KR101420031B1 - 박막형 태양 전지 모듈의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

탭선이 접속된 표면 전극을 갖는 태양 전지 셀을 수지 봉지하여 태양 전지 모듈을 제조하는 경우에, 당해 표면 전극에 탭선을 접속하는 탭선 접속 공정과 태양 전지 셀을 봉지용 수지로 봉지하는 수지 봉지 공정을, 비교적 저온의 수지 봉지 공정의 온도에서 일괄로 실시할 수 있도록 함과 함께, 열 압착 부위에 보이드가 발생하지 않도록 한다. 그 때문에, 도전성 접착 필름으로 탭선이 접속된 표면 전극을 갖는 박막형 태양 전지 셀을 감압 라미네이터를 이용하여 수지 봉지함으로써, 박막형 태양 전지 모듈을 제조한다. 감압 라미네이터로서, 가요성 시트에 의해 구획된 제 1 실과 제 2 실을 갖고, 각 실은 각각 독립적으로 내압 조정이 가능하게 되어 있고, 제 2 실 내에 가열이 가능한 가열 스테이지를 갖는 것을 사용한다. 봉지용 수지로서, 도전성 접착 필름을 구성하는 열가소성 수지와 서로 상용되는 것을 사용한다.

Description

박막형 태양 전지 모듈의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD FOR THIN-FILM SOLAR CELL MODULE}
본 발명은, 탭선이 접속된 표면 전극을 갖는 박막형 태양 전지 셀이 봉지용 수지로 수지 봉지되어 이루어지는 구조의 박막형 태양 전지 모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다.
박막형 태양 전지 모듈의 제조 방법으로서, 유연한 다이어프램을 구성 부재로 하는 진공 라미네이트 장치를 사용하는 수지 봉지 공정을 실시하는 방법이 알려져 있다 (특허문헌 1). 이 제조 방법에서는, 탭선이 땜납으로 접속된 표면 전극을 갖는 박막형 태양 전지 셀을, 진공 라미네이터의 장치 본체의 가열판 상에 재치 (載置) 하고, 추가로 그 위에 백 시트를 개재하여 봉지용 수지로서 폴리에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지 (EVA 수지) 시트를 재치한 후, 장치 본체에 다이어프램을 씌우고, 가열판으로 박막형 태양 전지 셀을 가열하면서, 장치 본체 내부를 감압하여, 그것에 의해 다이어프램으로 EVA 수지를 가압하여 열 압착 처리에 의해 수지 봉지한다는 수지 봉지 공정을 실시하고 있다.
일본 공개특허공보 2004-311571호
그러나, 특허문헌 1 의 기술에서는, 미리 땜납 코트한 구리 탭선을 박막형 태양 전지 셀의 표면 전극에 약 240 ℃ 의 온도에서 땜납 접합하는 탭선 접속 공정과, EVA 수지를 이용하여 약 150 ℃ 의 온도에서 수지 봉지를 실시하는 수지 봉지 공정이, 공정 온도의 상위 (相違) 때문에 따로따로 실시되고 있고, 이 때문에, 제조 택트가 길어지고, 핸들링 횟수가 증대하여, 결과적으로 제조 비용이 상승된다는 문제가 있었다.
또, 특허문헌 1 의 기술에 있어서 사용되고 있는 진공 라미네이터는, 장치 외부에 대해 다이어프램이 항상 대기에 해방된 상태가 되어 있기 때문에, 장치 내부를 감압 상태로 하면, 즉시 다이어프램에 의해 장치 본체 내의 가열된 박막형 태양 전지 셀과 시트상의 봉지용 수지가 가압된다. 이 결과, 그들 층간의 탈기가 불충분해져, 열 압착 부위에 보이드가 발생한다는 것이 우려된다.
본 발명은, 이상의 종래의 과제를 해결하고자 하는 것으로, 탭선이 접속된 표면 전극을 갖는 태양 전지 셀을 수지 봉지하여 태양 전지 모듈을 제조하는 경우에, 당해 표면 전극에 탭선을 접속하는 탭선 접속 공정과 태양 전지 셀을 봉지용 수지로 봉지하는 수지 봉지 공정을, 비교적 저온의 수지 봉지 공정의 온도에서 일괄로 실시할 수 있도록 함과 함께, 열 압착 부위에 보이드가 발생하지 않도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 태양 전지 셀의 전극에 대한 탭선의 접속과 태양 전지 셀의 수지 봉지를, 태양 전지 셀의 수지 봉지시의 비교적 낮은 온도에서 일괄로 실시하기 위해서는, 박막형 태양 전지 셀의 표면 전극에 대한 탭선의 접합을, 도전 입자가 열가소성 수지에 분산되어 이루어지는 도전성 접착 필름을 사용하여 실시함과 함께, 그 열가소성 수지에 상용 (相溶) 되는 수지를 봉지용 수지로서 사용하면 되는 것을 알아내었다. 또, 본 발명자들은, 장치 본체를 감압 상태로 했을 때에 진공 라미네이터의 다이어프램이 즉시 장치 본체 내부의 박막형 태양 전지 셀 등을 가압하지 않도록, 장치 본체를 독립적으로 내압 조정이 가능한 2 실로 나누면 되는 것을 알아내어, 본원 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 도전 입자가 열가소성 수지 중에 분산되어 이루어지는 도전성 접착 필름으로 탭선이 접속된 표면 전극을 갖는 박막형 태양 전지 셀이 봉지용 수지로 수지 봉지되어 이루어지는 구조를 갖는 박막형 태양 전지 모듈을 감압 라미네이터를 이용하여 제조하는 방법으로서,
그 봉지용 수지로서, 그 도전성 접착 필름을 구성하는 열가소성 수지와 서로 상용되는 것을 사용하고,
감압 라미네이터로서, 가요성 시트에 의해 구획된 제 1 실과 제 2 실을 갖고, 각 실은 각각 독립적으로 내압 조정이 가능하게 되어 있고, 제 2 실 내에 가열이 가능한 가열 스테이지를 갖는 것을 사용하고,
감압 라미네이터의 제 2 실의 가열 스테이지 상에, 표면 전극이 형성된 태양 전지 셀을 두고, 그 표면 전극 상에 도전성 접착 필름, 탭선을 순차 배치하고, 추가로, 태양 전지 셀 전체를 덮도록 시트상의 봉지용 수지, 그 위에 방습성 백 시트 또는 유리 플레이트를 배치하고,
감압 라미네이터의 제 2 실에 대해 제 1 실의 내압을 상대적으로 높게 함으로써 가요성 시트로 방습성 백 시트 또는 유리 플레이트를 가압하면서, 가열 스테이지로 태양 전지 셀을 가열하고, 그것에 의해 박막형 태양 전지 셀의 표면 전극과 탭선을 도전성 접착 필름으로 접속하고, 또한 박막형 태양 전지 셀을 봉지용 수지로 수지 봉지하여, 그것에 의해 태양 전지 모듈을 얻는 것을 특징으로 하는 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 태양 전지 모듈의 제조 방법에서는, 탭선과 박막형 태양 전지 셀의 표면 전극을 도전 입자가 열가소성 수지에 분산되어 이루어지는 도전성 접착 필름으로 접속할 때에, 도전성 접착 필름의 열가소성 수지와 봉지용 수지가 서로 상용되므로, 탭선 접속 공정과 수지 봉지 공정을, 수지 봉지 공정의 비교적 낮은 공정 온도에서 일괄로 실시할 수 있다. 게다가, 탭선의 폭 이상의 접속 강도를 얻을 수 있고, 또, 봉지성이 향상되어, 태양 전지 특성의 장기 신뢰성이 향상된다.
또, 본 발명의 태양 전지 모듈의 제조 방법에서는, 진공 라미네이터를 독립적으로 내압 조정이 가능한 2 실로 나누고 있다. 이 때문에, 양 실을 동시에 감압 상태로 할 수 있으므로, 가요성 시트가 즉시 장치 본체 내부의 박막형 태양 전지 셀 등을 가압하지 않도록 할 수 있다.
도 1 은, 감압 라미네이터의 개략 단면도이다.
도 2a 는, 감압 라미네이터의 사용 설명도이다.
도 2b 는, 감압 라미네이터의 사용 설명도이다.
도 2c 는, 감압 라미네이터의 사용 설명도이다.
도 2d 는, 감압 라미네이터의 사용 설명도이다.
도 2e 는, 감압 라미네이터의 사용 설명도이다.
도 3a 는, 본 발명의 제조 방법의 공정도이다.
도 3b 는, 본 발명의 제조 방법의 공정도이다.
도 3c 는, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조한 박막형 태양 전지 모듈의 개략 단면도이다.
도 4 는, 박막형 태양 전지 유닛의 개략 상면도이다.
도 5 는, 참고예 4 및 5 의 도전성 접착 필름의 온도-점도 특성도이다.
본 발명의 제조 방법은, 도전 입자가 열가소성 수지 중에 분산되어 이루어지는 도전성 접착 필름으로 탭선이 접속된 표면 전극을 갖는 박막형 태양 전지 셀이 봉지용 수지로 수지 봉지되어 이루어지는 구조를 갖는 박막형 태양 전지 모듈을 감압 라미네이터를 이용하여 제조하는 방법이다.
본 발명에 있어서 사용하는 감압 라미네이터는, 가요성 시트에 의해 구획된 제 1 실과 제 2 실을 갖고, 각 실은 각각 독립적으로 내압 조정이 가능하게 되어 있고, 제 2 실 내에 가열이 가능한 가열 스테이지를 갖는 것이다. 이 감압 라미네이터의 일례를 도 1 을 참조하면서, 보다 상세하게 설명한다.
도 1 은, 사용 전의 감압 라미네이터 (10) 를 나타내고 있고, 상부 유닛 (11) 과 하부 유닛 (12) 으로 구성된다. 이들 유닛은, O 링 등의 시일 부재 (13) 를 개재하여 분리 가능하게 일체화된다. 상부 유닛 (11) 에는, 실리콘 러버 등의 가요성 시트 (14) 가 형성되어 있고, 이 가요성 시트 (14) 에 의해, 감압 라미네이터 (10) 가 제 1 실 (15) 과 제 2 실 (16) 로 구획된다. 가요성 시트 (14) 의 제 2 실 (16) 측 표면에는, 용융된 EVA 등의 봉지 수지가 전착되지 않도록 얇은 유리 크로스 강화 테플론 (등록 상표) 시트를 배치할 수 있다.
또, 상부 유닛 (11) 및 하부 유닛 (12) 의 각각에는, 각 실이 각각 독립적으로 내압 조정, 즉, 진공 펌프나 컴프레서 등에 의해 감압, 가압, 또한 대기 해방도 가능해지도록, 배관 (17, 18) 이 형성되어 있다. 배관 (17) 은 전환 밸브 (19) 에 의해 2 방향으로 17a 와 17b 로 분기되어 있고, 배관 (18) 은 전환 밸브 (20) 에 의해 2 방향으로 18a 와 18b 로 분기되어 있다. 또, 하부 유닛 (12) 에는, 가열 가능한 스테이지 (21) 가 형성되어 있다.
이와 같은 감압 라미네이터 (10) 는, 예를 들어, 도 2a∼도 2e 에 나타내는 바와 같이 사용한다.
먼저, 도 2a 에 나타내는 바와 같이, 상부 유닛 (11) 과 하부 유닛 (12) 을 분리하고, 스테이지 (21) 상에, 열 압착해야 할 적층물 (22) 을 재치한다.
다음으로, 도 2b 에 나타내는 바와 같이, 상부 유닛 (11) 과 하부 유닛 (12) 을 시일 부재 (13) 를 개재하여 분리 가능하게 일체화하고, 그 후, 배관 (17a) 및 배관 (18a) 의 각각에 진공 펌프 (도시 생략) 를 접속하고, 제 1 실 (15) 및 제 2 실 (16) 내를 고진공으로 한다.
도 2c 에 나타내는 바와 같이, 제 2 실 (16) 내를 고진공으로 유지한 채, 전환 밸브 (19) 를 전환하여, 배관 (17b) 으로부터 제 1 실 (15) 내에 대기를 도입한다. 이로써, 가요성 시트 (14) 가 제 2 실 (16) 을 향해 가압되어 펼쳐지고, 결과, 적층물 (22) 이 스테이지 (21) 에서 가열되면서, 가요성 시트 (14) 에 의해 가압된다.
다음으로, 도 2d 에 나타내는 바와 같이, 전환 밸브 (20) 를 전환하고, 배관 (18b) 으로부터 제 2 실 (16) 내에 대기를 도입한다. 이로써, 가요성 시트 (14) 가 제 1 실 (15) 을 향해 되밀어내져, 최종적으로 제 1 실 (15) 및 제 2 실 (16) 의 내압이 동일해진다.
마지막으로, 도 2e 에 나타내는 바와 같이, 상부 유닛 (11) 과 하부 유닛 (12) 을 분리하고, 스테이지 (21) 상으로부터 열 압착 처리된 적층물 (22) 을 꺼낸다. 이로써, 감압 라미네이터 (10) 의 조작 사이클이 완료되고, 다음으로, 도 2a 로 되돌아온다.
또한, 적층물 (22) 은, 후술하는 바와 같이, 본 발명에 있어서는 기본적으로는, 박막형 태양 전지 셀, 그 표면 전극에 배치된 탭선, 그들 사이에 배치된 도전성 접착 필름, 박막형 태양 전지 셀 전체면을 덮는 시트의 봉지용 수지로 이루어지는 적층물이 된다. 도 2a∼도 2e 의 조작을 실시함으로써, 탭선 접속 공정과 수지 봉지 공정이 일괄로 실시 가능해진다.
이상, 본 발명에서 사용하는 감압 라미네이터를 설명했는데, 도 1 과 같은 상부 유닛 (11) 및 하부 유닛 (12) 으로 구성되는 것 뿐만 아니라, 하나의 케이싱의 내부를 2 실로 나누고, 문의 개폐에 의해 적층물의 투입, 회수를 실시하도록 구성된 감압 라미네이터를 사용할 수도 있다. 또, 제 1 실과 제 2 실은, 제 1 실 내에 압축 공기를 도입하고, 대기압 이상의 가압을 실시해도 된다. 또, 제 2 실을 감압하지 않고, 단순히 실내의 공기가 배기되도록 해도 된다.
다음으로, 이상 설명한 감압 라미네이터를 사용하여 본 발명의 제조 방법의 일 양태를 도면을 참조하면서 설명한다.
먼저, 도 3a (감압 라미네이터의 부분 확대도) 에 나타내는 바와 같이, 가요성 시트 (14) 에 의해 제 1 실 (15) 로부터 구분된 감압 라미네이터의 제 2 실 (16) 의 가열 스테이지 (21) 상에, 표면 전극 (31) 이 형성된 박막형 태양 전지 셀 (32), 표면 전극 (31) 상에 도전성 접착 필름 (33), 도전성 접착 필름 (33) 상에 탭선 (34), 탭선 (34) 상에 봉지용 수지 시트 (35), 봉지용 수지 시트 (35) 상에 방습성 백 시트 (36) 또는 유리 플레이트 (도시 생략) 를 순차 적층한다.
다음으로, 도 3b 에 나타내는 바와 같이, 감압 라미네이터의 제 2 실에 대해 제 1 실의 내압을 상대적으로 높게 함으로써 가요성 시트 (14) 로 방습성 백 시트 (36) 또는 유리 플레이트를 가압하면서, 가열 스테이지 (21) 에서 박막형 태양 전지 셀 (32) 을 가열한다. 그것에 의해 박막형 태양 전지 셀 (32) 의 표면 전극 (31) 과 탭선 (34) 을 도전성 접착 필름 (33) 으로 접속하고, 또한 박막형 태양 전지 셀 (32) 을 봉지용 수지 시트 (35) 로 수지 봉지한다. 이로써 박막형 태양 전지 모듈 (30) 을 얻을 수 있다 (도 3C).
감압 라미네이터의 제 2 실 (16) 에 대해 제 1 실 (15) 의 내압을 상대적으로 높게 하는 바람직한 조작으로는, 제 1 실 (15) 및 제 2 실 (16) 의 내압을 모두 감압 상태로 한 후, 제 2 실 (16) 의 감압 상태를 유지한 채 제 1 실 (15) 을 대기에 해방하는 것을 들 수 있다.
도전성 접착 필름 (33) 으로는, 도전 입자가 열가소성 수지에 분산되어 필름 형상으로 성형된 것으로, 전자 부품을 태양 전지 셀에 실장하는 경우에 사용되는 공지된 도전성 접착 필름을 사용할 수 있는데, 본 발명에 있어서는, 본 발명의 효과를 얻기 위해서, 그 선택에는 봉지용 수지 시트 (35) 와의 관계를 고려하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 본 발명에 있어서는, 도전성 접착 필름 (33) 을 구성하는 열가소성 수지와 봉지용 수지 시트 (35) 를 구성하는 봉지용 수지가 서로 상용되는 것이 필요하다. 이것은, 서로 상용됨으로써, 보이드가 없는 양호한 수지 봉지가 가능해지고, 또한, 봉지용 수지에 경화제를 배합하지 않아도, 소기의 특성 (접착 강도, 내습성 등) 을 얻는 것이 가능해지기 때문이다.
또, 도전성 접착 필름 (33) 을 구성하는 열가소성 수지의 용융 점도 (B 형 점도계, 220 ℃) 는, 지나치게 낮으면 필름 형상의 유지가 곤란해지고, 내열성이 저하되며, 지나치게 높으면 봉지용 수지와의 상용성이 저하되고, 접속 저항이 상승되므로, 바람직하게는 1.0×102∼1.0×105 Pa·s, 보다 바람직하게는 1.0×103∼1.0×105 Pa·s 이지만, 접속 영역에 있어서 도전성 접착 필름을 봉지용 수지 시트보다 용융하기 쉽게 한다는 이유에서, 봉지용 수지 시트 (35) 를 구성하는 봉지용 수지의 용융 점도보다 낮은 것이 바람직하다. 이 경우, 양자의 용융 점도 차는, 지나치게 작으면 도전성 필름 자체가 충분히 용융되지 않기 때문에 접속 저항이 상승되고, 지나치게 크면 도전성 필름 자체의 접착력이 저하되므로, 바람직하게는 1.0×102∼1.0×105 Pa·s, 보다 바람직하게는 1.0×103∼1.0×105 Pa·s 이다.
도전성 접착 필름 (33) 을 구성하는 열가소성 수지, 및 봉지용 수지 시트 (35) 를 구성하는 봉지용 수지로는, 상용성 및 용융 점도 등을 고려하여, 다수의 열가소성 수지 중에서 독립적으로 적절히 선택할 수 있다. 그 중에서도, 종래부터 사용되고 있는 EVA 수지 대신에, 양호한 접착력을 나타냄과 동시에 가수 분해되기 어려운 것과 내연소성을 나타내는 수지로서 폴리우레탄 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 이와 같은 폴리우레탄 수지로서, 비교적 접착력이 강하지만 가수 분해되기 쉬운 에스테르계 폴리올 유닛을 갖는 열가소성 폴리우레탄 수지 (이하, 에스테르폴리올폴리우레탄이라고 칭하는 경우가 있다) 와, 비교적 접착력이 약하지만 가수 분해되기 어려운 에테르계 폴리올 유닛을 갖는 열가소성 폴리우레탄 수지 (이하, 에테르폴리올폴리우레탄이라고 칭하는 경우가 있다) 를 함유하는 블렌드 폴리머를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 블렌드 폴리머는, 각각의 바람직한 특성 (즉, 양호한 접착성과 가수 분해되기 어려움) 이 강하게 반영된 것이 되고, 한편, 바람직하지 않은 특성은 경감된 것이 되며, 게다가 양호한 내연소성을 나타낸다.
이 블렌드 폴리머에 있어서의 에스테르폴리올폴리우레탄과 에테르폴리올폴리우레탄의 블렌드 질량비는, 전자가 지나치게 적으면 접착력이 약해지고, 지나치게 많으면 가수 분해되기 쉬워져, 표면 전극에 부식이 생기고 쉽고, 또, 접착력의 열화도 생기기 쉬워지므로, 10：90∼50：50, 바람직하게는 10：90∼30：70 이다.
도전성 접착 필름 (33) 을 구성하는 열가소성 수지, 및 봉지용 수지 시트 (35) 를 구성하는 봉지용 수지에는, 필요에 따라, 다른 열가소성 수지, 실란 커플링제, 가교제, 산화 방지제 등을 함유시킬 수 있다. 특히, 도전성 접착 필름 (33) 을 구성하는 열가소성 수지에는, 석유계 점착 부여제 등의 태키화이어를 배합하는 것이 바람직하다. 이로써, 도전성 접착 필름을 봉지용 수지 시트보다 용융하기 쉽게 할 수 있어, 도전성 접착 필름 (33) 의 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도전성 접착 필름 (33) 을 구성하는 도전 입자로는, 전자 부품을 태양 전지 셀에 실장하는 경우에 사용되는 공지된 도전성 접착 필름 (CF) 에 이용되고 있는 도전 입자를 사용할 수 있다. 예를 들어, 카본, 금, 구리, 핸더, 니켈 등의 부정형, 구상 혹은 플레이크 형상 도전 입자나 금속 피복 수지 입자 등을 사용할 수 있다. 금 이외의 금속 입자의 경우에는, 표면에 금 도금을 실시해도 된다. 그 중에서도, 입수 비용, 접속 신뢰성 등의 관점에서 플레이크상 니켈 입자를 바람직하게 사용할 수 있다.
또, 도전 입자의 평균 입경으로는, 지나치게 작으면 접촉 면적이 작아져 접속 저항이 커지고, 지나치게 크면 도전성 접착 필름 중의 열가소성 수지의 체적 비율이 저하되어 초기 접착 불량이 발생하므로, 바람직하게는 2∼50 ㎛, 보다 바람직하게는 5∼40 ㎛ 이다.
또, 도전성 접착 필름 (33) 에 있어서의 도전 입자와 열가소성 수지의 배합비는, 통상, 1：5∼15 질량부이다.
도전성 접착 필름 (33) 의 두께로는, 지나치게 얇으면 초기 접착 불량이 발생하고, 지나치게 두꺼우면 접속 저항이 커지므로, 바람직하게는 15∼30 ㎛, 보다 바람직하게는 15∼20 ㎛ 이다.
또한, 도전 입자의 평균 입경이나 도전 입자와 열가소성 수지의 배합비 등을 적절히 선택함으로써, 도전성 접착 필름 (33) 에 이방 도전성을 부여할 수 있다.
또, 본 발명의 도전성 접착 필름 (33) 에는, 태양 전지 모듈이 과가열되었을 경우에 전극 사이에 흐르는 전류를 차단할 수 있도록 하기 위해서, 수산화 알루미늄 입자, 중공 핸더 입자, 고온 팽창형 마이크로 캡슐 등의 과가열시에 전류 차단능을 나타내는 재료를 함유시킬 수 있다. 그 중에서도, 차단 온도를 선택 가능한 점에서 고온 팽창형 마이크로 캡슐을 바람직하게 배합할 수 있다.
이들 재료의 전류 차단 기구는 서로 상이하고, 예를 들어, 수산화 알루미늄 입자의 경우, 200∼300 ℃ 로 가열되면 탈수 반응이 발생하기 때문에 산화 알루미늄과 물이 생성되고, 생성된 물이 더욱 팽창하여 공극을 형성하기 때문에, 도전성 접착 필름을 사이에 두고 대향하는 전극 간의 도통이 차단된다. 도전성 입자로서도 사용 가능한 중공 핸더 입자의 경우, 용융 온도가 상이한 여러 가지 중공 핸더 입자가 존재하지만, 그들의 용융 온도 (통상, 180∼250 ℃) 이상으로 과가열되면 중공 핸더 입자가 용융하여 변형되기 때문에, 도전성 접착 필름을 사이에 두고 대향하는 전극 간의 도통이 차단된다. 또, 고온 팽창형 마이크로 캡슐의 경우, 과가열되면 마이크로 캡슐이 팽창되고, 도전성 접착 필름을 사이에 두고 대향하는 전극 간의 도통이 차단된다.
수산화 알루미늄 입자로는, 입경 3∼5 ㎛ 인 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 수산화 알루미늄 입자를 도전성 접착 필름 (33) 중에 배합하는 경우, 지나치게 적으면 전류 차단 효과가 충분하다고는 할 수 없고, 지나치게 많으면 도통 불량이 되므로, 열가소성 수지 100 질량부에 대해, 바람직하게는 2∼10 질량부, 보다 바람직하게는 5∼7 질량부이다.
중공 핸더 입자로는, 입경 10∼15 ㎛ 인 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 또, 핸더 입자의 중공부 직경은, 바람직하게는 5∼7 ㎛ 이다. 이와 같은 중공 핸더 입자는, 공지된 수법에 의해 조제할 수 있다. 중공 핸더 입자를 도전성 접착 필름 (33) 중에 배합하는 경우, 지나치게 적으면 도통 성능이 충분하다고는 할 수 없고, 지나치게 많으면 전류 차단 효과가 불충분해지므로, 열가소성 수지 100 질량부에 대해, 바람직하게는 5∼15 질량부, 보다 바람직하게는 10∼15 질량부이다.
고온 팽창형 마이크로 캡슐이란, 발포제 (예를 들어, 헥산이나 옥탄 등의 저비점 탄화수소) 를 아크릴로니트릴계 폴리머 등의 열가소성 수지로 피복한 것으로서, 바람직하게는 입경 30∼40 ㎛, 막두께 2∼15 ㎛ 의 구상 입자이며, 발포 배율이 50∼100 배인 것이다. 이와 같은 고온 팽창형 마이크로 캡슐의 구체예로는, 마츠모토 유지 제약 (주) 의 마츠모토 마이크로스페어 F 시리즈 (F-170, F-190D, F-230D 등), 다이이치 세이카 공업 (주) 의 다이폼 V 시리즈 (V307, V-308 등), (주) 쿠레하의 쿠레하 마이크로스페어 시리즈 등을 들 수 있다. 고온 팽창형 마이크로 캡슐을 도전성 접착 필름 (33) 중에 배합하는 경우, 지나치게 적으면 전류 차단 효과가 충분하다고는 할 수 없고, 지나치게 많으면 초기 접착 불량이 생기는 경우가 있으므로, 열가소성 수지 100 질량부에 대해, 바람직하게는 2∼7 질량부, 보다 바람직하게는 3∼5 질량부이다.
본 발명의 제조 방법에서 사용하는 탭선 (34) 으로는, 종래의 박막형 태양 전지 모듈에 있어서, 박막형 태양 전지 셀의 표면 전극에 아우터 리드로서 사용되고 있는 것으로, 금속박 리본, 바람직하게는 동박 리본을 사용할 수 있다. 특히, 본 발명에 있어서는, 탭선 (34) 의 도전성 접착 필름측의 표면 조도 (Rz (JIS B 0601-2001)) 가, 바람직하게는 5∼15 ㎛, 보다 바람직하게는 10∼15 ㎛ 인 것을 사용한다. 이로써, 도전성 접착 필름 (33) 의 탭선 (34) 에 대한 밀착성을 향상시킬 수 있어, 접속 저항을 저하시키는 효과가 얻어진다. 또한, 이 범위를 밑돌면 접속 저항이 증대되고, 초과하면 초기 접착 불량이 발생하는 경향이 있다.
탭선 (34) 의 표면 조도의 조정은, 공지된 수법, 샌드 블라스트법, 화학 연마제를 사용하는 소프트 에칭법 등에 의해 실시할 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 있어서 사용하는 도전성 접착 필름 (33) 과 탭선 (34) 은, 통상적인 방법에 따라 미리 일체화해 둘 수 있다. 이로써, 진공 라미네이터 사용시의 조작을 간략화할 수 있다. 일체화는, 동박에 도전 접착 도료를 도포하고, 건조시켜, 필요에 따라 경화시킴으로써 실시할 수 있다.
또, 본 발명의 제조 방법에 있어서는, 봉지용 수지 시트 (35) 상에, 방습성 백 시트 (36) 나 유리 플레이트를 적층하는데, 그것들로는, 종래 공지된 박막형 태양 전지 모듈에 있어서 사용되고 있는 것을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 또, 봉지용 수지 시트 (35) 와 방습성 백 시트 (36) 또는 유리 플레이트는, 미리 일체화해 둘 수 있다. 이로써, 진공 라미네이터 사용시의 조작을 간략화할 수 있다. 일체화는, 방습성 백 시트 (36) 또는 유리 플레이트에, 봉지용 수지 용액을 도포하고, 건조시킴으로써 실시할 수 있다.
표면 전극 (31) 을 갖는 박막형 태양 전지 셀 (32) 로는, 탭선 (34) 의 접합과 수지 봉지를 실시하는 것이 요구되는 박막형 광전 변환 소자를 사용하는 박막형 태양 전지 셀을 들 수 있다. 또한, 박막형 태양 전지 셀의 광전 변환 소자 재료로는, 종래 공지된 재료를 채용할 수 있고, 예를 들어, 아모르퍼스 실리콘 등을 들 수 있다.
이상, 박막형 태양 전지 셀의 편면에 탭선을 접속하고 또한 수지 봉지하는 것을 일괄로 실시하는 태양 전지 모듈의 제조 방법에 대해 상세하게 설명했는데, 본 발명은 그것에 한정되지 않고, 예를 들어, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 길이가 긴 박막형 광전 변환 소자를 가로 방향으로 직접 접속한 태양 전지 모듈의 양 단의 광전 변환 소자에 전력 취출용 탭을 접속하고 또한 수지 봉지하는 것 (일본 공개특허공보 2000-340811호의 도 3 및 도 4 참조) 도 본 발명의 범위이다.
이 경우, 기재 (38) 상에, 박막 광 변환 소자로 이루어지는 박막형 태양 전지 셀 (32) 이, 직렬로 평면 방향으로 배열되어 있고, 일방의 말단의 박막형 태양 전지 셀 (32c) 의 표면 전극 (도시 생략) 과, 타방의 말단의 박막형 태양 전지 셀 (32d) 의 표면 전극 (도시 생략) 에, 전력 취출용의 탭선 (34) 을, 도전성 접착 필름을 개재하여 실온 가압 혹은 저온 (약 30∼120 ℃) 가압함으로써 임시 첩부하여, 박막형 태양 전지 유닛 (100) 을 얻는다. 이 박막형 태양 전지 유닛 (100) 을, 도 3a∼도 3C 에 있어서의 박막형 태양 전지 셀 (32) 에 대체시킴으로써, 복수의 박막형 태양 전지 셀로부터 박막형 태양 전지 모듈을 얻을 수 있다. 그 경우, 양 단의 표면 전극과 전력 취출용 탭선을 일괄로 접속할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다.
참고예 1∼3 (봉지용 수지 시트) 및 참고예 4∼6 (도전성 접착 필름)
참고예 1∼3 에 대해서는, 표 1 에 배합의 성분을 용융 혼합하고, 그 혼합물로부터 압출 성형에 의해 0.5 ㎜ 두께의 봉지용 수지 시트를 제조하였다. 참고예 4∼5 에 대해서는, 표 1 의 배합의 성분을 혼합하고, 추가로 톨루엔을 고형분 농도 30 ％ 가 되도록 첨가한 혼합물을, 롤 코터를 이용하여 박리 처리가 실시되어 있는 폴리에스테르 베이스 상에 건조 두께가 25 ㎛ 가 되도록 도포하고, 80 ℃ 의 오븐 중에서 건조시킴으로써, 도전성 접착 필름을 제조하였다.
또한, 참고예 4∼5 의 도전성 접착 필름의 온도-점도 특성을 도 5 에 나타낸다. 도 5 로부터, 태키화이어를 배합함으로써 용융 점도가 저하되는 것을 알 수 있다.
Figure 112012055807114-pct00001
표 1 주：
*1：에스트란 ETHD95A, BASF 재팬 (주)
*2：에스트란 1175A-10W, BASF 재팬 (주)
*3：에스트란 ET370, BASF 재팬 (주)
*4：블랙 880 M50, BASF 재팬 (주)
*5：UNE, BASF 재팬 (주)
*6：KE9463, 라인케미 재팬 (주)
*7：KBE9007, 신에츠 화학 공업 (주)
*8：아르콘 P125, 아라카와 화학 공업 (주)
*9：F190D, 마츠모토 유지 제약 (주)
*10：(후술하는 실시예, 비교예 지정의 입자)
실시예 1∼10
표 2 에 나타내는 봉지용 수지 시트 및 도전성 접착 필름에 추가하여, 폭 2.0 ㎜ 로 2.0 ㎜ 피치의 라인상의 Ag 전극, Al 전극 또는 ITO 전극을 갖는 두께 30 ㎜, 길이 80 ㎜, 두께 0.7 ㎜ 의 유리판을 박막형 태양 전지 셀의 대용으로서 사용하고, 추가로, 표면 조도 Rz (JIS B 0601-2001) 가 10 ㎛ (2 ㎜ 폭×0.15 ㎜ 두께의 Cu 선) 을 탭선으로서 사용하고, 그리고 75 ㎛ 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 (X10S, 도레이 (주)) 를 방습성 백 시트로서 사용하여, 이하에 설명하는 바와 같이 시험용의 박막형 태양 전지 모듈을 작성하였다.
즉, 도 1 의 감압 라미네이터의 제 2 실의 가열 스테이지 상에, 유리 기판을 두고, 그 표면에 폴리에스테르 베이스를 제거한 도전성 접착 필름 (폭 2 ㎜, 길이 5 ㎜, 두께 0.05 ㎜) 를 설치하고, 그 위에, 탭선을 중첩하고, 추가로 가압용 필름, 봉지 수지 시트, 방습성 백 시트를 중첩하였다. 스테이지를 150 ℃ 로 유지하면서, 제 1 실과 제 2 실을 모두 133 Pa 까지 감압한 후, 제 2 실의 감압을 유지한 채, 제 1 실에 대기를 도입하여 대기압으로 하였다. 이 상태를 5 분간 유지한 후, 제 2 실에 대기를 도입하고, 대기압으로 하였다. 이로써, 시험용의 박막형 태양 전지 모듈을 얻었다. 탭선 접속과 수지 봉지를, 수지 봉지 공정의 비교적 낮은 공정 온도에서 일괄로 실시할 수 있었다.
비교예 1
봉지용 수지 시트로서, 30 ㎜×10 ㎜×0.5 ㎜ 의 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체 시트 (PVC-TG, 세키스이 화학 공업 (주)) 를 사용하는 것 이외에는, 실시예 1 의 조작을 반복함으로써, 비교를 위한 박막형 태양 전지 모듈을 얻었다.
＜평가＞
박막형 태양 전지 모듈의 장기 신뢰성, 그리고 박막형 태양 전지 모듈에 있어서의 봉지용 수지 시트의 봉지성, 밀착성을 동시에 평가하기 위해서, 박막형 태양 전지 모듈을, 85 ℃, 85 %RH 의 환경하에 1000 시간 방치하고, 인접하는 전극 간의 저항값을 측정하고, 그 측정값에 기초하여, 박막형 태양 전지 모듈의 접속 신뢰성을 이하의 기준에 의해 점수화하였다. 얻어진 결과를 표 2 에 나타낸다. 점수가 높을수록 양호한 접속 신뢰성을 나타내고 있다.
점수 기준
5 저항값이 0.03 Ω 미만인 경우
4 저항값이 0.03 Ω 이상 0.1 Ω 미만인 경우
3 저항값이 0.1 Ω 이상 0.3 Ω 미만인 경우
2 저항값이 0.3 Ω 이상 1.0 Ω 미만인 경우
1 저항값이 1.0 Ω 이상인 경우
종합 평가
접속 신뢰성의 합계점이 14 점 이상인 경우를 「AAA」로 평가하고, 11∼13 점을 「AA」로 평가하고, 9∼10 점인 경우를 「A」로 평가하고, 6∼8 점인 경우를 「B」로 평가하고, 5 점 이하를 「C」로 평가하였다. 실용적으로는, 「AAA」, 「AA」, 「A」또는 「B」인 것이 바람직하다.
Figure 112012055807114-pct00002
표 2 주：
*11：HCA-1, 노바메트 (주)
*12：니켈 파우더 (타입 255, 바레인코 (주)) 를 평균 입경이 5 ㎛ 가 되도록 분급 후, 치환 도금에 의해 금을 니켈 표면에 도금한 것
*13：도전성 입자 (AUE-10 ㎛, 세키스이 화학 공업 (주))
*14：니켈 파우더 (타입 255, 바레인코 (주))
*15：니켈 파우더 (타입 255, 바레인코 (주)) 를 평균 입경이 5 ㎛ 가 되도록 분급한 것
*16：니켈 파우더 (타입 255, 바레인코 (주)) 를 평균 입경이 10 ㎛ 가 되도록 분급한 것
표 2 로부터 알 수 있는 바와 같이, 봉지용 수지 시트와 도전성 접착 필름이 서로 상용되지 않는 조합의 비교예 1 의 경우, 종합 평가가 C 로, 실용에 제공할 수 있는 것은 아니었지만, 봉지용 수지 시트와 도전성 접착 필름이 서로 상용되는 조합의 실시예 1∼10 의 경우, 종합 평가가 A 또는 B 로, 실용에 제공할 수 있는 것이었다. 이들 결과는, 본 발명의 제조 방법에 의하면 탭선의 폭 이상의 접속 강도를 실현할 수 있고, 또한 봉지성을 향상시켜, 태양 전지 특성의 장기 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것을 나타내고 있다.
또한, 실시예 1∼10 의 결과로부터, 도전 입자로서 플레이크 형상 Ni 를 사용하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 또, 실시예 5, 6 의 결과로부터, 도전 입자에 Au 도금을 실시하는 것이 접속 신뢰성의 향상에 유효하다는 것을 알 수 있다. 특히, 실시예 1 은, 도전성 접착 필름이 봉지용 수지 시트보다 용융되기 쉽고 또한 도전 입자로서 플레이크 형상 Ni 를 사용하고 있으므로 가장 접속 신뢰성이 양호해졌다. 그 중에서도, 실시예 1 및 실시예 10 의 박막형 태양 전지 모듈의 접속 신뢰성이 특히 우수하였다.
또, 실시예 10 의 박막형 태양 전지 모듈의 경우, 85 ℃, 85 %RH 의 환경하에 1000 시간 방치한 샘플을, 250 ℃ 에서 60 초 가열한 후, 실온에서 인접하는 전극 간의 저항값을 측정한 결과 오픈이 되었다. 이 점에서, 박막형 태양 전지 모듈의 전극 간의 접속에, 열팽창형 마이크로 캡슐을 함유하는 도전성 접착 필름을 사용한 경우, 박막형 태양 전지 모듈이 과가열되면, 전극 사이에 흐르는 전류를 차단할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
산업상 이용가능성
본 발명의 태양 전지 모듈의 제조 방법에서는, 탭선과 박막형 태양 전지 셀의 표면 전극을 도전 입자가 열가소성 수지에 분산되어 이루어지는 도전성 접착 필름으로 접속하는 경우에, 도전성 접착 필름의 열가소성 수지와 봉지용 수지가 서로 상용된다. 이 때문에, 탭선 접속 공정과 수지 봉지 공정을, 수지 봉지 공정의 비교적 낮은 공정 온도에서 일괄로 실시할 수 있다. 게다가, 탭선의 폭 이상의 접속 강도를 얻을 수 있고, 또, 봉지성이 향상되고, 태양 전지 특성의 장기 신뢰성이 향상된다. 따라서, 본 발명의 제조 방법은, 장기 신뢰성이 우수한 태양 전지 모듈의 제조에 유용하다.
10 : 감압 라미네이터
11 : 상부 유닛
12 : 하부 유닛
13 : 시일 부재
14 : 가요성 시트
15 : 제 1 실
16 : 제 2 실
17, 17a, 17b, 18, 18a, 18b : 배관
19, 20 : 전환 밸브
30 : 태양 전지 모듈
31 : 표면 전극
32, 32a, 32b, 32c, 32d : 박막형 태양 전지 셀
33 : 도전성 접착 필름
34 : 탭선
35 : 봉지용 수지 시트
36 : 방습성 백 시트
100 : 박막형 태양 전지 유닛

Claims (11)

  1. 도전 입자가 열가소성 수지 중에 분산되어 이루어지는 도전성 접착 필름으로 탭선이 접속된 표면 전극을 갖는 박막형 태양 전지 셀이 봉지용 수지로 수지 봉지되어 이루어지는 구조를 갖는 박막형 태양 전지 모듈을 감압 라미네이터를 이용하여 제조하는 방법으로서,
    도전성 접착 필름을 구성하는 열가소성 수지로서, 폴리우레탄 수지를 사용하고,
    그 봉지용 수지로서, 그 도전성 접착 필름을 구성하는 열가소성 수지와 서로 상용되는 폴리우레탄 수지를 사용하고,
    감압 라미네이터로서, 가요성 시트에 의해 구획된 제 1 실과 제 2 실을 갖고, 각 실은 각각 독립적으로 내압 조정이 가능하게 되어 있고, 제 2 실 내에 가열이 가능한 가열 스테이지를 갖는 것을 사용하고,
    감압 라미네이터의 제 2 실의 가열 스테이지 상에, 표면 전극이 형성된 태양 전지 셀을 두고, 그 표면 전극 상에 도전성 접착 필름, 탭선을 순차 배치하고, 추가로, 태양 전지 셀 전체를 덮도록 시트상의 봉지용 수지, 그 위에 방습성 백 시트 또는 유리 플레이트를 배치하고,
    감압 라미네이터의 제 2 실에 대해 제 1 실의 내압을 상대적으로 높게 함으로써 가요성 시트로 방습성 백 시트 또는 유리 플레이트를 가압하면서, 가열 스테이지로 태양 전지 셀을 가열하고, 그것에 의해 박막형 태양 전지 셀의 표면 전극과 탭선을 도전성 접착 필름으로 접속하고, 또한 박막형 태양 전지 셀을 봉지용 수지로 수지 봉지하여, 그것에 의해 태양 전지 모듈을 얻는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    감압 라미네이터의 제 2 실에 대해 제 1 실의 내압을 상대적으로 높게 하는 조작이, 제 1 실 및 제 2 실의 내압을 모두 감압 상태로 한 후, 제 2 실의 감압 상태를 유지한 채 제 1 실을 대기에 해방하는 것인, 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    그 도전성 접착 필름을 구성하는 열가소성 수지의 용융 점도가, 봉지용 수지의 용융 점도보다 낮은, 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    폴리우레탄 수지가, 에스테르폴리올폴리우레탄과 에테르폴리올폴리우렌을, 질량비 10：90∼30：70 으로 함유하는 블렌드 폴리머인, 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    탭선의 도전성 접착 필름측 표면 조도 (Rz) 가, 5∼15 ㎛ 인, 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    도전성 접착 필름과 탭선이 미리 일체화되어 있는, 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    봉지용 수지와, 방습성 백 시트 또는 유리 플레이트가 미리 일체화되어 있는, 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    복수의 박막형 태양 전지 셀이 직렬로 접속되어 있는, 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    도전성 접착 필름이, 추가로 고온 팽창형 마이크로 캡슐을 함유하는, 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된, 태양 전지 모듈.
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