JP2948506B2 - 真空ラミネート装置及び太陽電池の製造法 - Google Patents

真空ラミネート装置及び太陽電池の製造法

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JP2948506B2
JP2948506B2 JP7204194A JP20419495A JP2948506B2 JP 2948506 B2 JP2948506 B2 JP 2948506B2 JP 7204194 A JP7204194 A JP 7204194A JP 20419495 A JP20419495 A JP 20419495A JP 2948506 B2 JP2948506 B2 JP 2948506B2
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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、真空ラミネート装置
太陽電池モジュールの製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、真空ラミネート装置は、半導体関
連、特に太陽電池等の外気に晒して用いられる素子を被
覆する目的で最終的な製造装置として適用される。これ
は、素子を温湿度・外圧等に対し耐久性を向上させるた
めである。
【0003】真空ラミネート装置を製造装置として最も
好適に適用される太陽電池は、近年需要が急速に拡大し
ている。これは、ポータブル機器における電源用と、ク
リーンエネルギー源としての需要の拡大に伴う。例え
ば、地球環境汚染の拡大につれ、環境問題に対する意識
の高まりが世界的な広がりを見せている。中でも、CO
2排出に伴う地球の温暖化現象に対する危惧感は深刻で
あり、クリーンなエネルギーへの希求は益々強まってい
る。この様な状況において、太陽電池は、現在のところ
その安全性と扱い易さから、安全なエネルギー源として
期待される主要なものである。これらの要求に対し信頼
性および経済性の高い太陽電池を供給するために、上記
の真空ラミネート装置は重要な役割を果たすこととな
る。
【0004】なお、太陽電池には様々な型式および形態
のものがある。代表的なものを以下に列挙する。
【0005】(1)結晶シリコン太陽電池、(2)多結
晶シリコン太陽電池、(3)アモルファスシリコン太陽
電池、(4)銅インジウムセレナイド太陽電池、(5)
化合物半導体太陽電池、この中で、薄膜結晶シリコン太
陽電池、化合物半導体太陽電池及びアモルファスシリコ
ン太陽電池は、比較的低コストであり、しかも大面積化
が可能なため最近では各方面で活発に研究開発が進めら
れている。
【0006】図7および図8は太陽電池モジュールの材
料構成を示しており、図7は材料積層時の構成、図8は
太陽電池モジュールとして完成した状態での材料構成を
表わしている。これらの図において、501は表面被覆
材、502は充填材、503は太陽電池素子、504は
裏面被覆材である。
【0007】太陽電池モジュールの一作製手順として、
先ず真空装置内に太陽電池モジュールを構成する材料を
配置し積層し、真空引きを行い各材料間の空気を取り除
く。いわゆる、脱気する。次にこの真空引きした状態で
加熱する。加熱により昇温し、充填材が架橋あるいは硬
化するための温度に達し、充填材が十分硬化するまでこ
の温度を所定の時間保持する。その後冷却し真空引きを
停止し大気圧に戻す。この手順により図8に示した構成
の太陽電池が完成する。
【0008】図9〜図11は、従来の太陽電池モジュー
ルの製造装置に適用される真空ラミネート装置の構成を
説明するための図である。図9は全体図、図10は図9
のF−F方向の断面構造図、図11は太陽電池モジュー
ルを作製する時の断面構造図を示す。これらの図におい
て、601は板状の基材、602は筒管、603はバル
ブ、604は真空ポンプ、605は脱気孔、606は固
定部材、607は蓋部材、608は太陽電池モジュール
構成材料、609は網、610は開口部である。
【0009】太陽電池モジュールの作製方法は、図11
に示す様に板状の基材601と筒管602の環状体とに
挟まれた空間に網609を敷き、太陽電池モジュール作
製材料608と蓋部材607とを配置する。つぎに真空
ポンプ604を起動し上記の太陽電池モジュール作製用
の各部材、即ち、板状の基板601と環状の筒管602
と蓋部材607とにより形成した空間部を真空引きし
て、空間部の空気と、太陽電池モジュール作製材料(6
08)間の空気を排出または脱気する。そして真空ポン
プ604を作動させたままで、上記の装置を不図示の高
温のオーブンに投入し、太陽電池モジュール中の充填材
が硬化する温度に昇温させ、硬化が終了するまでそのま
ま保持する。充填材の硬化後にオーブンから装置を取り
出し冷却後、真空ポンプ604を止めて空間部を大気圧
に戻し、太陽電池モジュールの作製が完了する。
【0010】上記従来の真空ラミネート装置は、構造が
簡単で軽量なため、太陽電池モジュールの大面積化に伴
い装置の大型化が容易である。また、装置の熱容量が小
さいため太陽電池モジュールを構成する材料の昇降温が
早く、製造上の処理時間を短縮できる等の特徴を有して
いる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成状態で真空引きを実行した場合、蓋部材607が筒
管602に吸引され、結果的に脱気孔605を塞いでし
まう。図12は、従来の真空ラミネート装置を太陽電池
モジュールの製造に適用した場合の上述の関係を表す図
であり、真空引き中の端部の詳細図である。図12は、
蓋部材607が真空引きで吸引され、脱気孔605を塞
いだ状態を示している。この様な状態になると真空引き
の空気の流れが遮断されてしまうため、太陽電池構成材
料間の脱気ができなくなり、太陽電池モジュールの構成
材量間に気泡が残り外観上不良となる。この不良原因に
より生産性の低下を誘引する問題を伴う。
【0012】本発明は、生産性の高い太陽電池モジュー
ルの製造法及び真空ラミネート装置を提供することを目
的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、筒管が環状体
とされ該環状体の内周側の壁に複数の脱気孔を有する環
状体と、該環状体が据付け固定された基材と、前記環状
体を覆う蓋部材とで空間部を形成し、該空間部を真空引
きする真空ラミネート装置において、前記脱気孔が前記
基材の垂直面に対し、0°<θ<90°の式を満たす仰
角を有して構成されたことを特徴とする。
【0014】また、本発明は、筒管が環状体とされ該環
状体の内周側の壁に複数の脱気孔を有する環状体と、該
環状体が据付け固定された基材と、前記環状体を覆う蓋
部材とで空間部を形成し、該空間部を真空引きする真空
ラミネート工程を有する太陽電池の製造法において、前
記脱気孔が前記基材の垂直面に対し、0°<θ<90°
の式を満たす仰角を有して構成されたことを特徴とす
る。
【0015】
【作用】したがって、本発明の真空ラミネート装置によ
れば、脱気孔が基材の垂直面に対し、0°<θ<90°
の式を満たす仰角を有している。よって、筒管が環状体
とされた内周側の壁に複数の脱気孔を有し、この環状体
が基材に据付け固定され、環状体を覆う蓋部材とで空間
部を形成する。この空間部を上記の所定の仰角を有する
脱気孔を用いて真空引きする。この真空引きにより蓋部
材が基材および環状体へ吸引されるが、脱気孔は仰角を
有しているため、蓋部材によりその孔が塞がれ難い。
【0016】
【実施例】次に添付図面を参照して本発明による真空ラ
ミネート装置の実施例を詳細に説明する。図1〜図3を
参照すると本発明の真空ラミネート装置の実施例が示さ
れている。これらの図の図1は実施例の真空ラミネート
装置の上斜視図である。また図2は図1のA−A断面図
である。図3は、図2の部分拡大図である。
【0017】図1〜図3において、101は板状の基
材、102は筒管、103はバルブ、104は真空ポン
プ、105は脱気孔、106は固定部材、107は蓋部
材、108は太陽電池モジュール構成材料、109は
網、110は開口部である。
【0018】これらの構成部品の板状の基材101は、
真空ラミネート装置の底部を構成する部材である。本適
用例の太陽電池モジュールの製造装置に使用される板状
の基材101には、耐熱性、剛性、軽量性、表面接着性
等の特性が要求される。本部材に用いられる材料は、主
に鉄やアルミニウム等の金属である。軽量化を図るため
には薄くしなければならないが、過度に薄くすると剛性
がとれなくなる。好適には略1.5〜2.0mm厚さの
鉄板を使用する。また、場合によっては筒管をシーラン
ト材等により接着することがある。故に、接着性を向上
するために好ましくは表面をリン酸塩等により化学処理
する。
【0019】筒管102は、真空引きを行う管であり、
環状に構成された環状体である。また、網109と蓋部
材107とにより真空引きをするための空間部を構成す
る。この筒管102に要求される特性は、耐熱性、剛
性、軽量性等が挙げられる。材料としては主にステンレ
スが使用される。筒管102の内周側の側面部に設けら
れる真空引きのための脱気孔105は、真空ラミネート
装置を組み上げる前に開けられていることが望ましい。
また、場合によっては筒管102を板状の基材101の
上に接着することがある。この場合筒管102は、接着
前に脱脂処理されていることが好ましい。大きさは、環
状体の外枠が板状の基材101内に収まるものを使用す
る。真空引きを行う真空ポンプ104を接続するための
開口部110とバルブ103が設けられる。
【0020】脱気孔105は、真空引き時の脱気用の孔
として使用され、筒管102の真空引きする空間側、つ
まり環状体の内側に設けられる。筒管102の真空引き
する空間側全域、即ち、略四辺形に構成された環状体の
4辺に、好ましくは等間隔に、板状の基材101上に固
定される前に設けられる。
【0021】さらに、本実施例では、脱気孔の位置を板
状の基材の垂直面に対して0°<θ<90゜仰角を持っ
て構成される。
【0022】図13は、脱気孔の仰角を説明するための
図である。図13において、701は筒管、702は基
材、703は基材の垂直面、704は脱気孔、705は
仰角(θ)である。図13より、基材の垂直面から治具
の内側、即ち真空引きする側へ、ずれた角度が仰角
(θ)であることがわかる。
【0023】一方、図14は、仰角の条件を変化させた
ときの真空治具内の、真空度を測定するために使用した
治具の断面図を表す。図14において、801は蓋部
材、802は筒管、803は固定部材、804は板状の
基材、805は網、806は真空計である。図14では
不図示であるが、図1と同様に開口部を有していて、バ
ルブが接続され、その先に真空ポンプが接続されてい
る。図14の真空度の測定において使用したものとして
は、蓋部材801は1000×1600mmのサイズの
シリコンラバー(厚さ;2t、硬度;50、汎用タイ
プ、タイガースポリマー製)、筒管802はの外寸が9
00×1500mmのサイズのステンレス管(ステンレ
ス316BA、管径は1/2インチ)、固定部材803
はRTVシリコン系シーラント(商標「KE347」;
信越シリコーン社製)、板状の基板804は1000×
1600mmのサイズの耐候性鋼板(例えば、商標「ボ
ンデ鋼板」;新日本製鉄社製、表面リン酸塩処理済、
1.6t)、網805はSUS金網(線径;0. 4m
m、20×20メッシュ、トリクレン処理済、太陽金網
製)を使用した。この真空治具において、脱気孔は3m
m径とし、50mmピッチで筒管の4辺すべてに設け
た。また、真空ポンプ(不図示)は135m3/min
の容量のものを使用した。
【0024】次に、仰角(θ)を変化させたときの真空
度の結果を、図15に示す。各測定点は真空引きを始め
て2分後の真空度を表す。
【0025】結果より、仰角は45°近傍が最もよく、
0°あるいは90°に近づくと真空引き状態が悪くなる
ことがわかる。つまり、基材の垂直面から見た脱気孔の
仰角度が0°に近づくと、脱気孔は板状の基材により塞
がれ真空引き時の空気抵抗を大きくする。また、90°
に近づくと、蓋部材により塞がれる。脱気孔の仰角度と
して、例えば、板状の基材の垂直面に対して約45゜と
する。
【0026】固定部材106は、筒管102の固定に際
し、筒管102と板状の基材101間に隙間が生じない
ように固定するための部材である。本装置は、太陽電池
モジュールの製造工程において真空状態を維持しつつ高
温に晒されるため、固定部材106にそれなりの耐熱性
が要求される。固定方法としては、溶接による固定の
他、筒管102と板状の基材101の隙間を埋めるよう
にしてシーラントにより固定する方法もある。例えば、
RTV硬化型シリコンシーラントが使用できる。
【0027】蓋部材107は、筒管と板状の基材とによ
り真空引きするための空間部を造る目的で使用される。
また真空引きした状態で、太陽電池モジュールの構成材
料108を押さえつけて、構成材料間の脱気を促す目的
で使用される。蓋部材107は、環状体の外枠よりも十
分に大きいものを使用する。蓋部材107に要求される
特性は、耐熱性、柔軟性、軽量および真空引きした時の
気密性等である。使用材料は主にシリコン樹脂であり、
形状はシート状である。
【0028】網109は、製造時に真空引きして太陽電
池モジュールの構成材料108間の脱気を行う際の、空
気の流れを確保するために使用される。即ち、真空引き
する空間部の板状の基材101と蓋部材107の間に位
置し、板状の基材101と蓋部材107が接触して空気
の流れを遮断するのを防ぐために使用する。サイズは、
筒管102より形成される環状体の内寸法と同じ形状お
よび大きさのものを使用する。要求される特性は、耐熱
性、柔軟性、軽量性等である。材料は、ステンレスやア
ルミニウム等の金網、ポリエステル等の耐熱性樹脂繊維
を網状にしたものを使用する。
【0029】上記の部材で構成される真空ラミネート装
置の作製方法は、まず筒管102を、板状の基材101
上に、環状体(環状体の外枠)がはみ出さないように置
く。次に、筒管102と板状基材101の隙間を埋める
ように外側(真空引きする空間とは反対側)より固定部
材106を流し込む。ここで板状の基材101は900
×1500mmのサイズの耐候性鋼板(例えば、商標
「ボンデ鋼板」;新日本製鉄社製、表面リン酸塩処理
済、1.6t)、筒管102は環状体の外寸が800×
1400mmのサイズのステンレス管(ステンレス31
6BA、管径は1/2インチ)、脱気孔105は、孔径
は3mm、間隔は50mmピッチ、仰角45゜で4辺に
設けてあるもの、そして固定部材はRTVシリコン系シ
ーラント(商標「KE347」;信越シリコーン社製)
を使用した。さらに室内雰囲気に24時間放置して、R
TVシリコン系シーラントを硬化させて、筒管102を
板状の基材101上に固定した。
【0030】上記の構成による真空ラミネート装置で
は、蓋部材107が脱気孔105を塞ぎ難く、真空引き
の失敗が生じ難くい。
【0031】(適用例1)図4は、上記実施例の真空ラ
ミネート装置を太陽電池モジュールの製造装置へ適用し
た場合の構成例を示す図である。この図4は上述の図2
および図3と同様に、図1の真空ラミネート装置におけ
るA−A方向の断面図である。
【0032】本適用例の太陽電池モジュール製造装置に
おいて、板状の基材101、筒管102、バルブ10
3、真空ポンプ104、脱気孔105、固定部材10
6、蓋部材107、網109、開口部110の各部は、
上記の真空ラミネート装置と同様であり、重複する説明
を回避する。その他の部材の208は太陽電池モジュー
ルを形成する太陽電池モジュール構成材料であり、21
0は太陽電池モジュール構成材208の周囲へ充填され
る充填材の漏れ出しを防止するための充填材流れ防止材
である。本適用例では、これらの部品をラミネート処理
する。
【0033】実施例のラミネート装置を用いて太陽電池
モジュールを作成する手順を以下に説明する。ラミネー
ト装置の真空引きする空間部に充填材流れ防止材210
を置き、その上に太陽電池モジュール構成材料208を
配置し、さらにその上に充填材流れ防止材210を置
く。これらの配置後、筒管102の環状体全体を覆うよ
うに蓋部材107をかぶせる。
【0034】ここにおいて、充填材流れ防止材210と
してPTFEフィルム(旭ガラス社製)を使用した。ま
た蓋部材107として1000×1600mmサイズの
シリコンラバー(厚さ;2t,硬度;50、シリコン樹
脂汎用タイプ、タイガースポリマー製)を使用した。
【0035】上記の各部材の配置完了後、真空ポンプ1
04を起動し空間部を真空引きして、太陽電池モジュー
ル構成材料208の間にある空気を排出・脱気する。真
空ポンプ104で脱気している状態で、真空ラミネート
装置を不図示の高温のオーブンへ投入し、太陽電池モジ
ュールを構成している材料中の充填材が硬化する温度
(略150℃)にまで昇温し、硬化が終了するまで30
分間保持した。その後オーブンから装置を取り出して冷
却させ、真空ポンプ104を止めて空間部を大気圧に戻
す。この手順により太陽電池モジュールを作製した。
【0036】次に太陽電池モジュールの構成材料につい
て説明する。図5は本適用例で使用した太陽電池モジュ
ールの構成材料を示す図である。図5において301は
表面被覆材、302は充填材、303は太陽電池素子、
304は裏面被覆材である。表面被覆材301は500
×1400mmの大きさのフッ素樹脂フィルム(商標
「無延伸テフゼル」;デュポン社製、厚さ;50μ
m)、充填材302は500×1400mmの大きさの
EVA(商標「耐候性グレード」;ハイシート工業社
製、厚さ;460μm)裏面被覆材304は500×1
400mmの大きさの耐候性塗装鋼板(商標「タイマカ
ラーGL」;大同鋼板社製、0.4t)を使用した。以
下に太陽電池素子303の作製方法を説明する。
【0037】図6は太陽電池素子の概略構成図である。
図6において401はステンレス基板、402は裏面反
射層、403は半導体光活性層、404は透明導電層、
405は集電電極である。洗浄したステンレス基板40
1上に、スパッタ法で裏面反射層402としてAl層
(膜厚500nm)とZnO層(膜厚500nm)を順
次形成する。ついで、プラズマCVD法により、SiH
4とPH3とH2の混合ガスからn型a−Si層を、Si
4とH2の混合ガスからi型a−Si層を、SiH4
BF3とH2の混合ガスからp型微結晶μc−Si層を形
成し、n層膜厚15nm/i層膜厚400nm/p層膜
厚10nm/n層膜厚10nm/i層膜厚80nm/p
層膜厚10nmの層構成のタンデム型a−Si系半導体
光活性層403を形成した。
【0038】次に、透明導電層404として、In23
薄膜(膜厚70nm)を、O2雰囲気下でInを抵抗加
熱法で蒸着する事によって形成した。この上に、集電電
極405を、銀ペーストをスクリーン印刷機によりパタ
ーン印刷し、乾燥を行うことにより形成した。
【0039】以上の手順により、本実施例の真空ラミネ
ート装置および上記の太陽電池素子を用いて、500×
1400mmの大きさの太陽電池モジュールを作製し
た。
【0040】(変化例)本変化例は、上記の適用例にお
いて板状の基材101、筒管102、網109、蓋部材
107のサイズを大きくしたものである。板状の基材1
01は1200×5700mm、筒管102は環状体の
外寸が1150×5650mm、蓋部材107は130
0×5800mmのものを使用し、環状体の筒管102
は管径を3/4インチとし、脱気孔105は直径が3m
mで間隔は50mmピッチで設けた。また太陽電池構成
材料の大きさは、表面被覆材、充填材、裏面被覆材は8
00×5400mmのものを使用した。以上の変更点以
外は、上記の適用例と同様にして行い、800×540
0mmの大面積太陽電池モジュールを作製した。
【0041】上記構成によりラミネート処理を実行する
と、蓋部材107が筒管102に設けられている脱気孔
105を塞ぐことなく真空引きが行なわれる。よって、
製作工程における真空引きのトラブルが生じ難くなり製
品の生産性と信頼性が向上する。
【0042】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、本実施例では真空ラミネート装置を太陽電
池モジュールの製造に適用して説明したが、ラミネート
処理の対象物は太陽電池モジュールに限らない。
【0043】
【発明の効果】以上の説明より明かなように、本発明の
真空ラミネート装置は、脱気孔が基材の垂直面に対し0
°<θ<90゜を満たす仰角を有している。よって、真
空引きにより蓋部材が基材および環状体方向へ吸引され
るが、蓋部材によりその脱気孔が塞がれ難い。蓋部材が
脱気孔を塞ぐことがないので真空引きが失敗することが
なく、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の真空ラミネート装置の実施例を示す外
観斜視図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】図1を使用し、ラミネートを行うときのA−A
断面図である。
【図4】図1の真空ラミネート装置を太陽電池モジュー
ル製造装置に適用した場合の部材の配置図であり、図1
のA−A方向に相当する断面図である。
【図5】適用例で使用した太陽電池モジュールの構成材
料を説明するための図であり、太陽電池モジュールの断
面図である。
【図6】図4で用いた太陽電池モジュールの太陽電池素
子の構成を示す断面図である。
【図7】従来の太陽電池モジュールの材料積層時の構成
例を示す概念図である。
【図8】図7により構成された太陽電池モジュールの完
成状態での材料構成を表わした断面図である。
【図9】従来例の太陽電池モジュール製造装置の外観斜
視図である。
【図10】図9のF−F断面図である。
【図11】図9の太陽電池モジュール製造中のF−F断
面概念図である。
【図12】図11の部分拡大図である。
【図13】脱気孔の仰角を説明するための図である。
【図14】仰角を変化させたときの真空測定に使用した
真空治具の断面図である。
【図15】仰角を変化させたときの真空度の結果を表す
グラフである。
【符号の説明】
101、601、702、804 板状の基材、 102、602、701、802 筒管、 103、603 バルブ、 104、604 真空ポンプ、 105、605、704 脱気孔、 106、606、803 固定部材、 107、607、801 蓋部材、 108、208、608 太陽電池モジュール構成材
料、 109、609、805 網、 110、610 開口部、 210 充填材流れ防止材、 301、501 表面被覆材、 302、502 充填材、 303、503 太陽電池素子、 304、504 裏面被覆材、 401 ステンレス基板、 402 裏面反射層、 403 半導体光活性層、 404 透明導電層、 405 集電電極、 703 基材の垂直面、 705 仰角(θ)、 806 真空計。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−200880(JP,A) 特開 平5−293895(JP,A) 特開 昭58−56369(JP,A) 特開 平6−85307(JP,A) 実開 昭63−82538(JP,U) 実開 平2−133336(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/04 - 31/042 B29C 63/00 - 63/48

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筒管が環状体とされ該環状体の内周側の
    壁に複数の脱気孔を有する環状体と、該環状体が据付け
    固定された基材と、前記環状体を覆う蓋部材とで空間部
    を形成し、該空間部を真空引きする真空ラミネート装置
    において、前記脱気孔が前記基材の垂直面に対し、0°
    <θ<90°の式を満たす仰角を有して構成されたこと
    を特徴とする真空ラミネート装置。
  2. 【請求項2】 前記真空ラミネート装置を太陽電池モジ
    ュールの製作に用いることを特徴とする請求項1記載の
    真空ラミネート装置。
  3. 【請求項3】 筒管が環状体とされ該環状体の内周側の
    壁に複数の脱気孔を有する環状体と、該環状体が据付け
    固定された基材と、前記環状体を覆う蓋部材とで空間部
    を形成し、該空間部を真空引きする真空ラミネート工程
    を有する太陽電池の製造法において、前記脱気孔が前記
    基材の垂直面に対し、0°<θ<90°の式を満たす仰
    角を有して構成されたことを特徴とする太陽電池の製造
    法。
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