(57)【要約】【課題】Ｓｉセルに接続した後の熱収縮時においてもＳｉセルの反りが少なく、かつ、高導電性を有する太陽電池用接続リード線及びその製造方法並びに太陽電池を提供するものである。【解決手段】本発明に係る太陽電池用接続リード線１２は、太陽電池のＳｉセルの所定の接点領域に、高温で接続され、断面平角状の導体３の表面にめっき層１４を備えるものであり、太陽電池用接続リード線１２全体の０．２％耐力が６０ＭＰａ以下であり、めっき層１４の、Ｓｉセルに対向する面の厚さが５μｍ以下としたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池のＳｉセルの所定の接点領域に、高温で接続され、断面平角状の導体の表面にめっき層を備える太陽電池用接続リード線において、該リード線全体の０．２％耐力が６０ＭＰａ以下であり、上記めっき層の、上記Ｓｉセルに対向する面の厚さが５μｍ以下であることを特徴とする太陽電池用接続リード線。
【請求項２】
上記導体材料が、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕのいずれかである請求項１記載の太陽電池用接続リード線。
【請求項３】
上記導体が、タフピッチＣｕ、低酸素Ｃｕ、無酸素Ｃｕ、リン脱酸Ｃｕ、９９．９９９９％以上の高純度Ｃｕのいずれかで構成される請求項２記載の太陽電池用接続リード線。
【請求項４】
上記導体の体積抵抗率が５０μΩ・ｍｍ以下である請求項１から３いずれかに記載の太陽電池用接続リード線。
【請求項５】
上記めっき層が、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｐｔから選択される少なくとも１種の元素を含む金属材料で構成される請求項１記載の太陽電池用接続リード線。
【請求項６】
上記めっき層を構成する金属材料が、第３成分として１０００ｐｐｍ以下の微量元素を含む請求項５記載の太陽電池用接続リード線。
【請求項７】
太陽電池のＳｉセルの所定の接点領域に、高温で接続される太陽電池用接続リード線の製造方法において、体積抵抗率が５０μΩ・ｍｍ以下の金属材に、圧延加工あるいはスリット加工を施して断面平角状の導体を形成し、その平角導体に連続式通電加熱あるいは連続式加熱炉あるいはバッチ式加熱の設備で熱処理を施した後、その平角導体表面にめっき層を設けると共に、そのめっき層の、上記Ｓｉセルに対向する面のめっき厚を５μｍ以下とし、リード線全体の０．２％耐力値を６０ＭＰａ以下に調整することを特徴とする太陽電池用接続リード線の製造方法。
【請求項８】
太陽電池のＳｉセルの所定の接点領域に、太陽電池用接続リード線を接続してなる太陽電池において、請求項１から６いずれかに記載の太陽電池用接続リード線の、上記接点領域と接続される部分に予め導電性接着剤あるいははんだを塗布しておき、太陽電池の接点領域と導電性接着剤あるいははんだを塗布した太陽電池用接続リード線を接触させた後、高温に加熱して上記導電性接着剤あるいははんだを溶融させ、その後、導電性接着剤あるいははんだを固化させて太陽電池の接点領域と太陽電池用接続リード線を接着、接続させたことを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池のＳｉセルの所定の接点領域に接続される太陽電池用接続リード線及びその製造方法並びに太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在主流の太陽電池には、多結晶又は単結晶のＳｉ結晶ウェハを用いてなるＳｉセルが用いられている。図２に示すように、Ｓｉセル１の所定の領域にはんだめっき平角線２（太陽電池用接続リード線）をはんだで接合し、これを通じて発電された電力を伝送する構成となっている。はんだめっき平角線２としては、図３に示すように、導体にタフピッチＣｕや無酸素Ｃｕなどの純Ｃｕ３で構成される平角導体を用い、はんだにＳｎ−Ｐｂ共晶はんだ４を適用したものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
また、近年、環境への配慮からＰｂを含まないはんだを使用したものへの切り替えが検討されている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２１６６０号公報
【特許文献２】特開２００２−２６３８８０号公報
【特許文献３】特開２００５−２４３９３５号公報
【特許文献４】特開２００５−２４３９７２号公報
【特許文献５】特開２００６−４９６６６号公報
【特許文献６】特開２００６−１４００３９号公報
【特許文献７】特開２００６−５４３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
太陽電池を構成する部材の内、材料コストの大半をＳｉ結晶ウェハが占めている。そのため、Ｓｉ結晶ウェハの薄板化が検討されているが、薄板化した際に、接続リード線の接合時の加熱プロセスや使用時の温度変化により、Ｓｉ結晶ウェハが反ったり、破損したりするという不具合が生ずる。例えば、はんだ接続前では、図４（ａ）に示すように、Ｓｉセル１及びはんだめっき平角線２共に反りはなく、真直であるが、はんだ接続後では、図４（ｂ）に示すように、Ｓｉセル１に反りが発生してしまう。
【０００６】
これに対処するため、接続リード線の構成材料として、熱膨張が小さい材料のニーズが高まっている。
【０００７】
図５に示すようなＣｕ３とインバー（登録商標）５をＣｕ−インバー−Ｃｕの順にクラッドした材料（ＣＩＣ）を平角導体として用いる場合、Ｃｕ−インバー（Ｆｅ−３６ｍａｓｓ％Ｎｉ）−Ｃｕ、Ｃｕ、Ｆｅ−３６ｍａｓｓ％Ｎｉ、Ｓｉの材料特性の一例を表１に示すように、インバーが低熱膨張であるため、Ｓｉとの熱膨張整合が可能になる。しかしながら、インバーは導電率がＣｕに比べて低い（体積抵抗率がＣｕに比べて高い）ことから、太陽電池としての発電効率が下落してしまう。
【０００８】
【表１】
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【０００９】
導電率とセル反り抑制を両立する方法として、導電率の高い導体の０．２％耐力値を低減することにより、はんだ接続後の導体熱収縮によって発生する「セルを反らせる力」を低減させる方法が考えられ、これによって、Ｓｉとの熱膨張整合が可能になる。しかしながら、導体にはんだ４を被覆することで、０．２％耐力値がはんだ被覆前よりも増大してしまうため、この方法ではさらなるセルの薄型化への対応が困難である。
【００１０】
そこで本発明の目的は、Ｓｉセルに接続した後の熱収縮時においてもＳｉセルの反りが少なく、かつ、高導電性を有する太陽電池用接続リード線及びその製造方法並びに太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、太陽電池のＳｉセルの所定の接点領域に、高温で接続され、断面平角状の導体の表面にめっき層を備える太陽電池用接続リード線において、該リード線全体の０．２％耐力が６０ＭＰａ以下であり、上記めっき層の、上記Ｓｉセルに対向する面の厚さが５μｍ以下であることを特徴とする太陽電池用接続リード線である。
【００１２】
請求項２の発明は、上記導体材料が、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕのいずれかである請求項１記載の太陽電池用接続リード線である。
【００１３】
請求項３の発明は、上記導体が、タフピッチＣｕ、低酸素Ｃｕ、無酸素Ｃｕ、リン脱酸Ｃｕ、９９．９９９９％以上の高純度Ｃｕのいずれかで構成される請求項２記載の太陽電池用接続リード線である。
【００１４】
請求項４の発明は、上記導体の体積抵抗率が５０μΩ・ｍｍ以下である請求項１から３いずれかに記載の太陽電池用接続リード線である。
【００１５】
請求項５の発明は、上記めっき層が、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｐｔから選択される少なくとも１種の元素を含む金属材料で構成される請求項１記載の太陽電池用接続リード線である。
【００１６】
請求項６の発明は、上記めっき層を構成する金属材料が、第３成分として１０００ｐｐｍ以下の微量元素を含む請求項５記載の太陽電池用接続リード線である。
【００１７】
請求項７の発明は、太陽電池のＳｉセルの所定の接点領域に、高温で接続される太陽電池用接続リード線の製造方法において、体積抵抗率が５０μΩ・ｍｍ以下の金属材に、圧延加工あるいはスリット加工を施して断面平角状の導体を形成し、その平角導体に連続式通電加熱あるいは連続式加熱炉あるいはバッチ式加熱の設備で熱処理を施した後、その平角導体表面にめっき層を設けると共に、そのめっき層の、上記Ｓｉセルに対向する面のめっき厚を５μｍ以下とし、リード線全体の０．２％耐力値を６０ＭＰａ以下に調整することを特徴とする太陽電池用接続リード線の製造方法である。
【００１８】
請求項８の発明は、太陽電池のＳｉセルの所定の接点領域に、太陽電池用接続リード線を接続してなる太陽電池において、請求項１から６いずれかに記載の太陽電池用接続リード線の、上記接点領域と接続される部分に予め導電性接着剤を塗布しておき、太陽電池の接点領域と導電性接着剤を塗布した太陽電池用接続リード線を接触させた後、高温に加熱して上記導電性接着剤を溶融させ、その後、導電性接着剤を固化させて太陽電池の接点領域と太陽電池用接続リード線を接着、接続させたことを特徴とする太陽電池である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の太陽電池用接続リード線によれば、Ｓｉセルと接続した後の熱収縮時においてもＳｉセルの反りが少なく、かつ、高い導電性が得られる。また、０．２％耐力値を容易に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００２１】
一般に熱膨張率の異なる異種金属同士を高温で接続した場合には、温度変化に熱膨張率、ヤング率を積算した値が反りを発生させる力となる。しかし、太陽電池のように接続する両部材（Ｓｉセル、太陽電池用接続リード線）の剛性が著しく異なり、また接続温度も２００℃以上と高温のものでは、断面積がより小さい導体（太陽電池用接続リード線）の方が降伏してしまい、上記熱膨張率、ヤング率による力がそのまま反り発生力とはならない。
【００２２】
導体は、その降伏応力が低いと小さい（弱い）力で塑性変形してしまい、それ以上の変形抵抗とならない。そのため塑性変形の指標である０．２％耐力の小さい導体を用いた太陽電池用接続リード線は、Ｓｉセルヘ接続した後の反り量を低減させる効果がある。
【００２３】
そこで、図１に示すように、本実施の形態に係る太陽電池用接続リード線１２は、導体３の表面にめっき層（薄めっき）１４を設けてなり、０．２％耐力値を６０ＭＰａ以下としたものである。導体３は、体積抵抗率が比較的小さい、具体的には５０μΩ・ｍｍ以下の材料で構成され、Ｓｉセルヘの接続が容易となるよう断面形状が平角型のものが望ましい。また、めっき層１４の厚さは、５μｍ以下とされる。
【００２４】
導体３の材料としては、表２に示すようにＣｕの他にＡｕ、Ａｇ、Ａｌなどがあり、材料選択によっては０．２％耐力を更に低減できる可能性がある。これらの導体材料の中で体積抵抗率が最も低いのはＡｇであり、Ａｇ導体を用いることで、発電効率を最大限にすることが可能である。また、低コスト化を優先するときにはＣｕを、軽量化を図りたいときにはＡｌを、導体材料として選択するのが望ましい。表２に示す０．２％耐力は材料によって固有の値ではなく、軟化温度を上回る温度で熱処理を施すことによって変化するものであり、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、及びＡｌの各０．２％耐力値は一例でしかない。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
Ｃｕの種類としてはタフピッチＣｕ、低酸素Ｃｕ、無酸素Ｃｕ、リン脱酸Ｃｕ、Ｃｕ（純度９９．９９９９％以上）のいずれを用いることも可能である。０．２％耐力を最も小さくするためには純度が高いＣｕを用いることが有利であり、例えば、純度９９．９９９９％以上の高純度Ｃｕを選択する。一方、低コスト化を図りたい時には、不純物を含んでおり０．２％耐力は大きいものの、タフピッチＣｕもしくはリン脱酸Ｃｕを選択する。
【００２７】
めっき層１４に用いる金属は、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｐｔから選択される少なくとも１種の元素を含む金属材料であるが、第３成分として、１０００ｐｐｍ以下の範囲で微量元素を含んでいてもよい。めっき層１４に用いる金属としては、コストの低さとめっき線に熱処理した場合の導体金属拡散が抑制可能なことから、特にＮｉが優れている。また、第３成分の微量元素としてはＣｏ、Ｐなどがある。
【００２８】
本実施の形態に係る太陽電池用接続リード線１２の製造方法の一例を、以下に示す。
【００２９】
先ず、導体３を構成する体積抵抗率が５０μΩ・ｍｍ以下の金属材料を平角状に圧延形成し、平角導体が形成される。その平角導体にバッチ式加熱による熱処理を施し、平角導体の０．２％耐力を低減させ、所定値（目標とする０．２％耐力値（６０ＭＰａ以下））に調整がなされる。
【００３０】
その熱処理後の平角導体の周囲に厚さ５μｍ以下のめっき層１４を設け、０．２％耐力値が６０ＭＰａ以下の太陽電池用接続リード線１２が得られる。
【００３１】
導体３を平角状に加工する方法としては、圧延加工、スリット加工のいずれも適用可能である。丸線から圧延して平角化する方式は長尺で均一なものが製造できる。スリット方式では種々の幅の材料に対応できるメリットがある。
【００３２】
導体３の０．２％耐力を低減するための熱処理方式としては、通電加熱方式でも連続式加熱炉を用いた方式でもバッチ式加熱方式でも適用可能である。連続で長尺にわたって処理する場合には通電加熱方式あるいは連続式加熱炉を用いた方式が向いており、安定した熱処理が必要な場含にはバッチ式加熱方式が望ましい。また、熱処理時における導体３の酸化を防止する観点から、水素還元雰囲気あるいは窒素などの不活性ガス雰囲気の炉を用いて熱処理を行ってもよい。また、熱処理は、導体３の軟化温度を上回る温度でなされ、０．２％耐力が所定値となるように熱処理条件が調整される。さらに、熱処理は平角導体の周囲にめっき層を設けた後、あるいはめっき前後の２回以上実施してもよく、これらの場合、めっき前のみの熱処理の場合よりもさらに０．２％耐力を下げることが可能である。
【００３３】
めっき層１４のめっき法としては、電気めっきや無電解めっきなどのバッチ方式のものが適用可能である。めっきをバッチ方式で行うことで、連続めっき方式で生じる張力による加工硬化を防止することができ、導体の０．２％耐力増大を抑制することが可能である。
【００３４】
以上に述べた本実施の形態に係る太陽電池用接続リード線１２は、太陽電池のＳｉセルの所定の接点領域に接続される。具体的には、太陽電池用接続リード線１２の、接点領域と接続される部分に予め導電性接着剤あるいははんだを塗布しておき、太陽電池の接点領域と導電性接着剤あるいははんだを塗布した太陽電池用接続リード線１２を接触させる。その後、高温に加熱して導電性接着剤あるいははんだを溶融させた後、導電性接着剤あるいははんだを固化させることで、太陽電池の接点領域と太陽電池用接続リード線１２が接着、接続され、太陽電池が得られる。
【００３５】
導電性接着剤は、はんだと同等以上の熱伝導率、また、はんだと同等以下の体積抵抗率及び溶融温度を有することが望ましい。また、導電性接着剤あるいははんだは、Ｓｉセルの所定の接点領域にも予め塗布していてもよい。導電性接着剤としては、特に限定するものではなく、慣用のものが適用可能である。例えば、導電フィラにＡｇ、Ａｇ基合金、Ｃ、Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだなど、接着剤バインダにエポキシ、シリコーン、フェノール、ウレタン、アクリル、ポリイミドなどがある。
【００３６】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００３７】
従来の太陽電池用接続リード線は、Ｓｉセル（太陽電池セル）に接続するために、導体表面に溶融めっきによるはんだの厚めっき（例えば、厚み４０μｍ）を設けていた。このめっき厚は、太陽電池セルと太陽電池用接続リード線の接合強度を重視し、十分な接合強度を確保する上で必要な厚さであった。しかし、そのはんだめっきの結果、太陽電池用接続リード線の０．２％耐力が増大するという問題があった。
【００３８】
そこで、本実施の形態に係る太陽電池用接続リード線１２は、平角状の導体３の表面にはんだの厚めっきを被覆する代わりに、耐食性に優れた金属材料のめっき層１４を５μｍ以下の厚さで被覆したものである。これにより、太陽電池用接続リード線１２の０．２％耐力の増大を抑制している。
【００３９】
この太陽電池用接続リード線１２を、導電性接着剤などによりＳｉセルと接続させることで、太陽電池用接続リード線１２が熱膨張するが、０．２％耐力が低い、すなわち降伏応力が低いことから、熱膨張時の引張応力によって塑性変形が生じる。このため、導電性接着剤が固化しても、太陽電池用接続リード線１２が収縮することは殆どなく、Ｓｉセルと太陽電池用接続リード線１２の接続後の導体熱収縮によって発生する「セルを反らせる力」を低減させることができる。
【００４０】
また、導電性接着剤は、はんだと同等以上の熱伝導率、体積抵抗率を有していることから、導電性や接続信頼性を損なうことなく、Ｓｉセルと太陽電池用接続リード線１２を接続することができる。
【００４１】
本実施の形態に係る太陽電池用接続リード線１２の０．２％耐力値は６０ＭＰａ以下が望ましい。０．２％耐力値を、この領域、範囲とすることで、Ｃｕ−インバー（登録商標）−Ｃｕのクラッド材や熱処理したＣｕを導体に用いてはんだめっきした従来の太陽電池用接続リード線（平角線）よりも、セル反りを低減することが可能であり、大きな効果が得られる。このように、太陽電池用接続リード線１２の０．２％耐力値を６０ＭＰａ以下に規定することで、製品形状での特性評価を可能にしている。
【００４２】
また、本実施の形態に係る太陽電池用接続リード線１２におけるめっき層１４のめっき厚さは５μｍ以下であることが望ましい。５μｍ以下の厚さでめっき層１４を設けることで、はんだめっきした従来の太陽電池用接続リード線に比べて０．２％耐力が大きく低下し、セル反り抑制効果が十分に得られる。このように、導体３に対するめっき層１４の厚みを制御することで、めっきによる耐力増大を抑制している。図１中では、導体３の全周にわたって均一にめっき層１４を設けているが、めっき層１４による導体３の被覆は、図２、図６に示したＳｉセル１に対向する面、又は導体３の外周の一部（例えば、導体３の上面及び下面）だけであってもよく、これによって０．２％耐力を更に低下させることができる。
【実施例】
【００４３】
本発明に係る太陽電池用接続リード線の一実施例を以下に示す。
【００４４】
Ｃｕ材料を幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの平角線状に圧延成形した後、その導体に３００℃×９０分の熱処理を施し、その熱処理した導体の周囲をＮｉで薄めっきし、太陽電池用接続リード線を製作した。
【００４５】
この時、表３に示すように、薄めっきのめっき厚みを変えて種々の０．２％耐力の太陽電池用接続リード線を作製した（実施例１〜６、比較例１）。また、めっき方法をはんだめっきに変えたもの（比較例２）、導体にＣｕ−インバー（登録商標）−Ｃｕ（板厚比率２：１：２）を用い、はんだめっきしたもの（比較例３）、導体に従来Ｃｕを用い、はんだめっきしたもの（比較例４）も作製した。薄めっきは、電気めっき（又は無電解めっき）によるバッチ方式により行い、はんだめっきは溶融めっきによるリールｔｏリール（連続式）で行った。
【００４６】
０．２％耐力は、引張速度２０ｍｍ／ｍｉｎの引張試験で得られたＳ−Ｓ曲線から０．２％耐力点荷重を求め、導体の断面積で除して算出した。
【００４７】
また、温度サイクル特性を評価するために、温度サイクル試験（−４０〜９０℃）を実施し、接続信頼性を評価した。
【００４８】
さらに、それぞれの太陽電池用接続リード線を縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ、厚み２００μｍのＳｉセルに接続（実施例１〜５、比較例１は導電性接着剤で接続、実施例６、比較例２〜４ははんだ接続）した後、Ｓｉセルの反りを調べた。導電性接着剤にはAg／エポキシ系接着剤を用い、硬化条件は１８０℃×３ｍｉｎとした。
【００４９】
【表３】
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【００５０】
表３に示すように、薄めっき品（実施例１〜５、比較例１）でも導電性接着剤による接続で、はんだめっき品（比較例２〜４）と同様、良好な温度サイクル特性が得られることが分かる。また、はんだ接続した薄めっき品（実施例６）も良好な温度サイクル特性が得られる。一方、はんだめっき品は０．２％耐力が大きくなり、セルの反りに影響する。
また、薄めっき品でも、めっき厚６μｍの場合（比較例１）は、０．２％耐力、セルの反りともに、はんだめっき品（比較例２）と大きく変わらない。このことから、薄めっきのめっき厚さは５μｍ以下が望ましいことが確認できた。
【００５１】
めっき厚５μｍの薄めっき品（実施例５）であっても、０．２％耐力は６０ＭＰａであり、従来のＣｕ導体を用いた比較例４の０．２％耐力（１６０ＭＰａ）よりも十分に低く、反り量を従来の４割以下に低減できている。薄めっき品のめっき厚をさらに薄くしていくことで、０．２％耐力、セルの反りともに小さくしていくことができ、さらなるＳｉセルの薄型化への対応が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の好適一実施の形態に係る太陽電池用接続リード線の横断面図である。
【図２】太陽電池用接続リード線をＳｉセルに接続した状態を示す斜視図である。
【図３】従来の一般的な太陽電池用接続リード線の横断面図である。
【図４】Ｓｉセルと太陽電池用接続リード線の接続状態を示す図である。図４（ａ）ははんだ接続前の状態、図４（ｂ）ははんだ接続後に反りが発生した状態を示している。
【図５】従来のＣＩＣを用いた太陽電池用接続リード線の横断面図である。
【図６】太陽電池用接続リード線をＳｉセルに接続した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  Ｓｉセル
２  はんだめっき平角線
３  導体
４  はんだめっき
５  インバー
６  導電性接着剤又ははんだ
１２  太陽電池用接続リード線
１４  めっき層
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008098607.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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