JP2015005574A

JP2015005574A - 太陽電池モジュール検査装置

Info

Publication number: JP2015005574A
Application number: JP2013128857A
Authority: JP
Inventors: 浩明松永; Hiroaki Matsunaga
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2015-01-08

Abstract

【課題】太陽電池モジュールにおける表面電極とインターコネクタとの接合状態の非破壊測定が可能な太陽電池モジュール検査装置を得ること。【解決手段】実施の形態の太陽電池モジュール検査装置は、インターコネクタ８で接続された複数の太陽電池素子を有する太陽電池モジュールの表面電極にはんだ接合された前記インターコネクタの前記はんだ接合の状態を検査する太陽電池モジュール検査装置であって、前記インターコネクタに引っ掛けることができる鉤状のプローブ先端と、前記プローブ先端に接続された弾性体と、前記プローブ先端を前記弾性体を介して前記インターコネクタの延伸方向とは垂直に駆動する駆動部１０と、前記プローブ先端に引っ掛けられた前記インターコネクタの位置の変位量を測定する変位量測定部と、前記変位量が予め定めた閾値を超えた場合に前記接合状態は不良であると判定する不良判定部と、を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、複数の太陽電池素子を連結して形成する太陽電池モジュールのインターコネクタの接合状態を検査する太陽電池モジュール検査装置に関する。

太陽電池素子の受光面と裏面にはそれぞれ印刷によって銀電極が形成されている。太陽電池素子の表面電極と、隣接する太陽電池素子の裏面の電極とに銅箔等の導電性のインターコネクタをはんだ付けして所定の数の太陽電池素子を直列に接続し、ストリングスを形成する。さらに、所定数のストリングスを併設してストリングスから導出されたインターコネクタを銅箔等の導電性の出力インターコネクタにはんだ付けして連結し、アレイを形成する。その後、アレイをガラスのような透光性を有する表面部材とＥＶＡ等の透光性を有する封止材と耐候性を有する裏面部材とによって封止して太陽電池モジュールを形成する。

太陽電池素子の表面電極部と銅箔等の導電性のインターコネクタをランプヒータ等で熱を加えることによりはんだ付けする際、接合面に金属間化合物が形成され、相互が確実に接合されることが望まれる。これは長期的使用が想定される太陽電池において、経年劣化による接合間の剥離を防止する為である。もし接合間のはんだ接合が未接合、不十分であったりすると、出力低下やホットスポット等の製品の長期信頼性に関わる不具合に発展する可能性が高い。これらから太陽電池素子の表面電極部とインターコネクタとの接合の長期信頼性に関して様々な評価が行なわれてきた。

接合状態の評価方法としては、太陽電池素子の表面電極部とインターコネクタの引き剥がし強度であるピール強度を測定する事による抜き取り検査が一般的である。太陽電池素子の表面電極部とインターコネクタ部のはんだ接合の剥離等の不具合は、熱放射時にはんだ接合が不十分であるとクラックが発生し、それが経年劣化で成長し、剥離等の不具合に発展する。その際金属間化合物の剥離強度が強固な物であるならばこのクラックの発生及び成長を防げるため、引き剥がし強度がはんだ接合間の信頼性評価には有効となる。

特開平６−２０４５１１号公報

上記の理由から、例えば特許文献１において接合状態の評価方法として用いられているピール強度検査は、はんだ接合間の強度測定や未接合対策に関しては一般的な手法である。しかしこの方法を量産で行なおうとすると、抜き取りによる検査となり、全数検査することができない。さらに、破壊測定である為、検査対象の太陽電池素子は生産に使用することが出来ないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池モジュールにおける表面電極とインターコネクタとの接合状態の非破壊測定が可能な太陽電池モジュール検査装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、インターコネクタで接続された複数の太陽電池素子を有する太陽電池モジュールの表面電極にはんだ接合された前記インターコネクタの前記はんだ接合の状態を検査する太陽電池モジュール検査装置であって、前記インターコネクタに引っ掛けることができる鉤状のプローブ先端と、前記プローブ先端に接続された弾性体と、前記プローブ先端を前記弾性体を介して前記インターコネクタの延伸方向とは垂直に駆動する駆動部と、前記プローブ先端に引っ掛けられた前記インターコネクタの位置の変位量を測定する変位量測定部と、前記変位量が予め定めた閾値を超えた場合に前記接合状態は不良であると判定する不良判定部と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、太陽電池素子表面電極とインターコネクタとのはんだ接合が終了し、ストリングスが形成された時点で、はんだ接合部の未接合や著しくはんだ接合の状態が悪い箇所の検出が可能となる。さらに非破壊測定である為、量産設備での全数検査評価も可能になるという効果を奏する。

図１は、本実施の形態にかかる太陽電池素子を受光面側から見た上面図を示す図である。図２は、本実施の形態にかかる太陽電池素子を裏面側から見た上面図を示す図である。図３は、本実施の形態にかかる太陽電池素子を等間隔に設置してインターコネクタにより接続して形成したストリングスを裏面から見た上面図を示す図である。図４は、本実施の形態にかかる太陽電池素子の概略構造を示すための断面図を示す図である。図５は、本実施の形態にかかるストリングスを構成する太陽電池素子の概略構造を示すための断面図を示す図である。図６は、本実施の形態にかかるストリングスを受光面側から見た上面図を示す図である。図７は、本実施の形態にかかる太陽電池モジュール検査装置が太陽電池素子のストリングスを検査する様子を示す概略図である。図８は、本実施の形態にかかる測定用プローブの構成を示す図である。図９は、本実施の形態において駆動装置の方向に測定用プローブに力を加えたときの様子を示す図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュール検査装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す図面においては、理解の容易のために各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。

実施の形態．
図１は、本実施の形態にかかる太陽電池素子１を受光面側から見た上面図を示す図である。本実施の形態においてモジュール構築のために用いる太陽電池素子１は、シリコン基板の受光面側にリン拡散により不純物拡散層が形成され、反射防止膜が形成されている。太陽電池素子１の受光面上には、長尺細長の細線電極３およびこれに導通する極細の集電電極２が形成されている。複数の細線電極３は、所定の間隔で互いに（例えば、平行に）並んで配置されている。各細線電極３は、太陽電池素子１内で発電された電力を収集し集電電極２へ伝達するように、集電電極２と（例えば、直角に）交差して延びている。図２は、太陽電池素子１を裏面側から見た上面図を示す図である。太陽電池素子１の裏面には、裏面集電電極５が形成されている。

図３は、太陽電池モジュール構築のために太陽電池素子１０１〜１０６を等間隔に設置してインターコネクタ８により接続して形成したストリングス７を裏面から見た上面図を示す図である。図４は、紙面垂直方向が図３のストリングス７（インターコネクタ８）の延伸方向となる太陽電池素子１０１の概略構造を示すための断面図を示す図である。図５は、インターコネクタ８に沿って図３を切断したストリングス７を構成する太陽電池素子１０１〜１０３の概略構造を示すための断面図を示す図である。

図４に示すように、受光面側の表面電極である集電電極２および裏面側の表面電極である裏面集電電極５の上にはそれぞれ、導電性のインターコネクタ８がはんだ付けされている。そして、図５に示すように、太陽電池素子１０１の集電電極２と、隣接する太陽電池素子１０２の裏面集電電極５とに導電性のインターコネクタ８をはんだ付けし、これを繰り返して、複数枚（図３は６枚の例であるが、これに限定されず１０枚等でもよい）の太陽電池素子１０１〜１０６を直列に接続したストリングス７が形成されている。なお、インターコネクタ８の心線は銅からなり、あらかじめＳｎ−Ａｇ−Ｃｕのはんだを表面にコーティングしたものである。図６は、このようにして形成されたストリングス７を受光面側から見た上面図を示す図である。

次に、本実施の形態にかかる太陽電池モジュール検査装置の構成を説明する。本実施の形態にかかる太陽電池モジュール検査装置は、太陽電池素子の表面電極のはんだ接合状態を評価する。図７は、本実施の形態にかかる太陽電池モジュール検査装置が太陽電池素子のストリングス７を検査する様子を示す概略図である。太陽電池モジュール検査装置は、プローブ駆動装置１９および画像検査部１６を備える。

プローブ駆動装置１９は、ストリングス７を構成する太陽電池素子の表面電極に接合されたインターコネクタ８に力を加える為の測定用プローブ９とそれを駆動する駆動部１０から構成される。なお、測定用プローブ９は、インターコネクタ８にその延伸方向とは垂直の方向に均等に力を加えることが出来るように、図７に示すように並列に複数個備えられていることが望ましい。

駆動部１０は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）１２（制御部）に接続されており、ＰＣ１２がプローブ駆動装置１９を制御する。画像検査部１６（変位量測定部）は、ＰＣ１２とカメラ１１から構成される。画像検査部１６は、プローブ駆動装置１９の測定用プローブ９がインターコネクタ８に力を加えた際に、インターコネクタ８の変位量を測定する。すなわち、駆動部１０の動作に連動してカメラ１１がインターコネクタ８の位置を撮影するようにＰＣ１２が制御する。

図８は、変位測定の為にインターコネクタ８に力を加える測定用プローブ９の構成を示す図である。測定用プローブ９は、先端部であるプローブ先端１４と、プローブ先端１４と駆動部１０を連結する干渉部分である弾性体であるバネ１３を備える。なおこの弾性体は、バネに限定されずゴムなどの他の弾性体でも構わない。プローブ先端１４は鉤状の形状になっており、曲がり角度は９０〜１００度程であることが望ましい。図８には、プローブ先端１４に引っ掛けられている状態でのインターコネクタ８の断面も示してある。バネ１３は、引っ張り力均等化のためプローブ先端１４の数と同じ本数が連結されている。複数のバネ１３からなる干渉部分全体にかかる荷重は３〜５Ｎほどであることが望ましい。プローブ駆動装置１９は、このように構成された測定用プローブ９が駆動部１０に連結される構造となっている。

次に、本実施の形態にかかる太陽電池モジュール検査装置の動作を図７および図９を用いて説明する。本実施の形態にかかる太陽電池モジュール検査装置は、図７に示すように、太陽電池モジュールの表面電極部に接合されたインターコネクタ８に測定用プローブ９を引っ掛け、測定前のインターコネクタ８の位置情報を画像検査部１６で読み取っている。

具体的には、測定用プローブ９のプローブ先端１４がインターコネクタ８を引っ張った状態において、カメラ１１がインターコネクタ８の位置を撮影し、撮影結果に基づいてインターコネクタ８の位置情報をＰＣ１２が数値化する。

上記したカメラ１１による撮影のタイミングの制御方法としては、例えば、駆動部１０が測定用プローブ９を予め定めた所定の力で引っ張ったときに、カメラ１１がインターコネクタ８の位置を撮影するようにＰＣ１２が制御する。また或いは、駆動部１０が駆動部１０とバネ１３の連結部分を予め定めた所定の距離引っ張ったときに、カメラ１１がインターコネクタ８の位置を撮影するようにＰＣ１２が制御する。

図９は、インターコネクタ８に測定用プローブ９を引っ掛けた状態で、プローブ駆動装置１９の方向（インターコネクタ８の延伸方向に対して垂直な方向）に測定用プローブ９に力を加えたときの様子を示す図である。図９では、太陽電池素子１０１の場合を例にして示したが、太陽電池素子１０２〜１０６の場合も同様である。また、図９は、ストリングス７の裏面のインターコネクタ８に測定用プローブ９が力を加えたときの例を示しているが、この太陽電池モジュール検査装置によれば、ストリングス７の受光面側で集電電極２に接合されたインターコネクタ８の接合状態の評価も同様に実行することが可能である。

太陽電池素子１０１の表面電極である裏面集電電極５とインターコネクタ８の間が正常にはんだ接合されている箇所では、測定用プローブ９がインターコネクタ８に力を加えてもインターコネクタ８の位置に変化は無く、インターコネクタ８はインターコネクタの定位置１５ａに留まる。

一方、裏面集電電極５とインターコネクタ８の間ではんだ接合が正常になされず、未接合あるいは接合が著しく悪い状態になっている箇所では、測定用プローブ９がインターコネクタ８に力を加えると、インターコネクタ８は測定用プローブ９によって引っ張られてインターコネクタの変位位置１５ｂまで１〜２ｍｍ程度変位する。この変位量はカメラ１１の撮影結果に基づいてＰＣ１２によって算出される。このときのインターコネクタ８の変位量に１ｍｍ程度（１ｍｍ前後の値）の予め定めた閾値を設けておく。そして、ＰＣ１２（不良判定部）は、この閾値を超えた変位量が測定された場合は、裏面集電電極５とインターコネクタ８との間のはんだ接合の接合状態は不良であると判定し、この閾値以下の変位量が測定された場合は、接合状態は正常であると判定することができる。

なお、上記説明では、ＰＣ１２が、変位量測定の機能と不良判定の機能を共に実行するとして説明しているが、これらの機能は別個のハードウェアで実現されてもかまわない。また、インターコネクタ８の変位量を測定する方法としてカメラ１１を用いて説明したが、測定用プローブ９によって引っ張られたインターコネクタ８の変位量を測定できるのであれば、他の手法を用いても構わない。

このようにして、インターコネクタ８と太陽電池素子１０１の表面電極とのはんだ接合状態を評価する。これにより、太陽電池素子１０１の表面電極とインターコネクタ８との接合状態の非破壊測定が可能となる。また、ストリングス７の受光面におけるインターコネクタ８と集電電極２のはんだ接合についても、上記同様な方法で評価が可能である。

さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、上記実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュール検査装置は、複数の太陽電池素子を連結して形成する太陽電池モジュールの表面電極とインターコネクタとのはんだ接合の接合状態の評価に有用であり、特に、はんだ接合の接合状態の非破壊での評価に適している。

１，１０１〜１０６太陽電池素子、２集電電極、３細線電極、４半導体基板、５裏面集電電極、７ストリングス、８インターコネクタ、９測定用プローブ、１０駆動部、１１カメラ、１２ＰＣ、１３バネ、１４プローブ先端、１５ａインターコネクタの定位置、１５ｂインターコネクタの変位位置、１６画像検査部、１９プローブ駆動装置。

Claims

インターコネクタで接続された複数の太陽電池素子を有する太陽電池モジュールの表面電極にはんだ接合された前記インターコネクタの前記はんだ接合の状態を検査する太陽電池モジュール検査装置であって、
前記インターコネクタに引っ掛けることができる鉤状のプローブ先端と、
前記プローブ先端に接続された弾性体と、
前記プローブ先端を前記弾性体を介して前記インターコネクタの延伸方向とは垂直に駆動する駆動部と、
前記プローブ先端に引っ掛けられた前記インターコネクタの位置の変位量を測定する変位量測定部と、
前記変位量が予め定めた閾値を超えた場合に前記接合状態は不良であると判定する不良判定部と、
を備える
ことを特徴とする太陽電池モジュール検査装置。
前記プローブ先端および前記弾性体をそれぞれ複数個並列に備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール検査装置。
前記変位量測定部はカメラを備え、前記カメラが前記インターコネクタを撮影した結果に基づいて前記変位量を測定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール検査装置。