JP2005509265A

JP2005509265A - 光起電薄膜モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP2005509265A
Application number: JP2001566195A
Authority: JP
Inventors: プレツシング，アルベルト
Original assignee: Isovolta Osterreichische Isolierstoffwerke AG
Current assignee: Isovolta AG
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2005-04-07
Also published as: TR200202116T2; PL360084A1; US20030029493A1; PT1297577E; MXPA02008674A; BG107010A; CY1108574T1; AU4031501A; EA200200879A1; CA2402395A1; EP1297577A1; SK12902002A3; CN1418379A; SI1297577T1; ES2310546T3; NO20024280D0; CZ20022991A3; EE200200509A; DE50114283D1; ATE407004T1

Abstract

本発明は、光起電薄膜モジュール（１）の製造方法に関し、このモジュールには、キャリヤー材料（３）上に取り付けられかつ少なくも一方の面が複合体（４）で被覆された薄膜太陽電池システム（２）が設けられ、前記複合体は、その表面の、封止材料よりなりかつ薄膜太陽電池システム（２）上に配置されている側にシーリング層（５）が設けられる。被覆方法により、封止材料（４）及び薄膜太陽電池システム（２）は、キャリヤー（３）と共に、互いに寄り添うように案内され、そして圧力及び高温下で圧縮され、この方法で複合体（１）の形式の耐候性の光起電薄膜モジュールが設計される。この容易に実行できる方法により、紫外線、水蒸気、及びその他の気象の影響に耐える光起電薄膜モジュールが提供される。光起電モジュールは、キャリヤー材料を、例えばプラスチック箔又はプラスチック箔複合体の形式に構成することにより可撓性を更に提供することができる。

Description

【０００１】
本発明は、キャリヤー材料に適用されかつ選択的に両側が封止用材料複合体で覆われた薄膜太陽電池システムを有する光起電薄膜モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
光電池は、太陽光から電気エネルギーを作るために使用される。エネルギーは、好ましくは薄膜太陽電池により作られた太陽電池システムにより作られる。薄膜太陽電池は、ＣＩＧＳ（銅−インジウム−ガリウム−セレン化物）、ＣＴＳ（カドミウム−テルル−硫化物）、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）及びその他のような種々の半導体システムから作ることができる。
【０００３】
これら薄い半導体システムは、ガラスのような剛いキャリヤー材料に、或いはポリイミドフィルム、鋼のストリップ、金属箔などのような可撓性キャリヤー材料に適用される。
【０００４】
薄膜太陽電池は、湿気、酸素及び紫外線のような環境の影響に敏感である。これらは、機械的破損に対して保護されねばならず、更に加えて電気的に絶縁されなければならない。従って、薄膜太陽電池は両側を封止材料で覆う必要がある。封止材料は、例えば１層又は複数層のガラス及び／又はプラスチックフィルムとすることができる。
【０００５】
本質的にポリ弗化ビニル（ＰＶＦ）及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）よりなるフィルム複合体が、名称ＩＣＯＳＯＬＡＲで出願人から市販され、そしてＷＯ−Ａｌ−９４／２９１０６号により明らかにされた真空積層方法で光起電モジュールを作るために使用される。この既知の方法は、太陽電池システムが環境の影響に対して満足に保護される利用可能な光起電モジュールを作るが、この方法自体は比較的大きいエネルギー消費及び長い処理時間と組み合わせられる。
【０００６】
［発明の記述］
従って、本発明の目的は、少ない処理時間及び低いエネルギー費用で実行することができ、かつ戸外用として満足な耐候性を有する光起電モジュールが用意される光起電モジュールの製造方法を考案することである。
【０００７】
本発明において請求されたように、始めに述べられた形式の方法であって、積層段階において、シーリング層が薄膜太陽電池システムに隣接し積層ステーションにおける増加された圧力と選択的に高くされた温度との使用により光起電薄膜モジュール用の複合体が形成されるように、保護層とシーリング層とからなる封止材料複合体のための材料ウェブ、及び薄膜太陽電池システムとそのキャリヤー材料のための別の材料のウェブが、積層ステーションにおいて互いに近寄せられることを特徴とする方法が提供される。
【０００８】
本発明において請求された方法の有利な実施例が従属請求項の主題である。
【０００９】
［本発明の実施例］
本発明の実施例が、図１ないし５に示された図面を使用して詳細に説明される。
【００１０】
本発明は、図面及び実施例を使用して詳細に説明される。
【００１１】
第１の製造段階において、耐候性保護層８、無機酸化物層７、キャリヤー層６及びプラスチックシーリング層５よりなる図１ａに示されたような封止材料４が形成される。
【００１２】
例ａ）からｃ）は、それぞれの層の材料の選択のために可能なバージョンを示す。
【００１３】
例ａ）：
耐候性保護層８：膜形式のポリ塩化ビニル（ＰＶＦ）又はポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＦ），
接着剤層（図示せず）：ポリウレタン
無機酸化物層７：ケイ素酸化物（ＳｉＯ_X）、又は酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）
無機酸化物層７用のキャリヤー層６：フィルム又はフィルム合成体の形式のポリエチレンナフテネート（ＰＥＮ）又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）及びこれらの共押出し体
プラスチックシーリング層５：エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）又はアイオノマー、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），ポリウレタン、ポリエステル又はホットメルト
例ｂ）：
耐候性保護層８：ポリウレタン又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の上塗りコーティング及び安定化ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴＰフィルム）
接着剤層（図示せず）：ポリウレタン
無機酸化物層７：ケイ素酸化物（ＳｉＯ_X）、又は酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）
無機酸化物層７用のキャリヤー層６：フィルム又はフィルム合成体の形式のポリエチレンナフテネート（ＰＥＮ）又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）及びこれらの共押出し体
プラスチックシーリング層５：エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）又はアイオノマー、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），ポリウレタン、ポリエステル又はホットメルト
例ｃ）：
耐候性保護層８：フルオロポリマー、例えばエチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ弗化ビニリデン（ＰＶＦ）、又はその他のフルオロポリマーフィルム
無機酸化物層７：ケイ素酸化物（ＳｉＯ_X）、又は酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）
プラスチックシーリング層５：エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）又はアイオノマー、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），ポリウレタン、ポリエステル又はホットメルト
例ａ）ないしｃ）において、封止材料４の構成要素が表示される。これらは、その相互作用により薄膜太陽電池システム２を天候の影響及び水蒸気の浸透に対して保護する。
【００１４】
特に、耐候性保護層８としては、気象、例えば紫外線の影響に対して薄膜太陽電池システム２を保護するフルオロポリマーが選ばれる。
【００１５】
厚さ３０から２００ｎｍの無機酸化物層７は、例えばＰＥＮ又はＰＥＴ−ＰＥＮ共押出し体よりなるキャリヤー層６に真空蒸着される。キャリヤー層６と無機酸化物層７とよりなるバリヤ層９は、薄膜太陽電池システム２を水蒸気の浸透に対して保護する。
【００１６】
無機酸化物層７のある層構造は、水蒸気の浸透度が、ＰＥＴＰフィルムに適用された無機酸化物層より１／１０に小さくなり、これが図５を使って示される。これは、キャリヤー層６としてのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）が満足な値を示すが、ｇ／ｍ²ｄ（１日当たりグラム／平方メートル）で表された水蒸気浸透度は、ポリエチレンナフテネート（ＰＥＮ）の追加により大きく減らし得ることを示す。これが、共押出しＰＥＴＰ−ＰＥＮを使用し及び純ＰＥＮを使用してプラスチック当たり一度に２連続測定した結果に基づいて図５に示される。
【００１７】
薄膜太陽電池システム２はシーリング層を介して封止材料４に接着されるため、封止材料４に使用されるシーリング層５は、その接着特性により、薄膜太陽電池システム２に対する追加の保護機能を実行する。
【００１８】
耐候性層８、バリヤ層７、キャリヤー層６、及びシーリング層５に関する材料の選択に関連したａ）ないしｃ）による標本バージョンを使用している封止材料４の形成は、既知の積層方法で行われる。
【００１９】
関連して、バリヤ層７、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ_X）層は、蒸気相からの析出により、キャリヤー層６、例えばポリエチレンナフテネートフィルム（ＰＥＴＰフィルム）、共押出しされたポリエチレンテレフタレート−ポリナフテネートのフィルム（ＰＥＴＰ−ＰＥＮフィルム）に適用される。
【００２０】
従って、プラスチックフィルム又はプラスチックフィルム複合体となし得る耐候性層８が、バリヤ層７の上に積層される。同様に、シーリング層５、例えばポリウレタン接着剤は積層により適用することができる。
【００２１】
形成された封止材料４は、図３に示されるように装置の給送ローラー１３’上に支持される。薄膜太陽電池システム２は、搭載ステーション１３において、剛いキャリヤー材料３、例えばガラスと共に輸送ベルト（図示せず）に乗せられて加熱ステーション１５に供給される。加熱ステーションにおいて、制御装置の手段（図示せず）により、薄膜太陽電池システム２は、剛いキャリヤー材料３、例えばガラスキャリヤーと共に、封止材料４中のシーリング層５の軟化点まで予熱される。ガラスキャリヤー３と共に７０から１８０℃の温度に予熱された封止材料４及び薄膜太陽電池システム２の両者は、次いでカレンダーローラーの対１７の形式の積層ステーション１６に供給される。好ましくは７０から１８０℃の範囲の温度に予熱された積層ステーション１６における高い温度のため、及びカレンダーローラー１７により加えられ好ましくは８０から４００Ｎ／ｃｍ（線圧力）の圧力のため、図１に示されたような封止された光起電モジュール１が積層により形成される。これは硬化用オーブン（１８）に輸送され、ここで、ほぼ１２０から１９０℃の温度で硬化、特にシーリング層５の硬化が生ずる。関連した裁断の後、完成した薄膜モジュール１が排出ステーション１９において取り出される。
【００２２】
本発明において請求される別の方法が、図４に示された装置を使って詳細に説明される。この場合は、前述の方法と同様に、封止材料４が作られ、給送ローラー１３’上に蓄えられる。薄膜太陽電池システム２は、可撓性キャリヤー１１と共に別の給送ローラー１３’に蓄えられる。
【００２３】
可撓性キャリヤー１１は、プラスチックフィルム又はプラスチックフィルム複合体とすることができる。例えば、ポリイミドを含んだプラスチックが可撓性キャリヤーに適している。
【００２４】
従って、封止材料４と薄膜太陽電池システム２とは、可撓性キャリヤー１１と一緒に積層ステーションに供給される。両材料をこのようにすることにより、ウェブは、加熱ステーション２３、２３’内で、シーリング層５の軟化点、即ちほぼ７０から１８０℃に加熱される。図４に示された積層ステーション２１は、例えばカレンダーローラーの対２２である。一方又は両方のローラーが、少なくも封止材料４内のシーリング層５の軟化点、好ましくは７０から１８０℃に加熱される。これにより、カレンダーローラーの間隙２２’内の予熱された封止材料４が、薄膜太陽電池システム２に直接適用され、そしてこれをほぼ８０から４００Ｎ／ｃｍ（線圧力）のローラーの接触圧力で圧縮する。次いで、合成体が、硬化炉２４内でほぼ１２０から１９０℃の温度で硬化される。この積層段階の手段により薄膜太陽電池システム２が封止され、そして図２に示されるような光起電薄膜モジュール１０が形成される。
【００２５】
給送ローラー１３’の数を増加することにより、追加の封止材料４’の使用が可能となる。薄膜太陽電池システム２について、太陽電池システム２に対する対気象保護又はバリヤ保護に関する更なる改良が確保されるように、図２に従って両側を覆うことも考えられる。
【００２６】
纏めると、本発明において請求される方法により、封止材料４及び薄膜太陽電池システム２は、関係のキャリヤーと共に、積層により互いに接合され、圧力と高温の下で圧縮され、複合体の形式の耐候性光起電薄膜モジュールが形成されるということができる。本発明に請求された方法は、公知の方法と比較してプロセス時間及びエネルギー費用が少ないことが特徴である。加えて、容易に実行し得るこの方法において、紫外線、水蒸気及びその他の気象の影響に耐える光起電薄膜モジュールが入手できる。キャリヤー材料、例えばプラスチックフィルム又はプラスチックフィルム複合体の形式の材料を選ぶことにより、光起電モジュールに更に可撓性が与えられる。
【００２７】
［商業的適用可能性］
本発明において請求された方法により作られた光起電薄膜モジュールは、太陽光からの電気エネルギー発生に使用される。これらの適用可能性は、非常電話用又はキャンパー用の小型電力設備から、建築物に組み込まれた屋根及び建物前面用のシステムを経て、大きい設備及び太陽光発電所にまで拡張される。
【００２８】
戸外の用途においては、蒸気相からＰＥＮ又はＰＥＴＰ−ＰＥＮの共押出し体のキャリヤーフィルム上に堆積された酸化物層により、水蒸気に関する封止材料のバリヤ作用が更に大きくされることが見い出された。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明において請求された方法を使用して製造された光起電モジュール１であって、剛いキャリヤー材料３、例えば、封止材料として同時に使用されるガラスの上の薄膜太陽電池システム２、及び第２の封止材料４よりなる光起電モジュールの構造を示す。
【図１ａ】
封止材料４が示され、これはプラスチックシーリング層５及び蒸気相より堆積された無機酸化物層７用のキャリヤー層６、及び耐候性保護層８を含んだバリヤ層９よりなる。
【図２】
本発明において請求された方法により作られた可撓性薄膜モジュール１０の構造を示す。この可撓性の特性は、可撓性キャリヤー材料１１により作られる。
【図３】
剛い薄膜モジュール１を作るための装置１２を示す。
【図４】
可撓性薄膜モジュール１０を作るための装置２０を示す。
【図５】
ＳｉＯ_xコーティングが設けられた数種のキャリヤーフィルムの水蒸気浸透性を示す。種々のプラスチックがキャリヤーフィルムとして使用され、そして互いに比較される。

Claims

キャリヤー材料（３、１１）に適用されかつ選択的に両面が封止材料複合体（４、４’）で覆われた薄膜太陽電池システム（２）を有する光起電薄膜モジュール（１、１０）の製造方法であって、積層段階において、シーリング層（５）が薄膜太陽電池システム（２）と隣接しかつ高い圧力と選択的に高い温度とにより光起電モジュール（１、１０）の形式の複合体が形成されるように、積層ステーションにおいて、保護層（８、９）とシーリング層とよりなる封止材料複合体（４、４’）のための材料ウェブが、薄膜太陽電池システム（２）とそのキャリヤー材料（３、１１）とのための別の材料ウェブの近くに持って来られることを特徴とする方法。
積層が、１組又は複数組のカレンダーローラーの対（１７、２１）を使用して行われる請求項１において請求された方法。
形成された光起電薄膜モジュール（１、１０）が更に硬化される請求項１又は２に請求された方法。
薄膜太陽電池システム（２）のためのキャリヤー材料が可撓性キャリヤー材料（１１）である請求項１から３の一に請求された方法。
可撓性キャリヤー材料（１１）がプラスチックフィルム又はプラスチックフィルム複合体に基づくものである請求項４に請求された方法。
可撓性キャリヤー材料（１１）が金属箔又は鋼ストリップに基づくものである請求項４に請求された方法。
薄膜太陽電池システム（２）のためのキャリヤー材料が剛いキャリヤー材料（３）である請求項１から３の一に請求された方法。
剛いキャリヤー材料（３）がガラスである請求項７に請求された方法。
封止材料（４、４’）内に、耐候性層（８）、無機酸化物層（７）、及び無機酸化物層（７）用に意図されたキャリヤー層（６）からなるバリヤ層（９）がある請求項１から８の一に請求された方法。
ポリエチレンナフテネート（ＰＥＮ）又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）とポリエチレンナフテネート（ＰＥＮ）との共押出し体に基づくプラスチックフィルム又はフィルム合成体がキャリヤー層（６）において使用される請求項９に請求された方法。
バリヤ層（９）内に、３０から２００ｎｍの厚さのアルミニウム又はケイ素よりなる無機酸化物層（７）が使用される請求項９又は１０に請求された方法。
シーリング層（５）が、ポリアミド又は熱可塑性エラストマー及び／又はアイオノマーのような高温熔融材料から形成される請求項１から１１の一に請求された方法。