JP2005191491A - 太陽電池モジュールの製造方法と太陽電池モジュールの製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽電池モジュールの製造方法は、受け渡し可能に隣接する位置決めベルトおよび加熱ベルトと、位置決めベルトおよび加熱ベルト上にまたがるように位置決めおよび加熱ベルトと対向する押さえベルトとを備え、加熱ベルトおよび押さえベルトはフッ素樹脂がコーティングされたステンレスからなり所定の温度に管理される製造装置を用い、位置決めベルトの上流側で複数の太陽電池セルとそれら太陽電池セルを接続するのに必要なインターコネクタを位置決めして位置決めベルトの下流側に搬送し、位置決めベルトの下流側まで搬送された太陽電池セルとインターコネクタを位置決めベルトと押さえベルトで挟みながら加熱ベルト上へ渡し、加熱ベルトへ渡された太陽電池セルとインターコネクタを加熱ベルトと押さえベルトで挟んで搬送しながら半田付けする工程を備える。
【選択図】図1
Description
太陽電池モジュールの製造工程では、隣接する太陽電池セルの受光面電極と裏面電極を細長いインターコネクタによって直列接続した太陽電池ストリングが作製される。
半田付け方式では、半田コーティングが施された太陽電池セルの電極上にインターコネクタを位置決めして載置し、載置されたインターコネクタを押さえピンで押さえながら、熱風を局部的に吹きつけるか、或いは、加熱ランプを局部的に照射することにより半田付けを行うのが一般的である。
しかしながら、太陽電池セルの需要の拡大に伴い、生産性のよい効率的な半田付け方法が求められている。
この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、太陽電池セルを生産性よく効率的に接続できる太陽電池モジュールの製造方法と太陽電池モジュールの製造装置を提供するものである。
また、加熱ベルトおよび押さえベルトがフッ素樹脂でコーティングされたステンレスからなるので、加熱ベルトと押さえベルトに溶融した半田が付着せず、加熱ベルトと押さえベルトをきれいな状態に保ち易くなる。この結果、搬送中の太陽電池セルに半田が再付着することを防止できる。
太陽電池セルとしては、例えば、光電変換層の表面と裏面に受光面電極と裏面電極がそれぞれ形成されたものを用いることができる。
光電変換層としては、例えば、厚さが200〜400μm程度のp型またはn型シリコン基板に、n型またはp型の不純物が拡散されてpn接合層が形成されたものを用いることができる。
受光面電極は、例えば、インターコネクタが接続される細長い接続用電極と、接続用電極に直交する極細のグリッド電極が互いに交差してなる櫛形であってもよい。また、受光面電極は、例えば、銀からなっていてもよい。
一方、裏面電極は光電変換層の裏面側のほぼ全面に形成され一部に開口部を有する裏面アルミ電極と、裏面アルミ電極の開口部に形成されインターコネクタが接続される接続用銀電極とからなっていてもよい。
受光面側の接続用電極と、裏面側の接続用銀電極は、後のインターコネクタとの半田付けのために予め半田コーティングが施されていることが好ましい。
このような構成によれば、太陽電池セルを加熱ベルトと押さえベルトで挟んで搬送しながら半田付けする際に、熱を受けて反った太陽電池セルの形状に加熱ベルトと押さえベルトがなじみ易くなり、反った太陽電池セルに局部的に強い力が加わることを防止できるようになるので、太陽電池セルの割れを抑制することができる。また、りん青銅は、耐熱性と熱伝導性に優れ、弾性にも富むのでバネの材料として好適である。
このような構成によれば、太陽電池セルは搬送が進むにしたがって徐々に加熱され、最終的に半田が溶融する温度に達する。このため、太陽電池セルが急激に加熱される場合と比較して太陽電池セルに加わる熱ストレスが少なくなり、太陽電池セルの反りを抑えることができる。
このような構成によれば、太陽電池セルの一部を局部的に加熱する場合と比較して太陽電池セルに加わる熱ストレスが少なくなるので、太陽電池セルの反りをより効果的に抑えることができる。
また、この発明による上記太陽電池モジュールの製造装置において、加熱ベルトおよび押さえベルトは、加熱ベルトおよび押さえベルトの温度を管理するための加熱ブロックと冷却ブロックをそれぞれ有し、加熱ブロックと冷却ブロックは加熱ベルトおよび押さえベルトの裏面側にそれぞれ配設されてもよい。
また、上記構成において、加熱ブロックは、加熱ベルトおよび押さえベルトの移動方向に沿って並んだ第1加熱ブロック、第2加熱ブロックおよび第3加熱ブロックからなり、第1、第2および第3加熱ブロックは、加熱ベルトおよび押さえベルトの移動方向に向かって段階的に温度が高くなるようにそれぞれ温度設定されていてもよい。
また、上記構成において、第1、第2および第3加熱ブロックは、太陽電池セルの全面を加熱できるような幅をそれぞれ有していてもよい。
この発明の実施例で用いる太陽電池セルについて図8および図9に基づいて説明する。図8は、実施例で用いる太陽電池セルの平面図であり、図9は図8に示される太陽電池セルの底面図である。
図8および図9に示されるように、実施例で用いる太陽電池セル10は、光電変換層11と、光電変換層11の受光面側に形成された受光面電極12と、光電変換層11の裏面側に形成された裏面電極15とから構成されている。
また、裏面電極15は、光電変換層11の裏面側のほぼ全面に形成されたアルミ電極16と、アルミ電極16の開口部に形成されインターコネクタ20が半田付けされる接続用銀電極17とから構成されている。
受光面側の接続用電極13と裏面側の接続用銀電極17には、鉛フリー半田が予めコーティングされる。図8に示される太陽電池セル10の幅W3は126mmで、接続用電極13どおしの間隔D2は62mmである。
この発明の実施例で用いるインターコネクタについて、図10および図11に基づいて説明する。図10は、実施例で用いるインターコネクタの平面図であり、図11は図10に示されるインターコネクタの側面図である。
図10および図11に示されるように、実施例で用いるインターコネクタ20は、細長い平板状の銅板からなり、幅W6は1.5mm、厚さT1は0.3mmである。
この発明の実施例で用いる製造装置について、図1〜4、並びに、図15に基づいて説明する。図1はこの発明の実施例による製造装置の概略的な構成を示す説明図、図2は位置決めベルトの部分拡大平面図、図3は加熱ベルトの部分拡大平面図、図4は押さえベルトの部分拡大平面図、図15は位置決めベルトの部分拡大断面図である。
図1に示されるように、実施例で用いる製造装置は、受け渡し可能に隣接する位置決めベルト110および加熱ベルト120と、位置決めベルト110および加熱ベルト120上にまたがるように位置決めベルト110および加熱ベルト120と対向する押さえベルト130とを備え、加熱ベルト120および押さえベルト130はフッ素樹脂がコーティングされたステンレスからなり所定の温度に管理されるものである。
押さえベルト130は、位置決めベルト110の上流側で位置決めされた太陽電池セル10とインターコネクタ20を上から押さえながら加熱ベルト120へ渡す役目と、加熱ベルト120へ渡された太陽電池セル10とインターコネクタ20を加熱ベルト120との間に挟んで搬送しながら半田付けする役目とを兼ねている。
ロボットによって位置決めベルト110上に載置され位置決めされた太陽電池セル10とインターコネクタ20(図5(a)参照)を、位置決めされた状態で保持しながら搬送するために、図2に示すように、位置決めベルト110には搬送方向Fに沿って並んだ真空吸着穴111が形成される。
図1および図2に示されるように、位置決めベルト110の裏面には真空吸着穴111を介して真空引きするための真空吸着ブロック112が配設される。
このため、位置決めベルト110には優れた屈曲性が要求され、この実施例では図15に示されるように、ナイロン繊維からなる芯材110aにポリウレタン樹脂110bを含浸させた樹脂ベルトが位置決めベルト110として用いられる。
この実施例において、加熱ベルト120と隣接する箇所に配置される位置決めベルト110のプーリ113は直径1cmであり、加熱ベルト120および押さえベルト130を巻き回すプーリ121,131は直径10cmである。
加熱ベルト120および押さえベルト130は、熱伝導性に優れている必要があるためフッ素樹脂がコーティングされたステンレスで構成されるが、その屈曲性は樹脂製ベルトほどには高くないため、加熱ベルト120および押さえベルト130については、プーリ121,131の直径を小さくできないという事情がある。
加熱ベルト120および押さえベルト130は、フッ素樹脂でコーティングされているため、溶融した半田が付着し難く、きれいな状態に保ち易くなっている。この結果、搬送中の太陽電池セル10とインターコネクタ20に対する半田の再付着が防止されている。
第1加熱ブロック122a,132a、第2加熱ブロック122b,132bおよび第3加熱ブロック122c,132cの搬送方向Fに沿った長さは、半田が溶融する温度や、第1加熱ブロック122a,132a、第2加熱ブロック122b,132bおよび第3加熱ブロック122c,132cの出力や、太陽電池セル10の厚さになどに応じて設定される。特に、太陽電池セル10の厚さが薄くなるにしたがって太陽電池セル10が反り易くなるため、太陽電池セル10が徐々に加熱され、太陽電池セル10に与えられる熱ストレスが少なくなるように配慮しなければならない。
また、第2加熱ブロック122b,132bは、搬送方向Fに沿った長さがそれぞれ54cmに設定される。また、加熱ベルト120側の第2加熱ブロック122bは加熱温度が250℃に設定され、押さえベルト130側の第2加熱ブロック132bは加熱温度が265℃に設定される。
また、第3加熱ブロック122c,132cは、搬送方向Fに沿った長さがそれぞれ31cmに設定される。また、加熱ベルト120側の第3加熱ブロック122cは加熱温度が190℃に設定され、押さえベルト130側の第3加熱ブロック132cは加熱温度が230℃に設定される。
また、図3および図4に示されるように、第1加熱ブロック122a,132a、第2加熱ブロック122b,132bおよび第3加熱ブロック122c,132cの幅W1は、太陽電池セル10の全面を輻射熱で加熱できるように、太陽電池セル10の幅W3(図8参照)に応じて設定される。
この実施例では一辺126mmの太陽電池セル10を接続することを前提としていることから、第1加熱ブロック122a,132a、第2加熱ブロック122b,132bおよび第3加熱ブロック122c,132cの幅W1はそれぞれ18cmに設定される。
一方、図1に示されるように、冷却ブロック123,133の搬送方向Fに沿った長さは、溶融した半田が固化する温度と冷却ブロック123,133の放熱容量に応じて設定される。
この実施例では、冷却ブロック123,133の搬送方向Fに沿った長さはそれぞれ30cmに設定される。また、図3および図4に示されるように、冷却ブロック123,133の幅W2はそれぞれ18cmに設定される。
また、バネ124,134を構成するりん青銅は熱伝導性に優れるため、第1加熱ブロック122a,132a、第2加熱ブロック122b,132bおよび第3加熱ブロック122c,132cから発せられた熱は、バネ124,134を介して加熱ベルト120、押さえベルト130へ効率よく伝えられる。
インターコネクタ20の表面に局部的な凸部が形成されると、後の封止工程で透光性の樹脂シートによって封止する際に、凸部に局部的に大きな力が加わり、太陽電池セル10の割れにつながる恐れがある。
このため、この発明では、図1に示されるように、敢えて、太陽電池セル10とインターコネクタ20を位置決めして搬送するための位置決めベルト110を別途設け、加熱ベルト120に真空吸着穴を形成する必要をなくしているのである。
2本のベルトの間隔D1(図2〜4参照)は太陽電池セル10の接続用電極13の間隔D2(図8参照)に対応して設定される。
この実施例では上述のとおり、2本の接続用電極の間隔D2が62mmであり、各接続用電極の幅W5が1.5mmであり、接続用電極13に接続されるインターコネクタ20の幅W6が1.5mmであるため、ベルトどおしの間隔D1(図2〜4参照)は35mm、1本のベルトの幅W4は40mmに設定される。
この発明の実施例による太陽電池ストリングの製造方法について図5〜7に基づいて説明する。図5〜7は、この発明の実施例による太陽電池ストリングの製造方法を示す工程図である。
位置決めベルト110の上流側で載置され位置決めされた太陽電池セル10とインターコネクタ20は、位置決めベルト110に形成され真空吸着ブロック112と通ずる真空吸着穴111(図2参照)を介して真空吸引されることにより、位置決めされた位置関係を保持したまま位置決めベルト110の下流側へ搬送される。
位置決めベルト110の下流端まで搬送が進むと、図6(c)に示されるように、押さえベルト130からの押圧を受けたまま位置決めベルト110から加熱ベルト120へ太陽電池セル10とインターコネクタ20が順次渡される。
位置決めベルト110と加熱ベルト120の隙間は、上述のとおり、ナイロン繊維からなる芯材110aにポリウレタン樹脂110bを含浸させてなる屈曲性に優れた位置決めベルト110(図15参照)を、小径のプーリ113で巻き回すことにより極力つめられているので、太陽電池セル10が前記隙間を渡る際に太陽電池セル10に加わる衝撃は極力抑えられている。
加熱ベルト120と押さえベルト130は、上述のとおり、加熱ベルト120と押さえベルト130の裏面側にそれぞれ設けられた第1加熱ブロック122a,132a(図1参照)、第2加熱ブロック122b,132bおよび第3加熱ブロック122c,132cと冷却ブロック123,133により上述の設定温度で温度管理されている。
なお、図14における搬送距離は、シュラウド140内に入ってからの搬送距離である。
また、図14において(a)は押さえベルト130側に配置された第1、第2および第3加熱ブロック132a,132b,132cの設定温度を示し、(b)は加熱ベルト120側に配置された第1、第2および第3加熱ブロック122a,122b,122cの設定温度を示し、(c)は太陽電池セル10の受光面側の温度変化を示し、(d)は太陽電池セル10の裏面側の温度変化を示している。
この半田付けの際、熱を受けた太陽電池セル10に若干の反りが生ずるが、図14に示されるとおり、太陽電池セル10は搬送が進むにしたがって全体的に徐々に加熱され、最高温度に達した後、徐々に冷却されるため太陽電池セル10に与えられる熱ストレスは少なく、急激、かつ、部分的に加熱される場合と比較して反りの量が抑制されている。
また、加熱ベルト120および押さえベルト130の対向部を囲うシュラウド140内には窒素ガスがガス導入口から流され、良好な半田付けを可能としている。
なお、この実施例では、位置決めベルト110、加熱ベルト120および押さえベルト130の搬送速度を、20mm/sec.に設定したが、搬送速度は半田付けの仕上がり状態により適宜増減すればよい。
11・・・光電変換層
12・・・受光面電極
13・・・接続用電極
14・・・グリッド電極
15・・・裏面電極
16・・・アルミ電極
17・・・接続用銀電極
20・・・インターコネクタ
30・・・太陽電池ストリング
100・・・製造装置
110・・・位置決めベルト
110a・・・芯材
110b・・・ポリウレタン樹脂
111・・・真空吸着穴
112・・・真空吸着ブロック
113,121、131・・・プーリ
120・・・加熱ベルト
122a,132a・・・第1加熱ブロック
122b,132b・・・第2加熱ブロック
122c,132c・・・第3加熱ブロック
123,133・・・冷却ブロック
124,134・・・バネ
130・・・押さえベルト
140・・・シュラウド
Claims (8)
- 受け渡し可能に隣接する位置決めベルトおよび加熱ベルトと、位置決めベルトおよび加熱ベルト上にまたがるように位置決めベルトおよび加熱ベルトと対向する押さえベルトとを備え、加熱ベルトおよび押さえベルトはフッ素樹脂がコーティングされたステンレスからなり所定の温度に管理される製造装置を用い、位置決めベルトの上流側で複数の太陽電池セルとそれら太陽電池セルを接続するのに必要なインターコネクタを位置決めして位置決めベルトの下流側に搬送し、位置決めベルトの下流側まで搬送された太陽電池セルとインターコネクタを位置決めベルトと押さえベルトで挟みながら加熱ベルト上へ渡し、加熱ベルトへ渡された太陽電池セルとインターコネクタを加熱ベルトと押さえベルトで挟んで搬送しながら半田付けする工程を備える太陽電池モジュールの製造方法。
- 加熱ベルトおよび押さえベルトは互いに付勢しあう方向にそれぞれ板状のバネによって付勢され、板状のバネはりん青銅からなる請求項1に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 加熱ベルトおよび押さえベルトは、加熱ベルトおよび押さえベルトの温度を管理するための加熱ブロックと冷却ブロックをそれぞれ有し、加熱ブロックと冷却ブロックは加熱ベルトおよび押さえベルトの裏面側にそれぞれ配設される請求項1又は2に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 加熱ブロックは、加熱ベルトおよび押さえベルトの移動方向に沿って並んだ第1加熱ブロック、第2加熱ブロックおよび第3加熱ブロックからなり、第1、第2および第3加熱ブロックは、加熱ベルトおよび押さえベルトの移動方向に向かって段階的に温度が高くなるようにそれぞれ温度設定される請求項3に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 請求項1に記載の太陽電池モジュールの製造方法に用いられる製造装置であって、受け渡し可能に隣接する位置決めベルトおよび加熱ベルトと、位置決めベルトおよび加熱ベルト上にまたがるように位置決めベルトおよび加熱ベルトと対向する押さえベルトとを備え、加熱ベルトおよび押さえベルトはフッ素樹脂がコーティングされたステンレスからなり所定の温度に管理される太陽電池モジュールの製造装置。
- 加熱ベルトおよび押さえベルトは互いに付勢しあう方向にそれぞれ板状のバネによって付勢され、板状のバネはりん青銅からなる請求項5に記載の太陽電池モジュールの製造装置。
- 加熱ベルトおよび押さえベルトは、加熱ベルトおよび押さえベルトの温度を管理するための加熱ブロックと冷却ブロックをそれぞれ有し、加熱ブロックと冷却ブロックは加熱ベルトおよび押さえベルトの裏面側にそれぞれ配設される請求項5又は6に記載の太陽電池モジュールの製造装置。
- 加熱ブロックは、加熱ベルトおよび押さえベルトの移動方向に沿って並んだ第1加熱ブロック、第2加熱ブロックおよび第3加熱ブロックからなり、第1、第2および第3加熱ブロックは、加熱ベルトおよび押さえベルトの移動方向に向かって段階的に温度が高くなるようにそれぞれ温度設定される請求項7に記載の太陽電池モジュールの製造装置。
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