JP2012039113A - 誘導ろう接のためのろう接ヘッド及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体層及び表面電極を損なうこと無く、確実な機械的及び電気的ろう接結合を保証し、且つ再現可能な、連続運転下で安定した高速のろう接プロセスを保証する、薄膜ソーラーモジュールに金属のコンタクトバンドを誘導ろう接するための誘導ろう接装置用のろう接ヘッドを提供する。更に、薄膜ソーラーモジュールに金属のコンタクトバンドをろう接するための方法を提供する。
【解決手段】インダクタループの分離領域７が、ろう接側で露出しており、基体８がろう接側に１つ又は複数のスペーサ１０を有しており、スペーサ１０が分離領域７外に配置されており且つインダクタループの分離領域７を越えて突出しているようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導ろう接用の装置のためのろう接ヘッド及びコンタクトバンドをろう接するための方法に関する。

薄膜ソーラーモジュールの製作では、基板、光起電力層システム並びに裏面電極層を有する、いわゆる「未加工モジュール」の製作後に、電気的な接触接続部が形成され、この場合、一般に薄膜ソーラーモジュールのいわゆる「タッピングセル」の裏面電極層は、２本又はそれ以上の金属の接続バンドによって接触接続され、これらの接続バンドは発生した電流を導出する。金属の接続バンドによる電気的な接触接続には高度な要求が課されている。それというのも、薄膜ソーラーモジュールは後の屋外領域での使用において、少なくとも２０年の長期間にわたって激しい温度変化及び天候の影響に晒される可能性があり、しかもこの期間中はメンテナンスフリーで作動することが望ましいからである。

裏面電極層における金属の接続バンドの固定は、導電性の接着剤を用いた接着によって行うことができる一方で、この固定は有利にはろう接結合によって行われる。それというのも、接着法によっては一般に結合の十分な長期安定性が得られないからである。

金属の接続バンドのろう接結合は、一般に改良された長期安定性を有する、より確実な接触接続を可能にするが、但し特に薄膜ソーラーモジュールの場合には、裏面電極層と、その下に位置する、数μｍの厚さしか有さない光起電力層システムとが、ろう接プロセスによって熱的に損傷されるという危険が生じる。特に、いわゆる「貫通ろう接部」が生じる恐れがあり、これらの貫通ろう接部は、薄膜モジュールの表面上に見えており且つ光学的な欠陥を成して不良品を生ぜしめるものである。また、１つの貫通ろう接部でも、表面電極層と裏面電極層との電気的な短絡を生ぜしめ、この短絡は薄膜モジュールの出力を低下させる。前記の熱的な損傷を回避するためには、ろう接出力及び／又はろう接時間、延いては供給されるエネルギ量が減少されるので、低温のろう接箇所が生じる恐れがあり、この低温のろう接箇所は、永続的に安定した機械的強度及び永続的に確実なコンタクトは形成しない。薄膜モジュールの全体的な層構造は、通常約２〜１０μｍの厚さしか有しておらず、裏面コンタクトは極めて小さな熱容量しか有さないので、ろう接プロセス中の小さな変動が既に、ろう接結果に極端な影響を及ぼす。従って、未加工モジュールに対する金属の接続バンドのろう接は、ろう接プロセスの安定性と再現性とに最も高度な要求を課すものである。

更に、ろう接プロセスの速度に対して高い要求が課せられている。各ろう接バンドは、薄膜ソーラーモジュールにおいて、モジュールサイズに関連して典型的には２０箇所のポイントろう接で以て固定される。各モジュール毎に許容可能なろう接総時間を達成するためには、個別のろう接が１秒よりも長く続かないことが望ましい。

従来技術からは既に、熱がろう接チップにより対流式に供給される典型的な接触ろう接の他に、無接触式の誘導ろう接法が公知であり、この場合、ろう接箇所のろうを溶融するためのエネルギは、電磁的な高周波磁場を介して供給され、この高周波磁場は、誘導電流によってろう接箇所を加熱する。従来技術において、ソーラーセルを電気的に接触接続するための誘導ろう接法は、例えばヨーロッパ特許出願公開第２１０３３７３号明細書に記載されており、この場合は薄膜ソーラーセルではなく、Ｓｉウェーハベースの結晶ソーラーセルが接触接続される。ここではインダクタループが波形に成形された脚部を備えたＵ字形の形状を有している。複数の位置を並行してろう接することができる。ろう接プロセス中に、ろう接しようとする金属の接続バンドは、ホルダを介してソーラーセルに押し付けられる。

ソーラーセルのための別の誘導ろう接法がヨーロッパ特許出願公開第１７４８４９５号明細書に開示されており、この場合、インダクタは１実施形態において同時に、ろう接プロセス中、ろう接箇所に載置される可動のホルダとして形成されている。１実施形態においてインダクタと金属のろう接バンドとの間には、有利には２ｍｍの厚さの断熱板が配置されている。

ソーラーセルのための更に別の誘導ろう接法がドイツ連邦共和国特許第１０３３５４３８号明細書に記載されており、この場合もインダクタはやはりホルダとして形成されており、インダクタループとろう接箇所との間に位置する圧着プレートによって、所定の圧着力がろう接箇所にもたらされる。

しかし、従来技術に基づく前記装置及び方法は、薄膜ソーラーモジュールに金属の接続バンドを誘導ろう接するためには適していない。ろう接箇所に対して相対的に位置固定することなく自由に懸架された誘導コイルの場合は、一般にろう接プロセスの安定的な成果は得られない。それというのも、ろう接箇所に対する一定の間隔が保持され得ないからである。これに対してインダクタループとろう接箇所との間にホルダが位置している場合もやはり、例えば気化するフラックスの付着に基づくホルダの摩耗及び汚れによって、誘導コイルとろう接箇所との間の間隔が変化するので、安定的なろう接プロセスは得られない。

ヨーロッパ特許出願公開第２１０３３７３号明細書 ヨーロッパ特許出願公開第１７４８４９５号明細書 ドイツ連邦共和国特許第１０３３５４３８号明細書

従って、本発明の課題は、半導体層及び表面電極を損なうこと無く、確実な機械的及び電気的ろう接結合を保証し、且つ再現可能な、連続運転下で安定した高速のろう接プロセスを保証する、薄膜ソーラーモジュールに金属のコンタクトバンドを誘導ろう接するための誘導ろう接装置用のろう接ヘッドを提供することにある。更に本発明の別の課題は、薄膜ソーラーモジュールに金属のコンタクトバンドをろう接するための方法を提供することにある。

この課題は独立請求項に記載の構成によって解決される。有利な構成は、従属請求項に記載されている。

誘導ろう接装置のための本発明によるろう接ヘッドはろう接側を有しており、該ろう接側で以て、ろう接ヘッドがろう接プロセス中に、ろう接されるべき箇所に載置され、更に当該ろう接ヘッドは、供給領域及び前記ろう接側に配置された分離領域を備えたインダクタループと、非導電性材料から成る基体と、該基体をインダクタループに位置固定する固定手段とを有している形式のものにおいて、インダクタループの分離領域が、ろう接側で露出しており、基体がろう接側に１つ又は複数のスペーサを有しており、該スペーサが前記分離領域外に配置されており且つインダクタループの分離領域を越えて突出していることを特徴としている。

本発明者達は、半導体層と表面電極とを損傷すること無く、確実な電気的接触接続を保証すべきであり且つ再生可能な、連続運転下で安定した高速のろう接プロセスを保証すべきである誘導ろう接プロセスを得るためには、インダクタループの分離領域と、ろう接されるべきサンプルの表面との間の間隔を、極めて精密に保持する必要があるということを認識した。このことは、従来技術によるろう接ヘッドでは保証されていない。本発明によるろう接ヘッドがろう接側で以てろう接されるべき箇所に載置されると、ろう接側で前記分離領域外に配置されている１つ又は複数のスペーサによって、ろう接されるべきサンプルの表面とのコンタクトが生ぜしめられ、これにより、インダクタループの分離領域と、ろう接されるべきサンプルの表面との間に極めて精密な間隔が生ぜしめられる。分離領域においてインダクタループは本発明に基づき露出しており、このことは、インダクタループの分離領域とろう接箇所との間には、ろう接段階でろう接箇所に載置されるコンタクト材料が位置していないということを意味している。このことは一方では、このようなコンタクト材料が一緒に加熱されずに済み、延いては最大のエネルギ量が、ろう接されるべき箇所に供給されるという利点を有している。他方ではまた、極めて高い熱的及び機械的負荷に晒されており且つ気化するフラックスによる汚染に晒されているコンタクト材料の摩耗が生じる恐れもない。更に、ろう接箇所からは、分離領域とろう接箇所との間のコンタクト材料によって、不確定の熱量が取り去られる可能性がある。それというのも、ろう接箇所とコンタクト材料との間の熱移行が、例えば圧着圧力並びにフラックスによるコンタクト材料の汚染状態に関連しているからである。これに対して本発明によるろう接ヘッドは、１つ又は複数のスペーサを有しており、これらのスペーサは、分離領域外に配置されているので、ろう接されるべき箇所以外でソーラーセルに載置される。従って、１つ又は複数のスペーサは、熱的に著しく少なく負荷され且つ気化するフラックスによる汚染にも晒されていない。これにより、スペーサの摩耗も減じられ、且つインダクタループの分離領域と、ろう接されるべきサンプルの表面との間の永続的に安置した間隔も一緒に保証され得る。インダクタループが分離領域内では僅かな長さしか露出していないという事実に基づき、やはり不安定なろう接プロセスを招く、振動又はインダクタループの熱的な変形による問題を、有利に防止することができる。

本発明によるろう接ヘッドは、一般に中周波数電源又は高周波数電源並びに冷却媒体供給部を有する誘導ろう接装置との関連において使用可能である。更に、誘導ろう接装置は一般に、ろう接ヘッドのための収容装置を有しており、この収容装置は機械的な走行ユニットに、ろう接ヘッドがろう接箇所の領域にもたらされ且つこのろう接箇所に載置され得るように配置されている。ろう接されるべき箇所の損傷を防止するためには、有利には更に、ろう接されるべき箇所に対するろう接ヘッドの迅速な、しかし制御された載置を保証する手段が設けられている。

ろう接ヘッドのろう接側とは、一般にインダクタループの分離領域が配置されている、ろう接ヘッドの側面であると理解される。本発明では、ろう接ヘッドはこのろう接側で以て、ろう接されるべき箇所に載置されるので、分離領域内でインダクタループによって誘導エネルギが、ろう接されるべき箇所に供給される。

インダクタループは、分離領域に中周波又は高周波を供給する供給領域を有している。この供給領域において、インダクタループはろう接側に向かって案内されており且つ一般に２つの平行な脚部を有しているので、コイル作用は可能な限り存在しておらず、可能な限り少量のエネルギが放出される。インダクタループはろう接側に、供給領域内で直接に供給され得る、つまり、ろう接側に対して垂直に延びているか、又はろう接側に対して斜めに接近案内されてよい。

ろう接側上でインダクタループは分離領域を形成する。インダクタループはこの領域に、中周波又は高周波の分離のために規定されている、半巻条、１つの完全な巻条又は複数の巻条を有している。このためにインダクタループの分離領域は、ろう接ヘッドのろう接側に沿って、部分的にこのろう接側に対して平行に延びていてよい。

但し、１つ又は複数のスペーサは、ろう接側においてインダクタループを越えて突出しているので、ろう接ヘッドは平らな表面に載置される場合、スペーサで以てのみ表面に載置されて、誘導コイルはろう接されるべき表面には接触せずに、僅かな間隔を有している。

基体は非導電性の材料から成っており且つろう接側に１つ又は有利には複数のスペーサを有しており、これらのスペーサは、本発明に基づき分離領域外に配置されている。スペーサは、例えば単純にピン形又は棒形に構成されており、且つ点状又は面状の載置領域を有していてよい。同様に、１つ又は複数のスペーサは、分離領域の周囲を巡って延在し且つこの分離領域を部分的に又は完全に取り囲んでいてよい。基体は、例えばスペーサと一体に形成されていてよい。しかしまた複数のスペーサは、基体に取り外し可能に固定されていてよく、同一の又は別の材料から成っていてよい。同様に、基体におけるスペーサの結合は調節可能に構成されていてよく、例えば、スペーサがねじ込み可能なエレメントによって構成されていることにより、スペーサの有効長さを調節することができる。基体は、インダクタループの供給領域と分離領域の両方を収容するための複数の切欠きを有していてよい。分離領域では、誘導コイルの分離側が本発明に基づき露出しており且つ基体によって取り囲まれてはいない。

基体は、本発明に基づき固定手段によってインダクタループに固定されている。この固定は、インダクタループの分離領域内で行うことができるが、有利には供給領域内で行われる。固定手段は、例えばプレートとねじとを有していてよく、これらのプレートとねじとによって、基体がインダクタループの供給領域に対して緊締されるので、取り外し可能で且つ調節可能な結合部が設けられる。同様に、基体は接着又は他の手段によっても、インダクタループに固定され得る。更に、誘導ろう接ヘッドは一般に、誘導ろう接装置にろう接ヘッドを結合するためのフランジを有している。基体は択一的に、このフランジに固定されていてもよく、この意味でフランジは、インダクタループの供給領域に所属している。

第１の有利な構成では、インダクタループはＵ字形の基本形状及び両脚部の少なくとも１つの第１の曲げ加工部を有しており、この曲げ加工部が、供給領域と分離領域とを分けており、この場合、両脚部が供給領域において互いに平行にろう接側に向かって延びており、且つ分離領域においてもやはり互いに平行に且つろう接側に対して平行に延びている。要するに、インダクタループは、この形状では１本のＵ字形の半巻条しか有しておらず、この場合、供給領域は２つの平行に延びる脚部によって形成され、これらの脚部はろう接側の領域に１つの共通の曲げ加工部を有しており、次いで互いに平行に且つろう接側に対してほぼ平行に延びている。

別の有利な構成では、インダクタループは分離領域の終端となる第２の曲げ加工部を有しており、この場合、両脚部は接続する領域においてまず最初に平行に、ろう接側から離れるように延び、続く所定の領域において、インダクタループのほぼ半円形の終端部を形成する。この形状によって、分離ゾーンの領域には、ろう接されるべき箇所の特に均質なフィールド分布が得られ、この分布は、インダクタループの終端部がろう接側の領域には位置していないことにより、インダクタループの終端部によっては概ね影響を及ぼされない。

更に別の有利な構成では、基体が少なくとも２つのスペーサを有しており、これらのスペーサはろう接側において、分離領域の両側に配置されている。

更に別の有利な構成では、スペーサがろう接側において載置平面を規定しており、この場合、分離領域におけるこの載置平面からのインダクタループの間隔は、０．１ｍｍ〜２ｍｍである。載置平面はこの場合、例えば面状の載置領域を備えた単一のスペーサ又は複数のスペーサによって規定され得る。この間隔において考慮せねばならないのは、極端に大きな間隔の場合は、エネルギが効率的に供給され得ないということである。極端に小さな間隔の場合は、インダクタループとろう接箇所との接触の危険が生じ、これにより、インダクタループは調整不能になるか、又は歪んでしまう恐れがある。０．１ｍｍ〜２ｍｍの、分離領域におけるインダクタループの載置平面からの間隔によって、ろう接箇所への最適なエネルギ供給が達成され且つ最適なろう接結果が得られる。有利には、載置平面からのインダクタループの間隔は、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍである。

更に別の有利な構成では、基体が複数部分から構成されており、この場合、第１の部分は供給領域内で固定手段によってインダクタループに位置固定されており、第２の部分は１つ又は複数のスペーサを有しており、この場合更に、第１の部分と第２の部分とを相対的に位置決めするための手段が設けられており、これにより、載置平面からのインダクタループの間隔が可変に調節可能である。基体の第１の部分は、有利には供給領域においてインダクタループに固定される。最も簡単なケースでは、基体の第２の部分は１つのスペーサしか有していなくてよい。例えば、このスペーサは基体の第１の部分にねじ込まれるねじ状のエレメントであってよく、これにより、効率的に作用するスペーサの長さ、延いては載置平面からのインダクタループの間隔が可変に調節可能である。しかしまた同様に、基体の第２の部分は複数のスペーサを有しており、全体ユニットとして基体の第１の部分に対して相対的に位置決め可能であってよい。

更に別の有利な構成では、インダクタループが銀めっき又は金めっきされた銅管から成っており、この銅管は、冷却液によって冷却されてよい。表皮効果に基づいて、誘導コイルの導電率は、貴金属コーティングによって著しく上げられる。インダクタループの冷却は、例えば冷却液としての水によって行うことができる。

更に別の有利な構成では、ろう接ヘッドがフランジを有しており、このフランジを介して、誘導コイルと高周波発生機（高周波電源）若しくは中周波発生機並びに冷却媒体供給部との解離可能な結合を生ぜしめることが可能である。これにより、ろう接ヘッドを簡単に取り付け且つ取り外すことができる。

更に別の有利な構成では、基体が少なくとも部分的に繊維強化された、耐熱性のプラスチックから成っている。この基体は、高い機械的及び熱的負荷に晒されている。特にこの基体は、該基体が電磁フィールドによって加熱されず且つ電磁フィールドにも不都合な影響を及ぼさないためには、頻繁に晒されても僅かな摩耗しか有してはならず、且つ非導電性の材料から成っていなければならない。最適なメンテナンスフリーの連続運転は、必要な特性を抜群に満たす、繊維強化された耐熱性のプラスチックから成る基体によって達成された。

本発明は、ソーラーセルの電極層にコンタクトバンドをろう接するための方法も有しており、この場合、本発明による方法は、以下の方法ステップを有している。即ち：
−ソーラーセル及びコンタクトバンドを準備し、
−コンタクトバンドをろう接すべき箇所に位置決めし、
−請求項１記載の構成を有するろう接ヘッドを載置し、
−ろう接段階において、ろう接領域を誘導的に加熱してろう接し、
−冷却段階においてろうを凝固させ、
−ろう接ヘッドを戻す、という方法ステップを有している。

第１のステップにおいて、ソーラーセル及びコンタクトバンドを準備する。ソーラーセルは、例えば半導体ウェーハベースの結晶ソーラーセルであってよい。以下で、例えば裏面に裏面電極層を有する薄膜ソーラーセルの未加工モジュールのケースを説明する。一般に、未加工モジュールは分離線によって複数の部分セルに分割されており、これらの部分セルは直列接続されている。更に、一般にその都度規定された数の、直列接続された部分セルが、１つの部分モジュールにまとめられて接続される、即ち、コンタクトバンドはその都度、１つの部分モジュールの最初と最後のセルにろう接される。コンタクトバンドは、例えば薄い銅バンドであってよく、この銅バンドは一般に、ろうによって予めすずめっきされている。一般に、コンタクトバンドにおける、ろう接されるべき箇所は、更にフラックスを有している。第２のプロセスステップにおいて、コンタクトバンドをタッピングセルに沿って位置決めする。第３のプロセスステップにおいて、請求項１に記載した構成を有するろう接ヘッドを、ろう接されるべき箇所に載置する。ろう接ヘッドを載置した後で、ろう接領域を本来のろう接段階において誘導的に加熱し、これによりろうの溶融及び裏面電極層に対するコンタクトバンドのろう接結合を生ぜしめる。続く冷却段階では、最早ろう接ヘッドに交流を供給しないので、ろう接箇所が冷却され、ろうは凝固する。次いで、ろう接ヘッドを戻す。裏面電極層におけるコンタクトバンドの固定は、一般には説明したように、典型的には１０〜２０箇所、又はそれ以上のろう接ポイントにおいて行われ、これらのろう接ポイントは一様に、タッピングセルの長さにわたって配置されている。同様に、１つのろう接箇所の欠陥のための冗長性を得るためには、それぞれ２つのろう接ポイントが直接に相並んで設けられていてよい。要するに、説明した方法によっては、コンタクトバンドと裏面電極層との間で連続したろう接結合は行われない。

前記方法の第１の有利な実施形態では、ろう接ヘッドが分離領域の両側に少なくとも２つのスペーサを有しており且つ少なくとも２つのスペーサで以てろう接領域の両側でコンタクトバンドに載置され、これにより、ろう接段階においてコンタクトバンドを、ろう接領域の両側で押し付ける。つまり、この有利な実施形態では、スペーサは同時にコンタクトバンドの押し付け部材として働く。

前記方法の別の有利な実施形態では、コンタクトバンドからのインダクタループの間隔は、０．１ｍｍ〜１ｍｍ、有利には０．２ｍｍ〜０．５ｍｍである。

前記方法の更に別の有利な実施形態では、ろう接ヘッドを載置した直後に０．２秒〜２秒の時間にわたって一定の出力を誘導的に供給し、このエネルギ供給の終了直後にろう接ヘッドを上昇させる。驚くべきことに、適したろう接時間の場合は冷却段階を完全に省くことができるということが判った。即ち、予め規定された時間のろう接段階の終了後に、誘導的に供給された出力を遮断すると同時に、ろう接ヘッドを上昇させる。

前記方法の更に別の有利な実施形態では、ろう接段階においてろう接ヘッドに１ｋＷ〜５ｋＷの出力及び０．１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲の周波数を供給する。

前記方法の更に別の有利な実施形態では、ソーラーセルの余熱ステップは行わない。従来技術に基づくろう接方法ではしばしば、ろう接時間を減少させるために、ソーラーセルの余熱ステップが規定されているのに対して、本発明による方法は、ソーラーセルの余熱無しで行うことができる。このことは、本発明による方法では、ソーラーセルがろう接プロセス前に、ほぼ周辺温度であってよいということを意味している。

前記方法の更に別の有利な実施形態では、コンタクトバンドは０．５ｍｍ〜１０ｍｍの幅及び５０μｍ〜５００μｍの厚さを備えた、すずめっきされた銅バンドである。

前記方法の更に別の有利な実施形態では、銅バンドが０．１重量％Ｐｂ未満のＰｂ含有量を有するろうによって、５μｍ〜５０μｍの層厚さで以てすずめっきされている。０．１重量％Ｐｂ未満のＰｂを有する、鉛の少ない、又は鉛無しのろうは、一般に比較的高い溶融温度並びに比較的悪い流れ特性の点において優れている。本発明に基づく方法によって、鉛を含むスタンダードなろうを有するコンタクトバンドの他に、驚くべきことに０．１重量％Ｐｂ未満のＰｂ含有量を有するろうを有するコンタクトバンドも成功裏に、薄膜未加工モジュールの裏面電極層にろう接することが可能である。勿論、この方法は０．１重量％Ｐｂ以上のＰｂ含有量を有するろう接プロセスについても、同様に成功裏に使用可能である。

前記方法の更に別の有利な実施形態では、ソーラーセルが薄膜ソーラーセルであり、この場合、有利にはＳｉベースの薄膜ソーラーセルである。この場合、薄膜ソーラーセルとは、特に未だ裏面密閉部を有さない未加工モジュールであると理解される。

前記方法の更に別の有利な実施形態では、薄膜ソーラセルの裏側の膜システムは、１００ｎｍ〜１μｍの膜厚さの、Ａｇ，Ａｌ又はＣｕを含むリフレクタ層、並びに１０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚さの、Ｓｎ，Ｃｕ又はＡｇを含むコンタクト層を有している。この場合、Ａｇ，Ａｌ又はＣｕを含むリフレクタ層は、リフレクタとして作用する一方で、薄膜ソーラシステムの裏面電極層としても作用する。Ａｇ，Ａｌ及びＣｕは、必要とされる高度な反射、並びに導電性の点で優れている。同様に、リフレクタ層はＡｇ，Ａｌ又はＣｕを含む複数の個別層を有していてもよい。最後にコンタクト層は、コンタクトバンドをろう接することができる、解離可能な層を成している。

前記方法の更に別の有利な実施形態では、リフレクタ層とコンタクト層との間に別の層は配置されていない。一般に、Ａｇ，Ａｌ又はＣｕを含むリフレクタ層と、コンタクト層との間には更に、２ｎｍ〜５００ｎｍの厚さの遮蔽層が配置されていてよい。この遮蔽層は、コンタクト層又はリフレクタ層とは混ざり合わない金属の合金から形成されている。遮蔽層は、貫通ろう接の防止に寄与し、ろう接プロセスにおけるリフレクタの損傷を防止する。遮蔽層は、例えばＮｉＶ合金から成っていてよい。驚くべきことに、本発明に基づくろう接方法によって遮蔽層を省くことができ、遮蔽層無しでも貫通ろう接は生じない。

前記方法の更に別の有利な実施形態では、ソーラーセルは、半導体ウェーハベースの結晶ソーラーセルである。半導体ウェーハベースの結晶ソーラーセルは、一般に面状の裏面電極層並びに非面状の、プリントされた表面電極を表面側に有している。このような複数のソーラーセルを接続する場合には、複数のソーラーセルが、それぞれ部分モジュールを形成するように直列に接続され、この場合、ソーラーセルの裏面は、それぞれ次のソーラーセルの表面と、コンタクトバンドによって接続される。本発明に基づく方法によって、コンタクトバンドの接続は、半導体ウェーハベースのソーラーセルの表面でも裏面でも行うことができる。

コンタクトバンドに対して垂直に載置された、本発明によるろう接ヘッドの断面図である。 コンタクトバンドに対して平行に載置された、本発明によるろう接ヘッドの正面図である。 フランジを備えた本発明によるろう接ヘッドの斜視図である。

以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。

図１には本発明によるろう接ヘッド１の断面図が示されており、このろう接ヘッド１は、該ろう接ヘッド１のろう接側４に位置するスペーサ１０で以てコンタクトバンド３に載置されており、このコンタクトバンド３はソーラーセル２に支持されている。ろう接ヘッドはＵ字形のインダクタループ５を有しており、このインダクタループ５は、第１の曲げ加工部１１と第２の曲げ加工部１２とによって、供給領域６と、分離領域７と、最後は端部領域とに分割されている。更に、ろう接ヘッドは基体８を有しており、この基体８は、固定手段９を介してインダクタループ５の供給領域６に固定されている。図示のケースでは、ろう接ヘッド１がスペーサ１０で以てコンタクトバンドに載置されており、スペーサがコンタクトバンドを押さえ付けている。

図２には、ろう接ヘッドの図１に示した断面とは別の断面が示されている。この断面図では、既に図１で説明した要素に補足して、分離領域７の両側に配置されたスペーサ１０と、インダクタループ５の供給領域６と、インダクタコイルが閉じられている端部領域とをはっきりと認識することができる。図示のろう接ヘッドでは、基体８がスペーサ１０と一体に構成されており且つソーラーセル２に面したろう接側４に、インダクタループ５の分離領域７を収容するのに適した凹所を有している。

図３には、誘導ろう接装置に取り外し可能に結合するためのフランジ１３を含む、本発明によるろう接ヘッド１の斜視図が示されている。図示の実施形態では、基体８が複数の部分から構成されており且つ第１の部分１５で以てインダクタループ６の供給領域に固定されている一方で、第２の部分１４は、前記第１の部分１５に対して相対的に移動可能に配置されている。つまり、これらの部分１４，１５は、直線的な移動ユニットによって、例えばキャリッジ状に互いに結合されていてよく、この場合、正確な相対位置は、調整ねじによって精密に調整可能である。但し同様に、前記部分１４，１５は、１つ又は複数のねじ締結部によって互いに結合されていてよく、この場合、一方の部分は、直線的な移動性を保証する長孔を有している。スペーサ１０は、基体の前記部分１４と一体に形成されているので、前記部分１４，１５の相対的な移動によって、スペーサによって規定されるろう接平面に対して相対的な、インダクタループの分離領域７の間隔は可変である。図示の実施例では更に、基体の部分１４も構造上の理由からやはり２つの部分から構成されているが、この場合、これらの両部分は互いに不動に結合されている。

本発明によるろう接ヘッドと、本発明によるろう接方法とによって提供される、薄膜ソーラーモジュールに金属のコンタクトバンドを誘導ろう接するための誘導ろう接装置のためのろう接ヘッドは、半導体層と表面電極とを損傷することなく、確実な機械的及び電気的ろう接結合を保証し且つ再現可能な、連続運転下で安定した高速のろう接プロセスを保証する。

本発明によるろう接ヘッドは、例えば厚さが５０μｍ〜５００μｍで幅が２ｍｍ〜５ｍｍの、銅製のすずめっきされたコンタクトバンドを、無定形のＳｉ薄膜未加工モジュールにろう接するために成功裏に使用された。この薄膜未加工モジュールは、裏面電極の構成を有しており、この構成は、Ａｇリフレクタ層の他にＮｉＶ層を有しており、このＮｉＶ層は、付加的に貫通ろう接に抗して作用する。周波数８００ｋＨｚ及び出力約２ｋＷのＨＦ発生機が使用された。誘導コイルのコンタクトバンドからの間隔が約０．４ｍｍの場合に、０．５秒の極めて短いろう接時間が達成された。本発明によるシステムにろう接時間を適宜最適化した後は、貫通ろう接を不良なろう接箇所と同様に確実に防止することができた。

これに対して、従来技術に基づくろう接ヘッドでは、１秒よりも長いろう接時間の場合に繰り返し貫通ろう接が発生し、且つ「低温の」、負荷をかけることができないろう接箇所が生じる恐れがあったので、必要とされるプロセス安定性は達成されていなかった。

ろう接のクオリティに関する基準としては、破断試験が行われ、この場合、片側をろう接されたコンタクトバンドがソーラーセルから垂直方向に引っ張られ、ろう接箇所に故障が生じる力が特定された。経験上、十分に良好な電気的接触が生じ且つコンタクトバンドが積層時に裏面を破断する恐れのないことを保証するためには、少なくとも２Ｎの破断力が必要である。この破断力は、本発明によるろう接方法では、小さな変動幅を有するおよそ１０Ｎの範囲内であって、５Ｎ以上で安定していた。破断されたバンドの分析は、故障は頻繁にろう接箇所によって生じたものではなく、膜システムの内部で生じていた、つまり、ろう接箇所は膜システムよりも大きな強度を有しているということを示した。当該ろう接ヘッドは、摩耗の問題及び汚れの問題無しで連続運転に使用することができた。

本発明によるろう接ヘッドと同様にインダクタループを有しており且つ細いセラミックプレートで以てコンタクトバンドに載置される従来技術に基づく誘導ろう接ヘッドを使用した場合、ろう接装置とろう接されるべきコンタクトバンド／ソーラーセルシステムに関してその他は同一の条件下で比較すると、１．２〜１．４秒のろう接時間しか達成することができなかった。貫通ろう接を確実に防止することはできなかった。更に、当該ろう接ヘッドは著しく少ない使用可能時間を有していた。

もちろん、１つの装置において本発明による複数のろう接ヘッドを使用することもできるので、その都度複数のろう接箇所が並行してろう接され得る。１つの薄膜ソーラーセルの未加工モジュールには、例えば少なくとも２本のコンタクトバンドがろう接され、これらのコンタクトバンドは互いに平行に延びている。各コンタクトバンドは、約２０箇所のポイントろう接で以て裏面電極に固定されている。有利には、各コンタクトバンドに例えば１つのろう接ヘッドが対応配置される。

本発明によるろう接方法は、１つの部分モジュールの最初と最後の部分セルをそれぞれ接触接続させるために、薄膜ソーラーセルの裏面電極層にコンタクトバンドをろう接するためだけに使用されるのではなく、既に薄膜ソーラーセルにろう接されている「横方向接続体」をコンタクトバンドにろう接するためにも使用され得る。１つの薄膜ソーラーモジュールの複数の部分モジュールを並列接続するための横方向接続体のろう接は、薄膜ソーラーモジュールが電気的に複数の部分モジュールに分割されている限り、必要である。横方向接続体は、有利にはコンタクトバンドと同じ構成を有しており、例えばすずめっきされた銅バンドから成っている。横方向接続体は、コンタクトバンドにろう接するために、これらのコンタクトバンドにおいて位置決めされ、本発明によるろう接ヘッドは、突出したスペーサで以て、横方向接続体がコンタクトバンドに対して押し付けられるように載置される。次いで、本来のろう接プロセスを行うことができ、この場合、ろう接ヘッドにＨＦエネルギが供給されて、横方向接続体がコンタクトバンドにろう接される。横方向接続体は、コンタクトバンドが既に裏面電極層にろう接されている領域で、コンタクトバンドにろう接されてもよいし、コンタクトバンドが裏面電極層にろう接されていない領域で、コンタクトバンドにろう接されてもよい。

１ ろう接ヘッド、 ２ ソーラーセル、 ３ コンタクトバンド、 ４ ろう接側、 ５ インダクタループ、 ６ インダクタループの供給領域、 ７ インダクタループの分離領域、８ 基体、 ９ 固定手段、 １０ スペーサ、 １１ インダクタループの第１の曲げ加工部、 １２ インダクタループの第２の曲げ加工部、 １３ フランジ、 １４ 基体部分、 １５ 基体の別の部分

Claims (21)

1. 誘導ろう接装置のためのろう接ヘッドであって、該ろう接ヘッドがろう接側を有しており、該ろう接側で以て、ろう接ヘッドがろう接プロセス中に、ろう接されるべき箇所に載置され、更に当該ろう接ヘッドは、供給領域及び前記ろう接側に配置された分離領域を備えたインダクタループと、非導電性材料から成る基体と、該基体をインダクタループに位置固定する固定手段とを有している形式のものにおいて、
   インダクタループの分離領域が、ろう接側で露出しており、基体がろう接側に１つ又は複数のスペーサを有しており、該スペーサが前記分離領域外に配置されており且つインダクタループの分離領域を越えて突出していることを特徴とする、誘導ろう接装置のためのろう接ヘッド。
2. インダクタループが、Ｕ字形の基本形状を有しており且つ両脚部の少なくとも１つの第１の曲げ加工部を有しており、この曲げ加工部が、供給領域と分離領域とを分けており、この場合、両脚部が供給領域において互いに平行にろう接側に向かって延びており、且つ分離領域においてもやはり互いに平行に且つろう接側に対して平行に延びている、請求項１記載のろう接ヘッド。
3. インダクタループが、分離領域の終端となる第２の曲げ加工部を有しており、前記両脚部が、接続する領域においてまず最初に平行に、ろう接側から離れるように延び、続く所定の領域において、インダクタループのほぼ半円形の終端部を形成している、請求項２記載のろう接ヘッド。
4. 基体が少なくとも２つのスペーサを有しており、これらのスペーサはろう接側において、分離領域の両側に配置されている、請求項１記載のろう接ヘッド。
5. スペーサがろう接側において載置平面を規定しており、この場合、分離領域におけるこの載置平面からのインダクタループの間隔が、０．１ｍｍ〜２ｍｍである、請求項４記載のろう接ヘッド。
6. 基体が複数部分から構成されており、第１の部分が供給領域内で固定手段によってインダクタループに位置固定されており、第２の部分が１つ又は複数のスペーサを有しており、更に、第１の部分と第２の部分とを相対的に位置決めするための手段が設けられており、これにより、載置平面からのインダクタループの間隔が可変に調節可能である、請求項４記載のろう接ヘッド。
7. インダクタループが銀めっき又は金めっきされた銅管から成っており、この銅管は、冷却液によって冷却可能である、請求項１記載のろう接ヘッド。
8. ろう接ヘッドがフランジを有しており、このフランジを介して、誘導コイルと高周波発生機並びに冷却媒体供給部との解離可能な結合を生ぜしめることが可能である、請求項１記載のろう接ヘッド。
9. 基体が少なくとも部分的に繊維強化された、耐熱性のプラスチックから成っている、請求項１記載のろう接ヘッド。
10. ソーラーセルにコンタクトバンドをろう接するための方法であって、
    −ソーラーセル及びコンタクトバンドを準備し、
    −コンタクトバンドをろう接すべき箇所に位置決めし、
    −請求項１記載の構成を有するろう接ヘッドを載置し、
    −ろう接段階において、ろう接領域を誘導的に加熱してろう接し、
    −冷却段階においてろうを凝固させ、
    −ろう接ヘッドを戻すことを特徴とする、ソーラーセルにコンタクトバンドをろう接するための方法。
11. ろう接ヘッドが分離領域の両側に少なくとも２つのスペーサを有しており、ろう接ヘッドをこれらのスペーサで以てコンタクトバンドに載置し、これにより、ろう接段階においてコンタクトバンドを、ろう接領域の両側で押し付ける、請求項１０記載の方法。
12. コンタクトバンドからのインダクタループの間隔は、０．１ｍｍ〜１ｍｍ、有利には０．２ｍｍ〜０．５ｍｍである、請求項１０記載の方法。
13. ろう接ヘッドを載置した直後に０．２秒〜２秒の時間にわたって一定のＨＦ出力を供給し、このエネルギ供給の終了直後にろう接ヘッドを上昇させる、請求項１０記載の方法。
14. ろう接段階においてろう接ヘッドに１ｋＷ〜５ｋＷの出力で、０．１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲の周波数のＨＦエネルギを供給する、請求項１０記載の方法。
15. ソーラーセルの余熱ステップは行わない、請求項１０記載の方法。
16. コンタクトバンドが０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍの幅及び５０μｍ〜５００μｍの厚さを備えた、すずめっきされた銅バンドである、請求項１０記載の方法。
17. 銅バンドを、０．１重量％Ｐｂ未満のＰｂ含有量を有するろうによって、５μｍ〜５０μｍの層厚さで以てすずめっきする、請求項１０記載の方法。
18. ソーラーセルが薄膜ソーラーセルであり、有利にはＳｉベースの薄膜ソーラーセルである、請求項１０記載の方法。
19. 薄膜ソーラセルの裏側の膜システムは、１００ｎｍ〜１μｍの膜厚さの、Ａｇ，Ａｌ又はＣｕを含むリフレクタ層、並びに１０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚さの、Ｓｎ，Ｃｕ又はＡｇを含むコンタクト層を有している、請求項１０記載の方法。
20. リフレクタ層とコンタクト層との間に別の層を配置しない、請求項１９記載の方法。
21. ソーラーセルは、半導体ウェーハベースの結晶Ｓｉソーラーセルである、請求項１０記載の方法。

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