JP5590047B2 - 太陽電池用集電シート - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池用集電シートに関し、さらに詳しくは、シート状である樹脂基材の表面に金属箔を積層し、当該金属箔を所望の配線形状となるようにパターニングすることで、配線が形成された太陽電池用集電シートに関する。

近年、環境問題に対する意識の高まりから、クリーンなエネルギー源としての太陽電池が注目されている。一般に、太陽電池を構成する太陽電池モジュールは、受光面側から、透明前面基板、表面側封止材シート、太陽電池セル、裏面側封止材シート、及び裏面保護シートが順に積層された構造であり、太陽光が上記太陽電池セルに入射することにより発電する機能を有している。

太陽電池モジュールの内部で発電を行う太陽電池セルは、通常、太陽電池モジュールの内部に複数枚設けられ、これらが直並列接続されることにより、必要な電圧及び電流を得られるように構成されている。複数の太陽電池セルを太陽電池モジュールの内部で配線するために、例えば、配線パターンになる金属箔を基材である樹脂シートの表面に積層させた太陽電池用集電シートが使用される（特許文献１を参照）。そして、太陽電池用集電シートに設けられた配線である金属箔と、太陽電池セルの出力電極とはハンダ加工により電気的に接合される。

太陽電池用集電シートの基材である樹脂シートの表面に配線を設けるには、例えば、プリント配線基板と同様に、まず、基材の表面の全面に金属箔を積層させ、その後、この金属箔をフォトリソグラフィ法により所望の配線パターンになるようにエッチング加工すればよい。

特開２００７−０８１２３７号公報

太陽電池用集電シート上の配線と太陽電池セルの出力電極とをハンダ加工により接合する際、一般には、予め太陽電池用集電シート上の配線にハンダを付着させておき、その上に太陽電池セルを載置して、太陽電池用集電シートを加熱する。この加熱により、配線に付着されていたハンダが溶融して流動し、溶融したハンダが太陽電池セルの出力電極に付着する。その後、太陽電池用集電シートの加熱を停止すると、溶融したハンダは、太陽電池セルの出力電極と太陽電池用集電シート上の配線との間で凝固する。これにより、太陽電池セルの出力電極と太陽電池用集電シート上の配線とが電気的に接合される。

上記のように、太陽電池用集電シートは、ハンダを溶融するのに必要な加熱を施されるので、耐熱性のある丈夫な素材が使用される。このような素材としては、耐熱性のある樹脂を二軸延伸処理したシートが好ましく例示される。

しかし、二軸延伸シートは、二軸延伸加工におけるＴＤ方向（幅方向）とＭＤ方向（長さ方向）との間で延伸の程度が異なることが一般的であり、加熱した際に、ＴＤ方向とＭＤ方向との間で異なる熱収縮率を示す場合がある。このことは、太陽電池用集電シートの縦と横とで熱収縮率が異なるという形で表面化することになる。このため、太陽電池セルと太陽電池用集電シートとをハンダ加工によって接合した場合、加熱によって太陽電池用集電シートの縦方向又は横方向が大きく収縮してしまい、太陽電池セルに接合された太陽電池用集電シートの縦方向又は横方向にシワを生じることにつながる。太陽電池セルに接合された太陽電池用集電シートにシワが存在すると、太陽電池セルがモジュール化された際に、太陽電池セルに思わぬ応力が加わる原因にもなり、太陽電池モジュールの寿命の観点から好ましくない。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、ハンダ加工における熱処理に伴うシワの発生を抑制することのできる樹脂製の太陽電池用集電シートを提供することを目的とする。

本発明者らは、以上の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、異方性を有する配線を太陽電池用集電シートに形成させ、かつ異方性を有するその配線の方向を、二軸延伸された樹脂シートにおける特定方向と一致させることにより、ハンダ加工における加熱を経ても、太陽電池用集電シートにシワが発生することを抑制できることを見出した。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。

すなわち本発明は、（１）シート状である樹脂基材の表面に金属箔を積層し、当該金属箔を所望の配線形状となるようにパターニングすることで、配線が形成された太陽電池用集電シートであって、前記樹脂基材は、厚さ１２μｍから２５０μｍの二軸延伸シートであり、ＪＩＳ−Ｃ２３１８による１５０℃×３０分でのＭＤ方向の熱収縮率が０．２％以上１．０％以下であって、二軸延伸装置による加工の際の幅方向であるＴＤ方向及び二軸延伸装置による加工の際の長さ方向であるＭＤ方向に延伸加工されたことによって、前記ＴＤ方向よりも前記ＭＤ方向の方が熱収縮率が大きいものとなっていることを特徴とし、前記太陽電池用集電シートに形成された配線は、互いに直行する二つの方向成分を考慮したとき、前記配線の一方向成分の総延長が前記配線の他方向成分の総延長よりも長いことにより異方性を有し、前記一方向成分の向きと、前記樹脂基材が延伸された際の前記ＭＤ方向の向きと、が一致することを特徴とする太陽電池用集電シートである。

また本発明は、（２）前記配線が櫛型形状であり、前記櫛型形状の歯部分の長さ方向が前記一方向成分の方向と一致し、前記櫛型形状の峰部分の長さ方向が前記他方向成分の方向と一致する（１）記載の太陽電池用集電シートである。

また本発明は、（３）前記樹脂基材は、厚さ１２μｍから２５０μｍの二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムであり、ＪＩＳ−Ｃ２３１８による１５０℃×３０分でのＭＤ方向の熱収縮率が０．２％以上１．０％以下である（１）又は（２）記載の太陽電池用集電シートである。

また本発明は、（４）（１）から（３）いずれか記載の太陽電池用集電シートと、太陽電池素子の電極とがハンダを介して接合されている部材を備える太陽電池モジュールである。

本発明によれば、ハンダ加工における熱処理に伴うシワの発生を抑制することのできる樹脂製の太陽電池用集電シートが提供される。

本発明の太陽電池用集電シートの一実施形態で使用される樹脂基材を示す部分平面図である。 本発明の太陽電池用集電シートの一実施形態を示す平面図である。 本発明の太陽電池用集電シートの一実施形態に太陽電池セルが接合される様子を示す斜視図である。

以下、本発明の太陽電池用集電シートの一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の太陽電池用集電シートの一実施形態で使用される樹脂基材を示す部分平面図である。図２は、本発明の太陽電池用集電シートの一実施形態を示す平面図である。

本実施形態の太陽電池用集電シート１は、シート状である樹脂基材２の表面に金属箔が積層され、当該金属箔が櫛型の配線形状となるようにパターニングされることで、配線３が形成されたものである。まず、本実施形態の太陽電池用集電シート１で使用される樹脂基材２について説明する。

本実施形態の太陽電池用集電シート１で使用される樹脂基材２は、シート状に成型された樹脂に対して二軸延伸加工が施されたものである。本実施形態における二軸延伸加工としては、ロールとテンターとによる逐次二軸延伸加工が挙げられる。

樹脂をシート状に加工する方法としては公知の方法を使用することが可能である。このような方法としては、例えば、Ｔダイを具備した押出し機を使用して、原料となる樹脂を溶融押出し、その後、冷却ドラムに密着して巻きつけ冷却する方法が挙げられる。このような方法により、未延伸の樹脂基材（樹脂シート）２が作製される。

図１に示すように、作製された樹脂基材２は、例えば、ロールとテンターとを備えた逐次二軸延伸加工装置により、互いに直交する２つの方向（ＭＤ方向及びＴＤ方向）に引き伸ばされて、二軸延伸加工される。二軸延伸加工に際して、樹脂基材２は、Ｔｇよりも高い温度に加熱され、二軸延伸加工装置のロールとロールとの間の張力によってＭＤ方向に延伸され、それと同時又はその後に、二軸延伸加工装置のテンターによってＴＤ方向に延伸される。この一連の操作が樹脂基材２を加熱しながら行われるため、樹脂基材２は、その中に含まれる分子が延伸方向に沿って整列（配向）するとともに部分結晶化する。なお、本明細書では、本発明の属する技術分野で広く用いられているように、二軸延伸加工の際の長さ方向をＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）方向と表示し、二軸延伸加工の際の幅方向をＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）方向と表示する。

一般的に、ロールとロールとの間の張力による機械長さ方向の延伸率（ＭＤ方向への延伸率）は、テンターによる機械幅方向の延伸率（ＴＤ方向への延伸率）よりも大きいものとなる。このため、二軸延伸加工された樹脂基材２のＴＤ方向に比べて、ＭＤ方向では高延伸による大きな内部応力が残存する。これにより、二軸延伸加工された樹脂基材２の熱収縮率は、一般にＭＤ方向＞ＴＤ方向となる。一例を示せば、２軸延伸ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム５０μ（帝人デュポンフィルム株式会社製テオネックスＱ５１）の場合、ＪＩＳ−Ｃ２３１８による１５０℃×３０分での熱収縮率は、度ＭＤ０．６％に対してＴＤ０．１％である。

このように、二軸延伸加工された樹脂基材２を使用したとしても、加熱による熱収縮をゼロにすることは困難であり、この樹脂基材２を使用して太陽電池用集電シート１を作製すると、ハンダ加工における熱処理によって、特にＭＤ方向への収縮が起こり、シワが観察されることになる。本発明では、後に述べる方法によって、このようなシワの発生を抑制する。

樹脂基材２の作製に使用される樹脂としては、ハンダ加工における熱処理に対する耐熱性を備えたものであれば特に限定されない。このような樹脂としては、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ポリエチレンテレフタレート等が例示され、中でも耐熱性及び価格の点から、ポリエチレンナフタレートが好ましい。また、樹脂基材２の厚さは１２μｍから２５０μｍが好ましく、より好ましくは２５μｍから７５μｍであり、最も好ましくは３８μｍから５０μｍである。１２μｍ未満では平面性の点で好ましくなく、２５０μｍを超えると熱伝導性の点で好ましくない。

樹脂基材２のＪＩＳ−Ｃ２３１８による１５０℃×３０分でのＭＤ方向の熱収縮率は０．２％以上１．０％以下であることが好ましく、０．３％以上０．７％以下であることがより好ましい。０．３％未満ではそもそもの収縮率が低く寸法変化が小さいので本発明の効果が顕著に発揮できず、０．７％を超えると、本発明を適用してもシワの発生が起きてしまうので好ましくない。なお、熱収縮率はシート厚さ、樹脂のＴｇ（ガラス転移点）やＴｍ（融点）、測定温度及び時間によって異なるので、上記の１５０℃×３０分は樹脂がＰＥＮの場合の一例である。一方、ＴＤ方向の熱収縮率は通常ＭＤ方向より小さく、同条件で測定した例は０．２％以下であるので、熱収縮率においてＭＤ＞ＴＤとなる。

上記のような樹脂基材２の表面に、金属箔を積層する。この金属箔は、将来、太陽電池用集電シート１における配線３となる。このような金属箔としては、銅箔が例示される。樹脂基材２の表面に金属箔を積層させる方法としては、公知の方法を特に限定なく使用することができる。このような積層方法として、ウレタン系の接着剤を使用したドライラミネート加工が例示される。なお、この金属箔の厚さは、特に限定されないので、太陽電池用集電シート１に要求される特性等を考慮して適宜決定すればよい。

樹脂基材２の表面に積層された金属箔は、公知の方法によって所望の形状にパターニングされ、電気配線である配線パターン（配線３）となる。金属箔をパターニングさせる方法は、特に限定されないが、フォトリソグラフィ法によるエッチング加工が例示される。

次に、配線３の形状について説明する。本発明は、この配線３の形状に異方性があり、この異方性を有する配線３の方向を樹脂基材２上で特定のものとすることによって、太陽電池用集電シート１が熱処理された際におけるシワの発生を抑制する。

本実施形態における配線３は、図２に示すように、櫛型の形状を呈しており、２つの櫛型形状の配線３を一組として、互いに歯となる部分３１がかみ合うように設けられる。この配線３は、歯となる部分３１と峰となる部分３２とを有し、歯となる部分３１の総延長が峰となる部分３２の総延長よりも長いことを特徴とする。ここで、歯となる部分３１の方向と峰となる部分３２の方向とは、互いに直交する。そのため、本実施形態における配線３は、互いに直交する二つの方向成分を考慮したとき、配線３の一方向成分（歯となる部分３１の方向成分）の総延長が配線３の他方向成分（峰となる部分３２の方向成分）よりも長いことになり、異方性を有する。

本実施形態における配線３は、この一方向成分（歯となる部分３１の方向成分）の向きと、樹脂基材２が延伸された際のＭＤ方向の向きとが一致することを特徴とする。配線３がこのように設けられることにより、樹脂基材２のＭＤ方向を方向成分とする配線の密度が大きくなる。既に説明したように、樹脂基材２は、ハンダ加工時の熱処理時においてＭＤ方向への熱収縮が大きい。しかし、上記のように配線３を設けることにより、ＭＤ方向への密度の大きな配線３は、ＭＤ方向への変形を抑制するための支えとなって、樹脂基材２がＭＤ方向に縮もうとするのを抑制する。これにより、太陽電池用集電シート１は、ハンダ加工時の熱処理によってシワが入ることが抑制される。つまり、太陽電池用集電シート１は、その表面に電子部品が装着される際に熱処理を受け、当該熱処理によって樹脂基材２が収縮することに伴う、シワの形成が抑制されることを特徴とする。

実施例として、ＭＤ方向熱収縮率が０．４％（１５０℃×３０分）の２軸延伸ポリエチレンナフタレート５０μｍの樹脂基材２を用い、図２に示す櫛型の形状にて、銅箔３５μｍの配線３を形成した。このとき、櫛型である配線３の歯となる部分３１の長手方向を樹脂基材２のＭＤ方向と一致させた。そのため、配線３の一方向成分（歯となる部分３１の方向成分）の総延長は、配線３の他方向成分（峰となる部分３２の方向成分）よりも長いために異方性を有し、しかもこの一方向成分は、上記のように樹脂基材２のＭＤ方向と一致することになる。配線３を形成した後、太陽電池用集電シート１のＭＤ方向熱収縮率は、０．０５％（１５０℃×３０分）となった。このことから、太陽電池用集電シート１では、もともとの樹脂基材２と比較して、ＭＤ方向の熱収縮率が約８分の１に低減された。このことから、太陽電池用集電シート１は、その表面に電子部品を装着する際にハンダ加工のための熱処理を受けても、ＭＤ方向へのシワの形成が抑制されることが理解できる。

本実施形態の太陽電池用集電シート１は、太陽電池セルの配線に好ましく使用される。このことを、図３を参照しながら説明する。図３は、本実施形態の太陽電池用集電シート１に太陽電池セル４が接合される様子を示す斜視図である。

本実施形態の太陽電池用集電シート１は、配線３の表面と太陽電池セル４の出力電極とがハンダ加工によって接合されている。これにより、太陽電池用集電シート１と太陽電池セル４とが電気的に接合され、太陽電池用集電シート１が太陽電池モジュール内部の電気配線となる。ここで、太陽電池セル４の電極は、太陽電池セル４が光を受けて発生させた電力を太陽電池セル４の外部に出力するための電極である。特に限定されないが、この電極は、一例として、銀又は銀化合物等で構成される。

ここで、既に述べたように、本実施形態の太陽電池用集電シート１には、２つの櫛型の配線３が一組として形成される。この場合、一組の配線３の一方は、太陽電池セル４の裏面に設けられた正極に接合され、一組の配線３の他方は、太陽電池セル４の裏面に設けられた負極に接合される。

太陽電池用集電シート１の配線３と太陽電池セル４の電極とをハンダ加工によって接合するには、太陽電池セル４の電極及び太陽電池用集電シート１の配線３のいずれか一方又は両方の表面に、ハンダを付着させ、さらに、太陽電池セル４の電極の位置と太陽電池用集電シート１の配線３の位置とが一致するように太陽電池セル４と太陽電池用集電シート１とを重ね合わせ、その後、ハンダが溶融する温度で太陽電池用集電シート１を加熱すればよい。ハンダ加工において使用されるハンダは、従来公知のものを特に制限なく使用することができる。このようなハンダの一例としては、鉛−錫合金ハンダ、銀入りハンダ、無鉛ハンダ、錫−ビスマスハンダ、錫−ビスマス−銀ハンダ等が挙げられる。

既に述べたように、太陽電池用集電シート１の樹脂基材２は、加熱した際に、その延伸加工におけるＴＤ方向にはあまり熱収縮しない一方で、その延伸加工におけるＭＤ方向には大きく熱収縮する。このため、通常であれば、このような樹脂基材を使用した太陽電池用集電シートをハンダ加工によって太陽電池セルに接合すると、ハンダ加工における熱処理によって、太陽電池用集電シートにシワが発生することになる。このようなシワが存在すると、太陽電池モジュールの内部で太陽電池セルに応力を生じさせる要因となり、太陽電池モジュールの寿命を縮めさせる原因になり得るという観点から好ましくない。

この点、本実施形態の太陽電池用集電シート１によれば、図２に示すように、配線３が櫛型形状であり、歯となる部分３１と峰となる部分３２とが互いに直交し、さらに歯となる部分３１の方向成分の総延長が峰となる部分３２の方向成分の総延長よりも長い。そして、この配線３は、歯となる部分３１の方向成分の向きと、樹脂基材２のＭＤ方向とが一致する。これにより、樹脂基材２がＭＤ方向に熱収縮をしようとした際に、ＭＤ方向に多くの成分を有する配線３が熱収縮を妨げることができ、太陽電池用集電シート１の変形が抑制され、ハンダ加工時のシワの発生が抑制される。このように配線３が太陽電池用集電シート１の熱収縮を抑制することができる理由は、配線３を構成する金属箔が樹脂基材２と違って熱収縮を起こさないためである。

これに対して、図２における歯となる部分３１の方向成分が樹脂基材２のＴＤ方向と一致していた場合、すなわち本発明の構成を備えない太陽電池用集電シートを想定する。この場合、配線は、樹脂基材のＴＤ方向となる方向成分の総延長の方が、樹脂基材のＭＤ方向となる方向成分の総延長よりも大きくなる。すると、配線による樹脂基材の変形を抑制する効果は、樹脂基材のＭＤ方向よりもＴＤ方向に対して大きくなる。このため、樹脂基材がＭＤ方向に熱収縮しようとした場合に、配線による変形抑制効果が小さくなり、樹脂基材は、ＭＤ方向に熱収縮することになる。このため、太陽電池用集電シートと太陽電池セルとをハンダ加工で接合したときに、太陽電池用集電シートにシワが発生することとなる。

以上の通り、本発明の構成を備えた本実施形態の太陽電池用集電シート１によれば、ハンダ加工における熱処理に伴うシワの発生を抑制できることが理解される。

［変形例］
以上、具体的な実施形態を示して本発明の太陽電池用集電シートについて説明したが、本発明は、以上の実施形態に何ら制限されず、本発明の構成の範囲において適宜変更を加えて実施することができる。

例えば、上記実施形態の太陽電池用集電シート１では、配線３は、櫛型の形状だったが、このような形状に限定されない。ただし、この場合であっても、配線３は、互いに直交する二つの方向成分を考慮したとき、配線３の一方向成分の総延長が他方向成分の総延長よりも長いことにより、異方性を有する必要がある。そして、両者の方向成分の方向のうち、総延長の長い側の方向成分の方向を樹脂基材２のＭＤ方向と一致させることが必要である。

また、上記実施形態の太陽電池用集電シート１は、太陽電池モジュールにおける配線のために使用されたが、本発明の太陽電池用集電シートは、この用途に限定されるものではない。

また、上記実施形態の太陽電池用集電シート１は、ロールとテンターによる逐次二軸延伸加工が施された樹脂基材２が使用されたが、他の方法で二軸延伸加工が施された樹脂基材を使用してもよい。この場合、その樹脂基材がＴＤ方向及びＭＤ方向について異なる熱収縮率を持つものであれば、本発明の効果を得ることができる。

１ 太陽電池用集電シート
２ 樹脂基材
３ 配線
４ 太陽電池セル

Claims (5)

1. シート状である樹脂基材の表面に金属箔を積層し、当該金属箔を所望の配線形状となるようにパターニングすることで、配線が形成された太陽電池用集電シートであって、
   前記樹脂基材は、厚さ１２μｍから２５０μｍの二軸延伸シートであり、ＪＩＳ−Ｃ２３１８による１５０℃×３０分でのＭＤ方向の熱収縮率が０．２％以上１．０％以下であって、二軸延伸装置による加工の際の幅方向であるＴＤ方向及び二軸延伸装置による加工の際の長さ方向であるＭＤ方向に延伸加工されたことによって、前記ＴＤ方向よりも前記ＭＤ方向の方が熱収縮率が大きいものとなっていることを特徴とし、
   前記太陽電池用集電シートに形成された配線は、互いに直行する二つの方向成分を考慮したとき、前記配線の一方向成分の総延長が前記配線の他方向成分の総延長よりも長いことにより異方性を有し、
   前記一方向成分の向きと、前記樹脂基材が延伸された際の前記ＭＤ方向の向きと、が一致することを特徴とする太陽電池用集電シート。
2. 前記配線が櫛型形状であり、前記櫛型形状の歯部分の長さ方向が前記一方向成分の方向と一致し、前記櫛型形状の峰部分の長さ方向が前記他方向成分の方向と一致する請求項１記載の太陽電池用集電シート。
3. 前記二軸延伸シートは、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムである請求項１又は２記載の太陽電池用集電シート。
4. ＪＩＳ−Ｃ２３１８による１５０℃×３０分でのＭＤ方向の熱収縮率が０．０５％以下である請求項１から３のいずれか記載の太陽電池用集電シート。
5. 請求項１から４いずれか記載の太陽電池用集電シートと、太陽電池素子の電極とがハンダを介して接合されている部材を備える太陽電池モジュール。

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