JP2011187540A - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液状の封止接着剤用合成樹脂を用いる場合でも、太陽電池セルを容易に且つ精度良く配置す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。
【解決手段】太陽電池モジュールの製造方法では、液状の下層紫外線硬化樹脂３Ａをバックリフレクタ６上に投入して硬化させて下層封止材層３を形成し、下層封止材層３上に複数の太陽電池セル４を配置した後に上層紫外線硬化樹脂２Ａを投入して、上層封止材層２を形成する共にこの上層封止材層２にて太陽電池セル４を封止している。このように、液状の封止接着剤用合成樹脂である上層紫外線硬化樹脂２Ａ及び下層紫外線硬化樹脂３Ａを用いる場合であっても、液状の下層紫外線硬化樹脂３Ａを硬化させて下層封止材層３を形成した後に太陽電池セル４を配置するため、太陽電池セル４を容易に配置でき、アライメント精度を確保することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、集光型の太陽電池モジュールの製造方法に関する。

従来の太陽電池モジュールとして、太陽電池セルが封止された封止材層を備え、封止材層に設けられた光入射面の反対側に、光入射面から入射した光を反射する集光素子が設けられたものがある。この太陽電池モジュールにおける太陽電池セルは、光を透過する封止接着剤用合成樹脂によって互いに接着されており、封止接着用合成樹脂としては、従来、例えば熱可塑性樹脂が用いられていた。そして、太陽電池モジュールを製造する際には、熱可塑化前の熱可塑性樹脂に太陽電池セルを配置すると共に熱可塑性樹脂の裏面に反射シートを配置し、熱可塑性樹脂を熱可塑化していた。しかしながら、熱可塑性樹脂を用いた場合には、たとえば真空ダイヤフラム式ラミネータ機によって熱可塑化する工程や、熱可塑化した後の冷却が必要となるため、太陽電池モジュールを製造する際におけるタイムタクトが長くなり、太陽電池モジュールの製造効率が低くなるといった問題がある。

この点に関して、例えば特許文献１に記載の太陽電池モジュールの製造方法では、封止接着用合成樹脂として紫外線熱硬化樹脂を用いている。紫外線硬化樹脂は、常温付近温度での成型が可能であり、且つ硬化時間が数分程度と短いため、封止接着剤用合成樹脂として用いることは、太陽電池モジュールを製造する際のタクトタイムの大幅な短縮に有効である。

特開２００９−２８３２２８号公報

ところで、通常、紫外線硬化樹脂は、常温において液状をなしている。したがって、従来の熱可塑性樹脂のように、封止接着剤用合成樹脂上に太陽電池セルを配置することは容易ではなく、アライメント精度の制御を行うことが困難である。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、液状の封止接着剤用合成樹脂を用いる場合でも、太陽電池セルを容易に且つ精度良く配置す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。

上記課題を解決するために、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、第１封止材からなり太陽電池セルが封止された第１封止材層と、第２封止材からなり集光素子が設けられた第２封止材層とから構成される封止材層を備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、集光素子の表面に硬化しないない液状の第２封止材を投入し、第２封止材を硬化させて第２封止材層を形成する下地形成工程と、硬化した第２封止材層上に太陽電池セルを配置した後に硬化していない液状の第１封止材を投入し、第１封止材を硬化させて第１封止材層を形成すると共に太陽電池セルを封止する太陽電池セル封止工程とを含むことを特徴とする。

この太陽電池モジュールの製造方法では、液状の第２封止材を集光素子上に投入して硬化させて第２封止材層を形成し、この第２封止材層上に太陽電池セルを配置した後に液状の第１封止材を投入して、第１封止材層を形成すると共にこの第１封止材層にて太陽電池セルを封止している。このように、常温において液状の封止接着剤用合成樹脂である第１及び第２封止材を用いる場合であっても、液状の第２封止部材を硬化させて第２封止材を形成した後に太陽電池セルを配置するため、太陽電池セルを容易に配置でき、アライメント精度を確保することができる。このように、本発明の太陽電池モジュールの製造方法では、液状の封止接着剤用合成樹脂を用いる場合でも、太陽電池セルを容易に且つ精度良く配置することができる。

また、第１封止材は、第１紫外線硬化樹脂であり、第２封止材は、第２紫外線硬化樹脂であり、第１紫外線硬化樹脂及び第２紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させて第１封止材層及び第２封止材層を形成することが好ましい。紫外線硬化樹脂の硬化時間は、数分程度であり、熱可塑性樹脂に比べて非常に短い。したがって、紫外線樹脂により第１及び第２封止材層を形成することで、太陽電池モジュールを製造する際のタクトタイムを短縮することができる。

本発明によれば、液状の封止接着剤用合成樹脂を用いる場合でも、太陽電池セルを容易に且つ精度良く配置することができる。

本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法により製造された太陽電池モジュールの側断面図である。 バックリフレクタの階層構造を示す要部拡大斜視図である。 太陽電池モジュールの製造方法の工程図である。 太陽電池モジュールの製造方法の工程図である。 太陽電池モジュールの製造ラインを示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は、実際のものと異なることがある。

図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法により製造された太陽電池モジュールの側断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法で製造される太陽電池モジュールＭは、集光型モジュールであり、封止材層１を備えている。封止材層１は、第１封止材層である上層封止材層２及び第２封止材層である下層封止材層３を有しており、上層封止材層２は、下層封止材層３の上に積層されている。

また、上層封止材層２には、複数の太陽電池セル４が封入されている。この太陽電池セル４は、その受光面が封止材層１の表面に平行となるように配置されている。これらの複数の太陽電池セル４は、セルストリングス５によって電気的に直列に接続されている。また、複数の太陽電池セル４は、封止材層１の表面に沿う方向に互いに離間して配置されている。また、セルストリングス５も上層封止材層２に封入されている。

また、封止材層１の表面は、光が入射する光入射面とされており、封止材層１の裏面は、光反射面とされている。このうち、光入射面は平面状とされており、反射面は凹凸形状とされている。この反射面は、太陽電池セル４と平行でない部分が存在し、光入射面から入射した光が反射して太陽電池セル４に到達する形状とされている。

上層封止材層２及び下層封止材層３は、いずれも紫外線硬化樹脂で構成されている。また、これら上層封止材層２及び下層封止材層３は、いずれも太陽光等の光を透過する透明性を有するアクリル系硬化樹脂によって構成されている。

また、封止材層１の裏面には、集光素子であるバックリフレクタ６が設けられている。バックリフレクタ６としては、たとえば、図２（ａ）に示すように、金属や樹脂基板に高反射部材が蒸着された反射板を用いることができる。図２（ａ）に示すバックリフレクタ６Ａは、８つの層によって構成されている。そのうち、封止材層１にもっとも近い位置に配置される層がＥＶＡフィルム層６１である。ＥＶＡフィルム層６１の下層としてアクリル系接着層６２が形成され、その下層にＰＥＴ層６３が形成されている。このＰＥＴ層６３には、紫外線吸収剤が含有されている。

また、ＰＥＴ層６３の下層にはＡＣ層６４が形成され、その下層にはＡｇ蒸着層６５が形成されている。Ａｇ蒸着層６５の下層にはＴＯＰコート層６６が形成され、その下層に接着層６７が形成されている。そして、接着層６７の下層にＳＵＳ基板層６８が形成されている。ＳＵＳ基板層６８は、たとえばＳＵＳ４３０のステンレス鋼板で形成されている。あるいは、ＳＵＳ基板層６８に代えて、ＰＥＴ基板層を形成することもできる。

また、バックリフレクタ６として、図２（ｂ）に示すアルミ基板を用いたバックリフレクタ６Ｂを用いることもできる。図２（ｂ）に示すバックリフレクタ６は、３つの層によって構成されている。そのうち、封止材層１にもっとも近い位置に配置される層がＥＶＡフィルム層６１である。ＥＶＡフィルム層６１の下層としてアクリル系接着層６２が形成され、その下層にアルミ基板層６９が形成されている。アルミ基板層６９は、その両面がアルマイト処理されている。

さらに、上層封止材層２の上層には、保護層としてのガラス材層７が形成されている。ガラス材層７は、封止材層１の表面を保護している。保護層としては、封止材層１を保護するとともに、太陽光および紫外線を透過する透明の部材が用いられる。このため、ガラス材のほか、透明樹脂なども好適に用いることができる。

この太陽電池モジュールＭは、アクリル系不飽和結合のラジカル重合反応による硬化を伴う成型方法によって成型される。ここでのラジカル重合反応を下記の化学式に示す。

また、ラジカル重合反応に用いられるラジカル硬化型アクリレートとしては、たとえば下記の化学式で示されるものを例示することができる。

ここで、紫外線硬化による成型方法とは、２００〜４００ｎｍの波長を持つ紫外線をプレポリマー（紫外線硬化樹脂の主成分）・モノマー（樹脂の粘性調整をする反応希釈剤）・光重合開始剤（紫外線を照射する光重合反応を開始する化合物）・添加剤（充填剤、着色剤、チクソ剤）からなる紫外線硬化樹脂に照射し、短時間（数秒〜数１０秒）で硬化させる成型方法である。また、本実施形態において紫外線硬化を行う際の光開始剤としては、ベンゾイルアルキルエーテル、ベンゾフェノン、アセトフェノンなどを用いることができる。

次に、本実施形態に係る太陽電池モジュールＭの製造方法について説明する。図３及び図４は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法の製造工程を示す工程図であり、図５は、太陽電池モジュールの製造ラインを示す図である。図５に示すように、太陽電池モジュールＭは、ベルトコンベアＢによるモジュール製造ライン１０により連続的に製造される。図３及び図４に示すように、太陽電池モジュールＭを製造する際には、モジュール成型用治具Ｊが用いられる。モジュール成型用治具Ｊは、太陽電池モジュールを成型するための型を備えており、モジュール成型用治具Ｊにおける型の底面は、太陽電池モジュールの反射面に形成する凹凸形状を付与するための凹凸（山形）形状とされている。モジュール成型用治具Ｊは、ベルトコンベアＢにより搬送されて各工程を経る。

さらに、太陽電池モジュールＭの製造工程においては、紫外線光源Ｆ１，Ｆ２が用いられる。紫外線光源Ｆ１，Ｆ２は、図５に示す第１コンベア式ＵＶ照射装置Ｓ１及び第２コンベア式ＵＶ照射装置Ｓ２内に設けられており、第１コンベア式ＵＶ照射装置Ｓ１及び第２コンベア式ＵＶ照射装置Ｓ２は、モジュール製造ライン１０において所定位置にそれぞれ設置されている。紫外線光源Ｆ１，Ｆ２は、モジュール成型用治具Ｊにおける型の内側に収容される硬化前の封止部材等に紫外線を照射する。紫外線光源Ｆ１，Ｆ２としては、たとえばメタルハライトランプや高圧水銀灯ランプを用いることができる。

図３（ａ）に示すように、まずモジュール成型用治具Ｊにおける型の底面に、バックリフレクタ６を配置する。このとき、バックリフレクタ６は、モジュール成型用治具Ｊにおける型の底面に沿った凹凸形状とされている。

次に、図３（ｂ）に示すように、下地形成工程として、バックリフレクタ６の上層に液状の第２紫外線硬化樹脂（第２封止材）である下層紫外線硬化樹脂３Ａをキャストする。この状態で、図３（ｃ）に示すように、第１コンベア式ＵＶ照射装置Ｓ１における紫外線光源Ｆ１において、モジュール成型用治具Ｊの上方から、キャストされた下層紫外線硬化樹脂３Ａに紫外線を照射する。このとき、紫外線を照射する際の紫外線強度は、５０００ｍＪ／ｃｍ^２であり、照射時間は１分とする。また、第１コンベア式ＵＶ照射装置Ｓ１内の温度は常温とする。下層紫外線硬化樹脂３Ａは、紫外線が照射されることによって硬化し、下層封止材層３となる。これにより、プリフォーム（下地）が作製される。

下層封止材層３を形成したら、図４（ａ）に示すように、下層封止材層３上に複数の太陽電池セル４を配置する。この複数の太陽電池セル４は、それぞれセルストリングス５で接続される。このとき、下層封止材層３は硬化しているため、太陽電池セル４の配置を容易に行うことができる。そして、太陽電池セル封止工程として、下層封止材層３の上に液状の第１紫外線硬化樹脂（第１封止材）である上層紫外線硬化樹脂２Ａをキャストする。さらに、上層紫外線硬化樹脂２Ａの上方にガラス材層７を形成する。

その後、図４（ｂ）に示すように、第２コンベア式ＵＶ照射装置Ｓ２における紫外線光源Ｆ２において、モジュール成型用治具Ｊの上方から、キャストされた上層紫外線硬化樹脂２Ａに紫外線を照射する。このとき、紫外線を照射する際の紫外線強度は、８０００ｍＪ／ｃｍ^２であり、照射時間は、５分とする。なお、第２コンベア式ＵＶ照射装置Ｓ２内の温度は常温とする。上層紫外線硬化樹脂２Ａは、紫外線が照射されることによって硬化し、上層封止材層２となる。これにより、太陽電池セル４が上層封止材層２内に封入（封止）される。

ここで、紫外線光源Ｆ２によってモジュール成型用治具Ｊの上方から紫外線を照射すると、太陽電池セル４が紫外線を遮り、太陽電池セル４の裏側における紫外線硬化樹脂に紫外線が届かないこととなる。このとき、封止材層１の下面が平面である場合、紫外線が封止材層１の反射面に設けられたバックリフレクタ６に反射したとしても、太陽電池セル４の裏側における紫外線硬化樹脂には届かない。したがって、モジュール成型用治具Ｊの上方から紫外線光源Ｆ２によって紫外線を照射したとしても、紫外線硬化樹脂を全体的に硬化させることが難しくなる。

この点、本実施形態では、封止材層１の反射面および反射面に設けられたバックリフレクタ６は、光入射面から入射した光が反射して太陽電池セル４に到達する凹凸形状とされている。このため、モジュール成型用治具Ｊの上方から紫外線光源Ｆ２によって紫外線を照射した際に、バックリフレクタ６に反射した紫外線が太陽電池セル４の裏側における紫外線硬化樹脂に到達する。したがって、モジュール成型用治具Ｊの上方から紫外線光源Ｆ２によって紫外線を照射しただけで、上層紫外線硬化樹脂２Ａを好適に硬化させることができる。

こうして、上層紫外線硬化樹脂２Ａを硬化させることにより、上層封止材層２が形成される。ここで、上層紫外線硬化樹脂２Ａを硬化させる際に、上層封止材層２に対して下層封止材層３およびガラス材層７が固定される。上記の工程を経ることにより、ガラス材層７、上層封止材層２、下層封止材層３及びバックリフレクタ６が一体化される。

上層紫外線硬化樹脂２Ａが硬化することによって上層封止材層２が形成されたら、太陽電池モジュールＭが出来上がる。その後、モジュール成型用治具Ｊから太陽電池モジュールＭを取り出す。こうして、図１に示す太陽電池モジュールＭが完成する。

従来、太陽電池モジュールの封止材層として用いられるＥＶＡ（Ethylene VinylAcetate copolymer：エチレンビニルアセテート）樹脂は、熱可塑性樹脂であるため、モジュール成型するためには、ＥＶＡ樹脂の溶融温度（８５℃〜）以上の熱を加え、樹脂を溶融状態とした上でラミネータ機のダイヤフラムでプレスして所望する形状とする必要がある。ＥＶＡ樹脂の十分な架橋率（８５％〜）を得るためには、ラミネータ機内でのプレス状態を４０分程度保持する必要があった。そこで、太陽電池モジュールの封止材層として、硬化時間が数分程度の紫外線硬化樹脂が用いられている。しがしながら、紫外線硬化樹脂は、ＥＶＡ樹脂とは異なり架橋重合前は液状であるため、セルストリングスのアライメント精度を確保しつつ太陽電池セルを配置するためには、その状態を最適なものとする必要がある。

そこで、本実施形態に係る太陽電池モジュールＭの製造方法では、液状の下層紫外線硬化樹脂３Ａをバックリフレクタ６上に投入して硬化させて下層封止材層３を形成し、この下層封止材層３上に複数の太陽電池セル４を配置した後に上層紫外線硬化樹脂２Ａを投入して、上層封止材層２を形成すると共にこの上層封止材層２にて太陽電池セル４を封止している。このように、常温において液状の封止接着剤用合成樹脂である上層紫外線硬化樹脂２Ａ及び下層紫外線硬化樹脂３Ａを用いる場合であっても、液状の下層紫外線硬化樹脂３Ａを硬化させて下層封止材層３を形成した後に太陽電池セル４を配置するため、太陽電池セル４を容易に配置でき、アライメント精度を確保することができる。このように、本発明の太陽電池モジュールの製造方法では、液状の封止接着剤用合成樹脂を用いる場合でも、太陽電池セル４を容易に且つ精度良く配置することができる。

また、封止材層１として上層及び下層紫外線硬化樹脂２Ａ，２Ｂを用いているため、従来必要であった大型のラミネータ装置やキュア炉が不要となると共に、封止材層１を形成する時間を短縮することができる。これにより、太陽電池モジュールＭを製造する際のタクトタイムを短縮することができる。したがって、太陽電池モジュールＭを効率的に製造することができる。

また、上層及び下層紫外線硬化樹脂２Ａ，２Ｂを硬化させる際には、たとえば常温常圧下で紫外線硬化樹脂に紫外線を照射すればよく、熱可塑性樹脂のようにバッチ式装置の真空ラミネータ機により真空下に晒す必要がない。このため、紫外線照射を行うためのラインを製造して連続的に紫外線硬化を行うことができるので、効率的な製造とともに、量産にも適した製造方法となる。

また、上層及び下層紫外線硬化樹脂２Ａ，２Ｂは常温付近の温度で硬化するので、上層及び下層紫外線硬化樹脂２Ａ，２Ｂを硬化させるために高温下に晒す必要がない。このため、太陽電池セル４やバックリフレクタ６に対する熱ダメージを与えないようにすることができる。したがって、その分、高品質の太陽電池モジュールＭを製造することができる。

さらに、上層及び下層紫外線硬化樹脂２Ａ，２Ｂを硬化させる際には、紫外線を照射するのみである。このため、たとえばＥＶＡ樹脂のような熱可塑性樹脂を硬化させる場合のように、有毒ガスや二酸化炭素の排出をなくし、あるいは非常に少なくすることができる。したがって、太陽電池モジュールＭを製造するにあたり、環境保全に優れたクリーンなものとすることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、集光部材の形状を凹凸形状としているが、他の形状とすることもできる。たとえば、波型とすることもできるし、光入射面に対して傾斜する斜面となる形状とすることもできる。

さらには、たとえばパラボラ形状やパラボラ形状に近い形状とすることもできる。また、上記実施形態では、バックリフレクタ６は、全体的に略均一の厚さとされ、全体的な形状が凹凸形状とされているが、封止材層１側の形状のみが光入射面から入射した光が太陽電池セルに到達する形状とされている態様とすることもできる。

また、上記実施形態では、集光部材としてバックリフレクタ６を用いており、下層封止材層３を硬化させる際に下層封止材層３にバックリフレクタ６を固定する態様としているが、他の態様で集光部材を設けることもできる。たとえば、集光部材を形成することなく紫外線硬化樹脂を硬化させて封止材層１を形成し、その裏面に集光部材を蒸着させるなどの方法によって製造することもできる。

この場合、紫外線をモジュール成型用治具の上方から照射して上層封止材層を硬化させるときに、太陽電池セル４の裏側の紫外線硬化樹脂に紫外線が到達しないことが考えられる。そこで、この場合には、モジュール成型用治具の裏面に反射部材を設けておくことができる。モジュール成型用治具の裏面に反射部材を設けておくことにより、太陽電池セル４の裏側の紫外線硬化樹脂に対しても紫外線を到達させることができる。

また、封止材層１を形成した後に集光部材を封止材層１の裏面に設ける場合、モジュール成型用治具として光透過性を有する透明の治具を用いることにより、封止材層１の上下方向から紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させることができる。この場合、モジュール成型用治具の上方のみから紫外線を照射する場合と比較して、より効率的に太陽電池モジュールＭを製造することができる。

１…封止材層、２…上層封止材層（第１封止材層）、２Ａ…上層紫外線硬化樹脂（第１封止材、第１紫外線硬化樹脂）、３…下層封止材層（第２封止材層）、３Ａ…下層紫外線硬化樹脂（第２封止材、第２紫外線硬化樹脂）、４…太陽電池セル、６…バックリフレクタ（集光素子）、Ｍ…太陽電池モジュール。

Claims (2)

1. 第１封止材からなり太陽電池セルが封止された第１封止材層と、第２封止材からなり集光素子が設けられた第２封止材層とから構成される封止材層を備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記集光素子の表面に硬化していない液状の前記第２封止材を投入し、当該第２封止材を硬化させて前記第２封止材層を形成する下地形成工程と、
   硬化した前記第２封止材層上に前記太陽電池セルを配置した後に硬化していない液状の前記第１封止材を投入し、当該第１封止材を硬化させて前記第１封止材層を形成すると共に前記太陽電池セルを封止する太陽電池セル封止工程とを含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
2. 前記第１封止材は、第１紫外線硬化樹脂であり、
   前記第２封止材は、第２紫外線硬化樹脂であり、
   前記第１紫外線硬化樹脂及び前記第２紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させて前記第１封止材層及び前記第２封止材層を形成する請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。

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