JP2004031739A

JP2004031739A - 太陽電池モジュールの製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP2004031739A
Application number: JP2002187385A
Authority: JP
Inventors: Hidenao Osawa; 大澤　秀尚
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】透光性基板に反りが発生して加熱温度の不均一が生じてＥＶＡ等の充填材の熱収縮が不均一になって裏面材に皺が発生したり、ラミネート温度を上げることによってＥＶＡが発泡してモジュール内に気泡が残ったり、透光性基板を加熱した状態で温度差がなくなるまで保持することによって時間がかかって生産性が大きく低下するという問題があった。
【解決手段】ラミネート装置のヒーター盤６上に、透光性基板と充填材と太陽電池素子と裏面材を載置してラミネートする太陽電池モジュールの製造方法であって、上記透光性基板の周縁部を真空吸着しながら、上記ヒーター盤６で加熱する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池モジュールの製造方法及び製造装置に関し、特に透光性基板と充填材を用いて太陽電池素子を封入する太陽電池モジュールの製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池素子は、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製することが多い。このため太陽電池素子は物理的衝撃に弱く、また太陽電池を野外に取り付ける場合にはこれを雨などから保護する必要があるために、太陽電池素子を透光性基板とエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材で封入して、太陽電池モジュールを作成することが通常行われている。
【０００３】
この太陽電池素子を透光性基板とＥＶＡなどで封止するラミネート装置は、ラミネーターとよばれ、膨張自在なダイヤフラムを具備した上チャンバーと、ラミネートされるモジュールを加熱するためのヒーター盤を備えた下チャンバーと、下チャンバーを減圧するための真空ポンプとから成っている。
【０００４】
ラミネート工程は、まず下チャンバーにあるヒーター盤上に透光性基板を置き、その上にＥＶＡシート、配線を行った太陽電池素子、ＥＶＡシート、最上部にアルミ箔とフッ素系樹脂等の積層体から成る裏面材を置く。この状態で上下両チャンバーを閉じた後、下チャンバーを減圧するとともに、ラミネートされるモジュールを加熱する。さらに上チャンバーに徐々に大気を導入することによって透光性基板とＥＶＡシートと太陽電池素子と裏面材とを上チャンバーのダイヤフラムシートと下チャンバーとの間で加圧してラミネートする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記ラミネート工程における加熱の際に、ヒーター盤に接している透光性基板はヒーターからの加熱による透光性基板の上下面の温度差のために反りが発生する。大面積の太陽電池モジュールを作製する場合、特に大きな反りが発生し、透光性基板に大きな温度の不均一が生じ、その状態で加圧するとＥＶＡ等の充填材の熱収縮が不均一になり、上記裏面材に皺が発生する。
【０００６】
この皺の発生を防ぐために、ラミネートする際の温度を上げるとＥＶＡが発泡し、モジュール内部に気泡が残ってしまうことがある。
【０００７】
この問題を避けるために、透光性基板を加熱した状態で温度差がなくなるまで保持し、その後加圧することが行われている。しかし、この方法ではラミネートに時間がかかり、生産性が大きく低下するという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、透光性基板に反りが発生して加熱温度の不均一が生じてＥＶＡ等の充填材の熱収縮が不均一になって裏面材に皺が発生したり、ラミネート温度を上げることによってＥＶＡが発泡してモジュール内に気泡が残ったり、透光性基板を加熱した状態で温度差がなくなるまで保持することによって時間がかかって生産性が大きく低下するという従来技術の問題点を解消した太陽電池モジュールの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る太陽電池モジュールの製造方法では、ラミネート装置のヒーター盤上に、透光性基板と充填材と太陽電池素子と裏面材を載置してラミネートする太陽電池モジュールの製造方法において、前記透光性基板の周縁部を真空吸着しながら、前記ヒーター盤で加熱する工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
上記太陽電池モジュールの製造方法では、前記透光性基板の周縁部を真空吸着する真空度があらかじめ定められた真空度と同じか高くなった後に、前記透光性基板の加熱を開始することが望ましい。
【００１１】
また、上記太陽電池モジュールの製造方法では、前記透光性基板の周縁部を真空吸着する真空度が、前記下チャンバー内のラミネート中の真空度よりも高いことが望ましい。
【００１２】
また、上記太陽電池モジュールの製造方法では、前記透光性基板を前記ヒーター盤上に配置する前に、あらかじめ室温以上に加熱することが望ましい。
【００１３】
請求項５に係る太陽電池モジュールの製造装置では、ダイヤフラムを具備した上チャンバーと、ヒーター盤を具備した下チャンバーと、該下チャンバーを減圧するための真空ポンプとを備えた太陽電池モジュールの製造装置において、前記ヒーター盤に透光性基板の周辺部を吸着するための点状及び／又は線状に開口した真空吸着部を設けたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図を用いて説明する。
図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの製造装置（ラミネート装置）の一実施形態を示す断面図である。図１において、１は上チャンバーハウジング、２は上チャンバー真空領域、３はダイヤフラムシート、４は上チャンバー用真空ポンプ、５は下チャンバーハウジング、６はヒーター盤、７はラミネートする太陽電池モジュール、８は真空吸着部、９は下チャンバー真空領域、１０は下チャンバー用真空ポンプ、１１は透光性基板を真空吸着するための真空ポンプである。
【００１５】
上チャンバーハウジング１の内部には、ゴムなどから成るダイヤフラムシート３が設けられている。このダイヤフラムシート３と上チャンバーハウジング１に囲まれた内部の領域２は減圧できるように、上チャンバーハウジング１の外にある真空ポンプ４が接続されている。また上チャンバーハウジング１と下チャンバーハウジング５は開閉可能な構造となっている。
【００１６】
下チャンバーハウジング５には、その内部９を減圧するための真空ポンプ１０が接続されている。
【００１７】
下チャンバーハウジング５の内部のほぼ中央には、ヒーター盤６が配置されている。このヒーター盤６は、例えば２ｍ×１ｍ程度の大きさでアルミニウム等の金属部材から成り、その内部にヒーター（図示せず）が配置されている。
【００１８】
このヒーター盤６の上面には、その上に配置される透光性基板の熱による反りの発生を防ぐために、透光性基板１２を吸着するための複数の真空吸着部８が設けられ、その真空吸着部８につながる配管８ａは真空ポンプ１１に接続されている。この真空吸着部８は透光性基板１２の周辺部に合うように配置され、例えば直径５〜１０ｃｍ程度の円状か５ｃｍ×３０ｃｍ程度の線状又はこれらを組み合わせたもので、１ｍ×１．５ｍの太陽電池モジュールでは４〜８箇所程度設けられる。
【００１９】
図２は、一般的な太陽電池モジュールの分解した構造を示す図である。図２において、１２は透光性基板、１３、１５は充填材、１４は配線を行った複数の太陽電池素子、１６は裏面材である。
【００２０】
透光性基板１２としては、厚さ３〜５ｍｍ程度の強化ガラス等が使用される。
【００２１】
太陽電池素子１４は、厚み０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などから成る。この太陽電池素子１４内には、Ｎ型領域とＰ型領域があり、Ｎ型領域とＰ型領域との界面部分で半導体接合が形成される。このＮ型領域はＰ型のシリコン基板を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）等の中で加熱することによって、シリコン基板の表面部全体にリン原子等のＮ型不純物を拡散させ、厚み０．３〜０．４μｍ程度に形成する。その後に側面部と底面部のＮ層を除去し、ＰＮ接合を形成する。太陽電池素子１４の受光面側には、例えば窒化シリコン膜などから成る反射防止膜が形成される。このような反射防止膜は例えばプラズマＣＶＤ法などで形成される。また、太陽電池素子１４の表面と裏面には電極が形成されている。この電極は、例えば銀粉末、ガラスフリット、結合剤、および溶剤から成るペーストをスクリーン印刷して７００℃〜８００℃程度の温度で焼き付けて全体を半田層で被覆することによって形成される。
【００２２】
太陽電池モジュールを作成するときには、太陽電池素子１４の電極と銅箔などのインナーリードを接続し、さらに太陽電池モジュールから所定の電気出力が発生するように、複数の太陽電池素子１４をインナーリードで直並列に接続する。
【００２３】
充填材１３、１５は、上述のようにエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）のほかポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とするものが多く用いられる。
【００２４】
裏面材１６はアルミ箔とフッ素樹脂から成る積層構造のものなどが用いられる。
【００２５】
ラミネートするには、まずラミネート装置の下チャンバー５内のヒーター盤６の上に透光性基板１２を置き、その上に充填材１３、配線を行った太陽電池素子１４、充填材１５、最上部にアルミ箔とフッ素樹脂等の積層構造材などから成る裏面材１６をこの順に置く。
【００２６】
この状態で上下両チャンバーハウジング１、５を閉じて、真空ポンプ４、１０により上チャンバー真空領域２及び下チャンバー真空領域９を６６〜１３３Ｐａ程度に減圧する。これとほぼ同時に真空ポンプ１１により、透光性基板１２を真空吸着するための配管８ａを少なくとも下チャンバー真空領域９の真空度以下に減圧し、透光性基板１２を固定する。これによりヒーター６によって加熱するときに、透光性基板１２が熱によって反ることを防止し、透光性基板１２の温度上昇の均一化を図る。
【００２７】
その後、ヒーター盤６によりラミネートされるモジュール７を加熱し、昇温を開始する。この加熱は、真空吸着する前に反りが発生するのを防ぐために、配管８の真空度が所定の値に到達した後に開始することが望ましい。さらに、あらかじめ４０〜５０℃程度に昇温しておくと、発生する反りが小さくなり、またラミネート時間の短縮も図れる。
【００２８】
ラミネートされるモジュール７の温度が１３０〜１８０℃に達してＥＶＡが軟化したら、上チャンバー真空領域２を徐々に大気圧に戻すことによってダイヤフラムシート３を膨張させ、ラミネートされるモジュール７を上チャンバーハウジング１のダイヤフラムシート３とヒーター盤６との間で加熱しながら加圧する。この状態を３〜１０分間程度維持し、ラミネートされるモジュール７の内部にある気泡を追い出すとともに、軟化したＥＶＡ等の充填材１３、１５を万遍なく太陽電池素子１４の周囲に充填する。
【００２９】
その後、下チャンバー真空領域９も大気圧に戻し、上チャンバーハウジング１と下シャンバーハウジング５を開き、ラミネートされた太陽電池モジュール７を取り出す。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば太陽電池素子１４は単結晶シリコンや多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系太陽電池を用いた太陽電池モジュールにも適用される。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る太陽電池モジュールの製造方法によれば、透光性基板の周縁部を真空吸着しながら、ヒーター盤で加熱することから、ヒーターの加熱による透光性基板の反りを防止できる。これにより、透光性基板の温度上昇が均一化し、温度差による裏面部材の皺の発生を防ぐことができるとともに、加熱状態で温度差がなくなるまで保持する必要がなくなり、ラミネート工程の時間が短縮でき、太陽電池モジュールの生産性が向上する。
【００３２】
また、請求項５に係る太陽電池モジュールの製造装置によれば、ダイヤフラムを具備した上チャンバーと、ヒーター盤を具備した下チャンバーと、該下チャンバーを減圧するための真空ポンプとを備え、上記ヒーター盤に透光性基板の周辺部を吸着するための点状及び／又は線状に開口した真空吸着部を設けたことから、透光性基板をヒーター盤側から真空吸着しながら加熱することができ、ヒーターの加熱による透光性基板の反りを防止できる。これにより、透光性基板の温度上昇が均一化し、温度差による裏面部材の皺の発生を防ぐことができるとともに、加熱状態で温度差がなくなるまで保持する必要がなくなり、ラミネート工程の時間が短縮でき、太陽電池モジュールの生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの製造装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の方法によって製造される太陽電池モジュールの構造を分解して示す図である。
【符号の説明】
１　上チャンバーハウジング
２　上チャンバー真空領域
３　ダイヤフラムシート
４　上チャンバー用真空ポンプ
５　下チャンバーハウジング
６　ヒーター盤
７　ラミネートされる太陽電池モジュール
８　真空吸着部
９　下チャンバー真空領域
１０　下チャンバー用真空ポンプ
１１　透光性基板を真空吸着するための真空ポンプ
１２　透光性基板
１３、１５　充填材
１４　配線を行った複数の太陽電池素子
１６　裏面材

Claims

ラミネート装置のヒーター盤上に、透光性基板と充填材と太陽電池素子と裏面材を載置してラミネートする太陽電池モジュールの製造方法において、前記透光性基板の周縁部を真空吸着しながら、前記ヒーター盤で加熱する工程を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
前記透光性基板の周縁部を真空吸着する真空度があらかじめ定められた真空度と同じか高くなった後に、前記透光性基板の加熱を開始することを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記透光性基板の周縁部を真空吸着する真空度が、前記下チャンバー内のラミネート中の真空度よりも高いことを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記透光性基板を前記ヒーター盤上に配置する前に、あらかじめ室温以上に加熱することを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
ダイヤフラムを具備した上チャンバーと、ヒーター盤を具備した下チャンバーと、該下チャンバーを減圧するための真空ポンプとを備えた太陽電池モジュールの製造装置において、前記ヒーター盤に透光性基板の周辺部を吸着するための点状及び／又は線状に開口した真空吸着部を設けたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造装置。