真空层压设备和方法

本发明涉及真空层压设备和方法，特别是涉及例如可应用于太阳能电池组件制造系统的真空层压设备和方法。

真空层压设备传统上是用作最后一步的制造装置，以便覆盖在使用中暴露于外部大气的元件，如半导体器件，特别是太阳能电池。这是为了提高上述元件抵抗温度/湿度和外部压力的耐久性。

图17和18表示太阳能电池组件的材料的材料构成，图中所示分别正处于材料在层压时的状态和太阳能电池组件完成时的状态。在这两张图中，标号1701是表面覆盖材料，标号1702是填料，标号1703是太阳能电池元件，标号1704是底部覆盖材料。

作为太阳能电池组件的一种制造过程，首先在真空设备中铺下构成太阳能电池组件的材料，抽取真空以便从材料之间排除空气，即进行所谓除气操作。然后在这种真空状态加热材料。由于加热，材料温度将上升至使填料桥接(bridged)或硬化的温度，该温度保持预定时间直至填料完全硬化。然后，使材料冷却，并停止抽取真空使材料再次置于大气压力下。经过上述过程即完成了图18所示结构的太阳能电池。

图20至22用于说明适用于普通的太阳能电池组件制造系统的真空层压装置。图20是整体视图，图21是图20的横剖结构图，图22是制造太阳能电池组件时的横剖结构图。在上述附图中，标号701是主体的盖部，702是主体，703是主体盖部的真空泵，704是主体的真空泵，705是硅橡胶，706是基底，707是加热器，708是太阳能电池组件的构成材料。

在上述太阳能电池组件真空层压设备中制造太阳能电池组件的方法是：首先，如图20所示，将太阳能电池组件构成材料708放在在打开的主体701内的基底706上。然后，启动主体盖部的真空泵703，以便在主体盖部内抽取真空，当主体盖部701由盖闭合后，启动主体的真空泵704，以便抽空主体内的空气。当主体盖部701和主体702在各自的真空度(真空表未画出)下稳定下来时，主体盖部的真空泵703停机，将主体盖部内返回至大气压力，并启动加热器707将温度提高至预定值，将温度在该预定值下保持预定时间，然后停止加热以便冷却。如果完全实现冷却，主体的真空泵704停机，使主体内返回至大气压力，因而完成了如图18所示的太阳能电池组件。这里，加热器707的预定温度条件包含太阳能电池组件构成材料中的填料可被硬化或桥接的温度。另外，保持上述高温的设定时间可使填料完全硬化或桥接。

但是，上述普通的太阳能电池组件真空层压设备重量太大且工作效率差，这是由于主体702和主体盖部701是由金属制成的。另外，由于主体内基底706的热容量大，即使加热器707工作，太阳能电池组件构成材料708的温度升、降得十分缓慢。而且在太阳能电池中，非晶态硅太阳能电池适于较大面积的结构，但是，具有上述结构的普通的太阳能电池组件真空层压设备的问题在于，难于方便地构筑较大设备以生产较大面积的太阳能电池组件。

本发明的目的在于提供一种真空层压设备和方法，其结构简单，能够以较短的加工时间制造较大的面积。

附图的简要说明：图1是本发明的真空层压设备的立体图。

图2是沿图1中2-2线的剖视图。

图3的视图是在图2中增设了一个网。

图4的视图用于说明网的效果。

图5，6和7是表示网的实例的视图。

图8是限定孔的位置的视图。

图9是表示真空度测量装置的视图。

图10是表示除气孔位置和真空度之间关系的图表。

图11是表示盖件的陡弯曲的视图。

图12和15是在图3中增设缓冲材料的视图。

图13和14是表示缓冲材料的实例的视图。

图16是用于说明本发明的设备的使用的视图。

图17和18表示普通的太阳能电池组件。

图19表示多个本发明的设备的组合。

图20是表示普通的层压设备。

图21是图20所示设备的横剖图。

图22是表示普通层压方法的视图。

在本发明的层压设备中，层压空间是由基底件、具有除气孔的管和挠性盖件形成的。如果这种设备用于层压，将使层压操作变得简单，因为这种设备结构简单，重量轻，而且加工时间可以缩短，因为在热处理中，设备热容量小，温度升、降迅速。

另外，在盖件和基底件之间的整个表面上设置网，从而在盖件和基底件之间可保证通气空间，这样就可以充分地抽取真空。

另外，由于连接管中心和除气孔的直线与垂直平面之间的夹角的范围是从0度至90度，因而除气孔不易被盖件封闭，从而可以充分地抽取真空。

本发明的特征还在于，沿着管的内部设置缓冲材料，因而盖件不易受到抽取真空形成的陡挠曲的影响。

下面对照图1-3描述本发明的真空层压设备。(基底件)板状基底件是构成真空层压设备的底部的构件。在本应用实例中，太阳能电池组件制造系统中使用的板状基底件需要具有耐热性、刚性、重量轻和表面附着性等特性。用于该构件的材料主要是金属如铁和铝。为了使重量轻，该构件必须是薄的，但又不能太薄，因为太薄会使刚性下降。最好使用1.5至2.0mm的铁板。在某些情况下，筒管102可粘附密封材料，因而为改善粘附性，最好用磷酸盐对表面作化学处理。

(筒管)筒管102是用于抽取真空的管子。用于抽取真空的空间部分108是由基底件101和放在其上的盖件107形成的。筒管102所需要的特性包括耐热性、刚性和重量轻。其材料主要是不锈钢。筒管的横截面可以是圆形的或多边形的。在筒管102的侧面和沿其内周设置的，用于抽取真空的除气孔105，在组装真空层压设备之前最好被打开。在某些情况下，筒管102可以粘附在板状基底件101上。在这种情况下，在粘附前，筒管102最好经过除气处理。筒管的尺寸应使环形体的外框可被容纳在板状基底件101内。还设有用于连接抽取真空的真空泵和阀103的开口部分110。

除气孔105用于在抽取真空时除去气体，设置在筒管102而对抽取真空的空间的侧面上，即沿环形体的内侧设置。在抽取真空的空间的四面，即沿着基本呈四边形的环形体的四个侧面，围绕筒管102的整个区域设置除气孔，除气孔在将环形体固定在板状基底件101之前最好等间隔地设置。

(固定件)固定件是用于固定筒管102而在筒管102和板状基底件101之间不产生间隙的构件。由于设备在制造太阳能电池组件的过程中承受高温，在保持真空状态时，固定件106需要具有耐热性。固定方法除了焊接固定法外还包括在筒管102和板状基底件101之间的间隙中填充密封材料而固定。例如，可以使用室温硫化(RTV)的可硬化型硅氧烷。

(盖件)盖件107与筒管和板状基底件一起产生抽取真空的空间。当抽取真空时盖件压下太阳能电池组件构成材料108以促进通过构成材料的除气。盖件107应充分地大于环形体的外框。盖件107所需的特性包括耐热性、挠性、重量轻和在抽取真空时的气密性。所使用的材料最好是硅氧烷树脂，其形状为片状。

(网)为了防止板状基底件101和盖件107之间的关闭气流的接触，如图3所示，在层压空间部分中，在板状基底件101和盖件107之间设有网109。在图4中，标号110是经过层压处理的材料。该材料在尺寸和形状上与筒管102形成的环形体的内部结构相同。所需特性包括耐热性、挠性和重量轻。该材料包括例如用不锈钢或铝制成的金属网，以及由耐热树脂纤维如聚酯制成的网。

图5至7表示网109的具体实例。图5表示平纹型(plain woventype)，图6表示捻织型(twisted woven type)，图7表示平席型(plainmat woven type)。网夹在板状基底件和盖件之间，最好具有即使承受抽取真空时的压力也不被压扁的，充分透过气流的性能。另外，网呈片状，表面不规则性较小，在层压后最好对太阳能电池组件的形状无影响。

(除气孔的位置)图8表示除气孔的位置。在图8中，标号801是筒管，802是基底件，803是基底件的垂向平面，804是除气孔。805代表筒管中心和除气孔连线与垂向平面的夹角θ，该角θ限定“除气孔的位置”。

图9表示当改变角θ时用来测量层压空间中的真空度的夹具的横剖图。在图9中，标号901是盖件，902是筒管，903是固定件，904是板状基底件，905是网，906是真空表。虽然在图9中未画出，但是设有如图1所示的一个开口部分，一个阀门连接于开口部分，该阀门连接于真空泵。在图9中当用于测量真空度时，盖件901是具有1000×1600mm尺寸的硅橡胶(厚度：2t，硬度：50，通用型，由Tigerpolymer制造)，筒管905是外径为900×1500mm的不锈钢管(不锈钢316BA，管径为1/2英寸)，固定件903为室温硫化的硅氧烷类密封材料(商标“KE 347”；由Shinetsu硅氧烷公司制造)，板状基底件904是尺寸为1000×1600mm的耐气候老化的钢板(例如，商标“Bonda SteelPlate，Sin-Nippon钢铁公司制造，表面用磷酸盐处理，1.6t)，网905是SUS线网(线径：0.4mm，网目20×20，用三氯乙烯处理，Taiyo线网公司制造)。在这种真空夹具中，除气孔的直径为3mm，设置在筒管所有的四侧面上，间距为50mm。另外，真空泵(未画出)具有135米3/分的容量。

当θ改变时测量真空度的结果表示在图10中。每个测量点代表开始抽取真空后二分钟时的真空度。

可以看出，当θ为45°左右时，真空度最好，而接近0°或90°时变差。因为如果从基底件的垂向平面看去时除气孔的仰角趋近于0°，除气角由板状基底件闭合，增大了抽取真空的空气阻力。另外，如果其趋近于90°，则由盖件闭合，因而除气角的位置最好为45°。

(缓冲材料)如图11所示，在抽取真空时，与筒管102接触的盖件107的部分可以弯曲成锐角。这里，盖件是在图中G处以突然上升的状态，即以极度弯曲状态使用的。如果以这种状态连续使用，那么在以锐角弯曲的部分由于长期反复的温度应力容易出现裂缝。因此，这会出现泄漏，引起通过太阳能电池构成材料的除气故障，使太阳能电池组件内留下气泡，影响外观。

因此，如果设置缓冲件11，使其接触筒管102的环形件的内侧，如图12所示，盖件107则可以防止在与筒管102接触的部分弯成极端的锐角。缓冲件111所需的特性包括耐性性和重量轻。

图13和14表示缓冲件111的实例。图13所示的缓冲件是弯曲成L形的板件，如图12所示，沿筒管102设置，从而可防止盖件107以锐角向上弯曲。另外，图14所示的缓冲件是折叠变厚的网，如图15所示，沿筒管102设置，从而可防止盖件107以锐角向上弯曲。在如图14和15所示的折叠网形成缓冲件的情形中，可以充分保证除气的气流通道，其优点在于，传导性不会变得太小。如图13和14所示，缓冲件在工作中的厚度和形状应使盖件可逐渐随筒管直径上升。

设备的实例实例1本实例说明一种制造如图1所示设备的方法。首先，将形成层压空间的筒管102放置在板状基底件101上。然后，从外部流入固定材料106(在抽取真空的空间的相反侧)，以便填充筒管102和板状基底件101之间的间隙。这里，板状基底件101是尺寸为900×1500mm的耐气候老化的钢板(例如，由Shin Nippon Steel公司制造的商标为“BondeSteel Plate”的，表面经过磷酸盐处理的，1.6t的钢板)，筒管102是不锈钢管，其构成的环形体外部尺寸为800×1400mm(316BA不锈钢管，管径为1/2英寸)，孔径为3mm的除气孔以50mm的间距设置在筒管的所有四侧上，固定材料是室温硫化的硅氧烷类密封材料(商标为“KE347”；由Shinetsu硅氧烷公司制造)。将该设备在室内大气中留置24小时，以便使室温硫化硅氧烷类密封材料硬化，从而将筒管102固定在板状基底件上。

实例2本实例描述制造图3所示设备的方法，在该设备中网设置在层压空间内。在用实施例1中的固定材料将筒管固定在基底件上之后，在基底件上铺设尺寸为800×1400mm的平纹型网(SUS线网，线径为0.4mm，网目为20×20，经过三氯乙烯处理，由Taiyo线网公司制造)。

实例3本实例描述制造下述真空层压设备的方法，在该设备中，设有图12所示的缓冲件，以便防止盖件以锐角弯曲。在实例2中铺设网之后，折叠重量为0.8t的钢板从而将缓冲件111制成带状件，折叠的钢板截面呈L形，(Daido Steel Sheet公司制造，商标为Timer Color GL)。然后制备两个长度为750mm的带状件和两个长度为1350mm的带水件，将其沿筒管内侧设置(在抽取真空侧)。

层压方法的实例实例1现在描述使用本发明的真空层压设备层压太阳能电池组件的方法。图16是在本发明的设备中的层压空间内放置的太阳能电池组件的横剖图。在本实例中，除气孔105向下与水平方向成45°角，并设有网109。标号112是太阳能电池组件构成材料，113是填料流动防止件，其用于防止围绕太阳能电池组件构成材料填充的填料的泄漏。在本应用实例中，上述部分承受层压。

下面描述使用本实例的层压设备制造太阳能电池组件的过程。在层压设备中，在抽取真空的空间部分中放置填料流动防止件113，在其上放置太阳能电池组件构成材料112，再在其上放置填流动防止件113。此后，将盖件107盖在筒管102的整个环形体上。

这里，填料流动防止件113使用的是(Asahi玻璃公司生产的)PTFE膜。另外，盖件107使用的是尺寸为1000×1600mm的硅橡胶(厚度：2t，硬度：50，硅氧烷树脂通用类，由Tigerspolymer公司制造)。

在完成上述构件的制备后，启动真空泵104以便在层压空间208中抽取真空，从中除去空气。在用真空泵的除气状态中，将真空层压设备放置在高温炉(未画出)中将温度提高到一个值(大约150℃)，在该温度，在构成太阳能电池组件的材料中的填料硬化，并保持30分钟直至硬化结束。然后，从炉中取出设备，并冷却，使真空泵停机，使上述空间部分返回至大气压力。通过上述过程制造太阳能电池组件。

太阳能电池组件的结构与普通种类的相同。在图17中，标号1701是表面覆盖材料，1702是填料，1703是太阳能电池元件，1704是底部覆盖材料。所使用的表面覆盖材料1701是尺寸为500×1400mm的氟树脂膜(商标为“Non-drawable Tefzel”；由E.I.du Pont公司制造，厚度为50μm)，所使用的填料1702是尺寸为500×1400mm的乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)(商标为“Weatherproofing grade”，由Hishect公司制造，厚度为460μm)，所使用的底部覆盖材料1704是尺寸为500×1400mm的带耐气候老化涂层的钢板(商标为“Timer ColorGL”，由Daido钢板公司制造，0.4t)。所使用的太阳能电池元件1703是沉积在不锈钢基底上的非晶态硅太阳能电池。

使用本实例的真空层压设备和上述太阳能电池元件，通过上述过程制出尺寸为500×1400mm的太阳能电池组件。

实例2在本实例中扩大了上述应用实例中的板状基底件101，筒管102和盖件107。板状基底件101的尺寸达到1200×5700mm，筒管102的环形体外部尺寸为1150×5650mm，盖件107所用的硅橡胶达1300×5800mm，环形体的筒管102的管径为3/4英寸。另外，太阳能电池构成材料的尺寸使表面覆盖材料、填料和底部覆盖材料分别为800×5400mm。800×5400mm的大面积太阳能电池组件除上述变化外使用与上述实例相同的方法制造。

使用本发明的设备可以进行均匀的层压，内部没有气泡，即使在上述大面积层压过程中也是这样。另外也不需要大的真空容器。

实例3在本实例中，制备三个上述实例中使用的三个真空层压设备，使其一个在另一个上方地布置，并在同时送进炉内，通过一次热处理制造三个太阳能电池组件。图19表示安装在一个预定滑架上的三个真空层压设备。在这种形式中，三个太阳能电池组件同时制造，除了将三个真空层压设备放在一个滑架上之外，本实例与上述实例相同。本实例可以提高层压的效率。

具有上述结构的太阳能电池组件制造设备的特点是结构简单，易于制造较大的设备，加工时间较短，重量轻，效率高。

应注意的是上述实例是本发明的一个优选实例，但本发明并不局限于此，可对其作各种变化而并不超过本发明的范围。例如，虽然这个实例是用真空层压设备制造太阳能电池组件，但是，层压的产品并不局限于太阳能电池组件。

从以上说明可以看出，本发明的真空层压设备和方法是将组件的材料放置在由环形体和板状基底件构成的层压空间中，并用盖件覆盖由环形体和限定的层压空间的整个表面。当将由盖件覆盖的层压空间抽成真空时进行热处理。上述过程简洁方便可以处理大型的加工产品，速度高，加工时间短，成本低且重量轻。