JP2013071387A - ラミネート方法及びラミネート装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュール等の被加工物をラミネート加工する際の加熱時間を従来よりも短縮できるラミネート方法を提供する。
【解決手段】押圧部材１１２により仕切られた上チャンバ１１３と下チャンバ１２１とを有し、その下チャンバ１２１に設けられた熱板１２２上に被加工物１０を載置し、前記熱板１２２により加熱した前記被加工物１０を、前記下チャンバ１２１を真空とし前記上チャンバ１１３に大気を導入し前記熱板１２２と前記押圧部材１１２とで挟圧してラミネートするラミネート装置に使用するラミネート方法であって、真空引き工程および加圧工程からなるラミネート工程において、下チャンバ１２１内の真空度を適正に悪化させる構成としたラミネート方法。
【選択図】図５

Description

本発明は太陽電池モジュール等の被加工物をラミネート加工するラミネート方法及びそのラミネート方法を使用するラミネート装置に関する。

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は、特許文献１（特開平９−１４１７４３）が知られている。従来のラミネート装置は、下方に向かって膨張自在なダイヤフラムを備える上チャンバと、ヒータ盤を備えた下チャンバとを有するものである。搬送ベルト等で搬送された被加工物をヒータ盤の上に載せ、上チャンバを下チャンバに重ね合わせて密閉し、上下のチャンバ内を真空ポンプで減圧する。また、ヒータ盤を加熱し、搬送ベルトを通して被加工物を加熱する。上下のチャンバ内が所定の真空度に達したら、上チャンバ内に大気を導入する。すると、ダイヤフラムは下方に膨らみ、被加工物をヒータ盤に強く押しつける。被加工物はヒータ盤により加熱され、被加工物内の充填材が溶融して架橋反応を起こし、透明になって硬化する。

ラミネート装置は、例えばプロセスの開始から１分もしくは２分以内に１００〜２００Ｐａ以下に到達することを真空性能の仕様とすることが一般的である。下チャンバはプロセスの開始から終了まで可能な限り真空度を良くすることで、気泡発生を防止できるとしていたので、真空ポンプの性能や、チャンバの密閉度によっては、ワークは１００Pa以下の高真空度にさらされていた。

下チャンバを高真空に保つことは、気泡発生防止に効果があるかもしれないが、逆に真空度がよくなればなるほど、真空断熱効果により熱板からワークへの熱伝達速度は低下し、ワークの加熱時間を長くする必要が生じる。現行のプロセスおよび装置は、熱伝達低下の問題点は軽視されており、到達真空度が一定以下にならないように制御しておらず、また機能も有していない。
また、ワークによってはガラスの破損防止のため、プレス圧力を一定に制御したい場合がある。すなわち、熱伝達を向上させるため、下チャンバの真空度（圧力）を悪化させるような制御をプレス工程で行った場合、同時に上チャンバの圧力も同程度悪化させ、同じ加圧力（上下チャンバの差圧）を維持したい場合がある。

特開平９−１４１７４３

本発明は、このような事実から考えられたもので、太陽電池モジュール等の被加工物をラミネート加工する際の加熱時間を従来よりも短縮できるラミネート方法及びそのラミネート方法を使用したラミネート装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するための第１発明のラミネート方法は、押圧部材により仕切られた上チャンバと下チャンバとを有し、その下チャンバに設けられた熱板上に被加工物を載置し、前記熱板により加熱した前記被加工物を、前記下チャンバを真空とし前記上チャンバに大気を導入し前記熱板と前記押圧部材とで挟圧してラミネートするラミネート装置に使用するラミネート方法であって、真空引き工程および加圧工程からなるラミネート工程において、下チャンバ内の真空度を適正に悪化させることを特徴としている。
第１発明によれば、ラミネート加工における加熱時間短縮によるラミネート加工時間の短縮が可能である。また真空ポンプ交換時に真空引き性能が向上したにもかかわらず、真空断熱効果が強くなったことで、熱板からの熱伝達が悪化しラミネート加工時間が長くなるような問題が発生しない。

第２発明のラミネート方法は、第１発明において、前記ラミネート工程の中でプレス工程のみ前記下チャンバの真空度を適正に悪化させることを特徴としている。
第２発明によれば、真空度の悪化により気泡発生の原因となりうる真空引き工程における真空度を悪化させることなく、ラミネート加工における加熱時間短縮によるラミネート加工時間の短縮が可能である。

第３発明のラミネート方法は、第１発明または第２発明において、前記ラミネート工程の中でプレス工程の前記下チャンバの真空度を徐々に悪化させながら、同時に上チャンバの真空度を下チャンバの圧力増加分と同じ量悪化させることを特徴としている。
第３発明によれば、加圧圧力の安定化によりワーク品質の向上および安定化を実現することができる。例えば基板ガラス、充填材、及びカバーガラスを積層構造とした薄膜式の太陽電池モジュールの場合は以下のような問題が発生しやすい。加圧圧力が安定化しない場合に過度の圧力がかかることでカバーガラスの端部に応力が集中し、できあがり厚みが不安定になったり、端部まで充填材がいきとどかなかったり、しいてはガラスの破損につながる。これらの問題を第３発明のラミネート方法により防止することができる。

第４発明のラミネート装置は、第１発明から第３発明のいずれかのラミネート方法を使用したことを特徴としている。
第４発明のラミネート装置によれば、第１発明から第３発明のいずれかのラミネート方法を使用しているので、被加工物である太陽電池モジュールのラミネート加工における加熱時間を短縮化することが可能であり、ラミネート装置の生産能力を向上させることができる。

被加工物としての太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。 ラミネート装置の全体の構成を示す図である。 ラミネート装置のラミネート部の側断面図である。 ラミネート装置のラミネート加工時におけるラミネート部の側断面図である。 真空度悪化手段１の説明図である。 真空度悪化手段２の説明図である。 本発明の実施例１のラミネート方法と従来のラミネート方法によるラミネート加工中の被加工物の温度変化の相違の説明図である。 本発明の実施例１のラミネート方法と従来のラミネート方法によるラミネート加工中の被加工物の温度変化の相違の説明図である。 本発明の実施例２のラミネート方法と従来のラミネート方法によるラミネート加工中の被加工物の温度変化の相違の説明図である。 本発明の実施例２のラミネート方法と従来のラミネート方法によるラミネート加工中の被加工物の温度変化の相違の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

ここでは、まず、ラミネート装置でラミネートされる被加工物１０について説明する。

図１は、被加工物１０として結晶系セルを使用した太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。太陽電池モジュール１０は、図示のように、透明なカバーガラス１１と裏面材１２との間に、充填材１３、１４を介してストリング１５を挟み込んだ構成を有する。裏面材１２にはポリエチレン樹脂等の材料が使用される。また、充填材１３、１４にはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂等が使用される。ストリング１５は、電極１６、１７の間に結晶系セルとしての太陽電池セル１８をリード線１９を介して接続した構成である。

また、被加工物１０としては、上述した太陽電池モジュールだけではなく、一般に薄膜式と呼ばれる太陽電池モジュールを対象とすることもできる。この薄膜式太陽電池モジュールの代表的な構造例では、透明なカバーガラスに、予め、透明電極、半導体、裏面電極からなる発電素子が蒸着してある。このような薄膜式太陽電池モジュールは、カバーガラス（基板ガラス）を下向きに配置し、カバーガラス上の発電素子の上に充填材を被せる。更に、充填材の上に裏面材を被せた構造になっている。このような状態で真空加熱ラミネートすることにより薄膜式太陽電池モジュールの構成部材が接着される。すなわち、薄膜式太陽電池モジュールは、上述した太陽電池モジュールの結晶系セルが蒸着された発電素子に変わるだけである。薄膜式太陽電池モジュールの基本的な封止構造は上述した太陽電池モジュールと同じである。

尚本発明のラミネート方法は、上記の発電素子を蒸着した基板ガラスに充填材を被せ、さらにその上にカバーガラスを被せた構成の薄膜式太陽電池モジュールにも使用することができる。

図２は、本実施形態に係るラミネート装置１００の全体の構成を示す図である。ラミネート装置１００は、上ケース１１０と、下ケース１２０と、被加工物１０を搬送するための搬送ベルト１３０とを有する。搬送ベルト１３０は、被加工物１０を上ケース１１０と下ケース１２０との間に搬送する。ラミネート装置１００には、ラミネート前の被加工物１０をラミネート装置１００に搬送するための搬入コンベア２００が設けられている。また、ラミネート装置１００には、ラミネート後の被加工物１０をラミネート装置１００から搬出するための搬出コンベア３００が設けられている。搬入コンベア２００と搬出コンベア３００とは、ラミネート装置に連設されている。被加工物１０は、搬入コンベア２００から搬送ベルト１３０に受け渡され、搬送ベルト１３０から搬出コンベア３００に受け渡される。

ラミネート装置１００には、シリンダ及びピストンロッド等で構成される図示しない昇降装置が設けられている。昇降装置は、上ケース１１０を水平状態に維持したまま下ケース１２０に対して昇降させることができる。昇降装置が上ケース１１０を下降させることで、上ケース１１０と下ケース１２０との内部空間を密閉させることができる。

次に、本実施形態に係るラミネート装置１００のラミネート部１０１の構成についてより具体的に説明する。図３は、ラミネート装置１００において被加工物１０をラミネート加工する前のラミネート部１０１の側断面図である。図４は、ラミネート加工時におけるラミネート部１０１の側断面図である。

上ケース１１０には、下方向に開口された空間が形成されている。この空間には、空間を水平に仕切るようにダイヤフラム１１２が設けられている。ダイヤフラム１１２は、シリコーン系のゴム等の耐熱性のあるゴムにより成形されている。後述するように、ダイヤフラム１１２は、被加工物１０を押圧する押圧部材として機能し、ラミネートを行う。上ケース１１０内には、ダイヤフラム１１２によって仕切られた空間（上チャンバ１１３）が形成される。

また、上ケース１１０の上面には、上チャンバ１１３と連通する吸排気口１１４が設けられている。上チャンバ１１３では、吸排気口１１４を介して、上チャンバ１１３内を真空ポンプにより真空引きして真空状態にしたり、上チャンバ１１３内に大気を導入したりすることができる。

下ケース１２０には、上方向に開口された空間（下チャンバ１２１）が形成されている。この空間には、熱板１２２（パネル状のヒータ）が設けられている。熱板１２２は、下ケース１２０の底面に立設された支持部材によって、水平状態を保つように支持されている。この場合に、熱板１２２は、その表面が下チャンバ１２１の開口面とほぼ同一高さになるように支持される。

また、下ケース１２０の下面には、下チャンバ１２１と連通する吸排気口１２３が設けられている。下チャンバ１２１では、吸排気口１２３を介して、下チャンバ１２１内を真真空ポンプにより空引きして真空状態にしたり、下チャンバ１２１内に大気を導入したりすることができる。

上ケース１１０と下ケース１２０との間であって、熱板１２２の上方には、搬送ベルト１３０が移動自在に設けられている。搬送ベルト１３０は、図２の搬入コンベア２００からラミネート前の被加工物１０を受け取ってラミネート部１０１の中央位置、すなわち熱板１２２の中央部に正確に搬送する。また、搬送ベルト１３０は、ラミネート後の被加工物１０を図２の搬出コンベア３００に受け渡す。

また、上ケース１１０と下ケース１２０との間であって、搬送ベルト１３０の上方には、剥離シート１４０が設けられている。剥離シート１４０は、被加工物１０の充填材１３、１４（図１参照）が溶融したときに、充填材１３、１４がダイヤフラム１１２に付着するのを防止する。

次に、本実施形態に係るラミネート装置１００によるラミネート工程についてより具体的に説明する。まず、図３に示すように、搬送ベルト１３０は、被加工物１０をラミネート部１０１の中央位置に搬送する。なお、このとき、下チャンバ１２１や熱板１２２に配設された上下動可能な図示しない保持ピン等を上昇させることで、被加工物１０を熱板１２２上から離間した位置に保持しておいてもよい。

次に、昇降装置は、上ケース１１０を下降させる。上ケース１１０を下降させることにより、図４に示すように、上ケース１１０と下ケース１２０との内部空間は、密閉される。すなわち、上ケース１１０と下ケース１２０との内部にて上チャンバ１１３及び下チャンバ１２１は、それぞれ密閉状態に保つことができる。

次に、ラミネート装置１００は、上ケース１１０の吸排気口１１４を介して、上チャンバ１１３内を真空ポンプにより真空引きを行う。同様に、ラミネート装置１００は、下ケース１２０の吸排気口１２３を介して、下チャンバ１２１内を真空ポンプにより真空引きを行う（以下真空工程という）。下チャンバ１２１の真空引きにより、被加工物１０内に含まれている気泡は、被加工物１０外に送出される。なお、上下動可能な図示しない保持ピンにより被加工物１０を、熱板１２２上から離間した位置に保持していた場合は、真空工程の略後半から、保持ピンを下降して被加工物１０を熱板１２２上に載置する。
被加工物１０は、後述する温度制御装置の温度制御により加熱された熱板１２２によって加熱されるので、被加工物１０の内部に含まれる充填材１３、１４も加熱される。

次に、ラミネート装置１００は、下チャンバ１２１の真空状態を保ったまま、上ケース１１０の吸排気口１１４を介して、上チャンバ１１３に大気を導入する。これにより、上チャンバ１１３と下チャンバ１２１との間に気圧差が生じることで、ダイヤフラム１１２が膨張する。従って、ダイヤフラム１１２は、図４に示すように下方に押し出される（以下加圧工程という）。被加工物１０は、下方に押し出されたダイヤフラム１１２と、熱板１２２とで挟圧され、加熱により溶融された充填材１３、１４によって各構成部材が接着される。

このようにラミネート工程が終了した後、ラミネート装置１００は、下ケース１２０の吸排気口１２３を介して、下チャンバ１２１に大気を導入する。このとき、昇降装置は、上ケース１１０を上昇させる。上ケース１１０を上昇させることにより、図３に示すように、搬送ベルト１３０を移動させることができるようになる。搬送ベルト１３０は、ラミネート後の被加工物１０を搬出コンベア３００に受け渡す。

ラミネート加工は、上記のように行われるが、ラミネート加工における真空引工程および加圧工程において真空度を良くしすぎると、図２から図４の熱板からの熱が被加工物１０に伝達しにくくなり、加熱時間は長くなり、ラミネート加工時間が長くなる原因になる。

ラミネート加工の際の被加工物の加熱時間を短縮し、ラミネート加工時間を短縮するラミネート方法について説明する。

本発明のラミネート方法では、ラミネート加工中の下チャンバの真空度を悪化（真空度の数値を増加させる）させ、熱板から被加工物への熱伝達を良好にし、ラミネート加工時間を短縮させる。このためラミネート加工中の真空度の悪化は、以下のように行う。

＜真空度悪化手段１＞
図５により真空度悪化手段１について説明する。図中Ｖ１、Ｖ２は、従来の真空引きに使用される切替バルブである。真空ポンプにて真空引きする際に下チャンバの吸排気口側の配管にバルブＶ３が設けられている。このバルブＶ３は、大気への経路を有したリークバルブである。このバルブを必要に応じて開閉することにより真空度を悪化することが可能である。また図５のＶ３としては、真空引き流路の断面積を減じるようなバルブを使用することができる。このようなバルブを使用することにより下チャンバ内の真空度の数値が一定値以下にならないようにすることが可能である。
ここで真空度の数値が小さくなることは真空度が良くなることを示すものとする。このような真空度の制御は、電気的な制御を使用しても良いが、機械的な制御バルブのみでも実現可能である。

＜真空度悪化手段２＞
図６により真空度悪化手段２について説明する。図中ＶＥ１、ＶＥ２は、図５のＶ１とＶ２に相当し真空引きに使用される切替バルブである。真空ポンプにて真空引きする際に下チャンバの吸排気口側の配管にバルブＶＥ３が設けられている。バルブＶＥ３は、真空度悪化手段１と同様の機能と作用を有している。
本手段２の場合は、ラミネート加工中の真空引きを悪化させるだけでなく、加圧工程のいかなる段階においても上チャンバと下チャンバの真空度を任意に悪化させること、および加圧工程における上チャンバの押圧部材（ダイヤフタム）による加圧圧力（上下チャンバの差圧）の一定制御も行う。したがって本手段２では、これらのバルブＶＥ１、ＶＥ２、ＶＥ３は、全て電気制御信号により動作させる。このような真空度の悪化手段２は、真空度悪化手段１と組み合わせることにより更に高度な真空度制御が可能となる。

＜真空度悪化手段を応用したラミネート方法＞
上記真空度悪化手段１及び２を使用し、ラミネート加工工程において以下の様に真空度制御を行う。
真空引工程において、上記真空度悪化手段１を使用し、例えば３００Ｐａ±５０Ｐａ程度の値で真空度を一定に保持する。この真空度の値は、図１の充填材（封止材）１３、１４の種類、カバーガラス１１など透明基板の面積などによって最適値に設定される。これにより、真空引工程における図１の太陽電池モジュールの構成部材の加熱が促進される。
ラミネート加工工程が真空引工程からダイヤフラム１１２などの押圧部材による加圧工程に移行すると、一般的には上チャンバのみの圧力を悪化（例えば大気開放）させ、下チャンバとの差圧で被加工物としての太陽電池モジュール１０に対して加圧加工を行うが、加圧して一定時間後に下チャンバの真空度のみを適正値（例えば５ｋＰａ）に悪化させ、加圧加工時の熱伝達を向上させる。

被加工物によっては、加圧圧力を一定に保つ必要があるため、同時に上チャンバの真空度も悪化させる。例えば加圧圧力を３０ｋＰａで一定に保持したい場合、加圧時下チャンバ圧力は３００Ｐａから５ｋＰａに変化させるのと同時に、上チャンバはプレス開始時３０ｋＰａから３５ｋＰａに変化させる。加圧加工時により熱伝達を高めるために下チャンバ真空度を段階的に悪化させたい場合は、同じように同様に上チャンバ真空度も制御する。

本発明の真空度悪化手段１または２を使用したラミネート方法により、図１の構成の太陽電池モジュールをラミネート加工する実施例１について説明する。

本実施例の場合は、図１の構成の太陽電池モジュールの構成部材を図２のラミネート装置に搬入し、上ケースを下降させて下ケースに重ね合わせて閉合させた後、下チャンバの真空度を真空引工程の開始時から悪化させている。つまり下チャンバの到達真空度の設定を従来の１００Ｐａ程度から悪化させる。このような本実施例のラミネート方法を使用した場合と、従来のラミネート方法を使用した場合の、被加工物の温度変化を被加工物の中央部Ｘ部と端部Ｙ部とで測定した結果を図７と図８に示す。

被測定物の中央部Ｘ部の温度変化を示す図７と被測定物の端Ｙ部の温度変化を示す図８ともに、従来のラミネート方法よりも１４０℃の到達時間は、従来のラミネート方法の到達時間１０分に対して約半分の５分で１４０℃に到達している。約５分早く所定温度に到達していることが分かる。従って本実施例のラミネート方法を使用することにより、ラミネート加工時間は従来よりも５分程度短縮される。通常のラミネート加工時間は、約１５分から２０分であり、本発明のラミネート方法によりラミネート時間は、従来に比較して２０％から３０％短縮されることが分かる。

本実施例における真空引工程における下チャンバの真空度の悪化の程度は、ラミート加工した製品の周辺部分に気泡が残存しない程度まで真空度を悪化することが可能である。

本発明の真空度悪化手段２によるラミネート方法を使用し、図１の構成の太陽電池モジュールをラミネート加工する実施例１について説明する。

図１の構成の太陽電池モジュールの構成部材を図２のラミネート装置に搬入し、上ケースを下降させて下ケースに重ね合わせて閉合させた後、以下のように真空引工程と加圧工程を行う。
１）下チャンバと上チャンバは真空引きを開始し真空度を約１００Ｐａに到達させる（図９と図１０において６分後）。
２）上チャンバの真空度を１５ｋＰａに悪化させて押圧部材であるダイヤフラムを下方に膨張させて加圧工程が開始する。
３）加圧工程が開始３０秒後に下チャンバの真空度を２ｋＰａに悪化させて加圧工程を続行する。

このような本発明のラミネート方法を使用した場合と、従来のラミネート方法を使用した場合の、被加工物の温度変化を被加工物の中央部Ｘ部と端部Ｙ部とで測定した結果を図９と図１０に示す。

被測定物の中央部Ｘ部の温度変化を示す図９と被測定物の端Ｙ部の温度変化を示す図１０ともに、従来のラミネート方法よりも、被加工物の温度が１５０℃に到達する時間は４分から5分早いことが分かる。従って本発明のラミネート方法を使用することにより、ラミネート加工時間は従来よりも４分から5分程度短縮される。通常のラミネート加工時間は、約１５分から２０分であり、本発明のラミネート方法によりラミネート時間は、従来に比較して２０から３０％短縮されることが分かる。

本実施例のラミネート方法を使用することにより、ラミネート加工中の熱板から被加工物への熱伝達が良好になり、ラミネート加工時間を短縮することができ、太陽電池モジュールの生産効率を向上させることができる。

１０ 被加工物（太陽電池モジュール）
１１ カバーガラス
１２ 裏面材
１３、１４ 充填材
１００ ラミネート装置
１０１ ラミネート部
１１０ 上ケース
１１２ ダイヤフラム
１１３ 上チャンバ
１２０ 下ケース
１２１ 下チャンバ
１２２ 熱板
Ｖ１、Ｖ２ バルブ
Ｖ３ リークバルブ
ＶＥ１、ＶＥ２ バルブ
ＶＥ３ リークバルブ

Claims (4)

1. 押圧部材により仕切られた上チャンバと下チャンバとを有し、その下チャンバに設けられた熱板上に被加工物を載置し、前記熱板により加熱した前記被加工物を、前記下チャンバを真空とし前記上チャンバに大気を導入し前記熱板と前記押圧部材とで挟圧してラミネートするラミネート装置に使用するラミネート方法であって、
   真空引き工程および加圧工程からなるラミネート工程おいて、下チャンバ内の真空度を適正に悪化させるラミネート方法。
2. 前記ラミネート工程の中で真空引き工程もしくはプレス工程のみ前記下チャンバの真空度を適正に悪化させることを特徴とする請求項１に記載のラミネート方法。
3. 前記ラミネート工程の中でプレス工程の前記下チャンバの真空度を徐々に悪化させながら、同時に上チャンバの真空度を下チャンバの圧力増加分と同じ量悪化させることを特徴とする請求項１または請求項２のいれかに記載のラミネート方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のラミネート方法を使用したことを特徴とするラミネート装置。

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