JP2011086964A - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セル特性に優れ、かつ歩留り良く製造することができる太陽電池セル及びその製造方法を得る。
【解決手段】太陽電池モジュールは、隣接する太陽電池セルの表面上に形成された集電極を配線材によって接続することにより、互いに接続された複数の太陽電池セルを備える。配線材は樹脂からなる接着剤により太陽電池セルの表面に接合され、集電極と配線材とは直接的な接合により電気的に接合されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、隣接する太陽電池セルの表面上に形成された集電極を導電体によって接続することにより、互いに接続された複数の太陽電池セルを備える太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法に関する。

太陽電池は、クリーンで無尽蔵のエネルギー源である太陽からの光を直接電気に変換できることから、新しいエネルギー源として期待されている。

このような太陽電池を家屋あるいはビル等の電源として用いるにあたっては、太陽電池セル１枚当たりの出力が数Ｗと小さいことから、通常複数の太陽電池セルを電気的に直列あるいは並列に接続することで、出力を数１００Ｗにまで高めた太陽電池モジュールとして使用される。図１は、従来の太陽電池モジュールの一部分を示す図である。図２は、図１のＸ−Ｘ´断面図である。複数の太陽電池セル１０１どうしは、各太陽電池セル１０１の表面上に形成された集電極（フィンガー電極１１１あるいはバスバー電極１２１）を配線材１４１を用いて接続することにより電気的に接続される。集電極は、配線材１４１の幅と略同等以上の幅に印刷形成される。

ここで、配線材１４１は、図２に示すように、銅などの低抵抗体１４１ａの周囲を錫、銀、銅などの半田１４１ｂによってコーティングされた導電体である。又、太陽電池セル１０１は、ガラス、透光性プラスチックのような透光性を有する表面部材と、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどの樹脂フィルムや鋼板あるいはガラス板等からなる裏面部材との間に、ＥＶＡ等の透光性を有する充填材により封止されている。ここで、例えば銅箔である配線材１４１と、結晶系シリコン基板で構成される太陽電池セル１０１との線膨張係数は、それぞれ１７．８ｐｐｍ／℃、４．２ｐｐｍ／℃と４倍以上に異なる。そのため、太陽電池セル１０１上に形成されたバスバー電極１２１に半田を用いて配線材１４１を接続する際の加熱、冷却による素材それぞれの膨張、収縮度合いは異なる。その結果、太陽電池セル１０１には反り応力が発生してセル割れや電極剥がれなどが発生する。特に、太陽電池セルの製造コスト低減を目的として太陽電池セルの厚さを薄くするに従い、この問題は大きくなり、太陽電池セルの割れなどにより製造歩留まりが低下するという問題があった。

又、配線材の厚みを大きくすることで、配線材の直列抵抗を低減して太陽電池モジュールの出力を高くしようとする場合にも、同様に、太陽電池セルの反りが生じやすくなるという問題があった。

加えて、太陽電池セルのモジュール化における配線材の接着手段として、従来、信頼性が高く作業性の良い融点１８３℃の共晶点を持つ鉛と錫の共晶半田が用いられていたが、近年において環境保全への対応から鉛を含まない半田材への切り替えが進められている。そして、現在では融点２１７℃の共晶点を持つ錫と銀と銅の共晶半田が多くに用いられている。錫と銀と銅の共晶半田を用いた半田接合作業では一般的に２４０℃程度の加熱が行われる。そのため、従来の鉛錫共晶半田に比べ略３０℃以上高い作業温度が、上述した太陽電池セルの反り問題の解決をますます難しくしていた。

ところで、従来配線材に用いる銅箔を厚くすることによって発生する太陽電池セルの割れ課題を解消することを目的とした太陽電池装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この提案されている太陽電池装置は、複数の太陽電池を配線材で接続した太陽電池装置において、太陽電池セルに予め略同長さの配線材を半田付けした後に、太陽電池セルの受光面側と反受光面側に接続した配線材同士を、別の配線材によって接続する。

この方法によれば、受光面側及び反受光面側電極に別々の配線材を接続し、後からこれら配線材同士を接続する。従って、配線材の熱膨張及び収縮によって太陽電池セルに加わる圧縮応力が、１枚の太陽電池セルの分だけになる。その結果、隣り同士の太陽電池セルが引っ張り合うことがなくなり、太陽電池セル割れを解消するとされている。

特開２００２−３５９３８８号公報

しかしながら、上述した特許文献１では、１枚の太陽電池セルに加わる圧縮応力を１枚の太陽電池セル分だけにして、セル割れを解消するものである。従って、太陽電池セルの基板を薄くすると、１枚分の応力でも基板の反りによるセル割れが発生するおそれがある。又、配線材の厚みを大きくすると、セル割れが発生するおそれは、更に高まる。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、太陽電池セルの薄型化あるいは配線材の厚みの増大に伴い、より顕著になる、反り応力、セル割れや電極剥がれなどが発生することを抑制する太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、隣接する太陽電池セルの表面上に形成された集電極を導電体によって接続することにより、互いに接続された複数の太陽電池セルを備える太陽電池モジュールであって、集電極は、導電体の中に埋め込まれて、太陽電池セルと導電体とは、樹脂によって接合されている太陽電池モジュールであることを要旨とする。

第１の特徴に係る太陽電池モジュールによると、集電極と導電体との接着材料として、半田による合金接合よりも低温で行う樹脂を使用するため、太陽電池セルの薄型化あるいは配線材の厚みの増大に伴い、より顕著になる、反り応力、セル割れや電極剥がれなどが発生することを抑制することができる。

又、第１の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、樹脂は、集電極の側面を覆っていることが好ましい。

この太陽電池モジュールによると、反り応力、セル割れや電極剥がれなどが発生することを更に防止し、水分の侵入を防ぐことができる。

又、第１の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、樹脂には、微粒子が含まれていてもよい。

この太陽電池モジュールによると、樹脂が集電極の周辺を覆い、且つ導電体と太陽電池セルを接着しているので、水分の侵入を防ぎ、導電体の接着性を高めることができる。

本発明の第２の特徴は、太陽電池セルの表面上に集電極を形成する工程と、集電極を覆うように樹脂を配置する工程と、樹脂上に、隣接する太陽電池セルの表面上に形成された集電極と接続する導電体を配置する工程と、導電体上部から太陽電池セルの方向へ圧力をかけながら、当該太陽電池モジュールを加熱する工程とを含む太陽電池モジュールの製造方法であることを要旨とする。

第２の特徴に係る太陽電池モジュールの製造方法によると、集電極と導電体との接着材料として、半田による合金接合よりも低温で行う樹脂を使用するため、太陽電池セルの薄型化あるいは配線材の厚みの増大に伴い、より顕著になる、反り応力、セル割れや電極剥がれなどが発生することを抑制することができる。

又、第２の特徴に係る太陽電池モジュールの製造方法では、加熱時において、導電体は集電極よりも軟らかいことが好ましい。

この太陽電池モジュールの製造方法によると、集電極が導電体内部に埋め込まれやすくなり、集電極と導電体との接着性をより高めることができる。

以上のように、本発明によると、太陽電池セルの薄型化あるいは配線材の厚みの増大に伴い、より顕著になる、反り応力、セル割れや電極剥がれなどが発生することを抑制する太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法を提供することができる。

図１は、従来の太陽電池モジュールを示す平面図である。 図２は、図１のＸ−Ｘ’断面の拡大図である。 図３は、本実施形態に係る太陽電池モジュールを示す平面図である。 図４は、図１のＡ−Ａ’断面の拡大図である。 図５は、図１のＢ−Ｂ’断面の拡大図である。 図６は、図１のＣ−Ｃ’断面の拡大図である。 図７は、図１のＤ−Ｄ’断面の拡大図である。 図８は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 図９は、その他の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す平面図である。 図１０は、図７のＥ−Ｅ’断面の拡大図である。 図１１は、図７のＦ−Ｆ’断面の拡大図である。 図１２は、図７のＧ−Ｇ’断面の拡大図である。 図１３は、図７のＨ−Ｈ’断面の拡大図である。 図１４は、実施例に係る抵抗値を示すグラフである。 図１５は、実施例に係る配線材の引き剥がし強度を示すグラフである。 図１６は、実施例に係る太陽電池特性を示すグラフである。 図１７は、実施例に係る耐湿試験後の太陽電池特性を示すグラフである。 図１８は、実施例に係る温度サイクル試験後の太陽電池特性を示すグラフである。

次に、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（太陽電池モジュール）
本実施形態に係る太陽電池モジュールについて、図３〜図７を参照して説明する。図３は、太陽電池モジュール中における太陽電池セルの平面図であり、図４〜７は、それぞれ図３のＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図、Ｃ−Ｃ’断面図、Ｄ−Ｄ’断面図である。

本実施形態に係る太陽電池セル１は、厚み０．１５ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶系半導体からなり、１辺が１２５ｍｍのほぼ正方形である。この太陽電池セル１内には、ｎ型領域とｐ型領域とがあり、ｎ型領域とｐ型領域との界面部分で半導体接合部が形成されている。この他に単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に実質的に真性な非晶質シリコン層を挟み、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ結合界面の特性を改善した構造、いわゆるＨＩＴ構造を有する太陽電池セル１であってもよい。

太陽電池セル１のｎ型領域の受光面側表面（以下において、「受光面」という。）部分には、受光面集電極が形成されている。この受光面集電極は、配線材（導電体）４１と接続するバスバー電極２１と、バスバー電極２１と交差し、分岐して形成されたフィンガー電極１１とからなる。バスバー電極２１は、太陽電池セル１の略全長にわたって２本形成されている。フィンガー電極１１は、バスバー電極２１に交差して多数本が太陽電池セルの略全域にわたって形成されている。バスバー電極２１は、例えば、０．３ｍｍ程度の幅で形成される。フィンガー電極１１は、例えば、０．１ｍｍ程度の幅で、６０本程度形成される。このような受光面集電極は、例えば、銀ペーストをスクリーン印刷して百数十度の温度で硬化させて形成されている。

図４に示すように、太陽電池セル１の裏面側の表面（以下において、「裏面」という。）にも同様に裏面集電極が設けられている。この裏面集電極も、配線材（導電体）４２を接続するためのバスバー電極２２と、バスバー電極２２と交差し、分岐して多数本形成されるフィンガー電極１２（図５参照）とからなる。バスバー電極２２は、太陽電池セルの略全長にわたって２本形成されており、フィンガー電極１２は、バスバー電極２２に交差して多数本が太陽電池セル１の略全域にわたって形成されている。バスバー電極２２は、例えば、０．３ｍｍ程度の幅で形成される。フィンガー電極１２は、例えば、０．１ｍｍ程度の幅で、１００本程度形成される。太陽電池セル１の裏面側は、受光面積の減少を考慮しなくてもよいことから、受光面集電極よりも多くのフィンガー電極が形成でき、裏面集電極側での抵抗損失を低減できる。このような裏面集電極は、例えば、銀ペーストをスクリーン印刷して百数十度の温度で硬化させて形成されている。

受光面側及び裏面側のバスバー電極２１、２２上には、接着剤３１、３２を介して、それぞれ配線材４１、４２が接着されている。接着剤３１、３２は、エポキシ樹脂を主成分とし、１８０℃の加熱で急速に架橋が促進され、１５秒程度で硬化が完了するように架橋促進剤を含んでいる。この接着剤３１、３２の厚みは、０．０１〜０．０５ｍｍであり、幅は入射光の遮蔽を考慮して、配線材４１の幅と同等以下であることが好ましい。この実施形態では、接着剤３１、３２として、幅１．５ｍｍ、厚み０．０２ｍｍの帯状フィルムシートを用いている。尚、接着剤３１、３２として、エポキシ樹脂を主成分としたものを用いると説明したが、半田接合より低い温度、好ましくは２００℃以下の温度で接着でき、生産性を著しく阻害しないよう２０秒程度で硬化が完了するものであればよい。例えば、硬化温度が低く、熱ストレスの軽減に寄与できるアクリル系樹脂、柔軟性の高いポリウレタン系などの熱硬化性樹脂接着剤の他に、ＥＶＡ樹脂系、合成ゴム系などの熱可塑性接着剤、低温での接合作業が可能となるエポキシ樹脂、アクリル樹脂、あるいはウレタン樹脂を主剤にして硬化剤を混ぜ合わせて接着する２液反応系接着剤なども用いることができる。

又、樹脂からなる接着剤には、微粒子が含まれていてもよい。微粒子は、２〜３０μｍφ、好ましくは、平均粒径１０μｍ程度の大きさである。微粒子としては、ニッケル、金コート付きニッケル、あるいはプラスチックに導電性金属、例えば金などをコートした粒子を混ぜ合わせたものを用いることができる。

又、配線材４１、４２は、幅２．０ｍｍ、厚み０．１５ｍｍの導電体である。配線材４１、４２は、芯材としての銅箔４１ａと、芯材の表面層としての軟導電体４１とから構成される。軟導電体４１ｂは、銅箔４１ａの表面上に錫を厚さ１０μｍ程度メッキすることによって形成される。配線材４１、４２は、互いに隣接する太陽電池セル１の間で折り曲げて用いる。尚、本実施形態では、配線材４１、４２を構成する軟導電体４１ｂ材料として錫を用いたが、基本的には、集電極（バスバー電極２１あるいはフィンガー電極１１）より軟らかい導電体で、かつ樹脂接着剤が硬化する温度で軟化する材料を用いることが望ましい。具体的には、表１に示すように、融点を引き下げた共晶半田を含めて、軟らかい導電性金属も使用することができる。

又、本実施形態に係る太陽電池モジュールでは、図６に示すように、バスバー電極２１の一部は、配線材４１の表面層である軟導電体４１ｂの中に埋め込まれている。太陽電池セル１の受光面と配線材４１とは、樹脂からなる接着剤３１によって接合されている。又、接着剤３１は、バスバー電極２１の側面を覆っている。同様に、図７に示すように、フィンガー電極１１の一部は、配線材４１の表面層である軟導電体４１ｂの中に埋め込まれている。太陽電池セル１の受光面と配線材４１とは、樹脂からなる接着剤３１によって接合されている。又、接着剤３１は、フィンガー電極１１の側面を覆っている。

尚、バスバー電極２１及びフィンガー電極１１の一部は、太陽電池セル１の受光面側だけでなく、裏面側においても、配線材４２の中に埋め込まれ、太陽電池セル１の裏面と配線材４２とは、樹脂からなる接着剤３２によって接合されていてもよい。

又、配線材４１は、図６及び図７に示すように、Ｃｕなどの低抵抗体４１ａの周囲を錫などの軟導電体４１ｂが覆っている。バスバー電極２１及びフィンガー電極１１は、軟導電体４１ｂに埋め込まれて接合されているが、低抵抗体４１ａに達する深さまで埋め込まれて接合されてもよい。

又、配線材４１の幅、厚みについても、上記の数値に限定するものではない。配線材４１の幅、厚みは、低抵抗体４１ａと低抵抗体４１ａを取り巻く軟導電体４１ｂとの材料が作り出す配線材４１の剛性や、素材の持つ比抵抗と断面積とで決定される配線材４１の抵抗値を考慮して、歩留まり及び特性の向上が得られるように決定することができる。

（太陽電池モジュールの製造方法）
次に、本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法について、図８を用いて説明する。

まず、図８（ａ）に示すように、太陽電池セル１の受光面及び裏面上にバスバー電極２１（あるいはフィンガー電極１１）を形成する。具体的には、銀ペーストをスクリーン印刷して百数十度の温度で硬化させることにより、バスバー電極２１を形成する。

次に、図８（ｂ）に示すように、バスバー電極２１を覆うように樹脂からなる接着剤３１を配置する。そして、配線材４１を太陽電池セル１のバスバー電極２１上に重ね置いて、軽く圧着する。

次に、図８（ｃ）に示すように、接着剤３１上に配置された配線材４１上部から太陽電池セル１の方向へ圧力をかけながら、当該太陽電池セル１を加熱する。具体的には、１８０℃に加熱されたヒータブロック５０、５１を上下に有する構造で、且つ加圧力を一定に保つ機能を持つ装置に太陽電池セル１をセットする。続いて、上下のヒータブロック５０、５１で、例えば、圧力２ＭＰａで太陽電池セル１を挟み、接着剤３１の硬化に必要な時間、例えば、１５秒の加熱を行う。この加熱時において、配線材４１の少なくとも表面領域は、バスバー電極２１よりも軟らかいことが好ましい。

すると、図８（ｄ）に示すように、配線材４１中にバスバー電極２１が埋め込まれて、配線材４１とバスバー電極２１とが接合される。このように、軟導電体としての錫に、銀粉末を主としてエポキシ樹脂で固められた集電極（バスバー電極）が埋め込まれる様子について、詳細に説明する。配線材４１の周辺を取り巻く軟導電体である錫は、常温において銀の約１／２の硬さを有する。錫の融点は２３２℃であるため、１８０℃に加熱されることにより更に軟らかくなる。従って、太陽電池セル表裏の配線材の両面を、例えば、２ＭＰａの圧力で加圧することで、融点９６３℃の銀粒子を熱硬化性樹脂で固められた集電極が、樹脂接着剤を流動的に排除した後に、配線材表面の錫中に容易に埋め込まれる。

同様にして、２枚目の太陽電池セル１を配線材４２上に重ね置いて軽く圧着し、上述した同様の手順で接着を行い、所望する枚数の太陽電池セル１を接合していく。

（作用及び効果）
太陽電池セルの反りは、配線材と太陽電池セルとの線膨張係数が異なるために発生すると考えられる。このような反りは温度に比例することから、配線材と太陽電池セルとに加える温度が高くなれば、太陽電池セルの反りは大きくなりやすい。従って、太陽電池セルの反りの低減には、低い温度での接着接合が最も有効な手段といえる。

本実施形態に係る太陽電池モジュールによると、接着手段を半田による合金接合よりも低温で行うことができる樹脂にしたため、太陽電池セル表裏の反り応力をより小さくすることができ、反りの発生を抑えることができる。

更に、この樹脂が集電極の周辺を覆い、且つ、配線材と太陽電池セルとを接着しているので、集電極と配線材との界面への水分の侵入を防ぎ、配線材の接着性を高めることができる。

一般的に、熱硬化性の樹脂接着剤を加熱していくと、一度粘度が下がり、その後に硬化剤により架橋が促進されて硬化が完了する。本実施形態では、配線材４１の軟導電体４１ａの中にバスバー電極２１が埋め込まれることにより、配線材４１と集電極とは接合される。加熱により粘度が下がった樹脂接着剤は、配線材４１と集電極との接合部から流動排出される。接合部から流動排出された樹脂は、加圧力によりバランスした配線材４１と集電極との隙間を埋めるようにして覆い、例えば、圧着開始後１５秒で硬化が完了する。加圧解除後の冷却に従い、樹脂接着剤は収縮する。この収縮応力は、配線材４１、４２と集電極との電気的接合に確実性を持たすことに有用である。即ち、樹脂接着剤は集電極と配線材４１、４２の接合部を覆い包むことにより、両者の間に充填された樹脂接着剤は、接着剤としての働きのみならず、電気的接合部への水分侵入を防ぐ働きを有する。そのため、接合界面における酸化物形成は抑制され、長期に渡り良好な接触環境を保つことができる。その結果、直列抵抗の増大を防ぎ、太陽電池モジュールの特性を維持することができる。

又、太陽電池セルの接合には、機械的接合と同時に、配線材を介しての電気的接合が求められる。低抵抗な電気的接合を得るには、接合するそれぞれの導電性材料方面の自然酸化膜、汚れなどを取り除いた清浄面で接触させることが重要である。本実施形態においては、配線材素材を覆う軟導電体に集電極を機械的に圧入して埋め込ませた形態としているので、十分な電気的接合を得ることができる。

又、樹脂接着剤を介して接合される配線材４１と太陽電池セル１とのそれぞれの界面には、加熱、加圧により必然的に存在する残留応力に加えて、太陽電池モジュールの使用環境を想定した厳しい冷熱環境サイクルに耐えることが要求される。つまり、冷熱サイクルにおいては、線膨張係数の違いから発生する応力がそれぞれの界面に繰り返し与えられることになる。この応力に対する耐性を高めるために、樹脂接着剤には、強い接着力とともに引っ張り、圧縮、捩れ、伸縮比などに対応する適度な弾性率が求められる。この適度な弾性率を得る手段として、樹脂接着剤の中に樹脂と性質の異なる好ましくは１０μｍ程度の微粒子を混在させることで、樹脂本来の接着力を損なうことなく、応力耐性を高めることができる。樹脂中に混入させた異種微粒子は、あたかもセメントに骨材、鉄材を加えることで、伸縮、圧縮などの耐性を高めると同様な効果を得ることができる。その結果、太陽電池モジュールの長期信頼性を更に高めることができる。

更に、本実施形態に係る太陽電池モジュールが、従来の太陽電池モジュールに比べ、低抵抗な電気的接合に優れている点について説明する。従来の共晶半田を用いた太陽電池セル接合用配線材としては、安定した合金化接合に必要な約４０μｍの厚みで素材の周辺を被覆したものを用いていた。一方、本発明に必要な軟導電体の厚みは、１μｍ程度あればよい。本実施形態に用いた配線材素材は、比抵抗１．７２μΩ・ｃｍの銅に略一桁高い比抵抗１１．４μΩ・ｃｍを示す錫を用いている。軟導電体を含む配線材全体の厚みを変えずに、配線材素材に比べ比抵抗の大きい軟導電体を薄くする、即ち、軟導電体の構成を小さくすることで、配線材全体の抵抗を相対的に低くすることができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記の実施形態では、ＨＩＴ構造を有する太陽電池セルを例にとり説明したが、ＨＩＴ構造を有しない通常の結晶系あるいは薄膜系の太陽電池セルに本発明を適用しても構わない。

又、本実施形態では、バスバー電極２１を用いた例について説明したが、従来のように合金を形成する材料の接触が必要でないために、バスバー電極２１は、必ずしも必要ではない。このように、太陽電池セルがバスバー電極を備えない場合について、図面を参照しながら説明する。

図９は、集電極としてフィンガー電極１１のみを有する太陽電池セル２を備える太陽電池モジュールの平面図である。

図１０は、図９のＥ−Ｅ’断面の拡大図である。同図に示すように、太陽電池セル２の受光面上及び裏面上には、集電極としてフィンガー電極１１，２１が形成される。一の太陽電池セル２の受光面集電極（フィンガー電極１１）と、一の太陽電池セル２に隣接する他の太陽電池セル２の裏面集電極（フィンガー電極２１）とは、配線材４１，４２によって電気的に接続される。

図１１は、図９のＦ−Ｆ’断面の拡大図である。同図に示すように、フィンガー電極１１，１２と配線材４１，４２とは、直接的に接合される。これにより、フィンガー電極１１，１２と配線材４１，４２との電気的接合が図られる。接着剤３１，３２は、フィンガー電極１１，１２と配線材４１，４２との接触界面から流動排出され、配線材４１，４２の側面に配設される。フィンガー電極１１，１２と配線材４１，４２との電気的接合に対する接着剤３１，３２の寄与は小さいため、接着剤３１，３２は導電性粒子を含んでいなくてもよい。

図１２は、図９のＧ−Ｇ’断面の拡大図である。同図に示すように、太陽電池セル２の受光面と配線材４１との間には、接着剤３１が配設される。

図１３は、図９のＨ−Ｈ’断面の拡大図である。同図に示すように、フィンガー電極１１の上部は、配線材４１中に埋め込まれる。具体的に、フィンガー電極１１の上部は、配線材４１の表面層である軟導電体４１ｂ中に埋め込まれる。このように、接着剤３１，３２がフィンガー電極１１，１２と配線材４１，４２との接触界面から流動排出されることにより、フィンガー電極１１，１２と配線材４１，４２とは直接的に接合される。これにより、フィンガー電極１１，１２と配線材４１，４２とは機械的に接合される。

以上のように、フィンガー電極１１のみの集電極の上に、配線材４１を貼り合わせても、機械的接合は勿論のこと、電気的接合も遜色なく、得ることができる。

又、本実施形態において、配線材の材料を銅箔として説明を行ったが、配線材の材料としては電気抵抗が小さいものであればよく、他に鉄、ニッケル、銀あるいはこれらを混合したものであっても、同様な効果が得られる。

更に、本実施形態において、樹脂接着剤として、帯状フィルムシートに予め整形された形態のものを用いたもので説明したが、樹脂接着剤がペースト状のものであっても、同様な効果が得られる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

以下、本発明に係る半導体発光素子について、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。

（抵抗値の実測）
図１４は、配線材素材の銅と周辺の軟導電体とから構成される配線材全体の抵抗値について、配線材全体の厚みが同じであっても、構成する軟導電体の厚みの違いにより、それぞれの配線材が持つ抵抗値の違いを示したものである。

従来は、半田付けを行うために、メッキ厚みが４０μｍ必要であった。このため、従来の配線材として、錫、銀、銅の共晶半田を平均４０μｍ被覆した材料（メッキ厚み４０μｍ）の抵抗値をプロットした。一方、本発明の配線材は、銅素材の周囲に錫を１５μｍ被覆させたもの（メッキ厚み１５μｍ）の抵抗値をプロットした。又、軟導電体は２μｍ程度あれば本発明の効果を得ることが可能であるため、銅素材の周囲に錫を２μｍ被覆させたもの（メッキ厚み２μｍ）の抵抗値もプロットした。尚、抵抗値は、ミリオームメータによる実測値である。

反り応力は、配線材の断面積とセル厚みのバランスの差が、加熱、冷却時の膨張、収縮による応力により発生すると述べた。セル厚みを一定としたとき、同じ断面積の配線材を用いても、従来に比べて低抵抗な配線材を用いることになり、高効率な太陽電池モジュールが得られる。又、反対に、薄い太陽電池セルを用いて、反りによる太陽電池セルの割れに対応するときは、断面積が小さい配線材を用いても従来と同様な太陽電池モジュールが得られることが分かった。このように、低抵抗な銅素材の構成比率を相対的に高めることで、より大きな効果が得られることが分かった。

（配線材引きはがし強度）
従来の構造における集電極は、配線材幅と略同寸法で太陽電池セル上に銀ペーストで印刷形成されて、この集電極の上に配線材が半田接合されている。従って、配線材と太陽電池セルの機械的接合強度は、この印刷形成された集電極の強度に依存する。集電極の特性としては、低い電気抵抗、及び共晶半田との合金化作用が求められるために、銀ペースト中の銀粒子の混入率を高くする必要がある。そのため、太陽電池セルとの接着力は、上述した電気抵抗、半田付け性とのバランスの中で得られるものとなる。従って、得られる接着力は、樹脂を主成分とする本実施例に係る接着剤と比べて低い。具体的には、図１５に示すように、配線材引きはがし強度について、本実施例と従来構造とを比較したとき、平均値で約３倍の差があった。

ここで、配線材引きはがし強度の測定方法について説明する。

まず準備として、太陽電池セルを平面ステージ上に平置きし、端部より概１０ｍｍのところに鋭角な稜線を持つ、例えば金属製定規のようなものを押し付けておいて、配線材を静かに稜線まで引きはがした。続いて、垂直方向に取り付けられた最大トルクのホールド機能を持つ最大スケール１ｋｇのフォースゲージに取り付けられた試料クランプで、概１０ｍｍ引きはがしておいた配線材をクランプした後に、金属定規を取り除いた。続いて、引きはがし測定する配線材近傍の太陽電池セルを平面ステージに押し付けながら、フォースゲージを垂直上方に引き上げて測定を行った。それぞれの配線材の測定点は、太陽電池セルの両端部より概１０ｍｍのところと、両端部よりの概中心点３点について行った。

（太陽電池特性）
図１６に示したグラフは、配線材全体の厚みが同じであっても軟導電性メッキ層の厚みの違いにより、それぞれが持つ配線材の抵抗値が異なることを実測データで示したものである。ここでは、本発明の太陽電池特性の寄与を説明するため、太陽電池特性のＦ．Ｆ（フィルファクター）を比較した。Ｆ．Ｆは、太陽電池の直列抵抗に依存する特性の一つである。

従来例として、錫、銀、銅の共晶半田を平均４０μｍ被覆した材料（メッキ厚み４０μｍ）からなる配線材を用いた。従来例の配線材の幅は２ｍｍ、厚みは０．１５ｍｍであった。一方、実施例として、銅素材の周囲に錫を１５μｍ被覆させた（メッキ厚み１５μｍ）配線材を用いた。実施例の配線材の幅は２ｍｍ、厚みは０．２０ｍｍであった。従って、メッキの厚みと、銅素材の厚みとを合わせた、配線材の総厚みは、実施例、従来例共に０．２３ｍｍであった。又、実施例として、０．３ｍｍ幅のバスバーを用いた場合と、バスバー無しの場合の２種類を用意した。

図１６に、従来例（半田付け）、バスバー有り及び無しの実施例における、Ｆ．Ｆ値を示す。尚、Ｆ．Ｆ値は、従来例の５試料の平均値を１００として規格化した。

同図に示すように、低抵抗な配線材を用いたことにより、実施例に係る太陽電池セルは、従来例に係る太陽電池セルよりも、高いＦ．Ｆ値を得ることが分かった。

（耐湿試験）
上述した太陽電池特性の評価に用いたのと同様の実施例及び従来例について耐湿試験を行った。なお、実施例としては、０．３ｍｍ幅、１．０ｍｍ幅、１．８ｍｍ幅のバスバーを用いた場合と、バスバー無しの場合との４種類を用意した。

図１７は、実施例及び従来例を、温度８５℃、湿度８５％の環境に１２１６時間さらした後のＦ．Ｆ値を示す。尚、図１７では、耐湿試験後におけるＦ．Ｆ値を、耐湿試験前におけるＦ．Ｆ値を１００として規格化して表している。

図１７に示すように、実施例は、従来例と同程度の耐湿性を有することが確認された。従って、図１６に示す太陽電池特性の評価結果を考慮すれば、実施例では、耐湿試験後においても、従来例より高いＦ．Ｆ値を維持できることが判った。

特に、バスバー無しの実施例においても、フィンガー電極と配線材との機械的接合及び電気的接合を十分に得られることが確認された。

（温度サイクル試験）
上述の耐湿試験に用いたのと同様の実施例及び従来例について温度サイクル試験を行った。なお、実施例としては、０．３ｍｍ幅、１．０ｍｍ幅、１．８ｍｍ幅のバスバーを用いた場合と、バスバー無しの場合との４種類を用意した。

温度サイクル試験は、ＪＩＳ Ｃ８９１７の温度サイクル試験に準拠した方法を使用した。具体的には、４５分かけて２５℃から９０℃まで上昇させ、この温度で９０分間保持し、次いで９０分かけて−４０℃まで降下させ、この温度で９０分間保持し、さらに４５分かけて２５℃まで上昇させることを１サイクル（６時間）として２６５サイクル繰返した。

図１８は、実施例及び従来例について２６５サイクル繰返した後のＦ．Ｆ値を示す。尚、同図では、温度サイクル試験後におけるＦ．Ｆ値を、温度サイクル試験前におけるＦ．Ｆ値を１００として規格化して表している。

図１８に示すように、実施例は、従来例と同程度の長期信頼性を有することが確認された。また、図１６に示す太陽電池特性の評価結果を考慮すれば、実施例では、温度サイクル試験後においても、従来例より高いＦ．Ｆ値を維持できることが判った。

特に、バスバー無しの実施例においても長期信頼性が維持されることが確認された。なお、日本国特許出願第２００６−２２９２０９号（２００６年８月２５日出願）の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。

以上のように、本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽電池セルにかかる反り応力、セル割れ、及び電極剥がれの発生を抑制することができるため有用である。

Claims (8)

1. 隣接する太陽電池セルの表面上に形成された集電極を導電体によって接続することにより、互いに電気的に接続された太陽電池モジュールであって、
   前記導電体は樹脂からなる接着剤により前記太陽電池セルの表面に接合され、
   前記集電極と前記導電体とは直接的な接合により電気的に接合されている、
   太陽電池モジュール。
2. 前記集電極はフィンガー電極を含み、
   前記フィンガー電極は、前記導電体と直接的な接合により電気的に接合されている、
   請求項１の太陽電池モジュール。
3. 前記接着剤には微粒子が含まれている、
   請求項１または２記載の太陽電池モジュール。
4. 太陽電池セルの表面上に形成された集電極に樹脂からなる接着剤を用いて導電体を接続する工程を備える太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記導電体に前記太陽電池セルの方向に圧力をかけることにより、前記集電極と前記導電体との接着界面から前記接着剤を流動排出させ、前記集電極と前記導電材とを直接的に接合させて電気的に接合する工程を備える、
   太陽電池モジュールの製造方法。
5. 前記集電極はフィンガー電極を含み、
   前記フィンガー電極を前記導電体と直接的に接合させて電気的に接続する、
   請求項４記載の太陽電池モジュールの製造方法。
6. 前記接着剤には微粒子が含まれる、
   請求項４または５に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
   
7. 前記接着剤として、帯状フィルムシートに予め整形された形態の接着剤を用いる、
   請求項４〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
8. 前記接着剤として、ペースト状の接着剤を用いる、
   請求項４〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
   

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