JP2008235549A - 太陽電池装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】インターコネクタと太陽電池素子とのはんだ接合部を有する太陽電池装置における、太陽電池素子の反りや割れ、はんだ接合部の剥離等の不具合を低減する。
【解決手段】太陽電池素子と、金属材からなるインターコネクタを有し、太陽電池素子の電極上にインターコネクタが、はんだ接合部ではんだ接合された太陽電池において、電極のはんだ接合部上に貫通孔が設けられたインターコネクタを備え、貫通孔を通して、貫通孔下でかつ電極上に位置するはんだ層を加熱機構で直接加熱し、インターコネクタと電極とが、はんだ接合された太陽電池装置に関する。
【選択図】図1
【解決手段】太陽電池素子と、金属材からなるインターコネクタを有し、太陽電池素子の電極上にインターコネクタが、はんだ接合部ではんだ接合された太陽電池において、電極のはんだ接合部上に貫通孔が設けられたインターコネクタを備え、貫通孔を通して、貫通孔下でかつ電極上に位置するはんだ層を加熱機構で直接加熱し、インターコネクタと電極とが、はんだ接合された太陽電池装置に関する。
【選択図】図1
Description
本発明は、太陽電池装置および、太陽電池装置を複数個直列および並列に接続して形成される太陽電池モジュールの構造およびその製造方法に関するものである。
単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板からなる太陽電池素子において、一般的にその受光面側にn型層が形成され、非受光面側にはp型層が形成されている。そして、該太陽電池素子の受光面および非受光面には、それぞれ負極電極および正極電極が形成されている。
別の一般的な太陽電池素子の形態としては、太陽電池素子の非受光面のみに負極電極および正極電極の両電極が形成される形態が挙げられる。当該形態において、負極電極部は、太陽電池素子の受光面から非受光面に貫通孔を設けて非受光面に負極電極が形成されている。また、通常、該負極電極には多数のフィンガー電極が接続されている。該フィンガー電極は、光生成キャリアを収集し、負極電極に光生成キャリア集電する役割を有する。
そして、太陽電池素子は一枚では電気出力が小さいため、複数枚の太陽電池素子を直並列に接続して形成される太陽電池モジュールから、実用的な所定の電気出力を発生させる。当該直並列の接続は、負極電極および正極電極にインターコネクタを接続することで行なわれる。ここで、インターコネクタとは、リボン状の金属材を適当な長さに切断したものをいう。
図4は、従来の太陽電池素子の両面に電極を有する太陽電池装置を2枚直列に接続した状態の平面図を示す。
太陽電池素子10の両面に電極を有する場合は、太陽電池素子10の受光面側と隣接する太陽電池素子10の非受光面側の電極とをインターコネクタ14で接続し、太陽電池モジュールを形成する。また、図示はしないが、太陽電池素子の非受光面側のみに電極を有する場合は、太陽電池素子の非受光面と隣接する太陽電池素子の非受光面の各極の電極どうしとを、インターコネクタで接続し、太陽電池モジュールを形成する。
一般的に太陽電池素子上の電極とインターコネクタとの接続は、はんだによりなされている。この接続の方法は、太陽電池素子上の電極とはんだとインターコネクタとをあらかじめ接触させておいた状態で加熱し、はんだを溶融させ、はんだ接合を行なうものである。はんだは、インターコネクタにあらかじめコーティングしておくか、もしくは太陽電池素子の電極上にあらかじめはんだ層を形成しておくか、またはその両方である。
はんだ接合部は、インターコネクタの長辺方向に沿って、インターコネクタ14下領域を連続的に、あるいはスポット的に加熱・冷却してはんだ付けして形成されることが一般的である。はんだ接合における加熱・冷却方法は、リフロー炉等によりインターコネクタ14と太陽電池素子10の両方の全体を加熱し、その後全体を一様に冷却する方法が一般的である。しかし、当該方法によると、太陽電池素子10の一般的な材質であるシリコンと、インターコネクタ14の一般的な材質である銅との線膨張係数の差によって熱応力が発生し、はんだ接合部の剥がれや太陽電池素子10の割れや反りが生じたりする問題がある。
現在、コスト低減等のため、太陽電池素子10における基板の厚みは薄くする傾向にあり、これまでの300〜500ミクロン程度から、200ミクロン未満の厚みにしたものが主流になっており、今度さらに薄型化が進む可能性が高い。また、発電効率向上のために、負極電極および正極電極を太陽電池素子の非受光面のみに配置し、非受光面にのみインターコネクタを接続する、片面電極構造の太陽電池素子の需要もこれから増加していくと考えられる。
このような太陽電池素子10の基板の薄型化や、太陽電池素子10の片面電極構造化が進む状況下では、上述のインターコネクタ14のはんだ付け時の熱応力による太陽電池素子10の反りや割れ、電極剥離等の不具合は、より顕著に現れやすくなり、これらの課題を解決することが必須である。
上述の課題に対して、特許文献1に、はんだ付けの加熱と冷却とを、太陽電池素子とインターコネクタの全体ではなく、局所的に行なう太陽電池素子の接続方法が開示されている。
図5は、図4のV−V線に沿った断面の一部分と、特許文献1における太陽電池素子とインターコネクタとの接続形態を示す断面図である。太陽電池素子10は、基板11と正極電極2aと負極電極2bとを備える。正極電極2aと負極電極2bとの上部には、それぞれはんだ層3aとはんだ層3bとが形成されている。そして、太陽電池素子10の上部には、はんだ層3a、はんだ層3bを介してインターコネクタ14が設置される。上述した、はんだ接合における加熱・冷却方法は、インターコネクタ14の上部に設けられた加熱ノズル15と冷却ノズル16とにより局所的に行なう。つまり、加熱ノズル15から熱風等を、冷却ノズル16から冷風等をインターコネクタ14に噴出することにより、局部的な加熱と冷却とを行なうものである。
なお、太陽電池素子10の正極電極2aおよびはんだ層3aはインターコネクタ14の長辺方向に沿って連続的にはんだ接合されている状態を示し、負極電極2bおよびはんだ層3bは断続的にまたはスポット的にはんだ接合されている状態を示す。
図5に示す接続形態において、インターコネクタ14の長辺方向に沿って連続的にはんだ接合する場合には、長辺方向に沿って、加熱ノズル15と冷却ノズル16とを適当な間隔をおいて配列し、加熱ノズル15および冷却ノズル16からそれぞれ熱風および冷風を噴出しながら、太陽電池素子10に対する各ノズルの相対位置を移動方向7へと移動させる。また、インターコネクタ14の長辺方向に沿って断続的にまたはスポット的にはんだ接合する場合には、加熱ノズル15ではんだ接合部を加熱しはんだを溶融させた後に、冷却ノズル16で、そのはんだ接合部を冷却し、はんだ接合を行なう。
本接続形態により、はんだ接合時には、太陽電池素子10およびインターコネクタ14の全体ではなく、はんだ接合部付近の部分的にしか熱がかからない。したがって、太陽電池素子10の全体を加熱するはんだ接合の方式と比較して、はんだ接合後に太陽電池素子10または、はんだ接合部等に発生する熱応力は低減される。
特開2006−66570号公報
インターコネクタ14として汎用される銅は、はんだ層3aおよびはんだ層3bよりも熱伝導率が高い(はんだ=60W/m/K,銅=390W/m/K)。また、通常はインターコネクタ14の厚みは、はんだ層3a、はんだ層3bの厚みよりも大きい。したがって、インターコネクタ14上部からの加熱では、インターコネクタ14下に位置するはんだ層3aおよび3bが融点まで加熱されるまでの間に、インターコネクタ14の長辺方向に熱が拡散する。
その結果、特許文献1における接続方法では、インターコネクタ14長辺方向に沿って連続的にはんだ付けする場合は、加熱ノズル15と冷却ノズル16との間にインターコネクタ14の高温領域8が発生する。スポット的にはんだ付けをする場合には、加熱を行っているはんだ接合部とその直前に加熱したはんだ接合部との間に、または加熱したはんだ接合部と冷却ノズル16との間に、インターコネクタ14の高温領域8が発生してしまう。
ここで、はんだは融点未満になると凝固し、接合部が固着される。したがって、はんだが融点未満の接合部と冷却ノズル16の間に存在するインターコネクタの高温領域8の温度分布、すなわち温度の高さとその温度分布領域の長さにより、冷却後に太陽電池素子10およびはんだ接合部等に発生する熱応力の大きさが決定される。該熱応力は、太陽電池素子10の温度分布も関係はするが、インターコネクタ14の高温領域8の影響が大きい。
以上より、特許文献1の接続方法においても、インターコネクタの高温領域8があることにより、太陽電池素子およびはんだ接合部等への熱応力が発生する。
この熱応力をより小さくするためには、加熱点と冷却点との間に存在するインターコネクタ14の高温領域8を小さく、かつその温度を低く保つ必要がある。そのためには、インターコネクタ14の長辺方向への熱の拡散を抑えることが必要である。
その対策として、加熱ノズル15と冷却ノズル16との間の距離を小さくすることがあげられる。しかし距離を小さくすると、加熱ノズル15によるはんだの温度上昇が困難になり、距離が小さすぎる場合には、はんだが融点に達せず、温度上昇不足によるはんだ接合不良が発生する問題がある。
本発明は、上述の従来技術の課題を解決するもので、インターコネクタ14の長辺方向への熱拡散を低減してはんだ付けを行なうことによって、太陽電池素子10やはんだ接合部等に発生する熱応力を低減し、太陽電池素子10の反りや割れ、はんだ接合部の剥離等の不具合を低減した信頼性の高い太陽電池装置を提供することを目的とする。
本発明は、太陽電池素子と、金属材からなるインターコネクタを有し、太陽電池素子の電極上にインターコネクタが、はんだ接合部ではんだ接合された太陽電池において、電極のはんだ接合部上に貫通孔が設けられたインターコネクタを備え、貫通孔を通して、貫通孔下でかつ電極上に位置するはんだ層を加熱機構で直接加熱し、インターコネクタと電極とが、はんだ接合された太陽電池装置に関する。
また、本発明の太陽電池装置において、金属材は、銅を含むことが好ましい。
また、本発明の太陽電池装置において、加熱機構がレーザーであることが好ましい。
また、本発明の太陽電池装置において、加熱機構がレーザーであることが好ましい。
また、本発明の太陽電池装置において、はんだ層の領域は、貫通孔の領域を含み、貫通孔の領域は、はんだ層の領域より小さいことが好ましい。
また、本発明は、金属材からなるインターコネクタと太陽電池素子とを、太陽電池素子の電極上におけるはんだ接合部で、はんだ接合する太陽電池装置の製造方法において、電極上にはんだ層を形成する工程と、はんだ層上に、貫通孔が設けられたインターコネクタを搭載する工程と、貫通孔を通して、貫通孔下でかつ電極上に位置するはんだ層を、加熱機構で貫通孔を通じて直接加熱してはんだ接合する工程とを備えた太陽電池装置の製造方法に関する。
また、本発明の太陽電池装置の製造方法において、はんだ層は、電極上のはんだ接合部にあらかじめ形成されていることが好ましい。
また、本発明の太陽電池装置の製造方法において、インターコネクタの表面が、はんだであらかじめコーティングされていることが好ましい。
なお、以下、「電極」は正極電極と負極電極とを含む概念である。また、「電極の上」、および「電極の上部」とは、電極における基板1に設置された面と反対側のことを示すこととする。また、「インターコネクタの上部」とは、インターコネクタにおける、太陽電池素子の電極とはんだ接合されていない面側のことを示す。また、基板および太陽電池素子の受光面とは、直接光を受ける面を示し、非受光面とは、受光面の反対の面で、光を直接受けない面を示すこととする。
本発明の太陽電池装置および製造方法は、太陽電池素子やはんだ接合部等に発生する熱応力が低減される。したがって、太陽電池素子の基板を薄型化しても、また、太陽電池素子を片面電極構造化しても、太陽電池素子のそりや割れ・はんだ接合部の剥離等の不具合が低減された信頼性の高い太陽電池装置を得ることができる。
以下、本願の図面において、同一の符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、図面における長さ、大きさ、幅などの寸法関係は、図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法を表してはいない。
図1は、本発明における太陽電池素子とインターコネクタとのはんだ接合の一形態を示す断面図である。図2は、本発明におけるインターコネクタの平面図である。図3は、本発明における太陽電池素子とインターコネクタとのはんだ接合の別の一形態を示す断面図である。以下、図1、図2および図3に基づいて、まず、本発明の太陽電池装置の構造について説明する。
<太陽電池装置>
図1に示すように、本発明の太陽電池素子は、基板1と基板1の受光面上に形成された「電極」である正極電極および非受光面上に形成された「電極」である負極電極2cとを備える。便宜上図1においては、負極電極2cのみを図示する。そして、太陽電池装置は、該太陽電池素子と金属材からなるインターコネクタ4とを備え、太陽電池素子の正極電極および負極電極2c上にインターコネクタ4がはんだ接合部ではんだ接合されている。
図1に示すように、本発明の太陽電池素子は、基板1と基板1の受光面上に形成された「電極」である正極電極および非受光面上に形成された「電極」である負極電極2cとを備える。便宜上図1においては、負極電極2cのみを図示する。そして、太陽電池装置は、該太陽電池素子と金属材からなるインターコネクタ4とを備え、太陽電池素子の正極電極および負極電極2c上にインターコネクタ4がはんだ接合部ではんだ接合されている。
基板1は、単結晶シリコンや多結晶シリコンからなり、基板1の内部には、ボロンなどのp型不純物を多く含んだp層と、リンなどのn型不純物を多く含んだn層とが接してなるpn接合が形成されている。そして、基板1の受光面側の内部にはn層が、非受光面側の内部にはp層が形成されている。n層およびp層には、それぞれの極に対応した負極電極2cと正極電極とが、銀ペースト等により形成されている。負極電極2cおよび正極電極は線状、もしくはランド状等に形成される。受光面には、受光面で発生した電流を負極電極へと集電するフィンガー状の電極が形成されていてもよい。該フィンガー状の電極は、互いにある間隔をあけて、基板1の受光面を網羅するようにパターン形成される。
本発明のインターコネクタ4は、太陽電池素子におけるはんだ接合部上に相当する位置に貫通孔9が設けられている。具体的には、インターコネクタ4は、太陽電池素子の負極電極2c上であって、はんだ層3cが設けられ、かつ、はんだ接合部として設定された位置に貫通孔9を設けられている。このとき、太陽電池素子のサイズが例えば150mm×150mmとすると、1枚の太陽電池素子に通常10〜40点程度でインターコネクタ4と負極電極2cとのはんだ接合部が形成される。また、一枚の太陽電池素子に対して通常4〜20本程度のインターコネクタ4と太陽電池素子の電極とがはんだ接合される。本発明におけるインターコネクタ4は例えば、平角状で幅2.5〜5.0mm、厚み0.1〜0.2mmの銅材であることが好ましい。
図2に示すようにインターコネクタ4は円形の貫通孔9が複数設けられる。図2においては、貫通孔9は円形であるが、本形状は特に限定されず、例えば楕円もしくは多角形やその他の形状でも良い。インターコネクタ4の貫通孔9の領域は、はんだ層3cの領域と同じかもしくは小さいものとする。そして、貫通孔9の大きさは、インターコネクタ4の導電抵抗を極力抑えつつ、後述する加熱機構による加熱源がインターコネクタ4に接触することなしに通過できる大きさを適宜選択する必要がある。
また、金属材からなるインターコネクタ4の材料は、特に限定されないが、電気抵抗の少ない銅を含むことが好ましい。その他、インターコネクタ4の材料の例示としては、銀などをあげることができる。また、貫通孔9を含むはんだ接合部の付近のインターコネクタ4には、はんだがあらかじめコーティングされていても、いなくてもよい。
太陽電池素子の負極電極2cおよび正極電極とインターコネクタ4とは、負極電極2c上に形成したはんだ層3cで形成されるはんだ接合部ではんだ接合されている。ここで、はんだ接合部は、負極電極2c上であって、太陽電池装置において適宜設定されるはんだ接合の位置である。当該はんだ接合部は、太陽電池装置の形態や太陽電池素子における電極の形態等に合わせて適宜設定することができる。負極電極2c上には、はんだ接合部となる位置にあらかじめはんだ層3cが形成されており、太陽電池素子の上にインターコネクタ4が設置される。この際、インターコネクタ4は、貫通孔9がはんだ層3c上になるように設置される。そして、はんだ層3cの領域は、貫通孔9の領域を含み、貫通孔9の領域は、インターコネクタ4と負極電極2cとの接合を確実にするため、はんだ層3cの領域より小さいことが好ましい。
そして、本発明の太陽電池装置は、インターコネクタ4の貫通孔9を通して加熱機構で貫通孔9下でかつ電極上に位置するはんだ層3cを直接加熱することで、インターコネクタ4と負極電極2cおよび正極電極との間にはんだ接合部が形成される。該はんだ接合は、インターコネクタと太陽電池素子上の電極間で、断続的すなわちスポット的に形成されている。該加熱によって溶融したはんだが、インターコネクタ4の貫通孔9周辺のインターコネクタ4表面に流れ込み、良質なはんだ接合を提供することができる。
上述の加熱機構は、レーザーやランプ等を用いたビームであることが好ましい。そして、レーザーが発するレーザー光は、スポット径を極力小さくできることから、局所的にはんだ層を直接加熱することができる。また、はんだ層3cにおけるはんだ量を可能な限り少なく適切量にすることで、はんだの熱容量が少なく加熱に要する時間が短くなる。その結果、インターコネクタ4の長辺方向への熱の拡散量もより抑えられる。なお、レーザーは、波長が0.8〜0.95μmの半導体レーザーや、波長が1.064μmのYAGレーザーを用いることが好ましい。
ここで、本発明の太陽電池装置において、図3に示すように、インターコネクタ4として、はんだ3dでコーティングされているものを用いても良い。このとき、加熱機構5によってインターコネクタ4の貫通孔9から直接はんだ層3cを直接加熱するとき、同時に貫通孔周辺であってはんだ層3c周辺のはんだ3dも溶融する。はんだ層3cとはんだ3dは、濡れ性がよいため、良好なはんだ接合部を形成することが可能である。
そして、本発明の太陽電池装置は、上述した図4に示すような形態で、各極の電極に接続されたインターコネクタは、隣接する太陽電池素子間において、直並列に接続されことで、太陽電池モジュールを形成することができる。このとき、インターコネクタ4は、一枚の太陽電池素子内では正極電極および負極電極のそれぞれの電極どうしを接続し、通常は一枚の太陽電池素子には両極とも少なくとも1本ずつ、計2本以上が接続される。太陽電池素子の両面に電極を有する場合は、太陽電池素子の受光面側と隣接する太陽電池素子の非受光面側の電極とをインターコネクタ4で接続し、太陽電池モジュールを形成する。また、太陽電池素子の非受光面側のみに電極を有する場合は、太陽電池素子の非受光面と隣接する太陽電池素子の非受光面の電極どうしとを、インターコネクタで接続し、太陽電池モジュールを形成する。
なお、図1においては、基板1の受光面および非受光面の両面にそれぞれ正極電極および負極電極2cが設けられている太陽電池素子を例に説明したが、本発明の太陽電池装置は、太陽電池素子の非受光面にのみに両極の電極が設けられているものを備えてもよいし、受光面に負極電極を、非受光面に正極電極を設けたものを備えてもよい。また、本発明において基板1が0.1〜0.3mmの厚さの薄型の太陽電池素子である場合に、特に従来生じえた太陽電池素子の割れ、反りの防止に効果を発揮する。
本発明の太陽電池装置は、従来品と比較して、太陽電池素子の反りや割れ・はんだ接合部の剥離等の不具合を低減される。したがって、太陽電池素子の基板を薄型化しても、また、太陽電池素子を片面電極構造化しても、信頼性の高い太陽電池装置を得ることができる。また、インターコネクタによって、太陽電池装置を直並列に接続されてなる太陽電池モジュールも同様に、太陽電池素子の基板を薄型化しても、また、太陽電池素子を片面電極構造化しても、信頼性の高い太陽電池モジュールを得ることができる。
<太陽電池装置の製造方法>
図1および図2に基づいて、本発明の製造方法について説明する。本発明の太陽電池装置の製造方法は、金属材からなるインターコネクタ4と太陽電池素子とを、太陽電池素子の負極電極2cおよび正極電極上におけるはんだ接合部で、はんだ接合するものである。本発明において、太陽電池素子は、上述した構造のものを用いることができる。例えば、太陽電池素子の基板1は、厚み0.2〜0.5mm、大きさ150mm×150mm程度の多結晶シリコンからなるものを用いることができる。そして、太陽電池素子は、該基板1に、p層とn層とを形成し、銀ペースト等により直径3mm程度のランド状の正極電極および負極電極2cを形成し、その他必要に応じてフィンガー電極を形成しても良い。
図1および図2に基づいて、本発明の製造方法について説明する。本発明の太陽電池装置の製造方法は、金属材からなるインターコネクタ4と太陽電池素子とを、太陽電池素子の負極電極2cおよび正極電極上におけるはんだ接合部で、はんだ接合するものである。本発明において、太陽電池素子は、上述した構造のものを用いることができる。例えば、太陽電池素子の基板1は、厚み0.2〜0.5mm、大きさ150mm×150mm程度の多結晶シリコンからなるものを用いることができる。そして、太陽電池素子は、該基板1に、p層とn層とを形成し、銀ペースト等により直径3mm程度のランド状の正極電極および負極電極2cを形成し、その他必要に応じてフィンガー電極を形成しても良い。
≪電極上にはんだ層を形成する工程≫
まず、太陽電池素子の負極電極2cおよび正極電極上に、はんだ層3cを形成する。はんだ層3cとは、負極電極2cおよび正極電極上であって、太陽電池装置において適宜設定されるはんだ接合の位置に相当する部分を含む領域に形成されるはんだの層である。例えば、はんだ層3cは、太陽電池素子上にスポット的に設けられた負極電極2c上に、フローはんだ槽にてノズルからの噴流等により負極電極2cと同程度の大きさで形成される。または、はんだペースト印刷等により供給される。このとき、例えば、太陽電池素子のサイズが150mm×150mmとすると、1枚の太陽電池素子に通常10〜40点程度ではんだ層3cは、形成されることが好ましい。また、はんだ層3cのはんだ量をなるべく少なく適切量にすることで、はんだの熱容量が少なく加熱に要する時間が短くなり、その結果、後述する「はんだ接合する工程」においてインターコネクタ4の長辺方向への熱の拡散量もより抑えることができる。したがって、はんだ層は、電極上のはんだ接合部にのみあらかじめ形成されていることが好ましい。
まず、太陽電池素子の負極電極2cおよび正極電極上に、はんだ層3cを形成する。はんだ層3cとは、負極電極2cおよび正極電極上であって、太陽電池装置において適宜設定されるはんだ接合の位置に相当する部分を含む領域に形成されるはんだの層である。例えば、はんだ層3cは、太陽電池素子上にスポット的に設けられた負極電極2c上に、フローはんだ槽にてノズルからの噴流等により負極電極2cと同程度の大きさで形成される。または、はんだペースト印刷等により供給される。このとき、例えば、太陽電池素子のサイズが150mm×150mmとすると、1枚の太陽電池素子に通常10〜40点程度ではんだ層3cは、形成されることが好ましい。また、はんだ層3cのはんだ量をなるべく少なく適切量にすることで、はんだの熱容量が少なく加熱に要する時間が短くなり、その結果、後述する「はんだ接合する工程」においてインターコネクタ4の長辺方向への熱の拡散量もより抑えることができる。したがって、はんだ層は、電極上のはんだ接合部にのみあらかじめ形成されていることが好ましい。
≪インターコネクタを搭載する工程≫
次に、図2に示すように貫通孔9を設けたインターコネクタ4を設置(搭載)する。インターコネクタ4の貫通孔9は、インターコネクタ4のはんだ層3cに位置する領域に対応して、インターコネクタ4をパンチ加工等により開口して形成される。貫通孔9の領域の面積は、はんだ層3cの領域の面積の0.1〜1.0倍であることが好ましい。また、貫通孔9の中心と、はんだ層3cの中心とが一致していることが好ましい。インターコネクタ4の貫通孔9およびはんだ層3cの形状が円形である場合には、貫通孔9の直径は、はんだ層3cの直径と同じかもしくは小さいものであることが好ましい。インターコネクタ4の貫通孔9の形状は円に限ったものではなく、楕円もしくは多角形やその他の形状でも構わない。
次に、図2に示すように貫通孔9を設けたインターコネクタ4を設置(搭載)する。インターコネクタ4の貫通孔9は、インターコネクタ4のはんだ層3cに位置する領域に対応して、インターコネクタ4をパンチ加工等により開口して形成される。貫通孔9の領域の面積は、はんだ層3cの領域の面積の0.1〜1.0倍であることが好ましい。また、貫通孔9の中心と、はんだ層3cの中心とが一致していることが好ましい。インターコネクタ4の貫通孔9およびはんだ層3cの形状が円形である場合には、貫通孔9の直径は、はんだ層3cの直径と同じかもしくは小さいものであることが好ましい。インターコネクタ4の貫通孔9の形状は円に限ったものではなく、楕円もしくは多角形やその他の形状でも構わない。
また、図3に示すように、あらかじめはんだ3dがコーティングされているインターコネクタ4に、貫通孔9を設けたものを用いても良い。
≪はんだ接合する工程≫
次に、貫通孔9を通して、貫通孔9下でかつ負極電極2cおよび正極電極上に位置するはんだ層3cを、加熱機構で貫通孔を通じて直接加熱してはんだ接合部を形成する。
次に、貫通孔9を通して、貫通孔9下でかつ負極電極2cおよび正極電極上に位置するはんだ層3cを、加熱機構で貫通孔を通じて直接加熱してはんだ接合部を形成する。
本発明におけるインターコネクタ4の電極へのはんだ付け工程の加熱機構としては、インターコネクタ4の上部から、インターコネクタ4に設けられた貫通孔9を通して直接電極上のはんだ層3cを加熱できるものである。例えば、加熱機構による加熱のスポット径を極力小さくできるレーザー光照射によるものが適している。
はんだ層3cの加熱は、1つのはんだ接合部ごとに加熱しても、また多数のはんだ接合部を同時に加熱してもよい。また、太陽電池素子の受光面および非受光面の両方をはんだ付けする必要がある場合には、受光面および非受光面の片面づつ加熱しても、また両面を同時に加熱してもよい。
加熱の後にはんだを冷却する手段は、特に専用ツール等を設けずともよく、自然冷却でもよい。
インターコネクタ4の上部から貫通孔9を通してはんだ層3cを直接加熱する際には、はんだ接合される正極電極および負極電極2c上のはんだ層3cと、インターコネクタ4とが接触している必要がある。インターコネクタ4を太陽電池素子上に搭載後、インターコネクタ4と正極電極および負極電極2c上のはんだ層3cとを接触させておくために、ツール等を用いてもよい。
以上の工程によって、太陽電池装置が形成される。また、インターコネクタ4によって該太陽電池装置どうしが直並列に接続された太陽電池モジュールを作製することも可能である。
本発明の製造方法により、インターコネクタ4よりも先にはんだの温度を上昇させることができ、はんだがその融点もしくははんだ付け温度まで加熱されるまでの間に、インターコネクタの長辺方向への熱の拡散量が抑えられ、インターコネクタの温度を低く、かつその温度分布領域も少なくすることができる。
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[実施例]
<実施例1>
本発明の実施例1について、図1に基づいて説明する。
<実施例1>
本発明の実施例1について、図1に基づいて説明する。
まず、太陽電池素子を作製した。厚み0.2mm、大きさ150mm×150mmの多結晶シリコンからなる基板1を準備し、基板1の受光面側の内部にp層を、非受光面側の内部にn層を形成した。そして、p層上とn層上とにはそれぞれの極に対応する正極電極と負極電極2cとを、銀ペーストにより直径3mmのランド状に形成した。
そして、基板1の受光面には、受光面で発生した電流を負極電極へと集電するフィンガー電極を、幅0.2mmで、フィンガー電極どうしにある間隔をあけて、太陽電池素子の受光面を網羅するようにパターン形成した。
≪電極上にはんだ層を形成する工程≫
太陽電池素子上にスポット的に設けられた負極電極2cおよび正極電極上に、あらかじめ直径3mmはんだ層3cを形成した。はんだ層3cは、フローはんだ槽にてノズルからの噴流により形成した。
太陽電池素子上にスポット的に設けられた負極電極2cおよび正極電極上に、あらかじめ直径3mmはんだ層3cを形成した。はんだ層3cは、フローはんだ槽にてノズルからの噴流により形成した。
≪インターコネクタを搭載する工程≫
次に、2.5mm幅のインターコネクタ4を設置した。そして、インターコネクタ4を太陽電池素子の上に設置した際にはんだ層3c上に位置する領域に、あらかじめ直径1.3mmの貫通孔9を設けた。貫通孔9はパンチ加工により円形に開口した。
次に、2.5mm幅のインターコネクタ4を設置した。そして、インターコネクタ4を太陽電池素子の上に設置した際にはんだ層3c上に位置する領域に、あらかじめ直径1.3mmの貫通孔9を設けた。貫通孔9はパンチ加工により円形に開口した。
≪はんだ接合する工程≫
はんだ層3cの上部に貫通孔9が位置するように太陽電池素子1上にインターコネクタ4を搭載し、インターコネクタ4とはんだ層3cとを接触させ、ツール等で固定した。そして、加熱機構5はレーザーとし、スポット径が0.9mmのものを使用した。該レーザーには、その波長が1.064μm程度のYAGレーザーを用いた。
はんだ層3cの上部に貫通孔9が位置するように太陽電池素子1上にインターコネクタ4を搭載し、インターコネクタ4とはんだ層3cとを接触させ、ツール等で固定した。そして、加熱機構5はレーザーとし、スポット径が0.9mmのものを使用した。該レーザーには、その波長が1.064μm程度のYAGレーザーを用いた。
インターコネクタ4の貫通孔9の上部に加熱機構5を配置し、この貫通孔9を通して、太陽電池素子の負極電極2c上にあらかじめ形成されたはんだ層3cに直接レーザー光を照射し直接加熱した。
このときの該レーザー光は、貫通孔9の内側を通り、インターコネクタ4には接触せずに、直接はんだ層3cを照射できるように、照射位置を制御した。
以上の工程によって本発明の太陽電池装置を作製した。
<実施例2>
図3に基づいて本実施例を説明する。
<実施例2>
図3に基づいて本実施例を説明する。
本実施例においては、実施例1における≪インターコネクタを搭載する工程≫で、あらかじめはんだ3dがコーティングされているインターコネクタ4に、貫通孔9を設けたものを用いたこと以外には、実施例1と同様に太陽電池装置を作製した。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1,11 基板、2a 正極電極、2b,2c 負極電極、3a,3b,3c はんだ層、3d はんだ、4,14 インターコネクタ、5 加熱機構、7 移動方向、8 高温領域、9 貫通孔、10 太陽電池素子、15 加熱ノズル、16 冷却ノズル。
Claims (7)
- 太陽電池素子と、金属材からなるインターコネクタを有し、
前記太陽電池素子の電極上に前記インターコネクタが、はんだ接合部ではんだ接合された太陽電池において、
前記電極の前記はんだ接合部上に貫通孔が設けられた前記インターコネクタを備え、
前記貫通孔を通して、前記貫通孔下でかつ前記電極上に位置するはんだ層を加熱機構で直接加熱し、
前記インターコネクタと前記電極とが、はんだ接合された太陽電池装置。 - 前記金属材は、銅を含む請求項1の太陽電池装置。
- 前記加熱機構がレーザーである請求項1の太陽電池装置。
- 前記はんだ層の領域は、前記貫通孔の領域を含み、
前記貫通孔の領域は、前記はんだ層の領域より小さい請求項1の太陽電池装置。 - 金属材からなるインターコネクタと太陽電池素子とを、前記太陽電池素子の電極上におけるはんだ接合部で、はんだ接合する太陽電池装置の製造方法において、
前記電極上にはんだ層を形成する工程と、
前記はんだ層上に、貫通孔が設けられた前記インターコネクタを搭載する工程と、
前記貫通孔を通して、前記貫通孔下でかつ前記電極上に位置するはんだ層を、加熱機構で前記貫通孔を通じて直接加熱してはんだ接合する工程と、
を備えた太陽電池装置の製造方法。 - 前記はんだ層は、前記電極上のはんだ接合部にのみあらかじめ形成されている請求項5の太陽電池装置の製造方法。
- 前記インターコネクタの表面が、はんだであらかじめコーティングされている請求項5の太陽電池装置の製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2013001822A1 (ja) | 2011-06-28 | 2013-01-03 | パナソニック株式会社 | 太陽電池モジュール |
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-
2007
- 2007-03-20 JP JP2007072642A patent/JP2008235549A/ja not_active Withdrawn
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