JPH09153631A - 可撓性太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】太陽電池の封止樹脂として用いるＥＶＡのフィ
ルムは、伸び縮みしやすいため張力制御ができず、ロー
ル方式で可撓性太陽電池の製造を行うことが困難である
問題を解決する。 【解決手段】ＥＶＡフィルムを支持基体上に固定し、こ
の支持基体を搬送することにより、封止材の太陽電池素
子への接触、圧着の工程をロール方式で行う。支持基体
の材料に離型性材料のフィルムを用いれば、ＥＶＡで封
止後、剥がし取ってＥＶＡを露出させる。支持基体に離
型性のない耐候性フィルムを用いれば、ＥＶＡに接着し
た表面保護材として残すことができる。

Description

【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５−５９５
９１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、ＥＶＡ
２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】可撓製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支持基体上に圧着
する工程と、そのあとに、支持基体上の絶縁性封止体露
出面を太陽電池素子に接触させて圧着する工程とを含む
ものとする。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。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、少なくとも遅
く行われる工程が減圧下で熱圧着する工程であることが
よい。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
を支持基体と、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太陽電池素子に絶縁封止材を露出
させることがよい。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。絶縁性封止材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。絶縁性封止材支持基体に、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。絶縁性封止体の封止体圧着面に、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。絶縁性封止体支持基体の反封止体圧着面に離型性材
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。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。

【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、絶縁性封止材料の
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、ＥＶ
Ａ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、離型性支持基材のフィルム３上にＥ
ＶＡ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２
１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ＥＶＡ
２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、２
１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Ｅ
ＶＡ２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、Ｅ
ＶＡ２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

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【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支持基体上に圧着す
   る工程と、そのあとに、支持基体上の絶縁性封止体の露
   出面を太陽電池素子に接触させて圧着する工程とを含む
   ことを特徴とする可撓性太陽電池の製造方法。
2. 【請求項２】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、少な
   くとも遅く行われる工程が減圧下で熱圧着する工程であ
   る請求項１記載の可撓性太陽電池の製造方法。
3. 【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ないし２のいずれかに記載の可撓性太
   陽電池の製造方法。
4. 【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記載の可撓性太陽電池の製造方法。
5. 【請求項５】絶縁性封止材を支持基体と、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封
   止材を露出させる請求項１ないし４のいずれかに記載の
   可撓性太陽電池の製造方法。
6. 【請求項６】絶縁性封止材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ないし５の
   いずれかに記載の可撓性太陽電池の製造方法。
7. 【請求項７】絶縁性封止材支持基体に、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
   請求項１ないし４のいずれかに記載の可撓性太陽電池の
   製造方法。
8. 【請求項８】絶縁性封止材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請求項
   ７記載の可撓性太陽電池の製造方法。
9. 【請求項９】絶縁性封止体支持基体の反封止体圧着面
   に、離型性材料よりなる表面層を被着する工程を備えた
   請求項７あるいは８記載の可撓性太陽電池の製造方法。
10. 【請求項１０】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５、６および９のい
    ずれかに記載の可撓性太陽電池の製造方法。