JP6032455B2 - インターコネクタ用銅線の焼鈍方法 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池のセルを接続するインターコネクタに用いられる銅線の焼鈍方法に関する。
太陽電池モジュール１０は、シリコンセル１１とシリコンセル１１を接続するインターコネクタ１２とからなる（図４参照）。インターコネクタ１２は、はんだメッキされた平角線条の導体である。
インターコネクタ１２は、はんだメッキを介して太陽電池のシリコンセル１１と接続する。しかし、インターコネクタ１２とシリコンセル１１とは、熱膨張率が異なるため、はんだ接合時の熱影響により、熱膨張率の小さいシリコンセルに曲げ応力が発生し、シリコンセルに反りや破損が生じてしまうという問題がある。
この問題を回避するために、インターコネクタの０．２％耐力を低減することが求められている。０．２％体力とは、機械的特性の一つの指標であり、インターコネクタの０．２％耐力が小さいほどシリコンセルの反りが低減する。
従来、インターコネクタ１２は、導体をダイス加工処理又はロール加工処理した後にスリット加工し、平角の断面形状を有する薄く細長い線条に成形し、得られた線条の導体に加熱処理とはんだメッキ処理を行って製造されている。
スリット加工後の導体の加熱処理は、ダイス加工、ロール加工又はスリット加工によって、平角の断面形状を有する細長い線条に成形された導体内部のひずみを取り除き、組織を軟化するために行われるものであって、焼鈍処理として知られている手段である。
特許文献１〜４には、平角の断面形状を有する細長い線条に成形された導体の０．２％耐力を大幅に低減するため、加熱処理として間接加熱方式を用いた技術が開示されている。
特許文献１：特開２００９−１６５９３号公報
特許文献２：特開２００９−２７０９６号公報
特許文献３：特開２００９−２８０８９８号公報
特許文献４：特開２０１０−１４１０５０号公報
特許文献２：特開２００９−２７０９６号公報
特許文献３：特開２００９−２８０８９８号公報
特許文献４：特開２０１０−１４１０５０号公報
前述したように、平角の断面形状を有する細長い線条に成形された導体の０．２％耐力を大幅に低減するため、従来、間接加熱方式の加熱手段が用いられている。間接加熱を用いる理由は、特許文献４に記載されるように、間接加熱方式のほうが、導体に熱エネルギーを十分に与えることができるため、導体そのものを発熱体とする通電加熱又は誘導加熱のような直接加熱方式より有利であると考えられていたためである。
また、一般的に、導体の０．２％耐力を低減するため加熱処理工程において、加熱処理に要する時間は短いほうが望ましい。
加熱時間に関し、特許文献４は、加熱時間を５秒から６０秒とすることを開示する。加熱時間を短くする場合には、短時間に導体に十分な熱エネルギーを与えるために、加熱温度を高くすることが当然に考えられる。しかし、特許文献４には、加熱温度を高くしても、加熱時間が短いと、０．２％耐力の低減効果が十分でないことが記載されており、３０秒以上の加熱時間が好ましいことが示されている。
加熱時間に関し、特許文献４は、加熱時間を５秒から６０秒とすることを開示する。加熱時間を短くする場合には、短時間に導体に十分な熱エネルギーを与えるために、加熱温度を高くすることが当然に考えられる。しかし、特許文献４には、加熱温度を高くしても、加熱時間が短いと、０．２％耐力の低減効果が十分でないことが記載されており、３０秒以上の加熱時間が好ましいことが示されている。
以上のことを鑑み、本発明は、加熱時間が短く、かつ、導体の０．２％耐力を低減できる焼鈍方法を提供することを目的とする。
本発明は、銅線を６５０℃以上１０２０℃以下かつ０．３秒以上３秒以下の、たわみが発生しない条件で通電加熱又は誘導加熱することを特徴とする、インターコネクタ用銅線の焼鈍方法である。
本発明の焼鈍方法により、加熱時間を大幅に短縮することができる。また、従来の焼鈍方法を具現化する装置においては、熱で柔らかくなったインターコネクタ用銅線を、加熱処理時間にわたって保持する手段を必要としていたが、本発明の方法を具現化するための装置においては、加熱時間が短いため、保持手段を必要としない。
以下、本発明の実施形態を説明する。
本実施形態は、６５０℃以上１０２０℃以下かつ０．３秒以上５秒以下の条件で銅線を通電加熱又は誘導加熱する、インターコネクタ用銅線の焼鈍方法である。
銅は、太陽電池の発電ロスを軽減するために、体積抵抗が小さい材料が望ましく、銅の種類として、高純度銅（純度９９．９９９９％以上）、無酸素銅、リン脱酸銅又はタフピッチ銅のいずれを用いてもよいが、０．２％耐力を小さくするためには高純度銅が好ましい。
銅材は、ダイス加工又はロール加工により平角状の断面を有する板に成形した後、スリット加工により、様々な幅の銅線に成形される。
銅線は、通電加熱又は誘導加熱により、銅線の加熱温度を６５０℃以上１０２０℃以下、０．３秒以上５秒以下の条件で焼鈍処理される。銅線の焼鈍処理条件は、前記条件範囲内であれば、加熱温度が低い場合には、加熱時間を長くし、加熱温度が高い場合には、加熱時間を短くしてもよい。
なお、焼鈍処理は、銅の酸化を防止するために、窒素や希ガスから選ばれる不活性ガス雰囲気下で行うのが好ましい。
なお、焼鈍処理は、銅の酸化を防止するために、窒素や希ガスから選ばれる不活性ガス雰囲気下で行うのが好ましい。
焼鈍処理の加熱温度又は加熱時間のいずれかを上記条件の範囲外にするとインターコネクタの０．２％耐力が８０ＭＰａ以上となり、メッキ処理を施すと０．２％耐力がさらに上昇し、１００ＭＰaを超えることになるため、実用上好ましくない。また、焼鈍処理の加熱温度又は加熱時間のいずれかが上記範囲外になると、靭性の指標の１つである伸び値が２５％以下に低下するので実用上好ましくない。
たとえば、加熱温度が６００℃の場合、０．２％耐力値は、８０ＭＰａ以上になってしまう。１０２０℃の場合、加熱時間が５秒を超えると、伸び値が急速に低減する。
たとえば、加熱温度が６００℃の場合、０．２％耐力値は、８０ＭＰａ以上になってしまう。１０２０℃の場合、加熱時間が５秒を超えると、伸び値が急速に低減する。
加熱時間が５秒を超えると銅線の加熱領域が長くなるため、タワミ等により銅線の変形が発生しやすく、品質管理が難しくなるだけでなく、加熱処理時間短縮の観点からも好ましくない。
焼鈍処理後のインターコネクタ用の銅線は、溶融はんだ浴を通し、表面にはんだメッキを行って、太陽電池用インターコネクタとする。
通電加熱による焼鈍処理を行うための装置の具体例を図１〜図３に示す。
図１は、銅線に通電して焼鈍処理を行う装置の概略図である。以下、本発明において、外部トランスタイプの通電加熱装置という。
銅線Ｌの送り通路入口側及び出口側には、補助ロール１と導電性ロール２とが銅線Ｌを挟んで対向して配置されている。導電性ロール２には、低周波電源３及びトランス４が接続されており、導電性ロール２を介して通電され、銅線Ｌが加熱される。
加熱時間は、銅線Ｌの送り通路入口側から出口側までの距離と銅線Ｌの移動速度とにより制御される。加熱温度は、トランス４からの出力電流、出力電圧のいずれか又は双方により制御される。
図１は、銅線に通電して焼鈍処理を行う装置の概略図である。以下、本発明において、外部トランスタイプの通電加熱装置という。
銅線Ｌの送り通路入口側及び出口側には、補助ロール１と導電性ロール２とが銅線Ｌを挟んで対向して配置されている。導電性ロール２には、低周波電源３及びトランス４が接続されており、導電性ロール２を介して通電され、銅線Ｌが加熱される。
加熱時間は、銅線Ｌの送り通路入口側から出口側までの距離と銅線Ｌの移動速度とにより制御される。加熱温度は、トランス４からの出力電流、出力電圧のいずれか又は双方により制御される。
図２は、誘導加熱を利用した焼鈍処理装置の概略図である。
銅線Ｌは、加熱コイル５の内部を貫通し、銅線Ｌの送り通路入口側及び出口側で、補助ロール１と導電性ロール２とに挟まれて配置されている。加熱コイル５には、高周波電源６が接続されており、電磁誘導作用によって、加熱コイル５内では、銅線Ｌに渦電流が誘起され、銅線Ｌは発熱し加熱される。
加熱時間は、加熱コイル５の幅Ｗと銅線Ｌの移動速度とによって、制御される。加熱温度は、高周波電源６からの出力電流、出力電圧のいずれか又は双方により制御される。
銅線Ｌは、加熱コイル５の内部を貫通し、銅線Ｌの送り通路入口側及び出口側で、補助ロール１と導電性ロール２とに挟まれて配置されている。加熱コイル５には、高周波電源６が接続されており、電磁誘導作用によって、加熱コイル５内では、銅線Ｌに渦電流が誘起され、銅線Ｌは発熱し加熱される。
加熱時間は、加熱コイル５の幅Ｗと銅線Ｌの移動速度とによって、制御される。加熱温度は、高周波電源６からの出力電流、出力電圧のいずれか又は双方により制御される。
図３は、リングトランスタイプの誘導加熱を利用した焼鈍処理装置の概略図である。
銅線Ｌの送り通路入口側及び出口側には、補助ロール１と導電性ロール２とが銅線Ｌを挟んで対向して配置され、銅線Ｌの送り通路入口側と出口側との間には、低周波電源３を接続したリングトランス７が配置され、２つの導電性ロール２は、導電線８で接続されてショートしている。銅線Ｌに誘起された電圧により、導電性ロール２及び銅電線８を通して銅線Ｌに通電される。
加熱時間は、銅線Ｌの送り通路入口側から出口側までの距離と銅線Ｌの移動速度とにより制御される。加熱温度は、低周波電源３からの出力電流、出力電圧のいずれか又は双方により制御される。
銅線Ｌの送り通路入口側及び出口側には、補助ロール１と導電性ロール２とが銅線Ｌを挟んで対向して配置され、銅線Ｌの送り通路入口側と出口側との間には、低周波電源３を接続したリングトランス７が配置され、２つの導電性ロール２は、導電線８で接続されてショートしている。銅線Ｌに誘起された電圧により、導電性ロール２及び銅電線８を通して銅線Ｌに通電される。
加熱時間は、銅線Ｌの送り通路入口側から出口側までの距離と銅線Ｌの移動速度とにより制御される。加熱温度は、低周波電源３からの出力電流、出力電圧のいずれか又は双方により制御される。
なお、図１〜図３において、銅線Ｌを１本だけで用いた例を用いて説明したが、一度に複数本の銅線を焼鈍処理の対象としてもよい。
外部トランスタイプの通電加熱装置を用い、断面サイズ（０．２ｍｍ（厚み）×２ｍｍ（幅））の銅線を以下の条件で焼鈍処理を行った。
加熱温度６００℃、加熱時間０．５、３及び５秒（参考例１〜３）、
加熱温度６５０℃、加熱時間０．５、３及び５秒（実施例１〜３）、
加熱温度８００℃、加熱時間０．５、３及び５秒（実施例４〜６）、
加熱温度９００℃、加熱時間０．５、３及び５秒（実施例７〜９）、
加熱温度１０００℃、加熱時間０．３、３及び５秒（実施例１０〜１２）、
加熱温度１０２０℃、加熱時間０．３、３及び５秒（実施例１３〜１５）、
加熱温度１０２０℃、加熱時間１０秒（参考例４）。
加熱温度６００℃、加熱時間０．５、３及び５秒（参考例１〜３）、
加熱温度６５０℃、加熱時間０．５、３及び５秒（実施例１〜３）、
加熱温度８００℃、加熱時間０．５、３及び５秒（実施例４〜６）、
加熱温度９００℃、加熱時間０．５、３及び５秒（実施例７〜９）、
加熱温度１０００℃、加熱時間０．３、３及び５秒（実施例１０〜１２）、
加熱温度１０２０℃、加熱時間０．３、３及び５秒（実施例１３〜１５）、
加熱温度１０２０℃、加熱時間１０秒（参考例４）。
なお、加熱時間が５秒を超える条件の焼鈍処理では、無酸素銅にたわみが発生し、変形が生じたため、インターコネクタの品質を維持することが困難であった。
焼鈍処理後の無酸素銅とインターコネクタの０．２％耐力をＪＩＳ−Ｚ−２２４１に従って測定した。また、インターコネクタの伸び値をＪＩＳ−Ｚ−２２０１に従って測定した。それぞれの測定結果を表１に示す。
加熱温度が６５０℃より低い参考例１〜３のインターコネクタの０．２％耐力は、いずれも、８０Ｍｐａを超えていたが、実施例１〜１５においては、８０Ｍｐａ未満であった。実施例１〜１５においては、加熱処理温度が高いほど、また、処理時間が長いほど０．２％耐力が低くなる傾向にあった。
焼鈍処理後の無酸素銅の０．２％耐力も、インターコネクタ同様、加熱処理温度が高いほど、また、処理時間が長いほど０．２％耐力が低くなる傾向にあった。
伸び値は、実施例１〜１５、参考例１〜３のいずれも２５％を超えていた。
実施例１〜１５から、６５０℃以上１０２０℃以下の条件で通電加熱する焼鈍により、これまでの間接加熱で必要とされていた３０秒以上の加熱時間を大幅に短縮することが可能であり、加熱時間が０．３秒以上５秒以下の範囲であれば、０．２％耐力にも悪影響を与えることがないため、優れた太陽電池用のインターコネクタを得ることが可能であることがわかる。
Ｌ：銅線
１：補助ロール
２：導電性ロール
３：低周波電源
４：トランス
５：加熱コイル
６：高周波電源
７：リングトランス
８：導電線
１：補助ロール
２：導電性ロール
３：低周波電源
４：トランス
５：加熱コイル
６：高周波電源
７：リングトランス
８：導電線
Claims (3)
- 銅線を６５０℃以上１０２０℃以下かつ０．３秒以上３秒以下のたわみの発生しない条件で通電加熱又は誘導加熱する、インターコネクタ用銅線の焼鈍方法。
- 前記通電加熱又は誘導加熱が不活性ガス雰囲気下で行われる、請求項１記載のインターコネクタ用銅線の焼鈍方法。
- 前記銅線が、タフピッチ銅、無酸素銅、リン脱酸銅又は純度９９．９９９９％以上の銅から形成される平角の断面形状を有するものである、請求項１又は２記載のインターコネクタ用銅線の焼鈍方法。
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|---|---|---|---|
| JP2011215137A JP6032455B2 (ja) | 2011-09-29 | 2011-09-29 | インターコネクタ用銅線の焼鈍方法 |
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