JP3193193U - フレキシブル太陽電池パネル - Google Patents

Abstract

【課題】機械的強度、耐久性、電気絶縁性及び耐湿性を同時に提供し、且つ特に、ＣＥＩ ＥＮ６１２１５及びＣＥＩ ＥＮ６１７３０が要求する試験に合格することを可能とする高効率フレキシブル・パネルを提供する。【解決手段】フレキシブル太陽電池パネルが、複数の太陽電池セル２と、太陽電池セル２を含むように構成される少なくとも１つの熱可塑性材料封入層３であって、太陽電池セルの反対側に配置され、セルの周りで溶融する第１及び第２の層３ａ、３ｂによって形成される封入層３と、封入層の第１の表面に接合され、重ね合わせられている少なくとも１つのフレキシブル・プラスチック材料製フロント層４、５であって、使用中太陽光にさらされ、少なくとも部分的に耐紫外線材料で作製されているフロント層４、５と、封入層の、第１の表面と反対にある第２の表面に接合され、重ね合わせられている少なくとも１つのフレキシブル・プラスチック材料製バック層６とを備える。【選択図】図１

Description

本考案は、フレキシブル太陽電池パネルに関する。このパネルは、
−結晶性シリコンで作製されている複数の太陽電池セルと、
−太陽電池セルをその中に含むように構成される少なくとも１つの熱可塑性材料封入層であって、前記複数の太陽電池セルの反対側に配置され、太陽電池セルの周りで溶融する第１及び第２の層によって形成される封入層と、
−封入層の第１の表面に接合され、重ね合わせられている少なくとも１つのフレキシブル・プラスチック材料製フロント層であって、使用中太陽光にさらされ、少なくとも部分的に耐紫外線材料で作製されているフロント層と、
−封入層の、第１の表面と反対にある第２の表面に接合され、重ね合わせられている少なくとも１つのフレキシブル・プラスチック材料製バック層とを備える。

太陽電池モジュールは、様々な半導体によって太陽光を電気エネルギーに変換する。最も広く使用されている半導体は、結晶の形であってもアモルファス（薄膜）の形であってもシリコンであるが、結晶の形であると、太陽光を電気エネルギーに変換するための変換効率が非常に優れている（２０％を超える）。単結晶及び多結晶シリコン技術に基づく太陽電池モジュールでは、適切な構成のシリコン・ウエハから形成される一定数の太陽電池セルが、通常平面上に隣接して配置され、電気的に接続され、その後接着性物質によってこの配置で保持される。

個々のシリコン・セルはもろく、厚さが１００〜２５０μｍの範囲であるため、風及びひょうを含めた大気中物質（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ａｇｅｎｔ）によって生じる衝撃などの衝撃から保護しなければならない。剛性パネルでは、この保護は通常強化ガラス又は剛質プラスチック材料を用いることによってもたらされ、この材料により衝撃からセルを保護しながら光を透過させることが可能となる。

安全性の理由から、また生成するエネルギーの分散を回避するために、セルは水分からも保護しなければならず、また外部から電気的に絶縁しなければならない。これらの機能は、モジュールの裏面上に位置する第２のガラス・シートによって、又は水分に対するより効果的な保護を提供するために、層の１つが金属膜で構成される材料も含んだ、単層であっても多層であってもよいプラスチック材料によって提供される。

封入層にも保護層にもフレキシブル・プラスチックが使用されている公知のフレキシブル・パネルもある。

最初に定義したタイプのフレキシブル・パネルの例が、イタリア国特許第１３６２０８５号に記載されている。この公知のパネルは、一対のポリカーボネート層間に挿入される、太陽電池セルを包囲するポリウレタン樹脂封入層を備える。

パネルがポリカーボネート膜で構成される保護層を有する解決策は、衝撃に対して優れた保護を提供するが、水分及び紫外線（ＵＶ）の作用に対して敏感であることが判明している。

別の解決策は、セルを保護するためのフッ素化ポリマー（Ｔｅｄｌａｒ（登録商標）、ＥＴＦＥ等）や、サンドイッチ構造を結合するためのＥＶＡなどの封入材など、剛性太陽電池モジュールの構成において利用されるポリマーを使用するものである。これらの解決策は、セルを衝撃から、又はモジュールを折り曲げた場合に破壊から保護することができないことが、さらにこれら材料の水分透過により、長期的には電気接点の酸化及び寄生電流現象が生じ、結果的にモジュールの効率損失を招き得ることがわかっている。

原則として、これらの材料により太陽電池モジュールが２０年を超えて機能し続けるようになっていなければならず、したがってそれら材料は、雨、ひょう、霜、太陽光、特にプラスチックを不透明に且つもろくする傾向がある紫外線及び水分などの大気中物質に耐性がなければならない。これらの特性は通常、地上用途向けの結晶性シリコンで作製された太陽電池モジュールに適用可能であるＣＥＩ標準、特に、ＣＥＩ ＥＮ６１２１５及びＣＥＩ ＥＮ６１７３０に準拠した加速劣化試験によって試験される。

フロント層へのプラスチックの使用に関連する別の問題は、それらプラスチックの表面に傷及び汚れがつくことがあるため、時間と共にモジュールの効率が低下すると同時に、外観が不満足となることである。

イタリア国特許第１３６２０８５号 ＷＯ２００８／０２７１９０

したがって、本考案の一目的は、機械的強度、耐久性、電気絶縁性及び耐湿性を同時に提供し、且つ特に、ＣＥＩ ＥＮ６１２１５及びＣＥＩ ＥＮ６１７３０が要求する試験に合格することを可能とする高効率フレキシブル・パネルを提供することである。

本考案の別の目的は、耐摩耗性でもあるフレキシブル・パネルを提供することである。

この目的は、最初に定義したタイプのフレキシブル・パネルで本考案により実現される。少なくとも１つの封入層が、水蒸気透過速度が低い熱可塑性オレフィンで作製され、
少なくとも１つのフロント層の厚さが１００マイクロメートル〜６００マイクロメートルの範囲で、封入層の第１の表面に接しているフロント層の少なくとも一部が、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で作製され、
少なくとも１つのバック層が、少なくとも部分的にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で作製され、厚さが１００マイクロメートル〜６００マイクロメートルの範囲である。

太陽電池パネルのセルの保護にＰＥＴを使用することが、たとえば、特許出願ＷＯ２００８／０２７１９０に記載されているが、ＰＥＴ層を他の層、特に封入層に接合するための方法を提供するためだけである。前述の文献には、衝撃及び劣化に対して耐性があるフレキシブル太陽電池パネルを構成するためにＰＥＴ層及び結晶性シリコン・セルを使用する可能性が言及されていない。

実際には、層の厚さを適切に調整することによって、前述の目的にかなう能力があるパネルを、前述の材料の組合せを用いることで製造することが可能である、特に、ＣＥＩ ＥＮ６１２１５及びＣＥＩ ＥＮ６１７３０認証の試験要件を満たす結晶性シリコン・セルを有するフレキシブル・パネルを製造することが可能であることが本考案者らにより見出されている。

本考案によるデバイスのさらなる特徴及び利点が、単純に一例として提供され限定の意図はない添付の図面（図１）を参照する以下の詳細な説明によって明らかとなるであろう。

本考案によるフレキシブル太陽電池パネルを構成する層を示す図である。

この層状系において、全体として１で示してあるフレキシブル太陽電池パネルが、本質的に以下を備える。
−隣接して位置する複数の剛性太陽電池セル２、特に結晶性シリコンで作製されているセル。用語「結晶性シリコン」は、単結晶若しくは多結晶シリコン、又は準単結晶シリコンを意味する。特に好ましい実施例では、太陽電池セル２が、サンパワー社によって製造されている高効率「バックコンタクト（ｂａｃｋ−ｃｏｎｔａｃｔ）」型（電気接点がすべてセルの裏面に作製されている）である。
−太陽電池セル２をその中に含むように構成される熱可塑性材料の少なくとも１つの封入層３であって、この封入層は、太陽電池セルの反対側に配置され、セルの周りで溶融された第１及び第２の層３ａ、３ｂによって形成される。
−封入層３の第１の表面に接合され、重ね合わせられている少なくとも１つのフロント層４、５であって、このフロント層４、５は使用時太陽光にさらされ、この少なくとも１つのフロント層４、５は、フレキシブル・プラスチック材料で作製され、少なくとも部分的に、紫外線に対する耐性がある材料で作製されている。適切な耐機械的衝撃性及び耐屈曲性をパネルに提供するために、この少なくとも１つのフロント層４、５の全厚が１００〜６００マイクメートルの範囲で、好ましくは２５０マイクロメートルを超える厚さである。
−この封入層３の、第１の表面と反対にある第２の表面に接合され、重ね合わせられている少なくとも１つのフレキシブル・プラスチック材料製バック層６。適切な耐機械的衝撃性及び耐屈曲性をパネルに提供するために、この少なくとも１つのバック層６の全厚が１００〜６００マイクメートルの範囲で、好ましくは２５０マイクロメートルを超える厚さである。

本説明において、用語「フロント」及び「バック」は、太陽電池パネルが使用されている状態を指す。「フロント」層が太陽光の方に向き、光源と、太陽電池セルを含む封入層との間に位置している。他方、「バック」層が封入層の反対側に位置している。

前述の封入層３は、水蒸気透過速度が低い熱可塑性オレフィンで作製されている。用語「熱可塑性オレフィン」（ＴＰＯ）は従来から、エチレン及び／又はプロピレンホモポリマー相（或いはエチレン−プロピレン統計コポリマー相）と、熱可塑性エチレン−プロピレンブロックエラストマーで構成される相とを含む異相混合物を意味する。低いＷＶＴＲ（水蒸気透過速度）を提供することによって、紫外線に耐え、時間と共に黄ばむことを防止するために、また水分透過に対する優れたバリアを提供するために、ポリオレフィン封入材に適切な添加剤を有利に組み込む。たとえば、不可欠ではないが、層のＷＶＴＲが１０ｇ／ｍ^２／日未満であることが望ましい。

封入層の第１の表面と接触している、フロント層４、５の少なくとも一部が、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で作製されている。この材料は、ＰＥＴの高い誘電率のおかげで、必要な電気絶縁性を付与し、また加水分解に対する耐性で選択することもできる（この目的に特に適したＰＥＴ膜が市販されている）。図示した実例において、フロント層４、５は、封入層３の第１の表面に接しているポリエチレンテレフタレートの第１の層４と、ポリエチレンテレフタレートの層４上に重ね合わせられている耐紫外線（ＵＶ）プラスチック材料の第２の層５とを備える。

用語「加水分解耐性ポリエチレンテレフタレート」は、標準的なＰＥＴと比較して加水分解耐性を増大させるように処理又は生成された特別なポリエチレンテレフタレート材料を意味する。このようなポリエチレンテレフタレート材料が、商業ブランドとして、たとえば、Ｍｙｌａｒ又はＭｅｌｉｎｅｘ（登録商標）の名称で入手可能で、プレッシャ・クッカ試験（ＰＣＴ）などの加速劣化試験に対するそれら材料の耐性によって分類される様々な加水分解耐性の程度がある。このＰＣＴでは、湿度１００％及び温度１２０℃で圧力（２気圧）下の環境における数時間の処理に対するＰＥＴ膜の耐性を試験する。標準的なＰＥＴ膜は３６時間以内の処理で劣化する（もろくなり、その引張強度のかなりの部分を失う）が、高品質膜は５２時間の処理まで耐性がある。５２時間を超える耐性があるＰＥＴが「加水分解耐性」と称される。

好ましくは、耐紫外線材料の第２の層５は、加水分解耐性ポリエチレンテレフタレートで作製されている。或いは、第２の層５は、たとえば、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）若しくはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）又は他の耐紫外線プラスチック材料で作製し得る。

図示しない代替の一実施例においては、フロント層を、加水分解耐性ポリエチレンテレフタレートの単層で構成し得る。

好ましくは、バック層６も耐紫外線材料で作製されている。特に、裏面層６もポリエチレンテレフタレートで作製されている。図示しない一実施例においては、バック層を複数の層で構成し得る。

封入層用及びフロント層用の材料の特定の組合せにより、電池の表面にわたって確実に機械的応力が分布し、その結果、このようにして構成したモジュールに柔軟性及び耐衝撃性が付与される。はっ水性を有するポリマーの使用によっても、パネルの輪郭に沿った線状の封止なしに水分から太陽電池パネルを保護する問題が回避され、それによりパネル周囲に沿った封止の使用を不要とすることができる。

特に好ましい方法では、パネル１は、フロント層４、５に付与されているコーティング層７をさらに備え、このコーティング層７は、自己架橋性（ｓｅｌｆ−ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ）ポリマー・マトリックスに溶解しているシリカ・ナノ粒子で構成されている。この表面ポリマー・コーティングは、特に硬質ではっ水性を有し、したがってフロント層の水分バリアも向上させるため、傷及び汚れに対する耐性の特性をフロント層４、５に付与する。

上述のパネルは、真空積層、カレンダー加工（ｃａｌｅｎｄｅｒｉｎｇ）等など、従来の熱間加工によって製造される。コーティング層７は、層３〜６を加熱溶着するプロセスの後に付与される。

本考案の別の好ましい実施例においては（図示せず）、パネル１は、バック層６に付与されている両面接着テープの層をさらに備える。この配置により、支持表面上にパネル１を素早く、また容易に設置することが可能となる。

本考案によるパネル構造を用いることによって、太陽電池発電機の用途を、軽量化と組み合わせて小さい表面積について高効率が必要となる分野にまで、たとえば、自動車、航空、航海及びキャンピングの分野において、また建築物又はその表面形状の支持力によりこれらの条件が課される建築においても拡大することが可能である。ＣＥＩ ＥＮ６１２１５及びＣＥＩ ＥＮ６１７３０標準で規定されているように耐久特性を実現することも可能である。

Claims (10)

1. −結晶性シリコンで作製されている複数の太陽電池セル（２）と、
   −前記太陽電池セルをその中に含むように構成される少なくとも１つの熱可塑性材料の封入層（３）であって、前記複数の太陽電池セルの反対側に配置され、前記太陽電池セルの周りで溶融された第１及び第２の層（３ａ、３ｂ）によって形成される封入層（３）と、
   −前記封入層の第１の表面に接合され、重ね合わせられている少なくとも１つのフレキシブル・プラスチック材料製フロント層（４、５）であって、使用中太陽光にさらされ、少なくとも部分的に耐紫外線材料で作製されているフロント層（４、５）と、
   −前記封入層の、前記第１の表面と反対にある第２の表面に接合され、重ね合わせられている少なくとも１つのフレキシブル・プラスチック材料製バック層（６）とを備えるフレキシブル太陽電池パネル（１）であって、
   前記少なくとも１つの封入層が、水蒸気透過速度が低い熱可塑性オレフィンで作製され、
   前記少なくとも１つのフロント層の厚さが１００〜６００マイクロメートルの範囲で、前記封入層の前記第１の表面に接している前記フロント層の少なくとも一部が、ポリエチレンテレフタレートで作製され、
   前記少なくとも１つのバック層が、少なくとも部分的にポリエチレンテレフタレートで作製され、厚さが１００マイクロメートル〜６００マイクロメートルの範囲にあることを特徴とするフレキシブル太陽電池パネル（１）。
2. 前記少なくとも１つのフロント層が、少なくとも部分的には加水分解耐性ポリエチレンテレフタレートで作製されている、請求項１に記載のパネル。
3. 前記少なくとも１つのフロント層が、ポリエチレンテレフタレートの第１の層（４）及び耐紫外線プラスチック材料の第２の層（５）で構成されている、請求項２に記載のパネル。
4. 前記少なくとも１つのフロント層が、ポリエチレンテレフタレートの第１の層（４）及び加水分解耐性ポリエチレンテレフタレートの第２の層（５）で構成されている、請求項３に記載のパネル。
5. 前記少なくとも１つのフロント層が、加水分解耐性ポリエチレンテレフタレートの単層で構成されている、請求項１に記載のパネル。
6. 前記少なくとも１つのフロント層の厚さが、２５０マイクロメートル〜６００マイクロメートルの範囲にある、請求項１から５までのいずれかに記載のパネル。
7. 前記バック層が、加水分解耐性ポリエチレンテレフタレートで作製されている、請求項１から６までのいずれかに記載のパネル。
8. 前記バック層の厚さが、２５０マイクロメートル〜６００マイクロメートルの範囲にある、請求項１から７までのいずれか一項に記載のパネル。
9. 前記フロント層に付与されているコーティング層（７）をさらに備え、前記コーティング層が、ポリマー・マトリックスに溶解しているシリカ・ナノ粒子で構成されている、請求項１から８までのいずれかに記載のパネル。
10. 前記バック層に付与されている両面接着テープの層をさらに備える、請求項１から９までのいずれか一項に記載のパネル。

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