JP4537515B2

JP4537515B2 - 太陽電池モデュールの製造方法

Info

Publication number: JP4537515B2
Application number: JP22921199A
Authority: JP
Inventors: 直明中西
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 1999-08-13
Filing date: 1999-08-13
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2019-08-13
Also published as: JP2001053311A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池サブモデュールを封止樹脂を介して保護フィルムで封止して太陽電池モジュールを製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非晶質シリコン等の非単結晶太陽電池は、結晶太陽電池と比較して、基板の選択自由度が高く、透光性（透明）ガラス基板の上に比較的低温で容易に形成し得るという特徴を有する。一般に、非晶質太陽電池は、透明前面電極層、非単結晶光電変換ユニットおよび裏面電極層を含む太陽電池単位セルを透明ガラス基板上に複数形成し、これらを相互に電気的に接続したいわゆる太陽電池サブモデュールとして構成される。このような太陽電池サブモデュールは、その裏面電極層を含んで各単位セルを物理的または化学的に保護するために、その裏面側において封止樹脂を介して保護フィルムにより保護されていわゆる太陽電池モデュールとして製品化されている。
【０００３】
従来、太陽電池サブモデュールの保護フィルムによる保護（封止）は、太陽電池サブモデュールの裏面にシート状封止樹脂（例えば、硬化剤を配合したエチレン／酢酸ビニル共重合体）を載置し、その上に保護フィルムを載置し、封止樹脂シートと保護フィルムとを太陽電池サブモデュールの裏面に対し加熱圧着することにより行われていた。この加熱圧着過程で、封止樹脂は軟化・溶融を経て硬化する。封止樹脂の硬化後は、余分の保護フィルムなどをトリミング除去する。
【０００４】
ところで、従来、封止樹脂シート／保護フィルムによる太陽電池サブモデュールの封止は、気泡の混入を防止するため等の理由により、真空ラミネート装置を用いて行われ、しかも封止樹脂の軟化・溶融から硬化終了までを連続して同一真空ラミネート装置内で行っていた。しかしながら、真空ラミネート装置は、複数の太陽電池サブモデュールを一度に封止する処理容量がなく、また非常に高価である。そこで、近年、真空ラミネート装置において封止樹脂の硬化終了まで加熱圧着処理することなく、封止樹脂の溶融終了の硬化途中で太陽電池サブモデュールを真空ラミネート装置からオーブン中に移行し、オーブン中で封止樹脂の硬化を完了させることが行われるようになってきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、封止樹脂は、真空ラミネート装置により加熱を受け、溶融段階では流動状態となるため、ガラス基板領域から流延・延出する（はみ出る）。この溶融延出部分をもった状態のまま太陽電池サブモデュールをオーブン中で硬化のために再加熱処理すると、封止樹脂の溶融延出部分（はみ出し部分）が剥落し、オーブンを汚染することがわかった。このオーブンの汚染は、オーブンの浄化を要することから、太陽電池モデュールの生産性を低下させる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、オーブン等の加熱装置の汚染を防止して生産性を低下させることなく太陽電池モデュールを効率的に製造するための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】
上記課題を解決すべく、本発明は、透光性ガラス基板上に集積された複数の単位セルを備え、該基板の周縁領域において該ガラス面が露出している太陽電池サブモデュールの裏面に、加熱により軟化・溶融を経て硬化し得る封止樹脂のシートと該ガラス基板よりも大きなサイズを有する保護フィルムとを載置し、真空加熱圧着装置内において該封止樹脂シートおよび保護フィルムと該太陽電池サブモデュールとを真空下に加熱しながら圧着して前記基板の周縁領域において前記基板と前記封止樹脂とを接着させ、該封止樹脂の硬化途中で該太陽電池サブモデュールを該真空加熱圧着装置から取り出し、該加熱圧着により該ガラス基板から溶融延出した封止樹脂部分を対応する保護フィルム部分とともに切除した後、別の加熱装置内で加熱下に該封止樹脂の硬化を完了させることを特徴とする太陽電池モデュールの製造方法を提供する。
【０００８】
封止樹脂は、硬化剤を配合したエチレン／酢酸ビニル共重合体からなることが好ましく、有機保護フィルムは、フッ素樹脂フィルムを含むことが好ましい。
【０００９】
本発明の好ましい態様において、真空加熱圧着は、約１２０℃から約１３０℃の温度で約５分間から約１０分間行われる。また、加熱装置における加熱硬化は、１４０℃以上の温度で約１０分間から約１２０分間行うことが好ましい。
【００１０】
なお、本明細書において、光入射側を前面といい、その反対側を裏面という。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照しながらより詳しく説明する。全図にわたり、同様の要素は、同様の符号で示されている。
【００１２】
既述のように、本発明は、太陽電池サブモデュールを封止樹脂／保護フィルム積層体で封止することにより太陽電池モデュールを製造する方法に関するものである。まず、図１を参照して、本発明により製造される太陽電池モデュールの一例を説明する。
【００１３】
図１に示す太陽電池モデュール１０は、透光性（透明）ガラス基板１１上に集積された複数の太陽電池単位セル１２を有する太陽電池サブモデュールを備える。この太陽電池サブモデュールは、ガラス基板１１側から光が入射される。
【００１４】
各単位セル１２は、ガラス基板１１から順に、透明前面電極層１２１、非単結晶シリコン系光電変換ユニット１２２、および裏面電極層１２３を備える。
【００１５】
ガラス基板１１上に形成される透明前面電極層１２１は、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ₂膜、またはＺｎＯ膜のような透明導電性酸化物層等で構成することができる。透明前面電極層１２１は単層構造でも多層構造であってもよく、いずれも、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等それ自体既知の気相堆積法を用いて形成することができる。透明前面電極層１２１の表面は、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構造を有することが好ましい。透明前面電極層１２１の表面にこのようなテクスチャ構造を形成することにより、非単結晶シリコン系光電変換ユニット１２２に入射した光が光電変換に寄与することなくセル１２の外部へと出射されるのを抑制することができる。
【００１６】
通常、透明前面電極層１２１の上に形成される非単結晶シリコン系光電変換ユニット１２２は、それぞれ図示しないが、透明前面電極層１２１上に形成されたｐ型非単結晶シリコン系半導体層、非単結晶シリコン系薄膜光電変換層、およびｎ型非単結晶シリコン系半導体層を順次積層した構造を有する。これらｐ型半導体層、光電変換層４２およびｎ型半導体層はいずれもプラズマＣＶＤ法を用いて形成することができる。ｐ型シリコン系半導体層は、シリコンまたはシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等のシリコン合金で形成することができ、ボロンやアルミニウム等のｐ導電型決定不純物原子がドープされている。ｐ型半導体層上に形成される光電変換層は、非単結晶シリコン系半導体材料で形成され、そのような材料には、真性半導体のシリコン（水素化シリコン等）やシリコンカーバイドおよびシリコンゲルマニウム等のシリコン合金等が含まれる。また、光電変換機能を十分に備えていれば、微量の導電型決定不純物を含む弱ｐ型もしくは弱ｎ型のシリコン系半導体材料も用いられ得る。この光電変換層は、非晶質である場合には、通常、０．１〜１０μｍの範囲内の厚さに形成される。光電変換層上に形成されるｎ型シリコン系半導体層は、シリコンまたはシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等のシリコン合金で形成することができ、燐や窒素等のｎ導電型決定不純物原子がドープされている。
【００１７】
光電変換ユニット上１２２上に形成される裏面電極１２３は、金属材料で形成されるが、裏面電極層１２２は電極としての機能を有するだけでなく、ガラス基板１１から光電変換ユニット１２２に入射し裏面電極層１２２に到達した光を反射して光電変換ユニット１２２内に再入射させる反射層としての機能も有することが好ましいので、銀または銀合金等の銀系材料のような光反射率の高い金属材料で形成することが好ましい。裏面電極層１２３は、蒸着法やスパッタリング法等を用いて形成することができる。
【００１８】
以上説明した透明前面電極層１２１や非単結晶シリコン系光電変換ユニット１２２等は大面積の薄膜としてガラス基板１１上に形成された後、レーザ加工等を利用して複数の薄膜に分割され、複数の単位セル１２が同時に形成される。これら複数の単位セル１２は、電気的に直列接続または並列接続されて、集積構造とされている。
【００１９】
なお、図１に示されているように、ガラス基板１１の周縁領域１１１はサンドブラスト等の手段により、セル１２の作製のために被着された透明前面電極薄膜、シリコン薄膜等が除去され、ガラス面が露出されている。このように、ガラス基板１１の周縁領域においてガラス面が露出していることにより、以後述べる封止樹脂との接着力が向上する。
【００２０】
さて、上に詳述した太陽電池サブモデュールの裏面は、封止樹脂層（接着層）１３を介して保護フィルム１４により保護・封止されている。
【００２１】
本発明に使用される封止樹脂は、加熱により軟化・溶融を経て硬化し得る樹脂であり、ガラス基板１１上に形成された各単位セルを封止し、保護フィルム１４を強固に接着しうる樹脂である。そのような樹脂の例を挙げると、例えば、エチレン／ビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）、エチレン／酢酸ビニル／トリアリルイソシアヌレート（ＥＶＡＴ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリイソブチレン（ＰＩＢ）等の熱可塑性樹脂であり、ガラス基板１１との接着性および価格の点から、ＥＶＡが好ましい。いうまでもなく、これら熱可塑性樹脂には、これを架橋して硬化させるために硬化剤（架橋剤）が配合されている。そのような硬化剤としては、２，５−ジメチルヘキサン−２，５−ジヒドロペルオキシド等の有機過酸化物を好ましく例示することができる。有機過酸化物架橋剤は、１００℃以上の温度に熱することによりラジカルを発生し、上記封止樹脂を架橋させるものであり得る。
【００２２】
保護フィルム１４は、屋外環境に置かれた太陽電池サブモデュールを保護するものであって、耐湿性や耐水性に優れ、絶縁性であることが好ましい。そのような保護フィルム１４は、ポリフッ化ビニルフィルム（例えば、テドラーフィルム（登録商標名））等のフッ素樹脂フィルムやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムのような有機フィルムを封止樹脂層１３と接する側に有するものであればよく、有機フィルムの単層構造であっても、積層構造であってもよい。さらに、保護フィルム１４は、アルミニウム等からなる金属箔をこれら有機フィルムで挟持した構造を有してもよい。アルミニウム箔のような金属箔は耐湿性や耐水性を向上させる機能を有するので、保護フィルム１４をこのような構造とすることにより、太陽電池サブモデュールの裏面をより効果的に水分から保護することができる。有機フィルムとしてはフッ素樹脂フィルムが好ましい。
【００２３】
なお、封止樹脂層１３と保護フィルム１４は、ガラス基板１１の周端面に沿ってトリミング処理されている。
【００２４】
次に、図２〜図４を参照しながら、本発明の太陽電池の製造方法の一例を説明する。なお、図２〜図４において、図１に関して説明した太陽電池単位セル１２の集積構造を一括して符号１２０で示す。
【００２５】
まず、本発明によれば、太陽電池サブモデュールの裏面に、上記封止樹脂のシートと保護フィルムとを載置し、真空加熱圧着装置（いわゆる真空ラミネート装置）内において封止樹脂シートおよび保護フィルムと太陽電池サブモデュールとを真空下に加熱しながら圧着する。
【００２６】
使用する真空ラミネート装置は、二重真空方式のラミネート装置等それ自体既知のものを使用することができる。例えば、図２に示す真空ラミネート装置３０は、下部チャンバ３２と、この下部チャンバ３２に対して図示しない駆動機構によって開閉駆動される上部チャンバ３１とを有する。
【００２７】
上部チャンバ３１には、周辺部を上部チャンバ３１の内周壁に気密に固着したダイアフラム３１１が設けられている。また、上部チャンバ３１の一側壁には、ダイアフラム３１１によって隔離された空間部に連通する上部排気孔３１２が形成され、この上部排気孔３１２には図示しない排気吸引ポンプが接続されている。他方、下部チャンバ３２内には被ラミネート体が載置される載置盤３２１が設けられており、その中には、ラミネートの際の加熱のためのヒータ３２３が内蔵されている。また、下部チャンバ３２の一側壁には下部排気孔３２２が形成され、この下部排気孔３２２には図示しない排気ポンプが接続されている。
【００２８】
上記真空ラミネート装置３０を用いて、ガラス基板１１上に集積した複数のセル１２０を備える太陽電池サブモデュール２０を封止するためには、まず、図２に示すように、ガラス基板１１が載置盤３２１と接するように下部チャンバ３２内の載置盤３２１上に太陽電池サブモデュール２０を載置する。ついで、太陽電池サブモデュール２０の裏面（図２では上面）に、封止樹脂のシート１３’を、そしてその上に保護フィルム１４を載置し、被ラミネート体を構成する。封止樹脂シート１３’は、ガラス基板１１のサイズとほぼ同じか、やや大き目であり、保護フィルム１４は、ガラス基板１１のサイズよりもやや大き目である。
【００２９】
しかる後、上部チャンバ３１を下部チャンバ３２に対して閉じ、上部チャンバ３１と下部チャンバ３２とを減圧し、封止樹脂シート１３’に含まれ得るガスを除去した後、上部チャンバ３１の減圧状態を解除する。すると、図２に示すように上部チャンバ３１に設けられたダイアフラム３１１が下方へ膨張し、ヒータ３２３により加熱された載置盤３２１上に載置された被ラミネート体に圧接する。
かくして、被ラミネート体は載置盤３２１とダイアフラム３１１とによって加熱圧着されて封止樹脂シート１３’が軟化・溶融し、保護フィルム１４と太陽電池サブモデュール２０裏面との接着をもたらし、ラミネート体を提供する。
【００３０】
しかしながら、本発明においては、この真空ラミネート装置３０による加熱・圧着（ラミネート）は、封止樹脂の硬化途中で、すなわち、封止樹脂の硬化が始まった後であるが硬化が完了する前に終了させる。すなわち、真空ラミネート装置における加熱圧着により封止樹脂シート１３’は、軟化・溶融し、硬化し始めるが、この封止樹脂の硬化が未完了のうちに、ラミネート体を真空ラミネート装置３０から取り出す。このラミネート体の取り出しは、下部チャンバ３２の減圧状態を解除し、下方へ膨張したダイアフラム３１１を元の状態へ収縮させたのち、上部チャンバ３１を上昇させて真空ラミネート装置３０を開放することによって行うことができる。なお、真空ラミネート装置３０を用いた加熱圧着の条件は、使用する封止樹脂の硬化特性により適宜設定することができるが、通常の有機過酸化物を配合したＥＶＡでは、１２０℃〜１３０℃で５分から１０分間程度で充分である。
【００３１】
さて、封止樹脂の硬化が未完了のうちに真空ラミネート装置３０から取り出されたラミネート体は、図３に示すように、封止樹脂の溶融・流延によりガラス基板１１の周囲から封止樹脂が延出し、延出部分１３１を形成する。本発明によれば、別の加熱装置で封止樹脂の硬化を完了させる前に、この封止樹脂の延出部分１３１を保護フィルム１４の基板１１からの延在部分１４１とともに、切除（トリミング）する（図４参照）。この切除は、ガラス基板１１の周端面に沿って、カッター等を用いて行うことができる。
【００３２】
しかる後、図４に示す構造をオーブン等の通常の加熱装置（図示せず）中で加熱処理して封止樹脂の硬化を完了させる。この硬化の条件は、使用する封止樹脂の種類に応じて適宜設定することができるが、上記通常のＥＶＡにあっては、約１４０℃以上（分解温度未満）の温度において、１０分間〜１２０分間で行うことができる。なお、この加熱の際、硬化に伴う封止樹脂の収縮は無視し得る程度に少ない。本発明においては、この硬化完了のための再加熱前に、封止樹脂および保護フィルムの余分な部分を切除しているので、加熱装置中における再加熱の際に封止樹脂の延出部分１３１（図３参照）が加熱装置内に剥落して加熱装置を汚染することがない。
【００３３】
こうして、図１に示すような太陽電池モデュール１０が製造される。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、太陽電池サブモデュールを封止樹脂を介して保護フィルムにより封止して太陽電池モデュールを製造するに際し、真空ラミネート装置中で封止樹脂の加熱圧着を封止樹脂の硬化途中まで行った後、別の加熱装置で封止樹脂の硬化終了のための再加熱前に、封止樹脂のガラス基板からの延出部分を保護フィルムの不要部分とともに切除しているので、当該延出部分による加熱装置の汚染がなくなり、その汚染による加熱装置の浄化が不要となるので、効率的な太陽電池モデュールの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製造される太陽電池モデュールの一例を示す概略断面図。
【図２】本発明により太陽電池モデュールを製造する際の真空ラミネート装置における加熱圧着工程を説明するための概略断面図。
【図３】本発明により真空ラミネート装置から取り出された太陽電池モデュールの状態を示す概略断面図。
【図４】本発明により封止樹脂の硬化完了前にトリミングされた後、太陽電池モデュールを示す概略断面図。
【符号の説明】
１０…太陽電池モデュール
１１…ガラス基板
１１１…ガラス基板の露出周縁部
１２…太陽電池単位セル
１２０…太陽電池単位セルの集積構造
１２１…前面透明電極層
１２２…光電変換ユニット
１２３…裏面電極層
１３…封止樹脂層
１３１…封止樹脂層の溶融延出部分
１３’…封止樹脂シート
１４…保護フィルム
１４１…保護フィルムのガラス基板からの延在部分
２０…太陽電池サブモデュール
３０…真空ラミネート装置
３１…上部チャンバ
３１１…ダイアフラム
３２…下部チャンバ
３２１…載置盤
３２３…ヒータ

Claims

透光性ガラス基板上に集積された複数の単位セルを備え、該基板の周縁領域において該ガラス面が露出している太陽電池サブモデュールの裏面に、加熱により軟化・溶融を経て硬化し得る封止樹脂のシートと該ガラス基板よりも大きなサイズを有する保護フィルムとを載置し、真空加熱圧着装置内において該封止樹脂シートおよび保護フィルムと該太陽電池サブモデュールとを真空下に加熱しながら圧着して前記基板の周縁領域において前記基板と前記封止樹脂とを接着させ、該封止樹脂の硬化途中で該太陽電池サブモデュールを該真空加熱圧着装置から取り出し、該加熱圧着により該ガラス基板から溶融延出した封止樹脂部分を対応する保護フィルム部分とともに切除した後、別の加熱装置内で加熱下に該封止樹脂の硬化を完了させることを特徴とする太陽電池モデュールの製造方法。
封止樹脂が、硬化剤を配合したエチレン／酢酸ビニル共重合体からなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モデュールの製造方法。
保護フィルムが、有機フッ素樹脂フィルムを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モデュールの製造方法。
真空加熱圧着を、約１２０℃から約１３０℃の温度で約５分間から約１０分間行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の太陽電池モデュールの製造方法。
加熱装置における硬化を１４０℃以上の温度で約１０分間から約１２０分間行うことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モデュールの製造方法。