(57)【要約】  Sn-Bi系合金で形成された半田のリフロー時の濡れ性を改善すると共に、コンタクトフィルムや導電性ペーストに対する接合性を向上することができる導電体及び太陽電池用インターコネクターを提供する。銅で形成された芯部（１２Ａ）と、前記芯部表面に形成された半田層（１４Ａ）と、前記半田層（１４Ａ）の表面に形成された被覆層（１６Ａ）とを備え、前記半田層（１４Ａ）は、ビスマスを16重量％以上60重量％以下含有するSn-Bi系合金で形成され、厚さが0.3μm以上40μm以下であり、前記被覆層（１６Ａ）は、銀で形成され、厚さが0.05μm以上0.5μm以下であり、前記半田層（１４Ａ）に対する前記被覆層（１６Ａ）の被覆率が90面積％以上であることを特徴とする。
2015147213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅で形成された芯部と、
前記芯部の表面に形成された半田層と、
前記半田層の表面に形成された被覆層と
を備え、
前記半田層は、ビスマスを16重量％以上60重量％以下含有するSn-Bi系合金で形成され、厚さが0.3μm以上40μm以下であり、
前記被覆層は、銀で形成され、厚さが0.05μm以上0.5μm以下であり、
前記半田層に対する前記被覆層の被覆率が、90面積％以上である
ことを特徴とする導電体。
【請求項２】
銅で形成された芯部と、
前記芯部の表面に形成された半田層と、
前記半田層の表面に形成された被覆層と
を備え、
前記半田層はインジウムを10重量％以上55重量％以下含有するSn-In系合金で形成され、厚さが0.3μm以上40μm以下であり、
前記被覆層は、銀で形成され、厚さが0.05μm以上0.5μm以下であり、
前記半田層に対する前記被覆層の被覆率が、90面積％以上である
ことを特徴とする導電体。
【請求項３】
前記半田層は、さらに銅を0.3重量％以上0.7重量％以下含有することを特徴とする請求項１又は２記載の導電体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の導電体を用い、前記芯部が丸線状又はテープ状の線材からなることを特徴とする太陽電池用インターコネクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電体及び太陽電池用インターコネクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電は、無尽蔵な太陽エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電方式である。このため、太陽電池による発電は、エネルギー問題を大幅に軽減する技術として、近年技術開発が活発になり、市場も大きく拡大している。【０００３】
現在、太陽電池の基板には、単結晶シリコン基板、又は多結晶シリコン基板が多く採用される。単結晶シリコン基板などを採用する太陽電池は、５インチ〜６インチ角程度の大きさを有する複数の基板（以下、太陽電池セルという）を備える。太陽電池セルは、集電用配線で互いに接続される。これにより太陽電池は、それぞれの太陽電池セルで生成された電気エネルギーを集電する。太陽電池セルと集電用配線との間の接続は、半田による溶融液相接合が多く採用される。この集電用配線は、太陽電池用インターコネクター（以下、インターコネクターという）と称され、半田が被覆された平角の銅線（テープ状銅線）により形成される。このインターコネクターは、被覆された半田が溶融（リフロー）して太陽電池セル上の相手側電極に接合される。【０００４】
近年、半田ではなく導電性粒子を含むフィルム（コンタクトフィルム）や導電性粒子を含むペーストによる接続も考案されている。この接続方式に使用されるインターコネクターでは、厚付けの半田は必要ないが、接合性や耐食性を考慮して銅線に何らかの表面処理をすることが望ましい。【０００５】
図３に示すように、インターコネクター100は、太陽電池101に実装される。インターコネクター100は、太陽電池セル102の表面上に形成された電極104と、半田、又はコンタクトフィルム、導電性ペーストにより機械的、電気的に接合される。このように、金属の側面長手方向に他の材料と接合、実装する形態を、以下では線実装と呼ぶ。【０００６】
インターコネクター100a、及び100bは、太陽電池セル102aの表面103、及び太陽電池セル102aのL方向に隣接して配置される太陽電池セル102bの裏面に線実装される。ここで、表面103は、D方向の正方向に向く面をいい、裏面は、D方向の負方向に向く面をいう。インターコネクター100c、及び100dは、太陽電池セル102bの表面103、及び太陽電池セル102cの裏面に線実装される。このようにインターコネクター100a、100b、100c、及び100dにより接続されることにより、太陽電池セル102a、102b、及び102cは、電気的に直列接続される。インターコネクター100a、及び100bは、W方向に適当な間隔を空けて配置される。同様に、集電用インターコネクター100c、及び100dは、W方向に適当な間隔を空けて配置される。【０００７】
このような太陽電池において、インターコネクターと太陽電池セルを接続した場合、常温で接合しない限り、インターコネクターを形成する銅と太陽電池セルを形成するシリコンの熱膨張係数の差に応じた熱応力が発生する。インターコネクターと太陽電池セルとの間に電極を設けても、一般的に電極は、太陽電池セルに比較して薄く、太陽電池セルに対する剛性が小さいことから、インターコネクターとの熱応力を考える場合、インターコネクターと太陽電池セルの熱膨張差が特に問題となる。【０００８】
またインターコネクター及び太陽電池セルを昇温して液相接合した後に、室温に冷却する必要がある。この処理において、太陽電池セルを形成するシリコンの熱膨張係数と、インターコネクターを形成する銅の熱膨張係数の差に起因して、熱応力が発生する。室温近傍における線膨脹係数は、銅が16.6×10-6（K-1）、シリコンが3×10-6（K-1）である。仮に銅とシリコンとを200℃で接合した場合、約0.26％の長さの差が生じる。実際は、銅とシリコンの間に熱応力が発生し、これにより太陽電池セルに反りが生じる。このように、銅の熱膨張係数と、シリコンの熱膨張係数の比率は、約５倍と大きいため、発生する熱応力により、太陽電池セルは、変形し、破損する可能性がある。【０００９】
太陽電池は、発電電力を電流として出力するエネルギーデバイスであることから、インターコネクターの断面積、及びインターコネクターと太陽電池セルの間の接続面の面積は、インターコネクターに流れる電流量を考慮して決定する必要がある。一方、太陽電池セルのコストダウンを図るために、太陽電池セルに使用される基板の薄型化が進んでいる。例えば、厚さ180μmなど、非常に薄いシリコン基板が、太陽電池セルとして使用されるようになってきている。このため、熱応力による太陽電池セルの破損は、さらに大きな問題になっている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開2013-211266号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
現在最も一般的なインターコネクターは半田をリフローして接合するタイプであり、このタイプのインターコネクターに被覆されている半田はSn-Pb合金半田である。半田は、環境面から非鉛化することが理想的であるが、接合性と融点の問題から、過半の太陽光発電モジュールにおいてSn-Pb合金が使用されている。一般的に使用されているSn-Pb合金半田であるSn-37重量％Pb半田の融点は183℃であり、非鉛半田で最もよく使用されるSn-3.0重量％Ag-0.5重量％Cu（SAC305）の融点は219℃である。したがって、SAC305は、リフローして接合する温度をより高くする必要があり、上述した通り太陽電池セルの破損リスクが高まるので、歩留まりが低下する問題がある。また、SAC305は、Sn-Pb半田に比較して電極に対する濡れ性（接合性）も劣るとされている。【００１２】
非鉛半田の中で、Sn-Bi系合金やSn-In系合金は共晶組成であるSn-57重量％Bi、Sn-49重量％Inで融点がそれぞれ139℃、120℃と低く、インターコネクターの被覆材として検討されている。また電極に対する濡れ性が劣るため2重量％程度の銀が添加されているものが多い。しかし、接合性の問題が払拭されておらず普及が進んでいない。【００１３】
太陽電池セル上の電極は、銀ペーストが焼成されたものが多いが、低コスト化のために、銅に置き換える試みもなされており、半田の濡れ性の問題は更に大きくなるものと予想される。【００１４】
また、コンタクトフィルムや導電性ペーストで接合されるインターコネクターでも、表面を被覆する材料によって接合性に大きな差が生じる。これらのタイプのインターコネクターでは、半田層は電極への接合に直接は寄与しないが、接合性や耐食性を考慮して銅線に何らかの表面処理をすることが望ましく、錫合金が被覆される場合が殆どである。【００１５】
コンタクトフィルムや導電性ペーストの導電性粒子としては、銀、ニッケル、Sn-Bi系合金が使用されているが、これらの導電性粒子とインターコネクターの表面被覆材の接触抵抗は低い必要がある。一般的にSn-Bi系合金等の半田材料は表面酸化の影響で金や銀等の貴金属に比較して接触抵抗が高い。また、Sn-Bi粒子を導電性粒子とする導電性ペーストではSn-Bi粒子の少なくとも一部を溶融して接合するタイプのものもある。このような導電性ペーストに対しては、半田をリフローして接合するインターコネクターと同様の濡れ性の問題がある。【００１６】
本発明は、Sn-Bi系合金で形成された半田のリフロー時の濡れ性を改善すると共に、コンタクトフィルムや導電性ペーストに対する接合性を向上することができる導電体及び太陽電池用インターコネクター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】
【００１７】
本発明に係る導電体は、銅で形成された芯部と、前記芯部の表面に形成された半田層と、前記半田層の表面に形成された被覆層とを備え、前記半田層は、ビスマスを16重量％以上60重量％以下含有するSn-Bi系合金またはインジウムを10重量％以上55重量％以下含有するSn-In系合金で形成され、厚さが0.3μm以上40μm以下であり、前記被覆層は、銀で形成され、厚さが0.05μm以上0.5μm以下であり、前記半田層に対する前記被覆層の被覆率が90面積％以上であることを特徴とする。【００１８】
本発明に係る太陽電池用インターコネクターは、上記導電体を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、銀で形成され、厚さが0.05μm以上0.5μm以下である被覆層を備えることにより、Sn-Bi系合金またはSn-In系合金で形成された半田のリフロー時の濡れ性を改善することができると共に、コンタクトフィルムや導電性ペーストに対する接合性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係るテープ状導電体の、長さ方向に対し垂直な縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る丸線状導電体の、長さ方向に対し垂直な縦断面図である。
【図３】公知の太陽電池の概略構成を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
１．実施形態
（全体構成）
図１に示す導電体としてのインターコネクター１０Ａは、銅で形成されたテープ状の芯部１２Ａと、当該芯部１２Ａの表面にSn-Bi系合金またはSn-In系合金で形成された半田層１４Ａと、前記半田層１４Ａを覆うように銀で形成された被覆層１６Ａとを備える。本発明の実施形態に係るインターコネクター１０Ａは、半田層１４Ａをリフローして接合するタイプと、コンタクトフィルムや導電性ペーストで接合するタイプの両方に適用し得る。なお、導電体は、テープ状に限らず、丸線状であってもよい。図１に対応した符号を付した図２に示すインターコネクター１０Ｂは、銅で形成された丸線状の芯部１２Ｂを備える。以下、インターコネクター１０Ａ，１０Ｂは、形状のみが異なるため、共通する内容については、インターコネクター１０Ａについて説明する。
【００２３】
インターコネクター１０Ａは、線材であり、巨視的には平角線である（インターコネクター１０Ｂは、巨視的には丸線である）。平角線である場合、インターコネクター１０Ａの長さ方向と平行な互いに対向する面のうち幅の広い面（すなわち、一般的にテープ面と呼ばれる面）は、巨視的には平行であることが好ましいが、微視的には凹凸があっても良い。他の対向する面（すなわち、一般的に言う側面）は平面である必要はなく、曲面であっても良い。本実施形態の場合、厚さとはテープ面間の巨視的な長さ、すなわち最大値をいい、幅とは側面間の最大値を言う。なお、幅方向は、短手方向とも呼ばれる。
【００２４】
芯部１２Ａは、銅を主体とする金属で形成されている。導電材として用いられることから高い導電率が必要となるので、銅の純度は99.8%以上が好ましい。JIS規格では、無酸素銅（C1020）やタフピッチ銅（C1100）、リン脱酸銅（C1201、C1220、C1221）などが挙げられる。また、銅を主体とする金属は、不可避不純物を含んでいても良く、機械的特性や後述の半田層１４Ａとの密着性改善等のために合金元素が添加されていても良い。さらに芯部１２Ａは、降伏強度が小さくなるように、十分に焼鈍された状態（JIS規格でいうO材）であることが好ましい。芯部１２Ａは、厚さが0.1mm〜0.3mm、幅が1mm〜3mmであるのが一般的である。芯部１２Ｂは、直径0.05mm〜0.5mmの範囲であるのが一般的である。
【００２５】
芯部１２Ａは、銅に不可避不純物や、さらに付加的な効果を得るために意図的に添加される元素が含まれる。後者として、特に本実施形態では亜鉛、ニッケル、アルミニウム、カルシウム、銀、クロム、ジルコニウム、錫、マンガン、希土類元素を挙げることができるが、この限りではない。
【００２６】
因みに、芯部１２Ａのその他の選択肢として銀やアルミニウムも考えられるが、銀に対してはコストが低いこと、アルミニウムに対しては導電率が高く、熱膨張係数がよりシリコンに近いこと、さらに後述するSn-Bi系合金のめっきが施しやすいことから、銅が選択される。
【００２７】
芯部１２Ａは平角線、芯部１２Ｂは丸線とすればよい。芯部１２Ａは、前記テープ面に対応した、第１の表面１８、及び当該第１の表面１８の逆側に形成された第２の表面２０を有する。
【００２８】
半田層１４Ａは、芯部１２Ａが平角線であるので、第１の表面１８及び第２の表面２０の少なくとも一方に形成される。本実施形態の場合、第１の表面１８及び第２の表面２０を含む芯部１２Ａの全周に形成されている。半田層１４Ｂは、芯部１２Ｂが丸線であるのでその全周に形成される。
【００２９】
半田層１４Ａを構成するSn-Bi系合金に含まれるビスマスやSn-In系合金に含まれるインジウムは、鉛に比較して毒性の問題が小さいという特徴がある。半田層１４ＡにおけるSn-Bi系合金のビスマスの濃度ならびにSn-In系合金のインジウム濃度は、融点、接合性の点から、それぞれ16重量％以上60重量％以下、10重量％以上55重量％以下である必要がある。以下、合金ごとに濃度範囲の限定理由を説明する。
【００３０】
（Sn-Bi系合金）
錫に対してビスマスの濃度を上げていくと共晶組成の57重量％まで液相線が低下する。ビスマスの濃度が57重量％の共晶組成の融点は137℃である。このように液相線の温度が低下することで、半田のリフローによる接合をする場合、接合温度を下げることができる。したがって液相線温度が低下することは、実装時の熱応力による太陽電池セルの反りや割れを防ぐ点で望ましい。
【００３１】
ビスマスの濃度が16重量％未満の場合、液相線の温度は215℃以上となり、一般的な非鉛半田のSn-3.0重量％Ag-0.5重量％Cuの219℃に対して、接合温度の点で優位性が失われる。また、ビスマス濃度が16重量％未満の場合、半田層内に銀を添加したインターコネクターに対しても、濡れ性や接合性などの点で優位性が失われる。
【００３２】
ビスマスの上限濃度は、コストの点で大きい方が望ましいが、共晶組成である57重量％以下、誤差を考慮しても60重量％以下である必要がある。ビスマスの濃度が60重量％を超えると、液相線が上がるうえ、濡れ性と半田としての機械的特性とが劣化する。
【００３３】
また、ビスマス濃度は36重量％以上51重量％以下がより好ましい。36重量％であれば、液相線温度が180℃以下となり共晶半田（融点183℃）に対しても低融点となり、熱応力によるセルの破損防止の点で有利となるためより好ましい。また、51重量％を超えると、ビスマス濃度の増加による半田の脆化が生じ、電極との接合の健全性が低下し始めるため、51重量％以下が好ましい。
【００３４】
（Sn-In系合金）
錫に対してインジウムの濃度を上げていくと共晶組成の49重量％まで液相線が低下する。インジウムの濃度が49重量％の共晶組成の融点は120℃である。このように液相線の温度が低下することで、半田のリフローによる接合をする場合、接合温度を下げることができる。したがって液相線温度が低下することは、実装時の熱応力による太陽電池セルの反りや割れを防ぐ点で望ましい。
【００３５】
インジウム濃度が10重量％未満の場合、液相線の温度は215℃以上となり、一般的な非鉛半田のSn-3.0重量％Ag-0.5重量％Cuの219℃に対して、接合温度の点で優位性が失われる。また、このように下限濃度未満では半田層内に銀を添加したインターコネクターに対しても、濡れ性や接合性などの点で優位性が失われる。
【００３６】
インジウムの上限濃度は、共晶組成からの誤差を考慮して55重量％以下である必要がある。インジウムの濃度が55重量％を超えると、液相線温度が上がるうえ、濡れ性と半田としての機械的特性とが劣化する。
【００３７】
インジウム濃度は28重量%以上52重量%以下がより好ましい。インジウム濃度が28重量％以上であれば、液相線温度が180℃以下となり共晶半田（融点183℃）に対しても低融点となり、熱応力による太陽電池セルの破損防止の点で有利となるためより好ましい。また、インジウム濃度は、55重量％を超えるとインジウム濃度の増加による半田の脆化が生じ、電極との接合の健全性が低下し始めるため、55重量％以下が好ましい。
【００３８】
半田層１４Ａは、厚さが、0.3μm以上40μm以下である。なお、本明細書において半田層１４Ａの厚さは、目付量から換算した平均厚さを用いる。具体的には、半田層１４Ａを形成する前の芯部１２Ａの重量と半田層１４Ａを形成した後の重量との差、半田層１４Ａを構成する合金の密度、及び半田層１４Ａが形成される部位の表面積から算出する。
【００３９】
芯部１２Ａは平角線であり、インターコネクター１０Ａはテープ面が側面より大きいので、半田層１４Ａの厚さは、半田層１４Ａが全て第１の表面１８及び第２の表面２０上に形成されたとして算出した値を用い、特に断らない限り第１の表面１８及び第２の表面２０上に形成された厚さをいうものとする。なお、実際は図１に示したようにテープ面の幅方向中央部で厚くなっているので、実際の中央部の半田層１４Ａの厚さは目付量から換算した平均厚さより大きい場合が多い。芯部１２Ｂは丸線であるので、半田層１４Ｂの目付量から換算した平均厚さは、実際の半田層１４Ｂの厚さに近い値となる。
【００４０】
インターコネクター１０Ａは、コンタクトフィルムや導電性ペーストで接続するタイプに適用する場合、熱可塑性樹脂などの接合材はインターコネクター１０Ａの外部から供給される。したがって半田層１４Ａは厚さが薄くても良いが、耐食性を維持するために0.3μm以上の厚さが必要である。半田層１４Ａの厚さが0.3μm未満の場合、ハンドリング中や太陽電池セル上への接合中に外傷やピンホールが生じると、芯部１２Ａが露出する。そうすると、被覆層１６Ａの構成元素と芯部１２Ａの構成元素である銅間で電池が形成され、電気化学的に銅が腐食し、酸化銅が形成される。
【００４１】
半田層１４Ａは、銅を0.3重量％以上0.7重量％以下添加したSn-Bi、Sn-In系合金としても良い。これにより、融点が低下すると共に、機械的特性が向上するという効果が得られる。銅の添加量が0.3重量％未満では上記効果が小さい。銅の添加量が0.7重量％超では、液相線温度が上昇する上、Sn-Bi、Sn-In系合金の延性を低下させる。
【００４２】
また、半田層１４Ａは、半田溶融めっき浴表面の酸化防止剤として添加されたリンが上記の合金に含まれていてもよい。
【００４３】
本実施形態の半田層１４Ａにおいて、銅やリン以外の元素は、特に排除するものではなく必要に応じて添加されても良く、不可避不純物を含んでいても良い。本実施形態の場合、銀は、特に添加する必要性はないが、リフロー後のSn-Bi系合金層またはSn-In系合金層の銀濃度が3重量％を超えない範囲では、予め添加されていても良い。
【００４４】
被覆層１６Ａは、銀で形成されている。銀はSn-Bi系合金やSn-In系合金に比較して化学的に安定な金属であり、酸化を防止する。これにより被覆層１６Ａは、インターコネクター１０Ａの保管期間（ライフタイム）を長くすることができる。被覆層１６Ａを形成する銀は、不可避不純物を含んでいても良い。
【００４５】
インターコネクター１０Ａは、半田層１４Ａをリフローするタイプに適用する場合、半田層１４Ａ上に被覆層１６Ａを形成することにより、溶融時の濡れ性を改善し、接合性を向上することができる。銀は、半田層１４Ａの表面の酸化を抑制すると共に、半田層１４Ａと被覆層１６Ａの界面の融点を局所的に低下させる、という効果がある。一般的に太陽電池セルの電極は銀で形成されているが、電極よりも被覆層１６Ａとして半田層１４Ａに密着していることにより、リフロー時に半田層１４Ａ上の全面で銀がSn-Bi系合金またはSn-In系合金内へ溶け込むので、上記効果がより確実に得られる。特に、半田層１４Ａのビスマス濃度が16重量％以上または、インジウム濃度が10重量％以上の場合顕著な効果がある。また、この効果は、リフローで半田層が溶融する際に銀が半田層の表面に濃化するため、同量の銀を予め半田層中に加えた場合と比べても顕著である。
【００４６】
被覆層１６Ａの厚さは、0.05μm以上0.5μm以下である。被覆層１６Ａの厚さについても、本明細書においては目付量を用いる。厚さが上記範囲内であることにより、濡れ性を改善することができる。被覆層１６Ａは、コスト面から薄い方が好ましいが、被覆層１６Ａの厚さが0.05μm未満の場合、上記効果が十分に得られないため、0.05μm以上である必要がある。
【００４７】
また、半田層１４Ａに対する被覆層１６Ａの被覆率は90面積％以上であれば、半田層１４Ａが表面に露出していても良好な接合状態が得られる。これは、一部銀が未被覆の部位があった場合に、被覆率が90面積％以上であれば、未被覆部分にも銀が拡散し、被覆層１６Ａの効果が十分得られるためである。ただし被覆層１６Ａは被覆率が90面積％未満では上記効果が十分得られない。
【００４８】
半田層１４Ａと被覆層１６Ａの厚さの比は、前述の厚さ範囲であれば特に限定されないが、被覆層１６Ａが半田層１４Ａに完全に溶けた込んだ場合の銀濃度が、2重量％以下となるような厚さの比であることがより好ましい。このような厚さの比であれば、被覆層１６Ａの効果が得られるだけでなく被覆層のコストを抑えられる。
【００４９】
一般的に、錫系半田合金に銀を添加すると半田の熱疲労特性が向上することが知られている。本実施形態の場合、インターコネクター１０Ａは、半田層１４Ａがリフローにより溶融した後、被覆層１６Ａを構成する銀がSn-Bi、Sn-In系合金に効率的に溶け込むので、太陽電池セルの電極との界面の熱疲労特性を向上することができる。
【００５０】
インターコネクター１０Ａは、コンタクトフィルムや導電性ペーストで接続するタイプに適用する場合、被覆層１６Ａが表面の酸化を防止するので、良好なピール強度が得られる。すなわち、インターコネクター１０Ａは、高い接合信頼性を得ることができる。また、表面の酸化防止により、導電性粒子との接触抵抗を低減することができるので、インターコネクター１０Ａは、太陽電池の発電効率を向上させることができる。さらに、導電性ペースト内の導電性粒子としてSn-Bi系合金を用いた場合、被覆層１６Ａは、半田層１４Ａをリフローするタイプのインターコネクター１０Ａと同様に、溶融時の濡れ性を改善し、接合性を向上することができる。
【００５１】
インターコネクター１０Ａは、コンタクトフィルムや導電性ペーストで接続するタイプに適用する場合、被覆層１６Ａの厚さは0.05μm以上0.5μm以下、被覆率は90面積％以上であれば、上述の効果が得られる。被覆層１６Ａの厚さは0.5μmより厚くても効果があると考えられるが、コストの点から0.5μmを上限とする。
【００５２】
インターコネクター１０Ａは、コンタクトフィルムや導電性ペーストで接続するタイプに適用する場合、半田層１４Ａと被覆層１６Ａの比は特に限定されず、前述の厚さ範囲であれば本願発明の効果が得られる。インターコネクター１０Ａは、コンタクトフィルムや導電性ペーストで接続するタイプに適用する場合、半田をリフローして接続するタイプとは異なり、電極と接合する面と反対側（太陽電池の受光側）のテープ面の被覆層１６Ａは溶融せずに残る。これにより太陽電池の受光側のインターコネクター１０Ａの太陽光の反射率は、半田層１４Ａをリフローするタイプのインターコネクター１０Ａより高くなる。また、インターコネクター１０Ａに到達した太陽光は、反射され直接太陽電池セルには到達しない。インターコネクター１０Ａで反射された光は、太陽電池のガラスや樹脂の界面で屈折率の違いにより再反射され、ある確率で太陽電池セルに到達する。したがって、反射率が高いインターコネクター１０Ａは、太陽電池の発電効率を向上することができる。
【００５３】
銀は金属の中で最も反射率の高い金属である。本発明の実施形態に係るインターコネクター１０Ａは、銀で厚さ0.05μm以上の被覆層１６Ａを形成することにより、インターコネクター１０Ａの太陽光の反射率を、高くすることができる。
【００５４】
また、銀の反射率は錫やビスマスに比べ20％以上高い。本発明の実施形態に係るインターコネクター１０Ａは、半田層１４Ａに対する被覆層１６Ａの被覆率が90面積％以上であることにより、太陽光の反射率を、より確実に高くすることができる。一方、被覆率が90面積％未満では、導電粒子との接触抵抗が大きくなり、反射率向上による効果が相殺されてしまうので、十分に発電効率を向上することができない。
【００５５】
（製造方法）
次に、上記のように構成されたインターコネクター１０Ａの製造方法を説明する。まず、芯部１２Ａは、平角線であるので、板材を所定の厚さになるまで圧延して、適宜スリット加工をすることにより形成することができる。なお芯部１２Ｂは、丸線であるので、丸棒状の銅合金をスエージング加工、及び、引抜加工することで形成できる。このように形成された芯部１２Ａは、加工硬化により降伏強度が大きい状態なので、焼鈍、あるいは後述する半田層１４Ａを形成する工程における熱を利用して、再結晶させ軟質化することが望ましい。
【００５６】
次いで、芯部１２Ａの表面に半田層１４Ａを形成する。半田層１４Ａは、溶融めっきにより形成することができる。溶融めっきは、芯部１２Ａをめっき槽内に連続的に通し、芯部１２Ａ表面にSn-Bi、Sn-In系合金をめっきする。芯部１２Ａに対する半田層１４Ａの厚さや幅方向の芯部１２Ａ同士の間隔は、溶融めっき液面から芯部１２Ａが出る出口に適当な形状の孔が空いた絞りダイスを配置した上で、当該絞りダイスを通過させたり、ワイピングノズルと呼ばれるノズルから不活性ガス等をめっき直後に噴射して、余分な溶融金属を吹き飛ばしたりすることで、調整することができる。半田層１４Ａは、上記溶融めっきに限らず、湿式めっきによって形成してもよい。
【００５７】
最後に半田層１４Ａ上に被覆層１６Ａを形成する。被覆層１６Ａは、電気めっき、無電解めっき等の湿式めっきやスパッタ、蒸着等の乾式めっきで形成することができる。なお被覆層１６Ａは、湿式めっきで形成するのがコスト的に優れ、一般的である。
【００５８】
２．実施例
以下では、実施例を示しながら、本発明の実施形態に係るインターコネクターについて、具体的に説明する。
【００５９】
（１）第１実施例
実施例として半田層をリフローするタイプのインターコネクターを作製し、その効果を調べた。比較のために被覆層を形成していないインターコネクターを作製した。また、半田層を形成する溶融めっき浴に銀を添加して、銀を含んだ半田層を有するインターコネクターも作製した。
【００６０】
まず、純度99.96重量％以上、厚さ1.2mmの無酸素銅板(JIS C1020 1/2H材)を0.2mmに冷間圧延した後、スリット加工により幅1.5mmにし、断面が0.2mm×1.5mmのテープ状の芯部を作製した。
【００６１】
次いで様々な浴組成を持つ溶融めっき浴にこの芯部を通し、芯部の表面上に厚さが片面15μm、または20μmの半田層を形成した。
【００６２】
半田層を形成する際に用いた溶融めっき浴は、ビスマスの濃度を、10重量％、15重量％、16重量％、36重量％、51重量％、57重量％、60重量％、63重量％とした8種類のSn-Bi系合金浴と、インジウム濃度を10重量％、28重量％、40重量％、52重量％、55重量％とした5種類のSn-In系合金浴をそれぞれ作製した。また、ビスマスの濃度が10重量％、15重量％、16重量％の溶融めっき浴については、さらに銀が2重量％となるよう添加されたもう１種類ずつの溶融めっき浴を作製した。
【００６３】
溶融めっきは、まずボビンから繰り出した芯部を、600℃に加熱され、N2-5体積％H2のガスが通気された管状炉内に通した。その後、当該芯部を外気に触れさせることなく、溶融めっき槽内に通し、ボビンに巻き取った。半田層の厚さは、溶融めっき浴の液面から出てくる芯部に、溶融めっき浴上方に設けたワイピングノズルからアルゴンガスを吹き付け、そのガスの流量を制御することで片側20μmになるように調整した。
【００６４】
溶融めっき浴の温度は、ビスマス及びインジウムの濃度に応じて調整し、それぞれの溶融めっき浴の液相線温度に20℃加えた温度とした。溶融めっき浴に銀が添加された場合、液相線温度は低下するが、この場合も溶融めっき浴の温度はビスマスの濃度で規定した。なお、めっきされた半田層の組成は、半田層の形成に用いた溶融めっき浴の組成と同じであった。以降で作製した実施例についても同様であった。また、表中には半田層のビスマス濃度を示す。
【００６５】
このように作製した半田層上に、電気めっきにより、厚さ0.05μm〜0.5μm、半田層に対する被覆率が89面積％〜100面積％の銀の被覆層を形成した。被覆率は、電気めっきの際の電流密度と通線速度を制御することで調整した。被覆率を向上させるには、電流密度を低めたり、通線速度を遅めたりすればよい。被覆率は、インターコネクターの表面を光学顕微鏡を用いて倍率50倍で5視野以上において写真を撮影し、画像処理により被覆層が形成されている領域の面積を、全表面積で割ることで測定した。測定結果は、「被覆率」欄に示す。
【００６６】
比較のため、被覆層を形成していないインターコネクターも含めて合計42種類のインターコネクターについて太陽電池ストリングスを作製して、接合性を調べた。
【００６７】
太陽電池ストリングスは、自動配線装置を使用して作製した。この自動配線装置は、半田をリフローして太陽電池セルとインターコネクターを接合する。まず予熱したセルテーブル上の太陽電池セルにインターコネクターを配置し、ピンで抑える。次いで、ホットエアを吹き付けてインターコネクターの半田層を溶融して太陽電池セルとインターコネクターを接合する。このようにして太陽電池セルが3枚直列接続された太陽電池ストリングスを作製した。
【００６８】
使用した太陽電池セルは、大きさ156mm×156mm、厚さ200μmの多結晶シリコン基板である。太陽電池セルの各表面には、それぞれインターコネクターが接合される電極が形成されている。電極は、各表面にそれぞれ平行に2本配置されている。この電極は、銀で形成されており、幅が2mmである。
【００６９】
半田層をリフローして電極と接合する温度は、半田層のSn系合金の組成によって変化させた。セルテーブル温度は、半田層の液相線温度に40℃減じた温度とし、ホットエア設定温度は、半田層の液相線温度に130℃加えた温度とした。ピンで押さえる時間は、３秒とした。上記の条件を、条件１とする。
【００７０】
接合状態は、機械の動作停止、接合状態で評価した。ほとんど接合できず機械の自動連続運転ができなかったものを×、太陽電池ストリングスの形成はできたがハンドリング中に部分的に剥離してしまったものを△、巨視的には健全であるが、半田が濡れたことを示すフィレットが部分的に形成していないか、未接合の部分があるものを○、フィレットが全体を通して形成され、健全に接合されたものを◎とし、表１の「条件１での接合状態」欄に示した。評価が○もしくは◎の時、合格と判定した。
【００７１】
【表１】
2015147213.tif 000003
【００７２】
実施例1〜22は、いずれも液相温度が214℃以下、接合状態が良好であった。これに対し、比較例3〜11、14〜20は、接合状態が悪化した。また比較例1、2、12、13は、接合状態は良好であったが、ビスマス濃度が15重量％以下であったため液相温度が215℃以上であり、一般的な非鉛半田に対して、接合温度の点で優位性がない。
【００７３】
実施例1〜3、8〜10に示すように、被覆層の厚さが0.3μmのインターコネクターは、ビスマス濃度が51重量％以下の範囲で健全な接合が可能であった。ビスマス濃度が51重量％以下の範囲では、濃度が上がるほど接合温度が低くて済むため、太陽電池セルとインターコネクターの熱膨張係数の違いによる歪み量が小さくて済む。ビスマス濃度が51重量％を超えると半田は脆化するため、接合の健全性が悪くなる。本実施例でのビスマス濃度の上限値は60重量％であった。
【００７４】
一方、実施例1〜14と比較例1〜3、及び比較例4〜11を比較すると、ビスマス濃度に関わらず被覆層を有するインターコネクターにおいて接合状態が良好であることが確認できた。また、実施例15〜22と比較例17〜20を比較すると、インジウム濃度によらず被覆層を有するインターコネクターにおいて接合状態が良好であることが確認できた。これは、被覆層の銀が、インターコネクターの表面の酸化を抑制した効果と、半田層の濡れ性を改善し、接合性を向上させた効果によるものである。
【００７５】
また、比較例12〜14は、半田層に銀を2重量％添加したものである。比較例1、2、実施例1は、被覆層の銀が全てSn-Bi系合金に溶け込んだとき、比較例12〜14と同じ濃度になり、銀の目付量としては同じと考えてよい。比較例12〜14は、ビスマス濃度が低いうちは接合が良好であったが、ビスマス濃度が16重量％の時に部分的に剥がれが生じた。これに対し、同じビスマス濃度の実施例1の接合状態が健全であったのは、高濃度の銀が接合界面に存在し、半田の濡れに効率的に寄与したためである。
【００７６】
さらに、実施例6〜14と比較例15、16を比較することにより、被覆層の被覆率が90面積％以上であれば、巨視的に健全な接合状態、または健全な接合状態であることが確認できた。
【００７７】
（２）第２実施例
半田層に銅を添加した場合の効果を調べた。
【００７８】
まず、純度99.9重量％以上、φ1.2mmのタフピッチ銅線(JIS C1100 1/2H材)を圧延加工し、断面が0.16mm×2.0mmのテープ状の芯部を作製した。テープ面は平行で平らであるが、側面は曲面である。
【００７９】
次いで様々な浴組成を持つ溶融めっき浴にこの芯部を通し、芯部の表面上に厚さが片面40μmの半田層を形成した。
【００８０】
作製した溶融めっき浴は、ビスマスの濃度が40重量％であり、銅の濃度が0.2重量％、0.3重量％、0.5重量％、0.7重量％、0.8重量％であり、残部がSn及び不可避不純物からなるSn-Bi-Cu溶融めっき浴と、インジウムの濃度が30重量％であり、銅の濃度が0.2重量％、0.3重量％、0.5重量％、0.7重量％、0.8重量％であり、残部がSn及び不可避不純物からなるSn-In-Cu溶融めっき浴である。
【００８１】
溶融めっきは、上記第１実施例と同様に行った。溶融めっき浴の温度は、195℃とした。この温度は溶融めっき浴の液相線温度に20℃加えた温度である。銅を添加した場合、液相線温度は低下するが、この場合も溶融めっき浴の温度はビスマスの濃度およびインジウムの濃度で規定した。
【００８２】
このように作製した半田層上に、電気めっきにより、所定の厚さと被覆率の銀の被覆層を形成した。比較のため、被覆層を形成していないインターコネクターも含めて、被覆層の厚さと被覆率、銅の添加量を変えた合計23種類のインターコネクターについて太陽電池ストリングスを作製して、接合性を調べた。
【００８３】
太陽電池ストリングスは、上記第１実施例と同様に作製した。なお接合性の差を調べるために、セルテーブルの温度を100℃、ホットエア設定温度を270℃とし、最適な接合温度より低い温度に設定した。ピンで押さえる時間は、３秒とした。上記の条件を、条件２とする。
【００８４】
接合状態は、機械の動作停止、接合状態で評価した。ほとんど接合できず機械の自動連続運転ができなかったものを×、太陽電池ストリングスの形成はできたがハンドリング中に部分的に剥離してしまったものを△、巨視的には健全であるが、半田が濡れたことを示すフィレットが部分的に形成していないか、未接合の部分があるものを○、フィレットが全体を通して形成され、健全に接合されたものを◎とし、表２の「条件２での接合状態」欄に示した。本実施例の場合、上記第１実施例に比べ接合条件を厳しくしたので、評価が×の時のみ、不合格と判定した。
【００８５】
【表２】
2015147213.tif 000004
【００８６】
実施例23〜37は被覆層の厚さが0.05μm以上であったため接合状態が良好であった。これに対し比較例22、23、25〜27は、被覆層が0.03μm以下であったため接合状態が悪化した。
【００８７】
実施例24〜26、28〜32、34〜36に示すように、半田層の銅の濃度を変化させた場合の接合状態は、銅の濃度が0.3重量％から0.7重量％の範囲で接合状態が良好であり、0.5重量％のとき最も良好であった。これは銅の濃度が0.5重量％以下の範囲では、Sn-Bi-Cu合金およびSn-In-Cuの液相線が低下し、接合温度が最も低かったためと考えられる。
実施例23、27、33、37に示すように、銅の濃度が上記範囲外では、接合状態が劣化した。また銅の濃度が0.8重量％で接合状態が劣化した原因は、液相線温度が上昇したこと、及び、Sn-Bi-Cu合金、Sn-In-Cu合金が脆化したことによるものと考えられる。
【００８８】
一方、実施例25、28、29、30、35に示すように、銅の濃度が0.5重量％の場合において、被覆層の厚さを比較した結果、被覆層の厚さが0.05μmから0.5μmのとき、接合状態が良好であった。厚さが0.5μmを超えて厚くなっても効果はあると予想されるが、コストの点から、厚さは0.05μmから0.5μmが最適である。
【００８９】
（３）第３実施例
実施例として導電性ペーストで接続するのに適したインターコネクターを作製し、半田層や被覆層の厚さの効果を調べた。また比較のために被覆層を形成していないインターコネクターを作製した。
【００９０】
まず、純度99.96重量％以上、厚さ1.0mmの無酸素銅板(JIS C1020 1/2H材)を0.2mmに冷間圧延した後、スリット加工により幅1.3mmにし、断面が0.22mm×1.3mmのテープ状の芯部を作製した。
【００９１】
次いで様々な浴組成を持つ溶融めっき浴にこの芯部を通し、芯部の表面上に半田層を形成した。溶融めっき浴には、ビスマスの濃度を16重量％、36重量％、51重量％とした3種類のSn-Bi系合金浴、または、インジウムの濃度を10重量％、30重量％、55重量％としたSn-In系合金浴を用いた。
【００９２】
溶融めっきは、上記第１実施例と同様に行った。溶融めっき浴の温度は、ビスマス濃度が、16重量％、36重量％、51重量％のとき、それぞれ234℃、200℃、170℃、インジウム濃度が10重量％、30重量％、55重量％のとき、それぞれ234℃、195℃、170℃とした。次いで圧延で厚さを約0.2mmまで減じ、半田層が形成された断面が0.2mm×1.3mmの銅線を作製した。
【００９３】
このように作製した半田層上に、電気めっきにより、所定の厚さ並びに被覆率の銀の被覆層を形成した。比較のため、被覆層を形成していないインターコネクターも含めて合計19種類のインターコネクターを作製して、接合性を調べた。
【００９４】
半田層と被覆層の厚さは、インターコネクターの断面を走査型電子顕微鏡で観察し、テープ面の厚さを測定した。この際側面にも半田層と被覆層が被覆されていることを確認した。
【００９５】
インターコネクターの評価として、日射反射率、接合後のテープ面における芯部の露出の有無、接合強度、太陽電池セルの発電効率の測定を行った。
【００９６】
インターコネクターと太陽電池セルは、銀の導電粒子を含有するアクリル系樹脂導電性ペーストを用いて接合した。使用した太陽電池セルは、大きさ156mm×156mm、厚さ200μmの多結晶シリコン基板である。太陽電池セルの各表面には、それぞれインターコネクターが接合される電極が形成されている。電極は、各表面にそれぞれ平行に3本配置されている。この電極は、銀で形成されており、幅が1.3mmである。
【００９７】
まず、太陽電池セルの電極上に導電性ペーストをディスペンサーで塗布した。次いで電極に沿ってインターコネクターを配置し、インターコネクター1本当たり2Nの荷重を均等に加えながら、130℃に加熱した炉に3分間入れ仮接合した。その後、反対面にも同様な方法でインターコネクターを仮接合した。さらに130℃に加熱した炉に30分間保定し、本接合を行った。この温度はSn-Bi系合金の共晶温度よりも低く、インターコネクターと電極界面の半田に液相が生じない条件である。
【００９８】
接合後、近赤外可視光分光光度計を用いて、太陽電池セルに接合された受光面側のインターコネクターの日射反射率を測定した。評価結果を表３の「日射反射率」欄に示す。日射反射率はJIS A5759の測定法に準じた。
【００９９】
次いで、実体顕微鏡によって接合後のインターコネクターのテープ面におけるの芯部の露出の有無やピンホールの評価を行った。評価結果を表３の「銅下地の露出有無」欄に示す。
【０１００】
接合性は45°ピール試験により評価した。45°ピール試験は、太陽電池セルを水平面から45°傾けて固定し、インターコネクターの端部を剥がしてチャックにつかみ、引張試験機で真上（水平面と直角）に引張り、剥がしながらロードセルにかかる力を測定した。この45°ピール試験において、剥離時に得られた平均荷重をピール強度とする。測定結果を表３の「ピール強度」に示す。
【０１０１】
さらに、剥離試験で用いた太陽電池セルとは別の太陽電池セルを使用して、太陽光シミュレーターの光の下で発電効率を測定した。測定結果を表３の「セル効率」欄に示す。
【０１０２】
【表３】
2015147213.tif 000005
【０１０３】
実施例38〜49は、被覆層の厚さが0.05μm以上かつ被覆率が90面積％以上であったため、日射反射率は80％を超える値が得られ、セル効率も向上した。さらに実施例38〜49は、半田層の厚さが0.3μm以上であったため芯部の露出も観察されなかった。
【０１０４】
これに対し比較例29〜32は、被覆層が0.03μm以下であったため、実施例に比べ高いセル効率が得られなかった。また比較例29、30は半田層の厚さが0.2μmであったため、接合後のテープ面において芯部の露出が観察された。一方、比較例31〜34から明らかなように、半田層の厚さが0.3μm以上のときは芯部の露出は観察されなかった。このことから耐食性の確保のため少なくとも半田層の厚さが0.3μm以上の厚さが必要であるといえる。また、半田層がない比較例35の場合、被覆層の厚さが0.05μmでも、芯部の露出が観察された。このように芯部が見えるようなピンホールがあった場合、半田層の犠牲防食効果がないため、耐食性は劣化する。耐食性を確保するためには、被覆層の厚さを厚くしなければならず、コスト的に不利である。さらに、被覆層の被覆率が90面積％未満の時、十分な日射反射率とセル効率が得られなかった。
【０１０５】
ピール強度は、被覆層の有無で大きな違いがあり、特に被覆層の厚さが0.05μm以上のとき、良好な強度が得られた。太陽電池セルとしての発電効率も被覆層を有することで高い値が得られた。これは導電粒子とインターコネクターとの電気的なコンタクトが良好に得られたことによる効果である。
【０１０６】
以上より、インターコネクターは、半田層の厚さが0.3μm以上、被覆層の厚さが0.05μm以上、被覆層の被覆率が90面積％以上である場合、耐食性を確保でき、接合信頼性が高く、効率の高い太陽電池モジュールを作製できることがわかった。
【０１０７】
以上、説明してきたように本発明の形態をとることにより、太陽電池用インターコネクターを始めとする半導体の実装材料として優れた接合信頼性が高いテープ状導体を提供することができる。
【０１０８】
（４）第４実施例
芯部が丸線からなるインターコネクターでの効果を調べた。まず、純度99.9重量%以上、φ6mmのタフピッチ銅の丸棒(JIS C1100)を、引き抜き加工でφ0.3mmへ加工し、丸線状の芯部を作製した。
【０１０９】
溶融半田めっき浴には、ビスマスの濃度を16重量％、36重量％、51重量％、57重量％、60重量％とした5種類のSn-Bi系合金浴とインイウムの濃度を10重量％、28重量％、49重量％、55重量％とした4種類のSn-In系合金浴を用いた。
【０１１０】
溶融めっき浴の温度は、ビスマス及びインジウムの濃度に応じて調整し、それぞれの溶融めっき浴の液相線温度に20℃加えた温度とした。
【０１１１】
このように作製した半田層上に、電気めっきにより、所定の厚さと被覆率の銀の被覆層を形成した。比較のため、被覆層を形成していないインターコネクターも含めて、被覆層の厚さと被覆率、銅の添加量を変えた合計13種類のインターコネクターについて太陽電池ストリングスを作製して、接合性を調べた。
【０１１２】
太陽電池ストリングスは、自動配線装置を使用して作製した。使用した太陽電池セルは、大きさ156mm×156mm、厚さ200μmの多結晶シリコン基板である。太陽電池セルの各表面には、それぞれインターコネクターが接合される電極が形成されている。電極は、各表面にそれぞれ平行に3本配置されている。この電極は、銀で形成されており、幅が0.3mmである。
【０１１３】
半田層をリフローして電極と接合する温度は、半田層のSn系合金の組成によって変させた。セルテーブル温度は、半田層の液相線温度に40℃減じた温度とし、ホットエア設定温度は、半田層の液相線温度に130℃加えた温度とした。ピンで押さえる時間は、３秒とした。上記の条件を、条件１とする。
【０１１４】
接合状態は、機械の動作停止、接合状態で評価した。ほとんど接合できず機械の自動連続運転ができなかったものを×、太陽電池ストリングスの形成はできたがハンドリング中に部分的に剥離してしまったものを△、巨視的には健全であるが、半田が濡れたことを示すフィレットが部分的に形成していないか、未接合の部分があるものを○、フィレットが全体を通して形成され、健全に接合されたものを◎とし、表４の「条件１での接合状態」欄に示した。評価が○もしくは◎の時、合格と判定した。
【０１１５】
【表４】
2015147213.tif 000006
【０１１６】
実施例50〜62は、いずれも液相温度が214℃以下、接合状態が良好であった。したがって、断面形状が丸線状であっても、本発明の効果が得られることが分かった。
【０１１７】
（５）第５実施例
芯部を形成する銅の純度の影響を調べた。厚さが1.2mmである、純度99.9重量%以上のタフピッチ銅と、このタフピッチ銅に亜鉛を0.1重量%添加した銅の材を用意し、0.2mmに冷間圧延した後スリット加工により幅1.5mmにし、断面が0.2mm×1.5mmのテープ状の芯部を2種類作製した。
【０１１８】
次いで、これらの芯部を実施例２及び実施例１６と同じ条件で半田層および被覆層を形成させ、条件１で太陽電池ストリングを作製して接合性を評価した。その結果何れの場合もフィレットが全体をとおして形成され、健全な接合がなされていた。
【０１１９】
３．変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
【０１２０】
上記実施形態では、導電体としてインターコネクターに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、タブ線等の他の半導体実装用導電体や、一般的な導電体として適用することができる。
【符号の説明】
【０１２１】
１０Ａ、１０Ｂ  インターコネクター（導電体）
１２Ａ、１２Ｂ  芯部
１４Ａ、１４Ｂ  半田層
１６Ａ、１６Ｂ  被覆層
１８    第１の表面
２０    第２の表面
【図１】
2015147213.tif 000007
【図２】
2015147213.tif 000008
【図３】
2015147213.tif 000009
【国際調査報告】
2015147213.tif 000010
2015147213.tif 000011
2015147213.tif 000012
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