CN103814157A - 太阳能电池用互连件材料、太阳能电池用互连件及带互连件的太阳能电池单元 - Google Patents

太阳能电池用互连件材料、太阳能电池用互连件及带互连件的太阳能电池单元 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种太阳能电池用互连件材料（100），其特征在于，在Al基材（10）表面自基材侧依次具有Ni镀层（20）和Sn镀层（30），该Ni镀层（20）的厚度为0.2μm以上。采用本发明，能够提供一种这样的太阳能电池用互连件材料和太阳能电池用互连件，即，实质上不含有铜，比较廉价，并且能够有效地防止因锡焊的热过程而发生覆膜的破裂、剥离等问题。

Description

太阳能电池用互连件材料、太阳能电池用互连件及带互连件的太阳能电池单元
技术领域
本发明涉及太阳能电池用互连件（interconnector）材料、太阳能电池用互连件及带互连件的太阳能电池单元。
背景技术
太阳能电池用互连件为这样的配线件：主要用于将由结晶Si构成的太阳能电池单元之间连接起来，起到对太阳能电池单元所转换出的电能进行集电的作用。近年来，作为这样的太阳能电池用的互连件，使用有通过焊锡熔融镀敷（日语：はんだ溶融めっき）来包覆扁铜线而成的焊锡包覆扁铜线。
然而，在将这样的焊锡包覆扁铜线用作太阳能电池用的互连件的情况下，存在如下那样的问题。即，在通过锡焊使焊锡包覆扁铜线与太阳能电池单元相接合时的热过程中，焊锡所含有的Sn向构成扁铜线的Cu内扩散，而生成Cu-Sn的金属间化合物，这样的Cu-Sn的金属间化合物较脆，因此成为产生柯肯达尔孔洞（空穴）、裂纹的原因，而存在质量低劣这样的问题。
相对于此，例如在专利文献1中提出了在扁铝基材上进行镀铜并通过用焊锡熔融镀敷来将其包覆而成的太阳能电池用的互连件。另一方面，在该专利文献1中，在扁铝基材上进行镀铜，但铜的价格昂贵，因此期望能够得到不使用铜的、相对廉价的互连件。
专利文献1：日本特开2006-49666号公报
发明内容
本发明是鉴于这样的实际情况而做成的，其目的在于提供一种这样的太阳能电池用互连件材料和太阳能电池用互连件：实质上不含有铜，比较廉价，并且能够有效地防止因锡焊的热过程而发生覆膜的破裂（日文：割れ）、剥离等问题。并且，本发明的目的还在于提供一种使用这样的太阳能电池用互连件而得到的带互连件的太阳能电池单元。
本发明人等发现，利用这样的太阳能电池用互连件材料，即，在Al基材表面自基材侧依次具有Ni镀层和Sn镀层，该Ni镀层的厚度为0.2μm以上，能够解决上述课题，从而完成了本发明。
即，采用本发明，能够提供一种太阳能电池用互连件材料，其特征在于，在Al基材表面自基材侧依次具有Ni镀层和Sn镀层，该Ni镀层的厚度为0.2μm以上。
并且，采用本发明，能够提供一种太阳能电池用互连件，其特征在于，该太阳能电池用互连件是通过在上述的太阳能电池用互连件材料的Sn镀层的表面形成焊锡层而得到的，在Al基材表面自基材侧依次具有Sn-Ni合金层和焊锡层。
优选的是，在本发明的太阳能电池用互连件中，上述Sn-Ni合金层是通过在上述Ni镀层与上述Sn镀层中在形成上述焊锡层时的热量的作用下引起扩散来形成的，在利用高频辉光放电发射光谱分析法分析时，上述Sn-Ni合金层中的Ni强度与热扩散前的上述Ni镀层中的Ni强度之比、即“Sn-Ni合金层中的Ni强度/热扩散前的Ni镀层中的Ni强度”为0.15以上。
优选的是，在本发明的太阳能电池用互连件中，上述Sn-Ni合金层以覆盖上述Al基材表面的方式连续地形成。
而且，采用本发明，能够提供一种带互连件的太阳能电池单元，其特征在于，通过将上述任一太阳能电池用互连件与太阳能电池单元之间连接起来而成。
优选的是，在本发明的带互连件的太阳能电池单元中，上述太阳能电池用互连件与上述太阳能电池单元之间通过锡焊连接起来。
采用本发明，能够提供一种这样的太阳能电池用互连件材料和太阳能电池用互连件，即，实质上无需使用铜，因而比较廉价，并且能够有效地防止因锡焊的热过程而发生覆膜的破裂、剥离等问题，以及能够提供一种使用这样的太阳能电池用互连件而得到的带互连件的太阳能电池单元。
附图说明
图1是表示本实施方式的太阳能电池用互连件材料100的结构的图。
图2是表示本实施方式的太阳能电池用互连件200的结构的图。
图3是表示热扩散前的Ni镀层20的厚度小于0.2μm的太阳能电池用互连件200a的结构的图。
图4（A）是实施例2的太阳能电池用互连件试样的截面相片，图4（B）是比较例1的太阳能电池用互连件试样的截面相片。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。
（太阳能电池用互连件材料）
图1是表示本实施方式的太阳能电池用互连件材料100的结构的图。如图1所示，本实施方式的太阳能电池用互连件材料100是在Al基材10的两表面均依次形成Ni镀层20和Sn镀层30而成的。
作为用于构成Al基材10的铝板，并不特别限定，能够使用纯铝板、JIS标准的1000系、2000系、3000系、5000系、6000系、7000系中的任一铝合金板，其中，特别优选1000系的O材。Al基材10的厚度并不特别限定，只要为能够确保太阳能电池用互连件具有充分的导电性那样的厚度即可，优选为0.1mm～0.5mm。
Ni镀层20通过在Al基材10之上进行镀镍而形成。作为在Al基材10之上形成Ni镀层20的方法，并不特别限定，但由于难以在Al表面上直接设置Ni镀层，因此优选的是，事先通过置换镀形成Zn层，之后在该Zn层之上形成Ni镀层。以下，对形成Zn层作为基底层的方法进行说明。
首先，对构成Al基材10的纯铝板或铝合金板进行脱脂处理，接着，进行酸性蚀刻和除灰（日文：スマット除去），之后进行Zn的置换镀。Zn的置换镀是经过以下的各工序而进行的，即，硝酸浸渍处理、第一Zn置换处理、硝酸锌剥离处理、第二Zn置换处理。在此情况下，在各工序的处理后进行水洗处理。其中，在进行镀Ni时，通过第一Zn置换处理和第二Zn置换处理形成的Zn层略微溶解。因此，最理想的是，Zn层形成为：优选在镀Ni后的状态下的覆膜量在5mg/m2～500mg/m2的范围内，更优选在30mg/m2～300mg/m2的范围内。其中，Zn层的覆膜量能够通过适当选择在处理液中的Zn离子的浓度和在第二Zn置换处理中浸渍于处理液中的时间来进行调整。
接着，在作为基底层的Zn层之上进行镀Ni，由此形成Ni镀层20。Ni镀层20可以利用电镀法和非电解镀法中的任一镀敷方法形成。Ni镀层20的厚度为0.2μm以上，优选为0.2μm～3.0μm，更优选为0.5μm～2.0μm。如后述那样，Ni镀层20为这样的层：在构成太阳能电池用互连件材料100的Sn镀层30之上形成焊锡层时，因形成焊锡层时的热量而使得Ni镀层20与Sn镀层30之间发生扩散，从而形成Ni-Sn合金层。
Sn镀层30通过在Ni镀层20之上进行镀Sn而形成。Sn镀层30可以利用电镀法和非电解镀法中的任一镀敷方法形成。优选Sn镀层30的厚度为0.5μm～3.0μm。若Sn镀层30的厚度过薄，则在Sn镀层30之上形成焊锡层时，焊锡润湿性降低，而难以形成良好的焊锡层。另一方面，若Sn镀层30的厚度过厚，则厚度增加所带来的提高焊锡润湿性的效果达到了极限，因此在成本方面是不利的。
（太阳能电池用互连件）
图2是表示本实施方式的太阳能电池用互连件200的结构的图。本实施方式的太阳能电池用互连件200是通过利用图1所示的太阳能电池用互连件材料100在该太阳能电池用互连件材料100的Sn镀层30之上形成焊锡层50而制造成的，如图2所示，该太阳能电池用互连件200通过在Al基材10的两表面均依次形成Sn-Ni合金层40和焊锡层50而成。
焊锡层50能够通过在图1所示的构成太阳能电池用互连件材料100的Sn镀层30之上进行熔融焊锡镀敷（日语：溶融はんだめっき）而形成。而且，在本实施方式中，通过熔融焊锡镀敷来形成焊锡层50，从而利用形成焊锡层50时的热量在图1所示的构成太阳能电池用互连件材料100的Ni镀层20和Sn镀层30之间引起扩散，由此，如图2所示，在焊锡层50之下形成Sn-Ni合金层40。
其中，优选在形成焊锡层50时熔融焊锡镀敷的浴温为140℃～300℃，更优选为180℃～250℃。并且，优选在进行熔融焊锡镀敷时的浸渍时间为3秒～15秒。在熔融焊锡镀敷的浴温过低时、在进行熔融焊锡镀敷时的浸渍时间过短时，焊锡层50的形成不充分，另一方面，在熔融焊锡镀敷的浴温过高时、在进行熔融焊锡镀敷时的浸渍时间过长时，存在这样的情况：焊锡层50所含有的Sn成分扩散到Al基材10中，而在Al与Sn之间发生固溶硬化，导致Sn-Ni合金层40发生破裂、剥离。
焊锡层50的厚度并不特别限定，但优选为10μm～30μm，更优选为15μm～30μm。
如上述那样，Sn-Ni合金层40为在形成焊锡层50时，在图1所示的构成太阳能电池用互连件材料100的Ni镀层20与Sn镀层30之间发生扩散而形成的合金层。在本实施方式中，用于构成Sn-Ni合金层40的热扩散前的Ni镀层20的厚度为0.2μm以上，优选为0.2μm～3.0μm，更优选为0.5μm～2.0μm，因此热扩散后的Sn-Ni合金层40能够以覆盖Al基材10的表面的方式连续地形成。即，能够以不存在间断部分的形态形成热扩散后的Sn-Ni合金层40。
另一方面，如图3所示，在热扩散前的Ni镀层20的厚度小于0.2μm的情况下，在形成焊锡层50时所形成的热扩散后的Sn-Ni合金层40a上出现间断部分41。并且，在出现间断部分41的情况下，以该间断部分41为起点，Al基材10与Sn-Ni合金层40a之间的密合性降低，而发生这样的问题：Sn-Ni合金层40a容易发生破裂、剥离，在腐蚀物经由在加工时等产生的裂纹进入的情况下在该间断部分41处因腐蚀物而产生电位差，从而导致发生腐蚀这样的不良情况。
相对于此，根据本实施方式，通过使用于构成Sn-Ni合金层40的热扩散前的Ni镀层20的厚度为0.2μm以上，能够使热扩散后的Sn-Ni合金层40以覆盖Al基材10的表面的方式连续地形成，由此，能够有效地解决上述问题。另外，若热扩散前的Ni镀层20的厚度过厚，则厚度增加所带来的效果达到了极限，因此在成本方面是不利的。
另外，在本实施方式中，优选的是，在利用高频辉光放电发射光谱分析法分析时，Sn-Ni合金层40中的Ni强度与热扩散前的Ni镀层20中的Ni强度之比、即“Sn-Ni合金层40中的Ni强度/热扩散前的Ni镀层20中的Ni强度”的比率为0.15以上，更优选为0.18以上，进一步优选为0.34以上。其中，该比率的上限为1以下。
通过使“Sn-Ni合金层40中的Ni强度/热扩散前的Ni镀层20中的Ni强度”的比率在上述范围，能够防止Sn-Ni合金层40中所含有的Sn成分向Al基材10中扩散，由此能够有效地防止因Sn成分向Al基材10中扩散而引起的问题，即，在Al与Sn之间发生固溶硬化、导致Sn-Ni合金层40发生破裂、剥离这样的问题。另一方面，若“Sn-Ni合金层40中的Ni强度/热扩散前的Ni镀层20中的Ni强度”的比率过低，即，若Sn-Ni合金层40中的Ni含有比例较少、Sn含有比例过多，则存在这样的情况：Sn-Ni合金层40中的Sn成分向Al基材10中扩散，而在Al与Sn之间发生固溶硬化，导致Sn-Ni合金层40发生破裂、剥离。
另外，在本实施方式中，针对“Sn-Ni合金层40中的Ni强度/热扩散前的Ni镀层20中的Ni强度”，例如能够通过以下方法进行计算：使用高频辉光放电发射光谱分析装置，一边利用Ar等离子体对Sn-Ni合金层40和热扩散前的Ni镀层20进行溅射一边进行测量，分别求出在Sn-Ni合金层40中和在热扩散前的Ni镀层20中Ni强度最高的部分的数据，并将它们分别作为Sn-Ni合金层40中的Ni强度和热扩散前的Ni镀层20中的Ni强度，利用该Sn-Ni合金层40中的Ni强度和热扩散前的Ni镀层20中的Ni强度来计算“Sn-Ni合金层40中的Ni强度/热扩散前的Ni镀层20中的Ni强度”。
另外，在本实施方式中，作为使“Sn-Ni合金层40中的Ni强度/热扩散前的Ni镀层20中的Ni强度”的比率在上述范围的方法，并不特别限定，例如能够列举出如下方法：使热扩散前的Ni镀层20的厚度为0.2μm以上，将在形成焊锡层50时熔融焊锡镀敷的浴温和进行熔融焊锡镀敷时的浸渍时间控制在上述的范围内的方法等。
另外，作为本实施方式的太阳能电池用互连件200，如图3所示，也可以代替在Al基材10上直接形成Sn-Ni合金层40的结构，而是在Al基材10上隔着Ni镀层20地形成有Sn-Ni合金层40这样的结构。特别是，根据热扩散前的Ni镀层20的厚度的不同、在形成焊锡层50时熔融焊锡镀敷的浴温的不同以及进行熔融焊锡镀敷时的浸渍时间的不同，也存在Sn成分没有完全向Ni镀层20中扩散的情况。因此，在这样的情况下，会在Al基材10与Sn-Ni合金层40之间残留Ni镀层20。
本实施方式的太阳能电池用互连件200包括Sn-Ni合金层40，因形成焊锡层50时的热量而使得Sn镀层30与厚度为0.2μm以上的Ni镀层之间发生扩散，从而形成Sn-Ni合金层40，因此能够有效地防止因锡焊的热过程而引起的、Sn-Ni合金层40发生破裂、剥离等问题。并且，本实施方式的太阳能电池用互连件200实质上不含有铜，因此比较廉价，在成本方面也是有利的。
因此，使用本实施方式的太阳能电池用互连件200，通过锡焊使该太阳能电池用互连件200与太阳能电池单元相连接而得到的带互连件的太阳能电池单元的品质良好，并且，在成本方面也是优异的。
另外，作为这样的本实施方式的太阳能电池用互连件200，例如能够通过如下方式得到，即：基于上述的方法，在长条的Al板（卷片（日文：コイル））的两表面均依次形成Sn-Ni合金层40和焊锡层50，以必要的宽度切割所得到的形成物。对于通过这样得到的太阳能电池用互连件200，在其上下两表面均形成有Sn-Ni合金层40和焊锡层50，但在形成厚度方向的表面（切割面）上没有形成上述Sn-Ni合金层40和焊锡层50。
或者，作为本实施方式的太阳能电池用互连件200，例如还能够通过如下方式得到，即：基于上述的方法，在扁Al线的整个表面形成Sn-Ni合金层40和焊锡层50。并且，在此情况下，对于所得到的太阳能电池用互连件200的形成，与上述的方法不同，其不经过切割工序，因此所得到的太阳能电池用互连件200与上述的专利文献1（日本特开2006-49666号公报）所记载的互连件一样，在上下两表面和在形成厚度方向上的表面上均形成有Sn-Ni合金层40和焊锡层50。
另外，本实施方式的太阳能电池用互连件200的尺寸并不特别限定，厚度通常为0.1mm～0.7mm，优选为0.1mm～0.5mm，宽度通常为0.5mm～10mm，优选为1mm～6mm，并且，对于长度，只要根据太阳能电池的排列等情况来适当设定即可。
实施例
以下，列举实施例，更具体地说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。
（实施例1）
作为用于形成Al基材10的材料，准备了A1100系的O材（厚度为0.3mm，宽度为40mm，长度为120mm）。然后，利用碱液使Al基材脱脂，接着在硫酸中进行蚀刻处理，接着在硝酸中进行除灰处理，之后浸渍在含有氢氧化钠150g/L、罗谢尔盐50g/L、氧化锌25g/L、氯化亚铁1.5g/L的处理液中进行第一Zn置换处理。接着，将进行了第一Zn置换处理的Al基材浸渍在400g/L的硝酸溶液中将置换析出的Zn去除之后，将该Al基材在与第一Zn置换处理所使用的处理液相同的处理液中浸渍10秒，由此进行第二Zn置换处理，从而以100mg/m2的覆膜量在Al基材之上形成Zn层。
接着，在下述条件下对形成有Zn层的Al基材10进行镀镍，在Zn层之上形成厚度为0.2μm的Ni镀层20。
镀浴组成：硫酸镍250g/L，氯化镍45g/L，硼酸30g/L
pH：3～5
浴温：60℃
电流密度：1A/dm2～5A/dm2
接着，在下述条件下对形成有Ni镀层20的Al基材10进行镀锡，在Ni镀层之上形成厚度为0.5μm的Sn镀层30，由此得到图1所示的太阳能电池用互连件材料100。
镀浴组成：硫酸亚锡30g/L，硫酸70ml/L，适量的光泽剂和抗氧化剂
pH：1～2
浴温：40℃
电流密度：5A/dm2～10A/dm2
接着，将得到的太阳能电池用互连件材料100浸渍在将浴温调整为200℃的、由Sn-Pb焊锡构成的熔融焊锡镀敷槽内3秒，由此形成厚度为20μm的焊锡层50，从而制造出图2所示的太阳能电池用互连件200。其中，在本实施例中制造出的太阳能电池用互连件200为切割前的构件，其尺寸为：宽度为40mm，长度为120mm，结合太阳能电池的排列等情况对该太阳能电池用互连件200进行切割，从而能够使该切割后的太阳能电池用互连件200适合用作太阳能电池用互连件。然后，利用得到的太阳能电池用互连件材料100和太阳能电池用互连件200，基于以下的方法，对“Sn-Ni合金层40中的Ni强度/热扩散前的Ni镀层20中的Ni强度”的比率和Sn-Ni合金层40的连续性进行评价。
利用以下的方法对“Sn-Ni合金层40中的Ni强度/热扩散前的Ni镀层20中的Ni强度”的比率进行测量。即，首先，使用高频辉光放电发射光谱分析装置（GDS-3860，理学公司制造），在高频电力40W、光电倍增管电压（Ni）370V的条件下，一边利用Ar等离子体对Sn-Ni合金层40和热扩散前的Ni镀层20进行溅射一边进行测量。然后，根据得到的测量数据，分别得到在Sn-Ni合金层40中和在热扩散前的Ni镀层20中Ni强度的峰值，并将它们分别作为Sn-Ni合金层40中的Ni强度和热扩散前的Ni镀层20中的Ni强度，计算“Sn-Ni合金层40中的Ni强度/热扩散前的Ni镀层20中的Ni强度”。将结果表示在表1中。
另外，利用电场放射型扫描电子显微镜（FE-SEM）（JSM-6330F，日本电子公司制造）观察太阳能电池用互连件200的截面来评价Sn-Ni合金层40的连续性。在利用电场放射型扫描电子显微镜观察的结果为在Sn-Ni合金层40观察到图3所示那样的间断部分、即焊锡层50直接与Al基材10表面接触的部分（在Al基材10表面，Ni的含有比例实质上为零的部分）的情况下，判断为Sn-Ni合金层40的连续性为“无”，在没有观察到这样的间断部分的情况下，判断为Sn-Ni合金层40的连续性为“有”。将结果表示在表1中。
（实施例2～4）
将Ni镀层20的厚度分别变更为0.5μm（实施例2）、1μm（实施例3）及1.5μm（实施例4），除此以外，与实施例1同样地得到太阳能电池用互连件材料100和太阳能电池用互连件200，并与实施例1同样地进行了评价。将结果表示在表1中。
（实施例5）
将形成焊锡层50时的熔融焊锡镀敷槽的温度由200℃变更为250℃，使焊锡层50的厚度形成为20μm，除此以外，与实施例1同样地得到太阳能电池用互连件材料100和太阳能电池用互连件200，并与实施例1同样地进行了评价。将结果表示在表1中。
（实施例6～8）
将Ni镀层20的厚度分别变更为0.5μm（实施例6）、1μm（实施例7）及1.5μm（实施例8），除此以外，与实施例5同样地得到太阳能电池用互连件材料100和太阳能电池用互连件200，并与实施例5同样地进行了评价。将结果表示在表1中。
（比较例1、2）
将Ni镀层20的厚度分别变更为0.1μm（比较例1）和0.15μm（比较例2），除此以外，与实施例1同样地得到太阳能电池用互连件材料100和太阳能电池用互连件200，并与实施例1同样地进行了评价。将结果表示在表1中。
（比较例3、4）
将Ni镀层20的厚度分别变更为0.1μm（比较例3）和0.15μm（比较例4），除此以外，与实施例5同样地得到太阳能电池用互连件材料100和太阳能电池用互连件200，并与实施例5同样地进行了评价。将结果表示在表1中。
[表1]
表1
Figure BDA0000477250860000111
如表1所示，在Ni镀层20的厚度为0.2μm以上的实施例1～实施例8中，“Sn-Ni合金层40中的Ni强度/热扩散前的Ni镀层20中的Ni强度”的比率均较高，并且，Sn-Ni合金层40均以覆盖Al基材10表面的方式连续地形成，没有发现图3所示那样的间断部分。
另一方面，在Ni镀层20的厚度小于0.2μm的比较例1～比较例4中，“Sn-Ni合金层40中的Ni强度/热扩散前的Ni镀层20中的Ni强度”的比率均较低，并且，均在Sn-Ni合金层40发现间断部分，Sn-Ni合金层40不具有连续性。
在此，图4（A）表示实施例2的太阳能电池用互连件试样的截面相片，图4（B）表示比较例1的太阳能电池用互连件试样的截面相片。如从图4（A）也能够确认那样，能够确认：在实施例2中，Sn-Ni合金层40不存在间断部分，Sn-Ni合金层40以覆盖Al基材10表面的方式连续地形成。另一方面，能够确认：在比较例1中，Sn-Ni合金层40存在间断部分，Sn-Ni合金层40不具有连续性。
附图标记说明
100、太阳能电池用互连件材料；200、太阳能电池用互连件；10、Al基材；20、Ni镀层；30、Sn镀层；40、Sn-Ni镀层；50、焊锡层。

Claims (6)

1.一种太阳能电池用互连件材料，其特征在于，
在Al基材表面自基材侧依次具有Ni镀层和Sn镀层，该Ni镀层的厚度为0.2μm以上。
2.一种太阳能电池用互连件，其特征在于，
该太阳能电池用互连件是通过在权利要求1所述的太阳能电池用互连件材料的Sn镀层的表面形成焊锡层而得到的，
在Al基材表面自基材侧依次具有Sn-Ni合金层和焊锡层。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池用互连件，其特征在于，
上述Sn-Ni合金层是通过在上述Ni镀层与上述Sn镀层中在形成上述焊锡层时的热量的作用下引起扩散来形成的，
在利用高频辉光放电发射光谱分析法分析时，上述Sn-Ni合金层中的Ni强度与热扩散前的上述Ni镀层中的Ni强度之比、即“Sn-Ni合金层中的Ni强度/热扩散前的Ni镀层中的Ni强度”为0.15以上。
4.根据权利要求2或3所述的太阳能电池用互连件，其特征在于，
上述Sn-Ni合金层以覆盖上述Al基材表面的方式连续地形成。
5.一种带互连件的太阳能电池单元，其特征在于，
通过将太阳能电池单元与权利要求2～4中的任意一项所述的太阳能电池用互连件之间连接起来而成。
6.根据权利要求5所述的带互连件的太阳能电池单元，其特征在于，
上述太阳能电池用互连件与上述太阳能电池单元之间通过锡焊连接起来。
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