(57)【要約】【課題】安価なＥＣＡを用い、かつ、作業員や環境に安全な低コスト・高効率太陽電池モジュールの製造技術を提供する。【解決手段】シリコン基板を基材としてなる太陽電池セルの裏面に設けられたアルミニウム裏面電極に導電性接着剤を用いて配線材が接続された太陽電池モジュールであって、当該導電性接着剤の硬化前の成分が少なくとも樹脂成分と導電性フィラーと溶剤からなり、当該溶剤が水であることを特徴とする太陽電池モジュールおよび当該太陽電池モジュールの製造方法。【選択図】図１
2020155753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板を基材としてなる太陽電池セルの裏面に設けられたアルミニウム裏面電極に導電性接着剤を用いて配線材が接続された太陽電池モジュールであって、当該導電性接着剤の硬化前の成分が少なくとも樹脂成分と導電性フィラーと溶剤からなり、当該溶剤が水であることを特徴とする太陽電池モジュールおよび当該太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２】
シリコン基板を基材としてなる太陽電池セルの裏面に設けられたアルミニウム裏面電極に導電性接着剤を用いて配線材が接続された太陽電池モジュールであって、当該導電性接着剤の樹脂成分が、フッ素樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂の少なくとも一つまたは二つ以上の混合物からなることを特徴とした請求項１記載の太陽電池モジュールおよび当該太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
シリコン基板を基材としてなる太陽電池セルの裏面に設けられたアルミニウム裏面電極に導電性接着剤を用いて配線材が接続された太陽電池モジュールであって、当該配線材が開口部を有することを特徴とする請求項１および請求項２記載の太陽電池モジュールおよび当該太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項４】
シリコン基板を基材としてなる太陽電池セルの裏面に設けられたアルミニウム裏面電極に導電性接着剤を用いて配線材が接続された太陽電池モジュールであって、当該導電性接着剤の硬化前の粘度が２０００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１から３の太陽電池モジュールおよび当該太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、複数の太陽電池セルの電極が配線材によって接続されてなる太陽電池モジュールの製造に用いる導電性接着剤、導電性接着剤によって製造された太陽電池モジュール、およびその太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  一般に、太陽電池モジュールは、Ｐ型結晶シリコン基板を基材として作成された太陽電池セルを複数接続して作成される。この太陽電池セルの接続には、半田被覆された銅リボンからなる配線材が用いられ、配線材は、その一端側を一の太陽電池セルの受光面電極に接続され、他端側を隣接する太陽電池セルの裏面電極に接続する事により、複数の太陽電池セルが直列に接続されている。【０００３】  Ｐ型結晶シリコン基板を基材として作成される太陽電池セルは、一般に裏面にアルミニウムを主成分とする金属ペーストを印刷後、乾燥、焼成することで形成される多孔質なアルミニウム裏面電極（以下、Ａｌ電極と記す）を有する。銀ペーストをスクリーン印刷後焼成して形成される受光面電極には、そのバスバー部に配線材が半田付けされる。一方、アルミペーストを印刷後焼成して形成されるＡｌ電極には、直接半田付けすることが出来ないため、Ａｌ電極の開口部に形成された銀パッドに配線材が接続される。【０００４】  近年、半田を使わない、比較的低い温度での接続が可能な導電性接着フィルムや導電性接着剤を用いて配線材を接続するいくつかの方法が学会などで紹介されている。この場合でも、裏面側は、銀パッドや、酸化された表面を部分的に除去したＡｌ電極などが用いられている。しかしながら、これらの方法は、工程数が多くなる問題や導電性接着フィルムのコスト等の問題があり、一般的な太陽電池モジュールの製造では、実用化されていない（技術文献１）。【０００５】  さらに、近年、Ａｌ電極にも直接接続できるとする導電性接着剤（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ：以下、ＥＣＡと記す）が報告されたが、その成分の導電性フィラーは、銀を２０〜１００重量％含有したものを使用しており、コスト低減には十分ではない。（技術文献２）【０００６】  この状況を克服すべく、本発明の発明者らは、銀などの貴金属を用いずＡｌ電極に直接接続できるＥＣＡの技術開発に成功し、ＥＣＡを用いて減圧状態で裏面配線材をプレスする方法により、低コストで高効率な太陽電池モジュールを実現した。（特許文献１）【０００７】  しかし、上記特許文献１の技術は、ＥＣＡのＡｌ電極への浸透を促進するため、アセトンやキシレンといった有害な有機溶剤を多量に使用して、導電性フィラーの添加によって上昇した粘度の調整をしなければならない。その結果、太陽電池モジュール量産工場の作業員や環境に対する安全性を確保するのが困難であった。【０００８】  また、安全性確保のために有機溶剤の使用量を減らせば、粘度を十分に下げることができず、ＥＣＡのＡｌ電極への浸透が不十分となり、モジュール特性に加え信頼性までもが低下するというジレンマに陥っていた。
【先行技術文献】
【０００９】
【特許文献１】特願２０１８−４０１７１
【技術文献１】
２７ｔｈ  ＥＵ  ＰＶＳＥＣ  Ｐ３３５〜Ｐ３３９、ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＥ  ＧＬＵＩＮＧ  ＡＳ  ＩＮＴＥＲＣＯＮＮＥＣＴＩＯＮ  ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ  ＴＯＷＡＲＤＳ  ＳＯＬＡＲ  ＣＥＬＬＳ  ＷＩＴＨＯＵＴ  ＦＲＯＮＴ  ＢＵＳＢＡＲＳ  ＡＮＤ  ＲＥＡＲ  ＰＡＤＳ
【技術文献２】
３１ｓｔ  ＥＵ  ＰＶＳＥＣ  Ｐ６５６〜Ｐ６５８、ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬＬＹ  ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＥ  ＡＤＨＥＳＩＶＥＳ  ＦＯＲ  ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ（ＰＶ）ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  本発明は、上記ジレンマから抜け出し、安価なＥＣＡを用いて、かつ、作業員や環境に安全で、低コスト・高効率太陽電池モジュールの製造技術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】
【００１１】  本発明の太陽電池モジュールは、シリコン基板を基材としてなる太陽電池セルの裏面に設けられたＡｌ電極にＥＣＡを用いて配線材が接続された太陽電池モジュールであって、ＥＣＡの硬化前の成分が少なくとも樹脂成分と導電性フィラーと溶剤からなり、溶剤が水であることを特徴とする。ここで、ＥＣＡの溶剤が複数の種類の溶剤から構成される場合は、前文中の溶剤とは、溶剤の主成分を意味する。また、ＥＣＡ内部の樹脂成分が、溶剤に溶解せず、溶剤中に分散しているような場合でも、溶剤と記述する。
【発明の効果】
【００１２】  本発明の技術は、溶剤が水のＥＣＡ（以下、水性ＥＣＡと記す）を使用するため、安全性を確保しながら自由に粘度調節を行うことができる。また、乾燥時に放出される有機成分がほとんど無く、工場の作業員や環境に対して安全である。【００１３】  さらに、乾燥装置には、防爆機能などの特殊な機能が必要なく、乾燥装置からの排気に対する除害設備も不要で太陽電池モジュール製造工場建設の設備投資や運営経費も大幅に削減できる。【００１４】  また、最近の研究では、本発明の技術を用いればＡｌ電極にＥＣＡが深く浸透するため、特許文献１に記載されている減圧状態でプレスする工程がなくても、高効率な太陽電池モジュールが製造できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の受光面配線材と裏面配線材が接続された太陽電池セルの模式的断面図
【図２】本発明のストリングスの模式的斜視図
【図３】本発明の裏面配線材の模式的平面図
【図４】本発明のストリングスを裏面から見た模式的平面図
【図５】本発明のストリングスを受光面から見た模式的平面図
【図６】本発明の太陽電池モジュールの模式的断面図
【図７】本発明の実施例２の受光面配線材と裏面配線材が接続された太陽電池セルの模式的断面図
【図８】比較例２の配線材が接続された太陽電池セルの模式的断面図
【図９】比較例２のストリングスを裏面から見た模式的平面図
【図１０】比較例２のストリングスを受光面から見た模式的平面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】  以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の太陽電池モジュールの受光面配線材２４と裏面配線材２３が接続された太陽電池セル１０の模式的断面図である。水性ＥＣＡ２１により裏面配線材２３がＡｌ電極１３に直接接続されている。水性ＥＣＡ２１は、硬化前には十分に希釈されているため、多孔質なＡｌ電極１３に浸透して、硬化後には良好な接触抵抗を実現できる。
【００１７】  裏面配線材２３には、開口部２６が設けられている。開口部２６は、必ずしも必要ではないが、裏面配線材２３接着後の乾燥を促進する効果があり、短時間で水性ＥＣＡ２１を硬化させることができ、量産性の向上に貢献する。
【００１８】  なお、受光面電極バスバー部１１には、半田被覆された銅線からなる受光面配線材２４が接続されている。
【００１９】  図２は、裏面配線材２３と受光面配線材２４の接続後の太陽電池セル１０を複数直列に接続したストリングス２０の模式的斜視図である。隣り合う太陽電池セル１０の一方の受光面配線材２４と他方の裏面配線材２３を接続することで複数の太陽電池セル１０が直列に接続され、ストリングス２０が作成される。
【００２０】  図３は、本発明の太陽電池モジュールの裏面配線材２３の模式的平面図である。例えば、５ｍｍから３０ｍｍ幅、厚さ５μｍから３０μｍの銅箔に直径０．１ｍｍから３ｍｍの開口部２６が多数開いたものが使用できる。裏面配線材２３には、開口部の無い金属箔や金属の細線を編んでできたメッシュ状の物も使用できる。なお、裏面配線材は、受光面配線材２４と必ずしも同数でなくても良い。例えば、Ａｌ電極１３のほぼ全体を覆うような形状であっても良い。
【００２１】  図４は、本発明の太陽電池モジュールのストリングス２０を裏面から見た模式的平面図であり、図５は、本発明の太陽電池モジュールのストリングス２０を受光面から見た模式的平面図である。
【００２２】  図６は、ストリングス２０を単数または複数接続して作成された本発明の太陽電池モジュール３０の模式的断面図である。単数または複数のストリングス２０は、受光面側に設けられたカバーガラス３１と裏面側に設けられたバックシート３２の間にエチレンビニルアルコール樹脂（ＥＶＡ）などの透明な封止材３３にてラミネートされ、さらに周囲にアルミニウムなどの枠３４が取り付けられている。また、単数または複数のストリングス２０が発電した電力を外部に取り出すための取り出し配線２５が配置される。
【実施例１】
【００２３】  本発明の実施例１の太陽電池モジュールを製造工程順に説明する。第１工程は、フッ素樹脂を乳化重合して樹脂固形成分が５０％の水系エマルジョンを作成する。第２の工程は、上記水系エマルジョンに、上記樹脂固形成分１重量部に対して、粒径が約３μｍのニッケル粉末の導電性フィラーを３重量部となるように混合する。導電性フィラーは、樹脂固形成分１重量部に対して、２〜３０重量部であっても特性と信頼性を維持できるが、コストを考慮すると３〜１０重量部とするのがよい。【００２４】  第３の工程は、上記混合物に水を加えて粘度を調整し、水性ＥＣＡを完成する。粘度は、１００〜２０００ｍＰａ・ｓとするのが好ましく、３００〜８００ｍＰａ・ｓがより好ましい。【００２５】  なお、水性ＥＣＡの樹脂成分には、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂などが使用可能で、これらの混合物も使用できる。【００２６】  第４の工程では、寸法が１５．６ｃｍ×１５．６ｃｍ、厚さ約２００μｍの太陽電池セル１０のＡｌ電極１３に、上記水性ＥＣＡ２１を塗布し、その上に開口部２６を有する裏面配線材２３を接着する。この第４の工程直後は、水性ＥＣＡ２１は硬化しておらず、接着強度は十分でない。裏面配線材２３は、直径０．５ｍｍの開口部２６が開口率５０％となるように配置された長さが１５ｃｍ、幅１．５ｃｍ、厚さ１２μｍの銅箔を用いる。開口部は、必ずしも円形である必要はなく、スリット状のものであってもよく、水の乾燥を促進できれば、開口部の形状や開口率は、問題ではない。【００２７】  第５の工程は、裏面配線材２３接着後の太陽電池セル１０を熱風式コンベヤー乾燥装置で雰囲気温度８０℃にて３０分間処理し、水性ＥＣＡ２１を乾燥させる。この時、開口部２６を通して水が蒸発しやすくなり、乾燥時間が飛躍的に短縮できる。【００２８】  第６の工程では、受光面電極バスバー部１１に半田被覆された１．０ｍｍ幅、２５０μｍ厚さの銅線からなる受光面配線材２４を半田付けし、さらに、隣り合うセル１０の一方の受光面配線材２４と他方の裏面配線材２３が半田付けしてストリングス２０を作成する。【００２９】  その後、図６のように、単数または複数のストリングス２０を、受光面側に設けられたカバーガラス３１と裏面側に設けられたバックシート３２の間にエチレンビニルアルコール樹脂（ＥＶＡ）からなる透明な封止材３３にてラミネートし、さらに周囲にアルミニウムからなる枠３４と取り出し配線２５を取り付け太陽電池モジュール３０が完成する。【００３０】  なお、図面には示していないが、ストリングスを複数、直列または並列に接続したマトリクスを用いて本発明の太陽電池モジュールを製造することが可能である。
【実施例２】
【００３１】  本発明の実施例２の太陽電池モジュールは、図７に示すような開口部のない裏面配線材２３を用いて製造される。実施例２の太陽電池モジュールの製造は、第５の工程以外は上記実施例１と同じである。実施例２は第５の工程において、乾燥を確実なものにするため熱風式コンベヤー乾燥装置で雰囲気温度９０℃にて３時間処理する。【００３２】  ここで、乾燥が不十分であると、太陽電池モジュールの十分な信頼性が確保できない。これは、水性ＥＣＡ２１の内部に残った水分が導電性フィーラーや金属箔およびＡｌ電極と反応して、酸化物を生成するためと考えられる。したがって、水性ＥＣＡ２１を使用した太陽電池モジュールの開発においては、一般的な信頼性試験の一つの高温高湿試験（Ｄｕｍｐ  Ｈｅａｔ試験、以下ＤＨ試験と記す）（８５℃、８５％ＲＨ、１０００時間）後の特性を確認することが重要である。
【比較例１】
【００３３】  比較例１の太陽電池モジュールは、１液性エポキシ接着剤の固形成分１重量部対し、粒径が約３μｍのニッケルの粉末からなる導電性フィラーを３重量部となる割合で混合した後、キシレンで希釈して粘度を２０００ｍＰａ・ｓに調整し、油性ＥＣＡを完成させる。その後、上記油性ＥＣＡを用いて、実施例１と同様に太陽電池モジュールを完成させる。なお、比較例１では、裏面配線材を接着しＥＣＡを乾燥後、エポキシ樹脂を硬化させるため１００℃で１時間加熱する工程が必要とする。
【比較例２】
【００３４】  比較例２の太陽電池モジュールは、図８、図９および図１０に示すように、ＥＣＡを使用しない従来の太陽電池モジュールである。受光面配線材と裏面配線材の区別がない一体型の配線材２２を用いてストリングス２０が作成される。また、配線材２２は、幅１ｍｍ、厚さ約２５０μｍの半田被覆された銅線からなり、半田付けによって接続されるので、太陽電池セル１０は裏面に銀パッド１５が必要となる。
【００３５】
【表１】
2020155753.tif 000003
【００３６】  表１は、１５６ｍｍ角太陽電池セル４枚で構成される実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２の太陽電池モジュールの特徴と特性を比較したものである。表１のように、本発明の実施例１と実施例２の太陽電池モジュールは、コスト面と安全性面で圧倒的な優位性を有する。
【００３７】  モジュール出力において、比較例２が最も低いのは、特性向上に寄与するＡｌ電極の総面積が、半田付けに必要な銀パッドによって制限されるからである。その結果、比較例２のモジュールはその他のモジュールに比べ、初期出力は低い値となっている。
【００３８】  比較例２ついて、安全性が、実施例１や実施例２に劣るのは、半田に含まれる鉛の使用量が多いからである。コストについては、銀パッドの使用で比較例２の評価が最も低くなる。比較例１については、大量の有機溶媒を使用し、そのほとんどを製造工程で蒸発させなければならず、作業員や環境への安全性は、最も低い評価となっている。
【００３９】  実施例２の量産性は、現状では十分ではないが、開口部のない裏面配線材であっても、その幅を狭くし本数を増やすなどの方法で、乾燥工程の時間を短縮でき、改善することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】  銀を用いない水性ＥＣＡで良好な特性と信頼性を得たことは、安価ではあるが有害な半田の代替技術として他分野でも大きな可能性がある。さらには、従来ハンダ付けが困難なアルミなどの金属に電気的な接続を取ることに成功した本発明の技術は、極めて興味深い。
【符号の説明】
【００４１】１０  太陽電池セル、１１  受光面電極バスバー部、１２  受光面電極フィンガー部、１３  アルミニウム裏面電極（Ａｌ電極）、１４  シリコン基板、１５  銀パッド、２０  ストリングス、２１  導電性接着剤（ＥＣＡ）、２２  配線材、２３  裏面配線材、２４  受光面配線材、２５  取り出し配線、２６  開口部、３０  太陽電池モジュール、３１  カバーガラス、３２  バックシート、３３  封止材、３４  枠、
【図１】
2020155753.tif 000004
【図２】
2020155753.tif 000005
【図３】
2020155753.tif 000006
【図４】
2020155753.tif 000007
【図５】
2020155753.tif 000008
【図６】
2020155753.tif 000009
【図７】
2020155753.tif 000010
【図８】
2020155753.tif 000011
【図９】
2020155753.tif 000012
【図１０】
2020155753.tif 000013