JP2016524323A - 結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法 - Google Patents

結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、レーザー溶接技術を利用して結晶シリコン太陽電池を連結して結晶シリコン太陽電池モジュールを製造する方法を提供する。【解決手段】上下の加圧層の間に真空化して上下の加圧層の間の気体絶対圧力が大気圧より小さくすることで、気体圧力が加圧された面積におけるいずれかの一点における圧力が均一で一致する特徴を利用し、導電はんだリボンの１つの表面に均一的な圧力を印加し、導電はんだリボンの他の表面と結晶シリコン太陽電池の電極表面との間のいずれかの一点が均一で緊密である物理接触があり、導電はんだリボンが結晶シリコン太陽電池の電極に密着される目的を実現する。該均一で、緊密である物理接触は、レーザー溶接過程において、導電はんだリボンがレーザーエネルギーを受けた後に熱エネルギーを接触された結晶シリコン太陽電池電極に速く伝達されることができ、溶融された低溶解度合金が湿潤して、かつ結晶シリコン太陽電池電極に冷却し、凝固され、レーザー溶接ステップを効果的に完成する。【選択図】図1

Description

本発明は結晶シリコン太陽電池モジュールの製造方法に関し、特に結晶シリコン太陽電池の連結方法に関する。本発明は結晶シリコン太陽電池の連結方法を提供し、本発明の結晶シリコン太陽電池の連結方法を使用し、通常の結晶シリコン太陽電池の溶接過程において現した結晶シリコン太陽電池の曲げ及び割れ問題を解決する。従って、本発明の結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法を採用し、必要である厚さの導電はんだリボンを使用し、電池からモジュールまでの損失問題を解決することができる。
結晶シリコン太陽電池モジュールの製造方法は、まず、結晶シリコン太陽電池モジュールの設計に従って、導電はんだリボンによって結晶シリコン太陽電池を並列又は直列の方式で連結させ、その後にホットプレスパッケージによって連結した結晶シリコン太陽電池を前後の２つのモジュールパネルにパッケージし、結晶シリコン太陽電池モジュールの使用過程において防風、防塵、防湿や防食などの条件に対する要求を満足する。
熱膨張係数の差により、結晶シリコン太陽電池の電極に導電はんだリボンを溶接した後に、結晶シリコン太陽電池は異なる程度の曲げを生じ、結晶シリコン太陽電池モジュールの製造に大きな困難を引き起こす。ひどい問題は、連結された結晶シリコン太陽電池が、導電はんだリボンの作用で、割れやすくなり、結晶シリコン太陽電池モジュールの光電変換効率を低下させることである。
以上のような２つの問題を解決するための効果的な方法の１つは、導電はんだリボンの厚さを低減させることである。導電はんだリボンの厚さが低減された後に、導電はんだリボンがより柔軟になり、結晶シリコン太陽電池が導電はんだリボンに溶接された後に、その曲げ及び割れ問題も明らかに改善されることができる。
しかしながら、導電はんだリボンの厚さを低減させた後に、導電はんだリボンの導電断面積が低減されるので、結晶シリコン太陽電池モジュールの直列抵抗が増大し、最終に結晶シリコン太陽電池から結晶シリコン太陽電池モジュールまでのパワー損失を引き起こす。既存の結晶シリコン太陽電池モジュールの製造において、この結晶シリコン太陽電池から結晶シリコン太陽電池モジュールまでの光電変換効率の損失が３〜５%の間に介在する。結晶シリコン太陽電池の光電変換効率の向上に伴って、特に結晶シリコン太陽電池の短絡電流の向上に伴って、この結晶シリコン太陽電池から結晶シリコン太陽電池モジュールまでの光電変換効率の損失はひどくなりつつある。
結晶シリコン太陽電池から結晶シリコン太陽電池モジュールまでの光電変換効率の損失を解決する方法の１つは、伝統の加熱溶接技術を代わりにレーザー溶接技術を採用することである。伝統の溶接技術に対して、レーザー溶接技術は加熱時間が短く、入熱が精確で制御可能であり、熱影響部が小さいなどのメリットを有し、熱膨張係数の違いによる結晶シリコン太陽電池の曲げ及び割れ問題を効果的に回避することができる。レーザー溶接技術は熱膨張係数の違いによる結晶シリコン太陽電池の曲げ及び割れ問題を効果的に回避することができるので、レーザー溶接技術を採用した後に、導電はんだリボンの厚さを増加することで、結晶シリコン太陽電池から結晶シリコン太陽電池モジュールまでの光電変換効率の損失を効果的に低減させることができる。
導電はんだリボンを結晶シリコン太陽電池に溶接させる条件の１つは、導電はんだリボンが必ず結晶シリコン太陽電池の電極に密着されることである。導電はんだリボンが結晶シリコン太陽電池の電極に密着される主な目的は、導電はんだリボンの熱エネルギができるだけ速く結晶シリコン太陽電池の電極に伝達し、溶融合金が結晶シリコン太陽電池の電極を湿潤させ、その後に結晶シリコン太陽電池の電極に冷却して凝固し、最終に導電はんだリボンと結晶シリコン太陽電池とを溶接連結する目的を実現することである。
レーザー溶接が非接触式溶接であるので、導電はんだリボンが結晶シリコン太陽電池の電極に密着される方法はレーザー溶接技術によって結晶シリコン太陽電池を連結することができるかどうかのキーの１つである。特許出願ＣＮ１０１８８４１１４Ａには導電はんだリボンが結晶シリコン太陽電池の電極に密着される方法を開示している。導電はんだリボンの表面及び結晶シリコン太陽電池の電極の表面は非常に平坦であるものではないので、該貼り合せ方法は局所領域に導電はんだリボンが結晶シリコン太陽電池の電極に密着されない状況を発生し、従ってレーザー溶接の信頼性を影響する。
以上の問題により、レーザー溶接技術は実験室研究段階に留まり、昔から結晶シリコン太陽電池モジュールの製造に応用されない。
以上のような従来技術の欠陥について、本発明はレーザー溶接技術を採用して結晶シリコン太陽電池モジュールを製造する方法を提供する。
本発明の目的は導電はんだリボンを結晶シリコン太陽電池の電極に密着させる方法を求めており、該方法は導電はんだリボンの点ごとに受けている圧力がいつでも一致を保持することを確保することができ、最終に導電はんだリボンにおける各点がいずれも結晶シリコン太陽電池の電極と良好的で、均一的に接触することを確保した。
本発明の他の目的は、結晶シリコン太陽電池モジュールの製造方法を求めることであり、該方法は結晶シリコン太陽電池がモジュールの製造過程において移動される回数を低減させることができ、結晶シリコン太陽電池が移動される過程において割れの発生リスクを低減させる。
本発明の最後の目的は、結晶シリコン太陽電池モジュールの製造方法を求めることであり、該方法は操作ステップを大幅に簡略化させることができ、結晶シリコン太陽電池モジュールの製造效率を向上させる。
上記目的を実現するために、本発明は結晶シリコン太陽電池モジュールの製造方法を開示しており、より具体的には、本発明はレーザー溶接技術を利用して結晶シリコン太陽電池を連結して結晶シリコン太陽電池モジュールを製造する方法を開示している。本発明のレーザー溶接技術を利用して結晶シリコン太陽電池を連結して結晶シリコン太陽電池モジュールを製造する方法において、上下の２つの加圧層の間に真空化し、大気圧の作用で、上下の２つの加圧層によって、導電はんだリボンに均一に加圧し、導電はんだリボンを結晶シリコン太陽電池の電極に密着させ、レーザー溶接技術によって、結晶シリコン太陽電池モジュールにおける結晶シリコン太陽電池を直列や、並列、直並列の方式で連結する。
本発明は大気圧力が加圧された面積のいずれかの一点における圧力が均一で一致である特徴を利用し、固体薄板又は固体薄板層、例えば、剛性材料の固体薄板や、弾性材料の固体薄板、二種の材料の固体薄板の重畳層によって、導電はんだリボンの１つの表面に均一的な圧力を印加し、導電はんだリボンの別の表面と結晶シリコン太陽電池の電極表面との間のいずれの一点が均一で強力な物理接触があり、導電はんだリボンを結晶シリコン太陽電池の電極に密着させる目的を実現する。該均一で強力的な物理接触は、レーザー溶接過程において、導電はんだリボンがレーザーのエネルギーを受けた後に熱を接触された結晶シリコン太陽電池の電極に速く伝達させることができ、導電はんだリボンにおける低溶解温度合金が溶融した後に湿潤し、かつ冷却した後に結晶シリコン太陽電池の電極に凝固され、レーザー溶接ステップを効果的に完了することを保証する。
本発明は、結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法を提供する。該方法はレーザー溶接技術を採用し、結晶シリコン太陽電池モジュールの結晶シリコン太陽電池を、導電はんだリボンによって、直列又は並列の形式で連結する。
本発明は、本発明の加圧方法によって、太陽電池モジュールにおいて、すべての導電はんだリボンのいずれかの一点に受けている圧力が均一であるというメリットを有する。或いは、本発明の加圧方法は、導電はんだリボンのいずれかの一点も局所の圧力差を有しない。本発明の加圧方法は、レーザー溶接技術が結晶シリコン太陽電池モジュールの製造において応用されることを保証するキーの１つである。導電はんだリボンの表面及び結晶シリコン太陽電池の電極の表面は平坦な表面ではないので、導電はんだリボンに印加された圧力の均一性が特に重要である。均一ではない圧力は局所の圧力が大きすぎる問題を生じさせる可能性があり、結晶シリコン太陽電池の割れを引き起こし、或いは局所の圧力が小さすぎる現象を生じる可能性があり、導電はんだリボンが結晶シリコン太陽電池電極に密着されないことを引き起こし、レーザー溶接の品質を影響する。
本発明のもう１つのメリットは、本発明の加圧方法が１つの結晶シリコン太陽電池モジュールにおけるすべての導電はんだリボンに対してワンタイムに加圧することができ、すなわち、本発明の加圧方法は１つのモジュールにおけるすべての溶接される必要がある導電はんだリボンを結晶シリコン太陽電池の電極に同時に密着させることができることである。そのほかの加圧方法に対して、本発明の方法は加圧操作ステップを簡略化させるだけでなく、すべての導電はんだリボンにおける圧力が均一であり、溶接点ごとの溶接品質を効果的に保証する。
本発明の導電はんだリボンに対する加圧方法は面積に制限されず、或いは、本発明の加圧方法は結晶シリコン太陽電池モジュール全体のすべての溶接される必要がある導電はんだリボンに対してワンタイムに加圧を行うことができる。そのため、本発明のもう１つのメリットは、結晶シリコン太陽電池モジュールの製造過程において結晶シリコン太陽電池が複数回移動される欠点を回避することである。本発明のレーザー溶接技術は、１つの結晶シリコン太陽電池モジュールのすべての結晶シリコン太陽電池と相応した導電はんだリボンとをワンタイムに整えることができ、本発明のレーザー溶接を実施した後に、結晶シリコン太陽電池モジュールに対してホットプレスパッケージステップを直接的に実施することができ、結晶シリコン太陽電池モジュールの製造效率を大幅に向上させる。
本発明のレーザー溶接方法は１つの結晶シリコン太陽電池モジュールのすべての結晶シリコン太陽電池と相応した導電はんだリボンとをワンタイムに整えることができ、結晶シリコン太陽電池が複数回移動されることにより割れを発生するリスクを完全に根絶し、そのため、本発明のもう１つのメリットは、本発明の結晶シリコン太陽電池モジュールの方法が比較的厚い導電はんだリボンを採用することができることである。結晶シリコン太陽電池モジュールは比較的厚い導電はんだリボンを使用した後に、結晶シリコン太陽電池モジュールの直列抵抗を低下させ、結晶シリコン太陽電池から結晶シリコン太陽電池モジュールまでの損失を低減させ、結晶シリコン太陽電池モジュールの出力パワーを向上させる。
本発明のレーザー溶接方法は比較的厚い導電はんだリボンを使用して太陽電池モジュールを製造することができるだけでなく、無鉛の導電はんだリボンを使用して太陽電池モジュールを製造することもできる。有鉛の導電はんだリボンに比べて、無鉛の導電はんだリボンを使用するのが高い溶接温度が必要であるだけでなく、無鉛はんだの流動性が悪く、かつ極めて容易に酸化されるので、伝統の溶接方法を採用すると無鉛導電はんだリボンを使用することが困難である。本発明のレーザー溶接方法は導電はんだリボンを均一に太陽電池の電極に密着させ、導電はんだリボンと太陽電池の金属電極との間の効果的な熱伝達を増加し、無鉛導電はんだリボンの流動性が悪いので引き起こす問題を解決するだけでなく、かつ本発明のレーザー溶接方法は真空の条件でレーザー溶接を実施し、無鉛はんだの極めて容易に酸化する問題を効果的に解決する。そのため、本発明のレーザー溶接を実施する時に、無鉛導電はんだリボンを使用しても、レーザー溶接の温度を最低に低下させることができる。
本発明のレーザー溶接によって結晶シリコン太陽電池モジュールを製造する製造方法は、大部分の結晶シリコン太陽電池に適用し、特にそれらの溶接温度に敏感である結晶シリコン太陽電池に適用する。レーザー溶接技術を採用するので、加熱される結晶シリコン太陽電池は有限の加熱面積及び極めて短い加熱時間に制限され、そのため、それらの溶接温度に敏感である結晶シリコン太陽電池がレーザー溶接された後に、その光電変換の特性が破壊されることがしない。
図１は両面電極の結晶シリコン太陽電池モジュールの実施例の模式図である。 図２は上下の２つの加圧層の間に真空を発生させる方法及びレーザー溶接を実施する実施例の断面図である。 図３は単一面電極の結晶シリコン太陽電池モジュールの実施例の模式図である。 ４は上下の２つの加圧層の間に真空を発生させる方法及び単一面レーザー溶接を実施する一例の断面図である。
図面を参照し、本発明をさらに詳しく説明することができる。明らかに、これらの説明は本発明を制限するためのものではない。本発明の精神及びその実質を逸脱しない範囲で、当業者は本発明に基づいてそのほかの相応した組合せや、変更、修正を行うことができる。これらの相応した組合せや、変更、修正は、本発明の請求項の保護範囲に属している。
本発明の結晶シリコン太陽電池モジュールの製造方法は上下の２つの加圧層の間の絶対気体圧力が大気圧より小さくさせ、上下の２つの加圧層の外部が受けた大気圧の圧力によって、上下の２つの加圧層の間の導電はんだリボンを同様に上下の２つの加圧層の間にある結晶シリコン太陽電池の電極に均一に密着させる。図１の実施例において、上加圧層および下加圧層はそれぞれ１つの剛性材料の固体薄板と１つの弾性材料の固体薄板とが積層してなる。
図１を参照し、順次によって、まず、下加圧層における剛性材料固体薄板１１０を作業台に放置する。異なる需要及び応用に応じて、該作業台の台面が水平の作業台面であっでもよく、一定の傾斜角度を有する作業台面であっでもよい。本発明の好ましい作業台面はレーザー溶接を実施することができる作業台面である。このように、本発明の太陽電池モジュールを製造するのに必要である材料をすべて放置した後に、本発明のレーザー溶接ステップを直接的に実施することができる。
本発明の下加圧層における剛性材料固体薄板１１０はレーザーを透過することができるものであっでもよく、レーザーを透過することができないものであっでもよい。本発明のこの好ましい下加圧層における剛性材料固体薄板１１０の材料はガラスであっでもよく、レーザーを透過可能な高分子プラスチックであっでもよい。さらに、本発明の好ましい下加圧層における剛性材料固体薄板１１０は製造しようとする結晶シリコン太陽電池モジュールのうちの１つのパネルであり、例えば、ガラスである。製造しようとする結晶シリコン太陽電池モジュールのうちの１つのパネルを直接的に選択して本発明の好ましい下加圧層における剛性材料固体薄板１１０とする目的は、本発明のレーザー溶接ステップを実施した後に、溶接連結した結晶シリコン太陽電池モジュールはホットプレスパッケージされることができ、結晶シリコン太陽電池モジュールの製造ステップを簡略化させ、かつ結晶シリコン太陽電池の割れの発生リスクを回避することができることである。
該実施例において、剛性材料固体薄板１１０の以外に、下加圧層には一層の弾性材料固体薄板２１０をさらに含み、すなわち、下加圧層が一層の剛性材料の固体薄板と一層の弾性材料の固体薄板とが構成する。下加圧層における剛性材料固体薄板１１０に一層の弾性材料固体薄板２１０を放置している。その後の真空化ステップにおいて、弾性材料固体薄板２１０の弾性特性は導電はんだリボン３１０が下加圧層における剛性材料固体薄板１１０の作用でより均一に圧力を受ける。本発明の好ましい弾性材料固体薄板２１０は結晶シリコン太陽電池モジュールのパッケージ材料であっでもよい。弾性材料固体薄板２１０が結晶シリコン太陽電池モジュールのパッケージ材料、例えば、ポリエチレン‐酢酸ビニル（ＥＶＡ)やポリビニルブチラール（ＰＶＢ)などを採用すると、本発明のレーザー溶接の連結方法を実施した後に、溶接連結した結晶シリコン太陽電池は直接的にホットプレスパッケージされる可能性があり、さらに結晶シリコン太陽電池モジュールの製造ステップを簡略化させ、同様に結晶シリコン太陽電池の割れの発生リスクを回避させる。
図１に示すように、下加圧層を放置した後に、すなわち、前後に剛性材料固体薄板１１０と弾性材料固体薄板２１０とを放置した後に、結晶シリコン太陽電池モジュールを製造する導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０とは１つずつ下加圧層に放置される。ある状況で、まず、導電はんだリボン３１０を下加圧層に放置し、下加圧層における導電はんだリボン３１０の位置はその後に結晶シリコン太陽電池４１０を放置するための電極位置であるはずである。その後に導電はんだリボン３１０に結晶シリコン太陽電池４１０を放置し、結晶シリコン太陽電池４１０の電極を導電はんだリボン３１０に位置合わせする。続いて、すべての結晶シリコン太陽電池４１０と相応した導電はんだリボン３１０とを下加圧層に放置するまで導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０とを絶えずに繰り返して放置する。必要に応じて、導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０とは直列配列であっでもよく、直列と並列との混合配列であっでもよい。本発明の好ましい結晶シリコン太陽電池４１０の数は該モジュールのすべての電池の数であるはずである。そのため、本発明の好ましい方案は該モジュールのすべての結晶シリコン太陽電池４１０とすべての結晶シリコン太陽電池４１０を連結するのに必要である導電はんだリボン３１０とを全部に下加圧層に放置し、本?明のレーザー溶接方法は連続的に一回で該モジュールのすべての溶接タスクをを完成することができる。
そのほかのある実施例において、導電はんだリボン３１０は、まず、結晶シリコン太陽電池４１０の電極に固定され、その後に導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０とが１つずつ下加圧層に放置されることができる。この放置方法は導電はんだリボン３１０を結晶シリコン太陽電池４１０の電極に位置合わせする難しさを低下させることができる。
本発明は使用した導電はんだリボン３１０が銅リボンの外表面に一層の低溶融温度特性を有する合金を浸漬めっきする導電はんだリボンであり、例えば、スズ含有の合金である。何らかの市販の結晶シリコン太陽電池モジュールの導電はんだリボンは本発明の導電はんだリボン３１０に用いられる。本発明の好ましい導電はんだリボンが浸漬めっきした低溶融温度合金は鉛を含まない低温溶融合金であり、例えば、無鉛のスズ含有の合金である。
本発明のある実施例において、結晶シリコン太陽電池４１０は伝統のスクリーン印刷結晶シリコン太陽電池であっでもよい。伝統のスクリーン印刷結晶シリコン太陽電池の設計によれば、その正負電極はそれぞれ太陽電池の２つの表面に分布する。
本発明の別のある実施例において、結晶シリコン太陽電池４１０は両面電池であっでもよい。伝統のスクリーン印刷電池と異なり、両面結晶シリコン太陽電池の裏面が裏面安定化技術を使用して伝統スクリーン印刷の裏面電界技術を置換する。両面結晶シリコン太陽電池の裏面が照明を受けた後に、受けた光エネルギーを直流電気エネルギーに変換することもできる。
異なる結晶シリコン太陽電池モジュール構造及び製造ステップによれば、本発明のある実施例において、結晶シリコン太陽電池４１０を放置する時に、その受光面を下向きにしてもよいが、本発明のそのほかの実施例において、結晶シリコン太陽電池４１０の受光面を上向きにしてもよい。本発明の好ましい方法は結晶シリコン太陽電池４１０の受光面を下向きにし、結晶シリコン太陽電池モジュールの製造に有利であるメリットを有する。
すべての溶接される必要がある結晶シリコン太陽電池４１０と導電はんだリボン３１０とは下加圧層に放置された後に、図１に示すように、弾性材料固体薄板２１０において、順にシールリング５１０と上加圧層とを放置する。シールリング５１０の作用は本発明の導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０のレーザー溶接連結方法において上下の２つの加圧層の間の真空度を保持することである。シールリング５１０の材料は何らかの商業弾性シール材料であっでもよい。
本発明の別のある実施例において、シールリング５１０は上加圧層に直接的に固定されることができる。シールリング５１０を上加圧層に直接的に固定されるメリットは、上加圧層が該結晶シリコン太陽電池モジュールの１つの外板としない場合で、該結晶シリコン太陽電池モジュールがホットプレスパッケージされる前に、非常に便利に該結晶シリコン太陽電池モジュールの外板を置換し、結晶シリコン太陽電池モジュールにおける外板の置換ステップを簡略化させる。
下加圧層と類似し、本実施例において、図１を参照し、上加圧層は一層の弾性材料固体薄板２２０と一層の剛性材料固体薄板１２０とが積層してなる。結晶シリコン太陽電池４１０と導電はんだリボン３１０にカバーされる弾性材料固体薄板２２０の作用は弾性材料固体薄板２１０と類似し、すなわち、該弾性材料固体薄板２２０の弾性特性は導電はんだリボン３１０が上加圧層の作用でより均一に圧力を受ける。本発明の好ましい弾性材料固体薄板２２０は結晶シリコン太陽電池モジュールのパッケージ材料であっでもよく、例えば、ポリエチレン‐酢酸ビニル（ＥＶＡ)やポリビニルブチラール（ＰＶＢ)などであっでもよい。結晶シリコン太陽電池モジュールのパッケージ材料を使用して本発明の弾性材料固体薄板２２０とするメリットは、本発明のレーザー溶接連結ステップを実施した後に、該結晶シリコン太陽電池モジュールは直接的にホットプレスパッケージされる可能性があり、さらに結晶シリコン太陽電池モジュールの製造ステップを簡略化させ、同様に結晶シリコン太陽電池の割れの発生リスクを回避させる。
異なる結晶シリコン太陽電池モジュールの設計及び製造プロセスによれば、本発明の剛性材料固体薄板１２０はレーザーを透過することができる外板であっでもよく、レーザーを透過することができない外板であっでもよい。最適化された本発明の剛性材料固体薄板１２０はガラスであっでもよく、そのほかの透明な高分子プラスチックであっでもよい。本発明のある実施例において、剛性材料固体薄板１２０は該結晶シリコン太陽電池モジュールのうちの１つの外板を直接的に採用する。これらの実施例において、本発明の導電はんだリボンと結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接方法を経った後に、該結晶シリコン太陽電池モジュールは直接的にホットプレスパッケージステップされることができ、結晶シリコン太陽電池モジュールの製造操作を大幅に簡略化させる。
さらに、本発明の上加圧層および下加圧層の固体薄板の層数及び固体薄板の材料は結晶シリコン太陽電池モジュールの設計及び具体的な製造条件に応じて変化することができる。例えば、そのほかのある実施例において、上加圧層は弾性材料固体薄板と剛性材料固体薄板とが積層してなる上加圧層ではなく、１つの剛性材料固体薄板を直接的に採用して上加圧層とし、例えば、一層のガラスを直接的に採用して上加圧層とし、各種の結晶シリコン太陽電池モジュールの設計及び具体的な製造条件の要求に適応する。
上加圧層ステップを放置した後に、本発明の導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０のレーザー溶接連結ステップを実施することができる。本発明の導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０のレーザー溶接連結方法の主要技術の１つは、上下の２つの加圧層の間の真空化の方法によって、該上下の２つの加圧層の間の絶対気体圧力が大気圧の圧力により小さくさせる。上下の２つの加圧層の間の絶対気体圧力と大気圧との圧力差を利用し、上下の２つの加圧層によって、すべての上下の２つの加圧層の間の導電はんだリボン３１０に均一的な圧力を印加する。導電はんだリボン３１０が結晶シリコン太陽電池４１０の電極に密着されることを確保した後に、本発明の導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０のレーザー溶接ステップを実施する。
図２を参照し、本発明の導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０のレーザー溶接連結ステップを実施する前に、上下の２つの加圧層の間の部分の空気は、空気抽出口７１０によって抽出され、上下の２つの加圧層の間の絶対気体圧力がその外側の大気圧より小さくする。外側大気圧の作用で、上下の２つの剛性材料固体薄板１２０及び１１０は上下の２つの弾性材料固体薄板２１０及び２２０によって、同時にすべての上下の２つの剛性材料固体薄板１２０と１１０との間の導電はんだリボン３１０に均一に加圧し、該上下剛性材料固体薄板１２０と１１０との間のすべての導電はんだリボン３１０は同時に結晶シリコン太陽電池４１０の電極に密着されることができ、かつ導電はんだリボン３１０のいずれかの一点が受けた圧力を等しくする。
大気圧の圧力の均一性なので、本発明の上下の２つの加圧層の間の絶対気体圧力がその外側の大気圧より小さくする方法は、太陽電池モジュールの面積全体において、該面積には１つの結晶シリコン太陽電池４１０があっでも、複数の結晶シリコン太陽電池４１０があっでも、すべての導電はんだリボン３１０におけるいずれかの一点も同時に同じ圧力を受ける。言い換えれば、太陽電池モジュールの面積全体において、すべての導電はんだリボン３１０は同じ圧力で結晶シリコン太陽電池４１０の電極に密着される。本発明のこの導電はんだリボン３１０に対する加圧方法は、局所の圧力が均一ではない問題を効果的に解決することができ、局所の圧力が大きすぎるので発生した結晶シリコン太陽電池４１０の割れのリスクを回避し、かつ局所の圧力が小さすぎるので引き起こした効果的ではない溶接現象を効果的に防止する。
本発明の導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０のレーザー溶接連結方法のもう１つのメリットは、本発明の方法がすべての溶接連結される必要がある導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０に対して同時加圧を実施することであり、すなわち、本発明のレーザー溶接連結方法は上下の２つの加圧層の間に真空化するだけで、上下の２つの加圧層の間のすべての導電はんだリボン３１０が同じ圧力を受ける。局所加圧の方法に比べて、本発明の加圧方法はレーザー溶接連結過程において導電はんだリボン３１０に対する加圧操作を明らかに簡略化させ、従って大量生産に有利である。
導電はんだリボン３１０が結晶シリコン太陽電池４１０の電極に密着された条件で、すなわち、上下の２つの加圧層の間の真空度を保持した条件で、本発明のレーザー溶接ステップを実施する。本発明のある実施例において、上下の２つの加圧層の間の真空度を保持する方法は、真空ポンプによって絶えずに真空化してその真空度を保持することができる。本発明のそのほかの実施例において、空気抽出口７１０にシール弁が取り付けられ、該シール弁が閉められた後に、上下の２つの加圧層の間の真空度が保持される。これらの実施例において、真空化コンソールとレーザー溶接連結コンソールとは分かられ、本発明の結晶シリコン太陽電池モジュールの製造方法の実施がより自在になる。
本発明のレーザー溶接連結方法において、導電はんだリボン３１０が結晶シリコン太陽電池４１０の電極に密着されるので、レーザー溶接過程において、導電はんだリボン３１０がレーザーエネルギーを受けた後に変換した熱エネルギーは接触された結晶シリコン太陽電池４１０の電極に速く伝達することができ、溶融された、導電はんだリボン３１０の外部の低温溶融合金が結晶シリコン太陽電池４１０の電極を湿潤した後に太陽電池４１０の電極に凝固され、本発明のレーザー溶接連結ステップを効果的に完成する。
本発明のレーザー溶接連結方法はそれぞれ上レーザー６２０又は下レーザー６１０を使用して上表面及び下表面に対すするレーザー溶接連結ステップを実施することができる。本発明のある実施例において、上レーザー６２０又は下レーザー６１０のうちの１つのレーザーのみを使用して本発明のレーザー溶接連結方法を実施することができる。これらの実施例において、該レーザーの照射エネルギーが十分である限り、結晶シリコン太陽電池４１０の正負の２つの表面の金属電極に密着された導電はんだリボン３１０を同時に加熱することができ、一本のレーザーを使用して同時に結晶シリコン太陽電池４１０の２つの表面の金属電極に密着される導電はんだリボン３１０を溶接する本発明のレーザー溶接連結方法を実現する。
本発明の別のある実施例において、結晶シリコン太陽電池４１０に対する熱傷を低減させるために、該レーザーの照射エネルギーを低減させることができ、導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０との間の溶接が導電はんだリボン３１０のレーザー照射された一面のみに発生させるが、太陽電池４１０の他面の導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０の電極との間は溶接されない。本発明のレーザー溶接連結方法はそのうちの一面の導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０の金属電極のレーザー溶接連結を完了した後に、さらに太陽電池４１０の他面に対して本発明のレーザー溶接連結方法を実施する。
本発明の最適化されたレーザー溶接連結方法は上下の２つのレーザー６２０及び６１０を使用して結晶シリコン太陽電池４１０の正面及び裏面が対応した電極点に対して同時にレーザー溶接連結を実施する。単一のレーザーを使用して溶接連結を実施する場合に、溶接される点の他面が室温条件にあるので、溶接される目的を実現するために、必ず溶接温度を向上させ、結晶シリコン太陽電池４１０電極の加熱要求を満足する。正面及び裏面の両面の温度差なので、このレーザー溶接方法は結晶シリコン太陽電池４１０が比較的大きい熱応力を受け、結晶シリコン太陽電池４１０の割れ問題を発生する可能性がある。本発明の最適化方法を採用した後に、レーザー溶接連結を実施する時に、上下の２つのレーザー６２０及び６１０は同時に結晶シリコン太陽電池４１０の特定の点の両面に対して同時に溶接し、結晶シリコン太陽電池４１０の電極と導電はんだリボン３１０との温度勾配及び結晶シリコン太陽電池４１０の内部にある温度勾配を低減させ、レーザー溶接する時に結晶シリコン太陽電池４１０に対する熱応力作用を効果的に低減させ、結晶シリコン太陽電池４１０の割れ発生の可能性を回避する。ある具体的実施例において、上下の２つのレーザー６２０及び６１０の導電はんだリボン３１０に対する照射角度を改変し、すなわち、同時垂直照射を採用せず、上下の２つのレーザー６２０及び６１０は傾斜して導電はんだリボン３１０のある点に同時に照射し、上下の２つのレーザー６２０と６１０とがお互いに照射する可能性を完全に回避することができる。
本発明のレーザー溶接連結の実施過程において、レーザー６１０及び６２０を移動する方法を採用してモジュールのすべての溶接される必要である点の溶接を完成することができる。作業台面を移動する方法を採用してモジュールのすべての溶接される必要である点の溶接を完成することができる。或いは、同時、或いはそれぞれレーザー６１０、６２０、及び作業台面を移動してすべての溶接される必要である点の溶接を完成する。同時、或いはそれぞれレーザー及び作業台面を採用する方法のメリットは、レーザー及び作業台面の移動範囲を低減させることができ、レーザー溶接設備のコストを低下させるだけでなく、レーザー及び作業台面の移動精度を向上させることもできる。
本発明の導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０とをレーザー溶接連結するのに使用したレーザーは、連続式レーザーであっでもよく、パルス式レーザーであっでもよい。本発明は連続的レーザーを採用すると、レーザーのパワー密度及びレーザー溶接速度を制御することで、溶接の目的を実現することができ、かつ電池に対して多くの熱応力を引き起こすことがしない。本発明はパルス式レーザーを採用してもよく、レーザーのパワー密度及び溶接速度を制御する必要である以外に、レーザーパルス波形及びレーザーパルスの幅を制御する必要がある。
本発明の導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０とをレーザー溶接連結するのに使用したレーザーは、一本のレーザーは溶接される必要である領域に１回又は複数回で繰り返して作用しても良く、２本のレーザービーム又は複数本のレーザービームは溶接される必要である領域に共同に作用してもよい。その目的は溶接加熱及び冷却の温度勾配を制御し、結晶シリコン太陽電池に対して引き起こす熱応力を低下し、結晶シリコン太陽電池の割れの可能性を回避する。最適化された実施方案において、一本のレーザーは１つの溶接点に対して複数回のレーザー加熱を実施し、毎回の放出したパワー密度、焦点面位置、パルス波形などのパラメータは異なることができ、さらにレーザーの結晶シリコン太陽電池に対する熱応力を低下させる。
本発明の導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０とをレーザー溶接連結するのに使用したレーザー溶接モードは、レーザー連続溶接であっでもよく、レーザー間欠スポット溶接であっでもよい。レーザー連続溶接を採用すると、レーザーの走行速度を制御することが溶接效果に対して極めて重要である。レーザー間欠スポット溶接を採用すると、単一点の溶接位置の滞留時間は溶接過程の熱入力量を決める。滞留時間が非常に長いと、熱入力量が非常に多くなり、電池の割れを引き起こす可能性があり、滞留時間が非常に短いと、熱入力量が非常に少なく、溶接強度が足りない。
本発明のレーザー溶接連結ステップを完成した後に、モジュールの設計構成に応じて、該モジュールに対してホットプレスパッケージを直接的に実施することができる。そのほかのある実施例において、上加圧層を結晶シリコン太陽モジュールの裏板、例えば、ＴＰＴ裏板に置換することができ、その後に該モジュールに対してホットプレスパッケージを実施する。
本発明のそのほかのある実施例において、図３に示すように、結晶シリコン太陽電池４１０は背後電極電池であっでもよく、すなわち、該結晶シリコン太陽電池４１０の正負電極が結晶シリコン太陽電池４１０の正面、裏面の両面に分布せず、結晶シリコン太陽電池４１０の裏面に集中する。背後電極電池のメリットは正面電極による陰影損失がないことである。
順次に従って、まず、下加圧層を放置する。該実施例において、好ましい下加圧層は剛性材料固体薄板１１０と弾性材料固体薄板２１０とが積層してなる下加圧層である。さらに好ましい下加圧層は結晶シリコン太陽電池モジュールを製造しようとする材料からなる。例えば、剛性材料固体薄板１１０は該モジュールのパネルガラスであるが、弾性材料固体薄板２１０は結晶シリコン太陽電池モジュールのパッケージ材料であり、例えば、ポリエチレン‐酢酸ビニル（ＥＶＡ)やポリビニルブチラール（ＰＶＢ)などである。
図３に示すように、下加圧層を放置した後に、結晶シリコン太陽電池モジュールを製造する結晶シリコン太陽電池４１０と導電はんだリボン３１０とは１つずつ弾性材料固体薄板２１０に放置される。電極がそれぞれ結晶シリコン太陽電池の正面、裏面の２つの異なる表面にある電池に対して、正負電極を結晶シリコン太陽電池の同一表面に放置する電池はより簡単である。放置方法は、まず、結晶シリコン太陽電池４１０を弾性材料固体薄板２１０に放置し、その後に導電はんだリボン３１０を放置し、続いて、すべての結晶シリコン太陽電池４１０と相応した導電はんだリボン３１０とを弾性材料固体薄板２１０に放置するまで、結晶シリコン太陽電池４１０及び導電はんだリボン３１０を絶えずに繰り返して放置する。結晶シリコン太陽電池４１０と導電はんだリボン３１０とを簡単に放置する方法は、まず、１つの太陽電池モジュールのすべての結晶シリコン太陽電池４１０を弾性材料固体薄板２１０に放置し、その後にすべての導電はんだリボン３１０を結晶シリコン太陽電池４１０の電極に放置する。
すべての溶接される必要である結晶シリコン太陽電池４１０と導電はんだリボン３１０とは弾性材料固体薄板２１０に放置された後に、図３に示すように、さらに上加圧層を放置する。本発明の好ましい上加圧層は、例えば、ポリエチレン‐酢酸ビニル（ＥＶＡ)やポリビニルブチラール（ＰＶＢ)などの、結晶シリコン太陽電池モジュールのパッケージ材料の弾性材料固体薄板性２２０と、剛性材料固体薄板１２０とが積層してなる上加圧層である。最適化された本発明の剛性材料固体薄板１２０はガラスであっでもよく、そのほかの透明な高分子プラスチックであっでもよい。
上加圧層放置ステップを完了した後に、本発明の導電はんだリボン３１０と結晶シリコン太陽電池４１０のレーザー溶接連結ステップを実施することができる。図４を参照し、図２の実施例と異なり、本実施例はシールフレーム８１０を使用する。シールリング８２０によってシールフレーム８１０と作業台８００、及びシールフレーム８１０と剛性材料固体薄板１２０との間のシールを実現し、シールフレームにおける気体が空気抽出口７１０によって抽出された後に、シールフレーム内側の絶対気体圧力、言い換えれば、上下の２つの加圧層の間の絶対気体圧力がその外側の大気圧より小さい。外側の大気圧の作用で、剛性材料固体薄板１２０は弾性材料固体薄板２２０によって、すべての弾性材料固体薄板２２０の下部における導電はんだリボン３１０に均一に加圧し、弾性材料固体薄板２２０の下部におけるすべての導電はんだリボン３１０は同時に結晶シリコン太陽電池４１０の電極に密着されることができる。
図４の実施例において、真の意義がある本発明の下加圧層は作業台８００、剛性材料固体薄板１１０及び弾性材料固体薄板２１０を含む。該実施例に示した上加圧層が弾性材料固体薄板２２０と剛性材料固体薄板１２０とが積層してなる以外に、具体的な要求及び条件に応じて、そのほかのある実施例において、上加圧層は一層の弾性材料固体薄板２２０を直接的に使用することができ、或いは一層の剛性材料固体薄板１２０を直接的に使用して上加圧層とすることができる。
本発明のレーザー溶接連結方法において、導電はんだリボン３１０が結晶シリコン太陽電池４１０の電極に密着されるので、レーザー溶接過程において、導電はんだリボン３１０がレーザーエネルギーを受けた後に変換した熱エネルギーは接触される結晶シリコン太陽電池４１０の電極に速く伝達することができ、溶融された、導電はんだリボン３１０の外部の低温溶融合金が結晶シリコン太陽電池４１０の電極を湿潤した後に太陽電池４１０の電極に凝固され、本発明のレーザー溶接連結ステップを効果に完成することができる。
該実施例において、レーザー溶接連結方法は上レーザー６２０を使用して本発明のレーザー溶接連結ステップを実施する。本発明のレーザー溶接連結の実施過程において、レーザー６２０を移動する方法を採用してモジュールのすべての溶接される必要である点の溶接を完成することができる。作業台面８００を移動する方法を採用してモジュールのすべての溶接される必要である点の溶接を完成することができる。或いは、同時、或いはそれぞれレーザー６２０と作業台面８００を移動してすべての溶接される必要である点の溶接を完成する。同時、或いはそれぞれレーザー６２０及び作業台面８００を移動する方法のメリットはレーザー及び作業台面の移動範囲を低減させることができ、レーザー溶接設備のコストを低下することができるだけでなく、レーザー及び作業台面の移動精度を向上させることができる。
本発明のレーザー溶接連結ステップを完了した後に、モジュールの設計構造によって、該モジュールに対して直接的にホットプレスパッケージを実施することができる。そのほかのある実施例において、剛性材料固体薄板１２０を設計されたそのほかの裏板、例えば、ＴＰＴ裏板などに替?することができ、その後に該モジュールにホットプレスパッケージを実施する。

Claims (15)

  1. 結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法であって、結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法は上下の加圧層の間の気体絶対圧力が大気圧より小さくさせ、大気圧の圧力によって、上下の加圧層の作用で、上下の加圧層の間の導電はんだリボンを同様に上下の加圧層の間にある結晶シリコン太陽電池の電極に均一に密着させ、レーザー溶接技術を使用して導電はんだリボンと結晶シリコン太陽電池とを溶接し、それは、
    １)、加圧層を放置するステップと、
    ２)、導電はんだリボン及び結晶シリコン太陽電池を１つずつ下加圧層に放置し、かつ導電はんだリボンを溶接される必要である結晶シリコン太陽電池の電極に位置合わせし、或いは溶接される必要であるそのほかの導電はんだリボンに位置合わせするステップと、
    ３)、導電はんだリボンと結晶シリコン太陽電池に上加圧層を放置するステップと、
    ４)、上下の加圧層の間に真空化するステップと、
    ５)、レーザー溶接するステップと、を含むことを特徴とする結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法。
  2. 前記下加圧層または上加圧層は一層の固体薄板、又は複数層の固体薄板が積層してなる下加圧層又は上加圧層であることを特徴とする請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法。
  3. 前記下加圧層及び上加圧層の固体薄板の材料及び固体薄板の層数が同じであり、或いは異なることを特徴とする請求項２に記載の結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法。
  4. 前記下加圧層及び上加圧層において、少なくとも一層の固体薄板の材料は剛性材料であることを特徴とする請求項３に記載の結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法。
  5. 前記下加圧層及び上加圧層において、少なくとも一層の固体薄板の材料は弾性材料であることを特徴とする請求項３に記載の結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法。
  6. 前記下加圧層及び上加圧層において、少なくとも１つの加圧層はレーザーを透過可能なものであることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法。
  7. 前記下加圧層又は上加圧層は結晶シリコン太陽電池モジュールのパッケージ材料が積層してなり、或いは下加圧層及び上加圧層が共に結晶シリコン太陽電池モジュールのパッケージ材料が積層してなることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法。
  8. 導電はんだリボン及び結晶シリコン太陽電池を１つずつ下加圧層に放置するのは結晶シリコン太陽電池の数が少なくとも１つであることを意味することを特徴とする請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法。
  9. 導電はんだリボン及び結晶シリコン太陽電池を１つずつ下加圧層に放置するのは１つの結晶シリコン太陽電池モジュールが必要であるすべての結晶シリコン太陽電池と対応した導電はんだリボンとを順次に全部下加圧層に放置することを特徴とする請求項８に記載の結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法。
  10. 前記真空化は上加圧層と下加圧層との間の絶対気体圧力が大気圧より小さくすることを特徴とする請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法。
  11. 前記レーザー溶接はレーザーが加圧層を通過して導電はんだリボンと結晶シリコン太陽電池の電極との溶接を実施することを特徴とする請求項６に記載の結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法。
  12. 前記レーザー溶接はレーザーが加圧層を透過して結晶シリコン太陽電池の正電極に密着された導電はんだリボン、又は負電極に密着された導電はんだリボンに照射し、該結晶シリコン太陽電池の正電極又は負電極に対してレーザー溶接を実施することを特徴とする請求項１、２、８、９、１０又は１１に記載の結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法。
  13. 前記レーザー溶接はレーザーが加圧層を透過して結晶シリコン太陽電池の正電極に密着された導電はんだリボン、又は負電極に密着された導電はんだリボンに照射し、かつ該結晶シリコン太陽電池の正電極及び負電極に対してレーザー溶接を実施することを特徴とする請求項１、２、８、９、１０又は１１に記載の結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法。
  14. 前記レーザー溶接はレーザーが加圧層を透過してそれぞれ結晶シリコン太陽電池の正電極に密着された導電はんだリボン及び負電極に密着された導電はんだリボンに照射し、かつ該結晶シリコン太陽電池の正電極及び負電極に対してレーザー溶接を実施することを特徴とする請求項１、２、８、９、１０又は１１に記載の結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法。
  15. 前記レーザー溶接は導電はんだリボンが結晶シリコン太陽電池の電極に均一に密着されることを保持する条件で、一部或いは全部の該結晶シリコン太陽電池モジュールにおける結晶シリコン太陽電池の連結を完成することを特徴とする請求項１、２、８、９、１０或１１に記載の結晶シリコン太陽電池のレーザー溶接連結方法。
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