太陽電池用ガラス基板及びその半強化処理方法
【課題】 各種サイズに対応できる太陽電池パネルの分割化を容易にするために、ガラス基板を強化ガラスと生板ガラスとの間の最も適した強度レベルとする太陽電池用ガラス基板及びその半強化処理方法を提供する。
【解決手段】 発電機能層を保護するためのカバーとしての役割をもち、かつ該発電機能層が直接的に積層され、該発電機能層の積層後に切断されて所望の製品サイズに分割される太陽電池用ガラス基板であって、生板ガラスを出発材料とし、前記発電機能層を積層する前に、該生板ガラスを５００〜５５０℃の温度域に所定時間加熱保持し、その後急冷することにより、その強度が、型抜きままの状態のソーダ石灰ガラスの強度の１．２０倍以上から１．７０倍以下までの範囲とされている。
【解決手段】 発電機能層を保護するためのカバーとしての役割をもち、かつ該発電機能層が直接的に積層され、該発電機能層の積層後に切断されて所望の製品サイズに分割される太陽電池用ガラス基板であって、生板ガラスを出発材料とし、前記発電機能層を積層する前に、該生板ガラスを５００〜５５０℃の温度域に所定時間加熱保持し、その後急冷することにより、その強度が、型抜きままの状態のソーダ石灰ガラスの強度の１．２０倍以上から１．７０倍以下までの範囲とされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池用ガラス基板及びその半強化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉという）や微結晶シリコン、薄膜多結晶シリコンなど基板上に発電膜を形成する太陽電池は、厚いカバーガラス４と裏面カバーシート５との間に太陽電池モジュール２を挟み込む構造としている。太陽電池モジュール２は厚さ１ｍｍ程度の薄いガラス基板上に透明電極層、ａ−Ｓｉなどの発電層、金属電極層を順次積層してなるものである。
【０００３】
ラミネート処理においては、図９に示すように、複数枚例えば４枚の太陽電池モジュール２の光入射面側にはカバーガラス４を重ね合わせ太陽電池モジュールを適宜直列・並列に電気的に集電接続を行い、裏面側には裏面カバーシート５を重ね合わせ、例えば熱接着性のＥＶＡシート３をカバーガラス４と電池モジュール２との相互間および裏面カバーシート５と電池モジュール２との相互間にそれぞれ挿入し、これを加熱加圧する。予め所定寸法として用意したカバーガラスのサイズの太陽電池となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の太陽電池モジュール２は最終製品に近いサイズを想定して予め設定されているために、カバーガラス４のサイズは電池モジュール２のサイズのほぼ整数倍に固定化されている。このため規格から外れたサイズは特注品扱いとなり、コストおよび納期の面で問題があるので量産工場では実際には規格外のサイズを製造することはできない。
【０００５】
そこで、任意サイズのカバーガラスに太陽電池機能層を直接積層し、ラミネート処理により裏面カバーシートを貼り合わせてパネル化し、パネルを切断して所望サイズに分割化することにより顧客の多様な要求に応えるようにすることが考えられる。
【０００６】
しかし、カバーガラスを切断しようとすると周囲に亀裂が進展して細かな小断片にばらばらに分かれてしまい、切断予定線に沿ってシャープに切断することができない。これはカバーガラスの軽量化のために薄めの板厚でも十分な強度が得られるように強化ガラスを用いていることに起因しており、強化ガラスの表面に切り欠きを生じると、表層に存在する高い残留応力が切り欠きによって解消され、見掛け上の引張り強度が低下し、周囲に多数の亀裂が進展してしまうからである。このため強化ガラスを受け入れ状態のままで太陽電池機能用ガラス基板と保護用カバーガラスとに兼用して製造した後に所望サイズに分断化することが事実上できないという問題がある。
【０００７】
また、量産工場では製品サイズ毎に対応する製造ラインをもつ必要があり、異なるサイズの製品を同一の製造ラインに流すにはハンドリング装置、位置決め装置をはじめ様々な制約を受けるので、事実上は規格外の異サイズ製品を同一ラインでは製造することができない。このため顧客の種々の要求・要望に応えることができないという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、各種サイズに対応できる太陽電池パネルの分割化を容易にするために、ガラス基板を強化ガラスと生板ガラスとの間の最も適した強度レベルとし、基板の分断を可能とすることができる太陽電池用ガラス基板及びその半強化処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ガラスは圧縮に対しては強いが、引張りに対しては弱い材料である。また、ガラスの表層にはグリフィスフローと呼ばれる表面欠陥が存在するため、ガラスが破壊されるときには表層が破壊の起点となりやすい。そこで、強化ガラスでは表層に圧縮応力を人為的に付与することにより見掛け上の引張り強度を向上させている。
【００１０】
強化ガラスには物理（熱）強化ガラス、化学強化ガラス、積層強化ガラスの三種類がある。例えば物理強化ガラスは、軟化点近傍温度まで昇温の後に急冷する熱処理によって表層部分に高い圧縮の残留応力を付与し、生板ガラスの２〜３倍以上の強度を有するように強化されている。このような強化ガラスの表面に切り欠きを生じると、表層の残留応力が切り欠きにより解消され、見掛け上の引張り強度が低下し、周囲に多数の亀裂が進展する結果、そのままの状態では容易に切断することができない。そこで、本発明者らは強化ガラスを切断するための方策について鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
本発明に係る太陽電池用ガラス基板は、発電機能層を保護するためのカバーとしての役割をもち、かつ該発電機能層が直接的に積層され、該発電機能層の積層後に切断されて所望の製品サイズに分割される太陽電池用ガラス基板であって、生板ガラスを出発材料とし、前記発電機能層を積層する前に、該生板ガラスを５００〜５５０℃の温度域に所定時間加熱保持し、その後急冷することにより、その強度が、型抜きままの状態のソーダ石灰ガラスの強度の１．２０倍以上から１．７０倍以下までの範囲とされていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る太陽電池用ガラス基板の半強化処理方法は、発電機能層を保護するためのカバーとしての役割をもち、かつ該発電機能層が直接的に積層され、該発電機能層の積層後に切断されて所望の製品サイズに分割される太陽電池用ガラス基板の半強化処理方法であって、生板ガラスを出発材料とし、前記発電機能層を積層する前に、該生板ガラスを５００〜５５０℃の温度域に所定時間加熱保持し、その後急冷することにより、その強度を型抜きままの状態のソーダ石灰ガラスの強度の１．２０倍以上から１．７０倍以下までの範囲とすることを特徴とする。
【００１３】
ここで「生板ガラス」とは、型抜き後に特別な処理をしない状態の無色透明のソーダ石灰ガラス（普通板ガラス）のことをいう。生板ガラスの強度は一般に５０００〜１００００Ｐａ（５〜１０ｋｇ／ｍｍ2）程度である。
【００１４】
ここで「強化ガラス」とは、物理（熱）強化ガラスのことをいう。物理強化ガラスの強度は生板ガラス強度の２〜３倍程度である。
【００１５】
「歪点」とは、粘度が４×１０14poise（ｌｏｇη＝１４．５）のときの温度をいう。この歪点温度では粘性流動は事実上おこりえないので、温度が歪点以下になるとガラスから歪を除去することができなくなる。
【００１６】
「軟化点」とは、粘度が４．５×１０7poise（ｌｏｇη＝７．６５）のときの温度をいう。軟化点温度に加熱すると直径０．５５〜０．７５ｍｍ×長さ２３０ｍｍのガラス糸が１ｍｍ／分の速度で伸びるようになる。
【００１７】
ガラス組成ごとに粘度と温度との相関特性曲線がそれぞれ求められている。ソーダ石灰ガラスの相関特性曲線を用いて歪点と軟化点をそれぞれ調べてみると、歪点は約４８０〜５１０℃、軟化点は約７２０〜７３５℃となる。
【００１８】
本発明では、受入れたままの状態の生板ガラスを使用する際は強度不足のため厚肉とする必要があり、重量物となって太陽電池用ガラス基板としては不適合であるため、これを５００〜５５０℃の温度域に所定時間加熱保持し、その後急冷し、その強度を型抜きままの状態のソーダ石灰ガラスの強度の１．２０倍以上から１．７０倍以下までに引き上げた半強化ガラスとし、薄肉化して太陽電池用ガラスとして用いることができるようにしている。ここで、半強化処理ガラスの強度の下限値を型抜きままの状態のソーダ石灰ガラス（生板ガラス）の１．２０倍とした理由は、これを下回る強度では太陽電池据付け工事のときに作業者が踏みつけて割れたり、雹や落石などの自然災害に耐えられず、保護カバーとしての機能が失われ、これを防ぐためにはガラスの板厚を厚くする必要があり、重量の増加とコストアップになるからである。一方、半強化処理ガラス強度の上限値を生板ガラスの１．７０倍とした理由は、これを上回る強度では表層の残留圧縮力が過大になるため切断予定線に沿ってきれいに切断することが困難になるからである。
【００１９】
図３は横軸に基板厚み（ｍｍ）をとり、縦軸に鋼球２２７ｇ落下高さ（ｍ）をとって、各種ガラス基板の強度をそれぞれ測定したものである。ＪＩＳ規格Ｃ８９３８に規定された鋼球２２７ｇ落下高さ試験に従って３〜８ｍｍ範囲の各種厚さの強化ガラス、半強化処理ガラス、生板ガラスの３種について強度をそれぞれ調べた結果、次のことが判明した。
【００２０】
イ）本発明の半強化処理ガラスはＪＩＳ規格に定める耐雹規格（鋼球２２７ｇを１ｍの高さから落下した衝撃力に耐える）を実用的な全ての板厚（３〜８ｍｍ）でクリアした。すなわち半強化処理ガラスは、板厚３ｍｍのときに鋼球２２７ｇ落下高さで１．２〜２．２ｍ、板厚６ｍｍのときに鋼球２２７ｇ落下高さで１．５〜２．６ｍ、板厚８ｍｍのときに鋼球２２７ｇ落下高さで２．１〜３．８ｍの強度を示した。
【００２１】
ロ）強化ガラス、半強化処理ガラス、生板ガラスともに板厚が厚くなるに従って強度が緩やかに増大した。すなわち板厚が３ｍｍから８ｍｍに厚くなると鋼球２２７ｇ落下高さで約１〜１．５ｍ上昇した。
【００２２】
図３中の曲線Ｅ１は半強化処理にて基板切断可能な基板強度の下限条件を示し、曲線Ｅ２は半強化処理にて基板切断可能な基板強度の上限条件を示す。また、一点鎖線ＣはＪＩＳ規格に定める耐雹規格としての、鋼球２２７ｇ落下高さ１ｍの強度を示す。
【００２３】
ガラスの破壊は、準静的な熱的過程と割れ目が急激に伸びる断熱過程との２つの相を呈し、その境界は限界破壊エネルギーＧｃによって決まる。本発明の半強化処理ガラスを切断するときは限界破壊エネルギーＧｃを超えるエネルギーを切断手段によりガラス基板に印可し、割れ目が急激に伸びる断熱過程の割れを生じさせる。これにより欠けやクラックが少ないシャープな切断面が得られる。
【発明の効果】
【００２４】
以上詳述したように本発明によれば、大型ガラス基板から複数の小型太陽電池を分割する際に、切断に適した半強化処理ガラス基板およびその方法を提供することができる。
【００２５】
また、透明電極の製膜条件を適正化することにより、製膜プロセスと半強化処理プロセスとを一括化できるので、専用の熱処理炉を新設することなく、既設の透明電極用熱処理装置を利用してガラス基板を半強化処理することができる。このため、運転コストおよび設備コストの上昇を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付の図面を参照しながら本発明の種々の好ましい実施の形態について説明する。
【００２７】
先ず図１乃至図４を参照してアモルファスシリコン太陽電池を例とした太陽電池製造方法を説明する。
【００２８】
太陽電池製造ラインのうちの少なくとも透明電極形成工程Ｓ１から分割工程Ｓ７までの区間は、ガラス基板４が搬送路上を次々に流れるようにコンピュータ制御された全自動一貫製造ラインとして構成されている。発電検査工程Ｓ８から後の区間は、作業者が製品サイズ毎に仕分け、検査装置を用いてそれぞれ個別に検査し、封止装置を用いて封止材を太陽電池パネル周辺および端子台などのシール必要部分を注入処理し、一時保管場所に保管して封止材をエージングし、梱包装置を用いて梱包処理する半自動ラインである。
【００２９】
基板受入部にガラス基板４を受け入れ、基板４をロット毎に分別して一時収納庫に保管する。ガラス基板４のサイズは例えば板厚３ｍｍ×幅１０００ｍｍ×長さ１０００ｍｍである。一時収納庫からガラス基板４を１枚ずつ取り出し、搬送路上に載せ、バーコード印字装置に搬送し、基板４に識別用のバーコードを印字する。さらに基板４を洗浄処理装置に搬送し、基板４を洗浄し、表面から付着異物を除去する。
【００３０】
基板４を図４に示す熱処理炉４４に搬入し、約４５０〜５００℃に予熱する。予熱した基板４を熱ＣＶＤ装置（またはイオンプレーティング装置又はスパッタ装置）に搬入し、ガラス基板４の片面（洗浄面）に所定膜厚の透明電極１１を積層形成する（工程Ｓ１）。最初の透明電極１１の膜厚は約７５０ｎｍである。
【００３１】
受け入れた基板４が物理強化ガラスの場合は、上記予熱に用いた熱処理炉４４により基板４を半強化処理する。基板４をベルトコンベア４２に載せ、熱処理炉４４内を搬送しながらヒータ４５で加熱するが、基板４を急冷する必要はない。半強化処理条件は４００〜５５０℃の温度域に２０〜３０分間加熱保持し、その直後に１００℃／分程度の冷却速度で徐冷する。これによりガラス基板４の強度は初期強度の約５０％（生板ガラスの約１．５倍）と半減し、太陽電池カバーガラスとしての必要強度を確保しつつ、分割予定線３１，３２に沿って切断可能な強度レベルとなる。
【００３２】
なお、本実施形態では透明電極形成前の予熱に用いる熱処理炉をガラス基板の半強化処理に利用するようにしているが、これとは別に設けられた他の熱処理炉を用いてガラス基板を半強化処理するようにしてもよい。また、受け入れた基板４が強化ガラスでない場合、例えば生板ガラスの１．５倍程度の強度をもつ半強化状態にある場合、および重量増加という難点があるものの必要強度を確保した生板ガラスはこの熱処理は省略できる。なお、ガラス基板４の強度は、図３に示す鋼球２２７ｇ落下試験のみならずモアレ干渉縞を利用した光学的な非破壊検査によってもある程度の精度で測定することが可能である。
【００３３】
熱処理後、洗浄処理装置に基板４を搬送し、基板４を洗浄処理し、次いで例えばレーザーエッチング装置に基板４を搬送し、透明電極１１を所定パターンにエッチングする（工程Ｓ２）。
【００３４】
次いで、プラズマＣＶＤ製膜装置に基板４を搬送し、パターンエッチングされた透明電極１１の上にアモルファスシリコン層１２を製膜する（工程Ｓ３）。ａ−Ｓｉ層１２の合計膜厚は例えば約４００ｎｍである。
【００３５】
次いで、例えばレーザーエッチング装置に基板４を搬送し、ａ−Ｓｉ層１２を所定パターンにエッチングする（工程Ｓ４）。
【００３６】
次いで、イオンプレーティング装置（又はスパッタ装置またはＣＶＤ装置）に基板４を搬送し、パターンエッチングされたａ−Ｓｉ層１２の上に例えばアルミニウムからなる金属電極１３を所定厚さに積層形成する（工程Ｓ５）。金属電極１３の膜厚は例えば約５００ｎｍである。
【００３７】
次いで、例えばレーザーエッチング装置に基板４を搬送し、金属電極１３を所定パターンにエッチングする（工程Ｓ６）。このエッチング工程Ｓ６では後述する分割工程Ｓ７の切断予定線に沿って透明電極１１までを完全除去する絶縁帯域を形成しておくことで切断面での電気的短絡を防止する。
【００３８】
このように基板４上に発電機能層１１，１２，１３が順次積層形成された積層体９をラミネーター装置に搬送し、例えば熱接着性のＥＶＡシート３および耐水性の裏面カバーシート５を積層体９の積層面に重ね合わせ、これを約１５０℃に加熱しながら所定圧力でプレスし、接合して一体化したパネル１０とする。パネル１０から外側にはみ出した接着剤をトリミングユニットで除去し、さらに架橋炉内で加熱して接着剤の架橋反応を促進させ、その後クーリングユニット内で室温まで冷却する。次いで、端子台取付部にパネル１０を搬送し、透明電極１１にプラス端子を取り付け、金属電極１３にマイナス端子を取り付け、配線する。パネル１０をエージングユニットに搬送し、接着剤を乾燥硬化させる。
【００３９】
次いで、パネル１０をカッティングマシンに搬送し、ガラス基板４の側または裏面カバーシート５の側からパネル１０を一括に切断する（工程Ｓ７）。パネル１０をＸＹテーブル上に載せ、ＸＹテーブルとともにパネルを移動させながら切断手段によりパネル１０を切断する。これによりパネル１０は複数の所望サイズの太陽電池１Ａに分割される。本実施例では図１の（ａ）に示す１枚のパネル１０から図１の（ｂ）に示す４枚の同サイズ小型太陽電池１Ａを得るように等分割する。分割された太陽電池１Ａのサイズはおよそ幅５００ｍｍ×長さ５００ｍｍである。
【００４０】
なお、切断手段としてのカッティングマシンは後述するように種々の手段および方法を用いることができる。また、本実施例ではパネルを４つに等分割する例について説明したが、本発明はこれのみに限られず切断予定線を変えることによってパネルを異なるサイズの太陽電池に不等分に分割することも可能であるし、またパネルを２分割、６分割、８分割することも可能である。
【００４１】
太陽電池１Ａをトリミングユニットに搬送し、切断端面を研削研磨し、端子間を配線する。次いで、発電検査装置を用いてガラス基板４の側に模擬太陽光を照射し、両電極１１，１３間に接続した負荷に発電電流を流して太陽電池１Ａの発電能力を検査する（工程Ｓ８）。
【００４２】
工程Ｓ８で合格した太陽電池１Ａは、製品サイズ毎に仕分けられる。サイズ毎に封止装置を用いて太陽電池１Ａ周辺および端子台などのシール必要部分に封止材を注入するとともに、必要に応じて外周端部にゴム枠やアルミフレーム枠を嵌め込み接着し、一時保管場所に保管して封止材をエージングする。これにより太陽電池１Ａは製品として完成し、梱包装置により梱包されて出荷される。
【００４３】
次に、半強化処理の種々の実施例について説明する。
【００４４】
（実施例１）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラス（組成：SiO2:70〜74%,Na2O:12〜16%,その他）で板厚３ｍｍの物理強化ガラスを、透明電極１１の積層後に４５５±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、約１００℃／分の冷却速度で徐冷して搬出した。
【００４５】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで１．６ｍの強度が得られた。
【００４６】
（実施例２）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで板厚４ｍｍの物理強化ガラスを、透明電極１１の積層後に４５５±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、約１００℃／分の冷却速度で徐冷して搬出した。
【００４７】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで１．８ｍの強度が得られた。
【００４８】
（実施例３）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで板厚３ｍｍの物理強化ガラスを、透明電極１１の積層後に５００±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、約１００℃／分の冷却速度で徐冷して搬出した。
【００４９】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで１．０ｍの強度が得られた。
【００５０】
（実施例４）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで板厚４ｍｍの物理強化ガラスを、透明電極１１の積層後に５００±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、約１００℃／分の冷却速度で徐冷して搬出した。
【００５１】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで１．２ｍの強度が得られた。
【００５２】
（実施例５）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで板厚３ｍｍの物理強化ガラスを、透明電極（ＳｎＯ2膜）１１の製膜条件を兼ねて４５０±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、約１００℃／分の冷却速度で徐冷して搬出した。
【００５３】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで１．８ｍの強度が得られた。
【００５４】
（実施例６）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで板厚４ｍｍの物理強化ガラスを、透明電極（ＳｎＯ2膜）１１の製膜条件を兼ねて４５０±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、約１００℃／分の冷却速度で徐冷して搬出した。
【００５５】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで２．０ｍの強度が得られた。
【００５６】
なお、実施例５，６では、透明電極の製膜条件を適正化させ、製膜プロセスと半強化処理プロセスとを一括化させることにより、新たに装置を導入することなく、既存設備で対応することができるので、運転コストおよび設備コストの上昇を抑制できるという利点がある。
【００５７】
（実施例７）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで、板厚３ｍｍの生板ガラスを、透明電極１１の積層後に５１０±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、直後に室温（約２３℃）のエアを基板４に吹き付けて急冷した。
【００５８】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで１．２ｍの強度が得られた。
【００５９】
（実施例８）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで、板厚４ｍｍの生板ガラスを、透明電極１１の積層後に５１０±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、直後に室温（約２３℃）のエアを基板４に吹き付けて急冷した。
【００６０】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで１．４ｍの強度が得られた。
【００６１】
（比較例１）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで板厚３ｍｍの物理強化ガラスを、透明電極１１の積層後に５５０±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、約１００℃／分の冷却速度で徐冷して搬出した。
【００６２】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで０．７ｍの強度しか得られなかった。
【００６３】
（比較例２）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで板厚３ｍｍの生板ガラスを、透明電極（ＳｎＯ2膜）１１の製膜条件を兼ねて５５０±５℃の温度に約２０分間加熱保持しただけで、急冷操作は行なわなかった。
【００６４】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで０．７ｍの強度しか得られなかった。
【００６５】
次に、上記分割工程Ｓ７に用いる切断手段および方法について図６〜図８を参照しながら説明する。
【００６６】
切断手段として図６および図７に示すホイールカッター２０を用いた。ホイールカッター２０のカッター刃２４は硬質ガラスよりも硬い超硬合金でできている。カッター刃２４は軸２３まわりに回転可能にホルダ２２に支持され、さらにホルダ２２は図示しないロボットにより駆動される支持アーム２１に連結支持されている。ロボットは光学センサを備えており、光学センサで切断予定線を検出するか、または予めその位置をプログラムで数値設定しておき、これに基づき支持アーム２１を駆動制御し、ホイールカッター２０のカッター刃２４がガラス基板４に対して所定圧力で押し付けられるとともに切断予定線位置に相対移動されるようになっている。すなわちパネル１０をＸＹテーブル上に載せ、パネル１０の切断予定線上にカッター刃２４を押し付け、パネル１０をＸＹテーブルとともに移動させることによりパネル１０に切り欠きをつける。
【００６７】
カッター刃２４の刃先をガラス基板４の表面に押し付けた状態で移動させ、深さ約０．５ｍｍ未満の切り欠き８ａを形成する。次いで、もしくは同時に裏面カバーシート５の切断予定線に倣って他のカッター刃で裏面カバーシート５を切断する。次いで、切り欠き８ａの部分に押圧力を印可してガラス基板４を押し割る。このとき切り欠き８ａから垂直クラック８ｂのみが進展し、水平クラック８ｃは実質的にまったく進展しないので、きれいな切断面となる。このようなガラスの押し割り方法は、例えばやすりによるアンプル切断や一般ガラス細工に利用されている原理と同じである。その後、切断端面部に欠けやクラックなどが残らないように面取り研磨する。
【００６８】
本実施例のホイールカッター２０を用いた場合に、切断速度は約４〜６ｍ／分であった。また、本実施例の切断方法によれば切断代を０．２ｍｍ以下に抑えることができた。また、ＸＹテーブルを用いることにより切断手段に対してパネルを高精度に相対移動させることができ、切断予定線から僅か±１ｍｍ以内（実力は±０．５ｍｍ以内）に抑えることができた。
【００６９】
また、ここで硬質のカッター刃を適切に選定することで、裏面カバーシートを切り離すと同時にガラス基板裏面側から積層膜と一括してガラス基板まで所定の深さの傷を付け、押し割ることもできる。
【００７０】
なお、本実施例では超硬合金製のホイールカッターを用いてガラス基板に切り欠きを形成する例について説明したが、この他にダイヤモンドカッターを使用しても同様の効果が得られる。
【００７１】
次に、図８を参照しながら他の切断手段および方法について説明する。
【００７２】
他の切断手段としてエネルギービーム、例えばＣＯ2ガスレーザー切断装置を用いた。ＣＯ2ガスレーザー光の波長（１０．６μｍ）はガラスに吸収されやすく、熱エネルギー変換効率が高い。このため照射レーザー光がガラスの切断に必要な熱エネルギー量を供給しうるからである。ＣＯ2ガスレーザー切断装置は、自動焦点位置合せ機構、倣いセンサ、または位置をプログラムで数値設定する機構、走査アームに支持されたレーザー射出部を備えている。発振器から励起されたレーザー光３０が発振され、複数の光学レンズによりパネル１０の裏面カバーシート５の切断予定線にレーザー光３０の焦点が合うように自動焦点位置調節され、倣いセンサにより切断予定線を検出し、検出信号に基づき走査アームの動作を制御するか、予め数値設定したプログラムで動作を制御することによりレーザー射出部から射出されるレーザー光が切断予定線位置に走査照射されるようになっている。なお、レーザービームの径は最小０．０５ｍｍまで絞ることができる。
【００７３】
また、ガス冷却機構のノズルがレーザー射出部に追従するように走査され、切断直後の部位に冷却ガスが吹き付けられるようになっている。ガス冷却機構のノズルはパネル切断部の両面に同時に冷却ガスを吹き付けるようにすることが望ましい。なお、冷却ガスとしては低温度エアや窒素ガスを用いることが好ましい。
【００７４】
レーザー光が照射されると、先ず裏面カバーシート５が焼き切られ、次いで照射点３１からガラス基板４にほぼ垂直または反射光がレーサー射出部に戻らないように少し斜めに光を入射し、ガラスが急熱され、その直後に冷却ガスの吹き付けにより急冷される。この急熱急冷によりガラス基板４は割面３２に沿って割れる。
【００７５】
また板厚の厚いものにおいては、急冷によりガラス基板４を十分に切断できない場合がある。この時はレーザー光によりパネル切断予定線にそって裏面カバーシート５が焼き切られ、ガラス基板４の表層に垂直クラックが入った後に押し割りを併用することで、割面３２にそって分断される。
【００７６】
ここで、ＣＯ2ガスレーザーは裏面カバーシート５側から一括して切断する手法を述べたが、ガラス基板４の切断精度を上げるために、ガラス基板表側と裏面カバーシート５の両方側からＣＯ2ガスレーザーを照射する場合もある。その後、切断端面部に欠けやクラックなどが残らないように面取り研磨する。
【００７７】
本実施例として出力約１０ｋＷのＣＯ2ガスレーザー切断装置を用いた場合に、切断速度は約５〜１０ｍ／分であった。また、本実施例の切断方法によれば切断代を０．３ｍｍ以下に抑えることができた。また、ＸＹテーブルを用いることにより切断手段に対してパネルを高精度に相対移動させることができ、切断予定線から僅か±１ｍｍ以内（実力は±０．５ｍｍ以内）に抑えることができた。
【００７８】
さらに、他の切断手段として水ジェット切断装置を用いた。ガラス基板４又は裏面カバーシート５の切断予定線に沿って砥粒を含む水ジェット流を吹き付ける。この場合に水ジェットに含ませる砥粒には例えばガーネット粒子を用いることが好ましい。これにより切断後の面取り研磨作業を省略できるか又は軽減することができる。
【００７９】
本実施例の水ジェット切断装置を用いて約＃１５０のガーネット砥粒に水圧力約３００Ｐａを印加した場合に、切断速度は約０．５〜３ｍ／分であった。また、本実施例の切断方法によれば切断代を１〜２ｍｍとすることができた。また、ＸＹテーブルを用いることにより切断手段に対してパネルを高精度に相対移動させることができ、切断予定線から僅か±１ｍｍ以内（実力は±０．５ｍｍ以内）に抑えることができた。
【００８０】
なお、上記実施形態では厚さ３ｍｍ×幅１０００ｍｍ×長さ１０００ｍｍサイズのパネルを一括切断する場合について説明したが、本発明はこれのみに限られることなく例えば厚さ３〜６ｍｍ×幅１５００〜２５００ｍｍ×長さ１５００〜３０００ｍｍサイズの大型パネルを一括切断することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】（ａ）は本発明の方法を説明するために切断前のパネルを示す分解斜視図、（ｂ）は本発明の方法を説明するために切断後のパネルを示す分解斜視図。
【図２】本発明の実施形態に係るアモルファスシリコン太陽電池を例とした太陽電池用ガラス基板の半強化処理方法を用いた太陽電池の製造工程を示すフローチャート。
【図３】各種ガラス基板の鋼球落下試験結果を示す特性線図。
【図４】ガラス基板の熱処理ラインを示す概略構成図。
【図５】アモルファスシリコン太陽電池を例とした太陽電池パネルの一部を拡大して示す断面模式図。
【図６】第１実施形態の方法を用いて切断中のガラス基板を切断線に直交する方向から見て示す部分断面模式図。
【図７】第１実施形態の方法を用いて切断中のガラス基板を切断線に平行な方向から見て示す部分断面模式図。
【図８】第２実施形態の方法を用いて切断中のガラス基板を示す斜視図。
【図９】（ａ）は従来の方法を説明するために切断前のパネルを示す分解斜視図、（ｂ）は従来の方法を説明するために切断後のパネルを示す分解斜視図。
【符号の説明】
【００８２】
１…パネル、
１Ａ…太陽電池、
２…太陽電池モジュール、
３…接着シート（ＥＶＡシート）、
４…ガラス基板（カバーガラス）、
５…裏面カバーシート、
８ａ，８ｂ，８ｃ…クラック、
９…積層体、
１０…パネル、
１１…透明電極、
１２…ａ−Ｓｉ膜、
１３…金属電極、
２０…ガラスカッター、
２１…支持アーム、
２２…ホルダ、
２３…軸、
２４…ホイールカッター、
３０…レーザー光、
３１…照射点、
３２…割面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池用ガラス基板及びその半強化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉという）や微結晶シリコン、薄膜多結晶シリコンなど基板上に発電膜を形成する太陽電池は、厚いカバーガラス４と裏面カバーシート５との間に太陽電池モジュール２を挟み込む構造としている。太陽電池モジュール２は厚さ１ｍｍ程度の薄いガラス基板上に透明電極層、ａ−Ｓｉなどの発電層、金属電極層を順次積層してなるものである。
【０００３】
ラミネート処理においては、図９に示すように、複数枚例えば４枚の太陽電池モジュール２の光入射面側にはカバーガラス４を重ね合わせ太陽電池モジュールを適宜直列・並列に電気的に集電接続を行い、裏面側には裏面カバーシート５を重ね合わせ、例えば熱接着性のＥＶＡシート３をカバーガラス４と電池モジュール２との相互間および裏面カバーシート５と電池モジュール２との相互間にそれぞれ挿入し、これを加熱加圧する。予め所定寸法として用意したカバーガラスのサイズの太陽電池となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の太陽電池モジュール２は最終製品に近いサイズを想定して予め設定されているために、カバーガラス４のサイズは電池モジュール２のサイズのほぼ整数倍に固定化されている。このため規格から外れたサイズは特注品扱いとなり、コストおよび納期の面で問題があるので量産工場では実際には規格外のサイズを製造することはできない。
【０００５】
そこで、任意サイズのカバーガラスに太陽電池機能層を直接積層し、ラミネート処理により裏面カバーシートを貼り合わせてパネル化し、パネルを切断して所望サイズに分割化することにより顧客の多様な要求に応えるようにすることが考えられる。
【０００６】
しかし、カバーガラスを切断しようとすると周囲に亀裂が進展して細かな小断片にばらばらに分かれてしまい、切断予定線に沿ってシャープに切断することができない。これはカバーガラスの軽量化のために薄めの板厚でも十分な強度が得られるように強化ガラスを用いていることに起因しており、強化ガラスの表面に切り欠きを生じると、表層に存在する高い残留応力が切り欠きによって解消され、見掛け上の引張り強度が低下し、周囲に多数の亀裂が進展してしまうからである。このため強化ガラスを受け入れ状態のままで太陽電池機能用ガラス基板と保護用カバーガラスとに兼用して製造した後に所望サイズに分断化することが事実上できないという問題がある。
【０００７】
また、量産工場では製品サイズ毎に対応する製造ラインをもつ必要があり、異なるサイズの製品を同一の製造ラインに流すにはハンドリング装置、位置決め装置をはじめ様々な制約を受けるので、事実上は規格外の異サイズ製品を同一ラインでは製造することができない。このため顧客の種々の要求・要望に応えることができないという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、各種サイズに対応できる太陽電池パネルの分割化を容易にするために、ガラス基板を強化ガラスと生板ガラスとの間の最も適した強度レベルとし、基板の分断を可能とすることができる太陽電池用ガラス基板及びその半強化処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ガラスは圧縮に対しては強いが、引張りに対しては弱い材料である。また、ガラスの表層にはグリフィスフローと呼ばれる表面欠陥が存在するため、ガラスが破壊されるときには表層が破壊の起点となりやすい。そこで、強化ガラスでは表層に圧縮応力を人為的に付与することにより見掛け上の引張り強度を向上させている。
【００１０】
強化ガラスには物理（熱）強化ガラス、化学強化ガラス、積層強化ガラスの三種類がある。例えば物理強化ガラスは、軟化点近傍温度まで昇温の後に急冷する熱処理によって表層部分に高い圧縮の残留応力を付与し、生板ガラスの２〜３倍以上の強度を有するように強化されている。このような強化ガラスの表面に切り欠きを生じると、表層の残留応力が切り欠きにより解消され、見掛け上の引張り強度が低下し、周囲に多数の亀裂が進展する結果、そのままの状態では容易に切断することができない。そこで、本発明者らは強化ガラスを切断するための方策について鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
本発明に係る太陽電池用ガラス基板は、発電機能層を保護するためのカバーとしての役割をもち、かつ該発電機能層が直接的に積層され、該発電機能層の積層後に切断されて所望の製品サイズに分割される太陽電池用ガラス基板であって、生板ガラスを出発材料とし、前記発電機能層を積層する前に、該生板ガラスを５００〜５５０℃の温度域に所定時間加熱保持し、その後急冷することにより、その強度が、型抜きままの状態のソーダ石灰ガラスの強度の１．２０倍以上から１．７０倍以下までの範囲とされていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る太陽電池用ガラス基板の半強化処理方法は、発電機能層を保護するためのカバーとしての役割をもち、かつ該発電機能層が直接的に積層され、該発電機能層の積層後に切断されて所望の製品サイズに分割される太陽電池用ガラス基板の半強化処理方法であって、生板ガラスを出発材料とし、前記発電機能層を積層する前に、該生板ガラスを５００〜５５０℃の温度域に所定時間加熱保持し、その後急冷することにより、その強度を型抜きままの状態のソーダ石灰ガラスの強度の１．２０倍以上から１．７０倍以下までの範囲とすることを特徴とする。
【００１３】
ここで「生板ガラス」とは、型抜き後に特別な処理をしない状態の無色透明のソーダ石灰ガラス（普通板ガラス）のことをいう。生板ガラスの強度は一般に５０００〜１００００Ｐａ（５〜１０ｋｇ／ｍｍ2）程度である。
【００１４】
ここで「強化ガラス」とは、物理（熱）強化ガラスのことをいう。物理強化ガラスの強度は生板ガラス強度の２〜３倍程度である。
【００１５】
「歪点」とは、粘度が４×１０14poise（ｌｏｇη＝１４．５）のときの温度をいう。この歪点温度では粘性流動は事実上おこりえないので、温度が歪点以下になるとガラスから歪を除去することができなくなる。
【００１６】
「軟化点」とは、粘度が４．５×１０7poise（ｌｏｇη＝７．６５）のときの温度をいう。軟化点温度に加熱すると直径０．５５〜０．７５ｍｍ×長さ２３０ｍｍのガラス糸が１ｍｍ／分の速度で伸びるようになる。
【００１７】
ガラス組成ごとに粘度と温度との相関特性曲線がそれぞれ求められている。ソーダ石灰ガラスの相関特性曲線を用いて歪点と軟化点をそれぞれ調べてみると、歪点は約４８０〜５１０℃、軟化点は約７２０〜７３５℃となる。
【００１８】
本発明では、受入れたままの状態の生板ガラスを使用する際は強度不足のため厚肉とする必要があり、重量物となって太陽電池用ガラス基板としては不適合であるため、これを５００〜５５０℃の温度域に所定時間加熱保持し、その後急冷し、その強度を型抜きままの状態のソーダ石灰ガラスの強度の１．２０倍以上から１．７０倍以下までに引き上げた半強化ガラスとし、薄肉化して太陽電池用ガラスとして用いることができるようにしている。ここで、半強化処理ガラスの強度の下限値を型抜きままの状態のソーダ石灰ガラス（生板ガラス）の１．２０倍とした理由は、これを下回る強度では太陽電池据付け工事のときに作業者が踏みつけて割れたり、雹や落石などの自然災害に耐えられず、保護カバーとしての機能が失われ、これを防ぐためにはガラスの板厚を厚くする必要があり、重量の増加とコストアップになるからである。一方、半強化処理ガラス強度の上限値を生板ガラスの１．７０倍とした理由は、これを上回る強度では表層の残留圧縮力が過大になるため切断予定線に沿ってきれいに切断することが困難になるからである。
【００１９】
図３は横軸に基板厚み（ｍｍ）をとり、縦軸に鋼球２２７ｇ落下高さ（ｍ）をとって、各種ガラス基板の強度をそれぞれ測定したものである。ＪＩＳ規格Ｃ８９３８に規定された鋼球２２７ｇ落下高さ試験に従って３〜８ｍｍ範囲の各種厚さの強化ガラス、半強化処理ガラス、生板ガラスの３種について強度をそれぞれ調べた結果、次のことが判明した。
【００２０】
イ）本発明の半強化処理ガラスはＪＩＳ規格に定める耐雹規格（鋼球２２７ｇを１ｍの高さから落下した衝撃力に耐える）を実用的な全ての板厚（３〜８ｍｍ）でクリアした。すなわち半強化処理ガラスは、板厚３ｍｍのときに鋼球２２７ｇ落下高さで１．２〜２．２ｍ、板厚６ｍｍのときに鋼球２２７ｇ落下高さで１．５〜２．６ｍ、板厚８ｍｍのときに鋼球２２７ｇ落下高さで２．１〜３．８ｍの強度を示した。
【００２１】
ロ）強化ガラス、半強化処理ガラス、生板ガラスともに板厚が厚くなるに従って強度が緩やかに増大した。すなわち板厚が３ｍｍから８ｍｍに厚くなると鋼球２２７ｇ落下高さで約１〜１．５ｍ上昇した。
【００２２】
図３中の曲線Ｅ１は半強化処理にて基板切断可能な基板強度の下限条件を示し、曲線Ｅ２は半強化処理にて基板切断可能な基板強度の上限条件を示す。また、一点鎖線ＣはＪＩＳ規格に定める耐雹規格としての、鋼球２２７ｇ落下高さ１ｍの強度を示す。
【００２３】
ガラスの破壊は、準静的な熱的過程と割れ目が急激に伸びる断熱過程との２つの相を呈し、その境界は限界破壊エネルギーＧｃによって決まる。本発明の半強化処理ガラスを切断するときは限界破壊エネルギーＧｃを超えるエネルギーを切断手段によりガラス基板に印可し、割れ目が急激に伸びる断熱過程の割れを生じさせる。これにより欠けやクラックが少ないシャープな切断面が得られる。
【発明の効果】
【００２４】
以上詳述したように本発明によれば、大型ガラス基板から複数の小型太陽電池を分割する際に、切断に適した半強化処理ガラス基板およびその方法を提供することができる。
【００２５】
また、透明電極の製膜条件を適正化することにより、製膜プロセスと半強化処理プロセスとを一括化できるので、専用の熱処理炉を新設することなく、既設の透明電極用熱処理装置を利用してガラス基板を半強化処理することができる。このため、運転コストおよび設備コストの上昇を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付の図面を参照しながら本発明の種々の好ましい実施の形態について説明する。
【００２７】
先ず図１乃至図４を参照してアモルファスシリコン太陽電池を例とした太陽電池製造方法を説明する。
【００２８】
太陽電池製造ラインのうちの少なくとも透明電極形成工程Ｓ１から分割工程Ｓ７までの区間は、ガラス基板４が搬送路上を次々に流れるようにコンピュータ制御された全自動一貫製造ラインとして構成されている。発電検査工程Ｓ８から後の区間は、作業者が製品サイズ毎に仕分け、検査装置を用いてそれぞれ個別に検査し、封止装置を用いて封止材を太陽電池パネル周辺および端子台などのシール必要部分を注入処理し、一時保管場所に保管して封止材をエージングし、梱包装置を用いて梱包処理する半自動ラインである。
【００２９】
基板受入部にガラス基板４を受け入れ、基板４をロット毎に分別して一時収納庫に保管する。ガラス基板４のサイズは例えば板厚３ｍｍ×幅１０００ｍｍ×長さ１０００ｍｍである。一時収納庫からガラス基板４を１枚ずつ取り出し、搬送路上に載せ、バーコード印字装置に搬送し、基板４に識別用のバーコードを印字する。さらに基板４を洗浄処理装置に搬送し、基板４を洗浄し、表面から付着異物を除去する。
【００３０】
基板４を図４に示す熱処理炉４４に搬入し、約４５０〜５００℃に予熱する。予熱した基板４を熱ＣＶＤ装置（またはイオンプレーティング装置又はスパッタ装置）に搬入し、ガラス基板４の片面（洗浄面）に所定膜厚の透明電極１１を積層形成する（工程Ｓ１）。最初の透明電極１１の膜厚は約７５０ｎｍである。
【００３１】
受け入れた基板４が物理強化ガラスの場合は、上記予熱に用いた熱処理炉４４により基板４を半強化処理する。基板４をベルトコンベア４２に載せ、熱処理炉４４内を搬送しながらヒータ４５で加熱するが、基板４を急冷する必要はない。半強化処理条件は４００〜５５０℃の温度域に２０〜３０分間加熱保持し、その直後に１００℃／分程度の冷却速度で徐冷する。これによりガラス基板４の強度は初期強度の約５０％（生板ガラスの約１．５倍）と半減し、太陽電池カバーガラスとしての必要強度を確保しつつ、分割予定線３１，３２に沿って切断可能な強度レベルとなる。
【００３２】
なお、本実施形態では透明電極形成前の予熱に用いる熱処理炉をガラス基板の半強化処理に利用するようにしているが、これとは別に設けられた他の熱処理炉を用いてガラス基板を半強化処理するようにしてもよい。また、受け入れた基板４が強化ガラスでない場合、例えば生板ガラスの１．５倍程度の強度をもつ半強化状態にある場合、および重量増加という難点があるものの必要強度を確保した生板ガラスはこの熱処理は省略できる。なお、ガラス基板４の強度は、図３に示す鋼球２２７ｇ落下試験のみならずモアレ干渉縞を利用した光学的な非破壊検査によってもある程度の精度で測定することが可能である。
【００３３】
熱処理後、洗浄処理装置に基板４を搬送し、基板４を洗浄処理し、次いで例えばレーザーエッチング装置に基板４を搬送し、透明電極１１を所定パターンにエッチングする（工程Ｓ２）。
【００３４】
次いで、プラズマＣＶＤ製膜装置に基板４を搬送し、パターンエッチングされた透明電極１１の上にアモルファスシリコン層１２を製膜する（工程Ｓ３）。ａ−Ｓｉ層１２の合計膜厚は例えば約４００ｎｍである。
【００３５】
次いで、例えばレーザーエッチング装置に基板４を搬送し、ａ−Ｓｉ層１２を所定パターンにエッチングする（工程Ｓ４）。
【００３６】
次いで、イオンプレーティング装置（又はスパッタ装置またはＣＶＤ装置）に基板４を搬送し、パターンエッチングされたａ−Ｓｉ層１２の上に例えばアルミニウムからなる金属電極１３を所定厚さに積層形成する（工程Ｓ５）。金属電極１３の膜厚は例えば約５００ｎｍである。
【００３７】
次いで、例えばレーザーエッチング装置に基板４を搬送し、金属電極１３を所定パターンにエッチングする（工程Ｓ６）。このエッチング工程Ｓ６では後述する分割工程Ｓ７の切断予定線に沿って透明電極１１までを完全除去する絶縁帯域を形成しておくことで切断面での電気的短絡を防止する。
【００３８】
このように基板４上に発電機能層１１，１２，１３が順次積層形成された積層体９をラミネーター装置に搬送し、例えば熱接着性のＥＶＡシート３および耐水性の裏面カバーシート５を積層体９の積層面に重ね合わせ、これを約１５０℃に加熱しながら所定圧力でプレスし、接合して一体化したパネル１０とする。パネル１０から外側にはみ出した接着剤をトリミングユニットで除去し、さらに架橋炉内で加熱して接着剤の架橋反応を促進させ、その後クーリングユニット内で室温まで冷却する。次いで、端子台取付部にパネル１０を搬送し、透明電極１１にプラス端子を取り付け、金属電極１３にマイナス端子を取り付け、配線する。パネル１０をエージングユニットに搬送し、接着剤を乾燥硬化させる。
【００３９】
次いで、パネル１０をカッティングマシンに搬送し、ガラス基板４の側または裏面カバーシート５の側からパネル１０を一括に切断する（工程Ｓ７）。パネル１０をＸＹテーブル上に載せ、ＸＹテーブルとともにパネルを移動させながら切断手段によりパネル１０を切断する。これによりパネル１０は複数の所望サイズの太陽電池１Ａに分割される。本実施例では図１の（ａ）に示す１枚のパネル１０から図１の（ｂ）に示す４枚の同サイズ小型太陽電池１Ａを得るように等分割する。分割された太陽電池１Ａのサイズはおよそ幅５００ｍｍ×長さ５００ｍｍである。
【００４０】
なお、切断手段としてのカッティングマシンは後述するように種々の手段および方法を用いることができる。また、本実施例ではパネルを４つに等分割する例について説明したが、本発明はこれのみに限られず切断予定線を変えることによってパネルを異なるサイズの太陽電池に不等分に分割することも可能であるし、またパネルを２分割、６分割、８分割することも可能である。
【００４１】
太陽電池１Ａをトリミングユニットに搬送し、切断端面を研削研磨し、端子間を配線する。次いで、発電検査装置を用いてガラス基板４の側に模擬太陽光を照射し、両電極１１，１３間に接続した負荷に発電電流を流して太陽電池１Ａの発電能力を検査する（工程Ｓ８）。
【００４２】
工程Ｓ８で合格した太陽電池１Ａは、製品サイズ毎に仕分けられる。サイズ毎に封止装置を用いて太陽電池１Ａ周辺および端子台などのシール必要部分に封止材を注入するとともに、必要に応じて外周端部にゴム枠やアルミフレーム枠を嵌め込み接着し、一時保管場所に保管して封止材をエージングする。これにより太陽電池１Ａは製品として完成し、梱包装置により梱包されて出荷される。
【００４３】
次に、半強化処理の種々の実施例について説明する。
【００４４】
（実施例１）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラス（組成：SiO2:70〜74%,Na2O:12〜16%,その他）で板厚３ｍｍの物理強化ガラスを、透明電極１１の積層後に４５５±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、約１００℃／分の冷却速度で徐冷して搬出した。
【００４５】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで１．６ｍの強度が得られた。
【００４６】
（実施例２）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで板厚４ｍｍの物理強化ガラスを、透明電極１１の積層後に４５５±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、約１００℃／分の冷却速度で徐冷して搬出した。
【００４７】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで１．８ｍの強度が得られた。
【００４８】
（実施例３）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで板厚３ｍｍの物理強化ガラスを、透明電極１１の積層後に５００±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、約１００℃／分の冷却速度で徐冷して搬出した。
【００４９】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで１．０ｍの強度が得られた。
【００５０】
（実施例４）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで板厚４ｍｍの物理強化ガラスを、透明電極１１の積層後に５００±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、約１００℃／分の冷却速度で徐冷して搬出した。
【００５１】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで１．２ｍの強度が得られた。
【００５２】
（実施例５）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで板厚３ｍｍの物理強化ガラスを、透明電極（ＳｎＯ2膜）１１の製膜条件を兼ねて４５０±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、約１００℃／分の冷却速度で徐冷して搬出した。
【００５３】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで１．８ｍの強度が得られた。
【００５４】
（実施例６）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで板厚４ｍｍの物理強化ガラスを、透明電極（ＳｎＯ2膜）１１の製膜条件を兼ねて４５０±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、約１００℃／分の冷却速度で徐冷して搬出した。
【００５５】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで２．０ｍの強度が得られた。
【００５６】
なお、実施例５，６では、透明電極の製膜条件を適正化させ、製膜プロセスと半強化処理プロセスとを一括化させることにより、新たに装置を導入することなく、既存設備で対応することができるので、運転コストおよび設備コストの上昇を抑制できるという利点がある。
【００５７】
（実施例７）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで、板厚３ｍｍの生板ガラスを、透明電極１１の積層後に５１０±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、直後に室温（約２３℃）のエアを基板４に吹き付けて急冷した。
【００５８】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで１．２ｍの強度が得られた。
【００５９】
（実施例８）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで、板厚４ｍｍの生板ガラスを、透明電極１１の積層後に５１０±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、直後に室温（約２３℃）のエアを基板４に吹き付けて急冷した。
【００６０】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで１．４ｍの強度が得られた。
【００６１】
（比較例１）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで板厚３ｍｍの物理強化ガラスを、透明電極１１の積層後に５５０±５℃の温度に約２０分間加熱保持し、約１００℃／分の冷却速度で徐冷して搬出した。
【００６２】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで０．７ｍの強度しか得られなかった。
【００６３】
（比較例２）
青板（または白板）ガラスと呼ばれるソーダ石灰ガラスで板厚３ｍｍの生板ガラスを、透明電極（ＳｎＯ2膜）１１の製膜条件を兼ねて５５０±５℃の温度に約２０分間加熱保持しただけで、急冷操作は行なわなかった。
【００６４】
その結果、鋼球２２７ｇ落下高さで０．７ｍの強度しか得られなかった。
【００６５】
次に、上記分割工程Ｓ７に用いる切断手段および方法について図６〜図８を参照しながら説明する。
【００６６】
切断手段として図６および図７に示すホイールカッター２０を用いた。ホイールカッター２０のカッター刃２４は硬質ガラスよりも硬い超硬合金でできている。カッター刃２４は軸２３まわりに回転可能にホルダ２２に支持され、さらにホルダ２２は図示しないロボットにより駆動される支持アーム２１に連結支持されている。ロボットは光学センサを備えており、光学センサで切断予定線を検出するか、または予めその位置をプログラムで数値設定しておき、これに基づき支持アーム２１を駆動制御し、ホイールカッター２０のカッター刃２４がガラス基板４に対して所定圧力で押し付けられるとともに切断予定線位置に相対移動されるようになっている。すなわちパネル１０をＸＹテーブル上に載せ、パネル１０の切断予定線上にカッター刃２４を押し付け、パネル１０をＸＹテーブルとともに移動させることによりパネル１０に切り欠きをつける。
【００６７】
カッター刃２４の刃先をガラス基板４の表面に押し付けた状態で移動させ、深さ約０．５ｍｍ未満の切り欠き８ａを形成する。次いで、もしくは同時に裏面カバーシート５の切断予定線に倣って他のカッター刃で裏面カバーシート５を切断する。次いで、切り欠き８ａの部分に押圧力を印可してガラス基板４を押し割る。このとき切り欠き８ａから垂直クラック８ｂのみが進展し、水平クラック８ｃは実質的にまったく進展しないので、きれいな切断面となる。このようなガラスの押し割り方法は、例えばやすりによるアンプル切断や一般ガラス細工に利用されている原理と同じである。その後、切断端面部に欠けやクラックなどが残らないように面取り研磨する。
【００６８】
本実施例のホイールカッター２０を用いた場合に、切断速度は約４〜６ｍ／分であった。また、本実施例の切断方法によれば切断代を０．２ｍｍ以下に抑えることができた。また、ＸＹテーブルを用いることにより切断手段に対してパネルを高精度に相対移動させることができ、切断予定線から僅か±１ｍｍ以内（実力は±０．５ｍｍ以内）に抑えることができた。
【００６９】
また、ここで硬質のカッター刃を適切に選定することで、裏面カバーシートを切り離すと同時にガラス基板裏面側から積層膜と一括してガラス基板まで所定の深さの傷を付け、押し割ることもできる。
【００７０】
なお、本実施例では超硬合金製のホイールカッターを用いてガラス基板に切り欠きを形成する例について説明したが、この他にダイヤモンドカッターを使用しても同様の効果が得られる。
【００７１】
次に、図８を参照しながら他の切断手段および方法について説明する。
【００７２】
他の切断手段としてエネルギービーム、例えばＣＯ2ガスレーザー切断装置を用いた。ＣＯ2ガスレーザー光の波長（１０．６μｍ）はガラスに吸収されやすく、熱エネルギー変換効率が高い。このため照射レーザー光がガラスの切断に必要な熱エネルギー量を供給しうるからである。ＣＯ2ガスレーザー切断装置は、自動焦点位置合せ機構、倣いセンサ、または位置をプログラムで数値設定する機構、走査アームに支持されたレーザー射出部を備えている。発振器から励起されたレーザー光３０が発振され、複数の光学レンズによりパネル１０の裏面カバーシート５の切断予定線にレーザー光３０の焦点が合うように自動焦点位置調節され、倣いセンサにより切断予定線を検出し、検出信号に基づき走査アームの動作を制御するか、予め数値設定したプログラムで動作を制御することによりレーザー射出部から射出されるレーザー光が切断予定線位置に走査照射されるようになっている。なお、レーザービームの径は最小０．０５ｍｍまで絞ることができる。
【００７３】
また、ガス冷却機構のノズルがレーザー射出部に追従するように走査され、切断直後の部位に冷却ガスが吹き付けられるようになっている。ガス冷却機構のノズルはパネル切断部の両面に同時に冷却ガスを吹き付けるようにすることが望ましい。なお、冷却ガスとしては低温度エアや窒素ガスを用いることが好ましい。
【００７４】
レーザー光が照射されると、先ず裏面カバーシート５が焼き切られ、次いで照射点３１からガラス基板４にほぼ垂直または反射光がレーサー射出部に戻らないように少し斜めに光を入射し、ガラスが急熱され、その直後に冷却ガスの吹き付けにより急冷される。この急熱急冷によりガラス基板４は割面３２に沿って割れる。
【００７５】
また板厚の厚いものにおいては、急冷によりガラス基板４を十分に切断できない場合がある。この時はレーザー光によりパネル切断予定線にそって裏面カバーシート５が焼き切られ、ガラス基板４の表層に垂直クラックが入った後に押し割りを併用することで、割面３２にそって分断される。
【００７６】
ここで、ＣＯ2ガスレーザーは裏面カバーシート５側から一括して切断する手法を述べたが、ガラス基板４の切断精度を上げるために、ガラス基板表側と裏面カバーシート５の両方側からＣＯ2ガスレーザーを照射する場合もある。その後、切断端面部に欠けやクラックなどが残らないように面取り研磨する。
【００７７】
本実施例として出力約１０ｋＷのＣＯ2ガスレーザー切断装置を用いた場合に、切断速度は約５〜１０ｍ／分であった。また、本実施例の切断方法によれば切断代を０．３ｍｍ以下に抑えることができた。また、ＸＹテーブルを用いることにより切断手段に対してパネルを高精度に相対移動させることができ、切断予定線から僅か±１ｍｍ以内（実力は±０．５ｍｍ以内）に抑えることができた。
【００７８】
さらに、他の切断手段として水ジェット切断装置を用いた。ガラス基板４又は裏面カバーシート５の切断予定線に沿って砥粒を含む水ジェット流を吹き付ける。この場合に水ジェットに含ませる砥粒には例えばガーネット粒子を用いることが好ましい。これにより切断後の面取り研磨作業を省略できるか又は軽減することができる。
【００７９】
本実施例の水ジェット切断装置を用いて約＃１５０のガーネット砥粒に水圧力約３００Ｐａを印加した場合に、切断速度は約０．５〜３ｍ／分であった。また、本実施例の切断方法によれば切断代を１〜２ｍｍとすることができた。また、ＸＹテーブルを用いることにより切断手段に対してパネルを高精度に相対移動させることができ、切断予定線から僅か±１ｍｍ以内（実力は±０．５ｍｍ以内）に抑えることができた。
【００８０】
なお、上記実施形態では厚さ３ｍｍ×幅１０００ｍｍ×長さ１０００ｍｍサイズのパネルを一括切断する場合について説明したが、本発明はこれのみに限られることなく例えば厚さ３〜６ｍｍ×幅１５００〜２５００ｍｍ×長さ１５００〜３０００ｍｍサイズの大型パネルを一括切断することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】（ａ）は本発明の方法を説明するために切断前のパネルを示す分解斜視図、（ｂ）は本発明の方法を説明するために切断後のパネルを示す分解斜視図。
【図２】本発明の実施形態に係るアモルファスシリコン太陽電池を例とした太陽電池用ガラス基板の半強化処理方法を用いた太陽電池の製造工程を示すフローチャート。
【図３】各種ガラス基板の鋼球落下試験結果を示す特性線図。
【図４】ガラス基板の熱処理ラインを示す概略構成図。
【図５】アモルファスシリコン太陽電池を例とした太陽電池パネルの一部を拡大して示す断面模式図。
【図６】第１実施形態の方法を用いて切断中のガラス基板を切断線に直交する方向から見て示す部分断面模式図。
【図７】第１実施形態の方法を用いて切断中のガラス基板を切断線に平行な方向から見て示す部分断面模式図。
【図８】第２実施形態の方法を用いて切断中のガラス基板を示す斜視図。
【図９】（ａ）は従来の方法を説明するために切断前のパネルを示す分解斜視図、（ｂ）は従来の方法を説明するために切断後のパネルを示す分解斜視図。
【符号の説明】
【００８２】
１…パネル、
１Ａ…太陽電池、
２…太陽電池モジュール、
３…接着シート（ＥＶＡシート）、
４…ガラス基板（カバーガラス）、
５…裏面カバーシート、
８ａ，８ｂ，８ｃ…クラック、
９…積層体、
１０…パネル、
１１…透明電極、
１２…ａ−Ｓｉ膜、
１３…金属電極、
２０…ガラスカッター、
２１…支持アーム、
２２…ホルダ、
２３…軸、
２４…ホイールカッター、
３０…レーザー光、
３１…照射点、
３２…割面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機能層を保護するためのカバーとしての役割をもち、かつ該発電機能層が直接的に積層され、該発電機能層の積層後に切断されて所望の製品サイズに分割される太陽電池用ガラス基板であって、生板ガラスを出発材料とし、前記発電機能層を積層する前に、該生板ガラスを５００〜５５０℃の温度域に所定時間加熱保持し、その後急冷することにより、その強度が、型抜きままの状態のソーダ石灰ガラスの強度の１．２０倍以上から１．７０倍以下までの範囲とされていることを特徴とする太陽電池用ガラス基板。
【請求項２】
発電機能層を保護するためのカバーとしての役割をもち、かつ該発電機能層が直接的に積層され、該発電機能層の積層後に切断されて所望の製品サイズに分割される太陽電池用ガラス基板の半強化処理方法であって、生板ガラスを出発材料とし、前記発電機能層を積層する前に、該生板ガラスを５００〜５５０℃の温度域に所定時間加熱保持し、その後急冷することにより、その強度を型抜きままの状態のソーダ石灰ガラスの強度の１．２０倍以上から１．７０倍以下までの範囲とすることを特徴とする太陽電池用ガラス基板の半強化処理方法。
【請求項１】
発電機能層を保護するためのカバーとしての役割をもち、かつ該発電機能層が直接的に積層され、該発電機能層の積層後に切断されて所望の製品サイズに分割される太陽電池用ガラス基板であって、生板ガラスを出発材料とし、前記発電機能層を積層する前に、該生板ガラスを５００〜５５０℃の温度域に所定時間加熱保持し、その後急冷することにより、その強度が、型抜きままの状態のソーダ石灰ガラスの強度の１．２０倍以上から１．７０倍以下までの範囲とされていることを特徴とする太陽電池用ガラス基板。
【請求項２】
発電機能層を保護するためのカバーとしての役割をもち、かつ該発電機能層が直接的に積層され、該発電機能層の積層後に切断されて所望の製品サイズに分割される太陽電池用ガラス基板の半強化処理方法であって、生板ガラスを出発材料とし、前記発電機能層を積層する前に、該生板ガラスを５００〜５５０℃の温度域に所定時間加熱保持し、その後急冷することにより、その強度を型抜きままの状態のソーダ石灰ガラスの強度の１．２０倍以上から１．７０倍以下までの範囲とすることを特徴とする太陽電池用ガラス基板の半強化処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−６２９５８（Ｐ２００６−６２９５８Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５６５６０（Ｐ２００５−２５６５６０）
【出願日】平成１７年９月５日（２００５．９．５）
【分割の表示】特願２０００−８２２３７（Ｐ２０００−８２２３７）の分割
【原出願日】平成１２年３月２３日（２０００．３．２３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月５日（２００５．９．５）
【分割の表示】特願２０００−８２２３７（Ｐ２０００−８２２３７）の分割
【原出願日】平成１２年３月２３日（２０００．３．２３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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