(57)【要約】本発明は、ポリマーマットを有する光電池デバイス、及びポリマーマットを有する光電池デバイスの製造方法に関する。本光電池デバイスは、太陽エネルギーを受光するための透明層、及び透明層の下に配置されている少なくとも１つの光電池セルを含む。本光電池デバイスはまた、少なくとも１つの光電池セルの下に配置されているポリマーマット、及びポリマーマットの下に配置されているバックシートも含む。本光電池デバイスはまた、透明層、少なくとも１つの光電池セル、ポリマーマット、及びバックシートを結合する封止剤も含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽エネルギーを受光するための透明層；
透明層の下に配置されている少なくとも１つの光電池セル；
少なくとも１つの光電池セルの下に配置されているポリマーマット；
ポリマーマットの下に配置されているバックシート；並びに
透明層、少なくとも１つの光電池セル、ポリマーマット、及びバックシートを結合する封止剤；
を含む、太陽エネルギーを電気に変換する光電池デバイス。
【請求項２】
ポリマーマットが、織成材料、不織材料、又は成形材料を含む、請求項１に記載の光電池デバイス。
【請求項３】
ポリマーマットが、熱結合構造、物理的絡合構造、又は化学的架橋構造を含む、請求項１に記載の光電池デバイス。
【請求項４】
ポリマーマットが、ポリエステル、ポリスルホン、ポリオレフィン、液晶ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテル、ポリアミド、ポリスチレン、ポリイミド、フルオロポリマー、ポリウレタン、又はこれらの組合せを含む、請求項１に記載の光電池デバイス。
【請求項５】
ポリマーマットが不織ポリエステル材料を含む、請求項１に記載の光電池デバイス。
【請求項６】
ポリエステル材料が、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、又はこれらの組合せを含む、請求項５に記載の光電池デバイス。
【請求項７】
ポリマーマットの材料が封止剤の処理温度よりも高い融点又は軟化点を有する、請求項１に記載の光電池デバイス。
【請求項８】
ポリマーマットがバインダー材料を含まない、請求項１に記載の光電池デバイス。
【請求項９】
封止剤が、エチレン酢酸ビニル、エチレン酢酸メチル、エチレン酢酸ブチル、エチレンプロピレンジエンターポリマー、シリコーン、ポリウレタン、熱可塑性オレフィン、イオノマー、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、又はこれらの組合せを含む、請求項１に記載の光電池デバイス。
【請求項１０】
光電池デバイスが、
ＩＥＣ−６１７３０（第２部、２００４年版）に規定されている耐電圧試験にしたがって最小で６０００Ｖの下で測定して絶縁破壊又は表面トラッキングを有さず；
ＩＥＣ−６１２１５（２００５年版）に規定されているように１０００Ｖにおいて測定して少なくとも約４０ＭΩｍ２の光電池デバイスの測定絶縁抵抗×面積を有する；
請求項１に記載の光電池デバイス。
【請求項１１】
光電池デバイスがＩＥＣ−６１２１５（２００５年版）に規定されているように約８５℃及び約８５％の相対湿度下で約１０００時間経時変化させた後に１０００Ｖにおいて試験して少なくとも４０ＭΩｍ２の湿潤絶縁抵抗を有する、請求項１に記載の光電池デバイス。
【請求項１２】
透明層を提供し；
透明層の少なくとも一部の上に封止剤の第１のシートを配置し；
封止剤材料の第１のシートの上に少なくとも１つの光電池セルを配置し；
少なくとも１つの光電池セルの上にポリマーマットを配置し；
少なくとも１つの光電池セルの上に封止剤の第２のシートを配置し；
封止剤材料の第２のシートの上にバックシートを配置し；そして
第１のシートと第２のシートの十分に結合させるために十分な時間及び十分な温度で光電池デバイスを積層処理する；
ことを含む光電池デバイスの製造方法。
【請求項１３】
ポリマーマットが、
織成材料、不織材料、又は成形材料；及び
熱結合構造、物理的絡合構造、又は化学的架橋構造；
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ポリマーマットが、ポリエステル、ポリスルホン、ポリオレフィン、液晶ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテル、ポリアミド、ポリスチレン、ポリイミド、フルオロポリマー、ポリウレタン、又はこれらの組合せを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
ポリマーマットが不織ポリエステルを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
太陽電池パネルの少なくとも１つの縁部から余分なポリマーマットを切除することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
封止剤の第１のシート及び封止剤の第２のシートが同じタイプの材料を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１２に記載の方法によって製造される光電池デバイス。
【請求項１９】
光電池デバイスが、
ＩＥＣ−６１７３０（第２部、２００４年版）に規定されている耐電圧試験にしたがって最小で６０００Ｖの下で測定して絶縁破壊又は表面トラッキングを有さず；
ＩＥＣ−６１２１５（２００５年版）に規定されているように１０００Ｖにおいて測定して少なくとも約４０ＭΩｍ２の光電池デバイスの測定湿潤絶縁抵抗×面積を有する；
請求項１８に記載の光電池デバイス。
【請求項２０】
光電池デバイスがＩＥＣ−６１２１５（２００５年版）に規定されているように約８５℃及び約８５％の相対湿度下で約１０００時間経時変化させた後に１０００Ｖにおいて試験して少なくとも４０ＭΩｍ２の湿潤絶縁抵抗を有する、請求項１８に記載の光電池デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー省によって資金提供されている国立再生可能エネルギー研究所との元請負契約の下での共同契約Ｎｏ．ＤＥ−ＦＣ３６−００７ＧＯ１７０４９の下で米国政府の援助によって行った。政府は本発明における幾つかの権利を有する。
【０００２】
本発明は、ポリマーマットを有する光電池デバイス、及びポリマーマットを有する光電池デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光電池デバイスは太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する。公知の光電池デバイスは、電気的絶縁性、物理的一体性、穿刺抵抗性、切断抵抗性、長期間耐久性、及び信頼性を与えるために封止剤及び厚い基材を用いている。しかしながら、公知の光電池デバイスによっても、向上した電気的絶縁性、物理的一体性、穿刺抵抗性、切断抵抗性、長期間耐久性、及び信頼性を与える基層を有する光電池デバイスに対する必要性及び要望が未だ存在する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、ポリマーマットを有する光電池デバイス、及びポリマーマットを有する光電池デバイスの製造方法に関する。本発明は、良好な電気的絶縁性、物理的一体性、穿刺抵抗性、切断抵抗性、長期間耐久性、及び信頼性を有する基層を有する光電池デバイスを包含する。
【０００５】
第１の態様によれば、本発明は、太陽エネルギーを電気に変換する光電池デバイスを包含する。光電池デバイスは、太陽エネルギーを受光するための透明層、及び透明層の下に配置されている少なくとも１つの光電池セルを含む。光電池デバイスはまた、少なくとも１つの光電池セルの下に配置されているポリマーマット、及びポリマーマットの下に配置されているバックシートも含む。光電池デバイスはまた、透明層、少なくとも１つの光電池セル、ポリマーマット、及びバックシートを結合する封止剤も含む。
【０００６】
第２の態様によれば、本発明は光電池デバイスを製造する方法を包含する。本方法は、透明層を提供する工程、及び透明層の少なくとも一部の上に封止剤の第１のシートを配置する工程を含む。本方法はまた、封止剤材料の第１のシートの上に少なくとも１つの光電池セルを配置する工程、及び少なくとも１つの光電池セルの上にポリマーマットを配置する工程も含む。本方法はまた、少なくとも１つの光電池セルの上に封止剤の第２のシートを配置する工程、及び封止剤材料の第２のシートの上にバックシートを配置する工程も含む。本方法はまた、第１のシート及び第２のシートを結合するのに十分な時間及び十分な温度で光電池デバイスを積層処理する工程も含む。
【０００７】
本明細書中に含まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の幾つかの態様を示し、記載と共に本発明の特徴、有利性、及び原理を説明するように働く。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、一態様による光電池デバイスの分解側断面概要図を示す。
【図２】図２は、一態様による織成材料を示す。
【図３】図３は、一態様による不織材料を示す。
【図４】図４は、一態様による成形材料を示す。
【図５】図５は、一態様による熱結合構造を示す。
【図６】図６は、一態様による物理的絡合構造を示す。
【図７】図７は、一態様による化学的架橋構造を示す。
【図８】図８は、一態様による剥離強度のグラフを示す。
【図９】図９は、一態様による湿潤絶縁抵抗のグラフを示す。
【図１０】図１０は、一態様による乾燥絶縁抵抗のグラフを示す。
【図１１】図１１は、一態様による電力変化のグラフを示す。
【図１２】図１２は、一態様による曲線因子の変化のグラフを示す。
【図１３】図１３は、一態様による開路電圧の変化のグラフを示す。
【図１４】図１４は、一態様による短絡電流の変化のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、ポリマーマットを有する光電池デバイス、及びポリマーマットを有する光電池デバイスの製造方法に関する。
光電池デバイスの信頼性を確保するためには、封止剤とバックシートとの間の接着強度が、上昇した温度及び／又は上昇した湿度を有する条件下においても保持されなければならない。高い接着強度は、長期間の環境攻撃を防ぎ、光電池デバイスの耐久性及び信頼性を向上させることができる。接着強度を向上させるために、封止剤及び／又はバックシートの両方においてプライマー又は接着促進剤を用いることができる。接着促進剤又は結合剤は、有機シランのような異なる官能基を有する任意の好適な反応性分子であってよい。例えば、封止剤用の接着促進剤としてγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いることができ、バックシート用の接着促進剤としてグリシドキシシランを用いることができる。
【００１０】
封止剤とバックシートとの間の接着は、接着促進剤の反応性に影響される可能性がある。エチレン酢酸ビニルはポリオレフィン部分を含んでいるので、光電池デバイスの積層プロセス中にγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランのオレフィン末端をエチレン酢酸ビニル（封止剤）と絡合させることができる。シラン部分を加水分解してバックシートのような外表面と反応させることができる。
【００１１】
１つの強化材料に、エチレン酢酸ビニル、及びポリビニルアルコールのようなバインダー材料と共にバルクガラス繊維を含ませることができる。バインダー材料の好適なレベルは質量基準で約８％であってよい。ヒドロキシル基に富むバインダー材料は、封止剤中の接着促進剤と予め反応する可能性がある。バインダー材料と接着促進剤との反応は接着促進剤を消費する可能性があり、封止剤とバックシートとの間の結合強度を低下させる可能性がある。
【００１２】
動作理論には縛られないが、有機シランの存在下においては、バインダー材料を含まない強化材料、特にヒドロキシル基を有しない強化材料は、より多い量の接着促進剤を結合のために利用することができることなどのために、封止剤とバックシートとの間の増加した結合強度を与えることができる。
【００１３】
一態様によれば、本発明には光電池デバイスのための１００％不織ポリエステルマットを含ませることができる。ポリエステルマットは親水性のバインダー材料を含んでいないので、封止剤とバックシートの両方におけるシランの効力を、バインダー材料を有するデバイスよりも向上させることができる。封止剤とバックシートとの間の接着が向上するので、光電池デバイスの信頼性も向上する。更に、光電池デバイスは、バインダー材料が存在しないことによるより少ない黄変、向上した機械特性、向上した湿潤絶縁抵抗、製造の容易さなどを有することができる。
【００１４】
図１は、例えば製造中の一態様による光電池デバイス１０の分解側断面概要図を示す。光電池デバイス１０は透明層１２を含み、透明層１２の下に複数の光電池セル１４が配置されている。光電池デバイス１０は、複数の光電池セル１４の下に配置されているポリマーマット１６を含む。光電池デバイス１０は、ポリマーマット１６の下に配置されているバックシート１８を含む。
【００１５】
封止剤２０によって、透明層１２、複数の光電池セル１４、ポリマーマット１６、及びバックシート１８などを含む光電池デバイス１０を結合又は積層処理する。封止剤２０は、透明層１２と複数の光電池セル１４の間の封止剤の第１のシート又は層２２を含む。封止剤２０は、ポリマーマット１６とバックシート１８の間の封止剤の第２のシート又は層２４を含む。
【００１６】
他の態様においては、封止剤の第２のシート２４は、複数の光電池セル１４とポリマーマット１６の間であってよい。場合によっては、光電池デバイス１０に封止剤２０の更なる層（図示せず）を含ませることができる。積層処理によって、光電池デバイス１０の部品を通して及び／又は部品の周囲で封止剤２０を流動及び／又は溶融させて、例えば図１に示すような別々及び／又は別個の層を形成しないようにすることができる。
【００１７】
図２は、一態様による織成材料２８を示す。織成材料２８は少なくとも概して規則的に配置されたパターンで配列されている複数の繊維を含む。縦糸及び／又は横糸の任意の好適な組合せによって織成材料２８を形成することができる。
【００１８】
図３は、一態様による不織材料３０を示す。不織材料３０は、少なくとも概して不規則なランダム及び／又は無秩序状態のパターンで配列されている任意の好適な長さの１以上の繊維を含む。場合によって及び／又は更には、不織材料３０に図３においてダイヤモンド形として示されるようなエンボス加工したパターンを含ませることができる。
【００１９】
図４は、一態様による成形材料３２を示す。成形材料３２には、任意の好適な寸法及び／又は形状の孔、正方形、長方形、ミシン目、切れ目、凹みなどを含ませることができる。成形部品は、圧縮成形、射出成形、注型、ブロー成形などのような任意の好適なプラスチック成形プロセスからのものであってよい。
【００２０】
図５は、一態様による熱結合構造３４を示す。熱結合構造３４は、繊維の少なくとも一部を軟化点温度及び／又はそれより高い温度に昇温することによって形成することができる。繊維は異なる融点又は軟化点を有する複数の成分を用いて形成することができる。
【００２１】
図６は、一態様による物理的絡合構造３６を示す。物理的絡合構造３６は、１以上の繊維の撚糸、圧延などによって形成することができる。
図７は、一態様による化学的架橋構造３８を示す。架橋構造３８は、１以上の繊維の間で任意の好適な架橋剤を反応させることによって形成することができる。
【００２２】
光電池デバイスは、太陽エネルギー又は他の好適な光子源を電気に変換することができる。広範には、光電池デバイスには、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、多結晶シリコン、近多結晶シリコン、幾何的多結晶シリコン、テルル化カドミウム、（ジ）セレン化銅インジウムガリウム、他の好適な光電池材料などを含ませることができる。光電池デバイスは、製造技術及び／又は製造材料などによって少なくとも概して剛性及び／又は少なくとも概して可撓性であってよい。光電池デバイスとしては、太陽電池パネル、太陽電池モジュール、太陽電池アレイなどを挙げることができる。
【００２３】
太陽エネルギーとは、広範には赤外光、可視光、紫外光などのような電磁スペクトルの任意の好適な部分を指す。太陽エネルギーは、星及び／又は太陽のような任意の好適な源からのものであってよい。
【００２４】
一態様によれば、本発明は太陽エネルギーを電気に変換するための光電池デバイスを包含することができる。光電池デバイスには、太陽エネルギーを受光するための透明層、及び透明層の下に配置されている少なくとも１つの光電池セルを含ませることができる。光電池デバイスには、少なくとも１つの光電池セルの下に配置されているポリマーマット、及びポリマーマットの下に配置されているバックシートを含ませることができる。光電池デバイスには、透明層、少なくとも１つの光電池セル、ポリマーマット、及びバックシートを結合及び／又は積層させる封止剤を含ませることができる。
【００２５】
透明層とは、広範には電磁スペクトルからの入射放射線の少なくとも一部を通過及び／又は伝達させることができる材料を指す。一態様によれば、透明層は、透明層の表面に接触する太陽エネルギーの少なくとも約６０％、透明層の表面に接触する太陽エネルギーの少なくとも約８０％、透明層の表面に接触する太陽エネルギーの少なくとも約９０％などを通過させることができる。透明層には、反射防止被覆、紫外線除去添加剤などのような任意の好適な被覆及び／又は添加剤を含ませることができる。
【００２６】
透明層は、任意の好適な寸法、形状、及び／又は材料を有していてよい。一態様によれば、透明層は、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ガラスなどを含む。透明層は、例えば剛性及び／又は可撓性であってよい。望ましくは、透明層は、例えば少なくとも概して太陽に向かって配向している太陽エネルギーを受光することができる光電池デバイスの表面を含む。
【００２７】
少なくとも１つとは、広範には少なくとも約２、少なくとも約１０、少なくとも約２０、少なくとも約５０、少なくとも約１００などのように１より多いことを指す。
光電池セルとは、広範にはシリコン太陽電池セルなどのような光子を電力に変換するために好適な任意の装置を指す。光電池セルは、並行及び／又は直列のような所望の電圧レベル及び／又は所望の電流を生成するのに好適な任意の構成で配列させることができる。光電池デバイスには、少なくとも約１、少なくとも約１０、少なくとも約３６、少なくとも約７２、少なくとも約１４４、少なくとも約２５０、少なくとも約５００などのような任意の好適な数の光電池セルを含ませることができる。
【００２８】
配置とは、広範には概して互いに物理的に近接させるように配置及び／又は配列することを指す。互いに対して配置する部材は、互いと直接の物理的接触、互いと間接的な物理的接触などを有していてよい。互いに対して配置する部材は、一態様によればその間に介在材料を有していてよい。
【００２９】
下とは広範には下側又は下方を指し、特許請求の範囲との関連で用いる場合には部材及び／又は層の互いに対する相対位置を与えることができる。材料の相対位置は製造中などにおいて用いることができるが、設置された光電池デバイスにおける材料の最終位置は異なる可能性がある。例えば製造を容易にするために、光電池デバイスを組み立てる際に、透明層を底層又は第１の層として用いて他の材料を透明層の上に配置することができる。しかしながら、完成及び／又は設置すると、透明層は例えば太陽に面する最上層になる。
【００３０】
マットとは、広範には少なくとも多少の構造的、電気的、及び／又は機械的特性を光電池デバイスに与えるのに用いる材料を指す。マットには、キャストマット、成形マット、ブローンマット、押出し、紡績マット、織成マット、不織マット、プリーツ加工マット、フェルト加工マット、編成マット、絡合マットなどのような任意の好適な製造及び／又は形成プロセスを含ませることができる。マットは、任意の好適な寸法、形状、及び／又は色を有していてよい。
【００３１】
他の態様においては、マットは例えば１より多い材料の層及び／又は薄層を有する層状構造を有していてよい。層状構造には、例えば単一の成分のマット及びバックシートを含ませることができる。接着剤結合積層体、ネックボンド積層体、スティッチボンド積層体、ストレッチボンド積層体、熱結合積層体などのような任意の好適な積層体を光電池デバイスにおいて用いることができる。
【００３２】
ポリマーとは、広範には、通常は（しかしながら必須ではないが）１以上の繰り返し単位を含む任意の好適な天然、合成、及び／又はこれらの組合せの比較的高分子量の化合物を指す。限定なしに、ポリマー材料のタイプとして、以下のもの及び以下のものの組合せを挙げることができる。
【００３３】
（１）ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとプロピレンのコポリマー、ポリエチレンイオノマー、エチレンとエチレン酢酸ビニルのコポリマー、架橋ポリエチレンなどのようなポリオレフィン；
（２）ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどのようなポリエステル；
（３）ナイロンなどのようなポリアミド；
（４）ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレートなどのようなアクリレート類；
（５）熱可塑性ポリウレタン、ポリブタジエン、シリコーン、ポリイソプレン、天然ラバーなどのようなエラストマー；
（６）ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリテトラフルオロエチレンなどのようなフルオロポリマー；
（７）ポリ乳酸、ポリヒドロキシブチラート、ポリヒドロキシアルカノエートなどのような生分解性ポリマー；
（８）ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリスチレンなどのようなビニルポリマー；
（９）ポリエーテルスルホン、ポリアリールスルホン、ポリフェニルスルホンなどのようなポリスルホン；
（１０）芳香族ポリエステル液晶ポリマーなど；
（１１）ポリエチレングリコールなどのようなポリエーテル；
（１２）ポリ（４，４’−オキシジフェニレンピロメリットイミド）などのようなポリイミド；
（１３）ポリイソシアネートとポリオールとの間の反応によって形成されるウレタン結合などを含むポリウレタンなど；
及び
（１４）フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、種々雑多な熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、プラストマー材料、及び／又は任意の他の好適な鎖状分子のような他のもの。
【００３４】
望ましくは、ポリマー材料は、好適な熱的、機械的、化学的、及び／又は電気的特性を有する。ポリマー材料には、例えば性能を向上させるために好適な充填剤材料及び／又は繊維を含ませることができる。
【００３５】
バックシートとは、広範には、光電池デバイスの透明層の反対側の層又はカバーの少なくとも一部のために有用な化合物又は材料を指す。バックシートは、シート、フィルム、膜などであってよい。バックシートは可撓性及び／又は剛性であってよい。バックシートには任意の好適な材料を含ませることができる。望ましくは、バックシートは、例えば短絡を阻止し、及び／又は光電池デバイスの信頼できる運転を可能にするなどのために好適な誘電特性を有する。バックシートはまた、光電池デバイス中への水又は湿分の進入に対する保護又は抵抗を与えることもできる。一態様によれば、バックシートには、場合によってはシラン接着促進剤を有するポリエチレンテレフタレートのようなポリエステルシート材料を含ませることができる。
【００３６】
封止剤とは、広範には、光電池デバイスの部品の少なくとも一部を積層、融着、接着、接合、接着剤接合、封止、コーキング、結合、溶融、接続などするために有用な化合物又は材料を指す。封止剤は、透明層、少なくとも１つの光電池セル、ポリマーマット、バックシートなどを概して一体の装置に結合又は積層することができる。封止剤には、エチレン酢酸ビニル、エチレン酢酸メチル、エチレン酢酸ブチル、エチレンプロピレンジエンターポリマー、シリコーン、ポリウレタン、熱可塑性オレフィン、イオノマー、アクリル樹脂、ポリビニルブチラールなどのような任意の好適な材料又は化合物を含ませることができる。場合によっては、封止剤にはシラン材料のような接着促進剤を含ませることができる。
【００３７】
光電池デバイスには、封止剤材料の任意の好適な層及び／又は配列を含ませることができる。例えば、単一の封止剤層によって、透明層、少なくとも１つの光電池セル、ポリマーマット、バックシートなどを含む完全な光電池デバイスのために十分な積層を与えることができる。望ましくは（しかしながら必須ではないが）、封止剤材料は積層プロセス中に材料の周囲及び／又はこれを貫通して流れて、例えば封止剤の固体シートが積層処理前には存在しなかった材料の間の領域に封止剤が接触することが可能になる。
【００３８】
他の態様においては、封止剤の第１のシートを透明層と少なくとも１つの光電池セルの間に配置し、封止剤の第２のシートをポリマーマットとバックシートの間に配置することができる。光電池デバイスに関する封止剤層の他の構成及び／又は配置は本発明の範囲内である。
【００３９】
結合とは、広範には、物理的力、化学的力、機械的力などによる接合又は固定を指す。好適な化学的力としては、イオン結合、共有結合、水素結合、ファンデルワールス力などのような強い力及び／又は弱い力を挙げることができる。一態様によれば、結合は、接着促進剤のシラン分子のように官能基の間に好適な量の架橋を含む。
【００４０】
一態様によれば、ポリマーマットには、織成材料、不織材料、成形材料などを含ませることができる。織成材料は、概して互いに隣接又は接触している繊維を有する詰まった織り目、繊維の間に孔又は間隙を有する緩い織り目などのような任意の好適な織り目を有していてよい。不織材料は、連続繊維、切断繊維、ステープルファイバー、ばら繊維などのような任意の好適な配列を有していてよい。成形材料は、概してシート状の形状、穴あきシート、ウエブ、メッシュ、ネットなどのような任意の好適な特徴を有していてよい。ポリマーマットのために好適な繊維としては、真っ直ぐな繊維、機械的に捲縮した繊維、熱的に捲縮した繊維などを挙げることができる。
【００４１】
ポリマーマットは、約０％、約０〜約３％、約２〜約１０％、約４０％未満、少なくとも４０％などのような任意の好適な開口面積を有していてよい。
ポリマーマットの一部は、例えば封止剤がポリマーマットを通して流れることができないように少なくとも概して無孔性及び／又は非透過性にすることができる。場合によっては及び／又は或いは、ポリマーマットの一部は、例えば封止剤がポリマーマットを通して流れることができるように少なくとも概して多孔質及び／又は透過性にすることができる。
【００４２】
一態様によれば、ポリマーマットは、熱結合構造、物理的絡合構造、化学的架橋構造などを有していてよい。熱結合構造は、加熱空気、カレンダー加工ロールなどのような任意の好適なプロセス及び／又は装置を用いて形成することができる。物理的絡合構造は、ジェット水流、機械的装置などのような任意の好適なプロセス及び／又は装置を用いて形成することができる。化学的架橋構造は、反応性結合及び／又は基を有する架橋剤のような任意の好適なプロセス及び／又は装置を用いて形成することができる。反応性結合としては二重結合などを挙げることができる。
【００４３】
２以上の異なる繊維のタイプのような同じタイプ及び／又は異なるタイプの材料を混合してマットを形成することができる。他の態様においては、マット用の繊維として、それぞれ異なる物理特性を有する２種類のポリマーを同じ繊維に紡糸した二成分繊維のような多成分繊維を挙げることができる。
【００４４】
一態様によれば、ポリマーマットには、ポリエステル、ポリスルホン、ポリオレフィン、液晶ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテル、ポリアミド、ポリスチレン、ポリイミド、フルオロポリマー、ポリウレタンなどを含ませることができる。
【００４５】
一態様によれば、ポリマーマットには、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのような不織ポリエステル材料を含ませることができる。
【００４６】
ポリマーマット材料は、斤量、厚さ、密度、引張強さ、伸び、縁部の引裂性、空隙率、融点、軟化点、ガラス転移温度などのような任意の好適な物理特性を有していてよい。
一態様によれば、ポリマーマット材料は、封止剤の処理温度よりも少なくとも約２℃高いか、封止剤の処理温度よりも少なくとも約５℃高いか、封止剤の処理温度よりも少なくとも約１０℃高いか、封止剤の処理温度よりも少なくとも約１５℃高いなどの、封止剤の処理温度よりも高い融点又は軟化点を有していてよい。封止剤の処理温度は、積層処理、架橋などのために用いる温度であってよい。
【００４７】
他の態様においては、ポリマーマット材料は、少なくとも約１５０℃、少なくとも約２００℃、少なくとも約２４０℃などの融点を有していてよい。
一態様によれば、ポリマーマットはポリビニルアルコールなどのようなバインダー材料を含まない。
【００４８】
光電池デバイスは、例えば安全性、信頼性、性能などに関する任意の好適な工業規格及び／又は試験を満足及び／又は超えることができる。一態様によれば、光電池デバイスは、ＩＥＣ−６１７３０（第２部、２００４年版）において規定されている耐電圧試験にしたがって最小で６０００Ｖの下で測定して絶縁破壊又は表面トラッキングを有しないようにすることができる。場合によっては及び／又は或いは、光電池デバイスは、ＩＥＣ−６１２１５（２００５年版）において規定されているように１０００Ｖにおいて測定して少なくとも４０ＭΩｍ２より高い光電池デバイスの測定湿潤絶縁抵抗×面積を有することができる。ＩＥＣ−６１７３０（第２部、２００４年版）及びＩＥＣ−６１２１５（２００５年版）の全ての教示事項は、参照として本明細書中に包含する。
【００４９】
ＩＥＣとは、Geneva,スイスに本部を置く国際電気標準会議を指す。
一態様によれば、光電池デバイスは、ＩＥＣ−６１２１５（２００５年版）に規定されているように約８５℃及び約８５％の相対湿度下で約１０００時間経時変化させた後に１０００Ｖにおいて試験して少なくとも４０ＭΩｍ２の湿潤絶縁抵抗を有することができる。
【００５０】
一態様によれば、光電池デバイスは好適な切断抵抗及び／又は穿刺抵抗を有することができる。特に、光電池デバイスはＩＥＣ−６１７３０、第２部、１０．３節に規定されている切断感受性試験ＭＳＴ−１２に合格することができる。
【００５１】
一態様によれば、本発明は光電池デバイスの製造方法を包含することができる。本方法には、透明層を提供する工程、及び透明層の少なくとも一部の上に封止剤の第１のシートを配置する工程を含ませることができる。本方法には、封止剤材料の第１のシートの上に少なくとも１つの光電池セルを配置する工程、及び少なくとも１つの光電池セルの上にポリマーマットを配置する工程を含ませることができる。本方法には、少なくとも１つの光電池セルの上に封止剤の第２のシートを配置する工程、及び封止剤材料の第２のシートの上にバックシートを配置する工程を含ませることができる。本方法は、第１のシートおよび又は第２のシートを他の材料に十分に結合させるのに十分な時間及び／又は十分な温度で光電池デバイスを積層処理する工程を含ませることができる。
【００５２】
十分な時間及び／又は十分な温度は、異なる材料、異なる厚さなどによって変化させることができる。十分な時間としては、約１分間〜１時間、約２分間〜約４０分間、約１５分間未満などのような任意の好適な量又は期間を挙げることができる。好適な温度としては、約１００℃〜約５００℃、約１００℃〜約１８０℃などのような任意の好適な量又は温度を挙げることができる。
【００５３】
十分な結合は任意の好適な強度及び／又は架橋を有していてよい。例えば、光電池デバイスは、約８５℃及び約８５％の相対湿度の下で約５００時間経時変化させた後に少なくとも約３ｋｇ／直線センチメートル、約８５℃及び約８５％の相対湿度の下で約５００時間経時変化させた後に少なくとも約８ｋｇ／直線センチメートル、約８５℃及び約８５％の相対湿度の下で約５００時間経時変化させた後に少なくとも約１２ｋｇ／直線センチメートルなどのバックシートと封止剤との間の９０°剥離強度を有することができる。例えば、光電池デバイスは、架橋性官能基の少なくとも約５０％、架橋性官能基の少なくとも約７０％、架橋性官能基の少なくとも約９０％などの封止剤とバックシートとの間の架橋を有することができる。
【００５４】
積層処理及び／又は溶融にはまた、機械的プレス及び／又はロールなどからの圧力及び／又は力の使用を含ませることもできる。積層処理にはまた、例えば湿分、揮発性成分、空気、ガスなどを光電池デバイスから除去するのを促進させるために真空を用いることを含ませることもできる。真空とは、広範には、大気圧未満、約８ｃｍの水銀絶対圧未満などのような減圧を指す。
【００５５】
一態様によれば、本方法において用いるポリマーマットには、織成材料、不織材料、成形材料などを含ませることができる。更に及び／又は場合によっては、本方法において用いるポリマーマットには、熱結合構造、物理的絡合構造、化学的架橋構造などを含ませることができる。
【００５６】
一態様によれば、本方法において用いるポリマーマットには、ポリエステル、ポリスルホン、ポリオレフィン、液晶ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテル、ポリアミド、ポリスチレン、ポリイミド、フルオロポリマー、ポリウレタンなどを含ませることができる。
【００５７】
一態様によれば、本方法において用いるポリマーマットは不織ポリエステルであってよい。
一態様によれば、光電池デバイスを製造する方法には、太陽電池パネルの少なくとも１つの縁部から余分なポリマーマットを切除する工程を含ませることができる。一般に、マット材料は望ましくは、例えば剥離強度を低下させる可能性がある同伴バブルを減少させるために積層プロセス中に空気又は気体のための排出流路を与えることができる。しかしながら、一部の毛管作用を有するマット材料に関しては、気体排出用のものと同じ流路が水又は湿分が進入するための流路になる可能性があり、これによって光電池デバイスの充填材料及び／又は腐食物質が剥離する可能性がある。光電池デバイスの製造業者は、積層処理の前にマット材料（例えばガラス繊維）を切除して透明層よりも小さくして、光電池デバイスを組み立てる際にマット材料が透明層の縁部まで伸長することを阻止する（ガラス繊維マットを完全に封入する）ように注意を払うことができる。
【００５８】
ここで記載するポリマーマット材料は、少なくとも多少は疎水性にして、湿分が光電池デバイス中に毛管作用で進入することを減少させることができる。したがって、過剰のマット材料（より良好な気体排出及び整列工程を用いないことを可能にする）を用いて高い信頼性の光電池デバイスを製造することができ、余分なマット材料は積層処理後に切除する（ポリマーマットを完全には封入しない）ことができる。
【００５９】
一態様によれば、封止剤の第１のシート及び封止剤の第２のシートには同じか及び／又は異なるタイプの材料を含ませることができる。場合によっては、例えば製造中に用いる層の数を減少させるために、ポリマーマットに前もって封止剤を含侵させることができる。
【００６０】
一態様によれば、本発明はここで開示する任意の方法によって製造される光電池デバイスを包含することができる。望ましくは、ここで開示する方法によって製造される光電池デバイスは、ＩＥＣ−６１７３０（第２部、２００４年版）に規定されている耐電圧試験にしたがって最小で６０００Ｖの下で測定して絶縁破壊又は表面トラッキングを有さず、且つＩＥＣ−６１２１５（２００５年版）に規定されているように１０００Ｖにおいて測定して少なくとも約４０ＭΩｍ２の光電池デバイスの測定湿潤絶縁抵抗×面積を有することができる。また望ましくは、ここに開示する方法によって製造される光電池デバイスは、ＩＥＣ−６１２１５（２００５年版）に規定されているように約８５℃及び約８５％の相対湿度の下で約１０００時間経時変化させた後に１０００Ｖにおいて試験して少なくとも４０ＭΩｍ２の湿潤絶縁抵抗を有することができる。
【実施例】
【００６１】
実施例１：
一態様にしたがって、不織ポリエチレンテレフタレートマットを光電池セルを有しない模擬光電池デバイスに積層処理した。不織ポリエチレンテレフタレートマットはヒドロキシル官能基を有するバインダー材料を含んでいないので、ヒドロキシル基と接着促進剤との間の潜在反応が減少している。言い換えれば、接着促進剤の一部を消費するバインダー材料が存在していないので、接着促進剤の全部を反応させて封止剤とバックシートとの間の接着を向上させることができる。
【００６２】
不織ポリエチレンテレフタレートマットは、３４ｇ／ｍ２の斤量、及び０．１４６ｇ／ｃｍ３の密度を有していた。不織ポリエチレンテレフタレートマットは、機械方向において３１Ｎ／２５ｍｍ、横方向において１８Ｎ／２５ｍｍの引張強さを有していた。不織ポリエチレンテレフタレートマットは、２００Ｐａにおいて６４９８Ｌ／ｍ２・秒の孔隙率を有していた。
【００６３】
ガラス透明層、エチレン酢酸ビニル封止剤の第１の層、不織ポリエチレンテレフタレートマット、エチレン酢酸ビニル封止剤の第２の層、及びポリエステルバックシートを用いて、模擬光電池デバイスを組み立てた。封止剤及びバックシートの両方には、それぞれシラン接着促進剤又はプライマーを含ませた。模擬光電池デバイスを積層処理して封止剤層を活性化又は硬化させた。図８に、一態様による不織ポリエチレンテレフタレートマットを有する模擬光電池デバイス（Ａ）の剥離強度（ｋｇ／ｃｍ）のグラフを示す。模擬光電池デバイスは、８５℃及び８５％の相対湿度において１２５０時間試験した。
【００６４】
比較例１：
ポリエチレンテレフタレートマットを不織ガラス繊維マットで置き換えた他は、実施例１のようにして模擬光電池デバイスを製造した。図８に、実施例１に記載の条件における不織ガラス繊維マットを有する模擬光電池デバイス（Ｂ）の剥離強度（ｋｇ／ｃｍ）のグラフを示す。
【００６５】
不織ガラス繊維マットは、ＴＡＰＰＩ  Ｔ−１０１１にしたがって２２．５ｇ／ｍ２の斤量、及びＡＳＴＭ−Ｄ１５０５にしたがって０．１８ｇ／ｃｍ３の見かけ密度を有していた。不織ガラス繊維マットは、機械方向において２８Ｎ／２５ｍｍ、横方向において１６Ｎ／２５ｍｍの引張強さを有していた。不織ガラス繊維マットは、２００Ｐａにおいて４９８２Ｌ／ｍ２・秒の空隙率を有していた。
【００６６】
図８は、２つの模擬光電池デバイスの間で、５００時間においてバックシートへの封止剤の接着の剥離強度がほぼ２倍向上したことを示す。更により驚くべきことに且つ予期しなかったことに、グラフは７５０時間において剥離強度が４倍超増加したことを示す。
【００６７】
実施例２：
ガラス層、エチレン酢酸ビニル封止剤の第１の層、７２個のシリコン光電池セル、不織ポリエステルマット、エチレン酢酸ビニル封止剤の第２の層（封止剤の第１の層と同じ組成を有する）、及びポリエステルバックシートの構造を有する光電池デバイスを製造した。例えば不織ポリエステルマットを完全に封入しないように、不織ポリエステルマットをガラス層の縁部に接触又は到達させた。
【００６８】
比較例２Ａ：
不織ポリエステルマットを不織ガラス繊維マットで置き換えた他は、実施例２にしたがって光電池デバイスを製造した。例えば不織ガラス繊維マットを完全に封入しないように、不織ガラス繊維マットをガラス層の縁部に接触又は到達させた。
【００６９】
比較例２Ｂ：
不織ポリエステルマットを不織ガラス繊維マットで置き換えた他は、実施例に２にしたがって光電池デバイスを製造した。不織ガラス繊維は、例えば不織ガラス繊維マットを完全に封入するように、ガラス層の縁部よりも約１５ｍｍ小さい寸法にして、ガラス層の縁部に接触又は到達させなかった。
【００７０】
実施例２の結果の議論：
図９に、実施例２（Ｘ）、比較例２Ａ（Ｙ）、及び比較例２Ｂ（Ｚ）の光電池デバイスに関する、１２５０時間までの湿り熱に対する１ｋＶにおける湿潤絶縁抵抗（ＭΩｍ２）の対数スケールのグラフを示す。図９は、５００時間の湿り熱試験後に比較例２Ａの光電池デバイスが不合格であることを示す。ＩＥＣ−６１２１５（２００５年版）は、合格する装置のためには１ｋＶにおいて４０ＭΩｍ２の最小湿潤絶縁抵抗であることを規定する。実施例２及び比較例２Ｂの光電池デバイスは、同様の湿潤絶縁性能を有する。したがって、ガラスの縁部に延びるポリエステルマットを有する光電池デバイスは、完全に封入したガラス繊維マットを有する光電池デバイスと同等の湿潤絶縁抵抗を有する。
【００７１】
図１０は、実施例２（Ｘ）、比較例２Ａ（Ｙ）、及び比較例２Ｂ（Ｚ）の光電池デバイスに関する、１２５０時間までの湿り熱に対する１ｋＶにおける乾燥絶縁抵抗（ＭΩｍ２）の対数スケールのグラフを示す。同様に、比較例２Ａの光電池デバイスは５００時間後に不合格であったが、実施例２及び比較例２Ｂの光電池デバイスは１０００ＭΩｍ２より大きい乾燥絶縁抵抗値を有していた。
【００７２】
図１１は、実施例２（Ｘ）、比較例２Ａ（Ｙ）、及び比較例２Ｂ（Ｚ）の光電池デバイスに関する、１２５０時間までの湿り熱に対する電力変化（％）のグラフを示す。
図１２は、実施例２（Ｘ）、比較例２Ａ（Ｙ）、比較例２Ｂ（Ｚ）の光電池デバイスに関する、１２５０時間までの湿り熱に対する曲線因子の変化（％）のグラフを示す。
【００７３】
図１３は、実施例２（Ｘ）、比較例２Ａ（Ｙ）、及び比較例２Ｂ（Ｚ）の光電池デバイスに関する、１２５０時間までの湿り熱に対する開路電圧の変化（％）のグラフを示す。
図１４は、実施例２（Ｘ）、比較例２Ａ（Ｙ）、及び比較例２Ｂ（Ｚ）の光電池デバイスに関する、１２５０時間までの湿り熱に対する短絡電流の変化（％）のグラフを示す。
【００７４】
要約すれば、図１１〜１４は、実施例２（Ｘ）、比較例２Ａ（Ｙ）、及び比較例２Ｂ（Ｚ）の光電池デバイスが全て、ＩＥＣ−６１２１５（２００５年版）にしたがう電気性能試験に合格したことを示す。
【００７５】
ここで用いる「有する」、「含む」、及び「包含する」という用語は、開かれた包含的な表現である。また、「から構成される」という用語は、閉じられた排他的な表現である。特許請求の範囲又は明細書における任意の用語の解釈においては不明確さが存在するが、明細書作成者の意図は開かれた包含的な表現である。
【００７６】
方法又はプロセス中の工程に関する順番、数、順序、及び／又は繰り返しの限界に関しては、他に明確に与えられていない限りにおいて、明細書作成者は、本発明の範囲に対して、工程に関する順番、数、順序、及び／又は繰り返しの限界が含まれることは意図しない。
【００７７】
範囲に関し、範囲は、上界及び／又は下界を伴わない範囲を含む上限値及び下限値の間に含まれる全ての可能な範囲に関するサポートを与えるように、上限値と下限値の間の全ての点を包含するように解釈すべきである。
【００７８】
本発明の範囲又は精神から逸脱することなく開示されている構造及び方法において種々の修正及び変更を行うことができることは当業者に明らかであろう。特に、任意の１つの態様の記載は、２以上の構成要素及び／又は限定の組合せ及び／又は修正を与える他の態様の記載と自由に組み合わせることができる。本発明の他の態様は、ここで開示する発明の詳細及び実施を考察することによって当業者に明らかとなるであろう。明細書及び実施例は例示のみのものと考えられ、発明の真の範囲及び精神は特許請求の範囲によって示されると意図される。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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