JP3627512B2

JP3627512B2 - 可撓性太陽電池モジュールおよびその製造方法および外部リードの接続方法

Info

Publication number: JP3627512B2
Application number: JP12489598A
Authority: JP
Inventors: 進二加藤
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1998-05-07
Filing date: 1998-05-07
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2018-05-07
Also published as: JPH11330514A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可撓性のプラスチック基材とその上に形成された光電変換素子からなる複数のサブモジュールと、光電変換素子の異なる極性の電極に接続された主配線とが熱接着性の封止フィルムを介して長尺の封止フィルムにより被覆されてなる可撓性太陽電池モジュールとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可撓性プラスチック基材上に光電変換素子が形成されて成るサブモジュールを用いた可撓性太陽電池モジュールの特徴は、量産性に優れることと、モジュールの柔軟性、軽量化による設置施工の簡易化が期待でき、また低コスト化が可能であることにある。
【０００３】
図６は従来の可撓性太陽電池モジュールの要部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＹＹ断面図である。１枚の可撓性プラスチック基材とその上に形成された必要電圧に応じて直列接続された複数の光電変換素子からなるサブモジュール１と、光電変換素子の出力電極と従配線３を介して並列接続された主配線２とは２枚の絶縁性で熱接着性の封止フィルム４により封止され、さらに耐候性の向上のため２枚の保護フィルム５により被覆されている。
【０００４】
このような可撓性の太陽電池モジュールの構成部材をロールから捲きだして供給し、これらの接着封止等を行い製造された太陽電池モジュールをまたロール状態に捲き取るロールツーロール方式またはステップロール方式の製造方法が提案されている。図７は従来の可撓性太陽電池モジュールのステップロール方式の製造装置の搬送方向に沿った断面図である。封止フィルム４をロールＲに捲かれた状態（以下、ロール状態という）から捲き出して供給し、太陽電池サブモジュール１、主配線２、従配線３を個別に供給し、他の封止フィルム４をロールＲｂから捲き出して供給し、配線接続および封止を加熱加圧装置Ｈで行ない、モジュール化された太陽電池モジュールＭをまたロールＲｅに捲き取っている。
【０００５】
このような絶縁性の熱接着性の封止フィルム４としてエチレンビニルアセテート( 以下、ＥＶＡと記す) のフィルムが有用である。
ＥＶＡフィルムは融点付近まで昇温される接着封止工程を経過すると、著しい収縮変化を起こし、長尺のＥＶＡフィルムはロール状態で供給されているロールツーロール方式またはステップロール方式の場合は、長手方向に張力が懸けられているため、長尺のフィルムの幅方向に大きく収縮する。
【０００６】
しかし、従来の太陽電池モジュールはパネルタイプが一般的であり、ロール状態から枚葉に裁断され使用されているため、ロールツーロール方式やステップロール方式において上記の寸法変化が問題となるような長尺で、幅の広いＥＶＡフィルムのロール状態から連続供給するような製造は行われていなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
広い面積の可撓性太陽電池モジュールを量産するためには、封止フィルムおよび保護フィルムは長尺であることと共に幅の広いことも必要となるが、幅が広くなると上記の寸法変化が問題となってくる。
また、可撓性太陽電池モジュールは、多種多様な用途に応じて裁断した後主配線への外部リード接続の部分の端部処理を確実に施して、水分の侵入を防止する必要もある。
【０００８】
また、長尺モジュールから個別モジュールを裁断する場合、裁断がサブモジュールにかかると光電変換素子を切断するため電気的特性の低下のみならず、その部分からの水分の侵入などによる信頼性の低下も来す。これを回避するため、裁断はサブモジュールとサブモジュールの間で行わなければならない。このように裁断した場合、図６（ｃ）に示すように封止フィルム４中に主配線２の両面が接着された状態になり、配線作業のため、封止フィルム４を除去することは困難である。
【０００９】
また仮に超音波カッターやヒートカッター等で封止フィルム４を除去できたとしても、配線接続部の電気的信頼性や機械的強度の確保のためには、配線端部処理スペースの確保が必要不可欠である。
しかしながら、図６に示した太陽電池モジュールＭにおいては、配線端部処理スペースを確保するために、サブモジュール１間の間隔を拡げ配線端部処理スペースを設けると、サブモジュール１間での封止フィルム４の顕著な寸法変化に起因した特性不良や成型不良が発生する。
【００１０】
このため、長尺モジュールの製造不良の改善と配線端部処理の簡易化の両立が課題とされている。
その解決方法として、配線付きフィルムをサブモジュール間に配置した太陽電池モジュールが提案された。図８は従来の配線付きフィルムを有する太陽電池モジュールを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。裁断部および配線端部処理を行う部分に予めサブモジュールの代わりに配線ｅｅが形成された配線付きダミーサブモジュール１ｅを配置し、従配線３を用いて主配線２と配線ｅｅとを接続させた状態で封止する。しかし、配線付きダミーサブモジュール１ｅの別途の製造が必要になり製造方法が煩雑になりコストアップにつながる。
【００１１】
本発明の目的は、長尺モジュールの製造不良を低減し、裁断後の配線端部処理作業が容易な太陽電池モジュールおよびその簡便な製造方法および外部リードの接続方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
可撓性のプラスチック基材とその上に形成された光電変換素子からなる複数のサブモジュールと、サブモジュールの異なる極性の出力に接続された主配線とが熱接着性で熱収縮性の封止フィルムに少なくとも挟まれて被覆封止されてなる可撓性太陽電池モジュールにおいて、光電変換素子を有しない可撓性フィルムであるダミーサブモジュールが前記サブモジュールの間に、前記主配線に重ねられて配置され、前記封止フィルムに挟まれて被覆封止されていることとする。
【００１４】
前記サブモジュールと前記ダミーサブモジュールとの封止フィルム長手方向の間隔は２０mm以下であると良い。
前記ダミーサブモジュールは、ポリイミド系、アラミド系またはポリエチレン系の絶縁性プラスチックであると良い。
【００１５】
可撓性プラスチック基材とその上に形成された光電変換素子からなる複数のサブモジュールおよび任意のサブモジュール数毎に配置されたダミーサブモジュールと、サブモジュールの異なる極性の出力に接続された主配線とを熱接着性で熱収縮性の封止フィルムにより挟み被覆封止する可撓性太陽電池モジュールの製造方法において、前記ダミーサブモジュールの部分を裁断して、個別の太陽電池モジュールとする。
上記の太陽電池モジュールの個別化された後の前記主配線への外部リードの接続は、前記主配線の前記ダミーサブモジュールと重なっていた部分に行われると良い。
【００１６】
本発明によれば、上記のようにサブモジュールとダミーサブモジュールとの間隔を２０mm以下としたので、サブモジュールの基板がその周辺部の封止フィルムの熱収縮を抑制し、熱収縮に伴う主配線の歪みなどによって生ずる特性低下や皺などの成形不良の発生が抑制される様になり、ロールツーロール方式やステップロール方式で長尺で幅の広い太陽電池モジュールの製造ができ、また、太陽電池モジュールへの外部リードの接続および端部は容易に実施できるようになると期待できる。
【００１７】
また、ダミーサブモジュールを任意のサブモジュール数毎に配置し、ダミーサブモジュール部分で裁断し、主配線への外部リードの接続を主配線のダミーサブモジュールと重なっていた部分に行うので、封止フィルムの除去が容易になり、接続作業は簡便となり、配線端部処理スペースが広くとれ、配線接続部の電気的信頼性や機械的強度の向上が期待できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、以下の太陽電池モジュールの製造実験データに基づいている。
図４は太陽電池モジュールの幅変化量の位置を示す拡大平面図である。サブモジュール１間の間隔をＤとしたときの、サブモジュール１の端部の線の延長上での幅の端部幅変化量ｗ１およびサブモジュール１間の中央線上での中央部幅変化量ｗ２である。
【００１９】
図５は太陽電池モジュールの幅変化量のサブモジュール間隔依存性を示すグラフである。封止樹脂の幅は８００mmの場合である。図５からも明らかなように、サブモジュール１間隔Ｄの増加に伴い、サブモジュール１間では封止フィルム４の幅に寸法変化が発生しており、サブモジュール１間中央部の中央部幅変化量ｗ２はサブモジュール１の端部の延長線上での端部幅変化量ｗ１よりも大きくなっている。
このような位置による幅の違いは次のように理解できる。ＥＶＡの架橋反応によりサブモジュール１および保護フィルム５の接着強度を確保しているが、架橋反応時の封止フィルム４は等方的に収縮する性質を持っており、搬送ロールによる長さ方向の寸法の保持の結果、特に搬送方向に垂直な幅方向に生ずる収縮をサブモジュールの基材が抑制しているためである。従って、サブモジュール１間隔の狭い方が、変化量は少なくなる。
【００２０】
実際に隣接するサブモジュール１が重なることは特に利点はないので、サブモジュール１間隔の下限は０mm、すなわちサブモジュール１の端部が突き合わせられた状態となる。
図１は本発明に係る可撓性太陽電池モジュールの要部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＹＹ断面図である。
【００２１】
可撓性プラスチック基材とその上に形成された必要電圧に応じて直列接続された複数の光電変換素子からなるサブモジュール１と、光電変換素子の出力電極と従配線３を介して並列接続された主配線２とは絶縁性で熱接着性、熱収縮性の封止フィルム４により封止され、さらに耐候性の向上のため保護フィルム５により被覆されている。
【００２２】
一方、製造した太陽電池モジュールＭの外観検査の結果、サブモジュール１の端部幅変化量ｗ１が１mm以内の場合、成型不良が発生していなかった。
実施例１
上記のデータに基づき、サブモジュール間隔Ｄを２０mm以下に設定し、サブモジュール数１００枚の可撓性太陽電池モジュールの試作を行った結果、端部幅変化量ｗ１に起因した成型不良や特性低下等の不良の発生は見られず、製造歩留まりは良好であった。
実施例２
サブモジュール１間に絶縁性で可撓性のプラスチックフィルムであるダミーサブモジュール１ｄを挿入した太陽電池モジュールの試作を行った。
【００２３】
図２は本発明に係るダミーサブモジュールを有する太陽電池モジュールを示し、（ａ）平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。太陽電池モジュールの所定枚数毎の裁断予定部分には、サブモジュール１とダミーサブモジュール１ｄとの間隔が２０mm以内になるように配置する。ダミーサブモジュール１ｄのサイズは、２つの主配線２を１枚のダミーサブモジュール１ｄで覆え、ダミーサブモジュール１ｄと主配線２の重なりあった部分ができるような大きさであれば良い。裁断部はダミーサブモジュール１ｄと主配線２が封止フィルム４により覆われた状態になる。
【００２４】
ダミーサブモジュール１ｄの材料としては、ポリイミド系、アラミド系、ポリエチレン系に代表される絶縁性プラスチックフィルムを用いることができる。
図３は本発明に係る太陽電池モジュールの主配線部の図２におけるＸＸ断面拡大図である。主配線２のダミーサブモジュール１ｄと重なっていた面Ｃは封止フィルム４に接着されていないため、面Ｃの露出は容易である。ダミーサブモジュール１ｄの中央に限らず、どの部分で裁断しても同じ断面が得られるようになっている。また、主配線２の周縁には他の部材はないので、主配線２への外部リードの電気的接続作業は容易に行うことができる。
【００２５】
以下に外部リードの接続方法について説明する。先ず、裁断後の断面部から主配線２とダミーサブモジュール１ｄ平板の向かい合った面Ｃに薄い金属平板を差込んでおいて、表面保護フィルム５側から金属平板上の、封止フィルム４およびダミーサブモジュール１ｄを型刃により切断する。この時、主配線２は金属平板が存在するため、切断されることはない。次に主配線２の露出面と外部リード端部とを半田付けして電気的接続を行う。半田付け面積は、ダミーサブモジュール１ｄのサイズおよび、裁断位置に依存して可変可能である。最後に、半田付け部および裁断断面部を封止フィルム４または他の絶縁性の接着材を介して保護フィルム５で覆って封止する。
【００２６】
保護フィルム５としては、フッ素系樹脂やシリコーン系樹脂のシートまたはエチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）等のゴムシートを用いる。また、絶縁性の接着材としは、シリコーン接着材、シアノアクリレート系接着材を用いる。さらに、電気的配線接続部の外表面に軟質または硬質塩化ビニール樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂あるいはエポキシ樹脂等の強化部材を接着配置することにより、接続部の機械的強度の増強が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、可撓性のプラスチック基材とその上に形成された光電変換素子からなる複数のサブモジュールと、サブモジュールの異なる極性の出力に接続された主配線とが少なくとも熱接着性の封止フィルムに挟まれて被覆封止されてなる可撓性太陽電池モジュールにおいて、前記サブモジュール間の封止フィルム長手方向の間隔を２０mm以下にしたので、サブモジュールの基板がその周辺部の封止フィルムの熱収縮を抑制し、熱収縮に伴う主配線の歪みなどによって生ずる特性低下や皺などの成形不良の発生が抑制される様になり、ロールツーロール方式やステップロール方式で長尺で幅の広い太陽電池モジュールの製造ができ、また、太陽電池モジュールへの外部リードの接続および端部は容易に実施できるようになる。
【００２８】
また、ダミーサブモジュールを任意のサブモジュール数毎に配置し、ダミーサブモジュール部分で裁断するので、配線端部処理スペースが広くとれ、配線接続部の電気的信頼性や機械的強度が向上する。
ダミーサブモジュール部分で裁断し、主配線への外部リードの接続を主配線のダミーサブモジュールと重なっていた部分に行うので、封止フィルムの除去が容易になり、接続作業は簡便となり、信頼性は向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可撓性太陽電池モジュールの要部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＹＹ断面図である。
【図２】本発明に係るダミーサブモジュールを有する太陽電池モジュールを示し、（ａ）平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。
【図３】本発明に係る太陽電池モジュールの主配線部の図２におけるＸＸ断面拡大図である。
【図４】太陽電池モジュールの幅変化量の位置を示す拡大平面図である。
【図５】太陽電池モジュールの幅変化量のサブモジュール間隔依存性を示すグラフである。
【図６】従来の可撓性太陽電池モジュールの要部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＹＹ断面図である。
【図７】従来の可撓性太陽電池モジュールのステップロール方式の製造装置の搬送方向に沿った断面図である。
【図８】従来の接続電極形成フィルムを有する太陽電池モジュールを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。
【符号の説明】
Ｍ太陽電池モジュール
１サブモジュール
２主配線
３従配線
４封止フィルム
５保護フィルム
Ｈモジュールキュア装置
１ｅ配線付きダミーサブモジュール
１ｄダミーサブモジュール
Ｃ面
Ｄサブモジュール間隔
ｗ１端部幅変化量
ｗ２中央部幅変化量
Ｌ１モジュール端部線
Ｌ２モジュール間中央線
Ｒａ送り出しロール
Ｒｂ送り出しロール
Ｒｅ巻き取りロール

Claims

可撓性のプラスチック基材とその上に形成された光電変換素子からなる複数の太陽電池サブモジュール（以下サブモジュールと略記する）と、サブモジュールの異なる極性の出力に接続された主配線とが熱接着性で熱収縮性の封止フィルムに少なくとも挟まれて被覆封止されてなる可撓性太陽電池モジュールにおいて、光電変換素子を有しない可撓性フィルムであるダミーサブモジュールが前記サブモジュールの間に、前記主配線に重ねられて配置され、前記封止フィルムに挟まれて被覆封止されていることを特徴とする可撓性太陽電池モジュール。
前記サブモジュールと前記ダミーサブモジュールとの封止フィルム長手方向の間隔は２０ mm 以下であることを特徴とする請求項１に記載の可撓性太陽電池モジュール。
前記ダミーサブモジュールは、ポリイミド系、アラミド系またはポリエチレン系の絶縁性プラスチックであることを特徴とする請求項２に記載の可撓性太陽電池モジュール。
可撓性プラスチック基材とその上に形成された光電変換素子からなる複数のサブモジュールおよび任意のサブモジュール数毎に配置されたダミーサブモジュールと、サブモジュールの異なる極性の出力に接続された主配線とを熱接着性で熱収縮性の封止フィルムにより挟み被覆封止する可撓性太陽電池モジュールの製造方法において、前記ダミーサブモジュールの部分を裁断して、個別の太陽電池モジュールとすることを特徴とする可撓性太陽電池モジュールの製造方法。
請求項１ないし３に記載された太陽電池モジュールの外部リードの接続方法であって、前記太陽電池モジュールを個別化した後、前記主配線への外部リードの接続を前記主配線の前記ダミーサブモジュールと重なっていた部分に行うことを特徴とする外部リードの接続方法。