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
本発明は、複数のセルからなる太陽電池モジュールにおいて、セル間を接続する太陽電池用インターコネクタに適した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に関する。
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。
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。
近年、環境負荷の少ない発電方式として太陽電池モジュールを利用したものが注目され、様々な分野で広く使用されている。太陽電池モジュールは、例えば特許文献１に記載されているように、ｐｎ接合されたシリコン等の半導体の板材からなるセルを複数備え、これらのセルが太陽電池用インターコネクタおよびバスバーによって電気的に接続された構成とされている。
ここで、セル間を電気的に接続するインターコネクタとしては、例えば特許文献２に示すように、無酸素銅やタフピッチ銅からなる銅平角線に半田メッキ層が形成されたものが広く使用されている。また、非特許文献１に示すように、６Ｎ（純度９９．９９９９％）の高純度銅からなるインターコネクタも提案されている。
特開２００５−１６６９１５号公報
特開平１１−２１６６０号公報
遠藤裕寿、外５名、"太陽電池用軟質型はんだめっき平角線の開発"、日立電線 Ｎｏ．２６（２００７−１）、Ｐ．１５−Ｐ．１８
ところで、前述の太陽電池モジュールは常時屋外に設置されるため、太陽電池モジュールの温度は、直射日光が照射される日中には９０℃近くまで上昇し、夜間には０℃近くにまで下降することになる。つまり、太陽電池セルおよび太陽電池用インターコネクタには０℃から９０℃までの温度サイクルが繰り返し負荷される。
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。
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。
従来の太陽電池用インターコネクタは、前述のように無酸素銅及びタフピッチ銅で構成されているので、０℃から９０℃までの温度サイクルによって歪みが内部に蓄積して硬化する。このように太陽電池用インターコネクタが硬化すると、脆性材料であるシリコンからなるセルが破損したり、太陽電池用インターコネクタ自体が破損したりしてしまうおそれがある。また、６Ｎの高純度銅を得るためには、４Ｎ（純度９９．９９％）の電気銅をさらに精錬処理する必要があるため、生産コストが大幅に上昇してしまう。
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。
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、シリコン等で構成されたセルの熱膨張係数と銅平角線である太陽電池用インターコネクタの熱膨張係数が異なる。太陽電池用インターコネクタをセルに接合する場合、昇温されて太陽電池用インターコネクタが延びた状態でセルと接合され、冷却時に太陽電池用インターコネクタが収縮することにより、セルに反りが発生するという問題があった。セルに反りが発生した場合、太陽電池モジュールを構成することができなくなったり、枠体への取付ができなくなるといった不都合が生じることになる。また、この反りによってセルが破損してしまうおそれもある。
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、屋外に設置されて使用され、０℃から９０℃までの温度サイクルが繰り返し負荷された場合であっても、硬化することがなく、セルや太陽電池用インターコネクタ自体の破損等のトラブルを未然に防止することができる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を提供することを目的とする。また、半田接合時に生じる熱応力を吸収し、セルの反りの発生を防止することが可能な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を提供することを目的とする。
前記の課題を解決するために、本発明に係る太陽電池用インターコネクタ用材料は、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。
また、本発明に係る太陽電池用インターコネクタは、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、前述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。
この構成の太陽電池用インターコネクタ用材料および太陽電池用インターコネクタによれば、Ｚｒ及びＭｇが不可避不純物のひとつとして銅中に存在するＳ（硫黄）を固着するので、インターコネクタ用材料の軟化温度を１００℃以下とすることが可能となる。これにより、直射日光によって温度が上昇した時点で太陽電池用インターコネクタの内部に蓄積された歪みが解放されることになり、太陽電池用インターコネクタの硬化を防止することができる。よって、セルや太陽電池用インターコネクタ自体の破損等のトラブルを未然に防止することができる。
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。
太陽電池用インターコネクタ用材料の平均結晶粒径は３００μｍ以上であってもよい。
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。
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。
本発明によれば、屋外に設置されて使用され、０℃から９０℃までの温度サイクルが繰り返し負荷された場合であっても、硬化することがなく、セルや太陽電池用インターコネクタ自体の破損等のトラブルを未然に防止することができる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を提供することができる。また、半田接合時に生じる熱応力を吸収し、セルの反りの発生を防止することが可能な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を提供することができる。
３０ 太陽電池用モジュール
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
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
以下に、本発明の実施形態に係る太陽電池用インターコネクタについて添付した図面を参照して説明する。
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。
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。
太陽電池セル３１は、例えばｐｎ接合されたシリコンからなり、図３及び図４に示すように、概略正方形平板状をなしている。本実施形態では、一辺が１３０ｍｍ、厚さが０．１８ｍｍとされている。
この太陽電池セル３１の表面に、本実施形態である太陽電池用インターコネクタ３２が配設されている。
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。
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。
図１及び図２に示すように、太陽電池用インターコネクタ３２は、太陽電池セル３１の表面及び裏面に接合され、隣接する太陽電池セル３１同士を電気的に接続している。太陽電池用インターコネクタ３２が正極のバスバー３５及び負極のバスバー３６にそれぞれ接続されるように構成されている。これら太陽電池用インターコネクタ３２およびバスバー３５、３６によって、太陽電池モジュール３０に備えられたすべての太陽電池セル３１が直列に接続される。
次に、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製造方法について説明する。
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。
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。
溶解炉Ａとして、本実施形態では、円筒形の炉本体を有するシャフト炉を用いている。炉本体の下部には円周方向に複数のバーナ（図示略）が上下方向に多段状に配備されている。炉本体の上部から原料である電気銅が装入される。装入された原料が前記バーナの燃焼によって溶解され、銅溶湯が連続的につくられる。
保持炉Ｂは、溶解炉Ａでつくられた銅溶湯を、所定の温度で保持したままで一旦貯留し、一定量の銅溶湯を鋳造樋Ｃに送る。
鋳造樋Ｃは、保持炉Ｂから送られた銅溶湯を、ベルト・ホイール式連続鋳造機Ｄの上方に配置されたタンディシュ１１まで移送する。この鋳造樋Ｃは、例えばＡｒ等の不活性ガス又は還元性ガスでシールされている。なお、この鋳造樋Ｃには、不活性ガスによって銅溶湯を攪拌する攪拌手段（図示なし）が設けられている。
タンディシュ１１の銅溶湯の流れ方向終端側には、注湯ノズル１２が配置されており、この注湯ノズル１２を介してタンディシュ１１内の銅溶湯がベルト・ホイール式連続鋳造機Ｄへと供給される。
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。
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。
このベルト・ホイール式連続鋳造機Ｄは、連続圧延装置Ｅに連結されている。この連続圧延装置Ｅは、ベルト・ホイール式連続鋳造機Ｄから製出された棒状鋳塊２１を連続的に圧延して、所定の外径の荒引銅線２３を製出する。連続圧延装置Ｅから製出された荒引銅線２３は、洗浄冷却装置１５および探傷器１６を介してコイラーに巻き取られる。
洗浄冷却装置１５は、連続圧延装置Ｅから製出された荒引銅線２３をアルコール等の洗浄剤で表面を洗浄するとともに冷却する。
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。
次に、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製造方法について説明する。
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。
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。
溶解炉Ａによって得られた銅溶湯は、保持炉Ｂ及び鋳造樋Ｃを介してタンディシュまで移送される。
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。
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。
成分調整された銅溶湯は、ベルト・ホイール式連続鋳造機Ｄに注湯ノズル１２を介して供給され、棒状鋳塊２１が連続的に製出される。ここで、本実施形態では、鋳造輪１３に形成された前記溝と無端ベルト１４との間に形成された空間が台形状をなしていることから、断面略台形状をなす棒状鋳塊２１が製出される。
この棒状鋳塊２１は、連続圧延装置Ｅに供給されてロール圧延加工が施され、所定の外径（本実施形態では直径８ｍｍ）の荒引銅線２３が製出される。この荒引銅線２３が洗浄冷却装置１５によって洗浄・冷却され、探傷器１６によって外傷の有無が検査される。
このようにして得られた直径８ｍｍの荒引銅線２３に対して伸線加工を行い、直径１ｍｍの銅線を製出する。その後、圧延機によって厚さ２００μｍ、幅２ｍｍの平角状に成形し、７００℃以上８００℃以下×１ｍｉｎ以上１０ｍｉｎ以下の熱処理を行い、太陽電池用インターコネクタ用材料を得る。この熱処理工程により、太陽電池用インターコネクタ用材料の平均結晶粒径が３００μｍ以上となる。また、Ｚｒ及びＭｇの少なくとも１種を添加したことにより、残留抵抗比（ＲＲＲ）が３００以上とされている。
この太陽電池用インターコネクタ用材料（銅平角線）を、ＳｎＡｇＣｕメッキ浴に連続的に浸漬させてメッキ層を形成する。太陽電池用インターコネクタ用材料（銅平角線）の表面全体に鉛フリー半田メッキ層３３が形成され、本実施形態である太陽電池用インターコネクタ３２が製造される。なお、本実施形態では、鉛フリー半田メッキ層３３の組成は、Ｓｎ−３．０質量％Ａｇ−０．５質量％Ｃｕとされている。
このような構成とされた太陽電池用インターコネクタ３２を備えた太陽電池モジュール３０は、屋外に配置されて使用される。太陽光等が太陽電池セル３１に照射され、発電された電気が太陽電池用インターコネクタ３２及びバスバー３５、３６によって集められる。屋外に配置された太陽電池モジュール３０の表面温度は、直射日光が照射される日中には９０℃近くまで上昇し、夜間には０℃近くにまで下降することになり、太陽電池用インターコネクタ３２には、０℃から９０℃までの温度サイクルが繰り返し負荷される。
本実施形態である太陽電池用インターコネクタ３２によれば、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る銅材料で構成されているので、Ｚｒ及びＭｇが不可避不純物のひとつとして銅中に存在するＳ（硫黄）を固着し、軟化温度が１００℃以下となる。これにより、直射日光によって温度が上昇した時点で太陽電池用インターコネクタ３２の内部に蓄積された歪みが解放されることになり、太陽電池用インターコネクタ３２の硬化を防止することができる。
また、Ｚｒ及びＭｇによってＳ（硫黄）が固着されるので、結晶粒径を３００μｍ以上とすることができる。これにより、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。
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。
また、ベルト・ホイール式連続鋳造機Ｄ、連続圧延装置Ｅを備えた製造装置によって、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を製造しているので、低コストで太陽電池用インターコネクタ用材料を製造することができる。本実施形態では、４Ｎ（純度９９．９９％）とされた一般の無酸素銅ベースの銅材料であるので、特別な精錬処理を行う必要がなく、さらに太陽電池用インターコネクタ用材料の製造コストの低減を図ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
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。
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、太陽電池用インターコネクタ用材料を、ベルト・ホイール式連続鋳造機Ｄ、連続圧延装置Ｅを備えた製造装置によって製造するものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば円柱状の鋳塊を押し出し加工して得られた棒状素材から太陽電池用インターコネクタ用材料を製造してもよい。
また、銅平角線をメッキ浴に浸漬・通電して鉛フリー半田メッキ層を形成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、他のメッキ方法によって鉛フリー半田メッキ層を形成してもよい。なお、この鉛フリー半田メッキ層は、銅平角線の延在方向に延びる主面のうちの少なくとも１つに形成されていればよい。
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。
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。
以下に、本発明の有効性を確認するために行った確認実験の結果について説明する。
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。
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。
この試験片に７００℃×１０ｍｉｎの熱処理を行った後に、結晶粒径の測定、残留抵抗比の測定、０．２％耐力の測定、を行った。
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。
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。
測定結果を表１に示す。
表１に示すように、本発明例１−９においては、残留抵抗比が３００以上とされており、７００℃×１０ｍｉｎの熱処理によって平均結晶粒径が３００μｍ以上とされることが確認された。また、０．２％耐力は５０ＭＰａ以下であって、十分軟化していることが確認された。
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。
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。
したがって、本発明例によれば、半田接合時の熱応力を十分に吸収でき、セルの反りを防止可能であることが確認された。
また、前述の試験片の両端をアルミナ板に固定し、７００℃に加熱した後に、０℃から９０℃までの熱サイクルを負荷させ、０．２％耐力及びビッカース硬さを測定した。なお、熱サイクルとしては、密閉容器内で０℃×１０ｍｉｎ保持、１ｈｒで９０℃まで昇温、９０℃×１０ｍｉｎ保持、１ｈｒで０℃まで冷却するサイクルを１００回負荷した。
実験結果を表２に示す。
表２に示すように、本発明例１−９によれば、熱サイクル負荷前の０．２％耐力が４１ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下であるのに対し、熱サイクル負荷後の０．２％耐力が４４ＭＰａ以上５１ＭＰａ以下となっており、温度サイクルによって硬化しないことが確認される。これに対して比較例１−３、従来例においては、熱サイクル負荷前の０．２％耐力が７５ＭＰａ以上８５ＭＰａ以下であるのに対し、熱サイクル負荷後の０．２％耐力が８５ＭＰａ以上９５ＭＰａ以下となっており、熱サイクルによって硬化することが確認された。
したがって、本発明例によれば、太陽電池モジュールが屋外に配置され、０℃から９０℃までの熱サイクルが負荷されても、太陽電池用インターコネクタが硬化することがなく、太陽電池セルの割れ等を防止できることが確認された。
本発明の太陽電池用インターコネクタ用材料および太陽電池用インターコネクタによれば、インターコネクタ用材料の軟化温度を１００℃以下とすることができる。これにより、直射日光によって温度が上昇した時点で太陽電池用インターコネクタの内部に蓄積された歪みが解放されることになり、太陽電池用インターコネクタの硬化を防止することができる。よって、セルや太陽電池用インターコネクタ自体の破損等のトラブルを未然に防止することができる。
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、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。
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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