JP5430956B2 - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、封止材によって封止された複数の太陽電池を備える太陽電池モジュールの製造方法に関する。

太陽電池は、クリーンで無尽蔵なエネルギー源である太陽からの光を直接電気に変換できることから、環境に優しい新しいエネルギー源として注目されている。

このような太陽電池を電力源として用いる場合、複数の太陽電池を直列に接続することで出力を高めた太陽電池モジュールとして用いられるのが一般的である。複数の太陽電池は、ガラスなどの受光面側保護材とポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの裏面側保護材との間において、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）などの封止材によって封止される。

従来、複数の太陽電池は、１種類の封止材によって封止されるだけでなく、軟化点、硬化点或いは絶縁性などの異なる複数の封止材によって封止される場合がある。この場合、太陽電池モジュール側面に露出される複数の封止材の界面を伝って水分などが浸入しやすいという問題があった。

そこで、複数の封止材によって複数の太陽電池を封止する場合において、１種類の封止材だけを側面に露出させた太陽電池モジュールが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００８−２３５６０３号公報

しかしながら、特許文献１では、ラミネート工程について考慮されていないため、太陽電池モジュール側面に複数の封止材の界面が露出されてしまうおそれがあった。

具体的には、太陽電池モジュールは、以下のラミネート工程を経て作製される。まず、受光面側保護材を載置台に載置して、第１封止材、複数の太陽電池、第２封止材及び裏面側保護材を順次積層することによって積層体を形成する。次に、裏面側保護材側から加圧しながら、第１及び第２封止材を加熱によって硬化させる。次に、第１及び第２封止材のうち受光面側保護材と裏面側保護材の間からはみ出た部分を除去する。

このように、ラミネート工程において積層体は加圧されるので、第１封止材だけでなく第２封止材までもが受光面側保護材と裏面側保護材の間からはみ出てしまう。そのため、はみ出た部分が除去されると、太陽電池モジュール側面に第１及び第２封止材の界面が露出されてしまう。

なお、界面を伝って水分などが浸入しやすいという問題は、第１封止材と第２封止材が異種材料である場合に限らず、同種材料である場合においても生じる。

本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、側面からの水分の浸入を抑制可能とす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。

本発明の特徴に係る太陽電池モジュールの製造方法は、第１保護材、第１封止材、複数の太陽電池、第２封止材及び第２保護材を順次積層することによって積層体を形成する積層体形成工程と、前記積層体を上下から加圧しながら加熱するラミネート工程とを備え、前記ラミネート工程において、前記第１保護材と前記第２封止材との間に前記第１封止材を封止することを要旨とする。

本発明の特徴に係る太陽電池モジュールの製造方法において、前記第１封止材の軟化温度を前記第２封止材の軟化温度よりも高くすることによって、前記ラミネート工程において、前記第１保護材と前記第２封止材との間に前記第１封止材を封止してもよい。

本発明の特徴に係る太陽電池モジュールの製造方法において、前記第１封止材を前記第２封止材よりも厚くすることによって、前記ラミネート工程において、前記第１保護材と前記第２封止材との間に前記第１封止材を封止してもよい。

本発明の特徴に係る太陽電池モジュールの製造方法において、前記積層体の平面視において、前記第１封止材の外周を前記第１保護材の外周から５ｍｍ以上内側に設けることによって、前記ラミネート工程において、前記第１保護材２と前記第２封止材との間に前記第１封止材を封止してもよい。

本発明の特徴に係る太陽電池モジュールの製造方法において、前記第１封止材の前記複数の太陽電池と対向する面には、ディンプル加工が施されていてもよい。

本発明によれば、側面からの水分の浸入を抑制可能とする太陽電池モジュールの製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の側面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１００を受光面側から見た平面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の構成を説明するための図である。

次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（太陽電池モジュールの構成）
本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、太陽電池モジュール１００の側面図である。図２は、太陽電池モジュール１００を受光面側から見た平面図である。

図１及び図２に示すように、太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池ストリング１、受光面側保護材２、裏面側保護材３、第１封止材４ａ及び第２封止材４ｂを備える。太陽電池モジュール１００は、後述するように、受光面側保護材２、裏面側保護材３、第１封止材４ａ及び第２封止材４ｂによって構成される積層体をラミネートすることによって作製される。

複数の太陽電池ストリング１は、受光面側保護材２と裏面側保護材３との間において、第１封止材４ａと第２封止材４ｂとによって封止される。各太陽電池ストリング１は、配列方向Ｈに沿って配列される複数の太陽電池１０と、複数の太陽電池１０を互いに電気的に接続する複数の第１配線材１１と、両端に位置する一対の太陽電池１０に接続される複数の第２配線材１２とを備える。複数の太陽電池ストリング１は、図２に示すように、配列方向Hに略直交する直交方向Ｔにおいて略平行に並べられている。

ここで、一の太陽電池ストリング１と、一の太陽電池ストリング１に隣接する他の太陽電池ストリング１とは、第２配線材１２に接続される渡り配線材１３によって、互いに電気的に接続される。

各太陽電池１０は、光を受ける受光面と、受光面の反対側に設けられる裏面とを有する。各太陽電池１０は、受光によって光生成キャリアを生成する。

第１配線材１１、第２配線材１２及び渡り配線材１３は、薄板状或いは縒り線状に成形された銅等の導電材を用いて形成することができる。なお、このような導電材の表面には、半田メッキなどが施されていてもよい。

受光面側保護材２は、各太陽電池１０の受光面側に配置され、太陽電池モジュール１００の表面を保護する。受光面側保護材２としては、透光性及び遮水性を有するガラス、透光性プラスチック等を用いることができる。

裏面側保護材３は、各太陽電池１０の裏面側に配置され、太陽電池モジュール１００の背面を保護する。裏面側保護材３としては、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）等の樹脂フィルム、Ａｌ箔を樹脂フィルムでサンドイッチした構造を有する積層フィルムなどを用いることができる。

第１封止材４ａは、図１に示すように、複数の太陽電池１０と受光面側保護材２との間に設けられる。具体的には、第１封止材４ａは、受光面側保護材２と第２封止材４ｂとによって封止されている。従って、第１封止材４ａは、太陽電池モジュール１００の側面ＳＦに露出しない。そのため、図２に示すように、第１封止材４ａは、平面視において、第２封止材４ｂの内側に設けられる。また、行列状に配列された複数の太陽電池１０は、平面視において、第１封止材４ａの内側に設けられる。なお、第１封止材４ａを側面ＳＦに露出させない方法については後述する。

第２封止材４ｂは、図１に示すように、複数の太陽電池１０と裏面側保護材３との間に設けられる。具体的には、第２封止材４ｂは、受光面側保護材２との間において、第１封止材４ａを封止している。従って、第２封止材４ｂは、太陽電池モジュール１００の側面ＳＦに露出する。そのため、図２に示すように、第２封止材４ｂは、平面視において、第１封止材４ａの外側に設けられる。なお、後述するように、側面ＳＦに露出する第２封止材４ｂの露出面は、ラミネート工程で受光面側保護材２及び裏面側保護材３の端部からはみ出した部分を除去すことによって形成される。

第１封止材４ａ及び第２封止材４ｂとしては、ＥＶＡ、ＥＥＡ、ＰＶＢ、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等の透光性の樹脂を用いることができる。第１封止材４ａ及び第２封止材４ｂそれぞれは、軟化温度以上に加熱されることによって軟化する。また、第１封止材４ａ及び第２封止材４ｂには架橋剤が添加されており、硬化温度以上に加熱されることによって硬化が進行する。なお、第１封止材４ａと第２封止材４ｂとは、同一成分の材料で構成されていてもよいし、異なる成分の材料で構成されていてもよいが、第１封止材４ａの軟化温度は、第２封止材４ｂの軟化温度よりも高いことが好ましい。ラミネート工程において、第２封止材４ｂの軟化後に第１封止材４ａを軟化させることによって、第１封止材４ａが太陽電池モジュール１００の側面ＳＦに露出することを抑制できるからである。

また、第１封止材４ａ及び第２封止材４ｂの厚みに制限はないが、第１封止材４ａの厚みは、第２封止材４ｂの厚みよりも大きいことが好ましい。ラミネート工程において、厚みの大きい第１封止材４ａによって厚みの小さい第２封止材４ｂを側方に押し出すことによって、第１封止材４ａが太陽電池モジュール１００の側面ＳＦに露出することを抑制できるからである。

なお、太陽電池モジュール１００の外周には、強度向上のためのＡｌフレームなどが取り付けられてもよい。

（太陽電池モジュールの製造方法）
以下において、本発明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、図面を参照しながら説明する。

まず、配列方向Ｈに沿って配列された５個の太陽電池１０を、第１配線材１１によって互いに電気的に接続する。続いて、５個の太陽電池１０の両端に位置する太陽電池１０に第２配線材１２を接続する。これによって太陽電池ストリング１が形成される。

次に、複数の太陽電池ストリングを互いに略平行に配置し、渡り配線材１３によって接続する。これによって、複数の太陽電池ストリング１が電気的に接続され、複数の太陽電池１０が行列状に配列される。

次に、ラミネート装置を用いて各構成部材をラミネートする。ラミネート装置２０は、図３に示すように、下側ハウジング２１、ヒータプレート２２、ヒータ２３、上側ハウジング２４及びダイアフラム２５を備える。下側ハウジング２１は、ヒータプレート２２を収容する。ヒータプレート２２は、各構成部材を載置可能な載置台であり、内蔵するヒータ２３によって載置面を加熱することができる。上側ハウジング２４は、下側ハウジング２１の上部開口に嵌めあわされる。上側ハウジング２４の下部開口には、ダイアフラム２５が張られている。下側ハウジング２１及び上側ハウジング２４の内部は、給排気可能である。

以下、ラミネート工程について説明する。まず、受光面側保護材２を、ヒータプレート２２上に載置する。次に、受光面側保護材２上に、第１封止材４ａ、行列状に配列された複数の太陽電池１０、第２封止材４ｂ及び裏面側保護材３を順次配置する。これによって、各構成部材が積層された積層体３０が形成される。従って、積層体３０において、第２封止材４ｂは、第１封止材４ａの上方に配置されている。

次に、図３に示すように、下側ハウジング２１に上側ハウジング２４を嵌め合わせ、下側ハウジング２１内部を上側ハウジング２４内部の圧力よりも低い圧力に真空引きしながら、ヒータプレート２２を約１５０〜２００℃に加熱する。これによって、積層体３０は、裏面側保護材３側からダイアフラム２５によって上下から加圧されながら、ヒータプレート２２によって加熱される。

この際、本実施形態では、前記第１保護材２と前記第２封止材との間に前記第１封止材を封止する。すなわち、第１封止材４ａが受光面側保護材２及び裏面側保護材３の間からはみ出さないようにラミネートする。具体的には、以下の３つの手法によって、第１封止材４ａが受光面側保護材２及び裏面側保護材３の間からはみ出すことを抑制できる。

（１）第１封止材４ａの軟化温度を第２封止材４ｂの軟化温度よりも高くする
第１の手法は、第１封止材４ａの軟化温度を第２封止材４ｂの軟化温度よりも高くする手法である。この手法によれば、第２封止材４ｂは、第１封止材４ａよりも先に軟化する。これによって、受光面側保護材２と第２封止材４ｂとの間に第１封止材４ａを封止することができるので、第１封止材４ａが、受光面側保護材２及び裏面側保護材３の間からはみ出ることを抑制することができる。

（２）第１封止材４ａの厚みを第２封止材４ｂの厚みよりも大きくする
第２の手法は、第１封止材４ａの厚みを第２封止材４ｂの厚みよりも大きくする手法である。この手法によれば、厚みの大きい第１封止材４ａによって第２封止材４ｂが変形されるので、第２封止材４ｂを第１封止材４ａの周囲に押し出すことができる。これによって、受光面側保護材２と第２封止材４ｂとの間に第１封止材４ａを封止することができるので、第１封止材４ａが、受光面側保護材２及び裏面側保護材３の間からはみ出ることを抑制することができる。

（３）第１封止材４ａのサイズを受光面側保護材２及び裏面側保護材３のサイズより十分小さくする
第３の手法は、第１封止材４ａのサイズを受光面側保護材２及び裏面側保護材３のサイズより十分小さくする手法である。ここで、図４は、積層体３０を受光面側保護材２側から見た平面図である。図４に示すように、第１封止材４ａの外周と受光面側保護材２の外周との間隔αを十分に大きくする。間隔αは、第１封止材４ａの軟化温度、粘度などによって変更されうるものであるが、例えば５ｍｍ程度である。なお、第２封止材４ｂのサイズは、第１封止材４ａのサイズよりも大きければよく、受光面側保護材２のサイズと同程度であることが好ましい。

以上の３つの手法によれば、図５に示すように、第１封止材４ａを受光面側保護材２と第２封止材４ｂとの間に封止することができる。すなわち、第２封止材４ｂの外縁部のみを、受光面側保護材２と裏面側保護材３の間からはみ出させることができる。

続いて、ラミネートされた積層体３０をさらに一定時間加熱することによって、第１封止材４ａと第２封止材４ｂを十分に架橋させる。

その後、第２封止材４ｂのうち受光面側保護材２と裏面側保護材３の間からはみ出した食み出し部分Ｒを、基準線Ｓに従って切り落とす。これによって、側面ＳＦを有する太陽電池モジュール１００が完成する。

（作用及び効果）
実施形態では、受光面側保護材２、第１封止材４ａ、複数の太陽電池１０、第２封止材４ｂ及び裏面側保護材３によって構成される積層体３０のラミネート工程において、第１封止材４ａを受光面側保護材２と第２封止材４ｂとの間に封止する。すなわち、ラミネート工程において、第２封止材４ｂの外縁部のみを受光面側保護材２と裏面側保護材３の間からはみ出させる。

具体的には、第１封止材４ａの軟化温度を第２封止材４ｂの軟化温度よりも高くする手法、第１封止材４ａの厚みを第２封止材４ｂの厚みよりも大きくする手法、或いは、第１封止材４ａのサイズを受光面側保護材２及び裏面側保護材３のサイズより十分小さくする手法を用いる。

これらの手法によって、太陽電池モジュール１００の側面ＳＦには、第２封止材４ｂのみが露出し、第１封止材４ａは露出しない。従って、側面ＳＦに第１封止材４ａと第２封止材４ｂとの界面が露出されないので、側面ＳＦからの水分が浸入することを抑制することができる。

また、本実施形態では、積層体３０において、第２封止材４ｂは、第１封止材４ａの上方に配置されている。従って、第２封止材４ｂの自重に従って、第２封止材４ｂを第１封止材４ａの側方に垂れ下がり易くすることができる。従って、ラミネート工程において、受光面側保護材２と第２封止材４ｂとの間に第１封止材４ａをより確実に封止することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記実施形態では、受光面側保護材２側に配置される第１封止材４ａのサイズを、裏面側保護材３側に配置される第２封止材４ｂのサイズよりも小さくすることとしたが、裏面側保護材３側に配置される第２封止材４ｂのサイズを受光面側保護材２側に配置される第１封止材４ａのサイズよりも小さくしてもよい。この場合には、第１封止材４ａが受光面側保護材２と裏面側保護材３の間からはみ出ることとなる。

また、上記実施形態では、複数の太陽電池１０は、第１封止材４ａと第２封止材４ｂによって封止されることとしたが、これに限られるものではない。例えば、第２封止材４ｂと受光面側保護材２との間において第１封止材４ａとともに封止される限り、他の封止材を用いることが可能である。

また、太陽電池ストリング１、太陽電池１０、各配線材などの数は、上記実施形態に限定されない。

また、上記実施形態では特に触れていないが、受光面側保護材２の複数の太陽電池１０と対向する表面には、ディンプル加工が施されていてもよい。この場合、図６（ａ）に示すように、第２封止材４ｂよりもサイズの小さい第１封止材４ａを受光面側保護材２側に配置することが好ましい。これによれば、図６（ｂ）に示すように、第１封止材４ａを裏面側保護材３側に配置する場合に比べて、側面ＳＦから太陽電池１０までの距離を長くすることができる。従って、２つの部材の界面に沿って水分が太陽電池１０まで到達することをより抑制することができる。その結果、太陽電池モジュール１００の信頼性を向上することができる。 このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

以下、本発明に係る太陽電池モジュールの実施例について具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。

（実施例１）
受光面側保護材として１５０ｍｍ×１５０ｍｍサイズのガラス板を、裏面側保護材として１５０ｍｍ×１５０ｍｍサイズのＰＥＴフィルムを準備した。また、小さいサイズの封止材として１４０ｍｍ×１４０ｍｍサイズのＥＶＡフィルム（以下、「小ＥＶＡフィルム」という。）を、大きいサイズの封止材として１５０ｍｍ×１５０ｍｍサイズのＥＶＡフィルム（以下、「大ＥＶＡフィルム」という。）を準備した。

ラミネート装置の載置台上に、ガラス板、小ＥＶＡフィルム、複数の太陽電池、大ＥＶＡフィルム及びＰＥＴフィルムを順次積層して積層体を形成した。なお、小ＥＶＡフィルムをガラス板の外周から５ｍｍずつ内側に配置した。

次に、載置台を加熱しながらダイアフラムで積層体を加圧した。これによって、小ＥＶＡフィルム及び大ＥＶＡフィルムを硬化させた。最後に、受光面側保護材と裏面側保護材の間からはみ出たＥＶＡを切り落として太陽電池モジュールを完成させた。

（実施例２）
実施例２では、ラミネート装置の載置台上に、ガラス板、大ＥＶＡフィルム、複数の太陽電池、小ＥＶＡフィルム及びＰＥＴフィルムの順番で積層した。これ以外は、上記実施例１と同様とした。

（比較例１）
比較例１では、同じサイズの２枚のＥＶＡフィルムを用いて積層体を形成した。これ以外は、上記実施例１と同様とした。

（比較例２）
比較例２では、小ＥＶＡフィルムのサイズを１４５ｍｍ×１４５ｍｍとするとともに、小ＥＶＡフィルムをガラス板の外周から２．５ｍｍずつ内側に配置した。これ以外は、上記実施例１と同様とした。

（比較例３）
比較例３では、小ＥＶＡフィルムのサイズを１４０ｍｍ×１４０ｍｍとするとともに、ラミネート装置の載置台上に、ガラス板、大ＥＶＡフィルム、複数の太陽電池、小ＥＶＡフィルム及びＰＥＴフィルムの順番で積層した。これ以外は、上記実施例２と同様とした。

（高温高湿試験）
次に、実施例及び比較例について高温高湿試験（ＪＩＳ Ｃ８９９１）を行い、試験前後での太陽電池モジュール特性を比較した。高温高湿試験の条件は、温度８５℃、湿度８５％とした。

高温高湿試験後における太陽電池モジュール特性を下表に示す。なお、下表では、比較例１の値を基準に規格化された値を示している。

上表に示すように、実施例では、比較例に比べて、高い太陽電池モジュール特性を得ることができた。

これは、実施例に係る太陽電池モジュールの側面には、小ＥＶＡフィルムと大ＥＶＡフィルムとの界面が露出されなかったためである。

特に、載置台上に載置されるガラス板に小ＥＶＡフィルムを接触させた実施例１では、ダイアフラム側のＰＥＴフィルムに小ＥＶＡフィルムを接触させた実施例２よりも太陽電池モジュール特性を向上させることができた。

一方で、比較例１に係る太陽電池モジュールでは、ＥＶＡフィルムのサイズが同じであったために、また、比較例２，３に係る太陽電池モジュールでは、小ＥＶＡフィルムのサイズが大きめであったために、両者の界面が側面に露出された。

このように、太陽電池モジュールの側面に封止材の界面を露出させないためには、小さい封止材のサイズを大きいサイズの封止材よりも十分に小さくすることが有効であることが確認された。

１…太陽電池ストリング、２…受光面側保護材、３…裏面側保護材、４ａ…第１封止材、４ｂ…第２封止材、１０…太陽電池、１１…第１配線材、１２…第２配線材、１３…配線材、２０…ラミネート装置、２１…下側ハウジング、２２…ヒータプレート、２３…ヒータ、２４…上側ハウジング、２５…ダイアフラム、３０…積層体、１００…太陽電池モジュール、ＳＦ…側面

Claims (6)

1. 第１保護材、第１封止材、複数の太陽電池、第２封止材及び第２保護材を順次積層することによって積層体を形成する積層体形成工程と、
   前記積層体を上下から加圧しながら加熱するラミネート工程とを含み、
   前記ラミネート工程において、前記第１封止材の軟化温度を前記第２封止材の軟化温度よりも高くすることによって、前記第１保護材と前記第２封止材との間に前記第１封止材を封止することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
2. 前記第１封止材のサイズは、前記第１保護材のサイズよりも小さい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. 前記積層体形成工程において、ラミネート装置の載置台上に、前記第１保護材、前記第１封止材、前記複数の太陽電池、前記第２封止材及び前記第２保護材を下側から順番に載置することにより前記積層体を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
4. 前記第１封止材のサイズは、前記第２封止材のサイズよりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
5. 前記ラミネート工程で前記第１保護材および前記第２保護材の端部から外側にはみ出した前記第２封止材を除去することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
6. 前記第１保護材の前記複数の太陽電池と対向する面には、ディンプル加工が施されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

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