(57)【要約】【課題】低応力で長寿命、かつ、低価格の太陽電池用配線部品を提供する。【解決手段】絶縁性の樹脂基材１２と、樹脂基材１２の表面に接合された銅を主成分とする導体１５とを備え、導体１５は、結晶Ｓｉ太陽電池セルの一つの平面上に形成された正電極と負電極にそれぞれ接続される正電極導体１３と負電極導体１１である太陽電池用配線部品１において、導体１５は、引張試験による０．２％耐力が４０〜８０ＭＰａの範囲であり、かつ、伸び率が１８％以上であるものである。【選択図】図１
2011124512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の樹脂基材と、該樹脂基材の表面に形成された銅を主成分とする導体とを備え、前記導体は、結晶Ｓｉ太陽電池セルの一つの平面上に形成された正電極と負電極にそれぞれ接続される正電極導体と負電極導体である太陽電池用配線部品において、前記導体は、引張試験による０．２％耐力が４０〜８０ＭＰａの範囲であり、かつ、伸び率が１８％以上であることを特徴とする太陽電池用配線部品。
【請求項２】
前記導体は、接合材を用いて前記結晶Ｓｉ太陽電池セルの正電極と負電極にそれぞれ接続され、前記導体の０．２％耐力は、前記接合材としてＳｎＢｉを用いるときには４０〜８０ＭＰａの範囲にされる請求項１に記載の太陽電池用配線部品。
【請求項３】
前記導体は、接合材を用いて前記結晶Ｓｉ太陽電池セルの正電極と負電極にそれぞれ接続され、前記導体の０．２％耐力は、前記接合材としてＳｎＰｂを用いるときには４０〜６０ＭＰａの範囲にされる請求項１に記載の太陽電池用配線部品。
【請求項４】
前記導体は、接合材を用いて前記結晶Ｓｉ太陽電池セルの正電極と負電極にそれぞれ接続され、前記導体の０．２％耐力は、前記接合材としてＳｎＡｇＣｕを用いるときには４０〜５０ＭＰａの範囲にされる請求項１に記載の太陽電池用配線部品。
【請求項５】
前記導体は、タフピッチ銅又は無酸素銅のいずれかからなる請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池用配線部品。
【請求項６】
前記導体は、表面に金属めっき層を有する請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池用配線部品。
【請求項７】
前記樹脂基材は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートのいずれかからなる請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池用配線部品。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の太陽電池用配線部品と、正電極と負電極の両方が結晶Ｓｉ基板の一つの平面上に形成された裏面電極型結晶Ｓｉ太陽電池セルとから構成されることを特徴とす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、正電極と負電極の両方の電極が結晶Ｓｉ基板の同一面に形成された裏面電極型太陽電池セルを直列に接続するための太陽電池用配線部品及びそれを用いた太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球環境問題の顕在化を背景に、環境負荷の少ない新エネルギーの開発及び普及促進施策が世界各国で進められている。なかでも発電時に炭酸ガスを排出しない太陽光発電は、次世代エネルギーの有力な候補として期待されている。その期待に応えるためは、発電コストの低減が必要であり、太陽電池モジュールの高効率化、製造コスト低減及び高信頼性化が精力的に進められている。
【０００３】
以下、結晶Ｓｉ系太陽電池モジュール、一般的な結晶Ｓｉ太陽電池、裏面電極型太陽電池、及び太陽電池用配線部品に関して図を用いながら説明する。
【０００４】
図３は、結晶Ｓｉ系太陽電池モジュールの一例の平面図を示すものである。結晶Ｓｉ系太陽電池モジュール３は、複数枚の太陽電池セルをガラス板３１とバックシート（図示なし）の間に透明樹脂（図示なし）により封止した構造であり、裏側には電力を取り出すためのケーブル（図示なし）が取り付けられる。結晶Ｓｉ系太陽電池モジュール３の周囲には、主にガラス板３１の保護のためアルミ製フレーム３２が取り付けられる。結晶Ｓｉ系太陽電池モジュール３の内部において、太陽電池セルは直列に配線される。図３に示したモジュール例では、５４枚の太陽電池セルが直列に接続されている。
【０００５】
太陽電池セルのサイズは、平面図上のサイズが１００×１００ｍｍから１６０×１６０ｍｍの範囲、厚さは１８０μｍ程度が一般的である。例えば、太陽電池セルのサイズが１５６×１５６ｍｍの場合、図３に示した結晶Ｓｉ系太陽電池モジュール３の平面図上のサイズは、１．５×１ｍ程度である。
【０００６】
図４に、一般的な結晶Ｓｉ太陽電池セルの概略構造を示す。図４（ａ）は結晶Ｓｉ太陽電池セルの断面構造の概略を示すものである。結晶Ｓｉ太陽電池セル４は、主に、表側面に形成された負集電電極４１、ｐ型結晶Ｓｉ基板４２、及び裏側面に形成された正集電電極４３から構成される。ｐ型結晶Ｓｉ基板４２の内部の表側には、高濃度にドナーを添加したｎ＋型Ｓｉ領域４４、裏側には高濃度にアクセプタを添加したｐ＋型Ｓｉ領域４５がそれぞれ形成される。また、結晶Ｓｉ太陽電池セル４の裏側面には、正集電電極４３の形成エリアを除くほぼ全面にわたって、アルミ電極４６が形成される。
【０００７】
図４（ｂ）と図４（ｃ）は、結晶Ｓｉ太陽電池セルの表側面及び裏側面を斜傾図により示したものである。結晶Ｓｉ太陽電池セルの表側面には、負集電電極４１の他に、フィンガー電極４７が形成される。
【０００８】
図５は、結晶Ｓｉ太陽電池セルを平角線により直列に接続したストリングの一部を示すものである。ストリング５において、隣接する結晶Ｓｉ太陽電池セル５２の負集電電極と正集電電極とは、平角線５１により接続される。平角線５１は、断面を概略矩形状に加工した銅からなる導体の周囲にはんだ材料をコートしたものが一般的であり、そのはんだを利用して結晶Ｓｉ太陽電池セル５２の集電電極と接合される。平角線５１を構成する導体の断面サイズは、幅が１〜３ｍｍ程度、厚さが０．１５〜０．３ｍｍ程度である。
【０００９】
平角線５１は、はんだ材料の固相線温度において集電電極と接合されると考えられる。接合後に、ストリングの温度が低下すると、平角線５１と結晶Ｓｉ太陽電池セル５２との線膨張係数の差により、両者に大きな応力が発生する。その応力により、結晶Ｓｉ太陽電池セル５２に大きな反りが発生したり、破損が生じたりする問題があった。また、平角線５１の導体にもクラックが生じる等の問題もあった。
【００１０】
それらの問題を回避するため、平角線導体の０．２％耐力を９０ＭＰａ以下とし、伸び率を１０％以上にする等の対策が特許文献１にて開示されている。
【００１１】
以上、結晶Ｓｉ系モジュールの一例、一般的な結晶Ｓｉ太陽電池セルの概略構造、及び結晶Ｓｉ太陽電池セルを直列接続させたストリングに関して説明した。一般的な結晶Ｓｉ系太陽電池においても、前述した高効率化、製造コスト低減及び高信頼性化が検討されているが、それらをさらに高いレベルで実現するための太陽電池として、裏面電極型太陽電池が特許文献２により公表されている。
【００１２】
図６に、裏面電極型太陽電池セルの概略構造を示す。図６（ａ）は裏面電極型太陽電池セルの断面構造の概略を示すものである。裏面電極型太陽電池セル６は、主に、ｎ型結晶Ｓｉ基板６２、裏側面に形成された負電極６１及び正電極６３から構成される。ｎ型結晶Ｓｉ基板６２の内部の裏側には、高濃度にドナーを添加したｎ＋型Ｓｉ領域６４、及び高濃度にアクセプタを添加したｐ＋型Ｓｉ領域６５が形成される。また、ｎ型結晶Ｓｉ基板６２内部の表側にも、高濃度にドナーを添加したｎ＋型Ｓｉ領域６４が形成される。
【００１３】
図６（ｂ）と図６（ｃ）は、裏面電極型太陽電池セルの表側面及び裏側面を斜傾図により示したものである。図６（ｂ）に示すように、裏面電極型太陽電池セルは、表側面に集電電極やフィンガー電極が無いため、入射する太陽光のシャドウ損失が極めて低く抑えられ、高い光電変換効率が実現される。本図では省略したが、ｎ型結晶Ｓｉ基板６２の表側面にはテクスチャと呼ばれる凹凸構造が設けられ、さらにその上に反射防止膜が形成されるため、入射光の反射損失も極めて低く抑えられている。
【００１４】
図６（ｃ）に示すように、負電極６１及び正電極６３は、いずれも直線形状であり、交互に配列されるとともに、負電極６１は負集電電極６７、正電極６３は正集電電極６６にそれぞれ接続される。また、負電極６１はｎ＋型Ｓｉ領域６４、正電極６３はｐ＋型Ｓｉ領域６５にそれぞれ接触している。
【００１５】
図７に、裏面電極型太陽電池セルを太陽電池用配線部品により直列に接続したストリングの一部を示す。裏面電極型太陽電池セルのストリング７は、主に、裏面電極型太陽電池セル７４と太陽電池用配線部品７１から構成される。太陽電池用配線部品７１は、絶縁性樹脂基材７３上に導体パターン７２をエッチング法により形成したものである。導体パターン７２は、裏面電極型太陽電池セル７４の電極に対応させた形状になっており、はんだ材料や導電性接着剤等を介して裏面電極型太陽電池セル７４の電極と接続される。太陽電池用配線部品７１に実装された裏面電極型太陽電池セル７４は、導体パターン７２を介して直列に接続される。
【００１６】
導体パターン７２の材料として、厚さが１８μｍの銅箔、また、絶縁性樹脂基材７３の材料として、ＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ：ポリエチレンナフタレート）を用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００８−１４０７８７号公報
【特許文献２】特開２００９−４３８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
裏面電極型太陽電池セルは受光面側に電極が無くシャドウ損失を低減できることから、太陽電池モジュールとした場合に高い効率を得ることが可能となる。この特長を活かしつつ、太陽電池モジュールの製造コスト低減および高信頼性化を図るためには、太陽電池モジュールの製造歩留りを向上させ、かつ、太陽電池用配線部品の疲労寿命を長くする必要があった。
【００１９】
太陽電池モジュールの製造歩留りを高くするためには、太陽電池用配線部品と太陽電池セルとの間に発生する応力を低くする必要がある。前述したように、従来の一般的な太陽電池モジュールにおいては、特許文献１にて、平角線導体の０．２％耐力を９０ＭＰａ以下として太陽電池セルの反りを抑える等の対策が開示されている。しかし、裏面電極型太陽電池セルを接続する太陽電池用配線部品は、導体がポリイミド、ＰＥＮ等の樹脂基材と接合されたものであり、それらの樹脂基材の影響も考慮した上で、前記応力を低減するための導体の特性を明確にする必要があった。
【００２０】
一方、太陽光発電システムは、設置場所が全世界に広がっており、設置される地域によっては、大きな温度変化、強風及び積雪といった様々な環境にさらされる。それらの環境において、太陽電池用配線部品の導体が、ひずみの変化を繰り返して受けることは避けられない状況にある。従って、前記応力の低減に加えて、導体の疲労寿命も考慮した上で、最適な導体の特性を明確にする必要があった。
【００２１】
そこで、本発明の目的は、裏面電極型太陽電池モジュールにおいて、太陽電池用配線部品と裏面電極型太陽電池セルとの間に発生する応力を小さくすることにより製造歩留りを向上させるとともに、太陽電池用配線部品の疲労寿命を長くすることにより、モジュールの寿命を大幅に改善することにある。
【００２２】
さらに、本発明の目的は、低応力で長寿命の太陽電池用配線部品を提供することにより、裏面電極型太陽電池モジュールの低価格化と長寿命化を図り、その太陽電池モジュールを適用した太陽光発電システムの発電コストを大幅に低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、絶縁性の樹脂基材と、該樹脂基材の表面に形成された銅を主成分とする導体とを備え、前記導体は、結晶Ｓｉ太陽電池セルの一つの平面上に形成された正電極と負電極にそれぞれ接続される正電極導体と負電極導体である太陽電池用配線部品において、前記導体は、引張試験による０．２％耐力が４０〜８０ＭＰａの範囲であり、かつ、伸び率が１８％以上である太陽電池用配線部品である。
【００２４】
請求項２の発明は、前記導体は、接合材を用いて前記結晶Ｓｉ太陽電池セルの正電極と負電極にそれぞれ接続され、前記導体の０．２％耐力は、前記接合材としてＳｎＢｉを用いるときには４０〜８０ＭＰａの範囲にされる請求項１に記載の太陽電池用配線部品である。
【００２５】
請求項３の発明は、前記導体は、接合材を用いて前記結晶Ｓｉ太陽電池セルの正電極と負電極にそれぞれ接続され、前記導体の０．２％耐力は、前記接合材としてＳｎＰｂを用いるときには４０〜６０ＭＰａの範囲にされる請求項１に記載の太陽電池用配線部品である。
【００２６】
請求項４の発明は、前記導体は、接合材を用いて前記結晶Ｓｉ太陽電池セルの正電極と負電極にそれぞれ接続され、前記導体の０．２％耐力は、前記接合材としてＳｎＡｇＣｕを用いるときには４０〜５０ＭＰａの範囲にされる請求項１に記載の太陽電池用配線部品である。
【００２７】
請求項５の発明は、前記導体は、タフピッチ銅又は無酸素銅のいずれかからなる請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池用配線部品である。
【００２８】
請求項６の発明は、前記導体は、表面に金属めっき層を有する請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池用配線部品である。
【００２９】
請求項７の発明は、前記樹脂基材は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートのいずれかからなる請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池用配線部品である。
【００３０】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の太陽電池用配線部品と、正電極と負電極の両方が結晶Ｓｉ基板の一つの平面上に形成された裏面電極型結晶Ｓｉ太陽電池セルとから構成される太陽電池モジュールである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、低応力で長寿命、かつ、低価格の太陽電池用配線部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る太陽電池用配線部品の概要を示す模式図である。
【図２】屈曲寿命試験装置の概要を示す模式図である。
【図３】結晶Ｓｉ太陽電池モジュールの一例を模式的に示す平面図である。
【図４】一般的な結晶Ｓｉ太陽電池セルの概略構造を示す図である。
【図５】結晶Ｓｉ太陽電池セルを直列に接続させたストリングの一部を示す図である。
【図６】裏面電極型太陽電池セルの概略構造を示す図である。
【図７】裏面電極型太陽電池セルを直列に接続させたストリングの一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００３４】
図１は、本発明の好適な実施の形態に係る太陽電池用配線部品の概要を示す模式図である。
【００３５】
図１に示すように、本発明の好適な実施の形態に係る太陽電池用配線部品１は、絶縁性の樹脂基材１２と、その樹脂基材１２の表面に接合された銅を主成分とする導体１５とで構成される。
【００３６】
導体１５は、負電極導体１１、正電極導体１３、及び集電電極導体１４から構成される。負電極導体１１と正電極導体１３は、平面図での形状が概略矩形（ストライプ状）であり、いずれも幅を約０．７ｍｍ、厚さを約０．０３５ｍｍとした。負電極導体１１と正電極導体１３は、太陽電池用配線部品１の長辺方向と平行に交互に形成し、太陽電池用配線部品１の短辺方向において、隣り合う負電極導体１１と正電極導体１３の配列ピッチを１ｍｍ、裏面電極型太陽電池セル１枚分の実装エリアにおける負電極と正電極の合計本数を１２０本とした。
【００３７】
集電電極導体１４は、太陽電池用配線部品１の短辺方向における長さを約１２０ｍｍ、太陽電池用配線部品１の長辺方向における長さを約９ｍｍ、厚さを約０．０３５ｍｍとした。隣接する二つの裏面電極型太陽電池セル実装エリアに注目すると、一方のエリアの負電極導体１１と、もう一方のエリアの正電極導体１３とが集電電極導体１４に接続されている。裏面電極型太陽電池セルの負電極と正電極が、太陽電池用配線部品１の負電極導体１１及び正電極導体１３にそれぞれ重なるように裏面電極型太陽電池セルを実装することにより、隣接する裏面電極型太陽電池セル間が電気的に直列接続される。
【００３８】
また、太陽電池用配線部品１の導体１５の表面には、金属めっき層が形成される。金属めっき層を形成する理由を以下に述べる。
【００３９】
太陽電池用配線部品１の導体１５は、裏面電極型太陽電池セルの電極と、はんだ、導電性接着剤等により接合される。導体１５の表面、例えば導体１５と絶縁性の樹脂基材１２との接合部以外の表面は、はんだ、または導電性接着剤により覆われるが、その被覆は不充分であり、銅が一部露出することがある。そのような銅の露出部分は、太陽電池モジュール内部に侵入した水分により酸化され、導体抵抗が上昇することがある。そこで、本実施の形態では、予め銅表面に金属めっき層を形成することにより、銅の酸化による抵抗上昇の抑止を可能とした。
【００４０】
太陽電池用配線部品１の幅（短辺方向の長さ）は約１３０ｍｍ、長さ（長辺方向の長さ）は約６２．５ｍとした。裏面電極型太陽電池セルの平面サイズを１２５×１２５ｍｍ、実装間隔を５ｍｍとすると、太陽電池用配線部品１上に４８０枚の裏面電極型太陽電池セルが実装できる。太陽電池モジュールの構成セル枚数を４８枚（８×６枚）とすると、モジュール１０台分の裏面電極型太陽電池セルの実装が可能となる。太陽電池用配線部品１は、リール等に巻き取った状態で裏面電極型太陽電池セルの実装工程に供給される。例えば、裏面電極型太陽電池セル８枚実装分の長さ（約１０４０ｍｍ）に切断した後、裏面電極型太陽電池セルを実装することにより、ストリングを形成する。なお、図１は、裏面電極型太陽電池セル３枚を実装する部分を示したものである。
【００４１】
以下、本発明に好適な絶縁性の樹脂基材１２の材質と導体１５の材質、及び導体１５の表面に形成する金属めっき層の材質について検討する。
【００４２】
太陽電池用配線部品１の正電極導体１３と負電極導体１１は、正電極と負電極が一つの平面上に形成された裏面電極型太陽電池セルの両電極と、はんだや導電性接着剤によりそれぞれ接合される。その接合温度から、例えば室温（例として２５℃）まで温度を下げると、太陽電池用配線部品１と裏面電極型太陽電池セルとの間に応力が発生する。その応力が大きい場合は、裏面電極型太陽電池セルに反りが生じるだけではなく、裏面電極型太陽電池セルを構成するＳｉ結晶にクラックが生じ、太陽電池モジュールの出力が大幅に低下する。応力は、太陽電池用配線部品１の構成材料と裏面電極型太陽電池セルとの線膨張係数の差により生じると考えられる。
【００４３】
そこで発明者らは、太陽電池用配線部品１を構成する絶縁性の樹脂基材１２の材質、及び導体１５の特性に関して詳細な検討を実施した。
【００４４】
絶縁性の樹脂基材１２は、価格に加えて、太陽電池用配線部品１と裏面電極型太陽電池セルとの間に発生する応力を小さくするという観点から、線膨張係数とヤング率に注目して材質を決定した。
【００４５】
絶縁性の樹脂基材１２の線膨張係数は、理想的にはＳｉの値と同程度まで低いことが望ましいが、そのような樹脂材料を作製することは極めて難しい。そこで、室温（２５℃）における線膨張係数が導体である銅の値よりも小さいことを基準として、絶縁性の樹脂基材１２を選定した。ちなみに、室温（２５℃）における銅の線膨張係数は、約１７ｐｐｍ／Ｋであるのに対して、ＰＥＮは１３ｐｐｍ／Ｋ程度、ポリイミドは１５ｐｐｍ／Ｋ程度である。
【００４６】
絶縁性の樹脂基材１２のヤング率については、銅の値と比べてなるべく小さい方が、太陽電池用配線部品１としての応力を小さくすることが可能となる。そこで、室温（２５℃）におけるヤング率が、導体である銅の値の１０％以下であることを基準として絶縁性の樹脂材料を選定した。ちなみに、室温（２５℃）における銅のヤング率は１２０ＧＰａ程度であるのに対して、ＰＥＮは６ＧＰａ程度、ポリイミドは４ＧＰａ程度である。
【００４７】
つまり、太陽電池用配線部品１の絶縁性の樹脂基材１２の樹脂材料としては、ポリイミドまたはＰＥＮを選択することが好適であるが、ＰＥＴを用いることも可能である。室温（２５℃）におけるＰＥＴの線膨張係数は１５ｐｐｍ／Ｋ程度であり、ヤング率は５ＧＰａ程度である。但し、ＰＥＴは、１５０℃以上の温度で変形するため、裏面電極型太陽電池セルを実装する場合は、１５０℃以下の温度で硬化できる導電性ペースト等を用いる必要がある。なお、本実施の形態では絶縁性の樹脂基材１２の材料として、ＰＥＮを用いた。また、ＰＥＮ基材の厚さは約５０μｍとした。
【００４８】
導体１５については、タフピッチ銅（ＴＰＣ）または無酸素銅（ＯＦＣ）を用いることを前提とした。ＴＰＣとＯＦＣは、工業的に広く使われている銅材料であり、量産技術が既に確立されている。また、導電率も高い。それらの材料を適用することにより、太陽電池用配線部品１の低価格化と品質の安定化を可能とした。さらに、太陽電池用配線部品１とＳｉ基板との接合実験、及び導体の疲労寿命評価を実施し、太陽電池用配線部品１の導体に好適な特性を明かにした。
【００４９】
その結果、太陽電池用配線部品１と裏面電極型太陽電池セルとの接合後において、裏面電極型太陽電池セルを構成する結晶Ｓｉ基板に発生するクラックは、導体の０．２％耐力の影響を強く受けることを見出した。例えば、太陽電池用配線部品１と裏面電極型太陽電池セルの電極との接合に、ＳｎＢｉはんだ（Ｂｉ：５８ｍａｓｓ％、固相線温度：１３９℃）を用いた場合、導体の０．２％耐力が８０ＭＰａ以下であれば、裏面電極型太陽電池セルのクラック発生はなかった。
【００５０】
応力を低くするためには、導体の０．２％耐力を小さくすることが有効であるが、その場合、導体の疲労寿命が低下するという問題が生じた。発明者らは、別に実施した実験により、導体の疲労寿命と伸び率の関係、及び伸び率と０．２％耐力の関係を把握した。その結果、目標とする疲労寿命を得るためには伸び率を１８％以上にする必要があること、及び伸び率を１８％以上とするためには、０．２％耐力を４０ＭＰａ以上とする必要があることを把握した。
【００５１】
つまり、導体１５については、引張試験による０．２％耐力を４０〜８０ＭＰａの範囲、かつ、伸び率を１８％以上とすることが好適である。また、導体１５の材料として、本実施の形態ではＴＰＣを用いた。
【００５２】
導体１５の金属めっき層の材質としては、はんだ材料及びはんだ以外の金属材料を適用することができる。はんだ材料としては、ＳｎＢｉ、ＳｎＰｂ、ＳｎＡｇＣｕを適用することができる。それらのはんだ材料は、耐食性が良好で、また工業的に広く使われていることから量産技術が確立されており、低価格で入手することが可能である。はんだめっき層の厚さを１０μｍ以上とすることにより、裏面電極型太陽電池セルの電極との接合材料として利用することも可能となる。単純に耐食性の機能を持たせる目的では、はんだめっき層の厚さは０．５μｍ以上で良い。はんだ材料のめっき方法としても、溶融めっき法、電気めっき法といった量産に適用可能な方法が使用できる。
【００５３】
はんだ以外の金属めっき材料としては、錫、錫含有合金、銀、銀含有合金、ニッケル及びニッケル含有合金の中から選択することが望ましい。それらの金属材料は耐食性に優れており、価格も比較的安価である。めっき方法としても、溶融めっき法、電気めっき法、無電解めっき法等、量産に適用可能な方法が使用できる。
【００５４】
ここで、本実施の形態に係る太陽電池用配線部品１の製造方法の概要を述べる。
【００５５】
本実施の形態に係る太陽電池用配線部品１は、銅箔製造工程、銅箔と絶縁性の樹脂基材との貼り合わせ工程、及び電極加工工程を経て作製した。
【００５６】
銅箔製造工程においては、ＴＰＣの原料素材（鋳塊）を熱間にて圧延した後、冷間圧延と中間焼鈍を繰り返すことにより作製した。本工程における最終工程は冷間圧延工程とし、式（１）に示す加工度を約９０％にした。
加工度＝｛（Ｔ−ｔ）／Ｔ｝×１００  （％）    ・・・（１）
【００５７】
ここで、Ｔ：最終冷間圧延前の銅箔の厚さ、ｔ：最終冷間圧延後の銅箔の厚さである。
【００５８】
銅箔製造工程終了後、銅箔とＰＥＮ基材との貼り合せ工程を実施した。両者の貼合せには熱硬化性の接着剤を用い、温度が約１９０℃で１時間以上熱処理することにより、銅箔／接着剤／ＰＥＮの積層体を作製した。貼り合わせ後の接着剤層の厚さは約２０μｍであった。
【００５９】
次に、積層体を構成する銅箔表面にレジストパターンを形成し、銅のエッチング液に浸漬させることにより、負電極導体１１、正電極導体１３、及び集電電極導体１４を同時に形成した。レジストパターン形成は印刷法により実施した。また、レジストパターン形成及び銅箔エッチングの各工程は、リールに巻き取られた状態の積層体をリールから引き出しながら実施し、工程が終了した積層体を別のリールに巻き取る方法（ｒｅｅｌ  ｔｏ  ｒｅｅｌ法）で実施した。
【００６０】
銅箔製造工程終了後に、銅箔の一部をサンプルとして取り出し、その銅箔サンプルに対して、貼り合わせ工程及び電極加工工程における熱処理と同じ条件で熱処理を実施した。
【００６１】
熱処理が終了した銅箔サンプルについて引張試験を実施し、０．２％耐力と伸び率を求めた。その結果、０．２％耐力は約４９ＭＰａ、伸び率は約２４％であった。
【００６２】
ここで、引張試験は、オリエンテック社製の引張試験装置ＴＥＮＳＩＬＯＮ／ＵＴＭ−ＩＩを用いて実施した。銅箔サンプルの幅は１０ｍｍ、長さは１００ｍｍとした。
【００６３】
０．２％耐力及び伸び率は、いずれも引張試験により得られた応力−ひずみ曲線から求めた値である。０．２％耐力は、ひずみが０．２％で応力が０の点を起点として、応力−ひずみ曲線に見られる直線部と平行な直線を引き、その直線と応力−ひずみ曲線との交点における応力とした。
【００６４】
伸び率は、銅箔サンプルが破断する直前の長さと、試験前の長さとの差を初期の長さで除した値を百分率で表したものである。
【００６５】
以上要するに、本実施の形態に係る太陽電池用配線部品１によれば、導体１５として、引張試験による０．２％耐力が４０〜８０ＭＰａの範囲であり、かつ、伸び率が１８％以上であるものを用いているため、太陽電池用配線部品１と裏面電極型太陽電池セルとの間に発生する応力を小さくするとともに、疲労寿命を長くすることができる。
【００６６】
太陽電池用配線部品１と裏面電極型太陽電池セルとの間に発生する応力を小さくしたことにより、太陽電池モジュールの製造歩留りを向上させることができる。また、太陽電池用配線部品１の疲労寿命を長くしたことにより、太陽電池モジュールの寿命を大幅に改善することができる。
【００６７】
また、導体１５は、タフピッチ銅又は無酸素銅のいずれかからなるため、太陽電池用配線部品１の低価格化と品質の安定化を実現できる。低価格な太陽電池用配線部品１を提供することが可能となり、太陽電池モジュールの低価格化を実現することができる。
【００６８】
また、導体１５は、表面に金属めっき層を有するため、銅の酸化による抵抗の上昇を抑止できる。
【００６９】
また、樹脂基材１２は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートのいずれかからなるため、太陽電池用配線部品１としての応力を小さくすることが可能となる。
【００７０】
本実施の形態に係る太陽電池用配線部品１では、導体１５の厚さを０．０３５ｍｍとしたが、その厚さに限定されるものではなく、０．０１５〜０．０５ｍｍの厚さの導体が適用可能である。
【００７１】
太陽電池用配線部品の導体厚さは、太陽電池モジュールの直列抵抗に影響する。直列抵抗が高くなると、電力損失が増加し、太陽電池モジュールの発電出力が低下する。太陽電池モジュールの主な直列抵抗成分としては、太陽電池用配線部品の導体抵抗、裏面電極型太陽電池セルの電極（負電極と正電極）とＳｉ半導体との接触抵抗、及びｎ型結晶Ｓｉ基板の抵抗が挙げられる。
【００７２】
太陽電池用配線部品の導体厚さが０．０１５ｍｍよりも薄くなると、直列抵抗に占める導体抵抗の割合が１０％を超え、太陽電池モジュールの出力低下が顕著となる。
【００７３】
一方、導体厚さを厚くすると、太陽電池用配線部品と裏面電極型太陽電池セルとの間に発生する応力が増加する。太陽電池用配線部品と裏面電極型太陽電池セルとの間に発生する応力は、導体の０．２％耐力値が同じであれば、導体の断面積にほぼ比例する。
【００７４】
例えば、０．０５ｍｍ厚の導体を適用し、接合温度を１３９℃とした場合は、導体の０．２％耐力を４０〜５５ＭＰａの範囲にすることにより、Ｓｉ基板のクラック発生が無く、屈曲寿命が２００００回以上の太陽電池用配線部品を製作することが可能であった。同じく、接合温度を１８３℃とした場合は、導体の０．２％耐力を４０ＭＰａにすることにより、Ｓｉ基板のクラック発生が無く、屈曲寿命が２００００回以上の太陽電池用配線部品を製作することが可能であった。
【００７５】
導体厚さを０．０５ｍｍよりも厚くした場合は、太陽電池用配線部品と裏面電極型太陽電池セルとの間に発生する応力が大きくなるため、接合温度を１８３℃以上とすることが困難になる。また、直列抵抗においては、裏面電極型太陽電池セルの電極の接触抵抗が支配的となり、かつ、そのばらつきも大きいため、導体を厚くすることによる太陽電池モジュールの出力向上の効果が得られ難くなる。
【００７６】
本実施の形態に係る太陽電池用配線部品１は、裏面電極型太陽電池モジュール、及びそれを用いた太陽光発電システムに使用することが可能である。
【００７７】
裏面電極型太陽電池セルは、単結晶Ｓｉ基板を用いたセルの他、多結晶Ｓｉ基板を用いたＭＷＴ（ｍｅｔａｌ  ｗｒａｐ  ｔｈｒｏｕｇｈ）型セル及びＥＷＰ（ｅｍｉｔｔｅｒ  ｗｒａｐ  ｔｈｒｏｕｇｈ）型セルが提案されているが、本発明に係る太陽電池用配線部品１は、全ての裏面電極型太陽電池セルを適用した太陽電池モジュールへの適用が可能である。
【００７８】
次に、太陽電池用配線部品１を用いた太陽電池モジュールを説明する。
【００７９】
太陽電池モジュールは、太陽電池用配線部品１と、正電極と負電極の両方が結晶Ｓｉ基板の一つの平面上に形成された裏面電極型（結晶Ｓｉ）太陽電池セルとから構成される。
【００８０】
この太陽電池モジュールでは、低応力で長寿命、かつ、低価格である本発明の太陽電池用配線部品１を用いているため、太陽電池モジュールの寿命を大幅に改善することができると共に、高効率化、低価格化を実現できる。
【００８１】
さらに、太陽電池モジュールを適用した太陽光発電システムの発電コストを大幅に低減することができる。
【実施例】
【００８２】
先ず、太陽電池用配線部品と裏面電極型太陽電池セルとの間に発生する応力の影響、及び太陽電池用配線部品の導体（銅箔）の疲労寿命を調べるための実験を実施した。
【００８３】
実験用の太陽電池用配線部品の試料として、導体（銅箔）の０．２％耐力を変えた９種類の試料（Ａ〜Ｉ）を作製した。各試料について、導体の厚さと平面形状、樹脂基材と接着剤層の厚さは前述の実施の形態と同じにした。また、各試料について、絶縁性の樹脂基材としてＰＥＮ、ポリイミドを用いたものを準備した。
【００８４】
太陽電池用配線部品に実装するための試料としては、１２５ｍｍ角のＳｉ単結晶基板の一つの面に負電極、正電極、負集電電極及び正集電電極を形成した電極付Ｓｉ基板を準備した。各電極は、太陽電池用配線部品の導体に対応する形状とした。電極の構成は、Ｓｉ基板側から順にＴｉ膜、Ａｇ膜とし、電極の合計厚さは約０．２μｍとした。電極の形成は、メタルマスクを用いた真空蒸着法で実施した。電極の形成前に、水酸化カリウムを主な溶質とする水溶液にＳｉ基板を浸漬させ、エッチングを実施した。エッチング後のＳｉ基板の厚さは、約１８０μｍであった。
【００８５】
作製した電極付Ｓｉ基板を太陽電池用配線部品へ実装し、セル実装サンプルを作成した。電極付Ｓｉ基板と太陽電池用配線部品との接合には、はんだ材料を用いた。はんだ材料としては、ＳｎＢｉ（Ｂｉ：５８ｍａｓｓ％）、ＳｎＰｂ（Ｐｂ：３７ｍａｓｓ％）及びＳｎＡｇＣｕ（Ａｇ：３ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．５ｍａｓｓ％）を用い、電極付Ｓｉ基板の各電極と、対応する太陽電池用配線部品の電極とがほぼ全面にわたって接合するようにした。ＳｎＢｉはんだによる電極付Ｓｉ基板の実装には、ＰＥＮ及びポリイミド基材を用いた太陽電池用配線部品を適用した。ＳｎＰｂおよびＳｎＡｇＣｕはんだによる電極付Ｓｉ基板の実装には、ポリイミド基材を用いた太陽電池用配線部品を適用した。
【００８６】
セル実装サンプルを正電極または負電極に沿って切断し、切断面を研磨で仕上げることにより断面観察用サンプルを作製した。断面観察用サンプルは、セル実装サンプル一つにつき３個作製した。断面観察は、金属顕微鏡を用い、Ｓｉ基板のはんだ接合部の断面について、Ｓｉ基板の一辺の長さにわたって実施した。断面観察において、Ｓｉ基板にクラックの発生が確認された場合を「有り」、クラックの発生が無かった場合を「無し」とした。
【００８７】
導体（銅箔）の疲労寿命は、屈曲寿命試験により評価した。屈曲寿命試験は、太陽電池用配線部品と同じ熱履歴を受けた銅箔サンプルについて実施した。銅箔サンプルのサイズは、幅１０ｍｍ、長さ約５００ｍｍとした。図２に屈曲試験装置の概要を示す。屈曲試験機に銅箔サンプルをセットし錘を取付けた後、曲げ治具を左右９０度で反復回転させることにより屈曲寿命試験を実施した。
【００８８】
周期１回分の治具の動作は、初期位置→９０度右回転→９０度左回転（初期位置）→９０度左回転→９０度右回転（初期位置）とした。
【００８９】
銅箔サンプルが破断した時の回数を屈曲寿命とし、２００００回以上の屈曲寿命が得られることを目標として試験を実施した。
【００９０】
曲げ治具の曲げ半径Ｒは、次式（２）に示す曲げひずみが０．２５％になるようにした。
曲げひずみ＝｛ｄ／（２Ｒ＋ｄ）｝×１００  （％）    ・・・（２）
【００９１】
ここで、ｄは、銅箔サンプルの厚さである。
【００９２】
曲げひずみの値は、太陽電池モジュールの使用環境における温度サイクルが−６０〜１００℃の範囲という厳しい仮定のもとに決めた。具体的には、太陽電池用配線部品の導体の主材料である銅の線膨張係数を１７ｐｐｍ／Ｋ、裏面電極型太陽電池セルの主材料であるＳｉの線膨張係数を２．３ｐｐｍ／Ｋとし、１６０℃の温度変化があった場合の両者のひずみの差が約０．２５％であることを考慮した。
【００９３】
錘の重量は、銅箔サンプルに発生する応力が、応力−ひずみ曲線において直線近似できる範囲となるように決めた。
【００９４】
表１に、試料Ａ〜Ｉの断面観察結果、及び導体（銅箔）の特性を示す。表中に示した接合温度は、１３９℃がＳｎＢｉ、１８３℃がＳｎＰｂ、２１７℃がＳｎＡｇＣｕに対応している。また、試料Ｄは、前述した実施の形態に係る太陽電池用配線部品１に対応する。
【００９５】
【表１】
2011124512.tif 000003
【００９６】
各接合温度において、Ｓｉ基板のクラック発生の有無は、導体の０．２％耐力に強く依存する結果が得られた。接合温度が１３９℃の場合、導体の０．２％耐力が８０ＭＰａ以下であれば、Ｓｉ基板のクラック発生はなかった。同様に、接合温度が１８３℃の場合は６０ＭＰａ以下、２１７℃の場合は５０ＭＰａ以下であればＳｉ基板のクラック発生はなかった。接合温度が１３９℃の場合、太陽電池用配線部品の絶縁性の樹脂基材としてＰＥＮ及びポリイミドを用いたサンプルについて断面観察を実施したが、両者の間で結果の差はみられなかった。
【００９７】
一方、導体の屈曲寿命は、伸び率に依存し、伸び率が１８％よりも小さくなると、目標である２００００回を下回る結果が得られた。また、０．２％耐力と伸び率との間にも相関関係がみられ、ＴＰＣ、ＯＦＣいずれの材質においても、０．２％耐力が大きくなると伸び率が向上する傾向が得られた。
【００９８】
以上の結果から、前述の実施の形態に記載した太陽電池用配線部品１は、Ｓｉ基板のクラック発生が無く、屈曲寿命も２４２００回と目標を大きく上回ことが確認できた。また、前述の実施の形態に係る太陽電池用配線部品１は、銅箔製造工程の最終工程である冷間圧延工程以後の貼合せ工程及び電極加工工程において、導体の０．２％耐力、伸び率を制御するための付加的な熱処理を必要とせず、簡易な工程で製造が可能である。
【００９９】
次に、高温高湿放置試験を行い、導体の表面の金属めっき層の有無による影響を調べた。
【０１００】
導体１５の表面に、ＳｎＢｉ（Ｂｉ：５８ｍａｓｓ％）めっき層を設けた太陽電池用配線部品を作製した。その他の構成は、前述の実施の形態と同じにした。
【０１０１】
ＳｎＢｉめっき層は、電極加工工程が終了した後、導体表面を溶融状態のＳｎＢｉに接触させる溶融めっき法により形成した。ＳｎＢｉめっき層の厚さは約１０μｍにした。
【０１０２】
この太陽電池用配線部品について、温度８５℃、湿度８５％の高温高湿放置試験を２０００時間実施した。試験後の導体表面には変色等はみられなかった。また、オージェ電子分光法により評価した表面酸化膜の厚さは、試験前が約３ｎｍであったのに対して試験後は約６ｎｍであり、良好な耐食性が確認された。
【０１０３】
これに対し、ＳｎＢｉめっき層を形成しない太陽電池用配線部品について、高温高湿放置試験を実施したころ、導体表面の一部に変色部がみられた。変色部をＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で分析した結果、銅の酸化物であることがわかった。試験前の銅酸化物層の厚さは約３ｎｍであったが、試験後の変色部においては、約１５ｎｍ厚の銅酸化物が確認された。
【０１０４】
以上の結果から、導体の表面に金属めっき層を形成することで、良好な耐食性が得られ、導体抵抗の上昇に寄与する銅の酸化を抑止できることが確認できた。
【符号の説明】
【０１０５】
１  太陽電池用配線部品
１１  負電極導体
１２  樹脂基材
１３  正電極導体
１４  集電電極導体
１５  導体
【図１】
2011124512.tif 000004
【図２】
2011124512.tif 000005
【図３】
2011124512.tif 000006
【図４】
2011124512.tif 000007
【図５】
2011124512.tif 000008
【図６】
2011124512.tif 000009
【図７】
2011124512.tif 000010