【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】 本発明はそれに備え付けられたカプセル化材料（encapsulation materials）
と共に太陽電池システム（solar cell system）を呈する（exhibits）積層体（l
aminate）の形の光起電モジユール（photovoltaic module）に関する。 又本発明に依るその製造工程も開示されている。 【０００２】 【従来の技術】 光起電モジユールは太陽光から電気エネルギーを発生するため使用される。 該エネルギーは、シリコンセル（silicon cell）から成るのが好ましい、太陽電池システムを媒介して発生される。 しかしながら、これらは僅かの機械的負荷しか担えないので、それらは何れかの側をカプセル化材料により包まれねばならない。 カプセル化材料はガラス及び／又はプラスチックフイルム及び／又はプラスチックフイルム複合材料の１つ以上の層とすることが出来る。 【０００３】 本質的にポリ弗化ビニル｛ピーブイエフ（PVF）｝とポリエチレンテレフタレート｛ピーイーテー（PET）｝とから成るプラスチックフイルム複合材料は本出願人によりイコソーラー（ICOSOLAR）の呼称で製造され、そしてＷＯ−Ａ１−９
４／２９１０６で開示された真空積層工程で光起電モジユールを作るため使用されている。 これらのモジユールでは、該太陽電池システムは機械的損傷に対して保護されるのみならず、自然力（elements）、特に水蒸気、への露出に対しても保護されている。 水蒸気に対するバリヤ層(barrier layer)として、該イコソーラーフイルム複合材料内にはアルミニウム製の中間層が設けられている。 しかしながら、この層の欠点はそれが該太陽電池システムに導電的に接続されており、
従って該光起電モジユール内に望ましくない外部電流（outside current）が出現することである。 【０００４】 【発明の概要】 従って、本発明の目的は、この欠点を呈しない、水蒸気に概ね透過性がない様な最初に述べた種類の光起電モジユールを提供することである。 【０００５】 本発明のこの目的は、少なくとも１つのカプセル化材料層がシールしかつ、バリヤとなる層から成ること、そして該バリヤ層が、該太陽電池システムに面する側上に蒸気相から分離された（separated out of the vapor phase）無機酸化物層を供給された、プラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材料製であることを特徴とする、提案された光起電モジユールにより達成される。 【０００６】 本発明の該光起電モジユールのもう１つの利点は該無機酸化物層がアルミニウム又はシリコン元素から成り、そして３０から２００ナノメートルの厚さにあることである。 又該無機酸化物層はそれが可視光波範囲及び近紫外線波長（near U
V wavelength）範囲の光ビームに透過性がある一方紫外線波長（UV wavelength
）範囲のより短い波長では光ビームを吸収する利点を呈すことである。 【０００７】 又本発明の光起電モジユールは、該シール層（sealing layer）が該太陽電池システムと該バリヤ層との間に配置され、そしてエチレンビニルアセテート｛イーブイエイ（EVA）｝又はイオノマー（ionomers）から成るのが好ましいと云う利点を呈している。 【０００８】 本発明に依ると、該無機酸化物層が蒸着される（deposited）該プラスチックフイルムは追加的にポリエチレンテレフタレート｛ピーイーテー（PET）｝又はエチレンテトラフルオールエチレンコーポリマー｛イーテーエフイー（ETFE）｝
から成る。 【０００９】 本発明の光起電モジユールの他の利点は該無機酸化物層が該太陽電池システムに面し、そして直接的に又はプライマーコート（primer coat）を介して隣接シール層に接触することである。 【００１０】 加えて、該無機酸化物層は本発明では両側をプラスチックフイルム又は複合材料で包まれるが、そこでは少なくとも１つのプラスチックフイルム又は１つのプラスチックフイルム複合材料が該バリヤ層として作用する。 この場合、該無機酸化物層は接着剤層、及び／又は有機／無機ネットワーク（organic/inorganic ne
tworks）から成るハイブリッド層、を介して該プラスチックフイルム又は複合材料と接触する利点を有する。 【００１１】 本発明に依ると、該無機酸化物層はSiO xから成るが、そこでは酸素に対するケイ素の元素比（atomic ratio）xは１．２−１．７の範囲内にある。 【００１２】 又本発明は光起電モジユールを製造する工程に関するが、そこでは次ぎの点が有利であり、すなわち ａ）プラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材料に該蒸気相から分離された無機酸化物層を備えさせること、 ｂ）該シール層が該太陽電池システムを両側で包む様な仕方で該太陽電池システムとカプセル化材料から成るモジユールスタックが成層されること、 ｃ）このモジユールスタツクが、該シール層のひずみ温度（distortion tempera
ture）より下の温度にそれが保たれる工程配備の積載ステーションに、組み入れられること、 ｄ）該モジユールスタツクが、排気され、そして該モジユールスタツクが該シール層のひずみ温度まで加熱される、この配備内の真空積層機内に搬送されること、そして ｅ）再冷却無しに該真空積層機を換気した後、該モジユールスタックから形成された該複合材料体が硬化炉へ搬送されるが、そこで該シール層は硬化されるので、再冷却後該連続工程から取り除かれ得る、光起電モジユールとして積相体が形成される。 【００１３】 【本発明の１実施方法】 実施例に基づき本発明を今詳細に説明する。 【００１４】 第１の工程の過程で、無機酸化物層７を呈するバリヤ層６が形成される。 この場合、該構造は、外側から中へ、すなわち該太陽電池システムの方向に、進むシークエンス（sequence）を有する、次ぎの表に基づいて選択出来る。 【００１５】 表（例ａ−ｄ） 例ａ −バリヤ層６：フイルム状のポリ弗化ビニル｛ピーブイエフ（PVF）｝、ポリエチレンテレフタレート｛ピーイーテーピー（PETP）｝から成る複合材料 −無機酸化物層７：SiO x又はAl 2 O 3 −シール層４' 例ｂ −バリヤ層６： エチレンテトラフルオーロエチレンコポリマー｛イーテーエフイー（ETFE）
｝から成るプラスチックフイルム −無機酸化物層７：SiO x又はAl 2 O 3 −シール層４' 例ｃ −バリヤ層６：ピーブイエフ（PVF）とピーイーテーピー（PETP）とから成る複合材料 −無機酸化物層７：SiO x又はAl 2 O 3 −有機／無機ネットワークから成るハイブリッド層１０' −接着剤層１０：例えば、ポリウレタン −プラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材料１１： ポリ弗化ビニル｛ピーブイエフ（PVF）｝、ポリ弗化ビニリデン｛ピーブイデーエフ（PVDF）｝、エチレンテトラフルオーロエチレンコーポリマー｛イーテーエフイー（ETFE）｝、ポリエチレンテレフタレート｛ピーイーテーピー（PETP
）｝ −シール層４' 例ｄ −バリヤ層６：ピーブイエフ（PVF）とピーイーテーピー（PETP）から成る複合材料 −無機酸化物層７：SiO x又はAl 2 O 3 −プライマーコート１２：例えば、ポリウレタン、エチレンビニルアセテート（EVA）、ポリメチルメタアクリレート（PMMA） −シール層４' 該表から明らかな様に、該バリヤ層６は例ｂ）の単一プラスチックフイルムから、そして例ａ）のプラスチックフイルム複合材料から成ることが可能である。 【００１６】 好ましくは該シール層４'として熱処理（heat treatment）中に僅かに生じ、
その結果として架橋結合（cross-linked）され、該プラスチックスをクリープ（
creeping）から防止するエチレンビニルアセテート｛イーブイエイ（EVA）｝フイルムが使われるのがよい。 【００１７】 イオノマー（ionomers）は特に良いシール性を呈する。 これらは良好な接着性に加えて低い水蒸気透過性を有する、イオンのグループを伴うポリマーである。 【００１８】 真空（図示せず）下の蒸気からの分離により３０乃至２００ナノメートルの厚さで無機酸化物層７が今該ピーエフテーピー（PFTP）プラスチックフイルム｛表の例ａ）参照｝上に作られる。 例えば、この目的で真空コーテイングシステム（
vacuum coating system）（図示せず）が使用される。 該プラスチックフイルム表面と該無機酸化物との間の満足すべき接着を保証するために、該プラスチックフイルムの表面は酸素ガス（純度９９．９９５％）から成るプラズマ内で予め処理される（pretreated）。 【００１９】 酸化アルミニウム（純度９９．９％）又は一酸化けい素（純度９９．９％）の理論量（stoichiometric quantities）が、例えば、コーテイング材料として使用され、そして真空下で電子ビームを使用して蒸発される。 例えば、２２０ｍＡ
までの放射速度（emission rate）で、蒸発中に使用されたエネルギーは１０ｋ
ｅＶであった。 該蒸発速度、又はローラを介し動かされる該プラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材料の速度、を変えることによりSiO x又はAl 2 O 3層の厚さは３０乃至２００ナノメートルの範囲内にセット出来る。 【００２０】 例えば、１００ナノメートルの厚さのSiO x層を作るために実験室では５メートル毎分の速度が選択される一方、４０ナノメートルの厚さのAl 2 O 3層を作るために２．５メートル毎分の速度を選択せねばならなかった。 ここで蒸発速度は７０
ナノメートル毎秒までになり、蒸発中使用された圧力は約5×10 -2パスカルであった。 工業的な生産時は、１００倍以上速い速度がセット出来る。 【００２１】 例えば、ピーイーテーエフ（PETF）で作られる、無機酸化物層を備えた該プラスチックフイルムは今度は、例えばピーブイエフ（PVF）｛表の例ａ）参照｝で作られた該プラスチックフイルム複合材料を作るために他のプラスチックフイルムと積層されることも出来る。 【００２２】 例ａ）及びｂ）に依る本発明の変型品（variants）は今度は該無機酸化物層７
、好ましくは酸化けい素層、が充分な結合を保証するシール層４'と直接接触することを予想させる。 この場合、けい素と酸素との間の原子比（atomic ratio）
は望むように変えることが出来る。 【００２３】 しかしながら、本発明の光起電モジユールで該無機酸化物層、好ましくは該けい素／酸化物層、が紫外線（UV）フイルター効果を保証することも追加して意図するならば、酸素の占有率xが１．３と１．７の間にあるような仕方で蒸発中の酸素に対するけい素の原子比（atomic ratio）を制御する必要がある。 【００２４】 上記基準、例えば理論量比での出発材料（starting products in stoichiomet
ric quantity ratio ）或いは蒸発速度の選択に加えて、これは、蒸発中に反応ガスの形で酸素を追加的に供給することによっても達成出来る。 これは可視光波長範囲で高度に透明な酸化物層を生じさせるが、該層は紫外（UV）線をなお吸収するので、該紫外線に敏感な（UV-sensitive）シール層４'が保護されることにもなる。 【００２５】 これは図３でより詳細に説明される。 【００２６】 図３は、無機酸化物層として３２０ナノメートルの厚さのSiO x層を呈するイーテーエフイー（ETFE）プラスチックフイルムの光透過性を示す。 これは、SiO xのコートされたプラスチックフイルムが３５０ナノメートルの光の波長より下の紫外線の範囲内の光に対し実際には透過性がないことを明らかにしている。 しかしながら、同じ構造（図示せず）のコートしてないプラスチックフイルムはこの範囲内の光を吸収しない。 ３５０ナノメートルの光の波長でスタートして、SiO xでコートされた該イーテーエフイー（ETFE）フイルムは入射光を通過させ始める。
可視光のスペクトラムの青ー紫部分の約４５０ナノメートルでスタートして顕著な透明性が観察出来る。 残る可視光範囲に亘り高い透過率（transmission）が観察され、それは赤外線の範囲でのみ再び減少する。 【００２７】 本発明の該光起電モジユールの特性を得るには下記の自由度が利用出来るが、
すなわち、より短い波長の紫外線範囲での光の同時阻止を与えられた該可視範囲及び近紫外線範囲での高い光透過率、そして又水蒸気に対する高いバリヤ効果である。 １． 無機酸化物層厚さの変型（variation） この場合、光透過性はランバートビーアの法則（Lambert-Beer's law）に依存し良好な近似で有利に影響されるが、該法則は ln(I/I0)=-4pkdl-1 ここで I＝通過の許される光の強さ（light intensity allowed through） I0＝放射された強さ k＝波長で決まる吸収係数 d＝蒸着された（vapor-deposited）無機酸化物層の層厚さ λ＝波長 ２． 無機酸化物層、好ましくはSiO x層の酸素含量（oxygen content）（x）の変型 他の蒸着条件を使用してxが図３の１．３の値から増加された場合、該材料の透過率（transmission）は該層厚さを変えねばならぬことなく４００ナノメートルの波長範囲でより高くなる。 【００２８】 マイクロ波放射の形の電磁的エネルギーを同時に組み合わせる間に酸素を追加することにより例えば、１．７のxに対する値がセット出来る。 【００２９】 従って、該層厚さと酸素含有パラメータを変えることは可視光範囲での透過率、紫外線範囲でのバリヤ効果、そして水蒸気に対するバリヤ効果に対する同時最適値を可能にする。 【００３０】 酸素に対するけい素の選択した原子比に加えて、本発明の光起電モジユールの戸外使用中の大気腐蝕への抵抗もプラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材料で該無機酸化物層７の両側を包むことにより保証される。 【００３１】 図１の、例えば、変型品Ｉａでは、これは該バリヤ層６に該無機層７を呈させることにより行われているが、該層は今度は接着剤層１０を介してもう１つのプラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材料１１と接触している。 この場合、接着剤層１０は単独でも或いは無機／有機ネットワークのハイブリッド層から成る層１０'と組み合わせて備えられることも可能である。 これらのネットワークは、例えば、アルコキシシロキサン（alcoxy siloxanes）に基づく無機／有機ハイブリッドシステムである。 それらは密接な架橋密度（close crosslin
k density）、従って水蒸気に対する高いバリヤ効果を呈し、そして同時に該SiO x層に充分によく接着する。 【００３２】 更に、例ｃ）による該プラスチックフイルムが対応して該表から選択出来るので、それらは該太陽電池システムを自然力（the elements）への露出に対して保護するように追加的な作用をする。 この場合、図１／Ｉａによる該太陽電池システム用の配備は、該バリヤ層６が該シール層４'に隣接し一方該プラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材料１１は該モジユールスタツク内の最外層を形成する様な仕方で選択されることも可能である。 【００３３】 加えて、該表から図１／変型品Ｉｂと例ｄ）とに依り該シール層４'と該無機酸化物層７との間に配置される、プラスチック製のプライマーコート１２を使用し大気の腐蝕に対する充分な抵抗をもたらすことも可能である。 【００３４】 該光起電モジユール１を作るために図２に依る配備１３の助けを得る該積層工程内では全ての変型品を今使用出来る。 【００３５】 １つの変型品が例として今提示する。 【００３６】 該無機層７を備えた該バリヤ層６は、図１で示す様に、該プラスチックのシール層４'、太陽電池システム２，もう１つのプラスチックのシール層４そしてガラス層５で積層されている。 該ガラス層５の代わりにピーイーテー（PET）／ピーブイエフ（PVF）プラスチックフイルム複合材料を使用することも出来る。 【００３７】 更に、該層５は、特に戸外で使用する時、大気の腐蝕に耐えてそして装飾的でなければならぬので、アクリレート層（acrylate layer）を備えそしてデザインされた装飾的積層シートのマックスエクステリヤ（MAX（商標） EXTERIOR）が適している。 【００３８】 このモジユールは今度は図２に依る積層用配備１３内に組み入れられる。 この場合、該モジユールスタック１は室温、又は８０度の最高温度に保たれた、該積載ステーション１４で搬送プレート１５上に置かれる。 【００３９】 該モジユールスタックの頂部側と底部側には該搬送プレート１５及び残りのシステム部品との接着を防止するために分離用フイルム（図示せず）が備えられている。 【００４０】 該モジユールスタック１が搬送プレート１５上に置かれた後、後者は搬送システム１６、例えば、チエーンコンベアを介して該真空積層機１７内へ運ばれる。
該加熱プレート２１の温度は外部制御システム２２により該シール層内で使用さえる該プラスチック材料の軟化点に対応するレベルにその中で保たれる。 油圧配備２０は該加熱プレート２１を該搬送プレートに対し加圧するので、該搬送プレート内の熱流は該モジユールスタツク内の該プラスチックスシール層４，４'をそれらの軟化点へ持って行く。 【００４１】 該積層機１７が閉じられた後、該外部制御器２２は真空を印加する。 該排気は該モジユールスタツクから空気と他の揮発性構成分を取り除くが、それによりふくれの無い（blister-free）積層品を保証する。 これは次ぎに換気に受け継がれるが、それは該可撓性のある膜（図示せず）を該モジユールスタツクに対し加圧する。 【００４２】 該モジユールスタツク１の該真空積層機１７内での規定された時間の保持の後、後者は換気され、そして該モジユールスタツクは何等追加の加圧動力無しに硬化炉２３内へ搬送される。 後者は該制御システム２４により規定された温度にその中で保たれるので、該モジユールスタツク内の該シール層は規定された保持時間後硬化し、そして積層品が形成されそれは次に該冷却領域２５で室温に冷却される。 該硬化した積層品は該除去領域２７で該搬送プレートから取り外され、そして該再冷却された搬送プレートは該積載ステーション１４へ戻るようルート付けされる。 【００４３】 本発明の該光起電モジユール１は結晶性シリコンセルに代わっていわゆる薄膜太陽電池を呈する。 この場合、該太陽電池システムは加圧モールド又はカレンダー作用（calendaring）を経由して該カプセル化材料３，３'に結合される。 これ等の薄膜太陽電池は破損し難く、水に影響されやすいが、その水は本発明で提案した解決策を特に価値あるものとする。 【００４４】 該光起電モジユールスタックは次の構造を有することが出来るが、例えば 例 ｅ）： 層５：ガラス 太陽電池システム２：アモルフアスシリコン（amorphous silicon）製薄膜太陽電池 シール層４'：イーブイエイ（EVA） バリヤ層６：無機SiO x酸化物層７を有するイーテーエフイー（ETFE）プラスチックフイルム 例 ｆ）： 層５：ガラス 太陽電池システム２：アモルフアスシリコン製薄膜太陽電池 シール層４'：イーブイエイ（EVA） バリヤ層６：ピーブイエフ（PVF）／ピーイーテー（PET）プラスチックフイルム複合材料と無機SiO x酸化物層７ 例ｅ）とｆ）では、該薄膜太陽電池システムは該バリヤ層６により水蒸気に対し保護されている。 しかしながら、後者は破損を受け難いので、追加のシール層４は省略出来る。 【００４５】 【商業的応用の可能性】 本発明に依る工程で作られた該光起電モジユールは太陽光から電気エネルギーを発生するため使用される。 それらは構造的に一体化された屋根及び外面（faca
de）のシステムを介して緊急呼び出しボックス（emergency call box）又はモバイルホーム（mobile home）用の小型電力プラントから、大規模プラント及び太陽電力設備までに亘る、種々の応用を有する。 【００４６】 戸外の応用に関しては、水蒸気に対する該バリヤ効果は蒸気相から分離する該酸化物層により顕著に改善されていることが示された。 図４はこれを詳細に説明している。 【００４７】 この場合、それらの グラム／平方メートリ・日（g/m 2 d）で表したそれらの水蒸気透過率に関しコートされていないフイルム｛横座標で左の柱（column）｝が
SiO xをコートされたフイルム（横座標で右の柱（column）｝と比較された。 【００４８】 この比較から明らかな様に、該水蒸気透過性は、アールエヌ１２型（type RN
12）のピーイーテー（PET）では該コートされていない材料の値の約１０分の１
に、そしてアールエヌ７５型（type RN 75）ではその２５分の１に減少出来た。
該水蒸気透過性は２０マイクロメートルの材料厚さを有するイーテーピーイー（
ETPE）では約１００の桁も減少される。 【図面の簡単な説明】 【図１】 太陽電池システム２と該太陽電池システムを包むカプセル化材料３，３'から成る、本発明の光起電モジユール１の構造を示している。 該太陽電池システム２
は、ボンデイングワイヤ９によりグループを形成するよう直列に半田付けされた１連のシリコンセル８から作られている。 該カプセル化材料３'は該プラスチックシール層４'と、該太陽電池システム２に面する表面上に該蒸気相から分離された酸化物層７を呈するプラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材料６から成っている。 この層構造は,,Ｉ”でデザインされる（designed）。該カプセル化材料３は、例えば、ガラス層又は６の様なプラスチックフイルム複合材料とすることが出来る層５とプラスチックシール層４とから作ることが出来る。 【図Ｉａ、Ｉｂ】 ,,Ｉ”により層構造を置き換える変型品（variant）ＩａとＩｂを追加的に示す。 変型品Ｉａ（図１ａ）では、該無機酸化物層７は接着剤層１０及び／又は有機／無機ネットワークから成るハイブリッド層を介して追加的なプラスチックフイルム又はプラスチックフイルム複合材料１１と結合されている。 変型品Ｉｂ（図１ｂ）では、該無機酸化物層７は、結果として該シール層４'
への結合を確立する追加的プライマー層１２を呈している。 【図２】 本発明に依る光起電モジユール１を作るために図１に示す層を積層する配備１
３を示している。 それの積載ステーションは１４であるが、そこでは搬送システム１６のみならず、固定上部部分１８と、油圧配備２０を使用して上下出来る下部部分１９とを有する真空積層機１７も又用いて、動かされる該搬送プレート１
５上に該モジユールスタツク１が置かれる。 温度、圧力及び保持時間は制御システム２２を経由して該真空積層機１７内でセットされる。 図２は、加えて、制御システム２４を経由してその温度がセットされる硬化炉２３，制御システム２６
を経由してその温度がセット出来る冷却領域２５、そして除去領域２７を示す。 【図３】 無機酸化物層１７で蒸着された（vapor-plated）プラスチックフイルム６の種々の波長範囲での透過率を示す。 【図４】 本発明の光起電モジユール１が蒸気相から分離された該酸化物層７により水蒸気に対するバリヤ効果を改善した程度を示す。 ───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＵ，ＢＡ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＥＥ，ＧＥ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＫ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＵＡ，ＵＳ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ (71)出願人 フラウンホフアー−ゲゼルシヤフト・ツ ア・フエルデルング・デア・アンゲバンテ ン・フオルシユング・イー・ブイ ドイツ連邦共和国デー80636ミユンヘン・ レオンロートシユトラーセ54 (72)発明者 プレツシング，アルベルト オーストリア・アー−8302ブルン28 (72)発明者 ランゴウスキ，ホルスト−クリステイアン ドイツ・デー−85406ツオリング・シユロ スシユトラーセ24アー (72)発明者 モースハイマー，ウルリヒ ドイツ・デー−85411ホーヘンカマー・プ フアルアシユトラーセ２ Ｆターム(参考） 4F100 AA17B AA19B AA20B AK01A AK17A AK42A AK67C AK70C AR00D AT00A BA04 BA07 BA10A DD31 EH66B GB41 JD01B JD05 JD09B JG10D JL11 JL12C YY00B 5F051 AA05 BA18 EA18 JA05 |
