JP5377019B2 - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は、太陽電池モジュールの製造方法に関するものである。
太陽電池モジュールは、複数の太陽電池がその表裏面の電極に電気的に接続された配線部材により直列及び/又は並列に接続された構造を有している。この太陽電池モジュールを作製する際に、太陽電池の電極と配線部材との接続には、従来、半田が用いられている。半田は、導通性、固着強度等の接続信頼性に優れ、安価で汎用性があることから広く用いられている。
一方、環境保護の観点等から、太陽電池において半田を使用しない配線の接続方法も用いられている。例えば、導電性接着フィルムを用いて太陽電池と配線材とを接続する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
導電性接着フィルムを用いた配線の接続は、まず導電性接着フィルムを太陽電池の集電極上に貼り着ける必要がある。通常、導電性接着フィルムはリールに巻回されている。そしてリールから導電性接着シートを送り出し、この送り出されたシートを貼着装置を用いて太陽電池に圧着して、太陽電池の集電極上に貼り着けられる。
図12は、このフィルム貼着装置の構成を示す模式的斜視図である。図12に示すように、導電性接着フィルムシート50を巻回した導電性接着フィルム供給リール200と離型フィルム巻き取りリール201を備え、案内ロール202、202により、供給リール200から送り出された導電性接着フィルムシート50が太陽電池1への貼着ステージを経て離型フィルム巻き取りリール201に送られる。そして、太陽電池1の所定箇所に導電性接着フィルム5が貼り着けられる。
尚、貼着ステージの前に、導電性接着フィルムシート50の接着層部分だけを太陽電池1に貼り着ける長さに応じてカッター203によりハーフカットされる。
そして、貼着ステージで所定の圧力により、太陽電池1に押圧する。そして、導電性接着フィルム5を離型シートから剥がして、太陽電池1上に貼り着けられる。離型シートが案内ロール202から離型フィルム巻き取りリール201へ送られ、巻き取りロール201にて巻き取られて行く。このようなフィルム貼着装置内で複数箇所の貼着を行う装置が検討されている(例えば、特許文献2参照)。
また、導電性接着フィルムを上下に貼り着ける機構を同一装置内に備えることで、上下に貼り着けを行う必要のある太陽電池において、基板を反転させる必要がなくなり,タイムタクトを短縮することが可能である。
特開2007−214533号公報 特開2004−78229号公報
しかしながら、上記した方法によれば、貼着装置の貼着ステージの数と同数の導電性接着フィルム供給リールが必要なることから以下の問題がある。
まず、貼着位置が増えると、上記供給リールの本数が増え、高コストになる。そして、貼着数が供給リールの数により制限されてしまうという問題がある。
また、導電性接着フィルムの幅の選択肢が供給メーカの能力により決定するので、導電性接着フィルムの幅を所望の幅より細くできないという問題がある。すなわち、導電性接着フィルムの幅が細いとリールに巻くことが不可能になる。現状では、導電性接着フィルムの幅が1.0mm程度以上でないとリールに巻き取ることが困難である。
ところで、太陽電池の光入射側に接着される配線材は光入射の障害となるため、配線材の幅を細くすることが望まれる。例えば、配線材の幅を0.5mmのものを用いる場合においても、従来は、1.0mmの幅の導電性接着フィルムを用いて配線材を接着することになる。導電性接着フィルムは熱硬化すると着色するので、その部分が光を遮蔽することになり、0.5mmの配線材を用いたとしても、1.0mmの導電性接着フィルムの幅で光が遮蔽され、光の利用効率を向上させることができないという問題があった。
この発明は、上記した従来の事情に鑑みなされたものにして、1つの供給リールから所望の幅の複数の導電性接着フィルムを太陽電池に同時に貼り着けることが可能にし、コストの低減並びに不要な光遮蔽を減らす方法を提供することをその課題とする。
この発明は、太陽電池の電極に樹脂接着フィルムを用いて配線材を電気的に接続させる太陽電池モジュールの製造方法において、樹脂接着フィルムを巻回しているリールから樹脂接着フィルムを引き出す工程と、引き出した樹脂接着フィルムを接着する配線材に対応して2以上に分割する工程と、分割した樹脂接着フィルムを太陽電池の電極上に貼り付ける工程と、2以上の樹脂接着フィルムが貼り付けられた太陽電池の電極上にそれぞれ配線材を載せ樹脂接着フィルムを加熱して熱硬化させて太陽電池の電極と前記配線材を固定する工程と、を備えることを特徴とする。
また、この発明は、太陽電池の表面側の電極に対応する樹脂接着フィルムを巻回している第1のリールと、太陽電池の裏面側の電極に対応する樹脂接着フィルムを巻回している第2のリールと、を備え、前記第1、第2のリールからそれぞれ樹脂接着フィルムを引き出す工程と、それぞれ引き出した樹脂接着フィルムを接着する配線材に対応してそれぞれ2以上に分割する工程と、を備えたことを特徴とする。
また、分割されたすべての樹脂接着フィルムがリールの位置から太陽電池に貼り付ける位置までの距離が等しくなるように分割工程と貼り付け工程に至るまでの間に長さ調整機構を設けるとよい。
また、前記樹脂接着フィルムは、基材上に接着層が設けられており、太陽電池への貼り付け位置より下流側に基材を巻き取る巻き取り手段を設けるように構成することができる。
この発明によれば、1つの供給リールで複数本の樹脂接着フィルムに分割して同時に供給することができるので、装置のコストを低減することができるとともに、導電性接着フィルムの幅を配線材の幅と同じがそれより幅の狭い幅にすることで、樹脂接着フィルムによる光の遮蔽をなくすことができる。
太陽電池の電極と配線材とを導電性接着フィルムを用いて接続した太陽電池モジュールを示す模式図である。 この発明により製造された太陽電池モジュールの概略を示す断面図である。 この発明に用いられる導電性接着フィルムを示す模式的断面図である。 この発明により導電性接着フィルムを貼り着けた太陽電池を示す平面図である。 この発明により製造された太陽電池モジュールの要部を示す平面図である。 この発明により製造された太陽電池モジュールの要部を示す概略断面図である。 この発明の製造方法による導電性接着フィルムの供給並びに貼着工程を示す平面図である。 この発明の製造方法による導電性接着フィルムの供給並びに貼着工程を示す側面図である。 この発明の製造方法による導電性接着フィルムの供給並びに貼着工程を示す側面図である。 太陽電池の電極と配線材とを導電性接着フィルムを用いて接続するこの発明の太陽電池モジュールの製造方法を工程別に示す模式図である。 太陽電池の電極と配線材とを導電性接着フィルムを用いて接続するこの発明の太陽電池モジュールの製造方法を工程別に示す模式図である。 従来のフィルム貼着装置の構成を示す模式的斜視図である。
この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。
図1は、この発明により製造された太陽電池モジュールの概略を示す平面図、図2は、この発明により製造された太陽電池モジュールの概略を示す断面図、図3は、この発明に用いられる導電性接着フィルムを示す模式的断面図、図4は、この発明により導電性接着フィルムを貼り着けた太陽電池を示す平面図、図5は、この発明により製造された太陽電池モジュールの要部を示す平面図、図6は、この発明により製造された太陽電池モジュールの要部を示す概略断面図である。
この発明の実施形態においては、樹脂接着フィルムとして、例えば導電性接着フィルムが用いられる。導電性接着フィルム5としては、図3の模式的断面図に示すように、樹脂接着成分5bとその中に分散した導電性粒子5aとを少なくとも含んで構成されている。この内部に導電性粒子5aが分散された樹脂接着成分5bがポリイミドなどからなる基材フィルム5c上に設けられている。樹脂接着成分5bは熱硬化性樹脂を含有する組成物からなり、例えば、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂を用いることができる。これらの熱硬化性樹脂は、1種を単独で用いるか2種以上を組み合わせて用いられ、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂及びアクリル樹脂からなる群より選ばれる1種以上の熱硬化性樹脂が好ましい。
導電性粒子5aとしては、例えば、金粒子、銀粒子、銅粒子及びニッケル粒子などの金属粒子、或いは、金メッキ粒子、銅メッキ粒子及びニッケルメッキ粒子などの導電性又は絶縁性の核粒子の表面を金属層などの導電層で被覆してなる導電性粒子が用いられる。
この実施形態においては、導電性接着フィルム5として、その幅が1.7mmのものが巻回リール51に巻き取られている。
まず、この発明により製造された太陽電池モジュール10につき図1及び図2を参照して説明する。
図1及び図2に示すように、この太陽電池モジュール10は、複数の板状の太陽電池1を備えている。この太陽電池1は、例えば、厚みが0.15mm程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンなどで構成される結晶系半導体からなり、1辺が104mmの略正方形或いは1辺が125mmの略正方形を有するが、これに限るものではなく、他の太陽電池を用いても良い。
この太陽電池1内には、例えば、n型領域とp型領域が形成され、n型領域とp型領域との界面部分でキャリア分離用の電界を形成するための接合部が形成されている。このn型領域とp型領域は、単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶半導体、GaAsやInP等の化合物半導体、非晶質状態或いは微結晶状態を有する薄膜SiやCuInSe等の薄膜半導体等の太陽電池用に用いられる半導体を単独、或いは組み合わせて形成することができる。一例として互いに逆導電型を有する単結晶シリコンと非晶質シリコン層との間に真性な非晶質シリコン層を介挿し、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改善した太陽電池が用いられる。
この太陽電池1は、図4、図5に示すように、太陽電池1の表裏の所定領域には集電極115、119が形成されている。この集電極115、119は、太陽電池1内の光電変換部で生成された光生成キャリアを収集するための電極である。集電極115、119は、例えば、互いに並行に形成された複数の細線電極115a、119aを含む。この細線電極115a、119aは、例えば、幅約100μm、ピッチ約2mm、厚み約60μmであり、光電変換部の表面上に50本程度形成される。このような細線電極115a、119aは、例えば、銀ペーストをスクリーン印刷して、百数十度の温度で硬化させて形成される。尚、集電極115、119はバスバー電極を備えていても良い。
集電極115、119に配線材120を電気的に接続する。この配線材120を集電極115,119に接続するために導電性接着フィルム5を用いる。配線材120を接着する位置に導電性接着フィルム5を圧着する。この圧着する導電性接着フィルム5は、接続する配線材120の幅と同一若しくは少し幅の細いものが用いられる。例えば、配線材120の幅は、0.5mm〜3mmであれば、導電性接着フィルム5の幅も配線材120の幅に対応して0.5mm〜3mmにする。この実施形態においては、図5に示すように、幅0.5mmの3本の配線材120を用いている。このため、図4に示すように、配線材120が接着される位置に配線材120の幅に対応した幅の3本の導電性接着フィルム5が太陽電池1の表裏に貼り着けられている。
導電性接着フィルム5に配線材120を押圧し、押圧しながら加熱処理を施して導電性接着フィルム5の接着層を熱硬化して配線材120を集電極115、119に接続する。
なお、上記の説明では、裏面側の集電極119は細線電極119aで構成した例で説明しているが、裏面側からの光入射を行わない構造の太陽電池モジュールの場合には、裏面全面に金属電極を設けた構造のものも用いられる。
図6に示すように、この複数の太陽電池1の各々は、互いに隣接する他の太陽電池と扁平形状の銅箔などで構成された配線材120によって電気的に接続されている。即ち、配線材120の一方端側が所定の太陽電池1の上面側の集電極115に接続されるとともに、他方端側がその所定の太陽電池1に隣接する別の太陽電池1の下面側の集電極119に接続される。これら太陽電池1は、配線材120で直列に接続され、太陽電池モジュール10から渡り配線や取り出し線を介して所定の出力、例えば、200Wの出力が発生するように構成されている。
図2に示すように、複数の太陽電池1が互いに銅箔等の導電材よりなる配線材120により電気的に接続され、ガラス、透光性プラスチックのような透光性を有する表面部材41と、耐侯性フィルム又はガラスプラスチックのような部材からなる裏面部材42との間に、耐候性、耐湿性に優れたEVA(ethylene vinylacetate、エチレン酢酸ビニル)等の透光性を有する封止材43により封止されている。
上記太陽電池モジュール10は、必要に応じて外周にシール材を用いてアルミニウムなどからなる外枠20に嵌め込まれる。この外枠20は、アルミニウム、ステンレス又は鋼板ロールフォーミング材等で形成されている。必要に応じて端子ボックス(図示せず)が、例えば裏面部材42の表面に設けられる。
上述した太陽電池1に導電性接着フィルム5を用いて扁平形状の銅箔などで構成された配線材120を電気的に接続するために、まず、図4に示すように、太陽電池1の表裏の集電極115、119上にそれぞれ導電性接着フィルム5を貼り着ける。この導電性接着フィルム5の樹脂接着成分としては、エポキシ樹脂を主成分として、180℃の加熱で急速に架橋が促進され、15秒程度で硬化が完了するような架橋促進剤が配合されている樹脂接着剤を用いている。この導電性接着フィルム5としての厚みは、0.01〜0.05mmであり、幅は入射光の遮蔽を考慮して、配線材120と同等若しくは配線材幅より狭い方が好ましい。この実施形態では、幅0.5mm、厚み0.02mmの帯状フィルムシートに形成された導電性接着フィルム5を用いている。前述したように、幅が1mm以上でないと、導電性接着フィルム5を供給リールに巻き取ることはできない。また、従来は3本の導電性フィルムを供給するためには3本の供給リールを用いる機構を採用していて構造が複雑になるとともにコストも嵩んでいた。そこで、この実施形態では、1つの供給リールで3本の導電性接着フィルム5に分割して同時に供給するように構成し、供給する導電性接着フィルム5の幅を配線材120の幅と同じがそれより幅の狭い幅とし、導電性接着フィルム5による光の遮蔽をなくすように構成したものである。すなわち、この実施形態においては、図7及び図8に示すように、0.5mm幅の導電性接着フィルム5の3本分以上の幅、例えば、1.6mm〜2.0mm程度、この実施形態では1.7mmの導電性接着フィルムシート50を巻回した供給リール51を用意し、この供給リール51から送り出された導電性接着フィルム50を分割用カッター54aを用いて3本の0.5mm幅の導電性接着フィルムに分割して、分割した導電性接着フィルムを太陽電池1上に貼り着けるように構成したものである。以下、導電性接着フィルムシート50を巻回した供給リール51を用意し、この供給リール51から送り出された導電性接着フィルムシート50を3本の0.5mm幅の導電性接着フィルムに分割して、分割した導電性接着フィルムを太陽電池1上に貼り付ける方法について図7及び図8を参照して説明する。
図7は、導電性接着フィルムの供給並びに貼着工程を示す平面図、図8は同側面図である。
図7及び図8に示すように、0.5mm幅の導電性接着フィルム5の3本分以上の幅、例えば、1.7mmの導電性接着フィルムシート50が供給リール51に巻回されている。この供給リール51から導電性接着フィルムシート50が送り出される。この供給リール51の下流側に導電性接着フィルムシート50を必要な数に分割する分割ステージ54が設けられている。この分割ステージ54は、導電性接着フィルムシート50を所定の幅でする分割用カッター54aと導電性接着フィルムシート50を分割カッター54a方向に押し付ける押圧ローラ54bを備える。分割カッター54aで導電性接着フィルムシート50を3本の0.5mm幅の導電性接着フィルム50a、50b、50cに分割する。分割された3本の0.5mm幅の導電性接着フィルム50a、50b、50cは、案内ローラ56、57、58により、太陽電池1の所定の位置に案内される。両端の導電性接着フィルム50a、50cは、案内ローラ56、57、58より左右(図中上下)に分割され、中央の導電性接着フィルム50bは、そのまま前方に送られる。導電性接着フィルム50a、50cは、分離ステージ54から太陽電池1の貼り着け位置まで同じ距離を移動することになるが、中央の導電性接着フィルム50bは、そのまま前方に送られるので、そのままの状態では分離ステージ54から太陽電池1の貼り着け位置までは、他の2つの導電性接着フィルム50a、50cより移動距離が短くなる。そこで、この実施形態においては、すべての導電性接着フィルムが太陽電池1に貼り着ける位置までの距離が等しくなるように、分割ステージ54と貼り着け工程に至るまでの間に長さ調整機構53が設けられている。調整機構53は、ローラ53a、53b、53cにより導電性接着フィルム50bを折り曲げて案内して距離を稼ぎ、貼り着け工程の位置までに送る。
貼り着け工程の位置においては、ローラ59a、59b、59c、60a、60b、60cでそれぞれ導電性接着フィルム50a、50b、50cを太陽電池1の所定位置に案内する。なお、図示はしていないが、ローラ59a、59b、59cに至るまでの経路で導電性接着フィルムシート50の接着層部分だけを太陽電池1に貼り着ける長さに応じてハーフカットされている。
ローラ59a、59b、59c、60a、60b、60cの間でそれぞれ保持された導電性接着フィルム50a、50b、50cが押圧部材65で太陽電池1の集電極115(119)上に押し付けられ、太陽電池1上に導電性接着フィルム50a、50b、50cの接着層部分がフィルムの基材より剥がされて貼り着けられる。そして、接着層部分が剥がされた基材フィルム50a1、50b1、50c1は巻き取りロール52より巻き取られる。
この実施形態によれば、1つの供給リールで3本の導電性接着フィルムに分割して供給するように構成し、供給する導電性接着フィルムの幅を配線材120の幅と同等でリールには巻回できないような幅の狭い幅にし、その幅の3本の導電性接着フィルムを同時に供給することができる。
このような供給機構を図9に示すように、太陽電池1の表裏側にそれぞれ1つ配置することで、太陽電池1を裏返すことなく太陽電池1の表裏に3本の導電性接着フィルムを同時に貼り着けることができる。
続いて、導電性接着フィルム5を貼り着けた太陽電池1に配線材120を接着する方法に付き説明する。
図10に示すように、この複数の太陽電池1の各々を互いに隣接する他の太陽電池1と配線材120によって電気的に接続する。即ち、配線材120の一方端側が所定の太陽電池1の上面側の集電極115に接続されるとともに、他方端側がその所定の太陽電池1に隣接する別の太陽電池の下面側の集電極119に接続するように、太陽電池1の表裏に貼り着けた導電性接着フィルム5にそれぞれ配線材120を置く。そして、低温、低圧力で配線材120を仮圧着させて仮固定する。この配線材を仮固定する工程は、ホットプレート71上に載せられた太陽電池1を低圧力、例えば、0.2MPa程度の圧力でヒータブロック70を用いて押圧し、配線材120を太陽電池1側にそれぞれ押し付ける。そして、ヒータブロック70、ホットプレート71の温度を樹脂接着成分が熱硬化しない温度での低温加熱、例えば90℃程度の温度で1秒程度加熱して配線材120を仮圧着固定させ、配線材30を仮固定した太陽電池1、20を配列してストリングを形成する。
ここで、導電性粒子5aを含む導電性樹脂フィルム5を用いる場合には、導電性粒子5aを集電極115(119)の表面及び配線材120の表面の両方を接触させることにより、集電極115(119)と配線材120との電気的接続を行うように、ヒータブロック70で配線材120を集電極115(119)に圧着する。
この圧着と加熱は、ヒータを内蔵する金属ブロックを押し当て所定の圧力並びに温度に加熱する方法と、押圧ピンなどの押圧部材と熱風を吹き当てることにより、所定の圧力並びに温度に加熱する方法とから適宜最適な方法を用いればよい。
続いて、図11に示すように、配線材120を本圧着固定する。この工程は、図11に示すように、ヒータブロック80を高圧力、例えば、3MPa程度の圧力でホットプレート81上に載置された太陽電池1側に配線材120を押し付ける。そして、ヒータブロック80、ホットプレート81の温度を樹脂接着成分が熱硬化する温度での高温加熱、例えば、120℃以上200℃以下の温度に加熱して配線材120を本圧着固定させ、配線材120を固定して太陽電池1を電気的に接続して配列する。
加熱温度としては、例えば、スループット等を考慮して200℃の温度とし、10秒の加熱により、樹脂接着成分を熱硬化して太陽電池の集電極と配線材とを電気的、機械的に接続する。
この高温、高圧力による圧着と加熱は、ヒータを内蔵する金属ブロックを押し当て所定の圧力並びに温度に加熱する方法と、押圧ピンなどの押圧部材と熱風を吹き当てることにより、所定の圧力並びに温度に加熱する方法とから適宜最適な方法を用いればよい。
なお、上記した実施形態では、樹脂フィルムとして導電性樹脂フィルムを用いているが、樹脂フィルムとしては導電性粒子を含まないものも用いることができる。導電性粒子を含まない樹脂接着剤を用いる場合には、集電極115(119)の表面の一部を配線剤30の表面に直接接触させることによって、電気的な接続を行う。この場合、配線材30として銅箔版等の導電体の表面に、錫(Sn)や半田等の集電極115(119)より柔らかい導電膜を形成したものを用い、集電極115(119)の一部を導電膜中にめり込ませるようにして接続することが好ましい。
このようにして、配線材120により複数の太陽電池1を接続したものを、ガラスからなる表面部材41と耐侯性フィルム又はガラス、透光性プラスチックのような透光性を有する部材からなる裏面部材42との間に、EVA等の透光性を有する封止材43で挟んで重ね合わせる。そして、ラミネート装置により、太陽電池1を表面部材41と裏面部材42との間に封止材シート43により封止する。その後、炉入れて、150℃程度の温度で10分ほどキュアし、架橋反応を進ませ封止材43と表面部材41及び裏面部材42との接着性を上げて、図1、図2に示す太陽電池モジュールが製造される。
尚、上記した実施形態においては、太陽電池1上に3本の配線部材120を用いて接続する例について説明したが、配線部材120は3本に限らず、2本以上の配線材120を用いる場合には、この発明を適用することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 太陽電池
5 導電性接着フィルム
50 導電性接着フィルムシート
50a、50b、50c 導電性接着フィルム
115、119 集電極
120 配線材

Claims (4)

  1. 太陽電池の電極に樹脂接着フィルムを用いて配線材を電気的に接続させる太陽電池モジュールの製造方法において、
    樹脂接着フィルムを巻回しているリールから樹脂接着フィルムを引き出す工程と、
    引き出した樹脂接着フィルムを接着する配線材に対応して2以上に分割する工程と、分割した2以上の前記樹脂接着フィルムを同時に太陽電池の電極上に貼り付ける工程と、
    2以上の樹脂接着フィルムが貼り付けられた太陽電池の電極上にそれぞれ配線材を載せ樹脂接着フィルムを加熱して熱硬化させて太陽電池の電極と前記配線材を固定する工程と、を備えることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
  2. 太陽電池の表面側の電極に対応する樹脂接着フィルムを巻回している第1のリールと、
    太陽電池の裏面側の電極に対応する樹脂接着フィルムを巻回している第2のリールと,を備え、
    前記第1、第2のリールからそれぞれ樹脂接着フィルムを引き出す工程と、
    それぞれ引き出した樹脂接着フィルムを接着する配線材に対応してそれぞれ2以上に分割する工程と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  3. 分割されたすべての樹脂接着フィルムがリールの位置から太陽電池に貼り付ける位置までの距離が等しくなるように分割工程と貼り付け工程に至るまでの間に長さ調整機構が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  4. 前記樹脂接着フィルムは,基材上に接着層が設けられており、太陽電池への貼り付け位置より下流側に基材を巻き取る巻き取り手段が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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