JP2004134654A - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【目的】太陽電池セルにインターコネクタを半田付けする際の熱応力に起因するセル割れのおそれを防止して、製品の歩留りを向上させることができる太陽電池モジュールの製造方法を提供する。
【構成】太陽電池セルのメイングリッド上にインターコネクタを配置した後に、インターコネクタ押さえでインターコネクタを太陽電池セルに密着固定する。インターコネクタ押さえは、レーザー光の照射部分以外を部分的に押さえるものである。レーザー光はレーザー照射機本体（図示せず）から光ファイバーで導入される。導入されたレーザー光は、光ファイバーの先端に取り付けられた集光レンズで集光された後に、インターコネクタに照射される。集光レンズは、インターコネクタの上方空間をインターコネクタに沿って移動し、インターコネクタの半田付けすべき部分にレーザー光を短時間照射する。
【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に関するものであり、さらに詳しくは、太陽電池モジュールの製造工程において複数の太陽電池セルをインターコネクタによって接続する際の半田付け方法に特徴のある太陽電池モジュールの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、太陽電池セルの構造および製造方法に関する技術としては、例えばシリコン多結晶太陽電池セルやシリコン単結晶太陽電池セルの構造および製造方法に関する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１４４９４３号公報（第２〜６頁、図１〜図６）
【０００４】
太陽電池セル１枚当りの出力は通常、数Ｗ（ワット）程度と小さいため、多数枚のセルを接続してまとまった電力を得るようにする必要があり、また、屋外の環境でも安定した出力を得るように太陽電池セルを保護する必要もあるので、多数枚の太陽電池セルを結線し封止して太陽電池モジュールを製造するのが一般的である。
【０００５】
太陽電池モジュール製造工程の概要について説明する。まず、多数枚の太陽電池セルを結線するためのインターコネクタを半田付けする。その後、このインターコネクタを隣接する太陽電池セルと結線して、配列状太陽電池セル（配列セル）を作る。次に、強化ガラス、封止樹脂、配列セル、封止樹脂、バックフィルムの順に積層する。そして、隣接する配列セルどうしの結線と、電力取出用端子線の取り付けとを行った後に封止処理を行う。封止処理が完了すると、電力取出用端子線への端子ボックスの取り付けとフレームの取り付けとを行うことで、太陽電池モジュールが完成する。完成した太陽電池モジュールは、ソーラーシミュレータを用いて出力特性の検査が行われた後に、工場出荷される。
【０００６】
以上のような太陽電池モジュール製造工程の中で、特にセル割れと称される現象が顕著に発生する結線工程について、従来技術を示す図２ａ〜図２ｄおよび図３に基づいて説明する。
【０００７】
従来は、図２ａのように、太陽電池セルの受光面に形成されたメイングリッド（受光面電極）に対して、半田メッキしたリボン銅線のインターコネクタを位置決め配置し、図２ｂのように押さえピンで保持した後に、ホットエアーをインターコネクタに向けて吹き付け、インターコネクタを太陽電池セルといっしょに加熱して半田付けする方法が用いられていた。
【０００８】
また、太陽電池セルを複数枚、直列に接続するために、図２ｃのように太陽電池セルの裏面に形成された裏面銀電極に、図２ｄのように同インターコネクタを半田付けする場合も、同様の方法が用いられていた。
【０００９】
さらに、他の従来技術としては、図３に示すように、太陽電池セルをホットプレート上で予備加熱しつつ、受光面電極に位置決め配置したインターコネクタを押さえピンで保持した後、ハロゲンランプなどによる近赤外光でインターコネクタを太陽電池セルといっしょに照射加熱して半田付けする方法がある。
【００１０】
また、太陽電池セルを複数枚、直列に接続するために、太陽電池セルの裏面に形成された裏面銀電極に同インターコネクタを半田付けすることも、ホットプレートによる加熱と表面からランプ照射された太陽電池セルの裏面への熱伝導加熱とを利用して、同時に行っていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来技術には以下の欠点があった。
【００１２】
太陽電池セルにインターコネクタを半田付けする際、太陽電池セルの電極周辺またはセル全面、およびインターコネクタの接合部全面を半田融点以上に加熱して半田付けした後に冷却するため、大きく分けて以下の２種の熱応力が生じる。すなわち、太陽電池セルの裏面アルミニウム電極とシリコンセルとの熱膨張差により熱応力が生じ、また、インターコネクタとシリコンセルとの熱膨脹差により熱応力が生じる。
【００１３】
そして、これらの熱応力に起因して、太陽電池セルにクラックが入ったりセルが分断したりする、いわゆるセル割れが発生していた。このようなセル割れは、特に多結晶シリコン太陽電池セルにおいて顕著に発生していた。
【００１４】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池セルにインターコネクタを半田付けする際の熱応力に起因するセル割れのおそれを防止して、製品の歩留りを向上させることができる太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の太陽電池セルにインターコネクタを半田付けにより接続して太陽電池モジュールを製造する際に、レーザー光を光ファイバーで導き、そのレーザー光を光ファイバーの先端に設けられた集光レンズで集光し、そのレーザー光をインターコネクタにスポット照射してインターコネクタを加熱し半田付けすることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法が提供される。
【００１６】
このような太陽電池モジュールの製造方法にあっては、レーザー光をインターコネクタにピンポイントでスポット照射することができ、太陽電池セルの温度上昇箇所はインターコネクタを介した熱伝導による局部に限定できるので、前述した太陽電池セルの裏面アルミニウム電極とシリコンセルとの熱膨張差による熱応力を最小限に抑えることが可能になる。従って、太陽電池セルにインターコネクタを半田付けする際の熱応力に起因するセル割れのおそれを防止して、製品の歩留りを向上させることができる。
【００１７】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池セルの受光面にメイングリッドが形成されている場合に、そのメイングリッドの位置を画像処理装置を用いて画像認識することにより、インターコネクタをメイングリッドの所定位置に合わせて配置し、インターコネクタを部分的に押圧した後に、レーザー光をインターコネクタに照射するようにするものであるのが好ましい。
【００１８】
このような太陽電池モジュールの製造方法によれば、太陽電池セルのメイングリッドを基準にして画像処理装置で画像処理し、位置決めした後、インターコネクタをメイングリッドの所定位置に配置し、インターコネクタを部分的に押圧して、レーザー光を照射することにより、インターコネクタを太陽電池セルに密着させながら、インターコネクタに対して正確にレーザースポット光を照射することが可能になるので、いっそう確実に半田付けを行うことができる。
【００１９】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、前記メイングリッドに位置合わせしてインターコネクタの一端を半田付けし、さらに、インターコネクタの他端を別の太陽電池セルの裏面に形成された裏面銀電極の所定位置に合わせて配置し、インターコネクタの他端近傍を押圧した後に、インターコネクタを画像処理装置を用いて画像認識することにより、レーザー光をインターコネクタの他端に照射するようにするものであるのが好ましい。
【００２０】
このような太陽電池モジュールの製造方法によれば、太陽電池セルの裏面銀電極に、別の太陽電池セルのメイングリッドに一端を半田付けしたインターコネクタの他端を配置し、部分的に押圧し、画像認識して、インターコネクタの他端位置を計測し、インターコネクタに沿ってレーザー光を照射することにより、インターコネクタの他端を確実に半田付けすることができる。
【００２１】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、得られた太陽電池モジュールにおける、太陽電池セルとインターコネクタとの半田付けによる接合部が、複数箇所にあり、かつ、互いに隔離されているのが好ましい。
【００２２】
このような太陽電池モジュールの製造方法によれば、インターコネクタの半田付け部分を隔離することにより、前述した課題であるインターコネクタとシリコンセルとの熱膨脹差による熱応力を局部に限定することが可能になり、その結果、総合的な熱応力を低減することができる。
【００２３】
また、ここにおいて、半田付けによる接合部どうしの間隔は、各接合部に集まる電流が６００ｍＡ以下になるように設定されているのが好ましい。
【００２４】
このように構成されている場合には、接合部１箇所当り６００ｍＡ　以下の電流を太陽電池セルから取り出すことができる接合領域とそれらの相互間隔とを確保することにより、太陽電池の出力特性を低下させることなく太陽電池モジュールを製造することができる。
【００２５】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、照射されるレーザー光のスポット径がインターコネクタの幅より小さくなるように構成されているのが好ましい。
【００２６】
このように構成されている場合には、レーザー光のスポット径をインターコネクタの幅より小さくすることにより、レーザー光をインターコネクタのみに直接照射されるので、インターコネクタを直接加熱することができ、太陽電池セルを間接的に加熱することができる。従って、レーザー光が太陽電池セルに直接照射されて受光面が損傷することによる太陽電池の出力特性劣化を防止しながら、インターコネクタを接続することができる。
【００２７】
また、ここにおいて、照射されるレーザー光のスポット径が、インターコネクタの幅の５０％〜８０％であるのがいっそう好ましい。
【００２８】
このように構成されている場合には、レーザー光のスポット径をインターコネクタの幅の５０％〜８０％に制限することにより、太陽電池セルとインターコネクタとの半田付け面積を一定以上にして必要接合強度を確保することができるとともに、各種公差に伴う、インターコネクタに対するレーザー光の照射ずれを許容することができる。
【００２９】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、インターコネクタの各接合部の高さを計測し、光ファイバーの先端に設けられた集光レンズとインターコネクタとの距離が各接合部で一定になるように集光レンズの高さを調節しながら、レーザー光を照射するものであるのが好ましい。
【００３０】
このような太陽電池モジュールの製造方法によれば、集光レンズとインターコネクタとの距離が一定になるようにそれぞれの集光レンズの高さを逐次合わせながらレーザー光を照射することにより、レーザースポット径が一定になり、インターコネクタに照射する所定面積当たりのレーザー光のエネルギー密度も一定になるため、いっそう確実な半田付けを行うことができる。
【００３１】
【実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳述する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
【００３２】
図１は、太陽電池の受光面にインターコネクタを半田付けする本発明に係る１つの実施の形態を示す。
【００３３】
太陽電池セルのメイングリッド上にインターコネクタを配置した後に、インターコネクタ押さえでインターコネクタを太陽電池セルに密着固定する。インターコネクタ押さえは、レーザー光の照射部分以外を部分的に押さえる（押圧する）ものである。
【００３４】
レーザー光はレーザー照射機本体（図示せず）から光ファイバーで導入される。導入されたレーザー光は、光ファイバーの先端に取り付けられた集光レンズで集光された後に、インターコネクタに照射される。
【００３５】
集光レンズは、インターコネクタの上方空間をインターコネクタに沿って移動し、インターコネクタの半田付けすべき部分にレーザー光を短時間照射する。
【００３６】
この実施の形態によれば、レーザー光はインターコネクタに直接照射されるため、太陽電池セルの温度上昇はインターコネクタとの接触部分からの熱伝導による局部に限定され、従って、従来の方法で発生していた太陽電池セルの裏面アルミニウム電極とシリコンセルとの熱膨張による熱応力を抑えることができる。
【００３７】
図４ａ〜図４ｄは、太陽電池セルの受光面にインターコネクタを半田付けする手順を示したものである。
【００３８】
まず、図４ａに示すように、基準座標ＸＹに対してずれた位置にある太陽電池セルを正しい位置に修正するため、メイングリッドを基準にして画像認識し、位置ずれおよび角度ずれを計算する。
【００３９】
次に、図４ｂに示すように、これらのずれの修正を行い、太陽電池セルを位置決めする。
【００４０】
そして、図４ｃに示すように、太陽電池セルのメイングリッド上にインターコネクタを配置し、インターコネクタ押さえで部分的に押圧する。
【００４１】
その後、図４ｄに示すように、インターコネクタの半田付けする部分にレーザー光を照射し、確実に半田付けを行う。
【００４２】
図５ａ〜図５ｄは、太陽電池セルの裏面にインターコネクタを半田付けし、太陽電池セルどうしを結線する手順を示したものである。
【００４３】
まず、図５ａに示すように、受光面のメイングリッドにインターコネクタを配線した太陽電池セル（セル１）を反転し、位置決めする。
【００４４】
次に、図５ｂに示すように、同様な工程を経たセル２をセル１に結線するため、セル２のインターコネクタの一端がセル１の裏面銀電極の上に来るように所定の位置に配置する。
【００４５】
そして、図５ｃに示すように、インターコネクタ押さえでインターコネクタの一端を部分的に押圧した後に、画像処理装置（図示せず）を用いて画像認識してインターコネクタの位置を計測する。
【００４６】
次に、図５ｄに示すように、インターコネクタの一端に沿って、半田付けする部分にレーザー光を照射し、確実に半田付けを行う。
【００４７】
図６ａおよび図６ｂは、インターコネクタの半田付け部分を隔離した様子を示すものである。
【００４８】
図６ａは、受光面のメイングリッドにインターコネクタを隔離して半田付けしたもの、図６ｂは、裏面の電極もインターコネクタを隔離して半田付けし、太陽電池モジュール用に結線している一部を示したものである。このように、隔離して半田付けすることにより、インターコネクタとシリコンセルとの熱膨張差による熱応力を局部に限定し、太陽電池セルに対する熱応力を軽減することができる。
【００４９】
図７ａ〜図７ｄは、多結晶シリコン太陽電池の受光面に形成されたメイングリッドに、リボン銅線に半田メッキしたインターコネクタを部分的に半田付けし、ソーラーシミュレータに掛け、インターコネクタと裏面電極との間で太陽電池の出力特性を計測した実施の形態を示す。
【００５０】
図７ａは、□１２５ｍｍ寸法の多結晶シリコン太陽電池の受光面に形成されたメイングリッドに、幅１．５ｍｍ、厚み０．１５ｍｍのリボン銅線に半田メッキしたインターコネクタを１接合部当り約２ｍｍ長さで数箇所、部分的に半田付けした様子を示す。
【００５１】
太陽電池セルのサンプル１，２を用い、半田付けする部分の数を変更したときの各出力特性を、図７ｂに最大出力Ｐｍ（単位はＷ）として、図７ｃに曲線因子ＦＦとして、図７ｄに短絡電流（単位はＡ（アンペア））として、それぞれ示す。
【００５２】
図７ｂ〜図７ｄのグラフにおける横軸は、インターコネクタの半田接合部の数を表す。
【００５３】
これらのグラフから、本寸法の多結晶シリコン太陽電池では、安全を見込んで、５点以上の半田付けを行えば、出力特性上は全面半田付けと変わらない太陽電池モジュールを製造することができる。
【００５４】
また、太陽電池セル１枚に対し２本のインターコネクタを半田付けするので、インターコネクタ１本当り５点を接合すると、本実施の形態の場合、接合部１箇所当りの電流は、図７ｄから約４９０〜５１０ｍＡとなる。
【００５５】
図８は、受光面のメイングリッドに幅１．５ｍｍ、高さ０．１５ｍｍのインターコネクタを半田付けする場合を示す。
【００５６】
このように、レーザー光のスポット径をインターコネクタの幅より小さくすることにより、レーザー光がセルに直接に照射されて受光面が損傷することを防ぐことができる。特に、スポット径をインターコネクタの幅の５０％から８０％にすることにより、セルとインターコネクタとの半田付け面積を一定以上にして、必要な接合強度を保持することができる。
【００５７】
図９は、集光レンズとインターコネクタとの距離が一定になるようにそれぞれの集光レンズの高さを合わせながらレーザー光を照射する場合を示す。これにより、インターコネクタ上のレーザースポット径が一定になり、安定した半田付けを行うことができる。
【００５８】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法による以上の効果を確認するため、無作為に抽出した多結晶シリコン太陽電池セル（□１２５ｍｍ）１００枚ずつを図２に示した従来の方法および図１に示した本発明の方法を用い、インターコネクタをセルに半田付けした。その結果、従来の方法では、１００枚中３枚のセル割れが発生したのに対し、本発明による方法では１００枚中１枚もセル割れは発生しなかった。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、　太陽電池モジュール製造の結線工程で発生する太陽電池セルの裏面アルミニウム電極とシリコンセルとの熱膨張差による熱応力およびインターコネクタとシリコンセルとの熱膨脹差による熱応力を最小限に抑えることができるので、太陽電池の出力特性を低下させることなく、確実な半田付けを行うことができる。従って、太陽電池セルにインターコネクタを半田付けする際の熱応力に起因するセル割れのおそれを防止して、製品の歩留りを向上させることができる
【００６０】
また、多結晶シリコン太陽電池に比べセル割れ頻度は低いものの、同様な工程を必要とする単結晶シリコン太陽電池を使った太陽電池モジュールでも本発明の製造方法を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の基本構成例を示す斜視図である。
【図２】図２ａ〜図２ｄは、従来技術の１実施例（ホットエアーを用いた半田付け）を示す斜視図である。
すなわち、図２ａは、受光面のメイングリッドにインターコネクタを配置した斜視図である。
図２ｂは、インターコネクタを押圧し、ホットエアーで加熱するときの状態を示す斜視図である。
図２ｃは、受光面にインターコネクタを半田付けしたセルを反転するときの状態を示す斜視図である。
図２ｄは、裏面の銀電極部にインターコネクタをホットエアーで加熱するときの状態を示す斜視図である。
【図３】図３は、別の従来技術の１実施例（ホットプレートとハロゲンランプを用いた半田付け）を示す斜視図である。
【図４】図４ａ〜図４ｄは、本発明による受光面電極へのインターコネクタの接合方法を示す平面図である。
すなわち、図４ａは、画像認識の基準座標ＸＹに対するずれ修正前の太陽電池セルの状態を示す平面図である。
図４ｂは、位置ずれおよび角度ずれを修正して位置決めした太陽電池セルの状態を示す平面図である。
図４ｃは、メイングリッドにインターコネクタを配置し、インターコネクタ押さえで密着固定した状態を示す平面図である。
図４ｄは、半田付け部にレーザー光を照射し、部分的に半田付けした状態を示す平面図である。
【図５】図５ａ〜図５ｄは、本発明による裏面銀電極へのインターコネクタの接合方法を示す平面図である。
すなわち、図５ａは、メイングリッドにインターコネクタを半田付けしたセルを反転した状態を示す平面図である。
図５ｂは、第１の太陽電池セルにおける裏面銀電極の所定位置に、第２の太陽電池セルの受光面電極に半田付けしたインターコネクタの他端を配置した状態を示す平面図である。
図５ｃは、インターコネクタ押さえで密着固定した状態を示す平面図である。
図５ｄは、半田付け部にレーザー光を照射し、部分的に半田付けした状態を示す平面図である。
【図６】図６ａおよび図６ｂは、本発明によるインターコネクタの接合領域を示す平面図である。
すなわち、図６ａは、受光面電極にインターコネクタを隔離して半田付けした状態を示す平面図である。
図６ｂは、裏面電極もインターコネクタを隔離して半田付けし、セルどうしを結線した状態を示す平面図である。
【図７】図７ａ〜図７ｄは、本発明による接合領域または接合点数と出力特性との関係を示す図である。
すなわち、図７ａは、□１２５ｍｍの多結晶シリコン太陽電池の受光面電極に幅１．５ｍｍ、厚み０．１５ｍｍのインターコネクタ（半田メッキ銅線）を１接合部当り約２ｍｍの長さで隔離して半田付けした状態を示す正面図である。
図７ｂは、半田付けの接合点数を変えた前記のインターコネクタ付セルをソーラーシミュレータで計測したときの接合点数と最大出力Ｐｍ（単位　Ｗ）との関係を示すグラフである。
図７ｃは、半田付けの接合点数を変えた前記のインターコネクタ付セルをソーラーシミュレータで計測したときの接合点数と曲線因子ＦＦとの関係を示すグラフである。
図７ｄは、半田付けの接合点数を変えた前記のインターコネクタ付セルをソーラーシミュレータで計測したときの接合点数と短絡電流Ｉｓｃ（単位　Ａ）との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明によるレーザースポット径とインターコネクタ寸法との関係を示す正面図である。
【図９】図９は、本発明による集光レンズとインターコネクタとの相対位置関係を示す正面図である。

Claims (8)

1. 複数の太陽電池セルにインターコネクタを半田付けにより接続して太陽電池モジュールを製造する際に、レーザー光を光ファイバーで導き、そのレーザー光を光ファイバーの先端に設けられた集光レンズで集光し、そのレーザー光をインターコネクタにスポット照射してインターコネクタを加熱し半田付けすることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
2. 太陽電池セルの受光面にメイングリッドが形成されており、そのメイングリッドの位置を画像処理装置を用いて画像認識することにより、インターコネクタをメイングリッドの所定位置に合わせて配置し、インターコネクタを部分的に押圧した後に、レーザー光をインターコネクタに照射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。
3. 前記メイングリッドに位置合わせしてインターコネクタの一端を半田付けし、さらに、インターコネクタの他端を別の太陽電池セルの裏面に形成された裏面銀電極の所定位置に合わせて配置し、インターコネクタの他端近傍を押圧した後に、インターコネクタを画像処理装置を用いて画像認識することにより、レーザー光をインターコネクタの他端に照射することを特徴とする請求項２記載の太陽電池モジュールの製造方法。
4. 半田付けによる太陽電池セルとインターコネクタとの接合部が、複数箇所にあり、かつ、互いに隔離されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
5. 接合部どうしの間隔は、各接合部に集まる電流が６００ｍＡ以下になるように設定されていることを特徴とする請求項４記載の太陽電池モジュールの製造方法。
6. 照射されるレーザー光のスポット径が、インターコネクタの幅より小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
7. 照射されるレーザー光のスポット径が、インターコネクタの幅の５０％〜８０％であることを特徴とする請求項６記載の太陽電池モジュールの製造方法。
8. インターコネクタの各接合部の高さを計測し、光ファイバーの先端に設けられた集光レンズとインターコネクタとの距離が各接合部で一定になるように集光レンズの高さを調節しながら、レーザー光を照射することを特徴とする請求項７記載の太陽電池モジュールの製造方法。

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