JP5489904B2 - 太陽電池モジュール製造装置およ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を製造するための太陽電池モジュール製造装置および太陽電池モジュールの製造方法に関する。

太陽電池素子は、例えば、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板を用いて作製される。この場合の太陽電池素子は物理的衝撃に弱い。また、屋外に太陽電池素子を設置する場合には、これを雨などから保護するために、１つの太陽電池素子または複数の太陽電池素子を電気的に接続したものを、基体とエチレンビニルアセテート共重合体（以下、ＥＶＡという）などを主成分とする充填材との間で封入して、いわゆる太陽電池モジュールを構成することが通常行なわれている。

例えば、少なくとも一主面が曲面形状である基体を備えた太陽電池モジュールは、次のようにして作製される。まず、基体と、充填材と、マトリクスに配置した複数の太陽電池素子とが順次重なるように、これらを袋状容器内に配設する。その後、袋状容器内を加熱するとともに減圧することにより、基体上に充填材により太陽電池素子が封止された太陽電池モジュールが作製される。

特開２００７−２０１３１５号公報

しかしながら、袋状容器内を減圧する際に、袋状容器の自重により太陽電池素子が割れる場合がある。また、太陽電池素子と太陽電池素子との間、すなわち充填材中に気泡が残りやすいことがある。この場合、気泡が製品寿命の低下の原因となることがある。

そこで、本発明は、太陽電池素子が割れにくく、充填材中に気泡が生じにくい太陽電池モジュール製造装置および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。

本発明の一形態に係る太陽電池モジュール製造装置は、基体の上に設けた充填材の中に太陽電池素子を封止した太陽電池モジュールを製造する太陽電池モジュール製造装置であって、前記基体、前記充填材および前記太陽電池素子を収容するものであり、内部の気体を排気することによって容積が小さくなる袋体と、該袋体内に熱風を供給するための熱風供給器と、前記袋体内の気体を排気するための排気管とを備えていることを特徴とする。

また、本発明の一形態に係る太陽電池モジュールの製造方法は、基体、充填材および太陽電池素子を一体にした太陽電池モジュールを製造する太陽電池モジュール製造方法であって、内部の気体を排気することによって容積が小さくなる袋体に、前記基体、前記充填材および前記太陽電池素子を順次積層して収容する工程と、次いで、前記袋体内に熱風を供給する工程と、次いで、前記袋体内の気体を排気して、積層した前記基体、前記充填材および前記太陽電池素子を前記袋体の内側面で押圧する工程とを含むことを特徴とする。

上述の太陽電池モジュール製造装置および太陽電池モジュールの製造方法によれば、太
陽電池素子の割れを抑制することができ、気泡の発生が抑制された太陽電池モジュールを提供することができる。

太陽電池モジュールを模式的に説明するための分解斜視図である。 本発明の一形態に係る太陽電池モジュール製造装置を模式的に説明するための一部断面図である。 本発明の一形態に係る太陽電池モジュール製造装置の部分を模式的に説明するための斜視図である。 本発明の一形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を説明するための給気する熱風の風量および被ラミネート体の温度の時間変化を説明するためのグラフである。 本発明の一形態に係る太陽電池モジュール製造装置を構成する排気管を説明するための断面図である。 ラミネートされた太陽電池モジュールを模式的に説明する断面図である。 比較例を説明するための太陽電池モジュール製造装置を模式的に説明するための一部断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜太陽電池モジュールの基本構成＞
まず、太陽電池モジュールの基本構成について説明する。図１は太陽電池モジュールＭの積層の様子を示す図であり、太陽電池モジュールＭの裏面側からみた分解斜視図である。図１において、１は裏面シート、２は裏面側充填材、３は太陽電池素子３ａの複数が配線材（例えば、ハンダコートされた銅箔等）により電気的に接続された太陽電池素子ストリングが複数列に配置された太陽電池素子マトリクス、４は受光面側充填材、５は基体である。

ここで、基体５は、例えば透光性を有する基板であり、ガラス、ポリカーボネート樹脂またはアクリル樹脂などが使用可能である。ガラスとしては、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラスまたは熱線反射ガラスなどが使用可能であり、例えば厚さ３〜５ｍｍ程度の白板の強化ガラスを使用する。また、ポリカーボネート樹脂またはアクリル樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いる場合には、例えば厚みが５ｍｍ程度の基板が使用可能であるが、平板状のものに限定されない。つまり、このような基体５は、例えば軟化点以上の温度に加熱しながら型押し加工すること、または削り出しなどの機械加工を施すことにより所定の曲面形状に作製されたものを用いることができる。

太陽電池素子マトリクス３は、例えば厚み０．１〜０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンまたは多結晶シリコン基板などから成る太陽電池素子３ａをマトリクス状に配置したものである。この太陽電池素子３ａ内には不純物を熱拡散することなどによりｎ型領域とｐ型領域が作製され、その界面部分において半導体接合が形成されている。さらに、太陽電池素子３ａの受光面側には、例えば窒化シリコン膜などから成る反射防止膜がプラズマＣＶＤ法などで形成される。また、太陽電池素子３ａの表面および裏面には、配線材である電極が、例えば銀などを含む導電ペーストをスクリーン印刷および焼成して形成され、さらに、電極全体をハンダで被覆することにより形成される。

受光面側充填材４および裏面側充填材２は、それぞれＥＶＡまたはポリビニルブチラール（以下、ＰＶＢという）から成り、例えば、押し出し機などにより厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状に成形されたものが用いられる。これらはラミネート装置により減圧下にて加熱を行うことで軟化し、融着して他の部材と一体化する。このＥＶＡまたはＰＶＢは
、酸化チタンまたは顔料等を含有させ白色等に着色させることがあるが、本実施形態では、受光面側充填材４において着色させると、太陽電池素子マトリクス３に入射する光量が減少し、発電効率が低下するため着色せずに透明とするのが好ましい。

また、裏面側充填材２に用いるＥＶＡまたはＰＶＢは着色せずに透明としてもよいし、太陽電池モジュールＭが設置される周囲における設置環境に合わせて、酸化チタンまたは顔料等を含有させて、白色等に着色させても構わない。

裏面シート１は水分を透過しないように、例えば、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、または、アルミナもしくはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどを用いるとよい。

＜太陽電池モジュール製造装置＞
次に、太陽電池モジュール製造装置について説明する。図２はラミネート方法の一例を説明するための太陽電池モジュール製造装置Ｓの一部断面図である。また、図３は図２の太陽電池モジュール製造装置Ｓの一部を示す斜視図である。

図２および図３において、１１は被ラミネート体、１２は袋体である袋状容器、１３は袋状容器１２内への給気を行なうために袋状容器１２に接続された第１給気管、１４は第１熱風発生器、１９は給気口を示す。また、１５は排気管（１５ａは袋状容器１２内に収容された排気管であり、１５ｂは排気管の端部である。）、１８は排気管１５ａの外周側面に設けられた小孔、１６は減圧手段である真空ポンプ、１７は緩衝材である。また、２０は第２給気管、２１は袋状容器１２の全体を加熱する加熱炉、２２は第２熱風発生器を示す。ここで、給気管１３と第１熱風発生器１４とで第１熱風供給器を構成しており、第２給気管２０と第２熱風発生器２２とで第２熱風供給器を構成している。

このように、太陽電池モジュール製造装置Ｓは、基体５の上に設けた充填材（受光面側充填材４，裏面側充填材２）の中に太陽電池素子３ａを封止した太陽電池モジュールＭを製造するものであり、基体５、前記充填材および太陽電池素子３ａを収容するものであり、内部の気体（空気または不活性ガス等の気体）を排気することによって容積が小さくなる袋状容器１２と、この袋状容器１２内に熱風を供給するための少なくとも第１熱風供給器と、袋状容器１２内の気体を排気するための排気管１５とを備えている。

ここで、被ラミネート体１１は、図１に示す積層構造のように、基体５の上に受光面側充填材４、太陽電池素子マトリクス３、裏面側充填材２、裏面シート１をこの順で載置したものである。

袋状容器１２は厚さ０．３〜２．０ｍｍ程度のシリコーンゴム、フッ素ゴムまたはシリコーンフッ素ゴムなどの弾性体フィルムを袋状に成形したものから成る。また、袋状容器１２は被ラミネート体１１を収容可能に開閉可能な図示しないファスナーが設けられており、ファスナーを閉めることで袋状容器１２内を密閉可能にすることができる。また、袋状容器１２の内側面には緩衝材１７を被覆してある。袋状容器１２の大きさは被ラミネート体１１が完全にその内部に収納できればよいが、大きすぎず、例えば図６に示すラミネートされた太陽電池モジュールＭに対して高さ１００ｍｍ程度の隙間を設けることができる大きさがあればよい。

緩衝材１７は、例えばシリコーンゴム等のエラストマーなどから構成される、いわゆる緩衝用ゲルを用いるとよい。

給気管１３は、第１熱風発生器１４に繋がっており、例えばステンレスからなる。

第１熱風発生器１４は熱風の温度を調節することができ、５０〜１００℃程度の熱風を袋状容器１２の内部に供給できるように構成されており、例えばファン、ヒーターおよびコントローラー等から構成されている。

真空ポンプ１６は袋状容器１２の内部を減圧するもので、ロータリーポンプまたはメカニカルブースターポンプなどが用いられる。

袋状容器１２に収容されている排気管１５ａは、被ラミネート体１１の太陽電池素子マトリクス３の外周に配置される。排気管１５ａは太陽電池素子マトリクス３の外周全体を囲むことが好ましいが、長短２辺にわたる長さに構成されるものであっても効果は期待できる。

図３および図５に示すように、袋状容器１２に収容されている排気管１５ａには、排気用の小孔１８が複数設けられている。この小孔１８は、太陽電子マトリクス３に対面する方向で、太陽電池素子３ａと太陽電池素子３ａの間に合わせた位置に設けることがもっとも好ましいが、袋状容器１２全体を排気できればよいので、特に小孔１８の方向、位置は限定されない。

排気管１５の材質はフッ素樹脂またはシリコーンゴム等が用いられる。また、袋状容器１２内に収容されている排気管１５ａの一端側は真空ポンプ１６に接続されており、他端１５ｂ側は閉じられている。

加熱炉２１は、ステンレスなどの金属で作製された密閉構造の箱状をなす。また、加熱炉２１の内部には第２熱風発生器２２が第２給気管２０を介して接続されており、袋状容器１２内部の気体を１００〜２００℃程度に加熱できるように構成されており、上述した第１熱風発生器１４と同様の構成でよい。第２熱風発生器２２と第２給気管２０とで第２熱風供給器を構成している。

なお、加熱炉２１は、第２熱風発生器２２を用いるかわりに、加熱炉２１内にヒーターを配置し、袋状容器１２を直接加熱する構造でもよいし、あるいは、加熱炉２１の外側にヒーターを装備し、加熱炉２１全体を加熱する構造としてもよい。

＜太陽電池モジュールの製造方法＞
次に、太陽電池モジュールの製造方法について説明する。太陽電池モジュールのラミネートは、以下のように行われる。

まず、基本的な製造方法について説明する。基体５、充填材（受光面側充填材４，裏面側充填材２）および太陽電池素子３ａを一体にした太陽電池モジュールＭを製造するために、内部の気体を排気することによって容積が小さくなる袋状容器１２に、基体５、前記充填材および太陽電池素子３ａを順次積層して収容する工程と、次いで、袋状容器１２内に熱風を供給する工程と、次いで、袋状容器１２内の気体を排気して、積層した基体５、前記充填材および太陽電池素子３ａを袋状容器１２の内側面で押圧する工程とを含む。

具体的には、まず、図２および図３に示すように、袋状容器１２の内部に被ラミネート体１１を収容し配置する。すなわち、図１に示すように、基体５と受光面側充填材４と太陽電池素子マトリクス３と裏面側充填材２と裏面シート１とが順次重なるように、これらを袋状容器１２内に配設する。

その後、第１熱風発生器１４から給気管１３を通して袋状容器１２の内部に熱風を送る
。これにより、袋状容器１２の内部の圧力により、袋状容器１２の自重が被ラミネート１１にかかるのを抑制する。その後、図４に示すように、被ラミネート体１１の表面温度が充填材の軟化温度を超えた時点で熱風の供給を調整し、被ラミネート体１１の温度を８０〜１００℃程度で２〜１０分間程保持する。ここで、被ラミネート体１１の表面温度は、不図示の熱電対により測定し、その測定した結果をコントローラーへ信号として送信して第１熱風発生器１４の熱風供給を制御する。

次に、一定時間保持した後、第１熱風発生器１４から袋状容器１２内への熱風の供給を止め、真空ポンプ１６を稼働させて、袋状容器１２の内部を１〜１０００Ｐａ程度に減圧する。次に、袋状容器１２全体を加熱炉２１に収容して加熱する。ここで、被ラミネート体１１の表面温度を１３０〜２００℃程度に保ちながら、この状態を２〜１０分間程度保持する。

このようにして、袋状容器１２内を減圧、加熱することにより、基体５と受光面側充填材４と太陽電池素子マトリクス３と裏面側充填材２と裏面シート１とが一体化してなる積層体である太陽電池モジュールＭを得ることができる。

その後、袋状容器１２の加熱を止め、同時に真空ポンプ１６の運転を止めて袋状容器１２内の減圧を解除してラミネートした太陽電池モジュールＭを取り出す。

これにより、受光面側充填材４および裏面側充填材２が軟化し、これら充填材の中に太陽電池素子マトリクス３を封止することができる。また、袋状容器１２の内部を減圧したことによる気圧差により、収縮した袋状容器１２で被ラミネート体１１を押圧し、被ラミネート体１１の各部材を接着し一体化させることが可能となる。特に、袋状容器１２に被ラミネート体１１を収容して減圧することにより、基体５が曲面形状を備えたものであっても、その曲面形状に沿うように袋状容器１２が押圧することになり、型を使用せずに曲面を備えた任意形状の太陽電池モジュールを簡単な方法で製造することが可能となる。

また、袋状容器１２の内面に緩衝材１７が被覆されているので、袋状容器１２の自重の影響をなくすことができ、太陽電池素子３ａの割れを極力抑制することができる。

また、袋状容器１２内に送り込む空気を加熱するヒーターを設けていることにより、受光面側充填材４および裏面側充填材２の軟化を促進することになり、太陽電池素子３ａにかかる応力を緩和することが可能となる。

また、排気管１５は充填材の側面外周に沿って設けていることにより、袋状容器１２の全体から空気を排出し確実に減圧することが可能になり、充填材中の気泡の発生を抑制することができる。

さらに、排気管１５ａの充填材に対面する側に排気用の孔１８が設けられていることにより、太陽電池素子３ａと太陽電池素子３ａとの間の充填材から確実に排気を行うことが可能となり、充填材中に気泡が発生することを極力抑制することができる。

＜変形例＞
なお、本発明の実施の形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態に多くの修正および変更を加えることができる。例えば太陽電池素子３ａは単結晶または多結晶半導体などの結晶質のバルク系の太陽電池素子に限定されるものではなく、例えば非晶質半導体またはＣＩＧＳ系半導体材料等のカルコパイライト系半導体材料などを用いた薄膜系の太陽電池素子でも適用が可能である。例えば、透光性基板の裏面に太陽電池素子を配置し、その上から充填材をラミネートして太陽電池素子を充填材中に封入するタ
イプの太陽電池モジュールとしてもよい。

次に、より具体的な実施例について説明する。以下にラミネートした太陽電池モジュールを製造するための具体的な条件について説明する。

まず、袋状容器１２の内部に被ラミネート体１１を収納して、この袋状容器１２に給気管１３を接続して、第１熱風発生器１４から袋状容器１２の内部に熱風を送り、被ラミネート体１１を充填材の軟化温度の７０℃程度に加熱し、この温度で５分間程保持した。

これにより、充填材である裏面側充填材２および受光面側充填材４を軟化させて、充填材中に太陽電池素子マトリクス３を封止した。

次に、袋状容器１２に排気管１５を挿入し、袋状容器１２内に収容した排気管１５ａを被ラミネート体１１の周囲付近に配置した。その際、排気管１５に設けられた孔１８は、被ラミネート体側を向くようにした。

次に、真空ポンプ１６を稼働させて、袋状容器１２の内部を１００Ｐａ程度に減圧し、１０分間程度保持した。

次に、袋状容器１２の内部に被ラミネート体１１を収納したまま、これらを加熱炉２１の内部に配置した。熱風発生器２２から加熱炉２１の内部に熱風を送り、被ラミネート体１１を１５０℃程度に加熱し、この温度で１０分間程保持した。

そして、袋状容器１２の内部を減圧したことによる気圧差によって、袋状容器１２で被ラミネート体１１を押圧し、被ラミネート体１１の各部材を接着し一体化した。

次に比較例として、図７に示す装置を用いて太陽電池モジュールＭを製造した。

図７に示すように、袋状容器３１の内部に被ラミネート体３０を収納して、これらを加熱炉３２の内部に配置した。

次に、袋状容器３１に排気管３５をつなぎ、ゴムまたはテープなどで空気の漏れが無いように袋状容器３１の口部分を縛り固定して加熱炉３２の扉を閉めた。

次に、熱風発生器３３から加熱炉３２の内部に熱風を送り、被ラミネート体３０を１３０〜２００℃程度に加熱し、この温度で２〜１０分間程保持した。

次に、真空ポンプ３４を稼働させて、袋状容器３１の内部を１〜１０００Ｐａ程度に減圧し、２〜１０分間程度保持した。これにより、袋状容器３１を加熱するとともに袋状容器３１内を減圧し、一体化してなる積層体を得た。

その後、真空ポンプ３４を止めて減圧を解除すると共に加熱を止め、被ラミネート体２０を取り出した。

太陽電池素子の割れおよび充填材中における気泡の有無について調べた結果、本実施例においては、太陽電池素子の割れは皆無であり、充填材中の気泡は肉眼では確認されなかった。

一方、比較例においては、太陽電池素子の表面にクラックが肉眼で観察される完成品が
３％、また充填材中の気泡が確認されたものが５％程度発生した。

以上により、本実施例の優れた効果を確認することができた。

１：裏面シート
２：裏面側充填材、
３：太陽電池素子マトリクス
３ａ：太陽電池素子
４：受光面側充填材
５：基体
１１：被ラミネート体
１２：袋状容器（袋体）
１３：第１給気管
１４：第１熱風発生器
１５：排気管
１６：真空ポンプ
１７：緩衝材
１８：小孔
２０：第２給気管
２１：加熱炉
２２：第２熱風発生器
Ｍ：太陽電池モジュール
Ｓ：太陽電池モジュール製造装置

Claims (5)

1. 基体の上に設けた充填材の中に太陽電池素子を封止した太陽電池モジュールを製造する太陽電池モジュール製造装置であって、
   前記基体、前記充填材および前記太陽電池素子を収容するものであり、内部の気体を排気することによって容積が小さくなる袋体と、
   該袋体内に熱風を供給するための熱風供給器と、
   前記袋体内の気体を排気するための排気管とを備えていることを特徴とする太陽電池モジュール製造装置。
2. 加熱炉をさらに備え、該加熱炉内に前記袋体を収容してい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製造装置。
3. 前記袋体の内側面に緩衝材が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール製造装置。
4. 前記排気管の一部が前記袋体内に設けられており、前記袋体内に設けられている前記排気管の一部の外周側面に排気用の小孔が複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽電池モジュール製造装置。
5. 基体、充填材および太陽電池素子を一体にした太陽電池モジュールを製造する太陽電池モジュール製造方法であって、
   内部の気体を排気することによって容積が小さくなる袋体に、前記基体、前記充填材および前記太陽電池素子を順次積層して収容する工程と、
   次いで、前記袋体内に熱風を供給する工程と、
   次いで、前記袋体内の気体を排気して、積層した前記基体、前記充填材および前記太陽電池素子を前記袋体の内側面で押圧する工程とを含むことを特徴とする太陽電池モジュール製造方法。

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