JP4086353B2 - ラミネート体の製造方法及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池モジュールなどのラミネート体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池モジュールは、通常、表面部材と裏面部材との間に光起電力素子が有機高分子樹脂により封止された構造である。このような構造の太陽電池モジュールを製造する場合、例えば表面側から表面部材、表面封止材樹脂、光起電力素子、裏面封止材樹脂、裏面部材の順に積層したもの（以下太陽電池モジュール積層体）を加圧及び加熱することによって圧着している。表面部材が樹脂フィルムであるような場合、表面側の強度を高めるために、表面封止材樹脂と光起電力素子との間に表面保護強化材を挟む場合もある。
【０００３】
ところで、封止材樹脂を用いて表面部材と裏面部材を貼り合わせて太陽電池モジュールを製造するには、特公平４−６５５５６号の「太陽電池モジュールラミネート装置」及び実登録３０１７２３１の「ラミネート装置」に開示されている二重真空室方式によるラミネート装置あるいは特開平９−３６４０５号の「太陽電池モジュール及びその製造方法」に開示されている一重真空室方式によるラミネート装置が一般的である。
【０００４】
一般に太陽電池モジュールの封止材樹脂としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体(ＥＶＡ)、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などの有機高分子樹脂が用いられるが、耐候性、耐久性の面でこれらの有機高分子樹脂は架橋してあることが望ましい。通常、ラミネート装置で光起電力素子を封止して太陽電池モジュール作製する際に、加熱加圧の過程でこれらの有機高分子樹脂の架橋を行っている。以下にその工程の一例を示す。
▲１▼ 被ラミネート体をラミネート装置に載置し、真空圧着する。
▲２▼ 封止材樹脂が溶融する温度まで加熱する。
▲３▼ 封止材樹脂から発生したガスを脱気、または溶融状態の封止材樹脂中に溶存させる。
▲４▼ 架橋開始温度まで加熱し、封止材樹脂を架橋させる。
▲５▼ 架橋が終了するまで架橋温度を保持する。
以上の工程により、封止材樹脂である有機高分子樹脂が架橋した太陽電池モジュールが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のラミネート装置は、加熱制御系統が一系統であるため太陽電池モジュール積層体の形状、あるいはサイズに見合った加熱制御が不可能であった。つまり従来のような一様な加熱方法では、太陽電池モジュール積層体全体が同じ温度で加熱されるため、封止材樹脂である有機高分子樹脂の溶融、脱ガス、架橋といったそれぞれの過程が積層体の全面で同時におきる。これは特に、モジュールサイズが大きくなるとモジュール中央部で発生したガスが十分に脱気されないうちにモジュール周辺部の架橋が始まってしまうため、モジュール内部に気泡が残ってしまう。このような気泡は、太陽電池モジュールの外観を損ねるだけでなく、表面部材あるいは裏面部材に有機高分子樹脂を用いた場合には気泡内に水分が浸透し、封止材樹脂の剥離を促進したり、集電電極などの金属部材を腐食させたりする原因になる場合もある。また、太陽電池モジュール積層体の積層構成、サイズによっては一様に加熱されないことも多く、この場合は封止材樹脂が不均一な温度分布のもとで加熱架橋されるため、出来上がったモジュールの特性にムラが生じる。
【０００６】
さらに、部分的にしかラミネートしないモジュールの場合には、従来の装置では無駄に加熱している部分が生じるためエネルギーロスが大きいといった問題もある。
【０００７】
その他にも従来の装置では、光起電力素子表面又は裏面に電極、ダイオードなどの凸状部材がある場合、他の平坦な部分に比べて封止材樹脂の量が少なくなるため、充填しにくかった。そこで凸状部分に封止材樹脂を十分含浸させるためには、昇温を遅くし、封止材樹脂が溶融している状態を長くしなければならなかった。そのため全体の温度プロファイルを最も昇温が遅くなる凸状部材部分にあわせる必要があり、封止材樹脂である有機高分子樹脂を要求される架橋密度まで架橋させるには長時間の加熱が必要であった。
【０００８】
また、屋根材一体型あるいは建材一体型太陽電池モジュールなどは平板状のモジュールを公知のラミネート装置で作製した後、ローラーフォーマーやベンダーやプレスなどによって折り曲げ加工しているが、従来のラミネート装置では折り曲げ部の封止材樹脂も一律に架橋されるため、加工後に曲げ部に応力が集中し樹脂の剥離が起こりやすかった。
【０００９】
本発明は、以上で述べた問題を解決すべく、耐候性及び生産性の高い太陽電池モジュールを作製することができるラミネート体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明のラミネート体の製造方法は、熱可塑性又は熱硬化性の封止材樹脂を含む被ラミネート体の温度制御を部分的に独立して行うことにより、該封止材樹脂に架橋密度勾配をつけ、該被ラミネート体を部分的にラミネートする工程と、前記ラミネート体の封止材樹脂の非架橋又は低架橋部分をラミネート後に折り曲げ加工する工程と、を有することを特徴とする。また、本発明のラミネート体の製造方法は、熱可塑性又は熱硬化性の封止材樹脂を含む被ラミネート体の温度制御を部分的に独立して行うことにより、該封止材樹脂に架橋密度勾配をつけ、該被ラミネート体を部分的にラミネートするラミネート体の製造方法であって、被ラミネート体が凸状部分を有する部材を含み、該凸状部分の昇温が他の部分の昇温よりも遅いことを特徴とする。また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、補強材上に太陽電池素子が熱可塑性又は熱硬化性の封止材樹脂により封止されており、該封止材樹脂は非架橋又は低架橋部分を有しており、該非架橋又は低架橋部分に対応する前記補強材をラミネート後に折り曲げ加工することを特徴とする。
【００１１】
（作用）
本発明では、熱可塑性又は熱硬化性の封止材樹脂を含む被ラミネート体の温度制御を部分的に独立して行うことにより、該封止材樹脂に架橋密度勾配をつけ、該被ラミネート体を部分的にラミネートする。そのため、大面積の太陽電池モジュールであっても、中央部から周辺部にかけて温度プロファイルを変えることで、封止材樹脂の溶融、脱ガス、架橋といった各過程を太陽電池モジュール積層体の中央部から徐々に行うことができ、気泡残りのない太陽電池モジュールを作製できる。
【００１２】
また、部分的にラミネートするようなモジュールの場合、必要な部分のみに熱を加えることができるため、効率のよい加熱ができる。
【００１３】
また、光起電力素子表面又は裏面に電極、ダイオードなどの凸状部材がある場合、凸状部分の昇温を他の部分よりも遅くすることで、封止材樹脂が溶融している時間を長くし、封止材樹脂を十分に含浸及び追従させることができる。このとき、他の平坦部分は昇温を速くすることができるので、最も耐候性が要求される光起電力素子上の封止材樹脂の架橋密度を高くすることができる。
【００１４】
さらに、封止材樹脂と表面部材あるいは裏面部材との間に高い接着力が要求される部分、例えばモジュール端部、端子取り出し部などは、局所的に架橋温度保持時間を長くしたり、架橋温度を高くすることで、架橋密度を上げ接着力を高くすることができる。
【００１５】
逆に封止材樹脂が架橋しない温度に制御することで、部分的に非架橋あるいは低架橋密度にすることもできる。したがって、ラミネート後に折り曲げ加工をするような太陽電池モジュールの場合、折り曲げ部の架橋密度を下げることによって、折り曲げに対して応力を緩和させることができる。この非架橋あるいは低架橋部分は、折り曲げ後に二次架橋すれば、耐候性、接着性についても問題がなく、加工の自由度が増す。さらに二つ以上のモジュールの非架橋部分同士の接着、あるいはモジュールと他の部材との接着のように目的に応じて改めて二次架橋させることができる。このような二次架橋の方法としては、加熱によるものだけではなく、電子線架橋、紫外線などの光架橋のように用途、作業性によって様々な方法を選ぶことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に太陽電池モジュールの概略構成図を示す。図１において、１０１は光起電力素子、１０２は光起電力素子表面側の透明な封止材樹脂、１０３は最表面に位置する透明な表面部材、１０４は裏面封止材樹脂、１０５は裏面部材である。外部からの光は、表面部材１０３から入射し、光起電力素子１０１に到達し、生じた起電力は出力端子（不図示）により外部に取り出される。
【００１７】
光起電力素子１０１としては、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など、従来公知な素子を目的に応じて種々選択して用いてよい。
【００１８】
表面封止材樹脂１０２は、光起電力素子の凹凸を樹脂で被覆し、素子を温度変化、湿度、衝撃などの過酷な外部環境から守り、且つ表面部材と素子との接着を確保するために必要である。したがって、耐候性、接着性、充填性、耐熱性、耐寒性、耐衝撃性が要求される。これらの要求を満たす樹脂としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、ポリビニルブチラール樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などの熱可塑性、又は熱硬化性樹脂が挙げられる。中でもＥＶＡは、太陽電池用としてバランスの取れた物性を有しており好んで用いられる。ただ、そのままでは熱変形温度が低いために容易に高温使用下で変形やクリープを呈するので、架橋して耐熱性を高めておくことが望ましい。
【００１９】
ＥＶＡの場合、有機過酸化物で架橋するのが一般的である。有機過酸化物による架橋は、有機過酸化物から発生する遊離ラジカルが樹脂中の水素やハロゲン原子を引き抜いて、Ｃ−Ｃ結合を形成することによって行われる。有機過酸化物に活性化方法には、熱分解、レドックス分解及びイオン分解が知られている。一般には熱分解法が好んで行われている。有機過酸化物の化学構造の具体例としては、ヒドロペルオキシド、ジアルキル（アリル）ペルオキシド、ジアシルペルオキシド、ペルオキシケタール、ペルオキシエステル、ペルオキシカルボネートおよびケトンペルオキシドなどが挙げられる。なお、有機過酸化物の添加量は封止材樹脂１００重量部に対して０．５乃至５重量部である。
【００２０】
上記有機過酸化物を封止材樹脂に添加し、真空下で加圧加熱しながら架橋及び熱圧着を行うことが可能である。加熱温度ならびに各々の有機過酸化物の熱分解温度特性で決定することができる。一般には熱分解が９０%、より好ましくは９５％以上進行する温度と時間をもって加熱加圧を終了する。封止材樹脂の架橋を確かめるにはゲル分率を測定すればよく高温化での封止材樹脂の変形を防ぐためにはゲル分率が７０ｗｔ％以上となるように架橋することが望ましい。
【００２１】
上記架橋反応を効率よく行うためには、架橋助剤と呼ばれるトリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）を用いることも可能である。一般には封止材樹脂１００重量部に対して１乃至５重量部の添加量である。
【００２２】
封止材樹脂及び封止材樹脂下層の耐候性を上げるために、紫外線吸収剤を併用することもできる。紫外線吸収剤をしては公知の化合物が用いられる。しかし、太陽電池モジュールの使用環境を考慮して低揮発性の紫外線吸収剤を用いることが好ましい。具体的には、サリチル酸系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系の各種有機化合物を挙げることができる。
【００２３】
紫外線吸収剤の他に光安定化剤も同時に添加すれば光に対してより安定な封止材となる。代表的な光安定化剤はヒンダードアミン系光安定化剤である。ヒンダードアミン系光安定化剤は紫外線吸収剤のようには紫外線を吸収しない。しかし、紫外線吸収剤と併用することによって、著しい相乗効果を示す。勿論、ヒンダードアミン系以外にも光安定化剤として機能するものはある。ただし、着色している場合が多く本発明の封止材樹脂には望ましくない。上記紫外線吸収剤及び光安定化剤の添加量は、封止材樹脂に対してそれぞれ０．１〜１．０ｗｔ％、０．０５〜１．０ｗｔ％が望ましい。
【００２４】
さらに、耐熱性・熱加工性改善のために酸化防止剤を添加することも可能である。酸化防止剤の化学構造としては、モノフェノール系、ビスフェノール系、高分子型フェノール系、硫黄系、りん酸系がある。酸化防止剤の添加量は封止材樹脂に対して０.０５〜１．０ｗｔ％であることが好ましい。より厳しい環境下で太陽電池モジュールの使用が想定される場合には、封止材樹脂と光起電力素子あるいは表面部材との接着力を向上することが好ましい。シランカップリング剤や有機チタネート化合物を封止材樹脂に添加することで、接着力を改善することが可能である。添加量は、封止材樹脂１００重量部に対して０．１乃至３重量部が好ましく、０．２５乃至１重量部がより好ましい。
【００２５】
本発明で用いられる表面部材１０３は、太陽電池モジュールの最表層に位置するため透明性、耐候性、耐汚染性、機械的強度をはじめとして、太陽電池モジュールの屋外曝露における長期信頼性を確保するための性能が必要である。本発明に好適に用いられる材料としては、白板強化ガラス、フッ素樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルムなどがある。白板強化ガラスは透明性が高く衝撃にも強くて割れがたいため、太陽電池モジュールの表面部材として広く用いられている。
【００２６】
しかし、最近ではモジュールに軽量性、フレキシブル性が求められる場合も多く、そのような場合には樹脂フィルムが表面部材として用いられる。中でもフッ素樹脂フィルムは、耐候性、耐汚染性に優れているため好んで用いられる。具体的にはポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂あるいは四フッ化エチレン−エチレン共重合体などがある。耐候性の観点ではポリフッ化ビニリデン樹脂が優れているが、耐候性および機械的強度の両立と透明性では四フッ化エチレン−エチレン共重合体が優れている。
【００２７】
表面部材として樹脂フィルムを用いる場合機械的強度の確保のため、フィルムの厚さはある程度厚くしなければならない。またコストの観点からあまり厚すぎるのにも問題がある。具体的には、２０乃至２００μmが好ましく、３０乃至１００μmがより好適である。
【００２８】
なお、封止材樹脂との接着性の改良のため、表面樹脂フィルムにはコロナ処理、プラズマ処理などの表面処理が行われていることが望ましい。
【００２９】
裏面封止材樹脂１０４は、光起電力素子１０１と裏面部材１０５との接着を図るためのものである。材料としては、導電性基板と十分な接着性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ、熱膨張、熱収縮に耐えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。好適に用いられる材料としては、ＥＶＡ、ポリビニルブチラールなどのホットメルト材、両面テープ、柔軟性を有するエポキシ接着剤が挙げられる。勿論表面封止材樹脂と同じ材料を用いることも可能であり、通常はそのような場合が多い。すなわち、上述した架橋ＥＶＡを裏面にも用いるのが一般的である。
【００３０】
裏面部材１０５は、光起電力素子１０１の導電性基板と外部との電気的絶縁を保つために必要である。材料としては、導電性基板と充分な電気絶縁性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ、熱膨張、熱収縮に耐えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。好適に用いられるフィルムとしては、ナイロン、ポリエチレンテレフタレートが挙げられる。
【００３１】
裏面部材の外側には、太陽電池モジュールの機械的強度を増すために、あるいは温度変化による歪み、反りを防止するために、補強板を貼り付けてもよい。この補強板は屋根材一体型もしくは建材一体型太陽電池モジュールの基材にもなりうる。材料としては、鋼板、プラスチック板、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）板が好ましい。
【００３２】
以上述べた光起電力素子、封止材樹脂、表面部材、裏面部材を用いて太陽電池モジュールとする方法を次に説明する。本発明のラミネート体の製造装置の加熱圧着方法は特に限定されるものでなく、公知の二重真空室方式、一重真空室方式など目的に応じて種々選択して用いてよい。
【００３３】
ここでは、一重真空室方式の一例について図３を用いて詳しく説明する。
（１） 太陽電池モジュール積層体をプレート３０１上に置き、シリコーンラバーシートを 重ねる。
（２） プレートの排気口３０４から排気してシリコーンラバーシートで積層体を圧着する。
（３） プレートを加熱して封止材樹脂を溶融させ、積層体を張り合わせる。
（４） プレートの温度はモジュールに応じて部分的に制御する。
（５） 冷却後、モジュールを取り出す。
以上の工程を経て、太陽電池モジュールを作製する。
【００３４】
上記のラミネート装置に備え付けられる加熱装置としては、熱風循環式オーブン、赤外線ランプ、面状ヒーターなどが挙げられる。これらの装置にシリコーンオイルや水（蒸気又は冷却水）などを媒体とする伝熱管を付随させて、加熱又は冷却制御してもよい。具体的には、熱風循環式のオーブン（図３の（ｂ））を用いる場合、金属プレート３０１上部または下部に熱風を送り出す多数の穴３０８を設け、流出量を制御することで温度制御を行う。赤外線ランプを用いる場合は、必要数のランプを適当な位置に配置し、個々のランプ出力を制御することで温度制御を行う。面状ヒーターを用いる場合には、金属プレート表面又は内部に適当なパターンに分割、配置して制御する。本発明においては、シリコーンラバーヒーター、ホットプレートなどの面状ヒーターの方が制御が容易な点で適している。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。なお、特許請求の範囲の補正にともない、以下の記載のうち、実施例１、実施例３、実施例４は、いずれも参考実施例となった。
【００３６】
(実施例１)
＜光起電力素子の作製＞
図２に示す構成のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）太陽電池（光起電力素子）を以下のようにして製作した。すなわち、洗浄したステンレス基板２０１上に、スパッタ法で裏面反射層２０２としてＡｌ層（膜厚５０００Å）とＺｎＯ層（膜厚５０００Å）を順次形成した。次いで、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4とＰＨ3とＨ2の混合ガスからｎ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ4とＨ2の混合ガスからｉ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ4と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１５０Å／ｉ層膜厚４０００Å／ｐ層膜厚１００Å／ｎ層膜厚１００Å／ｉ層膜厚８００Å／ｐ層膜厚１００Åの層構成のタンデム型ａ−Ｓｉ光電変換半導体層２０３を形成した。次に、透明導電層２０４として、Ｉｎ2Ｏ3薄膜（膜厚７００Å）を、Ｏ2雰囲気下でＩｎを抵抗加熱法で蒸着することによって形成した。この後、光起電力素子の欠陥除去処理を行った。すなわち、電導度が５０乃至７０ｍＳとなるように調整した塩化アルミニウムの水溶液中に、光起電力素子と、素子の透明導電層と対向するように電極板を浸漬し、素子をアースとして電極板に３．５ボルトの正電位を２秒間印加することによりシャントしている部分の透明導電層を選択的に分解した。この処理により、光起電力素子のシャント抵抗は処理前１ｋΩ・ｃｍ2乃至１０ｋΩ・ｃｍ2であったのに対し、処理後５０ｋΩ・ｃｍ2乃至２００ｋΩ・ｃｍ2に改善された。
【００３７】
最後に、集電用のグリッド電極２０５を設ける。スクリーン印刷により形成された幅２００ミクロンの銅ペーストのライン上に沿って直径１００ミクロンの銅線を布線し、その上にクリーム半田をのせた後、半田を溶融させることにより銅線を銅ペースト上に固定し集電電極とした。マイナス側端子として銅タブをステンレス基板にステンレス半田を用いて取り付け、プラス側端子としては錫箔のテープを半田にて集電電極に取り付け出力端子２０６とし、光起電力素子を得た。
【００３８】
＜モジュール化＞
モジュールサイズは１２００ｍｍ×５０００ｍｍとし、以下の部材を用いて太陽電池モジュールを作製した。
【００３９】
裏面部材(０．４ｍｍ厚のポリエステル塗装のガルバリウム鋼板)上に裏面封止材樹脂（２３０μｍ厚ＥＶＡ／１００μm厚ＰＥＴ／２３０μm厚ＥＶＡの一体積層フィルム）、光起電力素子（アモルファスシリコン半導体）、表面封止材樹脂（４６０μｍ厚ＥＶＡ）、表面保護強化材（ガラス繊維不織布、秤量４０g/ｍ2：１０μｍ径１３mm長のガラス繊維をアクリルバインダーで不織布にしたもの）、表面部材（５０μｍ厚エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（以下ＥＴＦＥ））をこの順に積層し、太陽電池モジュール積層体とした。ここで用いたＥＶＡはＥＶＡ樹脂（酢酸ビニル含有量３３％）１００重量部に対して架橋剤として２、５−ジメチル-２、５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン１．５重量部、シランカップリング剤としてγ−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン１．０重量部、紫外線吸収剤として２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノン０．３重量部、光安定化剤としてビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート０．１重量部、酸化防止剤としてトリス（モノ−ノニルフェニル）フォスファイト０．２重量部を配合したものである。またＥＴＦＥはＥＶＡとの接着と高めるため、接着面側をプラズマ放電処理した。
【００４０】
上記の太陽電池モジュール積層体を図３の（ａ）ような一重真空室方式のラミネート装置の金属プレート上に載置した。
【００４１】
加熱に用いるヒーターには、図５のように4分割されたシリコーンラバーヒーターを用い、各部分が独立に制御できるようにした。そのうち太陽電池モジュール積層体の中央部に相当する５０３、５０４は図7（ａ）の温度プロファイル▲１▼で、周辺部に相当する５０１、５０２は図7（ａ）の温度プロファイル▲２▼で加熱してラミネートした（６０１）。作製した太陽電池モジュールについて後述する項目について評価を行った。
【００４２】
(実施例２)
モジュールサイズを６００ｍｍ×３０００ｍｍとし、加熱ヒーターの太陽電池モジュール積層体の中央部に相当する５０３、５０４は図7（ａ）の温度プロファイル▲１▼で、周辺部(後で折り曲げ加工する部分)に相当する５０１、５０２は図7（ａ）の温度プロファイル▲３▼で加熱してラミネートした（６０２）。その後、図８のような折り曲げ加工をした後、折り曲げ部分のみに電子線照射装置で５Ｍｒａｄの電子線を照射して二次架橋を行った。上記以外は、実施例１と同様な処方でモジュールを作製し、評価を行った。
【００４３】
（実施例３）
モジュールサイズを１０００ｍｍ×１２００ｍｍとし、図４の裏面部材４０３に対して部分的に４０２のように表面部材、表面封止材樹脂、光起電力素子、裏面封止材樹脂を積層して太陽電池モジュール４０１を構成する。この積層体を図３に示すラミネート装置に２つ載置し、加熱ヒーターは積層体のある部分に相当する５０２、５０４のみを図7（ａ）の温度プロファイル▲１▼で加熱してラミネートした（６０３）。上記以外は、実施例１と同様な処方でモジュールを作製し、評価を行った。
【００４４】
（実施例４）
シリコーンラバーヒーターの代わりに熱風循環式のオーブン(図３（ｂ）)を用い、オーブン壁にある吹出口から出てくる熱風の量を制御することによって、太陽電池モジュール積層体の中央部に相当する部分は図7（ｂ）の温度プロファイル▲１▼’で、周辺部に相当する部分は図７（ｂ）の温度プロファイル▲２▼’で加熱してラミネートした。上記以外は、実施例１と同様な処方でモジュールを作製し、評価を行った。
【００４５】
（比較例１）
加熱ヒーターを分割して温度制御系統を二系統にする代わりに、温度制御系統を一系統にして、図7（ａ）の温度プロファイル▲１▼で加熱した以外は、実施例１と同様な処方でラモジュールを作製し、評価を行った。
【００４６】
（比較例２）
加熱ヒーターを分割して温度制御系統を二系統にし、電子線による二次架橋をする代わりに、温度制御系統を一系統にして、図7（ａ）の温度プロファイル▲１▼で加熱した後、図8のような折り曲げ加工をした以外は、実施例１と同様な処方でモジュールを作製し、評価を行った。
【００４７】
（比較例３）
図7（ａ）の温度プロファイル▲２▼で加熱した後、折り曲げ加工をした以外は、比較例２と同様な処方でモジュールを作製し、評価を行った
＜評価結果>
以上で述べた実施例及び比較例で作製した太陽電池モジュールについて、下記の項目の評価を行った。
（１） 初期外観
ラミネート直後に太陽電池モジュールの外観を評価した。
○：外観上全く問題のなかったもの。
×：気泡が残っているもの。
（２） 接着性
封止材樹脂（ＥＶＡ）と裏面部材との初期接着力を評価した。
○：接着力が８ｋｇｆ／２５ｍｍ以上のもの。
△：接着力が４ｋｇｆ／２５ｍｍ以上８ｋｇｆ／２５ｍｍ未満のもの。
（３） 温度サイクル
−４０℃／1時間、９０℃／1時間の温度サイクル試験を５０サイクル行い、試験後の太陽電池モジュールの外観上の変化を観察した。
○：外観上全く変化のなかったもの。
×：封止材樹脂にしわが発生したもの。
（４） 温湿度サイクル
−４０℃／1時間、８５℃／８５％ＲＨ／４時間の温度サイクル試験を５０サイクル行い、試験後の太陽電池モジュールの外観上の変化を観察した。
○：外観上全く変化のなかったもの。
×：封止材樹脂が剥離したもの。
【００４８】
結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
実施例１のように大面積の太陽電池モジュールでも部分的に温度プロファイルの違う制御をすることによって、全く問題のない太陽電池モジュールを作製することができた。
【００５１】
実施例２で作製したモジュールにおいても、温湿度サイクル試験後も剥離などは発生しなかった。これは、折り曲げ時に曲げ部の封止材樹脂を非架橋又は低架橋にすることによって応力が緩和されたことによる。
【００５２】
実施例3のように部分的にラミネートする場合においても、必要な部分のみの加熱で充分ラミネートすることができ、エネルギーロスを少なくできた。
【００５３】
実施例４のように加熱装置が熱風循環式のオーブンであっても適当な温度制御をすることによって、全く問題もない大面積の太陽電池モジュールを作製することができた。
【００５４】
それに対して比較例１では、モジュールサイズが大きすぎるため、ラミネート中にモジュール中央部で発生したガスが十分脱気できず、多くの気泡が発生した。そのため封止材樹脂と裏面部材との間の初期接着力も弱く、温度サイクル、温湿度サイクル後においても、封止材樹脂の剥離がみられた。
【００５５】
比較例２、３においても、モジュールに小さな気泡が残り、温湿度サイクル試験後では折り曲げ部において剥離が発生した。これは封止材樹脂が架橋された後に折り曲げられたことによって、折り曲げ部の応力が残存していたことに起因する。
【００５６】
【発明の効果】
本発明のラミネート体の製造方法によれば熱可塑性又は熱硬化性の封止材樹脂を含む被ラミネート体の温度制御を部分的に独立して行うことにより、該封止材樹脂に架橋密度勾配をつけ、該被ラミネート体を部分的にラミネートするため、大面積のラミネート体のように従来の加熱装置ではできなかったラミネート体も作製することができる。また、温度制御することにより、効率よく部分的にラミネートすることができる。また、ラミネート体の封止材樹脂の架橋密度を任意に可変することもでき、ラミネート後の折り曲げ加工の自由度が増す。また、光起電力素子表面又は裏面に電極、ダイオードなどの凸状部材がある場合、凸状部分の昇温を他の部分よりも遅くすることで、封止材樹脂が溶融している時間を長くし、封止材樹脂を十分に含浸及び追従させることができる。さらに、折り曲げ後に非架橋あるいは低架橋部分を二次架橋することによってラミネート体同士あるいはラミネート体と別の部材の接着することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽電池モジュールの概略断面図である。
【図２】光起電力素子の基本構成を示す概略断面図（（ａ））及び受光面側上面図（（ｂ））の一例である。
【図３】一重真空室方式のラミネート装置の概略断面図（加熱装置がシリコーンラバーヒーターの場合（ａ）、熱風循環式オーブンの場合（ｂ））の一例である。
【図４】裏面部材上に部分的にラミネートされた太陽電池モジュールの一例である。
【図５】加熱制御系統の分割例の一例である。
【図６】本発明の加熱制御方法の一例である。
【図７】本発明で用いた温度プロファイルの一例（加熱装置がシリコーンラバーヒーターの場合（ａ）、熱風循環式オーブンの場合（ｂ））である。
【図８】本発明の太陽電池モジュールの折り曲げ加工の一例である。
【符号の説明】
１０１、８０２ 光起電力素子
１０２ 表面封止材樹脂
１０３ 表面部材
１０４ 裏面封止材樹脂
１０５ 裏面部材
１０６、２０５ 集電電極
１０７ ガラス繊維不織布
２０１ 導電性基板
２０２ 裏面反射層
２０３ 半導体光活性層
２０４ 透明導電層
２０６ 端子
２０７ 導電性ペースト
２０８ 半田
３０１ プレート
３０２ シリコーンラバー
３０３ ヒーター
３０４ 排気口
３０５ Ｏ−リング
３０６ 太陽電池モジュール積層体
３０７ オーブン壁面
３０８ 熱風吹出口
４０１ 太陽電池モジュール
４０２ ラミネート部分
５０１、５０２、５０３、５０４ 分割された加熱ヒーター
６０１ 実施例１で用いた温度制御例
６０２ 実施例２で用いた温度制御例
６０３ 実施例３で用いた温度制御例
８０１ 折り曲げ加工部
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池モジュールなどのラミネート体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池モジュールは、通常、表面部材と裏面部材との間に光起電力素子が有機高分子樹脂により封止された構造である。このような構造の太陽電池モジュールを製造する場合、例えば表面側から表面部材、表面封止材樹脂、光起電力素子、裏面封止材樹脂、裏面部材の順に積層したもの（以下太陽電池モジュール積層体）を加圧及び加熱することによって圧着している。表面部材が樹脂フィルムであるような場合、表面側の強度を高めるために、表面封止材樹脂と光起電力素子との間に表面保護強化材を挟む場合もある。
【０００３】
ところで、封止材樹脂を用いて表面部材と裏面部材を貼り合わせて太陽電池モジュールを製造するには、特公平４−６５５５６号の「太陽電池モジュールラミネート装置」及び実登録３０１７２３１の「ラミネート装置」に開示されている二重真空室方式によるラミネート装置あるいは特開平９−３６４０５号の「太陽電池モジュール及びその製造方法」に開示されている一重真空室方式によるラミネート装置が一般的である。
【０００４】
一般に太陽電池モジュールの封止材樹脂としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体(ＥＶＡ)、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などの有機高分子樹脂が用いられるが、耐候性、耐久性の面でこれらの有機高分子樹脂は架橋してあることが望ましい。通常、ラミネート装置で光起電力素子を封止して太陽電池モジュール作製する際に、加熱加圧の過程でこれらの有機高分子樹脂の架橋を行っている。以下にその工程の一例を示す。
▲１▼ 被ラミネート体をラミネート装置に載置し、真空圧着する。
▲２▼ 封止材樹脂が溶融する温度まで加熱する。
▲３▼ 封止材樹脂から発生したガスを脱気、または溶融状態の封止材樹脂中に溶存させる。
▲４▼ 架橋開始温度まで加熱し、封止材樹脂を架橋させる。
▲５▼ 架橋が終了するまで架橋温度を保持する。
以上の工程により、封止材樹脂である有機高分子樹脂が架橋した太陽電池モジュールが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のラミネート装置は、加熱制御系統が一系統であるため太陽電池モジュール積層体の形状、あるいはサイズに見合った加熱制御が不可能であった。つまり従来のような一様な加熱方法では、太陽電池モジュール積層体全体が同じ温度で加熱されるため、封止材樹脂である有機高分子樹脂の溶融、脱ガス、架橋といったそれぞれの過程が積層体の全面で同時におきる。これは特に、モジュールサイズが大きくなるとモジュール中央部で発生したガスが十分に脱気されないうちにモジュール周辺部の架橋が始まってしまうため、モジュール内部に気泡が残ってしまう。このような気泡は、太陽電池モジュールの外観を損ねるだけでなく、表面部材あるいは裏面部材に有機高分子樹脂を用いた場合には気泡内に水分が浸透し、封止材樹脂の剥離を促進したり、集電電極などの金属部材を腐食させたりする原因になる場合もある。また、太陽電池モジュール積層体の積層構成、サイズによっては一様に加熱されないことも多く、この場合は封止材樹脂が不均一な温度分布のもとで加熱架橋されるため、出来上がったモジュールの特性にムラが生じる。
【０００６】
さらに、部分的にしかラミネートしないモジュールの場合には、従来の装置では無駄に加熱している部分が生じるためエネルギーロスが大きいといった問題もある。
【０００７】
その他にも従来の装置では、光起電力素子表面又は裏面に電極、ダイオードなどの凸状部材がある場合、他の平坦な部分に比べて封止材樹脂の量が少なくなるため、充填しにくかった。そこで凸状部分に封止材樹脂を十分含浸させるためには、昇温を遅くし、封止材樹脂が溶融している状態を長くしなければならなかった。そのため全体の温度プロファイルを最も昇温が遅くなる凸状部材部分にあわせる必要があり、封止材樹脂である有機高分子樹脂を要求される架橋密度まで架橋させるには長時間の加熱が必要であった。
【０００８】
また、屋根材一体型あるいは建材一体型太陽電池モジュールなどは平板状のモジュールを公知のラミネート装置で作製した後、ローラーフォーマーやベンダーやプレスなどによって折り曲げ加工しているが、従来のラミネート装置では折り曲げ部の封止材樹脂も一律に架橋されるため、加工後に曲げ部に応力が集中し樹脂の剥離が起こりやすかった。
【０００９】
本発明は、以上で述べた問題を解決すべく、耐候性及び生産性の高い太陽電池モジュールを作製することができるラミネート体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明のラミネート体の製造方法は、熱可塑性又は熱硬化性の封止材樹脂を含む被ラミネート体の温度制御を部分的に独立して行うことにより、該封止材樹脂に架橋密度勾配をつけ、該被ラミネート体を部分的にラミネートする工程と、前記ラミネート体の封止材樹脂の非架橋又は低架橋部分をラミネート後に折り曲げ加工する工程と、を有することを特徴とする。また、本発明のラミネート体の製造方法は、熱可塑性又は熱硬化性の封止材樹脂を含む被ラミネート体の温度制御を部分的に独立して行うことにより、該封止材樹脂に架橋密度勾配をつけ、該被ラミネート体を部分的にラミネートするラミネート体の製造方法であって、被ラミネート体が凸状部分を有する部材を含み、該凸状部分の昇温が他の部分の昇温よりも遅いことを特徴とする。また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、補強材上に太陽電池素子が熱可塑性又は熱硬化性の封止材樹脂により封止されており、該封止材樹脂は非架橋又は低架橋部分を有しており、該非架橋又は低架橋部分に対応する前記補強材をラミネート後に折り曲げ加工することを特徴とする。
【００１１】
（作用）
本発明では、熱可塑性又は熱硬化性の封止材樹脂を含む被ラミネート体の温度制御を部分的に独立して行うことにより、該封止材樹脂に架橋密度勾配をつけ、該被ラミネート体を部分的にラミネートする。そのため、大面積の太陽電池モジュールであっても、中央部から周辺部にかけて温度プロファイルを変えることで、封止材樹脂の溶融、脱ガス、架橋といった各過程を太陽電池モジュール積層体の中央部から徐々に行うことができ、気泡残りのない太陽電池モジュールを作製できる。
【００１２】
また、部分的にラミネートするようなモジュールの場合、必要な部分のみに熱を加えることができるため、効率のよい加熱ができる。
【００１３】
また、光起電力素子表面又は裏面に電極、ダイオードなどの凸状部材がある場合、凸状部分の昇温を他の部分よりも遅くすることで、封止材樹脂が溶融している時間を長くし、封止材樹脂を十分に含浸及び追従させることができる。このとき、他の平坦部分は昇温を速くすることができるので、最も耐候性が要求される光起電力素子上の封止材樹脂の架橋密度を高くすることができる。
【００１４】
さらに、封止材樹脂と表面部材あるいは裏面部材との間に高い接着力が要求される部分、例えばモジュール端部、端子取り出し部などは、局所的に架橋温度保持時間を長くしたり、架橋温度を高くすることで、架橋密度を上げ接着力を高くすることができる。
【００１５】
逆に封止材樹脂が架橋しない温度に制御することで、部分的に非架橋あるいは低架橋密度にすることもできる。したがって、ラミネート後に折り曲げ加工をするような太陽電池モジュールの場合、折り曲げ部の架橋密度を下げることによって、折り曲げに対して応力を緩和させることができる。この非架橋あるいは低架橋部分は、折り曲げ後に二次架橋すれば、耐候性、接着性についても問題がなく、加工の自由度が増す。さらに二つ以上のモジュールの非架橋部分同士の接着、あるいはモジュールと他の部材との接着のように目的に応じて改めて二次架橋させることができる。このような二次架橋の方法としては、加熱によるものだけではなく、電子線架橋、紫外線などの光架橋のように用途、作業性によって様々な方法を選ぶことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に太陽電池モジュールの概略構成図を示す。図１において、１０１は光起電力素子、１０２は光起電力素子表面側の透明な封止材樹脂、１０３は最表面に位置する透明な表面部材、１０４は裏面封止材樹脂、１０５は裏面部材である。外部からの光は、表面部材１０３から入射し、光起電力素子１０１に到達し、生じた起電力は出力端子（不図示）により外部に取り出される。
【００１７】
光起電力素子１０１としては、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など、従来公知な素子を目的に応じて種々選択して用いてよい。
【００１８】
表面封止材樹脂１０２は、光起電力素子の凹凸を樹脂で被覆し、素子を温度変化、湿度、衝撃などの過酷な外部環境から守り、且つ表面部材と素子との接着を確保するために必要である。したがって、耐候性、接着性、充填性、耐熱性、耐寒性、耐衝撃性が要求される。これらの要求を満たす樹脂としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、ポリビニルブチラール樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などの熱可塑性、又は熱硬化性樹脂が挙げられる。中でもＥＶＡは、太陽電池用としてバランスの取れた物性を有しており好んで用いられる。ただ、そのままでは熱変形温度が低いために容易に高温使用下で変形やクリープを呈するので、架橋して耐熱性を高めておくことが望ましい。
【００１９】
ＥＶＡの場合、有機過酸化物で架橋するのが一般的である。有機過酸化物による架橋は、有機過酸化物から発生する遊離ラジカルが樹脂中の水素やハロゲン原子を引き抜いて、Ｃ−Ｃ結合を形成することによって行われる。有機過酸化物に活性化方法には、熱分解、レドックス分解及びイオン分解が知られている。一般には熱分解法が好んで行われている。有機過酸化物の化学構造の具体例としては、ヒドロペルオキシド、ジアルキル（アリル）ペルオキシド、ジアシルペルオキシド、ペルオキシケタール、ペルオキシエステル、ペルオキシカルボネートおよびケトンペルオキシドなどが挙げられる。なお、有機過酸化物の添加量は封止材樹脂１００重量部に対して０．５乃至５重量部である。
【００２０】
上記有機過酸化物を封止材樹脂に添加し、真空下で加圧加熱しながら架橋及び熱圧着を行うことが可能である。加熱温度ならびに各々の有機過酸化物の熱分解温度特性で決定することができる。一般には熱分解が９０%、より好ましくは９５％以上進行する温度と時間をもって加熱加圧を終了する。封止材樹脂の架橋を確かめるにはゲル分率を測定すればよく高温化での封止材樹脂の変形を防ぐためにはゲル分率が７０ｗｔ％以上となるように架橋することが望ましい。
【００２１】
上記架橋反応を効率よく行うためには、架橋助剤と呼ばれるトリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）を用いることも可能である。一般には封止材樹脂１００重量部に対して１乃至５重量部の添加量である。
【００２２】
封止材樹脂及び封止材樹脂下層の耐候性を上げるために、紫外線吸収剤を併用することもできる。紫外線吸収剤をしては公知の化合物が用いられる。しかし、太陽電池モジュールの使用環境を考慮して低揮発性の紫外線吸収剤を用いることが好ましい。具体的には、サリチル酸系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系の各種有機化合物を挙げることができる。
【００２３】
紫外線吸収剤の他に光安定化剤も同時に添加すれば光に対してより安定な封止材となる。代表的な光安定化剤はヒンダードアミン系光安定化剤である。ヒンダードアミン系光安定化剤は紫外線吸収剤のようには紫外線を吸収しない。しかし、紫外線吸収剤と併用することによって、著しい相乗効果を示す。勿論、ヒンダードアミン系以外にも光安定化剤として機能するものはある。ただし、着色している場合が多く本発明の封止材樹脂には望ましくない。上記紫外線吸収剤及び光安定化剤の添加量は、封止材樹脂に対してそれぞれ０．１〜１．０ｗｔ％、０．０５〜１．０ｗｔ％が望ましい。
【００２４】
さらに、耐熱性・熱加工性改善のために酸化防止剤を添加することも可能である。酸化防止剤の化学構造としては、モノフェノール系、ビスフェノール系、高分子型フェノール系、硫黄系、りん酸系がある。酸化防止剤の添加量は封止材樹脂に対して０.０５〜１．０ｗｔ％であることが好ましい。より厳しい環境下で太陽電池モジュールの使用が想定される場合には、封止材樹脂と光起電力素子あるいは表面部材との接着力を向上することが好ましい。シランカップリング剤や有機チタネート化合物を封止材樹脂に添加することで、接着力を改善することが可能である。添加量は、封止材樹脂１００重量部に対して０．１乃至３重量部が好ましく、０．２５乃至１重量部がより好ましい。
【００２５】
本発明で用いられる表面部材１０３は、太陽電池モジュールの最表層に位置するため透明性、耐候性、耐汚染性、機械的強度をはじめとして、太陽電池モジュールの屋外曝露における長期信頼性を確保するための性能が必要である。本発明に好適に用いられる材料としては、白板強化ガラス、フッ素樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルムなどがある。白板強化ガラスは透明性が高く衝撃にも強くて割れがたいため、太陽電池モジュールの表面部材として広く用いられている。
【００２６】
しかし、最近ではモジュールに軽量性、フレキシブル性が求められる場合も多く、そのような場合には樹脂フィルムが表面部材として用いられる。中でもフッ素樹脂フィルムは、耐候性、耐汚染性に優れているため好んで用いられる。具体的にはポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂あるいは四フッ化エチレン−エチレン共重合体などがある。耐候性の観点ではポリフッ化ビニリデン樹脂が優れているが、耐候性および機械的強度の両立と透明性では四フッ化エチレン−エチレン共重合体が優れている。
【００２７】
表面部材として樹脂フィルムを用いる場合機械的強度の確保のため、フィルムの厚さはある程度厚くしなければならない。またコストの観点からあまり厚すぎるのにも問題がある。具体的には、２０乃至２００μmが好ましく、３０乃至１００μmがより好適である。
【００２８】
なお、封止材樹脂との接着性の改良のため、表面樹脂フィルムにはコロナ処理、プラズマ処理などの表面処理が行われていることが望ましい。
【００２９】
裏面封止材樹脂１０４は、光起電力素子１０１と裏面部材１０５との接着を図るためのものである。材料としては、導電性基板と十分な接着性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ、熱膨張、熱収縮に耐えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。好適に用いられる材料としては、ＥＶＡ、ポリビニルブチラールなどのホットメルト材、両面テープ、柔軟性を有するエポキシ接着剤が挙げられる。勿論表面封止材樹脂と同じ材料を用いることも可能であり、通常はそのような場合が多い。すなわち、上述した架橋ＥＶＡを裏面にも用いるのが一般的である。
【００３０】
裏面部材１０５は、光起電力素子１０１の導電性基板と外部との電気的絶縁を保つために必要である。材料としては、導電性基板と充分な電気絶縁性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ、熱膨張、熱収縮に耐えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。好適に用いられるフィルムとしては、ナイロン、ポリエチレンテレフタレートが挙げられる。
【００３１】
裏面部材の外側には、太陽電池モジュールの機械的強度を増すために、あるいは温度変化による歪み、反りを防止するために、補強板を貼り付けてもよい。この補強板は屋根材一体型もしくは建材一体型太陽電池モジュールの基材にもなりうる。材料としては、鋼板、プラスチック板、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）板が好ましい。
【００３２】
以上述べた光起電力素子、封止材樹脂、表面部材、裏面部材を用いて太陽電池モジュールとする方法を次に説明する。本発明のラミネート体の製造装置の加熱圧着方法は特に限定されるものでなく、公知の二重真空室方式、一重真空室方式など目的に応じて種々選択して用いてよい。
【００３３】
ここでは、一重真空室方式の一例について図３を用いて詳しく説明する。
（１） 太陽電池モジュール積層体をプレート３０１上に置き、シリコーンラバーシートを 重ねる。
（２） プレートの排気口３０４から排気してシリコーンラバーシートで積層体を圧着する。
（３） プレートを加熱して封止材樹脂を溶融させ、積層体を張り合わせる。
（４） プレートの温度はモジュールに応じて部分的に制御する。
（５） 冷却後、モジュールを取り出す。
以上の工程を経て、太陽電池モジュールを作製する。
【００３４】
上記のラミネート装置に備え付けられる加熱装置としては、熱風循環式オーブン、赤外線ランプ、面状ヒーターなどが挙げられる。これらの装置にシリコーンオイルや水（蒸気又は冷却水）などを媒体とする伝熱管を付随させて、加熱又は冷却制御してもよい。具体的には、熱風循環式のオーブン（図３の（ｂ））を用いる場合、金属プレート３０１上部または下部に熱風を送り出す多数の穴３０８を設け、流出量を制御することで温度制御を行う。赤外線ランプを用いる場合は、必要数のランプを適当な位置に配置し、個々のランプ出力を制御することで温度制御を行う。面状ヒーターを用いる場合には、金属プレート表面又は内部に適当なパターンに分割、配置して制御する。本発明においては、シリコーンラバーヒーター、ホットプレートなどの面状ヒーターの方が制御が容易な点で適している。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。なお、特許請求の範囲の補正にともない、以下の記載のうち、実施例１、実施例３、実施例４は、いずれも参考実施例となった。
【００３６】
(実施例１)
＜光起電力素子の作製＞
図２に示す構成のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）太陽電池（光起電力素子）を以下のようにして製作した。すなわち、洗浄したステンレス基板２０１上に、スパッタ法で裏面反射層２０２としてＡｌ層（膜厚５０００Å）とＺｎＯ層（膜厚５０００Å）を順次形成した。次いで、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4とＰＨ3とＨ2の混合ガスからｎ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ4とＨ2の混合ガスからｉ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ4と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１５０Å／ｉ層膜厚４０００Å／ｐ層膜厚１００Å／ｎ層膜厚１００Å／ｉ層膜厚８００Å／ｐ層膜厚１００Åの層構成のタンデム型ａ−Ｓｉ光電変換半導体層２０３を形成した。次に、透明導電層２０４として、Ｉｎ2Ｏ3薄膜（膜厚７００Å）を、Ｏ2雰囲気下でＩｎを抵抗加熱法で蒸着することによって形成した。この後、光起電力素子の欠陥除去処理を行った。すなわち、電導度が５０乃至７０ｍＳとなるように調整した塩化アルミニウムの水溶液中に、光起電力素子と、素子の透明導電層と対向するように電極板を浸漬し、素子をアースとして電極板に３．５ボルトの正電位を２秒間印加することによりシャントしている部分の透明導電層を選択的に分解した。この処理により、光起電力素子のシャント抵抗は処理前１ｋΩ・ｃｍ2乃至１０ｋΩ・ｃｍ2であったのに対し、処理後５０ｋΩ・ｃｍ2乃至２００ｋΩ・ｃｍ2に改善された。
【００３７】
最後に、集電用のグリッド電極２０５を設ける。スクリーン印刷により形成された幅２００ミクロンの銅ペーストのライン上に沿って直径１００ミクロンの銅線を布線し、その上にクリーム半田をのせた後、半田を溶融させることにより銅線を銅ペースト上に固定し集電電極とした。マイナス側端子として銅タブをステンレス基板にステンレス半田を用いて取り付け、プラス側端子としては錫箔のテープを半田にて集電電極に取り付け出力端子２０６とし、光起電力素子を得た。
【００３８】
＜モジュール化＞
モジュールサイズは１２００ｍｍ×５０００ｍｍとし、以下の部材を用いて太陽電池モジュールを作製した。
【００３９】
裏面部材(０．４ｍｍ厚のポリエステル塗装のガルバリウム鋼板)上に裏面封止材樹脂（２３０μｍ厚ＥＶＡ／１００μm厚ＰＥＴ／２３０μm厚ＥＶＡの一体積層フィルム）、光起電力素子（アモルファスシリコン半導体）、表面封止材樹脂（４６０μｍ厚ＥＶＡ）、表面保護強化材（ガラス繊維不織布、秤量４０g/ｍ2：１０μｍ径１３mm長のガラス繊維をアクリルバインダーで不織布にしたもの）、表面部材（５０μｍ厚エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（以下ＥＴＦＥ））をこの順に積層し、太陽電池モジュール積層体とした。ここで用いたＥＶＡはＥＶＡ樹脂（酢酸ビニル含有量３３％）１００重量部に対して架橋剤として２、５−ジメチル-２、５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン１．５重量部、シランカップリング剤としてγ−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン１．０重量部、紫外線吸収剤として２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノン０．３重量部、光安定化剤としてビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート０．１重量部、酸化防止剤としてトリス（モノ−ノニルフェニル）フォスファイト０．２重量部を配合したものである。またＥＴＦＥはＥＶＡとの接着と高めるため、接着面側をプラズマ放電処理した。
【００４０】
上記の太陽電池モジュール積層体を図３の（ａ）ような一重真空室方式のラミネート装置の金属プレート上に載置した。
【００４１】
加熱に用いるヒーターには、図５のように4分割されたシリコーンラバーヒーターを用い、各部分が独立に制御できるようにした。そのうち太陽電池モジュール積層体の中央部に相当する５０３、５０４は図7（ａ）の温度プロファイル▲１▼で、周辺部に相当する５０１、５０２は図7（ａ）の温度プロファイル▲２▼で加熱してラミネートした（６０１）。作製した太陽電池モジュールについて後述する項目について評価を行った。
【００４２】
(実施例２)
モジュールサイズを６００ｍｍ×３０００ｍｍとし、加熱ヒーターの太陽電池モジュール積層体の中央部に相当する５０３、５０４は図7（ａ）の温度プロファイル▲１▼で、周辺部(後で折り曲げ加工する部分)に相当する５０１、５０２は図7（ａ）の温度プロファイル▲３▼で加熱してラミネートした（６０２）。その後、図８のような折り曲げ加工をした後、折り曲げ部分のみに電子線照射装置で５Ｍｒａｄの電子線を照射して二次架橋を行った。上記以外は、実施例１と同様な処方でモジュールを作製し、評価を行った。
【００４３】
（実施例３）
モジュールサイズを１０００ｍｍ×１２００ｍｍとし、図４の裏面部材４０３に対して部分的に４０２のように表面部材、表面封止材樹脂、光起電力素子、裏面封止材樹脂を積層して太陽電池モジュール４０１を構成する。この積層体を図３に示すラミネート装置に２つ載置し、加熱ヒーターは積層体のある部分に相当する５０２、５０４のみを図7（ａ）の温度プロファイル▲１▼で加熱してラミネートした（６０３）。上記以外は、実施例１と同様な処方でモジュールを作製し、評価を行った。
【００４４】
（実施例４）
シリコーンラバーヒーターの代わりに熱風循環式のオーブン(図３（ｂ）)を用い、オーブン壁にある吹出口から出てくる熱風の量を制御することによって、太陽電池モジュール積層体の中央部に相当する部分は図7（ｂ）の温度プロファイル▲１▼’で、周辺部に相当する部分は図７（ｂ）の温度プロファイル▲２▼’で加熱してラミネートした。上記以外は、実施例１と同様な処方でモジュールを作製し、評価を行った。
【００４５】
（比較例１）
加熱ヒーターを分割して温度制御系統を二系統にする代わりに、温度制御系統を一系統にして、図7（ａ）の温度プロファイル▲１▼で加熱した以外は、実施例１と同様な処方でラモジュールを作製し、評価を行った。
【００４６】
（比較例２）
加熱ヒーターを分割して温度制御系統を二系統にし、電子線による二次架橋をする代わりに、温度制御系統を一系統にして、図7（ａ）の温度プロファイル▲１▼で加熱した後、図8のような折り曲げ加工をした以外は、実施例１と同様な処方でモジュールを作製し、評価を行った。
【００４７】
（比較例３）
図7（ａ）の温度プロファイル▲２▼で加熱した後、折り曲げ加工をした以外は、比較例２と同様な処方でモジュールを作製し、評価を行った
＜評価結果>
以上で述べた実施例及び比較例で作製した太陽電池モジュールについて、下記の項目の評価を行った。
（１） 初期外観
ラミネート直後に太陽電池モジュールの外観を評価した。
○：外観上全く問題のなかったもの。
×：気泡が残っているもの。
（２） 接着性
封止材樹脂（ＥＶＡ）と裏面部材との初期接着力を評価した。
○：接着力が８ｋｇｆ／２５ｍｍ以上のもの。
△：接着力が４ｋｇｆ／２５ｍｍ以上８ｋｇｆ／２５ｍｍ未満のもの。
（３） 温度サイクル
−４０℃／1時間、９０℃／1時間の温度サイクル試験を５０サイクル行い、試験後の太陽電池モジュールの外観上の変化を観察した。
○：外観上全く変化のなかったもの。
×：封止材樹脂にしわが発生したもの。
（４） 温湿度サイクル
−４０℃／1時間、８５℃／８５％ＲＨ／４時間の温度サイクル試験を５０サイクル行い、試験後の太陽電池モジュールの外観上の変化を観察した。
○：外観上全く変化のなかったもの。
×：封止材樹脂が剥離したもの。
【００４８】
結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
実施例１のように大面積の太陽電池モジュールでも部分的に温度プロファイルの違う制御をすることによって、全く問題のない太陽電池モジュールを作製することができた。
【００５１】
実施例２で作製したモジュールにおいても、温湿度サイクル試験後も剥離などは発生しなかった。これは、折り曲げ時に曲げ部の封止材樹脂を非架橋又は低架橋にすることによって応力が緩和されたことによる。
【００５２】
実施例3のように部分的にラミネートする場合においても、必要な部分のみの加熱で充分ラミネートすることができ、エネルギーロスを少なくできた。
【００５３】
実施例４のように加熱装置が熱風循環式のオーブンであっても適当な温度制御をすることによって、全く問題もない大面積の太陽電池モジュールを作製することができた。
【００５４】
それに対して比較例１では、モジュールサイズが大きすぎるため、ラミネート中にモジュール中央部で発生したガスが十分脱気できず、多くの気泡が発生した。そのため封止材樹脂と裏面部材との間の初期接着力も弱く、温度サイクル、温湿度サイクル後においても、封止材樹脂の剥離がみられた。
【００５５】
比較例２、３においても、モジュールに小さな気泡が残り、温湿度サイクル試験後では折り曲げ部において剥離が発生した。これは封止材樹脂が架橋された後に折り曲げられたことによって、折り曲げ部の応力が残存していたことに起因する。
【００５６】
【発明の効果】
本発明のラミネート体の製造方法によれば熱可塑性又は熱硬化性の封止材樹脂を含む被ラミネート体の温度制御を部分的に独立して行うことにより、該封止材樹脂に架橋密度勾配をつけ、該被ラミネート体を部分的にラミネートするため、大面積のラミネート体のように従来の加熱装置ではできなかったラミネート体も作製することができる。また、温度制御することにより、効率よく部分的にラミネートすることができる。また、ラミネート体の封止材樹脂の架橋密度を任意に可変することもでき、ラミネート後の折り曲げ加工の自由度が増す。また、光起電力素子表面又は裏面に電極、ダイオードなどの凸状部材がある場合、凸状部分の昇温を他の部分よりも遅くすることで、封止材樹脂が溶融している時間を長くし、封止材樹脂を十分に含浸及び追従させることができる。さらに、折り曲げ後に非架橋あるいは低架橋部分を二次架橋することによってラミネート体同士あるいはラミネート体と別の部材の接着することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽電池モジュールの概略断面図である。
【図２】光起電力素子の基本構成を示す概略断面図（（ａ））及び受光面側上面図（（ｂ））の一例である。
【図３】一重真空室方式のラミネート装置の概略断面図（加熱装置がシリコーンラバーヒーターの場合（ａ）、熱風循環式オーブンの場合（ｂ））の一例である。
【図４】裏面部材上に部分的にラミネートされた太陽電池モジュールの一例である。
【図５】加熱制御系統の分割例の一例である。
【図６】本発明の加熱制御方法の一例である。
【図７】本発明で用いた温度プロファイルの一例（加熱装置がシリコーンラバーヒーターの場合（ａ）、熱風循環式オーブンの場合（ｂ））である。
【図８】本発明の太陽電池モジュールの折り曲げ加工の一例である。
【符号の説明】
１０１、８０２ 光起電力素子
１０２ 表面封止材樹脂
１０３ 表面部材
１０４ 裏面封止材樹脂
１０５ 裏面部材
１０６、２０５ 集電電極
１０７ ガラス繊維不織布
２０１ 導電性基板
２０２ 裏面反射層
２０３ 半導体光活性層
２０４ 透明導電層
２０６ 端子
２０７ 導電性ペースト
２０８ 半田
３０１ プレート
３０２ シリコーンラバー
３０３ ヒーター
３０４ 排気口
３０５ Ｏ−リング
３０６ 太陽電池モジュール積層体
３０７ オーブン壁面
３０８ 熱風吹出口
４０１ 太陽電池モジュール
４０２ ラミネート部分
５０１、５０２、５０３、５０４ 分割された加熱ヒーター
６０１ 実施例１で用いた温度制御例
６０２ 実施例２で用いた温度制御例
６０３ 実施例３で用いた温度制御例
８０１ 折り曲げ加工部
Claims (7)
- 熱可塑性又は熱硬化性の封止材樹脂を含む被ラミネート体の温度制御を部分的に独立して行うことにより、該封止材樹脂に架橋密度勾配をつけ、該被ラミネート体を部分的にラミネートする工程と、前記ラミネート体の封止材樹脂の非架橋又は低架橋部分をラミネート後に折り曲げ加工する工程と、を有することを特徴とするラミネート体の製造方法。
- 前記ラミネート体の封止材樹脂の非架橋又は低架橋部分を折り曲げ加工後に二次架橋させることを特徴とする請求項１記載のラミネート体の製造方法。
- 被ラミネート体の中央部の昇温が、周辺部の昇温よりも早いことを特徴とする請求項１記載のラミネート体の製造方法。
- 熱可塑性又は熱硬化性の封止材樹脂を含む被ラミネート体の温度制御を部分的に独立して行うことにより、該封止材樹脂に架橋密度勾配をつけ、該被ラミネート体を部分的にラミネートするラミネート体の製造方法であって、被ラミネート体が凸状部分を有する部材を含み、該凸状部分の昇温が他の部分の昇温よりも遅いことを特徴とする請求項１記載のラミネート体の製造方法。
- 前記ラミネート体が太陽電池モジュールであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のラミネート体の製造方法。
- 補強材上に太陽電池素子が熱可塑性又は熱硬化性の封止材樹脂により封止されており、該封止材樹脂は非架橋又は低架橋部分を有しており、該非架橋又は低架橋部分に対応する前記補強材をラミネート後に折り曲げ加工することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記封止材樹脂の非架橋又は低架橋部分を折り曲げ加工後に二次架橋させることを特徴とする請求項６記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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