JP2009130118A - Semiconductor device, method for manufacturing the same, and solar battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法ならびに太陽電池に関し、素子形成基板を配線部材によって互いに接続した半導体装置と、そのような半導体装置の製造方法と、そのような素子形成基板として太陽電池セルを含む太陽電池とに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, a manufacturing method thereof, and a solar cell, a semiconductor device in which element forming substrates are connected to each other by a wiring member, a manufacturing method of such a semiconductor device, and a solar battery cell as such an element forming substrate. It is related with the solar cell containing.
従来の半導体装置の一例として、太陽電池がある。その太陽電池の一形態として、複数の太陽電池セルを所定の金属配線(インターコネクタ)によって互いに電気的に接続させた態様の太陽電池がある。この種の太陽電池では、個々の太陽電池セルの表面(受光面)と裏面とに、表面電極と裏面電極がそれぞれ形成されている。この太陽電池は次のように製造される。まず、図25に示すように、一の太陽電池セル101の表面電極(図示せず)に、インターコネクタ111の一端側が接続される。次に、図26に示すように、そのインターコネクタ111の他端側が、他の太陽電池セル101の裏面電極(図示せず)に接続される。次に、図27に示すように、他の太陽電池セル101の表面電極(図示せず)に他のインターコネクタ111の一端側が接続される。以下、同様にして複数の太陽電池セル101がインターコネクタ111によって順次接続されることで、太陽電池121が製造される。
An example of a conventional semiconductor device is a solar cell. As one form of the solar battery, there is a solar battery in which a plurality of solar battery cells are electrically connected to each other by a predetermined metal wiring (interconnector). In this type of solar battery, a front electrode and a back electrode are respectively formed on the front surface (light receiving surface) and the back surface of each solar cell. This solar cell is manufactured as follows. First, as shown in FIG. 25, one end side of the
ところが、このような太陽電池121の受光面においては、表面電極が配置された領域は発電に寄与しない。そのため、より高い変換率を求めて表面電極を裏面側に配置させる構造が提案されている。そのような太陽電池を開示した文献の一つとして特許文献1がある。特許文献1に開示された太陽電池では、太陽電池セルの基本的な構成を変更せずに、太陽電池セルに貫通電極を形成することによって表面電極を裏面側に配置する構造が提案されている。
However, in such a light receiving surface of the
図28に示すように、太陽電池セル101では、P型半導体層107を貫通する貫通孔103が形成され、その貫通孔103の側壁を含むP型半導体層107の表面にN型半導体層108が形成されている。そのN型半導体層108に接触して貫通孔103を充填するn電極104が、裏面側に露出するように形成されている。また、P型半導体層106の裏面側にはP+型半導体層106が形成され、そのP+型半導体層106の上にp電極105が形成されている。なお、N型半導体層108の受光面側の表面には反射防止膜109が形成されている。
As shown in FIG. 28, in the
こうして、表面電極を裏面側にn電極104として配置した太陽電池セルでは、そのn電極104を裏面電極(p電極105)と電気的に絶縁する必要がある。図28に示される太陽電池では、たとえば有機絶縁膜などの絶縁層108によってn電極104とp電極105とを電気的に絶縁する構造が提案されている。
Thus, in the solar battery cell in which the front electrode is arranged as the
太陽電池の製造工程は、太陽電池セルを作製する前半工程と、その太陽電池セルを複数直列に接続してモジュールとして作製する後半工程とに大別される。その後半工程には、一の太陽電池セルのp電極と他の太陽電池セルのn電極とをインターコネクタによって接続する工程が含まれる。一般に、インターコネクタとして、銅に半田メッキを施したものが適用されている。そのインターコネクタと太陽電池セルのp(n)電極とは、p(n)電極にインターコネクタを接触させた状態で半田を溶融させて、半田付けすることによって接合される。 The manufacturing process of a solar cell is divided roughly into the first half process which produces a photovoltaic cell, and the latter half process which connects the photovoltaic cell in series and produces as a module. The subsequent half step includes a step of connecting the p electrode of one solar battery cell and the n electrode of another solar battery cell with an interconnector. In general, a copper-plated copper is applied as an interconnector. The interconnector and the p (n) electrode of the solar battery cell are joined by melting and soldering the solder while the interconnector is in contact with the p (n) electrode.
ところが、このような半田付けを行う場合、太陽電池セル101の熱膨張係数とインターコネクタ111の熱膨張係数との熱膨張係数差に起因する反りが発生することがある。そのような反りが発生すると、樹脂封止を伴うパッケージ化が困難になったり、太陽電池セル101が割れるなどの問題があった。このような反りが生じるのは、太陽電池セル101とインターコネクタ111の全体が加熱されることが原因とされる。
However, when such soldering is performed, warpage due to a difference in thermal expansion coefficient between the thermal expansion coefficient of the
そこで、このような反りを抑制するために、たとえば特許文献2では、レーザ光線を用いて局所的に加熱することによって、太陽電池セルのp(n)電極とインターコネクタとを半田付けする方法が提案されている。
しかしながら、上述した従来の太陽電池では次のような問題点があった。太陽電池セル101の裏面にp電極105とn電極104とを設けた太陽電池では、図28に示すように、太陽電池セル101の裏面には絶縁層108を形成することに伴う凹凸が存在する。一方、図29に示すように、インターコネクタは一方向にほぼ直線状に延在する芯材112のそれぞれの表面に、光吸収層114と低融点金属層113が形成されている。そのため、インターコネクタ111をp(n)電極104,105に接触させて接合させる際に、インターコネクタ111とp(n)電極104,105との間に隙間が生じ、半田付けによる接合が確実に行われないという問題があった。
However, the conventional solar cell described above has the following problems. In the solar cell in which the p-
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、所定の素子が形成された素子形成基板に接続配線が確実に接合される半導体装置を提供することであり、他の目的は、そのような半導体装置の製造方法を提供することであり、さらに他の目的は、そのような半導体装置を備えた太陽電池を提供することであり、そして、その製造方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which connection wiring is reliably bonded to an element formation substrate on which a predetermined element is formed. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing such a semiconductor device, and yet another object is to provide a solar cell including such a semiconductor device, and to provide a method of manufacturing the same. That is.
本発明に係る半導体装置は、素子形成基板と電極と材料層と接続配線とを有している。素子形成基板には所定の素子が形成されている。電極は素子形成基板に設けられ、素子と電気的に接続されている。材料層は所定の厚さを有して素子形成基板に形成され、電極を露出する。接続配線は電極に接合される。その接続配線は、材料層の表面と電極との高さの差を補う態様で電極に接触して、電極との接合を行う接触部を備えている。 The semiconductor device according to the present invention includes an element formation substrate, an electrode, a material layer, and connection wiring. A predetermined element is formed on the element formation substrate. The electrode is provided on the element formation substrate and is electrically connected to the element. The material layer has a predetermined thickness and is formed on the element formation substrate to expose the electrode. The connection wiring is joined to the electrode. The connection wiring includes a contact portion that contacts the electrode in a manner that compensates for the difference in height between the surface of the material layer and the electrode, and joins the electrode.
この構成によれば、電極と接続配線とを電気的に接続する接触部が、材料層の表面と電極との高さの差を補う態様で電極に接触するように形成されていることで、電極と接続配線との電気的に接続を確実に行うことができる。 According to this configuration, the contact portion that electrically connects the electrode and the connection wiring is formed so as to contact the electrode in a manner that compensates for the height difference between the surface of the material layer and the electrode. Electrical connection between the electrode and the connection wiring can be reliably performed.
具体的に、電極と接続配線との電気的な接続を確実に行うには、材料層には、電極を露出する開口部が形成され、接続配線は、絶縁層の表面に沿って配設される延在部と、接触部として延在部に設けられ、電極の側に向って屈曲して電極に接触する屈曲部とを含むことが好ましい。 Specifically, in order to ensure electrical connection between the electrode and the connection wiring, the material layer has an opening that exposes the electrode, and the connection wiring is disposed along the surface of the insulating layer. It is preferable that the extended portion includes a bent portion that is provided in the extended portion as a contact portion and bends toward the electrode side to contact the electrode.
より具体的には、屈曲部の延在部からの高さは、材料層の上面から電極の表面までの距離に相当する高さよりも高く設定されていることが好ましい。 More specifically, the height from the extended portion of the bent portion is preferably set higher than the height corresponding to the distance from the upper surface of the material layer to the surface of the electrode.
さらに、屈曲部には、電極の側に向かって湾曲した湾曲部が形成されていることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the bent portion is formed with a curved portion that is curved toward the electrode side.
また、接続配線は、芯材となる第1金属層と、その第1金属層の一方の表面に形成され、第1金属層とは材料が異なる第2金属層とを含むことが好ましい。 The connection wiring preferably includes a first metal layer serving as a core and a second metal layer formed on one surface of the first metal layer and made of a material different from that of the first metal layer.
そのような第1金属層としては、第1金属層は、金、銀、銅およびこれらの合金のいずれかの材料から形成されていることが好ましい。 As such a 1st metal layer, it is preferable that the 1st metal layer is formed from the material in any one of gold | metal | money, silver, copper, and these alloys.
また、第2金属層として、第2金属層は、第1金属層の融点よりも低い融点の材料から形成されていることが好ましい。 Further, as the second metal layer, the second metal layer is preferably formed of a material having a melting point lower than the melting point of the first metal layer.
さらに、そのような第2金属層として、第2金属層は、錫と鉛の合金、錫および鉛からなるいずれかを含む半田により形成されていることが好ましい。 Further, as such a second metal layer, the second metal layer is preferably formed of solder containing any of tin and lead alloys, tin and lead.
これらにより、接続配線の第1金属層を溶融させることなく第2金属層だけを溶融させて電極と接続配線とを接合することができる。 Accordingly, it is possible to melt only the second metal layer without melting the first metal layer of the connection wiring and to join the electrode and the connection wiring.
また、第1金属層の他方の表面には、所定の波長の光を吸収する光吸収層が形成されていることが好ましい。 Further, it is preferable that a light absorption layer that absorbs light of a predetermined wavelength is formed on the other surface of the first metal layer.
この場合には、接続配線をレーザ光線によって電極に接続させる際に、レーザ光線のエネルギーが効率よく吸収される。 In this case, when the connection wiring is connected to the electrode by the laser beam, the energy of the laser beam is efficiently absorbed.
そのような光吸収層として、光吸収層は第2金属層と同じ材料から形成されていることが好ましい。 As such a light absorption layer, the light absorption layer is preferably formed of the same material as the second metal layer.
本発明に係る太陽電池セルは、太陽電池セル基板と材料層と電極と接続配線とを有している。太陽電池セル基板には、所定の発電素子が形成されている。材料層は所定の厚さを有して太陽電池セル基板に形成されている。電極は、材料層の上面の位置よりも低い位置において露出する。接続配線は材料層の上面に沿うように配設されている。その接続配線は、露出している電極に弾性的に接触して接合される接触部を備えている。 The solar cell according to the present invention has a solar cell substrate, a material layer, an electrode, and a connection wiring. A predetermined power generation element is formed on the solar cell substrate. The material layer has a predetermined thickness and is formed on the solar cell substrate. The electrode is exposed at a position lower than the position of the upper surface of the material layer. The connection wiring is arranged along the upper surface of the material layer. The connection wiring includes a contact portion that is elastically contacted and joined to the exposed electrode.
この構成によれば、接続配線が、露出している電極に弾性的に接触して接合される接触部を備えていることで、接触部を電極に接触させた状態で、レーザ光線を照射することにより、接続配線と電極とを確実に接合させることができる。 According to this configuration, the connection wiring includes the contact portion that is elastically contacted and joined to the exposed electrode, so that the laser beam is irradiated while the contact portion is in contact with the electrode. Thus, the connection wiring and the electrode can be reliably bonded.
具体的には、材料層には開口部が設けられ、その開口部内において電極が露出し、接続配線は、材料層の表面に沿って配設される延在部と、接触部として延在部に設けられ、電極の側に向って屈曲して電極に接触する屈曲部とを備えていることが好ましい。 Specifically, the material layer is provided with an opening, the electrode is exposed in the opening, and the connection wiring extends along the surface of the material layer, and the extension extends as a contact portion. And a bent portion that bends toward the electrode and contacts the electrode.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、所定の厚さの材料層の上面の位置よりも低い位置において露出する電極に接合される接触部を設けた接続配線を接続した半導体装置の製造方法であって、接触工程と接続工程とを備えている。接触工程では、接続配線の接触部を電極に接触させる。接続工程では、接触部を電極に接触させた状態で、接続配線に向けて所定のレーザ光線を照射することにより、接触部を電極に接合する。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device in which a connection wiring provided with a contact portion bonded to an electrode exposed at a position lower than the position of the upper surface of a material layer having a predetermined thickness is connected. Thus, a contact process and a connection process are provided. In the contact step, the contact portion of the connection wiring is brought into contact with the electrode. In the connection step, the contact portion is bonded to the electrode by irradiating a predetermined laser beam toward the connection wiring in a state where the contact portion is in contact with the electrode.
この方法によれば、接触部を電極に接触させた状態で、接続配線に向けて所定のレーザ光線を照射することにより、接続配線を電極に確実に接合させることができる。 According to this method, the connection wiring can be reliably bonded to the electrode by irradiating the predetermined wiring with the laser beam toward the connection wiring while the contact portion is in contact with the electrode.
具体的には、接続配線は、材料層の表面に沿って配設される延在部と、接触部として延在部に設けられ、電極の側に向って屈曲して電極に接触する屈曲部とを含み、接触工程では、屈曲部の延在部からの高さが、材料層の上面から電極の表面までの距離に相当する高さよりも高くした屈曲部を電極に接触させ、接続工程では、屈曲部を電極に接触させた状態で、接続配線に向けて所定のレーザ光線を照射することにより、屈曲部を電極に接合することが好ましい。 Specifically, the connection wiring includes an extended portion disposed along the surface of the material layer, and a bent portion that is provided in the extended portion as a contact portion and bends toward the electrode to contact the electrode. In the contact step, the bent portion whose height from the extended portion of the bent portion is higher than the height corresponding to the distance from the upper surface of the material layer to the surface of the electrode is brought into contact with the electrode. The bent portion is preferably bonded to the electrode by irradiating a predetermined laser beam toward the connection wiring in a state where the bent portion is in contact with the electrode.
以下、本発明に係る半導体装置および半導体装置の製造方法について、半導体装置の一例として太陽電池を挙げて具体的に説明する。 Hereinafter, a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention will be specifically described by taking a solar cell as an example of the semiconductor device.
実施の形態1
ここでは、太陽電池を構成する太陽電池セルと接続配線についてそれぞれ説明する。
Here, each of the solar battery cells and the connection wiring constituting the solar battery will be described.
(太陽電池セル)
図1は、pn接合が形成された太陽電池セル基板2の裏面にp電極とn電極とを配設した太陽電池セル1における、p(n)電極4,5とその近傍の断面構造を示すものである。図1に示すように、太陽電池セル(基板)1,2の裏面には、各電極4,5を絶縁する材料層としての絶縁層8が形成されている。絶縁層8には開口部9が形成されて、p(n)電極4,5の電極本体6が露出している。電極本体6は、太陽電池セル基板2を貫通する貫通穴3を充填するように形成されている。
(Solar cell)
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of p (n)
次に、太陽電池セル1の裏面におけるp電極とn電極の配置(レイアウト)について説明する。図2は、行方向に同一極の電極4,5が配置され、列方向にp電極4a〜4cとn電極5a〜5cとが交互に配置されたレイアウトを示す。また、図3は、行方向にp電極4とn電極5とが交互に配置され、列方向には同一極の電極4a〜4f、5a〜5fが配置されたレイアウトを示す。
Next, the arrangement (layout) of the p electrode and the n electrode on the back surface of the
図2および図3のいずれのレイアウトにおいても、列方向に配置されるp電極4またはn電極5は同一直線上に沿って配置されることが望ましい。これは、p(n)電極4,5とインターコネクタ(図示せず)とをレーザ光線を照射することによって接合する場合に、p電極4およびn電極5が一直線に沿って形成されていることで、レーザ光線をスキャンさせる際に、簡単に素早くスキャンさせることができるからである。
In any of the layouts of FIGS. 2 and 3, it is desirable that the p-
なお、p電極とn電極としては、太陽電池セル1の裏面を覆う絶縁層8に形成された開口部分に露出した電極本体6を例に挙げて説明したが、絶縁層8以外の材料に形成した開口部に露出する態様の電極本体でもよく、たとえば、アルミニウム電極層の開口部に露出する、接続端子としての銀の電極でもよい。
In addition, as the p electrode and the n electrode, the
(インターコネクタ)
次に、太陽電池セルを互いに電気的に接続する接続配線としてのインターコネクタについて説明する。本インターコネクタは、互いに隣り合う太陽電池セル同士を電気的に接続するための所定の方向に延在する延在部と、太陽電池セルの電極に接触する屈曲部とを備えて構成される。屈曲部は延在部に設けられて、電極の側に向かって屈曲している。
(Interconnector)
Next, an interconnector as a connection wiring for electrically connecting solar cells to each other will be described. The interconnector includes an extending portion that extends in a predetermined direction for electrically connecting solar cells adjacent to each other, and a bent portion that contacts an electrode of the solar cells. The bent portion is provided in the extending portion and is bent toward the electrode side.
まず、インターコネクタの第1の例を図4に示す。図4に示すように、インターコネクタ11には、一方向に延在する延在部18における電極と接続される接続部位15に、太陽電池セルの電極の側(紙面に向って下方)に向かって屈曲する屈曲部16が設けられている。屈曲部16は、電極の側からみれば凸型となる一方、その反対の側からみれば凹型となる。図5に示すように、その屈曲部16の延在部18からの高さhは、太陽電池セル1の絶縁層8の上面から電極本体6までの距離に相当する高さtよりも多少高く形成されている。また、この場合、屈曲部16において電極本体6と接触する部分はほぼ平坦状とされる。つまり、インターコネクタ11には、接続部としての屈曲部16が、絶縁層8の表面(上面)と電極との高さの差を補う態様で形成されている。
First, a first example of an interconnector is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the
図4または図5に示すように、このようなインターコネクタ11の形状は、主として芯材12によって作られている。その芯材12の一方の表面には、所定の波長のレーザ光線を吸収する光吸収層14が連続的に形成されている。また、芯材12の他方の表面には低融点金属層13が形成されている。芯材12の材質としては、電気伝導度が高く、かつ、熱伝導度の高い材料が好ましく、たとえば銅が好ましい。また、光吸収層14は、たとえば半田材料から形成されている。
As shown in FIG. 4 or FIG. 5, the shape of such an
インターコネクタの第2の例を図6に示す。図6に示すように、インターコネクタ11の屈曲部16には、電極の側に向かって湾曲した湾曲部17が形成されている。湾曲部17が形成されていることで、インターコネクタ11を押さえ付けて屈曲部16を電極に接触させる際に、弾性効果によってより安定に接触させることができる。なお、インターコネクタ11の芯材12の一方の表面には光吸収層14が連続的に形成され、また、芯材12の他方の表面には低融点金属層13が形成されている。
A second example of an interconnector is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the
インターコネクタの第3の例を図7に示す。図7に示すように、このインターコネクタ11では、芯材12の一方の表面には、レーザ光線が照射される領域に対応して断続的に光吸収層14が形成されている。なお、これ以外の構造については、図4に示されるインターコネクタ11の構造と同様である。インターコネクタの第4の例を図8に示す。図8に示すように、このインターコネクタ11では、芯材12の一方の表面には、レーザ光線が照射される領域に対応して断続的に光吸収層14が形成されている。なお、これ以外の構造については、図6に示されるインターコネクタの構造と同様である。
A third example of an interconnector is shown in FIG. As shown in FIG. 7, in the
実施の形態2(太陽電池の製造方法)
ここでは、太陽電池の製造方法として、太陽電池セルとインターコネクタとの接続方法の一例について説明する。まず、図9に示すように、太陽電池セル1のp(n)電極4,5に対してインターコネクタ11の屈曲部16の位置決めが行われる。次に、図10に示すように、インターコネクタ11の屈曲部16をp(n)電極4,5の電極本体6に接触させる。次に、押さえ治具31により上方からインターコネクタ11を太陽電池セル1の側に押え付ける。
Embodiment 2 (Solar cell manufacturing method)
Here, an example of a method for connecting a solar battery cell and an interconnector will be described as a method for manufacturing a solar battery. First, as shown in FIG. 9, the
このとき、屈曲部16の高さhを前述した所定の高さ(図5参照)に設定することで、屈曲部16を電極本体6に接触させた状態で低融点金属層13の表面(屈曲部16と低融点金属外の界面)の位置が、絶縁層8の上面よりも多少上に位置して、インターコネクタ11が絶縁層8が位置する側とは反対の側に絶縁層8から離れるように弾性変形(点線矢印)をし、インターコネクタ11の屈曲部16が電極本体6に確実に接触する。
At this time, by setting the height h of the
次に、図11に示すように、押さえ治具31によりインターコネクタ11を押え付けた状態で、インターコネクタ11に向けてレーザ光線32を上方から照射する。レーザ光線32の光エネルギーは光吸収層14にて吸収され、熱エネルギーとしてインターコネクタ11の芯材12から低融点金属層13を経て屈曲部16へ伝導し、屈曲部16の低融点金属層13が溶融する。その後、溶融した低融点金属層13を凝固させることで、図12に示すように、インターコネクタ11とp(n)電極4,5との接合が完了する。
Next, as shown in FIG. 11, a
このとき、レーザ光線32のエネルギーとしては、インターコネクタ11の芯材12を溶融させずに、低融点金属層13あるいは電極突起部7が溶融するようにそのパワーを調整することで、太陽電池セル1へのダメージが抑制されて良好な接合が可能になる。
At this time, the energy of the
また、レーザ光線32の出力(パワー)を時間的に変えることによって、レーザ光線32のエネルギーの損失を少なくすることができる。図13および図14は、レーザ光線の出力の制御波形と低融点金属部の温度の時間変化を示すグラフである。図13に示すように、レーザ光線の出力を一定としたパルス照射としてもよい。また、さらに好適には、図14に示すように、レーザ光線の出力を時間的に変化させる方法を採用してもよい。図14に示す方法では、図13に示す方法と比較して、接合対象物の温度を短時間で上昇させることができて、より低エネルギーでの接合が可能になる。
Further, the energy loss of the
図13に示す方法では、レーザ光線の照射開始からta経過後に低融点金属の融点Taに到達する一方、図14に示す方法では、レーザ光線の照射開始からtc経過後に低融点金属の融点Tcに到達する。Ta=Tcであるが、融点に到達するまでの時間はその間に照射されるレーザ光線のパワーに対応し、ta>tcである。そのため、図14に示す方法は図13に示す方法と比べて、接合対象物を効率的に加熱することができ、接合工程の全体で、レーザ光線のエネルギーの損失を抑えることができる。 In the method shown in FIG. 13, the melting point Ta of the low melting point metal is reached after the lapse of ta from the start of the laser beam irradiation, whereas in the method shown in FIG. To reach. Although Ta = Tc, the time to reach the melting point corresponds to the power of the laser beam irradiated during that time, and ta> tc. Therefore, compared with the method shown in FIG. 13, the method shown in FIG. 14 can efficiently heat the object to be joined, and can suppress the loss of energy of the laser beam throughout the joining process.
なお、レーザ光線をスキャンさせる手法としては、レーザ光線をガルバノスキャナーなどを用いて走査する方法と、レーザ光学ヘッドを走査させる方法の2通りの手法を適用することが可能である。また、レーザとしてはYAGレーザに限られるものではなく、たとえば波長0.8〜1μmの半導体レーザ、波長1〜1.5μmのファイバーレーザ、波長1μm前後のディスクレーザなど、溶接や半田付けに適用される近赤外域(波長0.8〜2.5μm)の波長のレーザ光線を出射するレーザを適用することができる。 As a method of scanning the laser beam, two methods of scanning the laser beam using a galvano scanner or the like and scanning the laser optical head can be applied. The laser is not limited to a YAG laser, and is applied to welding and soldering, such as a semiconductor laser with a wavelength of 0.8 to 1 μm, a fiber laser with a wavelength of 1 to 1.5 μm, and a disk laser with a wavelength of around 1 μm. A laser that emits a laser beam having a wavelength in the near infrared region (wavelength 0.8 to 2.5 μm) can be used.
さらに、インターコネクタの芯材の材料としては、電気抵抗度が小さく、熱伝導度が高い材料が好ましく、特に、上述した近赤外域の波長のレーザ光線の吸収率が高い材料がより好ましい。また、光吸収層の材料としては、上述した近赤外域の波長、特に、0.8〜1.1μmの波長を有するレーザ光線を吸収する材料が好ましい。また、上述した製造方法では、インターコネクタ11として、すでに説明した図7に示されるインターコネクタ11も適用することができる。
Further, as a material for the core material of the interconnector, a material having a low electrical resistance and a high thermal conductivity is preferable, and a material having a high absorption rate of the laser beam having a wavelength in the near infrared region described above is particularly preferable. Moreover, as a material of a light absorption layer, the material which absorbs the laser beam which has a wavelength of the near infrared region mentioned above, especially a wavelength of 0.8-1.1 micrometers is preferable. In the manufacturing method described above, the
本太陽電池に適用されるインターコネクタの光吸収層の材料の例を表1に示し、芯材の材料の例を表2に示し、低融点金属層の材料の例を表3に示す。特に、低融点金属層の材料としては、共晶半田に代表されるように、表3に記載された金属以外にも、合金化された低融点合金を用いることが可能である。 Examples of the material of the light absorption layer of the interconnector applied to this solar cell are shown in Table 1, examples of the material of the core material are shown in Table 2, and examples of the material of the low melting point metal layer are shown in Table 3. In particular, as a material for the low melting point metal layer, an alloyed low melting point alloy can be used in addition to the metals listed in Table 3, as represented by eutectic solder.
実施の形態3(太陽電池の製造方法)
ここでは、太陽電池の製造方法としての太陽電池セルとインターコネクタとの接続方法の他の例として、屈曲部に湾曲部が設けられたインターコネクタによる接続方法について説明する。
Embodiment 3 (Method for Manufacturing Solar Cell)
Here, as another example of a method for connecting a solar battery cell and an interconnector as a method for manufacturing a solar battery, a connection method using an interconnector in which a bending portion is provided at a bent portion will be described.
まず、図15に示すように、太陽電池セル1のp(n)電極4,5に対してインターコネクタ11の屈曲部16(湾曲部17)の位置決めが行われる。次に、図16に示すように、インターコネクタ11の屈曲部16をp(n)電極4,5の電極本体6に接触させる。次に、押さえ治具31により上方からインターコネクタ11を太陽電池セル1の側に押え付ける。
First, as shown in FIG. 15, the bent portion 16 (curved portion 17) of the
このとき、湾曲部17を含めた屈曲部16の高さhを前述した所定の高さ(図5参照)に設定することで、屈曲部16を電極本体6に接触させた状態で低融点金属層13の表面(屈曲部16と低融点金属外の界面)の位置が、絶縁層8の上面よりも多少上に位置して、インターコネクタ11が絶縁層8が位置する側とは反対の側に絶縁層8から離れるように弾性変形(点線矢印)をし、インターコネクタ11の屈曲部16が電極本体6に確実に接触する。
At this time, by setting the height h of the
次に、図17に示すように、押さえ治具31によりインターコネクタ11を押え付けた状態で、インターコネクタ11に向けてレーザ光線32を上方から照射する。レーザ光線32の光エネルギーは光吸収層14にて吸収され、熱エネルギーとしてインターコネクタ11の芯材12から低融点金属層13を経て屈曲部16へ伝導し、屈曲部16の低融点金属層13が溶融する。その後、溶融した低融点金属層13を凝固させることで、図18に示すように、インターコネクタ11とp(n)電極4,5との接合が完了する。
Next, as shown in FIG. 17, a
このとき、レーザ光線32のエネルギーとしては、インターコネクタ11の芯材12を溶融させずに、低融点金属層13が溶融するようにそのパワーを調整することで、太陽電池セル1へのダメージが抑制されて良好な接合が可能になる。
At this time, the energy of the
上述した接続方法においても、実施の形態3において説明したように、レーザ光線32の出力(パワー)を時間的に変えることによって、レーザ光線32のエネルギーの損失を少なくすることができる(図13、図14を参照)。
Also in the connection method described above, as described in the third embodiment, the loss of energy of the
なお、前述したように、レーザ光線をスキャンさせる手法としては、レーザ光線をガルバノスキャナーなどを用いて走査する方法や、レーザ光学ヘッドを走査させる方法を適用することができる。また、レーザとしては、YAGレーザの他に、近赤外域(波長0.8〜2.5μm)の波長のレーザ光線を出射するレーザを適用することができる。さらに、インターコネクタ11としては、前述した各材料(表1〜表3参照)から形成されるインターコネクタ11を適用することができる。また、インターコネクタ11として、すでに説明した図8に示されるインターコネクタ11も適用することができる。
As described above, as a method of scanning the laser beam, a method of scanning the laser beam using a galvano scanner or a method of scanning the laser optical head can be applied. In addition to the YAG laser, a laser that emits a laser beam having a wavelength in the near infrared region (wavelength 0.8 to 2.5 μm) can be used as the laser. Furthermore, as the
実施の形態4
ここでは、複数の太陽電池セルをインターコネクタによって互いに接続させた太陽電池の一例について説明する。まず、図19は、インターコネクタ11の平面形状を示すものである。図19に示すように、インターコネクタ11には、一方向に直線状に延在する延在部18に加えて、太陽電池セルのp(n)電極との接続部位15が形成されている。接続部位15は延在部18に対して一方向と直交する方向に突出するように形成されている。この接続部位15を含むインターコネクタ11の構造として、前述した図4〜図8に示されるインターコネクタ11を適用することができる。
Here, an example of a solar battery in which a plurality of solar battery cells are connected to each other by an interconnector will be described. First, FIG. 19 shows a planar shape of the
図4および図7に示されるインターコネクタ11を用いる場合には、図9〜図12に示す工程を経て、そして、図6および図8に示されるインターコネクタ11を用いる場合には、図15〜図18に示す工程を経て、それぞれ複数の太陽電池セル1がインターコネクタ11によって互いに接合された太陽電池(ストリング)が形成される。
When the interconnector 11 shown in FIGS. 4 and 7 is used, the process shown in FIGS. 9 to 12 is performed, and when the
図20は、そのような太陽電池21のうち、n−1番目の太陽電池セル1a、n番目の太陽電池セル1bおよびn+1番目の太陽電池セル1cと、これらを互いに接合するインターコネクタ11a〜11hを含む平面構造を示すものである。
FIG. 20 shows an n−1th solar cell 1a, an nth solar cell 1b, and an n + 1th solar cell 1c among such
図20に示すように、太陽電池セル1のそれぞれでは、行方向に同一極の電極4a〜4c、5a〜5cが配置され、列方向にp電極4a〜4cとn電極5a〜5cとが交互に配置されている。n番目の太陽電池セル1bの1列目のn電極5a〜5cと、n+1番目の太陽電池セル1cの1列目のp電極4a〜4cとが、第1インターコネクタ11aによって電気的に接続されている。また、n番目の太陽電池セル1bの2列目のn電極5a〜5cと、n+1番目の太陽電池セル1cの2列目のp電極4a〜5cとが、第2インターコネクタ11bによって電気的に接続されている。
As shown in FIG. 20, in each of the
以下同様にして、それぞれの太陽電池セル1b,1cの3列目のn電極5a〜5cとp電極4a〜4cとが第3インターコネクタ11cによって電気的に接続され、4列目のn電極5a〜5cとp電極4a〜4cとが第4インターコネクタ11dによって電気的に接続されている。こうして、n番目の太陽電池セル1bのn電極5a〜5cと、n+1番目の太陽電池セル1cのp電極4a〜4cとが、4つのインターコネクタ11a〜11dからなるn番目のインターコネクタ群によって電気的に接続されている。
Similarly, the n-
同様にして、n−1番目の太陽電池セル1aの4列分のn電極5a〜5cとn番目の太陽電池セル1bの4列分のp電極4a〜4cとが、4つのインターコネクタ11e〜11hからなるn−1番目のインターコネクタ群によって列ごとに電気的に接続されている。同様に、他の太陽電池セルのn電極とp電極についても、インターコネクタによって電気的に接続されている。
Similarly, four rows of
太陽電池21におけるインターコネクタ11とp(n)電極4,5との接続部分(図11または図17参照)では、インターコネクタ11の低融点金属層13とp(n)電極4,5の電極本体6を構成する材料とは基本的に異なるため、溶融して凝固した低融点金属層の材料と電極本体6との間には、金属間化合物層(あるいは合金層)が形成されることになる。このような金属間化合物層(あるいは合金層)が形成されることで、インターコネクタ11とp(n)電極4,5との接合強度がより高められる。その結果、長期間にわたって太陽電池21の信頼性を確保することができる。
In the connection part (refer FIG. 11 or FIG. 17) of the
また、上述した太陽電池21では、接続部位15が延在部18に対して一方向と直交する方向に突出するように形成されたインターコネクタ11(図19参照)を用いることで、太陽電池セルの熱膨張係数とインターコネクタの熱膨張係数差に起因する不具合を緩和することが可能となる。このことについて説明する。
Moreover, in the
複数の太陽電池セルをインターコネクタによって接続することによって太陽電池(ストリング)が形成された後、太陽電池ストリングは樹脂によって封止される(パッケージ化)。このパッケージ化の工程では、温度150℃〜200℃程度のもとで、樹脂シート、太陽電池ストリング、保護ガラスが一体的にラミネートされる。その際に、太陽電池セルの熱膨張係数とインターコネクタの熱膨張係数との差に起因して、太陽電池セルの伸び量とインターコネクタの伸び量とに差異が発生し、太陽電池セルとインターコネクタとが接続されたときの電極(本体)間の距離と、パッケージ化に伴う温度150℃〜200℃程度のもとでの電極(本体)間の距離とは異なることになる。そのため、太陽電池セルに反りが発生したり、インターコネクタと電極との接続部に負荷が作用して、半田付けされた部分に剥離が生じたり、太陽電池セルが割れるなどの問題が生じるおそれがある。 After a solar cell (string) is formed by connecting a plurality of solar cells with an interconnector, the solar cell string is sealed with a resin (packaged). In this packaging process, a resin sheet, a solar cell string, and protective glass are integrally laminated at a temperature of about 150 ° C. to 200 ° C. At that time, due to the difference between the thermal expansion coefficient of the solar battery cell and the thermal expansion coefficient of the interconnector, a difference occurs between the extension amount of the solar battery cell and the extension of the interconnector. The distance between the electrodes (main body) when the connector is connected is different from the distance between the electrodes (main body) at a temperature of about 150 ° C. to 200 ° C. associated with packaging. For this reason, there is a possibility that the solar cell is warped, a load is applied to the connection portion between the interconnector and the electrode, and the soldered portion is peeled off or the solar cell is cracked. is there.
また、実際に使用される環境の温度変化によっても、太陽電池セルとインターコネクタとの熱膨張係数の差によって、電極とインターコネクタとの接合部分に熱応力が作用することになり、これが太陽電池の信頼性を低下させる要因の一つとなるおそれがある。 In addition, due to the temperature change in the environment in which the battery is actually used, thermal stress acts on the joint between the electrode and the interconnector due to the difference in thermal expansion coefficient between the solar battery cell and the interconnector. This may be one of the factors that reduce the reliability of the system.
そのような熱応力が作用する前の太陽電池セルとインターコネクタの状態を図21に示し、熱応力が作用した太陽電池セルとインターコネクタの状態を図22に示す。図21および図22に示すように、熱膨張係数の差によって、太陽電池セル1の伸びがインターコネクタ11の伸びよりも大きくなるのに応じて、インターコネクタ11の接続部位15が変形することになる。こうして、接続部位15が変形することによって熱応力が緩和されることになり、太陽電池セル1が反ったり、あるいは、割れてしまうのを抑制したり、半田付けした部分に剥離が生じたりするのを未然に防ぐことができる。
FIG. 21 shows a state of the solar battery cell and the interconnector before such thermal stress is applied, and FIG. 22 shows a state of the solar battery cell and the interconnector to which the thermal stress is applied. As shown in FIG. 21 and FIG. 22, the connecting
実施の形態5
ここでは、複数の太陽電池セルをインターコネクタによって互いに接続させた太陽電池の他の例について説明する。まず、図23は、インターコネクタ11の平面形状を示すものである。図23に示すように、インターコネクタ11には、一方向に直線状に延在する延在部18に、太陽電池セルのp(n)電極との接続部位15が形成されている。この接続部位15を含むインターコネクタ11の構造として、前述した図4〜図8に示されるインターコネクタ11を適用することができる。
Here, another example of a solar battery in which a plurality of solar battery cells are connected to each other by an interconnector will be described. First, FIG. 23 shows a planar shape of the
図4および図7に示されるインターコネクタ11を用いる場合には、図9〜図12に示す工程を経て、そして、図6および図8に示されるインターコネクタ11を用いる場合には、図15〜図18に示す工程を経て、それぞれ複数の太陽電池セル1がインターコネクタ11によって互いに接続された太陽電池(ストリング)が形成される。
When the interconnector 11 shown in FIGS. 4 and 7 is used, the process shown in FIGS. 9 to 12 is performed, and when the
図24は、そのような太陽電池21のうち、n−1番目の太陽電池セル1a、n番目の太陽電池セル1bおよびn+1番目の太陽電池セル1cと、これらを互いに接続するインターコネクタ11を含む平面構造を示すものである。
FIG. 24 includes n−1th solar cell 1a, nth solar cell 1b and n + 1th solar cell 1c among such
図24に示すように、太陽電池セル1a,1b,1cのそれぞれでは、行方向にp電極4a〜4fとn電極5a〜5fとが交互に配置され、列方向に同一極の電極4a〜4f、5a〜5fが配置されている。n番目の太陽電池セル1bの1列目のp電極4a〜4fと、n−1番目の太陽電池セル1aの1列目のn電極5a〜5fとが、第1インターコネクタ11aによって電気的に接続されている。また、n番目の太陽電池セル1bの2列目のn電極5a〜5fと、n+1番目の太陽電池セル1cの2列目のp電極4a〜4fとが、第2インターコネクタ11bによって電気的に接続されている。
As shown in FIG. 24, in each of the solar cells 1a, 1b, and 1c,
さらに、n番目の太陽電池セル1bの3列目のp電極4a〜4fと、n−1番目の太陽電池セル1aの3列目のn電極5a〜5fとが、第3インターコネクタ11cによって電気的に接続されている。そして、n番目の太陽電池セル1bの4列目のn電極5a〜5fと、n+1番目の太陽電池セル1cの4列目のp電極4a〜4fとが、第4インターコネクタ11dによって電気的に接続されている。
Further, the
こうして、n番目の太陽電池セル1bのp電極4a〜4fと、n−1番目の太陽電池セル1aのn電極5a〜5fとが、2つのインターコネクタ11a,11cによって電気的に接続され、n番目の太陽電池セル1bのn電極5a〜5fと、n+1番目の太陽電池セル1cのp電極4a〜4fとが、2つのインターコネクタ11b,11dによって電気的に接続される。
Thus, the
この太陽電池21において、インターコネクタ11とp(n)電極4,5とが接続される部分では、前述したように、溶融して凝固した低融点金属層の材料と電極本体6との間には、金属間化合物層(あるいは合金層)が形成されることになる。このような金属間化合物層(あるいは合金層)が形成されることで、インターコネクタ11とp(n)電極4,5との接合強度がより高められる。その結果、長期間にわたって太陽電池21の信頼性を確保することができる。
In the
なお、上述した各実施の形態では、太陽電池セルを備えた太陽電池を例に挙げて説明したが、太陽電池セル以外の、所定の機能を有する素子が形成された素子形成基板を備えた半導体装置に対しても、同様に適用することが可能である。また、材料層としての絶縁層の上面と電極本体の上面との高さの違いによる凹凸が形成された太陽電池セルを例に挙げて説明したが、材料層としてのアルミニウム電極層と、そのアルミニウム電極層の開口部の底に露出した接続端子となる電極とを備えた半導体装置でもよい。 In each of the above-described embodiments, a solar battery including a solar battery cell has been described as an example, but a semiconductor including an element formation substrate on which an element having a predetermined function other than the solar battery cell is formed. The same applies to the apparatus. Moreover, although the solar cell in which the unevenness | corrugation by the height difference of the upper surface of the insulating layer as a material layer and the upper surface of an electrode main body was mentioned was mentioned as an example, the aluminum electrode layer as a material layer and its aluminum were demonstrated. The semiconductor device may include an electrode serving as a connection terminal exposed at the bottom of the opening of the electrode layer.
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、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でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is an example, and the present invention is not limited to this. The present invention is defined by the terms of the claims, rather than the scope described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 太陽電池セル、2 太陽電池セル基板、3 貫通穴、4,4a〜4f p電極、5,5a〜5f n電極、6 電極本体、8 絶縁層、9 開口部、11,11a〜11d インターコネクタ、12 芯材、13 低融点金属層、14 光吸収層、15 接続部位、16 屈曲部、17 湾曲部、18 延在部、21 太陽電池、31 押さえ治具、32 レーザ光線。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記素子形成基板に設けられ、前記素子と電気的に接続された電極と、
前記素子形成基板に形成され、前記電極を露出する所定の厚さの材料層と、
前記材料層の表面上に配設されて前記電極に接合される接続配線と
を有し、
前記接続配線は、前記材料層の表面と前記電極との高さの差を補う態様で前記電極に接触して、前記電極との接合を行う接触部を備えた、半導体装置。 An element formation substrate on which a predetermined element is formed;
An electrode provided on the element formation substrate and electrically connected to the element;
A material layer having a predetermined thickness formed on the element formation substrate and exposing the electrode;
A connection wiring disposed on the surface of the material layer and bonded to the electrode;
The connection wiring includes a contact portion that contacts the electrode in a manner that compensates for a difference in height between the surface of the material layer and the electrode, and joins the electrode.
前記材料層には、前記電極を露出する開口部が形成され、
前記接続配線は、
前記絶縁層の表面に沿って配設される延在部と、
前記接触部として前記延在部に設けられ、前記電極の側に向って屈曲して前記電極に接触する屈曲部と
を含む、請求項1記載の半導体装置。 The material layer is formed with a predetermined thickness,
An opening for exposing the electrode is formed in the material layer,
The connection wiring is
An extending portion disposed along the surface of the insulating layer;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a bent portion that is provided as the contact portion in the extending portion and bends toward the electrode to contact the electrode.
芯材となる第1金属層と、
前記第1金属層の一方の表面に形成され、前記第1金属層とは材料が異なる第2金属層と
を含む、請求項1〜4のいずれかに記載の半導体装置。 The connection wiring is
A first metal layer as a core material;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a second metal layer formed on one surface of the first metal layer and made of a material different from that of the first metal layer.
前記太陽電池セル基板に形成された所定の厚さの材料層と、
前記材料層の上面の位置よりも低い位置において露出する電極と、
前記材料層の上面に沿うように配設された接続配線と、
を有し、
前記接続配線は、露出している前記電極に弾性的に接触して接合される接触部を備えた、太陽電池。 A solar cell substrate on which a predetermined power generation element is formed;
A material layer having a predetermined thickness formed on the solar cell substrate;
An electrode exposed at a position lower than the position of the upper surface of the material layer;
A connection wiring disposed along the upper surface of the material layer;
Have
The said connection wiring is a solar cell provided with the contact part joined in elastic contact with the said exposed electrode.
前記開口部内において前記電極が露出し、
前記接続配線は、
前記材料層の表面に沿って配設される延在部と、
前記接触部として前記延在部に設けられ、前記電極の側に向って屈曲して前記電極に接触する屈曲部と
を備えた、請求項11記載の太陽電池。 The material layer is provided with an opening,
The electrode is exposed in the opening;
The connection wiring is
An extension disposed along the surface of the material layer;
The solar cell according to claim 11, further comprising: a bent portion that is provided in the extending portion as the contact portion, bends toward the electrode, and contacts the electrode.
前記接続配線の前記接触部を前記電極に接触させる接触工程と、
前記接触部を前記電極に接触させた状態で、前記接続配線に向けて所定のレーザ光線を照射することにより、前記接触部を前記電極に接合する接続工程と
を備えた、半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device in which a connection wiring provided with a contact portion bonded to an electrode exposed at a position lower than a position of an upper surface of a material layer having a predetermined thickness is connected,
A contact step of bringing the contact portion of the connection wiring into contact with the electrode;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a connecting step of joining the contact portion to the electrode by irradiating a predetermined laser beam toward the connection wiring in a state where the contact portion is in contact with the electrode. .
前記材料層の表面に沿って配設される延在部と、
前記接触部として前記延在部に設けられ、前記電極の側に向って屈曲して前記電極に接触する屈曲部と
を含み、
前記接触工程では、前記屈曲部の前記延在部からの高さが、前記材料層の上面から前記電極の表面までの距離に相当する高さよりも高くした前記屈曲部を前記電極に接触させ、
前記接続工程では、前記屈曲部を前記電極に接触させた状態で、前記接続配線に向けて所定のレーザ光線を照射することにより、前記屈曲部を前記電極に接合する、請求項13記載の半導体装置の製造方法。 The connection wiring is
An extension disposed along the surface of the material layer;
A bent portion that is provided in the extending portion as the contact portion, bends toward the electrode, and contacts the electrode;
In the contact step, the bent portion whose height from the extended portion of the bent portion is higher than the height corresponding to the distance from the upper surface of the material layer to the surface of the electrode is brought into contact with the electrode,
The semiconductor according to claim 13, wherein in the connecting step, the bent portion is joined to the electrode by irradiating a predetermined laser beam toward the connection wiring in a state where the bent portion is in contact with the electrode. Device manufacturing method.
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