(57)【要約】【課題】真空ラミネートにおいて太陽電池モジュールをダイヤフラムシートで直接加圧した際にも、ガラス基板端部の破損を抑制することができる太陽電池モジュールの封止方法を提供する。【解決手段】真空ラミネート装置を用いた太陽電池モジュールの封止方法であって、薄膜太陽電池素子が形成されたガラス基板、封止材フィルムおよびカバーガラスをこの順に積層した積層体を、カバーガラスが上面になるよう装置の載置台上に載置し、積層体をダイヤフラムシートで積層方向に加圧するものであり、載置台の積層体を載置する面に弾性シートが設けられていることを特徴とする。また、薄膜太陽電池素子が形成されたガラス基板、封止材フィルムおよびカバーガラスを積層した積層体を載置する載置台と、積層体の積層方向に加圧するダイヤフラムシートと、載置板の前記積層体を載置する面に設けられた弾性シートとを備えた真空ラミネート装置。【選択図】図１
2014003170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空ラミネート装置を用いた太陽電池モジュールの封止方法であって、
薄膜太陽電池素子が形成されたガラス基板、封止材フィルムおよびカバーガラスをこの順に積層した積層体を、前記カバーガラスが上面になるよう前記装置の載置台上に載置し、
前記積層体をダイヤフラムシートで積層方向に加圧するものであり、
前記載置台の前記積層体を載置する面に弾性シートが設けられていることを特徴とする太陽電池モジュールの封止方法。
【請求項２】
前記弾性シートが硬度Ａ５０〜７０であるゴムシートであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの封止方法。
【請求項３】
薄膜太陽電池素子が形成されたガラス基板、封止材フィルムおよびカバーガラスを積層した積層体を載置する載置台と、
前記積層体の積層方向に加圧するダイヤフラムシートと、
前記載置板の前記積層体を載置する面に設けられた弾性シートと
を備えた真空ラミネート装置。
【請求項４】
前記弾性シートが硬度Ａ５０〜７０であるゴムシートであることを特徴とする請求項３に記載の真空ラミネート装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールの封止方法に係り、特に、真空ラミネート装置によって加熱しながら加圧してモジュールを圧着するに際して、太陽電池モジュールの破損を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、シリコンなどの単結晶型太陽電池、多結晶型太陽電池、非晶質太陽電池、また、薄膜太陽電池などの種類に大別され、これらのうち薄膜型のものは、同出力の他の太陽電池と比較して原料の使用量が少なく、また、製造プロセスが簡易かつ低エネルギーで済むという利点から、商品化開発が進められている。
【０００３】
薄膜型太陽電池の一種であるカルコパイライト型薄膜太陽電池は、カルコパイライト系化合物（例えばＣｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２、以下ＣＩＧＳと略称する）からなるＣＩＧＳ層をｐ型の光吸収層として有し、基本的な構造として、基板、裏面電極層、ｐ型光吸収層、ｎ型バッファ層、透明電極層からなり、光を照射することによって裏面電極層と透明電極層から電気を取り出すことができる。
【０００４】
このようなＣＩＧＳ層を光吸収層として備えた一般的なカルコパイライト型薄膜太陽電池の平面図および模式断面図を図３および４に示す。この電池は、基板上１０に、スパッタリング等により、正極として機能する裏面電極層１１が形成されている。裏面電極層１１上には、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅを含む光吸収層１２（ｐ型光吸収層、ｎ型バッファ層の両者を併せて単に光吸収層と称する）が形成され、その上に透明電極層１３が形成されている。
【０００５】
図３では、これら各層からなる単電池１４ａ〜１４ｇを、太陽電池素子１４として示した。太陽電池素子１４は、長方形で区切られた単電池１４ａ〜１４ｇが複数配列され、各々の隣接する裏面電極層と透明電極層（例えば、図４における裏面電極層１１ｂと透明電極層１３ａ等）が接続されることによって、直列に接続されている。
【０００６】
太陽電池モジュールにおいては、太陽電池素子を外部環境の水分などから保護するために様々な密閉構造が知られているが、例えば、カバーガラスと、アルミと樹脂が積層した保護シートとの間に前記太陽電池素子を挟み、さらに前記カバーガラスと保護シートの間をエチレン−酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）による封止材で封止してなる太陽電池の封止構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
そのような太陽電池モジュールは、真空ラミネート装置によりカバーガラス、太陽電池セル、保護シートをラミネートして製造される。
【０００８】
一方、特許文献１のようなバックシートがなく、カバーガラスとガラス基板によって太陽電池素子を封止し、フレームに収めることで、強度を向上させ、外部からの腐食・劣化に対して耐久性を向上させたタイプの太陽電池モジュールの構造も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
このようなカバーガラスを用いた太陽電池モジュールは、従来の保護シートを用いたものに比べ、防水性に優れ、また、保護シートを用いない分、コストを低減することができる。
【００１０】
このようなカバーガラスとガラス基板で封止する太陽電池モジュールも、従来の保護シートを用いた太陽電池モジュールと同様、真空ラミネート装置で加圧してラミネートを行うが、従来保護シートとカバーガラスで保護されていたガラス基板が直接ダイヤフラムシートからの圧力を受け、ガラス基板周端部においてヒビ割れが生ずるという問題があった。
【００１１】
この問題を示すのが図２である。従来、ダイヤフラムシート４０の直下には保護シートを介して太陽電池モジュールが配置され、圧着されていたが、カバーガラスとガラス基板で太陽電池素子を挟む構造の太陽電池モジュールでは、図２（ａ）に示すように、ダイヤフラムシート４０に直接カバーガラス３２が配置されている。この状態で加圧を行うと、図２（ｂ）に示すように、ダイヤフラムシートの圧力がカバーガラス３２に直接加わり、特にカバーガラス３２の端部においては加圧による変位が顕著であり、その圧力が強度の小さいガラス基板１０に伝わり、ラミネート熱板３３との間の負荷に耐え切れずに、ガラス基板１０の特に端部が破損してしまうことがあった。
【００１２】
特に、ガラス基板端部に配線取り出し用の貫通孔が設けられているタイプの太陽電池モジュールにおいては、ガラス基板端部は貫通孔のために強度が低下しており、真空ラミネートの際に破損が起き易く、問題となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−５３３１１号公報
【特許文献２】特開２００９−１８８３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、真空ラミネートにおいて太陽電池モジュールをダイヤフラムで直接加圧した際にも、ガラス基板端部の破損を抑制することができる太陽電池モジュールの封止方法およびその封止方法に用いる真空ラミネート装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、真空ラミネート装置を用いた太陽電池モジュールの封止方法であって、薄膜太陽電池素子が形成されたガラス基板、封止材フィルムおよびカバーガラスをこの順に積層した積層体を、カバーガラスが上面になるよう装置の載置台上に載置し、積層体をダイヤフラムシートで積層方向に加圧するものであり、載置台の積層体を載置する面に弾性シートが設けられていることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の真空ラミネート装置は、薄膜太陽電池素子が形成されたガラス基板、封止材フィルムおよびカバーガラスを積層した積層体を載置する載置台と、積層体の積層方向に加圧するダイヤフラムシートと、載置板の前記積層体を載置する面に設けられた弾性シートとを備えたことを特徴としている。
【００１７】
本発明においては、前記太陽電池モジュールの封止方法および真空ラミネート装置において、前記弾性シートが硬度Ａ５０〜７０であるゴムシートであることを好ましい態様としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、真空ラミネート装置の載置台に弾性シートを敷き、弾性シートの上にガラス基板、封止材フィルム、カバーガラスを積層した状態でダイヤフラムシートにより圧力を掛けるようにしているので、ガラス基板の端部に過剰な負荷が掛かった場合でも、この弾性シートによりガラス基板にかかる応力が分散され、ガラス基板のヒビ割れを防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの封止方法を示す模式断面図である。
【図２】従来の太陽電池モジュールの封止方法を示す模式断面図である。
【図３】本発明の封止方法を適用することができる薄膜太陽電池の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】薄膜太陽電池の製造方法を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図５】本発明の真空ラミネート装置を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、図を参照しながら更に詳細に説明する。
本発明の真空ラミネート装置およびこの装置を使用する太陽電池モジュールの封止方法を適用することができる太陽電池モジュール構造は、カルコパイライト型薄膜太陽電池や、単結晶／多結晶／アモルファスシリコン型太陽電池など、既存の太陽電池全般を挙げることができ、限定されない。
【００２１】
しかしながら、シリコン太陽電池においては、太陽電池素子（シリコンセル）は基板とは別個に製造されるため、セルを基板上に自由に配置することができ、セルからガラス基板を貫通させた端子箱へ配線も取り回しの自由度が高いため、ガラス基板の貫通孔の形成箇所を自由に決定することができる。
【００２２】
一方、カルコパイライト型薄膜太陽電池では、ガラス基板に直接太陽電池素子を形成するため、太陽電池素子を基板から切り離して再配置することはできず、特にガラス基板を貫通させる配線には困難を伴う。このため、必然的に、貫通孔の形成箇所は、ガラス基板の端部近傍とされる。よって、本発明の真空ラミネート装置および太陽電池モジュールの封止方法は、このようなガラス基板端部の強度が低下している薄膜太陽電池に対して好適に用いられる。
【００２３】
そのような本発明の穿孔方法を適用することが好ましいカルコパイライト型薄膜太陽電池１の平面図を図３（ａ）に、断面図を図３（ｂ）示す。また、カルコパイライト型薄膜太陽電池１の断面図であって、薄膜太陽電池１の製造工程を説明した部分拡大図（単電池１４ａおよび１４ｂ部分のみを拡大図示）を図４に示す。
【００２４】
すなわち、図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、まず、ソーダライムガラス（ＳＬＧ）等からなる基板上１０に、正極として機能する金属Ｍｏ等からなる裏面電極層１１が金属Ｍｏターゲット等を用いてスパッタリング法等により成膜される。
【００２５】
図４（ｃ）に示すように、裏面電極層１１は、先端にスクライブ刃を有するか、あるいはレーザにより切削を行う切削手段によって切削され、分離溝によって複数に（裏面電極層１１ａおよび１１ｂに）分割される。
【００２６】
次に、図４（ｄ）に示すように、裏面電極層１１上およびこの分離溝中に、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａからなる光吸収層プリカーサが成膜され、続いてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）雰囲気中熱処理することにより光吸収層プリカーサにＳｅを拡散させる処理を行いＣＩＧＳからなるｐ型光吸収層が形成される。さらに、光吸収層の上に化学析出法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｂａｔｈ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法、ＣＢＤ法）によって例えばＣｄＳやＺｎＳ、ＩｎＳからなるバッファ層が形成される。これらｐ型光吸収層およびバッファ層が、光吸収層１２とされる。
【００２７】
次に、図４（ｅ）に示すように、切削手段により光吸収層１２が複数の領域に（光吸収層１２ａおよび１２ｂに）分割される。また、図４（ｆ）に示すように、光吸収層１２上およびこの分離溝中に、ＺｎＯやＺｎＡｌＯ等からなる透明電極層１３が形成される。
【００２８】
最後に、図４（ｇ）に示すように、切削手段により透明電極層１３および光吸収層１２を共に切削し、透明電極層１３が複数の領域に（透明電極層１３ａおよび１３ｂに）分割され、図３に示すような、縦長の長方形の単電池１４ａ〜１４ｇが図面左右方向に複数直列接続されてなる太陽電池素子１４がガラス基板１０上に形成された薄膜太陽電池１が得られる。
【００２９】
なお、ガラス基板１０の厚さはｍｍ単位であるのに対して太陽電池素子１４の厚さはμｍ単位と極めて薄いが、図４では、説明のために太陽電池素子１４を厚さ方向に拡大して、模式的に示している。
【００３０】
以上のようにして得られた薄膜太陽電池１の平面図である図３において、符号２０ａは、図示しない正極集電体からの配線２１ａを太陽電池外部に通す貫通孔である。図３において最も左側の単電池１４ａの裏面電極層１１ａは、正極集電体と接続されており、正極集電体は、ガラス基板１０に形成された貫通孔２０ａを経由して配線２１ａがガラス基板１０の裏側へと導出され、図示しない配線箱より外部へ配線２１ａが取り出される。
【００３１】
同様にして、最も右側の単電池１４ｇの透明電極層（図４において図示せず）は、図示しない負極集電体と接続されており、負極集電体は、ガラス基板１０に形成された貫通孔２０ｂを経由して配線２１ｂがガラス基板１０の裏側へと導出され、図示しない配線箱より外部へ配線２１ｂが取り出される。
【００３２】
これら貫通孔２０ａおよび２０ｂが形成されていることにより、ガラス基板１０の端部は強度が低下しているので、後述する本発明の真空ラミネート装置およびこれによる封止方法が用いられる。
【００３３】
まず、上記のようにして得られた薄膜太陽電池１の太陽電池素子１４側に、封止材３０のシートおよび端部封止材３１、そしてカバーガラス３２を載置し、真空ラミネート装置内において真空下に加熱しながら圧着する。
【００３４】
本発明において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は公知のものを使用することができる。そのような本発明の真空ラミネート装置を、図５に示す。図５に示すように、真空ラミネート装置４は、下部チャンバ４２と、図示しない駆動手段によって下部チャンバ４２に対して開閉される上部チャンバ４１とを有する。
【００３５】
上部チャンバ４１には、周辺部を上部チャンバ４１の内壁に気密に固着したダイヤフラムシート４０が設けられている。また、下部チャンバ４２内には、太陽電池モジュールが載置される載置台４３が設けられており、その中には、加熱圧着の際の加熱用ヒータが内蔵されている。
【００３６】
上部チャンバ４１の一側壁には、ダイヤフラムシート４０によって隔離された空間部に連通する上部給排気孔４４が設けられ、この上部給排気孔４４には図示しない給排気ポンプが接続されている。同様に、下部チャンバ４２の一側壁にも、下部給排気孔４５が設けられ、この下部給排気孔４５にも図示しない別の給排気ポンプが接続されている。
【００３７】
この真空ラミネート装置４を用いて薄膜太陽電池１をモジュールとして封止するためには、まず、図５に示すように、下部チャンバ４２の載置台４３上に、必要であればラミネート熱板３３を介して、弾性シート５０を敷く。続いて、ガラス基板１０が弾性シート５０と接するよう載置する。続いて、下からガラス基板１０、太陽電池素子１４、封止材３０、カバーガラス３２の順となるように薄膜太陽電池１を構成する。
【００３８】
続いて、上部チャンバ４１を下部チャンバ４２に対して閉じ、給排気ポンプを動作させて上部チャンバ４１および下部チャンバ４２とを減圧した後、上部チャンバ４１の減圧状態を解除する。すると、図１に示すように、上部チャンバ４１に設けられたダイヤフラムシート４０が下方へ膨張し、ヒータにより加熱された載置台４３上に載置された薄膜太陽電池１に圧接する。こうして、薄膜太陽電池１は載置台４３（弾性シート５０）とダイヤフラムシート４０とによって加熱圧着されて封止材３０および端部封止材３１が軟化・溶融し、カバーガラス３２と太陽電池素子１４との接着をもたらし、ラミネート体を形成する。
【００３９】
このとき、従来の真空ラミネート装置においては、図２に示すように、ダイヤフラムシート４０に直接カバーガラス３２が配置されているので、ダイヤフラムシートの圧力がカバーガラス３２に直接加わり、特にカバーガラス３２の端部において強度の小さいガラス基板１０に伝わり、ラミネート熱板３３との間の負荷に耐え切れずに、ガラス基板１０の端部が破損することがあった。
【００４０】
これに対して、本発明においては、図１に示すように、ガラス基板１０の端部がダイヤフラムシート４０によって押圧されても、ガラス基板１０の端部が弾性シート５０にめり込むことによって、ガラス基板１０の端部に集中していた応力が分散され、破損を防止することができる。
【００４１】
このようにして加熱圧着が完了した後、薄膜太陽電池モジュール１を真空ラミネート装置４から取り出す。この取り出しを行うには、下部チャンバ４２の減圧状態を解除し、下方へ膨張したダイヤフラムシート４０を元の状態へ収縮させた後、上部チャンバ４１を上昇させて真空ラミネート装置４を開放することによって行うことができる。
【００４２】
なお、真空ラミネート装置４を用いた加熱圧着の条件は、使用する封止材の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、１０分間程度で充分である。
【００４３】
本発明で使用する弾性シートとしては、硬度Ａ５０〜７０のゴムシートとすることができ、そのようなシートとして、シリコンゴム、フッ素ゴム、エチレン・プロピレンゴム等が挙げられるが、この中でも特に、シリコンゴムとすることが好ましい。
【００４４】
本発明で使用される封止材および端部封止材は、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１０上に形成された太陽電池素子１４を封止し、強固に接着しうる樹脂である。そのような樹脂の例としては、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）等の熱可塑性樹脂が好ましく、ガラス基板１０との接着性および価格の点からＥＶＡが特に好ましい。
【００４５】
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を配合することが好ましく、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が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
シリコン系太陽電池は勿論のこと、加圧圧着に対する強度が小さい薄膜太陽電池の製造に有望である。
【符号の説明】
【００４７】
１…薄膜太陽電池、
１０…基板、
１１…裏面電極層、
１１ａ、１１ｂ…分割された裏面電極層、
１２…光吸収層、
１２ａ、１２ｂ…分割された光吸収層、
１３…透明電極層、
１３ａ、１３ｂ…分割された透明電極層、
１４…太陽電池素子、
１４ａ〜１４ｇ…単電池、
２０ａ、２０ｂ…貫通孔、
２１ａ、２１ｂ…配線、
３０…封止材、
３１…端部封止材、
３２…カバーガラス、
３３…ラミネート熱板、
４…真空ラミネート装置、
４０…ダイヤフラムシート、
４１…上部チャンバ、
４２…下部チャンバ、
４３…載置台、
４４…上部チャンバ給排気孔、
４５…下部チャンバ給排気孔、
５０…弾性シート。
【図１】
2014003170.tif 000003
【図２】
2014003170.tif 000004
【図３】
2014003170.tif 000005
【図４】
2014003170.tif 000006
【図５】
2014003170.tif 000007