JP2013237059A - インターコネクタと太陽電池素子の接合装置及び接合方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】支持台2上のワークWを支持台2の下側から加熱可能な誘導加熱方式の主加熱手段3と、上側からワークWを支持台2に押し付ける押圧手段4を含み、主加熱手段3によるインターコネクタIの加熱と同時、及び/又は、加熱後且つインターコネクタの接合剤の硬化前にワークWを支持台2と押圧手段4の間で挟圧するように構成されており、支持台はインターコネクタと主加熱手段の間に非透磁性材料が介在しないように構成されていることを特徴とするインターコネクタIと太陽電池素子Pの接合装置1及びこれを用いた接合方法である。
【選択図】図2
Description
接合不良を減らす方法としては、インターコネクタを太陽電池素子に接合する際に、押しつけ部等を用いて接合部分に押圧を加えることにより、インターコネクタと太陽電池素子上の電極を確実に密着させる方法が従来より採用されている(例えば特許文献1)。
しかしながら、半田付けの熱源として半田ごてを用いた場合、半田ごてと押しつけ部等とが衝突、干渉するので、半田付けと同時に当該箇所に有効な押圧を行うことができない。このため、ワークを部分的に押さえてから、押さえた部分を避けて半田ごてを押し当てて半田付けし、半田ごてを一旦取り除いてから押しつけ部を当該位置に速やかに移動することになるが、その間に半田が冷却されて押圧の効果が十分得られないことがある。
半田ごての代わりに熱風供給装置や赤外線集光ヒーターを用いた場合でも、押しつけ部等との距離が近すぎれば押しつけ部等により熱風や赤外線が遮られる。また、熱風や赤外線を遮らないように、間隔をあけて配置した複数の押しつけ部でインターコネクタを押し付けた場合、インターコネクタの自然な伸縮が押しつけ部により阻害され、隣接する押しつけ部の間の部分で、インターコネクタが浮き上がってしまうことがあり、均一で効果的な半田付けができない欠点があった。
また、衝突、干渉等を避けるための工程自体が装置を複雑にし、装置コストが高くなり、加工速度を上げることができず、その上、作業性を悪化させ、生産性を低下させる欠点もある。
また、本発明の太陽電池素子の接合方法は、太陽電池素子P及びインターコネクタIからなるワークWを載置するための支持台2と、上側からワークWを支持台2表面に押し付ける押圧手段4と、支持台2の下側からワークWを加熱する誘導加熱方式の主加熱手段3を用いて、太陽電池素子PにインターコネクタIを加熱接合するための接合方法であって、支持台2上に載置されたワークWを主加熱手段3により加熱しながら及び/又は加熱後で且つインターコネクタの接合剤の硬化前に、ワークWを支持台2と押圧手段4の間で挟圧することを特徴とする。
また、本発明において、加熱接合とは、例えばインターコネクタの周りにメッキされた半田を溶融させて半田付けしたり、インターコネクタI又は太陽電池素子Pに塗布、貼着された導電性接着剤を加圧熱硬化させるなど、加熱することにより当該インターコネクタIと太陽電池素子Pを接合することをいう。
さらにまた、本発明において、ワークとは、太陽電池素子Pの表面にインターコネクタIを配置したもの、仮止め又は仮接合したもの、加熱接合したもの等、太陽電池素子PとインターコネクタIが一体的に扱える状態のものを称する。
本発明に適用できる太陽電池素子Pの種類は特に限定されず、表面及び裏面にそれぞれ+極及び−極が設けられた通常の太陽電池素子Pは勿論、電極列が+極、−極ともに裏面に設けられた、所謂、裏面電極型のものであってもよい。また、電極列の数や間隔も特に限定されず、従来から使用されている2〜6本の電極列が設けられたものや、裏面電極型素子用の特殊形状裏面電極等にも全て対応可能である。その材質としては、従来から使用されている単結晶シリコンや多結晶シリコン等が全て使用できる。
また、太陽電池素子は薄膜系であってもよく、例えば、シリコンを可撓性フィルムに蒸着させたフレキシブルタイプであってもよく、またシリコン層の両側にガラス基板を設けた両面ガラス基板タイプ(シースルータイプ)であっても本発明の接合装置、接合方法により接合できる。
異型電極用シートとは、電極が直線状に配列されていないような特殊な電極が設けられた太陽電池素子を接続するためのインターコネクタIであり、その形状としては、現在、櫛の歯状や葉脈状などがあるがこれらに限定されず、平面的な広がりを持つ形状をしており、異型電極を有する太陽電池素子を接続できる限りどのようなものでも使用できる。
異型端子とは、例えば特表2008−502149号公報における相互接続アセンブリのような、隣接する太陽電池素子の縁部に接合することにより太陽電池素子を電気的に接続するためのインターコネクタIである。
また、半田を使用する場合、予めフラックスを塗布したインターコネクタを使用してもよいし、加熱接合する直前にフラックスを塗布するようにしてもよく、さらには太陽電池素子側の電極にフラックスを塗布してもよい。
その他、インターコネクタIが巻かれたリール8aから、適当な長さのインターコネクタIを切り出して、支持台2上に配置する様に構成してもよいし、あるいは、キャリアフィルム上にマウントされたインターコネクタIを、キャリアフィルムごと太陽電池素子Pに押し付けることにより、太陽電池素子PとインターコネクタIを密着させるようにしてもよい。
なお、インターコネクタIの加熱接合が進行するにつれて徐々に引張力を弱くしていけば、接合されたインターコネクタ内に残る残存応力を小さくすることができる。
好適な引張力の大きさは、インターコネクタI内の銅箔の断面積や抗張力によって異なるため一概にはいえないが、インターコネクタIが略直線状となる程度から、約1%引き延ばされる程度までであり、0.2%程度引き延ばされる程度が好適である。具体的には幅2mm、厚さ160μmで焼鈍された銅箔に半田をコーティングしたインターコネクタについては1本あたり300g〜500g程度が好ましい。
予めインターコネクタIを適当な長さに切断してその後に適当な位置に配置してから半田付けする方式を採る場合は、真空吸引装置を備えた真空吸引台等でインターコネクタIの一旦を吸引しつつ他端を把持して引っ張って摺動させ、真空吸引台等とインターコネクタIの間に生じる摩擦力を引張力とする方法が例示できる。
例えば、インターコネクタIを加熱接合するための主加熱手段3を固定して用いる場合にはワークWを移動させるためのコンベアを支持台2としてもよい(図1参照)し、透光性表面保護材Gの上にワークWを配列する場合には透光性表面保護材Gの一部を保持する構造を支持台2としてもよい。。
特に、太陽電池素子Pをマトリックス状に配列した後で、バスバー接続を含めて、太陽電池素子Pを加熱接合するように構成すれば、従来の太陽電池素子Pのモジュール化において必須であった太陽電池素子をストリング状に接続したり、マトリックス状に再配列する工程及び搬送装置を省略しモジュール化プロセスの簡略化ができるので、省人化及び装置費用の削減でコストを低廉にすることができる。
なお、本発明において逆反りとは、接合前に太陽電池素子Pが反っている方向、或いは加熱接合後に反ると予想される方向とは逆の方向に反らせることをいい、インターコネクタIを溶着する前の太陽電池素子Pでは、裏面電極型の場合は電極列を外側にして反らせることをいい、両面電極型の場合は素子の歪みにより現に反っている方向とは逆の方向に反らせることをいう。
逆反りさせる場合、逆反り値は、接合直前の反り値或いは自然状態において加熱接合後に反ると予想される反り値と同程度とすることが望ましい。なお、反り値、逆反り値とは、反った状態又は逆反りさせた状態の太陽電池素子を湾曲面が下になるようにして平面に置いた場合における、持ち上がった端部の平面からの高さをいう。
逆反りのまま保持する際の好ましい温度条件は、加熱接合に用いる接合剤によって異なるが、接合剤が半田である場合は当該半田の延性脆性遷移温度以上、且つ半田の溶融温度未満の温度が好ましい。
この主加熱手段3は高周波電源と接続されており、この高周波電源で発生する高周波電流を導線に流すことにより急速な磁束の変化を起こし、これにより電磁誘導の原理でインターコネクタIを加熱する。
なお、高周波電流を主加熱手段3に流すことにより、主加熱手段3は自己発熱するが、主加熱手段3を形成する導線を中空管状にして、導線の中に冷却用の水や気体等の冷媒を通すことにより、自己発熱による熱を冷却するように構成してもよい。あるいは主加熱手段3全体に冷気を吹きかけてもよい。
使用する高周波電流の電流は太陽電池素子PとインターコネクタIを加熱接合するのに適切な熱量を生じさせる程度とすればよく、主加熱手段3の先端とインターコネクタIの間隔にもよるが、この間隔が4mm程度の場合、具体的には50〜300アンペア程度が適当であり、通常は210アンペア前後である。50アンペア未満だと、加熱接合に時間がかかり作業効率が悪化する。300アンペアを超えると半田が過度に溶融して半田流れを起こし太陽電池素子Pと接触してショートの原因等となる場合がある。
加熱時間も太陽電池素子PとインターコネクタIを加熱接合するのに適切な時間とすればよく、具体的には主加熱手段3の先端とインターコネクタIの間隔を4mmに保ち主加熱手段3を太陽電池素子P等に対して相対的に移動させる接続方法の場合、6インチ型の太陽電池素子Pの1枚につき2〜4秒、一般的には2〜3秒程度でインターコネクタIを加熱接合する程度で良好な結果が得られる。
ここで、太陽電池素子の電極列に対応したとは、太陽電池素子に設けられた電極列の数をNとすれば、Nの自然数倍の主加熱手段3が同時に電極列の上に配置可能であることを指す。即ち、主加熱手段3の数が電極列の数N(図6の場合はN=3)と同数(1倍)である場合には、1列の太陽電池素子PにインターコネクタIを同時に加熱接合することができる。2倍以上である場合には、2列以上の太陽電池素子Pを同時に処理できるので作業効率が向上する。
なお、このライン状誘導加熱コイルは必要な加熱時間を確保できる程度に幅広である必要がある。具体的には、加熱ヘッド3Hの相対的移動速度にもよるが、通常20〜30mm程度が適当である。幅が狭すぎる場合、加熱したい箇所を十分に加熱する時間がとれず、好適な加熱接合ができなくなるか、或いは十分加熱するために加熱ヘッド3HとワークWの相対的移動速度を遅くする必要が生じ、タクトが長くなって生産性が悪化する場合がある。
本発明においては、上記の通り主加熱手段3がワークWの下側に配置されているので、この主加熱手段3とワークの上側に配置される押圧手段4とが衝突、干渉することがない。従って、主加熱手段3によって加熱している箇所を加熱と同時、及び/又は、加熱後且つ接合剤の硬化前にワークWに対し均一に押圧することができ、このように好適なタイミングでインターコネクタI全長にわたり均等に押圧することにより接合不良を容易に減少させることができる。
なお、冷却用温風、冷却用温水とは、太陽電池素子Pのうち、インターコネクタIを加熱接合した部分の温度よりも低く、加熱接合されていない部分の温度より高く、且つ接合剤が半田である場合には半田の融点よりも低い温度の温風、温水をいう。
また、予熱手段5、主加熱手段3、徐冷手段6及びワークWを静止させた状態で加熱接合する方式を用いる場合には、例えば図15に記載されているような、接合されたインターコネクタIの全体を押圧できるテフロン(登録商標)やシリコン処理した細長い弾性の板からなる押圧手段4を用いたり、インターコネクタI部分を含めたワークW全面を押圧できる、半田や接着剤に対する非付着性や離型性を有する材料を選択したり、押圧面に微細な凹凸を設けた構造を有する広い押圧手段4を用いることもできる。
ここで、相対的に移動という表現には、ワークが静止した状態で主加熱手段等を移動させるか、主加熱手段等が静止した状態でワークを移動させるか、ワークと主加熱手段等を異なる方向に、及び/又は、異なる速度で移動させることにより、ワークと主加熱手段等の位置関係を変化させることが含まれる。
そればかりでなく、誘導加熱方式の主加熱手段3には温度の立ち上がりが急であるという特徴があるので、通常では太陽電池素子Pの急激な温度変化、熱勾配によるヒートショックにより、太陽電池素子Pに割れ、ひび割れ(クラック)が生じやすい欠点があるが、予熱手段5により予めインターコネクタIと太陽電池素子Pを暖めておけば主加熱手段3による加熱勾配を緩くすることができ、これにより温度変化を緩和して、割れ、ひび割れ(クラック)等を防ぐことができる。
さらに、冷却用温風を用いて太陽電池素子Pのうち特に加熱接合した部分を含めた周辺部を冷却することにより、加熱接合した部分と加熱接合していない部分の温度差を速やかに解消することができ、ヒートショックによる太陽電池素子Pの破損を防止することができる。
なお、図8に示した例では予熱手段5が主加熱手段3と一体的に設けられると共に徐冷手段6が押圧手段4と一体的に設けられており、図9に示した例では徐冷手段6が主加熱手段3と一体的に設けられているとともに予熱手段5が押圧手段4と一体的に設けられている。
また、予熱手段が支持台加熱装置である場合は支持台2の下側からの加熱に適しているので主加熱手段3と一体的に設ければよい。
なお、誘導加熱装置は上下のいずれからもワークWを加温することができるので、下側の主加熱手段3及び上側の押圧手段4のいずれと一体的に設けてもよい。図8に示した例では誘導加熱装置5iが主加熱手段3と一体的に設けられている。
また、徐冷手段6が支持台冷却装置又は冷却用支持台加温装置6cである場合は主加熱手段3と一体的に設ければよい。なお、支持台冷却装置と冷却用支持台加温装置の違いは冷媒の温度だけであり、冷媒の温度がインターコネクタIを加熱接合した部分の温度と加熱接合していない部分の温度の間であれば冷却用支持台加温装置であり、加熱接合した部分としていない部分の両方の温度よりも低ければ支持台冷却装置である。図9に示した例では支持台冷却装置又は冷却用支持台加温装置6cが主加熱手段3と一体的に設けられている。
上記のように構成した場合、例えば特開2009−226482号公報の図3、図4に記載されているような従来の半田付けヘッド(加熱ヘッド)と異なり、誘導加熱コイルの中に押圧ピンを挿通するための複雑な構造を用いる必要がなくなり、主加熱手段3及び押圧手段4の双方を単純な構造とすることができる。このため、単純な形状の押圧手段4を用いて全長にわたって均一な押圧と接合により、効果的で安定的な半田付けを容易に行うことができるとともに、押圧手段4との干渉を考慮する必要がなくなるので主加熱手段3を固定的に配置することができ、押圧手段4は直線状且つフラットな単純な構造とすることができ、装置全体を単純化できる。
むしろ、本発明では表面側封止材シートSfとインターコネクタIの接着を利用することにより、従来行われていた耐熱テープ等での仮止めを行う必要がなくなるので作業性を向上させることができる。即ち、単にインターコネクタIで接続されただけの太陽電池素子Pは加熱接合した素子間のインターコネクタIの剛性が低く、インターコネクタIが変形し、素子間のズレが発生するので、従来は耐熱テープ等で一時的に補強されていたが、本発明においては、インターコネクタIに接着した表面側封止材シートSfが接続された太陽電池素子Pを裏打ちし、仮支持しており、しかも、表面側封止材シートSfの上に太陽電池素子Pを載置した状態で運ぶことが可能なので、次工程に移動する際に太陽電池素子Pが割れたり加熱接合した部分が引き剥がされる恐れがない。従って、接続された太陽電池素子Pを移動させる際に、従来ほど慎重になる必要がない。
また、従来は太陽電池素子PをインターコネクタIでストリング状に接続し、更にマトリックス状に配置してから、接続された太陽電池素子Pを全て持ち上げて、その下に表面側封止材シートSfや透光性表面保護材Gを敷設し、その上に接続された太陽電池素子Pを降ろしていたが、このような上げ下ろしの作業が不要になるので、工程が簡素化するとともに作業性も向上する。
太陽電池素子が薄膜系である場合、透光性表面保護部材Gとしては、薄膜タイプガラス基板が用いられるが、市販品としては太陽電池TCO基板(商品面)(旭硝子株式会社製)が用いられる。
なお、裏面側封止材シートSrとしては上記表面側封止材シートSfと同じでよく、さらに、裏面側封止材シート供給手段も表面側封止材シート供給手段と同様の構成でよい。
なお、バックシート供給手段も表面側封止材シート供給手段と同様の構成でよく、バックシートSbの代わりにガラス板を用いる場合は透光性表面保護材供給手段と同様の構成を用いればよい。
2 支持台
3 主加熱手段
3c 磁心
3H 加熱ヘッド
4 押圧手段
5 予熱手段
5r 赤外線ランプ
5w 温風供給装置
5i 誘導加熱装置
6 徐冷手段
6w 冷却用温風供給装置
6c 支持台冷却装置又は冷却用支持台加温装置
7 太陽電池素子供給手段
8 インターコネクタ供給手段
8a リール
8b 張力コントローラ
8c インターコネクタ繰り出しロール
8m マニピュレータ
P 太陽電池素子
I インターコネクタ
W ワーク
Sf 表面側封止材シート
Sr 裏面側封止材シート
Sb バックシート
G 透光性表面保護材
Claims (9)
- 太陽電池素子にインターコネクタを接合するための接合装置であって、
太陽電池素子及びインターコネクタからなるワークを載置するための支持台と、
支持台上のワークを支持台の下側から加熱可能な誘導加熱方式の主加熱手段と、
上側からワークを支持台に押し付ける押圧手段を含み、
主加熱手段によるインターコネクタの加熱と同時及び/又は加熱後且つインターコネクタの接合剤の硬化前にワークを支持台と押圧手段の間で挟圧するように構成されており、
支持台はインターコネクタと主加熱手段の間に非透磁性材料が介在しないように構成されていることを特徴とするインターコネクタと太陽電池素子の接合装置。 - 互いに近接配置された予熱手段、主加熱手段、徐冷手段をワークに対して相対的に移動させることにより、インターコネクタに対して局部的な予熱、加熱接合、硬化操作を続けながら連続的又は断続的に接合するように構成され、
予熱手段及び徐冷手段のうち、いずれか一方が主加熱手段と一体化され、他方が押圧手段と一体化されていることを特徴とする請求項1に記載の接合装置。 - 予熱手段が誘導加熱装置、赤外線ランプ、又は温風供給装置であり、且つ押圧手段と一体的に設けられており、及び/又は、予熱手段が支持台加熱装置、温風供給装置、又は誘導加熱装置であり、且つ主加熱手段と一体的に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の接合装置。
- 徐冷手段が冷却用温風供給装置であり、且つ押圧手段と一体的に設けられており、及び/又は、徐冷手段が支持台冷却装置又は冷却用支持台加温装置であり、且つ主加熱手段と一体的に設けられていることを特徴とする請求項2又は3に記載の接合装置。
- 太陽電池素子及びインターコネクタからなるワークを載置するための支持台と、上側からワークを支持台表面に押し付ける押圧手段と、支持台の下側からワークを加熱する誘導加熱方式の主加熱手段を用いて、太陽電池素子にインターコネクタを加熱接合するための接合方法であって、
支持台上に載置されたワークを主加熱手段により加熱しながら、及び/又は、加熱後で且つインターコネクタの接合剤の硬化前に、ワークを支持台と押圧手段の間で挟圧することを特徴とするインターコネクタと太陽電池素子の接合方法。 - 太陽電池素子とインターコネクタの接合手段が導電性接着剤であり、
太陽電池素子を逆反りさせた後にインターコネクタを仮接合するか、又は仮接合の直後に太陽電池素子を逆反りさせ、
前記太陽電池素子が逆反りの状態で、導電性接着剤を加熱硬化させることを特徴とする請求項5に記載の接合方法。 - 加熱接合の前に、ワークの下に表面側封止材シートが配置されるとともに、表面側封止材シートの下に透光性表面保護材が配置されることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の接合方法。
- さらに、ワークの上に裏面側封止材シートが配置されるとともに、裏面側封止材シートの上にバックシート又は透光性裏面保護材が配置されることを特徴とする請求項7に記載の接合方法。
- 太陽電池素子及びインターコネクタを1列以上のストリング状又はマトリックス状に配列してから、太陽電池素子とインターコネクタ及びインターコネクタとバスバーを加熱接合することを特徴とする請求項5乃至請求項8のいずれかに記載の接合方法。
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