広げたUV透過曲線を有するカプセル材を利用する、太陽電池の分極のモジュールレベルの解決法
太陽電池モジュール(100)は、相互接続された複数の太陽電池(101)と、複数の太陽電池(101)の正面を覆う透明カバー(201)と、複数の太陽電池(101)の背面に設けられた背面シート(205)とを含む。カプセル材(203)は、太陽電池を保護してパッケージ化する。透明カバー(201)とカプセル材(203)とは、分極問題を解決できる総合UV透過曲線と体積比抵抗とを有する。カプセル材は、比較的幅の広いUV透過曲線を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
<関連出願への参照>
本願は、2009年8月27日に提出された、「広げたUV透過曲線を有するカプセル材を利用する、太陽電池の分極のモジュールレベルの解決法:Module Level Solution To Solar Cell Polarization Using An Encapsulant With Opened UV transmission Curve」なる名称の、米国仮特許出願第61/237,588号明細書の恩恵を請求する。
【0002】
本発明は、概して太陽電池に係り、より詳しくは太陽電池モジュールに係るが、これに限定はされない。
【背景技術】
【0003】
太陽電池は、太陽光を電気エネルギーに変換する公知のデバイスであり、半導体プロセス技術を利用して半導体基板上に製造することができる。一般的には、太陽電池は、シリコン基板上にp型領域とn型領域とを形成することにより製造することができる。各隣接するp型領域とn型領域とによって、p−n接合が形成される。太陽電池に入射する太陽光は、p型領域およびn型領域に移動する電子と正孔とを生成して、p−n接合に電圧差を生じさせる。背面接合型の太陽電池においては、p型領域とn型領域とが、外部電気回路またはデバイスを太陽電池に接続して太陽電池から受電することができるようにする金属接触とともに背面側に位置していてよい。背面接合型の太陽電池は、米国特許第5,053,083号、4,927,770号明細書でも開示されており、これらの全体をここに参照として組み込む。
【0004】
幾つかの太陽電池を接続して、1つの太陽電池アレイを形成する。太陽電池アレイは、太陽電池モジュールへとパッケージ化され、太陽電池アレイを、環境条件に耐えさせて、屋外(field)で利用可能とする保護層を含んでよい。
【0005】
注意しなければ、太陽電池は、屋外で分極が進み、出力電力が低減してしまう場合がある。太陽電池の分極の解決法については、米国特許出願第7,554,031号明細書に開示されており、この全体をここに参照として組み込む。本開示は、カプセル材の向上による、太陽電池の分極に対するモジュールレベルの解決法に係る。
【発明の概要】
【0006】
一実施形態では、太陽電池モジュールは、相互接続された複数の太陽電池と、複数の太陽電池の正面を覆う透明カバーと、複数の太陽電池の背面に設けられた背面シートとを含む。カプセル材は、太陽電池を保護してパッケージ化する。透明カバーとカプセル材とは、分極問題を解決できる総合UV透過曲線と体積比抵抗とを有する。一実施形態では、カプセル材は、比較的幅の広いUV透過曲線を有する。
【0007】
本発明のこれらの特徴またはその他の特徴が、本開示の全体(添付図面および請求項を含む)を読んだ当業者には自明である。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の一実施形態における太陽電池モジュールを示す。
【図2】本発明の一実施形態における、図1の太陽電池モジュールの断面図を示す。
【図3】カプセル材として利用されるガラスおよびEVAの透過曲線を示す。
【図4】本発明の一実施形態における、太陽電池モジュールのカプセル材の透過曲線を示す。
【図5】EVAカプセル材を有する太陽電池モジュールと、比較的幅の広いUV透過曲線を有するカプセル材を有する太陽電池モジュールに対して行われた加速UV照射テストの結果を示す。
【図6】幅の広いUV透過曲線を有するカプセル材を有する太陽電池モジュールを、EVAカプセル材を有する太陽電池モジュールと比較する実験により得られたテストデータのプロットを示す。
【図7】EVAカプセル材を有するモジュールと、幅の広いUV透過曲線および高体積電気抵抗を有するカプセル材からなるモジュールとの間で出力を比較する屋外テストの結果を示す。
【図8】本発明の実施形態で利用されうるカプセル材の透過曲線を示す。
【図9】本発明の一実施形態における正面保護パッケージを有する太陽電池モジュールと、ガラス製の透明カバーとEVAカプセル材とを有する太陽電池モジュールとを比較するテストデータのプロットを示す。
【図10】本発明の一実施形態における正面保護パッケージを有する太陽電池モジュールと、ガラス製の透明カバーとEVAカプセル材とを有する太陽電池モジュールとを比較するテストデータのプロットを示す。
【図11】本発明の一実施形態における正面保護パッケージを有する太陽電池モジュールと、ガラス製の透明カバーとEVAカプセル材とを有する太陽電池モジュールとを比較するテストデータのプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【0009】
異なる図面間で同じ参照符号が利用されている場合には、同じ、または類似した部材を示している。図面は実際の縮尺に即して描かれてはいない。
【0010】
本開示においては、本発明の完全な理解を提供するために、装置、部材、および方法の例といった数多くの詳細を提供する。当業者であれば、本発明が特定の詳細の1以上を利用しなくても実行可能であることを理解する。また他の場合には、公知の詳細を示さないようにすることで、本発明の特徴的な側面を曖昧にしないようにしている場所もある。
【0011】
図1は、本発明の一実施形態における太陽電池モジュール100を示す。太陽電池モジュール100は、いわゆる「地上太陽電池モジュール」というものであり、屋根の上に搭載されたり、発電所により利用されたりする、固定して利用される用途向けのものである。図1の例では、太陽電池モジュール100は、相互に接続された太陽電池101のアレイを含む。図1では、太陽電池101の幾つかだけに参照番号を付すことで、明瞭化を期している。太陽電池101は、特に分極に弱い背面接合型の太陽電池を含んでよい。図1からは、太陽電池101の、通常動作において太陽に向かう正面側が示されている。太陽電池101の背面側は、正面側とは反対側である。フレーム102は、太陽電池アレイに機械的なサポートを提供する。
【0012】
太陽電池モジュール100の正面は、103という参照番号が付されており、太陽電池101の正面側と同じ側にあり、図1に現れているほうの側である。太陽電池モジュール100の背面104は、正面103の下側である。以下の記載から明らかになるように、正面103には、透光性のカプセル材が含まれている。
【0013】
図2は、本発明の一実施形態における太陽電池モジュール100の断面図を示す。太陽電池モジュール100は、透明カバー201と、カプセル材203と、太陽電池101と、背面シート205とを含む。透明カバー201は、正面103の上の最上部の層であり、外部環境から太陽電池101を保護する。太陽電池モジュール100は、透明カバー201が、通常動作時に太陽に向かうように搭載される。太陽電池101の正面は、透明カバー201よりも(by way of)太陽の方向側を向いている。図2の例では、透明カバー201は、ガラスを含む(例えば3.2mmの厚み)。
【0014】
太陽電池101の背面は、背面シート205側を向いており、カプセル材203に取り付けられている。一実施形態では、背面シート205は、Madico社から入手可能なテドラー/ポリエステル/EVA(Tedlar/Polyester/EVA:TPE)を含む。TPEでは、テドラーが、外部環境から保護をする最外部の層であり、ポリエステルが絶縁性をさらに高め、EVAが、カプセル材203に対する接着を促進する、非架橋型(non-crosslinked)の薄い層である。背面シート205への用途でTPEの代替物として利用可能な一例としては、テドラー/ポリエステル/テドラー(Tedlar/Polyester/Tedlar:TPT)がある。本発明の効果が果たせる範囲を逸脱しないようであれば他の背面シートも利用可能である。
【0015】
カプセル材203は、太陽電池101、透明カバー201、および背面シート205を硬化させて(cure)結合して、保護パッケージを形成する。以下の記載から明らかとなるように、一実施形態では、カプセル材203は、最適なUV(紫外線)透過曲線を有して、より多くの紫外線を透過させる。一実施形態では、カプセル材203は、従来のカプセル材よりも多くの紫外線を透過させる。
【0016】
従来の太陽電池モジュールは、透明カバーにガラスを利用して、ポリエチレンビニルアセテート(EVA:poly-ethyl-vinyl acetate)をカプセル材として利用する。図3は、ガラスおよびEVAの透過曲線を示す。ガラスは、約275nm以下の波長の光を遮り、EVAは、約350nm以下の波長の光を遮る。参考までに、紫外線の波長は10nmから400nmである。紫外線は、太陽電池を劣化させると考えられているので、太陽電池モジュールは通常、比較的狭いUV透過曲線を有するように設計され、太陽電池をなるべく紫外線光に晒さないようにする配慮が行われている。しかし、発明者たちは、UV透過曲線を広げても(opened up)、実質的に太陽電池を劣化させないことができると考えた。当業者であれば理解するように、「遮る」という用語は必ずしも完全な遮蔽を意味しない。本開示では、「遮る」を、1%以下を透過させることを含む、実質的な低減として利用する。
【0017】
図5は、EVAカプセル材を有する太陽電池モジュール(プロット501および502)と、幅の広いUV透過曲線を有するカプセル材を有する太陽電池モジュール(プロット503および504)に対して行われた加速UV照射テストの結果を示す。モジュールの太陽電池は、Sunpower Corporation社製の背面接合型の太陽電池である。図5は、生成される効率(「Eff」)テストデータと、時間との関係を示している。テストにおける各日において、屋外利用の1年の1/3をシミュレーションしており、テストでは、屋外で11年分の紫外線を浴びるというシミュレーションを行う。プロット501および502は、EVAカプセル材を有する太陽電池モジュールのテストデータであり、プロット503および504は、幅の広いUV透過曲線を持つカプセル材を有する太陽電池モジュールのテストデータである。図5の効率データから分かるように、幅の広いUV透過曲線を有するカプセル材を利用しても、太陽電池モジュールのUV安定性にはあまり影響がないことが分かる。
【0018】
比較的幅の広いUV透過曲線においては、カプセル材203を太陽電池モジュール100で利用することにより、太陽電池101が分極しなくなる。図6は、幅の広いUV透過曲線を有するカプセル材を有する太陽電池モジュール(プロット601および602)を、EVAカプセル材を有する太陽電池モジュール(プロット603)と比較する実験により得られたテストデータのプロットを示す。実験は、1kVのバイアスをかけて、摂氏85度で行われ、結果は、公称相対効率変化(nominal relative efficiency change)を時間との関係で示している。公称相対効率変化は分極に起因している。プロット601および602から分かるように、比較的幅の広いUV透過曲線を有するカプセル材を有する太陽電池モジュールは、4時間未満の太陽照射に晒された後で分極から復帰することができる。このプロットは、UV透過量の多いカプセル材を有する太陽電池モジュールが、UV透過量の少ないカプセル材を有する太陽電池モジュールよりも、太陽放射中の分極からの復帰速度が早いことを示している(621を参照のこと)。
【0019】
カプセル材203の体積比抵抗を、摂氏−40度から摂氏90度の通常動作温度範囲において、少なくとも5x1013Ωcm(抵抗測定のためのASTM規格D257に従って計測した値)以上に上げることによって、さらに太陽電池の分極防止効果が高まる。体積比抵抗の増加をUV透過曲線と組み合わせることで、太陽電池の分極に対するモジュールレベルの効果的な解決法が得られる。
【0020】
カプセル材203は、350nm未満の波長の光を透過させる透過曲線を有する。図4は、本発明の一実施形態における、カプセル材203の透過曲線を示す。図4はさらに、透明カバー201として利用されるガラスおよびEVAの透過曲線も示している。図4の例においては、カプセル材203は、280nmから始まるUV透過曲線を有している。つまり、図4のカプセル材203は、波長が280nm以上の光を透過して、これより短い波長の光は遮る、ということである。従ってカプセル材203は、EVAよりもUV光を透過させる。
【0021】
一実施形態のカプセル材203は、350nm未満の波長のUV光を透過して、摂氏−40度から摂氏90度の温度範囲において、5x1013Ω−cm(抵抗測定のためのASTM規格D257に従って計測した値)を超える体積比抵抗を有するカプセル材を含む。
【0022】
図7は、EVAカプセル材を有する太陽電池モジュール(サンプル番号1、2、および3)と、幅の広いUV透過曲線および高体積比抵抗を有するカプセル材を有する太陽電池モジュール(サンプル番号4、5、および6)を比較したテスト結果を示す。これらのテストされた太陽電池モジュールは全て、Sunpower Corporation社製の背面接合型太陽電池を有している。垂直軸は、これら太陽電池モジュールの正規化された出力を表している。各太陽電池モジュールのサンプルについて3つの計測を行った。グラフは、左から右へと、それぞれ異なる日に取られた計測値を示しており、左端のグラフはテストの初日のものであり、中間が4日目のものであり、右端のグラフが13日目のものを示している。サンプル番号1、2および3の出力は、サンプル番号4、5および6のものと比べて、13日目に劣化していることが分かり、これは、幅の広いUV透過曲線を有するとともに体積比抵抗の高いカプセル材を有するほうが、効果が良好であることを証明している。
【0023】
UVが最適化されたカプセル材203は、太陽電池101に対して変更を行う必要なく、または、太陽電池モジュール100の接地等の電気的な変更を行う必要なく、分極を防止することができる。従い、本明細書で述べるモジュールレベルの分極の解決法は、現行および将来の設計の太陽電池モジュールにも容易に実装することができる。
【0024】
本開示においては、当業者であれば、太陽電池モジュールの正面部分の透明トップカバーおよびカプセル材を、UV透過曲線と体積比抵抗とを組み合わせた正面保護パッケージとして集合的に取り扱うことができることに気づくであろう。例えば、太陽電池モジュール101の正面側の透明トップカバー201およびカプセル材203が、図8に示すUV透過曲線と、少なくとも5x1013Ω−cm(抵抗測定のためのASTM規格D257に従って計測した値)の体積比抵抗とを両方兼ね備えていてもよい。図8の例では、太陽電池101の正面側のカプセル材203の厚みは約450μmである(これに±50μmがあってもよい)。図8の例では、太陽電池モジュール101の正面側の透明トップカバー201およびカプセル材203は、350nm未満の波長(1%の透過)のストップバンドを有する。
【0025】
図9から図11は、本発明の一実施形態における正面保護パッケージを有する太陽電池モジュール(「向上例」と称する)と、ガラス製の透明カバーとEVAカプセル材とを有する太陽電池モジュール(「制御例」と称する)とを比較するテストデータのプロットを示す。向上例および制御例両方の太陽電池モジュールにおいて、太陽電池は、Sunpower Corporation社製の背面接合型の太陽電池である。図9から図11は、向上例の太陽電池モジュールのトップ保護パッケージが、350nm未満の波長の光を透過するUV透過曲線を有し、5x1013Ω−cmを超える体積比抵抗(抵抗測定のためのASTM規格D257に従って計測した値)を有し、太陽電池の正面側のカプセル材の厚みが正面側で約450μmである(これに±50μmがあってもよい)ことを示している。
【0026】
図9では、垂直軸が、重み付けされた透過(weighted transmission)の正規化された変化を表しており、水平軸が、UVに晒された年数相応を示している。重み付けされた透過は、ソーラーAM1.5Gスペクトル(solar AM 1.5G spectrum)および太陽電池量子効率(solar cell quantum efficiency)により各波長で重み付けされたカプセル材の透過の正味の量として定義される。「X」のプロットは、向上例の太陽電池モジュールを示し、ダイアモンド型のプロットは、制御例の太陽電池モジュールを示す。向上例の太陽電池モジュールのほうが、制御例の太陽電池モジュールよりも実質的に透過の降下が小さいことが分かる。
【0027】
図10は、向上例の太陽電池モジュールの効率が、制御例の太陽電池モジュールと比較して、劣化した、分極状態からかなり速く復帰する様子を示している。図10においては垂直軸が相対効率変化を示し、垂直軸は時間(hour)を表す。実線が向上例の太陽電池モジュールを示し、点線が制御例の太陽電池モジュールを示す。向上例の太陽電池モジュールは、一時間以内に復帰しており、制御例の太陽電池モジュールは、7時間を経過してもまだ分極状態に留まっている。
【0028】
図11は、向上例の太陽電池モジュールと、制御例の太陽電池モジュールとにおける、12週間屋外に置かれた場合のエネルギー出力を示している。図11においては垂直軸が、週毎のエネルギー出力(kWh)を表し、水平軸が、設置後の週の経過を示す。暗い色のバーは、制御例の太陽電池モジュールを表しており、明るい色のバーが、向上例の太陽電池モジュールを表している。図11から分かるように、向上例の太陽電池モジュールは、制御例の太陽電池モジュールと同等、またはこれより優れたエネルギー出力性能を示している。従って、本明細書で提示するモジュールレベルの解決法によって、エネルギー出力に悪影響を与えることなく、分極の効果を防止するまたは最小限に抑えることができるようになることがわかる。本発明の特定の実施形態を記載してきたが、これら実施形態はあくまで例示を目的としたものであって、限定は意図していない。さらなる数多くの実施形態も、本開示を読んだ当業者にとっては明らかとなろう。
【技術分野】
【0001】
<関連出願への参照>
本願は、2009年8月27日に提出された、「広げたUV透過曲線を有するカプセル材を利用する、太陽電池の分極のモジュールレベルの解決法:Module Level Solution To Solar Cell Polarization Using An Encapsulant With Opened UV transmission Curve」なる名称の、米国仮特許出願第61/237,588号明細書の恩恵を請求する。
【0002】
本発明は、概して太陽電池に係り、より詳しくは太陽電池モジュールに係るが、これに限定はされない。
【背景技術】
【0003】
太陽電池は、太陽光を電気エネルギーに変換する公知のデバイスであり、半導体プロセス技術を利用して半導体基板上に製造することができる。一般的には、太陽電池は、シリコン基板上にp型領域とn型領域とを形成することにより製造することができる。各隣接するp型領域とn型領域とによって、p−n接合が形成される。太陽電池に入射する太陽光は、p型領域およびn型領域に移動する電子と正孔とを生成して、p−n接合に電圧差を生じさせる。背面接合型の太陽電池においては、p型領域とn型領域とが、外部電気回路またはデバイスを太陽電池に接続して太陽電池から受電することができるようにする金属接触とともに背面側に位置していてよい。背面接合型の太陽電池は、米国特許第5,053,083号、4,927,770号明細書でも開示されており、これらの全体をここに参照として組み込む。
【0004】
幾つかの太陽電池を接続して、1つの太陽電池アレイを形成する。太陽電池アレイは、太陽電池モジュールへとパッケージ化され、太陽電池アレイを、環境条件に耐えさせて、屋外(field)で利用可能とする保護層を含んでよい。
【0005】
注意しなければ、太陽電池は、屋外で分極が進み、出力電力が低減してしまう場合がある。太陽電池の分極の解決法については、米国特許出願第7,554,031号明細書に開示されており、この全体をここに参照として組み込む。本開示は、カプセル材の向上による、太陽電池の分極に対するモジュールレベルの解決法に係る。
【発明の概要】
【0006】
一実施形態では、太陽電池モジュールは、相互接続された複数の太陽電池と、複数の太陽電池の正面を覆う透明カバーと、複数の太陽電池の背面に設けられた背面シートとを含む。カプセル材は、太陽電池を保護してパッケージ化する。透明カバーとカプセル材とは、分極問題を解決できる総合UV透過曲線と体積比抵抗とを有する。一実施形態では、カプセル材は、比較的幅の広いUV透過曲線を有する。
【0007】
本発明のこれらの特徴またはその他の特徴が、本開示の全体(添付図面および請求項を含む)を読んだ当業者には自明である。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の一実施形態における太陽電池モジュールを示す。
【図2】本発明の一実施形態における、図1の太陽電池モジュールの断面図を示す。
【図3】カプセル材として利用されるガラスおよびEVAの透過曲線を示す。
【図4】本発明の一実施形態における、太陽電池モジュールのカプセル材の透過曲線を示す。
【図5】EVAカプセル材を有する太陽電池モジュールと、比較的幅の広いUV透過曲線を有するカプセル材を有する太陽電池モジュールに対して行われた加速UV照射テストの結果を示す。
【図6】幅の広いUV透過曲線を有するカプセル材を有する太陽電池モジュールを、EVAカプセル材を有する太陽電池モジュールと比較する実験により得られたテストデータのプロットを示す。
【図7】EVAカプセル材を有するモジュールと、幅の広いUV透過曲線および高体積電気抵抗を有するカプセル材からなるモジュールとの間で出力を比較する屋外テストの結果を示す。
【図8】本発明の実施形態で利用されうるカプセル材の透過曲線を示す。
【図9】本発明の一実施形態における正面保護パッケージを有する太陽電池モジュールと、ガラス製の透明カバーとEVAカプセル材とを有する太陽電池モジュールとを比較するテストデータのプロットを示す。
【図10】本発明の一実施形態における正面保護パッケージを有する太陽電池モジュールと、ガラス製の透明カバーとEVAカプセル材とを有する太陽電池モジュールとを比較するテストデータのプロットを示す。
【図11】本発明の一実施形態における正面保護パッケージを有する太陽電池モジュールと、ガラス製の透明カバーとEVAカプセル材とを有する太陽電池モジュールとを比較するテストデータのプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【0009】
異なる図面間で同じ参照符号が利用されている場合には、同じ、または類似した部材を示している。図面は実際の縮尺に即して描かれてはいない。
【0010】
本開示においては、本発明の完全な理解を提供するために、装置、部材、および方法の例といった数多くの詳細を提供する。当業者であれば、本発明が特定の詳細の1以上を利用しなくても実行可能であることを理解する。また他の場合には、公知の詳細を示さないようにすることで、本発明の特徴的な側面を曖昧にしないようにしている場所もある。
【0011】
図1は、本発明の一実施形態における太陽電池モジュール100を示す。太陽電池モジュール100は、いわゆる「地上太陽電池モジュール」というものであり、屋根の上に搭載されたり、発電所により利用されたりする、固定して利用される用途向けのものである。図1の例では、太陽電池モジュール100は、相互に接続された太陽電池101のアレイを含む。図1では、太陽電池101の幾つかだけに参照番号を付すことで、明瞭化を期している。太陽電池101は、特に分極に弱い背面接合型の太陽電池を含んでよい。図1からは、太陽電池101の、通常動作において太陽に向かう正面側が示されている。太陽電池101の背面側は、正面側とは反対側である。フレーム102は、太陽電池アレイに機械的なサポートを提供する。
【0012】
太陽電池モジュール100の正面は、103という参照番号が付されており、太陽電池101の正面側と同じ側にあり、図1に現れているほうの側である。太陽電池モジュール100の背面104は、正面103の下側である。以下の記載から明らかになるように、正面103には、透光性のカプセル材が含まれている。
【0013】
図2は、本発明の一実施形態における太陽電池モジュール100の断面図を示す。太陽電池モジュール100は、透明カバー201と、カプセル材203と、太陽電池101と、背面シート205とを含む。透明カバー201は、正面103の上の最上部の層であり、外部環境から太陽電池101を保護する。太陽電池モジュール100は、透明カバー201が、通常動作時に太陽に向かうように搭載される。太陽電池101の正面は、透明カバー201よりも(by way of)太陽の方向側を向いている。図2の例では、透明カバー201は、ガラスを含む(例えば3.2mmの厚み)。
【0014】
太陽電池101の背面は、背面シート205側を向いており、カプセル材203に取り付けられている。一実施形態では、背面シート205は、Madico社から入手可能なテドラー/ポリエステル/EVA(Tedlar/Polyester/EVA:TPE)を含む。TPEでは、テドラーが、外部環境から保護をする最外部の層であり、ポリエステルが絶縁性をさらに高め、EVAが、カプセル材203に対する接着を促進する、非架橋型(non-crosslinked)の薄い層である。背面シート205への用途でTPEの代替物として利用可能な一例としては、テドラー/ポリエステル/テドラー(Tedlar/Polyester/Tedlar:TPT)がある。本発明の効果が果たせる範囲を逸脱しないようであれば他の背面シートも利用可能である。
【0015】
カプセル材203は、太陽電池101、透明カバー201、および背面シート205を硬化させて(cure)結合して、保護パッケージを形成する。以下の記載から明らかとなるように、一実施形態では、カプセル材203は、最適なUV(紫外線)透過曲線を有して、より多くの紫外線を透過させる。一実施形態では、カプセル材203は、従来のカプセル材よりも多くの紫外線を透過させる。
【0016】
従来の太陽電池モジュールは、透明カバーにガラスを利用して、ポリエチレンビニルアセテート(EVA:poly-ethyl-vinyl acetate)をカプセル材として利用する。図3は、ガラスおよびEVAの透過曲線を示す。ガラスは、約275nm以下の波長の光を遮り、EVAは、約350nm以下の波長の光を遮る。参考までに、紫外線の波長は10nmから400nmである。紫外線は、太陽電池を劣化させると考えられているので、太陽電池モジュールは通常、比較的狭いUV透過曲線を有するように設計され、太陽電池をなるべく紫外線光に晒さないようにする配慮が行われている。しかし、発明者たちは、UV透過曲線を広げても(opened up)、実質的に太陽電池を劣化させないことができると考えた。当業者であれば理解するように、「遮る」という用語は必ずしも完全な遮蔽を意味しない。本開示では、「遮る」を、1%以下を透過させることを含む、実質的な低減として利用する。
【0017】
図5は、EVAカプセル材を有する太陽電池モジュール(プロット501および502)と、幅の広いUV透過曲線を有するカプセル材を有する太陽電池モジュール(プロット503および504)に対して行われた加速UV照射テストの結果を示す。モジュールの太陽電池は、Sunpower Corporation社製の背面接合型の太陽電池である。図5は、生成される効率(「Eff」)テストデータと、時間との関係を示している。テストにおける各日において、屋外利用の1年の1/3をシミュレーションしており、テストでは、屋外で11年分の紫外線を浴びるというシミュレーションを行う。プロット501および502は、EVAカプセル材を有する太陽電池モジュールのテストデータであり、プロット503および504は、幅の広いUV透過曲線を持つカプセル材を有する太陽電池モジュールのテストデータである。図5の効率データから分かるように、幅の広いUV透過曲線を有するカプセル材を利用しても、太陽電池モジュールのUV安定性にはあまり影響がないことが分かる。
【0018】
比較的幅の広いUV透過曲線においては、カプセル材203を太陽電池モジュール100で利用することにより、太陽電池101が分極しなくなる。図6は、幅の広いUV透過曲線を有するカプセル材を有する太陽電池モジュール(プロット601および602)を、EVAカプセル材を有する太陽電池モジュール(プロット603)と比較する実験により得られたテストデータのプロットを示す。実験は、1kVのバイアスをかけて、摂氏85度で行われ、結果は、公称相対効率変化(nominal relative efficiency change)を時間との関係で示している。公称相対効率変化は分極に起因している。プロット601および602から分かるように、比較的幅の広いUV透過曲線を有するカプセル材を有する太陽電池モジュールは、4時間未満の太陽照射に晒された後で分極から復帰することができる。このプロットは、UV透過量の多いカプセル材を有する太陽電池モジュールが、UV透過量の少ないカプセル材を有する太陽電池モジュールよりも、太陽放射中の分極からの復帰速度が早いことを示している(621を参照のこと)。
【0019】
カプセル材203の体積比抵抗を、摂氏−40度から摂氏90度の通常動作温度範囲において、少なくとも5x1013Ωcm(抵抗測定のためのASTM規格D257に従って計測した値)以上に上げることによって、さらに太陽電池の分極防止効果が高まる。体積比抵抗の増加をUV透過曲線と組み合わせることで、太陽電池の分極に対するモジュールレベルの効果的な解決法が得られる。
【0020】
カプセル材203は、350nm未満の波長の光を透過させる透過曲線を有する。図4は、本発明の一実施形態における、カプセル材203の透過曲線を示す。図4はさらに、透明カバー201として利用されるガラスおよびEVAの透過曲線も示している。図4の例においては、カプセル材203は、280nmから始まるUV透過曲線を有している。つまり、図4のカプセル材203は、波長が280nm以上の光を透過して、これより短い波長の光は遮る、ということである。従ってカプセル材203は、EVAよりもUV光を透過させる。
【0021】
一実施形態のカプセル材203は、350nm未満の波長のUV光を透過して、摂氏−40度から摂氏90度の温度範囲において、5x1013Ω−cm(抵抗測定のためのASTM規格D257に従って計測した値)を超える体積比抵抗を有するカプセル材を含む。
【0022】
図7は、EVAカプセル材を有する太陽電池モジュール(サンプル番号1、2、および3)と、幅の広いUV透過曲線および高体積比抵抗を有するカプセル材を有する太陽電池モジュール(サンプル番号4、5、および6)を比較したテスト結果を示す。これらのテストされた太陽電池モジュールは全て、Sunpower Corporation社製の背面接合型太陽電池を有している。垂直軸は、これら太陽電池モジュールの正規化された出力を表している。各太陽電池モジュールのサンプルについて3つの計測を行った。グラフは、左から右へと、それぞれ異なる日に取られた計測値を示しており、左端のグラフはテストの初日のものであり、中間が4日目のものであり、右端のグラフが13日目のものを示している。サンプル番号1、2および3の出力は、サンプル番号4、5および6のものと比べて、13日目に劣化していることが分かり、これは、幅の広いUV透過曲線を有するとともに体積比抵抗の高いカプセル材を有するほうが、効果が良好であることを証明している。
【0023】
UVが最適化されたカプセル材203は、太陽電池101に対して変更を行う必要なく、または、太陽電池モジュール100の接地等の電気的な変更を行う必要なく、分極を防止することができる。従い、本明細書で述べるモジュールレベルの分極の解決法は、現行および将来の設計の太陽電池モジュールにも容易に実装することができる。
【0024】
本開示においては、当業者であれば、太陽電池モジュールの正面部分の透明トップカバーおよびカプセル材を、UV透過曲線と体積比抵抗とを組み合わせた正面保護パッケージとして集合的に取り扱うことができることに気づくであろう。例えば、太陽電池モジュール101の正面側の透明トップカバー201およびカプセル材203が、図8に示すUV透過曲線と、少なくとも5x1013Ω−cm(抵抗測定のためのASTM規格D257に従って計測した値)の体積比抵抗とを両方兼ね備えていてもよい。図8の例では、太陽電池101の正面側のカプセル材203の厚みは約450μmである(これに±50μmがあってもよい)。図8の例では、太陽電池モジュール101の正面側の透明トップカバー201およびカプセル材203は、350nm未満の波長(1%の透過)のストップバンドを有する。
【0025】
図9から図11は、本発明の一実施形態における正面保護パッケージを有する太陽電池モジュール(「向上例」と称する)と、ガラス製の透明カバーとEVAカプセル材とを有する太陽電池モジュール(「制御例」と称する)とを比較するテストデータのプロットを示す。向上例および制御例両方の太陽電池モジュールにおいて、太陽電池は、Sunpower Corporation社製の背面接合型の太陽電池である。図9から図11は、向上例の太陽電池モジュールのトップ保護パッケージが、350nm未満の波長の光を透過するUV透過曲線を有し、5x1013Ω−cmを超える体積比抵抗(抵抗測定のためのASTM規格D257に従って計測した値)を有し、太陽電池の正面側のカプセル材の厚みが正面側で約450μmである(これに±50μmがあってもよい)ことを示している。
【0026】
図9では、垂直軸が、重み付けされた透過(weighted transmission)の正規化された変化を表しており、水平軸が、UVに晒された年数相応を示している。重み付けされた透過は、ソーラーAM1.5Gスペクトル(solar AM 1.5G spectrum)および太陽電池量子効率(solar cell quantum efficiency)により各波長で重み付けされたカプセル材の透過の正味の量として定義される。「X」のプロットは、向上例の太陽電池モジュールを示し、ダイアモンド型のプロットは、制御例の太陽電池モジュールを示す。向上例の太陽電池モジュールのほうが、制御例の太陽電池モジュールよりも実質的に透過の降下が小さいことが分かる。
【0027】
図10は、向上例の太陽電池モジュールの効率が、制御例の太陽電池モジュールと比較して、劣化した、分極状態からかなり速く復帰する様子を示している。図10においては垂直軸が相対効率変化を示し、垂直軸は時間(hour)を表す。実線が向上例の太陽電池モジュールを示し、点線が制御例の太陽電池モジュールを示す。向上例の太陽電池モジュールは、一時間以内に復帰しており、制御例の太陽電池モジュールは、7時間を経過してもまだ分極状態に留まっている。
【0028】
図11は、向上例の太陽電池モジュールと、制御例の太陽電池モジュールとにおける、12週間屋外に置かれた場合のエネルギー出力を示している。図11においては垂直軸が、週毎のエネルギー出力(kWh)を表し、水平軸が、設置後の週の経過を示す。暗い色のバーは、制御例の太陽電池モジュールを表しており、明るい色のバーが、向上例の太陽電池モジュールを表している。図11から分かるように、向上例の太陽電池モジュールは、制御例の太陽電池モジュールと同等、またはこれより優れたエネルギー出力性能を示している。従って、本明細書で提示するモジュールレベルの解決法によって、エネルギー出力に悪影響を与えることなく、分極の効果を防止するまたは最小限に抑えることができるようになることがわかる。本発明の特定の実施形態を記載してきたが、これら実施形態はあくまで例示を目的としたものであって、限定は意図していない。さらなる数多くの実施形態も、本開示を読んだ当業者にとっては明らかとなろう。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
通常動作時に太陽側を向く正面、および前記正面の反対側の背面を各々が有する、相互接続された複数の太陽電池と、
前記複数の太陽電池の前記正面を覆う透明カバーと、
前記複数の太陽電池の前記背面に設けられた背面シートと、
前記複数の太陽電池、前記透明カバー、および、前記背面シートを結合して、保護パッケージを構成し、350nm以下の波長の光を透過させるUV(紫外線)透過曲線を有するカプセル材と
を備える、太陽電池モジュール。
【請求項2】
前記カプセル材の体積比抵抗は、少なくとも5x1013Ωcmである請求項1に記載の太陽電池モジュール。
【請求項3】
通常動作時に太陽側を向く正面、および前記正面の反対側の背面を各々が有する、相互接続された背面接合型の複数の太陽電池と、
前記複数の太陽電池の前記正面を覆う透明カバーと、
前記複数の太陽電池の前記背面に設けられた背面シートと、
前記複数の太陽電池および前記背面シートを保護して結合するカプセル材と
を備え、
前記カプセル材と前記透明カバーとの組み合わせは、350nm未満の波長のストップバンドを有するUV透過曲線と、少なくとも5x1013Ω−cmの体積比抵抗とを有する、太陽電池モジュール。
【請求項4】
前記カプセル材と前記透明カバーとの組み合わせは、前記UV透過曲線により、350nm以下の波長のUV光を透過させる請求項3に記載の太陽電池モジュール。
【請求項5】
前記背面シートは、テドラー/ポリエステル/EVAを含む請求項3に記載の太陽電池モジュール。
【請求項6】
通常動作時に太陽側を向く正面、および前記正面の反対側の背面を各々が有する、相互接続された複数の太陽電池と、
前記複数の太陽電池の前記正面の上に設けられる透明カバーおよびカプセル材と
を備え、
前記透明カバーと前記カプセル材との組み合わせは、350nm未満のストップバンドを有するUV透過曲線と、少なくとも5x1013Ωcmの体積比抵抗とを有する、太陽電池モジュール。
【請求項7】
前記複数の太陽電池は、背面接合型の太陽電池を含む請求項1または請求項6に記載の太陽電池モジュール。
【請求項8】
前記透明カバーはガラスを含む請求項1、3または6に記載の太陽電池モジュール。
【請求項9】
前記複数の太陽電池の前記背面に設けられた背面シートをさらに備え、
前記カプセル材は、前記複数の太陽電池と前記背面シートとを保護して結合する請求項6に記載の太陽電池モジュール。
【請求項10】
前記カプセル材は、摂氏−40度から摂氏90度の温度範囲において、少なくとも5x1013Ωcmの体積比抵抗を有する請求項1、3または6に記載の太陽電池モジュール。
【請求項1】
通常動作時に太陽側を向く正面、および前記正面の反対側の背面を各々が有する、相互接続された複数の太陽電池と、
前記複数の太陽電池の前記正面を覆う透明カバーと、
前記複数の太陽電池の前記背面に設けられた背面シートと、
前記複数の太陽電池、前記透明カバー、および、前記背面シートを結合して、保護パッケージを構成し、350nm以下の波長の光を透過させるUV(紫外線)透過曲線を有するカプセル材と
を備える、太陽電池モジュール。
【請求項2】
前記カプセル材の体積比抵抗は、少なくとも5x1013Ωcmである請求項1に記載の太陽電池モジュール。
【請求項3】
通常動作時に太陽側を向く正面、および前記正面の反対側の背面を各々が有する、相互接続された背面接合型の複数の太陽電池と、
前記複数の太陽電池の前記正面を覆う透明カバーと、
前記複数の太陽電池の前記背面に設けられた背面シートと、
前記複数の太陽電池および前記背面シートを保護して結合するカプセル材と
を備え、
前記カプセル材と前記透明カバーとの組み合わせは、350nm未満の波長のストップバンドを有するUV透過曲線と、少なくとも5x1013Ω−cmの体積比抵抗とを有する、太陽電池モジュール。
【請求項4】
前記カプセル材と前記透明カバーとの組み合わせは、前記UV透過曲線により、350nm以下の波長のUV光を透過させる請求項3に記載の太陽電池モジュール。
【請求項5】
前記背面シートは、テドラー/ポリエステル/EVAを含む請求項3に記載の太陽電池モジュール。
【請求項6】
通常動作時に太陽側を向く正面、および前記正面の反対側の背面を各々が有する、相互接続された複数の太陽電池と、
前記複数の太陽電池の前記正面の上に設けられる透明カバーおよびカプセル材と
を備え、
前記透明カバーと前記カプセル材との組み合わせは、350nm未満のストップバンドを有するUV透過曲線と、少なくとも5x1013Ωcmの体積比抵抗とを有する、太陽電池モジュール。
【請求項7】
前記複数の太陽電池は、背面接合型の太陽電池を含む請求項1または請求項6に記載の太陽電池モジュール。
【請求項8】
前記透明カバーはガラスを含む請求項1、3または6に記載の太陽電池モジュール。
【請求項9】
前記複数の太陽電池の前記背面に設けられた背面シートをさらに備え、
前記カプセル材は、前記複数の太陽電池と前記背面シートとを保護して結合する請求項6に記載の太陽電池モジュール。
【請求項10】
前記カプセル材は、摂氏−40度から摂氏90度の温度範囲において、少なくとも5x1013Ωcmの体積比抵抗を有する請求項1、3または6に記載の太陽電池モジュール。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公表番号】特表2013−503478(P2013−503478A)
【公表日】平成25年1月31日(2013.1.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−526748(P2012−526748)
【出願日】平成22年6月21日(2010.6.21)
【国際出願番号】PCT/US2010/039361
【国際公開番号】WO2011/025575
【国際公開日】平成23年3月3日(2011.3.3)
【出願人】(505379467)サンパワー コーポレイション (41)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成25年1月31日(2013.1.31)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年6月21日(2010.6.21)
【国際出願番号】PCT/US2010/039361
【国際公開番号】WO2011/025575
【国際公開日】平成23年3月3日(2011.3.3)
【出願人】(505379467)サンパワー コーポレイション (41)
【Fターム(参考)】
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