JP2013012670A - Photoelectric conversion module and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
【課題】配線導体と電極との接着強度を向上させて、信頼性の高い光電変換モジュールを提供する。
【解決手段】光電変換モジュールMは、珪素および酸素を含む基板2と、該基板2上に設けられた電極と、該電極上に設けられた、亜鉛およびアンチモンの少なくとも一方を含む半田13と、該半田13上に設けられた配線導体11とを備えている。光電変換モジュールMにおいて、前記電極は、上下に貫通する貫通孔8aを有するとともに該貫通孔8a内に半田13の一部が基板2に到るように配置されている。また、光電変換モジュールMにおいて、配線導体11は、貫通孔8aを覆うようにして半田13を介して前記電極に接着されているとともに、貫通孔8a内に配置された半田13の一部を介して基板2に接着されている。
【選択図】図6A highly reliable photoelectric conversion module is provided by improving the adhesive strength between a wiring conductor and an electrode.
A photoelectric conversion module M includes a substrate 2 containing silicon and oxygen, an electrode provided on the substrate 2, a solder 13 provided on the electrode and containing at least one of zinc and antimony, And a wiring conductor 11 provided on the solder 13. In the photoelectric conversion module M, the electrode has a through hole 8a penetrating vertically, and is disposed so that a part of the solder 13 reaches the substrate 2 in the through hole 8a. Further, in the photoelectric conversion module M, the wiring conductor 11 is bonded to the electrode via the solder 13 so as to cover the through hole 8a, and via a part of the solder 13 disposed in the through hole 8a. Are adhered to the substrate 2.
[Selection] Figure 6
Description
本発明は光電変換モジュールおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion module and a manufacturing method thereof.
近年、エネルギー問題や環境問題の深刻化に伴い、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電が注目を集めている。 In recent years, photovoltaic power generation that converts light energy into electric energy has attracted attention as energy problems and environmental problems become more serious.
この太陽光発電に使用される光電変換モジュールでは、光電変換部から得られた電力を、配線導体等を介して外部に取り出している。このような光電変換モジュールでは、この光電変換モジュール内の正極および負極にそれぞれ接続された配線導体が、光電変換モジュールの裏面に配置された端子ボックスの内部に導出されている(例えば、特許文献1参照)。 In the photoelectric conversion module used for this photovoltaic power generation, the electric power obtained from the photoelectric conversion unit is taken out through a wiring conductor or the like. In such a photoelectric conversion module, wiring conductors respectively connected to the positive electrode and the negative electrode in the photoelectric conversion module are led out to a terminal box disposed on the back surface of the photoelectric conversion module (for example, Patent Document 1). reference).
光電変換モジュールは、主として屋外に設置されることが多く、周囲の環境に影響を受けやすい。そのため、光電変換モジュールは、大きな温度変化が生じる環境下において、配線導体と電極との接着部分に応力が集中しやすかった。これにより、配線導体が電極から剥離する可能性があった。 The photoelectric conversion module is often installed mainly outdoors, and is easily affected by the surrounding environment. Therefore, in the photoelectric conversion module, stress tends to concentrate on the bonding portion between the wiring conductor and the electrode in an environment where a large temperature change occurs. As a result, the wiring conductor may be peeled off from the electrode.
本発明の一つの目的は、配線導体と電極との接着強度を向上させて、信頼性の高い光電変換モジュールを提供することにある。 One object of the present invention is to provide a highly reliable photoelectric conversion module by improving the adhesive strength between a wiring conductor and an electrode.
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールでは、珪素および酸素を含む基板と、該基板上に設けられた電極とを備えている。さらに、本実施形態では、前記電極上に設けられた、亜鉛およびアンチモンの少なくとも一方を含む半田と、該半田上に設けられた配線導体とを備えている。そして、本実施形態において、前記電極は、上下に貫通する複数の貫通孔を有するとともに該貫通孔内に前記半田の一部が前記基板に到るように配置されている。さらに、本実施形態において、前記配線導体は、前記貫通孔を覆うようにして前記半田を介して前記電極に接着されているとともに、前記貫通孔内に配置された前記半田の一部を介して前記基板に接着されている。 A photoelectric conversion module according to an embodiment of the present invention includes a substrate containing silicon and oxygen and an electrode provided on the substrate. Furthermore, in this embodiment, a solder including at least one of zinc and antimony provided on the electrode and a wiring conductor provided on the solder are provided. In the present embodiment, the electrode has a plurality of through holes penetrating vertically, and the solder is disposed so that a part of the solder reaches the substrate. Further, in the present embodiment, the wiring conductor is bonded to the electrode via the solder so as to cover the through hole, and via a part of the solder disposed in the through hole. Bonded to the substrate.
また、本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールの製造方法では、珪素および酸素を含む基板上に電極を形成する電極形成工程と、亜鉛およびアンチモンの少なくとも一方を含む半田を、超音波を印加することによって振動を与えながら前記電極上に設ける半田設置工程とを備えている。さらに、本実施形態では、前記半田上に配線導体を設ける配線導体設置工程と、前記半田を溶融させて前記配線導体を前記半田を介して前記電極に接着する接着工程とを備えている。そして、本実施形態において、前記電極形成工程は、前記電極の設置時または前記電極の設置後に、上下に貫通する複数の貫通孔を形成する工程を含み、前記半田設置工程では、前記貫通孔内に前記半田の一部を配置する工程を含んでいる。さらに、本実施形態において、前記配線導体設置工程では、前記貫通孔を覆うようにして前記配線導体を設ける工程を含み、前記接着工程では、前記貫通孔内に配置した前記
半田を介して前記配線導体を前記基板に接着する工程を含んでいる。
In the method for manufacturing a photoelectric conversion module according to an embodiment of the present invention, an ultrasonic wave is applied to an electrode forming step of forming an electrode on a substrate containing silicon and oxygen, and a solder containing at least one of zinc and antimony. And a solder installation step of providing on the electrode while applying vibration. Further, the present embodiment includes a wiring conductor installation step of providing a wiring conductor on the solder, and an adhesion step of melting the solder and bonding the wiring conductor to the electrode via the solder. In the present embodiment, the electrode forming step includes a step of forming a plurality of through holes penetrating up and down at the time of installation of the electrode or after the installation of the electrode. A step of disposing a part of the solder. Further, in the present embodiment, the wiring conductor installation step includes a step of providing the wiring conductor so as to cover the through hole, and the bonding step includes the wiring via the solder disposed in the through hole. Bonding a conductor to the substrate.
また、本発明の他の実施形態に係る光電変換モジュールの製造方法では、珪素および酸素を含む基板上に電極を形成する電極形成工程と、亜鉛およびアンチモンの少なくとも一方を含む半田を、超音波を印加することによって振動を与えながら前記電極上に設ける半田設置工程とを備えている、さらに、本実施形態では、前記半田上に配線導体を設ける配線導体設置工程と、前記半田を溶融させて前記配線導体を前記半田を介して前記電極に接着する接着工程とを備えている。そして、本実施形態において、前記半田設置工程は、前記超音波によって前記電極に上下に貫通する複数の貫通孔を形成するとともに、前記貫通孔内に前記半田の一部を配置する工程を含み、前記配線導体設置工程では、前記貫通孔を覆うようにして前記配線導体を設ける工程を含んでいる。さらに、本実施形態において、前記接着工程では、前記貫通孔内に配置した前記半田を介して前記配線導体を前記基板に接着する工程を含んでいる。 In the method for manufacturing a photoelectric conversion module according to another embodiment of the present invention, an electrode forming step of forming an electrode on a substrate containing silicon and oxygen, and a solder containing at least one of zinc and antimony are ultrasonicated. A solder installation step of providing a wiring conductor on the electrode while applying vibration by applying, and in the present embodiment, a wiring conductor installation step of providing a wiring conductor on the solder, and melting the solder to An adhering step of adhering a wiring conductor to the electrode via the solder. In the present embodiment, the solder installation step includes a step of forming a plurality of through holes that vertically penetrate the electrode by the ultrasonic wave and disposing a part of the solder in the through hole, The wiring conductor installation step includes a step of providing the wiring conductor so as to cover the through hole. Furthermore, in the present embodiment, the bonding step includes a step of bonding the wiring conductor to the substrate via the solder disposed in the through hole.
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールによれば、配線導体が電極および基板と半田を介して接着されている。これにより、配線導体と電極との接着強度が高まり、光電変換モジュールの信頼性が向上する。 According to the photoelectric conversion module according to one embodiment of the present invention, the wiring conductor is bonded to the electrode and the substrate via the solder. Thereby, the adhesive strength of a wiring conductor and an electrode increases, and the reliability of a photoelectric conversion module improves.
本発明の光電変換モジュ−ルの実施形態の一例について、図面を参照しつつ説明する。 An example of an embodiment of the photoelectric conversion module of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、光電変換モジュ−ルの一部である光電変換部について説明する。なお、各図には、後述する光電変換セルの配列方向をX軸とする右手系のXYZ座標が付している場合がある。 First, a photoelectric conversion unit that is a part of the photoelectric conversion module will be described. Each figure may have a right-handed XYZ coordinate with the X-axis being the alignment direction of photoelectric conversion cells described later.
<光電変換部>
光電変換部1は、基板2の一主面上に設けられている。そして、この光電変換部1は、
下部電極3と、光吸収層4およびバッファ層5を備えた光電変換層と、透光性導電層6および集電電極7を備えた上部電極とを有する。この光電変換部1では、下部電極3および上部電極で挟まれた光吸収層4およびバッファ層5によって光電変換が行なわれる。
<Photoelectric conversion unit>
The
It has the
この光電変換部1は、図1に示すように、複数の光電変換セル1a、1bが電気的に接続されるような態様を成している。具体的には、図1に示すように、一方の光電変換セル1aの上部電極(集電電極7)と、一方の光電変換セル1aに隣り合う他方の光電変換セル1bの下部電極3とが電気的に接続されている。これにより、隣接する光電変換セル1a、1bは、図1中のX方向に沿って直列接続され、基板2上で集積化されている。
As shown in FIG. 1, the
また、光電変換部1には、この光電変換部1で得られた電気出力を外部に導出するための出力電極8(出力電極8A、8B)がそれぞれ設けられている。
In addition, the
次に、光電変換部1の各部材について説明する。
Next, each member of the
下部電極3は、一方向(図1のX方向)に互いに間隔をあけて基板2の一主面上に複数配置されている。本実施形態では、図2に示すように、上記間隔に対応する分離溝P1によって互いに離間した3つの下部電極3が設けられている。なお、下部電極3の個数については、図1に示したものに限られない。このような下部電極3は、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)または金(Au)等の金属またはこれらの合金を含む薄膜であればよい。また、これらの金属が積層されてなる構造体であってもよい。この下部電極3は、例えば、基板2上にスパッタリング法または蒸着法等を利用して、厚さ0.2〜1μm程度に形成すればよい。
A plurality of
光吸収層4は、下部電極3上に配置されている。光吸収層4は、例えば、化合物半導体を含んでいる。このような化合物半導体としては、例えば、カルコゲン化合物半導体が挙げられる。カルコゲン化合物半導体は、カルコゲン元素である硫黄(S)、セレン(Se)またはテルル(Te)を含むものである。カルコゲン化合物半導体としては、例えば、I−III−VI化合物半導体がある。I−III−VI化合物半導体とは、I−B族元素(11族元素ともいう)、III−B族元素(13族元素ともいう)およびVI−B族元素(16族元素ともいう)の化合物半導体である。そして、このようなI−III−VI化合物半導体は、カルコパイライト構造を有し、カルコパイライト系化合物半導体とも呼ばれる(CIS系化合物半導体ともいう)。I−III−VI化合物半導体としては、例えば、二セレン化銅インジウム(CuInSe2)、二セレン化銅インジウム・ガリウム(Cu(In,Ga)Se2)、二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム(Cu(In,Ga)(Se,S)2)、二イオウ化銅インジウム・ガリウム(Cu(In,Ga)S2)または薄膜の二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム層を表面層として有する二セレン化銅インジウム・ガリウム等の多元化合物半導体薄膜がある。なお、光吸収層4が含む化合物半導体は、上記したI−III−VI化合物半導体だけでなく、例えば、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)、硫黄(S)を含む、CZTS系のものであってもよい。このようなCZTS系化合物半導体としては、例えば、Cu2ZnSnS4が挙げられる。CZTS系化合物半導体は、I−III−VI化合物半導体のようにレアメタルを使用していないため、材料を確保しやすい。また、光吸収層4は、例えば、p型の導電型を有し、厚さが1〜3μm程度である。
The
光吸収層4は、例えばスパッタリング法、蒸着法等といった真空プロセスによって形成される。また、光吸収層4は、塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスによっても形成される。塗布法あるいは印刷法では、例えば、光吸収層4に主として含まれる元素の錯体溶液が下部電極層3の上に塗布され、その後、乾燥および熱処理が行われる。
The
バッファ層5は、光吸収層4の+Z側の主面の上に設けられており、光吸収層4の第1導電型とは異なる第2導電型(ここではn型の導電型)を有する半導体を主に含む。なお、導電型が異なる半導体とは、伝導担体(キャリア)が異なる半導体である。また、光吸収層4の導電型がn型であり、バッファ層5の導電型がp型であってもよい。ここでは、バッファ層5と光吸収層4との間にヘテロ接合領域が形成されている。このため、各光電変換セルでは、ヘテロ接合領域を形成する光吸収層4とバッファ層5とにおいて光電変換が生じ得る。
The
バッファ層5は、化合物半導体を主に含む。バッファ層5に含まれる化合物半導体としては、例えば硫化カドミウム(CdS)、硫化インジウム(In2S3)、硫化亜鉛(ZnS)、酸化亜鉛(ZnO)、セレン化インジウム(In2Se3)、In(OH,S)、(Zn,In)(Se,OH)および(Zn,Mg)O等が挙げられる。また、バッファ層5が1Ω・cm以上の抵抗率を有していれば、リ−ク電流の発生が低減され得る。なお、バッファ層5は、例えば、ケミカルバスデポジション(CBD)法等によって形成され得る。
The
また、バッファ層5は、光吸収層4の一主面の法線方向(+Z方向)に厚さを有する。この厚さは、例えば、10〜200nmに設定される。バッファ層5の厚さが100〜200nmであれば、バッファ層5の上に透光性導電層6がスパッタリング法等で形成される際に、バッファ層5においてダメージが生じ難くなる。
The
透光性導電層6は、バッファ層5の+Z側の主面の上に設けられており、例えば、n型の導電型を有する透明の導電層(透明導電層とも言う)である。この透光性導電層6は、光吸収層4において生じた電荷を取り出す電極(取出電極とも言う)として働く。透光性導電層6は、バッファ層5よりも低い抵抗率を有する材料を主に含む。透光性導電層6には、いわゆる窓層と呼ばれるものが含まれてもよいし、窓層と透明導電層とが含まれてもよい。
The translucent
透光性導電層6は、禁制帯幅が広く且つ透明で低抵抗の材料を主に含んでいる。このような材料としては、例えば酸化亜鉛(ZnO)、酸化亜鉛の化合物、錫が含まれた酸化インジウム(ITO)および酸化錫(SnO2)等の金属酸化物半導体等が挙げられる。酸化亜鉛の化合物は、アルミニウム、ボロン、ガリウム、インジウムおよびフッ素のうちの何れか1つの元素等が含まれたものである。
The translucent
透光性導電層6は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長(CVD)法等によって形成され得る。透光性導電層6の厚さは、例えば、0.05〜3.0μmである。ここで、透光性導電層6が、1Ω・cm未満の抵抗率と、50Ω/□以下のシート抵抗とを有していれば、透光性導電層6を介して光吸収層4から電荷が良好に取り出され得る。
The translucent
バッファ層5および透光性導電層6は、光吸収層4が吸収し得る光の波長帯域に対して、光を透過させ易い性質(光透過性とも言う)を有していてもよい。これにより、光吸収層4における光の吸収効率の低下が低減され得る。また、透光性導電層6の厚さが0.05〜0.5μmであれば、透光性導電層6における光透過性が高められると同時に、光電変換によって生じた電流が良好に伝送され得る。さらに、透光性導電層6の絶対屈折率とバッファ層5の絶対屈折率とが略同一であれば、透光性導電層6とバッファ層5との界面で光が反射することで生じる入射光のロスが低減され得る。
The
集電電極7は、透光性導電層6の+Z側の主面(一主面とも言う)の上に設けられている線状部7aと、接続部7bを有している。そして、例えば、光電変換セル1aの透光性導電層6によって集められた電荷は、線状部7aによってさらに集められ、接続部7bを
介して隣接する光電変換セル1bに伝達され得る。
The
この線状部7aが設けられることで、透光性導電層6における導電性が補われるため、透光性導電層6の薄層化が可能となる。これにより、電荷の取り出し効率の確保と、透光性導電層6における光透過性の向上とが両立し得る。なお、線状部7aが、例えば、銀等の導電性が優れた金属を主に含んでいれば、光電変換部1における変換効率が向上し得る。なお、線状部7aに含まれる金属としては、例えば銅、アルミニウムおよびニッケル等が挙げられる。
By providing the
また、線状部7aの幅は、50〜400μmであれば、隣接する光電変換セル1aおよび光電変換セル1b間における良好な導電が確保されつつ、光吸収層4への光の入射量の低下が低減され得る。1つの光電変換セルに複数の線状部7aが設けられる場合、該複数の線状部7aの間隔は、例えば、2.5mm程度であればよい。
Moreover, if the width | variety of the
なお、線状部7aの表面が、光吸収層4が吸収し得る波長領域の光を反射する性質を有していれば、光電変換部1がモジュ−ル化された際に、線状部7aの表面で反射した光が、モジュール内で再び反射して光吸収層4に入射し得る。これにより、光電変換部1における変換効率が向上し得る。このような線状部7aは、例えば、透光性の樹脂に光反射率の高い銀等の金属粒子が添加されたペーストを用いて形成すればよい。また、アルミニウム等の光反射率の高い金属が線状部7aの表面に蒸着されることによっても実現できる。
In addition, if the surface of the
接続部7bは、光吸収層4およびバッファ層5を分離する分離溝P2内に配置されている。この接続部7bは、線状部7aと電気的に接続している。そして、例えば、光電変換セル1a内に位置する接続部7bは、分離溝P2を通って隣の光電変換セル1bから延伸されている下部電極3に接続するような垂下部を有している。これにより接続部7bは、図1(a)において、光電変換セル1aの上部電極(透光性導電層6および線状部7a)と、光電変換セル1bの下部電極3とを電気的に接続できる。なお、図1では、透光性導電層6に電気的に接続された光電変換セル1aの線状部7aと光電変換セル1bの下部電極3とを直に接続しているが、この形態に限られない。接続部7bは、例えば、分離溝P2に配置されるバッファ層5および透光性導電層6の少なくとも一方を介して光電変換セル1aの上部電極と光電変換セル1bの下部電極3とを電気的に接続する形態であってもよい。
The connecting
接続部7bは、線状部7aと同様の材質、方法で作製してもよい。そのため、接続部7bは、線状部7aの形成と同時に行なってもよい。また、接続部7bは、線状部7aの一部であってもよい。
The connecting
出力電極8A、8Bは、各光電変換セルで光から変換された電流を外部に出力するものである。出力電極8Aおよび出力電極8Bは、一方が正極であり、他方が負極である。本実施形態では、光電変換部1の一端側に出力電極8A、他端側に出力電極8Bがそれぞれ設けられている。すなわち、出力電極8Aおよび出力電極8Bは、光電変換部1と電気的に接続されているといえる。具体的に、本実施形態において、出力電極8Aは、光電変換セル1aの一端側(−X方向)に位置する下部電極3の一部が延在された部位に相当する。一方で、出力電極8Bは、光電変換セル1bの他端側(+X方向)に位置する下部電極3の一部が延在された部位に相当する。なお、本実施形態では、出力電極8Aおよび出力電極8Bを下部電極3の一部を延在させて形成しているが、これに限られない。出力電極8Aおよび出力電極8Bは、例えば、光電変換セルの上部電極の一部を延在させて形成してもよい。また、光電変換セルが3個以上配列されるような場合は、光電変換部1の一端に位置する光電変換セルに出力電極8Aが設けられ、光電変換部1の他端に位置する光電変換セルに出力電極8Bが設けられる。
The
次に、光電変換部1の製造方法の一例について説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the
まず、基板2の外周部から内側に3〜20mm程度を除く略全面にモリブデン等の金属をスパッタリング法で成膜し、下部電極3を形成する。次いで、下部電極3の所望の位置にYAG(イットリウム、アルミニウム、ガーネット)レーザ等を照射して分割溝P1を形成し、下部電極3をパターニングする。次に、パターニングされた下部電極3上に光吸収層4をスパッタリング法、蒸着法または印刷法等を用いて成膜する。次いで、光吸収層4上にバッファ層5を溶液成長法(CBD法)等で成膜する。
First, a metal such as molybdenum is formed on the substantially entire surface excluding about 3 to 20 mm inward from the outer peripheral portion of the
次に、スパッタリング法または有機金属気相成長法(MOCVD法)等でバッファ層5上に透光性導電層6を成膜する。次いで、メカニカルスクライビング等で分割溝P2を形成して、光吸収層4、バッファ層5および透光性導電層6をパターニングする。次に、透光性導電層6上にスクリーン印刷法等で金属ペーストを塗布した後、焼成して集電電極7を形成する。次いで、メカニカルスクライビング等でY方向に沿って分割溝P3を形成してパターニングを行なうことにより、X方向に配列する複数の光電変換セルを形成することによって、光電変換部1が形成される。
Next, the translucent
次に、X方向における両端に位置する光電変換セル(本実施形態では光電変換セル1aおよび光電変換セル1b)について、例えばブレードおよびホイールブラシ等などを用いて光吸収層4、バッファ層5、透光性導電層6および集電電極7等を2〜7mm程度の幅で削り取り、下部電極3の一部を延在させる。これにより、光電変換セル1aの一端部に出力電極8Aを形成し、光電変換セル1bの他端部に出力電極8Bが形成される。
Next, for the photoelectric conversion cells (
<光電変換モジュール>
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールMは、図3および図4に示すように、光電変換部1と、基板2と、被覆部材9と、保護基板10と、配線導体11と、端子ボックス12とを備えている。
<Photoelectric conversion module>
As shown in FIGS. 3 and 4, the photoelectric conversion module M according to one embodiment of the present invention includes a
基板2は、光電変換部1を支持する機能を有している。また、基板2は、珪素および酸素を含む材質で形成されている。具体的に、基板2の材質としては、例えば厚さ1〜3mm程度の青板ガラス(ソーダライムガラス)または硼珪酸ガラス等が挙げられる。また、基板2の形状は、例えば矩形状、円形状等の平板状であればよい。
The
被覆部材9は、図5に示すように、基板2および保護基板10の互いに対向する一主面間に充填されている。この被覆部材9は、光電変換部1を保護するとともに、基板2および保護基板10を接着する機能を有している。また、被覆部材9は、光電変換部1を覆うように配置されている。このような被覆部材9としては、例えば共重合したエチレンビニルアセテート(EVA)を主成分とする樹脂が挙げられる。なお、EVAには、樹脂の架橋を促進すべく、トリアリルイソシアヌレート等の架橋剤が含まれていてもよい。
As shown in FIG. 5, the covering member 9 is filled between one main surface of the
保護基板10は、被覆部材9と接触するように設けられており、光電変換部1等を外部から保護する機能を有している。この保護基板10の大きさおよび形状は、基板2とほぼ同等のものである。保護基板10は、光透過率と必要な強度の点から、例えば、風冷強化した白板ガラス等を用いることができる。
The
配線導体11は、出力電極8と電気的に接続されており、光電変換部1の出力を、出力電極8を介して外部に導く機能を有している。本実施形態において、配線導体11Aは、出力電極8Aと電気的に接続されている。一方で、配線導体11Bは、出力電極8Bと電気的に接続されている。配線導体11Aおよび配線導体11Bは、図3に示すように、基
板2に設けられた開口部2aを介して基板2の裏面側に引き出され、端子ボックス12内まで延びている。開口部2aは、基板2の一主面から他主面に向かって形成された基板2を貫通する貫通孔である。開口部2aは、光電変換部1を基板2上に形成する前に予め設けてもよいし、光電変換部1を形成した後に設けてもよい。なお、基板2が青板ガラスである場合、開口部2aは、ドリル等を用いた機械加工法およびYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザなどによるレーザ加工法等で形成できる。
The
配線導体11は、例えば厚み0.3〜2mm程度の銅や銀、アルミニウムやこれらを含む合金や積層体などの金属箔で作製される。また、配線導体11の幅は、例えば出力電極8A、8Bの幅の50%〜90%程度にすればよい。
The
配線導体11は、図6に示すように、半田13を介して出力電極8に接続されている。この半田13は、亜鉛(Zn)およびアンチモン(Sb)の少なくとも一方を含んでいる。このような半田13としては、例えば錫(Sn)を80〜90重量%程度、亜鉛またはアンチモンを10〜20重量%程度含むものが挙げられるまた、半田13の他の組成としては、例えば錫を80〜90重量%程度、亜鉛を1〜10重量%程度、およびアンチモンを1〜10重量%含むものであってもよい。この半田13は、配線導体11が接着される出力電極8の表面に予め塗布しておいてもよい。
As shown in FIG. 6, the
また、図6に示すように、出力電極8に設けられた貫通孔8a内に半田13の一部が入り込んでいる。この貫通孔8aは、出力電極8を上下方向(図6中のZ方向)に貫通するように設けられている。それゆえ、貫通孔8a内に配置されている半田13は、基板2の表面に到るように位置している。また、配線導体11は、貫通孔8aを覆うようにして半田13を介して出力電極8に接着している。そのため、配線導体11は、貫通孔8a内に配置された半田13を介して基板2にも接着している。それゆえ、配線導体11は、基板2および出力導体8の両方に接着していることになる。
In addition, as shown in FIG. 6, a part of the
上述したように、基板2は珪素および酸素を含んでおり、半田13は亜鉛およびアンチモンの少なくともどちらか一方を含んでいる。そのため、貫通孔8a内に配置された半田13と基板2との間には、珪素、酸素および亜鉛(Si−O−Zn)の結合または珪素、酸素およびアンチモン(Si−O−Sb)の結合が形成される。これにより、配線導体11を基板2に接着させることができるため、ひいては、配線導体11と出力電極8との接着強度を高めることができる。
As described above, the
貫通孔8aの形状は、特に限定されるものでなく、出力電極8を平面視して、円形、楕円形および四角形等であればよい。また、貫通孔8aは、出力電極8を平面視して、細長い形状であってもよい。また、貫通孔8aの幅は、50〜200μmであればよい。また、出力電極8を平面視して得られる貫通孔8aの面積は、配線導体11と出力電極8との接着面積の0.1〜5%であればよい。これにより、配線導体11と出力電極8との導通を確保しつつ、接着強度を高めることができる。
The shape of the through
また、配線導体11は、半田13と接する表面に、亜鉛およびアンチモンの少なくとも一方を含む被覆層を有していてもよい。これにより、基板2と半田13との間における珪素、酸素および亜鉛の結合または珪素、酸素およびアンチモンの結合の形成が促進される。また、この被覆層は、半田13と同じ成分であってもよい。これにより、半田13を加熱して配線導体11を出力電極8に接着(半田付け)するときに、半田13と被覆層が混ざりやすくなり、接着強度の低下が低減される。このような被覆層は、例えば、配線導体11の表面にメッキまたはディッピング等の方法でコーティングされる。また、被覆層は、半田13と接着する面以外の表面に被覆されていてもよい。
The
次に、光電変換モジュールの製造方法の実施形態について説明する。 Next, an embodiment of a method for manufacturing a photoelectric conversion module will be described.
(実施形態1)
まず、図7(a)に示すように、基板2上に光電変換部1を形成する。なお、光電変換部1については、上述した方法で形成すればよい。次いで、光電変換部1の外周側に位置する下部電極2の表面を、メカニカルスクライブ等によって露出させて、出力電極8(出力電極8Aおよび出力電極8B)を形成する。
(Embodiment 1)
First, as illustrated in FIG. 7A, the
次に、出力電極8の配線導体11を配置する部分の中央部付近に、図7(b)に示すように、貫通孔8aを設ける。また、貫通孔8aは、Qスイッチ付きYAGレーザなどを使用して出力電極8の一部を除去することにより、貫通孔8aを形成してもよい。なお、上述の電極形成工程では、出力電極8の設置後に貫通孔8aを形成しているが、出力電極8の設置時に貫通孔8aを設けてもよい。このような電極形成工程は、例えば、基板2上に光電変換部1を形成した後、下部電極3と電気的に接続する出力電極8(出力電極8Aおよび出力電極8B)を基板2上にスパッタリング法等を用いて形成する際に、貫通孔8aを設ける位置にフォトリソグラフィー法などを用いてフォトレジストでマスクを形成し、その後、スパッタリング法を利用して金属層を形成した後、マスクを除去することによって出力電極8を得ればよい。
Next, as shown in FIG. 7B, a through
また、貫通孔8aが平面視して細長い形状である場合、出力電極8の長手方向の一端部付近から他端部付近に至るように貫通孔8aが形成されてもよい。また、このような形状の場合、貫通孔8aは複数本であってもよい。これにより、配線導体11と出力電極8との接着強度が高まる。また、貫通孔8aは、図8に示すように、出力電極8の長手方向(Y方向)に沿って間隔をあけて複数設けられてもよい。このとき、貫通孔8aの長さは、10〜50mm程度である。また、貫通孔8aの端部から隣り合う貫通孔8aの端部までの長さは、5〜50mm程度である。このような貫通孔8aを複数設ける場合、貫通孔8aの位置に合わせ、半田鏝等で配線導体11を部分的に加熱することになる。これにより、接着時において配線導体11および基板2が受ける熱量を小さくできるとともに、冷却後に発生する熱膨張係数の差異から発生する応力も小さくできる。それゆえ、配線導体11と基板2との接着強度の低下が低減される。
Further, when the through
また、配線導体11を平面視して細長い形状(図3ではY方向に沿って細長い形状)とするとともに、図8に示したように、貫通孔8aを平面視して配線導体11の長手方向に沿った細長い形状とすることにより、屋外に設置後に発生しやすい熱応力に対する耐久性を向上させることができる。
In addition, the
次に、図7(c)に示すように、半田13を出力電極8上に設ける。この半田設置工程では、超音波を印加することによって振動を与えながら半田13を出力電極8上に設けている。このような半田設置工程では、図9に示すように、超音波を印加できる半田鏝14を、半田線15を供給しながら出力電極8の長手方向に沿って移動させることによって、出力電極8上に半田13を設置していく。これにより、貫通孔8a内に半田13の一部が配置されるようになる。このとき、半田13は、基板2に到るように配置される。この半田設置工程の各種条件としては、例えば出力電極8が、厚さ0.2〜1μm程度のモリブデンで形成されている場合、出力を0.5〜3W程度、鏝先の温度を300〜400℃程度に設定した半田鏝14を20〜100mm/秒程度の速度で走査すればよい。また、印加される超音波の周波数は、40〜80kHzであればよい。このように超音波を印加しながら半田付けを行なうことによって、亜鉛およびアンチモンの少なくとも一方を含む半田13が基板2と接着しやすくなる。
Next, as shown in FIG. 7C, the
次いで、図7(d)に示すように、半田13上に配線導体11を設ける。この配線導体
設置工程では、貫通孔8aを覆うようにして配線導体11を半田13上に設ける。
Next, as illustrated in FIG. 7D, the
次に、図7(e)に示すように、半田鏝16を配線導体11の上で走査することによって熱で半田13を溶融させて、半田13を介して配線導体11を出力電極8に接着する。この接着工程では、貫通孔8a内に配置された半田13を介して配線導体11と基板2とを接着する工程も含んでいる。なお、この接着工程では、半田13を溶融させる際に、熱に加えて超音波を印加して、半田13に振動を与えてもよい。これにより、半田13が出力電極8および配線導体11に接着しやすくなる。上述した電極形成工程、半田設置工程、配線導体設置工程および接着工程を経て、配線導体11が出力電極8に接着される。
Next, as shown in FIG. 7 (e), the
次いで、光電変換部1上に、EVAなどの被覆部材9を配置するとともに、これらの上に保護基板10を載置する。次に、この積層された部材をラミネート装置にセットし、50〜150Pa程度の減圧下で100〜200℃程度の温度で15〜60分間程度加熱しながら加圧して一体化することにより、光電変換モジュールが形成される。
Next, a covering member 9 such as EVA is disposed on the
(実施形態2)
次に、実施形態2に係る光電変換モジュールの製造方法について説明する。なお、本実施形態は、電極形成工程および半田設置工程が実施形態1と異なっている。
(Embodiment 2)
Next, a method for manufacturing the photoelectric conversion module according to
まず、図10(a)のように、基板2上に光電変換部1を形成する。次いで、光電変換部1の外周側に位置する下部電極2の表面を、メカニカルスクライブ等によって露出させて、出力電極8(出力電極8Aおよび出力電極8B)を形成する(電極形成工程)。
First, as shown in FIG. 10A, the
次いで、図10(b)のように、超音波を印加することによって振動を与えながら、半田13を出力電極8上に設ける。このような半田設置工程では、超音波の印加によって、出力電極8に貫通孔8aを形成できる。すなわち、この半田設置工程では、半田13を出力電極8上に塗布しながら貫通孔8aを形成しつつ、貫通孔8a内に半田13の一部を配置している。例えば、図11に示すように、超音波を印加できる半田鏝14を半田線15を供給しながら出力電極8の長手方向に沿って移動させることによって出力電極8上に半田13を設置していく。このとき、超音波の印加により出力電極8に物理的衝撃が加わり、出力電極8に微細な貫通孔8aが形成されることとなる。この貫通孔8aは、直径10〜300μm程度で、1mm2当たり1〜10個程度形成される。
Next, as shown in FIG. 10B, the
この半田設置工程の各種条件としては、例えば出力電極8が、厚さ0.2〜1μm程度のモリブデンで形成されている場合、出力を6〜10W程度、鏝先の温度を300〜400℃程度に設定した半田鏝14を20〜100mm/秒程度の速度で走査すればよい。また、印加される超音波の周波数は、40〜80kHzであればよい。このように超音波を印加しながら半田付けを行なうことによって、亜鉛およびアンチモンの少なくとも一方を含む半田13が基板2と接着しやすくなる。
For example, when the
次いで、図10(c)に示すように、半田13上に配線導体11を設ける。この配線導体設置工程では、貫通孔8aを覆うようにして配線導体11を半田13上に設ける。
Next, as shown in FIG. 10C, the
次に、図10(d)に示すように、半田鏝16を配線導体11の上で走査することによって熱で半田13を溶融させて、半田13を介して配線導体11を出力電極8に接着する。この接着工程では、貫通孔8a内に配置された半田13を介して配線導体11と基板2とを接着する工程も含んでいる。なお、この接着工程では、半田13を溶融させる際に、熱に加えて超音波を印加して、半田13に振動を与えてもよい。これにより、半田13が出力電極8および配線導体11に接着しやすくなる。上述した電極形成工程、半田設置工程、配線導体設置工程および接着工程を経て、配線導体11が出力電極8に接着される。
Next, as shown in FIG. 10 (d), the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正及び変更を加えることができる。例えば、光電変換モジュールは上述のCIS系などのカルコパイライト系光電変換モジュールに限定されるものではなく、アモルファスシリコンや微結晶シリコンを使用した薄膜光電変換セルを用いた光電変換モジュールにも適用可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Many corrections and changes can be added within the scope of the present invention. For example, the photoelectric conversion module is not limited to the above-described CIS-based chalcopyrite-based photoelectric conversion module, and can also be applied to a photoelectric conversion module using a thin-film photoelectric conversion cell using amorphous silicon or microcrystalline silicon. is there.
また、上述した実施形態1および実施形態2において、図12に示すように、配線導体11を該配線導体11の長手方向に沿って間隔をあけて、半田13を介して出力電極8と接着するようにしてもよい。これは、各実施形態の接着工程において、出力電極8の長手方向に沿って、間隔をあけて半田鏝16を配線導体11上に当てることにより、図12に示すように、半田13を溶融させて複数の接着部17で接着してもよい。これにより、配線導体11を半田鏝14で部分的に加熱を行なうことになるため、接着時に配線導体11が受ける熱量を小さくできる。加えて、半田13の冷却後において、配線導体11、出力電極8、基板2および半田13間の熱膨張係数の差異から発生する応力を小さくすることができるため、配線導体11の接着強度の低下を低減できる。なお、本実施形態では、半田13を出力電極8の長手方向(配線導体11の長手方向)に沿って互いに独立するように配置してもよいが、出力電極8の略全面に半田13を被覆したものに対して、部分的に半田13を溶融させて接着するようにしてもよい。この方法であれば、所望の位置で半田13を溶融させて接着できるため、接着工程が簡易になる。また、図12に示すように、貫通孔8aが形成されている部位において、半田13を配置してもよいし、貫通孔8aの非形成部位に半田13を配置してもよい。
Further, in the first and second embodiments described above, as shown in FIG. 12, the
M:光電変換モジュ−ル
1:光電変換部
2:基板
2a:開口部
3:下部電極
4:光吸収層
5:バッファ層
6:透光性導電層
7:集電電極
7a:線状部
7b:接続部
8、8A、8B:出力電極(電極)
8a:貫通孔
9:被覆部材
10:保護基板
11、11A、11B:配線導体
12:端子ボックス
13:半田
14、16:半田鏝
15:半田線
17:接着部
M: photoelectric conversion module 1: photoelectric conversion unit 2:
8a: Through-hole 9: Cover member 10:
Claims (9)
該基板上に設けられた電極と、
該電極上に設けられた、亜鉛およびアンチモンの少なくとも一方を含む半田と、
該半田上に設けられた配線導体とを備えており、
前記電極は、上下に貫通する貫通孔を有するとともに該貫通孔内に前記半田の一部が前記基板に到るように配置されており、
前記配線導体は、前記貫通孔を覆うようにして前記半田を介して前記電極に接着されているとともに、前記貫通孔内に配置された前記半田の一部を介して前記基板に接着されている、光電変換モジュール。 A substrate comprising silicon and oxygen;
An electrode provided on the substrate;
Solder containing at least one of zinc and antimony provided on the electrode;
A wiring conductor provided on the solder,
The electrode has a through-hole penetrating vertically, and is disposed so that a part of the solder reaches the substrate in the through-hole,
The wiring conductor is bonded to the electrode via the solder so as to cover the through hole, and is bonded to the substrate via a part of the solder disposed in the through hole. , Photoelectric conversion module.
前記貫通孔は、平面視して前記配線導体の長手方向に沿った細長い形状である、請求項1に記載の光電変換モジュール。 The wiring conductor has an elongated shape in plan view,
The photoelectric conversion module according to claim 1, wherein the through hole has an elongated shape along a longitudinal direction of the wiring conductor in a plan view.
該被覆層は、亜鉛およびアンチモンの少なくとも一方を含む、請求項1または請求項2に記載の光電変換モジュール。 The wiring conductor has a coating layer on the surface in contact with the solder,
The photoelectric conversion module according to claim 1, wherein the coating layer contains at least one of zinc and antimony.
亜鉛およびアンチモンの少なくとも一方を含む半田を、超音波を印加することによって振動を与えながら前記電極上に設ける半田設置工程と、
前記半田上に配線導体を設ける配線導体設置工程と、
前記半田を溶融させて前記配線導体を前記半田を介して前記電極に接着する接着工程とを備え、
前記電極形成工程は、前記電極の設置時または前記電極の設置後に、上下に貫通する複数の貫通孔を形成する工程を含み、
前記半田設置工程では、前記貫通孔内に前記半田の一部を配置する工程を含み、
前記配線導体設置工程では、前記貫通孔を覆うようにして前記配線導体を設ける工程を含み、
前記接着工程では、前記貫通孔内に配置した前記半田を介して前記配線導体を前記基板に接着する工程を含む、光電変換モジュールの製造方法。 Forming an electrode on a substrate containing silicon and oxygen; and
A solder installation step of providing a solder containing at least one of zinc and antimony on the electrode while applying vibration by applying an ultrasonic wave;
A wiring conductor installation step of providing a wiring conductor on the solder;
An adhesion step of melting the solder and adhering the wiring conductor to the electrode via the solder,
The electrode forming step includes a step of forming a plurality of through holes penetrating vertically when the electrode is installed or after the electrode is installed,
The solder installation step includes a step of disposing a part of the solder in the through hole,
The wiring conductor installation step includes a step of providing the wiring conductor so as to cover the through hole,
The method of manufacturing a photoelectric conversion module includes a step of bonding the wiring conductor to the substrate through the solder disposed in the through hole in the bonding step.
亜鉛およびアンチモンの少なくとも一方を含む半田を、超音波を印加することによって振動を与えながら前記電極上に設ける半田設置工程と、
前記半田上に配線導体を設ける配線導体設置工程と、
前記半田を溶融させて前記配線導体を前記半田を介して前記電極に接着する接着工程とを備え、
前記半田設置工程は、前記超音波によって前記電極に上下に貫通する複数の貫通孔を形成するとともに、前記貫通孔内に前記半田の一部を配置する工程を含み、
前記配線導体設置工程では、前記貫通孔を覆うようにして前記配線導体を設ける工程を含み、
前記接着工程では、前記貫通孔内に配置した前記半田を介して前記配線導体を前記基板に接着する工程を含む、光電変換モジュールの製造方法。 Forming an electrode on a substrate containing silicon and oxygen; and
A solder installation step of providing a solder containing at least one of zinc and antimony on the electrode while applying vibration by applying an ultrasonic wave;
A wiring conductor installation step of providing a wiring conductor on the solder;
An adhesion step of melting the solder and adhering the wiring conductor to the electrode via the solder,
The solder installation step includes a step of forming a plurality of through holes vertically penetrating the electrode by the ultrasonic wave and disposing a part of the solder in the through hole,
The wiring conductor installation step includes a step of providing the wiring conductor so as to cover the through hole,
The method of manufacturing a photoelectric conversion module includes a step of bonding the wiring conductor to the substrate through the solder disposed in the through hole in the bonding step.
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