JP5574824B2 - 太陽電池セル基板の接続装置および接続方法とこれらを用いた太陽電池の製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は太陽電池セル基板の接続装置および接続方法とこれらを用いた太陽電池の製造装置および製造方法に関する。

太陽電池セルが発電する電力を取り出す為に、例えば、太陽電池セル間を配線部材で接続しているが、従来太陽電池セルと配線部材との接続は、半田付けによって接続されていた。この為、半田付けの際に加わる熱により、接続後に温度が常温に戻る際、配線部材と太陽電池セルとの熱膨張率の違いにより、太陽電池セルを配線部材の接続面側に凹に反らせる応力が働くが、受光面と裏面の両面にこのような応力が働くので、全体としては太陽電池セルに撓みが生じることはなかった。

特開２００７−２５０６２３号公報

一方、発電効率を上げるため、受光面の集電電極をスルーホールを通して裏面側に導く、バックコンタクト型太陽電池セル（以後バックコンタクトセルと略す）が提案されている。

このバックコンタクトセル間に配線部材を接続すると、配線部材の接続面であるバックコンタクトセルの裏面側のみに応力が働き、バックコンタクトセルを裏面側に凹に反らせてしまう。この場合、セルと配線部材が接続されたモジュール構造をハンドリングする場合において、セルの角が載置面に対して引っかかり、ハンドリングの障害になりやすく、セルの角が欠けてしまうことが発生しやすい恐れがある。

また、セルと配線部材が接続されたモジュール構造として残留応力が生じたままであるため、ＥＶＡ等で保護した後でも、信頼性においてクラック等が後で発生する場合もある。

これらについて例えば、図４を用いて基板１と配線部材７との熱応力について説明する。

各プロセス（温度）における配線部材７と基板１との接合する部分同士の長さＬの関係を比較したものであり、配線部材７は基板１に対して端から端まで溶着されることを前提としたものである。

図４（ａ）の溶着前の常温において、配線部材７の長さＬ_０１と基板１の長さＬ_０２は、Ｌ_０１＝Ｌ_０２となっている。これが図４（ｂ）のような溶着温度においては、配線部材７の長さＬ_１１と基板１の長さＬ_１２とがＬ_１１＝Ｌ_１２となる。そして図４（ｃ）のように、溶着後の常温においては、基板１の受光面側（配線部材７側の反対側）に引っ張り応力が働くことになり、基板１と配線部材７が反ってしまい、残留応力としても残ってしまう。

上記に鑑みて本発明の太陽電池セル基板の接続装置は、複数の太陽電池セル基板を配線部材で接続する太陽電池セル基板の接続装置であって、複数の前記太陽電池セル基板を順次搬送する搬送手段と、前記配線部材が隣り合う前記太陽電池セル基板をまたぐように、これら太陽電池セル基板のそれぞれの主面上に前記配線部材を配置する配線部材配置手段と、前記太陽電池セル基板に前記配線部材を押圧しつつ接続する接続手段とを備えており、該接続手段は、前記配線部材を接続する際に前記太陽電池セル基板の主面の少なくとも一部が凸となるように該太陽電池セル基板を反らせた状態で保持する太陽電池セル基板保持部を有する。

また、本発明の太陽電池セル基板の接続方法は、複数の太陽電池セル基板を配線部材で接続する太陽電池セル基板の接続方法であって、複数の前記太陽電池セル基板を順次搬送する搬送工程と、前記配線部材が隣り合う前記太陽電池セル基板をまたぐように、これら太陽電池セル基板のそれぞれの主面上に前記配線部材を配置する配線部材配置工程と、前記太陽電池セル基板の主面の少なくとも一部が凸となるように該太陽電池セル基板を反らせた状態で保持して、前記太陽電池セル基板に前記配線部材を押圧しつつ接続する接続工程とを有する。

さらに本発明は、前記太陽電池セル基板の接続装置を備えた太陽電池の製造装置、および製造方法である。

上記課題に鑑みて本発明は、基板と溶着部材の間に残留応力のない信頼性の高い太陽電池セル基板のモジュール構造を提供するものである。

本発明の基板の接続装置の一実施形態における搬送手段を説明する模式図である。 本発明の基板の接続装置の一実施形態における接続手段を説明する模式図である。 本発明の基板の接続方法の一実施形態における応力関係の説明の模式図で、（ａ）は常温における溶着前段階、（ｂ）は溶着温度における溶着段階、（ｃ）は常温における溶着後段階である。 従来の基板の接続方法における応力関係の説明の模式図で、（ａ）は常温における溶着前段階、（ｂ）は溶着温度における溶着段階、（ｃ）は常温における溶着後段階である。

本発明の基板の接続装置の一実施形態は、複数の基板を配線部材で接続する基板の接続装置であって、複数の前記基板を順次搬送する搬送手段と、前記配線部材が隣り合う前記基板をまたぐように、これら基板のそれぞれの主面上に前記配線部材を配置する配線部材配置手段と、前記基板に前記配線部材を押圧しつつ接続する接続手段とを備えており、該接続手段は、前記配線部材を接続する際に前記基板の主面の少なくとも一部が凸となるように該基板を反らせた状態で保持する基板保持部を有する。

図１を用いて搬送手段の説明をする。図１において、搬送手段は、搬送テーブル２、貫通孔３、セル移送装置４で構成され、搬送ベルト５、押さえベルト６で構成される。なお、以下において、太陽電池セル基板については便宜上、基板１ともいう。

まず、搬送テーブル２上に搬送ベルト５が設置されており、搬送ベルト５上に順次基板１を載置し搬送する。

セル移送装置４は、例えば吸着パットなどで基板１を真空吸着可能なハンドリングアームであり、基板１を積み重ねた集合体から基板１を順次吸着して搬送ベルト５上に載置するものである。

そして搬送テーブル２に備えられた貫通孔３からエアーが引かれており、この吸引力によって、基板１は搬送ベルト５上に真空吸着される。ここで搬送ベルト５には複数の細かい孔などが形成されているため、貫通孔３は搬送ベルト５を介して基板１を真空吸着することができる。

そして、基板１は移動しながら押さえベルト６によって覆われていくことで、搬送ベルト５と押さえベルト６とで挟持されることになる。このとき押さえベルト６は、基板１に配線部材７が溶着される範囲外となっていることが前提となる。

次に、図２を用いて配線部材配置手段と接続手段の説明をする。図２において、７は配線部材、８は基板保持部である溶着テーブル、９はハロゲンランプ、１０は予熱部、１１は加熱部、１２は冷却部、２０は接続装置、凸曲面２１である。

配線部材配置手段では、挟持された基板１が予熱部１０に入り配線部材７が所定の位置に供給されながら加熱部１１に移動する。

そして接続手段では、予熱部１０で予熱された基板１と配線部材７が、搬送ベルト５と押さえベルト６とで挟持され、凸曲面２１を有する溶着テーブル８に沿って移動することによって、基板１と配線部材７が反った状態で溶着することができる。

そして、ハロゲンランプ９で加熱されることによって、基板１と配線部材７とが半田付けされ、冷却部１２に移動する。

冷却部１２は空冷や水冷によって一定温度で冷却され、基板１が冷却部１２上を直接または間接的に通過することにより、基板１の温度が常温まで戻される。そして基板１が配線部材７で接続されたモジュール構造として搬出される。

以下、図３を用いて説明する。

図３（ａ）は常温における溶着前の段階を示すものであり、配線部材７が基板１と接合する領域の長さＬ_０１と、基板１の長さＬ_０２とは等しい。

図３（ｂ）の加熱部１１において、配線部材７の長さＬ_１１は、基板１の長さＬ_１２よりも長い関係で溶着されることがわかる。

そして冷却部１２で溶着温度から常温に冷却された配線部材７は基板１よりも収縮し、図３（ｃ）のように、配線部材７と基板１の長さがＬ_０１＝Ｌ_０２と揃っているので、反りが発生しない。すなわち残留応力さえもない状態となっており、信頼性においても反りが経時変化しない理想的な状態であるといえる。

さらに本発明の基板の接続装置の一実施形態は、前記搬送手段は、前記基板を載置する載置面に複数の貫通孔を有する搬送部と、前記貫通孔を介して前記基板を吸引して前記載置面に保持する吸引部とを有することが好ましい。

ここで保持する方法は空気を吸引する方法以外であってもよく、例えば静電気力や化学的表面吸着や機械的な保持でもよいが、いずれにしても基板１や配線部材７に応力が集中
しないものが好ましい。

また基板１が保持されている間は、基板１が位置ずれしない限りは吸引等での保持は不要となる。

さらに本発明の基板の接続装置の一実施形態は、前記接続手段は、前記基板および前記配線部材を予熱する予熱部と、前記基板および前記配線部材を溶着温度に至るまで加熱する加熱部と、前記基板および前記配線部材を冷却する冷却部とを備えることが好ましい。

加熱部１１における溶着方法としては、ハロゲンランプかホットガスによる半田付けが好ましいが、高周波加熱やトーチを使用することも可能である。

半田材料としてはＡｇＳｎ系やＩｎ系の半田が好ましく、融点が低い１６０〜２００℃程度の半田が、基板１と配線部材７との間の応力を緩和して低減でき特に好適である。

予熱部１０、加熱部１１としてはヒーターを用い、冷却部１２としては自然冷却の他、ヒートシンクでもよいが、空冷、水冷などの積極的な冷却で制御することが好ましい。

そして搬送ベルト５が平坦になる前までに、基板１と配線部材７が常温に戻るようにすることが、基板１に無理な応力をかけない点で好ましい。

すなわち、基板１と配線部材７とが溶着した後、押さえベルト６が平坦に戻る前までに、配線部材７の半田１３が固化して、基板１と配線部材７とが完全に接続された状態となるように冷却部１２を冷却することが、配線部材７を接続した基板１に反りを生じさせないための条件である。

次に、本発明の基板の接続方法の一実施形態は、複数の基板を配線部材で接続する基板の接続方法であって、複数の前記基板を順次搬送する搬送工程と、前記配線部材が隣り合う前記基板をまたぐように、これら基板のそれぞれの主面上に前記配線部材を配置する配線部材配置工程と、前記基板の主面の少なくとも一部が凸となるように該基板を反らせた状態で保持して、前記基板に前記配線部材を押圧しつつ接続する接続工程とを有するものである。

さらに、本発明の基板の接続方法の一実施形態は、前記接続工程において、前記基板の反り量を、該基板を反らせないで接続した場合に生じる接続された前記基板の反り量を基に決定することが好ましい。

以下に具体的な凸曲面２１の曲率の計算例を例示する。例えば、図４（ｃ）の反り量が１０ｍｍになる場合、凸曲面２１の曲率半径をＲ、セル長さ１５６（７８×２）ｍｍとしたとき、Ｒ^２＝（Ｒ−１０）^２＋７８^２からＲ＝３０９．２ｍｍと算出される。

なお、太陽電池セル基板のモジュール構造の切断方法について説明する。

例えば、位置決めされた複数の基板１に配線部材７を半田付けする際、前記複数の基板１に配線部材７を半田付けした後に前記複数の基板１の間の所定個所を切断する。

また例えば、前記複数の基板１に配線部材７を半田付けした後に、前記複数の基板１の受光面側から前記複数の基板１の間の所定個所を切断する。

実施例については図２に則り、本発明の基板の接続装置および接続方法を用いて実施した。

基板１としては１５０×１５０×０．３ｍｍのシリコン基板、配線部材７としては幅２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのインナーリードを用いた。

配線部材配置手段では、挟持された基板１を予熱部１０に送るとともに、配線部材７を基板１の両端の位置に供給しながら、加熱部１１に向かって１ｃｍ／秒の速度で移動させた。

接続手段では、予熱部１０で予熱された基板１と配線部材７が、搬送ベルト５と押さえベルト６とで挟持され、凸曲面２１（曲率は３０９．２ｍｍ）を有する溶着テーブル８に沿って移動させることによって、基板１と配線部材７を反った状態で溶着した。

予熱部１０の温度はヒーターを使用して２５〜１００℃、加熱部１１はハロゲンランプ（１００Ｖ、７５０Ｗ）３個使用して１５０℃とした。

冷却部１２は水冷によって常温まで冷却し、基板１が冷却部１２上を搬送ベルト５を介して通過することにより、基板１の温度を常温とした。

加熱部１１にはハロゲンランプ（１００Ｖ、７５０Ｗ）３個使用して、予熱部１０の温度を２５〜１００℃、加熱部１１の温度を１５０℃、冷却部１２の温度を２５℃とした。

比較例については図４に則り作製し反らせて溶着させる以外は、他の条件は実施例に合わせた。

これらの２つの試料にて反り量を比較したが、本発明の実施例の反り量は１ｍｍ以下で制御されたが、比較例では８〜１０ｍｍ程度の反り量が発生したことがわかった。

１：基板
２：搬送テーブル（搬送部）
３；貫通孔（吸引部）
４；セル移送装置
５；搬送ベルト（搬送部）
６；押さえベルト（搬送部）
７；配線部材（配線部材供給手段）
８；溶着テーブル（基板保持部）
９；ハロゲンランプ
１０；予熱部
１１；加熱部（接続手段）
１２；冷却部
１３；半田
２０；接続装置
２１；凸曲面（基板保持部）

Claims (7)

1. 複数の太陽電池セル基板を配線部材で接続する太陽電池セル基板の接続装置であって、複数の前記太陽電池セル基板を順次搬送する搬送手段と、
   前記配線部材が隣り合う前記太陽電池セル基板をまたぐように、これら太陽電池セル基板のそれぞれの主面上に前記配線部材を配置する配線部材配置手段と、
   前記太陽電池セル基板に前記配線部材を押圧しつつ接続する接続手段とを備えており、
   該接続手段は、前記配線部材を接続する際に前記太陽電池セル基板の主面の少なくとも一部が凸となるように該太陽電池セル基板を反らせた状態で保持する太陽電池セル基板保持部を有する太陽電池セル基板の接続装置。
2. 前記搬送手段は、前記太陽電池セル基板を載置する載置面に複数の貫通孔を有する搬送部と、前記貫通孔を介して前記太陽電池セル基板を吸引して前記載置面に保持する吸引部とを有する請求項１に記載の太陽電池セル基板の接続装置。
3. 前記接続手段は、前記太陽電池セル基板および前記配線部材を予熱する予熱部と、前記太陽電池セル基板および前記配線部材を溶着温度に至るまで加熱する加熱部と、前記太陽電池セル基板および前記配線部材を冷却する冷却部とを備える請求項１または２に記載の太陽電池セル基板の接続装置。
4. 複数の太陽電池セル基板を配線部材で接続する太陽電池セル基板の接続方法であって、複数の前記太陽電池セル基板を順次搬送する搬送工程と、
   前記配線部材が隣り合う前記太陽電池セル基板をまたぐように、これら太陽電池セル基板のそれぞれの主面上に前記配線部材を配置する配線部材配置工程と、
   前記太陽電池セル基板の主面の少なくとも一部が凸となるように該太陽電池セル基板を反らせた状態で保持して、前記太陽電池セル基板に前記配線部材を押圧しつつ接続する接続工程とを有する太陽電池セル基板の接続方法。
5. 前記接続工程において、前記太陽電池セル基板の反り量を、該太陽電池セル基板を反らせないで接続した場合に生じる接続された前記太陽電池セル基板の反り量を基に決定する請求項４に記載の太陽電池セル基板の接続方法。
6. 請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池セル基板の接続装置を備えた太陽電池の製造装置。
7. 請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池セル基板の接続装置を用いた太陽電池の製造方法であって、
   前記搬送手段によって複数の前記太陽電池セル基板を順次搬送する搬送工程と、
   前記配線部材配置手段によって、前記配線部材が隣り合う前記太陽電池セル基板をまたぐように、これら太陽電池セル基板のそれぞれの主面上に前記配線部材を配置する配線部材配置工程と、
   前記接続手段によって、前記太陽電池セル基板の主面の少なくとも一部が凸となるように該太陽電池セル基板を反らせた状態で保持して、前記太陽電池セル基板に前記配線部材を押圧しつつ接続する接続工程とを有する太陽電池の製造方法。

Images