JP5436901B2 - 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正負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接続構造は、図１に示すように、太陽電池２０の電極２１、２２と導電性接着フィルム１０と配線材３０とがこの順序で積層されている。ここで用いられる導電性接着フィルム１０は、図２に示すように、導電性粒子１と熱硬化性の樹脂接着性成分２とを含んで構成されている。
この導電性接着フィルム１０は、隣り合う太陽電池２０、２０の電極２１、２２を配線材３０で直列及び／又は並列に接続するために用いられる。
導電性接着フィルムを用いて太陽電池の電極と配線材とを接続する従来の方法につき図３ないし図６を参照して説明する。
まず、図３に示すように、太陽電池２０の電極２１、２２に導電性接着フィルム１０、１０を貼り付ける。その後、図４に示すように、導電性接着フィルム１０、１０を貼り付けた太陽電池２０の上下にそれぞれ配線材３０、３０を置き、ヒータブロック４０、４０を低圧力、例えば、０．２ＭＰａの圧力で押圧し、配線材３０を太陽電池２０側に押し付ける。そして、ヒータブロック４０、４０の温度を導電性接着フィルム１０の樹脂接着性成分が熱硬化しない温度での低温加熱、例えば、９０℃程度の温度に加熱して配線材３０、３０を太陽電池２０に仮圧着させ、太陽電池２０、２０を配列する。
続いて、配線材３０を本圧着するための工程に入る。すなわち、図５に示すように、配列された配線材３０付きの太陽電池２０、２０をヒータブロック４０、４０により高温、高圧力で押圧する。ヒータ温度は、樹脂接着成分が熱硬化する温度以上の高温、例えば、１２０℃以上温度で、圧力は２ＭＰａの高圧力で、配線材３０を太陽電池２０側に押し付け、樹脂接着成分を熱硬化させて、太陽電池２０の電極２１、２２と配線材３０とを接続して、図６に示すように、太陽電池のストリングが形成される。
続いて、製造された太陽電池のストリングを目視等により、外観や配線チェックを行い、良品・不良品を選別する検査工程が行われ、良品のストリングを用いて太陽電池モジュールが形成される。
ところで、上記製造工程において、不良が発生する工程は、主に本圧着工程での圧着による太陽電池の割れや欠けである。不良が発生した場合には、リペア作業が必要になる。リペア作業につき図７及び図８を参照して説明する。
図７及び図８に示すように、検査工程で見つけた割れや欠け（２０ｂ）がある太陽電池２０ａのみ取り除き、その箇所へ新たな太陽電池２０ｒを取り付けることになる。
しかしながら、導電性接着フィルム１０を用いた場合、熱硬化した樹脂接着成分と太陽電池２０の接着強度は強く、配線材３０を著しく変形させないと剥がすことができない。図７（ｂ）に示すように、割れた太陽電池２０ａを剥がすと、配線材３０が変形したり、硬化した導電性接着フィルム１０の樹脂接着成分や太陽電池の一部が配線材３０に張り付くため配線材３０を再利用することは難しい。
そこで、図８に示すようにリペア作業を行うことが考えられる。まず、図８（ｃ）に示すように、検査工程で見つけた割れや欠け（２０ｂ）がある太陽電池２０ａを有するストリングから割れた太陽電池２０ａに位置する配線材３０、３０を図中下側の前方部分(図中Ａ）と後方部分（図中Ｂ）で切り離し、割れた太陽電池２０ｂを配線材３０ごと取り外す（図８（ｄ）参照）。
その後、太陽電池２０の電極２０、２１に配線材３０、３０を導電性接着フィルムを用いて圧着固定したリペア用太陽電池２０ｒを用意する。
そして、図８（ｅ）に示すように、リペア用太陽電池２０の配線材３０とストリングの対応する配線材３０、３０同士が接続する箇所（図中Ｃ）を半田を用いて接続することにより、不良品の太陽電池２０ａを良品の太陽電池２０ｒに置き換え、リペア作業を終了する。
上記のように、熱硬化された導電性接着フィルムの樹脂接着成分と太陽電池との接着強度は大きく、配線材の再利用は不可能である。そのため、リペア作業は割れや欠けが発生した太陽電池の配線材の両端を切り落とし、配線材が圧着された良品の太陽電池を半田付けする方法となり生産性が悪くなる。
また、上記したリペア方法においては、半田で接続することで良品の太陽電池の硬化した樹脂接着成分に熱が掛かり、配線材との接着強度が低下するという新たな課題が発生する。
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、リペア作業において、配線材の再利用を可能にして、生産性の向上並びにコストの低減を図ることができる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剤を用いて配線材を電気的に接続させる工程を備える太陽電池モジュールの製造方法において、太陽電池の電極上に、樹脂接着剤と配線材とをこの順序で重畳し第１の条件で圧着して配線材を太陽電池に仮固定する工程と、仮固定した太陽電池の不良品の有無を検査する検査工程と、前記検査工程で不良と判定した太陽電池を取り除き、良品の太陽電池と交換し、樹脂接着剤を間に挟んで第１の条件で圧着することにより良品の太陽電池に配線材を仮固定する工程と、配線材が仮固定され配列された太陽電池を、前記第１の条件よりも高温の第２の条件により前記樹脂接着剤を熱硬化させて太陽電池と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、太陽電池の電極に樹脂接着剤を用いて配線材を電気的に接続させる工程を備える太陽電池モジュールの製造方法において、太陽電池の電極上に、樹脂接着剤と配線材とをこの順序で重畳し第１の条件で圧着して配線材を太陽電池に仮固定する工程と、仮固定した太陽電池の不良品の有無を検査する検査工程と、前記検査工程で不良と判定した太陽電池を取り除き、良品の太陽電池と交換し、樹脂接着剤を間に挟んで第１の条件で圧着することにより良品の太陽電池に配線材を仮固定する工程と、配線材で仮固定され配列された複数の太陽電池を受光側の表面部材と裏面部材との間に封止用樹脂剤によってラミネートする工程と、前記第１の条件よりも高温の第２の条件で樹脂接着剤を熱硬化させて太陽電池と配線材を固定するとともに、前記封止用樹脂剤をキュアする工程と、を備えることを特徴とする。
前記第１の条件は、温度９０℃以下の条件であり、前記第２の条件は温度１２０℃以上２００℃以下の条件で構成すればよい。
この発明によれば、樹脂接着剤の樹脂接着成分が熱硬化されていない状態で、不良品の太陽電池を配線材から剥がして取り外すので、太陽電池は配線材を変形せずに取り外すことができ、配線材を再利用することができ、生産性の向上並びにコストの低減を図ることができる。また、リペア作業時の半田ごての余分な熱の影響も無くすことができる。
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。
この発明では、樹脂接着剤としてフィルム状の接着剤及びペースト状の樹脂接着剤を用いることができる。この実施形態においては、樹脂接着剤として、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１０としては、図２の模式的断面図に示すように、樹脂接着成分２とその中に分散した導電性粒子１とを少なくとも含んで構成されている。樹脂接着成分２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１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。
この発明の太陽電池モジュールに用いられる太陽電池２０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１００ｍｍ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２０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。
図９示すように、この複数の太陽電池２０の各々は互いに隣接する他の太陽電池２０と扁平形状の銅箔などで構成された配線材３０によって電気的に接続されている。即ち、配線材３０の一方端側が所定の太陽電池２０の上面側の集電極に接続されるとともに、他方端側がその所定の太陽電池２０に隣接する別の太陽電池２０の下面側の集電極に接続される。これら太陽電池２０は、配線材３０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。
複数の太陽電池２０が互いに銅箔等の導電材よりなる配線材３０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、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、耐候性、耐湿性に優れた耐候性樹脂剤であるＥＶＡ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ、エチレン酢酸ビニル）等の透光性を有する封止用樹脂剤からなる封止材４３により封止されている。
図１０に示すように、上記した太陽電池２０の表面及び裏面には、集電極２１、２２が設けられている。集電極２１、２２は、例えば、互いに並行に形成された複数の細線電極２１ａ、２２ａを含む。この細線電極２１ａ、２２ａは、例えば、幅約１００μｍ、ピッチ約２ｍｍ、厚み約６０μｍであり、太陽電池２０の表面及び裏面上にそれぞれ５０本程度形成される。このような細線電極２１ａ、２２ａ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２１、２２は集電用のバスバー電極を備えていても良い。
上記した太陽電池２０の集電極２１、２２上に並行に導電性接着フィルム１０が貼り付けられ、この接着フィルム１０を用いて扁平形状の銅箔などで構成された配線材３０が集電極２１、２２と電気的に接続される（図１１参照）。
上述した太陽電池２０と導電性接着フィルム１０を用いて扁平形状の銅箔などで構成された配線材３０によって電気的に接続するために、まず、図１０、図１２に示すように、太陽電池２０の表裏の集電極２１、２２上にそれぞれ導電性接着フィルム１０を貼り付ける。この導電性接着フィルム１０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１０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３０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１．５ｍｍ、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を用いている。
図１３に示すように、この複数の太陽電池２０の各々を互いに隣接する他の太陽電池２０と扁平形状の銅箔などで構成された配線材３０によって電気的に接続する。即ち、配線材３０の一方端側が所定の太陽電池２０の上面側の集電極２１に接続されるとともに、他方端側がその所定の太陽電池２０に隣接する別の太陽電池の下面側の集電極２２に接続されるように、太陽電池２０の表裏に貼り付けた導電性接着フィルム１０、１０にそれぞれ配線材３０を置く。そして、低温、高圧力で配線材３０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、ヒータブロック４０、４０を高圧力、例えば、２ＭＰａの圧力で押圧し、配線材３０、３０を太陽電池２０側にそれぞれ押し付ける。そして、ヒータブロック４０、４０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℃程度の温度に加熱して配線材３０を仮圧着固定させ、配線材３０を仮固定した太陽電池２０、２０を配列してストリングスを形成する（図１４参照）。
ここで、導電性粒子１を含む導電性樹脂フィルム２を用いる場合には、導電性粒子１を集電極２１（２２）の表面及び配線材３０の表面の両方に接触させることにより、集電極２１（２２）と配線材３０との電気的接続を行うように、ヒータブロック４０、４０で配線材３０を集電極２１（２２）に圧着する。
この低温、高圧力による仮圧着は、圧力が従来の本圧着工程と同程度の圧力を付加している。このため、圧着による太陽電池２０の割れや欠けなどの不良はこの工程で発生することが多い。また、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１４に示すように、配線材３０を太陽電池２０、２０に仮固定したストリングにおいて、太陽電池２０の不良品の有無を検査する工程を行う。この検査工程は、従来の完成検査工程と同様の検査を行うもので、目視等により、外観や配線チェックを行い、良品、不良品を選別する。前述したように、高圧力による仮圧着は、圧力が従来の本圧着工程と同程度の圧力を付加している。このため、圧着による太陽電池２０の欠けや割れなどの不良はこの工程で発生することが多いので、この仮圧着工程の後で、完成検査工程と同様の検査を行い、良品と不良品を選別する。この工程の後の工程では、太陽電池の割れ等の発生が生じる工程を無くしている。
この検査工程において、太陽電池の割れ等の不良が発生していることを確認した場合には、リペア工程に進み、良品の場合には、配線材の本圧着工程へと進む。
配線材３０を本圧着固定する工程は、図１５に示すように、ヒータブロック４０、４０を低圧力、例えば、０．２ＭＰａの圧力で押圧し、配線材３０、３０を太陽電池２０側にそれぞれ押し付ける。そして、ヒータブロック４０、４０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３０を本圧着固定させ、配線材３０を固定して太陽電池２０、２０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１８０℃の温度とし、２０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、低圧力による圧着は、圧力が従来の仮圧着工程と同程度の圧力を付加している。このため、この圧着工程による太陽電池２０の欠けや割れなどの不良はこの工程では殆ど発生することがない。また、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２１（２２）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２１（２２）より柔らかい導電膜を形成したものを用い、集電極２１（２２）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３０により複数の太陽電池２２を接続したものを、図１６に示すように、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シート４３ａ、４３ｂ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２０を表面部材４１と裏面部材４２との間に封止材シート４３ａ、４３ｂ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（封止材シート４３ａ、４３ｂ）と表面部材４１及び裏面部材４２との接着性を上げて、図９に示す太陽電池モジュールが製造される。
一方、検査工程で不良の太陽電池を見つけると、リペア工程に進む。図１７（ａ）に示すように、リペア工程では、割れや欠け２０ｂがある太陽電池２０ａを剥がして、良品の太陽電池２０ｒを取り付ける。このため仮圧着したストリングから該当する太陽電池２０ａを配線材３０から剥がして取り外す。この時、樹脂接着成分２は熱硬化されていない状態であるので、太陽電池２０ａと導電性接着フィルム１０との接着強度は弱い。このため、太陽電池２０ａは配線材３０を変形せずに取り外すことができる。従って、配線材３０の再利用が可能となる。
図１７（ｂ）に示すように、太陽電池２０の表裏の集電極２１、２２に導電性接着フィルム１０を貼り付けた取り替え用の太陽電池２０ｒを用意し、太陽電池２０ａを取り外した配線材３０の所に配置する。そして、図１３に示す工程と同様の工程で、低温、高圧力で配線材３０を仮圧着させて仮固定した後、完成検査工程を行う。この検査工程において、良品の場合には、配線材３０の本圧着工程へと進む。
そして、図１５に示すように、配線材３０を本圧着固定する工程に進む。本圧着固定する工程は、ヒータブロック４０、４０を低圧力、例えば、０．２ＭＰａの圧力で押圧し、配線材３０、３０を太陽電池２０側にそれぞれ押し付ける。そして、ヒータブロック４０、４０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３０を本圧着させ、配線材３０を固定して太陽電池２０、２０を電気的に接続して配列する。このようにして、リペア作業が終了したストリングスが得られ、これらストリングス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シート４３ａ、４３ｂ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２０を表面部材４１と裏面部材４２との間に封止材シート４３ａ、４３ｂ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（封止材シート４３ａ、４３ｂ）と表面部材４１及び裏面部材４２との接着性を上げて、図９に示す太陽電池モジュールが製造される。
次に、この発明の他の実施形態につき説明する。上述した実施形態においては、配線材３０を本圧着工程で太陽電池２０に圧着固定したのち、ラミネート工程、ラミネートキュア工程を行っている。
この発明における本圧着工程は、高温・低圧力で樹脂接着成分を熱硬化させる工程である。そこで、樹脂接着成分の熱硬化工程とキュア工程とを兼用することもできる。
配線材３０で仮固定されて配列された複数の太陽電池２０を受光側の表面部材と裏面部材との間に耐候性樹脂材を配設してラミネートする工程を行い。その後、高温、低圧力で導電性接着フィルム１０を熱硬化させて太陽電池２０と配線材３０を圧着固定するとともに、封止材をキュアするように、加熱処理を行う。この時の加熱温度は、例えば、１５０℃の温度の炉の中で５分から１０分加熱することにより、樹脂接着成分の熱硬化処理と封止材のキュア工程の熱処理を兼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。
１０ 導電性接着フィルム１０
２０ 太陽電池
２１、２２ 集電極
３０ 配線材
２０ 太陽電池
２１、２２ 集電極
３０ 配線材
Claims (3)
- 太陽電池の電極に樹脂接着剤を用いて配線材を電気的に接続させる工程を備える太陽電池モジュールの製造方法において、
太陽電池の電極上に、樹脂接着剤と配線材とをこの順序で重畳し第１の条件で圧着して配線材を太陽電池に仮固定する工程と、
仮固定した太陽電池の不良品の有無を検査する検査工程と、
前記検査工程で不良と判定した太陽電池を取り除き、良品の太陽電池と交換し、樹脂接着剤を間に挟んで第１の条件で圧着することにより良品の太陽電池に配線材を仮固定する工程と、
配線材が仮固定され配列された太陽電池を、前記第１の条件よりも高温で圧力が低い第２の条件により前記樹脂接着剤を熱硬化させて太陽電池と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。 - 太陽電池の電極に樹脂接着剤を用いて配線材を電気的に接続させる工程を備える太陽電池モジュールの製造方法において、
太陽電池の電極上に、樹脂接着剤と配線材とをこの順序で重畳し第１の条件で圧着して配線材を太陽電池に仮固定する工程と、
仮固定した太陽電池の不良品の有無を検査する検査工程と、
前記検査工程で不良と判定した太陽電池を取り除き、良品の太陽電池と交換し、樹脂接着剤を間に挟んで第１の条件で圧着することにより良品の太陽電池に配線材を仮固定する工程と、
配線材で仮固定され配列された複数の太陽電池を受光側の表面部材と裏面部材との間に封止用樹脂剤によってラミネートする工程と、
前記第１の条件よりも高温で圧力が低い第２の条件で樹脂接着剤を熱硬化させて太陽電池と配線材を固定するとともに、前記封止用樹脂剤をキュアする工程と、
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。 - 前記第１の条件は、温度９０℃以下の条件であり、前記第２の条件は温度１２０℃以上２００℃以下の条件であることを特徴とする請求項１又２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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