JP2004200518A - 太陽電池モジュールの製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールとなる被ラミネート体の複数のポイントを正確に測温し、反りが発生しないよう複数の発熱体を制御することが可能な太陽電池モジュールの製造装置を提供する。
【解決手段】太陽電池モジュールになる被ラミネート体８を押圧するためのダイヤフラム３を具備した上チャンバー１と、上記被ラミネート体８を加熱するための発熱体７を具備したヒーター盤６を設けた下チャンバー５と、該下チャンバー５を減圧するための真空ポンプ１３とを設けた太陽電池モジュールの製造装置であって、上記被ラミネート体７８の複数箇所の温度を測定する非接触式の温度計９を設けるとともに、この温度計９の測定結果に基づいて上記被ラミネート体８の複数箇所の温度が略均等になるように加熱する複数の発熱体７を設けた。
【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装置および製造方法に関し、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装置と製造方法に関する。
【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く物理的衝撃に弱い。また、野外に太陽電池を取り付けた場合、雨などから保護する必要があるため、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太陽電池モジュールとなる被ラミネート体を加熱するためのヒーター盤を備えた下チャンバーおよび下チャンバーを減圧するための真空ポンプからなっている。太陽電池モジュールとなる被タミネート体は、例えば透光性基板、ＥＶＡシート、配線を行った太陽電池素子、ＥＶＡシート、および裏面材からなる。
【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、被ラミネート体を加熱する。さらに、上チャンバーに徐々に大気を導入することにより、透光性基板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熱加圧してラミネートする。
【０００５】
上述のラミネート工程における加熱の際、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。この反りが発生すると透光性基板でヒーター盤に接している部分とヒーター盤から浮き上がった部分が生じるため、反りがさらに大きくなってしまう。特に大面積の太陽電池モジュールを作製する場合、大きな反りのために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って上記裏面材に皺が発生する。
【０００６】
また、この皺の発生を防ぐために、ラミネート時の温度を上げると、ＥＶＡが発泡してできた太陽電池モジュール内部に気泡が残ることがある。このため、加熱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って生産性が大きく低下するという問題があった。
【０００７】
この問題の対策として、下チャンバーにあるヒーター盤内のヒーターを分割し、さらに分割した各ヒーター毎に通電を制御できるようにして、被ラミネート体の透光性基板などの特定領域から他の特定領域に向けて徐々に加熱できるようにして反りの発生を防ぐことが考案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のようなものがある。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２１４９８７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献においては、被ラミネート体のどの部分をどのように測温し、各ヒーターをどのように制御するかについては明示されていない。
【００１１】
例えば一般に使用される熱電対や抵抗体などの測温体（温度センサー）を使用した場合、発生する反りに追従するように測温体を被ラミネート体に接触させておくことが難しく、被ラミネート体自体の温度を正確に測温することは困難である。また、ヒーター近傍やヒーター盤の温度を測温した場合では、反りが発生している被ラミネート体はヒーター盤から端部が浮き上がっているため、被ラミネート体自体の温度とヒーター近傍やヒーター盤の温度と差異が生じており、被ラミネート体の反りをなくすようにヒーターを制御することが困難である。
【００１２】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は被ラミネート体の複数のポイントを正確に測温し、反りが発生しないよう複数の発熱体を制御することが可能な太陽電池モジュールの製造装置と製造方法を提供することにある。
【００１３】
【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装置では、太陽電池モジュールになる被ラミネート体を押圧するためのダイヤフラムを具備した上チャンバーと、前記被ラミネート体を加熱するための発熱体を具備したヒーター盤を設けた下チャンバーと、該下チャンバーを減圧するための真空ポンプとを設けた太陽電池モジュールの製造装置において、前記被ラミネート体の複数箇所の温度を測定する非接触式の温度計を設けるとともに、この温度計の測定結果に基づいて前記被ラミネート体の複数箇所の温度が略均等になるように加熱する複数の発熱体を設けたことを特徴とする。
【００１４】
上記太陽電池モジュールの製造装置では、前記非接触式の温度計を前記上チャンバーまたは下チャンバーの外側に配置することが望ましい。
【００１５】
また、上記太陽電池モジュールの製造装置では、前記非接触式の温度計が配置される前記上チャンバーまたは下チャンバーに８〜１２μｍの赤外線を透過する窓部を設けることが望ましい。
【００１６】
また、上記太陽電池モジュールの製造装置では、前記窓部が石英、ジンクセレン（ＺｎＳｅ）、サファイヤ、フッ化カルシウム、またはフッ化バリウムのうちのいずれか１種からなることが望ましい。
【００１７】
また、請求項５に係る太陽電池モジュールの製造方法によれば、太陽電池モジュールになる被ラミネート体を押圧するためのダイヤフラムを具備した上チャンバーと、前記被ラミネート体を加熱するための複数の発熱体を具備したヒーター盤を設けた下チャンバーと、該下チャンバーを減圧するための真空ポンプとを設けた太陽電池モジュールの製造方法において、前記被ラミネート体の複数箇所の温度を非接触式の温度計で測定して略均等に上昇するように前記複数の発熱体を制御することを特徴とする。
【００１８】
上記太陽電池モジュールの製造方法によれば、前記非接触式の温度計による温度分布像により、前記被ラミネート体の複数箇所の温度を判定することが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係る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はヒーター、８は太陽電池モジュールになる被ラミネート体、９は非接触温度計、１０は窓部、１１ａ、１１ｂ、１１ｃは被ラミネート体上の測温点、１２は下チャンバー真空領域、１３は下チャンバー用真空ポンプ、１４はファンである。
【００２０】
上チャンバーハウジング１の内部にはシリコン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、チャンバー１の外にある真空ポンプ４がつながっている。
【００２１】
下チャンバーハウジング５には、その内部１２を減圧するための真空ポンプ１３がつながっており、またその内部のほぼ中央にはヒーター盤６が配置されている。上チャンバー１と下チャンバー５は開閉可能な構造となっている。
【００２２】
このヒーター盤６は、例えば１．５ｍ×２ｍ程度の大きさでアルミニウムやステンレス等の金属部材から成り、その内部に複数のヒーター７が配置されている。複数のヒーター７は、シーズヒーターやセラミックヒーター等が使用され、各々独立して通電を制御できるようになっている。
【００２３】
上チャンバーハウジング１の外側には非接触温度計９が設けられている。この非接触温度計９は例えば赤外線の受光部を備えた赤外線放射温度計であり、その検出波長領域は８〜１２μｍである。また、一般にこのような赤外線放射温度計９は観測対象物の温度分布像（熱画像）を表示するものであるが、指定したポイントの測定した温度値を読み込み、この測定値を出力できる機能を備えたものである（例えば日本アビオニクス社製サーマルビデオシステムＴＶＳ−６００や日本電子社製赤外線放射温度計ＪＴＢ−６０００など）。
【００２４】
上チャンバーハウジング１には、非接触温度計９による測温のための窓部１０が設けられている。すなわち上述のような赤外線放射温度計などの非接触温度計９は使用可能温度は４０〜５０℃程度である。このため運転時には１００℃以上になるラミネーター１、５内に赤外線温度計などの非接触温度計９を入れることはできない。よって、赤外線放射温度計などの非接触温度計９をラミネーター１、５の外に設置し、適当な材質で窓部１０を作りこれを通して測温できるようにする必要がある。窓部１０に使用する材質としては赤外線放射温度計などの非接触温度計９を使用するので、当然その検出波長領域（８〜１２μｍ）の赤外線を透過する必要がある。そのため、窓部１０は、石英、ジンクセレン（ＺｎＳｅ）、サファイヤ、フッ化カルシウム、フッ化バリウムなどが使用される。
【００２５】
非接触温度計９の近傍には非接触温度計９の温度上昇を抑えるための冷却ファン１４が設けられている。
【００２６】
図２は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の一例を示す図である。図２において、１８は透光性基板、１９、２１は充填材、２０は配線を行った複数の太陽電池素子、２２は裏面材である。
【００２７】
透光性基板１８は、厚さ３〜５ｍｍ程度の白板強化ガラス等が多く使用される。太陽電池素子２０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り、概略の大きさは、例えば多結晶シリコン太陽電池でおよそ１５０ｍｍ角である。太陽電池モジュール作成時にはこの太陽電池素子の電極とハンダメッキなどを施した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、上記の接続したインナーリードで太陽電池素子を直並列につないだものを用いる。
【００２８】
充填材１９、２１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。
【００２９】
裏面材２２は水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂などが用いられる。
【００３０】
ラミネート工程は、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上の所定の位置に透光性基板１８を置き、その上に充填材１９、配線を行った太陽電池素子２０、充填材２１、最上部に裏面材２２をこの順に置く。
【００３１】
図３は被ラミネート体８の上面図である。測定点１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、大きさ１３００×１１００ｍｍ程度の住宅用太陽電池モジュールでは、図２のようにラミネート中の反りの発生による温度差が一番大きくなる被ラミネート体８上の対角線上の中央と端部の３点にとることが好ましい。この測定点は被ラミネート体の大きさや形状によってラミネートの状態をみて決定すればよい。
【００３２】
図４は、複数あるヒーター７の制御系統を示した図である。図４において、符号６、７、８、９、１１ａ、１１ｂ、１１ｃは図１と同じであり、１５は非接触温度計９とコンピューター１６をつなぐケーブル、１６はコンピューター、１７はヒーター７の制御回路である。
【００３３】
非接触温度計９から出力された測温値の信号はケーブル１５を介してコンピューター１６に伝達される。ケーブル１５はＲＳ−２３２Ｃ等の規格のものが用いられる。
【００３４】
コンピューター１６では非接触温度計９からの測温値の信号を受け取り、予め入力されているプログラムに従いこの信号を処理して複数のヒーター７のそれぞれに対して通電を行うかどうかの指示を出す。
【００３５】
制御回路１７はコンピューター１６からの指示を受け取ってソリッドステートリレー等によって複数のヒーター７のそれぞれに対して通電を行う。
【００３６】
また、非接触式の温度計９による温度分布像により、被ラミネート体８の複数箇所の温度を判定する。すなわち、上述のように複数のヒーター７の各々に対しての通電の制御は、赤外線放射温度計９により表示された温度分布像により、被ラミネート体８の温度が最大の箇所と最低の箇所等の複数箇所１１ａ、１１ｂ、１１ｃの温度から判定して決定する。
【００３７】
次に、ラミネートの方法について説明する。被ラミネート体８をヒーター盤６上におき、上下両チャンバーを閉じて真空ポンプ４、１３によって上チャンバー真空領域２および下チャンバー真空領域１２を６６〜１３３Ｐａ程度に減圧する。
【００３８】
その後、非接触温度計９、非接触温度計９を冷却するためのファン１４、コンピューター１６、制御回路１７を稼働させると共に、ヒーター盤６に内蔵されたヒーター７で被ラミネート体８を加熱して昇温を開始する。
【００３９】
このとき上述のように加熱による透光性基板１８の上下面の温度差のために反りが発生し、さらにこの反りのために透光性基板１８にヒーター盤に接している部分とヒーター盤から浮き上がった部分が生じ、さらに透光性基板１８に温度の不均一が生じる。しかし、非接触温度計９で被ラミネート体８の複数箇所の温度を感知し、さらにコンピューター１６が非接触温度計９からの測温の情報を処理して相対的に温度の高い部分のヒーター７の通電を弱めて相対的に温度の低い部分のヒーター７の通電を強めることにより、反りを少なくすることができる。
【００４０】
このようにして被ラミネート体８の温度がほぼ均一に１３０〜１８０℃に達してＥＶＡ等の充填材１９、２１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、被ラミネート体８を上チャンバー１のダイヤフラムシート３とヒーター盤６との間で加熱押圧する。この状態を３〜１０分間程度維持して被ラミネート体８の内部にある気泡を追い出すと共に、軟化した充填材１９、２１を万遍なく太陽電池素子２０の周囲に充填させる。
【００４１】
この後、下チャンバー真空領域１２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、被ラミネート体８を取り出す。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば太陽電池素子は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限らず、薄膜系などでも透光性基板の裏面に太陽電池素子を配置して充填材をラミネートして太陽電池素子を封入する太陽電池モジュールにも適用できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る太陽電池モジュールの製造装置によれば、太陽電池モジュールになる被ラミネート体の複数箇所の温度を測定する非接触式の温度計を設けるとともに、この温度計の測定結果に基づいて上記被ラミネート体の複数箇所の温度が略均等になるように加熱する複数の発熱体を設けたことから、太陽電池モジュールのラミネート工程において非接触式の温度計によって被ラミネート体の複数のポイントを正確に測温することができるとともに、被ラミネート体に反りが発生しないように複数の発熱体を制御することができ、しかも非接触式の温度計の測定位置を変更するだけで多様な寸法や形状の被ラミネート体に簡単に対応できる。
【００４４】
また、本発明に係る太陽電池モジュールの製造装置によれば、太陽電池モジュールになる被ラミネート体の複数箇所の温度を非接触式の温度計で測定して略均等に上昇するように上記複数の発熱体を制御することから、太陽電池モジュールのラミネート工程において被ラミネート体の複数のポイントを正確に測温することができるとともに、被ラミネート体に反りなどが発生しないよう複数の発熱体を制御することができる。
【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図である。
【図２】本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法によって製造される太陽電池モジュールとなる被ラミネート体の構造の一例を示す図である。
【図３】本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法に用いられる被ラミネート体の測温点の一例を示す図である。
【図４】本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法のヒーターの制御系統の一例を示す図である。
【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：ヒーター、８：太陽電池モジュールになる被ラミネート体、９：非接触温度計、１０：窓部、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ：被ラミネート体上の測温点、１２：下チャンバー真空領域、１３：下チャンバー用真空ポンプ、１４：ファン、１５：ケーブル、１６：コンピューター、１７：制御回路、１８：透光性基板、１９、２１：充填材、２０：配線を行った複数の太陽電池素子、２２：裏面材

Claims (6)

1. 太陽電池モジュールになる被ラミネート体を押圧するためのダイヤフラムを具備した上チャンバーと、前記被ラミネート体を加熱するための発熱体を具備したヒーター盤を設けた下チャンバーと、該下チャンバーを減圧するための真空ポンプとを設けた太陽電池モジュールの製造装置において、前記被ラミネート体の複数箇所の温度を測定する非接触式の温度計を設けるとともに、この温度計の測定結果に基づいて前記被ラミネート体の複数箇所の温度が略均等になるように加熱する複数の発熱体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。
2. 前記非接触式の温度計を前記上チャンバーまたは下チャンバーの外側に配置したことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造装置。
3. 前記非接触式の温度計が配置される前記上チャンバーまたは下チャンバーに８〜１２μｍの赤外線を透過する窓部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造装置。
4. 前記窓部が石英、ジンクセレン（ＺｎＳｅ）、サファイヤ、フッ化カルシウム、またはフッ化バリウムのうちのいずれか１種からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造装置。
5. 太陽電池モジュールになる被ラミネート体を押圧するためのダイヤフラムを具備した上チャンバーと、前記被ラミネート体を加熱するための複数の発熱体を具備したヒーター盤を設けた下チャンバーと、該下チャンバーを減圧するための真空ポンプとを設けた太陽電池モジュールの製造方法において、前記被ラミネート体の複数箇所の温度を非接触式の温度計で測定して略均等に上昇するように前記複数の発熱体を制御することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
6. 前記非接触式の温度計による温度分布像により、前記被ラミネート体の複数箇所の温度を判定することを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

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