特開 2024-179425 太陽電池モジュールの製造方法および太陽電池モジュールの製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024179425

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】太陽電池モジュールの製造方法および太陽電池モジュールの製造装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/048 20140101AFI20241219BHJP

   B29C 43/34 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 560

B29C43/34

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023098274

(22)【出願日】2023-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】304021288

【氏名又は名称】国立大学法人長岡技術科学大学

(71)【出願人】

【識別番号】393011773

【氏名又は名称】株式会社羽生田鉄工所

(74)【代理人】

【識別番号】110001726

【氏名又は名称】弁理士法人綿貫国際特許・商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 昇

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 傑

【テーマコード（参考）】

4F204

5F251

【Ｆターム（参考）】

4F204AA11

4F204AA16

4F204AA21

4F204AA28

4F204AC03

4F204AD05

4F204AD08

4F204AD19

4F204AD20

4F204AD35

4F204AG03

4F204AH37

4F204FA01

4F204FB01

4F204FB17

4F204FF01

4F204FF05

4F204FG02

4F204FN11

4F204FN15

5F251BA14

5F251JA03

5F251JA04

5F251JA05

(57)【要約】

【課題】半球面や鞍型面などの非可展面を含む所望の３次元形状にできるとともに、生産性の向上が可能な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。
【解決手段】太陽電池モジュール１の製造方法は、マトリクス配置した複数の太陽電池セル２を第１の熱可塑性樹脂３ａで覆って加熱加圧することで第１の熱可塑性樹脂３ａからなる封止層３を有する太陽電池基板５にする封止ステップと、強化繊維７と第２の熱可塑性樹脂６ａからなる補強層６、太陽電池基板５、第３の熱可塑性樹脂４ａからなる保護層４の順に積層して加熱加圧することで補強層６と太陽電池基板５と保護層４が一体構造になった中間体８にする１次成形ステップと、中間体８における補強層６を型に合わせて加熱加圧することで中間体８を前記型に合わせた３次元形状にする２次成形ステップを有する構成である。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マトリクス配置した複数の太陽電池セルを第１の熱可塑性樹脂で覆って加熱加圧することで前記第１の熱可塑性樹脂からなる封止層を有する太陽電池基板にする封止ステップと、
強化繊維と第２の熱可塑性樹脂からなる補強層、前記太陽電池基板、第３の熱可塑性樹脂からなる保護層の順に積層して加熱加圧することで前記補強層と前記太陽電池基板と前記保護層が一体構造になった中間体にする１次成形ステップと、
前記中間体における前記補強層を型に合わせて加熱加圧することで前記中間体を前記型に合わせた３次元形状にする２次成形ステップを有すること
を特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

【請求項2】

前記２次成形ステップにおいて、前記補強層における、シート状に形成し厚み方向に積層した前記強化繊維と前記第２の熱可塑性樹脂とを互いに接着させ、前記第２の熱可塑性樹脂と前記第１の熱可塑性樹脂とを互いに接着させ、かつ、前記第１の熱可塑性樹脂と前記第３の熱可塑性樹脂とを互いに接着させること
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

【請求項3】

前記２次成形ステップはオートクレーブによって加熱加圧すること
を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

【請求項4】

マトリクス配置した複数の太陽電池セルを第１の熱可塑性樹脂で覆って加熱加圧することで前記第１の熱可塑性樹脂からなる封止層を有する太陽電池基板にする真空ラミネータと、
強化繊維と第２の熱可塑性樹脂からなる補強層、前記太陽電池基板、第３の熱可塑性樹脂からなる保護層の順に積層して加熱加圧することで前記補強層と前記太陽電池基板と前記保護層が一体構造になった中間体にする１次成形機と、
前記中間体における前記補強層を型に合わせて加熱加圧することで前記中間体を前記型に合わせた３次元形状にする２次成形機を有すること
を特徴とする太陽電池モジュールの製造装置。

【請求項5】

前記１次成形機はオートクレーブまたはホットプレス機であり、前記２次成形機はオートクレーブであること
を特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュールの製造装置。

【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製造方法および太陽電池モジュールの製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、太陽電池モジュールを曲面形状に適用可能にするための各種取り組みがなされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－２３１９９０号公報

【特許文献2】特開２０１７－０２２２０１号公報

【特許文献3】特開２０２１－１９７４４３号公報

【特許文献4】特開２０２３－０１７５１２号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】応用物理 第９１巻第５号，ＰＰ．２８５－２８９、２０２２年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

自動車などの移動体は、ボデイが多種多様な曲面形状で構成されている。しかしながら、従来技術は、適用可能な曲面形状が限定的であり、半球面や鞍型面などの非可展面への適用が困難であった。このため、ボデイのデザイン性や機能性を維持しつつ太陽電池モジュールを広範囲に貼り付けることが難しいという問題があった。また、自動車などの移動体への太陽電池モジュールの搭載率を高めるには生産性の向上が望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、半球面や鞍型面などの非可展面を含む所望の３次元形状にできるとともに、生産性の向上が可能な太陽電池モジュールの製造方法、並びに、当該製造方法に好適な太陽電池モジュールの製造装置を提供することを目的とする。

【0007】

一実施形態として、以下に開示する解決手段により、前記課題を解決する。

【0008】

本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、マトリクス配置した複数の太陽電池セルを第１の熱可塑性樹脂で覆って加熱加圧することで前記第１の熱可塑性樹脂からなる封止層を有する太陽電池基板にする封止ステップと、強化繊維と第２の熱可塑性樹脂からなる補強層、前記太陽電池基板、第３の熱可塑性樹脂からなる保護層の順に積層して加熱加圧することで前記補強層と前記太陽電池基板と前記保護層が一体構造になった中間体にする１次成形ステップと、前記中間体における前記補強層を型に合わせて加熱加圧することで前記中間体を前記型に合わせた３次元形状にする２次成形ステップを有することを特徴とする。

【0009】

この構成によれば、１次成形によって大量生産が可能な平板形状の中間体を作製し、２次成形によって半球面や鞍型面などの非可展面を含む所望の３次元形状にできるとともに、生産性の向上を図ることができる。

【0010】

本発明に係る太陽電池モジュールの製造装置は、マトリクス配置した複数の太陽電池セルを第１の熱可塑性樹脂で覆って加熱加圧することで前記第１の熱可塑性樹脂からなる封止層を有する太陽電池基板にする真空ラミネータと、強化繊維と第２の熱可塑性樹脂からなる補強層、前記太陽電池基板、第３の熱可塑性樹脂からなる保護層の順に積層して加熱加圧することで前記補強層と前記太陽電池基板と前記保護層が一体構造になった中間体にする１次成形機と、前記中間体における前記補強層を型に合わせて加熱加圧することで前記中間体を前記型に合わせた３次元形状にする２次成形機を有することを特徴とする。

【0011】

この構成によれば、１次成形機によって大量生産が可能な平板形状の中間体を作製し、２次成形機によって半球面や鞍型面などの非可展面を含む所望の３次元形状にできるとともに、生産性の向上を図ることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、半球面や鞍型面などの非可展面を含む所望の３次元形状にできるとともに、生産性の向上を図ることができる。尚且つ、１次成形と２次成形にプロセスを分けることで太陽電池セルの割れを防止して、収率の向上並びに製造品質の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの例を示す概略の斜視図である。

【図2】図２Ａは、本実施形態に係る中間体の例を示す概略の断面図である。図２Ｂは、前記中間体を２次成形した状態を示す概略の断面図である。

【図3】図３Ａは、本実施形態に係る真空ラミネータの例を示す概略の斜視図である。図３Ｂは、本実施形態に係るオートクレーブの例を示す概略の斜視図である。

【図4】図４は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造手順の例を示す概略のフローチャート図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の例を示す概略の斜視図である。太陽電池モジュール１は、マトリクス配置した複数の太陽電池セル２と太陽電池セル２の表面を覆う封止層３とを有する太陽電池基板５と、太陽電池基板５の表面を覆う保護層４と、太陽電池基板５を下支えする補強層６を備える。封止層３は、第１の熱可塑性樹脂３ａからなる。補強層６は、厚み方向に積層された強化繊維７と第２の熱可塑性樹脂６ａとの複合材からなる。そして、保護層４は、第３の熱可塑性樹脂４ａからなる。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

【0015】

図２Ａは、本実施形態に係る中間体８の例を示す概略の断面図である。図２Ｂは、１次成形した中間体８を型２１に合わせて２次成形した状態を示す概略の断面図である。中間体８は、保護層４が表面に配されており、補強層６が裏面に配されており、太陽電池基板５が保護層４と補強層６とに挟まれた構造体である。

【0016】

太陽電池セル２は、一例として、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、有機物太陽電池、ペロブスカイト太陽電池、その他既知の太陽電池セルから選択される。太陽電池セル２がペロブスカイト太陽電池の場合、封止ステップにおいて封止層の上下に、ガスバリアフィルムまたはガスバリア層を追加する。

【0017】

封止層３を構成する第１の熱可塑性樹脂３ａは、一例として、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリアミド系熱可塑性エラストマー（ＴＰＡ）、その他既知の熱可塑性エラストマーから選択される。第１の熱可塑性樹脂３ａは、透明若しくは半透明な材質からなる。

【0018】

補強層６を構成する第２の熱可塑性樹脂６ａは、一例として、アクリル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、その他既知の熱可塑性樹脂から選択される。補強層６を構成する強化繊維７は、一例として、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、麻、その他既知の強化繊維から選択される。

【0019】

保護層４を構成する第３の熱可塑性樹脂４ａは、一例として、アクリル、ポリカーボネート（ＰＣ）、テトラフルオロエチレン－エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、熱可塑性ポリアミド、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性エポキシ、その他既知の熱可塑性樹脂から選択される。第３の熱可塑性樹脂４ａは、透明若しくは半透明な材質からなる。

【0020】

補強層６は、一例として、シート状織物の強化繊維７と、複数のシート状の第２の熱可塑性樹脂６ａとを交互に積層し加熱加圧して構成する。一例として、強化繊維７は、各々の厚みが５μｍ～１０００μｍである。一例として、強化繊維７は、各々の厚みが５０μｍ～５００μｍである。一例として、強化繊維７の積層数は、１～１００層である。一例として、強化繊維７の積層数は、２～２０層である。一例として、第２の熱可塑性樹脂６ａは、各々の厚みが５μｍ～１０００μｍである。一例として、第２の熱可塑性樹脂６ａは、各々の厚みが５０μｍ～５００μｍである。一例として、第２の熱可塑性樹脂６ａの積層数は、１～１００層である。一例として、第２の熱可塑性樹脂６ａの積層数は、２～２０層である。

【0021】

補強層６は、一例として、シート状の強化繊維７と、パウダー状の第２の熱可塑性樹脂６ａとを交互に積層し加熱加圧して構成する。一例として、強化繊維７は、各々の厚みが５μｍ～１０００μｍである。一例として、強化繊維７は、各々の厚みが５０μｍ～５００μｍである。一例として、強化繊維７の積層数は、５～１００層である。一例として、強化繊維７の積層数は、５～２０層である。補強層６は、一例として、シート状の強化繊維７に第２の熱可塑性樹脂６ａを含浸させたプリプレグを積層し加熱加圧して構成する。補強層６は、一例として、シート状の強化繊維７に第２の熱可塑性樹脂６ａ付着させたセミプレグを積層し加熱加圧して構成する。

【0022】

補強層６は、ハンドレイアップ成形法が適用できる。一例として、シート状の強化繊維７に液状の第２の熱可塑性樹脂６ａを含浸させ、または第２の熱可塑性樹脂６ａの前駆体であるモノマーやオリゴマーを含浸させ、積層し加熱加圧して補強層６とする。補強層６は、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法が適用できる。一例として、シート状の強化繊維７を成形型内に積層配置し、型閉じした後、液状の第２の熱可塑性樹脂６ａを注入し、または第２の熱可塑性樹脂６ａの前駆体であるモノマーやオリゴマーを注入し、加熱加圧して補強層６とする。上記構成に加えて、最下層に枠状の強化繊維を設けてさらに補強することができる。また、上記構成に加えて、最下層に炭素繊維等からなる補強部材を部分的に設けてさらに補強することもできる。

【0023】

図３Ａは、本実施形態に係る真空ラミネータ１１の例を示す概略の斜視図である。図３Ｂは、本実施形態に係るオートクレーブ１２の例を示す概略の斜視図である。一例として、上述の１次成形機はオートクレーブ１２または既知のホットプレス機若しくは既知の熱圧着装置である。一例として、上述の２次成形機はオートクレーブ１２である。なお、上記構成に限定されない。

【0024】

続いて、本発明に係る太陽電池モジュール１の製造方法について、以下に説明する。

【0025】

図４は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の製造手順の例を示す概略のフローチャート図である。太陽電池モジュール１は、封止ステップＳ１、１次成形ステップＳ２、２次成形ステップＳ３の順に製造される。

【0026】

封止ステップＳ１は、一例として、真空ラミネータ１１を用いる。封止ステップＳ１は、マトリクス配置した複数の太陽電池セル２を第１の熱可塑性樹脂３ａで覆って加熱加圧することで第１の熱可塑性樹脂３ａからなる封止層３を有する太陽電池基板５にする。封止ステップＳ１の後、１次成形ステップＳ２になる。

【0027】

１次成形ステップＳ２は、一例として、オートクレーブ１２を用いる。１次成形ステップＳ２は、強化繊維７と第２の熱可塑性樹脂６ａからなる補強層６、太陽電池基板５、第３の熱可塑性樹脂４ａからなる保護層４の順に積層して加熱加圧することで補強層６と太陽電池基板５と保護層４が一体構造になった中間体８にする。中間体８は、平板状であるので、保管コストや輸送コストを抑えることができる。１次成形ステップＳ２の後、２次成形ステップＳ３になる。

【0028】

２次成形ステップＳ３は、一例として、オートクレーブ１２を用いる。２次成形ステップＳ３は、オートクレーブ１２内で、中間体８の裏面を、曲面ガラスからなる型２１に合わせて加熱加圧して３次元形状に成形し、太陽電池モジュール１にする。

【0029】

ここで、２次成形ステップＳ３における加熱温度は、１次成形ステップＳ２における加熱温度と同等以上の温度に設定する。２次成形ステップＳ３における加圧力は、１次成形ステップＳ２における加圧力と同等以上の圧力に設定する。また、２次成形ステップＳ３における加熱温度は、第１の熱可塑性樹脂３ａの耐熱温度以下の温度に設定する。

【0030】

本実施形態によれば、半球面や鞍型面などの非可展面を含む所望の３次元形状にできるとともに、生産性の向上が可能な太陽電池モジュール１を製造できる。そして、後述するように、１次成形を予め行って２次成形で所望の形状にする方法は、一度の成形によって所望の形状に合わせる方法よりも太陽電池セル２が割れ難くなるメリットがある。

【0031】

続いて、本発明に係る太陽電池モジュール１の実施例と比較例について、以下に説明する。

【0032】

［実施例］
実施例の太陽電池モジュール１は、単結晶シリコンからなる太陽電池セル２と、マトリクス配置した太陽電池セル２をエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）によって封止した封止層３と、テトラフルオロエチレン－エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）からなる保護層４と、厚み方向に積層されたガラス織物からなる強化繊維７と第２の熱可塑性樹脂６ａとしてのアクリルとの複合材からなる補強層６を備えた構成である。太陽電池セル２のサイズは３インチであり、１６枚の太陽電池セル２を配置した。

【0033】

上述のとおり、封止ステップＳ１は、マトリクス配置した複数の太陽電池セル２を第１の熱可塑性樹脂３ａで覆って加熱加圧することで第１の熱可塑性樹脂３ａからなる封止層３を有する太陽電池基板５にする。そして、１次成形ステップＳ２は、強化繊維７と第２の熱可塑性樹脂６ａからなる補強層６、太陽電池基板５、第３の熱可塑性樹脂４ａからなる保護層４の順に積層して加熱加圧することで補強層６と太陽電池基板５と保護層４が一体構造になった中間体８にする。そして、２次成形ステップＳ３は、中間体８の裏面を、所定の型に合わせて加熱加圧して３次元形状に成形し、太陽電池モジュール１にする。

【0034】

実施例の太陽電池モジュール１は、曲率半径が１０００ｍｍである。１６枚の太陽電池セル２は、いずれも割れが見られず、正常動作することを確認した。

【0035】

［比較例］
比較例の構成材料は実施例と同じである。ただし、成形ステップは分けずに、強化繊維７と第２の熱可塑性樹脂６ａからなる補強層６、太陽電池基板５、第３の熱可塑性樹脂４ａからなる保護層４の順に積層し、そして、補強層６の裏面を、所定の型に合わせて加熱加圧して３次元形状に成形した。その結果、１６枚の太陽電池セル２は、半数に割れが生じた。

【0036】

上述の実施例および比較例の結果から、一次成形で構成材料を互いに一定の拘束力で拘束することにより、歪みに起因する太陽電池セル２の割れが防止できたものと推察する。これに対して、比較例の結果から、構成材料が互いに拘束されていない状態で非可展面に形状を付与すると、構成材料、特に強化繊維７に皺が発生し易く、前記皺に起因する歪みによって太陽電池セル２に割れが生じたものと推察する。つまり、上述の試作結果から、１次成形と２次成形にプロセスを分けることで太陽電池セル２の割れを防止し、収率の向上並びに製造品質の向上を図れることが確認できた。

【0037】

上述の実施例は、半球面状の型２１への適用例であるが、この例に限定されず、本発明は、鞍型面など既知の非可展面への適用が可能である。また、自動車などの移動体のボデイの一部を型にすることも可能である。太陽電池セル２のサイズは６インチまたはそれ以上にサイズアップすることが可能である。また、太陽電池セル２のサイズは２インチまたはそれ以下にサイズダウンすることも可能である。上述の実施例は、太陽電池モジュール１の曲率半径を１０００ｍｍ以上にできることを示したが、用途によっては、太陽電池モジュール１の曲率半径を１０００ｍｍ未満にする場合もあり、この場合は、既知のホットプレス機若しくは既知の熱圧着装置を２次成形ステップＳ３に適用できる。本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。

【符号の説明】

【0038】

１ 太陽電池モジュール
２ 太陽電池セル
３ 封止層、３ａ 第１の熱可塑性樹脂
４ 保護層、４ａ 第３の熱可塑性樹脂
５ 太陽電池基板
６ 補強層、６ａ 第２の熱可塑性樹脂
７ 強化繊維
８ 中間体
１１ 真空ラミネータ
１２ オートクレーブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】