(57)【要約】【課題】リード電極の半田付け接合時における太陽電池セルの割れを抑制し得る電極構造を提供する。【解決手段】下側リード電極３の下面にそれよりも熱膨張率が一桁程度小さい金属板４が接合されていることから、その下側リード電極３を太陽電池セル１に接合するに際しては、接合して常温へ低下する過程におけるその下側リード電極３の下面側の収縮がその下面に接合された金属板４によって抑制されるので、その収縮に起因して受光面１ａ側に凸となる球面状の変形が防止され、下方(固着面側)に凸に変形させられる。そのため、太陽電池セル１の側縁に上部リード電極２Ａ，２Ｂを接合して常温へ降下する過程で下方に凸となる変形方向と一致させられるので、上部リード電極２Ａ，２Ｂの接合部付近に剪断応力が発生することが避けられる。【選択図】　　　　　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セルの受光面の縁部に接合された第１リード電極と、
　前記受光面の反対側に位置する前記太陽電池セルの固着面の全面にその一面において接合された第２リード電極と、
　前記第２リード電極の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有し且つ前記一面の反対側に位置するその第２リード電極の他面に接合された金属板と
　を、含むことを特徴とする太陽電池セルの電極構造。
【請求項２】
前記金属板は、前記第２リード電極の長手方向に沿って前記太陽電池セルから相互に反対方向にはみ出した部分をその外周縁部に備えたものである請求項１の太陽電池セルの電極構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は太陽電池セルの電極構造に関し、特にリード電極接合部における太陽電池セルの割れ発生を防止するための電極構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
　集光式の太陽光発電装置で使用する太陽電池セルはその出力が例えば2.5(V)，2.5(A)と低電圧、大電流である。そこで電極抵抗を小さくするために、電流取出し用のリード電極としては例えば0.1(mm)厚以上の銅板を使用する必要がある。
【０００３】
　ところで、図５に示すように、太陽電池セル１へのリード電極の接合は、光が入射するセル上面すなわち受光面を大きく開放するために上側リード電極２Ａ，２Ｂとは両側縁でのみ行ない、一方、太陽電池セル１の下面すなわち固着面は電気抵抗および熱抵抗を充分低減するためにその全面を下側リード電極３に接合している。なお、太陽電池セル１の上面にはこれを横断するように平行ストライプ状に多数のストライプ電極８が形成されている。これらストライプ電極８は太陽電池セル１の上面両側縁に沿って形成された一定幅のバスバー電極９(すなわち上部電極。図６参照)に導通しており、このバスバー電極９に上記上側リード電極２Ａ，２Ｂが接合されている。なお、熱膨張差による歪みを取り除くために、Ｓｉダイオード素子と銅スタッドの間にタングステンの薄片を介設したものが知られている(例えば非特許文献１参照)。
【非特許文献１】電気学会大学講座「パワーエレクトロニクスの基礎」社団法人電気学会編、1993年4月20日発行、Ｐ．４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　しかしながら、リード電極２Ａ，２Ｂ，３を構成する銅板の熱膨張率はGe等から成る太陽電池セル１のそれよりも一桁ほども大きいため、下側リード電極３を250〜260(℃)程度の範囲内の温度で太陽電池セル１に半田付け接合した後、常温へ低下する過程で、図６に示すように太陽電池セル１は上方すなわちセル上面側へ凸となる球面状に変形させられる。一方、太陽電池セル１の両側縁に上側リード電極２Ａ，２Ｂを半田付け接合すると、常温へ低下する過程で図７に示すように太陽電池セル１は下方すなわちセル下面側へ凸となる円柱面状に変形させられる。このため、太陽電池セル１に上側リード電極２Ａ，２Ｂと下側リード電極３を接合すると、図８の破線で示す上側リード電極２Ａ，２Ｂの接合部付近に大きな剪断応力が発生して太陽電池セル１が割れるおそれがあった。
【０００５】
　本発明は以上の事情を背景として為されたものであって、その目的は、リード電極の半田付け接合時における太陽電池セルの割れを抑制し得る電極構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　斯かる目的を達成するため、本発明の太陽電池セルの電極構造の要旨とするところは、(ａ)太陽電池セルの受光面の縁部に接合された第１リード電極と、(ｂ)前記受光面の反対側に位置する前記太陽電池セルの固着面の全面にその一面において接合された第２リード電極と、(ｃ)前記第２リード電極の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有し且つ前記一面の反対側に位置するその第２リード電極の他面に接合された金属板とを、含むことにある。
【発明の効果】
【０００７】
　このようにすれば、第２リード電極の他面にそれよりも熱膨張率が小さい金属板が接合されていることから、その第２リード電極を太陽電池セルに接合するに際しては、接合して常温へ低下する過程におけるその第２リード電極の他面側の収縮がその他面に接合された金属板によって抑制されるので、その収縮に起因して上方すなわちセル上面側に凸となる球面状の変形が少なくとも緩和される。そのため、太陽電池セルの側縁に第１リード電極を接合して常温へ降下する過程で下方に凸となる円柱面状の変形の変形方向と、その変形方向とが反対方向になることに基づく第１リード電極の接合部付近の剪断応力が少なくとも低下させられる。したがって、リード電極を半田付け接合した際のその剪断応力に起因する太陽電池セルの割れの発生が抑制される。なお、「固着面の全面に」とは、厳密な意味での全面である必要はなく、電気抵抗および熱抵抗を十分に小さくすることが目的であるので略全面であれば足りる。
【０００８】
　特に、上記金属板を接合することにより、第２リード電極の半田付け後の常温へ低下する過程で太陽電池セルが下方すなわちセル下面側へ凸となる球面状に変形させられる場合には、太陽電池セルの側縁とこれに接合される第１リード電極が同方向へ変形することになる。この結果、第１リード電極の接合部付近に発生する剪断応力が一層低下させられ、好適には剪断応力が発生するのが避けられるので、太陽電池セルの割れの発生が一層抑制される。
【０００９】
　なお、半田付け後の太陽電池セルの変形量は、太陽電池セル、リード電極、金属板および半田の各ヤング率と熱膨張率で決定され、実験的に定められる。太陽電池セルがGe基板で、各リード電極が銅板の場合、上記金属板としてはNiとFeの合金板が使用でき、太陽電池セルの厚みが0.15〜0.17(mm)、各リード電極の板厚が0.1(mm)の場合の、金属板の好適な板厚の一例は0.3(mm)である。これは、下側リード電極の半田付け後の常温へ降下させる過程で下方へ凸となる球面状に変形させる場合である。半田付け後の常温へ低下する過程で太陽電池セルが変形することなく平板状態を維持するように上記金属板の材料、厚み等を設定しても良い。
【００１０】
　ここで、好適には、前記金属板は、前記第２リード電極の長手方向に沿って前記太陽電池セルから相互に反対方向にはみ出した部分をその外周縁部に備えたものである。このようにすれば、太陽電池セルの近傍のそれよりも外周側においても第２リード電極が金属板によって支持される。そのため、例えば太陽電池セルを樹脂シートにより放熱基台に接着する際に、太陽電池セル近傍の第２リード電極面をその放熱基台に向かって押しつけることにより、その下側に位置する金属板を介して太陽電池セル直下の部分を含めて樹脂シートをより薄く変形させることができ、放熱時の熱抵抗を充分に小さくすることができる。好適には、前記金属板は、前記太陽電池セルよりも大きい平面寸法を有し(すなわち金属板の大きさが太陽電池セルよりも大きくされ)且つ前記第２リード電極を挟んでその太陽電池セルの対称位置(略対称であれば足りる)に接合される。
【００１１】
　また、好適には、前記金属板は、前記太陽電池セルと同程度の熱膨張率を有するものである。このようにすれば、第２リード電極を接合した際のセル上面側に凸となる変形が一層抑制される。
【００１２】
　また、好適には、前記太陽電池セルの電極構造を備えた太陽光発電装置は、(ａ)前記太陽電池セルの受光面の縁部に第１リード電極を接合する第１リード電極接合工程と、(ｂ)前記受光面の反対側に位置する前記太陽電池セルの固着面の全面に第２リード電極をその一面において接合する第２リード電極接合工程と、(ｃ)前記第１リード電極および前記第２リード電極を前記太陽電池セルに接合する以前にその第２リード電極の前記一面の反対側に位置する他面にその第２リード電極の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有する金属板を接合する金属板接合工程とを、含む工程により製造される。このようにすれば、太陽電池セルに第１リード電極および第２リード電極の両者が接合される際には、常温へ低下する過程におけるその第２リード電極の収縮がその他面に接合された金属板によって抑制される。そのため、その第２リード電極および太陽電池セルの熱膨張率差に基づくセル上面側に凸となる変形が好適に抑制される。したがって、その変形と、第１リード電極および太陽電池セルの熱膨張率差に基づくセル下面側に凸となる変形との変形方向の相違に起因する剪断応力が緩和されるので、太陽電池セルの割れが好適に抑制される。
【００１３】
　なお、上記効果は、第１リード電極および第２リード電極が接合されることによって太陽電池セルに作用する剪断応力が金属板で緩和され或いは解消されることによって得られる。したがって、「接合する以前に」とは、第１リード電極および第２リード電極が共に太陽電池セルに接合された状態になると同時に、またはそれよりも前に、第２リード電極の他面に金属板が接合されることを意味する。具体的な態様としては、例えば以下のものが挙げられる。(１)第１リード電極および第２リード電極と太陽電池セルとの接合と、第２リード電極と金属板との接合が同時に行われる場合。(２)第１リード電極および太陽電池セル、第２リード電極および金属板をそれぞれ接合し、その後、それらを(すなわち太陽電池セルと第２リード電極とを)接合する場合。(３)太陽電池セルに第２リード電極および金属板を接合し(これらの接合順序は問わない。何れかが先であっても同時であっても良い)、その後、太陽電池セルに第１リード電極を接合する場合。(４)太陽電池セルに第２リード電極を接合し、その後、金属板および第１リード電極をこの順序でまたは同時に接合する場合。
【００１４】
　また、好適には、前記太陽電池セルの電極構造を備えた太陽光発電装置は、前記金属板がその太陽電池セルから相互に反対方向にはみ出した部分をその外周縁部に備えたものであり、所定の放熱基台上にエポキシ樹脂層を形成するエポキシ樹脂層形成工程と、太陽電池セル、第１、第２リード電極、および金属板の接合体をエポキシ樹脂層に載せて加熱しつつ放熱基台に向かって加圧することにより、その接合体をエポキシ樹脂層を介して放熱基台に固着する熱圧着工程とを、更に含む工程によって製造される。このようにすれば、熱圧着させる際に、太陽電池セル近傍の第２リード電極面をその放熱基台に向かって押しつけることにより、その下側に位置する金属板を介して太陽電池セル直下の部分を含めて樹脂シートをより薄く変形させることができ、放熱時の熱抵抗を充分に小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
　以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【００１６】
　図１は、本発明の一実施例の太陽電池セルの電極構造を説明するための構成部材を相互に分離した状態で示す図、すなわち、構成部材相互の接合関係を説明する図である。図において、太陽電池セル１の上面１ａの両側縁には、従来と同様のバスバー電極９が形成されており(図６参照)、銅板製の第１リード電極たる上側リード電極２Ａ，２Ｂの端部がそれぞれ半田付け接合される。また、上記太陽電池セル１の下面１ｂに形成された図示しない下部電極には全面に、従来と同様に第２リード電極たる下側リード電極３が半田付け接合される(図５参照)。そして、下側リード電極３の下面の、太陽電池セル１との接合部とは反対側の面には、図における左右方向(すなわち上側リード電極２Ａ，２Ｂの長手方向)の長さ寸法が太陽電池セル１とほぼ同じ大きさの金属板４が半田付け接合される。
【００１７】
　上記の太陽電池セル１は、例えば、0.15〜0.17(mm)厚のGe基板である。また、上側と下側の各リード電極２Ａ，２Ｂ，３は、例えば、0.1(mm)厚の銅板から成るものであり、これらの両面には例えば約40(μm)厚で半田メッキが施してある。また金属板４は例えば0.3(mm)厚の42wt％Ni−Feの合金から成るものであり、その表面には例えば約1(μm)厚のSnメッキが施してある。金属板４の熱膨張率は太陽電池セル１のそれととほぼ同程度であり、銅板製の下側リード電極３の熱膨張率に対して一桁程度小さい。
【００１８】
　このような電極構造は、例えば、図９に示される工程図に従って以下のようにして形成される。すなわち、先ず、金属板接合工程Ｐ１では、それぞれ作製した上記の下側リード電極３および金属板４を半田付け等によって相互に接合する。一方、太陽電池セル作製工程Ｒ１においては、良く知られた半導体製造技術を用いて、上記の太陽電池セル１を作製する。この太陽電池セル１の上面すなわち受光面には上部電極すなわちバスバー電極９が形成されており、下面すなわち固着面には、図示しない下部電極が形成されている。次いで、下側リード電極接合工程Ｐ２では、例えば半田リフロー等によって下側リード電極３の上面すなわち金属板４とは反対側の一面に太陽電池セル１を固着する。これにより、その下部電極が下側リード電極３に接続される。
【００１９】
　このとき、前記のような熱膨張率および厚さ寸法の相互関係とされていることから、下側リード電極３の下面に金属板４を接合すると、半田付け後の常温へ低下する過程で図２に示すように太陽電池セル１は下方へ凸となる球面状に変形させられる。
【００２０】
　次いで、上側リード電極接合工程Ｐ３では、下側リード電極３上に接合された太陽電池セル１の上部電極９に上側リード電極２Ａ，２Ｂの端部を半田付け等によって接合する(例えば後述する図３参照)。このとき、太陽電池セル１の両側縁に半田付け接合された上側リード電極２Ａ，２Ｂは、従来技術で説明したように、常温へ低下する過程で下方へ凸となる円柱面状に変形させられるから、金属板４が接合されることによって前記のように下方に凸に変形させられた太陽電池セル１の側縁と、これに接合される上側リード電極２Ａ，２Ｂとが同方向へ変形することになる。この結果、上側リード電極２Ａ，２Ｂの接合部付近に剪断応力が生じるのは避けられ或いは緩和されるので、太陽電池セル１の割れの発生が防止される。
【００２１】
　なお、図９においては、上記のように金属板接合工程Ｐ１、下側リード電極接合工程Ｐ２、および上側リード電極接合工程Ｐ３をこれらの順序で順次に実施するものとしているが、これらの工程は、金属板接合工程Ｐ１がこれらの中で最後にならない範囲で適宜の順序で実施できる。例えば、工程Ｐ１、Ｐ３、Ｐ２の順に実施しても良く、工程Ｐ３、Ｐ１、Ｐ２の順序で実施しても良く、或いは、工程Ｐ２、Ｐ１、Ｐ３の順に実施しても良い。また、図１に示すように太陽電池セル１、上側リード電極２Ａ，２Ｂ、下側リード電極３、および金属板４を重ね合わせて加熱すれば、工程Ｐ１〜Ｐ３を同時に実施して同時に接合することができる。また、工程Ｐ２に続いて工程Ｐ１、Ｐ３を同時に実施して、上側リード電極２Ａ，２Ｂと金属板４とを同時に接合してもよい。或いは、工程Ｐ３に続いて工程Ｐ１、Ｐ２を同時に実施して、下側リード電極３と金属板４とを同時に接合しても良い。上記何れによっても、上側リード電極２Ａ，２Ｂと下側リード電極３とが共に接合された状態になるときには、接合後に常温へ低下する過程における変形方向が下側リード電極３に基づくものと上側リード電極２Ａ，２Ｂに基づくものとで同方向になるため、それらの変形方向の相違に起因する剪断応力が好適に緩和され或いは解消される。
【００２２】
　太陽電池セル１を下方へ凸となる球面状に変形させる程度は、例えば金属板４の厚みを変更することによって調整できる。この場合、金属板４の形状は、太陽電池セル１と同程度かやや大きくすると良い。なお、半田付け後の常温へ低下する過程で太陽電池セル１が変形することなく平板状態を維持するように金属板４の厚みを設定しても、太陽電池セル１の割れ発生防止には効果がある。
【００２３】
　図３は、上記のように形成された電極構造を接合状態で示す斜視図である。この図に示されるように、金属板４は、太陽電池セル１の直下から下側リード電極３に沿う方向へ延出させられ、その方向における長さ寸法が太陽電池セル１のそれよりも大きくなっている。すなわち、金属板４は、太陽電池セル１から相互に反対方向にはみ出した部分をその外周縁部に備えている。
【００２４】
　次いで、エポキシ樹脂層形成工程Ｐ４では、太陽電池セル１を固定するための放熱基台６上にエポキシ樹脂シート５を配置する。なお、この工程は、エポキシ樹脂シート５の配置に代えて、液状エポキシ樹脂を放熱基台６上に塗布するものであっても良い。次いで、熱圧着工程Ｐ５では、上記のように接合された太陽電池セル１、リード電極２Ａ，２Ｂ，３、および金属板４の接合体を、このエポキシ樹脂シート５上に載せて加熱しつつ放熱基台６に向かって加圧することにより、接合体をエポキシ樹脂シート５を介して放熱基台６に固着する。
【００２５】
　図４(１)，(２)は、下側リード電極３の長手方向に沿い且つ太陽電池セル１の受光面１ａに垂直な断面を用いて、上述した太陽電池セル１の放熱基台６への接着過程を説明する図である。なお、本図では、太陽電池セル１、上側および下側リード電極２Ａ，３等の厚みを実際のものとほぼ同比で描いた。太陽電池セル１はその放熱を図るために、エポキシ樹脂シート５を介して、例えば4(mm)厚程度のアルミニウム製の放熱基台６に接着される。
【００２６】
　通常、エポキシ樹脂シート５は0.35(mm)厚程度あり、放熱効率を上げるためには上記樹脂シート５を極力薄くする必要がある。このため、太陽電池セル１を放熱基台６に接着するに際しては、エポキシ樹脂シート５を例えば175(℃)、30分程度の所定の条件で加熱しつつ、これを0.1(mm)以下の厚さ寸法までに押し潰す。この場合、太陽電池セル１が破損しないように、図４(１)の矢印で示すように太陽電池セル１近傍の下側リード電極３面(図３の斜線部)を押しつけるようにする。ここにおいて本実施例では、金属板４を太陽電池セル１の直下から下側リード電極３に沿って延出させてあるから、その延出部分において下側リード電極３が金属板４で支持(すなわちバックアップ)される。そのため、太陽電池セル１近傍の下側リード電極３面を押しつければ、下方に位置する金属板４を介して太陽電池セル１直下のシート部分を含む樹脂シート５が良好に押し潰されるので、太陽電池セル１直下の樹脂シート５の厚みを0.1(mm)以下に薄くすることができる(図４(２))。これにより太陽電池セル１が放熱する際の熱抵抗を充分に小さくすることができる。
【００２７】
　以上説明したように、本実施例の電極構造によれば、下側リード電極３の下面にそれよりも熱膨張率が一桁程度小さい金属板４が接合されていることから、その下側リード電極３を太陽電池セル１に接合するに際しては、接合して常温へ低下する過程におけるその下側リード電極３の下面側の収縮がその下面に接合された金属板４によって抑制されるので、その収縮に起因して受光面１ａ側に凸となる球面状の変形が防止され、下方(固着面側)に凸に変形させられる。そのため、太陽電池セル１の側縁に上部リード電極２Ａ，２Ｂを接合して常温へ降下する過程で下方に凸となる変形方向と一致させられるので、上部リード電極２Ａ，２Ｂの接合部付近に剪断応力が発生することが避けられる。したがって、リード電極２Ａ，２Ｂ、３を半田付け接合した際のその剪断応力に起因する太陽電池セル１の割れが好適に防止される。
【００２８】
　また、本実施例においては、金属板４が太陽電池セル１から相互に反対方向にはみ出した部分をその外周縁部に備えていることから、太陽電池セル１の近傍のそれよりも外周側においても下側リード電極３が金属板４によって支持される。そのため、太陽電池セル１をエポキシ樹脂シート５により放熱基台６に接着する際に、太陽電池セル１近傍の下側リード電極３面をその放熱基台６に向かって押しつけることにより、その下側に位置する金属板４を介してエポキシ樹脂シート５を薄く変形させることができるので、放熱時の熱抵抗を充分に小さくすることができる。
【００２９】
　以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施できる。
【００３０】
　例えば、実施例においては、太陽電池セル１がGe基板で構成されていたが、本発明は、Si半導体や化合物半導体等の他の材料から成る太陽電池セルにも同様に適用される。
【００３１】
　また、実施例においては、リード電極２Ａ，２Ｂ，３が銅板で、金属板４が42wt％Ni-Fe合金でそれぞれ構成されていたが、リード電極２Ａ，２Ｂ，３は必要な導電率および熱伝導率を有する他の適宜の材料(特に好適には金属材料)で構成することができる。また、金属板４は、そのリード電極２Ａ，２Ｂ、３の構成材料に応じて太陽電池セル１に作用する剪断応力を十分に緩和でき或いは解消できる材料のうちから可及的に導電率および熱伝導率が高い適宜の材料(特に好適には金属材料)で構成することができる。
【００３２】
　また、実施例においては、金属板４が太陽電池セル１と同程度の熱膨張率を有していたが、金属板４は、下側リード電極３よりも熱膨張率が小さいものであれば足りるので、太陽電池セル１よりも熱膨張率が小さい材料や反対に大きい材料で構成することもできる。
【００３３】
　また、実施例においては、金属板４の外周縁部が下側リード電極３の長手方向において太陽電池セル１から相互に反対方向に且つ同様な大きさではみ出していたが、そのはみ出し部分は、少なくとも太陽電池セル１を挟んで略対称的に位置する部分を含んでいれば適宜の形状で設けられ、例えば、太陽電池セル１の全周からはみ出して形成されていても良い。また、例えば放熱基台６への固着時に支障が無ければ、このはみ出し部分は設けられなくとも良い。
【００３４】
　その他、一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態を示す電極構造の分解断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す電極構造の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す電極構造の斜視図である。
【図４】(１)は、本発明の一実施形態を示す電極構造の断面図であって、放熱基台に接着する過程を説明する図であり、(２)は、放熱基台に接着された状態を示す(１)に続く図である。
【図５】従来の電極構造の斜視図である。
【図６】下側リード電極を接合した状態の太陽電池セルの斜視図である。
【図７】上側リード電極を接合した状態の太陽電池セルの斜視図である。
【図８】従来の電極構造における剪断応力発生部位を示す斜視図である。
【図９】図１に示される電極構造および図４に示される固定構造の形成方法の要部を説明する工程図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…太陽電池セル、２Ａ，２Ｂ…上側リード電極、３…下側リード電極、４…金属板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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