(57)【要約】  隣り合う２以上の太陽電池セル１ａ、１ｂと、太陽電池セル１ａ、１ｂ同士を電気的に接続する接続部材２と、太陽電池セル１および接続部材２の間に配置されるはんだ層５とを有する太陽電池モジュールであって、接続部材２は、第一の太陽電池セル１ａおよび第二の太陽電池セル１ｂとの接続部に対応する箇所に、それぞれはんだを流し込み可能に、第一の開孔４ａおよび第二の開孔４ｂが形成され、第一の開孔４ａおよび第二の開孔４ｂのそれぞれの外周の一部に、太陽電池セル１側に向かい、第一の突起部３ａおよび第二の突起部３ｂが形成されている、太陽電池モジュール。本発明によれば、十分なはんだ接合層厚みを安定的に確保し、長期使用における信頼性を向上させることができる。
2013001822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣り合う２以上の太陽電池セルと、
前記太陽電池セル同士を電気的に接続する接続部材と、
前記太陽電池セルおよび前記接続部材の間に配置されたはんだ層とを有する太陽電池モジュールであって、
前記接続部材は、第一の太陽電池セルおよび第二の太陽電池セルとの接続部に対応する箇所に、それぞれはんだを流し込み可能に、第一の開孔および第二の開孔が形成され、
前記第一の開孔および前記第二の開孔のそれぞれの外周の一部に、前記太陽電池セル側に向かい、第一の突起部および第二の突起部が形成されている、太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記接続部材の長手方向の中心線が含まれる領域に、前記第一の開孔および前記第二の開孔がそれぞれ形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記第一の開孔および前記第二の開孔として、それぞれ前記接続部材の上面から下面に至る、第一の貫通孔および第二の貫通孔が設けられている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記第一の開孔を挟んで複数の第一の突起部が対称に形成され、前記第二の開孔を挟んで複数の第二の突起部が対称に形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記第一の突起部および第二の突起部は、四角錘形状である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記第一の突起部および第二の突起部は、すり鉢形状である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記第一の突起部および第二の突起部は、溝形状である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記接続部材は、前記第一の開孔、前記第二の開孔と一直線上に並ぶように、前記接続部材の長手方向に沿って、第三の開孔、第四の開孔がさらに形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記第一の開孔、前記第二の開孔として、前記接続部材の長辺の一端から、前記接続部材の幅方向の中心に向かって切欠が設けられている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記第一の突起部および前記第二の突起部の高さは、前記はんだ層の厚みと同じである、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記第一の突起部および前記第二の突起部の高さは、５０μｍ以上１ｍｍ以下である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記太陽電池モジュールは、複数の前記太陽電池セルが一直線状に配置されたストリングを複数有し、
前記複数のストリングは、並列に配置され、隣り合う前記ストリングの両端同士が、渡り配線により電気的および機械的に接続されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記はんだ層は、前記第一の開孔から前記第一の突起部に至るように連続して第一のハンダ層が形成され、前記第二の開孔から前記第二の突起部に至るように連続して第二のハンダ層が形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１４】
前記接続部材の前記第一の開孔側の外周の一部に前記接続部材の上面から目視可能に前記はんだ層のフィレットが、前記第一の開孔から連続するように形成され、
前記接続部材の前記第二の開孔側の外周の一部に前記接続部材の上面から目視可能に前記はんだ層のフィレットが、前記第二の開孔から連続するように形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１５】
前記第一の突起部は、前記第一の開孔の周縁部を避けるように前記第一の開孔と前記はんだ層周縁部との間に形成され、
前記第二の突起部は、前記第二の開孔の周縁部を避けるように前記第二の開孔と前記はんだ層周縁部との間に形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【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が電気的および機械的に接合された太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。
一般に、太陽電池セル一枚では電気出力が小さいため、複数枚の太陽電池セルを直並列に接続して形成される太陽電池モジュールから、実用的な所定の電気出力を発生させる。直並列の接続は、負極電極および正極電極に接合部材を接続することで行なわれる。【０００３】
従来の両面電極型太陽電池は、キャリアを収集するための複数本の細線電極（フィンガー電極）と、配線材を接続するための接続用電極（バスバー電極）とを光電変換部上に備えおり、受光面である表面と裏面にそれぞれ異なる極性の電極、すなわち、Ｐ型電極とＮ型電極が設けられている。両面電極型の太陽電池セルを用いて太陽電池モジュールを形成するためには、太陽電池セルを複数並設して直列に接続しなければならないが、その際、表面の電極と隣接する太陽電池セルの裏面の電極とを接合部材で接合する必要がある。【０００４】
近年、更なる高効率化への要求の高まりの中で、バックコンタクト型と呼ばれる太陽電池の開発が盛んに行われている。これは、複数のバックコンタクト型太陽電池セルを接続する際に、裏面同士で接続できるため、表面に接続部材がなく、受光効率も向上するとともに外観も良好となる。バックコンタクト型の裏面には、Ｐ型電極とＮ型電極が形成されているが、Ｐ型電極とＮ型電極が互い違いに櫛目の間に入り込むようになされている。【０００５】
このようにＰ型電極とＮ型電極とが交互に密に設けられていることにより、キャリアロスが減り、高い発電効率を実現する一要因となっており、Ｐ型電極とＮ型電極とが混在した面積をできるだけ増やすことが高効率を実現する要素である。【０００６】
次に、太陽電池の信頼性に関する課題を以下に述べる。
太陽電池の信頼性としては、１０年後の最大出力は初期値の９０％以上、２０年後に８０％以上を保証するのが一般的になっているが、太陽光発電の導入量増加に伴い、信頼性の面から好ましくない事象が発生していることが明らかになってきている。
一例としては、「ホットスポット」と呼ばれる不良現象の発生が挙げられる。これは、太陽光発電システムにおける、一部の太陽電池セル、モジュールの発電電力分布の差異により起こる発熱現象であり、システムに対して著しいダメージを与える可能性がある。更には、太陽電池セルのひび割れの発生が確認されたり、一部の太陽電池セル、接続箱の異常発熱により、太陽電池セル表面が焦げたり、接続箱の変形、発火が引き起こされたりしていることが報告されている。【０００７】
これらの不良現象の原因は様々あるが、太陽電池セル−接合部材の接合不良が一因と考えられる（例えば、非特許文献１参照）。長期使用環境下において、太陽電池セルと接合部材との間のはんだ接合部にクラックが伸展することで、集電効率が低下し、太陽電池セル、モジュールの発電電力分布の差異が発生し、上記のホットスポット等の発熱現象が発生する。
このような接合不良は、薄型基板の太陽電池セルでは、さらに顕著となる。例えば、これまでの３００〜５００μｍ程度から、２００μｍ未満の厚みにしたものが主流になっている中、上述の接合部材のはんだ付け時の熱応力による太陽電池セルの反りが大きくなるため、電極剥離等の接合不良が発生しやすくなり、接合部の信頼性をさらに低下させる。【０００８】
また、先に述べたバックコンタクト型太陽電池セルのはんだ接合部で発生した電子とホールは、接合部の面積と比例して、再結合し消滅する割合が増加するため、はんだ接合部は発電無効部となる。バックコンタクト型太陽電池セルの発電効率向上においては、発電無効部であるはんだ接合部をより小さくすることが必要であり、はんだ接合部を小さくするためには、各はんだ接合部の信頼性の向上が求められる。はんだ接合部の信頼性向上の手段として、はんだ接合層厚みを、一定厚み以上で且つ均一に制御することで、接合部の信頼性を向上させることができる（例えば、非特許文献２参照）。【０００９】
また、太陽電池セル−接合部材間の接合において、より高い信頼性を確保するための太陽電池セル接合部材形状および接合方法が開示されている。
接合部材表面に凹凸形状を付与することで、その凹凸形状により接合部材が均一に加熱され、信頼性の高い接合部を達成する手法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。接続部材表面に凹凸形状を付与することで、容易に加熱され、短時間の処理で太陽電池セルと接続部材の接合を達成することが可能である。
被覆材の有効表面積が、処理の行われていない表面に比べて拡大し、ハロゲン或いはホットエアーで加熱した際に、必要な熱がより容易にかつより速く得られるためである。被覆材が均質であれば、層全体が均一に加熱され、広範囲で太陽電池セルと接合部材の接合が可能である。【００１０】
また、接合部材において、はんだ接合部の中心位置に貫通孔が設けられ、貫通孔を通して、貫通孔下でかつ電極上に位置するはんだ層を加熱機構で直接加熱し、接合部材と電極とが、はんだ接合する方法も開示されている（たとえば、特許文献２参照）。太陽電池セルと接続部材の全体を加熱するのではなく、局所的に加熱を行うことで、はんだ付け時の熱応力による太陽電池の反りは緩和され、接合部へのせん断応力も緩和され、接合部の信頼性は向上する。しかしながら、接合部の信頼性を確保する上で、接合部の厚みをコントロールすることや、接合部からフラックスを排出し、ボイドの発生を低減することが重要であり、従来の接合部材形状では不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２００８−５４３０６２号公報
【特許文献２】特開２００８−２３５５４９号公報
【特許文献３】特開２００９−１７６７８２号公報
【特許文献４】特表２００８−５０２１４９号公報
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５/０２６８９５９号明細書
【特許文献６】特開平８−２９８３３４号公報
【特許文献７】国際公開第２０１１／１０５５１０号
【特許文献８】米国特許出願公開第２００４/００１６４５６号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】“太陽電池モジュールの信頼性と評価手法”（阪本貞夫），応用物理，第７９巻，第５号（２０１０），ｐ４００−４４３
【非特許文献２】“両面放熱パワーモジュール用Ｐｂフリーはんだ材料”（坂本善次，平野尚彦，奥村知巳，鶴田加一，高木晶子），Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ  １５ｔｈ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｊｏｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（２００９），ｐ９５−１００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１に記載の、接合部材に凹凸形状を付与する技術においては、接合層厚みを十分に確保することができない。予め導電材料に、ろう材をめっきしており、接合層厚みはめっき厚とほぼ同等の厚みとなる。めっき厚みは、通常、３０μｍ程度までであり、信頼性の観点より５０μｍ程度の接合層厚みが望ましいと考えられ、ペースト状、或いは、糸状のはんだを追加しない場合では接合層厚みは薄く、信頼性の高い接合部は達成できない。【００１４】
しかしながら、接合層厚みが１ｍｍと超えると、接合時及びその後工程において、応力集中箇所となり、太陽電池セルの割れ発生原因となる。また、はんだを追加した場合、揮発したフラックスが接合層内部にトラップされ、ボイドの発生要因となり、信頼性の低い接合部となる。
また、従来例に示した特許文献２に記載の接合部材においては、接合部材に貫通孔が備えられ、貫通孔よりレーザーを用いてはんだを加熱する。その場合、レーザー照射部以外に十分な接合層厚みを確保するためのはんだ量を供給することが困難である。【００１５】
その他にも、種々の関連技術が開示されている（例えば、特許文献３〜８参照）。
例えば、特許文献３〜５には、第一の太陽電池セルおよび第二の太陽電池セルと、前述の第一の太陽電池セルおよび第二の太陽電池セルとを電気的に接続する、上面から下面まで貫通する切れ込みを備える接続部材とを有する太陽電池モジュールが開示されている。切れ込みを設けたことにより、太陽電池モジュールに加わる応力を緩和することができる。しかし、上述の切れ込みは、電気的な接続箇所を除いた部分に設けられたものであり、電気的な接続には関与するものではなかった。また特許文献３の接続部材の一部に、第一、第二の太陽電池セル側に突出する突出部が開示されている。しかし、この突出部も太陽電池モジュールに加わる応力を緩和するものであって、電気的な接続には関与するものではなかった。そのため、特許文献３〜５に開示された発明によっては、接続部材と第一、第二の太陽電池セルとの接続信頼性を高めることはできなかった。【００１６】
特許文献６にも、上面から下面まで貫通する貫通孔を備える接続部材が開示されている。しかし、この貫通孔はボンディングワイヤと太陽電池セルとが干渉することを避けるために設けられたものであり、接続部材と太陽電池セルとの接続信頼性を高めるものではなかった。特許文献７には、太陽電池素子側に向かい、開口部の周縁の一部から切り立った突部を備える配線導体を備える太陽電池モジュールが開示されている。しかし、この突部は電力取出電極に直接接するものであり、はんだ層と太陽電池セルとの接続信頼性を高めるものではなかった。特許文献８には、導電体層の一部に設けられた突起と、突起上に配置された球状素子の電極とがはんだを介して直接接続されている光電変換装置の製造方法が開示されている。しかし、はんだ層の厚みを一定に保つことにより、半導体素子とはんだとの接続信頼性を高める技術は示唆されていなかった。【００１７】
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、十分なはんだ接合層厚みを安定的に確保することで、長期使用における信頼性を有する太陽電池モジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、隣り合う２以上の太陽電池セルと、太陽電池セル同士を電気的に接続する接続部材と、太陽電池セルおよび接続部材の間に配置されたはんだ層とを有する太陽電池モジュールであって、接続部材は、第一の太陽電池セルおよび第二の太陽電池セルとの接続部に対応する箇所に、それぞれはんだを流し込み可能に、第一の開孔および第二の開孔が形成され、第一の開孔および第二の開孔のそれぞれの外周の一部に、太陽電池セル側に向かい、第一の突起部および第二の突起部が形成されている、太陽電池モジュールを要旨とする。
このような構成により、太陽電池セルと接合部材間におけるはんだ接合部の信頼性を向上することができる。接続部材は、５０μｍ以上１ｍｍ以下の複数の突起を備えていることが望ましい。このような構成により、太陽電池セル割れの原因となる応力集中部をつくらずに、はんだ接合層厚みを５０μｍ以上に制御することができるからである。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明の太陽電池セル接続部材において、十分なはんだ接合層厚みを安定的に確保することで、２０年以上の長期使用における信頼性を有する太陽電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は実施の形態に係る太陽電池モジュールの上面図である。
【図２】図２は実施の形態に係る太陽電池モジュールの上面図である。
【図３】図３Ａは実施の形態に係る太陽電池モジュールの接続部の上面図である。図３Ｂは実施の形態に係る太陽電池モジュールの接続部の断面図である。
【図４】図４Ａは実施の形態に係る太陽電池モジュールの接続部にはんだを充填する際の状態を示す上面図である。図４Ｂは実施の形態に係る太陽電池モジュールの接続部にはんだを充填する際の状態を示す断面図である。
【図５】図５Ａは実施の形態の変形例に係る太陽電池モジュールの接続部にはんだを充填する際の状態を示す上面図である。図５Ｂは実施の形態の変形例に係る太陽電池モジュールの接続部にはんだを充填する際の状態を示す断面図である。
【図６】図６Ａは実施の形態の変形例に係る太陽電池モジュールの接続部にはんだを充填する際の状態を示す上面図である。図６Ｂは実施の形態の変形例に係る太陽電池モジュールの接続部にはんだを充填する際の状態を示す断面図である。
【図７】図７Ａは実施の形態の変形例に係る太陽電池モジュールの接続部にはんだを充填する際の状態を示す上面図である。図７Ｂは実施の形態の変形例に係る太陽電池モジュールの接続部にはんだを充填する際の状態を示す断面図である。
【図８】図８は実施の形態の変形例に係る太陽電池モジュールの接続部の上面図である。
【図９】図９Ａは実施の形態の変形例に係る太陽電池モジュールの接続部にはんだを充填する際の状態を示す上面図である。図９Ｂは実施の形態の変形例に係る太陽電池モジュールの接続部にはんだを充填する際の状態を示す断面図である。
【図１０】図１０は加速試験後のはんだ接合層厚みとクラック発生箇所の相関を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、実施形態を挙げて本発明の説明を行うが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。図中同一の機能又は類似の機能を有するものについては、同一又は類似の符号を付して説明を省略する。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２２】
（実施の形態）
図１は実施の形態に係る太陽電池モジュールの上面図である。ここではバックコンタクト型の太陽電池セルを例に示す。図１に示すように、太陽電池モジュールは、隣り合う２つの太陽電池セル１ａ、１ｂと、太陽電池セル１ａ、１ｂを電気的および機械的に接続する矩形板状の接続部材２と、太陽電池セル１および接続部材２の間に配置されるはんだ層とを有する。
【００２３】
図２に示すように、太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルが一直線状に配置されたストリング１０ａの形態であっても構わない。また、複数のストリング１０ａ、１０ｂ、…１０ｘが並列に配置され、隣り合うストリングの両端同士が、渡り配線により電気的および機械的に接続されている、いわゆるモジュール１００の形態であっても構わない。
ここで「電気的に接続」とは、例えば太陽電池セル１ａと太陽電池セル１ｂの異なる極性が、電導部材である接続部材２およびはんだ層５を介して接続されていることをいう。「物理的に接続」とは、例えば太陽電池モジュールが、製造、搬送、取り付け時において太陽電池モジュールとしての形態を維持できる程度に、太陽電池セル同士が接合されていることをいう。また「太陽電池モジュール」とは、電気的に接続された２以上の太陽電池セルを有するものの意味であり、ストリング形態や、複数のストリングが並列に配列される形態を含む概念である。
【００２４】
図３Ａは実施の形態に係る太陽電池モジュールの接続部の上面図である。図３Ｂは実施の形態に係る太陽電池モジュールの接続部の断面図である。
図３Ａに示すように、接続部材２は、接続部材２の長手方向に沿った、第一の太陽電池セル１ａおよび第二の太陽電池セル１ｂとの接続部に対応する箇所に、それぞれはんだを流し込み可能に、第一の開孔４ａおよび第二の開孔４ｂが形成されている。そして、第一の開孔４ａおよび第二の開孔４ｂのそれぞれの外周の少なくとも一部に、図３Ｂに示すように、太陽電池セル１側に向かい、第一の突起部３ａおよび第二の突起部３ｂが形成されている。ここでは、四角錘形状の第一、第二の突起部３ａ、３ｂがストリングの長さ方向に対して垂直方向に３つずつ並んで配置されている。３つずつ並べることで、太陽電池セル１に接続部材２を安定的に配置することができるからである。なお、第一、第二の突起部３ａ、３ｂにおけるそれぞれの突起部の個数は３個に限らず、安定的に配置できれば、幾つでもよい。
【００２５】
ここで「外周」とは開孔とはんだ層周縁部との間の領域をいう。開孔から注入されるはんだの濡れ拡がりを確保するためには、図３Ａ，図３Ｂに示すように、開孔の周縁部Ａ１を避けるように突起部を設けることが好ましい。またはんだ層の十分な厚みを安定的に確保するためには、はんだ層の濡れ拡がり領域の周縁部Ａ２より開孔側に突起部の頂点がくるように突起部を設けることが好ましい。突起部は、例えば、周縁部Ａ１および周縁部Ａ２を除いた、開孔とはんだ層周縁部との間の領域Ａ３を設けることができる。
【００２６】
図３Ｂに示すように、はんだ層５は、第一の開孔４ａから第一の突起部３ａに至るように連続して第一のはんだ層５ａが形成され、第二の開孔４ｂから第二の突起部３ｂに至るように連続して第二のはんだ層５ｂが形成されていることが好ましい。太陽電池セル１ａ、１ｂと接続部材２との接続強度が向上するからである。
接続部材２の第一の開孔側４ａの外周の一部に接続部材２の上面から目視可能にはんだ層５のフィレットが、第一の開孔４ａから連続するように形成されている。また接続部材２の第二の開孔側４ｂの外周の一部に接続部材２の上面から目視可能にはんだ層５のフィレットが、第二の開孔４ｂから連続するように形成されていることが好ましい。
フィレットにより、はんだ接合層にクラックが伸展しにくくなり、接合信頼性が向上するからである。また、フィレットを安定的に形成できると、接合部の検査にカメラによるフィレット検査が適用でき、工程内での検査が容易となる。即ち、接着強度が向上することの他に、はんだ層５がうまく濡れ拡がったか否かの区別が容易になるからである。
【００２７】
図４Ａは実施の形態に係る太陽電池モジュールの接続部にはんだを充填する際の状態を示す上面図である。図４Ｂは実施の形態に係る太陽電池モジュールの接続部にはんだを充填する際の状態を示す断面図である。
図４Ａに示すように、接続部材２の長手方向の中心線が含まれる領域に、第一の開孔４ａおよび第二の開孔４ｂがそれぞれ形成されていることが好ましい。太陽電池セル１ａ、１ｂと接続部材２との接続強度が向上するからである。第一の開孔４ａおよび第二の開孔４ｂの中心が、接続部材２の長手方向の中心線にくることがより好ましい。応力をうまく緩和してくれるからである。
第一の開孔４ａを挟んで複数の突起３ａが対称に形成され、また第二の開孔４ｂを挟んで複数の突起３ｂが対称に形成されていることが好ましい。接続部に加わる応力が分散することで、太陽電池セル１ａ、１ｂと接続部材２との接続強度が向上するからである。
【００２８】
図４Ｂに示すように、第一の開孔１ａおよび第二の開孔１ｂとして、それぞれ接続部材２の上面から下面に至る、第一の貫通孔および第二の貫通孔が設けられている。貫通孔を設けておくことで、接続部材２の側面からはんだを充填するよりも容易に、貫通孔を介してはんだを接続部材２と太陽電池セル１ａ、１ｂとの間に充填することができるからである。なお、貫通孔であれば特に制限なく、図示された楕円形の他、円形状や後述する四角形状にしても構わない。
【００２９】
太陽電池セル１ａ、１ｂと接続部材２との間にはんだを供給するには、図４Ｂに示すように、レーザー等の加熱ユニット６で糸はんだ５を加熱し、太陽電池セル−接続部材間にはんだを供給すればよい。接続部材突起部３により確保されたセル接続部材間のスペースに濡れ拡がることで、十分な接合層厚みを有する接合部が形成されるからである。
【００３０】
第一の突起部３ａおよび第二の突起部３ｂの高さは、はんだ層５の厚みと同じであることが好ましい。接続信頼性の観点からである。即ち、はんだ層５の厚みよりも、第一の突起部３ａ、第二の突起部３ｂの高さが厚いと、接続部材２と太陽電池セル１ａ、１ｂとの間に隙間が生じ、接続強度が低下するからである。具体的には、第一の突起部３ａおよび第二の突起部３ｂの高さは、５０μｍ以上１ｍｍ以下が好ましい。理想的な接合層厚みを確保できて、太陽電池セルの割れを抑制できるからである。
【００３１】
接続部材２は、スズ、或いは、スズを含むはんだ材料でめっきされていることが好ましい。スズ、或いは、はんだ材料でめっきされていると、はんだに対する濡れ性が向上し、ボイドが少なく、フィレットが形成された、信頼性の高い接合部となるからである。接続部材２のコア材料は金属、特に銅、或いは合金、特に銅合金からなることが好ましい。なお、銅は焼きなましてあり、延性があるものが好ましい。通常使用環境下での温度サイクルにおいて、接合部にかかる応力を緩和し、信頼性の向上が期待できる。
【００３２】
これらの接続部材の材質は導電性が高いものであれば特に限定されるものではないが、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎや、これらを含む合金などを用いることができる。また、樹脂材料と金属との複合材料を用いてもよい。樹脂材料と金属の複合材料は、たとえば、樹脂シートと接続部材を接着材などで貼り合せたものなどを用いることができる。上述のような太陽電池セルの接続部材形状は、本発明のうちの典型例を例示したに過ぎない。
【００３３】
（実施の形態の変形例）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば実施の形態においては、図３に示すように第一、第二の突起部３ａ、３ｂの形状を四角錘形状とした。しかし、第一、第二の突起部３ａ、３ｂの形状は、これに限定されるものではない。例えば、図５Ａ、５Ｂに示すような、突起部の接合部と接する面を平面状にした、第一、第二の突起部３１ａ、３１ｂとしてもよい。ここではその一例として、すり鉢形状の接続部材２Ａを示す。
単結晶或いは多結晶のシリコンからなる太陽電池セル１は、局所的な応力が付加されると、非常に割れやすい。接続部材２を太陽電池セル１上に配置し、接合する際、接続部材２を抑えるため、太陽電池セル１に対して圧力がかかる。
図１で示した四角錘形状の接続部材突起部３の形状と比較し、すり鉢形状の接続部材突起部３においては、接続部材２と太陽電池セル１に接触した際に、接触する面積が増えるため、太陽電池セル１に与える応力が低減され、太陽電池セルの割れが抑制される。
【００３４】
また図３の第一、第二の突起部３ａ、３ｂの形状は、例えば図６Ａ，図６Ｂに示すような、溝形状の第一、第二の突起部３２ａ、３２ｂとしてもよい。溝形状の第一、第二の突起部３２ａ、３２ｂを備える接続部材２Ｂとすることにより、Ｐ型電極とＮ型電極からなる櫛型電極部へのはんだの濡れ拡がりを抑え、Ｐ型電極とＮ型電極の短絡による太陽電池セルの性能低下を抑制できるからである。
【００３５】
更に、図７Ａ、図７Ｂに示すように、第一、第二の開孔４１ａ、４１ｂと一直線上に並ぶように、接続部材２Ｃの長手方向に沿って、第三の開孔４１ｃ、第四の開孔４１ｄを形成しもよい。また、図３の第一の開孔４ａ、第二の開孔４ｂの形状は楕円形状に限らず、図７Ａ，図７Ｂに示すように、四角形状でもよい。また、開孔の個数は、接合部の１箇所に対して複数個でもよい。接合部全体へのはんだの濡れ拡がりを確保するために、開孔を複数個にして、糸はんだ５、加熱ユニット６を、図７Ｂの矢印の方向に、スキャンさせることで、接合部の大きさに関わらず、はんだの濡れ拡がりを確保し、信頼性の高い接合部を達成できる。
【００３６】
また、接合に用いるはんだ材料は糸はんだに限らず、クリームはんだでもよい。クリームはんだは、太陽電池セル側の接合部の中心に塗布をする。太陽電池セルと接続部材はクリームはんだを介して接することで、クリームはんだがクッションとなり、接合時の太陽電池セルの割れ発生が抑制される。反面、ディスペンス用クリームはんだのフラックス含有量は、重量比で１３％程度であり、糸はんだの３〜４％程度と比較して、３〜４倍程度多く含まれている。
【００３７】
はんだ接合時の加熱に飛散した多量のフラックスが太陽電池セルや封止材料と化学的に反応し、モジュール信頼性の低下の要因となる。また、飛散したフラックスが生産設備内部に付着し、清掃メンテナンスの頻度が多くなり、生産性の低下に繋がる。
【００３８】
次に、図８を用いて、上記の以外の突起部３の構成を用いて説明する。
図８は、太陽電池セル１と接続部材突起部３と接続部材貫通孔４の位置の関係を示している。「Ｓ」「Ｔ」「Ｕ」「Ｖ」「Ｗ」「Ｘ」「Ｙ」「Ｚ」で示した箇所のすべて或いは一部に接続部材突起部３が位置する。図５において、「Ｔ」と「Ｚ」の位置に突起部が位置すると、太陽電池セル１の接合部と接続部材２の全体にはんだが濡れ拡がり易くなる。その際に接続部材２の端面にも濡れ拡がることでフィレットを形成できる。
フィレットにより、はんだ接合層にクラックが伸展しにくくなり、接合信頼性が向上する効果が考えられる。また、フィレットを安定的に形成できると、接合部の検査にカメラによるフィレット検査が適用でき、工程内での検査が容易となる。また、図５において、「Ｓ」、「Ｖ」、「Ｕ」、「Ｗ」、「Ｚ」、「Ｙ」に接続部材突起部３があると、接続部材２はより安定的に太陽電池セル１上に配置することができる。
【００３９】
また、図８において、「Ｓ」、「Ｖ」、「Ｘ」、「Ｙ」に接続部材突起部３があると、接続部材２は安定的に配置できて、且つ各接合部に１辺ずつの端面にフィレットが形成できる。更に、図５において、「Ｓ」、「Ｙ」に接続部材突起部３がある場合と、「Ｗ」、「Ｕ」に接続部材突起部３がある場合は、「Ｓ」、「Ｖ」、「Ｘ」、「Ｙ」に接続部材突起部３がある場合と同様の効果が期待できる。接続部材突起部の個数については、接続部材突起部の個数は１つの接合部に対して１個以上であればいくつでもよい。
【００４０】
この部材を使ったモジュールは、以下の工程で完成する。太陽電池モジュールの構成は、太陽電池セルが封止材に封止され、表面側に保護部材のガラス板が取り付けられるとともに背面側には保護部材として樹脂製フィルムが取り付けられて積層体を形成している。またこの周囲にはアルミ枠が取り付けられている。
太陽電池セルを封止する封止材は接着性合成樹脂が好適に用いられ、たとえばエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、透明な変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、アクリル樹脂、シリコン樹脂等の透光性を有するものを用いることができる。なかでも、ＥＶＡが好適に用いられる。
【００４１】
また、表面側に設けられる保護部材は、光の透過率や熱膨張率を考えるとガラスが好ましい。しかし、これに限定されるものではなく、太陽光が透過し、太陽電池セルを外力から保護することのできる部材であればよく、合成樹脂板や合成樹脂からなるフィルムであってもよい。樹脂板やフィルムを用いれば、モジュールを軽量化することができる。合成樹脂板やフィルムであれば、例えばポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＶＦ樹脂製のものなどを用いてもよい。
また、背面側に設けられる保護部材は、取り扱い性や軽量性を考慮すると合成樹脂フィルムがよいが、水分や異物の浸入を防ぐことができるものであれば、これに限定されるものではなく、ガラス板や合成樹脂板、金属板、樹脂と金属の複合板などを用いることもできる。
【００４２】
図３の第一の開孔４ａ、第二の開孔４ｂの形状に代えて、図９に示すように、接続部材２Ｄの長辺の一端から、接続部材２Ｄの幅方向の中心に向かって第一の切欠４２ａ、第二の切欠４２ｂを設けてもよい。
上述のように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【実施例】
【００４３】
加速試験後のはんだ接合層厚みとクラック発生箇所の相関について、温度サイクル試験実験を行った。得られた結果を図１０に示す。
試験片として、図１に示すような２つの太陽電池セルを有する太陽電池モジュールを、複数調製した。各試験片のはんだ接合厚みは図１０に示すはんだ接合厚みとした。
その後、各試験片について、−４０℃から９０℃まで急加熱し、その後９０℃から−４０℃まで急冷した。この工程を１サイクルとし、２００サイクル行った。この加速試験は、１０年程度の使用を想定した温度サイクル試験である。
本加速試験の結果より、はんだ接合層厚みを厚くすることで、クラックの発生が抑えられる傾向がわかる。また、２０年以上の信頼性を保証するためには、更にサイクル数を増やした試験において、クラックの発生を抑えることが重要であり、そのためには２０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上の接続部材突起部が必要であると考えられる。
本出願は、同出願人により先にされた日本国特許出願、すなわち、特願２０１１−１４２５５９号（出願日２０１１年６月２８日）に基づく優先権主張を伴うものであって、これらの明細書の内容を参照して本発明の一部としてここに組み込むものとする。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明は、単結晶或いは他結晶シリコン太陽電池セルと高い信頼性を有する接合部を形成し、太陽電池セルの接続部材として適用可能であることは勿論、薄膜シリコン太陽電池等の長期間の使用において信頼性が求められる太陽電池の接続部材において有用な発明である。
【符号の説明】
【００４５】
１ａ  第一の太陽電池セル
１ｂ  第二の太陽電池セル
２  接続部材
３ａ  第一の突起部
３ｂ  第二の突起部
４ａ  第一の開孔
４ｂ  第二の開孔
５  はんだ層（糸はんだ）
６  加熱ユニット
【図１】
2013001822.tif 000003
【図２】
2013001822.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013001822.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年9月26日(2012.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明は、隣り合う２以上の太陽電池セルと、太陽電池セル同士を電気的に接続する接続部材と、太陽電池セルおよび接続部材の間に配置されたはんだ層とを有する太陽電池モジュールであって、接続部材は、第一の太陽電池セルおよび第二の太陽電池セルとの接続部に対応する箇所に、それぞれはんだを流し込み可能に、第一の開孔および第二の開孔が形成され、第一の開孔および第二の開孔のそれぞれの外周の一部に、太陽電池セル側に向かい、第一の突起部および第二の突起部が形成されており、接続部材の長手方向の中心線が含まれる領域に、第一の開孔および第二の開孔がそれぞれ形成され、第一の突起部および第二の突起部の高さは、５０μｍ以上１ｍｍ以下である、太陽電池モジュールを要旨とする。
このような構成により、太陽電池セルと接合部材間におけるはんだ接合部の信頼性を向上することができる。接続部材は、５０μｍ以上１ｍｍ以下の複数の突起を備えていることより、太陽電池セル割れの原因となる応力集中部をつくらずに、はんだ接合層厚みを５０μｍ以上に制御することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣り合う２以上の太陽電池セルと、
前記太陽電池セル同士を電気的に接続する接続部材と、
前記太陽電池セルおよび前記接続部材の間に配置されたはんだ層とを有する太陽電池モジュールであって、
前記接続部材は、第一の太陽電池セルおよび第二の太陽電池セルとの接続部に対応する箇所に、それぞれはんだを流し込み可能に、第一の開孔および第二の開孔が形成され、
前記第一の開孔および前記第二の開孔のそれぞれの外周の一部に、前記太陽電池セル側に向かい、第一の突起部および第二の突起部が形成されており、
前記接続部材の長手方向の中心線が含まれる領域に、前記第一の開孔および前記第二の開孔がそれぞれ形成され、
前記第一の突起部および前記第二の突起部の高さは、５０μｍ以上１ｍｍ以下である、太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記第一の開孔および前記第二の開孔として、それぞれ前記接続部材の上面から下面に至る、第一の貫通孔および第二の貫通孔が設けられている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記第一の開孔を挟んで複数の第一の突起部が対称に形成され、前記第二の開孔を挟んで複数の第二の突起部が対称に形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記第一の突起部および第二の突起部は、四角錘形状である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記第一の突起部および第二の突起部は、すり鉢形状である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記第一の突起部および第二の突起部は、溝形状である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記接続部材は、前記第一の開孔、前記第二の開孔と一直線上に並ぶように、前記接続部材の長手方向に沿って、第三の開孔、第四の開孔がさらに形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記第一の開孔、前記第二の開孔として、前記接続部材の長辺の一端から、前記接続部材の幅方向の中心に向かって切欠が設けられている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記第一の突起部および前記第二の突起部の高さは、前記はんだ層の厚みと同じである、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記太陽電池モジュールは、複数の前記太陽電池セルが一直線状に配置されたストリングを複数有し、
前記複数のストリングは、並列に配置され、隣り合う前記ストリングの両端同士が、渡り配線により電気的および機械的に接続されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記はんだ層は、前記第一の開孔から前記第一の突起部に至るように連続して第一のハンダ層が形成され、前記第二の開孔から前記第二の突起部に至るように連続して第二のハンダ層が形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記接続部材の前記第一の開孔側の外周の一部に前記接続部材の上面から目視可能に前記はんだ層のフィレットが、前記第一の開孔から連続するように形成され、
前記接続部材の前記第二の開孔側の外周の一部に前記接続部材の上面から目視可能に前記はんだ層のフィレットが、前記第二の開孔から連続するように形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記第一の突起部は、前記第一の開孔の周縁部を避けるように前記第一の開孔と前記はんだ層周縁部との間に形成され、
前記第二の突起部は、前記第二の開孔の周縁部を避けるように前記第二の開孔と前記はんだ層周縁部との間に形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【国際調査報告】
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