JP2010016320A - 太陽電池用リード線およびその製造方法並びにそれを用いた太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】セル割れ抑制効果の高い太陽電池用リード線およびその製造方法並びにそれを用いた太陽電池を提供する。
【解決手段】帯板状導電材１２の表面に溶融はんだを供給して溶融はんだめっき層を形成した太陽電池用リード線において、素線を圧延加工して帯板状導電材１２を形成し、該帯板状導電材１２の上下面１２ａ、１２ｂに溶融はんだを供給すると共にその上下の溶融はんだめっき層１３、１３を平坦に形成したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池用リード線に係り、特に、セル割れ抑制効果の高い太陽電池用リード線およびその製造方法並びにそれを用いた太陽電池に関するものである。

太陽電池には、半導体基板として多結晶及び単結晶のＳｉセルが用いられる。

図６（ａ）、図６（ｂ）に示されるように、太陽電池１００は、半導体基板１０２の所定の領域、すなわち半導体基板１０２の表面に設けられた表面電極１０４と裏面に設けられた裏面電極１０５に、太陽電池用リード線１０３ａ、１０３ｂをはんだで接合して作製される。半導体基板１０２内で発電された電力を太陽電池用リード線１０３を通じて外部へ伝送する。

図７に示されるように、従来の太陽電池用リード線１０３は、帯板状導電材１１２とその帯板状導電材１１２の上下面に形成された溶融はんだめっき層１１３とを備える。帯板状導電材１１２は、例えば、円形断面の導体を圧延加工して帯板状にしたものであり、平角導体、平角線とも呼ばれる。

溶融はんだめっき層１１３は、帯板状導電材１１２の上下面に、溶融めっき法により溶融はんだを供給して形成したものである。

溶融めっき法は、酸洗等により帯板状導電材１１２の上下面１１２ａ、１１２ｂを清浄化し、その帯板状導電材１１２を、溶融はんだ浴に通すことにより、帯板状導電材１１２の上下面１１２ａ、ｂにはんだを積層していく方法である。溶融はんだめっき層１１３は、帯板状導電材１１２の上下面１１２ａ、ｂに付着した溶融はんだが凝固する際に表面張力の作用によって、図７に示されるように、幅方向側部から中央部にかけて膨らんだ形状、いわゆる山形に形成される。

図７に示した従来の太陽電池用リード線１０３は、帯板状導電材１１２の上下面１１２ａ、１１２ｂに山形に膨らんだ溶融はんだめっき層１１３が形成される。この太陽電池用リード線１０３は溶融はんだめっき層１１３が山形に膨らんでいるため、ボビンに巻き取る際に安定した積層状態が得られ難く、巻き崩れが起こりやすい。巻き崩れによりリード線が絡まり、引き出されなくなることがある。

この太陽電池用リード線１０３を所定の長さに切断し、エアで吸着して半導体基板１０２の表面電極１０４上に移動し、半導体基板１０２の表面電極１０４にはんだ付けする。表面電極１０４には、表面電極１０４と導通する電極帯（図示せず）が、あらかじめ形成されている。この表面電極１０４に太陽電池用リード線１０３ａの溶融はんだめっき層１１３を接触させ、その状態ではんだ付けを行う。太陽電池用リード線１０３ｂを半導体基板１０２の裏面電極１０５にはんだ付けする場合も同様である。

このとき、図７の太陽電池用リード線１０３は、溶融はんだめっき層１１３が膨らみ偏肉化しているため、エア吸着治具との接触面積が小さく吸着力が不十分で、移動の際に落下する問題がある。また、表面電極１０４と溶融はんだめっき層１１３との接触面積が小さくなる。表面電極１０４と溶融はんだめっき層１１３との接触面積が小さいと、半導体基板１０２から溶融はんだめっき層１１３への熱伝導が不十分になり、はんだ付け不良が生じる。

また、表面電極１０４と溶融はんだめっき層１１３との接触面積が小さいことは、半導体基板１０２の表裏両面に太陽電池用リード線１０３ａ、１０３ｂを接合する場合に、表面電極１０４にはんだ付けする太陽電池用リード線１０３ａと裏面電極１０５にはんだ付けする太陽電池用リード線１０３ｂとの間に位置ズレを生じさせ、その位置ズレが原因でセル割れ（半導体基板１０２が割れること）が発生する。半導体基板１０２は高価であるので、セル割れは好ましくない。

表面電極１０４と溶融はんだめっき層１１３との接触面積が小さいという問題を解決するために、帯板状導電材の下面に凹面を形成し、この凹面に溶融はんだを供給して溶融はんだめっき層を平坦に形成する方法が提案されている（特許文献１）。

図８に示されるように、特許文献１の太陽電池用リード線２０３は、下面２１２ｂに凹面を形成した帯板状導電材２１２を用いる。帯板状導電材２１２の上面２１２ａは、凸面又は平坦面とする。このように下面２１２ｂのみに凹面を有する帯板状導電材２１２を溶融はんだ浴に通すことにより、帯板状導電材２１２の上下面２１２ａ、２１２ｂに溶融はんだめっき層２１３、２１４を形成する。帯板状導電材２１２の凹面に形成された下面２１２ｂの溶融はんだめっき層２１２は平坦になる。このような太陽電池用リード線２０３を半導体基板の表面電極又は裏面電極に対して溶融はんだめっき層２１４の平坦な下面２１４ｂをはんだ付けすると、太陽電池用リード線２０３が半導体基板に強固に接合され、太陽電池用リード線２０３が半導体基板から外れ難く、耐久性に優れる。

国際公開ＷＯ２００４／１０５１４１号パンフレット

前述のように、太陽電池用リード線を半導体基板に強固に接合するには、溶融はんだめっき層１１３、２１４を平坦に形成するとよい。しかし、特許文献１によれば、帯板状導電材２１２の下面２１２ｂに凹面を形成するために、帯板状導電材２１２に適宜な塑性加工、曲げ加工を施す。例えば、帯板状導電材２１２を型ロールに通すことにより凹面を形成する。また、平板状クラッド材をスリット加工して帯板状導電材を得る際に、回転刃の間隔や回転速度を調節して曲げ加工を施す。このようにして下面が凹面状の導電材２１２を得る。

しかし、塑性加工、曲げ加工は、断続的処理であるため、量産性に劣る。また、帯板状導電材２１２を型ロールに通すことは、帯板状導電材２１２に対する圧力の調整が難しいため、下面が凹面状の帯板状導電材２１２は断面寸法の精度に劣る。

スリット加工により帯板状導電材２１２に凹面を形成すると、その帯板状導電材２１２の下面２１２ｂの両側にバリが生じる。帯板状導電材２１２にバリが存在し、その部分のめっき層２１４のめっき厚が薄いと、太陽電池用リード線２０３を半導体基板に接合する際に、はんだめっき層２１４の溶融でバリとセルが接触し、バリとセルとの接触部に応力集中が起こり、半導体基板１０２にセル割れが発生する。

また、特許文献１の太陽電池用リード線２０３では、第１の半導体基板の裏面電極から第２の半導体基板の表面電極へ、第２の半導体基板の裏面電極から第３の半導体基板の表面電極へと接続される。このようにして半導体基板の表裏両面に太陽電池用リード線２０３を接合する場合に、表面電極にはんだ付けする太陽電池用リード線２０３と裏面電極にはんだ付けする太陽電池用リード線２０３との間に位置ズレが生じるという問題は解決されていない。この位置ズレによって半導体基板にセル割れが発生する問題が残っている。

さらに、めっき層が平坦で導体にバリが存在しなくても、導体の形状が直方体のように角を有する場合は、はんだ溶融時に導体が傾き、導体の角とセルとの接点が生じ、角とセルとの接触部に応力集中が起こり、半導体基板にセル割れが発生する問題が残る。

太陽電池のコストの大半を半導体基板が占めるため、半導体基板の薄型化が検討されているが、薄型化された半導体基板は割れやすい。例えば、半導体基板の厚みが２００μｍ以下になるとセル割れが生じる割合が大きくなる。太陽電池用リード線が原因で半導体基板にセル割れが発生するようでは、半導体基板の薄型化は望めない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、セル割れ抑制効果の高い太陽電池用リード線およびその製造方法並びにそれを用いた太陽電池を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、帯板状導電材の表面に溶融はんだを供給して溶融はんだめっき層を形成した太陽電池用リード線において、素線を圧延加工して帯板状導電材を形成し、該帯板状導電材の上下面に溶融はんだを供給すると共にその上下の溶融はんだめっき層を平坦に形成したことを特徴とする太陽電池用リード線である。

請求項２の発明は、帯板状導電材の表面に溶融はんだを供給して溶融はんだめっき層を形成した太陽電池用リード線において、スリット加工にて下面が凹状の帯板状導電材を形成し、該帯板状導電材の上下面に溶融はんだを供給すると共にその上下面の溶融はんだめっき層を平坦に形成し、かつ下面の溶融はんだめっき層の両側部のめっき厚が５μｍ以上であることを特徴とする太陽電池用リード線である。

請求項３の発明は、上記帯板状導電材は、体積抵抗率が５０μΩ・ｍｍ以下の平角線である請求項１又は２記載の太陽電池用リード線である。

請求項４の発明は、上記帯板状導電材は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕのいずれかからなる請求項１〜３いずれか記載の太陽電池用リード線である。

請求項５の発明は、上記帯板状導電材は、タフピッチＣｕ、低酸素Ｃｕ、無酸素Ｃｕ、リン脱酸Ｃｕ、純度９９．９９９９％以上の高純度Ｃｕのいずれかからなる請求項１〜４いずれか記載の太陽電池用リード線である。

請求項６の発明は、上記溶融はんだめっき層は、Ｓｎ系はんだ、又は、第１成分としてＳｎを用い、第２成分としてＰｂ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される少なくとも１つの元素を０．１ｍａｓｓ％以上含むＳｎ系はんだ合金からなる請求項１〜５いずれか記載の太陽電池用リード線である。

請求項７の発明は、素線を圧延加工することにより帯板状導電材を形成し、該帯板状導電材を連続通電加熱炉又は連続式加熱炉又はバッチ式加熱設備で熱処理し、その後、溶融はんだを供給して帯板状導電材に、はんだめっきすると共に、そのめっきした帯板状導電材をロールで挟むことにより溶融はんだめっき層を平坦に形成することを特徴とする太陽電池用リード線の製造方法である。

請求項８の発明は、板材をスリット加工することにより下面が凹状の帯板状導電材を形成し、該帯板状導電材を連続通電加熱炉又は連続式加熱炉又はバッチ式加熱設備で熱処理し、その後、溶融はんだを供給して帯板状導電材に、はんだめっきすると共に、そのめっきした帯板状導電材をロールで挟むことにより溶融はんだめっき層を平坦に形成すると共に下面の溶融はんだめっき層の両側部の厚さを５μｍ以上としたことを特徴とする太陽電池用リード線の製造方法である。

請求項９の発明は、請求項１〜６いずれか記載の太陽電池用リード線を、その溶融はんだめっき層のはんだによって半導体基板の表面電極及び裏面電極にはんだ付けしたことを特徴とする太陽電池である。

本発明によれば、セル割れ抑制効果が高い太陽電池用リード線を得ることができるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１（ａ）に示されるように、本発明に係る太陽電池用リード線１０は、帯板状導電材１２の上下面に溶融はんだを供給し、はんだ浴出口でめっきした帯板状導電材１２をロールではさみ、めっき厚を調整することによって、上下の溶融はんだめっき層１３、１３を平坦に形成したものである。ここで「平坦」とは、めっき表面の凹凸が３μｍ以下であることを表す。

帯板状導電材１２は、素線（断面円形状の線材）を圧延加工することにより形成し、これを連続通電加熱炉又は連続式加熱炉又はバッチ式加熱設備で熱処理して形成される。

図１（ｂ）は、帯板状導電材１２の斜視図を示したもので、上面１２ａと下面１２ｂとが平坦面にされ、側面１２ｃが凸状に膨らんで形成され、端面１２ｄが適時の長さにカットされて形成される。

図４は、溶融はんだめっき層１３、１３を平坦にするための溶融めっき設備を示し、はんだ浴１５内に帯板状導電材１２を反転させて上方に向く反転ローラ１６が設けられ、そのローラ１６の上方に位置したはんだ浴１５の上方に、上下一対のローラ１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂを設け、その上方に引き上げローラ１９を設けて構成される。

帯板状導電材１２は、はんだ浴１５に浸積されることで上下面にはんだが供給され、反転ローラ１６で反転されて上方に向い、下部ロール１７ａ、１７ｂで、めっき層が挟まれ、さらに上部ロール１８ａ、１８ｂで挟まれ、その上部ロール１８ａ、１８ｂで最終のめっき厚を調整することによって、図１（ａ）に示すように溶融はんだめっき層１３、１３を平坦にした太陽電池用リード線１０が製造される。

帯板状導電材１２に溶融はんだめっき層１３、１３を平坦に形成する為の上下のロール１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂは、めっき浴１５の出口で帯板状導電材１２の上下面を挟むように配置され、その上下のロール１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂの間隔を微調整することで、溶融はんだめっき層１３、１３のめっき厚およびそのめっき層１３の横断面形状を調整することができる。

図２は、本発明に係る太陽電池用リード線の他の形状を示したものである。

図２（ａ）の太陽電池用リード線２０は、帯板状導電材１２の上面１２ａの溶融はんだめっき層２３を中央部２３ｏを平坦に、両側部２３ｓがアール状になるように形成し、下面１２ｂの溶融はんだめっき層２４を全体に平坦に形成したものである。

また図２（ｂ）の太陽電池用リード線２０は、帯板状導電材１２の上面１２ａと下面１２ｂの溶融はんだめっき層２３、２４の中央部２３ｏ、２４ｏを平坦に、両側部２３ｓ、２４ｓがアール状になるようにそれぞれ形成したものである。

図２（ｃ）の太陽電池用リード線２０は、帯板状導電材１２の外周を覆うように溶融はんだめっき層２５を形成し、帯板状導電材１２の上面１２ａと下面１２ｂを覆う溶融はんだめっき層２５ａ、２５ｂが平坦になるようにそれぞれ形成したものである。

これら図２（ａ）、図２（ｂ）の形状は、溶融はんだめっきの量と上下のロール１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂの間隔とその位置を調整することで形成できる。また、図２（ｃ）の形状は、ロールの間隔と位置の調整に加え、溶融はんだめっきを施す際の帯板状導電材１２の引上げ速度を調整することで形成できる。

すなわち、図４の溶融めっき設備で、帯板状導電材１２の上下面に溶融はんだめっき層２３、２４が形成される際、帯板状導電材１２の上下に走行する経路は、反転ローラ１６と引き上げローラ１９とで決定され、その経路に対して上下の各ロール１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂの位置と間隔を微調整することで、上部溶融はんだめっき層２３の層厚と下部溶融はんだめっき層２４の層厚が調整できると共に全体の層厚が調整でき、また全体の層厚は、先ず下部のロール１７ａ、１７ｂの間隔で最初の厚さが決定され、上部のロール１８ａ、１８ｂの間隔で最終厚さが決定される。さらに、引き上げローラ１９で帯板状導電材１２が反転されたとき、上面が上部の溶融はんだめっき層２３、下面が下部の溶融はんだめっき層２４となるが、その溶融はんだめっき層２３、２４の平坦度を決定するロールは、図で見て左側の上下ロール１７ａ、１８ａが上部の溶融はんだめっき層２３の平坦度を決定し、右側の上下ロール１７ｂ、１８ｂが下部の溶融はんだめっき層２３の平坦度を決定することとなるため、これらロール１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂの経路に対する位置を調整することで溶融はんだめっき層の平坦度を調整できる。また、溶融はんだめっきを施す際の帯板状導電材１２の引上げ速度を遅くすると帯板状導電材１２に付着するはんだが除冷されるためはんだ槽へ流れ落ちるはんだの量が多くなり、結果的に帯板状導電材１２への付着量を減少でき、逆に引上げ速度を速くすると帯板状導電材１２に付着するはんだが急冷されるためはんだ槽へ流れ落ちるはんだの量が少なくなり、結果的に帯板状導電材１２への付着量を増加できる。

すなわち、図２（ａ）の太陽電池用リード線２０の上部の溶融はんだめっき層２３の両側部２３ｓをアール状に形成するには、上部ロール１８ａが、経路からやや離れるようにすることで形成でき、また図２（ｂ）の太陽電池用リード線２０の上下の溶融はんだめっき層２３、２４の両側部２３ｓ、２４ｓをアール状に形成するには、上部ロール１８ａ、１８ｂをそれぞれ経路からやや離れるようにすることで形成できる。またこの際、ロール１７、１８の位置と間隔調整に合わせて引き上げ速度を変化させることで、溶融はんだめっき層の厚さと凝固状態が制御できるため溶融はんだめっき層の平坦度を自在に形成することができる。図２（ｃ）の太陽電池用リード線２０の外周を覆うように溶融はんだめっき層を形成するには、溶融はんだめっきを施す際の帯板状導電材１２の引上げ速度を図２（ａ）を形成するときの引上速度よりも速くすることで形成できる。

この図２に示した帯板状導電材１２の導体幅と電極幅が同等の場合に、供給するはんだ量を抑制、つまり図２（ａ）、図２（ｂ）の形状とすることで、帯板状導電材と半導体基板との接合に寄与するはんだが過剰に表面電極、裏面電極との接合部に供給され、電極以外の部位に流出してセル受光面を小さくすることを防ぐ。これにより、シャドウロス抑制に優れる太陽電池用リード線２０が得られる。

次に、図３の太陽電池用リード線３０は、帯板状導電材３２をスリット加工により下面３２ｂが凹状になるように形成し、その帯板状導電材３２の上下面３２ａ、３２ｂに、図４で説明した溶融めっき設備を用いて、それぞれ溶融はんだめっき層３３、３４を形成したものである。

この場合、下部溶融はんだめっき層３４の両端部の厚さは、バリを考慮して５μｍ以上となるように下部溶融はんだめっき層３４を形成する。

下面３２ｂが凹状の帯板状導電材３２は、特許文献１に記載されるように、平板をスリットして帯板を得る際に、スリッターの回転刃の間隔や回転速度を調整することで下面３２ｂが凹状で、上面３２ａがやや凸状の帯板状導電材３２とすることができる。

スリット加工による帯板状導電材３２は、種々の幅の材料に対応できる。つまり、帯板状導電材３２の幅が長手方向に均一でなくてもまた、幅が異なる多様な帯板状導電材３２を使用する場合でも、スリット加工によって長尺で長手方向に幅が均一なものが形成できる。

この実施の形態においては、裏面配線のように幅広の導体が要求される場合には、スリット加工で成形した帯板状導電材３２を用いる必要があるが、その端部のバリが接合時にセル割れを起こさないように端部のめっき厚を５μｍ以上とし、溶融はんだめっき層３４を平坦に形成することで、さらにシャドウロス抑制に優れる（裏面配線としても適用可能な）太陽電池用リード線３０が得られる。

このように本発明に係る太陽電池用リード線１０、２０、３０は、半導体基板の表面電極及び裏面電極への設置が容易となるよう、及び接合時に必要な熱伝導が十分に確保されるように溶融はんだめっき層１３、２３、２４、３３、３４を平坦に形成したものである。これにより、表面電極及び裏面電極に対して整然と設置でき、強固なはんだ付けを可能にする。また、めっき層が平坦なためエア吸着治具との密着性が高く移動時の落下が起こりにくい。さらに、めっき層が平坦なことでボビンに巻き取る際に安定した積層状態が得られ易く、巻き崩れが起こりにくい。よって、巻き崩れによりリード線が絡まって引き出されなくなる問題も解消される。

帯板状導電材１２には、例えば、体積抵抗率が５０μΩ・ｍｍ以下の平角線を用いる。この平角線を圧延加工することによって図１（ｂ）のような横断面形状の帯板状導電材１２を得たり、スリット加工することで図３に示した帯板状導電材３２を得ることができる。

帯板状導電材１２、３２は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕのいずれか、あるいは、タフピッチＣｕ、低酸素Ｃｕ、無酸素Ｃｕ、リン脱酸Ｃｕ、純度９９．９９９９％以上の高純度Ｃｕのいずれかからなる。

溶融はんだめっき層としては、Ｓｎ系はんだ（Ｓｎ系はんだ合金）を用いる。Ｓｎ系はんだは、成分重量が最も重い第１成分としてＳｎを用い、第２成分としてＰｂ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される少なくとも１つの元素を０．１ｍａｓｓ％以上含むものである。

次に、本発明の効果を説明する。

図１（ａ）に示した太陽電池用リード線１０を、図５に示す半導体基板５２の表面電極５４及び裏面電極５５にはんだ付けするに際し、太陽電池用リード線１０や半導体基板５２の加熱温度は、溶融はんだめっき層１３のはんだの融点付近の温度に制御される。その理由は、太陽電池用リード線１０の帯板状導電材１２（例えば、銅）の熱膨張率と半導体基板（Ｓｉ）の熱膨張率が大きく相違するためである。熱膨張率の相違によって半導体基板５２にクラックを発生させる原因となる熱応力が生じる。この熱応力を小さくするには、低温接合を行うのがよい。よって、太陽電池用リード線１０や半導体基板５２の加熱温度は、溶融はんだめっき層１３のはんだの融点付近の温度に制御される。

上記接合時の加熱方法は、半導体基板５２をホットプレート上に設置し、このホットプレートからの加熱と半導体基板５２に設置された太陽電池用リード線１０の上方からの加熱とを併用するものである。

半導体基板５２の表面電極５４及び裏面電極５５と溶融はんだめっき層１３との接触面積を大きくし、半導体基板５２から溶融はんだめっき層１３への熱伝導を十分にするためには、溶融はんだめっき層１３を含む太陽電池用リード線１０の形状を平角状にするのが良い。

しかし、図７に示した従来の太陽電池用リード線１０３は、長手方向の中央部が膨らんだ山形をしており、図６に示したように、半導体基板１０２の表面電極１０４及び裏面電極１０５にはんだ付けする際に半導体基板の表面電極１０４及び裏面電極１０５と太陽電池用リード線１０３の溶融はんだめっき層１１３との接触面積が小さい。このため、熱伝導が不十分になったり、太陽電池用リード線１０３を表面電極１０４及び裏面電極１０５に設置すると位置が不安定になり、半導体基板１０２の表裏で太陽電池用リード線１０３の位置がずれたりする。これらにより、セル割れが生じる。

本発明は、太陽電池用リード線１０の上下面となる溶融はんだめっき層１３を平坦にしたので、上記従来の問題は解決される。

図８に示した特許文献１の太陽電池用リード線２０３は、帯板状導電材２１２の凹面状の下面２１２ｂに溶融はんだを収容することにより、溶融はんだめっき層２１４は平坦になる。しかし、平板をスリット加工して下面凹面状の帯板状導電材２１２を形成すると、下面の帯板状導電材２１２の両側部にバリが生じる。バリによって、太陽電池用リード線２０３と半導体基板１０２との接合部に応力が集中しセル割れが発生する。

また、特許文献１の太陽電池用リード線２０３に用いる下面が凹面状の帯板状導電材２１２は、下面２１２ｂのみ凹面を有し、上面２１２ａは比較的平坦面である。このような帯板状導電材２１２に溶融はんだめっき層２１３、２１４を形成すると、下面２１２ｂの溶融はんだめっき層２１４は平坦となるが、上面２１２ａの溶融はんだめっき層２１３は山形に膨らむ。すなわち、特許文献１の太陽電池用リード線２０３は、溶融はんだめっき層２１４の下面が平坦で、溶融はんだめっき層２１３ａの上面が山形に膨らんでいる。このような太陽電池用リード線１０３を半導体基板１０２の表裏両面に接合しようとすると、太陽電池用リード線２０３の位置が表裏でずれる。この位置ズレによって半導体基板２０３にセル割れが発生する。

次にこのセル割れが発生する理由を説明する。

帯板状導電材２１２と半導体基板１０２との接合は、所定の圧力で、太陽電池用リード線２０３と半導体基板１０２とを接合部（表面電極１０４、裏面電極１０５）に合わせて挟み、加熱して接合させる。このとき、帯板状導電材２１２にバリが存在すると、バリによって半導体基板１０２に高い圧力が生じてセル割れが発生する。また、山形に膨らんだ接合面を有する帯板状導電材２１２を半導体基板１０２に接合すると、図６（ａ）に示すように、半導体基板１０２の表面側、裏面側において半導体基板１０２の電極１０４、１０５と太陽電池用リード線２０３との接点位置がずれやすい。ずれのため半導体基板１０３の表面と裏面とで互い違いに帯板状導電材２１２によって挟まれ、セル割れが発生する。

しかし、本発明の図３に示した上下の溶融はんだめっき層３３、３４がフラットな接合面を有する帯板状導電材３２を半導体基板５０に接合すると、太陽電池用リード線３０が表面電極５４、裏面電極５５の上でずれにくい。ずれがなければ、半導体基板５２の表面と裏面とでほぼ同じ位置にフラットな接合面を有する太陽電池用リード線３０によって挟まれ、半導体基板５２へのストレスが小さくなり、セル割れが発生しない。

このように本発明の太陽電池用リード線１０、２０、３０では、圧延加工やスリット加工で成形した帯板状導電材１２、３２の上下面に溶融はんだめっきをロール１７、１８により平坦になるように形成している。これにより、バリがなく、半導体基板との接合面がフラットになる。よって、セル割れが抑制される。

また、本発明は、溶融めっきを高速で行う際に生ずるめっき層の偏肉化をロール１７、１８で溶融はんだを絞り落とすことによって抑制できるため、所定のめっき厚形成を従来よりも高速で行うことができ、量産性にも優れている。その結果、本発明は、セル割れ抑制に最も効果を有する太陽電池用リード線を提供することができる。

さらに、本発明は、帯板状導電材１２、３２の上下面に溶融はんだを供給してロール１７、１８の調整により溶融はんだめっき層１３、２３、２４、３３、３４を平坦に形成したので、太陽電池用リード線１０、２０、３０は、上下面が共に平坦である。よって、半導体基板５２の表裏両面に太陽電池用リード線１０、２０、３０を接合する場合に、表面電極５４にはんだ付けする太陽電池用リード線１０、２０、３０と裏面電極５５にはんだ付けする太陽電池用リード線１０、２０、３０との間に位置ズレが生じない。

また、本発明は、帯板状導電材１２、３２の上下面に平坦なはんだめっきを厚く形成しても従来のはんだめっき線のように位置ずれが生じず、接合時に十分なはんだを供給できるので、リード線接合後にＳｉセル表面電極上に形成されるはんだフィレットを安定した山形の形状にすることも可能である。フィレットとは、ろう付けやはんだ付けを行った継ぎ手の隙間からはみだしたろうやはんだを指す。

次に本発明に用いる帯板状導電材の材料の物性を表１に示す。

帯板状導電材は、体積抵抗率が比較的小さい材料であることが好ましい。表１のように、帯板状導電材にはＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどがある。

Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕのうち体積抵抗率が最も低いのはＡｇである。従って、帯板状導電材としてＡｇを用いると、太陽電池用リード線１を用いた太陽電池の発電効率を最大限にすることができる。帯板状導電材としてＣｕを用いると、太陽電池用リード線を低コストにすることができる。帯板状導電材としてＡｌを用いると、太陽電池用リード線１０、２０、３０の軽量化を図ることができる。

帯板状導電材としてＣｕを用いる場合、そのＣｕには、タフピッチＣｕ、低酸素Ｃｕ、無酸素Ｃｕ、リン脱酸Ｃｕ、純度９９．９９９９％以上の高純度Ｃｕのいずれを用いてもよい。帯板状導電材の０．２％耐力を最も小さくするためには、純度が高いＣｕを用いるのが有利である。よって、純度９９．９９９９％以上の高純度Ｃｕを用いると、帯板状導電材の０．２％耐力を小さくすることができる。タフピッチＣｕ又はリン脱酸Ｃｕを用いると、太陽電池用リード線を低コストにすることができる。

溶融はんだめっき層に用いるはんだとしては、Ｓｎ系はんだ、又は、第１成分としてＳｎを用い、第２成分としてＰｂ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される少なくとも１つの元素を０．１ｍａｓｓ％以上含むＳｎ系はんだ合金が挙げられる。これらのはんだは、第３成分として１０００ｐｐｍ以下の微量元素を含んでいてもよい。

次に、本発明の太陽電池用リード線の製造方法を説明する。

まず、原料の断面円形状の線材（図示せず）を圧延加工、又は平板をスリット加工することにより、帯板状導電材を形成する。この帯板状導電材を連続通電加熱炉又は連続式加熱炉又はバッチ式加熱設備で熱処理する。その後、図４のようなめっきラインを用いて溶融はんだを供給して、溶融はんだめっき層を平坦に形成する。

一般に、固体や液体の内部では、内部分子同士に分子間力が働いているため、できるだけ小さくなろうとする性質がある。表面の分子は片側が異なる分子に囲まれているため、高い内部エネルギ状態にあり、その過剰なエネルギを安定した状態にしようとする。空気と接するはんだ（液体）の場合、空気中の分子間力ははんだ中の分子間力に比べて極めて小さいため、はんだ表面の分子は空気側の分子からは引っ張られず、はんだ内部の分子からのみ引っ張られることになる。よって、はんだ表面の分子は常にはんだの中に入っていこうとし、その結果、はんだ表面は最も表面積の少ない（はんだを構成する元素の少ない）球状になろうとする。

このような表面積を小さくするように働く力（表面張力）によって、図７に示した従来の太陽電池用リード線１０３は、帯板状導電材１１２の上下面に山形に膨らんだ形状で凝固した溶融はんだめっき層１１３が形成される。球状になるはずのはんだが球状にならないのは、はんだに帯板状導電材１１２との界面の相互作用力（はんだと帯板状導電材１１２の界面張力）がかかっているからである。

これに対し、本発明の太陽電池用リード線１０、２０、３０は、はんだが凝固する直前にロール間に通すことで、溶融はんだめっき層１３、２３、２４、３３、３４を平坦に形成することができる。

原料を帯板状導電材に加工する加工方法としては、圧延加工、スリット加工のいずれも適用可能である。圧延加工とは、丸線を圧延して平角化する方式である。圧延加工により帯板状導電材を形成すると、長尺で長手方向に幅が均一なものが形成できる。スリット加工は、種々の幅の材料に対応できる。つまり、原料導電材の幅が長手方向に均一でなくても、幅が異なる多様な原料導電材を使用する場合でも、スリット加工によって長尺で長手方向に幅が均一なものが形成できる。

帯板状導電材を熱処理することにより、帯板状導電材の軟化特性を向上させることができる。帯板状導電材の軟化特性を向上させることは、０．２％耐力を低減させるのに有効である。熱処理方法としては、連続通電加熱、連続式加熱、バッチ式加熱がある。連続して長尺にわたって熱処理するには、連続通電加熱、連続式加熱が好ましい。安定した熱処理が必要な場合には、バッチ式加熱が好ましい。酸化を防止する観点から、窒素などの不活性ガス雰囲気あるいは水素還元雰囲気の炉を用いるのが好ましい。

不活性ガス雰囲気あるいは水素還元雰囲気の炉は、連続通電加熱炉又は連続式加熱炉又はバッチ式加熱設備により提供される。

次に、本発明の太陽電池について詳しく説明する。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、本発明の太陽電池５０は、これまで説明した太陽電池用リード線１０（又は２０、３０）を溶融はんだめっき層１３のはんだによって半導体基板５２の表面電極５４及び裏面電極５５にはんだ付けしたものである。

太陽電池用リード線１０と表面電極５４及び裏面電極５５との接合面となる溶融はんだめっき層１３が平坦であるため、半導体基板５２の表裏において太陽電池用リード線１０の位置が安定し、位置ずれが防止されている。

本発明の太陽電池５０によれば、太陽電池用リード線１０と半導体基板との接合強度が高く、かつ、接合時のセル割れを抑制することができるので、太陽電池の歩留まりの向上が図れる。

（実施例１）
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの平角線状の帯板状導電材を形成した。この帯板状導電材をバッチ式加熱設備で熱処理し、さらに、この帯板状導電材の周囲に図４に示す溶融めっき設備でＳｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕはんだめっきを施して帯板状導電材の上下面に溶融はんだめっき層（中央部のめっき厚２０μｍ）を平坦に形成した（導体は熱処理Ｃｕ）。以上により、図１（ａ）の太陽電池用リード線１０を得た。

（実施例２、３、４）
実施例１の太陽電池用リード線１０と同様に帯板状導電材を形成し、バッチ式加熱設備で熱処理し、さらに、この帯板状導電材の周囲に図４に示す溶融めっき設備でＳｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕはんだめっきを引上速度を変更して施し、帯板状導電材の上下面に、溶融はんだめっき層（中央部のめっき厚２０μｍ）を平坦に形成した（導体は熱処理Ｃｕ）。実施例２は実施例１よりも導体の引上げ速度を遅くし、導体とロールとの距離を下面の方が小さくなるように位置合わせを行って作製した。実施例３は実施例２と同様に実施例１よりも導体の引上げ速度を遅くし、導体とロールとの距離を上面および下面で同じになるように位置合わせを行って作製した。実施例４は実施例１よりも導体の引上げ速度を速くし、導体とロールとの距離を上面および下面で同じになるように位置合わせを行って作製した。導体の引上げ速度を遅くすることで導体に付着するはんだが除冷されるためはんだ槽へ流れ落ちる量が多くなり、結果的に導体への付着量が減少する。この手法の場合、はんだの材料コストの低減が可能である。逆に、引上げ速度を速くすることで導体に付着するはんだが急冷されるためはんだ槽へ流れ落ちる量が少なくなり、結果的に導体への付着量が増加する。この手法の場合、めっき速度増大によりめっき工程のコスト低減および十分なはんだ供給によるセルとの接合性向上を見込むことができる。以上により、実施例２は図２（ａ）、実施例３は図２（ｂ）、実施例４は図２（ｃ）に示した太陽電池用リード線２０を得た。

（実施例５）
原料導電材であるＣｕ−インバー−Ｃｕ（比率２：１：２）材料をスリット加工して幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの平角線状の帯板状導電材を形成した。この帯板状導電材を図４に示す溶融めっき設備ではんだめっきを施して帯板状導電材の上下面に溶融はんだめっき層（中央部のめっき厚２０μｍ）を平坦に形成した。端部のめっき厚は５μｍになるようにめっき条件を調整した。以上により、図３の太陽電池用リード線３０を得た。

（比較例１）
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの平角線状の帯板状導電材１１２を形成した。この帯板状導電材１１２をバッチ式加熱設備で熱処理し、さらに、この帯板状導電材１１２の周囲にはんだめっきを施して帯板状導電材１１２の平坦な上下面に山形に膨らんだ溶融はんだめっき層１１３（中央部のめっき厚２０μｍ）を形成した（導体は熱処理Ｃｕ）。以上により、図７の太陽電池用リード線１０３を得た。

（比較例２）
原料導電材であるＣｕ−インバー−Ｃｕ（比率２：１：２）材料をスリット加工して幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの下面が凹面状の帯板状導電材２１２を形成した。この帯板状導電材２１２の周囲にはんだめっきを施して帯板状導電材２１２の凹面２１２ｂに平坦な溶融はんだめっき層２１４（中央部のめっき厚２０μｍ）を形成すると共に、平坦な側面には山形に膨らんだ溶融はんだめっき層２１３（中央部のめっき厚２０μｍ）を形成した。以上により、図８の太陽電池用リード線２０３を得た。端部のめっき厚は４μｍであった。

これら実施例１、２、３、４、５及び比較例１、２の太陽電池用リード線の断面を観察した結果、実施例１、２、３、４、５は半導体基板に接合するべき上下面がいずれも平坦であることが確認された。

比較例１は、半導体基板に接合するべき上下面がいずれも中央部で膨らんだ山形の断面であった。比較例２は、半導体基板に接合するべき下面は平坦で上面は中央部で膨らんだ山形の断面であった。

これら実施例１、２、３、４、５及び比較例１、２の太陽電池用リード線にロジン系フラックスを適量塗布し、それぞれの太陽電池用リード線を銅板上に設置し、ホットプレート加熱（２６０℃で３０秒間保持）し、太陽電池用リード線を銅板にはんだ付けした。さらに、これら銅板にはんだ付けした太陽電池用リード線の銅板に対する接合力を評価するために、９０°剥離試験を行った。また、これらの太陽電池用リード線を縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×厚み１８０μｍの半導体基板（Ｓｉセル）の両面の電極部位に設置して、１０ｇの錘を載せた状態で同様にホットプレート加熱（２６０℃で３０秒間保持）し、はんだ付けした。そのはんだ付けの際に生じるセル割れの状況を調べた。比較例２については、上面を接合する場合と下面を接合する場合を行ってそれぞれの場合についてセル割れの状況を調べた。

実施例１、２、３、４、５及び比較例１、２の評価結果を表２に示す。

表２の「導体加工」の欄は、原料導電材から平角線状の帯板状導電材を形成する加工方法を示す。「端部のめっき厚」の欄は、導体をスリット加工した場合の下面端部バリに被覆されているめっき厚を示す。「断面形状」の欄は、どの図に示した断面形状であったかを示す。「接合力」の欄は、９０°剥離試験により銅板と太陽電池用リード線を引っ張り、どのくらいの引張力で引っ張ったときに接合が剥がれるか試験を行った結果を示し、二重丸は引張力２０Ｎ以上、○は引張力１０〜２０Ｎ、△は引張力１０Ｎ以下を示す。

「セル割れ」の欄は、はんだ付け試験によってセル両面に平角線を接合しセル割れの有無を調べたときに、目視で確認可能な程度のセル割れが１箇所以上あればセル割れ有りと判定、それ以外ではセル割れ無しと判定し、全接合箇所におけるセル割れ無しの割合が９０％以上の場合を○、セル割れ無しの割合が７０％以上９０％未満の場合を△、セル割れ無しの割合が７０％未満の場合を×とした。なお、セル割れ無しの割合は下記の式により算出した。

(セル割れ無しの割合)＝［（割れが生じないセル枚数）／（はんだ付け試験を行ったセル枚数）］×１００
表２に示されるように、実施例１〜５の太陽電池用リード線は、上下面に溶融はんだを供給してロールによって溶融はんだめっき層を平坦に形成したので、優れた接合力が得られることが確認された。

特に、実施例１の太陽電池用リード線１は、上下面に溶融はんだを中央部から端部にわたり十分に供給して溶融はんだめっき層を平坦に形成したので、接合に寄与するはんだが十分に供給され、良好なフィレットの形成されたことが高い接合力に繋がっている。

実施例１の太陽電池用リード線１０は、半導体基板との接合面がフラットなため、従来の太陽電池（図６）のような点接触ではなく、本発明の太陽電池（図５）のような面接触が可能であり、さらに、中央部から端部にわたり十分に溶融はんだを供給して接合に寄与するはんだが多いので、良好なはんだフィレットが形成される。これにより、接合性（強度及び導電性）が向上する。

また、表２に示されるように、実施例１〜５の太陽電池用リード線１０、２０、３０は、ロールめっきによって上下面に溶融はんだめっき層を平坦に形成したので、セル割れが抑制されることが確認された。

これに対し、圧延加工を行いロールめっきを行わない比較例１では、セル割れがみられ、接合力は本発明に比べてやや劣る。スリット加工を行いロールめっきを行わない比較例２では、接合面を平坦な側面にした場合は、接合力には優れるものの、セル割れが見られる。接合面を膨らんだ側面にした場合は、セル割れはないものの、接合力は本発明に比べてやや劣る。

以上のように、実施例１、２、３、４、５及び比較例１、２の評価結果から、本発明はセル割れ抑制効果が高いことが確認された。

本発明の一実施形態を示し、（ａ）は太陽電池用リード線の横断面図、（ｂ）は太陽電池用リード線の材料となる帯板状導電材の斜視概略図である。 本発明の他の実施形態を示す太陽電池用リード線の横断面図である。 本発明のさらに他の実施形態を示す太陽電池用リード線の横断面図である。 本発明において、溶融はんだめっき層を形成する溶融めっき設備の概略図である。 本発明の太陽電池を示し、（ａ）は横断面図、（ｂ）は太陽電池の上面図である。 従来の太陽電池を示し、（ａ）は横断面図、（ｂ）は太陽電池の上面図である。 従来の太陽電池用リード線の横断面図である。 従来の太陽電池用リード線の側横断面図である。

符号の説明

１０、２０、３０ 太陽電池用リード線
１２、３２ 帯板状導電材
１３、２３、２４、３３、３４ 溶融はんだめっき層

Claims (9)

1. 帯板状導電材の表面に溶融はんだを供給して溶融はんだめっき層を形成した太陽電池用リード線において、素線を圧延加工して帯板状導電材を形成し、該帯板状導電材の上下面に溶融はんだを供給すると共にその上下の溶融はんだめっき層を平坦に形成したことを特徴とする太陽電池用リード線。
2. 帯板状導電材の表面に溶融はんだを供給して溶融はんだめっき層を形成した太陽電池用リード線において、スリット加工にて下面が凹状の帯板状導電材を形成し、該帯板状導電材の上下面に溶融はんだを供給すると共にその上下面の溶融はんだめっき層を平坦に形成し、かつ下面の溶融はんだめっき層の両側部のめっき厚が５μｍ以上であることを特徴とする太陽電池用リード線。
3. 上記帯板状導電材は、体積抵抗率が５０μΩ・ｍｍ以下の平角線である請求項１又は２記載の太陽電池用リード線。
4. 上記帯板状導電材は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕのいずれかからなる請求項１〜３いずれか記載の太陽電池用リード線。
5. 上記帯板状導電材は、タフピッチＣｕ、低酸素Ｃｕ、無酸素Ｃｕ、リン脱酸Ｃｕ、純度９９．９９９９％以上の高純度Ｃｕのいずれかからなる請求項１〜４いずれか記載の太陽電池用リード線。
6. 上記溶融はんだめっき層は、Ｓｎ系はんだ、又は、第１成分としてＳｎを用い、第２成分としてＰｂ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される少なくとも１つの元素を０．１ｍａｓｓ％以上含むＳｎ系はんだ合金からなる請求項１〜５いずれか記載の太陽電池用リード線。
7. 素線を圧延加工することにより帯板状導電材を形成し、該帯板状導電材を連続通電加熱炉又は連続式加熱炉又はバッチ式加熱設備で熱処理し、その後、溶融はんだを供給して帯板状導電材に、はんだめっきすると共に、そのめっきした帯板状導電材をロールで挟むことにより溶融はんだめっき層を平坦に形成することを特徴とする太陽電池用リード線の製造方法。
8. 板材をスリット加工することにより下面が凹状の帯板状導電材を形成し、該帯板状導電材を連続通電加熱炉又は連続式加熱炉又はバッチ式加熱設備で熱処理し、その後、溶融はんだを供給して帯板状導電材に、はんだめっきすると共に、そのめっきした帯板状導電材をロールで挟むことにより溶融はんだめっき層を平坦に形成すると共に下面の溶融はんだめっき層の両側部の厚さを５μｍ以上としたことを特徴とする太陽電池用リード線の製造方法。
9. 請求項１〜６いずれか記載の太陽電池用リード線を、その溶融はんだめっき層のはんだによって半導体基板の表面電極及び裏面電極にはんだ付けしたことを特徴とする太陽電池。

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