(57)【要約】  本発明は太陽電池（ＰＶ（photovoltaic））モジュールの複合システムに関する。この複合システムは、キャリア箔と、前記キャリア箔上に載置した金属箔と、前記金属箔上に載置した絶縁層とからなる。種々の接続技術を用いて、種々の太陽電池（ＰＶ）セルを複合システムに固定し、それにより電気的に接続させる。また、本発明はＰＶモジュール用の複合システムの製造方法に関し、また、両端子を同一面に有するウェーハセルを、モジュール中にて相互接続させる導体構造上に、各端子により設置するウェーハセルの裏面接触用複合システムの使用に関し、また、内部で相互接続する薄膜セルのモジュールの複合システムの使用に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
家電機器のコーティング用以外の太陽電池応用の複合システムであって、
キャリア箔（２）と、
前記キャリア箔（２）上に配置する金属箔（３）と、
前記金属箔（３）上に配置する絶縁層（４）と、からなり、
前記金属箔（３）は表面テクスチャを有し、
前記絶縁層（４）は接続手段を有することを特徴とする、太陽電池応用の複合システム。
【請求項２】
前記絶縁層（４）上の接続手段が接着材であり、および／または、前記絶縁層が接着性であることを特徴とする、請求項１に記載の複合システム。
【請求項３】
前記絶縁層（４）は、
透明電気絶縁素材、好ましくはプラスチック素材若しくは合成樹脂、より好ましくはエポキシ樹脂からなり、または、ゾルゲル層若しくは誘電体層からなり、および／または、４００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長の範囲において１．６超えの屈折率を有し、または、
入射窓として用いるガラスの屈折率以下の屈折率を有し、および／または、
接着性を有するプラスチック素材からなり、好ましくはポリビニルブチラール（ＰＶＢ）で作製される
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の複合システム。
【請求項４】
前記キャリア箔（２）は、
ポリビニルブチラール、ポリフッ化ビニル、エチレン酢酸ビニル、若しくは、これらと同等の熱特性および物理的特性を有するプラスチック素材からなり、または、
二軸配向ポリエステル（ｂｏＰＥＴ）の形態のポリエチレンテレフタレートからなり、若しくは、種々の素材の複合として形成され、および／または
裏面上を、好ましくはアルミニウムで、被覆されている
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合システム。
【請求項５】
前記金属箔（３）は、
銅、アルミニウム若しくは銀からなり、または、好ましくはスズ若しくはスズ合金若しくはスズ箔からなり、および／または、
５μｍ厚超え、好ましくは１０μｍ〜２０μｍの厚みであり、および／または、
反射を増大させる層を有し、前記層は、好ましくは二酸化ケイ素および／または二酸化チタンであり、前記金属箔（３）上の前記層は、３００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長の範囲で好ましくは８０％超えの反射を有し、および／または
好ましくは、三次元の、均一構造または不均一構造からなり、より好ましくはピラミッドまたは半球からなる、表面テクスチャを有し、前記テクスチャは、好ましくは５〜１０μｍの高さであり、より好ましくは５μｍ〜１０μｍの不ぞろいの高度分布を有し、および／または、１４０°未満の対頂角を有するピラミッドからなり、および／または
好ましくは、三次元の、均一構造または不均一構造からなり、好ましくはピラミッドまたは半球からなる、表面テクスチャを有し、前記テクスチャは、好ましくは最大１０００ｎｍの高さであり、前記表面テクスチャおよび／または前記ピラミッド若しくは前記半球はより好ましくは１０〜１０００ｎｍ、好適には１００〜１０００ｎｍの不ぞろいな高度分布を有する
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合システム。
【請求項６】
ＰＶモジュールのための、請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合システムを製造する方法であって、
金属箔（３）を製造する工程と、
接着接続により、前記金属箔（３）をキャリア箔（２）に接続する工程と、
接着接続により、前記金属箔（３）および前記キャリア箔（２）を絶縁層（４）に接続する工程と、
接触のために前記絶縁層（４）に開口部を形成する工程と、を含む方法。
【請求項７】
ＰＶモジュールのための、請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合システムを製造する方法であって、
金属箔（３）を作製する工程と、
接着接続により、前記金属箔（３）を絶縁層（４）に接続する工程と、
接着接続により、前記金属箔（３）および前記絶縁層（４）をキャリア箔（２）に接続する工程と、
接触のために前記絶縁層（４）に開口部を形成する工程と、を含む方法。
【請求項８】
前記金属箔（３）および前記キャリア箔（２）の接続の間または後に、好ましくはレーザ法により、導体構造（１２）を前記金属箔（３）中に切り分け、および／または、
前記キャリア箔（２）を前記金属箔（３）に接続する前または後に、反射体テクスチャを前記金属箔（３）中にスタンプし、または、
前記絶縁層（４）は、前記金属箔（３）に向く側に、前記接続の操作中に前記金属箔（３）に転移される反射体テクスチャを有し、および／または、
前記金属箔（３）に穴を開け、および／または、
前記金属箔（３）は、好ましくはレーザ法により、前記キャリア箔（２）への接続中の移送方向に切断し、および／または、
前記キャリア箔（２）はポリビニルブチラールからなり、および／または、
合成樹脂、好ましくはエポキシ樹脂を前記絶縁層（４）として用い、加熱および／またはＵＶ照射により硬化し、または、
前記絶縁層（４）はＰＶＤ法により形成した誘電体層からなり、および／または、
前記複合システムとＰＶセル（５、８）との間の電気的接続（１０）は、前記接触開口部上で熱硬化導電接着材を用いて、または、レーザハンダ付け処理により形成し、および／または、
前記複合システムは、ラミネート加工処理または加圧により前記ＰＶセル（５、８）に接続し、前記ＰＶセル（５、８）を相互接続してモジュールを形成する
ことを特徴とする、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
単一の方法工程に加えて、前記ラミネート加工処理中に、
前記電気的接続（１０）は前記複合システムと前記ＰＶセル（５、８）との間に、好ましくはハンダ付けにより、より好ましくは低い融点のハンダを用いて形成し、
前記モジュールはリアに向かって封止され、
被覆ガラス（６）を用い、および／または、
前記ＰＶセル（８）を埋め込む
ことを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ウェーハセルモジュールの裏面接触のための、請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合システムの使用であって、
両端子（９、１４）を同じ面に有するウェーハセル（８）は、前記導体構造（１２）上に前記端子により設置、接続され、および／または、
前記セルは組立工程中に前記絶縁層に接着され、従って固定され、および／または、
前記キャリア箔（２）は環境影響から保護するように前記裏面モジュール終端を形成し、または、
前記キャリア（２）は裏面モジュール被覆に機械的に強固な接続を形成する
ことを特徴とする使用。
【請求項１１】
薄膜セルモジュール中のバスバーの形成のための、請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合システムの使用であって、
前記絶縁層（４）には、前記モジュールの長手側の端に沿って、前記金属箔（３、１８）の前記接触（１７）のための開口部が形成され、および、
前記金属箔（３、１８）は、前記長手側に沿って２部に分割され、これにより、導体構造をバスバーとして機能するように形成し、
前記金属箔も反射体として機能させることを特徴とする使用。
【請求項１２】
前記キャリア箔（２）は、前記薄膜セルモジュールの前記モジュールの端での絶縁層の欠落により生じる、前記モジュールの端での異なる厚みを補償し、
前記金属箔（３）は、部分的に、または、前記モジュールの端（１７）で、前記モジュールの全長にわたって、前記活性層（５）と接触し、および／または、
前記キャリア箔（２）は、前記裏面モジュール終端を形成して環境影響から保護し、前記キャリア箔（２）は、好適には前記裏面モジュール被覆への機械的に頑強な接続を形成していることを特徴とする、請求項１１に記載の複合システムの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池（ＰＶ）モジュールの複合システムに関する。本発明の複合システムは、キャリア箔、このキャリア箔上に載置した金属箔、およびこの金属箔上に載置した絶縁層からなる。種々の接続技術を用いて種々の太陽電池（ＰＶ：photovoltaic）セルを複合システムに固定し、電気的に相互に接続させることができる。
【０００２】
加えて、本発明はＰＶモジュール用の複合システムの製造方法に関し、また、両端子を同一面に有するウェーハセルを、モジュール中で相互接続させる導体構造上に各端子により設置する、ウェーハセルの裏面接触のための複合システムの使用に関し、また、内部で相互接続した薄膜セルのモジュールの複合システムの使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＰＶモジュールは太陽光を直接電気エネルギーに変換し、複数のＰＶセル（最大１６０セル）を主要な部品として有し、これらのセルは相互接続されている。このため、セルは、種々の材料で接続され、２つの目的を満たす複合体を形成している。すなわち、その複合物は、透明な、放射線耐性および耐候性の被覆を形成しており、また、対応するパッキングにより頑強な電気終端を有する。脆弱なＰＶセルおよび電気的接続部は機械的影響および水分の両方から保護される。加えて、ＰＶセルのパッキングは、十分な自己冷却が可能である。電気的部品を侵食から保護でき、モジュールの処理や固定がし易い。種々のタイプのＰＶセルを用いた様々なＰＶモジュールの設計がある。
【０００４】
ＰＶモジュールは太陽に面する側（表面側）にガラスパネルを一般的に有し、「保護ガラスインサート（safety glass insert）」（ＳＧＩ）が通常用いられる。これは一般的に、例えばエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）またはシリコーンゴムなどの透明プラスチック素材の層を介してセルに接続させる。ＰＶセルは、このプラスチック素材層中に埋め込み、ハンダ付けされた小さいストリップにより電気的に相互接続させる。裏面側では、モジュールは、例えばポリフッ化ビニルまたはポリエステルから作製した、耐候性プラスチック素材の複合体の箔により、またはさらなるガラス枠により終端処理される。ＰＶモジュールを製造する際、一般的に約１５０℃でラミネート加工する。ラミネート処理の間、もはや溶解できない、透明な、三次元架橋プラスチック素材の層内にはＰＶセルを埋め込み、この層はガラス枠および裏面箔に頑強に接続され、ＥＶＡ泊から形成し、ラミネート加工処理中に乳濁する。
【０００５】
単結晶および多結晶ＰＶセルは、半導体の製造にも同一または類似の形態で使用される、「ウェーハ」（単結晶または多結晶シリコン薄片）から製造する。産業上、それらのシリコンセルは２０％以上の効率であり、２０〜５０Ｗ/ｋｇの電力密度である。複数のこれらのセルは、妥当な出力電圧に達するまで、ＰＶモジュール中においてハンダ付けされたストリップにより直列接続して個々のライン（「ストリング」）を形成する。そして複数のかようなセル群は並列接続して、出力電流を増やし、モジュール終端に導く。この目的に用いるそのラインはバスバーとよばれる。セルをつなぎ合わせる（ストリング）ために、１つのセル表面（例えば陰極）は次のセルの裏面（陽極）に、その都度接続するところ、スズめっきの銅のストリップをしばしばこの目的に用いる。
【０００６】
セルの表面の、それぞれの隣接セルの裏面への接続は、自動化するにはコストがかかり、また、困難であるため、裏面接触の使用が増加している。特に、コスト削減の理由から、増加している薄型ウェーハを使用する場合、割れるおそれが高いので処理がより困難である。加えて、表面の上に延在する接続ストリップが一部の光を遮り、したがってその光を発電に用いることができず、ひいてはセルの効率およびモジュール全体の効率を下げる。ストリングに必要なストリップによって生じる光学的損失を減少させる付加的手段は特許文献１に記載されている。それによれば、「集光性ストリング」を用い、より正確には表面に接触する光を反射して戻すストリップであり、つまり、被覆ガラスの上側でセル中に反射するような角度で遮断する。しかしながら、かようなストリップは、銀面を有するため高価であり、また、反射のために必要な表面構造を損なわずにセルを接続するのが難しい。裏面接続では、セルの適切な設計により表面端子を裏面上に誘導することで、両端子（＋/−）を同じ面でアクセス可能にできる。「ピックアンドプレース」技術をモジュール製造に適用でき、セルはプリント配線板（ＰＣＢ：printed circuit board）の端子構造上に自動的に配置し、ハンダ付け、プラグインまたは接着接合継ぎ手により接続できる。かような裏面端子を用いたＰＶモジュールは、例えば、特許文献２中に記載されている。接続を片面上でのみ行うので、処理を簡素化でき、同時にストリップによって生じる光の遮断の問題を解決できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１２５４１５（Ａ１）号公報
【特許文献２】欧州特許第１４４９２６１（Ｂ１）号
【特許文献３】独国特許出願公告第４４１０２２０（Ｂ４）号
【特許文献４】独国特許出願公報第１０２２００６０４４５４５（Ａ１）号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
プリント配線板は、各セルの裏に配置され、ウェーハに付加的に安定性を与え、それは薄型ウェーハの場合に特に効果がある。しかしながら、かようなプリント配線板は高価であり、また、順に相互接合しなくてはならず、個々のプリント配線板の接続か、または、非常に大きなプリント配線板（モジュール規模）を必要とすることを前提とするため、それに応じて製造にあたりコスト高となる。加えて、それらのウェーハセルモジュールは、多くの種々の部品からなり、各々は個別処理工程で処理しなければならず、複雑でありかつコスト高である。本発明の目的は、従って、従来技術の前述の欠点を克服でき、また、ウェーハセルモジュールを、より簡易に、より費用効果を高く設計できるようにすることであり、それは増加している薄型ウェーハセルに特に有効である。しかしながら、増加している薄型ウェーハの使用により、一部の光がもはやウェーハ中に吸収されず、ウェーハの中を貫通することが想定される。従って、この光を反射してセル中に戻し、さらなる部分を吸収できることが望ましい。
【０００９】
単結晶および多結晶ＰＶセル（ウェーハセル）と対照的に、「薄膜セル」は通常、アモルファスおよび／または微晶質シリコン（ａ−Ｓｉまたはμ−Ｓｉ）から作製する薄い半導体層からなるが、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、二セレン化銅インジウム（ＣＩＳ）または他の素材から作製する薄半導体層からなることもある。シリコン層または半導体層の厚みを減らすため、薄膜モジュールのモジュール効率は５〜７％の間であり、また、出力密度は約２０００Ｗ／ｋｇである。微結晶シリコンのような、アモルファスと結晶シリコンの組み合わせにより、光スペクトルの利用を増やすことにより、最大１０％というより高い効率が得られる。薄膜モジュールを製造する際、典型的にはアモルファスおよび／または微結晶シリコンなどの活性半導体層は、ガラスパネル、または、典型的にはスチールまたは銅のストリップなどの可撓性キャリアに、特殊な被覆工程を用いて適用する。モジュールの製造で薄膜技術を用いる利点は、セルの簡易な相互接続にある。活性素材で被覆した後、この活性素材は特殊なレーザ加工を用いてセルに分割し、これらのセルをストリングする。ストリップを用いた外部へのストリングは、ウェーハモジュール中で使用しているため、省ける。しかし、電流を取り出すために、ストリップは生じた電流を運び取る「バスバー」としても用いる。シリコン薄膜ＰＶセルは、例えば、特許文献３および特許文献４に記載されている。
【００１０】
最も一般的に使用されている薄膜セルモジュール型は、（抗反射被覆）ガラスパネルからなり、そのパネル上には電導性かつ光透過性の層が設けられる（透明導電性酸化物−ＴＣＯ、通常は酸化亜鉛）。この層は、表面端子を形成し、レーザにより構造化して分割したセルを得る。例えば、シリコンなどの活性層をここに設け、引き続き裏面端子や反射体を形成し、これは、薄い活性層（１〜２μｍ）中に複数回光を導入して十分光吸収させるためである。その後、モジュールを終端処理し、環境影響から保護する。裏面反射体は金属被覆からなってもよく、その粗いテクスチャは拡散反射させることができ、同時にセルをストリングするための導体としても機能する（裏面端子と反射体との統一）。または反射体は、拡散反射させる白色塗装の形態で用いる。この場合、活性層と白色塗装との間には、ストリングのために光透過性導体、典型的にはＴＣＯが必要である。
【００１１】
裏面端子と反射体とを統一した薄膜モジュールの欠点は、反射体と端子の機能が別々に最適化できないことである。例えば、その対応する層のテクスチャが増えると、拡散反射特性は向上するが、同時に電気抵抗が増大する。さらに、テクスチャは、被覆処理の調整での限られた程度でのみ調整しうる。加えて、金属層はモジュールをセルに分けるレーザ工程で破壊的影響を受ける。制御不能な金属のスパッタは、短絡を引き起こしえ、モジュールを部分的に破壊しうる。モジュールの密閉に用いるプラスチック素材は高価で、処理が難しい。従って、分離した反射体および裏面端子を有する薄膜モジュールはより容易に製造できる。しかしながら、反射体として用いる塗装は、広範囲の波長領域において得られる反射量が十分でないため、欠点となる。これは、セル／モジュールが複数の活性層からなり、総合して広範囲の波長範囲に対応させてモジュールの全体効率を増大させる場合に不利である。
【００１２】
薄膜モジュールの両変形において、ストリップ形態のバスバーは、モジュールの長手方向の両側に設けるべきである。ストリップの長さおよびその特有の曲率により、これは複雑で高価である。スズ被覆銅のストリップ構造は、さらなる欠点を生じる。スズ層が損傷し、または完全になくなった場合、露出した銅の表面から腐食が始まり、モジュールの耐用年数が短縮する。全体的に、モジュールは多くの部品からなり、その各部品は多くの処理工程で加工しなければならず、コストがかかり、複雑で、不良の影響をうけ易い。従って、本発明のさらなる目的は、簡易化した、コスト安な薄膜モジュールの製造である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、本発明に従う複合システム、かような複合システムを製造する方法、および、種々のＰＶモジュールのためのこの複合システムの使用によって達成できる。この複合システムは、モジュールの終端およびその環境影響からの保護と同様に、太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの相互接続および連結に必要な多くの機能を果たす。この場合、セルで吸収されない放射光は反射してセル中に戻り、再利用される。本発明に従う複合システムは、従って、簡易でコスト安な太陽電池モジュールの製造や、性能および信頼性の向上を可能にする。提案した複合システムは、従って、ウェーハセルモジュールの裏面接触および薄膜セルモジュールの両方に適している。最終的には、導体の設計、構造化および接触により複合システムの応用用途が決まる。
【００１４】
太陽電池応用のための複合システムはキャリア箔を有し、このキャリア箔を用いてモジュールを環境影響から密閉し、また、さらなる機能層を支持する。金属箔はキャリア箔上に配置して構造化し、それによりセルをストリングしてバスバー（電気的機能）として使用し、同時に光学的機能により反射体として機能させる。金属箔は表面テクスチャを有するように設計する。絶縁層は金属箔上に接着して配置し、セルを金属箔から電気的に絶縁する。この層は接触部で除去する。これは、機械的腐食またはレーザを用いた腐食によって行うことができる。絶縁層はまた、接続手段を有する。これは、箔複合体上でのセルの固定を容易にする。活性層を通過した光は、金属箔へと通過し、反射して活性層中に戻る。
【００１５】
複合システムは、種々の接続技術を用いて、安定した方法でＰＶセルに接続できる。本発明に従う複合システムの有利な実施形態で、導電接着材を用いて前記システムはセルに接続する。別の実施形態では、この接続は、加圧またはレーザ加工により、機械的に形成することができる。
【００１６】
また、ラミネート操作中にハンダ付けによって、同時に電気的接続を形成することもでき、低融点を有するハンダを用いることが好ましい。
【００１７】
絶縁層上の接続手段は、接着材でもよい。また、絶縁層を粘着性にしてもよい。これにより、セルをより簡易に処理することができるため有利となる。従って、太陽電池セルはすでに接着性を有し、ラミネーターに到達する前に箔複合体に固定することができる。その後セルは、最終的にラミネート加工処理により箔複合体に接続する。
【００１８】
キャリア箔は、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリフッ化ビニル、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、または、これらと同様の熱的特性および物理的特性を有するプラスチック素材からなることが好ましい。
【００１９】
別の実施形態において、キャリア箔は、二軸配向ポリエステル（ｂｏＰＥＴ）の形態のポリエチレンテレフタレート、または種々の素材の複合からなることが好ましい。複合システムは、従って、付加的な機械的安定性を有する。
【００２０】
また、２５μｍ〜１００μｍ、より好ましくは４０μｍ〜８０μｍの層厚みを用いて、伝導性を向上させ、モジュールの損失抵抗を低減させることもできる。
【００２１】
さらなる有利な実施形態では、キャリア箔を裏面で被覆し、好ましくはアルミニウムで被覆する。これは、キャリア箔がモジュール終端を形成する場合に特に有利である。
【００２２】
キャリア箔上に接着して配置する金属箔は、好ましくはスズ若しくはスズ合金またはメッキしたスズ箔からなる。銅、アルミニウムまたは銀をこの目的に使用することもできる。さらなる有利な実施形態では、金属箔は少なくとも５μｍの厚み、好適には５〜２５μｍの厚み、より好適には１０〜２０μｍの厚みである。
【００２３】
本発明のさらなる有利な実施形態では、金属箔は反射を増大させる層を有する。これは、銀面被覆したスズ箔または二酸化ケイ素および／若しくは二酸化チタンで被覆したアルミニウムであることが好ましい。この層は、活性層の中を貫通する入射光を非常に効果的に反射させることができる。この層は、３００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長範囲で８０％超えの反射をしうる。
【００２４】
さらなる有利な実施形態では、金属箔は表面テクスチャを供する。これは、極めて効果的な「光閉じ込め効果」の得られる方法で、光を反射して戻すことができる。表面テクスチャは、三次元の、均一構造または不均一構造からなることが好ましい。金属箔の表面テクスチャは、ピラミッドまたは半球からなることが特に好ましい。この場合、表面テクスチャおよび／またはピラミッド若しくは半球が１〜２０μｍの高さ、好ましくは５〜１５μｍの高さ、より好ましくは５〜１０μｍの高さである場合に有利である。表面テクスチャおよび／またはピラミッド若しくは半球が１〜２０μｍ、好ましくは５〜１５μｍ、より好ましくは５〜１０μｍの不ぞろいな高さ分布を有する場合は、さらに有利である。さらなる有利な実施形態において、表面テクスチャは１６０°未満、好ましくは１４０°未満の対頂角を有する、望ましいサイズのピラミッドからなる。
【００２５】
さらなる別の実施形態では、金属箔の表面テクスチャは、最大１０００ｎｍのサイズ特性を有するピラミッドまたは半球からなる。表面テクスチャおよび／またはピラミッド若しくは半球が１０〜１０００ｎｍ、好ましくは１００〜１０００ｎｍの不ぞろいな高さ分布を有する場合はさらに好適である。
【００２６】
本発明のさらなる有利な実施形態では、絶縁層は金属箔に接着して設けられ、光透過性電気絶縁素材からなる。絶縁層は、好適なプラスチック素材または合成樹脂が好ましい。合成樹脂はエポキシ樹脂が好ましい。この層は、物理的気体分離（ＰＶＤ）法またはゾルゲル法を用いて随意に金属箔上に配置することができる。この層は、金属層をセルから電気的に絶縁し、固有の絶縁耐力を有する。加えて、しかしながら、この層は４００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で光透過性（吸収係数ａ＜３×１０−３/ｃｍ）であるべきである。加えて、絶縁層は、前記の波長範囲で、入射窓として用いるガラスの屈折率よりも大きい屈折率を有するべきである。この範囲での屈折率は、好ましくは１．４超え、より好ましくは１．６超えである。絶縁層は接触部分で途切れるため、複合システム中の金属層とＰＶセルとの間の電気的接触を形成できる。
【００２７】
別の実施形態では、絶縁層は、入射窓として用いるガラスの屈折率以下の屈折率を有する。この実施形態は、複合箔の光閉じ込めへの寄与がそれほど大きくない場合に好適である。絶縁層として用いるのに適切なプラスチック素材としては、ＰＶＢが好ましい。この素材は、ラミネート加工処理中または事前のセル組立て工程中に箔がセルに同時に接着する点で有利である。後者は、組み立てられて配置したモジュールのラミネーターへの移送が簡易であり、ラミネート加工処理中の部品の任意の移動を防げるため、特に有利である。この目的のため、箔システムはセルの組み立て処理中に加熱すれば（ピックアンドプレース）、ＰＶＢが粘着性でありセルを固定できる。
【００２８】
ＰＶモジュールの複合システムを製造する方法は、次の段階法を含む。好適にテクスチャ化した金属箔は、粘着性接着材でキャリア箔に結合する。金属箔は、その後、例えば、レーザ加工により局所的に腐食し、従って、バスバーおよび／またはストリングに必要となる導体構造を形成するように構造化する。これらの結合した層は、その後絶縁層に接続する。絶縁層が特定の部位で開口して電気的接続を形成する。表面保護のために、ラミネート加工処理の直前まで接触開口部を形成しないのが好ましい。金属箔の構造に依存して、複合システムはウェーハセルの製造または薄膜セルの製造に適する。個々の箔は、ラミネート加工によって、または箔自体の接着特性によって接続することが好ましい。また、まず金属箔を絶縁層に接続し、次にこれらの層をキャリア箔に接続することもできる。
【００２９】
最後に、接続手段は、接触開口部に形成できる。接続手段は、熱硬化の導電接着材が好ましい。ＰＶセルへの電気的接続がラミネート加工処理中に形成できるためである。また、複合システムとウェーハセルまたは薄膜セルとは、レーザハンダ付け処理によって電気的に接続してもよい。この場合、しかしながら、付加的な処理工程が必要である。さらなる電気的接続の代替手段は、接触開口部を有する複合システムの機械的加圧である。
【００３０】
複合システムは、ウェーハセルモジュールの裏面接触に用いれば、高価な導体板を用いる必要がないため、大幅なコスト削減につながる。加えて、反射体を導体構造中に直接一体化すれば、より薄いウェーハを使用できる。
【００３１】
ＰＶモジュール用の複合システムを製造するための、本発明に従う方法のさらに有利な実施形態では、所望の反射体テクスチャは、キャリア箔と金属箔とを接続する前に金属箔中にスタンプする。別の有利な実施形態では、反射体テクスチャは金属箔に接続したキャリア箔中にスタンプし、またはスタンプした絶縁層から金属箔の上に接続操作中に移す。このテクスチャは、少しでも多くの光を、吸光するＰＶセルの中に誘導して戻せるように、光を反射して戻すことができる（光閉じ込め）。
【００３２】
さらなる別の実施形態では、金属層に穴をあけて、隣接層への接着を向上させることができる。
【００３３】
さらなる有利な実施形態では、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）は、複合ガラスの製造に用いられ、また、実用経験もあるため、キャリア箔として使用することが好ましい。加えて、ＰＶＢは現在モジュールで既に使用されており、従って、複合システムの使用が必要であるモジュールの製造者にとって、処理調整はあまり劇的でない。
【００３４】
合成樹脂、特に好適にはエポキシ樹脂は、絶縁層用素材として用いることが好ましい。例えば、テクスチャを金属箔中にスタンプする場合、テクスチャは、従って、エポキシ樹脂で充填して固定化できる。このエポキシ樹脂はラミネート加工処理中に再度軟化しないので、テクスチャは残存する。エポキシ樹脂は加熱および／またはＵＶ照射により硬化することができる。加えて、しかしながら、この層は、３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で光透過性でもあり（ａ＜３×１０−３／ｃｍ）、使用予定の表面ガラスの屈折率よりも大きな屈折率を有するべきである。この範囲の屈折率は、好ましくは１．４超え、より好ましくは１．６超えである。絶縁層は、複合システム中の金属箔とＰＶセルとの間の接触部位で途切れる。
【００３５】
望ましい本発明の実施形態で、絶縁層は金属箔への被覆という形態で配置される。これは、例えばＰＶＤまたはゾルゲル法によって可能である。これらのタイプの被覆の利点は、最適化した特性と、層の厚みを小さくできることである。
【００３６】
本発明に従う方法のさらなる有利な実施形態では、金属箔は接続操作中の移送方向に被覆される。これは、レーザ処理により行うことが好ましい。複合システムは、従って、事前に所望の形状およびサイズに形成できる。
【００３７】
複合システムはこうして作製され、例えばラミネート加工処理または加圧処理中にＰＶセルに接続でき、セルをひと続きにしてモジュールを形成できる（ストリング）。加えて、外部への接続はキャリア箔により形成し、モジュールは環境影響から保護するように終端する。
【００３８】
本発明に従う方法の別の実施形態では、電気的接続は、１回のラミネート加工処理中に、好ましくはハンダ付けにより、より好ましくは低い融点を有するハンダを用いて、複合システムとＰＶセルとの間に付加的に形成する。モジュールは、リアに向かって密閉される。被覆ガラスを配置し、および／またはＰＶセルを埋め込む。
【００３９】
本発明の目的は、ウェーハセルモジュールの裏面接触のための、本発明に従う複合システムの使用でもある。両端子が一面上に配置されるウェーハセルは、それらの端子により導体構造上に配置され、導体構造に接続される。この接続はラミネート加工処理中に行うことができ、この処理中には電気的セル接続がこの段階法にて同時に形成される。従って、複数のウェーハセルは、接続して個々のストランドを形成し、最終的にバスバーにより接続してウェーハセルモジュール中に、より大きい単位を形成することができる。ラミネート加工処理中、セルと、金属箔に分断された対応する導体構造と、の間の接触は、単なる機械的接続、加圧、または導電接着材の硬化によって形成される。
【００４０】
また、ラミネート処理加工中、ハンダ付けにより同時に電気的接続を形成することもできるため、低い融点のハンダを用いることが好ましい。
【００４１】
一方、本発明は、記載の複合システムの、薄膜セルモジュールの製造のための使用に関する。この目的のため、金属箔の接触用にモジュールの長手側の端に沿って絶縁層が開口する。これは、部分的に、または、モジュールの全長にかけてモジュールの端において、活性層に接触すべきである。金属箔は長手側に沿って２部に分割し、バスバーとしても機能する導体構造を形成する。これらの２つの反射体ストリップは、表面上の絶縁層により活性層から電気的に絶縁される。薄膜セルモジュールの端での絶縁層の欠落のため、キャリア箔はこの厚みの異なりを補償すべきである。従って、モジュール被覆を頑強に複合システムに接続でき、水分をモジュールに浸透させないことを保証できる。
【００４２】
ウェーハセルモジュールの裏面接触のため、または、薄膜セルモジュールの製造のための、本発明に従う複合システムの使用におけるさらなる有利な実施形態で、キャリア箔は、環境影響から保護するように裏面モジュール終端を形成する。また、例えば、ガラスパネル、または、さらなる付加的なプラスチック素材箔からなりうる裏面モジュール被覆への機械的に頑強な接続の中にキャリア箔を入れることができる。
【００４３】
本発明に従う複合システムの使用には、従来技術を超える多くの利点がある。ひとつには、材料コストを削減できる。バスバー用、および、ウェーハセルモジュール内部のストリング用のストリップが省略できる。加えて、薄膜モジュールの場合には、反射塗装を使用しない。高価な導体板は使用する必要がなく、また、全体的に加工部品は少なくなる。また、モジュール作製中の加工工程数が減る。電気的なセルの接続の形成ならびにモジュールの接触および密閉の形成は、単一の加工工程にて行うことができる。ストリップの複雑なアセンブリはなくなり、全ての電気的接続が単一の面に配置するため、裏面接触用に用意したウェーハセルはピックアンドプレース処理によって直接取り付けることができる。導体の構造化および接触化により、複合システムをウェーハセルおよび薄膜セルの両方に用いることができることは、さらに有利な点となる。これは、モジュールの両タイプを製造し、従って多くの工程が統一化できるため、システムおよびモジュールの製造者にとってもさらなる利点となる。最後に、製造するＰＶモジュールは、さまざまな向上特性を有する。ウェーハセルモジュール中の反射体としての使用または薄膜モジュール中での反射を向上させる導体の使用により、効率が向上する。もはや銅を使用する必要がないため、モジュール耐用年数が向上する。モジュールをより少ない部品で形成するため、全体的に、信頼性を高め、かつ、コストを低くできる。
【００４４】
さらなる利点は、未利用の放射光の再利用、および、金属層の適切な設計（素材および断面積）による損失抵抗の低減によって提供される、達成可能な効率の向上である。
【００４５】
これより、図面に基づき、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は図面に記載した実施形態に制限されるものでは当然ない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に従う太陽電池応用の複合システムの模式断面図である。
【図２】ウェーハセルモジュールのセル相互接続のとり得る実施形態の模式図である。
【図３】ウェーハセルモジュールの裏面接続のための本発明に従う複合システムの模式断面図である。
【図４】「分離反射体および裏面端子」型の薄膜モジュール用の複合システムの上面図である。
【図５】薄膜モジュールのための本発明に従う複合システムのとり得る層構造の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、太陽電池応用の本発明に従う複合システムの模式断面図を示す。「キャリア箔」２は、例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）から作製でき、更なる機能層を支持し、モジュールを環境の影響に対して密閉するための接続となる。金属箔３はこの層に接着して設け、例えば、スズから作製でき、５μｍよりも厚く、導体構造を有する（図２）。この層は、各セルをつなぎ合わせ、バスバーとして使用するが、反射体としても機能させる。絶縁層４はこの金属箔に対して設け、金属箔３をセルから絶縁させる。例えば接着材を用いて、ウェーハセルまたは薄膜セルなどの活性層５は、絶縁層４に接続させる。絶縁層４は、電気的接続が形成される部位で途切れる（この図において示さない）。光７は活性層５に達し、活性層５を通過した一部の光は金属箔３で反射して戻り、活性層５の中へ再度誘導される。
【００４８】
図２は、ウェーハセルモジュール中のセル相互接続（ストリング）１５のとり得る実施形態の模式図を示す。導体は、金属箔から切断して、例えば、導電接着材が設けられる。両端子（＋/−）が同じ面に位置するウェーハセル８は、これらの導体上に配置し、ラミネート操作中に本発明に従う複合システムに接続する。複合システムを有するウェーハ８のストリング１５は、こうして製造され、モジュールは外見上完成する。
【００４９】
図３は、ウェーハセルモジュールの裏面接続のための本発明に従う複合システムの模式断面図を示す。表面端子９および裏面端子１４の両方はウェーハセル８の底部に位置する。電気的接続１０はこのように、例えば導電接着材を通じて形成される。絶縁層１１は端子位置で途切れるので、ウェーハセルの端子９,１４は、反射導体１２への接続を形成でき、反射導体はキャリア箔１３に設けられる。光がウェーハセル８を通過すると、導体１２で反射するため、ウェーハセル中に戻り、より高いエネルギー効率にできる。
【００５０】
図４は、「分離反射体および裏面端子」型の薄膜モジュール用の複合システムの上面図を示す。金属箔は、モジュールの中心に沿って縦方向に２つの部分に分かれ、これらの２つの部分はバスバーとして機能し、さらにテクスチャ化反射体を形成している。これらの２つの反射体のストリップは、表面上の絶縁層により、活性層、この場合は内部ストリングを有する薄膜セル１６から電気的に絶縁される。絶縁層は活性層の端で除去することにより、電流の取り出しのためにモジュールをこの反射体接続１７で接続できる。反射体層はこうしてバスバーとして機能する。
【００５１】
図５で示す断面のように、キャリア箔２は、モジュールの端で絶縁層４がないことによる厚みの差を補償する。複合システムは、モジュールの表面６および裏面１を形成する２つのガラスパネルに頑強に接続できる。これにより、水分はモジュールに浸入することができない。光７は従って、表面ガラス６および活性層５を通過し、そして金属箔３で（拡散的に）反射し、活性層中に戻るため、より高いエネルギー効率にできる。
【符号の説明】
【００５２】
１  裏面キャリア
２  キャリア箔
３  金属箔
４  光透過性絶縁層
５  活性層
６  表面ガラス
７  入射光
８  ウェーハセル
９  表面端子
１０  電気的接続
１１  絶縁層
１２  導体
１３  キャリア箔
１４  裏面端子
１５  ストリング
１６  内部ストリングを有する薄膜セル
１７  セルへのバスバー／反射体接続
１８  テクスチャ化反射体
【図１】
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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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【国際調査報告】
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