(57)【要約】【課題】基板が薄型化した場合であっても歩留まりを十分に確保できる太陽電池セルの接続方法及び接続装置を提供する。【解決手段】この太陽電池セルの接続方法及び接続装置２０では、表面電極１３上の導電性接着剤層１６と配線部材１７、及び裏面電極１５上の導電性接着剤層１６と配線部材１７を、下側熱圧着ヘッド２５及び上側熱圧着ヘッド２６によって表裏同時に熱圧着する。表裏同時に熱圧着を行うことで、太陽電池セル１０の基板１１を例えば１００μｍ以下に薄型化した場合であっても温度勾配による基板１１の反りや割れの発生を好適に抑制でき、製品の歩留まりを十分に確保できる。また、表裏同時の熱圧着では、下側熱圧着ヘッド２５及び上側熱圧着ヘッド２６による圧力が太陽電池セル１０，１０に対して局所的に付加されることもなく、基板１１の反りや割れの発生をより確実に抑制できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面側の表面電極及び裏面側の裏面電極を備えた太陽電池セル同士を電気的に接続する太陽電池セルの接続方法であって、
前記表面電極上及び前記裏面電極上に導電性接着剤層をそれぞれ形成すると共に、一の太陽電池セルの前記表面電極上に形成された前記導電性接着剤層と、隣接する太陽電池セルの前記裏面電極上に形成された前記導電性接着剤層とを繋ぐように配線部材を配置し、
前記表面電極上の前記導電性接着剤層と前記配線部材、及び前記裏面電極上の前記導電性接着剤層と前記配線部材を、熱圧着ヘッドによって表裏同時に熱圧着することを特徴とする太陽電池セルの接続方法。
【請求項２】
前記太陽電池セルの基板の厚さは、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池セルの接続方法。
【請求項３】
受光面側の表面電極及び裏面側の裏面電極を備えた太陽電池セル同士を電気的に接続する太陽電池セルの接続装置であって、
一の太陽電池セルの前記表面電極上に形成された前記導電性接着剤層と、隣接する太陽電池セルの前記裏面電極上に形成された前記導電性接着剤層とを繋ぐように配線部材が配置された複数の太陽電池セルを保持可能なステージと、
前記ステージを挟んで対向配置され、前記表面電極上の前記導電性接着剤層と前記配線部材、及び前記裏面電極上の前記導電性接着剤層と前記配線部材を表裏同時に熱圧着する少なくとも一対の熱圧着ヘッドとを備えたことを特徴とする太陽電池セルの接続装置。
【請求項４】
前記太陽電池セルの基板の厚さは、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の太陽電池セルの接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルの接続方法及び接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールは、光エネルギーを直接的に電気エネルギーに変換する装置であるため、クリーンエネルギーとして注目を集めており、今後その市場は急激に拡大すると見られている。このような太陽電池モジュールでは、一般に、電圧の要求値に応じて複数の太陽電池セルを直列に接続した構造となっている。
【０００３】
より具体的には、太陽電池モジュールでは、太陽電池セルの受光面側に形成された表面電極と、隣接する太陽電池セルの裏面側に形成された裏面電極とが、タブ線などの配線部材によって電気的に接続されている。従来、これらの電極とタブ線との接続には、導通性や固着強度といった接続信頼性に優れ、安価で汎用性の高いことから、はんだによる接続が用いられてきた（例えば特許文献１，２参照）。
【０００４】
一方、環境保護の観点などから、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、ペースト状或いはフィルム状の導電性接着剤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採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２０４２５６号公報
【特許文献２】特開２００５−０５０７８０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
【特許文献９】特開平３−１０３３７３号公報
【特許文献１０】特開平４−１７１６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１，２のようにはんだを用いた接続方法では、はんだの溶融温度が通常２３０℃〜２６０℃程度であることから、接続の際の高温やはんだの体積収縮により、作製された太陽電池モジュールにおいてセルの特性が劣化したり、割れ・反りが発生したりするおそれがあった。
【０００７】
特にシリコン結晶系の太陽電池モジュールでは，材料であるシリコンが従来の半導体分野にも用いられているために高価となっており、セルの価格が太陽電池モジュールの価格の約４０％を占めているのが現状である。したがって、太陽電池セルの薄型化が求められることは必至であるが、基板の薄型化が進むと、上述した接続の際の高温やはんだの体積収縮による太陽電池セルへの悪影響が顕著なものとなり、製品の歩留まりを確保することが困難となるおそれがある。
【０００８】
また、はんだを用いた接続方法では、はんだの特性上、被接着体との接続界面の厚みを制御することが難しく、パッケージ化の際の寸法精度を十分に得ることができないという問題があった。したがって、パッケージ化の観点から見ても、はんだを用いた接続方法では、太陽電池モジュールの製品の歩留まりを確保することが困難であると言える。
【０００９】
一方、特許文献３〜８のように導電性接着剤を用いた方法では、はんだを用いる方法と比べて低温での接続が可能となるため、薄型化された太陽電池セルの電気的な接続に適していると考えられる。しかしながら、電子材料の分野では導電性接着剤を用いた接続方法はあるものの（特許文献９，１０参照）、導電性接着剤を用いた太陽電池セルの接続方法は今のところ確立しておらず、基板が薄型化した場合であっても歩留まりを十分に確保できる技術の登場が望まれている。
【００１０】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、基板が薄型化した場合であっても歩留まりを十分に確保できる太陽電池セルの接続方法及び接続装置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】
【００１１】
上記課題の解決のため、本発明に係る太陽電池セルの接続方法は、受光面側の表面電極及び裏面側の裏面電極を備えた太陽電池セル同士を電気的に接続する太陽電池セルの接続方法であって、表面電極上及び裏面電極上に導電性接着剤層をそれぞれ形成すると共に、一の太陽電池セルの表面電極上に形成された導電性接着剤層と、隣接する太陽電池セルの裏面電極上に形成された導電性接着剤層とを繋ぐように配線部材を配置し、表面電極上の導電性接着剤層と配線部材、及び裏面電極上の導電性接着剤層と配線部材を、熱圧着ヘッドによって表裏同時に熱圧着することを特徴としている。
【００１２】
この太陽電池セルの接続方法では、太陽電池セル同士の電気的な接続に導電性接着剤層を用いることにより、はんだを用いる場合と比較して低温での接続が可能となる。したがって、接続時の高温やはんだの体積収縮による太陽電池セルへの悪影響を回避できる。また、この太陽電池セルの接続方法では、表面電極上の導電性接着剤層と配線部材、及び裏面電極上の導電性接着剤層と配線部材を、熱圧着ヘッドによって表裏同時に熱圧着する。このように、表裏同時に熱圧着を行うことで、基板が薄型化した場合であっても温度勾配による太陽電池セルの基板の反りや割れの発生を抑制でき、製品の歩留まりを十分に確保できる。
【００１３】
また、太陽電池セルの基板の厚さは、１００μｍ以下であることが好ましい。上記方法は、特に基板の厚さが１００μｍ以下である太陽電池セルの接続に適用すると、好適に基板の反りや割れの発生を抑制でき、製品の歩留まりを十分に確保できる。
【００１４】
また、本発明に係る太陽電池セルの接続装置は、受光面側の表面電極及び裏面側の裏面電極を備えた太陽電池セル同士を電気的に接続する太陽電池セルの接続装置であって、一の太陽電池セルの表面電極上に形成された導電性接着剤層と、隣接する太陽電池セルの裏面電極上に形成された導電性接着剤層とを繋ぐように配線部材が配置された複数の太陽電池セルを保持可能なステージと、ステージを挟んで対向配置され、表面電極上の導電性接着剤層と配線部材、及び裏面電極上の導電性接着剤層と配線部材を表裏同時に熱圧着する少なくとも一対の熱圧着ヘッドとを備えたことを特徴としている。
【００１５】
この太陽電池セルの接続装置は、太陽電池セル同士の電気的な接続に導電性接着剤層を用いることにより、はんだを用いる場合と比較して低温での接続が可能となる。したがって、接続時の高温やはんだの体積収縮による太陽電池セルへの悪影響を回避できる。また、この太陽電池セルの接続装置では、表面電極上の導電性接着剤層と配線部材、及び裏面電極上の導電性接着剤層と配線部材を、熱圧着ヘッドによって表裏同時に熱圧着する。このように、表裏同時に熱圧着を行うことで、基板が薄型化した場合であっても温度勾配による太陽電池セルの基板の反りや割れの発生を抑制でき、製品の歩留まりを十分に確保できる。
【００１６】
また、太陽電池セルの基板の厚さは、１００μｍ以下であることが好ましい。上記装置は、特に基板の厚さが１００μｍ以下である太陽電池セルの接続に適用すると、好適に基板の反りや割れの発生を抑制でき、製品の歩留まりを十分に確保できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、基板が薄型化した場合であっても歩留まりを十分に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】太陽電池セルを受光面側から見た図である。
【図２】太陽電池セルを裏面側から見た図である。
【図３】本発明に係る太陽電池セルの接続装置の一実施形態を示す図である。
【図４】太陽電池セルの接続時の状態を示す要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る太陽電池セルの接続方法及び接続装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２０】
まず、接続対象である太陽電池セルの構成について説明する。図１は、太陽電池セルを受光面側から見た図である。また、図２は、太陽電池セルを裏面側から見た図である。図１及び図２に示すように、太陽電池セル１０は、平板状の基板１１の一方面上に受光部１２を有している。図１に示すように、受光部１２の表面には、線状又は帯状のバスバー電極１３ａ及びフィンガー電極１３ｂから構成される表面電極１３が設けられている。また、太陽電池セル１０の裏面には、例えばアルミペースト焼成層１４が形成され、このアルミペースト焼成層１４上に線状又は帯状のバスバー電極１５ａから構成される裏面電極１５が設けられている。
【００２１】
太陽電池セル１０の基板１１は、例えばＳｉの単結晶、多結晶、及び非結晶のうち少なくとも一つからなる。本実施形態では、基板１１の受光部１２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。また、表面電極１３は、電気的導通を得ることができる公知の材料からなる。表面電極１３の材料としては、銀を含有したガラスペースト、接着剤樹脂に各種導電性粒子を分散した銀ペースト、金ペースト、カーボンペースト、ニッケルペースト、アルミニウムペースト、及び焼成や蒸着によって形成されるＩＴＯなどが挙げられる。これらの中でも、耐熱性、導電性、安定性、及びコストの観点から、銀を含有したガラスペーストを用いることが好ましい。
【００２２】
次に、上述した太陽電池セル１０の接続装置２０について説明する。
【００２３】
図３は、本発明に係る太陽電池セルの接続装置の一実施形態を示す図である。同図に示すように、接続装置２０は、基台２１上に配置された下方フレーム２２と、下方フレーム２２の上方に組み上げられた上方フレーム２３と、下方フレーム２２及び上方フレーム２３の間に配置されたステージ２４と、下方フレーム２２に取り付けられた下側熱圧着ヘッド２５と、上方フレーム２３に取り付けられた上側熱圧着ヘッド２６と、ステージ２４と熱圧着ヘッド２５，２６の動作を制御する制御部４０とを備えている。
【００２４】
より具体的には、下方フレーム２２には、ヒータ２８，２８と共に２つの下側熱圧着ヘッド２５，２５が上向きに固定されている。下側熱圧着ヘッド２５，２５の位置は、下方フレーム２２上で水平方向に調整可能となっており、これにより、接続対象である太陽電池セル１０，１０間（図４（ａ）参照）の間隔に応じて下側熱圧着ヘッド２５，２５間の間隔を変えることができる。
【００２５】
また、上方フレーム２３には、鉛直方向に垂下する左右一対のガイドバー３１，３１が設けられ、ガイドバー３１，３１には、リフト部材３２が摺動可能に取付けられている。リフト部材３２には、ヒータ２８，２８と共に２つの上側熱圧着ヘッド２６，２６が下向きに固定されている。このリフト部材３２はエアシリンダ３３に連結されており、エアシリンダ３３が後述のエア供給部５０によるエアの供給を受けることにより、上側熱圧着ヘッド２６は、ガイドバー３１に沿ってリフト部材３２と共に上下動可能となっている。
【００２６】
また、上側熱圧着ヘッド２６，２６の位置は、リフト部材３２上で水平方向に調整可能となっており、これにより、接続対象である太陽電池セル１０，１０間の間隔に応じて上側熱圧着ヘッド２６，２６間の間隔を変えることができる。なお、下側熱圧着ヘッド２５，２５の圧着面及び上側熱圧着ヘッド２６，２５の圧着面の寸法は、太陽電池セル１０における表裏のバスバー電極１３ａ，１４ａの寸法にそれぞれ対応しており、例えば長さ１５０ｍｍ、幅２．０ｍｍ程度となっている。
【００２７】
一方、ステージ２４は、ブラケット３４によって基台２１上に組み上げられたボールねじ３５にナット部３６で固定されている。ボールねじ３５は、水平方向に配置され、ブラケット３４に対して上下動可能に固定されている。また、ボールねじ３５の一方の端部にはパルスモータ３７が連結されており、パルスモータ３７の駆動によってボールねじ３５が正逆に回転することにより、ステージ２４が水平方向に往復動するようになっている。このステージ２４には、下側熱圧着ヘッド２５，２５の先端部分が挿通可能な貫通孔２４ａ，２４ａが設けられており、貫通孔２４ａ，２４ａの位置に裏面電極１５の位置を合わせた状態で図１及び図２に示した太陽電池セル１０を複数固定できるようになっている。
【００２８】
制御部４０は、予め定められたプログラムに従い、入力された熱圧着条件に応じてステージ２４、下側熱圧着ヘッド２５，２５、及び上側熱圧着ヘッド２６，２６の駆動制御を行う部分であり、機能的な構成要素として、熱圧着ヘッド制御部４１と、ステージ制御部４２とを有している。熱圧着ヘッド制御部４１は、内蔵するタイマーによって設定された熱圧着時間に基づいて、エアシリンダ３３にエアを供給するエア供給部５０を駆動させる。このエア供給部５０は、エアの供給源となるポンプ５１と、電磁弁５２（５２ａ〜５２ｃ）と圧力調整弁５３（５３ａ〜５３ｃ）とが直列に接続された３つの供給路を有している。
【００２９】
供給路において、圧力調整弁５２ａ〜５２ｃの調整圧は互いに異なっており、熱圧着ヘッド制御部４１によって電磁弁５３ａ〜５３ｃのいずれかを選択的に開弁させることにより、ポンプ５１からエアシリンダ３３に供給されるエアの圧力、すなわち、上側熱圧着ヘッド２６，２６による熱圧着圧力を３段階に可変できる。また、電磁弁５３ａ〜５３ｃの開弁時間を調整することにより、上側熱圧着ヘッド２６，２６による熱圧着時間を任意に設定できる。
【００３０】
また、ステージ制御部４２は、熱圧着ヘッド制御部４１と同期してステージの上下動及び水平動を制御する。ステージ制御部４２は、貫通孔２４ａ，２４ａが上側熱圧着ヘッド２６，２６の真下に位置するようにステージ２４を駆動させる。貫通孔２４ａ，２４ａと上側熱圧着ヘッド２６との位置合わせの後、熱圧着ヘッド制御部４１による上側熱圧着ヘッド２６，２６の下降に応じてステージ２４を下降させ、下側熱圧着ヘッド２５，２５の先端部分を貫通孔２４ａ，２４ａに挿通させる。
【００３１】
上記の接続装置２０を用いて太陽電池セル１０の接続を行う場合、まず、図４（ａ）に示すように、受光面側のバスバー電極１３ａ及び裏面側のバスバー電極１３ａの表面に導電性接着剤層１６をそれぞれ形成する。次に、複数の太陽電池セル１０を並べて配置し、一の太陽電池セル１０の受光面側のバスバー電極１３ａ上に形成された導電性接着剤層１６と、隣接する太陽電池セル１０の裏面側のバスバー電極１３ａ上に形成された導電性接着剤層１６とを繋ぐように配線部材１７を配置する。
【００３２】
配線部材１７の配置を行った後、裏面側のバスバー電極１３ａの位置を貫通孔２４ａの位置に合わせた状態で、太陽電池セル１０を接続装置２０のステージ２４に固定する。そして、所定の熱圧着条件を接続装置２０に入力し、図４（ｂ）に示すように、ステージ２４上の太陽電池セル１０を下側熱圧着ヘッド２５と上側熱圧着ヘッド２６とによって挟み込むことにより、表裏同時に導電性接着剤層１６と配線部材１７との熱圧着を行う。熱圧着条件としては、例えば温度を１８０℃、圧力を２ＭＰａ、圧着時間を１０秒とすることができる。これにより、太陽電池セル１０，１０同士が電気的に接続され、太陽電池モジュールが形成される。実用の際には、太陽電池モジュールを強化ガラス等で挟みこむと共に、その間隙を透明な樹脂によって埋め、更に外部端子が設けられる。
【００３３】
なお、上述した導電性接着剤層１６は、少なくとも、接着剤成分と、その中に分散した導電性粒子とを含んでいることが好ましい。接着剤成分としては、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。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。
【００３４】
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。また、この樹脂組成物は、表面電極１３、裏面電極１５、及び配線部材１７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、導電性粒子の均一分散性を向上させるために、リン酸カルシウムや、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、表面電極１３、裏面電極１５、配線部材１７、及び導電性粒子に含まれる金属（特には銀や銅）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。
【００３５】
導電性粒子としては、特に制限はないが、例えば金粒子、銀粒子、銅粒子、ニッケル粒子、金めっき粒子、銅めっき粒子、ニッケルめっき粒子等が挙げられる。また、導電性粒子は、接続時に被着体（例えば電極や配線部材）の表面凹凸を十分に埋め込んで被着体同士間の電気的接続を十分に確保する観点から、毬栗状又は球状の粒子形状をしたものであることが好ましい。導電性粒子の形状が毬栗状又は球状のものであれば、被着体表面の複雑な凹凸形状に対しても、その凹凸を十分に埋め込むことができ、接続後の振動や膨張などの変動に対して導電性粒子の追随性を高めることが可能となる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態に係る太陽電池セルの接続方法及び接続装置２０では、太陽電池セル１０，１０同士の電気的な接続に導電性接着剤層１６を用いることにより、はんだを用いる場合と比較して低温での接続が可能となる。したがって、接続時の高温やはんだの体積収縮による太陽電池セル１０への悪影響を回避できる。また、この太陽電池セルの接続方法及び接続装置２０では、表面電極１３上の導電性接着剤層１６と配線部材１７、及び裏面電極１５上の導電性接着剤層１６と配線部材１７を、下側熱圧着ヘッド２５及び上側熱圧着ヘッド２６によって表裏同時に熱圧着する。
【００３７】
このように、表裏同時に熱圧着を行うことで、太陽電池セル１０の基板１１を例えば１００μｍ以下に薄型化した場合であっても温度勾配による太陽電池セル１０の基板１１の反りや割れの発生を好適に抑制でき、製品の歩留まりを十分に確保できる。また、表裏同時の熱圧着では、下側熱圧着ヘッド２５及び上側熱圧着ヘッド２６による圧力が太陽電池セル１０，１０に対して局所的に付加されることもなく、太陽電池セル１０の基板１１の反りや割れの発生をより確実に抑制できる。
【００３８】
また、接続装置２０では、熱圧着が開始されるまでは、ステージ２４上に固定された太陽電池セルと下側熱圧着ヘッド２５及び上側熱圧着ヘッド２６との間に十分な間隔が設けられている。したがって、熱圧着の前に導電性接着剤層１６が熱劣化してしまうことを防止でき、太陽電池セル１０，１０同士の接続信頼性の向上が図られる。
【００３９】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上述した実施形態では、接続装置２０において下側熱圧着ヘッド２５及び上側熱圧着ヘッド２６が２つずつ設けられているが、ヘッドの設置数は任意に変更してもよい。また、熱圧着条件は、基板１１の厚さや接続に用いる導電性接着剤層１６や配線部材１７の材料等によって適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…太陽電池セル、１１…基板、１３…表面電極、１５…裏面電極、１６…導電性接着剤層、１７…配線部材、２４…ステージ、２５…下側熱圧着ヘッド、２６…上側熱圧着ヘッド。
【図１】
2011054944.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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