(57)【要約】【課題】低温接合が可能な導電性粒子を含有した接着性樹脂による接合では大きな加圧力が必要になるため、従来の接合装置では脆弱な太陽電池セルが割れてしまう。【解決手段】予め太陽電池セルを平坦に押し伸ばした後に、本圧着部の本圧着刃で加圧加熱することで、本圧着時に太陽電池セルに加わる衝撃を緩和する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セルに配線部材を接続して実装組立する太陽電池モジュールの組立装置において、
導電性粒子を含んだ接着性樹脂を用いて前記太陽電池セルと前記配線部材を低温接合で仮圧着する仮圧着部と、
前記配線部材との仮圧着を終えた前記太陽電池セルを平坦に押し伸ばす平坦化部材と、
前記平坦化部材によって押し伸ばされた前記太陽電池セルに本圧着刃を押し当てて本圧着する本圧着部と、
を備えることを特徴とする太陽電池モジュールの組立装置。
【請求項２】
請求項１記載の太陽電池モジュールの組立装置において、
前記平坦化部材および前記太陽電池セルを前記本圧着部に載置する載置部材は、前記接着性樹脂の熱硬化温度より低い温度に加熱されていることを特徴とする太陽電池モジュールの組立装置。
【請求項３】
請求項２記載の太陽電池モジュールの組立装置において、
前記本圧着刃と前記配線部材との間に介在されるクッションシートを備えることを特徴とする太陽電池モジュールの組立装置。
【請求項４】
請求項１記載の太陽電池モジュールの組立装置において、
本圧着工程の前工程に前記太陽電池セル及び前記配線部材を加熱する加熱ヒータを設け、本圧着工程の後工程に前記太陽電池セル及び前記配線部材を冷ます徐冷ヒータを設けたことを特徴とする太陽電池モジュールの組立装置。
【請求項５】
請求項１記載の太陽電池モジュールの組立装置において、
前記接着性樹脂は、前記配線部材に貼り付けられ、その後、前記配線部材が前記太陽電池セルに仮圧着されることを特徴とする太陽電池モジュールの組立装置。
【請求項６】
請求項１記載の太陽電池モジュールの組立装置において、
前記接着性樹脂は、前記太陽電池セルに貼り付けられ、その後、前記太陽電池セルが前記配線部材に仮圧着されることを特徴とする太陽電池モジュールの組立装置。
【請求項７】
太陽電池セルに配線部材を接続して実装組立する太陽電池モジュールの組立方法において、
導電性粒子を含んだ接着性樹脂を用いて前記太陽電池セルと前記配線部材を仮圧着部により低温接合で仮圧着する仮圧着工程と、
前記配線部材との仮圧着を終えた前記太陽電池セルを平坦化部材により平坦に押し伸ばす平坦化工程と、
前記平坦化部材によって押し伸ばされた前記太陽電池セルに本圧着部の本圧着刃を押し当てて本圧着する本圧着工程と、
を有することを特徴とする太陽電池モジュールの組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶系太陽電池の基板（セル）の表面に配線部材を接続する太陽電池モジュールの組立装置および組立方法に関し、特に導電性粒子を含有した接着樹脂フィルムや接着樹脂ペーストを用いる接続に好適な組立装置および組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶系太陽電池モジュール組立工程では、単結晶太陽電池、多結晶太陽電池などの結晶系太陽電池の結晶セル基板（以下、単にセルと略す）を配線部材と接続し一連の太陽電池回路とした後に、保護シートなどで封止して外部端子を取り付ける。セルに配線部材を接続する方法としては、従来からはんだ付けが広く用いられている。鉛入りはんだは、良導体であり一定の強度と耐環境信頼性を有するため、２０年程度の耐久力を有する。しかし、近年の環境保護の観点から、鉛フリーはんだを採用した場合は、信頼性の低下が問題となる。
【０００３】
錫亜鉛ビスマス合金はんだは、低温鉛フリーはんだとして知られており、家庭用電器製品に用いられている。この錫亜鉛ビスマス合金はんだは、融点は従来の錫鉛共晶はんだと同様の１８３℃であるが、屋外で長期間使用される太陽電池の接続用としては耐環境性に不安がある。一方、錫銀銅合金はんだは、高信頼性のはんだとして知られており、ＬＳＩパッケージなどの電子部品に多用されている。この錫銀銅合金はんだは、融点が２２０℃以上である。セルとはんだ及び配線部材との熱膨張差によるダメージ（損傷）は、従来の共晶はんだにおいても問題となっており、各種の対策が検討されている（特許文献１）。したがって、融点の上昇によるセルの反りや欠けは重大な問題である。
【０００４】
この課題に対し、導電性粒子を含有し、熱硬化温度が鉛フリーはんだの溶融温度より低い樹脂フィルムもしくは樹脂ペースト（特許文献２、特許文献３）によりセルと配線部材を接着する方法が提案されている。この方法によれば、プロセス温度を低下させることができるため、セルの熱ストレスを軽減することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４７９０２号公報
【特許文献２】特開２００７−１５８３０２号公報
【特許文献３】特開２００８−３００４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、導電性粒子を含む樹脂による接合では、太陽電池が必要とする十分な導通性能を得るために、従来のはんだ接合に比して高い圧力を必要とする。そのため、加圧時の衝撃や偏荷重によりセルを破損してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題に対し、導電性粒子の圧接による導通に十分な加圧力を安定して均一に与え、かつ不要な衝撃や不均等な温度を付加しないことでセルに余計なストレスを与えずに接合を行うことにある。そして、安定した信頼性の高い太陽電池モジュールの組立装置および組立方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するためには、セルの表面に仮圧着してある配線部材を本圧着する前に、セル全体を柔軟な押し延べ部材（平坦化部材）を押し当てることで押し延ばして平坦にして、さらに上下から接着性樹脂の硬化温度より低い温度で予熱する。これにより、本圧着時の強い加圧による衝撃力と、急速に接着剤の熱硬化温度に達することによる熱衝撃を緩和する。同様に本圧着終了後のセルを冷却する場合も、接着性樹脂の硬化温度よりは低く環境温度よりは高い温度にヒータで加熱しながら徐々に冷却（徐冷）しながら冷やし、冷却時の熱衝撃も緩和する。
【０００９】
また上記目的を達成するためには、セルを平坦な硬質ステージに載置したのち、軟質ゴムフィルムにより覆い、さらに軟質ゴムフィルムを介して本圧着刃を押し当てる。これにより、局所的な加圧力の集中によるセルのダメージを回避する。
【００１０】
また、上記目的を達成するためには、セルの表面に仮圧着してある配線部材を本圧着する前に、セルおよび配線部材を接着性樹脂の硬化温度より低い温度で予熱したステージ上を搬送する。そして、セルの表面に仮圧着してある配線部材を本圧着した後に、セルおよび配線部材を接着性樹脂の硬化温度より低い温度で予熱したステージ上を搬送する。これにより、セル及び配線部材の温度上昇、冷却を緩やかにすることで熱衝撃を緩和する。
【００１１】
また、上記目的を達成するためには、配線部材として扁平な断面形状の軟質部材を用い、セルの表裏面に仮圧着する際に表裏の位置を均等にし、本圧着する際に上下から不均等な加圧を生じないようにする。
【００１２】
また、上記目的を達成するためには、接着性樹脂を柔軟な配線部材に予め貼り付けておき、衝撃に弱く脆いセルに貼り付けプロセスによる加圧加熱を与えない。これにより、ストレスを与える回数を軽減する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、鉛フリーはんだを用いた場合に比してセルと配線部材を低温で接合できるため、熱膨張差によるセルのストレスを緩和できる。また、導電性粒子の圧着接合に必要な加圧力をセルに与えた場合でも局所的な衝撃や急加熱、急冷却による熱衝撃を緩和できるため、信頼性の高い太陽電池モジュール実装を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施例の太陽電池モジュールの組立装置のレイアウトを示すフロア図である。
【図２】本発明の第１の実施例の太陽電池モジュールの組立装置の前半部分を示す概略図である。
【図３】本発明の第１の実施例の太陽電池モジュールの組立装置の後半部分を示す概略図である。
【図４】本発明の第１の実施例の本圧着部の主要部を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施例の本圧着部の主要部を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の第２の実施例のＣＦ貼付け部を示す平面図、図６（ｂ）は立面図である。
【図７】本発明の第１の実施例の太陽電池モジュールの組立装置により製造される太陽電池セルを接続してなるセルストリング説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、セル（太陽電池セル）１に銅線（配線部材）２を導電性粒子含有フィルム（接着性樹脂）３により貼り付け接続する手順、および貼り付けを行う機構の説明を図１から図５を用いて行う。以下、導電性粒子含有フィルムをＣＦと称する。
【００１６】
図１は、配線部材接合ライン１００のレイアウトを示すフロア図である。また、図２は配線部材接合ライン１００の前半部の概略を示す概略図であり、図３は後半部の概略を示す概略図である。
【００１７】
図１に示すように、配線部材接合ライン（太陽電池モジュールの組立装置）１００は、銅線ボビン供給部１０１と、銅線引き出し歪み除去部１０２と、ＣＦ銅線貼付部１０３と、銅線カット引込部１０４を備えている。さらに、セルトレー供給部１０５と、銅線仮圧着部１０６と、本圧着部１０７と、排出コンベア１０８と、排出移載装置１０９を備えている。セル１と銅線２（図３参照）を貼り付け接続する手順は、図１中の矢印に従って処理される。
【００１８】
図２に示すように、まず、厚さ０．１乃至０．２ｍｍ、幅２乃至３ｍｍの帯状の銅線２がリールボビン２ａに巻かれて銅線ボビン供給部１０１に供給され、銅線送り出し機構１１１により一定の張力を保って送り出される。本実施例では、いわゆる２本バス構造のセルを想定しており、銅線ボビン供給部１０１は、上下２段に配置されている。この後の工程では、銅線２は２本並行に引き回されているが図２では重なっている。
【００１９】
次に、銅線引き出し歪み除去部１０２に引き込まれた銅線２は、従動ローラ１２１により方向を変えられ、ダンサーローラ１２２によりテンションを一定に保たれる。銅線ボビン供給部１０１の銅線送り出し機構１１１は、ダンサーローラ１２２の動きを一定に保つように送り出し量を制御している。
【００２０】
この後、銅線２は、歪み取りユニット１２３により、歪みを除去される。リールボビン２ａから送り出された銅線２は、リールボビン２ａの曲率に応じた曲げ癖を有している。そのため、リールボビン２ａより小径のピンチローラ１２５で銅線２を上下から挟み、折り返し量を順次減らしながら複数のユニットを通すことで歪みを除去する。銅線２は、キャプスタンローラ１２４とピンチローラ１２５によって挟まれて、送り出される。銅線２の送り量は、キャプスタンローラ１２４の回転量によって制御される。
【００２１】
次に、銅線２は引出しクランプ１３６に先端部を挟まれて引出し駆動部１３７によりＣＦ銅線貼付部１０３に張り渡される。銅線２の前半部には、下側からＣＦ３が貼り付けられ、後半部には上側からＣＦ３が貼り付けられる。銅線２は、貼付台１３５Ａ，１３５Ｂと貼付ヘッド１３３Ａ，１３３Ｂに上下方向から挟まれている。貼付ヘッド１３３Ａ，１３３Ｂが貼付台１３５Ａ，１３５Ｂに向かって移動すると、ＣＦ送りリール１３１とＣＦ巻取りリール１３２により銅線２との間に張り渡されたＣＦ３が銅線２に押し付けられる。
【００２２】
ＣＦ３は、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）フィルム製の剥離テープに塗布されており、剥離テープ側から加圧加熱することで、導電粒子を含有した接着性樹脂が相手側に付着して転写される。
【００２３】
ＣＦ３が貼り付けられた銅線２は、先端部を銅線カット引込部１０４の引込みクランプ１４２に持ち替えられ、引込み駆動部１４３により銅線仮圧着部１０６（図３参照）に引き込まれる。このとき、必要な長さだけ引き込まれたところで、銅線２は切断部位近傍を引出しクランプ１３６によって固定され、電線切断部１４１により切断される。
【００２４】
なお、一連のセルが連鎖状に繋がったもの（セルストリング４、図７参照）の途中のセル１を貼り付ける際は、引出しクランプ１３６を図２に示す位置に固定的に設置しておいてかまわない。一方、セルストリング４の最初のセル１を貼る場合は、銅線２を短く切り、かつ上面のみにＣＦ３を貼り付ける必要があるので、前回のセルストリング４を作成するための電線２を切断後、次に使用する銅線２の先端を引出しクランプ１３６で把持した状態で、銅線２を巻き戻しつつ、引出しクランプ１３６が上面にＣＦ３を貼り付ける貼付ヘッド１３３Ｂ近傍まで戻る動作をする。その後、上面側のＣＦ３を貼り付ける貼付ヘッド１３３Ｂのみで貼付けを行う。
【００２５】
図３に示すように、引込みクランプ１４２により銅線仮圧着部１０６に引き込まれた銅線２の前半部は、既に下面に銅線２を仮圧着してあるセル１に乗せられ、後半部はコンベア１６１に乗せられる。この後、後半部の上に、セルトレー供給部１０５から供給されたセル１がセル移載機１５４により乗せられる。
【００２６】
新しいセル１は、セルチャック１５３により真空吸着された状態で銅線２の後半部に貼り付けられたＣＦ３の上に、軽微な加重で載置される。この後、前後の２組の仮貼りヘッド（載置部材）１６３により、セル１と銅線２が押し付けられる。ここで、コンベア１６１の内部に設けられた予熱ベース（加熱ヒータ）１６２は、ＣＦ貼り付け温度よりやや低い温度（本実施例では４０乃至５０度）に保たれ、仮貼りヘッド１６３は、ＣＦ貼り付け温度である９０度に保たれている。これにより、セル１と銅線２は、間に挟まれたＣＦ３により仮貼り固定される。
【００２７】
次に、コンベア１６１で送り出されたセル１と銅線２の結合した部材は、本圧着部１０７の本圧着ステージ１７１の上を滑って本圧着ヘッド１７５の下に送り込まれる。
【００２８】
図４は、本圧着部１０７の主要部を示す斜視図である。なお、図４では、銅線２を図示すると繁雑になるので省略しており、表面のＣＦ３のみを示している。図５は、本圧着部１０７の主要部を示す断面図である。
【００２９】
本圧着ステージ１７１は、セル１の両サイドをスライドガイド１７１ａによりガイドするスライドベース１７１ｂと、スライド時は邪魔にならないように、下方に退避する下刃ステージ１７１ｃにより構成されている。セル１が圧着位置に到着すると、下刃ステージ１７１ｃは規定高さまで移動し、銅線２を下側から支える。このとき、図５に示すように、下刃ステージ１７１ｃには、銅線２がはまり込む溝１７１ｄが形成されており、銅線２が左右にずれることは無い。そして、セル１の上下で平坦な銅線２が対向しているため、セル１に上下不均等な応力が発生することは無い。
【００３０】
この後、クッションリール１７２から送り出されたクッションシート１７３がセル１および銅線２の上にかぶせられる。さらに、上からセル押さえ（平坦化部材）１７４により均等にセル１を本圧着ステージ１７１に押し付け、セル１の反りを矯正して浮き上がりをなくす。この状態において、セル１は、銅線２を介して本圧着ステージ１７１に押し付けられており、浮き上がりがなくなっている。そのため、加圧機構１７７により押し下げられた本圧着刃１７６で加圧しても、セル１にがたつきが生じることはなく、衝撃を緩和した状態で加圧を行うことができる。
【００３１】
また、本圧着ステージ１７１は、ＣＦ３の貼り付け温度である９０度に保たれており、セル押さえ１７４もセルに対向しない面をラバーヒータ１７４ｂによって９０度に加熱されている。このため、２５０乃至２７０度に加熱された本圧着刃１７６がクッションシート１７３越しにセル１及び銅線２を加熱し、圧着部分が熱硬化温度１９０度に達しても、セル1及び銅線２の圧着部分以外の場所との温度差は、１００度程度に保たれる。その結果、急加熱や部分加熱による温度ムラを抑止することができ、過大な熱ストレスは生じない。
【００３２】
さらに、銅線２に僅かな厚さムラなどがあっても、クッションシート１７３の弾性変形により、局所的に過大な応力が加わることはなく、また、銅線２に反りや捩れがあっても、それを押さえ込んで平坦化しながらセル１に沿わせることができる。
【００３３】
なお、クッションシート１７３は、裏面側を高温の本圧着刃１７６により加圧されるため、一定のダメージを受ける。そのため、数回加圧したクッションシート１７３は、図４の矢印方向に本圧着刃１７６の厚み分ずつ送り出されて、常に良好な部分を用いる。
【００３４】
本圧着が終了したセル１及び銅線２は、セルストリング４として、順次コンベア１８１により引き出されて、排出コンベア１８１上に並べられる。この際、コンベア１８１の最初の部分には、ＧＦ３（接着性樹脂）の熱硬化温度よりは低く、環境温度よりは高い温度（本実施例の場合は４０乃至５０度）にヒータで加熱された徐冷ベース１８２が設けられている。これにより、１９０度程度の熱硬化温度から環境温度までセル１および銅線２が急冷されず、一度途中の温度に保持されることにより熱衝撃を緩和している。この結果、冷却時もセル１に過大な熱応力を与えることは無い。セルストリング４が規定のセル数の長さとなった圧着終了後に、セルストリング４は、排出移載装置１０９により次工程１１０の装置に移載される。
【００３５】
各セル１は、独立のサスペンション機構１９２により支えられた吸着チャック１９１により吸着保持されており、衝撃を与えることなしに昇降機構１９３によって持ち上げられ、搬送機構１９４により搬出される。これにより、搬送時にセル１に衝撃が加わる心配が無い。
【００３６】
以上の実施例では、配線部材として銅線２を適用したが、本発明に係る配線部材は、錫メッキ線やアルミ線などの軟質の良導体であればよく、表面に防錆メッキなどを施したものを用いることも好適である。また、本実施例では、２本バスバー構造のセルを例にして説明した。このバスバーの本数は、太陽電池セルの設計により適宜決定され、１本または３本以上にすることもあるが、本実施例の方法には影響がなく、一部の部材の変更で対応可能である。
【００３７】
図６（ａ）は本発明の第２の実施例のＣＦ貼付け部を示す平面図、図６（ｂ）は立面図である。
本発明の第２の実施例は、銅線２に予めＣＦ３を貼るのではなく、セル１にＣＦ３を貼るものである。
【００３８】
第２の実施例では、セル１の表裏両面に同時にＣＦ３を貼り付けるため、セル押さえ１７４で上下方向からセル１を挟んで空中に保持し、上下方向から貼り付けヘッド１３３で同時にＣＦを貼る。また、この実施例では、次のステージで上下１対のＣＦ確認カメラ２００によりＣＦの貼付を確認している。
【００３９】
第２の実施例によれば、平坦なセル１にＣＦ３を貼り付けることが可能であるため、配線部材に片側が盛り上がった半丸型の電線や、厚く防錆メッキしたため中太に膨らんだ電線などの異形線を用いることも可能となる利点がある。
【符号の説明】
【００４０】
１…セル（太陽電池セル）、  ２…銅線（配線部材）、  ２ａ…リールボビン、  ３…導電性粒子含有フィルム（接着性樹脂）、  ４…セルストリング、  １００…配線部材接合ライン、  １０１…銅線ボビン供給部、  １０２…銅線引き出し歪み除去部、  １０３…ＣＦ銅線貼付部、  １０４…銅線カット引込部、  １０５…セルトレー供給部、  １０６…銅線仮圧着部、  １０７…本圧着部、  １０８…排出コンベア、  １０９…排出移載装置、  １１１…銅線送り出し機構、  １２１…従動ローラ、  １２２…ダンサーローラ、  １２３…歪み取りユニット、  １２４…キャプスタンローラ、  １２５…ピンチローラ、  １３１…ＣＦ送りリール、  １３２…ＣＦ巻き取りリール、  １３３Ａ，１３３Ｂ…貼付ヘッド、  １３５Ａ，１３５Ｂ…貼付台、  １３６…引出しクランプ、  １３７…引出し駆動部、  １４１…電線切断部、  １４２…引込みクランプ、  １４３…引込み駆動部、  １５３…セルチャック、  １５４…セル移載機、  １６１…コンベア、  １６２…予熱ベース、  １６３…仮貼りヘッド（載置部材）、  １７１…本圧着ステージ、  １７１ａ…スライドガイド、  １７１ｂ…スライドベース、  １７１ｃ…下刃ステージ、  １７１ｄ…溝、  １７２…クッションリール、  １７３…クッションシート、  １７４…セル押さえ（平坦化部材）、  １７４ｂ…ラバーヒータ、  １７５…本圧着ヘッド、  １７６…本圧着刃、  １７７…加圧機構、  １８１…コンベア、  １８２…徐冷ベース、  １９１…吸着チャック、  １９２…サスペンション機構、  １９３…昇降機構、  １９４…搬送機構、  ２００…ＣＦ確認カメラ
【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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