JP2021511685A - 光方向転換デバイス、及び同デバイスを備える太陽電池モジュール - Google Patents

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Abstract

本開示は、デバイス、太陽電池モジュール、可撓性太陽光方向転換フィルムを作製する方法、設置場所に太陽電池モジュールを設置する方法、及び太陽電池モジュールを作製する方法に関する。太陽光方向転換フィルムは、第1の主面と複数の構造を含む第2の主面とを有する第1の層を備える。第1の表面に対して垂直に取られた各構造の断面に内接し得る最も大きな三角形は、第1の主面から三角形の山部に向かって延びる第1及び第2のファセットを有する。第1のファセットの長さは、第2のファセットの長さと少なくとも10%異なる。太陽光方向転換フィルムはまた、構造上に配置され、構造に適合する第2の層を含む。第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている。

Description

再生可能エネルギに対する需要は、技術の進歩と世界人口の増加に伴い大幅に増大している。現在有望なエネルギ資源のうちの1つが太陽光である。太陽光を利用することは、光(photovoltaic)(PV)電池(太陽電池とも称される)を使用することで達成でき、これは、太陽光から電流への光電変換に使用される。PV電池は、サイズが比較的小さく、典型的には、モジュールの個々のPV電池よりも相応に大きな電力出力を有する物理的に一体化されたPVモジュール(又はソーラーモジュール)に結合されている。PVモジュールは、一般に、カプセル化用材料によって取り囲まれ、前面パネル及び背面パネルによって囲まれたPV電池の2つ以上の「ストリング」から形成され、少なくとも1つのパネルは、太陽光に対して透明である。このラミネートされた(laminated)構造体は、PV電池を機械的に支持し、また、風、雪、及び氷などの環境要因が原因の損傷からPV電池を保護する。PVモジュールは、典型的には、金属フレームに係合したモジュールの縁部を覆うシーラントを用いて、金属フレームにはめこまれる。金属フレームは、モジュールの縁部を保護し、追加の機械的強度を提供し、好適な支持体に取り付けることができる、より大きなアレイ又はソーラーパネルを形成するように、他のモジュールとの組み合わせを容易にする。
いくつかの実施形態は、可撓性太陽光方向転換フィルム(light redirecting film)(LRF)を含むデバイスに関する。LRFは、第1の主面と複数の構造を含む第2の主面とを有する第1の層を備える。第1の表面に対して垂直に取られた各構造の断面に内接し得る最も大きな三角形は、第1の主面から三角形の山部に向かって延びる第1及び第2のファセットを有する。第1のファセットの長さは、第2のファセットの長さと少なくとも10%異なる。LRFはまた、構造上に配置され、構造に適合する第2の層を含む。第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている。
いくつかの実施形態は、太陽電池を共に電気的に接続するタビングリボンを有する複数の太陽電池を含む太陽電池モジュールに関する。モジュールはまた、上述のように、タビングリボンなどのモジュールの光起電不活性領域内に配置されたLRFを含む。
いくつかの実施形態によれば、太陽電池モジュールは、複数の電気的に接続された太陽電池を含む。モジュールは、非対称反射性化構造を有する可撓性太陽光方向転換フィルム(LRF)を更に備え、LRFは、モジュールの光起電不活性領域の上方に配置されている。フィルムの表面に対して垂直に取られた各構造の断面に内接し得る最も大きな三角形は、表面から三角形の山部に向かって延びる第1及び第2のファセットを有する。第1のファセットの長さは、第2のファセットの長さと少なくとも10%異なる。モジュールは、太陽電池の光起電活性表面の上方に配置された前側層を含む。前側層は、モジュール−空気界面に位置するモジュールの外面を含む。モジュールは、構造の一次軸が、春分点及び秋分点上の屈折した太陽経路によって画定された平面に沿ってあるように、設置場所に設置されるように構成されている。モジュールは、設置場所の緯度に等しくない傾斜角で傾斜するように構成されている。この配列では、太陽と太陽光方向転換フィルムとの間の太陽経路の中心光線の角度は、ソーラーモジュールの受光面に対して垂直ではない。太陽経路内の実質的に全ての光線は、太陽光方向転換フィルムによって方向転換され、内部全反射(total internal reflection)(TIR)の臨界角よりも大きい角度でモジュール−空気界面に遭遇する。
いくつかの実装形態によれば、太陽電池モジュールは、構造の一次軸が、設置場所における春分点及び秋分点上の太陽経路に沿う屈折光によって画定された平面内にあり、太陽電池モジュールは、設置場所の緯度に等しくない傾斜角で設置場所において傾斜するような方位角で設置場所で配向されるように構成されている。この配列では、太陽と太陽光方向転換フィルムとの間の太陽経路の中心光線の角度は、ソーラーモジュールの受光面に対して垂直でなく、太陽経路内の実質的に全ての光線は、太陽光方向転換フィルムによって方向転換され、内部全反射(TIR)の臨界角よりも大きい角度でモジュール空気界面に遭遇する。
いくつかの実施形態は、可撓性太陽光方向転換フィルム(LRF)を作製する方法に関する。本方法は、第1の主面と複数の構造を含む第2の主面とを有する第1の層を形成することを含む。各構造の断面エリアにおいて内接し得る最も大きな内接三角形は、第1の主面から三角形の山部に向かって延びる第1及び第2のファセットを有する。第1のファセットの長さは、第2のファセットの長さと少なくとも10%異なる。第2の層は、第2の層が構造に適合するように、第1の層の構造上に堆積される。第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている。
いくつかの実施形態によれば、太陽電池モジュールを作製する方法は、複数の太陽電池を、光電池の光起電活性表面が共通の方向に向くパターンに配列することを含む。可撓性太陽光方向転換フィルム(LRF)は、太陽電池モジュールの光起電不活性領域内に位置決めされる。フィルムは、第1の主面と複数の構造を含む第2の主面とを有する第1の層を含む。各構造の断面エリアにおける最も大きな内接三角形は、第1の主面から三角形の山部に向かって延びる第1及び第2のファセットを有する。第1のファセットの長さは、第2のファセットの長さと少なくとも10%異なる。LRFは、第1の層の構造上に配置され、第1の層の構造に適合する第2の層を含む。第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている。太陽電池は、電気的に接続される。
いくつかの実施形態は、設置場所に上記のような太陽電池モジュールを設置する方法に関する。太陽電池モジュールは、第1のファセットが第2のファセットよりも短いLRFを含む。北半球では、LRFの第1のファセットが、実質的に南に面し、南半球では、LRFの第1のファセットが、実質的に北に面するように、太陽電池モジュールを設置場所に取り付ける。
本出願の上記及び他の態様は、以下の説明から明らかになるであろう。しかしながら、上記概要は、いかなる場合も請求の主題の限定として解釈されるべきではなく、そのような主題は、添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。
いくつかの実施形態による、PVモジュールの簡略平面図である。 いくつかの実施形態による、タビングリボンを通って取られたPVモジュールの断面図である。 いくつかの実施形態による、太陽電池間の光起電不活性エリアを通って取られたPVモジュールの断面図である。 いくつかの実施形態による、ラミネート前の太陽電池モジュールサブアセンブリの一部の断面図である。 いくつかの実施形態による、ラミネート前の太陽電池モジュールサブアセンブリの一部の断面図である。 それぞれ、図3A及び図3Bのサブアセンブリが熱及び圧力下でラミネートされた後に形成され得るPVモジュールの一部を示す。 それぞれ、図3A及び図3Bのサブアセンブリが熱及び圧力下でラミネートされた後に形成され得るPVモジュールの一部を示す。 それぞれ、図3A及び図3Bのサブアセンブリが熱及び圧力下でラミネートされた後に形成され得るPVモジュールの一部を示す。 それぞれ、図3A及び図3Bのサブアセンブリが熱及び圧力下でラミネートされた後に形成され得るPVモジュールの一部を示す。 いくつかの実施形態による、太陽電池モジュールの一部を示す。 いくつかの実施形態による、太陽電池モジュールの一部を示す。 いくつかの実施形態による、太陽電池モジュールの一部を示す。 いくつかの実施形態による、光方向転換フィルム物品の平面図である。 いくつかの実施形態による、光方向転換フィルム物品の平面図である。 様々な実施形態による、光方向転換フィルム物品の断面図である。 様々な実施形態による、光方向転換フィルム物品の断面図である。 様々な実施形態による、光方向転換フィルム物品の断面図である。 いくつかの実施形態による、1つ以上の「波形」反射構造を含む光方向転換フィルムの平面図である いくつかの実施形態による、丸みがある山部を有する反射性化構造を有する光方向転換フィルムの断面図である。 いくつかの実施形態による、わずかに曲がったファセットを有する反射性化構造を有する光方向転換フィルムの断面図である。 光方向転換フィルムサンプルの抵抗を測定するために使用された測定試験セットアップを図示する。 試験されたPVモジュールの2つの構成を描写する。 試験されたPVモジュールの2つの構成を描写する。 ラミネート前の3つの試験サブアセンブリの写真である。 ラミネート後の図7の3つの試験サブアセンブリの写真である。 エレクトロルミネッセンス(EL)試験に供された4セル試験モジュールの写真である。 3つの試験モジュールのEL画像である。 3つの試験モジュールのEL画像である。 3つの試験モジュールのEL画像である。 太陽電池モジュールの一部を描写し、太陽光と太陽電池モジュールの光反射フィルムとの相互作用を図示する断面図である。 北緯45度の場所の太陽経路のコノスコーププロットである。 例示的な太陽電池の効率を示す、図12の太陽経路のコノスコーププロット上に重ね合わされたコノスコーププロットである。 実質的に三角形を形成するLRF構造の角度を図示する断面図である。 北緯45°の場所についての地面に平行なPVモジュール(モジュール傾斜が0°)の有意な効率損失を示すLRF効率を示す、太陽経路のコノスコーププロット上に重ね合わされたコノスコーププロットである。 いくつかの実施形態による、非対称反射性化構造を有するLRF物品の斜視図である。 図16AのLRF物品の断面図である。 いくつかの実施形態による、非対称反射性化構造を有するLRF物品の断面図である。 北緯45°の場所における地面に平行な太陽電池モジュール(モジュール傾斜が0°)の、非対称LRF(44.25°−120°−15.75°)の例を表す、太陽経路上に重ね合わされたコノスコーププロットである。 非対称LRF(39.86°−120°−20.14°)かつ南西に向かって20°のモジュール配向での、北緯45°についての、地面に平行なPVモジュール(モジュール傾斜が15°)のLRF効率を示す、太陽経路上に重ね合わされたコノスコーププロットである。 非対称LRF(39.86°−120°−20.14°)かつLRF長手方向軸に対して斜めのLRFの稜線を有する南西に向かって20°のモジュール配向での、北緯45°についての、地面に平行なPVモジュール(モジュール傾斜が15°)についてのLRF効率を示す、太陽経路上に重ね合わされたコノスコーププロットである。 いくつかの実施形態による、ソーラーモジュール設置における回転角及び傾斜角を図示する。 いくつかの実施形態による、ソーラーモジュール設置における回転角及び傾斜角を図示する。 いくつかの実施形態による、ソーラーモジュール設置における回転角及び傾斜角を図示する。 いくつかの実施形態による、PV電池上に設置されたタビングリボンの断面図を図示する。
これらの図は、必ずしも一定の比率の縮尺ではない。図面で使用されている同様の番号は同様の構成要素を示す。しかし、特定の図中のある構成要素を示す数字の使用は、同じ数字を付した別の図中の構成要素を限定することを意図するものではないことが理解されよう。
本明細書にて開示された、いくつかの実施形態は、複数の最終用途を有する光方向転換フィルム物品(LRFs)に関する。いくつかの実施形態では、本開示の態様は、PVモジュールに組み込まれたLRFsの使用に関する。多くのPVモジュール設計では、光起電(PV)モジュールのいくつかのエリアは、入射光が光電変換のために吸収されない光起電不活性エリアである。光起電不活性エリアは、「タビングリボン」と称される電気的接続部がPV電池を覆うエリア、及びまたPV電池間のエリアも含み得る。光起電不活性エリアは、エネルギ変換に利用可能なPVモジュールの総表面積を低減する。
本明細書に記載される光方向転換フィルム(LRF)は、タビングリボンの上方、PV電池の間、PVモジュールの周囲エリア、及び/又は他の場所に位置決めすることができる。LRFは、光起電不活性エリアに入射する光を、モジュールの光起電活性エリアに向けて方向転換する。このようにして、PVモジュールの総電力出力を増加させることができる。
図1は、いくつかの実施形態による、PVモジュール100の簡略平面図である。PVモジュール100は、長さ方向LD及び幅方向WDに沿って配列されたPV電池102のアレイを含む。PV電池102は、長さ方向LD及び幅方向WDに沿って互いに離隔している。タビングリボン104は、PV電池間の電気的接続を行い、概して長さ方向LDに沿って整列される。モジュール100の周囲、PV電池102の間、及びタビングリボン104に沿ったエリア150は、光起電不活性である。LRFのストリップは、光起電活性PV電池102に向かって光を方向転換するために、これらの不活性エリア150内に配置され得る。いくつかの実施形態によれば、少なくとも、LRFの長手方向軸に対してLRFの反射性化構造の主角をなす角度に関して、LRFの異なるフォーマットバージョンを、ソーラーモジュール100の異なるエリア内で利用することができる。
図2A及び図2Bは、いくつかの実施形態による、PVモジュール200a、200bの一部の断面図である。図2Aの断面は、タビングリボン204a、204bを通って取られている。2Bの断面は、PV電池202a、202b、202c間のエリアを通って取られている。図2A及び図2Bは、複数の矩形PV電池202a、202b、202cを示す。PV電池202a、202b、202cは、前側パネル230とバックシート220との間に配列される。カプセル化用材料240は、前側パネル230とバックシート220との間の間隙を埋める。
任意のPV電池フォーマットを本開示のPVモジュールにて用いることができる(例えば、とりわけ、薄膜光電池、CuInSe電池、a−Si電池、e−Si電池、及び有機光起電力デバイス)。最も一般的には、銀インクのスクリーン印刷によって、金属処理パターンをPV電池202a、202b、202cに付与する。このパターンは、フィンガー(図示せず)としても知られている、微細平行グリッド線のアレイからなる。電気コネクタ又はタビングリボン204a、204bは、PV電池202a、202b、202cの上方に配置され、典型的には、PV電池202a、202b、202cにはんだ付けされて、フィンガーから集電する。いくつかの実施形態では、タビングリボン204a、204bは、被覆(例えば、スズめっき)銅線の形態で提供される。図示されていないが、いくつかの実施形態では、各PV電池202a、202b、202cは、その裏面に後部接点を含むことを理解すべきである。例示的なPV電池は、米国特許第4,751,191号(Gonsiorawskiら)、同第5,074,921号(Gonsiorawskiら)、同第5,118,362号(St.Angeloら)、同第5,320,684号(Amickら)、及び同第5,478,402号(Hanoka)(これらの各々は、その全容が本明細書に組み込まれる)に図示され、記載されているように実質的に作製されるようなものが挙げられる。
本明細書にて開示された実施形態は、反射性化構造を含む光方向転換フィルム物品(LRF)に関する。構造は、一般的に、断面において三角形形状を有する。いくつかの実施形態では、反射性化構造は、対称であり、これにより、三角形のファセット長さ及びファセット角が実質的に等しい。いくつかの実施形態では、反射性化構造は、非対称であり、これにより、三角形のファセット長さ及びファセット角が等しくない。いくつかの実施形態では、LRFは、以下でより詳細に論じられるように、LRFの反射面の上方に追加の層を含む。
反射性化構造を含む光方向転換フィルム(LRF)210は、図2Aに示すようにタビングリボン204a、204bの上方に配置されてもよい。あるいは、LRFは、導電性であってもよく、タビングリボンを置き換えるように配列されてもよい。その実施形態では、LRFは、光方向転換特性をまた含む一方で、PV電池の上方に配置され、PV電池にはんだ付けされて、フィンガーから集電する。例えば、タビングリボンを置き換えるLRFは、反射性化構造を含んでもよく、PVモジュール内の別個の要素として光方向転換フィルムが存在しない。タビングリボンを置き換えるLRFの上面は、反射性化構造を収容するように形成され、したがって、光方向転換機能及び電気的接続機能の両方を発揮する。
PVモジュール100の一般的な構造を念頭に置いて、図2Aは、第1のPV電池202aが第1の電気コネクタ又はタビングリボン204aによって、第2のPV電池202aに電気的に接続されていることを図示している。第1のタビングリボン204aは、第1のPV電池202aにわたって、第1のPV電池202aの上方に延び、第1のPV電池202aの端を超えて延び、第2のPV電池202bの下及び下方に曲がる。次いで、第1のタビングリボン204aは、第2のPV電池202bにわたって、第2のPV電池202bの下に延びる。第2及び第3のPV電池202b、202cに対して第2のタビングリボン204bによって、及びPVモジュール200aと共に提供される隣接する一対の追加のPV電池に対して追加のタビングリボンによって、同様の関係が確立される。図2Aに示す実施形態では、LRF210は、タビングリボン204a、204bの上方に配置される。
いくつかの実施形態では、LRF210は、図2Bに図示されるPVモジュール200bの断面図に示されるように、PV電池202a、202bの間の光起電不活性エリア内に配列される。図示した実施形態では、LRF210は、PVモジュール200bのカプセル化用材料240内に埋め込まれ、PV電池202a、202b、202cとバックシート220との間に挟まれる。図2Bに示すようにPV電池202a、202b、202c間のモジュール内に配列された光反射フィルムは、PVモジュール200bからの電力出力の増加をもたらす。
PVモジュールの光起電不活性エリアの少なくとも一部分内に配置されるLRFのストリップは、以下に記載される形態のいずれかを有することができる。いくつかの実施形態では、LRFは、接着剤によってタビングリボンなどのPVモジュールの別の構造に結合される。接着剤は、いくつかの実施形態では、LRF物品の構成要素とすることができる。他の実施形態では、接着剤(例えば、熱活性化接着剤、感圧性接着剤など)は、タビングリボンの上方に適用され、その後、LRFの1つ又は複数のストリップを適用する。
図2A及び図2Bに図示されるように、PVモジュール200a、200bは、バック保護部材としての役をするバックシート220を含む。いくつかの実施形態では、バックシート220は、ガラス、ポリマー層、強化用繊維で強化されたポリマー層(例えば、ガラス繊維、セラミック繊維、若しくはポリマー繊維)、又は木質パーティクルボードなどの電気絶縁材料である。いくつかの実施形態では、バックシート220は、ガラス又は石英のタイプを含む。ガラスは、熱的に焼き戻しすることができる。いくつかの例示的なガラス材料としては、ソーダ石灰シリカ系ガラスが挙げられる。他の実施形態では、バックシート120は、ポリマーフィルムであり、多層ポリマーフィルムを含む。バックシートの1つの市販の例は、Cybrid(Wujiang Economic Development Zone,China)からKPfバックシートフィルムの商品名にて入手可能である。バックシート220の他の例示的な構造体は、押出加工されたPTFEを含むものである。バックシート220は、屋根部材(例えば、建材一体型光起電装置(BIPV))などの建材に接続されていてもよい。他の実施形態では、バック保護部材の一部分又は全体は、LRFの機能を含むことができ、これにより、PV電池をカプセル化用材料及びバックシートと共にラミネートさせた際に、隣接したPV電池間の任意のギャップ、又はPV電池の周囲にて、エネルギ発生に使用可能な入射光を反射する。このようにして、入射光を受けるもののPV電池を備えていないモジュール上の任意の領域を、光の収集により良く利用できる。
図2A及び図2Bでは、PV電池202a〜202c上には、概ね平面で光透過性及び電気非伝導性の前側層230があり、これはまた、PV電池202a〜202cを支持する。いくつかの実施形態では、前側層230は、ガラス又は石英のタイプを含む。ガラスは、熱的に焼き戻しすることができる。いくつかの例示的なガラス材料としては、ソーダ石灰シリカ系ガラスが挙げられる。いくつかの実施形態では、前側層230は、低い鉄含有量(例えば、総鉄含有量が約0.10%未満、より好ましくは総鉄含有量が約0.08、0.07、又は0.06%未満)を有し、及び/又はその上に反射防止コーティングを有し、光透過が最適化される。他の実施形態では、前側層230は、バリア層である。いくつかの例示的なバリア層は、例えば、米国特許第7,186,465号(Bright)、同第7,276,291号(Bright)、同第5,725,909号(Shawら)、同第6,231,939号(Shawら)、同第6,975,067号(McCormickら)、同第6,203,898号(Kohlerら)、同第6,348,237号(Kohlerら)、同第7,018,713号(Padiyathら)、並びに米国特許公開第2007/0020451号及び同第2004/0241454号に記載されているものである(これらのうちの全てはその全容が本明細書に参照により組み込まれる)。
いくつかの実施形態では、PV電池202a〜202c、タビングリボン204a、204b(図2Aに示すような)、及び/又はLRF210(図2A及び図2Bに示すような)を取り囲むカプセル化用材料240が、バックシート220と前側層230との間に挟入されている。カプセル化用材料は、好適な光透過性の電気非伝導性材料で作製される。透明材料は、太陽スペクトル全体(例えば、380〜1100nm)で平均すると、少なくとも50%、又は少なくとも80%の光透過率を有する。いくつかの例示的なカプセル化用材料としては、硬化性熱硬化性樹脂、熱硬化性フルオロポリマー、アクリル、エチレンビニルアセテート(EVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリオレフィン、熱可塑性ウレタン、透明ポリビニルクロライド、及びアイオノマー(ionmers)が挙げられる。1つの例示的な市販のポリオレフィンカプセル化用材料は、3M Company(St.Paul,MN)からPO8500(登録商標)の商品名にて入手可能である。熱可塑性と熱硬化性の両方のポリオレフィンカプセル化用材料を使用可能である。
カプセル化用材料240は、PV電池202a〜202cのアレイの下部及び/又は上部に位置決めされた個別のシートの形態で提供され得、それにより、これらの構成要素は、バックシート220と前側層230との間に挟まれる。その後、ラミネート構造体を真空下で加熱し、カプセル化用材料シートを十分に液化させて周囲に流れるようにして、PV電池202a〜202cをカプセル化し、一方、同時に、バックシート220と前側層230との間の空間における空隙を充填する。冷却して、液化したカプセル化用材料を固形化させる。いくつかの実施形態では、追加でカプセル化用材料240をin situで硬化させ、透明な固形マトリックスを形成することができる。カプセル化用材料240は、バックシート220及び前側層230に接着し、積層サブアセンブリを形成する。
図3A及び図3Bは、いくつかの実施形態による、ラミネート前のPVモジュールサブアセンブリ301a、301bの一部分の断面図である。図3Aに示すPVモジュールサブアセンブリ301aは、上述のように、バックシート320及び前側層330を含む。PV電池302は、バックシート320と前側層330との間の長さLD方向及び幅WD方向に延びるマトリックスに配列される。図3Aでは、第1のカプセル化用材料層341は、PVモジュールサブアセンブリ301aの厚さ方向(図3Aにおいてz方向として示される)に沿ってバックシート320とPV電池302との間に配列される。第2のカプセル化用材料層342は、z方向に沿ってPV電池302と前側層330との間に配列される。図3Aに示すように、LRF310は、z方向に沿ってPV電池302と第1のカプセル化用材料層341との間に配列され得る。長さ方向(LD)及び幅方向(WD)において、LRF310は、PVモジュールサブアセンブリ301aの長さ方向LD及び/又は幅方向WDに沿って延びるPV電池302間に配列され得る。
図3Bに示すPVモジュールサブアセンブリ301bは、図3Aに示すPVモジュールサブアセンブリ301aと多くの点で類似している。サブアセンブリ301bは、少なくとも、LRF310がz方向に沿ってバックシート320と第1のカプセル化用材料層341との間に位置決めされるという点で、サブアセンブリ301aとは異なる。この構成では、接着剤層は、第1層310aとバックシート320との間に配置されてもよい。接着剤層は、以下でより詳細に論じられる接着剤層310dの組成を有してもよい。存在する場合、接着剤層は、LRF310をバックシート320に接着する。
以下でより詳細に論じられるように、いくつかの実施形態では、LRF310は、第1の層310a、反射性及び導電性の第2の層310b、並びに第3の層310cを含む。いくつかの実装形態では、第3の層は、反射性の第2の層の耐久性保護を提供し、及び/又は反射層を電気的に絶縁する。多くの実装形態では、第3の層は、太陽光に対して実質的に透過性である。第3の層は、例えば、約1.35〜約1.8、1.3超かつ1.5未満の屈折率を有し得る。第3の層は、熱的に寸法的に安定であり得、これにより、収縮率が、150℃で30分間加熱した場合、約2%よりも低くなる。
図3Aを参照すると、いくつかの実施形態では、接着剤層は、太陽電池302と第3層310cとの間に配置されてもよい。接着剤層は、以下でより詳細に論じられる接着剤層310dの組成を有してもよい。存在する場合、接着剤層は、ラミネート前にLRF310を太陽電池302に接着する。
図3Bを参照すると、いくつかの実施形態では、接着剤層は、第1の層310aとバックシート320との間に配置されてもよい。接着剤層は、以下でより詳細に論じられる接着剤層310dの組成を有してもよい。存在する場合、接着剤層は、ラミネート前にLRF310をバックシート320に接着する。
図3A及び図3Bは、第3層310cが太陽電池302に面する配向のLRF310を示す。いくつかの実施形態では、LRF310は、第3層310cがバックシート320に面するように反対向きに配向されてもよいと理解されよう。
図3C及び図3Dは、それぞれ、サブアセンブリ301a、301bが熱及び圧力下でラミネートされた後に形成され得るPVモジュール300c、300dの一部分を示し、LRFの第3の層は、周囲のカプセル化用材料から区別可能なままである。PVモジュール300c、300dは、バックシート320、LRF310、PV電池302、及び前側層330を含むスタックを備える。タビングリボンなどの他の構造は存在するが、図3A〜図3Dには示されていない。ラミネートプロセスは、図3A及び図3Bに示すカプセル化用材料層341及び342を液化させ、前側層330とバックシート320との間の空隙を充填する。カプセル化用材料層341、342が液化した後、層341、342を形成するカプセル化用材料の材料340が一緒に流れる。カプセル化用材料の材料340は、例えば冷却又は他のプロセスによって硬化され、固形化する。LRF310は、硬化されたカプセル化用材料340内に埋め込まれる。図3C及び図3Dに示すPVモジュール300c、300dでは、LRF310の第3層302cは、層341及び/又は342のカプセル化用材料の材料とは異なる材料で作製される。したがって、ラミネートプロセスの後、第3の層310cは、カプセル化用材料340から区別可能なままである。第3の層310cは、図3Cに示すように、太陽電池302の裏側302aと接触していてもよく、又は第3の層310cは、図3Dに示すように、カプセル化用材料340によって、太陽電池302の裏側302aから分離されていてもよい。
図3E及び図3Fは、それぞれ、サブアセンブリ301a、301bが熱及び圧力下でラミネートされた後に形成され得るPVモジュール300e、300fの一部分を示し、LRFの第3層は、ラミネート中に周囲のカプセル化用材料から区別不能になる。これらの実施形態では、カプセル化用材料層341、342として、LRF310の第3層310cに使用されるものと同じ又は非常に類似した熱活性化接着剤材料を使用してもよい。したがって、ラミネートプロセスの後、第3層310cは、カプセル化用材料340から区別不能である。図3E及び図3Fに示すように、ラミネート後、熱活性化接着剤材料は、LRFの第2層310b上に直接配置される。図3Eでは、導電性反射性第2層310bと太陽電池の導電性裏側302aとの間の距離は、約76.2μm未満、例えば、50.8μm〜12.7μmであってもよい。図3Fでは、導電性反射性第2層310bと太陽電池の導電性裏側302aとの間の距離は、76.2μm〜508μmであってもよい。図3C〜図3Fに図示されるモジュール実施形態のそれぞれでは、以下でより詳細に記載されるように、第2層310bと電池の裏302aとの間の抵抗は、100VDC印加フィールドにおいて約500ギガオームよりも大きくてもよい。
図3A及び図3Bに示されるように、PV電池とバックシートとの間にLRFを置くことは、PV電池と前側層との間又は第2のカプセル化用材料層と前側層との間にLRFを置くことと比較して、ソーラーモジュールからの電力出力を高める。PV電池302と第1のカプセル化用材料層341との間にLRF310を位置決めするのとは対照的に、バックシート320と第1のカプセル化用材料層341との間にLRFを位置決めする場合、PV電池302の受光面とLRF310の反射面との間の距離により、より幅の広いストリップのLRF310を使用することができる。LRFの反射面は、太陽スペクトルにわたって平均すると、フィルムに入射する太陽光の少なくとも50%を反射する。
図3G〜図3Iは、ラミネート後の追加の太陽電池モジュール構成を示す。これらの実施形態のそれぞれでは、太陽電池モジュール300g、300h、300iは、第1の層310aが太陽電池302に面し、第2の層310bがモジュールのバックシート320に面するLRF310を含み、これは、太陽光に対して実質的に透過性であるガラス又は他の材料であり得る。任意選択の第4層310dが含まれてもよい。いくつかの実装形態では、第4層は、接着剤層である。加えて又はあるいは、いくつかの実装形態では、第4の層の配合は、層310d及び/又は第1の層310aを紫外線劣化から保護する1つ以上の紫外線(ultraviolet radiation)(UV)劣化添加剤を含む。加えて又はあるいは、第1の層310aは、第1の層310aを紫外線劣化から保護する添加剤を含んでもよい。図3G及び図3Hでは、第3の層は、示されていないが、所望により、第1の層310aの反対側の第2の層310bの表面の上方に配置される。
図3Gは、2つの隣接する太陽電池302にわたるLRF310を示し、太陽電池302の裏側に取り付けられている。任意選択の接着剤層310dが、第1層310a上に配置されて、太陽電池302へのLRFの取り付けを容易にし、及び/又はラミネート中にLRFを定位置に保持する。第4の層310dが存在する実施形態では、第4の層は、第1の層310aを劣化から保護するように、紫外線を遮断する材料配合を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、層310dは、接着剤層、例えば、感圧性接着剤層又は熱活性化接着剤層である。接着剤層310dは、太陽光に対して実質的に透過性であってもよく、例えば、接着剤層は、380nm〜1100nmの波長に対して少なくとも50%又は少なくとも80%の透過率を有することができる。いくつかの実施形態では、接着剤層310dは、他の材料の中でも、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリオレフィン(PO)、エチレンビニルアセテート(EVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとのポリマー(THV)、エチレンテトラフルオロエチレン(ETFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリウレタン(PU)、ポリ(メチルメタクリレート(emethacrylate))(PMMA)、ポリイミド(PI)のうちの1つ以上を含んでもよい。接着剤層は、部分的に又は実質的に完全に架橋されてもよい。
図3Hは、太陽電池302とモジュール300hのバックシート320との間に配列されたLRF310を示す。LRF310は、太陽電池302の裏側から離隔しており、かつバックシート320から離隔している。図3HのLRFは、図3GのLRFよりもバックシート320から遠い。ラミネート前に、図3G及び図3Hに示すLRF310は、第1層310aの反対側の第2層310bの表面上に配置された熱活性化接着剤を含む第3層を含んでもよい。図3Hでは、ラミネート前に、第3層は、太陽電池302とバックシート320との間のバックシート320の表面上に置かれてもよい。ラミネート後、この任意選択の第3の層は、それが存在しない図3G及び図3Hによって示されるように、カプセル化用材料340から区別不能である場合がある。あるいは、図3Iに示すように、いくつかの実施形態では、第3の層310cの配合は、ラミネート後に第3の層310cをカプセル化用材料の材料340から区別可能にすることができる。
図4A及び図4Bは、それぞれ、LRF物品400a及び400bの平面図である。図4C〜図4Eは、様々な実施形態による、LRF物品400c、400d、400eの断面図である。図4A〜図4Eに示すようなLRF物品400a、400b、400c、400d、400eは、図4A〜図4E中の破線で示されるように、xy平面499に沿ってあるように延ばすことができる細長い可撓性フィルムを含んでもよい。例えば、LRF400a、400b、400c、400d、400eは、長さL及び幅Wを有する又は定義する細長いストリップとして提供され得る。
図4A及び図4Bに最もよく見られるように、LRF400a、400bのストリップは、対向する端縁部461、463及び対向する側縁部462、464で終端する。LRF400a、400bの長さLは、対向する端縁部461、463の間の直線距離として定義され、幅Wは、対向する側縁部462、464間の直線距離として定義される。長さLは幅Wよりも大きい(例えば、少なくとも約10倍超のオーダーで)。LRF400a、400bの長手方向軸は、図4A〜図4Eのx軸に沿うフィルムの長さLの方向に定義される。横軸は、図4A〜図4Eのy軸であり、x軸に直交し、幅Wの方向に定義される。いくつかの実施形態では、長手方向(x)軸及び横(y)軸はまた、受け入れられたフィルム製造規則に従って、ウェブ(又は機械)及びクロスウェブ軸又は方向としてそれぞれ見ることができる。稜線の高さは、一次軸に沿った位置で変化し得る。
LRF物品400a、400b、400c、400d、400eは、可撓性であり、ロール形式で提供されてもよい。LRFは、予想された最終用途に適切な様々な幅及び/又は長さを有することができる。例えば、太陽電池モジュール最終用途で有用ないくつかの実施形態では、LRF物品は、いくつかの実施形態では、約15.25cm(6inch)以下、又はいくつかの実施形態では、4mm以下の幅Wを有することができる。
図4C〜図4Eの断面図に最もよく見られるように、LRF400c、400d、400eは、第1の主面413(LRFの第1の主面であってもよい)と、構造化された第2の主面414とを有する第1の層410を含むことができる。フィルム400a、400b、400c、400d、400eが延ばされる場合、第1の主面413は、図4A〜図4Eに示すように、xy平面499に実質的に沿ってあってもよい。第1の層410は、第2の主面414に構造450の配列を含む。構造450は、第1の主面413から離れるように突出する。微細構造450の配列は、第1の層410の自然な表面粗さ又は他の自然な特徴とは異なるパターンを有する。微細構造450の配列は、連続的であっても不連続であってもよく、繰り返しパターン、非繰り返しパターン、ランダムパターンなどを含むことができる。
構造450は、実質的に三角形のプリズム形状を画定してもよく、これは、プリズムの対応する断面積における最も大きな内接三角形の面積の90%〜110%の断面積を有するプリズム形状を指す。実質的に三角形のプリズム形状は、わずかに丸みがあるファセットを有してもよい。本明細書にて開示されるように、ファセットの長さは、プリズムの断面内に内接され得る最も大きな三角形の隣接頂点間の最短距離であり、頂点のうちの1つは、ピーク頂点である。図示される実質的に三角形のプリズム形状は、図4Cに示されるように、少なくとも2つのファセット451、452を画定する。第1のファセット451及び第2のファセット452は、z軸に沿って第1層410の第1の表面413から離れて延び、かつy軸に沿って互いに向かって延びて、概ねx軸に沿って稜線474として延びる山部454を形成する。プリズム450は、反射性であるか、又は図示のように、プリズム450に適合する反射層420を追加することによって反射性化される。反射性化プリズム450は、非集束であり、反射面498にあたる太陽光の少なくともいくらかを、反射光が内部全反射を受け、吸収のために太陽電池に向かって再び反射されるような角度で、空気−モジュール界面(図示せず)に向かって方向転換するように構成されている。
構造450の三角形は、対称(実質的に等しいファセット長さ及びファセット角を有する)であってもよく、又は非対称(等しくないファセット長さ及びファセット角を有する)であってもよい。いくつかの実施形態では、ファセット451、452の長さは、実質的に等しい。あるいは、以下でより詳細に開示されるように、ファセットの長さは、少なくとも10%異なってもよく、及び/又はファセット角は、少なくとも5度異なってもよい。
いくつかの実施形態では、構造450は、図4A及び図4Bに示すように、稜線474、及び稜線474の間の対応する溝475を形成する1組の細長い山部を形成する。例えば、図4C〜図4Eの断面図に示すように、稜線474を形成する山部454(図4A及び図4B参照)は、溝475を形成する谷部455からz軸に沿って突出してもよい(図4A及び図4B参照)。微細構造の高さ(H)は、微細構造450の谷部455から山部454までのz軸に沿った距離である。
いくつかの実施形態では、山部454は、約110〜約130度のピーク角を画定することができる。いくつかの例では、ピーク角は、約115度、約120度、又は約125度であってもよい。微細構造450の各々の山部454は、図示を容易にするために鋭いカドとして図4C〜図4Eに示されるが、他の実施形態では、山部454’’のうちの1つ以上は、図4GのLRF400gに図示されるように、丸めることができる。加えて又はあるいは、構造450’’’のファセット451’’’、452’’’は、図4Hに示すように、わずかに曲げることができる。
図4Aに最もよく見られるように、稜線474を形成する山部454は、LRFの長手方向軸に平行な一次軸に沿ってあってもよい。図4Bに示すように、細長い山部454は、参照により本明細書に組み込まれる同一所有者の米国特許出願公開第20170104121号により詳細に論じられるように、LRFの長手方向軸(図4Bのx軸)に対して斜角(α)をなす一次軸497に沿ってある稜線474を形成してもよい。
第1の層410は、図4Cに図示されるような単一のモノリシック層構造、又は図4D及び図4Eに示すような多層構造であってもよい。第1の層410は、ポリマー材料を含んでもよい。広範囲のポリマー材料が、第1の層410を調製するのに好適である。好適なポリマー材料の例としては、セルロースアセテートブチレート;セルロースアセテートプロピオネート;セルローストリアセテート;ポリメチルメタクリレートなどのポリ(メタ)アクリレート;ポリエチレンテレフタレート及びポリエチレンナフタレートなどのポリエステル;ナフタレンジカルボン酸系のコポリマー又はブレンド;ポリエーテルスルホン;ポリウレタン;ポリカーボネート;ポリビニルクロライド;シンジオタクチックポリスチレン;環状オレフィンコポリマー;シリコーン系材料;並びにポリエチレン及びポリプロピレンを含むポリオレフィン;並びにこれらのブレンドが挙げられる。第1の層410に対して特に好適なポリマー材料は、ポリオレフィン及びポリエステルである。いくつかの実施形態では、第1の層410は、導電性であり、金属フィルムを含んでもよい。
図4Cに示されるように、LRFの総厚さ(T)は、約25.4μm(1mil)〜約203.2μm(8mil)であってもよい。第1の層410は、約12.7μm(0.5mil)〜約127μm(5mil)の第1の主面413から微細構造谷部455の底部までの厚さ(T11)及び約17.7μm(0.7mil)〜約147μm(5.8mil)の第1の層410の第1の主面413から山部の頂部までの厚さ(T12)を有してもよい。谷部455から山部454までの微細構造の高さ(H)は、約5μm〜約20μm、又は約1μm〜約25μmであってよい。
第1の層410は、図4D及び図4Eに示すような多層構造であってもよい。図4D及び図4Eは、第1の副層411(ベース層と称される)と、第2の副層412(構造化層と称される)とを含む、多層の第1の層410を図示する。ベース層411は、図示のように、2つの実質的に平行な反対側の主面411a、411bを有してもよい。構造化層412は、上述のように、微細構造450を含む。ベース層411及び/又は構造化層412は、図4Cのモノリシックの第1の層410に関連して前述したような広範囲の材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ベース層411及び構造化層412は、同一の材料で作製される。他の実施形態では、ベース層411及び構造化層412は、異なる材料で作製される。例えば、いくつかの実施形態では、ベース層411の材料は、ポリエステルであり、構造化層412の材料は、ポリ(メタ)アクリレートである。いくつかの実施形態では、微細構造層412は、導電性材料を含んでもよく、ベース層411は、非導電層を含んでもよい。いくつかの実施形態では、微細構造層412は、非導電性材料を含んでもよく、ベース層411は、導電層を含んでもよい。
図4Dに示されるように、第1の副層411は、約12.7μm(0.5mil)〜約127.0μm(5mil)の厚さ(T13)を有してもよい。第2の副層412は、第2の副層の構造が、約5μm〜約20μmの谷部455から山部454までの高さ(H)と、0〜約2μmの構造450の谷部455と第1の副層411の表面411bとの間のランド部412aのランド部厚さ(T15)とを有するように、約5μm〜約20μmの厚さ(T14)を有してもよい。第1の副層411及び第2の副層412を含む第1の層410の総厚(T16)は、約17.7μm〜約147μm、又は約12μm〜約100μmであってもよい。
LRF400c、400d、400eは、太陽光を方向転換するように構成された反射面498を含む。図4C〜図4Eに示す実施形態では、反射面498は、構造450の上方に配設された第2層420の外面である。いくつかの実施形態では、図4Cに示すように、第2の層420は、構造450上に直接配置される。あるいは、第2の層は、第1の層の上方に配置することができ、1つ以上の追加の層を第1の層と第2の層との間に配列することができる。
いくつかの実施形態では、第1の層は、太陽光に対して反射性の表面を含んでもよい。これらの実施形態では、光学反射性の第2の層420は、使用されなくてもよい。例えば、単一のモノリシックの第1の層又は第1の層の構造化された副層が反射性材料で作製される場合、第2の層420は必要とされない場合がある。
使用する場合、反射性の第2の層420は、金属、無機材料、又は有機材料などの光を反射するのに適切な様々な形態をとることができる。いくつかの実施形態では、反射層420は、ミラーコーティングである。反射層420は、入射太陽光の反射性を提供でき、したがって、入射光のいくらかが微細構造450のポリマー材料に入射するのを防止することができる。任意の所望の反射コーティング又はミラーコーティングの厚さは、例えば、約30〜約100nm、任意選択で約35〜約60nmのオーダーで使用可能である。いくつかの例示的な厚さは、光学濃度又は透過率パーセントで測定される。より厚いコーティングは、より多くの紫外線が微細構造450に進行するのを防止し得る。しかし、厚すぎるコーティング又は層により、第2層420内の応力の増大を引き起こし、望ましくない亀裂をもたらし得る。金属コーティングが反射層420に使用される場合、コーティングは、銀、アルミニウム、スズ、スズ合金、又はこれらの組み合わせであってもよい。任意の好適な金属コーティングを使用することができる。一般に、よく理解された手順を用いて、金属層を蒸着によって被覆させる。
反射層420に使用され得るいくつかの例示的な無機材料としては、(これらに限定されないが)、酸化物(例えば、SiO、TiO、Al、Taなど)及びフッ化物(例えば、MgF、LaF、AlFなど)が挙げられる。いくつかの実施形態では、第2の層420は、単一のモノリシック層であってもよい。あるいは、第2の層は、多層構造であってもよい。例えば、上述の酸化物及び/又はフッ化物(又は他の材料)を交互層に形成して、広帯域反射体としての使用に好適な反射干渉コーティングを提供することができる。例えば、交互層は、異なる屈折率又は他の交互の特性を有し得る。交互の酸化物層又はフッ化物層(例えば、酸化物SiO、TiO、Al、Taなど、及びフッ化物、例えば、MgF、LaF、AlFなど)を使用して、多層干渉コーティングを形成することができる。金属とは異なり、これらの層状の反射体は、太陽電池に有益ではない波長を、例えば透過できるようにし得る。反射層420に使用され得るいくつかの例示的な有機材料としては、(これらに限定されないが)、広帯域反射体としての使用に好適な層状の干渉コーティングに形成することもできるアクリル及び他のポリマーが挙げられる。有機材料は、ナノ粒子で改変することができるか、又は無機材料との組み合わせで使用できる。
反射層420が金属コーティングである(及び任意選択で反射層420の他の構造を備えた)実施形態では、微細構造450は、対応する山部が丸められるように構成することができる。丸みがある山部の上に金属の層を堆積させることは、鋭い山部の上に堆積させることよりも容易である。また、山部が鋭い(例えば、点になる)場合、鋭い山部を金属の層で適切に覆うことが困難な場合がある。このことは、それにより、金属が少ししか存在しないか又は全く存在しない山部に、「ピンホール」をもたらす場合がある。これらのピンホールは、光を反射しないだけでなく、微細構造のポリマー材料へ太陽光が通過することを可能とし、場合により、微細構造の経時劣化を引き起こす場合がある。任意選択の丸みがある山部構造では、山部は、被覆がより容易であり、ピンホールのリスクを低減又は排除する。更に、丸みがある山部フィルムは、容易に取り扱え、処理ステップ中、出荷ステップ中、変換ステップ中、又は他の取り扱いステップ中に、さもなければ損傷を受けやすいはずの鋭い山部は存在しない。
図4C〜図4Eの断面図に最もよく見られるように、LRF400c、400d、400eは、反射面498の上方に配置された第3の層430を含む。いくつかの実施形態では、第3の層430は、反射面498上に直接配置されてもよく、他の実施形態では、1つ以上の層(図示せず)が、第3の層430と反射面498との間に配列されてもよい。
通常、例えば、PETなどの半結晶構造を有する電気絶縁層は、LRFがPVモジュール内の(PV電池とバックシートとの間に挟まれた)図2Bに図示される場所に位置決めされたときに、PV電池と導電性の第2層との間に十分な電気絶縁を提供することが求められている。
しかしながら、本明細書にて開示されたアプローチは、予期せぬ結果を提供する第3の層材料を有するLRF構造の使用に関し、LRFの電気絶縁特性、接着特性、及び/又は光学特性に関して技術的困難を克服することによって、PVモジュールの技術を前進させる。本明細書にて開示された材料は、強化された太陽電池モジュールエネルギ変換及び太陽電池モジュールの簡略化された製作の両方を提供する。
開示された第3の層430は、電気的短絡をもたらすPVモジュールのラミネート中の実質的な移動を防止するように、反射面498に十分に接着する。開示されたLRFの第3層は、PV電池402の金属被覆と金属反射層420との間に十分な電気絶縁抵抗が維持されるように、ラミネート中の変形をほとんど呈さないか、又は全く呈さない場合がある。電気絶縁層を提供する目的を達成するために、体積抵抗率が高い材料を選択し、層厚さを決定して適切な電気絶縁を提供した。第3の層430は、太陽光に対して実質的に光学的に透明であってもよく(太陽スペクトルにわたって平均すると、少なくとも50%の透過率を有する)、反射面LRFによって許容可能な太陽光反射率を提供することができる。第3の層が太陽光に対して光透過性である実施形態では、第3の層の材料の配合は、光劣化安定化を促進して、光に対するLRFの劣化を低減することができ、及び/又は紫外線の吸収を提供することができる。
第3の層430は、硬化性材料で作製することができる。第3の層430の材料は、反射面への接着を促進し、光劣化安定化を提供し、及び/又は紫外線吸収を提供する添加剤を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第3の層は、熱活性化接着剤を含む。いくつかの実施形態では、第3の層430は、コーティングであってもよい。第3の層430は、部分的に架橋されている、又は実質的に完全に架橋されているポリマー材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第3の層の材料の硬化性構成要素は、熱活性化接着剤、例えば、熱硬化性接着剤又は熱可塑性接着剤である。いくつかの実施形態によれば、第3の層430は、190℃で2.16kg重量で実施されるASTM D1238を使用して測定したときに、約0.1〜8g/10分又は0.1〜12g/10分のメルトフローインデックスを有してもよい。様々な実施形態では、第3の層の材料は、エチレンビニルアセテート、ポリエチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、及び/若しくはシリコーンゴムなどの熱硬化性接着剤であってもよく、又はこれらを含んでもよい。
例えば、第3の層430に用いられる接着剤は、例えば、熱、化学反応(例えば、2成分エポキシ)、及び/又は電子ビーム若しくは紫外線による照射によって硬化するポリマーであってもよい。硬化されると、第3の層の材料は、架橋によってプラスチック又はゴムに変換され、ポリマーの個々の鎖の間に結合を形成する。ポリエチレン樹脂、エチルビニルアセテート(EVA)、ポリウレタン、アクリレート、及び2成分シリコーンは、第3の層430の材料に好適な材料の例である。
第3の層の配合は、剥離接着力を増加させる添加剤を含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態では、第3の層430の材料配合は、約8グラム/インチよりも大きい、反射面498からの剥離接着力を提供することができる。いくつかの実施形態では、第3の層の反射面498への接着力は、0.5N/cmよりも大きい。例えば、接着添加剤は、Dow Chemical(Midland,MI)から入手可能なAmplify(商標)1052などの無水マレイン酸グラフトポリマーを含んでもよい。
いくつかの構成では、PVモジュール及びLRFは、太陽光が第3の層430を通って、太陽光が反射される反射面498に透過されるように配列される。したがって、第3の層430を通る太陽光の透過は、LRFの全反射率に影響を及ぼす。LRFの反射率は高いことが望ましい。第3の層の材料は、LRFの光学的劣化を低減する光劣化安定化添加剤を含んでもよい。第3の層の材料は、紫外線を吸収する紫外線吸収剤添加剤を含んでもよく、それによって、有害な紫外線が、LRF上の電気絶縁層を劣化させることを防止する。光安定化添加剤及び/又は紫外線吸収剤添加剤に好適な材料としては、他の添加剤の中でも、BASF(Florham Park,NJ)から入手可能なChimmasorb(登録商標)81などのベンゾフェノン系の紫外線吸収剤、及びBASF(Florham Park,NJ)から入手可能なTinuvin(登録商標)622などのヒンダードアミン光安定剤が挙げられる。本明細書に開示される第3の層430の配合は、約77%よりも大きい、LRFのコーティングされたアルミニウムの第2の層420からの太陽光(380nm〜約1100nmの波長範囲を有する)の反射率を提供することができる。
図4Cに図示されるように、第3の層430は、約12.7μm〜約101.6μmの微細構造の山部454における第2の層420とLRFの第2の主面415との間の厚さ(T31)、及び約17.7μm〜約121.6μmの微細構造の谷部455における第2の層420とLRFの第2の主面415との間の厚さ(T32)を有し得る。いくつかの実施形態では、第3の層430は、10〜200μmの厚さ(T32)を有し得る。
いくつかの実施形態では、第3の層430は、図4C及び図4DのLRF400c、400dに示すように、単層構造を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第3の層430は、図4EのLRF400eの断面に示すように、第1の副層431及び第2の副層432を含む、多層構造を含み得る。第3の層430の第2の副層432は、図4C及び図4Dの層430に関して上述したものと同じ材料を含んでもよい。例えば、第2の副層432は、熱活性化接着剤層であってもよく、又は熱活性化接着剤を含んでもよい。例えば、第3の層430は、他の材料の中でも、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリオレフィン(PO)、エチレンビニルアセテート(EVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとのポリマー(THV)、エチレンテトラフルオロエチレン(ETFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリウレタン(PU)、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)、ポリイミド(PI)のうちの1つ以上を含むことができ含んでもよい。
いくつかの実施形態では、第3の層430の第1の副層431は、他のポリマー材料の中でも、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリマー材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第1の副層431は、SiOxなどの酸化物の層、又は酸化物を含む層であってもよい。図4Eに示すように、第1の副層431は、反射面498の上方に又はその上に直接配置されてもよく、第2の副層432よりも実質的に薄くてもよい。例えば、図4Eに図示されるように、第3の層430の第1の副層431は、20〜100nmの厚さを有し得る。例えば、微細構造山部454における第1の副層431とLRFの第2の主面415との間の第2の副層432の厚さ(T33)は、第1の副層431の厚さよりも100〜6000倍大きくてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、第1の副層431の厚さは、約20nm〜約100nmであってもよい。
第1の副層431は、第2の副層432の体積電気抵抗率よりも高い体積電気抵抗率を有し得る。例えば、第1の副層431の体積電気抵抗率は、第2の副層432の体積電気抵抗率よりも10、100、又は1000倍大きくてもよい。あるいは、第2の副層432は、第1の副層431の体積電気抵抗率よりも10、100、又は1000倍大きくてもよい。これは、副層432の材料の選択に依存する。
いくつかの実施形態によれば、第1の副層431の屈折率は、第2の副層432の屈折率と異なってもよい。いくつかの実施形態では、第1及び第2の副層431、432は、実質的に屈折率が一致していてもよい。例えば、第1の副層431の屈折率は、第2の副層432の屈折率以下であってもよい。いくつかの実施形態では、第1の副層431の屈折率は、第2の副層432の屈折率から20%、10%以内、又は5%以内であってもよい。
いくつかの実施形態では、LRFの第3層430は、上記のように第1の副層431を含んでもよく、第3の層の第2の副層は含まれない。例えば、第1の副層431は、酸化物層、例えば、SiOxである層、又は第2の副層を有さないSiOxを含む層であってもよく、又はこれを含んでもよい。このような配列は、LRFが太陽電池モジュールのバックシート上に配置され、導電性の第2の層420と太陽電池の裏側との間に比較的厚いカプセル化用材料領域を提供する場合に、特に有用である。
PVモジュールでは、図4C〜図4Eの実施形態に示す第3の副層430は、太陽電池の金属被覆から反射性コーティング420を電気的に絶縁する。第3の副層430によって提供される電気絶縁は、PV電池の金属被覆と導電性の第2の層420との間の短絡を低減又は防止するのに十分である。例えば、以下に記載される試験セットアップに従って測定したときに、第3の副層430は、100VDC印加フィールドにおいて、PV電池402の金属被覆とLRFの導電層420との間に、少なくとも500ギガオームの抵抗を提供する。
いくつかの実施形態では、LRFは、所望により、第1の層410の第1の主面413に適用された(例えば、コーティングされた)接着剤層470を含んでもよい。接着剤層470は、様々な形態をとることができる。例えば、接着剤層470の接着剤は、エチレンビニルアセテートポリマー(EVA)などのホットメルト接着剤であり得る。他のタイプの好適なホットメルト接着剤としては、ポリオレフィンが挙げられる。他の実施形態では、接着剤層102の接着剤は、感圧性接着剤(PSA)である。好適なタイプのPSAとしては、アクリレート、シリコーン、ポリイソブチレン、尿素樹脂、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、PSAはアクリルPSA又はアクリレートPSAである。本明細書において用いる場合、用語「アクリル」又は「アクリレート」は、アクリル基又はメタクリル基のうちの少なくとも1つを有する化合物を含む。有用なアクリルPSAは、例えば、少なくとも2つの異なるモノマー(第1及び第2のモノマー)を組み合わせて作製することができる。例示的な好適な第1のモノマーの例としては、2−メチルブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、n−デシルアクリレート、4−メチル−2−ペンチルアクリレート、イソアミルアクリレート、sec−ブチルアクリレート、及びイソノニルアクリレートが挙げられる。例示的な好適な第2のモノマーの例としては、(メタ)アクリル酸(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、及びフマル酸)、(メタ)アクリルアミド(例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N−ヒドロキシエチルアクリルアミド、N−オクチルアクリルアミド、N−t−ブチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,Nジエチルアクリルアミド、及びN−エチル−N−ジヒドロキシエチルアクリルアミド)、(メタ)アクリレート(例えば、2−ヒドロキシエチルアクリレート若しくはメタクリレート、シクロヘキシルアクリレート、t−ブチルアクリレート、又はイソボルニルアクリレート)、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、αーオレフィン、ビニルエーテル、アリルエーテル、スチレン性モノマー、又はマレエートが挙げられる。アクリルPSAは配合に架橋剤を含有させて作製してもよい。
いくつかの実施形態では、接着剤層470は、他の材料の中でも、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリオレフィン(PO)、エチレンビニルアセテート(EVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとのポリマー(THV)、エチレンテトラフルオロエチレン(ETFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリウレタン(PU)、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)、ポリイミド(PI)のうちの1つ以上を含んでもよい。接着剤層470は、部分的に又は実質的に完全に架橋されてもよい。接着剤層470は、太陽光に対して実質的に透過性であってもよく、例えば、接着剤層は、380nm〜1100nmの波長に対して少なくとも50%又は少なくとも80%の透過率を有することができる。
いくつかの実施形態では、接着剤層470は、予想される最終用途表面(例えば、PVモジュールのタビングリボン)に最適に結合するように配合されてもよい。図示されていないが、LRFは、第1の層410の反対側の接着剤層470上に配置された当技術分野において既知の剥離ライナーを更に含むことができる。提供された場合、剥離ライナーは、LRFを表面に適用する前に接着剤層470を保護する(すなわち、剥離ライナーを除去して、最終用途を意図される表面に結合するために接着剤層470を露出する)。
いくつかの実施形態では、接着剤層470は、ガラスに接着するように配合することができる。これは、バックシートがガラスである太陽電池モジュール構造において有用であり得る。配合は、接着剤層470を保護するだけでなく、層410も保護する紫外線保護添加剤を含むように更に改変することができる。
LRFの構造体は、一般に、フィルムに微細構造を付与することを伴う。様々な実施形態では、第1の層410は、単一のモノリシック層(図4Cに図示されるような)又は二層(図4D及び図4Eに図示されるような)であってもよく、ベース層411及び微細構造層412は、同じ組成又は異なる組成を含む。いくつかの実施形態では、微細構造層412は、(例えば、構造化層として)個別に調製され、ベース層411にラミネートされる。このラミネートは、熱、熱及び圧力の組み合わせ、又は接着剤の使用によって行うことができる。更にその他の実施形態では、微細構造450は、クリンプ加工、ローレット切り、エンボス加工、押出加工などによって第1の層410に形成される。他の実施形態では、微細構造450の形成は、マイクロ複製によって行うことができる。
微細構造450のマイクロ複製を行う1つの製造技術は、第1の副層である層411から離隔した適切に構築されたマイクロ複製成形ツール(例えば、ワークピース又はロール)を用いて、第2の副層412上に微細構造450を形成することである。例えば、硬化性又は溶融ポリマー材料をマイクロ複製成形ツールに対してキャストすることができ、硬化又は冷却させ、成形ツール中で微細構造化層を形成することができる。次いで、この層は、型の中にて、上記のようにポリマーフィルム(例えば、第1の副層411)に接着することができる。本プロセスの変形形態では、マイクロ複製成形ツール内の溶融又は硬化性ポリマー材料をフィルム(例えば、第1の副層411)に接触させ、次いで、硬化又は冷却させることができる。硬化又は冷却のプロセスでは、マイクロ複製成形ツール内のポリマー材料は、フィルムに接着可能である。マイクロ複製成形ツールの除去後得られた構造体は、第1の副層411と、凸状構造450を含む構造化された第2の副層412とを含む。いくつかの実施形態では、構造450(又は微細構造化層)は、(メタ)アクリレートなどの放射線硬化性材料から調製され、成形材料(例えば、(メタ)アクリレート)は、化学線への曝露により硬化される。
適切なマイクロ複製成形ツールは、フライカッティングシステム及び方法により形成することができ、その例は、米国特許第8,443,704号(Burkeら)及び米国特許公開第2009/0038450号(Campbellら)に記載されており、これらの各々の教示の全容が、参照により本明細書に組み込まれる。典型的には、フライカッティングにおいて、回転ヘッド又はハブの周辺部に位置決めされた、シャンク又はツールホルダー上に取り付けられたか又はその中に組み込まれた、ダイヤモンドなどの切削要素が使用され、次いで、溝又は他の特徴が機械加工される工作物の表面に対して、位置決めされる。フライカッティングは、不連続な切削動作であり、各切削要素は、一定時間工作物と接触し、次いで、一定時間工作物と接触せず、その間に、フライカッティングヘッドが、その切削要素を、これが工作物と再び接触するまで、円周の残りの部分を通って回転することを意味する。米国特許第8,443,704号及び米国特許公開第2009/0038450号に記載されている技術は、円筒の重心軸に対して、ある角度で円筒形工作物又はマイクロ複製成形ツールに微細溝を形成でき、次いで、本開示の光方向転換フィルム及び物品のいくつかの実施形態を形成する際に、円筒を接線方向に横切るフィルムの長手方向軸に対して、バイアスした又は斜めの微細構造を生成するように、微細溝を配置することが望ましい。(個別の切削動作で、漸進的又は漸増的に完全な微細溝を形成する)フライカッティング技術は、その長さに沿った微細溝の面のうちの1つ以上にわずかな変形形態を付与することができ、これらの変形形態は、微細溝によって、ひいては微細構造450に付与された反射層420によって生成された微細構造450の対応する面又はファセット451、452に付与される。変形形態への光入射は、拡散される。以下にて更に詳細に記載するように、この任意選択の特徴が、PVモジュール構造体の一部として、LRFの性能を有利に改善させ得る。
図4A及び図4Bに戻ると、構造450の連続的な細長い形状は、構造450のそれぞれに対して一次軸を確立する(例えば、各個々の構造450は一次軸を有する)。構造450のうちの任意の特定の1つの一次軸は、全ての場所において、特定の構造450に沿って、構造の対応する断面形状の重心を二等分してもしなくてもよいと理解されるであろう。特定の構造450の断面形状が、例えば、図4A及び図4Bに示すように、LRFにわたって実質的に均一(例えば、真に均一な配列の5%以内)である場合、対応する一次軸は、全ての場所において、その長さに沿って断面形状の重心を二等分するであろう。逆に、断面形状が、LRFにわたって実質的に均一でない場合、構造450の対応する一次軸は、全ての場所において、断面形状の重心を二等分しなくてもよい。例えば、図4Fは、代替的光方向転換フィルム400fの簡略平面図であり、本開示の原理に従う、別の微細構造450’構成を一般的に図示している。構造450’は、ファセット451’、452’及び山部454’のうちの1つ以上の変形形態を伴う、LRF400fにわたって延びる「波形」形状を有する。微細構造450’の細長い形状によって生成された一次軸はまた、識別され、LRF400fの長手方向軸に対して斜めであり、長手方向軸に対して角度Bを形成する。より一般的に言って、構造450’のうちの任意の特定の1つの一次軸は、LRFにわたって延びた細長い形状の重心に最も適合する直線である。波形形状は、山部の位置を一次軸に沿って変化させる。いくつかの実施形態では、構造450、450’の高さは、構造がLRFにわたって延びるとき、高さ軸に沿って変化してもよい。いくつかの実施形態では、山部の位置は、一次軸に沿って変化し、構造の高さは、高さ軸に沿って変化する。
全ての一次軸が実質的に互いに平行(例えば、真に平行な関係の5%以内)になるように、微細構造450、450’は、少なくとも形状及び配向の観点で、実質的にお互いに同一(例えば、真に同一な関係の5%以内)であってもよい。構造が実質的に平行である場合、微細構造のピッチは、2つの隣接する構造の長手方向軸間の距離として説明することができる。微細構造間のピッチは、一定であってもよく、又はLRFにわたって変化してもよい。
あるいは、他の実施形態では、一次軸のうちの1つ以上が、1つ以上の他の一次軸と実質的に平行になり得ないように、微細構造450、450’のいくつかは、形状及び配向のうちの少なくとも1つの観点で、他の微細構造450、450’と変えることができる。いくつかの実施形態では、LRFで提供される少なくとも大部分の微細構造の一次軸は、LRFの長手方向軸に対して斜めであり、更に別の実施形態では、LRFで提供される全ての微細構造の一次軸は、長手方向軸Xに対して斜めである。あるいは、長手方向軸と少なくとも1つの微細構造の一次軸との間の角度は、図4B及び図4Fに示すように、バイアス角を定義する。バイアス角Bは、1度〜90度の範囲、あるいは20度〜70度の範囲、あるいは70度〜90度の範囲である。バイアス角Bは、LRFの長手方向軸から時計回りに、又は長手方向軸から反時計回りに測定され得るという点に留意すべきである。本出願全体を通しての議論では、簡単にするために正のバイアス角について記載する。
本開示のLRF物品は、様々な幅及び長さで提供され得る。いくつかの実施形態では、LRFは、ロール形式で提供されてもよく、ロール形式では、予想された最終用途に適切な様々な幅Wを有することができる。例えば、LRFのロールは、いくつかの実施形態では、約15.25cm(6inch)以下、又はいくつかの実施形態では、7mm以下の幅Wを有することができる。
実施例
以下に記載のように、いくつかのLRF物品を準備し、試験した。ホットメルト混合/コーティングシステムを使用して、各サンプルを製作した。
実施例1:
第1の実験では、図4Dに示す一般構造を有するロット1〜11として識別された11個のLRF物品を製作した。表1は、第3の層430の構成化合物を提供する。表1の第1の列は、LRF物品(ロット1〜11)を示す。第2の列は、反射率試験ASTM E903を使用して測定したときの、太陽光に対するLRFの反射率を提供する。第3及び第4の列は、それぞれ、第3の層430の一次構成要素材料及び一次構成要素の重量パーセントを示す。第5及び第6の列は、それぞれ、第3の層430の二次構成要素材料及び第2の構成要素の重量パーセントを示す。第2の構成要素は、第3の層430の剥離接着力を増加させるために含まれる添加剤である。第7の列は、以下の修正を加えたASTM D3330,14.試験方法Dセクション14.1を使用して試験したときの、第3の層430の剥離接着力を提供する。
● サンプルを1インチ(25.4mm)幅に切断した。
● ハンドル用に折りたたまれたテープを最初の1/2インチ又は接着剤材料に添付した
● サンプルの上方に接着剤引き剥がし高さを1/2インチ(±1/8インチ)確保する
● 剥離の開始時の張力を確実にするために剥離試験機を寸動させる
● 平均遅延1秒で剥離試験を開始する
● 毎分18インチの速度での剥離についての20秒間の剥離強度を平均する
● 全ての材料を順応させ、73F 50%RHで試験する。
Figure 2021511685
ロット9及び11は、特に良好な反射率値を示したことが理解されよう。LRFのロット11は、ロット9よりも良好な剥離接着力値を示し、追加の電気試験を受けた結果を表2に示す。表2は、ASTM D257によって測定されたロット11のLRFの2つのサンプルの体積抵抗率及び抵抗値を示す。表2の第1の列は、測定されたロット11の2つのサンプルを示す。表2の第2の列は、厚さ及びプローブ寸法によるサンプルの体積抵抗率を示す。表2の第3の列は、サンプルの実際の計算された抵抗を提供する。
Figure 2021511685
電気抵抗試験セットアップ:構成要素が、図5に示すように組み立てられラミネートされている場合、LRF物品の電気抵抗値は、信頼性高く繰り返し測定可能であることが示されており、LRF物品530は、2つの5mmのPVバスストリップ521、522の間に配置される。次いで、第1及び第2のバスストリップ521、522の間で電気抵抗が測定される。PVバスストリップ521、522は、PVモジュールのラミネート540から外に延びて、電気測定点を提供する。許容可能な構造において予想される典型的な測定値は、テラオームの範囲(1×10E12)である。これらの抵抗測定値を有する材料は、電気絶縁性であると考えられる。PVモジュールは、図6A及び図6Bに示すように、2つの構成で構築された。図6Aに示す第1のモジュール構成では、LRF530は、図6Aに示すように、PV電池の裏に適用される。図6Bに示す第2のモジュール構成では、LRF530は、図6Bに示すように、バックシートに適用される。
ロット11のLRFのサンプルを電気的に特性評価した。試験モジュールの電気的特性評価の結果を表3に示す。表3の第1の列は、試験モジュールを示す。表3の第2の列は、試験モジュールの構造詳細を提供する。いくつかのサンプルでは、取り付け用テープの断片全部をLRFにわたって使用した。他のサンプルでは、タブと称される、より小さな断片の取り付け用テーパでLRFを取り付けた。試験モジュールの開回路電圧(Voc)を表3の第3の列に示し、試験モジュールの短絡電流(Isc)を表3の第4の列に示し、試験モジュールの最大電力出力(Pmax)を表3の第5の列に示す。表3の第6の列では、最大電力出力はまた、LRFを含まない対照モジュールと比較した、試験モジュールのパーセンテージゲインに関しても表された。
Figure 2021511685
実施例2:
第2の実験では、図4Dに示す一般構造を有するロット1〜13として識別された13個のLRF物品を製作した。表4は、これらのロットについての第3の層430の構成化合物を提供する。表4の第1の列は、LRF物品1〜13示す。第2及び第3の列は、それぞれ、第3の層430の一次構成要素材料及び一次構成要素の重量パーセントを示す。第4及び第5の列は、それぞれ、第3の層430の第2の構成要素材料及び第2の構成要素の重量パーセントを示す。第2の構成要素を添加して、LRFの第3の層430の剥離接着力を強化した。表4の第6及び第7の列は、それぞれ、第3の層430の第3の構成要素材料及び第3の構成要素の重量パーセントを示す。表4の第8及び第9の列は、それぞれ、第3の層430の第4の構成要素材料及び第4の構成要素の重量パーセントを示す。第3及び第4の構成要素は、第3の層の光学品質を向上させる。表4に示す第3の構成要素は紫外線吸収剤であり、表4に示す第4の構成要素は、第3の層の材料を光学的に安定化させるヒンダードアミン光安定剤である。
Figure 2021511685
前述の試験セットアップを使用して、ロット1〜13を抵抗について試験した。抵抗は、Fluke Volt Ohm Meter(VOMeter)、Keithley 2400 Source Meter Unit、及びQuadtech 1868Dを使用して、100VDCの電圧をLRFにわたって印加して測定した。抵抗測定値を表5に示す。
Figure 2021511685
表5の第1の列は、試験したLRFのロット1〜13を示す。表5の第2の列は、試験した各ロットからのサンプルを示す。列3は、Fluke VOMeterを使用して得られた抵抗測定値を提供し、列4は、Keithly 2400 SMUを使用して得られた抵抗測定値を提供し、列5は、Quadtech 1868D megaohmeterを使用して得られた抵抗測定値を提供する。抵抗測定値の差は、異なる器具によって印加される電圧に起因するものであった。(Fluke VOMは9V電池電源を有し、Keithley 2400 SMUは21V電源を使用し、Quadtech 1868は100V電源を使用している。)Quadtech 1868の故障光インジケータが点灯する場合、障害が発生しており、この点灯は、100Vで検出された電流が2ミリアンペアを超えていることを意味する。
表6は、LRFロット1〜13の厚さ(列10)及び平均剥離接着力測定値(列11)を提供し、列1〜9は、表4と同じである。
Figure 2021511685
ロット10及び11は、良好な剥離接着力特性を示し、また電気絶縁試験に対しても良好であった。
実施例3:
2成分シリコーンゴム材料である、Wacker Chemie AG(Munich,Germany)から入手可能なWACKER SilGel(登録商標)もまた、LRFの第3の層(図4Dに示すような要素430)として評価した。1.0の成分Bに対して1.5の成分Aを使用してコーティング溶液を作製した。この材料を250mLのプラスチック製ビーカー内で1分間撹拌して、組成物を十分に混合した。次いで、コーティング溶液を、ナイフコーターを使用してLRFの反射面に適用した。この組成物の2つのキャリパを作製した。各サンプルを150℃のオーブンに入れ、1時間硬化させた。次いで、サンプルをオーブンから取り出し、放冷した。表7は、前述した抵抗測定試験セットアップを使用して得られたシリコーンゴムサンプルの抵抗測定値を提供する。
Figure 2021511685
実施例4
図4Dの基本構造を有するLRF物品を準備し、試験した。LRFの第3の層は、90℃に設定した押出成形機で、硬化性材料をアルミニウムの反射層上に押出することによって形成した。3つの試験モジュールを、それぞれ、第3の層が70μm、100μm、及び200μmの厚さを有するように作製した。
LRF物品は、幅5mmであり、図3Aに示す構成において太陽電池間に3mmの間隙を有する太陽電池の間に置いた。2mmの間隔を有するクロスパターンを、ラミネート前のサブアセンブリの外面上に描いた。
図7は、ラミネート前の70μm、100μm、及び200μmの試験サブアセンブリを示す。図8は、ラミネート後の70μm、100μm、及び200μmの試験サブアセンブリを示す。図7と図8との比較は、ラミネートによって引き起こされる表面歪みを示す。各サンプルにおいて、ラミネート後の試験サンプルの中央部には表面歪みはほとんどなかった。ラミネート後、厚さ70μmの第3の層を有する試験サンプルの縁部は、いくらかの収縮を示し、厚さ200μmの第3の層を有する試験サンプルの縁部は、いくらかの膨張を示す。ラミネート後、厚さ100μmの第3の層を有する試験サンプルの変化(収縮又は膨張)はほとんどなかった。
図9に図示されるように、厚さ70μm、100μm、及び200μmの第3の層を有するLRFを有する3つの試験モジュール(4セルモジュール)の電気絶縁性能をEL(エレクトロルミネセンス)により試験した。70μmの第3の層を有するLRFを有する試験モジュールのEL画像を図10Aに示し、100μmの第3の層を有するLRFを有する試験モジュールのEL画像を図10Bに示し、200μmの第3の層を有するLRFを有する試験モジュールのEL画像を図10Cに示す。図10A〜図10Cに示すEL画像は、モジュールの電池間に短絡がないことを示す。
理想的には、太陽電池モジュール内のLRFにあたる太陽光は、空気−モジュール表面における臨界角よりも大きい角度でLRFによって反射される。図11は、PVモジュール1100の一部分を描写し、太陽光のLRF1110との相互作用を示す断面図である。図11に示すPVモジュールの一部分は、太陽電池1102、太陽電池1102上に配置されたタビングリボン1104、LRF1110、カプセル化用材料1140、及び前側層1130、例えば、ガラスカバーシート、を含む。
太陽光1199は、LRF1110にあたり、反射光線1198で示されるように、LRFによって反射される。反射光1198は、空気−モジュール外部界面に対して垂直に測定したときに、内部全反射の臨界角θ臨界よりも大きい角度(ω)で、LRF1110によって反射される。臨界角、θ臨界=asin(1/nガラス)≒典型的なガラスでは42度である[式中、nガラスは、ガラスの屈折率である]。他の前側層を有するモジュールの場合、前側層の屈折率は、θ臨界を定義するために使用される。ωよりも大きい角度で反射された光は、空気−モジュール界面1130aにおいて内部全反射(TIR)を受ける。LRF1100によって反射された光は、空気−モジュール界面1130aにおいてTIRを受け、吸収のために、太陽電池1102の表面に戻るように反射される(1197)。図11に示すように、垂直入射ビーム1199は、ガラス前側層に対するTIRが無効になる前に、約26度の偏差δを受けることができる。
太陽電池モジュールは、太陽を追跡することがあるが、より多くの場合、非追跡である。モジュールに対する太陽の位置が一日及び年を通じて変化するため、非トラッキングモジュールは、本質的にある程度の非対称性を有する。特に明記しない限り、本明細書の実施例は、北半球で使用するように設計された光方向転換フィルム及び太陽電池モジュールに関するものであるが、開示されるアプローチはまた、南半球で使用するように設計された光方向転換フィルム及び太陽電池モジュールに適用されてもよい。PVモジュールの面に対する太陽の入射角は、1日のうちに最大180度(東から西へ)、1年のうちに47度(北から南へ)変化するであろう。図12に示すプロットは、北緯45度の場所の太陽経路のコノスコープ表示である。本開示に含まれるコノスコーププロットは、以下の規約を使用する:プロットの中心は天頂であり、東は3時の位置で表され、北は12時の位置で表される。夏至の日には、太陽は、プロットの中心に最も近い弧をたどる。冬至の日には、太陽は、プロットの中心から最も遠い弧をたどる。
図19Cは、ソーラーモジュールの傾斜角及び配向角を示す図である。太陽電池モジュールを太陽経路に適切に位置合わせすることにより、LRFから反射する光は、外部空気−ガラス界面でTIRによってトラップされる角度内にほぼ排他的に方向付けられ得る。図13に提供されるコノスコーププロットは、東西軸に沿って配向された構造の一次軸を有する南向き太陽電池モジュールに対するLRFの効率を示す。この例では、太陽電池モジュールは、重力方向に対してθ=45度傾けられ、北緯がα=45度の場所に位置する。緯度傾斜は、図19A〜図19Cと併せて更に説明される。
図13では、例示的な太陽電池の効率は、図12の太陽経路のコノスコーププロット上に重ね合わされる。図13は、LRFが太陽電池モジュールのために反射光を効果的にトラップする角度を示す。LRF効率は、グレースケールで示され、明るいエリアが最も効率的であり、暗いエリアが最も効率が悪い。図13は、LRFが、実質的に太陽経路の範囲全体にわたって効率的であることを示す。空気−モジュール界面で太陽電池モジュールから外部へ反射される太陽光、及び反射器内の材料の吸収は、効率の低下に対する主な寄与因子である。
図14は、実質的に三角形を形成するLRF構造1400の角度を示す断面図である。構造1400は、第1のファセット1401と第2のファセット1402とを有する。ベース1403は、第1のファセット1401と第2のファセット1402との間に延びる。第1のファセット1401は、ベース1403と第1の角度(β)をなす。第2のファセット1402は、ベース1403と角度(β)をなす。第1のファセット1401は、構造の山部において第2のファセット1402とピーク角(β)をなす。本明細書に記載されるいくつかの実施形態は、等しくない長さ及び等しくないファセット角(β≠β)のファセットを有する反射構造を含む、非対称LRF物品に関する。例えば、いくつかの非対称構造では、ファセットのうちの1つの長さは、他のファセットの長さと少なくとも10%、又は少なくとも15%異なってもよい。ピーク角βは、いくつかの実施形態では、110〜130度、例えば約120度であってもよい。ファセット角βは、5°超、又は10°超だが55°未満であってもよく、βとは少なくとも5度異なってもよい。ファセット角βは、等式β=180−β−βから計算できる。いくつかの実施形態は、非対称反射構造を有するLRF物品を組み込む太陽電池モジュール、太陽電池モジュールを作製する方法、及び太陽電池モジュールを設置する方法に関する。本明細書で言及される角度は、プリズムの対応する断面積における最も大きな内接三角形の角度である。
対称LRF(β=β)に関して、PVモジュールの光収集の最適な効率は、TIRが支持される角度にわたって生じる。PVモジュールが緯度傾斜(θ=α)にあるとき、TIRが支持されるモジュールに対する最大入射角は、θi,maxである。
Figure 2021511685
[式中、ηは、LRFを取り囲む媒体の屈折率であり、βは、ファセットの角度(β及びβ)である。]一実施例では、30°−120°−30°微細構造についてθi,max=26.566°であり、ここで、微細構造のピーク角は120度であり、ファセット角はそれぞれ30度であり、屈折率1.482の媒体に取り囲まれている。太陽経路は、太陽経路の中心光線の周りで23.45°変化する。緯度傾斜の南向きPVモジュールについては、全ての入射光は、LRFからの反射時にTIRによってトラップされるであろう。緯度傾斜から(26.566°−23.45°)=3.116°以内のモジュールを傾斜に対しては、30°−120°−30°微細構造に対するファセット角改変は必要ではない。これらの計算は、モジュールが、LRFの一次軸が東西軸に沿って配向されるように配向されると仮定する。
空気−モジュール界面においてTIRを提供する場合、太陽電池モジュールの傾斜と太陽電池モジュール設置の緯度との差が許容可能な範囲内であることが重要である。対称な反射性化構造を有するLRFは、太陽電池モジュールの光起電活性表面が太陽経路の中心光線に対して垂直であるように、太陽電池モジュールの傾斜が選択される場合、空気−モジュール界面において最適なTIRを提供する。赤道に位置する設置においては、対称なLRF角度に対する最適なモジュール傾斜は0度である。赤道以外に位置する設置においては、最適なモジュール傾斜は、設置の緯度に等しい。しかしながら、モジュールの傾斜を設置の緯度に一致させることは必ずしも可能とは限らない。対称LRFの使用は、空気−モジュール界面で準最適なTIRを提供する。非対称LRF構造は、ソーラーモジュールの傾斜と設置の緯度との差を補償する。
場所制限又は風力負荷要件又は他の理由により、設置緯度から3.116度以内の傾斜角度で、太陽電池モジュールを傾けることを妨げられ得る。モジュール傾斜と設置の緯度との差が3.116度よりも大きい場合、LRF効率は低下する。図15は、北緯45°の場所についての、地面に平行なPVモジュール(モジュール傾斜が0°)の有意な効率損失を示すLRF効率を示す、太陽経路のコノスコーププロット上に重ね合わされたコノスコーププロットである。明るいエリアは最も効率的であり、暗いエリアは最も効率が悪い。図15に示すように、LRF効率は、夏至点付近を除いて減少する。
モジュールは、太陽電池モジュールの傾斜が設置の緯度に等しく、モジュールが、北半球において真南、又は南半球において真北に配向される場合にのみ、モジュール表面に対して垂直な太陽経路の中心光線を有する。中心光線は、他のモジュール傾斜角及び配向のためにモジュールに対して垂直ではない。太陽電池モジュールの傾斜が設置の緯度に等しくない場合、及び/又はモジュールが北半球において真南若しくは南半球において真北に配向されていない場合、LRFの反射構造を改変することにより、非効率を補正することができる。
本明細書で論じる実施形態は、非対称反射構造を含む太陽光方向転換フィルムに関する。モジュールの傾斜が設置の緯度に等しくない場合、及び/又はモジュールの配向が北半球において真南若しくは南半球において真北でない場合、反射構造の非対称性は、ソーラーモジュールの設置を少なくとも部分的に補償する。これらの実施形態では、北半球設置の場合、南向きファセットは北向きファセットよりも短く、南半球設置の場合、北向きファセットは南向きファセットよりも短い。構造の三角形の一般式は、緯度(α)、モジュール傾斜(θ)、及びLRFを取り囲む媒体の屈折率(η)から導き出すことができる。
様々な実施形態によれば、北半球におけるLRFプリズムは、真南に配向された太陽電池モジュールのための以下の等式に従って改変することができる。南向きのファセットはβであってもよく、北向きのファセットはβであってもよい。
Figure 2021511685
LRF効率は、太陽放射照度及び入射角を考慮して1年のうちの時期に関して計算することができる。LRF効率は、LRFを有する模擬モジュールのエネルギの年間増加をLRFにあたるエネルギで割った比として定義される。最適化されていないLRF、並びに緯度、モジュール傾斜、モジュール配向、LRF構造、及びLRFバイアス角の幾何学的要因に加えて、構成要素の厚さ及び吸収などの要因は、明らかにLRF効率に影響を及ぼす。表9は、以下のLRFモジュールの性能をまとめている。1)北緯45°、45°モジュール傾斜、及び南向き(γ=0°)である対称構造(等しいファセット角)、2)0°モジュール傾斜及びγ=0°である対称構造(等しいファセット長さ及び等しいファセット角)、3)0°モジュール傾斜及びγ=0°である非対称構造(等しくないファセット長さ及び等しくないファセット角(44.25°−120°−15.75°))、4)南西に向かって20°傾いたモジュールの0°モジュール傾斜である非対称構造(等しくないファセット長さ及び等しくないファセット角(44.25°−120°−15.75°))、5)稜線がモジュールの太陽側を見てLRFの長手方向軸に対して反時計回りに20°の斜角をなし、南西に向かって20°傾いたモジュールの0°モジュール傾斜である非対称構造(等しくないファセット長さ及び等しくないファセット角(44.25°−120°−15.75°))。表9から、等しくないファセット長さ及びファセット角を有するファセットを有する非対称LRFは、等しいファセット長さ及び等しいファセット角を有するファセットを有する対称LRFと比較して、緯度傾斜とは等しくないモジュール傾斜で効率が向上すると理解されよう。
Figure 2021511685
図16A、図16B、及び図17は、図4A〜図4Eに関連して前述したLRF物品に多くの点で類似しているLRF物品の図を提供する。例えば、図4A〜図4Eに示すLRF物品の層を形成するのに有用な材料及び技術はまた、図16A、図16B、及び図17のLRF物品を形成するために有用である。図16A、図16B、及び図17に示すLRF物品1600、1700は、第3層が示されておらず、任意であるという点で、図4C〜図4EのLRF物品とは異なる。図16A、図16B、及び図17に示すLRF物品1600、1700は、三角形構造のファセット長さ及びファセット角が等しくない非対称三角形構造を示す。
図16Aは、いくつかの実施形態による、非対称反射性化構造1650を有するLRF物品1600の斜視図であり、図16Bは、その断面図である。LRF物品1600は可撓性であり、図16A及び図16Bに図示されるように、平らに置かれ得る。LRF物品1600は、複数の非対称構造1650を含む構造化表面を有する第1の層1610を含む。断面では、各構造1650は、ファセット1651、1652の長さが等しくなく、ファセット角(β、β)が等しくない三角形を形成する。ピーク角(β)は、110度〜130度であってもよい。反射層1620は、太陽光を方向転換するように構成され、構造1650の上方に配置され、図示のように、構造1650の表面上に直接配置されてもよい。フィルム1600の厚さは、約25μm〜約150μmの範囲であってもよい。第2の層1620は、約30nm〜約100nmの厚さを有してもよい。谷部1655と構造の隣接する山部1654との間の各構造の高さ(h)は、約5μm〜約25μmの範囲である。図16A及び図16Bから、各第1のファセット1651が平面にあると理解されよう。LRF1600の第1のファセット1651の平面は、実質的に平行であってもよい。
図17は、いくつかの実施形態による、LRF物品1700の断面図である。LRF物品1700は、図16A及び図16BのLRF物品1600と多くの態様で類似している。LRF物品1700は構造1750を含み、この構造1750は、断面が、等しくない第1及び第2のファセット1751、1752及び等しくないファセット角(β、β)を有する非対称三角形を形成する。LRF物品1700は、第1の層1710が、2つの反対側の非構造化主面を有する第1の副層1711と、非対称三角形構造1750を含む構造化表面を有する構造化された第2の副層1712とを含む多層構造である点で、LRF物品1600とは異なる。太陽光を方向転換するように構成された反射層1720は、第2の副層の構造化表面の上方に、又はその直接上方に配置される。
上でより詳細に論じられるように、いくつかの実施形態では、第1の副層は第1の材料を含み、第2の副層は第1の材料と異なる第2の材料を含む。第1の副層1711は、約50μm〜約100μmの厚さT13を有してもよく、第1の層の第2の副層1712は、約7μm〜約31μmの範囲の厚さT14を有してもよい。図17に示すように、いくつかの実施形態では、第1の副層と第2の副層1712の構造1750の谷部1755との間のランド部1712aの厚さT15は、約2μm〜約6μmであってもよい。
多くのソーラーモジュール設置では、ファセット1651、1652及び1751、1752の長さが少なくとも約9.5%互いに異なる場合、並びに/又はファセット角β及びβが5度を超えて互いに異なる場合に、太陽光収集を高めることができる。いくつかの実施形態では、ファセットの長さは、例えば、少なくとも約10%又は少なくとも約15%異なってもよい。
様々な実施形態では、ファセット角の一方βは、5度よりも大きく、若しくは55度未満であり、又は10度よりも大きく、50度未満であってもよい。他方のファセット角βは、180−β0−β1に等しい。いくつかの実施形態では、β<βであり、比β1/β2は0.92未満である。他の実施形態では、β2<β1であり、比β/βは0.92未満である。本明細書で言及される角度は、プリズムの対応する断面積における最も大きな内接三角形の角度である。
図16A、図16B、及び図17に図示されるような等しくないファセット長さ及びファセット角を有する非対称構造を有するLRF物品は、PVモジュールの傾斜が設置の緯度に対して準最適であるとき、より高い効率の太陽電池モジュールを提供することができる。図18Aは、北緯45°の場所における、地面に平行なPVモジュール(モジュール傾斜が0°)についての非対称LRF(44.25°−120°−15.75°)の特定の例(表9の状態3)を表す、太陽経路上に重ね合わされたコノスコーププロットである。図18Aのプロットを図13及び図15のプロットと比較は、本明細書で論じるような非対称反射構造を有するLRFが、準最適な設置角度の効率を高めることができることを示す。
三角形構造の非対称度は、LRFによって反射された光の太陽電池モジュールの空気−モジュール界面におけるTIRを高めるように構成される。いくつかの実施形態によれば、太陽電池モジュール内に設置されるように構成された太陽光方向転換フィルムは、秋分点及び春分点上、例えば、3月21日及び9月21日における屈折した太陽経路の平面内に配向された一次軸を有する複数の非対称反射性化プリズム構造を含む。屈折した太陽経路の平面は、光が太陽電池モジュールに入る際に屈折を受けた後の太陽経路の平面である。LRFは、反射性化構造の非対称性が、太陽電池モジュールの傾斜と設置の緯度との間の差を補正して、空気−モジュール界面において最適なTIRを提供するように構成及び配列することができる。
いくつかの設置では、太陽電池モジュールの長手方向軸が東西軸と整列するようにモジュールを配向することが不可能であろうか。これらの場合、モジュールに使用されるLRFは、LRFの長手方向軸に対して斜めのバイアス角をなす一次軸を有する構造を有してもよい。したがって、LRFのバイアス角を使用して、太陽電池モジュールの方位配向を補償することができる。いくつかの実施形態では、LRF物品フォーマットは、例えば、最終設置時に、反射性化微細構造の一次軸が、実質的に、設置場所における春分点及び秋分点上の屈折した太陽経路によって画定された平面内にあるように、特定の設置場所の関数として選択することができる。例えば、いくつかの実施形態では、構造の一次軸は、設置場所における春分点及び秋分点上の屈折した太陽経路によって画定された平面から45度以下、所望により、設置場所における春分点及び秋分点上の屈折した太陽経路によって画定された平面から20度以下、並びにいくつかの実施形態では、設置場所における春分点及び秋分点上の屈折した太陽経路によって画定された平面から5度以下でそれている。いくつかの実施形態では、構造の一次軸は、設置場所における春分点及び秋分点上の屈折した太陽経路によって画定された平面と実質的に整列される。モジュール自体が整列されていないとしても、設置場所における春分点及び秋分点上の屈折した太陽経路によって画定された平面と整列された構造の一次軸を有するLRFの使用は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第20170104121号に記載されるように、太陽電池モジュールの光学効率を高めることができる。モジュール長手方向軸に対する最適なバイアス角Bは、緯度α、モジュール傾斜角θ、及びモジュール配向角γの関数である。
Figure 2021511685
[式中、θ≠0及びγ≠0である。]太陽電池モジュールの長手方向軸に対する基準は、矩形モジュールを想定しており、モジュールの長さが幅よりも長いことに留意されたい。長手方向軸はモジュールの長さに沿って延び、幅軸は幅に沿って延びる。場所制限又は風力負荷要件又は他の理由が、真南(γ=0°)に位置決めされた太陽電池モジュールの整列を妨げ得る。モジュール配向が真南でない場合、LRFの効率は低下する。図18Bは、非対称LRF(39.86°−120°−20.14°)及び南西に向かって20°のモジュール配向での(表9の状態4)、北緯45°についての、地面に平行なPVモジュール(モジュール傾斜が0°)についてのLRF効率を示す、太陽経路上に重ね合わされたコノスコーププロットである。LRFの効率は、図18Aと比較して、夏期の朝(図18Bの3時の位置付近)に減少する。効率の減少は、稜線が、モジュールの太陽側を見てLRFの長手方向軸に対して反時計回りに20°の斜角をなす(表9の条件5)ことにより、LRFのバイアスにより克服できる。図18Cは、非対称LRF(39.86°−120°−20.14°)及びLRFの稜線がLRF長手方向軸に対して20°の斜角である、南西に向かって20°のモジュール配向での、北緯45°についての、地面に平行なPVモジュール(モジュール傾斜が0°)についてのLRF効率を示す、太陽経路上に重ね合わされたコノスコーププロットである。
いくつかの実施形態は、例えば、図19A及び図19Bに示すように、複数の太陽電池1902を含む太陽電池モジュール1900に関する。太陽電池モジュールは、長さ軸に沿った長さ(LD)と、幅軸に沿った幅(WD)とを有し、LD>WDである。なお、図19A及び図19Bにおいて、z軸は、ページの長さに沿って(頂部から底部まで)延びることに留意されたい。反射性化構造を含む可撓性太陽光方向転換フィルム1910は、モジュール1900の1つ以上の光起電不活性領域の上方に配設される。太陽電池1902は、バックシートと、太陽電池1902の光起電活性表面の上方に配設された前側層との間に配置される。前側層は、モジュール−空気界面に位置するモジュールの外面を含む。
モジュール1900は、図19Aに示されるように、回転角γ、及び図19Bに示されるように、傾斜角θ、を有する設置場所に設置されてもよい。いくつかの設置では、太陽電池モジュール1900は、太陽電池モジュールの方位角が非ゼロである設置場所に配置される。モジュールは、設置場所の緯度に等しくない傾斜角で傾斜してもよい。このようなシナリオでは、太陽と太陽光方向転換フィルム1910との間の太陽経路の中心光線の角度は、ソーラーモジュール1900に対して垂直ではない。太陽光方向転換フィルムの構造の非対称性は、太陽経路の中心光線とソーラーパネル1900との間の非垂直性を補償することができる。太陽光方向転換フィルム1910のバイアス角は、ソーラーモジュール1900の非ゼロ方位角を補償することができる。準最適な傾斜角及び準最適な方位角の両方が、光方向転換フィルム1910の構造の非対称性及びバイアス角によって補償されるとき、太陽光の中心光線は、太陽光方向転換フィルム1910によって方向転換され、内部全反射の臨界角よりも大きい角度でモジュール空気界面に遭遇する。
図19Cは、太陽電池モジュール1900cの傾斜角θ及び回転角γの別の図を提供する。図19Cは、x軸(東西)、y軸(南北)、及びz軸に対して配列された太陽電池モジュール1900cを示す。太陽電池モジュールは、幅軸1957及び長手方向軸1956を有する。図19Cは、図示のように、平面1955がxz平面からα回転されている、春分の日及び秋分の日、例えば、3月21日及び9月21日の太陽経路の平面1955を含む。傾斜角θは、モジュール平面とxy平面との間の角度である。回転角(γ)は、xy平面におけるモジュール幅軸1956の投影とyz平面との間の角度である。
再び図19Aを参照すると、モジュール1900は、モジュール1900の長さ軸(LD)に沿って行に、及びモジュール1900の幅軸(WD)に沿った列に配列された太陽電池1902を含む。図1に関連して前述したように、LRFは、太陽電池1902の行の間、太陽電池1902の列の間、及び/又はモジュール1900の他の光起電不活性領域におけるタビングリボンの上方に配置され得る。
図16A及び図16Bに関連して前述したように、LRF1600の各第1のファセット1651の表面は、平面にある。図16A及び図16Bは、全ての第1のファセット1651の全ての平面が互いに実質的に平行である、LRF1600の一部分を示す。いくつかの実施形態によれば、太陽電池モジュールは、LRFストリップ内のタビングリボンの上方、行の間、列の間、又は他のエリアに配置されたLRFのストリップを含む。LRFストリップは、第1のストリップの第1のファセットの平面が、第2のストリップの第1のファセットの平面に実質的に平行であるように配列され得る。あるいは、LRFストリップは、第1のストリップの第1のファセットの平面が、第2のストリップの第1のファセットの平面に対して非平行であるように配列され得る。
いくつかの実施形態によれば、LRFストリップは、LRFストリップが太陽電池の行に沿って延びるように、モジュールのタビングリボンの上方に配置される。隣接する太陽電池の行のLRFストリップの全ての第1のファセット平面は、互いに実質的に平行であってもよい。いくつかの実装形態では、タビングリボンの上方に配置されたLRFストリップの全ての第1のファセットの平面が、互いに実質的に平行である。
前述したように、LRFは、太陽電池の行の間、例えば、太陽電池の行の間のLRFストリップ内に配置され得る。いくつかの実装形態によれば、太陽電池の行の間に配置されたLRFの全ての第1のファセットの平面が、互いに実質的に平行である。加えて又はあるいは、LRFは、太陽電池の列の間、例えば、太陽電池列の間のLRFストリップ内に配置され得る。いくつかの実装形態によれば、太陽電池の列の間に配置されたLRFの全ての第1のファセットの平面が、互いに実質的に平行である。
いくつかの実施形態では、モジュール上に配置されたLRFの第1のファセットの全ての平面、例えば、行の間及び/又は列の間のタビングリボンに沿ったLRFストリップ内などは、互いに平行である。
可撓性太陽光方向転換フィルムを作製する方法は、第1の主面と複数の構造を含む第2の主面とを有する第1の層を形成することを含む。各構造は、第1の主面に対して垂直に取られた断面において実質的に三角形である。構造の第1及び第2のファセットは、第1の主面から三角形の山部に向かって延びる。第1のファセットの長さは、第2のファセットの長さと少なくとも10%異なる。第2の層は、第2の層が構造に適合するように、第1の層の構造上に堆積される。第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている。
前述の段落で論じられた可撓性太陽光方向転換化フィルム(redirected film)は、太陽電池モジュールに組み込むことができる。太陽電池モジュールは、複数の太陽電池を、光電池の光起電活性表面が共通の方向に向くパターンに配列することによって形成される。上記のように、可撓性太陽光方向転換フィルムは、太陽電池モジュールの1つ以上の光起電不活性領域内に位置決めされる。太陽電池は、電気的に接続される。太陽電池及び太陽光方向転換フィルムは、バックシートと前側層との間にカプセル化される。
本明細書で論じるような太陽電池モジュールは、構造の中の第1のファセットが第2のファセットよりも短い非対称構造を有する光方向転換フィルムを組み込んでおり、設置場所で設置され得る。北半球では、太陽光方向転換フィルムの第1のファセットが、実質的に南に面するか、又は赤道に向いており、南半球では、太陽光方向転換フィルムの第1のファセットが、実質的に北に面するか、又は赤道に向くように、太陽電池モジュールを設置場所に取り付けることができる。太陽電池モジュールを取り付けることは、構造の一次軸を、設置場所の東西軸に沿って実質的に整列させることを更に含んでもよい。いくつかの実装形態では、構造の一次軸は、東西方向に沿って整列され、太陽電池モジュールの長さ方向は、東西軸に対してある角度で配置される。
例示的実施形態一覧:
以下の実施形態は、本開示の特定の特徴を説明するために列挙されており、限定することを意図するものではない。
実施形態1.
第1の主面と複数の構造を含む第2の主面とを有する第1の層であって、第2の主面の各構造は、第1の主面に対して垂直に取られた構造の断面に内接し得る最も大きな三角形を有し、三角形は、第1の主面から三角形の山部に向かって延びる第1及び第2のファセットを有し、第1のファセットの長さは、第2のファセットの長さと少なくとも10%異なる、第1の層と、
構造上に配置され、構造に適合する第2の層であって、第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている、第2の層と、を含む、可撓性太陽光方向転換フィルムを備える、デバイス。
実施形態2. 第1のファセットの長さが、第2のファセットの長さと少なくとも15%異なる、実施形態1に記載のデバイス。
実施形態3. 第1の層が、太陽光のスペクトルにわたって平均すると、少なくとも50%の光透過率を有する、実施形態1又は2に記載のデバイス。
実施形態4. 第1の層が、太陽光のスペクトルにわたって平均すると、50%未満の光透過率を有する、実施形態1〜3のいずれか1つに記載のデバイス。
実施形態5. 第1の層が、ポリマー材料を含む、実施形態1〜4のいずれか1つに記載のデバイス。
実施形態6. フィルムの厚さが、約25μm〜約150μmの範囲である、実施形態1〜5のいずれか1つに記載のデバイス。
実施形態7. 第1の層及び第2の層の一方又は両方が、多層構造である、実施形態1〜6のいずれか1つに記載のデバイス。
実施形態8. 第1の層が、
第1の主面及び第2の主面を含む第1の副層と、
第2の主面上に配置され、構造を含む、第2の副層と、を含む、実施形態1〜7のいずれかに記載のデバイス。
実施形態9. 第1の副層が、第1の材料を含み、第2の副層が、第1の材料と異なる第2の材料を含む、実施形態8に記載のデバイス。
実施形態10.
第1の層の第1の副層が、約50μm〜約100μmの厚さを有し、
第1の層の第2の副層が、約7μm〜約31μmの範囲の厚さを有する、実施形態8に記載のデバイス。
実施形態11.
構造の谷部と隣接する山部との間の第2の副層の各構造の高さが、約5μm〜約25μmの範囲であり、
第1の副層と構造の谷部との間の第2の副層のランド部の厚さが、約2μm〜約6μmである、実施形態10に記載のデバイス。
実施形態12. 第2の層の厚さが、約30nm〜約150nmである、実施形態1〜11のいずれか1つに記載のデバイス。
実施形態13. 第2の層が、金属コーティングを含む、実施形態1〜12のいずれか1つに記載のデバイス。
実施形態14. 第2の層が、アルミニウム層である、実施形態1〜13のいずれか1つに記載のデバイス。
実施形態15. 第2の層が、多層干渉フィルムである、実施形態1〜14のいずれか1つに記載のデバイス。
実施形態16. 各構造の山部が細長く、概ね一次軸に沿って延びる稜線を形成する、実施形態1〜15のいずれか1つに記載のデバイス。
実施形態17. 稜線の一次軸が、フィルムの長手方向軸と実質的に平行である、実施形態16に記載のデバイス。
実施形態18. 稜線の一次軸が、フィルムの長手方向軸に対して斜角をなす、実施形態16に記載のデバイス。
実施形態19. 構造の少なくとも一部の山部の高さが、一次軸に沿って変化する、実施形態16に記載のデバイス。
実施形態20. 各構造の山部の位置が、一次軸に沿った距離に対して変化する、実施形態16に記載のデバイス。
実施形態21. 山部の高さ及び山部の位置の両方が、一次軸に沿って変化する、実施形態16に記載のデバイス。
実施形態22. 構造から構造へのピッチが、一定である、実施形態16に記載のデバイス。
実施形態23. 構造から構造へのピッチが、変化する、実施形態16に記載のデバイス。
実施形態24. 断面において、構造が、同じ三角形形状を有する、実施形態1〜23のいずれか1つに記載のデバイス。
実施形態25. 断面において、構造の少なくとも一部の形状が、他の構造の形状と異なる、実施形態1〜24のいずれか1つに記載のデバイス。
実施形態26. 第2の層が上に配置された構造が、非集束反射性化プリズムを形成する、実施形態1〜25のいずれか1つに記載のデバイス。
実施形態27. 三角形が、
第1のファセットと第2のファセットとの間のピーク角(β0)と、
第1のファセットと三角形のベースとの間の第1のファセット角(β1)と、
第2のファセットとベースとの間の第2のファセット角(β2)と、含み、β0は、約110〜約130度である、実施形態1〜26のいずれか1つに記載のデバイス。
実施形態28. β1及びβ2が、少なくとも5度異なる、実施形態27に記載のデバイス。
実施形態29. β0が、約120度である、実施形態27に記載のデバイス。
実施形態30.
β1が、5度よりも大きく、55度未満であり、
β2が、180−β0−β1に等しい、実施形態27に記載のデバイス。
実施形態31.
β1が、10度よりも大きく、50度未満であり、
β2が、180−β0−β1に等しい、実施形態29に記載のデバイス。
実施形態32. β1>β2及びβ2/β1が、0.92未満である、実施形態29に記載のデバイス。
実施形態33.
複数の太陽電池と、
複数の太陽電池を互いに電気的に接続するタビングリボンと、
モジュールの光起電不活性領域の上方に配配置された、可撓性太陽光方向転換フィルム(LRF)と、を備え、このフィルムは、
第1の主面と複数の構造を含む第2の主面とを有する第1の層であって、各構造の断面エリアにおける最も大きな内接三角形は、第1の主面から三角形の山部に向かって延びる第1及び第2のファセットを有し、第1のファセットの長さは、第2のファセットの長さと少なくとも10%異なる、第1層と、
構造上に配置され、構造に適合する第2の層であって、第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている、第2の層と、を含む、太陽電池モジュール。
実施形態34. LRFが、モジュールのタビングリボンの上方に配配置される、実施形態33に記載のモジュール。
実施形態35. LRFが、太陽電池間又はモジュールの周辺に配置される、実施形態33に記載のモジュール。
実施形態36.
バックシートと、
前側層と、を更に備え、太陽電池は、太陽電池の光起電活性表面が前側層に面するように、バックシートと前側層との間に配置される、実施形態34に記載のモジュール。
実施形態37. LRFが、第2の層が前側層に面するように配列される、実施形態36に記載のモジュール。
実施形態38. 第1の層が光透過性であり、第1の層が前側層に面する、実施形態36に記載のモジュール。
実施形態39. 各構造の山部が細長く、概ね一次軸に沿って延びる稜線を形成する、実施形態36に記載のモジュール。
実施形態40.
モジュールが、横軸に沿った幅と、長手方向軸に沿った長さとを有し、長さは幅よりも大きく、
稜線の一次軸が、モジュールの長さ軸と実質的に平行である、実施形態39に記載のモジュール。
実施形態41.
モジュールが、横軸に沿った幅と、長手方向軸に沿った長さとを有し、長さは幅よりも大きく、
稜線の一次軸が、モジュールの長手方向軸に対して斜角をなす、実施形態39に記載のモジュール。
実施形態42.
太陽電池が、行に配列され、
LRFが、行に沿ってLRFストリップ内のタビングリボンの上方に配置され、
各第1のファセットの表面が、平面にあり、
隣接する太陽電池の行のLRFストリップの第1のファセットの全ての平面が、互いに実質的に平行である、実施形態33〜41のいずれか1つに記載のモジュール。
実施形態43.
太陽電池が、行に配列され、
LRFが、行に沿ってLRFストリップ内のタビングリボンの上方に配置され、
各第1のファセットの表面が、平面にあり、
タビングリボンの上方に配置されたLRFストリップの第1のファセットの全ての平面が、互いに実質的に平行である、実施形態33〜41のいずれか1つに記載のモジュール。
実施形態44.
太陽電池が、モジュールの長さ方向に沿って延びる行と、モジュールの幅方向に沿って延びる列とを有するアレイ内に配列され、
LRFが、太陽電池の行の間に配置され、
各第1のファセットの表面が、平面にあり、
太陽電池の行の間に配置されたLRFの第1のファセットの全ての平面が、互いに実質的に平行である、実施形態33〜42のいずれか1つに記載のモジュール。
実施形態45.
太陽電池が、モジュールの長さ方向に沿って延びる行と、モジュールの幅方向に沿って延びる列とを有するアレイ内に配列され、
LRFが、太陽電池の列の間に配置され、
各第1のファセットの表面が、平面にあり、
太陽電池の列の間に配置されたLRFの第1のファセットの全ての平面が、互いに実質的に平行である、実施形態33〜43のいずれか1つに記載のモジュール。
実施形態46.
各第1のファセットの表面が、平面にあり、
第1のファセットの全ての平面が、互いに平行である、実施形態33〜44のいずれか1つに記載のモジュール。
実施形態47.
複数の太陽電池と、
モジュールの光起電不活性領域の上方に配置された可撓性太陽光方向転換フィルムであって、このフィルムは、非対称反射性化構造を含み、フィルムの表面に対して垂直に取られた各構造の断面に内接し得る最も大きな三角形は、表面から三角形の山部に向かって延びる第1及び第2のファセットを有し、第1のファセットの長さは、第2のファセットの長さと少なくとも10%異なる、可撓性太陽光方向転換フィルムと、
太陽電池の光起電活性表面の上方に配置され、モジュール−空気界面に位置するモジュールの外面を含む前側層と、を備え、
モジュールは、構造の一次軸が、春分点及び秋分点上の屈折した太陽経路によって画定された平面に沿ってあるように、設置場所に配置されるように構成され、
モジュールは、太陽と太陽光方向転換フィルムとの間の太陽経路の中心光線の角度が、ソーラーモジュールの受光面に対して垂直でなく、太陽経路内の実質的に全ての光線が、太陽光方向転換フィルムによって方向転換され、内部全反射(TIR)の臨界角よりも大きい角度でモジュール−空気界面に遭遇するように、設置場所の緯度に等しくない傾斜角で傾斜するように構成されている、太陽電池モジュール。
実施形態48.
複数の太陽電池と、
モジュールの光起電不活性領域の上方に配置された可撓性太陽光方向転換フィルムであって、このフィルムは、非対称反射性化構造を含み、フィルムの表面に対して垂直に取られた各構造の断面に内接し得る最も大きな三角形は、表面から三角形の山部に向かって延びる第1及び第2のファセットを有し、第1のファセットの長さは、第2のファセットの長さと少なくとも10%異なる、可撓性太陽光方向転換フィルムと、
太陽電池の光起電活性表面の上方に配置され、モジュール−空気界面に位置するモジュールの外面を含む前側層と、を備え、
モジュールは、構造の一次軸が、設置場所における春分点及び秋分点上の太陽経路に沿う屈折光によって画定された平面内にあるような方位角で設置場所に配向されるように構成され、
モジュールは、太陽と太陽光方向転換フィルムとの間の太陽経路の中心光線の角度が、ソーラーモジュールの受光面に対して垂直でなく、太陽経路内の実質的に全ての光線が、太陽光方向転換フィルムによって方向転換され、内部全反射(TIR)の臨界角よりも大きい角度でモジュール−空気界面に遭遇するように、設置場所の緯度に等しくない傾斜角で設置場所において傾斜するように構成されている、太陽電池モジュール。
実施形態49.
太陽電池モジュールが、長さ軸に沿った長さと、幅軸に沿った幅とを有し、長さは幅よりも大きく、
太陽電池モジュールの長さ軸及び構造の一次軸が、春分点及び秋分点上の屈折した太陽経路によって画定された平面に沿って配向されるように、方位角がゼロである、実施形態48に記載の太陽電池モジュール。
実施形態50. 太陽電池モジュールが、長さ軸に沿った長さと、幅軸に沿った幅とを有し、構造の一次軸が、太陽電池モジュールの長さ軸に対して斜角をなす、実施形態48に記載の太陽電池モジュール。
実施形態51. 可撓性太陽光方向転換フィルムを作製する方法であって、
第1の主面及び複数の構造を含む第2の主面を有する第1の層であって、各構造の断面エリアにおける最も大きな内接三角形は、第1の主面から三角形の山部に向かって延びる第1及び第2のファセットを有し、第1のファセットの長さは、第2のファセットの長さと少なくとも10%異なる、第1の層を形成することと、
第1の層の構造上に、第1の層の構造に適合する第2の層を堆積することであって、第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている、第2の層を堆積することと、を含む、可撓性太陽光方向転換フィルムを作製する方法。
実施形態52. 太陽電池モジュールを作製する方法であって、
複数の太陽電池を、光電池の光起電活性表面が共通の方向に向くパターンに配列することと、
太陽電池モジュールの光起電不活性領域内に可撓性太陽光方向転換フィルムを位置決めすることであって、このフィルムは、
実質的に平坦である第1の主面と複数の構造とを有する第1の層であって、第1の層は、第1の主面及び複数の構造を含む第2の主面を有し、各構造の断面エリアにおける最も大きな内接三角形は、第1の主面から三角形の山部に向かって延びる第1及び第2のファセットを有し、第1のファセットの長さは、第2のファセットの長さと少なくとも10%異なる、第1の層と、
第1の層の構造上に配置され、第1の層の構造に適合する第2の層であって、第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている、第2の層と、を含む、可撓性太陽光方向転換フィルムを配置することと、
太陽電池を電気的に接続することと、を含む、太陽電池モジュールを作製する方法。
実施形態53. 設置場所に太陽電池モジュールを設置する方法であって、
太陽電池モジュールを提供することであって、この太陽電池モジュールは、
複数の太陽電池と、
モジュールの光起電不活性領域の上方に配置された、可撓性太陽光方向転換フィルムであって、このフィルムは、
第1の主面及び複数の非対称構造を含む第2の主面を有する第1の層であって、各構造の断面エリアにおける最も大きな内接三角形は、第1の主面から三角形の山部に向かって延びる第1及び第2のファセットを有し、第1のファセットの長さは、第2のファセットの長さよりも少なくとも10%短い、第1の層と、
構造上に配置され、構造に適合する第2の層であって、第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている、第2の層と、を含む、可撓性太陽光方向転換フィルムと、
バックシートと、
前側層と、を備え、太陽電池は、バックシートと前側層との間に配列される、太陽電池モジュールを提供することと、
北半球では、太陽光方向転換フィルムの第1のファセットが、実質的に南に面し、南半球では、太陽光方向転換フィルムの第1のファセットが、実質的に北に面するように、太陽電池モジュールを設置場所に取り付けることと、を含む、設置場所に太陽電池モジュールを設置する方法。
実施形態54. 太陽電池モジュールを取り付けることが、構造の一次軸が設置場所の東西方向に沿って実質的に整列されるように、太陽電池モジュールを取り付けることを含む、実施形態53に記載の方法。
実施形態55.
フィルムの平面から離れて延びる複数の微細構造を含む第1の層と、
第1の層の微細構造上に配置され、第1の層の微細構造に適合する第2の層であって、第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている、第2の層と、
第2の層の上方に配置された第3の層であって、第3の層は、熱活性化接着剤を含む、第3の層と、を含む、可撓性太陽光方向転換フィルム。
実施形態56. 熱活性化接着剤が、エチレンビニルアセテートである、実施形態55に記載の可撓性フィルム。
実施形態57. 熱活性化接着剤が、ポリオレフィン樹脂である、実施形態55に記載の可撓性フィルム。
実施形態58. 熱活性化接着剤が、ポリエチレン樹脂である、実施形態55に記載の可撓性フィルム。
実施形態59. 熱活性化接着剤が、熱活性化熱硬化性接着剤である、実施形態55に記載の可撓性フィルム。
実施形態60. 熱活性化接着剤が、シリコーンゴムである、実施形態59に記載の可撓性フィルム。
実施形態61. 熱活性化接着剤が、部分的に架橋されている、実施形態55〜60のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態62. 熱活性化接着剤が、完全に架橋されている、実施形態55〜60のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態63. 第3層が、太陽光に対して透明である、実施形態55〜62のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態64. フィルムが、380nm〜1100nmの波長に対して約77%よりも大きい反射率を有する、実施形態55〜63のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態65. 第3の層が、1インチ当たり約8グラムよりも大きい剥離接着力を有する、実施形態55〜64のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態66. 第3の層が、100VDCの印加電圧において約500ギガオームよりも大きい抵抗を有する、実施形態55〜65のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態67. 第3の層が、熱活性化接着剤とブレンドされた機能性ポリマーを含む、実施形態55〜66のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態68. 機能性ポリマーが無水マレイン酸グラフトポリマーであり、熱活性化接着剤がポリエチレンである、実施形態67に記載の可撓性フィルム。
実施形態69. 熱活性化接着剤が、2.16kgの重量で、190℃で10分当たり0.1〜8gのメルトフローインデックスを有する、実施形態55〜68のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態70. 第3の層が、熱活性化接着剤の剥離接着力を強化する材料構成要素を含む、実施形態55〜69のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態71. 第3の層が、無水マレイン酸グラフトポリマーを含む、実施形態55〜70のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態72. 第3の層が、少なくとも1つの光劣化安定化添加剤を含む、実施形態55〜71のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態73. 第3の層が、少なくとも1つの紫外線吸収剤添加剤を含む、実施形態55〜72のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態74. 第3の層が、ヒンダードアミン光安定剤と紫外線吸収剤との組み合わせを含む、実施形態55〜73のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態75. 第3の層が、約80%の量のポリエチレン樹脂と、約19%の量の無水マレイン酸グラフトポリマーと、約1%の量の1種以上の光劣化安定化添加剤とを含む、実施形態55〜74のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態76. 第3の層が、多層構造である、実施形態55〜75のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態77. 第3の層が、
第2の層の上方に配置された第1の副層と、
第1の副層の上方に配配置され、熱活性化接着剤を含む、第2の副層と、を含む、実施形態76に記載の可撓性フィルム。
実施形態78. 第1の副層が、酸化物層である、請求項77に記載の可撓性フィルム。
実施形態79. 第1の副層が、第2の副層の体積抵抗率よりも大きい体積抵抗率を有する、請求項77に記載の可撓性フィルム。
実施形態80. 第1の副層の体積抵抗率が、第2の副層の体積抵抗率よりも少なくとも10%大きい、実施形態79に記載の可撓性フィルム。
実施形態81. 第1の副層の厚さが、第2の副層の厚さよりも薄い、実施形態77に記載の可撓性フィルム。
実施形態82. 第2の副層の厚さが、第1の副層の厚さよりも100倍超大きい、実施形態81に記載の可撓性フィルム。
実施形態83. 第1の副層の屈折率が、第2の副層の屈折率以下である、実施形態77に記載の可撓性フィルム。
実施形態84. 第1の副層が、第2の副層の屈折率から10%以内である屈折率を有する、請求項83に記載の可撓性フィルム。
実施形態85. 微細構造が、フィルムの平面に対して垂直に取られた断面において三角形であり、各三角形の微細構造は、第1のファセット及び第2のファセットを含み、第1及び第2のファセットは、フィルムの平面から細長い山部に向かって延びる、実施形態55〜84のいずれかに記載の可撓性フィルム。
実施形態86. 第1のファセットの長さが、第2のファセットの長さと同じである、実施形態85に記載の可撓性フィルム。
実施形態87. 第1のファセットの長さが、第2のファセットの長さと異なる、実施形態85に記載の可撓性フィルム。
実施形態88. 可撓性フィルムが、フィルムの長さ方向に沿って延びる長手方向軸を有し、微細構造の細長い山部が、長手方向軸に実質的に平行なピーク軸に沿ってある、実施形態55〜87のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態89. 可撓性フィルムが、フィルムの長さ方向に沿って延びる長手方向軸を有し、微細構造の細長い山部が、長手方向軸に対して斜角をなすピーク軸に沿ってある、実施形態55〜87のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態90. 第1の層が、モノリシックである、実施形態55〜89のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態91. 第1の層が、多層構造である、実施形態55〜89のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態92. 第1の層が、ポリカーボネートを含む、実施形態55〜91のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態93. 第1の層が、ポリエチレンテレフタレート(PET)を含む、実施形態55〜92のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態94. 第1の層が、
第1の主面及び反対側の第2の主面を有する第1の副層と、
第1の副層の第2の主面上に配置され、微細構造を含む、第2の副層と、を含む、実施形態55〜93のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態95. 第1の副層が、ポリエチレンテレフタレート(PET)を含む、請求項94に記載の可撓性フィルム。
実施形態96. 第1の副層が、第2の副層とは異なる材料を含む、実施形態94又は95に記載の可撓性フィルム。
実施形態97. フィルムが、25.4μm〜203.2μmの総厚さを有する、実施形態55〜96のいずれか1つに記載の可撓性フィルム。
実施形態98.
太陽光方向転換フィルムの平面から離れて延びる複数の構造を含む第1の層と、
第1の層の構造上に配置され、第1の層の構造に適合する第2の層であって、第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている、第2の層と、
第2の層の上方に配置された第3の層であって、第3の層は、少なくとも部分的に架橋したポリマーを含む、第3の層と、を含む、可撓性太陽光方向転換フィルム。
実施形態99.
太陽光方向転換フィルムの平面から離れて延びる複数の構造を含む第1の層と、
第1の層の構造上に配置され、第1の層の構造に適合する第2の層であって、第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている、第2の層と、
第2の層の上方に配置された酸化物を含む第3の層であって、第3の層は、第2の層に適合する、第3の層と、を含む、可撓性太陽光方向転換フィルム。
実施形態100. 酸化物層が、約20nm〜約100nmの厚さを有する、実施形態99に記載のフィルム。
実施形態101.
太陽光に対して透明な前側層と、
バックシートと、
前側層とバックシートとの間に配置された複数の太陽電池と、
複数の太陽電池とバックシートとの間に配置された、可撓性太陽光方向転換フィルムであって、フィルムは、
フィルムの平面から離れて延びる複数の微細構造を含む第1の層と、
第1の層の微細構造上に配置され、第1の層の微細構造に適合する第2の層であって、第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている、第2の層と、を含む、可撓性太陽光方向転換フィルムと、
第2の層上に直接配置された熱活性化接着剤を含む材料と、を備える、光起電力モジュール。
実施形態102. 太陽光方向転換フィルムが、バックシート上に配置される、実施形態101に記載のモジュール。
実施形態103. カプセル化用材料が、光方向転換フィルムとバックシートとの間に配置された、実施形態102に記載のモジュール。
実施形態104. 太陽電池と太陽光方向転換フィルムとの間の抵抗が、約500ギガオームよりも大きい、実施形態101〜103のいずれか1つに記載のモジュール。
実施形態105.
太陽光に対して透過性である前側層と、
バックシートと、
前側層とバックシートとの間に配置された複数の太陽電池と、
複数の太陽電池とバックシートとの間に配置された、可撓性太陽光方向転換フィルムであって、フィルムは、
フィルムの平面から離れて延びる複数の微細構造を含む第1の層と、
第1の層の微細構造の上方に配置され、第1の層の微細構造に適合する第2の層であって、第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている、第2の層と、
第2の層の上方に配置された熱活性化接着剤を含む第3の層と、を含む、可撓性太陽光方向転換フィルムと、
前側層とバックシートとの間に配置されたカプセル化用材料の材料であって、このカプセル化用材料の材料は、第3の層の熱活性化接着剤と異なる、カプセル化用材料の材料と、を備える、光起電力モジュール。
実施形態106. 太陽電池と太陽光方向転換フィルムとの間の抵抗が、約500ギガオームよりも大きい、実施形態105に記載のモジュール。
実施形態107.
太陽光に対して透明な前側層と、
バックシートと、
前側層とバックシートとの間に配置された複数の太陽電池と、
複数の太陽電池とバックシートとの間に配置された、可撓性太陽光方向転換フィルムであって、フィルムは、
フィルムの平面から離れて延びる複数の微細構造を含む第1の層と、
第1の層の微細構造の上方に配置され、第1の層の微細構造に適合する第2の層であって、第2の層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている、第2の層と、
第2の層の上方に配置された酸化物を含む第3の層と、を含む、可撓性太陽光方向転換フィルムと、
前側層とバックシートとの間に配置されたカプセル化用材料の材料であって、このカプセル化用材料の材料は、第3の層の熱活性化接着剤と異なる、カプセル化用材料の材料と、を備える、光起電力モジュール。
実施形態108. 太陽光方向転換フィルムが、バックシート上に配置される、実施形態107に記載のモジュール。
実施形態109. 第3の層が、
酸化物を含む第1の副層と、
第1の副層上に配置された第2の副層と、を含む、実施形態107に記載のモジュール。
実施形態110. 酸化物が、SiOxである、実施形態109に記載のモジュール。
実施形態111. 太陽光方向転換フィルムを作製する方法であって、
複数の構造を備える第1の層を形成することと、
第1の層の構造上に第2の層を被覆することであって、第2の層は、第1の層の構造に適合し、第2層は、第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている、被覆することと、
第3の層を第2の層と接触させて配置することであって、第3の層は、熱活性化接着剤を含む、配置することと、を含む、太陽光方向転換フィルムを作製する方法。
実施形態112. 第3の層を少なくとも部分的に架橋することを更に含む、実施形態111に記載の方法。
実施形態113. 第3の層を架橋することが、紫外線架橋、熱架橋、及び電子ビーム架橋のうちの1つ以上を含む、実施形態112に記載の方法。
実施形態114. 光方向転換フィルムであって、
複数の微細構造を含む基材と、
微細構造の上方に配置され、太陽光を方向転換するように構成された、反射層と、
反射層の上方に配置された保護層であって、保護層は、電気絶縁及び耐久性保護を提供するように構成され、熱活性化接着剤を含む、保護層と、を危うくする、光方向転換フィルム。
実施形態115. 保護層が、太陽光に対して透明であり、約1.35〜約1.8の屈折率を有する、実施形態114に記載のフィルム。
実施形態116. 保護層が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、エチレンビニルアセテート、ポリビニルブチラール、エチレンテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン、ポリ(メチルメタクリレート)、及びポリイミドのうちの少なくとも1つを含む、実施形態114又は115に記載のフィルム。
実施形態117. 保護層が、100VDCの印加電圧において約500ギガオームよりも大きい抵抗を有する、実施形態114〜116のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態118. 熱活性化接着剤が、2.16kgの重量で、190℃で10分当たり0.1〜12gのメルトフローインデックスを有する、実施形態114〜117のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態119. 保護層が、コーティングである、実施形態114〜118のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態120. 保護層が、部分的に架橋されている、実施形態114〜119のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態121. 保護層が、完全に架橋されている、実施形態114〜119のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態122. 保護層の反射層への接着力が、0.5N/cmよりも大きい、実施形態114〜121のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態123. 保護層が、熱的に寸法的に安定であり、収縮率が、150℃で30分間加熱した後で2%よりも低い、実施形態114〜122のいずれかに記載のフィルム。
実施形態124. 保護層の厚さが、10〜200μmである、実施形態114〜123のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態125. 保護層が、少なくとも1つの光劣化安定化添加剤を含む、実施形態114〜124のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態126. 光劣化安定化添加剤が、ヒンダードアミン光安定剤を含む、実施形態125に記載のフィルム。
実施形態127. 保護層(protection layer)が、少なくとも1つの紫外線吸収剤添加剤を含む、実施形態114〜126のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態128. 紫外線吸収剤添加剤が、ベンゾフェノン系の紫外線吸収剤を含む、実施形態127に記載のフィルム。
実施形態129. 基材が、太陽光に対して透過性であり、380nm〜1100nmの波長に対する平均透過率が約80%よりも大きい、実施形態114〜128のいずれかに記載のフィルム。
実施形態130. 第1の層が、ポリエチレンテレフタレートを含む、実施形態114〜129のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態131. 第1の層が、ポリカーボネートを含む、実施形態114〜130のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態132. 第1の層が、12μm〜100μmの厚さを有する、実施形態114〜131のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態133. 各微細構造が、1μm〜25μmの高さを有する、実施形態114〜132のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態134. 基材層上に配置された接着剤層を更に含む、実施形態114〜133のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態135. 接着剤層の380nm〜1100nmの波長に対する平均透過率が、80%よりも大きい、実施形態134に記載のフィルム。
実施形態136. 接着剤層が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、エチレンビニルアセテート、ポリビニルブチラール、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとのポリマー、エチレンテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン、ポリ(メチルメタクリレート)、及びポリイミドのうちの少なくとも1つを含む、実施形態134又は135に記載のフィルム。
実施形態137. 接着剤層が、熱活性化接着剤である、実施形態134〜136のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態138. 接着剤層が、感圧性接着剤である、実施形態134〜136のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態139. 接着剤層が、部分的に架橋されている、実施形態134〜138のいずれか1つに記載のフィルム。
実施形態140. 接着剤層が、完全に架橋されている、実施形態134〜138のいずれか1つに記載のフィルム。
本出願の実施形態を参照して説明された特徴は、本出願の他の実施形態を参照して説明された特徴と組み合わされてもよく、組み合わされた技術的解決策は、本出願の保護範囲内に明らかに含まれるべきであることを理解されたい。例えば、本明細書に記載される非対称構造は、本明細書に記載されるタビングリボンに適用することができる。
具体的には、図20は、PV電池2004上に配置されたタビングリボン2000の断面図を示す。図20に示すように、タビングリボン2000は、第1の層2010と、第1の層上に配置された第2の層2020と、第2の層2020上に配置された第3の層2030とを含み得る。第1の層2010は、複数のPV電池を電気的に接続するように導電性である。第2の層2020は、複数の非対称構造2023を含む。断面において、各構造2023は、三角形である。構造2023の第1のファセット2021の長さは、構造2023の第2のファセット2022の長さに等しくなく、構造2023の第1のファセット角βは、構造2023の第2のファセット角βに等しくない。ピーク角β0は、110〜130度であってもよい。第3の層2030は、第3の層2030にあたる太陽光を方向転換するように構成されている。好ましくは、第1の層、第2の層、及び/又は第3の層は、同じ材料又は異なる材料で作製されてもよい。好ましくは、第1の層及び第2の層は一体形成されてもよく、第2の層及び第3の層は一体形成されてもよく、第1の層、第2の層、及び第3の層は一体形成されてもよい。
非対称構造などの実施形態における特徴は、本明細書の他の実施形態に記載される対応する特徴の類似の構造を有し得ることを当業者は理解することができる。例えば、非対称構造の延びる方向は、タビングリボンの延びる方向と平行であってもよく、又はタビングリボンの延びる方向に対して斜角をなしてもよく、これは本明細書で過度に説明されない。
実施形態の様々な修正及び変更が、当業者には明らかとなるものであり、本開示の本範囲は、本明細書に記載されている例示的実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。

Claims (14)

  1. 第1の主面と複数の構造を含む第2の主面とを有する第1の層であって、前記第1の主面に対して垂直に取られた各構造の断面に内接し得る最も大きな三角形は、前記第1の主面から前記三角形の山部に向かって延びる第1及び第2のファセットを有し、前記第1のファセットの長さは、前記第2のファセットの長さと少なくとも10%異なる、第1の層と、
    前記構造上に配置され、前記構造に適合する第2の層であって、前記第2の層は、前記第2の層にあたる太陽光を方向転換するように構成されている、第2の層と、を含む、可撓性太陽光方向転換フィルムを備える、デバイス。
  2. 複数の太陽電池と、
    前記複数の太陽電池を互いに電気的に接続するタビングリボンと、
    請求項1に記載の可撓性太陽光方向転換フィルムと、を備える、太陽電池モジュール。
  3. 前記第1のファセットの前記長さが、前記第2のファセットの前記長さと少なくとも15%異なる、請求項1に記載のデバイス又は請求項2に記載のモジュール。
  4. 前記第1の層及び前記第2の層の一方又は両方が、多層構造である、請求項1に記載のデバイス又は請求項2に記載のモジュール。
  5. 前記第1の層が、
    前記第1の主面及び第2の主面を含む第1の副層と、
    前記第2の主面上に配置され、前記構造を含む、第2の副層と、を含む、請求項2に記載のモジュールの請求項1に記載のデバイス。
  6. 前記第1の副層が、第1の材料を含み、前記第2の副層が、前記第1の材料と異なる第2の材料を含む、請求項5に記載のデバイス又はモジュール。
  7. 前記第1の層の前記第1の副層が、約50μm〜約100μmの厚さを有し、
    前記第1の層の前記第2の副層が、約7μm〜約31μmの範囲の厚さを有する、請求項5に記載のデバイス又はモジュール。
  8. 前記構造の谷部と隣接する山部との間の前記第2の副層の各構造の高さが、約5μm〜約25μmの範囲であり、
    前記第1の副層と前記構造の谷部との間の前記第2の副層のランド部の厚さが、約2μm〜約6μmである、請求項7に記載のデバイス又はモジュール。
  9. 前記第2の層が、多層干渉フィルムである、請求項1に記載のデバイス又は請求項2に記載のモジュール。
  10. 各構造の前記山部が細長く、概ね一次軸に沿って延びる稜線を形成する、請求項1に記載のデバイス又は請求項2に記載のモジュール。
  11. 前記三角形が、
    前記第1のファセットと第2のファセットとの間のピーク角(β0)と、
    前記第1のファセットと前記三角形のベースとの間の第1のファセット角(β1)と、
    前記第2のファセットと前記ベースとの間の第2のファセット角(β2)と、含み、β0は、約110〜約130度である、請求項1に記載のデバイス又は請求項2に記載のモジュール。
  12. β0が、約120度であり、
    β1が、10度よりも大きく、50度未満であり、
    β2が、180−β0−β1に等しい、請求項11に記載のデバイス又はモジュール。
  13. バックシートと、
    前側層と、を更に備え、前記太陽電池は、前記太陽電池の光起電活性表面が前記前側層に面するように、前記バックシートと前記前側層との間に配置される、請求項2に記載のモジュール。
  14. 前記光方向転換フィルム(LRF)が、前記第2の層が前記前側層に面するように配列される、請求項13に記載のモジュール。
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