JP5892851B2 - 太陽電池用インターコネクタ材料、太陽電池用インターコネクタ、およびインターコネクタ付き太陽電池セル - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池用インターコネクタ材料、太陽電池用インターコネクタ、およびインターコネクタ付き太陽電池セルに関する。
太陽電池用インターコネクタは、主として、結晶Ｓｉからなる太陽電池セル間を繋ぎ、太陽電池セルが変換した電気エネルギーを集電する役割を果たす配線材である。近年、このような太陽電池用のインターコネクタ材として、平角銅線を、はんだ溶融めっきで被覆してなる、はんだ被覆平角銅線が使用されている。
しかしながら、このようなはんだ被覆平角銅線を、太陽電池用のインターコネクタ材として使用した場合には、次のような問題がある。すなわち、はんだ被覆平角銅線と、太陽電池セルとをはんだ付けにより接合した際における熱履歴により、はんだに含まれるＳｎが、平角銅線を構成するＣｕ内に拡散してしまい、Ｃｕ−Ｓｎの金属間化合物が生成してしまい、このようなＣｕ−Ｓｎの金属間化合物は脆く、そのため、カーケンダルボイド（空孔）の生成やクラックの原因となり、品質的に劣るという問題がある。
これに対し、たとえば、特許文献１では、平角アルミ基材に、銅めっきを施し、これをはんだ溶融めっきで被覆してなる太陽電池用のインターコネクタ材が提案されている。なお、この特許文献１では、平角アルミ基材として、常温における引張強度が８０Ｎ／ｍｍ２以下であり、かつ０．２％耐力が４０Ｎ／ｍｍ２以下であるものを用いている。
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、接合時におけるシリコン結晶ウェハ（結晶Ｓｉ）の変形および破損を有効に防止することができ、かつ、ボビンやリールへの巻き付け性が良好である太陽電池用インターコネクタ材料、および太陽電池用インターコネクタを提供することにある。また、本発明は、このような太陽電池用インターコネクタを用いて得られるインターコネクタ付き太陽電池セルを提供することも目的とする。
本発明者等は、太陽電池用インターコネクタ材料を構成する基材として、引張強度が８１〜１００Ｎ／ｍｍ２であるＡｌ基材を用い、この表面に、基材側から順に、Ｎｉめっき層、およびＳｎめっき層を形成することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明によれば、引張強度が８１〜１００Ｎ／ｍｍ２であるＡｌ基材の表面に、基材側から順に、Ｎｉめっき層、およびＳｎめっき層を有することを特徴とする太陽電池用インターコネクタ材料が提供される。
本発明の太陽電池用インターコネクタ材料において、前記Ａｌ基材は、０．０５〜０．２０重量％の割合でＣｕを含有することが好ましい。
本発明の太陽電池用インターコネクタ材料において、前記Ａｌ基材は、９９．０〜９９．６重量％の割合でＡｌを含有することが好ましい。
また、本発明によれば、上記の太陽電池用インターコネクタ材料のＳｎめっき層の表面にはんだ層を形成することにより得られ、Ａｌ基材表面に、基材側から順に、Ｓｎ−Ｎｉ合金層、およびはんだ層を有することを特徴とする太陽電池用インターコネクタが提供される。
さらに、本発明によれば、上記いずれかの太陽電池用インターコネクタを太陽電池セルに接続してなることを特徴とするインターコネクタ付き太陽電池セルが提供される。
本発明のインターコネクタ付き太陽電池セルにおいて、前記太陽電池用インターコネクタと前記太陽電池セルとが、はんだ付けにより接続されていることが好ましい。
本発明のインターコネクタ付き太陽電池セルにおいて、前記太陽電池用インターコネクタと前記太陽電池セルとが、はんだ付けにより接続されていることが好ましい。
本発明によれば、接合時におけるシリコン結晶ウェハの変形および破損の発生を有効に防止することができ、かつ、ボビンやリールへの巻き付け性が良好である太陽電池用インターコネクタ材料、ならびに太陽電池用インターコネクタを提供することができる。また、本発明によれば、このような太陽電池用インターコネクタを用いて得られるインターコネクタ付き太陽電池セルを提供することもできる。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。
＜太陽電池用インターコネクタ材料＞
図１は、本実施形態に係る太陽電池用インターコネクタ材料１００の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る太陽電池用インターコネクタ材料１００は、Ａｌ基材１０の両面に、Ｎｉめっき層２０、およびＳｎめっき層３０を、この順に形成されてなる。
図１は、本実施形態に係る太陽電池用インターコネクタ材料１００の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る太陽電池用インターコネクタ材料１００は、Ａｌ基材１０の両面に、Ｎｉめっき層２０、およびＳｎめっき層３０を、この順に形成されてなる。
本実施形態においては、Ａｌ基材１０としては、引張強度が８１〜１００Ｎ／ｍｍ２の範囲、好ましくは引張強度が８７〜９５Ｎ／ｍｍ２の範囲にあるものを用いる。Ａｌ基材１０として、引張強度が８１Ｎ／ｍｍ２未満のものを用いると、太陽電池用インターコネクタ材料１００が柔らかくなり過ぎてしまい、ボビンやリールへの巻き付け性が低下するおそれがある。すなわち、太陽電池用インターコネクタ材料１００が柔らか過ぎる場合には、ボビンやリールに巻き付ける際に大きな張力をかけることができず、得られる太陽電池用インターコネクタをボビンやリールに巻いた状態で運搬する場合に、巻ズレやほどけが生じるおそれがある。また、巻ズレやほどけを防止するために過度の張力を加えると、太陽電池用インターコネクタ材料１００は、容易に塑性変形し、加工硬化や破断を引き起こすおそれもある。あるいは、ボビンやリールに巻きつけた際に、巻き癖がついてしまい、太陽電池セルへの接合が困難になるおそれもある。これらにより、太陽電池用インターコネクタ材料１００が柔らか過ぎる場合には、巻き付け性が低下することとなる。一方、Ａｌ基材１０として、引張強度が１００Ｎ／ｍｍ２を超えるものを用いると、太陽電池用インターコネクタ材料１００が硬くなり過ぎてしまい、太陽電池セルにはんだ付けした際に、過度の応力がかかってしまい、太陽電池セルに反りが発生するという不具合や、太陽電池セルが割れてしまうという不具合が発生してしまう。
なお、Ａｌ基材１０の引張強度は、たとえば、２５℃で、引張速度５ｍｍ／ｍｉｎの条件で測定することができる。
また、本実施形態で用いるＡｌ基材１０としては、引張強度が上記範囲にあるものであればよく特に限定されないが、Ａｌを主成分とし、Ａｌに加えてＣｕを好ましくは０．０５〜０．２０重量％、特に０．１０〜０．１８重量％の割合で含有していることが好ましい。Ｃｕを上記含有割合で含有していることにより、後述するＮｉめっき層２０を形成する場合に、前処理であるＺｎの置換処理においてＡｌ基材１０にＺｎが付着しやすくなり、Ｎｉめっき層２０や、Ｎｉめっき層２０上に施されるＳｎめっき、およびはんだめっきを良好に形成することができる。そして、その結果としてＡｌ基材１０のはんだ濡れ性を高めることができる。また、Ｃｕを上記含有割合で含有していることにより、固溶体強化、析出硬化による強度の向上や、耐熱性の向上、などの理由から、Ａｌ基材１０として、引張強度が８１Ｎ／ｍｍ２以上と比較的高いものを用いた場合であっても、太陽電池用インターコネクタ材料１００を太陽電池セルにはんだ接合する際に加わる応力を緩和することができ、接合時における太陽電池セルの変形および破損を有効に防止することができる。Ｃｕの含有割合が少なすぎると、Ａｌ基材１０にＺｎが付着し難くなることでＡｌ基材１０のはんだ濡れ性が低下し、また、太陽電池用インターコネクタ材料１００を太陽電池セルに接合する際の応力緩和効果が低下する傾向にある。一方、Ｃｕの含有割合が多すぎると、含有割合を増加させたことによる、Ａｌ基材１０へのＺｎの付着性の向上効果、および太陽電池用インターコネクタ材料１００を太陽電池セルに接合する際の応力緩和効果が飽和してしまうため、コスト的に不利になる傾向にある。
さらに、本実施形態で用いるＡｌ基材１０は、Ａｌの含有割合が９９．０〜９９．６重量％であることが好ましい。Ａｌの含有割合を上記範囲とすることにより、太陽電池セルへの接合性を高めることができる。Ａｌの含有割合が少なすぎると、太陽電池用インターコネクタ材料１００が硬くなり過ぎ、接合時に太陽電池セルに過度の応力がかかってしまう傾向にあり、一方、Ａｌの含有割合が多すぎると、太陽電池用インターコネクタ材料１００が柔らかくなり過ぎ、ボビンやリールへの巻き付け性が低下するおそれがある。
また、本実施形態で用いるＡｌ基材１０は、Ａｌ，Ｃｕに加えて、Ｓｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｔｉなど他の成分が含有されていてもよく、これらの含有量は、通常、Ａｌ，Ｃｕの含有量に対する残部となる。このような他の成分の含有量は、好ましくは０．１０重量％以下である。他の成分の含有割合が多すぎると、太陽電池用インターコネクタ材料１００が硬くなり過ぎてしまい、太陽電池セルへの接合性が低下する傾向にある。
Ａｌ基材１０の厚みは、特に限定されず、太陽電池用インターコネクタとして十分な導電性が確保できるような厚みとすればよいが、好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。
Ｎｉめっき層２０は、Ａｌ基材１０上に、Ｎｉめっきを施すことにより形成される。Ａｌ基材１０上に、Ｎｉめっき層２０を形成する方法としては、特に限定されないが、Ａｌ表面上に、Ｎｉめっき層を直接設けることは困難であるため、あらかじめ、Ｚｎ層を置換めっきによって形成した後、その上にＮｉめっき層２０を形成するのが好ましい。以下、下地層としてＺｎ層を形成する方法について、説明する。
まず、Ａｌ基材１０を構成するアルミニウム板について、脱脂処理を行ない、次いで、酸性エッチングおよびスマット除去を行った後、Ｚｎの置換めっきを行なう。Ｚｎの置換めっきは、硝酸浸漬処理、Ｚｎ置換処理の工程を経る、シングルジンケート処理を施すことにより行なわれる。この場合、各工程の処理後には水洗処理を実施する。なお、Ｚｎ置換処理により形成されるＺｎ層は、Ｎｉめっきを施す際にわずかに溶解する。この際において、Ａｌ基材１０として、Ｃｕの含有割合が上記範囲にあるものを用いることにより、Ａｌ基材１０にＺｎが付着しやすくなり、良好なＺｎ層を形成することができ、さらにＺｎ層の上に良好なＮｉめっき層２０を形成することができることとなる。一方、Ａｌ基材１０として、Ｃｕの含有割合が上記範囲外にあるものを用いると、Ａｌ基材１０にＺｎが付着し難くなり、Ｚｎ層上のＮｉめっき層２０のめっき性が悪くなる。
また、Ｚｎ層は、Ｎｉめっき後の状態における皮膜量が、好ましくは５〜５００ｍｇ／ｍ２の範囲、より好ましくは３０〜３００ｍｇ／ｍ２の範囲となるように形成することが望ましい。なお、Ｚｎ層の皮膜量は、処理液中のＺｎイオンの濃度および浸漬する時間を適宜選択することで調整することができる。また、Ｚｎの置換めっきは、硝酸浸漬処理、Ｚｎ置換処理の工程を経て、再度Ｚｎ置換処理の工程を経る、ダブルジンケート処理を施すことにより行ってもよい。
次いで、下地層としてのＺｎ層の上に、Ｎｉめっきを施すことで、Ｎｉめっき層２０を形成する。Ｎｉめっき層２０は、電気めっき法または無電解めっき法のいずれのめっき法を用いて形成してもよい。Ｎｉめっき層２０の厚みは、好ましくは０．２μｍ以上であり、より好ましくは０．２〜３．０μｍ、さらに好ましくは０．５〜２．０μｍである。Ｎｉめっき層２０は、後述するように、太陽電池用インターコネクタ材料１００を構成するＳｎめっき層３０上に、はんだ層を形成した際に、はんだ層を形成する際における熱により、Ｓｎめっき層３０と拡散することで、Ｎｉ−Ｓｎ合金層を形成することとなる層である。
Ｓｎめっき層３０は、Ｎｉめっき層２０上に、Ｓｎめっきを行なうことにより形成される。Ｓｎめっき層３０は、電気めっき法または無電解めっき法のいずれのめっき法を用いて形成してもよい。Ｓｎめっき層３０の厚みは、好ましくは０．５〜３．０μｍである。Ｓｎめっき層３０の厚みが薄すぎると、Ｓｎめっき層３０上にはんだ層を形成する際における、はんだ濡れ性が低下し、良好なはんだ層を形成し難くなる。一方、Ｓｎめっき層３０の厚みが厚すぎると、厚みを増加させることによる、はんだ濡れ性の向上効果が飽和してしまうため、コスト的に不利となる。また、Ａｌ基材１０として、Ｃｕの含有割合が上記範囲にあるものを用いると、Ａｌ基材１０上に、Ｎｉめっき層２０およびＳｎめっき層３０が良好に形成され、これにより、はんだ濡れ性が向上し、これにより、はんだ層をより良好に形成することができる。
＜太陽電池用インターコネクタ＞
図２は、本実施形態に係る太陽電池用インターコネクタ２００の構成を示す図である。本実施形態に係る太陽電池用インターコネクタ２００は、図１に示す太陽電池用インターコネクタ材料１００を用い、太陽電池用インターコネクタ材料１００のＳｎめっき層３０上に、はんだ層５０を形成することにより製造され、図２に示すように、Ａｌ基材１０の両面に、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０、およびはんだ層５０を、この順に形成されてなる。
図２は、本実施形態に係る太陽電池用インターコネクタ２００の構成を示す図である。本実施形態に係る太陽電池用インターコネクタ２００は、図１に示す太陽電池用インターコネクタ材料１００を用い、太陽電池用インターコネクタ材料１００のＳｎめっき層３０上に、はんだ層５０を形成することにより製造され、図２に示すように、Ａｌ基材１０の両面に、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０、およびはんだ層５０を、この順に形成されてなる。
はんだ層５０は、図１に示す太陽電池用インターコネクタ材料１００を構成するＳｎめっき層３０上に、溶融はんだめっきを施すことにより形成することができる。なお、本実施形態においては、溶融はんだめっきにより、はんだ層５０を形成することにより、はんだ層５０を形成した際における熱により、図１に示す太陽電池用インターコネクタ材料１００を構成するＮｉめっき層２０とＳｎめっき層３０との間で拡散が起こり、これにより、図２に示すように、はんだ層５０の下に、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０が形成されることとなる。
なお、はんだ層５０を形成する際における、溶融はんだめっきの浴温は、好ましくは１４０〜３５０℃であり、より好ましくは１８０〜３００℃である。また、溶融はんだめっきを行なう際における浸漬時間は、好ましくは３〜１５秒である。溶融はんだめっきの浴温が低すぎる場合や、溶融はんだめっきを行なう際における浸漬時間が短すぎる場合には、はんだ層５０の形成が不十分となり、一方、溶融はんだめっきの浴温が高すぎる場合や、溶融はんだめっきを行なう際における浸漬時間が長すぎる場合には、はんだ層５０に含まれるＳｎ成分が、Ａｌ基材１０まで拡散してしまい、ＡｌとＳｎとの間で固溶硬化が起こってしまい、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０の割れや、剥離が発生してしまう場合がある。
はんだ層５０の厚みは、特に限定されないが、好ましくは片面あたり１０〜５０μｍ、より好ましくは１５〜４０μｍである。
Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０は、上述したように、はんだ層５０を形成する際に、図１に示す太陽電池用インターコネクタ材料１００を構成するＮｉめっき層２０とＳｎめっき層３０との間で拡散が起こることにより形成される合金層である。本実施形態においては、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０を構成することとなる熱拡散前のＮｉめっき層２０の厚みは、好ましくは０．２μｍ以上であり、より好ましくは０．２〜３．０μｍ、さらに好ましくは０．５〜２．０μｍであり、熱拡散前のＮｉめっき層２０の厚みをこのような範囲とすることにより、熱拡散後のＳｎ−Ｎｉ合金層４０を、Ａｌ基材１０の表面を覆うように、連続的に形成することが可能となる。すなわち、熱拡散後のＳｎ−Ｎｉ合金層４０を途切れ部分の無いような態様で形成することができる。そして、これにより、途切れ部分を起点として、Ａｌ基材１０とＳｎ−Ｎｉ合金層４０との密着性が低下してしまい、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０の割れや剥離が生じやすくなるという不具合や、加工時等に発生したクラックを介して、腐食物が進入した場合に、この途切れ部分４１において腐食物に起因する電位差が生じてしまい、腐食が進行してしまうという不具合を有効に防止することができる。
また、本実施形態においては、高周波グロー放電発光分光分析法により分析した際のＳｎ−Ｎｉ合金層４０のＮｉ強度が、熱拡散前のＮｉめっき層２０のＮｉ強度に対して、「Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０のＮｉ強度／熱拡散前のＮｉめっき層２０のＮｉ強度」の比率で、０．１５以上であることが好ましく、０．１８以上であることがより好ましく、０．３４以上であることがさらに好ましい。なお、該比率の上限は、特に限定されないが、通常、１以下である。
「Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０のＮｉ強度／熱拡散前のＮｉめっき層２０のＮｉ強度」の比率を上記範囲とすることにより、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０中のＳｎ成分が、Ａｌ基材１０中に拡散することで発生するＡｌとＳｎとの間での固溶硬化を防止し、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０の割れや剥離を防止することができる。
なお、「Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０のＮｉ強度／熱拡散前のＮｉめっき層２０のＮｉ強度」の比率を上記範囲とする方法としては、特に限定されるものではないが、たとえば、熱拡散前のＮｉめっき層２０の厚みを０．２μｍ以上とし、はんだ層５０を形成する際における、溶融はんだめっきの浴温、および溶融はんだめっきを行なう際における浸漬時間を上述した範囲に制御する方法などが挙げられる。
なお、本実施形態に係る太陽電池用インターコネクタ２００としては、図２に示すように、Ａｌ基材１０の上に、直接、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０が形成されている構成に代えて、Ａｌ基材１０の上に、Ｎｉめっき層２０を介して、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０が形成されているような構成であってもよい。特に、熱拡散前のＮｉめっき層２０の厚みや、はんだ層５０を形成する際における、溶融はんだめっきの浴温、および溶融はんだめっきを行なう際における浸漬時間によっては、Ｎｉめっき層２０中へのＳｎ成分の拡散が完全に進行しない場合もある。そのため、このような場合には、Ａｌ基材１０と、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０との間に、Ｎｉめっき層２０が残存することとなる。
なお、本実施形態に係る太陽電池用インターコネクタ２００は、０．２％耐力が、好ましくは４０〜８０Ｎ／ｍｍ２であり、より好ましくは、４０〜７０Ｎ／ｍｍ２である。０．２％耐力が上記範囲にあることにより、接合時に太陽電池セルに加わる応力を緩和し、はんだ濡れ性を高め、太陽電池セルへの接合性を高めることができる。なお、０．２％耐力は、たとえば、２５℃で、引張速度５ｍｍ／ｍｉｎの条件で測定することができる。
本実施形態の太陽電池用インターコネクタ２００は、Ａｌ基材１０として、引張強度が８１〜１００Ｎ／ｍｍ２であるものを用いるものであるため、そのため、次のような効果を奏するものである。すなわち、本実施形態の太陽電池用インターコネクタ２００によれば、引張強度が８１Ｎ／ｍｍ２以上であることから、ボビンやリールへの巻き付け性の低下を有効に防止することができる。加えて、本実施形態の太陽電池用インターコネクタ２００によれば、引張強度が１００Ｎ／ｍｍ２以下であることから、接合時に太陽電池セルに加わる応力を緩和することができるため、接合時における太陽電池セルの変形および破損を有効に防止することができる。
加えて、本実施形態の太陽電池用インターコネクタ２００は、はんだ層５０を形成した際における熱により、Ｎｉめっき層２０と、Ｓｎめっき層３０との間で拡散が起こることにより形成されるＳｎ−Ｎｉ合金層４０を備えるものであるため、はんだ付けの熱履歴による、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０の割れや剥離などの不具合の発生を有効に防止することができる。
そのため、本実施形態の太陽電池用インターコネクタ２００を用い、太陽電池用インターコネクタ２００と、太陽電池セルとをはんだ付けにより接続することにより得られるインターコネクタ付き太陽電池セルは、品質的に良好であり、しかも、コスト的にも優れたものである。
なお、このような本実施形態の太陽電池用インターコネクタ２００としては、たとえば、長尺のＡｌ板（コイル）の両面に、上述した方法にしたがい、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０、およびはんだ層５０を、この順に形成したものを、必要な幅にスリットすることにより得ることができる。このようにして得られる太陽電池用インターコネクタ２００は、上下面に、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０、およびはんだ層５０が形成されている一方で、厚み方向を形成する面（スリット面）には、これらＳｎ−Ｎｉ合金層４０、およびはんだ層５０が形成されていないこととなる。
あるいは、本実施形態の太陽電池用インターコネクタ２００としては、たとえば、平角Ａｌ線の表面全面に、上述した方法にしたがい、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０、およびはんだ層５０を形成することにより得ることもできる。そして、この場合には、得られる太陽電池用インターコネクタ２００は、上述した方法とは異なり、スリット工程を経ないため、上述した特許文献１（特開２００６−４９６６６号公報）に記載のインターコネクタと同様に、上下面および厚み方向を形成する面のいずれにも、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４０、およびはんだ層５０が形成されたものとなる。
なお、本実施形態に係る太陽電池用インターコネクタ２００のサイズは、特に限定されないが、厚みが、通常、０．１〜０．７ｍｍ、好ましくは０．１〜０．５ｍｍであり、幅が、通常、０．５〜１０ｍｍ、好ましくは１〜６ｍｍであり、また、長さについては、太陽電池の配列等に応じて適宜設定すればよい。
以下に、実施例を挙げて、本発明についてより具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
＜実施例１＞
Ａｌ基材１０を形成するための材料として、Ｃｕの含有割合が０．０５重量％であり、Ａｌの含有割合が９９．６重量％、残部がＭｎ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｆｅ等であるアルミニウム板を準備した（厚さ０．３ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ）。そして、Ａｌ基材１０を、アルカリ液で脱脂し、次いで硫酸中でエッチング処理を施し、次いで硝酸中で脱スマット処理を施した後、水酸化ナトリウム：１５０ｇ／Ｌ、ロッシェル塩：５０ｇ／Ｌ、酸化亜鉛：２５ｇ／Ｌ、塩化第一鉄１．５ｇ／Ｌを含む処理液中に浸漬してＺｎ置換処理を行うことで、１００ｍｇ／ｍ２の皮膜量で、Ａｌ基材上にＺｎ層を形成した。
Ａｌ基材１０を形成するための材料として、Ｃｕの含有割合が０．０５重量％であり、Ａｌの含有割合が９９．６重量％、残部がＭｎ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｆｅ等であるアルミニウム板を準備した（厚さ０．３ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ）。そして、Ａｌ基材１０を、アルカリ液で脱脂し、次いで硫酸中でエッチング処理を施し、次いで硝酸中で脱スマット処理を施した後、水酸化ナトリウム：１５０ｇ／Ｌ、ロッシェル塩：５０ｇ／Ｌ、酸化亜鉛：２５ｇ／Ｌ、塩化第一鉄１．５ｇ／Ｌを含む処理液中に浸漬してＺｎ置換処理を行うことで、１００ｍｇ／ｍ２の皮膜量で、Ａｌ基材上にＺｎ層を形成した。
次いで、Ｚｎ層を形成したＡｌ基材１０について下記条件にてニッケルめっきを行い、Ｚｎ層上に、厚さ０．５μｍのＮｉめっき層２０を形成した。
浴組成：硫酸ニッケル２５０ｇ／Ｌ、塩化ニッケル４５ｇ／Ｌ、ほう酸３０ｇ／Ｌ
ｐＨ：３〜５
浴温：６０℃
電流密度：１〜５Ａ／ｄｍ２
浴組成：硫酸ニッケル２５０ｇ／Ｌ、塩化ニッケル４５ｇ／Ｌ、ほう酸３０ｇ／Ｌ
ｐＨ：３〜５
浴温：６０℃
電流密度：１〜５Ａ／ｄｍ２
本実施例においては、Ｎｉめっき層２０が形成されたＡｌ基材１０を用いて、Ｎｉめっき層２０のめっき剥離性の評価を行った。めっき剥離性の評価は、具体的には、Ｎｉめっき層２０上に、カッターナイフを用いてＡｌ基材１０に達するまで１．０ｍｍ間隔の碁盤目の疵を入れ、次いで碁盤目模様の中心にエリクセン試験機で７ｍｍの張り出しを行い、セロテープ（登録商標）を用いて碁盤目張り出し部のフイルムの剥離状態を観察し、以下の基準で評価した。評価結果を表１に示す。なお、Ｎｉめっき層２０を形成した後にめっき剥離性の評価を行うのは、Ｎｉめっき層２０が定着していなければ、Ｎｉめっき層２０に重ねるＳｎめっき層３０およびはんだ層５０も定着しないためである。
○：Ｎｉめっき層２０の剥離が確認できなかった。
×：Ｎｉめっき層２０の剥離が発生した。
○：Ｎｉめっき層２０の剥離が確認できなかった。
×：Ｎｉめっき層２０の剥離が発生した。
次いで、Ｎｉめっき層２０を形成したＡｌ基材１０について、下記条件にてスズめっきを行い、Ｎｉめっき層２０上に、厚さ０．５μｍのＳｎめっき層３０を形成することで、図１に示す太陽電池用インターコネクタ材料１００を得た。
浴組成：硫酸第一錫３０ｇ／Ｌ、硫酸７０ｍｌ／Ｌ、適量の光沢剤および酸化防止剤
ｐＨ：１〜２
浴温：４０℃
電流密度：２．５〜１０Ａ／ｄｍ２
浴組成：硫酸第一錫３０ｇ／Ｌ、硫酸７０ｍｌ／Ｌ、適量の光沢剤および酸化防止剤
ｐＨ：１〜２
浴温：４０℃
電流密度：２．５〜１０Ａ／ｄｍ２
次いで、得られた太陽電池用インターコネクタ材料１００を、浴温を２００℃に調整したＳｎ−４０％Ｐｂはんだからなる溶融はんだめっき槽に、３秒間浸漬することで、厚み２０μｍのはんだ層５０を形成することで、図２に示す太陽電池用インターコネクタ２００を製造した。なお、本実施例で製造した太陽電池用インターコネクタ２００は、スリット前のものであり、太陽電池の配列等に併せて、スリットすることにより、太陽電池用インターコネクタとして適宜使用可能なものである。そして、得られた太陽電池用インターコネクタ２００を用いて、引張強度の測定を行った。結果を表１に示す。
引張強度は次の方法により測定した。すなわち、テンシロン（ＲＴＣ−１３５０Ａ、ＯＲＩＥＮＴＥＣ社製）を用いて、２５℃で、引張速度５ｍｍ／ｍｉｎの条件で、太陽電池用インターコネクタ２００の最大引張荷重を平行部の断面積で除した値を引張強度として検出した（試験片はプレスで打ち抜いたＪＩＳ Ｚ２２４１記載の５号試験片を用いた）。なお、本実施例の太陽電池用インターコネクタ２００の構成においては、Ａｌ基材１０が大部分を占めているため、太陽電池用インターコネクタ２００の引張強度は、Ａｌ基材１０単体の引張強度とほぼ等しい値となり、そのため、本評価により得られる引張強度は、Ａｌ基材１０の引張強度と判断することができる。
＜実施例２〜７＞
Ａｌ基材１０を形成するための材料として、Ｃｕの含有割合およびＡｌの含有割合が、それぞれＣｕ：０．１２重量％、Ａｌ：９９．２重量％（実施例２）、Ｃｕ：０．０７重量％、Ａｌ：９９．２重量％（実施例３）、Ｃｕ：０．１１重量％、Ａｌ：９９．１重量％（実施例４）、Ｃｕ：０．１４重量％、Ａｌ：９９．０重量％（実施例５）、Ｃｕ：０．１８重量％、Ａｌ：９９．３重量％（実施例６）、およびＣｕ：０．２０重量％、Ａｌ：９９．２重量％（実施例７）であるアルミニウム板を用いた以外は、実施例１と同様にして、太陽電池用インターコネクタ２００を得て、同様に評価を行った。結果を表１に示す。なお、これら実施例２〜７で用いたアルミニウム板は、Ａｌ，Ｃｕの含有量に対する残部が、いずれもＳｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ等で構成されたものであった。
Ａｌ基材１０を形成するための材料として、Ｃｕの含有割合およびＡｌの含有割合が、それぞれＣｕ：０．１２重量％、Ａｌ：９９．２重量％（実施例２）、Ｃｕ：０．０７重量％、Ａｌ：９９．２重量％（実施例３）、Ｃｕ：０．１１重量％、Ａｌ：９９．１重量％（実施例４）、Ｃｕ：０．１４重量％、Ａｌ：９９．０重量％（実施例５）、Ｃｕ：０．１８重量％、Ａｌ：９９．３重量％（実施例６）、およびＣｕ：０．２０重量％、Ａｌ：９９．２重量％（実施例７）であるアルミニウム板を用いた以外は、実施例１と同様にして、太陽電池用インターコネクタ２００を得て、同様に評価を行った。結果を表１に示す。なお、これら実施例２〜７で用いたアルミニウム板は、Ａｌ，Ｃｕの含有量に対する残部が、いずれもＳｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ等で構成されたものであった。
＜比較例１〜４＞
Ｃｕの含有割合およびＡｌの含有割合を、それぞれＣｕ：０．２１重量％、Ａｌ：９６．７重量％（比較例１）、Ｃｕ：０．２４重量％、Ａｌ：９６．０重量％（比較例２）、Ｃｕ：０．０５重量％、Ａｌ：９６．５重量％（比較例３）、Ｃｕ：０．０３重量％、およびＡｌ：９９．６重量％（比較例４）であるアルミニウム板を用いた以外は、実施例１と同様にして、太陽電池用インターコネクタ２００を得て、同様に評価を行った。結果を表１に示す。なお、これら比較例１〜４で用いたアルミニウム板は、Ａｌ，Ｃｕの含有量に対する残部が、いずれもＳｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ等で構成されたものであった。
Ｃｕの含有割合およびＡｌの含有割合を、それぞれＣｕ：０．２１重量％、Ａｌ：９６．７重量％（比較例１）、Ｃｕ：０．２４重量％、Ａｌ：９６．０重量％（比較例２）、Ｃｕ：０．０５重量％、Ａｌ：９６．５重量％（比較例３）、Ｃｕ：０．０３重量％、およびＡｌ：９９．６重量％（比較例４）であるアルミニウム板を用いた以外は、実施例１と同様にして、太陽電池用インターコネクタ２００を得て、同様に評価を行った。結果を表１に示す。なお、これら比較例１〜４で用いたアルミニウム板は、Ａｌ，Ｃｕの含有量に対する残部が、いずれもＳｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ等で構成されたものであった。
表１に、引張強度と、めっき剥離性の結果とを示した。引張強度が８１〜１００Ｎ／ｍｍ２であり、かつ、Ｃｕの含有割合が０．０５〜０．２０重量％であり、かつ、Ａｌの含有割合が９９．０〜９９．６重量％であるＡｌ基材を用いた実施例１〜７では、Ｎｉめっき層２０の剥離は発生せず、Ｎｉめっき層２０の形成性に優れていると判断できる。そして、実施例１〜７においては、Ｎｉめっき層２０の形成性に優れていることから、その上に形成するＳｎめっき層３０の形成性、およびさらにこの上に形成するはんだめっきの濡れ性にも優れるものと判断することができる。一方、引張強度が８１Ｎ／ｍｍ２未満、または、１００Ｎ／ｍｍ２を超えており、かつ、Ｃｕの含有割合が０．０５重量％未満である比較例４のＡｌ基材を用いた場合には、Ｎｉめっき層２０の剥離が発生する結果となり、Ｎｉめっき層２０の形成性に劣る結果であった。そして、この結果より、比較例４においては、Ｎｉめっき層２０の形成性に劣るため、その上に形成するＳｎめっき層３０の形成性、およびさらにこの上に形成するはんだめっきの濡れ性に劣る結果となると判断することができる。
＜シリコン結晶ウェハの破損確認試験、およびＡｌ基材１０の０．２％耐力の測定＞
引張強度が１００Ｎ／ｍｍ２である実施例５の太陽電池用インターコネクタ２００を、幅２．０ｍｍでスリットすることにより、太陽電池用インターコネクタ２００のスリットサンプルを得た。そして、得られたスリットサンプルを用いて、太陽電池セルを構成するシリコン結晶ウェハにはんだ接合し、シリコン結晶ウェハの変形および破損を目視にて確認したところ、変形および破損が全く発生しておらず、良好な結果であった。
また、得られたスリットサンプルについて、テンシロン（ＲＴＣ−１３５０Ａ、ＯＲＩＥＮＴＥＣ社製）を用いて、２５℃で、引張速度５ｍｍ／ｍｉｎの条件で、０．２％耐力を測定したところ、７７．２Ｎ／ｍｍ２であった。
引張強度が１００Ｎ／ｍｍ２である実施例５の太陽電池用インターコネクタ２００を、幅２．０ｍｍでスリットすることにより、太陽電池用インターコネクタ２００のスリットサンプルを得た。そして、得られたスリットサンプルを用いて、太陽電池セルを構成するシリコン結晶ウェハにはんだ接合し、シリコン結晶ウェハの変形および破損を目視にて確認したところ、変形および破損が全く発生しておらず、良好な結果であった。
また、得られたスリットサンプルについて、テンシロン（ＲＴＣ−１３５０Ａ、ＯＲＩＥＮＴＥＣ社製）を用いて、２５℃で、引張速度５ｍｍ／ｍｉｎの条件で、０．２％耐力を測定したところ、７７．２Ｎ／ｍｍ２であった。
ここで、用いるＡｌ基材１０の引張強度が高いほど、得られる太陽電池用インターコネクタ２００は硬くなり、そのため、接合時にシリコン結晶ウェハにかかる応力が大きくなる傾向にあり、逆に、用いるＡｌ基材１０の引張強度が低いほど、接合時にシリコン結晶ウェハにかかる応力は小さくなることとなる。そのため、引張強度が１００Ｎ／ｍｍ２未満である実施例１〜４，６，７も、引張強度が１００Ｎ／ｍｍ２である実施例５と同様に、接合時における、シリコン結晶ウェハの変形および破損は発生しないものと予想される。
一方で、Ａｌ基材１０として、引張強度が１００Ｎ／ｍｍ２を超えたものを用いている比較例１〜３においては、得られる太陽電池用インターコネクタ２００は硬くなり過ぎてしまい、これにより、接合時にシリコン結晶ウェハにかかる応力が高くなり過ぎてしまい、シリコン結晶ウェハの変形、さらには破損が発生してしまうものと予想される。
一方で、Ａｌ基材１０として、引張強度が１００Ｎ／ｍｍ２を超えたものを用いている比較例１〜３においては、得られる太陽電池用インターコネクタ２００は硬くなり過ぎてしまい、これにより、接合時にシリコン結晶ウェハにかかる応力が高くなり過ぎてしまい、シリコン結晶ウェハの変形、さらには破損が発生してしまうものと予想される。
＜巻き付け性＞
また、実施例１〜７は、Ａｌ基材１０の引張強度が、いずれも８１Ｎ／ｍｍ２以上（かつ、１００Ｎ／ｍｍ２以下）であり、ボビンやリールに巻き付けた際に、巻ズレ、ほどけ、巻き癖などの発生や、破断が起こらず、巻き付け性が高いと予想される。その一方で、Ａｌ基材１０の引張強度が８１Ｎ／ｍｍ２未満である比較例４は、ボビンやリールに巻き付けた際に、巻ズレ、ほどけ、巻き癖などが発生するおそれや、破断するおそれがあり、巻き付け性が低いと予想される。
また、実施例１〜７は、Ａｌ基材１０の引張強度が、いずれも８１Ｎ／ｍｍ２以上（かつ、１００Ｎ／ｍｍ２以下）であり、ボビンやリールに巻き付けた際に、巻ズレ、ほどけ、巻き癖などの発生や、破断が起こらず、巻き付け性が高いと予想される。その一方で、Ａｌ基材１０の引張強度が８１Ｎ／ｍｍ２未満である比較例４は、ボビンやリールに巻き付けた際に、巻ズレ、ほどけ、巻き癖などが発生するおそれや、破断するおそれがあり、巻き付け性が低いと予想される。
１００…太陽電池用インターコネクタ材料
２００…太陽電池用インターコネクタ
１０…Ａｌ基材
２０…Ｎｉめっき層
３０…Ｓｎめっき層
４０…Ｓｎ−Ｎｉめっき層
５０…はんだ層
２００…太陽電池用インターコネクタ
１０…Ａｌ基材
２０…Ｎｉめっき層
３０…Ｓｎめっき層
４０…Ｓｎ−Ｎｉめっき層
５０…はんだ層
Claims (7)
- 引張強度が８１〜１００Ｎ／ｍｍ２であるＡｌ基材の表面に、基材側から順に、Ｎｉめっき層、およびＳｎめっき層を有することを特徴とする太陽電池用インターコネクタ材料。
- 前記Ａｌ基材は、０．０５〜０．２０重量％の割合でＣｕを含有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用インターコネクタ材料。
- 前記Ａｌ基材は、９９．０〜９９．６重量％の割合でＡｌを含有することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池用インターコネクタ材料。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池用インターコネクタ材料のＳｎめっき層の表面にはんだ層を形成することにより得られ、
Ａｌ基材の表面に、基材側から順に、Ｓｎ−Ｎｉ合金層、およびはんだ層を有することを特徴とする太陽電池用インターコネクタ。 - 請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池用インターコネクタ材料のＳｎめっき層の表面にはんだ層を形成することにより得られ、
Ａｌ基材の表面に、基材側から順に、Ｎｉめっき層、Ｓｎ−Ｎｉ合金層、およびはんだ層を有することを特徴とする太陽電池用インターコネクタ。 - 請求項４または５に記載の太陽電池用インターコネクタを太陽電池セルに接続してなることを特徴とするインターコネクタ付き太陽電池セル。
- 前記太陽電池用インターコネクタと前記太陽電池セルとが、はんだ付けにより接続されていることを特徴とする請求項６に記載のインターコネクタ付き太陽電池セル。
Priority Applications (4)
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