JP2004356349A

JP2004356349A - 太陽電池モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP2004356349A
Application number: JP2003151693A
Authority: JP
Inventors: Kazuichi Hirayama; 和一平山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】太陽電池モジュールのラミネート工程において、出力配線取り出し部の近傍は部材が重なり合っているため、気泡が残りやすいという問題があった。
【解決手段】太陽電池モジュールの製造方法において、透光性部材、受光面側充填材、インナーリード線で接続した複数の太陽電池素子、貫通部を有する封止部材、開口部を有する裏面側充填材ならびに開口部を有する背面部材を順次積層するとともに、太陽電池素子の出力を取り出すべく双方の開口部に出力配線を貫通させた積層体を作製する工程と、前記積層体をラミネータに配して、このラミネータ内を脱気し、次いで前記積層体を加熱しながら加圧して一体化させる工程とを具備する。
【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および太陽電池モジュールに関し、特に出力配線の取り出し部の構造に特徴を有する太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、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されることが多い。また、野外に太陽電池を設置して用いることも多いため、物理的衝撃や風雨などから太陽電池素子を保護する必要がある。さらに、１個の太陽電池素子では、発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。
【０００３】
これらの問題を解決するため、通常、インナーリード線としての接続タブを用いて複数の太陽電池素子を接続したものを、透光性部材と背面部材の間に配設し、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することによって、耐候性や耐衝撃性を高め、屋外で実用的な電気出力を取り出すことができる太陽電池モジュールを作製することが行われている。
【０００４】
図３に、従来の太陽電池モジュールの構造を示す。図３（ａ）は全体の構造を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の出力配線の取り出し部分（Ｂ部）の断面図である。
【０００５】
図３（ａ）において、１は透光性部材、２は受光面側充填材、３は太陽電池素子、４は裏面側充填材、５は背面部材、６は接続タブ（インナーリード線）、７は出力配線、８は端子ボックスを示す。また、図３（ｂ）において、４ａと５ａはそれぞれ裏面側充填材４と背面部材５の切り込み部を示す。
【０００６】
太陽電池モジュールは、表裏面に電極が形成された複数の太陽電池素子３を接続タブ６で接続し、透光性部材１と背面部材５の間に挟み込み、透光性素材からなる受光面側充填材２と裏面側充填材４を介在させて、接着して構成されている。
【０００７】
従来は、この太陽電子素子３の出力を太陽電池モジュールの外部に取り出すため、裏面側充填材４と背面部材５のそれぞれにあらかじめ、切り込み部４ａ、５ａを設け、この切り込み部４ａ、５ａから、接続タブ６、またはこれに電気的に接続されている太陽電池モジュール内部の配線に対して、ハンダなどにより接続された出力配線７を引き出す作業を、ピンセットなどを用いて手作業で行っていた。出力配線７が引き出された状態で、各部材は、ラミネータと呼ばれる装置によって、積層化（ラミネート）され、その後、端子ボックス８を取り付けて、出力配線７と外部回路とが接続される。
【０００８】
このような切り込み部４ａ、５ａから、出力配線７を引き出す作業は手間がかかるばかりか、太陽電池素子３のずれや破損、背面部材５の屈曲などの問題が発生する恐れがあった。そこで、出願人はこの問題を解決するために、特許文献１に示す構造を考案した。図４に、出願人が特許文献１に開示した発明における出力配線の取り出し部分の断面図を示す。
【０００９】
図３（ｂ）との違いは、裏面側充填材４と背面部材５のそれぞれに出力配線７の端部が露出するように、例えば４０ｍｍ×７０ｍｍの開口部４ｂ、５ｂを設けるとともに、太陽電池素子３と出力配線７との間に、封止部材９を配置した点にある。なお、特許文献１においては、封止部材９は、接着部材１０と防湿部材１１との積層体から構成されるとともに、裏面側充填材４と背面部材５の開口部４ｂ、５ｂより十分大きい寸法に造られて、出力配線７と太陽電池素子３との間に配置されている。
【００１０】
上述のように各部材を配置して重ね合わせたものをラミネータによって、減圧下で全体を加熱しながら加圧し一体化することによって、裏面側充填材４と背面部材５の開口部４ｂ、５ｂに、出力配線７の端部が露出した状態で積層化される。したがって、必要時に出力配線７の端部を曲げることによって、図４に示すように、極めて容易に開口部４ｂ、５ｂを通して、出力配線７を外部に取り出すことができる。
【００１１】
さらに、この開口部４ｂ、５ｂは、接着部材１０と防湿部材１１との積層体から構成される封止部材９によって、封止されるため、この開口部から水分などが太陽電池モジュール内部に浸透して、太陽電池モジュールの出力性能を損なうことがなく、信頼性が保たれる。
【００１２】
このように、特許文献１に開示した発明によれば、太陽電池モジュールを生産するに当たり、面倒な作業工程を省き、積層機能を有する自動機を用いることによって、信頼性を確保しながら生産効率を高めることができるようになった。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−３３２２８４号公報（図１など）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示した太陽電池モジュールを製造するに当たっては、出力配線７の取り出し部分の近傍は、太陽電池素子３やその接続タブ６、封止部材９（例えば、接着部材１０と防湿部材１１の積層体）、出力配線７、裏面側充填材４、背面部材５が重なり合っている。
【００１５】
このためラミネータで、減圧下で全体を加熱しながら加圧し一体化するときに、重なり合った部分の空気を完全に除去することが難しく、気泡を巻き込みやすいという問題があった。このような気泡は、接続タブ６や出力配線７の腐食や、外観不良の要因となる。この部分の空気を少なくするためには、減圧下に長時間放置すれば良いが、生産性の低下の原因となるため適しない。
【００１６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ラミネート時に出力配線の取り出し部分近傍の空気を短時間で除去し、確実に気密封止することのできる生産性に優れた太陽電池モジュール製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、透光性部材、受光面側充填材、インナーリード線で接続した複数の太陽電池素子、貫通部を有する封止部材、開口部を有する裏面側充填材ならびに開口部を有する背面部材を順次積層するとともに、太陽電池素子の出力を取り出すべく双方の開口部に出力配線を貫通させた積層体を作製する工程と、前記積層体をラミネータに配して、このラミネータ内を脱気し、次いで前記積層体を加熱しながら加圧して一体化させる工程とを具備したものである。
【００１８】
これにより太陽電池モジュールの各部材を積層する際に、面倒な手作業を省くことができると同時に、減圧してラミネートするときに、出力配線の取り出し部分近傍部の空気を、封止部材に設けられた通気可能な貫通部を通して短時間で取り去ることができるので、生産性に優れるとともに、気泡の巻き込みを少なくし、信頼性に優れた太陽電池モジュールを製造することが可能となる。
【００１９】
そして、封止部材として、防湿部材および接着部材の積層したものを用いることによって、ラミネートしたときに、充填材と背面部材に設けられた開口部を、防湿部材によって気密性よく塞ぐことが可能となるので、太陽電池モジュール内部に水分が浸透することが防げ、信頼性の向上を図ることができる。
【００２０】
また、加熱時に封止部材の少なくとも一部を変形させて、通気可能な貫通部を閉塞させるようにすることが望ましい。例えば、封止部材の一部を加熱することにより軟化変形させて、貫通部を融着し閉塞させるようにする。これによって、わざわざ封止の工程を設けなくても、充填材と背面部材に設けられた開口部を効果的に気密封止することができ、同時に、太陽電池モジュールの内部から十分に脱気した状態でモジュールを気密に保つことができるので、高い信頼性を有するようになる。
【００２１】
さらに、この通気可能な貫通部をスリット形状としておけば、貫通部を封止することが格段に容易となり、確実に気密封止することができるので、より高い信頼性が得られる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる太陽電池モジュールの製造方法を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１に、本発明の製造方法にかかる太陽電池モジュールの構造を示す。図１（ａ）は全体の構造を示す図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の出力配線の取り出し部分（Ａ部）の断面図である。図１において、２１は透光性部材、２２は受光面側充填材、２３は太陽電池素子、２４は裏面側充填材、２５は背面部材、２６は接続タブ（インナーリード線）、２７は出力配線、２８は端子ボックス、２９は封止部材である。また、図１（ｂ）に、封止部材２９が接着部材３０と防湿部材３１との積層体からなる例を示す。２４ａ、２５ａは、それぞれ裏面側充填材２４と背面部材２５に設けられた開口部であり、３０ａ、３１ａは、それぞれ接着部材３０と防湿部材３１に設けられた通気用の貫通部である。
【００２４】
透光性部材２１としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などが用いられる。ガラスに白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが多く使用される。ポリカーボネート樹脂の場合、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。
【００２５】
受光面側充填材２２および裏面側充填材２４としては、透光性、耐熱性、電気絶縁性を有する素材が好適に用いられ、酢酸ビニル含有量２０〜４０％の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、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。これらは後述する減圧下でのラミネート工程において、熱架橋融着して他の部材と一体化する。
【００２６】
太陽電池素子２３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なる。基板内部にはＰＮ接合が形成されるとともに、その受光面と裏面には電極が設けられ、さらに受光面には反射防止膜を設けて構成される。大きさは、例えば多結晶シリコン太陽電池でおよそ１５０ｍｍ角程度のものが多い。
【００２７】
接続タブ２６はインナーリード線として、例えば、直列接続する場合には隣接する太陽電池素子２３同士の受光面側の電極と裏面側の電極とを交互に電気的に接続する。通常、厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを、所定の長さに切断し、太陽電池素子２３の電極にハンダ付けして用いる。
【００２８】
背面部材２５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シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。
【００２９】
出力配線２７は、太陽電池素子２３からの電気出力を端子ボックス２８のターミナルに伝えるもので、通常厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度、幅６ｍｍの銅箔にその全面をハンダコートしたものを、所定の長さに切断し、太陽電池素子２３の電極にハンダ付けされている。
【００３０】
裏面側充填材２４と背面部材２５には、それぞれ開口部２４ａ、２５ａが形成され、太陽電池素子２３の出力配線２７の端部が露出するように配設されている。この開口部２４ａ、２５ａは、出力１６０Ｗ程度の一般住宅用太陽電池モジュールでは、例えば４０ｍｍ×７０ｍｍ程度の矩形状に形成され、その上に配置される端子ボックス２８の大きさより小さくする。なお、この開口部２４ａ、２５ａの形状は矩形状に限らず、多角形状や円形状でも良い。
【００３１】
この開口部２４ａ、２５ａにおける出力配線２７と太陽電池素子２３との間に、開口部２４ａ、２５ａを完全に覆うように封止部材２９が配設されている。この封止部材２９としては、背面部材２５として用いた部材、例えば、アルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートなどを利用することができる。このように、封止部材２９として、背面部材２５と同等の素材を用いることによって、開口部２４ａ、２５ａを有効に封止することができる。
【００３２】
また、この封止部材２９は、接着部材３０と防湿部材３１との積層体とし、防湿部材３１が開口部２４ａ、２５ａ側となるように配置することが望ましい。その理由としては、加熱、加圧して開口部２４ａ、２５ａを防湿部材３１によって、封止したときに、防湿部材３１の反対側に設けられた接着部材３０が裏面側充填材２４と太陽電池素子２３との間で融着固定される。したがって、接着部材３０と防湿部材３１とからなる封止部材２９によって、開口部２４ａ、２５ａが確実に塞がれるので、太陽電池モジュール内部に水分が浸透することがなく、モジュールの信頼性を有効に向上させることができるためである。
【００３３】
防湿部材３１としては、例えば、背面部材２５と同様に耐候性を有するフッ素系樹脂シートなどを用いることができる。さらに、接着部材３０としては、例えば上述のエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを用いることができる。
【００３４】
また、本発明においては、この封止部材２９には通気用の貫通部が設けられている。この実施形態では、封止部材２９は、接着部材３０と防湿部材３１との積層体からなっており、それぞれの部材に通気用の貫通部３０ａ、３１ａが設けられている。このように封止部材２９に通気用の貫通部を設けたことによって、後述する本発明の太陽電池モジュールの製造工程において、太陽電池モジュールから効果的に脱気を行うことが可能となる。
【００３５】
次に、図１に示す本発明の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
【００３６】
透光性部材２１上に、受光面側充填材２２、接続タブ２６で接続された太陽電池素子２３、通気用の貫通部を形成した封止部材２９（接着部材３０と防湿部材３１との積層体）、出力配線２７、裏面側充填材２４、背面部材２５を順次積層する。このような状態にして、ラミネータにセットし、太陽電池モジュールの内部の空気を除去するために５０〜１５０Ｐａ程度に減圧し、受光面側充填材２２、裏面側充填材２４、接着部材３０が軟化し架橋融着する１００〜２００℃の温度で１５分〜１時間加熱しながら加圧することによって、各部材を接着し一体化することができる。
【００３７】
本発明では、封止部材２９（接着部材３０と防湿部材３１との積層体）に通気用の貫通部３０ａ、３１ａが設けられているので、この貫通部を経て、太陽電池モジュールの内部から、短時間で空気を除去することが可能となる。特に、出力配線２７の取り出し部分の近傍においては、受光面側充填材２２と裏面側充填材２４の間、太陽電池素子２３と受光面側充填材２２や裏面側充填材２４の間、さらに接続タブ２６や出力配線２７と受光面側充填材２２、裏面側充填材２４、封止部材２９の間などの多くの箇所に空気が存在するため、本発明の構造を有しない場合は、これらの空気を完全に除去することが難しかった。
【００３８】
本発明においては、上述のようにラミネートする際に、減圧下で速やかに太陽電池モジュール内部から空気が除去され、その後、加熱加圧によって、封止部材２９を構成する接着部材３０に設けられた貫通部３０ａは、接着部材３０自身の融着により気密封止される。
【００３９】
図２はラミネート後の出力配線２７の取り出し部分を図１（ｂ）のＸ−Ｘ方向から見た断面図である。背面部材２５の開口部２５ａから出力配線２７が露出し、その奥には封止部材２９が見えている。このとき、封止部材２９に設ける貫通部としては、図２（ａ）に示すように丸穴状３２としたり、図２（ｂ）に示すように、貫通部をスリット形状３３としたりすることができる。
【００４０】
特に、貫通部をスリット形状３３とすれば、太陽電池モジュール内部との通気性を確保するのと同時に、上述のラミネート時の熱や圧力によって極めて簡単に貫通部を封止することができ、高信頼性のものが得られる。また、封止部材２９を接着部材３０と防湿部材３１との積層体とした場合、接着部材３０側の貫通部３０ａが封止されるだけでなく、防湿部材３１に設けられた貫通部３１ａも接着部材３０の融着によって同時に気密封止されるという効果も得られるので、貫通部をスリット形状３３とすることが望ましい。
【００４１】
また、図２（ｃ）に示すように、スリット形状の切り込みを複数にすることによって、特に電力用の大型の太陽電池モジュールでは出力取り出し部での脱気速度が上がる効果が得られるので、望ましい。
【００４２】
なお、貫通部を図２（ａ）に示す丸穴状とする場合は、穴の直径は５ｍｍ〜２０ｍｍ程度とすることが、望ましい。この範囲よりも大きいと接着部材３０の貫通部３０ａのラミネート後の封止が不完全になるという問題があり、小さいと脱気速度が下がり、生産性が低下するという問題があるからである。また、貫通部を図２（ｂ）、（ｃ）に示すスリット形状とする場合は、スリットの幅は０．００１〜０．１ｍｍとし、長さは５〜５０ｍｍの範囲とすることが望ましい。この範囲よりも大きいとラミネート中に封止部材２９が変形したり、しわが寄ったりするという問題があり、この範囲よりも小さいと脱気速度が下がり、生産性が低下するという問題があるからである。
【００４３】
なお、封止部材２９を接着部材３０と防湿部材３１との積層体とした場合、この接着部材３０に設けられた通気用の貫通部３０ａと防湿部材３１に設けられた通気用の貫通部３１ａとは、同位置、同一形状にすることも可能であるし、同一形状でその位置を両者でずらしたり、両者の形状を変えたりしても良い。ラミネート後の接着部材３０や防湿部材３１の貫通部３０ａ、３１ａの封止を完全にするためには、貫通部３０ａ、３１ａの両者ともその形状はスリットで、その位置を両者でずらすことが望ましい。ただし、封止部材２９の積層体を通して通気が可能となるように、それぞれの貫通部３０ａと３１ａは必ず、封止部材２９の表裏面を連通するように配置されている必要がある。
【００４４】
上述のように、各部材を積層化して太陽電池モジュールをラミネートして一体化した後、背面部材２５の開口部２５ａの周縁部に端子ボックス２８をシリコンシーラントなどの接着剤で接着し、開口部２５ａ内に露出した出力配線２７の端部を引き出して、端子ボックス２８内のターミナルにハンダ付けにより接続する。
【００４５】
その後、端子ボックス２８内部を、シリコン樹脂などからなる端子ボックス用充填材で充填する。このとき、開口部２４ａ、２５ａは端子ボックス２８によって周縁部を覆われているので、端子ボックス２８の内部を端子ボックス用充填材で充填すれば、開口部２４ａ、２５ａに露出した封止部材２９も外側から封止することができ、さらに気密性を高め信頼性を向上させることができる。
【００４６】
上述した本発明の太陽電池網ジュールの製造方法によって作製された太陽電池モジュールは、開口部２４ａ、２５ａの気密封止を確実に行うことができるため、太陽電池モジュール内部の配線に腐食等が発生せず、さらに野外に設置したときでも太陽電池モジュール内部に雨水などの浸透が起こらず、長期信頼性に優れた太陽電池モジュールとなる。また、生産に当たっては、積層する際に、面倒な手作業の工程がなく、自動化が可能で生産性に優れているので、低コストで、かつ安定した品質の製品となる。
【００４７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、上記実施形態に修正および変更を加えることが可能である。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定されるものではなく、薄膜系太陽電池や化合物半導体系太陽電池、有機系太陽電池などでも適用可能である。
【００４８】
さらに背面部材として光通過材料を用いた光透過型の太陽電池モジュールでも、出力配線を太陽電池モジュール裏面側の背面部材開口部から取り出し、さらにその開口部を塞ぐための封止部材を備えるようにすれば、本発明の効果を奏するようになることは言うまでもない。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、本発明にかか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の各部材を積層する際に、面倒な手作業を省くことができると同時に、減圧してラミネートするときに、出力配線の取り出し部分近傍部の空気を、封止部材に設けられた通気可能な貫通部を通して短時間で取り去ることができるので、生産性に優れるとともに、気泡の巻き込みを少なくし、長期信頼性に優れた太陽電池モジュールを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明にかかる太陽電池モジュールの構造を示すものであり、（ｂ）は（ａ）のＡの要部断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図１（ｂ）のＸ−Ｘ方向より、封止部材に設けた貫通部および出力配線の取り出し部分を示す部分断面図である。
【図３】（ａ）は従来の太陽電池モジュールの構造を示すものであり、（ｂ）は（ａ）のＢの要部断面図である。
【図４】従来の太陽電池モジュールの電極取り出し構造の要部断面図である。
【符号の説明】
１：透光性部材
２：受光面側充填材
３：太陽電池素子
４：裏面側充填材、４ａ：切り込み部、４ｂ：開口部
５：背面部材、５ａ：切り込み部、５ｂ：開口部
６：接続タブ
７：出力配線
８：端子ボックス
９：封止部材
１０：接着部材
１１：防湿部材
２１：透光性部材
２２：受光面側充填材
２３：太陽電池素子
２４：裏面側充填材、２４ａ：開口部
２５：背面部材、２５ａ：開口部
２６：接続タブ
２７：出力配線
２８：端子ボックス
２９：封止部材
３０：接着部材、３０ａ：貫通部
３１：防湿部材、３１ａ：貫通部
３２：丸穴状の貫通部
３３、３３ａ：スリット形状の貫通部

Claims

透光性部材、受光面側充填材、インナーリード線で接続した複数の太陽電池素子、貫通部を有する封止部材、開口部を有する裏面側充填材ならびに開口部を有する背面部材を順次積層するとともに、太陽電池素子の出力を取り出すべく双方の開口部に出力配線を貫通させた積層体を作製する工程と、前記積層体をラミネータに配して、このラミネータ内を脱気し、次いで前記積層体を加熱しながら加圧して一体化させる工程とを具備した太陽電池モジュールの製造方法。
前記封止部材は、防湿部材および接着部材を積層してな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。
前記加熱時に封止部材の少なくとも一部を変形させて、前記貫通部を閉塞させたことを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記貫通部がスリット形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。