JP3856224B2

JP3856224B2 - 太陽電池モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP3856224B2
Application number: JP2002343937A
Authority: JP
Inventors: 勇次郎綿貫
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: JP2004179397A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した太陽電池を、シート状の接着性樹脂封止材を介して封止してなるガラスレスの薄型太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コストの安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建物の屋根や窓などにとりつけて利用される業務用，一般住宅用にも需要が広がってきている。一般住宅用として、太陽電池付き屋根瓦なども開発されている。
【０００３】
近年では、プラスチックフィルムを用いたフレキシブルタイプの太陽電池の研究開発が進められており、このフレキシブル性を生かし、ロールツーロール方式やステップロール方式の製造方法により大量生産が可能となっている。
【０００４】
上記薄膜太陽電池は、通常、太陽電池モジュールとして使用される。このモジュールとしては、電気絶縁性を有するフィルム基板上に形成された太陽電池を、電気絶縁性の保護材により封止するために、太陽電池の受光面側および非受光面側の双方に保護層を設けたものが知られている。
【０００５】
図６および図７は、従来の太陽電池モジュールの模式的構造の一例を示し、図６は、太陽電池モジュールの側断面図、図７は、断面コ字形の金属製枠体を有するフレームに装着した状態の太陽電池モジュールの側断面図を示す。
【０００６】
図６において、太陽電池１は、複数個の太陽電池素子が直列または並列接続されており、その受光面側にガラス板などの表面保護部材２、裏面側にアルミ箔の両面に一弗化エチレン（商品名：テドラー，デュポン社製）を接着した防湿保護シートなどの裏面保護部材３が設けられ、接着封止性に優れかつ安価なＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）などの接着性樹脂封止材４により熱融着封止されている。
【０００７】
また太陽電池１は、そのプラス(＋)極とマイナス(−)極に、内部リード線５、６が電気的に接続され、この内部リード線５、６は、裏面保護部材３に接着固定された端子ボックス７に、裏面保護部材３を貫通して導かれ、端子ボックス７の内部で外部リード線としてのケーブル８の芯線９、１０と電気的に接続され、これら全体として太陽電池モジュール１１を形成している。
【０００８】
なお、前記表面保護部材２としては、ガラス板などの無機系材料の外に、透光性のアクリル樹脂板やポリカーボネイト樹脂板などの有機系材料を用いることもある。また、裏面保護部材３としては、上記金属箔入り樹脂以外に、フツ素系フィルムなどの有機系フィルム単体、有機系フィルムと金属箔を貼り合せた複合材料、もしくは金属板やガラス板などの金属・無機系材料を用いることもある。
【０００９】
図７は、フレームに装着した太陽電池モジュールの一例を示し、図７において、太陽電池モジュール１１は、その周囲にフレーム１２が配置され、太陽電池モジュール１１の周縁部が、金属製フレーム１２の断面コ字形の枠体を有する保持部１２ａの内部に挿入され、隙間を埋めるように注入された接着性シール材１３で固定保持されている。ここで、接着性シール材１３は、加熱流動性のあるブチルゴムや液状で硬化後に固体となるシリコーンゴムなどの接着性のある弾性シール材が用いられ、ガラス板などの表面保護部材２やフレーム１２の熱膨張を吸収するとともに、水分侵入を抑制している。
【００１０】
次に太陽電池モジュール１１の製造方法に関わる各構成部材のラミネート（熱融着封止）方法について、その一例として、真空ラミネート方式に関し、図８により説明する。図８において、太陽電池モジュール１１は、予め表面保護部材２、接着性樹脂封止材４、リード線５、６が取付けられた太陽電池１、接着性樹脂封止材４、裏面保護部材３が順次積層されて真空ラミネート装置１００に入れられる。しかる後、真空ラミネート装置１００の上筐体１０１が閉じられて密閉され、加熱板１０３で所定温度に加熱されるとともに下筐体１０２に取り付けられた排気管１０４から図示しない排気装置でモジュール１１が置かれている空間部１０５の空気が排気されて真空に保たれる。
【００１１】
また同時に上筐体１０１に取り付けられた給排気管１０６からもゴム製ダイヤフラム１０７と上筐体１０１とで形成する空間部１０８の空気が排気されて真空となり、ゴム製ダイヤフラム１０７は上筐体１０１の内壁面１０９に張り付いている。この状態で太陽電池モジユール１１が所定温度で所定時間、加熱された後、給排気管１０６から空気が導入され、空間部１０５と空間部１０８の圧力差（略大気圧差）で太陽電池モジュール１１はゴム製ダイヤフラム１０７により真空加圧され、図６で示す断面構造の太陽電池モジュール１１を形成する。
【００１２】
前記太陽電池モジュールの構造や製造方法に関しては、上記以外にも種々の構造や製造方法が採用されている。図５は、太陽電池モジュールの諸構造を概括的に示す模式的断面図で、主要部材のみを示している。
【００１３】
図５（ａ）は、図６に示した構造の太陽電池モジュールに相当し、２１は太陽電池、２２は表面保護部材（ガラス板）、２３は裏面保護部材としての背面材（アルミ箔ラミネートポリフッ化ビニール、２４は接着性樹脂封止材（ＥＶＡ）を示す。
【００１４】
図５（ｂ）は、所謂スーパーストレート構造に相当し、ガラス基板に直接太陽電池を形成したもので、３１はガラス基板太陽電池、３３は背面材（アルミ箔ラミネートポリフッ化ビニール）、３４は接着性樹脂封止材（ＥＶＡ）を示す。
【００１５】
また、図５（ｃ）は、所謂サブストレート構造であって、ＳＵＳ基板またはプラスチック基板に太陽電池を形成し、表面保護部材としてプラスチックの保護膜を用いたもので、４１は太陽電池、４２は表面保護膜（ＥＴＦＥまたはＦＥＰ）、４３は背面構造支持体（表面処理ＡＬ−亜鉛鋼板）、４４は接着性樹脂封止材（ＥＶＡ）を示す。
【００１６】
さらに、図５（ｄ）は、フレキシブルモジュールであって、表面保護部材および裏面保護部材としてプラスチックフィルムの保護膜を用いたもので、５１は太陽電池、５２は表面保護膜（ＥＴＦＥまたはＦＥＰ）、５３は裏面保護膜（ＥＴＦＥ，ＦＥＰ，ＰＶＦ等）、５４は接着性樹脂封止材（ＥＶＡ）を示す。さらにまた、図５（ｅ）は、図５（ｄ）の表面保護部材および裏面保護部材において、強化層としてガラス不織布６５を追加したものを示す。
【００１７】
上記以外にも、種々の太陽電池モジュール構造があり、ニーズに適した構造が採用される。なお、本件発明は、詳細は後述するように、ガラス板を用いない形式、即ち、図５（ｃ）〜（ｅ）に示すようなガラスレスの薄型太陽電池モジュールを対象とし、その製造方法に関する。図５（ｃ）に示す４３の背面構造支持体は、厚板状に図示しているが、薄板鋼板を使用する。
【００１８】
図４は、前記ガラスレスの薄型太陽電池モジュールを形成する際の積層シートに関わる模式的構成図であって、背面構造支持体として鋼板を使用するモジュールの一例を示す（この種の各種モジュールの詳細については、例えば、特許文献１参照）。
【００１９】
図４（ａ）は太陽電池モジュール用積層シートの平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＸ−Ｘ断面図である。図４においては、フレキシブル基板上に光電変換部が形成されてなる太陽電池７０の両側には、内部配線７２が配置され、補助配線７３を介して太陽電池７０の裏面電極に接続されている。これらはＥＶＡなどのシート状の接着性樹脂封止材２５により封止され、さらに光入射側は、ＥＴＦＥ（四フッ化エチレンポリマー）などの耐候性のある保護フィルム７４により被覆され、光入射側と反対側は、鋼板等の裏面保護材により被覆されて、全体として鋼板付き太陽電池モジュール８０を構成する。
【００２０】
上記のような太陽電池モジュールの製造方法としては、前記図４（ｂ）に示すような構造に積層組立て後、シート状の接着性樹脂封止材２５の軟化・溶融から硬化工程、ならびに室温までの冷却工程等を、連続して同一真空ラミネート装置内で行っていた。
【００２１】
【特許文献１】
特開２０００−３４９３０８号公報（第２〜５頁、図１〜８参照）
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の同一真空ラミネート装置内で各種の処理を連続して行なう太陽電池モジュールの製造方法においては、下記のような問題があった。
【００２３】
まず、ＥＶＡは、過酸化物で架橋されるため、架橋時間が１０分から３０分程度かかり、さらに真空処理や加熱冷却工程を含めると、約６０〜７０分程度と製造時間が長くなり、真空ラミネート装置を長時間拘束することとなる。従って、太陽電池モジュールを量産する場合、生産性が悪く、ひいては製造コストが高くなる問題があった。
【００２４】
一方、近年、ガラス板を使用したガラスカバーモジュールタイプの製造方法として、真空ラミネート装置において、接着性樹脂封止材の溶融終了途中で取り出し、別の加熱装置（乾燥機等）で接着性樹脂封止材の硬化を完了させることが検討されている。この場合には、真空ラミネート装置を長時間拘束することなく、生産性は向上するものの、接着性樹脂封止材（ＥＶＡ）が、上記別の加熱装置での硬化途中に、モジュールからはみ出し、この部分が加熱装置を汚す等の問題があり、この汚染の悪影響により、生産性が低下してしまう問題があった。
【００２５】
上記ガラスカバーモジュールタイプの場合には、前記汚染の問題を解消するために、図６および図８で示すモジュールのように、保護フィルム（図６の３）の寸法を大きくして、真空ラミネート時に、ＥＶＡのはみ出し部分をここで受ける構造とする方法がとられており、若干はみ出した部分は、後で削除される。
【００２６】
前記はみ出しの問題は、ガラスレスの薄型太陽電池モジュールでも同様に発生する問題ではあるが、ガラスレスの場合には、剛性が小さく腰が弱く、またモジュールの厚さ寸法も小とすることが要請されるので、前記保護フィルムの寸法増大による方法では、解消が困難である。また、剛性が小さいので、上記別の加熱装置への搬送は難がある等の問題もあり、同一の真空ラミネート装置内で、連続処理せざるを得ない。
【００２７】
この発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、真空ラミネート装置を長時間拘束する問題および接着性樹脂封止材のはみ出しの問題を解消し、作業性，生産性の向上および外観不良の防止を図り、もって量産性に優れたガラスレスの薄型太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明においては、表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した太陽電池を、シート状の接着性樹脂封止材を介して封止してなるガラスレスの薄型太陽電池モジュールの製造方法において、１）表面保護部材と裏面保護部材との間に、シート状の接着性樹脂封止材を介して太陽電池を積層した積層シートを、真空ラミネート装置により所定温度で所定時間、加熱加圧処理し、前記接着性樹脂封止材を一次硬化処理する工程（一次硬化処理工程）と、２）前記一次硬化処理工程後の積層シートを、前記真空ラミネート装置とは異なる加熱加圧処理装置により、所定圧力および所定温度で所定時間、加熱加圧処理し、前記接着性樹脂封止材を二次硬化処理する工程（二次硬化処理工程）とを含み、前記二次硬化処理工程の際、前記一次硬化処理工程後の積層シートを複数段、各積層シートの両主面に剥離シートを介して積層した積層体を、一括して加熱加圧処理することを特徴とする（請求項１の発明）。
【００２９】
上記方法によれば、真空ラミネート装置による一次硬化工程で、架橋反応をそれ程進行させずに比較的短時間で積層シートを接着した上で、加熱加圧処理装置に搬入し、二次硬化工程で架橋を完了させてモジュールを形成するので、前記真空ラミネート装置の長時間拘束問題および接着性樹脂封止材のはみ出し問題を解消し、作業性，生産性の向上および外観不良の防止を図ることができる。特に、前記の積層体を一括して加熱加圧処理することにより、作業時間の短縮とコスト低減が図れる。
【００３０】
前記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２ないし６の発明が好ましい。即ち、前記請求項１に記載の製造方法において、前記積層体における各剥離シートは、各積層シートの両主面に対してそれぞれ各１枚配設し、かつ隣接する積層シートにおける各剥離シートの間に、それぞれゴム板を配設して、前記二次硬化処理を行なう（請求項２の発明）。これにより、ゴム板が緩衝材として作用し、シワ等の外観不良の発生が防止できる。
【００３１】
また、前記請求項１または２に記載の製造方法において、前記接着性樹脂封止材はＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）とし、かつ前記一次硬化処理工程における所定温度は１４０〜１６０℃とし、所定時間は５〜１０分とする（請求項３の発明）。ＥＶＡの架橋硬化度合いは、温度と時間によって異なるが、比較的短時間で積層シートを接着し、搬送可能な状態とするためには、上記の範囲が好ましい。
【００３２】
また、前記請求項１ないし３のいずれか１項に記載の製造方法において、前記一次硬化処理工程の際、前記積層シートの両主面に剥離シートを重ねて処理する（請求項４の発明）。この剥離シートは、複数モジュール処理におけるセパレーターとしての機能の他に、ガラスレス方式における積層シートの剛性強化の機能も兼ね、これにより、作業性が向上する。
【００３３】
さらに、前記請求項１ないし４のいずれか１項に記載の製造方法において、前記接着性樹脂封止材はＥＶＡとし、かつ前記二次硬化処理工程における所定温度は１４０〜１６０℃とし、所定圧力は０．００１〜０．１ＭＰａとする（請求項５の発明）。０．００１ＭＰａより小さい場合には、加圧効果が得られない。なぜならば、太陽電池の有無の境目部分等で、圧力が掛かり難い場所があって、膜厚が不均一となる場合があり、外観不良をも招く問題が発生する。また、０．１ＭＰａより大きい場合には、過加圧により膜厚が薄くなり、寸法の安定性に難があり、また基板端部からＥＶＡがはみ出す問題が発生する。
【００３４】
さらにまた、前記請求項１ないし５のいずれか１項に記載の製造方法において、前記剥離シートは、エンボス付のフッ素樹脂含浸ガラスクロスからなることとする（請求項６の発明）。これにより、剥離が容易となり、かつ強度が向上する。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例について、比較例と共に以下に述べる。後述する実施例および比較例に用いた太陽電池モジュールの構成は、前記図４に示す積層シートから形成したものと同様である。
【００３６】
（実施例）
前記図４（ｂ）において、保護フィルム７４は厚さ0.025mmのＥＴＦＥ耐候性フィルムとし、接着性樹脂封止材７５として厚さ0.4mmのＥＶＡを用いた。内部配線７２はSn/Cu/Sn材料からなる厚さ0.10mm、幅８mmの金属箔を用いた。内部配線７２としては、はんだメッキCu材料を用いることもできる。補助配線７３としては、厚さ0.025mmのＰＥＴフィルムと厚さ0.030mmのアルミニウムとの積層体に導電性粘着剤を付した幅８mmのテープを用いた。
【００３７】
図４（ｂ）に示すような構造で、まず保護フィルム７４を、図１に示すエンボス付きの剥離シート９１（中興化成製、商品名：チューコーフロー：ＦＧＦ−４００）上にセットし、接着性樹脂封止材７５を組立てた後、あらかじめ表面側に0.3ｍｍ膜厚の接着性樹脂封止材７５が仮ラミネートされた太陽電池１０と内部配線７２とを所定の位置にセットし、補助配線７３で太陽電池１０と内部配線７２との電気的接続を行った。次に、接着性樹脂封止材７５を載置した後、ガルバリウム鋼板（川鉄鋼板製、商品名：レジノカラー新茶）７１を載置し、最後にエンボス付きの剥離シート９１をセットして組立てを終了する。
【００３８】
所定枚数組立てて、真空ラミネート装置内に並行にセットし、150℃の温度で、所定の条件（例えば、５分間真空引き、１分間プレス、５分間一次硬化）で一次硬化処理を行い、高温状態の仮ラミネートされた太陽電池モジュールを、エンボス付き剥離シート９１と共にそのまま取り出し、室温で一時保管した。
【００３９】
前記工程を繰り返し、１０数枚の一次硬化処理工程終了品を作製した後、図１の概略図に示すように、１０数枚の太陽電池モジュール積層体を構成し、図示しないプレス簡易治具の上下のプレート９３間に剥離シート９１、ゴム板９２の順に組立て、その間に前記一次キュアした剥離シート間にセットされた太陽電池モジュール８０を、順次、ゴム板９２を挿入しながら所定段数組立てた。次に、面圧が０．０５ＭＰａとなるように圧力を調整して加圧した。
【００４０】
前記太陽電池モジュールを積層組立て終了したプレス簡易治具を、図２に示すように、加熱加圧処理装置９０内にセットし、温度１５０℃で、約１時間二次硬化処理を行なった。その後、加熱加圧処理装置９０の図示しない加熱処理用のスイッチを切り、６０℃に低下するまで徐々に冷却し、鋼板付き太陽電池モジュールを製作した。
【００４１】
（比較例）
前記図８に示すラミネート処理装置により、図３に示すラミネート条件プロファイル（１５分間真空引き、１分間プレス、２０分間硬化工程）により、真空ラミネート処理し、室温まで冷却して取り出した。なお、この時の作業時間は６５分を要した。
【００４２】
上記実施例により製作した太陽電池モジュールの製造工程の時間は、組立てから硬化取り出しまでが、モジュール１枚に換算すると約２０分以内となり、工程時間を従来方法の比較例に比べて大幅に短縮することができた。また、従来方法は、ＥＶＡのはみ出しによる装置の汚染、それに伴う生産性の低下の問題があったが、フッ素樹脂系の剥離シートをモジュールの上下に重ねることにより、装置の汚染の問題は解消した。
【００４３】
さらに、比較例の太陽電池モジュールの製造方法は、昇温工程、接着性樹脂封止材７５の軟化・溶融から硬化、および室温まで冷却する工程を連続して同一真空ラミネート装置内で行なうため、装置が１時間以上拘束されてしまい、７〜８サイクル／日しか製造できない。従って、生産性が悪く、コスト高となるが、本発明の前記実施例のように、５分間真空引き、１分間プレス、５分間一次硬化の工程を行い、高温状態で取り出し、一時保管する方法を採用すれば、２８〜３２サイクル／日の製造が可能となる。従って、従来に比べて、生産性が著しく向上し、その分、コストの低減が図れる。
【００４４】
【発明の効果】
この発明によれば前述のように、表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した太陽電池を、シート状の接着性樹脂封止材を介して封止してなるガラスレスの薄型太陽電池モジュールの製造方法において、１）表面保護部材と裏面保護部材との間に、シート状の接着性樹脂封止材を介して太陽電池を積層した積層シートを、真空ラミネート装置により所定温度で所定時間、加熱加圧処理し、前記接着性樹脂封止材を一次硬化処理する工程（一次硬化処理工程）と、２）前記一次硬化処理工程後の積層シートを、前記真空ラミネート装置とは異なる加熱加圧処理装置により、所定圧力および所定温度で所定時間、加熱加圧処理し、前記接着性樹脂封止材を二次硬化処理する工程（二次硬化処理工程）とを含み、前記二次硬化処理工程の際、前記一次硬化処理工程後の積層シートを複数段、各積層シートの両主面に剥離シートを介して積層した積層体を、一括して加熱加圧処理することにより、
真空ラミネート装置を長時間拘束する問題および接着性樹脂封止材のはみ出しの問題を解消し、作業性，生産性の向上および外観不良の防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に関わるモジュールの積層体を示す図
【図２】本発明の実施例に関わる加熱加圧処理装置の概略図
【図３】従来の製造方法に関わる比較例のラミネート処理条件プロファイルを示す図
【図４】本発明の対象とする太陽電池モジュールの積層シートに関わる模式的構成図
【図５】従来の各種太陽電池モジュールの模式的構成の概略側断面図
【図６】従来の太陽電池モジュールの一例を示す模式的構成の側断面図
【図７】図６の太陽電池モジュールをフレームに取り付けた太陽電池モジュールの模式的構成の側断面図
【図８】太陽電池モジュールの製造方法に関わる真空ラミネート装置の側断面図
【符号の説明】
７０：太陽電池、７１：鋼板、７４：保護フィルム、７５：接着性樹脂封止材、８０：太陽電池モジュール、９０：加熱加圧処理装置、９１：剥離シート、９２：ゴム板、９３：プレート、１００：真空ラミネート装置。

Claims

表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した太陽電池を、シート状の接着性樹脂封止材を介して封止してなるガラスレスの薄型太陽電池モジュールの製造方法において、
１）表面保護部材と裏面保護部材との間に、シート状の接着性樹脂封止材を介して太陽電池を積層した積層シートを、真空ラミネート装置により所定温度で所定時間、加熱加圧処理し、前記接着性樹脂封止材を一次硬化処理する工程（一次硬化処理工程）と、
２）前記一次硬化処理工程後の積層シートを、前記真空ラミネート装置とは異なる加熱加圧処理装置により、所定圧力および所定温度で所定時間、加熱加圧処理し、前記接着性樹脂封止材を二次硬化処理する工程（二次硬化処理工程）と、
を含み、前記二次硬化処理工程の際、前記一次硬化処理工程後の積層シートを複数段、各積層シートの両主面に剥離シートを介して積層した積層体を、一括して加熱加圧処理することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項１に記載の製造方法において、前記積層体における各剥離シートは、各積層シートの両主面に対してそれぞれ各１枚配設し、かつ隣接する積層シートにおける各剥離シートの間に、それぞれゴム板を配設して、前記二次硬化処理を行なうことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項１または２に記載の製造方法において、前記接着性樹脂封止材はＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）とし、かつ前記一次硬化処理工程における所定温度は１４０〜１６０℃とし、所定時間は５〜１０分とすることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の製造方法において、前記一次硬化処理工程の際、前記積層シートの両主面に剥離シートを重ねて処理することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の製造方法において、前記接着性樹脂封止材はＥＶＡとし、かつ前記二次硬化処理工程における所定温度は１４０〜１６０℃とし、所定圧力は０．００１〜０．１ＭＰａとすることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の製造方法において、前記剥離シートは、エンボス付のフッ素樹脂含浸ガラスクロスからなることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。