JP2015126223A - 接続タブ及びこれを用いた太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】長期使用による接続タブの割れや電気的特性の低下、光学損失の増大などの経年劣化を防止し、銀めっきの薄膜化を可能としつつ長期にわたり安定した品質を保持できる接続タブ及びこれを用いた太陽電池モジュールを提供せんとする。【解決手段】複数の太陽電池素子を有し、太陽電池素子同士を接続タブ２により電気的に接続した太陽電池モジュールであり、接続タブ２は、銅又は銅を主体とする合金よりなる芯部３と、銀又は銀を主体とする合金よりなる表面層４と、芯部３と表面層４との間に介在し、ニッケル又はニッケルを主体とする合金よりなるバリア層５とより構成した。【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池素子同士を電気的に接続する接続タブ、及びこれを用いた太陽電池モジュールに関する。

従来、太陽電池モジュールは、集電極を有する複数の太陽電池素子を、銅箔などからなる接続タブで電気的に接続した構造のものが広く提供されている。この接続タブは、通常、長手方向の中間部分が段差状に屈曲され、一端側が隣接する一方の太陽電池素子の受光面側のバスバー電極全面にはんだ付けにより接続され、他端側が他方の太陽電池素子裏面側のバスバー電極の同じく全面にはんだ付けにより接続される。

このような接続タブは太陽電池素子への光の入射を妨げるため、この光学損失を回避するべく、例えば接続タブの表面に優れた反射特性・電気的特性を有する銀めっきを施したり、或いは山形の凹凸を形成したりすることで、接続タブの表面で光を反射させ、透光性部材と外気との境界部で再反射させて太陽電池素子に入射させる構造とされている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、太陽電池モジュールは夏場の高温など過酷な環境で長期間使用されるものであり、特に接続タブの表面に施した銀めっきは経年劣化で屈曲部分で割れが生じたり、電気的特性・反射特性が低下し、安定した品質を長期にわたって維持できないという課題があった。製作コスト低減のためには銀めっきの厚みは薄い方が望まれるが、このような特性の劣化を少しでも遅らせるため、ある程度の厚みは必要とされ、コスト低減には一定の限界があった。

特開２０１０−２７２８９７号公報

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、長期使用による接続タブの割れや電気的特性の低下、光学損失の増大などの経年劣化を防止し、銀めっきの薄膜化を可能としつつ長期にわたり安定した品質を保持できる接続タブ及びこれを用いた太陽電池モジュールを提供する点にある。

本発明者は、かかる現況に鑑み、鋭意研究した結果、接続タブの表面に施した銀めっきに対して、芯材の銅成分が浸食し、これにより生じる合金層が割れの発生、電気的特性の低下、反射特性の低下を引き起こしている原因であることを初めて付きとめ、これを阻止することで長期にわたり安定した品質を保持できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明者は、まず銅箔の表面に１．２μｍ厚の銀めっき層を設けた従来の接続タブのサンプルを作製し、これを３００℃の高温環境に放置した加速試験で、その試験前後の組織の構成成分の変化を調査した。組織の構成成分の調査方法は、接続タブのサンプルを適度な寸法に切断し、そのサンプルを固定するために樹脂埋めし、サンプル横断面が調査できる状態（横断面が鏡面になる状態）になるまでサンプルを研磨した。研磨後は、分析走査電子顕微鏡（日本電子株式会社製「ＪＳＭ−６５１０ＬＡ」）にて成分分析調査（元素のマッピング）を行った。図１０はその結果（倍率２５００倍）であり、放置前の銅の層、銀の層に比べ、放置後は銀の層に銅が浸食し、銀の層が細くなっていることが分かった。ここから、浸食した銅が銀と反応して合金層を形成していると予測した。

そして、接続タブのサンプルの表面粗さの推移を測定した結果が、図７、図８の比較例１のグラフである。高温放置後に表面が荒くなり、反射特性が低下することがわかる。図３の比較例１のグラフは、実際に反射率変化の推移を測定した結果である。これにより、銅は銀の層の表面に至って合金層を形成し、これが反射特性その他の特性に悪影響を及ぼしていることを付きとめ、芯部と表面層の間に、銅の移動を阻止するためのニッケル又はニッケルを主体とする合金よりなるバリア層を設けることを着想したのである。

すなわち本発明は、太陽電池素子同士を電気的に接続する接続タブであって、銅又は銅を主体とする合金よりなる芯部と、銀又は銀を主体とする合金よりなる表面層と、前記芯部と前記表面層との間に介在し、ニッケル又はニッケルを主体とする合金よりなるバリア層と、よりなる太陽電池モジュール用の接続タブを提供する。

ここで、前記バリア層の厚さを０．１μｍ以上としたものが好ましい。

また、前記バリア層の前記芯部に対する横断面積比率を０．００１以上としたものが好ましい。

また本発明は、上記接続タブにより複数の太陽電池素子を電気的に接続してなる太陽電池モジュールをも提供する。

以上にしてなる本願発明に係る接続タブによれば、上記バリア層により銀の層への銅の浸食、合金化を阻止し、表面の反射率の低下や電気伝導度の低下、耐力の低下などを防止し、長期にわたって安定した品質を保持できる。これにより銀の層厚を薄くすることができ（実施例では反射率、電気伝導度の点について０．１μｍ厚まで、耐力の点については０．４μｍ厚まで効果確認済み）、コスト削減にも貢献できる。

また、前記バリア層の厚さは０．１μｍ以上で十分である。

また、前記バリア層の前記芯部に対する横断面積比率は０．００１以上で十分である。

また、このような長期にわたる反射特性、電気特性を維持できる接続タブを有する太陽電池モジュールは、同じく長期にわたって発電効率を維持することができる。

本発明の代表的実施形態に係る太陽電池モジュールの要部を示す断面図。 同じく太陽電池モジュールに用いる接続タブの構成を示す説明図。 反射率変化の試験結果を示すグラフ。 導電率変化の試験結果を示すグラフ。 電気抵抗値変化の試験結果を示すグラフ。 めっき厚変化の試験結果を示すグラフ。 表面粗さ変化の試験結果（長手方向）を示すグラフ。 表面粗さ変化の試験結果（巾方向）を示すグラフ。 耐力値変化の試験結果を示すグラフ。 比較例１についての高温放置前後のマッピング結果を示す図。

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

本発明に係る太陽電池モジュール１は、図１に示すように、集電極を有する複数の太陽電池素子１０を有し、太陽電池素子１０、１０同士を接続タブ２により電気的に接続したものである。接続タブ２は、従来と同様、長手方向の中間部分が段差状に屈曲され、一端側２ａが隣接する一方の太陽電池素子１０の受光面側の図示しないバスバー電極全面にはんだ付けにより接続され、他端側２ｂが他方の太陽電池素子１０裏面側の図示しないバスバー電極の同じく全面にはんだ付けにより接続されている。

太陽電池素子１０その他の接続タブ２以外に構成については、従来から公知の太陽電池モジュールの構成を採用できる。本例では受光面側に透光性部材１１が配設され、裏面側には裏面部材１２が配設され、これら透光性部材１１と裏面部材１２の間の太陽電池素子１０や接続タブ２の隙間に透光性樹脂１３が充填されている。

接続タブ２は、図２に示すように、銅又は銅を主体とする合金よりなる芯部３と、銀又は銀を主体とする合金よりなる表面層４と、芯部３と表面層４との間に介在し、ニッケル又はニッケルを主体とする合金よりなるバリア層５とより構成されている。勿論、芯部３と表面層４との間にバリア層５以外の層があってもよい。

芯部３は、従来からと同様、銅箔や銅クラッド材等を用いることができる。一般的な断面サイズは、巾１．０〜３．０ｍｍ、厚み０．１〜０．３ｍｍ程度である。表面層４は、従来からと同様の銀めっき、銀合金めっき等を用いることができる。めっき以外に蒸着、塗布、クラッド等が可能である。表面層の厚みは０．１μｍ程度にすることができる。さらに薄くすることも可能である。以下の実施例の試験で０．１μｍで安定した品質が維持されることを確認している。バリア層５は、ニッケル又はニッケル合金めっきでよい。表面層４と同じく、めっき以外に蒸着、塗布、クラッド等が可能である。

バリア層の厚さは、０．１μｍ以上とした。以下の実施例の試験で十分であることがわかる。また、バリア層の前記芯部に対する断面積比率は０．００１以上とした。芯部の断面積は通常決まっており、これに対しバリア層の断面積比率が０．００１以上あれば、拡散を防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

以下、本発明に係る接続タブの実施例、従来の接続タブである比較例を用いて、各種測定を行った結果を説明する。

（反射率測定試験）
サンプルとして実施例１、実施例２、実施例３、比較例１を用意した。実施例１は、直径０．８ｍｍの丸銅線に電気めっきで０．７μｍ厚のニッケルめっきを施し、さらにその上に電気めっきで２．５μｍ厚の銀めっきを施し、それを伸線及び圧延することで巾１．０７０ｍｍ、厚み０．２５４ｍｍの略フラットな線に加工したものであり、伸線及び圧延により加工後のサンプルの前記ニッケルめっき層の厚みは０．３μｍ、銀めっき層の厚みは０．７μｍである。実施例２は、実施例１と銀めっきの厚みのみ異なり、加工後の銀めっき層の厚みは０．４μｍである。実施例３は、実施例１とニッケルめっきと銀めっきの厚みが異なり、加工後のニッケルめっき層の厚みは０．１μｍ、銀めっき層の厚みは０．１μｍである。比較例１は、実施例１のニッケルめっき層を省略し、銀めっき層の加工後の厚みを１．２μｍとした従来品としてのサンプルである。

測定方法は、３００℃の高温環境下に各サンプルを保持し、所定の時間ごとに反射分布測定装置を用いて反射光量を測定した。反射率は、半導体レーザー部（シグマ光機株式会社製「ＬＤＵ３３−６７０−２．３」）と照射レンズ（シグマ光機株式会社製「ＳＬＢ−２０−６０ＰＭ」）と光パワーメーター検出部（株式会社エーディーシー製「Ｑ８２３２１」）からなる反射分布測定装置より得られた反射光量を、以下の式にて反射率に換算した。反射率（η）は、角度０〜１８０度の全ての反射光量（Ｉall：全反射光量）に対して、入射光を有効に取り入れるための反射境界角度（角度３９度〜１３１度）の外側の反射光量（Ｉout：外側反射光量）の割合とした。

結果を下記表１及び図３のグラフに示す。グラフからもわかるように、実施例１〜３のサンプルでは反射率がほとんど変化しなかったのに対し、比較例１では９時間経過の測定値から反射率が低下し、３日経過の測定値から急激に低下している。このことから、比較例１よりも薄い銀めっき層であるにもかかわらず、ニッケルめっきのバリア層を有する実施例１〜３では優れた反射特性が維持されることがわかる。

（導電率測定試験）
サンプルとして、上記反射率測定試験と同じ実施例１、実施例２、実施例３、比較例１を用意した。測定方法は、３００℃の高温環境下に各サンプルを保持し、所定の時間ごとに抵抗計（日置電機株式会社製「３５４１」）を用いて電気抵抗を測定し、導電率に換算した。測定方法は、ＪＩＳ Ｃ ３００２に従い行った。

結果を下記表２及び図４のグラフに示す。グラフからもわかるように、実施例１〜３のサンプルでは導電率がほとんど変化しなかったのに対し、比較例１では１日経過の測定値から低下している。このことから、比較例１よりも薄い銀めっき層であるにもかかわらず、ニッケルめっきのバリア層を有する実施例１〜３では優れた電気的特性が維持されることがわかる。

（電気抵抗値測定試験）
サンプルとして、上記反射率測定試験と同じ実施例１、実施例２、比較例１を用意した。測定方法は、３００℃の高温環境下に各サンプルを保持し、所定の時間ごとに抵抗計（日置電機株式会社製「３５４１」）を用いて電気抵抗値（Ω／ｍ）を測定した。測定方法は、ＪＩＳ Ｃ ３００２に従い行った。

結果を下記表３及び図５のグラフに示す。グラフからもわかるように、実施例１、２のサンプルでは電気抵抗値がほとんど変化しなかったのに対し、比較例１では１日経過の測定値から上昇している。このことからも、比較例１よりも薄い銀めっき層であるにもかかわらず、ニッケルめっきのバリア層を有する実施例１、２では優れた電気的特性が維持されることがわかる。

（めっき厚測定試験）
サンプルとして、上記反射率測定試験と同じ実施例１、実施例２、比較例１を用意した。試験方法は、３００℃の高温環境下に各サンプルを保持し、所定の時間ごとに銀めっき層（表面層）の厚み（μｍ）を測定した。めっき厚の測定は、電解式膜厚計（株式会社電測製「ＥＦ−１０００」）を用いて行った。測定方法は、ＪＩＳ Ｈ ８５０１に従った。

結果を下記表４及び図６のグラフに示す。グラフからもわかるように、実施例１、２のサンプルではめっき厚がほとんど変化しなかったのに対し、比較例１では２日経過の測定値から減少している。このことから、比較例１よりも薄い銀めっき層であるにもかかわらず、ニッケルめっきのバリア層を有する実施例１、２では銀めっき層の厚みが維持され、比較例１では銅の浸食により銀めっき層が合金化し、結果銀めっき層が減少してしまうことがわかる。

（表面粗さ測定試験）
サンプルとして、上記反射率測定試験と同じ実施例２、比較例１を用意した。測定方法は、３００℃の高温環境下に各サンプルを保持し、所定の時間ごとに銀めっき層（表面層）表面の長手方向、巾方向について、表面粗さ測定機（株式会社東京精密製「ＨＡＮＤＹＳＵＲＦ Ｅ−３５Ｂ Ｅ−ＭＤ−Ｓ１８０Ｂ」）を用いてそれぞれ平均粗さ（Ｒａ）と最大高さ粗さ（Ｒｙ）を測定した。

結果を下記表５、６及び図７、８のグラフに示す。グラフからもわかるように、実施例２、比較例１いずれも加熱にしたがって増加する傾向にあったが、加熱前と４日経過時の数値の差をみると、長手方向については、実施例２がＲａ差０．０８μｍ、Ｒｙ差０．１９０μｍで、比較例１がＲａ差０．１８０μｍ、Ｒｙ差１．０３７μｍとなり、実施例２の方が荒れ難く、巾方向についても、実施例２がＲａ差０．０３８μｍ、Ｒｙ差０．３１７μｍで、比較例１がＲａ差０．０９４μｍ、Ｒｙ差０．６００μｍとなり、実施例２の方が荒れ難いことがわかる。

（耐力値測定試験）
サンプルとして、上記反射率測定試験と同じ実施例２、比較例１を用意した。測定方法は、３００℃の高温環境下に各サンプルを保持し、所定の時間ごとに引張試験機（株式会社東洋製作所製「ストログラフＶＥＳ０５Ｄ」）を用いて耐力値を測定した。測定方法は、ＪＩＳ Ｃ ３００２に従った。

結果を下記表７及び図９のグラフに示す。実施例２のサンプルでは耐力値の減少が少なかったのに対し、比較例１では１日経過の測定値から大きく減少している。このことから、比較例１では銅の浸食により銀めっき層が合金化し、耐力値が大きく減少したと考えられる。これが屈曲部分での割れの発生の原因と考えられ、実施例２ではこれを防止できることがわかる。

１ 太陽電池モジュール
２ 接続タブ
２ａ 端側
２ｂ 端側
３ 芯部
４ 表面層
５ バリア層
１０ 太陽電池素子
１１ 透光性部材
１２ 裏面部材
１３ 透光性樹脂

Claims (4)

1. 太陽電池素子同士を電気的に接続する接続タブであって、
   銅又は銅を主体とする合金よりなる芯部と、
   銀又は銀を主体とする合金よりなる表面層と、
   前記芯部と前記表面層との間に介在し、ニッケル又はニッケルを主体とする合金よりなるバリア層と、
   よりなる太陽電池モジュール用の接続タブ。
2. 前記バリア層の厚さを０．１μｍ以上とした請求項１記載の太陽電池モジュール用の接続タブ。
3. 前記バリア層の前記芯部に対する横断面積比率を０．００１以上とした請求項１又は２記載の太陽電池モジュール用の接続タブ。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の接続タブにより複数の太陽電池素子を電気的に接続してなる太陽電池モジュール。