特許 6363840 太陽電池アセンブリの作製方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6363840

(24)【登録日】2018年7月6日

(45)【発行日】2018年7月25日

(54)【発明の名称】太陽電池アセンブリの作製方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/048 20140101AFI20180712BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/04 560

【請求項の数】12

【外国語出願】

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-9987(P2014-9987)

(22)【出願日】2014年1月23日

(65)【公開番号】特開2014-146797(P2014-146797A)

(43)【公開日】2014年8月14日

【審査請求日】2017年1月18日

(31)【優先権主張番号】201310030009.2

(32)【優先日】2013年1月25日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】513105362

【氏名又は名称】チャンジョウ アルマデン カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100077012

【弁理士】

【氏名又は名称】岩谷 龍

(72)【発明者】

【氏名】リン，ジンシー

(72)【発明者】

【氏名】リン，ジンハン

(72)【発明者】

【氏名】リン，ユティン

【審査官】 嵯峨根 多美

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１１１１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１８８９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０６９１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０１００７６（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ３１／０２−３１／０７８；

Ｈ０１Ｌ３１／１８−３１／２０；

Ｈ０１Ｌ５１／４２−５１／４８；

Ｈ０２Ｓ１０／００−１０／４０；

Ｈ０２Ｓ３０／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽電池アセンブリの作製方法であって、
コネクタシートにより接続された複数の太陽電池シートを、複数の注型用金型を備えた射出成形用金型内に、太陽電池シートのそれぞれが前記複数の注型用金型内に位置するよう配置する工程；
前記複数の注型用金型に加熱条件下で射出成形材料を注入して、前記太陽電池シートを前記射出成形材料で封止する工程であって、前記射出成形材料がエチレン−酢酸ビニル、ポリシリコーン、及びポリビニルブチラールからなる群より選択されることを特徴とする工程；
前記封止された複数の太陽電池シートを前記射出成形用金型から取り出す工程；並びに
前記封止された複数の太陽電池シートの２つの面に基板及びバックシートをそれぞれ取り付ける工程
を含む方法。

【請求項2】

前記射出成形用金型を水平又は垂直に配置する、請求項１に記載の作製方法。

【請求項3】

前記加熱条件が二段階の加熱を含み、その一方は低温射出成形処理、他方は高温架橋処理である請求項１に記載の作製方法。

【請求項4】

前記低温射出成形処理の温度が７０℃〜１３０℃の範囲、前記高温架橋処理の温度が１２０℃〜２００℃の範囲である請求項３に記載の作製方法。

【請求項5】

前記低温射出成形処理の温度が１００℃〜１２０℃の範囲、前記高温架橋処理の温度が１４０℃〜１８０℃の範囲である請求項４に記載の作製方法。

【請求項6】

前記射出成形工程が振動条件下で実施される請求項１に記載の作製方法。

【請求項7】

前記振動条件が機械振動、音波振動、超音波振動、及び電磁振動からなる群より選択される請求項６に記載の作製方法。

【請求項8】

前記太陽電池シートが単結晶シリコン太陽電池シート、多結晶シリコン太陽電池シート、アモルファスシリコン太陽電池シート、テルル化カドミウム太陽電池シート、銅・インジウム・セレン太陽電池シート、銅・インジウム・ガリウム・セレン太陽電池シート、及び色素増感太陽電池シートからなる群より選択される請求項１に記載の作製方法。

【請求項9】

前記基板がガラス基板、ポリマー基板、プラスチック基板、ステンレス鋼基板、アルミニウム基板、及び複合材料からなる群より選択される請求項１に記載の作製方法。

【請求項10】

前記バックシートがガラス基板、ポリマー基板、プラスチック基板、ステンレス鋼基板、アルミニウム基板、及び複合材料からなる群より選択される請求項１に記載の作製方法。

【請求項11】

基版及びバックシートの取り付け前に、前記太陽電池シートを側壁封止材料により封止する工程をさらに含む請求項１に記載の作製方法。

【請求項12】

前記側壁封止材料が有機シリコーンゲル及びブチルゴム製シールストリップからなる群より選択される請求項１１に記載の作製方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池アセンブリの作製方法に関し、特に、ラミネート処理ではなく熱射出成形処理による太陽電池アセンブリの作製方法に関する。

【背景技術】

【0002】

主として単結晶シリコンや多結晶シリコンを材料として作製される太陽電池は、環境にやさしく経済的な代替エネルギーであり、日常生活において広く使用されている。太陽電池の効果と効率をより高めるために、大型かつ薄型の太陽電池を開発することが求められている。太陽電池は割れやすく薄いため、強い衝撃を受けると非常に損傷しやすい。さらに、太陽電池の電極は動作中に周囲の環境に長時間露出させることができず、また個々の太陽電池セルは動作電圧が低い。したがって、複数の太陽電池セルを直列又は並列に接続したものを封止して、発電機として単独で使用可能な太陽電池アセンブリとする必要がある。

【0003】

太陽電池の作製方法として現在用いられている方法は、いずれもよく類似する。不連続的に直列に配置した複数の太陽電池シートを、銅等の導電性材料からなるコネクタシートにより接続してはんだ付けし、太陽電池シートの列を形成する。太陽電池シートの複数の列を並列に接続することにより、太陽電池シートセットを数セット形成する。ガラス等の前面基板；封止材料；数セットの太陽電池シート；封止材料、及び複合フッ化物製プラスチックフィルム（例えば、市販のＴＰＴフィルム）等の裏面基板を構成要素として、下から上へと積層する。この積層体を真空ラミネータに入れて真空ラミネート処理を施す。ラミネータの下部チャンバを真空にし、その後加圧して加熱することによって、ガラス基板／封止材料／数セットの太陽電池シート／封止材料／裏面基板からなる積層体を一体化させる。一体化された積層体をチャンバから取り出して、金属製フレームを取り付ける。このようにして太陽電池アセンブリを得る。

【0004】

従来のラミネート処理では、積層体の一体化を加熱及び加圧処理によって行う。しかし、加圧処理により、太陽電池シートの変形、破損、及びクラックが生じやすい。さらに、ラミネート処理中に周囲の温度が１２０℃を超えるとエチレン−酢酸ビニル系封止材料が軟化することがあり、その際には、並列に配列された太陽電池シートセット同士が重なり合い、太陽電池アセンブリとしたときの効率が低下する。また、太陽電池アセンブリに通常使用される強化透明ガラス基板の多くは、強化処理後の厚みが３．２ｍｍを超え表面平滑性が不良である。このような強化ガラス基板２枚を用いたラミネート処理により作製された太陽電池アセンブリでは、ガラス基板の重量及び表面平滑性の不良のために、厚みが１８０〜２００μｍに過ぎない太陽電池シートは破損しやすい。したがって、従来のラミネート処理は、透明ガラス製の裏面基板を使用した太陽電池アセンブリの封止には適さず、特に大型の太陽電池の封止には適さない。また、封止材料のラミネートは手作業で行う場合が多いが、手作業は不精密であるために封止材料中に気泡が見られることが多く、これにより太陽電池アセンブリの製品としての均一性が不良となり、太陽電池アセンブリの品質も不安定となる。加えて、手作業に起因する原料の無駄や環境汚染といった問題もあり、本質的に生産性に限界がある。

【0005】

本発明は、面積が１平方メートルを超える大型太陽電池に対して高まる需要を満たすものであり、また、上記の問題にも対処するものである。本出願の発明者らは、従来のラミネート処理ではなく熱射出成形処理により特定の機器及び封止材料を使用して太陽電池アセンブリを作製すれば、手作業に起因する不精密性が排除され、処理工程の生産性が大幅に向上し、太陽電池シートにおけるクラック不良が高効率で低減され得ることを見いだした。加えて、太陽電池アセンブリの耐用年数も長くなる。本発明の作製方法は大型かつ薄型の太陽電池に好適である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、製品の均一性が高く、製品の品質安定性が高く、耐用年数の長い太陽電池アセンブリの作製方法の提供である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の方法では、従来のラミネート処理ではなく熱射出成形処理により太陽電池アセンブリを封止する。本発明の方法は特に大型太陽電池アセンブリについて好適である。本発明の方法によれば、作製された太陽電池アセンブリにおいて太陽電池セルの破損はほとんど見られず、太陽電池アセンブリの電気的性能が改善され、そのために耐用年数が長くなる。さらに、本発明による太陽電池の封止は、熱射出成形処理により、特定の封止材料を射出成形用金型に自動で注入して太陽電池シートを覆うことによって実施される。機械による自動製造の結果、製品の均一性が向上し、製品の品質安定性が高くなり、生産性が大幅に向上し、封止コストが下がる。したがって、より競争力のある製品が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の方法に好適な射出成形用金型を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本明細書中、特に限定がない限り、単数形の（例えば不定冠詞のついた）用語はその複数形も含む。本明細書中、実施形態及び例示を示す語（例えば「等」）はいずれも、本発明をより顕著なものとする目的のみに使用され、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書中のいかなる用語も、請求項に記載のない要素が本発明の実施に必要な要素を構成することを意味していると解釈されるべきではない。

【0010】

本発明の太陽電池アセンブリの作製方法は、
コネクタシートにより接続された複数の太陽電池シートを、複数の注型用金型を備えた射出成形用金型内に、太陽電池シートのそれぞれが前記複数の注型用金型内に位置するよう配置する工程；
前記複数の注型用金型に加熱条件下で射出成形材料を注入して、前記太陽電池シートを前記射出成形材料で封止する工程であって、前記射出成形材料がエチレン−酢酸ビニル、ポリシリコーン、及びポリビニルブチラール（ＰＶＢ）からなる群より選択されることを特徴とする工程；
前記封止された複数の太陽電池シートを前記射出成形用金型から取り出す工程；並びに
前記封止された複数の太陽電池シートの２つの面に基板及びバックシートをそれぞれ取り付ける工程
を含む。

【0011】

本発明の方法は、射出成形材料の注入前又は封止された複数の太陽電池シートの取り出し後に、前記複数の太陽電池シートからなる数セットの太陽電池シートをコネクタリボンで接続する工程をさらに含む。

【0012】

本発明を、以下の本発明の好ましい実施形態によって説明する。

【0013】

本発明の射出成形用金型及び注型用金型の形状及び大きさは、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明中の例示に基づき、好ましくは太陽電池シートの形状及び大きさから容易に理解し、改変することができる。射出成形用金型及び注型用金型は熱可塑性材料、熱硬化性材料、又は金属等の材料からなる。本発明の射出成形用金型は好ましくは水平又は垂直に配置される。

【0014】

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の方法に好適な射出成形用金型を示す。

【0015】

図１Ａに示すように、本発明の射出成形用金型１０は注入用ランナー１２、ゲート１４、並びに注型用金型１６ａ及び１６ｂを有し、注型用金型１６ａは太陽電池シート２０を配置するため、注型用金型１６ｂは、太陽電池シート２０を接続するコネクタシート（図示せず）を配置するために使用される。前記射出成形用金型１０は、太陽電池シート２０の成形、冷却、及び型からの取り出しを容易とするための加熱装置、冷却装置、及び取り出し装置（図示せず）をさらに含む。

【0016】

図１Ｂに示すように、本発明の方法における射出成形工程は、太陽電池シートが配置された射出成形用金型１０を閉じて前記射出成形用金型を垂直に配置する工程を含む。射出成形材料１８を加熱条件下でランナー及びゲートを通じて注入し、注型用金型に充填する。射出成形用金型を十分に冷却して室温に戻し、圧力を約１ａｔｍに維持して材料の収縮分を補う。射出成形用金型の冷却は水等の冷却剤を使用して実施してもよい。射出成形用金型を開けて完成品を取り出す。

【0017】

本発明の射出成形工程は二段階の加熱を含み、その一方は低温射出成形処理、他方は高温架橋処理である。本発明において、前記低温射出成形処理の温度は７０℃〜１３０℃、好ましくは１００℃〜１２０℃の範囲である。前記高温架橋処理の温度は１２０℃〜２００℃、好ましくは１４０℃〜１８０℃の範囲である。

【0018】

本発明の一実施形態において、前記射出成形工程は振動条件下で実施される。前記振動条件は機械振動、音波振動、超音波振動、及び電磁振動からなる群より選択される。超音波振動を用いた射出成形が好ましく、超音波振動を用いた熱射出成形がより好ましい。振動条件は、加えられる力により射出成形材料の成形完成度を高める目的で採用される。射出成形材料の流動性を増大させることにより、金型充填時の粘度、射出成形時の圧力、及び射出速度が低下する。内部応力が小さくなり、気体が除去されやすくなる。このような現象は、射出成形材料を用いた太陽電池シートの封止に有利である。こうして製品の品質が改善され、射出成形機の耐用年数が長くなる。

【0019】

本発明の方法で使用される太陽電池シートは、当該技術分野における通常の知識を有する者が慣用するものである。本発明の一実施形態において、太陽電池シートは、単結晶シリコン太陽電池シート、多結晶シリコン太陽電池シート、アモルファスシリコン太陽電池シート、ヒ化カリウム太陽電池シート、テルル化カドミウム太陽電池シート、銅・インジウム・セレン太陽電池シート、銅・インジウム・ガリウム・セレン太陽電池シート、及び色素増感太陽電池シートからなる群より選択される。太陽電池シートはコネクタリボンで並列又は直列に接続され、リボンは鉛端子に集められる。

【0020】

本発明の方法においては、エチレン−酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリシリコーン、及びポリビニルブチラール（ＰＶＢ）からなる群より選択される射出成形材料により、基板とバックシートとの間に配置された太陽電池シートを封止する。これらの材料は耐湿性を有し、加熱及び架橋された後にも光透過性を保持する点で有利である。このため、これらの材料は、本発明の射出成形処理に使用される射出成形材料として好適である。さらに、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の一般的なプラスチック材料と比較して、前記射出成形材料は高い耐湿性を有し、光透過率が高く、電気絶縁性が良好であり、酸性溶液及び塩基性溶液に対する耐性を有し、成形後も一定の剛性を有する。このような特性は、面積が１平方メートルを超える太陽電池のような大型太陽電池の作製に特に好適である。本発明の方法において使用される基板及びバックシートは、当該技術分野における通常の知識を有する者が慣用するものであり、ガラス、ポリマー、プラスチック、ステンレス鋼、アルミニウム、及び複合材料を含むがこれらに限定されない材料からそれぞれ形成できる。本発明の一実施形態において、基板はガラス基板であり、バックシートはガラス製バックシート又はポリマー製バックシートである。

【0021】

本発明の方法は、基板及びバックシートの取り付け前に、有機シリコンゲル及びブチルゴム製シールストリップからなる群より選択されてよいがこれらに限定されない側壁封止材料により、太陽電池を封止する工程をさらに含む。

【0022】

本発明の方法において、太陽電池の封止は従来のラミネート処理ではなく熱射出成形処理により実施される。加圧に起因する太陽電池シートの破損及びクラックは低減される。自動製造により異物混入が防止され、製品の均一性が向上し、製品の品質安定性も高まる。太陽電池アセンブリの生産性及び電気的性能が向上し、耐用年数が長くなる。本発明の方法は特に大型太陽電池アセンブリの作製に好適である。フレキシブル又は折り曲げ可能な太陽電池アセンブリを作製する場合には、太陽電池シートの変形及びクラックが防止され得る。さらに、本発明の方法により作製される大規模太陽電池アセンブリにおいて、バックシートにガラスを使用してもよく、ガラスは光透過率が高いため、高い効率でアセンブリの性能が向上し、用途範囲が拡大する。

【0023】

本発明の１つ以上の実施形態を以下に説明する。以下の記載及び請求項によれば、本発明の上記以外の特徴、目的、及び利点が容易に理解される。

【実施例1】

【0024】

複数の多結晶シリコン太陽電池シートをコネクタシートにより直列にはんだ付けすることによって、一連の太陽電池シートとする。この一連の太陽電池シートを複数の注型用金型を備えた射出成形用金型内に、これら複数の太陽電池シート及びコネクタシートが注型用金型内にそれぞれ位置するよう配置する。射出成形用金型を超音波振動器内に水平に配置する。圧力を１ａｔｍで保持する。射出成形用金型を約８０℃〜１００℃に加熱する。前記複数の注型用金型にエチレン−酢酸ビニルを注入する。射出成形用金型をこの条件下で約５〜１０分間維持する。次いで、射出成形用金型を約１３０℃〜１５０℃に加熱して約３〜５分間保持することにより、エチレン−酢酸ビニルを架橋、硬化させて、太陽電池シートを封止する。硬化したエチレン−酢酸ビニルは完全に透明となり、光透過率が相当に高いことを特徴とする。次いで、射出成形用金型を水中で十分に冷却し、封止した一連の太陽電池シートを射出成形用金型から取り出す。複数の太陽電池シート群をコネクタリボンで接続する。ガラス基板及びガラス製バックシートを上記太陽電池シートの２つの面にそれぞれ取り付け、金属製フレームを取り付けて、太陽電池アセンブリを得る。

【0025】

本発明の方法では、熱射出成形用金型を用い、射出成形材料を使用して個々の太陽電池シートを封止する。従来のラミネート処理では積層体の上下面からの圧力によって積層体にクラックが生じることが多いが、本発明の太陽電池シートではこれが防止され得る。さらに、太陽電池シートの電極とコネクタシートやコネクタリボンとの接点が組み立てプロセス中や外的な引っ張りによって破損したりはずれたりすることはよく起こるが、これが防止され得る。ラミネート処理では気体が生成しやすいが、この傾向も排除され得る。ラミネート処理では気体が生成しやすいが、この傾向も排除され得る。

【0026】

本発明に関し、例示のための実施形態について説明してきたが、当然のことながら、当該技術分野における通常の知識を有する者が容易に改変又は調整できる特徴も、本出願の明細書及び付属の請求項の範囲に含まれる。

【図1】