JP2014011232A - 太陽電池素子、太陽電池素子の製造方法、太陽電池モジュールの製造方法及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】裏面に電極7を有する半導体基板9の該電極7と、配線部材3とが、電気的に接続された接続構造40を有する太陽電池素子であって、該接続構造40が、融点が200℃以下の金属を含有する金属部22と、熱硬化性樹脂を含有する樹脂部23とを有する。
【選択図】図9
Description
まず本発明の太陽電池素子について説明する。
本発明の太陽電池素子の接続構造は、(A)融点が200℃以下の金属を含む導電性粒子、(B)熱硬化性樹脂及び(C)フラックス活性剤を含む導電性接着剤組成物を太陽電池の電極と前記配線部材との間に配置した状態で、前記導電性粒子が溶融する温度以上の温度で前記導電性接着剤を加熱することにより形成されることが好ましい。ここで、本発明の導電性接着剤組成物について説明する。なお、印刷性およびディスペンス塗布性の点で、上記導電性接着剤組成物は液状であるものが好ましい。
ここで、一般式(I)中、kは1〜5の整数を示す。
一般式(II)中、R1は、それぞれ独立に1価の炭化水素基、好ましくはメチル基又はアリル基を示し、qは1〜5の整数を示す。また、一般式(III)中、R2はアルキル基、好ましくはメチル基又はエチル基を示し、R3は水素原子又は1価の炭化水素基を示し、pは2〜4の整数を示す。
一般式(IV)中、R4は2価の芳香族基又は炭素数1〜12の直鎖若しくは分岐鎖のアルキレン基、好ましくはm−フェニレン基又はp−フェニレン基を示す。
ここで、一般式(V)中、R5は置換していてもよい炭素数1〜5のアルキル基を示す。本発明に係る上述の効果をより有効に発揮する観点から、R5はプロピル基、エチル基又はメチル基であると好ましい。また、n及びmは、それぞれ独立に0〜5の整数を示す。本発明に係る上述の効果をより有効に発揮する観点から、nが0かつmが1であるか、n及びmの両方が1であると好ましく、n及びmの両方が1であるとより好ましい。
本発明の太陽電池素子の製造方法は、電極が形成された配線部材の電極上に導電性接着剤組成物を塗布する工程と、前記配線部材上の前記導電性接着剤組成物が印刷されていない部分に封止部材を設ける工程と、電極を有する太陽電池を、該太陽電池上の電極と前記配線部材上の電極とが前記導電性接着剤組成物を介して接続するように配置する工程とを含むことが好ましい。
本発明の太陽電池モジュールは、前記太陽電池素子が、複数接続された構造を有する。
[導電性接着剤の調製]
(B)樹脂としてYDF−170(東都化成株式会社製、ビスフェノールF型エポキシ樹脂の商品名、エポキシ当量=170)26.7質量部と、その硬化促進剤として2P4MZ(2−フェニル−4−メチルイミダゾール、四国化成工業株式会社製、イミダゾール化合物の商品名)1.2質量部と、(C)フラックス活性剤としてBHPA(2,2−ビスヒドロキシメチルプロピオン酸)2.1質量部とを混合し、3本ロールを3回通して接着剤成分を調製した。
上記で得られた液状の導電性接着剤を、バックコンタクト型太陽電池(156mm×156mm、厚さ210μm)の裏面上に形成された裏面電極(材質:銀ガラスペースト、5mm×5mm)の中心にディスペンサを用いて単位面積当りの重量で0.01mg/mm2となるように塗布した。次いで、導電性接着剤を塗布した裏面電極上に、配線部材としてはんだ被覆タブ線(日立電線株式会社製、商品名:A−TPS、幅5mm品)を配置させて、熱圧着機を用いて温度150℃、荷重0.5MPa、保持時間10秒の条件にて加熱圧着した。太陽電池素子を10組作製した。
上記バックコンタクト型太陽電池素子の外観を目視で観察し、太陽電池の割れ、クラックの有無を確認し、その破損率を評価し表1に示した。表1中、セル破損率の分母は評価した太陽電池セル数を、分子は割れ、クラックの破損を確認した太陽電池セル数を示す。
上記で得られたタブ線付バックコンタクト型太陽電池素子1組をエポキシ樹脂で注型し、これをタブ線が延びる方向と平行に裏面電極の中央線に沿って切断した接合部の断面を確認した。断面は、裏面電極の断面中央から隣接する裏面電極の断面中央までを1観察単位として、5箇所確認した。バックコンタクト型太陽電池セルの裏面電極とタブ線とが導電性粒子の溶融物によって接続されている場合、裏面電極に接続されている導電性接着剤構造物中の金属部とタブ線及び裏面電極に接着している導電性接着剤構造物中の樹脂部の面積率を測定した。
上記で作製したタブ線付バックコンタクト型太陽電池セルを用意し、太陽電池セルの裏面側には封止樹脂(三井化学ファブロ株式会社製、商品名:ソーラーエバSC50B)と保護フィルム(株式会社コバヤシ製、商品名:コバテックPV)とを積層し、太陽電池セルの受光面側には封止樹脂(三井化学ファブロ株式会社製、ソーラーエバSC50B)とガラス(200×200×3mm)とを積層した。こうして得られた積層体を、真空ラミネータ(株式会社エヌ・ピー・シー製、商品名:LM−50X50−S)の熱板側にガラスが接するように搭載して5分間真空引きを行った後、真空ラミネータの上部の真空を解放し、1atmの圧力下で140℃、10分間加熱することにより、太陽電池モジュールを作製した。
得られた各太陽電池モジュールのIV曲線を、ソーラーシミュレータ(株式会社ワコム電創製、商品名:WXS−155S−10、AM:1.5G)を用いて測定し、曲線因子(fill factor、以下F.Fと略す)を導出し、これを初期のF.F(0h)とした。さらにこのときに併せて変換効率も導出した。次に、この太陽電池モジュールに対して、−55℃で15分間及び125℃で15分間を1サイクルとし、これを1000サイクル繰り返す温度サイクル試験を行った。この温度サイクル試験後の太陽電池モジュールのF.Fを測定し、これをF.F(1000h)とした。温度サイクル試験前後でのF.Fの変化率(ΔF.F)を[F.F(1000h)×100/F.F(0h)]の式から求め、これを評価指標として用いた。なお、一般にΔF.Fの値が95%以上となると接続信頼性が良好であると判断される。
表1に示す組成とした以外は実施例1と同様にして導電性接着剤組成物を調製した。そして、得られた導電性接着剤組成物を用いたこと以外は実施例1と同様にしてタブ線付太陽電池セルを作製し、セル破損率の評価及び接合部の確認を行った。ただし、実施例7は、裏面電極と配線部材との熱圧着温度を170℃とした。
[バックコンタクト型太陽電池素子(配線シート接続)の作製]
上記の(実施例1)で得られた導電性接着剤組成物を、バックコンタクト型太陽電池セル(156mm×156mm、厚さ210μm)の裏面上に形成された裏面電極(材質:銀ガラスペースト、5mm×5mm)の中心にディスペンサを用いて電極当りの重量で0.2mgとなるように塗布した。次いで、導電性接着剤を塗布した裏面電極パターン(導電性接着剤塗布部)にあわせて切り抜かれた封止樹脂(三井化学ファブロ株式会社製、ソーラーエバSC50B)を積層し、配線部材として配線シート(例えば、PEN(ポリエチレンナフタレート)製、PET(ポリエチレンテレフタラート)製)を太陽電池セルの裏面電極と配線基板の電極部とが導電性接着剤組成物を介して接するように配置させた。次いで、太陽電池セルの受光面側には封止樹脂(三井化学ファブロ株式会社製、ソーラーエバSC50B)とガラス(200×200×3mm)とを積層した。こうして得られた積層体を、真空ラミネータ(株式会社エヌ・ピー・シー製、商品名:LM−50X50−S)の熱板側にガラスが接するように搭載して5分間真空引きを行った後、真空ラミネータの上部の真空を解放し、1atmの圧力下で160℃、10分間加熱することにより、太陽電池素子を10組作製した。
上記配線部材を配線シートとしたバックコンタクト型太陽電池素子のEL画像評価株式会社アイテス製、商品名:PVX100)を行ない、太陽電池の割れ、クラックの有無を確認し、その破損率を評価し表2に示した。表2中、セル破損率の分母は評価した太陽電池セル数を、分子は割れ、クラックの破損を確認した太陽電池セル数を示す。
上記で得られた配線シートを適用したバックコンタクト型太陽電池モジュールをエポキシ樹脂で注型し、これを裏面電極の中央線に沿って切断した接合部の断面を確認した(リファインテック株式会社製、商品名:リファイン・ポリッシャーHV)。断面は、裏面電極の断面中央から隣接する裏面電極の断面中央までを1観察単位として、5箇所確認した。バックコンタクト型太陽電池セルの裏面電極と配線シートが導電性粒子の溶融物によって接続されている場合、裏面電極に接続されている導電性接着剤構造物中の金属部と配線シート及び裏面電極に接着している導電性接着剤構造物中の樹脂部の面積率を測定した。
表2に示す組成とした以外は実施例10と同様にして導電性接着剤組成物を調製した。得られた導電性接着剤組成物を用いたこと以外は実施例10と同様にして配線シート接続太陽電池モジュールを作製し、セル破損率の評価及び接合部の確認を行い、さらに温度サイクル試験前後のΔF.Fを測定した。ただし、実施例18は、裏面電極と配線部材との熱圧着温度を170℃とした。
TETRAD−X:アミン型エポキシ樹脂、三菱瓦斯化学株式会社製、商品名
EP−828:エピコート828、ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名
2P4MZ:イミダゾール化合物、四国化成工業株式会社製、商品名
BHPA:2,2−ビスヒドロキシメチルプロピオン酸
2,5−DEAD:2,5−ジエチルアジピン酸
Sn42−Bi58:Sn42−Bi58はんだ粒子:平均粒子径20μm、融点138℃
Sn40−Bi56−Zn4:Sn40−Bi56−Zn4はんだ粒子:平均粒子径20μm、融点130℃
MA05K:AgめっきCu粉、日立化成工業株式会社製商品名、融点1083℃
配線部材としてSn−Ag−Cuはんだ被覆タブ線(日立電線株式会社製、商品名:A−TPS、幅2.0mm品、融点220℃)を、両面電極型太陽電池(125mm×125mm、厚さ310μm)の受光面上に形成されたバスバー(材質:銀ガラスペースト、2mm×125mm)上に配置させて、熱圧着機を用いて温度260℃、荷重0.5MPa、保持時間10秒の条件にて加熱圧着した。同様の処理を裏面の電極についても行い、太陽電池素子を10組作製した。
配線部材としてSn−Ag−Cuはんだ被覆タブ線(日立電線株式会社製、商品名:A−TPS、幅5.0mm品、融点220℃)を、太陽電池セル(156mm×156mm、厚さ210μm)の裏面上に形成された電極(材質:銀ガラスペースト、5mm×5mm)上に配置させて、熱圧着機を用いて温度260℃、荷重0.5MPa、保持時間10秒の条件にて加熱圧着し、太陽電池素子を10組作製した。
導電性接着剤組成物に代えてSn42−Bi58クリームはんだ(株式会社タムラ製作所製、TLF−401−11、融点138℃)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、太陽電池素子を作製し、実施例1と同様にして太陽電池素子について、太陽電池の破損率の評価及び接合部の確認を行った。
樹脂としてYDF−170を導電性接着剤組成物全量100重量部に対し27.9重量部、導電性粒子として銀粉(TCG−1、株式会社徳力化学研究所製、商品名)72.1重量部を、導電性接着剤の調製に記載された方法と同様に調製した。この導電性接着剤組成物を用いて、実施例1と同様にして、太陽電池素子を作製し、セル破損率の評価及び接合部の確認を行った。
配線部材として配線シート(KREMPEL社製)を、太陽電池(156mm×156mm、厚さ210μm)の裏面上に形成された電極(材質:銀ガラスペースト、5mm×5mm)上に配置させて、実施例10と同様にして太陽電池モジュールを作製し、実施例1と同様にして太陽電池素子について、太陽電池の破損率の評価及び接合部の確認を行った。さらに上記で得られた太陽電池素子を用いたこと以外は実施例1と同様にして太陽電池モジュールを作製し、その温度サイクル試験前後のΔF.Fを測定した。
導電性接着剤組成物に代えてSn42−Bi58クリームはんだ(株式会社タムラ製作所製、TLF−401−11、融点138℃)を用いたこと以外は実施例10と同様にして、配線シート接続太陽電池セルを作製し、実施例1と同様にして太陽電池素子について、太陽電池の破損率の評価及び接合部の確認を行った。さらに上記で得られた太陽電池素子を用いたこと以外は実施例1と同様にして太陽電池モジュールを作製し、その温度サイクル試験前後のΔF.Fを測定した。
樹脂としてYDF−170を導電性接着剤組成物全量100重量部に対し27.9重量部、導電性粒子として銀粉(TCG−1、株式会社徳力化学研究所製、商品名)72.1重量部を、導電性接着剤の調製に記載された方法と同様に調製した。この導電性接着剤組成物を用いて、実施例10と同様にして、配線シート接続太陽電池セルを作製し、実施例1と同様にして太陽電池素子について、太陽電池の破損率の評価及び接合部の確認を行った。さらに上記で得られた太陽電池素子を用いたこと以外は実施例1と同様にして太陽電池モジュールを作製し、その温度サイクル試験前後のΔF.Fを測定した。
太陽電池裏面電極と配線部材とを電気的に接続する融点200℃以下の金属が溶融してなる金属部と、太陽電池裏面と配線部材とを物理的に接着する樹脂部とを有する実施例1〜18の太陽電池モジュールは、いずれも接続時にセルが破損することなく、変換効率が高く、さらに温度サイクル試験前後のΔF.Fが十分高く良好な信頼性を有していることが確認された。
Claims (11)
- 裏面に電極を有する太陽電池の該電極と、配線部材とが、電気的に接続された接続構造を有する太陽電池素子であって、該接続構造が、
融点が200℃以下の金属を含有する金属部と、
熱硬化性樹脂を含有する樹脂部と
を有する太陽電池素子。 - 前記接続構造を、太陽電池の受光面に直交する断面で見たときに、前記金属部が前記太陽電池の電極と配線部材とに接続しており、前記樹脂部が前記金属部の周囲に存在する接続構造をもつ請求項1に記載の太陽電池素子。
- 前記接続構造を、前記太陽電池の前記受光面に直交する断面で見たときの、前記接続構造の前記金属部と前記樹脂部の断面積比が5:95〜80:20である、請求項2に記載の太陽電池素子。
- 樹脂部の周囲にさらに封止部材を有する、請求項2又は3に記載の太陽電池素子。
- 前記接続構造が、(A)融点が200℃以下の金属を含む導電性粒子、(B)熱硬化性樹脂及び(C)フラックス活性剤を含む導電性接着剤組成物を前記太陽電池の電極と前記配線部材との間に配置した状態で、前記導電性粒子が溶融する温度以上の温度に前記導電性接着剤を加熱することにより形成される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の太陽電池素子。
- 前記太陽電池がメタルラップスルー(MWT)構造、エミッターラップスルー(EWT)構造、バックジャンクション(BJ)構造、ヘテロジャンクション(HJ)構造から選択される請求項1〜5のいずれか一項に記載の太陽電池素子。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の太陽電池素子を製造する太陽電池素子の製造方法であって、
電極が形成された配線部材の前記電極上に導電性接着剤組成物を塗布する工程と、
前記配線部材上の前記導電性接着剤組成物が印刷されていない部分に封止部材を設ける工程と、
電極が形成された太陽電池を、該太陽電池上の電極と前記配線部材上の電極とが前記導電性接着剤組成物を介して接続するように配置する工程とを含む、太陽電池素子の製造方法。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の太陽電池素子を製造する太陽電池素子の製造方法であって、
電極が形成された太陽電池の前記電極上に導電性接着剤組成物を塗布する工程と、
前記太陽電池上の前記導電性接着剤組成物が印刷されていない部分に封止部材を設ける工程と、
電極が形成された配線部材を、該配線部材上の電極と前記太陽電池上の電極とが導電性接着剤組成物を介して接続するように配置する工程とを含む、太陽電池素子の製造方法。 - 請求項7又は8に記載の製造方法により得られた複数の太陽電池素子の受光面側に封止部材及び保護ガラスを積層する工程と、140〜180℃の温度で加熱圧着する工程とを含む、太陽電池モジュールの製造方法。
- 請求項7又は8に記載の製造方法により得られた複数の太陽電池素子の受光面側に封止部材及び保護ガラスを積層する工程と、複数の太陽電池素子の非受光面側に保護シートを積層する工程と、140〜180℃の温度で加熱圧着する工程とを含む、太陽電池モジュールの製造方法。
- 請求項9又は10に記載の製造方法により得られる、太陽電池モジュール。
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