太陽電池モジュールおよびその製造方法

专利摘要:
第１および第２のガラスパネルとスペーサ部材とによって囲まれた内部空間に太陽電池を収容してなる太陽電池モジュールを製造するための方法であって、第１のシール材料からなり、第２の電気絶縁性のシール材料（４）で少なくとも部分的に満たされる切り欠き（３）を一定の場所に有しているストランド（２）が、前記スペーサ部材を形成すべく前記第１のガラスパネル（１）を巡って塗布され、少なくとも１つの電気導体（５）が、太陽電池モジュールの太陽電池のための接続として、前記第２のシール材料（４）に適用され、前記導体（５）が、第３の電気絶縁性のシール材料（６）によって、前記切り欠きの領域において前記第２および第３のシール用化合物（４、６）によって電気絶縁の様相で全周を囲まれるように覆われ、第２のガラスパネルが、前記第１のガラスパネル（１）へ取り付けられ、前記導体（５）に接続された太陽電池が、前記２枚のガラスパネルおよび前記ストランド（２）によって囲まれた内部空間に囲まれる方法が説明される。さらに本発明は、この方法に相当する太陽電池モジュールに関する。
公开号:JP2011514001A
申请号:JP2010550072
申请日:2009-03-07
公开日:2011-04-28
发明作者:ベーンハード シュミット，；トビアス ネフ，
申请人:バイストロニック レンハート ゲーエムベーハー；
IPC主号:H01L31-042

专利说明:

[0001] 本発明は、間に配置されるスペーサ部材と協働して太陽電池（ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ）が配置される内部空間を形成する２枚のガラスパネルを備えている太陽電池モジュール（ｓｏｌａｒ ｍｏｄｕｌｅ）に関する。この形式の太陽電池モジュールは、例えば特許文献１から知られている。]
背景技術

[0002] この形式の太陽電池モジュールの製造に関係する課題は、密封された内部空間から外部への太陽電池の電気的な接続をもたらすという課題である。ガラスパネルの一方に、接続を通すための開口を設け、後にこの開口を適切なシール用化合物で封じることが知られている。しかしながら、これは手の込んだプロセスである。]
[0003] 銅ストリップとしての接続を、銅ストリップをボンディングまたははんだ付けによって同一平面になるようにガラスパネルへ接続し、その後に銅ストリップをエッジシールを使用してスペーサ部材によって覆うことで、一方のガラスパネルの縁を超えて外部へ案内することも知られている。これも、やはり手の込んだプロセスである。加えて、銅ストリップの領域において水分の内部空間への進入を確実に防止することが、きわめて困難である。]
先行技術

[0004] 独国特許第１９９ ５０ ８９３号]
発明が解決しようとする課題

[0005] 本発明の目的は、水分を通さないように密封された太陽電池モジュールの内部空間から外へ、電気的な接続を、内部空間の密封を弱めることなくより容易に案内するための方法を示すことにある。]
課題を解決するための手段

[0006] この目的は、請求項１に記載の特徴を有する方法によって達成される。本発明による方法の好都合な発展が、本発明による方法に関する従属請求項の主題である。さらに、上記目的は、請求項１３に記載の特徴を有しており、本発明による方法を使用して製造することが可能である太陽電池モジュールによって達成される。本発明による太陽電池モジュールの好都合な発展が、従属請求項１４および１５の主題である。]
[0007] 本発明による方法の場合においては、第１のシール用化合物からなるストランド（ｓｔｒａｎｄ）が、スペーサ部材を形成すべく太陽電池モジュールの第１のガラスパネルに塗布され、このストランドが、電気導体がスペーサ部材を貫いて延びる場所に、凹部を有している。この凹部は、例えばすき間であってもよいが、好ましくは、ストランドにおいてガラスパネルに対して垂直に測定されるストランドの厚さが減らされている部位として設計される。これは、シール用化合物を塗布するためのノズルの適切な制御により、凹部を生成すべき領域においてノズルの移動速度を一時的に増すことによって容易に実現でき、ならびに／もしくはノズルの開口のサイズを一時的に小さくすることによって容易に実現できる。]
[0008] 例えばＴＰＳ（登録商標）として知られる方法を使用して絶縁ガラスを製造するために使用される接着剤が、２枚のガラスパネルを一体に接着するために、第１のシール用化合物として好ましく使用される。絶縁ガラスの製造に一般的に使用されるシール用化合物は、ペーストとしての塗布が可能であり、その後に硬化する。熱可塑性材料、特にポリイソブチレンが、特に適している。絶縁ガラスの製造にきわめてよく適し、したがって一般的に使用されている接着剤は、機械的特性の調節および耐ＵＶ性の向上のために添加材（特に、例えばグラファイトまたはカーボンブラック粒子などの粉末粒子）を含んでおり、したがって導電性である。]
[0009] 本発明による方法の場合において、太陽電池モジュールの太陽電池のための接続として使用される電気導体と第１のシール用化合物との間の電気的な接触は、前記凹部を第２の電気絶縁性のシール用化合物で少なくとも部分的に満たすことによって防止される。次いで、導体が第２のシール用化合物の上に配置され、第３の電気絶縁性のシール用化合物で覆われる。したがって、導体は、前記凹部の領域において電気的に絶縁されて全周を第２および第３のシール用化合物によって囲まれる。]
[0010] 簡略化のために、第２および第３のシール用マスとして、同じ材料を使用することができる。しかしながら、電気導体の全周を電気絶縁するように囲んで、電気導体を第１のシール用化合物に触れることなくスペーサ部材を貫いて延ばすことができるようにするために、異なる材料を使用することも可能である。第２および第３のシール用化合物を、自硬性のペーストとして塗布することができ、熱可塑性接着剤またはホットメルト接着剤が好ましく使用される。ポリイソブチレンが、特に適しており、グラファイト粉末などの導電添加材がない場合には、充分に良好な電気絶縁体である。]
[0011] 一旦導体が導電性のシール用化合物で覆われると、第２のガラスパネルを第１のガラスパネルへ配置し、導体へ接続された太陽電池を、２枚のガラスパネルとストランドとによって囲まれる内部空間に囲むことができる。満たされた前記凹部の領域に、ストランドの残りの領域と同じ厚さを得るために、第３のシール用化合物を、据え込み鍛造装置（ｕｐｓｅｔ ｆｏｒｇｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）を使用して第１のガラスパネルに向かって圧縮することができる。]
[0012] 第２のガラスパネルを設置する前に、第３のシール用化合物が、好ましくは第４のシール用化合物で覆われる。好ましくは、第１および第４のシール用化合物について、例えば耐ＵＶ性を高めるための添加材を含んでいる熱可塑性の接着剤など、同じ材料が使用される。このように、第２および第３の電気絶縁性のシール用化合物を、第１および第４のシール用化合物で覆うことによってＵＶ線から保護することができる。これは、典型的には電気絶縁性のシール用化合物が良好な耐ＵＶ性を有していないため、重要な利点である。ＵＶブロッカー（特に、グラファイト粒子）の添加に起因して、導電性のシール用化合物は、シール機能の低下を生じることなく数年の期間にわたってＵＶ線に比較的よく耐えることができる。]
[0013] 本発明の好都合な改良によれば、一旦導体が電気絶縁性のシール用化合物で覆われると、第４のシール用化合物からなるストランドが、周状に第１のシール用化合物からなるストランドの上に塗布され、その後に第２のガラスパネルが第４のシール用化合物へ配置される。シール用化合物からなる２つの周状のストランドが互いに重なるように配置される点に鑑み、第２および第３の電気絶縁性のシール用化合物を有している導体の通路の領域において、ガラスパネルの平面に垂直に測定される厚さを一様にすることがより容易である。]
[0014] 乾燥剤を、絶縁ガラスの製造において典型的であるように、太陽電池モジュールの密封された内部空間に残る水分を吸収するために、例えば第１および／または第４のシール用化合物に加えることができる。]
[0015] 本発明の好都合な発展によれば、自硬性の第５のシール用化合物からなるストランドが、第１のシール用化合物からなるストランドの周囲において、内部空間から離れる方を向いている側に配置される。好ましくは、シリコーンが第５のシール用化合物として使用される。第５のシール用化合物は、２枚のガラスパネルを互いに機械的に接合して、それらのガラスパネルが熱可塑性のシール用化合物に及ぼす負荷を力学的に軽減する（ｍｅｃａｎｉｃａｌｌｙ ｒｅｌｉｅｖｅ）ために使用される。これは、熱可塑性のシール用化合物が高温において軟化し、２枚のガラスパネルが相対的に滑ってしまうようになる可能性があるため、重要な利点である。これに、硬化して熱硬化性プラスチックを形成する（ｃｕｒｅｓ ｔｏ ｆｏｒｍ）第５のシール用化合物によって対抗することができる。第５のシール用化合物を、太陽電池モジュールの内部空間から外へ延びる導体を間に囲む２つの部分ストランドにて、全周に塗布することが可能である。単一成分または複数成分の合成樹脂あるいは他の硬化するプラスチックが、第５のシール用化合物として使用するために適している。]
[0016] 本発明による方法によれば、電気絶縁性のシール用化合物によって囲まれた複数の導体が、好ましくは、２枚のガラスパネルの間のスペーサ部材を貫いて延びる。しかしながら、基本的には、接続として、ただ１つの導体を電気的に絶縁されるように外へ延ばせば充分である。第２の接続を、接地電位へ設定することができ、したがって導電性のシール用化合物へも容易に接触させることができる。太陽電池モジュールに使用される導体は、好ましくは、例えば金属ストリップなどの平たい導体である。特に、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの厚さが好都合である。導体は、好ましくはむきだしでスペーサ部材を貫いて案内され、すなわち別途の絶縁ジャケットに囲まれていない。]
[0017] 本発明のさらなる詳細および利点を、添付の図面を参照し、実施形態を使用して説明する。]
図面の簡単な説明

[0018] 太陽電池モジュールのガラスパネルについて、塗布された第１のシール用化合物からなるストランドおよび導体を通すための凹部を含む一部分である。
図１に示したガラスパネルの一部分であり、凹部が第２の電気絶縁性のシール用化合物で途中まで満たされた後である。
導体が第２のシール用化合物の上へ配置された後のガラスパネルの一部分である。
導体が電気絶縁性のシール用化合物で覆われた後のガラスパネルの一部分である。
ストランドおよび満たされた凹部の一様な厚さが据え込み（ｕｐｓｅｔｔｉｎｇ）によって全周にわたって生成された後のガラスパネルの一部分である。
さらなる周状のストランドが第１のシール用化合物からなるストランドおよび満たされた凹部の上へ配置された後のガラスパネルの一部分である。] 図１
実施例

[0019] 図１〜６は、第１のガラスパネル、第２のガラスパネル、およびスペーサ部材によって囲まれた太陽電池を含んでいる太陽電池モジュールを製造するための方法の実施形態の各段階を示している。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６
[0020] 図１に示されているこの方法の第１の段階において、第１のシール用化合物のストランド２が、スペーサ部材を形成すべく第１のガラスパネル１へ周状に塗布され、この第１のシール用化合物は、１地点に凹部３を備えている。図示の実施形態においては、凹部３が、ストランド２においてストランド２のガラスパネル１に対して垂直な方向の厚さが減らされている地点として設計されている。ストランド２は、自硬性のペーストとして塗布されている。すなわち、第１のシール用化合物は、熱可塑性材料であり、例えば６０℃〜８０℃の高温で塗布される。ＵＶブロッカー（特に、グラファイト粒子またはカーボンブラック粒子）の添加によってＵＶ線に対して安定化されたポリイソブチレンが、第１のシール用化合物としての使用に特に適している。これらの添加材は、第１のシール用化合物を導電性にするため、太陽電池モジュールの太陽電池のための接続として使用される導体は、ストランド２に対して電気的に絶縁されなければならない。] 図１
[0021] 図２に示されている本方法の第２の段階において、凹部３は、第２の電気絶縁性のシール用化合物で部分的に満たされる。第２のシール用化合物４は、同様に自硬性のペーストとして塗布される。例えばポリイソブチレンなどの熱可塑性の接着剤が、第２のシール用化合物としての使用に特に適している。グラファイトまたはカーボンブラックなどの導電性の添加材を有さないポリイソブチレン、すなわちグラファイト粒子を含んでいないポリイソブチレンは、適切な電気的絶縁をもたらすのに充分な高い電気抵抗を有している。] 図２
[0022] 図３に示されている本方法のさらなる段階において、太陽電池モジュールの太陽電池のための接続としての電気導体５が、第２の電気絶縁性のシール用化合物４の上に配置される。導体５は、第２のシール用化合物４によって、第１のシール用化合物のストランド２に対して電気的に絶縁されている。図示の実施形態においては、電気導体５が、平たい導体として設計されている。平たい導体５は、好ましくは０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの厚さを有しており、例えば金属ストリップ（特に、銅で構成される）として設計することが可能である。] 図３
[0023] 図４に示されている本方法のさらなる段階において、電気導体５が、第３の電気絶縁性のシール用化合物６で覆われ、したがって電気導体５の全周が、凹部３の領域において電気絶縁するように第２のシール用化合物４および第３のシール用化合物６によって囲まれる。同じ材料（例えば、グラファイト粒子を含まないポリイソブチレン）が、第２のシール用化合物４および第３のシール用化合物６として好ましく使用される。しかしながら、基本的には、第２のシール用化合物４および第３のシール用化合物６として、異なる電気絶縁材料を使用することが可能である。] 図４
[0024] ストランド２の凹部３が、第３のシール用化合物６によって、好ましくは完全に満たされる。凹部３を完全に満たすために必要とされるよりもわずかに多くの第３のシール用化合物６を、塗布することが好ましい。図４は、第３のシール用化合物６の表面（ガラスパネルから離れる方を向いている表面）が、凹部３を完全に満たすために必要とされるよりもわずかに多くの第３のシール用化合物６が塗布されたために、隣接するストランド２の高さよりもわずかに上方に盛り上がっている旨を示している。] 図４
[0025] 図５に示されている本方法のさらなる段階において、第３のシール用化合物６が、導体５の設置後に、据え込み鍛造装置（ｕｐｓｅｔ ｆｏｒｇｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）７を使用して第１のガラスパネル１に向かって据え込まれる。第３のシール用化合物６を据え込むことによって、第３のシール用化合物６の表面（ガラスパネル１から離れる方を向いている表面）が、第１のシール用化合物のストランド２の隣接する表面と同じ高さにされる。このようにして、ガラスパネル１に対して垂直な方向の高さがあらゆる場所で同じであるシール用化合物からなる全周のストランドが、ガラスパネル１上に得られる。] 図５
[0026] 図６に示されている本方法のさらなる段階において、一旦導体５が第３のシール用化合物６で覆われると、第４のシール用化合物からなるさらなるストランド８が、第１のシール用化合物からなるストランド２へ全周を巡って塗布される。好ましくは、第１および第４のシール用化合物について、同じ材料（例えば、ＵＶ線の影響に抗する添加材によって安定化された熱可塑性の接着剤）が使用される。しかしながら、基本的には、第１のシール用化合物および第４のシール用化合物について、異なる材料を使用することも可能である。] 図６
[0027] 図６に示されるように、電気導体５が、第２の電気絶縁性のシール用化合物４および第３の電気絶縁性のシール用化合物６によって全周を囲まれており、したがって導電性のストランド２、８に対して電気的に絶縁されている。] 図６
[0028] 図６に示されるように、第４のシール用化合物からなるさらなるストランド８は、図示の実施形態においては、ガラスパネル１に対して垂直な一定の厚さで塗布されている。しかしながら、これは、特に据え込みの工程が省略される場合に、絶対に必要というわけではない。例えば、ストランド８に凹部３と対をなすさらなる凹部を設け、第２のシール用化合物４および／または第３のシール用化合物６を相応に大量に塗布して、さらなるストランド８のこの凹部が完全に満たされるように保証することも可能である。] 図６
[0029] 一旦さらなるストランド８が塗布されると、本方法のさらなる段階において、第２のガラスパネル（図示せず）が、さらなるストランド８の上へ配置され、導体５へ接続された太陽電池（図示せず）が、２枚のガラスパネルによって囲まれた内部空間に囲まれる。さらなる導体を、上述の方法で生成されたさらなる通路を通って案内することが可能である。接地電位にある導体は、必ずしもストランド２および８に対して電気的に絶縁される必要がなく、したがって単純にストランド２の上に配置し、ストランド８によって直接覆うことが可能である。]
[0030] さらなる作業段階において、自硬性（好ましくは、硬化する（ｃｕｒｉｎｇ））の第５のシール用化合物（例えば、シリコーン）が、重ね合わせに配置された２枚のガラスパネルの間のエッジ接合部に注入される。このようにして、２枚のガラスパネルを恒久的に互いに機械的に接合する自硬性の第５のシール用化合物からなるストランドが、第１のシール用化合物からなるストランド２および第４のシール用化合物からなるストランド８の周囲において、太陽電池モジュールの内部空間から離れる方を向いている側に配置される。これにより、第５のシール用化合物によって、たとえ熱可塑性のシール用化合物２、４、６、８の軟化を生じさせかねない高い温度においても、２枚のガラスパネルが安定に接合されることが保証される。仕上がった太陽電池モジュールにおいて、第５のシール用化合物は硬化しており、熱硬化性プラスチックを形成している。]
[0031] 上述の方法によって製造された太陽電池モジュールは、第１のガラスパネル１と、第２のガラスパネルと、２枚のガラスパネルと２枚のガラスパネルの間に周状に配置されたスペーサ部材とによって囲まれた内部空間に配置される太陽電池と、太陽電池のための接続として内部空間から外へ延びる電気導体５とを有している。上述した方法においては、スペーサ部材が、第１のシール用化合物からなるストランド２と、さらなるストランド８と、接合された２枚のガラスパネルの間のエッジ接合部に周状に配置された第５のシール用化合物からなるストランドとで形成されている。]
[0032] 導体５のうちの少なくとも１つが、スペーサ部材に形成された通路を通って延びている。電気絶縁性のシール用化合物で構成されたこの通路は、第２のシール用化合物４および第３のシール用化合物６で形成されている。したがって、通路を通って延びる導体５は、導電性のシール用化合物（すなわち、ストランド２の第１のシール用化合物およびストランド８の第４のシール用化合物）に対して電気的に絶縁されている。導電性のシール用化合物は、第１のガラスパネル１と通路との間および第２のガラスパネルと通路との間に配置されている。したがって、スペーサ部材は、図示の実施形態においてはストランド２および８で形成されて通路の全周を囲んでいる導電性のシール用化合物からなる周状のストランドを含んでいる。]
[0033] １ガラスパネル
２ストランド
３ 凹部
４ 第２のシール用化合物
５導体
６ 第３のシール用化合物
７ 据え込み鍛造装置
８ ストランド]

权利要求:

請求項1
第１および第２のガラスパネルとスペーサ部材とによって囲まれた内部空間に太陽電池を収容してなる太陽電池モジュールを製造するための方法であって、第１のシール用化合物からなり、第２の電気絶縁性のシール用化合物（４）で少なくとも部分的に満たされる凹部（３）を一定の場所に備えているストランド（２）が、スペーサ部材を形成すべく第１のガラスパネル（１）上に周状に塗布され、少なくとも１つの電気導体（５）が、太陽電池モジュールの太陽電池のための接続として、前記第２のシール用化合物（４）の上に配置され、前記導体（５）が、第３の電気絶縁性のシール用化合物（６）によって、前記凹部の領域において前記第２および第３のシール用化合物（４、６）によって電気絶縁の様相で全周を囲まれるように覆われ、第２のガラスパネルが前記第１のガラスパネル（１）に配置され、前記導体（５）へ接続された太陽電池が、前記２枚のガラスパネルおよび前記ストランド（２）によって囲まれた内部空間に囲まれる方法。
請求項2
前記第２および前記第３のシール用化合物（４、６）として、同じ材料が使用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
前記ストランド（２）の前記凹部（３）が、前記ガラスパネル（１）に垂直な方向の厚さが減らされている地点として設計されていることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
請求項4
前記凹部（３）が、一旦前記第３のシール用化合物（６）が塗布されると前記ガラスパネル（１）に垂直な方向について完全に満たされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
請求項5
前記第３のシール用化合物（６）が、一旦前記導体（５）の上に塗布されると、該第３のシール用化合物（６）のうちの前記ガラスパネル（１）から離れる方を向いている表面を隣接する前記第１のシール用化合物からなる前記ストランド（２）の表面と同じ高さにするために、据え込み鍛造装置（７）を使用して前記第１のガラスパネル（１）に向かって据え込まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
請求項6
前記第３のシール用化合物が、第４のシール用化合物で覆われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
請求項7
一旦前記導体（５）が前記第３のシール用化合物（６）で覆われると、第４のシール用化合物からなるストランド（８）が、周状に前記ストランド（２）の上に塗布されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
請求項8
前記第４のシール用化合物からなるストランド（８）が、前記ガラスパネル（１）に垂直な方向の一定の厚さにて塗布されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
請求項9
前記第１および前記第４のシール用化合物として、同じ材料が使用されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
請求項10
前記第１、前記第２、前記第３、および前記第４のシール用化合物が、熱可塑性材料であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
請求項11
前記第１および前記第４のシール用化合物が、導電性の添加材を含んでいることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
請求項12
硬化する第５のシール用化合物からなるストランドが、前記第１のシール用化合物からなるストランド（２）の周囲において、前記内部空間から離れる方を向いている側に配置されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
請求項13
第１のガラスパネル（１）と、第２のガラスパネルと、前記２枚のガラスパネルと前記２枚のガラスパネルの間に配置された周状のスペーサ部材とによって囲まれた内部空間に配置される太陽電池と、前記太陽電池のための接続として前記内部空間から外へ延びる電気導体（５）とを備えている太陽電池モジュールにおいて、前記導体（５）のうちの少なくとも１つが、前記スペーサ部材に配置された通路を通って延びており、該通路は、該通路を通って延びる前記導体（５）を、前記第１のガラスパネル（１）と該通路との間および前記第２のガラスパネルと該通路との間に配置された導電性のシール用化合物（２、８）に対して電気的に絶縁する電気絶縁性のシール用化合物（４、６）で形成されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項14
前記スペーサ部材が、前記通路の全周を囲む導電性のシール用化合物からなる周状のストランド（２）を含んでいることを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池モジュール。
請求項15
前記スペーサ部材が、前記導電性のシール用化合物からなるストランド（２）の前記内部空間から離れる方を向いた側に、熱硬化性プラスチックからなるストランド（２）を備えていることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池モジュール。