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

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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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