JP5509542B2

JP5509542B2 - 配線部材の接続構造体及び配線部材の接続方法

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Publication number: JP5509542B2
Application number: JP2008133007A
Authority: JP
Inventors: 宏治濱口; 俊明田中; 和彦蔵渕; 直樹福嶋
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2028-05-21
Also published as: JP2009283606A

Description

本発明は、太陽電池セルに配線部材を接続した場合に生じる反りを低減した配線部材の接続構造体及び配線部材の接続方法に関する。

図１に太陽電池セル１と配線部材３が導電性接続材料２を介して接続される配線部材の接続構造体を示す。従来、導電性接続材料２としてははんだが用いられてきた。はんだは、導通性、固着強度等の接続信頼性に優れ、安価で汎用性があることから広く使われている（例えば、特許文献１及び２参照）。

また、はんだを使用しない配線の接続方法としては、導電性接着剤を使用した接続方法や導電性フィルムを用いた接続方法が知られている（例えば、特許文献３〜６参照）。

従来の方法では、受光面と裏面電極の両方に、はんだ又は導電フィルム若しくは導電ペーストを介して配線材料を接続している。このような接続を行った場合、接続前と比較して反りは大きくなる。この反りはその後の太陽電池モジュールの製造過程において太陽電池セルの割れる原因となり、歩留まりの低下を引き起こす。

特開２００４−２０４２５６号公報特開２００５−０５０７８０号公報特開２０００−２８６４３６号公報特開２００１−３５７８９７号公報特許第３４４８９２４号公報特開２００５−１０１５１９号公報特開２００７−２１４５３３号公報

本発明は、反りの発生を抑制し、配線部材接続体の歩留まりを向上させることが可能な配線部材の接続構造体及び配線部材の接続方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、太陽電池セルの受光面と裏面電極の両方に、配線部材を、導電性接続材料を介して接続してなる配線部材の接続構造体において、受光面側に裏面電極側よりも弾性率の大きな導電性接続材料を用いた配線部材の接続構造体に関する。

また、本発明は、前記導電性接続材料が、はんだ又は絶縁樹脂層に導電粒子を分散・含有して導電特性付与した導電フィルム又は導電ペーストである上記の配線部材の接続構造体に関する。

また、本発明は、太陽電池セルの受光面と裏面電極の両方に、配線部材を、導電性接続材料を介して接続する配線部材の接続方法において、太陽電池セルの電極が形成されている面上の受光面側に裏面電極側よりも弾性率の大きな導電性接続材料を配置し、仮圧着後、導電性接続材料上に配線部材を載置し、次いで熱圧着することを特徴とする配線部材の接続方法に関する。

さらに、本発明は、前記太陽電池セルと配線部材との電気的接続に用いられる前記導電性接続材料が、はんだ又は絶縁樹脂層に導電粒子を分散・含有して導電特性付与した導電フィルム又は導電ペーストである上記の配線部材の接続方法に関する。

本発明によれば、配線部材接続体の反りを十分効率的に抑制できる配線部材の接続構造体及び配線部材の接続方法を提供することができる。

以下、図面を引用して本発明を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また図面の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。

図２は、本発明になる配線部材の接続構造体の工程の一例を示す概略断面図である。この図２に示す熱圧着装置１０を用いて、平線状の配線部材３を太陽電池セル１上に実装する方法について説明する。本発明における配線部材実装方法においては、圧着ヘッド５及び加熱ステージ４によって配線部材３を太陽電池セル１に加熱圧着を行う。

まず、図２の（ａ）に示すように、太陽電池セル１を熱圧着装置１０のステージ４上に載置する。そして、太陽電池セル１の電極１ａが形成されている面上に導電性接続材料２を配置し、圧着ヘッド５を降下させて導電性接続材料２を太陽電池セル１に仮圧着する。

このときの圧力は、配線部材に損傷を与えない範囲であれば特に制限はないが、一般的には０．１〜３０．０ＭＰａとすることが好ましい。また加熱しながら加圧してもよく、加熱温度は、導電性接続材料２が実質的に硬化しない温度とする。これらの加熱及び加圧は、０．５〜１２０秒間の範囲で行うことが好ましい。

次いで、図２の（ｂ）に示すように、配線部材３を導電性接続材料２上に載置した後、圧着ヘッド５を降下させると共に、圧着ヘッド５の熱（熱圧着工程）によって導電性接続材料２を硬化させる（図２の（ｃ））。

圧着ヘッド５による押圧力は、配線部材３や太陽電池セル１に損傷を与えない範囲であれば特に制限はないが、一般的には０．１〜３０．０ＭＰａとすることが好ましい。
また、圧着ヘッド５及び加熱ステージ４による加熱温度は、導電性接続材料２が硬化可能な温度とする。

加熱温度は、６０〜３５０℃が好ましく、７０〜３００℃がより好ましく、８０〜２６０℃がさらに好ましい。加熱温度が６０℃未満であると硬化速度が遅くなる傾向があり、３５０℃を超えると望まない副反応が進行し易い傾向がある。加熱時間は、０．１〜１８０秒が好ましく、０．５〜１８０秒がより好ましく、１〜１８０秒がさらに好ましい。

なお、熱圧着工程における導電性接続材料２の加熱は、圧着ヘッド５と加熱ステージ４の両面からの加熱によるものに限定されるものではない。例えば、圧着ヘッド５又は加熱ステージ４のどちらか一方からのみ加熱してもよい。

熱圧着工程における導電性接続材料２の硬化によって、太陽電池セル１上に配線部材３が実装された配線部材接続構造体が得られる。図３は、配線部材接続構造体５０の接続部を拡大して示す模式断面図である。配線部材接続構造体５０の接続部は導電性接続材料２に含まれる接着剤成分２ａの硬化物２Ａと、これに分散している導電粒子２ｂとを備える。

配線部材接続構造体５０においては、対向する太陽電池セル１の電極１ａと配線部材３が、導電粒子２ｂを介して電気的に接続されている。すなわち、導電粒子２ｂが電極１ａ及び配線部材３の双方に直接接触している。

このため、電極１ａ、３間の接続抵抗が十分に低減され、電極１ａ、配線部材３間の良好な電気的接続が可能となる。従って、電極１ａ、配線部材３間の電流の流れを円滑にすることができ、配線部材の持つ機能を十分に発揮することができる。

（導電性接続材料）
図４に示す接着剤フィルム１５は、テープ状の基材６と、その一方面上に設けられた導電性接続材料２とを備える。導電性接続材料２は、熱硬化性樹脂を含む接着剤成分２ａと、接着剤成分２ａ中に分散した導電粒子２ｂとを含有する接着剤組成物をフィルム状に成形したものである。導電性接続材料２を使用する際には、テープ状の基材６は剥離される。

導電性接続材料２の接着剤成分２ａに含まれる熱硬化性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。

また、熱硬化性樹脂の硬化反応の形態は特に制限はなく、二重結合のラジカル重合、イオン重合、重付加等のいずれの重合形態であってもよい。

接着剤成分２ａは、熱硬化性樹脂以外の成分を含んでもよい。かかる成分としては、フィルム形成ポリマー、ラジカル重合開始剤、エポキシ硬化剤、シランカップリング剤、触媒、充填剤等が挙げられる。
熱硬化性樹脂、フィルム形成ポリマー及びその他成分の種類又は配合量を適宜調整することで、熱硬化型接続材料の硬化物のガラス転移温度Ｔｇを制御することができる。

導電性接続材料２に含まれる導電粒子２ｂとしては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎ、はんだ等の金属やカーボンの粒子が挙げられるが、これらの他に非導電性のガラス、セラミック、プラスチック等を核とし、この核を上記の金属やカーボンで被覆した被覆粒子を使用してもよい。

導電粒子の平均粒径は分散性、導電性の観点から１〜１８μｍであることが好ましい。なお、導電粒子を絶縁層で被覆してなる絶縁被覆粒子を使用してもよい。

導電粒子２ｂの配合割合は、導電性接続材料２の接着剤成分１００体積部に対して、０．０１〜３０体積部であることが好ましく、０．１〜１０体積部であることがより好ましい。この配合割合が０．０１体積部未満であると対向する電極間の接続抵抗が高くなる傾向があり、３０体積部を超えると隣接する電極間の短絡が生じやすくなる傾向がある。

導電性接続材料２の厚さは、使用する接着剤成分及び被接着物の種類等に合わせて適宜選択すればよいが、５〜１００μｍであることが好ましい。
また、導電性接続材料２の幅は、使用用途に合わせて調整すればよいが、一般には０．５〜５ｍｍ程度である。

接着剤フィルム１５の基材６はテープ状の形状を有する。基材６は、長さが１〜３００ｍｍ程度であり、厚さが４〜２００μｍ程度であり、幅が０．５〜３０ｍｍ程度である。基材６の長さ、厚さ及び幅は上記の範囲に限定されるものではない。但し、太陽電池の発電効率向上の観点から導電性接続材料２の幅は配線部材３の幅と同じことが望ましく、基材６の幅は、その上に付設される導電性接続材料２の幅よりも広いことが好ましい。

基材６は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリオレフィン、ポリアセテート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、合成ゴム系、液晶ポリマー等からなる各種テープを使用することが可能である。但し、基材６を構成する材質はこれらに制限するものではなく、また基材６として、導電性接続材料２との当接面などに離型処理が施されたものを使用してもよい。

なお、導電性接続材料２として、市販されている種々の導電性フィルム（ＣＦ）、導電性ペースト（ＣＰ）、非導電性フィルム（ＮＣＦ）等を用いてもよい。
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に制限するものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

例えば、上記の実施の形態では、単層構造の導電性接続材料２を使用する場合を例示したが、多層構造の導電性接続材料を使用してもよい。多層構造の導電性接続材料は、接着剤成分及び導電粒子の種類又はこれらの含有量が異なる層を基材６上に複数積層することによって製造することができる。

図５に示す接着材フィルム１５は、基材６と、その一方面上に形成された二層構造の導電性接続材料１８とを備える。この導電性接続材料１８は、導電粒子を含有しない導電粒子非含有層１８ａ及び導電粒子を含有する導電粒子含有層１８ｂからなる。なお、導電粒子非含有層１８ａ及び導電粒子含有層１８ｂの接着剤成分としては、上述の回路接続材料２の接着剤成分２ａと同様のものを使用できる。

さらに、太陽電池セル１に実装する配線部材は、配線部材に限定されるものではない。例えば、ガラス繊維強化エポキシ基板などのガラス繊維強化有機基板又は紙フェノール基板、セラミック基板、積層板、ポリイミドフィルム等の配線板上に本発明に係る導電性接続材料によって実装してもよい。

以下、実施例及び比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に制限するものではない。
（実施例１）
図２に示す熱圧着装置と同様の構成の装置を使用し、下記のようにして配線部材を太陽電池セル上に実装し、配線部材接続構造体を作製した。

まず、配線部材（角型銅リボン線、１５０ｍｍ×２ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍ）、太陽電池セル（多結晶シリコン、１２５ｍｍ×１２５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ）熱硬化型の導電性接続材料として導電フィルムを準備した。

熱圧着装置のステージ上に太陽電池セルを載置し、その上に導電フィルムを仮圧着した。次いで、導電フィルムの上に配線部材を搭載し、その後、上方から圧着ヘッドを降下させ、熱圧着を行った。

圧着ヘッドの当接面によって２ＭＰａにて配線部材を押圧すると共に、圧着ヘッドと加熱ステージの熱によって導電フィルムの温度が１５秒で１７０℃に到達するように加熱して回路接続体を得た。

本実施例で使用した導電フィルム１の室温（２５℃）における弾性率は３．５ＧＰａ、導電フィルム２の室温（２５℃）における弾性率は１．１ＧＰａであった。なお、当該弾性率は、導電フィルムを１８０℃のオーブンに１時間置いて完全硬化させた後、動的粘弾性測定装置ＤＭＳ６１００（ＳＩＩ製）を用いて、昇温速度５℃／分、周波数１０Ｈｚ、振幅５μｍ、引張モードの条件で測定したものである。

＜太陽電池セルの反り量の測定＞
上記のようにして作製した太陽電池セルの反りを以下のようにして測定した。まず、太陽電池セルの裏面を上にして非接触変位計の可動ステージ上に置き、セルの中心を基準にＸＹ方向にそれぞれ＋−６０ｍｍを１０ｍｍ間隔で高さ方向の変位を測定した。

次に、その測定結果を２次元の最小二乗法を用いて平均面を計算し、測定結果の４角の平均面からの残差の平均値と平均面から測定結果を引いた最小値との差を反りと定義した。この反りの配線部材の接続前後の差を接続後の反りと定義した。

実施例１及び比較例１、２において使用した導電フィルムの物性を表１に示す。

また、上記で作製した配線部材接続構造体の評価結果（実施例１及び比較例１、２）を表２に示す。

本発明になる配線部材の接続構造体の一例を示す概略断面図である。本発明になる配線部材の接続構造体の工程の一例を示す概略断面図である。配線部材の接続構造体の接続部を拡大して示す模式断面図である。導電性接続材料の一例を示す断面図である。導電性接続材料の他の一例を示す断面図である。

符号の説明

１太陽電池セル
１ａ電極
２導電性接続材料
２Ａ導電性成分の硬化物
２ａ接着剤成分
２ｂ導電粒子
３配線部材
３ａ電極
４加熱ステージ
５圧着ヘッド
６基材
１０熱圧着装置
１５接着剤フィルム
１８導電性接続材料
１８ａ導電粒子非含有層
１８ｂ導電粒子含有層
５０配線部材接続構造体。

Claims

太陽電池セルの受光面と裏面電極の両方に、配線部材を、導電性接続材料を介して接続してなる配線部材の接続構造体において、受光面側に裏面電極側よりも弾性率の大きな導電性接続材料を用い、前記配線部材が銅を含む配線部材である、配線部材の接続構造体。
前記導電性接続材料が、はんだ又は絶縁樹脂層に導電粒子を分散・含有して導電特性付与した導電フィルム又は導電ペーストである請求項１記載の配線部材の接続構造体。
前記導電性接続材料の幅が０．５〜５ｍｍである、請求項１又は２に記載の接続構造体。
太陽電池セルの受光面と裏面電極の両方に、配線部材を、導電性接続材料を介して接続する配線部材の接続方法において、太陽電池セルの電極が形成されている面上の受光面側に裏面電極側よりも弾性率の大きな導電性接続材料を配置し、仮圧着後、導電性接続材料上に配線部材を載置し、次いで熱圧着する配線部材の接続方法であって、前記配線部材が銅を含む配線部材である、配線部材の接続方法。
前記導電性接続材料が、はんだ又は絶縁樹脂層に導電粒子を分散・含有して導電特性付与した導電フィルム又は導電ペーストである請求項４記載の配線部材の接続方法。
前記導電性接続材料の幅が０．５〜５ｍｍである、請求項４又は５に記載の接続方法。