JP2016009723A - 太陽電池モジュール製造装置および太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

太陽電池モジュール製造装置および太陽電池モジュールの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】破損の確率を低下させ製造歩留まりの高い、薄型の太陽電池モジュールを得ること。【解決手段】加熱加圧部40で積層体を加熱加圧加工するに先立ち、樹脂シートを薄く引き延ばし、薄肉化部10を設ける。薄肉化部10で薄肉化された樹脂シート3aを用いて積層体を形成することで、積層体を加熱加圧加工して封止する際に加圧力を高圧力化する必要なしに、太陽電池モジュールの薄型化をはかることができ、高圧力化が不要となるため、クラックの発生を抑制することができる。【選択図】 図1

Description

本発明は、太陽電池モジュール製造装置および太陽電池モジュールの製造方法に係り、特に封止樹脂を薄肉化し加熱加圧するラミネート装置に関するものである。
一般的な太陽電池モジュールは、太陽電池セル積層体、フレーム等から構成される。太陽電池セル積層体は、透光性基板上に樹脂シート、太陽電池セル、樹脂シート、PETなどの耐水樹脂シートを積層し、ラミネート装置で加熱加圧処理し、各部材を密着させたものである。
従来、太陽電池モジュールの製造に用いられるラミネート装置としては各種のものが開示されている。例えば、特許文献1に開示された装置では、上室と下室との間にダイヤフラムを挟着しておき、下室に設けられた載置板を、載置板の下位空所に内設した加熱冷却部によって熱交換自在とし、当該載置板上に加工すべき太陽電池セル等を含む被加工物が載置される。
次に、コックを開いてバキュームポンプにより上室内を抽気することにより負圧とし、加熱冷却部により載置板を加熱することで被加工物を加熱する。さらに、下室をコックの開成で負圧とすることで、被加工物から発生した気泡を外部に排出した後、コックを開成して上室内を大気圧とする。上室内を大気圧とすることで、ダイヤフラムを被加工物に押圧させる。そして一定時間後に加熱冷却部により載置板を冷却し、コックを開いて下室内を大気圧とする。以上のようにして下室内を大気圧とすることにより上室と下室を分離して、加工済の太陽電池モジュールを取り出すこととなる。しかし、従来のラミネート装置では、太陽電池モジュールを薄肉軽量化するためには、ダイヤフラムで押圧する加圧力を高くする必要があり、大気圧で押圧する場合加圧力に上限がある。
特許第3099202号公報
前述したようなラミネート装置にあっては、太陽電池セルを樹脂シートで挟み、ガラス等の光透過性材料上に積層したものを真空中で加熱加圧することで、薄く密着させたモジュールを製造している。樹脂シートサイズをより薄肉化するためには、加圧力を高圧力化する必要があり、高圧力化によって太陽電池セル破損の確率が増加し製造歩留まりが低下するという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、セル割れを生じることなく、薄型の太陽電池モジュール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、本発明の太陽電池モジュール製造装置は、基板を載置して搬送する搬送部と、搬送部から搬送された基板上に、樹脂シートで挟んだ太陽電池セルを積層し、積層体を形成する積層部と、搬送部によって搬送されてくる積層体を加熱および加圧して太陽電池モジュールを形成する加熱加圧部とを備え、基板と、太陽電池セルと、充填材とを積層して、加熱加圧して硬化させ樹脂封止を行うものにおいて、加熱加圧部よりも上流側に配置され、加熱加圧に先立ち、樹脂シートを引き延ばして薄肉化する薄肉化部を有することを特徴とする。
本発明によれば、積層段階で樹脂シートを引き延ばしておくことで過度な加圧を避けることができ、ラミネート装置の高圧力化が避けられ、セル割れリスクを減少し歩留向上をはかることができる。
図1は、実施の形態1の太陽電池モジュール製造装置を構成するラミネート装置の構成図である。 図2は、図1における樹脂シート薄肉化部のA−A断面図である。 図3は、図1におけるラミネート装置内の搬送部のB−B断面図である。 図4は、図1における吸着部のC−C面から見た説明図である。 図5は、加熱加圧に用いられる加熱加圧部を示す説明図である。 図6(a)〜(e)は、太陽電池モジュールの製造方法を示す工程断面図である。 図7は、図6の製造工程で形成された太陽電池モジュールを示す斜視図である。 図8は、太陽電池モジュールの製造工程を示すフローチャートである。 図9は、実施の形態2によるラミネート装置の構成図である。 図10は、図9における薄肉化部の構成図である。 図11は、本発明の実施の形態3によるラミネート装置の構成図である。 図12は、図11における樹脂シート引き延ばし装置の構成図である。
以下に、本発明にかかる太陽電池モジュール製造装置および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、本実施の形態により本発明が限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各層あるいは各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、断面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付していない場合がある。
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1による太陽電池モジュール製造装置を構成するラミネート装置の構成図、図2は図1における樹脂シート薄肉化部のA−A断面図、図3は図1におけるラミネート装置内の搬送部のB−B断面図、図4は図1における吸着部のC−C面から見た説明図であり、一部は断面図となっている。図5は加熱加圧に用いられる加熱加圧部を示す説明図である。図1のラミネート装置は、基板としてのガラス基板4上に、樹脂シート3a、太陽電池セル1、樹脂シート3b、裏面保護材である保護シート5を順次積層し、積層体を形成する積層部50よりも上流側に、樹脂シートを引き延ばして薄肉化する薄肉化部10を有し、薄肉化部10であらかじめ薄肉化された樹脂シート3aを積層し、加熱加圧部40で封止するものである。加熱加圧部40に被加工物を搬送する搬送部20と、加熱加圧部40での加熱加圧加工前に樹脂シート3pを引き延ばして薄い樹脂シートを形成する薄肉化部10と、引き延ばし前の樹脂シート3pあるいは引き延ばして薄肉化された樹脂シート3aを吸着し薄肉化部10あるいは積層部50に搬送する吸着部30とを具備している。図1では、樹脂シート3aは、薄肉化部10で引き延ばされ、積層部50に搬送すべく吸着部30に把持され、搬送部20に移される前の状態を示している。また図1では、樹脂シート3aについて図示しているが、樹脂シート3bについても同様の処理を行う。
薄肉化部10は、搬送部20の上部に設けられており、図2に示すように、加熱部11、引き延ばし部12を備えている。加熱部11は、筒状の送風管で構成され、送風管内部または外周部にヒーター13を設置し、送風機14で送出した空気をヒーター13により加熱し温度上昇させる機構であり、ヒーター13により暖められた空気を樹脂シート3aに吹き付けることで、樹脂シート3aの温度を上昇させる。加熱部11には排出口に可動式のルーバー15が取り付けられており送風方向を変化させ均一に樹脂シート3aの温度を上昇させることができる。また、送風のみ行うことによって樹脂シート3aの冷却も可能である。引き延ばし部12は、アームの先端にチャックを備えており樹脂シート3pを挟み込んで固定、アームを前後左右に伸ばし軟化した樹脂シート面積を拡大する。あるいは、加熱された空気の吹付方向によって、樹脂シート3pを下方に湾曲させ、凹部を形成することも可能である。なお、図1および2では樹脂シート3aのみが図示されているが、薄肉化部10では、同様の処理を行い、それぞれガラス基板4側および保護シート5側に配する薄肉化された樹脂シート3a、3bを得る。
搬送部20は、図3に示すように、ローラー21が回転軸23で支持され、回転軸23はフレーム24に固定されている。フレーム24には固定具22が設けられており、被加工物を固定し引き延ばした樹脂シート3aおよび3bを積層して積層体100Sを形成する際に積層ずれを防止する。ここでは樹脂シート3aについて図示しているが、樹脂シート3bについても同様である。
吸着部30は、図4に示すように、吸着ヘッド34を備えており、樹脂シートを1枚毎に薄肉化部10に搬送するとともに、薄肉化部10で薄肉化された樹脂シートを積層部50に搬送することができる。吸着ヘッド34は、可動式の回転アーム32の先に接続部33を介して設けられており、回転アーム32は、回転式の支柱31に固定されている。回転アーム32は複数の関節部により、前後上下に可動可能である。これにより、供給場所または加工物である積層体上に積層された樹脂シートを吸着ヘッド34で吸着することができる。吸着部30は樹脂シート3pを吸着し、供給場所または被加工物から薄肉化部10に搬送し、引き延ばし加工後、薄肉化部10から被加工物上に樹脂シート3aを搬送して積層する。ここでも樹脂シート3aについて図示しているが、樹脂シート3bについても同様である。
加熱加圧部40は、図5に示すように、上室41aと下室41bとの間にダイヤフラム43を狭着しており、下室41bに設けられた載置板44と載置板44の下部に設けた加熱冷却機構45によって温度上昇、下降が自在にできるようになっており、載置板44上に被加工物である積層体100Sが配置される。上室41a、下室41bはコック42a、コック42bをそれぞれ経由してバキュームポンプ46に接続されている。また、上室41a、下室41bにはそれぞれコック42c、コック42dが設けられ、これらコック42c、コック42dを開くことにより、大気が流入するようになっている。コック42aを開きバキュームポンプ46により上室41a内を負圧とし、加熱冷却機構45により載置板44を加熱することで、載置板44の上に配置された被加工物である積層体100Sを加熱する。コック42bを開き、下室41b内を負圧とすることで、被加工物である積層体100Sから発生する気泡を積層体100Sの外部に排出する。排出後、コック42cを開き、上室41a内を大気圧に近づけることで上室41aと下室41bに気圧差を生じさせダイヤフラム43を下室41b側に張りださせ被加工物である積層体100Sを加熱を続行しつつ加圧する。加圧する際、上室41a内に流入する空気を調節することでダイヤフラム43よる加圧力を調整できる。所望時間ダイヤフラム43で被加工物である積層体100Sを加圧した後、加熱冷却機構45により載置板44を冷却し、コック42dを開いて下室41b内を大気開放する。上室41aが下室41bに対して負圧になった後上室41aを大気開放する。上室41aと下室41bを分離して加工済みの封止された太陽電池モジュールを取り出すことができる。
次に本実施の形態のラミネート装置を用いた太陽電池モジュールの製造方法について説明する。図6(a)〜(e)は太陽電池モジュールの製造方法を示す工程断面図である。図7は本実施の形態の製造工程で形成された太陽電池モジュールを示す斜視図、図8は太陽電池モジュールの製造工程を示すフローチャートである。
まず、図6(a)に示すように、樹脂シート3pを用意する(ステップS101)。そして、図6(b)に示すように、薄肉化部10で、ヒーター13により暖められた空気を樹脂シート3pに吹き付けることで、樹脂シート3pの温度を上昇させ、引き延ばし部12のアームの先端に設けられたチャック12sで樹脂シート3pを挟み込んで固定し、アームを前後左右に伸ばし軟化した樹脂シート面積を約4倍に拡大し、薄い樹脂シート3aを形成する(ステップS102)。引き延ばし後の厚みは4分の1となる。加熱部11には排出口に可動式のルーバー15が取り付けられており送風方向を変化させ均一に樹脂シート3aの温度を上昇させることができる。また、送風のみ行うことによって樹脂シート3aの冷却も可能である。ここでは樹脂シート3aについて図示しているが、樹脂シート3bについても同様の処理を行う。
一方、太陽電池セル1を形成し、タブ線2で、当該セルの正極を隣接セルの負極に接続し、図6(c)に示すように太陽電池セル1の接続されたストリングを形成する。2aは外部取り出し線である。
次に、吸着部30を用いて、引き延ばされた樹脂シート3aを、薄肉化部10から図3に示した搬送部20に搬送する。そして、図6(d)に示すように、ガラス基板4上に、引き延ばされた樹脂シート3a、太陽電池ストリング、引き延ばされた樹脂シート3b、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの耐水樹脂からなる保護シート5を順次積層し、積層体100Sを形成する(ステップS103)。
そして積層体100Sを加熱加圧部40に搬送し、コック42aを開きバキュームポンプ46により上室41a内を負圧とし、加熱冷却機構45により載置板44を加熱することで、載置板44の上に配置された被加工物である積層体100Sを加熱する。そしてコック42bを開き、下室41b内を負圧とすることで、積層体100Sから発生する気泡を積層体100Sの外部に排出する。次いで、コック42cを開き、上室41a内を大気圧に近づけることで上室41aと下室41bに気圧差を生じさせダイヤフラム43を下室41b側に張りださせ積層体100Sを加熱しながら加圧する(ステップS104)。加圧に際しては、上室41a内に流入する空気を調節することでダイヤフラム43よる加圧力を調整できる。そして所望時間ダイヤフラム43で被加工物である積層体100Sを加圧した後、加熱冷却装置45により載置板44を冷却し、コック42dを開いて下室41b内を大気開放する。上室41aが下室41bに対して負圧になった後、上室41aを大気開放する。そして、上室41aと下室41bを分離し、図6(e)に示すように、加工済みの封止された太陽電池モジュール100を取り出すことができる。
上記工程で封止された太陽電池モジュール100にフレーム101を装着し、図7に斜視図を示すように、太陽電池モジュール100が完成する。
本実施の形態によれば、上室41aへ空気が流入することで積層体100Sを、加熱加圧部40のダイヤフラム43が加圧し各種積層物を密着させ樹脂シートを押し延ばす。積層体100Sを薄肉化するため被加工物への加圧力を高くすると、被加工物内に積層された太陽電池セルが割れるリスクが高まる。これに対し、本実施の形態1によれば、樹脂シートを加熱加圧する前にあらかじめ引き延ばすため、被加工物への加圧力を高くする必要がない。
以上説明してきたように、あらかじめ、薄肉化させた樹脂シートにより太陽電池セルを挟み、ガラス等の光透過性材料上に積層した後、加熱加圧加工することで積層体を密着させるため、積層体を加熱加圧加工する際に、加熱加圧装置の低圧力化が可能となり、セル割れが減少し歩留向上を見込むことができる。
実施の形態2.
図9は本発明の実施の形態2によるラミネート装置の構成図、図10は図9における薄肉化部10Aの構成図である。図9のラミネート装置は、樹脂シートを引き延ばして薄肉化する薄肉化部10Aの構成および位置が異なるだけで、加熱加圧部40、加熱加圧部40に被加工物を搬送する搬送部20などの、他の構成については実施の形態1のラミネート装置と同様である。本実施の形態においても、引き延ばし前の樹脂シート3pが薄肉化部10Aで薄肉化され略2分の1の厚さとなった樹脂シート3aを吸着し薄肉化部10Aまで搬送する吸着部30を具備している。図9では、樹脂シート3aは、薄肉化部10で引き延ばされ、積層部50に搬送すべく吸着部30に把持され、搬送部20に移される前の状態を示している。図9および図10では、樹脂シート3aについて図示しているが、樹脂シート3bについても同様の処理を行う。
薄肉化部10Aは、搬送部20の上部に設けられており、ヒーター17と、押し出し板16と、チャック12sにより引っ張り、引き延ばしを行う引き延ばし部12とを具備している。押し出し板16は上下動可能な支柱19で装置本体と固定されており、押し出し板16の上部にヒーター17が設けられている。吸着部30で搬送された樹脂シート3pをチャック12sで挟み込み、ヒーター17により加熱された押し出し板16を下方に可動させることで樹脂シート3pを薄く引き延ばすことができる。また、押し出し板16の形状により、引き延ばし後の樹脂シート3aの厚みをモジュール構造に合わせて凸凹に変形させることもできる。そして引き延ばし後の樹脂シート3aを下方の搬送部20によって搬送されてくるガラス板上あるいは太陽電池セル上にそのまま積層することもできる。他部は実施の形態1と同様であるのでここでは説明を省略する。同一部位には同一符号を付した。
搬送部20は、図3に示したのと同様、ローラー21が回転軸23で支持され、回転軸23はフレーム24に固定されている。フレーム24には固定具22が設けられており、被加工物を固定し引き延ばした樹脂シートを積層する際に積層ずれを防止する。
本実施の形態2の太陽電池モジュール製造装置によれば、樹脂シートを加熱加圧してラミネートする前に引き延ばすため、被加工物である積層体への加圧力を高くする必要がない。また、引き延ばし部10Aを搬送部20の真上に配しているため、引き延ばした樹脂シートをそのまま下方に供給して積層体を形成することができる。
なお、加熱した剛体を押し当てることで薄肉化させた樹脂シートにより太陽電池セルを挟み、ガラス等の光透過性材料上に積層した後、加熱加圧加工することで積層体を密着させるようにしている。以上のように、押しあてる剛体の形状を変化させることにより、樹脂シートの任意の箇所を軟化させ樹脂シートに必要な薄肉化を行うことができる。
実施の形態3.
図11は本発明の実施の形態3によるラミネート装置の構成図、図12は図11における樹脂シート引き延ばし装置の構成図である。本実施の形態においても、樹脂シートを引き延ばして薄肉化する薄肉化部10Bの構成および位置が異なるだけで、加熱加圧部40、加熱加圧部40に被加工物を搬送する搬送部20などの他の構成については実施の形態1のラミネート装置と同様である。図12に示すように本実施の形態の薄肉化部は、太陽電池セルの形状に合わせて表面形状を変形させるように引き延ばし台に凹部を形成したものである。図11に示すように、本実施の形態のラミネート装置は、積層部50、加熱加圧部、積層部40に被加工物を搬送する搬送部20、加熱加圧部40での加熱加圧加工前に樹脂シートを引き延ばし薄肉化する薄肉化部10B、樹脂シートを吸着し薄肉化部10Bまで搬送する、あるいは薄肉化された樹脂シートを薄肉化部10Bから積層部50まで搬送する吸着部30を具備している。図11では、樹脂シート3aは、薄肉化部10で引き延ばされ、積層部50に搬送すべく吸着部30に把持され、搬送部20に移される前の状態を示している。ここでも樹脂シート3aについて図示しているが、樹脂シート3bについても同様の処理を行う。
薄肉化部10Bは、搬送部20の側部に設けられており、図12に示すように、ヒーター17、太陽電池セルの表面形状に対応する凹部を有する引き延ばし台18、ローラー19により構成されている。ヒーター17上部に引き延ばし台18を設けヒーター17により、引き延ばし台18を加熱する。引き延ばし台18上に樹脂シート3pを配置することで、樹脂シート3pを加熱し軟化させローラー19を樹脂シートに荷重をかけながら樹脂シート上を可動させることで薄肉化された樹脂シート3aを形成する。上記引き延ばし台18で表面形状を加工することにより、樹脂シート厚みあるいは形状を、モジュールを構成する太陽電池セルの表面形状に合わせて凸凹に変形させることができる。あるいは、樹脂シートに太陽電池セルよりも小さいピッチの凹凸加工をしておくことで、加熱加圧工程で太陽電池セルの形状に沿い易くすることも可能である。他部は実施の形態1と同様であるのでここでは説明を省略する。同一部位には同一符号を付した。樹脂シート3bについても同様に薄肉化部10Bで薄肉化される。
本実施の形態によれば、ローラー19によって樹脂シート3pを薄肉化しているため容易に均一な薄肉化が可能であり、前記実施の形態と同様、樹脂シート3pを加熱加圧する前に引き延ばすため、被加工物への加圧力を高くする必要がない。
以上説明してきたように、本実施の形態によれば、太陽電池セルの接続体である太陽電池ストリングの構造に対応した厚み形状となるように樹脂シートを凸凹に変形させることで、セル割れのリスクのある加圧圧力を高圧力化することなく、薄型の太陽電池モジュールを製造することができるという効果を奏する。
なお、太陽電池セルの形状に合わせて厚みあるいは形状を変化させたことにより、積層体を加熱加圧加工する際に、セルにかかる応力が緩和され、セル割れが減少し歩留向上を見込むことができる。
また、加熱した剛体を押し当てることで樹脂シート厚みをモジュール形状に合わせて変形させた樹脂シートにより太陽電池セルを挟み、ガラス等の光透過性材料上に積層した後、加熱加圧加工することでその積層体を密着させることにより、積層体を加熱加圧加工する際に、セルにかかる応力が緩和され、セル割れが減少し歩留向上を見込むことができる。
なお、実施の形態1〜3の薄肉化装置においては、薄肉化の度合いは、適宜選択可能であるが、あらかじめ3分の2〜6分の1程度とすることで、加熱加圧工程における薄肉化率は3分の2以下とすることができ、加熱加圧工程における加圧を小さくすることができる。
また、実施の形態1〜3の薄肉化装置においては、積層部に搬送するに先立ち、薄肉化を行っているが、加熱加圧部での加圧処理に先立ち、薄肉化されていればよく、加熱加圧部の上流側に薄肉化部が配されていてもよい。例えば、積層部で積層された状態で第1段階の加熱加圧により薄肉化し、次いで本来のラミネートのための温度で加熱加圧を行うようにしてもよい。
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態あるいは変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及び当該発明の均等の範囲に含まれる。
1 太陽電池セル、2 タブ線、3p 引き延ばし前の樹脂シート、3a,3b 引き延ばし後の樹脂シート、4 ガラス基板、5 保護シート、11 加熱部、12 引き延ばし部、12s チャック、13 ヒーター、14 送風機、17 ヒーター、18 引き延ばし台、19 ローラー、20 搬送部、21 ローラー、22 固定具、23 回転軸、24 フレーム、30 吸着部、32 回転アーム、33 接続部、34 吸着ヘッド、40 加熱加圧部、41a 上室、41b 下室、42a,42b,42c,42d コック、43 ダイヤフラム、44 載置板、45 加熱冷却機構、46 バキュームポンプ、50 積層部、100太陽電池モジュール、100S 積層体、101 フレーム。

Claims (7)

  1. 基板を載置して搬送する搬送部と、
    前記搬送部から搬送された基板上に、樹脂シートで挟んだ太陽電池セルを積層し、積層体を形成する積層部と、
    前記積層部から前記搬送部によって搬送されてくる積層体を加熱及び加圧して太陽電池モジュールを形成する加熱加圧部とを備え、
    基板と、太陽電池セルと、充填材とを積層して、加熱加圧して硬化させ樹脂封止を行う太陽電池モジュール製造装置であって、
    前記加熱加圧部よりも上流側に配置され、
    前記樹脂シートを引き延ばして薄肉化する薄肉化部を有する、
    ことを特徴とする太陽電池モジュール製造装置。
  2. 前記薄肉化部は、
    前記樹脂シートに、加熱された空気を吹き付け軟化させる加熱部を有し、
    前記加熱部で加熱しながら前記樹脂シートを引き延ばし、薄肉化する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池モジュール製造装置。
  3. 前記薄肉化部は、
    前記樹脂シートに、加熱された剛体を押し当てることで薄肉化させる押し当て部を有する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池モジュール製造装置。
  4. 樹脂シートを引き延ばし薄肉化する工程と、
    基板上に、前記薄肉化する工程で引き延ばされた前記樹脂シートで太陽電池セルを挟み、積層体を形成する積層工程と、
    前記積層体を加熱及び加圧して太陽電池モジュールを形成するラミネート工程とを備えた、
    ことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
  5. 前記薄肉化する工程は、
    前記樹脂シートに、加熱された空気を吹き付け軟化させる加熱工程と、
    加熱された前記樹脂シートを引き延ばし、薄肉化する引き延ばし工程とを有する、
    ことを特徴とする請求項4に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  6. 前記薄肉化する工程は、
    前記樹脂シートに、加熱された剛体を押し当てることで薄肉化させる押し当て工程を有する、
    ことを特徴とする請求項5に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  7. 前記薄肉化する工程は、
    前記太陽電池セルの形状に合わせて表面形状を変形させる工程を含む、
    ことを特徴とする請求項4から6のいずれか1項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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