JP5604236B2 - 太陽電池モジュールの製造方法、太陽電池セルの接続装置、太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、タブ線により複数の太陽電池セルを接続する太陽電池セルの接続装置、この接続装置を用いて太陽電池モジュールを製造する太陽電池モジュールの製造方法、及び太陽電池モジュールに関する。
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。太陽電池を電力源として用いる場合、太陽電池セル１個あたりの出力は数Ｗ程度であることから、太陽電池セル毎に用いるのではなく、複数枚の太陽電池セルを直列に接続することで出力を１００Ｗ以上に高めた太陽電池モジュールとして用いている。
例えば、図１に示すように、結晶シリコン系太陽電池モジュール１００では、複数の隣接する太陽電池セル１０１同士が、半田コートされたリボン状銅箔からなるタブ線１０２により接続されたストリングス１０３を形成し、このストリングス１０３を複数配列したマトリクス１０４を備える。そして、太陽電池モジュール１００は、このマトリクス１０４が封止接着剤のシート１０５で挟まれ、受光面側に設けられた表面保護カバー１０６及び裏面側に設けられたバックシート１０７とともに一括してラミネートされ、最後に、周囲にアルミニウムなどの金属フレーム１０８が取り付けられることにより形成される。
太陽電池セル１０１とタブ線１０２との接続は、太陽電池セル１０１の受光面に銀ペーストのスクリーン印刷により形成されたバスバー電極及び太陽電池セル１０１の裏面接続部に形成されたＡｇ電極と、タブ線１０２とが半田処理により接続されている（特許文献１）。なお、太陽電池セル１０１の裏面接続部以外の領域はＡｌ電極が形成されている。
しかし、半田付けでは約２６０℃と高温による接続処理が行われるため、太陽電池セル１０１の反りや、タブ線１０２と表面電極及び裏面電極との接続部に生じる内部応力、さらにフラックスの残渣等により、太陽電池セル１０１の表面電極及び裏面電極とタブ線１０２との間の接続信頼性が低下することが懸念される。
そこで、従来、太陽電池セル１０１の表面電極及び裏面電極とタブ線１０２との接続に、比較的低い温度での熱圧着処理による接続が可能な導電性接着フィルム１１０が使用されている（特許文献２）。導電性接着フィルム１１０は、平均粒径が数μｍオーダーの球状または鱗片状の導電性粒子を熱硬化型バインダー樹脂組成物に分散してフィルム化したもので、２つの導体間で加熱圧着されることにより導電性粒子で導体間の電気的導通がとられ、バインダ樹脂にて導体間の機械的接続が保持される。
このような結晶シリコン系太陽電池モジュール１００の太陽電池セル１０１とタブ線１０２とを導電性接着フィルム１１０を用いて接続する場合、図９に示すように、一の太陽電池セル１０１ａの裏面電極１１１の接続部１１１ａ上及び当該一の太陽電池セル１０１ａと隣接する他の太陽電池セル１０１ｂの表面に形成されたバスバー電極１１２上に、未硬化の導電性接着フィルム１１０を介して一つのタブ線１０２の各一端を仮圧着する。また、当該他の太陽電池セル１０１ｂの裏面電極１１１の接続部１１１ａと、この太陽電池セル１０１ｂの後に続く太陽電池セル１０１ｃの表面に形成されたバスバー電極１１２との間も、同様にタブ線１０２の各一端を仮圧着する。このように、隣接する太陽電池セル１０１同士をタブ線１０２で連結していく。
続いて、タブ線１０２によって連結された複数の太陽電池セル１０１ａ、１０１ｂ・・・を搬送し、先行する太陽電池セル１０１ａの裏面電極１１１の接続部１１１ａ及びバスバー電極１１２を、上下一対の熱圧着ヘッド等の熱圧着手段１１３と対向させる。
熱圧着手段１１３は、太陽電池セル１０１ａの表裏面に仮貼りされた各タブ線１０２をバスバー電極１１２及び裏面電極１１１の接続部１１１ａ側へ、所定の圧力（例えば約０．５〜３ＭＰａ）をかけて押圧しつつ所定の温度（例えば１８０℃程度）まで加熱される。この熱圧着手段１１３による発熱によって、導電性接着フィルム１１０は熱硬化反応を起こし、これにより、一の太陽電池セル１０１ａは、導電性接着フィルム１１０を介して各タブ線１０２の端部が表面電極に形成されたバスバー電極１１２及び裏面電極１１１の接続部１１１ａ上に接着される。
しかし、かかる工法によると、熱圧着手段１１３による熱がタブ線１０２を通じて隣接する他の太陽電池セル１０１ｂに伝わり、この太陽電池セル１０１ｂに配置されている未硬化の導電性接着フィルム１１０の硬化が進行してしまう。すなわち、他の太陽電池セル１０１ｂに対して導電性接着フィルム１１０を加熱押圧する前の、一の太陽電池セル１０１ａに対するタブ線１０２の本圧着工程において、他の太陽電池セル１０１ｂに仮圧着されている導電性接着フィルム１１０の熱硬化反応が先行してしまい、いざ他の太陽電池セル１０１ｂに対してタブ線１０２を熱加圧しても、他の太陽電池セル１０１ｂに対する接着強度が低下してしまうおそれがあった。
そこで、本発明は、一の太陽電池セルに対して導電性接着フィルムによるタブ線の接着工程において、当該タブ線によって接続される他の太陽電池セルの導電性接着フィルムの強度低下を防ぎ、高い接続信頼性を確保できる太陽電池モジュールの製造方法、太陽電池セルの接続装置及び太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明にかかる太陽電池モジュールの製造方法は、一の太陽電池セルの表面電極と他の太陽電池セルの裏面電極とが、熱硬化型の導電性接着フィルムを介して上記表面電極及び上記裏面電極に接着されたタブ線によって接続される太陽電池モジュールの製造方法において、上記タブ線を、上記導電性接着フィルムを介して上記表面電極及び上記裏面電極上に配置する配置工程と、未硬化の上記導電性接着フィルムを介して一方の上記電極上に配置された上記タブ線の第１の接着部を、加熱押圧機構を有する第１の押圧ヘッドによって熱加圧する熱加圧工程と、未硬化の上記導電性接着フィルムを介して他方の上記電極上に配置された上記タブ線の第２の接着部を、放熱機構を有する第２の押圧ヘッドによって押圧する放熱工程とを有する。
また、本発明にかかる太陽電池セルの接続装置は、複数の太陽電池セルを並列して支持する支持機構と、一の太陽電池セルの表面電極又は裏面電極に未硬化の熱硬化型導電性接着フィルムを介して仮貼りされたタブ線の一端側を加熱押圧する加熱押圧機構を有する第１の押圧ヘッドと、上記一の太陽電池セルに隣接する他の太陽電池セルの表面電極又は裏面電極に未硬化の熱硬化型導電性接着フィルムを介して仮貼りされた上記タブ線の他端側を押圧し、熱を放散させる放熱機構を有する第２の押圧ヘッドとを備える。
また、本発明にかかる太陽電池モジュールは、上記製造方法を用いて製造されたものである。
本発明によれば、第１の押圧ヘッドに押圧されている太陽電池セルの後に隣接する他の太陽電池セルに配置されているタブ線を第２の押圧ヘッドが押圧することにより、当該後に隣接する太陽電池セルに配置されている導電性接着フィルムに第１の押圧ヘッドによる熱が伝達されることを防ぎ、硬化反応の進行を防止することができる。
以下、本発明が適用された太陽電池モジュールの製造方法、太陽電池セルの接続装置及び太陽電池モジュールについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
［太陽電池モジュール１］
本発明にかかる製造方法によって製造される太陽電池モジュール１は、図１に示すように、複数の太陽電池セル２がインターコネクタとなるタブ線３によって直列に接続されたストリングス４を有し、このストリングス４を複数配列したマトリクス５を備える。そして、太陽電池モジュール１は、このマトリクス５が封止接着剤のシート６で挟まれ、受光面側に設けられた表面カバー７及び裏面側に設けられたバックシート８とともに一括してラミネートされ、最後に、周囲にアルミニウムなどの金属フレーム９が取り付けられることにより形成される。
本発明にかかる製造方法によって製造される太陽電池モジュール１は、図１に示すように、複数の太陽電池セル２がインターコネクタとなるタブ線３によって直列に接続されたストリングス４を有し、このストリングス４を複数配列したマトリクス５を備える。そして、太陽電池モジュール１は、このマトリクス５が封止接着剤のシート６で挟まれ、受光面側に設けられた表面カバー７及び裏面側に設けられたバックシート８とともに一括してラミネートされ、最後に、周囲にアルミニウムなどの金属フレーム９が取り付けられることにより形成される。
封止接着剤としては、例えばエチレンビニルアセテート樹脂（ＥＶＡ）等の透光性封止材が用いられる。また、表面カバー７としては、例えば、ガラスや透光性プラスチック等の透光性の材料が用いられる。また、バックシート８としては、ガラスやアルミニウム箔を樹脂フィルムで挟持した積層体等が用いられる。
［太陽電池セル２］
太陽電池モジュールの各太陽電池セル２は、図２に示すように、シリコン基板からなる光電変換素子１０を有する。光電変換素子１０は、受光面側に表面電極となるバスバー電極１１と、バスバー電極１１とほぼ直交する方向に形成された集電極であるフィンガー電極１２が設けられている。また、光電変換素子１０は、受光面と反対の裏面側に、アルミニウムからなるＡｌ裏面電極１３が設けられている。
太陽電池モジュールの各太陽電池セル２は、図２に示すように、シリコン基板からなる光電変換素子１０を有する。光電変換素子１０は、受光面側に表面電極となるバスバー電極１１と、バスバー電極１１とほぼ直交する方向に形成された集電極であるフィンガー電極１２が設けられている。また、光電変換素子１０は、受光面と反対の裏面側に、アルミニウムからなるＡｌ裏面電極１３が設けられている。
そして、太陽電池セル２は、タブ線３によって、表面のバスバー電極１１と、隣接する太陽電池セル２のＡｌ裏面電極１３とが電気的に接続され、これにより直列に接続されたストリングス４を構成する。タブ線３とバスバー電極１１及びＡｌ裏面電極１３との接続は、導電性接着フィルム１５によって行う。
タブ線３は、従来の太陽電池モジュールで使用されているタブ線を利用することができる。タブ線３は、例えば、５０〜３００μｍ厚のリボン状銅箔を使用し、必要に応じて金メッキ、銀メッキ、スズメッキ、ハンダメッキ等を施すことにより形成される。
バスバー電極１１は、Ａｇペーストを塗布し、加熱することにより形成される。太陽電池セル２の受光面に形成されるバスバー電極１１は、入射光を遮る面積を小さくし、シャドーロスを抑えるために、例えば１ｍｍ幅でライン状に形成されている。バスバー電極１１の数は、太陽電池セル２のサイズや抵抗を考慮して適宜設定される。
フィンガー電極１２は、バスバー電極１１と同様の方法により、バスバー電極１１と交差するように、太陽電池セル２の受光面のほぼ全面に亘って形成されている。また、フィンガー電極１２は、例えば約１００μｍ程度の幅を有するラインが、所定間隔、例えば２ｍｍおきに形成されている。
Ａｌ裏面電極１３は、図３に示すように、アルミニウムからなる電極が例えばスクリーン印刷やスパッタ等により太陽電池セル２の裏面全面に形成される。
導電性接着フィルム１５は、熱硬化型接着剤であり、後述する加熱押圧ヘッド２２により熱圧着されることにより、導電性粒子が押し潰された状態で硬化し、タブ線３とバスバー電極１１やＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａとを接続させる。
具体的に、導電性接着フィルム１５は、有機樹脂バインダーに導電性粒子が含有された組成であり、有機樹脂バインダーは膜形成材料、液状硬化成分、シランカップリング剤、硬化剤等から構成される。膜形成材料としては、フェノキシ樹脂、固形エポキシ樹脂等、膜形成能を有する有機樹脂であれば適宜使用することができる。液状硬化成分は、液状エポキシ樹脂、液状アクリレートなど熱硬化性を有する化合物を適宜使用することができる。液状エポキシ樹脂を使用した場合における硬化剤としては、アミン系硬化剤、イミダゾール類、スルホニウム塩、オニウム塩等を好ましく使用することができる。液状アクリレートを使用した場合における硬化剤としては、有機過酸化物などの熱ラジカル発生剤を好ましく使用することができる。更に無機フィラー、各種添加剤を用いてもよい。
太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池セル２がインターコネクタとなるタブ線３によって直列に接続されて構成される。具体的に、太陽電池モジュール１は、一の太陽電池セル２ａの受光面に形成されたバスバー電極１１に一のタブ線３の一端３ａ側を接続し、隣接する他の太陽電池セル２ｂの裏面に形成されたＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａに当該タブ線３の他端３ｂ側を接続することにより形成される。
［導電性接着フィルム１５の仮貼り工程］
上述したように、タブ線３とバスバー電極１１及びＡｌ裏面電極１３との接続は、バスバー電極１１及びＡｌ裏面電極１３に予め貼着された導電性接着フィルム１５によって行う。導電性接着フィルム１５の貼着工程は、導電性接着フィルム１５の貼着装置１６に各太陽電池セル２を載置し、仮貼りヘッド１７によって太陽電池セル２のバスバー電極１１上及びＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａ上に未硬化の導電性接着フィルム１５を仮貼りすることにより行う。
上述したように、タブ線３とバスバー電極１１及びＡｌ裏面電極１３との接続は、バスバー電極１１及びＡｌ裏面電極１３に予め貼着された導電性接着フィルム１５によって行う。導電性接着フィルム１５の貼着工程は、導電性接着フィルム１５の貼着装置１６に各太陽電池セル２を載置し、仮貼りヘッド１７によって太陽電池セル２のバスバー電極１１上及びＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａ上に未硬化の導電性接着フィルム１５を仮貼りすることにより行う。
具体的に、この貼着装置１６は、図３に示すように、導電性接着フィルム１５を供給する一対の供給リール１８と、導電性接着フィルム１５を太陽電池セル２の両面の所定の位置に仮貼りする仮貼りヘッド１７とを備える。貼着装置１６は、図示しない太陽電池セル２の支持部材の上側及び下側に、それぞれ仮貼りヘッド１７及び供給リール１８が設けられている。
供給リール１８は、ＰＥＴ等の支持体に支持された導電性接着フィルム１５が巻回されている。導電性接着フィルム１５は、支持体とともにキャプスタンローラ及びピンチローラを介して、支持部材に支持された太陽電池セル２の表面又は裏面と対峙する位置にガイドされ、仮貼りヘッド１７によって太陽電池セル２のバスバー電極１１上、あるいはＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａ上に仮貼りされる。
仮貼りヘッド１７は、支持部材に支持された太陽電池セル２の表面又は裏面と対峙する位置に昇降自在に設けられている。そして、太陽電池セル２が支持部材に載置されるとともに、バスバー電極１１上、及びＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａ上に導電性接着フィルム１５が走行されると、支持体上から導電性接着フィルム１５を太陽電池セル２表面及び裏面に加熱押圧する。このとき、仮貼りヘッド１７は、導電性接着フィルム１５の有機樹脂バインダーに流動性が生じるが本硬化は生じない程度の温度で加熱することで、接着力を発生させ太陽電池セル２に仮貼りする。
なお、導電性接着フィルム１５を支持する支持体は、導電性接着フィルム１５が仮貼りされる際に剥離され、キャプスタンローラ及びピンチローラを介して搬送、廃棄される。
［太陽電池セル２の接続工程］
次いで、太陽電池セルの接続装置２０に複数の太陽電池セル２を並べ、仮圧着ヘッド２５によってタブ線３を導電性接着フィルム１５上に仮圧着する。このとき、図２及び図４に示すように、先行する一の太陽電池セル２ａの表面に形成されたバスバー電極１１上に、未硬化の導電性接着フィルム１５を介してタブ線３の一端３ａを仮圧着し、後に続く他の太陽電池セル２ｂのＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａに、未硬化の導電性接着フィルム１５を介して当該タブ線３の他端３ａを仮圧着する。同様に、当該他の太陽電池セル２ｂの表面に形成されたバスバー電極１１上と、この太陽電池セル２ｂの後に続く太陽電池セル２ｃのＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａとに、未硬化の導電性接着フィルム１５を介してタブ線３の一端３ａ及び他端３ｂを仮圧着する。このように、隣接する太陽電池セル２同士をタブ線３で直列に連結していく。
次いで、太陽電池セルの接続装置２０に複数の太陽電池セル２を並べ、仮圧着ヘッド２５によってタブ線３を導電性接着フィルム１５上に仮圧着する。このとき、図２及び図４に示すように、先行する一の太陽電池セル２ａの表面に形成されたバスバー電極１１上に、未硬化の導電性接着フィルム１５を介してタブ線３の一端３ａを仮圧着し、後に続く他の太陽電池セル２ｂのＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａに、未硬化の導電性接着フィルム１５を介して当該タブ線３の他端３ａを仮圧着する。同様に、当該他の太陽電池セル２ｂの表面に形成されたバスバー電極１１上と、この太陽電池セル２ｂの後に続く太陽電池セル２ｃのＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａとに、未硬化の導電性接着フィルム１５を介してタブ線３の一端３ａ及び他端３ｂを仮圧着する。このように、隣接する太陽電池セル２同士をタブ線３で直列に連結していく。
次いで、複数の太陽電池セル２ａ、２ｂ、２ｃ・・・を直列に連結する複数のタブ線３を順に加熱押圧ヘッド２２によって熱加圧し、導電性接着フィルム１５を硬化させ、タブ線３を各太陽電池セル２に本圧着する。このとき、本実施の形態においては、放熱ヘッド２３が、加熱押圧ヘッド２２に連動して、加熱押圧ヘッド２２に押圧されている太陽電池セル２の後に隣接する他の太陽電池セル２に仮圧着されているタブ線３を押圧することにより、この後に隣接する太陽電池セル２に仮貼りされている導電性接着フィルム１５に加熱押圧ヘッド２２による熱が伝達されることを防ぎ、硬化反応の進行を防止する。
以下、かかる太陽電池セル２の接続装置２０について説明する。接続装置２０は、複数の太陽電池セル２を並列して支持する支持機構２１と、各太陽電池セル２のバスバー電極１１及びＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａに導電性接着フィルム１５を介してタブ線３を加熱押圧する加熱押圧ヘッド２２と、加熱押圧ヘッド２２に押圧されている太陽電池セル２の後に隣接する太陽電池セル２に仮圧着されているタブ線３を押圧して放熱させる放熱ヘッド２３とを備える。接続装置２０は、支持機構２１を挟んだ上下に、各一対の加熱押圧ヘッド２２及び放熱ヘッド２３が設けられている。また、接続装置２０は、加熱押圧ヘッド２２及び放熱ヘッド２３よりも太陽電池セル２の図４中矢印Ａ方向で示す搬送方向上流側に、各太陽電池セル２のバスバー電極１１及びＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａに導電性接着フィルム１５を介してタブ線３を仮圧着させる仮圧着ヘッド２５が設けられている。
支持機構２１は、各上下一対の加熱押圧ヘッド２２同士及び放熱ヘッド２３同士が対向する位置に太陽電池セル２を搬送、支持するものであり、本実施の形態では複数のローラ上をベルトが走行することにより太陽電池セル２を搬送するベルトコンベヤにより構成されている。支持機構２１は、直列接続を図る複数の太陽電池セル２を並べて、後述する仮圧着ヘッド２５、加熱押圧ヘッド２２及び放熱ヘッド２３と対向する位置に各太陽電池セル２を搬送する。なお、支持機構２１は、太陽電池セル２が仮圧着ヘッド２５、加熱押圧ヘッド２２及び放熱ヘッド２３と対向する位置に図示しない支持手段を設け、太陽電池セル２を安定化させて保持し、各ヘッド２１，２２，２５との位置決めを図り、また押圧力のバラツキを抑えるようにしてもよい。
加熱押圧ヘッド２２は、タブ線３を押圧する押圧面２２ａと、ヒーターが内蔵されたヘッド本体２２ｂとを有する。加熱押圧ヘッド３は、導電性接着フィルム１５の有機樹脂バインダーが硬化する所定の温度に加熱された押圧面２２ａを所定の圧力、時間で、タブ線３に押し当てることにより、異方性導電フィルム１５が、導電性粒子が押し潰された状態で硬化する。
放熱ヘッド２３は、加熱押圧ヘッド２２より太陽電池セル２の搬送方向上流側に、加熱押圧ヘッド２２と隣接して設けられている。また、放熱ヘッド２３は、タブ線３を押圧する押圧面２３ａが形成されたヘッド本体２３ｂを有する。放熱ヘッド２３は、加熱押圧ヘッド２２からタブ線３に伝達された熱を吸収し、放散させるものであり、これにより仮貼りされている未硬化の導電性接着フィルム１５が本圧着工程に入る前に、有機樹脂バインダーの硬化反応が進行することを防止する。
ヘッド本体２３ｂは、熱伝導率の高い材料によって形成され、効率よくタブ線３の熱を吸収、放散させることができる。また、ヘッド本体２３ｂは、冷却機構を内蔵させるとともに、熱伝導率の低い材料で形成することにより、冷却効果を維持させるようにしてもよい。
仮圧着ヘッド２５は、導電性接着フィルム１５の硬化反応が進行しない程度の温度でタブ線３を加熱押圧することにより、本圧着工程の前にタブ線３をバスバー電極１１上及びＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａ上に仮圧着させるものである。仮圧着ヘッド２５は、タブ線３を押圧する押圧面２５ａと、ヒーターが内蔵されたヘッド本体２５ｂとを備える。
これら加熱押圧ヘッド２２、放熱ヘッド２３及び仮圧着ヘッド２５は、いずれも図示しないヘッド駆動機構によって駆動される。ヘッド駆動機構は、各ヘッド２２，２３，２５にそれぞれ設けられ、あるいは、加熱押圧ヘッド２２及び放熱ヘッド２３を同期して駆動する第１のヘッド駆動機構と、仮圧着ヘッド２５を駆動する第２のヘッド駆動機構とを備える。
これら加熱押圧ヘッド２２、放熱ヘッド２３及び仮圧着ヘッド２５は、いずれも図示しないヘッド駆動機構によって駆動される。ヘッド駆動機構は、各ヘッド２２，２３，２５にそれぞれ設けられ、あるいは、加熱押圧ヘッド２２及び放熱ヘッド２３を同期して駆動する第１のヘッド駆動機構と、仮圧着ヘッド２５を駆動する第２のヘッド駆動機構とを備える。
ヘッド駆動機構は、支持機構２１を挟んだ上側及び下側にそれぞれ設けられた一対の加熱押圧ヘッド２２、放熱ヘッド２３及び仮圧着ヘッド２５を、上下同期して駆動することにより、太陽電池セル２の両面に近接離間するように昇降自在に支持する。そして、ヘッド駆動機構は、各ヘッド本体２２ｂ，２３ｂ，２５ｂを、所定時間、所定の圧力でタブ線３を押圧するように駆動する。
また、ヘッド駆動機構は、加熱押圧ヘッド２２及び仮圧着ヘッド２５の各ヘッド本体２２ｂ，２５ｂに内蔵されたヒーターの駆動を制御する。そして、ヘッド駆動機構は、タブ線３の仮圧着時や本圧着時には、各ヘッド本体２２ｂ，２５ｂ内のヒーターを駆動して所定温度に加熱する。
［タブ線４による接続工程］
次いで、かかる接続装置２０を用いた太陽電池モジュール１の製造工程について説明する。先ず、太陽電池セル２を製造する。太陽電池セル２は、単結晶型シリコン光電変換素子、多結晶型光電変換素子を用いる結晶シリコン系太陽電池モジュールや、アモルファスシリコンからなるセルと微結晶シリコンやアモルファスシリコンゲルマニウムからなるセルとを積層させた光電変換素子を用いた薄膜シリコン系太陽電池など、各種光電変換素子１０を用いることができる。
次いで、かかる接続装置２０を用いた太陽電池モジュール１の製造工程について説明する。先ず、太陽電池セル２を製造する。太陽電池セル２は、単結晶型シリコン光電変換素子、多結晶型光電変換素子を用いる結晶シリコン系太陽電池モジュールや、アモルファスシリコンからなるセルと微結晶シリコンやアモルファスシリコンゲルマニウムからなるセルとを積層させた光電変換素子を用いた薄膜シリコン系太陽電池など、各種光電変換素子１０を用いることができる。
太陽電池セル２は、光電変換素子１０の受光面となる表面にＡｇペーストの塗布、焼成によってフィンガー電極１２及びバスバー電極１１を形成し、裏面にＡｌスクリーン印刷等によってタブ線３の接続部１３ａを有するＡｌ裏面電極１３を形成する。
次いで、光電変換素子１０は、表面のバスバー電極１１及び裏面の接続部１３ａに導電性接着フィルム１５が貼着され、この導電性接着フィルム１５上にタブ線３が仮圧着される。
上述したように、導電性接着フィルム１５の貼着工程は、導電性接着フィルム１５の貼着装置１６に各太陽電池セル２を載置し、供給リール１８より繰り出された未硬化の導電性接着フィルム１５を、仮貼りヘッド１７によって太陽電池セル２のバスバー電極１１上及びＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａ上に仮貼りすることにより行う。このとき、仮貼りヘッド１７は、導電性接着フィルム１５に流動性が生じるが本硬化は生じない程度の温度（例えば４０〜６０℃）で、所定時間（例えば１〜５秒）加熱することで、太陽電池セル２に仮貼りする。
導電性接着フィルム１５が仮貼りされた各太陽電池セル２は、直列接続される順に接続装置２０の支持機構２１上に配置され、導電性接着フィルム１５を介してバスバー電極１１上及びＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａにタブ線３が仮圧着される。このとき、図２に示すように、タブ線３は、一端３ａが先行する太陽電池セル２ａの表面に形成されたバスバー電極１１上に配設され、他端３ｂが後に続く太陽電池セル２ｂの裏面に形成されたＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａに配設される。
そして、図４に示すように、タブ線３は、支持機構２１の上方及び下方に設けられた一対の仮圧着ヘッド２５が同期して昇降されることによって、押圧面２５ａに押圧される。このとき、仮圧着ヘッド２５は、導電性接着フィルム１５の硬化反応が進行しない程度の温度に加熱されたヘッド本体２５ｂの押圧面２５ａによってタブ線３を押圧する。したがって、導電性接着フィルム１５は、バインダー樹脂が流動性を示し、接着力を奏することにより、バスバー電極１１上及びＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａにタブ線３を仮固定する。
タブ線３が仮固定された複数の太陽電池セル２は、図５に示すように、加熱押圧ヘッド２２及び放熱ヘッド２３の直下に搬送、支持され、加熱押圧ヘッド２２及び放熱ヘッド２３によってタブ線３が押圧される。
このとき、複数の太陽電池セル２は、先行する太陽電池セル２ａが、支持機構２１の上方及び下方に設けられた一対の加熱押圧ヘッド２２が同期して昇降されることによって、タブ線３が押圧面２２ａに所定の圧力で押圧される。加熱押圧ヘッド２２は、ヘッド本体２２ａが導電性接着フィルム１５が硬化する所定の温度に加熱される。したがって、導電性接着フィルム１５は、バインダー樹脂が熱硬化し、タブ線３とバスバー電極１１又はＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａとを電気的、機械的に接続する。
また、複数の太陽電池セル２は、先行する太陽電池セル２ａに続く太陽電池セル２ｂが、支持機構２１の上方及び下方に設けられた一対の放熱ヘッド２２が同期して昇降されることによって、タブ線３が押圧面２３ａに押圧される。放熱ヘッド２３は、ヘッド本体２３ｂが熱伝導率の高い材料によって形成されているため、先行する太陽電池セル２ａに仮圧着されたタブ線３の一端３ａが加熱押圧ヘッド２２によって押圧されることにより、他端３ｂに伝達された熱を効率よく吸収、放散させることができる。したがって、放熱ヘッド２３は、加熱押圧ヘッド２２に熱加圧される前に、先行する太陽電池セル２ａと連続するタブ線３を介して導電性接着フィルム１５が加熱されて硬化反応が進行することを防止し、タブ線３の他端３ｂにおける接続信頼性を維持することができる。
ここで、ヘッド駆動機構によって、放熱ヘッド２３は、加熱押圧ヘッド２２の昇降動作に応じて昇降される。例えば、放熱ヘッド２３は、図示しない連結子によって加熱押圧ヘッド２２と接続され、一体に昇降される。したがって、放熱ヘッド２３は、加熱押圧ヘッド２２がタブ線３の一端３ａを押圧するのと同時に当該タブ線３の他端３ｂを押圧し、加熱押圧ヘッド２２がタブ線３の一端３ａから離間すると、同時に当該タブ線３の他端３ｂから離間する。これにより、タブ線３の一端３ａが加熱押圧ヘッド２２に加熱、押圧されている間は、放熱ヘッド２３が当該タブ線３の他端３ｂを押圧していることから、タブ線３を介して未硬化の導電性接着フィルム１５が硬化されることを防止することができる。
また、ヘッド駆動機構によって、放熱ヘッド２３は、加熱押圧ヘッド２２がタブ線３の一端３ａを押圧する前に当該タブ線３の他端３ｂを押圧し、加熱押圧ヘッド２２が当該タブ線３ａの一端３ａから離間した後に当該タブ線３の他端３ｂから離間するように操作されてもよい。これにより、タブ線３の一端３ａが加熱押圧ヘッド２２に加熱、押圧されている間とその前後も含めて、放熱ヘッド２３が当該タブ線３の他端３ｂを押圧していることから、タブ線３の一端３ａに加えられる熱が他端３ｂに伝達することを確実に防止し、タブ線３を介して未硬化の導電性接着フィルム１５が硬化されることを確実に防止することができる。
接続装置２０は、加熱押圧ヘッド２２によって先行する太陽電池セル２にタブ線３が本圧着されると、ヘッド駆動機構によって一対の加熱押圧ヘッド２２がタブ線３より離間し、また後に続く太陽電池セル２のタブ線３より一対の放熱ヘッド２３が離間する。次いで、接続装置２０は、支持機構２１によって放熱ヘッド２３に押圧されていた太陽電池セル２を加熱押圧ヘッド２２の直下に搬送するとともに、さらに後に続く太陽電池セル２を放熱ヘッド２３の直下に搬送する。
このように、接続装置２０は、太陽電池セル２を一枚ずつ放熱ヘッド２３と加熱押圧ヘッド２２の直下に搬送し、順次、タブ線３をバスバー電極１１及びＡｌ裏面電極１３の接続部１３ａに接着すると共に、隣接する太陽電池セル２同士を直列に接続していく。
なお、本願発明は、導電性接着フィルム１５を用いる以外にも、ペースト状の導電性接着剤を塗布することによりタブ線３と各電極１１，１３とを接続させてもよい。
また、太陽電池セル２は、バスバー電極１１を必ずしも設ける必要はない。この場合、太陽電池セル２は、フィンガー電極１２の電流が、フィンガー電極１２と交差するタブ線３によって集められる。
また、この導電性接着フィルム１５の仮貼り及びタブ線３の仮圧着は、タブ線３の一面に導電性接着フィルムを積層させたフィルムをバスバー電極１１及び接続部１３ａに仮圧着することによっておこなってもよい。このフィルムは、リール形状に巻回し、貼着装置１６によって太陽電池セル２に仮圧着することができる。
また、放熱ヘッド２３は、図６に示すように、ヘッド本体２３ｂにヒートシンク３０を設けてもよい。接続装置２０は、ヒートシンク３０を設けることにより、放熱ヘッド２３によるタブ線３の他端に伝達された熱の吸収、放散の効果を高め、かつ維持することができる。
また、放熱ヘッド２３は、図７に示すように、ヘッド本体２３ｂの押圧面２３ａに弾性体３１を設けてもよい。接続装置２０は、熱伝導率の高いゴムなどの弾性体３１を設けることにより、タブ線３の凹凸を吸収し、押圧面２３ａとタブ線３の他端３ｂとの接触面積が増加するとともに、より密着することとなり、タブ線３の他端３ｂに伝達された熱を確実に吸収、放散させ、未硬化の導電性接着フィルム１５が硬化することを防止することができる。
次いで、本発明にかかる実施例について説明する。実施例１は、先行する太陽電池セル２の本圧着工程の際、ヘッド本体２３ｂにヒートシンク３０を設けた放熱ヘッド２３により、後に続く太陽電池セル２に仮圧着されたタブ線３の放熱を行った。実施例２は、先行する太陽電池セル２の本圧着工程の際、ヘッド本体２３ｂにヒートシンク３０を設けると共に押圧面２３ａに弾性体３１を設けた放熱ヘッド２３により、後に続く太陽電池セル２に仮圧着されたタブ線３の放熱を行った。実施例３は、先行する太陽電池セル２の本圧着工程の際、ヒートシンク３０及び弾性体３１を設けない放熱ヘッド２３により、後に続く太陽電池セル２に仮圧着されたタブ線３の放熱を行った。比較例では、放熱ヘッド２３を備えず、加熱押圧ヘッド２２のみで、後に続く太陽電池セル２に仮圧着されたタブ線３の本圧着を行った。
各実施例、比較例に供する評価サンプルの材料は、太陽電池セルとして、６インチ多結晶Ｓｉセルを用いた。また、タブ線として、２ｍｍ幅×０．１５ｍｍ厚みのサイズで、はんだが被覆された銅線を用いた。導電性接着フィルムのサイズは、２ｍｍ×１５０ｍｍとした。
また、加熱押圧ヘッド２２による圧着条件は、１８０℃で１５秒、２ＭＰａとした。放熱ヘッド２３は、加熱押圧ヘッド２２と同期して駆動し、加熱押圧ヘッド２２と同時にタブ線３に対して離接させた。
評価サンプルは、図８に示すように、２枚の太陽電池セル２ａ、２ｂがタブ線３により連結されたストリングを形成する。評価サンプルは、各実施例、比較例毎に２つ用意し、１つは太陽電池セル２ａのみ加熱押圧ヘッド２２による本圧着を行った後、太陽電池セル２ｂの各部（左端Ｌ、中央Ｃ、右端Ｒ）の反応率を測定し、もう１つは太陽電池セル２ａ、太陽電池セル２ｂの順に加熱押圧ヘッド２２による本圧着を行った後、太陽電池セル２ｂの各部（左端Ｌ、中央Ｃ、右端Ｒ）の接着強度を測定すると共に硬化反応率及び接続信頼性評価を行った。
導電性接着フィルムが安定した接続性能を発揮するには、８０％以上の硬化反応率が必要とされる。硬化反応率は、硬化反応前、及び硬化反応後のサンプルに対してＩＲ測定を行い、得られたチャートのエポキシ基のピーク強度の比を残存するエポキシ基の割合として求め、これを１から差し引いたものを硬化反応率として求めた。
接続信頼性評価は、太陽電池セル２ｂに接続されたタブ線３の接続抵抗を計測し、４０ｍΩ未満を◎、４０ｍΩ以上４５ｍΩ未満を○、４５ｍΩ以上５０ｍΩ未満を△、５０ｍΩ以上を×とし、タブ線３の接続直後（初期）と、環境試験（気温８０℃湿度８０％の高温高湿環境に５００時間）後に計測、評価した。
測定結果を表１に示す。なお、表１中、接続方法の形態Ａは、太陽電池セル２ｂが、太陽電池セル２ａの本圧着工程において放熱ヘッド２３によって押圧され、その後、加熱押圧ヘッド２２の直下に搬送され、本圧着される接続形態である。また、接続方法の形態Ｂは、太陽電池セル２ｂが、太陽電池セル２ａの本圧着工程において放熱ヘッド２３によって押圧されることなく、その後、加熱押圧ヘッド２２の直下に搬送され、本圧着される接続形態である。
また、太陽電池セル２ａ、太陽電池セル２ｂの本圧着後における太陽電池セル２ｂの接着強度をみると、右端Ｒの接着強度が、実施例３で３（Ｎ／ｍｍ２）有するのに対して比較例では２（Ｎ／ｍｍ２）となり、中央Ｃにおいても実施例の接着強度が比較例の接着強度よりも高かった。
さらに、接続信頼性評価においては、環境試験を経ることにより、実施例と比較例の差が顕著に表れ、放熱ヘッド２３に押圧されることで本圧着工程の前に導電性接着フィルムの硬化反応が抑えられている実施例においては、いずれも高い接続信頼性を備えることが分かる。
実施例の各サンプルをみると、実施例２では、ヒートシンク３０に加え、弾性体３１を備えた放熱ヘッド２３を用いているため、十分な放熱がなされ、熱圧着前の太陽電池セル２ｂの右端Ｒにおいても反応率が５％未満であった。すなわち、実施例２に係る放熱ヘッド２３によれば、最も優れた放熱効果を示し、本圧着後の接続信頼性も良好であった。
１ 太陽電池モジュール、２ 太陽電池セル、３ タブ線、３ａ 一端、３ｂ 他端、１０ 光電変換素子、１１ バスバー電極、１２ フィンガー電極、１３ Ａｌ裏面電極、１３ａ 接続部、１５ 導電性接着フィルム、１６ 貼着装置、１７ 仮貼りヘッド、１８ 供給リール、２０ 接続装置、２１ 支持機構、２２ 加熱押圧ヘッド、２２ａ 押圧面、２２ｂ ヘッド本体、２３ 放熱ヘッド、２３ａ 押圧面、２３ｂ ヘッド本体、２５ 仮圧着ヘッド、２５ａ 押圧面、２５ｂ ヘッド本体、３０ ヒートシンク、３１ 弾性体
Claims (8)
- 一の太陽電池セルの表面電極と他の太陽電池セルの裏面電極とが、熱硬化型の導電性接着フィルムを介して上記表面電極及び上記裏面電極に接着されたタブ線によって接続される太陽電池モジュールの製造方法において、
上記タブ線を、上記導電性接着フィルムを介して上記表面電極及び上記裏面電極上に配置する配置工程と、
未硬化の上記導電性接着フィルムを介して一方の上記電極上に配置された上記タブ線の第１の接着部を、加熱押圧機構を有する第１の押圧ヘッドによって熱加圧する熱加圧工程と、
未硬化の上記導電性接着フィルムを介して他方の上記電極上に配置された上記タブ線の第２の接着部を、放熱機構を有する第２の押圧ヘッドによって押圧する放熱工程とを有する太陽電池モジュールの製造方法。 - 上記熱加圧工程と上記放熱工程とは互いに連動し、かつ隣接して支持されている上記一の太陽電池セル及び上記他の太陽電池セルに対して行う請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 上記第２の押圧ヘッドは、上記第１の押圧ヘッドが上記第１の接着部を熱加圧している間、上記第２の接着部を押圧している請求項２記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 上記第１の押圧ヘッドと上記第２の押圧ヘッドとは連結子により連結されている請求項３記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 上記第２の押圧ヘッドは、上記第１の押圧ヘッドが上記第１の接着部を押圧する前に上記第２の接着部を押圧し、上記第１の押圧ヘッドが上記第１の接着部から離間した後に上記第２の接着部から離間する請求項３記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 上記第２の押圧ヘッドは、ヒートシンクが設けられている請求項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。
- 上記第２の押圧ヘッドは、上記第２の接着部を押圧する押圧面に弾性体が設けられている請求項１〜６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。
- 複数の太陽電池セルを並列して支持する支持機構と、
一の太陽電池セルの表面電極又は裏面電極に未硬化の熱硬化型導電性接着フィルムを介して仮貼りされたタブ線の一端側を加熱押圧する加熱押圧機構を有する第１の押圧ヘッドと、
上記一の太陽電池セルに隣接する他の太陽電池セルの表面電極又は裏面電極に未硬化の熱硬化型導電性接着フィルムを介して仮貼りされた上記タブ線の他端側を押圧し、熱を放散させる放熱機構を有する第２の押圧ヘッドとを備える太陽電池セルの接続装置。
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