JP2013008929A - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積層体の端部付近におけるダイヤフラムからの応力の不均一を解消し封止材の厚みムラをなくして接着強度を向上させ、積層体に含まれるガラス材が加熱され線膨張により破損が生じることを防止する。
【解決手段】積層体の一側面に空気を封入した状態で弾性部材により覆われた板状部材１０の一側面を接触させてチャンバ内に載置し、真空引きにより板状部材の空気が膨張して板状部材が積層体から遠ざかる方向に移動し、チャンバ内に大気を開放することにより積層体と板状部材が加圧され積層体及び板状部材の位置が固定され、積層体を加熱することにより積層体に含まれる熱膨張部材が板状部材に近づく方向に膨張し、板状部材の空気が熱膨張部材の膨張を吸収し、その体積が縮小する工程を備え、熱膨張部材の破損が防止される。
【選択図】図４

Description

本発明は、太陽電池モジュールの製造方法に関し、特に太陽電池モジュールのラミネート方法に関する。

太陽電池モジュールは、太陽電池セルを、外的環境から保護するために表面保護材、裏面保護材、封止材によりパッケージングしたものである。

一般的な太陽電池モジュールの製造方法としては、例えば以下に記載する特許文献１における段落[０００４]〜[００１２]に記載されたように、カバーガラス、封止材、太陽電池セル、封止材、バックシートの順に積層した積層体を加熱及び加圧処理するラミネート加工による方法がよく知られている。しかし、ラミネート時の積層体の端部付近におけるダイヤフラムからの応力不均一により、端部付近の封止材が薄くなって接着度が低下し、そこから裏面保護材の剥れが発生するという問題があった。

そこで、端部付近におけるダイヤフラムからの応力不均一を解消するために、積層体の周囲に枠やスペーサを設けるという方法が提案されている。

特許第３６４９９１２号公報 特開２０１０−２４５３９１号公報

しかしながら、これら枠体やスペーサを使用すると、積層体に含まれる熱膨張する部材、例えばカバーガラスが加熱処理により線膨張し、枠体やスペーサに当たって破損するという問題が発生していた。

特許文献１に記載された技術では、積層体の外寸法よりも若干大きい内寸法を有する枠体を使用している。しかし、ラミネート加工時に枠体はダイヤフラムによりおよそ枠体の面積×１ｋｇｆ／ｃｍ^２で下方へ押し付けられるため、横方向への逃げを期待することができない。このため、積層体と枠体との間の隙間の不均一等により、線膨張したカバーガラスが枠体にぶつかり割れるおそれがあった。

特許文献２においては、段落[００２９]に記載されたようにスペーサの側端部と積層体の外周端部との離間距離を設けたり、段落［００３５］〜［００３６］に記載されたように、複数の板状部材を使用し各板状部材を積層体の外周端部からわずかに離間して配置したりしている。しかし、引用文献１記載の技術と同様の状況が起こりうるとともに、最適な離間距離で各板状部材を配置するための時間と手間が必要であった。

上記の課題を解決するために、本発明による太陽電池モジュールの製造方法は、
ラミネートの対象となる積層体の一側面に、一側面において空気を封入した状態で弾性部材により覆われた板状部材のこの一側面を接触させた状態で、チャンバ内に前記積層体及び前記板状部材を載置する工程と、
前記チャンバ内で真空引きを行い、これにより前記板状部材に封入された空気が膨張して前記板状部材が前記積層体に接触した状態を維持しつつ前記積層体から遠ざかる方向に前記板状部材が移動する工程と、
前記チャンバ内に大気を開放し、これにより前記積層体と前記板状部材に加圧部材を用いて加圧し、前記積層体及び前記板状部材の位置が固定される工程と、
前記積層体に加熱し、これにより前記積層体に含まれる熱膨張部材が前記板状部材に近づく方向に膨張し、前記板状部材に封入された空気が前記熱膨張部材の膨張を吸収し、前記板状部材が前記積層体に接触した状態を維持しつつ前記板状部材に封入された空気の体積が縮小する工程と、
を備え、
前記積層体に含まれる前記熱膨張部材の破損が防止されることを特徴とする。

本発明によれば、積層体の端部付近におけるダイヤフラムからの応力不均一をなくすことで、封止材の厚みムラをなくして接着強度の高い太陽電池モジュールを得ることができるとともに、積層体の加熱処理による熱膨張部材の線膨張から起こる破損を防止することができる。

一般的なラミネート方法における加圧、加熱処理中の積層体の端部付近を示す断面図。 本発明の実施の形態による太陽電池モジュールの製造方法において用いる板状部材を示す斜視図。 同実施の形態による太陽電池モジュールの製造方法において用いる板状部材の変形例を示す断面図。 同実施の形態による太陽電池モジュールの製造方法におけるラミネート前に積層体の周囲に板状部材を配置した状態を示す平面図。 同実施の形態による太陽電池モジュールの製造方法におけるラミネートの各工程における積層体と板状部材との位置関係を示す断面図。

以下、本発明の実施の形態による太陽電池モジュールの製造方法について、図面を参照しながら説明する。

先ず、一般的なラミネート方法における加圧、加熱処理中の積層体の端部付近の状態を図１の断面図に示す。

ラミネートされる積層体は、表面保護材としてのカバーガラス３、封止材２、図示されていない太陽電池セル、封止材２、裏面保護材としてのバックシート１の順に積層した構造を有する。このような積層体が搬送シート５により搬送され、搬送シート５の下部に設けられた熱板６とダイヤフラム４とにより、矢印で示されたような方向に加圧及び加熱処理される。

しかし、加圧状態は積層体の全域に渡って均一ではなく、矢印で示されたように積層体の端部付近において応力の不均一が起こり、封止材２の厚みムラが発生していた。

尚、特許文献１の図４に示されたように、積層体を太陽電池基板、封止材、カバーガラスの順に積層した両面ガラス構造とした場合であっても、やはり端部付近では同じような応力の不均一が起こり、封止材の厚みムラが発生していた。

次に、本発明の実施の形態で用いる板状部材の構成について、図２を参照しながら説明する。

図２（ｂ）に示されたように、板状部材１０はベース部１１とカバー部１３とを含んでいる。

図２（ａ）に示されたように、ベース部１１は、例えばアルミニウムのような金属材料等から成る耐熱性を有する素材で形成されており、少なくとも１つの端面が凹状に切り欠かれた切り欠き部１２を有する。ここで、切り欠き部１２の大きさについては後述する。

カバー部１３は、ウレタンゴム、シリコン等の弾性及び耐熱性を有する弾性部材で形成されており、ベース部１１を切り欠き部１２に空気を封入し密閉状態で覆うように形成される。

板状部材１０は、ラミネートされる積層体の高さと同一又は略同一の高さ寸法を有し、積層体の周囲を額縁状に包囲可能な長さ寸法を有し、幅寸法については特に限定されないが例えば３０ｍｍから５０ｍｍ程度の取り扱いやすい寸法としてもよい。

尚、板状部材１０の変形例の構成について図３を用いて説明する。この板状部材１０は、カバー部１３の少なくとも一方の平面（図中、上面）及び少なくとも一方の側面（図中、左側面）を覆うように、接着部３１を介して剥離性を有する剥離シート３０が接着されている。

このような構成を有することで、ラミネート後にダイヤフラム４と板状部材１０とが、剥離シート３０の存在によって剥離しやすくなる。剥離シート３０は剥離性の高い素材が好ましく、例えばテフロン（登録商標）のようなフッ素樹脂系素材で形成されていることが好ましい。また、テフロン等を用いて剥離シート３０を形成すると伸縮性の少ないものとなる。そこで、カバー部１３における膨張部に相当する面、即ち切り欠き部１２の存在により空気が封入されている側面を除く面に接着部３１を設けて、剥離シート３０を接着することが好ましい。

次に、図４及び図５を参照しながら本実施の形態において行うラミネートの手順について説明する。

図４に、ラミネート前に積層体２０の周囲に板状部材１０ａ〜１０ｄを配置した状態を示す。上述したように、積層体２０の周囲を額縁状に板状部材１０ａ〜１０ｄで包囲する。

図５に、ラミネートの各工程における積層体２０と板状部材１０との位置関係を示す。各工程は上から順に図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）において示された通りであり、図５（ａ）はラミネート開始前における積層体２０と板状部材１０の配置状態、図５（ｂ）はラミネートを開始しチャンバ内で真空引きを行った時における積層体２０と板状部材１０の配置状態、図５（ｃ）はラミネートにおける加圧時、即ち大気開放によりダイヤフラム４が積層体２０を加圧した状態における積層体２０と板状部材１０の配置状態、図５（ｄ）はラミネートにおける加熱状態における積層体２０と板状部材１０の配置状態をそれぞれ示す。

積層体をラミネートする前に、図４に示されたように積層体２０の周囲四方を囲むように４つの板状部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを配置する。

ラミネート開始前の段階では、図５（ａ）に示されたように、積層体２０の端面と板状部材１０の端面とは、位置Ｘ４において接触した状態にある。この状態からラミネートが開始される。

ラミネートが開始されチャンバ内の真空引きが行われると、チャンバ内の気圧が減少する。これにより、切り欠き部１２内の空気が膨張して、図５（ｂ）に示されたように、カバー部１３が積層体２０側へ張り出す。しかし、積層体２０の端面の位置はＸ４で固定されている。このため、板状部材１０が矢印で示された左方向に移動し、左側の側面が位置Ｘ２からＸ１へ移動する。

真空引き後、上チャンバ内に大気が開放される。図５（ｃ）に示されたように、膨出したダイヤフラム４により積層体２０と板状部材１０とが矢印で示されたように上から下方へ向かって加圧され、板状部材１０の位置が固定される。尚、この時、積層体２０は矢印で示されたように上から均一に加圧される。従って、図１に示されたようなダイヤフラム４による応力の不均一が起こらない。

加圧後、積層体２０が加熱され、積層体２０に含まれるカバーガラスが図５（ｄ）において矢印で示されたように左方向へ線膨張する。このとき、後述するように、切り欠き部１２で膨張した空気の圧力がカバーガラスの線膨張力より弱いように設定している。これにより、カバー部１３はその線膨張力に反発することなく矢印方向へ押し戻され、カバー部１３及び積層体２０の接触している端面の位置はＸ３となる。

従来用いていた枠体やスペーサは、位置が固定されており逃げがないために積層体のカバーガラスの線膨張力を吸収することなく対抗し、カバーガラスが破損していた。これに対し本実施の形態では、板状部材１０がカバーガラスの線膨張力を吸収するように押し戻されてその位置が移動することにより、カバーガラスの破損を防止することができる。

このようなカバーガラスの線膨張力を吸収するような空気圧が作用するように、板状部材１０におけるベース部１１の切り欠き部１２の大きさを設定する手法について、以下に説明する。

先ず、各種パラメータを以下のように設定する。
Ａ：積層体に含まれるカバーガラスの線膨張力（ガラス材の伸び量＝ガラスの線膨張係数×△ｔ（温度上昇）×（長さ÷２））、あるいは積層体に含まれる熱膨張部材の線膨張力
Ｂ：切り欠き部の断面積
Ｃ：チャンバ内を真空にしたときの切り欠き部の断面積
Ｄ：チャンバ内を真空にしたときの切り欠き部の気圧＝１（気圧）×Ｂ／Ｃ
Ｅ：板状部材を移動させるために必要な力
Ｆ：切り欠き部の膨張力＝Ｄ×１（ｋｇｆ／ｃｍ^２）−Ｔ
Ｔ：カバー部１３の部材に生じる張力（ｋｇｆ／ｃｍ^２）

この場合における切り欠き部の膨張力Ｆが以下の数式（１）を満たすように、切り欠き部の断面積Ｂを設定する。
Ｅ＜Ｆ＜Ａ （１）

上記実施の形態はいずれも一例であって、本発明の技術的範囲内において様々に変形することが可能である。例えば板状部材は、ラミネート時の積層体の膨張を吸収するように、積層体との接触面が移動し得るものであればよく、上記実施の形態によるものには限定されない。また積層体に含まれる熱膨張部材はカバーガラスには限定されず、熱を加えられると膨張する部材から成るものであればよい。

１ バックシート
２ 封止材
３ カバーガラス
４ ダイヤフラム
５ 搬送シート
６ 熱板
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 板状部材
１１ ベース部
１２ 切り欠き部
１３ カバー部
２０ 積層体
３０ 剥離シート
３１ 接着部

Claims (4)

1. ラミネートの対象となる積層体の一側面に、一側面において空気を封入した状態で弾性部材により覆われた板状部材のこの一側面を接触させた状態で、チャンバ内に前記積層体及び前記板状部材を載置する工程と、
   前記チャンバ内で真空引きを行い、これにより前記板状部材に封入された空気が膨張して前記板状部材が前記積層体に接触した状態を維持しつつ前記積層体から遠ざかる方向に前記板状部材が移動する工程と、
   前記チャンバ内に大気を開放し、これにより前記積層体と前記板状部材が加圧部材により加圧され、前記積層体及び前記板状部材の位置が固定される工程と、
   前記積層体を加熱し、これにより前記積層体に含まれる熱膨張部材が前記板状部材に近づく方向に膨張し、前記板状部材に封入された空気が前記熱膨張部材の膨張を吸収し、前記板状部材が前記積層体に接触した状態を維持しつつ前記板状部材に封入された空気の体積が縮小する工程と、
   を備え、
   前記積層体に含まれる前記熱膨張部材の破損が防止されることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
2. 前記板状部材は、
   少なくとも前記一側面に切り欠き部が形成されたベース部と、
   前記弾性部材から形成され、前記切り欠き部に空気を封入した状態で前記ベース部を密閉状態に覆うカバー部とを有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. 前記積層体に含まれる前記熱膨張部材の線膨張力をＡ、前記切り欠き部の断面積をＢ、チャンバ内を真空にしたときの前記切り欠き部の断面積をＣ、チャンバ内を真空にしたときの前記切り欠き部の気圧をＤ（＝１（気圧）×Ｂ／Ｃ）、前記板状部材を移動させるために必要な力をＥ、前記カバー部に生じる張力をＴ、前記切り欠き部の膨張力をＦ（＝Ｄ×１−Ｔ）とした場合に、Ｅ＜Ｆ＜Ａという関係が満たされるように、前記切り欠き部の断面積Ｂが決定されることを特徴とする請求項２記載の太陽電池モジュールの製造方法。
4. 前記板状部材には剥離性を有するシートが接着されており、このシートは、加圧される際に前記加圧部材と接触する面を覆うように設けられており、空気が封入された前記一側面では接着されていないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

Images