JP4568359B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池の製造方法に係り、特に複数のセルをタブ又はタブリードと称される接続部材により電気的に接続して成る太陽電池を製造する方法に関するものである。

近年、地球温暖化などの地球環境保全問題から、クリーンエネルギーへの期待が高まっており、太陽エネルギー（太陽光）を直接電気エネルギーに変換する太陽電池は、クリーンなエネルギー源として注目されている。例えば、太陽電池は複数の光電変換セルを備え、これら隣接するセルに銅箔から成るタブを半田付けして相互に電気的に接続することによりストリングが構成されている。このタブは、複数のセルを直列に接続するリード線となり、或いは、出力端子として使用される（特許文献１参照）。

このような太陽電池のストリング１００の一般的な製造方法は、図８に示すように、先ず、複数のセル１２を用意する（第１工程）。そして、複数のセル１２の表面のタブ１４を半田付けする部分（図中点線）に所定の温度に温められた液状のフラックスを塗布した後（第２工程）、セル１２の上面及びそれに隣接するセル１２の下面間に渡ってタブ１４を配設する（第３工程）。次に、配設したタブ１４が浮かないようにタブ１４を上からセル１２に押圧し、タブ１４の半田付けを行う（第４工程）。

係るタブ１４をセル１２の表面に半田付けする際、セル１２にはフラックスに混じった有機物等が付着する。また、これら有機物やフラックスがセル１２の表面に残っていると太陽電池の発電効率が低下してしまう。そこで、従来ではセル１２にタブ１４を半田付けした後に洗浄する洗浄工程を設け、セル１２の表面のフラックスや有機物等の残留物を温水や薬品、或いは、スチームなどで洗浄して取り除いていた。

そして、このようにして洗浄された複数のセル１２から成るストリング１００を、裏面側の保護シート、或いは、透光性ガラスと、表面側の透光性ガラス間に配置し、充填剤（ＥＶＡなど）によって封止することにより、太陽電池は製造されていた。また、セル１２の表面のフラックスや有機物等の残留物を洗浄せずにそのままガラス間或いはガラスとシート間に封止する場合もあった。
特開２００３−１６８８１１号公報

しかしながら、タブの半田付けを行った後に、セル表面のフラックスや有機物等の残留物を温水や薬品、或いは、スチームなどで洗浄して取り除く作業は、太陽電池の製造工程の増加を引き起こすために、太陽電池のコストアップを生起する問題があった。

また、タブの半田付けを行った後にセル表面のフラックスや有機物等の残留物を洗浄せずにガラス間、或いは、ガラスとシート間に封止した場合、セル表面にフラックスや有機物等の残留物が残っていても取り除けなくなってしまう。特に、セル表面に有機物などの残留物やフラックスがモジュール化する工程等における加熱によってガス化し多数の気泡となり残っている場合、セル表面に当たる太陽光が乱反射し、或いは、太陽光を遮ってしまうため、太陽電池の発電効率の低下を招いてしまうという問題もある。

本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、セル表面に残ったフラックスや有機物等の残留物の影響を効果的に除去し、発電効率を大幅に向上できる太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る太陽電池の製造方法は、複数のセルを接続部材により電気的に接続して太陽電池を製造する方法であって、セルの上面及び下面の電極の夫々にフラックスを塗布して接続部材を配置し、前記接続部材を前記上面及び下面の電極の夫々に半田付けし、その後に前記セル表面に残留する前記フラックスの残留物を取り除くために前記セルを上面側及び下面側から加熱することによって加熱する工程を備え、前記下面側からの加熱をホットプレートによって行い、前記上面側からの加熱を温風によって行うことを特徴とする。

また、前記上面側からの加熱において、前記上面の電極に配置された接続部材に集中するように温風を吹き付けることを特徴とする。

さらには、前記下面側からの加熱において、前記下面の電極に配置された接続部材に接触しないように配されたホットプレートを用いることを特徴とする。

本発明によれば、セルに付着したフラックスや有機物等の残留物を効果的に除去することが可能となるので、従来のようにセルの表面に塗布したフラックスや有機物等の残留物を除去するための洗浄工程を行うこと無く、残留物によってセルの内部が白濁するなどの不都合も防止できるようになる。これにより、太陽電池の製造コストの低減を図りながら、太陽電池の品質向上と発電効率の改善を図ることができるようになる。

本発明は、太陽電池の発電効率を向上させるため、セル表面に塗布したフラックスや有機物等の残留物を洗浄せずに取り除く方法を提供するものである。フラックスや有機物等の残留物の影響を取り除いて太陽電池の発電効率を向上させるという目的を、タブの半田付けを行った後のセルを加熱するだけの簡単な方法で実現した。

次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は実施例を示す太陽電池のストリング１００の製造工程図を示している。尚、図１において図８と同一符号で示すものは同一若しくは同様の作用を奏するものとする。また、実施例では単結晶シリコンや多結晶シリコンなどの結晶型の他、アモルファスシリコンを用いた非結晶型、或いは、単結晶（結晶系基板）を基板としてその両面にシリコンの非結晶層を形成した単結晶・アモルファスハイブリッド型などの一般的なセル１２（太陽電池セル）を用いた太陽電池の製造方法を示しており、これらセル１２を製造する技術については、従来より周知の技術であるため詳細な説明を省略し、主な要点を説明する。

実施例のセル１２は約１０ｃｍ角に形成されており、その両面には並行に二条の集電極（幅約２ｍｍ）が設けられ、集電極の両側には多数の分岐電極（幅約５０μｍ）が延長して設けられている。係るセル１２はパレット（図示せず）の長手方向に一列に並べられて着脱可能に装着され、後の工程の作業が行われる。太陽電池の製造方法は、図１に示すようにセル１２を用意し、パレットに載置する（第１工程）。

次に、セル１２表面の前記集電極の部分、即ち、接続部材としてのタブ１４、１４を半田付する部分（図中点線）に所定の温度に温められた液状のフラックス（水ベースの物質であり、沸点は約＋１００℃であり、沸点以上で気化し、約＋２００℃以上で活性化する。）を塗布する（フラックス塗布工程としての第２工程）。尚、前記タブ１４は幅約２ｍｍの導電性を有する銅箔などにて構成されており、その表面には半田が塗布されている。

次に、タブ配設工程としての第３工程に移行する。この第３工程移行については図２及び図３を用いて説明する。図２及び図３において、３は無端ベルトから構成された搬送ベルト（搬送手段）であり、所定時間停止した後、所定距離移動すると云う間欠的な動作により、セル１２を図３中向かって右方向に搬送するものである。この搬送ベルト３は、図６に示すようにタブストリング工程（半田付け位置）に位置する搬送ベルト３Ａと、セル加熱工程に位置する搬送ベルト３Ｂとから成り、搬送ベルト３Ａはセル１２下面のタブ１４、１４を回避した位置に３条設けられ、搬送ベルト３Ｂは逆にセル１２下面のタブ１４、１４に対応して接触する位置に二条設けられている。

４は搬送ベルト３の所定の半田付け位置の上下に配置された押付装置であり、図示しない駆動手段によって上下動される二列の複数のピン４Ａ・・、４Ｂ・・から構成されている。尚、このピン４Ａ・・、４Ｂ・・は半田が付かないもので構成され、図２、図３に示すように配置される二条のタブ１４、１４の垂直上方及び下方にそれぞれ対応して配置されている。また、この押付装置４の下方に対応する位置の搬送ベルト３下側には、電気ヒータから構成されたホットプレート（下側加熱手段）６が設けられており、作業中常時通電されている。

更に、この押付装置４と同じタブ１４、１４の垂直上方にそれぞれ対応する位置には、温風ヒータ（温風式加熱手段）７、７が設けられている。各温風ヒータ７、７は、例えば通電されて発熱する電気ヒータと送風機とから構成されており、電気ヒータにて加熱された空気（熱風）を送風機にてタブ１４、１４部分に集中的に吹き付けるものである。

前述の第２工程においてフラックスが塗布されたセル１２は次に上記搬送ベルト３Ａに載置される。次に、前記集電極に対応してタブ１４が搬送ベルト３Ａの進行方向における左右に二条配置される（タブ配置工程としての第３工程）。実際には、ストリング１００を構成する最初のセル１２の下面の集電極に対応してタブ１４が二条配置され、その前部（搬送ベルト３の進行方向における前部）半分は進行方向に引き出される。そして、搬送ベルト３が所定距離移動され、セル１２は前述した所定の半田付け位置に移動されて所定時間停止する。そこで、セル１２の上面の集電極に対応してタブ１４が配置される。

このとき、タブ１４、１４（最初のセル１２の上面に配置されたタブ）の後部（搬送ベルト３の進行方向における後部）半分は引き出されており、その上には次のセル１２が載置されることになる。また、この場合セル１２は上面がプラス側、下面がマイナス側となる。

このようにセル１２の上下面に二条のタブ１４、１４を当接させ、配置した状態で、この停止時間中、押付装置４の各ピン４Ａ・・、４Ｂ・・が降下し、タブ１４、１４をセル１２の上面及び下面に押し付けて浮かないように押さえる。また、タブ１４を押圧せずにセル１２に半田付けできれば、必ずしも押付装置４は使用しなくても差し支えない。

このようにセル１２にタブ１４を押し付けた状態で、温風ヒータ７、７の電気ヒータと送風機に通電して高温の熱風をタブ１４、１４に集中して吹き付け、タブ１４、１４の半田を溶融温度（＋１８６℃〜＋１８７℃）以上で加熱する。尚、下面のタブ１４、１４も上面からの熱風吹き付けに伴う温度上昇による熱伝導と下面のホットプレート６からの加熱によって半田が溶融温度まで加熱される（タブストリング工程としての第４工程）。

ここで、温風ヒータ７、７からの熱風はタブ１４、１４に集中的に吹き付けられるので、それ以外の部分のセル１２が過剰に加熱され、温度が異常に高くなってセル１２に損傷が生じることは無い。また、この場合搬送ベルト３Ａは下面のタブ１４、１４に接触していないので、このタブ部分の温度を逃がすこと無く、タブ１４付近を高温として半田の溶融を促進できる。

このように押付装置４でタブ１４をセル１２に押し付けながら温風ヒータ７、７から熱風を所定時間吹き付けた後、温風ヒータ７の電気ヒータ及び送風機は停止される。尚、この熱風吹きつけ後も押付装置４はピン４Ａ・・、４Ｂ・・によりタブ１４をセル１２に押し付けておき、半田が冷えてタブ１４がセル１２に確実に接続されるまで待つ。

この間に上面のタブ１４、１４の後部には前述したようにセル１２が載置される。その後、ピン４Ａ・・、４Ｂ・・はセル１２上から離間する方向に移動する。次に、搬送ベルト３Ａが所定距離移動され、この新たに載置されたセル１２が半田付け位置に移動されて再びタブ１４、１４がその上面に載置される。このようにしてタブ１４によりセル１２を直列に半田付けしてストリング１００を製造する。

ここで、セル１２の表面にフラックスを塗布したときやタブ１４の半田付け時にフラックスがガス化し多数の気泡が発生する。また、タブ１４の半田付けの際使用するフラックスには有機物等が混じっている。そこで、上記タブストリング工程（第４工程）の次に、本発明ではセル加熱工程としての第５工程を実施する。図５及び図６はこの第５工程（セル加熱工程）を示している。尚、各図中図３、図４と同一符号で示すものは同一とする。また、図７は第４工程から第５工程の搬送ベルト３の様子を示し、セル１４は上記タブストリング工程の後、搬送ベルト３Ａからセル加熱工程の搬送ベルト３Ｂに受け渡される。

即ち、各図において前記半田付け位置よりも搬送ベルト３の進行方向側に位置する所定のセル加熱位置上方には、ランプヒータ１７が配設されている。このランプヒータ１７は赤外線ランプから構成されている。また、このセル加熱位置のセル１２の下側には前述したホットプレート６が設けられているが、タブ１４に対応する部分は加熱を防止するためにホットプレート６は削除されている構成が好ましい。

そして、前述の如く第４工程においてタブ１４が半田付けされたセル１２は、搬送ベルト３Ａ、３Ｂによって次に前記セル加熱位置に移動される。このセル加熱位置でセル１２には上方からランプヒータ１７の赤外線が照射され、下方からはホットプレート６より加熱される。このランプヒータ１７からの赤外線は拡散するため、赤外線はセル１２の上面全体に照射されるので、セル１２は全体的に加熱されることになる。

このときの加熱温度は＋１４０℃以上＋１６０℃以下で、加熱時間は１分以上５分以下の間とされ、好ましくは、セル１２を＋１５０℃で３分間加熱する。これによって、セル１２に塗布したフラックスを蒸発させる。係る加熱温度（１５０℃）及び加熱時間（３分間）であるために、セル１２には加熱による劣化や破損が生じることも無く、発電効率にも支障が発生しない。また、＋１４０℃以上＋１６０℃以下の温度であればタブ１４の半田も再溶融しない。

これによって、従来のようにセル１２の表面に塗布したフラックスや有機物等の残留物を温水や薬品或いはスチームなどで洗浄して取り除かなくても、ランプヒータ１７にてセル１２を所定の条件で加熱することで、フラックスの蒸発によりフラックスに混じった有機物などの残留物の影響も低減できる。

このような第５工程後、白板強化ガラス等の透明な表面側カバー、充填材となるフィルム、電気的に直列接続されてなる複数のセルからなる直線状の太陽電池群（ストリング）１００、１００・・・、充填材となるフィルムおよびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルムからなる耐候性の裏面側カバーをこの順序で積層した状態で加熱し、加圧することにより、板状構成体を形成する。その後、該構成体を指示するアルミニウム等からなる金属製枠体、端子ボックス等を取り付け、太陽電池モジュールを完成する。

このように、本発明では複数のセル１２をタブ１４により電気的に接続して太陽電池を製造するに当たり、セル１２の表面にフラックスを塗布するフラックス塗布工程（第２工程）と、フラックスが塗布された隣接するセル１２に渡ってタブ１４を配設するタブ配設工程（第３工程）と、当該タブ１４をセル１２に半田付けして接続するタブストリング工程（第４工程）と、タブ１４が接続されたセル１２を加熱するセル加熱工程（第５工程）とを備えているので、このセル加熱工程において、タブ１４をセル１２に半田付けする際（前）に塗布したフラックスを蒸発させることができるようになる。

これにより、タブ１４をセル１２に半田付けする際（前）にセル１２に付着したフラックスや有機物等の残留物を効果的に除去することが可能となるので、従来のようにセル１２の表面に塗布したフラックスや有機物等の残留物を除去するための洗浄工程を行うこと無く、残留物によってセル１２の内部が白濁するなどの不都合も防止できるようになる。これにより、太陽電池の製造コストの低減を図りながら、太陽電池の品質向上と発電効率の改善を図ることができるようになる。

次に、本発明の更に他の実施例を説明する。上記実施例では第５工程（セル加熱工程）において、セル１２を＋１４０℃以上＋１６０℃以下で１分以上５分以下加熱し、好ましくは、＋１５０℃で３分間加熱するようにしたが、この場合の実施例では第５工程（セル加熱工程）における加熱温度を＋１６０℃より高くすると共に、加熱時間は１分未満と極めて短い時間とする。

好ましくは、加熱温度を＋２００℃以上、加熱時間も２０秒未満と短くする。このように、第５工程におけるセル１２の加熱温度を＋１６０℃より高くすれば、加熱時間も１分未満という極めて短い時間でセル１２のフラックスを活性化させ、蒸発させることができる。特に、加熱温度を＋２００℃以上とすることで、加熱時間も２０秒未満と著しい短い時間でフラックスを活性化させ、蒸発させることができる。更に、加熱温度を＋２５０℃以上とすることで、加熱時間も１０秒未満と著しい短い時間でフラックスを活性化させ、蒸発させることができる。これにより、例えフラックスが残留してもフラックスによる影響を無害化できる。

即ち、この実施例では係る高温度で加熱することにより、第５工程（セル加熱工程）における処理時間（タクト）を大幅に短縮し、生産効率の改善を図ることができるようになる。尚、セル加熱工程における加熱温度は、半田材の溶融抑制や太陽電池の特性の観点から＋４００℃以下が好ましい。

特に、係る高温度の加熱を短時間行うことにより、アニール効果によってセル１２の層境界面の特性が良くなり、太陽電池の特性改善も図ることができる効果がある。図７は斯かるセル加熱工程における加熱温度とセル１２の出力特性の変化率を示した図である。この図からも明らかな如く、＋２００℃以上、更には、＋２５０℃以上と云う高温度の短時間加熱でよりセル１２の出力特性の向上は顕著なものとなる。また、ランプヒータ１７でセル１２全体を広く加熱することによって、より均一な特性改善を図ることができるようになる。

この場合、下面のタブ１４は搬送ベルト３Ｂに当接しているので、ランプヒータ１７からの熱は、各タブ１４部分では熱伝導でこの搬送ベルト３Ｂに伝わって逃げていき、タブ１４付近では温度が下がることになる。従って、第５工程（セル加熱工程）における高温度の加熱によって、タブ１４をセル１２に接続している半田が再溶融してしまう不都合も確実に防止できる。特に、この場合搬送ベルト３Ｂがタブ１４部分の熱逃がし手段を兼ねるので、格別な放熱、或いは、冷却装置を設けること無く、タブ１４の半田再溶融を防止することができるようになり、設備コストも削減できる。搬送ベルトには、金属製または非金属製の耐熱性を有するものが適宜使用できる。なお、加熱部の搬送は、熱伝導性が高いものが好ましい。また、実施例２と同様、タブストリング工程での搬送は、図７の３Ａのようなタブに接触しない搬送ベルトを用いる方が更に好ましい。

尚、上記各実施例、特に、実施例２では第５工程（セル加熱工程）においてランプヒータにより上からセルを加熱したが、それに限らず、温風ヒータにより上から熱風を全体に渡って吹き付けてもよく、また、電気ヒータによって下から加熱するようにしてもよい。熱風によって全体を加熱する場合には、空気の対流も生じるのでフラックスの蒸発効果を改善できる。但し、ランプヒータを使用した方が、より広い範囲を加熱できる効果がある。

また、第４工程（タブストリング工程）においては温風ヒータを使用したが、温風ヒータを用いることで、ランプヒータの場合に比してより集中的にタブを加熱できる効果がある。また、実施例３では搬送ベルトを熱逃がし手段として使用したが、それに限らず、タブの半田再溶融を防止する冷却装置や放熱板などの熱逃がし手段を別途設けてもよい。但し、実施例３のように搬送ベルトを熱逃がし手段として兼用すれば、前述した如く設備コストの削減を図ることができる。

本発明の一実施例を示す太陽電池の製造工程図である。 図１のタブストリング工程を説明する図である。 同じく図１のタブストリング工程を説明する図である。 図１のセル加熱工程を説明する図である。 同じく図１のセル加熱工程を説明する図である。 図１のタブストリング工程とセル加熱工程における搬送ベルトの平面図である。 セル加熱工程における加熱によるセルの出力特性の変化率を示す図である。 太陽電池の従来の製造工程図である。

Claims (3)

1. 複数のセルを接続部材により電気的に接続して太陽電池を製造する方法であって、
   セルの上面及び下面の電極の夫々にフラックスを塗布して接続部材を配置し、前記接続部材を前記上面及び下面の電極の夫々に半田付けし、その後に前記セル表面に残留する前記フラックスの残留物を取り除くために前記セルを上面側及び下面側から加熱することによって加熱する工程を備え、
   前記下面側からの加熱をホットプレートによって行い、
   前記上面側からの加熱を温風によって行うことを特徴とする、太陽電池の製造方法。
2. 前記上面側からの加熱において、前記上面の電極に配置された接続部材に集中するように温風を吹き付けることを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
3. 前記下面側からの加熱において、前記下面の電極に配置された接続部材に接触しないように配されたホットプレートを用いることを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池の製造方法。

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