JP2017022204A - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化によって変形が生じ、前面板の平滑性が損なわれることを抑制可能な太陽電池モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】所定の線膨張係数を有して構成される発電素子４と、所定の線膨張係数よりも大きな線膨張係数を有する背面板３とを、樹脂によって構成された第１封止材５ａを介して重ね合わせた後、所定の温度において発電素子４と背面板３とを第１封止材５ａを介して一体化させる第１工程と、第１工程によって一体化された発電素子４および背面板３と前面板２とを熱架橋性もしくは熱可塑性を有する樹脂である第２封止材５ｂを介して重ね合わせ、所定の温度より高い温度によって加熱し、その後冷却することによって発電素子４、背面板３および前面板２とを一体化させる第２工程とを備えている。【選択図】図１

Description

この発明は、前面板と背面板との間に、太陽光を電力に変換する発電素子（太陽電池）が設けられた太陽電池モジュールの製造方法に関するものである。

特許文献１には、太陽電池モジュールの成形時に生じる反りを予測して、その反りと反対の方向に反りを付与することにより、反りを打ち消す技術が記載されている。特許文献１の記載によると、熱膨張係数の異なる２枚の板材を貼り合わせたバイメタル構造体を載置させて、太陽電池モジュールの加熱工程および真空工程を行う。特許文献１には、この構成により反りが打ち消され、太陽電池モジュールを成形する際に生じる反りを抑制することができると記載されている。

また、特許文献２に記載された装置では、太陽電池モジュールを形成する表面材と背面材とが、ほぼ同一の線膨張係数を有する部材によって構成されている。特許文献２によると、この構成により、太陽電池モジュールが加熱されたときに、表面材と背面材とがそれぞれ逆方向に変形すると記載されている。特許文献２には、そのため、表面材と背面材とが互いに反りを相殺するため、太陽電池モジュールを平坦な形状にすることができると記載されている。

特開２０１０−２５８３８０号公報 実開昭６３−０４３４５７号公報

太陽電池モジュールは、成形される工程に加熱工程が含まれる。そのため、前面板、背面板および太陽電池のそれぞれが有する線膨張係数の差が大きいと、高温から低温に変化したときにおける各部材の収縮量の相違により、太陽電池モジュールが変形するおそれがある。例えば、前面板が樹脂パネルによって構成され、太陽電池がシリコンによって構成された太陽電池モジュールでは、線膨張係数の差が大きいため、温度変化によって前面板に凹凸が生じるおそれがある。

上述したように、特許文献１には、反り付与手段によって、太陽電池モジュールに生じる反りと逆の反りを付与することで、製造された太陽電池モジュールを平坦な形状にできると記載されている。しかしながら、特許文献１に記載の方法では、バイメタル構造等の反り付与手段が必要になるため、部材が増加するとともに、製造方法が複雑化するおそれがある。

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、温度変化によって変形が生じ、前面板の平滑性が損なわれることを抑制可能な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ものである。

上記目的を達成するために、この発明は、対向して配置される前面板と背面板との間に配置され、一方の面が背面板に対向するように配置された発電素子とを備えた太陽電池モジュールの製造方法において、所定の線膨張係数を有して構成される前記発電素子と、前記所定の線膨張係数よりも大きな線膨張係数を有する前記背面板とを、樹脂によって構成された第１封止材を介して重ね合わせた後、所定の温度において前記発電素子と前記背面板とを前記第１封止材を介して一体化させる第１工程と、前記第１工程によって一体化された前記発電素子および前記背面板と前記前面板とを熱架橋性もしくは熱可塑性を有する樹脂である第２封止材を介して重ね合わせ、前記所定の温度より高い温度によって加熱し、その後冷却することによって前記発電素子、前記背面板および前記前面板とを一体化させる第２工程とを備えていることを特徴とするものである。

この発明によれば、第１工程では、背面板と発電素子との間に配置された第１封止材によって、背面板と発電素子とを一体化させる。そして、第２工程では、一体化された背面板および発電素子と前面板とを、第２封止材によって一体化させる。このとき、第１封止材は、第１工程において所定の温度で硬化されるとともに、第２工程の加熱処理においては流動しない。そのため、背面板と太陽電池とが一体化された状態において、第２工程が行われる。第２工程において加熱されたときには、一体化された背面板と発電素子との線膨張係数差によって、太陽電池モジュールが前面板側もしくは背面板側のいずれか一方に反るような変形が生じる。また、第２工程において冷却されたときには、背面板と発電素子との線膨張係数差によって、太陽電池モジュールが前面板側もしくは背面板側のいずれか他方に反るような変形が生じる。したがって、第２工程における加熱時に生じる反りと冷却時に生じる反りとによって、太陽電池モジュールに生じる変形量を相殺することができる。つまり、製造された太陽電池モジュールを平坦な形状に形成することができる。

この発明の実施例における太陽電池モジュールを説明する図であり、図２に示すII-II線に沿う断面図である。 この発明の実施例における太陽電池モジュールを模式的に示した上面図である。 この発明の実施例における太陽電池モジュールの製造方法を説明する図であり、（ａ）は、第１工程を説明するための模式図であり、（ｂ）は、第２工程を説明するための模式図である。 この発明の実施例における太陽電池モジュールの他の例を説明する図２に対応する上面図である。 この発明の実施例における太陽電池モジュールのさらに他の例を説明する図２に対応する上面図である。 図５に示すV-V線に沿う断面図である。 図６に示す太陽電池モジュールにおいて、隣り合う太陽電池同士の近傍を拡大した図である。 この発明の実施例における太陽電池モジュールの製造方法の他の例を説明する図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施例における太陽電池モジュール１の好適な実施形態について詳細に説明する。この太陽電池モジュール１は、互いに対向した前面板２および背面板３と、前面板２と背面板３との間に配置された発電素子である複数の太陽電池４と、複数の太陽電池４を封止する封止材５とを備える。なお、以下の説明では、太陽電池４は、複数配置されているが、便宜上、全て同一の符号を付して説明する。

背面板（バックシート）３は、太陽電池モジュール１の背面、つまり基体となる部分である。背面板３の表面、すなわち、太陽電池４と対向する面は、第２封止材５ｂが載置され、かつ後述するスペーサ６の一方が接合される面となっている。また、背面板３における太陽電池４と反対の面は、太陽電池モジュール１の裏面を構成している。背面板３は、所定の強度および剛性となるようにアルミ合金によって構成されている。背面板３に用いられるアルミ合金の線膨張係数は、太陽電池４に用いられるシリコンの線膨張係数より大きい。なお、背面板３は、この他にも、鉄、アルミ、ポリカーボネートなどの樹脂、繊維強化プラスチック、またはそれらを面材とし、２面の間にハニカム構造のような構造部材や樹脂などを備えて形成されることもある。

太陽電池４は、角形状に形成された発電素子であり、所定の線膨張係数を有する結晶系のＳｉ（シリコン）セルによって形成されている。この太陽電池４は、他にも、非晶質シリコン、薄膜系、有機系材料などから構成される。太陽電池４は、一方の面が背面板３と対向され、格子状の間隙を空けて複数配置されている。また、太陽電池４の背面板３と向かい合う面には、後述するスペーサ６の他方が接合される。複数配置された太陽電池４は、所定の定格電力を出力できるように、隣り合う太陽電池４の異なる極性を有する電極同士が直列で接続されている。

前面板２は、太陽電池モジュール１における太陽光が当たる受光面を形成している。前面板２は、長期に亘って良好な耐候性、堅牢性および透光性を保持可能な材料であるポリカーボネート（ＰＣ）が用いられて構成されている。前面板２は、この他にも、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などから構成される。

封止材５は、前面板２と背面板３との間に配置され、前面板２、太陽電池４および背面板３を固定したり、太陽電池４を封止することで保護したりする。この発明の実施例における封止材５は、太陽電池４と背面板３との間に配置される第１封止材５ａと、太陽電池４と前面板２との間に配置される第２封止材５ｂとによって構成されている。

第１封止材５ａは、常温で硬化する樹脂材料により構成され、低温硬化樹脂もしくは弾性接着剤によって構成されている。なお、ここで言う常温とは、この発明の実施例における所定の温度に相当する。第１封止材５ａを構成する材料として、例えば、アクリル系弾性接着剤、変性シリコーン弾性接着剤、ウレタン系樹脂、弾性エポキシ樹脂などによって形成されている。また、第２封止材５ｂは、熱架橋性樹脂もしくは、熱可塑性樹脂によって構成されている。第２封止材５ｂを構成する材料として、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、イオン架橋ポリオレフィン（アイオノマ樹脂）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などの材料により形成される。前面板２および第２封止材５ｂを透過した光が太陽電池４に入射し、太陽電池４において光エネルギーが電力に変換される。

この発明の実施例における太陽電池モジュール１は、背面板３と太陽電池４との間に、スペーサ６が配置される。スペーサ６は、シリコーン樹脂などから形成された部材で、太陽電池４と背面板３との間隙を保つように配置される。そのため、スペーサ６の形状は、太陽電池４と平行な方向に長尺であるとともに、太陽電池４および背面板３に当接する程度の幅を有する部材である。そして、スペーサ６は、幅方向における一方の面が背面板３に接合され、他方の面が太陽電池４に接合される。スペーサ６と太陽電池４および背面板３との接合は、弾性を有する図示しない接着剤によって接合されている。この接着剤は、太陽電池４および背面板３が一体化されるときに生じる変形に追従できる程度の弾性力を有している。上述したスペーサ６は、図２に示すように、１つの太陽電池４につき２箇所に平行に設けられている。

次に、図３を用いてこの発明の実施例における太陽電池モジュール１の製造方法である第１工程および第２工程について説明する。まず、第１工程を説明すると、太陽電池４の背面板３と対向する面に、上述した接着剤によってスペーサ６を取り付ける。このとき、接着剤によって太陽電池４とスペーサ６とを固定する箇所は、スペーサ６の幅方向において太陽電池４と対向する面のうち、一部もしくは全部のどちらでもでもよい。そして、背面板３の太陽電池４が配置される部位に第１封止材５ａを塗布する。つまり、背面板３とスペーサ６の幅方向において太陽電池４と対向する面とが、第１封止材５ａによって接合される。

その後、背面板３に塗布された第１封止材５ａの上に、配線済みの太陽電池（セルストリングス）４を配置する。そして、図３（ａ）に示すように、背面板３、第１封止材５ａおよびスペーサ６、太陽電池４の順に積層された各部材の上に、離形性および一定の重量を有する板状の離形板７を載置する。離形板７により積層された各部材が所定の荷重を受けた状態で、所定の温度において第１封止材５ａを硬化させる。第１封止材５ａが硬化したら、積層された各部材の上から離形板７を外して第１工程が完了する。

次に、第２工程について説明する。まず、第１工程によって一体化された各部材において、太陽電池４の上から第２封止材５ｂ、前面板２をこの順に載せる。そして、図３（ｂ）に示すように、積層された各部材を第１工程の所定の温度より高い温度で加熱し、高温状態にしてから真空ラミネートを行う。このとき、真空バックによる高温真空ラミネート加工を行うことが好ましい。

真空ラミネートは、積層された各部材を被覆するようにラバーヒータ８を配置し、図３（ｂ）における左側に設けられたラバーヒータ８の隙間から、図示しない真空ポンプによって、ラバーヒータ８内を真空状態にする。ラバーヒータ８内が真空状態になったことにより、ラバーヒータ８が密着することにより積層された各部材が圧着される。その後、積層された各部材を自然冷却することにより、第２工程が完了し、図１に示すような層を形成することで太陽電池モジュール１が製造される。

すなわち、上述した工程のうち、第１工程は、太陽電池４と背面板３とを第１封止材５ａによって、所定の温度で一体化させる工程である。そして、第２工程は、第１工程によって一体化された背面板３、第１封止材５ａ、スペーサ６および太陽電池４と、前面板２とを第２封止材５ｂを介して積層させ、所定の温度より高い温度で真空ラミネートすることで一体化させる工程である。

この方法により太陽電池モジュール１を製造すると、第１封止材は、第１工程において所定の温度で硬化されるとともに、第２工程の所定の温度より高い加熱処理においては第１封止材５ａが流動しない。すなわち、背面板３と太陽電池４とが一体化された状態において第２工程が行われる。そのため、図３（ｂ）に示すように、加熱されたときに、線膨張係数の差によって、背面板３の太陽電池４と重なる部位において、太陽電池４と反対方向に凸になるような反りが生じる。その後、冷却されると、線膨張係数の差によって、背面板３の太陽電池４と重なる部位において、太陽電池４の方向に凸になるような反りが生じる。すなわち、第２工程における加熱時に生じる変形と冷却時に生じる変形とによって、太陽電池モジュール１に生じる変形量を相殺することができる。また、スペーサ６が配置されていることにより、太陽電池モジュール１に変形が生じても、背面板３と太陽電池４との間隙を常に一定に保つことができる。さらに、背面板３と太陽電池４とを一体化させてから前面板２を一体化させるため、前面板２に変形が生じにくい。したがって、製造された太陽電池モジュール１を平坦な形状に形成することができる。

なお、スペーサ６は、太陽電池モジュール１に変形が生じたときであっても、背面板３と太陽電池４との間隙を保つことができる構成を有していればよい。そのため、図４に示すように、太陽電池４における外周側および中心部にスペーサ６を配置してもよい。

また、裏面電極型の太陽電池４である場合、図５、図６および図７に示すように、隣り合う太陽電池４同士の間を、太陽電池４と向かい合う面に導電ペースト９が取り付けられた銅配線１０によって接続された太陽電池４を用いる。そして、銅配線１０と重なる方向に、太陽電池４と導電ペースト９とが配置される部位に、ＰＥＴ樹脂によって形成されたスペーサ６を配置してもよい。

また、第１工程において、図８（ａ）に示すように、背面板３の太陽電池４を載置する部位に第１封止材５ａを塗布した後、第１封止材５ａの流動性が低下する程度まで硬化反応を進行させてもよい。この場合、第１封止材５ａが半硬化状態になったところで、図８（ｂ）に示すように、配線済みの太陽電池４を載置する。その後、図８（ｃ）に示すように、上述した第１工程と同様に、積層された各部材の上に離形板７を載置し、第１封止材５ａを硬化させる。上述した方法によれば、第１封止材５ａの硬化反応を進行させたことにより、第１封止材５ａと太陽電池４とが接合される速度を高めることができる。

以上、添付図面を参照しながらこの発明の好適な構成について説明したが、この発明は上述した構成に限定されない。すなわち、上述した構成は、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、この発明を限定するものではない。また、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能であることは当然である。

１…太陽電池モジュール、 ２…前面板、 ３…背面板、４…太陽電池、 ５…封止材、 ５ａ…第１封止材、 ５ｂ…第２封止材、 ６…スペーサ。

Claims (1)

1. 対向して配置される前面板と背面板との間に配置され、一方の面が背面板に対向するように配置された発電素子とを備えた太陽電池モジュールの製造方法において、
   所定の線膨張係数を有して構成される前記発電素子と、前記所定の線膨張係数よりも大きな線膨張係数を有する前記背面板とを、樹脂によって構成された第１封止材を介して重ね合わせた後、所定の温度において前記発電素子と前記背面板とを前記第１封止材を介して一体化させる第１工程と、
   前記第１工程によって一体化された前記発電素子および前記背面板と前記前面板とを熱架橋性もしくは熱可塑性を有する樹脂である第２封止材を介して重ね合わせ、前記所定の温度より高い温度によって加熱し、その後冷却することによって前記発電素子、前記背面板および前記前面板とを一体化させる第２工程とを備えてい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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