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技術 太陽電池相互接続処理アセンブリ

出願人 サンパワーコーポレイション
発明者 フー、トーマスクマリア、シャシュワットデリオン、ブリッシオ
出願日 2016年9月29日 (4年2ヶ月経過) 出願番号 2016-191872
公開日 2017年3月30日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2017-063199
状態 特許登録済
技術分野 溶融はんだ付 光起電力装置
主要キーワード 加工アセンブリ 弾性物体 バネ抵抗 上方ブロック 応力緩和領域 ストリンギング 位置決めヘッド 分配段階
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

2個の太陽電池を接続する方法を提供する。

解決手段

接続方法は、位置決め装置ヘッド相互接続部を把持する段階704と、位置決め装置のヘッドで相互接続部を所定の2つの温度(一方の温度は他方よりも高い)の間の温度に加熱する段階706と、2個の隣接する太陽電池に重なるように相互接続部を位置させる段階708と、相互接続部を2個の隣接する太陽電池のそれぞれに連結する段階710と、ヘッドから相互接続部を解放する段階712とを含む。

概要

背景

相互接続部は、隣接する太陽電池電気的に連結するために用いる。光起電性の太陽電池は、直列電気的接続に配列できるため、一の太陽電池の負の電気端子は、隣接する太陽電池の正の電気的端子に接続される。この接続は、相互接続部と呼ばれる導電性金属片を用いて行うことができる。このように相互接続された光起電性の太陽電池は、後にソーラーパネルで用いることができる。

相互接続部は、通常、はんだを用いて太陽電池の1個以上の電気端子に接合される。製造環境で相互接続部を太陽電池にはんだ付けするには、コストのかかる多段階プロセスが必要となり得る。個々の太陽電池からソーラーパネルを製造するこの段階の製造効率を向上させることは、ソーラーパネルの製造コストを有利に低減し得る。

概要

2個の太陽電池を接続する方法を提供する。接続方法は、位置決め装置ヘッドで相互接続部を把持する段階704と、位置決め装置のヘッドで相互接続部を所定の2つの温度(一方の温度は他方よりも高い)の間の温度に加熱する段階706と、2個の隣接する太陽電池に重なるように相互接続部を位置させる段階708と、相互接続部を2個の隣接する太陽電池のそれぞれに連結する段階710と、ヘッドから相互接続部を解放する段階712とを含む。

目的

したがって、かかる固着を促進する1つの技法は、はんだプリフォームを加熱することである

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

ソーラーパネルを製造する方法であって、一方の面上に付着された少なくとも1つのはんだプリフォームを有する相互接続部の他方の面を真空吸引することで、前記相互接続部を位置決め装置ヘッド把持する段階と、前記位置決め装置のヘッドとともに前記相互接続部を移動中に、第1の所定温度と、前記第1の所定温度よりも高い第2の所定温度との間の温度を維持するように、前記位置決め装置の前記ヘッドで前記相互接続部を加熱する段階と、2個の隣接する太陽電池に重なるように前記相互接続部を位置させる段階と、前記相互接続部を前記2個の隣接する太陽電池のそれぞれに連結する段階と、前記ヘッドから前記相互接続部を解放する段階と、を備える方法。

請求項2

前記位置決め装置の前記ヘッドで前記相互接続部を加熱する段階は、抵抗加熱要素で前記位置決め装置の前記ヘッドを加熱する段階を含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記位置決め装置の前記ヘッドで前記相互接続部を加熱する段階は、赤外線放射を用いる段階を含む、請求項1に記載の方法。

請求項4

前記位置決め装置の前記ヘッドで前記相互接続部を加熱する段階は、前記相互接続部を60〜100℃に加熱する段階を含む、請求項1から3の何れか一項に記載の方法。

請求項5

前記2個の隣接する太陽電池に重なるように前記相互接続部を位置させる段階の前に、第2の太陽電池に隣接して第1の太陽電池を位置させる段階を更に備える、請求項1から4の何れか一項に記載の方法。

請求項6

前記第2の太陽電池に隣接して前記第1の太陽電池を位置させる段階は、前記第2の太陽電池に隣接して前記第1の太陽電池の第1縁部を位置させる段階を含み、前記第1の太陽電池は、前記第1縁部に近接した第1のバス端子を有する、請求項5に記載の方法。

請求項7

前記第2の太陽電池に隣接して前記第1の太陽電池を位置させる段階は、前記第1の太陽電池の前記第1縁部に隣接して前記第2の太陽電池の第2縁部を位置させることを更に含み、前記第2の太陽電池は、前記第2縁部に近接した第2のバス端子を有する、請求項6に記載の方法。

請求項8

前記2個の隣接する太陽電池に重なるように前記相互接続部を位置させる段階は、前記第1のバス端子及び前記第2のバス端子の両方に重なるように前記相互接続部を位置させる段階を含む、請求項7に記載の方法。

請求項9

前記相互接続部を前記2個の隣接する太陽電池のそれぞれに連結する段階は、前記第1のバス端子及び前記第2のバス端子に前記相互接続部を接着することを含む、請求項8に記載の方法。

請求項10

一方の面上に付着された少なくとも1つのはんだプリフォームを有する相互接続部の他方の面を真空吸引することで前記相互接続部を把持し、前記相互接続部を加熱する加熱部を含むヘッドを有する位置決め装置と、前記位置決め装置を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記位置決め装置のヘッドとともに前記相互接続部を移動中に、前記位置決め装置の前記ヘッドを制御して、第1の所定温度と、前記第1の所定温度よりも高い第2の所定温度との間の温度を維持するように、前記位置決め装置の前記ヘッドで前記相互接続部を加熱し、前記位置決め装置を制御して、2個の隣接する太陽電池に重なるように前記相互接続部を位置させ、前記位置決め装置を制御して、前記相互接続部を前記2個の隣接する太陽電池のそれぞれに連結し、前記位置決め装置を制御して、前記ヘッドから前記相互接続部を解放する、相互接続部加工アセンブリ

技術分野

0001

本明細書に記載する主題の実施形態は、概ね太陽電池相互接続する技法に関する。より詳細には、主題の実施形態は、製造上の非効率性を低減するべく、太陽電池の相互接続を扱う技術に関する。

背景技術

0002

相互接続部は、隣接する太陽電池を電気的に連結するために用いる。光起電性の太陽電池は、直列電気的接続に配列できるため、一の太陽電池の負の電気端子は、隣接する太陽電池の正の電気的端子に接続される。この接続は、相互接続部と呼ばれる導電性金属片を用いて行うことができる。このように相互接続された光起電性の太陽電池は、後にソーラーパネルで用いることができる。

0003

相互接続部は、通常、はんだを用いて太陽電池の1個以上の電気端子に接合される。製造環境で相互接続部を太陽電池にはんだ付けするには、コストのかかる多段階プロセスが必要となり得る。個々の太陽電池からソーラーパネルを製造するこの段階の製造効率を向上させることは、ソーラーパネルの製造コストを有利に低減し得る。

図面の簡単な説明

0004

相互接続部加工アセンブリの実施形態の側面図。
太陽電池の相互接続部の実施形態の平面図。
2個の隣接する太陽電池の平面図。
相互接続部の実施形態によって接合された、2個の隣接する太陽電池の平面図。
相互接続部加工アセンブリの実施形態の側面図。
図5の相互接続部加工アセンブリの斜視図。
隣接する太陽電池の相互接続方法フローチャート

実施例

0005

発明を実施するための形態、及び特許請求の範囲を、以下の図面と併せて考察し、参照することによってより完全な本主題の理解を得ることができる。同様の参照番号は、複数の図面を通して同様の要素を指す。

0006

以下の発明を実施するための形態は、本質的には、単なる実例に過ぎず、本主題の実施形態、あるいはそのような実施形態の応用及び用途を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合、「例示の」という語は、「例、事例、実例として機能すること」を意味する。本明細書で例示として記載する任意の実施態様は、必ずしも他の実施態様よりも好ましい又は有利であるとは解釈されない。更には、先行の技術分野、背景技術概要、若しくは以下の発明を実施するための形態で提示される、明示又は示唆されるいずれの理論によっても、拘束されることを意図するものではない。

0007

「連結された」−次の説明は、「連結された」素子又はノード又は機構について言及する。本明細書で使用する場合、明示的に別段の定めがある場合を除き、「連結された」は、ある要素/ノード/機構が、別の要素/ノード/機構に直接的又は非直接的に接合される(又は直接的若しくは非直接的にこれらと連通する)ことを意味し、これらは必ずしも機械的にではない。したがって、図1は、要素のある例示の配置を概略的に示しているが、更なる介在要素、装置、機構、又は、構成要素が、図示する主題の実施形態に存在してよい。

0008

「調整する」−一部の要素、構成要素、及び/又は機構は、調整可能又は調整済みとして記載する。本明細書で使用する場合、明示的に別段の定めがある場合を除き、「調整する」は、要素若しくは構成要素、又はそれらの一部を状況及び実施形態に好適なように位置させる、修正する、改変する又は配置することを意味する。場合によっては、要素若しくは構成要素、又はそれらの一部は、現状で実施形態に適切であるか、望ましい場合、調整の結果として変わらない位置、状態、及び/又は状況のままであってよい。場合によっては、要素又は構成要素は、適切であるか、望ましい場合、調整の結果として新しい位置、状態、及び/又は状況に改変、変更、又は修正されてよい。

0009

「抑制する」−本明細書で使用する場合、抑制するは、効果の低減又は最小化を説明するために用いる。構成要素又は機構が、作用、動作又は状況の抑制と記載される場合、結果又は効果、又は将来の状態を完全に阻止してよい。更に、「抑制する」は、効果、性能、及び/又はそうでなければ発生したであろう効果を低減する又は減少させることにも言及する。したがって、構成要素、要素、又は、機構について結果又は状態を抑制すると述べる場合、必ずしも結果又は状態を完全に阻止したり、排除したりするものではない。

0010

更に、一部の用語は、参照のためだけに以下の説明に用いることがあり、したがって、制限的であることを意図しない。例えば、「上方」、「下方」、「上」、及び「下」は、参照する図において内部整合性のある方向について言及する。「前側」、「後側」、「背面」、「側面」、「外側」、及び「内側」などの用語は、議論中の構成要素について説明する本文及び関連図面の参照によって明らかにされる、一貫性があるが任意の視点で、構成要素の部分の配向及び/又は位置を説明してよい。かかる用語は、特に上述した語、それらの派生語、及び類似の意味の語を含んでよい。同様に、用語「第1の」、「第2の」、及び構造について言及する他のかかる数値的用語は、明確に文脈で示されない限り、順序又は序列を意味しない。

0011

2個の太陽電池を接続する方法を開示する。この方法は、位置決め装置ヘッドで相互接続部を把持する段階と、位置決め装置のヘッドで相互接続部を第1の所定温度と第2の所定温度(第2の所定温度は第1の所定温度よりも高い)との間の温度に加熱する段階と、2個の隣接する太陽電池に重ね合わせるように相互接続部を位置させる段階と、2個の隣接する太陽電池のそれぞれを相互接続部に連結する段階と、相互接続部をヘッドから解放する段階と、を含む。

0012

2個の太陽電池を連結する方法も開示される。この方法は、把持装置のヘッドで相互接続部(相互接続部は複数のはんだペーストプリフォームを含む)を加熱する段階であって、2個の太陽電池(太陽電池は互いに隣接する)に重ね合わせるように加熱した相互接続部を位置させる段階と、加熱した相互接続部を2個の太陽電池に押し付ける段階と、を含む。

0013

2個の太陽電池を連結するために、相互接続部を準備する方法も開示する。この方法は、相互接続部を位置決め装置のヘッドに連結する段階と、位置決め装置のヘッドで相互接続部を加熱する段階と、位置決め装置のヘッドを移動することによって相互接続部の位置を調整する段階と、2個の太陽電池の両方に対して相互接続部を位置させる段階と、を含む。

0014

相互接続部を用いて太陽電池を連結する1つの技法は、2個の太陽電池を電気的に接続する各位置に、最初にはんだペーストのビードを直接付着させることである。続いて、2個の太陽電池に相互接続部を押し付けてから製品製造ラインに流して、後で加熱してはんだ接続を完成させてもよい。この種の相互接続技法は、複数の段階を含む。第1に、はんだ付けステーションにおいて、加工ツール付近で太陽電池を1列に配置する。第2に、はんだ被着ツールによって、第1の太陽電池の第1縁部付近の特定の位置に1個以上のはんだビードを配置する。次に、はんだ被着ツールを隣接する第2の太陽電池に移動させ、第2の太陽電池の第2縁部(第2縁部は第1縁部に隣接する)付近の特定の位置にはんだビードを付着させる。第3に、両方の太陽電池を製品製造ラインに流して相互接続部ステーションに到達させる。第4に、両方の太陽電池に重ね合わせて相互接続部を配置し、相互接続部がはんだビードによってバスの位置にはんだ付けされるようにする。第5に、再び両方の太陽電池を製品製造ラインに流してはんだ付けステーションに到達させる。各太陽電池と相互接続部との間のはんだ接続は、はんだビードを更に加熱することにより完成させる。したがって、2個の太陽電池を電気的に接続するはんだ結合部は、相互接続部によって形成される。

0015

このプロセスは、5つの異なる段階を必要とする。また、製品製造ライン中の異なる2箇所において3種類の異なるツールを必要とする(ただし、これらのツールは、共通の機械の別の機構であってよい)。はんだビード分配段階を省略するなど、より高速で効率性の高いプロセスは、手順の複雑性を有利に低減し、したがって、太陽電池の接続コストを低減するであろう。プロセスを向上できる1つの技法は、はんだプリフォームを固着済みの相互接続部を用いることである。はんだプリフォームは任意の寸法及び形状に形成でき、2個の太陽電池に重ね合わせて相互接続部を配置する場合には、隣接する太陽電池上のバス接合部に対応する位置に配置できる。

0016

はんだプリフォームを伴う相互接続部を用いることの課題は、かかるプリフォームを伴う相互接続部は、その上に太陽電池を配置したときに本質的に太陽電池に固着しないことである。これは、相互接続部を配置する段階と、続いてはんだプリフォームを融解する段階との合間でずれの原因になり得る。しかし、はんだプリフォームでは、はんだの組成に基づいて異なり得る、特定の温度を超えて加熱して軟化させると、かかる固着が可能になる。したがって、かかる固着を促進する1つの技法は、はんだプリフォームを加熱することである。はんだプリフォームを軟化又は融解して、各太陽電池上のはんだパッドにはんだ付けできるようにするには、熱が必要である。はんだプリフォームの加熱は、幾つかの方法で達成できるが、その多くは、追加の処理段階又は加熱ツールを要する。更に、これらの技法は、はんだプリフォームの加熱温度を厳密に制御できない。温度は、相互接続部の動作中に変動し得るため、温度管理は重要である。はんだプリフォームの温度が低すぎる場合、所望の固着レベルを実現するのに十分に軟化しないであろう。

0017

あるいは、はんだプリフォームの温度が高すぎる場合、はんだが融解又は滴下して、使用可能なはんだ材料が減少してしまう場合がある。更に、はんだプリフォームの加熱中に相互接続部が過熱すると、相互接続部は膨張し得る。太陽電池の接続後に、相互接続部は冷却されて収縮し得る。はんだビード及び太陽電池は同様に収縮しないため、はんだの位置で応力電池転移され、太陽電池を弾性的に変形し得る。その結果、太陽電池の望ましくない物理的特性が生じ、太陽電池の変換効率を低減させることがある。

0018

はんだプリフォームを伴う相互接続部の温度を制御しつつ、接続プロセスの最初の4段階を1つの段階に削減する1つの技法は、相互接続部の把持、位置決め及び固着を行う把持装置に加熱要素を組み込むことである。加熱要素の動作温度は、フィードバック駆動型システムを用いて制御できる。このような方法で、相互接続部の温度を管理して許容範囲内に制御し、相互接続部の加熱不足又は過熱という課題を回避できる。

0019

図1は、相互接続部加工アセンブリ100を示す。アセンブリ100は、位置決めヘッド110と、制御システム136と、複数の相互接続部150と、を備える。図は説明のために示すが、正確な縮尺ではない。また、明確化のために一部の要素が省略されている場合がある。図示する構成は、構成要素の代表的なものであり、幾つかの実施形態における互いに対する実際の位置を反映していることも、反映していないこともある。

0020

位置決めヘッド110は、太陽電池の接続に必要なように、複数の相互接続部150うちの1つを把持、位置決め、及び配置できる。位置決めヘッド110は、異なる作業を遂行するための幾つかの構成要素を備えてよい。一部の構成要素は、位置決めヘッド110の残部を位置決め装置又は機構112に接続する、連結部114を含む。位置決め機構112は、並進、回転又はその両方によって行うかどうかにかかわらず、位置決めヘッド110の位置を変更するための機械的システム又はロボットシステムであってよい。位置決め機構112は、製造プロセスの1つ以上の面を監視する制御システムによって制御されてよい。連結部114は、固定、締まりばめ、固着、ないしは別の方法で位置決めヘッド110を位置決め機構112に係合する剛体として連結されるものなど、単純な機械的連結具であってよい。

0021

位置決めヘッド110は、フレーム122内に拘束された上方ブロック116と、下方ブロック118と、を備えてよい。つる巻きバネ120又は他の圧縮部材は、上方ブロック116と下方ブロック118との間に位置付けられてよい。上方ブロック116は、(図示するように)垂直方向及び水平方向の両方向に動かないように、フレーム122と係合してよい。下方ブロック118は、同様に、水平方向に動かないようにフレーム122によって拘束されてよい。しかし、上方ブロック116と比べると、下方ブロック118は、垂直方向で上方に(上方ブロック116に向かって)動くことができるようにフレーム122によって拘束されており、ブロック116と118との間のつる巻きバネ120による抵抗を受ける。フレーム122は、ブロック116と118との分離を制限する、下端クリップ123を有してよい。上方ブロック116及び下方ブロック118は、金属又はセラミックプリズム形状など、中実ブロックからなってよい。幾つかの実施形態では、ブロック116及び118はそれを通って空気流ワイヤ、又は管が延在可能にするための、貫通孔及び導管を有してよい。

0022

つる巻きバネ120は、上方ブロック116及び下方ブロック118が互いに向かって圧縮されるときに、実施形態が下向きの力を付与するのに望ましい剛性を有してよい。下方ブロック118は、ブロック116、118を圧縮する上向きの力に対して、その重みである下向きの力を自然に及ぼすが、つる巻きバネ120は増大した下向きの力をもたらすことができる。この力は、つる巻きバネ120の剛性、並びに上方ブロック116及び下方ブロック118が静止位置にあるときのこれらのブロック間の距離を調整することにより選択できる。フックの法則を用いると、つる巻きバネ、弾性物体、又は各種の線形ばねなど他の圧縮部材かどうかにかかわらず、任意の圧縮抵抗性弾性部材を用いた場合の正確な力を選択できる。したがって、つる巻きバネ120について記載したが、他の実施形態では、他の線形付勢部材を用いることができる。

0023

断熱材124は、締着具、固着、接着、締まりばめ、下方ブロック118にある対応のねじ付きポートに断熱材124をねじ込むなど任意の適切な技法によって下方ブロック118に連結されるように位置付けられてよい。断熱材124は、実施形態に望ましい、任意の熱伝導特性を有してよいが、好ましくは、下方ブロック118と加熱ブロック126との間での自身を介した熱の流れを抑制する。

0024

加熱ブロック126は、単一の構成要素又は複数の構成要素であってよく、中実であるか、内部に空洞を有するかのいずれかである。加熱ブロック126は、連結された熱センサ130と、その中に(中実のブロックの一部として又は空洞の1つに)配置された加熱要素128と、を有してよい。加熱ブロック126は、それらの元素化合物、又は合金であるかどうかにかかわらず、好ましくはアルミニウム、銅、銀などの金属製である。幾つかの異なる金属を組み込んだ金属メッキブロックも用いることができる。

0025

加熱ブロック126は、好ましくは加熱要素128から熱センサ130へ、及び、多くの場合、更にその外面へと熱を移動させる。熱センサ130は、熱電対サーミスタ、又は接触している物体の温度を測定できる、任意の他の所望の感知装置であってよい。加熱要素128は、任意の所望の種類、寸法、若しくは部類抵抗加熱装置、又は実施形態が後述の機能を実行するのに望ましい任意の他の装置であってよい。

0026

加熱ブロック126は、キャリッジ132に連結されてよい。キャリッジ132は、位置決めヘッド110の構成要素を連結するために上述した技法のいずれかを用いて加熱ブロック126に取り付けられてよい。キャリッジ132は、電気機械把持要素、自身に物体を押し付けて保持する真空境界面(空気抜きの導管が加熱ブロック126及び加熱ブロック126の他の構成要素を貫通するか、これらの周りに巡らされている)又は任意の他の把持、把握、若しくは解放可能な(releaseably)連結装置若しくは技法を備えるものなどの把持機構であってよい。

0027

キャリッジ132は、加熱ブロック126の内蔵構成要素としてなど、加熱ブロック126に熱的に接続されてよい。したがって、加熱要素128が発した熱は、断熱材124で起こる熱移動の抑制とは対照的に、キャリッジ132へ及びこれを通って容易に移動できる。特定の実施形態では、周囲材料への優れた熱伝導性を示す金属などの熱経路が、加熱要素128からキャリッジ132へと熱を移動させるために位置付けられてよく、それによって、少なくとも部分的に加熱ブロック126の残部を断熱する。幾つかの実施形態では、熱経路は、キャリッジ132を通って、相互接続部と連結する把持面まで延在する。

0028

加熱要素128及び熱センサ130は、ワイヤ134によって制御装置136に接続されてよい。制御装置136は、加熱要素128及び熱センサ130に関して実行するサービスに加えて、様々な機能を担ってよい。例えば、幾つかの実施形態では、制御装置136は、位置決めヘッド110、位置決め機構112、アセンブリ100内の太陽電池の動作、又は他の操作のうちの1つ以上の機能を操作するマスター制御システムであってよい。特定の実施形態では、制御装置136は、加熱要素128及び熱センサ130に、単独で接続されてもよい。他の実施形態では、加熱要素128及び熱センサ130は、直接的に連携しても連携しなくてもよい、別の制御システムによって制御されるか、この制御システムに接続されてよい。

0029

加熱要素128は、周囲の及び/又は接触している加熱ブロック126の温度を任意の所望の温度まで上昇させるのに十分な熱を発するように選択されてよい。例えば、加熱要素128は、必要に応じて、120℃以上、最大150℃の温度に加熱ブロック126を維持するのに十分な発熱可能である。同様に、加熱要素128は、必要に応じて40℃、80℃又は100℃などのより低い温度をもたらすように制御可能であってよい。加熱要素128は制御装置136によって制御可能であり、任意の所望の温度をもたらしてよい。

0030

熱センサ130を用いると、その検出位置において加熱ブロック126の温度を測定できる。熱センサ130は、加熱ブロック126の温度を示す信号を制御装置136に供給してよい。熱センサ130からの信号は、熱センサ130が測定した温度を確定するために制御装置136が読み取る電圧であってよい。あるいは、幾つかの実施形態では、信号は温度値伝送されたものであってよく、熱センサ130がありとあらゆる計算又は測定動作を実行して、電圧又は抵抗測定から温度を確定する。

0031

したがって、制御装置136は、熱センサ130からのフィードバック活用して加熱要素128を動作させて、加熱ブロック126の所望の温度を維持してよい。これらの実施形態では、キャリッジ132は加熱ブロック126に内蔵されており、キャリッジも所望の温度で維持される。特定の実施形態では、熱センサ130は、キャリッジ132に直接連結することにより、加熱ブロック126ではなく、キャリッジ132の温度を測定してよい。幾つかの実施形態では、複数の熱センサを同一又は異なる構成要素と共に用いてよい。幾つかの実施形態では、加熱ブロック126の温度は、所定の低温度と所定の高温度との間の温度に維持されてよい。所定温度は、低温が60℃、高温が100℃など50°〜120℃の範囲から選択される任意の温度に相当してよい。

0032

相互接続部の積層体150は、位置決め装置112付近に配置されてよい。各相互接続部152は、それに固着された1個以上のプリフォームされたはんだビード、つまりはんだプリフォーム154を有してよい。垂直に積層されたものとして図示しているが、幾つかの実施形態では、複数の相互接続部は、リボン又はシートとして形成され、太陽電池への接続の前に押し離されてよい。図2は、例示の相互接続部152の平面図を示す。相互接続部152は、それらの元素、化合物、合金であるかどうかにかかわらず、銅、銀、又は金などの導電性金属からなってよい。

0033

相互接続部152の各実施形態は、異なる形状を有してよい。中央領域170と、2個の延長部材162と、縁部領域160と、を備える一例の実施形態を図示する。相互接続部152は、図示するように、楕円形又は卵形ポートなどの1つ以上の応力緩和領域166を有してよい。応力緩和領域166の寸法、形状、及び位置は、実施形態間で異なってよい。相互接続部152は、後述のように、太陽電池のすべてのバス接合部に重ね合わせて接続するのに十分な寸法及び形状を備える。特定の形状は、実施形態間で異なり、太陽電池のバス接合部の形状に一致してよい。本明細書で使用する場合、バス接合部及びバス端子は同じ意味で使用し、幾つかのバスバー間で共通の電気的接続が行われる太陽電池上のパッド又は位置の領域を指す。

0034

図示した実施形態を含む特定の実施形態では、相互接続部152は、6箇所のバス接合部の位置(2個の太陽電池にそれぞれ3箇所ずつ)に接続する。しかし、他の実施形態では、これよりも多い又は少ないバス接合部が相互接続部によって接合されてよく、寸法及び形状に変型をもたらす。したがって、相互接続部の他の実施形態は、本明細書に記載の技法で用いられてよい。

0035

はんだプリフォーム154は、各相互接続部152で相互接続部152の下面に製造されてよい。はんだプリフォーム154は、相互接続部152に接続されている太陽電池のバス接合部に揃えるように、適切な位置に位置付けられてよい。各はんだプリフォーム154は、好ましくは室温において、又は製造環境の周囲温度内で固体状態を有する。プリフォーム154は、スズ、銀、亜鉛、又ははんだビードを形成するのに望ましい他の材料からなってよい。各プリフォーム154にはフラックス又は接着剤が含まれ、製造中に相互接続部152への連結を支援してよい。図示した実施形態では、6個のはんだプリフォーム154が存在し、2個の隣接する太陽電池のそれぞれで3個のバス接合部に対応している。1個のプリフォーム154は中央領域170の反対側にある両縁部付近に配置され、2個のプリフォーム154はまた、縁部領域160のそれぞれに配置され、この場合も同様に1個のプリフォーム154が相互接続部152の両縁部付近に配置される。前述のとおり、プリフォーム154の数及び位置は実施形態間で異なってよい。プリフォーム154は、円形状を有するものとして図示しているが、方形不規則形状など所望の形状又は寸法を用いてよい。

0036

図3は、2個の隣接する太陽電池200、即ち、第1の電池204及び第2の電池202を図示する。太陽電池204、202は、単結晶若しくは多結晶シリコン、前面若しくは裏面コンタクト型電池、又は、前面若しくは裏面接合型電池であるかどうかにかかわらず、光起電性の太陽電池であってよい。例示の実施形態として、光起電性の裏面コンタクト型太陽電池204、202を示す。その結果、用いる相互接続部は、太陽電池の裏面に連結されるが、本明細書に記載の技法は、光起電性太陽電池の前側への相互接続部にも提供できる。

0037

第1の電池204は、第2の電池202の第2縁部206付近に第1縁部214を有する。電池204、202は、丸い又は上反りの角部、あるいは、正方形の角部を有してよい。太陽電池204、202はそれぞれ、はんだパッド、つまりバス接合部208を終点とする、複数のバスバー220を有してよい。バスバー220は、図示のようなレイアウト又は設計を有してよい。あるいは、電池の表面全体で実質的に平行であってよく、共通のバスバーが、バス接合部に接続する平行なバスバーに対して垂直方向に延在してよい。バス接合部、つまりバス端子は、これらを含む太陽電池の縁部付近に、これに近接して、又はこれに隣接して配置されてよい。特定の実施形態では、バス接合部は同一線上にあるが、他の実施形態では、太陽電池の縁部に対して互いにずれた位置にあってよい。

0038

バスバー220は、選択したレイアウトに関係なく、バス接合部208に電流を送ることができる。第1の電池204のバス接合部を第2の電池202のバス接合部208に連結することが望ましい。この方法では、電池204、202を連続的に接続でき、効率的な発電を実現できる。

0039

図4は、相互接続された一対の太陽電池300を示す。別途記載のない限り、図4の構成要素は図3の構成要素に類似であり、表示の数字に100が加算されていることを除いては、数字の表示は類似の構成要素を示す。更に、相互接続部310についても、図1及び2に関して上述した相互接続部の内容に類似である。

0040

また、相互接続部310は、太陽電池304、302の各バス接合部308を電気的に接続するように相互接続部のはんだプリフォームが位置付けられるように、第1の電池304及び第2の電池302に重ね合わされている。加熱されて融解又は軟化状態になったはんだプリフォームを、バス接合部308に押し付ける、連結する又は貼付けてもよく、バス接合部308と相互接続部310とを接着できる。本明細書で使用する場合、軟化とは、固体状態から粘着性状態へとはんだの状態が変化し、有機化合物であってもよいはんだプリフォーム中のフラックスのおかげで、別の表面に固着できる状態を指す。

0041

ここでは、第1の太陽電池304によってもたらされた電流は、バス接合部308、相互接続部310を通って、第2の電池302のバス接合部308に流れ込んでよい。太陽電池304、302は、このようにして連続的に接続される。

0042

図5及び6は、例示の製造構成400を示す。これらの図では、説明を簡単にするために一部の構成要素が簡略化されているか、省略されている。例えば、位置決めヘッド410の位置及び/又は配向を制御する位置決め機構が省略されている。上方及び下方ブロックは、別個ユニットではなく、位置決めヘッド410として図示している。これは、幾つかの実施形態ではそのとおりであるが、他の実施形態では別個の構成要素であってよい。

0043

位置決めヘッド410は、加熱ブロック414の位置を調整できる。加熱ブロック414は、所望の位置に複数のはんだプリフォーム416を有する、相互接続部422を把持できる。相互接続部の積層体420は、複数の太陽電池424付近に位置させることができる。太陽電池424は、トレーチャックベルトライン又は太陽電池424を直線運動で移動させるのに好適な他の装置など、搬送機構480によって支持されてよい。2個の接続された太陽電池430をはんだ付けされた相互接続部440と共に図示する。

0044

位置決めヘッド410は、加熱ブロック414を相互接続部の積層体420へと移動できる。加熱ブロック414は、内部加熱要素によって80〜100℃に連続的に加熱でき、選択した温度は、加熱ブロック414に連結された熱センサからのフィードバックに基づいて、制御システムを用いて維持する。次に、加熱ブロック414を下方向に移動して、積層体420から最上部の相互接続部422を把持することができる。この把持は、加熱ブロック414に対する相互接続部422の真空引き又は機械的把持、又は、任意の他の所望の相互作用によって達成されてよい。

0045

加熱ブロック414は、相互接続部422上のはんだプリフォーム416を軟化させるのに十分な温度に加熱されてよい。幾つかの実施形態では、相互接続部422は、環境大気下で、加熱ブロック414からはんだプリフォーム416へと熱が1秒未満で伝達するように、構成されてよい。このように、はんだプリフォーム416に熱を伝達する段階が不要となり、工程の遅延がなくなる。特定の実施形態では、加熱ブロック414から相互接続部422を介してはんだプリフォーム416へと熱を伝達させることを可能とする速度で位置決めヘッド410を動作させることができる。

0046

相互接続部422を把持した後で、位置決めヘッド410は、太陽電池444と446など2個の太陽電池に重ね合わせる位置に相互接続部422を移動させてよい。接続された太陽電池は、両側に1個ずつ、それぞれ連結された2個の相互接続部を有し、ストリングを形成する。境界太陽電池(ストリング内の選択した数の両端にある太陽電池)は隣接する太陽電池を有さず、その代わりに、バスバー又は電流を転移する他の機構に連結され得る。

0047

バスバー434の末端部付近のバス接合部432にはんだプリフォーム416を重ね合わせるように、隣接する太陽電池444、446の上に相互接続部422が重ね合わせられて配置されてもよい。次に、位置決めヘッド410は、相互接続部422を隣接する太陽電池444、446に押し付けて、はんだプリフォーム416をバス接合部432に固着させ、それによりこれらを物理的に接続させてよい。幾つかの実施形態では、電気的接続はかかる接続によっても確立され得るが、比較的高い有機フラックス組成物を有するプリフォームの場合、電池444、446と相互接続部422との間に所望の電気的接続をもたらすには、更なる加熱が必要となる。得られる接続は、図4の接続と同様である。太陽電池444、446に相互接続部422を押し付けると、つる巻きバネ又は他の線状弾性部材の抵抗を受けるために、位置決めヘッド410の上方ブロック及び下方ブロックは互いに圧縮され得る。上述のように、バネ抵抗は実施形態に応じて決定される。したがって、太陽電池444、446に対して相互接続部422を接触させる力は所望に応じて選択される。1つの実施形態では、上方ブロックと下方ブロックとの間の接触センサを用いて、ブロックが接触した時点及びバネから最大の力が達した時点を測定してよい。

0048

太陽電池444、446に対して相互接続部422を配置すると、位置決めヘッド410は相互接続部を解放して引き上げることができ、相互接続部の積層体420に移動し、積層体420で次の相互接続部を把持する。次に、搬送機構480は、接続された太陽電池が次の位置に移動し、第2の電池446の他の縁部442及び次の電池448の第1縁部450が相互接続部を受容する位置に移動するように作動でき、製造プロセスを続行する。続いて、この製造プロセス中に配置された相互接続部を誘導加熱装置などによって加熱して、はんだを更に処理し、電池間電気接続の安定性を増加させてよい。

0049

図7は、太陽電池を接続する方法、技法、及びプロセスの実施形態の略図である。方法700を用いる接続で実行される様々な作業は、ソフトウェアハードウェアファームウェア、又はこれらの任意の組み合わせによって実行されてよい。方法700についての下記の説明は、図1〜6に関連して上述した素子について説明のために言及することがある。実際には、方法700の一部は、上述のシステムの異なる素子、例えば、位置決めヘッド110、制御装置136、又は加熱要素128によって実行されてよい。当然のことながら、方法700は、任意の数の追加作業又は代替作業を含んでよく、図7に示す作業は、図示した順序で実行する必要はない。また、方法700は、本明細書に詳述されない追加機能を有するより複雑な手順又はプロセスに組み込まれてよい。本明細書で使用する場合、位置決めヘッドへの言及は、ロボット装置などの位置決め装置のヘッドの説明を含んでよい。

0050

2個の太陽電池を、ストリンギングライン(stringing line)に沿って互いに隣接して配置することができる。特定の実施形態では、太陽電池はローラーラック、移動ベルトなど搬送装置上にあってよい。位置決め装置のヘッドを移動させて、相互接続部の上に配置してもよい(702)。相互接続部は、その下面に付着されたはんだプリフォームを有してよい。相互接続部は、製造を容易にするために積層させた又はリボン化した複数の相互接続部の1つであってよい。上に位置させると上述したが、方向は相対的であり、相互接続部を横向きに積層したり、位置決めヘッドで相互接続部の側面を把持してよいことを理解されたい。

0051

次に、位置決めヘッドは、真空吸引など所望の技法を用いて相互接続部を把持してよい(704)。把持段階の一環として、位置決めヘッドは、その初期位置から相互接続部の方向に移動して、相互接続部に接触してよい。次に、位置決めヘッドで相互接続部を加熱してもよい(706)。例えば、位置決めヘッドは、抵抗加熱要素などの内部熱装置で加熱され、その熱を把持した相互接続部に伝熱させてもよい。相互接続部は、実施形態に応じて、60〜100℃に加熱されてもよい。1つの実施形態では、熱センサを位置決めヘッドに連結して、内部熱装置を制御する制御装置にフィードバックを提供してもよい。制御装置は、100℃の温度を維持するために内部熱装置を動作させてよい。相互接続部は、位置決め装置から熱を受け、その熱をはんだプリフォームに移動させて、はんだの軟化又は融解をもたらしてよい。別の実施形態では、ヘッドを加熱してその熱を相互接続部に伝導するのではなく、非加熱の位置決めヘッドを用いて相互接続部を把持し、赤外線源を用いて相互接続部を直接加熱することにより、位置決めヘッドによる相互接続部の加熱を行ってもよい。少なくとも1つの実施形態では、赤外線源は、位置決めヘッド内に配置されるか、これに取り付けられてよい。他の実施形態では、赤外線源は、位置決めヘッドとは別個に設けられてもよい。

0052

次に、位置決めヘッドは、相互接続部を両方の太陽電池に重ね合わせるように、把持している相互接続部を2個の隣接する太陽電池の上に配置する(708)。幾つかの実施形態では、位置決めヘッドは、各太陽電池のバス接合部に対応してその上方にはんだプリフォームが位置するように、相互接続部を配置してもよい。次に、隣接する太陽電池の方向に位置決めヘッドを前進させ、加熱したはんだプリフォームを伴う相互接続部を2個の太陽電池に押し付けてよい(710)。次に、はんだプリフォームをバス接合部に固着させてよい。そして、位置決めヘッドは、相互接続部を解放してよい(712)。幾つかの実施形態では、位置決めヘッドは、相互接続部の積層体内の次の相互接続部の上の初期位置に戻ってよい。隣接する太陽電池に押し付けたられた相互接続部は、次に続くプロセス中に後で加熱されるか、その状態で放置するかにかかわらず冷却され(はんだプリフォームの冷却を含む)るので、電池の湾曲など太陽電池に望ましくない物理的特性をもたらさない、2個の太陽電池と相互接続部との機械的接続を提供できる。

0053

はんだ加熱段階を相互接続部配置段階と組み合わせた結果として、相互接続部は、製造中のずれが抑制されるように、太陽電池に対して配置できる。したがって、製造効率が向上する。加熱した位置決めヘッドを有効に使用することによって、はんだプリフォームを所定温度に加熱し、ヘッドの温度はフィードバックシステムで制御される。これにより、製造コストは有利に削減される。

0054

少なくとも1つの例示的実施形態が、上述の発明を実施するための形態で提示されてきたが、莫大な数の変型が存在することを認識するべきである。本明細書に記載する例示的実施形態は、特許請求される主題の範囲、適用性、又は構成を限定する意図が全くないこともまた、認識するべきである。むしろ、上述の発明を実施するための形態は、当業者に、説明される実施形態を実践するための簡便な指針を提供するものである。本特許出願が出願される時点での、既知等価物、及び予見可能な等価物を含む、特許請求の範囲によって規定される範囲から逸脱することなく、諸要素の機能及び配置に、様々な変更が実施可能であることを理解するべきである。
項目1]
位置決め装置のヘッドで相互接続部を把持する工程と、
上記位置決め装置のヘッドで上記相互接続部を第1の所定の温度と第2の所定の温度との間の温度に加熱する工程であって、上記第2の所定の温度が上記第1の所定の温度よりも高い、工程と、
2個の隣接する太陽電池に重ね合わせるように上記相互接続部を位置決めする工程と、
上記相互接続部を上記2個の隣接する太陽電池のそれぞれに連結する工程と、
上記ヘッドから上記相互接続部を解放する工程と、
を含む、2個の太陽電池を接続する方法。
[項目2]
上記位置決め装置のヘッドで上記相互接続部を加熱する工程が、抵抗加熱素子で上記位置決め装置のヘッドを加熱することを含む、項目1に記載の方法。
[項目3]
上記位置決め装置のヘッドで上記相互接続部を加熱する工程が、赤外線放射を用いることを含む、項目1に記載の方法。
[項目4]
上記位置決め装置のヘッドで上記相互接続部を加熱する工程が、上記相互接続部を60〜100℃に加熱することを含む、項目1に記載の方法。
[項目5]
上記2個の隣接する太陽電池に重ね合わせるように上記相互接続部を位置決めする工程の前に、上記第2の太陽電池に隣接して上記第1の太陽電池を位置決めすることを更に含む、項目1に記載の方法。
[項目6]
上記第2の太陽電池に隣接して上記第1の太陽電池を位置決めする工程が、上記第2の太陽電池に隣接して上記第1の太陽電池の第1の縁部を位置決めすることを含み、上記第1の太陽電池が、上記第1の縁部に近接した第1のバス端子を有する、項目5に記載の方法。
[項目7]
上記第2の太陽電池に隣接して上記第1の太陽電池を位置決めする工程が、上記第1の太陽電池の第1の縁部に隣接して上記第2の太陽電池の第2の縁部を位置決めすることを更に含み、上記第2の太陽電池が、上記第2の縁部に近接した第2のバス端子を有する、項目6に記載の方法。
[項目8]
上記2個の隣接する太陽電池に重ね合わせるように上記相互接続部を位置決めする工程が、上記第1のバス端子及び上記第2のバス端子の両方に重ね合わせるように上記相互接続部を位置決めすることを含む、項目7に記載の方法。
[項目9]
上記2個の隣接する太陽電池のそれぞれに上記相互接続部を連結する工程が、上記第1のバス端子及び上記第2のバス端子に上記相互接続部を接着させることを含む、項目8に記載の方法。
[項目10]
項目1に記載の方法を実行して接続された、2個の太陽電池。
[項目11]
把持装置のヘッドで相互接続部を加熱する工程であって、上記相互接続部が複数のはんだペーストプリフォームを含む、工程と、
2個の太陽電池に重ね合わせるように上記加熱した相互接続部を位置決めする工程であって、上記太陽電池が互いに隣接する、工程と、
上記加熱した相互接続部を上記2個の太陽電池に押し付ける工程と、
を含む、2個の太陽電池を連結する方法。
[項目12]
上記把持装置のヘッドで上記相互接続部を加熱する工程が、上記複数のはんだペーストプリフォームを軟化させる工程を含む、項目11に記載の方法。
[項目13]
上記加熱した相互接続部を上記2個の太陽電池のそれぞれに押し付ける工程が、上記複数のはんだペーストプリフォームの第1のはんだペーストプリフォームを上記2個の太陽電池の第1の太陽電池に固着させ、上記複数のはんだペーストプリフォームの第2のはんだペーストプリフォームを上記2個の太陽電池の第2の太陽電池に固着させることにより、上記2個の太陽電池のそれぞれを上記加熱した相互接続部に連結する、項目11に記載の方法。
[項目14]
上記複数のはんだペーストプリフォームの第1のはんだペーストプリフォームを上記2個の太陽電池の第1の太陽電池に固着させ、上記複数のはんだペーストプリフォームの第2のはんだペーストプリフォームを上記2個の太陽電池の第2の太陽電池に固着させる工程が、上記相互接続部を用いて上記2個の太陽電池の間に電気経路を形成することを含む、項目13に記載の方法。
[項目15]
上記把持装置のヘッドで上記相互接続部を加熱する工程が、上記相互接続部を60〜90℃に加熱することを含む、項目11に記載の方法。
[項目16]
上記把持装置のヘッドで上記相互接続部を加熱する工程が、上記把持装置のヘッドを90〜100℃に加熱することを含む、項目11に記載の方法。
[項目17]
2個の太陽電池を連結するために相互接続部を準備する方法であって、
上記相互接続部を位置決め装置のヘッドに連結する工程と、
上記位置決め装置のヘッドで上記相互接続部を加熱する工程と、
上記位置決め装置のヘッドを移動させることにより上記相互接続部の位置を調整する工程と、
上記2個の太陽電池の両方に対して上記相互接続部を位置決めする工程と、
を含む方法。
[項目18]
上記位置決め装置のヘッドで上記相互接続部を加熱する工程が、上記位置決め装置のヘッドを移動させることにより上記相互接続部の位置を調整する工程中に行われる、項目17に記載の方法。
[項目19]
上記相互接続部を上記位置決め装置のヘッドに連結する工程が、上記相互接続部の表面と上記位置決め装置のヘッドとの間に真空を形成することを含む、項目17に記載の方法。
[項目20]
上記位置決め装置のヘッドから上記相互接続部を解放する工程を更に含み、上記相互接続部が上記2個の太陽電池の両方に固着したままである、項目17に記載の方法。

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