JP2012099576A - 結晶系太陽電池セルの接続方法および結晶系太陽電池モジュール組立装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の枚数のフィルムを高速で貼るプロセスを用いて、複数の結晶系太陽電池セルを安価で高速に接続する接続方法を提供する。
【解決手段】結晶系太陽電池モジュール組立工程において、複数の結晶系太陽電池セルを接続するに際して、複数の電線の片面に複数設けた導電性フィルムを圧着して行う。ここでは、平行に並べた複数の電線に複数のハーフカットを施した導電性フィルムを対向させ、一括して貼り付けるようにする。これにより、貼り付け時間が短縮されるので、結晶系太陽電池モジュールの生産性を高めることができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、単結晶太陽電池や多結晶太陽電池などの結晶系太陽電池の基板の表面に配線部材を接続する結晶系太陽電池モジュール組立装置および接続方法に関するものであり、特にセル表裏面電極へ電線を、導電性フィルムを用いて接続する太陽電池モジュールの組立に好適な接続方法およびこれを用いた太陽電池モジュール組立装置に関する。

結晶系太陽電池モジュール組立工程は、単結晶太陽電池、多結晶太陽電池などの結晶系太陽電池の結晶セル基板（以下、単にセルと略す）を配線部材と接続し一連の太陽電池回路とした後に保護シートなどで封止して外部端子を取り付ける組立実装工程である。

この工程のうち、セルに配線部材を接続する方法として従来はんだ付けが広く用いられている。鉛入りはんだは良導体であり一定の強度と耐環境信頼性を有するため、２０年程度の実績を有する。しかし、近年の環境保護の観点からの鉛フリーはんだを採用することが考えられており、この鉛フリーはんだを採用した場合の信頼性の低下が問題となっている。

そこで導電性フィルムもしくは異方性導電フィルムを用い、配線とセルの接続を行うことで、熱膨張差による信頼性低下の回避を図った方法が知られている（特許文献１参照）。一方、異方性導電フィルムは高価なため、電流密度の低い薄膜系太陽電池配線長の全域に接続することはせず、配線の所々に異方性導電フィルムを設ける方式(個片貼り)で使用量を減らす方法が取られている。（特許文献２参照）。

特開２００８−３００４０３号公報 国際公開２００８／１５２８６５号パンフレット

しかし結晶系太陽電池においては、電流密度の高さから面内方向の電流による抵抗損失が無視できず、異方性導電フィルムを節約して個片貼りする場合は、個々の貼り付け長さを短くし、貼り付け数を多くすることで、面内方向の流路を短縮する必要がある。

しかしながら、結晶系太陽電池では数十枚のセルの表裏を接続する必要があり、従来の貼り付け方法では個々の貼り付けに要する時間の合計が膨大になり、製造タクトが伸びるため生産効率を低下させてしまう。このため、この「数十枚のセルの表裏を接続する」という構造は採用が困難であった。

本発明の目的は、多数の枚数のフィルムを高速で貼るプロセスを実現することで、導電性フィルムによる結晶系太陽電池の安価で高速な製造方法を提供することであり、さらにはこの接続方法を用いた安価で高効率の結晶系太陽電池モジュール組立装置を提供することにある。

上記目的を達成するためには、配線材料として軟質の銅もしくはアルミニウムの扁平な金属線を用い、この金属箔の両面に導電性粒子を含有する導電性フィルムを多数一括で貼り付け、これを太陽電池セルの表裏に加圧加熱により熱圧着することとした。
また上記目的を達成するためには、前記導電性フィルムの貼り付けにあたり複数の金属線を隣接させ、貼り付け部位を近接させることで、一括して貼り付けを実現した。

また上記目的を達成するためには、前記導電性フィルムの貼り付けにあたり複数の金属線を隣接させ、それぞれにテープ状の前記導電性フィルムを対向させ、一括して貼り付けを実現した。
また上記目的を達成するためには、前記導電性フィルムの貼り付けにあたり複数の金属線を隣接させ、それぞれにテープ状の前記導電性フィルムを対向させ、一括して貼り付けした後、連結したフィルムを切断することで実現した。

また上記目的を達成するためには、前記導電性フィルムの貼り付けにあたり予め貼り付け境界に切り込みを入れたテープ状の前記導電性フィルムを対向させ、貼り付け部分に対向する突起を有する貼り付けヘッドにより、間欠的な貼り付けを一括して実施する方法を実現した。

比較的高価な導電性フィルムの使用量を削減した、鉛フリー接合の結晶系太陽電池を高速に生産することが出来る。

本発明の第１の実施例の結晶系太陽電池モジュール組立装置の平面図である。 本発明の第１の実施例の結晶系太陽電池モジュール組立装置の前半の立面図である。 本発明の第１の実施例の結晶系太陽電池モジュール組立装置の後半の立面図である。 本発明の第1の実施例の導電性フィルム貼り付け方法を示す斜視図である。 本発明の第1の実施例の導電性フィルム貼り付け方法を示す概念図である。 本発明の第1の実施例の導電性フィルム貼り付け後の状態を示す斜視図である。 本発明の第２の実施例の導電性フィルム貼り付け方法を示す斜視図である。 本発明の第３の実施例の導電性フィルム貼り付け方法を示す斜視図である。 本発明の第３の実施例の導電性フィルム貼り付け方法を示す概念図である。 本発明の第４の実施例の導電性フィルム貼り付け方法を示す斜視図である。 本発明の太陽電池モジュールの組立に用いる太陽電池セルストリングの構造の例を示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための第１の形態を図１から図６を用いて説明する。
なお理解を助けるため、代表的な結晶系太陽電池のセルストリング４の構造を図１１に例示する。図１１に示すように、各太陽電池のセル１は、表裏に電極パターンを有しており、各太陽電池のセル１には、各セルの表裏に電線２が４本貼り付けられ、また各セルの表裏に図示しない各６箇所を導電性フィルムで貼り付けるものとする。セルストリング４は、例えば１０枚のセル１を接続してなるものとする。

以下、本発明の結晶系太陽電池モジュールの組立方法および装置の説明は、図１１のセルストリング４を組み立てるものとして説明するが、セル１の枚数、電線２の本数、導電性フィルムの枚数や長さは、太陽電池モジュールの設計によって決定すべき事項であり、電線２の本数を変えることや、接続箇所を表裏で別に定めるなど、自在に変更することを留めるものではない。

図１は、本発明の結晶系太陽電池モジュール組立装置１００の平面図であり、図２は、本発明の結晶系太陽電池モジュール組立装置１００の前半の立面図である。
図２に示すように、電線供給ユニット１０１は、扁平な電線２を４本、電線のリール２ｃで供給する。この電線２は矯正ユニット１０２によって電線輸送時に生じた歪みを矯正される。さらに導電性フィルム貼り付けユニット１０３により、電線２には表裏から導電性フィルム３を貼り付けられ、切断ユニット１０４により規定の長さに切断される。

一方、図１に示すように、結晶系太陽電池のセル１（図１１参照）は、トレイに積層された状態でセル供給ユニット１０５から供給され、予熱ユニット１０６の上で電線２と組み合わされ、予熱される。この後、本圧着ユニット１０７によって、電線２とセル１が一体に熱圧着され、順次、冷却ユニット１０８に連鎖状のストリングとして引き出され、移載装置１０９により次工程１１０に引き渡される。

この結晶系太陽電池モジュール組立装置１００の各ユニットの動作を図２および図３を用いて詳細に説明する。図２には、電線供給ユニット１０１から切断ユニット１０４までの概略構造を示した。電線供給ユニット１０１には４本のリール状の扁平な電線２が架けられているが、図では簡略に２本のみ示した。電線２は巻き癖が付き難いよう、巻き径の太い専用のリール２ｃに整列巻きして供給される。電線２の送り出し量を正確に管理するため、電線２の表面に接触した従動ローラ１１１により送り出し量が計測され、これに基づき図示しないサーボモータによりリール２ｃが回転させられることで、必要量の電線２が送り出される。

矯正ユニット１０２では、電線２を送りローラ１２１とダンサーローラ１２２によって適切なテンションを保ちつつ、巻き癖矯正ヘッド１２３により上下から僅かな変形を与えて、リール２ｃで生じた癖を解消し、送りローラ１２４、１２５で送り出される。

導電性フィルム貼り付けユニット１０３では、規定量送り込まれた電線２の表裏に導電性フィルム３を貼り付ける。図示しない送り出しリールから供給されるテープ状の導電性フィルム３は送りローラ１３１を介して供給される。導電性フィルム３は、ステージ１３５に固定された電線２に対して、駆動機構１３４によって駆動される貼り付けヘッド１３３により、粘着層が押し付けられ、粘着層が電線２に転写される。残った台紙フィルムは、回収ローラ１３２を介して図示しない回収リールに巻き取られる。

ここで、電線２の前半部は下から、後半部は上から導電性フィルムが貼り付けられる。表裏の貼り付けは同時になされる。貼り付けが終了した電線２は、先端をチャック１３６で把持され、送り機構１３７により切断ユニット１０４に差し込まれる。

切断ユニット１０４では、差し込まれた電線２の先端をチャック１４２で受け取って、引き込み機構１４３により電線２を切断ユニット１０４内部に引き込み、切断刃１４１により、上下から切断する。

図３にセル供給ユニット１０５から移載装置１０９までの概略構造を示す。セル１は、セルトレイ１５１により多数が積層されて供給される。セルトレイ１５１はエレベータ１５２により最上面のセル1表面の高さが一定になるように保たれている。最上面のセル１は吸着ヘッド１５３により吸着され、移載機構１５４により予熱ユニット１０６に運ばれる。

予熱ユニット１０６では電線２の先端が前回仮圧着済みのセル１の上に乗せられ、予熱ヒータ１６２を内蔵したベルトコンベア１６１により引き込まれる。この後、セル供給ユニット１０５から移載された新たなセル１が電線２の後半部に乗せられる。この状態で、電線２に付着した導電性フィルム３は予熱されて粘着性を増大し、仮圧着ヘッド１６３により加圧されることで、セル１に付着し、ストリング状に連結する。

この後、本圧着ユニット１０７に送り込まれたセル1と電線２からなるセルストリング４は、加熱ステージ１７１により加熱されつつ、加圧機構１７７により駆動される加圧加熱ヘッド１７５によって、熱硬化温度まで昇温しつつ加圧される。この加熱処理と加圧処理により、導電性フィルム３が熱硬化することで、安定な導電状態が得られる。

この後、徐冷ヒータ１８２を内蔵したコンベア１８１を有する冷却ユニット１０８に送り込まれたセル１および電線２からなるセルストリング４は、規定枚数のセル１が連結されるまで冷却ユニット１０８に引き込まれつつ自然放冷され、吸着ヘッド１９１により吸着される。そして、移載機構１９２，１９３，１９４により搬出され、ここでは図示しない次工程１１０に送られる。

次に本発明の主要部である、導電性フィルム３の貼り付け方法について、図４から図６を用いて説明する。図４は本発明の貼り付けヘッド１３３周辺を示す斜視図である。電線２は４本纏めて密着配置され、図示しないステージ１３５により保持されている。図４（ａ）では、導電性フィルム３から次に貼るべき粘着片３ｂをハーフカット機構１３８によって切り込みを入れた状態である。ハーフカット機構１３８は４本のカッター刃１３８ｂを平行に保持し、俎板１３８ａ（図５参照）とで導電性フィルム３を挟むことで、粘着層のみを切断し、剥離紙層を切り残すように切れ込みを入れる。図４（ｂ）では送りローラ１３１と回収ローラ１３２によってガイドされ送られて粘着片３ｂが電線２の貼り付け部の上に位置決めされる。この状態を模式図で図５（ａ）に示している。

図５（ｂ）では導電性フィルム３を電線２に押し当てる位置まで送りローラ１３１と回収ローラ１３２を押し下げる。そして、図５（ｃ）に示すように、貼り付けヘッド１３３を押し下げ、粘着片３ｂを電線２に貼り付ける。この後、図５（ｄ）のように貼り付けヘッド１３３を上昇させ、導電性フィルム３の冷却を待って送りローラ１３１と回収ローラ１３２を上昇させる。上昇量は回収ローラの剥離ピン１３２ａの太さを超える高さである。粘着温度以上に加熱された後、冷却した粘着片３ｂは電線２に粘着している。
その後図５（ｅ）に示すように、回収ローラの剥離ピン１３２ａを横方向へ移動させ、剥離紙を上に引き上げることで、粘着片３ｂ（図４参照）を電線に残し、導電性フィルム３の剥離紙３ｃを引き剥がすことができる。この結果、図５（ｆ）に示す初期状態に戻る。

以上の動作を、片面の接続数である６回繰り返した結果を図６に示す。電線２の紙面右半分の下側には同時に裏側から６箇所の貼り付けがなされているが、裏側の貼り付けヘッド１３３などは省略して図示してある。

なお、セルストリング４（図１１参照）の両側端部では、それぞれセルの表側または裏側の一方と、隣接セルストリングへの接続バスバーとを接続する半分の長さの電線２ａまたは電線２ｂが必要となるため、導電性フィルム貼り付けユニット１０３はどちらか一方面への貼り付けにも対応できることは当然であり、さらに、各ユニットの動作も、端部の構造を処理できるようになっている。

また、表裏の貼り付けヘッド１３３の動作タイミングは、必ずしも同期する必要はなく、表裏でずらすことも可能である。また、機構を省略するためステージ１３５に電線反転機構を追加して、例えば表側の貼り付け機構一式を用いて、裏面側は電線２を反転させて貼り付けることも装置コストの低減には有効である。

以上、本発明の第１の実施例を図１から図６を用いて説明したが、本発明はこれに制限されるのみならず、他の導電性フィルム貼り付け方法を用いることも可能である。

図７は、第２の実施例の貼り付け方法である。第１の実施例では粘着片３ｂ’を電線２の幅に予めハーフカットしてから貼り付けたが、この第２の実施例ではハーフカット機構１３８にはカッター刃１３８ｂを１枚備え、４本の電線２の幅の合計分の長さに粘着片３ｂ’を切る。この後、図７（ｂ）に示すように、カッター１３９により４本の電線２に跨って貼り付けられた、粘着片３ｂ’を個々の粘着片３ｂに切り離すことで同様のワークを得ることができる。

なお、ここでは電線２同士の隙間部分で粘着片３ｂ’を切断する必要があり、この部分では軟弱な粘着片３ｂ’は強固な下地を有しないため図示したような円形の回転刃を高速に回転させながら、切り込み量を軽微な深さに制限しながら切断することが好ましい。

この第２の実施例では、ハーフカットの切込みが少ないため、第１の実施例に比べ複数のカッター刃１３８ｂを同様に微調整する手間が簡略化でき、さらに切り込み起因で生じる導電性フィルム３の伸びが軽減できるため貼り付け精度を向上できる利点がある。

第１および第２の実施例では、電線２を密着配置し直交する方向に導電性フィルム３を配置することで、導電性フィルムの貼り付けを一括して実施したが、図８に示すように、電線２の幅に合わせた４本の導電性フィルム３を電線２に沿って配置し、横長の貼り付けヘッド１３３’で貼り付ける第３の実施例も考えられる。図８中ではハーフカット機構１３８を省略して図示してある。
この第３の実施例では、予め一定の間隔で配置された電線２に対向して、それぞれ、電線２の幅にほぼ等しい幅の導電性フィルム３を送りローラ１３１’と回収ローラ１３２’に張り渡し、貼り付け長さにハーフカットを施して、電線２に直交する貼り付けヘッド１３３’で加圧して貼り付けている。

このときの貼り付けと剥離の動作を図９に示す。第１の実施例の図５の動作と比べ、ハーフカット機構が１箇所切る構造であること、剥離ピン１３２ａ’が電線２に当たらないように、導電性フィルム３の押し下げ高さは、剥離ピン１３２ａ’の太さ分の余裕が残ること、ハーフカット機構１３８がハーフカットのとき以外は紙面方向に後退して貼り付けヘッド１３３’の上下動の妨げを避けることが異なっている。

また、この第３の実施例では、導電性フィルム３の幅を電線２の幅と等しいものとしたが、電線２の本圧着に伴い個々の粘着片３ｂ’は押しつぶされて広がるため、導電性フィルム３の幅をこの広がり相当分狭いフィルムを用いることで、導電性フィルム３の使用面積を節約することも可能である。

第１および第２の実施例では、粘着片３ｂの長さは予め選定した導電性フィルム３のテープ幅で決まるため、品種交換や設計変更に伴い、別な寸法の粘着テープに交換する必要があったが、この第３の実施例では、電線２に貼り付ける粘着片３ｂ’の長さを自在に調整できる利点がある。また、例えば電線幅２ｍｍに対して、貼り付け長さを１０ｍｍとする場合など、粘着片３ｂ’の粘着力が小さくても、剥離紙３ｃの剥離損ないによる粘着片３ｂ’の引き剥がし持ち帰りを生じにくい利点がある。

ここまでの実施例では複数本の電線２に跨って一括して導電性フィルムを貼ることで貼り付けの高速化を実現していたが、これと異なる構成も可能である。図１０にその構造を示す。図１０に示す第４の実施例では、電線２に沿って導電性フィルム３を配置しており、１本の電線２に対して複数の粘着片３ｂ’を配置している。この複数の粘着片３ｂ’に対応する位置に突起１３３ａ’’を有する貼り付けヘッド１３３’’を設置してあり、この実施例では電線２の片面に一度に６枚の粘着片３ｂ’を貼り付ける構成となっている。

なお、この第４の実施例では粘着片３ｂ’の長さと貼り付けピッチの関係によって、隙間の部分の導電性フィルム３の無駄が少なくなるように、貼り付ける粘着片３ｂ’の数の整数倍の数の粘着片３ｂをハーフカットしてある。そして、導電性フィルムをずらしながら複数回の貼り付け動作を行うようにする。図１０（ｂ）には１回の貼り付けを行う粘着片３ｂ’の間隙に次の貼り付けに用いる次の粘着片３ｂ’を予め用意した例を示している。
なお、この第４の実施例の機構を例えば４列並べて配置して、４本の電線２の片面に同時に合計２４枚の粘着片３ｂ’を貼る構成も可能である。

１・・・セル、２・・・電線、３・・・導電性フィルム、４・・・セルストリング、１００・・・結晶系太陽電池モジュール組立装置、１０１・・・電線供給ユニット、１０２・・・矯正ユニット、１０３・・・導電性フィルム貼り付けユニット、１０４・・・切断ユニット、１０５・・・セル供給ユニット、１０６・・・予熱ユニット、１０７・・・本圧着ユニット、１０８・・・冷却ユニット、１０９・・・移載装置、１１０・・・次工程、１３１・・・送りローラ、１３２・・・回収ローラ、１３３・・・貼り付けヘッド、１３４・・・駆動機構、１３５・・・ステージ、１３６・・・チャック、１３７・・・送り機構、１３８・・・ハーフカット機構、１３９・・・カッター

Claims (12)

1. 結晶系太陽電池モジュール組立工程において結晶系太陽電池セルの接続を複数の電線の片面に複数設けた導電性フィルムを圧着して行う組立方法であって、
   前記複数の導電性フィルムの貼り付けを同時に行うことを特徴とする結晶系太陽電池セルの接続方法。
2. 請求項１記載の結晶系太陽電池セルの接続方法において、
   同時に貼り付ける前記複数の導電性フィルムは、前記複数の電線を平行に並べて配置し、これらの平行に配置した前記複数の電線に直交する方向に長軸を有する貼り付けヘッドで加圧することで貼り付けられることを特徴とする結晶系太陽電池セルの接続方法。
3. 請求項２記載の結晶系太陽電池セルの接続方法において、
   同時に貼り付ける前記複数の導電性フィルムは、テープ状の導電性フィルムを予め前記電線の幅に個々にハーフカットされて前記複数の電線に直交する方向に配置されて、貼り付けヘッドで加圧することで貼り付けられることを特徴とする結晶系太陽電池セルの接続方法。
4. 請求項２記載の結晶系太陽電池セルの接続方法において、
   同時に貼り付ける前記複数の導電性フィルムは、テープ状の導電性フィルムを予め前記電線の幅の合計の長さにハーフカットされて前記複数の電線に直交する方向に配置されて、貼り付けヘッドで加圧することで貼り付けられ、貼り付け後に個々の前記電線に切り離されることを特徴とする結晶系太陽電池セルの接続方法。
5. 請求項２記載の結晶系太陽電池セルの接続方法において、
   同時に貼り付ける前記複数の導電性フィルムは、複数本の前記電線の幅のテープ状の導電性フィルムを予め貼り付け長さに個々にハーフカットされて、前記複数の電線に平行する方向に配置されて、貼り付けヘッドで加圧することで貼り付けられることを特徴とする結晶系太陽電池セルの接続方法。
6. 請求項１記載の結晶系太陽電池セルの接続方法において、
   同時に貼り付ける前記複数の導電性フィルムは、予め個々の貼り付け長さにハーフカットを施したテープ状の導電性フィルムを前記電線に平行に並べて配置し、これらの平行に配置した前記複数の電線と平行する方向に長軸を有する貼り付けヘッドで加圧することで貼り付けられることを特徴とする結晶系太陽電池セルの接続方法。
7. 結晶系太陽電池モジュール組立工程において複数の電線の片面に複数設けた導電性フィルムを圧着して結晶系太陽電池セルの組立を行う結晶系太陽電池モジュール組立装置であって、
   前記複数の導電性フィルムを直線状に並べて供給する機構と、前記複数の導電性フィルムを一括して加圧する貼り付けヘッドと、を有することを特徴とする結晶系太陽電池モジュール組立装置。
8. 請求項７記載の結晶系太陽電池モジュール組立装置において、
   前記複数の導電性フィルムを一括して加圧する貼り付けヘッドは、前記複数の電線に直交する方向に長軸を有する貼り付けヘッドからなることを特徴とする結晶系太陽電池モジュール組立装置。
9. 請求項８記載の結晶系太陽電池モジュール組立装置において、
   前記同時に貼り付ける前記複数の導電性フィルムを直線状に並べて供給する機構は、テープ状の導電性フィルムに複数個所のハーフカットを施して張り渡すことでなすことを特徴とする結晶系太陽電池モジュール組立装置。
10. 請求項８記載の結晶系太陽電池モジュール組立装置において、
    前記同時に貼り付ける前記複数の導電性フィルムを直線状に並べて供給する機構は、前記電線の幅のテープ状の導電性フィルムに前記複数電線の幅の合計のハーフカットを施してなし、貼り付け後に切り離す機構により複数の電線ごとに切り離してなすことを特徴とする結晶系太陽電池モジュール組立装置。
11. 請求項８記載の結晶系太陽電池モジュール組立装置において、
    前記同時に貼り付ける前記複数の導電性フィルムを直線状に並べて供給する機構は、前記電線の幅のテープ状の導電性フィルムを前記複数電線に平行して配置し、個々に貼り付け長さ分のハーフカットを施して張り渡してなすことを特徴とする結晶系太陽電池モジュール組立装置。
12. 請求項７記載の結晶系太陽電池モジュール組立装置において、
    前記同時に貼り付ける前記複数の導電性フィルムを直線状に並べて供給する機構は、前記電線の幅のテープ状の導電性フィルムを前記電線に平行して配置し、個々に貼り付け長さ分のハーフカットを施して張り渡してなし、前記複数の導電性フィルムを一括して加圧する貼り付けヘッドは前記導電性フィルムに対応した加圧部分を複数個前記電線に平行して有する貼り付けヘッドであることを特徴とする結晶系太陽電池モジュール組立装置。
    

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