(57)【要約】【課題】  薄膜太陽電池モジュールのインターコネクタのはんだ付け方法を提供する。【解決手段】  本発明になる薄膜太陽電池モジュールのインターコネクタのはんだ付け方法は、ガラス基板上に、金属裏面電極層、薄膜太陽電池モジュールの順に積層された薄膜太陽電池モジュールの出力電極である前記金属裏面電極層にはんだめっきインターコネクタ（扁平出力導線）をはんだ付けする方法であって、加圧・加熱ヘッドで前記金属裏面電極層に重ね合わされた前記インターコネクタを押圧しながら、加熱して前記はんだめっきを溶融し、同時に前記加圧・加熱ヘッドの側面から超音波振動を印加することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に、金属裏面電極層、薄膜太陽電池モジュールの順に積層された薄膜太陽電池モジュールの出力電極である前記金属裏面電極層にはんだめっきインターコネクタ（扁平出力導線）をはんだ付けする方法であって、
加圧・加熱ヘッドで前記金属裏面電極層に重ね合わされた前記インターコネクタを押圧しながら、加熱して前記はんだめっきを溶融し、同時に前記加圧・加熱ヘッドの側面から超音波振動を印加することを特徴とする薄膜太陽電池モジュールのインターコネクタのはんだ付け方法。
【請求項２】
前記超音波振動は前記加圧・加熱ヘッドの長手方向となるように印加することを特徴とする請求項１記載の薄膜太陽電池モジュールへのインターコネクタのはんだ付け方法。
【請求項３】
前記超音波振動は絶縁性と断熱性を備えた部材を介して前記加圧・加熱ヘッドに印加することを特徴とする請求項１記載の薄膜太陽電池モジュールへのインターコネクタのはんだ付け方法。
【請求項４】
ガラス基板上に、金属裏面電極層、薄膜太陽電池モジュールの順に積層された薄膜太陽電池モジュールの出力電極である前記金属裏面電極層にはんだめっきインターコネクタ（扁平出力導線）をはんだ付けする装置であって、
前記金属裏面電極に重ね合わされた前記はんだめっきインターコネクタを押圧すると共に前記はんだめっきを溶融する加圧・加熱ヘッドと、
前記加圧・加熱ヘッドに押圧力を付与する加圧手段と、
前記加圧・加熱ヘッドを加熱する加熱手段と、
はんだめっき溶融時に前記加圧・加熱ヘッドに超音波振動を印加する超音波振動伝達部と、
前記超音波振動伝達部の超音波振動源となる超音波振動生成手段と
を備えることを特徴とする薄膜太陽電池モジュールへのインターコネクタのはんだ付け装置。
【請求項５】
前記加圧・加熱手段と前記超音波振動手段とは別個に構成されており、
はんだ付け時に前記超音波振動伝達部を前記加圧・加熱ヘッドの側面に押圧して超音波振動を印加する押圧手段を備えること
を特徴とする請求項４記載の薄膜太陽電池モジュールへのインターコネクタのはんだ付け装置。
【請求項６】
前記超音波振動伝達部の押圧側には絶縁性と断熱性を備える部材が配設されていることを特徴とする請求項４記載の薄膜太陽電池モジュールへのインターコネクタのはんだ付け装置。
【請求項７】
前記加熱手段はパルスヒート電源であることを特徴とする請求項４記載の薄膜太陽電池モジュールへのインターコネクタのはんだ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールのインターコネクタの接合方法に係り、特に超音波振動を併用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
加熱手段によって加熱溶融させたはんだに、超音波振動子によって超音波振動させたコテ先を接触させることにより、溶融はんだに超音波振動を付与して濡れ性を高めて被はんだ付基板にはんだ付けを行う超音波はんだコテを用いた超音波はんだ付装置が実用化されている。
例えば、インジウムはんだ被覆銅箔リボン導線を用いた接続方法によれば、ガラス基板上の導体電極とリボン導線とを、損傷なしに低コストで確実・強固に接続するために、超音波はんだコテを加熱しながらインジウムはんだを溶融させながらはんだ接続を行うことができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１では、はんだコテの加熱手段については開示されていないが、超音波はんだコテの加熱手段は、超音波はんだコテのコテ先の外周に間隙をおいてヒータコイルが巻回され、このヒータコイルに通電することによってコテ先を加熱するようになっているのが一般的である。
【０００４】
しかし、特許文献１記載の接続方法において、ヒータコイルが使用されると、はんだカスが間隙に侵入して超音波振動を阻害し、これに対処するための保守・清掃に手間がかかるとともに、間隙を広げると熱伝達効率が悪化するという問題がある。
【０００５】
一方、加熱圧着ヘッドを用いた加熱圧着式のはんだ付け方法も公知であり、この方法でもはんだ付け接合部の酸化膜や汚染層を原因とするはんだの濡れ性不足によるはんだ付け品質および信頼性の低下を解消すべく、加熱圧着ヘッドに超音波振動手段を組合わせて加熱圧着時に超音波振動を印加することではんだ層に超音波を伝播し、超音波の作用で溶融したはんだ中にキャビティ（空孔）を生じさせ、このキャビティで酸化層や汚染層を解離して充分な濡れ性を確保できることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２０７８６１号公報
【特許文献２】特開平０６−３５０２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２では、加熱圧着ヘッドと超音波振動手段とを組合わせるとしているが、実際の超音波振動手段は超音波振動子で微小ではあるが強力な２０〜３５ｋＨｚの振動を発生させ、この周波数と共鳴してより大きな振動を得る超音波ホーンを介して加熱圧着ヘッドと接続している。
【０００８】
しかしながら、この超音波ホーンの先端部の振動振幅を均一に保持するには超音波振動子と超音波ホーンの外形に所定の制限がある。つまり、超音波振動子に比べて大型の超音波ホーンを組合わせると先端部の振動分布が不均一になるばかりでなく、縦振動に加えて横振動も発生し易くなるという問題がある。このため、本発明のはんだ付け対象である薄膜太陽電池等の電子装置はガラス基板上に形成されるものであり、その電極膜（又は層）又は導電膜（又は層）の材質は、Ｃｕ以外のＭｏ等の金属又はＩＴＯ（透明導電膜）が使用され、その膜（又は層）の厚み等が極めて薄く機械的強度が低く破損し易いため、実用的ではないという問題点があった。
【０００９】
また、本願発明がはんだ付けしようとしている太陽電池セル（薄膜系に限定されない）に形成される電極に接続されるリボン線は細長いもので必要に応じて加熱圧着ヘッドの外形寸法を変えた方が実用的であることから、超音波振動子と超音波ホーンの外形を合わせることが困難となり、上記の問題を回避することが困難であった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、加熱圧着ヘッドと超音波ホーンとを分離して、加熱圧着ヘッドの発熱部に超音波振動を印加することで超音波ホーンの外形と加熱圧着ヘッドの外形との関係をなくして、均一な超音波振動が印加することができる薄膜太陽電池モジュールのはんだめっきインターコネクタ（リボン線）のはんだ付け方法を提供することを第１の目的とし、この接合方法を直接使用するはんだ付け装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明になる薄膜太陽電池モジュールのインターコネクタのはんだ付け方法は、ガラス基板上に、金属裏面電極層、薄膜太陽電池モジュールの順に積層された薄膜太陽電池モジュールの出力電極である前記金属裏面電極層にはんだめっきインターコネクタ（扁平出力導線）をはんだ付けする方法であって、加圧・加熱ヘッドで前記金属裏面電極層に重ね合わされた前記インターコネクタを押圧しながら、加熱して前記はんだめっきを溶融し、同時に前記加圧・加熱ヘッドの側面から超音波振動を印加することを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
このはんだ付け方法では、前記超音波振動は前記加圧・加熱ヘッドの長手方向となるように印加することを特徴とする（請求項２）。
【００１３】
また、このはんだ付け方法では、前記超音波振動は絶縁性と断熱性を備えた部材を介して前記加圧・加熱ヘッドに印加することを特徴とする（請求項３）。
【００１４】
本発明になる薄膜太陽電池モジュールのインターコネクタのはんだ付け装置は、ガラス基板上に、金属裏面電極層、薄膜太陽電池モジュールの順に積層された薄膜太陽電池モジュールの出力電極である前記金属裏面電極層にはんだめっきインターコネクタ（扁平出力導線）をはんだ付けする装置であって、前記金属裏面電極に重ね合わされた前記はんだめっきインターコネクタを押圧すると共に前記はんだめっきを溶融する加圧・加熱ヘッドと、
前記加圧・加熱ヘッドに押圧力を付与する加圧手段と、前記加圧・加熱ヘッドを加熱する加熱手段と、はんだめっき溶融時に前記加圧・加熱ヘッドに超音波振動を印加する超音波振動伝達部と、前記超音波振動伝達部の超音波振動源となる超音波振動生成手段とを備えることを特徴とする（請求項４）。
【００１５】
このはんだ付け装置では、前記加圧・加熱手段と前記超音波振動手段とは別個に構成されており、はんだ付け時に前記超音波振動伝達部を前記加圧・加熱ヘッドの側面に押圧して超音波振動を印加する押圧手段を備えることを特徴とする（請求項５）。
【００１６】
また、このはんだ付け装置では、前記超音波振動伝達部の押圧側には絶縁性と断熱性を備えた部材が配設されていることを特徴とする（請求項６）。
【００１７】
また、このはんだ付け装置では、前記加熱手段はパルスヒート電源であることを特徴とする（請求項７）。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１ないし請求項３に記載の発明によれば、超音波振動を加圧・加熱ヘッドの側面から印加するようにしたので、加圧・加熱ヘッドの外形と超音波振動伝達部の外形とが一致している必要がなくなるから超音波振動伝達部から均一な超音波振動を加えることが可能となる。したがって、加圧・加熱ヘッドのはんだ付け面が広くなっても、超音波の作用で溶融したはんだ中に生じるキャビティ（空孔）は均一になり、はんだ付け面に対応するはんだ付け部の酸化層や汚染層を解離して充分な濡れ性を均一に確保することが可能となる。
【００１９】
特に請求項２に係る発明によれば、超音波振動方向が加圧・加熱ヘッドの長手方向になるので、加圧・加熱ヘッドに安定した超音波振動が印加されることになるから、裏面金属電極膜の破損を少なくすることが可能となる。
【００２０】
また、特に請求項３に係る発明によれば、絶縁性と断熱性を備えた部材を介して加圧・加熱ヘッドに超音波振動を印加することにしているので、超音波振動に共鳴して振動を増幅する超音波ホーンへの加圧・加熱ヘッドからの電流の分流がなく、かつ伝熱が少なくなるから、通電により発熱した加圧・加熱ヘッドからの熱は、ほとんどすべてがはんだ付け部位に加えられることになるから、確実な温度制御が可能となる。
【００２１】
請求項４ないし７に係る発明によれば、請求項１ないし３のはんだ付け方法に直接使用することができるはんだ付け装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の薄膜太陽電池モジュールのはんだめっきインターコネクタのはんだ付け装置の概略構成図である。
【図２】本発明のはんだ付け方法を用いてはんだめっきインターコネクタがはんだ付けされた薄膜太陽電池モジュールの概要平面図である。
【図３】薄膜太陽電池モジュールの１例であるＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスの概略構成断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２４】
図１は本発明の薄膜太陽電池モジュールのはんだめっきインターコネクタのはんだ付け装置の概略構成図、図２は本発明のはんだ付け方法を用いてはんだめっきインターコネクタがはんだ付けされた薄膜太陽電池モジュールの概要平面図、図３は薄膜太陽電池モジュールの１例であるＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスの概略構成断面図である。
【００２５】
図１において、１はガラス基板１Ａ上に形成された金属裏面電極層１Ｃ上に形成されたＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール（以下、単に太陽電池モジュールともいう。）、２は太陽電池モジュール１の出力電極となる金属裏面電極層１Ｃにはんだ付けされるはんだめっきインターコネクタ（以下、単にインターコネクタともいう。）である。
１１はインターコネクタ２を裏面金属電極層１Ｃに加圧し、加熱する加圧・加熱ヘッド、１３は加圧・加熱ヘッド１１を昇降させて所定の荷重を印加する昇降機構、１５は昇降機構１３を駆動することで加圧・加熱ヘッド１１でインターコネクタ２を裏面金属電極層１Ｃに所定の荷重で押圧させる加圧・加熱ヘッド駆動部、１７は加圧・加熱ヘッド１１に瞬間的に電流を流して発熱させ、この熱でインターコネクタ２のはんだめっきを溶融させるパルスヒート電源である。これらにより、はんだ付け装置のはんだ溶融部を構成する。
【００２６】
２１は所定の周波数で振動する超音波振動子、２３は超音波振動子２１で生成された超音波振動に共鳴してその振幅を増大する超音波ホーン、２５は超音波ホーン２３からの超音波振動を加圧・加熱ヘッド１１に印加するときに加圧・加熱ヘッド１１からの熱の超音波ホーン２３側への伝達を防止する絶縁性と断熱性を備える部材（例えば、ガラス）、２７は超音波振動子２１を超音波で振動させる超音波発振器、２９は超音波振動を加圧・加熱ヘッド１１へ印加する時の超音波振動子２１、超音波ホーン２３、絶縁性と断熱性を備える部材２５の動き（図１では左右方向）を制御する超音波振動伝達駆動部である。これらにより、はんだ付け装置の超音波振動印加部を構成する。
【００２７】
上記の加圧・加熱ヘッド１１ないし超音波振動伝達駆動部２９により薄膜太陽電池モジュールのインターコネクタのはんだ付け装置を構成する。
【００２８】
本発明は薄膜太陽電池モジュールとしてＣＩＳ系（ＣＩＳ、ＣＩＧＳ、ＣＩＧＳＳ等を含む総称）薄膜太陽電池モジュールを例にとって説明するので、最初に図３を用いてＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールについて説明する。
【００２９】
ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１は、複数のＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１’が導電パターンにより電気的に接続されたものであり、ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１’は、図３に示すように、ガラス基板１Ａ上に、アルカリバリア層１Ｂ（必要に応じて設けなくてもよい。）、金属裏面電極層（Ｍｏが最適。）１Ｃ、ｐ型ＣＩＳ系光吸収層１Ｄ、ｎ型高抵抗バッファ層１Ｅ、ｎ型透明導電膜窓層１Ｆの順に高品質薄膜層が順次積層されたサブストレート構造のｐｎヘテロ接合デバイスである。
【００３０】
前記光吸収層１Ｄは、多元化合物半導体薄膜、特に、I-III-VI2 族カルコパイライト半導体、例えば、２セレン化銅インジウム、２セレン化銅インジウム・ガリウム、２セレン化銅ガリウム、２セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム、２イオウ化銅インジウム、２イオウ化銅ガリウム、２イオウ化銅インジウム・ガリウム、薄膜の２セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウムを表面層として有する２セレン化銅インジウム・ガリウムのようなｐ型半導体からなる。なお、前記光吸収層１Ｄは前記のように、ＣＩＳ、ＣＩＧＳ、ＣＩＧＳＳ等からなり、このような光吸収層１Ｄを構成要件とする薄膜太陽電池モジュールを総称してＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールという。
【００３１】
次に、図１と図２を用いて、本発明になる薄膜太陽電池モジュールのインターコネクタのはんだ付け方法について説明する。
図１、図２に示すように、ガラス基板１Ａの端部上の極薄のＭｏ等の金属裏面電極層（出力電極）１Ｃに、はんだめっきされたインターコネクタ２をはんだ付けする。
【００３２】
まず、前述のようにして形成された薄膜太陽電池モジュール１（図３参照）を準備し、図示しない載置台に載置する。
次に、薄膜太陽電池モジュール１の外形に合わせて長さが調整されたはんだめっきインターコネクタ２を準備し、薄膜太陽電池モジュール１の金属裏面電極層（出力電極）１Ｃに載置する。
【００３３】
はんだめっきインターコネクタ２のはんだめっき層ははんだ付けに充分な厚さとするのがよいが、必要に応じてインターコネクタ２がハンダ付けされる位置に予備はんだを供給しておいてもよい。なお、これらのはんだは環境に配慮して鉛フリーはんだとするのがよい。
【００３４】
次に加圧・加熱ヘッド駆動部１５の制御により昇降機構１３を動作させて加圧・加熱ヘッド１１を下降させ、インターコネクタ２を出力電極１Ｃに押し付ける。このときの荷重は検知センサにより検出されて加圧・加熱ヘッド駆動部１５にフィードバックされ、所定の荷重が印加されるように制御される。
【００３５】
所定の荷重が印加されると、パルスヒート電源１７から加圧・加熱ヘッド１１にパルス状の電流が供給される。この電流により加圧・加熱ヘッド１１の先端部が発熱し、この熱によってインターコネクタ２のはんだめっきまたは予備はんだを溶融させる。このとき、前記先端部の温度が検知センサにより検出され、パルスヒート電源１７にフィードバックされ、所定の温度になるように電流を増減する。
【００３６】
また、前述のように所定の荷重が印加されると、超音波振動伝達駆動部２９は超音波振動伝達部（超音波振動子２１、超音波ホーン２３および絶縁性と断熱性を備える部材２５を主要構成とする。）を移動させて、絶縁性と断熱性を備える部材２５の先端部を加圧・加熱ヘッド２１の側面に所定の荷重で押し付ける。
【００３７】
そして、はんだが溶融されると超音波発振器２７から超音波信号を発振させ、超音波振動子２１に供給する。こうすることで超音波振動子２１は所定の振幅で超音波振動を開始し、この超音波振動の振幅が超音波ホーン２３で共鳴することで増幅されて絶縁性と断熱性を備える部材２５を介して加圧・加熱ヘッド１１に印加される。この超音波振動により加圧・加熱ヘッド１１が超音波で振動し（図１の左右方向）、溶融しているはんだに伝播される。
【００３８】
この伝播された超音波振動により、溶融したはんだ中にキャビティ（空孔）を生じさせ、このキャビティで酸化層や汚染層を解離して充分な濡れ性を確保する。また、この超音波振動により、溶融されたはんだ中に含まれるボイドを排出する。このようなことから、はんだ付けの信頼性が向上する。このとき、加圧・加熱ヘッド２１からの熱は、絶縁性と断熱性を備える部材２５により超音波ホーン２３には伝わらないようにしているので、加圧・加熱ヘッド２１の温度制御が適切に実行できる。
【００３９】
一方、はんだが溶融するとそれに応じて加圧・加熱ヘッド１１が下降する。このため、加圧・加熱ヘッド１１はインターコネクタ２と出力電極１Ｃに荷重が印加された状態で密着していることになる。ここで、前述のように超音波振動を印加すると振幅は大きくないとはいえ（数１０μｍ）、出力電極１Ｃは前述のように極薄であるので、損傷を受け易いから、超音波振動方向はインターコネクタ２の長手方向となるようにするのがよい。
【００４０】
また、前述の荷重検知のフィードバック制御により加圧・加熱ヘッド１１による荷重を低減させてインターコネクタ２と出力電極１Ｃとの密着性を弱めて超音波振動がそのまま出力電極１Ｃに印加させないようにするのがよい。さらには、加圧・加熱ヘッド１１の位置を検知し、検出した位置を加圧・加熱ヘッド駆動部１５にフィードバックし、所定の距離（数μｍ〜数１０μｍ）浮かして加圧・加熱ヘッド、インターコネクタ２およびの出力電極１Ｃ間に間隙を設けて超音波振動が出力電極１Ｃに印加されないようにするのがよい。
【００４１】
また、加圧・加熱ヘッド１１のインターコネクタ２の押圧面に均一に超音波振動が印加されるように昇降機構１３と一体となっている加圧・加熱ヘッド１１とその支持機構（図示せず）とは超音波振動方向に微小の距離平行移動自在に取り付ける構造とするのがよい。
【００４２】
このように、所定の時間加圧・加熱ヘッド１１に所定の荷重、所定の電流、所定の超音波振動を印加する。この後、超音波発振器２７の発振を停止して超音波振動を停止し、超音波振動伝達駆動部２９の制御により超音波振動伝達部を加圧・加熱ヘッド１１から離す。同時にパルスヒート電源１７からのパルス電流の供給も停止して、加圧・加熱ヘッド１１の発熱を停止させ、加圧・加熱ヘッド１１の温度を低下させる。そして、溶融されたはんだが固化した後に加圧・加熱ヘッド１５の制御により昇降機構１３を介して加圧・加熱ヘッド１１を上昇させる。
【００４３】
このようにして、インターコネクタ２の出力電極１Ｃへのはんだ付けが完了する。
【００４４】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるところである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。またはんだ付け装置の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  薄膜太陽電池モジュール
１Ａ  ガラス基板
１Ｃ  金属裏面電極層（出力電極）
２  はんだめっきインターコネクタ
１１  加圧・加熱ヘッド
１３  昇降機構
１５  加圧・加熱ヘッド駆動部
２１  超音波振動子
２３  超音波ホーン
２５  絶縁性と断熱性を備える部材
２７  超音波発振器
２９  超音波振動伝達駆動部
【図１】
2012109423.tif 000003
【図２】
2012109423.tif 000004
【図３】
2012109423.tif 000005