JP4622375B2 - 太陽電池用平角導体及び太陽電池用リード線 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池用平角導体及び太陽電池用リード線に関し、特に、太陽電池のシリコン結晶に接続した際に、シリコン結晶ウェハの変形もしくは破損が生じにくい太陽電池用平角導体及び太陽電池用リード線に関するものである。

基板上にシリコン結晶を成長させた太陽電池においては、通常、シリコン結晶ウェハの所定の領域に接続用リード線を接合し、これを通じて電力を伝送する構成としている。

上記接続用リード線は、導体の表面に、ウェハとの接続のためのはんだめっき膜が形成される。例えば、導体として、タフピッチ銅や無酸素銅などの純銅の平角導体を用い、はんだめっき膜として、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだを用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、近年、環境への配慮から、はんだめっき膜の構成材として、Ｐｂを含まないはんだ（Ｐｂフリーはんだ）への切り替えが検討されている（例えば、特許文献２参照）。

ところで、太陽電池を構成する部材のうち、シリコン結晶ウェハが材料コストの大半を占めていることから、製造コストの低減を図るべくシリコン結晶ウェハの薄板化が検討されている。しかし、シリコン結晶ウェハを薄板化すると、接続用リード線の接合時における加熱プロセスや、太陽電池使用時における温度変化により、シリコン結晶ウェハに破損が生じるおそれがある。これに対処するため、接続用リード線として、熱膨張が小さい線材のニーズが高まっている。

熱膨張が小さいリード線の一例として、インバー（Ｆｅ６４％−Ｎｉ３６％からなる合金）などの熱膨張が小さい材料を銅材でクラッドしてなる条（銅−インバー−銅）で、リードフレームを形成したものがある（例えば、特許文献３参照）。
特開平１１−２１６６０号公報 特開２００２−２６３８８０号公報 特開２００２−１６４５６０号公報

しかしながら、上記の銅−インバー−銅の３層構造によるリードフレームでは、インバーの両側に配置されている銅材料の結晶の配向、または結晶粒の不均一によって、反りなどの変形が生ずることがあった。これらは、太陽電池モジュールの生産性低下や、長期間使用した際の発電効率低下など信頼性を低下させる原因となっていた。加えて、側面の銅−インバー−銅接合部が水分にさらされることにより、局部電池化し腐食する恐れもあった。

また、上記のインバーを用いたリードフレームでは、インバーにニッケルが３６％程度も含んでいるため高価であり、かつ導電率が低くなってしまうという課題があった。

更に、上記のインバーを用いたリードフレームでは、回路形成時に打抜き加工を行うものであるため、無駄になる材料が大量に生じてしまい、製造コストの上昇を招くという課題もあった。

従って、本発明の目的は、シリコン結晶ウェハを薄板化した場合でも接続用リード線の接合時にシリコン結晶ウェハの変形もしくは破損が生じにくい太陽電池用平角導体及び太陽電池用リード線を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、安価でかつ導電率も良好な太陽電池用平角導体及び太陽電池用リード線を提供することにある。

更に、本発明の他の目的は、製造コストの上昇を抑えることができる太陽電池用平角導体及び太陽電池用リード線を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の太陽電池用平角導体は、常温において引張強度が８０ＭＰａ以下かつ０．２％耐力が４０ＭＰａ以下であって、純度が９９．０ｍａｓｓ％以上のアルミニウム材または導電率が６０％ＩＡＣＳ以上のアルミニウム合金材からなる単層導体を平角状に成形したことを特徴とする。

前記平角状に成形した導体の表面に、銅めっきを施すこともできる。

更に、前記太陽電池用平角導体の表面の一部又は全部をはんだでめっきして太陽電池用リード線とすることができる。

前記はんだは、鉛フリーはんだとすることが好ましい。

本発明によれば、導体に常温引張強度８０ＭＰａ以下でかつ０．２％耐力４０ＭＰａ以下のアルミニウム材又はアルミニウム合金材を採用しているので、シリコン結晶ウェハの変形もしくは破損を抑制することが可能となる。また、導体として純度９９．０ｍａｓｓ％以上のアルミニウム材もしくは導電率が６０％ＩＡＣＳ以上のアルミニウム合金材を用いているので、安価でかつ高導電性を確保することができる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。
（太陽電池用平角導体）
図１に、本発明の太陽電池用平角導体の一実施形態を示す。
この太陽電池用平角導体１０は、純アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる軟質材の導体１を平角状に成形したものである。

導体１は、高導電率なほど太陽電池の発電ロスを軽減できる。そこで、導体１の材料には純度９９．０ｍａｓｓ％以上、特に、９９．５ｍａｓｓ％以上のアルミニウム材が好適である。また、ＪＩＳで規格された１０５０から１１００までの合金材であっても構わない。更に、低強度および低耐力であるほど、接合時のシリコン結晶ウェハへの負荷が軽減する。このため、上記の導体１は、常温において引張強度が８０ＭＰａ以下、特に、７０ＭＰａ以下が好ましく、０．２％耐力が４０ＭＰａ以下、特に、３０ＭＰａが好ましい。このような軟質のアルミニウム材又はアルミニウム合金材を選択することにより、シリコン結晶ウェハヘ導体接合の際の熱応力を低減することができる。

この太陽電池用平角導体１０は、導体１をダイス伸線もしくはロール圧延、あるいはそれらの複合工程により成形することで得られる。

図２は、図１に示す導体１の表面に銅めっき２を施して太陽電池用平角導体２０としたものである。

（太陽電池用リード線）
図３に、本発明の太陽電池用リード線の一実施形態を示す。
この太陽電池用リード線５０は、図１に示す導体１の表面全体に、はんだめっき１２を施したものである。また、図２に示すような外層に銅めっき２を形成した導体１の表面全体に、はんだめっき１２を施すこともできる。はんだめっき１２は、環境面から鉛フリー品とし、外周全体について実施する。その組成は溶解温度面から図１に示す導体１単独の場合にはＳｎ−Ｚｎ系が好ましく、図２に示す外層に銅めっき２を施す場合にはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系が好ましい。

上記はんだめっき１２によるめっき被覆は、太陽電池用平角導体の外周の一部（例えば、平角導体の上面及び下面）だけであってもよい。

また、太陽電池用リード線について、所望の機械的特性が得られる様、はんだめっき前もしくは後に加熱処理を施すことが好ましい。

これらの太陽電池用リード線を、シリコン結晶ウェハ（太陽電池モジュール（図示せず））におけるセル面の所定の接点領域（例えば、Ａｇメッキ領域））に接続することで、太陽電池アセンブリが得られる。

（本太陽電池用平角導体及び太陽電池用リード線の効果）
以上説明したように、実施形態の太陽電池用平角導体及び太陽電池用リード線は、
導体１に常温引張強度８０ＭＰａ以下でかつ０．２％耐力４０ＭＰａ以下のアルミニウム材を採用しているので、小さな外力で塑性変形してシリコン結晶ウェハヘ与える負荷が小さくなる。

また、導体１をシリコン結晶ウェハヘ接合する際に、導体１がボビンから引き出されるが、その時、導体１はテンションの影響により少なからず加工硬化し、強度や０．２％耐力が上昇してしまう。しかし、導体１を高純度のアルミニウムにすることで、接合時の加熱により軟化させつつ接合することが可能である。また、接合温度（高温）における強度や０．２％耐力値も、銅単体や銅−インバー−銅クラッド材に比べて低く良好である。

また、導体として純度９９．０ｍａｓｓ％以上のアルミニウム材もしくは導電率が６０％ＩＡＣＳ以上のアルミニウム合金材を用いているので、安価でかつ純銅と同等の高導電性を確保することができる。

以上より、導体にアルミニウム材又はアルミニウム合金材を採用することにより、純銅と同等の高導電性を確保しつつ、シリコン結晶ウェハの反りが低減でき、シリコン結晶ウェハの変形もしくは破損を生じにくくすることが可能となる。

また、導体を従来の純銅線と同等の抵抗に設計した場合でも，導体接合時のシリコン結晶ウェハの変形もしくは破壊を銅−インバー−銅クラッド線と同等レベルもしくはそれ以下に軽減することができる。加えて、導体をアルミニウム化することにより、太陽電池モジュールの軽量化にも貢献することができ、導体の電気抵抗値を同一にしても，約１／２に軽量化できる。

本発明の効果を確認するため、機械的特性の異なる導体を複数試作し検証した。また、比較例として、常温引張強さ及び０．２％耐力が本発明に規定した範囲外のものを作製した。更に、従来技術として、はんだめっき平角軟銅線およびはんだめっき銅−インバー−銅クラッド軟質平角線（２：１：２）も併せて試作した。更に、実施例の導体の評価に当り、寸法を幅２．０ｍｍ×厚み０．１５ｍｍのタイプ、および銅単一の同抵抗タイプも試作した。実施例、比較例、及び従来技術の導体には、共にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕめっきを施した。尚、実施例ではアルミニウム導体の上に１μｍの純銅めっきを施した。

評価はシリコン結晶ウェハの反りを観察することで実施した。長さ１００ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚み２ｍｍのシリコン結晶ウェハの中央に平角線を１本はんだ接合し、シリコン結晶ウェハの反りが従来の銅−インバー−銅クラッド軟質平角線と同等レベルなら○、それより少ないならば◎、それより劣るなら×とした。表１に実施例（本発明）を示し、表２に比較例および従来技術の評価結果を示す。

表１のＮｏ．１からＮｏ．７は、純銅線（Ｎｏ．１９、２０）と同寸法のものである。これらは、電気抵抗が銅線に比較して約１．７倍高い。しかし、導体が常温において引張強度８０ＭＰａ以下でかつ０．２％耐力４０ＭＰａ以下となっており、シリコン結晶ウェハの反りが従来の銅−インバー−銅クラッド軟質平角線（Ｎｏ．１９）と同等レベルもしくはそれより小さくなることが確認できた。さらに、その常温引張強さを７０ＭＰａ以下、かつ０．２％耐力３０ＭＰａにすることによって（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）、シリコン結晶ウェハの反りを著しく低減されることが分かった。

Ｎｏ．８からＮｏ．１０は、純銅線（Ｎｏ．１９、２０）と同電気抵抗とするため、Ｎｏ．１からＮｏ．７に示す導体の厚みを１．７倍厚くしたものである。これらのものについても、導体厚みを１．７倍大きくしたのにも関わらず、シリコン結晶ウェハの反りが従来の銅−インバー−銅クラッド軟質平角線（Ｎｏ．１８）と同程度まで低減できることが確認出来た。

一方、第２表のＮｏ．１１からＮｏ．１７のめっき線では、常温において引張強度および同０．２％耐力が各々８０、４０ＭＰａ以上であるので、シリコン結晶ウェハの反りが従来の銅−インバー−銅クラッド軟質平角線（Ｎｏ．１８）以上に大きくなった。

本発明の太陽電池用平角導体の一実施形態を示す断面図である。 本発明の太陽電池用平角導体の他の実施形態を示す断面図である。 本発明の太陽電池用リード線の一実施形態を示す断面図である。

１ 導体
２ 銅めっき
３ 銅外被
５ 銅薄板材
７ 迎合部
１２ はんだめっき
１０，２０，３０，４０ 太陽電池用平角導体
５０，６０，７０ 太陽電池用リード線

Claims (4)

1. 常温において引張強度が８０ＭＰａ以下かつ０．２％耐力が４０ＭＰａ以下であって、純度が９９．０ｍａｓｓ％以上のアルミニウム材または導電率が６０％ＩＡＣＳ以上のアルミニウム合金材からなる単層導体を平角状に成形したことを特徴とする太陽電池用平角導体。
2. 前記平角状に成形した導体の表面に、銅めっきを施したことを特徴とする請求項１記載の太陽電池用平角導体。
3. 請求項１乃至２のいずれか１項記載の太陽電池用平角導体の表面の一部又は全部をはんだでめっきしたことを特徴とする太陽電池用リード線。
4. 前記はんだは、鉛フリーはんだであることを特徴とする請求項３記載の太陽電池用リード線。

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