JP4085304B2

JP4085304B2 - 太陽電池モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP4085304B2
Application number: JP2002082925A
Authority: JP
Inventors: 啓徳西原
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP2003282922A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレシキブルな長尺シートを基板として、この基板上に太陽電池を形成したフィルム基板形薄膜太陽電池をモジュール化した太陽電池モジュールの製造方法に関し、さらに詳しくは、太陽電池モジュールを封止保護する封止材の処理方法、および単位太陽電池に取付けた電力取出し用外部接続用端子の接続方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
頭記した薄膜太陽電池として、在来のガラス基板に代わるフレシキブルなプラスチックシートを基板として、この基板上にアモルファスシリコン形の薄膜半導体層からなる光電変換素子，透明電極，および接続電極をパターンニングして複数ユニットセルの集積形直列接続構造になる単位太陽電池を形成したフィルム基板形の薄膜太陽電池の研究開発が進められており、その一例として本発明の出願人よりいわゆるＳＣＡＦ（Series Connection through Apertures on Film）と名付けた集積形直列接続構造の薄膜太陽電池が特開平１０−２３３５１７号，特開２０００−２２３７２７号などで提案されており、その単位太陽電池の構造（モジュール化する以前の段階）を図７に示す。
【０００３】
図において、１はプラスチック基板、２は光電変換層（アモルファスシリコン層）、３は透明電極、４は裏面電極、５は背面電極、６は基板１を貫通して透明電極３と背面電極５との間を接続する集電ホール、７は背面電極５と裏面電極４との間を接続する直列ホールであり、基板１の光入射側に形成した透明電極３，光電変換層２，および裏面電極４はセル分割溝（レーザースクライブ）８により複数のユニットセル領域に分離され、このセル分割に対応して基板１の背面電極５もセル分割溝９で分離されている。
【０００４】
かかる構成で、各ユニットセルの光電変換層２で発電した電流は透明電極３に集められ、ここから集電ホール６→背面電極５→直列ホール７を経て隣接するユニットセルの裏面電極４に接続されており、これにより複数ユニットセルの直列接続構造を形成している。
【０００５】
このフィルム基板形薄膜太陽電池は電池製造のための材料入手の制約が少なく、かつ量産性に優れていること、さらに軽量で屋根等への敷設も容易であることなどから、将来の太陽電池の主流として大きな期待が寄せられており、特にプラスチック等のフレキシブルな材料を基板とした前記構造では、その柔軟性を活かした用途への適用も考えられ、今後さらに普及化が進むものと予想される。
【０００６】
ところで、上記の太陽電池をモジュール化した製品として普及させるには、太陽電池の性能向上に加え、低価格のモジュールを高い生産性で製造できるようにした量産技術の開発が重要となる。
【０００７】
ここで先記したフィルム基板形薄膜太陽電池をモジュール化する製造工程について考えると、第１に太陽電池本体の電力取出し用電極と外部接続用端子との接続方法があり、これを如何に信頼性を維持したままで簡略化できるかが大きな課題となる。
【０００８】
かかる点、従来ではフレキシブルな長尺シートの基板上に連続してパターン形成した薄膜太陽電池について、まず長尺シートから所定寸法の単位太陽電池を裁断し、続くモジュール組立工程では裁断した単位太陽電池について、その電力取出し用電極に銅などの導電材で作られた箔状の端子板をはんだ付けなどで接合した上で、電池の耐候性を確保するために単位太陽電池に透光性の封止材を被覆して封止するように処理している。すなわち、長尺シートから裁断した所定サイズの単位太陽電池に対し、その電力取出し用電極に外部接続用端子を取付けた上で、その電池本体のサイズよりも一回り大きい寸法に裁断して用意したフィルム状の封止材，耐候性保護材で太陽電池のシート全体を被覆し、ラミネータなどを使って一体化する。次に、太陽電池モジュールの所定外形寸法に合わせて前記封止材を再度裁断し、さらに前記端子板を覆っている封止材の一部を剥がし、ここに端子リード線を接続した上で充填材などにより剥がした部分を修復するようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した従来の太陽電池モジュールの製造方法では次記のよう問題点がある。
【００１０】
(1) 単位太陽電池への外部接続用端子の取付けについて、従来方法では前記のように長尺シートから単位太陽電池を裁断した上で、各単位太陽電池ごとに端子板をはんだ付けし、この端子板を含めて電池全体に封止材，耐候性の保護フィルムを被覆した後に、端子板を被覆している封止材の一部を剥がし、ここに端子リード線を接続した上で充填材などで剥がした部分の修復を行うようにしている。この製造方法では、長尺シートから裁断した単位太陽電池ごとに枚葉処理するためにその作業には多くの時間と手間を必要としてコスト高となる。
【００１１】
また、太陽電池の電極と端子板とをはんだ接合すると、はんだ付けの際の加熱により太陽電池の素子が熱的に損傷を受けるおそれがある。さらに、端子板の板面にリード線をはんだ付けする構造では、はんだ付け部が盛り上がるためこの部分に貼り合わせた封止材が周域から浮き上がり、このために十分な封止性能が確保されずに外部からリード線と封止材との間に残る隙間を通して湿気が侵入するなどの問題もある。その他、端子リード線との接続についても、端子板を被覆した封止材の一部を剥がし、リード線を接続した後に封止材の剥がれた部分を充填材などで改めて被覆処理する必要があり、この工程においても多くの工数が発生するという問題がある。
【００１２】
(2) また、太陽電池モジュールの封止方法についても、従来では前述のように所定の寸法に裁断されたシート状の単位太陽電池に対して、その表裏両面にフィルム状の封止材や耐候性樹脂を貼り合わせて電池の周域を封止する方法が採られているが、これらの薄いフィルム状の材料を複数枚重ねてラミネートする作業は想像以上の工数と作業時間が必要となるなど、従来のモジュール製造技術では製品がコスト高となる。
【００１３】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的はシート状の単位太陽電池に取付ける電力取出し用の外部接続用端子の構造，取り付け方法、および封止材の処理方法を工夫することで、信頼性を損なうことなく低コストで量産性に優れた太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、ロール状に巻取り可能なフレシキブル性のある長尺シートを基板として、該基板上に光電変換素子，透明電極および接続電極の各層をパターニングして複数ユニットセルの集積形直列接続構造を形成した各単位太陽電池に対し、その電力取出し用電極に外部接続用端子を取付け、さらに電池本体に封止材を被覆して封止した構成になる太陽電池モジュールの製造方法において、
前記の外部接続用端子を、単位太陽電池を長尺シートから裁断する以前段階でその電極に取付けた上で、長尺シートの表裏両面の全域に貼り合わせた封止材と、長尺シートから単位太陽電池を裁断した後にその裁断面に被着した封止材とで個々の単位太陽電池を封止する（請求項１）こととし、具体的には次記のような態様で製造する。
【００１５】
(1) フレシキブル基板は、太陽電池の製造工程および実運転条件の下で、物理的，化学的に安定した性質のプラスチックを使用する（請求項２）。
【００１６】
(2) 基板上に形成した光電変換素子を、アモルファスシリコン形の素子で構成する（請求項３）。
【００１７】
(3) 封止材として、封止樹脂と耐候性のある樹脂フィルムを貼り合わせたラミネートフィルムを用いる（請求項４）。
【００１８】
(4) また、外部接続用端子は、銅箔もしくはアルミ箔の端子板に銅線もしくはアルミ線のリード線を接続した構造とし、前記リード線の先端接続部を単位太陽電池のシート側縁から突き出すようにして端子板を単位太陽電池の電力取出し用電極面に電気的に接合する（請求項５）。
【００１９】
(5) 前記請求項５において、外部接続用端子は、先端接続部を除くリード線の周面に絶縁処理を施した構造とする（請求項６）。
【００２０】
(6) 前記請求項５において、端子板の片面に導電性接着剤を塗布した上で、該端子板を単位太陽電池の電力取出し用電極面に貼り付けて電気的に接続する（請求項７）。
【００２１】
(7) 前記請求項５において、リード線の先端接続部をピン端子として、相手側の配線コネクタに差込んで接続できるようにする（請求項８）。
【００２２】
さらに、前記請求項１の太陽電池モジュールの製造方法として、本発明によれば、フレシキブルな基板に単位太陽電池をパターン形成した長尺シートをロールから繰り出し、そのシート搬送経路上で、まず各単位太陽電池ごとに外部接続用端子を取付け、次に長尺シートの表裏両面に封止材を貼り合わせてラミネートした上で、長尺シートから単位太陽電池を裁断し、さらに裁断した単位太陽電池についてその裁断面に封止材を被着して封止して太陽電池モジュールを製造する（請求項９）。
【００２３】
また、前記の製造方法において、外部接続用端子の取付け工程でその端子のリード線に小片の封止材を重ね合わせ、該封止材を続く工程で長尺シートの表裏両面に張り合わせた封止材と一緒にラミネートしてリード線の周域を隙間なくシールするようにする（請求項１０）。
【００２４】
上記のモジュールの製造方法によれば、長尺シートから単位太陽電池を裁断した上で、単位太陽電池の各枚葉ごとに外部接続用端子の取付け、封止材の処理を施すようにした従来の製造法と比べて、製造工数を大幅に節減して太陽電池モジュールの低コスト化，製造プロセスの高スループット化が達成できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図示実施例に基づいて説明する。
【００２６】
〔実施例１〕
まず、この実施例に関わる太陽電池モジュールについて、その背面から見た模式図を図２に示す。図において、１０はフレシキブルなプラスチックの長尺シートを基板として、基板上に構成した複数ユニットセルの集積形直列接続構造になる単位太陽電池（図７参照）、１１は単位太陽電池１０の電力取出し用電極５ａ（正極），５ｂ（負極）に取付けた外部接続用端子、１２（破線で表す）は単位太陽電池１０の全体に被覆した封止材の輪郭を表し、その他の符号は図７に対応している。なお、図中の矢印Ｐは長尺シートの長手方向、矢印Ｘは長尺シートから裁断した単位太陽電池１０の裁断位置を表している。
【００２７】
次に、前記した外部接続用端子１１の詳細構造を図４に示す。すなわち、外部接続用端子１１は、端子板１１ａと、該端子板１１ａから側方に引出したリード線１１ｂからなり、リード線１１ｂはその先端接続部を除く周面を絶縁材１１ｃで覆い、端子板１１ａの片面には導電接着剤１１ｄが塗布されている。ここで、端子板１１ａは厚さ３００μｍ程度の銅箔もしくはアルミ箔で、ここに長径３mm, 短径１．５mm程度の楕円形の断面を持つ銅線もしくはアルミ線のリード線１１ｂが接続されており、リード線１１ｂはその先端接続部をピン端子として接続相手の配線コネクタへ差込み接続するようにしている。なお、この実施例では絶縁材１１ｃにはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を使用している。
【００２８】
一方、図１で単位太陽電池１０のシート全体を包囲する封止材１２は、図３のモジュール断面図で表すように、単位太陽電池１０の両面に貼り合わせた封止材１２ａ，１２ｂと、単位太陽電池１０の裁断面（図２の矢印Ｘに対応）に被着して前記封止材１２ａ，１２ｂと一体化した封止材１２ｃとの組合せからなる。ここで、前記の封止材１２ａ〜１２ｃは、封止樹脂フィルム１３と耐候性樹脂フィルム１４を貼り合わせて一体化したラミネートフィルムを用い、封止樹脂としてはブリヂストン社製ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート：商品名EVASAFE1425厚さ０．４mm）を、また耐候性樹脂として旭硝子社製ＥＴＦＥ（アフレックス25NlO30D・CS 厚さ２５μｍ）を用いた。
【００２９】
次に、前記した太陽電池モジュールの製造方法を図１に示した製造工程で説明する。なお図中で、１５はシート上に図２に示した集積形直列接続構造になる単位太陽電池１０が連続してパターン形成されている長尺シート１６を巻き取ったロール、１７はロール１６から繰り出した長尺シート１６の搬送経路上に設置した端子取付装置、１８，１９は図３で述べた封止材１２ａ，１２ｂを巻き取ったロール、２０，２１はロール１８，１９から繰り出した封止材１２ａ，１２ｂを長尺シート１６の表，裏面に貼り合わせるロール、２２は連続ラミネータ、２３は裁断装置である。なお、前記のロール１５には図７に示した単位太陽電池１０の透明電極３が外側に向くように長尺シート１６が巻き取られている。また、ロール１８，１９には図３における封止材１２ａ，１２ｂの貼り付け方向に合わせて封止樹脂フィルム１３が外側，耐候性樹脂フィルム１４が内側に向くように巻かれており、封止材１２ａ，１２ｂの幅は長尺シート１６の幅よりも一回り大きい寸法に設定されている。
【００３０】
そして、前記の薄膜太陽電池をモジュール化する製造工程で、ロール１５から送り出された長尺シート１６はその搬送経路で最初に端子取付装置１７を通過する。この端子取付装置１７には、あらかじめ図４に示した外部接続用端子１１と、図５で示すように端子１１のリード線１１ｂの周域を封止するために用意した短冊状の封止材２４がセットされており、長尺シート１６に形成した集積形直列接続構造の単位太陽電池１０の領域が端子取付装置１７を通過する際に、単位太陽電池１０の両端に並ぶ電力取出用の電極５ａ，５ｂに外部接続用端子１１および封止材２４を自動で取り付けるようにしている。なお、外部接続用端子１１の取付位置は、図２で示すようにリード線１１ｂの先端接続部が封止材１２の輪郭から側方に突き出すように位置決めし、端子板１１ａが導電接着剤１１ｄを介して単位太陽電池１０の電極面に接合され、この際に前記した封止材２４が図５のようにリード線１１ｂを挟んで上下にセットされる。なお、この封止材２４としては、ブリジストン社製のＥＶＡ（エチレンビニルアセテート：商品名EVASAFE1625：厚さ０．６mm) を縦, 横２０mmの短冊形に裁断したものを採用した。
【００３１】
また、前記の端子取付工程に続く封止工程では、外部接続用端子１１，および端子リードの封止材２４の取付けが完了した長尺シート１６に対し、ロール１８から送り出された封止材１２ａ、およびロール１９から送り出された封止材１２ｂがそれぞれロール２０，２１により長尺シート１６の表裏両面に連続的に貼り合わされ、次の連続ラミネータ２２での加熱，加圧処理により長尺シート１６，封止材１２ａ，１２ｂ，および２４がラミネートされて単位太陽電池１０の周域が封止される。また、このラミネート操作により単位太陽電池１０から側方に突き出た端子のリード線１１ｂの周面には熱可塑性樹脂である封止材２４が軟化，密着して隙間を残さずに封止される。
【００３２】
続くシートの裁断工程では、裁断装置２３のカッタ操作で長尺シート１６から所定寸法の単位太陽電池１０が切り離される。なお、単位太陽電池１０の裁断位置（図２の矢印Ｘ）はあらかじめ長尺シート上に設定して自動的に裁断するものとする。
【００３３】
また、前記のプロセスを経て長尺シート１６から裁断された単位太陽電池１０は、その裁断面にプラスチック基板および基板上に製膜された光電変換素子、電極などの端面が露呈している。そこで、この発明ではモジュール製造プロセスの最終工程として単位太陽電池１０の裁断面に、図３に示した封止材１２ｃを被着して封止する。なお、この封止材１２ｃは先記のように封止樹脂フィルム１３と耐候性樹脂フィルム１４の張り合わせたラミネートフィルムで、あらかじめ封止材１２ａ，１２ｂの幅に合わせて短冊状に裁断しておき、図１の製造ラインとは別なラインで治具を用いて図３で表すようにラミネートする。そして、以上の工程を経て太陽電池モジュールが完成する。
【００３４】
〔実施例２〕
図６は長尺シートに形成したセルパターンを変えた別な実施例を示すものである。この実施例における太陽電池の基本構造は先記実施例１（図２参照）と同様であるが、そのユニットセルの配列については次のようにパターンニングしている。すなわち、実施例１では太陽電池の各ユニットセルが長尺シートの長手方向Ｐに対して垂直方向に構成されているが、この実施例では、ユニットセルを長尺シートの長手方向Ｐに沿って平行に並ぶように構成した上で、その両サイドに並ぶ電力取出し用電極５ａ，５ｂのうち、一方の電極５ａをシートの右端縁に沿って他方の電極５ｂと並ぶ位置まで延在するようにパターンニングしておき、図２と同様に単位太陽電池１０の左右両端に外部接続用端子１１を取り付けて外部に電力を取り出すようにしている。
【００３５】
なお、外部接続用端子１１は、正極端子，負極端子を長尺シートの長手方向Ｐに対して両サイド側に振り分けて取付けるようにすることも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、フレシキブルなプラスチックの長尺シートを基板としてこの基板上に形成した単位太陽電池に対して、長尺シートの状態で各単位太陽電池に外部接続用端子を取付け、さらに長尺シートの表裏両面の封止，耐候処理を行った後に長尺シートから単位太陽電池を裁断し、その裁断部分を封止，耐候処理を行うようにしたことにより、従来のように、長尺シートから単位太陽電池を裁断した上で外部接続用端子の端子板を取付け、そのモジュールサイズに合わせて別に裁断して用意した封止材料を単位太陽電池に貼り合わせ後、その封止材を部分的に剥がして端子板にリード線を接続してその接続部分を再度封止してモジュール化するようにした枚葉処理方式と比べて、製造プロセスの工数を大幅に削減することができ、これにより太陽電池モジュールの大幅な低コスト化，高スループット化を達成して製品を低価格で供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による太陽電池モジュールの製造工程図
【図２】本発明の実施例１に対応する単位太陽電池の背面図
【図３】図２の矢視Ａ−Ａ断面に対応した太陽電池モジュールの封止構造図
【図４】図２における外部接続用端子の構造図
【図５】図２における外部接続用端子のリード線引出し部に対応した封止材配置の模式図
【図６】本発明の実施例２に対応する単位太陽電池の背面図
【図７】本発明の太陽電池モジュールに適用するフィルム基板薄膜太陽電池の模式構造図
【符号の説明】
１フレシキブルなプラスチック基板
２光電変換層
３透明電極
４裏面電極
５背面電極
１０単位太陽電池
１１外部接続用端子
１１ａ端子板
１１ｂリード線
１１ｃ絶縁材
１１ｄ導電接着剤
１２，１２ａ〜１２ｃ封止材
１３封止樹脂フィルム
１４耐候性樹脂フィルム
１５長尺シートのロール
１６単位太陽電池を形成した長尺シート
１７端子取付装置
２２連続ラミネータ
２３裁断装置

Claims

ロール状に巻取り可能なフレシキブル性のある長尺シートを基板として、該基板上に光電変換素子，透明電極および接続電極の各層をパターニングして複数ユニットセルの集積形直列接続構造を形成した単位太陽電池に対し、その電力取出し用電極に外部接続用端子を取付けた上で、単位太陽電池のシート全体に封止材を被覆して封止する太陽電池モジュールの製造方法において、
前記の単位太陽電池に対し、前記の外部接続用端子を長尺シートの状態で取付けた上で、長尺シートの表裏両面に貼り合わせた封止材と、長尺シートから単位太陽電池を裁断した後にその裁断面に被着した封止材とで個々の単位太陽電池を封止することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項１記載の製造方法において、フレシキブル基板がプラスチックであることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項１記載の製造方法において、基板上に形成した光電変換素子がアモルファスシリコン形素子であることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項１記載の製造方法において、封止材が、封止樹脂と耐候性のある樹脂フィルムを貼り合わせたラミネートフィルムであることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項１記載の製造方法において、外部接続用端子が、銅箔もしくはアルミ箔の端子板に銅線もしくはアルミ線のリード線を接続した構造であり、前記リード線の先端接続部を単位太陽電池のシート側縁から側方に突き出すようにして端子板を単位太陽電池の電力取出し用電極面に電気的に接合することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項５記載の製造方法において、外部接続用端子は、先端接続部を除くリード線の周面に絶縁処理を施した構造とすることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項５記載の製造方法において、端子板の片面に導電性接着剤を塗布した上で、該端子板を単位太陽電池の電力取出し用電極面に貼り付けて電気的に接続することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項５記載の製造方法において、リード線の先端接続部は、接続相手側の配線コネクタに差込んで接続するピン端子とすることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、基板上に単位太陽電池を連続的にパターン形成した長尺シートをロールから繰り出し、そのシート搬送経路上で、
(1) 各単位太陽電池に外部接続用端子を取付ける、
(2) 長尺シートの表裏両面に封止材を貼り合わせてラミネートする、
(3) 長尺シートから単位太陽電池を裁断する、
さらに、裁断済みの単位太陽電池に対し、その裁断面に封止材を被着する工程からなることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項９記載の製造方法において、外部接続用端子の取付け工程で端子のリード線に小片の封止材を重ね合わせ、続く封止工程で前記封止材を長尺シートの表裏両面に張り合わせた封止材と一緒にラミネートすることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。