(57)【要約】  【課題】  太陽電池モジュールの出力特性は維持しつつ、太陽電池素子接続用インナーリードの剥離を抑制した太陽電池モジュールを提供する。  【解決手段】  複数の太陽電池素子を電気的に接続するために設けられた、金属箔に半田を被覆して成る太陽電池素子接続用インナーリード１０であって、前記金属箔１１は複数本の金属材を束ねて構成されていることを特徴とする。  【選択図】  図１
2005191116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池素子を電気的に接続するために設けられた、金属箔に半田を被覆して成る太陽電池素子接続用インナーリードであって、前記金属箔は複数本の金属材を束ねて構成されていることを特徴とする太陽電池素子接続用インナーリード。
【請求項２】
前記複数本の金属材を束ねて構成される前記金属箔はその各々の金属材が金属箔の幅方向に一列状に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子接続用インナーリード。
【請求項３】
前記複数本の金属材を束ねて構成される前記金属箔はその各々の金属材が金属線からなる撚線より構成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子接続用インナーリード。
【請求項４】
前記金属材が銅であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池素子接続用インナーリード。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池素子接続用インナーリードを用いて複数の太陽電池素子を電気的に接続した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】
本発明は太陽電池素子接続用インナーリードに関するものであり、また、複数の太陽電池素子を上記太陽電池素子接続用インナーリードにより電気的に接続した太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽電池素子の断面図を図３に示す。図３において、１２は半導体基板、２は拡散層、３は反射防止膜、４はＢＳＦ層、５は表面電極、６は裏面電極、７は半田層を示す。
【０００３】
図３に示すように太陽電池素子１は、Ｐ型領域とＮ型領域から形成されており、Ｎ型領域の表面には表面電極５が設けられており、Ｐ型領域の表面には裏面電極６が設けられている。
【０００４】
太陽電池素子の表面に形成する電極は、電極材料をスクリーン印刷法によって半導体基板上１２の表裏面に塗布し焼きつけることによって得る方法が一般的である。
【０００５】
図４は一般的な太陽電池素子の表面構造を説明するための図である。
【０００６】
表面電極５は、図４に示すように太陽電池素子接続用インナーリードの接続用電極のバスバー電極８と集電用電極のフィンガー電極９から形成されている。
【０００７】
ここでいう太陽電池素子接続用インナーリードは太陽電池素子同士を電気的に接続するもので、通常、厚さ０．１ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを、所定の長さに切断し、太陽電池素子の電極上にハンダ付けして用いる。太陽電池素子接続用インナーリードは、例えば直列接続する場合には、隣接する太陽電池素子同士の受光面側の電極と裏面側の電極を交互に接続する。
【０００８】
図３では裏面電極６を裏面全面に均一に形成している図を示したが、裏面電極６も太陽電池素子接続用インナーリードの接続用バスバー電極と集電電極から構成してもよい。表裏面のバスバー電極８の表面には、断面積を大きくし抵抗損失を小さくするため、また長期信頼性を確保するため、さらに複数の太陽電池素子を接続しやすくするために半田層７を形成する。また太陽電池素子１同士を接続するために太陽電池素子接続用インナーリード１０が接続される。
【０００９】
図５は従来の太陽電池モジュールに使用する太陽電池素子接続用インナーリードの断面を示した図、図６は一般的な太陽電池モジュールの配線状態を説明するための断面図、図７は一般的な太陽電池モジュールの配線状態を説明するための表面から見たときの平面図である。
【００１０】
太陽電池素子接続用インナーリード１０は、図５にその模式図を示すように平角状の銅箔１３の周囲に半田層７を形成した構成となる。そして図６および図７に示すように一方端を表面電極５上のほぼ全長にわたって配線し、その複数箇所を表面電極５と溶着することで、バスバー電極８と太陽電池素子接続用インナーリード１０を接続する。他方端は隣接する太陽電池素子１の裏面電極６のバスバー電極８に溶着することで太陽電池素子１同士が接続される。これを繰り返すことにより太陽電池モジュールを形成する。
【００１１】
太陽電池素子１と太陽電池素子接続用インナーリード１０を接続するためには半田鏝やホットエアーなどで両方の半田を加熱し、圧着する方法が一般的である。このとき両者を別々に加熱して圧着することも可能であるが、太陽電池素子１の電極上に太陽電池素子接続用インナーリード１０を配線し、その上から加熱して両者の半田を溶融させ圧着する方が生産性の面で効率的である。
【００１２】
太陽電池素子接続用インナーリード１０は太陽電池素子１のバスバー電極８の全長にわたり溶着することも可能である。しかし溶着の際に加えられる熱に起因して、太陽電池素子１と太陽電池素子接続用インナーリード１０の熱収縮率の違いにより、太陽電池素子１に反りが発生し割れの原因となる。また太陽電池素子１のバスバー電極８が端部から剥離してしまうこともある。そのため、太陽電池素子１のバスバー電極８上の複数箇所で太陽電池素子接続用インナーリード１０と溶着する方法が多用されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば溶着していない部分でストレスがある程度吸収され、太陽電池素子１の反りを緩和することができ、割れを抑制することが可能になる。
【特許文献１】特開２００２−３５９３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、この従来の太陽電池モジュールでは、太陽電池素子１と太陽電池素子接続用インナーリード１０の熱収縮率の違いによるストレスはすべて溶着部にかかってしまう。
【００１４】
図８は一般的な太陽電池素子の半導体基板表面に形成されたバスバー電極の断面図、図９は従来の太陽電池モジュールのうち、電極上に太陽電池素子接続用インナーリードを配線したときの状態を説明するための断面図である。
【００１５】
電極材料を塗布し焼きつけることによって電極を形成した太陽電池素子１の半導体基板１２表面に形成されたバスバー電極８および半田が被覆された状態での断面は、図８に示すように中央が高く端にいくにつれ低くなる形状をしている。ここに図５に示すように中央に板状の銅箔１３がある太陽電池素子接続用インナーリード１０を接続するため、太陽電池素子１の半導体基板１２表面に形成された表面電極５上に太陽電池素子接続用インナーリード１０を配置して、太陽電池素子接続用インナーリード１０の上から加熱しても、銅箔１３が表面電極５の形状に沿うことはなく、図９に示すように表面電極５と太陽電池素子接続用インナーリード１０の溶着点に半田のくびれが生じる。このように半田層７の幅が細くなることにより、半田層７が弱くなり上記ストレスの影響で更に剥離や亀裂が入りやすい状況となってしまう。また、太陽電池モジュールは、通常、屋外で長期間使用されることになるので、日中は周囲温度以上の高温となり、夜間は周囲温度程度の低温となる。また、季節変化にも影響される。この温度サイクルにより、太陽電池素子接続用インナーリード１０の熱膨張、収縮が繰り返されることで、溶着部に大きな応力がかかり、亀裂や剥離が進行し、表面電極５と太陽電池素子接続用インナーリード１０が剥がれ、太陽電池モジュールの特性が低下したり、場合によっては極端に抵抗が高くなってしまい、発熱し太陽電池モジュールの充填材（図不示）を溶かしてしまうという問題が発生することがあった。
【００１６】
表面電極５と太陽電池素子接続用インナーリード１０の半田溶着部のくびれを抑制するためには、太陽電池素子接続用インナーリード１０の幅を表面電極５の幅より小さくすればよいが、太陽電池素子接続用インナーリード１０の抵抗損失が大きくなってしまうため、太陽電池素子接続用インナーリード１０を厚くして断面積を増加させなければならなくなる。
【００１７】
ところが、太陽電池素子接続用インナーリード１０が厚くなると、この太陽電池素子接続用インナーリード１０をホットエアーなどで表面電極５に溶着する際に、表面電極５の半田層７まで熱が伝わりにくく、表面電極５と太陽電池素子接続用インナーリード１０の溶着に時間がかかり、太陽電池素子接続用インナーリード１０の熱膨張による伸びが更に大きくなるという問題があった。太陽電池素子接続用インナーリード１０が伸びた状態で表面電極５に溶着されると、太陽電池素子接続用インナーリード１０が縮む際に、溶着部に更に大きな圧縮応力が印加されてしまうという問題がある。
【００１８】
また半田溶着部のくびれを抑制する別の方法としては、銅箔１３の厚みを薄くして表面電極５の形状に沿いやすくしてやればよい。しかしこの方法では、太陽電池素子接続用インナーリード１０の抵抗損失が大きくなってしまうため、太陽電池素子接続用インナーリード１０の幅を広くして断面積を増加させなければならなくなる。このようにしてしまえば溶着部のくびれは更に大きなものになってしまう。
【００１９】
本発明の目的は、このような従来の太陽電池モジュールの問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池モジュールの出力特性は維持しつつ、太陽電池素子接続用インナーリードの太陽電池素子からの剥離を抑制した太陽電池素子接続用インナーリードを提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、上記太陽電池素子接続用インナーリードを用いて複数の太陽電池素子を電気的に接続した信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明の太陽電池素子接続用インナーリードは、複数の太陽電池素子を電気的に接続するために設けられた、金属箔に半田を被覆して成る太陽電池素子接続用インナーリードであって、前記金属箔は複数本の金属材を束ねて構成されていることを特徴とする。
【００２２】
このとき、前記複数本の金属材を束ねて構成される前記金属箔はその各々の金属材が金属箔の幅方向に一列状に配列されていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の他の太陽電池素子接続用インナーリードは、前記複数本の金属材を束ねて構成される前記金属箔はその各々の金属材が金属線からなる撚線より構成されていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の更なる他の太陽電池素子接続用インナーリードは、前記金属材が銅であることを特徴とする。
【００２５】
さらに、本発明の太陽電池モジュールは、請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池素子接続用インナーリードを用いて複数の太陽電池素子を電気的に接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の太陽電池素子接続用インナーリードによれば、複数の太陽電池素子を電気的に接続するために設けられた、金属箔に半田を被覆して成る太陽電池素子接続用インナーリードであって、前記金属箔は複数本の金属材を束ねて構成されるようにしたことで、従来の銅箔と同じ断面積を確保しつつ、太陽電池素子接続用インナーリードを加熱しながら太陽電池素子の半導体基板の表面に設けた表面電極５に半田付けで固定するときの短手方向の可撓性を高めることができる。そのため、図２に示すように太陽電池素子接続用インナーリードが電極の形状に沿いやすくなり、溶着ポイントの溶着面積を増やすことができるため、太陽電池素子接続用インナーリードの剥離を有効に抑制することができるようになる。
【００２７】
また、本発明の他の太陽電池素子接続用インナーリードによれば、前記複数本の金属材を束ねて構成される前記金属箔はその各々の金属材が金属箔の幅方向に一列状に配列されるようにしたことにより、更に太陽電池素子接続用インナーリードの短手方向の可撓性が向上するため、太陽電池素子接続用インナーリードと電極の溶着面積を向上させ、密着強度を向上させることができるようになる。
【００２８】
またこのとき、太陽電池素子接続用インナーリード内に金属の撚線を配置するようにしても構わない。撚線構造にすることによって、太陽電池素子接続用インナーリードの膨張、収縮を抑制することができるため、溶着ポイントに発生する応力を緩和し、太陽電池素子接続用インナーリードの剥離を有効に抑制することができるようになる。
【００２９】
さらに、前記金属を銅にしたことで、前記太陽電池素子接続用インナーリードの導電性がよく、半田付けもしやすい。
【００３０】
また、本発明の太陽電池素子接続用インナーリードは、特に太陽電池素子の特性を向上させるため、バスバー電極の電極面積を減らし、抵抗損失を防ぐため厚みを厚くした、アスペクト比（高さ/幅）の大きなバスバー電極を有する太陽電池素子を使用した太陽電池モジュールに使用すれば、特にその効果を有効に発揮する。
【００３１】
また、本発明の太陽電池モジュールによれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池素子接続用インナーリードを用いて複数の太陽電池素子を電気的に接続したことで、太陽電池素子接続用インナーリードの剥離を有効に抑制することができ、より信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図３は、本発明に係る太陽電池素子の断面図を示す。また図２は本発明にかかる太陽電池モジュールのうち、電極上に太陽電池素子接続用インナーリードを配線したときの状態を説明するための断面図である。
【００３３】
図２及び図３において、１２は半導体基板、２はｎ型拡散層、３は反射防止膜、４はＢＳＦ層、５は表面電極、６は裏面電極、７は半田層、８はバスバー電極、９はフィンガー電極、１０は太陽電池素子接続用インナーリード、１１は金属箔である。
【００３４】
本発明において、太陽電池素子の基本的な構造は従来のものと同じである。ここでは半導体基板１２としてＰ型のシリコン基板を使用する場合を例にとり説明する。
【００３５】
半導体基板１２は、厚み０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンなどからなる。この半導体基板１２は、ボロン（Ｂ）などの一導電型半導体不純物を１×１０１６〜１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３程度含有し、比抵抗は１〜５Ω・ｃｍ程度である。
【００３６】
この半導体基板１２を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）などを用いて加熱することによって半導体基板１２の表面部にリン原子を１×１０１６〜１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３程度拡散させ、厚み０．３〜０．４μｍ程度の拡散層２を形成する。
【００３７】
次に半導体基板１２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（ＳｉＮＸ）などからなり、シラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）との混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法などで厚み５００〜１０００ｎｍ、屈折率１．９０〜２．３０程度に形成される。この反射防止膜３は、半導体基板１２の表面で光が反射するのを防止して、半導体基板１２内に光を有効的に取り込むために設ける。
【００３８】
次に裏面にはアルミニウムペーストを塗布し焼き付けることによってＢＳＦ層４を形成し、表面に残ったアルミニウムを除去する。その後半導体基板１２の表裏面に銀ペーストをスクリーン印刷法などで塗布し、６００〜８００℃で１〜３０分程度焼き付けることによって、フィンガー電極９とバスバー電極８からなる表面電極５と裏面電極６を形成する。
【００３９】
太陽電池素子１の裏面の構造は図３に示した上述の構造以外に、銀からなる出力取出電極（バスバー電極）とアルミニウムからなる集電電極で構成された構造にしてもよい。この構造では、集電電極を形成するのと同時にＢＳＦ層を形成することができる。
【００４０】
表面電極５と裏面電極６の表面には、電極の面積を増大させ抵抗を下げるため、また電極の表面を保護し長期信頼性を確保するため、さらに複数の素子を接続する際の配線性を向上させる目的で、半田層７を形成する。半田層７は溶融半田に太陽電池素子１を浸漬させることにより形成する。
【００４１】
その後図６および図７に示すように太陽電池素子接続用インナーリード１０の一方端を表面電極５上のほぼ全長にわたって配線し、その複数箇所を表面電極５と溶着することで、バスバー電極８と太陽電池素子接続用インナーリード１０を接続する。他方端は隣接する太陽電池素子１の裏面電極６のバスバー電極８に溶着することで太陽電池素子１同士が接続される。これを繰り返すことにより太陽電池モジュールを形成する。
【００４２】
太陽電池素子１と太陽電池素子接続用インナーリード１０を接続するためには半田鏝やホットエアーなどで両方の半田を加熱し、圧着する方法が一般的である。このとき両者を別々に加熱して圧着することも可能であるが、太陽電池素子１の半導体基板１２表面に形成された表面電極５上に太陽電池素子接続用インナーリード１０を配線し、その上から加熱して両者の半田を溶融させ圧着する方が生産性の面で効率的である。
【００４３】
太陽電池素子接続用インナーリード１０は太陽電池素子１のバスバー電極８の全長にわたり溶着することも可能である。しかし溶着の際に加えられる熱に起因して、太陽電池素子１と太陽電池素子接続用インナーリード１０の熱収縮率の違いにより、太陽電池素子１に反りが発生し割れの原因となる。また太陽電池素子１のバスバー電極８が端部から剥離してしまうこともある。そのため、太陽電池素子１のバスバー電極８上の複数箇所で太陽電池素子接続用インナーリード１０と溶着する方法が多用されている。この方法によれば溶着していない部分でストレスがある程度吸収され、太陽電池素子１の反りを緩和することができ、割れを抑制することが可能になる。
【００４４】
図１は本発明に係る太陽電池モジュールに使用する太陽電池素子接続用インナーリードの一実施例を示した断面図、図１０は本発明にかかる太陽電池モジュールに使用する太陽電池素子接続用インナーリードの他の実施例の断面を示した図、図１１は本発明にかかる太陽電池モジュールに使用する太陽電池素子接続用インナーリードの更なる他の実施例の断面を示した図である。
【００４５】
本発明に係る太陽電池素子接続用インナーリードは複数本の金属材を接するように、あるいは間に一定の距離を持って束ねられて構成されたことを特徴とする。
【００４６】
図１０及び図１１に示すように、銅箔１１は断面の縦方向（太陽電池素子接続用インナーリード１０の厚み方向）に分割して、複数枚積層した構造にすることも可能である。このような構造にしても、従来よりも金属箔１１一枚の厚みが薄くなるため、太陽電池素子接続用インナーリード１０を加熱しながら太陽電池素子１の半導体基板１２の表面に設けた表面電極５に半田付けで固定するときの短手方向の可撓性を上げることができ、太陽電池素子接続用インナーリード１０が表面電極５の形状に沿いやすくなり、溶着ポイントの溶着面積を増やすことができるため、太陽電池素子接続用インナーリード１０の剥離を有効に抑制することができるようになる。
【００４７】
上記金属材は、銀、銅、アルミニウム、鉄などの良導電性の金属で作製されるが、その導電性やハンダコートのしやすさなどを考慮して、銅で作製されるのが好適である。
【００４８】
このようにすることにより、従来の銅箔と同じ断面積を確保しつつ、太陽電池素子接続用インナーリード１０を加熱しながら太陽電池素子１の半導体基板１２の表面に設けた表面電極５に半田付けで固定するときの短手方向の可撓性を高めることができる。そのため、図２に示すように太陽電池素子接続用インナーリード１０が表面電極５の形状に沿いやすくなり、溶着ポイントの溶着面積を増やすことができるため、密着強度を向上させることができるとともに、太陽電池素子接続用インナーリード１０の剥離を有効に抑制することができるようになる。尚、図２では説明のため太陽電池素子の表面電極５上の半田層と太陽電池素子接続用インナーリード１０の半田層を分けて記載したが、実際には両者の半田は互いに溶け合い、溶着するため両者の境界は存在しない。
【００４９】
図１および図２には太陽電池素子接続用インナーリード１０の長手方向に複数の金属材が一列に並んだ形状を例にとり示したが、本発明はこれにとらわれるものではなく、本発明の範囲内でその構造を変えることができる。
【００５０】
また、いずれの場合においても、上記金属材は、銀、銅、アルミニウム、鉄などの良導電性の金属で作製されるが、その導電性や取り扱いの容易さ、また材料のコストを考慮して、銅で作製されるのが好適である。
【００５１】
図１および図２には金属材の断面の形状を円形で記載したが、本発明はこれにとらわれるものではなく、楕円、多角形、または細線の構造であっても構わない。
【００５２】
またこのとき、太陽電池素子接続用インナーリード１０内に金属の撚線を配置するようにしても構わない。撚線構造にすることによって、太陽電池素子接続用インナーリード１０の膨張、収縮を抑制することができるため、溶着ポイントに発生する応力を緩和し、太陽電池素子接続用インナーリード１０の剥離を有効に抑制することができるようになる。
【００５３】
以上本発明の実施形態を詳細に説明したが、これにとらわれるものではない。例えば表裏の電極上に別の太陽電池素子接続用インナーリードを配線しておき、その太陽電池素子接続用インナーリード同士を太陽電池素子の裏面側、表面側、もしくは素子間で接続することも可能である。
【００５４】
またバスバー電極は太陽電池素子上に二本図示したが、一本であっても、三本以上であっても構わない。
【００５５】
また太陽電池素子の裏面電極として、バスバー電極を区別することなく、全面に半田が被覆された太陽電池素子を使用することも可能である。
【００５６】
また上記説明では電極材料を塗布し焼きつけることによって得た電極を例にとり説明したがこれに限定されるものではない。例えばフォトリソ法を用いてスパッタ・蒸着法によるなどして得た、上端が平坦な電極であっても、その表面に被覆された半田は濡れ性から略半円の形状となるため、本発明はその効果を発揮する。
【００５７】
さらに半田種はＳｎ−Ｐｂのいわゆる６−４半田であっても、Ｐｂを含有しないいわゆる鉛フリー半田であっても構わない。
【００５８】
また、太陽電池素子の電極上に半田層のない太陽電池素子に、太陽電池素子接続用インナーリード接続する構造の太陽電池モジュールであっても本発明は有効にその効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明にかかる太陽電池モジュールに使用する太陽電池素子接続用インナーリードの一実施例の断面を示した図である。
【図２】本発明にかかる太陽電池モジュールのうち、電極上に太陽電池素子接続用インナーリードを配線したときの状態を説明するための断面図である。
【図３】一般的な太陽電池素子の断面を示した図である。
【図４】一般的な太陽電池素子の表面構造を説明するための図である。
【図５】従来の太陽電池モジュールに使用する太陽電池素子接続用インナーリードの断面を示した図である。
【図６】一般的な太陽電池モジュールの配線状態を説明するための断面図である。
【図７】一般的な太陽電池モジュールの配線状態を説明するための表面から見たときの平面図である。
【図８】一般的な太陽電池素子の半導体基板表面に形成されたバスバー電極の断面図である。
【図９】従来の太陽電池モジュールのうち、電極上に太陽電池素子接続用インナーリードを配線したときの状態を説明するための断面図である。
【図１０】本発明にかかる太陽電池モジュールに使用する太陽電池素子接続用インナーリードの他の実施例の断面を示した図である。
【図１１】本発明にかかる太陽電池モジュールに使用する太陽電池素子接続用インナーリードの更なる他の実施例の断面を示した図である。
【符号の説明】
【００６０】
１：太陽電池素子
２：拡散層
３：反射防止膜
４：BSF層
５：表面電極
６：裏面電極
７：半田層
８：バスバー電極
９：フィンガー電極
１０：太陽電池素子接続用インナーリード
１１：金属箔
１２：半導体基板
１３：銅箔
【図１】
2005191116.tif 000003
【図２】
2005191116.tif 000004
【図３】
2005191116.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2005191116.tif 000008
【図７】
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【図８】
2005191116.tif 000010
【図９】
2005191116.tif 000011
【図１０】
2005191116.tif 000012
【図１１】
2005191116.tif 000013