(57)【要約】【課題】クラッド材を太陽電池の配線材としてそのまま使用した場合、半田加熱時などに露出している低熱膨張材料の酸化により特性が劣化したり、クラッド構造の低熱膨張材料と銅との間の熱膨張率差による剥離が発生するという問題があった。またさらに、接合面と反対側の半田が、半田加熱時に溶融するものの、露出している低熱膨張材料ではじかれるために、太陽電池素子の接合面に半田が十分に集まらないという問題があった。【解決手段】太陽電池素子の主面に配線材が接合された太陽電池モジュールであって、前記配線材は低熱膨張材料を芯材とし、該芯材を銅で挟んだクラッド構造を有し、前記配線材の外周全面には半田が形成されていること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池素子の主面に配線材が接合された太陽電池モジュールであって、
前記配線材は低熱膨張材料を芯材とし、該芯材を銅で挟んだクラッド構造を有し、
前記配線材の外周全面には半田が形成されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記低熱膨張材料の熱膨張係数は−２０℃〜＋１００℃の温度範囲において、
５×１０−７／℃〜２０×１０−７／℃であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記低熱膨張材料の組成比はＦｅが６４〜６８重量％、Ｎｉが３２〜３６重量％、Ｃｏが０〜４重量％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記配線材の長手方向に垂直な断面において、
低熱膨張材料に対する銅の面積比が６７％〜４００％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記面積比が６７％〜２００％であることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記配線材の幅が１．３〜４．５ｍｍの範囲である請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記配線材の厚が０．２５〜０．６５ｍｍの範囲である請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
矩形波状の配線材を太陽電池素子の主面に断続的に接続した接続部を有するものであって、
（（溶着部の長さの総和）／（配線材の長さ））×１００％が５０％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか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】
本発明は太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
帯状の低熱膨張材料（例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金、またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金など）を中間層とし、この中間層の両面に帯状の銅と半田をこの順に形成したクラッド材を配線材として使用することで、熱膨張を抑えつつ、配線材への半田のぬれ性を向上させることが提案されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００６７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記クラッド材を太陽電池の配線材として使用することで、太陽電池素子と配線材との熱膨張率差による反りが低減されることが期待される。
【０００５】
しかしながらこのようなクラッド材を太陽電池の配線材としてそのまま使用した場合、半田加熱時などに露出している低熱膨張材料の酸化により特性が劣化したり、クラッド構造における低熱膨張材料と銅との間の熱膨張率差により、クラッド構造の剥離が発生するという問題があった。
【０００６】
またさらに、接合面と反対側の半田が、半田加熱時に溶融するものの、クラッド材の側面において露出している低熱膨張材料上ではじかれてしまうために、太陽電池素子の接合面に半田が十分に集まらないという問題があった。
【０００７】
また、単にクラッド材を用いただけでは、その低熱膨張材料と銅の比率や、クラッド材の幅や厚みによって、太陽電池素子の反り量と光電変換効率が変化するので、必ずしも性能が向上するとは限らないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記に鑑みて本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池素子の主面に配線材が接合された太陽電池モジュールであって、前記配線材は低熱膨張材料を芯材とし、該芯材を銅で挟んだクラッド構造を有し、前記配線材の外周全面には半田が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
さらに、前記低熱膨張材料の熱膨張係数は−２０℃〜＋１００℃の温度範囲において、
５×１０−７／℃〜２０×１０−７／℃であることを特徴とする。
【００１０】
また、前記低熱膨張材料の組成比はＦｅが６４〜６８重量％、Ｎｉが３２〜３６重量％、Ｃｏが０〜４重量％の範囲であることを特徴とする。
【００１１】
さらに、前記配線材の長手方向に垂直な断面において、低熱膨張材料に対する銅の面積比が６７％〜４００％であることを特徴とする。
【００１２】
さらに、前記面積比の最適値の範囲が６７％〜２００％であることを特徴とする。
【００１３】
さらに、前記配線材の幅が１．３〜４．５ｍｍの範囲であることを特徴とする。
【００１４】
また、前記配線材の厚が０．２５〜０．６５ｍｍの範囲であることを特徴とする。
【００１５】
さらに、矩形波状の配線材を太陽電池素子の主面に断続的に接続した接続部を有するものであって、（（溶着部の長さの総和）／（配線材の長さ））×１００％が５０％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の太陽電池モジュールによれば、太陽電池素子の主面に配線材が接合された太陽電池モジュールであって、前記配線材は低熱膨張材料を芯材とし、該芯材を銅で挟んだクラッド構造を有し、前記配線材の外周全面には半田が形成されていることで、太陽電池素子の反り量を低減しつつ、光電変換効率を維持させることができるだけでなく、さらに、露出している低熱膨張材料の酸化防止を図るとともに、クラッド構造の低熱膨張材料と銅との間の剥離を低減することができる。またさらに、半田を加熱する際に、溶融した半田が太陽電池素子の接合面に集まり、より良好な接合を実現することができる。
【００１７】
本発明の太陽電池モジュールに使用される配線材によれば、特に太陽電池素子の一方面にだけ配線材を半田付けするようなバックコンタクトセルに有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の太陽電池モジュールにおける配線材のクラッド構造を示す模式図である。
【図２】本発明の太陽電池モジュールにおける配線材を示す図であり、（ａ）は配線材の斜視図、（ｂ）は配線材の拡大図斜視図、（ｃ）は配線材と太陽電池素子との位置関係を示す側面図である。
【図３】本発明の太陽電池モジュールにおける太陽電池素子と配線材との接合状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の太陽電池モジュールについて図を用いて説明する。
【００２０】
本発明の太陽電池モジュールの一実施形態は、太陽電池素子の主面に配線材が接合された太陽電池モジュールであって、前記配線材は低熱膨張材料を芯材とし、該芯材を銅で挟んだクラッド構造を有し、前記配線材の外周全面には半田が形成されているものである。
【００２１】
図１のようなクラッド構造を有する配線材を図２のような配線材の矩形波形状とし、図３のような太陽電池素子と配線材とを接合した状態のバックコンタクトを示す。
【００２２】
１は太陽電池素子であり、外側から４の半田コート（酸化保護層）、５のＣｕ、６の低熱膨張材料の順に有する２の配線材を、７の凹部、８の凸部を有する矩形波形状として、２の配線材（クラッド材）の７の凹部と３の電極とで半田付けしている構造である。
【００２３】
本発明における配線材２は、低熱膨張材料６を芯材とし、該芯材を銅で挟んだクラッド構造を有し、前記配線材２の外周全面には半田が形成されたことにより、太陽電池素子の反り量を低減しつつ、光電変換効率を維持させることができるだけでなく、さらに、露出している低熱膨張材料の酸化防止を図るとともに、クラッド構造の低熱膨張材料と銅との間の剥離を低減することができる。
【００２４】
またさらに、半田コート４を加熱する際に、溶融した半田コート４が太陽電池素子１との接合面に集まり、より良好な接合を実現することができる。
【００２５】
このようなクラッド構造は低熱膨張材料６と銅とを圧延加工することで得られ、これを半田ディップ槽に浸漬することで半田コート４が形成される。
【００２６】
配線材に半田ディップする際には、半田の融点よりも２０℃程度高い温度で溶融している半田の中に、配線材を３〜１０秒程度浸漬して引き上げるのがよい。
【００２７】
より好ましくは、半田ディップ槽内に超音波振動させた半田ごてを備えて、この半田ごてに配線材の低熱膨張材料６が露出した部分を接触させつつディッピングすることで、低熱膨張材料にも半田コート４を形成することができる。
【００２８】
半田ディップ槽で十分な温度と時間で低熱膨張材料と半田が反応して合金層ができることから、メッキや蒸着などによって形成された半田コート４に比べて密着性がよく、再溶融されても半田がはじかれることが低減される。
【００２９】
半田コート４の組成としては、通常ＰｂＳｎ合金などのように、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｎｉ等の合金などが銅電極３や銀電極３とのぬれ性の良さという点で好適とされている。
【００３０】
半田コート４の厚さとしては十分な溶着を得るために１０μｍ〜４０μｍが好適とされている。
【００３１】
このような配線材２と太陽電池素子１とをホットガス（エアー）、半田こて、加熱プレートなどの加熱手段により半田接合する。この際の半田付けにおいては、真空雰囲気または窒素ガス雰囲気で行ってもよい。
【００３２】
さらに、本発明の太陽電池モジュールの一実施形態によれば、前記低熱膨張材料の熱膨張係数は−２０℃〜＋１００℃の温度範囲において、５×１０−７／℃〜２０×１０−７／℃であることが好ましい。
【００３３】
または、本発明の太陽電池モジュールの一実施形態によれば、前記低熱膨張材料の組成比はＦｅが６４〜６８重量％、Ｎｉが３２〜３６重量％、Ｃｏが０〜４重量％の範囲であることが好ましい。
【００３４】
低熱膨張材料がこれらの範囲の物性であれば、太陽電池素子１と熱膨張率が近似した配線材２であるという点で最適である。
【００３５】
さらに、本発明の太陽電池モジュールの一実施形態によれば、前記配線材の長手方向に垂直な断面において、低熱膨張材料に対する銅の面積比が６７％〜４００％であることが好ましく、さらに好ましくは、前記面積比が６７％〜２００％であることが好ましい。
【００３６】
これにより十分な銅の断面積比率を得ることができるので、低熱膨張材料の抵抗値が低いために光電変換効率が低下してしまうということがなく、高い光電変換効率を確保することができるとともに、反り量を低減できる。
【００３７】
さらに、本発明の太陽電池モジュールの一実施形態は、前記配線材の幅が１．５〜４．５ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００３８】
これにより、十分な光電変換効率を維持しながら接合面積を得ることができる。
【００３９】
これは銅の断面積を維持しつつ、配線材２と太陽電池素子１との接触面積を維持できるからである。
【００４０】
さらに、本発明の太陽電池モジュールの一実施形態は、前記配線材の厚が０．２５〜０．６５ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００４１】
これにより、十分な光電変換効率を維持しながら反り量を低減することができる。
【００４２】
これは銅の断面積を維持しつつ、配線材２の厚みによる反り量の増大を低減できるからである。
【００４３】
さらに、本発明の太陽電池モジュールの一実施形態は、矩形波状の配線材を太陽電池素子の一方面に断続的に接続した接続部を有するものであって、（（溶着部の長さの総和）／（配線材の長さ））×１００％が５０％以下であることが好ましい。
【００４４】
これにより、太陽電池素子１と配線材２との接合強度を確保するとともに、太陽電池素子１の反り量を低減させることができる。
【００４５】
これは溶着部７ａの長さの総和が配線材２の長さの半分以下であることにより、各溶着部７ａ間の応力が開放されるとともに、凸部の屈曲により反り量が緩和されるからである。
【実施例】
【００４６】
＜試料＞
試料１としてクラッド構造ではない銅単体（半田コートは有り）の配線材２を接合した太陽電池素子１、試料９として配線材２の接合する面（凹面側）のみに半田コート４を形成した太陽電池素子１、試料１０として配線材２の側面以外に半田コート４を形成した太陽電池素子１を準備した。
【００４７】
本発明の試料としては、配線材２の全周に半田コート４を形成し、配線材２の断面積比率が銅２９％、低熱膨張材料４２％、銅２９％のクラッド構造とし、配線材２の幅を３ｍｍ、配線材２の厚を０．４５ｍｍとしたものを標準条件（試料５）として、試料２〜６では配線材２の銅、低熱膨張材料、銅のクラッド構造の断面積比率の条件を変化させ、試料１１〜１４では配線材２の幅、試料１５〜１８では配線材２の厚を変化させた太陽電池素子１を準備した。
【００４８】
＜反りの評価＞
反りの評価は、配線材２を接合した後の太陽電池素子１の非受光面を定盤の上において、非受光面と定盤との最大の隙間をシックネスゲージで測定した。
【００４９】
＜剥離率の評価＞
太陽電池素子１に接合された配線材２を１０ｍｍについて、長手方向に１ｍｍ刻みのピースにワイヤーカットし、各クラッド構造が分断されたもののピースの数の割合から剥離率とした。
【００５０】
＜光電変換効率の評価＞
この光電変換効率の評価は、光電変換効率が使用可能な範囲で維持されつつ、剥離率や反り量が改善さているかを確認するために行ったものである。
【００５１】
光電変換効率の評価はＦＦを測定することで評価するものとし、ＦＦは大きい程変換効率が高くなる。
【００５２】
ここでは配線材２として、Ｃｕ単体１．３mm幅×０．３mm厚を標準とした時のＦＦに対する変化率を△ＦＦ（％）とした。
【００５３】
以上の本発明と従来の太陽電池モジュールにおける光電変換効率の差異の評価、反りの評価、剥離率の評価の結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
＜反りの考察＞
クラッド構造ではない銅単体（半田コートは有り）の配線材２を接合した太陽電池素子１（試料１）では、８ｍｍの反り量となり、この場合は太陽電池素子１にクラックが生じた。
【００５６】
配線材２の接合する面（凹面側）のみに半田コート４を形成した太陽電池素子１（試料９）でも、８ｍｍ程度の反り量となり使用できないものであった。
【００５７】
配線材２の側面以外に半田コート４を形成した太陽電池素子１（試料１０）では、３ｍｍ程度の反り量であり、これはクラックもなく反り量に関しては使用可能な範囲であった。
【００５８】
一方、本発明の配線材２の銅５、低熱膨張材料６、銅５のクラッド構造の断面積比率の条件を変化させた試料２〜６では、低熱膨張材料６の断面積比率が少ない程反り量が大きくなることが判るが、使用可能な範囲であった。
【００５９】
さらに、配線材２の幅を変化させた試料１１〜１４では、幅は特に反り量に影響することはなく使用可能な範囲であった。
【００６０】
配線材２の厚を変化させた試料１５〜１８では、配線材２の厚が大きくなる程反り量が大きくなることが判るが使用可能な範囲であった。
【００６１】
＜剥離率の考察＞
クラッド構造ではない銅単体（半田コート有り）の配線材２を接合した太陽電池素子１（試料１）では、クラッド構造ではないので剥離自体は起きない。
【００６２】
しかしながら、配線材２の接合する面（凹面側）のみに半田コート４を形成した太陽電池素子１（試料９）では、２０％程度の剥離が発生し、配線材２の側面以外に半田コート４を形成した太陽電池素子１（試料１０）でも、２０％程度の剥離が生じた。
【００６３】
これは配線材２の側面に露出する低熱膨張材料６が半田コート４で保護されていないため、銅５と低熱膨張材料６との間に発生する熱応力により剥離の起点が生じるためである。
【００６４】
本発明の配線材の銅５、低熱膨張材料６、銅５のクラッド構造の断面積比率の条件を変化させた試料２〜６では、剥離は生じず、配線材２の幅を変化させた試料１１〜１４、配線材２の厚を変化させた試料１５〜１８でも、剥離は生じなかった。
【００６５】
これは配線材２の側面に露出する低熱膨張材料６が半田コート４で保護されていることにより、剥離の起点が生じたとしても、速やかに半田コート４が起点の隙間に充填されるからである。
【００６６】
＜光電変換効率の評価の考察＞
クラッド構造ではない銅単体の配線材２を接合した太陽電池素子１（試料１）では、ＦＦ値が最も高く、且つ太陽電池素子のクラックも生じ難い、バランスの取れた配線状態となるものであり、これを基準に他の試料のＦＦ値と比較したときの△ＦＦ（％）を示すため、試料１の△ＦＦ（％）は０％とする。
【００６７】
配線材２の接合する面（凹面側）のみに半田コート４を形成した太陽電池素子１（試料９）では、△ＦＦ（％）は３％となり、配線材２の側面以外に半田コート４を形成した太陽電池素子１（試料１０）でも、△ＦＦ（％）は３％となる。
【００６８】
これは配線材２の断面積比率として低熱膨張材料が４２％を占めている影響であるが、これは使用可能な範囲ではある。
【００６９】
本発明の配線材２の銅５、低熱膨張材料６、銅５のクラッド構造の断面積比率の条件を変化させた試料２〜６では、低熱膨張材料６の断面積比率が少ないほど△ＦＦ（％）が低下し、また、配線材２の幅を変化させた試料１１〜１４では、幅が広くなるほど△ＦＦ（％）が低下し、また、配線材２の厚を変化させた試料１５〜１８では、厚が大きくなるほど△ＦＦ（％）が低下しているが、これは配線材２の断面積が大きいほど△ＦＦ（％）が小さくなる傾向によるものであり、基準とした資料１に対してそれぞれ数％程度の差であり使用可能な範囲である。
【００７０】
このように低熱膨張材料６に対する銅５の比が大きいほどＦＦは大きくなり、△ＦＦ（％）としては小さくなる傾向があるのがわかる。
【００７１】
以上のように試料２〜８、１１〜１８では、光電変換効率の差異の評価、反りの評価、剥離率の評価を一通り満足していることが判る。
【符号の説明】
【００７２】
１：太陽電池素子
２：配線材（クラッド材）
３：電極
４：半田コート（酸化保護層）
５：Ｃｕ
６：低熱膨張材料
７：凹部
７ａ：溶着部
８：凸部
【図１】
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【図２】
2011071420.tif 000005
【図３】
2011071420.tif 000006