JP2018014540A - 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
【課題】低温での接続部の形成が可能であり、かつ、高温高湿試験後も良好な接続信頼性を示す、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を提供する。
【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
【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
本発明は、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に関する。
深刻化する地球温暖化や化石エネルギー枯渇問題を解決する手段として、太陽光を用いた発電システムである太陽電池が注目されている。現在、主流の太陽電池は、単結晶または多結晶のSiウェハ上に電極が形成された太陽電池セルを金属配線部材により直列または並列に接続した構造が採用されている。通常、太陽電池セルの電極と金属配線部材の接続には、良好な導電性を示し、かつ安価なはんだが用いられてきた(特許文献1)。さらに最近では、環境問題を考慮して、Pbを含まないSn−Ag−Cuはんだを配線部材である銅線に被覆し、前記はんだの溶融温度以上に加熱して太陽電池セルの電極と配線部材を接続する方法が知られている(特許文献2)。
近年では、太陽電池モジュールの低コスト化及び高効率化を実現する手段として、バックコンタクト型(裏面電極型)太陽電池セルを用いることが試みられている。バックコンタクト型太陽電池セルでは太陽光を遮光する電極及び配線を太陽電池の裏面に配置し、受光面側の電極及び配線領域を極力少なくした構造を有している。そのため、受光面側の光電変換部の領域が拡大され、従来の両面電極型太陽電池と比較して、より大きな電流を取り出すことが可能となる。また、太陽電池モジュール化に際しては、接続したセル間の隙間を低減することができるため、モジュール全体の出力を増大することができる。
このようなバックコンタクト型太陽電池の構造を図8を用いて説明する。まず、裏面に電極7を有する半導体基板9の該電極7と、電極1を有する配線部材3の該電極1とが、導電性を有する接続部40’により接続されている、接続構造を有する。また、接続部40’の形にくりぬかれた封止部材5が、半導体基板9と配線部材3の、電極以外の部分に接している。さらに、バックコンタクト型太陽電池の受光面側には、封止部材10及び透明部材11が積層されている。このようなバックコンタクト型太陽電池は、例えば、配線部材3の電極1上に接続部40’を形成するペーストなどを塗布し、封止部材5を配置し、半導体基板9を電極7とペーストとが接するように積層し、半導体基板9の上にさらに封止部材10及び透明部材11を積層し、加熱圧着することで製造することができる。この加熱圧着により、接続部40’の形成と、封止部材10、透明部材11による半導体基板の封止を一括で行なうことができる。
接続部40’には、従来はんだが用いられていた。しかし、はんだは融点が高いため、接続部40’を形成する際に、半導体基板9が高温に曝され、半導体基板9の反りや割れが発生する傾向があった。
このような問題を鑑みて、接続部40’を形成する方法として、低温での加熱で電気的な接続が可能な導電性接着剤組成物を用いることが提案されている。この導電性接着剤組成物は熱硬化性樹脂中に銀粒子に代表される金属粒子が混合、分散された組成物であり、金属粒子が太陽電池セルの電極及び配線部材と物理的に接触することにより電気的な接続が発現される。このような導電性接着剤組成物を用いた場合、接続部40’は、複数の銀粒子が物理的に接触した構造になる。しかし、このような導電性接着剤を用いた場合、金属が溶融して電気的な接続を発現するはんだと比べ、必ずしも十分な接続特性が得られない傾向があった。また、高温高湿試験(85℃/85%RH)曝露後には接続特性が低下するという問題があった。
導電性接着剤組成物の代わりにSn−Biクリームはんだペーストを用いる方法も挙げられるが、太陽電池の製造において、加熱圧着を行なうと、封止材の流動により、接続部40’の接続構造が不安定化し、高温高湿試験(85℃/85%RH)曝露後における接続信頼性が低下する傾向があった。
そこで、本発明は、低温での接続部の形成が可能であり、かつ、高温高湿試験後も良好な接続信頼性を示す、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を提供することを目的とする。
<1>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。
<2>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前記太陽電池素子。
<3>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、前記太陽電池素子。
<4>樹脂部の周囲にさらに封止部材を有する、前記太陽電池素子。
<5>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、前記太陽電池素子。
<6>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前記太陽電池素子。
<7>前記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。
<8>前記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。
<9>前記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。
<10>前記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、複数の太陽電子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。
<11>前記製造方法により得られる、太陽電池モジュール。
本発明は、低温での接続部の形成が可能であり、かつ、高温高湿試験後も良好な接続信頼性を示す、太陽電池素子、該太陽電池素子を有する太陽電池モジュールを提供することができる。
本発明によれば、低温での接続が可能であることから、太陽電池セルへの熱ダメージ、反りを抑制することができる。加えて、該太陽電池素子の接続部を熱硬化性樹脂が被覆補強することで、熱衝撃試験時の熱歪に対する耐性を付加することができる。さらに、加熱圧着時、または、熱衝撃試験時の封止材の流動による接続部への負荷に対しても耐性を与える。また、熱硬化性樹脂が電極と配線部材間で強固に密着するため、該太陽電池素子が金属融点以上に加熱された場合であっても、溶融金属が流れ出すことなく、良好な電気接続性を維持することができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
<太陽電池素子>
まず本発明の太陽電池素子について説明する。
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は、裏面に電極を有する太陽電池(半導体基板)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。
ここで、本発明の太陽電池素子について図9(a)を用いて説明する。
本発明の太陽電池素子は、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の電極1とが、電気的に接続された接続構造(接続部)40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22と、熱硬化性樹脂を含有する樹脂部23とを有する。図9(b)は接続部の拡大図である。
該金属部22は、後述する導電性接着剤組成物中の導電性粒子が、加熱により溶融して一体化して(この溶解及び一体化のことを、以下『融合』という。)形成される。このような金属部を有することで、低温での接続が可能である。
該樹脂部23は、後述する導電性接着剤組成物中の熱硬化性樹脂が、加熱により硬化して形成される。このような樹脂部を有することで、高温高湿試験後も良好な接続特性を有する太陽電池素子を提供することができる。また、太陽電池モジュールの製造工程中における、反り及び割れの抑制をすることができ、製造工程における歩留りを向上することができる。
本発明の太陽電池素子は、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、金属部が太陽電池(半導体基板)の電極と配線部材とに接しており、前記樹脂部が前記金属部の周囲に存在する接続構造とすることが好ましい。このような構造を有することで、樹脂部が金属部を物理的に補強することが可能であり、高温高湿試験後もより良好な接続特性を有する太陽電池素子を提供することができる。
本発明の太陽電池素子は、接続構造の金属部と樹脂部の面積比が金属部:樹脂部=5:95〜80:20であることが好ましい。ここでいう面積比とは、太陽電池の受光面に直交する断面で見たときの接続部、つまり図9(b)で示される接続部40の、金属部22の面積と、樹脂部23の面積の比(断面積比)である。太陽電池素子において接続部が複数存在する時は、各接続部の面積比の平均とする。
面積比が金属部:樹脂部=5:95〜80:20であると、高温高湿試験後により良好な接続特性を有する太陽電池素子とすることができる。さらに、この面積比は、10:90〜75:25であることがより好ましく、20:80〜70:30であることがさらに好ましい。この比が5:95未満、すなわち金属部の量が少ないと、電気抵抗が増大する傾向にあり、80:20を超える、すなわち金属部の量が多いと、耐温度サイクル性が低下する傾向にある。なおこの面積比は本実施形態の接合部を中央線に沿って切断した断面を観察することで求めることができる。
次に、本発明の太陽電池素子について、図9(a)を用いてより詳細に説明する。なお、以下の記載により本発明の太陽電池素子が限定されるものではない。
本発明の太陽電池素子は、半導体基板9を有する。単結晶または多結晶の半導体基板9(裏面電極型太陽電池セル)には基板6の内部で発生した電気を外部に取り出すための正電極と負電極が電極7として形成されている。また、本発明の太陽電池素子がMWT(Metal Wrap Through)型の太陽電池素子である場合、半導体基板9には、正極と負極の一方にセル表面とセル裏面を貫通するスルーホール電極8が形成されており、基板6で発生した電気を裏面の電極7に引き回す。
本発明の太陽電池素子は配線部材3を有する。配線部材3としては、バックシート2上に電極1が形成された構造を有する配線シートと呼ばれるもの、Cu線、はんだめっき線、プラスチック基板上に金属配線を形成したフィルム状配線基板等が挙げられる。ここでは主に配線シートを用いたものについて説明する。
本発明の太陽電池素子は該電極7と電極1とが、接続構造40により、電気的に接続された構造を有する。
さらに、本発明の太陽電池素子は、樹脂部の周囲にさらに封止部材5を有することが好ましい。封止部材5は半導体基板9の電極7以外の部分と、配線部材3の電極1以外の部分とを、物理的に接続するため、封止部材5を有することで、より良好な接続特性有する太陽電池素子とすることができる。
<導電性接着剤組成物>
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。
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。
また、本発明の太陽電池モジュールに用いられる導電性接着剤組成物は(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、(C)フラックス活性剤を含有することが好ましい。
(A)導電性粒子としては、融点が200℃以下である金属を含むもの、より好ましくは融点が190℃以下である金属を含むものを使用することができる。このような導電性粒子を導電性接着剤組成物に用いると、融点200℃以下の金属が溶融してなる金属部が太く強固な導電パスを形成できるために、銀粒子などの粒子同士の接触による比較的細く脆弱なパスと比較して、低抵抗に伴う発電効率向上や温度サイクル試験での熱歪に対する耐性の向上を図ることができる。(A)導電性粒子における金属の融点の下限は、特に限定されないが、通常120℃程度である。
(A)導電性粒子における金属は、環境問題を考慮して、鉛以外の金属から構成されることが好ましい。(A)導電性粒子を構成する金属としては、例えば、スズ(Sn)、ビスマス(Bi)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)等から選ばれる少なくとも1種の成分を含有する単体又は合金が挙げられる。なお、当該合金は、より良好な接続信頼性を得ることができる点から、(A)導電性粒子における金属全体としての融点が220℃以下となる範囲で、プラチナ(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)等から選ばれる高融点の成分を含有することが好ましい。
(A)導電性粒子を構成する金属としては、具体的には、Sn42−Bi58はんだ(融点138℃)、Sn48−In52はんだ(融点117℃)、Sn42−Bi57−Ag1はんだ(融点139℃)、Sn90−Ag2−Cu0.5−Bi7.5はんだ(融点189℃)、Sn42−Bi57−Ag1はんだ(融点138℃)、Sn96−Zn8−Bi3はんだ(融点190℃)、Sn91−Zn9はんだ(融点197℃)などが、明確な融解後の固化挙動を示すため好ましい。固化挙動とは、金属が溶融後に冷えて固まることを言う。これらのなかでも入手容易性や効果の観点からSn42−Bi58はんだを用いることが好ましい。これらは単独又は2種以上を組み合わせて用いられる。
(A)導電性粒子の平均粒子径は、特に制限はないが、0.1〜100μmであると好ましい。この平均粒子径が0.1μm未満であると、導電性接着剤組成物の粘度が高くなり作業性が低下する傾向にある。また、導電性粒子の平均粒子径が100μmを超えると、印刷性が低下するとともに接続信頼性が低下する傾向にある。導電性接着剤組成物の印刷性及び作業性をさらに良好にする観点から、この平均粒子径は1.0〜50μmであるとより好ましい。さらに、導電性接着剤組成物の保存安定性並びに硬化物の実装信頼性を向上させる観点から、この平均粒子径は5.0〜30μmであると特に好ましい。ここで、平均粒子径はレーザー回折、散乱法(神岡工業試験法No.2)によって求められた値である。
(A)導電性粒子は、融点が200℃以下である金属のみで構成されるものの他、セラミックス、シリカ、樹脂材料等の金属以外の固体材料からなる粒子の表面を、融点が200℃以下である金属からなる金属膜で被覆した導電性粒子であってもよく、それらの混合物であってもよい。
導電性接着剤組成物における(A)導電性粒子の含有量は、その導電性粒子を構成する金属の含有量が、導電性接着剤組成物の全量に対して5〜95質量%であることが好ましい。上記金属の含有量が5質量%未満の場合は、導電性接着剤組成物の硬化物の導電性が低下する傾向にある。一方、上記金属の含有量が95質量%を超えると、導電性接着剤組成物の粘度が高くなり作業性が低下する傾向にある。また、相対的に導電性接着剤組成物中の接着剤成分が少なくなるため、硬化物の実装信頼性が低下する傾向にある。
融点が200℃以下の金属の含有量は導電性接着剤の全量に対して30〜95質量%となることが好ましい。上記金属の含有量が30質量%未満の場合、上述した接合部を有する接続構造が形成されにくくなり、裏面電極と配線部材間の導通の確保が困難となる傾向がある。一方、上記金属の含有量が95質量%を超えると、導電性接着剤の粘度が高くなり作業性が低下する傾向にある。また、相対的に導電性接着剤中の接着剤成分が少なくなるため、硬化物の実装信頼性が低下する傾向にある。さらに作業性又は導電性を向上させる観点から、40〜90質量%であることがより好ましく、硬化物の実装信頼性を高める観点から、50〜85質量%であることがさらに好ましく、耐温度サイクル性とディスペンス塗布性を両立させる点で、60〜80質量%であることがさらにより好ましい。
なお、(A)導電性粒子とともに、融点が210℃より高い金属からなる導電性粒子を併用してもよい。このような融点が210℃より高い金属としては、例えば、Pt、Au、Ag、Cu、Ni、Pd、Al等から選ばれる一種類の金属または二種類以上の金属からなる合金が挙げられ、より具体的にはAu粉、Ag粉、Cu粉、AgめっきCu粉などが挙げられる。市販品としては、鍍銀銅粉である「MA05K」(日立化成株式会社製、商品名)が賞用される。
融点が200℃以下の金属として挙げられるビスマス、亜鉛等は、従来の太陽電池モジュール製造に用いられているSn−Ag−Cu系はんだと比較して、硬く、脆弱であると考えられている。そのため、単に融点が200℃以下の金属を溶融させて太陽電池セルの裏面電極と配線部材とを接合した場合、温度サイクル試験後に太陽電池モジュールの特性を十分維持することができないと考えられる。そこで、本実施形態の太陽電池モジュールは、太陽電池セルの裏面電極と配線部材とが、(A)導電性粒子が溶融及び凝集して形成された金属部よって電気的に接続されていることに加えて、セル裏面、配線部材及び金属部とが樹脂によって得られる樹脂部により接着されていることから、融点200℃以下の金属に共通する脆弱性を解消することができ、温度サイクル試験での熱歪に対する耐性の向上を図ることができる。
本発明の太陽電池モジュールに用いられる導電性接着剤組成物は、樹脂を含有する。樹脂は、光電変換部と配線部材とを接着し、また接合部内の金属部の周辺部を補強する樹脂部が形成する。このような樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、(メタ)アクリル樹脂、マレイミド樹脂及びシアネート樹脂等の熱硬化性の有機高分子化合物、及びそれらの前駆体、並びに熱可塑性樹脂が挙げられる。ここで(メタ)アクリル樹脂とは、メタクリル樹脂及びアクリル樹脂を示す。これらの中では、(B)熱硬化性樹脂が好ましく、(メタ)アクリル樹脂及びマレイミド樹脂に代表される、重合可能な炭素−炭素二重結合を有する化合物、又は、エポキシ樹脂がより好ましい。これらの(B)熱硬化性樹脂は、耐熱性及び接着性に優れ、しかも必要に応じて有機溶剤中に溶解又は分散させれば液体の状態で取り扱うこともできるため、作業性にも優れている。上述の(B)熱硬化性樹脂は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
(メタ)アクリル樹脂は、重合可能な炭素−炭素二重結合を有する化合物から構成される。かかる化合物としては、例えば、モノアクリレート化合物、モノメタクリレート化合物、ジアクリレート化合物、及びジメタクリレート化合物が挙げられる。
モノアクリレート化合物としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、アミルアクリレート、イソアミルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、デシルアクリレート、イソデシルアクリレート、ラウリルアクリレート、トリデシルアクリレート、ヘキサデシルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソステアリルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、ジエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、ポリプロピレンアクリレート、2−メトキシエチルアクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、2−ブトキシエチルアクリレート、メトキシジエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、2−フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、2−ベンゾイルオキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、ベンジルアクリレート、2−シアノエチルアクリレート、γ−アクリロキシエチルトリメトキシシラン、グリシジルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、アクリロキシエチルホスフェート及びアクリロキシエチルフェニルアシッドホスフェートが挙げられる。
モノメタクリレート化合物としては、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、アミルメタクリレート、イソアミルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、ヘプチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ノニルメタクリレート、デシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、トリデシルメタクリレート、ヘキサデシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、イソステアリルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、ジエチレングリコールメタクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート、ポリプロピレンメタクリレート、2−メトキシエチルメタクリレート、2−エトキシエチルメタクリレート、2−ブトキシエチルメタクリレート、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート、2−フェノキシエチルメタクリレート、フェノキシジエチレングリコールメタクリレート、フェノキシポリエチレングリコールメタクリレート、2−ベンゾイルオキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、2−シアノエチルメタクリレート、γ−メタクリロキシエチルトリメトキシシラン、グリシジルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、メタクリロキシエチルホスフェート及びメタクリロキシエチルフェニルアシッドホスフェートが挙げられる。
ジアクリレート化合物としては、例えば、エチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、1,3−ブタンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ビスフェノールA、ビスフェノールF又はビスフェノールAD1モルとグリシジルアクリレート2モルの反応物、ビスフェノールA、ビスフェノールF又はビスフェノールADのポリエチレンオキサイド付加物のジアクリレート、ビスフェノールA、ビスフェノールF又はビスフェノールADのポリプロピレンオキサイド付加物のジアクリレート、ビス(アクリロキシプロピル)ポリジメチルシロキサン及びビス(アクリロキシプロピル)メチルシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマーが挙げられる。
ジメタクリレート化合物としては、例えば、エチレングリコールジメタクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、トリプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、ビスフェノールA、ビスフェノールF又はビスフェノールAD1モルとグリシジルメタクリレート2モルの反応物、ビスフェノールA、ビスフェノールF又はビスフェノールADのポリエチレンオキサイド付加物のジメタクリレート、ビスフェノールF又はビスフェノールADのポリプロピレンオキサイド付加物、ビス(メタクリロキシプロピル)ポリジメチルシロキサン及びビス(メタクリロキシプロピル)メチルシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマーが挙げられる。
これらの化合物は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。また、熱硬化性樹脂として(メタ)アクリル樹脂を含有するとき、これらの化合物をあらかじめ重合してから用いても良く、また、これらの化合物を(A)導電性粒子、(C)フラックス活性剤及び(D)とともに混合し、混合と同時に重合を行っても良い。
(B)熱硬化性樹脂が重合可能な炭素−炭素二重結合を有する化合物から構成される場合、導電性接着剤組成物はラジカル重合開始剤を含むことが好ましい。ラジカル重合開始剤は、ボイドを有効に抑制する観点等から、有機過酸化物が好適である。また、導電性接着剤組成物の硬化性及び粘度安定性を向上させる観点から、有機過酸化物はその分解温度が70〜170℃であることが好ましく、80〜160℃であることがより好ましい。
ラジカル重合開始剤としては、例えば、1,1,3,3,−テトラメチルブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロドデカン、ジ−t−ブチルパーオキシイソフタレート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)−3−ヘキシン及びクメンハイドロパーオキサイドが挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
ラジカル重合開始剤の配合割合は、導電性接着剤中の導電性粒子以外の成分の総量(以下、「接着剤成分」という)に対して0.01〜20質量%であると好ましく、0.1〜10質量%であるとより好ましく、0.5〜5質量%であると更に好ましい。
アクリル樹脂としては市販のものを用いることができる。その具体例としては、FINEDIC A−261(大日本インキ化学工業株式会社製、商品名)、FINEDIC A−229−30(大日本インキ化学工業株式会社製、商品名)等が挙げられる。
エポキシ樹脂としては、その1分子中に2個以上のエポキシ基を有する化合物であれば特に制限なく公知の化合物を使用することができる。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールADなどと、エピクロルヒドリンとから誘導されるエポキシ樹脂などが挙げられる。
かかるエポキシ樹脂は市販のものを入手することができる。その具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂であるAER−X8501(旭化成工業株式会社製、商品名)、R−301(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名)、YL−980(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名)、ビスフェノールF型エポキシ樹脂であるYDF−170(東都化成株式会社製、商品名)、YL−983(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名)、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂であるR−1710(三井石油化学工業株式会社製、商品名)、フェノールノボラック型エポキシ樹脂であるN−730S(大日本インキ化学工業株式会社製、商品名)、Quatrex−2010(ダウ・ケミカル社製、商品名)、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂であるYDCN−702S(東都化成株式会社製、商品名)、EOCN−100(日本化薬株式会社製、商品名)、多官能エポキシ樹脂であるEPPN−501(日本化薬株式会社製、商品名)、TACTIX−742(ダウ・ケミカル社製、商品名)、VG−3010(三井石油化学工業株式会社製、商品名)、1032S(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名)、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂であるHP−4032(大日本インキ化学工業株式会社製、商品名)、脂環式エポキシ樹脂であるEHPE−3150、CEL−3000(共にダイセル化学工業株式会社製、商品名)、DME−100(新日本理化株式会社製、商品名)、EX−216L(ナガセケムテックス株式会社製、商品名)、脂肪族エポキシ樹脂であるW−100(新日本理化株式会社製、商品名)、アミン型エポキシ樹脂であるELM−100(住友化学工業株式会社製、商品名)、YH−434L(東都化成株式会社製、商品名)、TETRAD−X、TETRAC−C(共に三菱瓦斯化学株式会社、商品名)、630、630LSD(共にジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名)、レゾルシン型エポキシ樹脂であるデナコールEX−201(ナガセ化成工業社製、商品名)、ネオペンチルグリコール型エポキシ樹脂であるデナコールEX−211(ナガセケムテックス株式会社製、商品名)、ヘキサンディネルグリコール型エポキシ樹脂であるデナコールEX−212(ナガセケムテックス株式会社製、商品名)、エチレン・プロピレングリコール型エポキシ樹脂であるデナコールEXシリーズ(EX−810、811、850、851、821、830、832、841、861(いずれもナガセケムテックス株式会製、商品名))、下記一般式(I)で表されるエポキシ樹脂E−XL−24、E−XL−3L(共に三井化学株式会社製、商品名)等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂の中でも、イオン性不純物が少なく、かつ反応性に優れるビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、アミン型エポキシ樹脂が特に好ましい。
ここで、一般式(I)中、kは1〜5の整数を示す。
ここで、一般式(I)中、kは1〜5の整数を示す。
上述のエポキシ樹脂は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
導電性接着剤が(B)熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を含有する場合、反応性希釈剤として1分子中に1個のみエポキシ基を有するエポキシ化合物を更に含有してもよい。そのようなエポキシ化合物は市販品として入手可能である。その具体例としては、例えばPGE(日本化薬株式会社製、商品名)、PP−101(東都化成株式会社製、商品名)、ED−502、ED−509、ED−509S(旭電化工業社製、商品名)、YED−122(油化シェルエポキシ株式会社製、商品名)、KBM−403(信越化学工業株式会社製、商品名)、TSL−8350、TSL−8355、TSL−9905(東芝シリコーン株式会社製、商品名)が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
反応性希釈剤の配合割合は、本発明による効果を阻害しない範囲であればよく、上記エポキシ樹脂の全量に対して0〜30質量%であることが好ましい。
導電性接着剤がエポキシ樹脂を(B)熱硬化性樹脂として含有する場合、導電性接着剤は硬化剤又は硬化促進剤を含有することがより好適である。
硬化剤としては、従来用いられるものであれば特に限定されず、市販のものが入手可能である。市販の硬化剤としては、例えば、フェノールノボラック樹脂であるH−1(明和化成株式会社製、商品名)、VR−9300(三井東圧化学株式会社製、商品名)、フェノールアラルキル樹脂であるXL−225(三井東圧化学株式会社製、商品名)、下記一般式(II)で表されるp−クレゾールノボラック樹脂であるMTPC(本州化学工業株式会社製、商品名)、アリル化フェノールノボラック樹脂であるAL−VR−9300(三井東圧化学株式会社製、商品名)、下記一般式(III)で表される特殊フェノール樹脂であるPP−700−300(日本石油化学株式会社製、商品名)等が挙げられる。
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(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。
硬化剤の配合割合は、エポキシ樹脂のエポキシ基1.0当量に対して、硬化剤中の反応活性基の総量が0.2〜1.2当量となる割合であることが好ましく、0.4〜1.0当量となる割合であることがより好ましく、0.5〜1.0当量となる割合であることが更に好ましい。反応活性基が0.2当量未満であると、導電性接着剤の耐リフロークラック性が低下する傾向があり、1.2当量を超えると導電性接着剤の粘度が上昇し、作業性が低下する傾向がある。上記反応活性基は、エポキシ樹脂との反応活性を有する置換基のことであり、例えば、フェノール性水酸基等が挙げられる。
また、上記硬化促進剤としては、ジシアンジアミド等、従来硬化促進剤として用いられているものであれば特に限定されず、市販品が入手可能である。市販品としては、例えば、下記一般式(IV)で表される二塩基酸ジヒドラジドであるADH、PDH、SDH(いずれも日本ヒドラジン工業株式会社製、商品名)、エポキシ樹脂とアミン化合物との反応物からなるマイクロカプセル型硬化剤であるノバキュア(旭化成工業株式会社製、商品名)が挙げられる。これらの硬化促進剤は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
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。
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。
上記硬化促進剤の配合割合は、エポキシ樹脂100質量部に対して0.01〜90質量部であると好ましく、0.1〜50質量部であるとより好ましい。この硬化促進剤の配合割合が0.01質量部未満であると硬化性が低下する傾向があり、90質量部を超えると粘度が増大し、導電性接着剤組成物を取り扱う際の作業性が低下する傾向がある。
また、市販の硬化促進剤として、上述のものに加えて、または、代えて、例えば、有機ボロン塩化合物であるEMZ・K、TPPK(共に北興化学工業株式会社製、商品名)、三級アミン類又はその塩であるDBU、U−CAT102、106、830、840、5002(いずれもサンアプロ株式会社製、商品名)、イミダゾール類であるキュアゾール2PZ−CN、2P4MHZ、C17Z、2PZ−OK、2PZ−CNS、C11Z−CNS(いずれも四国化成工業株式会製、商品名)等を用いてもよい。
これらの硬化促進剤の配合割合は、エポキシ樹脂100質量部に対して20質量部以下であると好ましい。さらに15質量部以下であると好ましい。
また、硬化剤及び硬化促進剤はそれぞれの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本実施形態の太陽電池モジュールに用いられる導電性接着剤組成物は(B)樹脂として熱可塑性樹脂を含有してもよい。熱可塑性樹脂としては、例えばポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアクリレート、フェノキシ樹脂それぞれの単独系、および上記熱可塑性樹脂のうち二種類以上の共重合体が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。なお、上述の熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂を併用してもよい。
導電性接着剤組成物における(B)樹脂の含有量は、接着剤成分の総量に対して、1〜60質量%であると好ましく、5〜40質量%であるとより好ましく、10〜30質量%であるとさらに好ましい。
(C)フラックス活性剤は、融点が200℃以下の金属を含む導電性粒子の表面に形成された酸化膜を除去する機能を有する化合物である。フラックス活性剤は、(B)熱硬化性樹脂の硬化反応を阻害しない化合物であれば特に制限なく公知の化合物を使用することができる。このような化合物としては、ロジン系樹脂や分子内にカルボキシル基やフェノール性水酸基または水酸基を含有する化合物が挙げられる。良好なフラックス活性を示し、かつ(B)熱硬化性樹脂として用いるエポキシ樹脂と反応性を示すことから、分子内にカルボキシル基あるいは水酸基を含有する化合物が好ましく、脂肪族ジヒドロキシカルボン酸が特に好ましい。具体的には、下記一般式(V)で表される化合物又は酒石酸が好ましい。
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。
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。
上記一般式(V)で表される化合物としては、例えば、2,2−ビスヒドロキシメチルプロピオン酸、2,2−ビスヒドロキシメチルブタン酸、2,2−ビスヒドロキシメチルペンタン酸が挙げられる。
(C)フラックス活性剤の含有量は、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、融点が200℃以下の金属の全量100質量部に対して、0.5〜20質量部であることが好ましい。さらに、保存安定性、導電性の観点から、1.0〜10質量部であることがより好ましい。フラックス活性剤の含有量が0.5質量部未満の場合、金属の溶融性が低下し導電性が低下する傾向があり、20質量部を超えた場合、保存安定性、印刷性およびディスペンス塗布性が低下する傾向がある。
本実施形態に係る導電性接着剤組成物は、上述の各成分の他、必要に応じて、応力緩和のための可撓剤、作業性向上のための希釈剤、接着力向上剤、濡れ性向上剤及び消泡剤からなる群より選ばれる1種以上の添加剤を含んでもよい。また、これらの成分の他、本発明による効果を阻害しない範囲において各種添加剤を含んでいてもよい。
可撓剤としては、例えば液状ポリブタジエン(宇部興産株式会社製、商品名「CTBN−1300X31」、「CTBN−1300X9」、日本曹達株式会社製、商品名「NISSO−PB−C−2000」)などが挙げられる。可撓剤の含有量は、通常、熱硬化性樹脂の総量100質量部に対して、0〜500質量部であると好適である。
導電性接着剤組成物は、接着力向上の目的で、シランカップリング剤やチタンカップリング剤などのカップリング剤を含んでもよい。シランカップリング剤としては、例えば、信越化学工業株式会社製、商品名「KBM−573」などが挙げられる。また、濡れ性向上の目的で、アニオン系界面活性剤やフッ素系界面活性剤等を導電性接着剤組成物に含有させてもよい。さらに、導電性接着剤組成物は、消泡剤としてシリコーン油等を含有してもよく、またチキソ付与剤として、ひまし油を水素添加して得られるカスターワックスなどの脂肪族エステルを含有してもよい。上記接着力向上剤、濡れ性向上剤、消泡剤はそれぞれ1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。これらは導電性接着剤組成物の全体量に対して、0.1〜10質量%含まれることが好ましい。
導電性接着剤組成物には、導電性接着剤組成物の作製時の作業性及び使用時の塗布作業性をより良好にするため、必要に応じて希釈剤を添加することができる。このような希釈剤としては、ブチルセロソルブ、カルビトール、酢酸ブチルセロソルブ、酢酸カルビトール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、α−テルピネオール等の比較的沸点の高い有機溶剤が好ましい。この希釈剤は、導電性接着剤組成物の全体量に対して0.1〜30質量%含まれることが好ましい。
導電性接着剤組成物は、フィラーを含有してもよい。フィラーとしては、例えば、アクリルゴム、ポリスチレンなどのポリマー粒子、ダイヤモンド、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミナ、シリカなどの無機粒子が挙げられる。これらのフィラーは、1種を単独で又は2種以上を混合して用いてもよい。
本実施形態において、上述の各成分は、それぞれにおいて例示されたもののいずれを組み合わせてもよい。
本実施形態に係る導電性接着剤組成物は、上述の各成分を一度に又は複数回に分けて、必要に応じて加熱すると共に、混合、溶解、解粒混練又は分散することにより各成分が均一に分散したペースト状のものとして得られる。この際に用いられる分散・溶解装置としては、公知の撹拌器、らいかい器、3本ロール、プラネタリーミキサー等が挙げられる。
本発明の太陽電池素子は、太陽電池(半導体基板)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ことが好ましい。ここで各構造について説明する。
MWT構造の太陽電池素子とは、太陽電池素子の表面側、スルーホール周囲に金属製電流回収グリッドを設け、金属を通して受光面で集めた起電力を非受光面側の電極より取り出す構造の太陽電池素子をいう。EWT構造の太陽電池素子とは、太陽電池素子の表面側、スルーホール内に拡散エミッター層を設け、拡散エミッター層を通して受光面で集めた起電力を非受光面側の電極より取り出す構造の太陽電池素子をいう。ここでいう拡散エミッター層とは半導体素子の多重ドープ領域のことであり、例えば、シリコン基板にレーザーで孔をドリル加工し、前面と背面とにエミッターを形成するのと同時に孔内部にエミッターを形成することで提供できる。EWT構造の特徴は、電池の前面側に金属製電流回収グリッドが存在しないことである。このため、太陽電池素子の受光麺側に照射された光は影による損失(shadowing loss)がなく、発電効率が高くなる。バックジャンクション(BJ)構造は太陽電池の裏面に負極集電ジャンクションと正極集電ジャンクションの両方を有し、スルーホール構造を持たない。入射光は前面付近で吸収され、キャリアのほとんどが前面付近で発生することから、キャリアを前面から裏面の集電ジャンクションまで拡散させるのに十分な時間を与えるために、少数キャリア寿命の長いn型シリコン材料を使用しているのが特徴である。ヘテロジャンクション(HJ)構造は両面型で実現されている(a−Si:H/c−Si)型のHIT構造と、バックジャンクション構造を組み合わせた構造を持つ。具体的には、n型単結晶シリコンの片側にn型やp型にドーピングされたa−Si:H層を形成し、片側に電極を配することで、太陽電池素子の裏面に電極を集約した構造をとる。
<太陽電池素子の製造方法>
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。
または、太陽電池素子の製造方法は、電極が形成された太陽電池(例えば図中で半導体基板9として示されている)の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ことが好ましい。
ここで、本発明の太陽電池素子の製造方法について、図1〜6を用いてより詳細に説明する。なお、以下、主に配線部材3として配線シートを用いた太陽電池素子について説明するが、本発明の太陽電池素子はこれに限定されるものではない。また、本発明の太陽電池素子の製造方法は図面及び以下の説明により限定されるものではない。また、図1〜6において、(a)は斜視図であり、(b)はそれぞれ(a)のIb−Ib〜VIb−VIb線断面図である。
まず図1に示されるバックシート2上に矩形状の電極1を有する配線部材3を準備する。次に、電極1上に、導電性接着剤組成物4を印刷により所定の位置に塗布する(図2)。配線部材3としては、銅配線シートは銅箔上にPET系又はテドラ−PETを積層したテドラー−PET−銅シート等が挙げられる。配線シートの支持体は少なくとも力学的耐久性がある層と、紫外光耐久性のあるテドラー、PVDFなどの層と、併せて銅などの導通性の良い金属支持体があれば良い。また、電極1は銅などにより形成されている。導電性接着剤組成物4を塗布する方法としては、印刷法、インクジェット方法等が挙げられる。
本発明の太陽電池素子の製造方法は、回転粘度計により測定温度25℃、回転速度2.5rpmの条件で測定される粘度が50〜300Pa・sであり、かつチキソトロピー指数が0.1〜0.5である導電性接着剤組成物を用いているため、十分な厚さ(例えば200μm以上の厚さ)で電極部を形成するための組成物層を形成することができ、かつ、印刷によりパターン形成することが可能である。
導電性接着剤組成物4の印刷は、金属製のマスクを用いて行なう。
ついで、配線部材3上の導電性接着剤組成物4が印刷されていない部分に封止部材5を設ける(図3)。封止部材5は、導電性接着剤組成物4が印刷された部分に封止部材5が重ならないように、穴5aを有する。封止部材5としては、エチレン酢酸ビニル共重合(EVA)製のシート(三井化学ファブロ株式会社製、商品名:ソーラーエバSC50B)を用いることが好ましい。
次に、基板6上に電極7及びスルーホール電極8を有する半導体基板9を、電極7が導電性接着剤組成物4と接するように設ける(図4)。スルーホール電極8は、受光面側(半導体基板9の電極7が形成されていない面)の電極を裏面側(受光面と反対側の面)に貫通させるためのものである(図4(a)においては、スルーホール電極8は図示せず。)。基板6はn型又は/及びp型拡散層を有するシリコン基板などである。
ついで、半導体基板9の受光面上に封止部材10を設け(図5)、さらに透明部材11を設ける(図6)。封止部材10としては、エチレン酢酸ビニル共重合(EVA)製のシート(三井化学ファブロ株式会社製、商品名:ソーラーエバSC50B)などが挙げられ、透明部材11としては、ガラス(例えば、200×200×3mm)などが挙げられる。
ついで、加熱工程を行う。上述の方法で得られた太陽電池素子を真空ラミネータ(株式会社エヌ・ピー・シー製、商品名:LM−50×50−S)などを用いて加熱する。加熱温度としては140〜180℃であることが好ましい。また、加圧しながら加熱することが好ましい。加圧する圧力としては0.1〜0.3MPaであることが好ましい。
この加熱工程により、導電性接着剤組成物4に含まれる導電性粒子12が溶融及び融合して、電極1と電極7とが電気的に接続される。以下、図7を用いて加熱工程をより詳細に説明する。
図7は、太陽電池素子の製造工程における導電性接着剤組成物の加熱工程前後の様子を示す模式断面図である。図7(a)に示すように、加熱工程前においては樹脂13中に導電性粒子12が分散している。これを加熱すると、導電性粒子12が溶融して融合、すなわち溶融した複数の導電性粒子12が集合して一体化し、図7(b)に示すように、融合体(金属部22)が形成される。さらにこの金属部22を囲むように樹脂13が硬化した樹脂部23が形成される。金属部22はこの硬化した樹脂部23により保護される。また、加熱工程においては、同時に、封止部材10及び透明部材11による封止が行なわれる。
つまり、本発明の導電性接着剤組成物を用いた太陽電池素子の製造方法によれば、金属部22及び樹脂部23の形成と、封止を一度の加熱工程で行うことができる。
また、上述の方法に変えて、本発明の製造方法は、半導体基板9上に導電性接着剤組成物4を印刷してもよい。その場合、半導体基板9の電極7上に導電性接着剤組成物4を印刷し、ついで封止部材5及び配線部材3を設け、さらに受光面側に封止部材10及び透明部材11を設け、加熱工程を行うことにより、半導体素子を得ることができる。
<太陽電池モジュール>
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。
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。
配線部材が配線シートである場合、太陽電池モジュールは、図10(a)に示すように、裏面に電極を有する複数の裏面電極型太陽電池セル9(太陽電池)が配線部材3(配線シート又はタブ線)により互いに電気的に接続された接続構造を有している。図10(b)は配線シートを用いた場合の太陽電池モジュール内部の様子を示した図である。本実施形態の太陽電池モジュールは、半導体基板9の電極7と配線部材3の電極1とが導電性接着剤組成物により電気的に接続されており、半導体基板9と配線部材3との間には封止部材5(封止樹脂)が裏面電極パターンを覆わないようにして配置され積層される。このような接続構造を繰り返しユニットとして、数十ユニットから形成されている。このような太陽電池モジュールは、このような数十ユニットから形成される接続構造を形成した後、半導体基板9の受光面側に封止部材10、透明部材11を配置し、更に封止樹脂上にガラス基板を積層し、これらを加熱、必要に応じて加圧するラミネート封止を行い、更に外周部をアルミフレームにより支持することで太陽電池モジュールとなる。
配線部材がはんだめっきCu線(タブ線)の場合、図11に示すように、太陽電池モジュールは、裏面に電極を有する複数の裏面電極型太陽電池セルが配線部材3’(タブ線)により互いに電気的に接続された接続構造を有している。本実施形態の太陽電池モジュールは、半導体基板9の電極7と配線部材3’の一端が導電性接着剤組成物により電気的に接続されており、さらに配線部材3’の他端が隣接する半導体基板9’の電極7’と接続されており、また半導体基板9と配線部材3’との間には封止樹脂又は絶縁材が裏面電極パターンを覆わないようにして配置されており、正電極と負電極が短絡しないようになっている。絶縁材としてはポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。このような接続構造を繰り返しユニットとして、数十ユニットから形成されている。このような太陽電池モジュールは、このような数十ユニットから形成される接続構造を形成した後、半導体基板9の受光面側に封止部材10、透明部材11を配置し、更に封止樹脂上にガラス基板を積層し、これらを加熱、必要に応じて加圧するラミネート封止を行い、更に外周部をアルミフレームにより支持することで太陽電池モジュールとなる。
また、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を含むことが好ましい。このような保護シートとしては、例えば、タブ線とセル裏面間に積層される保護フィルムにより形成することができる。
タブ線とセル裏面間に積層される保護フィルムとしては、PET系又はテドラ−PET積層材料、金属箔−PET積層材料等が挙げられ、市販されているものとしては、デュポン社製テドラー(弗化ビニール樹脂)などの耐候性フィルムが用いられる。
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
[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。
[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。
次に、上述の接着剤成分30質量部に対して、(A)融点が200℃以下の金属を含む導電性粒子としてSn42−Bi58粒子(平均粒子径20μm、融点:138℃)70質量部を加えて混合した。得られた混合物を、3本ロールに3回通した後、真空撹拌らいかい器を用いて500Pa以下で10分間脱泡処理を行うことにより、導電性接着剤を得た。
[バックコンタクト型太陽電池素子(タブ線接続)の作製]
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。
[バックコンタクト型太陽電池素子(タブ線接続)破損率の評価]
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。
[バックコンタクト型太陽電池素子(タブ線接続)接合部の確認]
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。
[バックコンタクト型太陽電池モジュール(タブ線接続)の作製]
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。
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。
[変換効率・FF測定、温度サイクル試験]
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。
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。
(実施例2〜9)
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。
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。
更に、得られたタブ線付太陽電池セル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、温度サイクル試験前後のΔF.Fを測定した。
(実施例10)
[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。
[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。
[バックコンタクト型太陽電池素子(配線シート接続)破損率の評価]
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。
[バックコンタクト型太陽電池素子(配線シート接続)の確認]
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。
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。
(実施例11〜18)
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。
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。
なお、表1に示した材料の詳細は以下の通りである。また、表1中の各材料の配合割合の単位は質量部である。
YDF−170:ビスフェノールF型エポキシ樹脂、東都化成株式会社製、商品名
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、日立化成株式会社製商品名、融点1083℃
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、日立化成株式会社製商品名、融点1083℃
(比較例1)
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。
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。
上記で得られたタブ線付太陽電池セル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。
(比較例2)
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。
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。
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。
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。
(比較例3)
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。
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。
上記で得られた太陽電池セル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。
(比較例4)
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。
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。
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。
(比較例5)
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。
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。
(比較例6)
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。
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。
(比較例7)
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。
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。
一方、Sn−Ag−Cuはんだめっきが施された配線部材を用い、270℃でセル裏面電極と接続された比較例1及び比較例2のタブ線付太陽電池セルは、セルの破損が発生し、歩留りが低下した。また、比較例1のバスバーを用いた構成では、変換効率が低下した。Sn42−Bi58とフラックスで構成されるクリームはんだを用いて接続された比較例3の太陽電池モジュールは、樹脂部を有しておらず、温度サイクル試験前後のΔF.Fが低下した。さらに、銀フィラーとエポキシ樹脂組成物から成る比較例4の太陽電池モジュールは、金属接合部を有しておらず、温度サイクル試験前後のΔF.Fが低下した。
一方、配線部材に配線シートを用い、接続材にSn−Ag−Cuとフラックスで構成されるクリームはんだを150℃でセル裏面電極と接続された比較例5の配線シート接続太陽電池モジュールは、溶融金属部及び樹脂部を有しておらず、変換効率が低下した。また、Sn42−Bi58とフラックスで構成されるクリームはんだを用いて接続された比較例6の太陽電池モジュールは、樹脂部を有しておらず、温度サイクル試験前後のΔF.Fが低下した。さらに、銀フィラーとエポキシ樹脂組成物から成る比較例7の太陽電池モジュールは、金属接合部を有しておらず、温度サイクル試験前後のΔF.Fが低下した。
1…電極、2…バックシート、3…配線部材、4…導電性接着剤組成物、5…封止部材、5a…穴、6…基板、7…電極、8…スルーホール電極、9…半導体基板(太陽電池)、10…封止部材、11…透明部材、12…導電性粒子、13…樹脂、22…金属部、23…樹脂部、40…接続構造(接続部)。
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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