JP5100629B2

JP5100629B2 - 太陽電池モジュールの製造方法

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Publication number: JP5100629B2
Application number: JP2008330312A
Authority: JP
Inventors: 達章坂野; 智成坂元; 陽平小柏; 豪京田; 哲夫丹羽; 和秀西川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP2010010649A

Description

本発明は太陽電池モジュールの製造方法に関する。

従来の太陽電池モジュールは、太陽電池素子が複数個、直列、並列に接続されてなる。複数の太陽電池素子は、隣接する太陽電池素子の一方の電極と他方の電極とに、ハンダによりリードが固定されて、電気的に接続されている。このような太陽電池素子に対するリードの固定は、ハンダが加熱溶着された後、冷却されることで行われる。
特開２００７−１８８９３２号公報

しかしながら、太陽電池素子にリードを固定する際、ハンダが溶着され冷却されるに従い、太陽電池素子とリードとの熱膨張率の差によって、太陽電池素子基板に応力がかかり、太陽電池素子にワレや反りが生じる可能性があった。

本発明は、上記従来の問題に鑑みて案出されたものであり、反りが低減された太陽電池素子を備える太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の太陽電池素子の製造方法は、リードと、第一の面と前記第一の面の裏側の第二の面とを含み前記第二の面に電極を有する複数の太陽電池素子とを準備する工程と、前記リードを前記複数の太陽電池素子の前記電極にハンダ付けする工程と、前記リードがハンダ付けされた前記複数の太陽電池素子を、プレートに固定する工程と、前記プレートに固定された前記リードおよび前記太陽電池素子を冷却する冷却工程と、前記プレートと、前記冷却された前記リードおよび前記太陽電池素子との固定を解除する工程と、を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、前記プレートは、前記太陽電池素子の前記第一の面と接する側に凸部を有しており、前記冷却工程において、前記太陽電池素子の前記第一の面を、前記プレートの前記凸部で押す。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法によれば、リードと太陽電池素子とをハンダで溶融接着させた後に、太陽電池ストリングを固定した状態で冷却するため、リードの収縮量の低減により太陽電池素子に生じる応力が低減される。その結果、本発明によれば、太陽電池素子に発生するワレや反りを低減することができる。

本実施形態の太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子がリードにより接続されてなる太陽電池ストリングを有する。本実施形態の太陽電池モジュールの製造工程は、リードがハンダ付けされた複数の半導体基板を吸着して搬送し、搬送された複数の半導体基板を吸着固定された状態で冷却する工程を有する。このような工程を有することにより、太陽
電池素子に生じる応力が低減され、太陽電池素子のワレや反りが生じにくい太陽電池モジュールを製造できる。

本実施形態の太陽電池モジュール３０は、例えば図１（ａ）に示すように、受光面側から順に、透光性のガラス等からなる透光性基板３１と、熱硬化性樹脂よりなる透光性の充填材３２、充填材３２に周囲を保護された太陽電池ストリング４０、熱硬化性樹脂よりなる充填材３２、及び、太陽電池モジュール３０の裏側を保護するフィルム３３、外部に出力を取出す端子ボックス３４よりなる。

本実施形態の太陽電池モジュール３０の太陽電池ストリング２０は、例えば図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、複数の太陽電池素子１０がリード１１により電気的に接続された構造を有する。

本実施の形態に用いられる太陽電池素子１０は、太陽光を受光する受光面１ａ（第一の面）と、その裏側に位置する非受光面１ｂ（第二の面）とを含む。太陽電池素子１０としては、受光面１ａと非受光面１ｂとに極性が異なる電極が設けられた太陽電池素子や、非受光面１ｂに異なる極性を有する複数の電極を有するバックコンタクト型の太陽電池素子構造が用いられる。バックコンタクト型の太陽電池素子は、受光面１ａと非受光面１ｂとを貫通する複数の貫通孔３を有する半導体基板１を備え、非受光面１ｂに極性が異なる複数の電極が設けられたメタルラップスルー（ＭＷＴ）構造、エミッタラップスルー（ＥＷＴ）構造の太陽電池素子や、スルーホールを有しない構造の太陽電池素子を含む。ここで、ＭＷＴ構造の太陽電池素子とは、太陽電池素子の表面側、貫通孔内に金属を設け、金属を通して受光面で集めた起電力を非受光面側の電極より取り出す構造の太陽電池素子をいい、ＥＷＴ構造の太陽電池素子とは、太陽電池素子の表面側、貫通孔内に拡散層を設け、拡散層を通して受光面で集めた起電力を非受光面側の電極より取り出す構造の太陽電池素子をいう。特にバックコンタクトタイプの太陽電池素子に対し、上述した工程で太陽電池モジュールが製造された場合、太陽電池素子１０及びリード１１への負荷を低減できるとともに、リード１１の接続位置のズレによって生じるリーク電流もしくは短絡を抑制できる。さらに、受光面側にリードを設けないことから、太陽電池素子全体を均一に平坦に吸着固定することができるため、冷却する工程にて太陽電池素子内の反り量のばらつきを抑えることができ、太陽電池素子にかかる応力を素子全体に均等に分散することができる。

このようなバックコンタクトタイプの太陽電池素子１０について図２及び図３を参照しつつ説明する。太陽電池素子１０の半導体基板１は一導電型を有する。半導体基板１の第一の面１ａおよび第二の面１ｂは、第一逆導電型層２ａ（逆導電型層２）、第三逆導電型層２ｃ（逆導電型層２）を有する。また、半導体基板１の貫通孔３の内壁には、第二逆導電型層２ｂ（逆導電型層２）が設けられている。

一導電型を示す半導体基板１として、Ｐ型のシリコン基板を使用する場合、このような第二逆導電型層２ｂ（Ｎ型）は、例えばリンが貫通孔３の内壁に拡散され形成される。また、同様にリンなどを拡散させることによって、半導体基板１の第一、第二の面に、Ｎ型の第一逆導電型層２ａ、第三逆導電型層２ｃ（逆導電型層２）を形成することができる。

第一の電極４における第一バスバー電極（非受光面側電極）４ｃは、図２に示すように受光面側電極４ａと貫通孔３内の貫通孔電極４ｂを介して導通してなるものであり、半導体基板１の第二の面１ｂに貫通孔３の開口部の少なくとも一部を塞ぐように形成してなるものである。また、第一バスバー電極４ｃは、例えば、銀などを主成分とした電極材料を焼成することによって形成することができる。

第一の面１ａに形成された受光面側電極４ａは、第一の面１ａ上の貫通孔３の開口部を中心として廻り込むように形成され、例えば、図３（ａ）に示すように、第一の面上に線状の集電電極を有することによって、発生したキャリアを第一の面側でも効率よく集電することができる。

第二の電極５は、第一の電極４とは極性の異なるものであり、例えば第一の電極４がｎ型領域に設けられた電極であるならば、第二の電極５はｐ型領域に設けられる電極であり、半導体基板１の第二の面１ｂに形成してなるものである。また、第二の電極５は、アルミニウムや銀を主成分とする電極材料を焼成して集電電極５ｂを形成し、該集電電極５ｂと電気的に接続され銀などを主成分とする電極材料を焼成して第二バスバー電極５ａを形成する。第二バスバー電極５ａを設けることによって、後述する配線材の位置決めをしやすくできる。また、集電電極５ｂを第二の電極が形成された領域以外の略全面に設けることにより、第二の電極５で集電されるキャリアの移動距離が短くなり、第二の電極５で集電できるキャリアの量を増加させることができるため、太陽電池素子の出力特性を向上させることができる。

なお、ここでいう「バスバー電極」はリード１１が接続される電極を意味するものとする。

また、集電電極５ｂは、半導体基板１内で吸収されなかった光を再び半導体基板１内へ反射させて、光電流を増加させる役割をも有し得る。集電電極５ｂの電極材料として、特に、アルミニウムが用いられた場合、電極材料を焼成して集電電極５ｂを形成する際に、高濃度ドープ層６を同時に形成することができる。

高濃度ドープ層６は、半導体基板１の第二の面１ｂの貫通孔３近傍以外の略全面に、ボロンやアルミニウムを高濃度に拡散してなるものであり、半導体基板１の第一の面１ａと前述した第二の電極５との間に位置するように形成される。ここで、高濃度とは、半導体基板１における一導電型不純物の濃度よりも不純物濃度が大きいことを意味する。

また、第二の面１ｂに水素を含有するアモルファスシリコン膜や窒化シリコン膜等からなるパッシベーション膜を形成してもよく、パッシベーション膜の一部を開口することで、第一バスバー電極４ｃは貫通孔電極４ｂと接続し、第二の電極５は半導体基板１と接続することができる。

次に第二の面１ｂ側に形成された電極の形状の一例について図３（ｂ）を用いて説明する。

第一バスバー電極４ｃおよび第二バスバー電極５ａは、図３（ｂ）に示すように半導体基板１の第二の面１ｂ側に配置されている。帯状の第一バスバー電極４ｃは、複数の列（図３（ｂ）においては３列）に分割されており、それぞれ、複数個ずつに分割されて（隙間をあけて）設けられてなる（図３（ｂ）においては７個）。一方、第二バスバー電極５ａとしては、長方形状のものが、それぞれ第一バスバー電極４ｃの列に沿う複数の列（図３（ｂ）においては３列、列数は第一バスバー電極４ｃの列と同じである）に分割されており、それぞれ複数個ずつに分割されて（隙間をあけて）設けられてなる（図３（ｂ）においては６個）。

図３（ｂ）において、第一バスバー電極４ｃと第二バスバー電極５ａとは、第一バスバー電極４ｃ同士の間隙の全てについて、少なくとも部分的に隣接する第二バスバー電極５ａが存在する、という関係をみたすように配置されてなる。例えば、図３（ｂ）において、間隙ｓ１の一部分には第二バスバー電極５ａ１が隣接してなり、間隙ｓ２には全体的に
第二バスバー電極５ａ２が隣接してなる。また、第二バスバー電極５ａは、複数個ずつ設けずに１個の長尺形状としてもよい。特に、複数個ずつ設け、その間にアルミニウムの焼成電極からなる集電電極５ｂを設けることにより、効率よくキャリアを集電するとともに高濃度ドープ層６の形成領域を簡易に大きくすることができる。さらに、フィンガー部５ｃを第一バスバー電極４ｃ同士の間隙に設けることにより、隣接する第一バスバー電極４ｃに関して反対側にある集電電極５ｂによって集められたキャリアを、さらに効率よく第二バスバー電極５ａに伝えることができる。また、フィンガー部５ｃが第一バスバー電極４ｃを横切るように形成されているため、第一バスバー電極４ｃの長手方向に沿ったクラックの発生を低減することができる。

一方、図３（ａ）に示すように、太陽電池素子においては、貫通孔３が、それぞれの第一バスバー電極４ｃの形成位置と平面視で略一致するように形成されてなる。さらには、受光面側電極４ａが、全ての貫通孔電極４ｂと接続する複数の線状のパターンとして、第一の面の上に一様に形成されてなる。

複数の太陽電池素子１０は、リード１１により電気的に接続されてストリング４０となる。ストリング４０は、例えば、隣り合う太陽電池素子１０の第一バスバー電極４ｃと第二バスバー電極５ａとがリード１１により接続されることで電気的に接続される。接続時には、ハンダ付けを良好にするため、第一バスバー電極４ｃと第二バスバー電極５ａに予めフラックスが塗布されることが多い。

リード１１としては、例えば銅やアルミニウムのような低抵抗の配線材の表面に、メッキやディッピングにより２０μｍ〜７０μｍ程度の厚みでハンダコートしたものを、適当な長さに切断して用いる。

リード１１の形状は、略直線状のものの他、設置後の温度変化による熱膨張・収縮時に生じる応力を逃がす為に、隣り合う２つの太陽電池素子の配列方向の断面視で屈曲状のものや、切欠き部を有するものなどを用いても良い。このようなリード１１は、半田を被覆した銅箔を、適宜の形状に折り曲げたものを用いることができる。

隣り合う２つの太陽電池素子をそれぞれ第一の半導体基板と第二の半導体基板とを有する第一の太陽電池素子、第二の太陽電池素子とした場合、屈曲部を有するリード１１は、第一の半導体基板上の第一の電極４と第二の半導体基板上の第二の電極５とにハンダ付けされる。リード１１は、第一の半導体基板上の第一の電極４と接続する複数の第一接続面と、２つの第一接続面の間の第一離間部と、隣接する第二の半導体基板上の第二の電極５と接続する複数の第二接続面と、２つの第二接続面の間の第二離間部とを有してなる。複数の太陽電池素子が隣接して配置された状態で、第一の半導体基板上の第一の電極４のそれぞれにリード１１の第一接続面を接続し、隣接する第二の半導体基板上の第二の電極５のそれぞれにリード１１の第二接続面を接続すると、第一の半導体基板上の第二の電極５とリード１１の第二離間部との間には空隙が存在することになる。この空隙が、第一の半導体基板上の第二の電極５上に形成されることにより、リード１１と第一の半導体基板上の第二の電極５が直接接しにくくなり、第一の太陽電池素子内における短絡を低減できる。なお、１５０〜２００ｍｍ角程度の多結晶シリコン太陽電池素子を使用する場合、リード１１の幅は１ｍｍ〜３ｍｍ程度、厚さは０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ程度、その長さは２５０ｍｍ〜３６０ｍｍ程度である。

また、バックコンタクトタイプの太陽電池素子に対し略直線上のリードを使用する場合には、第一バスバー電極４ｃ同士の間隙に絶縁層を設けてもよい。絶縁層として、例えば、耐熱性の高いＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)に代表されるようなフッ素樹脂やポリイミド樹脂等の絶縁テープを、リード１１に貼り付けたり、リード１１との接続を避けたい部分にハンダレジストや、ガラスペーストなどをスクリーン印刷により塗布・焼成して形成する方法がある。このとき、第一バスバー電極４ｃの一部に絶縁層を設けても構わない。また、第一バスバー電極４ｃ同士の間隙にフィンガー部５ｃと絶縁層を設けることにより、さらに第一バスバー電極４ｃの長手方向に沿ったクラックの発生を低減することができる。

また、バックコンタクトタイプの太陽電池素子に対し凹凸形状のリード１１を使用して第一バスバー電極４ｃに接続する場合、リード１１が第一バスバー電極４ｃ同士の間隙に接続しないように部分的に屈曲して接続部と非接続部を設ける。接続部と非接続の長さは太陽電池素子の電極形状によっても異なるが、例えば、接続部の長さは３ｍｍ以上２０ｍｍ以下、非接続部の長さは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であればよく、接続部と非接続部の長さは同じでも、異なっても構わない。また、接続部と非接続部との高さの違いは、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下であればよい。また、凹凸形状のリード１１を使用する場合においても、第一バスバー電極４ｃ同士の間隙に絶縁層を設けることによって、さらにリーク不良を低減することができる。
≪太陽電池モジュールの製造方法≫
本発明の第一の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造工程は、図４に示すように、第一のエリア４１において、リードを複数の半導体基板の電極にハンダ付けする工程と、リードがハンダ付けされた複数の半導体基板を吸着して搬送する工程と、第二のエリア４２において、搬送された複数の半導体基板を吸着固定された状態で冷却する工程とを有する。そして、冷却後、検査工程等の次工程となる第三のエリア４３に搬送させる。

本発明の第一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以下詳述する。

＜リードの固定工程＞
まず、図５に示すように、第一のステージ１２と固定部材１３との間に、太陽電池素子１０とリード１１とを、ハンダにより当接させ固定する。

具体的には、例えば太陽電池ストリング２０を構成する太陽電池素子１０およびリード１１は、第一のステージ１２および固定部材１３の間に固定されて、ベース１４上に載置される。ここで、固定方法としては、固定部材１３の重量を利用する、または、第一ステージ１２と固定部材１３とを固定する固定治具をさらに備えても良いし、後述の押さえ棒１５等の他の部材を用いて第一のステージ１２および固定部材１３の間に挟持されるようにしても良い。

本実施形態の第一のステージ１２は、所定の気孔を有し、該気孔を通じて負圧を発生することができる機構を備えている。これによって、配置された太陽電池素子１０及びリード１１を、負圧によって気孔側に吸着させ、太陽電池素子１０に対するリード１１の位置ズレを低減することができる。また、第一のステージ１２には、太陽電池素子１０及び／又はリード１１が載置される表面に、外方と通気可能な排気溝や排気孔を設けることが好ましく、これによって、フラックスのガスを外方に排出させてフラックスのガスによる冶具の汚れを低減することができ、不良率を低減することが可能となる。より効率的にフラックスガスを排出するために、例えば、第一のステージ１２の外側に導出された上述の排気溝や排気孔を通じて、吸気するための機構を別途設けてもよい。

本実施形態に用いられる第一のステージ１２は、例えば、鉄、ステンレス及びアルミニウムなどの金属、軽金属やセラミック板などで構成される。また、リード１１が載置される表面には、上述の押さえ棒１５を挿入できるように所定の貫通孔１６が形成されており、この貫通孔１６を挿通させることで、リード１１を太陽電池素子１０に対して適切な力で押し付けることができる。

また、図６に示すように、太陽電池素子１０の電極との間で生じ得る熱ストレスを緩和する観点から、凹凸に形成されたリード１１を用いる場合は、当該リード１１が載置される第一のステージ１２の表面もリード１１の形状と対応する凹凸形状であることが好ましい。なお、図６において、太陽電池素子１０間に位置するリード１１の形状は、平坦である。

また、第一のステージ１２の表面には、図７に示すように、リード１１が載置される位置に溝１７が形成されることが好ましく、この溝１７にリード１１を嵌め込むことで精度良くリード１１を載置し、且つその位置からのズレを低減することが可能となる。このように第一のステージ１２が溝１７を有する場合には、上述の凹凸形状や貫通孔１６は、溝１７の底部に形成すれば良い。

本実施形態に用いられる固定部材１３は、太陽電池素子を押さえつけて固定する機能を有する。固定部材１３は、加熱手段によって与えられた熱をハンダへ効率良く伝える事ができるものであれば、ガラスなどの光透過性が高い部材或いはアルミニウムなどの熱伝導性の高い部材のいずれであっても良い。加熱手段として赤外線照射装置を用いる場合には、赤外線を効率良く透過する部材、例えばソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス及び石英ガラスなどのガラス材料で構成することが好ましく、特に、表面に傷が生じて赤外線の透過率が低下することを抑制する観点から強化ガラスが好ましい。

ここで、固定部材１３は、表面にエンボス加工を施す、または表面に反射塗料などの遮光材を配置することが好ましく、これによって後述の接続工程における太陽電池素子１０の温度分布を適切に制御することが可能となる。

固定部材１３の自重によって太陽電池ストリング２０を固定する場合には、固定部材１３は、太陽電池素子１０にクラックなどを生じさせにくい重さとなるようにすれば良く、例えば、太陽電池素子１０への応力が７．３５×１０^−３Ｎ／ｃｍ^２〜２．４５×１０^−２N／ｃｍ^２となるように厚みを調節する。

本実施形態に用いられるベース１４は、例えば、鉄、ステンレス及びアルミニウムなどの金属、軽金属やセラミックスなどで構成され、リード１１を太陽電池素子１０の電極に押し付けるための押さえ棒１５が、太陽電池素子１０の電極とリード１１の接続位置に対応して複数埋め込まれている。この押さえ棒１５はバネを備えることが好ましく、バネの力を調節することでリード１１を太陽電池素子１０に向かって適切な力で押し付けるよう制御される。特に、第一のステージ１の表面に形成された溝１７がリード１１の厚みよりも深く形成されている場合には、押さえ棒１５によってリード１１を太陽電池素子１０の電極に押し付けるようにすることができるため、リード１１及び太陽電池素子１０に加わる押圧負荷の大きさ及び時間を適切に制御することが可能となる。

なお、後述の接続工程でハンダを加熱溶融するに当たっては、予め所定温度になるように予熱しておくことが好ましく、例えば、上述のベース１４、第一のステージ１２や固定部材１３などに、予熱装置を組み込むようにすれば良い。これによって、雰囲気温度が低い場合であっても、太陽電池素子１０とリード１１とを接続するために加えられた熱の一部が周囲に放出されることによって、ハンダ付け不良などが発生するということを効果的に低減することができる。

このように、第一のステージ１２及び固定部材１３は、第一のステージ１２と固定部材１３との間で、リード１１を太陽電池素子１０に当接させた状態で固定でき、その固定状態でハンダ付けを行うことができるように構成される。このような構成により、ハンダ付け時の熱によって太陽電池素子１０が変形することを低減するとともに、搬送中に太陽電池素子１０をずれにくくできる。

以上のように太陽電池素子１０とリード１１とを固定した状態で後述の工程を行うことによって、太陽電池素子１０とリード１１との接続の信頼性を向上させることができる。

特に、図３に示されるような、基板に一定間隔で貫通孔が設けられ、且つ、裏面側に第一バスバー電極４ｃと第二バスバー電極５aとが近接して設けられるバックコンタクト型の太陽電池素子１０の場合、太陽電池素子１０及びリード１１への負荷を低減できるとともに、リード１１の接続位置のズレによってリード１１が逆の極性の電極と接続して生じるリーク電流もしくは短絡を低減できる。

＜太陽電池素子及びリードの接続工程＞
次に、上述のように太陽電池素子１０とリード１１とを固定した状態で、ハンダを加熱溶融させ、太陽電池素子１０とリード１１とを電気的に接続する。これによって、接続工程で太陽電池素子１０とリード１１との熱膨張係数の差によって位置ズレが発生することを低減できる。

具体的には、図６および図８に示すように、レール１９に対して移動可能な状態で取り付けられたランプ１８から近赤外線を照射することで、上方から固定部材１３を通じて太陽電池素子１０の裏面側に位置するハンダに熱を加えることによって、ハンダ付けによる電気的な接続を行う。

すなわち、ランプ１８から照射された近赤外線は、固定部材１３を透過して、太陽電池ストリング２０のハンダ付け部分を加熱し、リード１１表面のハンダが溶解して太陽電池素子１０の第一バスバー電極４ｃ、第二バスバー電極５aに付着することによって、太陽電池素子１０とリード１１とのハンダ付けが行われる。

加熱手段としては、リード１１と電極との位置決め精度が求められるバックコンタクト型の太陽電池素子１０の場合、力学的な負荷が小さい赤外線照射装置を用いることが好ましい。

特に、第一のステージ１２とガラスよりなる固定部材１３で太陽電池素子１０とリード１１を固定した状態で加熱する場合には、赤外線照射装置としては、物体に対する透過性の観点から、近赤外線を照射可能なものを用いることが好ましい。また、近赤外線は、被加熱物に高いエネルギー密度を与えて比較的短時間で温度を上昇させることができるため、加工速度を向上させるとともに電力消費量を少なくすることができる。近赤外線の光源としては、例えばハロゲンランプ、キセノンランプなどが利用可能であり、赤外線以外の加熱手段としては、例えば半導体レーザーやＹＡＧレーザーなどのレーザーの光源を用いることができる。

なお、ハンダを加熱溶融させるための加熱手段としては、上述の赤外線照射装置に限定されず、昇温機構を備える押さえ装置などが利用可能であり、複数の加熱手段を併用することによって生産効率を高めることが好ましい。昇温機構を備える押さえ装置を用いて、太陽電池素子１０の両面から押さえ装置で挟持した状態で加熱する場合には、受光面と裏面とで押さえ装置の押さえ位置を合わせることによって、押さえ位置のズレに起因するせん断力によって太陽電池素子１０が破損することを低減することが好ましい。

＜太陽電池ストリングの冷却工程＞
次に、太陽電池素子１０を、以下で述べる方法により、平坦な状態で搬送し冷却する。

まず、図９（ａ）に示されるように、第一のエリアにおいて、第一のステージ１２に太陽電池ストリング２０を吸着した状態で、固定部材１３を太陽電池ストリング２０の上から外す。

そして、図９（ｂ）に示されるように、太陽電池ストリング２０の上に搬送用プレート２１を配置し、その後、搬送用プレート２１により太陽電池ストリング２０を吸着固定し、太陽電池ストリング２０を平坦に保持する。具体的には、搬送用プレート２１に吸着機構を設けることによって、太陽電池ストリング２０を搬送用プレート２１に吸着させた後に、第一のステージ１２の吸着を解除する。搬送用プレート２１の材質としては、例えば鉄、ステンレス及びアルミニウムなどの金属、軽金属やセラミック板などが用いられる。

最後に図９（ｃ）に示されるように、太陽電池ストリング２０を保持した搬送用プレート２１を第一のステージ１２から第二のエリアに搬送し、太陽電池ストリング２０を、例えば、１℃／ｓｅｃ以上１０℃／ｓｅｃ以下の冷却速度で５０℃以下、好ましくは常温まで冷却する。ここで、「搬送」とは、太陽電池ストリング２０を保持した搬送用プレート２１を、一領域から別の領域へ移動させることをいい、太陽電池ストリング２０を持ち上げることも含む。また、「第二のエリア」とは、太陽電池ストリング２０が搬送された別の領域のことをいい、太陽電池ストリング２０が持ち上げられた際に位置する第一のエリアの上方領域も含む。

このように、本実施形態における太陽電池ストリング２０は、リード１１と太陽電池素子１０との固定（ハンダ溶着）、搬送、冷却の間、常に平坦に固定された状態である。前述のように太陽電池素子１０は主にシリコン基板などからなり、リード１１は主に銅やアルミニウムのような低抵抗の配線材よりなることから、太陽電池素子１０の熱膨張率よりもリード１１の熱膨張率の方が大きい。このため、太陽電池素子１０とリード１１をハンダ溶着した後に、太陽電池ストリング２０の温度が下がると、熱膨張率の違いから、太陽電池素子１０よりもリード１１の方が大きく収縮しようとして、太陽電池素子１０を湾曲しようとする応力が生じる。

しかし、本実施の形態によれば、太陽電池ストリング２０は平坦に固定され拘束されていることから、リード１１に引張の熱応力が加わり、リード１１に引張方向の塑性ひずみが生じる。これにより、太陽電池ストリング２０の冷却に伴う、太陽電池素子１０とリード１１の収縮の長さが平準化され、太陽電池素子１０の反りやワレの発生が緩和される。このような熱応力を利用すれば、太陽電池素子１０とリード１１の接合した部分で分散して引張の応力を加えることから、応力集中などを抑制し、反りを低減する際の太陽電池素子への負荷の軽減をすることができる。このように太陽電池素子の反りを緩和し、歩留まりが向上された太陽電池ストリング２０を検査等の次工程へと搬送できる。

また、高温化にある第一のステージ１２、固定部材１３、ベース１４の温度を下げることなく、次の太陽電池素子１０とリード１１の接続工程に用いることができるため、生産性を過度に落とすことなく、ハンダ付け不良などの発生を低減することができる。特に、無鉛ハンダ、例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕからなる無鉛ハンダを使用する場合、高温環境下ではハンダに存在するＡｇ_３ＳｎやＣｕ_６Ｓｎ_５等の合金が針状に成長することによってハンダが分相を引き起こし、ハンダの長期信頼性を悪化する可能性があるが、本実施形態では高温化にある第一のステージ１２より太陽電池ストリング２０を別の領域へ移動させることから、分相の進展を低減することができる。

また、図６に示すようにリード１１を屈曲状とし、凹状の接続部１１ａと凸状の非接続部１１ｂを設けてもよい。屈曲部を設けていないリードに比較して、屈曲部を有したリード１１は、非接続部１１ｂの凸状の形状が変化することで、小さな応力で伸びを生じることから、太陽電池素子１０への負荷を軽減してワレの発生を抑制しつつ、冷却後の太陽電池素子１０とリード１１の収縮の長さを平準化して、太陽電池素子１０の反りを緩和することができる。

次に、具体的な冷却方法について説明する。

例えば、図１０（ａ）に示されるように、エアーブロー装置２２を搬送用プレートの下方に設け、太陽電池ストリング２０に向けて冷却ガスを噴射することにより、太陽電池ストリング２０を冷却することができる。また、図１０（ｂ）に示されるように、搬送用プレート２１に、例えば、格子状となるように外部と連通する開口部を設けて、エアーブロー装置２２を搬送用プレートの上方および下方に設け、太陽電池ストリング２０に向けて冷却ガスを噴射することによりさらに速く冷却することができる。なお、開口部の形状は、吸着機構を阻害しない形状であればよく、例えば矩形、円形、楕円形、多角形であってもよい。

また、エアーブロー装置２２を冷却領域に設け、冷却領域に太陽電池ストリング２０が搬送された後、冷却ガスを噴射して冷却するようにしてもよく、また次工程の搬送途中にエアーブロー装置２２を設けて太陽電池ストリング２０を搬送しながら冷却することによって、さらに太陽電池ストリング２０の冷却速度が上昇し生産性を向上させることできる。

また、搬送用プレート２１に冷却機構を設けることにより、より効率的に太陽電池ストリング２０を冷却することができる。冷却機構としては搬送用プレート２１内に冷却水や冷却ガスを流すことによって達成される。太陽電池ストリング２０は搬送用プレート２１のみで冷却せずに、下方に設けたエアーブロー装置２２を用いることで、さらに太陽電池ストリング２０の冷却速度が上昇し生産性を向上させることできる。なお、搬送用プレートに冷却機構を設ける場合には、搬送用プレート２１の材質としては、例えば熱伝導率の高い金属や、熱伝導性ゴム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウムなどが用いられる。

次に、冷却工程の別の形態について説明する。図１１（ａ）に示されるように、第一のステージより温度が低い第二のステージ２３を準備し、搬送用プレート２１により太陽電池ストリング２０を第二のステージ２３に載置する。この際第二のステージ２３に吸着機構を設けることによって、搬送用プレート２１から太陽電池ストリング２０から離しても、太陽電池ストリング２０は平坦を保持した状態で冷却することができる。冷却機構としては、第二のステージ２３内に冷却水や冷却ガスを流し、第二のステージ２３により太陽電池ストリング２０を冷却する機構や、図１１（ｂ）に示されるように、搬送用プレート２１を太陽電池ストリング２０から離した後に、太陽電池ストリング２０の上方に設けたエアーブロー装置２２により冷却する機構が挙げられる。特に、冷却機構を有する第二のステージ２３上に固定された太陽電池ストリング２０を、エアーブロー装置２２により冷却する場合、太陽電池ストリング２０の冷却速度を上昇させ、生産性を向上させることできる。なお、第二のステージ２３としては、熱伝導率の高い金属や、熱伝導性ゴム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウムなどが用いられる。

以下で、本発明の太陽電池モジュールの製造方法に係る第二の実施形態について説明する。

バックコンタクト型の太陽電池素子１０では、リードを太陽電池素子に接続した場合、第一の面１ａにはリード１１の接続がないため、太陽電池素子が第一の面１ａに向けて凸状に反りやすくなる。本実施形態においては、冷却工程の際にリード１１の接続によって反る方向と逆の方向に太陽電池素子１０を反らした状態を固定して、５０℃以下、好ましくは室温まで冷却した後に、固定を解除することによって太陽電池素子１０の反りをより低減することができる。具体的な方法としては、図１２（ａ）に示されるように、搬送用プレート２１は、太陽電池素子１０の第一の面と接する側に凸部を有しており、太陽電池素子１０を冷却する工程において、太陽電池素子１０の第一の面を、搬送用プレート２１の凸部で押せばよい。ここでプレートの凸部で太陽電池素子１０を‘押す’とは、太陽電池素子の第一の面に対し、凸部が力を加えることをいう。また、搬送用プレート２１に設ける吸着機構の位置を高さ方向に変化させて、太陽電池素子が第一の面１ａに向けて凹状になるようにしてもよい。

また、図１２（ｂ）に示されるように、第一のステージ１２に太陽電池素子１０に接する面の形状が、太陽電池素子１０の中央部に接する位置で凹状となるような形状を設けてもよい。第一のステージ１２の形状を搬送用プレート２１に合わせることによって吸着不良が低減され、搬送用プレート２１の形状に合わせて太陽電池素子１０を吸着することができる。また、固定部材１３の形状も第一のステージ１２に合わせることがより好ましい。

また、図１３に示されるように、太陽電池素子１０間に位置するリード１１の形状を凸状に形成することによって、太陽電池素子１０を反らした際、また冷却後固定を解除した際に太陽電池素子の端部にかかる応力を軽減することができる。

また、第一のステージより温度が低い第二のステージ２３を準備し、搬送用プレート２１により太陽電池ストリング２０を第二のステージ２３に載置して冷却する場合、第二のステージ２３は太陽電池素子１０の第二の面と接する側に凹部を有しており、第二のステージ２３に固定する工程において、太陽電池素子１０の第二の面を、第二のステージ２３の凹部に吸着させる。凹部への吸着は、例えば、凹部の内壁に孔を設け、この孔を通じて負圧を発生させ、凹部内面に吸着させることで行える。さらに、第二のステージ２３とリード１１が接触しないように、第二のステージ２３に溝を形成しておいてもよい。

さらに図１４に示すように、少なくともリード１１の接続方向のみにおいて、太陽電池素子１０を第一の面１ａに向けて凹状に反らせるだけでよく、リード１１の接続による太陽電池素子１０の反りを低減することができ、反りの少ない平坦な太陽電池ストリング２０を形成することができる。

以下で、本発明の太陽電池モジュールの製造方法に係る第三の実施形態について図１５を参照しつつ説明する。本実施形態では、冷却工程および冷却工程後の処理工程において、上述した第一の実施形態と相違する。

本実施形態では、冷却工程の際に、例えば図１５に示すような装置を用いて、太陽電池ストリング２０を摂氏零度以下の−２０℃〜−８０℃、より好ましくは−３０℃〜−５０℃で冷却している。図１５（ａ）では、バックコンタクトタイプの太陽電池素子１０を用いた太陽電池ストリング２０を上方のプレートに２１に向けて吸着具２５により吸着しつつ、下方より冷却する様子を側方から見た断面図を示す。また、図１５（ｂ）に図１５（ａ）をＡ−Ａ’断面からみた断面図を示す。

上述したような摂氏零度以下の冷却は、例えば下方に設置された熱交換器や、図１５（ａ）のようにチューブ２８から導入した空気を冷却容器２６に収納されたドライアイス２７へ送風し冷気として循環することにより行う。このように、太陽電池ストリング２０をプレート２１に平坦に吸着固定しつつ、摂氏零度以下まで冷却すれば、室温程度までの冷却に比べて、リード１１に生じる熱応力と塑性ひずみを大きくする。これにより、常温時の太陽電池素子１０とリード１１の長さをより平準化して、内力を低減し、太陽電池素子１０の反りを緩和することができる。なお、太陽電池ストリング２０を上方のプレート２１に向けて吸着する以外に、図１５（ｃ）に示すように太陽電池ストリング２１を下方のプレート２１に向けて吸着具２５により吸着固定しつつ、上方より冷気２９を導入して冷却してもよい。また、太陽電池ストリング２０の冷却は、必ずしも太陽電池素子１０とリード１１のハンダ溶着後に同一のプレート２１で固定し続けて連続的に行う必要はなく、例えばプレート２１に平坦に固定しつつ室温まで冷却し、その後太陽電池ストリング２０を異なるプレート２１に固定して摂氏零度以下まで冷却しても良い。

また、摂氏零度以下に冷却した太陽電池ストリング２０をプレート２１に固定したまま冷却容器２６から取り出すと、プレート２１の熱容量が大きいことから室温になるまで時間がかかり、結露を生じて、固定している太陽電池ストリング２０を濡らしてしまうおそれがある。このため摂氏零度以下に冷却した太陽電池ストリング２０は、熱容量の大きいプレート２１が室温まで冷却する際に生じる結露を低減するという観点から、プレート２１との固定を解除した後に冷却容器２６から取り出すことが好ましい。プレート２１との固定を解除した太陽電池ストリング２０は、熱容量が小さいことから、空気中の湿気により結露を生じる前に室温とすることができる。

一方で、上述したプレート２１に生じる結露をより低減すべく、冷却工程で摂氏零度以下とした太陽電池ストリング２０を、プレート２１に固定したまま冷却容器２６から取り出す場合は、乾燥した温風を送風して太陽電池ストリングを昇温することが好ましい。この温風は、太陽電池ストリング２０へ加わる熱衝撃などの負荷を抑制しつつ結露を効率良く低減する観点から、３５℃〜４５℃の温風を用いることが好ましい。

以下で、本発明の太陽電池モジュールの製造方法に係る第四の実施形態について図１６を参照しつつ説明する。本実施形態では、太陽電池ストリング２０を一対のプレート２１で平坦に挟持固定している点で第一の実施形態と相違する。図１６（ａ）は、基体５１、低摩擦部材５２、および緩衝材５３よりなるプレート２１で、太陽電池ストリング２０を挟持して平坦に固定する様子を示す分解斜視図である。また、図１６（ｂ）は、本実施形態を説明するものであり、太陽電池ストリング２０をプレート２１により挟持固定した様子を示す断面図、図１６（ｃ）は上方より見た透視図である。基体５１は、例えばアルミニウムなどの軽金属やセラミックス、ガラスなどで構成されている。また、低摩擦部材５２は、例えばポリイミドフィルムやポリエチレンフィルム、フッ素樹脂フィルムで構成されている。また、緩衝材５３は、例えばウレタンフォームやシリコンゴム、ＥＰＤＭゴムなどを用いることができる。本実施形態では、上述してきた実施形態と異なり、吸着具２５などの設備が不要で、簡素な治具により実現できるという利点がある。このようにプレート２１で平坦に挟持固定された太陽電池ストリング２０は、例えば積み重ねて冷凍庫等に収納して冷却することができる。入手が容易な冷凍庫により実施できるともに、一度に多量の太陽電池ストリング２０を冷却できることから、タクトタイムを短縮することができる。

また、プレート２１の太陽電池素子１０との接触部の外径を、太陽電池素子より一回り小さくし、太陽電池素子の端部のリード接続部周辺を避ける形状とすれば、プレート２１による挟持固定の応力で太陽電池素子１０の端部とリード１１の重なっている部分の周辺に生じやすいクラックを低減することができる。具体的には、例えば図１６（ｃ）に示すように低摩擦部材５２と緩衝材５３を太陽電池素子１０よりもD部で小さくすると良い。また本実施形態では、冷凍庫等により摂氏零度以下への冷却に用いる以外に、ハンダ溶着温度から室温までの冷却に用いても良い。

以下で、本発明の太陽電池モジュールの製造方法に係る第五の実施形態について図１７を参照しつつ説明する。本実施形態は、太陽電池ストリング２０を反らせるようなプレート２１で挟持固定して冷却するという点で第四の実施形態と相違する。図１７（ａ）はプレート２１で太陽電池ストリング２０を挟持固定する前の様子を示し、図１７（ｂ）はプレート２１で太陽電池ストリング２０を挟持固定した様子を示し、図１７（ｃ）は太陽電池ストリング２０のプレート２１による固定を解除した様子を示す。ここで、太陽電池ストリング２０は、複数のバックコンタクトタイプの太陽電池素子１０にリード１１をハンダ溶着し、接続したものである。また、プレート２１は、基体５１とその表面に設けられた複数の凸部２４よりなり、凸部２４は太陽電池ストリング２０と相対する側の面にも複数設けられてなる。この凸部２４で太陽電池ストリング２０を上下から挟持固定してリード１１が湾曲の外側になるように反らせ、リード１１に機構的に引張応力を加えるものである。

さらに、太陽電池ストリング２０をプレート２１に挟持固定して、撓ませた状態で拘束しつつ冷却することで、熱応力を加えることができる。リード１１への熱応力は、太陽電池素子１０とリード１１が接合されており、太陽電池素子１０よりもリード１１の熱膨張率係数が大きいことから、引張方向に加わり、引張方向の塑性ひずみを生じる。本実施形態では、例えばハンダ溶着温度から室温までの冷却や、室温から摂氏零度以下の冷却に用いることができる。

このように、リード１１に機構的な引張応力に加え、さらに引張の熱応力を印加することで、リード１１は太陽電池ストリング２０を平坦に固定した場合よりも大きな引張方向の塑性ひずみを生じせしめることができる。これにより、太陽電池素子１０とリード１１の熱膨張率の差が大きく、太陽電池素子１０の反りが大きい場合であっても、常温時の太陽電池素子１０とリード１１の収縮の長さを平準化して、太陽電池素子１０の反りを緩和することができる。また、リード１１への熱応力は、太陽電池素子１０とリード１１を接合した界面全体で生じる。これにより、応力集中を抑制し、太陽電池素子１０のワレなどを低減することができる。

なお、本実施形態の効果は太陽電池ストリング２０をリード１１が外側になるように反らせて固定するものであれば好適に得ることができるが、より好ましくは、図１７に示すように太陽電池素子１０一枚あたりで四点曲げとすることが好ましい。図１８（ａ）に図１７のように太陽電池ストリング２０を固定した時の、太陽電池素子１０一枚あたりの曲げモーメント線図を示し、図１８（ｂ）に同じ部分でリード１１に生じる引張の応力線図を示す。また比較として図１８（ｃ）に太陽電池ストリングを太陽電池素子一枚あたりで、三点曲げとしたときの曲げモーメント線図を示し、図１８（ｄ）に図１８（ｃ）の曲げモーメントが生じたときのリード１１の引張の応力線図を示す。

図１８（ｂ）および図１８（ｄ）中で実線Ａは、太陽電池ストリング２０をプレート２１に固定したときに生じるリード１１への機構的な引張応力を示し、破線Bが冷却によるリード１１への引張の熱応力を示し、一点鎖線Cが機構的な引張応力と引張の熱応力を足し合わせたものを示す。機構的な引張応力と引張の熱応力を足した応力が、リード１１の降伏応力σ_ｓを超えた部分で、引張応力に比例して、リードに引張の塑性ひずみが生じる。また、図１８（ｂ）に示すように、四点曲げではリードに生じる引張応力は、凸部２４ａと凸部２４ｂの間で一定の区間を有する。すなわち、引張応力が一定の区間では、一定の塑性ひずみを生じ、広い区間で均一に反りを戻すことができる。一方で、三点曲げの場合は、応力が不均一であるため応力集中を生じやすい。このように太陽電池素子１０一枚あたりで、四点曲げとなるように湾曲させることで、太陽電池素子のワレを抑制しつつ、太陽電池ストリングの反りを低減することができる。

太陽電池モジュールの一例を示す斜視図であり、（ａ）は太陽電池モジュールの積層構造を受光面側から示す分解斜視図、（ｂ）は接続工程前の太陽電池素子とリードとを裏面側から示す斜視図、（ｃ）は接続工程後の太陽電池素子とリードとを裏面側から示す斜視図である。太陽電池素子の一例を示す図であり、（ａ）は受光面側から平面視した図、（ｂ）は非受光面側から平面視した図である。太陽電池素子の一例を示す断面図である。太陽電池素子の一例を示す図であり、（ａ）は受光面側から平面視した図、（ｂ）は非受光面側から平面視した図である。太陽電池モジュールの製造方法の実施形態を説明する図である。太陽電池モジュールの製造方法の一実施形態を説明するための斜視図であり、特に、固定工程を説明するための分解斜視図である。太陽電池素子とリードとの接続工程を説明する断面図である。太陽電池モジュールの製造方法で固定工程の別の例を示す分解斜視図である。太陽電池モジュールの製造方法の一実施形態を説明するための斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は太陽電池モジュールの製造方法の冷却工程の一実施形態を説明する図である。（ａ）〜（ｂ）は太陽電池モジュールの製造方法の冷却工程の一実施形態を説明するための図である。（ａ）〜（ｂ）は太陽電池モジュールの製造方法の冷却工程の別の実施形態を説明する図である。（ａ）〜（ｂ）は太陽電池モジュールの製造方法の冷却工程の別の実施形態を説明する図である。太陽電池モジュールの製造方法の冷却工程の別の実施形態を説明する図である。太陽電池モジュールの製造方法の冷却工程の別の実施形態を説明する図である。太陽電池モジュールの製造方法の冷却工程の別の実施形態を説明する図である。太陽電池モジュールの製造方法の冷却工程の別の実施形態を説明する図である。太陽電池モジュールの製造方法の冷却工程の別の実施形態を説明する図である。太陽電池モジュールの製造方法の冷却工程の別の実施形態の効果を説明する図である。

符号の説明

１０：太陽電池素子
１１：リード
１２：第一のステージ
２０：太陽電池ストリング
２１：プレート
２３：第二のステージ
２４：凸部
２５：吸着具
２６：冷却容器
２７：ドライアイス
２８：チューブ
３０：太陽電池モジュール
５１：基体
５２：低摩擦部材
５３：緩衝材

Claims

リードと、第一の面と前記第一の面の裏側の第二の面とを含み前記第二の面に電極を有する複数の太陽電池素子とを準備する工程と、
前記リードを前記複数の太陽電池素子の前記電極にハンダ付けする工程と、
前記リードがハンダ付けされた前記複数の太陽電池素子を、プレートに固定する工程と、
前記プレートに固定された前記リードおよび前記太陽電池素子を冷却する冷却工程と、
前記プレートと、前記冷却された前記リードおよび前記太陽電池素子との固定を解除する工程と、を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記プレートは、前記太陽電池素子の前記第一の面と接する側に凸部を有しており、前記冷却工程において、前記太陽電池素子の前記第一の面を、前記プレートの前記凸部で押す、太陽電池モジュールの製造方法。
前記冷却工程は、摂氏零度以下に冷却することを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記冷却工程後に、前記プレートに固定された前記リードと前記太陽電池素子へ温風を送風して昇温する工程をさらに有することを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記リードと前記太陽電池素子をプレートに固定する工程は、前記太陽電池素子をプレートに吸着して固定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記リードと前記太陽電池素子をプレートに固定する工程は、前記太陽電池素子を一対のプレートで挟持して固定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記プレートに固定された前記複数の太陽電池素子は、外部と連通する開口部を有する前記プレートに吸着固定されており、前記複数の太陽電池素子を、前記開口部を通じて冷却する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の製造方法。
前記太陽電池素子の前記第二の面に、極性が異なる複数の電極が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記太陽電池素子は、内部に導通部が形成された貫通孔を備えていることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記複数の太陽電池素子のうち隣り合う２つの太陽電池素子を第一の太陽電池素子と第二の太陽電池素子とする場合に、前記第一の太陽電池素子は第一の極性を有する前記電極を有し、前記第二の太陽電池素子は第二の極性を有する前記電極を有しており、前記隣り合う２つの太陽電池素子の配列方向の断面視で屈曲部を有するとともに平面視で直線状である前記リードを、前記第一の電極と前記第二の電極とにハンダ付けすることを特徴とする請求項７または８に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記リードを前記複数の太陽電池素子の前記電極にハンダ付けする工程において、前記リードの前記屈曲部を、前記太陽電池素子上に配置することを特徴とする請求項９に記載の太陽電池素子の製造方法。
前記リードを前記複数の太陽電池素子の前記電極にハンダ付けする工程において、前記リードの前記屈曲部を、前記隣り合う２つの太陽電池素子間に配置することを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池素子の製造方法。