料の層に結合されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
モジュールが、モジュールの一つの面において第一のカプセル材料の層を及びモジュールの反対の面において第二のカプセル材料の層を備えられた可撓性のモジュールである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
ハウジング又はその適切な部分と、ハウジングが結合されているところのカプセル材料の層とが、同じタイプのポリマーに基づく、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
ハウジング及びカプセル材料の層が、熱可塑性フッ素ポリマーに基づく、請求項６に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
導電性接続により外部電流キャリアーと接続されている電流接続領域を備えられた１以上の太陽電池と、カプセル材料の層とを含む太陽電池モジュールを製造する方法において、該導電性接続がカプセル材料の層に結合されたハウジングを備えられており、該結合はレーザー溶接により得られる前記方法。
【請求項９】
ハウジング及びカプセル材料の層の両方が、施与される波長のレーザーに対して透明であり、レーザー光吸収物質がハウジングとカプセル材料の層との間のインターフェースにおいて施与される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ハウジング又はカプセル材料の層の一方は、施与される波長のレーザー光に対して透明であり、ハウジング又はカプセル材料の層の他方は施与される波長のレーザー光に対して透明でなく、該レーザーは、レーザー光に対して透明であるコンポーネントの側からハウジングとカプセル材料の層との間のインターフェースに向けられる、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
溶接の間、ハウジングに圧力が付与され、太陽電池モジュールは支持体の表面において支持されている、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
圧力が、施与される波長のレーザー光に対して透明である圧力部材により付与される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
圧力部材が使い捨ての部材である、請求項１１又は１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
太陽電池は、光起電性電池としても知られ、（電池の受光面上の）正面の電極及び（電池の裏側にある）背後電極の間に備えられた半導体物質からなる光起電性（ＰＶ）の層を一般的に含む。正面電極は透明であるか又はできるだけ薄く、入射光が半導体物質に到達することを可能し、該物質において入射放射が電流を発生させるのに使用される。
【０００２】
太陽電池が露出されるところの環境条件に対する太陽電池の耐性を改良するために、太陽電池には、カプセル材料の層（ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔ  ｌａｙｅｒ）とも呼ばれる保護層がしばしば、備えられている。カプセル材料の層を備えられた太陽電池を含む集合は、さらに、太陽電池モジュールと呼ばれる。
【０００３】
太陽電池モジュールにおいては、太陽電池により発生された電流は１以上の電流収集領域例えば電流収集グリッド又はバスバーにより収集される。太陽電池モジュールにより発生された電力を使用することができるために、モジュール内の電流収集領域は導電性接続を経て外部電流キャリアーと接続される。外部電流キャリアーは、例えば配線又は他の導電性物体、例えば細長いもの、の形であり得る。
【０００４】
電流収集領域に外部電流キャリアーとの導電性接続を備えるために、カプセル材料は局所的に取り外されなければならないか又は貫通されなければならない。カプセル材料の開いている点を外界の影響から封印すること、例えば導電性接続への湿気の侵入を防ぐことが必要である。そのためには、カプセル材料の層に結合されたハウジングが使用される。本願の文脈において、用語ハウジングは、導電性接続を取り囲み、該導電性接続に電気的絶縁及び機械的因子及び気候学的因子からの保護を与える物体を意味する。ハウジングはカプセル材料の層に結合される。
【０００５】
従来技術では、ハウジングで保護されている導電性接続を与えるために、ジャンクションボックスが使用されてきた。ジャンクションボックスは、太陽電池モジュールのカプセル材料の層に接着剤又は機械的手段により結合される。接着剤が使用されるとき、ハウジングの外部分と導電性接続との間の接着剤の層の幅は、太陽電池モジュールへのハウジングの結合の適切な絶縁性を保証するために相対的に大きくなければならない。ハウジングとカプセル材料の層の間のインターフェースは、十分な機械的強度を結合に保障するたけに相対的に大きくなければならない。これは相対的に大きなサイズを有するジャンクションボックスを生み出す。
【背景技術】
【０００６】
特開２００７−１２９０１４号公報は、裏面保護シート及びターミナルボックスを含む太陽電池モジュールを開示する。ターミナルボックスは、接着部分により太陽電池モジュールに結合されている。
【０００７】
ジャンクションボックスハウジングの結合を太陽電池モジュールに与えるために機械的手段を使用することもまた先行技術において公知である。しかし、この結合を実行する機械的手段はかなり複雑である。
【０００８】
従って、カプセル材料を備えられた太陽電池モジュールにハウジングを結合させる別の方法に対する需要がある。上で示されたように、いくつかの理由から、接着剤の施与は十分に耐えられるシールを与えない。ハウジングは、できるだけ小さくなければならないので、接着された表面の幅は限られる。さらに、カプセル材料の性質に依存して、ハウジングを強くかつカプセル材料に耐えられるように糊付けすることは、常に可能というわけではない、なぜなら糊はカプセル材料と常に相溶性というわけではないからである。適切な溶媒を見出だすことは容易ではない可能性があるので、溶媒結合に関しても同じことが当てはまる。
【０００９】
熱溶接の場合、接触面の温度は非常に高い、例えば２５０℃より上のオーダーでなければならず、溶接される部分は互いに圧力で押しつけ合わされなければならない。熱溶接で、施与された熱は、下にある太陽電池構造の損傷を防ぐために溶接されるべき表面に集中されなければならに。熱は溶接されるべき表面において発生されなければならに。ほとんどの溶接技術はその要求を満たさない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
多くの要件を満足する、ハウジングを備えられた導電性接続により外部電流キャリアーに太陽電池モジュールを接続する方法に対する需要が先行技術においてある。太陽電池モジュールへのハウジングの結合は、長期間のシーリングが得られるようでなければならない。さらに、カプセル材料の層へのハウジングの結合は強くかつ電気的に非導電性でなければならない。本発明は、そのような方法を提供する。本発明は、ハウジングを有する導電性接続を備えられた太陽電池モジュールにおいて、該ハウジングが上記の要件を満たす太陽電池モジュールをもまた提供する。さらに、本発明の利点は、さらなる説明から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、太陽電池及びカプセル材料を含む太陽電池モジュールにおいて、該太陽電池モジュールは電流接続領域を有し、該電流接続領域は外部電流キャリアーと導電性接続により接続されており、該導電性接続はハウジングを備えられており、該ハウジングはレーザー溶接結合によりカプセル材料に結合されている、前記太陽電池モジュールに関する。
【００１２】
本発明は、導電性接続により外部電流キャリアーと接続されている電流接続領域を備えられた太陽電池及びカプセル材料を含む太陽電池モジュールを製造する方法において、該導電性接続がカプセル材料と結合されたハウジングを備えられており、該結合はレーザー溶接により実行されている、前記方法にもまた関する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ジャンクションボックスの断面を図式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
レーザー溶接の使用は、電気的に絶縁性である、強力な結合を作ることが見出された。性質のこの組み合わせは相対的に小さな結合インターフェースを有する相対的に小さなハウジングの使用を許し、なおかつ、電気的絶縁及びハウジングと太陽電池モジュールの間の結合力に対する要件を満たす。
【００１５】
本発明において使用される太陽電池は、
入射光から電流を生み出す能力を有する光起電層、該光起電層に隣接し、かつ平行である一つの面上に背面電極層、該光起電層に隣接しかつ平行な他の面上に透明導電性層（又は正面電極層）を含む。光起電層、透明導電性酸化物、及び背面電極の性質は本発明にとって重大ではない。これらの層にとって適切な物質は先行技術において公知である。
【００１６】
太陽電池は上で示されたように電流の収集領域を備えられている。この特徴もまた先行技術において公知でありさらなる説明は不要である。
一つの実施態様において、太陽電池モジュールは、可撓性のある太陽電池ホイルであり、該ホイルは、透明導電性層の上に第一のカプセル材料の層を備えられており、任意的に第二のカプセル材料の層が背面電極層の下に備えられていてもよい。
【００１７】
別の実施態様において、太陽電池モジュールは、硬い太陽電池モジュールであり、該モジュールにおいて硬い透明のキャリアー、例えばガラスのシートが透明な導電性層の上にキャリアーとして施与されている。
【００１８】
本発明において、ハウジングは太陽電池モジュールのカプセル材料の層に結合されている。本明細書の文脈において、カプセル材料の層は正面電極の上に又は背面電極の下か又は両方の場所に存在するポリマーの層である。カプセル材料の層は太陽電池を外界から保護するのに役立つ。カプセル材料の層はそれ自身で、種々の組成及び性質を有するサブ層を含み得る。正面電極の上に存在するカプセル材料の層は当業者にとって自明であるように透明である。カプセル材料の層は先行技術において公知である。
【００１９】
本発明において、ハウジングはレーザー溶接によりカプセル材料に結合されている。
【００２０】
レーザー溶接により、強度のレーザービームが溶接場所、即ちハウジングとカプセル材料との間のインターフェース、に集中される。適切な溶接を許すために、レーザーエネルギーはこのインターフェースに到達することが必要である。レーザーは、ハウジングの方向又はカプセル材料の方向のいずれかの方向からこのインターフェースに向けられる。レーザー光が該インターフェースに到達することを許すために、レーザー光源とインターフェースの間の物質はレーザー光に対して透明であるべきである。言い換えると、レーザー光の波長及びポリマーの性質はこれを達成するために調和されていてもよい。
【００２１】
一つの実施態様において、レーザーとインターフェースの間のインターフェースの面上の物質は、それがハウジングであれカプセル材料であれ、レーザーに対して透明であるが、インターフェースの他の面の物質は、施与される波長のレーザー光に対して透明ではない。
【００２２】
他の実施態様において、ハウジングの物質とカプセル材料の物質の両方が、施与される波長において完全に透明である。この場合、レーザー光を吸収する物質、例えば薄い層の形における物質、例えば炭素、がカプセル材料とハウジングの間のインターフェースに施与され、熱がその場所で発生され、そのことが溶接が起きることを保証する。この実施態様の利点は、吸収する物質が施与されている場所においてのみ溶接が起きることである。光の大きな吸収を有する物質の選択により、下にある層に到達する放射は制限される。
【００２３】
レーザービームの強度と暴露の継続期間を調和させることにより、発生された熱はインターフェースの表面層を溶融させるのに十分であり、かつ加熱の時間が溶融領域の浸透深さを制限するのに十分短いように設定される。レーザービームは、市販のスキャニングヘッドを使用して溶接されるべき経路の上を移動されることができる。
【００２４】
先行技術において公知の他の溶接技術は太陽電池モジュールのカプセル材料にハウジングを接続するのに適切ではないことが見出されたことに留意されたい。より特に、超音波溶接では適切な接着は得られないことが見出されている。マイクロ波溶接はより適切でないと考えられている。なぜならマイクロ波溶接は、導電性の活性層もまたマイクロ波のエネルギーを吸収するので太陽電池モジュールを損なうからである。
【００２５】
ハウジングは、正面電極の上のカプセル材料の層、背面電極の下のカプセル材料の層、又は両方に結合されていてもよい。
【００２６】
本発明の一つの実施態様において、ハウジングは太陽電池モジュールの一つの面にのみ施与され、他の面には施与されていない。この実施態様は、太陽電池モジュールの正面又は背面のいずれか一方が平坦であることが好ましい場合、魅力的である。その場合、ハウジングはバックプレートの使用なしに太陽電池モジュールＰＶモジュールの表面に接着されなければならない。これは本発明の中において容易に達成されることができる。
【００２７】
従って、一つの実施態様において、ハウジングは、太陽電池モジュールの一つの面にのみ施与されており、モジュールの他の面への接続は必要とされない。ハウジングは、太陽電池モジュールの正面（即ち、受光面）のカプセル材料に接続されているか又は太陽電池モジュールの背面に接続されていてもよい。
【００２８】
複数のハウジングが一つの太陽電池モジュールに結合されている一つの実施態様において、すべてのハウジングが、モジュールの正面又は背面にかかわらず、該モジュールの同じ面に結合されている。これは、１つの平らな表面を有することを可能にし、このことは、更なる加工、例えばそれをキャリアーに接着するためには魅力的である。ポリマーのカプセル材料の層がモジュールの１つの面上にのみ存在する場合、例えばモジュールの反対の面がガラスプレートを備えられている場合、ハウジングはモジュールの１つの面上にのみ結合される。
【００２９】
太陽電池モジュールがモジュールの正面上にカプセル材料の層及びモジュールの背面に層を有する実施態様においては、ハウジングが、モジュールの両方の面上のカプセル材料に結合されていることが可能である。
【００３０】
ハウジング又は太陽電池モジュールに結合されるハウジングの少なくとも一部分は、一般的にポリマー物質からなる。一つの実施態様において、ハウジング又はその関連部分の材料、及びそれが結合されるところのカプセル材料の物質は、互いに容易に溶接され得るように選択される。一つの実施態様において、ハウジング又はその関連部分及びカプセル材料は、同じタイプのポリマーに基づいていてもよい。この場合、特に有利な性質を有する結合が得られ得る。例えば、カプセル材料とハウジングの両方は熱可塑性フッ素ポリマーに基づいていてもよい。
【００３１】
溶接の間、連続的な強い結合を得るために、インターフェースに圧力を付与することが要求され得る。この目的のために、太陽電池モジュールは例えば硬い支持表面、例えばテーブル、により支持されていることができる。任意的に、ハウジングに圧力が付与されることができる。より平均的に分布された圧力をハウジングに付与するために、圧力部材が使用されることができる。好ましくは、圧力部材は、少なくともレーザー光スペクトルの波長に対して透明である。圧力部材の透明性を妨害する傷又は汚れによる干渉を避けるために、使い捨ての圧力部材が使用されることができる。
【００３２】
本発明は、添付の図面を参照してさらに説明される。図面において図１は、ホイル２、特にポリマー状のカプセル材料の層により保護された太陽ホイル、における導電性層へのケーブル（示されていない）への接続のためのハウジング１を有するジャンクションボックスの断面を図式的に示す。接続は、例えばクランプ接続（clamp  connection）、はんだづけされた接続又は導電性接着剤により供された接続であることができる。ハウジング１は、開放端４を有する中央体３を含み、その開放端４をホイル２のカプセル材料の層の上に置いて置かれる。開放端４はホイル２のカプセル材料のトップ層の上にある、外に向かって延在する平らなフランジ５でフランジされている。
【００３３】
透明なポリマー状物質からなる圧力部材６は、中央開口部７を有し、該中央開口部７はハウジング１の中央体３の上に適合し、ハウジング１のフランジ５の上にある。
【００３４】
レーザー溶接装置（示されていない）は、ホイル２の上にフランジ５を溶接するために使用されることができる。溶接の間に、圧力が圧力部材６によりフランジ５へ付与される。圧力部材６、ハウジング１のフランジ５及びホイル２のカプセル材料の層はレーザー光の波長、一般的に約７００〜８００ｎｍである、に対して透明であるポリマー状物質からできている。ほとんどのポリマー状物質はこれらの波長に対して透明である。
【００３５】
レーザー光吸収物質８の層は、ハウジング１のホイル２とフランジ５の間のインターフェースに施与される。光吸収物質層８は例えば炭素の層又は他の適切なタイプの光吸収物質の層、例えば記録可能ＣＤのための製造技術から公知である光吸収物質、であることができる。光吸収物質は溶接の位置においてのみ、熱の発生を実行するので、熱の影響を受ける領域は溶接の両面の薄い層に制限される。
【符号の説明】
【００３６】
１：ハウジング
２：ホイル
３：中央体
４：開放端
５：フランジ
６：圧力部材
７：中央開口部
８：レーザー光吸収物質
【図１】
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