(57)【要約】【課題】複数の太陽電池セルを電気的に接続する太陽電池用接続部材の接続工程において、接続品質の向上を図る。【解決手段】複数の太陽電池セル５１を電気的に接続する際、太陽電池セル５１の電極５４Ａに接続部材５２を接続する方法であって、太陽電池セル５１の電極５４Ａ上に接続部材５２を位置合わせして載置する工程と、一対のローラ電極１，１で接続部材５２を電極５４Ａの方向に押圧する工程と、一対のローラ電極１，１を接続部材５２に転接させる工程と、転接中に接続部材５２を介して一対のローラ電極１，１間に通電する工程とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルを電気的に接続する際、太陽電池セルの電極に接続部材を接続する方法であって、
前記太陽電池セルの電極上に前記接続部材を位置合わせして載置する工程と、
一対のローラ電極で前記接続部材を前記電極の方向に押圧する工程と、
前記一対のローラ電極を前記接続部材に転接させる工程と、
少なくともこの転接中に前記接続部材を介して前記一対のローラ電極間に通電する工程と、
を有することを特徴とする太陽電池用接続部材の接続方法。
【請求項２】
前記太陽電池セルの電極と前記接続部材とに介在するようにはんだ層を形成し、前記通電によって前記接続部材に発生する抵抗発熱が、前記はんだ層のはんだを溶融させることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用接続部材の接続方法。
【請求項３】
前記通電は断続的に行われることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の太陽電池用接続部材の接続方法。
【請求項４】
前記一対のローラ電極の前記接続部材に対する転接を開始させた後に前記通電を開始し、この転接を停止させる前に前記通電を停止す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太陽電池用接続部材の接続方法。
【請求項５】
前記通電中にこの電流の極性を切替えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽電池用接続部材の接続方法。
【請求項６】
複数の太陽電池セルを電気的に接続する際、太陽電池セルの電極に接続部材を接続する接続装置であって、
電極上に前記接続部材が載置された前記太陽電池セルを位置合せして載置する載置面と、
前記接続部材に近接および離隔可能に設けられた一対のローラ電極と、
前記一対のローラ電極を前記接続部材に所定の押圧力で当接させる押圧手段と、
前記一対のローラ電極と前記接続部材との相対的な位置をこのローラ電極の転接の方向に変化させる駆動部と、
前記一対のローラ電極に電圧を印加する電源とを備え、
前記一対のローラ電極の各々の回転軸は略一致しており、これらローラ電極が転接する方向は前記接続部材の長手方向に略一致することを特徴とする太陽電池用接続部材の接続装置。
【請求項７】
前記押圧手段は、前記一対のローラ電極の各々の電極に対して独立して設けられていることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池用接続部材の接続装置。
【請求項８】
前記一対のローラ電極の素材がタングステンであることを特徴とする請求項６または７のいずれかに記載の太陽電池用接続部材の接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の太陽電池セル同士を電気的に接続する際に用いる接続部材を、太陽電池セルの電極に接続する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点から太陽光エネルギーを活用する太陽電池が注目され、種々の開発がなされている。一般に太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する複数の太陽電池セルを接続部材で電気的に接続してストリングを構成し、このストリングを透明なカバーガラスや保護材と積層して太陽電池モジュールとすることで使用される。
【０００３】
この接続部材は一般にストリングリボンやインターコネクタと称され、厚さ０．１〜０．２ｍｍの銅箔からなり、幅が２ｍｍ前後のリボン状に成形されたもので、表面にははんだがコーティングされている。太陽電池セルは受光面と裏面にそれぞれ電極を有し、一般に銀ペーストで形成されている。そして図６（ａ）に示すように、この接続部材５２は隣接する太陽電池セル５１，５１の正極と負極とを導通させるように接続され、図６（ｂ）で示すような直列に接続されたストリング５３が構成される。
【０００４】
ここで、太陽電池セルに接続部材をはんだ付けする方法としては、特許文献１に記載されているように加熱した金属を接続部材の上から押し当ててはんだを溶融させる方法、特許文献２に記載されているように熱風を接続部材の上方から吹きつけてはんだを溶融させる方法、特許文献３に記載されているように赤外線ランプによる熱放射と熱風を併用してはんだを溶融させる方法、また、最近ではレーザ光を接続部材に照射してはんだを溶融させる方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９８０９５号公報（第３頁、図２）
【特許文献２】特開２００６−３３２２６４号公報（第７頁、図３）
【特許文献３】特開２００４−２５３４７５号公報（第７頁、図１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、加熱した金属では所定の範囲に対して加熱金属から接続部材へ均等に熱伝導が行われるように前記所定の範囲（比較的広い範囲）に強い押圧力で接触しなければならない。また、加熱金属から、これに接触している接続部材へ熱が伝導し、さらに接続部材と太陽電池セルの電極とに介在するはんだ層に熱を伝導させなければならないので、加熱時間（接触時間）を長くしなければならない。したがって、太陽電池セルの電極の周囲にも熱が広がり、太陽電池セル内の外力の偏りと温度の偏りによるクラックの発生が問題となっている。
【０００７】
また、熱の放射や熱風の吹き付けによる方法も、太陽電池セルの電極以外の領域を加熱してしまうので、前述と同様にクラックの発生の問題を有するとともに、太陽電池セル自体の特性劣化により、変換効率の低下を招くと言う問題も有する。また、レーザ光を接続部材に照射する方法は、接続部材の表面（レーザ光照射面）に反射率のムラがあった場合は、その分レーザ光エネルギーの吸収にムラが生じ、加熱が均一に行われないという問題がある。特に接続部材にはんだがコーティングされている場合は、この問題が顕在化する。
【０００８】
さらに、レーザ光を利用した加熱方法を除く前述の加熱方法は、接続部材の接続すべき部分を同時に加熱するため、太陽電池セルと比較して熱膨張率の大きな接続部材全体が加熱されて膨張し、その後はんだが固化した後も収縮しながら常温に戻るため、太陽電池セルと接続部材とのあいだに応力が発生し、残留する。これにより接続部材を内側にした方向の反りを発生させ、太陽電池ストリングとなった後の工程、例えば太陽電池モジュールを形成するための積層工程で、太陽電池セルの割れやクラックの発生を招く。
【０００９】
そこで、本発明はこれらのような課題を解決すべく、太陽電池セルの電極以外の領域を過剰に加熱することなく、接続部材の接続部全域がムラなくはんだ付けされるようにすることで、接続品質の向上を図ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は第１の態様として、複数の太陽電池セルを電気的に接続する際、太陽電池セルの電極に接続部材を接続する方法であって、前記太陽電池セルの電極上に前記接続部材を位置合わせして載置する工程と、一対のローラ電極で前記接続部材を前記電極の方向に押圧する工程と、前記一対のローラ電極を前記接続部材に転接させる工程と、少なくともこの転接中に前記接続部材を介して前記一対のローラ電極間に通電する工程と、を有することを特徴とする太陽電池用接続部材の接続方法を提供する。
【００１１】
これにより、一対のローラ電極の小面積の接触点近傍だけが加熱され、この加熱点が接続部材上を移動するので、接続部材全体が加熱されて熱膨張することがなく、接続後の太陽電池セルの反り量を減少させることができる。
【００１２】
また本発明は第２の態様として、前記太陽電池セルの電極と前記接続部材とに介在するようにはんだ層を形成し、前記通電によって前記接続部材に発生する抵抗発熱が、前記はんだ層のはんだを溶融させることを特徴とする第１の態様として記載の太陽電池用接続部材の接続方法を提供する。
【００１３】
これにより、接続部材自身のジュール熱による抵抗発熱が熱源となる。したがって接続部材が熱源となるので、外部の固体や気体からの熱伝導、あるいは赤外線による輻射熱を受けて接続部材が温度上昇する従来の技術と比較して、加熱が不要な周囲の領域を加熱することなく、接続部材に直接接触しているはんだを加熱することができる。
【００１４】
また本発明は第３の態様として、前記通電は断続的に行われることを特徴とする第１または第２のいずれかの態様として記載の太陽電池用接続部材の接続方法を提供する。
【００１５】
これにより、瞬間的な通電による加熱と加熱休止時間とをコントロールすることが可能となり、接続品質を維持しながら外部への熱の影響をさらに精密にコントロールできるようになる。
【００１６】
また本発明は第４の態様として、前記一対のローラ電極の前記接続部材に対する転接を開始させた後に前記通電を開始し、この転接を停止させる前に前記通電を停止することを特徴とする第１乃至第３のいずれかの態様として記載の太陽電池用接続部材の接続方法を提供する。
【００１７】
これにより、通電による加熱が行われている時は一対のローラ電極が接続部材に対して常に転接している状態とすることができるので、ローラ電極が接触する接続部材の表面にはんだがコーティングされていたとしても、ローラ電極と接続部材とが付着することがない。したがってはんだ付けが終了し、ローラ電極を接続部材から退避させるときに、接続部材を太陽電池の電極から引き剥がしてしまうような問題は発生しない。だたし、この場合の通電の開始と停止とは、第３の態様として記載した断続的な通電における開始と停止とを意味するのではなく、１本の接続部材の接続工程における通電の開始と停止を意味する。
【００１８】
また本発明は第５の態様として、前記通電中にこの電流の極性を切替えることを特徴とする第１乃至第４のいずれかの態様として記載の太陽電池用接続部材の接続方法を提供する。
【００１９】
これにより、電流の方向に起因する極性効果（両電極近傍の接続部材の発熱に差が生じる）を低減することができるので、接続信頼性がさらに向上する。
【００２０】
また本発明は第６の態様として、複数の太陽電池セルを電気的に接続する際、太陽電池セルの電極に接続部材を接続する接続装置であって、電極上に前記接続部材が載置された前記太陽電池セルを位置合せして載置する載置面と、前記接続部材に近接および離隔可能に設けられた一対のローラ電極と、前記一対のローラ電極を前記接続部材に所定の押圧力で当接させる押圧手段と、前記一対のローラ電極と前記接続部材との相対的な位置をこのローラ電極の転接の方向に変化させる駆動部と、前記一対のローラ電極に電圧を印加する電源とを備え、前記一対のローラ電極の各々の回転軸は略一致しており、これらローラ電極が転接する方向は前記接続部材の長手方向に略一致することを特徴とする太陽電池用接続部材の接続装置。
【００２１】
これにより、太陽電池セルの電極と接続部材との品質の高い接続を実現することができる。
【００２２】
また本発明は第７の態様として、前記押圧手段は、前記一対のローラ電極の各々の電極に対して独立して設けられていることを特徴とする第６の態様として記載の太陽電池用接続部材の接続装置を提供する。
【００２３】
これにより、一対のローラ電極が接触する接続部材の表面に僅かな凹凸があっても、両電極が独立してこの凹凸にならうように移動するので、接続部材に対して均一な押圧力を維持することができる。
【００２４】
さらに本発明は第８の態様として、前記一対のローラ電極の素材がタングステンであることを特徴とする第６または第７のいずれかの態様として記載の太陽電池用接続部材の接続装置を提供する。
【００２５】
はんだの濡れ性が悪くはんだをはじく素材であるタングステンをローラ電極の素材とすることで、接続部材とローラ電極との付着の可能性がさらに低くなり、接続工程の歩留りが向上する。
【発明の効果】
【００２６】
前述したように、従来の加熱方法は、接続部材の外部から接続部材へと熱を加える方法であったが、本発明によると、電気的手段により接続部材自体に発熱を生じさせることができる。したがって、太陽電池の電極と接続部材との接続にとって不要な領域に加熱が及ぶことを、減少させることができ、太陽電池セルへの熱の悪影響を削減することができる。また、一対のローラ電極が常に接続ポイントに押圧力を付与しながら接続を行うので、浮きのない良好な接続を得ることができる。さらに、通電による加熱であるので短時間で熱量をコントロールすることが容易であり、品質の安定した接続が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を示す被接続部品の斜視図
【図２】本発明の実施形態を示す要部斜視図
【図３】本発明の実施形態を示すの要部側面図
【図４】本発明の実施形態を示す斜視図
【図５】本発明の実施形態を示す部分断面図
【図６】従来の技術を示す側面図と斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
次に、添付図面を参照して本発明に係る太陽電池用接続部材の接続方法および接続装置の実施形態を詳細に説明する。図１は太陽電池セル５１の受光面を望むように描いた斜視図である。この受光面には、図１（ａ）に示すように、銀ペーストを焼成してなる集電電極５４Ｂと表面電極５４Ａとが配設されており、この表面電極５４Ａ上に位置合せして接続部材５２が載置される。図１（ｂ）は接続部材５２が表面電極５４Ａ上に載置された様子を示したもので、接続部材５２の一端が太陽電池セル５１からはみ出した部分（符号ア）は、図示しない隣接する太陽電池セルの裏面電極に接続される。またここで、表面電極５４Ａと接続部材５２との正確な位置合せを行うために、近年では集電電極５４Ｂを画像認識して位置合せが行われている。
【００２９】
このようにして太陽電池セル５１の電極である表面電極５４Ａ上に接続部材５２が位置合せして載置されると、図２（ａ）で示すように一対のローラ電極１，１を接続部材５２上に上方から当接させ、さらに所定の押圧力で接続部材５２を表面電極５４Ａの方向に押圧する。ここでは２本の接続部材５２のうち１本について、その接続工程を図示して説明する。その後図２（ｂ）で示すように、所定の押圧力で接続部材５２を押圧した状態で、太陽電池セル５１を載置した載置面（図示省略）を矢印イの方向に移動させる。
【００３０】
このようにすることで一対のローラ電極１，１は矢印ウの方向に回転しながら接続部材５２上をその長手方向に転接する。そして転接を開始させた後一対のローラ電極１，１の両電極間に図示しない電源から電流を供給する。この場合の電源には溶接電源を使用するが、瞬時に大電流を供給でき、しかも細かい出力電流調整が可能な電源が好ましく、さらには極性切替え方式の電源がなお好ましい。本実施形態では数ｍ秒毎に断続的に通電を行い、その電流の極性を交互に切替えるようにしている。
【００３１】
図３は図２（ｂ）に印した矢印エの方向から一対のローラ電極１，１が接続部材５２に転接している様子を見た図であり、図３（ａ）が全体像、図３（ｂ）が図３（ａ）において符号オで示した部分の拡大図である。図３（ｂ）において一対のローラ電極１，１は符号カで示す間隙をおいて回転自在に保持されている。本実施形態の場合接続部材５２の幅が２ｍｍであるのに対して、間隙カは０．８ｍｍとしている。また点線の両端矢印キで示しているのは電流の流路であり、一方のローラ電極１から他方のローラ電極１まで接続部材５２を経由して流れている。一部の電流は表面電極５４Ａと接続部材５２とに介在するはんだ層５５や表面電極５４Ａを流れるが、接続部材５２は電気抵抗の小さな銅を素材としており、また最短距離であることから矢印キの流路に大部分の電流が流れ、接続部材５２に抵抗発熱を発生させる。
【００３２】
このようにして接続部材５２のジュール熱により発生した熱で、この接続部材５２に接して設けられたはんだ層５５のはんだが溶融し、はんだ付けが行われる。このとき発熱箇所はスポット状であり、しかもその発熱スポットが移動するので、太陽電池セルへの熱による悪影響が少ない状態ではんだ付けを達成できる。また、押圧部分がスポット状なので、大面積の加熱金属を押し当てる場合と比較して小さな押圧力ではんだ付けを行うことができるので、薄い太陽電池セルであってもこれを破損させることはない。
【００３３】
次に図４および図５に基づいて本発明に係る太陽電池用接続部材の接続装置について詳細に説明する。図４は本実施形態で使用する接続装置の全体構成を示す概略図である。ここでも２本の接続部材５２のうち１本の接続部材を接続するために必要な構造のみを示して説明を進める。図４において符号２は接続装置、３は電源である。また符号４は図示しない基台から立設された門型アーム、５は門型アーム４に上下動可能に保持された昇降部、６，６は昇降部５にそれぞれ独立して上下動自在に保持された一対の電極ホルダ、７，７は一対のローラ電極１，１が接続部材５２に加える押圧力を調整するための錘、８，８は電極ホルダ６，６にそれぞれ固定された一対の絶縁ブロック、９，９は絶縁ブロック８，８にそれぞれ固定された給電ブロック、１，１は給電ブロック９，９にそれぞれ回動自在に保持された一対のローラ電極である。
【００３４】
給電ブロック９，９に保持されたローラ電極１，１は絶縁ブロック８，８を介することによって電極ホルダ６，６と電気的に絶縁されつつ、電極ホルダ６，６と一体的に上下動するものである。また、昇降部５は第１のアクチュエータ５Ａの駆動により門型アーム４に対して昇降可能であり、昇降することにより一対のローラ電極１，１を接続部材５２に向けて近接又は離隔させる。接続部材５２は前述したように太陽電池セル５１の表面電極５４Ａ上に位置合せされて載置されており、さらに太陽電池セル５１は搬送ベルト１０上に位置合せして載置されている。また、搬送ベルト１０は駆動部である第２のアクチュエータ１０Ａの駆動により矢印クの方向に間欠的に移動する。ここで矢印クの移動方向は接続部材５２の長手方向およびローラ電極１，１の転接方向と一致している。
【００３５】
次に、一対のローラ電極１，１の回動自在な保持構造を図５に示して説明する。図５は左右対称なローラ電極の保持構造を示しており、図を見て右側を断面図で示し、右側に付した符号で説明する。ローラ電極１は導電シャフト１１の一端に固定されており、この導電シャフト１１は給電ブロック９に設けた貫通穴に貫挿されている。また、この貫通穴の内面と導電シャフト１１とのあいだには導電性グリースが充填されており、両者の導電性を確保しつつ回動可能に保持している。ここで、導電シャフト１１の小径部１１Ａは導電性グリースのグリース溜まりとしている。
【００３６】
そして図４に示す給電ケーブル１２、１２が給電ブロック９，９に接続されることで、通電時には、導電シャフト１１、１１を経由してローラ電極１，１間に電圧が印加される。また図５に示すように、両ローラ電極１，１は符号カで示す間隙をあけて対向する方向で配置され、両者の回転軸が一致するように設けられており円盤状のローラ電極１の最大外径部の外周面１Ａが接続部材５２に接触する形状となっている。
【００３７】
次に図４に示した接続装置２の動作を説明する。太陽電池セルを搬送ベルト１０上に位置合わせして載置したのち図示しない制御部が動作を開始させる。制御部は搬送ベルト１０を矢印クの方向に移動させ、所定の位置、つまり接続部材５２上の転接開始箇所が一対のローラ電極１，１の直下となる位置に位置決めする。次に昇降部５を下降させることで、これと共に一対のローラ電極１，１も下降し、接続部材５２の上面にローラ電極１，１の外周面１Ａが接触する。その後昇降部５は下降を続けるがローラ電極１，１と一体となった電極ホルダ６，６は下降を停止する。
【００３８】
これにより、昇降部５と電極ホルダ６，６との相対的な位置が上下方向に変化し、ローラ電極１，１が所定の押圧力、つまり錘７，７で調整された押圧力で接続部材５２を押圧する。ここで、電極ホルダ６，６はそれぞれ独立して昇降部５に対し自由に上下動する構造であるので、一対のローラ電極１，１がそれぞれ当接する２カ所の接触部に上下方向の位置の差がある場合でも、この２カ所に均等な押圧力が加わる。また、ローラ電極１，１と接続部材５２との相対的な位置が変化し、ローラ電極が回転している状態、換言するとローラ電極１，１が接続部材５２に転接している状態において、接続部材５２表面に若干の凹凸が存在しても、電極ホルダ６，６のそれぞれ独立した上下動でこの凹凸を吸収し、所定の押圧力を維持することができる。ここで、電極ホルダ６，６、錘７，７を含み一対のローラ電極と一体となって上下動し、接続部材５２に対して所定の押圧力を付与する構成を押圧手段と解釈することができる。
【００３９】
次に制御部は搬送ベルト１０の移動を制御すると共に電源３の出力電流を制御する。まず搬送ベルト１０を矢印クの方向に所定の速度で移動させ、その後電源３から電流を出力する。電流の詳細は前述したのでここでは省略するが、一対のローラ電極１，１は接続部材５２上をその長手方向に転接しながら通電し、転接終端箇所の少し手前で電源３からの給電を停止する。そして通電が停止された状態で転接終端箇所まで一対のローラ電極が転接したら、制御部は搬送ベルと１０の移動を停止する。このとき、通電が行われている間は全て一対のローラ電極１，１は転接しているので、接続部材５２の上面とローラ電極が付着するようなことはなく、このあと一対のローラ電極１，１を上昇させて接続部材５２から退避させるときも、接続部材５２を太陽電池セル５１から引き剥がすようなことはない。さらに一対のローラ電極１，１の素材をタングステンにすることで、はんだが濡れにくくなり、さらにローラ電極１と接続部材５２の付着の可能性が減少する。
【００４０】
本実施形態の説明では、一対のローラ電極１，１と接続部材５２との相対的な位置を変化させるために、太陽電池セル５１を載置する載置面である搬送ベルト１０を移動させるようにしたが、一対のローラ電極１，１を接続部材５２の長手方向に移動させるようにしてもよい。また、本実施形態では押圧手段による所定の押圧力を、重力の作用を利用して実現していたが、ばね等の弾性体の弾性力を利用してもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４１】
１  ローラ電極
２  接続装置
３  電源
４  門型アーム
５  昇降部
５Ａ  第１のアクチュエータ
６  電極ホルダ
７  錘
８  絶縁ブロック
９  給電ブロック
１０  搬送ベルト
１０Ａ  第２のアクチュエータ
１１  導電シャフト
１２  給電ケーブル
【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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