(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性基板上に形成された太陽電池素子を絶縁性封止材によって封止する可撓性太陽電池の製造方法において、絶縁性封止材を可撓性を有する支持基体と、少なくとも一面に離型性材料よりなる表面層を有する対向体のその一面との間に圧着したのち、前記対向体を除去して絶縁性封止材を露出させる工程と、そのあとに、支持基体上の絶縁性封止材の露出面を太陽電池素子に接触させて圧着する工程とを含み、支持基体上の絶縁性封止材を太陽電池素子の両面にそれぞれ接触させて圧着する工程のうち、遅く行われる工程が減圧下で熱圧着する工程であることを特徴とする可撓性太陽電池の製造方法。
【請求項２】
絶縁性封止材の支持基体が離型性材料よりなり、絶縁性封止材を太陽電池素子に圧着する工程より後に支持基体を除去する工程を備えた請求項１に記載の可撓性太陽電池の製造方法。
【請求項３】
絶縁性封止材がエチレンビニルアセテートよりなる請求項１または請求項２に記載の可撓性太陽電池の製造方法。
【請求項４】
圧着を１２０℃以下で行い、架橋は後工程で行う請求項３に記載の太陽電池の可撓性太陽電池の製造方法。
【請求項５】
離型性材料がふっ素樹脂、シリコーン樹脂あるいは金属酸化物である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の可撓性太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可撓性基板を有する薄膜太陽電池素子の１個あるいは複数個を、共通の表面保持材により挟んだ可撓性太陽電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高分子材料フィルムのような可撓性基板上に背後電極層、光電変換半導体層および透明電極層を積層してなる薄膜太陽電池の複数個を接続導線により接続した太陽電池サブモジュールの両面を、保護材により被覆することによって外気の水分やガスの影響より保護してモジュール化することは、例えば特公平５−５９５９１号公報に公知である。図３は、そのような可撓性太陽電池の断面構造を示し、表面保護材として表面側にガラス板３１、裏面側にふっ素樹脂フィルム３２を用い、可撓性基板上に複数の薄膜太陽電池素子を形成した太陽電池サブモジュール１を絶縁性封止材料としてのエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）２を介して封入したものである。さらに補強のため、側辺がアルミニウム製のフレーム３３とシリコーン樹脂系シーラント材３４で覆われている。
【０００３】
上述の様な太陽電池モジュールの製造工程は、枚葉にて重ねられた表面保護材料３１とフィルム状のＥＶＡ２の上に複数の太陽電池サブモジュール１を配置し、配線作業を行なう工程と、配線作業後の太陽電池サブモジュール１上にフィルム状のＥＶＡ２、裏面保護材３２を枚葉にて順次積層し、これを減圧下で熱圧着してＥＶＡ２の架橋を行なう工程と、最後に側辺をフレーム３３で周囲を覆い隙間をシーラント３４で埋める工程からなる。減圧下での熱圧着・架橋は、先ず積層された材料の雰囲気を低真空排気しながらＥＶＡ２の溶融粘度が最も低くなり、かつ封止材料内で架橋反応が生じない温度まで昇温させ、一定時間加圧保持させた後、ＥＶＡ２を架橋させるために最適架橋反応温度まで昇温し保持することで行なわれている。
【０００４】
可撓性基板を用いた薄膜太陽電池は、ロールから引き出される長尺の基板上にロールツーロール方式あるいはステッピングロール方式で複数の層を成膜して巻き取ることができるため、量産性の点ですぐれている。しかし、上述のような枚葉方式の太陽電池モジュール製造方法では、可撓性太陽電池の特徴の一つである量産性が損なわれてしまうばかりでなく、ロール状に巻いたコンパクトな状態で保管、移動、施工が行えるという可撓性太陽電池のもう一つの特徴をも活かすこともできなくなる。そこで、両面の保護材に可撓性の耐候材料フィルムを用いれば、モジュール構成材料をすべてロール上から引き出し、でき上がったモジュールをロール上に連続的に巻き取ることができる。また表面保護材を省略して可撓性にし、ＥＶＡ層を露出させてＥＶＡの耐候性により保護することも考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、連続的に太陽電池素子を封止してロール状に巻き取るためには、モジュール構成材料をロール状に巻いた状態から連続的に供給することが必要になる。モジュール構成材料の中で、絶縁性封止材料として用いるＥＶＡはロール状に巻き取ることは可能であるが、材料自身の伸縮が顕著で張力を制御しながら寸法変化やたわみが生じないように引き出すことができないという問題を有する。また、熱圧着時に溶融してしまうことから絶縁性封止材料を一定速度で連続的に搬送することも困難である。このため、太陽電池素子、表面保護材料、配線材料を積層させ圧着させる工程でしわの発生や気泡の巻き込みが生じ、太陽電池モジュールの信頼性の低下をも招いてしまう。このような問題は、単一の薄膜太陽電池素子を封止する場合にも存在する。
【０００６】
本発明の目的は、上述の問題を解決し、絶縁性封止材料の溶融に基づく寸法変化やしわ、たわみの発生することなく、構成材料のロールからの引き出し、封止後の巻き取りの可能な可撓性太陽電池の製造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】
上述の目的を達成するために本発明は、可撓性基板上に形成された太陽電池素子を絶縁性封止材によって封止する可撓性太陽電池の製造方法において、絶縁性封止材を可撓性を有する支持基体と、少なくとも一面に離型性材料よりなる表面層を有する対向体のその一面との間に圧着したのち、前記対向体を除去して絶縁性封止材を露出させる工程と、そのあとに、支持基体上の絶縁性封止材露出面を太陽電池素子に接触させて圧着する工程とを含み、支持基体上の絶縁性封止材を太陽電池素子の両面に接触させて圧着する工程のうち、遅く行なわれる工程が減圧下で熱圧着する工程であることとする。
絶縁性封止材を可撓性のある支持基体上に圧着して支持することにより、支持基体の張力制御によってその上の封止材と共に搬送することができる。ロールからの引き出し時に封止材の寸法変化やたわみが生じないので、太陽電池素子への圧着工程をロールからの引き出し、ロールへの巻き取りの間に行うことが可能になる。絶縁性封止材に圧着のための加圧体が接触すると、加圧体に付着して離れにくいため、離型性表面を有する対向体を介して加圧する。そのあとで対向体を除去して絶縁封止材を太陽電池素子に接触できるようにする。支持基体上の絶縁性封止材を太陽電池素子の両面にそれぞれ接触させて圧着する工程のうち、遅く行われる工程が減圧下で熱圧着する工程であると、減圧下で熱圧着を行うことにより、構成材料から放出されるガス、それ以前の工程で構成材料内に巻き込まれた空気が除去され、太陽電池素子への封止材の密着が確保される。絶縁性封止材がＥＶＡよりなることがよい。ＥＶＡは封止樹脂としての実績を有する。その場合、圧着を１２０℃以下で行い、架橋は後工程で行うことが望ましい。１２０℃以上では架橋反応が起きてしまう。架橋反応は別工程で必要な時間行う。絶縁性封止材の支持基体が離型性材料よりなり、絶縁性封止材を太陽電池素子に圧着する工程の後に支持基体を除去する工程を備えたことがよい。これにより両面を絶縁性材によって封止された可撓性太陽電池ができ上がる。離型性材料がふっ素樹脂、シリコーン樹脂、あるいは金属酸化物であることがよい。これらの材料は、表面自由エネルギーが支持基体に用いられプラスチックより低く、従って封止材や塵埃に対する接着力が低い。  
本発明の参考手段によれば、絶縁性封止材の支持基体に、耐候性を有する材料よりなり、少なくとも絶縁性封止材との圧着面が離型性の低いものを用い、全製造工程終了後も残留させることがよい。これにより、支持基体が表面保護材として残り、かつ絶縁性封止材に十分な接着強度で固定される。絶縁性封止材の支持基体の封止材圧着面に、圧着前に接着性向上表面処理を施す工程を備えたことがよい。これにより、表面保護材の絶縁性封止材との接着強度が向上する。絶縁性封止体の支持基体の反封止材圧着面に離型性材料よりなる表面層を被覆する工程を備えたこともよい。これにより表面保護材への塵埃などの付着が減少し、特に光入射面側では入射光を減殺することがなくなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
可撓性太陽電池は、太陽電池素子、主配線材、補助配線材、絶縁性封止材および場合によっては、さらに表面保護材より構成する。太陽電池素子は１個でもよく複数個でモジュール化されてもよい。
絶縁性封止材の材料にはＥＶＡからなる熱可塑性樹脂を用いる。ＥＶＡは５０℃以上の温度で溶融粘度が急激に低下する６０〜８０℃に融点を有するホットメルト系の接着材料である。なお、溶融粘度は６０℃〜１５０℃の範囲では顕著な変化は見られず、高温ほど低溶融粘度になる傾向を有する。また、ＥＶＡは１２０℃以上の温度領域では、温度により反応速度は異なるものの、あらかじめＥＶＡ中に混入させている架橋材により架橋反応が生じ熱的に安定するという特徴を有する。一方、ＥＶＡの融着性に関しては一定圧力のもとで融着させた場合、その融着力は温度および時間に依存して変化し、温度は高いほど、また時間が長いほどその融着強度が大きくなる。このため、ＥＶＡの熱圧着条件としては、熱圧着と架橋を連続的に行なう場合、６０℃〜１２０℃の温度で行なうことが望ましい。またＥＶＡの架橋条件はＥＶＡのゲル化を十分に行なえる条件として１４０〜１５０℃の温度で１０〜１５分間保持することが必要である。
【０００９】
絶縁性封止材を固定支持する目的で用いる支持基体で、後工程で除去するものには、少なくとも表面が離型性をもつようにする。従って、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）などのふっ素樹脂フィルムや、ふっ素樹脂コーティング、シリコーン樹脂コーティング、ＳｉＯｘ表面膜形成のされたポリエチレン系およびポリオレフィン系フィルムあるいは金属箔を用いる。絶縁性封止材の支持基体で、後工程で除去せず表面保護材として残すものは、絶縁性封止材のＥＶＡに対して良好な接着性を示すものでなければならぬ。そのような支持基体としては、離型性の低いポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステルフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリイミドフィルムあるいはポリエチレンフィルムを用いることができる。さらにＥＶＡとの接着力を増すためには、その接着面に予めプラズマ処理や紫外線照射などの物理的表面処理、あるいはカップリング剤処理、モノマーまたはポリマーコーティング処理、蒸気処理などの化学的表面処理を施し、表面張力を４０ｄｙｎｅ／ｃｍ以上にしておく。また、反対側の外面となる面には、可撓性太陽電池の保管、移動、施工および運転時の外力からの素子の保護、塵埃の付着などによる光入射面の汚れの防止あるいは施工時の感電防止のため、ふっ素樹脂コーティングあるいはシリコーン樹脂コーティングを施す。もしくは離型性を有する材料のフィルムを簡易的に付着させてもよい。なお、表面保護材として残る支持基体のうち光入射側のものは、可視光を透過する透明フィルムである必要がある。配線材料の主配線材および補助配線材には導電性材料としてのＣｕ、ＡｇあるいはＡｌを用いる。その形状は箔でも縒り線であってもよく、その場合には導電性粘着層が片面または両面に形成されたものを用いると便利である。可撓性太陽電池全体の外部端子と補助配線あるいは主配線との間の接続には、表面に導電性粘着層を有する導体箔を用いるか、導電性粘着体あるいははんだを用いる。
【００１０】
なお、圧着あるいは熱圧着は、ＥＶＡを太陽電池素子に対して密着させるために行う。従って、必ずしも外部から圧力を加えることを意味せず、支持基体あるいは太陽電池素子の自重によりＥＶＡと素子の接触面に圧力が加える場合も含む。
【００１１】
【実施例】
以下、図３を含めて共通の部分に同一の符号を付した図を引用して本発明のいくつかの実施例について述べる。
実施例１：
図１（ａ）〜（ｆ）は実施例１の製造工程を示し、図２はこの工程に用いた製造装置を示す。製造工程は工程１より工程７までの７工程よりなる。
＜工程１＞
図１（ａ）に示すように、絶縁性封止材であるＥＶＡ２のフィルムの両面に離型性をもつふっ素樹脂コーティングフィルム３に貼り合わせる。そのためには、図２に示すようにロール１１から引き出されるＥＶＡフィルム２と、二つのロール１２からそれぞれ引き出される２枚のふっ素樹脂コーティングフィルム３を二つの圧着ロール１３の間を通して熱圧着する。熱圧着は、ＥＶＡ中の架橋材が消費されてしまったり、架橋材としての効果を持たなくならないように熱圧着ロール１３の温度が１２０℃以下で行う。上面のふっ素コーティングフィルム３はＥＶＡ２がロール１３の面に付着するのを防ぐためのものであるから次の工程に入る前に剥がしてロール２２に巻き取り、離型性の支持基体のフィルム３上にＥＶＡ層２が固定されたベースフィルム４を得る。
＜工程２＞
図１（ｂ）に示すようにベースフィルム４のＥＶＡ層２の上に主配線材５を固定する。主配線５は長手方向をベースフィルム４の長手方向と平行にしてロール１４から引き出し、圧着ロール１５により圧着または熱圧着する。主配線材５の固定面はベースフィルム４のごとく一部分なので、熱圧着する場合は主配線材５自身を加熱して行う。図の２本の主配線材５の一方はプラス側、他方はマイナス側である。
＜工程３＞
図１（ｃ）に示すように、ベースフィルム４上のＥＶＡ層２上の所定の位置に太陽電池素子によりなる太陽電池サブモジュール１を枚葉で固定し、圧着ロール１６を通して圧着または熱圧着する。熱圧着の条件は工程１と同じである。
【００１２】
太陽電池サブモジュール１と主配線材５との位置関係は、太陽電池サブモジュール１のプラスおよびマイナス端子が主配線材５と重なる形で配置するか、または太陽電池サブモジュール１に対し主配線材５が外側になるよう配置する。しかし、主配線材５の一部はモジュール１の周縁の外側にあって外部との電気的な接続が行われるため、剥離や腐食といった太陽電池モジュールの信頼性を損なう現象が主配線材１５の部分で最も起きやすいといえることから、図のように主配線材５がサブモジュール２の外側にある位置関係の方が望ましい。
＜工程４＞
図１（ｄ）に示すように、太陽電池サブモジュール１と主配線材５との間の接続を補助配線材５１によって行う。補助配線材５１の寸法および供給位置は、太陽電池サブモジュール１と主配線材５との位置関係により異なる。もちろん、両者少なくとも一部で重なり合うような寸法、供給位置関係でなければならない。＜工程５＞
図１（ｅ）は省略して示しているが、  フィルム状ＥＶＡ２の両面にふっ素樹脂コーティングフィルム３を熱圧着ロール１３を通して貼り合わせたのち、下面のフィルムを剥がし取ることによって別個に作製したベースフィルム４を、ＥＶＡ層２が太陽電池モジュール１に接するように重ね、圧着ロール１７により熱圧着する。圧着を大気圧雰囲気下で行うと、太陽電池モジュール１の段差部での空気の巻き込みあるいは構成材料からの放出ガスによって気泡が発生しやすい。このため、図示しない減圧室を設けて、減圧下で加熱ロール１３により熱圧着するのが最も望ましい。この際、工程１において生じた気泡やしわも除去される。この場合も、工程１で述べたと同様に１２０℃以下の温度で行う。熱圧着を加熱平板で行う方法もあるが、量産性の点で劣る。
＜工程６＞
次いで、図２に示すように、加熱室１８を通してＥＶＡ２の架橋を行う。
【００１３】
架橋条件はＥＶＡのゲル化を充分に行える条件として１４０〜１５０℃の温度で１０〜１５分間保持する必要がある。架橋温度は熱圧着温度よりも高い温度であることから、可撓性太陽電池モジュールの構成材料からのガス放出があるので加熱室１８を減圧することが望ましい。また、ＥＶＡは５０℃以上の温度になると溶融粘度が低くなるので、成形不良の起きるのを防ぐために、さらに加圧された状態で架橋されることが望ましい。
＜工程７＞
最後に、図２に示すように両面の離型性のふっ素樹脂コーティングフィルム３をロール１９通過後に剥がし取り、図１（ｆ）に示す構造をもつ可撓性太陽電池１０としてロール２０の上に巻き取る。剥がし取ったふっ素樹脂コーティングフィルム３は、二つのロール２１に巻き取る。
実施例２：
この実施例では図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、実施例１の工程２と工程３とを入れ換える。従って、ロールツーロール方式のモジュール組立装置においても、図５に示すように、主配線材５の送り出しロール１４および圧着ロール１５を、太陽電池サブモジュール１の圧着ロール１６より後に配置する。これにより図４（ｂ）に示すように太陽電池サブモジュール１をベースフィルム４のＥＶＡ層２の上に固定したのち、図４（ｃ）に示すように主配線材５をサブモジュール１の外側に圧着し、次いで図４（ｄ）に示すようにサブモジュール１と主配線材５との間の接続を補助配線材５１によって行う。以後の工程は図１（ｅ），（ｆ）と同様である。
実施例３：
実施例１あるいは実施例２において工程１および５で離型性の支持基体して用い、後工程で剥がし取ったふっ素樹脂コーティングフィルム３の代わりに、図６に示すように離型性の少ないＰＥＴフィルム６をＥＶＡ２の支持基体として用いてベースフィルム４１を形成する。このＰＥＴフィルム６は図２あるいは図５に示す装置でロール１２から引き出され、その上に、フィルム状ＥＶＡ２を固定する。しかし、ＥＶＡ２の他面上には、実施例１あるいは実施例２と同じに離型性をもつふっ素樹脂コーティングフィルム３を貼り合わせ、ＥＶＡ２とＰＥＴフィルム６の熱圧着ののちに剥がし取る。そして、工程７、すなわち図２あるいは５のロール１９、２１は省略され、両面にベースフィルムを固定してつくられた可撓性太陽電池モジュール１０は、加熱室１８でＥＶＡ２の架橋を終えたのちに直接ロール２０上に巻き取られる。剥がし取られなかったＰＥＴフィルム６は、表面保護材として残す。
実施例４：
実施例３のＰＥＴフィルム６の代わりに、ＥＶＡ２と接する面を予め接着性向上表面処理をしたフィルムを用いる。すなわち接着性向上表面処理としてのプラズマ処理を行ったポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムを用いる。
実施例５：
実施例３、４のＰＥＴフィルム６の代わりにポリエチレンフィルムを用いる。このポリエチレンフィルムの反ＥＶＡ側の面にふっ素樹脂コーティングを施しておく。これにより表面への塵埃などの付着が防止でき、特に光入射面側において有効である。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、太陽電池素子を被覆するための絶縁性封止材を支持基体上に固定することにより、ロールから引き出し時の張力制御を支持基体に対して行って搬送することが可能になった。この結果、可撓性太陽電池の封止を、ロール上に巻いた状態から供給される構成材料が用いて行い、ロール上に巻きとる製造工程が実現した。そして、枚葉方式と比較して高い量産性が得られ、特にコンパクトな状態で保管、移動、施工のできる可撓性太陽電池モジュールを製造できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の製造工程を（ａ）ないし（ｆ）の順に示す断面図
【図２】  図１に示す製造工程を実施する製造装置の側面図
【図３】  従来の太陽電池モジュールの断面図
【図４】  本発明の実施例２の製造工程の前半を（ａ）ないし（ｄ）の順に示す断面図
【図５】  図４に示す製造工程を実施する製造装置の側面図
【図６】  本発明の実施例３〜５に用いるベースフィルムの断面図
【符号の説明】
１    太陽電池サブモジュール
２    ＥＶＡ
３    ふっ素樹脂コーティングフィルム
４、４１    ベースフィルム
５    主配線材
５１    補助配線材
６    ＰＥＴフィルム
１０    可撓性太陽電池モジュール
１３、１５、１６、１７    圧着ロール
１８    加熱室
【図１】
0003838684.tif 000002
【図２】
0003838684.tif 000003
【図３】
0003838684.tif 000004
【図４】
0003838684.tif 000005
【図５】
0003838684.tif 000006
【図６】
0003838684.tif 000007