(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の半導体層に張り合わせ材料を積層し、封止用のガラス基板を張り合わせて太陽電池モジュールを製造する製造方法であって、
上部チャンバと、下部チャンバと、上部チャンバ及び下部チャンバを仕切るダイアフラムとを備えたラミネータ装置の下部チャンバに太陽電モジュールを配置し、前記張り合わせ材料の加熱を開始すると共に、前記上部チャンバ及び前記下部チャンバ内を減圧する第１工程と
前記上部チャンバ内の圧力を上昇させ、前記ダイアフラムを介して太陽電池モジュールをプレスする第２工程と、
前記下部チャンバ内の圧力を予め定める設定レートで上昇させる第３工程とを含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記第３工程は、前記下部チャンバ内の圧力を前記レートで上昇させながら前記張り合わせ材料を加熱することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記第３工程の後、前記下部チャンバ内の圧力が所定の範囲内となるように維持させる第４工程を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記第４工程における前記下部チャンバ内の圧力は、前記所定の範囲内で上下するように制御される太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項５】
基板上の半導体層に張り合わせ材料を積層し、封止用のガラス基板を張り合わせてなる太陽電池モジュールの製造に使用するラミネータ装置であって、
上部チャンバを形成するための上部材と、下部チャンバを形成するための下部材とを含み、
上部材には、気体配管接続口を通じて、真空引バルブと、大気圧バルブとが接続され、
下部材には、気体配管接続口を通じて、真空引バルブと、大気圧バルブと、下部チャンバ内の圧力を上記大気圧バルブに比べてより小さい変化レートで大気圧に近づけることのできるリークバルブとが接続されており、
上部材には、開口部を塞ぐように弾性部材で形成されたダイアフラムが設けられており、
下部材には、その上に載置される太陽電池モジュールを加熱する下部熱板が設けられて
いることを特徴とするラミネータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合わせガラス方式の太陽電池モジュールの製造方法、およびそれに用いるラミネータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールは、ガラス基板上に太陽電池セルが封止樹脂によって封止されており、その上に封止用ガラス基板が積層されて構成されている。このような太陽電池モジュールは、ラミネータ装置を用いて製造される。【０００３】
ラミネータ装置は、上下２チャンバから成り、ゴム材であるダイアフラムシートを用いたものであり、一般的な太陽電池モジュールに広く適合した構造となっている。すなわち、ラミネータ装置に含まれる丈夫な金属製の下部熱板の上に太陽電池モジュールを載置し、太陽電池モジュール上部より柔軟性を有するダイアフラムシートを介して圧力を加えることにより、強度的に弱い太陽電池セルへの機械的ストレスを抑制しつつ、良好な加工状態を得ることができる。このようなラミネータ装置の一例は、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０２３９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、この構造を採用したラミネータ装置を用いて合わせガラス構造の太陽電池モジュールについて加工を行った場合は、加工時間１０分程度以内の場合、太陽電池モジュール内部の封止樹脂の溶け残りや太陽電池モジュールの内部気泡が残存したり、太陽電池モジュール周辺部での封止樹脂が薄くなる（以後、引けと称する）症状が顕著に現れたりすることがある。また、合わせガラス構造の太陽電池モジュールを上記のようなラミネータ装置で加工を行った場合は、加工開始直後より下部熱板上の太陽電池基板、ダイアフラムシート側の封止用ガラス基板の周辺部分が上向きに反り返ることがある。このために各々のガラス基板の反りの緩和に時間を要することになり、加工時間が長くなる。【０００６】
さらに、太陽電池モジュール内部の封止樹脂の溶け残りおよび気泡の残存、モジュール周辺部での引け、並びに各々のガラス基板の反りの緩和を解決する必要がある。このために、３分程度の時間をかけてチャンバ内の真空引きを実施した後に数１０ｋＰａ程度の圧力で１０〜２０分間程度太陽電池モジュールを加圧することで良好な加工状態を得ることは可能である。しかしながら、加工時間が長くなるために量産性に問題がある。場合によっては加工時間の長さにより太陽電池モジュール周辺への封止樹脂の顕著なはみ出しおよび引けの発生が起こる。このために、モジュール周辺の封止品位の低下をきたし、ラミネータ装置のチャンバ内部への封止樹脂の付着が発生することになり、内部清掃を頻繁に行わなければならず、量産性に適合性を欠くという問題を生じる。【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、封止樹脂の溶け残り、内部気泡および引けの発生による歩留まり低下を防止し、長時間の真空保持による加工時間の長時間化を防ぐことができる太陽電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、基板上の半導体層に張り合わせ材料を積層し、封止用のガラス基板を張り合わせて太陽電池モジュールを製造する製造方法であって、チャンバ内で前記張り合わせ材料を加熱する工程と、前記チャンバ内を減圧する工程と、前記チャンバ内の圧力を予め定める設定レートで上昇させる工程とを含むことを特徴とする。【０００９】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、チャンバ内の圧力を予め定める設定レートで上昇させることで、封止樹脂溶け残り、内部気泡および引けの発生による歩留まり低下を防止し、長時間の真空保持による加工時間の長時間化を防ぐことができる。【００１０】
また、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法では、前記チャンバ内の圧力を上昇させる工程は、前記チャンバ内の圧力を前記レートで上昇させながら前記張り合わせ材料を加熱する構成とすることができる。【００１１】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、張り合わせ材料を加熱することで、基板と、半導体層と、張り合わせ材料と、ガラス基板とを密着できる。【００１２】
また、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法では、前記チャンバ内を減圧する工程後に、前記基板と前記ガラス基板との間に圧力をかける構成とすることができる。【００１３】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法では、基板と、半導体層と、張り合わせ材料と、ガラス基板とを密着できる。【００１４】
また、本発明に係る太陽光発電モジュールの製造方法は、前記チャンバ内の圧力を上昇させた後、前記チャンバ内の圧力が所定の範囲内となるように維持させる構成とすることができる。この場合、前記チャンバ内の圧力は、前記所定の範囲内で上下するように制御される構成としてもよい。【００１５】
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法では、押し圧の低下し過ぎによる封止樹脂溶け残り、内部気泡および引けの発生を防止できる。【００１６】
また、本発明に係るラミネータ装置は、基板上の半導体層に張り合わせ材料を積層し、封止用のガラス基板を張り合わせてなる太陽電池モジュールの製造に使用するラミネータ装置であって、上部チャンバを形成するための上部材と、下部チャンバを形成するための下部材とを含み、上部材には、気体配管接続口を通じて、真空引バルブと、大気圧バルブとが接続され、下部材には、気体配管接続口を通じて、真空引バルブと、大気圧バルブと、リークバルブとが接続されており、上部材には、開口部を塞ぐように弾性部材で形成されたダイアフラムが設けられており、下部材には、その上に載置される太陽電池モジュールを加熱する下部熱板が設けられている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、チャンバ内の圧力を予め定める設定レートで上昇させることで、封止樹脂の溶け残り、内部気泡および引けの発生による歩留まり低下を防止し、長時間の真空保持による加工時間の長時間化およびラミネータ装置内の張り合わせ材料による汚れを防ぐことができるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の太陽電池モジュールの製造方法に用いられるラミネータ装置の断面図である。
【図２】太陽電池モジュールの断面図である。
【図３】ラミネータ装置に太陽電池モジュールをセットした状態を示した図である。
【図４】ラミネータ装置に太陽電池モジュールをセットした後に真空引きを実施した状態を示す図である。
【図５】ラミネータ装置に太陽電池モジュールをセットした後にダイアフラム上部を大気圧にした状態を示す図である。
【図６】ラミネータ装置での、太陽電池モジュール加工時における圧力推移を示す図である。
【図７】この発明の太陽電池モジュールの製造方法に用いられるラミネータ装置の断面図であり、下部チャンバにリークバルブを備えた構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照してこの発明の一実施形態について説明する。
【００２０】
図１は、この発明の太陽電池モジュールの製造方法を実施するために適用されるラミネータ装置１の断面図である。まず、図１を参照して、ラミネータ装置１について説明する。ラミネータ装置１は、上部材１１と、下部材１２とからなるチャンバフランジ１０を含む。上部材１１は内部に上部チャンバ１３を形成するためのものであり、その中央部には気体配管接続口１４が設けられている。下部材１２は内部に下部チャンバ１５を形成するためのものであり、その中央部には気体配管接続口１６が設けられている。上部チャンバ１３と、下部チャンバ１５は、それぞれが当接される対向縁辺に設けた図示しないシール材によって密封されている。
【００２１】
気体配管接続口１４，１６は、それぞれ上部チャンバ１３と、下部チャンバ１５内を真空引きしたり、大気を導入したりするために設けられている。気体配管接続口１４には、真空引バルブ３１と、大気圧バルブ３２とが接続され、気体配管接続口１６には、真空引バルブ３３と、大気圧バルブ３４とが接続されている。真空引バルブ３１，３３と、大気圧バルブ３２，３４は制御部３５によって制御される。真空引バルブ３１，３３が開かれると、上部チャンバ１３，下部チャンバ１５内は真空になり、大気圧バルブ３２，３４が開かれると、上部チャンバ１３，下部チャンバ１５内は大気圧になる。
【００２２】
上部材１１には、開口部を塞ぐように例えばゴムなどの弾性部材で形成されたダイアフラム２１が設けられており、ダイアフラム２１によって上部チャンバ１３と、下部チャンバ１５とが仕切られている。下部材１２には下部熱板２２が設けられており、下部熱板２２は支持部材２３によって下部材１２に固定されている。下部熱板２２は、その上に載置される太陽電池モジュール（図示せず）を加熱する。下部熱板２２も制御部３５によって温度制御される。
【００２３】
なお、図１において、真空引きバルブ３１、大気圧バルブ３２、および、真空引きバルブ３３、大気圧バルブ３４は、ラミネータの装置構成を最も簡略化して図示したものであり、場合によってはこれらバルブ３１〜３４の他にリークバルブ３６を設ける場合もある（図７参照）。リークバルブ３６は、下部チャンバ１５側の気体配管接続口１６に接続され、制御部３５によって制御される。リークバルブ３６は、下部チャンバ１５内の圧力を、大気圧バルブ３４に比べてより小さい変化レートで大気圧に近づける機能を有する。
【００２４】
図２は、太陽電池モジュール４０の断面図である。
【００２５】
図２において、太陽電池モジュール４０は、基板４１上に半導体層である複数の太陽電池セル４２が張り合わせ材料としての封止樹脂４３によって封止されている。封止樹脂４３としては、ＥＶＡやアイオノマー樹脂を用いることができる。封止樹脂４３上には封止用基板４４が積層されている。封止樹脂４３は、基板４１と封止用基板４４とほぼ同じ外形寸法を有している。封止樹脂４３内には気泡４５が含まれている。気泡４５は基板と封止用基板４４との間に封止樹脂４３を設置するときに空気が混入するために生じる。
【００２６】
図３，図４，図５は、図２に示した太陽電池モジュール４０の製造方法を説明するための図であり、特に、図３はラミネータ装置１に太陽電池モジュール４０をセットした状態を示し、図４はラミネータ装置１に太陽電池モジュール４０をセットした後に真空引きを実施した状態を示し、図５はラミネータ装置１に太陽電池モジュール４０をセットした後にダイアフラム上部を大気圧にした状態を示す。図６はラミネータ装置での、太陽電池モジュール４０の加工時における圧力推移を示す図であり、縦軸はラミネータ装置内真空度０〜５０００（Ｐａ）を示し、横軸は工程１〜工程４の圧力制御過程を示している。
【００２７】
次に、図１〜図６を参照して本発明の一実施形態の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
（工程１）
工程１の開始前に、図１に示した上チャンバ１３を下チャンバ１５から開いて、図２に示した太陽電池モジュール４０を下部熱板２２上に配置し、上チャンバ１３を閉じる。この状態ではダイアフラム２１は、太陽電池モジュール４０を覆っている。
【００２８】
図６に示す工程１の開始時には、図３に示すように、ダイアフラム２１によって上部チャンバ１３と、下部チャンバ１５とが仕切られ、大気圧バルブ３２，３４が開かれて上部チャンバ１３と、下部チャンバ１５内は大気圧になっている。下部熱板２２は太陽電池モジュール４０の封止樹脂４３の融点に対して高い温度になるように制御部３５によって制御されている。
【００２９】
そして、真空バルブ３１，３３が開かれて気体配管接続口１４，１６を介して真空引きされて，上部チャンバ１３内と、下部チャンバ１５内とが減圧される。上部チャンバ１３内と、下部チャンバ１５内とを減圧して圧力を５０Ｐａ以下に保持することにより、真空になる。このように加工開始から真空引きによって太陽電池モジュール４０の封止樹脂４３の気泡４５を脱泡することができる。そして、工程２の処理に移行する。
（工程２）
工程１〜工程２はほぼ数分程度で行われる。工程２において、図６に示すようにプレスを開始する。すなわち、ラミネータ装置１の下部チャンバ１５内が真空引きされ、ダイアフラム２１の上部の上部チャンバ１３内に大気を導入することにより、図４に示すように基板４１、太陽電池セル４２、封止樹脂４３、封止用基板４４の全体をダイアフラム２１によって圧力をかけて密着する。
【００３０】
下部熱板２２は封止樹脂４３の融点に対して高い温度で加熱されているため、封止樹脂４３が溶けて太陽電池モジュール４０が封止される。ただし、この状態ではダイアフラム２１の下部の下部チャンバ１５内は真空状態であり、熱伝導が悪くモジュール面内での温度分布が発生し、封止樹脂４３に溶け残りが発生し易い。この症状は真空状態において熱エネルギーを運ぶ気体分子数が大変少ないために熱伝導が小さくなってしまい太陽電池モジュール４０全体の均一な加熱が困難になるためである。
(工程３)
工程３において、下部チャンバ１５内の圧力を予め定める設定レートで上昇させる。この時、下部チャンバ１５をリークすることで、下部チャンバ１５内部の熱エネルギーを運ぶ気体分子数が増加するため、温度分布が均一になると考えられる。
【００３１】
具体的には、工程３において、ダイアフラム２１の下部の下部チャンバ１５にも大気若しくはＮ２を導入して圧力を１０００Ｐａ〜１５００Ｐａまで上昇させる。この時の下部チャンバ１５内の圧力を、リークレートが４０±５．０Ｐａ／ｓｅｃ．になるのを目安として上昇させる。圧力が上昇すると、熱エネルギーを運ぶ気体分子数が増加し平衡自由工程も変化する。結果として気体による伝熱量を圧力に依存しない領域まで圧力を上昇させることで均一に太陽電池モジュール４０を加熱させることができ、封止樹脂４３の溶け残り、気泡４５等をなくして張り合わせ加工することが可能になる。
【００３２】
ただし、圧力の上昇が早すぎると基板４１と封止用基板４４の剥離が発生して、太陽電池モジュール４０周辺部に封止樹脂４３の気泡、引けが発生する場合がある。また、圧力の上昇が遅すぎると、均一に太陽電池モジュール４０を加熱させる効果が小さくなり、封止樹脂４３の溶け残りを十分に防止できない場合がある。これらを防ぐために圧力の上昇レートの制御を実施する。リークレートを４０±５．０Ｐａ／ｓｅｃ．とするのは、封止樹脂４３の溶け残りを防止し、均一な張り合わせが可能になるからである。但し、封止剤の種類によっては、圧力及びリークレートはこの限りではない。
（工程４）
下部チャンバ１５内の圧力を上昇させた後、下部チャンバ１５内の圧力が所定の範囲内となるように維持させる。下部チャンバ１５内の圧力を上昇させると、ダイアフラム２１の押し圧は低下する。下部チャンバ１５内の圧力が所定の範囲内となるように維持させることで、ダイアフラム２１の押し圧を維持することができる。
【００３３】
ダイアフラム２１の押し圧の低下し過ぎによっても、基板４１および封止用基板４４の膨張係数の違いから、太陽電池モジュール４０周辺に封止樹脂４３の溶け残りによる気泡４５や引けが発生し、ラミネータ装置１内に太陽電池モジュール４０の周辺から封止樹脂４３がはみ出して、装置内部に付着する場合が有るため、これらを防ぐためにＡＰＣ（Automatic  Pressure  Control）等による圧力制御を実施する。その際、保持圧力は１０００〜１５００Ｐａの範囲内になるように上昇あるいは降下、または一定の値とするように制御する。圧力上昇開始（工程３開始）から圧力保持終了までの加工時間は、例えば２分〜６分間とする。圧力保持終了後、下部チャンバ１５内を大気圧に復帰させ、上部チャンバ１３および下部チャンバ１５を開放してラミネータ装置１内より太陽電池モジュール４０を取り出す。
【００３４】
尚、工程３での下部チャンバ１５の圧力上昇、および工程４での下部チャンバ１５の圧力維持は、ラミネータ装置１がリークバルブ３６を備えていない場合には、大気圧バルブ３４を用いて行うことも可能である。しかしながら、この場合は、大気圧バルブ３４として、圧力変化レートの大きなバルブを用いることができないため、工程４において下部チャンバ１５内を大気圧に復帰させるための時間が長くなり、加工時間の長時間化に繋がる。
【００３５】
一方、ラミネータ装置１がリークバルブ３６を備えている場合には、工程３での下部チャンバ１５の圧力上昇、および工程４での下部チャンバ１５の圧力維持は、リークバルブ３６を用いて行う。リークバルブ３６は、下部チャンバ１５内の圧力を、大気圧バルブ３４に比べてより小さい変化レートで大気圧に近づけることができる。したがって、この場合には、上記圧力制御を圧力変化レートの小さなリークバルブ３６を用いて精度よく制御できると共に、工程４において下部チャンバ１５内を大気圧に復帰させる時には、圧力変化レートの大きな大気圧バルブ３４を用いて速やかに大気圧に復帰させることができる。
【００３６】
なお、図２に示す太陽電池モジュール４０は結晶系の太陽電池モジュールを例示したものであるが、太陽電池モジュールのタイプは、合せガラス方式であれば、上記実施形態に限らない。太陽電池モジュール４０としては、ガラス基板上に透明電極層、半導体層、裏面反射電極層が積層された薄膜太陽電池モジュールや、ガラス基板上に半導体ウェハを用いた太陽電池セルを複数配置し、これらを互いに接続した太陽電池モジュールなどの例が挙げられる。半導体ウェハを用いた太陽電池セルとして、結晶系シリコン太陽電池、ＧａＡｓ系などの化合物系太陽電池を用いてもよい。
【００３７】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００３８】
１  ラミネータ装置
１０  チャンバフランジ
１１  上部材、
１２  下部材
１３  上部チャンバ
１４，１６  気体配管接続口
１５  下部チャンバ
２１  ダイアフラム
２２  下部熱板
２３  支持部材
３１，３３  真空バルブ
３２，３４  大気圧バルブ
３５  制御部
４０  太陽電池モジュール
４１  基板
４２  太陽電池セル
４３  封止樹脂
４４  封止用基板
４５  気泡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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