JP4725688B2 - 太陽電池用インターコネクタ用材料及び太陽電池用インターコネクタ - Google Patents
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Description
本願は、2008年4月25日に出願された特願2008−115913号に基づき優先権を主張し、それらの内容をここに援用する。
ここで、前述の銅平角線からなる太陽電池用インターコネクタとシリコン等からなるセルとが半田付けされているため、太陽電池用インターコネクタの熱膨張係数とセルの熱膨張係数との差に起因する熱歪みが、太陽電池用インターコネクタの内部に蓄積される。
特に、最近は、太陽電池モジュールを低コストで生産するためにセルの薄型化が進んでおり、太陽電池用インターコネクタの硬化によってセルが破損してしまう可能性が高くなってきている。
また、Zr及びMgによってS(硫黄)を固着することにより、結晶粒径の粗大化を図ることが可能となる。このように結晶粒径を粗大化させることで太陽電池用インターコネクタの変形抵抗が小さくなり、半田接合時におけるセルの反りの発生を抑制することができる。
さらに、本発明では、残留抵抗比(RRR)が300以上とされているので、銅中に固溶しているS(硫黄)等の不純物量が少なく、軟化温度を低く抑えることができるともに結晶粒径の粗大化を図ることができる。なお、残留抵抗比(RRR)とは、常温(273K)での電気比抵抗ρ273Kと液体ヘリウム温度(4.2K)での電気比抵抗ρ4.2Kとの比ρ273K/ρ4.2Kである。固溶した不純物量が少ないほど液体ヘリウム温度(4.2K)での電気比抵抗ρ4.2Kが低くなるため、残留抵抗比(RRR)が大きくなる。
また、Zr及びMgが3ppm未満では、前述の効果を得ることができず、20ppmを超えると太陽電池用インターコネクタの導電率が低下するため、Zr及びMgのうち少なくとも1種の含有量を3ppm以上20ppm以下とした。さらに、O(酸素)が5ppm以下とされているので、導電率の低下を抑制できるとともに、易酸化元素であるZr及びMgの酸化によるロスを防止することができる。また、一般的な無酸素銅にZr及びMgを添加することによって、低コストで本発明の太陽電池用インターコネクタ用材料を生産することができる。
また、Zr及びMgのうち少なくとも1種の含有量は10ppm以上15ppm以下であってもよい。
31 太陽電池セル
32 太陽電池用インターコネクタ
33 鉛フリー半田メッキ層
図1、図2に、本実施形態である太陽電池用インターコネクタ32を用いた太陽電池モジュール30を示す。図3、図4に、太陽電池モジュール30を構成する太陽電池セル31を示す。
図1、図2に示す太陽電池モジュール30は、複数の太陽電池セル31と、これらの太陽電池セル31を電気的に直列に接続する太陽電池用インターコネクタ32と、太陽電池用インターコネクタ32が接続されるバスバー35、36と、を備えている。
太陽電池用インターコネクタ32は、断面が矩形状をなす銅平角線である。本実施形態では、幅Wが2mm、厚さtが0.2mmとされている。この太陽電池用インターコネクタ32には、図4に示すように、銅平角線の延在方向に延びる2つの主面の少なくとも一面に、鉛フリー半田メッキ層33が形成されており、この鉛フリー半田メッキ層33を介して太陽電池セル31に接合されている。
そして、この太陽電池用インターコネクタ32は、質量百万分率で、Zr及びMgのうち少なくとも1種を3ppm以上20ppm以下、Oを5ppm以下、を含み、残部がCu及び不可避不純物からなり、残留抵抗比(RRR)が300以上とされた太陽電池用インターコネクタ用材料で構成されている。また、平均結晶粒径が300μm以上とされている。
まず、図5に、本実施形態である太陽電池用インターコネクタ用材料の原料となる荒引銅線23の製造装置の一例を示す。この荒引銅線23の製造装置1は、溶解炉Aと、保持炉Bと、鋳造樋Cと、ベルト・ホイール式連続鋳造機Dと、連続圧延装置Eと、コイラーFとを有している。
ベルト・ホイール式連続鋳造機Dは、外周面に溝が形成された鋳造輪13と、この鋳造輪13の外周面の一部に接触するように周回移動される無端ベルト14とを有しており、前記溝と無端ベルト14との間に形成された空間に、注湯ノズル12を介して供給された銅溶湯を注入して冷却し、棒状鋳塊21を連続的に鋳造する。
また、探傷器16は、洗浄冷却装置15から送られた荒引銅線23の傷を探知する。
まず、溶解炉Aに、4N(純度99.99%)の電気銅を投入して溶解する。ここで、シャフト炉の複数のバーナの空燃比を調整して溶解炉Aの内部を還元雰囲気とすることにより、酸素含有量を20ppm以下とした銅溶湯を得る。
ここで、不活性ガス又は還元性ガスでシールされた鋳造樋Cを通過する銅溶湯は、前述の攪拌手段によって攪拌されることによって、銅溶湯と不活性ガス又は還元性ガスとの反応が促進される。これにより、銅溶湯の酸素含有量は5ppm以下にまで低下する。
酸素含有量が5ppm以下に低減された銅溶湯にZr及びMgのうち少なくとも1種が連続的に添加され、Zr及びMgのうち少なくとも1種の含有量が3ppm以上20ppm以下に調整される。Zr及びMgのうち少なくとも1種の含有量は10ppm以上15ppm以下に調整することが好ましい。
さらに、本実施形態では、残留抵抗比(RRR)が300以上とされているので、銅中に固溶しているS(硫黄)等の不純物量が少なく、軟化温度を低く抑えることができるとともに結晶粒径の粗大化を図ることができる。
例えば、太陽電池セルのサイズを、一辺が130mm、厚さが0.18mmとしたもので説明したが、太陽電池セルのサイズに特に限定はない。ただし、厚さが0.2mm以下とされた薄型の太陽電池セルにおいては、反りによって割れが生じやすくなるため、本実施形態である太陽電池用インターコネクタの効果は顕著となる。
さらに、鉛フリー半田メッキ層の組成は、Sn−3.0質量%Ag−0.5質量%Cuに限定されることはなく、他の組成であってもよい。
確認実験は、前述した実施形態である太陽電池用インターコネクタ用材料(本発明例1−9)と、比較例としてZr、Mg、O含有量が本発明から外れたZr及びMg含有銅材料と、従来例として4N(純度99.99%)の無酸素銅と、を準備し、厚さ0.2mm、幅2mm、長さ150mmの試験片を作製した。
結晶粒径の測定は、日立ハイテクノロジー社製S4300SEにより、視野面積5000mm2で10箇所の平均結晶粒径及び最大結晶粒径と最小結晶粒径との差を測定した。
残留抵抗比(RRR)は、四端子法にて、常温(273K)での電気比抵抗ρ273Kと液体ヘリウム温度(4.2K)での電気比抵抗ρ4.2Kを測定して算出した。
また、JIS Z 2241に準拠して島津製作所製AG−5kNXを用いて引張試験を行い、0.2%耐力を測定した。
これに対して比較例1−3、従来例においては、700℃×10minの熱処理によっても平均結晶粒径が100μm以上180μm以下と小さく、残留抵抗比が300未満であることが確認された。また、0.2%耐力は75MPa以上85MPa以下であって、軟化が不十分であることが確認された。
また、Zr及びMgによってS(硫黄)を固着することにより、結晶粒径の粗大化を図ることが可能となる。このように結晶粒径を粗大化させることで太陽電池用インターコネクタの変形抵抗が小さくなり、半田接合時におけるセルの反りの発生を抑制することができる。
さらに、残留抵抗比(RRR)が300以上とされているので、銅中に固溶しているS(硫黄)等の不純物量が少なく、軟化温度を低く抑えることができるともに結晶粒径の粗大化を図ることができる。
Claims (4)
- 太陽電池モジュールにおいてセル間同士を接続する太陽電池用インターコネクタとして使用される太陽電池用インターコネクタ用材料であって、
質量百万分率で、Zr及びMgのうち少なくとも1種を3ppm以上20ppm以下、Oを5ppm以下、を含み、残部がCu及び不可避不純物からなり、残留抵抗比が300以上とされている太陽電池用インターコネクタ用材料。 - 請求項1に記載の太陽電池用インターコネクタ用材料であって、質量百万分率で、Zr及びMgのうち少なくとも1種を10ppm以上15ppm以下含有する太陽電池用インターコネクタ用材料。
- 請求項1または請求項2に記載の太陽電池用インターコネクタ用材料であって、平均結晶粒径が300μm以上とされている太陽電池用インターコネクタ用材料。
- 太陽電池モジュールにおいてセル間同士を接続する太陽電池用インターコネクタであって、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の太陽電池用インターコネクタ用材料からなり、断面が矩形状をなす平角線とされ、
該平角線の延在方向に延びる主面のうち少なくとも一面に、鉛フリー半田メッキ層が形成されている太陽電池用インターコネクタ。
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