JP2011056574A - Method and device for joining solar battery module - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the warp of a solar battery cell, and to achieve the excellent joined state of the solar battery cell with a string ribbon. <P>SOLUTION: A joining device includes a string ribbon holding implement 4 for abutting a string ribbon 2 comprising a metallic body covered with a solder layer on an electrode of a solar battery cell 1, a YAG laser beam oscillator 5, laser beam emission heads 6a, 6b for irradiating the string ribbon 2 with pulsed laser beam, and optical fibers 7a, 7b for guiding the pulsed laser beam to the laser beam emission heads 6a, 6b from the YAG laser beam oscillator 5. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、太陽電池モジュールの製造方法に関し、特に太陽電池セルの電極にストリングリボンを半田付けする太陽電池モジュールの接合方法および装置に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell module, and more particularly, to a solar cell module joining method and apparatus for soldering a string ribbon to an electrode of a solar cell.

従来より、地球環境に優しくクリーンなエネルギーを生む手段として太陽光発電が注目されている。太陽光発電を導入する場合、1個の太陽電池セルでは出力が小さいことから、複数の太陽電池セルを直列に接続した太陽電池モジュールを用いて出力を高めるようにしている。このように太陽電池セルを一列に並べて太陽電池セルを直列に接続したものをストリングスと呼ぶ。   Conventionally, photovoltaic power generation has attracted attention as a means for producing clean energy that is kind to the global environment. When photovoltaic power generation is introduced, the output is small in one solar battery cell, so that the output is increased using a solar battery module in which a plurality of solar battery cells are connected in series. Thus, what put the photovoltaic cell in a line and connected the photovoltaic cell in series is called strings.

ストリングスを形成する工程において、太陽電池セルには、銅箔等からなるストリングリボンが半田によって接合される。ストリングリボンの前半部は太陽電池セルの上面の電極に半田付けされ、ストリングリボンの後半部は隣接する太陽電池セルの下面の電極に半田付けされる。
従来、太陽電池セルにストリングリボンを接合する方法としては、ストリングリボンの表面にコーティングされた半田を温風(ホットエア)によって溶融させて半田付けを行う方法が提案されている(特許文献1参照)。
In the step of forming the strings, string ribbons made of copper foil or the like are joined to the solar battery cells by solder. The first half of the string ribbon is soldered to the electrode on the upper surface of the solar cell, and the second half of the string ribbon is soldered to the electrode on the lower surface of the adjacent solar cell.
Conventionally, as a method of joining a string ribbon to a solar battery cell, a method has been proposed in which solder coated on the surface of the string ribbon is melted with hot air (hot air) and soldered (see Patent Document 1). .

特開2007−273830号公報JP 2007-273830 A

太陽電池セルにはシリコンが原材料として使用されているが、材料や製造コストが高いという問題があり、コスト削減が求められている。その対策の一つとしてシリコンの使用量削減が検討されており、シリコンを概ね200μm以下の厚さにする薄型化の技術開発が進められている。ただし、従来の太陽電池セルとストリングリボンの接合方法では、接合に数secの時間を要するため、ストリングリボンと太陽電池セル全体が加熱され、接合時のシリコンとストリングリボンとの熱膨張差に起因した熱ストレスにより、接合後にシリコンに反りが発生し、最悪の場合、太陽電池セルが割れてしまうという問題が発生する。特に、シリコンが薄くなるにつれて、反りの問題は顕著になってきている。   Although silicon is used as a raw material for solar cells, there is a problem that the material and manufacturing cost are high, and cost reduction is required. As one of the countermeasures, reduction of the amount of silicon used has been studied, and a technology for thinning the silicon to a thickness of about 200 μm or less is being developed. However, the conventional solar cell and string ribbon joining method requires several seconds to join, so the string ribbon and the entire solar cell are heated, resulting from the difference in thermal expansion between the silicon and the string ribbon at the time of joining. Due to the thermal stress, warpage occurs in the silicon after bonding, and in the worst case, a problem occurs that the solar battery cell is cracked. In particular, as silicon becomes thinner, the problem of warpage has become more prominent.

特許文献1に開示された温風による接合方法では、ストリングリボンに部分的に熱を与えることにより、太陽電池セルの反りを抑制できるとしている。しかしながら、特許文献1に開示された接合方法では、予熱が必要であり、また接合部のストリングリボンの温度管理が難しいという問題点があった。ストリングリボンの温度は、温風吹き出し口の口径、風量、温風の温度、吹き出し口とストリングリボンとの距離、温風吹き出し口の走査速度などの条件によって決まる。したがって、これらの条件を適切に制御する必要があり、温度管理が面倒になる。さらに、特許文献1に開示された接合方法では、温風で半田が飛散してしまう可能性があった。
特許文献1に開示された接合方法では、接合部のストリングリボンの温度が高くなり過ぎると、太陽電池セルの反りを抑制できない可能性があり、また想定範囲からの温度のずれや半田の飛散のために良好な接合状態を実現できない可能性があった。
According to the joining method using hot air disclosed in Patent Document 1, it is possible to suppress the warpage of the solar battery cell by partially applying heat to the string ribbon. However, the joining method disclosed in Patent Document 1 has problems in that preheating is required and it is difficult to control the temperature of the string ribbon at the joint. The temperature of the string ribbon is determined by conditions such as the diameter of the hot air outlet, the air volume, the temperature of the hot air, the distance between the outlet and the string ribbon, the scanning speed of the hot air outlet. Therefore, it is necessary to appropriately control these conditions, and temperature management becomes troublesome. Furthermore, in the joining method disclosed in Patent Document 1, there is a possibility that solder is scattered by hot air.
In the joining method disclosed in Patent Document 1, if the string ribbon temperature at the joint becomes too high, the warpage of the solar battery cell may not be suppressed, and the temperature deviation from the expected range or the scattering of solder may occur. Therefore, there is a possibility that a good bonding state cannot be realized.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、太陽電池セルの反りを抑制することができると同時に、太陽電池セルとストリングリボンとの良好な接合状態を容易に実現することができる太陽電池モジュールの接合方法および装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can suppress the warpage of the solar battery cell and can easily realize a good bonding state between the solar battery cell and the string ribbon. It is an object of the present invention to provide a solar cell module joining method and apparatus.

本発明の太陽電池モジュールの接合方法は、半田層で被覆された金属体からなるストリングリボンを太陽電池セルの電極に当接させる押圧工程と、パルスレーザ光を前記ストリングリボンに照射して前記半田層を溶融させ、前記ストリングリボンを前記太陽電池セルの電極に半田付けする接合工程とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の太陽電池モジュールの接合方法の1構成例は、さらに、前記接合工程の前に、前記パルスレーザ光の照射位置を前記ストリングリボンに対して相対的に移動させる位置合わせ工程を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の太陽電池モジュールの接合方法の1構成例は、前記パルスレーザ光を出射するレーザ発振器として、YAGレーザ発振器を用いることを特徴とするものである。
また、本発明の太陽電池モジュールの接合方法の1構成例において、前記パルスレーザ光の出射条件は、前記ストリングリボンの母材である金属体を溶融させずに前記半田層のみを溶融させるように予め設定される。
The solar cell module joining method according to the present invention includes a pressing step in which a string ribbon made of a metal body coated with a solder layer is brought into contact with an electrode of a solar cell, and a pulse laser beam is irradiated on the string ribbon to form the solder And a bonding step of melting the layer and soldering the string ribbon to the electrode of the solar battery cell.
Moreover, one structural example of the bonding | joining method of the solar cell module of this invention is further equipped with the alignment process which moves the irradiation position of the said pulsed laser beam relatively with respect to the said string ribbon before the said bonding process. It is characterized by this.
Also, one configuration example of the solar cell module bonding method of the present invention is characterized in that a YAG laser oscillator is used as the laser oscillator that emits the pulse laser beam.
Further, in one configuration example of the solar cell module joining method of the present invention, the pulse laser beam emission condition is such that only the solder layer is melted without melting the metal body which is a base material of the string ribbon. It is set in advance.

また、本発明の太陽電池モジュールの接合装置は、半田層で被覆された金属体からなるストリングリボンを太陽電池セルの電極に当接させる押圧手段と、パルスレーザ光を前記ストリングリボンに照射して前記半田層を溶融させ、前記ストリングリボンを前記太陽電池セルの電極に半田付けするレーザ光照射手段とを備えることを特徴とするものである。   The solar cell module joining apparatus according to the present invention includes a pressing means for bringing a string ribbon made of a metal body covered with a solder layer into contact with an electrode of a solar cell, and irradiating the string ribbon with a pulse laser beam. Laser beam irradiation means for melting the solder layer and soldering the string ribbon to the electrode of the solar battery cell is provided.

本発明によれば、太陽電池セルとストリングリボンとの接合に、熱影響の少ない接合が可能なパルスレーザを用いることにより、太陽電池セルの反りを抑制することができると同時に、太陽電池セルとストリングリボンとの良好な接合状態を容易に実現することができる。さらに、本発明では、光ファイバでレーザ光を引き廻せるので、装置構成に柔軟性を持たせることができる。   According to the present invention, the use of a pulsed laser that can be bonded with less thermal influence can be used to bond the solar cell and the string ribbon, and at the same time, the solar cell can be prevented from warping. A good bonding state with the string ribbon can be easily realized. Furthermore, in the present invention, since the laser beam can be routed by the optical fiber, the apparatus configuration can be made flexible.

本発明の実施の形態に係る接合装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the joining apparatus which concerns on embodiment of this invention. 太陽電池セルの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a photovoltaic cell. 複数の太陽電池セルを直列に接続したストリングスの平面図である。It is a top view of the string which connected the several photovoltaic cell in series. 本発明の実施の形態に係る接合装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the joining apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態においてストリングス製造の途中の工程における太陽電池セルとストリングリボンの状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state of the photovoltaic cell and string ribbon in the process in the middle of string manufacture in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態においてストリングス製造の途中の工程における太陽電池セルとストリングリボンの状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state of the photovoltaic cell and string ribbon in the process in the middle of string manufacture in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る接合装置によって接合した太陽電池セルとストリングリボンとの接合部を示す図である。It is a figure which shows the junction part of the photovoltaic cell joined by the joining apparatus which concerns on embodiment of this invention, and a string ribbon. 本発明の実施の形態に係る接合装置によって接合した太陽電池セルとストリングリボンとの接合部を示す図である。It is a figure which shows the junction part of the photovoltaic cell joined by the joining apparatus which concerns on embodiment of this invention, and a string ribbon. 本発明の実施の形態に係る接合装置によって接合した太陽電池セルとストリングリボンとの接合部を示す図である。It is a figure which shows the junction part of the photovoltaic cell joined by the joining apparatus which concerns on embodiment of this invention, and a string ribbon.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態に係る接合装置の構成を示すブロック図である。図1において、1は太陽電池セル、2はストリングリボン、3は太陽電池セル1およびストリングリボン2を搬送する搬送ステージ、4は押圧手段となるストリングリボン押さえ治具、5はYAGレーザ発振器、6a,6bはストリングリボン2にレーザ光を照射するレーザ出射ヘッド、7a,7bはYAGレーザ発振器5からレーザ出射ヘッド6a,6bへレーザ光を導く光ファイバ、8は搬送ステージ3に設けられたレーザ照射用貫通孔である。YAGレーザ発振器5とレーザ出射ヘッド6a,6bと光ファイバ7a,7bとは、レーザ光照射手段を構成している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a solar battery cell, 2 is a string ribbon, 3 is a transport stage for transporting the solar battery cell 1 and the string ribbon 2, 4 is a string ribbon pressing jig serving as pressing means, 5 is a YAG laser oscillator, 6a , 6b are laser emitting heads that irradiate the string ribbon 2 with laser light, 7a and 7b are optical fibers that guide the laser light from the YAG laser oscillator 5 to the laser emitting heads 6a and 6b, and 8 is laser irradiation that is provided on the transport stage 3. This is a through hole. The YAG laser oscillator 5, the laser emission heads 6a and 6b, and the optical fibers 7a and 7b constitute laser light irradiation means.

図2は太陽電池セル1の構成を示す斜視図である。図2に示すように、太陽電池セル1は、シリコン層10と、シリコン層10の両面に形成されたITO(酸化インジウムスズ)等からなる透明電導膜11a,11bと、透明電導膜11aの上面に銀(Ag)ペーストを焼成して形成された櫛形状の集電極12aと、透明電導膜11bの下面に銀ペーストを焼成して形成された櫛形状の集電極12bとから構成される。   FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the solar battery cell 1. As shown in FIG. 2, the solar cell 1 includes a silicon layer 10, transparent conductive films 11a and 11b made of ITO (indium tin oxide) or the like formed on both surfaces of the silicon layer 10, and an upper surface of the transparent conductive film 11a. And a comb-shaped collector electrode 12a formed by firing a silver (Ag) paste, and a comb-shaped collector electrode 12b formed by firing a silver paste on the lower surface of the transparent conductive film 11b.

シリコン層10は、n型、i型、p型の複数のシリコン層からなるものであるが、その構造は例えば特許文献1に開示されているように周知のものであり、また本発明の本質に関係するものではないので、シリコン層10の詳細な構造の説明は省略する。
集電極12aは、互いに平行に形成された複数のフィンガー部13aと、フィンガー部13aに流れる電流を集合させるバスバー部14aとから構成される。同様に、集電極12bは、フィンガー部13bと、バスバー部14bとから構成される。
The silicon layer 10 is composed of a plurality of n-type, i-type, and p-type silicon layers, and its structure is well known as disclosed in, for example, Patent Document 1, and the essence of the present invention. The detailed structure of the silicon layer 10 is not described here.
The collector electrode 12a includes a plurality of finger portions 13a formed in parallel to each other, and a bus bar portion 14a that collects currents flowing through the finger portions 13a. Similarly, the collector electrode 12b includes a finger portion 13b and a bus bar portion 14b.

図3は複数の太陽電池セル1を直列に接続したストリングスの平面図である。隣り合う太陽電池セル1同士は、2本のストリングリボン2によって接続される。ストリングリボン2は、表面に半田がコーティングされた銅箔で構成される。表面にコーティングされる半田は鉛フリー半田が用いられ、例えばSnAgCu半田が用いられる。ストリングリボン2の前半部は太陽電池セル1の上面のバスバー部14aに半田付けされ、ストリングリボン2の後半部は隣接する太陽電池セル1の下面のバスバー部14bに半田付けされる。   FIG. 3 is a plan view of a string in which a plurality of solar cells 1 are connected in series. Adjacent solar cells 1 are connected by two string ribbons 2. The string ribbon 2 is made of a copper foil whose surface is coated with solder. The solder coated on the surface is lead-free solder, for example, SnAgCu solder. The front half of the string ribbon 2 is soldered to the bus bar portion 14 a on the upper surface of the solar cell 1, and the rear half of the string ribbon 2 is soldered to the bus bar portion 14 b on the lower surface of the adjacent solar cell 1.

以下、本実施の形態の接合装置の動作について説明する。図4は接合装置の動作を示すフローチャートである。
まず、図示しないストリングリボン搬送装置は、搬送ステージ3上の所定位置に2本のストリングリボン2を平行に載置する(図4ステップS1)。
続いて、図示しない太陽電池セル搬送装置は、太陽電池セル1の下面のバスバー部14bがストリングリボン2に当接し、かつストリングリボン2と平行になるように太陽電池セル1を載置する(ステップS2)。
Hereinafter, the operation of the bonding apparatus according to the present embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the joining apparatus.
First, a string ribbon conveyance device (not shown) places two string ribbons 2 in parallel at predetermined positions on the conveyance stage 3 (step S1 in FIG. 4).
Subsequently, the solar cell transfer device (not shown) places the solar cell 1 so that the bus bar portion 14b on the lower surface of the solar cell 1 is in contact with the string ribbon 2 and is parallel to the string ribbon 2 (step). S2).

さらに、ストリングリボン搬送装置は、新たなストリングリボン2を2本用意し、このストリングリボン2がステップS2で載置した太陽電池セル1の上面のバスバー部14aに当接し、かつバスバー部14aと平行になるように新たなストリングリボン2を載置する(ステップS3)。ここまでの太陽電池セル1とストリングリボン2の状態を示すと図5のようになる。   Furthermore, the string ribbon transport device prepares two new string ribbons 2, and the string ribbon 2 comes into contact with the bus bar portion 14a on the upper surface of the solar cell 1 placed in step S2, and is parallel to the bus bar portion 14a. A new string ribbon 2 is placed so as to become (step S3). FIG. 5 shows the state of the solar battery cell 1 and the string ribbon 2 so far.

次に、図示しない制御装置は、ステップS1〜S3で載置した太陽電池セル1およびストリングリボン2がストリングリボン押さえ治具4およびレーザ出射ヘッド6aの下に位置するように、図示しない駆動機構により搬送ステージ3を移動させる(ステップS4)。移動後の状態では、太陽電池セル1およびストリングリボン2は、レーザ出射ヘッド6aとレーザ出射ヘッド6bの間に配置される。   Next, a control device (not shown) uses a drive mechanism (not shown) so that the solar cells 1 and the string ribbon 2 placed in steps S1 to S3 are positioned under the string ribbon pressing jig 4 and the laser emission head 6a. The transfer stage 3 is moved (step S4). In the state after the movement, the solar battery cell 1 and the string ribbon 2 are disposed between the laser emission head 6a and the laser emission head 6b.

次に、制御装置は、ストリングリボン押さえ治具4を降下させ、ステップS3で載置したストリングリボン2に対して上からストリングリボン押さえ治具4を押し付け、ステップS1,S3で載置したストリングリボン2が動かないように押さえる(ステップS5)。   Next, the control device lowers the string ribbon pressing jig 4 and presses the string ribbon pressing jig 4 from above against the string ribbon 2 placed in step S3, and the string ribbon placed in steps S1 and S3. 2 is pressed so as not to move (step S5).

続いて、制御装置は、YAGレーザ発振器5から所定のパルスレーザ光を出射させ、図1に示すように、レーザ光が光ファイバ7a,7bを通ってレーザ出射ヘッド6a,6bから太陽電池セル1の上面および下面のストリングリボン2に照射されるようにする。このとき、レーザ出射ヘッド6bから出射したパルスレーザ光は、搬送ステージ3に設けられたレーザ照射用貫通孔8を通って太陽電池セル1の下面のストリングリボン2に到達する。このパルスレーザ光の照射によってストリングリボン2の表面にコーティングされた半田を溶融させることにより、ステップS1で載置したストリングリボン2を太陽電池セル1の下面のバスバー部14bに半田付けし、ステップS3で載置したストリングリボン2を太陽電池セル1の上面のバスバー部14aに半田付けする(ステップS6)。   Subsequently, the control device emits a predetermined pulse laser beam from the YAG laser oscillator 5, and as shown in FIG. 1, the laser beam passes from the laser emission heads 6a and 6b through the optical fibers 7a and 7b to the solar battery cell 1. The string ribbon 2 on the upper surface and the lower surface is irradiated. At this time, the pulse laser beam emitted from the laser emission head 6 b reaches the string ribbon 2 on the lower surface of the solar battery cell 1 through the laser irradiation through hole 8 provided in the conveyance stage 3. By melting the solder coated on the surface of the string ribbon 2 by irradiation with the pulse laser beam, the string ribbon 2 placed in step S1 is soldered to the bus bar portion 14b on the lower surface of the solar battery cell 1, and step S3 The string ribbon 2 placed in step 1 is soldered to the bus bar portion 14a on the upper surface of the solar battery cell 1 (step S6).

なお、所望の接合箇所のストリングリボン2にパルスレーザ光を照射する必要があるので、パルスレーザ光の照射の前に、制御装置の指示に基づく駆動機構の動作により搬送ステージ3またはレーザ出射ヘッド6a,6bを移動させ、所望の接合箇所のストリングリボン2にパルスレーザ光が当たるように位置合わせをするようにしてもよい。制御装置は、例えば太陽電池セル1とストリングリボン2とをカメラで撮影し、画像認識処理によりストリングリボン2を認識して、ストリングリボン2の所望の位置にレーザ光が当たるように位置合わせを行えばよい。   Since it is necessary to irradiate the string ribbon 2 at a desired joint location with the pulse laser beam, the carrier stage 3 or the laser emission head 6a is operated by the operation of the drive mechanism based on the instruction of the control device before the pulse laser beam irradiation. , 6b may be moved so as to align the pulse laser beam with the string ribbon 2 at a desired joint location. For example, the control device photographs the solar battery cell 1 and the string ribbon 2 with a camera, recognizes the string ribbon 2 by image recognition processing, and performs alignment so that the laser beam strikes a desired position of the string ribbon 2. Just do it.

また、1本のストリングリボン2について複数箇所半田付けする場合には、制御装置は、搬送ステージ3またはレーザ出射ヘッド6a,6bを移動させて、ステップS6の処理を繰り返せばよい。   Further, when soldering a plurality of locations on one string ribbon 2, the control device may move the transfer stage 3 or the laser emission heads 6a and 6b and repeat the process of step S6.

さらに、太陽電池セル1の上面、下面にストリングリボン2を2本ずつ半田付けする必要があるので、計4本のストリングリボン2を一度に半田付けしようとすると、レーザ出射ヘッド6a,6bがそれぞれ2個ずつ必要となる。
ただし、搬送ステージ3またはレーザ出射ヘッド6a,6bを移動させることで、1個ずつのレーザ出射ヘッド6a,6bで半田付けを行うことも可能である。
Furthermore, since it is necessary to solder two string ribbons 2 to the upper surface and lower surface of the solar battery cell 1, when trying to solder a total of four string ribbons 2 at a time, the laser emission heads 6a and 6b respectively Two pieces are required.
However, it is also possible to perform soldering with the laser emitting heads 6a and 6b one by one by moving the transport stage 3 or the laser emitting heads 6a and 6b.

次に、ステップS2に戻って、太陽電池セル搬送装置は、図6に示すように、太陽電池セル1の下面のバスバー部14bがステップS3で載置したストリングリボン2の後半部に当接し、かつストリングリボン2と平行になるように新たな太陽電池セル1を載置する。以降の工程は上記で説明したとおりである。
こうして、ストリングスの製造が終了するまで(ステップS7においてYES)、ステップS2〜S6の工程が繰り返し行われる。
Next, returning to step S2, as shown in FIG. 6, in the solar cell transport device, the bus bar portion 14b on the lower surface of the solar cell 1 comes into contact with the latter half of the string ribbon 2 placed in step S3, In addition, a new solar battery cell 1 is placed so as to be parallel to the string ribbon 2. The subsequent steps are as described above.
Thus, the steps S2 to S6 are repeated until the manufacture of the strings is completed (YES in step S7).

以上のように、本実施の形態では、熱影響の少ない接合が可能なパルスレーザを使用し、従来の問題を改善している。ここで、本実施の形態の接合方法は、YAGレーザを使用しながらも、ストリングリボン2の母材を溶融させず、ストリングリボン2の表面のめっきを主体に溶融させ、太陽電池セル1の電極との半田接合を行うことに特徴がある。YAGレーザを使用した場合、数msecオーダの非常に短い接合プロセス時間であっても、レーザエネルギを最適化することで、ストリングリボン2のめっきと太陽電池セル1の電極間で十分な半田接合強度が得られることを実験により確認した。なお、ストリングリボン2の母材を溶融させ、太陽電池セル1の電極との溶接を行う接合方法では、太陽電池セル1のシリコンに損傷を与える場合があり、接合安定性に問題がある。   As described above, in the present embodiment, the conventional problem is improved by using a pulse laser that can be bonded with less thermal influence. Here, in the bonding method of the present embodiment, the YAG laser is used, but the base material of the string ribbon 2 is not melted, and the plating on the surface of the string ribbon 2 is mainly melted. It is characterized by performing solder joints. When a YAG laser is used, sufficient solder joint strength between the string ribbon 2 plating and the solar cell 1 electrode can be obtained by optimizing the laser energy even with a very short joining process time of the order of several milliseconds. It was confirmed by experiment that In the joining method in which the base material of the string ribbon 2 is melted and welded to the electrode of the solar battery cell 1, the silicon of the solar battery cell 1 may be damaged, and there is a problem in the joining stability.

図7(A)〜図7(F)、図8(A)〜図8(F)、図9(A)、図9(B)は本実施の形態の接合装置によって接合した太陽電池セル1とストリングリボン2との接合部を示す図である。これらの図は、SEM(走査型電子顕微鏡)によって撮影した画像を示している。図7(A)、図7(D)、図8(A)、図8(D)は接合部を真上から撮影した図、図7(B)、図7(E)、図8(B)、図8(E)は接合部を上方斜め45°から撮影した図、図7(C)、図7(F)、図8(C)、図8(F)、図9(A)、図9(B)は接合部の断面を撮影した図である。図9(A)は図8(F)を拡大した図、さらに図9(B)は図8(F)、図9(A)と同じ箇所を拡大撮影した図である。図7(C)、図7(F)、図8(C)、図8(F)、図9(A)の倍率は500倍、図9(B)の倍率は2000倍である。   7A to FIG. 7F, FIG. 8A to FIG. 8F, FIG. 9A, and FIG. 9B are solar cells 1 joined by the joining apparatus of this embodiment. It is a figure which shows the junction part of and a string ribbon. These drawings show images taken by an SEM (scanning electron microscope). 7A, FIG. 7D, FIG. 8A, and FIG. 8D are images of the joint portion taken from directly above, FIG. 7B, FIG. 7E, and FIG. ), FIG. 8 (E) is a photograph of the joint portion taken from an oblique upper angle of 45 °, FIG. 7 (C), FIG. 7 (F), FIG. 8 (C), FIG. 8 (F), FIG. FIG. 9B is a photograph of a cross section of the joint. FIG. 9A is an enlarged view of FIG. 8F, and FIG. 9B is an enlarged view of the same part as in FIGS. 8F and 9A. The magnifications of FIGS. 7C, 7F, 8C, 8F, and 9A are 500 times, and the magnification of FIG. 9B is 2000 times.

図7(A)〜図7(F)、図8(A)〜図8(F)、図9(A)、図9(B)において、20はストリングリボン2の母材である銅箔、21は銅箔の表面にコーティングされた半田めっきである。   7 (A) to FIG. 7 (F), FIG. 8 (A) to FIG. 8 (F), FIG. 9 (A), and FIG. 9 (B), 20 is a copper foil that is a base material of the string ribbon 2, 21 is a solder plating coated on the surface of the copper foil.

ここでは、太陽電池セル1の外形サイズが6インチ、シリコン層10の厚さが175μm、銀からなるバスバー部14a,14bの厚さが20μm、ストリングリボン2の母材である銅箔の厚さが0.23mmで幅が1.2mm、銅箔の表面にコーティングされるSn3Ag0.5Cuからなる半田めっきの厚さが40μmである。また、YAGレーザ発振器5から出射するパルスレーザ光のパルス幅が10msec、レーザ出射ヘッド6a,6bとパルスレーザ光が入射するストリングリボン2との距離(ワークディスタンス)が40mm、ストリングリボン2上でのパルスレーザ光の集光スポット径が0.4mmである。 Here, the outer size of the solar battery cell 1 is 6 inches, the thickness of the silicon layer 10 is 175 μm, the thickness of the bus bar portions 14 a and 14 b made of silver is 20 μm, and the thickness of the copper foil that is the base material of the string ribbon 2 The thickness of the solder plating composed of Sn 3 Ag 0.5 Cu coated on the surface of the copper foil is 40 μm. Further, the pulse width of the pulse laser beam emitted from the YAG laser oscillator 5 is 10 msec, the distance (work distance) between the laser emission heads 6 a and 6 b and the string ribbon 2 on which the pulse laser beam is incident is 40 mm, The focused spot diameter of the pulse laser beam is 0.4 mm.

図7(A)〜図7(C)はレーザエネルギが13.1J/pulseの場合を示し、図7(D)〜図7(F)はレーザエネルギが11.3J/pulseの場合を示し、図8(A)〜図8(C)はレーザエネルギが9.5J/pulseの場合を示し、図8(D)〜図8(F)、図9(A)、図9(B)はレーザエネルギが7.5J/pulseの場合を示している。   7A to 7C show the case where the laser energy is 13.1 J / pulse, FIGS. 7D to 7F show the case where the laser energy is 11.3 J / pulse, 8A to 8C show the case where the laser energy is 9.5 J / pulse, and FIGS. 8D to 8F, FIGS. 9A and 9B are lasers. The case where energy is 7.5 J / pulse is shown.

図7(A)〜図7(F)、図8(A)〜図8(C)では、ストリングリボン2の母材が溶融してしまっていることが分かる。これに対して、図8(D)〜図8(F)、図9(A)、図9(B)に示すレーザエネルギが7.5J/pulseの条件では、ストリングリボン2の母材がほとんど溶融せず、主としてストリングリボン2の表面の半田めっきが溶融して半田付けが実現できており、最良の結果が得られていることが分かる。   7A to 7F and FIGS. 8A to 8C show that the base material of the string ribbon 2 has melted. On the other hand, most of the base material of the string ribbon 2 is obtained under the condition that the laser energy shown in FIGS. 8D to 8F, 9A, and 9B is 7.5 J / pulse. It can be seen that the best results are obtained because the soldering is realized by melting the solder plating on the surface of the string ribbon 2 without melting.

以上のように、本実施の形態では、太陽電池セル1とストリングリボン2との接合に、熱影響の少ない接合が可能なパルスレーザを用いる。本実施の形態では、レーザの出力管理がし易いので、良好な接合状態を得るためのレーザ光の出射条件を容易に設定することができる。また、本実施の形態では、レーザ光照射による加熱を接合部を中心とする箇所に限定できるので、太陽電池セル1の反りを抑制することができる。本実施の形態では、特許文献1に開示された接合方法のような予熱が不要であり、また温風で半田が飛散することもない。その結果、本実施の形態では、太陽電池セル1の反りを抑制することができると同時に、太陽電池セル1とストリングリボン2との良好な接合状態を容易に実現することができる。さらに、本実施の形態では、光ファイバ7a,7bでレーザ光を引き廻せるので、装置構成に柔軟性を持たせることができる。
なお、図4に示した製造工程は1例であって、これに限るものではないことは言うまでもない。
As described above, in the present embodiment, a pulse laser capable of joining with less thermal influence is used for joining the solar battery cell 1 and the string ribbon 2. In this embodiment, since the laser output can be easily managed, it is possible to easily set the laser beam emission conditions for obtaining a good bonding state. Moreover, in this Embodiment, since the heating by laser beam irradiation can be limited to the location centering on a junction part, the curvature of the photovoltaic cell 1 can be suppressed. In the present embodiment, preheating as in the joining method disclosed in Patent Document 1 is unnecessary, and solder is not scattered by hot air. As a result, in this Embodiment, the curvature of the photovoltaic cell 1 can be suppressed, and at the same time, a favorable joined state between the photovoltaic cell 1 and the string ribbon 2 can be easily realized. Furthermore, in the present embodiment, since the laser light can be routed by the optical fibers 7a and 7b, the apparatus configuration can be made flexible.
Needless to say, the manufacturing process shown in FIG. 4 is an example, and the manufacturing process is not limited to this.

本発明は、太陽電池セルの電極にストリングリボンを半田付けする技術に適用することができる。   The present invention can be applied to a technique of soldering a string ribbon to an electrode of a solar battery cell.

1…太陽電池セル、2…ストリングリボン、3…搬送ステージ、4…ストリングリボン押さえ治具、5…YAGレーザ発振器、6a,6b…レーザ出射ヘッド、7a,7b…光ファイバ、8…レーザ照射用貫通孔、10…シリコン層、11a,11b…透明電導膜、12a,12b…集電極、13a,13b…フィンガー部、14a,14b…バスバー部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solar cell, 2 ... String ribbon, 3 ... Conveying stage, 4 ... String ribbon holding jig, 5 ... YAG laser oscillator, 6a, 6b ... Laser emission head, 7a, 7b ... Optical fiber, 8 ... For laser irradiation Through-hole, 10 ... silicon layer, 11a, 11b ... transparent conductive film, 12a, 12b ... collecting electrode, 13a, 13b ... finger part, 14a, 14b ... bus bar part.

Claims (8)

半田層で被覆された金属体からなるストリングリボンを太陽電池セルの電極に当接させる押圧工程と、
パルスレーザ光を前記ストリングリボンに照射して前記半田層を溶融させ、前記ストリングリボンを前記太陽電池セルの電極に半田付けする接合工程とを備えることを特徴とする太陽電池モジュールの接合方法。
A pressing step of bringing a string ribbon made of a metal body covered with a solder layer into contact with an electrode of a solar battery cell;
A joining step of irradiating the string ribbon with pulse laser light to melt the solder layer, and soldering the string ribbon to the electrode of the solar battery cell.
請求項1記載の太陽電池モジュールの接合方法において、
さらに、前記接合工程の前に、前記パルスレーザ光の照射位置を前記ストリングリボンに対して相対的に移動させる位置合わせ工程を備えることを特徴とする太陽電池モジュールの接合方法。
In the joining method of the solar cell module of Claim 1,
Furthermore, the joining method of the solar cell module characterized by including the alignment process which moves the irradiation position of the said pulsed laser beam relatively with respect to the said string ribbon before the said joining process.
請求項1記載の太陽電池モジュールの接合方法において、
前記パルスレーザ光を出射するレーザ発振器として、YAGレーザ発振器を用いることを特徴とする太陽電池モジュールの接合方法。
In the joining method of the solar cell module of Claim 1,
A solar cell module joining method, wherein a YAG laser oscillator is used as the laser oscillator for emitting the pulse laser beam.
請求項1記載の太陽電池モジュールの接合方法において、
前記パルスレーザ光の出射条件は、前記ストリングリボンの母材である金属体を溶融させずに前記半田層のみを溶融させるように予め設定されることを特徴とする太陽電池モジュールの接合方法。
In the joining method of the solar cell module of Claim 1,
The method for joining solar cell modules, wherein the pulse laser beam emission conditions are set in advance so as to melt only the solder layer without melting the metal body that is the base material of the string ribbon.
半田層で被覆された金属体からなるストリングリボンを太陽電池セルの電極に当接させる押圧手段と、
パルスレーザ光を前記ストリングリボンに照射して前記半田層を溶融させ、前記ストリングリボンを前記太陽電池セルの電極に半田付けするレーザ光照射手段とを備えることを特徴とする太陽電池モジュールの接合装置。
A pressing means for bringing a string ribbon made of a metal body covered with a solder layer into contact with an electrode of a solar battery cell;
A solar cell module joining apparatus comprising: laser beam irradiation means for irradiating the string ribbon with a pulse laser beam to melt the solder layer and soldering the string ribbon to the electrode of the solar cell. .
請求項5記載の太陽電池モジュールの接合装置において、
さらに、前記パルスレーザ光の照射位置を前記ストリングリボンに対して相対的に移動させる位置合わせ手段を備えることを特徴とする太陽電池モジュールの接合装置。
In the joining apparatus of the solar cell module of Claim 5,
Furthermore, the joining apparatus of the solar cell module provided with the positioning means to which the irradiation position of the said pulse laser beam is moved relatively with respect to the said string ribbon.
請求項5記載の太陽電池モジュールの接合装置において、
前記レーザ光照射手段は、前記パルスレーザ光を出射するレーザ発振器として、YAGレーザ発振器を有することを特徴とする太陽電池モジュールの接合装置。
In the joining apparatus of the solar cell module of Claim 5,
The said laser beam irradiation means has a YAG laser oscillator as a laser oscillator which radiate | emits the said pulse laser beam, The joining apparatus of the solar cell module characterized by the above-mentioned.
請求項5記載の太陽電池モジュールの接合装置において、
前記パルスレーザ光の出射条件は、前記ストリングリボンの母材である金属体を溶融させずに前記半田層のみを溶融させるように予め設定されることを特徴とする太陽電池モジュールの接合装置。
In the joining apparatus of the solar cell module of Claim 5,
The apparatus for joining solar cell modules is characterized in that the emission condition of the pulse laser light is set in advance so as to melt only the solder layer without melting the metal body which is a base material of the string ribbon.
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