JP2021118223A

JP2021118223A - 太陽電池モジュール製造方法

Info

Publication number: JP2021118223A
Application number: JP2020009252A
Authority: JP
Inventors: 広平小島; Kohei Kojima; 徹寺下; Toru Terashita; 淳一中村; Junichi Nakamura
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2020-01-23
Filing date: 2020-01-23
Publication date: 2021-08-10

Abstract

【課題】導電接続材料を用いて太陽電池セルに配線部材を容易に接続することができる太陽電池モジュール製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る太陽電池モジュール製造方法は、太陽電池セル１０の電極パッド１１に導電接続材料３０を塗布する工程と、導電接続材料３０を１次加熱する工程と、前記太陽電池セル１０間を接続する配線部材２０と前記１次加熱後の前記導電接続材料３０とを積層する工程と、前記配線部材２０が積層されている状態で前記導電接続材料３０を前記１次加熱よりも高い温度に２次加熱する工程と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池モジュール製造方法に関する。

複数の太陽電池セルを配線部材で接続した太陽電池モジュールが広く利用されている。一般に、太陽電池セルと配線部材との接続には、例えば導電性粒子と熱硬化性樹脂とを含む導電性ペースト、半田粒子とフラックスとを含む半田ペースト等の導電接続材料が用いられる。このため、太陽電池モジュールの製造は、太陽電池セルの電極パッドに導電接続材料を塗布し、さらに導電接続材料の上に配線部材を配置した状態で、太陽電池セル及び配線部材を加熱することで製造される。

電極パッドに導電接続材料を塗布した後に配線部材を配置し、接続するまでの間に、太陽電池セルおよび配線部材のハンドリングを正確に行わないと、導電接続材料が電極パッド以外の場所へ飛散、移動する可能性がある。この場合、電極間の短絡や、電極パッドと配線部材との接続が不十分となることによる動作不良や寿命の短縮といった不都合を生じるおそれがある。このため、導電接続材料の塗布量を増減したり、導電接続材料の塗布量に対して電極パッドを大きくしたりすることによって、配線部材を配置する際の導電接続材料の飛散や移動に対するマージンを確保することが必要となる。

特許文献１には、フィルム状接着剤を用いて太陽電池モジュールと配線部材とを接続することによって太陽電池モジュールを製造する技術が開示されている。より詳しくは、特許文献１には、導電性粒子を含み、硬化剤を含有する樹脂をフィルム状に成形したフィルム接着剤を太陽電池セル又は配線部材に仮接着し、いずれかにフィルム接着剤を仮接着した太陽電池セル及び配線部材を重ねて熱圧着する太陽電池モジュールの製造方法が記載されている。

特開２０１３−８０９８２号公報

導電接続材料による配線部材との接続性を担保するために個々の電極パッドを大きくすることは、設計上の大きな制約となる。特に、ヘテロ接合型バックコンタクト太陽電池セルにおいて一方の面に正負それぞれ複数の電極パッドを分散して設ける構成では、小さな電極パッド間を細い配線部材で接続することが望まれる。また、太陽電池モジュールの電極パッドと配線部材との対向面積が小さい場合、特許文献１に記載されるようなフィルム接着剤を用いることは困難である。

そこで、本発明は、導電接続材料を用いて太陽電池セルに配線部材を容易に接続することができ、接続不良を抑制させる太陽電池モジュールの製造方法を提供することを課題とする。

本発明に係る太陽電池モジュール製造方法は、太陽電池セルの電極パッドに導電接続材料を塗布する工程と、導電接続材料を１次加熱する工程と、前記太陽電池セルの間を接続する配線部材と前記１次加熱後の前記導電接続材料とを積層する工程と、前記配線部材が積層されている状態で前記導電接続材料を前記１次加熱よりも高い温度に２次加熱する工程と、を備える。

本発明に係る太陽電池モジュール製造方法によれば、導電接続材料を用いて太陽電池セルに配線部材を容易に接続することができる。

本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール製造方法によって製造される太陽電池モジュールの構成を示す模式的部分側面図である。本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール製造方法の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール製造方法によって製造される太陽電池モジュール１の構成を示す。図２は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール製造方法の手順を示す。

太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池セル１０を複数の配線部材２０によって電気的に直列に接続して構成されている。太陽電池モジュール１は、それぞれ複数の電極パッド１１を有する太陽電池セル１０と、隣接する太陽電池セル１０の極性が異なる電極パッド１１の間を接続する配線部材２０とを有する。電極パッド１１と配線部材２０とは、導電接続材料３０によって接続されている。

太陽電池セル１０は、正負それぞれ複数の電極パッド１１を有していてもよい。また、太陽電池セル１０は、配線部材２０が接続される側に電極パッド１１を露出させる絶縁シート、ソルダレジスト等の構成を有してもよい。

本実施形態に係る太陽電池モジュール製造方法は、太陽電池セル１０の電極パッド１１に導電接続材料３０を塗布する工程（ステップＳ１：塗布工程）と、導電接続材料３０を半硬化状態とする条件で１次加熱する工程（ステップＳ２：１次加熱工程）と、太陽電池セル１０間を接続する配線部材２０と１次加熱後の導電接続材料３０とを積層する工程（ステップＳ３：積層工程）と、配線部材２０が積層されている状態で導電接続材料３０を１次加熱よりも高い温度に２次加熱する工程（ステップＳ４：２次加熱工程）と、を備える。

（塗布工程）
ステップＳ１の塗布工程では、複数の電極パッド１１にそれぞれ導電接続材料３０を塗布する。導電接続材料３０の塗布は、例えば電極パッド１１に対応する位置が開口するマスクを用いるスクリーン印刷機、導電接続材料３０を吐出するノズルを電極パッド１１に対して位置決めするディスペンサ等を用いて行うことができる。

導電接続材料３０としては、導電性粒子と熱硬化性樹脂とを含む導電性ペースト、粒子状の半田と溶剤とフラックス（溶剤中に溶解）とを含む半田ペースト等を用いることができるが、中でも、半田ペーストが特に好適に用いられる。導電接続材料３０として半田ペーストを用いることにより、比較的容易且つ確実に電気抵抗が小さい接続を行うことができる。

本実施形態に係る太陽電池モジュール製造方法は、特に電極パッド１１が比較的小さい場合に、容易且つ確実に電極パッド１１に配線部材２０を接続できる効果が顕著となる。具体的には、太陽電池モジュール１の電極パッド１１の円相当径の上限としては、５ｍｍが好ましく、４ｍｍがより好ましい。また、太陽電池モジュール１の電極パッド１１の円相当径の下限としては、０．５ｍｍが好ましく、１．０ｍｍがより好ましい。電極パッド１１の円相当径が前記上限以下である場合には、本発明により配線部材２０を積層する際の導電接続材料３０の移動による接続不良を防止する効果が顕著となる。また、電極パッド１１の円相当径が前記下限以上であることによって、導電接続材料３０を用いて信頼性が高い接続を行うことが可能となる。つまり、電極パッド１１の円相当径が前記下限に満たない場合には、ワイヤボンディング等のよりコストがかかる技術を採用しなければ信頼性が確保できないおそれがある。なお、電極パッド１１の円相当径は、太陽電池セル１０が電極パッド１１の外周部を被覆する絶縁シート、ソルダレジスト等の構成を有する場合には、電極パッド１１の露出部分の円相当径を意味する。

電極パッド１１に塗布される導電接続材料３０の厚み（体積を塗布時の投影面積で除した値）の下限としては１０μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。また、塗布される導電接続材料３０の厚みの上限としては５００μｍが好ましく、２００μｍがより好ましい。導電接続材料３０の厚みを前記下限以上とすることによって、電極パッド１１と配線部材２０との接続を確実にすることができる。また、導電接続材料３０の厚みを前記上限以下とすることによって、導電接続材料３０の電極パッド外への飛散や移動を防止すると共に、電極パッド１１と配線部材２０との接続抵抗を小さくすることができる。

（１次加熱工程）
ステップＳ２の１次加熱工程では、加熱により、導電接続材料３０を半硬化状態とする。具体的には、導電接続材料３０が溶剤によって流動性を確保するペーストである場合には、溶剤を揮発つまり乾燥させることによって導電接続材料３０が容易に飛散、変形しないようにする。また、導電接続材料３０が加熱により重合硬化する樹脂をマトリックスとして含むペーストである場合には、樹脂をいわゆるＢステージとすることによって導電接続材料３０が容易に飛散、変形しないようにする。これにより、次の積層工程において、導電接続材料３０が不規則に変形したり飛散したりして接続性が低下したり短絡を生じる危険性を低減することができる。

特に導電接続材料３０が半田ペーストである場合、１次加熱工程における加熱温度は、導電接続材料３０中の溶剤の揮発温度以上且つ半田の溶融温度未満であることが好ましい。１次加熱工程における加熱温度を溶剤の揮発温度以上とすることによって、比較的短時間で導電接続材料３０を容易に変形しない程度まで乾燥させることができる。また、１次加熱工程における加熱温度を半田の溶融温度未満とすることによって、導電接続材料３０がフラックスを分散して含有する状態に維持され、配線部材２０に対する接着性を保持することができる。

１次加熱工程における加熱時間は、塗布された導電接続材料３０の表面の変形性及び粘着性を低減し、配線部材２０が触れただけで導電接続材料３０が変形したり配線部材２０に付着したりすることを防止できるように設定される。加熱温度にもよるが、具体的には、１次加熱工程における加熱時間の下限としては、５秒が好ましく、１０秒がより好ましい。また、１次加熱工程における加熱時間の上限としては、３０秒が好ましく、２０秒がより好ましい。１次加熱工程における加熱時間を前記下限以上とすることによって、導電接続材料３０を均一な半硬化状態とすることができる。また、１次加熱工程における加熱時間を前記上限以下とすることによって、例えばヒートトンネル等を用いて連続的に多数の太陽電池セル１０の処理を行うことができる。

（積層工程）
ステップＳ３の積層工程では、半硬化状態とした導電接続材料３０と配線部材２０とを接触させるよう、太陽電池セル１０と配線部材２０とを配置する。導電接続材料３０上に配線部材２０を保持するために、例えば粘着テープ等を用いて、配線部材２０を太陽電池セル１０に対して仮止めしてもよい。また、太陽電池セル１０の電極パッド１１以外の領域に塗布される非導電性の接着剤を用いて配線部材２０を太陽電池セル１０に対して固定してもよい。

（２次加熱工程）
ステップＳ４の２次加熱工程では、導電接続材料３０が完全に接続機能を発揮する温度で加熱することで、電極パッド１１と配線部材２０とを導電接続材料３０によって電気的及び機械的に接続する。この２次加熱は、例えばリフロー炉等を用いて行うことができる。

特に導電接続材料３０が半田ペーストである場合、２次加熱工程における加熱温度は、導電接続材料３０中の半田の溶融温度以上であることが好ましい。２次加熱工程における加熱温度を半田の溶融温度以上とすることによって、半田をリフローして電極パッド１１と配線部材２０とを接続することができる。２次加熱工程における加熱温度の上限は、設備コスト、エネルギー効率等によって適宜設定され得、典型的には太陽電池セル１０の耐熱温度とすることができる。

２次加熱工程における加熱時間は、導電接続材料３０の全体に熱を与えて機能を発揮させられるよう設定される。したがって、２次加熱工程における加熱時間は、太陽電池セル１０及び配線部材２０の構成及び導電接続材料３０の塗布量等に応じて異なり得る。

本実施形態に係る太陽電池モジュール製造方法によれば、１次加熱工程において電極パッド１１に塗布した導電接続材料３０を半硬化状態とするので、積層工程において配線部材２０を誤って太陽電池セル１０に押し付けたり擦り付けたりするような動作を行ったとしても、導電接続材料３０が塗布されたときの形状を保持できる。

したがって、本実施形態に係る太陽電池モジュール製造方法では、積層工程において、電極パッド１１と配線部材２０との間から導電接続材料３０が押し出されることがないので、導電接続材料３０の塗布量を少なくすると共に、電極パッド１１及び配線部材２０の対向面積を小さくすることができる。つまり、本実施形態に係る太陽電池モジュール製造方法を採用することによって、太陽電池セル１０における電極パッド１１の設計の自由度を向上できるため、太陽電池モジュールの高効率化が可能となる。

また、本実施形態に係る太陽電池モジュール製造方法によれば、積層工程において、配線部材２０のハンドリングに要求される精度が低い。このため、本実施形態に係る太陽電池モジュール製造方法は、電極パッド１１に容易に配線部材２０を接続することができるので、太陽電池モジュール１の製造効率を向上することができる。

本実施形態に係る太陽電池モジュール製造方法は、以上説明した図２の手順の後に、太陽電池モジュール１にさらなる構成要素を付加する工程を備えてもよい。例として、本実施形態に係る太陽電池モジュール製造方法は、太陽電池セル１０及び配線部材２０を封止材で覆ったり、太陽電池モジュール１の表裏を保護する保護層を付加したりする工程をさらに備えてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例えば、上述した実施形態における太陽電池モジュールの構成は、単なる例示であって、本発明を限定しない。

具体的には、上述した実施形態では、太陽電池セルを配線部材によって直列に接続するものとして説明したが、本実施形態に係る太陽電池モジュール製造方法によって、太陽電池セルを配線部材で並列に接続してもよい。また、配線部材は、隣接する太陽電池セルの電極パッド間を接続するだけでなく、同一の太陽電池セルの複数の電極パッドを接続してもよい。また、本実施形態に係る太陽電池モジュール製造方法では、１つの太陽電池セルの一方の面に設けられた電極パッドと他の太陽電池セルの他方の面に設けられた電極パッドとを、配線部材によって接続してもよい。

以下に、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されない。

銀ペーストから形成された十分な大きさを有する電極パッドを備える太陽電池セルに、直径３ｍｍの円形の開口を有する絶縁シートを貼り付け、絶縁シートの開口内に太陽電池セルの電極パッドを露出させた。この電極パッドに導電接続材料としてＳｎ−Ｐｂ−Ａｇ系半田ペースト（半田粒子、溶剤およびロジン系フラックスとを含む）を異なる塗布量で塗布した。導電接続材料の塗布は、ディスペンサを用いて、平面視で直径約２ｍｍの円形状に塗布した。一部の太陽電池セルは１６０℃のホットプレート上に１５秒配置することで１次加熱を行い、他の太陽電池セルは１次加熱を行わなかった。これらの太陽電池セルの導電接続材料に配線部材として銅箔を積層し、２次加熱を行った。２次加熱は、粘着テープによって配線部材を太陽電池セルに固定した上にアルミニウム板を重ねた状態で、１８５℃に設定したホットプレート上で１２０秒間加熱した。２次加熱後の太陽電池セルについて、電極パッド上での導電接続材料の最大径を測定した。次の表１に、導電接続材料の塗布量と導電接続材料の最大径との関係を示す。

このように、１次加熱を行うことで導電接続材料の最大径つまり導電接続材料の広がりを抑制できることが確認された。具体的には、１次加熱を行わなかった場合では導電接続材料の塗布量を３．３ｍｇとすると導電接続材料が絶縁シートの開口からはみ出したが、１次加熱を行った場合では導電接続材料の塗布量を３．５ｍｇとしても導電接続材料が大きく広がることがなかった。

１太陽電池モジュール
１０太陽電池セル
１１電極パッド
２０配線部材
３０導電接続材料

Claims

太陽電池セルの電極パッドに導電接続材料を塗布する工程と、
前記導電接続材料を１次加熱する工程と、
前記太陽電池セルの間を接続する配線部材と前記１次加熱後の前記導電接続材料とを積層する工程と、
前記配線部材が積層されている状態で前記導電接続材料を前記１次加熱よりも高い温度に２次加熱する工程と、
を備える、太陽電池モジュール製造方法。
前記１次加熱は、前記導電接続材料を半硬化状態とする条件で行う、請求項１に記載の太陽電池モジュール製造方法。
前記導電接続材料は、粒子状の半田と溶剤とを含む半田ペーストであり、
前記１次加熱における加熱温度は、前記溶剤の揮発温度以上且つ前記半田の溶融温度未満であり、
前記２次加熱における加熱温度は、前記半田の溶融温度以上である、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール製造方法。
前記１次加熱における加熱時間は、３０秒以下である、請求項３に記載の太陽電池モジュール製造方法。
前記電極パッドの円相当径が５ｍｍ以下である、請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池モジュール製造方法。