JP5884140B2 - 太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関し、特に、ラミネート工程において、背面板の端部の破損を防ぐ技術に関する。

太陽電池は太陽光を利用するため、屋根や屋上といった屋外に設置されることが多く、風雨や雪に対する耐候性能を備えている必要がある。そのため太陽電池は、一対のガラス等の板材間に発電素子と充填材を積層させてラミネートした構造をとるのが一般的である。

ここで、ラミネートに用いられる一般的なラミネート装置は、気密状態が確保されたチャンバ内に、載置された被加工物を加熱するヒータープレートと、被加工物を加圧するためのダイヤフラムを有し、外部接続された真空ポンプにより内部を減圧することができるようになっている。
このようなラミネート装置により、太陽電池を構成するガラス等の板材や発電素子、充填材などを積層させた被加工物を、減圧下で加熱・加圧することにより、太陽電池が作製される。

図８は、このようなラミネート装置により、太陽電池を作製する工程の一部を示している。なお、図８では、作製する太陽電池として化合物系太陽電池を例にとるが、他の結晶系太陽電池等でも同様の工程によりラミネートは行なわれる。
図８に示されるように、カバーガラス７１、充填材７２、化合物系半導体薄膜により構成された発電素子７３が製膜された背面基板７４を順次、積層させた被加工物７は、減圧されたチャンバ内で、ヒータープレート６２により加熱されると共に、ダイヤフラム６１により加圧される。これにより、充填材７２が溶融して、ラミネート加工が施される。

この工程の際、背面基板７４はダイヤフラム６１によって上方から押し付けられるため、端部、特に四隅に亀裂等の破損を生じ易い。
また、カバーガラス７１は、外周部が鋭利な状態のままだと危険で、欠け等が発生し易く、機械的および熱的強度が不足する場合もあることから、縁辺部の稜角が面取りされている。そのため、図９（ａ）に示されるように、カバーガラス７１の面取り部７１１を含めた外周形状と同サイズの背面基板７４を用いる場合、被加工物７をヒータープレート６２上に載置した状態では、面取り部７１１の上側部分において、背面基板７４はカバーガラス７１に当接することなく宙に浮いた状態となっている。このような状況の下、ダイヤフラム６１から背面基板７４に対し、カバーガラス７１側へ力が加えられると、図９（ｂ）に示されるように、背面基板７４の、カバーガラス７１と当接する箇所と当接しない箇所の境目近傍で亀裂等の破損を生じ易い。

このような太陽電池の作製工程における歩留まりの向上に関する技術として、特許文献１では、表面部材及び裏面部材の外寸法を互いに異ならしめることにより、加熱圧着時に生じる両部材間のズレを吸収する技術が提案されている。

特開平１０−２５６５８４号公報

上記特許文献１記載の技術によれば、加熱圧着時に両部材の位置が多少ずれても、裏面部材が表面部材からはみ出すことは少なく、外観不良や、枠体を取り付ける際の割れ等を防ぐのに一定の効果を期待できる。

しかしながら、単に表面材と裏面保護材の外寸法を互いに異ならしめるだけでは、ひび割れ等の破損を生じ易い裏面部材の端部が十分に保護されるとはいえない。
特に、もともと強度の低い角部分は破損を生じ易いし、前述のとおり、カバーガラスが面取りされている場合には、当該面取りされている部分を考慮しないと、ラミネートの工程で縁辺に破損を生じ易い。

そこで、本発明は、前面板と背面板の間に、充填材を介して発電素子を積層してなる太陽電池モジュールのラミネート工程において、背面板の端部の破損を防ぐ技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一の観点に係る太陽電池モジュールは、受光面となる、平面四角形状の前面板と、上記前面板の裏面側に配される、平面四角形状の背面板と、上記前面板と上記背面板の間に積層される発電素子と、上記前面板と上記背面板とを接着する充填材と、を有する太陽電池モジュールであって、上記背面板は、四隅が切り欠かれており、平面視したときに、上記前面板の四隅が上記背面板の上記四隅から突出していることを特徴とする。
なお、前面板と背面板の間に発電素子を積層することには、単に発電素子を、前面板と背面板の間に物理的に配置することのみならず、前面板あるいは背面板に製膜することも含まれ、発電素子の種類に応じていずれかの形態をとる。

また、上記前面板は、縁辺の稜角が面取りされており、上記背面板は、上記前面板の平面のうち、上記面取りされた部分の内側に収まる寸法で構成されているものとしてもよい。

上記前面板及び上記背面板はいずれもガラス素材で構成され、上記前面板は、上記背面板よりも硬質のガラス素材で構成されているものとしてもよい。

また、上記発電素子は、薄膜太陽電池素子であり、上記前面板又は上記背面板のいずれかに製膜されているものとしてもよい。

また、本発明の別の観点に係る太陽電池モジュールの製造方法は、受光面となる、平面四角形状の前面板と、上記前面板の裏面側に配され、四隅が切り欠かれた四角形状の背面板と、上記前面板と上記背面板の間に積層される発電素子と、上記前面板と上記背面板とを接着する充填材と、を有する太陽電池モジュールを、チャンバ内に、載置された被加工物を加熱するヒータープレートと、被加工物を加圧するダイヤフラムと、を備えたラミネート装置により製造する方法であって、上記前面板と、上記発電素子と、上記背面板とを順次積層させると共に、上記前面板と上記背面板との間に充填材を挟みこんだ被加工物を、上記チャンバ内のヒータープレート上に載置し、上記チャンバ内を減圧する工程と、上記ヒータープレートにより、上記被加工物を加熱し、上記充填材を溶融する工程と、上記ダイヤフラムにより、上記被加工物を上記背面板側から加圧する工程と、を有することを特徴とする。

また、上記前面板は、縁辺の稜角が面取りされ、上記背面板は、上記前面板の平面のうち、上記面取りされた部分の内側に収まる寸法で構成されており、上記チャンバ内において、上記発電素子と上記充填材を挟んで、上記前面板上に上記背面板を積層させる際、上記前面板の面取りされた部分の内側に、上記背面板を積層させるものとしてもよい。

本発明によれば、前面板と背面板の間に、充填材を介して発電素子を積層してなる太陽電池モジュールのラミネート工程において、背面板の端部の破損を防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの積層構造を示す模式図であり、（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図、（ｄ）下面図である。 本実施形態に係る太陽電池モジュールにおいて、図１中のＡ部分を示す部分拡大図である。 本発明の他の実施形態に係る太陽電池モジュールの積層構造を示す模式図であり、（ａ）スーパーストレート構造の太陽電池モジュール、（ｂ）結晶系太陽電池モジュールである。 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用いられるラミネート装置を示す模式図である。 本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法において、被加工物の積層順序を示す斜視図である。 本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法において、被加工物にダイヤフラムを圧接させた状態を示す模式図である。 本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法において、図６中のＢ部分を示す部分拡大図である。 従来例に係る太陽電池モジュールの製造方法において、被加工物にダイヤフラムを圧接させた状態を示す模式図である。 従来例に係る太陽電池モジュールの製造方法において、図８中のＣ部分において、背面板の破損の様子を示す模式図であって、（ａ）破損前、（ｂ）破損後である。

次に、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール、及び当該太陽電池モジュールの製造方法について、図を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の積層構造を示している。
太陽電池モジュール１は、いわゆる化合物系太陽電池であり、カバーガラス１１、充填材１２、発電素子１３、背面基板１４を順次、積層した構造からなり、一体的にラミネートされている。

カバーガラス１１は、透光性を有するガラス板であり、受光面を構成すると共に、発電素子１３を物理的な衝撃から保護する。
このカバーガラス１１は、平面四角形の平板状に構成されると共に、図２にも示されるとおり、全ての縁辺の稜角が、面取り長ｘを最大面取り幅として内側に面取りされて、縁辺に面取り部１１１が形成されている。
なお、面取りは、稜角を斜めにカットして新たな平面を形成するＣ面取り、稜角を曲面上に切り欠くＲ面取りなど、特に限定されるものではない。

また、カバーガラス１１には例えば、いわゆる強化ガラスなど、高い弾性率と剛性率を備えたものが用いられる。また、このカバーガラス１１の厚みの一例は、製造時及び使用時の耐性や軽量化の観点から、３．０〜４．０ｍｍである。

充填材１２は、カバーガラス１１、発電素子１３、及び背面基板１４を一体的に接着する。
この充填材１３には例えば、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ＰＶＡ（ポリビニルアセタール）が用いられる。

発電素子１３は、受光によって発電する光電変換素子である。
この発電素子１３は例えば、ＣＩＳ系化合物半導体薄膜であり、太陽電池モジュール１では背面基板１４上に製膜されて、サブストレート構造を形成している。

背面基板１４は、カバーガラス１１の背面側に積層されるガラス板である。
この背面基板１４は、四隅の角を切り欠いた平面略四角形の平板状からなり、当該四隅は切欠部１４１を構成している。
なお、本例では、切欠部１４１は角部を三角形状に切り欠いた形状からなるが、これに限らず、円弧状に切り欠いてもよい。ここで、切欠部１４１を三角形状に形成する場合には例えば、切欠部１４１が、頂角を挟み、長さが等しい二辺が０．５〜５ｍｍの二等辺三角形を形成するように切り欠く。また、切欠部１４１を円弧状に形成する場合には例えば、背面基板１４の隅が半径０．５〜５ｍｍの四分円を形成するように切り欠く。

また、図２に示されるように、カバーガラス１１の平面のうち、面取り部１１１の内側、即ち、カバーガラス１１の外周から、面取り部１１１の最大面取り幅である面取り長ｘだけ内側に収まる寸法及び形状で構成されている。

また、背面基板１４は、青板ガラスや高歪点ガラス等のガラス基板により構成される。
背面基板１４の厚みの一例は、製造時及び使用時の耐性や軽量化の観点から、１．０〜３．０ｍｍであり、カバーガラス１１よりも薄いものが用いられる。
なお、背面基板１４は、発電素子１３が製膜されるため、その表面に高い平滑性が要求される。そのため、熱処理等によって表面に圧縮応力の層を形成させた強化ガラス等は適さず、強化ガラス等により構成されるカバーガラス１１よりも弾性率や剛性率において劣るものが用いられている。

本実施形態に係る太陽電池モジュールとして、他の積層構造からなるものの例を図３に示す。
図３（ａ）に示される太陽電池モジュール２は、スーパーストレート構造の化合物系太陽電池である。
この太陽電池モジュール２は、カバーガラス２１、発電素子２３、充填材２２、背面基板２４を順次、積層した構造からなり、発電素子２３は、カバーガラス２１上に製膜されている。

また、太陽電池モジュール２を構成するカバーガラス２１、発電素子２３、充填材２２、背面基板２４の構成は、太陽電池モジュール１におけるカバーガラス１１、発電素子１３、充填材１２、背面基板１４と同様であって、カバーガラス２１の全ての縁辺の稜角は面取りされて面取り部２１１を形成しており、背面基板２４の四隅は切り欠かれて切欠部２４１を形成している。

また、図３（ｂ）に示される太陽電池モジュール３は、いわゆる結晶系太陽電池モジュールである。
この太陽電池モジュール３は、カバーガラス３１、発電素子３３、背面基板３４を順次、積層し、カバーガラス３１と背面基板３４の間に充填された充填材３２によって、一体的に接着されている。

この太陽電池モジュール３についても、太陽電池モジュール３を構成するカバーガラス３１、充填材３２、背面基板３４の構成は、太陽電池モジュール１におけるカバーガラス１１、充填材１２、背面基板１４と同様であって、カバーガラス３１の全ての縁辺は稜角が面取りされて面取り部３１１を形成しており、背面基板３４の四隅は切り欠かれて切欠部３４１を形成している。

一方、発電素子３３は、発電素子１３と異なり、単結晶シリコンや多結晶シリコンにより構成されている。より詳しくは、単結晶シリコンや多結晶シリコンにより構成された複数の単位セルが、インターコネクタにより直列に接続して、いわゆるセルストリングを形成している。

なお、以上の太陽電池モジュール１、２、３は、バックシート、フレーム、端子ボックス、出力ケーブルなど、耐候性をさらに高めるための装備や、外部へ電源を供給するための部材が必要に応じて取り付けられた上で、製品として提供される。

以上の本実施形態に係る太陽電池モジュール１、２、３によれば、平面四角形状の背面基板１４、２４、３４は四隅が切り取られているため、ラミネート工程の際に、角部が破損しにくく、歩留まりを向上させることができる。
また、背面基板１４、２４、３４は、カバーガラス１１、２１、３１の面取り部１１１、２１１、３１１の内側に収まる寸法及び形状で構成されていることから、ラミネート工程の際、カバーガラス１１、２１、３１の面取り部１１１、２１１、３１１の内側に背面基板１４、２４、３４を積層させてラミネートすることで、背面基板１４、２４、３４の縁辺の破損を防ぐことができる。

続いて、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、図を参照して説明する。
なお、以下の説明では、太陽電池モジュール１を製造する場合を例にとって説明するが、太陽電池モジュール２、３についても同様である。

まず、図４に、本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法において用いるラミネート装置４を示す。
ラミネート装置４は、カバーガラス１１、充填材１２、発電素子１３が製膜された背面基板１４を順次積層させた被加工物５にラミネート加工を施し、太陽電池モジュール１を製造する装置である。

このラミネート装置４は、上側チャンバ４１と下側チャンバ４２とからなり、開閉可能な構造を有している。
上側チャンバ４１と下側チャンバ４２は夫々、開口部にパッキン４１１、４２１を備えており、上側チャンバ４１を下側チャンバ４２に重ねて閉じた際、パッキン４１１、４２１同士が密着し、ラミネート装置４内の気密状態を確保することができる。

上側チャンバ４１は、内部にダイヤフラム４１２を備えている。
ダイヤフラム４１２は、シリコンゴムやフッ素系のゴムなど、耐熱性のあるゴムからなる。
このダイヤフラム４１２は、上側チャンバ４１の内部の上面との間に、一定気圧の密閉された空間を形成しており、上側チャンバ４１を下側チャンバ４２に重ねた気密状態の下では、下側チャンバ４２内の気圧の変化に応じて、上下に膨張、収縮する。

下側チャンバ４２には、吸排気管４２２を介して、下側チャンバ４２外にある真空ポンプ４２３が接続されており、真空ポンプ４２３を作動させて下側チャンバ４２内を減圧したり、外気と接続して下側チャンバ４２内に大気圧を導入したりすることができる。

また、下側チャンバ４２は、その内部に、載置された被加工物５を加熱する盤状のヒータープレート４２４を具備している。

次に、ラミネート装置４により、太陽電池モジュール１を製造する一連の工程について説明する。
まず、上側チャンバ４１を開いた状態で、ヒータープレート４２４上に被加工物５を載置する。
ここで、被加工物５は、図５に示されるようにして、各部材を積層させる。即ち、カバーガラス１１上に充填材１２を積層させ、さらにその上に背面基板１４を、製膜された発電素子１３をカバーガラス１１側に向けて積層させる。この際、背面基板１４はカバーガラス１１の面取り部１１１の内側に配置させる。

このように被加工物５をヒータープレート４２４上に載置すると、上側チャンバ４１を下側チャンバ４２に重ねて気密状態とした上、真空ポンプ４２３を作動させて、下側チャンバ４２内を減圧する。また、これに合わせて、ヒータープレート４２４により被加工物５を加熱する。

下側チャンバ４２内の真空度に応じて、ダイヤフラム４１２は下方に膨張し、所定の真空度に達すると、ダイヤフラム４１２は被加工物５をヒータープレート４２４との間で狭圧する。
このときの状態を図６及び図７に示す。
発電素子１３が製膜された背面基板１４は、カバーガラス１１の面取り部１１１の最大面取り幅である面取り長ｘよりも内側にあり、カバーガラス１１と隙間なく当接している。
そのため、ダイヤフラム４１２とヒータープレート４２４によって挟圧されても、端部に破損を生じることがない。

被加工物５は、このように加圧、加熱され、この状態を所定時間維持することで、充填材１２が溶融して、ラミネート加工が施される。

ラミネート加工が完了すると、下側チャンバ４２内に大気を導入して内部を大気圧に戻してから上側チャンバ４１を開き、ラミネート加工が施された太陽電池モジュール１を得る。

以上の本実施形態によれば、背面基板１４の四隅は予め切り欠かれているので、ラミネート工程の際、当該部分の破損を防ぐことができる。
また、発電素子１３が製膜された背面基板１４を、充填材１２を介して、カバーガラス１１の面取り部１１１の内側に積層させた状態でラミネートするので、背面基板１４の端部の破損を防ぐことができる。

なお、以上の本実施形態の説明では、太陽電池モジュール１のラミネート工程について説明したが、太陽電池モジュール２、３についても同じく、背面基板２４、３４を、カバーガラス２１、３１の面取り部２１１、３１１の内側に積層させることで、ラミネート工程において背面基板２４、３４の端部が破損するのを防ぐことができる。なお、太陽電池モジュール３のラミネート工程においては、発電素子３３を充填材３２で挟んだ状態でラミネート加工を施す。即ち、カバーガラス３１上に順次、充填材３２、発電素子３３、充填材３２、背面基板３４を積層させてラミネート加工を行うことで、発電素子３２を挟み込む充填材３３が加熱によって一体化すると共に、カバーガラス３１と背面基板３４を接着して、カバーガラス３１と背面基板３４の間に発電素子３２が保持される。

また、本発明は、カバーガラス１１、２１、３１と背面基板１４、２４、３４によって発電素子１３、２３、３３を挟み込んだ構造を備えた太陽電池モジュールであれば適用が可能であり、したがって、発電素子の種類が本実施形態において例示したものに限られることもない。

また、以上の本実施形態では、背面基板１４、２４、３４の素材の例として、青板ガラスや高歪点ガラスを挙げたが、ステンレス等の金属基板や、ポリイミド膜等の樹脂基板により構成することもできる。

１、２、３ 太陽電池モジュール
１１、２１、３１ カバーガラス
１１１、２１１、３１１ 面取り部
１２、２２、３２ 充填材
１３、２３、３３ 発電素子
１４、２４、３４ 背面基板
１４１、２４１、３４１ 切欠部
４ ラミネート装置
４１ 上側チャンバ
４１１ パッキン
４１２ ダイヤフラム
４２ 下側チャンバ
４２１ パッキン
４２２ 吸排気管
４２３ 真空ポンプ
４２４ ヒータープレート
５ 被加工物
６１ ダイヤフラム
６２ ヒータープレート
７ 被加工物
７１ カバーガラス
７１１ 面取り部
７２ 充填材
７３ 発電素子
７４ 背面基板
ｘ 面取り長

Claims (6)

1. 受光面となる、平面四角形状の前面板と、
   上記前面板の裏面側に配される、平面四角形状の背面板と、
   上記前面板と上記背面板の間に積層される発電素子と、
   上記前面板と上記背面板とを接着する充填材と、を有する太陽電池モジュールであって、
   上記背面板は、四隅が切り欠かれており、
   平面視したときに、上記前面板の四隅が上記背面板の上記四隅から突出している、
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 上記前面板は、縁辺の稜角が面取りされており、
   上記背面板は、上記前面板の平面のうち、上記面取りされた部分の内側に収まる寸法で構成されている、
   請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 上記前面板及び上記背面板はいずれもガラス素材で構成され、
   上記前面板は、上記背面板よりも硬質のガラス素材で構成されている、
   請求項２記載の太陽電池モジュール。
4. 上記発電素子は、薄膜太陽電池素子であり、上記前面板又は上記背面板のいずれかに製膜されている、
   請求項２記載の太陽電池モジュール。
5. 受光面となる、平面四角形状の前面板と、
   上記前面板の裏面側に配され、四隅が切り欠かれた四角形状の背面板と、
   上記前面板と上記背面板の間に積層される発電素子と、
   上記前面板と上記背面板とを接着する充填材と、を有する太陽電池モジュールを、
   チャンバ内に、載置された被加工物を加熱するヒータープレートと、被加工物を加圧するダイヤフラムと、を備えたラミネート装置により製造する方法であって、
   上記前面板と、上記発電素子と、上記背面板とを順次積層させると共に、上記前面板と上記背面板との間に充填材を挟みこんだ被加工物を、上記チャンバ内のヒータープレート上に載置し、上記チャンバ内を減圧する工程と、
   上記ヒータープレートにより、上記被加工物を加熱し、上記充填材を溶融する工程と、
   上記ダイヤフラムにより、上記被加工物を上記背面板側から加圧する工程と、を有する、
   ことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
6. 上記前面板は、縁辺の稜角が面取りされ、
   上記背面板は、上記前面板の平面のうち、上記面取りされた部分の内側に収まる寸法で構成されており、
   上記チャンバ内において、上記発電素子と上記充填材を挟んで、上記前面板上に上記背面板を積層させる際、上記前面板の面取りされた部分の内側に、上記背面板を積層させる、
   請求項５記載の太陽電池モジュールの製造方法。

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