(57)【要約】【課題】ハンダ付け後のセルの反りや割れの発生を防止できると共に、繰り返し応力を受けた際にも破断することがなく、導電性を損なうことのない太陽電池用のリード線を提供する。【解決手段】電解銅箔を焼鈍してなるテープ状の本体１６と、本体１６の表面に設けられたハンダめっき層１８とで構成されていることを特徴とする。かかる構成により、本体１６は、その耐力荷重が極めて低く、少ない応力で容易に塑性変形することができる。加えて、本体１６の析出面２４に形成された凹凸２２がクッションのように働き、見掛けの弾性率を低くすることができる。このため、ハンダ付け後の冷却時におけるリード線１０の熱収縮に伴いセル１２に与えられる曲げ応力を緩和することができ、太陽電池のセル１２の反りや割れを防止することができる。【選択図】図３
2007141621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュールのセル間を電気的に接続する太陽電池用リード線であって、
電解銅箔を焼鈍してなるテープ状の本体と、前記本体の表面に設けられたハンダめっき層とで構成されていることを特徴とする太陽電池用リード線。
【請求項２】
陰極である回転ドラムにめっき状の銅を電着させ、これを引き剥がして得た電解銅箔を所定の幅にてテープ状に巾切りした後、非酸化雰囲気中で焼鈍し、或いは、前記電解銅箔を非酸化雰囲気中で焼鈍した後、所定の幅にてテープ状に巾切りして本体を形成し、
然る後、前記本体をハンダ浴に浸漬して前記本体表面にハンダめっき層を形成することを特徴とする太陽電池用リード線の製造方法。
【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のセル間を電気的に接続して電流を取出すリード線に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、太陽電池モジュールは、単結晶あるいは多結晶のシリコン基板からなるセルをリード線で電気的に接続して形成されている。
【０００３】
従来の太陽電池では、セル間を接続するリード線として、厚さ０．０５〜０．２ｍｍの圧延銅箔をスリットして得た幅１〜３ｍｍの平角銅線に、ハンダめっきを施したものが使用されており、このリード線を太陽電池のセルに接合する際には、リード線およびセルを加熱してリード線表面に設けたハンダめっきを溶融させ、然る後、これらを密着させて冷却するようにしていた。
【０００４】
ここで、リード線を構成する平角銅線の線膨張係数は、太陽電池のセルを構成するシリコン基板の線膨張係数よりも格段に大きいことから、セルの表面に溶着したリード線が冷却する際、加熱によって延びたリード線が縮み、セルに曲げ応力が加わるようになる。その結果、リード線を溶着したセルに反りが生じるようになり、最悪の場合セルに割れが発生するという問題があった。このような問題は、溶融温度が高い鉛フリータイプのハンダへの移行やセルの薄型化の進展等に伴い、より顕著なものとして認識されるようになってきた。
【０００５】
このような問題を解決し得る技術として、リード線を縒り線で形成すると共に、このリード線をセルの複数箇所で点接合する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
かかる技術によれば、リード線を溶着するときの熱膨張による伸縮の影響がリード線の長手方向において小さくなり、セルの反りを小さくすることができる。また、リード線とセルとの接合を複数の点で行なうことにより、セルの反りをより効果的に小さくすることができる。
【特許文献１】特開平１１−２５１６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の技術では、セルとリード線との接点が少ないことから、セルからリード線への電流の流れが悪くなるという問題があった。
【０００８】
また、太陽電池は使用に際して屋外に設置され、常に日射や気温の変化などに曝されることから、リード線も当然に日射や気温の変化などによる熱履歴を受けて常に微細な熱伸縮を繰り返すようになる。このため、細線を縒り合せてリード線を構成した場合、長期間細かな熱伸縮を繰り返すうちにその伸縮応力を受けた細線が破断して電気抵抗が増大する(すなわち導電性が損なわれる)ようになる虞がある。また、上述の技術では、セルとリード線との接点が少ないことから、このような細かな伸縮を長期間繰り返すと、セルとリード線との接点が崩れ、リード線に電流が流れなくなるといった問題も懸念される。
【０００９】
さらに、リード線の製造やリード線とセルとの接合に手間がかかり、太陽電池を経済的に製造することができないという問題もあった。
【００１０】
それゆえに、本発明の主たる課題は、ハンダ付け後のセルの反りや割れの発生を防止できると共に、繰り返し応力を受けた際にも破断することがなく、導電性を損なうことのない太陽電池用のリード線を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載した発明は、太陽電池モジュール１４のセル１２間を電気的に接続する太陽電池用リード線１０であって、「電解銅箔３４を焼鈍してなるテープ状の本体１６と、本体１６の表面に設けられたハンダめっき層１８とで構成されている」ことを特徴とする太陽電池用リード線１０である。
【００１２】
また、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の太陽電池用リード線１０の製造方法に関し、「陰極である回転ドラム３０にめっき状の銅を電着させ、これを引き剥がして得た電解銅箔３４を所定の幅にてテープ状に巾切りした後、非酸化雰囲気中で焼鈍し、或いは、電解銅箔３４を非酸化雰囲気中で焼鈍した後、所定の幅にてテープ状に巾切りして本体１６を形成し、然る後、本体１６をハンダ浴に浸漬して本体１６表面にハンダめっき層１８を形成する」ことを特徴とするものである。
【００１３】
これらの発明では、太陽電池用リード線１０の本体１６を、厚さ方向に向けて銅の結晶粒が略棒状に成長・析出して形成された電解銅箔３４を焼鈍したもので構成しているので、その耐力荷重（すなわち本体１６が弾性変形から塑性変形へと変化する際の荷重）は極めて低いものとなっている。このため、少ない応力で容易に塑性変形することができる。
【００１４】
また、本体１６を構成する電解銅箔３４は、一方の表面に回転ドラム３０の表面形状が転写された平滑な光沢面２０(通称Ｓ面)が形成されるが、他方の表面には銅の結晶粒が析出する際の凹凸２２が残った析出面２４(通称Ｍ面)が形成されている。このため、本体１６は、析出面２４に形成された凹凸２２がクッションのように働き、見掛けの弾性率を低くすることができる。
【００１５】
したがって、以上のように構成された太陽電池用リード線１０では、ハンダめっき層１８のハンダ１８ａを加熱・溶融してセル１２の表面にリード線１０を溶着（ハンダ付け）する際、本体１６は、加熱により熱膨張するが、熱膨張時の膨張応力によって弾性変形領域を超えて塑性変形するようになる。また、本体１６の見掛けの弾性率は低いものとなっている。それ故、その後冷却した際、冷却時におけるリード線１０の熱収縮に伴いセル１２に与えられる曲げ応力(換言すれば、リード線１０がハンダ付けされている側のセル１２表面における収縮方向の張力)を緩和することができ、太陽電池のセル１２、更にいえば太陽電池モジュール１４の反りや割れを防止することができる。
【００１６】
また、本体１６を構成する電解銅箔３４は、上述したように一方の表面に平滑な光沢面２０が形成され、他方の表面に凹凸２２を有する析出面２４が形成されているので、特にハンダめっき層１８を介して本体１６の析出面２４側が太陽電池モジュール１４のセル１２を向くようにしてリード線１０とセル１２とをハンダ付けした場合、析出層２４における凹凸２２のアンカー効果によって、リード線１０とセル１２とを強固に接合することができる。
【００１７】
さらに、本発明の太陽電池用リード線１０は、太陽電池のセル１２とリード線１０とを広い表面積にて面で接合することができるので、接合信頼性を向上させることができると共に、セル１２からリード線１０に向けてスムーズに電流を流すことができる。
【００１８】
そして、本発明の太陽電池用リード線１０は、幅方向の断面積が長手方向のどの位置においてもほぼ均一であることから、熱膨張・収縮を繰り返すことによって繰り返し応力を受けた際にも破断することがなく、また、電気が通流する長手方向において導電性を損なうこともない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、太陽電池用リード線の本体が焼鈍した電解銅箔で構成されているので、当該本体はその耐力荷重が極めて低く、少ない応力で容易に塑性変形することができる。加えて、本体の析出面に形成された凹凸がクッションのように働き、見掛けの弾性率を低くすることができる。このため、ハンダ付け後の冷却時におけるリード線の熱収縮に伴いセルに与えられる曲げ応力を緩和することができ、太陽電池のセルの反りや割れを防止することができる。
【００２０】
また、太陽電池のセルとリード線とを広い表面積にて面で接合することができ、接合信頼性を向上させることができると共に、セルからリード線に向けてスムーズに電流を流すことができる。
【００２１】
さらに、本発明の太陽電池用リード線は、幅方向の断面積が長手方向のどの位置においてもほぼ均一であることから、熱膨張・収縮を繰り返すことによって繰り返し応力を受けた際にも破断することがなく、また、電気が通流する長手方向において導電性を損なうこともない。
【００２２】
したがって、ハンダ付け後のセル、更にいえば太陽電池モジュールの反りや割れの発生を防止できると共に、繰り返し応力を受けた際にも破断することがなく、導電性を損なうこともない太陽電池用のリード線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】
【００２３】
以下、本発明を図面に従って詳述する。本発明の太陽電池用リード線１０(以下、単に「リード線１０」という。)は、図１および図２に示すように、単結晶あるいは多結晶のシリコン基板からなるセル１２どうしを電気的に接続して太陽電池モジュール１４を形成すると共に、前記セル１２から電流を取出すためのものである。
【００２４】
図３は本発明の一実施形態のリード線１０を示す長手方向の断面図である。この図が示すように本発明のリード線１０は、大略、本体１６とハンダめっき層１８とで構成されている。
【００２５】
本体１６は、厚さ５０〜３００μｍの電解銅箔３４(図４参照)を所定の幅にて巾切りしたテープ状のものを焼鈍して得た長尺の部材(線材)である。
【００２６】
この本体１６の厚さは、上述のように５０〜３００μｍの範囲とするのが好ましく、より好ましくは７０〜２５０μｍの範囲である。本体１６の厚さが５０μｍ未満の場合には本体１６の導電性が悪化するようになり、逆に、３００μｍよりも厚い場合には導電性は改善されるが、本体１６を構成する電解銅箔３４自体の製造が困難になると共に、本体１６の柔軟性(可撓性)が低下して太陽電池モジュール１４製造時の作業性が悪化するようになるからである。
【００２７】
また、本体１６の幅は、１〜５ｍｍの範囲とするのが好ましく、より好ましくは２〜４ｍｍの範囲である。本体１６の幅が１ｍｍ未満の場合には、太陽電池モジュール１４製造時や太陽電池使用時のヒートサイクルによって本体１６が断線する虞があり、逆に、５ｍｍより大きい場合には、太陽電池のセル１２の受光面積が減少して発電効率が低下するようになるからである。
【００２８】
なお、この本体１６は、上述のように電解銅箔３４で構成されているので、一方の表面には(後述する)回転ドラム３０の表面形状が転写された平滑な光沢面２０(通称Ｓ面)が形成されており、光沢面２０に対向する他方の表面には銅の結晶粒が析出する際の凹凸２２が残った析出面２４(通称Ｍ面)が形成されている。
【００２９】
ハンダめっき層１８は、本体１６の表面にハンダ１８ａを鍍金することによって得られる厚さ１０〜４０μｍ程度の層である。このハンダめっき層１８を構成するハンダ１８ａとしては、従来から使用されているＰｂ−Ｓｎ共晶組成のものや、近年需要が拡大している鉛フリータイプのものなど何れであってもよい。
【００３０】
また、本体１６の表面にハンダめっき層１８を形成する方法としては、ハンダ１８ａを溶解したハンダ浴に本体１６を浸漬する方法などが挙げられる。
【００３１】
以上のように構成されたリード線１０を製造する際には、まず、図４に示すような製造装置２６を用い、電解採取法にて本体１６を構成する電解銅箔を作製する。具体的には、電解液槽２８に収容した硫酸銅水溶液などの電解液Ｗ中に、陰極となるチタンやステンレス製の回転ドラム３０を浸漬し、その回転ドラム３０の周面に沿って鉛や不溶性材料からなる陽極３２を配設する。そして、この回転ドラム３０を回転させながら電極間に電力を供給する。すると、回転ドラム３０の表面に、厚さ方向に向けて略棒状に成長した銅の結晶粒が析出するので、この析出した銅を連続的に剥がして巻き取ることにより電解銅箔３４が完成する。ここで、電極間の電流密度や回転ドラムの回転速度を調節し、得られる電解銅箔３４の厚さが５０〜３００μｍの範囲となるように調整する。
【００３２】
続いて、得られた電解銅箔３４を幅が１〜５ｍｍの範囲となるようにスリット(巾切り加工)してテープ状に成形し、これを非酸化雰囲気（例えば窒素雰囲気，アルゴン雰囲気及び一酸化炭素雰囲気など）とした熱処理炉に入れて３５０℃〜５００℃の温度で所定時間保持し焼鈍する。これにより、リード線１０の本体１６が完成する。
【００３３】
そして、得られた本体１６をハンダ浴に浸漬して本体１６の表面に厚さ１０〜４０μｍ程度のハンダめっき層１８を形成することによりリード線１０が完成する。
【００３４】
上記方法にて製造したリード線１０を用いてセル１２どうしを接合する際には、図２に示すように、セル１２の表面あるいは裏面の所定位置にリード線１０が密着するように配設し、熱風などの加熱手段を用い、リード線１０がハンダ１８ａの溶融温度以上となるように加熱する。すると、ハンダめっき層１８のハンダ１８ａが溶融し、リード線１０の本体１６表面とセル１２の表面(あるいは裏面)とを溶融したハンダ１８ａが繋ぐようになる。そして、溶融したハンダ１８ａが本体１６とセル１２とを繋いだ状態でこれらを冷却することによってハンダ１８ａが固化し、リード線１０を用いたセル１２どうしの接合(リード線１０とセル１２との接合)が完了する。
【００３５】
ここで、リード線１０の本体１６を構成する銅(Ｃｕ)の線膨張係数[１７×１０-6(／℃)]は、セル１２を構成するシリコン(Ｓｉ)の線膨張係数[７．６×１０-6(／℃)]に比べて格段に大きなことから、加熱により膨張した状態でハンダ付けしたリード線１０およびセル１２を冷却すると、両者の収縮率の差からセル１２に曲げ応力(換言すれば、リード線１０がハンダ付けされている側のセル１２表面における収縮方向の張力)が与えられるとも考えられる。
【００３６】
しかしながら、本実施形態のリード線１０では、本体１６を、厚さ方向に向けて銅の結晶粒が略針状或いは略棒状に成長・析出して形成された電解銅箔３４を焼鈍したもので構成しているので、その耐力荷重は極めて低いものとなっている。このため、少ない応力で容易に塑性変形することができる。
【００３７】
また、本体１６を構成する電解銅箔３４は、一方の表面に回転ドラム３０の表面形状が転写された平滑な光沢面２０が形成されるが、他方の表面には銅の結晶粒が析出する際の凹凸２２が残った析出面２４が形成されている。このため、本体１６は、析出面２４に形成された凹凸２２がクッションのように働き、見掛けの弾性率を低くすることができる。
【００３８】
したがって、以上のように構成されたリード線１０では、ハンダめっき層１８のハンダ１８ａを加熱・溶融してセル１２の表面にリード線１０を溶着（ハンダ付け）する際、本体１６は、加熱により熱膨張するが、熱膨張時の膨張応力によって弾性変形領域を超えて塑性変形するようになる。また、本体１６の見掛けの弾性率は低いものとなっている。それ故、その後冷却した際、冷却時におけるリード線１０の熱収縮に伴いセル１２に与えられる曲げ応力(換言すれば、リード線１０がハンダ付けされている側のセル１２表面における収縮方向の張力)を緩和することができ、太陽電池のセル１２、更にいえば太陽電池モジュール１４の反りや割れを防止することができる。
【００３９】
また、本体１６を構成する電解銅箔３４は、上述したように一方の表面に平滑な光沢面２０が形成され、他方の表面に凹凸２２を有する析出面２４が形成されているので、特にハンダめっき層１８を介して本体１６の析出面２４側が太陽電池モジュール１４のセル１２を向くようにしてリード線１０とセル１２とをハンダ付けした場合、析出層２４における凹凸２２のアンカー効果によって、リード線１０とセル１２とを強固に接合することができる。このため、セル１２とリード線１０とを図２に示すような状態で配設し、図の上面側から加熱してこれらをハンダ付けする場合、本体１６の析出面２４が図の上側を向くように配設すれば、熱源の反対側(すなわち図２における下側)でも十分な強度にてセル１２とリード線１０とを接合することができる。つまり、セル１２に当接するリード線１０の面を適宜調節することにより、製造方法や要求される接合強度に応じた最適な状態でセル１２とリード線１０とを接合（ハンダ付け）することができる。
【００４０】
さらに、本発明の太陽電池用リード線１０は、太陽電池のセル１２とリード線１０とを広い表面積にて面で接合することができるので、接合信頼性を向上させることができると共に、セル１２からリード線１０に向けてスムーズに電流を流すことができる。
【００４１】
そして、本発明の太陽電池用リード線１０は、幅方向の断面積が長手方向のどの位置においてもほぼ均一であることから、熱膨張・収縮を繰り返すことによって繰り返し応力を受けた際にも破断することがなく、また、電気が通流する長手方向において導電性を損なうこともない。
【００４２】
なお、上述の例では、本体１６を製造する際、電解銅箔３４を所定の幅にてテープ状に巾切りした後、非酸化雰囲気中で焼鈍する場合を示したが、電解銅箔３４を非酸化雰囲気中で焼鈍した後、所定の幅にてテープ状に巾切りするようにしてもよい。電解銅箔３４を巾切りした後に焼鈍する方法では、電解銅箔３４の切断部分すなわち本体１６の長手方向端部が加工硬化することや切断刃の油が本体１６に残存することがなく、品質的に極めて優れた本体１６を得ることができ、逆に、電解銅箔３４を焼鈍した後に巾切りする方法では、本体１６を効率よく製造することができる。
【００４３】
また、上述の例では、製造した電解銅箔３４をそのまま焼鈍或いは巾切り加工する場合を示したが、これらの処理をする前に電解銅箔３４の少なくとも析出面２４表面に微粒状の銅塊を形成する粗面化処理を行なうようにしてもよい。かかる処理を行なうことによって、リード線１０とセル１２とをより一層強固に接合することができると共に、見掛けの弾性率をより低くすることができる。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例を示し、本発明をさらに具体的に詳述するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００４５】
[実施例１]
厚さ１７５μｍの電解銅箔を準備し、これをスリッターで幅２ｍｍの平角線に巾切りしてコイル状に巻き取った。次いでコイル状に巻き取った平角線を熱処理炉に入れ、窒素雰囲気で４５０℃×４時間保持して焼鈍し、本体を形成した。そして、この本体をＳｎ−２．８％Ａｇ−０．５％Ｃｕの鉛フリーのハンダ浴に浸漬して本体表面に４０μｍ厚のハンダめっき層を形成し、リード線を完成させた。
【００４６】
そして、得られたリード線について、「セルの反り」，「電気抵抗」，「耐力荷重」および「引張荷重」を測定した。
【００４７】
なお、「セルの反り」については以下の方法で測定した。すなわち、得られたリード線を厚さ２５０μｍで且つ一辺の長さが１５ｃｍの正方形のＳｉ板(セル)上に載置し、この状態で２７０℃の熱風を吹きつけてセルにリード線をハンダ付けした。そして、冷却後のリード線付きセルを定盤に載せてセル端部の浮き上がりを計測して「セルの反り」とした。
【００４８】
また、「耐力荷重」とは、リード線(具体的には本体)が弾性変形から塑性変形へと変化する際の荷重、つまり「降伏点」の荷重である。
【００４９】
得られた結果を表１に示す。
【００５０】
[比較例１]
焼鈍を行なわなかったこと以外は、実施例１と同様の方法でリード線を完成させた。そして、得られたリード線について、実施例１で述べたものと同じ方法でセルの反り，電気抵抗および引張荷重を測定した。得られた結果を表１に示す。
【００５１】
[比較例２]
本体として厚さ１７５μｍ，幅２ｍｍの軟銅線(圧延品を焼鈍した物)を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法でリード線を完成させた。そして、得られたリード線について、実施例１で述べたものと同じ方法でセルの反り，電気抵抗および引張荷重を測定した。得られた結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
2007141621.tif 000003
【００５３】
表１に示すように、実施例のリード線は、比較例１および２のものと比較して、「電気抵抗」並びに「引張荷重」はほぼ同等であるにもかかわらず、耐力荷重が極めて低く、「セルの反り」を著しく低減できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明のリード線を用いた太陽電池モジュールの概略を示す斜視図である。
【図２】本発明のリード線と太陽電池セルとの接合構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施例のリード線を示す断面図である。
【図４】本体を構成する電解銅箔の製造装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…リード線
１２…(太陽電池の)セル
１４…太陽電池モジュール
１６…本体
１８…ハンダめっき層
１８ａ…ハンダ
２０…光沢面
２２…凹凸
２４…析出面
２６…(電解銅箔の)製造装置
【図３】
2007141621.tif 000004
【図４】
2007141621.tif 000005
【図１】
2007141621.tif 000006
【図２】
2007141621.tif 000007