(57)【要約】【課題】リードの取付け強度が高い光電変換装置及び当該光電変換装置の製造方法を開発する。【解決手段】太陽電池１は、複数の光電変換セル３に分割されている。太陽電池１の対向する辺部にリード取付け部５０，５１が設けられ、当該リード取付け部５０，５１に帯状の半田ディップリード線５が取り付けられている。  半田ディップリード線５の取付けは、従来技術と同様に非鉛半田を使用した半田付けによるが、積層体５３の表面５２から半田ディップリード線５までの高さＨが従来に比べて高い。高さＨは、１４０μｍを越えるものであり、推奨すべき高さＨは１７０μｍ〜３５０μｍである。半田２０の高さが１４０μｍを越えるものであれば半田ディップリード線５の取付け強度が向上する。【選択図】図３
2007273908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも第一電極層と、光電変換層及び第二電極層を積層し、光を当てることによって前記第一電極層と第二電極層の間に電位差を生じさせる光電変換装置において、前記第一電極層と第二電極層の少なくともいずれかには半田ディップリードが半田付けされており、当該半田付け部分の半田は前記層の積層表面から半田ディップリードまでの高さが１４０μｍを越えるものであることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
半田付け部分の半田は積層表面から半田ディップリードまでの高さが３５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
リード取付け領域を有し、半田ディップリードは、リード取付け領域にあって基板と略平行に配置され、半田ディップリードは前記第一電極層又は第二電極層に対して部分的に半田付けされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
半田の材質は非鉛半田であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項５】
半田付け部分の半田の形状は、積層表面部との接合部と半田ディップリードとの接合部の面積が大きく、中間部が細いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の光電変換装置を製造する方法において、半田バンプを設ける工程と、半田バンプに半田ディップリードを載置する工程と、半田バンプに加熱部材を押圧する加熱押圧工程とを備え、加熱押圧工程に際しては加熱部材を電極層から１００μｍ以上離れた位置で停止させることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積型太陽電池等の光電変換装置及びその製造方法に関するものである。本発明の光電変換装置はリードの取付けに非鉛半田を使用する場合に特に好ましい効果を発揮するものである。
また本発明の光電変換装置の製造方法は、非鉛半田を使用する光電変換装置の製造方法として好適である。
【背景技術】
【０００２】
無尽蔵に降り注ぐ太陽エネルギーを利用して発電することができ、且つ排気ガスを排出することなくクリーンであり、さらに放射能を放出するといった危険もなく安全であることから、太陽電池が注目を集めている。
【０００３】
太陽電池は、ガラス基板に透明電極膜（第一電極層）と半導体膜（太陽電池膜。実際にはｐ膜、ｉ膜、ｎ膜の三層構造からなる）及び裏面電極膜（第二電極層）が順次積層されたものであり、光を当てると第一電極層と第二電極層との間に電位差が生じる。
しかしながら、一個の太陽電池が発生させる電圧は極めて低いものであり、一つの太陽電池だけでは実用的な電圧に達しない。そこで太陽電池の薄膜に複数の溝を設けて多数の単体電池（セル）に分割し、この多数の太陽電池のセルを電気的に直列接続し、実用的な電圧にまで高める工夫がなされている。この様な太陽電池は集積型太陽電池あるいは集積型薄膜太陽電池と称されている。
【０００４】
集積型太陽電池では、基板の対向する辺部にそれぞれリード取付け領域が設けられ、一方のリード取付け領域においては半田ディップリードが第一電極層及び／または第二電極層に半田付けされ、他方のリード取付け領域においても半田ディップリードが第一電極層及び／または第二電極層に半田付けされている。
【０００５】
集積型太陽電池の製造工程における半田ディップリードの取付け工程は、概ね次の通りである。
図１３は、従来技術の集積型太陽電池の製造工程における半田ディップリードの取付け工程を示す集積型太陽電池の断面図である。
即ち前記した様にガラス基板１００に所定の膜１０１を成膜し、薄膜に複数の溝を設けてセルに分割し、セルを電気的に直列に接続した後、基板の対向する辺にリード取付け領域１０２を設ける（図１３ａ）。
そして図１３（ｂ）の様にリード取付け領域１０２に、所定間隔を開けて列状に半田バンプ１０３を形成する。続いて図１３（ｃ）の様に半田バンプ１０３に半田被覆を施した半田ディップリード線１０５を乗せる。半田ディップリード線１０５は、基板と平行に載置される。
続いて図１３（ｄ）の様に高温のコテ１０６を半田バンプ１０３に近づけ、図１３（ｅ）の様にコテ１０６で半田バンプ１０３を一つずつ押圧する。
【０００６】
その結果、コテ１０６の熱によって半田バンプ１０３の半田１１０が溶融し半田ディップリード線１０５が接合される。この時、半田バンプ１０３の山形は崩れる（図１３ｆ）。
【０００７】
ところで  半田付けは、半田ディップリード線１０５の電気的接続手段として古くから活用されている接合技術であり、半田としては、従来、錫・鉛の組成からなる共晶半田が広く用いられてきた。しかしながら鉛は有毒であり、人体への影響を含め、環境に対する悪影響が大きいことが認識されており、その使用が規制されつつある。
そこで鉛成分を含まない、或いは鉛成分の組成が小さい半田( 以下、非鉛半田という)
の開発が急がれている。例えば、特許文献１には、Ａｇ３〜５重量％、Ｃｕ０．５〜３重量％、Ｓｂ０〜５重量％であり、残部がＳｎの組成からなる非鉛半田が開示されている。
【０００８】
また集積型太陽電池の分野においても同様に非鉛半田の使用が検討されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平５−５０２８９号公報
【特許文献２】特開２００２−３１４１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、集積型太陽電池のリード取付けに非鉛半田を使用すると、従来の鉛半田を使用した場合に比べて取付け強度が劣るという問題がある場合がある。
そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、リードの取付け強度が高い光電変換装置及び当該光電変換装置の製造方法を開発することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そして上記した課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究し、電極層に半田ディップリードを半田付けする際におけるコテの温度や半田の量、半田を押さえつける際の力等を各種変更して半田ディップリードを半田付けする実験をおこない、それぞれの半田ディップリードの取付け強度を測定して半田付けの最適条件を検討した。
その結果、電極層に対する半田ディップリードの取付け強度は、半田の高さと相関性があり、半田の高さがある程度高いと半田ディップリードの取付け強度が高まることが判った。
【００１１】
即ち半田ディップリードと電極層との接合強度は、半田と半田ディップリード及び電極層との接触面積に依存すると推測されたが、半田ディップリードと電極層との接合強度は、接触面積よりもむしろ半田の高さと相関関係が強いことが判った。
【００１２】
以下、簡単に説明する。
図１４（ａ）は、従来技術における太陽電池のリード取付け領域を概念的に図示した拡大断面図であり、同（ｂ）は、半田ディップリードを基板に対して垂直方向に引っ張ろうとした場合の挙動を示す集積型太陽電池のリード取付け領域の断面図である。
また図１５（ａ）は、半田の高さを従来に比べて高くした集積型太陽電池を概念的に図示した拡大断面図であり、（ｂ）（ｃ）は、半田ディップリードを基板に対して垂直方向に引っ張ろうとした場合の挙動を示す集積型太陽電池のリード取付け領域の断面図である。
なお図１４、図１５は、半田等の挙動を概念的に示すものであり、説明を簡単にするために成膜（透明電極膜、半導体膜、裏面電極膜等）を含めた基板を基板１００と表示しており、以下の説明についても、成膜を含む基板を基板１００と称する場合がある。
【００１３】
前記した様に本発明者らは、半田の接合条件を変えて半田ディップリードの取付け強度を測定した。実験は、半田ディップリード線を基板に対して垂直方向に引っ張ることによって行った。
従来技術の集積型太陽電池では、半田ディップリード線１０５を引っ張ると、図１４（ｂ）の様に半田ディップリード線１０５の引き上げに追従する形で半田１１０が基板１００側より剥離して半田ディップリード線１０５が離脱した。厳密には基板１００に積層された膜１０１から半田ディップリード線１０５が離脱した。
【００１４】
これに対して半田１１０の高さＨを高くして半田ディップリード線１０５を半田付けし、半田ディップリード線１０５を基板１００に対して垂直方向に引っ張ると、図１５（ｂ）（ｃ）の様に半田１１０と基板（電極膜）１００との界面が一気に剥がれて半田ディップリード線１０５が離脱した。即ち図１５（ｃ）の様に、半田１１０が付着した状態で共に半田ディップリード線１０５が離脱した。
そして半田１１０の高さＨを高くして半田ディップリード線１０５を半田付けした場合の半田ディップリード線１０５の取付け強度は、従来のそれに比べて数段に高いものであった。
【００１５】
この理由は定かではないが、従来技術のリード取付け部分を観察したところ、半田１１０の端部と半田ディップリード線１０５との関係が図１４（ａ）の様な形状をしており、フィレットの形状が不十分であるからではないかと推測される。そのため半田ディップリード線１０５を基板１００に対して垂直方向に引っ張ると、その引張り力が基板１００側の半田接続端部Ａに集中的に作用するのではないかと推測される。
あるいは半田１１０の高さが低いと、半田１１０が急冷されて半田１１０が収縮し、半田ディップリード線１０５と半田１１０との接続端部や半田ディップリード線１０５と半田１１０との界面に残留応力が残り、両者の接合強度が低下するのではないかと推測される。
【００１６】
これに対して半田１１０の高さＨを高くして顕微鏡で接続部分を観察すると、図１５（ａ）に示す様に、半田１１０の端部と半田ディップリード線１０５に良好なフィレットが形成されていた。即ち半田１１０は、鼓状であって、中間部分が細く、両端部が中間部よりも大径となっていた。そのため半田ディップリード線１０５を基板１００に対して垂直方向に引っ張ったとき、その引張り力が半田ディップリード線１０５と半田１１０との接続界面の全体に分散されるのではないかと推測される。
あるいは半田１１０の高さが高いと冷却速度が低下し、半田ディップリード線１０５と半田１１０との界面の残留応力が小さくなるのではないかと推測される。
【００１７】
いずれにしても本発明者らの研究により、半田１１０の高さＨを高くして半田ディップリード線１０５を半田付けると、半田ディップリード線１０５の取付け強度が格段に向上するという事実が判明した。
【００１８】
上記した知見に基づく請求項１に記載の発明は、基板上に少なくとも第一電極層と、光電変換層及び第二電極層を積層し、光を当てることによって前記第一電極層と第二電極層の間に電位差を生じさせる光電変換装置において、前記第一電極層と第二電極層の少なくともいずれかには半田ディップリードが半田付けされており、当該半田付け部分の半田は前記層の積層表面から半田ディップリードまでの高さが１４０μｍを越えるものであることを特徴とする光電変換装置である。
【００１９】
ここで半田ディップリードは、半田によって表面が被覆されたリードである。従って半田ディップリードは、芯線と半田とが合体したものであり、半田層を持つ。そして前記した「半田ディップリードまでの高さ」は、半田層を含んだ半田ディップリードまでの高さであり、芯線までの高さよりも低い。即ち前記した半田の高さは、半田付けに使用される半田層の高さであり、半田ディップリードに元から付着していた半田層は含まない。
【００２０】
また請求項２に記載の発明は、半田付け部分の半田は積層表面から半田ディップリードまでの高さが３５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置である。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、リード取付け領域を有し、半田ディップリードは、リード取付け領域にあって基板と略平行に配置され、半田ディップリードは前記第一電極層又は第二電極層に対して部分的に半田付けされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置である。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、半田の材質は非鉛半田であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光電変換装置である。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、半田付け部分の半田の形状は、積層表面部との接合部と半田ディップリードとの接合部の面積が大きく、中間部が細いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光電変換装置である。
【００２４】
本発明の光電変換装置では、半田付け部分の半田の形状は、積層表面部との接合部と半田ディップリードとの接合部の径が大径であって面積が大きく、中間部が細いので、半田ディップリードに係る力が分散されて基板側に伝わる。そのため半田ディップリードの取付け強度が高い。
【００２５】
また製造方法に関する発明は、半田バンプを設ける工程と、半田バンプに半田ディップリードを載置する工程と、半田バンプに加熱部材を押圧する加熱押圧工程とを備え、加熱押圧工程に際しては加熱部材を電極層から１００μｍ以上離れた位置で停止させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の光電変換装置は、半田ディップリードの取付け強度が高く、半田ディップリードと基板等との接合部分の機械強度が満足することができるものとなり、信頼性が高いという効果がある。また本発明の光電変換装置の製造方法で作られた光電変換装置についても、半田ディップリードの取付け強度が高く、信頼性が高いという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態の集積型太陽電池の斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ部の拡大断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ部の拡大断面図である。
本実施形態の集積型太陽電池（以下、単に太陽電池と称する場合もある）１は、ガラス基板等の絶縁性透光性基板２に透明導電膜（第一電極層）６と光電変換膜７と、裏面導電膜（第二電極層）８を積層したものである。
また太陽電池１は、図１の様に複数の光電変換セル３に分割されている。そして太陽電池１を図１の様に平面的に観察した時、対向する辺部にリード取付け部５０，５１が設けられ、当該リード取付け部５０，５１に帯状の半田ディップリード線５が取り付けられている。
【００２８】
図２，３は、リード取付け部の拡大断面図である。図２に示すリード取付け部５０では、裏面導電膜（第二電極層）８に対して半田ディップリード線５が取り付けられている。
また図３に示すリード取付け部５１では、透明導電膜（第一電極層）６に対して半田ディップリード線５が取り付けられている。
ここで半田ディップリード線５は、図２，３の円内に図示した様に銅等の芯線１６に半田１５が被覆されたものである。
【００２９】
半田ディップリード線５の取付けは、非鉛半田を使用した半田付けによる。
即ち図２に示すリード取付け部５０では、裏面導電膜（第二電極層）８に接する半田バンプ９が直列状かつ一定の間隔を開けて設けられており、当該半田バンプ９に半田ディップリード線５が取り付けられている。
ここで本実施形態で特記すべき事項は、積層体５３の表面５２から半田２０内の半田ディップリード線５の表面までの高さＨである。なお図２では、作図の関係状「Ｈ」及び矢印を半田２０の外の位置（中空状に張られた半田ディップリード線５）に図示しているが、高さＨは、半田２０の高さであって、張られた半田ディップリード線５の位置ではない。
【００３０】
本実施形態では、絶縁性透光性基板２に透明導電膜６と光電変換膜７と、裏面導電膜８が積層されているが、この３層の積層体５３の表面５２から半田２０内における半田ディップリード線５の裏面に至る高さＨが従来に比べて高い。
前記した様に半田ディップリード線５は、銅等の芯線１６に半田層１５が設けられたものであるが、半田ディップリード線５に被覆された半田層１５の高さは、前記した高さＨには含まない。
前記した高さＨの上端側の基準は、図２の様に、半田ディップリード線５の被覆された半田層１５の表面である。
また前記した高さＨの上端側の基準は、積層体５３の裏面導電膜８の表面である。
【００３１】
言い換えると半田付けに使用された半田の高さがＨである。
そしてこの高さＨが従来に比べて高い。
前記した高さＨは、半田ディップリード線５の半田ディップ面（被覆された表面）を基準としている。従って半田ディップリード線５の芯線１６の位置は、高さＨに被覆された半田１５の厚さを加えたものとなる。半田ディップリード線５に設けられた半田層１５の厚さは、後記する様に１０μｍ〜８０μｍ程度であり通常は、４０〜６０μｍである。
高さＨは、具体的には１４０μｍを越える高さである。推奨すべき高さＨは１４０μｍを越え、３５０μｍ以下の高さである。
また最も推奨される範囲は、２００μｍ〜３００μｍである。
【００３２】
一方、図３に示すリード取付け部５１では、透明導電膜（第一電極層）６に接する半田バンプ９が直列状かつ一定の間隔を開けて設けられており、当該半田バンプ９に半田ディップリード線５が取り付けられている。
図３に示すリード取付け部５１においても、半田２０内における積層体５３の表面５２からの高さＨが従来に比べて高い。即ち図３に示すリード取付け部５１においても裏面導電膜（第二電極層）８の表面から半田ディップリード線５の裏面に至る高さが従来に比べて高い。
高さＨは、具体的には１４０μｍ以上であり、推奨すべき半田２０の高さＨは１４０μｍを越えて３５０μｍ以下の高さである。また最も推奨される範囲は、２００μｍ〜３００μｍである。
【００３３】
以上説明した実施形態では、マイナス側の半田ディップリード線５を裏面導電膜（第二電極層）８に直接取り付けたが、裏面導電膜（第二電極層）８及び光電変換膜７をスクライブして透明導電膜（第一電極層）６側に至る溝を設け、透明導電膜（第一電極層）６側からマイナス電極を取り出してもよい。透明導電膜（第一電極層）６側からマイナス電極を取り出す場合の構成は、図２で説明したものと同一である。
【００３４】
次に本実施形態の太陽電池の製造方法について説明する。
図４は、本発明の実施形態の集積型太陽電池の製造工程における半田ディップリード線の取付け工程を示す集積型太陽電池の断面図である。図５は、図４に示す集積型太陽電池の製造工程の中で加熱押圧工程をより詳細に説明した集積型太陽電池の断面図である。
本実施形態の太陽電池についても従来技術と同様に、ガラス基板等の絶縁性透光性基板２に透明導電膜６と光電変換膜７と、裏面導電膜８を積層した積層体５３を成膜し、この薄膜に複数の溝を設けてセルに分割し、セルを電気的に直列に接続した後、基板２の対向する辺にリード取付け領域５０，５１を設ける（図４ａ）。
そして図４（ｂ）の様にリード取付け領域に、所定間隔を開けて列状に半田バンプ９を構成する。続いて図４（ｃ）の様に半田バンプ９に半田被覆を施した半田ディップリード線５を乗せる。半田ディップリード線５は、基板２と平行に載置される。
続いて図４（ｄ）の様に高温のコテ５５を半田バンプ９に近づけ、図４（ｅ）の様にコテ５５で半田バンプ９を一つずつ押圧する。より大型のこてを使用して複数の半田バンプ９を一度に押圧してもよい。
【００３５】
ここで本実施形態では、図５に示すようにコテ５５と基板２の間にスペーサ５６が介在され、コテ５５が停止する位置が規制されている。即ちコテ５５はスペーサ５６と当接する位置まで半田バンプ９を押圧する。
スペーサ５６の厚さは、半田バンプ９の最終的な高さを決定するものであり、半田ディップリード線５の厚さを勘案した上で、積層体５３の表面５２から半田ディップリード線５までの半田２０の高さＨが２００μｍから３００μｍの範囲となる様に設定されている
即ちスペーサ５６の厚さは、半田ディップリード線５の厚さにおよそ２００μｍから３００μｍを加えたものである。
【００３６】
本実施形態では、高温のコテ５５を絶縁性透光性基板２側に移動させて半田２０を溶融するが、コテ５５の停止位置が決められているので、半田２０の高さが一定値に保たれる。そのため本実施形態の製造方法によって製造された太陽電池１は、リード取付け部５０，５１における半田２０の高さが高く、半田ディップリード線５の取付け強度が高い。
また上記した実施形態では、スペーサ５６を利用してコテ５５の停止位置を規制したが、コテ５５を動作させる機構側にストッパを設けたり、コテ５５をロボットで動作させてコテ５５の位置を停止させてもよい。
また何らかのセンサー等を使用し、半田２０の高さＨを測定しつつ、コテ５５を動作させたり、センサーで基板２との近接距離を監視しつつコテ５５を動作させる方法も考えられる。
なおコテ５５の停止位置は、必ずしも半田ディップリード線５の高さの位置と一致するとは限らず、本発明者らの実験によると、加熱部材たるコテ５５を積層体５３の表面５２から１００μｍ以上離れた位置で停止させることが望ましく、より推奨される停止位置は、２００μｍから３００μｍの範囲である。
【００３７】
以上、簡単に本発明の概要を説明したが、次に、本発明の実施形態の太陽電池１の構造及びその製造方法をより具体的に説明する。
図６は、本発明の実施形態の集積型太陽電池１を説明するための説明図である。図６に示すように、太陽電池１は絶縁性透光性基板２の上に、電力に変換する光電変換セル３を設け、絶縁透光性基板２側から入射する光を、光電変換セル３によって光電変換するものである。なお光電変換セル３は複数設けられているが、光電変換セル３間の溝等は図示を省略している。
【００３８】
光電変換セル３の集合は、その周囲に形成された絶縁線４により周囲からの絶縁が図られている。また光電変換セル３の集合は、半田ディップした半田ディップリード線５を通じて発生した電力を取り出す構造を有している。
さらに、図６の線Ａの断面方向の構造の一部を説明図７に示した。図７に示すように、太陽電池１は、透光性基板２上に、透明導電膜（第一電極層）６、光電変換膜７、及び裏面電極膜（第二電極層）８を順次積層した構造を備えている。
また太陽電池１は、発生した電力を取り出すため半田ディップリード線５と、透明導電膜６、光電変換膜７、及び／又は裏面電極膜８を接続するための半田バンプ９を有している。
【００３９】
次に、この太陽電池１の各構成要素について説明する。
絶縁透光性基板２としては、例えば、ガラス板や透明樹脂フィルムなどを用いることができる。ガラス板としては、大面積な板が安価に入手可能で透明性、絶縁性が高い、二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）、酸化ナトリウム（Ｎａ2 Ｏ）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）を主成分とする両面が平滑なフロート板ガラスを用いることができる。
透明導電膜６は、ＩＴＯ膜、二酸化錫（ＳｎＯ2 ）膜、或いは酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜のような透明導電性酸化物層等で構成することができる。透明導電膜６は、蒸着法、ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法等それ自体既知の気相堆積法を用いて形成することができる。
【００４０】
光電変換膜７は非晶質及び／又は多結晶シリコン系半導体光電変換層を備えており、例えば、透明導電膜６側からｐ型シリコン系半導体層、ｉ型シリコン系半導体層、及びｎ型シリコン系半導体層を順次積層した構造を有する。これらｐ型半導体層、ｉ型半導体層、及びｎ型半導体層はいずれもプラズマＣＶＤ法により形成することができる。また、これらｐｉｎ構造を２段積層したタンデム構造、３段積層したトリプル構造等の構造であってもよい。
【００４１】
光電変換膜７を構成するｐ型半導体層は、例えば、シリコンまたはシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に、ボロンやアルミニウム等のｐ導電型決定不純物原子をドープすることにより形成することができる。また、ｉ型半導体層は、非晶質シリコン系半導体材料及び結晶質シリコン系半導体材料でそれぞれ形成することができ、そのような材料としては、真性半導体のシリコン（水素化シリコン等）やシリコンカーバイド及びシリコンゲルマニウム等のシリコン合金等を拳げることができる。また、光電変換機能を十分に備えていれば、微量の導電型決定不純物を含む弱ｐ型もしくは弱ｎ型のシリコン系半導体材料も用いられ得る。さらに、ｎ型半導体層は、シリコンまたはシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に、燐や窒素等のｎ導電型決定不純物原子をドープすることにより形成することができる。
【００４２】
裏面電極膜８は電極としての機能を有するだけでなく、絶縁透光性基板２から光電変換膜７に入射し裏面電極膜８に到達した光を反射して光電変換膜７に再入射させる反射層としての機能も有している。裏面電極膜８は、銀やアルミニウム等を用いて、蒸着法やスパッタ法等により、例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の厚さに形成することができる。
なお、裏面電極膜８と光電変換膜７との間には、例えば両者の間の接着性を向上させるために、ＺｎＯのような非金属材料からなる透明電導性薄膜（図示せず）を設けることができる。
【００４３】
半田ディップリード線５は、前記した様に芯線１６に半田１５を被覆したものである。芯線１６に被覆する半田は、非鉛半田であることが望ましい。また非鉛半田であって、さらにセラミック半田と称される無機非金属に対して金属を接合することができるものが推奨される。例えば特許第３６６４３０８号等に開示された無鉛半田の様な、ＳｎとＺｎとＳｂ及びＡｌからなる半田が使用可能である。
【００４４】
あるいは、芯線１６に被覆する半田１５として、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ｂｉから選ばれる少なくとも１種類以上の元素を含み、Ｓｎの含有量が８９重量％以上の組成からなる半田を使用することもできる。
また上記半田として、例えば、Ａｇ２．５〜７．７重量％、Ｃｕ０．０〜４．０重量％、Ｓｎ８９重量％以上の組成からなる半田、Ｚｎ１．０〜１１重量％、Ｓｎ８９重量％以上の組成からなる半田を使用することが出来る。さらに好ましくは、Ａｇ２．５〜４．０重量％、Ｃｕ０．０〜１．５重量％、Ｓｎ８９重量％以上の組成からなる半田である。
【００４５】
半田ディップリード線５は、上記した半田を溶融したものに、銅箔を浸漬し、銅箔表面に半田をコートすることにより作製することができる。
上記銅箔の厚みは４０μｍ〜１２０μｍが好ましく、さらに好ましくは、６０μｍ〜１００μｍである。上記銅箔表面にコートした半田の厚みは、１０μｍ〜８０μｍが好ましく、さらに好ましくは、２０μｍ〜６０μｍである。またこれらの半田は、鉛の含有量が０．１重量％未満のものが採用される。好ましくは０．０５重量％未満のものが採用される。
【００４６】
半田バンプ９は、透明導電性酸化物層である透明導電膜６に接続する構造であるため、金属酸化物に半田付け可能な半田であり且つ非鉛半田である。
半田バンプ９に使用する半田の素材については、前記した半田ディップリード線５に被覆された半田１５と類似したものであることが望ましく、例えば特許第３６６４３０８号等に開示された無鉛半田の様な、ＳｎとＺｎとＳｂ及びＡｌからなる半田が使用可能である。半田バンプ９に使用する半田についても鉛の含有量が０．１重量％未満のものが採用される。好ましくは０．０５重量％未満のものが採用される。
またＡｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ｂｉから選ばれる少なくとも１種類以上の元素を含み、ＳｎとＺｎの組成の合計が８９重量％以上である半田を使用することもできる。上記半田として、例えば、Ａｇ２．５〜７．７重量％、Ｃｕ０．０〜４．０重量％、Ｓｎ８９重量％以上の組成からなる半田、Ｚｎ１．０〜１１重量％、Ｓｎ８９重量％以上の組成からなる半田を使用することが出来る。さらに好ましくは、Ａｇ２．５〜４．０重量％、Ｃｕ１．５重量％以下、Ｓｎ８９重量％以上の組成からなる半田である。
フラックスの添加は可能であるが、含まなくてもよい。
【００４７】
次に実施形態の太陽電池の製造手順について説明する。
最初に、絶縁透光性基板２の一方の全面に透明導電膜６を製膜した後、例えばＹＡＧ基本波レーザ光を照射して透明導電膜６を短冊状に分割する第１の分離溝１０を形成する。
次に、第１の分離溝１０が形成された透明導電膜６にわたって、光電変換膜７としてアモルファスシリコン及び／又は多結晶シリコンを、プラズマＣＶＤ法等でｐ型、ｉ型、ｎ型の順に１回以上積層した後、例えばＹＡＧ第２高調波レーザ光を照射して光電変換膜７を短冊状に分割する接続溝１１を形成する。
引き続き、接続溝１１が形成された光電変換膜７にわたって裏面電極膜８として透明電導性薄膜及び金属膜を、この順にスパッタ法等で製膜した後、例えばＹＡＧ第２高調波レーザ光を絶縁透光性基板２側から照射して裏面電極膜８を短冊状に分割する第２の分離溝１２を形成する。
【００４８】
このようにして、絶縁透光性基板２の一面上に順に積層された透明導電膜６、非晶質及び／又は多結晶シリコン系半導体からなる光電変換膜７、裏面電極膜８を含む多層膜を含み、直列接続された複数の光電変換セルを含むセル領域を形成する。
さらに、電力取り出し用の半田ディップリード線５を太陽電池１に配する。例えば、図８の破線Ｂ、破線Ｃで示される光電変換セル３の両端位置に、ＹＡＧ第２高調波レーザ光を絶縁透光性基板２側から照射して、光電変換膜７と裏面電極膜８を除去し、図９に示す形状のリードの接続溝１３を作製する。この接続溝１３に重なるように、図１０に示すように光電変換セル３側から半田バンプ９を形成する。
この半田バンプ９の形状は、図１１のように透明電極層６に固定され、接続溝１３を充填し、光電変換セル３から突き出した形状となる。この形成した半田バンプ９に、半田ディップリード線５を加熱した半田ゴテ５５を用いて取り付け、図７に示したように、太陽電池１に電力取り出し用の半田ディップリード線５を配した構造を作製できる。
【００４９】
前記電力取り出し用の半田ディップリード線５の作製方法は、第一段階として、例えば、超音波振動子とこの超音波振動子に直結した、内部に電気ヒーターを有した半田コテ（以下超音波半田コテという）を用いる。すなわち、超音波半田コテを使用して、半田バンプ９に使用する半田２０を溶融し、超音波半田コテに付着・保持させたものを、超音波振動子により発生した振動を超音波半田コテに伝達した状態で、接続溝１３の位置に押し当て、半田バンプ９を形成する。この場合、加熱した超音波半田コテの温度は、半田バンプ９に使用する半田２０の融点（液相温度と固相温度が存在する場合、液相温度を示す）より２０°Ｃ〜３００°Ｃ高い範囲である。また超音波半田コテの温度は、半田バンプ９に使用する半田２０の融点よりも４０°Ｃ〜２００°Ｃ高い範囲であることがより好ましい。
超音波半田コテの温度が、半田バンプ９に使用する半田２０の融点に近いと半田２０の溶融速度が遅く、生産性が低下する場合がある。
また、超音波半田コテの温度が高すぎると半田２０の酸化が進行し、品質が損なわれる場合がある。
【００５０】
第二段階として、電気ヒーターで加熱した半田コテ( 以下リード線用半田コテ) を半田ディップリード線５側より押圧して、半田バンプ９と溶融・接続する。この場合、リード線用半田コテの温度は、半田ディップリード線５に使用する半田２０の融点より２０°Ｃ〜３００°Ｃ高い範囲である。さらに推奨される温度差は、４０°Ｃ〜２００°Ｃである。
リード線用半田コテの温度が、半田ディップリード線５に使用する半田２０の融点に近いと半田２０の溶融速度が遅く、生産性が低下する場合がある。また、リード線用半田コテの温度が高すぎると半田２０の酸化が進行し、品質が損なわれる場合がある。
半田バンプ９に用いる半田２０と半田ディップリード線５に用いる半田２０のそれぞれ融点の差は、０°Ｃ〜１００°Ｃの範囲であり、好ましくは、０°Ｃ〜５０°Ｃ、さらに好ましくは、０°Ｃ〜２０°Ｃである。半田ディップリード線５を半田バンプ９に取り付ける場合、半田バンプ９が必要以上に溶融状態に保持され、半田バンプ９と透明電極層６の接合部分の機械強度が低下することを抑制することができる。さらに、半田バンプ９に用いる半田２０の融点が、半田ディップリード線５に用いる半田２０より高いほうが好ましい。
【００５１】
また、半田バンプ９にリード線用半田ゴテによって半田ディップリード線５を取り付ける工程において、半田ディップリード線５と半田バンプ９の溶融・接続の収率を向上させる目的で、半田ディップリード線５の加熱工程を２段階以上にすることができる。すなわち、太陽電池１の全体またはその一部を加熱してから、半田バンプ９にリード線用半田ゴテによって半田ディップリード線５を取り付ける。この場合、太陽電池１全体を加熱しても、半田バンプ９を含むリード取り付け部分を加熱しても、半田ディップリード線５を加熱してもよい。好ましくは、半田ディップリード線５の加熱である。加熱温度は２０〜２００°Ｃが好ましい。さらに好ましくは、４０〜１５０°Ｃである。また、加熱工程の段数は、２〜３段階が好ましい。特に２段階が好ましい。    、
【００５２】
またここで特記すべき事項として、リード線用半田ゴテと絶縁透光性基板２との間には図示しないスペーサが介在され、リード線用半田コテの最近接位置が規制されている。
そのため半田バンプ９はリード線用半田ゴテから熱を受けて溶融するものの、従来に比べて崩れ方が小さく、半田ディップリード線５の芯線部分と積層膜の表面５２の表面との間に２００μｍ〜３００μｍ程度の高さを維持している。
【００５３】
このようにして、電力取り出し用の半田ディップリード線５を具備した太陽電池１が形成される。
屋外環境で使用される太陽電池１は、それを保護する目的で、保護フィルムを光電変換セル３側より封止する。保護フィルムは、加熱により軟化・溶融を経て硬化し得る封止樹脂を介して太陽電池１に強固に接着される。
【００５４】
このような保護フィルムの例としては、ポリフッ化ビニルフィルム（例えば、テドラーフィルム（登録商標））等のフッ素樹脂フィルムやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムのような有機フィルム、アルミニウム等からなる金属箔を、単層構造または複層構造で積層した構造を有する積層フィルムである。また、加熱により軟化・溶融を経て硬化し得る封止樹脂としては、例えば、エチレン／ビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）、エチレン／酢酸ビニル／トリアリルイソシアヌレート（ＥＶＡＴ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリイソブチレン（ＰＩＢ）等の熱可塑樹脂に、パーオキサイド化合物等の架橋剤を添加したものである。また、このように太陽電池１に保護フィルムを取りつける場合、半田ディップ銅箔、金属箔、ケーブル等を使用した内部配線と、端子ボックス等の外部配線剤を介し、電力取り出し用半田ディップリード線から得られる電力を外部に取り出す。
また、内部配線剤に半田材料を用いる場合、無鉛半田を使用することが好ましい。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明をいくつかの実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り以下の記載例に限定されるものではない。
上述した実施の形態に従い、太陽電池１を作製した。
まず、９８０ｍｍ×９５０ｍｍの面積と５ｍｍの厚さを有するガラス基板２上に、透明導電膜６として、熱ＣＶＤ法による厚さ約７００ｎｍの二酸化錫（ＳｎＯ2 ）膜を製膜した。この二酸化錫（ＳｎＯ2 ）膜側からＹＡＧ基本波レーザ光ビームを照射することにより、第１の分離溝１０をパターニング加工形成した。
【００５６】
次に、加工により生じた微粉などを洗浄除去した後、ガラス基板２をプラズマＣＶＤ製膜装置に搬入し、厚さ約３００ｎｍのアモルファスシリコンからなる光電変換膜７を製膜した。ＣＶＤ装置からガラス基板２を搬出した後、光電変換膜７にガラス基板２側からＹＡＧ第二高調波レーザ光を照射して接続溝１１を形成した。
次に裏面電極膜８として、厚さ約８０ｎｍのＺｎＯ膜と厚さ約３００ｎｍのＡｇ膜をこの順でスパッタ法で光電変換膜７上に製膜した。さらに、裏面電極膜８にガラス基板２側からＹＡＧ第二高調波レーザ光を照射して短冊上に分割し第２の分離溝１２を形成した。      
【００５７】
セル領域と接続領域とをガラス基板２周囲から絶縁するために、ガラス基板２の周辺に沿ってＹＡＧレーザ光を照射して、ＳｎＯ2 膜、アモルファスシリコン光電変換膜７、及び裏面電極膜８を除去し、絶縁線４を形成した。以上のようにして、面積がほぼ８２．６７ｃｍ2 の光電変換セル３が１０８個直列接続した太陽電池を得た。
次に、半田バンプ９の半田２０としてＳｎ／Ｚｎ系セラミック用半田を使用した。
半田溶融付着部（コテ先）の径１ｍｍ、超音波半田コテの温度３００°Ｃ、超音波出力３Ｗ、半田付け時間１ｓにて、接続溝１３に半田バンプ９を２０ｍｍ間隔で４６点形成した。形成した半田バンプ９の直径は２．０〜２．７ｍｍで、高さが０．２〜０．５ｍｍ（２００μｍ〜５００μｍ）であった。
次に、リード線用半田コテを用いて、半田ディップリード線５と半田バンプ９を溶融・接続した。またリード線にはＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ系の半田をコーティングした。
半田ディップリード線５を構成する銅箔の厚みは８０μｍ、幅２ｍｍとした。リード用半田コテの温度は３００°Ｃに設定した。リード用半田コテを半田ディップリード線５に押圧し、半田ディップリード線５と半田バンプ９を溶融・接続した。
【００５８】
またリード用半田コテと基板２との間にスペーサ５６を介在させてリード用半田コテが基板２に最も近接する距離を規制した。そしてスペーサ５６の厚さを各種変更して半田ディップリード線５の部位における半田２０の高さが異なる太陽電池１を作製した。
その結果、半田ディップリード線５の部位における半田２０の高さ（膜から露出している部分であって半田ディップリード線５の芯線の裏面までの高さ）Ｈは、表１の通りとなった。なお表中のＨの値は、ランダムに抽出した２０点の平均値である。
【００５９】
【表１】
2007273908.tif 000003
【００６０】
続いて取り付けられた半田ディップリード線５の９０°引っ張り強度（引っ張り速度１ｍｍ／ｓ）を測定した。その結果を表１に記載した。なお、表中の引っ張り強度の値は４６点の平均値である。
また引張り強度と半田の高さＨとの関係は、図１２のグラフの通りであった。
表１及びグラフから、積層表面から半田ディップリード線までの高さが１４０μｍを越える場合、特に１７０μｍ以上の場合に半田ディップリード線の接続強度が高いことが理解できる。
なお表やグラフには示していないが、半田の高さが０μｍ乃至２０μｍの場合は、半田ディップリード線は半田との界面で離脱し、取付け強度が低いものであった。また半田の高さが８０μｍの場合、１２０μｍの場合及び１４０μｍの場合は、半田ディップリード線に追従する形で順に剥離が起こった。
【００６１】
これに対して半田の高さが２００μｍ以上の場合は、半田接合部が一気に剥離した。この実験データより、半田の高さＨが、１４０μｍを越え、好ましくは１７０μｍ程度以上の場合に半田ディップリード線の接合強度が飛躍的に向上することが判る。半田の高さが１４０μｍから２００μｍの間に飛躍的に強度が上昇する厚さがあり、その臨界的な値は１７０μｍであると考えられる。
【００６２】
なお半田の高さが３５０μｍを越える場合は、半田の付き具合が悪いものであった。
表１に示すように、半田ディップリード線の９０°引っ張り強度は、半田の高さが２５０μｍ以上の場合に顕著に上昇し、２８０μｍ前後でピークをむかえるものであった。
また半田の形状を観察すると、表１に記載した半田の高さＨの中では、半田の高さが２００μｍ以上の場合に、半田の形状が鼓状であり、中間部分が細く、両端部が中間部よりも大径となっていた。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態の集積型太陽電池の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ部の拡大断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ部の拡大断面図である。
【図４】本発明の実施形態の集積型太陽電池の製造工程における半田ディップリード線の取付け工程を示す集積型太陽電池の断面図である。
【図５】図４に示す集積型太陽電池の製造工程の中で加熱押圧工程をより詳細に説明した集積型太陽電池の断面図である。
【図６】本発明の実施形態の集積型太陽電池を説明するための集積型太陽電池の平面図である。
【図７】図６のＡラインにおける拡大断面図である。
【図８】本発明の実施形態の集積型太陽電池の加工段階の説明をするための集積型太陽電池の平面図である。
【図９】図８のＡラインにおける拡大断面図である。
【図１０】本発明の実施形態の集積型太陽電池の加工段階の説明をするための集積型太陽電池の平面図である。
【図１１】図１０のＡラインにおける拡大断面図である。
【図１２】半田ディップリード線の取付け部における半田の高さと取付け強度との関係を示すグラフである。
【図１３】従来技術の集積型太陽電池の製造工程における半田ディップリードの取付け工程を示す集積型太陽電池の断面図である。
【図１４】（ａ）は、従来技術における太陽電池のリード取付け領域を概念的に図示した拡大断面図及であり、同（ｂ）は、半田ディップリードを基板に対して垂直方向に引っ張ろうとした場合の挙動を示す集積型太陽電池のリード取付け領域の断面図である。
【図１５】図１５（ａ）は、半田の高さを従来に比べて高くした集積型太陽電池を概念的に図示した拡大断面図であり、（ｂ）（ｃ）は、半田ディップリードを基板に対して垂直方向に引っ張ろうとした場合の挙動を示す集積型太陽電池のリード取付け領域の断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  太陽電池（光電変換装置）
２  絶縁性透光性基板
３  光電変換セル
５  半田ディップリード線
６  透明導電膜（第一電極層）
７  光電変換膜
８  裏面導電膜（第二電極層）
９  半田バンプ
２０  半田
５０，５１  リード取付け部
５２  積層膜の表面
５５  コテ（加熱部材）
【図１】
2007273908.tif 000004
【図２】
2007273908.tif 000005
【図３】
2007273908.tif 000006
【図４】
2007273908.tif 000007
【図５】
2007273908.tif 000008
【図６】
2007273908.tif 000009
【図７】
2007273908.tif 000010
【図８】
2007273908.tif 000011
【図９】
2007273908.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
2007273908.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
2007273908.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
2007273908.tif 000018