CN100559609C - 太阳能电池用扁平导体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了太阳能电池用扁平导体以及太阳能电池用连接导线，其特点是，即使在硅结晶晶片厚度很薄的情况下，与连接导线连接时，硅结晶晶片也不易产生翘曲或破损。将体积电阻率小于等于50μΩ·mm且拉伸试验中的0.2%屈服强度值小于等于90MPa的导体1形成扁平状，制成太阳能电池用扁平导体(10)，再在其表面上覆盖软钎焊镀层(13)，形成太阳能电池用连接导线(20)。

Description

太阳能电池用扁平导体的制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池用扁平导体及其制造方法以及使用扁平导体的导线，特别是涉及即使与太阳能电池的硅晶片进行软钎焊、硅晶片的翘曲也比较小并且电气特性优秀的太阳能电池用扁平导体及其制造方法以及太阳能电池用连接导线。
背景技术
在基板(衬底)上生长硅晶体的太阳能电池，其结构为，如图3所示，通常在硅结晶晶片(硅晶片)51在特定位置上，接好连接用导线53，通过导线来输送电力。
上述连接用导线，为了与硅晶片相连接，在扁平导体的表面上形成焊料镀膜。例如，如图4所示，使用反射炉精炼铜或无氧铜等纯铜的扁平导体61，在其外侧形成焊料镀膜63，焊料镀膜使用Sn-Pb共晶材料(例如参考特开平11-21660号公报)。还有，近年来，考虑到对环境的影响，正在研究将焊料镀层的构成材料替换为不含铅的材料(无铅焊料)(例如参考特开2002-263880号公报)。
在构成太阳能电池的部件中，硅结晶晶片占了材料成本的大半，为了降低制造成本，人们考虑将硅结晶晶片的厚度减小。但是，如果减小硅结晶晶片厚度，由于与连接用导线软钎焊接合时所经历的加热过程、太阳能电池在使用过程中的温度变化等，如图5所示，通过焊料镀层55相连接的硅晶片51和导线53发生翘曲、破损等。因此，为了完全解决这一问题，作为连接用的导线53，对热膨胀小的线材的需求增加。
图6显示的是热膨胀系数小的连接用导线的一个示例，用铜材71将热膨胀小的因瓦合金(Fe-36质量％Ni)73包覆起来，表面再形成焊料镀层75。
发明概述
表1中示出铜-因瓦合金-铜(Cu/Fe-36质量％Ni/Cu)的材料特性及与单独的铜、单独的因瓦合金(Fe-36质量％Ni)和单独的硅的材料特性相比较的结果。
表1
  材料   包覆材料(Cu/Fe-36质量％Ni/Cu)厚度比(2∶1∶2)   Cu   Fe-36质量％Ni   Si
  热膨胀系数(×10<sup>-5</sup>/℃)   13.1   17.0   1.8   3.5
  杨氏模量(MPa)   125   120   145   170
  体积电阻率(μΩ·mm)   21.0   16.9   810   2.3×10<sup>9</sup>
由表1可以看出，使用低热膨胀的因瓦合金，制成将铜-因瓦合金-铜包覆而成的扁平导体，虽然可以与硅的热膨胀相匹配，但由于与铜相比体积电阻率增大，导电率下降，作为太阳能电池的发电效率下降。而且，因瓦合金中含有36％左右的镍，价格不菲。
还有，在上述的铜-因瓦合金-铜的3层结构的引线框上，由于因瓦合金两侧设置的铜材料的结晶的取向以及结晶粒的不均一，会产生翘曲等变形。这些是太阳能电池板的生产性低下、长时间使用时发电效率降低等可靠性下降的原因。还有，侧面的铜-因瓦合金-铜的接合部分，接触到水分时，有可能产生局部电池，发生腐蚀。
而且，使用因瓦合金的引线框，在形成电路时，要进行拉拔加工，产生大量废料，导致制造成本的上升的问题。
发明内容
所以，本发明的目的是，提供在硅结晶晶片厚度减薄的情况下，连接用导线接合时，不容易产生硅结晶晶片的翘曲或破损的太阳能电池用扁平导体以及太阳能电池用连接导线。
还有，本发明的另一目的，是提供导电率良好的太阳能电池用扁平导体及太阳能电池用连接导线。
此外，本发明的再一目的是，提供可以抑制制造成本上升的太阳能电池用扁平导体的制造方法。
为了解决上述课题，本发明提供了太阳能电池用扁平导体，其特征是，将体积电阻率为小于等于50μΩ·mm并且拉伸试验中的0.2％屈服强度值小于等于90MPa的导体形成扁平状。
前述导体，可以是从Cu、Al、Ag及Au中选择的一种。
还有，为了解决上述课题，本发明提供了太阳能电池用扁平导体的制造方法，其特征为：通过轧制将体积电阻率小于等于50μΩ·mm的导体成形为扁平状断面，然后进行热处理，使得拉伸试验的0.2％屈服强度值小于等于90MPa。
前述热处理，可以由加热器分批式加热方式或者以通电加热方式进行。
还有，可以将前述太阳能电池用扁平导体的表面的一部分或者全部镀锡，形成太阳能电池用连接导线。
前述的镀锡层，可以是Sn-Ag-Cu系的无铅焊料。
在本发明中，由于导体的0.2％屈服强度值下降，软钎焊之后因导体的热收缩而产生的使晶片翘曲的力得以降低。因此，在与硅晶片焊接连接后的热收缩时，可以减少晶片的翘曲。
还有，由于使用了体积电阻率小于等于50μΩ·mm的导体，可以提供高导电性的太阳能电池连接用导线。
此外，采用本发明的制造方法，通过热处理使导体的0.2％屈服强度降低，可以不增加成本，以简易的方法提供太阳能电池用扁平导体。
附图说明
图1是本发明的太阳能电池用扁平导体的一个实施方式的断面示意图。
图2是本发明太阳能电池用连接导线的一个实施方式的断面示意图。
图3是表示与太阳能电池晶片相连接的导线的连接状态的斜视图。
图4是表示以往太阳能电池用连接导线的断面图。
图5是将硅晶片与连接用导线软钎焊连接时产生翘曲的示意说明图。
图6是以往的太阳能电池用连接导线的示意断面图。
符号说明
1 导体    10 太阳能电池用扁平导体
13 焊料镀层    20 太阳能电池用连接导线
51 硅晶片      53 连接用导线
55 焊料镀层    61 扁平导体
63 焊料镀层    71 铜材
73 因瓦合金    75 焊料镀层
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
太阳能电池用扁平导体
图1表示本发明的太阳能电池用扁平导体的一个实施方式。
该太阳能电池用扁平导体10，为了容易与晶片软钎焊连接，使用软质的导体1，采用扁平状的外观形状。
导体的体积电阻率
从减轻太阳能电池的发电损失的观点考虑，导体1最好使用体积电阻率比较小的导体材料(例如体积电阻率小于等于50μΩ·mm的材料)。
作为体积电阻率比较小的导体材料，如表2所示，除铜之外还有Au、Ag、Al等。其中体积电阻率最小的是Ag，发电效率可能为最大。另一方面，如果优先考虑低成本化，最好的是Cu，如果选择轻量化的话，最佳的选择是Al。
表2
  材料   Cu   Ag   Au   Al
  热膨胀系数(×10<sup>-6</sup>/℃)   17.0   19.1   29.0   23.5
  0.2％屈服强度(MPa)   40   55   30   20
  体积电阻率(μΩ·mm)   16.9   16.3   22.0   26.7
导体的0.2％屈服强度值
一般地说，在高温下将热膨胀率有差异的不同种类的金属连接时，由温度变化引起的热膨胀率、杨氏模量进行累计而形成产生翘曲的力。但是，象太阳能电池这样连接的两个部件的刚性有显著的差别，而且软钎焊时的温度要达到200℃以上的高温，因此断面积小的导体屈服，由于上述热膨胀率、杨氏模量而产生的力不能造成翘曲。
作为导体，如果屈服应力小，在较小的外力下就会产生塑性变形，不会形成在此以上的变形阻力。即，强度和屈服强度越低，连接时硅结晶晶片上的负荷越小。为此，作为塑性变形的指标，使用拉伸试验中的0.2％屈服强度值，导体1的0.2％屈服强度值为小于等于90MPa，最好是小于等于80MPa，小于等于70MPa则更为理想。选择这样的0.2％屈服强度低的软质导体，可以降低在硅结晶晶片上连接导体时的热应力。而且，通过将0.2％屈服强度降到小于等于80MPa，使用铜-因瓦合金-铜的包覆材料也可以降低Si的翘曲，在实际应用上产生很显著的效果。
太阳能电池用扁平导体的制造方法
通过模具拉拔或轧辊压延或者二者的复合工序，将导体1成形为扁平状态，然后采用通电方式或者分批处理设备进行热处理，使得0.2％屈服强度降低，得到该太阳能电池用扁平导体10。此时，用于降低0.2％屈服强度的热处理方式，最好采用与通电加热方式相比更充分地施加热能的加热器分批式加热方式。或者从防止氧化的角度，也可以使用氢气还原气氛炉。
太阳能电池用连接导线
图2表示本发明太阳能电池用连接导线的一个实施方式。
该太阳能电池用连接导线20，在如图1所示的导体1的整个表面上，施以焊料镀层13。焊料镀层13，从环境方面考虑使用无铅的产品，在整个外周上施加。
还有，对于软钎料的组成，以往考虑到与硅晶片的热膨胀相匹配，要求可以进行低温连接的材料，而使用本实施方式的导体1，可以使用连接温度高的Sn-Ag-Cu系组成的软钎料。
将该太阳能电池用导线，连接到硅结晶晶片(太阳能电池板)上的晶片面上特定的接触点位置(例如，镀银的区域)，得到太阳能电池组件。
本太阳能电池用扁平导体及太阳能电池用连接导线的效果
如上所述，本实施方式的太阳能电池用扁平导体及太阳能电池用导线，由于导体使用0.2％屈服强度小于等于90MPa的材料，可以降低由于软钎焊连接后的导体产生热收缩而产生的使晶片翘曲的力。这样，可以减少在与硅晶片软钎焊连接之后热收缩时晶片的翘曲。
还有，本实施方式的太阳能电池用扁平导体及太阳能电池用连接导线，由于使用体积电阻率小于等于50μΩ·mm的高导电性的导体，可以良好维持太阳能电池的发电效率。
而且，如果采用本实施方式的制造方法，通过热处理降低导体的0.2％屈服强度，在不增加成本的情况下，可以以简易的方法提供太阳能电池用扁平导体。
实施例
将宽度为2.0mm，厚度为0.16mm的铜材，轧制成扁平线状，制成如图2所示的导体1，在其周围覆盖形成由Sn-3％Ag-0.5％Cu系的无铅焊料，形成软钎料镀层13，制成太阳能电池用连接导线20。
通过改变热处理条件，将该太阳能电池用连接导线20制成如表3所示的不同的0.2％屈服强度的材料，与长150mm×宽150mm、厚200μm的硅晶片软钎焊连接，测量其连接后的翘曲。
由表3的结果可以看出，伴随0.2％屈服强度的降低，翘曲也减小，0.2％屈服强度为40MPa时，与使用以往的铜导体(140MPa)时相比翘曲减少到大约1/3。
表3
  0.2％屈服强度(MPa)  140(以往导体)   80(Cu)   50(Cu)   40(Cu)
  翘曲(mm)  4.0   3.2   2.1   1.5
作为比较，调查连接铜-因瓦合金-铜(比例2∶1∶2)的硅晶片和连接0.2％屈服强度为40MPa的铜导体的晶片的翘曲情况，结果发现原来为3.0mm的翘曲变为1.5mm，为原来的一半。

Claims (4)

1.太阳能电池用扁平导体的制造方法，其特征在于：将体积电阻率小于等于50μΩ·mm的导体轧制形成扁平状断面后，施加热处理，使得拉伸试验的0.2％屈服强度值小于等于90Mpa，前述热处理采用加热器分批式加热方式或者通电加热方式进行。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池用扁平导体的制造方法，其特征在于：前述导体是从Cu、Al、Ag及Au中选择的一种。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池用扁平导体的制造方法，其特征在于：在所述的太阳能电池用扁平导体的部分或者全部表面施加软钎焊镀层。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池用扁平导体的制造方法，其特征在于：前述的软钎焊镀层是Sn-Ag-Cu系无铅焊料。
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