(57)【要約】  【課題】出力取出電極端部と半導体基板表面との境界線付近に最も大きな応力が生じ、ストレスが集中しやすい状態となっているため、マイクロクラック等の損傷や、そこを起点に大きなひびや割れに発展するという問題があった。  【解決手段】配列された複数枚の太陽電池素子と、前記太陽電池素子の受光面側および／または非受光面側に設けられた、出力を外部へ取り出すための出力取出電極と、一の太陽電池素子の出力取出電極と隣接する他の太陽電池素子の出力取出電極とを半田によって電気的に接続する、銅箔を基材としたインナーリードと、を備えた太陽電池モジュールであって、前記インナーリードは、Ｓｎを含有するとともに次式を満たす半田によって表面を被覆されて成る。Σ（ＶｉＷｉ）＜２．８（Ｖｉ；前記半田を構成する元素の凝固時の収縮率（％）、Ｗｉ；前記半田を構成する元素の重量分率（半田全体を１とする））  【選択図】図１
2005191319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列された複数枚の太陽電池素子と、
前記太陽電池素子の受光面側および／または非受光面側に設けられた、出力を外部へ取り出すための出力取出電極と、
一の太陽電池素子の出力取出電極と隣接する他の太陽電池素子の出力取出電極とを半田によって電気的に接続する、銅箔を基材としたインナーリードと、を備えた太陽電池モジュールであって、
前記インナーリードは、Ｓｎを含有するとともに次式を満たす半田によって表面を被覆されて成る太陽電池モジュール。
Σ（ＶｉＷｉ）＜２．８
（ただし、Ｖｉ；前記半田を構成する元素の凝固時の収縮率（％）、Ｗｉ；前記半田を構成する元素の重量分率（半田全体を１とする））
【請求項２】
前記半田はＢｉを含有して成る請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記半田はＢｉを３〜８５重量％含有して成る請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記出力取出電極は主成分がＡｇであり、前記半田はＡｇを０．５〜６．５重量％含有して成る請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池モジュールに関し、特に半導体基板に電極を有する太陽電池素子を、複数枚インナーリードで接続した太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池素子の一般的な構造を図１および図２に示す。図１（ａ）は、太陽電池素子Ｘの断面の構造を示す図である。また、図２は、電極形状の一例を示す図であり、（ａ）は受光面側（表面）、（ｂ）は非受光面側（裏面）である。
【０００３】
このような太陽電池素子Ｘは次のようにして作製される。
【０００４】
まず、厚み０．３〜０．４ｍｍ程度、大きさ１００〜１５０ｍｍ角程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン等からなるｐ型半導体の半導体基板１を準備する。そして、半導体基板１にｎ型拡散層２を形成する。このようなｎ型拡散層２は、半導体基板１を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）中で加熱することによって、半導体基板１の表面部全体にｎ型不純物であるリン原子を拡散させて、厚み０．２〜０．５μｍ程度のｎ型拡散層２として形成することができる。その後、側面部と底面部の拡散層の部分を除去する。
【０００５】
太陽電池素子Ｘの受光面側には、例えば、窒化シリコン膜からなる反射防止膜３が形成される。このような反射防止膜３は、例えばプラズマＣＶＤ法等で形成され、パッシベーション膜としての機能をも有する。
【０００６】
そして、半導体基板１の表面に銀ペーストを、裏面にはアルミニウムペーストおよび銀ペーストを塗布して焼成することにより、表面電極５および裏面電極６を同時に形成する。
【０００７】
図２（ａ）に示されるように裏面電極６は裏面から出力を取り出すための裏面出力取出電極６ａと裏面集電用電極６ｂからなる。また、図２（ｂ）に示されるように表面電極５は表面から出力を取り出すための表面出力取出電極５ａと、これに直交するように設けられた表面集電用電極５ｂとから構成される。
【０００８】
裏面集電用電極６ｂは、アルミニウムペーストをスクリーン印刷法で印刷して焼き付けることによって形成され、このときに半導体基板１中にアルミニウムが拡散して、裏面で発生したキャリアが再結合することを防ぐ裏面電界層４が形成される。また、表面出力取出電極５ａ、表面集電用電極５ｂ、裏面出力取出電極６ａは銀ペーストをスクリーン印刷法で印刷して焼成する方法によって形成される。なお、表面電極５は、反射防止膜３の電極に相当する部分をエッチング除去して形成される場合と、もしくは反射防止膜３の上から、ファイアースルーという手法によって直接形成される場合とがある。
【０００９】
また、これら太陽電池素子Ｘの電極部には出力を外部に取り出すための配線をしやすくしたり、電極の耐久性を維持したりするために半田が被覆される場合もあり、この半田の被覆には、ディップ法、噴流式等が採用されている。
【００１０】
太陽電池素子一枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。太陽電池モジュールの一例として、図１（ｂ）に、図１（ａ）の太陽電池素子Ｘを組み合わせて構成した太陽電池モジュールＹを示す。
【００１１】
図１（ｂ）に示すように、複数の太陽電池素子Ｘは、インナーリード７によって電気的に接続され、透光性パネル８と裏面保護材１０の間にエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材９で気密に封入されて、太陽電池モジュールＹを構成している。太陽電池モジュールＹの出力は、出力配線１１を経て端子ボックス１２に接続されている。図１（ｃ）に、図１（ｂ）の太陽電池モジュールＹの内部構造の部分拡大図を示す。
【００１２】
図１（ｃ）に示すように、太陽電池素子Ｘ１の表面出力取出電極５ａと、隣接する太陽電池素子Ｘ２の裏面出力取出電極６ａとをインナーリード７によって接続して、複数の太陽電池素子Ｘ同士が電気的に接続されている。一般的にインナーリードは厚さ０．１〜０．３ｍｍ程度の銅箔等の全面を半田被覆したものを用いており、このインナーリード７と太陽電池素子Ｘの出力取出電極（５ａ、６ａ）とをインナーリードに被覆されている半田を加熱し、部分的もしくは全長にわたり圧着させることにより太陽電池素子Ｘとインナーリード７とを半田によって接続する。
【特許文献１】特開２００３−６９０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述のように、インナーリード７と太陽電池素子Ｘの出力取出電極（５ａ、６ａ）とを接続するときには、あらかじめ出力取出電極（４ａ、５ａ）の表面に半田の被覆を設けておき、インナーリード７を被覆する半田と合わせて互いに加熱溶着する場合、インナーリード７のみに半田の被覆を設けておき、フラックスを用いるなどして電極部に直接、インナーリード７の半田を加熱溶着させる場合などがあるが、これらの従来の太陽電池素子Ｘ、または太陽電池モジュールＹにおいて、出力取出電極（４ａ、５ａ）に沿って割れが発生するという問題があった。
【００１４】
この問題に鑑み、発明者が鋭意検討を行ったところ、次のような事実が判明した。
【００１５】
図３に、電極の断面にかかるストレスをシミュレーションした図を示す。なお、断面図は構成をわかりやすくするため、要部の寸法を誇張して描いてあり、実際の寸法比率とは異なる。
【００１６】
図３に表示されているように、表面出力取出電極５ａの端部と半導体基板１表面との境界線付近に最も大きな引張応力が生じ、ストレスが集中しやすい状態となっていることがわかる。
【００１７】
このストレスが原因となって、出力取出電極（５ａ、６ａ）下部の半導体基板１にマイクロクラック等の欠陥が発生し、後工程において、このマイクロクラックを起点に大きなひびや割れに発展するという問題や、出力が充分に取り出せない、出力が低下するといった問題を引き起こすことが判明した。また、特に、太陽電池モジュールは通常、野外に設置されるため日々の温度サイクルによる収縮、膨張が繰り返される。このときのストレスが加重されて、出力取出電極（５ａ、６ａ）端部と半導体基板１の表面との境界線付近にもかかるため、太陽電池素子Ｘに割れが発生し長期信頼性が低下するという問題が発生する。
【００１８】
一方、環境問題が重要視される中、Ｓｎ−Ｐｂの共晶半田に含まれる鉛の人体への影響が問題となってきており、鉛を含まないいわゆる鉛フリー半田と呼ばれる半田材料が盛んに検討されている。しかし、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｎｉ系等の鉛フリー半田を用いた場合では、出力取出電極（５ａ、６ａ）の端部にかかるストレスが顕著に表れやすくなっている。
【００１９】
また、あらかじめ出力取出電極（４ａ、５ａ）の表面に半田の被覆を設けておき、インナーリード７を被覆する半田と合わせて互いに加熱溶着する場合においては、電極表面に被覆された半田があるため、溶着に用いられる半田の厚みが厚くなり、そのため、出力取出電極（５ａ、６ａ）の端部にかかるストレスが顕著に表れやすくなっている。そのためストレスの程度が激しい場合には、出力取出電極下部の半導体基板１にマイクロクラック等の損傷を与えることがある。
【００２０】
さらに、近年コスト削減の観点から、半導体基板１の厚みを薄くして半導体材料の使用量を削減するという試みもなされている。半導体基板１の厚みが薄くなれば、その分衝撃やストレスに対して弱くなり、このような半田によるストレスがかかると割れやクラックの発生頻度が高くなるという問題もある。
【００２１】
このような問題を解決するために、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田では被覆される銅箔にＦｅ−Ｎｉなどのインバー材を使用しストレスを緩和することも行われるが、導体抵抗が高く出力の損失を招くという問題があった。
【００２２】
また、特許文献１には、太陽電池素子の裏面、表面および側面に補強材をつけることで太陽電池素子およびモジュールの製造工程における素子の割れを削減できるという方法が開示されている。しかし、この方法によれば、半導体基板の薄型化に伴う半導体基板のエッジ部における割れを抑制することはできるものの、出力取出電極端部と半導体基板表面との境界線付近にかかるストレスは低減することができないため、マイクロクラック等の欠陥の発生を抑制することはできない。
【００２３】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、出力の損失を招くことなく、太陽電池素子の出力取出電極の端部と半導体基板の境界付近にかかるストレスを低減し、このストレスに起因するマイクロクラック等の欠陥の発生を抑制した太陽電池モジュール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】
【００２４】
上記課題に鑑み実験を行ったところ、上述のストレスは、太陽電池素子とインナーリードとを接続する半田が凝固して収縮するストレスと、銅箔を基材としたインナーリードが半田の作業温度から室温まで冷却されたときに収縮するストレスと、の２つが内部応力として蓄積し、最も強度の弱い太陽電池素子の出力取出電極の端部と半導体基板の境界付近において、その蓄積された歪みがマイクロクラックとして顕在化していることを知見した。この知見に基づいて発明者らは、以下のような本発明による手段を用いることによって、上記課題を解決できることを見出したのである。
【００２５】
本発明に請求項１にかかる太陽電池モジュールは、配列された複数枚の太陽電池素子と、前記太陽電池素子の受光面側および／または非受光面側に設けられた、出力を外部へ取り出すための出力取出電極と、一の太陽電池素子の出力取出電極と隣接する他の太陽電池素子の出力取出電極とを半田によって電気的に接続する、銅箔を基材としたインナーリードと、を備えた太陽電池モジュールであって、前記インナーリードは、Ｓｎを含有するとともに次式を満たす半田によって表面を被覆されて成る。
【００２６】
Σ（ＶｉＷｉ）＜２．８
Ｖｉ；前記半田を構成する元素の凝固時の収縮率（％）
Ｗｉ；前記半田を構成する元素の重量分率（全体を１とする）
すなわち、上式は、半田を構成する元素の各々が凝固時に収縮するときの収縮率（％）に対して、各々の元素の重量分率をかけ合わせたものの合計であり、これらの元素の組合せによって構成される半田が凝固するときの収縮率と関係した値となる。
【００２７】
なお、本発明において、半田を構成する元素の凝固時の収縮率とは、融液状態から固体の状態に相転移したときに、その体積が変化する割合（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ（Ｖ１：融液時の体積、Ｖ２：固体時の体積）を表したものであり、この収縮率が正の値の場合は、体積が減少することを表し、この収縮率が負の値の場合は、体積が増加することを表す。本発明においては、収縮率として負の値、すなわち体積が増加する場合も取りうる。
【００２８】
例えば、半田がＳｎ−５Ａｇ−０．５Ｃｕの場合には、半田を構成する元素は３つであり、それぞれの凝固時の収縮率は、Ｓｎ：２．８％、Ａｇ：３．８％、Ｃｕ：４．２％であり、全体を１としたときのそれぞれの重量分率は、Ｓｎ：０．９４５（＝５−０．００５）、Ａｇ：０．０５、Ｃｕ：０．００５であるから、Σ（ＶｉＷｉ）＝２．８×０．９４５＋３．８×０．０５＋４．２×０．００５＝２．８６＞２．７となり、本発明の範囲外であることがわかる。なお、各元素の凝固時の収縮率について、一般に知られている値を表１に記載する。本明細書は、この表の値に基づいて計算を行うことを前提としている。
【表１】
2005191319.tif 000003
【００２９】
このように、銅箔を基材としたインナーリードは、上式の範囲を満たす半田によって被覆されているので、インナーリードの冷却時の収縮が、半田の凝固時の収縮によって加重される度合いが少なくなり、従来の半田を用いたときと比べてストレスを緩和することが可能となる。
【００３０】
そして、本発明の請求項２にかかる太陽電池モジュールは、請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記半田は、Ｂｉを含有し、さらに、本発明の請求項３にかかる太陽電池モジュールは、前記半田は、Ｂｉを３〜８５重量％含有するように構成した。Ｂｉは水などと同様に凝固時に体積が増加する、すなわち凝固時の収縮率が負の値を示す（−３．３５％）物質であるため、Ｂｉを含有する半田は、凝固時の収縮率に関係した上式Σ（ＶｉＷｉ）の値が小さくなり、最適量（３〜８５重量％）を含有する場合、最も良好にストレスを緩和することができる。
【００３１】
本発明の請求項４にかかる太陽電池モジュールは、請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記出力取出電極は、主成分がＡｇであり、前記半田は、Ａｇを０．５〜６．５重量％含有するように構成した。このような構成としたことにより、太陽電池素子の出力取出電極として半田に対する濡れ性が高く、そして低抵抗のＡｇを用いても半田による銀喰われの現象を抑えることができ、半田の接続の信頼性が高い高効率の太陽電池モジュールとなる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、銅箔を基材としたインナーリードは、その片面が凝固時の収縮率に関係した式がある条件を満たす、すなわちΣ（ＶｉＷｉ）＜２．８となるような半田によって被覆されているので、インナーリードの冷却時の収縮が、半田の凝固時の収縮によって加重される度合いが少なくなり、ストレスを緩和することが可能となる。その結果、出力取出電極端部と半導体基板表面との境界線付近の引張応力が緩和され、日々の温度サイクルストレスによる太陽電池モジュールの電極付近における割れを抑制することができる。
【００３３】
そして、本発明によれば、半田にＢｉを含有するようにしたので、半田は凝固時の収縮率に関係した上式Σ（ＶｉＷｉ）の値が小さくなり、最適量（３〜８５重量％）を含有する場合、最も良好にストレスを緩和することができるから、太陽電池モジュールの電極付近における割れを抑制することができる。また、作業温度の管理を緩めることができる。
【００３４】
また、本発明によれば、太陽電池素子の出力取出電極として半田に対する濡れ性が高く、そして低抵抗のＡｇを用いても半田による銀喰われの現象を抑えることができ、半田の接続の信頼性が高い高効率の太陽電池モジュールとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の太陽電池モジュールを添付図面に基づき詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の太陽電池モジュールにかかる太陽電池素子Ｘの断面の構造を示す図である。また、図２は、電極形状の一例を示す図であり、（ａ）は受光面側（表面）、（ｂ）は非受光面側（裏面）である。
【００３６】
図１（ａ）において、１はシリコン基板であるｐ型の半導体基板、２はｎ型拡散層、３は反射防止膜、４は裏面電界層、５ａは表面出力取出電極、６ａは裏面出力取出電極、６ｂは裏面集電用電極を示す。
【００３７】
ここで、太陽電池素子Ｘの製造工程を説明する。まず、単結晶シリコンや多結晶シリコン等からなるｐ型の半導体基板１を準備する。この半導体基板１は、ボロン（Ｂ）などの一導電型半導体不純物を１×１０１６〜１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有し、比抵抗１．０〜２．０Ω・ｃｍ程度の基板である。単結晶シリコン基板の場合は引き上げ法などによって形成され、多結晶シリコン基板の場合は鋳造法などによって形成される。多結晶シリコン基板は、大量生産が可能であり、製造コスト面で単結晶シリコン基板よりも有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを３００μｍ程度の厚みにスライスして、１０ｃｍ×１０ｃｍまたは１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して半導体基板１とする。
【００３８】
その後、基板の切断面を清浄化するために表面をフッ酸やフッ硝酸などでごく微量エッチングする。
【００３９】
次に、半導体基板１を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）などの不純物元素を含むガス中で熱処理することによって、半導体基板１の表面部分にリン原子を拡散させてシート抵抗が３０〜３００Ω／□程度のｎ型拡散層２を形成する。
【００４０】
そして、半導体基板１の表面側のみにｎ型拡散層２を残して他の部分を除去した後、純水で洗浄する。この半導体基板１の表面側以外のｎ型拡散層２の除去は、半導体基板１の表面側にレジスト膜を塗布し、フッ酸と硝酸の混合液を用いてエッチング除去した後、レジスト膜を除去することにより行う。
【００４１】
さらに、半導体基板１の表面側に反射防止膜３を形成する。この反射防止膜３は例えば窒化シリコン膜などから成り、例えばシラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）との混合ガスをグロー放電分解でプラズマ化させて堆積させるプラズマＣＶＤ法などで形成される。この反射防止膜３は、半導体基板１との屈折率差などを考慮して、屈折率が１．８〜２．３程度になるように形成され、厚み５００〜１０００Å程度の厚みに形成される。この窒化シリコン膜は、形成の際に、パッシベーション効果があり、反射防止の機能と併せて、太陽電池の電気特性を向上させる効果がある。
【００４２】
そして、半導体基板１の表面に銀ペーストを、裏面にはアルミニウムペーストおよび銀ペーストを塗布して焼成することにより、表面電極５および裏面電極６を同時に形成する。
【００４３】
図２（ａ）に示されるように裏面電極６は裏面から出力を取り出すための裏面出力取出電極６ａと裏面集電用電極６ｂからなる。また、図２（ｂ）に示されるように表面電極５は表面から出力を取り出すための表面出力取出電極５ａと、これに直交するように設けられた表面集電用電極５ｂとから構成される。
【００４４】
裏面集電用電極６ｂはアルミニウム粉末と有機ビヒクルとガラスフリットをアルミニウム１００重量部に対してそれぞれ１０〜３０重量部、０．１〜５重量部を添加してペースト状にしたアルミニウムペーストを、例えばスクリーン印刷法で印刷し、乾燥後に同時に６００〜８００℃で１〜３０分程度焼成することにより焼き付けられる。このときに半導体基板１中にアルミニウムが拡散して、裏面で発生したキャリアが再結合することを防ぐ裏面電界層４が形成される。
【００４５】
また、裏面出力取出電極６ａ、表面出力取出電極５ａ、表面集電用電極５ｂは、銀粉末と有機ビヒクルとガラスフリットを銀１００重量部に対してそれぞれ１０〜３０重量部、０．１〜５重量部を添加してペースト状にした銀ペーストを、例えばスクリーン印刷法で印刷、乾燥後に同時に６００〜８００℃で１〜３０分程度焼成することにより焼き付けられる。なお、表面電極５は、反射防止膜３の電極に相当する部分をエッチング除去して形成してもよいし、もしくは反射防止膜３の上から、ファイアースルーという手法によって直接形成してもよい。
【００４６】
裏面出力取出電極６ａを形成した後、裏面集電用電極６ｂを裏面出力取出電極６ａの一部を覆わないように形成する。なお、この裏面出力取出電極６ａと裏面集電用電極６ｂを形成する順番はこの逆でもよい。また、裏面電極６においては上記構造をとらず、表面電極５と同様の銀を主成分とする格子状に出力取出電極と集電用電極で構成された構造としてもよい。
【００４７】
太陽電池素子一枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。太陽電池モジュールの一例として、図１（ｂ）に、図１（ａ）の太陽電池素子Ｘを組み合わせて構成した太陽電池モジュールＹを示す。
【００４８】
図１（ｂ）に示すように、複数の太陽電池素子Ｘは、インナーリード７によって電気的に接続され、透光性パネル８と裏面保護材１０の間にエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材９で気密に封入されて、太陽電池モジュールＹを構成している。太陽電池モジュールＹの出力は、出力配線１１を経て端子ボックス１２に接続されている。図１（ｃ）に、図１（ｂ）の太陽電池モジュールＹの内部構造の部分拡大図を示す。
【００４９】
図１（ｃ）に示すように、太陽電池素子Ｘ１の表面出力取出電極５ａと、隣接する太陽電池素子Ｘ２の裏面出力取出電極６ａとをインナーリード７によって接続して、複数の太陽電池素子Ｘ同士が電気的に接続されている。インナーリード７を裏面出力取出電極６ａと表面出力取出電極５ａの全長もしくは複数箇所をホットエアーなどの熱溶着により接続して、太陽電池素子Ｘ同士を接続配線されている。
【００５０】
インナーリード７として、厚さ１００〜３００μｍ程度の銅箔を基材とし、その表面全体に２０〜７０μｍ程度の半田１３を被覆し、所定の長さに切断したものを用いる。そして、本発明においては、このインナーリード７に被覆する半田１３としては、Ｓｎ系で、Σ（ＶｉＷｉ）＜２．８を満たす。（ここで、Ｖｉ；前記半田を構成する元素の凝固時の収縮率（％）、Ｗｉ；前記半田を構成する元素の重量分率（全体を１であるとする））
すなわち、上式は、半田を構成する元素の各々が凝固時に収縮するときの収縮率（％）に対して、各々の元素の重量分率をかけ合わせたものの合計であり、これらの元素の組合せによって構成される半田が凝固するときの収縮率と関係した値となる。なお、表１には一般的に知られた元素の凝固時の収縮率について記載した。
【００５１】
例えば、通常用いられているＳｎ−Ｐｂ系半田は、ＳｎとＰｂをそれぞれ約６：４の重量比で混合した合金であり、共晶点である約１８３℃以上の温度では融液となる。また、表１より、Ｓｎの凝固時の収縮率２．８％、Ｐｂの凝固時の収縮率３．５％なので、上式Σ（ＶｉＷｉ）＝２．８×０．６＋３．５×０．４＝３．０８となる（本発明の範囲外の値）。
【００５２】
インナーリード７は銅箔（線膨張率１．６２×１０−５／Ｋ）を基材としており、作業温度である２００℃付近で出力取出電極とホットエアーなどの熱溶着により接続され、室温（約２０℃）まで冷却したときに約０．３％程度収縮する。したがって、この収縮が、従来用いられていたＳｎ−Ｐｂ系半田の凝固時の収縮と加重されるため、これらが内部応力として蓄積し、最も強度の弱い太陽電池素子の出力取出電極の端部と半導体基板の境界付近において、マイクロクラックが生ずる原因となっていた。
【００５３】
これに対して、本発明にかかるインナーリード７は、凝固するときの収縮率と関係した上式Σ（ＶｉＷｉ）＜２．８の関係を満たす半田１３によって、その片面が被覆されているので、インナーリード７の冷却時の収縮が、半田１３の凝固時の収縮によって加重される度合いが少なくなるので、出力取出電極端部と半導体基板表面との境界線付近の引張応力が緩和され、日々の温度サイクルストレスによる太陽電池モジュールの電極付近における割れを抑制することができる。
【００５４】
なお、本発明がこのように効果を奏する原因について、詳細は解析中であるが、発明者らは以下のように推測している。
【００５５】
まず、凝固時の収縮率に対して、インナーリード７の銅箔基材の収縮率（約０．３％）は１／１０程度と非常に小さいが、凝固時の収縮率は、融液から固体に相転移したときの体積の変化であるため、本来であれば、半田１３が融液（例えば、作業温度である２００℃）から共晶点（１８３℃）に至るまでの間に、粘性として歪みエネルギーは蓄積されずに消費されてしまうはずである。しかしながら、共晶点に近付くに連れて次第に粘度が上昇したり、融液が完全な共晶組成から幾分ずれていたりすることによって融液と析出結晶が共存したりするため、融液から固体に相転移するまでの間に、凝固時の収縮による歪みエネルギーが完全には吸収されず弾性的に蓄積して、インナーリード７の冷却時の収縮による歪みに対して、半田１３の凝固時の収縮による歪みが加重されるという結果を生じているものと思われる。また、インナーリード７の基材である銅と半田１３の成分（Ｓｎ）とが反応して界面に形成される硬くてもろい金属間化合物、例えばη相（Ｃｕ６Ｓｎ５）やε相（Ｃｕ３Ｓｎ）の存在のため、このような応力の緩和が妨げられている可能性もある。
【００５６】
なお、半田１３自体も熱膨張率（３〜５×１０−５／Ｋ）を有しているため、銅箔と同時に収縮するが、銅箔に対して、半田１３は非常に柔らかく展性にも富むこと、銅箔に比べて薄いこと（１／４以下）などの理由から、インナーリード７の収縮は、ほぼ銅箔の収縮によって定まると推測される。
【００５７】
また、上式Σ（ＶｉＷｉ）は、半田１３を構成する元素の各々が凝固時に収縮するときの収縮率（％）に対して、各々の元素の重量分率をかけたものを合計した値であり、半田を構成する元素間に線形の関係が成り立っていると仮定して求めた仮想値である。実際の半田は、例えば置換型固溶体の共晶合金となっていたり、組成の微小なずれによって、一部の金属元素が偏析していたりするため、厳密には線形の関係は成り立たないが、発明者らは実験の結果、本発明の範囲内において、この仮想値が、これらの元素の組合せによって構成される半田が凝固するときの収縮率と非常に深い関係にあることを見出し、実際に測定を行わなくても、この値を比較することによって、本発明の用途に対して半田の適否を判断することができることを見出したのである。
【００５８】
上述のような条件を満たす半田としては、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系、ＳＮ−Ｓｂ系などの組成系の半田において、表１を参照しながら、適切な融点が得られる半田の組成の組合せの中から選択すればよい。選択した例については、後述する実施例において示す。
【００５９】
また、上述の組成系の半田の中でも、特にＢｉを含有する組成系として構成することが望ましい。その理由としては、Ｂｉは水などと同様に凝固したときに体積が増加する（−３．３５％）物質であるため、上述の半田に対してＢｉを含有させることによって、容易に凝固時の収縮率を小さくさせて、凝固するときの収縮率と関係した上式Σ（ＶｉＷｉ）＜２．８の関係を満たすようにすることが可能となるからである。なお、Ｓｎと半田合金を形成する物質においては、Ｂｉ以外には凝固時に体積が増加する材料は知られておらず、Ｂｉを含まない構成ではかなり微妙な組成構成が必要となる。また、Ｂｉを含有させることによって、Ｐｂを含まない半田とすることも容易となり、自然環境を考慮した太陽電池モジュールを提供することができる。
【００６０】
そして、Ｂｉの含有量は、３〜８５重量％となるように構成することが望ましい。上記範囲であれば、最も良好にストレスを緩和することができる。その他、ＳｎとＢｉの間で共晶組成を作るため、作業温度を下げて行うことができるというメリットもある。そのため、例えば、出力取出電極（５ａ、６ａ）を、Ａｇを含むように構成した場合に、作業中に銀が半田中に取り込まれる、いわゆる銀喰われの現象を防止することができる。
【００６１】
なお、出力取出電極（５ａ、６ａ）としてＡｇが主成分とした場合、半田に対して、Ａｇを０．５〜６．５重量％含有するように構成することが望ましい。その理由として、太陽電池素子の出力取出電極として半田に対する濡れ性が高く、そして低抵抗のＡｇを用いても半田による銀喰われの現象を抑えることができ、半田の接続の信頼性が高い高効率の太陽電池モジュールとなる。なお、Ａｇの含有量が０．５重量％より低いときには、濡れ性を向上する効果が十分に得られず、また、Ａｇの含有量が６．５重量％を越えると、半田１３と出力取出電極（５ａ、６ａ）との界面に脆性なＡｇ３Ｓｎの析出量が増して衝撃に対して弱くなるという問題があることから、この範囲とすることが望ましい。
【００６２】
このように本発明によれば、出力取出電極（５ａ、６ａ）の端部とシリコン基板１表面との境界線付近にかかる引張応力を低減することができ、ストレスの集中を抑制できるため、出力取出電極（５ａ、６ａ）下部のシリコン基板１にマイクロクラック等の欠陥の発生を抑制することができ、後工程におけるひびや割れを抑制することができるようになる。また、屋外に設置した場合の日々の温度サイクルによるストレスが電極付近に集中することがないため、長期間使用しても出力取出電極（５ａ、６ａ）の長手方向近傍での割れが発生することはない。
【００６３】
さらに、インナーリード７に被覆されている半田１３を、Ｂｉとすれば、Ｐｂを含まない半田とすることができるので、自然環境を考慮した太陽電池モジュールを提供することができる。
【００６４】
なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。
【００６５】
例えば、上述の説明では、特に言及しなかったが、本発明においては、あらかじめ太陽電池素子Ｘの出力取出電極（５ａ、６ａ）の表面には半田を被覆せずにフラックスを塗布し、インナーリード７に被覆されている半田を溶融させることにより、この半田だけで、太陽電池素子Ｘの出力取出電極（５ａ、６ａ）とインナーリード７を接続するようにすることが望ましい。
【実施例】
【００６６】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００６７】
図１（ａ）に示すように、外形が１５ｃｍ×１５ｃｍで、抵抗１．５Ω・ｃｍのｐ型の多結晶シリコンである半導体基板１表面のダメージ層をアルカリでエッチングして洗浄した。次に、この半導体基板１を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）の中で加熱することによって、半導体基板１の表面にリン原子を１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度となるように拡散させて、ｎ型拡散層２を形成した。その上にプラズマＣＶＤ法によって反射防止膜３となる厚み８５０Åの窒化シリコン膜を形成した。
【００６８】
この半導体基板１の裏面側に裏面集電用電極６ｂを形成するために、アルミニウム粉末と有機ビヒクルとガラスフリットをアルミニウム１００重量部に対してそれぞれ２０重量部、３重量部を添加してペースト状にしたアルミニウムペーストをスクリーン印刷法によって塗布して乾燥させた。そして、裏面側に裏面出力取出電極６ａを、表面側に表面電極５（表面出力取出電極５ａ、表面集電用電極５ｂ）を形成するために、銀粉末と有機ビヒクルとガラスフリットを銀１００重量部に対してそれぞれ２０重量部、３重量部を添加してペースト状にした銀ペーストをスクリーン印刷法で塗布して乾燥させた。その後、７５０℃で１５分間焼き付けて、表面出力取出電極５ａおよび裏面出力取出電極６ａの幅をそれぞれ２ｍｍで、表裏面に同時に電極を形成した。
【００６９】
次に、約３０μｍの厚みを有する半田１３の層を設けた幅２ｍｍ、厚さ２００μｍの銅箔製のインナーリード７を、フラックスが塗布されたそれぞれの出力取出電極（５ａ、６ａ）の全長にわたってホットエアーの熱溶着により貼り付けて、上述の太陽電池素子同士を接続配線した。
【００７０】
このとき、試料Ｎｏ．１〜８に用いられた半田はＢｉを１〜９０重量％、Ａｇを２重量％、残部がＳｎから構成されている。また、試料Ｎｏ．９〜１２に用いられた半田はＢｉを５０重量％、Ａｇを０．１〜９重量％、残部がＳｎから構成されている。
【００７１】
また、各試料は、上述の手順に従って、Σ（ＶｉＷｉ）＜２．８（Ｖｉ；前記半田を構成する元素の凝固時の収縮率（％）、Ｗｉ；前記半田を構成する元素の重量分率（半田全体を１とする））を満たすかどうかを考慮に入れつつ選択した。
【００７２】
その後、上述のようにして太陽電池素子同士を接続配線したものを図１（ｂ）に示すように、透光性パネル８と裏面保護材１０との間に充填材９として、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート共重合体）を用いて封入して太陽電池モジュールを形成した。
【００７３】
太陽電池素子の表裏両面の出力取出電極（５ａ、６ａ）にインナーリード７を貼り付けた太陽電池素子について、ソーラーシミュレータを用いて２５℃、Ａｍ−１．５の条件で電気特性の測定を行うとともに、太陽電池モジュール製造時の歩留まりを求めた。
【００７４】
このとき、試料Ｎｏ．１３として銅箔をＳｎ−５Ａｇ−０．５Ｃｕの半田で被覆したインナーリード、また、試料Ｎｏ．１４として銅箔の中央部にＦｅ−３６Ｎｉからなるインバー材を銅箔で挟み込んだものをＳｎ−５Ａｇ−０．５Ｃｕの半田で被覆したインナーリード、Ｎｏ．１５として銅箔をＳｎ−０．４Ｐｂの半田で被覆したインナーリードを用いて作製した太陽電池素子、太陽電池モジュールについても同様の試験を行った。
【表２】
2005191319.tif 000004
【００７５】
表２より、試料Ｎｏ．１３〜１５は、いずれも本発明のΣ（ＶｉＷｉ）＜２．８の条件を満たさない、本発明の範囲外の試料であり、いずれも太陽電池の特性かもしくは歩留まりが悪く、不満足な結果となった。
【００７６】
それに対して、本発明のΣ（ＶｉＷｉ）＜２．８の条件を満たす、本発明の範囲内である試料Ｎｏ．１〜１２は、いずれも太陽電池の特性および歩留まりが良好となり、本発明の効果が確認された。
【００７７】
なお、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇの半田で被覆された銅箔を用いた本発明の試料であり、太陽電池モジュールの歩留まりはいずれも９０％以上であり、特にＢｉの含有量が３〜８５重量％である試料Ｎｏ．２〜７については、太陽電池モジュールの歩留まりは９３％以上であり、電気特性も低下させることもなく、発明の効果を良好に奏することが確認された。
【００７８】
また、試料Ｎｏ．１または８は、Ｂｉの含有量にともない作業温度が上がったため、熱ストレスにより若干歩留まりが悪くなったものだと考えられる。
【００７９】
また、試料Ｎｏ．９は、Ａｇの含有量が０．１重量％であるため、電極部との濡れ性が向上しないため、インナーリードと出力取出電極との接着が弱く、そのため若干電気特性が低下したものだと考えられる。
【００８０】
さらに、試料Ｎｏ．１２は、Ａｇの含有量が９重量％であるため、脆性なＡｇ３Ｓｎが析出したために、若干歩留まりが悪くなったものだと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】（ａ）は太陽電池素子Ｘの断面の構造を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の太陽電池素子Ｘを組み合わせて構成した太陽電池モジュールＹであり、（ｃ）は、（ｂ）の太陽電池モジュールＹの内部構造の部分拡大図である。
【図２】太陽電池素子Ｘの電極形状の一例を示す図であり、（ａ）は受光面側（表面）、（ｂ）は非受光面側（裏面）である。
【図３】電極の断面にかかるストレスをシミュレーションした変形モード図と応力ベクトル図である。
【符号の説明】
【００８２】
１：半導体基板
２：ｎ型拡散層
３：反射防止膜
４：裏面電界層
５：表面電極
５ａ：表面出力取出電極
５ｂ：表面集電用電極
６：裏面電極
６ａ：裏面出力取出電極
６ｂ：裏面集電用電極
７：インナーリード
８：透光性パネル
９：充填材
１０：裏面保護材
１１：出力配線
１２：端子ボックス
１３：半田
Ｘ、Ｘ１、Ｘ２：太陽電池素子
Ｙ：太陽電池モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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