(57)【要約】  本発明は、樹脂バインダーと、該樹脂バインダーに分散された導電粒子とを含有し、該導電粒子は、リン含有率が０．０１質量％以上８質量％以下であるリン含有銅合金を含む、太陽電池セルの電極と配線部材とを接続するために用いられる導電材料を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂バインダーと、該樹脂バインダーに分散された導電粒子とを含有し、
該導電粒子は、リン含有率が０．０１質量％以上８質量％以下であるリン含有銅合金を含む、太陽電池セルの電極と配線部材とを接続するために用いられる導電材料。
【請求項２】
前記導電粒子の平均粒子径が０．４μｍ〜３０μｍである、請求項１に記載の導電材料。
【請求項３】
前記導電粒子が水アトマイズ法を用いて製造された導電粒子である、請求項１又は２に記載の導電材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、深刻化する地球温暖化及び化石エネルギー枯渇等の問題を解決する手段として、太陽電池が注目されている。この太陽電池は、通常、複数の太陽電池セルを直列又は並列に接続することで形成される。この太陽電池セルの表面（受光面）には、出力を得るためのＡｇからなる直線状の電極（フィンガー電極）が、互いに平行に複数本形成されている。また、裏面には、その全面を覆うようにＡｌからなる裏面電極が形成されている。そして、隣接する太陽電池セルのうち、一方の太陽電池セルの受光面に全てのフィンガー電極と互いに直交するように金属配線部材（タブ線）を接続し、さらにこのタブ線を他方の太陽電池セルの裏面電極に接続することで、隣接する太陽電池セルが互いに接続される。この接続には、良好な導電性を示すはんだが従来用いられてきた。（特許文献１、２）。【０００３】
一方、環境保護等の観点から、はんだを使用せずに太陽電池セルの電極とタブ線との接続を行う方法が検討されている。例えば下記特許文献３〜８には、ペースト状あるいはフィルム状の導電性接着剤（導電材料）を用いて太陽電池セルの電極とタブ線とを電気的に接続する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２６３８８０号公報
【特許文献２】特開２００４−２０４２５６号公報
【特許文献３】特開２０００−２８６４３６号公報
【特許文献４】特開２００１−３５７８９７号公報
【特許文献５】特開平７−１４７４２４号公報
【特許文献６】特開２００５−１０１５１９号公報
【特許文献７】特開２００７−１５８３０２号公報
【特許文献８】特開２００７−２１４５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、はんだを太陽電池用タブ線の接続に使用する場合、微細なパターンを個別に接続する必要があり、また約２２０℃以上の熱が加わるため、接続工程の歩留りの低下及び接続構成部品の省スペース化の限界が生じている。【０００６】
また、上述の導電材料を用いた場合には、ある程度これらの問題を解消することができる。異方導電性材料又は導電材料としては、従来、接続後の接続抵抗の低減及び安定性のため、金又はニッケルを主成分とする導電粒子が使用されている。これにより、デバイスの小型化と使用中の腐食不良を防止できる。【０００７】
しかし、金の場合、製造コストが増加するという問題がある。また、ニッケルの場合、環境への負荷が増すという問題がある。また、これら以外の金属を主成分とする導電粒子を用いた場合には、ニッケル等を用いた場合と同等の安定した接続抵抗を得ることは困難であった。【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、安定な接続抵抗で、かつ、低温で接続することができ、かつ製造コストの増加を抑制することができる導電材料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】
本発明は、樹脂バインダーと、該樹脂バインダーに分散された導電粒子とを含有し、該導電粒子は、リン含有率が０．０１質量％以上８質量％以下であるリン含有銅合金を含む、太陽電池セルの電極と配線部材とを接続するために用いられる導電材料を提供する。【００１０】
かかる導電材料によれば、安定な接続抵抗で、低温で精度良く接続することができ、かつ製造コストの増加を抑制することができる。【００１１】
上記導電粒子の平均粒子径は０．４μｍ〜３０μｍであることが好ましい。なお、本明細書中において「平均粒子径」とは、積算した重量が５０％となるときの粒子径（以下、「Ｄ５０」ともいう。）をいう。なお、導電粒子の粒子径は、導電粒子の形状が球形以外である場合には、導電粒子に外接する最小の球の直径を導電粒子の粒子径とする。【００１２】
上記導電粒子は水アトマイズ法を用いて製造された導電粒子であることが好ましい。【００１３】
本発明はまた、樹脂バインダーと、該樹脂バインダーに分散された導電粒子とを含有し、該導電粒子は、リン含有率が０．０１質量％以上８質量％以下であるリン含有銅合金を含む組成物の、太陽電池セルの電極と配線部材とを接続するための導電材料としての応用、又は当該組成物の、太陽電池セルの電極と配線部材とを接続するための導電材料を製造するための応用に関してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、安定な接続抵抗で、低温で精度良く接続することができ、かつ製造コストの増加を抑制することができる導電材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の導電材料により接続可能な太陽電池セルの一態様における受光面を示す模式的平面図である。
【図２】本発明の導電材料により接続可能な太陽電池セルの一態様における受光面を示す模式的平面図である。
【図３】本発明の導電材料により接続可能な太陽電池セルの一態様における受光面を示す模式的平面図である。
【図４】太陽電池セルを複数接続した状態を示す模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
本発明の導電材料は、樹脂バインダーと該樹脂バインダーに分散された導電粒子とを含む。
【００１８】
上記導電粒子は、銅及びリンを含有するリン含有銅合金を含む。このリン含有銅合金におけるリン含有率は、０．０１質量％以上８質量％以下である。上記リン含有率が８質量％以下であることで、より低い抵抗率を達成可能であり、また、リン含有銅合金の生産性に優れる。また、上記リン含有率が０．０１質量％以上であることで、より優れた耐酸化性を達成できる。上記リン含有率は、耐酸化性と低抵抗率の観点から、０．５質量％以上７．８質量％以下であることがより好ましく、１質量％以上７．５質量％以下であることがより好ましい。また、リン含有率は、示差熱−熱重量同時測定において最大面積を示す発熱ピークのピーク温度が２８０℃以上となるような含有率であるとより好ましい。
【００１９】
上記リン含有銅合金は、銅とリンを含む合金であるが、他の原子をさらに含んでいてもよい。他の原子としては、例えば、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｖ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ等を挙げることができる。これらの中では、耐酸化性、融点等の特性調整の観点から、Ａｌが好ましい。
またリン含有銅合金が他の原子を含む場合のその含有率は、例えば、３質量％以下とすることができ、耐酸化性と低抵抗率の観点から、１質量％以下であることが好ましい。
【００２０】
上記導電粒子の粒子径としては、平均粒子径（Ｄ５０）が０．４μｍ〜３０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることがより好ましい。０．４μｍ以上とすることでより効果的に耐酸化性が向上する。また３０μｍ以下であることで長期の接続安定性が、より効果的に得られる。
また導電粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、鱗片状等のいずれであってもよい。導電粒子の形状は、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状又は板状であることが好ましい。
【００２１】
リン含有銅合金は、通常用いられる方法で製造することができる。また、導電粒子は、所望のリン含有率となるように調製したリン含有銅合金を用いて、金属粉末を調製する通常の方法を用いて調製することができ、例えば、水アトマイズ法を用いて定法により製造することができる。なお、水アトマイズ法の詳細は金属便覧（丸善（株）出版事業部）等に記載されている。
【００２２】
具体的には例えば、リン含有銅合金を溶解し、これをノズル噴霧によって粉末化した後、得られた粉末を乾燥、分級することで、所望の導電粒子を製造することができる。また、分級条件を適宜選択することで所望の粒子径を有する導電粒子を製造することができる。
【００２３】
また、上記導電粒子は、上述のリン含有合金から製造される導電粒子の外側に、銀、銀、パラジウム、金等の金属又は金属合金を被覆したものであってもよい。被覆する金属は、コストの観点から、銀を主成分とする金属が好ましい。被覆の方法としては、めっき、蒸着等、従来の手法を適用することができる。被覆の厚みは、特に限定されるものはではないが、例えば、コストの観点から、１μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以下とすることができる。
【００２４】
また上記導電粒子は１種単独でも、２種以上でも、あるいは、リン含有銅合金以外の導電粒子を含む２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２５】
上記導電材料に含まれる上記導電粒子の含有率は、例えば、０．１〜２０体積％とすることができ、１〜２０体積％であることが好ましく、１〜１５体積％であることがより好ましい。上記含有率が０．１体積％未満であると、上記範囲内にある場合と比較して、導電材料としての接続抵抗の初期値が増す。また、上記含有率が２０体積％を超えると、上記範囲内にある場合と比較して導電材料としての長期の接続安定性が低下する。
さらに、上記含有率が１〜１５体積％である場合には、太陽電池セルのバスバーが細い場合又はない場合（バスバーレス）、あるいはバスバーがなく、かつフィンガー電極が細い場合であっても、長期の接続安定性をより十分に発揮することが可能となる。
【００２６】
上記樹脂バインダーとしては、接着性を示すものであれば特に限定されないが、接続性を一層高める観点から、熱硬化性樹脂を含有する樹脂組成物であることが好ましい。
【００２７】
熱硬化性樹脂としては、公知のものを用いることができ、例えばエポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂が挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、接続信頼性をさらに向上させる観点から、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂及びアクリル樹脂からなる群より選ばれる１種以上の熱硬化性樹脂が好ましい。
【００２８】
また、接着剤成分としての樹脂組成物は、上記の熱硬化性樹脂以外に任意成分として、公知の硬化剤及び硬化促進剤を含有してもよい。
【００２９】
また、この樹脂組成物は、被接着体に対する接着性及び濡れ性を改善するために、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤等の改質材料を含有してもよく、導電粒子の均一分散性を向上させるために、リン酸カルシウム、及び炭酸カルシウム等の分散剤を含有してもよい。
さらにこの樹脂組成物は、弾性率やタック性を制御するために、アクリルゴム、シリコンゴム、ウレタン等のゴム成分を含有してもよく、被接着体に含まれる金属、及び導電粒子に含まれる金属（特には銀及び銅）のマイグレーションを抑制するために、キレート材料等を含有してもよい。
【００３０】
導電材料には、上述の樹脂バインダー及び導電粒子とともに、本発明の課題達成を阻害しない範囲で必要に応じて、例えば、増量剤、軟化剤（可塑剤）、粘接着性向上剤、酸化防止剤（老化防止剤）、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、着色剤、難燃剤、有機溶媒等の各種添加剤の１種又は２種以上が併用されてもよい。
【００３１】
導電材料は、その形状については特に限定されない。その具体例としては、（異方）導電ペースト、（異方）導電インク、（異方）導電粘接着剤、（異方）導電フィルム、（異方）導電シートが挙げられる。
【００３２】
図１〜３は、本発明の導電材料により接続可能な太陽電池セルの受光面を示す模式的平面図である。
【００３３】
図１に示すように、太陽電池セル１００は、複数が電気的に直列又は並列に接続されて１つの太陽電池モジュールを形成するものであり、基板２を有している。この基板２は略正方形状を呈しており、その四隅は円弧状となっている。基板２の一方面は受光面２１となっている。基板２は、例えば、シリコン単結晶セル、多結晶セル、アモルファスシリコンセル、及びヘテロジャンクションセルのうち少なくとも一つからなるものである。基板２は、受光面２１側がｎ型半導体であってもよく、ｐ型半導体であってもよい。基板２は、例えば、対向する２辺の距離が１２５ｍｍとなっている。
【００３４】
受光面２１の表面には、複数本（例えば４８本）の直線状のフィンガー電極３が、互いに平行に離間して配置されている。さらに、フィンガー電極３と直交するようにバスバー６Ａが配置されている。フィンガー電極３及びバスバー６Ａは銀等の金属ペースト、電解析出導電膜、導電薄膜などにより形成される。
【００３５】
このような太陽電池セル１００を、上述の導電材料を用いて接続する場合には、接着領域ＳＦに導電材料を配置し、さらにその上に配線部材を配置する。さらに、必要に応じて、加熱加圧を行ってもよい。加熱加圧の条件としては、例えば、１４０〜２２０℃、１〜３０分間、０．１〜０．３ＭＰａの条件が挙げられる。
【００３６】
なお、導電材料が液状である場合には、導電材料をディスペンス法、スクリーン印刷法、スタンピング法等によって塗布して配置してもよい。
【００３７】
配線部材（タブ線）としては、特に限定されない。具体的には、厚み０．１ｍｍ〜０．４ｍｍで、幅が０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍの銅を主とするリボンの表面を、有鉛はんだ、無鉛はんだ、銀、錫等で被覆してあるタブ線などを用いることができる。また、表面の形状を光拡散面とし、タブ線に照射される太陽光線を拡散反射させ、太陽電池モジュールのガラスと大気の界面で、再帰反射させるタイプのタブ線を用いることもできる。
【００３８】
なお、図２の太陽電池セルは、バスバーを細くしたもの（バスバー６Ｂ）であり、図３の太陽電池セルは、バスバーをなくしたものである。いずれの場合にも、接着領域ＳＦに導電材料を配置することにより、太陽電池セルの電極と配線部材との接続をすることが可能である。
【００３９】
上述の方法により、複数の太陽電池セルを接続すると、図４の模式的斜視図に示すように、複数の太陽電池セルが接続された接続体を得ることができる。図４の接続体においては、太陽電池セル１００Ａ〜Ｄが配線部材４を介して接続されており、太陽電池セルの電極と配線部材４とは上述の導電材料により接続されている。
【実施例】
【００４０】
以下実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。【００４１】
＜導電粒子１＞
リン含有銅合金を調製し、これを溶解して水アトマイズ法により粉末化した後、乾燥、分級した。分級した粉末をブレンドして、脱酸素・脱水分処理し、１質量％のリンを含むリン含有銅合金粒子（導電粒子１）を作製した。なお、リン含有銅合金粒子の平均粒子径（Ｄ５０）は１．５μｍであった。【００４２】
＜導電粒子２＞
リン含有銅合金を調製し、これを溶解して水アトマイズ法により粉末化した後、乾燥、分級した。分級した粉末をブレンドして、脱酸素・脱水分処理し、６．５７質量％のリンを含むリン含有銅合金粒子（導電粒子２）を作製した。なお、リン含有銅合金粒子の平均粒子径（Ｄ５０）は４．４μｍであった。【００４３】
＜導電粒子３＞
リン含有銅合金を調製し、これを溶解して水アトマイズ法により粉末化した後、乾燥、分級した。分級した粉末をブレンドして、脱酸素・脱水分処理し、７．９５質量％のリンを含むリン含有銅合金粒子（導電粒子３）を作製した。なお、リン含有銅合金粒子の平均粒子径（Ｄ５０）は４．８μｍであった。【００４４】
＜導電粒子４＞
導電粒子１に銀を０．１μｍの厚さでめっきした、銀被覆リン含有銅合金粒子（導電粒子４）を作製した。【００４５】
＜導電粒子５＞
市販されている平均粒子径（Ｄ５０）５μｍのニッケル粒子（導電粒子５）を準備した。【００４６】
＜導電粒子６＞
市販されている粒子径６μｍの銀コート銅粒子（導電粒子６）を準備した。銅にはリンが０．０１質量％未満しか含有されていないものである。【００４７】
実施例１
（１）導電材料層の作製：
フェノキシ樹脂（高分子量エポキシ樹脂）とマイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ樹脂（エポキシ当量１８５）の質量比を３０／７０とし、これらを酢酸エチルに溶解させて、酢酸エチルの３０質量％溶液を得た。
この溶液に、上記導電粒子１を８質量％（液状導電材料全量基準）添加し、混合分散し、液状導電材料を得た。この液状導電材料をセパレータ（シリコーン処理ポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み５０μｍ）にバーコータで塗布し、８０℃で１０分間乾燥し、厚み２５μｍの導電材料層が形成された積層体を得た。
その後、この積層体を１．５ｍｍ幅に裁断して、帯状のセパレータ上に導電材料層（厚み２５μｍ）が設けられた導電材料を得た。【００４８】
（２）接続：
太陽電池セル（シリコン基板、１２５ｍｍ角、厚み０．２ｍｍ、表面及び裏面バスバー各２本）の全バスバーと、タブ線（はんだめっき銅線、幅１．５ｍｍ、厚み０．２ｍｍ）を、セパレータを剥がした上記導電材料を介し挟み電気的に接続した。接続方法は、各材料を配置し、その後、圧着ツール（日化設備エンジニアリング社製、商品名「ＡＣ−Ｓ３００」）を用いて、加熱温度１８０℃、加圧圧力２ＭＰａ、加熱・加圧時間１０秒間の条件で、加熱及び加圧を施した。太陽電池セルの全てのバスバーに対し、導電材料で接続をして、タブ線付き太陽電池セルを得た。【００４９】
（３）評価：
得られたタブ線付き太陽電池セルのＩＶ曲線を、ソーラーシミュレータ（株式会社ワコム電創製、商品名：ＷＸＳ−１５５Ｓ−１０、ＡＭ：１．５Ｇ）を用いて測定し、曲線因子（フィルファクタ、以下Ｆ．Ｆと略す）を導出した。さらにこのときに併せて変換効率（η）も導出した。さらに、長期の接続安定性を、８５℃、８５ＲＨ％の恒温恒室環境への暴露１０００時間の試験前後で、変換効率（η）の変動が５％以内に収まる場合を「良」、５％を超える場合を「不良」として判定した。その結果を表１に示す。【００５０】
実施例２
上記導電粒子１に代えて、上記導電粒子２を４質量％（液状導電材料全量基準）添加した以外は、実施例１と同様にして、導電材料を得た。その後、実施例１と同様にして、接続、評価を行った。その結果を表１に示す。【００５１】
実施例３
上記導電粒子１に代えて、上記導電粒子２を１５質量％（液状導電材料全量基準）添加した以外は、実施例１と同様にして、導電材料を得た。その後、実施例１と同様にして、接続、評価を行った。その結果を表１に示す。【００５２】
実施例４
上記導電粒子１に代えて、上記導電粒子３を１質量％（液状導電材料全量基準）添加した以外は、実施例１と同様にして、導電材料を得た。その後、実施例１と同様にして、接続、評価を行った。その結果を表１に示す。【００５３】
実施例５
上記導電粒子１に代えて、上記導電粒子２を９質量％（液状導電材料全量基準）添加し、かつ導電材料層の厚みを３５μｍとした以外は、実施例１と同様にして、導電材料を得た。
その後、表面にバスバーがない太陽電池セルを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、接続、評価を行った。その結果を表１に示す。【００５４】
実施例６
上記導電粒子１に代えて、上記導電粒子４を３質量％（液状導電材料全量基準）添加した以外は、実施例１と同様にして、導電材料を得た。その後、実施例１と同様にして、接続、評価を行った。その結果を表１に示す。【００５５】
比較例１
上記導電粒子１に代えて、上記導電粒子５を１０質量％（液状導電材料全量基準）添加した以外は、実施例１と同様にして、導電材料を得た。その後、実施例１と同様にして、接続、評価を行った。その結果を表２に示す。【００５６】
比較例２
表面にバスバーがない太陽電池セルにはんだを用いてタブ線の接続を試みた。具体的には、フィンガー電極上にタブ線を直行配置し、３００℃のはんだごてで、はんだを供給しながら、かつ、タブ線表面に被覆されるはんだを溶融しながら、接続を試みた。しかし、タブ線の浮きが部分的に生じ接続できなかった。【００５７】
比較例３
上記導電粒子１に代えて、上記導電粒子６を１０質量％（液状導電材料全量基準）添加した以外は、実施例１と同様にして、導電材料を得た。その後、実施例１と同様にして、接続、評価を行った。その結果を表２に示す。【００５８】
【表１】
2013012071.tif 000002
【００５９】
【表２】
2013012071.tif 000003
【００６０】
なお、上記実施形態では、導電材料としてフィルム状の導電材料が用いられているが、液状導電材料が太陽電池セルに直接塗布されてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
３…フィンガー電極、４…配線部材、６Ａ，６Ｂ…バスバー、２１…受光面、１００…太陽電池セル、ＳＦ…接着領域。
【図１】
2013012071.tif 000004
【図２】
2013012071.tif 000005
【図３】
2013012071.tif 000006
【図４】
2013012071.tif 000007
【国際調査報告】
2013012071.tif 000008
2013012071.tif 000009
2013012071.tif 000010
2013012071.tif 000011