JP2007165498A - 太陽電池素子の接続方法および接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池素子をタブリード線の半田付けにより接続するに際に、熱ストレスによる割れや反りを防止して歩留まりを向上させる。
【解決手段】太陽電池素子5 の上部に２条に形成された集電電極の上部には、それぞれタブリード線6 が配設され、該タブリード線6 の溶着開始位置の上方にハイブリッド型集光ヒーター41が2 個並んで設けられ、一方、太陽電池素子5 の裏面電極の下部には、タブリード線6 と太陽電池素子5 を移動するためのモーター駆動のプーリー42によって移動する真空ベルト43が設けられ、さらに、タブリード線6 の下方には、加熱ゾーンY の両側に予冷ゾーンＸと冷却ゾーンＺを備えた下部加熱装置９が設けられ、加熱ゾーンＹがタブリード線6 の溶着開始位置の下方に位置するように設置されている。タブリード線6 と太陽電池素子5 を一体的に矢印A で示した方向へ移動させながら、連続的又は断続的に接続することで課題を解決できる。
【選択図】 図９

Description

本発明は、太陽電池素子の電極上に配されるタブリード線の半田付けにより接続する太陽電池素子の接続方法及び接続装置に関し、更に詳しくは、タブリード線を加熱するための加熱手段や冷却手段は移動させず、タブリード線と太陽電池素子を一体的に移動させながら、タブリード線の半田付けを連続的又は断続的に可能にする太陽電池素子の接続方法及び接続装置に関する。

太陽電池は、無尽蔵で環境汚染のないエネルギーとして存在する太陽光を直接電気エネルギーに変換する発電システムで、住宅用から電卓、腕時計、玩具などの生活分野へとその使用範囲を急速に拡大しつつある。

かかる太陽電池は、太陽電池素子の製造工程を経た後、複数の太陽電池素子をタブリード線によって電気的に接続してモジュールを形成する工程と、該モジュールを透明なカバー材と保護材との間に挟んでラミネートする工程を経て製造されている。また、各種の太陽電池の中で、特に非晶系シリコン系太陽電池や結晶系シリコン系太陽電池等は、大面積で製造でき、製造コストも安価であることから、これまでに鋭意研究され、ここ数年の間にモジュール化形成並びにシステム化形成の生産技術の開発も一層促進され、３ＫＷ程度の家庭用小型発電装置から数百ＫＷの大型発電装置が実用化されるまでに至っている。

一方、このような背景のもと、市場の需要増と相まって、市場からは大幅なコストダウンの要請もあり、その一つの手段として太陽電池を構成する素子基板の厚みがこれまでの３００〜５００ミクロンよりも薄手の２００ミクロン程度にしたものが対象となり、また近い将来にはこれよりも極端に薄い１００ミクロン以下を対象とする可能性もでてきている。

かかる発電装置を形成する太陽電池モジュールは、太陽電池素子を複数個、直列及び並列に接続してなるものであり、該素子の接続のための半田付けによる一般的な接続方法としては、隣接する素子の一方の予備半田処理された表面側集電電極と他方の予備半田処理された裏面側の電極とに、半田付着のタブリード線を密着させた上、該タブリード線の加熱（溶着) 、冷却の各過程を経て接続するものであるが、この場合の加熱、冷却はタブリード線の溶着部分の全長に亘って一気に行われるので、溶着後室温まで温度低下するに従い、主として素子基板とタブリード線との熱膨張率の差によって基板側に熱ストレス（応力) がかかり、素子基板に割れが生じたり、反りが発生したりして歩留まり率を低下させる場合がある。また、この傾向は基板の厚みが薄いほど顕著に現れ易く、従って、太陽電池素子の極薄化のために、これらの課題を解決することが要請されている。

上記要請に応えようとして、素子基板とタブリード線の半田付けの際の加熱用熱源としては、これまで赤外線ランプ、近赤外線ランプ、加熱気体又は加熱ゴテが一般的に用いられているが、中でも近年、赤外線ランプや近赤外線ランプを加熱源とし、その温度制御性及び立ち上がり・立ち下り特性に特に優れた光集光型のスポツトヒーターが、電気機器類に使用されるプリント基板や半導体部品等の半田付けするための熱源装置に使われている（例えば、特許文献１参照）。

また、透光性を有する表面部材と、裏面部材との間に配設され、接続タブ（タブリード線）により互いに電気的に接続された複数の太陽電池素子が封止されてなる太陽電池モジュールにおいて、接続タブは、太陽電池素子との接続面を形成し互いに分離された複数の接続部と、太陽電池素子との接続面から離間し前記複数の接続部を互いに連結する連結部とを備えてなる太陽電池のモジュールが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

更にまた、裏面に裏面電極を有し、表面に表面電極及び集電電極を有した太陽電池素子が複数並設され、一つの太陽電池素子と隣接する他の太陽電池素子を直列接続するために設けられ、一つの太陽電池素子の集電電極と隣接する他の太陽電池素子の裏面電極を接続する帯状の接続タブを有する太陽電池モジュールにおいて、上記接続タブには、半田付けが可能な半田付け可能領域と、半田付けが不可能な半田付け不可能領域とが長手方向に交互に複数設けてなる太陽電池のモジュールが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特許第３４６１３７５号公報 特開平１１−３１２８２０号公報 特開２００２−２８０５９１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術におけるスポット型ヒーターは、半田付けの際半田を効率よく溶解するが、その優れた立ち上がり特性のために逆に、薄い素子基板を急速加熱することとなり、その際に発生する熱ストレスによって素子基板の破損や反りの発生が避けられないという問題があり、また、これを防止するために立ち上がり特性を緩く調整した場合には、半田付け工程のタクトタイムが長くなって生産性が低下するという問題がある。

また、特許文献２に記載された技術における接続タブは、互いに分離され、且つ太陽電池素子との接続面を形成するための平坦面を有する複数の接続部と、これら接続部を太陽電池素子との接続面から離間して接続している連結部を有してなり、接続面の面積を小さくすることによって、接続タブと太陽電池素子の基板との熱膨張率の差に起因して発生する素子の損傷を回避する技術ではあるが、接続タブの過熱及び冷却を、接続タブの全長に亘って同時に加熱し、また、接続タブの全長に亘って同時に冷却しているため、熱ストレスによる素子の破損や反りの発生が避けられず、パネル化の各工程でのハンドリングや加圧により破損し、歩留まりが低下するという問題をはらんでいる。

また、上記接続タブは市販されているような、半田で被覆された単なる平角状のタブリード線ではなく、接続部間に挟設された複数の連結部には曲げ加工が施された特殊な構造からなるので、この曲げ加工の部位から断線しないように、あるいはこの部位の強度が維持されるように、高精度に形成する必要があり、いきおいコストアップとならざるを得ない。

また、特許文献３に記載された技術は、特許文献２に記載された技術の改良であって、特許文献１における接続部と連結部を有する接続タブに代え、半田付けが可能な半田付け可能領域と、半田付けが不可能な半田付け不可能領域とが長手方向に複数設けられた接続タブを適用し、これによって、基板に生成する熱ストレスの発生を防止し、基板の損傷を防止しようとするものである。

すなわち、この特許文献３に記載された発明の接続タブは、ベースとなる薄板状の銅箔に部分的に複数箇所で半田が付着する場所をマスキングした上で、半田の付着しない耐熱性樹脂やクロムめっき等で表面処理を施した後、マスキングを取り除いて予備半田を施して作製したものであり、これによって接続面は予備半田の施されたところだけとなることで接続面積を容易に減少させることができ、機械的加工が施されていないので機械強度が低下する箇所もなく、また、太陽電池素子に対し接続タブを断続的に接続することで、はんだ付けの際生じる基板の熱ストレスを低減し基板の破損を抑制することができる。

しかしながら、この特許文献３に記載された技術においても、接続タブの加熱、冷却をそれぞれ接続タブの全長に亘って同時に行うため、割れや反りの発生は避けられず、また、該接続タブを作成するのにマスキングしたり、表面処理したりして多くの工数が必要な特別な接続タブを採用しており、コストアップとなるのを避けられない。

本発明は、かかる実情に鑑み、上記従来技術の課題を解決するもので、とりわけ、タブリード線の長手方向における半田付けの際、赤外線ランプなどの加熱手段や冷却手段はタブリード線溶着開始位置上に配置して、タブリード線と太陽電池素子を一体的に移動させる方式を採用して装置機構を簡易に形成し、また、これまでのような高価な特殊接続タブを使うことなく、市販されている安価な標準品である平角状の半田付きタブリード線を使用できると共に、太陽電池素子に不要な熱ストレスが生起しないようにして該素子の割れや反りを防止し、これによって太陽電池素子の歩留まりを向上させ、安価な太陽電池素子パネルを提供可能な太陽電池素子の接続方法及び接続装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１は、表面に表面電極及び集電電極を備え、裏面に裏面電極を備えた太陽電池素子をタブリード線の半田付けにより接続するに際し、加熱手段及び冷却手段を、前記集電電極上に配される上部タブリード線の上方及び/ 又は前記裏面電極下に配される下部タブリード線の下方に設置し、該タブリード線と太陽電池素子を一体的に移動させながら、該タブリード線の半田を溶融、冷却固化させて接続することを特徴とする太陽電池素子の接続方法を内容とする。

本発明の請求項２は、加熱手段が赤外線ランプ、加熱ゴテ、又は加熱気体からなることを特徴とする請求項1 記載の太陽電池素子の接続方法を内容とする。

本発明の請求項３は、加熱手段が熱源ランプからの熱線を集光ミラーにより集光させ高エネルギーの光を発生させる集光ヒーターからなることを特徴とする請求項1 記載の太陽電池素子の接続方法を内容とする。

本発明の請求項４は、集光ヒーターが予熱のための熱風を供給する予熱チャンバーと、冷却のための温風を供給する冷却チャンバーとを備えたハイブリッド型集光ヒーターであることを特徴とする請求項３記載の太陽電池素子の接続方法を内容とする。

本発明の請求項５は、集光ヒーターがスポットヒーター又はラインヒーターからなることを特徴とする請求項３又は４記載の太陽電池素子の接続方法を内容とする。

本発明の請求項６は、集光ヒーターの加熱部付近に、ローラー又はソリ状の板状体からなる被加工物の押しつけ部を設けたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の太陽電池素子の接続方法を内容とする。

本発明の請求項７は、太陽電池素子とタブリード線の位置決め用押さえ部がローラー状であることを特徴とする請求項1 〜６のいずれか１項に記載の太陽電池素子の接続方法
を内容とする。

本発明の請求項８は、半田付けされたタブリード線と太陽電池素子をダブルベルトにより搬送することを特徴とする請求項1 〜７のいずれか１項に記載の太陽電池素子の接続方法を内容とする。

本発明の請求項９は、ダブルベルトが上側がタイミングベルト、下側が真空ベルトからなることを特徴とする請求項８記載の太陽電池素子の接続方法を内容とする。

本発明の請求項１０は、表面に表面電極及び集電電極を備え、裏面に裏面電極を備えた太陽電池素子をタブリード線の半田付けにより接続する装置において、前記タブリード線の加熱手段及び冷却手段と、前記タブリード線と前記太陽電池素子を一体的に搬送するための搬送手段とを備えたことを特徴とする太陽電池素子の接続装置を内容とする。

本発明の請求項１１は、タブリード線と太陽電池素子を一体的に搬送するための搬送手段がダブルベルトであることを特徴とする請求項１０記載の太陽電池素子の接続装置を内容とする。

本発明による太陽電池素子の接続方法および接続装置は、表面に表面電極及び集電電極を備え、裏面に裏面電極を備えた太陽電池素子にタブリード線を半田付けすることにより接続するに際し、加熱手段を表面電極上に配される上部タブリード線の上方及び/ 又は前記裏面電極下に配される下部タブリード線の下方に設置し、該タブリード線と太陽電池素子を一体的に移動させ、タブリード線の半田を局部的に溶融、冷却しながら接続することによって、太陽電池素子に生じる熱ストレスを抑制又は緩和し、したがって、該素子の割れや反りが防止され、太陽電池素子の歩留まりが向上するので太陽電池素子パネルを安価に提供するとともに、緊迫するセル素子原料半導体不足に対応することが可能となる。

本発明により、かかる効果が奏される理由については、従来の技術のようにリード線全長に亘って同時に加熱し、また冷却するのではなく、半田を局部的に加熱溶融した後、又は、予熱し加熱溶融した後に、速やかに冷却して溶着するという操作を連続的又は断続的に繰り返す結果、加熱によって一度膨張しかけたリード線が直ちに冷却されることで収縮に転じ、局部的に膨張収縮がバランスを保ち、これがリード線全長に亘って経時的に繰り返されるので、タブリード線と太陽電池素子が過熱されることがなく、またタブリード線が室温まで冷却されても熱ストレスが抑制又は緩和され、割れ・反りが減少するものと考えられる。

また、本発明で使用するタブリード線は、市販されている安価な標準品である平角状の半田付きタブリード線を使用できるので、大幅なコストダウンを実現することが可能となる。

本発明の太陽電池素子の接続方法は、太陽電池素子の集電電極上に配されたタブリード線の上方及び/ 又は裏面電極下に配される下部タブリード線の下方の所定の位置、即ち、タブリード線の上方及び/ 又はタブリード線の下方の半田付け開始位置に設置する加熱手段及び冷却手段は固定した状態で、タブリード線と太陽電池素子を一体的に移動させることにより、タブリード線の半田を溶融、冷却させながらタブリード線を太陽電池素子に半田付けすることにより連続的又は断続的に接続することを特徴とする。

本発明の太陽電池素子の接続方法は、太陽電池素子の上方又は下方にのみ加熱手段及び冷却手段を設けて太陽電池素子の表面と裏面とを別々に接続してもよいが、更に、太陽電池素子の上方及び下方に加熱手段及び冷却手段を設置し、タブリード線と太陽電池素子を一体的に移動させることにより、太陽電池素子の表面と裏面の各タブリード線の半田を同時に溶融、冷却させながら連続的又は断続的に同時に接続することもできる。

本発明に使用される加熱手段は特に制限されず、太陽電池素子のタブリード線の半田付けに使用される加熱手段は全て使用可能である。例えば、赤外線ランプ、加熱ゴテ、又は加熱気体の他、熱源ランプからの熱線を集光ミラーにより集光させ高エネルギーの光を発生させる、例えば、特許第3461375 号に記載された集光ヒーター (株式会社ハイベック製のスポットヒーター) が挙げられる。また、集光ヒーターとしては、スポットヒーターにかぎらず有効長の比較的短い、望ましくは３０ｍｍ以下のラインヒーターであっても良い。
また、本発明に使用される冷却手段は特に制限されず、太陽電池素子のタブリード線の半田付けに使用される冷却手段は全て使用可能である。例えば、空気等の気体、水、エタノール等の液体、熱伝導性の良い銅棒等の固体等のいずれでもよい。
好ましくは、本発明者が特願２００５−２４６４７３（２００５年８月２６日出願）で提案した、集光ヒーターに予熱のための熱風を供給する予熱チャンバーと、冷却のための温風を供給する冷却チャンバーとを備えたハイブリッド型集光ヒーターが用いられる。予熱チャンバー及び冷却チャンバーは、それぞれ近接して集光ヒーターに一体的に設けるのが好ましい。予熱チャンバーには、半田の溶融温度マイナス１０℃から２５０℃程度の温風が供給され、冷却チャンバーには、半田の溶融温度マイナス１０℃から室温程度までの温風が供給される。

このようなハイブリッド型集光ヒーターとしては、焦点孔を有しないものと焦点孔を有するものとが挙げられ、必要に応じ、冷却用のジャケットを設け、水等の冷媒を循環させる冷却手段を設けることができる。
また、集光ヒーターの加熱部付近に、熱伝導効率、タブリード線の集電電極、裏面電極への密着精度を高めるための被加工物の押しつけ部を設けることが好ましく、このような押しつけ部としては、例えば、ローラー又はソリ状の板状体等が挙げられる。

まず、焦点孔を有しないハイブリッド型スポットヒーターを図1(a)、(b) に基づいて説明すると、ハイブリッド型スポットヒーター17は、筐体18の内部に、一方が開放し3 次元曲面を有する集光ミラー19が設けられ、その中心部にはハロゲンランプなどの熱源ランプ20が取り付けられる。そして熱源ランプ20からの熱線は集光ミラー19により集光し高エネルギーのスポット光としてその焦点F に近接して配置される被加工物に照射される。

また、筐体18の外周には、同心円状に形成され、且つ分割壁18K によって2 分割され、予熱のための熱風を供給する予熱チャンバー21と、冷却のための温風を供給する冷却チャンバー22とが設けられ、予熱チャンバー21の一端には熱風供給源（図示せず) からホースなどで接続配管される熱風接続口23が、また冷却チャンバー22の一端には温風供給源( 図示せず) からホースなどで接続配管される温風接続口24が設けられる。さらに、予熱チャンバー21と冷却チャンバー22の上流側にはそれぞれのチャンバーに流入する熱風、温風の流れ方向を制御するための整流室25が設けられ、該整流室25の下方には逆円錐形状に形成され被加工物に向かって吹き出す熱風吹出口26、温風吹出口27がそれぞれ設けられる。また、集光ミラー19の開放端には集塵などから集光ミラー19や熱源ランプ20を保護するための保護ガラス28が設けられる。

次に、焦点孔を有するハイブリッド型スポットヒーターを図2(a)、(b) に基づいて説明する。なお、前述で説明した図1(a)、(b) と同一の構成要素についての説明は省略し、それ以外の要素について説明する。
図示したように、ハイブリッド型焦点孔付きスポットヒーター17A は、前述したスポットヒーター17の筐体18の内部に設けられた集光ミラー19の開放端の下部から、逆円錐形状に形成され、中央に焦点孔29を有する円錐壁30を備えた形態である。焦点孔29から照射されるスポット光には熱源ランプ20からの直射熱が殆ど含まれず、集光ミラー19により集光した熱エネルギーのみスポット光として被加工物に照射されるので厳密な温度加熱制御が要求される場合に好適である。

前述したヒーターの加熱部付近に、被加工物を押しつけるためのローラー又はソリ状板状体などからなる押しつけ部を設けたものが好ましい。
ハイブリッド型焦点孔付きスポットヒーターに押しつけ部としてローラーを設けた例を、図3(a)、(b) に基づいて説明すると、押しつけ部付きスポットヒーター17B は、軸受台33にローラー34が軸支された押しつけ部35が、予熱チャンバー21と冷却チャンバー22とにそれぞれ固定された取付台36に締結ネジ37によって取り付けられる。被加工物に押し付けられる押しつけ部35の被加工物と接するローラー34は、耐熱ガラス又はセラミック又はチタンもしくはソルダーレジストをコーティングした金属材料等から形成されるが、使用中に受ける熱ストレスや付着物などで損傷した際には、取付台36から締結ネジ37を取り外して分離すれば新品と交換することができる。

次に、本発明に用いられるハイブリッド型集光ヒーターは、被加工物に照射される加熱部がスポット状ではなく線状加熱となるハイブリッド型ラインヒーターでもよく、このようなラインヒーターにソリ状板状体からなる押しつけ部を備えたハイブリッド型集光ヒーターの例を図4(a)、(b) 、(c) を用いて説明する。
図示したように、ハイブリッド型ラインヒーター17C は、直方体形状に形成された筐体18A の内部には2 次元曲面を有する集光ミラー19A が設けられ、また、その中心部には直管型の熱源ランプ20A が進行方向( 図では左右方向) と平行に取り付けられる。また、筐体18A の両側には、熱風吹出口26A 、温風吹出口27A を有する断面矩形状の予熱チャンバー21A と冷却チャンバー22A が設けられ、また、これら予熱チャンバー21A 、冷却チャンバー22A の外側には取付台36A がそれぞれ固定される。そして、該取付台36A に対して、軸受台33A にソリ状の板状体34A が軸支された押しつけ部35A が、締結ネジ( 図示せず) によって固定される。

なお、図4(a)に示すソリ状の板状体34A が軸支された押しつけ部35A は、前述した図３に示すローラー34タイプの押しつけ部35とは互換性があり、被加工物に最適な方を選択することができる。例えば、図4(a)に示すソリ状の板状体34A を取り外して、図4(c)に示すローラー34タイプの押しつけ部35を装着することもできる。

押しつけ部を備えたハイブリッド型集光ヒーターは、被加工物の予熱、加熱、冷却を受ける部分が押しつけ部35によってしっかり固定され密着精度が高まるので、余分な歪などは生起せず、また熱効率が良好で、精度の高い半田付けが可能となる。尚、このような押しつけ部は、必要に応じ、赤外線ランプ、加熱ゴテ、加熱気体を供給するノズル等にも設けることができる。
尚、上記した加熱手段、冷却手段に代えて、他の加熱手段、冷却手段も勿論使用可能であり、更に、必要に応じて、例えば、図6 に示すような他の加熱装置、冷却装置、予熱装置と併用することも可能である。

本発明の太陽電池素子の接続方法及び接続装置の特徴であるタブリード線と太陽電池素子を一体的に移動する手段としては、その搬送精度を維持するために、タブリード線と太陽電池素子を上下一対のダブルベルトにより挟着して搬送することが好ましい。

ダブルベルトは上下ともタイミングベルト等の通常のベルトでもよいし、また、ダブルベルトの下側は、例えば、特許第3623651 号の搬送装置および移載装置、並びに搬送機構（トヤマキカイ株式会社) に記載されている吸着機能を有する真空ベルトを、また上側は、例えばタイミングベルト等の通常のベルトを用いることができる。
タブリード線と太陽電池素子との搬送は、タブリード線を太陽電池素子（厳密には集電電極及び/ 又は裏面電極) に半田付けできるスピードであり、半田の種類の他、加熱温度や、予熱の有無等により適宜決定される。

本発明の太陽電池素子の接続方法及び接続装置においては、タブリード線の半田を溶融、冷却させながら連続的又は断続的に接続する際、特に、下部加熱手段の下流側には予熱するための予熱手段を、また上流側には冷却するための冷却手段を設けたり、また、これら予熱手段、冷却手段のいずれかを設けたりして更に緻密な温度制御をすることが好ましい。

なお、太陽電池素子としては、例えば、略１２５ミリ角の厚み略２００ミクロンの寸法を有する素子基板の表面には表面電極、裏面には裏面電極が形成されると共に、表面電極と同じ表面側に、表面電極に接続して集電する集電電極が通常２列形成される。そして、太陽電池モジュールを完成させるには、太陽電池素子の隣接する一方の集電電極と、隣接する他方の裏面電極とを集電電極の長手方向に沿ってタブリード線を半田付けすることにより数枚から１０枚程度の太陽電池素子が接続される。

以下、本発明の太陽電池素子の接続方法およびその装置の好ましい実施態様について説明する。

実施態様1
本発明の太陽電池素子の接続方法の基本形態として、まず、太陽電池素子の一方の表面にタブリード線を接続する方法、装置を図５に基づいて説明する。
図５は、太陽電池素子の表面にタブリード線を接続する方法を説明する概略側面図であるが、素子基板1 の表面に表面電極2 及び集電電極3 を備え、また裏面に裏面電極4 を備えた太陽電池素子5 の集電電極3 上に、別に準備された太陽電池素子5 の裏面電極4 に予め予備半田された所定長さのタブリード線6 が配設される。

続いて、タブリード線6 の半田付け開始位置（図では先端部）の上方に設置された加熱手段としての集光ヒーター7 の電源が投入され、予め定められた制御アルゴリズムにしたがってその供給電力が制御される。またこれと略同時にタブリード線6 と太陽電池素子5 は、図５の矢印A で示した方向（図では左から右方向) へ一体的に移動する。
これによって、タブリード線6 の半田を局部的に溶融させた後、放冷により冷却させながら、太陽電池素子5 の表面の集電電極3 に、隣接する別の太陽電池素子の裏面電極4 に接続されているタブリード線6 を連続的又は断続的に接続することが可能となる。そして、次の加工ステーションで接続されたタブリード線と太陽電池素子を上下反転させて裏面について、このタブリード線と１枚前の太陽電池素子とを表面と同様にして接続する。この工程を繰り返えすことによって、所定サイズの太陽電池モジュール8 を完成することができる。この方法は、一般に「タンデム溶着型配線方法」と称される。

実施態様2
本発明の太陽電池素子の接続方法の他の基本形態として、太陽電池素子の表面と裏面の両面に、並行的にタブリード線を接続する方法を図６に基づいて説明する。この方法は、一般に「両面同時溶着型配線方法」と称される。なお、前述で説明した図５と同一の構成要素についての説明は省略し、それ以外の要素について説明する。

図６は、太陽電池素子の表面と裏面にタブリード線を接続する方法装置を示す概略側面図であるが、図に示すように、本発明の太陽電池素子5 の接続方法は前述した実施態様1 における基本形態に、更に、裏面電極4 に接続されるタブリード線6 の下方に下部加熱装置9 を設置し、表面電極2 上に配されるタブリード線6 と裏面電極4 下に配されるタブリード線6 とを、上下タブリード線6 と太陽電池素子5 を図６の矢印B で示した方向( 図では左から右方向) へ一体的に移動させることにより、上下のタブリード線6 の半田を局部的に且つ並行的に溶融させながら連続的又は断続的に接続する形態である。

また、表面のタブリード線6 の先端部の上方に設置された集光ヒーター7 は前述の形態と同様であるので、以下、素子基板1 の下部の裏面電極4 にタブリード線6 を半田付けする場合について説明し、上下のタブリード線を太陽電池素子の表面と裏面に同時に接続する方法、装置について説明する。

図６及び図7(a)、(b) に示すように、太陽電池素子5 下部のタブリード線6 の下方には下部加熱装置( 正面断面図で示す)9が配設される。該下部加熱装置9 のタブリード線保持台10の上面には、タブリード線載置溝11が設けられ、また素子基板1 の裏面電極4 に対応した位置に矩形孔12が設けられていて、この内部には、カムシャフト14により上下に可動制御される押しつけロッド15が貫通している。13は押しつけロッドシールである。また、下部加熱装置９の長さは裏面電極4 の半田付け範囲と冷却範囲をカバーできる長さで構成され、下流側から上流側に向かって予熱ゾーンX 、加熱ゾーンY 、冷却ゾーンZ の各ゾーンに分割されて機能するように構成されている。

上記構成において、タブリード線載置溝11の上にタブリード線6 が載置され、装置に太陽電池素子5 がセットされると、タブリード線保持台10が、両端の支持ガイド16に沿って所定位置まで上昇し、続いて押しつけロッド15が上昇しタブリード線6 を下から持ち上げるように作用し該タブリード線6 を裏面電極4 に押しつける。

続いて、この状態を維持したまま、予熱ゾーンX ・加熱ゾーンY ・冷却ゾーンZ から、この順序でタブリード線6 と太陽電池素子5 が一体的に移動する速度より速いタイミングで順次、加熱用熱風入口31Ａから加熱用の熱風と予熱用温風入口31Ｂから予熱用の温風の供給が開始される。タブリード線6 と太陽電池素子5 は図6 の矢印B で示した方向 (図では左から右方向) へ一体的に移動する。

一方、タブリード線6 と太陽電池素子5 は予め１枚毎にタブリード線6 とセットされてから供給されるので、この間、動きが一時停止することになる。従って、タブリード線と太陽電池素子5 は断続的に移動するので、集光ヒーター7 と下部加熱装置９は、それに対応した加熱制御になるように予め定められた制御アルゴリズムにしたがってその供給電力と熱風供給等が制御される。このようにして、タブリード線6 の半田を予熱し、加熱して局部的に溶融させた後、冷却用温風入口31Ｂから供給される冷却用の温風により、通常、室温近く（３０〜４０℃程度）まで冷却され、裏面電極4 にタブリード線6 が接続される。

上記した一連の動作によって、上下の各タブリード線6 の局部的な半田の溶融、冷却固化を連続的に繰り返して、太陽電池素子5 の表面のおよび裏面の電極にタブリード線6 を接続することが可能となり、この加工工程を繰り返えすことによって所定サイズの太陽電池モジュール8 が完成する。

なお、下部加熱装置9 の予熱ゾーンX 、加熱ゾーンY 、冷却ゾーンZ の各ゾーンの長さは、図６では、概ね４対1 対3 として示されているが、勿論これには限定されず、最終的には太陽電池素子5 のサイズや使用するタブリード線6 の種類等による半田付け速度によって適宜決定される。

また、前述の実施態様では上部加熱手段としては集光ヒーター7 を用いるものとして説明したが、これには特定されず、赤外線ランプや加熱ゴテ、又は加熱気体ノズル等であっても良い。

実施態様3
図8 に示したように、装置の搬送ベルト( 図示せず) 上に、太陽電池素子5 がセットされた後、2 列に形成された細長い集電電極3 の上部にタブリード線6 が配設される。続いて、これら集電電極3 と、この上に載置されるタブリード線6 との相対位置関係を保持するために、装置のタブリード線押さえ機構部38のフィンガー部39がタブリード線6 に直交する方向から延出され、先端がローラー状の位置決め用押さえ部40によって、移動する太陽電池素子5 とタブリード線6 を上から連続的又は断続的に押さえ付けるように作用し、そしてこのような状態のまま前述と同様に、太陽電池素子の進行方向の先端部から集光ヒーター7 によってタブリード線6 が連続的又は断続的に半田付けされる。

実施態様4
図9(a)、(b) に示すように、太陽電池素子5 の上部に２条に形成された表面電極2 の集電電極3 の上には、例えば、前述した押しつけ部付きスポットヒーター17B のようなハイブリッド型集光ヒーター41が2 個並んで設けられ、また太陽電池素子5 の下部には、２条に形成された集電電極3 の内側で且つこれに平行に、タブリード線6 と太陽電池素子5 を一体的に移動するためのモーター( 図示せず) 駆動のプーリー42によって移動する前記したような真空ベルト43が設けられ、さらに、タブリード線の下方には予熱ゾーンX 、加熱ゾーンY および冷却ゾーンZ を備えた下部加熱装置9 が設けられる。
上記構成によって、タブリード線6 と太陽電池素子5 は、図9(b)の矢印A で示した方向( 図では左から右方向) へ一体的に移動しながら連続的又は断続的に接続される。また、ハイブリッド型集光ヒーター41によって太陽電池素子5 の集電電極3 にタブリード線6 が半田付けされる際は、下部加熱装置9 からの加熱冷却効果で上下面の温度差が少なくなるので熱ストレスが生じにくく、したがって、太陽電池素子5 の反りや割れが解消されるという効果がある。なお、下部加熱装置9 は必須ではないが、これを設けると、上記したように細かく温度を制御できるので好ましい。下部加熱装置９を設けない場合は、通常、半田溶融温度以下に加温されたリード線保持台10や押しつけロッド15が設けられる。

実施態様5
図10(a) 、(b) に示すように、太陽電池素子5 の上部に２条に形成された表面電極2 の集電電極3 の上方には、例えば、前述した押しつけ部付きスポットヒーター17B のようなハイブリッド型集光ヒーター41が2 個並んで設けられ、また太陽電池素子5 の下部の裏面電極の下にも、同じタイプのハイブリッド型集光ヒーター41が対向して設けられる。
また、タブリード線6 と太陽電池素子5 を一体的に移動するためのモーター( 図示せず) 駆動のプーリー42によって移動する真空ベルト43、43A が、下部に設けたハイブリッド型集光ヒーター41A の上流側と下流側にそれぞれ設けられ、更に下流側の真空ベルト43A の上部にはタイミングベルト又はステンレススチールベルト等の通常ベルト44が設けられる。
また、本例では上流側真空ベルト43の両サイドには予熱ゾーンX としての下部加熱装置9 が設けられているが、上記したように細かく温度制御できる点で好ましい。
上記構成によって、タブリード線6 と太陽電池素子5 は、図10(b) の矢印B で示した方向( 図では左から右方向) へ一体的に移動することができ、前述と同様、太陽電池素子の進行方向の先端部から上下4 個のハイブリッド型集光ヒーター41、41A によってタブリード線が連続的又は断続的に半田付けされる。

実施態様6
太陽電池素子の上部と下部の両面に半田付けのためのヒーターを設けた他の実施態様を図11(a) 、(b) に基づいて説明する。図11(a) はその全体構成の概要を示す正面図、図11(b) はその部分側面図である。
図11(a) 、(b) に示すように、太陽電池素子5 の上部に2 列に設けられた集電電極3 の上に沿って、予熱ノズル45、加熱ノズル46、及び冷却用温風ノズル47からなる上部溶着ヘッド48が2 列設けられ、また下部の裏面電極4 の下には、2 個のハイブリッド型集光ヒーター41が加熱ノズル46に対向して設けられている。また、タブリード線6 と太陽電池素子5 を移送するためのモーター( 図示せず) 駆動のプーリー42によって移動する真空ベルト43が、両側に2 個のハイブリッド型集光ヒーター41を介装する形態で設けられている。また、図示したように、必要に応じて、予熱ゾーンX としての下部加熱装置9 が設けられる。
上記構成によって、タブリード線6 と太陽電池素子5 は、図11(a) の矢印B で示した方向( 図では左から右方向) へ一体的に移動すると共に、上部と下部に配設された、上部溶着ヘッド48とハイブリッド型集光ヒーター41から、更に、下部加熱装置9 の予熱ゾーンX からのコントロールされた制御熱によって、前述と同様、太陽電池素子の進行方向の先端部からタブリード線が連続的又は断続的に半田付けされる。

叙上のとおり、本発明の太陽電池素子の接続方法および接続装置によれば、集光ヒーターなどの加熱手段及び冷却手段を実質定位置に固設し、タブリード線と太陽電池素子を一体的に移動させることにより、加熱手段及び冷却手段の複雑な２次元的作動とその制御が回避されるので装置が安価に実現できる。また、加熱手段として、予熱チャンバーと冷却チャンバーとを備えたハイブリッド型集光ヒーターを使用することによって接続速度が高められるとともに、装置を一層コンパクトにすることができる。また、次世代大型太陽電池素子( ２００ｍｍ角や２５０ｍｍ角) に必須のタブリード線を３〜４本に増やすことに対しても、機構的な干渉が避けられるので、かかる要請にも充分対応できる装置を提供することができる。

また、本発明の太陽電池素子の接続方法およびその接続装置を用いることにより、タブリード線を半田付けする際の熱ストレスによる太陽電池素子の割れや、タブリード線で接続された素子の反りは大幅に減少するので、製品歩留まりは格段に向上し、パネルを安価に提供し、緊迫するセル素子原料半導体不足に対応することが可能である。
以上のように、本発明の太陽電池素子の接続方法および接続装置は、熱ストレスにより反りや割れが発生し易い極薄の太陽電池素子の接続等に特に有用である。

（ａ）はスポット型ハイブリッド型集光ヒーターの部分断面正面図、（ｂ）は同ヒーターの下面図である。 （ａ）は他のスポット型ハイブリッド型集光ヒーターの部分断面正面図、（ｂ）は同ヒーターの下面図である。 （ａ）は他のスポット型ハイブリッド型集光ヒーターの正面図、（ｂ）は同ヒーターの側面図である。 （ａ）は他のライン型ハイブリッド型集光ヒーターの正面図、（ｂ）は同ヒーターに内臓される集光ミラーを示す断面図、(c )は図４（ａ）のヒーターの押し付け部と交換可能な他の押し付け部を示す正面図でる。 本発明の実施態様１における太陽電池素子の接続方法、装置を説明する概要図である。 本発明の実施態様2 における太陽電池素子の接続方法、装置を説明する概要図である。 （ａ）は下部加熱装置を示す斜視図、（ｂ）は下部加熱装置、タブリード線及び素子基板との関係を示した側面図である。 本発明の実施態様3 において押し付け部を備えていないハイブリッド型集光ヒーターを用いた太陽電池素子の接続方法、装置を説明する斜視図である。 （ａ）は本発明の実施態様4 における太陽電池素子の接続方法、装置を説明する概要平面図、（ｂ）は同接続方法を説明する概要側面図である。 （ａ）は本発明の実施態様5 における太陽電池素子の接続方法、装置を説明する概要平面図、（ｂ）は同接続方法を説明する概要側面図である。 （ａ）は本発明の実施態様6 における太陽電池素子の接続方法を説明する概要側面図、（ｂ）は同接続方法を説明する概要部分側面図である。

符号の説明

1 素子基板
2 表面電極
3 集電電極
4 裏面電極
5 太陽電池素子
6 タブリード線
7 集光ヒーター
8 太陽電池モジュール
9 下部加熱装置
10 タブリード線保持台
11 タブリード線載置溝
12 矩形孔
13 押しつけロッドシール
14 カムシャフト
15 押しつけロッド
16 支持ガイド
17 ハイブリッド型スポットヒーター( 焦点孔無)
17A ハイブリッド型スポットヒーター( 焦点孔付)
17B ハイブリッド型押し付け部付きスポットヒーター
17C ハイブリッド型ラインヒーター
18、18A 筐体
18K 分割壁
19、19A 集光ミラー
20、20A 熱源ランプ
21、21A 予熱チャンバー
22、22A 冷却チャンバー
23 熱風接続口
24 温風接続口
25 整流室
26、26A 熱風吹出口
27、27A 温風吹出口
28 保護ガラス
29 焦点孔
30 円錐壁
31 予熱用熱風入口
31A 加熱用熱風入口
31B 冷却用温風入口
32 温風垂直口
33、33A 軸受台
34 ローラー
34A ソリ状の板状体
35、35A 押しつけ部
36、36A 取付台
37 締結ネジ
38 タブリード線押さえ機構部
39 フィンガー部
40 位置決め押さえ部
41 ハイブリッド型集光ヒーター
42 プーリー
43 真空ベルト
44 通常ベルト
45 予熱ノズル
46 加熱ノズル
47 冷却温風ノズル
48 上部溶着ヘッド
X 予熱ゾーン
Y 加熱ゾーン
Z 冷却ゾーン

Claims (11)

1. 表面に表面電極及び集電電極を備え、裏面に裏面電極を備えた太陽電池素子をタブリード線の半田付けにより接続するに際し、加熱手段及び冷却手段を、前記集電電極上に配される上部タブリード線の上方及び/ 又は前記裏面電極下に配される下部タブリード線の下方に設置し、該タブリード線と太陽電池素子を一体的に移動させながら、該タブリード線の半田を溶融、冷却固化させて接続することを特徴とする太陽電池素子の接続方法。
2. 加熱手段が赤外線ランプ、加熱ゴテ、又は加熱気体からなることを特徴とする請求項1 記載の太陽電池素子の接続方法。
3. 加熱手段が熱源ランプからの熱線を集光ミラーにより集光させ高エネルギーの光を発生させる集光ヒーターからなることを特徴とする請求項1 記載の太陽電池素子の接続方法。
4. 集光ヒーターが予熱のための熱風を供給する予熱チャンバーと、冷却のための温風を供給する冷却チャンバーとを備えたハイブリッド型集光ヒーターであることを特徴とする請求項３記載の太陽電池素子の接続方法。
5. 集光ヒーターがスポットヒーター又はラインヒーターからなることを特徴とする請求項３又は４記載の太陽電池素子の接続方法。
6. 集光ヒーターの加熱部付近に、ローラー又はソリ状の板状体からなる被加工物の押しつけ部を設けたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の太陽電池素子の接続方法。
7. 太陽電池素子とタブリード線の位置決め用押さえ部がローラー状であることを特徴とする請求項1 〜６のいずれか１項に記載の太陽電池素子の接続方法。
8. 半田付けされたタブリード線と太陽電池素子をダブルベルトにより搬送することを特徴とする請求項1 〜７のいずれか１項に記載の太陽電池素子の接続方法。
9. ダブルベルトが上側がタイミングベルト、下側が真空ベルトからなることを特徴とする請求項８記載の太陽電池素子の接続方法。
10. 表面に表面電極及び集電電極を備え、裏面に裏面電極を備えた太陽電池素子をタブリード線の半田付けにより接続する装置において、前記タブリード線の加熱手段及び冷却手段と、前記タブリード線と前記太陽電池素子を一体的に搬送するための搬送手段を備えたことを特徴とする太陽電池素子の接続装置。
11. タブリード線と太陽電池素子を一体的に搬送するための搬送手段がダブルベルトであることを特徴とする請求項１０記載の太陽電池素子の接続装置。
    

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