JP2007188932A - 太陽電池素子の接続方法及び接続装置 - 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し、極薄の素子基板を使っても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接続方法、装置を提供する。
【解決手段】半田を溶融接着させる溶着ゾーン（第Ｉ工程) においてタブリード線4 の溶融接着が終了すると、該溶着ゾーンから搬送ベルト5 を介して次の3 箇所の冷却ゾーン（第II工程) に移動し、それぞれの冷却ゾーンを通過する。冷却ゾーンそれぞれの搬送ベルト5 の上には、エアーシリンダー7 によって昇降可能で、且つ冷却プレート9 を介して所定温度に管理される押圧パッド10を有し、該押圧パッド10で溶融接着部を押圧した状態で冷却する押圧プレート8 が配設され、また下方の搬送ベルト5 に近接した位置には、電気的に温度が制御される下部冷却プレート11が配設される。
【選択図】 図４

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、表面に表面電極と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の半田を溶融接着させ、溶融接着部の半田の固化開始温度付近から室温付近にまで、該溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子を押圧した状態で冷却することを特徴と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、特に非晶系のシリコン系太陽電池や結晶系の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ている。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、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、これまで遠赤外線ランプ、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、遠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ヒーターは、半田付けの際半田を効率よく溶融するが、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とされているが、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割れ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、また、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、更に、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、破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、隣接する太陽電池素子同士をタブリード線の半田付けにより接続するに際し、まずタブリード線の半田を溶融接着させ、次いで溶融接着部の固化を開始する温度付近から室温付近にまで、溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子を押圧した状態で冷却するという接続方法を採用することによって、太陽電池素子に不要な熱ストレスが生起することを防止するものであり、これによって、該素子の割れや反りの発生を解消して太陽電池素子の歩留まりを格段に向上させ、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、表面に表面電極と集電電極を備え、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、タブリード線の半田を溶融接着させ、次いで、溶融接着部の半田の固化開始温度付近から室温付近にまで、該溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子を押圧した状態で冷却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、溶融接着部の半田の固化開始温度よりも２〜10℃低い温度から該溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子を押圧した状態で冷却す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、溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子の半田の固化開始温度から50℃以下にまで該溶融接着部を押圧した状態で冷却することを特徴とする請求項１又は２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、タブリード線の溶融接着に連動して、タブリード線が溶融接着された太陽電池素子を搬送中に溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子を押圧した状態で冷却することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載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、溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子を押圧パッドで押圧した状態で冷却する請求項１〜４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６は、押圧パッドの少なくとも溶融接着部又は該溶融接着部の押圧部が耐熱性を有する弾性素材からなる請求項５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、押圧パッドが冷却プレートを有する請求項５又は６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、溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子をダブルベルトで押圧した状態で冷却する請求項１〜４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、ダブルベルトがタイミングベルト及び／又はスチールベルトである請求項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、ダブルベルトの溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子に対する接触面が耐熱性を有する弾性素材からなる請求項８又は９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１１は、ダブルベルトが予め冷却されたものである請求項８〜１０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１２は、ダブルベルトの上部ベルトと下部ベルトが異なる温度に設定されている請求項８〜１１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１３は、ダブルベルトの下部ベルトが真空ベルトである請求項８〜１２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１４は、表面に表面電極と集電電極を備え、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であって、タブリード線の半田を溶融接着させる溶着ゾーンと、溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子を押圧する手段と冷却する手段を備えた冷却ゾーンとを具備する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。

本発明による太陽電池素子の接続方法及び接続装置は、表面に表面電極及び集電電極を備え、さらに裏面に裏面電極を備えた太陽電池素子を、タブリード線に半田付けすることにより接続するに際し、まずタブリード線の半田を溶融接着させ、次いで溶融接着部の半田の固化開始温度付近から室温付近にまで、溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子を押圧した状態で冷却することによって、太陽電池素子に生じる熱ストレスが抑制され又は緩和される結果、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驚異的に向上する。従って、太陽電池素子パネルを安価に提供することができ、緊迫するセル素子原料半導体不足に容易に対応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及び接続装置の特徴は、タブリード線を半田により太陽電池素子に接着する溶着ゾーンと、溶着された太陽電池素子を押圧した状態で冷却する冷却ゾーンとに分けたことにある。更に詳しくは、表面に表面電極と集電電極を備え、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、まずタブリード線の半田を溶融接着させ、その直後に該溶融接着部の半田の固化開始温度付近から室温付近にまで溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子を押圧した状態で冷却（以下、押圧冷却と記す場合がある）することを特徴とする。

本発明の冷却ゾーンにおいて、溶融接着部を押圧冷却するか、又は、溶融接着されたタブリード線の両端部を押圧して該溶融接着部を冷却すれば足りるが、実際には、溶融接着部を含む太陽電池素子の一部又は全部を押圧冷却する方が作業性が良く、また、割れや反りの防止が一層効果的となるので、以下、原則として、押圧冷却する対象を太陽電池素子に代表させて記載する。

本発明において、溶融接着部の半田の固化開始温度付近とは、使用される半田の固化開始温度よりも２〜10℃程度低い温度であり、より好ましくは３〜8 ℃程度低い温度である。即ち、この温度で太陽電池素子の押圧冷却を開始する。

本発明において、太陽電池素子を押圧冷却する手段としては、タブリード線の溶融接着に連動して、タブリード線が溶融接着された太陽電池素子をベルトで搬送中に押圧冷却するベルト押圧冷却方式や、溶融接着部を押圧パッドで押圧冷却するパッド押圧冷却方式が好適に採用される。この場合、押圧手段であるベルトや押圧パッドに半田が付着しないように留意する必要がある。

更に、ベルト押圧冷却方式においては、太陽電池素子の搬送精度を維持するためには、ダブルベルト押圧冷却方式が好適である。ダブルベルトはタイミングベルト、スチールベルト、又は両者の組み合わせが好適で、ダブルベルトの下部ベルトは、例えば、特許第3623651 号として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) に記載された吸着機能を有する真空ベルトが好適であり、さらに真空ベルトとしては真空スチールベルトを下部ベルトとして配設してその真空吸着機能により太陽電池素子を実質的に押圧するのが好ましい。ダブルベルトの太陽電池素子に対する接触面は、耐熱性及び弾性を有する素材、例えば、シリコーンゴム、発泡テフロン、テフロン（テフロンは登録商標）、ポリイミド系樹脂等からなるのが好ましい。また、ダブルベルトは、太陽電池素子の割れや反りを一層効果的に防止するために、例えば、素子の厚みや固有の反り方向やその大小に対応するために、上部ベルトと下部ベルトの温度を異ならしめることも可能である。

パッド押圧冷却方式においては、押圧パッドは冷却プレートと接するように配設され、その伝導熱によって所定温度に制御されると共に、太陽電池素子に接する押圧部は上記した弾性素材から形成されるのが好ましい。

なお、本発明における溶着ゾーンにおいて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、遠赤外線ランプ、近赤外線ランプ、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) 、本発明者が開発し既に特許出願済み（特願2005-246473 号、２００５年８月２６日出願) である、集光ヒーターの周囲に一体的に設けられ、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使用可能であり、特に、効率的に予熱、冷却ができるとともに、コンパクトである点でハイブリッド型集光ヒーターが好適である。ハイブリッド型集光ヒーターは、加熱部がスポット状となるスポットヒーター、ライン（線）状となるラインヒーターのいずれでもよい。

代表的な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2Aは、筐体31の内部に、一方が開放し3 次元曲面を有する集光ミラー32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33が取り付けられる。そして熱源ランプ33からの熱線は集光ミラー32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31の外周には、同心円状に形成され、且つ分割壁31K 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34と、冷却のための温風を供給する冷却チャンバー35とが設けられ、予熱チャンバー34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36が、また冷却チャンバー35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37が設けられる。さらに、予熱チャンバー34と冷却チャンバー35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38が設けられ、該整流室38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39、温風吹出口40がそれぞれ設けられる。また、集光ミラー32の開放端には集塵などから集光ミラー32や熱源ランプ33を保護するための保護ガラス41が設けられる。尚、必要に応じ、円錐壁43と予熱チャンバー34又は冷却チャンバー35との間に、断熱材や断熱空気層等の断熱層が設けられる。

そして、このハイブリッド型スポットヒーターの予熱チャンバー34には、半田の溶融温度マイナス１０〜２５０℃程度の温風が供給され、冷却チャンバー35には、半田の溶融温度マイナス１０℃〜室温程度までの温風が供給されるが、溶着のタクトタイムや、本発明の押圧冷却、即ち、溶融接着部の半田の固化開始温度付近から室温付近にまで太陽電池素子を押圧冷却する冷却ゾーンの設定温度と対応して調節される。

このハイブリッド型スポットヒーター2Aの加熱部付近に、熱伝導効率をアップするため、また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、被加工物を上から押さえるためのローラーやソリ状板状体等の押しつけ部を付設することが好ましい。

上記ハイブリッド型スポットヒーター2Aに押しつけ部としてローラーを設けた例を、図2(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2Bは、軸受台44にローラー45が軸支された押しつけ部46が、予熱チャンバー34と冷却チャンバー35とにそれぞれ固定された取付台47に締結ネジ48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46の被加工物と接するローラー45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。

また、太陽電池素子の裏面側に下部加熱手段を設けてもよく、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、これら予熱手段か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。

本発明において、従来法のように、タブリード線の溶着部分の全長に亘って一気に溶着してもよいが、本発明者が先に提案（特願２００４−２４６３１０号、２００４年８月２６日出願）したように、加熱用熱源を移動させながら接続するか、又は、同じく本発明者が先に提案（特願２００５−３５８５３０号、２００５年１２月１３日出願）したように、ワーク、即ち、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接続させる方法が、割れや反りを少なくすることができる。

即ち、従来法のようにタブ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。

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
本実施態様における太陽電池素子の接続方法の工程としては、半田を溶融接着させる溶着ゾーン（第Ｉ工程) と、この工程に続く冷却ゾーン（第II工程) から形成されるが、まず、前述の図２で示した押し付け部付きのハイブリッド型スポットヒーター（以下、単に、ハイブリッド型ヒーターと記す) を用い、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い、タブリード線の半田を溶融接着させる第Ｉ工程の溶着ゾーンについて図3(a)、(b) に基づいて説明する。

図3(a)、(b) に示したように、太陽電池素子1 として、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( 図示せず) 、裏面には裏面電極( 図示せず) 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( 図示せず) が通常２列形成される。また、太陽電池素子1 の集電電極に対応した上方には、ハイブリッド型集光ヒーター2 が２連配置され、下方側には必要に応じて下部加熱手段として予熱・ 加熱・冷却ヒーター3 が配置される。

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1 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4 が半田を溶融接着して接続される。

すなわち、溶着ゾーン（Ｉ) の搬送ベルト5 上に、太陽電池素子1 がセットされた後、2 列に形成された集電電極の上部にタブリード線4 が配設される。続いて、これら集電電極とタブリード線4 の相対位置関係を保持するために、ハイブリッド型集光ヒーター2 の押しつけ部6(46) によつてタブリード線4 の上から押さえ付けるように一時的に固定する。

この後、図3(a)に示したように、ハイブリッド型ヒーター2 に内臓された予熱チャンバー34の熱風吹出口から熱ストレスが掛からないようにするために予熱用の熱風を供給し、続いて半田を溶融させるためハイブリッド型ヒーター2 からスポット光を照射して半田を加熱溶融し、さらに溶融した半田を固化させるために冷却チャンバー35の温風吹出口から冷却用の温風を供給するという一連の単位動作を、ハイブリッド型ヒーター2 を矢示した如く循環的に移動を繰り返し、これによって半田を予熱、溶融、温風冷却、接着させながら連続的又は断続的に接続する。

次に、溶着ゾーン（第Ｉ工程) と、この工程に続く冷却ゾーン（第II工程) の全体について、図4 に基づいて説明する。なお、図4 では、半田付けされる部分に係る太陽電池素子1 をはじめ素子基板、表面電極、集電電極、裏面電極等は、全て図3 に示した要素と同一であるので、一部簡略化して図示するとともに、装置全体が横長になるため、S-S 断面で分断して上下に分けて図示している。

図4 に示したように、溶着ゾーン（第Ｉ工程) においてタブリード線4 の溶融接着が終了すると、該溶着ゾーン（第Ｉ工程) から次の冷却ゾーン（第II工程）に搬送ベルト5 を介して移動するが、この冷却ゾーン（第II工程) は3 分割されており、その分割された冷却第1 ゾーン（第II-1工程) 、冷却第2 ゾーン（第II-2工程) 及び冷却第3 ゾーン（第II-3工程) を順次通過する際の冷却温度等は、それぞれのゾーンに予め設定された所定条件に基づいて処理されるように構成されている。

そして、それぞれの搬送ベルト5 の上には、エアーシリンダー7 によって昇降可能な押圧プレート8 が配置され、該押圧プレート8 は、冷却プレート9 を介して所定温度に管理されると共に、その表面の押圧部が耐熱性の弾性素材シリコーンゴムからなる押圧パッド10を有し、該押圧パッド10で溶融接着部を含む太陽電池素子全体を押圧した状態で冷却するように形成され、また下方の搬送ベルトに近接した位置には下部冷却プレート11が配設される。なお、冷却プレート9 と下部冷却プレート11の温度制御は電気的に行われる。なお、押圧パッド10は2 〜4 程度に分割したものであっも良い。

また、押圧プレートの他の構成としては、図5 に示したように、矩形状の加圧チャンバー12が上下方向に可動するようにエアーシリンダー7 に連結され、また該加圧チャンバー12の周囲下面にシリコーン製ダイヤフラムの押圧パッド10a を張設し、加圧チャンバーに12設けた加圧冷媒出入口13からオイル、水、空気等の冷媒を入れることによって溶融接着部を含む太陽電池素子全体を押圧冷却するようにしてもよい。

また、加圧チャンバー12に入れられる冷媒の種類と温度は、ワークの大きさ、厚み、タクト時間などによって大きくことなるが、冷却第1 ゾーン（第II-1工程) 、冷却第2 ゾーン（第II-2工程) 、冷却第3 ゾーン（第II-3工程) の順に、それぞれの熱媒としてオイル、水、空気等が用いられ、また、それぞれの温度は、順次100 〜150 ℃、50〜100 ℃、20〜25℃程度が好適である。これによって、冷却第1 ゾーンではワーク温度が200 〜150 ℃位まで、冷却第2 ゾーンでは150 〜100 ℃位まで、また冷却第3 ゾーンでは100 〜50℃以下の常温付近にまで合理的に冷却される。

上記構成によれば、ワークが常温近くにまで押圧された状態で合理的に冷却されるので、溶着から冷却に至る迄の間に太陽電池素子に生じる熱ストレスは抑制され又は緩和される結果、該素子の割れや反りが防止されて太陽電池素子の歩留まりが著しく向上する。

実施態様２
本実施態様においても、全体構成を説明する前に、溶着ゾーン（第Ｉ工程) のみを先に説明する。即ち、前述したハイブリッド型ヒーター2 を用い、太陽電池素子1 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4 の半田を溶融接着させる接続方法について図6(a)、(b) に基づいて説明する。

なお、本実施態様の接続方法も、本発明者によって開発され、先に出願済み（特願2005-358530 号) のもので、加熱手段としてのハイブリッド型ヒーター2Bを実質的固定し、タブリード線と太陽電池素子（ワーク）を移動させて半田付けする形態の接続方法である。

図6(a)、(b) に示すように、太陽電池素子1 の表面に表面電極及び集電電極を備え、また裏面に裏面電極を備えた太陽電池素子1 の上下に、予め予備半田された所定長さのタブリード線4 が配設される。

続いて、タブリード線4 の先端部の真上に設置されたハイブリッド型集光ヒーター2 、及び下方のタブリード線4 の真下に設置され、温風予熱ヒーター14a 、熱風加熱ヒーター14b 及び温風冷却ノズル14c 、並びに昇降機構などから成る下部加熱装置14の電源が投入されると、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所定の接続が行われる。そして、これと略同時にワークとして接続されたタブリード線4 と太陽電池素子1 とは、図6(a)の矢印A で示した方向( 図では左から右方向) へ搬送ベルト5 によって移送され、次の冷却ゾーン（第II工程) へと移動する。

次に、前述の溶着ゾーン（第Ｉ工程) と、この工程に続く冷却ゾーン（第II工程) の全体構成について、図7 に基づいて説明する。

なお、図7 においては、図6 で既に説明したように、太陽電池素子1 はその表面・裏面に対称的に半田付けされるタブリード線4 の間に位置することが明らかなので、図面の煩雑さを避けるために半田付けされるワークの一つである太陽電池素子1 の方を省略し、タブリード線4 のみを図示している。
図7 に示すように、図6 に示した溶着ゾーン（第Ｉ工程) でタブリード線4 の溶融接着が終了すると、ワークは該溶着ゾーン（第Ｉ工程) から次の冷却ゾーン（第II工程) に搬送されるが、その搬送方式は、言わばダブルベルト15による押圧冷却方式であって、上部ベルト16と下部ベルト17の間にワークが挟着・押圧されて搬送され、同時に所定の温度条件により冷却も行われる。

即ち、この冷却ゾーン（第II工程) では、3 分割された冷却第1 ゾーン（第II-1工程) 、冷却第2 ゾーン（第II-2工程) 、冷却第3 ゾーン（第II-3工程) を、ワークが順次通過する際、前述したそれぞれの冷却温度条件で且つ押圧冷却という手法で処理される。

次に、本実施態様の冷却ゾーンをさらに詳しく説明する。図7 に示すように、各冷却ゾーンのダブルベルト15のそれぞれに近接して、加熱ヒーター（図示せず) 内臓の冷却チャンバー18を設けて形成していることを基本構成としている。

また、各冷却ゾーンの別形態としては、図8 に示すように、ダブルベルト15の上部ベルトにはスチールベルト19を、また下部ベルトには真空チャンバー20を備えた真空スチーベルト21を利用して形成したものである。ダブルベルト15の上下に設けられた各冷却チャンバー18の温度を変えることにより、ダブルベルト15の上部ベルトと下部ベルトとで異なる温度に設定することが可能であり、これらベルトを介して太陽電池素子1 、タブリード線4 などのワークに与える表面・裏面の冷却効果を変えることができ、さらに真空スチーベルト21の吸着特性によりワークの押圧安定性を一層高めることができる。

更にまた、各冷却ゾーンの他の形態として、図9 に示すように、上部のスチールベルト19側に、前述の図5 に示したような押圧プレート8 に類似したベルトプレス22を配設し、これによってワークを押圧冷却しても良い。該ベルトプレス22は、加圧チャンバー12の周囲下面にシリコン製ダイアフラムを押圧パッド10b として張設し、加圧チャンバー12に設けた加圧空気出入口23から加圧空気を入れることによって各冷却ゾーンにおける太陽電池素子を押圧パッド10b により押圧し冷却効果を増大するものである。

また、図10に示したものは、図9 と同様に、上部のスチールベルト19側に設けられるが、加圧チャンバー12には加圧冷媒が出入する二つの加圧冷媒出入口13を設け、ここから加温したり冷却したりするオイル、水、空気等の冷媒を出入させ、各冷却ゾーンにおいてワークの溶融接着部を押圧パッド10b によって押圧し冷却するものである。

前述したいずれの冷却ゾーンの形態においても、ワークの温度が常温近くになるまで押圧された状態で適正且つ合理的に冷却されるので、太陽電池素子1 に生じる熱ストレスは抑制され又は緩和され、したがって、該素子の割れや反りが防止され歩留りは一層向上する。

実施態様３
本発明に使用される加熱手段は特に制限されず、太陽電池素子とタブリード線の半田付けに使用される加熱手段は全てそのまま使用可能であることは前述したが、本実施態様ではタブリード線と太陽電池素子とを接続するための加熱手段として、これまで広く用いられてきた熱風ヒーターを用いた形態の場合を説明する。なお、本実施態様では前述の実施態様1 、2 の構成要素と異なる点を中心に説明するものとする。
本実施態様においても半田を溶融接着させる溶着ゾーン（第Ｉ工程) とこの工程に続く冷却ゾーン（第II工程) から形成されるが、まず、溶着ゾーン（第Ｉ工程) について説明する。

図11に示したように、太陽電池素子1 に形成された2 列の集電電極に対応した上方側には、複数本からなる半田溶着用熱風ヒーター24( 図では片側6 本) が、両側に2 連並行に配設され、また、該半田溶着用熱風ヒーター24の横側には予熱兼冷却用温風ノズル25( 図では片側7 本) が同様に2 連配設され、更に下方側には、2 列に半田付けされる下側タブリード線の受台を兼ね、また加熱・ 予熱するためのヒーターブロック26がそれぞれ設けられる。また、2 列に設けられた集電電極や裏面電極の間隔よりも狭い幅寸法の搬送ベルト5 がヒーターブロック26間に配設される。

上記の内容が溶着ゾーン（第Ｉ工程) における構成の主内容であり、そして本実施態様においては、太陽電池素子1 とタブリード線4 の半田付けのタイミングは、溶着される部分がタブリード線4 の溶着部分の全長に亘って一気に行われる点が、上記実施態様１、２と異なっている。尚、図中、タブリード線押え具は省略されている。

また、本実施態様の場合には搬送ベルト5 の幅が狭く形成されているので、冷却ゾーン（第II工程) に入る前に、溶着ゾーン（Ｉ) の通過直後にタブリード線4 の溶融接着部は空冷だけされて押圧されない時間的フリーな部分が発生する。したがって、この状態での固化開始を遅らせるために、過冷却防止のための保温用温風ノズル27を溶着ゾーン（第Ｉ工程) と冷却ゾーン（第II工程) の間に設ける必要がある。そして、保温用温風ノズル27の後に、実施態様1 に示したような溶融接着部を押圧パッドで押圧した状態で冷却するパッド押圧冷却方式、又は前述の実施態様2 に示したようなベルト押圧冷却方式の冷却ゾーンを接続配置すればよい。

以上のような構成によっても、ワークが常温近くに下がるまで押圧された状態で合理的に適正に冷却されるので、タブリード線と半田が塑性変形する効果によってタブリード線の収縮によって起こる素子の反りや熱ストレスの発生を防止することができる。
なお、保温用温風ノズル27の数を図では片側2 個として図示しているが、その数は必要に応じて増減でき、また、前述の実施態様1 、2 においても、必要に応じ、該保温用温風ノズル27を設けてもよいことは勿論である。

叙上のとおり、本発明の太陽電池素子の接続方法及びその装置によれば、太陽電池素子をタブリード線に半田付けすることにより接続するに際し、まずタブリード線の半田を溶融接着させ、次いで溶融接着部の固化開始温度付近から室温付近にまで、太陽電池素子を押圧した状態で冷却することによって、タブリード線を半田付けする際の熱ストレスによって起こ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する。とりわけ、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り、これによって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。

本発明に用いられるハイブリッド型スポットヒーターを示し、（ａ）は部分断面正面図、（ｂ）は同ヒーターの下面図である。 本発明に用いられる他のハイブリッド型スポットヒーターの他の例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は同ヒーターの側面図である。 （ａ）は本実施態様1 における太陽電池素子の接続方法における半田接着ゾーンを示す部分側面図、（ｂ）は同ゾーンの上面図である。 同接続方法における溶着ゾーン（第Ｉ工程) と冷却ゾーン（第II工程) を示す側面図である。 同冷却ゾーンに配置される押圧プレートの部分断面図である。 （ａ）は本実施態様2 における太陽電池素子の接続方法における半田接着ゾーンを示す部分側面図、（ｂ）は同ゾーンの上面図である。 同接続方法における溶着ゾーン（第Ｉ工程) と冷却ゾーン（第II工程) を示す側面図である。 同冷却ゾーンに真空ベルトを用いた例を示す側面図である。 同冷却ゾーンに加圧空気で作動するベルトプレスを用いた例を示す側面図である。 図９の加圧空気に代え加温・冷却兼用の加圧冷媒によって作動するベルトプレスを用いた他の例を示す側面図である。 本実施態様3 における太陽電池素子の接続方法における半田接着ゾーンを示す部分側面図である。

符号の説明

1 太陽電池素子
2 、２Ａ、１Ｂ ハイブリッド型集光ヒーター
3 予熱・加熱・冷却ヒーター
4 タブリード線
5 搬送ベルト
６ 押し付け部
7 エアーシリンダー
8 押圧プレート
9 冷却プレート
10、10a 、10b 押圧パッド
11 下部押圧プレート
12 加圧チャンバー
13 加圧冷媒出入口
14 下部加熱装置
14a 温風予熱ヒーター
14b 熱風加熱ヒーター
14c 温風冷却ノズル
15 ダブルベルト
16 上部ベルト
17 下部ベルト
18 冷却チャンバー
19 スチールベルト
20 真空チャンバー
21 真空スチールベルト
22 ベルトプレス
23 加圧空気出入口
24 半田溶着用熱風ヒーター
25 予熱兼冷却用温風ノズル
26 ヒーターブロック
27 保温用温風ノズル
31 筐体
31K 分割壁
32 集光ミラー
33 熱源ランプ
34 予熱チャンバー
35 冷却チャンバー
36 熱風接続口
37 温風接続口
38 整流室
39 熱風吹出口
40 温風吹出口
41 保護ガラス
42 焦点孔
43 円錐壁
44 軸受台
45 ローラー
46 押しつけ部
47 取付台
48 締結ネジ

Claims (14)

1. 表面に表面電極と集電電極を備え、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、タブリード線の半田を溶融接着させ、次いで、溶融接着部の半田の固化開始温度付近から室温付近にまで、該溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子を押圧した状態で冷却することを特徴とする太陽電池素子の接続方法。
2. 溶融接着部の半田の固化開始温度よりも２〜10℃低い温度から該溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子を押圧した状態で冷却す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. 溶融接着部の半田の固化開始温度から50℃以下にまで該溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子を押圧した状態で冷却することを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池素子の接続方法。
4. タブリード線の溶融接着に連動して、タブリード線が溶融接着された太陽電池素子を搬送中に溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子を押圧した状態で冷却することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載太陽電池素子の接続方法。
5. 溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子を押圧パッドで押圧した状態で冷却する請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池素子の接続方法。
6. 押圧パッドの少なくとも溶融接着部又は該溶融接着部の押圧部が耐熱性を有する弾性素材からなる請求項５記載の太陽電池素子の接続方法。
7. 押圧パッドが冷却プレートを有する請求項５又は６記載の太陽電池素子の接続方法。
8. 溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子をダブルベルトで押圧した状態で冷却する請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池素子の接続方法。
9. ダブルベルトがタイミングベルト及び／又はスチールベルトである請求項８記載の太陽電池素子の接続方法。
10. ダブルベルトの溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子に対する接触面が耐熱性を有する弾性素材からなる請求項８又は９記載の太陽電池素子の接続方法。
11. ダブルベルトが予め冷却されたものである請求項８〜１０のいずれか1 項に記載の太陽電池素子の接続方法。
12. ダブルベルトの上部ベルトと下部ベルトがで異なる温度に設定されている請求項８〜１１のいずれか1 項に記載の太陽電池素子の接続方法。
13. ダブルベルトの下部ベルトが真空ベルトである請求項８〜１２のいずれか1 項に記載の太陽電池素子の接続方法。
14. 表面に表面電極と集電電極を備え、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であって、タブリード線の半田を溶融接着させる溶着ゾーンと、溶融接着部又は該溶融接着部を含む太陽電池素子を押圧する手段と冷却する手段を備えた冷却ゾーンとを具備することを特徴とする太陽電池素子の接続装置。
    

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