JP5227675B2 - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも透光性基板、表面封止樹脂シート、太陽電池素子、裏面封止樹脂シート及び裏面保護材を積層してなる太陽電池モジュールの製造方法に関する。

一般に、太陽電池は屋外で使用される。そのため、太陽電池には、湿度や風雨等の様々な対環境に関する耐久性が要求される。

このため、太陽電池は、複数の太陽電池素子を接続した太陽電池本体を、透光性基板と裏面保護材との間に封止材を封入して、太陽電池モジュールとして製造される。

従来の太陽電池モジュールは、通常、透光性基板上にＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）等の封止樹脂シート、太陽電池本体、封止樹脂シート、バックシートを積層し、ラミネート装置において、減圧下で全体を加熱加圧して一体化することにより製造していた。

しかし、封止樹脂は、加熱を受けて溶融し、流動状態となるため、ガラス基板の領域から流延・延出する。太陽電池モジュールを製品として提供するためには、封止樹脂のうち、ガラス基板からはみ出した部分（溶融延出部分）を、保護フイルムの余分な部分（ガラス基板からはみ出した部分）と共に切除する必要がある。

この封止樹脂と保護フイルムの切除は、カッター等を用いて行われるが、従来、切除の際に保護フイルムが部分的に剥離したり、ガラス基板の端面に沿って整合して保護フイルムを切除することが困難であり、製品としての太陽電池モジュールの生産性や歩留まりを低下させていた。

そこで、従来では、上述のような溶融樹脂のはみ出しを抑制するために、例えば特許文献１や特許文献２が提案されている。

特許文献１に係る方法は、封止樹脂のシートとガラス基板よりも大きなサイズを有する保護フイルムとを積層して、封止樹脂を軟化・溶融を経て硬化完了させる。その際、封止樹脂の溶融に起因してガラス基板から延出する封止樹脂の延出部分を、対応する保護フイルムのはみ出し部分と共に、封止樹脂の延出部分が封止樹脂の軟化点以上の温度に供される条件下で切除するようにしている。

特許文献２に係る方法は、太陽電池モジュールの製造工程のラミネート時に、受光面側封止材、裏面側封止材が透光性基板の周辺端部から延出することを抑制するために、透光性基板＞裏面側封止材＞表面側封止材のサイズで積層重合を行うようにしている。

特開２００１−５３３２１号公報 特開２００５−４４９４５号公報

しかしながら、特許文献１のように、ＥＶＡで構成される封止樹脂をＥＶＡ軟化点温度（７７℃以上）以上で封止樹脂の延出部分を切除する場合、封止樹脂は低粘度状態であるため、切除が困難になる上、モジュールを汚し、生産性の悪化につながるという問題がある。また、キュア後に再度モジュールを温める必要があるため、装置コストの増加の要因となる上、トータル熱履歴により太陽電池モジュールに影響を与える。

また、特許文献２のように、ＥＶＡで構成された裏面側封止材及び表面側封止材を共にカバーガラスより小さく設計すると、封止材はカバーガラス面まで到達するが、カバーガラスの端部まで行き渡らず、カバーガラスの端部とバックシート面との接着不良を生じ、信頼性を損なうおそれがある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、封止樹脂の切除に伴う透光性基板の端面への汚れの発生を抑制することができると共に、封止樹脂の架橋反応を確実に行わせることができ、太陽電池モジュールの生産性の向上並びに歩留まりの向上を図ることができる太陽電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

［１］ 本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、透光性基板上に、表面封止樹脂シート、太陽電池素子、裏面封止樹脂シート、裏面保護材を積層して積層体を作製する積層体作製工程と、
前記積層体を真空引きした状態で加圧加熱を行って前記積層体をラミネートするラミネート工程と、
前記ラミネート工程後、前記透光性基板の周縁部からはみ出た前記裏面保護材の周辺部、前記透光性基板の周縁部からはみ出た前記表面封止樹脂シートの周辺部及び前記透光性基板の周縁部からはみ出た前記裏面封止樹脂シートの周辺部のうち、前記表面封止樹脂シートの前記周辺部及び前記裏面封止樹脂シートの前記周辺部のみを切除する第１切除工程と、
前記第１切除工程を経た前記積層体を加熱して、前記表面封止樹脂シート及び前記裏面封止樹脂シートを架橋させる架橋工程と、
前記架橋工程後、前記裏面保護材のうち、前記透光性基板の周縁部からはみ出た前記裏面保護材の前記周辺部を切除する第２切除工程とを有することを特徴とする。

これにより、封止樹脂の切除に伴う透光性基板の端面への汚れの発生を抑制することができると共に、封止樹脂の架橋反応を確実に行わせることができ、太陽電池モジュールの生産性の向上並びに歩留まりの向上を図ることができる。
既に表面封止樹脂シート及び裏面封止樹脂シートのはみ出し部分が切除されているため、裏面保護材のはみ出し部分を簡単に切除することができる。

本発明において、前記ラミネート工程は、前記積層体を、前記表面封止樹脂シート及び前記裏面封止樹脂シートが粘度は有するが、架橋は始まっていない温度及び時間で加熱する。

この場合、前記表面封止樹脂シート及び前記裏面封止樹脂シートは架橋していないため、高粘度状態ではないことから、その後の切除工程にて、前記積層体の周縁部からはみ出した部分のみを簡単に切除することができる。

［２］ 本発明において、前記ラミネート工程は、前記積層体を、温度１２０℃以上１３０℃以下、時間５分以上１０分以下で加熱することが好ましい。これにより、前記積層体を、前記表面封止樹脂シート及び前記裏面封止樹脂シートが粘度は有するが、架橋は始まっていない温度及び時間で加熱することができる。なお、前記表面封止樹脂シート及び前記裏面封止樹脂シートがＥＶＡで構成されている場合は、例えば温度約１２５℃、時間１０分以内が好ましい。

［３］ 本発明において、前記積層体作製工程で作製される前記積層体は、前記透光性基板の平面面積をＡ１、前記表面封止樹脂シートの平面面積をＡ２、前記太陽電池素子の平面面積をＡ３、前記裏面封止樹脂シートの平面面積をＡ４、前記裏面保護材の平面面積をＡ５としたとき、
Ａ５＞Ａ４＞Ａ１＞Ａ２＞Ａ３
を満足することが好ましい。

これにより、前記表面封止樹脂シート及び前記裏面封止樹脂シートを架橋反応させた場合に、太陽電池モジュールの端面から露出する前記表面封止樹脂シート及び前記裏面封止樹脂シートの架橋後の厚みを薄くすることができる。つまり、太陽電池モジュールの端面における透光性基板の周端と裏面保護材の周端との間の距離（ギャップ）を狭くすることができる。そのため、太陽電池モジュールの端部からの水分の浸入を抑制することができ、耐久性の向上に寄与する。

これにより、太陽電池モジュールの端部からの水分の浸入をさらに抑制することができ、耐久性の向上に寄与する。

これにより、裏面保護材と封止材にて太陽電池モジュールの端部を封止することができ、しかも、裏面保護材がアルミ箔を混在させたタイプのものであれば、防湿性の向上にもつながる。

以上説明したように、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法によれば、封止樹脂の切除に伴う透光性基板の端面への汚れの発生を抑制することができると共に、封止樹脂の架橋反応を確実に行わせることができ、太陽電池モジュールの生産性の向上並びに歩留まりの向上を図ることができる。

以下、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法の実施の形態例を図１〜図８を参照しながら説明する。

先ず、第１の実施の形態に係る製造方法（以下、第１製造方法と記す）は、図１のステップＳ１において、図２に示すように、透光性基板１０上に、表面封止樹脂シート１２、太陽電池本体１４、裏面封止樹脂シート１６、裏面保護材１８をこの順番に積層して積層体２０を作製する（積層体作製工程）。

透光性基板１０は、ガラスやポリカーボネート樹脂等の基板を用いることができる。この場合、ガラス板としては、例えば白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラス等が用いられるが、例えば厚さ３ｍｍ以上５ｍｍ以下の白板強化ガラスが使用される。ポリカーボネート樹脂等の樹脂製基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものを使用することができる。

表面封止樹脂シート１２及び裏面封止樹脂シート１６は共に、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）にて構成された樹脂シートを用いることができ、厚さは例えば０．４ｍｍ以上１ｍｍ以下である。

太陽電池本体１４は、複数の太陽電池素子２２が例えば横方向（必要であれば縦方向にも）に並べられて構成されている。

裏面保護材１８としては、水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナ又はシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート等を用いることができる。

これら透光性基板１０、表面封止樹脂シート１２、太陽電池本体１４、裏面封止樹脂シート１６及び裏面保護材１８は、それぞれ上面から見てほぼ長方形状を有し、それぞれの平面面積は、以下のような大小関係となっている。

すなわち、透光性基板１０の平面面積をＡ１、表面封止樹脂シート１２の平面面積をＡ２、太陽電池本体１４の平面面積をＡ３、裏面封止樹脂シート１６の平面面積をＡ４、裏面保護材１８の平面面積をＡ５としたとき、
Ａ５＞Ａ４＞Ａ１＞Ａ２＞Ａ３
を満足するようになっている。

その後、図１のステップＳ２において、積層体２０を真空ラミネート装置に投入し、積層体２０を真空引きした状態で加圧加熱を行って積層体をラミネートする（ラミネート工程）。すなわち、積層体２０の構成部材である透光性基板１０、表面封止樹脂シート１２、太陽電池本体１４、裏面封止樹脂シート１６及び裏面保護材１８を真空引きした状態で貼り合せる。

このラミネート工程では、積層体２０を、表面封止樹脂シート１２及び裏面封止樹脂シート１６が粘度は有するが、架橋は始まっていない温度及び時間で加熱する。具体的には、積層体２０を、温度１２０℃以上１３０℃以下、時間５分以上１０分以下で加熱する。

このラミネート工程を経ることによって、図３Ａに示すように、積層体２０のうち、裏面封止樹脂シート１６の周辺部が透光性基板１０の主面に接触するように変形すると共に、表面封止樹脂シート１２と合体して、１つの封止樹脂材２４となる。裏面封止樹脂シート１６の周辺部とは、裏面封止樹脂シート１６の周縁からその内方の部分を含む枠状の領域をいう。以下同様である。このとき、上述した透光性基板１０、表面封止樹脂シート１２、裏面封止樹脂シート１６及び裏面保護材１８の各平面面積の大小関係から、裏面保護材１８の周辺部１８ａ及び封止樹脂材２４の周辺部２４ａが、透光性基板１０の周縁部からはみ出すことになる。なお、封止樹脂材２４は、表面封止樹脂シート１２及び裏面封止樹脂シート１６が粘度は有するが、架橋は始まっていない温度及び時間で加熱することから、表面封止樹脂シート１２と裏面封止樹脂シート１６とが一体化する場合や、これらシートが互いに接触した部分の一部において界面が存在している場合もある。

その後、図１のステップＳ３において、図３Ｂに示すように、透光性基板１０の周縁部からはみ出た裏面保護材１８の周辺部１８ａ及び封止樹脂材２４の周辺部２４ａのうち、封止樹脂材２４の周辺部２４ａのみを切除する（切除工程）。この場合、表面封止樹脂シート１２及び裏面封止樹脂シート１６（封止樹脂材２４）は架橋していないため、高粘度状態ではないことから、透光性基板１０の周縁部からはみ出した部分（封止樹脂材２４の周辺部２４ａ）のみを透光性基板１０の周縁部に沿って、簡単に切除することができ、透光性基板１０の端面１０ａには封止樹脂材の残渣はほとんど存在しない状態となる。

その後、図１のステップＳ４において、封止樹脂材２４の周辺部２４ａのみが切除された積層体２０を加熱炉に投入し、該加熱炉にて積層体２０を加熱して、封止樹脂材２４の硬化を完了させる（架橋工程）。この加熱処理は、封止樹脂材が架橋反応を起こす温度及び時間で行われる。具体的には、温度１４０℃以上、時間１０分以上１２０分以下で行われる。

通常、封止樹脂材２４を架橋反応させる加熱処理においては、封止樹脂材２４に混入されている架橋剤が熱分解し、この熱分解によって発生したラジカル（架橋寄与ラジカル）が低分子量のＥＶＡ（封止樹脂材の材料）に作用して架橋することになる。従って、封止樹脂材２４が他の部材で挟み込まれていないと、架橋寄与ラジカルが空気中に飛散してしまい、架橋反応が進行しないという問題が生じる。

また、透光性基板１０の端面１０ａに、封止樹脂材２４の残渣が存在していると、この残渣はもちろん空気に接していることから、架橋反応はほとんど進まず、いわゆる架橋不良となる。架橋不良の残渣は、その後、積層体２０が太陽電池モジュールとされた際に、溶融したり、他の部材に付着する等、外観やシール不良を引き起こすおそれがある。

しかし、この第１製造方法では、裏面保護材１８を切除せずに、積層体２０からはみ出したままで加熱処理を行うようにしているため、裏面保護材１８が封止樹脂材２４を覆う蓋の役目を果たすことから、架橋寄与ラジカルが空気中に飛散するということがなく、効率よく低分子量のＥＶＡ（封止樹脂材の材料）に作用して架橋することとなる。

また、透光性基板１０の端面１０ａには、封止樹脂材２４の残渣がほとんど存在しない状態になっているため、残渣の架橋不良による上述した不都合も回避することができる。

その後、図１のステップＳ５において、図３Ｃに示すように、裏面保護材１８のうち、積層体２０の周縁部からはみ出した部分（裏面保護材の周辺部１８ａ）を切除する（第２切除工程）。この場合、既に、封止樹脂材２４のはみ出し部分が切除されているため、裏面保護材１８のはみ出し部分１８ａを透光性基板１０の周縁部に沿って、簡単に切除することができる。この段階で、太陽電池モジュール３０が完成する。

その後、図１のステップＳ６において、図示しないが、太陽電池モジュール３０の全周端部に、ブチルゴムや樹脂発泡体等の封止部材を巻きつけ、さらに、封止部材を覆うように枠を取り付けて太陽電池モジュール３０の周部封止を行う（封止工程）。

このように、第１製造方法においては、封止樹脂材２４の切除に伴う透光性基板１０の端面１０ａへの汚れの発生を抑制することができると共に、封止樹脂材２４の架橋反応を確実に行わせることができ、太陽電池モジュール３０の生産性の向上並びに歩留まりの向上を図ることができる。

特に、積層体２０を構成する透光性基板１０、表面封止樹脂シート１２、太陽電池本体１４、裏面封止樹脂シート１６、裏面保護材１８の各平面面積Ａ１〜Ａ５を、
Ａ５＞Ａ４＞Ａ１＞Ａ２＞Ａ３
を満足するようになっている。

これにより、表面封止樹脂シート１２及び裏面封止樹脂シート１６（封止樹脂材２４）を架橋反応させた場合に、太陽電池モジュール３０の端面から露出する封止樹脂材２４の架橋後の厚みを薄くすることができる。つまり、太陽電池モジュール３０の端面における透光性基板１０の周端と裏面保護材１８の周端との間の距離（ギャップ）を狭くすることができる。そのため、太陽電池モジュール３０の端部からの水分の浸入を抑制することができ、耐久性の向上に寄与する。

ここで、１つの実験例を示す。この実験例は、比較例（サンプル１〜４）、実施例１（サンプル１０１〜１０４）及び実施例２（サンプル２０１及び２０２）について、時間の経過に伴う積層体２０の周辺部の抵抗変化率の変化をみたものである。

比較例は、図４Ａに示すように、表面封止樹脂シート１２の平面面積Ａ２と裏面封止樹脂シート１６の平面面積Ａ４を同じにして、第１製造方法にて太陽電池モジュールを作製した。作製された比較例に係る太陽電池モジュールの端部構造を図５Ａに示す。

実施例１は、図４Ｂに示すように、比較例の表面封止樹脂シート１２の大きさに対して周辺部を５ｍｍ程度縮小し、表面封止樹脂シート１２の平面面積Ａ２と裏面封止樹脂シート１６の平面面積Ａ４の関係をＡ４＞Ａ２として、第１製造方法にて太陽電池モジュールを作製した。

実施例２は、図４Ｃに示すように、比較例の表面封止樹脂シート１２の大きさに対して周辺部を７．５ｍｍ程度縮小し、表面封止樹脂シート１２の平面面積Ａ２と裏面封止樹脂シート１６の平面面積Ａ４の関係をＡ４＞Ａ２として、第１製造方法にて太陽電池モジュールを作製した。なお、図４Ａ〜図４Ｃにおいては、裏面保護材を省略して示す。

作製された実施例１及び２に係る太陽電池モジュールの端部構造を図５Ｂに示す。実施例に係る太陽電池モジュールの端部構造、特に、透光性基板１０の周端と裏面保護材１８の周端との間のギャップＧ１が比較例のギャップＧ２（図５Ａ参照）よりも約１／５程度狭くなっている。

比較例及び実施例は共に、透光性基板１０の一主面のうち、透光性基板１０の端面から１７．５ｍｍ程度奥まった位置に２つの抵抗体を設置し、各抵抗体の両端電圧を測定して、比較例及び実施例における周辺部の抵抗変化率を割り出した。比較例及び実施例における８５℃、８５％ＲＨの高温高湿雰囲気下での１０００時間（耐久時間）の抵抗変化率の変化を図６に示す。抵抗変化率の変化が小さいほど、水分の浸入量が少ないことを示す。

図６に示すように、抵抗変化率は、表面封止樹脂シート１２の平面面積Ａ２を変えることによって変化し、特に、表面封止樹脂シート１２の平面面積Ａ２を小さくするほど抵抗変化率の変化が小さいことがわかる。これは、表面封止樹脂シート１２の平面面積Ａ２を小さくするほど、透光性基板１０の周端と裏面保護材１８の周端との間のギャップが小さくなり、これにより、水分の浸入が抑制されているものと考えられる。

次に、第２の実施の形態に係る製造方法（以下、第２製造方法と記す）について図７及び図８を参照しながら説明する。

先ず、ステップＳ１０１〜１０４は、上述した第１製造方法のステップＳ１〜４と同様であるため、その重複説明を省略する。

図７のステップＳ１０４での架橋工程が終了した後、次のステップＳ１０５において、図８に示すように、裏面保護材１８のうち、積層体２０の周縁部からはみ出した部分１８ａを、該はみ出した部分１８ａで透光性基板１０の端面（側面）を被覆するように巻く（被覆工程）。特に、この第２製造方法では、透光性基板１０の端面に封止材３２を設置し、裏面保護材１８のはみ出した部分１８ａで透光性基板１０の端面を封止材３２と共に被覆するように巻くようにしている。この段階で、太陽電池モジュール３０が完成する。

その後、図７のステップＳ１０６に示すように、太陽電池モジュール３０の全周端部に、ブチルゴムや樹脂発泡体等の封止部材を巻きつけ、さらに、封止部材を覆うように枠を取り付けて積層体の周部封止を行う（封止工程）。

この第２製造方法では、裏面保護材１８と封止材３２にて太陽電池モジュール３０の端部を封止することができることから、ステップＳ１０６で行われる封止部材による封止と共に二重封止構造を実現することができる。しかも、裏面保護材１８がアルミ箔を混在させたタイプのものであれば、防湿性の向上にもつながる。

なお、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

第１製造方法を示す工程ブロック図である。 透光性基板上に、表面封止樹脂シート、太陽電池本体、裏面封止樹脂シート、裏面保護材をこの順番に積層して積層体を作製した状態を一部省略して示す断面図である。 図３Ａは積層体をラミネート処理した状態を一部省略して示す断面図であり、図３Ｂは積層体の周辺部からはみ出した封止樹脂材のみを切除した状態を一部省略して示す断面図であり、図３Ｃは積層体を加熱処理（封止樹脂材の架橋）を行った後、積層体の周辺部からはみ出した裏面保護材を切除した状態を一部省略して示す断面図である。 図４Ａは比較例（サンプル１〜４）に係る積層体を一部省略して示す断面図であり、図４Ｂは実施例１（サンプル１０１〜１０４）に係る積層体を一部省略して示す断面図であり、図４Ｃは実施例２（サンプル２０１及び２０２）に係る積層体を一部省略して示す断面図である。 図５Ａは作製された比較例に係る太陽電池モジュールの端部構造を示す断面図であり、図５Ｂは作製された実施例１及び２に係る太陽電池モジュールの端部構造を示す断面図である。 比較例、実施例１及び２の耐久時間に対する抵抗変化率の変化を示すグラフである。 第２製造方法を示す工程ブロック図である。 第２製造方法によって作製された太陽電池モジュールを一部省略して示す断面図である。

符号の説明

１０…透光性基板 １２…表面封止樹脂シート
１４…太陽電池本体 １６…裏面封止樹脂シート
１８…裏面保護材 ２０…積層体
２２…太陽電池素子 ２４…封止樹脂材
３０…太陽電池モジュール

Claims (3)

1. 透光性基板上に、表面封止樹脂シート、太陽電池素子、裏面封止樹脂シート、裏面保護材を積層して積層体を作製する積層体作製工程と、
   前記積層体を真空引きした状態で加圧加熱を行って前記積層体をラミネートするラミネート工程と、
   前記ラミネート工程後、前記透光性基板の周縁部からはみ出た前記裏面保護材の周辺部、前記透光性基板の周縁部からはみ出た前記表面封止樹脂シートの周辺部及び前記透光性基板の周縁部からはみ出た前記裏面封止樹脂シートの周辺部のうち、前記表面封止樹脂シートの前記周辺部及び前記裏面封止樹脂シートの前記周辺部のみを切除する第１切除工程と、
   前記第１切除工程を経た前記積層体を加熱して、前記表面封止樹脂シート及び前記裏面封止樹脂シートを架橋させる架橋工程と、
   前記架橋工程後、前記裏面保護材のうち、前記透光性基板の周縁部からはみ出た前記裏面保護材の前記周辺部を切除する第２切除工程とを有し、
   前記ラミネート工程は、前記積層体を、前記表面封止樹脂シート及び前記裏面封止樹脂シートが粘度は有するが、架橋は始まっていない温度及び時間で加熱することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
2. 請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法において、
   前記ラミネート工程は、前記積層体を、温度１２０℃以上１３０℃以下、時間５分以上１０分以下で加熱することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
3. 請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの製造方法において、
   前記積層体作製工程で作製される前記積層体は、前記透光性基板の平面面積をＡ１、前記表面封止樹脂シートの平面面積をＡ２、前記太陽電池素子の平面面積をＡ３、前記裏面封止樹脂シートの平面面積をＡ４、前記裏面保護材の平面面積をＡ５としたとき、
   Ａ５＞Ａ４＞Ａ１＞Ａ２＞Ａ３
   を満足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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