JP2014162855A - 太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルム - Google Patents

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Abstract

【課題】太陽電池セルが受けた太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率の経時的な低下が少ないか殆ど無く,また十分な接着強度を有する,太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムを提供することにある。
【解決手段】太陽電池セルの表面電極にリボン線を接続する際に使用する導電性接着フィルムであって,フェノキシ樹脂と,エポキシ樹脂と,シランカップリング剤と,エポキシ樹脂の潜在性硬化剤と,導電性フィラーとから成り,硬化後のガラス転移温度が120℃以上190℃以下であることを特徴とする太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムである。
【選択図】なし

Description

本発明は,太陽電池セルに形成されている表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムに関し,特に該表面電極に接続されたリボン線と該太陽電池セルの裏面電極に接続したリボン線間において,太陽電池セルが受けた太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率の低下が少ない太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムに関する。
従来,半導体素子と基板を接続するために加熱により硬化する熱硬化性の接着剤フィルムとして,基板の反りを十分に抑制することができ,且つ,接続信頼性に優れる接着剤フィルム及びこれを用いた回路接続材料である,接着剤フィルムが提案されている(特許文献1)。また,電極,回路等を設けた基板や電子部品等を接続し,かつ電気的に接続するための異方性導電性接着剤として,接着性,導通/絶縁性能等の基本特性を損なうことなく,高温高湿条件下での熱膨張を抑制し,かつ接続安定性を向上することのできる異方導電性接着材が提案されている。
特開2007−91959号公報 特開2010−100840号公報
特許文献1に示される接着剤フィルムは,硬化性樹脂組成物からなる接着剤フィルムであって,硬化後のガラス転移温度が65〜110℃であり,硬化後の40℃における弾性率が1500MPa以下であり,且つ,硬化後の100℃における弾性率が10MPa以上である。また特許文献2の異方性導電性接着剤は,エポキシ樹脂,フェノキシ樹脂,硬化剤,無機フィラー及び導電性粒子を必須成分とし,前記フェノキシ樹脂のガラス転移温度(Tg)が66℃以上100℃以下であることを特徴する。
しかし,これらの接着剤フィルム及び異方性導電性接着剤は,あくまで半導体素子と基板を接続し,また電極,回路等を設けた基板や電子部品等を接続することを目的とし,本願発明のように,太陽電池セルに形成されている表面電極にリボン線を接続することを目的としたものではなかった。このため,これらの接着剤フィルムや異方性導電性接着剤を太陽電池セルの表面電極にリボン線を接続するために用いると,太陽電池セルが受けた太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率が経時的に大きく低下すると共に,接着強度も不十分となる場合があるという課題がある。
本発明が解決しようとする課題は,太陽電池セルが受けた太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率の経時的な低下が少ないか殆ど無く,また十分な接着強度を有する,太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムを提供することにある。
請求項1記載の発明は,太陽電池セルの表面電極にリボン線を接続する際に使用する導電性接着フィルムであって,フェノキシ樹脂と,エポキシ樹脂と,シランカップリング剤と,エポキシ樹脂の潜在性硬化剤と,導電性フィラーとから成り,硬化後のガラス転移温度が120℃以上190℃以下であることを特徴とする太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムである。
また請求項2記載の発明は,エポキシ樹脂は少なくともナフタレン骨格含有エポキシ樹脂又はクレゾールノボラック型エポキシ樹脂又は3官能以上のエポキシ基含有エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項1記載の太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムである。
また請求項3記載の発明は,硬化後のガラス転移温度が165℃以上190℃以下であることを特徴とする請求項1記載の太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムである。
また請求項4記載の発明は,フェノキシ樹脂は少なくともフルオレン骨格含有フェノキシ樹脂を含み,エポキシ樹脂はジナフタレン骨格含有の4官能エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項3記載の太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムである。
また請求項5記載の発明は,シランカップリング剤がエポキシシランであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムである。
請求項1及び請求項2に記載の,太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムに関する発明は,太陽電池セルが受けた太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率の経時的な低下が少なく,また経時後にも十分な接着強度を有する効果がある。
また請求項3及び請求項4に記載の,太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムに関する発明は,太陽電池セルが受けた太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率の経時的な低下が殆ど無く,また経時後にも,より十分な接着強度を有する効果がある。
以下本発明について詳細に説明する。
請求項1記載の太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムに関する発明は,フェノキシ樹脂と,エポキシ樹脂と,シランカップリング剤と,エポキシ樹脂の潜在性硬化剤と,導電性フィラーとから成る導電性接着フィルムであり,必要により,消泡剤,レベリング剤,チクソ付与剤,希釈剤,粘着付与剤,難燃剤が配合され,硬化後のガラス転移温度は120℃以上190℃以下である。ガラス転移温度が120℃未満では太陽電池セルが受けた太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率の経時的な低下が大きくなり,190℃超では経時的な接着強度の低下率が大きくなる。
また請求項3記載の太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムに関する発明は,フェノキシ樹脂と,エポキシ樹脂と,シランカップリング剤と,エポキシ樹脂の潜在性硬化剤と,導電性フィラーとから成る導電性接着フィルムであり,必要により,消泡剤,レベリング剤,チクソ付与剤,希釈剤,粘着付与剤,難燃剤が配合され,硬化後のガラス転移温度は165℃以上190℃以下である。ガラス転移温度が165℃未満では太陽電池セルが受けた太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率の経時的な低下がわずかにあり,190℃超では経時的な接着強度の低下率が大きくなる。
フェノキシ樹脂
請求項1に係る発明に使用されるフェノキシ樹脂は,特に限定されるものではないが,重量平均分子量は20000〜100000のものが好ましい。ここでいう重量平均分子量は,GPC法により測定されるものである。これらのフェノキシ樹脂を使用することにより,本発明に係るフィルム成形前の配合物を有機溶剤に溶解し,流延塗工法や溶融押し出し成形法等により容易にフィルム状に成形することができる。また本願に係る発明の導電性接着フィルムは,該フェノキシ樹脂に加えて下記のエポキシ樹脂を含んでいて,さらには該エポキシ樹脂の潜在性硬化剤を含んでいるため,加熱による架橋反応を行なう熱硬化性樹脂として機能する。フェノキシ樹脂の市販品としては,エポトートYP−50(商品名,ペレット状固体,重量平均分子量:60000〜80000,新日鐵住金化学社製)がある。
請求項3に係る発明に使用されるフェノキシ樹脂は,上記フェノキシ樹脂のほかに,フルオレン骨格含有フェノキシ樹脂を含むか,上記フェノキシ樹脂に代えてフルオレン骨格含有フェノキシ樹脂を使用し,さらにはエポキシ樹脂にジナフタレン骨格含有の4官能エポキシ樹脂を使用することで,硬化後のガラス転移温度を165℃〜190℃以下とすることができる。もちろんフルオレン骨格含有フェノキシ樹脂以外のフェノキシ樹脂と,ジナフタレン骨格含有の4官能エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂により硬化後のガラス転移温度を165℃〜190℃以下としてもよい。市販のフルオレン骨格含有フェノキシ樹脂としては,エポトートFX−293(商品名,固体,重量平均分子量:45000程度,新日鐵住金化学社製)がある。
エポキシ樹脂
エポキシ樹脂は,請求項1に係る発明に関しては,硬化後のガラス転移温度が120℃以上190℃以下となるような,たとえば少なくともナフタレン骨格含有エポキシ樹脂又はクレゾールノボラック型エポキシ樹脂又は3官能以上のエポキシ基含有エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂を使用することができる。市販のナフタレン骨格含有エポキシ樹脂としては,EPICLON HP−4032(商品名,半固形状,2官能エポキシ樹脂,エポキシ当量;145〜157,DIC株式会社製)があり,市販のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては,EPICLON N730A(商品名,液状,エポキシ当量;172〜179,DIC株式会社製)があり,市販の3官能以上のエポキシ基含有エポキシ樹脂としては,EPALLOY 9000(商品名,半固形状,3官能エポキシ樹脂,エポキシ当量;160〜180,CVC Thermoset Specialities社製)がある。
請求項3に係る発明に配合されるエポキシ樹脂は,フェノキシ樹脂に少なくともフルオレン骨格含有フェノキシ樹脂を使用する場合は,ジナフタレン骨格含有の4官能エポキシ樹脂を使用することができ,この場合硬化後のガラス転移温度を165℃以上190℃以下とすることができる。市販のジナフタレン骨格含有の4官能エポキシ樹脂としては,EPICLON HP4710(商品名,固形状,4官能エポキシ樹脂,エポキシ当量;160−180,DIC株式会社製)がある。
本願に係る発明に使用されるエポキシ樹脂の配合量はフェノキシ樹脂100重量部に対して1重量部以上300重量部未満であり,より好ましくは10重量部以上200重量部未満である。1重量部未満では接着力不足となり,300重量部以上では,フィルム形成困難となる。また10重量部未満では接着力不足となる傾向があり,200重量部以上ではフィルム形成困難となる傾向がある。
シランカップリング剤
シランカップリング剤としては,エポキシ基を有する例えば2-(3,4-エポキシシクロへキシル)エチルトリメトキシシラン,3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン,3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシシランや3-グリシドキシプロピルモノメチルジメトキシシラン等のエポキシシランを使用することができる。市販品としては,3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランとしてDYNASYLAN GLYMO(商品名,3.7mPa・s/20℃,EVONIK社製)がある。配合量はフェノキシ樹脂100重量部に対して 0.1重量部以上30重量部未満であり,より好ましくは1重量部以上15重量部未満である。0.1重量部未満では接着力不足となり,30重量部以上では,硬化不十分となる。また1重量部未満では接着力不足となる傾向があり,15重量部以上では硬化不十分となる傾向がある。
エポキシ樹脂の潜在性硬化剤
エポキシ樹脂の潜在性硬化剤としては,イミダゾール系,ヒドラジド系,変性ポリアミン,三フッ化ホウ素アミン錯塩,グアナミン類,メラミン,ウレア類を使用することができ,これらより選択される少なくとも1から成ることが望ましい。イミダゾール系の市販品としては,キュアゾール2MZ−H(固体,イミダゾール系,四国化成社製)がある。また,潜在性硬化剤は,ポリウレタン系,ポリウレア系,ポリエステル系等の高分子物質で被覆してマイクロカプセル化したものであってもよく,該マイクロカプセル化潜在性硬化剤の市販品としては,ノバキュアHX−3941HP(商品名,マイクロカプセル化潜在性硬化剤35%,ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂15%,ビスフェノールF型液状エポキシ樹脂50%,旭化成イーマテリアルズ社製)がある。ノバキュアHX−3941HPは,マイクロカプセル化潜在性硬化剤を液状エポキシ樹脂に分散させたものである。潜在性硬化剤の配合量はフェノキシ樹脂100重量部に対して1重量部以上200重量部未満であり,より好ましくは10重量部以上100重量部未満である。1重量部未満では硬化不十分となり,200重量部以上では,保存性が悪くなる。また10重量部未満では硬化不十分となる傾向があり,100重量部以上では保存性が悪くなる傾向がある。
導電性フィラー
本発明には,金,銀,ニッケル,銅,亜鉛,錫等の金属粒子や該金属粒子に金メッキ,ニッケルメッキを施した導電性フィラーを使用することができる。市販品としては,ニッケル粉4SP10(商品名,粉末固体,平均粒子径7μm,NOVAMENT社製)がある。配合量はフェノキシ樹脂100重量部に対して 0.1重量部以上300重量部未満であり,より好ましくは1重量部以上200重量部未満である。0.1重量部未満では導通不良となり,300重量部以上では,導電性フィラーの凝集が増え製造不能となる。また1重量部未満では導通不良となる傾向があり,200重量部以上では攪拌時に導電性フィラーの凝集が増える傾向がある。また導電性フィラーの粒度分布測定による平均粒子径は,1μm以上20μm未満であることが望ましく,より好ましくは5μm以上15μm未満である。1μm未満では導通不良となり,20μm以上であると製造不能となる。また5μm未満では,導通不良の傾向があり,15μm以上であると製造困難となる傾向がある。なお,ここでいう平均粒子径とは,レーザー回折・散乱法よって求めた粒度分布における積算値50%での粒径をいう。
本出願に係る導電性フィルムの厚みは,配合される上記導電性フィラーの平均粒子径に対して100%から500%の厚みに成形されることが望ましい。これにより,本発明の導電性接着フィルムを使用して,太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するために加熱,加圧する際,フィルムの溶融流動が容易に行なわれ,短時間に導電接着を形成することができる。
以下,実施例及び比較例にて本出願に係る導電性接着フィルムについて具体的に説明する。
実施例1乃至実施例9
フェノキシ樹脂としてエポトートYP50(商品名,新日鐵住金化学社製)を,フルオレン骨格含有フェノキシ樹脂として,エポトートFX−293(商品名,新日鐵住金化学社製)を,ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂として,EPICLON HP−4032(商品名,DIC株式会社製)を,クレゾールノボラック型エポキシ樹脂Aとして,EPICLON N730A(商品名,DIC株式会社製)を,クレゾールノボラック型エポキシ樹脂Bとして,EPICLON N−770(商品名,固形状,エポキシ当量;183〜193,DIC株式会社製)を,クレゾールノボラック型エポキシ樹脂Cとして,EPALLOY 8370(商品名,高粘度液状,エポキシ当量;205〜215,CVC Thermoset Specialities社製)を,3官能以上のエポキシ基含有エポキシ樹脂として,EPALLOY9000(商品名,CVC Thermoset Specialities社製)を,ジナフタレン骨格含有の4官能エポキシ樹脂として,EPICLONHP4710(商品名,DIC株式会社製)を使用し,それぞれ表1に示す所定重量部に対して酢酸エチルを75重量部添加して40重量%の酢酸エチル溶液を作製する(表1には酢酸エチル配合部数を記載せず)。
該溶液に導電性フィラーとして平均粒子径7μmのニッケル粉4SP10(商品名,NOVAMENT社製)を8重量部添加する。次にエポキシ樹脂の潜在性硬化剤としてマイクロカプセル型潜在性硬化剤含有液状エポキシ樹脂ノバキュアHX−3941HP(商品名,旭化成イーマテリアルズ社製)40重量部と,3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランDYNASYLAN GLYMO(商品名,EVONIC社製)2重量部を加え均一に攪拌しフィルム形成前混合液を得る。該混合液をPETフィルムNP38SA(商品名,パナック社製)上にフィルムアプリケーターSA−204(Sheen社製)で約40〜50μmに均一に塗付し,その後80℃にて5分間乾燥させ酢酸エチルを塗付膜中からすべて揮発させる。フィルム厚み測定器DIGIMICRO(NIKON社製)にて,PETフィルム上に形成された導電性接着フィルムの厚みが20〜25μmと成っていることを確認し実施例1乃至実施例9の導電性接着フィルムを得た。
比較例1及び比較例2
表1に示す配合にて,上記実施例1乃至実施例9において配合したエポキシ樹脂に代えて,ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂として,EP828(商品名,エポキシ当量:184−194g/eq,三菱化学社製)またはEO変性エポキシ樹脂としてアデカレジンEP−4010(商品名,エポキシ当量:350g/eq,ADEKA社製)を配合して,同様の方法により比較例1及び比較例2の導電性接着フィルムを得た。
Figure 2014162855
評価項目および評価方法
ガラス転移温度
実施例1乃至実施例9及び比較例1及び比較例2の導電性接着フィルムを50mm×50mmに切り出し、200℃の恒温層で10分間加熱処理を行う。加熱処理後のフィルムをさらに40mm×5mm幅に切り出してこれをサンプルとした。得られたサンプルを動的粘弾性測定装置Q800(TAインスツルメント社製)を用いて常温から220℃までを昇温速度3℃/分、周波数1Hzの条件で引張試験を行い、貯蔵弾性率と損失弾性率を求め、得られたTanΔの極大点における温度をガラス転移温度とした。
初期せん断強度及び加熱後せん断強度
実施例1乃至実施例9及び比較例1及び比較例2の導電性接着フィルムを,太陽電池セル(125mm×125mm)上に形成されている表面電極(材質;Agペースト,2mm×125mm)の幅に合わせてカットして1mm×120mmの接着用導電性接着フィルムとして該表面電極に貼り,その上にリボン線(材質:ハンダメッキ銅,日立電線社製,NoWarp,巾1.5mm×長さ100mm×厚み約0.25mm)を載置して圧着装置(大崎エンジニアリング社製,CT−400)により180℃,1Mpa,10秒で加熱加圧を行い,太陽電池セルの表面電極とリボン線を導電性接着フィルムにて接着し,せん断強度測定用リボン線付き太陽電池セル試験体とする。該せん断強度測定用リボン線付き太陽電池セル試験体のリボン線と太陽電池セルを,導電性接着フィルム部分にせん断応力が加わるように,インストロン引張試験機5500R(インストロン社製)にて5mm/分にて引っ張り,せん断強度(MPa)を測定し,該測定値を初期せん断強度とした。測定は23℃にて行った。
同様にせん断強度測定用リボン線付き太陽電池セル試験体を作製したのち,該試験体を125℃1000時間放置し,その後23℃にて同様にせん断強度を(MPa)を測定し,該測定値を加熱後せん断強度とした。
初期変換効率及びヒートサイクル後変換効率及び変換効率低下率
実施例1乃至実施例9及び比較例1及び比較例2の導電性接着フィルムを,太陽電池セル(125mm×125mm)上に形成されている表面電極(材質;Agペースト,2mm×125mm)の幅に合わせてカットして1mm×120mmの接着用導電性接着フィルムとして該表面電極に貼り,その上にリボン線(材質:ハンダメッキ銅,日立電線社製,NoWarp,巾1.5mm×長さ100mm×厚み約0.25mm)を載置して圧着装置(大崎エンジニアリング社製,CT−400)により180℃,1Mpa,10秒で加熱加圧を行い,太陽電池セルの表面電極とリボン線を導電性接着フィルムにて接着する。該太陽電池セルの裏面銀電極に上記リボン線をハンダ付けし変換効率測定用リボン線付き太陽電池セル試験体とする。該試験体を試験体作製直後に23℃雰囲気下にて太陽電池評価用装置ソーラシミュレータ(製品名,ワコム電創社製)を使用して,光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率Pmax(W)を測定し,該変換効率を初期変換効率とした。
次に同じ試験体を,−40℃に30分置いたのち直ちに120℃30分置くことを1サイクルとしてこれを200サイクル繰り返し,その後23℃雰囲気下にて太陽電池評価用装置ソーラシミュレータを使用して,光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率Pmax(W)を測定し,該変換効率をヒートサイクル後変換効率とした。該ヒートサイクル後の変換効率の初期変換効率に対する%を変換効率低下率%として算出した。
評価結果
評価結果を表2に示す。
Figure 2014162855
まとめ
実施例1乃至実施例5では変換効率の低下率は88.8%〜96.8%となり,ガラス転移温度が120℃以上165℃未満では変換効率は88%以上97%以下になると判断される。実施例6乃至実施例9では変換効率の低下率は97.1%〜99.8%となり,ガラス転移温度が165℃以上190℃以下では変換効率は97%以上99.8%以下になると判断される。
せん断強度は実施例1乃至実施例9は0.59MPa以上あり,初期せん断強度に対する加熱後せん断強度の割合は80%以上であり,十分な接着強度を有する。

Claims (5)

  1. 太陽電池セルの表面電極にリボン線を接続する際に使用する導電性接着フィルムであって,フェノキシ樹脂と,エポキシ樹脂と,シランカップリング剤と,エポキシ樹脂の潜在性硬化剤と,導電性フィラーとから成り,硬化後のガラス転移温度が120℃以上190℃以下であることを特徴とする太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルム。
  2. エポキシ樹脂は少なくともナフタレン骨格含有エポキシ樹脂又はクレゾールノボラック型エポキシ樹脂又は3官能以上のエポキシ基含有エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項1記載の太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルム。
  3. 硬化後のガラス転移温度が165℃以上190℃以下であることを特徴とする請求項1記載の太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルム。
  4. フェノキシ樹脂は少なくともフルオレン骨格含有フェノキシ樹脂を含み,エポキシ樹脂はジナフタレン骨格含有の4官能エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項3記載の太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルム。
  5. シランカップリング剤がエポキシシランであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルム。

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