(57)【要約】【課題】回路パターン形成時に、不要部分の除去を不要とし、回路パターンの端面バリ、回路パターン剥離による不具合を軽減した回路基板とその製造方法を提供する。【解決手段】基材５３、接着層５２、金属電極パターン５１ａ、５１ｂが順次積層された回路基板であって、前記金属電極パターン５１ａ、５１ｂは、端面部に金属電極を組成する金属の酸化物からなる短絡防止層５４ａ、５４ｂを備え、前記金属電極が、アルミニウム、銅、鉄、または、それらの合金のいずれかであることを特徴とする回路基板である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材、接着層、金属電極を順次積層した回路基板において、
前記金属電極の端面部に前記金属電極を組成する金属の酸化物からなる短絡防止層を備えることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
基材、接着層、金属箔を順次積層する工程と、
金属箔を打ち抜きによって切断して金属電極パターンを形成する工程と、
金属電極パターンの端面を酸化して短絡防止層を形成する工程と、を有することを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記金属電極が、アルミニウム、銅、鉄、または、それらの合金のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の回路基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の回路基板を備える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、太陽電池用回路基板に係り、特に配線回路間の絶縁性を向上させる構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に回路や配線等の導電性パターンを形成する場合、基板上に金属薄膜を成膜してから、フォトエッチングなどによってパターニングを行い、不要部分の金属薄膜を除去することによって、導電性パターンを形成することが多い。
【０００３】
このような製造方法は工程数が多くなるため、近年では、基板上に金属箔シートを接着し、打ち抜き刃によって金属箔を打ち抜くことにより、導電性パターンを形成することが行われている。例えば、特許文献１には、ＩＣタグのアンテナパターンを形成するために、接着層を有する金属箔シートと支持基材とを重ね合わせ、加熱された打抜き刃を用いて金属箔シートの打抜きおよび仮止めを行い、不要な部分を吸引機等で除去して、アンテナとなる導電性パターンを形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−７６２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術の打ち抜きには、以下のような問題があった。
回路パターンを形成する際には、金属箔をパターン状に打抜いたあとに不要部分の除去工程が必要である。しかし、この不要部分のパターンが複雑になると、剥離の際に千切れたりするため除去作業を困難なものとしていた。また不要部分の除去の際に、必要な回路パターンのエッジ部分が引っ張られ、回路端面にバリが出たり、回路パターンの浮きやはがれが発生して、太陽電池モジュールに使用した場合に短絡等の不具合を起こすことがあった。
【０００６】
また、従来手法で回路パターンを形成する際、対となる平行した２つの刃で打抜きを行い、間の不要部分を剥離する。しかし、この間が１ｍｍ以下になると不要部分の打抜き刃による物理的近接の限界になり、パターン打抜きが困難になることで、高密度な配線パターン形成は困難であった。一方、１つの刃で単純に打抜いた場合は、回路パターン間の距離がなく接触による短絡が発生して電気回路として成立しない問題があった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、回路パターン形成時に、不要部分の除去を不要とし、回路パターンの端面バリ、回路パターン剥離による不具合を軽減した回路基板とその製造方法を提供するものであり、安価で信頼性の高い高密度な回路基基板、および太陽電池モジュールを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の態様は、
基材、接着層、金属電極を順次積層した回路基板において、
前記金属電極の端面部に前記金属電極を組成する金属の酸化物からなる短絡防止層を備えることを特徴とする回路基板としたものである。
【０００９】
本発明の第二の態様は、
基材、接着層、金属箔を順次積層する工程と、
金属箔を打ち抜きによって切断して金属電極パターンを形成する工程と、
金属電極パターンの端面を酸化して短絡防止層を形成する工程と、を有することを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造方法としたものである。
【００１０】
本発明の第三の態様は、前記金属電極が、アルミニウム、銅、鉄、または、それらの合金のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の回路基板の製造方法としたものである。
【００１１】
本発明の第四の態様は、請求項１に記載の回路基板を備えることを特徴とする太陽電池モジュールとしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の回路基板によれば、回路パターン形成時に、不要部分の除去が不要となった。さらに、導電回路のエッジバリ等の不具合が減少し、加えて端面を絶縁層で被覆したために微細化しても配線間の短絡を軽減することが可能となった。
したがって、高品質の回路基板の提供が可能となり、この回路基板を適用することで安価で信頼性の高い太陽電池モジュールを提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の太陽電池モジュールの構成を示す模式的な断面視の図である。
【図２】回路基板の打ち抜き工程を説明する断面視の工程図である。
【図３】回路基板の端面に絶縁層と保護層を形成する様子を説明する断面視の工程図である。
【図４】太陽電池モジュールの製造工程の一例について説明する断面視の工程図である。
【図５】太陽電池モジュールの製造工程の一例について説明する断面視の工程図であり、図４の続きである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について図１から図５を参照して説明する。すべての図面において、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
図１は、太陽電池モジュール６０の構成を示す模式的断面図である。
【００１５】
本実施形態の太陽電池モジュール６０は、図１に示すように、発電のための光を受光する受光面２０ｃと反対側の裏面２０ｄとを有し、裏面２０ｄ上に配線用の接続電極２０ａと２０ｂが複数設けられた太陽電池セル２０と、太陽電池セル２０を保護するする回路基板５０と、回路基板５０および太陽電池セル２０上に積層されて太陽電池セル２０を封止する封止材３０と、太陽電池セル２０に電気的に接続される導電接続材１０と、封止材３０上に積層された透光性基板４０とを備える。
太陽電池モジュール６０は、本発明の太陽電池用回路基板を用いて製造される。詳細については後述する。
【００１６】
太陽電池セル２０は、受光面２０ｃから入射した光を光電変換して発電を行う半導体素子である。太陽電池セル２０としては、裏面２０ｄにプラスの接続電極２０ａとマイナスの接続電極２０ｂが設けられた、いわゆるバックコンタクト方式の太陽電池セルであれば、その構造に特に制限はなく、単結晶、多結晶、アモルファスなど公知のものを適宜選択することができる。
【００１７】
図１は模式図のため、図を簡略化しているが、接続電極２０ａと２０ｂの個数は、２以上の適宜個数を必要に応じて設けることができる。接続電極２０ａと２０ｂの材質は、例えば、銀ペーストを焼成したものからなる。なお、接続電極２０ａと２０ｂは、大きさや形状が異なっていてもよいが、以下では一例として、各接続電極２０ａと２０ｂは同一の大きさと形状を有するものとして説明する。
【００１８】
太陽電池セル２０の平面視における形状は、例えば、矩形形状などの好適な形状が選択可能で特段の制限はない。また、太陽電池モジュール６０における太陽電池セル２０は、図１では１個のみ図示しているが、回路基板５０の面方向に沿って複数のものが、適宜間隔をあけて２個以上配置されている。本実施形態では、図示は省略するが、図１における左右方向、および手前と奥方向に複数の太陽電池セル２０が所定の間隔をあけて整列配置されており、これにより、平面視において略矩形格子状に配置されている。
【００１９】
回路基板５０は、図１に示すように、バックシート５３、絶縁性接着層５２、および金属電極５１がこの順に積層されたものである。バックシート５３は、バリア性と支持体としての基材の機能を持ち合わせた部材である。バリア性は、回路基板５０の積層方向における一方の外表面を構成して、太陽電池モジュール６０の内部に水分や酸素等が侵入することを抑制するための機能であり、シールド材としてのバリア機能を有している。
また、バリア機能を分離して層状にすることも可能で、この場合には、材質として、水分や酸素に対する遮断性に優れた適宜の樹脂材料、フッ素系樹脂材、アルミニウム箔、もしくはアルミニウム箔と適宜の樹脂との複合積層フィルム等を使用することができる。
【００２０】
バックシート５３に用いる基材は、絶縁性接着層５２を介して金属電極５１を支持する部材であり、可撓性を有するシート状部材で構成される。基材は、電気絶縁性に優れる材料からなることが好ましい。基材としては、例えば樹脂材料をシート状もしくはフィルム状に形成したものを採用することができる。樹脂材料としては、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ウレタン、エポキシ、メラミン、スチレンなどの樹脂材料、またはこれらを共重合した樹脂材料を用いることが可能である。
【００２１】
基材の材料として、断熱性や弾力性や光学特性の制御のため、必要に応じて、有機フィラーまたは無機フィラー等を混入した材料を用いることも可能である。また、基材は、上記の樹脂材料を複数積層させた積層フィルムや、上記の樹脂材料の層と、例えばアルミニウム箔等の金属箔とを積層させた複合積層フィルムを採用することも可能である。
【００２２】
絶縁性の接着層５２は、バックシート５３の表面に金属電極５１を固定するための層状部であり、例えば、硬化性樹脂であるウレタン、アクリル、エポキシ、ポリイミド、オレフィン、またはこれらを共重合した硬化型の接着剤を硬化させることで形成されている。硬化型接着剤の種類は特に限定されず、例えば熱硬化型接着剤、ＵＶ硬化型接着剤などを好適に採用できる。また、絶縁性接着層５２として、段階硬化型接着剤を用いるのが好ましいが、段階硬化型でない接着剤を用いてもよい。
【００２３】
金属電極５１は、太陽電池セル２０に電気的に接続される配線パターンを形成するものである。金属電極５１の材質は、電気伝導性が良好な適宜の金属材料を採用することができる。例えば、金属電極５１としては、銅、アルミニウム、鉄を挙げることができる。
【００２４】
金属電極５１の平面視形状、すなわち配線パターンとしては、例えば、プラス電極の５１ａとマイナス電極の５１ｂともに櫛形形状をしており、これら櫛歯状部が、互いの線状部間の隙間に貫入するとともに互いに離間して近接配置されたパターンを挙げることができる。金属電極５１の切断部は、金属電極５１の表面層を加熱酸化して形成した酸化物からなる短絡防止層５４ａと５４ｂとなっている。形成方法については、後述する。
また、太陽電池モジュール６０において太陽電池セル２０のプラス電極２０ａとマイナス電極２０ｂとの接続を電気的に分離することができていれば良く、櫛歯状等平面視形状に拘るものではない。
【００２５】
封止材３０は、回路基板５０の絶縁性接着層５２上および絶縁性接着層５２上に支持された金属電極５１と、太陽電池セル２０とを封止して絶縁できればよく、適宜の材質から選択することができる。封止材３０に好適な材質としては、熱可塑性樹脂、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン・メタアクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）などからなるフィルム材を挙げることができる。
【００２６】
本実施形態の封止材３０は、図１に示すように、上述の熱可塑性樹脂からなるフィルム材で構成される封止材シート３２および透明封止材シート３１によって、太陽電池セル２０を挟み込み、ラミネート加工により両者を一体にすることにより形成されている。
このため、太陽電池モジュール６０において、封止材シート３２と透明封止材シート３１との境界は同材質の場合特に問題とならないが、異材質の場合には、色、透過率、あるいは屈折率等が異なることによって、例えば、図１に二点鎖線で示すような界面３３を認める場合もある。
【００２７】
封止材シート３２は、太陽電池セル２０の受光面２０ｃよりも回路基板５０側の封止材領域については、光透過性を有さなくてもよい。この領域用の封止材シート３２の材質としては、光吸収性、光散乱性、光反射性を有する種々のフィルムを採用することが可能である。例えば、適宜色を有する色材を含む色付き（白色を含む）フィルム、例えば、黒色フィルムや白色フィルム等を好適に採用することができる。封止材シート３２として、このような色付きフィルムを採用することにより、透光性基板４０側から太陽電池セル２０間の隙間を通して回路基板５０の上面を視認できなくなるため、太陽電池モジュール６０の意匠性を向上することができる。
【００２８】
これに対して、透明封止材シート３１は、太陽電池セル２０を受光面２０ｃ側から封止するためのフィルム部材である。透明封止材シート３１は、太陽電池セル２０の受光を妨げないよう、光透過性を有することが必須であり、無色透明であるのが最も好ましい。
本実施形態では、透明封止材シート３１の厚さは、太陽電池モジュール５０における太陽電池セル２０の裏面２０ｄから透光性基板４０までの層厚に略相当する厚さを有する。
【００２９】
導電性接続材１０は、後で説明する太陽電池モジュール６０の形成の際に、太陽電池セル２０の接続電極２０ａ、２０ｂと金属電極５１ａ、５１ｂとを電気的に接続出来るものであれば良く、例えば、銀ペースト、銅ペースト、カーボンペースト等の導電性接着剤やスズ、ニッケル系の低融点はんだが挙げられる。
【００３０】
金属電極５１の加工法について、図２を用いて説明する。図２（ａ）には、にバックシート５３、絶縁性接着層５２、金属箔シート５１を順次重ね合わせして、絶縁性接着層５２の接着条件に合わせて、加熱加圧してシート化したものを示した。
【００３１】
金属電極５１の回路パターンを形成する方法について、図２（ｂ）を用いて説明する。打ち抜き刃７０は、詳細な図面は省略するが、平面状の抜き型の表面に形成される。切断刃７０は、突出方向に細る二等辺三角形状の長手方向断面を有し、突出方向の先端に刃先を形成するようになっている。打ち抜き刃７０の刃先までの高さｈは、金属箔層５１の厚みより大きく、絶縁接着層５２を突き抜けない高さとする。
【００３２】
打ち抜き刃７０は、腐食金型、切削金型等を使用することができるが、これに限られる
ことはない。打ち抜き型３０を形成する材料には、プリハ−ドン鋼、焼入焼戻鋼、析出硬化鋼、タングステン・カーバイドとコバルトとの合金、その他の超硬度合金等を使用することができるが、これらに限られることはない。
【００３３】
打ち抜き刃７０を用いて、金属箔状態から金属電極パターン（回路パターン）を形成するには、打ち抜き刃７０を入れる場所に位置あわせをした後、金属箔５１をプレスする。これにより、図２（ｂ）に示すように、打抜き刃７０の刃先は、金属箔５１を切断しつつ、刃先Ｃの先端が絶縁性接着層５２内に到達する。金属箔５１は打ち抜き刃７０の側面形状に沿って塑性変形して、打ち抜き刃７０の外形が転写されたＶ字溝形状が形成され金属電極パターン５１が形成される。
【００３４】
絶縁接着層５２内に少なくとも部分的に埋没することで、後工程の加熱や経時変化による金属箔の変形が起きても、切断端面同士が接触することを抑制し、切断端面同士が接触することを防止できる。また、パターン形成時に、絶縁性接着層５２の樹脂の形成特性に合わせて、例えば、熱硬化型の樹脂を用いた場合には、刃を入れたあとに硬化温度まで加熱することで、より堅牢な回路パターンを形成することができる。
【００３５】
従来の打抜きの回路パターン形成では、平行する2つの打抜き刃を用いて、金属箔を回路パターン形状に打抜き加工を行い、回路パターン間の不要箔を取り除いていたが、その際、打抜きの金属箔断裁バリが、回路表面側に出てしまうことがあった。しかし、本案のパターン形成では、打抜き加工時のバリは、絶縁接着層５２側に埋め込まれ回路表面への発生が低減される。
【００３６】
金属電極５１端面に備わる短絡防止層５４の形成方法について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、パターン化されて分離された金属電極５１が絶縁性接着層５２の上に形成されており、分離した金属電極５１ａと５１ｂの間に交流電源を設置して、適宜電流を流す様子を示したものである。
【００３７】
図３（ｂ）は、交流電流印加により、切断面をコンデンサと見立てたリアクタンスの抵抗により切断面が選択的に加熱され、金属の切断端面が加熱酸化を起こした様子を示したものである。アルミニウムであれば酸化被膜（Ａｌ２Ｏ３）が厚くなり、銅であれば黒色の酸化第二銅（ＣｕＯ）を形成し、鉄であれば黒色の四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）を形成する。切断面が選択的に加熱され切断部のみが金属酸化による絶縁性の短絡防止層５４が形成される。空気中で加熱酸化されることで、絶縁性の向上した酸化被膜を形成することができる。
【００３８】
本実施形態の太陽電池モジュール６０の製造方法について説明する。
回路基板５０を形成するには、バックシート５３、絶縁性接着層５２、および金属箔５１をこの順に積層させる。これら各層を一体に接合させた後、打ち抜き加工と交流印加により回路基板５０が形成される。接合方法としては、ドライラミネートや、押し出しラミネートなど、公知の各種方法を適宜選択してよい。
【００３９】
次に、太陽電池セル２０の接続電極２０ａ、２０ｂの位置に合わせて、回路基板５０に導電接続材１０を、例えばスクリーン印刷法を用いて印刷する。パターン形成できればよく、特に印刷方法に拘るものではない。同様に、太陽電池セル２０の接続電極２０ａと２０ｂの位置に合わせて、封止材３２に貫通孔３２ａを形成しておく。貫通孔を開ける方法としては、金型ポンチよるパンチング、レーザー加工、ドリル等の既存の方法を採ることができる。貫通孔の径は、接続電極２０ａ、２０ｂと同等か１〜２ｍｍ大きいことが好ましい。
【００４０】
図４に示すように、導電接続材１０が印刷された回路基板５０、封止材３２、太陽電池セル２０、透明封止材シート３１、および透光性基板４０をこの順に重ねて配置する。
こうして、回路基板５０、封止材３２、太陽電池セル２０、透明封止材シート３１、および透光性基板４０が積層された、図５に示した積層体６５が形成される。
【００４１】
次に、ラミネーターを用いて、真空下で、積層体６５を加熱しつつ積層方向に加圧する真空加圧ラミネートを行う。加熱温度、加圧力の加工条件は、封止材シート３２と透明封止材シート３１とが軟化して変形し、それぞれが隣接する部材の表面と密着して接着可能な温度であって、かつ導電接合材１０および接続電極２０ａと２０ｂ、導電接合材１０と金属電極５１とが電気的に可能な加熱温度、加圧力とする。
【００４２】
このようなラミネート加工により、基板電極部と接続電極２０ａ、２０ｂとの間に挟まれた導電接合材１０が、厚さ方向に加圧されるとともに加熱される。その結果、導電接合材１０が硬化して、金属電極５１と接続電極２０ａ、２０ｂとが導電接合材１０により接着される。
【００４３】
また、ラミネート加工の加熱により、封止材シート３２と透明封止材シート３１とが軟化して変形し一体化される。また、軟化が進んだ封止材シート３２と透明封止材シート３１とは流動しそれぞれが隣接する部材の表面と密着される。これにより、太陽電池セル２０の外周部が封止され、回路基板５０と透光性基板４０との間に、封止材３０の層が形成される。加熱および加圧を終了すると、積層体６５の各層間が接着された状態で固化し、図１に示すような太陽電池モジュール６０が完成する。
【００４４】
本実施形態の太陽電池モジュール６０によれば、回路パターン形成時に、不要部分の除去を不要とし、導電回路のエッジバリによる不具合を軽減することが可能とする回路を提供するものであり、安価で信頼性の高い太陽電池モジュールを提供できる。
【００４５】
次に、本発明の太陽電池用接合材組立体および太陽電池モジュールについて、実施例および比較例を示す。
【実施例】
【００４６】
（実施例１）
本実施例の封止材シート３２として、厚さ２００μｍの白色のＥＭＡＡフィルムを用い、貫通孔３２ａの直径は３ｍｍとした（図４参照）。金属電極５１の素材として、厚さ５０μｍの高純度アルミニウム（純度９９％以上）からなるアルミニウム箔を用いた。絶縁性接着層５２は、熱硬化型エポキシ樹脂のエレファンＣＳ（商品名；（株）巴川製紙所製）を用いて、予めバックシート５３上に膜厚５０μｍに形成しておいた。回路基板５０は、バックシート５３、絶縁性接着層５２、および金属箔５１、をこの順に積層させドライラミネータにより圧着させ形成した。
【００４７】
また、金属箔５１を、刃高さｈ＝８０μｍの打抜き刃７０を用いて打抜き、金属電極２０の切断端面を絶縁性接着材に埋め込んで金属電極５１を櫛形パターンに加工した後、金属電極５１ａと５１ｂの間に５０Ｈｚ、１０Ｖの交流電場を印加した。印加前後での金属電極５１端面のアルミニウム酸化被膜厚を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて測定してみたところ５ｎｍから２５ｎｍに増大していた。酸化膜の成長により短絡防止層５４が形成された。また、同時に金属電極５１の端面の部分の絶縁性接着層５２が加熱流動されて金属電極５１の端面を覆い保護層５５が形成された。
【００４８】
本実施例の太陽電池モジュール６０は、太陽電池セル２０の接続電極２０ａの配置に合わせた回路基板５０、導電接合材１０、封止材シート３２、太陽電池セル２０、透明封止材シート３１、厚さ３ｍｍのガラス板からなる透光性基板４０をこの順に積層し、モジュ
ールラミネータによりモジュールラミネートを行うことにより作製した。ここで、導電接合材１０には、導電ペーストのペルトロンＳ−３０２８（商品名；ペルノックス（株）製）を用い、スクリーン印刷により形成した。また、透明封止材シート３１は、厚さ３００μｍの透明なＥＶＡフィルムを用いた。モジュールラミネートの条件は、真空にて１５０℃で３分間、続いて温度１５０℃、圧力１×１０５Ｎ／ｍ２で、１２分間、積層方向に加圧した。このようにして製造した太陽電池モジュール６０は、金属電極５１に対して太陽電池セル２０が良好に電気接続されており、導通不良などは発生しなかった。
【００４９】
（比較例）
実施例の太陽電池モジュールにおいて、金属電極５１端面熱処理をせず、保護層５５なしで形成した以外は実施例と同様に比較例の太陽電池モジュールを作製した。
本比較例では、電極間の短絡による電気接続の不良があった。
【００５０】
以上、本発明の各実施形態および実施例について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成要素の組合せを変えたり、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  導電接合材
２０  太陽電池セル
２０ａ  プラス接続電極
２０ｂ  マイナス接続電極
２０ｃ  太陽電池セル受光面
２０ｄ  太陽電池セル裏面
３０  封止材
３１  透明封止材シート
３２  封止材シート
３２ａ  貫通孔
３３  界面
４０  透光性基板
５０  回路基板
５１  金属電極（もしくは金属箔）
５２  絶縁性接着層
５３  バックシート
５４  短絡防止層
５５  保護層
６０  太陽電池モジュール
６５  積層体
７０  打抜き刃
【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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