JP2005166767A

JP2005166767A - 真空ラミネート装置及び真空ラミネート方法

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Publication number: JP2005166767A
Application number: JP2003400937A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Yokoyama; 康弘横山
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-12-01
Also published as: CN1630104A; CN100505326C; US20070151670A1; US20050115667A1; US8408263B2; JP4576829B2

Abstract

【課題】低コストで加熱性能のよい太陽電池モジュールを製造するための真空ラミネート装置を提供する。
【解決手段】基材１１の凹凸部１１ａに太陽電池モジュール（図示せず）が設置され、蓋部材１４によって処理空間が密閉され、枠体１２の排気口１２ｈより処理空間内の空気が排気されると、蓋部材１４が太陽電池モジュールを基材１１に押し付け脱気を促す。このとき基材１１の凹凸部１１ａが通気層となり、太陽電池モジュールの脱気をさらに促進する。
【選択図】図１

Description

本発明は真空ラミネート装置および真空ラミネート方法に関し、特に太陽電池モジュール構成材料などの被ラミネート体を配置した処理空間を真空排気して、ラミネート処理を行う真空ラミネート装置及び真空ラミネート方法に関する。

産業革命以後からの化石燃料の大量消費によって、大気汚染、ＣＯ₂増加による地球温暖化など、地球環境の悪化が進んでいるなか、近年、環境問題に対する意識が世界規模で高まってきている。

こうした状況のなかで、安全で扱いやすくクリーンなエネルギー源である太陽電池が大いに期待されている。
太陽電池の種類としてさまざまなものがあるが、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池などが代表的である。これらの中で、アモルファスシリコン太陽電池は、比較的低コストでフレキシブルな太陽電池を作ることが可能であり、大面積化も可能であるので、近年新しい分野へ応用され始めている。

一般に太陽電池モジュールは外気に晒して用いられるので、信頼性の高い素子を供給するためには、温湿度・外圧などに対しての耐久性を向上させる必要がある。その技術として、真空ラミネート処理技術がある。

図７は、従来の真空ラミネート装置の概略図であり、（Ａ）は上斜視図、（Ｂ）はＡ−Ａ線での断面図である。
従来の真空ラミネート装置は、板状の基材１００１を有し、その上部に環状に配置され内周側の壁に複数の排気口（以下脱気口と呼ぶ場合もある）１００２を有する筒管１００３を有している。筒管１００３は固定部材１００４により基材１００１と固定されている。さらに、この環状体の全面を覆う蓋部材１００５によってラミネート処理のための処理空間１００６を形成しており、その処理空間１００６に被ラミネート体である太陽電池モジュール構成材料１００７が配置される。また、処理空間１００６を真空引きするための真空ポンプ１００８を有している。

真空ラミネート処理は、まず真空ラミネート装置内に太陽電池モジュールを構成するシート状の太陽電池モジュール構成材料１００７を配置し積層し、真空ポンプ１００８により真空引きを行い各材料間の空気を取り除く。いわゆる脱気処理を行う。次にこの真空引きした状態で加熱する。加熱により昇温し、封止材が架橋あるいは硬化するための温度に達し、十分硬化するまでこの温度を所定の時間保持する。その後冷却し、真空引きを停止し、大気圧に戻す。

図８は、真空ラミネート装置により作成した太陽電池モジュールの概略図である。
光起電力素子１０１０の表面には表面封止材１０１１、最表面被覆材（表面保護フィルム）１０１２が順に形成され、光起電力素子１０１０の裏面には裏面封止材１０１３、裏面被覆材１０１４が形成される。

従来の図７のような真空ラミネート装置では、太陽電池モジュール構成材料１００７と蓋部材１００５の間、及び太陽電池モジュール構成材料１００７と板状の基材１００１の間に脱気を促すような通気層の確保が難しいという問題があった。

特にアモルファスシリコン太陽電池のような大面積化の適している太陽電池モジュールを作成しようとしたとき、脱気不良により、太陽電池モジュールを構成する積層部材の間に気泡が残存しやすいという問題があった。

この問題を解決するために、例えば、特許文献１では、基材と太陽電池モジュール構成材料との間に通気層を形成して、脱気不良を改善する技術が開示されている。
図９は、基材と太陽電池モジュール構成材料との間に通気層を設けた、従来の真空ラミネート装置の概略の断面図である。

太陽電池モジュール構成材料１０２０は、板状の基材１０２１上に、封止材流れ出し防止材１０２２により覆われた第１の通気層構成部材（例えばステンレスメッシュ）１０２３と、第２の通気層構成部材（例えばポリエステル繊維不織布）１０２４を介して配置される。さらに、第２の通気層構成部材１０２４は、太陽電池モジュール構成材料１０２０の上面を覆うように積層される。また、その上部に図７（Ａ）で示したような環状体の筒管の全面を覆うように蓋部材１０２５が被されて真空脱気される。
特開平１１−８７７４３号公報（段落番号〔００４５〕〜〔００４７〕，第６図）

しかし、上記の従来の真空ラミネート装置では、被ラミネート体の下に例えば２種類の通気層構成部材と、封止材流れ出し防止材を配置しなくてはならないため層構成が複雑になり、真空ラミネート装置としてのコストが増すことになる。特に、近年、大型化している太陽電池モジュールのラミネート処理では、前述の積層部材も大型なものになるため取り扱いが難しくなり、組み立てコストも増すことになるという問題があった。

また、前述したように、真空ラミネート処理では、積層部材を配置して真空引きした状態で真空ラミネート装置を外部から加熱するが、被ラミネート体の加熱は金属材料である基材からの熱伝導が重要になり、従来の真空ラミネート装置では、熱伝導性のよくない通気層構成部材及び封止材流れ出し防止材が介在するため、加熱性能に影響を与えてしまうという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、低コストで加熱性能のよい太陽電池モジュールを製造するための真空ラミネート装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は低コストで加熱性能のよい太陽電池モジュールを製造するための真空ラミネート方法を提供することである。

本発明では上記問題を解決するために、被ラミネート体を配置した処理空間を真空排気してラミネート処理を行う真空ラミネート装置において、前記被ラミネート体と接触する面に凹凸部を有した前記被ラミネート体を設置するための基材と、前記基材に固定され、前記処理空間を真空排気するための排気口を有する枠体と、前記ラミネート処理の際に、前記処理空間を密閉する蓋部材と、を有することを特徴とする真空ラミネート装置が提供される。

上記の構成によれば、蓋部材によって処理空間が密閉され、枠部材の排気口より処理空間内の空気が排気され、被ラミネート体の脱気を行う際、基材の凹凸部が通気層となり、被ラミネート体の脱気を促進する。

本発明は、被ラミネート体を設置するための基材の、被ラミネート体と接触する面に凹凸部を有したことで、通気層構成部材を配置することなく、被ラミネート体と基材間に通気層を確保できるため、簡単な構成で被ラミネート体の脱気を促進することができる。また、これにより、真空ラミネート装置のコストを削減することができる。また、基材と被ラミネート体の間に熱伝導性のよくない通気層構成部材を用いないことから、加熱性能を悪化させることがない。

また、被ラミネート体を太陽電池モジュール構成材料とし、受光面側を凹凸部に接触するように基材上に配置するので、太陽電池モジュールの受光面側に凹凸が形成され、これにより正反射を防止することが可能になり、太陽電池モジュールの外観を優れたものにする。

また、基材の被ラミネート体と接触する面の反対面を凹凸部とすることで、伝熱面積が増え加熱性能が向上するほか、真空ラミネート装置をロールなどで搬送する際にすべりが生じないように摩擦力を増加させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態の真空ラミネート装置の上斜視図である。
また、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。

本実施の形態の真空ラミネート装置１０は、被ラミネート体（以下の説明では太陽電池モジュール構成材料とする）を設置するための基材１１と、基材１１上に固定され、処理空間を真空排気するための排気口１２ｈを有する枠体１２と、枠体１２の幅方向の端部を固定する板材１３を有し、処理空間を密閉する蓋部材１４を有する。さらに、枠部材と真空ポンプ１１０とを接続するための経路である排気ポート１５と、バルブ１６とを有している。

構成部品の板状の基材１１は、真空ラミネート装置１０の底部を構成する部材である。基材１１には、ここでは図示しない太陽電池モジュール構成材料と接する面に凹凸部１１ａ、その反対面に凹凸部１１ｂ（図２、図３参照）が成形加工されている。凹凸部１１ａは、脱気の際の通気層としての機能と、太陽電池モジュール構成材料に凹凸成形をする機能を有しており、凹凸部１１ａのピッチは０．３〜０．８ｍｍ、高低差は０．２〜０．６ｍｍの範囲が望ましい。また、凹凸部１１ａの外周は、配置する太陽電池モジュール構成材料の外周よりも外側にあることが望ましい。一方、反対面の凹凸部１１ｂは、表面積を増やすことで加熱の際に周囲の熱風から効率よく熱を取り込む機能と、真空ラミネート装置１０をロールで搬送する際にすべりが生じないように摩擦力を増加させる機能を有しており、凹凸部１１ｂのピッチは０．２〜０．５ｍｍ、高低差は０．２〜０．４ｍｍの範囲が望ましい。

太陽電池モジュールの製造で用いられる本実施の形態の真空ラミネート装置１０において、基材１１には、耐熱性、剛性、軽量性の特性が要求される。本部材に用いられる材料は、主に鉄やアルミニウムなどの金属であるが、成形性、溶接性、耐蝕性の点からステンレスを使用することが望ましい。また、熱容量の低減や軽量化を図るためには薄くする必要があるが、過度に薄くすると剛性が悪化するために、例えば、０．８〜２．０ｍｍの厚さであることが望ましい。

枠体１２は、基材１１の対向する２辺に固定される。また、枠体１２は、板材１３によって幅方向端部で固定される。本実施の形態では、枠体１２の断面形状は、図２に示すように、第１折り曲げ面１２ａ、第２折り曲げ面１２ｂ、第３折り曲げ面１２ｃ、第４折り曲げ面１２ｄで構成される。

第１折り曲げ面１２ａと第２折り曲げ面１２ｂとはほぼ直角に曲げられており、基材１１の外周側を第１折り曲げ面１２ａと突き合わせて電気抵抗溶接により約１００ｍｍ間隔で点付溶接をしている。第３折り曲げ面１２ｃは基材１１に対し約３０°の狭角を有する形状に折り曲げられている。第４折り曲げ面１２ｄは、第３折り曲げ面１２ｃと第４折り曲げ面１２ｄとの折り曲げ部分が基材に対して一定の隙間を有するように折り曲げられる。この隙間が排気口１２ｈとなり、排気効率のために、高さは基材１１の凹凸部１１ａの凸部とほぼ合わさるような高さであることが望ましい。

ただし、第４折り曲げ面１２ｄの折り曲げに際しては、図３に示すように、後述する蓋部材１４を密着させるために、上記隙間の幅方向の両側の所定範囲に空気を排気させないための密閉範囲を残すようにして、第３折り曲げ面１２ｃから折り曲げる。例えば、この密閉範囲は１０ｍｍとする。

上記のような枠体１２内には、枠体１２と基材１１により、排気口１２ｈから処理空間の空気を排気する排気空間１２ｖが構成される。さらに、この排気空間１２ｖには板材１３を貫通して真空ポンプ１１０と接続するための排気ポート１５が挿入されている。ラミネート処理の際には、真空ポンプ１１０により、蓋部材１４によって密閉された処理空間から排気口１２ｈを介して排気空間１２ｖに空気が排気され、この排気空間１２ｖからは排気ポート１５を介して空気が排出される。

なお、真空ラミネート装置１０の剛性を確保するためには、板材１３は対向する枠体１２の間を連通していることが望ましい。また、基材１１の折り曲げた部分を板材とすることで製作工数を減らすことができる。また、主に、屋根材として使用される太陽電池モジュールは長尺化していることから処理空間も長方形の形となるが、排気効率を考慮すると、排気空間を形成する対向する２辺の枠体１２を長辺とするのが望ましい。

基材１１と同様に枠体１２にも耐熱性、剛性、軽量性が優れていることが求められるので、材料としては、例えば、ステンレスを使用する。
また、枠体１２と板材１３及び基材１１と板材１３の接合部分は、例えば、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas welding）溶接により点付け溶接を行う。点付け溶接部分はすべて真空引きの際に漏れのないように、例えば、シリコンシーラント“ＫＥ４５”（ＫＥ４５は信越シリコーン社の登録商標である）を用いて封止する。なお、枠体１２と基材１１とのシーラント接着部分は、接着前に脱脂処理されていることが望ましい。

蓋部材１４は、処理空間を密閉し、排気空間１２ｖから真空引きした状態において、配置される太陽電池モジュール構成材料を基材１１に押し付けて、構成材料間の脱気を促す目的で使用される。よって、蓋部材１４に要求される特性は、耐熱性、柔軟性、軽量及び真空引きしたときの気密性などである。使用材料は主にシリコン樹脂であり、例えば、シリコンラバー（厚さ；２ｔ、硬度；５０、シリコン樹脂汎用タイプ、タイガースポリマー製）を使用する。

図４は、本実施の形態の真空ラミネート装置によりラミネート処理される太陽電池モジュール構成材料の概略構成図である。
太陽電池モジュール構成材料１８は、上から裏面補強材１８ａ、熱接着性封止材１８ｂ、光起電力素子１８ｃ、熱接着性封止材１８ｄ、表面被覆材１８ｅを有する積層構造となっている。本実施の形態では、光起電力素子１８ｃの受光面側を基材１１側に配置（フェイスダウン）してラミネート処理する。そのため、表面被覆材１８ｅの外形は、ラミネート処理の際に太陽電池モジュール構成材料１８から流れ出た熱接着性封止材１８ｂ、１８ｄが、基材１１に付着するのを防止する目的で、他の構成材料よりも大きな形状としている。形成された太陽電池モジュールにおいて、外部からの光は、表面被覆材１８ｅつまり最表面の透明な樹脂フィルムから入射し、光起電力素子１８ｃに到達し、生じた起電力は図示しない出力端子より外部に取り出される。

図５は、ラミネート処理の様子を示す図である。
この図は、前述の真空ラミネート装置１０のＡ−Ａ断面図である図２に対応しており、基材１１上に図４で示したような太陽電池モジュール構成材料１８をフェイスダウンで設置し、蓋部材１４を枠体１２の全面を覆うように被せて処理空間を密閉している状態を示している。

ラミネート処理時には、図のように、基材１１の凹凸部１１ａの上に太陽電池モジュール構成材料１８を配置し、さらにその上の処理空間に太陽電池モジュール構成材料１８から流れ出た熱接着性封止材１８ｂ、１８ｄが蓋部材１４に付着することを防止するため、離型シート材２１を配置している。フェイスダウンの場合は、離型シート材２１は太陽電池モジュール構成材料１８の裏面補強材１８ａと面で接する。裏面補強材１８ａは、鋼板などの通気性のない材料が使用されることから、離型シート材２１として通気性構成部材を使用しなくともよい。

その後、蓋部材１４を図３で示した密閉範囲と所定の長さ以上（例えば、２ｍｍ以上）重なるように配置し、対向する枠体１２の全面を覆う。
上記の各部材の配置完了後、真空ポンプ１１０を起動し、処理空間の真空引きを開始すると、蓋部材１４が、太陽電池モジュール構成材料１８を基材１１に押し付け、太陽電池モジュール構成材料１８の間にある空気の脱気を促す。このとき、基材１１上に形成されている凹凸部１１ａが通気層となって脱気をさらに促進する。真空ポンプ１１０で脱気している状態で、太陽電池モジュール構成材料１８の熱接着性封止材１８ｂ、１８ｄが硬化する温度（例えば、１５０℃）にまで昇温させ、硬化が終了するまで保持する（例えば、３０分間）。その後バルブ１６を閉じて真空ラミネート装置１０内の真空を保持したまま冷却させ、バルブ１６を開いて処理空間を大気圧に戻す。

このような工程によって形成された太陽電池モジュールの受光面側には凹凸形状が形成され、正反射を防止することが可能になり、太陽電池モジュールの外観を優れたものにすることができる。

以下、本発明の実施の形態の真空ラミネート装置１０を適用した、太陽電池モジュール製造装置の概略を説明する。
図６は、真空ラミネート装置を適用した太陽電池モジュール製造装置の概略構成図である。

この図６で示している太陽電池モジュール製造装置１００に配置された真空ラミネート装置１０は、太陽電池モジュールを処理空間に配置した場合の断面図であり、図５に対応している。

太陽電池モジュール製造装置１００は、例えば、熱風循環式の加熱炉１０１を有し、その中に、前述してきたような本実施の形態の真空ラミネート装置１０が設置される。図６に示す太陽電池モジュール製造装置１００では、１０枚の太陽電池モジュールを一度に作成可能な構成となっている。各真空ラミネート装置１０は、排気ポート１５に取り付けられたバルブ１６を介して加熱炉１０１内の排気マニホールド１０２へ接続している。

ラミネート処理時は、真空ポンプ１１０を起動し、真空ラミネート装置１０の処理空間を排気した状態で、加熱炉１０１の電源をオンし加熱する。
以上説明したように、本発明の実施の形態の真空ラミネート装置１０では基材１１の被ラミネート体と接触するラミネート面を凹凸形状としたので、通気層構成部材を使用しなくても通気層の確保が可能となり、脱気を促進できる。

また、基材１１の被ラミネート体と接触する面の反対面に凹凸部を有することで、伝熱面積が増え、加熱性能が向上するほか、真空ラミネート装置１０をロールで搬送する際の信頼性を向上させることができる。

なお、上記では、対向する２つの枠体１２を用いて、ラミネート処理を行う場合について説明したが、枠体としては、基材１１上に環状に固定したものを用いてもよい。
また、上記では、太陽電池モジュール構成材料１８に対しフェイスダウンでラミネート処理を行う場合について説明したが、フェイスアップでラミネート処理を行うようにしてもよい。この場合、離型シート材２１として通気性構成部材を使用することが望ましい。

また、上記では、被ラミネート体として、太陽電池モジュール構成材料１８としたがこれに限定されることはなく、例えば、ラミネート処理が必要な半導体関連の装置の製造にも適用できる。

本発明は、製造工程の中でラミネート処理が必要になる太陽電池モジュールや半導体装置などに適用される。

本発明の実施の形態の真空ラミネート装置の上斜視図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。本実施の形態の真空ラミネート装置によりラミネート処理される太陽電池モジュール構成材料の概略構成図である。ラミネート処理の様子を示す図である。真空ラミネート装置を適用した太陽電池モジュール製造装置の概略構成図である。従来の真空ラミネート装置の概略図であり、（Ａ）は上斜視図、（Ｂ）はＡ−Ａ線での断面図である。真空ラミネート装置により作成した太陽電池モジュールの概略図である。基材と太陽電池モジュール構成材料との間に通気層を設けた、従来の真空ラミネート装置の概略の断面図である。

符号の説明

１０真空ラミネート装置
１１基材
１１ａ、１１ｂ凹凸部
１２枠体
１２ｈ排気口
１３板材
１４蓋部材
１５排気ポート
１６バルブ
１１０真空ポンプ

Claims

被ラミネート体を配置した処理空間を真空排気してラミネート処理を行う真空ラミネート装置において、
前記被ラミネート体と接触する面に凹凸部を有した前記被ラミネート体を設置するための基材と、
前記基材に固定され、前記処理空間を真空排気するための排気口を有する枠体と、
前記ラミネート処理の際に、前記処理空間を密閉する蓋部材と、
を有することを特徴とする真空ラミネート装置。
前記凹凸部の外周は前記被ラミネート体の外周よりも外側にあることを特徴とする請求項１記載の真空ラミネート装置。
前記凹凸部の凸部は前記排気口の高さに達していることを特徴とする請求項１記載の真空ラミネート装置。
前記蓋部材は、前記ラミネート処理の際に前記被ラミネート体を前記基材に押し付けることを特徴とする請求項１記載の真空ラミネート装置。
前記被ラミネート体は太陽電池モジュール構成材料であり、受光面側を前記凹凸部に接触するように前記基材上に配置されることを特徴とする請求項１記載の真空ラミネート装置。
前記基材の前記被ラミネート体と接触する面の反対面に凹凸部を有することを特徴とする請求項１記載の真空ラミネート装置。
被ラミネート体を配置した処理空間を真空排気してラミネート処理を行う真空ラミネート方法において、
前記被ラミネート体と接触する面に凹凸部を有した基材に、前記被ラミネート体を設置する工程と、
前記基材に固定され前記処理空間を真空排気するための排気口を有する枠体の全面を覆うように蓋部材を設ける工程と、
前記排気口より前記処理空間を真空排気しつつ加熱する工程と、
を有することを特徴とする真空ラミネート方法。
前記真空排気の際に、前記蓋部材により前記被ラミネート体を前記基材側に押し付けることを特徴とする請求項７記載の真空ラミネート方法。
前記被ラミネート体は太陽電池モジュール構成材料であり、受光面側を前記凹凸部に接触するように前記基材上に配置することを特徴とする請求項７記載の真空ラミネート方法。