JP5100629B2 - Manufacturing method of solar cell module - Google Patents
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Description
本発明は太陽電池モジュールの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell module.
従来の太陽電池モジュールは、太陽電池素子が複数個、直列、並列に接続されてなる。複数の太陽電池素子は、隣接する太陽電池素子の一方の電極と他方の電極とに、ハンダによりリードが固定されて、電気的に接続されている。このような太陽電池素子に対するリードの固定は、ハンダが加熱溶着された後、冷却されることで行われる。
しかしながら、太陽電池素子にリードを固定する際、ハンダが溶着され冷却されるに従い、太陽電池素子とリードとの熱膨張率の差によって、太陽電池素子基板に応力がかかり、太陽電池素子にワレや反りが生じる可能性があった。 However, when the lead is fixed to the solar cell element, as the solder is welded and cooled, stress is applied to the solar cell element substrate due to the difference in thermal expansion coefficient between the solar cell element and the lead. There was a possibility of warping.
本発明は、上記従来の問題に鑑みて案出されたものであり、反りが低減された太陽電池素子を備える太陽電池モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of the above conventional problems, and an object thereof is to provide a solar cell module including a solar cell element with reduced warpage.
本発明の太陽電池素子の製造方法は、リードと、第一の面と前記第一の面の裏側の第二の面とを含み前記第二の面に電極を有する複数の太陽電池素子とを準備する工程と、前記リードを前記複数の太陽電池素子の前記電極にハンダ付けする工程と、前記リードがハンダ付けされた前記複数の太陽電池素子を、プレートに固定する工程と、前記プレートに固定された前記リードおよび前記太陽電池素子を冷却する冷却工程と、前記プレートと、前記冷却された前記リードおよび前記太陽電池素子との固定を解除する工程と、を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、前記プレートは、前記太陽電池素子の前記第一の面と接する側に凸部を有しており、前記冷却工程において、前記太陽電池素子の前記第一の面を、前記プレートの前記凸部で押す。 The method for manufacturing a solar cell element according to the present invention includes a lead, a plurality of solar cell elements including a first surface and a second surface on the back side of the first surface, the electrode having electrodes on the second surface. A step of preparing, a step of soldering the leads to the electrodes of the plurality of solar cell elements, a step of fixing the plurality of solar cell elements soldered to the leads to a plate, and fixing to the plate the lead and the cooling step of cooling the solar cell element is the the plate, meet manufacturing method of the solar cell module and a step of releasing the fixing of the said cooled the lead and the solar cell element The plate has a convex portion on a side in contact with the first surface of the solar cell element, and in the cooling step, the first surface of the solar cell element is disposed on the convex surface of the plate. Press in.
本発明の太陽電池モジュールの製造方法によれば、リードと太陽電池素子とをハンダで溶融接着させた後に、太陽電池ストリングを固定した状態で冷却するため、リードの収縮量の低減により太陽電池素子に生じる応力が低減される。その結果、本発明によれば、太陽電池素子に発生するワレや反りを低減することができる。 According to the method for manufacturing a solar cell module of the present invention, after the lead and the solar cell element are melt-bonded with solder, the solar cell string is cooled in a fixed state. Is reduced. As a result, according to the present invention, cracks and warpage generated in the solar cell element can be reduced.
本実施形態の太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子がリードにより接続されてなる太陽電池ストリングを有する。本実施形態の太陽電池モジュールの製造工程は、リードがハンダ付けされた複数の半導体基板を吸着して搬送し、搬送された複数の半導体基板を吸着固定された状態で冷却する工程を有する。このような工程を有することにより、太陽
電池素子に生じる応力が低減され、太陽電池素子のワレや反りが生じにくい太陽電池モジュールを製造できる。
The solar cell module of this embodiment has a solar cell string in which a plurality of solar cell elements are connected by leads. The manufacturing process of the solar cell module according to the present embodiment includes a process of sucking and transporting a plurality of semiconductor substrates on which leads are soldered, and cooling the transported semiconductor substrates in a state of being sucked and fixed. By having such a process, the sun
The stress generated in the battery element is reduced, and a solar cell module in which cracking and warping of the solar cell element hardly occur can be manufactured.
本実施形態の太陽電池モジュール30は、例えば図1(a)に示すように、受光面側から順に、透光性のガラス等からなる透光性基板31と、熱硬化性樹脂よりなる透光性の充填材32、充填材32に周囲を保護された太陽電池ストリング40、熱硬化性樹脂よりなる充填材32、及び、太陽電池モジュール30の裏側を保護するフィルム33、外部に出力を取出す端子ボックス34よりなる。
For example, as shown in FIG. 1A, the
本実施形態の太陽電池モジュール30の太陽電池ストリング20は、例えば図1(b)及び図1(c)に示すように、複数の太陽電池素子10がリード11により電気的に接続された構造を有する。
The
本実施の形態に用いられる太陽電池素子10は、太陽光を受光する受光面1a(第一の面)と、その裏側に位置する非受光面1b(第二の面)とを含む。太陽電池素子10としては、受光面1aと非受光面1bとに極性が異なる電極が設けられた太陽電池素子や、非受光面1bに異なる極性を有する複数の電極を有するバックコンタクト型の太陽電池素子構造が用いられる。バックコンタクト型の太陽電池素子は、受光面1aと非受光面1bとを貫通する複数の貫通孔3を有する半導体基板1を備え、非受光面1bに極性が異なる複数の電極が設けられたメタルラップスルー(MWT)構造、エミッタラップスルー(EWT)構造の太陽電池素子や、スルーホールを有しない構造の太陽電池素子を含む。ここで、MWT構造の太陽電池素子とは、太陽電池素子の表面側、貫通孔内に金属を設け、金属を通して受光面で集めた起電力を非受光面側の電極より取り出す構造の太陽電池素子をいい、EWT構造の太陽電池素子とは、太陽電池素子の表面側、貫通孔内に拡散層を設け、拡散層を通して受光面で集めた起電力を非受光面側の電極より取り出す構造の太陽電池素子をいう。特にバックコンタクトタイプの太陽電池素子に対し、上述した工程で太陽電池モジュールが製造された場合、太陽電池素子10及びリード11への負荷を低減できるとともに、リード11の接続位置のズレによって生じるリーク電流もしくは短絡を抑制できる。さらに、受光面側にリードを設けないことから、太陽電池素子全体を均一に平坦に吸着固定することができるため、冷却する工程にて太陽電池素子内の反り量のばらつきを抑えることができ、太陽電池素子にかかる応力を素子全体に均等に分散することができる。
このようなバックコンタクトタイプの太陽電池素子10について図2及び図3を参照しつつ説明する。太陽電池素子10の半導体基板1は一導電型を有する。半導体基板1の第一の面1aおよび第二の面1bは、第一逆導電型層2a(逆導電型層2)、第三逆導電型層2c(逆導電型層2)を有する。また、半導体基板1の貫通孔3の内壁には、第二逆導電型層2b(逆導電型層2)が設けられている。
Such a back contact type
一導電型を示す半導体基板1として、P型のシリコン基板を使用する場合、このような第二逆導電型層2b(N型)は、例えばリンが貫通孔3の内壁に拡散され形成される。また、同様にリンなどを拡散させることによって、半導体基板1の第一、第二の面に、N型の第一逆導電型層2a、第三逆導電型層2c(逆導電型層2)を形成することができる。
When a P-type silicon substrate is used as the
第一の電極4における第一バスバー電極(非受光面側電極)4cは、図2に示すように受光面側電極4aと貫通孔3内の貫通孔電極4bを介して導通してなるものであり、半導体基板1の第二の面1bに貫通孔3の開口部の少なくとも一部を塞ぐように形成してなるものである。また、第一バスバー電極4cは、例えば、銀などを主成分とした電極材料を焼成することによって形成することができる。
The first bus bar electrode (non-light-receiving surface side electrode) 4c in the
第一の面1aに形成された受光面側電極4aは、第一の面1a上の貫通孔3の開口部を中心として廻り込むように形成され、例えば、図3(a)に示すように、第一の面上に線状の集電電極を有することによって、発生したキャリアを第一の面側でも効率よく集電することができる。
The light-receiving
第二の電極5は、第一の電極4とは極性の異なるものであり、例えば第一の電極4がn型領域に設けられた電極であるならば、第二の電極5はp型領域に設けられる電極であり、半導体基板1の第二の面1bに形成してなるものである。また、第二の電極5は、アルミニウムや銀を主成分とする電極材料を焼成して集電電極5bを形成し、該集電電極5bと電気的に接続され銀などを主成分とする電極材料を焼成して第二バスバー電極5aを形成する。第二バスバー電極5aを設けることによって、後述する配線材の位置決めをしやすくできる。また、集電電極5bを第二の電極が形成された領域以外の略全面に設けることにより、第二の電極5で集電されるキャリアの移動距離が短くなり、第二の電極5で集電できるキャリアの量を増加させることができるため、太陽電池素子の出力特性を向上させることができる。
The
なお、ここでいう「バスバー電極」はリード11が接続される電極を意味するものとする。
The “bus bar electrode” here means an electrode to which the
また、集電電極5bは、半導体基板1内で吸収されなかった光を再び半導体基板1内へ反射させて、光電流を増加させる役割をも有し得る。集電電極5bの電極材料として、特に、アルミニウムが用いられた場合、電極材料を焼成して集電電極5bを形成する際に、高濃度ドープ層6を同時に形成することができる。
The collecting
高濃度ドープ層6は、半導体基板1の第二の面1bの貫通孔3近傍以外の略全面に、ボロンやアルミニウムを高濃度に拡散してなるものであり、半導体基板1の第一の面1aと前述した第二の電極5との間に位置するように形成される。ここで、高濃度とは、半導体基板1における一導電型不純物の濃度よりも不純物濃度が大きいことを意味する。
The heavily doped
また、第二の面1bに水素を含有するアモルファスシリコン膜や窒化シリコン膜等からなるパッシベーション膜を形成してもよく、パッシベーション膜の一部を開口することで、第一バスバー電極4cは貫通孔電極4bと接続し、第二の電極5は半導体基板1と接続することができる。
In addition, a passivation film made of an amorphous silicon film containing silicon, a silicon nitride film, or the like may be formed on the
次に第二の面1b側に形成された電極の形状の一例について図3(b)を用いて説明する。
Next, an example of the shape of the electrode formed on the
第一バスバー電極4cおよび第二バスバー電極5aは、図3(b)に示すように半導体基板1の第二の面1b側に配置されている。帯状の第一バスバー電極4cは、複数の列(図3(b)においては3列)に分割されており、それぞれ、複数個ずつに分割されて(隙間をあけて)設けられてなる(図3(b)においては7個)。一方、第二バスバー電極5aとしては、長方形状のものが、それぞれ第一バスバー電極4cの列に沿う複数の列(図3(b)においては3列、列数は第一バスバー電極4cの列と同じである)に分割されており、それぞれ複数個ずつに分割されて(隙間をあけて)設けられてなる(図3(b)においては6個)。
The first
図3(b)において、第一バスバー電極4cと第二バスバー電極5aとは、第一バスバー電極4c同士の間隙の全てについて、少なくとも部分的に隣接する第二バスバー電極5aが存在する、という関係をみたすように配置されてなる。例えば、図3(b)において、間隙s1の一部分には第二バスバー電極5a1が隣接してなり、間隙s2には全体的に
第二バスバー電極5a2が隣接してなる。また、第二バスバー電極5aは、複数個ずつ設けずに1個の長尺形状としてもよい。特に、複数個ずつ設け、その間にアルミニウムの焼成電極からなる集電電極5bを設けることにより、効率よくキャリアを集電するとともに高濃度ドープ層6の形成領域を簡易に大きくすることができる。さらに、フィンガー部5cを第一バスバー電極4c同士の間隙に設けることにより、隣接する第一バスバー電極4cに関して反対側にある集電電極5bによって集められたキャリアを、さらに効率よく第二バスバー電極5aに伝えることができる。また、フィンガー部5cが第一バスバー電極4cを横切るように形成されているため、第一バスバー電極4cの長手方向に沿ったクラックの発生を低減することができる。
In FIG. 3B, the relationship between the first
The second bus bar electrode 5a2 is adjacent. Further, the second
一方、図3(a)に示すように、太陽電池素子においては、貫通孔3が、それぞれの第一バスバー電極4cの形成位置と平面視で略一致するように形成されてなる。さらには、受光面側電極4aが、全ての貫通孔電極4bと接続する複数の線状のパターンとして、第一の面の上に一様に形成されてなる。
On the other hand, as shown in FIG. 3A, in the solar cell element, the through
複数の太陽電池素子10は、リード11により電気的に接続されてストリング40となる。ストリング40は、例えば、隣り合う太陽電池素子10の第一バスバー電極4cと第二バスバー電極5aとがリード11により接続されることで電気的に接続される。接続時には、ハンダ付けを良好にするため、第一バスバー電極4cと第二バスバー電極5aに予めフラックスが塗布されることが多い。
The plurality of
リード11としては、例えば銅やアルミニウムのような低抵抗の配線材の表面に、メッキやディッピングにより20μm〜70μm程度の厚みでハンダコートしたものを、適当な長さに切断して用いる。
As the
リード11の形状は、略直線状のものの他、設置後の温度変化による熱膨張・収縮時に生じる応力を逃がす為に、隣り合う2つの太陽電池素子の配列方向の断面視で屈曲状のものや、切欠き部を有するものなどを用いても良い。このようなリード11は、半田を被覆した銅箔を、適宜の形状に折り曲げたものを用いることができる。
The
隣り合う2つの太陽電池素子をそれぞれ第一の半導体基板と第二の半導体基板とを有する第一の太陽電池素子、第二の太陽電池素子とした場合、屈曲部を有するリード11は、第一の半導体基板上の第一の電極4と第二の半導体基板上の第二の電極5とにハンダ付けされる。リード11は、第一の半導体基板上の第一の電極4と接続する複数の第一接続面と、2つの第一接続面の間の第一離間部と、隣接する第二の半導体基板上の第二の電極5と接続する複数の第二接続面と、2つの第二接続面の間の第二離間部とを有してなる。複数の太陽電池素子が隣接して配置された状態で、第一の半導体基板上の第一の電極4のそれぞれにリード11の第一接続面を接続し、隣接する第二の半導体基板上の第二の電極5のそれぞれにリード11の第二接続面を接続すると、第一の半導体基板上の第二の電極5とリード11の第二離間部との間には空隙が存在することになる。この空隙が、第一の半導体基板上の第二の電極5上に形成されることにより、リード11と第一の半導体基板上の第二の電極5が直接接しにくくなり、第一の太陽電池素子内における短絡を低減できる。なお、150〜200mm角程度の多結晶シリコン太陽電池素子を使用する場合、リード11の幅は1mm〜3mm程度、厚さは0.1mm〜0.6mm程度、その長さは250mm〜360mm程度である。
When two adjacent solar cell elements are a first solar cell element and a second solar cell element each having a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate, the
また、バックコンタクトタイプの太陽電池素子に対し略直線上のリードを使用する場合には、第一バスバー電極4c同士の間隙に絶縁層を設けてもよい。絶縁層として、例えば、耐熱性の高いPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)に代表されるようなフッ素樹脂やポリイミド樹脂等の絶縁テープを、リード11に貼り付けたり、リード11との接続を避けたい部分にハンダレジストや、ガラスペーストなどをスクリーン印刷により塗布・焼成して形成する方法がある。このとき、第一バスバー電極4cの一部に絶縁層を設けても構わない。また、第一バスバー電極4c同士の間隙にフィンガー部5cと絶縁層を設けることにより、さらに第一バスバー電極4cの長手方向に沿ったクラックの発生を低減することができる。
Moreover, when using a substantially linear lead for the back contact type solar cell element, an insulating layer may be provided in the gap between the first
また、バックコンタクトタイプの太陽電池素子に対し凹凸形状のリード11を使用して第一バスバー電極4cに接続する場合、リード11が第一バスバー電極4c同士の間隙に接続しないように部分的に屈曲して接続部と非接続部を設ける。接続部と非接続の長さは太陽電池素子の電極形状によっても異なるが、例えば、接続部の長さは3mm以上20mm以下、非接続部の長さは1mm以上10mm以下であればよく、接続部と非接続部の長さは同じでも、異なっても構わない。また、接続部と非接続部との高さの違いは、0.2mm以上1mm以下であればよい。また、凹凸形状のリード11を使用する場合においても、第一バスバー電極4c同士の間隙に絶縁層を設けることによって、さらにリーク不良を低減することができる。
≪太陽電池モジュールの製造方法≫
本発明の第一の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造工程は、図4に示すように、第一のエリア41において、リードを複数の半導体基板の電極にハンダ付けする工程と、リードがハンダ付けされた複数の半導体基板を吸着して搬送する工程と、第二のエリア42において、搬送された複数の半導体基板を吸着固定された状態で冷却する工程とを有する。そして、冷却後、検査工程等の次工程となる第三のエリア43に搬送させる。
Further, when the back contact type solar cell element is connected to the first
≪Solar cell module manufacturing method≫
As shown in FIG. 4, the manufacturing process of the solar cell module according to the first embodiment of the present invention includes a process of soldering leads to electrodes of a plurality of semiconductor substrates in the
本発明の第一の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法について以下詳述する。 The manufacturing method of the solar cell module according to the first embodiment of the present invention will be described in detail below.
<リードの固定工程>
まず、図5に示すように、第一のステージ12と固定部材13との間に、太陽電池素子10とリード11とを、ハンダにより当接させ固定する。
<Lead fixing process>
First, as shown in FIG. 5, between the
具体的には、例えば太陽電池ストリング20を構成する太陽電池素子10およびリード11は、第一のステージ12および固定部材13の間に固定されて、ベース14上に載置される。ここで、固定方法としては、固定部材13の重量を利用する、または、第一ステージ12と固定部材13とを固定する固定治具をさらに備えても良いし、後述の押さえ棒15等の他の部材を用いて第一のステージ12および固定部材13の間に挟持されるようにしても良い。
Specifically, for example, the
本実施形態の第一のステージ12は、所定の気孔を有し、該気孔を通じて負圧を発生することができる機構を備えている。これによって、配置された太陽電池素子10及びリード11を、負圧によって気孔側に吸着させ、太陽電池素子10に対するリード11の位置ズレを低減することができる。また、第一のステージ12には、太陽電池素子10及び/又はリード11が載置される表面に、外方と通気可能な排気溝や排気孔を設けることが好ましく、これによって、フラックスのガスを外方に排出させてフラックスのガスによる冶具の汚れを低減することができ、不良率を低減することが可能となる。より効率的にフラックスガスを排出するために、例えば、第一のステージ12の外側に導出された上述の排気溝や排気孔を通じて、吸気するための機構を別途設けてもよい。
The
本実施形態に用いられる第一のステージ12は、例えば、鉄、ステンレス及びアルミニウムなどの金属、軽金属やセラミック板などで構成される。また、リード11が載置される表面には、上述の押さえ棒15を挿入できるように所定の貫通孔16が形成されており、この貫通孔16を挿通させることで、リード11を太陽電池素子10に対して適切な力で押し付けることができる。
The
また、図6に示すように、太陽電池素子10の電極との間で生じ得る熱ストレスを緩和する観点から、凹凸に形成されたリード11を用いる場合は、当該リード11が載置される第一のステージ12の表面もリード11の形状と対応する凹凸形状であることが好ましい。なお、図6において、太陽電池素子10間に位置するリード11の形状は、平坦である。
Further, as shown in FIG. 6, from the viewpoint of alleviating thermal stress that may occur between the electrodes of the
また、第一のステージ12の表面には、図7に示すように、リード11が載置される位置に溝17が形成されることが好ましく、この溝17にリード11を嵌め込むことで精度良くリード11を載置し、且つその位置からのズレを低減することが可能となる。このように第一のステージ12が溝17を有する場合には、上述の凹凸形状や貫通孔16は、溝17の底部に形成すれば良い。
Further, as shown in FIG. 7, a
本実施形態に用いられる固定部材13は、太陽電池素子を押さえつけて固定する機能を有する。固定部材13は、加熱手段によって与えられた熱をハンダへ効率良く伝える事ができるものであれば、ガラスなどの光透過性が高い部材或いはアルミニウムなどの熱伝導性の高い部材のいずれであっても良い。加熱手段として赤外線照射装置を用いる場合には、赤外線を効率良く透過する部材、例えばソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス及び石英ガラスなどのガラス材料で構成することが好ましく、特に、表面に傷が生じて赤外線の透過率が低下することを抑制する観点から強化ガラスが好ましい。
The fixing
ここで、固定部材13は、表面にエンボス加工を施す、または表面に反射塗料などの遮光材を配置することが好ましく、これによって後述の接続工程における太陽電池素子10の温度分布を適切に制御することが可能となる。
Here, it is preferable that the fixing
固定部材13の自重によって太陽電池ストリング20を固定する場合には、固定部材13は、太陽電池素子10にクラックなどを生じさせにくい重さとなるようにすれば良く、例えば、太陽電池素子10への応力が7.35×10−3N/cm2〜2.45×10−2N/cm2となるように厚みを調節する。
When the
本実施形態に用いられるベース14は、例えば、鉄、ステンレス及びアルミニウムなどの金属、軽金属やセラミックスなどで構成され、リード11を太陽電池素子10の電極に押し付けるための押さえ棒15が、太陽電池素子10の電極とリード11の接続位置に対応して複数埋め込まれている。この押さえ棒15はバネを備えることが好ましく、バネの力を調節することでリード11を太陽電池素子10に向かって適切な力で押し付けるよう制御される。特に、第一のステージ1の表面に形成された溝17がリード11の厚みよりも深く形成されている場合には、押さえ棒15によってリード11を太陽電池素子10の電極に押し付けるようにすることができるため、リード11及び太陽電池素子10に加わる押圧負荷の大きさ及び時間を適切に制御することが可能となる。
The base 14 used in the present embodiment is made of, for example, a metal such as iron, stainless steel, or aluminum, a light metal, ceramics, or the like, and a
なお、後述の接続工程でハンダを加熱溶融するに当たっては、予め所定温度になるように予熱しておくことが好ましく、例えば、上述のベース14、第一のステージ12や固定部材13などに、予熱装置を組み込むようにすれば良い。これによって、雰囲気温度が低い場合であっても、太陽電池素子10とリード11とを接続するために加えられた熱の一部が周囲に放出されることによって、ハンダ付け不良などが発生するということを効果的に低減することができる。
In addition, when the solder is heated and melted in the connection step described later, it is preferable to preheat the solder to a predetermined temperature in advance. For example, the
このように、第一のステージ12及び固定部材13は、第一のステージ12と固定部材13との間で、リード11を太陽電池素子10に当接させた状態で固定でき、その固定状態でハンダ付けを行うことができるように構成される。このような構成により、ハンダ付け時の熱によって太陽電池素子10が変形することを低減するとともに、搬送中に太陽電池素子10をずれにくくできる。
As described above, the
以上のように太陽電池素子10とリード11とを固定した状態で後述の工程を行うことによって、太陽電池素子10とリード11との接続の信頼性を向上させることができる。
As described above, the reliability of the connection between the
特に、図3に示されるような、基板に一定間隔で貫通孔が設けられ、且つ、裏面側に第一バスバー電極4cと第二バスバー電極5aとが近接して設けられるバックコンタクト型の太陽電池素子10の場合、太陽電池素子10及びリード11への負荷を低減できるとともに、リード11の接続位置のズレによってリード11が逆の極性の電極と接続して生じるリーク電流もしくは短絡を低減できる。
In particular, as shown in FIG. 3, a back contact type solar cell in which through-holes are provided in the substrate at regular intervals and the first
<太陽電池素子及びリードの接続工程>
次に、上述のように太陽電池素子10とリード11とを固定した状態で、ハンダを加熱溶融させ、太陽電池素子10とリード11とを電気的に接続する。これによって、接続工程で太陽電池素子10とリード11との熱膨張係数の差によって位置ズレが発生することを低減できる。
<Solar cell element and lead connection step>
Next, with the
具体的には、図6および図8に示すように、レール19に対して移動可能な状態で取り付けられたランプ18から近赤外線を照射することで、上方から固定部材13を通じて太陽電池素子10の裏面側に位置するハンダに熱を加えることによって、ハンダ付けによる電気的な接続を行う。
Specifically, as shown in FIGS. 6 and 8, by irradiating near infrared rays from a
すなわち、ランプ18から照射された近赤外線は、固定部材13を透過して、太陽電池ストリング20のハンダ付け部分を加熱し、リード11表面のハンダが溶解して太陽電池素子10の第一バスバー電極4c、第二バスバー電極5aに付着することによって、太陽電池素子10とリード11とのハンダ付けが行われる。
That is, the near infrared ray irradiated from the
加熱手段としては、リード11と電極との位置決め精度が求められるバックコンタクト型の太陽電池素子10の場合、力学的な負荷が小さい赤外線照射装置を用いることが好ましい。
As the heating means, in the case of the back contact type
特に、第一のステージ12とガラスよりなる固定部材13で太陽電池素子10とリード11を固定した状態で加熱する場合には、赤外線照射装置としては、物体に対する透過性の観点から、近赤外線を照射可能なものを用いることが好ましい。また、近赤外線は、被加熱物に高いエネルギー密度を与えて比較的短時間で温度を上昇させることができるため、加工速度を向上させるとともに電力消費量を少なくすることができる。近赤外線の光源としては、例えばハロゲンランプ、キセノンランプなどが利用可能であり、赤外線以外の加熱手段としては、例えば半導体レーザーやYAGレーザーなどのレーザーの光源を用いることができる。
In particular, when the
なお、ハンダを加熱溶融させるための加熱手段としては、上述の赤外線照射装置に限定されず、昇温機構を備える押さえ装置などが利用可能であり、複数の加熱手段を併用することによって生産効率を高めることが好ましい。昇温機構を備える押さえ装置を用いて、太陽電池素子10の両面から押さえ装置で挟持した状態で加熱する場合には、受光面と裏面とで押さえ装置の押さえ位置を合わせることによって、押さえ位置のズレに起因するせん断力によって太陽電池素子10が破損することを低減することが好ましい。
Note that the heating means for heating and melting the solder is not limited to the above-described infrared irradiation apparatus, and a pressing device having a temperature raising mechanism can be used. By using a plurality of heating means in combination, production efficiency can be improved. It is preferable to increase. When heating with a pressing device having a temperature raising mechanism sandwiched from both sides of the
<太陽電池ストリングの冷却工程>
次に、太陽電池素子10を、以下で述べる方法により、平坦な状態で搬送し冷却する。
<Cooling process of solar cell string>
Next, the
まず、図9(a)に示されるように、第一のエリアにおいて、第一のステージ12に太陽電池ストリング20を吸着した状態で、固定部材13を太陽電池ストリング20の上から外す。
First, as shown in FIG. 9A, in the first area, the fixing
そして、図9(b)に示されるように、太陽電池ストリング20の上に搬送用プレート21を配置し、その後、搬送用プレート21により太陽電池ストリング20を吸着固定し、太陽電池ストリング20を平坦に保持する。具体的には、搬送用プレート21に吸着機構を設けることによって、太陽電池ストリング20を搬送用プレート21に吸着させた後に、第一のステージ12の吸着を解除する。搬送用プレート21の材質としては、例えば鉄、ステンレス及びアルミニウムなどの金属、軽金属やセラミック板などが用いられる。
Then, as shown in FIG. 9B, the
最後に図9(c)に示されるように、太陽電池ストリング20を保持した搬送用プレート21を第一のステージ12から第二のエリアに搬送し、太陽電池ストリング20を、例えば、1℃/sec以上10℃/sec以下の冷却速度で50℃以下、好ましくは常温まで冷却する。ここで、「搬送」とは、太陽電池ストリング20を保持した搬送用プレート21を、一領域から別の領域へ移動させることをいい、太陽電池ストリング20を持ち上げることも含む。また、「第二のエリア」とは、太陽電池ストリング20が搬送された別の領域のことをいい、太陽電池ストリング20が持ち上げられた際に位置する第一のエリアの上方領域も含む。
Finally, as shown in FIG. 9C, the
このように、本実施形態における太陽電池ストリング20は、リード11と太陽電池素子10との固定(ハンダ溶着)、搬送、冷却の間、常に平坦に固定された状態である。前述のように太陽電池素子10は主にシリコン基板などからなり、リード11は主に銅やアルミニウムのような低抵抗の配線材よりなることから、太陽電池素子10の熱膨張率よりもリード11の熱膨張率の方が大きい。このため、太陽電池素子10とリード11をハンダ溶着した後に、太陽電池ストリング20の温度が下がると、熱膨張率の違いから、太陽電池素子10よりもリード11の方が大きく収縮しようとして、太陽電池素子10を湾曲しようとする応力が生じる。
Thus, the
しかし、本実施の形態によれば、太陽電池ストリング20は平坦に固定され拘束されていることから、リード11に引張の熱応力が加わり、リード11に引張方向の塑性ひずみが生じる。これにより、太陽電池ストリング20の冷却に伴う、太陽電池素子10とリード11の収縮の長さが平準化され、太陽電池素子10の反りやワレの発生が緩和される。このような熱応力を利用すれば、太陽電池素子10とリード11の接合した部分で分散して引張の応力を加えることから、応力集中などを抑制し、反りを低減する際の太陽電池素子への負荷の軽減をすることができる。このように太陽電池素子の反りを緩和し、歩留まりが向上された太陽電池ストリング20を検査等の次工程へと搬送できる。
However, according to the present embodiment, since the
また、高温化にある第一のステージ12、固定部材13、ベース14の温度を下げることなく、次の太陽電池素子10とリード11の接続工程に用いることができるため、生産性を過度に落とすことなく、ハンダ付け不良などの発生を低減することができる。特に、無鉛ハンダ、例えば、Sn−Ag−Cuからなる無鉛ハンダを使用する場合、高温環境下ではハンダに存在するAg3SnやCu6Sn5等の合金が針状に成長することによってハンダが分相を引き起こし、ハンダの長期信頼性を悪化する可能性があるが、本実施形態では高温化にある第一のステージ12より太陽電池ストリング20を別の領域へ移動させることから、分相の進展を低減することができる。
Moreover, since it can use for the connection process of the next
また、図6に示すようにリード11を屈曲状とし、凹状の接続部11aと凸状の非接続部11bを設けてもよい。屈曲部を設けていないリードに比較して、屈曲部を有したリード11は、非接続部11bの凸状の形状が変化することで、小さな応力で伸びを生じることから、太陽電池素子10への負荷を軽減してワレの発生を抑制しつつ、冷却後の太陽電池素子10とリード11の収縮の長さを平準化して、太陽電池素子10の反りを緩和することができる。
Further, as shown in FIG. 6, the
次に、具体的な冷却方法について説明する。 Next, a specific cooling method will be described.
例えば、図10(a)に示されるように、エアーブロー装置22を搬送用プレートの下方に設け、太陽電池ストリング20に向けて冷却ガスを噴射することにより、太陽電池ストリング20を冷却することができる。また、図10(b)に示されるように、搬送用プレート21に、例えば、格子状となるように外部と連通する開口部を設けて、エアーブロー装置22を搬送用プレートの上方および下方に設け、太陽電池ストリング20に向けて冷却ガスを噴射することによりさらに速く冷却することができる。なお、開口部の形状は、吸着機構を阻害しない形状であればよく、例えば矩形、円形、楕円形、多角形であってもよい。
For example, as shown in FIG. 10A, the
また、エアーブロー装置22を冷却領域に設け、冷却領域に太陽電池ストリング20が搬送された後、冷却ガスを噴射して冷却するようにしてもよく、また次工程の搬送途中にエアーブロー装置22を設けて太陽電池ストリング20を搬送しながら冷却することによって、さらに太陽電池ストリング20の冷却速度が上昇し生産性を向上させることできる。
In addition, the
また、搬送用プレート21に冷却機構を設けることにより、より効率的に太陽電池ストリング20を冷却することができる。冷却機構としては搬送用プレート21内に冷却水や冷却ガスを流すことによって達成される。太陽電池ストリング20は搬送用プレート21のみで冷却せずに、下方に設けたエアーブロー装置22を用いることで、さらに太陽電池ストリング20の冷却速度が上昇し生産性を向上させることできる。なお、搬送用プレートに冷却機構を設ける場合には、搬送用プレート21の材質としては、例えば熱伝導率の高い金属や、熱伝導性ゴム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウムなどが用いられる。
Moreover, the
次に、冷却工程の別の形態について説明する。図11(a)に示されるように、第一のステージより温度が低い第二のステージ23を準備し、搬送用プレート21により太陽電池ストリング20を第二のステージ23に載置する。この際第二のステージ23に吸着機構を設けることによって、搬送用プレート21から太陽電池ストリング20から離しても、太陽電池ストリング20は平坦を保持した状態で冷却することができる。冷却機構としては、第二のステージ23内に冷却水や冷却ガスを流し、第二のステージ23により太陽電池ストリング20を冷却する機構や、図11(b)に示されるように、搬送用プレート21を太陽電池ストリング20から離した後に、太陽電池ストリング20の上方に設けたエアーブロー装置22により冷却する機構が挙げられる。特に、冷却機構を有する第二のステージ23上に固定された太陽電池ストリング20を、エアーブロー装置22により冷却する場合、太陽電池ストリング20の冷却速度を上昇させ、生産性を向上させることできる。なお、第二のステージ23としては、熱伝導率の高い金属や、熱伝導性ゴム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウムなどが用いられる。
Next, another form of the cooling process will be described. As shown in FIG. 11A, a
以下で、本発明の太陽電池モジュールの製造方法に係る第二の実施形態について説明する。 Below, 2nd embodiment which concerns on the manufacturing method of the solar cell module of this invention is described.
バックコンタクト型の太陽電池素子10では、リードを太陽電池素子に接続した場合、第一の面1aにはリード11の接続がないため、太陽電池素子が第一の面1aに向けて凸状に反りやすくなる。本実施形態においては、冷却工程の際にリード11の接続によって反る方向と逆の方向に太陽電池素子10を反らした状態を固定して、50℃以下、好ましくは室温まで冷却した後に、固定を解除することによって太陽電池素子10の反りをより低減することができる。具体的な方法としては、図12(a)に示されるように、搬送用プレート21は、太陽電池素子10の第一の面と接する側に凸部を有しており、太陽電池素子10を冷却する工程において、太陽電池素子10の第一の面を、搬送用プレート21の凸部で押せばよい。ここでプレートの凸部で太陽電池素子10を‘押す’とは、太陽電池素子の第一の面に対し、凸部が力を加えることをいう。また、搬送用プレート21に設ける吸着機構の位置を高さ方向に変化させて、太陽電池素子が第一の面1aに向けて凹状になるようにしてもよい。
In the back contact
また、図12(b)に示されるように、第一のステージ12に太陽電池素子10に接する面の形状が、太陽電池素子10の中央部に接する位置で凹状となるような形状を設けてもよい。第一のステージ12の形状を搬送用プレート21に合わせることによって吸着不良が低減され、搬送用プレート21の形状に合わせて太陽電池素子10を吸着することができる。また、固定部材13の形状も第一のステージ12に合わせることがより好ましい。
Further, as shown in FIG. 12B, the
また、図13に示されるように、太陽電池素子10間に位置するリード11の形状を凸状に形成することによって、太陽電池素子10を反らした際、また冷却後固定を解除した際に太陽電池素子の端部にかかる応力を軽減することができる。
Further, as shown in FIG. 13, by forming the
また、第一のステージより温度が低い第二のステージ23を準備し、搬送用プレート21により太陽電池ストリング20を第二のステージ23に載置して冷却する場合、第二の ステージ23は太陽電池素子10の第二の面と接する側に凹部を有しており、第二のステージ23に固定する工程において、太陽電池素子10の第二の面を、第二のステージ23の凹部に吸着させる。凹部への吸着は、例えば、凹部の内壁に孔を設け、この孔を通じて負圧を発生させ、凹部内面に吸着させることで行える。さらに、第二のステージ23とリード11が接触しないように、第二のステージ23に溝を形成しておいてもよい。
In addition, when the
さらに図14に示すように、少なくともリード11の接続方向のみにおいて、太陽電池素子10を第一の面1aに向けて凹状に反らせるだけでよく、リード11の接続による太陽電池素子10の反りを低減することができ、反りの少ない平坦な太陽電池ストリング20を形成することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 14, it is only necessary to warp the
以下で、本発明の太陽電池モジュールの製造方法に係る第三の実施形態について図15を参照しつつ説明する。本実施形態では、冷却工程および冷却工程後の処理工程において、上述した第一の実施形態と相違する。 Below, 3rd embodiment which concerns on the manufacturing method of the solar cell module of this invention is described, referring FIG. This embodiment is different from the first embodiment described above in the cooling step and the processing step after the cooling step.
本実施形態では、冷却工程の際に、例えば図15に示すような装置を用いて、太陽電池ストリング20を摂氏零度以下の−20℃〜−80℃、より好ましくは−30℃〜−50℃で冷却している。図15(a)では、バックコンタクトタイプの太陽電池素子10を用いた太陽電池ストリング20を上方のプレートに21に向けて吸着具25により吸着しつつ、下方より冷却する様子を側方から見た断面図を示す。また、図15(b)に図15(a)をA−A’断面からみた断面図を示す。
In the present embodiment, in the cooling step, for example, using an apparatus as shown in FIG. 15, the
上述したような摂氏零度以下の冷却は、例えば下方に設置された熱交換器や、図15(a)のようにチューブ28から導入した空気を冷却容器26に収納されたドライアイス27へ送風し冷気として循環することにより行う。このように、太陽電池ストリング20をプレート21に平坦に吸着固定しつつ、摂氏零度以下まで冷却すれば、室温程度までの冷却に比べて、リード11に生じる熱応力と塑性ひずみを大きくする。これにより、常温時の太陽電池素子10とリード11の長さをより平準化して、内力を低減し、太陽電池素子10の反りを緩和することができる。なお、太陽電池ストリング20を上方のプレート21に向けて吸着する以外に、図15(c)に示すように太陽電池ストリング21を下方のプレート21に向けて吸着具25により吸着固定しつつ、上方より冷気29を導入して冷却してもよい。また、太陽電池ストリング20の冷却は、必ずしも太陽電池素子10とリード11のハンダ溶着後に同一のプレート21で固定し続けて連続的に行う必要はなく、例えばプレート21に平坦に固定しつつ室温まで冷却し、その後太陽電池ストリング20を異なるプレート21に固定して摂氏零度以下まで冷却しても良い。
For the cooling below zero degrees Celsius as described above, for example, a heat exchanger installed below or air introduced from the
また、摂氏零度以下に冷却した太陽電池ストリング20をプレート21に固定したまま冷却容器26から取り出すと、プレート21の熱容量が大きいことから室温になるまで時間がかかり、結露を生じて、固定している太陽電池ストリング20を濡らしてしまうおそれがある。このため摂氏零度以下に冷却した太陽電池ストリング20は、熱容量の大きいプレート21が室温まで冷却する際に生じる結露を低減するという観点から、プレート21との固定を解除した後に冷却容器26から取り出すことが好ましい。プレート21との固定を解除した太陽電池ストリング20は、熱容量が小さいことから、空気中の湿気により結露を生じる前に室温とすることができる。
Further, if the
一方で、上述したプレート21に生じる結露をより低減すべく、冷却工程で摂氏零度以下とした太陽電池ストリング20を、プレート21に固定したまま冷却容器26から取り出す場合は、乾燥した温風を送風して太陽電池ストリングを昇温することが好ましい。この温風は、太陽電池ストリング20へ加わる熱衝撃などの負荷を抑制しつつ結露を効率良く低減する観点から、35℃〜45℃の温風を用いることが好ましい。
On the other hand, in order to further reduce the dew condensation that occurs on the
以下で、本発明の太陽電池モジュールの製造方法に係る第四の実施形態について図16を参照しつつ説明する。本実施形態では、太陽電池ストリング20を一対のプレート21で平坦に挟持固定している点で第一の実施形態と相違する。図16(a)は、基体51、低摩擦部材52、および緩衝材53よりなるプレート21で、太陽電池ストリング20を挟持して平坦に固定する様子を示す分解斜視図である。また、図16(b)は、本実施形態を説明するものであり、太陽電池ストリング20をプレート21により挟持固定した様子を示す断面図、図16(c)は上方より見た透視図である。基体51は、例えばアルミニウムなどの軽金属やセラミックス、ガラスなどで構成されている。また、低摩擦部材52は、例えばポリイミドフィルムやポリエチレンフィルム、フッ素樹脂フィルムで構成されている。また、緩衝材53は、例えばウレタンフォームやシリコンゴム、EPDMゴムなどを用いることができる。本実施形態では、上述してきた実施形態と異なり、吸着具25などの設備が不要で、簡素な治具により実現できるという利点がある。このようにプレート21で平坦に挟持固定された太陽電池ストリング20は、例えば積み重ねて冷凍庫等に収納して冷却することができる。入手が容易な冷凍庫により実施できるともに、一度に多量の太陽電池ストリング20を冷却できることから、タクトタイムを短縮することができる。
Below, 4th embodiment which concerns on the manufacturing method of the solar cell module of this invention is described, referring FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the
また、プレート21の太陽電池素子10との接触部の外径を、太陽電池素子より一回り小さくし、太陽電池素子の端部のリード接続部周辺を避ける形状とすれば、プレート21による挟持固定の応力で太陽電池素子10の端部とリード11の重なっている部分の周辺に生じやすいクラックを低減することができる。具体的には、例えば図16(c)に示すように低摩擦部材52と緩衝材53を太陽電池素子10よりもD部で小さくすると良い。また本実施形態では、冷凍庫等により摂氏零度以下への冷却に用いる以外に、ハンダ溶着温度から室温までの冷却に用いても良い。
Further, if the outer diameter of the contact portion of the
以下で、本発明の太陽電池モジュールの製造方法に係る第五の実施形態について図17を参照しつつ説明する。本実施形態は、太陽電池ストリング20を反らせるようなプレート21で挟持固定して冷却するという点で第四の実施形態と相違する。図17(a)はプレート21で太陽電池ストリング20を挟持固定する前の様子を示し、図17(b)はプレート21で太陽電池ストリング20を挟持固定した様子を示し、図17(c)は太陽電池ストリング20のプレート21による固定を解除した様子を示す。ここで、太陽電池ストリング20は、複数のバックコンタクトタイプの太陽電池素子10にリード11をハンダ溶着し、接続したものである。また、プレート21は、基体51とその表面に設けられた複数の凸部24よりなり、凸部24は太陽電池ストリング20と相対する側の面にも複数設けられてなる。この凸部24で太陽電池ストリング20を上下から挟持固定してリード11が湾曲の外側になるように反らせ、リード11に機構的に引張応力を加えるものである。
Below, 5th embodiment which concerns on the manufacturing method of the solar cell module of this invention is described, referring FIG. This embodiment is different from the fourth embodiment in that the
さらに、太陽電池ストリング20をプレート21に挟持固定して、撓ませた状態で拘束しつつ冷却することで、熱応力を加えることができる。リード11への熱応力は、太陽電池素子10とリード11が接合されており、太陽電池素子10よりもリード11の熱膨張率係数が大きいことから、引張方向に加わり、引張方向の塑性ひずみを生じる。本実施形態では、例えばハンダ溶着温度から室温までの冷却や、室温から摂氏零度以下の冷却に用いることができる。
Furthermore, the
このように、リード11に機構的な引張応力に加え、さらに引張の熱応力を印加することで、リード11は太陽電池ストリング20を平坦に固定した場合よりも大きな引張方向の塑性ひずみを生じせしめることができる。これにより、太陽電池素子10とリード11の熱膨張率の差が大きく、太陽電池素子10の反りが大きい場合であっても、常温時の太陽電池素子10とリード11の収縮の長さを平準化して、太陽電池素子10の反りを緩和することができる。また、リード11への熱応力は、太陽電池素子10とリード11を接合した界面全体で生じる。これにより、応力集中を抑制し、太陽電池素子10のワレなどを低減することができる。
In this way, by applying a tensile thermal stress to the
なお、本実施形態の効果は太陽電池ストリング20をリード11が外側になるように反らせて固定するものであれば好適に得ることができるが、より好ましくは、図17に示すように太陽電池素子10一枚あたりで四点曲げとすることが好ましい。図18(a)に図17のように太陽電池ストリング20を固定した時の、太陽電池素子10一枚あたりの曲げモーメント線図を示し、図18(b)に同じ部分でリード11に生じる引張の応力線図を示す。また比較として図18(c)に太陽電池ストリングを太陽電池素子一枚あたりで、三点曲げとしたときの曲げモーメント線図を示し、図18(d)に図18(c)の曲げモーメントが生じたときのリード11の引張の応力線図を示す。
The effect of the present embodiment can be suitably obtained as long as the
図18(b)および図18(d)中で実線Aは、太陽電池ストリング20をプレート21に固定したときに生じるリード11への機構的な引張応力を示し、破線Bが冷却によるリード11への引張の熱応力を示し、一点鎖線Cが機構的な引張応力と引張の熱応力を足し合わせたものを示す。機構的な引張応力と引張の熱応力を足した応力が、リード11の降伏応力σsを超えた部分で、引張応力に比例して、リードに引張の塑性ひずみが生じる。また、図18(b)に示すように、四点曲げではリードに生じる引張応力は、凸部24aと凸部24bの間で一定の区間を有する。すなわち、引張応力が一定の区間では、一定の塑性ひずみを生じ、広い区間で均一に反りを戻すことができる。一方で、三点曲げの場合は、応力が不均一であるため応力集中を生じやすい。このように太陽電池素子10一枚あたりで、四点曲げとなるように湾曲させることで、太陽電池素子のワレを抑制しつつ、太陽電池ストリングの反りを低減することができる。
In FIG. 18B and FIG. 18D, the solid line A indicates the mechanical tensile stress on the
10:太陽電池素子
11:リード
12:第一のステージ
20:太陽電池ストリング
21:プレート
23:第二のステージ
24:凸部
25:吸着具
26:冷却容器
27:ドライアイス
28:チューブ
30:太陽電池モジュール
51:基体
52:低摩擦部材
53:緩衝材
10: Solar cell element 11: Lead 12: First stage 20: Solar cell string 21: Plate 23: Second stage 24: Convex 25: Suction tool 26: Cooling vessel 27: Dry ice 28: Tube 30: Sun Battery module
51: Base 52: Low friction member 53: Buffer material
Claims (11)
前記リードを前記複数の太陽電池素子の前記電極にハンダ付けする工程と、
前記リードがハンダ付けされた前記複数の太陽電池素子を、プレートに固定する工程と、
前記プレートに固定された前記リードおよび前記太陽電池素子を冷却する冷却工程と、
前記プレートと、前記冷却された前記リードおよび前記太陽電池素子との固定を解除する工程と、を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記プレートは、前記太陽電池素子の前記第一の面と接する側に凸部を有しており、前記冷却工程において、前記太陽電池素子の前記第一の面を、前記プレートの前記凸部で押す、太陽電池モジュールの製造方法。 Preparing a lead and a plurality of solar cell elements including a first surface and a second surface on the back side of the first surface and having electrodes on the second surface;
Soldering the leads to the electrodes of the plurality of solar cell elements;
Fixing the plurality of solar cell elements to which the leads are soldered to a plate;
A cooling step for cooling the lead and the solar cell element fixed to the plate;
A step of releasing fixation of the plate, the cooled lead and the solar cell element, and a method of manufacturing a solar cell module ,
The plate has a convex portion on a side in contact with the first surface of the solar cell element, and in the cooling step, the first surface of the solar cell element is the convex portion of the plate. The manufacturing method of the solar cell module to press .
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