JP5448728B2 - 太陽電池モジュールのラミネータ及びこれにより製造された太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールのラミネータ及びこれにより製造された太陽電池モジュールに関する。

太陽電池モジュールは、一般に、透光性基板、充填材、導線により電気的に相互に接続された複数個の太陽電池素子、充填材、および裏面保護材の順に積層構造を形成する。

この太陽電池モジュールの製造において、構成部材の積層体（モジュール積層体）を加熱接着する目的で、ラミネータが用いられる。

ラミネータは、一般に、真空室を形成する上下に開閉可能なハウジングと、加熱面をもつ加熱プレートと、該加熱プレートに戴置したモジュール積層体を押圧するために、上部ハウジングに設けられるダイアフラムシートとを備えている。

ラミネート工程では、モジュール積層体を加熱プレート上に載置し、ハウジングを閉じて減圧した後、加熱プレートを加熱することによって、モジュール積層体の接着が行われる。

しかし、このラミネート工程において、減圧する前にモジュール積層体内の充填材が加熱により溶融されると、モジュール積層体から十分に脱気されず、その結果、太陽電池モジュール内部に気泡が残留する場合がある。このような気泡は、太陽電池モジュールの強度、耐候性などに悪影響を与える。

このような課題に対して、気泡の残留が少ない太陽電池モジュールを製造することが検討されている。例えば、特許文献１では、プレートより太陽電池モジュールを浮かせて保持しつつ減圧するラミネータが開示されている。

登録実用新案第３０１７２３１号公報

しかし、特許文献１では、ハウジングを閉じた後で下部ハウジング内で太陽電池モジュールを昇降させるため、下部ハウジングが大きくなり装置が大型化するとともに、昇降動作の機構が複雑になりやすいという問題がある。

ところで、連続的に太陽電池モジュールを製造する場合、タクトタイム短縮の観点から、減圧完了後、すぐに充填材が溶融することが求められる。

このため、減圧完了まで、加熱プレートの温度を高く保つとともに、内部の充填材が溶融しない範囲でモジュール積層体を高い温度に保持しておくことが好ましい。

特に、近年、多様化の点から、平板状の太陽電池モジュールに限らず、曲面の太陽電池モジュールが開発されている。

このような曲面の太陽電池モジュールの積層体を、例えば、平板の載置台（加熱プレート）を有するラミネータでラミネートする場合、加熱プレートと接触する中央部のみ局部的に加熱される結果、減圧が完了する前に接触部の充填材が溶融して、脱気が不十分となり気泡が残留する問題が顕著となる。

本発明の目的は、曲面の太陽電池モジュールを製造する場合に、気泡の残留が少ない太陽電池モジュールを製造できるラミネータを提供する。

本発明の太陽電池モジュールのラミネータは、ダイアフラムシートで上部真空領域と下部真空領域とに仕切られる真空室と、該下部真空領域内に設けられるモジュール積層体を載置するための加熱プレートとを備える、太陽電池モジュールのラミネータであって、前記加熱プレートの載置面が曲面であり、前記載置面は、第１の面と、前記第１の面より熱抵抗が低い第２の面とからなり、前記第１の面は、ポリテトラフルオロエチレンまたはテトラフルオロエチレンの共重合体を浸み込ませたガラス繊維織物からなり、モジュール積層体を載置する場合に接触する接触面を含むことを特徴とする。

さらに、前記接触面の形状が太陽電池モジュールの輪郭と相似関係であることを特徴とする。

さらに、前記第１の面と前記第２の面との間に段差を有することを特徴とする。

さらに、前記第１の面と前記第２の面との単位面積あたりの熱抵抗の差は０．２１〜０．８４（Ｋ／Ｗ）ｍ^２であることを特徴とする。

さらに、前記第１の面は、前記加熱プレート上に熱抵抗部材が配置された面であることを特徴とする。

さらに、前記第１の面の形状は、太陽電池モジュールの輪郭と相似関係であることを特徴とする。

さらに、前記加熱プレート上に離型シートが配置されたことを特徴とする。

さらに、前記第１の面の大きさは、前記モジュール積層体の面積の３〜２０％であることを特徴とする。

さらに、前記加熱プレートの載置面に、昇降バーが備えられることを特徴とする。

さらに、本発明の太陽電池モジュールは、上記太陽電池モジュールのラミネータで製造されたことを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールのラミネータによれば、湾曲した透光性基板を用いる場合であっても、気泡の残留が極めて少ない太陽電池モジュールを得ることができる。このラミネータは、モジュール積層体と加熱プレートとの接触部である面（第１の面）の熱抵抗が他の面（第２の面）に比べて大きいため、モジュール積層体との接触部分での単位時間あたりの熱の移動を小さくし、第１の面以外の面と合わせることができる。

その結果、曲面のモジュール積層体において、局所的に温度が高くなる接触部の充填材の溶融を抑制しつつ、加熱プレートの温度を高く保持することができる。

特に従来では、太陽電池モジュールを製造するタクトタイムを短縮していくと、加熱プレートが充填材の溶融温度以上に加熱されたまま、次のモジュール積層体が載置されるという問題が生じていたが、本発明においては、接触部の温度低下が抑制されているため、前の太陽電池モジュールを製造したときの余熱を最大限活用することができるとともに、加熱プレートの温度低下や冷却を最小限として、温度を高く保つことが可能である。

これにより、太陽電池モジュールの品質を維持しつつ、製造エネルギーを低減し、タクトタイムを短縮することができる。

本発明の太陽電池モジュールのラミネータの一例を示す断面図である。 本発明の太陽電池モジュールのラミネータの一例を用いたラミネート工程を示し、（ａ）はラミネート前の様子を示す断面図であり、（ｂ）はラミネート中の様子を示す断面図であり、（ｃ）はラミネート後の様子を示す断面図である。 モジュール積層体の積層構成を示す分解斜視図である。 本発明の太陽電池モジュールのラミネータの他の実施形態を示す断面図である。 本発明の太陽電池モジュールのラミネータの他の実施形態を示す斜視図である。

本発明の太陽電池モジュールのラミネータの実施形態について図面を参照にして詳細に説明する。

（ラミネータ）
本発明の太陽電池モジュールのラミネータの一例を図１に示す。１はラミネータ、２は上部ハウジング、３は下部ハウジング、４はダイアフラムシート、５は上部真空領域、６は下部真空領域、７は加熱プレート、８は熱抵抗部材である。

図１に示すラミネータを構成する真空室は、上部ハウジング２および下部ハウジング３からなり、開閉可能に構成されている。

上部ハウジング２および下部ハウジング３としては、例えば、ステンレス鋼などの金属部材が用いられる。上部ハウジング２および下部ハウジング３には、それぞれ真空ポンプが接続されており、両者が当接する周辺部には、ハウジング内部が真空を維持できるように、例えばゴム製などのパッキンが設けられる。

上記真空室内には、ダイアフラムシート４が設けられる。具体的には、真空室を上部真空領域５と下部真空領域６とに仕切るように、上部ハウジング２の内側に設けられる。このダイアフラムシート４は、ラミネート時に上部真空領域５と下部真空領域６との間に圧力差を生じさせることによって膨張し、下部真空領域６内に設けられる加熱プレート７に載置されるモジュール積層体の上面を押圧する。

ダイアフラムシート４としては、上記圧力差に耐え得る強度、および伸縮性を有する素材が用いられる、例えば、シリコンラバーなどの樹脂が好適である。

上記真空室内（具体的には下部真空領域６内）には、さらにモジュール積層体を載置し加熱するための加熱プレート７が設けられている。加熱プレート７は、モジュール積層体を構成する透光性基板の形状にあわせて上面に凹状の湾曲面を有する。

このプレートを加熱する手段は特に制限されない。例えば、加熱手段として、加熱コイルをプレート内に内蔵してもよいし、あるいはＩＨヒーターをプレート下部に接触あるいは離間して設置してもよい。

図１においては、加熱プレート７が、電熱器を内蔵したヒーター盤７ａと、ヒーター盤７ａを覆い養生する離型シート７ｂとにより構成されている。

加熱プレート７の載置面は、曲面である。曲面の形状および曲率は、製造される太陽電池モジュールの形状および曲率に合わせて適宜設定すればよく、特に制限されない。例えば、載置面の一方向に沿って湾曲していてもよいし、放射状（多面的）に湾曲していてもよい。加熱プレートの曲率は、載置するモジュール積層体の曲率よりも小さいことが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールのラミネータの一実施形態においては、ダイアフラムシートで上部真空領域と下部真空領域とに仕切られる真空室と、該下部真空領域内に設けられるモジュール積層体を載置するための加熱プレートとを備える、太陽電池モジュールのラミネータであって、前記加熱プレートの載置面が曲面であり、前記載置面は、第１の面と、前記第１の面より熱抵抗が低い第２の面とからなり、前記第１の面は、モジュール積層体を載置する場合に接触する接触面を含むものである。

図１では、加熱プレート７の載置面のうち、モジュール積層体と接触し得る領域に熱抵抗部材８を積層し、第１の面としている。

すなわち、加熱プレート７の載置面は、モジュール積層体を載置する場合に接触される接触面を含む第１の面と、この第１の面に比べて熱抵抗が低い第２の面とからなる。

さらに、本発明の太陽電池モジュールのラミネータの一実施形態においては、モジュール積層体と加熱プレート７とがなす接触面の形状が、太陽電池モジュールの輪郭と相似であることが好ましい。

これにより、モジュール積層体の中央部から周縁部に向けて順に偏りなく充填材を加熱して軟化させることができるので、気泡の残留などを抑制し、太陽電池モジュールの品質を向上することができる。

なお、接触面の形状はモジュール積層体の形状にも依存するが、一実施形態ではモジュール積層体の少なくとも第１の面に対応する部位が、加熱プレート７と同一の曲率を有するものである。

さらに、本発明の太陽電池モジュールのラミネータの一実施形態においては、前記第１の面と前記第２の面との間に段差を有することを特徴とする。

これにより、熱抵抗部材８の厚さを調整して、第１の面と第２の面との接触具合いを加減することで、第１の面と第２の面における熱伝導具合を制御することができる。

さらに、本発明の太陽電池モジュールのラミネータの一実施形態においては、単位面積あたりの熱抵抗Ｒは、第１の面と第２の面とで、モジュール積層体への通過熱量Ｑの差が大きくなりすぎないように、０．２１（Ｋ／Ｗ）ｍ^２〜０．８４（Ｋ／Ｗ）ｍ^２とすることが好ましい。例えば前述のように熱抵抗部材の面積を０．３ｍ×０．２ｍ、厚さ０．３ｍｍ、熱伝導率０．２Ｗ／（ｍＫ）の場合、単位面積あたりの熱抵抗Ｒは０．４２（Ｋ／Ｗ）ｍ^２となる。

さらに、本発明の太陽電池モジュールのラミネータの一実施形態においては、第１の面は、前記加熱プレートに熱抵抗部材を配置してなることが好ましい。

このようにすることで、モジュール積層体を載置したときの接触部を含む面（第１の面）の熱抵抗を大きく設定することができる。

さらに、本発明の太陽電池モジュールのラミネータの一実施形態においては、加熱プレート７と熱抵抗部材８の形状は、モジュール積層体と相似であることが好ましい。

これにより、加熱プレート７からの熱がモジュール積層体中を熱抵抗部材８に移動する際、モジュール積層体の中央部から周縁部に向けて順に偏りなく充填材２２を加熱し軟化できることから、気泡の残留などを抑制し、太陽電池モジュールの品質を向上することができる。

さらに、本発明の太陽電池モジュールのラミネータの一実施形態においては、第１の面は加熱プレートを構成する離型シートの表側または裏側に配置されることが好ましい。

これにより、熱抵抗部材８は太陽電池モジュールに直接的に接することができるので、モジュール積層体と加熱プレート７との接触不良による熱伝導不足を解消できる。

また、製造現場の環境の温度変化が大きい場合にも、容易に熱抵抗部材８を交換することで制御することができる。

さらに、本発明の太陽電池モジュールのラミネータの一実施形態においては、熱抵抗部材８として、モジュール積層体を構成する充填材が溶融して固着しないことや、耐熱性に優れるという観点から、ポリテトラフルオロエチレンまたはテトラフルオロエチレンとの共重合体（例えば、ヘキサフルオロプロピレン、エチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテルが好ましい）を浸み込ませたガラス繊維織物を用いる。

さらに、本発明のラミネータの一実施形態においては、第１の面の大きさ、すなわち熱抵抗部材８の面積（第１の面に対応）大きさは、モジュール積層体が接触する接触部を含めばよく、特に制限されないが、モジュール積層体の面積の３〜２０％、より好ましくは５〜１０％あればよい。具体的には、モジュール積層体の大きさが約１．２ｍ×０．８ｍのとき、熱抵抗部材の面積を約０．３ｍ×０．２ｍとし、厚さ約０．３ｍｍ、熱伝導率約０．２Ｗ/ｍＫのものを使用することができる。

なお、この面積比率は太陽電池モジュールの大きさに依存するが、ここではモジュール積層体が加熱プレート７と同一の面積を有するものであることを前提としている。

以下で、熱抵抗部材８をモジュール積層体の略中央部と相対する部位に設けることにより、透光性基板の湾曲が大きく、モジュール積層体と加熱プレート７が略中央部のみで接触した場合であっても、加熱により接触部の充填材が溶融することを抑制しつつ、加熱プレート７およびモジュール積層体を予熱することで製造エネルギーを低減し、タクトタイムを短縮する仕組みについて説明する。

単位面積あたりの熱抵抗Ｒは、単位面積あたりの熱抵抗Ｒ＝△θ／（ＱＡ）＝Ｌ／（λＡ^２）で表される。ここで、△θは加熱プレート７とモジュール積層体との温度差、Ｑは単位時間当たりの加熱プレートからモジュール積層体への通過熱量、Ｌは離型シート７ｂと熱抵抗部材８との合計の厚さ、λは離型シート７ｂと熱抵抗部材８の熱伝導率、Ａはモジュール積層体と加熱プレート７の接触面積である。

上記式のとおり、熱抵抗部材８の厚みや熱伝導率λを調整することによって、単位面積あたりの熱抵抗Ｒを調整し、ラミネートの条件を調整することも可能である。

一般に、高温物から低温物への熱の移動は、上記式に示す単位面積あたりの熱抵抗Ｒに依存する。例えば単位面積あたりの熱抵抗Ｒが大きいほど、単位時間当たりの熱の移動量が小さくなる。

したがって、上記式から明らかなように、熱抵抗部材８を設けることによりＬを大きくして、単位面積あたりの熱抵抗Ｒを大きくすることにより、加熱プレート７とモジュール積層体との間の単位時間あたりの通過熱量を低減することができ、モジュール積層体の接触部およびその周辺の昇温速度を緩和することができる。

これにより、透光性基板の曲率にバラツキがあっても充填材が溶融しないように、加熱プレート７とモジュール積層体を予熱することができ、太陽電池モジュールの品質を維持しつつ、製造エネルギーを低減し、タクトタイムを短縮することができる。

また、加熱プレート７が充填材の溶融温度以下まで冷却される前に、次のモジュール積層体を載置し、中央部のみで接触した場合であっても、熱抵抗部材８が設けられた部位では単位時間あたりの熱移動が小さいことから、モジュール積層体中で熱が拡散する時間が得られる。

このため、余熱を捨てる必要がないため、製造エネルギーを低減することができる。

さらに、減圧中の加熱プレートの温度を高くすることができ、ダイアフラムによる押圧開始までの加熱時間を短縮できるため、太陽電池モジュールを製造するタクトタイムを小さくすることができる。

さらに、本発明の太陽電池モジュールのラミネータの一実施形態においては、前記加熱プレートの載置面に、昇降バーが備えられることが好ましい。

例えば、太陽電池モジュールは曲面で、ラミネータ１にセッティングするときに加熱プレート７の窪みにはまり込む構造であるため、取り出しにくい。

また、透光性基板２１が曲面であるため、ラミネート前は、小さな振動でモジュール積層体２０内のマトリックス２３が位置ズレを起こしやすい。

そこで図５に示すように、加熱プレート７の四隅から伸縮自在に突出可能な昇降バー１１を設けてもよい。この昇降バー１１によりモジュール積層体２０が水平を保ちつつ上下することができるため、載置および取出しが容易となる。

また、ラミネータ１に設定する温度は、モジュール積層体の載置時や減圧時、ダイアフラムによる押圧時に可変である必要はない。例えば設定温度を充填材の溶融温度以上で一定に保ってもよい。このとき、ハウジングの開閉時やモジュール積層体の載置時に放熱して加熱プレート７の実温度は変動するが、本発明の効果は好適に得ることができる。

さらに図５に示すように、工程間でモジュール積層体２０をリフト１２で搬送して、突出した昇降バー１１の上に載せる。そして昇降バー１１によりモジュール積層体２０を水平に降ろすことでマトリックス２３の位置ズレなくモジュール積層体２０をセッティングすることができる。また取り出し時には、モジュール積層体２０を昇降バー１１で持ち上げて、リフト１２の上に載せることで容易に取り出すことができる。

以上のように本発明の太陽電池モジュールは、上述のような太陽電池モジュールのラミネータで製造されることが、湾曲した透光性基板を用いる場合であっても、気泡の残留が極めて少ない太陽電池モジュールを得ることができる点で好ましい。

太陽電池モジュールのラミネータで製造されたラミネータには、充填材２２の複屈折が第１の面と第２の面に対応する部位で相違する場合がある。

こうした複屈折の有無は、太陽電池モジュールを分解して、充填材２２の透過光を偏向板で観察するなどすれば、本発明の太陽電池モジュールのラミネータを使用していることが容易にわかる。

（太陽電池モジュールの製造方法）
次に、本発明のラミネータを用いる太陽電池モジュールの製造方法について説明する。図２は、ラミネータ１の断面図を示す。このラミネータ１内にモジュール積層体２０が載置されている。なお、このモジュール積層体２０は、図３に示すように、透光性基板２１、充填材２２、太陽電池素子を導体により電気的に一体化したマトリックス２３、充填材２２、および裏面保護材２４の順で構成されている。

まず、図２（ａ）に示すように、このモジュール積層体２０を、透光性基板２１が下になるように、ラミネータ１の下部ハウジング３内の加熱プレート７上に載置する。このとき加熱プレートは、前の太陽電池モジュールをラミネートした余熱が高く保たれており、例えば、１７０℃程度であってもよい。余熱を利用して加熱プレート７の温度を高く保っていることから、熱容量を大きい加熱プレート７を再加熱するエネルギーを節約することができる。そして、上部ハウジング２を下部ハウジング３側へ下降させてハウジングを閉じる。

次いで、上部真空領域５および下部真空領域６を減圧し、真空度を０．２６６〜１．３３ＫＰａに調節する。この減圧中に、予熱されている加熱プレート７の熱が、モジュール積層体２０に移動する。その熱の移動量は、加熱プレート７の予熱温度が高いほど大きい。

しかし熱抵抗部材８が設けられているため、加熱プレート７からモジュール積層体２０への熱通過量が抑制され、モジュール積層体２０の中で熱が拡散するまでに時間を要する。これにより加熱プレート７の余熱温度を高く保ち、モジュール積層体と加熱プレートが局所的に接した場合であっても、減圧完了時に充填材２２に気泡が残留しうる溶融が抑制され、充填材内の不十分な脱気により気泡が残ることを抑制することができる。

減圧が完了した時点で、モジュール積層体２０の温度は充填材の溶融温度未満、例えば、約１２０℃程度まで昇温されており、充填材２２を始めとするモジュール積層体２０の中の気泡が除去されている。

そして、減圧による真空度を保ったまま、モジュール積層体２０の昇温を継続し、充填材の溶融温度まで加熱する。加熱プレート７の予熱は減圧前と減圧中を通して高く保持さ
れることから、減圧後の加熱においても、モジュール積層体２０を速やかに昇温することができる。モジュール積層体２０の昇温は約１６０℃まで行う。

次に、上部真空領域５の減圧を停止して大気圧近くまで戻し、所定時間保持する。これにより、図２（ｂ）に示すように、上部真空領域５と真空領域６との間に圧力差が生じダイアフラムシート４が膨張してモジュール積層体２０が押圧される。充填材が溶融して軟化しているため、ダイアフラムによる押圧で太陽電池素子が破損することが少ない。加熱プレート７とモジュール積層体２０がともに圧縮され、透光性基板２１が撓み加熱プレートに全面で接触するとともに、両者の間の接触面積が大きくなることで熱抵抗率が小さくなり、効率よく加熱される。

溶融した充填材２２は、図２（ｃ）に示すように、押圧により太陽電池素子２３の周りに充填される。その後、真空室も大気圧に戻して、上部ハウジング２を開き、ラミネートされたモジュール積層体２０を取り出す。

このラミネートされたモジュール積層体２０を架橋炉で充填材２２の架橋度が９０％以上となるまで加熱する。加熱温度は１２０℃から１５０℃で保持することが好ましい。その後、非受光面側にポリフェニレンエーテル樹脂等からなる端子ボックス２７を接着剤で固定する。このようにして、太陽電池モジュールが製造される。

＜変形例＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることが出来る。

例えば、熱抵抗部材８は、必ずしも別体で設けられる必要はなく、図４に示すようにヒーター盤７ａと面一に一体に設けられてもよい。

また例えば、ヒーター盤７ａや熱抵抗部材８に充填材２２が付着しやすい場合は、さらに離型シート７ｂで覆ってもよい。

１：ラミネータ
２：上部ハウジング
３：下部ハウジング
４：ダイアフラムシート
５：上部真空領域
６：下部真空領域
７：加熱プレート
７ａ：ヒーター盤
７ｂ：離型シート
８：熱抵抗部材

Claims (10)

1. ダイアフラムシートで上部真空領域と下部真空領域とに仕切られる真空室と、該下部真空領域内に設けられるモジュール積層体を載置するための加熱プレートとを備える、太陽電池モジュールのラミネータであって、
   前記加熱プレートの載置面が曲面であり、前記載置面は、第１の面と、前記第１の面より熱抵抗が低い第２の面とからなり、
   前記第１の面は、ポリテトラフルオロエチレンまたはテトラフルオロエチレンの共重合体を浸み込ませたガラス繊維織物からなり、モジュール積層体を載置する場合に接触する接触面を含むことを特徴とする、太陽電池モジュールのラミネータ。
2. 前記接触面の形状が太陽電池モジュールの輪郭と相似であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュールのラミネータ。
3. 前記第１の面と前記第２の面との間に段差を有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ラミネータ。
4. 前記第１の面と前記第２の面との単位面積あたりの熱抵抗の差は０．２１〜０．８４（Ｋ／Ｗ）ｍ^２であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュールのラミネータ。
5. 前記第１の面は、前記加熱プレート上に熱抵抗部材が配置された面であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュールのラミネータ。
6. 前記第１の面の形状は、太陽電池モジュールの輪郭と相似であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池モジュールのラミネータ。
7. 前記加熱プレート上に離型シートが配置されたことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池モジュールのラミネータ。
8. 前記第１の面の大きさは、前記モジュール積層体の面積の３〜２０％であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の太陽電池モジュールのラミネータ。
9. 前記加熱プレートの載置面に、昇降バーが備えられることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の太陽電池モジュールのラミネータ。
10. 請求項１〜９の太陽電池モジュールのラミネータで製造されたことを特徴とする、太陽電池モジュール。

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