(57)【要約】【課題】電極が適正な荷重もしくは圧力で押圧されて、電極と接続配線が良好な接触状態にあり、レーザ接合後に良好な接合状態が得られる接触状態を規定し、規定した接触状態でレーザ接合を実施するためのレーザ接合方法、これを応用した太陽電池の製造方法および太陽電池製造装置を提供する。【解決手段】レーザ接合方法は、素子が形成され、前記素子に電気的に接続された電極を有する素子基板に、接続配線としてのインターコネクタ２を重ね合わせる工程と、前記重ね合わせる工程の後に、インターコネクタ２のうち窪み部１０を露出させつつその周囲の平坦部を押圧するための押圧治具１３を用いて、窪み部１０を前記電極に重ね合わせた状態で前記平坦部を押圧することによって、前記平坦部を前記素子基板に向けて変形させる工程と、前記変形させる工程の後に、前記窪み部に向けてレーザ光を照射する工程とを含む。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子が形成され、前記素子に電気的に接続された電極を有する素子基板に、平坦部と窪み部とを有する接続配線を重ね合わせる工程と、
前記重ね合わせる工程の後に、前記接続配線のうち前記窪み部を露出させつつ前記窪み部の周囲の前記平坦部を押圧するための押圧治具を用いて、前記窪み部を前記電極に重ね合わせた状態で前記平坦部を押圧することによって、前記平坦部を前記素子基板に向けて変形させる工程と、
前記変形させる工程の後に、前記窪み部に向けてレーザ光を照射する工程とを含む、レーザ接合方法。
【請求項２】
前記接続配線は予めはんだがめっきされたものである、請求項１に記載のレーザ接合方法。
【請求項３】
太陽電池素子が形成され、前記太陽電池素子に電気的に接続された電極を有する太陽電池素子基板に、平坦部と窪み部とを有する接続配線を重ね合わせる工程と、
前記重ね合わせる工程の後に、前記接続配線のうち前記窪み部を露出させつつ前記窪み部の周囲の前記平坦部を押圧するための押圧治具を用いて、前記窪み部を前記電極に重ね合わせた状態で前記平坦部を押圧することによって、前記平坦部を前記太陽電池素子基板に向けて変形させる工程と、
前記変形させる工程の後に、前記窪み部に向けてレーザ光を照射する工程とを含む、太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記接続配線は、厚み１００μｍの銅板材の両面に片面当たり厚み１０μｍ以上４０μｍ以下のはんだがめっきされたものであり、
前記窪み部の底部の内径が２ｍｍであり、前記窪み部の深さが１００μｍであり、
前記電極の大きさが直径２ｍｍ以上であり、前記電極の表面凹凸は１μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記変形させる工程において、前記押圧治具は、前記窪み部の底部の中心から２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下だけ離れた周縁部を押圧する、請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記レーザ光を照射する工程では、前記窪み形状と前記電極との接触により前記電極に作用する圧力が０．３１ＭＰａより大きい状態として前記レーザ光を照射する、請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記接続配線は、厚み１００μｍの銅板材の両面に片面当たり厚み１０μｍ以上４０μｍ以下のはんだがめっきされたものであり、
前記窪み部の底部の内径が２ｍｍであり、
前記電極の大きさが直径２ｍｍ以上であり、前記電極の表面凹凸は１μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記変形させる工程において、前記押圧治具は、前記窪み部の底部の中心から２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下だけ離れた周縁部を押圧するものであり、
前記窪み部の深さは、前記変形させる工程において前記押圧治具によって押圧される前記周縁部が前記電極側に変形し始めてから前記基板に接触するまでの前記基板面に垂直な方向での移動距離が７０μｍ以上１２０μｍ以下となるような深さである、請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記接続配線は予めはんだがめっきされたものである、請求項３から６のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記電極は、予めその表面にはんだがめっきされたものである、請求項３から６のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記重ね合わせる工程は、前記電極と前記接続配線との間に板状はんだを配設する工程を含み、
前記変形させる工程は、前記電極と前記接続配線との間に前記板状はんだを挟み込んだ状態で、前記接続配線を押圧する、請求項３から６のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
太陽電池素子が形成され、前記太陽電池素子に電気的に接続された電極を有する太陽電池素子基板に、平坦部と窪み部とを有する接続配線を重ね合わせたものに対して、前記接続配線のうち前記窪み部を露出させつつ前記窪み部の周囲の前記平坦部を押圧するための押圧治具と、
前記窪み部に向けてレーザ光を照射するためのレーザ光照射部とを備え、
前記押圧治具は、前記窪み部を前記電極に重ね合わせた状態で前記平坦部を押圧することによって、前記平坦部を前記太陽電池素子基板に向けて変形させるためのものである、太陽電池製造装置。
【請求項１１】
前記押圧治具は、前記窪み部の底部の中心から２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下だけ離れた周縁部を押圧するためのものである、請求項１０に記載の太陽電池製造装置。
【請求項１２】
前記押圧治具は、弾性体を備えない、請求項１０または１１に記載の太陽電池製造装置。
【請求項１３】
前記押圧治具は、変位量測定機構を備える、請求項１０から１２のいずれかに記載の太陽電池製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ接合方法、太陽電池の製造方法および太陽電池製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置の一例として、太陽電池がある。
「太陽電池」の一形態として、複数の太陽電池セルを所定の金属配線（インターコネクタ）によって互いに電気的に接続させた態様の太陽電池および太陽電池モジュールがある。この種の太陽電池では、個々の太陽電池セルの表面（受光面）と裏面（非受光面）とに、表面電極と裏面電極とがそれぞれ形成されている。この種の太陽電池は次のように製造される。
【０００３】
まず、図１４に示すように、１つの太陽電池は複数の太陽電池セル１をインターコネクタ２によって連結した構造となっている。太陽電池セル１の表面電極側（表面電極は図示せず）に、インターコネクタ２の一端側が接続され、インターコネクタ２のもう一端側が隣接する太陽電池セル１の裏面電極側（裏面電極は図示せず）に接続されている。このような関係で複数の太陽電池セル１はインターコネクタ２によって直列に接続されている。
インターコネクタ２と電極とは、予めインターコネクタ２にめっきされているはんだを介して、もしくはセル１に予めめっきされているはんだを介して、もしくはその両方を介して、接合される。
【０００４】
太陽電池セル１の表面側は図１５のように、銀などからなる導電粒子ペーストによって形成されている表面電極３とフィンガー電極４とが形成されている。太陽光によって発電された電流は、フィンガー電極４から表面電極３へと集まり、表面電極３に接続されたインターコネクタ２によってモジュールの外へと集電される。
【０００５】
ところが、このような太陽電池の受光面においては、フィンガー電極４および表面電極３およびインターコネクタ２が形成された領域は、太陽光が遮光されるため、発電には寄与しない。そこで、より高い変換率を求めて表面電極を裏面側に配置した構造が提案されている。そのような太陽電池を開示した文献の一例として特開平２−５１２８２号公報（特許文献１）がある。
【０００６】
特許文献１に開示された太陽電池では、太陽電池セルのＰ型およびＮ型の半導体層の基本的な構成は変更せずに、太陽電池セルに貫通電極を形成することによって、インターコネクタを太陽電池セルの裏面側に配置し、表面側に配置する電極は、従来のものよりも幅を小さくした表面電極およびフィンガー電極のみとする構造が提案されている。
【０００７】
特許文献１の構造では、図１６に断面図で示すように、太陽電池セルに貫通孔５を形成し、太陽電池表面側に形成されたＮ型半導体層上（図示せず）に形成された表面電極３から貫通孔５中に形成された導電体層を通じて、太陽電池裏面上に形成されたＮ型電極６と電気的に接続されている。図１６においては、上側の面が裏面（非受光面）であり、下側の面が表面（受光面）である。太陽電池裏面には、Ｐ型半導体層（図示せず）が形成され、Ｐ型半導体層上にはＰ型裏面電極８とこれに電気的に接続されたＰ型電極７が形成されている。太陽電池裏面上に形成されたＮ型電極６は、Ｐ型電極７とはクリアランスを設けて配置されるか、または絶縁材料層９を間に挟むように配置されることによって、Ｎ型電極６とＰ型電極７とが電気的に接続しないように形成されている。これらの平面的位置関係の一例を図１７に示す。特許文献１においては、Ｎ型電極６およびＰ型電極７を全て太陽電池セル１の裏面側に形成することにより、インターコネクタ２は太陽電池セル１の裏面のみに接続される構造となっている。このような特許文献１の構造は、インターコネクタによって遮光されていた面積を低減することで、太陽電池モジュールの発電効率向上を図ったものといえる。
【０００８】
ところが、太陽電池セル１の裏面のみにインターコネクタ２を接続する上記構造では、従来のリフロー加熱などでの全体加熱方式でインターコネクタ２とＮ型電極６およびＰ型電極７とをはんだ接合すると、主に銅材で形成されているインターコネクタ２と主にシリコンで形成されている太陽電池セル１との線膨張係数差によって熱応力が発生し、インターコネクタ２とＮ型電極６およびＰ型電極７との接合部が破断したり、または太陽電池セル１が反ることにより後の樹脂封止工程で太陽電池セル１が割れる、などの不具合が生じる。
【０００９】
そこで、インターコネクタ２とシリコン１の熱応力による不具合を回避する手段として、特開２００４−１３４６５４号公報（特許文献２）では、インターコネクタ２とＮ型電極６およびＰ型電極７との接続を、全体加熱で行なうのではなく、レーザ光によりインターコネクタ２と接続する電極上の領域のみを局所加熱することによって行なう方法が採られている。特許文献２に開示されている発明は、インターコネクタ２および太陽電池セル１の加熱される領域を最小限にとどめることで、熱応力の発生する度合いを低減し、上記不具合の発生を回避するものである。
【００１０】
さらに、後述する関連技術が特開平７−３３５６９７号公報（特許文献３）に記載されている。
【特許文献１】特開平２−５１２８２号公報
【特許文献２】特開２００４−１３４６５４号公報
【特許文献３】特開平７−３３５６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
レーザ接合を行なう場合には、レーザ光照射時における電極とインターコネクタとの接触状態を良好にしておく必要がある。もし両者間の接触状態が悪いと、溶融したはんだが電極もしくはインターコネクタと接することができず、インターコネクタと電極とが接合されないという不具合や、接合されたとしても接合面積が小さくなってしまい、その結果、接合強度が低くなるという不具合が発生する。また、インターコネクタから電極に熱が伝わりにくく、電極がはんだ接合温度に達しないことで、はんだが濡れずにはんだ接合されないという不具合も発生する。また、レーザー照射時にインターコネクタから電極および太陽電池セルへの熱伝導性が悪くなることによって、インターコネクタの温度が過剰に上昇し、インターコネクタの穴開き不具合が発生することもある。
【００１２】
１〜１００ミリ秒オーダーの短い時間で高出力のレーザーを照射する、いわゆる高密度パワーでのレーザ接合時には、上記の接合不具合を回避するためには、インターコネクタと電極との接触状態の管理がより重要になる。
【００１３】
図１８は、図１６に示した断面構造を有する太陽電池セルについて、インターコネクタ２と接続されるＮ型電極６とＰ型電極７を、太陽電池セル１を裏面側（非受光面）から見たときの透視図で示した一例である。図１８のように、１つの太陽電池セル上の複数の電極とインターコネクタとを接続する場合には生産性を向上させるために、レーザ出射口などのレーザ照射部や、太陽電池セルを配置するステージなどを移動させることなく、ガルバノミラーなどでレーザ光をスキャンしてする。こうして複数の電極、たとえば１つの太陽電池セル内の全ての電極に対する接合作業を一括して行なう。
【００１４】
このように、１つの太陽電池セル上の複数の電極とインターコネクタとを一括して接合する場合には、複数の電極とインターコネクタとを均一な状態で接触させるために、インターコネクタ上部から治具によって、一括して複数のインターコネクタと複数の電極とを適正範囲で押圧する必要がある。
【００１５】
しかし、複数の電極と配線材とを一括して押圧する場合、押圧する複数の電極間において、太陽電池セルやインターコネクタの厚みバラツキや、レーザ接合装置および治具の平行度バラツキなどがあることによって、一括して接合する全電極間で均一な接触状態となるように押圧しにくいという問題がある。
【００１６】
それに対して、複数の電極と配線材とを一括して押圧するときの接触状態を良好にするための手段の一例が、上記特許文献３に記載されている。この特許文献３では、複数の電極と接続配線とを一括して押圧するための治具において、複数の電極に対して個別電極毎に押圧量を調整できるように、１つの電極に対して１つの上下可動構造またはバネ構造を有する治具によって押圧し、被接合部材の厚みバラツキを吸収して、全電極において、接合配線と均一な接触状態を作ることで、良好な接合を得ることを目的としている。
【００１７】
しかし、特許文献３で用いる治具のバネ構造は、繰り返し使用することでバネが劣化し、バネの変形量が小さくなったり、またはバネ定数が不均一となることで、適正な接触状態を得られない電極が発生するという不具合がある。
【００１８】
また、上記の不具合は定期的に押圧状態を検査しない場合には、レーザ光を照射した後でないとわからず、実際の製品で不具合が発生して初めてわかるものである。
【００１９】
接合不良を未然に防止するためには、各電極が適正な接触状態になっているか否かをレーザ光照射前に確認することが求められる。そのためには、電極とインターコネクタとの適正な接触状態とは、どのような押圧状態であるかを事前に規定して把握しておく必要がある。
【００２０】
そこで、本発明は、電極が適正な荷重もしくは圧力で押圧されて、電極と接続配線が良好な接触状態にあり、レーザ接合後に良好な接合状態が得られる接触状態を規定し、規定した接触状態でレーザ接合を実施するためのレーザ接合方法、これを応用した太陽電池の製造方法および太陽電池製造装置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】
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明に基づくレーザ接合方法は、素子が形成され、前記素子に電気的に接続された電極を有する素子基板に、平坦部と窪み部とを有する接続配線を重ね合わせる工程と、前記重ね合わせる工程の後に、前記接続配線のうち前記窪み部を露出させつつ前記窪み部の周囲の前記平坦部を押圧するための押圧治具を用いて、前記窪み部を前記電極に重ね合わせた状態で前記平坦部を押圧することによって、前記平坦部を前記素子基板に向けて変形させる工程と、前記変形させる工程の後に、前記窪み部に向けて前記レーザ光を照射する工程とを含む。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、良好な接合状態を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（実施の形態１）
本発明に基づく実施の形態１におけるレーザ接合方法、太陽電池の製造方法および太陽電池製造装置について説明する。
【００２４】
以下、本実施の形態では、太陽電池セル上の電極と窪み部を有するインターコネクタとの適正な押圧条件を規定し、規定した条件でレーザ接合した例を示す。上述の各発明は、下記の各種実験評価によって裏付けられたものである。
【００２５】
まず、太陽電池を構成する太陽電池セルおよびインターコネクタおよび押圧治具を備えたレーザー照射装置について説明する。
【００２６】
図１６に、本実施の形態で用いられる太陽電池セル１の断面構造を示す。この太陽電池セル１自体は従来と同じものである。この太陽電池セル１においてはＰＮ結合が形成され、裏面にＮ型電極６およびＰ型電極７が形成されている。Ｎ型電極６とＰ型電極７とは、電極のクリアランスおよび絶縁材料層９によって、電気的には接続していない構造になっている。Ｎ型電極６およびＰ型電極７の厚みはそれぞれ３０μｍ、Ｐ型裏面電極８の厚みは５０μｍ、太陽電池セル表面から絶縁材料層９表面までは６０μｍである。
【００２７】
図１は、図１６に示した断面構造を有する太陽電池セル１について、インターコネクタ２と接続されるＮ型電極６およびＰ型電極７を、太陽電池セル１裏面（非受光面）側から透視した様子を示した図である。図１に示す太陽電池セル１は１５．５ｃｍ角であり、この中に、直径３ｍｍのＮ型電極６とＰ型電極７とが、銀粒子ペーストを焼成して形成されている。１つの太陽電池セル１には、Ｎ型電極６が３２個、Ｐ型電極７が１６個形成されており、Ｎ型電極６とＰ型電極７との合計で４８個形成されている。
【００２８】
Ｎ型電極６とＰ型電極７とは図１に示すように１つの直線上に連なるように混在して形成されているため、インターコネクタ２はそれぞれ櫛歯状の形状を有している。インターコネクタ２は、太陽電池セル１を縦断する延在部２ａと、延在部２ａからＮ型電極６とＰ型電極７上に向かって存在する櫛部２ｂとがあり、延在部２ａの幅は７ｍｍ、櫛部２ｂの幅は７ｍｍで、延在部２ａから突出している櫛部２ｂの長さは５ｍｍである。
【００２９】
インターコネクタ２とＰ型電極７とが重なる部分の断面図を図２に示す。図２に示すようにインターコネクタ２はＰ型電極７に重なる部分に窪み部１０を有する。窪み部１０は上から見て円形であり、その内径は２ｍｍ、窪み深さが１００μｍとなっている。窪み部１０は、予め金型でのパンチ加工などによって、インターコネクタ２の櫛部２ｂに形成されたものである。
【００３０】
インターコネクタ２においては、厚さ１００μｍの銅材１１の表裏両面にそれぞれ無鉛はんだが予めめっきされることによって、表裏両面にそれぞれ厚み４０μｍのはんだ層１２が形成されている。
【００３１】
窪み部１０の外側で窪んでおらず平板状の形状を保っている領域のうち、窪み部１０の中心から２．５ｍｍ〜３．５ｍｍ外側の周縁部を押圧治具１３にて押圧する。
【００３２】
押圧治具１３および太陽電池セル１の全体を上からみたところを図３に示す。押圧治具１３の形状を太線で表示している。押圧治具としては様々な平面形状のものが考えられるが、押圧治具の第１の例としてここでは押圧治具１３を示している。この例では、Ｎ型電極６およびＰ型電極７からなるひとまとまり、すなわち１列分に対して１枚の押圧治具１３が被さることとなる。押圧治具１３は細長い長方形の板状であり、Ｎ型電極６およびＰ型電極７に対応する位置にはＮ型電極６およびＰ型電極７を露出させるための開口部１７が設けられている。
【００３３】
押圧治具の第２の例を図４に示す。ここで第２の例として示す押圧治具１３０は、１列分の電極だけでなく、１つの太陽電池セル１の全体を被覆するような広い面積の板状の部材となっており、複数列の開口部１７が設けられている。
【００３４】
再び押圧治具の第１の例に戻って説明を続ける。
図２では、１つのＰ型電極７上にインターコネクタ２を押圧する様子を示している。実際には、１つの太陽電池セル１上の、Ｎ型電極６とＰ型電極７との合計４８個の全ての電極に対応する各領域において同時に押圧する。図２に示すように、押圧治具１３は窪み部１０の外側を押圧する。全４８個の電極を同時に押圧するために、本レーザ接合装置は、電極上に存在する押圧治具１３を一括して押圧する平板状の治具（図示せず）を備えている。
【００３５】
１つの太陽電池セル１上の４８個の電極全てを同時に押圧治具１３にて押圧した状態で、出射口から照射されたレーザ光を、ガルバノミラーで反射して、全４８個の電極に照射する。このとき、レーザ光の照射口および、太陽電池セル１を配置しているステージは移動させない。ガルバノミラーにて照射位置を制御することで、照射位置精度を向上し、また、全電極を照射するのにかかる時間を短縮している。押圧治具１３の開口部１７を通じてレーザ光が照射される様子を図５に示す。レーザ光は矢印１６ａまたは矢印１６ｂで示すように窪み部１０の底面に向けて照射される。レーザ光によって窪み部１０の底面が加熱されて底面のはんだ層１２が溶融し、Ｐ型電極７とインターコネクタ２との間ではんだ付けがなされ、両者は電気的に接合される。
【００３６】
ここからは、最適な押圧条件を規定する方法について説明する。
まず、押圧状態とインターコネクタ２の変形状態の関係について説明する。
【００３７】
図２は、押圧治具１３にて押圧し始める前の状態の電極近傍の断面模式図である。ここでは電極としてＰ型電極７を例にとって説明しているが、Ｎ型電極６とインターコネクタ２との間の接続に関しても同様である。
【００３８】
図６は、窪み部１０の外側を上記の位置にて押圧治具１３にて押圧し、インターコネクタ２が、Ｐ型電極７側に変形している状態の模式図である。図６の状態よりもさらに押圧荷重を大きくしてインターコネクタ２の変形を大きくし、インターコネクタ２がＰ型裏面電極８に接触した状態の模式図を図７に示す。
【００３９】
なお、図７の状態に至っていても、押圧治具１３を取り去った後には、図８に示すようにインターコネクタ２の接合されていない部分はある程度弾性回復して浮き上がる。
【００４０】
（荷重の大きさと変位量との関係を調べる実験）
以下、良好な接合を得るための押圧条件を求めた手法とその結果を記す。まず、１つの電極において、押圧荷重とインターコネクタ２の変形量との関係を求める。１つの電極（たとえばＰ型電極７）において、押圧治具１３上に重りをのせて、その重りに対応するインターコネクタ２の変位量を測定する。以下「荷重の大きさ」という場合、重り自体の重さに押圧治具１３の重さを加えたものを意味するものとする。
【００４１】
インターコネクタ２の変位量は、押圧治具１３の上面の位置に注目し、重りをのせる前後でのＰ型電極７の側への押圧治具１３上面の変位量をレーザー変位計にて測定する。このとき、押圧治具１３は、剛性体である金属材で形成されているものを使用する。
【００４２】
このようにして求めた、荷重の大きさとインターコネクタ２の変位量との関係を図９に示す。電極１個当りの荷重の大きさを「押圧荷重」として横軸に記している。
【００４３】
図９のグラフでは、インターコネクタ２の変位量から、弾性変形領域、塑性変形領域、変形完了領域の３つの範囲に分けられる。弾性変形領域はインターコネクタ２の変位が微小で弾性限界を超えていない状態である。塑性変形領域はインターコネクタ２が弾性限界を超えて塑性変形している状態である。変形完了領域はインターコネクタ２がＰ型裏面電極８の表面に接触して変位が止まった状態である。これら３つの状態は、それぞれ図２、図６、図７の模式図で示される状態である。
【００４４】
インターコネクタ２が塑性変形領域になる、すなわち図６の状態になるためには、図９のグラフから判断すると、少なくとも１００ｇ重の押圧荷重が必要である。
【００４５】
押圧荷重が１５０ｇ重では、図７に示すようにインターコネクタ２がＰ型裏面電極８の表面に接触して変位が止まった状態となった。
【００４６】
そこで、インターコネクタ２を変形させるために必要な最低限の押圧荷重を１００ｇ重と結論付けた。少なくとも１００ｇ重より大きい荷重で押圧し、インターコネクタ２が電極側に変形している状態では、窪み部１０の底部と電極とは良好な接触状態になっていることが推測される。
【００４７】
（押圧荷重を求める実験）
次に、実際にレーザ光接合を行なう状態、すなわち、レーザ接合装置において１つの太陽電池セル内の３２個のＮ型電極６と１６個のＰ型電極７との合計４８個の電極を一括して押圧したときに、実際に各電極にかかる押圧荷重を、感圧紙を用いて求める実験を行なった。すなわち、太陽電池セル１上に厚み１００μｍの感圧紙を配設し、その上からインターコネクタ２の窪み部１０外側を押圧治具１３により押圧した。感圧紙とは、圧力が加わるとその強度に応じて強く発色する性質を有する紙である。窪み部１０と電極とが接触して押圧された領域は、感圧シートに圧力痕が残り、圧力痕の面積と発色強度を解析することによって、窪み部１０と電極との接触面積と接触荷重すなわち押圧荷重とを測定できる。
【００４８】
まず、上述したように、インターコネクタ２を変形させるためには１００ｇ重以上の荷重が必要である、１電極当りの押圧荷重を平均２５６ｇ重、１つの太陽電池セル１上の全４８電極に１２．３ｋｇ重の全体荷重をかけて押圧した。そのときの全４８ヶ所に作用した荷重を各電極毎に測定した。
【００４９】
各電極に作用していた押圧荷重は、全４８個の平均値は２３０ｇ重と設定荷重値（２５６ｇ重）と近い値となっているが、最小では１００ｇ重、最大で３５０ｇ重と、４８電極間でのバラツキ範囲が大きい状態となっていた。ただし、作用した押圧荷重が最小であった電極でも、インターコネクタ２の変位量評価から策定した１電極当りの必要最低押圧荷重である１００ｇ重には達していたことが確認できた。
【００５０】
１電極当りの押圧荷重が平均２５６ｇ重である条件でも、太陽電池セル１やインターコネクタ２やレーザ接合装置のステージおよび押圧治具の厚みや高低差バラツキによって、実際には、４８電極のうちの最小押圧荷重が１００ｇ重であったことから、１電極当りの押圧荷重が平均１００ｇ重である条件では、実際には押圧荷重が１００ｇ重未満になっている電極は多数存在することが考えられる。
【００５１】
（レーザ接合による接合状態の評価実験）
次に、太陽電池セル１とインターコネクタ２とのレーザ接合を実施し、接合状態の評価を行なう。
【００５２】
３つのサンプルＡ，Ｂ，Ｃを用意し、これらにそれぞれ異なる条件で全体押圧荷重を加えて押圧した状態でそれぞれインターコネクタと電極とをレーザ接合し、インターコネクタ２の外観の評価を行なった。その結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
サンプルＢは、バラツキも含めて４８ヶ所の電極の全てにおいて平均押圧荷重が１００ｇ重以上となる条件として全体押圧荷重を１２．３ｋｇ重と設定したので、１電極当りの平均の押圧荷重が２５６ｇ重である。サンプルＡは、全体押圧荷重を４．８ｋｇ重と設定したので、１電極当りの平均の押圧荷重は１００ｇ重である。サンプルＣは、全体押圧荷重を２０．５ｋｇ重と設定したので、１電極当りの平均の押圧荷重は４２７ｇ重である。
【００５５】
これら３通りの条件で実験したところ、条件Ａでは、４８個中１個の電極上において、インターコネクタ２の穴開き不具合が発生した。不具合が発生した電極では、インターコネクタ２の窪み部１０底部と電極との接触状態が悪かったために、レーザ光の照射時に、インターコネクタ２の熱が電極に伝導しにくくなり、その結果、インターコネクタ２の温度が銅の融点以上に上昇し、インターコネクタ２が溶けて穴となったと考えられる。なお、サンプルＢ，Ｃでは、インターコネクタ２の穴開き不具合は発生していない。さらに、サンプルＢ，Ｃではいずれも外観上は問題なく接合されていることを確認した。
【００５６】
（割れ、浮きについての評価）
次に、太陽電池セル１の割れや窪み部１０の電極からの浮きについての評価を行なった。ここでいう「電極からの浮き」とは、図１０に示すように窪み部１０の底面の中央部が凸形状となって電極に付かずに浮いている状態を意味する。図１０ではＰ型電極７について示しているがＮ型電極６においても同様の現象が起こり得る。
【００５７】
サンプルＢ，Ｃでは、多くの電極において、図９で示すところの変形完了領域にあることが推測される。インターコネクタ２がＰ型裏面電極８表面に接触した状態では、押圧荷重はそのまますべて太陽電池セル１に作用するので、大きな荷重を付与した場合には、太陽電池セル１が割れるなどの不具合の発生が懸念される。
【００５８】
そこで、このサンプルＢ，Ｃについて、エレクトロルミネッセンス試験を行なった。「エレクトロルミネッセンス試験」とは、太陽電池セルと接合されたインターコネクタに電流を流して、太陽電池セルを発光状態とし、その発光状態を観察する試験方法である。この方法によって、セル内のクラック発生の有無を観察したが、クラックの発生は見られなかった。
【００５９】
また、サンプルＢ，Ｃにおいて、接合後の断面観察をした結果、窪み部１０が図１０に示したように浮いている電極はないことが確認できた。
【００６０】
よって、サンプルＢ，Ｃでは、良好な接合状態を得ていることを確認した。
（接合強度評価）
次に、良好な接合状態となっているサンプルＢ，Ｃのうち、サンプルＢについて、インターコネクタ２と電極との接合強度の評価を行なった。
【００６１】
サンプルＢについて、インターコネクタ２と電極との接合強度をインターコネクタの引張り試験により評価した結果を図１１に示す。
【００６２】
図１１は、感圧紙で測定した各電極の押圧荷重と、その電極での引張り強度との関係を示している。押圧荷重と引張り強度との相関関係は見られなかった。全ての電極において引張り強度の限界に達して生じる破断の態様は、電極とインターコネクタのはんだ接合部で破断するというものではなく、太陽電池セルが割れるというものであった。したがって、はんだ接合自体は良好に行なえていたことが確認できた。
【００６３】
この評価結果から、本実施の形態（窪み部１０の深さが１００μｍ）において、良好な接合を得るために電極部に必要な押圧加重に関する条件は、インターコネクタ２が電極側に変形した状態で、１電極あたり１００ｇ重より大きい押圧荷重が負荷されることであるといえる。
【００６４】
この条件で押圧しつつレーザ接合をすることで、インターコネクタ２の穴開きや、太陽電池セル１の割れ、窪み部１０の浮きなどの不具合のない、良好な接合を実施することができた。
【００６５】
なお、上記実験で用いたインターコネクタでは、はんだの厚みは４０μｍであったが、はんだの厚みは片面当たり１０μｍ以上４０μｍ以下であればよい。押圧治具で押圧する位置は、窪み部の底部の中心から２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下だけ離れた周縁部であればよい。電極の表面凹凸については１μｍ以上１０μｍ以下であればよい。
【００６６】
本実施の形態で示した各種実験から発明者らが得た知見から、本実施の形態における発明は以下のように把握することができる。なお、「接続配線」はインターコネクタに相当する。
【００６７】
本実施の形態におけるレーザ接合方法は、素子が形成され、前記素子に電気的に接続された電極を有する素子基板に、平坦部と窪み部とを有する接続配線を重ね合わせる工程と、前記重ね合わせる工程の後に、前記接続配線のうち前記窪み部を露出させつつ前記窪み部の周囲の前記平坦部を押圧するための押圧治具を用いて、前記窪み部を前記電極に重ね合わせた状態で前記平坦部を押圧することによって、前記平坦部を前記素子基板に向けて変形させる工程と、前記変形させる工程の後に、前記窪み部に向けてレーザ光を照射する工程とを含む。
【００６８】
前記接続配線は予めはんだがめっきされたものであることが好ましい。
本発明は、レーザ接合方法についての発明としても抽出することができるが、以下のように太陽電池の製造方法についての発明としても抽出することができる。
【００６９】
本実施の形態における太陽電池の製造方法は、太陽電池素子が形成され、前記太陽電池素子に電気的に接続された電極を有する太陽電池素子基板に、平坦部と窪み部とを有する接続配線を重ね合わせる工程と、前記重ね合わせる工程の後に、前記接続配線のうち前記窪み部を露出させつつ前記窪み部の周囲の前記平坦部を押圧するための押圧治具を用いて、前記窪み部を前記電極に重ね合わせた状態で前記平坦部を押圧することによって、前記平坦部を前記太陽電池素子基板に向けて変形させる工程と、前記変形させる工程の後に、前記窪み部に向けてレーザ光を照射する工程とを含む。
【００７０】
前記接続配線は、厚み１００μｍの銅板材の両面に片面当たり厚み１０μｍ以上４０μｍ以下のはんだがめっきされたものであり、前記窪み部の底部の内径が２ｍｍであり、前記窪み部の深さが１００μｍであり、前記電極の大きさが直径２ｍｍ以上であり、前記電極の表面凹凸は１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記変形させる工程において、前記押圧治具は、前記窪み部の底部の中心から２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下だけ離れた周縁部を押圧することが好ましい。
【００７１】
前記レーザ光を照射する工程では、前記窪み部と前記電極との接触により前記電極に作用する圧力が０．３１ＭＰａより大きい状態として前記レーザ光を照射することが好ましい。ここでいう圧力値「０．３１ＭＰａ」は、インターコネクタ２の窪み形状１０とＮ型電極６またはＰ型電極７とが接する領域が窪み形状１０の内側の直径２ｍｍの領域であるときに、１つの電極当たり１００ｇ重の荷重をかけているものとして導き出された圧力値である。
【００７２】
（実施の形態２）
本発明に基づく実施の形態２におけるレーザ接合方法、太陽電池の製造方法および太陽電池製造装置について説明する。
【００７３】
本実施の形態での太陽電池セル、インターコネクタおよび押圧治具などの構造および寸法は、窪み部１０の深さを除いてすべて実施の形態１で示したものと同じ条件である。
【００７４】
本実施の形態では、インターコネクタ２がＰ型裏面電極８または絶縁材料層９に接触して変位が止まった状態である変形完了領域（図７に示した状態）に至るように押圧した状態でレーザ接合を実施することを前提条件として、良好な接合状態を得ることができるインターコネクタ２の窪み部１０の深さを規定した。なお、変形完了領域に至っている状態は、押圧状態を管理しやすい状態でもある。
【００７５】
本実施の形態では、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍの４通りの深さの窪み部１０の各々について、インターコネクタ２が変形完了領域に至るまで、すなわち、図７に示した状態になるまで押圧し、その状態でレーザ光を照射して接合を行ない、得られた接合状態の評価を行なった。表２に示すようにこれらの４通りの深さのサンプルをそれぞれサンプルＤ，Ｅ，Ｆ，Ｇというものとする。
【００７６】
【表２】
2010129675.tif 000004
【００７７】
まず、実施の形態１で押圧荷重とインターコネクタ２の変位量との関係を求めた方法と同じ方法によって、変形完了領域に達するために必要な押圧荷重を求めた。求めた押圧荷重にて窪み部１０の外側を、実施の形態１と同様に押圧してレーザ接合を実施した。
【００７８】
接合後に、実施の形態１と同様に、その外観検査および太陽電池セルの割れの有無を評価したところ、サンプルＤ，Ｅ，Ｆ，Ｇのいずれにおいても太陽電池セルの割れの発生はなかったが、サンプルＤでは、インターコネクタの穴開き不具合が発生した。
【００７９】
本実施の形態の１枚の太陽電池セルの内部での厚みバラツキは３０μｍで、Ｎ型電極、Ｐ型電極、Ｐ型裏面電極、絶縁材料層の各層の厚みバラツキの合計は１０μｍであり、厚みバラツキの合計量は４０μｍである。
【００８０】
サンプルＤでは、インターコネクタ２の可能変位量は２０μｍであり、太陽電池セル基板の厚みバラツキである４０μｍよりも小さいので、太陽電池セル基板の厚みバラツキをインターコネクタの変位量によって吸収できない。そのため、窪み部１０底部と電極との接触状態が悪い電極があり、インターコネクタ２の穴開き不具合が発生した。
【００８１】
また、インターコネクタ２の穴開き不具合のなかったサンプルＥ，Ｆ，Ｇについて、インターコネクタ２の引張り試験を実施したところ、上記３つのいずれの深さのものでも、その破断の態様は太陽電池セルが割れることによるものであり、電極とインターコネクタ２のはんだ接合部での破断はなく、良好なはんだ接合が得られていた。
【００８２】
しかし、接合部の断面観察を行なった結果、サンプルＧでは、図１０に示したように、窪み部１０の底面中央部の電極からの浮きが見られた。このため、窪み部１０の中心部付近では電極とはんだ接合されていないものが多く存在した。この図１０に示したような状態では、接合部への応力集中によって、長期使用時の接合部寿命の低下が懸念されるため、良好な接合状態とはいえない。
【００８３】
サンプルＥ，Ｆでは、図１０のような浮きのある接合部は確認されず、良好な接合断面状態となっていた。
【００８４】
したがって、押圧状態を管理しやすい状態であるところの変形完了領域（図７に示した状態）に押圧した状態でレーザ接合を実施する場合は、インターコネクタ２の窪み部１０の深さは、１００μｍ以上かつ１５０μｍ以下にする必要があることがわかった。
【００８５】
本実施の形態では、実施の形態１と同じく、Ｎ型電極６およびＰ型電極７の厚みはいずれも３０μｍ、Ｐ型裏面電極８の厚みは５０μｍ、太陽電池セル１の表面から絶縁材料層表面までは６０μｍであるので、窪み部１０の深さとインターコネクタ２の変位量との関係は、表３に示すようになる。
【００８６】
【表３】
2010129675.tif 000005
【００８７】
よって、本実施の形態において、インターコネクタ２がＰ型裏面電極８もしくは絶縁材料層９に接触して変位が止まる状態、すなわち変形完了領域に達した状態（図７の状態）になるように押圧した状態でレーザ接合をするためには、良好な接合状態が得られるインターコネクタ２の変位量の範囲は、７０μｍ以上、１２０μｍ以下であるといえる。
【００８８】
表３において「インターコネクタの変位量」とは、インターコネクタ２の窪み部１０外側の押圧治具１３によって押圧されている箇所が、電極側に向かって変形し始めて、太陽電池素子基板に接触するまでの鉛直方向の移動距離である。
【００８９】
したがって、本実施の形態における発明は以下のように表すことができる。本実施の形態における太陽電池の製造方法は、好ましいことに、既に述べた構成に加えて、前記接続配線は、厚み１００μｍの銅板材の両面に片面当たり厚み１０μｍ以上４０μｍ以下のはんだがめっきされたものであり、前記窪み部の底部の内径が２ｍｍであり、前記電極の大きさが直径２ｍｍ以上であり、前記電極の表面凹凸は１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記変形させる工程において、前記押圧治具は、前記窪み部の底部の中心から２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下だけ離れた周縁部を押圧するものであり、前記窪み部の深さは、前記変形させる工程において前記押圧治具によって押圧される前記周縁部が前記電極側に変形し始めてから前記基板に接触するまでの前記基板面に垂直な方向での移動距離が７０μｍ以上１２０μｍ以下となるような深さである。
【００９０】
本実施の形態における太陽電池の製造方法において、前記接続配線は予めはんだがめっきされたものであることが好ましい。
【００９１】
なお、ここまでの説明では、インターコネクタ２と電極とを接合するためのはんだを、インターコネクタ２の両面に予めめっきしておくこととしていたが、図１２に示すように電極上にもめっきなどの方法ではんだ層１４を予め形成しておいてもよい。本実施の形態における太陽電池の製造方法において、前記電極は、予めその表面にはんだがめっきされたものであることが好ましい。
【００９２】
あるいは、図１３に示すように電極上に板状のはんだ材１５を配設し、インターコネクタ２と板状のはんだ材１５とを同時に電極に向けて押圧してレーザ接合することとしてもよい。本実施の形態における太陽電池の製造方法において、前記重ね合わせる工程は、前記電極と前記接続配線との間に板状はんだを配設する工程を含み、前記変形させる工程は、前記電極と前記接続配線との間に前記板状はんだを挟み込んだ状態で、前記接続配線を押圧することが好ましい。
【００９３】
ここまで述べた内容は、太陽電池の製造方法の発明としてだけでなく、太陽電池製造装置の発明としても把握することができる。本実施の形態における太陽電池製造装置は、太陽電池素子が形成され、前記太陽電池素子に電気的に接続された電極を有する太陽電池素子基板に、平坦部と窪み部とを有する接続配線を重ね合わせたものに対して、前記接続配線のうち前記窪み部を露出させつつ前記窪み部の周囲の前記平坦部を押圧するための押圧治具と、前記窪み部に向けてレーザ光を照射するためのレーザ光照射部とを備え、前記押圧治具は、前記窪み部を前記電極に重ね合わせた状態で前記平坦部を押圧することによって、前記平坦部を前記太陽電池素子基板に向けて変形させるためのものである。この太陽電池製造装置においては、前記押圧治具は、前記窪み部の底部の中心から２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下だけ離れた周縁部を押圧するためのものであることが好ましい。
【００９４】
なお、上記各実施の形態において、押圧治具１３に圧力または荷重を測定するための測定機構を設けて、治具での押圧が適正条件で実施されているかを随時測定することとしてもよい。
【００９５】
本実施の形態における太陽電池製造装置においては、前記押圧治具は、弾性体を備えないことが好ましい。このようにすれば、押圧治具の弾性体の消耗などによる押圧バラツキが発生せず、接合不良を避けることができるからである。
【００９６】
なお、上記各実施の形態において、押圧治具１３に変位量測定機構を設けて、押圧治具１３による押圧が適正条件で実施されているかを随時測定することとしてもよい。すなわち、本実施の形態における太陽電池製造装置において、前記押圧治具は、変位量測定機構を備えることが好ましい。
【００９７】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明に基づく実施の形態１における太陽電池セルについて、裏面側から見た透視図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態１における太陽電池の製造方法においてインターコネクタとＰ型電極とが重なる部分の押圧し始める前の状態の断面図である。
【図３】本発明に基づく実施の形態１における押圧治具の第１の例および太陽電池セルの平面図である。
【図４】本発明に基づく実施の形態１における押圧治具の第２の例および太陽電池セルの平面図である。
【図５】本発明に基づく実施の形態１における押圧治具の開口部を通じてレーザ光が照射される様子の説明図である。
【図６】本発明に基づく実施の形態１における太陽電池の製造方法においてインターコネクタが変形している状態の断面図である。
【図７】本発明に基づく実施の形態１における太陽電池の製造方法においてインターコネクタがＰ型裏面電極に接触した状態の断面図である。
【図８】本発明に基づく実施の形態１における太陽電池セルにおいて押圧治具を取り去った後の図である。
【図９】本発明に基づく実施の形態１において荷重の大きさとインターコネクタの変位量との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明に基づく実施の形態１における太陽電池セルにおいて電極からの浮きが生じた箇所の断面図である。
【図１１】本発明に基づく実施の形態１において各電極の押圧荷重とその電極での引張り強度との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明に基づく実施の形態１における太陽電池の製造方法において電極上にはんだ層を予め形成しておいた場合の電極近傍の断面図である。
【図１３】本発明に基づく実施の形態１における太陽電池の製造方法において電極上にはんだ材を配置する場合の電極近傍の断面図である。
【図１４】従来技術に基づく太陽電池の断面図である。
【図１５】従来技術に基づく太陽電池セルの平面図である。
【図１６】従来技術に基づく太陽電池セルの断面図である。
【図１７】従来技術に基づく太陽電池セル上の電極の平面的位置関係を示す図である。
【図１８】従来技術に基づく太陽電池セルについて、裏面側から見た透視図である。
【符号の説明】
【００９９】
１  太陽電池セル、２  インターコネクタ、３  表面電極、４  フィンガー電極、５  貫通孔、６  Ｎ型電極、７  Ｐ型電極、８  Ｐ型裏面電極、９  絶縁材料層、１０  窪み部、１１  銅材、１２，１４  はんだ層、１３，１３０  押圧治具、１５  はんだ材、１６ａ，１６ｂ  （レーザ光の照射を示す）矢印、１７  開口部。
【図１】
2010129675.tif 000006
【図２】
2010129675.tif 000007
【図３】
2010129675.tif 000008
【図４】
2010129675.tif 000009
【図５】
2010129675.tif 000010
【図６】
2010129675.tif 000011
【図７】
2010129675.tif 000012
【図８】
2010129675.tif 000013
【図９】
2010129675.tif 000014
【図１０】
2010129675.tif 000015
【図１１】
2010129675.tif 000016
【図１２】
2010129675.tif 000017
【図１３】
2010129675.tif 000018
【図１４】
2010129675.tif 000019
【図１５】
2010129675.tif 000020
【図１６】
2010129675.tif 000021
【図１７】
2010129675.tif 000022
【図１８】
2010129675.tif 000023