JP4023961B2 - 太陽電池におけるラミネート方法及びそのラミネート装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池パネルを製造するためのラミネート方法と、そのラミネート装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池パネルを製造するラミネート装置としては、特開平9-14743号や実用新案第3037201号などの公報に開示されているものがあるが、従来の一般的なラミネート装置は、下方に向けて膨張自在なダイアフラムにより上チャンバを形成した蓋と、発熱板を具えた下チャンバを有する前記蓋に対応した真空容器本体とにより構成されており、その使用形態は次の通りである。即ち、前記蓋を開いた状態で、前記本体の下チャンバに設けられた発熱板上に、最下層がガラス板で、その上にシート状の充填材，太陽電池セル，シート状の充填材を順次積層し、最上部にシート状の裏面材を配した被加工物を載置して、上チャンバと下チャンバを減圧し、被加工物を加熱して、上チャンバに大気を導入することにより、被加工物を発熱板の上面とダイアフラムとの間で挟圧してラミネートするようになっている。
【０００３】
上記装置において、上チャンバと下チャンバを減圧、即ち真空引きするのは、被加工物内に気泡を残存させないためで、その理由は、太陽電池に気泡が残されたままの状態で太陽光にさらされ、温度が上昇すると、気泡が膨張して劣化が早まるからである。
【０００４】
また、被加工物は発熱板により加熱されるが、発熱板の温度は設定温度に制御され、適宜時間経過すると、被加工物は発熱板の温度と略同一となるから、前記設定温度を充填材の融点より高くしておくことにより、充填材を溶融するようになっており、上チャンバにのみ大気を導入することにより、ダイアフラムを膨張させ、被加工物を発熱板に押し付けて一体に接合するので、この接合の後、下チャンバを大気圧に戻して蓋を開き、被加工物を取り出すようになっている。
【０００５】
一方、充填材としては、ＥＶＡ樹脂（エチレンビニルアセテート）などが使用されるが、ＥＶＡ樹脂を使用した場合、ＥＶＡ樹脂は80〜100℃程度で溶融するので、ラミネート装置においては、前記80〜100℃以上の温度でＥＶＡ樹脂を溶融させて、プレス接合させるのである。
【０００６】
然し乍ら、上記の従来のラミネート装置では、例えば、１ｍ四方のような比較的大きなサイズの太陽電池を製造する場合、発熱板と接している被加工物の下面は温度が上昇しやすい反面、上面は下面に比べ温度が上昇しにくいため、上，下面で温度差が発生し、この温度差により、図９に例示するように、被加工物Ａの端の方が中央部に対して上側に反るという現象が発生する。そして、一旦、反りが発生すると、反りの端の部分が発熱板11から離れるため、温度が上昇しにくくなる。このため、被加工物Ａ全体を均一な温度まで昇温させるには、長い時間を必要とし、生産性が悪くなるという問題がある。
【０００７】
また、上チャンバ内に大気を導入してダイアフラムにより被加工物をプレスすれば、反っていた被加工物Ａが発熱板11に押し付けられるので、その端の部分も温度が上昇しやすくなるが、このようにすると、ＥＶＡが充分溶融しないうちにプレスすることになるので、太陽電池セルが割れるという現象が頻発するおそれがある。なお、図９において、７は真空容器本体、12は下チャンバ、13は前記容器本体７に上から施される蓋（図示せず）を密封するためのシール材である。
【０００８】
一方、太陽電池を更に大形に形成する場合、強度を確保するために最下層のガラス板を厚くする必要があるが、ガラス板が厚くなると、被加工物の上面と下面との温度差が更に著しくなり、該ガラス板が割れる場合もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような従来技術に鑑み、生産性が良好で、しかも、被加工物の上面と下面の温度差を小さくすることにより、被加工物の反りの発生を少なくし、特に、大形の太陽電池を製造するのに適したラミネート方法とそのための装置を提供することを、課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することを目的としてなされた本発明の太陽電池製造におけるラミネート方法の構成は、ダイアフラムにより仕切られた上チャンバと下チャンバ並びに発熱体を有するラミネート装置の内部に、表面材，充填材，太陽電池セル，充填材，裏面材とにより構成される太陽電池を載置し、前記下チャンバ内を減圧し前記発熱体により充填材を加熱し、前記上チャンバに気体を導入してプレスする太陽電池のラミネート方法において、前記プレスを、低い圧力でプレスし、充填材が溶融した後に高い圧力でプレスすることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明は、上記方法の構成において、充填材を溶融させる加熱は、前記太陽電池の表面材と裏面材の外側から行う構成にすることができる。即ち、本発明ラミネート方法は、表面材，充填材，太陽電池セル，充填材，裏面材とにより構成される被加工物の表面及び裏面の双方から加熱して充填材を溶融させてラミネートを行うことにより、反りをなくし、熱の伝導を良好にするようにしたもので、こうすることにより、生産性を向上でき、更に、表面材としてガラス板を使用する場合は、その内部応力を低減できて、割れを防ぐことができる。
【００１２】
また、本発明のラミネート方法においては、ダイアフラムにより仕切られた上チャンバと下チャンバを有するラミネート装置によりラミネートする場合、下チャンバ内に被加工物をセットして下チャンバを真空とし、上チャンバに気体を導入してプレスする際、まず低い圧力でプレスした後、高い圧力でプレスするようにしているが、これは、太陽電池セルに割れを発生させずに発熱板に押し付け、被加工物の温度を均一にするのを早め、この均一に昇温させた段階で、高い圧力でプレスすることによって、ラミネートを完了する。
【００１３】
次に、上述のラミネート方法を実施する本発明ラミネート装置の構成は、ダイアフラムにより仕切られた上チャンバと下チャンバを有するラミネート装置であって、下チャンバ内にヒータを内蔵した発熱板を有し、上チャンバ内にヒータを設けると共に、複数の圧力設定器を設け、該設定器により、上チャンバ内のプレス圧を低い圧力と高い圧力に設定できるようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明は、上記装置の構成において、上チャンバ内に気体を加熱するヒータと加熱された気体を循環させる送風機とを設けた構成にすることができる。このようにすると、上チャンバ内で加熱された気体が強制的に循環され、ダイアフラムに熱を伝えて、被加工物を加熱することができる。
【００１５】
また、本発明は、上記装置の構成において、上チャンバ内に気体を導入する時間を設定するタイマを複数設ける構成としてもよい。即ち、このラミネート装置を用いると、一方のタイマが働くまで気体を導入して低い圧力のプレスを行い、適度の時間保持してから、再度気体の導入を行うようにし、他方のタイマが働いた時点で、気体の導入を停止し、高い圧力のプレスを行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態例を図により説明する。図１は被加工物の断面図、図２は本発明方法を実施するラミネート装置の一例の蓋を開いた状態の断面図、図３は図２のＢ−Ｂ線矢視図、図４は図２のラミネート装置の蓋を閉じて本発明方法によるラミネート加工を行っている状態の断面図、図５は本発明ラミネート装置の一例の断面図、図６は本発明ラミネート装置の他の例の断面図、図７は本発明方法を実施する別例のラミネート装置の断面図、図８は本発明ラミネート装置のラミネート加工サイクルを示す線図、図９は従来のラミネート装置において、発熱板上に被加工物を置いた場合の被加工物の反りを示す断面図である。
【００１７】
図１において、Ａはラミネート加工すべき被加工物で、最下層のガラス板１の上に、シート状の充填材２、太陽電池セル３、シート状の充填材５を順次積層し、最上位に裏面材６を配して構成されている。なお、４は太陽電池セル３を連結するリボン状の電極である。
【００１８】
図２において、７は真空容器本体、８はその蓋、９は蓋８の内側に取付けたダイアフラム、10は蓋８の内側下面とダイアフラム９の上面の間に形成された上チャンバ、11は真空容器７に取付けたヒータを内蔵した発熱板、11aは発熱板11の支持部材、12は真空容器本体７の内側上面とダイアフラム９の下面の間に形成された下チャンバで、真空容器本体７と蓋８は当接される対向縁辺に設けたシール材13により密封されるようになっている。7aは真空容器本体７の気体配管接続口、8aは蓋８の気体配管接続口であって、両接続口7a，8aはチャンバ内の真空引きと大気導入のためのものであり、通常のラミネート装置は上記により構成される。図２に示したラミネート装置においては、本発明方法を実施するために、ダイアフラム９の下に、上ヒータ14を配設してある。この上ヒータ14は、導電体をゴムシートにより挟んで構成された柔軟性を有するものであり、柔軟に曲がり且つ伸びにくい特性を持ったシート15に取付けられ、シート15の両端側は、一端を蓋８の内側に固定された延伸性のある弾性体シート16に接合されている。
【００１９】
上記上ヒータ14の蓋８内における平面内での配置形態は、図３に示すとおりで、上ヒータ14は帯状の発熱体14aを複数取付けて構成されており、該発熱体14aに断線等があった場合は、その部分だけを交換すればよいので、損失が少なくて済む。図３の例では、発熱体14aを６式取付けた構成としているので、一例として、これらを２式ずつの３群に分けて温度制御するようにすれば、均一な温度制御を達成し易い。なお、上ヒータ14の発熱体14aの個数と群の分け方は、上記例に限られるものではない。また、上ヒータ14を取付けるシート15としては、例えば、ファイバグラスのシートを芯材としたシリコンゴムシートが使用され、一方、シート15に接合する延伸性のある弾性体シート16としては、例えば、シリコンゴムシートが使用される。
【００２０】
図２における17，18は、被加工物Ａのラミネート加工時、溶融した充填材２，４がはみ出してガラス板１などに付着するのを防ぐリリースシートで、リリースシート17は被加工物Ａの上面側に配し、同じく18は被加工物Ａの下面側に配するものである。
【００２１】
而して、図４に示すように、発熱板11の上に被加工物Ａを載置して、真空容器７に蓋８を施し、真空容器７を真空引きすると共に発熱板11及び上ヒータ14により被加工物Ａを上下から加熱して、ダイアフラム９を被加工物Ａの上面から下面に向けて発熱板11に押し付けるようにプレスすると、上ヒータ14は裏面板６に、発熱板11はガラス板１に圧接し、それらの加熱により充填材２，５が溶融すると共に被加工物Ａが脱泡されて、ラミネート体に形成されるようになっており、ラミネート体が形成された後に蓋８を取り外して、被加工物Ａを取り出すのである。
【００２２】
上記のラミネート加工において、上ヒータ14は柔軟に曲がり且つ伸びにくいシート15に取付けられ、シート15はその両側を蓋８内に取付けられた延伸性のある弾性体シート16に接合されているので、ダイアフラム９の押圧に対応して弾性体シート16が伸長し、シート15の伸びない分を補うようになっている。また、同じくラミネート加工時に、加熱により溶融した充填材２，５がはみ出しても、リリースシート17，18がそれを受けるので、はみ出した充填材２，５が発熱板11及びシート15などに付着するおそれはない。また、図４において、19は接続口8aに接続された配管に設けた真空引き用バルブ、20は大気導入用バルブ、21はプレス圧を検出する圧力検知器、22，23は圧力設定器で、これら圧力設定器の一方の設定器22には高い圧力を、他方の設定器23には低い圧力を、それぞれ設定しておくものとする。
【００２３】
図５に示す本発明ラミネート装置の一例は、蓋８の裏面、即ち、上チャンバ10の内部に上ヒータ24を設置して、ダイアフラム９を介して被加工物Ａに熱を伝えるようにしたものであり、上ヒータ24からダイアフラム９への伝熱は輻射伝熱とチャンバ10内部の気体による熱伝達により、被加工物Ａを均一に加熱できる。
【００２４】
図６に示す本発明ラミネート装置の他の例は、図５に示したラミネート装置に次の機構を付加したものである。即ち、上チャンバ10の外部であって蓋８の外部に上ヒータ25と送風機26を設け、該送風機26を配管Ｃにより上チャンバ10の内部と接続させている。プレス後、上チャンバ10の内部の気体を上ヒータ25により加熱し、加熱された気体を送風機26により強制的に循環させて、上チャンバ10の内部の気体を昇温させることにより、ダイアフラム９を加熱し、該ダイアフラム９を介して被加工物Ａを加熱するようになっている。この例では、チャンバ10内に上部ヒータ24も設置しているので、両ヒータ24，25により被加工物Ａの上面から加熱することが可能である。
【００２５】
図７に示すラミネート装置は、図２に示したラミネート装置に、上チャンバ10に大気を導入するバルブ20の開いている時間を制御するために、制御装置29の開閉時操作を制御するタイマを複数設けたもので、タイマ27に設定された時間、制御装置29によってバルブ20を開き低い圧力でプレスしてからバルブを閉じ、適度な時間経過後、再度バルブ20を開くようにしてあり、タイマ28に設定された時間が経過した後、前記バルブ20を閉じることによって、高い圧力でプレスすることができるから、好適なラミネート加工を実現できる。
【００２６】
図８は、図４のラミネート装置におけるラミネート加工サイクルの例を示す線図であって、プレス前に、上チャンバ10も下チャンバ12と同様に真空引きしておく。この状態から大気導入用のバルブ20を開いて上チャンバ10内に大気を導入する。圧力設定器23が働いた時点で圧力検知器21が前記バルブ20を閉じることにより、低い圧力でプレスすることができる。なお、この圧力は太陽電池セル４が割れない程度に設定されていることが望ましい。低い圧力でプレスされることにより、被加工物Ａの反りが少なくなり、且つ押し付けられることによって、熱の伝わりが良くなる。
【００２７】
低い圧力でプレスしてから、適度の時間が経過すると、太陽電池セル、即ち、モジュールは、充填材２，５が溶融する温度に一定に加熱される。この後、圧力設定器22が働くまで、再度大気を導入して、高い圧力でプレスする。
【００２８】
上ヒータ14と下ヒータである発熱板11の温度制御は、電流が通電している時間と通電していない時間との比率により制御する。目標温度に達すると、ヒータに通電する時間は、通電しない時間との比率が小さくなる。これは、ヒータから放熱する熱量と被加工物Ａへの伝熱する熱量分を補う程度で済むからである。本発明においては、発熱板11と上ヒータ14は、それらの一方に通電している間は、他方には通電しないように制御している。こうすることにより、両ヒータ11，14に同時に通電することはないので、装置に使用する最大電流が大きくならずに済み、その結果、本発明ラミネート装置には大きな電源装置を必要としない。
【００２９】
なお、上記のラミネート加工サイクルの説明は、図４のラミネート装置を例にして行ったが、上述の他のラミネート装置にも適用されること、勿論である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、上述のとおりであって、太陽電池セルのラミネートにおいて、被加工物を上下両面から加熱するようにしたから、下面のみからの加熱に比して被加工物、特に太陽電池セルに反りや割れの生じるのを抑制できるばかりでなく、被加工物を所要温度に昇温させるまでの時間を短縮できて生産性を向上させることができる。
【００３１】
また、被加工物が大形の場合に、それを上面から加熱するに際して、上側のヒータ若しくはダイアフラムを被加工物に接触させるが、この時、いきなり高い圧力でプレスすると、セルが割れやすいので、まず低い圧力でプレスしてセルの割れを防止しつつ、上側のヒータ若しくはダイアフラムを被加工物に接触させ、充填材が溶融した時点で、高い圧力によりプレスしラミネート加工することによって、セルの割れを防止しつつ、被加工物を上から加熱でき、従って、特に大形の被加工物の生産性を向上させる上で好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 被加工物の断面図。
【図２】 本発明方法を実施するためのラミネート装置の一例の蓋を開いた状態の断面図。
【図３】 図２のＢ−Ｂ線矢視図。
【図４】 図２のラミネート装置の蓋を閉じてラミネート加工を行っている状態の断面図。
【図５】 本発明ラミネート装置の一例の断面図。
【図６】 本発明ラミネート装置の他の例の断面図。
【図７】 本発明方法を実施するための別例のラミネート装置の断面図。
【図８】 本発明ラミネート装置のラミネート加工サイクルを示す線図。
【図９】 従来のラミネート装置において、発熱板上に被加工物を置いた場合の被加工物の反りを示す断面図。
【符号の説明】
Ａ 被加工物
１ ガラス板
２，５ 充填材
３ 太陽電池セル
４ 電極（リボン）
６ 裏面板
７ 真空容器本体
８ 真空容器の蓋
９ ダイアフラム
10 上チャンバ
11 発熱板
12 下チャンバ
13 シール材
14，24，25 上ヒータ
14a 発熱体
15，16 シート
17 上側リリースシート
18 下側リリースシート
19 真空引き用バルブ
20 大気導入用バルブ
21 圧力検知器
22，23 圧力設定器
26 送風機
Ｃ 配管
27，28 タイマ
29 制御装置

Claims (5)

1. ダイアフラムにより仕切られた上チャンバと下チャンバ並びに発熱体を有するラミネート装置の内部に、表面材，充填材，太陽電池セル，充填材，裏面材とにより構成される太陽電池を載置し、前記下チャンバ内を減圧し前記発熱体により充填材を加熱し、前記上チャンバに気体を導入してプレスする太陽電池のラミネート方法において、前記プレスを、低い圧力でプレスし、充填材が溶融した後に高い圧力でプレスすることを特徴とする太陽電池におけるラミネート方法。
2. 充填材を溶融させる加熱は、前記太陽電池の表面材と裏面材の外側から行う請求項１の太陽電池におけるラミネート方法。
3. ダイアフラムにより仕切られた上チャンバと下チャンバを有するラミネート装置であって、下チャンバ内にヒータを内蔵した発熱板を有し、上チャンバ内にヒータを設けると共に、複数の圧力設定器を設け、該設定器により、上チャンバ内のプレス圧を低い圧力と高い圧力に設定できるようにしたことを特徴とするラミネート装置。
4. 上チャンバ内に気体を加熱するヒータと加熱された気体を循環させる送風機とを設けた請求項３のラミネート装置。
5. 上チャンバ内に気体を導入する時間を設定するタイマを複数設けた請求項３又は４のラミネート装置。

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