(57)【要約】【課題】繰り返しの屈曲に対する耐性が高いはんだめっき線および太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】本発明の一態様において、導体と、導体の外周に有するはんだめっき層と、を備え、前記導体は、任意の断面を観察したときに、３０μｍ以上の結晶粒径からなる結晶の面積が前記断面に存在する結晶の全体の面積に対して２％以上の割合で存在する線材からなるはんだめっき線を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体と、導体の外周に有するはんだめっき層と、を備え、前記導体は、任意の断面を観察したときに、３０μｍ以上の結晶粒径からなる結晶の面積が前記断面に存在する結晶の全体の面積に対して２％以上の割合で存在する線材からなるはんだめっき線。
【請求項２】
前記導体は、前記線材が５ｍａｓｓｐｐｍ以上５５ｍａｓｓｐｐｍ以下の濃度のＴｉと、３ｍａｓｓｐｐｍ以上１２ｍａｓｓｐｐｍ以下の濃度の硫黄と、２ｍａｓｓｐｐｍ以上３０ｍａｓｓｐｐｍ以下の濃度の酸素と、残部が銅と不可避不純物からなる銅線材である請求項１に記載のはんだめっき線。
【請求項３】
前記導体は、その外周に前記はんだめっき層を有する状態での０．２％耐力が８０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である請求項１又は２に記載のはんだめっき線。
【請求項４】
前記導体は、伸びが４０％以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載のはんだめっき線。
【請求項５】
太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換するために使用される複数の太陽電池セルが配置されており、前記複数の太陽電池セルは、任意の断面を観察したときに、３０μｍ以上の結晶粒径からなる結晶の面積が前記断面に存在する結晶の全体の面積に対して２％以上の割合で存在する線材からなる導体の外周にはんだめっき層を備えるはんだめっき線により接続されている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、太陽電池モジュールに配置された太陽電池同士を電気的に接続するために使用されるはんだめっき線および太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、再生可能エネルギーとして期待されている太陽電池は、世界的に普及が拡大している。このような太陽電池としては、複数の太陽電池セル（太陽電池素子ともいう）がはんだめっき線によって電気的に接続されている太陽電池モジュールがある。
【０００３】
太陽電池セルを電気的に接続するためのはんだめっき線は、タフピッチ銅、無酸素銅、高純度銅などの銅線からなる導体と、導体の外周にはんだがめっきされてなるはんだめっき層とを有する。導体には、一般に、断面形状が平角状の平角線が使用されている。また、はんだめっき層には、錫（Ｓｎ）に鉛（Ｐｂ）を含む有鉛はんだ、錫（Ｓｎ）に銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）などを含む無鉛はんだが使用されている。
【０００４】
例えば、導体の表面の一部又は全部にはんだめっきが被覆されており、導体の結晶粒径を６μｍ以上２０μｍ以下にすると共に導体の引張試験における０．２％耐力を９０ＭＰａ以下にし、且つ、導体の表面の酸化膜の厚さを２ｎｍ以下にしたはんだめっき線（所謂、太陽電池用リード線）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１４６７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年の太陽電池モジュールでは、気温の高低差が大きい環境に設置されることも多い。また、太陽電池モジュールの更なる高出力化が求められており、この更なる高出力化に伴って太陽電池モジュール自体の発熱温度や使用時に到達する最高温度も上昇傾向にある。
【０００７】
このような使用環境の温度差が大きい太陽電池モジュールでは、太陽電池モジュールを構成する各種部材が熱膨張するため、太陽電池モジュールが撓んでしまう。このように太陽電池モジュールが撓んでしまうと、太陽電池同士を接続しているはんだめっき線がその長手方向に対して伸縮し、繰り返しの屈曲がはんだめっき線に生じる。そして、この屈曲が繰り返されることにより、はんだめっき線が疲労し、最終的に破断してしまうことがある。はんだめっき線の破断は、太陽電池モジュールの寿命を低下させることに繋がる。
【０００８】
特に、導体として無酸素銅からなる銅線を使用した従来のはんだめっき線と比べて、繰り返しの屈曲に対する耐性（所謂、耐屈曲特性）が高いはんだめっき線が望まれている。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、繰り返しの屈曲に対する耐性が高いはんだめっき線および太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記のはんだめっき線および太陽電池モジュールを提供する。
【００１１】
［１］導体と、導体の外周に有するはんだめっき層と、を備え、前記導体は、任意の断面を観察したときに、３０μｍ以上の結晶粒径からなる結晶の面積が前記断面に存在する結晶の全体の面積に対して２％以上の割合で存在する線材からなるはんだめっき線。
［２］前記導体は、前記線材が５ｍａｓｓｐｐｍ以上５５ｍａｓｓｐｐｍ以下の濃度のＴｉと、３ｍａｓｓｐｐｍ以上１２ｍａｓｓｐｐｍ以下の濃度の硫黄と、２ｍａｓｓｐｐｍ以上３０ｍａｓｓｐｐｍ以下の濃度の酸素と、残部が銅と不可避不純物からなる銅線材である上記［１］に記載のはんだめっき線。
［３］前記導体は、その外周に前記はんだめっき層を有する状態での０．２％耐力が８０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である上記［１］又は［２］に記載のはんだめっき線。
［４］前記導体は、伸びが４０％以上である上記［１］〜［３］のいずれか１つに記載のはんだめっき線。
［５］太陽電池セル間を接続するリード線として前記［１］〜［４］のいずれか１つに記載のはんだめっき線が用いられている太陽電池モジュール。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、繰り返しの屈曲に対する耐性が高いはんだめっき線および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】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るはんだめっき線を示す横断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールにおける、太陽電池セルとはんだめっき線との接続状態を示す概略図である。
【図３】はんだめっき線の導体の横断面において、ＥＢＳＤによって任意の断面の結晶組織を解析したときに得られる結晶粒径と面積率を示す図であり、図３（ａ）は、実施例における結晶粒径と面積率を示す図であり、図３（ｂ）は、比較例における結晶粒径と面積率を示す図である。
【図４】屈曲試験方法を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔はんだめっき線〕
図１は、本発明の実施の形態に係るはんだめっき線を示す横断面図である。以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
【００１５】
本発明の実施の形態に係るはんだめっき線１０は、導体１１と、導体１１の表面上のはんだめっき層１２とを備える。
【００１６】
（導体）
本発明の実施の形態に係るはんだめっき線１０に用いる導体１１は、横断面が略矩形形状の線材からなる導体である。「横断面が略矩形形状」の導体とは、横断面の長辺を含む面（図１における上下面）が被接合面（例えば太陽電池セルの接合面）に接合できる程度の平坦度を有する導体である。また、「横断面が略矩形形状」の導体には、横断面の短辺を含む面（図１における左右側面）が凸状に膨らんでいるもののほか、平坦面であるものも含み、更に、横断面の角部が丸みを帯びているもののみならず、直角のものや直角以外の角度のものも含む。横断面が略矩形形状である導体は、平角導体と言われることもある。
【００１７】
導体１１を構成する線材としては、例えば、５ｍａｓｓｐｐｍ以上５５ｍａｓｓｐｐｍ以下の濃度のＴｉと、３ｍａｓｓｐｐｍ以上１２ｍａｓｓｐｐｍ以下の濃度の硫黄と、２ｍａｓｓｐｐｍ以上３０ｍａｓｓｐｐｍ以下の濃度の酸素と、残部が銅と不可避不純物からなる銅線、１．０ｍａｓｓ％以下の微量添加物を含有し、その残部が銅と不可避不純物である銅線等からなることが好ましい。なお微量添加物としては、例えば、Ａｇ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｐ及びＢから選択される１種又は２種以上である。
【００１８】
導体１１は、図１に示す横断面の任意の断面を観察したときに、３０μｍ以上の結晶粒径からなる結晶の面積が、観測した任意の断面に存在する結晶の全体の面積に対して２％以上の割合で存在する線材であることが好ましく、２％以上２０％以下がより好ましい。導体１１として、このような線材を用いることにより、繰り返しの屈曲に対する耐性が高いはんだめっき線とすることができる。これにより、使用環境の温度差が大きいことによって太陽電池モジュールが撓み、太陽電池セル同士を接続するはんだめっき線１０がその長手方向に対して伸縮し、繰り返しの屈曲がはんだめっき線に生じる場合であっても、はんだめっき線１０が疲労しにくく、破断するまでの寿命を長くすることができる。そのため、はんだめっき線１０は、使用環境の温度差が大きい場所などに設置される太陽電池モジュールの長寿命化に好適である。
【００１９】
上記断面の結晶の観察は、特に限定されるものではないが、例えば、ＥＢＳＤ（Electron BackScatter Diffraction）を利用した結晶解析によって行うことができる。ＥＢＳＤを利用した結晶解析は、導体１１の横断面の任意の断面（例えば、横０．１ｍｍ×縦０．８ｍｍの範囲の断面）の結晶組織をＥＢＳＤ装置にて解析し、この解析によって得られるＩＰＦ（Inverse Pole Figure）マップに基づいて、解析した任意の断面に存在する結晶の結晶粒径と面積率との関係を算出することにより行うことができる。
【００２０】
なお、結晶組織に関する上記特徴は、導体１１の長手方向全体に亘って備えられていることが好ましい。
【００２１】
導体１１は、太陽電池セルへの接続の際、太陽電池セルの反りや割れが生じないように、所望の耐力を有することが好ましい。具体的には、導体１１の外周にはんだめっき層１２を有する状態での０．２％耐力が８０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であることが好ましく、９０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であることが更に好ましい。なお、０．２％耐力は、導体１１の外周にはんだめっき層１２を有するはんだめっき線１０に対してＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠する引っ張り試験を行ない、引っ張り試験にて得られた永久歪み量が０．２％となる荷重を測定する。得られた引っ張り荷重を導体１１の断面積で除算して０．２％耐力を求める。
【００２２】
導体１１は、はんだめっき線１０に生じる繰り返しの屈曲に対する耐性（耐屈曲特性）を更に高めるように、導体１１の外周にはんだめっき層１２を有する状態での伸びが４０％以上であることが好ましい。なお、伸びは、導体１１の外周にはんだめっき層１２を有するはんだめっき線１０に対してＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠する引っ張り試験を行ない、引っ張り試験にて得られた破断伸びを測定する。
【００２３】
（はんだめっき層１２）
はんだめっき層１２は、被接合面（例えば太陽電池セルの接合面）にはんだ接合できるように、横断面の長辺を含む面（図１における上下面）に少なくとも施される。はんだめっき層１２は、横断面の短辺を含む面（図１における左右側面）も含めた導体１１の表面全体に施されていてもよい。
【００２４】
はんだめっき層１２に用いるはんだとしては、錫（Ｓｎ）に鉛（Ｐｂ）を含む有鉛はんだ、錫（Ｓｎ）に銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）などを含む無鉛はんだが使用できる。なお、環境面を考慮すれば、無鉛はんだであることが好ましく、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉ系はんだ等が好適である。
【００２５】
はんだめっき層１２の厚さは、例えば、１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上４５μｍ以下であることがより好ましい。
【００２６】
（はんだめっき線１０の製造方法）
はんだめっき線１０は、横断面の形状が円形状の銅線（例えば、０．６ｍｍ程度の直径を有する銅線）に対して圧延加工を行うことにより、図１に示すような横断面が略矩形形状の線材を作製する。圧延加工にて横断面が略矩形形状の線材を作製する場合、例えば、焼鈍熱処理を行って調質（軟質化）した銅線をダイス伸線又はロール圧延、或いはこれらの複合工程により略矩形形状に成形する。
【００２７】
次いで、略矩形形状の横断面を有する線材に対して熱処理を行う。この熱処理では、略矩形形状の横断面を有する線材を５００℃以上８００℃以下の温度で５秒以上１０秒以下の時間で加熱することが好ましい。熱処理は、例えば、走行する線材を５００℃以上８００℃以下に調節された均熱帯（均熱ゾーン）を通過させることで行う。加熱時間は、導体の走行速度及び／又は均熱帯の長さを調節することで、自在に調整可能である。
【００２８】
熱処理を行った後の線材の表面に溶融はんだによって所望の厚さからなるはんだめっき層を形成する。これにより、図１に示す導体１１の外周にはんだめっき層１２を有するはんだめっき線１０が得られる。なお、略矩形形状の横断面を有する線材を熱処理する熱処理工程および溶融はんだによってはんだめっき層を形成するはんだめっき工程は、同一の製造ラインにて連続して行うことが好ましい。
【００２９】
〔太陽電池モジュール〕
図２は、本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュール２０における、太陽電池セル２１とはんだめっき線１０との接続状態を示す概略図である。
【００３０】
本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュール２０は、太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換するために使用される複数の太陽電池セル２１を備えており、太陽電池セル２１間を接続するリード線（図２参照）として本発明の実施の形態に係る上記はんだめっき線１０が用いられている。
【００３１】
〔本発明の実施の形態の効果〕
本発明の実施の形態によれば、繰り返しの屈曲に対する耐性（耐屈曲特性）が高いはんだめっき線および当該はんだめっき線を用いた太陽電池モジュールが得られる。特に、使用環境の温度差が大きいことによって太陽電池セル同士を接続するはんだめっき線がその長手方向に対して伸縮し、繰り返しの屈曲がはんだめっき線に生じる場合であっても、はんだめっき線が疲労しにくく、破断するまでの寿命を長くすることができる。そのため、使用環境の温度差が大きい場所などに設置される太陽電池モジュールの長寿命化に好適なはんだめっき線を得ることができる。
【実施例】
【００３２】
以下に、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３３】
（実施例）
実施例では、焼鈍熱処理を行って調質（軟質化）した横断面形状が円形状の銅線をロール圧延およびダイス伸線により略矩形形状に成形し、幅２．５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの線材を製造した。次いで、当該線材に対して５００℃の温度で１０秒間の熱処理を行い、熱処理した線材の表面にＳｎ−４０％Ｐｂはんだを用いてはんだめっき層を施し、導体の外周にはんだめっき層を有するはんだめっき線を得た。なお、導体には、５ｍａｓｓｐｐｍ以上５５ｍａｓｓｐｐｍ以下の濃度のＴｉと、３ｍａｓｓｐｐｍ以上１２ｍａｓｓｐｐｍ以下の濃度の硫黄と、２ｍａｓｓｐｐｍ以上３０ｍａｓｓｐｐｍ以下の濃度の酸素と、残部が銅と不可避不純物からなる銅線を用いた。
【００３４】
（比較例）
比較例では、焼鈍熱処理を行って調質（軟質化）した横断面形状が円形状の銅線をロール圧延およびダイス伸線により略矩形形状に成形し、幅２．５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの線材を製造した。次いで、当該線材に対して６００℃の温度で１０秒間の熱処理を行い、熱処理した線材の表面にＳｎ−４０％Ｐｂはんだを用いてはんだめっき層を施し、導体の外周にはんだめっき層を有するはんだめっき線を得た。なお、導体には、無酸素銅からなる銅線を用いた。
【００３５】
（はんだめっき線の結晶組織の観察）
図３は、はんだめっき線の導体の横断面において、ＥＢＳＤによって任意の断面の結晶組織を解析したときに得られる結晶粒径と面積率を示す図であり、図３（ａ）は、実施例における結晶粒径と面積率を示す図であり、図３（ｂ）は、比較例における結晶粒径と面積率を示す図である。
【００３６】
図３に示す結晶粒径と面積率は、実施例および比較例で得られたはんだめっき線において、導体の横断面の任意の断面（横０．１ｍｍ×縦０．８ｍｍの範囲の断面）の結晶組織をＥＢＳＤ装置にて解析し、この解析によって得られるＩＰＦマップに基づいて、解析した任意の断面に存在する結晶の結晶粒径と面積率との関係を算出することによって求めた。結晶粒径が３０μｍ以上の結晶の面積の割合を表１に示す。
【００３７】
（０．２％耐力の測定方法）
０．２％耐力は、導体にはんだめっき後のはんだめっき線に対してＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠する試験方法に基づいて引っ張り試験を行い、オフセット法にて求めた。より具体的には、引っ張り試験で得られた試験力−伸び線図の直線部分に対して０．２％の規定された塑性伸びと等しい距離だけ離れたところに平行な線を引いて、この平行線と試験力−伸び曲線との交点が示す試験力を、導体の断面積で除した値を０．２％耐力として求めた。なお、断面積は、導体の幅と厚さの測定値を用いて算出した。測定結果を表１に示す。
【００３８】
（伸びの測定方法）
伸びは、導体の外周にはんだめっき層外を有するはんだめっき線に対してＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠する試験方法に基づいて引っ張り試験を行い、引っ張り試験にて得られた破断伸びの値を伸びとして求めた。測定結果を表１に示す。
【００３９】
（はんだめっき線の屈曲試験）
はんだめっき線の表面のひずみ振幅が０．００３２（低ひずみ領域）のときの耐屈曲特性を下記の方法で評価した。なお、ひずみ振幅とは、試料（はんだめっき線）を曲げた時の該試料の長手方向の中心線に対する最外周の変位量のことである。
【００４０】
（評価方法）
図４は、屈曲試験方法を説明するための概略図である。
図４に示す屈曲試験機を使用して、図４に示すように、１対のコマ３１Ａ、３１Ｂにてはんだめっき線１０を挟み、はんだめっき線１０に下方向へ荷重をかけた状態（錘を付けた状態）で、１対のコマ３１Ａ、３１Ｂを繰り返し半回転させることにより、はんだめっき線１０の両面に曲げひずみ（ひずみ振幅：０．００３２）を与えた。疲労ではんだめっき線１０が破断した時の回数を屈曲寿命（回数）とした（両振り屈曲、９０°（図４中央図）と−９０°（図４右図）の往復１サイクルで1回とカウント）。実施例及び比較例のはんだめっき線のそれぞれの屈曲回数を測定した。測定結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
表１より、実施例のはんだめっき線は、比較例のはんだめっき線に比べて、屈曲寿命が向上していることが分かる。すなわち、実施例では、任意の断面における結晶粒径３０μｍ以上の結晶の面積の割合が４．０％（２．０％以上）であることにより、導体として無酸素銅からなる銅線（任意の断面における結晶粒径３０μｍ以上の結晶の面積の割合が０．６％（２．０％未満）の銅線）を使用した比較例のはんだめっき線と比べて、繰り返しの屈曲に対する耐性（耐屈曲特性）が高いはんだめっき線が得られることが分かる。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明は、上記実施の形態及び実施例に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００４４】
また、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００４５】
１０：はんだめっき線、１１：導体、１２：はんだめっき層
２０：太陽電池モジュール、２１：太陽電池セル
３０：屈曲試験機、３１Ａ、３１Ｂ：コマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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