JP4136172B2 - 太陽電池モジュールの製造方法および製造装置 - Google Patents

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の製造に関し、特に詳しくは低コストで、意匠性が高く、かつ信頼性に優れた波型タイプの屋根材一体型太陽電池モジュールの製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境問題が深刻化するなかで、太陽光エネルギーは火力発電、原子力発電などの有害な副産物を生成しないクリーンエネルギーとして近年、非常に注目されるようになった。また限りある地球上の資源に対し、枯渇することのない無限エネルギーとしても太陽光エネルギーの有効活用が望まれている。
また一方で既存の１元型エネルギーシステムでは震災等の災害がおきた場合、エネルギー供給が断絶したり、またその復旧に非常に時間がかかったりといった問題がある。太陽光エネルギーは晴れている地域であればエネルギーとしていつでも利用できることから、分散型の独立エネルギー源としての利用価値が高い。これらのニーズから住宅向けの太陽電池モジュールの開発が促進され、現在は太陽光発電システムの建設や運用にあたっての制度も整ってきた。
【０００３】
しかしながら太陽電池の実用化はなかなか進まないのが現状であり、その原因はコストが高いためである。この問題を解決できる手段の一つとして、屋根材一体型太陽電池モジュールの開発が行なわれている。屋根材一体型太陽電池モジュールとは屋根材の受光表面に光起電力素子が形成されたものである。
【０００４】
例えば特開平０７−３０２９２４号公報で提案されている屋根材一体型太陽電池モジュールは非常に低コストで提供できる。その理由は通常の屋根との互換性に優れていることで、屋根工事も従来と同じ方法で行なえ、また施工に必要な吊り子等の備品もそのまま用いることができるからである。さらにはその製造方法においても、平板状の太陽電池モジュールを従来のローラーフォーマー成形機等で加工することができ、新しい設備投資も必要ない。
【０００５】
前記特開平０７−３０２９２４号公報に記載されている屋根材一体型太陽電池モジュールは横葺きタイプのデザインである。光起電力素子が屋根材の形状の平坦部に配列されているのは、光起電力素子にはなるべく、加工等の際のストレスをかけないように配慮されているからである。また、ローラーフォーマー成形機で棟部側と軒先部側の係合部を作ることで横葺きタイプの形状を作っているが、この時のローラーフォーマー加工は光起電力素子の部分にはなるべく圧力がかからないように行なわれている。
【０００６】
屋根材のデザインの中には横葺きタイプの他にも、波型タイプ、瓦棒タイプ、フラットタイプ等がある。特開平８−２２２７５２号公報、特開平８−２２２７５３号公報および特公平６−５７６９号公報では波型タイプの太陽電池モジュールが記載されている。いずれも光利用効率をよくするために波状に光起電力素子を配置しており、その製造は光起電力素子を波板状の鋼板等に接着剤等で貼り付けることにより行なわれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光起電力素子と波板とを別々に作成し、後で貼り合わせることにより作成される屋根材一体型太陽電池モジュールはその生産工程が多く、貼り合わせ時間などの生産時間もかかるため、低コスト化を達成するのが困難であった。
【０００８】
そこで、低コスト化を図るために平板状の太陽電池モジュールを従来からの屋根材の加工形成機でもって、光起電力素子部分も加工することにより波型タイプの屋根材一体型太陽電池モジュールを作成する方法も考案されているが、この方法では以下のような問題があった。
【０００９】
図１２は光起電力素子群の一例を示す上面図である。
まず最初に図１２に示すような、光起電力素子群１０１を作成する。光起電力素子群とは複数の光起電力素子２０１を接続部材２０７で直列に接続し、１対の正極、負極のリード配線部材２１１、２１２を設けたものである。また各光起電力素子２０１にはバイパスダイオード２１５が設けられている。
【００１０】
図１３は図１２の光起電力素子を用いた加工前の太陽電池モジュールの一例を示す上面図と断面図である。
図１３に示される太陽電池モジュールは、平板状の補強材１０２上に光起電力素子群１０１を形成することにより作成されるのであるが、具体的には補強材１０２上に被覆材１３０３と光起電力素子群１０１を積層して、真空脱泡しながら加熱することで被覆材１３０３を溶かし、その後冷却することで得られる。
【００１１】
図１４は図１３の加工前太陽電池モジュールに係合部を形成した太陽電池モジュールの一例を示す上面図と断面図である。
太陽電池モジュールが屋根材として使えるように、補強材の一部に係合部５０５を形成されている。係合部とは屋根材を葺いていく時に、互いを接合し固定するために必要なものであり、雨が進入しないような雨仕舞い機能も備わる。係合部５０５の形成はローラーフォーマー機で行なわれ、太陽電池モジュールの長辺側の端部をコの字に加工する。
【００１２】
図１５は図１４の係合部が形成された太陽電池モジュールをさらに波型に成形した太陽電池モジュールの一例を示す斜視図と断面図である。
波型に加工することで図１５に示される波型の屋根材一体型太陽電池モジュールを得ることができる。波型にすることで屋根材としての意匠性が高まる。波付け加工は波型の金型でプレスすることで行なう。先に係合部５０５を形成した後に波付け加工をするのは、その前に行なわれるローラーフォーマー加工では平面状のものしか成形できないこともあるが、係合部を波付け加工することで太陽電池モジュール全体の波型の形状を維持することができるためである。
【００１３】
しかしながら、このような波型タイプの屋根材一体型太陽電池モジュールの製造過程において、光起電力素子に設けられているバイパスダイオードが太陽電池モジュールの加工工程で破壊されてしまう、という問題が発生した。本発明者等の研究によるとその理由は以下の通りである。
【００１４】
図１６は図１２に示される光起電力素子に設けられたバイパスダイオード２１５を表わす上面図と断面図である。図１６に示すようにフラット型ダイオードチップ１６０１に銅箔１６０２、１６０３を高融点半田１６０４によりアセンブリした構成になっている。ダイオードはＰＮ極を有し、Ｐ側銅箔１６０２とＮ側銅箔１６０３がある。
【００１５】
図１７は図１６に示されるバイパスダイオード２１５の光起電力素子２０１への取付け状態を表わす上面図と断面図である。図１７に示すように光起電力素子２０１の裏面側には、絶縁テープ１７０２を用いて、バイパスダイオード２１５が取り付けられている。光起電力素子２０１の受光面側の正極タブ２０４と裏面側の負極タブ２０５に半田付け１７０６がなされている。
【００１６】
バイパスダイオード２１５は、太陽電池モジュールアレイの一部が影になって、発電しない光起電力素子ができた時、電気をバイパスさせるために取り付けられている。バイパスダイオードのＰ側と光起電力素子の負極タブ２０５、Ｎ側と光起電力素子の正極タブ２０４を接続することでバイパス回路が形成される。バイパスダイオード２１５がないと、光起電力素子２０１に影がおちた場合に、太陽電池アレイの電圧がその光起電力素子２０１に逆方向に印加されることにより壊れてしまう場合がある。
【００１７】
図１８は太陽電池モジュールを図１５のような波型にプレス加工する従来の様子を表わした側面図と断面図である。
プレス加工は波型の金型の上型７０１と下型７０２で上下から太陽電池モジュール７０３を挟み込む形で行なわれる。プレス加工時は光起電力素子群１０１に圧力がかかる。受光面側は補強材側と違って、光起電力素子群１０１の凹凸があり、圧力は凸部分に集中する。バイパスダイオード部７０４は膨らんでおり、受光面側から圧力を受けるとバイパスダイオード部７０４に圧力が集中する。特に結晶系のダイオードチップは固くてもろいため、圧力がかかると容易に破壊してしまう。
【００１８】
本発明は、上述の従来例における問題点を解消することを課題とする。すなわち、本発明は生産性が高く低コストで、かつ信頼性の高い太陽電池モジュールの製造方法および製造装置を提供することを課題とする。
【００１９】
上記の課題を達成するため、本発明に係る第１の製造方法は、光起電力素子と、該光起電力素子に設けられたバイパスダイオードとを有する太陽電池モジュールに、加圧手段を接触させて圧力を加え、太陽電池モジュールを変形加工する方法において、前記加圧手段の、前記太陽電池モジュールの前記バイパスダイオードが配置された部分に対向する箇所に、前記バイパスダイオードにかかる圧力を抑える切り欠きを設けたことを特徴とする。また、本発明に係る第１の製造装置は、光起電力素子と、該光起電力素子に設けられたバイパスダイオードとを有する太陽電池モジュールに、加圧手段を接触させて圧力を加え、太陽電池モジュールを変形加工する装置において、前記加圧手段の、前記太陽電池モジュールの前記バイパスダイオードが配置された部分に対向する箇所に、前記バイパスダイオードにかかる圧力を抑える切り欠きを設けたことを特徴とする。そうすることにより、光起電力素子のバイパスダイオードには前記の加工工程で全く圧力がかからないようにできることから、バイパスダイオードの破壊を防止できる。切り欠きはダイオードの位置さえ決まれば、プレス金型を削る等で容易に設けることができる。
【００２０】
前記バイパスダイオードは、例えば、非封止結晶チップダイオードを用いることができる。太陽電池モジュールは被覆材を少なくして低コスト化を図っている。そのためには光起電力素子群の凹凸はなるべく小さくしなければならない。バイパスダイオードとして、安価な一般的な樹脂封止型のモールドタイプを使用すると凹凸が大きくなり、光起電力素群を封止する際により多くの被覆材が必要となるので、かえってコスト高になる場合がある。そこで、非封止結晶チップダイオードを用いることで、光起電力素子群の凹凸が小さくなり、被覆材の量を減らすことができるためコストダウンを行なえる。バイパスダイオードは光起電力素子と一緒に樹脂で封止することで、外部から保護されている。またプレス時には光起電力素子群の凸部ヘプレス圧力が集中する。ダイオード部は凸部であるが、非封止結晶チップダイオードを用いることにより、その凸部を小さくすることができ、その圧力集中を低減できる。
【００２２】
前記加圧手段の切り欠きの角にはＲを設けることが好ましい。切り欠きの角にＲを設けることにより、切り欠きの角による太陽電池モジュールの損傷を防止できる。Ｒとは曲面をいい、切り欠きの角にＲを設けるとは、切り欠きの角に曲面を形成することをいう。
【００２３】
前記加圧手段の切り欠きの角に緩衝材を設けることが好ましい。切り欠きの角に緩衝材を設けることにより、切り欠きの角による太陽電池モジュールの損傷を防止できる。
【００２４】
上記の課題を達成するため、本発明に係る第２の製造方法は、光起電力素子と、該光起電力素子に設けられたバイパスダイオードとを有する太陽電池モジュールに、加圧手段を接触させて圧力を加え、太陽電池モジュールを変形加工する方法において、前記加圧手段の、前記太陽電池モジュールの前記バイパスダイオードが配置された部分に対向する箇所に、前記バイパスダイオードにかかる圧力を抑える緩衝材を設けたことを特徴とする。また、本発明に係る第２の製造装置は、光起電力素子と、該光起電力素子に設けられたバイパスダイオードとを有する太陽電池モジュールに、加圧手段を接触させて圧力を加え、太陽電池モジュールを変形加工する装置において、前記加圧手段の、前記太陽電池モジュールの前記バイパスダイオードが配置された部分に対向する箇所に、前記バイパスダイオードにかかる圧力を抑える緩衝材を設けたことを特徴とする。そうすることにより、光起電力素子のバイパスダイオードが前記の加工工程で受ける圧力を小さくできることから、バイパスダイオードの破壊を防止できる。緩衝材はダイオードの位置が決まってなくても緩衝材の取付け位置を容易に変えて対応できるという効果がある。
【００２５】
【作用】
上記手段により得られた作用について以下に説明する。太陽電池モジュールの加工工程において、光起電力素子に設けられているバイパスダイオードにかかる圧力を抑える圧力低減手段（切り欠きまたは緩衝材）を用いることで、前記バイパスダイオードが受ける圧力を小さくできる。これによりバイパスダイオードが加工工程において受ける圧力による破壊発生率を大幅に低減でき、もって加工工程における歩留まり向上による低コスト化、また信頼性の向上が図れる。
【００２６】
また、前記バイパスダイオードとして、非封止結晶チップダイオードを用いることにより、その凸部を小さくすることができる。
これにより太陽電池モジュールの加工工程で、光起電力素子群の凸部に集中的にかかる圧力のうち、バイパスダイオードにかかる圧力を小さくすることができるため、バイパスダイオードの破壊発生率を大幅に低減できる。これにより加工工程の歩留まり向上による低コスト化、また信頼性の向上が図れる。
また光起電力素子群の凸凹を小さくできることから、充填材の減量ができ、一層のコストダウンが図れる。
【００２７】
前記圧力低減手段を切り欠きにすることで、前記バイパスダイオードにはほとんど圧力がかからないようにできる。
これにより太陽電池モジュールの加工工程でバイパスダイオードが破壊することを防ぐことができる。これにより加工工程の歩留まり向上による低コスト化、また信頼性の向上が図れる。
また切り欠きはダイオードの位置さえ決まれば、プレス金型を削る等で容易に設けることができるメリットがあり、またバイパスダイオードにかかる圧力が皆無であるため、一層の信頼性向上が図れる。
しかしながらバイパスダイオード部をさけるようにプレス金型等を切り欠いており、その切り欠きの角はバイパスダイオードの周辺の太陽電池モジュールを加圧する。そうすると加圧する時に切り欠きの角に圧力が集中し、太陽電池モジュール表面材に傷をつける場合もある。
【００２８】
したがって、より好ましくは前記切り欠きはその角にＲを有することにより、切り欠きの角による太陽電池モジュールの損傷を防止できる。
これにより太陽電池モジュールの加工工程における歩留まりをさらに向上させることができ、一層のコストダウンが図れる。
【００２９】
また、より好ましくは前記切り欠きは角に緩衝材を有することにより、切り欠きの角による太陽電池モジュールの損傷を防止できる。
これにより太陽電池モジュールの加工工程における歩留まりをさらに向上させることができ、一層のコストダウンが図れる。
【００３０】
また、前記圧力低減手段が緩衝材であることで、前記バイパスダイオードにかかる圧力は分散されて低減される。
これによりバイパスダイオードが加工工程において受ける圧力により起る、破壊の発生率を大幅に低減できる。これにより加工工程の歩留まり向上による低コスト化、また信頼性の向上が図れる。
さらに緩衝材はダイオードの位置が決まってなくても緩衝材の取付け位置を容易に変えて対応できるため、ダイオード位置が変更になった場合、製造装置等の調整が容易に行なえ、より柔軟な製造方法が提供できることから、生産性が高いといったメリットを有する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の太陽電池モジュールの実施の一形態について図を用いて説明する。なお、本発明はこの実施の形態に限られるものではない。
図１は本発明の実施の一形態に係る波型タイプの屋根材一体型太陽電池モジュールの一例を示す斜視図と断面図である。波型については特に限定されず、凸部と凹部と平坦部を自由に組み合わせて得られるものである。また凸部と凹部の曲率半径も限定されないが、意匠性を高めるためには少なくとも一つは、曲率半径が５００ｍｍ以下であることが好ましい。また様々な曲率半径が混合していてもよいし、平坦部はなくても構わない。
【００３２】
構造は光起電力素子群１０１が補強材１０２上に裏面被覆フィルム１０４と表面被覆フィルム１０３で絶縁をとって形成されており、各材料の間は充填材１０５で接着されている。
【００３３】
光起電力素子群１０１で発生した電気はケーブル１０６等で太陽電池モジュール外部へ取り出されている。ケーブル１０６を取り付ける部分には絶縁保護、防水のために端子箱１０７が設けられる。
【００３４】
製造方法としては特に限定されることはなく、平板の太陽電池モジュールをロールフォーマー機、プレス機またはべンダー機等の従来から使用されている加工成形機を用いて係合部の形成、波型の凸部および凹部の形成を行なう。以下に各構成材料、製造工程について述べる。
【００３５】
（屋根材一体型太陽電池モジュール）
屋根材一体型太陽電池モジュールとは屋根の外観部である屋根材の受光面側に光起電力素子を形成したものであり、既設屋根の上に架台を介さずに設置することができる太陽電池モジュールを示す。当然ながら屋根材一体型太陽電池モジュールのデザインが屋根のデザインとなるものである。
【００３６】
（光起電力素子）
光起電力素子としては特に限定されず、例えば単結晶シリコン光起電力素子、非単結晶光起電力素子、具体的には多結晶シリコン光起電力素子、アモルファスシリコン光起電力素子、銅インジウムセレナイド光起電力素子、化合物半導体光起電力素子が挙げられるが、好ましくは、可撓性を有するステンレス基板上に形成されたアモルファスシリコン光起電力素子である。
【００３７】
（直列部材）
直列部材は各光起電力素子どうしを電気接続するためのもので、導電性の材料であれば特に限定されない。例えば銅、銀、アルミニウム、ニッケル、錫、錫メッキ銅箔等が挙げられるが好ましくは、可撓性を有する銅である。
【００３８】
（バイパスダイオード）
バイパスダイオードは一部分が影になった光起電力素子をバイパスするための電流のバイパス回路であり、各光起電力素子に設けられている。ダイオードの種類、性能、大きさ、形状は光起電力素子の大きさや、使用する電流、接続形態などにより様々であるが、特に限定されるものではない。太陽電池モジュールの薄板性を考慮すると、できるだけ小さな形状で、厚みが薄いものが好ましい。具体的にはチップダイオードやフラットダイオードである。
【００３９】
（リード配線部材）
リード配線部材は光起電力素子から太陽電池モジュールの外部へ電気を取り出すための配線であり、太陽電池モジュールの端子位置まで配線される。配線部材としては導電性であれば特に限定されないが、例えば銅、銀、アルミニウム、錫、錫メッキ銅等の可撓性を有する材料が好ましい。
【００４０】
（光起電力素子群）
光起電力素子群はバイパスダイオードが設けられた複数の光起電力素子を直列部材で互いに電気的に接続したものであり、また太陽電池モジュールの外部へ電気を取り出すための端子位置までリード配線部材を設けたものである。光起電力素子の直列数、並列数は必要に応じて組まれる。
【００４１】
（表面被覆フィルム）
表面被覆フィルムは太陽電池モジュールの表面を保護し絶縁性を確保する必要があり、絶縁性、透光性、耐候性、汚れが付着しにくいことが要求される。材料としてはポリエチレンテトラフルオエチレン、ポリ３フッ化エチレン、ポリフッ化ビニル等のフッ素樹脂フィルムがある。通常はフッ素樹脂フィルムは接着性が乏しいため、接着面にはコロナ処理やプライマー処理を施している。
【００４２】
（裏面被覆フィルム）
裏面被覆フィルムは上記光起電力素子と上記補強材との絶縁性を確保する必要があり、絶縁性を要求される。材料としてはナイロン、ポリエチレンテレフタレート等がある。また上記裏面被覆フィルムは補強材上にコートされた一体型でも構わない。
【００４３】
（補強材）
補強材は太陽電池モジュールの強度を維持し、耐候性、耐荷重性、加工性が要求される。従来からの金属屋根と同様に強度のある鋼板類と耐食性に優れた非鉄類が使用できる。鋼板には表面処理、塗覆した鋼板や他の元素を配合した合金、または特殊鋼の他、断熱材等を張り合せた複合鋼板があり、一般的には、溶融亜鉛メッキ鋼板、ガルファン鋼板、ガルバリウム鋼板、溶融アルミニウムメッキ鋼板、銅メッキ鋼板、塩化ビニル被覆鋼板、フッ素樹脂鋼板、ステンレス鋼板、制振鋼板、断熱亜鉛鉄板、耐候性鋼板、前記塗装鋼板が用いられ、非鉄類としては、銅板、アルミニウム合金板、亜鉛合金板、鉛板、チタニウム板および塗装カラー板が使用される。
なお、本実施の形態においては金属を補強板として用いているが、本発明は、これに限るものではなく、従来から屋根に広く使用されているセラミックやプラスチックへの応用もいうまでもなく可能である。
【００４４】
（充填材）
充填材は上記各材料を接着する役割があり、接着性、柔軟性、光透性、耐候性を要求される。材料としてはＥＶＡ（酢酸ビニルエチレン共重合体）、ブチラール樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂を使用する。また、充填材には太陽電池モジュールの耐スクラッチ性を上げるためガラス繊維を含浸したり、前記半導体層を劣化させる紫外線を吸収する紫外線吸収剤が含有されている場合が多い。
【００４５】
（ケーブル線）
ケーブル線は光起電力素子から電気を取り出し、太陽電池モジュールどうしや外部の配線に接続するためのものであり、端子位置まで配線されたリード配線部材に半田付けされてなる。ケーブルとコネクターから構成されているものが接続を容易に行なうことができるので好ましい。ケーブルは軟質銅等の導体である芯線を絶縁被覆し、さらに外部から保護するため保護被覆されている。絶縁被覆材としては塩化ビニル、クロロプレン、架橋ポリエチレン、天然ゴム、エチレンプロピレン、シリコン樹脂、フッ素樹脂、無機絶縁材等が用いられる。保護被覆材としては塩化ビニル、クロロプレン、ポリエチレン、ポリウレタン、シリコン樹脂、フッ素樹脂、金属等が用いられる。コネクターは正極、負極の２種類あり、それぞれが互いに接続できるようになっており、このハウジング部にはポリエチレン、ポリカーボネート、ポリプチレンテレフタレート等が使用される。
【００４６】
（端子箱）
端子箱とは太陽電池素子のリード配線部材から、取り出したケーブル線を機械的外力から保護すると同時に、水や埃等の異物からケーブル線と太陽電池素子の接合部を保護する役目を有している。そのため、耐熱性、耐水性、電気絶縁性、老化性に優れたものが要求される。また、好ましくは充填材との接着性が良い材質が良い。
上記の要素を考慮にいれると端子部材としてはプラスチックが好ましく難燃性などを考えると、難燃性プラスチックやセラミックスなどが好ましい。
例えば、プラスチックとしては、ノリル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、変性ＰＰＯ、ポリエステル、ポリアクリレート、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの強度、耐衝撃性、耐熱性、硬度、老化性に優れたエンジニアリング・プラスチック等がある。また、ＡＢＳ樹脂、ＰＰ、ＰＶＣなどの熱可塑性プラスチックも使うことができる。
【００４７】
（係合部の形成）
屋根材としての機能を持たせるために、係合部を形成するが、特に限定される方法はなくロールフォーマー機、ベンダー機、プレス機等を用いて行なわれる。係合部の形状にもよるが、好ましくは工程時間がかからないプレス機やローラーフォーマー機を用いるのが好ましい。
【００４８】
（波型の凸部、凹部の形成）
波型のデザインにするために凸部、凹部を形成するが、特にその形や製造方法に限定はなくローラーフォーマー機、べンダー機、プレス機等を用いて行なわれる。好ましくは工程時間がかからないプレス機を用いるのが好ましい。
また波型は様々な曲率半径を持った曲面と平面から構成されており、曲面において凸部と凹部の曲率半径も限定されないが、意匠性を高めるためには少なくとも一つは、曲率半径が５００ｍｍ以下であることが好ましい。その曲率半径の中心が、曲線より受光面側に位置する時は凹部、曲線より補強材側に位置する時は凸部としている。
【００４９】
（緩衝材）
圧力を分散するものであれば、特に限定されず例えばゴム、ウレタン、発泡体、織布、高分子樹脂などが用いられる。
【００５０】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
本実施例は波型タイプの屋根一体型太陽電池モジュールの製造方法であり、アモルファスシリコン光起電力素子群を、平板状のガルバリウム鋼板に被覆材で被覆し、その後ローラーフォーマー加工、プレス加工により成形する構成になっている。
本実施例に記載するローラーフォーマー加工、プレス加工による加工工程はバイパスダイオードに圧力がかからない様に圧力低減手段として切り欠きを用いることが特徴である。
【００５１】
光起電力素子群を作成する実装工程について説明する。
図２は実施例１の光起電力素子群の上面図と断面図である。光起電力素子２０１は１２５μｍ厚のステンレス基板２０２に、アモルファスシリコン系半導体２０３が形成されており、ステンレス基板２０２が負極側、半導体２０３側が正極側になる。それに対応して、光起電力素子２０１の表側には正極タブ２０４、裏面側には負極タブ２０５が形成されている。タブには１００μｍ厚の銅箔を用いている。正極タブ２０４は半導体領域で発生した電気を集電電極２０６で集めており、負極タブ２０５は裏面のステンレス基板２０２に発生した電気を集めている。
【００５２】
隣接する光起電力素子どうしの正極タブ２０４と負極タブ２０５を接続部材２０７で電気的に接続していくことで複数の光起電力素子２０１を直列に組み上げている。接続部材２０７として１００μｍの銅箔を使用しており、半田付けにより取り付けられている。また光起電力素子２０１どうしの隙間２０８は２ｍｍであり、高密度に配置することで太陽電池モジュールとしての出力を高めている。
【００５３】
光起電力素子群はその出力を取り出すために２つ（正極２０９と負極２１０）の端子取り出し部を有している。端子取り出し部２０９、２１０はモジュールの設計に応じて位置が決められるものである。
【００５４】
正極側の端子取り出し部２０９は正極末端の光起電力素子２０１の正極タブ２０４からリード配線部材２１１で配線を行なっている。負極側の端子取り出し部２１０は負極末端の光起電力素子２０１の負極タブ２０５からリード配線部材２１２で配線を行なっている。リード配線部材２１１、２１２として厚さ４０μｍ、幅２０ｍｍの軟質銅箔を用いており、正極側のリード配線部材２１１は絶縁両面テープ２１３でステンレス基板２０２から絶縁されて貼り付けられている。また端子取り出し部２０９、２１０は後でケーブル等を半田付けすることから、リード配線部材２１１、２１２のすぐ下に耐熱テープ２１４としてガラス織布テープを設けている。バイパスダイオード２１５は正極タブ２０４と負極タブ２０５に接続されており以下に詳細に説明する。
【００５５】
図３は実施例１の光起電力素子２０１に設けられたバイパスダイオード２１５の上面図と断面図である。各光起電力素子２０１の負極タブ２０５上にはバイパスダイオード２１５が取り付けられている。バイパスダイオード２１５はリボン付きの１．５ｍｍ角フラットダイオードチップを用いており、光起電力素子２０１の正極タブ２０４と負極タブ２０５間で電気的に接続されている。負極タブ２０５上に絶縁テープ３０１を設けその上に配置している。バイパスダイオード２１５のリボンは片側がくの字状になっており、裏からリボンを表側にまわして正極タブ２０４に接続する。接続は半田付けで行い、リボンには厚み０．ｌｍｍの軟質銅箔を用いている。バイパスダイオード２１５の取付け位置は光起電力素子２０１に対して定位置である。
【００５６】
次に光起電力素子群１０１を樹脂封止するラミネーション工程について説明する。
図４は実施例１の加工前の太陽電池モジュールの上面図と断面図である。
光起電力素子としては、厚さ１２５μｍのステンレス基板を有したアモルファスシリコン光起電力素子を使用し、それらを複数組み上げられて光起電力素子群１０１を形成している。表面被覆フィルム１０３として、厚さ５０μｍの無延伸タイプのＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体：デュポン製『テフゼル』）を、裏面被覆フィルム１０４として、厚さ５０μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を使用している。これらでもって光起電力素子群１０１を絶縁封止して補強材１０２の上に充填材で接着した構成になっている。補強材１０２としては厚さ０．４ｍｍのガルバリウム鋼板（大同鋼板製『耐摩カラーＧＬ』）を使用し、前記各材料の界面に充填されている充填材１０５としてはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用い、光起電力素子群１０１と表面被覆フィルム１０３の間で４６０μｍ、光起電力素子群１０１と裏面被覆フィルム１０４との間は２３０μｍ、裏面被覆フィルム１０４と補強材１０２の間は２３０μｍの厚みで充填している。
【００５７】
ラミネーションは、補強材１０２、充填材１０５、裏面被覆フィルム１０４、充填材１０５、光起電力素子群１０１、充填材１０５、表面被覆フィルム１０３を順次積層し、真空加熱１６０℃５０分を行なった後、冷却することにより行なわれる。
【００５８】
最後に平板状の太陽電池モジュールを波型の屋根一体型太陽電池モジュールへと加工する成形工程について説明する。
【００５９】
図５は実施例１の波型タイプの屋根材一体型太陽電池モジュールの上面図と断面図である。
平板状の太陽電池モジュールを波型まずローラーフォーマー加工により係合部５０５を形成し、次にプレス加工により波型を形成する。
【００６０】
光起電力素子群１０１の端子取りだし部に当たるところの補強材１０２には予め穴が開けられており、そこから正極および負極のケーブル線１０６を取り付けられる。さらに取り出し部には絶縁保護と防水のためにポリカーボネイト製の端子箱１０７を設けている。このようにして図５のような波型タイプの屋根材一体型太陽電池モジュールを得る。
【００６１】
平板状の太陽電池モジュールの加工工程において、バイパスダイオードに圧力がかからないように、切り欠きが形成されている。加工工程はローラーフォーマー加工とプレス加工の２つの工程があり、それぞれについて以下に説明する。
【００６２】
図６は実施例１のローラーフォーマー加工工程を示す側面図と概略断面図である。複数のローラー６０１で補強材１０２上に光起電力素子群１０１を一体成型した平板太陽電池モジュール６０４を送っていき、係合部を形成して行く。この際バイパスダイオード部６０３に圧力がかからないように、ローラーフォーマーに切り欠き６０２を設けている。
【００６３】
図７は実施例１のプレス加工工程を示す側面図と断面図である。上型７０１と下型７０２で太陽電池モジュール７０３をプレスすることで波型の形状をつくる。この際バイパスダイオード部７０４に圧力がかからないように、切り欠き７０５を設けている。
【００６４】
（実施例２）
本実施例は波型タイプの太陽電池モジュールの製造方法であり、アモルファスシリコン光起電力素子を、平板状のガルバリウム鋼板に被覆材で被覆し、その後ローラーフォーマー加工、プレス加工により成形する構成になっている。
【００６５】
本実施例に記載するローラーフォーマー加工、プレス加工による加工工程はバイパスダイオードに圧力がかからない様に圧力低減手段として緩衝材を用いることが特徴である。
【００６６】
実施例１と同様に、平板状の太陽電池モジュールを作成し、バイパスダイオードにかかる圧力を低減させながら、ローラーフォーマー加工、プレス加工を行い、最後にケーブル等を取付けることで波型タイプの太陽電池モジュールが得られる。
【００６７】
ローラーフォーマー加工とプレス加工の２つの工程について以下に説明する。図８は実施例２のローラーフォーマー加工工程を示す斜視図と概略断面図である。複数のローラー８０１で補強材１０２上に光起電力素子群１０１を一体成型した平板太陽電池モジュール８０４を送っていき、係合部を形成して行く。この際バイパスダイオード８０３にかかる圧力を分散させるために、ローラーフォーマーに緩衝材８０２を設けている。緩衝材８０２としてウレタンシートをローラー８０１に巻き付けている。
【００６８】
図９は実施例２のプレス加工工程を示す側面図と断面図である。上型９０１と下型９０２で太陽電池モジュール９０３をプレスすることで波型の形状をつくる。この際バイパスダイオード部９０４に圧力がかからないように、緩衝材９０５を設けている。緩衝材９０５としてウレタンシートをプレス金型の上型９０１に貼り付けている。
【００６９】
（実施例３）
本実施例は波型タイプの太陽電池モジュールの製造方法であり、アモルファスシリコン光起電力素子を、平板状のガルバリウム鋼板に被覆材で被覆し、その後ローラーフォーマー加工、プレス加工により成形する。
【００７０】
本実施例に記載するローラーフォーマー加工、プレス加工による加工工程はバイパスダイオードに圧力がかからない様に圧力低減手段として切り欠きを用い、さらにその切り欠きの角がＲを有することを特徴とする。
【００７１】
図１０は実施例３のローラーフォーマー加工工程を示す斜視図と概略断面図である。バイパスダイオード部１００３に圧力がかからないように、ローラーフォーマーに切り欠き１００２を設けている。さらにその切り欠きの角１００４にはＲ１０の（曲率半径１０ｍｍの曲面）処理がされている。
【００７２】
図１１は実施例３のプレス加工工程を示す側面図と断面図である。バイパスダイオード部１１０４に圧力がかからないように、切り欠き１１０５を設けている。さらにその切り欠きの角１１０６にはＲ１５の（曲率半径１５ｍｍの曲面）処理がされている。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように本発明の太陽電池モジュールの製造方法とその製造装置においては、
光起電力素子に設けられたバイパスダイオードにかかる圧力を切り欠きや緩衝材といった圧力低減手段により低減させることによって、バイパスダイオードの破壊発生率を低減できた。
これにより低コストで、意匠性が高く、信頼性のある波型の屋根材一体型太陽電池モジュールの製造方法とその製造装置を提供できた。
圧力低減手段として切り欠きを用いることで、バイパスダイオードにかかる圧力を皆無にできるため、バイパスダイオードの破壊による不良は発生しなかった。
圧力低減手段として緩衝材を用いることで、ダイオードの位置が変化しても、緩衝材を対応する位置へかえることで、柔軟に対応でき、生産性が高くなった。
【００７４】
圧力低減手段を切り欠きにし、その角に緩衝材や、Ｒを設けることにより、太陽電池モジュールの損傷を防止できた。
これによりさらに、信頼性のある波型の屋根一体型太陽電池モジュールの製造方法とその製造装置を提供できた。
【００７５】
またバイパスダイオードとして、非封止結晶チップダイオードを用いることで、光起電力素子群の凹凸を小さくすることができるため、それを被覆する充填材の減量が行なえ、低コストな屋根一体型太陽電池モジュールを提供できた。
これによりさらに、光起電力素子群のバイパスダイオードによる凸部が小さくなり、加圧時に凸部に集中するために発生するバイパスダイオードの破壊を改善できた。
その結果、低コストで、意匠性が高く、信頼性のある波型の屋根材一体型太陽電池モジュールの製造方法とその製造装置を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の一形態に係る波型の屋根一体型太陽電池モジュールの一例を示す斜視図と断面図である。
【図２】 実施例１の光起電力素子群の上面図と断面図である。
【図３】 実施例１の光起電力素子に設けられたバイパスダイオードの上面図と断面図である。
【図４】 実施例１の加工前の太陽電池モジュールの上面図と断面図である。
【図５】 実施例１の波型タイプの屋根材一体型太陽電池モジュールの上面図と断面図である。
【図６】 実施例１の加工工程を示す斜視図と概略断面図である。
【図７】 実施例１の加工工程を示す側面図と断面図である。
【図８】 実施例２の加工工程を示す斜視図と概略断面図である。
【図９】 実施例２の加工工程を示す側面図と断面図である。
【図１０】 実施例３の加工工程を示す斜視図と概略断面図である。
【図１１】 実施例３のプレス加工工程を示す側面図と断面図である。
【図１２】 光起電力素子群の一例を示す上面図である。
【図１３】 平板状の太陽電池モジュールの一例を示す上面図と断面図である。
【図１４】 係合部を形成した太陽電池モジュールの一例を示す上面図と断面図である。
【図１５】 波型に成形された太陽電池モジュールの一例を示す斜視図と断面図である。
【図１６】 図１２に示される光起電力素子に設けられたバイパスダイオードの上面図と断面図である。
【図１７】 図１６に示されるバイパスダイオードの光起電力素子への取り付け状態を表わす上面図と断面図である。
【図１８】 太陽電池モジュールを波型にプレス加工する従来の様子を表わす側面図と断面図である。
【符号の説明】
１０１：光起電力素子群、１０２：補強材、１０３：表面被覆フィルム、１０４：裏面被覆フィルム、１０５：充填材、１０６：ケーブル、１０７：端子箱、２０１：光起電力素子、２０２：ステンレス基板、２０３：アモルファスシリコン系半導体、２０４：正極タブ、２０５：負極タブ、２０６：集電電極、２０７：接続部材、２０８：隙間、２０９，２１０：端子取り出し部、２１１，２１２：リード配線部材、２１３：絶縁両面テープ、２１４：耐熱テープ、２１５：バイパスダイオード、３０１，１７０２：絶縁テープ、５０５：係合部、６０１，８０１，１００１：ローラー、６０２，７０５，１００２，１１０５：切り欠き、６０３，７０４，８０３，９０４，１００３，１１０４：バイパスダイオード部、６０４，７０３，８０４，９０３，１００４：太陽電池モジュール、７０１，９０１：上型、７０２，９０２：下型、８０２，９０５：緩衝材、１００４，１１０６：切り欠きの角、１３０３：被覆材、１６０１：フラット型ダイオードチップ、１６０２：Ｐ側銅箔、１６０３：Ｎ側銅箔、１６０４，１７０６：高融点半田。

Claims (14)

1. 光起電力素子と、該光起電力素子に設けられたバイパスダイオードとを有する太陽電池モジュールに、加圧手段を接触させて圧力を加え、太陽電池モジュールを変形加工する方法において、前記加圧手段の、前記太陽電池モジュールの前記バイパスダイオードが配置された部分に対向する箇所に、前記バイパスダイオードにかかる圧力を抑える切り欠きを設けたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
2. 前記加圧手段の切り欠きの角に曲面が形成されている請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
3. 前記加圧手段の切り欠きの角に緩衝材を設けた請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
4. 光起電力素子と、該光起電力素子に設けられたバイパスダイオードとを有する太陽電池モジュールに、加圧手段を接触させて圧力を加え、太陽電池モジュールを変形加工する方法において、前記加圧手段の、前記太陽電池モジュールの前記バイパスダイオードが配置された部分に対向する箇所に、前記バイパスダイオードにかかる圧力を抑える緩衝材を設けたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
5. 前記加圧手段は、前記太陽電池モジュールをローラーフォーマー加工するためのローラーフォーマーから成る請求項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方法。
6. 前記加圧手段は、前記太陽電池モジュールをプレス加工するための型から成る請求項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方法。
7. 前記太陽電池モジュールは、補強材の上に前記光起電力素子とバイパスダイオードを載置し、被覆材で被覆して成る屋根材一体型太陽電池モジュールであり、該太陽電池モジュールを前記プレス加工によって波型に変形する請求項６記載の太陽電池モジュールの製造方法。
8. 光起電力素子と、該光起電力素子に設けられたバイパスダイオードとを有する太陽電池モジュールに、加圧手段を接触させて圧力を加え、太陽電池モジュールを変形加工する装置において、前記加圧手段の、前記太陽電池モジュールの前記バイパスダイオードが配置された部分に対向する箇所に、前記バイパスダイオードにかかる圧力を抑える切り欠きを設けたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造装置。
9. 前記加圧手段の切り欠きの角に曲面が形成されている請求項８記載の太陽電池モジュールの製造装置。
10. 前記加圧手段の切り欠きの角に緩衝材を設けた請求項８または９に記載の太陽電池モジュールの製造装置。
11. 光起電力素子と、該光起電力素子に設けられたバイパスダイオードとを有する太陽電池モジュールに、加圧手段を接触させて圧力を加え、太陽電池モジュールを変形加工する装置において、前記加圧手段の、前記太陽電池モジュールの前記バイパスダイオードが配置された部分に対向する箇所に、前記バイパスダイオードにかかる圧力を抑える緩衝材を設けたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造装置。
12. 前記加圧手段は、前記太陽電池モジュールをローラーフォーマー加工するためのローラーフォーマーから成る請求項８乃至１１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。
13. 前記加圧手段は、前記太陽電池モジュールをプレス加工するための型から成る請求項８乃至１１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。
14. 前記太陽電池モジュールは、補強材の上に前記光起電力素子とバイパスダイオードを載置し、被覆材で被覆して成る屋根材一体型太陽電池モジュールであり、該太陽電池モジュールを前記プレス加工によって波型に変形する請求項１３記載の太陽電池モジュールの製造装置。

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