JP2011044598A - 太陽電池基板の接続装置および太陽電池基板の接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】点支持や線支持では自重で反りを生じるような薄い太陽電池基板であっても、太陽電池基板の割れや反りの発生を抑制して歩留りを向上させることができる太陽電池基板の接続装置を得るものである。
【解決手段】第１のタブリード線に半田層を介して裏面電極が位置合せされた太陽電池基板が裏面電極側を下方に向けて載置される透光性の支持台と、表面電極に半田層を介して第２のタブリード線が位置合せされ、第２のタブリード線を表面電極に上方から加圧接触する透光性の押さえ治具と、支持台に光を透過させ、裏面電極および第１のタブリード線を加熱する第１の集光ヒーターと、押さえ治具に光を透過させ、表面電極および第２のタブリード線を加熱する第２の集光ヒーターと、第１のタブリード線、第２のタブリード線および太陽電池基板を一体として支持台および押さえ治具を移動させる移動機構とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、太陽電池基板の電極とタブリード線とを半田付けにより接続する太陽電池基板の接続装置および接続方法に関するものである。

各種の太陽電池の中で、とくに非晶質シリコン系太陽電池や結晶シリコン系太陽電池などは、変換効率が高く、製造コストも安価であることから、３ｋＷ程度の家庭用小型発電装置から数百ｋＷ級の大型発電装置まで用いられている。これらの太陽電池基板を並べて構成される太陽電池モジュールは、複数の太陽電池基板をタブリード線によって電気的に接続してストリングを形成する工程と、該ストリングを透明なカバー材と保護材との間に封止材を挟んでラミネートする工程とを経て製造されている。

太陽電池モジュールを製造する場合の太陽電池基板の接続方法としては、接続するための太陽電池基板を隣接して配置し、一方の太陽電池基板の受光面側に形成された集電電極と、他方の太陽電池基板の裏面側に形成された裏面電極との両方に、表面に半田層が形成されたタブリード線を密着させたのちに、該タブリード線の加熱・溶着・冷却の各過程を経て接続する方法が一般的である。この場合、集電電極、裏面電極およびタブリード線の表面は、あらかじめ半田付け用前処理が施されている。

しかしながら、このような接続方法においては、通常加熱・溶着・冷却工程はタブリード線の溶着部分の全長に亘って連続して行われるので、溶着後室温まで温度低下するに従い、主として太陽電池基板とタブリード線との熱膨張率の差によって基板側に熱ストレスがかかり、太陽電池基板に割れが生じたり、反りが発生したりする場合がある。割れが生じた場合は、その太陽電池基板は使用できなくなり、反りが発生した場合は、後工程でのラミネートやモジュール組立時に割れてしまう場合があり、いずれも歩留りを低下させる原因となる。

一方、市場の需要増と相まって市場からはさらなる大幅なコストダウンの要請もあり、結晶シリコン系太陽電池を構成するシリコン基板の使用量をより少なくする一つの手段として、シリコン基板の厚みをこれまでの２００μｍ程度から、１００μｍ程度までさらに薄くする必要性がある。シリコン基板の厚みが１００μｍ程度になると、点支持あるいは線支持でシリコン基板を支持した場合、自重でシリコン基板の端部が垂れ下がるような反りが生じる。したがって、上述のようなタブリード線の接続工程における熱ストレスによる太陽電池基板の割れや反りの問題はより顕著になる。

このような問題を解決する従来の方法として、太陽電池基板の上部と下部にそれぞれ同一のタブリード線を押しつけながら基板送りを行う機構を有するローラ付きハイブリッド型集光ヒーターを配置し、太陽電池基板の表面と裏面の両面に並行にタブリード線を接続する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１６５４９８号公報（５頁、図１０）

しかしながら、従来の太陽電池基板の表面と裏面を同一のローラ付きハイブリッド型集光ヒーターにより加熱する方法では、太陽電池基板の表面と裏面を同一の加熱方法で半田を溶解するため、太陽電池基板の表裏方向に対する熱ストレス差による太陽電池基板の破損や反りを抑制する効果はあるものの、太陽電池基板の厚みが１００μｍ程度と薄い場合にはハイブリッド型集光ヒーターのローラ部分のみの線支持で太陽電池基板を支持することになるため、太陽電池基板の一部分に応力が集中し太陽電池基板に割れや反りが発生しやすく、歩留りが低下するという問題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、太陽電池基板の表面と裏面とにタブリード線を接続する太陽電池基板の接続工程において、点支持や線支持では自重で反りを生じるような薄い太陽電池基板であっても、太陽電池基板の割れや反りの発生を抑制して歩留りを向上させることができる太陽電池基板の接続装置を得るものである。

この発明に係わる太陽電池基板の接続装置においては、第１のタブリード線に半田層を介して裏面電極が位置合せされた太陽電池基板が裏面電極側を下方に向けて載置される透光性の支持台と、表面電極に半田層を介して第２のタブリード線が位置合せされ、第２のタブリード線を表面電極に上方から加圧接触する透光性の押さえ治具と、支持台に光を透過させ、裏面電極および第１のタブリード線を加熱する第１の集光ヒーターと、押さえ治具に光を透過させ、表面電極および第２のタブリード線を加熱する第２の集光ヒーターと、第１のタブリード線、第２のタブリード線および太陽電池基板を一体として支持台および押さえ治具を移動させる移動機構とを備えたものである。

この発明は、透光性の支持台で太陽電池基板全体を支持することができるので、点支持や線支持では自重で反りを生じるような薄い太陽電池基板であっても、太陽電池基板の割れや反りの発生を抑制して歩留りを向上させることができる。

この発明の実施の形態１による太陽電池基板の接続装置の模式図である。 この発明の実施の形態１による太陽電池基板の接続装置の斜視図である。 この発明の実施の形態２による太陽電池基板の接続装置の模式図である。 この発明の実施の形態３による太陽電池基板の接続方法の説明図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施するための実施の形態１における太陽電池基板の接続装置の模式図である。太陽電池基板１は、受光面側に集電電極である表面電極２が形成されており、裏面には裏面電極３が形成されている。この太陽電池基板１は、複数の太陽電池基板を直列に接続するために並べて配置されている。太陽電池基板１の裏面電極３の下にはタブリード線４が配置され、タブリード線４は隣接する別の太陽電池基板１の表面電極２の上に配置されたタブリード線５と接続されている。

表面電極２および裏面電極３は、それぞれ２本並列に線状に形成されており、それらの電極は表裏で対向する位置に形成されている。電極の幅は例えば約２ｍｍである。裏面側のタブリード線は、裏面電極３に重ねて接続させるために線状あるいは波線状の金属材料で構成されており、その幅は裏面電極の幅と同じ約２ｍｍである。また、表面側のタブリード線５は、表面電極２に重ねて接続させるために線状の金属材料で構成されており、表面電極２からはみ出さないように、表面電極２より若干幅が狭く設定されている。なぜなら、表面電極からタブリード線がはみ出ると、受光面積が狭くなるからである。

また、裏面側のタブリード線４は赤外線を透過する石英ガラス製の支持台６に密着配置されており、支持台６は裏面側のタブリード線４、太陽電池基板１および表面電極側のタブリード線５を全て支えている。さらに、支持台６の下方には裏面電極側のタブリード線４を加熱する位置に赤外線を照射する集光ヒーター７が配置されている。タブリード線４と集光ヒーター７との間にはスリット８が配置されており、スリット８の開口部分を透過した赤外線のみが石英ガラス６を透過してタブリード線４に照射される。

表面側のタブリード線５の上方には、押さえ治具９が配置されている。押さえ治具９は、表面側のタブリード線５を太陽電池基板１の表面に密着させる役目と裏面側のタブリード線４を太陽電池基板１の裏面側に密着させる役目とを有している。押さえ治具９も赤外線を透過する支持台６と同じ材質の石英ガラスを用いている。さらに、押さえ治具９の上方には表面電極側のタブリード線５を加熱する位置に赤外線を照射する集光ヒーター１０が配置されている。タブリード線５と集光ヒーター１０との間にはスリット１１が配置されており、スリット１１の開口部分を透過した赤外線のみが押さえ治具９を透過してタブリード線５に照射される。

スリット８およびスリット１１は、赤外線の照射面積を制御する目的で配置され、太陽電池基板１に対する熱ストレスを最小限に抑えるためにできるだけ小さな開口部が好ましく、具体的には、ここではタブリード線４、５の全幅を同時に加熱できるようにスリットの開口部を１００μｍ×２．１ｍｍの長方形としている。

図２は、本実施の形態における太陽電池基板の接続装置の斜視図である。図２に示すように、石英ガラス製の支持台６に太陽電池基板１が並んで配置されており、支持台６側が裏面でその反対側（上側）が受光面である。受光面に形成された直線状の２本の表面電極（図示せず）の上に表面側のタブリード線５が重ねて配置されており、このタブリード線５は隣の太陽電池基板１の下に配置されている裏面側のタブリード線４に接続されている。裏面側タブリード線４は、直線状に形成された裏面電極（図示せず）の下に重なるように配置されている。表面電極と裏面電極とは太陽電池基板１を挟んで対向する位置に２本形成されており、それらの電極に位置合せされて配置されるタブリード線（４、５）は、１枚の太陽電池基板１の表面から隣の太陽電池基板１の裏面に回りこむように直線状に配置される。表面側のタブリード線５の上には、石英ガラス製の押さえ治具９が配置されている。

支持台６には、太陽電池基板１をより水平状態のまま支持できるように、タブリード線４の厚みとほぼ同じ深さで、タブリード線４の幅よりやや広い幅の溝１２が直線状に２本形成されている。同様に、押させ治具９にも太陽電池基板１をより均一に押さえることができるように、タブリード線５の厚みとほぼ同じ深さで、タブリード線５の幅よりやや広い幅の溝１３が直線状に２本形成されている。

また、図２に示したように、裏面側のタブリード線４を加熱するための集光ヒーター７は直管状であり、２本のタブリード線４それぞれに対して開口部が形成されたスリット８通過した赤外線が裏面側のタブリード線４に照射される。同様に、表面側のタブリード線５を加熱するための集光ヒーター１０も直管状であり、２本のタブリード線５それぞれに対して開口部が形成されたスリット１１通過した赤外線が裏面側のタブリード線５に照射される。

また、支持台６には、太陽電池基板１およびタブリード線４を予備加熱できるようにヒーターなどの予備加熱機構が備えられている。具体的には、支持台６は、タブリード線４の半田が溶融しない程度の温度範囲（１００〜２００℃）に加熱されており、望ましくは１６０℃程度に加熱されている。さらに、表面側の押さえ治具９にも支持台６と同様な予備加熱機構を設けることができる。

さらに、支持台６および押さえ治具９を一体として、図１および図２に示した矢印の方向に移動させる移動機構（図示せず）が備えられている。

次に、本実施の形態の太陽電池基板の接続装置を用いた太陽電池基板の接続方法について説明する。図１に示すように、支持台６の上に裏面側のタブリード線４を載せ、このタブリード線４に重なるように裏面電極３を位置合せして太陽電池基板１を載せ、この太陽電池基板１の表面電極に重なるように表面側のタブリード線５を位置合せして載せ、さらに押さえ治具９をその上に載せる。この押さえ治具９を太陽電池基板１側に押さえ込むことで、表面側のタブリード線５、太陽電池基板１および裏面側のタブリード線４を固定することができる。

タブリード線４、５の半田付け位置の上方および下方に設置された集光ヒーター７、１０の電源が投入され、あらかじめ定められた制御アルゴリズムにしたがって、集光ヒーター７、１０への供給電力が制御されることによって、タブリード線４、５の半田接続部への赤外線照射量が制御される。半田付け位置では、このように制御された集光ヒーター７、１０からの赤外線の照射によって半田が溶融して、表面電極２とタブリード線５、裏面電極３とタブリード線４とが接続される。次に、移動機構によってタブリード線４、５、太陽電池基板１、支持台６および押さえ治具９は一体となって図１中の矢印で示した方向へ移動される。移動されたことによって赤外線の照射が停止され、溶融された半田が冷却固化することにより、表面電極２とタブリード線５、裏面電極３とタブリード線４との半田接続が完了する。

このような動作によって、タブリード線４、５の半田を局部的に溶融された後、半田付け位置から移動されて冷却されることによって、一つの太陽電池基板１の表面電極２および裏面電極３に連続的にタブリード線４、５を半田接続することが可能となる。また、並べられた複数の太陽電池基板に上述のような半田接続を連続して行なうことにより、所定の枚数の太陽電池基板を連続的に直列接続することができる。

このように構成された太陽電池基板の接続装置においては、太陽電池基板を下からほぼ全面で支える支持台によって支持しているので、点支持や線支持では自重で反りを生じるような薄い太陽電池基板であっても、太陽電池基板の割れや反りの発生を抑制して歩留りを向上させることができる。また、支持台および押さえ治具を透光性の石英ガラスで構成し、集光ヒーターの赤外線で表面電極および裏面電極とタブリード線とを接続しているので、太陽電池基板の表面と裏面とのタブリード線を同一の加熱方法で半田を溶解させることができる。その結果、太陽電池基板の表裏方向に対する熱ストレス差を最小限に抑えることができるので、太陽電池基板の破損や反りをさらに抑制して歩留りを向上させることができる。

また、支持台および押さえ治具を透光性の石英ガラスで構成しているので、表面電極あるいは裏面電極とタブリード線とのずれを目視することができるので、ずれを確認しながらタブリード線の半田付け作業を実施することができる。

なお、本実施の形態においては、支持台として石英ガラスを用いたが、加熱熱源である集光ヒーターの光を透過し、２００℃程度の耐熱性を有するものであれば、他の材料例えば耐熱性ガラスなどを用いることができる。また、集光ヒーターとして、直管状のものを用いたが、点光源のようなスポットヒーターやレーザー光源などを用いることができる。

また、本実施の形態においては、タブリード線４、５の全幅を加熱できるようにスリットとして長方形の開口部を用いたが、タブリード線の幅に対して一部分のみを加熱するために小さな開口部となるように、開口部の形状を円や楕円、正方形などの形状としても構わない。

さらには、半田付け位置から移動されて半田が冷却されるときに、冷却を迅速に行なうために、局所的に不活性ガスや窒素ガスなどを吹き付けることによって冷却をおこなってもよい。

なお、本実施の形態においては、受光面側の表面電極（集電電極）を上に、裏面電極を下にしてタブリード線の接続を行なう方法を示したが、表面電極を下側に配置してもよい。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施するための実施の形態２における太陽電池基板の接続装置の模式図である。本実施の形態においては、支持台を金属製の下基板と透光性の上基板とで構成したものである。支持台以外の構成は、実施の形態１と同様であるので、主として支持台について説明する。

図３において、支持台６は、ステンレス製の下基板１４とその上部に載置された石英ガラス製の上基板１５とで構成されている。下基板１４には、集光ヒーター７から出射される赤外線が太陽電池基板１の裏面に配置される裏側のタブリード線４に照射されるように赤外線を透過させる赤外線透過孔１６が形成されている。この赤外線透過孔１６は、その開孔形状や開孔面積を適宜設定することで、スリットの機能を備えることができる。赤外線透過孔１６を通過した赤外線は、上基板１５を透過してタブリード線４に照射される。

石英ガラス製の上基板１５には、実施の形態１と同様に、太陽電池基板１をより水平状態のまま支持できるように、タブリード線４の厚みとほぼ同じ深さで、タブリード線４の幅よりやや広い幅の溝が直線状に２本形成されている。

次に、本実施の形態の太陽電池基板の接続方法について説明する。図３に示すように、上基板１５の上に裏面側のタブリード線４を載せ、このタブリード線４に重なるように裏面電極３を位置合せして太陽電池基板１を載せ、この太陽電池基板１の表面電極に重なるように表面側のタブリード線５を位置合せして載せ、さらに押さえ治具９をその上に載せる。この押さえ治具９を太陽電池基板１側に押さえ込むことで、表面側のタブリード線５、太陽電池基板１および裏面側のタブリード線４を固定することができる。

タブリード線４、５の半田付け位置の上方および下方に設置された集光ヒーター７、１０の電源が投入され、あらかじめ定められた制御アルゴリズムにしたがって、集光ヒーター７、１０への供給電力が制御されることによって、タブリード線４、５の半田接続部への赤外線照射量が制御される。半田付け位置では、このように制御された集光ヒーター７、１０からの赤外線の照射によって半田が溶融して、表面電極２とタブリード線５、裏面電極３とタブリード線４とが接続される。次に、移動機構によってタブリード線４、５、太陽電池基板１、支持台６および押さえ治具９は一体となって図３中の矢印で示した方向へ移動される。移動されたことによって赤外線の照射が停止され、溶融された半田が冷却固化することにより、表面電極２とタブリード線５、裏面電極３とタブリード線４との半田接続が完了する。

このような動作によって、タブリード線４、５の半田を局部的に溶融された後、半田付け位置から移動されて冷却されることによって、一つの太陽電池基板１の表面電極２および裏面電極３に連続的にタブリード線４、５を半田接続することが可能となる。また、並べられた複数の太陽電池基板に上述のような半田接続を連続して行なうことにより、所定の枚数の太陽電池基板を連続的に直列接続することができる。

このように構成された太陽電池基板の接続装置においては、太陽電池基板を下からほぼ全面で支える支持台によって支持しているので、点支持や線支持では自重で反りを生じるような薄い太陽電池基板であっても、太陽電池基板の割れや反りの発生を抑制して歩留りを向上させることができる。また、支持台および押さえ治具を透光性の石英ガラスで構成し、集光ヒーターの赤外線で表面電極および裏面電極とタブリード線とを接続しているので、太陽電池基板の表面と裏面とのタブリード線を同一の加熱方法で半田を溶解させることができる。その結果、太陽電池基板の表裏方向に対する熱ストレス差を最小限に抑えることができるので、太陽電池基板の破損や反りをさらに抑制して歩留りを向上させることができる。

また、支持台を金属製の下基板１４と石英ガラス製の上基板１５とで構成しているので、下基板１４で支持台６に必要な剛性を確保して高コストな石英ガラス製の上基板１５を薄くすることができるので、支持台６を低コストで作製することができる。

実施の形態３．
図４は、実施の形態３における太陽電池基板の接続方法を説明する説明図である。本実施の形態においては、実施の形態２に示した太陽電池基板の接続装置を用いて、太陽電池基板にタブリード線を接続する方法を説明する。

図４において、図中の丸数字は、タブリード線４に半田接続を行なう場所の順番を示している。最初に、図４で示した太陽電池基板１の右端部の丸数字１の位置が半田付け位置になるように、移動機構によってタブリード線４、５、太陽電池基板１、支持台６および押さえ治具９が一体となって移動され、丸数字１の位置で半田付けが行なわれる。次に、図４で示した太陽電池基板１の中央部の丸数字２の位置が半田付け位置に移動され、この位置で半田付けが行なわれる。さらに、図４で示した太陽電池基板１の左端部の丸数字３の位置が半田付け位置に移動され、この位置で半田付けが行なわれる。このようにして、タブリード線４と太陽電池基板１との位置を決定し、タブリード線４の熱膨張によるノビを抑制すると同時に基板端部から連続的に半田づけを実施する場合に比べて、太陽電池基板の加熱を抑制する効果が得られる。

次に、丸数字１の位置と丸数字２の位置とのほぼ中央付近の丸数字４の位置、同様に丸数字２の位置と丸数字３の位置との中央付近の丸数字５の位置を順次半田付け位置に移動して、それぞれの位置で半田付けを行なう。

このようにして断続的にタブリード線の半田付けを行なうことで、太陽電池基板の厚が１００μｍ程度の極薄の太陽電池基板において、基板の割れや反りを発生させることなく半田付けを行なうことが可能となり、歩留りを向上させることができる。

１ 太陽電池基板、 ２表面電極、 ３ 裏面電極、 ４、５ タブリード線、
６ 支持台、 ７、１０ 集光ヒーター、 ８、１１ スリット、 ９ 押さえ治具、
１２、１３ 溝、１４ 下基板、 １５ 上基板、 １６ 赤外線透過孔

Claims (3)

1. 受光面に表面電極、前記受光面と反対側の面に裏面電極を備えた太陽電池基板にタブリード線を半田接続する太陽電池基板の接続装置であって、
   第１のタブリード線に半田層を介して前記裏面電極が位置合せされた前記太陽電池基板が前記裏面電極側を下方に向けて載置される透光性の支持台と、
   前記表面電極に半田層を介して第２のタブリード線が位置合せされ、前記第２のタブリード線を前記表面電極側に上方から加圧接触する透光性の押さえ治具と、
   前記支持台に光を透過させ、前記裏面電極および前記第１のタブリード線を加熱する第１の集光ヒーターと、
   前記押さえ治具に光を透過させ、前記表面電極および前記第２のタブリード線を加熱する第２の集光ヒーターと、
   前記第１のタブリード線、前記第２のタブリード線および前記太陽電池基板を一体として前記支持台および前記押さえ治具を移動させる移動機構と
   を備えたことを特徴とする太陽電池基板の接続装置。
2. 受光面に表面電極、前記受光面と反対側の面に裏面電極を備えた太陽電池基板にタブリード線を半田接続する太陽電池基板の接続装置であって、
   第２のタブリード線に半田層を介して前記表面電極が位置合せされた前記太陽電池基板が前記表面電極側を下方に向けて載置される透光性の支持台と、
   前記裏面電極に半田層を介して第１のタブリード線が位置合せされ、前記第１のタブリード線を前記表面電極側に上方から加圧接触する透光性の押さえ治具と、
   前記支持台に光を透過させ、前記表面電極および前記第２のタブリード線を加熱する第２の集光ヒーターと
   前記押さえ治具に光を透過させ、前記裏面電極および前記第１のタブリード線を加熱する第１の集光ヒーターと
   前記第１のタブリード線、前記第２のタブリード線および前記太陽電池基板を一体として前記支持台および前記押さえ治具を移動させる移動機構と
   を備えたことを特徴とする太陽電池基板の接続装置。
3. 受光面に表面電極、前記受光面と裏側の面に裏面電極を備えた太陽電池基板にタブリード線を接続する請求項１記載の太陽電池基板の接続装置を用いた太陽電池基板の接続方法であって、
   第１のタブリード線に半田層を介して前記裏面電極を位置合せする第１の工程と、
   前記表面電極に半田層を介して第２のタブリード線を位置合せする第２の工程と、
   前記第１の工程および第２の工程の後に前記太陽電池基板の一方の端部の前記裏面電極および前記第１のタブリード線を第１の集光ヒーターによって加熱するとともに、前記一方の端部の裏面に相当する位置の前記表面電極および前記第２のタブリード線を第２の集光ヒーターによって加熱する第３の工程と、
   この第３の工程の後に前記太陽電池基板の略中央部の前記裏面電極および前記第１のタブリード線を第１の集光ヒーターによって加熱するとともに、前記略中央部の裏面に相当する位置の前記表面電極および前記第２のタブリード線を第２の集光ヒーターによって加熱する第４の工程と、
   この第４の工程の後に前記太陽電池基板の他方の端部の前記裏面電極および前記第１のタブリード線を第１の集光ヒーターによって加熱するとともに、前記他方の端部の裏面に相当する位置の前記表面電極および前記第２のタブリード線を第２の集光ヒーターによって加熱する第５の工程と
   を備えたことを特徴とする太陽電池基板の接続方法。

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