(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽電池モジュールの実装を大幅に簡易化するビームリード型太陽電池セルを提供する。【解決手段】ビームリード４を形成した太陽電池セル１であって、太陽電池セル１は表面側光入射領域に複数のグリッド電極３と、セル端にはそれを集電するバスバー電極２を有し、ビームリード４は金属板を折り曲げた断面Ｌ字状であり、バスバー電極２に接触、固定された断面が矩形の柱部とセル外方に向けて伸びた断面が細長い矩形の梁部を有する形状である。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ビームリードを形成した太陽電池セルであって、前記太陽電池セルは表面側光入射領域に複数のグリッド電極と、セル端にはそれを集電するバスバー電極を有し、前記ビームリードは金属板を折り曲げた断面Ｌ字状であり、前記バスバー電極に接触、固定された断面が矩形の柱部とセル外方に向けて伸びた断面が細長い矩形の梁部を有する形状であることを特徴とするビームリード型太陽電池セル。
【請求項２】
前記金属板の折り曲げ部近辺に複数のスリットを形成して梁部が上下に屈曲し易いようにしたことを特徴とする請求項１に記載のビームリード型太陽電池セル。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は集光型太陽電池モジュールに使用するビームリード型太陽電池セルに関する。
【背景技術】
【０００２】  集光型太陽電池はエネルギー変換効率の高い太陽電池セルに高倍率の集光レンズを組み込み、太陽追尾を行って直達光のみで発電する太陽電池である。太陽電池セルにはエネルギー変換効率の高いＩＩＩ−Ｖ族系多接合太陽電池セルが使用され、セルサイズは５ｍｍ角から１０ｍｍ角が一般的である。単結晶Ｓｉ太陽電池セルは１２５ｍｍ角、１５６ｍｍ角であるからこれに比べると非常に小さなセルである。太陽電池において小さなセルの実装方法は必ずしも確立されていない。【０００３】  集光型太陽電池セルの実装はセラミック基板にメタライズパターンを形成したレシーバ基板に集光型太陽電池セルを半田マウントし、ワイヤボンディングで配線を行う（特許文献１）。なお配線は半田コートされたタブ線を手作業でセルの電極に半田付けすることもある。しかしセルが小さいので電極も小さく、顕微鏡下で行うワイヤボンディングが一般的である。高集光倍率の太陽電池は複数の半導体素子をスループットを上げて実装していくというよりは、レシーバ基板、集光レンズ、ホモジナイザー、これらを組み込む筐体などを個別に準備して組み上げていくやり方である。従って低コスト・量産性を志向する実装技術は進んではいない。【０００４】  これに対し昨今、フレキシブル基板を使用した低倍率集光型太陽電池モジュールが開発されている。ＩＩＩ−Ｖ族系多接合太陽電池セルは単結晶Ｓｉヘテロ接合太陽電池セルに比べて遥かに高いエネルギー変換効率を示し、真夏には直達光の比率が一層増大するので単結晶Ｓｉヘテロ接合太陽電池モジュールを超える発電量が期待できる。ちなみに単結晶Ｓｉ系太陽電池モジュールをフレキシブルにするにはＳｉ基板厚さを１００μｍ程度にして光吸収性を犠牲にしている。低倍率集光は太陽追尾を行わないので安価な構成になる。しかし反面、実装基板には多くの太陽電池セルが高い集積密度でマウントされることになる。高いスループットでのマウント作業、一定の機械的強度を保証する配線方法、そして特にフレキシブル基板による屈曲応力が存在しても耐久性が保証できる構造や実装技術が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／０２７０８３号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】  多くの太陽電池セルを実装する低倍率集光型太陽電池モジュールにおいて、低コスト化、量産性化、そして耐久性・信頼性の高い実装技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記課題を解決するため本考案では、ビームリードを形成した太陽電池セルであって、太陽電池セルは表面側光入射領域に複数のグリッド電極と、セル端にはそれを集電するバスバー電極を有し、ビームリードは金属板を折り曲げた断面Ｌ字状であり、バスバー電極に接触、固定された断面が矩形の柱部とセル外方に向けて伸びた断面が細長い矩形の梁部を有する形状であることを特徴とする。【０００８】  さらに金属板の折り曲げ部近辺に複数のスリットを形成して梁部が上下に屈曲し易いようにしたことを特徴とする。
【考案の効果】
【０００９】  本考案のビームリード型太陽電池セルは接合材を印刷した実装基板にセルをマウントするだけで配線含めた実装が完了するもので、実装作業が極めて容易になる。また金属細線を使用した配線に比べて機械的強度が優れ、配線抵抗も小さくできる。特にフレキシブル基板に複数個を実装した低倍集光型太陽電池モジュールではフレキシブルに伴う応力がビームリードに加わるが、本考案のスリットを形成したビームリードは外部応力を吸収するので極めて耐久性の高い太陽電池セルが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】  本考案のビームリード型太陽電池セル
【図２】  実装の一例を示す断面図
【図３】  本考案のビームリード型太陽電池セル
【図４】  実装の一例を示す断面図
【図５】  （ａ）から（ｆ）は本考案のビームリード型太陽電池セルの製造工程を説明する工程断面図
【図６】  太陽電池セルが完成したウェーハにビームリードを一括形成した時のウェーハ外観図
【考案を実施するための形態】
【００１１】  以下、本考案の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１２】  図１は本考案に係る一つの実施形態を示している。本考案が対象とする太陽電池セル１はＩＩＩ−Ｖ族系多接合太陽電池セルである。構造の例として、ＧａＩｎＰ（トップセル）／ＧａＩｎＡｓ（ミドルセル）／Ｇｅ基板（ボトムセル）、ＧａＩｎＰ（トップセル）／ＧａＡｓ（ミドルセル）／ＩｎＧａＡｓ（ボトムセル）／支持基板などがあり、非集光時のエネルギー変換効率（セル）は３５％を超える。支持基板を使用する後者の構造はＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌｉｆｔ  Ｏｆｆ）技術を使用して結晶成長基板（ＧａＡｓ基板）を剥離、再生使用することで低コスト化を図っている。性能は劣るが比較的発電性能の高い単結晶Ｓｉヘテロ接合太陽電池セルに比べると非常に高価である。またサイズは３ｍｍ角、５ｍｍ角、１０ｍｍ角程度であり、単結晶Ｓｉの１２５ｍｍ角や１５６ｍｍ角に比べると非常に小さいものである。
【００１２】  太陽電池セル１の表面側には複数のグリッド電極３が形成され、これを集電するバスバー電極２がセル端に形成される。バスバー電極２は外部取り出し（接続）電極になる。図１には二つのバスバー電極２を描いているが、一つであっても良い。バスバー電極２に図のようにビームリード４が形成される。ビームリードは金属板をＬ字に折り曲げた形状であり、その柱部はバスバー電極２に接触、固定され、セル外方に向けて梁が伸びた形状である。図２には実装基板６に実装した時の断面を示している。柱部の高さは後述するが、数μｍから数十μｍ程度であり、金属板状のビームリードの幅はバスバー電極幅に収まるようにする。ビームリード４の厚さは数μｍから数十μｍが好ましい。金属はＣｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇなどが好ましいが、合金であっても金属の積層であっても良く特に限定されない。図１のビームリード４の幅はバスバー電極幅の約半分に描いている。実装基板６はフレキシブル性のある薄膜シートを想定しており、これに配線パターン５を形成し、導電性台座７を使用して配線接続を行う。導電性台座７は金属、導電性樹脂、金属ペーストの焼結金属などで形成することができる。なおビームリード４が金属箔のように薄ければ容易に屈曲するので導電性台座７は不要である。
【００１３】  フレキシブル基板６の材質は限定されないが、ポリイミドシート、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈ  ｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）シート、ＰＴＵ（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）シートなどが使用できる。但し、耐熱性の高いポリイミドシートとそれ以外では実装技術は異なってくる。ポリイミドシートのメタライズパターンは低温焼結型の金属ペーストで形成できるが、それ以外では導電性樹脂ペーストで配線が印刷される。前者は体積抵抗率が一桁低い。また太陽電池セル１や金属製台座７のマウント接合、金属製台座７とビームリード４の接合でも半田や低温焼結Ａｇペーストが使用できるが、耐熱性の低い樹脂シートでは導電性樹脂ペーストですべての接合を行う。耐熱性のあるポリイミドシートは接合強度や抵抗損失の面で非常に有利である。
【００１４】  図３と図４は本考案の別の実施形態に係る事例である。図３のビームリード４には金属板の折り曲げ近辺にスリット８が３個形成されている。図４に実装基板に実装した時の断面を示すが、ビームリード４はスリット８を設けたために折り曲げ容易になる。図２に示した金属製台座７が無くても実装基板６上の配線パターン５に接触させ、固定できる。固定は導電性樹脂ペースト、低温焼結型金属ペースト、低温半田が使用できる。折り曲げ容易性はフレキシブル基板６の湾曲化に伴って発生する応力をこの箇所で吸収できることは明らかである。スリット８を形成する位置はビームリード４の屈曲部に近いのが良い。ただしスリットの形状、大きさ、数はビームリードの厚さや幅、そして抵抗値を考慮して決めれば良い。前述のようにビームリードが金属箔のように薄ければスリットは無くても良い。
【００１５】  図５はビームリード製作に係る工程を断面図で示している。（ａ）は太陽電池セル１が完成したウェーハである。バスバー電極２はセル端に配置される。（ｂ）ではウェーハにフォトレジストを塗布し、露光・現像してバスバー電極部を開口１２する。（ｃ）では電解メッキのためのシード層１３を形成し、（ｄ）でフォトレジスト１４を塗布して露光・現像してビームリード形成予定域を開口１５する。（ｅ）で開口部１５に電解メッキを行う。その後、フォトレジスト、シード層を除去して、裏面よりダイシングを行ってビームリード型太陽電池セルが完成する（（ｆ））。裏面からのダイシングはステルスダイシング法を使用するのが好ましい。以上は電解メッキを使用する場合の製造工程であるが、低温焼結型Ａｇペーストを使用すると工程はさらに簡略になる。（ｂ）に示すフォトレジスト層１１を形成した後、低温焼結型Ａｇペーストをビームリード形状に印刷する。その後低温でシンターしてＡｇ焼結し、フォトレジストを剥離液で除去して完成する。シンター温度は１５０℃から２００℃であるため耐熱性のあるフォトレジストを選定する必要がある。
【００１６】  図６は太陽電池セルが完成したウェーハにビームリード４を形成した時の外観を示す。ビームリード４はバスバー電極２にのみ接触・固定され、梁は隣接セル上浮いた構造である。この状態でウェーハ裏面よりダイシング工程に入るが、ビームリードの変形、下地（セル表面）への接着などは防止しなければならない。従って容易に変形する金属箔状よりは金属板状のビームリードの方が強度があって安定である。この場合、スリットを適宜設けるのが効果的である。
【産業上の利用可能性】
【００１７】  以上述べたように本考案のビームリード型太陽電池セルは製作が容易であり、モジュール製作における実装作業を大幅に簡易化し、さらに外力を受けても故障の無い高信頼なモジュールを提供することができる。
【符号の説明】
【００１８】１          ビームリード型太陽電池セル
２          バスバー電極
３          グリッド電極
４          ビームリード
５          配線回路
６          実装基板
７          導電性台座
８          スリット
９          導電性接合材
１０        裏面メタライズ
１１        フォトレジスト
１２        フォトレジスト開口部
１３        シード層
１４        フォトレジスト
１５        フォトレジスト開口部
１６        メッキ層
１７        ダイシング領域
【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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