JP5611486B2 - 太陽電池用リード線及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池セル同士を電気的に接続する太陽電池用リード線とその製造方法に関する。
一般に、太陽電池モジュールは次の手順で製造される。すなわち、単結晶あるいは多結晶のシリコン基板からなる太陽電池セル同士をリード線で電気的に接続して太陽電池アレイを形成し、受光面側の透明基板，充填材となるＥＶＡ(エチレン酢酸ビニール共重合樹脂)シート，上記の太陽電池アレイ,ＥＶＡシート(上記と同様に充填材となる。)及びバックカバー(裏面シート)をこの順で積層してラミネートした後、周囲に囲い枠(枠組み)を取り付けて太陽電池モジュールが完成する。
以上のような方法で製造される太陽電池モジュールのうち、太陽電池セル同士を電気的に接続するリード線として、通常、厚さ０．０５〜０．２ｍｍ、幅１〜３ｍｍの平角銅線(帯板状導電材)の表裏両面に溶融はんだめっきを施したものが使用されており、このリード線に関して、例えば下記の特許文献１に記載のようにセル割れ抑制効果や接合信頼性を向上させるべく様々な技術開発が進められている。
これまでの太陽電池用リード線に関する技術開発は、主として接続信頼性の向上や発電効率の向上などに関するものが中心であった。
しかしながら、近年、太陽電池モジュールの低価格化が進み、グローバルな価格競争が激化していることから、この太陽電池用リード線に対して、太陽電池モジュールを経済的に製造できるもの、すなわち、リード線自体を経済的に製造できるのみならず、太陽電池モジュール全体のコストダウンにも大きく寄与できるようなものが求められている。
しかしながら、近年、太陽電池モジュールの低価格化が進み、グローバルな価格競争が激化していることから、この太陽電池用リード線に対して、太陽電池モジュールを経済的に製造できるもの、すなわち、リード線自体を経済的に製造できるのみならず、太陽電池モジュール全体のコストダウンにも大きく寄与できるようなものが求められている。
それゆえに、本発明の主たる課題は、太陽電池セルとの接続信頼性など太陽電池用リード線に必要な基本的機能を低下させることなく、太陽電池モジュールを経済的に製造することが可能な太陽電池用リード線とその製造方法を提供することである。
本発明における第１の発明は、「帯板状導電材１２の表裏両面をはんだめっき層１４で被覆した太陽電池用リード線１０において、上記のはんだめっき層１４のうち、上記の帯板状導電材１２の裏面側に形成され、太陽電池セルに接合される接合層１４ａのはんだ厚Ｔ１が２０〜５０μｍの範囲であり、上記の帯板状導電材１２の表面側に形成される表面層１４ｂのはんだ厚Ｔ２が１〜１０μｍの範囲である」ことを特徴とする。
この発明では、帯板状導電材１２の表裏両面に形成したはんだめっき層１４のうち、太陽電池セルに接合される接合層１４ａのはんだ厚Ｔ１が２０〜５０μｍの範囲にあるので、太陽電池セルとの接合強度を十分に確保することができる。
また、上記はんだめっき層１４のうち、太陽電池用リード線１０を太陽電池セルに接合した際、その表面に配置される表面層１４ｂのはんだ厚Ｔ２を１〜１０μｍとしているので、帯板状導電材１２の酸化を有効に防止することができる。加えて、太陽電池用リード線１０全体の厚みを薄くすることができる結果、この太陽電池用リード線１０を用いて太陽電池アレイを製造した際に当該アレイの表面側に突出する太陽電池用リード線１０の厚みを薄くすることができ、太陽電池モジュールを製造する際に使用する高価な充填材の量を低減させる(充填材の厚さを薄くする)ことができる。
また、上記はんだめっき層１４のうち、太陽電池用リード線１０を太陽電池セルに接合した際、その表面に配置される表面層１４ｂのはんだ厚Ｔ２を１〜１０μｍとしているので、帯板状導電材１２の酸化を有効に防止することができる。加えて、太陽電池用リード線１０全体の厚みを薄くすることができる結果、この太陽電池用リード線１０を用いて太陽電池アレイを製造した際に当該アレイの表面側に突出する太陽電池用リード線１０の厚みを薄くすることができ、太陽電池モジュールを製造する際に使用する高価な充填材の量を低減させる(充填材の厚さを薄くする)ことができる。
本発明における第２の発明は、上記の第１の発明にかかる太陽電池用リード線１０の製造方法であって、「帯板状導電材１２を溶融はんだ浴１８に浸漬した後、真上に引き上げると共に、上記の溶融はんだ浴１８から真上に引き上げられた帯板状導電材１２に対してテンションを掛けながら、溶融状態のはんだ１６が付着した帯板状導電材１２の表面側に掻取部材２０を押し当てる」ことを特徴とする。
この発明では、溶融はんだ浴１８から真上に引き上げられた帯板状導電材１２に対してテンションを掛けながら、その表面側に掻取部材２０を押し当てているので、接合層１４ａと表面層１４ｂとで異なった厚みを有するはんだめっき層１４を、効率よく、製品の流れ方向及び幅方向で安定した品質にて形成することができる。
なお、この太陽電池用リード線１０の製造方法において、「前記の掻取部材２０が、走行する前記の帯板状導電材１２に対して面接触するブロック状のものである」ことが好ましい。
この発明では、溶融はんだ浴１８から真上に引き上げられた帯板状導電材１２に対してテンションを掛けながら、その表面側に掻取部材２０を押し当てているので、接合層１４ａと表面層１４ｂとで異なった厚みを有するはんだめっき層１４を、効率よく、製品の流れ方向及び幅方向で安定した品質にて形成することができる。
なお、この太陽電池用リード線１０の製造方法において、「前記の掻取部材２０が、走行する前記の帯板状導電材１２に対して面接触するブロック状のものである」ことが好ましい。
本発明における第３の発明は、上記の第１の発明にかかる太陽電池用リード線１０の製造方法であって、「帯板状導電材１２を溶融はんだ浴１８に浸漬した後、上記の帯板状導電材１２を斜め上向きに引き上げることによって、走行する帯板状導電材１２の上面に付着した溶融はんだ１６を下面側へと移動させる」ことを特徴とする。
この発明では、上述のような掻取部材２０を用いることなく、溶融はんだ１６の自重のみで接合層１４ａ及び表面層１４ｂの厚みを調整しているので、効率よく経済的に太陽電池用リード線１０を製造することができる。
なお、この太陽電池用リード線１０の製造方法において、「前記の溶融はんだ浴１８から引き上げられる前記の帯板状導電材１２の走行傾斜角度θが、垂直方向から３０〜５０°傾倒した範囲である」ことが好ましい。
この発明では、上述のような掻取部材２０を用いることなく、溶融はんだ１６の自重のみで接合層１４ａ及び表面層１４ｂの厚みを調整しているので、効率よく経済的に太陽電池用リード線１０を製造することができる。
なお、この太陽電池用リード線１０の製造方法において、「前記の溶融はんだ浴１８から引き上げられる前記の帯板状導電材１２の走行傾斜角度θが、垂直方向から３０〜５０°傾倒した範囲である」ことが好ましい。
本発明の太陽電池用リード線によれば、太陽電池セルとの接続信頼性など太陽電池用リード線に必要な基本的機能を低下させることなく、太陽電池モジュールを経済的に製造することが可能な太陽電池用リード線を提供することができる。
また、本発明の太陽電池用リード線の製造方法を用いれば、このような太陽電池用リード線を効率よく経済的に製造することができる。
また、本発明の太陽電池用リード線の製造方法を用いれば、このような太陽電池用リード線を効率よく経済的に製造することができる。
以下、本発明の一実施形態の太陽電池用リード線１０(以下、単に「リード線１０」ともいう。)を図面に従って詳述する。本発明の太陽電池用リード線１０は、単結晶あるいは多結晶のシリコン基板からなる太陽電池セル同士を電気的に接続して太陽電池アレイを形成すると共に、上記の太陽電池セルから電流を取り出すためのものである。
図１は本発明における一実施形態のリード線１０の幅方向断面を示す模式図である。この図が示すように本実施形態のリード線１０は、大略、帯板状導電体１２及びはんだめっき層１４で構成されている。
図１は本発明における一実施形態のリード線１０の幅方向断面を示す模式図である。この図が示すように本実施形態のリード線１０は、大略、帯板状導電体１２及びはんだめっき層１４で構成されている。
帯板状導電体１２は、銅や銅合金などの金属材料をテープ状に成形した長尺の部材(線材)である。この帯板状導電体１２としては、導電性や製造コストなどを考慮すると、平角の軟銅線を用いるのが好適である。
また、帯板状導電体１２のサイズは特に限定されるものではないが、本実施形態では、厚さが０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ、幅が２ｍｍ〜５ｍｍの範囲となるように形成するのが好ましい。帯板状導電体１２の厚さが０．１ｍｍ未満の場合には該導電体１２の導電性が悪化するようになり、逆に、０．２ｍｍより大きくなると導電性は改善されるが、帯板状導電体１２の柔軟性(可撓性)が低下して太陽電池アレイ製造時の作業性が悪化するようになるからである。また、帯板状導電体１２の幅が２ｍｍ未満の場合には、太陽電池アレイの製造時や太陽電池使用時のヒートサイクルによって帯板状導電体１２が断線する虞があり、逆に、５ｍｍより大きい場合には、太陽電池セルの受光面積が減少して発電効率が低下するようになるからである。
また、帯板状導電体１２のサイズは特に限定されるものではないが、本実施形態では、厚さが０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ、幅が２ｍｍ〜５ｍｍの範囲となるように形成するのが好ましい。帯板状導電体１２の厚さが０．１ｍｍ未満の場合には該導電体１２の導電性が悪化するようになり、逆に、０．２ｍｍより大きくなると導電性は改善されるが、帯板状導電体１２の柔軟性(可撓性)が低下して太陽電池アレイ製造時の作業性が悪化するようになるからである。また、帯板状導電体１２の幅が２ｍｍ未満の場合には、太陽電池アレイの製造時や太陽電池使用時のヒートサイクルによって帯板状導電体１２が断線する虞があり、逆に、５ｍｍより大きい場合には、太陽電池セルの受光面積が減少して発電効率が低下するようになるからである。
はんだめっき層１４は、帯板状導電体１２の表面全体に、はんだ１６を鍍金することによって得られる層である。このはんだめっき層１４を構成する、はんだ１６としては、従来から使用されているＰｂ−Ｓｎ共晶組成のものや、近年需要が拡大している鉛フリータイプのものなど何れであってもよい。
また、本発明のリード線１０では、このはんだめっき層１４が、接合層１４ａと表面層１４ｂとで構成される。
また、本発明のリード線１０では、このはんだめっき層１４が、接合層１４ａと表面層１４ｂとで構成される。
接合層１４ａは、帯板状導電材１２の裏面側に形成され、太陽電池セルに接合される層で、その厚み、すなわち、はんだ厚Ｔ１が２０〜５０μｍの範囲で形成されている。接合層１４ａのはんだ厚Ｔ１が２０μｍ未満の場合には、太陽電池セルと接合強度が低下するようになり、逆に、５０μｍより大きい場合には、太陽電池セルとの接合強度は十分になるが、これ以上はんだ厚を増やしてもかかる接合強度が頭打ちとなるのに加え、不要なはんだ１６が付与された状態となって経済的にリード線１０を製造できなくなるからである。
表面層１４ｂは、上記の帯板状導電材１２の表面側に形成される層で、そのはんだ厚Ｔ２が１〜１０μｍの範囲で形成されている。表面層１４ｂのはんだ厚Ｔ２が１μｍ未満の場合には、はんだ厚Ｔ２のコントロールが困難になり、帯板状導電材１２の表面全体をはんだ１６で被覆してその酸化を防止することができなくなり、逆に、１０μｍより大きい場合には、帯板状導電材１２の表面酸化防止効果は十分になるが、不要なはんだ１６が付与された状態となって経済的にリード線１０を製造できなくなるからである。
次に、以上のように構成された太陽電池用リード線１０の製造方法について説明する。図２は、本発明における太陽電池用リード線１０の製造工程の一実施形態の要部、すなわち「溶融はんだめっき設備Ｐ１」を示すフロー図である。なお、図２中の符号１８は「溶融はんだ浴」を示し、符号２０は「掻取部材」を示す。また、符号２２は「テンションロール」を示し、符号２４は帯板状導電材１２の走行を案内する「ガイドロール」を示す。
掻取部材２０は、溶融はんだ浴１８から真上に引き上げられた帯板状導電材１２に塗布された溶融はんだ１６のうち、片面(表面側)に塗布された溶融はんだ１６を掻き取って着量を調整する部材であり、ドクターブレードやエアナイフなど公知の掻取手段を用いることができるが、図２に示すように、走行する帯板状導電材１２に対して面接触するブロック状のものを用いるのが好ましい。このように帯板状導電材１２に対して面接触するブロック状のものを用いることにより、溶融はんだ掻き取り時における帯板状導電材１２の走行が安定して製品幅方向及び流れ方向により均一な厚みの表面層１４ｂを形成することができるようになるからである。なお、このブロック状の掻取部材２０は、ステンレスやセラミックスなど耐熱性と耐磨耗性を有する材料で形成される。
テンションロール２２は、溶融はんだ浴１８から引き上げられた帯板状導電材１２に向けて押し付けられ、該導電材１２に対してテンション(張力)を加える回転体であり、帯板状導電体１２の走行方向における溶融はんだ浴１８よりも下流側であって、帯板状導電材１２に付着させたはんだ１６が完全に固化している位置に設置される。
ここで、図２に示す例では、このテンションロール２２と掻取部材２０とが、走行する帯板状導電材１２の同じ表面側に配置される場合を示しているが、このテンションロール２２と掻取部材２０とを、走行する帯板状導電材１２の表裏の異なる面にそれぞれ配置するようにしてもよい。但し、このテンションロール２２と掻取部材２０とを、図２に示すように、走行する帯板状導電材１２の同じ表面側に配置した方が得られる表面層１４ｂの厚みが安定するので好ましい。
ここで、図２に示す例では、このテンションロール２２と掻取部材２０とが、走行する帯板状導電材１２の同じ表面側に配置される場合を示しているが、このテンションロール２２と掻取部材２０とを、走行する帯板状導電材１２の表裏の異なる面にそれぞれ配置するようにしてもよい。但し、このテンションロール２２と掻取部材２０とを、図２に示すように、走行する帯板状導電材１２の同じ表面側に配置した方が得られる表面層１４ｂの厚みが安定するので好ましい。
また、走行する帯板状導電材１２にテンションを加える方法としては、上述のテンションロール２２を用いる方法以外に、例えば、帯板状導電材１２の送り出し側と巻取り側との速度差を利用してテンションを加える方法なども利用可能である。
但し、帯板状導電材１２に塗布した溶融はんだ１６を掻取部材２０で掻き取って当該帯板状導電材１２の表面に表面層１４ｂを形成する際に、走行する帯板状導電材１２がバタつくのを抑えて、製品幅方向及び流れ方向でより均一な厚みの表面層１４ｂを効率よく経済的に形成するためには、上述のテンションロール２２を用いて帯板状導電材１２にテンションを加える方法が最も好適である。
但し、帯板状導電材１２に塗布した溶融はんだ１６を掻取部材２０で掻き取って当該帯板状導電材１２の表面に表面層１４ｂを形成する際に、走行する帯板状導電材１２がバタつくのを抑えて、製品幅方向及び流れ方向でより均一な厚みの表面層１４ｂを効率よく経済的に形成するためには、上述のテンションロール２２を用いて帯板状導電材１２にテンションを加える方法が最も好適である。
以上のような溶融はんだめっき設備Ｐ１を用いて太陽電池用リード線１０を製造する際には、まず始めに、酸洗等により帯板状導電材１２の表裏両面を清浄化し、その帯板状導電材１２を、溶融はんだ浴１８に通すことにより、帯板状導電材１２の表面全体にはんだ１６を積層していく。
続いて、溶融はんだ浴１８に浸漬させた帯板状導電材１２を真上に引き上げると共に、溶融はんだ浴１８から真上に引き上げられた帯板状導電材１２に対してテンションを掛けながら、溶融状態のはんだ１６が付着した帯板状導電材１２の表面側に掻取部材２０を押し当てる。すると、帯板状導電材１２の一方の表面に積層した溶融はんだ１６が掻き落とされ、所定のはんだ厚Ｔ２に調整される。
そして、帯板状導電材１２の走行に伴って溶融はんだ１６が冷却・固化することで太陽電池用リード線１０が完成し、図示しない巻取装置にて所定長さ巻き取られる。
続いて、溶融はんだ浴１８に浸漬させた帯板状導電材１２を真上に引き上げると共に、溶融はんだ浴１８から真上に引き上げられた帯板状導電材１２に対してテンションを掛けながら、溶融状態のはんだ１６が付着した帯板状導電材１２の表面側に掻取部材２０を押し当てる。すると、帯板状導電材１２の一方の表面に積層した溶融はんだ１６が掻き落とされ、所定のはんだ厚Ｔ２に調整される。
そして、帯板状導電材１２の走行に伴って溶融はんだ１６が冷却・固化することで太陽電池用リード線１０が完成し、図示しない巻取装置にて所定長さ巻き取られる。
次に、本発明における太陽電池用リード線１０の製造方法の他の例について説明する。図３は、本発明における太陽電池用リード線１０の製造工程の他の実施形態の要部、すなわち「溶融はんだめっき設備Ｐ２」を示すフロー図である。なお、上述した図２と同様に、図３中の符号１８は「溶融はんだ浴」を示し、符号２４は帯板状導電材１２の走行を案内する「ガイドロール」を示す。このように、本実施形態の溶融はんだめっき設備Ｐ２では、テンションロールや掻取部材が不要となる。
ここで、図３に示す溶融はんだめっき設備Ｐ２では、溶融はんだ浴１８に浸漬させた帯板状導電材１２を引き上げる際に、帯板状導電材１２が斜め上方へと走行するようにガイドロール２４が配置される。このように、溶融はんだ浴１８に浸漬させた帯板状導電材１２を斜め上向きに引き上げることによって、走行する帯板状導電材１２の上面に付着した溶融はんだ１６を下面側へと移動させる。
なお、溶融はんだ浴１８から斜め上向きに引き上げる帯板状導電材１２の走行傾斜角度θは、垂直方向から３０〜５０°傾倒した範囲であるのが好ましい。走行傾斜角θが３０°未満及び５０°より大きい場合には、いずれも走行する帯板状導電材１２の上面に付着した溶融はんだ１６が帯板状導電材１２の下面へと移動し難くなるからである。
また、溶融はんだ浴１８の温度は、使用するはんだ１６の融点よりも高く設定する必要があるが、走行する帯板状導電材１２の上面に付着した溶融はんだ１６の適量を帯板状導電材１２の下面側へと移動させるためには、はんだ１６の液相線温度＋２０℃〜液相線温度＋９０℃の範囲にするのが好ましく、より好ましくは、はんだ１６の液相線温度＋４０℃〜液相線温度＋７０℃の範囲である。溶融はんだ１６の温度が液相線温度＋２０℃未満の場合には、はんだ１６の流動性が低く、凝固までの時間が短くなることから、走行する帯板状導電材１２の上面に付着した溶融はんだ１６を下面側へと移動させるのが困難になり、逆に、溶融はんだ１６の温度が液相線温度＋９０℃より高くなる場合には、はんだ１６の流動性が高く、凝固までの時間が長くなることから、走行する帯板状導電材１２の上面に付着した溶融はんだ１６の下面側への移動量が多くなり過ぎて、該帯板状導電材１２の上面に適切な厚みの表面層１４ｂを形成させるのが困難になるからである。
以上のような溶融はんだめっき設備Ｐ２を用いて太陽電池用リード線１０を製造する際には、まず始めに、酸洗等により帯板状導電材１２の表裏両面を清浄化し、その帯板状導電材１２を、溶融はんだ浴１８に通すことにより、帯板状導電材１２の表面全体にはんだ１６を積層していく。
続いて、溶融はんだ浴１８に浸漬させた帯板状導電材１２を所定の走行傾斜角θで斜め上向きに引き上げることによって、走行する帯板状導電材１２の上面に付着した溶融はんだ１６を下面側へと移動させる。これにより、帯板状導電材１２の上面側には所定のはんだ厚Ｔ２の表面層１４ｂが形成され、下面側には所定のはんだ厚Ｔ１の接合層１４ａが形成される。
そして、帯板状導電材１２の走行に伴って溶融はんだ１６が冷却・固化することで太陽電池用リード線１０が完成し、図示しない巻取装置にて所定長さに巻き取られる。
続いて、溶融はんだ浴１８に浸漬させた帯板状導電材１２を所定の走行傾斜角θで斜め上向きに引き上げることによって、走行する帯板状導電材１２の上面に付着した溶融はんだ１６を下面側へと移動させる。これにより、帯板状導電材１２の上面側には所定のはんだ厚Ｔ２の表面層１４ｂが形成され、下面側には所定のはんだ厚Ｔ１の接合層１４ａが形成される。
そして、帯板状導電材１２の走行に伴って溶融はんだ１６が冷却・固化することで太陽電池用リード線１０が完成し、図示しない巻取装置にて所定長さに巻き取られる。
本実施形態の太陽電池用リード線１０によれば、帯板状導電材１２の表裏両面に形成したはんだめっき層１４のうち、太陽電池セルに接合される接合層１４ａのはんだ厚Ｔ１が２０〜５０μｍの範囲にあるので、太陽電池セルとの接合強度を十分に確保することができる。また、はんだめっき層１４のうち、太陽電池用リード線１０を太陽電池セルに接合した際、その表面に配置される表面層１４ｂのはんだ厚Ｔ２を１〜１０μｍとしているので、帯板状導電材１２の酸化を有効に防止することができる。加えて、太陽電池用リード線１０全体の厚みを薄くすることができる結果、この太陽電池用リード線１０を用いて太陽電池アレイを製造した際にその表面側に突出する太陽電池用リード線１０の厚みを薄くすることができ、太陽電池モジュールを製造する際に使用する充填材の量を低減させる(充填材の厚さを薄くする)ことができる。つまり、このように高価な充填材の量を低減できるので、太陽電池モジュールを経済的に製造することができるようになる。
１０…太陽電池用リード線
１２…帯板状導電材
１４…はんだめっき層
１４ａ…接合層
１４ｂ…表面層
１６…はんだ
１８…溶融はんだ浴
２０…掻取部材
２２…テンションロール
２４…ガイドロール
θ…走行傾斜角
１２…帯板状導電材
１４…はんだめっき層
１４ａ…接合層
１４ｂ…表面層
１６…はんだ
１８…溶融はんだ浴
２０…掻取部材
２２…テンションロール
２４…ガイドロール
θ…走行傾斜角
Claims (5)
- 帯板状導電材(１２)の表裏両面をはんだめっき層(１４)で被覆した太陽電池用リード線において、
上記のはんだめっき層(１４)のうち、上記の帯板状導電材(１２)の裏面側に形成され、太陽電池セルに接合される接合層(１４ａ)のはんだ厚(Ｔ１)が２０〜５０μｍの範囲であり、上記の帯板状導電材(１２)の表面側に形成される表面層(１４ｂ)のはんだ厚(Ｔ２)が１〜１０μｍの範囲であることを特徴とする太陽電池用リード線。 - 請求項１に記載の太陽電池用リード線の製造方法であって、
帯板状導電材(１２)を溶融はんだ浴(１８)に浸漬した後、真上に引き上げると共に、
上記の溶融はんだ浴(１８)から真上に引き上げられた帯板状導電材(１２)に対してテンションを掛けながら、溶融状態のはんだ(１６)が付着した帯板状導電材(１２)の表面側に掻取部材(２０)を押し当てることを特徴とする太陽電池用リード線の製造方法。 - 前記の掻取部材(２０)が、走行する前記の帯板状導電材(１２)に対して面接触するブロック状のものであることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池用リード線の製造方法。
- 請求項１に記載の太陽電池用リード線の製造方法であって、
帯板状導電材(１２)を溶融はんだ浴(１８)に浸漬した後、上記の帯板状導電材(１２)を斜め上向きに引き上げることによって、走行する帯板状導電材(１２)の上面に付着した溶融はんだ(１６)を下面側へと移動させることを特徴とする太陽電池用リード線の製造方法。 - 前記の溶融はんだ浴(１８)から引き上げられる前記の帯板状導電材(１２)の走行傾斜角度(θ)が、垂直方向から３０〜５０°傾倒した範囲であることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池用リード線の製造方法。
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| JP2010118706A (ja) * | 2007-03-19 | 2010-05-27 | Sanyo Electric Co Ltd | 太陽電池モジュール |
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