JP2011204955A - 太陽電池、太陽電池モジュール、電子部品及び太陽電池の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】樹脂接着剤を用いて高い信頼性で接続し得る太陽電池を提供する。
【解決手段】太陽電池１０は、受光することによりキャリアを生成する光電変換部２０と、光電変換部２０の表面上に設けられている集電電極２１ａ、２１ｂとを備えている。集電電極２１ａ、２１ｂの表面には、複数の突起部が形成されている。集電電極２１ａ、２１ｂの表面の表面粗さ（Ｒａ）は、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内にある。
【選択図】図４

Description

本発明は、太陽電池、太陽電池モジュール、電子部品及び太陽電池の製造方法に関する。
近年、環境負荷が小さいエネルギー源として、太陽電池モジュールが大いに注目されている。
一般的に、太陽電池モジュールは、複数の太陽電池を備えている。複数の太陽電池は、配線材によって電気的に直列または並列に接続されている。
従来、太陽電池と配線材との接着には、半田が広く用いられていた。しかしながら、半田を用いて太陽電池と配線材とを接着するためには、半田を融解させる必要がある。このため、接着工程において、太陽電池が高温になり、太陽電池が損傷したり、変形したりする虞がある。
これに鑑み、近年、太陽電池と配線材との接着に、導電性樹脂接着剤を用いることが検討されている（例えば、特許文献１を参照）。
この特許文献１には、太陽電池と配線材とを導電性樹脂接着剤により接着した場合における太陽電池と配線材との接着強度を高める方法として、電極表面に凹凸を形成する方法が記載されている。電極表面に凹凸を形成する方法としては、異なるパターンを有する２種類のマスクを用いて繰り返し印刷することにより、電極の表面に凹凸を形成する方法が記載されている。
特開２００９−２９５９４０号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載のように、パターンの異なるマスクを用いて繰り返し印刷することにより電極の表面に凹凸を形成する方法には、製造プロセスの煩雑化を招くという課題がある。
また、電極の表面に凹凸を機械的に形成することも考えられる。しかしながら、太陽電池の電極は、通常、例えば数十μｍ程度と極めて薄いため、電極に機械的加工を施す際に太陽電池を構成する各半導体層にまで応力が加わる虞がある。半導体層にまで応力が加わると、半導体層の膜質が低下し、その結果、太陽電池の光電変換特性が劣化する虞がある。
この問題は、上述のような太陽電池モジュールのみが有する問題ではなく、電極間が導電性樹脂接着剤により接着された電子部品が一般的に有する問題である。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、樹脂接着剤を用いて高い信頼性で接続し得る太陽電池及びその製造方法、接続信頼性が高い太陽電池モジュール、並びに接続信頼性が高い電子部品を提供することにある。
本発明に係る太陽電池は、光電変換部と、集電電極とを備えている。光電変換部は、受光することによりキャリアを生成する。集電電極は、光電変換部の表面上に設けられている。集電電極の表面には、複数の突起部が形成されている。集電電極の表面の表面粗さ（Ｒａ）は、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内にある。
本発明に係る太陽電池では、複数の突起部の少なくとも一部は、集電電極の表面の法線方向に対して傾斜した方向に延びていることが好ましい。
本発明に係る太陽電池では、複数の突起部の少なくとも一部の基端部には、突起部の基端部側から先端部側に向かって幅広となる部分が存在することが好ましい。
本発明に係る太陽電池では、集電電極は、光電変換部の上に形成されている第１の電極部と、第１の電極部を覆うように形成されている第２の電極部とを有していてもよい。その場合、第２の電極部は、めっき膜により構成されていることが好ましい。また、第１の電極部は、第２の電極部よりも高密度であると共に、低い電気抵抗を有することが好ましい。
本発明に係る太陽電池では、複数の突起部は、針状の突起部を含んでいてもよい。
本発明に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池と、配線材と、樹脂接着剤とを備えている。複数の太陽電池のそれぞれは、光電変換部と、集電電極とを有する。光電変換部は、受光することによりキャリアを生成する。集電電極は、光電変換部の表面上に設けられている。配線材は、複数の太陽電池を電気的に接続している。樹脂接着剤は、太陽電池の集電電極と配線材とを接着している。集電電極の表面と、配線材の集電電極側の表面との少なくとも一方には、複数の突起部が形成されている。複数の突起部が形成されている、集電電極の表面と、配線材の集電電極側の表面との少なくとも一方の表面粗さ（Ｒａ）は、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内にある。
本発明に係る太陽電池モジュールでは、集電電極は、光電変換部の上に形成されている第１の電極部と、第１の電極部を覆うように形成されている第２の電極部とを有していてもよい。その場合、樹脂接着剤は、第２の電極部を覆うように設けられていることが好ましい。
本発明に係る電子部品は、第１の電極と、第２の電極と、樹脂接着剤とを備えている。第２の電極は、第１の電極に電気的に接続されている。樹脂接着剤は、第１の電極及び第２の電極とを接着している。第１の電極の第２の電極側の表面には、複数の突起部が形成されている。第１の電極の第２の電極側の表面の表面粗さ（Ｒａ）は、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内にある。
本発明に係る太陽電池の製造方法は、受光することによりキャリアを生成する光電変換部と、光電変換部の表面上に設けられている集電電極とを備える太陽電池の製造方法に関する。本発明に係る太陽電池の製造方法では、集電電極の少なくとも表層部分を、めっきにより形成する。集電電極の少なくとも表層部分をめっきにより形成するときの電流密度を２Ａ／ｄｍ２〜１０Ａ／ｄｍ２の範囲内とする。
本発明に係る太陽電池の製造方法では、集電電極の少なくとも表層部分を形成するときの電流密度を、集電電極の表面の表面粗さ（Ｒａ）は、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内となるような電流密度に設定することが好ましい。
本発明に係る太陽電池の製造方法では、集電電極は、光電変換部の上に形成されている第１の電極部と、第１の電極部を覆うように形成されている第２の電極部とを有し、第１及び第２の電極部のそれぞれをめっきにより形成し、第１の電極部を形成するときの電流密度を、第２の電極部を形成するときの電流密度よりも低くすることが好ましい。
本発明によれば、樹脂接着剤を用いて高い信頼性で接続し得る太陽電池及びその製造方法、接続信頼性が高い太陽電池モジュール、並びに接続信頼性が高い電子部品を提供することができる。
本発明を実施した一実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的断面図である。 太陽電池の受光面側から視た略図的平面図である。 太陽電池の裏面側から視た略図的平面図である。 図２の線ＩＶ−ＩＶにおける略図的断面図である。 変形例における太陽電池の略図的断面図である。 実験例１において形成された第２のめっき膜の平面写真である。 実験例３において形成された第２のめっき膜の平面写真である。 実験例５において形成された第２のめっき膜の平面写真である。 実験例８において形成された銅板の平面写真である。 実験例９において形成された銅板の平面写真である。 実験例における剥離試験を説明するための模式的側面図である。 第２のめっき膜形成時の電流密度（電流密度２）と、第２のめっき膜の表面の表面粗さＲａとの関係を表すグラフである。 第２のめっき膜の表面の表面粗さＲａと、剥離強度との関係を表すグラフである。 第２のめっき膜形成時の電流密度（電流密度２）と、剥離強度との関係を表すグラフである。
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１に示す太陽電池モジュール１を例に挙げて説明する。但し、太陽電池モジュール１は、単なる例示である。本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽電池モジュール１に何ら限定されない。また、本発明に係る電子部品も、太陽電池モジュール１に何ら限定されない。本発明に係る電子部品は、太陽電池モジュール１とは異なる形態の太陽電池モジュールであってもよいし、太陽電池モジュール以外の電子部品であってもよい。
なお、実施形態や変形例などにおいて参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
（太陽電池モジュール１の概略構成）
図１は、本発明を実施した一実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的断面図である。まず、図１を参照しながら、太陽電池モジュール１の概略構成について説明する。
図１に示すように、太陽電池モジュール１は、配列方向ｘに沿って配列された複数の太陽電池１０を備えている。複数の太陽電池１０は、配線材１１によって電気的に接続されている。具体的には、隣接する太陽電池１０間が配線材１１によって電気的に接続されることによって、複数の太陽電池１０が直列または並列に電気的に接続されている。
複数の太陽電池１０の受光面側及び裏面側には、第１及び第２の保護部材１４，１５が配置されている。第１の保護部材１４と第２の保護部材１５との間には、封止剤１３により、複数の太陽電池１０の封止が行われている。
なお、封止剤１３並びに第１及び第２の保護部材１４，１５の材料は、特に限定されない。封止剤１３は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等の透光性を有する樹脂により形成することができる。
第１及び第２の保護部材１４，１５は、例えば、ガラス、樹脂などにより形成することができる。また、例えば、第１及び第２の保護部材１４，１５のうちの一方を、アルミニウム箔などの金属箔を介在させた樹脂フィルムにより構成してもよい。本実施形態では、第１の保護部材１４は、太陽電池１０の裏面側に配置されており、アルミニウム箔などの金属箔を介在させた樹脂フィルムにより構成されている。第２の保護部材１５は、太陽電池１０の受光面側に配置されており、ガラスまたは透光性樹脂からなる。
（太陽電池１０の構造）
図２は、太陽電池の受光面側から視た略図的平面図である。図３は、太陽電池の裏面側から視た略図的平面図である。図４は、太陽電池モジュールの一部分の略図的断面図である。次に、図２〜図４を参照しながら、太陽電池１０の構造について説明する。
なお、ここで説明する太陽電池１０は、単なる一例である。本発明において、太陽電池の種類や構造は何ら限定されない。
また、本実施形態においては、太陽電池１０の一方の主面が受光面であり、他方の主面が裏面であるが、本発明において、太陽電池の両主面が受光面であってもよい。その場合は、上記第１及び第２の保護部材１４，１５のそれぞれが透光性を有することが好ましい。
（光電変換部２０）
図２〜図４に示すように、太陽電池１０は、光電変換部２０を有する。光電変換部２０は、受光することによってキャリア（電子及び正孔）を生成するものである。
光電変換部２０は、ｐｎ接合や、ｐｉｎ接合等の半導体接合を有する半導体材料から構成されている。半導体材料としては、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコンなどの結晶性シリコン半導体、非晶質シリコン半導体、ＧａＡｓ等の化合物半導体などが挙げられる。
具体的には、本実施形態の太陽電池１０は、ＨＩＴ（登録商標）構造を有するものである。このため、図４に示すように、光電変換部２０は、ｎ型の結晶性シリコン基板２０ｃを備えている。結晶性シリコン基板２０ｃの一方の表面の上には、ｉ型のアモルファスシリコン層２０ｄが形成されている。さらに、アモルファスシリコン層２０ｄの上には、ｐ型のアモルファスシリコン層２０ｅが形成されている。これら結晶性シリコン基板２０ｃ、ｉ型のアモルファスシリコン層２０ｄ及びｐ型のアモルファスシリコン層２０ｅの接合によりＨＩＴ構造が形成されている。
ｐ型のアモルファスシリコン層２０ｅの上には、ＴＣＯ層２０ｈが形成されている。ＴＣＯ層２０ｈの上には、ＴＣＯ層２０ｈの一部が露出するように絶縁層２０ｉが形成されている。また、ＴＣＯ層２０ｈの表面の、絶縁層２０ｉから露出した部分の上には、下地電極層２０ｊが形成されている。この下地電極層２０ｊは、後述する集電電極２１ａの形状に対応した形状に形成されている。
結晶性シリコン基板２０ｃの他方の表面の上には、ｉ型のアモルファスシリコン層２０ｆが形成されている。アモルファスシリコン層２０ｆの上には、ｎ型のアモルファスシリコン層２０ｇが形成されている。これら結晶性シリコン基板２０ｃ、ｉ型のアモルファスシリコン層２０ｆ及びｎ型のアモルファスシリコン層２０ｇの接合により少数キャリアの再結合が抑制されている。
ｎ型のアモルファスシリコン層２０ｇの上には、ＴＣＯ層２０ｋが形成されている。ＴＣＯ層２０ｋの上には、ＴＣＯ層２０ｋの一部が露出するように絶縁層２０ｌが形成されている。また、ＴＣＯ層２０ｋの、絶縁層２０ｌから露出した部分の上には、下地電極層２０ｍが形成されている。この下地電極層２０ｍは、後述する集電電極２１ｂの形状に対応した形状に形成されている。
なお、ＴＣＯ層２０ｈ、２０ｋは、例えば、酸化インジウムや酸化亜鉛などの透光性導電酸化物により形成することができる。絶縁層２０ｉ、２０ｌは、例えば、酸化ケイ素や窒化ケイ素により形成することができる。下地電極層２０ｊ、２０ｍは、例えば、Ｎｉなどの金属や、合金のめっき膜により構成することができる。
また、ｐ型のアモルファスシリコン層２０ｅとｎ型のアモルファスシリコン層２０ｇとのいずれが受光面側に配置されていてもよい。以下では、ｐ型のアモルファスシリコン層２０ｅを受光面側に配置する例について説明する。但し、ｎ型のアモルファスシリコン層２０ｇが受光面側に配置されていてもよい。
（集電電極２１ａ、２１ｂ）
光電変換部２０の受光面２０ａ（図２を参照）と裏面２０ｂ（図３を参照）とのそれぞれの上には、集電電極２１ａ、２１ｂが形成されている。図２及び図３に示すように、集電電極２１ａ、２１ｂは、複数のフィンガー電極２２ａ、２２ｂと、バスバー２３ａ、２３ｂとを備えている。複数のフィンガー電極２２ａ、２２ｂのそれぞれは、配列方向ｘに垂直な方向ｙに相互に平行に延びている。複数のフィンガー電極２２ａ、２２ｂは、配列方向ｘに沿って配列されている。バスバー２３ａ、２３ｂは、配列方向ｘに延びるように形成されている。バスバー２３ａ、２３ｂは、複数のフィンガー電極２２ａ、２２ｂを接続している。なお、本実施形態では、集電電極２１ａ、２１ｂのそれぞれは、一体に形成されている。
図４に示すように、本実施形態では、集電電極２１ａ、２１ｂの表面には、複数の突起部が形成されている。この突起部は、急峻な傾きを有している。突起部は、例えば、針状の形状を有する。なお、図４は、描画の便宜上、模式的に描画されたものであり、図４に示す表面形状は、実際の表面形状とは異なっている。
具体的には、集電電極２１ａ、２１ｂの表面に形成されている複数の突起部は、集電電極の、その突起部が形成されている部分の表面の法線方向に対して傾斜した方向に延びている。ここで、「集電電極の表面の法線方向」とは、図４の矢印ｚで示す方向である。
また、一部の突起部の基端部には、突起部の基端部側から先端部側に向かって幅広となる部分が存在している。
集電電極２１ａ、２１ｂの表面の表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１で規定される表面粗さＲａで、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内にある。
集電電極２１ａ、２１ｂのそれぞれは、例えば、一体に形成されていてもよいが、本実施形態では、集電電極２１ａ、２１ｂのそれぞれは、第１の電極部２１ａ１，２１ｂ１と、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２とを有している。第１の電極部２１ａ１，２１ｂ１は、光電変換部２０の受光面２０ａの上に、下地電極層２０ｊと接触するように形成されている。第２の電極部２１ａ２、２１ｂ２は、第１の電極部２１ａ１、２１ｂ１を覆うように形成されている。具体的には、本実施形態では、第２の電極部２１ａ２、２１ｂ２は、第１の電極部２１ａ１、２１ｂ１の表面全体を覆うように形成されている。上記複数の突起部が形成されている集電電極２１ａ、２１ｂの表面は、この第２の電極部２１ａ２、２１ｂ２の表面により構成されている。
第１及び第２の電極部２１ａ１，２１ｂ１，２１ａ２，２１ｂ２は、めっき膜により形成されている。
第１及び第２の電極部２１ａ１，２１ｂ１，２１ａ２，２１ｂ２の材質は、導電性を有するものである限り特に限定されない。第１及び第２の電極部２１ａ１，２１ｂ１，２１ａ２，２１ｂ２は、例えば、銀、ニッケル、銅などの金属や、それらの金属のうちの少なくとも一種を含む合金により形成することができる。第１の電極部２１ａ１、２１ｂ１と、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２とは、同一材料からなるものであってもよいし、異なる材料からなるものであってもよい。
第１の電極部２１ａ１、２１ｂ１は、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２よりも高密度であると共に、低い電気抵抗を有することが好ましい。
なお、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２の表面の上には、例えば、錫や銀などからなる酸化防止膜が設けられていてもよい。酸化防止膜の形成方法は、特に限定されない。酸化防止膜は、例えば、めっきなどにより形成することができる。
（配線材１１による太陽電池１０の電気的接続）
図１に示すように、隣接して配置されている太陽電池１０は、配線材１１により電気的に接続されている。具体的には、配線材１１の一方側の部分が、太陽電池１０の集電電極２１ａ、２１ｂのうちの一方に電気的に接続されると共に、配線材１１の他方側の部分が、当該太陽電池１０に隣接する太陽電池１０の集電電極２１ａ、２１ｂのうちの他方に電気的に接続されることにより、隣接する太陽電池１０が配線材１１により電気的に接続されている。
配線材１１は、導電性を有するものである限りにおいて特に限定されない。図４に示すように、本実施形態では、配線材１１は、配線材本体１１ａと、配線材本体１１ａを覆う半田層１１ｂとにより構成されている。
配線材１１と、集電電極２１ａ、２１ｂの接続は、樹脂接着剤としての、導電性樹脂接着剤１２により接着されている。導電性樹脂接着剤１２は、導電性を実質的に有さない樹脂１２ａと、樹脂１２ａ中に分散している導電性粒子１２ｂとを有する。
導電性樹脂接着剤１２の樹脂１２ａの材料としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、これらの樹脂の混合体や共重合体などが挙げられる。
導電性樹脂接着剤１２の導電性粒子１２ｂとしては、例えば、ニッケル、銅、銀、アルミニウム、スズ、金などの金属や、これらの金属のうちの一種以上を含む合金からなる粒子を用いることができる。また、導電性粒子１２ｂは、絶縁性粒子に金属コーティングまたは合金コーティングなどの導電性コーティングを施したものであってもよい。上記絶縁性粒子としては、例えば、無機酸化物粒子や樹脂粒子等が挙げられる。無機酸化物粒子としては、例えば、アルミナ、シリカ、酸化チタン、ガラスなどの無機酸化物からなる粒子が挙げられる。樹脂粒子としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、これらの樹脂の混合体や共重合体などからなる粒子が挙げられる。
導電性粒子１２ｂの形状は、特に限定されない。導電性粒子１２ｂは、例えば、球状、楕球状などであってもよい。
（太陽電池モジュール１の製造方法）
次に、太陽電池モジュール１の製造方法について詳細に説明する。
まず、光電変換部２０を用意する。なお、光電変換部２０は、公知の方法により作成することができる。
次に、光電変換部２０の上に、集電電極２１ａ、２１ｂを形成することにより、太陽電池１０を完成させる。具体的には、まず、第１の電極部２１ａ１，２１ｂ１を形成する。第１の電極部２１ａ１，２１ｂ１の形成方法は、特に限定されない。以下、本実施形態では、第１の電極部２１ａ１，２１ｂ１をめっきにより形成する場合について説明する。
第１の電極部２１ａ１，２１ｂ１の形成後、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２を形成する。第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２は、めっきにより形成する。第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２をめっきにより形成するときの電流密度は、２Ａ／ｄｍ２〜１０Ａ／ｄｍ２の範囲内とする。このような電流密度に設定することにより、第２の電極部２１ａ２、２１ｂ２の表面に、複数の突起部を形成できると共に、集電電極２１ａ、２１ｂの表面の表面粗さを、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１で規定される表面粗さＲａで、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内とすることができる。
但し、この場合は、第２の電極部２１ａ２、２１ｂ２の密度が低くなるため、電気抵抗が高くなる傾向にある。よって、第１の電極部２１ａ１、２１ｂ１を形成するときの電流密度を、第２の電極部２１ａ１，２１ｂ１を形成するときの電流密度よりも低く設定することが好ましい。そうすることにより、第１の電極部２１ａ１、２１ｂ１の密度を高めることができる。その結果、第１の電極部２１ａ１，２１ｂ１の電気抵抗を低くすることができる。従って、集電電極２１ａ、２１ｂ全体の電気抵抗の上昇を抑制することができる。
上記のように作成した複数の太陽電池１０を、配線材１１を用いて電気的に接続する。具体的には、集電電極２１ａ、２１ｂの上に、導電性樹脂接着剤１２を介在させて配線材１１を配置し、配線材１１を、集電電極２１ａ、２１ｂ側に相対的にプレスすることにより配線材１１と集電電極２１ａ、２１ｂとを接着すると共に、電気的に接続することができる。この配線材１１と集電電極２１ａ、２１ｂとの接着を繰り返し行うことにより、複数の太陽電池１０を電気的に接続する。
なお、導電性樹脂接着剤１２を集電電極２１ａ、２１ｂ上に配置する方法は、導電性樹脂接着剤１２を塗布する方法であってもよいし、フィルム状の導電性樹脂接着剤１２を集電電極２１ａ、２１ｂ上に載置する方法であってもよい。
次に、図１に示す封止剤１３並びに第１及び第２の保護部材１４，１５を形成する。封止剤１３並びに第１及び第２の保護部材１４，１５の形成方法は、特に限定されず、例えば、公知の方法により封止剤１３並びに第１及び第２の保護部材１４，１５を形成することができる。例えば、第２の保護部材１５の上に、ＥＶＡシートなどの樹脂シートを載置する。樹脂シートの上に、配線材１１により電気的に接続された複数の太陽電池１０を配置する。その上に、ＥＶＡシートなどの樹脂シートを載置し、さらにその上に、第１の保護部材１４を載置する。これらを、減圧雰囲気中において、加熱圧着することにより仮圧着した後に、再度加熱することにより、樹脂シートを硬化させる。以上の工程により、太陽電池モジュール１を製造することができる。
なお、必要に応じて、端子ボックスや金属フレームなどの取り付けを行ってもよい。
以上説明したように、本実施形態では、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２を、めっきにより形成し、かつ、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２形成時の電流密度を、２Ａ／ｄｍ２〜１０Ａ／ｄｍ２の範囲内とする。このため、集電電極２１ａ、２１ｂの表面に、複数の突起部を形成するとともに、集電電極２１ａ、２１ｂの表面の表面粗さを、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１で規定される表面粗さＲａで、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内とすることができる。このため、下記の実験例等においても実証されるように、配線材１１と集電電極２１ａ、２１ｂとの間の密着強度を効果的に高めることができる。従って、高い信頼性を有する太陽電池モジュール１を得ることができる。
また、本実施形態では、めっきを行う際の電流密度を調整するだけで、集電電極２１ａ、２１ｂの表面に突起部を形成することができる。このため、本実施形態の製造方法によれば、太陽電池モジュール１の製造プロセスの煩雑化を招くことなく、高い信頼性を有する太陽電池モジュール１を製造することができる。
本実施形態とは異なり、例えば、集電電極２１ａ、２１ｂの表面に、研磨部材を用いて機械的に凹凸を形成した場合は、集電電極２１ａ、２１ｂの表面に、本実施形態のような針状の突起部を形成することはできない。従って、配線材１１と集電電極２１ａ、２１ｂとの間の密着強度を十分に高めることが困難である。本実施形態のように、第２のめっき膜２１ａ２，２１ｂ２のめっき時の電流密度を２Ａ／ｄｍ２〜１０Ａ／ｄｍ２の範囲内とし、集電電極２１ａ、２１ｂの表面に、複数の針状の突起部を形成することにより初めて、配線材１１と集電電極２１ａ、２１ｂとの間の密着強度を効果的に高めることができる。
なお、配線材１１と集電電極２１ａ、２１ｂとの間の密着強度を高めるためには、集電電極２１ａ、２１ｂの表面の表面粗さを所定の範囲内にする必要がある。集電電極２１ａ、２１ｂの表面の表面粗さが小さすぎる場合のみならず、大きすぎる場合も、配線材１１と集電電極２１ａ、２１ｂとの間の密着強度を効果的に高めることができない。
具体的には、集電電極２１ａ、２１ｂの表面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１で規定される表面粗さＲａで、０．１μｍを下回る場合は、配線材１１と集電電極２１ａ、２１ｂとの間の密着強度を十分に高めることができない。同様に、集電電極２１ａ、２１ｂの表面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１で規定される表面粗さＲａで、０．６μｍを超える場合も、配線材１１と集電電極２１ａ、２１ｂとの間の密着強度を十分に高めることができない。
また、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２のめっき時の電流密度が小さすぎると、集電電極２１ａ、２１ｂの表面の表面粗さが小さくなりすぎ、配線材１１と集電電極２１ａ、２１ｂとの間の密着強度を十分に高めることができない。第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２のめっき時の電流密度が大きすぎると、集電電極２１ａ、２１ｂの表面の表面粗さが大きくなりすぎ、配線材１１と集電電極２１ａ、２１ｂとの間の密着強度を十分に高めることができない。
また、本実施形態の製造方法によれば、集電電極２１ａ、２１ｂの表面に形成された複数の針状の突起部の少なくとも一部は、集電電極２１ａ、２１ｂの表面の法線方向に対して傾斜した方向に延びるように形成される。また、本実施形態では、複数の突起部の少なくとも一部は、突起部の基端部に、針状突起の基端部側から先端部側に向かって幅広となる部分が存在するような形状を有する。よって、突起部の下方にも導電性樹脂接着剤１２が位置することになる。従って、配線材１１と集電電極２１ａ、２１ｂとの間の密着強度をより効果的に高めることができる。
ところで、本実施形態のように、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２を比較的高い電流密度でめっきすることにより形成した場合、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２が粗となり、第２の電極部２１ａ２、２１ｂ２の電気抵抗が高くなる傾向にある。このため、本実施形態のように、集電電極２１ａ、２１ｂに、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２のみならず、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２よりも高密度であり、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２よりも電気抵抗が低い第１の電極部２１ａ１，２１ｂ２を設けることが好ましい。そうすることにより、集電電極２１ａ、２１ｂ全体の電気抵抗を小さくすることができる。
なお、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２よりも高密度であり、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２よりも電気抵抗が低い第１の電極部２１ａ１，２１ｂ２は、例えば、本実施形態のように、第１の電極部２１ａ１，２１ｂ２形成時の電流密度を、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２形成時の電流密度よりも低くすることにより形成することができる。また、第１の電極部２１ａ１，２１ｂ２の材質を、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２の材質よりも電気抵抗が低いものとすることによっても、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２よりも高密度であり、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２よりも電気抵抗が低い第１の電極部２１ａ１，２１ｂ２を形成することができる。
但し、第１の電極部２１ａ１，２１ｂ２の材質と、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２の材質とを異ならせた場合、第１の電極部２１ａ１，２１ｂ２と、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２との密着性が低下する場合がある。従って、第１の電極部２１ａ１，２１ｂ２と、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２とを同一材料により形成し、かつ、電流密度を異ならせることにより、第１の電極部２１ａ１，２１ｂ２と、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２との電気抵抗を調節することが好ましい。
なお、上記実施形態では、図４に示すように、導電性樹脂接着剤１２は、集電電極２１ａ、２１ｂと配線材１１との間にのみ設けられている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図５に示すように、導電性樹脂接着剤１２は、第２の電極部２１ａ２、２１ｂ２を覆うように設けられていてもよい。この場合、導電性樹脂接着剤１２と、集電電極２１ａ、２１ｂとの密着性をより高めることができる。
上記実施形態では、第１及び第２の電極部２１ａ１，２１ｂ１，２１ａ２，２１ｂ２のそれぞれがめっき膜により構成されている場合について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。第１及び第２の電極部２１ａ１，２１ｂ１，２１ａ２，２１ｂ２のそれぞれは、めっき膜以外により構成されていてもよい。もっとも、集電電極２１ａ、２１ｂの表面に複数の針状の突起部を形成する観点からは、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２は、めっき膜により構成されていることが好ましい。
上記実施形態では、配線材１１と、集電電極２１ａ、２１ｂとが導電性樹脂接着剤１２により接着されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、配線材と集電電極とを、導電性粒子を含まない絶縁性の樹脂接着剤により接着してもよい。その場合は、配線材と集電電極とを直接接触させることにより、配線材と集電電極とを電気的に接続することができる。
（実験例１〜９）
本実験例では、（１）めっき時の電流密度と、めっき膜の表面の表面粗さとの関係、（２）めっき時の電流密度及びめっき膜の表面の表面粗さと、めっき膜に樹脂接着剤を用いて貼り付けた部材の剥離強度との関係を検証した。
まず、縦：５０ｍｍ、横：１００ｍｍ、厚さ:５００μｍの銅板３０（図１１を参照）を、硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬し、下記の表１に示す「電流密度１」で、「時間１」の間、銅めっきを行い、銅板３０の上に第１のめっき膜３１を形成した。続いて、再度、硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬し、下記の表１に示す「電流密度２」で、「時間２」の間、銅めっきを行い、第１のめっき膜３１の上に第２のめっき膜３２を形成した。
図６〜図８に示す写真から、電流密度２を、２Ａ／ｄｍ２〜１０Ａ／ｄｍ２の範囲内とした場合に、めっき膜の表面に複数の針状の突起部が形成されることが分かる。また、複数の針状の突起部の少なくとも一部は、めっき膜の表面の法線方向に対して傾斜した方向に延びていることが分かる。さらに、針状の突起部の一部の基端部には、針状の突起部の基端部側から先端部側に向かって幅広となる部分が存在することが分かる。
次に、得られた第２のめっき膜３２の表面を、キーエンス社製のレーザー顕微鏡ＶＫ−９７１０を用いて、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７に対応）に基づいて、表面粗さＲａを測定した。なお、表面粗さＲａの測定は、横方向６２μｍ、縦方向４６μｍの範囲の画像における全体で行った。結果を、下記の表１及び図１２に示す。
実験例８，９では、サンドペーパーを用いて、銅板３０の表面を研磨することにより、銅板３０の表面に凹凸を形成し、上記方法と同様の方法により、銅板３０の表面粗さＲａを測定した。結果を、下記の表１に示す。また、図９及び図１０に、得られた銅板３０の平面写真を示す。なお、実験例８では、＃３２０のサンドペーパーを用いた。実験例９では、＃１５００のサンドペーパーを用いた。
図９及び図１０に示す写真から、サンドペーパーにより凹凸を形成した場合は、上記実験例１〜７とは異なり、銅板３０の表面に線状の傷が生じており、針状の突起部は形成されなかった。
上記表１及び図１２に示す結果から、第２のめっき膜３２形成時の電流密度（電流密度２）を高めることにより、第２のめっき膜３２の表面の表面粗さＲａを大きくできることが分かる。この結果から、上記実施形態において、第２の電極部２１ａ２，２１ｂ２形成時の電流密度を変化させることにより、第２の電極部２１ａ２、２１ｂ２の表面の表面粗さＲａを制御できることが分かる。
次に、めっき時の電流密度及びめっき膜の表面の表面粗さと、めっき膜に樹脂接着剤を用いて貼り付けた部材の剥離強度との関係を検証した。具体的には、図１１に示すように、各実験例１〜７で得られたサンプルの上に、幅：１ｍｍ、長さ:１００ｍｍ、厚さ：１００μｍの銅箔３４を、導電性樹脂接着剤３３を用いて接着した。ここで、導電性樹脂接着剤３３としては、平均粒子径が２μｍ〜５μｍであるＮｉフィラーが約８質量％含有するエポキシ系樹脂からなり、幅:１ｍｍ、長さ:５０ｍｍ、厚さ：２５μｍのフィルム状導電性樹脂接着剤を用いた。この導電性樹脂接着剤３３を介して、第２のめっき膜３２の上に、銅箔３４を配置し、２００℃で、３０分間、０．２５ＭＰａで押圧することにより、銅箔３４を銅板３０に接着した。その後、剥離強度試験器（ＩＭＡＤＡ社製 ＭＸ−２０００Ｎ）を用いて、銅板３０の法線方向に沿って、４０ｍｍ／分の速度で銅箔３４を引張り、銅箔３４が剥離したときの最大荷重を剥離強度（ｇ）として求めた。結果を、上記表１及び図１３及び図１４に示す。
また、実験例８，９において作成した銅板３０の上にも、同様に、銅箔３４を、導電性樹脂接着剤３３を用いて接着し、同様の手順で剥離強度を測定した。結果を上記表１及び図１３に示す。
上記表１に示す及び図１３に示す結果から、機械的研磨により銅板３０の表面に凹凸を形成した場合は、銅板３０の表面の表面粗さＲａが大きくても、十分に高い剥離強度が得られなかった。それに対して、上記実施形態のように、めっき時の電流密度を調節することにより表面粗さＲａを大きくした場合は、第２のめっき膜３２の表面の表面粗さＲａが小さくても、高い剥離強度が得られた。
具体的には、例えば、機械的研磨を行った実験例８では、銅板３０の表面の表面粗さＲａは、０．６１３と大きいにも関わらず、剥離強度は、１５７．０ｇと小さかった。それに対して、めっき時の電流密度を制御することにより第２のめっき膜３２の表面の表面粗さＲａを大きくした実験例１〜５では、実験例８よりも表面粗さＲａが小さいにも関わらず、１６８ｇ以上という高い剥離強度が得られた。
また、図１４に示すグラフから、第２のめっき膜３２の表面の表面粗さＲａが小さすぎても、大きすぎても高い剥離強度が得られないことが分かる。具体的には、第２のめっき膜３２の表面の表面粗さＲａを、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内とすることにより、高い剥離強度が得られることが分かる。
また、図９に示すように、第２のめっき膜３２形成時の電流密度を、２Ａ／ｄｍ２〜１０Ａ／ｄｍ２の範囲内とすることにより、高い剥離強度が得られることが分かる。
なお、第２のめっき膜３２の表面の表面粗さＲａが大きくなりすぎた場合に剥離強度が低くなる理由は、単位面積当たりにおける凹凸の数量が少なくなるため、得られるアンカー効果が小さくなるためであると考えられる。
（実施例１）
本実施例では、上記実施形態において説明した複数の太陽電池を、下記の要領で作製した。
まず、（１００）方位のｎ型結晶シリコン基板２０ｃ（抵抗率：１Ωｃｍ、１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ：２００μｍ、両面ミラー研磨）の上に、プラズマＣＶＤを用いて、アモルファスシリコン層２０ｄ〜２０ｇを適宜形成した。なお、アモルファスシリコン層２０ｄ〜２０ｇのそれぞれの厚みは、１０ｎｍとした。
次に、スパッタリング法を用いて、ＩＴＯからなる厚み６０ｎｍのＴＣＯ層２０ｈ、２０ｋを形成した。続いて、スパッタリング法を用いて、厚み４０ｎｍのＳｉＯ２膜を形成した後に、レジストを利用した化学エッチングによりパターニングすることによって絶縁層２０ｉ、２０ｌを形成した。
次に、ＴＣＯ層２０ｈ、２０ｋの露出部に、パラジウム触媒を付着させた後に、電解ニッケルめっきにより、厚さ０．２μｍのニッケル膜からなる下地電極層２０ｊ、２０ｍを形成した。
さらに、下地電極層２０ｊ、２０ｍの上に、電解銅めっきにより、厚み１０μｍの銅めっき膜からなる第１の電極部２１ａ１，２１ｂ１を形成した。なお、第１の電極部２１ａ１，２１ｂ１形成時の電流密度は、０．１Ａ／ｄｍ２とした。得られた第１の電極部２１ａ１，２１ｂ１の表面の表面粗さＲａを、上記実験例に記載の方法と同様の方法で測定したところ、０．２μｍであった。
次に、電解銅めっきにより、厚み１０μｍの銅めっき膜からなる第２の電極部２１ａ２、２１ｂ２を形成した。なお、第２の電極部２１ａ２、２１ｂ２形成時の電流密度は、６Ａ／ｄｍ２とした。得られた第２の電極部２１ａ２、２１ｂ２の表面の表面粗さＲａを、上記実験例に記載の方法と同様の方法で測定したところ、０．３４μｍであった。
次に、第２の電極部２１ａ２、２１ｂ２の上に、電解錫めっきにより、厚み１μｍの錫めっき膜を形成することにより太陽電池１０を完成させた。なお、得られた集電電極の表面の表面粗さＲａを、上記実験例に記載の方法と同様の方法で測定したところ、０．３４μｍであった。
完成した太陽電池１０のバスバー２３ａ、２３ｂの上に、ディスペンサーを利用して、０．５ｍｍ幅で導電性樹脂接着剤を塗布し、幅１．５ｍｍ、厚さ１００μｍの半田めっき軟銅線からなる電流取り出し端子を貼付した後に、１５０℃で１０分間加熱することにより導電性樹脂接着剤を硬化させた。最後に、ガラス板及びテドラーフィルムの間に太陽電池１０を配置し、太陽電池を封止することにより、太陽電池モジュールを完成させた。なお、導電性樹脂接着剤としては、エポキシ系の樹脂を主成分とする導電性樹脂接着剤を用いた。導電性樹脂接着剤層の厚みは、約２５μｍ、幅は、約１ｍｍであった。
（比較例１）
第１及び第２の電極層を形成せずに、電解銅めっきにより形成した２０μｍの銅めっき膜により集電電極を構成したこと以外は、上記実施例１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。なお、比較例１では、電解銅めっき時の電流密度は、０．１Ａ／ｄｍ２とした。得られた集電電極の表面の表面粗さＲａは、０．２７μｍであった。
（温度サイクル試験）
実施例１及び比較例１で作成した太陽電池モジュール各１０枚のそれぞれについて、恒温槽を用いて、ＪＩＳ Ｃ ８９１７に規定の条件に準拠した温度サイクル試験を行った。具体的には、太陽電池モジュール各１０枚を恒温槽内に配置し、４５分かけて２５℃から９０℃まで上昇させ、９０℃で９０分保持した後に、９０分かけて−４０℃まで冷却し、−４０℃で９０分保持し、さらに４５分かけて２５℃まで昇温するサイクルを２００サイクル実施した。そして、温度サイクル試験実施前の出力と、温度サイクル試験実施後の出力とを測定した。結果を、下記の表２に示す。なお、表２に示す出力は、各太陽電池モジュールの温度サイクル試験実施前の出力を１００とした平均値である。
上記表２に示すように、第２のめっき膜３２形成時の電流密度を２Ａ／ｄｍ２〜１０Ａ／ｄｍ２の範囲内とし、第２のめっき膜３２の表面の表面粗さを、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１で規定される表面粗さＲａで、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内とした実施例１では、良好な耐熱性が得られた。それに対して、集電電極の表面粗さＲａが小さな比較例では、十分に高い耐熱性が得られなかった。この結果から、集電電極を本発明に従うものとすることにより、高い耐熱性及び信頼性を有する太陽電池を実現できることが分かる。
１…太陽電池モジュール
１０…太陽電池
１１…配線材
１２…導電性樹脂接着剤
１２ａ…樹脂
１２ｂ…導電性粒子
２０…光電変換部
２０ａ…受光面
２０ｂ…裏面
２１ａ、２１ｂ…集電電極
２１ａ１、２１ｂ１…第１の電極部
２１ａ２、２１ｂ２…第２の電極部
２２ａ、２２ｂ…フィンガー電極
２３ａ、２３ｂ…バスバー

Claims (12)

  1. 受光することによりキャリアを生成する光電変換部と、
    前記光電変換部の表面上に設けられている集電電極とを備える太陽電池であって、
    前記集電電極の表面には、複数の突起部が形成されており、
    前記集電電極の表面の表面粗さ（Ｒａ）は、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内にある、太陽電池。
  2. 前記複数の突起部の少なくとも一部は、前記集電電極の表面の法線方向に対して傾斜した方向に延びている、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記複数の突起部の少なくとも一部の基端部には、前記突起部の基端部側から先端部側に向かって幅広となる部分が存在する、請求項１または２に記載の太陽電池。
  4. 前記集電電極は、前記光電変換部の上に形成されている第１の電極部と、前記第１の電極部を覆うように形成されている第２の電極部とを有し、
    前記第２の電極部は、めっき膜により構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池。
  5. 前記集電電極は、前記光電変換部の上に形成されている第１の電極部と、前記第１の電極部を覆うように形成されている第２の電極部とを有し、
    前記第１の電極部は、前記第２の電極部よりも高密度であると共に、低い電気抵抗を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池。
  6. 前記複数の突起部は、針状の突起部を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池。
  7. 受光することによりキャリアを生成する光電変換部と、前記光電変換部の表面上に設けられている集電電極とを有する複数の太陽電池と、前記複数の太陽電池を電気的に接続している配線材と、前記太陽電池の集電電極と前記配線材とを接着している樹脂接着剤とを備える太陽電池モジュールであって、
    前記集電電極の表面と、前記配線材の前記集電電極側の表面との少なくとも一方には、複数の突起部が形成されており、
    前記複数の突起部が形成されている、前記集電電極の表面と、前記配線材の前記集電電極側の表面との少なくとも一方の表面粗さ（Ｒａ）は、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内にある、太陽電池モジュール。
  8. 前記集電電極は、前記光電変換部の上に形成されている第１の電極部と、前記第１の電極部を覆うように形成されている第２の電極部とを有し、
    前記樹脂接着剤は、前記第２の電極部を覆うように設けられている、請求項７に記載の太陽電池モジュール。
  9. 第１の電極と、前記第１の電極に電気的に接続されている第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極とを接着している樹脂接着剤とを備える電子部品であって、
    前記第１の電極の前記第２の電極側の表面には、複数の突起部が形成されており、
    前記第１の電極の前記第２の電極側の表面の表面粗さ（Ｒａ）は、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内にある、電子部品。
  10. 受光することによりキャリアを生成する光電変換部と、前記光電変換部の表面上に設けられている集電電極とを備える太陽電池の製造方法であって、
    前記集電電極の少なくとも表層部分を、めっきにより形成し、
    前記集電電極の少なくとも表層部分を形成するときの電流密度を２Ａ／ｄｍ２〜１０Ａ／ｄｍ２の範囲内とする、太陽電池の製造方法。
  11. 前記集電電極の少なくとも表層部分をめっきにより形成するときの電流密度を、前記集電電極の表面の表面粗さ（Ｒａ）は、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内となるような電流密度に設定する、請求項１０に記載の太陽電池の製造方法。
  12. 前記集電電極は、前記光電変換部の上に形成されている第１の電極部と、前記第１の電極部を覆うように形成されている第２の電極部とを有し、
    前記第１及び第２の電極部のそれぞれをめっきにより形成し、
    前記第１の電極部を形成するときの電流密度を、前記第２の電極部を形成するときの電流密度よりも低くする、請求項１０または１１に記載の太陽電池の製造方法。
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