JPWO2012017538A1 - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

太陽電池モジュール１０は、裏面材５、裏面側封止樹脂３、太陽電池セル１、受光面側封止樹脂２、表面材４の順に積層された構造を備え、前記受光面側封止樹脂２及び前記裏面側封止樹脂３の少なくとも一方の前記太陽電池セル１に接触している部分の融点は、前記裏面側封止樹脂３の前記裏面材５に接触している部分の融点より低くなっている。

Description

本発明は、太陽電池モジュールおよびその製造方法に関するものであり、とくに太陽電池セルを湿度や外力から保護するための封止樹脂に関するものである。
太陽電池モジュールに用いられるシリコン基板は、製造コストを削減するため、徐々にその厚さが薄くなっており、現在は０．２ｍｍ以下のものが使われている。
シリコン基板の受光面には、拡散層が形成され、その上に反射防止膜と銀電極が順次設けられる。非受光面にはアルミ電極と銀電極が形成され、発電機能をもつ太陽電池セルとなる。太陽電池セルは相互に半田ディップ平角銅線によって電気的に直列接続され、太陽電池ストリングもしくはアレイを形成する。
太陽電池アレイの受光面側は封止樹脂を介して表面材で覆われ、非受光面側は封止樹脂を介して裏面材で覆われている。封止樹脂を真空状態で熱融着させることにより、各部材を一体成形している。
一般的に、封止樹脂にはエチレンビニールアセテート（ＥＶＡ）、表面材にはガラス、裏面材にはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムやフッ素フィルムの積層シートが用いられる。
上記一体成形を行うラミネート工程には、真空加熱加圧機構を備えたラミネート装置が用いられる。ラミネート工程の詳細を次に説明する。
受光面側から表面材、封止樹脂、太陽電池アレイ、封止樹脂、裏面材の順に重ね合わされた積層体をラミネート装置内にセットする。積層体は真空状態になると同時に、ラミネート装置内のヒータで加熱される。封止樹脂が融点付近まで加熱された状態で、積層体に圧力が負荷される。この状態でさらに１５０℃付近まで加熱し、所定時間保持することにより封止樹脂は架橋され、積層体は一体成形される。
以上の技術については、受光面および非受光面に各１枚の封止樹脂を用いる技術（例えば、特許文献１参照）、及びラミネート装置の構造（例えば、特許文献２参照）が既に開示されている。
特開２００７−２８１１３５号公報 特開２００１−６０７０６号公報
太陽電池モジュールの製造工程のひとつであるラミネート工程では、表面材、封止樹脂、太陽電池セル、裏面材を積層した構造体をラミネータと呼ばれる真空加熱チャンバー内に配置する。その後、チャンバー内を上記構造体とともに真空状態にしながら、構造体を封止樹脂の融点付近まで加熱し、加熱された封止樹脂を軟化させた後に上記構造体に圧力を加え、保持した状態でさらに加熱することによって、上記構造体を一体成形された封止構造とする。
しかしながら、このような従来の技術によれば、上記ラミネート工程において、封止樹脂の軟化が不十分な状態で加圧してしまうと、封止樹脂の弾性率が高い状態にあるため、プレス圧の加圧力が直接セルに伝達され、セルの破損を招いてしまうという問題があった。
また逆に、封止樹脂に過剰に熱を加えてしまうと、封止樹脂の熱収縮が大きくなる。その際、軟化し粘着力をもった封止樹脂がセルや裏面材とともに収縮するため、セルの位置ずれや裏面材（バックシート）の変形による品質低下を招くという問題があった。
したがってラミネート工程における加圧開始時の封止樹脂の温度は許容される温度範囲が限定され、適切な温度範囲に管理することが要求される一方、封止樹脂の加熱時に、封止樹脂の面内に温度ムラが発生するため、要求される温度範囲に封止樹脂の温度を管理することが困難であった。
上記温度範囲に封止樹脂を管理するために、緩やかな温度勾配で時間をかけて封止樹脂を加熱し、封止樹脂の面内の温度ムラを低減する方法があるが、この場合著しく生産性を低下させるという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池セルの破損、位置ずれ、裏面材の変形を抑制すること、および生産性の向上が可能な太陽電池モジュールおよびその製造方法を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、裏面材、裏面側封止樹脂、太陽電池セル、受光面側封止樹脂、表面材の順に積層された構造を備え、前記受光面側封止樹脂及び前記裏面側封止樹脂の少なくとも一方の前記太陽電池セルに接触している部分の融点は、前記裏面側封止樹脂の前記裏面材に接触している部分の融点より低くなっていることを特徴とする。
この発明によれば、太陽電池セルの破損、位置ずれ、裏面材の変形を抑制することが可能になるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールを示す断面模式図である。 図２は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールを示す断面模式図である。 図３は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池モジュールを示す断面模式図である。 図４は、本発明の実施の形態４にかかる太陽電池モジュールを示す断面模式図である。
以下に、本発明にかかる太陽電池モジュールおよびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュール１０の構成を示す断面模式図である。太陽電池モジュール１０は、太陽電池セル１、太陽電池セル１を受光面側で封止する受光面側封止樹脂２、そのさらに受光面側を覆う表面材４、太陽電池セル１を非受光面（裏面）側で封止する裏面側封止樹脂３、そのさらに裏面側を覆う裏面材５を備える。
受光面側封止樹脂２および裏面側封止樹脂３としては、例えば、エチレンビニールアセテート（ＥＶＡ）が用いられる。また、表面材４としては、例えばガラスが、裏面材５としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムやフッ素フィルムの積層シートなどが用いられる。しかし、これらの材料に限定されるわけではない。例えば、受光面側封止樹脂２および裏面側封止樹脂３としてポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、シリコーン樹脂などの材料を用いることも可能である。
本実施の形態においては、図１に示す受光面側の受光面側封止樹脂２と非受光面側の裏面側封止樹脂３において、融点もしくは弾性率の異なる封止樹脂を用いる。
具体的には、受光面側封止樹脂２としては融点の低い、もしくは弾性率の低い特性をもつ封止樹脂を用いる。非受光面側の裏面側封止樹脂３としては融点の高い、もしくは弾性率の高い特性をもつ封止樹脂を用いる。
また、ラミネート工程での加圧開始時の封止樹脂の温度が、受光面側封止樹脂２と非受光面側の裏面側封止樹脂３のそれぞれの融点の間に維持されるように温度制御する。これにより、低融点の受光面側封止樹脂２は確実に軟化する。従って、加圧によって太陽電池セル１が表面材４に押し付けられる際に、表面材４と太陽電池セル１の間にある受光面側封止樹脂２はクッション効果を発現し、加圧による太陽電池セル１の破損を抑制することができる。
一方、高融点の裏面側封止樹脂３は融点に達していないため、十分に軟化しておらず、高い粘着力も発現していない。さらに熱収縮量も小さいため、受光面側封止樹脂の軟化による熱収縮力は、裏面材５の側に配置された裏面側封止樹脂３の材料である例えば高融点のエチレンビニールアセテート（ＥＶＡ）などの材料で吸収することができ、裏面材５への熱収縮力の伝達を抑制することができる。その結果、太陽電池セル１や裏面材５の位置ずれや変形を抑制することができる。
本実施の形態においては、加圧開始時の許容温度範囲を、受光面側封止樹脂２と裏面側封止樹脂３の２つの封止樹脂の融点の間で管理すればよく、温度管理が容易になり生産性の向上を図ることができる。
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュール２０の構成を示す断面模式図である。本実施の形態にかかる太陽電池モジュール２０の構成も、実施の形態１の図１と同様に受光面側から、表面材４、受光面側封止樹脂２、太陽電池セル１、裏面側封止樹脂３、裏面材５を順に備える。また、各層を構成する材料も実施の形態１で挙げたものを同様に選択して構わないが、それらの材料に限定されるわけではない。
実施の形態２においては、さらに製造品質および生産性を向上させる手段として、受光面側もしくは非受光面側の各封止樹脂である受光面側封止樹脂２および裏面側封止樹脂３それぞれを、図２に示すように種類の異なる封止樹脂を用いて２層以上に積層した多層化封止樹脂構成とする。
図２の例では、受光面側封止樹脂２は太陽電池セル１に近い側から順に、受光面側封止樹脂層２１、２２、２３から構成され、裏面側封止樹脂３は太陽電池セル１に近い側から順に、裏面側封止樹脂層３１、３２、３３から構成される。具体的には、積層された各層の封止樹脂である、受光面側封止樹脂層２１〜２３および裏面側封止樹脂層３１〜３３に対して、それぞれ異なる融点もしくは弾性率をもつ封止樹脂を用いる。
ここで本実施の形態においては、太陽電池セル１に近い側の受光面側封止樹脂層２１および裏面側封止樹脂層３１には、融点の低い、もしくは弾性率の低い特性をもつ封止樹脂を配置し、太陽電池セル１から離れるに従い、順次、より融点の高い、もしくはより弾性率の高い特性の封止樹脂を配置する。
従って、受光面側封止樹脂層２３は受光面側封止樹脂層２１より融点が高くもしくは弾性率が高くなっており、裏面側封止樹脂層３３は裏面側封止樹脂層３１より融点が高くもしくは弾性率が高くなっている。より望ましくは、受光面側封止樹脂層２１および裏面側封止樹脂層３１の融点よりも、受光面側封止樹脂層２３および裏面側封止樹脂層３３の融点が高くなるように配置する。
上記のような積層した封止樹脂の構造に対して、ラミネート工程における加圧開始時の封止樹脂の温度は、受光面側および非受光面側の各層の封止樹脂の中で最も低い融点と最も高い融点の間になるように温度制御する。即ち、加圧開始時の封止樹脂の温度が、太陽電池セル１に近い側の受光面側封止樹脂層２１および裏面側封止樹脂層３１の融点よりも高く、太陽電池セル１から最も遠い側の受光面側封止樹脂層２３および裏面側封止樹脂層３３の融点よりも低くなるように温度制御する。
より詳細には、受光面側封止樹脂層２１と裏面側封止樹脂層３１の融点に差がある場合はその高い方の融点Ｔ１と、受光面側封止樹脂層２３と裏面側封止樹脂層３３の融点に差がある場合はその低い方の融点Ｔ２との間に、加圧開始時の封止樹脂の温度が維持されるように温度制御する。ここで、Ｔ１＜Ｔ２が成り立つような樹脂の種類を選択して積層構造にすることが前提である。
これにより、ラミネート工程での加圧開始時には、太陽電池セル１の受光面側および非受光面側の両面にそれぞれ配置された受光面側封止樹脂層２１および裏面側封止樹脂層３１が完全に軟化してクッション性を発現するため、加圧による太陽電池セル１へのダメージを両面で吸収することができる。
さらに、封止樹脂（受光面側封止樹脂層２１および裏面側封止樹脂層３１）の軟化による熱収縮力は、裏面材５の側に配置された裏面側封止樹脂層３３の材料である例えば高融点のエチレンビニールアセテート（ＥＶＡ）などの材料で吸収することができ、裏面材５への熱収縮力の伝達を抑制することができる。その結果、太陽電池セル１や裏面材５の位置ずれや変形を抑制することができる。
また、本実施の形態によりラミネート工程での加圧開始時の封止樹脂の許容温度範囲を従来よりも広げることができるため、より生産性を向上させることができる。
以上説明したように、太陽電池セル１の両面に最近接配置される封止樹脂である受光面側封止樹脂層２１および裏面側封止樹脂層３１を完全に軟化させることができるため、太陽電池セル１の両面とも、従来の封止樹脂よりもその全体の厚さを薄くしてもクッション性を維持することが可能となる。
即ち、図２に示した各封止樹脂層２１〜２３、３１〜３３の厚さは上記クッション性を維持しつつ任意に選択することができる。従って、従来の封止樹脂全体の厚さに対し、本実施の形態の各層の封止樹脂の厚さの合計を削減することにより、上記効果を維持しながら全体のコスト削減を図ることが可能となる。
また、本実施の形態の図２における受光面側封止樹脂層２１〜２３および裏面側封止樹脂層３１〜３３は、それぞれ３層ずつで構成されているが、層の数はこれに限定されず、上記した効果が得られるようにそれぞれ２層以上の多層であればよい。従って、同様な効果が得られるのであれば、受光面側と裏面側の多層封止樹脂の層の数が一致している必要もない。
このように、本実施の形態の太陽電池モジュールは、受光面側もしくは非受光面側に用いる封止樹脂を各２層以上の多層で構成し、太陽電池セルに近い側には、融点の低い、もしくは弾性率の低い特性をもつ封止樹脂を用い、太陽電池セルから離れるに従い、順次、融点の高い、もしくは弾性率の高い特性の封止樹脂を用いる。
さらに、本実施の形態の太陽電池モジュールの製造方法においては、ラミネート工程での加圧開始時の封止樹脂の温度を最も低い融点と最も高い融点との間で管理することにより、太陽電池セル側の低融点の封止樹脂を確実に軟化させてセル割れを防ぐとともに、軟化時の熱収縮力を裏面材側の高融点の封止樹脂に吸収させ、裏面材への収縮力の伝達を防ぐことができる。
即ち、本実施の形態の太陽電池モジュールおよびその製造方法においては、多層化された各封止樹脂層の厚みと融点もしくは弾性率との組合せを最適化することにより、封止樹脂材である例えばエチレンビニールアセテート（ＥＶＡ）にかかるコストを低減させ、かつ品質の向上を達成することができる。さらにラミネート工程での温度管理も容易になり、生産性の向上も図ることができる。
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池モジュール３０の構成を示す断面模式図である。本実施の形態においては、実施の形態１および２に示した構造を組み合わせる。例えば、図３に示すように、受光面側の封止樹脂は、実施の形態１と同様に融点の低い受光面側封止樹脂２の単層で構成し、裏面側の封止樹脂は実施の形態２と同様に多層化して裏面側封止樹脂層３１〜３３で構成する。他の構成要素について、図１および図２と同一の機能の部分には同一の符号を付す。
本実施の形態においては、裏面側封止樹脂層３１は受光面側封止樹脂２と同様に融点を低い材料を選択し、裏面側封止樹脂層３３は裏面側封止樹脂層３１および受光面側封止樹脂２より融点の高い材料を選択する。
このような構成の太陽電池モジュール３０を製造するラミネート工程においては、加圧開始時の封止樹脂の温度を裏面側封止樹脂層３１および受光面側封止樹脂２の融点より高く、且つ裏面側封止樹脂層３３の融点より低くなるように維持する。これにより、実施の形態１と同様に高融点の裏面側封止樹脂層３３は融点に達しないため十分に軟化せず裏面材５の位置ずれや変形を抑制する効果が得られると共に、実施の形態２と同様に裏面側封止樹脂層３１および受光面側封止樹脂２が完全に軟化してクッション性を発現するため、加圧による太陽電池セル１へのダメージを太陽電池セル１の両面で吸収することができる。従って、クッション性を維持しつつ封止樹脂の厚さの合計を削減することにより、クッション効果を維持しながら全体のコスト削減を図ることが可能となる。
また、裏面側封止樹脂層３１および受光面側封止樹脂２として同じ融点の封止樹脂を用いれば、裏面側封止樹脂層３３との融点との間で加圧開始時の許容温度範囲を管理すればよく、温度管理が容易になり生産性の向上を図ることができる。
さらに、封止樹脂（受光面側封止樹脂２および裏面側封止樹脂層３１）の軟化による熱収縮力は、裏面材５の側に配置された裏面側封止樹脂層３３である高融点のエチレンビニールアセテート（ＥＶＡ）などの材料で吸収することができ、裏面材５への熱収縮力の伝達を抑制することができる。その結果、太陽電池セル１や裏面材５の位置ずれや変形を抑制することができる。このように、本実施の形態においては、実施の形態１および２による効果が共に得られる。
また本実施の形態においては、裏面側封止樹脂層３１の融点が低ければラミネート工程において上記クッション性を発揮できるので、受光面側封止樹脂２の融点は必ずしも低くなくてもよい。即ち、受光面側封止樹脂２の融点は裏面側封止樹脂層３３と同様に融点の高い材料を選択しても上記と同様な効果を得ることも可能である。
実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４にかかる太陽電池モジュール４０の構成を示す断面模式図である。本実施の形態においても、実施の形態３のように実施の形態１および２に示した構造を組み合わせる。しかし、実施の形態３とは逆に、例えば図４に示すように、受光面側の封止樹脂は、実施の形態２と同様に多層化して受光面側封止樹脂層２１〜２３で構成し、裏面側の封止樹脂は、実施の形態１と同様に融点の高い裏面側封止樹脂３の単層で構成する。他の構成要素について、図１および図２と同一の機能の部分には同一の符号を付す。
本実施の形態においては、受光面側封止樹脂層２３は裏面側封止樹脂３のように融点の高い材料を選択し、受光面側封止樹脂層２１は受光面側封止樹脂層２３および裏面側封止樹脂３より融点の低い材料を選択する。
このような構成の太陽電池モジュール４０を製造するラミネート工程においては、加圧開始時の封止樹脂の温度を受光面側封止樹脂層２１の融点より高く、且つ受光面側封止樹脂層２３および裏面側封止樹脂３の融点より低くなるように維持する。これにより、実施の形態１と同様に高融点の裏面側封止樹脂３は融点に達していないため、十分に軟化しておらず、高い粘着力も発現していない。さらに熱収縮量も小さいため、太陽電池セル１や裏面材５の位置ずれや変形を抑制する効果が得られる。
一方、低融点の受光面側封止樹脂層２１は確実に軟化する。従って、加圧によって太陽電池セル１が表面材４に押し付けられる際に、表面材４と太陽電池セル１の間にある受光面側封止樹脂層２１はクッション効果を発現し、加圧による太陽電池セル１の破損を抑制することができる。
また、裏面側封止樹脂３および受光面側封止樹脂層２３として同じ融点の封止樹脂を用いれば、受光面側封止樹脂層２１との融点との間で加圧開始時の許容温度範囲を管理すればよく、温度管理が容易になり生産性の向上を図ることができる。
このように本実施の形態においても、クッション性を維持しつつ各層の封止樹脂の厚みの合計を削減することによって従来の封止樹脂全体の厚みに比して、全体の厚みを薄くできる。従って、クッション性を維持しながら全体のコスト削減を図ることが可能となる。このように、本実施の形態においても、実施の形態１および２による効果を共に得ることができる。
更に、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。
例えば、上記実施の形態１乃至４それぞれに示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、上記実施の形態１乃至４にわたる構成要件を適宜組み合わせてもよい。
以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池セルの受光面側および非受光面側の両面に封止樹脂を配置し、ラミネート工程により圧着して成形する太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法に適している。
１ 太陽電池セル
２ 受光面側封止樹脂
２１、２２、２３ 受光面側封止樹脂層
３ 裏面側封止樹脂
３１、３２、３３ 裏面側封止樹脂層
４ 表面材
５ 裏面材
１０、２０、３０、４０ 太陽電池モジュール

Claims (10)

  1. 裏面材、裏面側封止樹脂、太陽電池セル、受光面側封止樹脂、表面材の順に積層された構造を備え、
    前記受光面側封止樹脂及び前記裏面側封止樹脂の少なくとも一方の前記太陽電池セルに接触している部分の融点は、前記裏面側封止樹脂の前記裏面材に接触している部分の融点より低くなっている
    ことを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 前記受光面側封止樹脂は複数の受光面側封止樹脂層を含み、
    前記太陽電池セルに接触する受光面側封止樹脂層の融点は、前記表面材に接触する受光面側封止樹脂層の融点より低い
    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。
  3. 前記裏面側封止樹脂は複数の裏面側封止樹脂層を含み、
    前記太陽電池セルに接触する裏面側封止樹脂層の融点は、前記裏面材に接触する裏面側封止樹脂層の融点より低い
    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。
  4. 前記受光面側封止樹脂は複数の受光面側封止樹脂層を含み、
    前記裏面側封止樹脂は複数の裏面側封止樹脂層を含み、
    前記太陽電池セルに接触する受光面側封止樹脂層の融点と前記太陽電池セルに接触する裏面側封止樹脂層の融点の高い方の融点は、前記表面材に接触する受光面側封止樹脂層の融点と前記裏面材に接触する裏面側封止樹脂層の融点の低い方の融点より低い
    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。
  5. 裏面材、裏面側封止樹脂、太陽電池セル、受光面側封止樹脂、表面材の順に積層された構造を備え、
    前記受光面側封止樹脂及び前記裏面側封止樹脂の少なくとも一方の前記太陽電池セルに接触している部分の弾性率は、前記裏面側封止樹脂の前記裏面材に接触している部分の弾性率より低くなっている
    ことを特徴とする太陽電池モジュール。
  6. 前記受光面側封止樹脂は複数の受光面側封止樹脂層を含み、
    前記太陽電池セルに接触する受光面側封止樹脂層の弾性率は、前記表面材に接触する受光面側封止樹脂層の弾性率より低い
    ことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
  7. 前記裏面側封止樹脂は複数の裏面側封止樹脂層を含み、
    前記太陽電池セルに接触する裏面側封止樹脂層の弾性率は、前記裏面材に接触する裏面側封止樹脂層の弾性率より低い
    ことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
  8. 前記受光面側封止樹脂は複数の受光面側封止樹脂層を含み、
    前記裏面側封止樹脂は複数の裏面側封止樹脂層を含み、
    前記太陽電池セルに接触する受光面側封止樹脂層の弾性率と前記太陽電池セルに接触する裏面側封止樹脂層の弾性率の高い方の弾性率は、前記表面材に接触する受光面側封止樹脂層の弾性率と前記裏面材に接触する裏面側封止樹脂層の弾性率の低い方の弾性率より低い
    ことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
  9. 前記受光面側封止樹脂及び前記裏面側封止樹脂はエチレンビニールアセテート（ＥＶＡ）である
    ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  10. 裏面材、裏面側封止樹脂、太陽電池セル、受光面側封止樹脂、表面材の順に積層された構造を加熱しつつ加圧して一体化するラミネート工程において、
    前記受光面側封止樹脂及び前記裏面側封止樹脂の温度が、前記受光面側封止樹脂及び前記裏面側封止樹脂の少なくとも一方の前記太陽電池セルに接触している部分の融点より高く、前記裏面側封止樹脂の前記裏面材に接触している部分の融点より低くなるように制御する
    ことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
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