JP5388985B2

JP5388985B2 - 太陽電池モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP5388985B2
Application number: JP2010230388A
Authority: JP
Inventors: 裕一二村; 豊平林; 隼前田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: JP2012084721A

Description

本発明は、太陽電池モジュールの製造方法に関する。

従来より、太陽電池を建物の屋上等に設置するため、太陽電池と太陽電池を支持するフレームとを一体化した太陽電池モジュールが使用されている。

太陽電池は、湿度や風雨等の様々な環境に対する耐久性が要求される。そのため、太陽電池は、例えば、太陽電池素子を、透光板であるカバーガラスと防湿性を確保するバックシートとの間に設け、その間にエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等を主成分とする透明な封止材を封入して製造される。
太陽電池は、内部に封止した太陽電池素子に水分が浸入した場合、太陽電池素子の電極層の電気抵抗が増加して出力低下が起こる等、耐久性に課題が生じる。
そこで、太陽電池モジュールは、太陽電池内部を保護するため、ブチルゴム等の密封材を介して、太陽電池にフレームを装着することにより製造される。

例えば、まず、フレーム内に密封材としてブチルゴムを充填した後、加熱によりブチルゴムを軟化させる。次に、太陽電池の周縁をブチルゴムが充填されたフレーム内に挿入した後、冷却されたブチルゴムによりフレームを太陽電池に固定し、太陽電池モジュールを製造することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１０３０８６号公報

しかしながら、従来の太陽電池モジュールの製造方法では、ブチルゴムとカバーガラスの間そしてブチルゴムとバックシートの間に密着しない部分が生じ、太陽電池とブチルゴムとの間に僅かな隙間が生じる場合がある。そのため、隙間に存在する水分が太陽電池周縁のカバーガラスとバックシートの間から太陽電池内部に浸入すると、太陽電池の出力低下が生じるという不都合が生じ得る。

本発明は、かかる不都合を解消するため、太陽電池に水分が浸入することを防止し、太陽電池の耐久性を高める太陽電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、太陽電池と、該太陽電池の周縁に密封材を介して装着される断面コ字状の可撓性ホルダーと、該可撓性ホルダーの外面を覆う断面コ字状のフレームとを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、該密封材が挿入された該可撓性ホルダーを該太陽電池の周縁に装着する工程と、該可撓性ホルダーの外部から該太陽電池の周縁に装着された密封材を所定圧力で加圧しながら所定温度に加熱する工程と、該可撓性ホルダーの外面を該フレームで被覆する工程とを備えることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法では、まず、密封材が挿入された断面コ字状の可撓性ホルダーを太陽電池の周縁に装着する。密封材とは、変形され易く、加圧加熱した後において所定の弾性を有して固化する材料からなるものをいい、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等をいう。

可撓性ホルダーを太陽電池の周縁に装着することにより、太陽電池の周縁が密封材で覆われると共に、太陽電池の周縁を覆う密封材も可撓性ホルダーにより覆われる。

次に、可撓性ホルダーの外部から太陽電池の周縁に装着された密封材を所定圧力で加圧しながら所定温度に加熱する。

可撓性ホルダーの外部から密封材を所定圧力で加圧しながら所定温度に加熱することにより、太陽電池の周縁と密封材を密着させることができる。そして、可撓性ホルダーにより太陽電池の周縁と密封材との密着状態を維持することができると共に、断面コ字状のフレームが被覆可能な所望形状である断面コ字状の可撓性ホルダーを製造することができる。

従って、太陽電池の周縁と密封材との間には水分が存在する隙間が生じないので、太陽電池の周縁から、太陽電池内部に水分が浸入することを防止できる。この結果、太陽電池の耐久性を高めることができる。

そして、可撓性ホルダーの外面をフレームで被覆する。可撓性ホルダーの外面をフレームで被覆することにより、太陽電池と、太陽電池の周縁に密封材を介して装着される断面コ字状の可撓性ホルダーと、該可撓性ホルダーの外面を覆う断面コ字状のフレームとを備えた太陽電池モジュールを製造できる。

従って、断面コ字状のフレームにより、可撓性ホルダーにより維持された上記の太陽電池の周縁と密封材との密着状態を確実に維持することができる。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法において、前記太陽電池は、例えば、カバーガラスと、該カバーガラスの受光面とは反対の面に配置された太陽電池素子と、該太陽電池素子を覆うと共に該カバーガラスとの間に封止材が封入されるバックシートとを備えるものである。

この場合、可撓性ホルダーの外部から密封材を所定圧力で加圧しながら、所定温度に加熱することにより、太陽電池のカバーガラス及びバックシートに密封材を密着させることができる。従って、太陽電池のカバーガラス及びバックシートと密封材との間には水分が存在する隙間が生じないので、太陽電池のカバーガラスとバックシートの間から、太陽電池内部に水分が浸入することを防止できる。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法において、前記密封材を前記所定温度に加熱した後、該所定温度に所定時間保持する工程を備えることが好ましい。密封材を所定温度に加熱した後、所定温度に所定時間保持することにより、太陽電池の周縁と密封材とを確実に密着させることができる。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法において、前記密封材はブチルゴムであり、前記可撓性ホルダーの外部から前記太陽電池の周縁に装着されたブチルゴムを加圧する圧力は、２〜４Ｎ／ｃｍ^２の範囲の圧力であることが好ましい。

可撓性ホルダーの外部からブチルゴムを加圧する圧力が２Ｎ／ｃｍ^２未満の場合、太陽電池とブチルゴムとの間に隙間が生じ得る。従って、隙間に存在する水分が、カバーガラスとバックシートの間から太陽電池内部に浸入することを防止することができないことがある。

一方、可撓性ホルダーの外部からブチルゴムを加圧する圧力が４Ｎ／ｃｍ^２を超える場合、加圧装置が大規模になり、太陽電池モジュールの製造コストの低減化を図ることができない。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法において、前記ブチルゴムを加熱する温度は、８０〜１２０℃の範囲の温度であることが好ましい。

ブチルゴムを加熱する温度が８０℃未満の場合、太陽電池とブチルゴムとの間に隙間が生じ得る。従って、上述と同様、隙間に存在する水分が太陽電池内部に浸入することを防止することができないことがある。

一方、ブチルゴムを加熱する温度が高温になりすぎると、ブチルゴムを劣化させたり、可撓性ホルダーを変形させることがある、また、加熱するためのエネルギーが過度に必要となることから、製造コストを上昇させる。従って、加熱する温度は１２０℃以下とすることが好ましい。

さらに、本発明の太陽電池モジュールの製造方法において、前記ブチルゴムを８０〜１２０℃の範囲の温度で５分以内の時間保持することが好ましい。

ブチルゴムを前記範囲の温度で５分以内の時間保持することで、太陽電池とブチルゴムとの間を密着させることができる。一方、ブチルゴムを前記範囲の温度で５分を超えて保持した場合、太陽電池モジュールの製造時間を低減することが困難となる。

本実施形態の太陽電池モジュールの製造工程を示す工程図。本実施形態の太陽電池を示す図。図１の製造工程の一部を説明する図。ガラスシートとブチルゴムとの密着性を測定する方法を説明する図。加圧圧力とせん断強度との関係を示す図。ヒートプレス温度とせん断強度との関係を示す図。

次に、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法では、まず、図１（ａ）に示すように、断面コ字状の可撓性ホルダー１に密封材として未加硫のブチルゴム２を挿入し、ブチルゴム２が挿入された可撓性ホルダー１を太陽電池３の周縁に装着する。可撓性ホルダー１の太陽電池３の周縁への装着は、例えば、可撓性ホルダー１内のブチルゴム２を加熱し、加熱されたブチルゴム２と共に可撓性ホルダー１を太陽電池３の周縁に押圧することにより行う。

本実施形態の製造方法により製造される太陽電池モジュール内の太陽電池３は、図２に示すように、太陽電池素子４を、透光性を有するカバーガラス５と防湿性を確保するバックシート６との間に設け、ＥＶＡ等を主成分とする透明な封止材７を封入するように構成されている。

太陽電池素子４としては、例えば、結晶系太陽電池、カルコパイライト化合物（Ｃｕ（Ｉｎ＋Ｇａ）Ｓｅ２）からなるＣＩＧＳ層をｐ型の光吸収層に備えるカルコパイライト型薄膜太陽電池を含む薄膜系太陽電池等が挙げられる。カバーガラス５としては、例えば、強化ガラス等の硬質透明板等が挙げられる。

バックシート６は、太陽電池モジュール内部への防湿性を確保するため、シリカ蒸着ＰＥＴフィルムやアルミ箔等の防湿層にポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）やＰＥＴフィルム等を積層したもの等、防湿性に優れたシートが使用される。

尚、図示しないが、各太陽電池素子４間は封止材７中で結線接続し、バックシート６上に設けた出力端子と接続することで、外部に発電出力が取り出すことができる。

可撓性ホルダー１は、太陽電池３の周縁全周にわたって取付けられる部材であり、太陽電池３の周縁を狭持可能な断面コ字状のホルダーである。また、可撓性ホルダー１の断面コ字状の両端部内面には、対向する突出部１ａ，１ｂが設けられている。可撓性ホルダー１は、可撓性を有すると共に、絶縁性を有するゴム、例えば、オレフィン系熱可塑性エラストマー等で形成されている。

可撓性ホルダー１の突出部１ａ，１ｂは、ブチルゴム２が挿入された可撓性ホルダー１を太陽電池３の周縁に装着し、突出部１ａが太陽電池３のカバーガラス５に、突出部１ｂが太陽電池３のバックシート６に設置された際、所定量のブチルゴムを保持可能な空間を可撓性ホルダー１内に形成する。

また、可撓性ホルダー１の突出部１ａ，１ｂは、可撓性ホルダー１外部からブチルゴム２を加圧したときでも、ブチルゴム２が可撓性ホルダー１の断面コ字状の突出部１ａ，１ｂ側から外部に漏れ出すことを防止する。

次に、図１（ｂ）に示すように、可撓性ホルダー１が装着された太陽電池３に治具８を装着する。治具８は、例えば、可撓性ホルダー１を保持する断面Ｌ字状の台座部材８ａと、台座部材８ａの上部に設けられたヒンジ８ｂを介して回動可能な開閉部材８ｃとを備える共に、開閉部材８ｃを閉じることにより可撓性ホルダー１外部からブチルゴム２を加圧するときには断面コ字状となる治具である。

また、本実施形態においては、図３（ａ）に示すように、４つの治具８が、太陽電池３の周縁全周にわたり装着される。尚、図３（ａ）に示す状態において、太陽電池３の中心方向に移動できるように、各治具８間には隙間９が設けられている。

次に、図１（ｃ）及び図３（ｂ）に示すように、治具８の開閉部材８ｃを開放した状態で、各治具８を太陽電池３の中心方向に移動させる。各治具８を太陽電池３の中心方向に移動させることにより、太陽電池３を可撓性ホルダー１に挿入されたブチルゴム２に確実に挿入すると共に、ホルダー１の可撓性によりブチルゴム２に加えられた力を治具８の開閉部材８ｃの開放方向に逃す。

次に、図１（ｄ）に示すように、可撓性ホルダー１の外部から太陽電池３の周縁に装着されたブチルゴム２を２〜４Ｎ／ｃｍ^２の範囲の圧力で加圧しながら、ブチルゴム２を８０〜１２０℃の範囲の温度に加熱する。

本件発明者等は、ブチルゴム２との太陽電池３周縁のカバーガラス５とバックシート６の界面から太陽電池３内部に水分が浸入することを防止して、太陽電池３の耐久性を向上させるために、太陽電池３とブチルゴム２との間を密着させることができる好適条件を選定した。

太陽電池３において、例えばカバーガラス５とブチルゴム２との間に隙間が存在する場合、ブチルゴム２をカバーガラス５から剥がす際、ブチルゴム２とカバーガラス５との界面で破壊が起きる。一方、カバーガラス５とブチルゴム２とが密着する場合、ブチルゴム２とカバーガラス５との界面で破壊が起きず、ブチルゴム２に破壊が起きる凝集破壊が生じる。また、ガラス製のカバーガラス５と樹脂製のバックシート６とを比較すると、バックシート６の方がブチルゴムとの密着性に優れている。

そこで、図４に示す試験装置２０を用いて、カバーガラス５と同質材料の２枚のガラスシート１０ａ，１０ｂの間に挿入されたサンプル１１であるブチルゴムを所定圧力で加圧しながら、サンプル１１を所定温度に加熱する。そして、所定温度で所定時間保持した後、ガラスシート１０ａ、１０ｂ上のサンプル１１であるブチルゴムを剥がすことにより、ガラスシート１０ａ、１０ｂとサンプル１１との密着性を評価した。

図４に示すように、試験装置２０は、サンプル１１であるブチルゴムを加熱するテーブルヒータ１２上に、２枚のガラスシート１０ａ，１０ｂの間にサンプル１１を挿入し載置されるように構成されている。また、試験装置２０には、テーブルヒータ１２の表面温度を測定する温度センサ１３と、ガラスシート１０ｂの表面温度を測定する温度センサ１４と、サンプル１１の温度を測定する温度センサ１５とが設けられている。

（実験１）
まず、サンプル１１の温度が試験温度である１００℃に到達した後、錘１６をガラスシート１０ａ上に載置して、圧力をサンプル１１に加え、サンプル１１の温度を１００℃に５分間保持した。このときの圧力を０〜４Ｎ／ｃｍ^２の範囲で変化させ、サンプル１１を作成した。そして、ガラスシート１０ａ，１０ｂを剥がすことにより、発生するサンプル１１の破壊を観測した。

図５に示すように、サンプル１１を加圧する圧力を大きくするに従い、界面での剥離から凝集破壊に変化した。具体的には、１．８Ｎ／ｃｍ^２以上の圧力で加圧することにより、凝集破壊が起きた。

この結果、加圧圧力を大きくするに従い、ガラスシート１０ａ，１０ｂとサンプル１１であるブチルゴムとが密着し、また、サンプル１１の温度を１００℃に５分間保持しながら２Ｎ／ｃｍ^２以上の圧力で加圧することにより、ガラスシート１０ａ，１０ｂとサンプル１１であるブチルゴムとが十分に密着することがわかった。

（実験２）
次に、試験温度を２８〜１２０℃の範囲で変化させた。具体的には、加熱によりサンプル１１の温度が試験温度に到達した後、サンプル１１の温度を試験温度に保持しながら、２Ｎ／ｃｍ^２の圧力で５分間加圧してサンプル１１を作成した。そして、ガラスシート１０ａ，１０ｂを剥がすことにより発生するサンプル１１の破壊を観測した。

図６に示すように、試験温度２８℃及び４０℃では界面での破壊が起こり、６０℃では凝集破壊と界面での破壊とが起き、８０℃以上では凝集破壊が起きた。この結果、加熱する温度が高くなるに従い、ガラスシート１０ａ，１０ｂとサンプル１１であるブチルゴムとが密着し、また、サンプル１１の温度を８０℃以上に５分間保持しながら２Ｎ／ｃｍ^２以上の圧力で加圧することにより、ガラスシート１０ａ，１０ｂとサンプル１１であるブチルゴムとが十分に密着することがわかった。

（実験３）
さらに、加温及び加圧する時間を決定するため、実験を行った。サンプル１１の温度が試験温度に到達した後、２Ｎ／ｃｍ^２の圧力になるように錘１６をガラスシート１０ａ上に載置して、試験温度到達後の加圧時間、サンプル１１の温度を試験温度に保持した。このようにして、加熱温度と加圧時間に応じたサンプル１１を作成した。そして、ガラスシート１０ａ，１０ｂを剥がすことにより発生するサンプル１１の破壊を観測した。測定した結果を表１に示す。

表１に示すように、加熱温度が４０〜６０℃で、加圧時間が５分以内では、界面で剥離したため、ガラスシート１０ａ，１０ｂとサンプル１１であるブチルゴムとが十分に密着しないが、加熱温度が１００℃以上の場合、加圧時間が５分以内であっても、凝集破壊が起き、ガラスシート１０ａ，１０ｂとサンプル１１であるブチルゴムとが十分に密着することがわかった。

以上より、本実施形態では、太陽電池３とブチルゴム２とを密着させるため、可撓性ホルダー１の外部から太陽電池３の周縁に装着されたブチルゴム２を２〜４Ｎ／ｃｍ^２の範囲の圧力で加圧しながら、ブチルゴム２を８０〜１２０℃の範囲の温度に加熱し、加硫反応を進行させる。

従って、太陽電池３の周縁のカバーガラス５及びバックシート６にブチルゴム２を密着させる。また、太陽電池３とブチルゴム２とが密着した状態で冷却されることにより、太陽電池３がブチルゴム２と密着した状態を維持する。さらに、可撓性ホルダー１によりカバーガラス５及びバックシート６にブチルゴム２を密着させた状態を確実に維持する。

この結果、太陽電池３とブチルゴム２との間には水分が存在し得る隙間が生じないので、太陽電池３周縁のカバーガラス５とバックシート６の間から、太陽電池３内部に水分が浸入することを防止する。

そして、治具８を取り外した後、図１（ｅ）に示すように、太陽電池３の周縁にブチルゴム２を介して装着される可撓性ホルダー１の外面を断面コ字状のフレーム１７で被覆する。フレーム１７は、可撓性ホルダー１を覆い、太陽電池３の周縁全体にわたり取付けられるように形成された断面コ字状の部材であり、例えば、アルミニウム等で形成された金属フレームである。

可撓性ホルダー１の外面を断面コ字状のフレーム１７で被覆することにより、太陽電池３と、太陽電池３の周縁にブチルゴム２を介して装着される可撓性ホルダー１と、可撓性ホルダー１の外面を覆う断面コ字状のフレーム１７とを備えた太陽電池モジュール１８を製造する。

尚、本実施形態の製造方法により製造された太陽電池モジュールは、可撓性ホルダー１を太陽電池３の周縁にブチルゴム２を介して装着することから、ブチルゴム２の絶縁性により、絶縁信頼性に優れた太陽電池モジュール１８を製造することができる。

さらに、絶縁性を有するオレフィン系熱可塑性エラストマー等で可撓性ホルダー１を形成することにより、太陽電池３とフレーム１７との間の絶縁状態も維持することができ、さらに絶縁信頼性が向上した太陽電池モジュール１８を製造することができる。

１…可撓性ホルダー、２…ブチルゴム、３…太陽電池、４…太陽電池素子、５…カバーガラス、６…バックシート、７…封止材、８…治具、１７…フレーム、１８…太陽電池モジュール。

Claims

太陽電池と、該太陽電池の周縁に密封材を介して装着される断面コ字状の可撓性ホルダーと、該可撓性ホルダーの外面を覆う断面コ字状のフレームとを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、
該密封材が挿入された該可撓性ホルダーを該太陽電池の周縁に装着する工程と、
該可撓性ホルダーの外部から該太陽電池の周縁に装着された密封材を所定圧力で加圧しながら所定温度に加熱する工程と、
該可撓性ホルダーの外面を該フレームで被覆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。
請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法において、
前記太陽電池は、カバーガラスと、該カバーガラスの受光面とは反対の面に配置された太陽電池素子と、該太陽電池素子を覆うと共に該カバーガラスとの間に封止材が封入されるバックシート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。
請求項１又は請求項２記載の太陽電池モジュールの製造方法において、
前記密封材を前記所定温度に加熱した後、該所定温度に所定時間保持する工程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。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の太陽電池モジュールの製造方法において、
前記密封材はブチルゴムであり、
前記可撓性ホルダーの外部から前記太陽電池の周縁に装着されたブチルゴムを加圧する圧力は、２〜４Ｎ／ｃｍ^２の範囲の圧力であることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項４記載の太陽電池モジュールの製造方法において、
前記ブチルゴムを加熱する温度は、８０〜１２０℃の範囲の温度であることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項５記載の太陽電池モジュールの製造方法において、
前記ブチルゴムを８０〜１２０℃の範囲の温度で５分以内の時間保持することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。