JP4919614B2 - 太陽電池装置、及び太陽電池装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池装置及び太陽電池装置の製造方法に関する。

従来の太陽電池装置では、タブ線をリード線のより線で形成することで柔軟に伸びる構造にし、タブ線と太陽電池基板上に形成された電極のはんだ接合後の冷却過程で発生する熱応力を緩和している（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２５１６１３号公報（第３図）

しかしながら、このようなタブ線では細いリード線を用いる必要があるため、抵抗損失が大きくなる。また、抵抗損失を小さくするためにリード線の径を大きくすると、タブ線の総厚みが増加し製造工程での取り扱いが困難になる。さらに、リード線のより線を安価に製造することは困難である。

そこで、本発明は、タブ線の構造を変えることなく、太陽電池基板主面に形成された電極へのはんだ接合時に生じる熱応力を低減する太陽電池装置、及び太陽電池装置の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、太陽電池基板の主面に形成された電極と複数の接合部において接合されるタブ線を備える太陽電池装置の製造方法であって、（ａ）前記タブ線に接合材を塗布する工程と、（ｂ）前記タブ線の隣接する前記接合部間に接合される長さが、前記電極の前記隣接する接合部間の長さよりも長くなるように前記タブ線を前記電極上に配置する工程と、（ｃ）前記接合材を溶融することにより、前記電極と前記タブ線を前記接合部で接合する工程と、を備え、前記工程（ｂ）は、（ｄ）前記接合材の溶融温度よりも低い温度で溶融するスペーサを、前記電極上の前記隣接する接合部間に設ける工程と、（ｅ）前記スペーサの上端に接しかつ前記接合部において前記電極に密着するように前記タブ線を前記電極上に配置する工程と、を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、太陽電池基板の主面に形成された電極上に配置され、当該電極と複数の接合部において接合されるタブ線を備える太陽電池装置であって、前記タブ線は、前記タブ線の隣接する前記接合部間に接合される長さが、前記電極の前記隣接する接合部間の長さよりも長くなるように波型に形成され、前記タブ線に接合材を塗布し、前記接合材の溶融温度よりも低い温度で溶融するスペーサを前記タブ線の前記電極との接合面側に設け、前記スペーサを前記隣接する接合部間に配置することにより、前記タブ線を前記波型に形成し、前記スペーサは溶融して前記タブ線の表面に吸収されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、隣接する接合部に接合されるタブ線の長さが、隣接する接合部間の太陽電池基板の長さより長くなるようにタブ線が配置されている。そのため、タブ線と電極を接合した後の冷却過程において、タブ線が太陽電池基板の隣接する接合部間より短くなるために発生する熱応力を低減できる。その結果、太陽電池基板の割れ、タブ線と電極のはんだ接合部の破壊や、太陽電池基板の反りを低減することができる。

請求項５に記載の発明によれば、隣接する前記接合部に接合されるタブ線の長さが、隣接する接合部間の半導体基板の長さよりも長くなるように波型に形成されている。そのため、タブ線を電極上に配置した際に、隣接する接合部間のタブ線の長さは太陽電池基板の隣接する接合部間に比べて長くなる。その結果、タブ線と電極を接合した後の冷却時に、タブ線が太陽電池基板より短くなるために発生する熱応力を低減できる。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態に係る太陽電池装置の構成を示す上面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。また、図３は、図１の下面図を示している。

複数のバスバー８が太陽電池基板１の短手方向に沿って平行に、太陽電池基板１の表主面（主面）上に形成されている。そして、太陽電池基板１の長手方向に沿って、複数（図１の例では２本）の線状の表面電極２がバスバー８に重なるように形成されている。そして、表面電極（電極）２上にはタブ線４が接合されている。

太陽電池基板１の裏主面（主面）には、図３に示すように、複数の裏面電極（電極）３が太陽電池基板１の長手方向に沿って配置されている。そして、裏面電極３を結ぶようにタブ線４が太陽電池基板１の裏主面上に接合されている。

太陽電池基板１は、厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンなどから構成されている。

ここで、ガリウム砒素、ＳＵＳや樹脂基板などを用いて、その上部にＰＮ接合などの太陽電池構造を形成するようにしてもよい。

表面電極２とタブ線４及び裏面電極３とタブ線４は、はんだ材（接合材）によりはんだ接合されている。また、抵抗損失を小さくするため、表面電極２、裏面電極３、及びバスバー８は銀材で、タブ線４は平角状の銅線で作られている。

太陽電池基板１で得られた電力は、表面側ではバスバー８を通じて、表面電極２からタブ線４に伝達される。裏面側では裏面電極３からタブ線４に伝達される。

次に本実施の形態に係るタブ線４の接合方法について説明する。
まず通常の工程に従って、太陽電池基板１の表主面に表面電極２、バスバー８を形成する。太陽電池基板１の裏主面には、裏面電極４を形成する。表面電極２、裏面電極３、及びバスバー８は太陽電池基板１の上に銀粉末、ガラスフリットなどからなるペーストをスクリーン印刷し、焼成することで形成される。

続いて、タブ線４を表面電極２上に配置する。図４は、タブ線４を表面電極２上に配置した状態を示す断面図である。

まず、タブ線４を表面電極２上に配置した状態の構成を詳細に説明する。
タブ線４は、幅３ｍｍ〜５ｍｍ程度、厚さ０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度に形成されている。そして、タブ線４の表面全体に、はんだ材がコーティング（塗布）されている。タブ線４は、例えば３０ｍｍ間隔の接合部Ａ，Ｂを含む５点の接合部において表面電極２上に接合されている。ここで、隣接する接合部の間隔（例えば、接合部Ａと接合部Ｂの間隔）は、等間隔でなくてもよい。

そして、はんだスペーサ（スペーサ）５が、タブ線４と太陽電池基板１の隣接する接合部間に配置されている。ここで、はんだスペーサ５は、隣接する接合部間に配置されていればよく、複数個配置してもよい。また、はんだスペーサ５は、タブ線４に沿って、タブ線４の下にのみ配置されていればよい。

はんだスペーサ５の材質は、はんだ材、若しくは融点がはんだ材の融点近傍かそれ以下である材質であればよい。例えば、インジウムはんだや熱で溶けるエポキシ系樹脂などを使用する。

そして、はんだスペーサ５の高さφは、
Ｅ＝Ｌ×（αｔ−αｂ） ×（Ｔｍａｘ−Ｔｒ）…（１）
Ｅ＝Ｌ×（２π×θ／３６０）／ｓｉｎθ−Ｌ …（２）
２φ＝Ｌ／ｓｉｎθ−Ｌ／ｔａｎθ …（３）
で与えられる連立式を解くことで得られる。

ここで、Ｅは太陽電池基板１とタブ線４の熱収縮量差、Ｌは隣接する接合部間（例えば接合部Ａ，Ｂ間）の距離、αｔはタブ線４の線膨張係数、αｂは太陽電池基板１の線膨張係数、Ｔｍａｘは、はんだ材の融点（溶融温度）、Ｔｒは室内温度、θは一定値である。

例えば、Ｌ＝３０ｍｍ、αｔ＝１６×１０^-6／℃、αｂ＝３×１０^-6／℃、Ｔｍａｘ＝２３０℃、Ｔｒ＝３０℃とすると、はんだスペーサ５の高さφは、φ＝１．０ｍｍとなる。

次に、太陽電池基板１上へのはんだスペーサ５、及びタブ線４の仮接合方法について説明する。

まず、表面電極２上に例えばフラックス液のような溶剤を塗布する。そうして、はんだスペーサ５を接合部間に配置する。この時、フラックス液が粘着性を有しているので、後述するタブ線４の仮接合（配置）工程ではんだスペーサ５がずれるおそれはない。

続いて、はんだスペーサ５上にタブ線４を配置する。そして、各接合点でタブ線４と表面電極２が接触するように、例えば棒状の治具を用いて上部から負荷を与える。すると、タブ線４がはんだスペーサ５の部分で膨らむように波型形状に変形する。そして、タブ線４は、各接合部において、フラックス液により接着される。ここで、タブ線４は両端において保持具（図示せず）で保持されているため、タブ線４の仮接合工程中にはんだスペーサ５の上部からずれるおそれはない。

以上の工程により、図４に示す、タブ線４、及びはんだスペーサ５と、表面電極２との仮接合状態を得る。

続いて、タブ線４を表面電極２上にはんだ接合する。表面電極２と、タブ線４とをはんだ接合するため、ホットエアーなどではんだ溶融温度１８０℃〜３５０℃以上に熱する。すると、タブ線４の表面に設けられたはんだ材、及びはんだスペーサ５が溶融する。そして、タブ線４は各接合部において表面電極２とはんだ接合され、はんだスペーサ５は、タブ線４の表面に吸収される。

タブ線４は、表面電極２とのはんだ接合後、冷却時にタブ線４は膨らみ変形量分だけ熱収縮する。そして、表面電極２とタブ線４の隙間がなくなって平坦になり、タブ線４は表面電極２と密着する。

この時、はんだスペーサ５によって設けられた隙間により、タブ線４の熱収縮による力は表面電極２を介して太陽電池基板１に作用しないため、太陽電池基板１の割れや表面電極２とタブ線４とのはんだ接合部の破壊、太陽電池基板１の反りが低減する。

続いて、裏面電極３も表面電極２と同様の手順でタブ線４と接合する。ここで、裏面電極３上のはんだスペーサ５は、表面電極２と異なる位置に配置してもよい。そうして、図１に示す太陽電池装置を得ることができる。

本実施の形態に係る太陽電池装置の製造方法は、タブ線４の隣接する接合部間に接合される長さが、表面電極２の隣接する接合部間の長さよりも長くなるようにタブ線４を表面電極２上に配置し、その後はんだ接合している。

そのため、タブ線４と太陽電池基板１の熱収縮量差に起因して発生する熱応力を低減することができる。そして、太陽電池基板１の割れ、はんだ接合部の破壊や太陽電池基板１の反りを低減することができる。

また、本実施の形態に係る太陽電池装置の製造方法は、はんだ材の溶融温度近傍よりも低い温度で溶融するはんだスペーサ５を、表面電極２上の隣接する接合部間に設けている。

そして、はんだスペーサ５の上端に接し、かつ接合部において表面電極２に接するようにタブ線４を配置している。

そのため、表面電極２とタブ線４の接合部間に、表面電極２とタブ線４との間に容易に隙間を形成することができる。つまり、タブ線４を波型に形成することができる。そして、タブ線４と表面電極２の隣接する接合部に接合される長さが、接合部間の長さよりも長くなるように容易にタブ線４を表面電極２上に配置することができる。

さらに、本実施の形態に係る太陽電池装置の製造方法は、はんだスペーサ５の高さが式（１）から（３）から算出されている。

そのため、タブ線４と太陽電池基板１の熱収縮量差分だけ、接合部間よりも長く形成されている。その結果、はんだ接合後にタブ線４と太陽電池基板１を密着して接合することができる。

なお、タブ線４は、はんだスペーサ５上に配置する前にあらかじめ波状に加工しておいてもよい。すなわち、あらかじめ、接合部において表面電極２と密着するようにタブ線４を加工しておいてもよい。

例えば、はんだスペーサ５と同様の形状の部材を所定の間隔で配置した平坦な面を備える台を用意し、その部材上にタブ線４を押し付けるようにしても簡単に加工することができる。さらに、あらかじめ波状に形成した金型を用いてプレス加工するなどしてもよい。

タブ線４をあらかじめ波型に加工することで、はんだスペーサ５上に配置する際に、上部から負荷を与えてタブ線４を加工する処理を省略できる。

また、あらかじめ波型に加工したタブ線４を用いる場合は、かならずしもはんだスペーサ５を設ける必要はなく、はんだスペーサ５を省略することもできる。

さらに、本実施の形態では、表面電極２とタブ線４とは５箇所の接合部で接合した例を示したが、表面電極２とタブ線４との接合部の数は、強度が高まるため多い方が望ましい。

＜実施の形態２＞
図５は本実施の形態に係るタブ線の構成を示す断面図である。本実施の形態では、はんだスペーサ５をあらかじめタブ線４に設け（接着し）ている。図５は、本実施の形態に係るタブ線４とはんだスペーサ５の接着状態を示す断面図である。はんだ材の溶融温度よりも低い温度で溶融するはんだスペーサ５を、タブ線４の表面電極２との接合面かつ隣接する接合部（例えば図４に示す接合部Ａ，Ｂに対応する箇所）間に接着している。

以下本実施の形態に係る太陽電池装置の製造方法について説明する。
まず、真っ直ぐな状態のタブ線４を用意し、タブ線４の表面電極２との接合面に、かつ隣接する接合部間に対応する位置に、接着剤や押し付けなどによりはんだスペーサ５を接着する。

次に、平坦な面を備える台上に、タブ線４を配置する。この時、タブ線４のはんだスペーサ５の接合面が台の平坦面に対向するように配置する。そして、タブ線４のはんだスペーサ５間をはんだスペーサ５の接合面と反対側から押すことにより、タブ線４を波状（波型）に形成する。そうして図５に示すタブ線４とはんだスペーサ５の接合状態を得ることができる。

次に、はんだスペーサ５が表面電極２と密着し、接合部においてタブ線４が表面電極２に密着するようにタブ線４を表面電極２上に配置する。

本実施の形態に係る太陽電池装置の製造方法では、タブ線４の表面電極２との接合面側にはんだスペーサ５を備えている。はんだスペーサ５を表面電極２上の所定の位置に設置する工程を省略できるため、タブ線４の接合が簡単になる。また、はんだスペーサ５上に、タブ線４を配置する際にずれるおそれがなくなる。

なお、押し付けなどの負荷などを用いて、タブ線４をあらかじめ波型に加工し、その後はんだスペーサ５をタブ線４に設けるようにしてもよい。

タブ線４をあらかじめ波型に加工することで、はんだスペーサ５上に配置する際に、上部から負荷を与えてタブ線４を加工する処理を省略できる。

また、表面電極２上にタブ線４を配置後、表面電極２との接合面とは反対面からタブ線４を表面電極２に押し付けることにより波型に形成してもよい。

実施の形態１に係る太陽電池装置の構成を示す上面図である。 実施の形態１に係る太陽電池装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る太陽電池装置の構成を示す下面図である。 実施の形態１に係る太陽電池基板上へタブ線を配置した状態を示す断面図である。 実施の形態２に係るタブ線の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 太陽電池基板、２ 表面電極、３ 裏面電極、４ タブ線、５ はんだスペーサ、８ バスバー。

Claims (6)

1. 太陽電池基板の主面に形成された電極と複数の接合部において接合されるタブ線を備える太陽電池装置の製造方法であって、
   （ａ）前記タブ線に接合材を塗布する工程と、
   （ｂ）前記タブ線の隣接する前記接合部間に接合される長さが、前記電極の前記隣接する接合部間の長さよりも長くなるように前記タブ線を前記電極上に配置する工程と、
   （ｃ）前記接合材を溶融することにより、前記電極と前記タブ線を前記接合部で接合する工程と、
   を備え、
   前記工程（ｂ）は、
   （ｄ）前記接合材の溶融温度よりも低い温度で溶融するスペーサを、前記電極上の前記隣接する接合部間に設ける工程と、
   （ｅ）前記スペーサの上端に接しかつ前記接合部において前記電極に密着するように前記タブ線を前記電極上に配置する工程と、
   を備えることを特徴とする太陽電池装置の製造方法。
2. 太陽電池基板の主面に形成された電極と複数の接合部において接合されるタブ線を備える太陽電池装置の製造方法であって、
   （ａ）前記タブ線に接合材を塗布する工程と、
   （ｂ）前記タブ線の隣接する前記接合部間に接合される長さが、前記電極の前記隣接する接合部間の長さよりも長くなるように前記タブ線を前記電極上に配置する工程と、
   （ｃ）前記接合材を溶融することにより、前記電極と前記タブ線を前記接合部で接合する工程と、
   を備え、
   前記工程（ｂ）は、
   （ｄ）前記接合材の溶融温度よりも低い温度で溶融するスペーサを、前記タブ線の前記電極との接合面側かつ前記隣接する接合部間に設ける工程と、
   （ｅ）前記スペーサが前記電極と密着し、かつ前記接合部において前記タブ線が前記電極に密着するように前記タブ線を前記電極上に配置する工程と、
   を備えることを特徴とする太陽電池装置の製造方法。
3. 前記工程（ｂ）は、前記工程（ｅ）よりも前に、前記接合部において前記電極と密着するように前記タブ線を加工する工程を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池装置の製造方法。
4. 前記スペーサの高さφは、
   Ｅ＝Ｌ×（αｔ−αｂ）×（Ｔｍａｘ−Ｔｒ） …（１）
   Ｅ＝Ｌ×（２π×θ／３６０）／ｓｉｎθ−Ｌ …（２）
   ２φ＝Ｌ／ｓｉｎθ−Ｌ／ｔａｎθ …（３）
   ただし、
   Ｅは前記太陽電池基板と前記タブ線の熱収縮量差、
   Ｔｍａｘは前記接合材の前記溶融温度、
   Ｔｒは室内温度、
   Ｌは前記隣接する前記接合部間の前記太陽電池基板の長さ、
   θは一定値、
   αｔは前記タブ線の線膨張係数、
   αｂは前記太陽電池基板の線膨張係数、
   とした場合に、
   式（１）から（３）によって算出されることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の太陽電池装置の製造方法。
5. 太陽電池基板の主面に形成された電極上に配置され、当該電極と複数の接合部において接合されるタブ線を備える太陽電池装置であって、
   前記タブ線は、前記タブ線の隣接する前記接合部間に接合される長さが、前記電極の前記隣接する接合部間の長さよりも長くなるように波型に形成され、
   前記タブ線に接合材を塗布し、前記接合材の溶融温度よりも低い温度で溶融するスペーサを前記タブ線の前記電極との接合面側に設け、前記スペーサを前記隣接する接合部間に配置することにより、前記タブ線を前記波型に形成し、前記スペーサは溶融して前記タブ線の表面に吸収されることを特徴とする太陽電池装置。
6. 太陽電池基板の主面に形成された電極上に配置され、当該電極と複数の接合部において接合されるタブ線を備える太陽電池装置であって、
   前記タブ線は、前記タブ線の隣接する前記接合部間に接合される長さが、前記電極の前記隣接する接合部間の長さよりも長くなるように波型に形成され、
   前記太陽電池基板の前記電極上の隣接する前記接合部間に前記接合材の溶融温度よりも低い温度で溶融するスペーサを配置し、前記タブ線を前記スペーサ上に配置することにより、前記タブ線を前記波型に形成し、前記スペーサは溶融して前記タブ線の表面に吸収されることを特徴とする太陽電池装置。

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