PV基礎：太陽電池タブバーストリンガー機

太陽光発電モジュール製造プロセスにおいて、 太陽電池タバーストリンガー装置 は、太陽電池間の電気的接続を構築するための核心的な装置の一つです。その主な機能は、個々の太陽電池をインターコネクションリボンとはんだ付けし、直列に接続して設計された電圧出力を持つセルストリングを形成することです。

安定したストリングプロセスは、モジュールの出力、外観品質、EL性能、および長期信頼性に直接影響します。現代のPVモジュール工場、特にMBB、ハーフセル、PERC、TOPCon、HJT、またはその他の先進的なモジュールを生産する工場では、タバーストリンガーの精度と一貫性が非常に重要です。

太陽電池タバーストリンガー装置の分類

自動化レベルとはんだ付けプロセスに応じて、タバーストリンガー装置は一般的に3つのタイプに分類できます。

手動タバーストリンガー

手動タバーストリンガーは、オペレーターが手動で太陽電池とリボンを配置する必要があります。はんだ付けプロセスも手動または非常に簡単な補助ツールで完了します。

主な特徴：

• 設備投資コストが低い

• 小ロット生産、パイロットライン、実験室テスト、またはトレーニング目的に適している

• 生産効率が低い

• 位置決め精度が低い

• セル破損とはんだ付けの不均一性のリスクが高い

今日、大規模な太陽電池モジュール工場では手動ストリングはほとんど使用されていませんが、研究開発環境や非常に小規模な生産設備ではまだ見られます。

半自動タバーストリンガー

半自動タバーストリンガーは、セル供給またはリボンはんだ付けプロセスの一部を自動化しますが、ストリングの取り扱い、相互接続、またはロード・アンロードなど、一部のステップでは手動による支援が必要です。

主な特徴：

• 中程度の生産効率

• 中小規模の生産ラインに適しています

• 全自動設備と比較して低い投資

• オペレーターのスキルへの依存度が高い

• 全自動機よりもはんだ付け品質のばらつきが大きい

半自動設備は、手動生産から自動化されたPVモジュール製造にアップグレードするメーカーにとって、過渡的なソリューションとなり得ます。

全自動タバーストリンガー

全自動タバーストリンガーは、セルローディング、セル位置決め、リボン供給、はんだ付け、ストリング転送、および次の生産プロセスとの接続を含む全プロセスを自動的に完了します。

主な特徴：

• 高い位置決め精度、一般的に機械構成に応じて約±0.1 mm

• 高い生産能力、主流の高速機では1時間あたり約6,800～8,000セルに達することが多い

• 安定したはんだ付け品質

• 連続生産ラインに適しています

• MBB、ハーフセル、高効率セルフォーマットなどの最新PVモジュール技術との互換性が良好

主流の太陽電池モジュールメーカーにとって、全自動タバーストリンガーは、より高い容量、より優れたプロセス制御、およびより低い労働力依存をサポートするため、標準的な選択肢となっています。

動作原理とコアプロセス

タバーストリンガーの動作原理は、正確なセル位置決め、安定したリボン供給、制御されたはんだ付け温度、および連続的なストリング形成に基づいています。異なる機械ブランドが異なる機械的レイアウトを使用する場合がありますが、基本的なプロセスは類似しています。

セルローディングと転送

太陽電池はまずセルカセットから分離されます。多くの機械では、エアナイフを使用してセルを優しく分離し、薄いウェーハ間の付着を低減します。その後、吸引ノズル、ベルト、またはロボットハンドリングシステムがセルをピックアップし、順次はんだ付けステーションに送ります。

この工程はスムーズで低ストレスでなければなりません。なぜなら、現代の太陽電池はますます薄くなっており、取り扱い力が適切に制御されないとマイクロクラックが発生する可能性があるからです。

ビジョン位置決めシステム

ビジョン位置決めシステムは通常、産業用CCDまたはCMOSカメラを使用して、太陽電池上のマークポイントまたは基準特徴を捉えます。画像処理後、システムはセルの位置と角度のずれを計算します。

その後、モーションコントロールシステムが機械アームまたは位置決めプラットフォームをガイドし、はんだ付け前にセルを正しい位置に調整します。これは、リボンのずれ、位置ずれ、隠れたはんだ付け欠陥を避けるために不可欠です。

リボンはんだ付けプロセス

リボンはんだ付けプロセスには通常、予熱とはんだ付けが含まれます。

予熱：

はんだ付け治具またははんだ付けエリアは、ホットプレートや加熱ランプボックスなどの加熱ゾーンを通じて予熱されます。多くのプロセスでは、主はんだ付け段階の前に温度が110°C以上に上昇します。予熱は熱衝撃を低減し、はんだの濡れ性を向上させるのに役立ちます。

はんだ付け：

機械はフラックス処理されたリボンを太陽電池のバスバーまたはグリッド線上に配置します。制御された圧力と加熱温度の下で、リボンのはんだ層が溶融し、太陽電池の銀電極と強固な結合を形成します。

良好なはんだ付けは、強い接着力、低い直列抵抗、滑らかなリボン位置合わせ、およびセルへの熱的または機械的ストレスを最小限に抑えることを達成する必要があります。

セルストリング形成

はんだ付け後、セルは1つずつ接続され、所定の長さのセルストリングを形成します。例えば、ストリングあたり10セル、12セル、またはモジュール設計に応じた他の構成です。

完成したセルストリングは、次の工程（レイアップ、バスバー接続、検査、またはラミネーション準備など）に移送されます。

タバーストリンガー機械の主要技術

高精度位置決め

高精度な位置決めは、視覚システムと動作制御アルゴリズムの両方に依存します。CCDまたはCMOSカメラがセルの位置を捉え、PID制御などの制御アルゴリズムが機械の迅速かつ正確な動きの補正を支援します。

高品質な生産のためには、セルとリボン間の位置ずれ誤差を一般的に0.2 mm以内に抑える必要があります。ずれが大きすぎると、はんだ付けのずれ、外観不良、直列抵抗の増加、さらには隠れた信頼性リスクなどの一般的な問題が発生する可能性があります。

溶接温度制御

温度制御はストリングはんだ付けにおいて最も重要な要素の一つです。はんだ付け温度は安定している必要があり、通常はプロセスレシピに応じて±5°Cなどの狭い範囲内で制御する必要があります。

一般的な加熱方法は以下の通りです：

• 赤外線加熱：温度上昇が速く、薄いリボン、特に厚さ0.15 mm以下のリボンに適しています

• ホットプレート加熱：温度均一性が良く、高信頼性のはんだ付けと安定した量産に適しています

温度が低すぎると、はんだが完全に溶けず、はんだ接合部の弱さやコールドはんだ付けを引き起こす可能性があります。温度が高すぎると、セルを損傷したり、熱応力を増加させたり、長期的なモジュールの信頼性に影響を与える可能性があります。

低ダメージはんだ付け

現代の太陽電池セルは、旧世代のセルよりも薄くて壊れやすいです。厚さ130 μm未満の薄型セルの場合、機械的圧力と熱応力を注意深く制御する必要があります。

多くの機械は、スプリング式プレスヘッドなどのソフトコンタクトはんだ付けシステムを使用しています。圧力は通常、セルの種類、リボンの種類、はんだ付け方法に応じて約5～15 Nの範囲で制御されます。

目標は、信頼性の高いはんだ付けに十分な接触を実現しつつ、クラック、隠れた破損、エッジ欠け、過度のセル反りを回避することです。

PVモジュール製造における実用的な応用

タバーストリンガーは、PVモジュール生産のフロントエンド電気相互接続段階で使用されます。その性能は、下流のいくつかのプロセスと最終モジュール品質に影響を与えます。

典型的な応用例は以下の通りです：

• 標準的な結晶シリコンモジュールの生産

• ハーフセルモジュールの生産

• MBBおよびSMBBモジュールの生産

• PERC、TOPCon、HJTなどの高効率セルモジュールライン

• 新しいモジュール構造のパイロット生産ライン

• 半自動から全自動生産への工場自動化アップグレード

完全なPVモジュール生産ラインでは、タバーストリンガーはセル切断、レイアップ、バスバー接続、EL検査、ラミネーション、フレーミング、ジャンクションボックス取り付け、IV検査、最終検査システムと連携して動作する必要があります。ストリング工程での容量やプロセス安定性の不一致は、工場全体のボトルネックになりやすいです。

Ooitechの見解

異なるPVモジュール生産レイアウトに対応する設備サプライヤーとして、Ooitechはタバーストリンガーを単なるはんだ付け機ではなく、モジュールラインが安定した歩留まりと予測可能な出力で稼働できるかどうかを決定する重要なプロセス管理ポイントと見なしています。MBB、TOPCon、または薄型セル生産にアップグレードする工場では、公称容量だけでなく、リボン制御、セル取り扱い応力、温度均一性、および下流のレイアップやバスバー工程との互換性にも注意を払う必要があります。優れたストリングソリューションは、完全なモジュールライン設計とともに選択されるべきであり、そうでなければ高速ストリンガーでも実際の生産効率を達成できない可能性があります。