JP4493238B2

JP4493238B2 - Solar cell modularization method

Info

Publication number: JP4493238B2
Application number: JP2001171473A
Authority: JP
Inventors: 寿植田; 宏酒井; 諭米澤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2021-06-06
Also published as: JP2002368241A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の太陽電池セルを電気的に接続してモジュール化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池のモジュール化は、耐熱性基材をはんだ浴に浸漬して形成したはんだディップリボンを配線基材として用い、整列配置した複数の太陽電池セルを各太陽電池セルに形成した端部電極においてはんだディップリボンを介して相互に接続することにより行われている。そして、従来は、ランプ加熱やオーブン加熱や温風加熱によりはんだディップリボンを太陽電池セルの端部電極に融着している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例の如くランプ加熱やオーブン加熱や温風加熱を行うと、太陽電池セル全体が高温に加熱され、熱により太陽電池セルの性能が劣化することがある。また、はんだ鏝を使用して、はんだディップリボンを各太陽電池セルの端部電極に個別に接続することも考えられるが、これでは手間がかかり、製造コストが高くなる。
【０００４】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、太陽電池セルの性能劣化を生ずること無く低コストで太陽電池のモジュール化を行い得られるようにした方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、複数の太陽電池セルを各太陽電池セルに形成した端部電極においてはんだディップリボンを介して相互に接続することによりモジュール化する方法において、パレット上に複数の太陽電池セルを整列配置する工程と、これら太陽電池セルの端部電極に接するようにはんだディップリボンをセットする工程と、ヒータを内蔵するはんだディップリボンの長手方向に長手の加熱ヘッドにより該ヘッドに取り付けた耐熱弾性体を介してはんだディップリボンを加圧加熱し、前記複数の太陽電池セルの端部電極にはんだディップリボンを融着する工程とを備えることを特徴とする。尚、耐熱弾性体としては、はんだが付着しにくいシリコーンゴムを用いることが望ましい
本発明によれば、加熱ヘッドではんだディップリボンを加熱するため、太陽電池セル全体が高温に加熱されることはなく、熱による太陽電池セルの性能劣化が防止され、更に、複数の太陽電池セルの端部電極に対するはんだディップリボンの融着作業を同時に能率良く行うことができ、製造コストの低廉化を図れる。また、耐熱弾性体を介してはんだディップリボンを加圧するため、複数の太陽電池セルの夫々の端部電極に対するはんだディップリボンの追従性が確保され、これら端部電極にはんだディップリボンが確実に融着する。更に、太陽電池セルに対する機械的衝撃が耐熱弾性体により緩和され、太陽電池セルの機械的衝撃による破損も防止される。
【０００６】
ところで、はんだディップリボンを加熱すると、太陽電池セルの温度が端部電極の部分で局部的に上昇し、他の部分との温度差が大きいと、ヒートショックによる太陽電池セルの破損を生ずる。この場合、パッレトにヒータを埋設し、加熱ヘッドによりはんだディップリボンを加熱する前に、パレット上の複数の太陽電池セルを性能劣化を生じない温度範囲で予熱しておけば、太陽電池セルの端部電極の部分と他の部分との温度差が過度に大きくならず、ヒートショックによる太陽電池セルの破損を防止できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照して、１は太陽電池セルであり、太陽電池セル１の複数個を電気的に接続してモジュール化している。
【０００８】
各太陽電池セル１は、ガラス基板１ａ上に、Ｍｏ製の裏面電極１ｂと，ＣＩＧＳ（銅・インジウム・ガリウム・セレンを含有するカルコパイライト半導体）製の光吸収層１ｃと、ＺｎＳ製のバッファ層１ｄと、ＺｎＯ製の半絶縁層１ｅと、Ａｌ製の表面電極１ｄとを積層したＣＩＧＳ系のものである。本実施形態では、ガラス基板１ｄ上に、裏面電極１ｂを前後複数列に形成すると共に、光吸収層１ｃとバッファ層１ｄと半絶縁層１ｅと表面電極１ｆとから成る光起電力部を裏面電極１ｂに跨るように前後複数列形成し、各光起電力部の表面電極１ｂを後側の光起電力部に接する裏面電極１ｂに接続して、複数の光起電力部が直列に接続されるようにしている。そして、前端の裏面電極１ｂ上に第１端部電極１ｇと、後端の光起電力部の表面電極１ｆ上に第２端部電極１ｈとを形成し、横１列に整列させた複数個（図示例では４個）の太陽電池セル１の第１端部電極１ｇ同士と第２端部電極１ｈ同士とを夫々はんだディップリボン２を介して接続し、複数の太陽電池セル１を並列接続して成る単位モジュールを製造する。尚、図示しないが、このようにして製造した単位モジュールを前後方向に複数個並べて単位モジュール同士を直列接続することにより太陽電池モジュールを構成する。
【０００９】
ここで、光起電力部の厚さは２〜３μm程度であり、また、各端部電極１ｇ，１ｈの材料はＡlペーストであって、その厚さは３０μm以上にする。はんだディップリボン２は、耐熱性基材２ａをはんだ浴に浸漬して形成されるもので、基材２aの外面がはんだ２ｂで被覆されている。はんだの材料としては、銀含有通常鉛はんだ（Ｓｎ４２％・Ｐｂ３６％・Ａｇ２％，融点１７９℃）、銀含有低温鉛フリーはんだ（Ｓｎ４２％・Ｂｉ５７％・Ａｇ１％，融点１３８℃）、鉛フリーはんだ（Ｃｕ０．５％・Ａｇ３％・Ｓｎ９６．５％，融点217℃）等の種種のものを用いることができる
図３は、複数の太陽電池セル１から成る単位モジュールを製造するための設備を示してる。この設備は、複数の太陽電池セル１を載置するパッレト１０と、はんだディップリボン２用の前後一対のセット装置１１₁，１１₂と、はんだディップリボン２用の前後一対の加熱ヘッド１２₁ ，１２₂ とを備えている。パレット１０の上面には、各太陽電池セル１の位置決め用ガイド突起１０ａが形成されており、パレット１０上に複数の太陽電池セル１を横１列に整列配置できるようにしている。
【００１０】
尚、パレット１０にガイド突起１０ａを形成せずに、複数の太陽電池セル１を脱着自在な治具を用いてパレット１０上に横１列に整列配置させることも可能である。この場合、パレット１０に、各太陽電池セル１の載置部に開口するエア孔を形成し、エア孔を介しての真空引きにより各太陽電池セル１をパレット１０に吸着させて、治具を取り外しても太陽電池セル１が位置ずれしないようにする。また、ガイド突起１０ａ付きのパレット１０でもエア孔を形成しておけば、複数の太陽電池セル１を並列接続して製造した単位モジュールのパレット１０からの取り出しをエア孔からのエア吹き出しで容易にすることができる。
【００１１】
前記各セット装置１１₁ ，１１₂ は、上下方向に揺動自在な１対の可動アーム１１ａ，１１ａで構成されており、各可動アーム１１ａの先端にはんだディップリボン２を把持するクランプ部１１ｂを設けている。そして、前側の第１セット装置１１₁ の両可動アーム１１ａ，１１ａの下方への揺動により、パレット１０上に横１列に整列配置された複数の太陽電池セル１の第１端部電極１ｇに接するように１本のはんだディップリボン２をセットし、後側の第２セット装置１１₂の両可動アーム１１ａ，１１ａの下方への揺動により、上記太陽電池セル１の第２端部電極１ｇに接するように別の１本のはんだディップリボン２をセットする。
【００１２】
前記両加熱ヘッド１２₁ ，１２₂ は、前後１対の支柱１３，１３間に両支柱１３，１３に沿って上下動するように設けた昇降枠１４に取り付けられている。各加熱ヘッド１２₁ ，１２₂ は、各はんだディップリボン２の長手方向に長手であり、即ち、横方向に長手であり、昇降枠１４の下降により、前側の第１加熱ヘッド１２₁ が第１セット装置１１₁ でセットされたはんだディップリボン２に当接し、後側の第２加熱ヘッド１２₂が第２セット装置１１₂でセットされたはんだディップリボン２に当接する。各加熱ヘッド１２₁ ，１２₂ は、ヒータ１２ａを内蔵しており、また、各加熱ヘッド１２₁ ，１２₂ のはんだディップリボン２に対する当接面、即ち、下面には、耐熱弾性体１２ｂが取り付けられている。尚、耐熱弾性体１２ｂとしては、はんだが付着しにくいシリコーンゴムを用いることが好ましい。
【００１３】
単位モジュールの製造に際しては、先ず、パレット１０上に複数の太陽電池セル１を整列配置し、次に、第１と第２の各セット装置１１₁ ，１１₂ により上記複数の太陽電池セル１の第１と第２の各端部電極１ｇ，１ｈに接するように各はんだディップリボン２をセットする。尚、はんだディップリボン２には予めフラックスを塗布しておく。また、パレット１０は、ヒータ１０ｂへの通電により、太陽電池セル１の熱による性能劣化を生じない所定温度（８０〜１００℃）に予め加熱されており、はんだディップリボン２のセット後、一定時間待って太陽電池セル１を上記所定温度に予熱する。そして、予熱完了後、昇降枠１４を下降する。これによれば、第１と第２の各加熱ヘッド１２₁ ，１２₂によりその下面の耐熱弾性体１２ｂを介して各はんだディップリボン２が加圧される。そのため、耐熱弾性体１２ｂの弾力により、各はんだディップリボン２が複数の太陽電池セル１の第１と第２の各端部電極１ｇ，１ｈに追従性良く密着し、また、加圧時に太陽電池セル１に加えられる機械的衝撃が耐熱弾性体１２ｂにより緩和され、太陽電池セル１の破損が防止される。ここで、各加熱ヘッド１２₁ 、１２₂は、ヒータ１２ａへの通電により、予めはんだ材料の融点よりも５０℃程度高い温度に加熱されており、耐熱弾性体１２ｂを介しての熱伝導により各はんだディップリボン２が複数の太陽電池セル１の第１と第２の各端部電極１ｇ，１ｈに融着され複数の太陽電池セル１が並列接続される。
【００１４】
ここで、はんだディップリボン２の融着時、太陽電池セル１は各端部電極１ｇ，１ｈの部分で局部的に加熱されるが、太陽電池セル１を上記の如く予熱しているため、各端部電極１ｇ，１ｈの部分と他の部分との温度差は左程大きくならず、ヒートショックによる太陽電池セル１の破損は生じない。そして、はんだディップリボン２の融着後、昇降枠１４の上昇で第１と第２の各加熱ヘッド１２₁ ，１２₂を各はんだディップリボン２の上方に離脱させると共に、第１と第２の各セット装置１１₁ ，１１₂ の可動アーム１１ａを上方に揺動させ、次に、並列接続された複数の太陽電池セル１から成る単位モジュールをパレット１０から取り出して、１回の作業を完了する。
【００１５】
尚、各セット装置１１₁ ，１１₂ の可動アーム１１ａの長さを調整自在にすると共に、昇降枠１４に対する各加熱ヘッド１２₁ ，１２₂ の取り付け位置を調整自在にしておけば、大きさの異なる太陽電池セル１にも対処でき、汎用性が得られる。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、太陽電池セルの破損や性能劣化を生ずることなく、複数の太陽電池セルの端部電極にはんだディップリボンを同時に能率良く、且つ、確実に融着でき、製造コストの低廉化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法で製造した太陽電池の単位モジュールを示す斜視図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線拡大切断面図
【図３】本発明方法の実施に用いる設備の概略斜視図
【符号の説明】
１太陽電池セル１ｇ、１ｈ端部電極
２はんだディップリボン１０パレット
１０ｂヒータ１２₁ 、１２₂ 加熱ヘッド
１２ａヒータ１２ｂ耐熱弾性体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of electrically connecting a plurality of solar cells to form a module.
[0002]
[Prior art]
The modularization of solar cells uses a solder dip ribbon formed by immersing a heat-resistant substrate in a solder bath as a wiring substrate, and an end electrode in which a plurality of aligned solar cells are formed in each solar cell. This is done by connecting to each other via a solder dip ribbon. Conventionally, the solder dip ribbon is fused to the end electrode of the solar battery cell by lamp heating, oven heating or hot air heating.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When lamp heating, oven heating, or warm air heating is performed as in the above-described conventional example, the entire solar cell is heated to a high temperature, and the performance of the solar cell may be deteriorated by the heat. In addition, it is conceivable to individually connect the solder dip ribbon to the end electrode of each solar battery cell using a soldering iron, but this takes time and increases the manufacturing cost.
[0004]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method that can be obtained by modularizing a solar cell at low cost without causing deterioration of the performance of the solar cell.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a method for modularizing a plurality of solar cells by connecting them to each other via solder dip ribbons at end electrodes formed on each solar cell. A step of arranging the solar cells in a line, a step of setting a solder dip ribbon so as to be in contact with the end electrodes of the solar cells, and a heating head long in the longitudinal direction of the solder dip ribbon incorporating the heater. And a step of pressurizing and heating the solder dip ribbon through the heat-resistant elastic body attached to the end of the plurality of solar cells and fusing the solder dip ribbon to the end electrodes of the plurality of solar cells. According to the present invention, it is desirable to use a silicone rubber to which the solder is difficult to adhere as the heat-resistant elastic body. Since the heating dip ribbon is heated by the heating head, the entire solar battery cell is not heated to a high temperature. Moreover, the performance deterioration of the solar battery cell due to heat can be prevented, and the solder dip ribbon can be fused efficiently to the end electrodes of the plurality of solar battery cells at the same time, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the solder dip ribbon is pressed through the heat-resistant elastic body, the followability of the solder dip ribbon to each end electrode of the plurality of solar cells is ensured, and the solder dip ribbon is securely melted to these end electrodes. To wear. Furthermore, the mechanical impact on the solar battery cell is alleviated by the heat-resistant elastic body, and the solar battery cell is prevented from being damaged by the mechanical impact.
[0006]
By the way, when the solder dip ribbon is heated, the temperature of the solar cell rises locally at the end electrode portion, and if the temperature difference from other portions is large, the solar cell is damaged by heat shock. In this case, if a heater is embedded in the pallet and the solder dip ribbon is heated by the heating head, a plurality of solar cells on the pallet are preheated in a temperature range that does not cause performance deterioration. The temperature difference between the partial electrode portion and the other portion is not excessively large, and damage to the solar battery cell due to heat shock can be prevented.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
With reference to FIG.1 and FIG.2, 1 is a photovoltaic cell, The plurality of photovoltaic cells 1 are electrically connected and modularized.
[0008]
Each solar cell 1 has a glass substrate 1a, a back electrode 1b made of Mo, a light absorption layer 1c made of CIGS (chalcopyrite semiconductor containing copper, indium, gallium, selenium), and a buffer layer made of ZnS. This is a CIGS system in which 1d, a semi-insulating layer 1e made of ZnO, and a surface electrode 1d made of Al are laminated. In the present embodiment, a back surface electrode 1b is formed in a plurality of front and rear rows on a glass substrate 1d, and a photovoltaic part composed of a light absorption layer 1c, a buffer layer 1d, a semi-insulating layer 1e, and a surface electrode 1f is used as a back surface electrode. A plurality of photovoltaic units are connected in series by forming a plurality of front and rear rows so as to extend over 1b, connecting the surface electrode 1b of each photovoltaic unit to the back electrode 1b in contact with the photovoltaic unit on the rear side. I am doing so. Then, a plurality of first end electrodes 1g formed on the back electrode 1b at the front end and second end electrodes 1h formed on the surface electrode 1f of the photovoltaic section at the rear end are aligned in a horizontal row. The first end electrodes 1g and the second end electrodes 1h of the solar cells 1 (four in the illustrated example) are connected to each other via the solder dip ribbon 2, and a plurality of solar cells 1 are connected in parallel. A unit module is manufactured. In addition, although not shown in figure, a solar cell module is comprised by arranging the unit modules manufactured in this way in the front-back direction, and connecting unit modules in series.
[0009]
Here, the thickness of the photovoltaic portion is about 2 to 3 μm, and the material of the end electrodes 1g and 1h is Al paste, and the thickness thereof is set to 30 μm or more. The solder dip ribbon 2 is formed by immersing the heat-resistant substrate 2a in a solder bath, and the outer surface of the substrate 2a is covered with the solder 2b. Solder materials include silver-containing normal lead solder (Sn42%, Pb36%, Ag2%, melting point 179 ° C), silver-containing low-temperature lead-free solder (Sn42%, Bi57%, Ag1%, melting point 138 ° C), lead-free solder 3 (Cu 0.5%, Ag 3%, Sn 96.5%, melting point 217 ° C.) can be used. FIG. 3 shows an installation for manufacturing a unit module composed of a plurality of solar cells 1. I'm. This equipment includes a pallet 10 on which a plurality of solar cells 1 are placed, a pair of front and rear set devices 11 ₁ and 11 ₂ for the solder dip ribbon 2, and a pair of front and rear heating heads 12 ₁ and 2 for the solder dip ribbon 2. 12 ₂ . On the upper surface of the pallet 10, positioning guide protrusions 10 a for the solar cells 1 are formed so that the plurality of solar cells 1 can be arranged in a horizontal row on the pallet 10.
[0010]
In addition, without forming the guide protrusion 10a on the pallet 10, it is also possible to arrange a plurality of solar cells 1 in a horizontal row on the pallet 10 using a detachable jig. In this case, the pallet 10 is formed with air holes that open to the placement portions of the solar cells 1, and the solar cells 1 are attracted to the pallet 10 by evacuation through the air holes, and the jig is attached. The solar battery cell 1 is prevented from being displaced even if it is removed. Further, if air holes are formed in the pallet 10 with the guide protrusions 10a, unit modules manufactured by connecting a plurality of solar cells 1 in parallel can be easily taken out from the pallet 10 by air blowing from the air holes. can do.
[0011]
Each of the set devices 11 ₁ and 11 ₂ is composed of a pair of movable arms 11a and 11a that are swingable in the vertical direction. A clamp portion 11b that holds the solder dip ribbon 2 is provided at the tip of each movable arm 11a. Provided. The front side of the first setting device 11 ₁ of the two movable arms 11a, by rocking the downward 11a, first end electrode 1g of the plurality of solar cells 1 aligned in a horizontal row on the pallet 10 It sets one solder dip ribbon 2 so as to be in contact with the second setting device 11 ₂ for the two movable arms 11a of rear by swinging the downward 11a, second end electrodes of the solar cell 1 Another solder dip ribbon 2 is set so as to be in contact with 1 g.
[0012]
Both the heating heads 12 ₁ , 12 ₂ are attached to a lifting frame 14 provided so as to move up and down along the support columns 13, 13 between a pair of front and rear support columns 13, 13. Each of the heating heads 12 ₁ , 12 ₂ is long in the longitudinal direction of each solder dip ribbon 2, that is, is long in the lateral direction, and the first heating head 12 ₁ on the front side becomes the first by the lowering of the lifting frame 14. setting device 11 ₁ the set in contact with the solder dipping ribbon 2, the second heating head 12 ₂ of the rear side comes into contact with the solder dipping ribbon 2 which is set by the second setting device 11 _2. Each of the heating heads 12 ₁ and 12 ₂ includes a heater 12a, and a heat-resistant elastic body 12b is attached to a contact surface, that is, a lower surface of the heating heads 12 ₁ and 12 ₂ with respect to the solder dip ribbon 2. It has been. In addition, as the heat resistant elastic body 12b, it is preferable to use a silicone rubber to which solder does not easily adhere.
[0013]
In manufacturing the unit module, first, a plurality of solar cells 1 are arranged on the pallet 10 and then the first and second set devices 11 ₁ , 11 _{2 are used} to form the plurality of solar cells 1. Each solder dip ribbon 2 is set so as to be in contact with the first and second end electrodes 1g and 1h. Note that flux is applied to the solder dip ribbon 2 in advance. In addition, the pallet 10 is preheated to a predetermined temperature (80 to 100 ° C.) that does not cause performance deterioration due to the heat of the solar battery cell 1 by energization of the heater 10b. It waits and the solar cell 1 is preheated to the said predetermined temperature. And after completion of preheating, the elevating frame 14 is lowered. According to this, each solder dip ribbon 2 is pressurized by the first and second heating heads 12 ₁ and 12 ₂ via the heat-resistant elastic body 12b on the lower surface thereof. Therefore, due to the elasticity of the heat-resistant elastic body 12b, each solder dip ribbon 2 is in close contact with the first and second end electrodes 1g, 1h of the plurality of solar cells 1, and the solar cell is pressed when pressed. The mechanical impact applied to the cell 1 is alleviated by the heat-resistant elastic body 12b, and the solar cell 1 is prevented from being damaged. Here, each of the heating heads 12 ₁ and 12 ₂ is heated to a temperature about 50 ° C. higher than the melting point of the solder material in advance by energization of the heater 12a, and each of the heating heads 12 ₁ and 12 ₂ is heated by heat conduction through the heat-resistant elastic body 12b. The solder dip ribbon 2 is fused to the first and second end electrodes 1g, 1h of the plurality of solar cells 1, and the plurality of solar cells 1 are connected in parallel.
[0014]
Here, when the solder dip ribbon 2 is fused, the solar battery cell 1 is locally heated at the end electrodes 1g and 1h. However, since the solar battery cell 1 is preheated as described above, The temperature difference between the end electrodes 1g, 1h and other portions does not increase as much as the left, and the solar cell 1 is not damaged by heat shock. Then, after the solder dip ribbon 2 is fused, the first and second heating heads 12 ₁ and 12 ₂ are separated above the solder dip ribbons 2 by raising the elevating frame 14, and the first and second heating heads 12 ₁ and 12 ₂ are separated. The movable arms 11a of the set devices 11 ₁ and 11 ₂ are swung upward, and then a unit module composed of a plurality of solar cells 1 connected in parallel is taken out from the pallet 10 to complete one operation. .
[0015]
The length of the movable arm 11a of each set device 11 ₁ , 11 ₂ can be adjusted, and the mounting position of each heating head 12 ₁ , 12 ₂ relative to the lifting frame 14 can be adjusted. Different solar cells 1 can be dealt with and versatility is obtained.
[0016]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, the solder dip ribbons can be efficiently and reliably applied to the end electrodes of the plurality of solar cells at the same time without causing damage or performance deterioration of the solar cells. It can be fused and the manufacturing cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a unit module of a solar cell manufactured by the method of the present invention. FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along line II-II in FIG. 1. FIG. 3 is a schematic perspective view of equipment used for carrying out the method of the present invention. [Explanation of symbols]
1 the solar cell 1 g, 1h end electrodes 2 solder dipping ribbon 10 pallet 10b heater 12 _1, 12 ₂ heated heads 12a heater 12b heat-resistant elastic member

Claims

In a method of modularizing by connecting a plurality of solar cells to each other via solder dip ribbons at the end electrodes formed in each solar cell,
Arranging a plurality of solar cells on a pallet;
A step of setting a solder dip ribbon so as to be in contact with the end electrodes of these solar cells;
A solder dip ribbon is heated by a heat-resistant elastic body attached to the head by a heating head long in the longitudinal direction of the solder dip ribbon with a built-in heater, and solder dip ribbons are attached to the end electrodes of the plurality of solar cells. A step of fusing
A method for modularizing a solar cell.

The method for modularizing a solar cell according to claim 1, wherein silicone rubber is used as the heat-resistant elastic body.

The solar cell module according to claim 1 or 2, wherein a heater is embedded in the pallet, and the plurality of solar cells are preheated before the solder dip ribbon is heated under pressure by the heating head. Method of conversion.