JP2007201315A - 太陽電池モジュールの製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 平面状透光板の裏面に透光性接着剤で太陽電池素子を貼着後、この透光板を加熱して軟化させ、所望の形状に曲げ成形する曲面状の太陽電池モジュール製造方法では、曲面上に加工するために型が必要であると共にラミネート後再度加熱して曲面状に加工するので二回加熱するため、その工数と装置が必要となり太陽電池モジュールのコストが上昇してしまうという問題があった。
【解決手段】 少なくとも一主面が曲面形状を成す透光性基板と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面シートとが順次重なるように袋状容器内に配設する工程と、前記袋状容器を加熱するとともに前記袋状容器内を減圧し、前記透光性基板と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面シートとを一体化してなる積層体を得る工程とを備えたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【選択図】 図３

Description

本発明は、透光性基板と充填材を用いて太陽電池素子を封入する太陽電池モジュールの製造方法及びに該太陽電池モジュール製造工程で使用する太陽電池モジュール製造装置に関する。

太陽電池素子は、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製することが多い。このため太陽電池素子は物理的衝撃に弱く、また野外に太陽電池を取り付けた場合、雨などからこれを保護する必要があるため、太陽電池素子を透光性基板とエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材で封入して、太陽電池モジュールを作成することが通常行われている。

この太陽電池素子を透光性基板とＥＶＡなどで封止するラミネート装置は、ラミネーターと呼ばれている。図５は、従来のラミネート装置の構造の一例を示す断面図である。

図５において、１は上チャンバーハウジング、２は上チャンバー真空領域、３はダイヤフラムシート、４は上チャンバー用真空ポンプ、５は下チャンバーハウジング、６はヒーター盤、７は被ラミネート体（ラミネートする太陽電池モジュールの各部材）、９は下チャンバー真空領域、１０は下チャンバー用真空ポンプを示す。

これにおいて、上チャンバー１と下チャンバー５は開閉可能な構造となっており、上チャンバーハウジング１の内部には、ゴムなどから成る膨張自在なダイヤフラムシート３が設けられている。このダイヤフラムシート３と上チャンバーハウジング１に囲まれた内部の領域２は減圧できるように、チャンバーの外にある真空ポンプ４がつながっている。

下チャンバーハウジング５には、その内部９を減圧するための真空ポンプ１０がつながっており、またその内部のほぼ中央には、ヒーター盤６が配置されている。

このヒーター盤６は、例えば２ｍ×１ｍ程度の大きさでアルミニウム等の金属部材から成り、その内部にヒーター（図示せず）が配置されている。

太陽電池モジュールの製造に係るラミネート工程は、まず下チャンバーにあるヒーター盤６上に透光性基板を置き、その上にＥＶＡシート、接続を行った太陽電池素子、ＥＶＡシート、最上部に裏面シート（これらを被ラミネート体７とする）を置く。この状態で上下両チャンバーを閉じた後、下チャンバーを減圧するとともに、被ラミネート体７を加熱する。さらに上チャンバーに徐々に大気を導入することにより、被ラミネート体７を上チャンバー１のダイヤフラムシート３とヒーター盤６との間で加熱押圧してラミネートする。（特許文献１の従来の技術参照）
従来太陽電池モジュールは平板状であるため、その製造工程のラミネートは上記のようなラミネーターにより行われてきたが、例えば自動車の屋根などのような曲面に合致する曲面状の太陽電池モジュールを作製する場合は、上記のようなラミネーターで作製することは無理であった。

このため本出願人より平面状透光板の裏面に、透光性接着剤で太陽電池素子を貼着後、この透光板を加熱して軟化させ、所望の形状に曲げ成形する曲面状の太陽電池モジュール製造方法が開示されている。（特許文献２参照）
この出願に関連する先行技術文献情報としては、次のようなものがある。
特開２００４−１７９２６１号公報 特開平３−２０４９７９号公報

上述の平面状透光板の裏面に、透光性接着剤で太陽電池素子を貼着後、この透光板を加熱して軟化させ、所望の形状に曲げ成形する曲面状の太陽電池モジュール製造方法では、曲面状に加工するために型が必要であると共にラミネート後再度加熱して曲面状に加工するので二回加熱する必要があるため、その工程と装置が余計に必要となり太陽電池モジュールのコストが上昇してしまうという問題があった。

このため本発明は、簡単安価な方法で曲面状の太陽電池モジュールを製造する方法とその太陽電池モジュール製造装置を提供することにある。

上記目的に鑑み本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、少なくとも一主面が曲面形状を成す透光性基板と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面シートとが順次重なるように袋状容器内に配設する工程と、前記袋状容器を加熱するとともに前記袋状容器内を減圧し、前記透光性基板と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面シートとを一体化してなる積層体を得る工程とを備えたことを特徴とする。

さらに本発明の他の太陽電池モジュールの製造方法は、透光性フィルムと受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と少なくとも一主面が曲面形状を成す裏面基板とが順次重なるように袋状容器内に配設する工程と、前記袋状容器を加熱するとともに前記袋状容器内を減圧し、前記透光性フィルムと受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と曲面形状を成す裏面基板とを一体化してなる積層体を得る工程とを備えたことを特徴とする。

また本発明の太陽電池モジュール製造装置は、受光面側部材と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面側部材とが順次重なるように配設して減圧下にて加熱押圧するための太陽電池モジュール製造装置であって、内部に前記受光面側部材と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面側部材とを収めるための袋状容器と、該袋状容器の内部を加熱するための加熱手段と、前記袋状容器内を減圧する減圧手段とを具備したことを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法によれば、少なくとも一主面が曲面形状を成す透光性基板と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面シートとが順次重なるように袋状容器内に配設する工程と、前記袋状容器を加熱するとともに前記袋状容器内を減圧し、前記透光性基板と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面シートとを一体化してなる積層体を得る工程とを備えたことにより、気圧差により袋状容器で袋状容器内の被ラミネート体を押圧し、受光面側充填材、裏面側充填材で太陽電池素子を封止すると共に被ラミネート体の各部材を接着し一体化する。特に袋状容器に被ラミネート体を入れ減圧することにより、透光性基板の曲面形状に沿うように袋状容器が押圧することになり、型を使用せずに曲面を備えた任意の形状の透光性基板における太陽電池モジュールを簡単安価にラミネートすることが可能となる。

また本発明の他の太陽電池モジュールの製造方法によれば、透光性フィルムと受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と少なくとも一主面が曲面形状を成す裏面基板とが順次重なるように袋状容器内に配設する工程と、前記袋状容器を加熱するとともに前記袋状容器内を減圧し、前記透光性フィルムと受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と曲面形状を成す裏面基板とを一体化してなる積層体を得る工程とを備えたことにより、裏面基板の曲面形状に沿うように袋状容器が押圧することになり、型を使用せずに曲面を備えた任意の形状の裏面基板における太陽電池モジュールを簡単安価にラミネートすることが可能となる。

さらに本発明の他の太陽電池モジュール製造装置によれば、受光面側部材と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面側部材とが順次重なるように配設して減圧下にて加熱押圧するための太陽電池モジュール製造装置であって、内部に前記受光面側部材と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面側部材とを収めるための袋状容器と、該袋状容器の内部を加熱するための加熱手段と、前記袋状容器内を減圧する減圧手段とを具備したことにより、気圧差により袋状容器で袋状容器内の被ラミネート体を押圧し、受光面側充填材、裏面側充填材で太陽電池素子を封止すると共に被ラミネート体の各部材を接着し一体化する。特に袋状容器に被ラミネート体を入れ減圧することにより、受光面側部材又は裏面側部材の形状に沿うように袋状容器が押圧することになり、型を使用せずに曲面を備えた任意の形状の受光面側部材又は裏面側部材における太陽電池モジュールを簡単安価にラミネートすることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図を用い説明する。

図１は本発明に係る曲面を持つ透光性基板を用いて作製された太陽電池モジュールの外観の一例を示す斜視図である。さらに図２は、本発明に係る太陽電池モジュールの構造の一例を示す図である。

図１、図２において、１１は透光性基板、１２は太陽電池素子、１３は接続タブ、１４は受光面側充填材、１５は裏面側充填材、１６は裏面シートを示す。

図１に示すように本発明に係る太陽電池モジュールは曲面を持つ透光性基板１１を用いることにより、曲面状の太陽電池モジュールであることを特徴とする。

この透光性基板１１は、ガラスやポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂などからなる基板が用いられる。ガラスについては、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが使用される。他方、ポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。さらにこの透光性基板１１は、軟化点以上の温度に加熱しながら型押し加工することや削り出しなどの機械加工などにより所定の曲面形状に作製されている。

太陽電池素子１２は、厚み０．１〜０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などから成る。この太陽電池素子１２内には不純物を熱拡散することなどによりＮ型領域とＰ型領域が作製され、その界面部分で半導体接合が形成される。さらに太陽電池素子の受光面側には、例えば窒化シリコン膜などから成る反射防止膜がプラズマＣＶＤ法などで形成される。また太陽電池素子の表面、裏面には電極が、例えば銀などを含む導電ペーストをスクリーン印刷して形成され、さらに電極全体をハンダで被覆することにより形成される。

接続タブ１３は、厚みが０．１〜１．０ｍｍ程度で、またその幅は太陽電池素子１２の受光面に接続タブ１３自身により影を作らないように、太陽電池素子１２の電極２１の幅と同じかそれ以下にする。さらに接続タブ１３の長さは、その電極のほぼ全てに重なり、さらに所定の太陽電池素子間の間隔と隣り合う太陽電池素子の裏面側電極に重なり接続できる長さにする。例えば幅７５ｍｍの多結晶シリコン基板を有する太陽電池素子を使用する場合、接続タブ１３の幅は１〜３ｍｍ程度、その長さは１３０〜１５０ｍｍ程度である。接続タブ１３が太陽電池素子１２の電極のほぼ全てに重なるようにするのは、その電気抵抗成分を少なくするためである。またこの接続タブ１３の材質は、銀、銅、アルミニウム、鉄などの良導電性の金属材料からなり、その導電性やハンダコートのしやすさなどを考慮して、銅箔材が好適である。また接続タブ１３は、太陽電池素子１２の電極へハンダ付けし易いようにその全面にハンダコートされる。これは銅箔などをハンダ槽にディピングすることやメッキすることにより、片面２０〜７０ミクロン程度のハンダを被覆することにより行われる。

太陽電池モジュール作製時には太陽電池素子１２の電極と接続タブ１３をハンダ付けにて接続することにより、太陽電池モジュールから所定の電気出力が発生する様に複数の太陽電池素子を直並列につなぐ。

受光面側充填材１４、裏面側充填材１５は、上述のようにＥＶＡやポリビニルブチラール（ＰＶＢ）から成り、押し出し機などにより厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状に成形されたものが用いられる。これらはラミネート装置により減圧下にて加熱加圧を行うことで、軟化、融着して他の部材と一体化する。このＥＶＡやＰＶＢは、酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させることがあるが、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法における受光面側充填材１４においては、着色させると太陽電池素子１２に入射する光量が減少し、発電効率が低下するため透明とする。

また、裏面側充填材１５に用いるＥＶＡやＰＶＢは透明でも構わないし、太陽電池モジュールの設置される周囲の設置環境に合わせ酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させても構わない。

裏面シート１６は水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着しポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。

図３は本発明に係るラミネート方法の一例を示す断面図である。

図３において２０は被ラミネート体、２１は袋状容器、２２と２３はそれぞれ加熱手段である加熱炉、熱風発生器を示し、２４と２５はそれぞれ減圧手段である真空ポンプ、排気管を示し、２６は袋状容器の口部分を示す。

被ラミネート体２０は上記のように曲面状の透光性基板１１の上に受光面側充填材１４、接続タブ１３で接続した太陽電池素子１２、裏面側充填材１５、裏面シート１６をこの順で載置したものである。

袋状容器２１は厚さ０．３〜２．０ｍｍ程度のシリコンゴムやフッ素ゴム、シリコンフッ素ゴムなどの弾性体フィルムを袋状に成形したものから成り、その大きさは被ラミネート体２０が完全にその内部に収納できるもの程度のである。

加熱炉２２は、ステンレスなどの金属で作製された密閉構造の箱状で、その内部には熱風発生器２３が繋がっており、１００〜２００℃程度に加熱できるようになっている。

真空ポンプ２４は袋状容器２１の内部を減圧するもので、ロータリーポンプやメカニカルブースターポンプなどが用いられる。

排気管２５は、真空ポンプ２４と袋状容器２１の内部をつなぐもので、減圧による袋状容器２１の変形に追従できるようにやや長めのテフロン（登録商標）パイプなどが用いられる。排気管２５の一端は真空ポンプ２４に繋がり、他端は加熱炉２２内部の袋状容器２１に繋がれている。

本発明に係る太陽電池モジュールのラミネートは、次のように行われる。

まず袋状容器２１の内部に被ラミネート体２０を収納して、これらを加熱炉の内部に配置する。すなわち、少なくとも一主面が曲面形状を成す透光性基板と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面シートとが順次重なるように袋状容器内に次配設する工程である。

その後袋状容器２１の口部分２６に排気管２５を繋ぎ、ゴム又はテープなどで空気の漏れが無いように袋状容器の口部分２６を縛り、固定し、加熱炉２２の扉を閉める。

その後熱風発生器２３から加熱炉２２の内部に熱風を送り、被ラミネート体２０を１３０〜２００℃程度に加熱し、この温度で２〜１０分程保持する。その後真空ポンプ２４を稼働させて、袋状容器２１の内部を１〜１０００ｐａ程度に減圧し、２〜１０分程度保持する。すなわち、前記袋状容器を加熱するとともに前記袋状容器内を減圧し、前記透光性基板と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面シートとを一体化してなる積層体を得る工程となる。

その後真空ポンプ２４を止めて減圧を解除すると共に加熱を止め、袋状容器の口部分２６の固定を解除して、被ラミネート体２０を取り出す。

これにより上述の受光面側充填材１４、裏面側充填材１５が軟化し太陽電池素子１２を封止すると共に、袋状容器２１の内部を減圧したことにより気圧差により袋状容器２１で被ラミネート体２０を押圧し、被ラミネート体２０の各部材を接着し一体化する。特に本発明に係るラミネート方法では、袋状容器２１に被ラミネート体２０を入れ減圧することにより、透光性基板１１の曲面形状に沿うように袋状容器２１が押圧することになり、型を使用せずに曲面を備えた任意の形状の被ラミネート体を簡単安価な方法でラミネートすることが可能となる。

図４は本発明に係る別の太陽電池モジュールの構造の一例を示す断面図である。

図４において符号１２、１３は図２と同様に、１２は太陽電池素子、１３は接続タブを示し、さらに３０は透光性フィルム、３１は受光面側充填材、３２は裏面側充填材、３４は裏面側基板を示す。

透光性フィルム３０は、厚さ０．０５〜０．３ｍｍ程度の透明なフッ素系フィルムやＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、ポリカーボネ―トフィルムなどが用いられる。

受光面側充填材３１、裏面側充填材３２は、上述のようにＥＶＡやＰＶＢなどをシート状に成形したものである。

裏面側基板３４は、厚さ０．５〜３ｍｍ程度のアルミニウムやステンレスなどの金属又はガラスエポキシやポリカーボネートなどの樹脂などで作製された曲面を持つ板状のものである。

これらの部材を裏面側基板３４、裏面側充填材３２、接続タブ１３で電気的に接続した太陽電池素子１２、受光面側充填材３１、透光性フィルム３０の順に重畳して、上記のように本発明に係るラミネート装置でラミネートする。

これにより上述の受光面側充填材３１、裏面側充填材３２が軟化し太陽電池素子１２を封止すると共に、裏面側基板３４の曲面形状に沿うように袋状容器１１が押圧することになり、曲面を備えた任意の形状の太陽電池モジュールを簡単安価な方法でラミネートすることが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加えることができる。例えば太陽電池素子は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系などでも透光性基板の裏面に太陽電池素子を配置し、充填材をラミネートして太陽電池素子を封入する太陽電池モジュールであれば適用される。

本発明に係る曲面を持つ透光性基板を用いて作製された太陽電池モジュールの外観の一例を示す斜視図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの構造の一例を示す図である。 本発明に係るラミネート方法の一例を示す断面図である。 本発明に係るまた別の太陽電池モジュールの構造の一例を示す断面図である。 従来のラミネート装置の構造の一例を示す断面図である。

符号の説明

１；上チャンバーハウジング
２；上チャンバー真空領域
３；ダイヤフラムシート
４；上チャンバー用真空ポンプ
５；下チャンバーハウジング
６；ヒーター盤
７、２０；被ラミネート体
９；下チャンバー真空領域
１０；下チャンバー用真空ポンプ
１１；透光性基板
１２；太陽電池素子
１３；接続タブ
１４、３１；受光面側充填材
１５、３２；裏面側充填材
１６；裏面シート
２１；袋状容器
２２；加熱炉
２３；熱風発生器
２４；真空ポンプ
２５；排気管
２６；袋状容器の口部分
３０；透光性シート
３４；裏面側基板

Claims (3)

1. 少なくとも一主面が曲面形状を成す透光性基板と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面シートとが順次重なるように袋状容器内に配設する工程と、前記袋状容器を加熱するとともに前記袋状容器内を減圧し、前記透光性基板と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面シートとを一体化してなる積層体を得る工程とを備えたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
2. 透光性フィルムと受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と少なくとも一主面が曲面形状を成す裏面基板とが順次重なるように袋状容器内に配設する工程と、前記袋状容器を加熱するとともに前記袋状容器内を減圧し、前記透光性フィルムと受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と曲面形状を成す裏面基板とを一体化してなる積層体を得る工程とを備えたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
3. 受光面側部材と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面側部材とが順次重なるように配設して減圧下にて加熱押圧するための太陽電池モジュール製造装置であって、内部に前記受光面側部材と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面側部材とを収めるための袋状容器と、該袋状容器の内部を加熱するための加熱手段と、前記袋状容器内を減圧する減圧手段とを具備したことを特徴とする太陽電池モジュール製造装置。

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