CN1265469C - 太阳能电池组件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种太阳能电池组件的制造方法，其中包括：把被层叠体放在板状构件上的工序，把被层叠体与板状构件一起搬入加热并保持的放置盘上的工序，靠膨胀机构压紧被层叠体并进行加热压接的工序，使膨胀机构离开被层叠体、把被层叠体与板状构件一起从放置盘上搬出的工序，以及把被层叠体从板状构件分离的工序。借此，被层叠体的温度不会急剧地上升，可以抑制发泡现象而成品率高的生产太阳能电池组件。

Description

太阳能电池组件的制造方法
技术领域
本发明涉及用封固构件封固光电元件从而进行保护的具有层叠工序的太阳能电池组件的制造方法。
背景技术
在太阳能电池组件中作为光电元件有结晶硅、多晶硅、微晶硅、无定形硅、化合物半导体的种种类型。但是，这些光电元件本身是无法在室外的严酷环境下使用。这是因为光电元件本身容易受腐蚀，此外容易被来自外部的冲击等而被损坏。
因此，有必要用封固构件覆盖并保护光电元件。最一般地说，采用经由封固件树脂、用玻璃等表面构件和含氟树脂膜等有耐气候性的里面构件夹持光电元件、进行层叠这样的方法。因为玻璃耐气候性优秀，还不通湿气，故覆盖作为半导体的光电元件的构件是最优秀的构件之一。因此，太阳能电池组件的大多数受光面侧的表面构件中用玻璃。
另一方面，玻璃覆盖存在着1)重，2)不能弯曲，3)不耐冲击，4)成本高这样的问题，因此在薄膜太阳能电池的场合，不能发挥轻量·耐冲击性·柔性这样的优点。
因此，历来也提出作为表面构件用含氟树脂膜等透明的氟化物聚合物薄膜，借此制成发挥薄膜太阳能电池的特征的轻而且具有柔性的太阳能电池组件。
可是，为了制造这种太阳能电池组件，使用用封固构件层叠串联或并联连接的光电元件组的装置。这种装置是例如，备有由隔板所隔开的上腔和下腔组成的腔部的所谓二重真空室方式的层叠装置，其在USP6149757(特开平9-141743号公报)的“层叠装置”、或特开平10-214987号公报的“太阳能电池组件的层叠机以及层叠方法”、或USP6380025(特开2000-349309号公报)的“太阳能电池组件的封固方法”等中公开。
这些文献中所公开的层叠装置，具有备有朝下膨胀自如的隔板的上腔和备有加热盘的下腔，上腔和下腔开闭自如地设置。而且，在把被层叠体放在设于下腔中的加热盘的状态下给上腔和下腔减压，加热被层叠体，把大气引入上腔，从而把被层叠体夹压在加热盘上表面和隔板之间进行层叠。
图4是表示现有的二重真空室方式的层叠机之一例的示意图。在图4中，201是下腔，202是上腔，203是隔板，204是放置盘，205是加热器，206和207是排气口，208是O形圈，209是被层叠体。
用这种装置的太阳能电池组件的层叠方法按以下工序进行。首先，把被层叠体209放在下腔201的放置盘204上，在下腔201上放置上腔202。接着，给下腔201和上腔202同时排气，在给下腔201排气的状态下使上腔202恢复大气压，用隔板203压住被层叠体209。然后，靠加热器205的加热来加热粘接被层叠体209。
此外，也可以用一重真空室方式来制造太阳能电池组件。所谓一重真空室方式没有二重真空室方式的上腔，是在USP6007650、USP6227270(特开平9-51114号公报)的“真空层叠装置”，USP6320115(特开平9-36405号公报)的“太阳能电池组件及其层叠方法”中公开。该装置的之一例示于图5。在图5中，301是放置盘，302是隔板，303是加热器，304是与外部连通的排气口，305是O形圈，306是被层叠体。
用此一装置的场合的太阳能电池组件的层叠方法按以下工序进行。首先，把被层叠体306放在放置盘301上，在其上重叠隔板302。接着，从把在隔板306与放置盘301之间由O形圈305所密闭的空间和外部连通的排气口304排气，使隔板302吸附于放置盘301压住被层叠体306。然后，靠加热器303加热粘接被层叠体306。
虽然在这些太阳能电池组件的层叠方法中，给加热器通电而加热被层叠体是在用隔板压住被层叠体之后，但是在生产太阳能电池组件时，往往始终靠加热器来加热放置盘。这样一来，在放在放置盘上的同时迅速开始被层叠体的加热，此外即使在反复层叠的场合，因为没有必要每次冷却放置盘，所以提高产量提高生产率成为可能。
但是，在现有的太阳能电池组件的层叠方法中，如果把被层叠体放在保持加热的放置盘上，则因为被层叠体与放置盘直接接触故被层叠体的温度急剧上升，封固构件中的架桥剂迅速分解，由此发生的气体使封固构件中残留气泡而存在着引起所谓发泡现象这样的问题。
特别是，近年来，太阳能电池组件的低成本化的呼声很高，在这种潮流中，虽然尝试了比历来格外薄，简易的封固构成，但是封固构件越薄被层叠体的温度上升越快，发泡现象变得越容易。
此外光电元件本身也是为了低成本化而如薄膜多晶硅太阳能电池、薄膜微晶硅太阳能电池、无定形硅太阳能电池、薄膜化合物半导体太阳能电池等薄膜类太阳能电池引人注目，但是这些也与封固构件同样因薄膜化而成为被层叠体的温升速度加快的原因。
另一方面，随着太阳能电池组件的多样化，有时把多个比放置盘小很多的组件同时层叠。在这种场合，最初放在放置盘上的被层叠体被过分加热，存在着产生组件的质量离散这样的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况提出的，其目的在于提供一种即使把被层叠体放在加热保持的放置盘上被层叠体的温度也不急剧上升，抑制封固构件的发泡现象而可以成品率高地进行生产的具有层叠工序的太阳能电池组件的制造方法。
为了实现上述目的，本发明的太阳能电池组件的制造方法，由光电元件组和封固构件组成的被层叠体放置于被加热并保持在预定温度的放置盘上，靠压紧机构压紧该被层叠体并进行加热压接的层叠工序，其特征在于，包括：
把被层叠体放在板状构件上的工序，
把被层叠体与板状构件一起搬入放置盘上的工序，
靠压紧机构压紧被层叠体并进行加热压接的工序，
使压紧机构离开被层叠体，把被层叠体与板状构件一起从放置盘上搬出的工序，以及
把被层叠体从板状构件分离的工序。
在上述太阳能电池组件的制造方法中，最好是在板状构件与被层叠体之间配置表面具有凹凸形状的脱膜片。
或者，也可以构成为板状构件的表面具有凹凸形状，脱膜片随着该凹凸形状而动。
此外，也可以板状构件的表面具有凹凸形状，在该板状构件的表面上施行脱膜处理。
此外，最好是放置盘保持加热到140℃-180℃的温度。
进而，最好是封固构件的至少一个中作为架桥剂配合有机过氧化物，前述有机过氧化物的一小时半减期温度为125℃以下。
而且，最好是靠冷却机构冷却压紧机构。
附图说明
图1是表示根据本发明的太阳能电池组件的制造方法中所用的层叠装置之一例的示意图。
图2是表示用根据本发明的太阳能电池组件的制造方法所制造的太阳能电池组件之一例的示意图。
图3是表示实施例与比较例的层叠工序中的被层叠体的温度的说明图。
图4是表示现有的二重真空室方式的层叠装置之一例的示意图。
图5是表示现有的一重真空室方式的层叠装置之一例的示意图。
具体实施方式
下面，虽然基于附图说明本发明的实施例，但是本发明不限于本实施例。
图1是表示根据本发明的太阳能电池组件的制造方法中所用的层叠工序中所用的层叠装置之一例的示意图。在图1中，101是下腔，102是上腔，103是作为压紧机构的隔板，104是放置盘，105是加热器，106是排气口，107是O形圈，108是被层叠体的搬入机构，109是被层叠体的搬出机构，110是被层叠体，111是板状构件，112是脱膜片。
基于图1，具体说明根据本发明的太阳能电池组件的制造方法中最佳所用的层叠方法。
首先，把板状构件111放在搬入机构108上。板状构件111的材质虽然可以从金属·塑料中适宜选择，但是如果考虑传热性，则最好是用铁·铝·铜等金属板。
而且，最好是在板状构件111之上配置脱膜片112，以便贴合后的被层叠体110可以简单地分离。进而，更好是脱膜片111的表面有凹凸形状。通过使脱膜片111的表面具有凹凸形状从而在与放在其上的被层叠体110之间形成空气的通道，可以在后述的抽真空操作中有效地从被层叠体110中排出空气。在这种脱膜片112中，有例如压纹加工了的含氟树脂片，或把含氟树脂含浸于玻璃布片等。
此外，与这些不同，在板状构件111的表面上施行凹凸加工，进而在该表面上施行脱膜处理也是最佳形态之一。不仅脱膜处理，在板状构件111之上配置含氟树脂等的薄膜以便随着凹凸而动也是可能的。
接着，在板状构件111之上，经由脱膜片112放置被层叠体110。这里所谓被层叠体110是指层叠光电元件组和封固构件后的层叠体。根据需要，进而在其上层叠脱膜片112。这是为了防止熔融的封固构件粘接于隔板。
接着，把被层叠体110与板状构件111一起搬入层叠装置内的放置盘104上。此时放置盘104靠内设于其中的加热器105预先加热并保持。其温度确定成使封固构件熔融，进而在需要架桥等化学反应的场合，使该化学反应顺利地进行的温度。最好是，140℃～180℃，为了缩短贴合时间最好是160℃～180℃。如果放置盘104的温度超过180℃，则发泡现象变得显著，在本发明中也难以抑制。
然后，在下腔101上放置上腔102，同时给上腔102和下腔101排气而成为一定的真空度时，下腔101照样排气而把上腔102恢复到大气压，使作为压紧机构的隔板103膨胀而压紧被层叠体110。在此期间，被层叠体110中的空气被排出，并且封固构件熔融而粘接成一体，贴合结束。此后，把下腔101恢复到大气压，取下上腔102把被层叠体110与板状构件111一起搬出到搬出机构109上。
所搬出的被层叠体110根据需要用风扇等冷却后，从板状构件111分离。
在连续层叠的场合，再次重复把被层叠体110放在板状构件111的上述工序。此时，最好是靠冷却机构冷却隔板103然后进行下一个层叠。这是因为如果加热了的隔板103压住被层叠体110，则被层叠体110被不必要地加热的缘故。作为冷却机构，没有特别限定，适宜选择风扇进行送风就可以了。
图2是表示用根据本发明的太阳能电池组件的制造方法所制造的太阳能电池组件之一例的示意图。在图2中，401是光电元件，402是表面的透明的封固件树脂，403是位于最表面的透明的表面构件，404是里面的封固件树脂，405是里面构件。
来自外部的光，从表面构件403入射，到达光电元件401，在这里产生的电动势靠未画出的输出端子取出到外部。
作为光电元件401根据目的选用1)结晶硅太阳能电池，2)多晶硅太阳能电池，3)微晶硅太阳能电池，4)无定形硅太阳能电池，5)铜铟硒化物太阳能电池等公知的元件。这些光电元件根据想要的电压，或电流串联或并联连接。与此不同，也可以在绝缘化了的基板上把光电元件集成而得到想要的电压或电流。
表面封固件402，用树脂覆盖光电元件401的凹凸，保护元件免遭温度变化、湿度、冲击等严酷的外部环境之害，而且对确保表面膜与元件的粘接是必要的。因而，要求耐气候性、粘接性、填充性、耐热性、耐寒性、耐冲击性等。作为满足这些要求的树脂，可以举出乙烯乙酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、聚乙烯醇缩丁醛树脂等聚烯烃类树脂，聚氨酯树脂，硅树脂，含氟树脂等。
其中EVA对应太阳能电池用途具有均衡的物性，普遍被选用。但是，其本身是因为热变形温度低在高温使用条件下容易产生变形或裂纹，所以最好是进行架桥而提高耐热性。EVA的场合一般用有机过氧化物进行架桥。有机过氧化物的架桥，通过从有机过氧化物发生的游离基吸收树脂中的氢或卤素原子，形成C-C结合来进行。在有机过氧化物的激活方法中，热分解、氧化还原分解和离子分解是公知的。一般来说进行热分解。
把上述有机过氧化物在封固件中并用，在真空下一边加压加热一边进行架桥和热压接是可能的。加热温度和时间可以由各个有机过氧化物的热分解温度特性来确定。一般来说以进行90％，更好是95％以上热分解的温度和时间来结束加热加压。如果要确定封固件树脂的架桥，测定胶分率就可以了，为了防止在高温下的封固件树脂的变形最好是架桥到胶分率成为70wt％以上。
可是，作为表示用作架桥剂的有机过氧化物的热分解性的指标，有一小时半减期温度。这是一小时内总量的一半热分解用的温度，此值越小则在越低的温度下引起分解。换句话说，在同一温度下被分解的场合，分解速度加快。因而，为了缩短贴合时间虽然可以用一小时半减期温度小的有机过氧化物作为架桥剂，但是另一方面，因分解而生成的气体的生成速度也加快，因而气泡变得容易残留在封固件树脂中。因此，一般用一小时半减期温度为140℃左右的有机过氧化物。
但是，在本发明中，如上所述，由于取为抑制被层叠体110的急剧的温度上升的构成，所以可以抑制加热初期的有机过氧化物的分解速度。因而，可以用一小时半减期温度小的有机过氧化物谋求缩短贴合时间。在根据本发明的太阳能电池组件的制造方法中所用的有机过氧化物的一小时半减期温度最好为125℃以下，更好是115℃以下。
表面构件403因为位于太阳能电池组件的最表层故包含透明性、耐气候性、耐污染性、机械强度在内确保太阳能电池组件的室外暴露中的长期可靠性用的性能是必要的。例如，有白板强化玻璃、含氟树脂膜、丙烯酸树脂膜等。白板强化玻璃因为透明性高耐冲击不容易开裂，故广泛用作太阳能电池组件的表面构件。
但是，最近往往对太阳能电池组件要求轻量性或柔性，在这种场合树脂膜被用作表面构件。其中含氟树脂膜因为耐气候性、耐污染性上优秀故普遍被选用。具体地说，有聚氟化亚乙烯树脂、或四氟乙烯-乙烯共聚物等。从耐气候性的观点来说聚氟化亚乙烯树脂虽然好，但是从耐气候性及机械强度和透明性的观点来说四氟乙烯-乙烯共聚物更好。
里面构件405用来保持光电元件401的导电性基板与外部的电气绝缘。作为里面构件405的材料最好是可以与导电性基板确保足够的电气绝缘性，而且长期耐久性好，耐热膨胀、热收缩的兼备柔性的材料。作为所用的最好薄膜，可以举出尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯。
里面封固件404用来谋求光电元件401与里面构件405的粘接。作为里面封固件404的材料，最好是可以确保与光电元件401的足够的粘接性，而且长期耐久性上优秀，兼备耐受热膨胀、热收缩的柔性的材料。作为最佳所用的材料可以举出EVA、聚乙烯醇缩丁醛等热塑性树脂，双面胶带，有柔性的环氧树脂粘接剂。当然，也可以用与表面封固件402同一材料，通常这种场合很多。也就是说，把上述架桥EVA也用在里面是一般的。
如果用在根据本发明的太阳能电池组件的制造方法中使用的层叠方法，则即使把被层叠体放在加热保持的放置盘上，由于经由板状构件间接接触，所以被层叠体的温度不会急剧地上升，可以抑制封固构件的发泡现象并成品率高地生产太阳能电池组件。
此外，在板状构件与被层叠体之间，配置表面有凹凸形状的脱膜片，或者板状构件的表面有凹凸形状，在该板状构件的表面上施行脱膜处理以便被层叠体能够分离，或者板状构件的表面有凹凸形状，通过随着该凹凸形状而动地配置脱膜片，在被层叠体与板状构件之间形成空气的通路，可以进一步抑制封固构件的发泡现象。
进而，放置盘的温度为140℃～180℃，和/或在封固构件的至少一个中作为架桥剂配合有机过氧化物，通过把该有机过氧化物的一小时半减期温度取为125℃以下，可以既抑制发泡现象又缩短贴合时间。
而且，由于通过靠冷却机构冷却隔板，连续地进行层叠也可以抑制隔板的温度上升，所以在被层叠体的压接之际被层叠体不被隔板的热量加热，可以更可靠地抑制封固构件的发泡现象。
【实施例】
以下，基于图1详细说明根据本发明的太阳能电池组件的制造方法中使用的层叠方法的实施例。再者，根据本发明的层叠方法并不限定于以下的实施例，在其宗旨的范围内可以进行种种变更。
如图1中所示，首先，在作为板状构件111的厚度1mm的铝板上，作为脱膜片122放置表面上有凹凸形状的厚度0.5mm的含氟树脂含浸玻璃布片，在其上放置层叠光电元件组和封固构件的被层叠体110。
这里用的被层叠体110的构成，从上起是含氟树脂膜/EVA片/光电元件组/EVA片/PET膜。再者，作为EVA片可以使用作为架桥剂含有一小时半减期温度112℃的有机过氧化物的厚度0.4mm的EVA片。
进而，在其上作为脱膜片112重合含氟树脂片后用作为搬入机构108的辊子输送机搬入到靠内设的加热器105预先加热到160℃的层叠装置内的放置盘104上。
接着，密闭上腔102和下腔101并把两腔抽真空到6.7×102Pa(5Torr)以下后，把上腔102恢复到大气压并使隔板103向下膨胀，压紧被层叠体110，维持此一状态15分。借此排出被层叠体110中的空气，并且EVA片熔融而粘接封固光电元件组。此外，通过有机过氧化物的分解而进行EVA的架桥反应，EVA作为太阳能电池组件的封固构件成为具有优良的耐热性·粘接性的固化物。
然后，把下腔101恢复到大气压取下上腔102，用作为搬出机构109的辊子输送机把做好的太阳能电池组件与铝板111一起取出。
在辊子输送机109上用风扇冷却后，去除上侧的含氟树脂片112，把完成的太阳能电池组件从含氟树脂浸含的玻璃布片112分离。
虽然重复同样的工序连续地进行太阳能电池组件的制造，但是此时，直到使上腔102和下腔101密闭期间，用风扇进行隔板103的冷却。
用以上这种工序所制造的太阳能电池组件在封固构件中没有气泡残留，可以实现高的成品率。
〔比较例〕
为了与实施例进行比较，按除了不用板状构件111外与上述实施例完全同样的层叠方法进行实验，制作了太阳能电池组件。结果，封固构件中残留许多气泡，作为太阳能电池组件外观上不能说很好。
图3是表示实施例与比较例的层叠工序中的被层叠体的温度的说明图。如图3中所示，在比较例中，发现隔板引起的被层叠体的刚压紧后的温度上升非常大。也就是说，在比较例中因为没有板状构件，故放置盘的热量迅速传到被层叠体，被层叠体的温度急剧地上升。特别是，在像本实施例和比较例中用的被层叠体的构成这样，仅用薄的树脂片封固光电元件组的场合，被层叠体的热容量很小，可以估计此一倾向是显著的。结果，可以认为EVA中所含有的有机过氧化物一下子分解，与此伴随发生的气体成为不能溶存于EVA中，此外通过抽真空也无法赶出的气泡，残留于EVA中。
另一方面，在本实施例中，适度地抑制隔板引起的被层叠体的刚压紧后的温度上升同时最终到达的温度也不比比较例逊色，可以认为既抑制有机过氧化物的急剧的分解，又可以进行足够的架桥反应。
像以上说明的这样，如果用本发明的最佳形态，则由于经由板状构件把被层叠体放在加热了的放置盘上，所以被层叠体的温度不会急剧地上升，发挥可以抑制发泡现象而成品率高地生产太阳能电池组件这样的优良的效果。

Claims (6)

1.一种太阳能电池组件的制造方法，包含把由光电元件组和封固构件组成的被层叠体放置于被加热并保持在预定温度的放置盘上、靠压紧机构压紧该被层叠体并进行加热压接的层叠工序，其特征在于，包括：
把被层叠体放在板状构件上的工序，
把被层叠体与板状构件一起搬入放置盘上的工序，
靠压紧机构压紧被层叠体并进行加热压接的工序，
使压紧机构离开被层叠体，把被层叠体与板状构件一起从放置盘上搬出的工序，以及
把被层叠体从板状构件分离的工序。
2.根据权利要求1中所述的太阳能电池组件的制造方法，其特征在于，在前述板状构件与前述被层叠体之间配置表面具有凹凸形状的脱膜片。
3.根据权利要求1中所述的太阳能电池组件的制造方法，其特征在于，前述板状构件的表面具有凹凸形状，并且在前述板状构件的表面上施行脱膜处理或者在前述板状构件表面上配置能随着前述凹凸形状而动的脱膜性膜以便前述被层叠体能够分离。
4.根据权利要求1中所述的太阳能电池组件的制造方法，其特征在于，前述放置盘的温度为160℃以上。
5.根据权利要求1中所述的太阳能电池组件的制造方法，其特征在于，前述封固构件的至少一个中作为架桥剂配合有机过氧化物，前述有机过氧化物的一小时半减期温度为115℃以下。
6.根据权利要求1中所述的太阳能电池组件的制造方法，其特征在于，所述压紧机构中设有隔板，且具有冷却所述隔板的机构。
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