(57)【要約】【課題】太陽電池モジュールのリサイクルにかかるコスト及び時間を削減すること。【解決手段】複合部材の様々な種類の材料層を分離する方法であって、複合部材が、４０％を超える透過率を有する、可視光について透明な少なくとも１つの材料層と、少なくとも１つの別の材料層とを含んでおり、外部の光源の光が、少なくとも１つの透明な材料層を通って別の材料層へ入射し、そこで少なくとも部分的に吸収される、前記方法において、外部の光源の光が、気体放電ランプを用いて提供され、これにより、光を吸収する別の材料層が、前記複合部材の表面の少なくとも一部を含む露光フィールドにおいて、１秒よりも短い時間照射されるとともに加熱され、露光フィールドにおける照射が、露光時間の一時点において一定の強度を有しており、光を吸収する別の材料層の加熱の結果、複合部材の少なくとも２つの材料層が互いに分離される。
2020507197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合部材の様々な種類の材料層を分離する方法であって、前記複合部材が、４０％を超える透過率を有する、可視光について透明な少なくとも１つの材料層と、少なくとも１つの別の材料層とを含んでおり、外部の光源の光が、前記少なくとも１つの透明な材料層を通って前記少なくとも１つの別の材料層へ入射し、そこで少なくとも部分的に吸収される、前記方法において、
前記外部の光源の光が、少なくとも１つの気体放電ランプを用いて提供され、これにより、光を吸収する前記別の材料層が、前記複合部材の表面の少なくとも一部を含む露光フィールドにおいて、１秒よりも短い時間照射されるとともに加熱されること、前記露光フィールドにおける前記照射が、露光時間の一時点において一定の強度を有していること、及び光を吸収する前記別の材料層の加熱の結果、前記複合部材の少なくとも２つの材料層が互いに分離されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記気体放電ランプから発出されるＵＶ光が、前記透明な材料層を通過して、光を吸収する前記材料層の少なくとも１つの層において結合の解除と、したがって複合システムの互いに接する材料層の分離を引き起こすように、前記少なくとも１つの気体放電ランプが構成され、作動されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記気体放電ランプから発出される可視光が、前記透明な材料層を通過して、光を吸収する前記材料層の加熱と、したがって複合システムの互いに接する材料層の分離を引き起こすように、前記少なくとも１つの気体放電ランプが構成され、作動されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記透明な材料層に直接又は他の別の材料層の介して接する別の材料層が加熱されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
光を吸収する前記材料層がケイ素から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記複合部材の照射される面の割合が、表面の少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
２つより多くの材料層の複合部材について、第１の強度での第１の露光時間により、前記複合部材の２つの材料層が互いに分離され、その結果、前記複合部材が分離によって２つの構成要素へ分解され、前記複合部材の少なくとも１つの構成要素の、別の構成要素への別の分解が、少なくとも１つの別の露光時間及び少なくとも１つの別の強度によって行われることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記複合部材の別の分解において、露光時間及び強度というパラメータのうち少なくとも１つが、それ以前の分解に比べて大きいことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第１の露光時には、前記複合部材の少なくとも一部がシャドウマスクによって覆われており、別の露光時には、シャドウマスクなしに、露光時間及び強度というパラメータのうち少なくとも１つが、シャドウマスクを伴う前記第１の露光とは異なっていることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
第１の露光がシャドウマスクなしに実行され、別の露光がシャドウマスクを伴って実行されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記複合部材が、光起電モジュール、ディスプレイ、「集光型太陽光発電」の分野の構成要素であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の露光時に、光起電モジュール又はディスプレイの縁部封止部が露光されることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記複合部材の少なくとも１つの材料層、好ましくはガラス層の、前記複合部材の他の材料層からの分離が、ポータブル装置の少なくとも１つの気体放電ランプを用いて前記複合部材の需要場所において行われ、以下では分離装置とも呼ばれる、前記材料層を分離する装置が、少なくとも１つの標準化された貨物コンテナに少なくとも部分的に配置されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法を実行するために形成された装置であって、以下では分離装置と呼ばれる分離チャンバと、該分離チャンバ内に配置された外部の光源とを有する前記装置において、
前記光源が、１秒よりもわずかな照射時間で複合部材を露光フィールドにおいて照射するように形成された気体放電ランプであることを特徴とする装置。
【請求項１５】
当該装置が、前記分離装置を収容するために、少なくとも１つの標準化された貨物コンテナを含んでいることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合部材の様々な種類の材料層を分離する方法であって、複合部材が、４０％を超える透過率を有する、可視光について透明な少なくとも１つの材料層と、少なくとも１つの別の材料層とを含んでおり、外部の光源の光が、少なくとも１つの透明な材料層を通って少なくとも１つの別の材料層へ入射し、そこで少なくとも部分的に吸収される、前記方法に関するものである。
【０００２】
本発明は、複合部材の様々な材料層を分離する装置に関するものでもあり、複合部材は、複合部材がガラスについて５０％以上の重量割合を有している場合に有利であることが分かった。よりわずかなガラスの重量割合における応用も同様に可能である。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池モジュールは、「電子機器廃棄物」のカテゴリに含まれ、ＥＵ（欧州連合）基準によればリサイクルされる必要がある。モジュールは、構造に応じて、シリコンウエハ及び銀のような貴重な構成要素や、インジウム、ガリウム又はテルルのような希少物質を含んでいる。
【０００４】
典型的には、ソーラーモジュールは、細かく砕かれ、つづいて、粒状物質において含まれる物質が、機械的かつ化学的な方法によって互いに分離される。より新たな方法では、モジュール全体が炉において加熱され、その結果、含まれる合成樹脂が燃焼する。例えばガラス及びシリコンウエハのようなその他の残った構成部材は、炉のプロセス後に機械的に互いに分離され、つづいて、化学的に選別（ａｕｆｂｅｒｅｉｔｅｔ）されるとともに洗浄され、その結果、構成部材は、再び生産において用いられることが可能である。
【０００５】
薄膜太陽電池モジュールは、本質的に、それぞれ約２．０〜３．０ミリメートルの厚さを有する２つのガラスプレートと、これらの間に積層された、約０．２〜０．４ミリメートルの厚さを有する、例えばＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）から成るフィルムと、このフィルムと両ガラスプレートの間に埋入された約０．００３ミリメートルの厚さを有する発電層とで構成されている。したがって、体積に関して、薄膜太陽電池モジュールは主要部分がガラスで構成されており、このガラスにより、リサイクル手法としての上述の粉砕及びこれにつづく材料の化学的な分離が不経済的なものとなってしまう。上述の炉のプロセスのための高いエネルギー需要及びこれに関連する部分的に複数時間の長いプロセス時間は、代替的なリサイクル方法の追求に対する高いモチベーションを提供する。
【０００６】
特許出願「薄膜太陽電池モジュールのためのリサイクル方法」（特許文献１）には、薄膜太陽電池モジュールの表面においてレーザビームを走査することで、モジュールの、光吸収性の、これにより発電する層が加熱され、これにより両ガラス層の分離が生じる方法が記載されている。つづいて、化学浴において発電層が剥離されることができるとともに、ＥＶＡフィルムが機械的に引きはがされることが可能である。このとき、ガラスプレートの互いの分離により、初めて、ガラスプレートの間に含まれる層への化学物質の有効な作用が可能となる。
【０００７】
薄膜太陽電池モジュールのためのレーザ方法の高い投資コスト以外の最大の欠点は、約１〜１．５平方メートルのソーラーモジュールの一方側の全面積にわたるビームの走査のための数分の大規模な必要時間である。３００メガワットの最大出力を有するソーラーパークの今日の通常の大きさを想定すると、そこには、約２００万個の薄膜太陽電池モジュールが取り付けられている。したがって、レーザは、ソーラーパークのモジュールの両ガラスプレートを粉砕するために多数年にわたって時間をさくこととなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２１３３９２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、太陽電池モジュールのリサイクルにかかるコスト及び時間を削減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１によれば、複合部材の光を吸収する別の材料層が、少なくとも１つの気体放電ランプにより生成される光を用いて、複合部材の表面の少なくとも一部を含む露光フィールドにおいて１秒よりも短い時間照射されるとともに加熱される方法が開発された。１つの気体放電ランプ又は複数の気体放電ランプを用いて、露光フィールド全体を同時に照射することができるとともに、光を吸収する材料層を加熱することが可能である。
【００１１】
したがって、露光フィールドにおいては、適当な熱的なプロセスを利用して、若しくは光作用で生じる化学的なプロセスを利用して、又は、材料の温度勾配若しくは異なる熱膨張係数の結果である熱機械的な応力によって、又は以下では一般的に分離プロセスと呼ぶこれらプロセスの組合せによって、複合部材の材料層の分離が生じる。このとき、多くの場合、数ミリメートルの厚さの層のみが、分離されるべき材料の境界面に沿って、初期温度、例えば室温から必要なプロセス温度へ典型的には数百ケルビンだけ加熱されることで十分である。したがって、特にできる限り薄い層の加熱時には、高い加熱率及び／又は冷却率と、これに伴い１秒より短い照射時間とが使用され、これらは、必要なエネルギー密度をもって、気体放電ランプによって提供されることが可能である。
【００１２】
照射時間は、複合部材において用いられる材料、複合部材の大きさあるいは照射される部分面その他のような様々なパラメータに依存して変更されることが可能である。したがって、１ミリ秒、１０ミリ秒、２０ミリ秒、５０ミリ秒、１００ミリ秒、５００ミリ秒以上又はこれらの間の値の照射時間を用いることが可能である。当業者は、シミュレーション若しくは実験又は両者の組合せによって、処理されるべき複合材料についての最適な照射時間を算出及び選択することができるため、複合材料へ入力されるエネルギーは、複合材料全体の温度の無視できる上昇をもたらすものである。
【００１３】
気体放電ランプを用いて、ランプの光は、光について透明な複合材料の材料層を通って入射するとともに、１つの別の材料層又は複数の別の材料層によって吸収される。光吸収によって引き起こされる分離プロセス、例えば数百ケルビンの温度上昇又は光作用により生じる化学結合の解除は、境界面の近傍で、複合部材の少なくとも２つの材料層の互いの分離を生じさせる。上述の方法により、透明な材料層に隣接する別の材料層及び／又は透明な材料層から離れて位置する別の材料層のうち少なくとも１つを、１つ又は複数の隣接する材料層から分離することが可能である。露光フィールド全体において一定の光の強度により、露光の適宜の時点において、面において均等な分離プロセスが露光フィールドにおいて引き起こされ、材料層の均一な分離が達成される。
【００１４】
少なくとも１つの気体放電ランプは、オプションで、フラッシュランプとして動作されることができ、その結果、複合部材へ入力されるエネルギーにより、複合部材全体の温度の無視できる温度上昇がもたらされる。材料層の実際の分離は、以下に例示的に、かつ、これに限定することなく記載される別の方法ステップを必要とし、この方法ステップは、本質的に、具体的な分離を可能とするか、又は境界面の互いの剥離によって行われる。補足的な方法ステップを、別々に、及び後の時点で実行することが可能である。
【００１５】
露光フィールドの大きさ、すなわち露光により処理される複合材料の表面の割合は、複合部材の層構造、物理的な特性及び化学的な特性を有するその材料、複合材料の全体の大きさ、用いられる熱的なプロセスに必要で光源によって達成可能な出力密度、利用可能な空間のような様々なパラメータ及びその他のパラメータに合わせて、非常に異なって選択されることが可能である。実験において、円筒状かつ平行に配置された複数の気体放電ランプのフィールドがモジュールの全面を均等に照射することができることが示され、その結果、例えば、光起電モジュールにおいては、モジュール全体のガラスプレートの分離が、露光によってのみ、及びこれに伴い１秒未満で可能である。
【００１６】
この方法は、例えば光起電モジュール、例えば薄膜モジュールのガラスプレート及び層材料、いわゆる「集光型太陽光発電」のディスプレイ又は構成要素のリサイクルにおいて用いられる。
【００１７】
透明な層及び別の光吸収性の層への材料層の類別は、分離プロセスに用いられ、支配的な光学的な特性に従って行われる。したがって、透明な材料層は、少なくとも外部の視認可能な光源のための、複合部材への入射窓を形成しているとともに、この目的のために、用いられるスペクトル範囲についての透明性を有している。４０％を超える可視光についての透明性を有する材料層は、利用可能なプロセスにとって適切であることが明らかとなり、透明性のパーセンテージは、規則的に広帯域で発出される気体放電ランプの発光スペクトルに関するものである。用いられる気体放電ランプ、その動作パラメータ、用いられる分離プロセス及び層材料に依存して、スペクトル透明性が、例えばＵＶ（紫外線）範囲及び／又はＩＲ（赤外線）範囲における光のような、可視範囲のほかに、発光スペクトルの他の範囲も含むことができる。
【００１８】
方法は、透明な材料層がより高い透過率を有するか、又は該当するスペクトル範囲に調和された透過プロファイルを有する複合部材にも適用されることができる。透明性（透過性）は、１つの透明な材料層又は互いに重ねて位置する複数の透明な材料層によって決定されることができる。
【００１９】
外部の光源又はビーム源の概念は、複合部材の構成部材ではない光源又はビーム源を表す。
【００２０】
材料層の分離は、複合材料の２つ又は複数の材料層の互いの分離にかかわる様々な実施形態に合わせて、及び複合部材の様々な境界面における層分離のための上述のプロセスによって行われることが可能である。
【００２１】
したがって、少なくとも１つの気体放電ランプは、ランプから発出されるＵＶ光が以下では第１の層とも呼ばれる透明な材料層を通って入射し、これに隣接する、以下では第２の層とも呼ばれる別の材料層において結合を破壊するようにガイドされ、したがって、材料層の分離が伴うように構成及び動作されることが可能である。このとき、ＵＶ光は、上述の定義によれば透明な１つ又は複数の材料層を通過する。補足して、ＵＶ光は、もはや定義には含まれない別のＵＶ光を十分に透過させる別の材料層へ入射することができる。後者は、以下では、第３の層、第４の層などとも呼ばれる。第１の場合には、透明な材料層からの第２の層又はこの層上の積層の分離が直接行われる。第２の場合には、積層の内部で別の材料層からの分離が行われる。互いに相前後して行われる方法ステップによる両バリエーションの組合せも可能である。
【００２２】
同様に、分離プロセスによる分離も、複合部材の様々な平面において行うことが可能である。このために、少なくとも１つの気体放電ランプは、ランプから発出される可視光が第１の層である透明な材料層を通って入射し、これに隣接する、第２の層である別の材料層において、加熱によって両層を互いに分離するために、吸収されるように構成及び動作される。
【００２３】
これに代えて、又はこれに補足して、気体放電ランプの光は、第１の層を通って入射し、第２の層を分離することなくこの第２の層を加熱する。第２の層における熱導入により、第２の層と第３の層の間の境界面が、第２の層が第３の層から分離されるように加熱される。したがって、第２の層及びこの上につづく層の熱的特性、透過特性及び吸収特性に依存して、他の境界面も所望の規模で加熱し、材料層を互いに分離することが可能である。
【００２４】
露光により処理される複合材料の表面の割合は、複合部材の層構造、物理的な特性及び化学的な特性を有するその材料、複合材料の全体の大きさ、用いられる熱的なプロセスに必要で光源によって達成可能な出力密度、利用可能な空間のような様々なパラメータ及びその他のパラメータに合わせて、非常に異なって選択されることが可能である。実験において、円筒状の複数の気体放電ランプのフィールドがモジュールの全面を均等に照射することができることが示され、その結果、例えば、光起電モジュールにおいては、モジュール全体のガラスプレートの分離が１秒未満で可能である。これにより、ソーラーパークについての上述の例の多数年の時間が１か月未満に短縮される。さらに、気体放電ランプのフィールドに対する投資コストは、従来技術によるレーザについてのコストの端数部分のみで済む。１つ又は複数の気体放電ランプの適切な構成により、パーセントステップにおける面積割合を個別に調整することができる。様々な用途について、例えば光起電モジュール、ディスプレイ、「集光型太陽光発電」設備及びその他について、少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％の照射表面の割合を照射するときに、方法の構成に合わせて材料層の効果的な分離がなされることが判明し、より大きな割合及びよりわずかな割合並びに上述の値の間の割合も可能である。
【００２５】
同時かつ均等な照射割合は、方法の効率の最適化と、複合部材の材料及びデザイン、光源、その他のような、その各用途への適合とによって設定されることが可能である。このとき、露光フィールドの縁部における、物理的な原因による強度低下のパーセントによる面積割合は、露光面が増えるのに伴って低下する。さらに、より大きい、又は唯一の、複合部材全体をカバーする露光フィールドに比して多く小さな露光フィールドの必要なオーバーラップにより、エネルギー損失を低減することができる。加えて、露光フィールドと、既に互いに分離された材料のこれにより生じる多重露光とにより、不都合な分解（Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）を回避することができるか、又は少なくとも回避することができる。少なくとも１つの気体放電ランプの使用により、大きな面積の露光に必要なエネルギーの提供が許容される。
【００２６】
光吸収性の材料として、様々な材料が考慮に値する。したがって、この材料は、例えばケイ素で構成されることができる。これは、光吸収性の材料層が、例えば周囲に存在する汚濁物又は補足的な材料構成要素である別の材料を含むこと、及び材料層の光を吸収する機能が分離プロセスに対して保証されていることを含む。
【００２７】
例示的であるが制限的でない、薄膜太陽電池モジュールへの方法の適用においては、第１の露光を用いて、モジュールの第２の材料層としてのガラスプレートが互いに分離される。モジュールの構造に応じて、分離後、まだ、異なる材料層が複合材料の存在する両構成要素、通常は両ガラスプレートに存在する。とりわけより高い強度で実行される各構成要素の第２の露光時には、材料層の別の分解が可能となる。例えば、薄膜太陽電池モジュールの発電層は、モリブデンのような２つの電極層と、透明な導電性の酸化物と、これらの間に存在する、太陽光を吸収し、電流へ変換する層とで構成されている。個々の材料の互いの付着及びその光の吸収は異なる大きさであるため、化学物質の作用なしに発電層の材料を互いに分離することが可能である。最も重要なステップは、残りの構成要素からのガラスプレートの分離のままである。なぜなら、これらガラスプレートは、９０％を超える重量割合及び体積割合を形成しているためである。このとき、電気的な接続部及び場合によってはモジュールのフレームがあらかじめ取り外されていることが前提である。
【００２８】
いわゆるＣＩＧＳ薄膜モジュールにおいては、生産において、発電層が典型的には背面側のガラス（モジュールにおける太陽とは反対側のガラス）において分離され、つづいて、ＥＶＡフィルムを用いて前側のガラス（モジュールにおける太陽へ向いた側のガラス）に結合される。この場合、比較的わずかな強度及び例えば１ミリ秒の継続時間における第１の露光においては、高い温度勾配により生じる熱−機械的な応力により、背面側のガラスが前側のガラスから分離され得る。最大のプロセス温度は、通常、分離されるべき材料の蒸発温度未満である。このとき、ＣＩＧＳ層のモリブデン−電極は背面側のガラスに維持され、ＥＶＡフィルムを含む発電層の残りの材料は、前側のガラスに付着する。その後、モリブデン層は、より高い強度であるものの類似の継続時間における第２の露光によって、ここでも熱−機械的な応力により背面側のガラスから取り外される。分離されたモリブデン層は、粒子の形態で、空気流により、例えば掃除機の原理による捕集容器へ落下する。これに代えて、粒子は、モジュールの下方に位置する槽へ重力により落下することが可能である。同様に、発電層の残りの材料を、前側のガラスに付着しているＥＶＡフィルムから化学的な結合の温度による解除によって取り外すことが可能であるとともに、粒子として第２の捕集容器に捕集することが可能である。したがって、化学物質を用いることなく、モリブデンを発電層の残りの材料から分離することが可能である。例えば５００ミリ秒の継続時間及び比較的わずかな強度での前側のガラスの第３の露光時には、ＥＶＡフィルムの剥離が生じる。したがって、ＣＩＧＳモジュールの材料複合物は、２つのガラスプレートと、モリブデン粒子と、モリブデンを有さないＣＩＧＳ粒子と、ＥＶＡフィルムとへ分解されている。他のリサイクル手法とは異なり、前側のガラスも、また背面側のガラスも化学物質と接触しないため、別の利用前のガラスの洗浄も省略することが可能である。複合部材の構造及びこのとき用いられる材料に応じて、気体放電ランプの動作パラメータを露光継続時間、光強度及び露光の数に関して適合することが好都合である。
【００２９】
方法の一形態によれば、モジュールの分解は可搬性のユニットによって行われ、このユニットは、場合によっては部分的に構成要素へ分割されつつ、一般的にＩＳＯコンテナ、貨物コンテナ若しくは船舶コンテナ又は輸送コンテナとも呼ばれる標準化された貨物コンテナに配置されているとともに、船舶輸送、鉄道輸送及びトラック輸送に、これら境界を越えて用いられる。このような貨物コンテナは、物品の容易かつ迅速な荷積み、搬送、保管及び荷下ろしを可能とする、鋼製の規格化された大空間容器である。貨物コンテナを用いて、可搬性のユニットは、ソーラーパークへ、又はリサイクル施設又は光起電モジュールのための生産場所又は一般的に複合部材の需要の場所へ、すなわちその動作、保管、製造の場所又は複合部材がリサイクルされるべきその他の場所へ搬送される。つづいて、複合材料の主な重量割合を形成し、分解後に通常のリサイクル方法に比べてわずかな汚濁物を含む複合部材又は複数の複合部材のガラスプレートは、上述の方法によってその他の層材料から分離され、再利用のためのガラス工場へ直接搬送される。比較的わずかな重量割合のみを有する他の材料は、更なる選別及び利用のために対応するリサイクル場所へ搬送される。可搬性のユニットは、ガラスについての搬送されるべき量に関して、より短い搬送経路により高いコストを削減するものである。例えば１５キログラムのモジュール重量においては、３００メガワットの最大出力を有する上述のソーラーフィールドに対して、３万トンのガラスが生じる。生産において通常の処理量を有する材料従来のリサイクル設備は、空間全体を占めるため、ＩＳＯコンテナにおける可搬性のバージョンを実現することができない。
【００３０】
シリコンウエハを用いて電流を発生させる光起電モジュールは、統合された全てのモジュールの主な割合を形成するとともに、存在する生産キャパシティによってのみ多くの年数にわたって維持される。当該モジュールは、典型的及び本質的に、前側のガラスと、水及び光をほぼ透過させない、モジュールにおける太陽とは反対側の背面側のフィルムとで構成されている。より新たなモジュールにおいては、水を透過させないフィルムの代わりに背面側のガラスが用いられる。シリコンウエハは、例えば、ＥＶＡフィルムによって、その前側及び後ろ側で前側のガラスと背面側のフィルムの間に埋設されている。目下最も頻繁に生産されるモジュールにおいては、透光性の背面側のフィルムに基づき、モジュールにおけるウエハの背面側（ウエハにおける太陽とは反対側）が直接露光されず、したがって加熱されないため、前側（太陽に向いた側）からの露光のみが問題となる。しかし、ガラスあるいは合成樹脂フィルムに比しておよそ１５０〜６５０倍高いケイ素の熱伝導性により、本発明の請求項４及び請求項５により、例えば５０ミリ秒の時間的に比較的長い継続時間によって前側をウエハ全体を加熱することができ、その結果、ＥＶＡフィルムが前側及び後ろ側（背側）において剥離される。このとき、これに必要なエネルギーは、１５０〜４５０μｍの厚さのシリコンウエハの大きな熱容量に起因して、薄膜太陽電池モジュールの約３μｍの発電層に比して本質的に大きい。ただし、ウエハが埋設されるＥＶＡフィルムの伝熱は、ガラスに比して本質的にわずかである。そのため、熱エネルギーは、露光中に、薄膜モジュールとは異なりシリコンウエハへより緩慢に伝導される。したがって、シリコンウエハを基礎とするモジュールにおけるエネルギー需要は、光吸収性の層の厚さのみに基づき期待されるものよりも大幅に小さい。
【００３１】
背面側のガラスを有する、薄膜太陽電池モジュール又はウエハを基礎とする光起電モジュールにおいては、寿命を延長するために、１０〜１５ミリメートルの幅を有する、例えばブチルゴム又はシリコンから成るいわゆる縁部封止部（Ｒａｎｄｖｅｒｋａｐｓｅｌｕｎｇ）が用いられ、この縁部封止部は、モジュールの縁部においてガラスプレート間に設けられている。通常は、縁部封止部の光学的な特性及び熱的な特性は、モジュールの残りの面とは区別されるため、ガラスプレートを２つの露光へ分割するために第１の露光を分割することも事情によっては望ましいことがある。
【００３２】
このために、モジュールは、露光されるべき側をその縁部まで影で覆うシャドウマスクによって部分的に覆われており、その後、高い強度において第１の露光が実行される。よりわずかな強度を有する第２の露光によって、シャドウマスクが除去され、その結果、元々影で覆われている範囲も露光され、ガラスプレートの分離がなされる。つづいて、各ガラスプレートに対する第３の露光によって、ここでも高い強度における別の分解を行うことができる。シャドウマスクが取り外されると、第３の露光による別の分解はもはや不可能であり得る。
【００３３】
シャドウマスクは、例えば１ミリメートルの厚さを有する、比較的大きな熱容量のための１つ又は複数の金属プレートで製造されることができ、当該金属プレートはマスクの担持材料としてガラスプレートに接着されている。わずかな露光エネルギーにおいては、これに代えてより薄い金属マスク（Ｍｅｔａｌｌｓｃｈａｂｌｏｎｅ）も用いることが可能である。シャドウマスクの他の構成及び材料も可能である。いくつかの場合には、シャドウマスクを有さない第１の露光をわずかな強度において実行し、つづいて、シャドウマスクを高い強度における露光に用いることが合目的であり得る。
【００３４】
これまで述べてきた方法は、複合材料の、可視光に対して透明な材料層と、これに隣接する光吸収性の材料層とから成る原理的に類似の構造により、ディスプレイにも応用されることが可能である。同様に、このことは、本質的にガラス支持部におけるミラーと、ガラスパイプにおける光吸収性の層とで構成され得る「集光型太陽光発電」における構成要素についても当てはまる。ミラーの湾曲に起因して、パイプを通して圧送される液体を吸収によって加熱するガラスパイプへ太陽光が集光される。ミラーの薄い層が気体放電ランプから発出される光のかなりの割合を反射するにもかかわらず、ＵＶ範囲において吸収あるいは発出される光は、薄い層をガラス支持部から分離するのに十分である。これに対して、光を吸収するパイプにおいては、比較的わずかな強度により、露光時に光吸収性の層の剥離に至る。
【００３５】
冒頭で言及した従来技術による、複合部材の表面における点状のレーザビームの走査時には、分離されるべき材料層の境界面において、レーザ委ビームの箇所で気泡が生じ得る。モジュールの表面全体の露光のために複数分が経過するため、特に露光時間中に生じる気体が漏れ得る場合に、ビームによって局所的に生じる気体圧がガラス層の分離にわずかにのみ貢献する。これとは異なり、本発明では、気体放電ランプのフィールドの場合に該当するように、モジュールの分離されるべき材料層の境界面全体における、１秒未満での気体体積の突然の発生は、層の分離に貢献し得る。このとき、理想的には、モジュールの境界面の１００％が１秒未満で同時に露光される。しかし、いくつかの場合には、材料層の分離のために気体圧を用いるために、境界面の約１０％の露光で十分である。この場合、境界面全体を処理するために、同一の強度及び露光時間における全体としておよそ１０の連続した露光が必要となる。
【００３６】
気体放電ランプが、高い電流密度で、例えば１平方センチメートル当たり３０００アンペアを超える電流密度を有するフラッシュランプとして動作される場合、発生される光のかなりの割合がＵＶ範囲で発出される。ＵＶ光は、合成樹脂における結合を解除するか、又は主にＵＶ範囲において光を吸収するが、例えば銀鏡のような光の可視範囲においては光を吸収しない材料を加熱することができる。
【００３７】
これに対して、他の場合には、わずかなＵＶ割合自体が方法にとって望ましくない。例えば可視光がこの波長範囲において透過する合成樹脂を通して入射されるべき場合、及びこれに隣接する材料が可視範囲において光を吸収する場合には、加熱により、境界面における材料層の分離がなされる。ＵＶ光は、合成樹脂の損傷を引き起こし得るため、材料の分離は、境界面において行われず、例えば合成樹脂層の中央において行われる。例えば、気体放電ランプのガラス体が構造上セリウムで添加されているため、ＵＶ光は発出されない。
【００３８】
上述の方法を実行するための装置は、１つ又は複数の分離チャンバと、この分離チャンバ内に配置された外部の光源とを含んでおり、光源は、上述の説明による、１秒よりもわずかな照射時間で複合部材を照射するように形成された少なくとも１つの気体放電ランプである。分離チャンバの外部に位置する設備構成要素及び作業力が、方法の作用、例えば強い光、特にＵＶ光、騒音、気体形成又はその他から保護されているように包囲されている作業範囲は、分離チャンバと呼ばれる。
【００３９】
オプションで、別のチャンバ又はチャンバにおける複数のセクションは、対応する動作ユニット及び／又は結合ユニットと共に配置されることが可能であり、これらユニットは、補足的な方法ステップに寄与するものである。これは、複合部材、その構成要素又は動作ユニットの操作、搬送、例えば洗浄のような準備されたステップ、マスキング又は支持であり得る。方法ステップの実行に寄与する装置の構成要素は、まとめて分離装置と呼ばれるべきである。分離装置は、クラスタ設備又はインライン設備として形成されることが可能である。
【００４０】
オプションで、装置は、上述の説明による標準化された少なくとも１つの貨物コンテナを含むことができ、この貨物コンテナは、少なくとも１つの貨物コンテナにおいて分離装置を使用及び／又は搬送するのに適している。これは、分離装置が１つ又は複数の貨物コンテナに配置されているとともに方法が少なくとも大部分においてコンテナにおいて実行可能であること、又は分離装置が、場合によっては分解されて１つ又は複数のコンテナに配置されることを含んでおり、その結果、分離装置は、内部で、必要となる箇所へ搬送されることが可能である。このことは、分離装置が動作中にコンテナの外部において少なくとも部分的に配置されていることを含み得る。
【００４１】
以下に、本発明を、実施例に基づいて例示的に、かつ、限定することなく詳細に説明する。当業者は、有益であり合理的であると思われる限り、本発明の様々な構成において上述及び後述において実現される特徴を別の実施形態において組み合わせる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による方法を実行するためのポータブル装置の平面図である。
【図２】電極チャンバ内において本発明による方法の実行を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１には、４０フィートの長さを有するＩＳＯコンテナ（１１０）に配置されたポータブル装置（１００）についての一例が示されている。露光プロセス中に光、騒音、ガス又は塵埃が出ることを防止するために、この装置は、それぞれ少なくとも１つのプロセスステップのための約２．０ｍ×１．５ｍの設置面積を有する様々なセグメント（１２１〜１２６）と、各セグメント間のゲートとで構成されている。
【００４４】
図に示されているように、セグメントがコンテナの中央の長手軸線に配置されれば、メンテナンス作業又は修理作業のために、コンテナからの取外しなしに各セグメントへ良好にアクセス可能である。以下では、個々のセグメントにおけるプロセスの説明において、上述のＣＩＧＳ薄膜ソーラーモジュールの分解に焦点を当て、本実施例ではモジュールと呼ぶ複合部材の他の構造態様のためのいくつかのセグメントにおけるわずかな差異が生じ得る。
【００４５】
第１のセグメント（１２１）には、水平に、したがって設置面に対して平行に積層されたモジュールを有するカセット１が配置されており、モジュールは、第１のプロセスステップの前にコンテナの外部で、コンテナのカバーに対して上側におけるモジュールの前面ガラス側で満たされる。モジュールは、このカセット１から搬送システム、例えば搬送ベルトを介して第２のセグメント（１２２）であるマスクチャンバへ搬送され、光、騒音、ガス又は塵埃がセグメント（１２２）から出るのを防止するために、第１の露光前にそれぞれ第１のセグメントと第２のセグメントの間のゲートと、第２のセグメントと第３のセグメント（１２３）の間のゲートが閉鎖される。
【００４６】
つづいて、セグメント（１２２）におけるモジュールへのシャドウマスクがモジュールの上方から前面ガラス側へ降下し、このシャドウマスクは、第１の露光時に、縁部封止部までモジュールの全ての範囲を影で覆い、そして、シャドウマスクを通して、気体放電ランプによってシャドウマスクの上方でモジュールを露光する。この第１の露光後、まず、セグメント（１２２）とセグメント（１２３）の間のゲートが開放され、分離チャンバであるセグメント（１２３）へモジュールが転移した後、セグメント（１２２）とセグメント（１２３）の間のゲートが再び閉鎖され、最後に、モジュールに二回目の露光がなされ、いまや前面側ガラスの上側全体が露光される。
【００４７】
第２の露光後、薄膜モジュールの両ガラスプレートはもはや互いに結合されていない。前面側ガラスは、例えば吸盤を用いて、その下に位置する背面側ガラスから取り外され、つづいて、セグメント（１２４）の吸収チャンバへおかれ、前面側ガラスにはまだＥＶＡフィルム及び発電層が存在する。これに対して、上に残ったモリブデン層を含む背面側ガラスは、セグメント（１２４）の反転チャンバへ更に搬送される。このとき、吸収チャンバ及び反転チャンバは、例えば互いに重ねて配置されており、その結果、各ガラスプレートは、設備の互いに分離された範囲で更に加工されることが可能である。
【００４８】
吸収チャンバにおける前面側ガラスの第３の露光（露光３ａ）前に、セグメント（１２３）の吸収チャンバとセグメント（１２４）の吸収チャンバの間のゲートが閉鎖される。これに対して、反転チャンバでは背面側ガラスが反転され、その結果、モリブデン層が下方へ向く。露光３ａ時には、発電層がはがされる。セグメント（１２４）とセグメント（１２５）の間のゲートの開放後、前面側ガラスは、まずフィルムチャンバへ搬送され、更なるステップにおいてゲートが閉鎖され、その後、第４の露光（露光４ａ）を用いてＥＶＡ層が前面側ガラスから分離される。これに対して、その下に位置する電極チャンバでは、モリブデン層が、第３の露光（露光３ｂ）を用いて背面側ガラスから取り外される。
【００４９】
前面側ガラス及び背面側ガラスは、最終的に、セグメント（１２６）における異なるカセット２ａ，２ｂに分類して入れられる。なぜなら、ガラスは典型的には異なる暑さ及び材料組成を有しているためである。通常、前面ガラスは、安全ガラスであり、背面側ガラスとは異なりわずかな鉄割合に基づきより高い透明性を有している。
【００５０】
図２には、セグメント（１２５）の電極チャンバ（２００）において露光（３ａ）を用いて行われるプロセスと、チャンバの構成要素とが例示的に図示されている。基板の搬送方向あるいはＩＳＯコンテナの長手方向は、紙面に対して垂直である。ここで、図には、設備セグメントの簡易化された断面が示されており、重力は、紙面において下方へ向いている。
【００５１】
搬送方向における円筒状のフラッシュランプ（２２０）から成るフィールドは光（２１０）を生成し、この光は、背面側ガラス（２３０）を通過し、モリブデン層（２４０）によって吸収される。空気流２５０ａ及び別の空気流２５０ｂは、はがされたモリブデン粒子（不図示）を、背面側ガラスと設備壁部（２６０）の一部の間の間隔で形成された通路に沿って吹き飛ばす。つづいて、粒子は、開口部（２６０ａ）を通って捕集容器（２６０ｂ）へ落下し、この捕集容器内には、粒子の大部分がとどまる。モリブデン粒子の残りの割合、特に非常に小さな質量を有する粒子は、空気流が外部へ導出される前に塵埃フィルタ（２６０ｃ）によって捕捉される。上述の通路を形成するために、空気流２５０ａあるいは２５０ｂが通過し、面（２４０）全体において空気流を均等に分配するスペーサ（２７０）が用いられる。
【符号の説明】
【００５２】
１００            ポータブル装置
１１０            ＩＳＯコンテナの輪郭
１２１            カセット１
１２２            マスクチャンバ
１２３            分離チャンバ
１２４            吸収チャンバ及び反転チャンバ
１２５            フィルムチャンバ及び電極チャンバ
１２６            カセット２ａ及びカセット２ｂ
２００            セグメント（１２５）における電極チャンバの断面
２１０            気体放電ランプの光ビーム
２２０            フィールド円筒状の気体放電ランプ
２３０            背面側ガラス
２４０            背面側ガラス（２３０）におけるモリブデン層
２５０ａ          空気流
２５０ｂ          空気流
２６０            設備壁部の一部
２６０ａ          設備壁部における開口部
２６０ｂ          捕集容器
２６０ｃ          塵埃フィルタ
２７０            スペーサ
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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