JP2012049264A - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い収縮性を持つ樹脂を充填材シートとして使用する場合でも、ラミネート加工中にモジュール内に空洞を発生させない太陽電池モジュールの製造方法を得ること。
【解決手段】ガラス基板１とバックシート４との間に太陽電池が封止された太陽電池モジュールの製造方法であって、太陽電池を備えた発電層２が形成されたガラス基板１上に熱可塑性樹脂を有する充填材シート３とバックシート４とを重ねる積層工程と、積層工程において形成された被加工物１０を加熱し、充填材シート３を溶融させて太陽電池をガラス基板１とバックシート４との間で封止する加熱工程とを有し、積層工程においては、充填材シート３を、充填材シート３の周縁部の少なくとも対向する二辺において仮止めしてガラス基板１に重ねる。
【選択図】図１−１

Description

本発明は、ラミネート装置で裏面保護部材を接着する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を製造するためのラミネート装置として、例えば、特許文献１に開示される発明がある。特許文献１に開示されるラミネート装置は、上下にチャンバを持ち、上チャンバには下方へ膨脹自在なダイヤフラムを有し、下チャンバは内部に発熱板を有している。

従来の太陽電池モジュールを製造するためのラミネート装置では、上部のダイヤフラムと下部の発熱板との間に太陽電池モジュールを入れ、被加工物（例えばバックシートとガラス基板との間に挟んだ充填材シート（ＥＶＡ：エチレンビニルアセテート）樹脂）を真空下で加熱し圧接することでモジュールを作成している。

また、一般的に、接着に用いられる樹脂は、充填材シートとしてシート状に加工され、そのサイズがガラスサイズよりも数ｍｍ程度大きく形成される。これは、ラミネート加工される太陽電池モジュール端部付近でのシール性を確保するためである。

特許第３６５５０７６号公報

充填材シートとなる樹脂を薄いシート状に引き延ばす加工が必要であり、この工程で充填材シートの樹脂に歪みが入る。そのため、ラミネート加工の際に温度を上昇させると、充填材シートはシート製造時に延伸された方向に大きく収縮することになり、ラミネート後のモジュール内に空洞ができることがある。これは、一般的に樹脂を加熱し溶融させると界面自由エネルギーが最小となる形（表面積が最小となる形）である球体に近づこうと変形するためである。特に薄膜系の発電層を用いる場合は、セルの厚みと配線が薄いために、充填材シートにも薄いものを用いる必要があり、充填材シートの収縮が顕著となる。

ラミネート装置で充填材シートを加熱したとき、樹脂は縮もうとする方向に変形を開始することになる。そして、変形した樹脂は中央部へ集まるが、縮み量が大きければ、モジュール外周部では樹脂が不足して空洞が生じることになる。こうして形成された接着面の空洞部分には、屋外で使用する太陽電池モジュールであれば昼夜の温度サイクルで繰り返し応力が作用する。太陽電池に部分的に繰り返し応力が作用すると、電池としての電気的な性能が劣化する。特に、表面の基板及び裏面の保護部材としてガラス基板を用いたいわゆる「合わせガラス構造」の太陽電池の場合には、電池としての性能のみならず機械的な強度も低下する。これらは太陽電池の信頼性を著しく低下させる原因となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い収縮性を持つ樹脂を充填材シートとして使用する場合でも、ラミネート加工時にモジュール内に空洞を発生させない太陽電池モジュールの製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、透光性絶縁基板と保護部材との間に太陽電池が封止された太陽電池モジュールの製造方法であって、太陽電池が形成された透光性絶縁基板上に熱可塑性樹脂を有する充填材シートと保護部材とを重ねる積層工程と、積層工程において形成された積層構造体を加熱し、充填材シートを溶融させて太陽電池を透光性絶縁基板と保護部材との間で封止する加熱工程とを有し、積層工程においては、充填材シートを、充填材シートの周縁部の少なくとも対向する二辺において仮止めして透光性絶縁基板に重ねることを特徴とする。

本発明によれば、ラミネート加工後のモジュール内には空洞が存在しないため、太陽電池モジュールの信頼性を向上させることができるという効果を奏する。

図１−１は、本発明にかかる太陽電池モジュールの製造方法の実施の形態１においてラミネート加工される被加工物の断面図である。 図１−２は、本発明にかかる太陽電池モジュールの製造方法の実施の形態１においてラミネート加工される被加工物の平面図である。 図１−３は、ガラス基板の平面図である。 図１−４は、充填材シートの平面図である。 図１−５は、バックシートの平面図である。 図２は、被加工物をラミネート加工装置に挿入した状態を示す図である。 図３は、フレームを使用しない場合にラミネート加工で生じた空洞の一例を模式的に示す図である。 図４は、充填材シートを固定する部分が粗面化されたフレームを示す図である。 図５は、充填材シートを固定する部分に突起が設けられたフレームを示す図である。 図６は、充填材シートを挟みこんで固定する分割構造のフレームを示す図である。 図７は、本発明にかかる太陽電池モジュールの製造方法の実施の形態２におけるラミネート加工の工程を示す図である。 図８は、押さえ冶具の一例を示す図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュールの製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１−１は、本発明にかかる太陽電池モジュールの製造方法の実施の形態１においてラミネート加工される被加工物１０の断面図である。図１−２は、被加工物１０の平面図である。図１−３は、太陽電池を備えた発電層２を形成したガラス基板（透光性絶縁基板）１の平面図である。図１−４は、熱可塑性樹脂からなる充填材シート３の平面図である。図１−５は、アルミ箔とＰＥＴの積層フィルムとからなる保護部材としてのバックシート４の平面図である。被加工物１０は、ガラス基板１、充填材シート３及びバックシート４を順次重ね合わせた構造（積層構造体）である。なお、図１−４に示すように、充填材シート３は、周縁部が支持部材としてのフレーム５に接着されている。充填材シート３の周縁部をフレーム５に接着することにより、ラミネート加工時の加熱過程で生じる樹脂収縮が抑制されている。すなわち、充填材シート３のシート製造時に引き延ばした方向に樹脂が収縮することを防止するために、ガラス基板１からはみ出した充填材シート３をガラス基板１の外で仮止めして（ここでは、予めフレーム５に圧着させておいた充填材シート３を用いて）ラミネートする。

図２は、被加工物１０をラミネート加工装置１００に挿入した状態を示す図である。ラミネート加工装置１００は、上チャンバ２１及び下チャンバ３１を有する。上チャンバ２１は下方へ膨脹自在なダイヤフラム２２及び排気口２３を備え、下チャンバ３１は発熱板３２及び排気口３３を備えている。被加工物１０は、ラミネート加工装置１００に挿入され、上チャンバ２１及び下チャンバ３１内の空気が排気口２３及び３３を介して真空排気された後に、発熱板３２によって加熱される。設定温度になると上チャンバ２１が大気開放され、被加工物１０は下チャンバ３１の真空と上チャンバ２１の大気圧との差圧でダイヤフラム２２によって加圧される。この状態である温度と圧力とを保持して、ガラス１とバックシート４とを充填材シート３で接着する。

図３は、フレーム５を使用しない場合にラミネート加工で生じた空洞の一例を模式的に示す図である。図３（ａ）は被加工物１０をラミネートして形成したモジュール２０の平面図、図３（ｂ）はモジュール２０の図３（ａ）でのＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ断面図である。充填材シート３をフレーム５で保持していないため、ガラスの四隅に対応する部分で充填材シート３が大きく引けてしまい、空洞４１が生じてしまう。フレーム５を用いることで、この現象の発生を防止できる。

ここで、フレーム５の充填材シート３を固定する部分は、一様に粗な面としても良いし、部分的に凹凸を有する面としても良い。例えば、表面粗さをＲａ（算術平均粗さ）５０μｍ以上に粗らした面としてもよい。図４（ａ）は充填材シート３との接触面を粗面としたフレーム５及び充填材シート３の平面図、図４（ｂ）はフレーム５及び充填材シート３の図４（ａ）でのＩＶｂ−ＩＶｂ断面図である。あるいは、フレーム５の充填材シート３を固定する部分に、０．１ｍｍ程度の高さの複数の突起（おろし金状）を設けても良い。図５（ａ）は充填材シート３との接触面に複数の突起を設けたフレーム５及び充填材シート３の平面図、図５（ｂ）はフレーム５及び充填材シート３の図５（ａ）でのＶｂ−Ｖｂ断面図である。

この時、充填材シート３がシート形状を保ちつつ変形できる温度（充填材シート３の原料である樹脂が溶融はしないが軟化する温度）に暖めた金属棒で充填材シート３をフレーム５に押し付けることで、軟化した樹脂をフレーム５の粗面や突起がなす凹凸に入り込ませてアンカー効果を発揮させ、充填材シート３をフレーム５に圧着することができる。例えば、充填材シート３の原料に用いられる樹脂が５０℃程度の温度で縮もうとする方向に変形を開始する（すなわち軟化する）のであれば、４０〜５０℃程度に暖めた金属棒で充填材シート３をフレーム５に押し付けることで、充填材シート３をフレーム５に圧着できる。なお、フレーム５の充填材シート３に接触する面は、シリコン系の樹脂コートのような離型処理を予め施しておくことが好ましい。フレーム５の充填材シート３との接触面に離型処理を予め施しておくことで、フレーム５に溶着した樹脂をラミネート後に除去する作業が容易になる。

フレーム５に充填材シート３を圧着する場合、少なくとも充填材シート３の製造時の延伸方向の二辺をフレーム５に圧着すれば良い。これは、充填材シート３の樹脂をシート形状に成型する工程であるカレンダー処理時には巻取り方向に充填材シート３が延伸され、この方向に縮みやすくなっているためである。多くの場合、加熱によって充填材シート３はほぼ一軸方向に収縮する。すなわち、充填材シート３が加熱の際に特定の方向に収縮する一軸性の収縮を示す材料であれば、原理的には収縮方向と直交する二辺（延伸方向の二辺）をフレームに固定すればよい。実際には、充填材シート３に皺を生じないように二辺だけを圧着することは難しいため、皺の発生を防止するためには充填材シート３の４辺（全周）をフレーム５に圧着する方が好ましい。

また、フレーム５を分割構造とし、充填材シート３を挟み込んで機械的に固定しても良い。図６（ａ）はフレーム台５１及びフレームキャップ５２を備えた分割構造としたフレーム５及び充填材シート３の平面図、図６（ｂ）はフレーム５及び充填材シート３の図６（ａ）でのＶＩｂ−ＶＩｂ断面図である。フレーム５に固定した充填材シート３が皺にならないのであれば、必ずしも連続的にフレーム５で取り囲む必要はなく、充填材シート３を挟み込んで固定するフレームキャップ５２が複数の断続する部材から成っていてもよい。また、充填材シート３をフレーム５に圧着する場合と同様に、収縮方向に直交する二辺のみを挟み込んで固定することも可能である。

なお、フレーム５は、粗面や突起を設ける構造と分割構造とを組み合わせても良い。さらに、ラミネート時の熱に耐えうる耐熱性（一般的にはラミネート加工時の加熱温度は高くても１６０℃程度であるため、２００℃程度の耐熱性）を備えた粘着テープで充填材シート３をフレーム５に固定しても良い。このように充填材シート３をフレーム５に固定する方法は樹脂を固定できれば任意である。

ラミネート加工後のモジュールは、フレーム５ごとバックシート４に接着された状態である。冷却後、バックシート４をガラス基板１の大きさに合わせて切断し、フレーム５と分離する。このようにすれば、ラミネート加工で溶融した充填材シート３がフレーム５とバックシート４とに付着し、ラミネート装置１００の内部（発熱板３２等）に付着しないという利点がある。モジュールを切り離したフレーム５は、オフラインでブラシ洗浄し再利用する。

さらに、フレーム５を断熱性の材料で構成したり、冷却したりすることで、ラミネート加工中でもラミネート温度よりも低温となるようにし、充填材シート３の原料である樹脂が溶融する温度以上に加熱されないようにすれば（例えば、６０℃以上に加熱されないようにすれば）、圧着した部分の充填材シート３は流動することがないため、その後のメンテナンス作業（はみ出し部分の除去など）を軽減できる。なお、ラミネートの加熱処理の前のシートを重ね合わせた段階で、充填材シート３のガラス基板１の周囲からはみ出した部分がガラス基板１の外で固定されていれば、支持部材はフレーム５でなくてもよい。すなわち、充填材シート３の周縁部を固定する部材の形状はフレーム状（枠状）に限定されることはない。

本実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造方法は、フレームに充填材シートの樹脂が圧着されて仮止めされているため、樹脂の縮みが抑制される。したがって、ガラス基板とバックシートとを積層した場合は、樹脂の引けが無く、モジュール内に空洞が形成されない。したがって、ラミネート加工時に充填材シートが引けることによる不良の発生を防止して歩留まりを向上させることができる。

以上の説明においては、バックシート４を裏面の保護部材として用いる構成を例として説明したが、ガラス基板を裏面の保護部材として用いた太陽電池モジュール（いわゆる合わせガラス構造の太陽電池モジュール）であっても同様の方法により充填材シートの引けを防止できる。

実施の形態２．
図７は、本発明にかかる太陽電池モジュールの製造方法の実施の形態２におけるラミネート加工の工程を示す図である。発電層２を形成したガラス基板１に充填材シート３を積載した後（図７（ａ））、充填材シート３を構成する樹脂が軟化する程度の温度（例えば４０〜５０℃）に保温された押さえ冶具６にて充填材シート３のガラス基板１外周部にかかる部分をガラス基板１に仮接着（熱圧着）しておく（図７（ｂ））。ガラス基板１の外周部にかかる部分が仮接着された充填材シート３の上には、アルミ箔とＰＥＴの積層フィルムとからなるバックシート４が重ね合わされて被加工物１０が形成される（図７（ｃ））。被加工物１０は、ラミネート加工装置１００に挿入され（図７（ｄ））、上チャンバ２１及び下チャンバ３１内の空気が排気口２３及び３３を介して真空排気された後に、発熱板３２によって加熱される。設定温度になると上チャンバ２１が大気開放され、被加工物１０は下チャンバ３１の真空と上チャンバ２１の大気圧との差圧でダイヤフラム２２によって加圧される。この状態である温度と圧力とを保持して、ガラス基板１とバックシート４とを充填材シート３で接着し、モジュール２０を形成する（図７（ｅ））。モジュール２０のバックシート４は、冷却後、ガラス基板１の大きさに合わせて切断される。

図８は、押さえ冶具６の一例を示す図である。図８（ａ）は押さえ冶具６の側面図、図８（ｂ）は押さえ冶具６の下面図である。ガラス基板１外周部と充填材シート３とが接する部分を押さえられるように押さえ冶具６の周囲が高くなるようにテーパ形状を持たせる。さらに、ガラス基板１の外周部全周を完全に仮接着してしまうと、充填材シート３をガラス基板１に積載した際に巻き込んだ空気の逃げ道が無くなり、ラミネート時に空洞ができてしまう。このため、残った空気の逃げ道を確保するために、押さえ冶具６の一部に切り欠き６１を設けている。ここでは空気の逃げ道となる切り欠き６１を四辺に設けた構成を例示したが、空気を逃がすことができれば良く、一箇所以上に切り欠き６１が設けられていればよい。また、四辺を押さえる形態を示したが、充填材シート３の収縮方向は一方向のみであるため、これに対応した二辺のみを押さえるようにしてもよい。

本実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造方法は、充填材シートの樹脂がガラス基板の周縁部に仮接着されて仮止めされているため、樹脂の縮みが抑制される。したがって、ガラス基板とバックシートとを積層した場合は、樹脂の引けが無く、モジュール内に空洞が形成されない。したがって、ラミネート加工時に充填材シートが引けることによる不良の発生を防止して歩留まりを向上させることができる。

本実施形態においては、実施の形態１と比較して、充填材シートを仮止めするためにガラス基板からはみ出す部分の面積を小さくできる。したがって、材料使用量を低減できる。また、フレームが不要であるため、フレームの洗浄などの労力を低減できる。

以上の説明においては、バックシート４を裏面の保護部材として用いる構成を例として説明したが、ガラス基板を裏面の保護部材として用いた太陽電池モジュール（いわゆる合わせガラス構造の太陽電池モジュール）であっても同様の方法により充填材シートの引けを防止できる。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールの製造方法は、高い収縮性を持つ樹脂を充填材シートとして使用する場合でも、ラミネート加工後のモジュール内に空洞を発生させない点で有用であり、特に、合わせガラス構造の薄膜太陽電池モジュールの製造に適している。

１ ガラス基板
２ 発電層
３ 充填材シート
４ バックシート
５ フレーム
６ 押さえ冶具
１０ 被加工物
２０ モジュール
５１ フレーム台
５２ フレームキャップ
６１ 切り欠き
１００ ラミネート加工装置

Claims (7)

1. 透光性絶縁基板と保護部材との間に太陽電池が封止された太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記太陽電池が形成された前記透光性絶縁基板上に熱可塑性樹脂を有する充填材シートと前記保護部材とを重ねる積層工程と、
   前記積層工程において形成された積層構造体を加熱し、前記充填材シートを溶融させて前記太陽電池を前記透光性絶縁基板と前記保護部材との間で封止する加熱工程とを有し、
   前記積層工程においては、前記充填材シートを、該充填材シートの周縁部の少なくとも対向する二辺において仮止めして前記透光性絶縁基板に重ねることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
2. 前記積層工程においては、前記充填材シートの概ね全周を固定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。
3. 前記積層工程においては、前記充填材シートの前記透光性絶縁基板の周囲からはみ出る部分を支持部材に固定して仮止めすることを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの製造方法。
4. 前記加熱工程においては、前記支持部材の温度を前記熱可塑性樹脂の溶融温度よりも低温に維持することを特徴とする請求項３記載の太陽電池モジュールの製造方法。
5. 前記積層工程においては、前記充填材シートを、前記透光性絶縁基板の周縁部に接着して仮止め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。
6. ガラス製の前記透光性絶縁基板及び前記保護部材を用いることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の太陽電池モジュールの製造方法。
7. 前記加熱工程において前記透光性絶縁基板との間に前記太陽電池が封止された前記保護部材を、前記透光性絶縁基板と略同一の大きさに切断する工程を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の太陽電池モジュールの製造方法。

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