JP2012004289A - 部材接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、省エネルギーおよび高効率処理である部材接合方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る部材接合方法では、基体上に、第一の導電材（引出線１２）を配置させる。そして、第一の導電材を覆うように、アルミニウムから成る第二の導電材（集電電極６または接合補助材２０等）を配置する。そして、第一の導電材を覆っている部分の第二の導電材に対して、超音波接合処理を施し、第一の導電材と第二の導電材とを接合させる。
【選択図】図１３

Description

本発明は、超音波接合法を用いた部材接合方法に関するものであり、たとえば、太陽電池で用いられる導電性部材の接合処理の際に利用できる。

従来より、太陽電池として、薄膜太陽電池が利用されている。当該太陽電池は、一般的に複数の太陽電池セルが直列に接続されて構成されている。

また、当該構成において、各太陽電池セルで発電した電気は、基板の端辺部に形成された集電電極（バスバー）にて集電され、当該集電された電気は、引出線から取り出される。

当該集電電極と当該引出線との接合のように、導電体同士の接合には従来、半田など他の導電性部材を介してなされることが一般的であった。たとえば、太陽電池の分野において、裏面電極層とバスバー（集電電極）とを、他の導電性部材を介して接合する先行文献が存在する（特許文献１）。

特開２００２−３１４１０４号公報

しかしながら、加熱方式による半田付け工程では、半田ごてをほぼ常時加熱状態にしておく必要があり、省エネルギーに反する。さらに、半田ごてによる半田付け処理では比較的長い処理時間を要するので、接合処理の効率化が図れないという問題も存在する。また、半田付けによる導電体同士の接合を採用した場合には、接合強度が低い、接合部における電気抵抗の上昇などの問題が発生する。

そこで、本発明は、省エネルギーおよび高効率処理であり、好ましくはさらに、高い接合力および接合部の低抵抗を図ることができる、部材接合方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る部材接合方法は、（Ａ）基体を用意する工程と、（Ｂ）前記基体上に、第一の導電材を配置する工程と、（Ｃ）前記第一の導電材を覆うように、アルミニウムから成る第二の導電材を配置する工程と、（Ｄ）前記第一の導電材を覆っている部分の前記第二の導電材に対して、超音波接合処理を施し、少なくとも前記第一の導電材と前記第二の導電材とを、接合する工程とを備えている。

本発明に係る部材接合方法は、（Ａ）基体を用意する工程と、（Ｂ）前記基体上に、第一の導電材を配置する工程と、（Ｃ）前記第一の導電材を覆うように、アルミニウムから成る第二の導電材を配置する工程と、（Ｄ）前記第一の導電材を覆っている部分の前記第二の導電材に対して、超音波接合処理を施し、少なくとも前記第一の導電材と前記第二の導電材とを、接合する工程とを備えている。

超音波接合処理では、非常に短い期間だけ超音波振動を印加するだけで済む。したがって、半田ごてを常時加熱しておくようなエネルギーの無駄を、本発明では防止できる。また、半田付け接合処理と超音波接合処理とを比較した場合、超音波接合処理の方がより短時間の処理である。したがって、本発明では、接合処理の高効率化が実現できる。

また、アルミニウムは超音波接合に優れた部材であるので、アルミニウムから成る第二の導電材に第一の導電材を潜り込ませて、超音波振動を印加することにより、次の効果も奏される。つまり、低エネルギーおよび短時間の超音波接合処理により、第一の導電材と第二の導電材とを接合させることができる。

実施の形態１に係る部材接合方法の一連の工程を説明するための、平面図である。 実施の形態１に係る部材接合方法の一連の工程を説明するための、断面図である。 実施の形態１に係る部材接合方法の一連の工程を説明するための、平面図である。 実施の形態１に係る部材接合方法の一連の工程を説明するための、平面図である。 実施の形態１に係る部材接合方法の一連の工程を説明するための、拡大斜視図である。 実施の形態１に係る部材接合方法の一連の工程を説明するための、平面図である。 実施の形態１に係る部材接合方法の一連の工程を説明するための、断面図である。 実施の形態１に係る部材接合方法の一連の工程を説明するための、平面図である。 接合ツールが有するチップにおける、当接部分付近の構成を示す拡大断面図である。 接合ツールが有するチップにおける、当接部分付近の他の構成を示す拡大断面図である。 集電電極６が発電層３の内部にまで食い込んでいる様子を示す拡大断面図である。 集電電極６が表面電極層２の内部にまで食い込んでいる様子を示す拡大断面図である。 実施の形態１に係る部材接合方法の一連の工程を説明するための、拡大断面図である。 引出線１２を集電電極６の端部付近に配設させた様子を示す平面図である。 実施の形態２に係る部材接合方法の一連の工程を説明するための、平面図である。 実施の形態２に係る部材接合方法の一連の工程を説明するための、平面図である。 実施の形態２に係る部材接合方法の一連の工程を説明するための、拡大断面図である。 集電電極６および引出線１２を、冷却部２６により冷却する様子を示す拡大平面図である。 集電電極６および引出線１２を、冷却部２６により冷却する様子を示す拡大断面図である。 引出線１２を、押圧部材３０により押圧する様子を示す拡大断面図である。 接合ツール（チップ）の幅Ｌ２と引出線１２の幅Ｌ１との関係を示す拡大断面図である。

本発明に係る部材接合方法は、基体上に、第一の導電材を配置し、当該第一の導電材を覆うように、アルミニウムから成る第二の導電材を配置し、第一の導電材を覆っている部分の第二の導電材に対して、超音波接合処理を施すことを特徴とする。当該超音波接合処理により、第一の導電材と第二の導電材とは、接合する。

ここで、上記した超音波接合処理（超音波接合法、超音波振動接合処理）とは、垂直方向に加圧しながら水平方向に超音波振動を印加することにより、部材同士を接合する処理（方法）のことである。

以下、この発明を、具体的な例に当て嵌めて説明する。具体例として以下では、当該発明を、太陽電池（たとえば、薄膜シリコン太陽電池）における、引出線とアルミニウム集電電極との接合処理に適用した場合について説明する。

＜実施の形態１＞
まず、透明性を有する基板１（以下では、ガラス基板１とする）を用意する。そして、当該ガラス基板１上に、表面電極層２、発電層３および裏面電極層４を各々、所定のパターン形状にて形成する。そして、ガラス基板１上に形成された各部材２，３，４を覆うように、保護膜５を成膜する。当該工程までにより、薄膜シリコン太陽電池の基本構成が作成される。太陽電池の例では、上記薄膜の各層・膜２，３，４，５が形成されたガラス基板１が、上記基体であると把握できる。

図１は、当該基体の構成を示す平面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面を示す断面図である。なお、図２の断面図では、図面簡略化のため、保護膜５の図示を省略している。

図１，２から分かるように、表面電極層２、発電層３および裏面電極層４は各々、ストライプ状に形成されている。また、図２に示すように、表面電極層２、発電層３および裏面電極層４が当該順に積層している積層構造により、単位太陽電池セルＰ１が構成されている。各単位太陽電池セルＰ１において、表面電極層２および裏面電極層４はそれぞれ、発電層３と電気的に接続されている。

また、図２に示すように、一方の単位太陽電池セルＰ１を構成する発電層３および裏面電極層４は各々、他方の単位太陽電池セルＰ１を構成する表面電極層２と電気的に接続している。ここで、他方の単位太陽電池セルＰ１とは、一方の単位太陽電池セルＰ１に隣接する単位太陽電池セルである。

当該構成から分かるように、図２に示すように、複数の単位太陽電池セルＰ１が、図２の左右方向に、直接に電気接続されている。なお、図２に示すように、保護膜５は、当該直列に接続された複数の単位太陽電池セルＰ１を、完全に覆っている。

ここで、ガラス基板１の厚さは、４ｍｍ程度以下の薄膜基板である。また、表面電極層２は、透明性を有する導電膜から成り、たとえばＺｎＯ、ＩＴＯあるいはＳｎＯ₂が採用できる。当該表面電極層２の厚さは、たとえば数十ｎｍ程度である。

また、発電層３では、ガラス基板１および表面電極層２を介して入射された光を、電気に変換することができる光電変換層である。当該発電層３は、膜厚が数μｍ程度（たとえば、３μｍ以下）の薄膜層である。また、当該発電層３は、シリコンから構成されている。

また、発電層３は、アモルファスシリコン層の単一層のみで構成されている。或いは、当該発電層３は、アモルファスシリコン層と微結晶シリコン層とが、複数層に積層されている積層体であっても良い。

また、裏面電極層４は、たとえば銀を含む導電膜を採用できる。当該裏面電極層４の厚さは、たとえば、数十ｎｍ程度である。また、保護膜５は、たとえばＴｉを含む膜を採用できる。当該保護膜５は、ガラス基板１上に形成されている構成部材２，３，４を完全に覆うことができる程度の厚さである。なお、裏面電極層４上における保護膜５の膜厚は、数十ｎｍ程度でも良い。また、保護膜５は、ガラス基板１から入射した光の反射防止膜としても機能させても良い。

さて、上記積層構造を有する基体を形成した後、次に、アルミニウム集電電極６と引出線１２との超音波接合処理、およびアルミニウム集電電極６と基体との超音波接合処理を実施する。具体的には、下記の通りである。

ここで、本実施の形態１では、アルミニウム集電電極６が、アルミニウムから成る第二の導電材であると把握できる。また、本実施の形態１では、引出線１２が、第一の導電材であると把握できる。なお、以下の説明では、アルミニウム集電電極６を、単に集電電極６と称する。

さて、上記構造を有する基体を用意した後、図３に示すように、後述する引出線１２が配設されることとなる基体上（より具体的には、保護膜５上）の位置に、絶縁テープ１１を接着する。当該絶縁テープ１１は、保護膜５と引出線１２との電気的絶縁の目的で使用される。図３に示すように、絶縁テープ１１は、保護膜５上の図示したＸ軸の略中央部において、図示したＹ方向に沿って、２箇所に配設される。

次に、図４に示すように、絶縁テープ１１を介して基体上に各々、引出線１２を配置させ、絶縁テープ１１に引出線１２を接着させる。ここで、引出線１２の線幅は、絶縁テープ１１の線幅より小さく、図示したＸ方向において引出線１２は、絶縁テープ１１内に納まっている。また、図４に示すように、引出線１２は、絶縁テープ１１と同様、図示したＹ方向に配設されるが、基体の両端辺部Ｅ１，Ｅ２側において、引出線１２の一方端部の集電電極６と接合する部分が、（若干）、絶縁テープ１１からはみ出している。

また、図４に示すように、引出線１２の他方端部１２Ｐは、絶縁テープ１１内に納まっている。さらに、当該他方端部１２Ｐは、図５に示すように、保護膜５の主面に対して垂直方向に、立ち上げられる。当該立ち上がっている部分の他方端部１２Ｐは、外部に存するジャンクションボックス（ターミナルボックス）などに配設された外部端子と、電気的に接続される。

なお、引出線１２の線幅は、たとえば２〜４ｍｍ程度であり、当該引出線１２の厚みは、たとえば０．１〜０．２ｍｍ程度である。また、引出線１２として、銅線、アルミニウム線あるいは半田ディップ銅線などを採用することができる。

次に、図６に示すように、引出線１２のはみ出している一方端部を覆うように、上記端辺部Ｅ１，Ｅ２において、集電電極６を配置させる。図６に示すように、集電電極６は線状であり、図示したＸ方向に沿って延設される。ここで、当該集電電極６が配置された位置の下方には、保護膜５、裏面電極４、発電層３および表面電極層２から成る積層体が存在している。当該図６のＢ−Ｂ断面の断面図を、図７に示す。

当該集電電極６の線幅は、たとえば４ｍｍ程度であり、当該集電電極６の厚さは、たとえば０．１ｍｍ程度である。なお、集電電極６の延設方向は、裏面電極層４、発電層３および表面電極層２の延設方向と、平行である。

次に、引出線１２を覆っている部分の集電電極６の箇所を含めて、当該集電電極６上面の複数個所に対して、スポット的に超音波振動接合処理を施す。これにより、引出線１２と集電電極６との重複部分においては、引出線１２と集電電極６とは、スポット的に超音波接合される。具体的には、当該超音波振動印加により、集電電極６が塑性変形し、当該集電電極６が引出線１２と接合する。さらに、前記重複部分以外の部分では、集電電極６は、保護膜５および裏面電極４を貫通し、発電層３または表面電極層２と超音波接合する。

当該超音波振動接合処理後の様子を、図８に示す。図８に示すように、集電電極６上には、超音波振動印加の際に発生する圧痕７が、スポット的に残る。ここで、当該超音波振動接合処理は、所定の形状のチップを有する接合ツールを用いて、実施される。

具体的に、前記チップを集電電極６の上面に当接し、当該当接方向に所定の圧力を印加する。そして、当該圧力印加状態で、水平方向（圧力印加方向に垂直な方向）に、当該チップを超音波振動させる。

ここで、図９に示すように、前記チップ１ｃの集電電極６と当接する面では、複数の平面部１０が、複数の凹部１１により、互いに分離形成される。ここで、当該平面部１０の平面度が高精度に形成される。また、凹部１１間の間隔Ｐ１は１．０ｍｍ以下程度、凹部１１の最深部Ｄ１までの深さは０．１５ｍｍ以下程度に設定される。当該形状のチップ１ｃを採用し超音波振動接合法を実施することにより、薄厚であるガラス基板１に対してダメージを与えることを防止できる。

また、図１０に示すように、当該チップ１ｃの当接面側には、上記複数の平面部１０および凹部１１に、微細な凹凸形状が形成されていても良い。図１０に示す構成の当該チップ１ｃを採用することにより、より低エネルギーの超音波振動印加によって、超音波振動接合を支障なく実現することができる。

上記のように、集電電極６の上面に対する複数個所の超音波接合処理は、同じ接合ツールを用いて、連続的に実施する。たとえば、集電電極６の延設方向に沿って、途中に集電電極６と引出線１２との接合処理も行いつつ順次、スポット的に超音波接合処理を実施する。

ここで、集電電極６と引出線１２との超音波接合処理中に引出線１２が移動しないように、引出線１２を保護膜５に対して固定すべく、当該引出線１２を保護膜５に対して仮止めされていることが望ましい。

また、上記のように、同じ接合ツールを用いて連続的に超音波接合処理を実施する。ここで、集電電極６に潜り込む様に配置されている引出線１２の一方端部は、当該超音波接合により、少なくとも発電層３には到達させない。他方、引出線１２が存在する箇所以外では、超音波接合により、集電電極６は、保護膜５および裏面電極層４を貫通し、電極層３または表面電極層２と接合する。したがって、一連の超音波接合処理において、接合点に依存して（集電電極６の下に引出線１２が存するか否かに依存して）、超音波振動の印加エネルギーや集電電極６を押圧する圧力を変化させる必要がある。

なお、図１１，１２は、超音波接合処理後における、集電電極６の最終到達位置を示す拡大断面図である。図１１，１２は共に、ガラス基板１の端辺部に存する積層構造２，３，４，５の部分の拡大断面図である。

図１１では、超音波接合により、集電電極６が発電層３に食い込んでおり、集電電極６の下面が発電層３内部に位置している。これに対して、図１２では、超音波接合により、集電電極６が表面電極層２に食い込んでおり、集電電極６の下面が表面電極層２内部に位置している。

なお、どの程度の超音波振動を印加すると、集電電極６がどの位置まで食い込むかは、積層体２，３，４，５の厚さや素材により異なる。したがって、集電電極６の食い込ませる位置を特定し、これに応じて印加する超音波振動の条件は、事前の経験則等に従って決定しておく。一般的には、積層体２，３，４，５の条件が同じであるなら、図１１の構成を実現するときと比較して、図１２の構成を実現する場合の方が、より大きな超音波振動エネルギーを印加する必要がある。

上記超音波振動処理によって集電電極６が上記積層体と結合することにより、太陽電池モジュールにおいて、当該集電電極６は、発電した電気を集電する「集電用電極」であるバスバー電極として機能することとなる。つまり、直列に接続された各単位太陽電池セルＰ１で発電した電気を、当該バスバー電極として機能する集電電極６に集約される。ここで、図８において、一方の集電電極６は、カソード電極として機能し、他方の集電電極６はアノード電極として機能する。

また、当該集電電極６で集電された電気は、外部に存するジャンクションボックス（ターミナルボックス）などに供給する必要がある。上記工程により集電電極６と接合した引出線１２が、集電電極６とジャンクションボックスなどに配設された外部端子（符号１２ｐの部分が当該外部端子と接続される）とを電気的に接続することとなる。当該引出線１２は、集電電極６から電力を引き出し、討議引き出した電力を外部端子に供給する。

ここで、図１３の拡大断面図により、集電電極６と引出線１２との接合処理の様子を示す。図１３において、符号ＢＢは基体であり、符号ＳＴは、加圧しながら超音波振動する接合ツールである。

なお、絶縁テープ１１を接着させ、その後に、引出線１２を配置し、引出線１２の端部１２ｐを立ち上がらせ、その後、上記一連の超音波接合処理を施す工程は、一連の装置内において、流れ作業的に実施できる。

上記のように、本実施の形態では、基体上に引出線（第一の導電材）１２を配置し、当該引出線１２を覆うように、集電電極（第二の導電材）６を配置し、図１３に示すように、集電電極６と引出線１２との重複部分に対して、超音波接合処理を施す。

超音波接合処理では、非常に短い期間だけ超音波振動を印加するだけで済む。したがって、半田ごてを常時加熱しておくようなエネルギーの無駄を、本実施の形態に係る発明では防止できる。また、半田付け接合処理と超音波接合処理とを比較した場合、超音波接合処理の方がより短時間の処理である。したがって、本実施の形態に係る発明では、接合処理の高効率化が実現できる。

また、アルミニウムは超音波接合に優れた部材であるので、アルミニウムから成る第二の導電材（集電電極６）に第一の導電材（引出線１２）を潜り込ませて、超音波振動を印加することにより、次の効果も奏される。つまり、低エネルギーおよび短時間の超音波接合処理により、第一の導電材と第二の導電材とを接合させることができる。

また、引出線１２が銅あるいはアルミニウムから成る場合には、超音波接合処理により、集電電極６は塑性変形し、集電電極６と引出線１２とは金属間接合することとなる。したがって、半田付け接合の場合よりも、接合力が増すことができ、集電電極６が引出線１２から剥離することを抑制することができる。つまり、集電電極６と引出線１２との接合の信頼性が向上する。また、超音波接合処理では、半田のような介在部材が存在しない。したがって、接合部における低抵抗を実現することができる。

また、引出線１２が半田ディップ銅線である場合には、超音波接合処理により、半田が溶融すると共に、集電電極６は塑性変形する。これにより、集電電極６と引出線１２とは、半田による結合の他に、アルミニウムと銅との金属間接合も起こると想定される。これにより、集電電極６と引出線１２との接合力が増すことができ、集電電極６が引出線１２から剥離することを抑制することができる。つまり、集電電極６と引出線１２との接合の信頼性が向上する。

また、上記接合ツール（図９，１０参照）を用いた超音波振動印加では、下地に対するダメージ付与を防止することができる。よって、上記した超音波接合は、非常に薄膜な下地（たとえば、厚さ４ｍｍ以下の下地）に対する導電体の接合において、非常に有益なものとなる。

また、上記説明では、引出線１２（絶縁テープ１１も同様）が、基体の略中央部において、Ｙ軸方向に沿って配設する場合に言及した。これに対して、図１４に示すような引出線１２（絶縁テープ１１も同様）の配置を、採用しても良い。図１４の例では、集電電極６の端部付近において、図示したＹ軸方向に延設された引出線１２の一方端部が、当該集電電極６と接合される。

＜実施の形態２＞
本実施の形態では、実施の形態１と異なる方法により、集電電極６と引出線１２とを接合する場合について説明する。

まず、実施の形態１で説明したように、単位太陽電池セルＰ１が形成された基体（図２で示した、積層構造２，３，４，５が形成されたガラス基板１）を用意する。次に、図１５に示すように、実施の形態１で説明した集電電極６を、基体上の所定の位置に配置する（つまり、集電電極６を、基体の両端辺部であり、積層構造２，３，４，５の上に配置（図７，１５））。なお、実施の形態１で説明したように、集電電極６は、アルミニウム製で、線状であり、各部材２，３，４の延設方向と平行（図１５のＸ方向参照）に配設されている。

次に、図１６に示すように、集電電極６上に、実施の形態１で説明した線状の引出線１２を配置する。引出線１２の一方端部が、集電電極６上の一部に位置しており（接しており）、当該集電電極６の延設方向に対して垂直な方向（図１６のＹ方向参照）に配設されている。本実施の形態においても、当該引出線１２が第一の導電材であると把握できる。また、実施の形態１でも説明したように、引出線１２として、アルミニウム、銅、または半田ディップ銅線などが採用される。

ここで、図では省略しているが、実施の形態１でも説明したように、引出線１２と保護膜５との間に、絶縁テープ１１が配設されていても良い。

次に、集電電極６と重複している部分の引出線１２を覆うように、接合補助材２０を配置する（図１７の拡大断面図参照）。ここで、接合補助材２０は、アルミニウムから成る。図１７に示すように、基体ＢＢ上に配置された集電電極６の上に、接合補助材２０の一方端部が配置され、当該引出線１２の一方端部を覆うように、接合補助材２０が配置されている。図１７に示すように、集電電極２０の配設方向に沿って接合補助材２０が配置される。したがって、引出線１２を覆っている部分以外において接合補助部材２０は、集電電極６と接することが可能である。本実施の形態では、当該接合補助材２０が、第二の導電材であると把握できる。

次に、図１７に示すように、集電電極６、引出線１２および接合補助材２０が重複している部分において、当該接合補助材２０の上面に対して、実施の形態１で説明した超音波接合処理を施す。なお、図１７において、符号ＢＢは基体であり、符号ＳＴは、加圧しながら超音波振動する、実施の形態１で説明した接合ツールである。

図１７に示す超音波振動印加により、アルミニウム製の接合補助材２０が塑性変形し引出線１２と金属接合し、当該引出線１２は集電電極６と接合する。また、同時に、引出線１２の下に存する集電電極６は、実施の形態１で説明したように、保護膜５および裏面電極層４を貫通し、発電層３または表面電極層２と接続する。

さらに、集電電極６の他の部分（上記部材２０，１２，６の重複部分以外の集電電極６の部分）に対して、実施の形態１で説明したように、スポット的に、複数回の超音波振動接合処理を施す。当該超音波振動接合処理により、当該超音波振動接合処理を施した部分において、集電電極６は、保護膜５および裏面電極層４を貫通し、発電層３または表面電極層２と接続する。

なお、引出線１２を覆っていない部分の接合補助材２０に対して、超音波振動接合処理を実施しても良い。

また、前記各超音波振動接合処理は、同じ接合ツールを用いて、一連の動作として実施される。

上記のように、本実施の形態では、基体に配置された集電電極６上に引出線（第一の導電材）１２を配置し、当該引出線１２を覆うように、接合補助材（第二の導電材）２０を配置し、図１７に示すように、集電電極６と引出線１２と接合補助材２０の重複部分に対して、超音波接合処理を施す。

超音波接合処理では、非常に短い期間だけ超音波振動を印加するだけで済む。したがって、半田ごてを常時加熱しておくようなエネルギーの無駄を、本実施の形態に係る発明では防止できる。また、半田付け接合処理と超音波接合処理とを比較した場合、超音波接合処理の方がより短時間の処理である。したがって、本実施の形態に係る発明では、接合処理の高効率化が実現できる。

また、図１７に示す超音波振動印加により、アルミニウム製の接合補助材２０が塑性変形し引出線１２と接合し、当該引出線１２は集電電極６と接合する。また、同時に、引出線１２の下に存する集電電極６は、保護膜５および裏面電極層４を貫通し、発電層３または表面電極層２と接続する。

また、引出線１２がアルミニウムから成る場合には、超音波接合処理により当該引出線１２も塑性変形しやすくなる。よって、集電電極６と引出線１２とは金属間接合しやすくなる。したがって、引出線１２と集電電極６との接合力が増すことができ、引出線１２が集電電極６から剥離することを抑制することができる。つまり、集電電極６と引出線１２との接合の信頼性が向上する。

また、引出線１２が半田ディップ銅線である場合には、超音波接合処理により半田が溶融する。これにより、半田による結合により、集電電極６と引出線１２とは、より強固に接合され、引出線１２が集電電極６から剥離することを抑制することができる。つまり、集電電極６と引出線１２との接合の信頼性が向上する。

また、上記接合ツール（図９，１０参照）を用いた超音波振動印加では、下地に対するダメージ付与を防止することができる。よって、上記した超音波接合は、非常に薄膜な下地（たとえば、厚さ４ｍｍ以下の下地）に対する導電体の接合において、非常に有益なものとなる。

また、上記説明では、引出線１２が、基体の略中央部において、Ｙ軸方向に沿って配設する場合に言及した。これに対して、集電電極６の端部付近において、Ｙ軸方向に延設された引出線１２の一方端部が、当該集電電極６と接合される構成を採用しても良い。

＜実施の形態３＞
第一の導電材（引出線１２）を覆っている部分の第二の導電材（集電電極６または接合補助材２０）に対して超音波振動を印加すると、当該印加部において高い熱が発生する。当該発生した熱は、第一の導電材および／または第二の導電材に対して悪影響を及ぼし得る。

たとえば、第一の導電材を覆っている部分の第二の導電材（第一の領域）に対して超音波振動を印加した後、当該第一の領域に隣接する第二の導電材に対して、第二の導電材と他の部材との接合のため、さらに別の超音波振動を印加したとする。この場合には、各超音波振動印加により発生する熱によって、第二の導電材と第一の導電材との接合力を弱める結果となり得る。つまり、第二の導電材と第一の導電材との剥離が懸念され、第一の導電材が半田ディップ銅線の場合には、第一の導電材と第二の導電材との接合は半田によるものも含まれるので、熱による両導電材の剥離の問題が顕著になる。

そこで、本実施の形態では、第一の導電材および／または第二の導電材を冷却しながら、第一の導電材を覆っている部分の第二の導電材に対して超音波振動接合処理を施す。当該本実施の形態を具体例に基づいて説明する。具体例として、以下では、引出線１２および／または集電電極６を冷却しながら、引出線１２を覆っている部分の集電電極６に対して超音波振動接合処理を施す場合について説明する。

図１８，１９は、本実施の形態の当該具体例を示す図である。ここで、図１８は、冷却部２６による前記冷却の様子を示す平面図である。また、図１９は、冷却部２６による前記冷却の様子を示す、図１８のＹ方向から眺めた図である。なお、図１９において符号ＢＢは、実施の形態１で説明した基体を示している。

冷却部２６は、金属から構成されている。当該冷却部２６は、引出線１２の１箇所と集電電極６の２箇所と、当接することができる形状を有している（図１８の平面図では、冷却部２６は、コの字状の輪郭を有する）。ここで、冷却部２６の当接位置は、引出線１２と集電電極６との重複領域以外の領域であり、当該重複領域近傍の領域である。

また、冷却部２６は、３本の脚２６ａ，２６ｂ，２６ｃを有している。脚２６ａは、引出線１２と集電電極６との重複領域の左側において、当該重複領域少し離隔して、集電電極６と当接している。また、図１９に示すように、脚２６ｂは、当該重複領域の右側において、当該重複領域と少し離隔して、集電電極６と当接している。さらに、図１９に示すように、脚２６ｃは、当該重複領域から引出線１２の延設方向（Ｙ方向）において、当該重複領域と少し離隔して、引出線１２と当接している。

冷却部２６が集電電極６と当接する領域において、集電電極６の冷却がなされ、冷却部２６が引出線１２と当接する領域において、引出線１２の冷却がなされる。当該当接による冷却の観点から、冷却部２６は金属から構成されていることが望ましく、体積の大きい方が好ましい。

次に、本実施の形態の動作を具体例に基づいて説明する。

実施の形態１で説明した、引出線１２と集電電極６との重複部分に対する超音波振動印加に際して、冷却部２６を所定の位置に移動させ、下方向に移動させる。これにより、図１８，１９に示すように、冷却部２６は、引出線１２および集電電極６に当接する。そして、当該冷却部２６による当接を維持しつつ、実施の形態１で説明した接合ツールＳＴを用いて、前記重複部分に対する超音波振動印加を実施する。超音波振動印加終了後、冷却部２６を上方向に移動させ、冷却部２６による前記当接を解消する。

以上の工程により、引出線１２および／または集電電極６を冷却しながら、引出線１２を覆っている部分の集電電極６に対して超音波振動接合処理を施すことができる。

上記具体例を用いて説明したように、本実施の形態では、第一の導電材および／または第二の導電材を冷却しながら、第一の導電材を覆っている部分の第二の導電材に対して超音波振動接合処理を施す。

したがって、第一の導電材を覆っている部分の第二の導電材に対して超音波振動接合処理を実施し、これにより熱が発生したとしても、当該熱が解消される。よって、当該発生した熱による、第一の導電材および／または第二の導電材に対する悪影響を防止することができる。

なお、図１８，１９の構成例では、一例として冷却部２６を用いた、引出線１２および／または集電電極６の冷却を行っている。しかし、引出線１２および／または集電電極６の冷却が可能なら、当該冷却部２６以外の機構による冷却態様を採用することも可能である。

また、上記では、第一の導電材および／または第二の導電材を冷却しながら、第一の導電材を覆っている部分の第二の導電材に対して超音波振動接合処理を施す動作について説明した。当該動作に加えて、第二の導電材（たとえば集電電極６）と他の部材（たとえば基体ＢＢ）との各超音波振動印加の際にも、当該超音波振動印加部付近の前記第二の導電材を冷却しながら、当該超音波振動を印加しても良い。これにより、第二の導電材が複数回に渡り冷却されるので、第一の導電材と第二の導電材との熱による剥離を確実に防止できる。

また、上記では、第一の導電材および／または第二の導電材を冷却しながら、第一の導電材を覆っている部分の第二の導電材に対して超音波振動接合処理を施す動作について説明した。当該動作に加えて、当該超音波振動接合処理後、第二の導電材と他の部材との別の超音波振動接合処理を実施する際においても、少なくとも第一の導電材の前記冷却を継続していても良い。これにより、第一の導電材の冷却がより促進されるので、第一の導電材と第二の導電材との熱による剥離を確実に防止できる。

＜実施の形態４＞
第一の導電材（引出線１２）を押圧しながら、第一の導電材を覆っている部分において第二の導電材（集電電極６または接合補助材２０）との超音波振動接合処理を実施することにより、第一の導電材と第二の導電材との接合力が向上することを、発明者らは発見した。当該第一の導電材を押圧しながらの超音波振動接合処理を、具体例に基づいて説明する。

具体例として、以下では、引出線１２を押圧しながら、引出線１２を覆っている部分の集電電極６に対して超音波振動接合処理を施す場合について説明する。

図２０は、本実施の形態の当該具体例を示す図である。ここで、図２０は、引出線１２を押圧している様子を示す側断面図（Ｘ方向から眺めた図）である。

図２０の構成例では、押圧部材３０を用いて引出線１２を押圧している。当該押圧部材３０における引出線１２を押圧する当接部分３０ａは、弾性体から構成されている。なお、図２０において符号ＢＢは、実施の形態１で説明した基体を示している。

次に、本実施の形態の動作を具体例に基づいて説明する。

実施の形態１で説明した、引出線１２と集電電極６との重複部分に対する超音波振動印加の前に、引出線１２の所定の箇所の当接が可能なように押圧部材３０を配置し、当該押圧部材３０を下方に移動させる。これにより、押圧部材３０の当接部分３０ａは、引出線１２の当該所定の箇所を押圧する。そして、当該押圧を維持しながら、引出線１２と重複している集電電極６に対して、接合ツールＳＴを用いて超音波振動を印加する。そして、当該超音波振動印加後、押圧部材３０を上方向へと移動させ、引出線１２に対する押圧を開放する。

ここで、引出線１２の押圧箇所は当然、当該超音波振動が印加される箇所以外の引出線１２の部分である。当該押圧位置は、超音波振動印加点に近い方が、より上記接合力向上が図られる。したがって、接合ツールＳＴや押圧部材３０等の設計・寸法を考慮して、当該押圧位置を極力、超音波振動印加点の近くに設定する方が望ましい。たとえば、超音波振動接合処理の際に、引出線１２に対する超音波振動印加位置から１０ｍｍ程度離れた、当該引出線１２の位置を押圧する。

また、押圧部材３０による引出線１２の押圧の影響を緩和するため、押圧部材３０における引出線１２との当接部分３０ａは、弾性体で構成されていることが望まれる。

以上のように、本実施の形態では、第一の導電材を押圧しながら、第一の導電材と第二の導電材との超音波振動接合処理を実施する。

したがって、超音波振動を印加したときに、第一の導電材が振動することを抑制することができる。よって、超音波振動印加の際に、第一の導電材に対して、当該第一の導電材上部に配置された第二の導電材を効率良く振動させることができる。これにより、超音波振動接合の効率化が図られ、結果として、両部材の結合力がより向上するものと考えられる。

また、押圧部材３０における第一の導電材との当接部分３０ａは、弾性体である。これにより、弾性体で第一の導電材を押圧しながら、超音波接合処理を実施することが可能となり、当該押圧による当該第一の導電材のダメージを抑制することができる。

＜実施の形態５＞
本実施の形態では、第一の導電材（引出線１２）の幅よりも大きな幅を有するチップを備える接合ツールを用いて、第一の導電材を覆っている部分の第二の導電材（集電電極６、接合補助材２０）に対して超音波振動を印加する、ことを特徴とする。

具体的に、第一の導電材の所定の方向の幅寸法（第一の幅と把握できる）が、幅Ｌ１であるとする。他方、接合ツールは、超音波振動印加の際に導電材と当接するチップ（図９，１０参照）を有しており、当該チップにおいて、当接部分の前記所定の方向の幅寸法（第二の幅と把握できる）が、幅Ｌ２であるとする。本実施の形態では、幅Ｌ２＞幅Ｌ１であることが特徴となる。

以下、本実施の形態を、具体例に基づいて説明する。具体例として、引出線１２を押圧しながら、引出線１２を覆っている部分の集電電極６に対して超音波振動接合処理を施す場合について説明する。図２１は、本実施の形態の当該具体例を示す図である。ここで、図２１は、超音波振動印加の様子を示す側断面図（Ｙ方向から眺めた図）である。

図２１において、実施の形態１で説明したように、線状の集電電極６がＸ方向に延設されており、線状の引出線１２がＹ方向に延設されており、引出線１２の一方端部は、集電電極６により覆われている。ここで、線状の引出線１２の線幅（つまり、引出線１２のＸ方向の幅であり、第一の幅であると把握できる）は、幅Ｌ１である。一方、実施の形態１で説明した接合ツールが有するチップの、Ｘ方向の幅は、幅Ｌ２である。

当該具体例では、Ｘ方向が、上記所定の方向となり、幅Ｌ１が、上記第一の幅となり、幅Ｌ２が上記第二の幅となる。集電電極６基体との接合強度を高めるために、幅Ｌ２は、幅Ｌ１の２倍以上であることが望ましく（Ｌ２＞２×Ｌ１）、チップ拡大防止の観点から、幅Ｌ２は、幅Ｌ１の２倍程度であることがより望ましい（Ｌ２＝２×Ｌ１）。

本実施の形態では、図２１に示すように、幅Ｌ１よりも大きな幅Ｌ２を有するチップ（接合ツールＳＴ）を使用して、引出線１２を覆っている部分の集電電極６に対して、超音波振動を印加する。なお、幅Ｌ１のＸ方向の中心（第一の幅の所定の方向の中心）と、幅Ｌ２のＸ方向の中心（第二の幅の所定の方向の中心）とは、略一致している。

以上のように、本実施の形態では、上記幅の関係を有するチップを用いて、第一の導電材を覆っている部分の第二の導電材に対して、超音波振動を印加する。当該超音波振動印加により、アルミニウムから成る第二の導電材は、当該超音波振動印加部分において塑性変形する。つまり、第一の導電材上部の第二の導電材部分および、当該第一の導電材に隣接する領域の第二の導電材部分が、塑性変形する。

したがって、当該塑性変形により、第二の導電材は第一の導電材と接合することができると同時に、第二の導電材は基体ＢＢ（より具体的には、実施の形態１で説明したように、ガラス基板１に形成された発電層３または表面電極層２）と接合することができる。

＜実施の形態６＞
上記各実施の形態では、第一の導電材を覆っている部分の第二の導電材に対して、超音波振動を印加する動作について説明した。第一の導電材が半田ディップ銅線である場合には、当該超音波振動印加の最中に、超音波振動印加部に対して、補助的に熱風（約８０℃程度）などにより予備加熱を施してもよい。

なお、予備加熱の態様としては、熱風を利用した加熱の他に、遠赤外線を利用した加熱や電磁誘導を利用した誘導加熱などを採用してもよい。

上記のように、超音波振動印加の際に、補助的に、超音波振動印加部に対して熱エネルギーを付与することにより、半田の溶融が促進させ、より短期間の超音波振動接合処理により、第一の導電材と第二の導電材とを接合させることができる。

１ （ガラス）基板
２ 表面電極層
３ 発電層
４ 裏面電極層
５ 保護膜
６ 集電電極
７ 圧痕
１１ 絶縁テープ
１２ 引出線
１２ｐ （引出線）の他方端部
２０ 接合補助材
２６ 冷却部
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 脚
３０ 押圧部材
３０ａ 当接部分
ＢＢ 基体
Ｅ１，Ｅ２ （基体）の端辺部
Ｐ１ 単位太陽電池セル
ＳＴ 接続ツール
Ｌ１ （第一の部材の）幅
Ｌ２ （接合ツール）の幅

Claims (9)

1. （Ａ）基体を用意する工程と、
   （Ｂ）前記基体上に、第一の導電材を配置する工程と、
   （Ｃ）前記第一の導電材を覆うように、アルミニウムから成る第二の導電材を配置する工程と、
   （Ｄ）前記第一の導電材を覆っている部分の前記第二の導電材に対して、超音波接合処理を施し、少なくとも前記第一の導電材と前記第二の導電材とを、接合する工程とを、
   備えている、
   ことを特徴とする部材接合方法。
2. 前記工程（Ａ）は、
   太陽電池セルが作成された前記基体を用意する工程であり、
   前記第二の導電材は、
   前記太陽電池セルで発生した電気を集電する電極として機能することとなる集電電極であり、
   前記第一の導電材は、
   前記集電電極で集電した電気を外部端子へと供給する引出線である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の部材接合方法。
3. 前記工程（Ａ）は、
   太陽電池セルが作成された前記基体を用意する工程であり、
   （Ｅ）前記基体上に、前記太陽電池セルで発生した電気を集電する電極として機能することとなる集電電極を配置する工程を、
   さらに備えており、
   前記第一の導電材は、
   前記集電電極で集電した電気を外部端子へと供給する引出線であり、
   前記工程（Ｂ）は、
   前記集電電極の一部と接続するように、前記引出線を配置する工程であり、
   前記工程（Ｃ）は、
   前記集電電極と重複している部分の前記引出線を覆うように、前記第二の導電材を配置する工程であり、
   前記工程（Ｄ）は、
   前記集電電極、前記引出線および前記第二の導電材が重複している部分に対して、前記超音波接合処理を施す工程である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の部材接合方法。
4. 前記引出線は、
   銅線あるいはアルミニウム線である、
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の部材接合方法。
5. 前記引出線は、
   半田ディップ銅線である、
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の部材接合方法。
6. 前記工程（Ｄ）は、
   前記第一の導電材および／または前記第二の導電材を冷却しながら、前記超音波接合処理を実施する工程である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の部材接合方法。
7. 前記工程（Ｄ）は、
   前記超音波接合処理を施す箇所以外の前記第一の導電材を押圧しながら、前記超音波接合処理を実施する工程である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の部材接合方法。
8. 前記工程（Ｄ）は、
   弾性体で前記第一の導電材を押圧しながら、前記超音波接合処理を実施する工程である、
   ことを特徴とする請求項７に記載の部材接合方法。
9. 前記第一の導電材は、
   所定の方向において、第一の幅を有しており、
   前記工程（Ｄ）は、
   前記第一の導電材の前記第一の幅よりも大きな、前記所定の方向の第二の幅、を有するチップを接合ツールとして用いて、前記超音波接合処理を実施する工程である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の部材接合方法。

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