特表 2022-519264 光電池、カプセル化光電池の製造方法、光起電タイル用及び光起電屋根タイル用の電気接続部セット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-22

(54)【発明の名称】光電池、カプセル化光電池の製造方法、光起電タイル用及び光起電屋根タイル用の電気接続部セット

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/18 20060101AFI20220314BHJP

   H01L 31/068 20120101ALI20220314BHJP

   H02S 40/36 20140101ALI20220314BHJP

   H02S 20/25 20140101ALI20220314BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 440

H01L31/06 300

H02S40/36

H02S20/25

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2021544862

(86)(22)【出願日】2019-12-27

(85)【翻訳文提出日】2021-09-02

(86)【国際出願番号】 BR2019050573

(87)【国際公開番号】W WO2020154784

(87)【国際公開日】2020-08-06

(31)【優先権主張番号】BR102019001956-5

(32)【優先日】2019-01-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】BR

(31)【優先権主張番号】BR1320190215240

(32)【優先日】2019-10-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】BR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521339245

【氏名又は名称】テグラ ソルソンィス パラ テルハドス エルティーディーエー

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アブラン、クライトン

(72)【発明者】

【氏名】イナシオ、ロドリゴ アンジェロ

(72)【発明者】

【氏名】ロペス、ルイス アントニオ

【テーマコード（参考）】

5F151

【Ｆターム（参考）】

5F151AA02

5F151AA16

5F151BA11

5F151DA03

5F151EA19

5F151JA04

5F151JA07

(57)【要約】

ｐ型ドーパント溶液及びｎ型ドーパント溶液を用いて形成された導電膜（１２）で被覆された結晶シリコン構造（１１）を含み、ｐ型及びｎ型ドーパント溶液がカロチノイド成分を含むｐ－ｎ型の光電池（１０）。ｐ－ｎ光電池（１０）を用いてカプセル化されたｐ－ｎ光電池を製造するための方法、これらのカプセル化された光電池（１９）を形成するために用いられるモジュール（１５）を用いて、光起電タイル（２０）を備え、電気エネルギー発生及びカバレッジ機能を有する単一部品と共に形成するための方法。光起電タイル（２０）によって生成された電気エネルギーを単純かつ安全にインバータに伝えるために使用される、光起電タイル（２０）の電気接続ユニット。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｐ型ドーピング溶液及びｎ型ドーピング溶液から形成された導電膜（１２）で被覆された結晶シリコン構造（１１）を含み、前記ｎ型及び前記ｐ型のドーピング溶液がカロチノイド成分を含むことを特徴とするｐ－ｎ型の光電池（１０）。

【請求項2】

前記ｐ型ドーパント溶液は、５Ａ群ドーパント元素を含み、前記ｎ型ドーパント溶液は、周期律表の２Ａ群ドーパント元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の光電池。

【請求項3】

５Ａ群ドーパントは、１．５～４％の量のリンであり、２Ａ群ドーパントは、０．５～２％の量のカルシウムであることを特徴とする請求項２に記載の光電池。

【請求項4】

前記ｐ型ドーピング溶液及び前記ｎ型溶液は、１５～３０重量％の量のコロフォニー樹脂と、０．５～２％の量のフルオロカーボンカチオン性界面活性剤と、０．５～２．５％の量の液体グリセリンと、１．５～４％の量の硝酸銀とをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の光電池。

【請求項5】

カロチノイドは、前記ｐ型ドーパント溶液及び前記ｎ型ドーパント溶液中に、各溶液中に１～５重量％の量で存在す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光電池。

【請求項6】

前記カロチノイドは、ビキシン、ノルビキシン、リコペン、カンタキサンチン、フコキサンチン及びβ－カロチンを含む群から選択されることを特徴とする、請求項５に記載の光電池。

【請求項7】

カプセル化されたｐ－ｎ型の光電池の製造方法であって、
ａ）カロチノイド成分を含むｐ型及びｎ型ドーピング溶液から形成される導電膜（１２）によって複数の結晶シリコン構造（１１）の被覆と、複数のｐ－ｎ型の光電池（１０）の形成と、
ｂ）モジュール（１５）を形成するスズはんだ付け（１３）の手段による前記複数のｐ－ｎ型の光電池（１０）の接合と、
ｃ）カプセル化された光電池（１９）を形成する前記モジュール（１５）のカプセル化と、
ｄ）電気的接続と、
を含むことを特徴とする製造方法。

【請求項8】

前記導電膜（１２）によって複数の結晶シリコン構造（１１）の被覆は、
（ｉ）混合物Ａを形成するコロフォニー樹脂とイソプロピルアルコールとの混合と、
（ｉｉ）均一な混合物Ｂを形成する混合物Ａ中のカロチノイドの添加と、
（ｉｉｉ）混合物Ｃを形成する混合物Ｂへのカチオン性フルオロカーボン界面活性剤及び硝酸銀の添加と、
（ｉｖ）混合物Ｄを形成する混合物Ｃへのグリセリンの添加と、
（ｖ）混合物Ｄの混合物Ｄ１及びＤ２への分離、前記ｎ型ドーピング溶液を形成する混合物Ｄ１へのリンの添加、及び前記ｐ型ドーピング溶液を形成する混合物Ｄ２へのカルシウムの添加と、
（ｖｉ）ｐ－ｎ型の光電池（１０）を形成するｐ型及びｎ型ドーピング溶液中の前記複数の結晶シリコン構造（１１）の浸漬と、
（ｖｉｉ） 前記導電膜（１２）を形成する前記ｐ－ｎ型の光電池（１０）の乾燥と、
を含むことを特徴とする請求項７に記載の製造方法。

【請求項9】

光電池（１０）を取り付けられた光起電タイル（２０）用の電気接続アセンブリであって、
前記光起電タイル（２０）に埋め込まれ、少なくとも１つの光電池（１０）の電気バスバー（１０１、１０１’）に関連付けられた少なくとも１つの第１主コネクタ（１２１）と、
主導管系（１５１）を形成する一対の主導線（１４１）に接続された少なくとも第２主コネクタ（１３１）と、
を含むことを特徴とする電気接続アセンブリであって、
少なくとも前記１つの第２主コネクタ（１３１）は、少なくとも１つの前記光電池（１０）によって発生した電力をインバータ素子（２６１）に伝導するために、少なくとも１つの前記第１コネクタ（１２１）と電気的に関連付けられた、
電気接続アセンブリ。

【請求項10】

副導管系（１６１）を形成する一対の副導線（２４１）に接続される少なくとも１つの副コネクタ（１９１）をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の電気接続アセンブリ。

【請求項11】

前記主導管系（１５１）は、少なくとも１つのダイオード（２５１）を設けた接続端子（１７１）を備えることを特徴とする請求項９に記載の電気接続アセンブリ。

【請求項12】

前記副導管系（１６１）の少なくとも１つの副コネクタ（１９１）は、前記主導管系（１５１）の前記接続端子（１７１）に関連付けられていることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の電気接続アセンブリ。

【請求項13】

前記副導管系（１６１）は、前記インバータ素子（２６１）に接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の電気接続アセンブリ。

【請求項14】

前記光起電タイル（２０）の各光電池（１０）用の第１主コネクタ（１２１）を備えることを特徴とする請求項９に記載の電気接続アセンブリ。

【請求項15】

各第１主コネクタ（１２１）に電気的に関連した第２主コネクタ（１３１）を備えることを特徴とする請求項１４に記載の電気接続アセンブリ。

【請求項16】

各第２主コネクタ（１３１）は、高絶縁耐力、機械的剛性及び断熱性の高分子絶縁体で被覆されていることを特徴とする請求項１５に記載の電気接続アセンブリ。

【請求項17】

少なくとも１つの第１主コネクタ（１２１）は、前記光電池（１０）の反対側の、前記光起電タイル（２０）の裏面（２２１）に埋め込まれていることを特徴とする請求項１４に記載の電気接続アセンブリ。

【請求項18】

請求項１０～１７のいずれか一項に記載の光起電タイル用の電気接続アセンブリと、請求項７及び８に定義される複数のカプセル化された光電池（１９）と、を備えることを特徴とする光起電タイル（２０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱係数を減少させるための紫外線防御指数を提供し、その結果、電気伝導率のより良い効率を提供する作用剤を含む、ｐ－ｎ型の光電池に関する。本発明は、カプセル化された光電池の製造方法についても言及し、光起電タイル用の電気接続アセンブリへ、簡単かつ安全な方法で、光起電タイルによって生成された電力を、インバータと、カプセル化された光電池及び電気接続アセンブリを含む光起電タイルとに伝導させる役割を果たす。

【背景技術】

【0002】

光電池は、日射を光電効果によって電気エネルギーに変換する半導体材料で作られた装置である。他方、光起電タイルは、１つ以上の光電池を含む住宅及び建物を覆うために使用される建築要素である。

【0003】

従来技術から、いくつかのタイプの光電池が知られている。それらはそれらが作られる材料によって区別され、その最も一般的なものは結晶シリコンであるが、二酸化チタンナノ粒子（ＴｉＯ_２）及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）で被覆されたスズ／インジウム酸化物（ＯＥＩ）などの、より価値のある他の貴な材料もまた、この装置の製造に採用される。

【0004】

「クリーン」な発電装置とされているにもかかわらず、太陽電池は半導体材料でできているため、大規模な使用に大きな関心が寄せられています。一般に、２つの主な要因によりエネルギー効率が低くなります。（ｉ）導電率が下げることになる電池の温度の上昇をもたらす、半導体材料による吸収された過剰な太陽エネルギー、主に紫外線スペクトラムエネルギー；及び（ｉｉ）電池の温度を上昇させる単純な熱交換と導電率の低下とをもたらす、導電率のための十分なエネルギーを持たない日射の形で電池の半導体によって吸収された赤外線スペクトラム。

【0005】

導電率の問題を解決するために、この技術分野でいくつかの研究開発が行われている。

【0006】

この意味で、文献ＢＲ １０ ２０１２ ０２７３８９－６は、単一のハンドルを形成する構造にカプセル化しリンをドープした、光起電結晶シリコン電池で構成する、ローマタイルモデル又はプランモデルにおけるタイルを記載している。組み立てられたタイルは、上面から底面まで、半透明樹脂の層、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）ポリマー、光電池、バックシート層としてのＥＶＡポリマー、タイル、及び半透明樹脂を含む。

【0007】

また、例えば、「Photovoltaic response of carotenoid-sensitized electrode in aqueous solution: ITO coated with a mixture of TiO₂ nanoparticles, carotenoid, and polyvinylcarbazole」と題するＧａｏらの論文は、これらの半導体材料の有効性を改善するために、カンタキサンチンベースのカロチノイド及び［５］－カロチンと二酸化チタンナノ粒子（ＯＥＩ／ＴｉＯ_２）で被覆されたスズ／ミディアム酸化物半導体を処理することを記載している。本稿はまた、このタイプの処理におけるカロチノイドの作用メカニズムを教示する。これに関連して、これらの半導体中に存在するカンタキサンチン分子は、エネルギー的に励起されるようになることによって日射を吸収する。この場合、その電子はその導電率を最適化するＴｉＯ_２と共に、スズ／ミディアム酸化物の伝導帯に供与される。

【0008】

また、「Natural- photosynthesis-inspired photovoltaic cells using carotenoid aggregates as electron donors, and chlorophyll derivatives as electron acceptors」と題するＺｈｕａｎｇらによる論文は、リコピンベースのカロチノイド及びクロロフィル色素を用いた、スズ／酸化インジウム（ＯＥＩ）及び酸化モリブデン（ＩＩＩ）（ＭｏＯ_３）光電池、又はＯＥＩ／ＭｏＯ_３の処理を明らかにしている。この書類はまた、電子供与体分子として作用するカロチノイド、及び電子受容体分子として作用するクロロフィルの存在によるエネルギー効率を最適化するプロセスを教示する。これらの分子の存在はこれらの光電池において正孔及び電子束のバランスを作り出し、それらの効率を改善する。

【0009】

Ｍｕｔｈｕｓａａｍｙの論文「Marine seaweed Sargassum wightii extract as a low-cost sensitizer for ZnO photoanode-based dye-sensitized solar cell」は、一種の半導体である酸化亜鉛（ＺｎＯ）光アノードのエネルギー効率を増加させるために、カロチノイド、フコキサンチン及びクロロフィルのような色素の混合物を含む海藻抽出物の使用を記載している。本論文では、これらの色素の存在がこの材料の光起電効率を改善する。

【0010】

したがって、ｐ－ｎ型の光電池（ｐ型及びｎ型ドーパントでドープされている）だけでなくドープされていない光電池におけるカロチノイドも利用する最先端の研究に見出すことが可能である。しかし、それはカロチノイドを含まない。

【0011】

さらに、通常の光起電タイル及びパネルでは、生成した電力を伝導するためのそれらの間の接続が２つの保護、すなわち、太陽から送られる紫外線であるＵＶＢに対する耐性、燃焼に対する耐性と、を含む光起電ケーブルを介して行われる。

【0012】

また、これらの既知の光起電タイル及びパネルは、各パネル又は各タイル内の電力伝導ケーブルの端子に設置され、インバータとの電力出力ケーブルの接続を仲介する、接続箱及び単一接点電気コネクタを有する。

【0013】

接続箱は通常、逆電流を防止するダイオードを収納するために適用される。次に、コネクタは、電気的接続における接触不良を回避するために使用される。しかしながら、通常の接続箱及び電気コネクタが存在すると、屋根タイル及び光起電パネルのコストが増加し、同様に屋根の製造及び組立がより複雑になる。

【0014】

従って、これらの電池によって生成された電気エネルギーを伝導するためにケーブル端子に電気コネクタを使用せず、かつ、接続箱を使用しないタイルのような屋根に使用するための光電池を構築するために、開発が既に行われている。

【0015】

例えば、文献ＢＲ １０ ２０１２ ０２７３８９－６には、タイルの本体に配置された光電池を備えたポリマー複合タイルが記載されている。光電池とタイルとの関連付けシステムは、製造コストの削減と生産プロセスの容易化を目的として、接続箱を使用していない。従って、電池によって変換された電気エネルギーを通電された光電池間のバスバーストリップは、電気エネルギーの現在のインバータへの接続及び転送のために電気ハーネスにハンダ付けされる。このようにして、ハーネスは、直列の光電池の電力供給されるバスバーを接続するため、そして、最終的に直列の光電池を、コネクタを使用するインバータに接続するために使用される。

【0016】

この解決策において、光電池コネクタは、もはや使用されないが、それでもなお、ハーネスをインバータに接続するために使用する必要がある。また、ハーネスと光電池のバスバーとの関連付けは、溶接を用いて行われている。これは製品が設置のために完成して到着しないため、カバーの設置を簡略化できず、溶接を必要とする。

【0017】

国際公開第２００８／１３７９６６号論文は、信頼性のある構造及び低コストのソーラールーフのための解決策をもたらす。この場合、ケーブル配線が削減され、光電池の各列の端部にケーブルのみが残され、接続箱がなくなる。また、屋根タイルの電気部品の組立は、タイルが互いに接続され、各接続箱と電気コネクタとともに、最終的な接続が個々にタイルによって接続される代わりに、タイルの列によって行われる。

【0018】

この文献に記載された構成は、電気接続部があるタイルのタブを隣接するタイルのタブに合わせることによって行われ、その結果、電気接続部はタイルが屋根に取り付けられたときにのみ生じる。タイルを接続する電気ハーネスはなく、コネクタは内部にあり、１つのタイルは「オス」コネクタを有し、隣接するタイルは「メス」コネクタを有する。タイルを取り付けると電気接点が閉じ、接続箱を使用しなくなる。インバータ接続にとって、ケーブル配線は、各タイル列の終端のみに制限されるが、インバータに接続する場合、タイル列の各々にコネクタを使用しないことについては何も言及されていない。

【0019】

したがって、光起電タイルの組立における電気的接続部を簡略化することに関心があることが分かる。この意味で、タイルの電気的単純化が必要であり、しかしながら、感電又は火災のリスクを発生させる可能性のある安全でない設置をもたらすことなく、コスト及び接続の困難をもたらす構成要素を排除する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0020】

したがって、本発明はｐ型及びｎ型ドーパントを含むｐ－ｎ型の光電池と、このような光電池の電気伝導率の増加及びこの電気伝導率における効率の増加にそれぞれ起因する、熱係数を減少させるための紫外線防御指数を提供する作用剤と、を提供することを目的とする。

【0021】

本発明の別の目的は、熱係数を減少させ、その結果、この電池の電気伝導率の効率を増加させるための紫外線防御指数を提供する作用剤を含有するドーピング工程を含む、カプセル化されたｐ－ｎ型の光電池を製造するための方法を提供することである。

【0022】

本発明のさらなる目的は、屋根材と発電特性を同時に備えるように、カプセル化された光電池を有する単一のハンドルを形成する光起電タイルを提供することである。

【0023】

本発明の別の目的は、複数の光起電タイルによって生成された電気エネルギーを、単純かつ安全な方法で、電流インバータに伝導することができる光起電タイルのための電気接続アセンブリを提供することである。

【0024】

また、本発明の目的は、光起電タイル用の電気接続アセンブリを備えた光起電タイルを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0025】

本発明の目的は、ｐ型ドーパント溶液及びｎ型ドーパント溶液から形成された導電膜で被覆された結晶シリコン構造を含むｐ－ｎ型の光電池であって、ｐ型及びｎ型ドーパント溶液がカロチノイド成分を含むｐ－ｎ型の光電池を提供することである。

【0026】

本発明の別の目的は、以下の工程を含む、カプセル化されたｐ－ｎ型の光電池の製造方法である。
ａ）カロチノイド成分を含むｐ型及びｎ型ドーピング溶液から形成される導電膜によって複数の結晶シリコン構造を被覆、複数のｐ－ｎ型の光電池を形成
ｂ）モジュールを形成するスズはんだの手段によるｐ－ｎ型の複数の光電池の結合
ｃ）カプセル化された光電池を形成するモジュールカプセル化
ｄ）電気的接続

【0027】

本発明はさらに、目的として、光電池を有する光起電タイル用の電気接続アセンブリを有する。電気接続アセンブリは、光起電タイルに埋め込まれ、少なくとも１つの光電池の電気バスバーに関連付けられた、少なくとも１つの第１のコネクタと、一対の導線に接続された少なくとも１つの第２のコネクタと、を含み、少なくとも１つの第２のコネクタが少なくとも１つの光電池によって生成された電気エネルギーをインバータ素子に伝導するように、少なくとも１つの第１のコネクタに電気的に関連付けられている。

【0028】

また、本発明の目的は、複数のカプセル化された光電池と、光起電タイル用の電気接続アセンブリとを含む光起電タイルである。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1A】本発明のｐ－ｎ型の光電池主題の概略断面図である。

【図1B】互いに関連付けられた複数のｐ－ｎ型の光電池の概略図である。

【図2】本発明の主題である光起電タイルの斜視図である。

【図3】本発明の目的であるカプセル化された光電池の製造方法のフローチャートである。

【図4】カプセル化された光電池の製造方法における工程、より具体的には、複数の結晶シリコン構造を導電膜によって被覆する工程のフローチャートである。

【図5】カプセル化された光電池の概略分解図である。

【図6】本発明の主題である電気接続アセンブリを備えた光起電タイルの上面図である。

【図7】本発明の主題である電気接続アセンブリを備えた光起電タイルの底面図である。

【図8】本発明の主題である電気接続アセンブリを備えた光起電タイルの概略断面図である。

【図8A】光起電タイルに埋め込まれた電気接続アセンブリの第１コネクタの詳細図である。

【図9】本発明の主題である電気接続アセンブリの主導管系の概略斜視図である。

【図9A】本発明の主題である電気接続アセンブリの主導電性スレッドの詳細図である。

【図10】本発明の電気接続アセンブリ主題の副導管系の概略斜視図である。

【図11】本発明の目的である電気接続部セットで互いに接続された複数のタイルの底面図である。

【図12】本発明の主題である電気接続アセンブリと接続された複数のタイルの上面図である。

【図13】本発明の主題である電気接続アセンブリと接続された複数のタイルの斜視図である。

【図14】本発明の主題である電気接続アセンブリの主導管系の電気接続部図の概略図である。

【図15】本発明の電気接続アセンブリ主題の副導管系の電気接続部図の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

好ましい実施形態によれば、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本発明の主題であるｐ－ｎ型の光電池１０は、ｐ型ドーパント溶液及びｎ型ドーパント溶液から形成された導電膜１２で被覆された結晶シリコン構造１１を含む。

【0031】

ｐ型及びｎ型ドーパント溶液は、ドーパント元素に加えて、以下の詳細に記載されるようなカロチノイド成分を含む。

【0032】

この点に関して、ｐ型ドーパント溶液は、周期律表の５Ａ群からのドーパント元素を、好ましくはリンを１．５～４質量％の量で含む。一方、ｎ型ドーパント溶液は、周期律表の２Ａ族からのドーパント元素、好ましくはカルシウムを０．５～２質量％の量で含む。

【0033】

ｐ型及びｎ型ドーパント溶液はさらに、５０～７０質量％の量のイソプロピルアルコール、１５～３０質量％の量のコロフォニー樹脂、０．５～２質量％の量のカチオン性フルオロカーボン界面活性剤、０．５～２．５質量％の量の液体グリセリン、及び１．５～４質量％の量の硝酸銀を含む。

【0034】

また、導電膜１２を形成するために、ｐ型及びｎ型ドーパント溶液は、それぞれの溶液中に１～５質量％の量のカロチノイドを含む。カロチノイドは天然色素であり、日射線を吸収する能力が高く、紫外線フィルターとしても作用する。これらのカロチノイドは、好ましくはビキシン、ノルビキシン、リコペン、カンタキサンチン、フコキサンチン、及びβ－カロチンを含む群から選択される。

【0035】

ｐ－ｎ型の光電池１０は、太陽光に曝されると、電流を発生する。結晶シリコン構造１１に存在するシリコン原子は、その最後の電子層に正確に４個の電子を有する。ｎ型ドーパント元素として導電膜１２中に存在するリンは、５個の電子を有するので、リン原子は、４個の電子を共有し、共有結合の一部ではないが依然としてリン核の正電荷によって引き付けられる１個の電子を残す。したがって、共有結合の一部ではないリン電子はリン核との結合を容易に切断することができ、これには低エネルギーで十分である。この場合、これらの電子は自由であると見なされ、導電膜１２に存在するｎ型ドーパント元素によってドープされた結晶シリコン構造１１は、今やｎ型電子層を有する。

【0036】

次に、カルシウムは、最後の電子層に二つの電子をもち、それゆえに、シリコン原子を置き換える場合、二つの負電荷がないことと定義される「正孔」が形成され、ｐ型電子層を形成する。

【0037】

ｎ型とｐ型の二つの電子層を接触させることにより、電子濃度の低い領域から電子濃度の高い領域に電子が流れる。電子がｎ型側から離れるとき、ｐ－ｎ接点境界上に正電荷の蓄積があり、同様にｐ形側に負電荷の蓄積がある。ｐ－ｎ型接続の境界で起こるこの電荷の不均衡は、電子の拡散と正孔の自然な傾向に対抗する電場の出現の原因となり、したがって、均衡状態に到達する。

【0038】

光子によって形成された太陽光がｐ－ｎ型の光電池に落ちる瞬間に、電子と正孔との対の形成があるだろう。電子を一つの電子層からもう一つの電子層に流すのに十分なエネルギーをもつすべての光子に対して、電子と正孔との形成がある。このような条件下では、生成された電子は、ｎ型側に流れ、正孔はｐ型側に流れ、この電子の流れが電流の発生の原因となる。電池の電界が電位差を与えることになるので、まさにこの二つの物理量の積である発電が可能になるだろう。

【0039】

電子を一つの電子層からもう一つの電子層に流すのに必要なエネルギーよりも高いエネルギーをもつ光子、つまり紫外線領域の近くでエネルギーを保持する光子は、より高い周波数をもって、熱に変換されるのであろう過剰なエネルギーを与える。同様に、電子を１つの電子層から次の電子層へと流すのに必要なエネルギーよりも低いエネルギーをもつ光子、すなわち、より低い周波数をもって、光の赤外領域近くでエネルギーを保持する光子は、電子の軌道からの放出に十分なエネルギーを与えず、その結果、このエネルギーが熱に変換される。

【0040】

上述したこの２つの状況では発生した熱は、結晶シリコン構造１１を備えるｐ－ｎ型の光電池１０が効率を失わせるが、これは電池電圧が低下し、したがって、それが生成するできる電力も減少するためである。

【0041】

ｐ型及び導電膜１２ドーピング溶液中にカロチノイドが存在すると、ｐ－ｎ型の光電池１０の効率が高くなる。これは、カロチノイドが太陽光を吸収するのに役立ち、さらに、カロチノイドは日射、特に紫外線を吸収する高い能力を有するからである。

【0042】

紫外線によって生成された過剰なエネルギーを吸収することによって、カロチノイドはｐ－ｎ型の光電池１０における熱の発生を防止し、また、紫外線領域における過剰なエネルギーを吸収し、ｐ－ｎ型の光電池１０の伝導帯に向けられた新たな電子流動を形成する。より具体的には、カロチノイド分子自体からの電子がいわゆる伝導帯に移動し、その結果、電流が増加し、それと共に、電池１０の電力が増加する。

【0043】

図１Ａに示されるように、光起電システムを有するために、複数のｐ－ｎ型の光電池１０のユニオンからなるモジュールを構成する必要があり、ここで、このユニオンは、スズはんだ１３を介して作られる。はんだ領域１３における問題を回避するために、電池１０は、特にこの接合領域において、不純物を含まないことが必要である。したがって、ｐ型及びｎ型ドーパント溶液に添加されたイソプロピルアルコールは、電池１０の導電性を干渉し得る不純物の除去及び残留水の完全な除去を提供する。

【0044】

さらに、コロフォニー樹脂及びグリセリンは、はんだが均一に広がるように作用する。これにより、はんだ付け時には、はんだ付けされる部品にスズが自由に流れ込む。一方、硝酸銀は優れたエネルギー伝導体であり、ｐ型及びｎ型ドーパント溶液の両方に存在し、電池１０の接合領域におけるエネルギー性能を改善する。

【0045】

その結果、複数のｐ－ｎ型の光電池１０の接合部にスズはんだ１３が存在は、例えば、発電に影響を及ぼす電気的絶縁の領域を回避して、接合された電池１０間に導電性をもたらす。

【0046】

また、本発明の目的は図３に示すように、カプセル化されたｐ－ｎ型の光電池１０を製造するための方法であって、以下の工程を含む方法を提供することである。
ａ）カロチノイド成分を含むｐ型及びｎ型ドーパント溶液から形成される導電膜１２による複数の結晶シリコン構造１１の被覆、複数のｐ－ｎ型の光電池１０の形成
ｂ）モジュール１５からスズはんだ１３による複数のｐ－ｎ型の光電池１０の接合
ｃ）カプセル化された光電池１９を形成するモジュール１５のカプセル化
ｄ）電気的接続

【0047】

ａ）被覆工程

【0048】

ｐ型及びｎ型ドーパント溶液から形成された導電膜１２によって複数の結晶シリコン構造１１を被覆する工程は、混合物Ａを形成する３部のイソプロピルアルコールへの１部のコロフォニー樹脂の混合物、均一混合物Ｂを形成する１６部の混合物Ａへの１部のカロチノイドの添加と、混合物Ｃを形成する、１部のカチオン性フルオロカーボン界面活性剤の８５部の混合物Ｂへの接着及び３部の硝酸銀の１部のカチオン性フルオロカーボン界面活性剤への接着と、１部のグリセリンの混合物Ｄを形成する４４部の混合物Ｃ毎への添加と、を含む（図４）。

【0049】

混合物Ｄが形成されると、混合物Ｄ１と混合物Ｄ２とに等しい割合で分離される。混合物Ｄ１において、ｎ型ドーパント溶液を形成する１５部の混合物Ｄ１に１部のリンを添加する工程がある。混合物Ｄ２において、ｐ型ドーパント溶液を形成する混合物Ｄ２の４５部と半部に１部のカルシウムを添加する工程がある。

【0050】

次に、結晶シリコン構造１１は、図４のルート１に従って、ｐ型ドーパント溶液に浸漬され、それからｎ型ドーパント溶液に浸漬される。任意選択で、結晶シリコン構造１１は、図４のルート２に従って、ｎ型ドーパント溶液に浸漬され、次に、ｐ型ドーパント溶液に浸漬される。この工程の端部に、ｐ型の光電池１０が得られ、次に、最終乾燥工程に進み、導電膜１２が形成される。

【0051】

ｂ）複数のｐ－ｎ型の光電池を接合工程

【0052】

この工程では、複数のｐ－ｎ型の光電池１０が少なくとも７つの電池１０のクラスターを形成する直列に配置され、それが互いに接合されてモジュール１５を形成することになる（図１Ｂ）。

【0053】

接合部は、スズはんだ１３の手段によって形成されており、接合部がモジュール１５の導電性を損なわないようになっている。

【0054】

ｃ）モジュールカプセル化工程

【0055】

形成されたモジュール１５は、その後、カプセル化される。図５に示されるように、最初に、モジュール１５の上に、ＥＶＡポリマー１６の第１の層が配置され、負圧側を形成する。モジュール１５の下には、ＥＶＡポリマー１７の第２の層が配置され、続いてＴＰＴ（Ｔｅｄｌａｒ Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ Ｔｅｄｌａｒ）材料の保護下層１８が配置され、正圧側を形成する。

【0056】

モジュール１５の上下にこれらの層を配置した後、カプセル化は行われ、これは積層装置内でアセンブリを真空に構成することからなる。このカプセル化は、腐食保護及び防水を提供する。

【0057】

最後に、カプセル化されたアセンブリは、樹脂層１４を形成する第１のＥＶＡポリマー層１６によって形成された負圧部分の上に、樹脂、例えば半透明エポキシ樹脂の層を適用することからなる樹脂被覆される。

【0058】

この工程の結果、カプセル化された光電池１９が得られる。

【0059】

ｄ）電気的接続

【0060】

カプセル化された光電池１９は、保護バックグラウンド層１８の外面に配置された接続箱（図示せず）を受け取る。この接続箱は、使用中にカプセル化された光電池１９を電流コンバータ（図示せず）に接続できるようにすることを目的としている。しかしながら、電気的接続の好ましい実施形態は、後に詳細に説明される。

【0061】

本発明の別の目的は、図２に示される、光起電タイル２０からなる。光起電タイル２０は、好ましくはコンクリート又は繊維セメントで作られるが、セラミック及びポリマーのような他の材料で作ることもでき、光起電システムを形成するために複数のカプセル化された光電池１９を受ける。

【0062】

光起電タイル２０は、少なくとも１つの波形２１を含む波形の形状、続いて少なくとも１つのプラトー２２、プラトーが存在しない波形の形状２１、又は他の多数の形状を有する可能性がある。カプセル化された光電池１９は、好ましくはポリウレタングルーによる接着の手段によって屋根タイル２０上に固定され、中でも接着剤、ねじ、リベットなどの他のタイプの固定を使用することができ、その結果、カプセル化された光電池１９は、光起電タイル２０と共に、２つの機能、すなわち屋根材及び電気エネルギーの生成を含む単一のハンドルを形成する。それらは屋根として使用されるタイル自体がその構成において既に光電池を含むため、屋根に固定するための、アルミニウムプロファイルと余分な構造とを有する固定システムを、光起電システムのために必要としない。通常の屋根のための木材又は金属構造で十分である。

【0063】

特に、カプセル化された光電池１９は、光起電タイル２０のプラトー２２に、光起電タイル２０の波形２１に、２つの後続の波形２１の間に形成される谷（図示せず）内に、波形２１の壁側に、又は光起電タイル２０の表面の他の点に取り付けられてもよい。

【0064】

本発明の目的である光起電タイル２０は、従来の太陽光発電パネルの美的－機能的問題を解決し、固定の問題を解決し、屋根への設置及びメンテナンスを容易にし、屋根の耐久性を高め、屋根構造に重量を加える制限があるプロジェクトにおいて光起電システムを設置することを可能にし、材料の使用を減らし、光起電システムのコストを低減する。

【0065】

電気接続部に関して、好ましくは図６、７及び図８及び図８Ａに図示されるように、光起電タイル２０のための電気接続アセンブリは、光起電タイル２０に埋め込まれた第１主コネクタ１２１を含み、特に、光起電タイル２０の背面２２１で、光電池１０とは反対側にあり、電気接続アセンブリが光起電タイル２０の各光電池１０のための第１主コネクタ１２１を含む。

【0066】

図８Ａから分かるように、光起電タイル２０の裏面２２１に埋め込まれた各第１主コネクタ１２１は、タイル２０の前面２１１に取り付けられた光電池１０の電気バスバー１０１、１０１’に関連付けられ、その結果、光電池１０によって生成された電気エネルギーは、第１主コネクタ１２１に向けられる。

【0067】

図９及び図１０に図示するように、電気接続アセンブリは、一対の主導線１４１に接続され、主導管系１５１を形成する複数及び第２主コネクタ１３１を備えることが好ましい。各第２主コネクタ１３１は、高絶縁耐力、機械的剛性、及び断熱性の高分子絶縁体で覆われている。

【0068】

より具体的には及び図９及び図９Ａに見られるように、複数の第２主コネクタ１３１は、一対の主導線１４１に離隔して接続され、後続の第２主コネクタ１３１の間の間隔と光起電タイル２０内に埋め込まれた後続の第１主コネクタ１２１の間の間隔と一致する。さらに、主導管系１５１を形成する主導線１４１に接続される第２主コネクタ１３１の数は、一線に相互接続されることになる光起電タイル２０の数に応じて変化する。

【0069】

従って、図９及び図１４の配線図は主導管系１５１を形成する一対の主導線１４１に離隔して接続された複数の第２主コネクタ１３１を図示し、この主導管系はその端部に、少なくとも１つのダイオード２５１を提供する接続端子１７１を備えている。ダイオード２５１の機能は、逆電流が発生するのを防止することである。

【0070】

各主導管系１５１は、第２主コネクタ１３１から第１主コネクタ１２１への嵌合から、タイル２０の列の端と、端子１７１と、各列又は主導管系１５１と組み立てられ相互接続されたタイル２０の列などに空きを残し、光起電タイル２０の線又は列を相互に接続する。

【0071】

第２主コネクタ１３１は、少なくとも１つの光電池１０によって生成され、第１主コネクタ１２１によって受け取られた電気エネルギーを、一対の主導線１４１を介して接続端子１７１に伝導するように、第１主コネクタ１２１に、嵌め込まれ、電気的に関連付けられる。

【0072】

図１０及び図１５は、次に、副導管系１６１を形成する一対の副導線２４１に接続された少なくとも１つの、好ましくは複数の副コネクタ１９１を示す。この副導管系１６１の機能は、タイル２０の線又は列をインバータ素子２６１又はマイクロインバータに相互接続することである。
（0073）
したがって、副導管系１６１の各副コネクタ１９１は、光起電タイル２０で生成された電気エネルギーをインバータ素子２６１に伝導する主導管系１５１の接続端子１７１に関連するか、又は接続される。

【0073】

この点に関し、図１１、図１２及び図１３から分かるように、第１主コネクタ１２１は、露出した端子又はケーブルがなくても光起電タイル２０内に埋め込まれ、感電の危険はなく、これらのタイル２０を取り扱うための安全を提供する。すでに説明したように、各第１主コネクタ１２１は、光電池１０によって生成される電気エネルギーを受け取るために、光起電タイル２０の裏面２２１に埋め込まれる。

【0074】

光起電タイル２０は、関心のある屋根に列又は列をなして取り付けられた後、第２主コネクタ１３１は、図１１に示すように、タイル２０の各第１主コネクタ１２１に１つずつ、列をなして嵌め込まれる。

【0075】

所望のカバーを構成する多数の列に嵌合が完成すると、主導管系１５１の接続端子１７１は、副導管系１６１の副コネクタ１９１に接続され、その副導管系１６１の端部は、インバータ素子２６１に関連付けられる。

【0076】

図１２は、図１１に示されたものと同じ接続部を示すが、上から見たものである。この場合、主導管系１５１の主導線対が２０本のタイルで保護されており、ＵＶ保護材料で作る必要はないことが分かり、太陽に曝されないことから、２０本のタイル間の伝導性は屋根の下で行われ、紫外線の入射を受けることがない。

【0077】

メイン及びセカンダリのすべてのコネクタは、８ｍｍの端子があり、７０アンペアの電流をサポートする。また、電気エネルギー用の非常に導電性が高く、腐食に強いスズメッキ黄銅を使用している。

【0078】

第１主導体１２１と第２主導体１３１との接続部は、第１主導体１２１に爪が存在することにより、第２主導体１３１のスリーブに爪が付くことに加え、断線や接触不良を防止し、アークの発生を防止し、火災のリスクを解消する。

【0079】

本発明の目的である光起電タイル２０のための電気接続部セットを使用することにより、光起電タイル２０の設置に実用性があり、電気接続部エラーを不可能にする、すなわち、タイル２０を所望の屋根空間に設置し、第１主導体１２１内の第２主導体１３１の接続部又はプラグと、光起電タイル２０が機能するための接続端子１７１内の副導管系１６１の副コネクタ１９１の接続部又はプラグとを設置するには十分であり、それらによって生成された電気エネルギーを満足のいく方法で捕捉する。

【0080】

また、本発明の目的は、上述の光起電タイル２０用の電気接続アセンブリを含む光起電タイル２０である。

【0081】

従って、光起電タイル２０用の電気接続部セットを収容した光起電タイル２０の設置は、この種の接続部において広く使用されているＭＣ４型端子及び接続箱のような構成要素を使用する必要がなくなるが、しかしながら、電気接続部セットは電気アークの形成、接触不良及び感電を防止するため、タイル２０の電気接続部を安全でないものとすることはない。火災の危険も排除される。

【0082】

光起電タイル２０用の電気接続セットの別の利点は、電気接続部の簡略化であり、タイル２０及び電気接続セットの設置のための専門的な労力を免じる。

【0083】

好ましい実施形態の例を説明したが、本発明の範囲は可能な均等物を含む添付の特許請求の範囲の内容によってのみ限定される、他の可能な変形形態を包含することを理解されたい。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図8A】

【図9】

【図9A】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【国際調査報告】