JP2006295145A

JP2006295145A - 太陽電池モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP2006295145A
Application number: JP2006070491A
Authority: JP
Inventors: Katsuhito Wada; 雄人和田
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】太陽電池モジュールの製造方法において、接着不良を抑えながら、製造コストを低減すること。
【解決手段】太陽電池サブモジュールを表面保護部材、裏面支持部材及び接着性樹脂でラミネートする太陽電池モジュールの製造方法であって、太陽電池の発電層上に接着性樹脂を仮固定する工程と、太陽電池サブモジュールに分割する工程と、複数の隣接する太陽電池モジュールを接続する工程と、太陽電池サブモジュール表面側に表面保護部材を、裏面側に接着性樹脂と裏面支持部材を配置してラミネートする工程とを有する。
【選択図】図１

Description

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、特に長尺の可撓性基板の表面側に発電層が形成され、裏面側に発電層にて発電された電力を取り出すための背面電極が設けられた太陽電池を太陽電池サブモジュールに分割するとともに、分割された太陽電池サブモジュールを表面保護部材、裏面支持部材及び接着性樹脂でラミネートする太陽電池モジュールの製造方法に関するものである。

太陽電池は、持続可能なエネルギー源として、近年注目されている。この太陽電池をより一層普及させるためには、製造コストの低減によって、価格を低下させることが必要である。このため、長尺の可撓性基板を搬送しながら発電膜（光電変換膜）等の製膜を行う、ロールツーロール製膜方式によって製造される太陽電池は、大量生産による低コスト化が可能であり、将来的に有望であるといえる。

ロールツーロール製膜方式によって発電層等が形成された太陽電池を切断して、太陽電池サブモジュールに分割するとともに、分割された複数の太陽電池サブモジュールを電気的に接続して製造される太陽電池モジュールについて、性能向上とともに、外力に対する保護を目的とした構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。これは複数の太陽電池サブモジュールを並べ、接続配線を介して隣接する太陽電池サブモジュールの裏面側に設けられた取り出し電極同士を接続し、さらに表面保護部材、裏面支持部材及び接着性樹脂を配置して、ラミネートするものである。
特開２０００−３４９３０８号公報

上記のような従来の太陽電池モジュールの製造方法では、複数の太陽電池サブモジュールを接続した後に、隣接する太陽電池サブモジュール間に形成される間隙、すなわち接続配線の太陽電池サブモジュールに接しない部分と表面保護部材を接着させるため、太陽電池サブモジュールの表面側の全面（太陽電池モジュールの領域全体）に接着性樹脂を設け、ラミネートを行っていた。このため、製造に必要となる接着性樹脂シートの枚数が増加し、その分材料費のコストが上昇するとともに、製造上の作業工数が増加するという問題点があった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、接続配線と表面保護部材の間の接着不良を抑えながら、製造に必要となる接着性樹脂材料の削減、及び作業工数の削減によって、製造コストを低下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を目的とする。

本発明は、上記従来技術の有する課題を解決するためになされたものであり、太陽電池サブモジュールを表面保護部材、裏面支持部材及び接着性樹脂でラミネートする太陽電池モジュールの製造方法であって、長尺の可撓性基板の表面側に発電層が形成され、裏面側に前記発電層にて発電された電力を取り出す取り出し電極が設けられた太陽電池の発電層上に接着性樹脂シートを仮固定する工程と、前記接着性樹脂シートが仮固定された太陽電池を切断して、太陽電池サブモジュールに分割する工程と、前記太陽電池サブモジュールを複数個並べ、隣り合う太陽電池モジュールの取り出し電極同士を接続する工程と、前記複数の太陽電池サブモジュールの表面側に表面保護部材を配置し、裏面側に接着性樹脂と裏面支持部材とをこの順に配置してラミネートする工程と、を有することを特徴とする。

また、前記太陽電池サブモジュール間の距離を前記発電層側の接着性樹脂の厚さの略５倍以下とすることを特徴とする。
なお、「仮固定」とは、架橋性または熱硬化性の樹脂で、架橋または硬化させない条件で接着することをいう。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法によれば、隣接する太陽電池サブモジュールの取り出し電極同士を接続した後に、太陽電池サブモジュールの裏面側のみに接着性樹脂層を配置してラミネートするので、接続配線と表面保護部材の間で発生する接着不良を抑えながら、製造に必要な接着性材料の削減、及び作業工数の削減が可能であって、コストを低減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ができるという利点がある。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態における太陽電池モジュールの積層構造を示す図である。まず、同図（Ａ）に示すように、ポリイミドからなる長尺の可撓性基板上に発電層（光電変換層）が形成された太陽電池１００の表面（発電層が形成された面）上にエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）からなる接着性樹脂シート２００を架橋しない範囲の温度で加熱して仮固定する。

続いて、接着性樹脂２００が仮固定された太陽電池１００を切断して、太陽電池サブモジュール１に分割する。その際、図１（Ｂ）に示すように、接着性樹脂２が仮固定された太陽電池サブモジュール１の表面側（光入射側）に耐候性の高いエチレン４フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）からなる表面保護部材３を配置した後、太陽電池サブモジュール１の裏面に設けられた取り出し電極２５ａと、隣接する太陽電池サブモジュール1の取り出し電極２５ｂを接続するように、導電テープからなる接続配線４を貼り付ける。さらに、太陽電池サブモジュール１の裏面側にＥＶＡからなる接着性樹脂５を、表面側にＥＴＦＥからなる裏面支持部材６をそれぞれ配置する（図２、図３参照）。

このように各部材が配置された状態で、加熱および真空ラミネートプロセスによって、接着性樹脂２，５が溶融し、太陽電池サブモジュール１、表面保護部材３、接続配線４、裏面支持部材６が接着される。ラミネートする前には接続配線４と表面保護部材３の間には接着性樹脂２、５がいずれも存在しない空隙領域７が存在するが、接着性樹脂２、５が溶融され圧縮されるため、図１（Ｃ）に示すように、その空隙領域７に接着性樹脂２，５が入り込んで充填されて、接着される。８は、その空隙領域７が接着性樹脂２、５によって充填された部分を示している。

図２は、本実施の形態の太陽電池モジュールの全体構成を示す平面図である。この太陽電池モジュールは、表面保護部材３の内側に太陽電池サブモジュール１１〜１４が一定の間隔（ｄ）で並べられており、各太陽電池サブモジュール１１〜１４は、それぞれ隣接する太陽電池サブモジュール１１〜１４の取り出し電極２５ａ、２５ｂ同士が接続配線４を介して接続されている。なお、太陽電池サブモジュール１１の取り出し電極２５ａ、太陽電池サブモジュール１４の取り出し電極２５ｂは、太陽電池モジュールの裏面側に設けられた端子箱（図示せず）にそれぞれ接続されている。

図３は、図２における太陽電池サブモジュール１１〜１４の断面構成を示す図である。図３に示すように、可撓性基板２０の表面側に裏面電極２１、発電層２２、透明電極２６がこの順に設けられており、太陽電池素子単位に分離されている。また、可撓性基板２０の裏面側には、背面電極２５、取り出し電極２５ａ、２５ｂが設けられている。ここに、背面電極２５は、太陽電池素子を直列接続するように、電流収集孔２３、直列接続孔２４を介して、それぞれ透明電極２６，裏面電極２１に接続されている。また、取り出し電極２５ａ、２５ｂは、直列接続孔２４、電流収集孔２３を介して、それぞれ裏面電極２１、透明電極２６に接続されるとともに、接続配線４を介して、隣接する太陽電池サブモジュール１１〜１４の取り出し電極２５ｂ、２５ａにそれぞれ接続されている（図２参照）。

上記の太陽電池サブモジュール１１〜１４としては、可撓性基板２０の材料としてポリイミドを用いており、発電層２２にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）及びアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）を用いたタンデム構造としている。可撓性基板２０としては、ポリイミドのほかに、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ＰＢＴ、ＰＰＳ、液晶ポリマー、ＰＥＩ等の樹脂フィルム基板や、ステンレス基板を用いてもよい。また、発電層２２としては、アモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、微結晶シリコンゲルマニウム（μｃ−ＳｉＧｅ）、微結晶シリコンカーバイド（μｃ−ＳｉＣ）、微結晶ゲルマニウム（μｃ−Ｇｅ）等、または化合物系の太陽電池や色素増感太陽電池、有機太陽電池などを用いたものであってもよい。さらに、本実施の形態では、発電層２２をタンデム構造としたが、シングル構造や３層以上の積層構造としてもよい。

接着性樹脂２（接着性樹脂シート２００）、５は、表面保護部材３、裏面支持部材６、太陽電池サブモジュール１（１１〜１４）、接続配線４を接着する機能が必要であり、その他に、熱や水分に対して安定であることが求められる。また、少なくとも接着性樹脂２は、光の入射側に設けられるため、十分な光透過性を有することが必要である。さらに、短時間で接着できること、表面保護部材３、裏面支持部材６、太陽電池サブモジュール１（１１〜１４）の形状に追従して接着できること、外力を吸収して発電機能に対するダメージを抑制すること等が要求されるため、熱可塑性樹脂が用いられる。

本実施の形態では、接着性樹脂２、５の材料として、ＥＶＡを用いたが、他にポリビニルブチラール、シリコン樹脂、エチレン−アクリレート共重合樹脂、エチレンメタクリル酸共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を用いることができる。また、接着性樹脂シート２００は、ロールツーロールプロセスで太陽電池１００に仮固定するため、所定の条件を満たすことが必要であり、厚さ０．４ｍｍ、長さ３００ｍのものを使用した。太陽電池１００に接着性樹脂シート２００を仮固定する工程は、図示しないが太陽電池巻き出しロールから巻き出された太陽電池１００と、樹脂シート巻き出しロールから巻き出された接着性樹脂シート２００とを一体として、一対の接着ロール間で押圧するとともに、仮固定された状態で巻き取りロールに巻き取っている。ここに、一対の接着ロールのうち少なくとも接着性樹脂シート２００と接する側の接着ロールは、１２０℃（架橋しない温度）に加熱されており、接着性樹脂シート２００（ＥＶＡ）を溶かしながら、太陽電池１００の表面側に押圧されて、仮固定されるようになっている。

接着性性樹脂シート２００が仮固定された太陽電池１００は、切断されて、太陽電池サブモジュール１（１１〜１４）に分割される。ここに、太陽電池サブモジュール１（１１〜１４）は、その表面側全体に接着性樹脂２が仮固定された状態になっている。

なお、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、以下のような実施が可能である。

接着性樹脂シート２００は、その厚さが０．４ｍｍのものを用いたが、０．１ｍｍ〜２ｍｍとしてもよい。また、接着性樹脂シート２００を加熱し、溶融することによって太陽電池１００に仮固定しているが、これに代えて、ＥＶＡペレットを押し出し成型によりシート状ＥＶＡに成型すると同時に、太陽電池１００の表面に押圧して仮固定を行うようにしてもよい。

接着性樹脂５の材料として、接着性樹脂２と同じＥＶＡを用いているが、他の接着性樹脂を用いることもできる。また、単一の接着性樹脂ではなく、複数の接着性樹脂を重ね合わせたもの（複層）を用いたり、さらに複層の接着性樹脂間にフッ素樹脂フィルムやガラスなどの織布、不織布を挿入させた構造とすることも可能である。

太陽電池モジュール１（１１〜１４）の光入射側（表面側）に設けられる表面保護部材３の材料としてＥＴＦＥを用いているが、これに代えてＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＰＶＤＦ、ＰＶＦ、シリコン樹脂を用いることもできる。なお、その他の透明樹脂やガラスを用いてもよい。

太陽電池モジュール１（１１〜１４）の裏面側に設けられる裏面支持部材６の材料としてＥＴＦＥを用いているが、他に表面保護部材３に使用される材料や、瓦材、アルミニウム板、コンクリート、塗装鋼板、ガラス板などを用いることができる。

図４は、本実施の形態の太陽電池モジュールの製造プロセスを示す図である。本実施の形態では、太陽電池サブモジュールを表面保護部材、裏面支持部材及び接着性樹脂でラミネートする太陽電池モジュールの製造方法であって、次の工程を有している。

（１）長尺の可撓性基板の表面側に発電層が形成され、裏面側に発電層にて発電された電力を取り出す取り出し電極が設けられた太陽電池の表面側に接着性樹脂シートを仮固定する工程（Ｓ１）
（２）接着性樹脂シートが仮固定された太陽電池を切断して、太陽電池サブモジュールに分割する工程（Ｓ２）
（３）太陽電池サブモジュールを複数個並べ、隣接する太陽電池サブモジュールの取り出し電極同士を接続する工程（Ｓ３）
（４）太陽電池サブモジュールの表面側に表面保護部材を配置し、裏面側に接着性樹脂と裏面支持部材とのこの順序で配置して、ラミネートする工程（Ｓ４）
すなわち、太陽電池１００の発電層上に接着性樹脂シート２００を仮固定した後、太陽電池１００を切断して太陽電池サブモジュール１に分割する。次に、複数の太陽電池サブモジュール１を並べ、接続配線４を介して隣接する太陽電池サブモジュール１の取り出し電極２５ａ、２５ｂ同士を接続し、太陽電池サブモジュール１の表面側に表面保護部材３を配置し、裏面側に接着性樹脂５、裏面支持部材６を配置して、ラミネートすることによって、表面保護部材３、裏面支持部材６、太陽電池サブモジュール１、接続配線４を接着する。

その際、隣接する太陽電池サブモジュール１の取り出し電極２５ａ、２５ｂ同士を接続した後に、裏面側のみに接着性樹脂５を設けるので、接続配線４と表面保護部材３との間に発生する接着不良を抑えながら、製造に必要な接着性樹脂材料と作業工数を削減し、製造コストを低下させることができる。

次に、上記の太陽電池モジュールの製造方法の具体的な実施例について説明する。

〔実施例１〕
可撓性基板２０の材料は、不透明で厚さ５０μｍのポリイミドを用いた。また、太陽電池１００の表面側に、仮固定される接着性樹脂シート２００として厚さ０．４ｍｍのＥＶＡを用いた。さらに、太陽電池モジュールの表面保護部材３として厚さ２５μｍのＥＴＦＥを用い、接続配線４として幅８ｍｍの導電テープを用いた。

そして、真空ラミネートプロセスは、次のプロファイルによって行った。

プロセス（１）真空排気：温度８０℃、プレス圧力０ａｔｍ、時間５分
プロセス（２）プレス：温度１２０℃、プレス圧力１ａｔｍ、時間１０分
プロセス（３）キュア：温度１５０℃、プレス圧力１ａｔｍ、時間２０分
ラミネート処理後、隣接する太陽電池モジュール１間の距離（ｄ）と接続配線４上で接着性樹脂２がついていない部分の有無、すなわち接着不良の有無の関係を表１に示す。表１から、太陽電池サブモジュール１間の距離が２．５ｍｍ以下（接着性樹脂２の厚さの約６倍以下）のときに接着が良好であることが分かる。

〔実施例２〕
接着性樹脂シート２００の厚さを０．８ｍｍとした以外は、実施例１と同じ方法により太陽電池モジュールの製造を行った。

隣接する太陽電池モジュール１間の距離（ｄ）と接続配線４上で接着性樹脂２がついていない部分の有無、すなわち接着不良の有無の関係を表２に示す。表２から、太陽電池サブモジュール１間の距離が４ｍｍ以下（接着性樹脂２の厚さの５倍以下）のときに接着が良好であることが分かる。

表１、表２より、太陽電池サブモジュール１間の距離を表面側の接着性樹脂２の厚さの略５倍以下にすることによって、太陽電池モジュールの好ましい接着状態が得られることがわかる。

本発明の実施の形態における太陽電池モジュールの積層構造を示す図である。本発明の実施の形態の太陽電池モジュールの平面図である。本発明の実施の形態における太陽電池サブモジュールの断面構造を示す図である。本発明の実施の形態の太陽電池モジュールの製造プロセスを示す図である。

符号の説明

１００太陽電池
２００接着性樹脂シート
１太陽電池サブモジュール
２接着性樹脂
３表面保護部材
４接続配線
５接着性樹脂
６裏面支持部材
１１〜１４太陽電池サブモジュール
２０可撓性基板
２１裏面電極
２２発電層
２３電流収集孔
２４直列接続孔
２５背面電極
２５ａ取り出し電極
２５ｂ取り出し電極
２６透明電極

Claims

太陽電池サブモジュールを表面保護部材、裏面支持部材及び接着性樹脂でラミネートする太陽電池モジュールの製造方法であって、
長尺の可撓性基板の表面側に発電層が形成され、裏面側に前記発電層にて発電された電力を取り出す取り出し電極が設けられた太陽電池の発電層上（表面側）に接着性樹脂シートを仮固定する工程と、
前記接着性樹脂シートが仮固定された太陽電池を切断して、太陽電池サブモジュールに分割する工程と、
前記太陽電池サブモジュールを複数個並べ、隣接する太陽電池モジュールの取り出し電極同士を接続する工程と、
前記複数の太陽電池サブモジュールの表面側に表面保護部材を配置し、裏面側に接着性樹脂と裏面支持部材とをこの順序で配置して、ラミネートする工程と、
を有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
前記太陽電池サブモジュール間の距離を前記発電層側の接着性樹脂の厚さの略５倍以下と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。