(57)【要約】【課題】線材の長手方向に対して低降伏応力で変形し易く、低コストで直線性の優れたテープ状導電材料、太陽電池用インターコネクターおよび太陽電池モジュールを提供すること。【解決手段】銅、もしくはアルミニウムを主体とする２本以上の単芯線を互いに電気的に導通を保ちながら、長さ方向に平行かつ一平面内に整列させて接合又は結束させることで一体化させ、単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、単芯線１本あたりの断面積の円相当径に対して５％以上とする。これにより、低降伏応力で変形し易く、低コストで直進性の優れた半導体接続用導体を提供することができる。【選択図】図１
2013211266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅またはアルミニウムを主体とする２本以上の単芯線からなり、
前記２本以上の単芯線は、当該単芯線の長さ方向に平行であり、かつ、幅方向一列に互いに電気的導通するように一体化されており、
前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線１本あたりの断面積の円相当径に対して５％以上である
ことを特徴とする、テープ状導電材料。
【請求項２】
前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線１本あたりの断面積の円相当径に対して２０％以上である
ことを特徴とする、請求項１に記載のテープ状導電材料。
【請求項３】
前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線１本あたりの断面積の円相当径に対して５０％以上である
ことを特徴とする、請求項１に記載のテープ状導電材料。
【請求項４】
前記２本以上の単芯線のそれぞれに対して、前記単芯線よりも強度、または硬度の低い結束接合材料を被覆することによって、前記２本以上の単芯線が互いに導通するように一体化された
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のテープ状導電材料。
【請求項５】
前記２本以上の単芯線のそれぞれに対して結束接合材料が被覆されて、前記２本以上の単芯線が互いに導通するように一体化されており、
前記テープ状導電材料の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記結束接合材料の被覆断面積が、前記２本以上の単芯線の総断面積の１０％以下である
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のテープ状導電材料。
【請求項６】
前記２本以上の単芯線は、当該単芯線とは異なる結束接合材料を介して幅方向に互いに接するように一体化しているか、又は、前記単芯線の側面の接触面の一部で互いに直接接合している
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のテープ状導電材料。
【請求項７】
長手方向に５ｍｍ以上６０ｍｍ以下の間隔で、前記２本以上の単芯線が、幅方向に互いに直接点接合しているか、又は、前記単芯線とは異なる結束接合材料を介して幅方向に互いに点接合しており、かつ、前記単芯線を構成する材料又は前記結束接合材料よりも融点の低い材料で被覆されている
ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のテープ状導電材料。
【請求項８】
前記２本以上の単芯線を一体化する前記結束接合材料が、半田である
ことを特徴とする、請求項４〜７のいずれか１項に記載のテープ状導電材料。
【請求項９】
前記単芯線が、アルミニウム、又は銀によって被覆されている
ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のテープ状導電材料。
【請求項１０】
前記テープ状導電材料の０．２％耐力が、２０〜７０ＭＰａである
ことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のテープ状導電材料。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のテープ状導電材料を用いたものであり、
前記テープ状導電材料の厚さが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであり、
前記テープ導電材料の幅が１ｍｍ〜１０ｍｍであり、
前記単芯線の幅と厚さのアスペクト比が２以下である
ことを特徴とする、太陽電池用インターコネクター。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のテープ状導電材料で太陽電池セルを直列接続したストリングスを含む
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、特に太陽電池の集電に使用されるテープ状導電材料、太陽電池用インターコネクター及び太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池発電は、無尽蔵な太陽エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電方式である。このため、太陽電池発電は、エネルギー問題を大幅に軽減する技術として、近年技術開発が活発になり、市場も大きく拡大している。
【０００３】
現在、太陽電池の基板には、単結晶シリコン基板、又は多結晶シリコン基板が多く採用される。単結晶シリコン基板などを採用する太陽電池は、５インチ〜６インチ角程度の大きさを有する太陽電池セルと呼ばれる複数の基板により形成される。太陽電池を形成する複数の太陽電池セルの間を集電用配線で接続して、それぞれの太陽電池セルで生成された電気エネルギーを集電する。太陽電池セルと集電用配線との間の接続は、半田による溶融液相接合が多く採用される。この集電用配線は、集電用インターコネクターと称され、半田被覆された銅平角線により形成される。一般的に、銅平角線は、丸線を圧延して平角線（金属テープ）とするか、所定の厚さまで板を圧延して、その後スリット加工することによって製造される。一般的な集電用インターコネクターに使用される半田被覆平角銅線に使用される平角銅線の断面形状は、厚さが０．１〜０．３ｍｍ、幅が１ｍｍ〜３ｍｍの範囲にある。また太陽電池用モジュール内で使用されるインターコネクターに使用される半田被覆平角銅線の断面形状は、厚さが０．１〜０．３ｍｍ、幅が３ｍｍ〜１０ｍｍ程度の範囲にある。また、半田の目付量は、厚さの平均で片側１０μｍ〜４０μｍであるが、２０μｍ以上の場合が多い。
【０００４】
図１は、集電用インターコネクターが実装される、一般的な結晶型の太陽電池の一部を概略的に示す図である。
【０００５】
図１に示すように、太陽電池は、太陽電池セル１ａ、１ｂ、及び１ｃと、金属テープである集電用インターコネクター２ａ、２ｂ、２ｃ、及び２ｄとを有する。太陽電池セル１ａ、１ｂ、及び１ｃと、集電用インターコネクター２ａ、２ｂ、２ｃ、及び２ｄとは、半田、又は導電接着剤により機械的、電気的に接合されることにより、それぞれ実装される。このように、金属の側面長手方向に他の材料と接合、実装する形態を、以下では線実装と呼ぶ。
【０００６】
集電用インターコネクター２ａ、及び２ｂは、太陽電池セル１ａの表面、及び太陽電池セル１ａのＬ方向３の方向に隣接して配置される太陽電池セル１ｂの裏面に線実装される。ここで、表面は、Ｄ方向４の正方向に向く面をいい、裏面は、Ｄ方向４の負方向に向く面をいう。集電用インターコネクター２ｃ、及び２ｄは、太陽電池セル１ｂの表面、及び太陽電池セル１ｃの裏面に線実装される。このように集電用インターコネクター２ａ、２ｂ、２ｃ、及び２ｄにより接続されることにより、太陽電池セル１ａ、１ｂ、及び１ｃは、電気的に直列接続される。集電用インターコネクター２ａ、及び２ｂは、Ｗ方向５の方向に適当な間隔を空けて配置される。同様に、集電用インターコネクター２ｃ、及び２ｄは、Ｗ方向５の方向に適当な間隔を空けて配置される。
【０００７】
このような太陽電池において、導電材料の代表的な素材である銅やアルミニウムと半導体の代表的な材料であるシリコンとを接続した場合、常温で接合しない限りは、金属と半導体の熱膨張係数の差に応じた熱応力が発生する。導電材料とシリコンとの間に金属電極を介していたとしても、一般的に金属電極は、シリコンに比較して薄く、シリコンに対する剛性が小さいことから、導電材料との熱応力を考える場合、導電材料とシリコンとの熱膨張差が特に問題となる。
【０００８】
集電用インターコネクターを太陽電池セルに接合するために、集電用インターコネクター及び太陽電池セルを昇温して液相接合した後に室温に冷却する処理を実施する必要がある。この処理において、太陽電池セルの主たる構造体であるシリコンの熱膨張係数と、集電用インターコネクターを構成する主たる構造体である銅の熱膨張係数との差に起因して、熱応力が発生する。金属とシリコンの室温近傍における代表的な線膨脹係数は、銅が１６．６×１０−６（Ｋ−１）、銀が１９×１０−６（Ｋ−１）、アルミニウムが２５×１０−６（Ｋ−１）、シリコンが３×１０−６（Ｋ−１）である。仮に銅とシリコンとを２００℃で接合した場合、約０．２６％の長さの差が生じ、実際は、銅とシリコンの間に熱応力、反りが発生する。このように、銅の熱膨張係数と、シリコンの熱膨張係数との比率は、約５倍と大きいため、発生する熱応力により、太陽電池セルは、変形し、破損する可能性がある。
【０００９】
太陽電池は、発電電力を電流として出力するエネルギーデバイスであることから、集電用インターコネクターの断面積、及び集電用インターコネクターと太陽電池セルとの間の接続面の面積は、集電用インターコネクターに流れる電流量を考慮して決定する必要がある。
【００１０】
一方、シリコン材料が逼迫する状況に対応し、かつ太陽電池セルのコストダウンを図るために、太陽電池セルに使用される基板の薄型化が進んでいる。例えば、厚さ１８０μｍなど、非常に薄いシリコン基板が、太陽電池セルとして使用されるようになってきている。このため、熱応力による太陽電池セルの破損は、さらに大きな問題になっている。
【００１１】
この問題を解決するための方策としては、大きく分けて２つの方策が挙げられる。１つは構造による方策であり、多くの方策が提案されている。（例えば、特許文献１〜２参照。）。
【００１２】
特許文献１に記載される発明は、集電用インターコネクターの長さ方向に、波型部を形成することにより応力を解放する方策である。また、特許文献２に記載される発明は、太陽電池セルの電極の長さ方向に、電極が形成されない非接続部を任意の間隔で形成することにより、集電用インターコネクターを接続した後の冷却工程における熱応力を低減する方策である。
【００１３】
太陽電池セルと、集電用インターコネクターとの間の接続構造を変更することにより熱応力を緩和する技術は、大変有効である。しかしながら、特許文献１に記載される技術では、必要な集電用インターコネクターの長さが長くなるため、集電用インターコネクターの材料費、及び電気抵抗が大きくなる可能性がある。また、特許文献１及び２に記載される技術では、太陽電池セルと、集電用インターコネクターとの間の接合面積が減少するため、接続抵抗が増加し、かつ接合部分（ノッチ部分）の電気抵抗が増加する可能性がある。
【００１４】
したがって、このような技術とは別に、集電用インターコネクターの材質自体を更に低ヤング率化、低降伏応力化することによって、集電用インターコネクターの機械特性を改善することが求められており、このような改善がもう一つの方策である（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１５】
なお、多結晶シリコン基板を用いた太陽電池以外の様々な種類の太陽電池においても、太陽電池の材料と、導電用導体とは材料が異なることから、同様の問題が生じる。
【００１６】
金属とシリコンの熱膨張係数から、軟質化とは、特に降伏応力を低下させることが重要であり、指標として、０．２％耐力が用いられる場合が多い。すなわち、０．２％耐力を下げることによって、金属側を降伏させ、熱応力や反りを低減させることが重要になる。金属を軟質化させるためには、焼鈍により転位密度を低下させる方法がとられる。
【００１７】
しかしながら、一般に使用される焼鈍による軟化では、０．２％耐力の低減に限界があり、太陽電池セル基板のさらなる薄膜化などに対応することは困難である。そこで、種々の技術が提案されている（例えば、特許文献３〜６参照。）。
【００１８】
特許文献３では、質量百万分率で、ジルコニウム及びマグネシウムのうち少なくとも１種を３〜２０ｐｐｍ、酸素を５ｐｐｍ以下とすることにすることにより、結晶粒の粗大を阻害する元素である硫黄を固着させることにより、平均結晶粒径を３００μｍ以上とすることによって、集電用インターコネクターの変形抵抗を小さくする手法を取っている。
【００１９】
特許文献４では、集電用インターコネクターであるリード線の０．２％耐力を小さくするために結晶粒を２０μｍ以上と大きくしすぎると変形に伴う亀裂発生が起こり易く、発生した亀裂の拡大と応力集中により、容易に疲労破壊が生じる問題があり、一方、６μｍ以下であると導体の軟質性が失われるとして、導体の結晶粒径としては、６〜２０μｍの範囲が好ましいとしている。
【００２０】
特許文献５に記載される発明は、導体中心部の結晶方位（めっき線軸方位）を（２１１）方位に３０％以上の割合で配向させることによって、集電用インターコネクターの０．２％耐力を低下させて、太陽電池セルの反りを低減する方策である。
【００２１】
一方、特許文献３では、長手方向に＜１００＞方位を揃えることにより、集電用インターコネクターの長手方向のヤング率と降伏応力を低下させ、対向して半田接続される際の熱応力を小さくすることが可能になり、半導体の反りを小さくするとともに接続界面への熱応力を低減し、半導体の破壊が抑制されるとしている。
【００２２】
近年の太陽電池の需要拡大に応じ、シリコン原料のひっ迫、低コスト化から結晶型太陽電池の薄肉化に対する要請は一層大きくなり、シリコンセルへの損傷を低減する集電用インターコネクターの軟質化に対する要求は高まっている。
【００２３】
太陽電池用の集電用インターコネクターは、直線状に並んだセルの幅の狭い電極上に実装する必要上、高い直線性が求められる。幅の狭い平角金属線の製造は、丸金属線を圧延機で押しつぶして平角金属線とする方法が一般的であるが、特に幅の狭い平角金属線を製造しようとする場合、圧延機のロールの平行度が少しでも悪いと線材が幅方向に曲がる問題がある。
【００２４】
一方、近年、金属からなるバンプを半導体ウエハ上に半田接続して、金属線、又は金属テープを接合するワイヤバンプが提案されている（例えば、特許文献７参照）。半田による接続を行う場合でも熱応力が発生する可能性があるため、上述の太陽電池の集電用インターコネクターと同様の問題が生じる可能性がある。
【００２５】
また、平角金属線を、半導体チップと外部金属電極とを接続するタブ線と呼ばれるワイヤボンディング用の線材として利用する用途がある。平角金属線の場合、平角金属線の幅広面を半導体チップ上の金属電極や外部電極に超音波を用いて接合する、ウエッジボンディングと呼ばれる手法が取られる。この場合、金属電極と平角金属線の接合力を増すために、超音波と金属電極への圧下力によって平角金属線が線材の幅方向と長手方向に容易に変形する必要があり、軟質な平角金属線が求められている。
【００２６】
一方、長手方向の軟質化の方策を目的としていないが、特許文献８では、複数本の金属材を束ねて構成されている金属箔の太陽電池素子接続用インナーリードが考案されている。特許文献８の作用効果は、複数本の金属材を束ねることで、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ことである。金属線同士が短手方向にずれることにより、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。また、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としている。
【００２７】
しかしながら、特許文献８は、集電用インターコネクターの長手方向の軟質化に関する技術思想はない。
【００２８】
また、近年太陽電池の普及のために、低コスト化が強く求められている。その中でインターコネクターのコストダウンは持続可能なエネルギー源の活用に資するものである。
【００２９】
現在最も主流になっている銅を芯材とし半田が被覆され、被覆された半田のリフローによって接続するタイプのインターコネクター場合、主要な材料である銅と錫の材料費を比較した場合、錫は銅に比して重量当たり約３倍の価格で推移している。したがって、半田の目付量はできるだけ小さい方がコスト的に望ましいが、半田のリフローで接合しようとする場合、片面に目付量で２０μｍ以上の厚さの半田を被覆することが殆どである。銅芯材の標準的な厚さは０．２ｍｍであるから、体積率で２０％以上の半田を被覆する必要がある。これは、半田の目付量を減らすと太陽電池セル上の電極に半田が十分供給されず接合不良を引き起こすからである。図１に示したようにインターコネクターはセルの受光面と反対面に交互に接続されることから、インターコネクターの両側に半田を被覆する必要があり、インターコネクターの接合に使用されない接合面反対面の半田は接合に寄与しないため無駄になる。一般的な鉛錫半田の錫の成分は６０〜７０重量％、鉛フリーの半田は錫の組成が９５重量％以上を占めるから、インターコネクターの半田量を低減することは、コスト的にも資源的にも重要であり、また鉛半田を使用するインターコネクターでは鉛の使用量の低減は環境にも好ましい。しかしながら、先に示した接合性の問題により、現行主流の半田リフロー型のインターコネクターでは、半田量を低減することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】特開２００６−  ８０２１７号公報
【特許文献２】特開２００８−  ２１８３１号公報
【特許文献３】特開２００９−２８０８９８号公報
【特許文献４】特開２０１０−１４１０５０号公報
【特許文献５】特開２００８−１６８３３９号公報
【特許文献６】特開２０１０−０７３４４５号公報
【特許文献７】特開２００６−３１９００２号公報
【特許文献８】特開２００５−１９１１１６号公報
【非特許文献】
【００３１】
【非特許文献１】遠藤裕寿、他、日立電線：２００７年、２６巻１号、ｐ１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、線材の長手方向に対して低降伏応力で変形し易く、低コストで直線性の優れたテープ状導電材料、太陽電池用インターコネクターおよび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】
【００３３】
本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
（１）本発明に係るテープ状導電材料は、銅またはアルミニウムを主体とする２本以上の単芯線からなり、前記２本以上の単芯線は、当該単芯線の長さ方向に平行であり、かつ、幅方向一列に互いに電気的導通するように一体化されており、前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線１本あたりの断面積の円相当径に対して５％以上であることを特徴とする。
（２）（１）のテープ状導電材料は、前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線１本あたりの断面積の円相当径に対して２０％以上であることを特徴とする。
（３）（１）のテープ状導電材料は、前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線１本あたりの断面積の円相当径に対して５０％以上であることを特徴とする。
（４）（１）〜（３）のいずれか１つのテープ状導電材料は、前記２本以上の単芯線のそれぞれに対して、前記単芯線よりも強度、または硬度の低い結束接合材料を被覆することによって、前記２本以上の単芯線が互いに導通するように一体化されたことを特徴とする。
（５）（１）〜（３）のいずれか１つのテープ状導電材料は、前記２本以上の単芯線のそれぞれに対して結束接合材料が被覆されて、前記２本以上の単芯線が互いに導通するように一体化されており、テープ状導電材料の長さ方向に対する直角方向の断面において、前記結束接合材料の被覆断面積が、前記２本以上の単芯線の総断面積の１０％以下であることを特徴とする。
（６）（１）〜（５）のいずれか１つのテープ状導電材料は、前記２本以上の単芯線が、当該単芯線とは異なる結束接合材料を介して幅方向に互いに接するように一体化しているか、又は、前記単芯線の側面の接触面の一部で互いに直接接合していることを特徴とする。
（７）（１）〜（６）のいずれか１つのテープ状導電材料は、長手方向に５ｍｍ以上６０ｍｍ以下の間隔で、前記２本以上の単芯線が、幅方向に互いに直接点接合しているか、又は、前記単芯線とは異なる結束接合材料を介して幅方向に互いに点接合しており、かつ、更に単芯線を構成する材料、又は、前記結束接合材料よりも融点の低い材料で被覆されていることを特徴とする。
（８）（４）〜（７）のいずれか１つのテープ状導電材料は、前記２本以上の単芯線を一体化する結束接合材料が半田であることを特徴とする。
（９）（１）〜（８）のいずれか１つのテープ状導電材料は、前記単芯線が、アルミニウム、又は銀によって被覆されていることを特徴とする。
（１０）（１）〜（９）のいずれか１つのテープ状導電材料の０．２％耐力が２０〜７０ＭＰａであることを特徴とする。
（１１）本発明に係る太陽電池用インターコネクターは、（１）〜（１０）のいずれか１つに記載のテープ状導電材料を用いたものであり、前記テープ状導電材料の厚さが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであり、前記テープ導電材料の幅が１ｍｍ〜１０ｍｍであり、前記単芯線の幅と厚さのアスペクト比が２以下であることを特徴とする。
（１２）本発明に係る太陽電池モジュールは、（１）〜（１１）のいずれか１つに記載のテープ状導電材料で太陽電池セルを直列接続したストリングスを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
以上説明したように本発明によれば、結晶粒径を制御した２本以上の単芯線を結束、あるいは接合する構成とすることにより、導体を軟質化し、接合時の変形を容易にして、接合される半導体、又はその上に設けられた金属電極との間に生じる熱応力を緩和し、接合性が向上すると共に、疲労破壊による断線が起こりにくくなる。その結果、線材の長手方向に対して低降伏応力で変形し易く、低コストで直線性、疲労特性の高いテープ状導電材料、太陽電池用インターコネクターおよび太陽電池モジュールを提供することが可能となる。
【００３５】
更に、本発明のある一つの形態では、インターコネクターに被覆する錫あるいは鉛などで構成される半田等の金属の目付量を低減することができ、省資源、低コスト、高性能な太陽電池用インターコネクターおよび太陽電池モジュールを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る集電用インターコネクターが線実装される太陽電池を概略的に示す図である。
【図２】同実施形態に係る金属導電材料の断面を概略的に示す図である。
【図３】シリコン結晶型太陽電池に使用される集電用インターコネクターの断面形態を概略的に示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３８】
以下に示す本発明の形態は、導電材料を主に長さ（長手）方向に軟質化して、接合される半導体、又はその上に設けられた金属電極との間に生じる熱応力の緩和、並びに接合時の変形を容易にすることによる接合性の向上、更には疲労破壊による断線の防止を実現するために適した形態である。
【００３９】
本発明に係る導電材料は線材であり、巨視的には平角線であり、線材長さ方向に対して垂直な面内において、扁平したテープ状の導体である。テープの長さ方向と平行な互いに対向する面のうち幅の広い面（すなわち、一般的にテープ面と呼ばれる面）は、巨視的には平行であることが好ましいが、微視的には凹凸があっても良い。他の対向する面（すなわち、一般的に言う側面）は平面である必要はなく、曲面であっても良い。本発明では、厚さとは、テープ面間の巨視的な長さ、すなわち最大値をいい、幅とは、側面間の最大値を言う。なお、幅方向は、短手方向とも呼ばれる。
【００４０】
本発明の大きな用途は、結晶型太陽電池を構成するシリコンセルと、かかるシリコンセルの上に設けられた金属電極を介して電力を集電・輸送するための集電用インターコネクターと呼ばれる導電材料を提供する。したがって、以下では、代表的な例として、本発明に係るテープ状導電材料が太陽電池用の集電用インターコネクターとして利用される場合を例として本発明の形態を説明するが、本発明は、長さ方向あるいは幅方向に軟質な半導体実装用導電材料、あるいは一般的な導電材料として利用可能である。
【００４１】
太陽電池用の集電用インターコネクターの場合、金属線とシリコンとの接合は、半田を用いるのが一般的である。一般的な半田の融点は１８０℃〜２５０℃の間であり、２００℃から３００℃で半田をリフローして接合する。この場合、金属とシリコンとの熱膨張差を考慮した場合、最大で０．３％程度歪がかかる。最近、使用され始めた導電性フィラーを含有したコンタクトフィルムと呼ばれる樹脂を介した接合方法でも、１８０℃程度の温度は求められる。
【００４２】
シリコンは、導電材料である金属に比較して塑性変形し難いため、導電材料である金属材料を塑性変形し易くすることによって、接合時の熱応力を緩和する形態とする。すなわち、金属線材の長手方向の降伏応力、換言すれば耐力を低下させることが、極めて有効である。
【００４３】
そこで本発明では、金属の降伏応力を表す時の代表的な指標である０．２％耐力を用いる。
【００４４】
一般的に、０．２％耐力が小さいことは、降伏応力が小さく、おおよそ１％以下の歪み領域で歪に対する応力が小さく、弾性率や弾性限界も小さいことを意味するため、０．２％耐力の小さな材料は変形し易い。したがって、０．２％耐力は、シリコン結晶型太陽電池用の導電材料だけではなく、広く接合時並びに使用時に材料に加わる弾性領域から塑性領域にかけての熱応力が問題となる用途に用いられる材料の、軟質性を表す指標となる。
【００４５】
＜テープ状導電材料の構成について＞
本発明は、導電材料に関するものであるから、使用される主たる導体は、導電性の高い材料である必要がある。金属で導電性が高い材料は、銀、銅、アルミニウム、金などが挙げられる。原料価格を考慮した場合、用いる導体としては、銅、又はアルミニウムが好ましい。純度は一般的に高い方が、軟質であり電気伝導度も高くなるため、純度は高い方が望ましいが、純度を高くすると材料コストも高くなる。一般的には、９９．９％〜９９．９９９％の範囲の純度が、工業的には一般的である。銅であれば、無酸素銅、タフピッチ銅を用いることが一般的である。
【００４６】
本発明のテープ状導電材料（以下、単に、導電材料ともいう。）は、具体的には、例えば図２ａ〜図２ｈに示すような断面形態を有している。すなわち、本発明のテープ状導電材料は、銅、もしくはアルミニウムを主体とする２本以上の単芯線（以下、金属単芯線ともいう。）６が互いに電気的に導通を保ちながら、長さ方向に平行かつ一平面内に整列して接合又は結束されることで一体化されている。また、単芯線の長さ方向に対して直角な方向の断面において、結晶粒の大きさが、単芯線の断面積１本の円相当径に対して、５％以上の円相当の面積平均径を有する形態をとる。なお、図２ａ〜図２ｈは代表的な例であって、以下に示す思想に合う形態であれば、例示した断面形態に限らない。本発明において断面、あるいは断面積とは、断らない限り、金属線の長さ方向に対して垂直な断面、あるいはその面積を言う。
【００４７】
本発明の導電材料は、テープ状導体であって、テープの厚さ方向に対して垂直な表面、すなわちテープ面で半導体上の電極と接続して使用するものであり、少なくともテープ面の一部は、電気的に導通するよう金属が露出している。また、本発明は、電気伝導度を確保しながら長さ方向に極力軟質化することが目的であるから、各単芯線６が絶縁体で被覆されていた場合、導体断面積が小さくなるため、目的に合致しない。そのため、それぞれの単芯線６は、導通した状態で結束されている。これによって、単芯線の一部が断線しても、断線した単芯線を流れていた電流は、他の線にバイパスすることが可能である。結束する線の数は、２本以上であれば良い。
【００４８】
本発明は、太陽電池やパワー系の半導体を接続する線材に利用されるテープ状導電材料に関するものであって、数Ａという大電流を流すものであるため、極力、銅やアルミニウムを主体とする金属芯材の断面積は大きい方が望ましく、金属芯材は金属単芯線であることが好ましい。細い金属線を撚って一体化した金属線は、線と線の間に空間ができ、同じ電流容量とした時の外形が大きくなり、第一の目的である軟質化が達成されないため、好ましくない。長さ方向に塑性変形しやすくするためには、複数の金属単芯線６を一平面内に整列した構造であることが望ましい。
【００４９】
本発明は、金属単芯線をテープ材の幅方向に並べて断面アスペクト比の大きな材料を形成するものであるため、構成要素となる金属単芯線のアスペクト比は大きくなくてよく、構成の効率から、最大径と最小径のアスペクト比は例えば２以下であることが望ましい。最も一般的な単芯線は丸線であり、その断面の形態は円であって、アスペクト比は１である。
【００５０】
また、銅、もしくはアルミニウムを主体とする２本以上の単芯線は、導体断面内の空間をなるべく密にして電流容量を確保する必要から、一体化されている必要がある。また、太陽電池用セル等の半導体に対して実装される前段階では、ハンドリングの関係からも一体化されている必要がある。
【００５１】
一体化の手法としては、図２ａ〜図２ｃに示したように、単芯線同士を一列に並べた状態で結束接合材料７により被覆して結束する方法と、図２ｅのように単芯線同士を溶接したり、図２ｄのように異種の結束接合材料７を使用して接合したりする方法が挙げられる。また、図２ｆ〜図２ｈのように、これらの２つの方法を併用することができる。図２ｆのような導体は、金属単芯線を１列平行に並べて側面で溶接しテープ状導体とした後、これを圧延でテープ面を平らにし、更に例えば溶融めっきで金属被覆することによって得ることができる。
【００５２】
なお、各単芯線６を一体化するための結束接合材料７としては、金属材料である必要はなく、導電性接着材であっても良い。
【００５３】
図３は、一般的に使用されている太陽電池用集電用インターコネクターの断面形態であり、平角単芯銅線１０が半田１１によって被覆されている。本発明の実施の形態の代表例を図２ａ、図２ｂ、図２ｆに示す。半田１１の被覆量は、用途に応じて自由に選択できる。また、銅やアルミニウムで構成される金属単芯線６は、丸線である必要はなく、図２ｆのような形態をとることができる。
【００５４】
＜結晶粒について＞
図２、並びに図３で示した六角格子８は、本発明の銅、またはアルミニウムの単芯線６の断面積における結晶粒界を、模式的に示したものである。図２、並びに図３で示した１つの六角格子８の大きさが、結晶粒の大きさに対応することとなる。ただし、実際の結晶粒界で囲まれた結晶粒は、形、大きさが互いに同じではない。この結晶粒の大きさが、太陽電池用集電用インターコネクターの０．２％耐力に影響を与える。
【００５５】
特に、単芯線６の断面積に対して結晶粒の大きさが大きいほど０．２％耐力が小さくなり、図２、図３で示したように、単芯線１本当たりの断面積が小さく、この断面積に対する結晶粒の相対的な大きさが大きくなる本発明の形態が、軟質な導体を実現するのに有効である。具体的な指標については、後述する。本発明では、金属単芯線６は、図２ａ〜図２ｄ、図２ｆに示したように結束接合材料７で結束されるか、図２ｅで示したように接触点で溶接されることで結束された平角金属線とする。結束接合材料７が半田のような金属材料である場合は、この領域も多結晶体であるが、本発明は、半田を始めとして周囲の金属は軟質であるか、断面積に占める割合が小さいため、機械的な特性に与える影響は小さいため省略している。
【００５６】
図３に示したような１本の単芯線で構成される導電材料と比べて、本発明の最大の効果である線材の長手方向の軟質化を達成するためには、各金属単芯線が長さ方向に平行かつ一平面内に整列して接合又は結束され一体化されているだけでは、十分ではない。金属単芯線が軟質化されていることが要件であり、更にそれぞれの金属単芯線が互いに強く拘束されていないことが必要になる。
【００５７】
上記のような金属単芯線の軟質化や、金属単芯線が互いに強く拘束されていない状態を実現するために、本発明では、金属単芯線の長さ方向に対して直角な方向の断面において、金属単芯線を構成する結晶粒の大きさが、金属単芯線１本あたりの断面積の円相当径に対して、５％以上の円相当の面積平均径を有する形態とする。
【００５８】
金属の降伏応力を小さくする方法として、結晶粒を粗大化する方法が知られている。金属の結晶粒の粒径をｄとした場合、降伏応力はｄの平方根に逆比例することが経験的に知られており、ホールペッチの法則と呼ばれている。これは、金属結晶の変形を担うすべり面が結晶粒界で不連続となり、転位の運動を阻害するためと説明される。ホールペッチの法則によれば、金属線材の断面内の結晶粒径が断面積より十分大きい時、結晶粒径が同じであれば、結晶粒径の大きさそのもので降伏応力が決まることとなる。
【００５９】
例えば、一般的な太陽電池用インターコネクターの形態である図３にその断面を示すような銅平角線と半田で構成された材料と、図３と同じ物質、同じ総断面積である銅と半田とで構成された図２ａの断面を有する導体とを比較する。この際、銅単芯線６に対して、その結晶粒界８で囲まれる結晶粒径が十分細かい時、同じ平均結晶粒径を有する図２ａの断面を有する導体の長さ方向の降伏応力と、図３の断面を有する導体の長さ方向の降伏応力とは同じになり、本発明の効果は得られない。厳密には、結束接合材料７である被覆した半田の組織形態に差があれば半田の組織形態の差が影響するが、銅に対して半田の強度は小さく、銅を主体とする導体であれば、半田に起因する影響を無視できる。
【００６０】
しかし、銅単芯線の断面積に対して、結晶粒径がある一定以上になった場合、銅単芯線の降伏応力は、ホールペッチの法則から外れ、更に低くなり、結晶粒の大きさが、単芯線１本あたりの断面積の円相当径に対して、５％以上の円相当の面積平均径を有する形態をとった時、その効果が得られる事が判明した。すなわち、単芯線６の１本あたりの断面積の円相当径に対して、５％以上の円相当の面積平均径を有する形態をとった時、銅の結晶粒径が同じであったとしても、図２ａの断面を有する導体の降伏応力は、図３の断面を有する導体の降伏応力より小さい値が得られる。特に、結晶粒の平均粒径の銅単芯線１本の直径に対する比が２０％以上である場合、更に０．２％耐力が低下し、５０％以上では更に低下する。
【００６１】
実際の材料の結晶粒径は、図２、図３の模式図に示されているように材料内で同じではなく、分布を有しており、結晶粒径の大きさを表す時は平均粒径を用いる。
【００６２】
本発明で定量的に結晶粒の大きさを示す時、結晶粒は、回転角で１５°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域とする一般的な基準を用いる。双晶境界は、結晶粒界に含まれないものとする。また、結晶粒の大きさは、面積で重みづけされた円相当径の平均、すなわち面積平均径（ＭＡ）であって、次の式で定義されるものとする。
【００６３】
【数１】
2013211266.tif 000003
【００６４】
ここで、Ｎは平均粒径を出すために必要な十分な面積を有する断面積内の結晶粒の総数であり、Ａｉは結晶粒ｉの面積であり、νｉは、結晶粒ｉの円相当径である。
【００６５】
本発明では、金属単芯線の結晶粒径は、単芯線の断面積に対して大きい方が望ましく、断面に対して数十個以下、望ましくは数個以下になることが理想的である。この場合、一部の結晶粒が粗大化し、粗大粒とそれ以外の粒の径が大きく異なる場合があり、平均粒径の表し方として、面積で重みづけされた円相当径の平均による定義が適当である。また、本発明では、単芯線の長さ方向に対して垂直な断面を用いて測定した値とするが、断面内の結晶粒数が３０個以下であった場合には、複数の断面について測定を実施し、少なくとも測定された結晶粒の総数が３０個以上になるようにした上で、それぞれの断面で得られた面積相当径を単純平均して得たものとする。
【００６６】
本発明の金属単芯線の断面形状のアスペクト比は、最大でも２（すなわち、２以下）と小さな値となることが好ましいため、金属単芯線の断面形状が円でなくても、金属単芯線の断面の円相当径に対する望ましい結晶粒径の比は、金属単芯線の断面形状に影響されない。
【００６７】
ここで、金属単芯線の断面積は、金属単芯線が丸線である場合は断面形状が円であるため、金属単芯線の直径から算出できる。一方、金属単芯線の断面積を容易に算出できない場合には、断面の光学顕微鏡像、ＳＥＭ像から画像処理によって断面積を得る一般的な手法を用いることができる。
【００６８】
結晶粒径の測定に最も一般的な手法は電子線後方散乱回折（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ＢａｃｋＳｃａｔｔｅｒｅｄ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＥＢＳＤ）法であるが、特に定めるものではない。ＥＢＳＤ法で得られる情報は、通常、数千〜数十万の十分な数の位置と方位情報を持つピクセル（測定点）で構成されており、ピクセル間の回転角が指定した角度以上の値の場合に、このピクセル間の境界を結晶粒界とする。角度は任意に指定できるが、本発明では、１５°以上を粒界と定義する。そして、結晶粒界により閉じられた領域が結晶粒と定義され、結晶粒を構成しているピクセルの個数から面積が求まり、さらにこの面積を円換算した場合の直径を粒径とする。
【００６９】
結晶粒径を大きくするためには、材料を加熱して再結晶させる方法が一般的にとられる。再結晶の主な駆動力は歪エネルギーであり、歪を蓄積するほど結晶粒が成長し易くなる。したがって、同じ母材から、例えば図３と図２ａの材料のように、金属芯材が同じ総断面積、すなわち同じ電気伝導度を有する導体を製造した時、金属単芯線を結束する本発明構造の方が断面積が小さくなるため、加工歪を大きく蓄積することとなり、結晶粒が大きくなり易い。また、再結晶の他の駆動力の１つに表面エネルギーがある。芯材が同じ断面積であった場合、表面積、あるいは界面の面積が大きくなる本発明構造の方が、結晶粒成長の点で極めて有利である。
【００７０】
したがって、同じ断面積の条材より伸線、あるいは圧延加工で同じ総断面積の材料を作製して、半田めっき工程あるいは別の熱処理工程で同じ温度、時間の熱履歴をかけた時は、本発明の導体の方が結晶粒の大きさが大きくなる上、１本の金属単芯線断面積に対する結晶粒径の相対的な大きさは圧倒的に有利となり、線材の軟質化に対する効果は極めて顕著になる。本発明が要件とする単芯線の断面積１本の円相当径に対して、５％以上の円相当の面積平均径を有する形態を得るために、より低温で、短時間の熱処理で軟質化されるため、コスト的に有利である。
【００７１】
以上説明してきたように、複数の金属単芯線を結束、あるいは接合して平角線を構成し、更に構成する金属単芯線内の結晶粒が、その単芯線の断面積１本の円相当径に対して、５％以上の円相当の面積平均径を有する形態をとる時、同じ平均結晶粒径を有する１本の金属平角線で構成するより、長手方向の降伏応力を低下させることが可能になる。更に、このような組織を得るのに、１本の単芯線断面積の小さい本発明の形態の方が、技術的にも、コスト的にも有利である。
【００７２】
この効果は、太陽電池に使用されるインターコネクターに使用される平角線の断面サイズである、厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであり、幅が１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある大きさの平角銅線を代替するのに顕著であり、幅方向を厚さ方向の大きさと同等の大きさに分割することで、１本の平角銅線では通常の工業プロセスでは得ることが困難な５０ＭＰａ以下の０．２％耐力が得られる。この時の耐力値は、１０〜４０μｍの半田を溶融めっきしたテープ状導体の長手方向に０．２％の組成歪みを与えた時の荷重を、該単芯線の総断面積で除して得た値である。
【００７３】
１本の単芯線断面積の小さい本発明の形態の方が、技術的にも、コスト的にも大きな結晶粒径を得るのに有利であるが、本発明の最大の効果である長手方向に軟質な導体を得るためには、１本１本の単芯線同士が緩く結束、あるいは接合され、ある程度独立して変形できる必要がある。例えば、同質の材料で強固に接合されていた場合は、それぞれの結晶粒同士が、互いに強く拘束され、導体の微視的な変形挙動は１本の平角線と同じようにふるまうことになるためである。
【００７４】
したがって、本発明では、溶接等の方法で単芯線同士が接合する図２ｄ〜図２ｆの形態である場合、隣り合う単芯線同士は部分的に、望ましくは単芯線の周面の面積に対して、最大で２５％以下と、接合面積は小さい方が良い。
【００７５】
また、長さ方向には、連続的に接合されているよりは、単芯線同士がばらけない範囲で、部分的に接合されている形態が有利である。また、部分的な接合の方が、図２ｆの形態をとった場合、後に述べるテープ面の表裏面間の半田供給の面で望ましい。
【００７６】
図２ａ〜図２ｄと図２ｆの形態の場合、それぞれの単芯線を巨視的に結束している結束用金属は、単芯線よりも軟質な方が望ましい。その差は大きい方が、単芯線の軟質な特性が導体全体の特性に反映するので有利である。
【００７７】
個々の材料の柔らかさは、引張試験等による応力−歪曲線やビッカース硬度等の硬度で評価できる。
【００７８】
仮に金属単芯線より結束接合材料の方が強度、硬度が大きい場合であっても、図２ｃ、図２ｄのように全体の導体に占める割合が小さい場合は、導体全体の降伏応力に対する影響は小さい。強度、硬度差にもよるが、金属単芯線より結束接合材料の方が強度、硬度が大きい場合は、金属単芯線の総断面積に対する結束接合材料の断面積は１０％以下であることが望ましい。この時、金属単芯線の総断面積に対する割合は、その値が小さいほどテープ状導電材料全体としては軟質となり望ましいが、結束接合材料のその他の機能、例えば、半導体との接合性、耐食性、光学特性等を勘案して決定される。
【００７９】
金属単芯線が弱く結束されている条件の下では、結晶粒の平均粒径が１本の単芯線の断面積の５０％以上であるような竹の節状の組織である時、導体長さ方向の巨視的な変形は、銅やアルミニウムも最もすべりやすいすべり方位を向いている結晶粒が変形することになる。この時、巨視的な耐力は面心立方金属単結晶のシュミット因子が最も大きな方位の降伏応力に近づき、非常に柔らかくふるまうことが可能になり、本発明の材料として極めて好ましい形態である。
【００８０】
＜具体的な材料や物性値について＞
以下、一般的な太陽電池用のインターコネクターとして使用される場合の、材料や物性値について、具体的に説明する。
【００８１】
一般的な太陽電池用のインターコネクターとして使用される銅平角線の断面形状が０．２×１．５ｍｍの導体を考える。この導体と同じ断面積、材料を有する本発明の導電材料を考える。同じ総断面積を得るためには、直径２５２μｍの材料６本を束ねれば良い。厚さはやや厚くなるが、太陽電池用のインターコネクターとしては支障のない範囲である。
【００８２】
本発明の規定を満たすためには、この導体の銅芯材の平均粒径は、１２．８５μｍ以上が必要である。この大きさ以上の粒径を得ようとした場合、例えば無酸素銅を用いることとすると、引抜加工による冷間加工率が減面率で９８％以上の加工と、２００℃で１時間程度の再結晶熱処理とが必要である。これらの条件は、一般的な銅線の加工、熱処理条件ではないが、工業的に十分可能な範囲である。
【００８３】
伸線加工時の各回減面率にもよるが、銅線がタフピッチ銅線、半田が鉛錫半田であり、鉛錫半田の目付量が片側約２０μｍとした場合、一般的な銅平角線のインターコネクターは、０．２％耐力が９０〜１２０ＭＰａ程度であるのに対し、本発明の材料では、７０ＭＰａ以下と軟質化できる。ここでの耐力値は、半田を含めた全体の断面積ではなく、銅芯材部分の断面積で得られる値である。銅を無酸素銅とした場合、あるいは芯材をアルミニウムとした場合は、より小さな降伏応力を得ることができる。ただし、アルミニウムは銅に比較して電気比抵抗値は大きいため、同じ電流容量を得るためには、その分芯材の断面積を増す必要がある。
【００８４】
半田をめっきする前に更に高い温度で熱処理を加えることによって、本発明の導電材料は更に軟質化することができる。上記のような典型的な断面形態を有し、銅が無酸素銅の場合、構成する銅単芯線内の結晶粒が、その単芯線の断面積１本の円相当径に対して、２０％以上の円相当の面積平均径を有する形態をとる時、０．２％耐力値は、一般的な太陽電池終電用インターコネクターの０．２％耐力の下限に近い５０ＭＰａ程度まで低減できる。更に、結晶粒の平均粒径が１本の単芯線の断面積の５０％以上であるような竹の節状の組織である時、導体長さ方向の巨視的な変形は、銅の最もすべりやすいすべり方位を向いているシュミット因子の最も大きな方位を向いた結晶粒が変形することになり、２０ＭＰａまで０．２％耐力値を低減することも可能である。
【００８５】
金属単芯線を著しく高純度化することにより、０．２％耐力は２０ＭＰａ未満に低減できるが、実装時のテンションで塑性変形してハンドリングが難しくなるため、０．２％耐力は２０ＭＰａ以上が好ましい。
【００８６】
＜太陽電池用集電用インターコネクターの具体的な製造方法について＞
一般的な太陽電池用集電用インターコネクターの場合、平角金属線に被覆した半田を溶融させて接合する。図２ａ〜ｃの結束接合材料７が半田材料である場合、半導体との接合用材料を兼ねることもできる。半田は、Ｐｂ−Ｓｎ系の鉛半田合金やＳｎ−Ａｇ系、あるいはＳｕ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリー半田合金のいずれでもよく、本発明で特に限定されるものではない。通常、鉛半田中の錫の組成は６０質量％程度であり、鉛フリー系の半田材料における銀の組成は１〜４質量％、銅の組成は０〜１質量％程度で、残部は微量の添加元素と錫である。これらの組成の半田材料は、銅よりも柔らかいため、本発明の結束接合材料７としては好ましい材料である。
【００８７】
太陽電池用の集電用インターコネクターを使用した実装は、図１に示したような形態を取る場合が多く、両側に半田を被覆させておく場合が多い。また、外部からの半田供給はない場合が多く、相手の銀電極はペースト材を焼成したものであるから、凹凸が多い。したがって、片側に１０〜４０μｍ、一般的には片側２０μｍ以上の厚い半田を盛る場合が多い。半田の大きな割合を占める錫や銀は銅よりも高価であることから、特に鉛フリー系半田を使用した場合、価格に占める割合が大きくなる。図２ａ〜図２ｃに示したように、金属単芯線６は、金属単芯線を半田によって幅方向に一列に結束した形態をとることによって、銅やアルミニウムで構成される金属単芯線の間を通して接合面と反対側に半田が供給されるため、例えば図２ｂや図２ｃのように半田の目付量を減らせる利点がある。
【００８８】
また、結束接合材料７が半田であり、これを溶融させて接合する場合は、本発明の集電用インターコネクターは、導体長さ方向に軟質である上、テープ面が幅方向にも自由に変形できるため、特に凹凸の大きな電極状に接合させる上で都合が良い。
【００８９】
融点の低い材料で金属単芯線を結束する方法の１つとして、金属単芯線６を溶融めっき槽に連続的に潜らせてめっきする方法が挙げられる。金属単芯線６への被覆の目付量や幅方向の金属単芯線同士の間隔は、溶融めっき液面から金属単芯線６が出る出口に適度な形状の孔が空いた絞りダイスを配置した上で当該絞りダイスを通過させたり、ワイピングノズルと呼ばれるノズルから不活性ガス等をめっき直後に噴射して、余分な溶融金属を吹き飛ばす手段を用いたりすることで、調整することができる。
【００９０】
本発明の導電材料は、テープ状の導体を同芯円、あるいはアスペクト比の小さな断面を有する材料を結束して製造することが可能であるため、従来の平角金属線の製造プロセスのように、平たく潰す圧延工程が不要である。したがって、本発明の導電材料の製造にあたっては圧延機が不要であり、特に太陽電池用の集電用インターコネクターで必要とされる幅方向に曲がっていない、直線性に優れるテープ状導体を製造するのに有利である。
【００９１】
近年、集電用インターコネクターと太陽電池セルを、導電粒子を分散させたコンタクトフィルムと呼ばれるポリマーシートを介して接合する技術が開発されているが、この場合必ずしも導体が半田金属で被覆されている必要はない。本発明に係る導電材料は、図２ｅのように被覆されていない導体であっても良い。ただし、この場合は、幅方向に結束するために金属単芯線同士を接合する必要がある。図２ｅのような溶接・拡散接合部９が長さ方向に連続的に形成されていても良いが、長さ方向は適当な間隔を空けて部分的にスポット状に接合されていても良い。このような間隔を空けて部分的に接合された（すなわち、非連続的に接合された）状態を、以下では簡単に点接合と称することとする。
【００９２】
図２ｇ及び図２ｈは、点接合で結束された本発明のインターコネクターの一例を示すものであり、点接合部の断面を示した模式図である。本形態は、インターコネクターの軟質化に加えて、以下詳細に説明する半田目付量の低減効果を有し、本発明のインターコネクターとしてより好ましい形態である。
【００９３】
図２ｇは、単芯線とは異なる結束接合材料７により単芯線を幅方向に互いに点接合した例であり、図２ｈは、単芯線を互いに直接接合した例である。
【００９４】
点接合の形成方法としては、加熱による拡散や部分溶融が挙げられる。例えば、複数の銅、又はアルミニウムの単芯線を所定の面内、長さ方向にテープを形成するように密に並べた上で、線材を送りながらテープ材の幅方向から通電して接触部を加熱溶融する方法や、長さ方向に適度な間隔でアークを飛ばしてスポット溶接する方法などが挙げられる。この場合、長手方向と直角な（長手方向に対して直交する）テープ材断面における単芯線同士の結束部は、図２ｅのようになる。また、単芯線よりも融点の低い異種の金属からなる結束接合材料を用いて部分的にろう付けしても良いし、導電性接着剤を使用して単芯線の長手方向に間欠的に線材同士を結束させても良い。単芯線の長手方向に単芯線を束ねた状態にして、間欠的にめっきを施しても良い。
【００９５】
半田をリフローして接合する太陽電池用インターコネクターでは、単芯線の周囲に接合用半田を被覆する。本発明の太陽電池用インターコネクターにおいて、この被覆材料１２も太陽電池モジュールとして使用するときには、結束接合材料でもある。しかし、インターコネクターを太陽電池に接続、配線する際、被覆材料１２は溶融する。この時、結束接合材料７が被覆材料１２より融点が高く、配線する温度で溶融しなければ、各単芯線が配線中にばらける心配がない。また、被覆材料１２を被覆する溶融めっき工程時にも単芯線が予め結束され、被覆時に溶融せず固相であれば、ハンドリングが容易である。したがって、点接合に用いる結束接合材料７は、被覆材料１２より融点が高いか、単芯線側面でのスポット溶接のように単芯線と同種の金属を介して接合されることが望ましい。１枚の太陽電池セル上でのインターコネクターの接合長さは、セルサイズと同等で、一般的に５インチから６インチであることから、単芯線長手方向の点接合の距離が６０ｍｍ以下であることが望ましい。６０ｍｍ以下であれば５インチセルの電極１本当たり、２か所の接合箇所が必ず存在することになり、リフロー接合時の単芯線がばらけることを防止するのに有効だからである。
【００９６】
単芯線長手方向に間欠的に点接合した方が望ましい理由は、半田目付量の低減が可能な点にある。前述したように、現行の太陽電池用インターコネクターの接続方法では、接合する太陽電池セルと反対側の半田は、インターコネクターの断面形態が幅広のテープ状であるため、リフロー時に接合面に回り込むことができず、無駄になる。一方、本発明のインターコネクターでは、リフロー時に被覆材料１２は溶融するため、単芯線同士に隙間が生じる。太陽電池セル上の電極に半田が濡れ広がる時のインターコネクターからセル電極への半田の流動によるスポイト効果により、単芯線同士の隙間よりセル反対側の半田が供給されるため、半田は、一般的なインターコネクターの半田目付量よりも少なくて済む。この効果は、単芯線長手方向の点接合の距離が５ｍｍ以上で効果が大きい。
【００９７】
また、単芯線の側面の隙間を介して半田が接合面反対側から接合面に回る効果により、受光面では単芯線の形状を反映した凹凸が生じ、太陽電池モジュールを組んだ時、入射してインターコネクターに入った光が凹凸形状により拡散反射され、拡散反射した光がガラスや樹脂の界面で再反射して、セル受光面に入る確率が高まり、効率が増すという効果が生じる。
【００９８】
断面が正方形の金属単芯線同士を接合する形態の場合、側面全面で接合する形態は、軟質化するという本発明の目的を達せられないので、本発明の形態に含まれない。長さ方向に部分的に接合するなどして、単芯線の隣り合う側面同士の一部で接合する必要がある。
【００９９】
また、本発明の導体が被覆しない銅線である場合は、ベンゾトリアノール等の防錆材を表面に塗布しておくことが望ましい。
【０１００】
コンタクトフィルムを使用して太陽電池セルに接合する集電用インターコネクターや半導体接続用のタブ線の場合、結束接合材料７は、融点の低い半田のような材料である必要はない。かかる場合、結束接合材料７として、コンタクトフィルムと電気的な接触が取り易い、金、銀等の貴金属を被覆しても良く、耐食性のあるニッケルや錫、貴金属等の金属を被覆してもよい。
【０１０１】
特にコンタクトフィルムを使用して太陽電池セルに接合する集電用インターコネクターでは、銀やアルミニウムの光沢被覆を行うことによって、集電用インターコネクターで反射した光がガラス面に再反射して、セルに入光する効果が得られ、太陽電池の変換効率を向上させる効果を持たせられる。特に図２ｃのような形態のものは、表面の凹凸によって、太陽光を乱反射させる効果があり、乱反射した光は表面のガラス層の界面で再反射して、発電セルに入光して発電効率を向上させることができる。
【０１０２】
またこのような形態は、凹凸があることにより同じ接合力、超音波を与えた時に接合圧力が大きくなり、また超音波も集中するため、変形し易くボンディング用のタブ線としても優れている。
【０１０３】
金属の被覆方法としては、湿式めっき、溶融めっきの他に、焼きばめ等でクラッド材を母材とし、これを伸線するプロセスが挙げられる。
【０１０４】
このような複層材を前述した加熱接合により結束して本発明の導体を形成させても良いし、溶融めっきの代わりに湿式めっきによる金属被覆で金属単芯線６同士を結束しても良い。また、これらを併用してもかまわない。
【０１０５】
例えば、銅単芯線を軟質のアルミニウムで結束した材料は、安価で電気伝導性が高く、表面反射性の良い集電用インターコネクター、またボンディング用のタブ線としても優れている。アルミニウムの場合、溶融めっきを施すことが一般的である。アルミニウムは反応温度が高いため、銅との界面に反応相である硬い金属間化合物層を形成する場合がある。金属間化合物層の成長を抑制するために、あらかじめ銅の上に化学めっき等で薄いニッケル等の金属を被覆してもよい。このように、全体の機械的な性質に大きな影響を与えない限りにおいては、どのような材料が使用されていても良い。このように３種類以上の材料で本発明の導電材料が構成されていた場合は、導電材料全体の断面の中で、金属単芯線より硬質な材料の断面積に占める割合は、１０％以下であることが望ましい。
【０１０６】
また、結束接合材料７は、金属材料である必要はなく、導電性を有していれば良く、導電性樹脂であっても良い。導電性樹脂は一般的に金属単芯線となる銅やアルミニウムに比較して柔らかいので、本発明における結束接合材料として適している。
【０１０７】
＜まとめ＞
このように、本発明に係るテープ状導電材料は、線材の長手方向に対して低降伏応力で変形し易く、低コストで直線性の優れた半導体接続用導体である。本発明に係るテープ状導電材料は、導体を軟質化して、接合される半導体又はその上に設けられた金属電極との間に生じる熱応力の緩和、並びに接合時の変形を容易にすることにより、接合性が向上すると共に疲労破壊による断線が起こりにくくなる。特に、対向する電極とのなじみが良く、また半田の使用量が少なくて済む。また、本発明に係るテープ状導電材料は、太陽電池の発電効率を高める集電用インターコネクターや半導体接続用のタブ線に使用されるテープ状の金属導電材料として利用することが可能である。
【０１０８】
更に、本発明の効果として、特に太陽電池用集電用インターコネクターは、接合時の熱応力以外にも外部環境下に設置されることによる繰り返しの熱応力にさらされる。図２のように、接合によって金属単芯線を多芯化することによって、１本の単芯線に亀裂が形成し、亀裂の入った単芯線が疲労により破壊に至っても、そこで亀裂の進展が防止できるため、テープ材が断線することを防止することができ、疲労破壊に強い長期信頼性の高い太陽電池用集電用インターコネクターを形成することができる。
【実施例】
【０１０９】
以下では、実施例を示しながら、本発明の実施形態に係るテープ状導電材料について、具体的に説明する。なお、以下で示す実施例は、本発明の実施形態に係るテープ状導電材料のあくまでも一例であって、本発明の実施形態に係るテープ状導電材料が下記の例に限定されるわけではない。
【０１１０】
（実施例１）
純度９９．９９％の純アルミニウム焼鈍丸棒材から２種類のテープ状導体（試料１及び試料２）を製造して、機械的特性を比較した。試料１は、アルミニウム単芯線を銀めっきで結束した本発明の形態に属するテープ状導電材料であり、試料２は、比較のため作製したアルミニウム平角線の銀めっき導体である。
【０１１１】
試料１のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ２５ｍｍの焼鈍丸棒材をΦ２ｍｍまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し引抜加工でΦ２００μｍまで伸線した。その後、真空中で５００℃、１時間の熱処理を行ない、得られた線材の表面に約０．１μｍの亜鉛置換めっきを施した。次いで、表面処理した線材３本を並列に並べ、幅０．６ｍｍのガイドローラーを通すことで線材同士を接触させた状態で送線しながら、電気めっきで厚さ２μｍの銀を覆うことで一体化した。このテープ材のアルミニウムの断面は、０．０９４２ｍｍ２であった。試料１は、本発明の形態である。また、アルミニウム芯材の総断面積に対する銀の断面積は、４．０４％であった。
【０１１２】
試料２のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ５４ｍｍの焼鈍丸棒材をΦ２ｍｍまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し引抜加工でΦ０．４ｍｍまで伸線した後、圧延加工により厚さ０．２４ｍｍまで圧延して、幅０．６ｍｍ、厚さ０．１８ｍｍの断面形態とした。その後、真空中で５００℃、１時間の熱処理を行ない、得られた線材の表面を送線しながら約０．１μｍの亜鉛置換めっきを施し、その上に電気めっきで厚さ２μｍの銀めっきを施した。このテープ状導体の両端は丸みを帯びており、アルミニウムの断面は、０．０９４２ｍｍ２と試料１と同じであった。また、焼鈍丸棒からの冷間加工率は試料２の方がやや大きかった。試料２は、比較材である。
【０１１３】
これらの材料の断面を研磨し、ＥＢＳＤ法によって、面積で重みづけされた円相当径の平均値、すなわち面積平均径を評価した。結晶粒は、双晶境界を除く回転角で１５°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域と定義した。その結果、試料１及び試料２の面積平均径はほぼ同じであって、約１０２μｍであった。これは、アルミニウム単芯線全体の断面積から算出される円相当径の２９．４％である。試料１の場合、アルミニウム芯材は３本の単芯線で構成されることから、単芯線１本の直径である２００μｍに対する結晶粒の面積平均径の大きさは、５１．０％である。
【０１１４】
次に、これらの材料について引張試験を行って、０．２％耐力を評価した。引張試験は、ＪＩＳ  Ｚ２２０１に準じて行い、標点間距離１００ｍｍ、引張速さ１０ｍｍ／ｍｉｎ．の条件で実施した。０．２％耐力は、オフセット法を用い、アルミニウム芯材の断面積で割ることによって算出した。
【０１１５】
試料１と試料２の荷重−伸び線図を比較すると、同じ伸び値での応力は、常に試料１が下回った。破断伸びは、両者ともほぼ同じで３０％程度であった。一方、０．２％耐力は、試料１が２０．１ＭＰａであったのに対し、試料２は５０．４ＭＰａであった。
【０１１６】
結晶粒の大きさが同水準であるため、試料１が試料２より軟質である理由は、試料１のアルミニウム単芯線１本当たりの断面積が試料２に比較して１／３であり、３本の単芯線同士が弱く結合されている結果、それぞれがある程度自由に変形することができた効果であるといえる。すなわち、試料１の結晶粒が相対的に大きくなって軟質化した効果である。
【０１１７】
（実施例２）
純度９９．９％のタフピッチ銅線（Ｃ１１００）に半田がめっきされた太陽電池用集電用インターコネクターを製造し、０．２％耐力を比較すると共に、実際のシリコン結晶型太陽電池セルを接合し、反り量を比較した。
【０１１８】
試料３は、銅単芯線を半田で結束した本発明の形態に属するテープ状導電材料であり、試料４は、比較のため製造した銅平角線の半田めっき導体である。
【０１１９】
試料３のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ８ｍｍの連続鋳造材をΦ２ｍｍまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し、引抜加工でΦ２５０μｍまで伸線した。その後、得られた単芯線を５本同時に、Ｎ２−５体積％Ｈ２気流中で６００℃に加熱した炉長１ｍの管状炉に２ｍ／ｍｉｎ．で通線した直後、大気に触れさせることなく、２３０℃に加熱溶融したＳｎ−１．０質量％Ａｇ−０．５質量％Ｃｕめっき槽に浸出し、めっき槽液面に配置した１．４×０．２７ｍｍのアルミナ製絞りダイスを通過させることによって製造した。このように、試料３は、直径２５０μｍのタフピッチ銅単芯線５本が、半田を介して長さ方向に平行かつ一平面内に整列して接合され一体化した、テープ状の導電材料である。銅の総断面積は、０．２４５ｍｍ２である。半田の目付量は、１ｍ当たり、０．３９ｇであった。試料３は、巨視的には、図２ａに示した形態をしており、本発明の形態である。
【０１２０】
試料４の半田めっき導体は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ８ｍｍの連続鋳造材をΦ２ｍｍまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用して引抜加工でΦ１．２ｍｍまで伸線し、その後圧延加工して厚さ０．２に扁平させ、断面形状を０．２×１．３０ｍｍに成型してテープ材とした。続いて、このテープ材をＮ２−５体積％Ｈ２気流中で６００℃に加熱した炉長１ｍの管状炉に２ｍ／ｍｉｎ．で通線した直後、大気に触れさせることなく、２３０℃に加熱溶融したＳｎ−１質量％Ａｇ−０．５質量％Ｃｕめっき槽に浸出・通過させた。銅の総断面積は、試料３とほほ同じく０．２４６ｍｍ２であり、また半田目付量も０．３９ｇと同じになるように調整した。試料４の半田目付量の平均値は片側２０μｍであり、巨視的な形態は、図３に示したように、中央部が最も厚く、片側約４０μｍであった。試料４は比較材である。
【０１２１】
これらの材料の断面を研磨し、ＥＢＳＤ法を使用して面積で重みづけされた円相当径の平均値、すなわち面積平均径を評価した。結晶粒は、双晶境界を除く回転角で１５°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域と定義した。その結果、試料３、及び試料４の面積平均径は、それぞれ１２．６μｍと９．１μｍであった。同じ母材から出発したにもかかわらず、粒径が異なるのは、加工率が試料３の方が大きく、再結晶時の粒成長の駆動力が大きかったことと、表面（実際は半田との界面）エネルギーの寄与である。すなわち、同じ総断面積の導体を得る場合、本発明の方が大きな結晶粒を得やすいことが確認された。
【０１２２】
また断面のビッカース硬度をＪＩＳ  Ｚ２２４４に準じて測定した結果、試料３の銅部分の硬度が５２、半田部分が１５、試料３の銅部分の硬度が５８、半田部分が１５であった。
【０１２３】
次に、これらの材料について引張試験を行って、０．２％耐力を評価した。引張試験は、ＪＩＳ  Ｚ２２０１に準じて行い、標点間距離１００ｍｍ、引張速さ１０ｍｍ／ｍｉｎ．の条件で実施した。０．２％耐力は、オフセット法を用い、銅の総断面積で割ることによって算出した。
【０１２４】
試料３と試料４の荷重−伸び線図を比較すると、同じ伸び値での応力は常に試料３が下回った。一方、０．２％耐力は、試料３が７０．０ＭＰａであったのに対し、試料４は９８．１ＭＰａであった。
【０１２５】
試料３が試料４より軟質である理由は、試料３の単芯線５本からなる銅芯材の結晶粒径が大きいこと、及び試料３の銅単芯線１本当たりの断面が試料４に比較して１／５であり、５本の単芯線同士が軟質な半田材料で弱く結合されている結果、それぞれがある程度自由に変形することができたためである。換言すれば、試料３では単芯線１本当たりの面積相当径の比が５．０４％、試料４では銅単芯線全体の断面積から算出される円相当径に対する面積相当径の比が１．６３％であり、試料３は試料４に対して、実際の結晶粒径差以上の大きな結晶粒を有する線材としてふるまったためである。
【０１２６】
試料３、及び試料４を実際の太陽電池ウエハに接合し、ウエハの反りの程度を調べた。使用した太陽電池用ウエハは、大きさ１５０×１５５ｍｍ、厚さ２００μｍの多結晶シリコンであり、集電用インターコネクターを配線する銀電極幅は３ｍｍであり、平行に片面３本の電極が形成されている。この受光面側の電極３本に、試料３と試料４の集電用インターコネクターを別々に３枚ずつ、合計６枚接合した。
【０１２７】
セルは、１７５℃に加熱したホットプレートの上に置いておき、セル上電極にフラックスを塗り、集電用インターコネクターを銀電極上にセル端部間全長さに配置し、ピンで抑えてホットエア加熱して、半田を溶融させ接合した。
【０１２８】
いずれの集電用インターコネクターも、銀電極長さ方向に均一に接合することができた。接合部真上から見た時の、集電用インターコネクターの幅方向の半田のはみ出しは、試料４の方が多かったのに対し、試料３の集電用インターコネクターは、均一なフィレットが形成され、はみ出しは極めて少なかった。試料３の集電用インターコネクターは、単芯線間を通って電極反対面からも十分供給されるが、不要な半田は、スポイト効果により単芯線間を通って電極反対側に戻ることにより、十分かつ必要な分だけ半田が供給された結果、均一かつ集電用インターコネクター幅方向へのはみ出しが少なかったものと考えられる。
【０１２９】
ウエハを冷却した後、セルは集電用インターコネクターを接合した面を内側にして、集電用インターコネクターの長さ方向に反っていることが分かった。これは、銅の熱収縮率がシリコンより大きかったためである。セルの一端を支点にして、その反り量を支点反対側の端部で測定したところ、本発明の試料３の集電用インターコネクターを接合したセルの反りが２．１ｍｍであったのに対し、比較材である試料４の集電用インターコネクターを接合したセルの反り量は５．３ｍｍであった。これは、試料３に集電用インターコネクターの耐力が小さく、塑性変形量が大きく、熱応力が小さくて済んだためである。
【０１３０】
次に、セル離面にも集電用インターコネクターを配置し、２００℃に加熱したホットプレートの上で、集電用インターコネクターを銀電極上にセル端部間全長さに配置し、ピンで抑えてホットエア加熱して、半田を溶融させ接合したセルを、試料３と試料４について３枚ずつ製造し、セル表裏面から回路を形成して、ソーラーシミュレータを使用して同一条件で発電効率を測定した。その結果、本発明の試料３の集電用インターコネクターを接合したセルの発電効率の平均が、１５．１％であったのに対し、比較材である試料４の集電用インターコネクターを接合したセルの発電効率は１４．５％であった。これは、試料３に集電用インターコネクターの耐力が小さいため、塑性変形量が大きく、熱応力が小さくて済んだため、微細なクラックがない、より健全な接合が形成されたためである。
【０１３１】
（実施例３）
本実施例では、純度９９．９９％の無酸素銅線（Ｃ１０２０）に半田がめっきされた太陽電池用集電用インターコネクターを製造し、０．２％耐力を比較すると共に、実際のシリコン結晶型太陽電池セルの接合し、反り量を比較した。
【０１３２】
試料５〜試料９は、銅単芯線を半田で結束したテープ状導電材料である。試料６〜試料９は、本発明の実施例であるが、試料５は結果的に本発明の組織上の要件を満たさなかった比較例である。試料１０〜試料１１は、銅平角線の半田めっき導体であり、比較例である。
【０１３３】
試料５のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ２５ｍｍの焼鈍丸棒材をΦ２ｍｍまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し、引抜加工でΦ２５０μｍまで伸線した。その後、得られた単芯線を６本同時に、Ｎ２−５体積％Ｈ２気流中で６００℃に加熱した炉長１ｍの管状炉に３０ｍ／ｍｉｎ．で通線、連続焼鈍した直後、大気に触れさせることなく、２０５℃に加熱溶融したＰｂ−６０質量％Ｓｎめっき槽に浸出し、めっき槽液面に配置した１．６×０．３０ｍｍのアルミナ製絞りダイスを通過させた。すなわち、試料３は、直径２５０μｍの無酸素銅単芯線６本が、半田を介して長さ方向に平行かつ一平面内に整列して接合され一体化したテープ状の導電材料である。銅の総断面積は、０．２９４ｍｍ２であった。半田の目付量は、絞りダイス通過直後にワイピングノズルにより、テープ面両側からアルゴンガスを吹き付け、その流量を制御することで調整し、１ｍ当たり、０．５ｇになるようにした。試料５は、本発明の形態に近いが、平均結晶粒径から比較材となった。
【０１３４】
また、試料６〜９のテープ状導電材料は、試料５と同じ手法でΦ２５０μｍまで伸線した材料をステンレスボビンに巻いて、バッチ炉を使用して、真空中でそれぞれ２００℃（試料６）、３００℃（試料７）、４００℃（試料８）、５００℃（試料９）で１時間の焼鈍をした単芯線材を、試料５と同じ条件で管状炉での連続焼鈍と半田めっきを施した。銅の総断面積は、０．２９４ｍｍ２であった。半田の目付量は、試料５と同じであった。試料５〜試料９は、本発明の形態である。本実施例では、バッチ焼鈍の時間が、その後の連続焼鈍に比較して十分長いため、焼鈍の影響は、バッチ焼鈍の方が大きい。
【０１３５】
試料１０、及び試料１１の半田めっき導体は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ２５ｍｍの焼鈍丸棒材をΦ２ｍｍまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し引抜加工でΦ１．２ｍｍまで伸線し、その後圧延加工して厚さ０．２に扁平させ、断面形状を０．２×１．５２ｍｍに成型してテープ材とした。その後、このテープ材をステンレスボビンに巻き、バッチ炉を使用して、試料１０は、真空中で３００℃、１時間、試料１１は、真空中で５００℃、１時間焼鈍し、それぞれ線材とした。続いて、得られたそれぞれの線材を、Ｎ２−５体積％Ｈ２気流中で６００℃に加熱した炉長１ｍの管状炉に２０ｍ／ｍｉｎ．で通線した直後、大気に触れさせることなく、２０５℃に加熱溶融したＰｂ−６０質量％Ｓｎめっき槽に浸出、通過させることで製造した。半田の目付量は、絞りダイス通過直後にワイピングノズルにより、テープ面両側からアルゴンガスを吹き付け、その流量を制御することで調整し、試料５〜試料８に合わせた。したがって、銅の総断面積は、試料５〜９と同じく０．２９４ｍｍ２であり、半田目付量も０．５ｇと同じである。試料１０、及び試料１１の半田目付量の平均値は片側２０μｍであり、中央部が最も厚く、片側約４０μｍであった。試料１０、及び試料１１は、比較材である。
【０１３６】
これらの材料の断面を研磨し、ＥＢＳＤ法を使用して面積で重みづけされた円相当径の平均値、すなわち面積平均径を評価した。結晶粒は、双晶境界を除く回転角で１５°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域と定義した。また、断面その断面を利用して銅と半田の部分のビッカース硬度をＪＩＳ  Ｚ２２４４に準じて測定をおこなった。
【０１３７】
次に、試料５〜試料１１について引張試験を行って、０．２％耐力を評価した。引張試験は、ＪＩＳ  Ｚ２２０１に準じて行い、標点間距離１００ｍｍ、引張速さ５ｍｍ／ｍｉｎ．の条件で実施した。０．２％耐力は、オフセット法を用い、塑性歪が０．２の時の荷重値を銅の総断面積で割ることによって算出した。全ての試料において、伸び値が１０％以下の領域では、同じ歪の時の応力値は、０．２％耐力値の小さい試料ほど小さかった
【０１３８】
次に、試料５〜試料１１の半田めっき線を実際の太陽電池ウエハに接合し、ウエハの反りの程度を調べた。使用した太陽電池用ウエハは、大きさ１５０×１５５ｍｍ、厚さ２００μｍの多結晶シリコンであり、集電用インターコネクターを配線する銀電極幅は３ｍｍであり、平行に片面３本の電極が形成されている。この受光面側の電極３本に集電用インターコネクターを種類ごとに３枚ずつ、合計４５枚接合した。
【０１３９】
セルは１７５℃に加熱したホットプレートの上に置いておき、セル上電極にフラックスを塗り、集電用インターコネクターを銀電極上にセル端部間全長さに配置し、ピンで抑えてホットエア加熱して、半田を溶融させ接合した。
【０１４０】
ウエハを冷却した後、セルはインターコネクターを接合した面を内側にして、集電用インターコネクターの長さ方向に反っていることが分かった。これは、銅の熱収縮率がシリコンより大きかったためである。セルの一端を支点にして、その反り量を支点反対側の端部で測定した。
【０１４１】
以上の試験結果を、表１にまとめて示した。
【０１４２】
【表１】
2013211266.tif 000004
【０１４３】
試料断面のＥＢＳＤ測定の結果得られた試料内の銅の面積相当径で表した結晶粒の平均粒径（面積平均粒径）は、バッチ焼鈍をしていない６本の単芯線を結束した試料５と３００℃で焼鈍した平角銅線１本で構成される試料１０がほぼ同等であり、約９μｍであった。また、０．２％耐力値もほぼ同等であった。銅単芯線１本の円相当径に対する銅の結晶粒の面積平均径の相対的な大きさは、大きな違いが認められたが、いずれも５％未満であり、銅単芯線１本の断面積に対して十分小さかったため、０．２％耐力値は、平均結晶粒径の絶対値に依存した。
【０１４４】
試料７と試料１０は加工後の熱履歴としては同じである。同じ母材から出発したにもかかわらず、再結晶後の粒径が異なるのは、加工率が試料６の方が大きく、再結晶時の粒成長の駆動力が大きかったことと、表面（実際は半田との界面）エネルギーの寄与である。すなわち、同じ総断面積の導体を得る場合、本発明の方が大きな結晶粒を得やすいことが確認された。
【０１４５】
６本の単芯線を結束した試料は、バッチ焼鈍することによって、銅単芯線１本の円相当径に対する銅の結晶粒の面積相当径が５％を超え、０．２％耐力値が大きく低下し、５０ＭＰａを下回る値が得られた。
【０１４６】
一方、平角銅線１本で構成される試料１１は５００℃でバッチ焼鈍を行い平均結晶粒径２８．３μｍまで粒成長したが、０．２％耐力値は、５０ＭＰａを下回らなかった。一方、ほぼ同じ面積平均径を有する試料７の０．２％耐力は、４６．１ＭＰａであった。これは、試料７では１本の銅単芯線径に対して、結晶粒径が５％を超え、大きくなった効果である。
【０１４７】
１本の銅単芯線径に対して、結晶粒径が２０％を超える試料８では０．２％耐力値が４０ＭＰａを下回り、更に５０％を超える試料９では３４．９ＭＰａの値が得られた。これは、１本の銅単芯線径に対して、結晶粒径が更に大きくなり、これらがより軟質な鉛錫半田で結束された結果、１本１本の線の変形に対する拘束が小さいための効果である。
【０１４８】
すなわち、１本の平角銅芯線で構成される導体と、軟質な半田で結束された６本の銅単芯線で構成される導体を比較すると、後者の導体は、再結晶により大きな結晶粒が得やすい上、１本の銅単芯線断面が平角銅芯線断面の１／６であることから、１本の銅単芯線断面に対する結晶粒を相対的に粗大化でき、更に６本の単芯線同士が軟質な半田材料で弱く結合されている結果、それぞれがある程度自由に変形することができ、長手方向に軟質な導体とすることができる。
【０１４９】
試料５〜試料１１の集電用インターコネクターは、いずれも銀電極長さ方向に均一に接合することができた。接合部真上から見た時の、集電用インターコネクターの幅方向の半田のはみ出しは、試料１０、及び試料１１の方が多かったのに対し、試料５〜試料９の集電用インターコネクターは、均一なフィレットが形成され、はみ出しは極めて少なかった。試料５〜試料９の集電用インターコネクターは、単芯線間を通って電極反対面からも十分供給されるが、不要な半田は、スポイト効果により単芯線間を通って電極反対側に戻ることにより、十分かつ必要な分だけ半田が供給された結果、均一かつ集電用インターコネクター幅方向へのはみ出しが少なかったものと考えられる。
【０１５０】
ウエハを冷却した後のセルは集電用インターコネクターを接合した面を内側にして、集電用インターコネクターの長さ方向に反っていたが、その反り量は試料間で異なった。本発明の形態である試料６〜試料９の集電用インターコネクターを使用して接合したセルは、一般的な形態の集電用インターコネクターを使用して接合したセルに比較して反り量が小さいが、これは試料６〜試料９の０．２％耐力が小さいためである。
【０１５１】
試料内の銅の面積相当径で表した結晶粒の平均粒径の銅単芯線１本の直径に対する比が５％以上である場合、０．２％耐力が低下し、更に銅単芯線の結晶粒径が５０μｍ以上、結晶粒の平均粒径の銅単芯線１本の直径に対する比が２０％以上である場合、一段と０．２％耐力が低下することから、セルに集電用インターコネクターを接合する時の集電用インターコネクター塑性変形量が大きく、熱応力が小さくて済み、結果としてセルの反りが小さく済んでいる。結果、セルのダメージが小さく、またセルの反りが小さいとその後のラミネート処理時のセルの矯正量も小さくなるため、矯正時のセルの破壊によるモジュールの歩留まり低下も小さくて済む。
【０１５２】
（実施例４）
純度９９．９９％の無酸素銅線（Ｃ１０２０）に、ニッケル、アルミニウム、又は半田がめっきされた金属テープ導体をそれぞれ製造し、０．２％耐力を比較すると共に反射率の測定を行った。試料１２は、ニッケルめっきされた材料であり、比較例である。試料１３は試料１２を焼鈍して製造された材料であり、本発明の実施例である。試料１４、試料１５は、試料１３にそれぞれ半田、アルミニウムの溶融めっきを施して製造した試料であり、本発明の実施例である。
【０１５３】
試料１２のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ８ｍｍの連続鋳造材をΦ２ｍｍまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し、引抜加工でΦ２００μｍまで伸線した。次いで、表面処理した単芯線３本を並列に並べ、幅０．６ｍｍのガイドローラーを通すことで単芯線同士を接触させた状態で送線しながら、硫酸ニッケル浴内において電気めっきで厚さ１μｍのニッケルを覆うことで一体化した。このテープ状導電材料の銅の断面は、０．０９４２ｍｍ２であった。また、銅芯材の総断面積に対するニッケルの断面積は２．０１％であった。
【０１５４】
また、試料１２と同様にして製造したテープ状導電材料をアルゴン中で３５０℃、３０分の熱処理を行なうことで、試料１３を製造した。
【０１５５】
試料１４のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、試料１２と同様の連続鋳造材を用い、同じ手法により伸線及び表面処理した単芯線を利用した。この単芯線３本を並列に並べた上で、Ｎ２−５体積％Ｈ２気流中で６００℃に加熱した炉長１ｍの管状炉に２０ｍ／ｍｉｎ．で通線した直後、大気に触れさせることなく、２００℃に加熱溶融したＳｎ−４０質量％Ｐｂめっき槽に浸出し、めっき槽液面に配置した０．８×０．２５ｍｍのアルミナ製絞りダイスを通過させることによって半田めっきを行ない、試料１４を製造した。試料１４は、絞りダイスを通過直後にワイピングノズルを使用して、通線方向と反対方向からアルゴンガスを吹き付けることによって、半田のめっき厚を平均で１０μｍに制御して、半田めっきされた材料である。
【０１５６】
試料１５のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、試料１２と同様の連像鋳造材を用い、同じ手法により伸線及び表面処理した単芯線を利用した。この単芯線３本を並列に並べた上で、Ｎ２−５体積％Ｈ２気流中で７００℃に加熱した炉長１ｍの管状炉に２ｍ／ｍｉｎ．で通線した直後、大気に触れさせることなく、７００℃に加熱溶融したＡｌめっき槽に浸出し、めっき槽液面に配置した０．８×０．２５ｍｍのアルミナ製絞りダイスを通過させることによってアルミニウムめっきを行ない、試料１５を製造した。試料１５は、絞りダイスを通過直後にワイピングノズルを使用して、通線方向と反対方向からアルゴンガスを吹き付けることによって、アルミニウムのめっき厚を平均で１０μｍに制御して、アルミニウムめっきされた材料である。
【０１５７】
試料１２〜試料１５は、いずれも銅単芯線の線径に対して、薄いめっきであったため、線径に従った凹凸を有していた。
【０１５８】
これらの材料の断面を研磨し、ＥＢＳＤ法を使用して面積で重みづけされた円相当径の平均値、すなわち面積平均径を評価した。結晶粒は、双晶境界を除く回転角で１５°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域と定義した。また、得られた断面を利用して、銅と半田、又はアルミニウムめっきの部分のビッカース硬度測定をＪＩＳ  Ｚ２２４４に準じて行った。ニッケルの硬度は、ニッケルめっきの厚さが小さいため、測定できなかった。ただし、銅芯材の断面積に対するニッケルめっきの断面積は小さいため、耐力を始めとする機械的な特性に対する影響は小さい。
【０１５９】
次に、試料１２〜試料１５について引張試験を行って、０．２％耐力を評価した。引張試験は、ＪＩＳ  Ｚ２２０１に準じて行い、標点間距離１００ｍｍ、引張速さ５ｍｍ／ｍｉｎ．の条件で実施した。０．２％耐力は、オフセット法により、塑性歪が０．２の時の荷重値を銅の総断面積で割ることによって算出した。全ての試料において、伸び値が１０％以下の領域では、同じ歪の時の応力値は、０．２％耐力値の小さい試料ほど小さかった。
【０１６０】
次に、試料１２〜試料１５のテープ線材のテープ面の反射率を測定した。反射率の測定は、アルミニウムの蒸着鏡を参照試料とし、様々な方向の反射を総和した、いわゆる拡散反射を測定した。測定波長範囲は、太陽電池で発電によく利用される２４０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域での平均値を算出した。
【０１６１】
以上の試験結果を、表２にまとめて示した。
【０１６２】
【表２】
2013211266.tif 000005
【０１６３】
試料断面のＥＢＳＤ測定の結果得られた試料内の銅の面積相当径で表した結晶粒の平均粒径（面積平均粒径）は、バッチ焼鈍していない試料１２の試料が最も小さく、１．８μｍであった。この試料の銅単芯線１本の円相当径に対する銅の結晶粒の面積平均径の相対的な大きさは、５％以下であり、０．２％耐力は、大きな値を示した。
【０１６４】
一方、３５０℃でバッチ焼鈍した試料（試料１３）の銅芯材の平均粒径は４０．１μｍであった。この試料の銅単芯線１本の円相当径に対する銅の結晶粒の面積平均径の相対的な大きさは、２０％であり、めっき厚が小さいこともあり、０．２％耐力は、小さい値が得られた。
【０１６５】
試料１４と試料１５における銅の面積相当径で表した結晶粒の平均粒径（面積平均粒径）は、バッチ焼鈍しなかった分、試料１３の平均粒径より小さかったが、光輝焼鈍と溶融めっきによる熱履歴により、結晶粒が成長した。その結果、試料１４及び試料１５における銅単芯線１本の円相当径に対する銅の結晶粒の面積平均径の相対的な大きさは、本発明の基準である５％を超え、低耐力値が得られた。試料１４は、半田より硬質なアルミニウムめっきを施したにもかかわらず、溶融アルミニウムめっきの高い熱履歴によって結晶粒が成長したことで、試料１３よりも耐力値が小さくなった。
【０１６６】
反射率は、アルミニウムめっきを施した試料１５が最も高くなった。丸線を結束したことによる凹凸により、反射光は散乱する。この試料を太陽電池用のインターコネクターに使用した場合、インターコネクターで遮られた太陽光線は、インターコネクターで高い反射率で乱反射される。従って、反射光は、ＥＶＡ等で構成される透明モールド材や表面ガラスの界面で再度反射され、再度太陽電池セルの受光面に入射することが期待でき、太陽光モジュールの効率向上に寄与する。
【０１６７】
（実施例５）
本実施例では、純度９９．９９％の無酸素銅線（Ｃ１０２０）に目付量の異なる半田をめっきした太陽電池用集電用インターコネクターを製造し、実際のシリコン結晶型太陽電池セルに接合し、接合マージンを比較した。
【０１６８】
試料１６〜試料２１は、銅丸線を結束した本発明のテープ状導電材料である。試料２２は、銅平角線の半田めっき導体であり、比較例である。
【０１６９】
試料１６〜試料２１のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ２５ｍｍの焼鈍丸棒材をΦ２ｍｍまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し、引抜加工でΦ２５０μｍまで伸線した。その後、ボビンに巻いた８巻の試料から繰り出した銅単芯線を幅２．７ｍｍ、高さ２００μｍの穴の空いた２個のガイドに８本平行に一列に並べて通し、ガイドに並べた一列の銅単芯線束の幅方向の一方の側面から他方の側面に対向した電極を設け、銅単芯線を送線しながら電極に間欠的に通電し、８本の銅単芯線同士を平行に接合した。銅単芯線同士の接合部の長さは長さ方向に約１ｍｍであった。試料１６〜試料２１は、通電間隔を変化させることによって、接合部同士の間隔が異なる試料であり、試料１６は接合間隔が４ｍｍ、試料１７は接合間隔が５ｍｍ、試料１８は接合間隔が３０ｍｍ、試料１９は接合間隔が６０ｍｍ、試料２０は接合間隔が６３ｍｍ、試料２１は接合間隔が７０ｍｍの試料である。その後、幅方向を拘束しながら圧延して、１巻のステンレスボビンに巻き取った。
【０１７０】
このようにして作製したテープ状銅線はボビンごと真空中で５００℃１時間の焼鈍を行った。その後、Ｎ２−５体積％Ｈ２気流中で６００℃に加熱した炉長１ｍの管状炉に３０ｍ／ｍｉｎ．で通線、連続焼鈍した直後、大気に触れさせることなく、２４０℃に加熱溶融した９８．５％Ｓｎ−１．０Ａｇ−０．５Ｃｕめっき槽に浸出し、半田めっきを施した。すなわち、試料１６〜２１は、幅広面が図２ｆのように扁平した、無酸素銅線８本が、半田を介して長さ方向に平行かつ一平面内に整列して接合され一体化したテープ状の導電材料である。銅の総断面積は、０．３１ｍｍ２であった。半田の目付量は、絞りダイス通過直後にワイピングノズルにより、テープ面両側からアルゴンガスを吹き付け、その流量を制御することで調整し、１ｍ当たり、２．９６ｇになるようにした。線は予め結束されているため、単芯線を整列させるためのガイドや絞りダイスを使用する必要はなかった。
【０１７１】
試料２２の半田めっき導体は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ２５ｍｍの焼鈍丸棒材をΦ２ｍｍまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し引抜加工でΦ１．２ｍｍまで伸線し、その後圧延加工して厚さ０．２に扁平させ、断面形状を０．１６×２．０ｍｍに成型してテープ材とした。その後、このテープ材をステンレスボビンに巻き、バッチ炉を使用して、真空中で５００℃、１時間焼鈍し、それぞれ線材とした。続いて、得られたそれぞれの線材を、Ｎ２−５体積％Ｈ２気流中で６００℃に加熱した炉長１ｍの管状炉に２０ｍ／ｍｉｎ．で通線した直後、大気に触れさせることなく、２４０℃に加熱溶融した９８．５％Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕめっき槽に浸出、通過させることで製造した。
【０１７２】
半田の目付量は、ワイピングノズルにより、テープ面両側からアルゴンガスを吹き付け、その流量を制御することで調整し、試料１６〜試料２１に合わせた。したがって、銅の総断面積は、試料１６〜２１と同じく０．３１ｍｍ２であり、半田目付量も０．２９６ｇと同じである。試料２２の半田目付量の平均値は片側２０μｍである。
【０１７３】
これらの材料の断面を研磨し、ＥＢＳＤ法を使用して面積で重みづけされた円相当径の平均値、すなわち面積平均径を評価した。結晶粒は、双晶境界を除く回転角で１５°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域と定義した。また、断面その断面を利用して銅と半田の部分のビッカース硬度をＪＩＳ  Ｚ２２４４に準じて測定をおこなった。
【０１７４】
次に、試料１６〜試料２２について引張試験を行って、０．２％耐力を評価した。引張試験は、ＪＩＳ  Ｚ２２０１に準じて行い、標点間距離１００ｍｍ、引張速さ５ｍｍ／ｍｉｎ．の条件で実施した。０．２％耐力は、オフセット法を用い、塑性歪が０．２の時の荷重値を銅の総断面積で割ることによって算出した。全ての試料において、伸び値が１０％以下の領域では、同じ歪の時の応力値は、０．２％耐力値の小さい試料ほど小さかった。
【０１７５】
次に、試料１６〜試料２２の半田めっき線を実際の太陽電池ウエハに接合し、接合の状態を調べた。使用した太陽電池用ウエハは、大きさ１２５×１２５ｍｍ、厚さ１６０μｍの単結晶シリコンであり、集電用インターコネクターを配線する銀電極幅は３ｍｍであり、平行に片面２本の電極が形成されている。セルは（株）エヌ・ピー・シー社製の自動配線装置を使用し、３枚のセルを直列に接続したストリングスを作製した。接合条件は、溶着テーブル温度１８０℃、ホットエア設定温度：３５０℃、ピン押さえ時間３秒とした。
【０１７６】
作製したストリングスの外観を観察したのち、３本のセルをつないでいるインターコネクターをセルの間で切断し単セルとし、その上からＥＶＡをかぶせ、更に強化ガラスを載せて１６０℃まで減圧中で加熱し、疑似モジュールを作製した。このモジュールについて太陽電池シミュレーターの下でＩ−Ｖ特性を測定し、太陽電池としての効率を測定した。
【０１７７】
得られた結果を、まとめて表３に示した。
【０１７８】
【表３】
2013211266.tif 000006
【０１７９】
試料１６〜試料２１は、銅単芯線１本の円相当径に対する銅の結晶粒の面積平均径の相対的な大きさが５０％を超え、非常に低い耐力値が得られた。一方、試料２２は、冷間加工率が小さかったことと、銅単芯線１本当たりの断面積が大きいため、試料１６〜試料２１に比較して耐力値は大きかった。試料１６〜試料２１の差を詳細に比較すると、試料１６のインターコネクターの耐力値はやや劣っていた。これは、点接合の間隔が小さすぎ、単芯線に引張応力を加えた際に、単芯線同士の拘束が大きかったためと考えられる。
【０１８０】
ストリングスの全体の反りは、耐力を反映したものであった。定量的な測定は困難であったが、試料１６〜試料２１のインターコネクターを使用して作製したストリングスは、平面に載置するとほぼ浮きがなかったのに対し、試料２２のインターコネクターを使用して作製したストリングスは、平面に載置するとやや浮きが認められた。同じ熱歪み与えた際のインターコネクターの応力が、耐力値の高い試料２２では大きかったためである。
【０１８１】
ストリングスの外観を調べると、試料１６〜試料２１の集電用インターコネクターは、いずれも銀電極長さ方向に均一に接合することができた。接合部真上から見た時の、集電用インターコネクターの幅方向の半田のはみ出しを評価すると、試料１６〜試料２１のインターコネクターを使用したストリングスでは、均一なフィレットが形成され、はみ出しは極めて少なかった。ストリングスを形成した試料１６〜２１のインターコネクターの受光面の状態を観察すると、接合前より単芯線の形状を反映した凹凸が大きくなっていた。すなわち、試料１６〜試料２１の集電用インターコネクターは、単芯線間を通って電極反対面からも十分供給されるが、不要な半田は、スポイト効果により単芯線間を通って電極反対側に戻ることにより、十分かつ必要な分だけ半田が供給された結果、均一かつ集電用インターコネクター幅方向へのはみ出しが少なかったものと考えられる。
【０１８２】
試料２０並びに試料２１のインターコネクターを接合したストリングスを観察すると、殆どのセルで１本の電極当たり２か所の接合点があったが、中には中央部１点でのみ結束されていないセルが見られた。一般的に使用されている太陽電池セルは５インチセルと６インチセルがあるが、本実施例で使用したセルは５インチセルでの小型のセルである。１つのセル内の１本の電極に２点以上の結束点があった方が良く、接合間隔は６０ｍｍ以下である方が望ましい。
【０１８３】
太陽電池としての効率を比較すると、試料１６〜試料２１のインターコネクターを使用して作製したセルの効率が、試料２２のインターコネクターを使用して作製したセルの効率より高いことが分かった。これは、耐力が小さくセルにかかる応力が小さいことにより接合が健全であったこと、また受光面のインターコネクターの凹凸により、インターコネクターに当たった光が乱反射され、ＥＶＡ樹脂やガラスの界面で光が再反射されセルに戻った効果によるものと考えられる。
【０１８４】
（実施例６）
次に、ワイピングノズルにより、テープ面両側から吹き付けるアルゴンガス量を変化させ、半田の目付量を０．２６ｇ、０．２４ｇと、実施例５の場合より減少させたインターコネクターを作製し、接合性を比較した。それ以外は、実施例５における試料１６〜試料２１の作製方法を同じプロセスとした。ストリングスの作製条件も実施例５と同じである。
【０１８５】
点接合したインターコネクターでは、点接合間隔が４ｍｍの試料で、目付量が０．２４ｇの時、一部接合できていない部分が見られたが、装置が停止することなく３直のストリングスが形成出来た。一方、目付量が０．２４ｇの試料２２と同様な１本の銅平角線で構成されたインターコネクターでは、半田の供給不足により健全な接合ができず、インターコネクターが剥離し、装置の自動連続運転ができなかった。一方、点接合したインターコネクターでは目付量を減らしても、接合面反対側からの半田の供給があったため、インターコネクターが剥離することはなかった。
【０１８６】
以上、説明してきたように本発明の形態をとることにより、導体断面積、すなわち電流容量を確保しながら導線を軟質化することができ、また、半田目付量を低減することができ、集電用インターコネクターを始めとする半導体の実装材料として優れた材料を提供することができる。
【０１８７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１８８】
１    太陽電池セル
２    集電用インターコネクター
３    Ｌ方向
４    Ｄ方向
５    Ｗ方向
６    単芯線
７    結束接合材料
８    結晶粒界
９    溶接・拡散接合部
１０    平角単芯銅線
１１    接合用半田材料
１２    被覆材料
【図１】
2013211266.tif 000007
【図２】
2013211266.tif 000008
【図３】
2013211266.tif 000009