JP2018113310A - 太陽電池モジュールの製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カバーガラスと封止材との間ではがれるエッジピンチ現象の発生を防止する。
【解決手段】ダイヤフラムシート３を有するチャンバ、太陽電池モジュールの構成部材が積層された被加工物７を載置する熱盤６を備え、熱盤により被加工物を加熱しながらダイヤフラムシートと熱盤との間で被加工物を挟圧する際に、被加工物の周囲を囲うように配置される枠部８ａ、被加工物の端部上面を覆うように枠部の上面に配置される受け部８ｂとを有するエッジピンチ防止用治具８をさらに備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池モジュールの製造装置及び製造方法に関し、特にガラス基板とカバーガラスとの間に太陽電池セルを挟持するダブルガラス型太陽電池モジュールのラミネート加工に係わる製造装置及び製造方法に関する。

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、表面側に表面保護材、裏面側に裏面保護材を配置し、その間を封止材によりパッケージングしたものである。

太陽電池モジュールの製造方法としては、例えば表面保護材としてのカバーガラス、封止材、太陽電池セル、封止材、裏面保護材としてのガラス基板を順に積層した被加工物に加熱及び加圧処理を行うラミネート加工による製造方法がよく知られている。

しかし、ラミネート時において、被加工物の端部付近でダイヤフラムシートによる応力集中等の不均一によって端部が変形したり、端部付近の封止材が薄くなるなどにより接着強度が低下し、ガラス基板との間で剥れが発生したりするという問題があった。

そこで、特許文献１において、図１において矢印で示されたように、端部付近におけるダイヤフラムシートによる応力集中等の不均一を解消するため、被加工物の周囲に枠やスペーサを設けるラミネート装置が提案されていた。

ここで、被加工物７は太陽電池セル７ｃをガラス基板７ａとカバーガラス７ｄとの間に、封止材７ｂ１、７ｂ２を用いて封止したものである。このような被加工物７を熱盤６上に載置し、被加工物７の周囲にスペーサ５０を設けて、ダイヤフラムシート３により応力を与えて封止していた。

特開２０１２−１９６８３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたラミネート装置では、スペーサ５０が被加工物７に対して十分な高さを有していないなど、適切な高さに調整されていない場合や、図１に示されたようにスペーサ５０と被加工物７の端面７５との間に隙間がある場合があった。

このような場合、ダイヤフラムシート３による狭圧を解放した際に、図２（ａ）に示されたように、ダイヤフラムシート３により下方に向って変形されていたカバーガラス７ｄが矢印で示されたように元の状態に戻ろうとすることで、カバーガラス７ｄと封止材７ｂ２との間ではがれが生じるというエッジピンチ現象が発生することがあった。

また、ガラス基板７ａと太陽電池セル７ｃとの間に積層された封止材７ｂ１、太陽電池セル７ｃとカバーガラス７ｄとの間に積層された封止材７ｂ２は、偏りによる欠損部分が生じないように、ガラス基板７ａ、カバーガラス７ｄから周囲にはみ出す程度に少し広い物が積層される。そして、ラミネート時の狭圧によりはみ出した部分が、ラミネート後にガラス端面に合わせて切り取られるのが通例である。

従って、図２（ｂ）に示されたように、ガラス端からはみ出した封止材７ｂ１、７ｂ２があるために、スペーサ５０と太陽電池セル７ｃとの間隔を十分に小さくすることができない場合が多かった。また、スペーサ５０の高さを被加工物７の高さに応じて適切な高さに調整することは容易ではなかった。この結果、エッジピンチ現象を確実に防止することができなかった。

上述のように従来は、ラミネート工程において、ダブルガラス型の被加工物にダイヤフラムシートにて狭圧を与えた際に、熱盤と被加工物との段差により狭圧が端部に集中して端部が変形したり、狭圧を解放した際にカバーガラスが元の状態に戻ろうとしてカバーガラスと封止材との間ではがれが生じたりすることを確実に防止できなかった。

本発明は上記事情に鑑み、被加工物の端部付近におけるダイヤフラムシートによる応力集中等の不均一を解消して積層体のズレをなくし、接着強度を向上させるとともに、エッジピンチ現象を確実に防止することが可能な太陽電池モジュールの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

本発明の太陽電池モジュールの製造装置は、
ダイヤフラムシートを有するチャンバと、
太陽電池モジュールの構成部材が積層された被加工物を載置する熱盤と、
を備え、
前記熱盤により前記被加工物を加熱しながら前記ダイヤフラムシートと前記熱盤との間で前記被加工物を挟圧し、前記被加工物にラミネート加工を行う太陽電池モジュールの製造装置であって、
前記ダイヤフラムシートと前記熱盤との間で前記被加工物を挟圧する際に、前記被加工物の周囲を囲うように配置される枠部と、前記被加工物の端部上面を覆うように前記枠部の上面に配置される受け部とを有するエッジピンチ防止用治具をさらに備え、
前記受け部は、前記被加工物の端部上面を覆うため、前記枠部の内側端面から前記被加工物の上面へ向って張り出した突出部を有し、
前記エッジピンチ防止用治具は、前記突出部による前記被加工物の端部上面への張り出し長さを調整する調整機構を有することを特徴とする。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、
ダイヤフラムシートを有するチャンバと、太陽電池モジュールの構成部材が積層された被加工物を載置する熱盤とを備える太陽電池モジュールの製造装置を用いて、太陽電池モジュールの構成部材が積層された被加工物にラミネート加工を行う太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記被加工物を前記熱盤上に載置するステップと、
前記熱盤により前記被加工物を加熱しながら前記ダイヤフラムシートと前記熱盤との間で前記被加工物を挟圧し、前記被加工物にラミネート加工を行うステップと、
を備え、
前記ラミネート加工を行うステップにおいて、前記被加工物の周囲を囲うように配置される枠部と、前記被加工物の端部上面を覆うように前記枠部の上面に配置される受け部とを有するエッジピンチ防止用治具であって、
前記受け部は、前記被加工物の端部上面を覆うため、前記枠部の内側端面から前記被加工物の上面へ向って張り出した突出部を有し、
前記エッジピンチ防止用治具は、前記突出部による前記被加工物の端部上面への張り出し長さを調整する調整機構を有する、前記エッジピンチ防止用治具を用いて、前記被加工物を前記ダイヤフラムシートと前記熱盤との間で挟圧することを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールの製造装置及び製造方法によれば、被加工物の端部付近におけるダイヤフラムシートによる応力集中等の不均一を解消して積層体のズレをなくし、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、エッジピンチ現象の発生を確実に防止することが可能である。

従来の製造方法における被加工物の端部とスペーサとを拡大して示した縦断面図である。 従来の製造方法において、ダイヤフラムシートによる加圧を解放した際にカバーガラスと封止材との間がはがれるエッジピンチ現象を示した縦断面図である。 本発明の実施の形態による太陽電池モジュールの製造装置の構成を示した縦断面図である。 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を工程別に示した縦断面図である。 同製造方法を工程別に示した縦断面図である。 同製造方法を工程別に示した縦断面図である。 同製造方法を工程別に示した縦断面図である。 上記製造装置における被加工物の端部とエッジピンチ防止用治具とを拡大して示した縦断面図である。 同製造装置におけるエッジピンチ防止用治具の突出部の張り出し長さを最も長く調整した場合の平面構成を示す平面図及び断面構成を示す縦断面図である。 同製造装置におけるエッジピンチ防止用治具の突出部の張り出し長さを最も短く調整した場合の平面構成を示す平面図及び断面構成を示す縦断面図である。 同製造装置におけるエッジピンチ防止用治具の角部を拡大して示した平面図である。 同製造装置におけるエッジピンチ防止用治具の突出部の張り出し長さを調整する調整機構を拡大して示した縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図３に、本発明の実施の形態による太陽電池モジュールの製造装置の構成を示す。

この実施の形態による製造装置は、上チャンバ１と下チャンバ５とを有する場合の一例として、それぞれの空間に上チャンバ真空領域２、下チャンバ真空領域９が存在する。上チャンバ１には上チャンバ用排気口４が設けられ、下チャンバ５には下チャンバ用排気口１０が設けられている。

下チャンバ真空領域９において熱盤６が配置されている。熱盤６上に、太陽電池モジュールの構成部材が積層された被加工物７が載置され、被加工物７の周囲に後述するエッジピンチ防止用治具８が配置されている。

上チャンバ１に設けられたダイヤフラムシート３が、被加工物７及びエッジピンチ防止用治具８の表面を覆うように配置される。

被加工物７は、図１に示されたように、太陽電池モジュールの構成部材としてカバーガラス７ｄ、封止材７ｂ２、太陽電池セル７ｃ、封止材７ｂ１、ガラス基板７ａの順に積層されている。

ラミネート工程においては、熱盤６により封止材７ｂ１、７ｂ２を溶融、狭圧させるために、上チャンバ１と下チャンバ５とを密閉して矢印Ａ２で示されたように減圧させた後、ダイヤフラムシート３と上チャンバ１との間に矢印Ａ１で示されたように大気を導入することにより狭圧することで、太陽電池セル７ｃを、カバーガラス７ｄ、ガラス基板７ａの間に封止材７ｂ１、７ｂ２を用いて接着する加工を行う。

図３において、被加工物７がラミネート加工される状態が示されている。なお、ここでは一つの被加工物７をラミネート加工しているが、複数個の被加工物７を同時にラミネート加工するように構成してもよい。

本実施の形態におけるラミネート工程について、工程別に示した図４〜図７を参照して説明する。

図４に、上チャンバ１と下チャンバ５とを密封して、被加工物７を密封空間においた状態を示す。熱盤６上に被加工物７が載置された状態で、エッジピンチ防止用治具８が被加工物７の周囲を囲むように配置されている。

図５に示された状態において、矢印Ｂ１、Ｂ２で示されたように、上チャンバ用排気口４と下チャンバ用排気口１０の両方から真空排気が行われる。これにより、被加工物７内部に含まれていた気泡が除去される。

図６に、ラミネート加工を行う時の工程を示す。ラミネート加工時においては、矢印Ｃ２で示されたように下チャンバ用排気口１０から真空排気が継続される。一方、上チャンバ用排気口４は大気解放され、矢印Ｃ１で示されたように、上チャンバ１とダイヤフラムシート３との間の上チャンバ真空領域２に大気が入り込む。これにより、ダイヤフラムシート３が大気圧で被加工物７を狭圧する。

このとき、被加工物７の周囲にエッジピンチ防止用治具８が載置されているため、ダイヤフラムシート３によって被加工物７の端部に矢印Ｃ３で示された応力が不均一に印加されることが防止される。

熱盤６が、封止材７ｂ１、７ｂ２が溶融する温度で被加工物７を加熱しており、ガラス基板７ａとカバーガラス７ｄとが接着してラミネート加工される。

図７に、ラミネート加工の工程が終了した状態を示す。ラミネート加工の工程が終了すると、下チャンバ用排気口１０から矢印Ｄ１で示されたように大気開放し、矢印Ｄ２で示されたようにダイヤフラムシート３の狭圧が終了する。

上記ラミネート加工の工程において、被加工物７の端部とエッジピンチ防止用治具８とを拡大して図８（ａ）に示す。

被加工物７は上述したように、ガラス基板７ａ、封止材７ｂ１、太陽電池セル７ｃ、封止材７ｂ２、カバーガラス７ｄが下から上に向かって順に積層された構成となっており、熱盤６上に載置されている。

エッジピンチ防止用治具８は、封止材７ｂ１、７ｂ２がはみ出したはみ出し部との接触を避けるため、被加工物７の端面７５の外側に間隔Ｅを空けた状態で、さらにカバーガラス７ｄの上面７６の外側に隙間Ｆを空けた状態で、設けられる。

エッジピンチ防止用治具８は、被加工物7の側面の周囲のほぼ全域に渡って囲うように覆う枠部８ａと、被加工物７の端部上面を覆う受け部８ｂとを備えている。

受け部８ｂの上面形状は、例えば、外側端面から所定長さまでは平面状に同一高さを有し、そこから内側へ向かって下がっていく台形形状、あるいは外側端面から内側へ向かって徐々に下がっていく曲線形状を有してもよい。

エッジピンチ防止用治具８の枠部８ａは、被加工物７の高さと同じ高さ以上の高さを有するように構成されている。また受け部８ｂは、被加工物７の上面７６を隙間Ｆを空けた状態で所定長さＧの分だけ覆うように形成されている。このため、矢印で示されたようなダイヤフラムシート３から受ける圧力が被加工物7の端部に不均一に印加されることがなく、エッジピンチ現象を防止することができると共に、接着強度を保つことができる。さらに、被加工物７の構成部材としてのカバーガラス７ｄ、封止材７ｂ２、太陽電池セル７ｃ、封止材７ｂ１、ガラス基板７ａの間でズレが発生することがなく、カバーガラス７ｄの端部の破損等を防止することもできる。

このように本実施の形態による太陽電池モジュールの製造方法によれば、被加工物７に不要な加圧を与えることなくラミネート加工を行うことができる。また、加圧を解放した際にも、被加工物７のカバーガラス７ｄと封止材７ｂ２との間のはがれの発生を防ぐことができると共に、十分な接着強度を保ち確実に太陽電池モジュールを製造することができる。

図８（ｂ）に、被加工物７の上面におけるダイヤフラムシート３への大気圧による圧力が解放されたときの被加工物７の端部とエッジピンチ防止用治具８とを拡大して示す。

エッジピンチ防止用治具８の受け部８ｂの突出部は、被加工物7の端面７５から長さＧだけ被加工物７に向って張り出した形状を有している。このような構成を受け部８ｂが有することにより、大気圧が解放された時に、被加工物７のカバーガラス７ｄが、矢印で示されたように元の状態に戻ろうとして封止材７ｂとの間ではがれるエッジピンチ現象が発生することを確実に防止することができる。

以上、上チャンバ１にダイヤフラムシート３を、下チャンバ５に熱盤６を有する一例としての本実施の形態による製造装置について説明した。しかし、本発明の製造装置はこの構成には限定されず、熱盤上面にダイヤフラムを有するようにチャンバを構成して、下チャンバが設けられていないなどの構成としてもよく、この場合においても動作、効果は上記実施の形態と同様である。よって、ダイヤフラムシートを用いて挟圧封止を行う方式の製造装置の全てに本発明を適用することが可能である。

ここで、エッジピンチ防止用治具８の受け部８ｂは、後述する調整機構により突出部の張り出し長さＧを調整することができる。この突出部の張り出し長さＧが長すぎる場合には、ダイヤフラムシート３による被加工物７への端部の加圧が弱くなり、ガラス基板７ａ、カバーガラス７ｄと封止材７ｂ１、７ｂ２との間の接着強度が弱くなる可能性がある。逆に突出部の張り出し長さＧが短すぎる場合は、ダイヤフラムシート３による狭圧が被加工物７の端部に集中して端部が変形したり、狭圧を解放した際にカバーガラス７ｄが元の状態に戻ろうとしてカバーガラス７ｄと封止材７ｂ２との間ではがれが発生したりすることとなる。このため、調整機構により突出部の張り出し長さＧを適切な長さに調整する必要がある。

受け部８ｂにおける突出部の張り出し長さＧの適切な長さは、太陽電池モジュールの寸法、ダイヤフラムシートの材質、ラミネータ加工を行うラミネータの構造等によって異なる。そこで、必要に応じて突出部の張り出し長さＧを変えることが有益である。

以下に、エッジピンチ防止用治具８の構成及び張り出し長さＧの調整機構について詳述する。

図９（ａ）に、エッジピンチ防止用治具８の平面構成を示し、図９（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う縦断面図を図９（ｂ）に示す。この図９（ａ）、図９（ｂ）には、受け部８ｂの突出部の張り出し長さＧが最も長い長さＧ１に調整された状態が示されている。

図示されていない被加工物７の周囲を囲むように、被加工物７の四辺に対応してエッジピンチ防止用治具８が四分割されて配置されている。エッジピンチ防止用治具８は、枠部８ａと受け部８ｂとを有する。受け部８ｂは、枠部８ａより内側への突出部の張り出し長さを調整するための長穴８ｃと、受け部８ｂを枠部８ａに固定するための固定用ボルト８ｄとを有する。エッジピンチ防止用治具８は、例えばアルミニウム等、加工性に優れると共に、ラミネート加工で用いることができるように必要な強度と耐熱性とを有する例えば金属等により作成されてもよい。

枠部８ａは、被加工物７の高さ以上の高さを有するように構成されている。また枠部８ａは、被加工物７の周囲を囲うことができるように、被加工物7の外形より大きい内側の寸法を有する。

受け部８ｂは、被加工物７の端部上面を覆うために、枠部８ａから内側へ向って突出部が張り出している。そして、上述したように受け部８ｂは長穴８ｃと固定用ボルト８ｄとにより、被加工物７の端部上面を覆う突出部の長さＧを調整することができる。

図１０（ａ）にエッジピンチ防止用治具８の平面構成を示し、図１０（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う縦断面図を図１０（ｂ）に示す。この図１０（ａ）、図１０（ｂ）には、受け部８ｂの突出部の張り出し長さＧが最も短い長さＧ２に調整された状態が示されている。この場合は、四分割されたエッジピンチ防止用治具８の相互間に隙間が生じる。

図１１に、図１０（ａ）における角部Ｈを拡大した平面構成を示す。全ての固定用ボルト８ｄを緩め、長穴８ｃを貫通する固定用ボルト８ｄが移動可能な範囲で、枠部８ａに対して受け部８ｂを矢印のように摺動させることで、受け部８ｂの突出部の張り出し長さＧが調整される。調整が終了した後、固定用ボルト８ｄを全て締める。

図１２（ａ）に、枠部８ａに対する受け部８ｂの突出部の張り出し長さＧを最大の長さＧ１にしたときの縦断面の状態を示す。受け部８ｂの長穴８ｃの後端に固定用ボルト８ｄが突き当たるまで、枠部８ａに対して受け部８ｂが摺動することで、張り出し長さＧが最大の長さＧ１となる。

図１２（ｂ）に、枠部８ａに対する受け部８ｂの突出部の張り出し長さＧを最小の長さＧ２にしたときの縦断面の状態を示す。受け部８ｂの長穴８ｃの前端に固定用ボルト８ｄが突き当たるまで、枠部８ａに対して受け部８ｂが摺動することで、張り出し長さＧが最小の長さＧ２となる。

このような受け部８ｂの突出部の張り出し長さＧの調整機構により、エッジピンチ現象の発生を防止し、被加工物７の端部において十分な圧着が可能な張り出し長さに調整することができる。

また、四分割されたエッジピンチ防止用治具８の枠部８ａ自体も、例えば四隅の裏面に埋め込んだ板に長穴固定することで、図１０に示された受け部８ｂと同様に枠内広さを変えられるように、板上を摺動させて調整できる機構を加えてもよい。つまり、枠部８ａと受け部８ｂとを組み合わせて張り出し長さＧの調整が可能となる。

上記実施の形態によれば、積層体の端部付近におけるダイヤフラムシートから与えられる応力集中等の不均一を解消して積層体のズレをなくし、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。さらに、カバーガラスと封止材との間ではがれるエッジピンチ現象の発生を防止することが可能である。

本発明の実施の形態について説明したが、この実施の形態は例として提示したものであり、発明の技術的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、その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。上記実施の形態やその変形は、発明の技術的範囲や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とその均等の範囲に含まれる。

例えば上記実施の形態では、受け部が枠部に対して相対的に摺動することで、突出部の張り出し長さを調整する機構を有している。しかし、必ずしもこのような機構を有している必要はない。例えば、太陽電池モジュールの寸法やダイヤフラムシートの材質、ラミネータの構造等が一定である場合には、突出部の張り出し長さＧの適切な長さも一定である。このような場合は、受け部が枠部に対して固定され、あるいは受け部と枠部とが一体に形成され、突出部の張り出し長さが一定であってもよい。

１ 上チャンバ
２ 上チャンバ真空領域
３ ダイヤフラムシート
４ 上チャンバ用排気口
５ 下チャンバ
６ 熱盤
７ 被加工物
７ａ ガラス基板
７ｂ１、７ｂ２ 封止材
７ｃ 太陽電池セル
７ｄ カバーガラス
７５ 被加工物７の端面
７６ 被加工物７の上面
８ エッジピンチ防止用治具
８ａ 枠部
８ｂ 受け部
８ｃ 長穴
８ｄ 固定用ボルト
９ 下チャンバ真空領域
１０ 下チャンバ用排気口
５０ スペーサ

Claims (6)

1. ダイヤフラムシートを有するチャンバと、
   太陽電池モジュールの構成部材が積層された被加工物を載置する熱盤と、
   を備え、
   前記熱盤により前記被加工物を加熱しながら前記ダイヤフラムシートと前記熱盤との間で前記被加工物を挟圧し、前記被加工物にラミネート加工を行う太陽電池モジュールの製造装置であって、
   前記ダイヤフラムシートと前記熱盤との間で前記被加工物を挟圧する際に、前記被加工物の周囲を囲うように配置される枠部と、前記被加工物の端部上面を覆うように前記枠部の上面に配置される受け部とを有するエッジピンチ防止用治具をさらに備え、
   前記受け部は、前記被加工物の端部上面を覆うため、前記枠部の内側端面から前記被加工物の上面へ向って張り出した突出部を有し、
   前記エッジピンチ防止用治具は、前記突出部による前記被加工物の端部上面への張り出し長さを調整する調整機構を有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造装置。
2. 前記枠部は、前記被加工物の高さ以上の高さ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の製造装置。
3. 前記枠部は、前記被加工物の周囲から所定間隔を空けて囲うように、前記被加工物の外形より大きい内側の寸法を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールの製造装置。
4. 前記枠部及び前記受け部は、前記被加工物の四辺に対応して四分割されており、
   前記調整機構は、四辺毎に前記受け部の前記枠部に対する摺動及び固定が可能であることにより、前記突出部による前記被加工物の端部上面への張り出し長さを調整する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装置。
5. 前記エッジピンチ防止用治具は、金属により作成されたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールの製造装置。
6. ダイヤフラムシートを有するチャンバと、太陽電池モジュールの構成部材が積層された被加工物を載置する熱盤とを備える太陽電池モジュールの製造装置を用いて、太陽電池モジュールの構成部材が積層された被加工物にラミネート加工を行う太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記被加工物を前記熱盤上に載置するステップと、
   前記熱盤により前記被加工物を加熱しながら前記ダイヤフラムシートと前記熱盤との間で前記被加工物を挟圧し、前記被加工物にラミネート加工を行うステップと、
   を備え、
   前記ラミネート加工を行うステップにおいて、前記被加工物の周囲を囲うように配置される枠部と、前記被加工物の端部上面を覆うように前記枠部の上面に配置される受け部とを有するエッジピンチ防止用治具であって、
   前記受け部は、前記被加工物の端部上面を覆うため、前記枠部の内側端面から前記被加工物の上面へ向って張り出した突出部を有し、
   前記エッジピンチ防止用治具は、前記突出部による前記被加工物の端部上面への張り出し長さを調整する調整機構を有する、前記エッジピンチ防止用治具を用いて、前記被加工物を前記ダイヤフラムシートと前記熱盤との間で挟圧することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

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