JP5320238B2 - 太陽電池モジュールの製造装置、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
そして、この製造装置及び製造方法によって製造される太陽電池モジュールは、太陽電池セルの縁部同士が重ね合わされ、温度に応じて固化する接合材によって前記縁部同士が接合され、前記縁部同士が重ね合わされている重ね合わせ部は、固化する温度が異なる複数種類の前記接合材によって接合されている。
すなわち、固化する温度が異なる複数種類の接合材が用いられ、固化する温度がそれぞれ異なることにより仮接合と本接合とが行われる。
そして、本接合する第二温度は、仮接合する際の第一温度よりも高いため、本接合する際、仮接合した仮接合材も溶融する。このため、本接合する際、仮接合による拘束が解かれ縁部同士の熱変形が自由となり、残留応力が生じることを防ぐことができる。
なお、前記第一及び第二制御部による前記冷却について説明するが、前記第一及び第二加熱手段による加熱を停止させる制御を行うことにより、自然冷却が行われる場合でもよく、又は、別の冷却装置を動作させる制御を行うことにより、強制的に行われる場合であってもよい。
そして、本接合材を、第一温度よりも低くかつ第二温度よりも高い温度まで加熱した後に冷却して当該第二温度することで、固化(凝固)させて縁部同士を本接合するため、本接合する際は、仮接合した仮接合材は溶融しない。このため、本接合する際に、仮接合が解かれず、太陽電池セルの縁部同士の位置決め状態が維持されたまま本接合を行うことができる。
図1は本発明の太陽電池モジュールの製造装置によって製造される太陽電池モジュールの一部を示す説明図である。まず、太陽電池モジュールM(以下、単にモジュールMともいう)の構成について説明する。
隣り合うセル7,7同士は、その縁部7e,7eにおいて重ね合わされた状態にあり、この重ね合わされた縁部7e,7eにおいて電気的及び構造的に接続されている。なお、この重ね合わされた縁部7e,7eを、重ね合わせ部8と呼ぶ。縁部7e,7eを接合するために、本実施形態では、接合金属が介在していて、具体的には、接合金属は半田(半田ボール)5から成る。半田5は、縁部7eに沿って点在している。なお、本実施形態では、上側にあるセル7と半田5との間、及び、この半田5と下側にあるセル7との間には、導電膜9が介在しているが、導電膜9を介在させない場合であってもよい。
なお、図2(a)では、既に複数枚(7枚)のセル7の縁部7eが、重ね合わされた状態となっている。そして、図2(a)は、この7枚のセル7に対して、さらに上から新たにセル7を重ね合わせようとしている状態を示していて、この新たなセル7を接続セル11と呼ぶ。これに対して、既に重ね合わされた状態にある前記7枚のセル7の内の、前記接続セル11が接続されるセルを被接続セル21と呼ぶ。
なお、後に詳しく説明するが、重ね合わせ部8では仮接合と本接合とが行われ、縁部7e,7eが重ね合わされる毎に仮接合が行われる。そして、本接合は、全ての重ね合わせ部8が同時に行われる。
さらに、この製造装置は、仮接合する前のセル7の縁部7e上に半田5を供給する半田供給装置60を備えている。また、本接合を終えた複数のセル7を前記カバー部材32(図1参照)が表裏から挟むようにして、カバー部材32を取り付けるカバー取り付け装置70を備えている。
すなわち、第一加熱手段は、重ね合わせ部8を部分的に加熱する構成であり、仮付け半田5Aを溶融させるように昇温させることができるが、両側部を除く中央に存在している本付け半田5Bを溶融させるまで昇温させることはない。
また、仮接合装置40は、これらヒータ41a,41b,42a,42bを制御する第一制御装置3Aを有している。具体的な制御手段については、後に説明する。
加熱炉51は、重ね合わせた状態にある複数のセル7をまとめて収納する構成であり、炉内を所定の温度に昇温させるヒータ52a,52bを備えている。第二制御装置3Bがヒータ52a,52bによって、炉内を所定の温度とするように制御を行う。すなわち、加熱炉51が、複数のセル7をまとめて加熱することで、各重ね合わせ部8にある半田をまとめて加熱し、所定の半田をまとめて溶融させる。なお、第二制御装置3Bによる具体的な制御手段、及び、溶融させる半田については、後に説明する。
図4に示している第一実施形態では、本付け半田5Bの凝固温度(第二凝固温度T2)が、仮付け半田5Aの凝固温度(第一凝固温度T1)よりも高くなるように、半田5A,5Bの材料が設定されている(T2>T1)。例えば、本付け半田5Bは、錫銀銅を含むものであり、仮付け半田5Bは、錫銀ビスマスを含むものである。
そして、図2(a)に示しているように、セル7,7(接続セル11と被接続セル21)の縁部7e,7e同士が重ね合わされる。
そして、この仮接合は、モジュールMを構成する複数のセル7全ての重ね合わせ部8に対して順に行う。
この仮接合工程により、重ね合わされた複数のセル7は(接続セル11と被接続セル21とは)一体となり、形状が維持された状態となって、次の本接合工程へ移動させることができる。
また、仮接合のための加熱領域が部分的であるため、その近傍にある本接合のための領域への影響を軽減することができる。すなわち、重ね合わせ部8の内の本接合を行う部分において、本付け半田5Bのために設けられた、フラックスの機能の低下及び導電膜9(図1参照)の酸化を抑制することができる。
すなわち、加熱炉51内では、第一凝固温度T1に達するまでは、仮付け半田5Aによって全体形状が維持されている。この際、重ね合わせ部8では上下の縁部7e,7eは、相互に拘束した状態にあり、仮に相互の熱膨張が不均一であると、一方の縁部7eの熱膨張が他方の縁部7eに影響を及ぼし、残留応力が生じる状態にある。
しかし、本実施形態では、第一凝固温度T1を超えると、本付け半田5B以外にも、仮付け半田5Aも溶融するため仮接合による前記拘束が解かれ、縁部7e,7e同士の熱変形が自由となる。このため、重ね合わせ部8に残留応力が生じることを防ぐことができ、本接合後にモジュールMに反り等の変形が発生することを防ぐことが可能となる。
図5は第二実施形態を説明する断面図である。この第二実施形態では、本付け半田5Bの凝固温度(第二凝固温度T2)が、仮付け半田5Aの凝固温度(第一凝固温度T1)よりも低くなるように、半田5A,5Bの材料が設定されている(T2<T1)。例えば、本付け半田5Bは、錫銀ビスマスを含むものであり、仮付け半田5Bは、錫銀銅を含むものである。
そして、図2(a)に示しているように、セル7,7(接続セル11と被接続セル21)の縁部7e,7e同士が重ね合わされる。
この第二実施形態では、仮接合装置40のヒータ(第一加熱手段)は、重ね合わせ部8の両側ではなく、一方側(一部)のみに存在している。すなわち、縁部8のうちの一側部(一端部)に設けられた仮付け半田5Aを加熱するヒータ41a,41bが設けられている。
なお、図示しないが、仮付け半田5Aは、一側部ではなく、縁部8のうちの中央部又は側部と中央部との間の部分(以下、これらを途中部という)であってもよく、この場合、セル7をバランスよく位置決めすることができる。
このように仮接合する際、加熱した後に凝固させるのは、仮付け半田5Aのみとする。すなわち、ヒータ41a,41bは、縁部7eの全体の領域ではなく、縁部7eの内の点状の狭い側部の領域を加熱する構成であり、その加熱領域は、セル7の縁部7eを介して、仮付け半田5Aの直上及び直下のみである。このため、本付け半田5Bの第二凝固温度T2が、仮付け半田5Aの第一凝固温度T1よりも低くても(T2<T1)、本付け半田5Bは溶融せず、本接合されることはない。
この仮接合工程により、重ね合わされた複数のセル7は(接続セル11と被接続セル21とは)一体となり、形状が維持された状態となって、次の本接合工程へ移動させることができる。
このため、本接合する際に、仮付け半田5Aによる仮接合は解かれず、セル7,7の縁部7e,7e同士の位置決め状態が維持されたまま本接合を行うことができる。すなわち、本接合の間、縁部7e,7eの位置ずれを防止することができる。
このため、本接合する際に、仮付け半田5Aによる仮接合は解かれないが、セル7に応力が残留せず、仕上がり寸法を悪化させるような反りや変形の発生を防止することができる。
また、複数のセル7の全体を加熱炉51によって加熱する本接合では、第一凝固温度T1よりも低くかつ第二凝固温度T2よりも高い温度t4(T1>t4>T2)で加熱することから、その加熱温度t4は、第一凝固温度T1よりも低くて済む。つまり、本接合のための加熱は低温で済むため、セル7へのダメージを軽減することができる。
また、この製造装置及び製造方法によって製造される太陽電池モジュールMは、縁部7e,7e同士が重ね合わされている重ね合わせ部8は、凝固温度が異なる二種類の半田5A,5Bによって接合されたものとなる。
Claims (6)
- 太陽電池セルの縁部同士を重ね合わせ、温度に応じて固化する接合材によって前記縁部同士を接合することで、複数枚の前記太陽電池セルを有する太陽電池モジュールを製造する製造装置であって、
前記縁部同士が重ね合わされる重ね合わせ部に設けられた第一温度で固化する仮接合材を加熱する第一加熱手段、及び、前記第一加熱手段を制御することにより、前記仮接合材を加熱し前記第一温度で固化させて前記縁部同士を仮接合させる第一制御部を有している仮接合装置と、
前記重ね合わせ部に設けられた前記第一温度と異なる第二温度で固化する本接合材を加熱する第二加熱手段、及び、前記第二加熱手段を制御することにより、前記本接合材を加熱し前記第二温度で固化させて前記縁部同士を本接合させる第二制御部を有している本接合装置と、
を備えたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造装置。 - 前記本接合材は、前記第二温度が前記第一温度よりも高くなる材料から成り、
前記第一制御部は、前記仮接合材を、前記第二温度よりも低くかつ前記第一温度よりも高い温度まで加熱した後に冷却させて前記第一温度とすることで、固化させるように前記第一加熱手段を制御する機能を有し、
前記第二制御部は、前記本接合材を、前記第二温度よりも高い温度まで加熱した後に冷却させて当該第二温度とすることで、固化させるように前記第二加熱手段を制御する機能を有している請求項1に記載の太陽電池モジュールの製造装置。 - 前記本接合材は、前記第二温度が前記第一温度よりも低くなる材料から成り、
前記第一制御部は、前記仮接合材のみを、前記第一温度よりも高い温度まで加熱した後に冷却して前記第一温度とすることで、固化させるように前記第一加熱手段を制御する機能を有し、
前記第二制御部は、前記本接合材を、前記第一温度よりも低くかつ前記第二温度よりも高い温度まで加熱した後に冷却して当該第二温度とすることで、固化させるように前記第二加熱手段を制御する機能を有している請求項1に記載の太陽電池モジュールの製造装置。 - 太陽電池セルの縁部同士を重ね合わせ、温度に応じて固化する接合材によって前記縁部同士を接合することで、複数枚の前記太陽電池セルを有する太陽電池モジュールを製造する方法であって、
前記縁部同士が重ね合わされる重ね合わせ部に設けられた仮接合材を、加熱し第一温度とすることで固化させて前記縁部同士を仮接合し、
その後、前記重ね合わせ部に設けられた本接合材を、加熱し第二温度とすることで固化させて前記縁部同士を本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。 - 前記本接合材は、前記第二温度が前記第一温度よりも高くなる材料から成り、
前記仮接合の際、前記仮接合材を、前記第第二温度よりも低くかつ前記第一温度よりも高い温度まで加熱した後に冷却して当該第一温度とすることで、固化させて前記縁部同士を仮接合し、
前記本接合の際、前記本接合材を、前記第二温度よりも高い温度まで加熱した後に冷却して当該第二温度とすることで、固化させて前記縁部同士を本接合する請求項4に記載の太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記本接合材は、前記第二温度が前記第一温度よりも低くなる材料から成り、
前記仮接合の際、前記仮接合材のみを、前記第一温度よりも高い温度まで加熱した後に冷却して当該第一温度とすることで、固化させて前記縁部同士を仮接合し、
前記本接合の際、前記本接合材を、前記第一温度よりも低くかつ前記第二温度よりも高い温度まで加熱した後に冷却して当該第二温度とすることで、固化させて前記縁部同士を本接合する請求項4に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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