JP4932974B2 - 金属テープ材料、及び太陽電池集電用インターコネクター - Google Patents
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Description
(2)前記第1方向が、前記金属テープ材料の長さ方向である(1)に記載の金属テープ材料。
(3)前記面積率A1が、65%以上99.8%以下であり、前記面積率A2が、0.2%以上12%以下であり、かつ、前記合計A1+A2が、70%超100%以下である、ことを特徴とする(1)又は(2)に記載の金属テープ材料。
(4)前記<100>優先配向領域を構成する結晶粒は、前記金属テープ材料の上面、及び下面それぞれの少なくとも一部を形成し、前記金属テープ材料の面内方向の前記結晶粒の結晶粒サイズは、400μm以上であり、かつ、前記結晶粒は、前記<212>優先配向領域を構成する結晶粒が内部に分散する組織を有することを特徴とする(1)〜(3)に記載の金属テープ材料。
(5)前記金属が、純度99.9%以上の銅であることを特徴とする(1)〜(4)に記載の金属テープ材料。
(6)表面が、融点が250℃以下の金属で被覆されることを特徴とする(1)〜(5)に記載の金属テープ材料。
(7)(1)〜(6)のいずれか1項に記載の金属テープ材料が、1mm以上5mm以下の幅で、50μm超300μm以下の厚さとしてなることを特徴とする太陽電池集電用インターコネクター。
図2は、本発明に係る金属テープ材料の実施形態を概略的に示す図である。
図3は、本発明に係る実施例の金属テープ材料の幅広面の組織の一例を示す図である。
図4は、本発明に係る太陽電池集電用インターコネクターとの比較例である太陽電池集電用インターコネクターの幅広面内の組織の一例を示したものである。
図5は、本発明に係る太陽電池集電用インターコネクターとの比較例である太陽電池集電用インターコネクターの幅広面内の組織の他の例を示したものである。
図1に示すように、太陽電池の一部は、太陽電池セル1a、1b、及び1cと、金属テープである集電用インターコネクター2a、2b、2c、及び2dとを有する。太陽電池セル1a、1b、及び1cと、集電用インターコネクター2a、2b、2c、及び2dとは、半田、又は導電接着剤により機械的、電気的に接合されることによりそれぞれ線実装される。より具体的には、集電用インターコネクター2a、及び2bは、太陽電池セル1aの表面、及び太陽電池セル1aのL方向3の方向に隣接して配置される太陽電池セル1bの裏面に線実装される。ここで、表面は、D方向4の正方向に向く面をいい、裏面は、D方向4の負方向に向く面をいう。集電用インターコネクター2c、及び2dは、太陽電池セル1bの表面、及び太陽電池セル1cの裏面に線実装される。このように集電用インターコネクター2a、2b、2c、及び2dにより接続されることにより、太陽電池セル1a、1b、及び1cは、電気的に直列接続される。集電用インターコネクター2a、及び2bは、W方向5の方向に適当な間隔を空けて配置される。同様に、集電用インターコネクター2c、及び2dは、W方向5の方向に適当な間隔を空けて配置される。
好適には、<100>優先配向領域の面積率A1が、65%以上99.8%以下であり、<212>優先配向領域の面積率をA2が、0.2%以上12%以下であり、<212>優先配向領域の面積率と<100>優先配向領域の面積率との合計A1+A2が、70%超100%以下である集合組織とすることができる。これにより、金属テープ材料の0.2%耐力を更に低下でき、破断伸びを向上させることができる。
好適には、このような機械的特性を有する金属テープ材料は、<100>優先配向領域を構成する結晶粒が、金属テープ材料の上面、及び下面それぞれの少なくとも一部を構成する構造を有する。すなわち、このような機械的特性を有する金属テープ材料では、<100>優先配向領域を構成する結晶粒は全て、金属テープ材料の一方の金属テープ面から他方の金属テープ面に貫通している。また、半田、又は導電性接着剤で被覆された金属テープ材料では、被覆材で被覆された金属芯材は、結晶構造が面心立方構造であり、金属芯材の上面、及び下面それぞれの少なくとも一部を構成する構造を有する。言い換えると、金属芯材は、<100>優先配向領域を構成する結晶粒が金属芯材の上面から下面に貫通した組織を有する。また好適には、<100>優先配向領域の結晶粒サイズは、400μm以上の大きさを有する。さらに、好適には、<100>優先配向領域は、内部に<212>優先配向領域を主体とした結晶軸<212>とは結晶方位が異なる結晶粒が分散して形成される。
本明細書で使用される場合、用語「結晶粒サイズ」は、金属テープ面などの所定の面で観察される1つの結晶の大きさをいい、所定の面で観察される結晶面の円相当径で表される。なお、所定の面で観察される結晶面が結晶粒内部に当該結晶と異なる方位を有する相を包含する場合も、結晶面の外周がテープ芯材の上下面を除き、切断点を有しないときは、観察される結晶は、1つの結晶であると判断される。また、本明細書で使用される場合、用語「分散する」は、結晶粒、又は相が種々の位置に配置されることをいう。
このような機械特性を得ることにより、線実装時の熱膨張率の差(熱収縮率の差)による半導体のL方向の応力、及び歪みを大きく低減できる。この結果、実装時、及び使用時の金属テープ材料の破断、並びに金属テープ材料と半導体との間の接合部の剥離による故障を低減できる。
なお、本発明は、半導体の実装などに使用される金属テープ材料であるので、観察視野面は、通常テープの幅広面、すなわち金属テープ面であることが望ましい。金属テープ面を観察視野面にすることにより、他の面を観察視野面にする場合よりも大きな面積での評価が可能であるためである。さらに、研磨等の試料を作製するとき、及び後方弾性散乱電子線回折法(EBSD法:Electron Back−scattering Diffraction法)等で方位測定するときに、角度誤差を小さくできる。しかしながら、他の面を観察視野面にすることも可能である。この場合、組織を代表する平均的なデータを取得するのに十分に大きな面積の測定を行ない、かつ試料を作製するとき、及び方位測定時に角度誤差が小さくすることが必要である。
特に、太陽電池集電用インターコネクターとして金属テープ材料を使用するとき、<100>優先配向領域をテープ面内に形成する<100>結晶粒の結晶粒サイズが400μm以上である場合、0.2%耐力を著しく減少させることが可能である。更に、<100>優先配向領域をテープ面内に形成する<100>結晶粒の結晶粒サイズが、800μm以上である場合、0.2%耐力は著しく減少させることが可能である。
面心立方金属は、<111>方位、及び<211>方位にも集合組織を形成することができる。しかしながら、<111>方位、及び<211>方位に集合組織を形成する場合、<100>方位に集合組織を形成するときよりも、シュミット因子が大きくなる。このため、降伏応力を小さくするとの観点から、金属テープの表面の法線方向、及び金属テープの面内において、それぞれの<100>軸が揃った<100>優先配向領域が大きい方が望ましい。また反対に、その他の方位を有する結晶粒が占める領域は、小さい方が望ましい。
テープ面内で、<100>優先配向領域を構成する1つの結晶粒内に囲まれて、かつ分散して存在する他の方位を有する相がある場合、その結晶粒の大きさは、<100>方位以外の分散相を含んだ大きさとして規定される。その界面が大傾角粒界である場合も同様である。テープ面内で、<100>優先配向領域の中に分散する<212>相の大きさは、円相当径で100μm以下、望ましくは30μm以下の大きさであるとき、特に破断伸びが大きくなる。
以上のことから、本発明の典型的な用途である結晶型太陽電池集電用インターコネクターの断面形状としては、1mm以上5mm以下の幅で、50μm超、望ましくは100μm超、300μm以下の厚さを有することが好適である。また、<100>優先配向領域を構成する結晶粒は、断面形状の上辺、及び下辺それぞれの少なくとも一部を構成するように、断面形状の上辺から下辺に貫通する構造を有することが好適である。さらに、断面形状の上辺、及び下辺それぞれでは、<100>結晶粒の結晶粒サイズが400μm以上であることが好適である。ここで、半田、又は導電性接着剤で被覆された金属テープ材料は、結晶構造が面心立方構造であり、金属芯材のテープ面の上面、及び下面それぞれの少なくとも一部を構成する構造を有する。言い換えると、金属芯材は、<100>優先配向領域を構成する結晶粒が金属芯材の上面から下面に貫通した組織を有する。
50μm以下の金属箔の製造と異なり、十分な冷間加工率が取れない場合、異周速圧延等により、金属テープの厚さ方向にせん断歪みを与える。次いで、再結晶熱処理を実施し、更に一定以上の圧下率で冷間加工を行い、最後に再結晶熱処理を行う。このような処理により、冷間圧延圧下率が比較的小さくて済む。最終の再結晶熱処理温度は、金属の純度に依存する。工業的に用いられている高純度の銅、アルミニウム、銀を処理する場合、最終の再結晶熱処理温度は、180℃以上である。
本実施例では、以下のA〜Dの4つの加工方法により、金属テープ材料が作製された。作製された金属テープ材料は、厚さ160μm×幅2mm、純度99.99%の無酸素銅の金属テープ(平角線)材料である。なお、加工方法C及びDにより作製された金属テープ材料は、すべて比較例として作製されたものである。
また、反り量が2.0mm以下のものは、反った部分を強制的に平坦に戻しても、金属テープ材料と太陽電池ウエハとの間の接合部、及び太陽電池ウエハが破損しなかった。このことから、反り量が2.0mm以下のものは、金属テープ材料として問題ない範囲と評価した。
本実施例では、純度99.9%のタフピッチ銅板を用いて銅の金属テープ材料が作製された。更に、作製された金属テープ材料を使用して太陽電池の集電用インターコネクターとし、その実装を模擬した試験を実施した。
<100>優先配向領域の面積率A1、及び<212>優先配向領域の面積率A2は、金属テープ材料の厚さ方向、及び圧延方向の2つの方向について算出したが、表2には、いずれか小さい値のみ示される。なお、殆どの場合において、集合組織の結晶軸<100>及び結晶軸<212>の集積度は、金属テープ材料の厚さ方向より、長さ方向の方が大きかった。このように求められた面積率は、銅の単位格子のそれぞれの結晶軸が、テープの厚さ方向に対して方位差15°以内で、テープ材料面内の一方向に対して方位差15°以内である優先配向領域の面積率とほぼ一致した。
本実施例では、金属テープ材料(芯材)は、銅合金、アルミニウムを用いて作製された。更に、作製された金属テープ材料を使用して太陽電池の集電用インターコネクターとし、その実装を模擬した試験が実施された。
純度99.9%のタフピッチ銅を材料として銅製の金属テープ材料を作製して、組織を評価するとともに、半導体実装用テープ導体としての性能を評価した。金属テープ材料に使用されるタフピッチ銅は、幅330mm、厚さ30mmのJIS C1100の○材を母材する。この母財を幅400mm、25mmの厚さになるまで最高600℃の温度にて熱間圧延を施した。その後、圧延方向を90°変えて、厚さ20mmまで冷間圧延を施した。更に、異周速圧延機で上下のロール周速差5%で所定の厚さまで圧延し、バッチ炉においてAr気流中で30分の中間熱処理を行った。次いで、冷間圧延機で150μmまで冷間圧延した。次いで、幅1.5mmのスリット加工をして銅テープ材料を作製した。次いで、溶融めっきによって、厚さ30μmの半田被覆をして、半田めっき平角銅線として金属テープ材料を製造した。半田の材質は、Sn−1.2mass%Ag−0.5mass%Cu−0.05mass%Niとした。
本発明の材料が結晶型太陽電池集電用インターコネクターとして優れた効果を有することを示すため、市販される結晶型太陽光パネルで使用される集電用インターコネクターの組織、及び機械的特性を調査した。
2 集電用インターコネクター
3 L方向
4 D方向
5 W方向
6 金属芯材
7 導電性接合剤
8 <100>優先配向領域
9 <212>優先配向領域
10 <100>優先配向領域、及び<212>優先配向領域を形成する領域以外の領域
11 結晶粒界(大傾角粒界)
Claims (7)
- 結晶構造が面心立方格子構造である金属を有する金属テープ材料であって、前記面心立方構造の単位格子の結晶軸<100>が、該金属テープ材料の厚さ方向に対して方位差15°以内であり、更に該金属テープ材料面内の第1方向に対して方位差15°以内である、<100>優先配向領域の面積率A1が、60%以上100%以下であり、
かつ、
前記面心立方構造の単位格子の結晶軸<212>が、該金属テープ材料の厚さ方向に対して方位差15°以内であり、更に該金属テープ材料面内の前記第1方向に対して方位差15°以内である、<212>優先配向領域の面積率をA2として、前記<212>優先配向領域の面積率と前記<100>優先配向領域の面積率との合計A1+A2が、70%超100%以下であることを特徴とする金属テープ材料。 - 前記第1方向が、前記金属テープ材料の長さ方向であることを特徴とする請求項1に記載の金属テープ材料。
- 前記面積率A1が、65%以上99.8%以下であり、
前記面積率A2が、0.2%以上12%以下であり、かつ、
前記合計A1+A2が、70%超100%以下である、
ことを特徴とする請求項1、又は2に記載の金属テープ材料。 - 前記<100>優先配向領域を構成する結晶粒は、前記金属テープ材料の上面、及び下面それぞれの少なくとも一部を形成し、
前記金属テープ材料の面内方向の前記結晶粒の結晶粒サイズは、400μm以上であり、かつ、
前記結晶粒は、前記<212>優先配向領域を構成する結晶粒が内部に分散する組織を有する、
ことを特徴とする請求項1、又は2に記載の金属テープ材料。 - 前記金属が、純度99.9%以上の銅であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の金属テープ材料。
- 表面が、融点が250℃以下の金属で被覆されることを特徴とする請求項1、又は2に記載の金属テープ材料。
- 請求項1、又は2に記載の金属テープ材料が、1mm以上5mm以下の幅で、50μm超300μm以下の厚さとしてなることを特徴とする太陽電池集電用インターコネクター。
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