JP4006765B2

JP4006765B2 - 太陽電池モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP4006765B2
Application number: JP02685896A
Authority: JP
Inventors: 克彦林; 敦夫石川; 英雄山岸
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 1996-02-14
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2016-02-14
Also published as: JPH09223812A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池モジュールの製造方法、より詳しくは太陽電池モジュールの封止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池モジュールにおいては、正負極の収集電極として半田メッキ銅箔などの電極線が用いられている。これらの収集電極線は太陽電池モジュールの電力を効率的に取り出すため、また電力を取り出す端子箱との接続のために不可欠なものである。そして、これら正負極の電極線の取付けには、図８に示すように、熱あるいは基板の反りによる応力が加わった際にも剥離が生じないよう、基板１上に半田２を点付けし、これらの点付けされた半田２と電極線３とを熱融着する方法が採用されている。ところが、点付けされた電極線３と基板１の間には、空隙４が生じる。
【０００３】
このため従来より、太陽電池モジュールの封止には点付けされた電極線３と基板１の間に生じた空隙４に樹脂を充填することを目的に、真空中において熱可塑性樹脂を加熱し圧力を加えて樹脂を融着させる真空ラミネート法が採用されている。すなわち、この封止方法によると、加熱により熱可塑性樹脂が軟化し、更に圧力を加えることにより電極線３と基板１との間の空隙４に樹脂が充填される。この真空ラミネート法は空隙４に樹脂を充填してほぼ完全に封止する方法としては最も優れているが、一つ一つ個別に真空にして封止しなければならず、生産性に劣るという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、連続生産が可能であるという長所に着目し、例えばカーテンコーター等の方式を用いたコーティングタイプの封止方法の開発が、真空ラミネート法に代わる封止方法として進められている。このカーテンコーター方式で太陽電池モジュールを全面封止する方法は図９に示すように、基板１上に形成された素子面５の上部に樹脂６をカーテン状に連続的に流して、素子面５の上に樹脂６をコーティングする方法である。ところが、この方法によると、樹脂６は電極線３の上面も覆ってしまうことになる。
【０００５】
そのため、封止後の状態は図１０に示すように、電極線３と基板１の間の空隙４には樹脂６は充填されず、空隙４が残されたままとなる。これらの空隙は、太陽電池モジュールを使用している際に、水蒸気の溜まりになったり、あるいは封止樹脂６の剥離の原因になるなど、モジュールの信頼性の点で大きな問題となるものである。ここではカーテンコーター方式についてのみ記述したが、コンマコーターあるいはスクリーン印刷などの、素子面を上部あるいは下部からコーティングする方式においても同様の問題が発生する。
【０００６】
本発明はかかる課題を解決し、もって連続生産に適するコーティングタイプの封止方法を適用可能とし、且つ信頼性の高い太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法の要旨とするところは、絶縁基板上に形成された１又は複数の太陽電池素子の電力を取り出すための収集電極線が該基板上に半田付けされて成る太陽電池モジュールにおいて、少なくとも前記収集電極線と基板との間の空隙を封止する樹脂層と、前記基板上の少なくとも太陽電池素子全面を封止する樹脂層とを有することにある。
【０００８】
次に、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法の要旨とするところは、絶縁基板上に形成された１又は複数の太陽電池素子の電力を取り出すための収集電極線が該基板上に半田付けされて成る太陽電池モジュールの製造方法において、少なくとも前記収集電極線と基板との間の空隙に樹脂を充填する工程と、該基板上の少なくとも太陽電池素子全面を封止する工程とを有することにある。
【０００９】
また、かかる太陽電池モジュールの製造方法において、前記収集電極線と基板との間の空隙に樹脂が充填される際の該樹脂の粘度が１００００ｐｓ以下、好ましくは１０００ｐｓ以下であることにある。
【００１０】
更に、かかる太陽電池モジュールの製造方法において、前記少なくとも収集電極線と基板との間の空隙に樹脂を充填する工程において、該収集電極線に沿って連続的に該樹脂を塗布して、該収集電極線と基板との間の空隙に該樹脂を充填することにある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法の実施の形態を図面を参照しつつ、詳しく説明する。
【００１２】
図１(a) 及び(b) は太陽電池モジュール１０の内部配線（収集電極線）１２の一例を表したものであり、太陽電池モジュール１０を構成する図示を省略する太陽電池素子は、基板１４上に成膜される第１の電極層、半導体層及び第２の電極層をレーザースクライブ法などを用いてパターニングされ、直列に接続されている。そして、これらの直列接続された太陽電池素子の電力を効率よく取り出すため、あるいは端子箱との接続のために、集積された太陽電池素子の正極及び負極には収集電極線１２が取り付けられている。
【００１３】
これらの収集電極線１２は素子面側に形成されていて、銅リボンや銅箔などから成る収集電極線１２は基板１４に半田１６によって複数箇所が点付けされ、他の箇所は半田付けされずに収集電極線１２と基板１４との間に空隙１８が形成されている。半田１６はセラミック半田又は金属ペーストなどが用いられ、特に銀ペーストが張力と剪断強さの点で強い接着力を示し好ましい。また、銅リボンや銅箔などは厚さが数百ミクロンのものが用いられる。なお、図では正負極の収集電極線１２が一箇所に集められ、およそコの字形をしているが、他の形であっても良く、限定されないのは言うまでもない。
【００１４】
次に、この収集電極線１２と基板１４との間の空隙１８に図２及び図３に示すように、樹脂充填装置２０により樹脂２２が充填される。この樹脂充填装置２０は同図２に示すように、直角２軸方向に移動させられるＸＹロボット２４に、流動性を有する樹脂２２が注入される樹脂容器２６が固定されていて、この樹脂容器２６の上部には図示しない空気圧縮機に接続された管２８の付いた蓋３０がされ、また、この樹脂容器２６の下部には注射針のような針３２が取り付けられて、構成されている。
【００１５】
樹脂容器２６内に注入される樹脂２２は収集電極線１２と基板１４との間に形成される空隙１８を充填し封止するための樹脂であり、特に熱硬化性樹脂が好ましい。樹脂２２は流動性あるいは表面張力、あるいは基板１４や収集電極線１２の表面との親和性によって広がり流れ、図３に示すように、わずかな空隙１８にも流れ込む特性を有するものが好ましく、その粘度は１００００ｐｓ以下、より好ましくは１０００ｐｓ以下が、空隙１８に樹脂２２が流れ込んで充填されるために好ましい。樹脂容器２６の中に注入された樹脂２２は、樹脂容器２６内部に空気圧縮機によって圧縮空気を連続的あるいは断続的に送ることにより、内圧が高まり、その空気圧に押圧されて樹脂２２が容器２６の先に取り付けられた針３２から吐出される。ここで、ＸＹロボット２４の動きはプログラムにより制御されて、基板１４上の収集電極線１２に沿って針３２が移動するように構成されているのが好ましい。なお、このような樹脂充填装置２０はディスペンサーと呼ばれている装置を利用することができる。
【００１６】
この樹脂充填装置２０を用いて、収集電極線１２と基板１４との間の空隙１８に樹脂２２を充填する工程について説明する。まず、ＸＹロボット２４を収集電極線１２に沿って移動させながら、空気圧縮機により樹脂容器２６の上部から圧縮空気を送り、その空気圧によって樹脂２２を針３２から収集電極線１２に沿って吐出させる。このとき、樹脂２２の吐出量はＸＹロボット２４の移動速度、樹脂の粘度、上部より送る空気圧及び容器２６に取り付けた針３２の内径により決定される。したがって、これらのパラメーターを変えることにより、空隙１８の体積に対して充分な樹脂量を吐出することが可能である。また、樹脂２２は収集電極線１２の上に被せるように針３２から吐出させても良いが、収集電極線１２と基板１４との間の空隙１８に向かって直接充填するように吐出させることも可能である。なお、ＸＹロボット２４の移動速度を約８cm／秒で設定しても、気泡を発生させずに樹脂２２を充填することができることが確認されている。
【００１７】
このように少なくとも空隙１８に樹脂２２を充填して封止した後、次に、太陽電池素子が形成された基板１４全面が樹脂封止される。基板１４全面の樹脂封止は前述同様に熱硬化性樹脂を用いて、図４に示すように、カーテンコーター方式で基板１４上に形成された素子面３４の上部に樹脂３６をカーテン状に連続的に流すことによって行われる。樹脂３６の厚さは樹脂３６を押し出すダイの移動速度、樹脂の粘度、押出し圧力、ダイの内径などによって決定され、所望の厚さに設定される。樹脂３６の種類は、空隙１８に充填する樹脂２２の種類と同一のものが好ましいが、異なっていても良い。熱硬化性樹脂である樹脂３６と２２の種類が異なっている場合は、いずれか硬化温度の高い方の温度で加熱されて、硬化させられる。この熱硬化性樹脂として、たとえばポリイソブチレン、ポリイソプレン、ポリブテンなどのポリオレフィン系オリゴマーを好ましく用いることができるが、限定されるものではない。なお、樹脂３６の粘度は５００ｐｓ〜１０００ｐｓが被覆の安定性の点で最適である。
【００１８】
基板１４上の素子面３４の上に樹脂３６をコーティングした後、加熱することにより樹脂３６が硬化させられる。この加熱温度と加熱時間は樹脂２２，３６の種類によって定められる。その際、図５に示すように、樹脂３６だけでなく、空隙１８に充填された樹脂２２も同時に硬化させられる。その結果、収集電極線１２と基板１４との間の空隙１８に充填されるとともに収集電極線１２の表面を覆う樹脂２２と全面封止した樹脂３６との界面は一体となって、境界を識別し得ることはなく、また気泡などが発生することもない。得られた太陽電池モジュール１０には、更に熱可塑性ブチルゴムなどの熱可塑性樹脂によってモジュール１０の端部がカプセル封止をされた後、アルミニウムなどから成る枠が取り付けられ、最後にシリコン樹脂などを用いて端子箱が設置されて、太陽電池モジュール１０が形成される。
【００１９】
以上の構成によって得られた太陽電池モジュール１０はほぼ完全に樹脂封止されていて、しかも収集電極線と基板との間に生ずる空隙部に樹脂が充填されていて気泡などがないため、温度や湿度などの影響を受けることなく、出力電力の変化が少ない、すなわち特性が安定し、且つ耐候性に優れた太陽電池モジュールが得られる。
【００２０】
以上、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００２１】
たとえば、封止用の樹脂２２，３６としてポリオレフィン系オリゴマーを用いる場合、このオリゴマーは弾力性に富み、カプセル封止に適しているが、かき傷などの機械的ストレスに弱い。このため、かかるオリゴマーによりカプセル封止した後、ガラスクロスなどのカバーフィルムをその上にラミネートするのが、太陽電池モジュール１０を外力から保護するのに好ましい。
【００２２】
また、少なくとも空隙１８に樹脂２２を充填して封止した後、一定の時間、静置させ又は振動を加えた後静置させて、空隙１８部の樹脂２２に気泡が残らないように構成することも可能である。また、特に、樹脂２２を充填した収集電極線１２の周辺部のみを減圧させるなどにより、少なくとも空隙１８に樹脂２２が充填された基板１４を減圧下に静置して、積極的に脱泡するように構成することも可能である。
【００２３】
更に、収集電極線１２と基板１４との間に生ずる空隙１８に樹脂を充填する樹脂充填装置２０において、充填する樹脂２２の吐出を瞬時に遮断し得るように、針３２の近傍部などにバルブその他の遮断弁などを取り付けることも可能である。また、樹脂２２の吐出を空気圧によって行うだけでなく、ポンプを用いることも可能であり、特に限定されない。
【００２４】
また、収集電極線１２と基板１４との間に生ずる空隙１８に充填される樹脂は熱硬化性樹脂が最も好ましいが、それに限定されず、反応硬化性樹脂や熱可塑性樹脂であっても適切な硬化時間と硬化速度が得られるものであれば、使用することは可能である。
【００２５】
その他、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法はアモルファス太陽電池素子に限定されるものではなく、単結晶又は多結晶タイプの太陽電池素子にも適用し得るものである。また、本発明は各種のモジュール構造にも適用可能であるなど、その趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施し得るものである。
【００２６】
【実施例１】
大きさが９１０mm×４５５mmの太陽電池モジュールを作製した。この太陽電池モジュールはガラス基板上に透明導電膜として酸化スズを被着させ、その上に半導体層としてp-ａ-SiC:H／i-ａ-Si:H ／n-ａ-Si:H の順に積層してヘテロ結合太陽電池を構成し、これらをレーザースクライブ法によりパターン化した後、更に裏面電極としてアルミニウムを真空蒸着させてパターン化した。そして、銅リボンを銀ペーストを用いて点付けし、収集電極線を形成した。
【００２７】
形成された収集電極線と基板との間の空隙に樹脂を充填するため、前記図２に示す樹脂充填装置を用いた。ＸＹロボットの移動速度は５０mm／秒、樹脂の粘度は１０４０ｐｓ、空気圧は５kg／cm²、針の内径は２．２７mmであり、針からの吐出量は長さ１cm当たり約０．０２cm³であった。収集電極線に沿って吐出された樹脂は、その流動性、表面張力により広がり、収集電極線と基板の間の空隙を充填した。充填に要した時間は約２分間であった。空隙に充填した樹脂を硬化させずに、続いて熱硬化性樹脂を用いてカーテンコーター方式で全面封止を行った後、加熱して樹脂を硬化させた。その結果、収集電極線と基板との間の空隙に充填した樹脂と全面封止した樹脂の界面において、何ら問題は見られなかった。
【００２８】
このように作製した太陽電池モジュールについて、８５℃、９０％ＲＨの高温高湿試験を行った。サンプル数を５個とし、用いた太陽電池モジュールについて、端面の封止は行わなかった。２０００時間後の太陽電池の特性を調べた結果、サンプルはいずれも初期特性の９５％以上を保っていた。
【００２９】
【比較例１】
実施例１と同様にして、収集電極線と基板との間の空隙に樹脂を充填していない太陽電池モジュールを作製した。同様に、サンプル数５個について、８５℃、９０％ＲＨの高温高湿試験を行った結果、最も特性の高いサンプルで初期値の８３％であり、最も低いサンプルでは初期値の７２％に特性が低下していた。
【００３０】
【実施例２】
実施例１と同様にして、サイズ１２７mm×１５２mmの太陽電池モジュールを作製した。封止樹脂としてポリイソブチレン（ＰＩＢ）を用い、硬化させるために太陽電池モジュールを１３０℃で１時間加熱した。得られた太陽電池モジュールについて、加速テストを行った。
【００３１】
まず、初期加速の測定のためにプレッシャークッカーテストを行った。テスト中の圧力、湿度及び温度は最も一般的である２．０kg／cm²、１００％及び１２０．６℃にそれぞれ調整した。この条件は電子装置の耐久性のテストには厳しいものであるが、空気中の酸素の影響がなく、好ましい。また、この一般的なプレッシャークッカーテストに加えて、酸素と水蒸気の影響をチェックできる条件も選択した。この条件としては、湿度、温度及び水蒸気と空気の分圧をそれぞれ、８０％、１２６．８℃、２．０kg／cm²及び０．５kg／cm²に調整した。それぞれの条件における太陽電池モジュールの出力電力の変化を図６に示す。同図に示すように、出力電力の変化は非常に小さく、また、外観においても変化が小さいのが確認された。
【００３２】
【比較例２】
実施例２と同様にして太陽電池モジュールを作製した。但し、太陽電池モジュールの構成としてスーパーストレートタイプを採用し、モジュールの裏面をエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）とフッ素樹脂フィルムにより被覆した。得られた太陽電池モジュールについて、実施例２と同様にして出力電力の変化を調べて図６に示した。
【００３３】
【実施例３】
次に、実施例２で得た太陽電池モジュールを用い、熱サイクルテスト、温度湿度サイクルテスト、熱テスト、湿度テスト、日光テスト、塩水スプレーテストを行った。テストの前後で測定した出力電力の変化を各テスト毎に図７Ａ〜Ｆに示した。同図に示すように、これらのテストによる出力電力の変化は、日光テストでサンプルがフロントガラスを通してカーボンアークランプに曝された場合を除いて、大変小さいものであった。
【００３４】
【比較例３】
比較例２で用いた太陽電池モジュールにより、実施例３と同様に各種のテストを行った。その結果を同図７Ａ〜Ｆに示した。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法は、絶縁基板上に形成された太陽電池において、その基板上の太陽電池素子全面を封止する工程と、正極及び負極の取り出し電極線である収集電極線と基板との間の空隙に樹脂を充填する工程を別の工程とすることにより、コーティングタイプの全面封止方法を用いても空隙を残さずに完全封止が可能となる。したがって、太陽電池モジュールの封止が完全になされ、もって信頼性が高い太陽電池の生産が可能となる。また、空隙の充填方法として収集電極線に沿って連続的に樹脂を塗布することにより、コーティングタイプの封止方法の特長である連続生産性を損なうこともない。
【００３６】
更に、収集電極線と基板との間の空隙に樹脂を充填する工程に、樹脂の流動性あるいは表面張力を利用して充填する方法を用い、その際の樹脂の粘度が１００００ｐｓ以下であり、その行程において収集電極線に沿って連続的に樹脂を塗布して充填することにより、連続封止に適したコーティングタイプの連続性を損なうことなく生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図(a) は本発明の太陽電池モジュールの内部配線例を表す平面説明図であり、図(b) は内部配線である収集電極線及び基板部を拡大して示す要部断面説明図である。
【図２】収集電極線と基板との間の空隙に樹脂を充填する工程に用いる樹脂充填装置の構造を説明するための斜視説明図である。
【図３】収集電極線と基板との間の空隙に樹脂を充填した状態を示す要部拡大断面説明図である。
【図４】カーテンコーター方式により樹脂で全面封止する状態を説明するための要部斜視説明図である。
【図５】本発明に係る製造方法により得られた太陽電池モジュールの収集電極線と基板との間の空隙部の状態を示す要部拡大断面説明図である。
【図６】プレッシャークッカーテストにおける太陽電池モジュールの出力電力の変化をを示す図である。
【図７】ＪＩＳ規格による６タイプの耐久テストの前後における太陽電池モジュールの出力電力の変化を示す図である。
【図８】従来の製造方法の前段階における内部配線である収集電極線及び基板部を拡大して示す要部断面説明図である。
【図９】従来の製造方法におけるカーテンコーター方式により樹脂で全面封止する状態を説明するための要部斜視説明図である。
【図１０】従来の製造方法によって得られた太陽電池モジュールの収集電極線と基板との間に生ずる空隙を示す要部拡大断面説明図である。
【符号の説明】
１０；太陽電池モジュール
１２；収集電極線
１４；基板
１６；半田
１８；空隙
２０；樹脂充填装置
２２；空隙封止用の樹脂
２４；ＸＹロボット
２６；樹脂容器
３２；針
３６；全面封止用の樹脂

Claims

絶縁基板上に形成された１又は複数の太陽電池素子の電力を取り出すための収集電極線が該基板上に半田付けされて成る太陽電池モジュールの製造方法において、少なくとも前記収集電極線と基板との間の空隙に樹脂を充填する工程と、該基板上の少なくとも太陽電池素子全面を樹脂封止する工程とを有することを特徴とし
た太陽電池モジュールの製造方法。
前記収集電極線と基板との間の空隙に樹脂が充填される際の該樹脂の粘度が１００００ｐｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載する太陽電池モジュールの製造方法。
前記少なくとも収集電極線と基板との間の空隙に樹脂を充填する工程において、該収集電極線に沿って連続的に該樹脂を塗布して、該収集電極線と基板との間の空隙に該樹脂を充填することを特徴とする請求項１又は２に記載する太陽電池モジュールの製造方法。