(57)【要約】【課題】  高導電性を維持したまま、はんだ接続の際の熱応力を小さくでき、セルの変形が生じにくい平角導体の製造方法を提供する。【解決手段】  体積抵抗率が３０×１０-3μΩ・ｍ以下のコア平板２の両面を２０×１０-3μΩ・ｍ以下の低体積抵抗率導体１で挟み込んで平角導体５を製造するに際して、コア平板２の両面に低体積抵抗率導体１を貼り合わせた後に、２００〜２８０℃で１〜２時間熱処理を施して平角導体５の０．２％耐力を１２０ＭＰａ以下にしたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積抵抗率が３０×１０-3μΩ・ｍ以下のコア平板の両面を２０×１０-3μΩ・ｍ以下の低体積抵抗率導体で挟み込んで平角導体を製造するに際して、コア平板の両面に低体積抵抗率導体を貼り合わせた後に、２００〜２８０℃で１〜２時間熱処理を施すことを特徴とする平角導体の製造方法。
【請求項２】
コア平板とコア平板両面に用いる低体積抵抗率導体の界面の金属間化合物厚さが３．０μｍ以下である請求項１に記載の平角導体の製造方法。
【請求項３】
熱処理後の平角導体の破断時の伸びが１５％以上ある請求項１または２に記載の平角導体の製造方法。
【請求項４】
コア平板の両面に配置する銅、銀、金、アルミニウム等の低体積抵抗率導体のビッカース硬度が１００以下である請求項１〜３いずれかに記載の平角導体の製造方法。
【請求項５】
熱処理後の低体積抵抗率導体は、Ｘ線の回折線（１１１）の強度Ｉ（１１１）と回折線（２００）の強度Ｉ（２００）の強度比ＩR （＝Ｉ（１１１）／｛Ｉ（２００）＋Ｉ（１１１）｝）が、０．１５以上の結晶配向を有する請求項１〜４いずれかに記載の平角導体の製造方法。
【請求項６】
コア平板の材料としてアルミニウム、銀、金及びその合金を、また、コア平板の両面の低体積抵抗率導体には、金、銀、銅のうちコア材料よりも体積抵抗率が低い金属、またはその金属を主成分とする合金を用いる請求項１〜５いずれかに記載の平角導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池のシリコン結晶を接続するリード線用導体に関し、特にはんだ接続時の熱応力が小さく、自身の反りなどの変形が少ない平角導体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池には基板上にシリコン結晶を成長させた半導体チップが使用され、シリコン結晶ウェハの所定の領域に接続用リード線をはんだで接合し、これを通じて電力を供給する構成としている。公知例には、導体にタフピッチ銅や無酸素銅などの純銅の平角導体を用い、はんだにＳｎ−Ｐｂ共晶はんだを適用した特許文献１等がある。
【０００３】
また、近年環境への配慮からＰｂを含まないはんだを使用したものへの切り替えが検討されており、公知例として特許文献２等がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２１６６０号公報
【特許文献２】特開２００２−２６３８８０号公報
【特許文献３】特開２００２−１６４５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
太陽電池を構成する部材のうち材料コストの大半をシリコン結晶ウェハが占める。そのため、シリコン結晶ウェハの薄板化が検討されており、従来は３５０μｍ以上であった厚みが２５０μｍ以下となっている。しかし、薄板化すると剛性が低下し、接続用リード線の接合時の加熱プロセスや使用時の温度変化においてシリコン結晶ウェハが破損するという不具合が生じやすくなる。これに対処するため、接続用リード線には、はんだ接続時の熱応力が小さいもののニーズが高まっている。
【０００６】
公知例として、銅−インバーの複合材など熱膨張が小さい材料をクラッドした条をリードフレームとして用いた特許文献３がある。しかし、リードフレームは回路形成時に打ち抜きを行うため、無駄になる材料が大量に生じるという問題がある。
【０００７】
また、銅−インバー−銅をクラッドした平角導体を用いた材料の場合、インバーの両側に配置されている銅材料の結晶の配向または結晶粒の不均一によって、反りなどの変形が生ずることがある。これらは、太陽電池モジュールの生産性低下や、長期間使用した際の発電効率低下など信頼性を低下させる原因となっている。
【０００８】
また、太陽電池に配置される平角導体には曲げ部が存在するが、平角導体の物性によっては曲げ部で破断し、断線するという問題も起きている。
【０００９】
本発明の目的は、高導電性を維持したまま、はんだ接続の際の熱応力を小さくでき、セルの変形が生じにくい平角導体及びその製造方法を提供することが一つであり、また、引張り矯正による平坦化が容易である太陽電池の接続用リード線に用いる平角導体を提供することが２つ目の目的である。さらに曲げても破断しないように十分な伸びを有し、またコアとコア材料両面の材料との界面において脆性の高い金属間化合物のない太陽電池の接続用リード線に用いる平角導体を提供することが３つ目の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記発明の目的を達成するため、請求項１の発明は、体積抵抗率が３０×１０-3μΩ・ｍ以下のコア平板の両面を２０×１０-3μΩ・ｍ以下の低体積抵抗率導体で挟み込んで平角導体を製造するに際して、コア平板の両面に低体積抵抗率導体を貼り合わせた後に、２００〜２８０℃で１〜２時間熱処理を施すことを特徴とする平角導体の製造方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、コア平板とコア平板両面に用いる低体積抵抗率導体の界面の金属間化合物厚さが３．０μｍ以下である請求項１に記載の平角導体の製造方法である。
【００１２】
請求項３の発明は、熱処理後の平角導体の破断時の伸びが１５％以上ある請求項１または２に記載の平角導体の製造方法である。
【００１３】
請求項４の発明は、コア平板の両面に配置する銅、銀、金、アルミニウム等の低体積抵抗率導体のビッカース硬度が１００以下である請求項１〜３いずれかに記載の平角導体の製造方法である。
【００１４】
請求項５の発明は、熱処理後の低体積抵抗率導体は、Ｘ線の回折線（１１１）の強度Ｉ（１１１）と回折線（２００）の強度Ｉ（２００）の強度比ＩR （＝Ｉ（１１１）／｛Ｉ（２００）＋Ｉ（１１１）｝）が、０．１５以上の結晶配向を有する請求項１〜４いずれかに記載の平角導体の製造方法である。
【００１５】
請求項６の発明は、コア平板の材料としてアルミニウム、銀、金及びその合金を、また、コア平板の両面の低体積抵抗率導体には、金、銀、銅のうちコア材料よりも体積抵抗率が低い金属、またはその金属を主成分とする合金を用いる請求項１〜５いずれかに記載の平角導体の製造方法である。
【００１６】
このように本発明は、コアとなる低耐力材料の両側に低体積抵抗率金属材料を配置した構成になっており、更にコアの両側に配置した材料が、特定の配向とならないランダムな配向としたことにあり、このため、本発明は、平角導体に適切な熱処理を施し、界面の化合物層の成長を抑制しつつ、平角導体中の加工歪みを取り除くことにより、耐力を下げ、伸びを良くしたことにある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、導電性を保ちながら平角導体をセルにはんだ接続した際のセルの反りを少なくできる。また、張力付与による形状矯正後も導体の反りが少なく、組み立て性、長期信頼性のいずれも良好となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施形態を添付図面により説明する。
【００１９】
図１に本発明の第１の実施の形態の断面図を示す。
【００２０】
本発明の平角導体５は、コア平板２が低体積抵抗率導体１によって両側から挟みこまれた構造である。
【００２１】
コア平板２の材料には、比較的導電性が高く耐力を低く抑えることができるアルミニウムを、低体積抵抗率導体１の材料には、銅を用いたものを製作している。これらは機械式のスリット装置などによって所定の幅に裁断され、リード線用導体として用いられる。
【００２２】
図２に、平角導体の第２の実施の形態の断面図を示す。
【００２３】
図２は、コア平板２の両側を低体積抵抗率導体１によって挟み込み、その全体をはんだ３で覆って平角導体５を構成したものである。
【００２４】
はんだ３は、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ、もしくは、Ｐｂフリーはんだである。
【００２５】
太陽光発電用セルには、あらかじめ接合用のはんだが形成されており、上記平角導体５のはんだ３とセルのはんだによって接合される。
【００２６】
本発明の第１実施の形態として、平角導体の寸法が幅２．０ｍｍ、厚み０．２ｍｍの（銅／アルミニウム／銅）クラッド材（比率２：１：２）を製作し、厚み２００μｍのシリコンセルへはんだ接続した。導電率としては９２％ＩＡＣＳと比較的高い値となり、またセルの反りも銅単体の平角線（幅２．０ｍｍ、厚み０．２ｍｍ）に比べて８９％程度に低減できた。
【００２７】
本発明において、コア平板２の材料には、比較的抵抗率が小さくかつ、０．２％耐力が両面の低体積抵抗率導体１より小さい材料を選び、また両側で挟み込む材料に、低体積抵抗率導体１を選ぶ理由は次の通りである。
【００２８】
平角導体５は、はんだ接続によりセルに固定されるが、両者の熱膨張差のため接続後セルには反りが残留してしまう。このときの発生応力は熱膨張差とともに、平角導体の耐力（降伏応力）に依存し、その耐力が低い方がセルの反りは小さくなる。従って、コア平板２の材料に、その両面の低体積抵抗率導体１より小さい材料を選ぶことで、反りを小さくする。しかし、導体としての導電性も必要である。そのため、両面の低体積抵抗率導体１は、コア平板２の材料より低体積抵抗率のものを選ぶ。
【００２９】
よって、使用可能な材料は表１のように限定され、また組み合わせも表２の通りとなる。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
【表２】
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【００３２】
ここで０．２％耐力は材料によって固有の値ではなく、表１に示す数値は各々の金属の軟化温度を上回る一定の熱処理を施したものである。
【００３３】
具体的には２００〜２８０℃で１〜２時間の熱処理を行ったものである。これらの材料の組合わせを用いればクラッド材としても１２０ＭＰａ以下の０．２％耐力を確保でき、かつ、体積抵抗率も比較的低く抑えることが可能である。
【００３４】
平角導体５の導電性とコストを考慮すると、外側の材料は体積抵抗率が低い銅が、またコア材料としては、０．２％耐力が銅よりも小さくでき、比較的体積抵抗率も小さいアルミニウムが望ましい。
【００３５】
導電性を重視する場合にはコア材料として銀を使うことも可能である。また、この他の組み合わせとしては表２のように、銀／アルミニウム／銀、金／アルミニウム／金なども可能である。
【００３６】
本発明において、コア材料にコア両面に用いる材料を貼り合わせた後に２００〜２８０℃で１〜２時間熱処理を施す理由は次の通りである。
【００３７】
平角線の寸法が幅２．０ｍｍ、厚み０．２ｍｍの（銅／アルミニウム／銅）クラッド材（比率２：１：２）を製作し、熱処理無しのときと、熱処理時間を１時間・熱処理温度を２００〜３００℃まで振ったときのそれぞれの０．２％耐力と伸び、界面の金属間化合物の厚さを評価した数値を表３に示す。
【００３８】
【表３】
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【００３９】
このように２００℃以上の熱処理で平角導体を軟化させることができ、０．２％耐力１２０ＭＰａ以下、伸びが１５％以上となる。また熱処理温度が高くなるにつれ界面に金属間化合物が成長し、伸びが小さくなっている。これは金属間化合物は脆性が高く、その割合が増えると全体の伸びが小さくなるためと推察される。
【００４０】
また、界面金属化合物層の厚さを３．０μｍよりも厚くすると、その界面金属化合物層の部分が平角導体を太陽電池に接続する際の曲げに追従できないため破断してしまい、平角導体全体の導電率が落ちてしまう。界面金属化合物層の厚さを３．０μｍ以下にするためには、表３に示すように、熱処理温度を２８０℃以下にする必要がある。
【００４１】
本発明において、低体積抵抗率材料のビッカース硬度を１００以下と規定する理由は以下の通りである。
【００４２】
これらは導体に柔軟性を付与して取り扱い性を向上させるためであり、各々規定値以上の硬度では、導体剛性が高くなりすぎ、好ましくない。
【００４３】
また、複合材の低体積抵抗率材料の結晶配向性を、Ｘ線の回折線（１１１）の強度Ｉ（１１１）と回折線（２００）の強度Ｉ（２００）の強度比ＩR （＝Ｉ（１１１）／｛Ｉ（２００）＋Ｉ（１１１）｝）が、０．１５以上の結晶配向を有するように規定する理由は次の通りである。
【００４４】
低体積抵抗率材の結晶粒の面内配向（クラッド材表面の法線方向配向）は、主として（１１１）面、（２００）面が支配的となる。
【００４５】
クラッド材の製造工程において、冷間加工を経て得られる低体積抵抗率材の再結晶の配向（集合組織）が（２００）面が支配的になると、再結晶粒が粗大化してしまい、クラッド材からなるリード線をセル面と良好にはんだ付けしやすいように引っ張り応力を付加して直線状に矯正しようとすると、反りが生じやすい。
【００４６】
表４にＸ線の測定例を示す。
【００４７】
【表４】
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【００４８】
はんだ付けを行う製造ラインにおいて、（１１１）の回折強度と（２００）の回折強度の比（ＩR ）（＝Ｉ（１１１）／｛Ｉ（２００）＋Ｉ（１１１）｝）が、従来品のように０．１５以下であると反りが生じ、セルとの半田付けが良好にできず、好ましくない。
【００４９】
一方、本発明品のように、熱処理を行うことで、回折強度の比（ＩR ）が０．１５よりも大きくなり、結晶の配向がランダムで等方的な材料となり、反りが生じないものとすることができる。
【００５０】
この熱処理（２００〜２８０℃）は、クラッド材に加工時の冷間加工直後に行っても、クラッド材を裁断して平角導体とした後に行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す横断面図である。
【図２】本発明において、はんだで全面が覆われた第２の実施形態を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  低体積抵抗導体
２  コア平板
３  はんだ
５  平角導体
【図１】
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【図２】
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