JP6065646B2 - Tape-like conductive material, solar cell interconnector and solar cell module - Google Patents

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Description

本発明は、特に太陽電池の集電に使用されるテープ状導電材料、太陽電池用インターコネクター及び太陽電池モジュールに関する。   The present invention particularly relates to a tape-like conductive material, a solar cell interconnector, and a solar cell module that are used for collecting solar cells.

太陽電池発電は、無尽蔵な太陽エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電方式である。このため、太陽電池発電は、エネルギー問題を大幅に軽減する技術として、近年技術開発が活発になり、市場も大きく拡大している。   Solar cell power generation is a power generation method that converts inexhaustible solar energy directly into electrical energy. For this reason, solar cell power generation has been actively developed in recent years as a technology for greatly reducing energy problems, and the market has greatly expanded.

現在、太陽電池の基板には、単結晶シリコン基板、又は多結晶シリコン基板が多く採用される。単結晶シリコン基板などを採用する太陽電池は、5インチ〜6インチ角程度の大きさを有する太陽電池セルと呼ばれる複数の基板により形成される。太陽電池を形成する複数の太陽電池セルの間を集電用配線で接続して、それぞれの太陽電池セルで生成された電気エネルギーを集電する。太陽電池セルと集電用配線との間の接続は、半田による溶融液相接合が多く採用される。この集電用配線は、集電用インターコネクターと称され、半田被覆された銅平角線により形成される。一般的に、銅平角線は、丸線を圧延して平角線(金属テープ)とするか、所定の厚さまで板を圧延して、その後スリット加工することによって製造される。一般的な集電用インターコネクターに使用される半田被覆平角銅線に使用される平角銅線の断面形状は、厚さが0.1〜0.3mm、幅が1mm〜3mmの範囲にある。また太陽電池用モジュール内で使用されるインターコネクターに使用される半田被覆平角銅線の断面形状は、厚さが0.1〜0.3mm、幅が3mm〜10mm程度の範囲にある。また、半田の目付量は、厚さの平均で片側10μm〜40μmであるが、20μm以上の場合が多い。   Currently, a single-crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate is often used as a substrate for solar cells. A solar battery employing a single crystal silicon substrate or the like is formed of a plurality of substrates called solar battery cells having a size of about 5 inches to 6 inches square. A plurality of solar cells forming a solar cell are connected by current collecting wiring to collect electric energy generated in each solar cell. As a connection between the solar battery cell and the current collecting wiring, a melt liquid phase bonding using solder is often employed. This current collecting wiring is called a current collecting interconnector, and is formed by a copper-coated rectangular wire. Generally, a copper flat wire is manufactured by rolling a round wire into a flat wire (metal tape), or rolling a plate to a predetermined thickness and then slitting. The cross-sectional shape of a rectangular copper wire used for a solder-coated rectangular copper wire used for a general current collecting interconnector has a thickness of 0.1 to 0.3 mm and a width of 1 mm to 3 mm. Moreover, the cross-sectional shape of the solder-coated flat copper wire used for the interconnector used in the solar cell module is in the range of about 0.1 to 0.3 mm in thickness and about 3 mm to 10 mm in width. Further, the weight per unit area of the solder is 10 μm to 40 μm on one side in average thickness, but is often 20 μm or more.

図1は、集電用インターコネクターが実装される、一般的な結晶型の太陽電池の一部を概略的に示す図である。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a part of a general crystalline solar cell on which a current collecting interconnector is mounted.

図1に示すように、太陽電池は、太陽電池セル1a、1b、及び1cと、金属テープである集電用インターコネクター2a、2b、2c、及び2dとを有する。太陽電池セル1a、1b、及び1cと、集電用インターコネクター2a、2b、2c、及び2dとは、半田、又は導電接着剤により機械的、電気的に接合されることにより、それぞれ実装される。このように、金属の側面長手方向に他の材料と接合、実装する形態を、以下では線実装と呼ぶ。   As shown in FIG. 1, the solar cell includes solar cells 1a, 1b, and 1c, and current collector interconnectors 2a, 2b, 2c, and 2d that are metal tapes. The solar cells 1a, 1b, and 1c and the current collecting interconnectors 2a, 2b, 2c, and 2d are respectively mounted by being mechanically and electrically joined with solder or a conductive adhesive. . In this way, the form of joining and mounting with other materials in the longitudinal direction of the side surface of the metal is hereinafter referred to as line mounting.

集電用インターコネクター2a、及び2bは、太陽電池セル1aの表面、及び太陽電池セル1aのL方向3の方向に隣接して配置される太陽電池セル1bの裏面に線実装される。ここで、表面は、D方向4の正方向に向く面をいい、裏面は、D方向4の負方向に向く面をいう。集電用インターコネクター2c、及び2dは、太陽電池セル1bの表面、及び太陽電池セル1cの裏面に線実装される。このように集電用インターコネクター2a、2b、2c、及び2dにより接続されることにより、太陽電池セル1a、1b、及び1cは、電気的に直列接続される。集電用インターコネクター2a、及び2bは、W方向5の方向に適当な間隔を空けて配置される。同様に、集電用インターコネクター2c、及び2dは、W方向5の方向に適当な間隔を空けて配置される。   The current collecting interconnectors 2a and 2b are line-mounted on the front surface of the solar battery cell 1a and the back surface of the solar battery cell 1b arranged adjacent to the direction of the L direction 3 of the solar battery cell 1a. Here, the front surface refers to a surface facing in the positive direction of the D direction 4, and the back surface refers to a surface facing in the negative direction of the D direction 4. The current collecting interconnectors 2c and 2d are line-mounted on the front surface of the solar cell 1b and the back surface of the solar cell 1c. Thus, the solar cells 1a, 1b, and 1c are electrically connected in series by being connected by the current collecting interconnectors 2a, 2b, 2c, and 2d. The current collecting interconnectors 2a and 2b are arranged at an appropriate interval in the direction of the W direction 5. Similarly, the current collecting interconnectors 2c and 2d are arranged at an appropriate interval in the direction of the W direction 5.

このような太陽電池において、導電材料の代表的な素材である銅やアルミニウムと半導体の代表的な材料であるシリコンとを接続した場合、常温で接合しない限りは、金属と半導体の熱膨張係数の差に応じた熱応力が発生する。導電材料とシリコンとの間に金属電極を介していたとしても、一般的に金属電極は、シリコンに比較して薄く、シリコンに対する剛性が小さいことから、導電材料との熱応力を考える場合、導電材料とシリコンとの熱膨張差が特に問題となる。   In such a solar cell, when copper or aluminum, which is a typical material of a conductive material, and silicon, which is a typical material of a semiconductor, are connected, the thermal expansion coefficient of the metal and the semiconductor is limited unless it is joined at room temperature. Thermal stress corresponding to the difference is generated. Even if a metal electrode is interposed between the conductive material and silicon, the metal electrode is generally thinner than silicon and less rigid than silicon. The difference in thermal expansion between the material and silicon is particularly problematic.

集電用インターコネクターを太陽電池セルに接合するために、集電用インターコネクター及び太陽電池セルを昇温して液相接合した後に室温に冷却する処理を実施する必要がある。この処理において、太陽電池セルの主たる構造体であるシリコンの熱膨張係数と、集電用インターコネクターを構成する主たる構造体である銅の熱膨張係数との差に起因して、熱応力が発生する。金属とシリコンの室温近傍における代表的な線膨脹係数は、銅が16.6×10−6(K−1)、銀が19×10−6(K−1)、アルミニウムが25×10−6(K−1)、シリコンが3×10−6(K−1)である。仮に銅とシリコンとを200℃で接合した場合、約0.26%の長さの差が生じ、実際は、銅とシリコンの間に熱応力、反りが発生する。このように、銅の熱膨張係数と、シリコンの熱膨張係数との比率は、約5倍と大きいため、発生する熱応力により、太陽電池セルは、変形し、破損する可能性がある。 In order to join the current collector interconnector to the solar battery cell, it is necessary to perform a process of cooling the current collector interconnector and the solar battery cell to room temperature after raising the temperature of the current collector interconnector and the solar battery cell. In this process, thermal stress is generated due to the difference between the thermal expansion coefficient of silicon, which is the main structure of solar cells, and the thermal expansion coefficient of copper, which is the main structure constituting the current collector interconnector. To do. Typical linear expansion coefficients of metal and silicon near room temperature are 16.6 × 10 −6 (K −1 ) for copper, 19 × 10 −6 (K −1 ) for silver, and 25 × 10 −6 for aluminum. (K −1 ) and silicon are 3 × 10 −6 (K −1 ). If copper and silicon are bonded at 200 ° C., a difference in length of about 0.26% occurs, and in fact, thermal stress and warpage occur between copper and silicon. Thus, since the ratio of the thermal expansion coefficient of copper and the thermal expansion coefficient of silicon is as large as about 5 times, the solar cell may be deformed and damaged by the generated thermal stress.

太陽電池は、発電電力を電流として出力するエネルギーデバイスであることから、集電用インターコネクターの断面積、及び集電用インターコネクターと太陽電池セルとの間の接続面の面積は、集電用インターコネクターに流れる電流量を考慮して決定する必要がある。   Since solar cells are energy devices that output generated power as current, the cross-sectional area of the current collector interconnector and the area of the connection surface between the current collector interconnector and solar cells are It is necessary to determine the amount of current flowing through the interconnector.

一方、シリコン材料が逼迫する状況に対応し、かつ太陽電池セルのコストダウンを図るために、太陽電池セルに使用される基板の薄型化が進んでいる。例えば、厚さ180μmなど、非常に薄いシリコン基板が、太陽電池セルとして使用されるようになってきている。このため、熱応力による太陽電池セルの破損は、さらに大きな問題になっている。   On the other hand, in order to cope with the situation where the silicon material is tight and to reduce the cost of the solar cell, the substrate used for the solar cell has been made thinner. For example, a very thin silicon substrate such as a thickness of 180 μm has been used as a solar battery cell. For this reason, the damage of the solar battery cell due to thermal stress is a further serious problem.

この問題を解決するための方策としては、大きく分けて2つの方策が挙げられる。1つは構造による方策であり、多くの方策が提案されている。(例えば、特許文献1〜2参照。)。   There are roughly two measures for solving this problem. One is a structure-based policy, and many policies have been proposed. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2.)

特許文献1に記載される発明は、集電用インターコネクターの長さ方向に、波型部を形成することにより応力を解放する方策である。また、特許文献2に記載される発明は、太陽電池セルの電極の長さ方向に、電極が形成されない非接続部を任意の間隔で形成することにより、集電用インターコネクターを接続した後の冷却工程における熱応力を低減する方策である。   The invention described in Patent Document 1 is a measure for releasing stress by forming a corrugated portion in the length direction of the current collecting interconnector. Moreover, the invention described in Patent Document 2 is a method in which a non-connecting portion where no electrode is formed is formed at arbitrary intervals in the length direction of the electrode of the solar battery cell, thereby connecting the current collecting interconnector. This is a measure for reducing the thermal stress in the cooling process.

太陽電池セルと、集電用インターコネクターとの間の接続構造を変更することにより熱応力を緩和する技術は、大変有効である。しかしながら、特許文献1に記載される技術では、必要な集電用インターコネクターの長さが長くなるため、集電用インターコネクターの材料費、及び電気抵抗が大きくなる可能性がある。また、特許文献1及び2に記載される技術では、太陽電池セルと、集電用インターコネクターとの間の接合面積が減少するため、接続抵抗が増加し、かつ接合部分(ノッチ部分)の電気抵抗が増加する可能性がある。   A technique for relieving thermal stress by changing the connection structure between the solar battery cell and the current collecting interconnector is very effective. However, in the technique described in Patent Document 1, since the required length of the current collecting interconnector is increased, the material cost and electrical resistance of the current collecting interconnector may be increased. Further, in the techniques described in Patent Documents 1 and 2, since the junction area between the solar battery cell and the current collecting interconnector is reduced, the connection resistance is increased and the electrical property of the junction portion (notch portion) is increased. Resistance can increase.

したがって、このような技術とは別に、集電用インターコネクターの材質自体を更に低ヤング率化、低降伏応力化することによって、集電用インターコネクターの機械特性を改善することが求められており、このような改善がもう一つの方策である(例えば、非特許文献1参照。)。   Therefore, apart from such technology, it is required to improve the mechanical properties of the current collector interconnector by further reducing the Young's modulus and lower yield stress of the material of the current collector interconnector itself. Such an improvement is another measure (see, for example, Non-Patent Document 1).

なお、多結晶シリコン基板を用いた太陽電池以外の様々な種類の太陽電池においても、太陽電池の材料と、導電用導体とは材料が異なることから、同様の問題が生じる。   In various types of solar cells other than solar cells using a polycrystalline silicon substrate, the same problem arises because the materials of the solar cells and the conductive conductors are different.

金属とシリコンの熱膨張係数から、軟質化とは、特に降伏応力を低下させることが重要であり、指標として、0.2%耐力が用いられる場合が多い。すなわち、0.2%耐力を下げることによって、金属側を降伏させ、熱応力や反りを低減させることが重要になる。金属を軟質化させるためには、焼鈍により転位密度を低下させる方法がとられる。   From the thermal expansion coefficients of metal and silicon, softening is particularly important to lower the yield stress, and 0.2% proof stress is often used as an index. That is, it is important to lower the 0.2% yield strength to yield the metal side and reduce thermal stress and warpage. In order to soften the metal, a method of reducing the dislocation density by annealing is employed.

しかしながら、一般に使用される焼鈍による軟化では、0.2%耐力の低減に限界があり、太陽電池セル基板のさらなる薄膜化などに対応することは困難である。そこで、種々の技術が提案されている(例えば、特許文献3〜6参照。)。   However, softening by annealing generally used has a limit in reducing 0.2% proof stress, and it is difficult to cope with further thinning of the solar cell substrate. Therefore, various techniques have been proposed (see, for example, Patent Documents 3 to 6).

特許文献3では、質量百万分率で、ジルコニウム及びマグネシウムのうち少なくとも1種を3〜20ppm、酸素を5ppm以下とすることにすることにより、結晶粒の粗大を阻害する元素である硫黄を固着させることにより、平均結晶粒径を300μm以上とすることによって、集電用インターコネクターの変形抵抗を小さくする手法を取っている。   In Patent Document 3, by fixing at least one of zirconium and magnesium at 3 to 20 ppm and oxygen at 5 ppm or less by mass parts per million, the sulfur that is an element that inhibits the coarseness of crystal grains is fixed. Thus, a method is adopted in which the deformation resistance of the current collecting interconnector is reduced by setting the average grain size to 300 μm or more.

特許文献4では、集電用インターコネクターであるリード線の0.2%耐力を小さくするために結晶粒を20μm以上と大きくしすぎると変形に伴う亀裂発生が起こり易く、発生した亀裂の拡大と応力集中により、容易に疲労破壊が生じる問題があり、一方、6μm以下であると導体の軟質性が失われるとして、導体の結晶粒径としては、6〜20μmの範囲が好ましいとしている。   In Patent Document 4, if the crystal grains are made too large to 20 μm or more in order to reduce the 0.2% proof stress of the lead wire which is a current collecting interconnector, cracks easily occur due to deformation, There is a problem that fatigue failure easily occurs due to stress concentration. On the other hand, if the thickness is 6 μm or less, the softness of the conductor is lost, and the crystal grain size of the conductor is preferably in the range of 6 to 20 μm.

特許文献5に記載される発明は、導体中心部の結晶方位(めっき線軸方位)を(211)方位に30%以上の割合で配向させることによって、集電用インターコネクターの0.2%耐力を低下させて、太陽電池セルの反りを低減する方策である。   In the invention described in Patent Document 5, the 0.2% proof stress of the current collector interconnector is obtained by orienting the crystal orientation (plating line axis orientation) of the conductor center portion in the (211) orientation at a ratio of 30% or more. This is a measure to reduce the warpage of the solar battery cell.

一方、特許文献3では、長手方向に<100>方位を揃えることにより、集電用インターコネクターの長手方向のヤング率と降伏応力を低下させ、対向して半田接続される際の熱応力を小さくすることが可能になり、半導体の反りを小さくするとともに接続界面への熱応力を低減し、半導体の破壊が抑制されるとしている。   On the other hand, in Patent Document 3, by aligning the <100> orientation in the longitudinal direction, the Young's modulus and the yield stress in the longitudinal direction of the current collector interconnector are reduced, and the thermal stress when soldering facing each other is reduced. It is possible to reduce the warpage of the semiconductor and reduce the thermal stress on the connection interface, thereby suppressing the destruction of the semiconductor.

近年の太陽電池の需要拡大に応じ、シリコン原料のひっ迫、低コスト化から結晶型太陽電池の薄肉化に対する要請は一層大きくなり、シリコンセルへの損傷を低減する集電用インターコネクターの軟質化に対する要求は高まっている。   In response to the growing demand for solar cells in recent years, the demand for thinning of crystalline solar cells has increased due to the tightness and low cost of silicon raw materials, and the softening of current collector interconnectors that reduces damage to silicon cells. The demand is growing.

太陽電池用の集電用インターコネクターは、直線状に並んだセルの幅の狭い電極上に実装する必要上、高い直線性が求められる。幅の狭い平角金属線の製造は、丸金属線を圧延機で押しつぶして平角金属線とする方法が一般的であるが、特に幅の狭い平角金属線を製造しようとする場合、圧延機のロールの平行度が少しでも悪いと線材が幅方向に曲がる問題がある。   A collector interconnector for a solar cell is required to have high linearity because it needs to be mounted on a narrow electrode of cells arranged in a straight line. The production of a narrow flat metal wire is generally performed by crushing a round metal wire with a rolling mill to obtain a flat metal wire. Particularly, when a narrow flat metal wire is to be produced, a roll of a rolling mill is used. If the parallelism of the wire is a little bad, there is a problem that the wire is bent in the width direction.

一方、近年、金属からなるバンプを半導体ウエハ上に半田接続して、金属線、又は金属テープを接合するワイヤバンプが提案されている(例えば、特許文献7参照)。半田による接続を行う場合でも熱応力が発生する可能性があるため、上述の太陽電池の集電用インターコネクターと同様の問題が生じる可能性がある。   On the other hand, in recent years, a wire bump has been proposed in which a bump made of metal is soldered on a semiconductor wafer and a metal wire or a metal tape is joined (for example, see Patent Document 7). Even in the case of connecting with solder, thermal stress may be generated, so that the same problem as that of the solar cell current collector interconnect described above may occur.

また、平角金属線を、半導体チップと外部金属電極とを接続するタブ線と呼ばれるワイヤボンディング用の線材として利用する用途がある。平角金属線の場合、平角金属線の幅広面を半導体チップ上の金属電極や外部電極に超音波を用いて接合する、ウエッジボンディングと呼ばれる手法が取られる。この場合、金属電極と平角金属線の接合力を増すために、超音波と金属電極への圧下力によって平角金属線が線材の幅方向と長手方向に容易に変形する必要があり、軟質な平角金属線が求められている。   Further, there is an application in which a flat metal wire is used as a wire bonding wire called a tab wire that connects a semiconductor chip and an external metal electrode. In the case of a flat metal wire, a technique called wedge bonding is used in which a wide surface of a flat metal wire is bonded to a metal electrode or an external electrode on a semiconductor chip using ultrasonic waves. In this case, in order to increase the bonding force between the metal electrode and the flat metal wire, the flat metal wire must be easily deformed in the width direction and the longitudinal direction of the wire by the ultrasonic wave and the rolling force on the metal electrode. There is a need for metal wires.

一方、長手方向の軟質化の方策を目的としていないが、特許文献8では、複数本の金属材を束ねて構成されている金属箔の太陽電池素子接続用インナーリードが考案されている。特許文献8の作用効果は、複数本の金属材を束ねることで、従来の銅箔と同じ断面積を確保しつつ、太陽電池素子接続用インナーリードを加熱しながら太陽電池素子の半導体基板の表面に設けた表面電極に半田付けで固定するときの短手方向の可撓性を高めることができることである。金属線同士が短手方向にずれることにより、太陽電池素子接続用インナーリードが電極の形状に沿いやすくなり、溶着ポイントの溶着面積を増やすことができるため、太陽電池素子接続用インナーリードの剥離を有効に抑制することができるようになる。また、前記複数本の金属材を束ねて構成される前記金属箔はその各々の金属材が金属箔の幅方向に一列状に配列されるようにしたことにより、更に太陽電池素子接続用インナーリードの短手方向の可撓性が向上するため、太陽電池素子接続用インナーリードと電極の溶着面積を向上させ、密着強度を向上させることができるようになるとしている。   On the other hand, although not aimed at measures for softening in the longitudinal direction, Patent Document 8 devises an inner lead for connecting a solar cell element of a metal foil formed by bundling a plurality of metal materials. The effect of Patent Document 8 is that the surface of the semiconductor substrate of the solar cell element is heated by bundling a plurality of metal materials while heating the inner lead for connecting the solar cell element while ensuring the same cross-sectional area as the conventional copper foil. It is possible to improve the flexibility in the short direction when fixed to the surface electrode provided by soldering. By shifting the metal wires in the short direction, the inner lead for connecting the solar cell element can easily follow the shape of the electrode, and the welding area at the welding point can be increased. It can be effectively suppressed. Further, the metal foil configured by bundling the plurality of metal materials is arranged such that each metal material is arranged in a line in the width direction of the metal foil, thereby further connecting inner leads for connecting solar cell elements. Since the flexibility in the short direction is improved, the welding area between the inner lead for connecting the solar cell element and the electrode can be improved, and the adhesion strength can be improved.

しかしながら、特許文献8は、集電用インターコネクターの長手方向の軟質化に関する技術思想はない。   However, Patent Document 8 does not have a technical idea regarding softening of the current collecting interconnector in the longitudinal direction.

また、近年太陽電池の普及のために、低コスト化が強く求められている。その中でインターコネクターのコストダウンは持続可能なエネルギー源の活用に資するものである。   In recent years, there has been a strong demand for cost reduction for the spread of solar cells. Among them, the cost reduction of interconnectors contributes to the use of sustainable energy sources.

現在最も主流になっている銅を芯材とし半田が被覆され、被覆された半田のリフローによって接続するタイプのインターコネクター場合、主要な材料である銅と錫の材料費を比較した場合、錫は銅に比して重量当たり約3倍の価格で推移している。したがって、半田の目付量はできるだけ小さい方がコスト的に望ましいが、半田のリフローで接合しようとする場合、片面に目付量で20μm以上の厚さの半田を被覆することが殆どである。銅芯材の標準的な厚さは0.2mmであるから、体積率で20%以上の半田を被覆する必要がある。これは、半田の目付量を減らすと太陽電池セル上の電極に半田が十分供給されず接合不良を引き起こすからである。図1に示したようにインターコネクターはセルの受光面と反対面に交互に接続されることから、インターコネクターの両側に半田を被覆する必要があり、インターコネクターの接合に使用されない接合面反対面の半田は接合に寄与しないため無駄になる。一般的な鉛錫半田の錫の成分は60〜70重量%、鉛フリーの半田は錫の組成が95重量%以上を占めるから、インターコネクターの半田量を低減することは、コスト的にも資源的にも重要であり、また鉛半田を使用するインターコネクターでは鉛の使用量の低減は環境にも好ましい。しかしながら、先に示した接合性の問題により、現行主流の半田リフロー型のインターコネクターでは、半田量を低減することが困難であった。   In the case of an interconnector of the type in which the most mainstream copper is the core material and the solder is coated and connected by reflow of the coated solder, when comparing the material costs of the main materials copper and tin, The price is about three times the weight of copper. Therefore, it is desirable in terms of cost that the solder weight is as small as possible. However, when joining by solder reflow, it is almost always covered with solder having a weight of 20 μm or more on one surface. Since the standard thickness of the copper core material is 0.2 mm, it is necessary to cover 20% or more of solder by volume. This is because if the basis weight of solder is reduced, sufficient solder is not supplied to the electrodes on the solar battery cells, resulting in poor bonding. As shown in Fig. 1, since the interconnector is alternately connected to the opposite side of the cell's light receiving surface, it is necessary to coat the solder on both sides of the interconnector, and the opposite side of the junction surface that is not used for joining the interconnector This solder is wasted because it does not contribute to bonding. Since the tin component of general lead tin solder is 60 to 70% by weight, and the composition of tin of lead-free solder is 95% by weight or more, reducing the amount of solder in the interconnector is a resource in terms of cost. It is also important to reduce the amount of lead used in an interconnector that uses lead solder. However, due to the above-described problem of jointability, it is difficult to reduce the amount of solder in the current mainstream solder reflow type interconnector.

特開2006− 80217号公報JP 2006-80217 A 特開2008− 21831号公報JP 2008-21831 A 特開2009−280898号公報JP 2009-280898 A 特開2010−141050号公報JP 2010-14050 A 特開2008−168339号公報JP 2008-168339 A 特開2010−073445号公報JP 2010-073445 A 特開2006−319002号公報JP 2006-319002 A 特開2005−191116号公報JP 2005-191116 A

遠藤裕寿、他、日立電線:2007年、26巻1号、p15Hirotoshi Endo, et al., Hitachi Cable: 2007, Vol. 26, No. 1, p15

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、線材の長手方向に対して低降伏応力で変形し易く、低コストで直線性の優れたテープ状導電材料、太陽電池用インターコネクターおよび太陽電池モジュールを提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to be a tape that is easily deformed with a low yield stress in the longitudinal direction of the wire, and that has low cost and excellent linearity. It is to provide a conductive material, an interconnector for solar cells, and a solar cell module.

本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
(1)本発明に係るテープ状導電材料は、銅またはアルミニウムを主体とする2本以上の単芯線からなり、前記2本以上の単芯線は、当該単芯線の長さ方向に平行であり、かつ、幅方向一列に互いに電気的導通するように一体化されており、長手方向に5mm以上60mm以下の間隔で、前記2本以上の単芯線が、幅方向に互いに直接点接合しているか、又は、前記単芯線とは異なる結束接合材料を介して幅方向に互いに点接合しており、かつ、前記単芯線を構成する材料又は前記結束接合材料よりも融点の低い材料で被覆されており、前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線1本あたりの断面積の円相当径に対して5%以上であることを特徴とする。
(2)(1)のテープ状導電材料は、前記単芯線が、アルミニウム、又は銀によって被覆されていることを特徴とする。
(3)本発明に係るテープ状導電材料は、銅またはアルミニウムを主体とする2本以上の単芯線からなり、前記2本以上の単芯線は、当該単芯線の長さ方向に平行であり、かつ、幅方向一列に互いに電気的導通するように一体化されており、前記単芯線は、アルミニウム、又は銀によって被覆されており、前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線1本あたりの断面積の円相当径に対して5%以上であることを特徴とする。
(4)(3)のテープ状導電材料は、長手方向に5mm以上60mm以下の間隔で、前記2本以上の単芯線が、幅方向に互いに直接点接合しているか、又は、前記単芯線とは異なる結束接合材料を介して幅方向に互いに点接合しており、かつ、前記単芯線を構成する材料又は前記結束接合材料よりも融点の低い材料で被覆されていることを特徴とする。
(5)本発明に係るテープ状導電材料は、銅またはアルミニウムを主体とする2本以上の単芯線からなり、前記2本以上の単芯線は、当該単芯線の長さ方向に平行であり、かつ、幅方向一列に互いに電気的導通するように一体化されており、長手方向に5mm以上60mm以下の間隔で、前記2本以上の単芯線が、幅方向に互いに直接点接合しているか、又は、前記単芯線とは異なる結束接合材料を介して幅方向に互いに点接合しており、かつ、前記単芯線を構成する材料又は前記結束接合材料よりも融点の低い材料で被覆されており、前記単芯線は、アルミニウム、又は銀によって被覆されており、前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線1本あたりの断面積の円相当径に対して5%以上であることを特徴とする。
)(1)〜(5)のいずれか1つのテープ状導電材料は、前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線1本あたりの断面積の円相当径に対して20%以上であることを特徴とする。
)(1)〜(6)のいずれか1つのテープ状導電材料は、前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線1本あたりの断面積の円相当径に対して50%以上であることを特徴とする。
)(1)〜(7)のいずれか1つのテープ状導電材料は、前記2本以上の単芯線のそれぞれに対して、前記単芯線よりも強度、または硬度の低い結束接合材料を被覆することによって、前記2本以上の単芯線が互いに導通するように一体化されたことを特徴とする。
)(1)〜(7)のいずれか1つのテープ状導電材料は、前記2本以上の単芯線のそれぞれに対して結束接合材料が被覆されて、前記2本以上の単芯線が互いに導通するように一体化されており、前記テープ状導電材料の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記結束接合材料の被覆断面積が、前記2本以上の単芯線の総断面積の10%以下であることを特徴とする。
10)(1)〜(7)のいずれか1つのテープ状導電材料は、前記2本以上の単芯線は、当該単芯線とは異なる結束接合材料を介して幅方向に互いに接するように一体化しているか、又は、前記単芯線の側面の接触面の一部で互いに直接接合していることを特徴とする。
11)(1)、(2)、(4)〜(10)のいずれか1つのテープ状導電材料は、前記2本以上の単芯線を一体化する結束接合材料が、半田であることを特徴とする。
12)(1)〜(11)のいずれか1つのテープ状導電材料は、前記テープ状導電材料の0.2%耐力が、20〜70MPaであることを特徴とする。
13)本発明に係る太陽電池用インターコネクターは、(1)〜(12)のいずれか1つのテープ状導電材料を用いたものであり、前記テープ状導電材料の厚さが0.1mm〜0.3mmであり、前記テープ導電材料の幅が1mm〜10mmであり、前記単芯線の幅と厚さのアスペクト比が2以下であることを特徴とする。
14)本発明に係る太陽電池モジュールは、(1)〜(12)のいずれか1つに記載のテープ状導電材料で太陽電池セルを直列接続したストリングスを含むことを特徴とする。
The gist of the present invention is as follows.
(1) The tape-shaped conductive material according to the present invention comprises two or more single core wires mainly composed of copper or aluminum, and the two or more single core wires are parallel to the length direction of the single core wires, And it is integrated so as to be electrically connected to each other in the width direction, and the two or more single core wires are directly point-bonded to each other in the width direction at intervals of 5 mm to 60 mm in the longitudinal direction, Or, it is point-bonded to each other in the width direction through a binding material different from the single core wire, and is covered with a material constituting the single core wire or a material having a lower melting point than the binding core material, In a cross section perpendicular to the length direction of the single core wire, the area average diameter corresponding to the circle of crystal grains constituting the single core wire is 5 with respect to the equivalent circle diameter of the cross-sectional area per single core wire. % Or more.
(2) The tape-shaped conductive material of (1) is characterized in that the single core wire is covered with aluminum or silver.
(3) The tape-shaped conductive material according to the present invention comprises two or more single core wires mainly composed of copper or aluminum, and the two or more single core wires are parallel to the length direction of the single core wires, And it is integrated so as to be electrically connected to each other in a row in the width direction, the single core wire is covered with aluminum or silver, and in a cross section perpendicular to the length direction of the single core wire, The area average diameter corresponding to a circle of crystal grains constituting the single core wire is 5% or more with respect to the equivalent circle diameter of the cross-sectional area per single core wire.
(4) In the tape-shaped conductive material of (3), the two or more single core wires are directly point-bonded to each other in the width direction at an interval of 5 mm to 60 mm in the longitudinal direction, or Are point-bonded to each other in the width direction via different bundling bonding materials, and are covered with a material constituting the single core wire or a material having a melting point lower than that of the bundling bonding material.
(5) The tape-like conductive material according to the present invention is composed of two or more single core wires mainly composed of copper or aluminum, and the two or more single core wires are parallel to the length direction of the single core wires, And it is integrated so as to be electrically connected to each other in the width direction, and the two or more single core wires are directly point-bonded to each other in the width direction at intervals of 5 mm to 60 mm in the longitudinal direction, Or, it is point-bonded to each other in the width direction through a binding material different from the single core wire, and is covered with a material constituting the single core wire or a material having a lower melting point than the binding core material, The single core wire is covered with aluminum or silver, and an area average diameter corresponding to a circle of crystal grains constituting the single core wire in a cross section perpendicular to the length direction of the single core wire is the single core wire. Breaks per core wire Characterized in that it is 5% or more with respect to the circle equivalent diameter of the product.
( 6 ) The tape-shaped conductive material according to any one of (1) to (5) is equivalent to a circle of crystal grains constituting the single core wire in a cross section perpendicular to the length direction of the single core wire. The area average diameter is 20% or more with respect to the equivalent circle diameter of the cross-sectional area per single core wire.
( 7 ) The tape-shaped conductive material according to any one of (1) to (6) is equivalent to a circle of crystal grains constituting the single core wire in a cross section perpendicular to the length direction of the single core wire. The area average diameter is 50% or more with respect to the equivalent circle diameter of the cross-sectional area per single core wire.
( 8 ) The tape-shaped conductive material according to any one of (1) to (7) covers the two or more single core wires with a binding material having lower strength or hardness than the single core wires. By doing so, the two or more single core wires are integrated so as to conduct each other.
( 9 ) The tape-shaped conductive material according to any one of (1) to (7) is coated with a binding material on each of the two or more single core wires, and the two or more single core wires are connected to each other. In a cross-section perpendicular to the length direction of the tape-like conductive material, the covering cross-sectional area of the bundling bonding material is the total cross-sectional area of the two or more single core wires. It is characterized by being 10% or less.
( 10 ) The tape-shaped conductive material according to any one of (1) to (7) is integrated so that the two or more single-core wires are in contact with each other in the width direction via a bundling bonding material different from the single-core wires. Or part of the contact surface of the side surface of the single core wire is directly joined to each other.
(11) (1) (2), (4) any one of the tape-shaped conductive material to (10), that the two or more binding bundles bonding material you integrated single core wire, is a solder It is characterized by.
( 12 ) The tape-shaped conductive material according to any one of (1) to (11) is characterized in that a 0.2% proof stress of the tape-shaped conductive material is 20 to 70 MPa.
( 13 ) The solar cell interconnector according to the present invention uses the tape-shaped conductive material of any one of (1) to (12) , and the thickness of the tape-shaped conductive material is 0.1 mm to 0.3 mm, the width of the tape- like conductive material is 1 mm to 10 mm, and the aspect ratio of the width and thickness of the single core wire is 2 or less.
( 14 ) A solar cell module according to the present invention includes a string in which solar cells are connected in series with the tape-shaped conductive material according to any one of (1) to (12) .

以上説明したように本発明によれば、結晶粒径を制御した2本以上の単芯線を結束、あるいは接合する構成とすることにより、導体を軟質化し、接合時の変形を容易にして、接合される半導体、又はその上に設けられた金属電極との間に生じる熱応力を緩和し、接合性が向上すると共に、疲労破壊による断線が起こりにくくなる。その結果、線材の長手方向に対して低降伏応力で変形し易く、低コストで直線性、疲労特性の高いテープ状導電材料、太陽電池用インターコネクターおよび太陽電池モジュールを提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to soften a conductor by facilitating deformation at the time of joining by joining or joining two or more single-core wires with controlled crystal grain sizes. The thermal stress generated between the semiconductor to be formed or the metal electrode provided thereon is relaxed to improve the bondability, and disconnection due to fatigue failure is less likely to occur. As a result, it is possible to provide a tape-like conductive material, a solar cell interconnector, and a solar cell module that are easily deformed with a low yield stress in the longitudinal direction of the wire, are low in cost, and have high linearity and fatigue characteristics. .

更に、本発明のある一つの形態では、インターコネクターに被覆する錫あるいは鉛などで構成される半田等の金属の目付量を低減することができ、省資源、低コスト、高性能な太陽電池用インターコネクターおよび太陽電池モジュールを提供することが可能となる。   Furthermore, in one embodiment of the present invention, the amount of metal such as solder composed of tin or lead covering the interconnector can be reduced, and resource saving, low cost, and high performance for solar cells can be achieved. An interconnector and a solar cell module can be provided.

本発明の実施形態に係る集電用インターコネクターが線実装される太陽電池を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the solar cell by which the interconnector for current collection which concerns on embodiment of this invention is line-mounted. 同実施形態に係る金属導電材料の断面を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the cross section of the metal electrically-conductive material which concerns on the same embodiment. シリコン結晶型太陽電池に使用される集電用インターコネクターの断面形態を概略的に示したものである。1 schematically shows a cross-sectional form of a current collecting interconnector used in a silicon crystal solar cell.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

以下に示す本発明の形態は、導電材料を主に長さ(長手)方向に軟質化して、接合される半導体、又はその上に設けられた金属電極との間に生じる熱応力の緩和、並びに接合時の変形を容易にすることによる接合性の向上、更には疲労破壊による断線の防止を実現するために適した形態である。   In the embodiment of the present invention described below, the conductive material is softened mainly in the length (longitudinal) direction, the thermal stress generated between the semiconductor to be joined or the metal electrode provided thereon, and This form is suitable for improving the bondability by facilitating deformation at the time of joining, and further preventing the disconnection due to fatigue failure.

本発明に係る導電材料は線材であり、巨視的には平角線であり、線材長さ方向に対して垂直な面内において、扁平したテープ状の導体である。テープの長さ方向と平行な互いに対向する面のうち幅の広い面(すなわち、一般的にテープ面と呼ばれる面)は、巨視的には平行であることが好ましいが、微視的には凹凸があっても良い。他の対向する面(すなわち、一般的に言う側面)は平面である必要はなく、曲面であっても良い。本発明では、厚さとは、テープ面間の巨視的な長さ、すなわち最大値をいい、幅とは、側面間の最大値を言う。なお、幅方向は、短手方向とも呼ばれる。   The conductive material according to the present invention is a wire, macroscopically a flat wire, and a flat tape-like conductor in a plane perpendicular to the wire length direction. Of the opposing surfaces parallel to the length direction of the tape, the wide surface (that is, the surface generally called the tape surface) is preferably macroscopically parallel, but microscopically uneven. There may be. Other opposing surfaces (that is, generally referred to as side surfaces) do not have to be flat surfaces, and may be curved surfaces. In the present invention, the thickness refers to the macroscopic length between the tape surfaces, that is, the maximum value, and the width refers to the maximum value between the side surfaces. The width direction is also referred to as the short direction.

本発明の大きな用途は、結晶型太陽電池を構成するシリコンセルと、かかるシリコンセルの上に設けられた金属電極を介して電力を集電・輸送するための集電用インターコネクターと呼ばれる導電材料を提供する。したがって、以下では、代表的な例として、本発明に係るテープ状導電材料が太陽電池用の集電用インターコネクターとして利用される場合を例として本発明の形態を説明するが、本発明は、長さ方向あるいは幅方向に軟質な半導体実装用導電材料、あるいは一般的な導電材料として利用可能である。   A major application of the present invention is a conductive material called a current collector interconnector for collecting and transporting power via a silicon cell constituting a crystalline solar cell and a metal electrode provided on the silicon cell. I will provide a. Therefore, in the following, as a representative example, the form of the present invention will be described by taking as an example the case where the tape-shaped conductive material according to the present invention is used as a current collecting interconnector for a solar cell. It can be used as a conductive material for semiconductor mounting that is soft in the length direction or width direction, or a general conductive material.

太陽電池用の集電用インターコネクターの場合、金属線とシリコンとの接合は、半田を用いるのが一般的である。一般的な半田の融点は180℃〜250℃の間であり、200℃から300℃で半田をリフローして接合する。この場合、金属とシリコンとの熱膨張差を考慮した場合、最大で0.3%程度歪がかかる。最近、使用され始めた導電性フィラーを含有したコンタクトフィルムと呼ばれる樹脂を介した接合方法でも、180℃程度の温度は求められる。   In the case of a current collecting interconnector for a solar cell, solder is generally used to join a metal wire and silicon. The melting point of general solder is between 180 ° C. and 250 ° C., and solder is reflowed at 200 ° C. to 300 ° C. for bonding. In this case, when the difference in thermal expansion between the metal and silicon is taken into consideration, the strain is about 0.3% at the maximum. A temperature of about 180 ° C. is also required in a joining method through a resin called a contact film containing a conductive filler that has recently been used.

シリコンは、導電材料である金属に比較して塑性変形し難いため、導電材料である金属材料を塑性変形し易くすることによって、接合時の熱応力を緩和する形態とする。すなわち、金属線材の長手方向の降伏応力、換言すれば耐力を低下させることが、極めて有効である。   Since silicon is less likely to be plastically deformed than a metal that is a conductive material, the thermal stress at the time of bonding is reduced by facilitating plastic deformation of the metal material that is a conductive material. That is, it is extremely effective to reduce the yield stress in the longitudinal direction of the metal wire, in other words, the proof stress.

そこで本発明では、金属の降伏応力を表す時の代表的な指標である0.2%耐力を用いる。   Therefore, in the present invention, 0.2% proof stress, which is a representative index when expressing the yield stress of a metal, is used.

一般的に、0.2%耐力が小さいことは、降伏応力が小さく、おおよそ1%以下の歪み領域で歪に対する応力が小さく、弾性率や弾性限界も小さいことを意味するため、0.2%耐力の小さな材料は変形し易い。したがって、0.2%耐力は、シリコン結晶型太陽電池用の導電材料だけではなく、広く接合時並びに使用時に材料に加わる弾性領域から塑性領域にかけての熱応力が問題となる用途に用いられる材料の、軟質性を表す指標となる。   In general, a small 0.2% proof stress means that the yield stress is small, the stress against strain is small in a strain region of approximately 1% or less, and the elastic modulus and elastic limit are also small. A material with a low yield strength is easily deformed. Therefore, the 0.2% proof stress is not only for conductive materials for silicon crystal solar cells, but also for materials used in applications where thermal stress from the elastic region to the plastic region is a problem during wide bonding and use. It becomes an index representing softness.

<テープ状導電材料の構成について>
本発明は、導電材料に関するものであるから、使用される主たる導体は、導電性の高い材料である必要がある。金属で導電性が高い材料は、銀、銅、アルミニウム、金などが挙げられる。原料価格を考慮した場合、用いる導体としては、銅、又はアルミニウムが好ましい。純度は一般的に高い方が、軟質であり電気伝導度も高くなるため、純度は高い方が望ましいが、純度を高くすると材料コストも高くなる。一般的には、99.9%〜99.999%の範囲の純度が、工業的には一般的である。銅であれば、無酸素銅、タフピッチ銅を用いることが一般的である。
<About the configuration of the tape-shaped conductive material>
Since the present invention relates to a conductive material, the main conductor used needs to be a highly conductive material. Examples of the metal and highly conductive material include silver, copper, aluminum, and gold. When considering the raw material price, the conductor to be used is preferably copper or aluminum. Higher purity is generally softer and higher electrical conductivity, so higher purity is desirable. However, higher purity results in higher material costs. In general, purity in the range of 99.9% to 99.999% is common industrially. In the case of copper, it is common to use oxygen-free copper or tough pitch copper.

本発明のテープ状導電材料(以下、単に、導電材料ともいう。)は、具体的には、例えば図2a〜図2hに示すような断面形態を有している。すなわち、本発明のテープ状導電材料は、銅、もしくはアルミニウムを主体とする2本以上の単芯線(以下、金属単芯線ともいう。)6が互いに電気的に導通を保ちながら、長さ方向に平行かつ一平面内に整列して接合又は結束されることで一体化されている。また、単芯線の長さ方向に対して直角な方向の断面において、結晶粒の大きさが、単芯線の断面積1本の円相当径に対して、5%以上の円相当の面積平均径を有する形態をとる。なお、図2a〜図2hは代表的な例であって、以下に示す思想に合う形態であれば、例示した断面形態に限らない。本発明において断面、あるいは断面積とは、断らない限り、金属線の長さ方向に対して垂直な断面、あるいはその面積を言う。   Specifically, the tape-like conductive material of the present invention (hereinafter also simply referred to as a conductive material) has a cross-sectional form as shown in FIGS. 2a to 2h, for example. In other words, the tape-shaped conductive material of the present invention has two or more single-core wires (hereinafter also referred to as metal single-core wires) 6 mainly composed of copper or aluminum in the longitudinal direction while maintaining electrical continuity with each other. They are integrated by being joined or bundled in parallel and aligned in one plane. In addition, in the cross section in the direction perpendicular to the length direction of the single core wire, the size of the crystal grains is an area average diameter equivalent to a circle of 5% or more with respect to the equivalent circle diameter of one cross section of the single core wire. It takes the form which has. 2A to 2H are representative examples, and the cross-sectional shape is not limited to the illustrated one as long as it is in a form suitable for the following idea. In the present invention, the cross section or the cross sectional area means a cross section perpendicular to the length direction of the metal wire or its area unless otherwise specified.

本発明の導電材料は、テープ状導体であって、テープの厚さ方向に対して垂直な表面、すなわちテープ面で半導体上の電極と接続して使用するものであり、少なくともテープ面の一部は、電気的に導通するよう金属が露出している。また、本発明は、電気伝導度を確保しながら長さ方向に極力軟質化することが目的であるから、各単芯線6が絶縁体で被覆されていた場合、導体断面積が小さくなるため、目的に合致しない。そのため、それぞれの単芯線6は、導通した状態で結束されている。これによって、単芯線の一部が断線しても、断線した単芯線を流れていた電流は、他の線にバイパスすることが可能である。結束する線の数は、2本以上であれば良い。   The conductive material of the present invention is a tape-shaped conductor, and is used by being connected to an electrode on a semiconductor at a surface perpendicular to the thickness direction of the tape, that is, the tape surface, and at least a part of the tape surface. The metal is exposed so as to be electrically conductive. In addition, since the present invention aims to soften as much as possible in the length direction while ensuring electrical conductivity, when each single core wire 6 is covered with an insulator, the conductor cross-sectional area becomes small, Does not meet the purpose. Therefore, each single core wire 6 is bundled in a conductive state. Thus, even if a part of the single core wire is disconnected, the current flowing through the disconnected single core wire can be bypassed to another wire. The number of wires to be bound may be two or more.

本発明は、太陽電池やパワー系の半導体を接続する線材に利用されるテープ状導電材料に関するものであって、数Aという大電流を流すものであるため、極力、銅やアルミニウムを主体とする金属芯材の断面積は大きい方が望ましく、金属芯材は金属単芯線であることが好ましい。細い金属線を撚って一体化した金属線は、線と線の間に空間ができ、同じ電流容量とした時の外形が大きくなり、第一の目的である軟質化が達成されないため、好ましくない。長さ方向に塑性変形しやすくするためには、複数の金属単芯線6を一平面内に整列した構造であることが望ましい。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a tape-like conductive material used for a wire connecting solar cells and power semiconductors, and flows a large current of several A. Therefore, the present invention is mainly made of copper or aluminum as much as possible. A larger cross-sectional area of the metal core material is desirable, and the metal core material is preferably a single metal core wire. Metal wires integrated by twisting thin metal wires are preferable because there is a space between the wires, the outer shape becomes the same when the current capacity is the same, and the softening that is the first purpose is not achieved. Absent. In order to facilitate plastic deformation in the length direction, a structure in which a plurality of single metal core wires 6 are aligned in one plane is desirable.

本発明は、金属単芯線をテープ材の幅方向に並べて断面アスペクト比の大きな材料を形成するものであるため、構成要素となる金属単芯線のアスペクト比は大きくなくてよく、構成の効率から、最大径と最小径のアスペクト比は例えば2以下であることが望ましい。最も一般的な単芯線は丸線であり、その断面の形態は円であって、アスペクト比は1である。   Since the present invention forms a material having a large cross-sectional aspect ratio by arranging the metal single core wires in the width direction of the tape material, the aspect ratio of the metal single core wire as a component does not have to be large, and from the efficiency of the configuration, The aspect ratio between the maximum diameter and the minimum diameter is preferably 2 or less, for example. The most common single core wire is a round wire, the shape of the cross section is a circle, and the aspect ratio is 1.

また、銅、もしくはアルミニウムを主体とする2本以上の単芯線は、導体断面内の空間をなるべく密にして電流容量を確保する必要から、一体化されている必要がある。また、太陽電池用セル等の半導体に対して実装される前段階では、ハンドリングの関係からも一体化されている必要がある。   Further, two or more single core wires mainly composed of copper or aluminum need to be integrated because it is necessary to secure a current capacity by making a space in the conductor cross section as dense as possible. Moreover, in the stage before mounting with respect to semiconductors, such as a cell for solar cells, it needs to be integrated also from the handling relationship.

一体化の手法としては、図2a〜図2cに示したように、単芯線同士を一列に並べた状態で結束接合材料7により被覆して結束する方法と、図2eのように単芯線同士を溶接したり、図2dのように異種の結束接合材料7を使用して接合したりする方法が挙げられる。また、図2f〜図2hのように、これらの2つの方法を併用することができる。図2fのような導体は、金属単芯線を1列平行に並べて側面で溶接しテープ状導体とした後、これを圧延でテープ面を平らにし、更に例えば溶融めっきで金属被覆することによって得ることができる。   As a method of integration, as shown in FIGS. 2a to 2c, a method of covering and binding the single core wires with the binding material 7 in a state in which the single core wires are arranged in a line, and the single core wires as shown in FIG. 2e. Examples of the method include welding and joining using different types of binding material 7 as shown in FIG. 2d. Moreover, these two methods can be used together like FIG. 2 f-FIG. 2 h. The conductor as shown in FIG. 2f is obtained by arranging metal single core wires in parallel in a row and welding on the side to form a tape-like conductor, then flattening the tape surface by rolling, and further metallizing with, for example, hot dipping. Can do.

なお、各単芯線6を一体化するための結束接合材料7としては、金属材料である必要はなく、導電性接着材であっても良い。   Note that the bundling bonding material 7 for integrating the single core wires 6 need not be a metal material, and may be a conductive adhesive.

図3は、一般的に使用されている太陽電池用集電用インターコネクターの断面形態であり、平角単芯銅線10が半田11によって被覆されている。本発明の実施の形態の代表例を図2a、図2b、図2fに示す。半田11の被覆量は、用途に応じて自由に選択できる。また、銅やアルミニウムで構成される金属単芯線6は、丸線である必要はなく、図2fのような形態をとることができる。   FIG. 3 is a cross-sectional view of a commonly used solar cell current collecting interconnector, in which a flat single-core copper wire 10 is covered with solder 11. Representative examples of embodiments of the present invention are shown in FIGS. 2a, 2b, and 2f. The coating amount of the solder 11 can be freely selected according to the application. Moreover, the metal single core wire 6 comprised with copper or aluminum does not need to be a round wire, and can take a form like FIG.

<結晶粒について>
図2、並びに図3で示した六角格子8は、本発明の銅、またはアルミニウムの単芯線6の断面積における結晶粒界を、模式的に示したものである。図2、並びに図3で示した1つの六角格子8の大きさが、結晶粒の大きさに対応することとなる。ただし、実際の結晶粒界で囲まれた結晶粒は、形、大きさが互いに同じではない。この結晶粒の大きさが、太陽電池用集電用インターコネクターの0.2%耐力に影響を与える。
<About crystal grains>
The hexagonal lattice 8 shown in FIG. 2 and FIG. 3 schematically shows a crystal grain boundary in the cross-sectional area of the copper or aluminum single core wire 6 of the present invention. The size of one hexagonal lattice 8 shown in FIGS. 2 and 3 corresponds to the size of crystal grains. However, the crystal grains surrounded by the actual crystal grain boundaries are not the same in shape and size. The size of the crystal grains affects the 0.2% yield strength of the solar cell current collector interconnector.

特に、単芯線6の断面積に対して結晶粒の大きさが大きいほど0.2%耐力が小さくなり、図2、図3で示したように、単芯線1本当たりの断面積が小さく、この断面積に対する結晶粒の相対的な大きさが大きくなる本発明の形態が、軟質な導体を実現するのに有効である。具体的な指標については、後述する。本発明では、金属単芯線6は、図2a〜図2d、図2fに示したように結束接合材料7で結束されるか、図2eで示したように接触点で溶接されることで結束された平角金属線とする。結束接合材料7が半田のような金属材料である場合は、この領域も多結晶体であるが、本発明は、半田を始めとして周囲の金属は軟質であるか、断面積に占める割合が小さいため、機械的な特性に与える影響は小さいため省略している。   In particular, the 0.2% proof stress decreases as the size of the crystal grains increases with respect to the cross-sectional area of the single core wire 6, and as shown in FIGS. 2 and 3, the cross-sectional area per single core wire is small. The embodiment of the present invention in which the relative size of the crystal grains with respect to the cross-sectional area is large is effective for realizing a soft conductor. Specific indexes will be described later. In the present invention, the metal single-core wire 6 is bound by binding with a binding material 7 as shown in FIGS. 2a to 2d and 2f or by welding at a contact point as shown in FIG. 2e. A flat metal wire. In the case where the binder material 7 is a metal material such as solder, this region is also a polycrystalline body. However, in the present invention, the surrounding metal including the solder is soft or has a small proportion of the cross-sectional area. Therefore, the influence on the mechanical characteristics is small and therefore omitted.

図3に示したような1本の単芯線で構成される導電材料と比べて、本発明の最大の効果である線材の長手方向の軟質化を達成するためには、各金属単芯線が長さ方向に平行かつ一平面内に整列して接合又は結束され一体化されているだけでは、十分ではない。金属単芯線が軟質化されていることが要件であり、更にそれぞれの金属単芯線が互いに強く拘束されていないことが必要になる。   In order to achieve the softening of the wire in the longitudinal direction, which is the greatest effect of the present invention, compared to the conductive material composed of one single core wire as shown in FIG. It is not sufficient that they are joined or bound and integrated in parallel in the vertical direction and in one plane. It is a requirement that the metal single core wires are softened, and further, it is necessary that the metal single core wires are not strongly constrained to each other.

上記のような金属単芯線の軟質化や、金属単芯線が互いに強く拘束されていない状態を実現するために、本発明では、金属単芯線の長さ方向に対して直角な方向の断面において、金属単芯線を構成する結晶粒の大きさが、金属単芯線1本あたりの断面積の円相当径に対して、5%以上の円相当の面積平均径を有する形態とする。   In order to realize the softening of the metal single core wire as described above and the state where the metal single core wires are not strongly restrained from each other, in the present invention, in a cross section in a direction perpendicular to the length direction of the metal single core wire, The size of the crystal grains constituting the metal single core wire has an area average diameter equivalent to a circle of 5% or more with respect to the equivalent circle diameter of the cross-sectional area per metal single core wire.

金属の降伏応力を小さくする方法として、結晶粒を粗大化する方法が知られている。金属の結晶粒の粒径をdとした場合、降伏応力はdの平方根に逆比例することが経験的に知られており、ホールペッチの法則と呼ばれている。これは、金属結晶の変形を担うすべり面が結晶粒界で不連続となり、転位の運動を阻害するためと説明される。ホールペッチの法則によれば、金属線材の断面内の結晶粒径が断面積より十分大きい時、結晶粒径が同じであれば、結晶粒径の大きさそのもので降伏応力が決まることとなる。   As a method of reducing the yield stress of a metal, a method of coarsening crystal grains is known. It is empirically known that the yield stress is inversely proportional to the square root of d, where d is the grain size of the metal crystal grain, and this is called Hall Petch's law. This is explained by the fact that the slip plane responsible for the deformation of the metal crystal becomes discontinuous at the grain boundary and inhibits the movement of dislocations. According to Hall Petch's law, when the crystal grain size in the cross section of the metal wire is sufficiently larger than the cross-sectional area, if the crystal grain size is the same, the yield stress is determined by the crystal grain size itself.

例えば、一般的な太陽電池用インターコネクターの形態である図3にその断面を示すような銅平角線と半田で構成された材料と、図3と同じ物質、同じ総断面積である銅と半田とで構成された図2aの断面を有する導体とを比較する。この際、銅単芯線6に対して、その結晶粒界8で囲まれる結晶粒径が十分細かい時、同じ平均結晶粒径を有する図2aの断面を有する導体の長さ方向の降伏応力と、図3の断面を有する導体の長さ方向の降伏応力とは同じになり、本発明の効果は得られない。厳密には、結束接合材料7である被覆した半田の組織形態に差があれば半田の組織形態の差が影響するが、銅に対して半田の強度は小さく、銅を主体とする導体であれば、半田に起因する影響を無視できる。   For example, a material composed of a copper rectangular wire and solder as shown in FIG. 3, which is a form of a general solar cell interconnector, and copper and solder having the same substance and the same total cross-sectional area as FIG. And a conductor having the cross section of FIG. At this time, when the crystal grain size surrounded by the crystal grain boundary 8 is sufficiently fine with respect to the copper single core wire 6, the yield stress in the longitudinal direction of the conductor having the cross section of FIG. The yield stress in the length direction of the conductor having the cross section of FIG. 3 is the same, and the effect of the present invention cannot be obtained. Strictly speaking, if there is a difference in the structure of the solder that is the binding material 7, the difference in the structure of the solder will affect the solder. For example, the influence caused by solder can be ignored.

しかし、銅単芯線の断面積に対して、結晶粒径がある一定以上になった場合、銅単芯線の降伏応力は、ホールペッチの法則から外れ、更に低くなり、結晶粒の大きさが、単芯線1本あたりの断面積の円相当径に対して、5%以上の円相当の面積平均径を有する形態をとった時、その効果が得られる事が判明した。すなわち、単芯線6の1本あたりの断面積の円相当径に対して、5%以上の円相当の面積平均径を有する形態をとった時、銅の結晶粒径が同じであったとしても、図2aの断面を有する導体の降伏応力は、図3の断面を有する導体の降伏応力より小さい値が得られる。特に、結晶粒の平均粒径の銅単芯線1本の直径に対する比が20%以上である場合、更に0.2%耐力が低下し、50%以上では更に低下する。   However, when the crystal grain size exceeds a certain value relative to the cross-sectional area of the copper single-core wire, the yield stress of the copper single-core wire deviates from Hall Petch's law and further decreases, and the crystal grain size is It has been found that the effect can be obtained when a form having an area average diameter equivalent to a circle of 5% or more with respect to the equivalent circle diameter of the cross-sectional area per core wire is taken. That is, even when the copper crystal grain size is the same when the form having an area average diameter equivalent to a circle of 5% or more with respect to the equivalent circle diameter of the cross-sectional area per single core wire 6 is taken. The yield stress of the conductor having the cross section of FIG. 2a is smaller than the yield stress of the conductor having the cross section of FIG. In particular, when the ratio of the average grain size of the crystal grains to the diameter of one copper single core wire is 20% or more, the 0.2% proof stress is further reduced, and when the ratio is 50% or more, the yield is further reduced.

実際の材料の結晶粒径は、図2、図3の模式図に示されているように材料内で同じではなく、分布を有しており、結晶粒径の大きさを表す時は平均粒径を用いる。   The crystal grain size of the actual material is not the same in the material as shown in the schematic diagrams of FIGS. 2 and 3 but has a distribution, and when expressing the size of the crystal grain size, the average grain size Use the diameter.

本発明で定量的に結晶粒の大きさを示す時、結晶粒は、回転角で15°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域とする一般的な基準を用いる。双晶境界は、結晶粒界に含まれないものとする。また、結晶粒の大きさは、面積で重みづけされた円相当径の平均、すなわち面積平均径(MA)であって、次の式で定義されるものとする。   When the size of a crystal grain is quantitatively indicated in the present invention, a general standard is used in which the crystal grain is a region surrounded by a crystal grain boundary having an orientation difference of 15 ° or more in rotation angle. The twin boundaries are not included in the grain boundaries. The size of the crystal grain is an average of equivalent circle diameters weighted by area, that is, area average diameter (MA), and is defined by the following equation.

Figure 0006065646
Figure 0006065646

ここで、Nは平均粒径を出すために必要な十分な面積を有する断面積内の結晶粒の総数であり、Aは結晶粒iの面積であり、νは、結晶粒iの円相当径である。 Here, N is the total number of crystal grains in a cross-sectional area having a sufficient area necessary for obtaining the average grain size, A i is the area of the crystal grain i, and ν i is a circle of the crystal grain i. Equivalent diameter.

本発明では、金属単芯線の結晶粒径は、単芯線の断面積に対して大きい方が望ましく、断面に対して数十個以下、望ましくは数個以下になることが理想的である。この場合、一部の結晶粒が粗大化し、粗大粒とそれ以外の粒の径が大きく異なる場合があり、平均粒径の表し方として、面積で重みづけされた円相当径の平均による定義が適当である。また、本発明では、単芯線の長さ方向に対して垂直な断面を用いて測定した値とするが、断面内の結晶粒数が30個以下であった場合には、複数の断面について測定を実施し、少なくとも測定された結晶粒の総数が30個以上になるようにした上で、それぞれの断面で得られた面積相当径を単純平均して得たものとする。   In the present invention, the crystal grain size of the single metal core wire is desirably larger than the cross sectional area of the single core wire, and ideally it is several tens or less, preferably several or less, relative to the cross section. In this case, some crystal grains are coarsened, and the diameters of the coarse grains and other grains may be greatly different. As a way of expressing the average grain size, the definition by the average of the equivalent circle diameter weighted by the area is defined. Is appropriate. In the present invention, the value measured using a cross section perpendicular to the length direction of the single core wire is used, but when the number of crystal grains in the cross section is 30 or less, measurement is made on a plurality of cross sections. And at least the total number of crystal grains measured was 30 or more, and the area equivalent diameters obtained in the respective cross sections were obtained by simple averaging.

本発明の金属単芯線の断面形状のアスペクト比は、最大でも2(すなわち、2以下)と小さな値となることが好ましいため、金属単芯線の断面形状が円でなくても、金属単芯線の断面の円相当径に対する望ましい結晶粒径の比は、金属単芯線の断面形状に影響されない。   The aspect ratio of the cross-sectional shape of the metal single core wire of the present invention is preferably as small as 2 (that is, 2 or less) at the maximum, so even if the cross-sectional shape of the metal single core wire is not a circle, The ratio of the desired crystal grain size to the equivalent circle diameter of the cross section is not affected by the cross-sectional shape of the metal single core wire.

ここで、金属単芯線の断面積は、金属単芯線が丸線である場合は断面形状が円であるため、金属単芯線の直径から算出できる。一方、金属単芯線の断面積を容易に算出できない場合には、断面の光学顕微鏡像、SEM像から画像処理によって断面積を得る一般的な手法を用いることができる。   Here, the cross-sectional area of the metal single-core wire can be calculated from the diameter of the metal single-core wire because the cross-sectional shape is a circle when the metal single-core wire is a round wire. On the other hand, when the cross-sectional area of the single metal core wire cannot be easily calculated, a general method for obtaining the cross-sectional area by image processing from the optical microscope image and SEM image of the cross section can be used.

結晶粒径の測定に最も一般的な手法は電子線後方散乱回折(Electron BackScattered Diffraction:EBSD)法であるが、特に定めるものではない。EBSD法で得られる情報は、通常、数千〜数十万の十分な数の位置と方位情報を持つピクセル(測定点)で構成されており、ピクセル間の回転角が指定した角度以上の値の場合に、このピクセル間の境界を結晶粒界とする。角度は任意に指定できるが、本発明では、15°以上を粒界と定義する。そして、結晶粒界により閉じられた領域が結晶粒と定義され、結晶粒を構成しているピクセルの個数から面積が求まり、さらにこの面積を円換算した場合の直径を粒径とする。   The most common method for measuring the crystal grain size is the electron backscattered diffraction (EBSD) method, but is not particularly defined. Information obtained by the EBSD method is usually composed of thousands (hundreds of thousands to hundreds of thousands) of pixels (measurement points) having a sufficient number of positions and orientation information, and the rotation angle between pixels is a value greater than the specified angle. In this case, the boundary between the pixels is a grain boundary. Although the angle can be arbitrarily specified, in the present invention, 15 ° or more is defined as a grain boundary. A region closed by the crystal grain boundary is defined as a crystal grain, and the area is obtained from the number of pixels constituting the crystal grain, and the diameter when the area is converted into a circle is defined as the grain size.

結晶粒径を大きくするためには、材料を加熱して再結晶させる方法が一般的にとられる。再結晶の主な駆動力は歪エネルギーであり、歪を蓄積するほど結晶粒が成長し易くなる。したがって、同じ母材から、例えば図3と図2aの材料のように、金属芯材が同じ総断面積、すなわち同じ電気伝導度を有する導体を製造した時、金属単芯線を結束する本発明構造の方が断面積が小さくなるため、加工歪を大きく蓄積することとなり、結晶粒が大きくなり易い。また、再結晶の他の駆動力の1つに表面エネルギーがある。芯材が同じ断面積であった場合、表面積、あるいは界面の面積が大きくなる本発明構造の方が、結晶粒成長の点で極めて有利である。   In order to increase the crystal grain size, a method of heating and recrystallizing the material is generally employed. The main driving force of recrystallization is strain energy. The more strain is accumulated, the easier the crystal grains grow. Therefore, the structure of the present invention that binds a single metal core wire when a conductor having the same total cross-sectional area, that is, the same electrical conductivity, is produced from the same base material, for example, the material of FIGS. 3 and 2a. Since the cross-sectional area is smaller, the processing strain is largely accumulated and the crystal grains are likely to be larger. One of the other driving forces for recrystallization is surface energy. In the case where the cores have the same cross-sectional area, the structure of the present invention in which the surface area or the area of the interface is large is extremely advantageous in terms of crystal grain growth.

したがって、同じ断面積の条材より伸線、あるいは圧延加工で同じ総断面積の材料を作製して、半田めっき工程あるいは別の熱処理工程で同じ温度、時間の熱履歴をかけた時は、本発明の導体の方が結晶粒の大きさが大きくなる上、1本の金属単芯線断面積に対する結晶粒径の相対的な大きさは圧倒的に有利となり、線材の軟質化に対する効果は極めて顕著になる。本発明が要件とする単芯線の断面積1本の円相当径に対して、5%以上の円相当の面積平均径を有する形態を得るために、より低温で、短時間の熱処理で軟質化されるため、コスト的に有利である。   Therefore, if a material with the same total cross-sectional area is drawn from a strip with the same cross-sectional area by rolling or rolling, and the thermal history of the same temperature and time is applied in the solder plating process or another heat treatment process, The conductor of the invention has a larger crystal grain size, and the relative size of the crystal grain size with respect to a single metal single-core wire cross-sectional area is overwhelmingly advantageous, and the effect on the softening of the wire is extremely remarkable. become. To obtain a form having an area average diameter equivalent to a circle of 5% or more with respect to the equivalent circle diameter of one cross-sectional area of a single core wire required by the present invention, softening by heat treatment at a lower temperature for a shorter time Therefore, it is advantageous in terms of cost.

以上説明してきたように、複数の金属単芯線を結束、あるいは接合して平角線を構成し、更に構成する金属単芯線内の結晶粒が、その単芯線の断面積1本の円相当径に対して、5%以上の円相当の面積平均径を有する形態をとる時、同じ平均結晶粒径を有する1本の金属平角線で構成するより、長手方向の降伏応力を低下させることが可能になる。更に、このような組織を得るのに、1本の単芯線断面積の小さい本発明の形態の方が、技術的にも、コスト的にも有利である。   As described above, a rectangular wire is formed by binding or joining a plurality of metal single core wires, and the crystal grains in the metal single core wire to be further configured have an equivalent circle diameter of the cross-sectional area of the single core wire. On the other hand, when it takes a form having an area average diameter equivalent to a circle of 5% or more, it is possible to reduce the yield stress in the longitudinal direction compared to a single metal rectangular wire having the same average crystal grain size. Become. Furthermore, in order to obtain such a structure, the form of the present invention having a small single-core wire cross-sectional area is advantageous in terms of both technology and cost.

この効果は、太陽電池に使用されるインターコネクターに使用される平角線の断面サイズである、厚さ0.1mm〜0.3mmであり、幅が1mm〜10mmの範囲にある大きさの平角銅線を代替するのに顕著であり、幅方向を厚さ方向の大きさと同等の大きさに分割することで、1本の平角銅線では通常の工業プロセスでは得ることが困難な50MPa以下の0.2%耐力が得られる。この時の耐力値は、10〜40μmの半田を溶融めっきしたテープ状導体の長手方向に0.2%の組成歪みを与えた時の荷重を、該単芯線の総断面積で除して得た値である。   This effect is a rectangular copper having a thickness of 0.1 mm to 0.3 mm and a width in a range of 1 mm to 10 mm, which is a cross-sectional size of a flat wire used for an interconnector used in a solar cell. It is remarkable for substituting wires, and by dividing the width direction into a size equivalent to the size in the thickness direction, it is difficult to obtain a flat copper wire of 50 MPa or less, which is difficult to obtain by a normal industrial process. .2% yield strength is obtained. The yield strength at this time is obtained by dividing the load when 0.2% composition strain is applied in the longitudinal direction of the tape-like conductor hot-plated with 10-40 μm solder by the total cross-sectional area of the single core wire. Value.

1本の単芯線断面積の小さい本発明の形態の方が、技術的にも、コスト的にも大きな結晶粒径を得るのに有利であるが、本発明の最大の効果である長手方向に軟質な導体を得るためには、1本1本の単芯線同士が緩く結束、あるいは接合され、ある程度独立して変形できる必要がある。例えば、同質の材料で強固に接合されていた場合は、それぞれの結晶粒同士が、互いに強く拘束され、導体の微視的な変形挙動は1本の平角線と同じようにふるまうことになるためである。   The form of the present invention having a small single core wire cross-sectional area is advantageous in obtaining a large crystal grain size both technically and in terms of cost, but in the longitudinal direction, which is the greatest effect of the present invention. In order to obtain a soft conductor, it is necessary that each single core wire is loosely bound or joined and can be deformed independently to some extent. For example, in the case of being firmly joined with the same material, the crystal grains are strongly restrained from each other, and the microscopic deformation behavior of the conductor behaves in the same way as a single rectangular wire. It is.

したがって、本発明では、溶接等の方法で単芯線同士が接合する図2d〜図2fの形態である場合、隣り合う単芯線同士は部分的に、望ましくは単芯線の周面の面積に対して、最大で25%以下と、接合面積は小さい方が良い。   Therefore, in this invention, when it is the form of FIG. 2 d-FIG. 2 f where single core wires join by methods, such as welding, adjacent single core wires are partially, preferably with respect to the area of the surrounding surface of a single core wire. The bonding area is preferably as small as 25% or less at the maximum.

また、長さ方向には、連続的に接合されているよりは、単芯線同士がばらけない範囲で、部分的に接合されている形態が有利である。また、部分的な接合の方が、図2fの形態をとった場合、後に述べるテープ面の表裏面間の半田供給の面で望ましい。   Further, in the length direction, a form in which the single core wires are partially joined to each other is advantageous rather than being continuously joined. Further, partial joining is desirable in terms of supplying solder between the front and back surfaces of the tape surface, which will be described later, in the case of taking the form of FIG. 2f.

図2a〜図2dと図2fの形態の場合、それぞれの単芯線を巨視的に結束している結束用金属は、単芯線よりも軟質な方が望ましい。その差は大きい方が、単芯線の軟質な特性が導体全体の特性に反映するので有利である。   2a to 2d and FIG. 2f, it is desirable that the bundling metal that macroscopically binds the single core wires is softer than the single core wires. A larger difference is advantageous because the soft characteristics of the single core wire reflect the characteristics of the entire conductor.

個々の材料の柔らかさは、引張試験等による応力−歪曲線やビッカース硬度等の硬度で評価できる。   The softness of each material can be evaluated by a hardness such as a stress-strain curve or Vickers hardness by a tensile test or the like.

仮に金属単芯線より結束接合材料の方が強度、硬度が大きい場合であっても、図2c、図2dのように全体の導体に占める割合が小さい場合は、導体全体の降伏応力に対する影響は小さい。強度、硬度差にもよるが、金属単芯線より結束接合材料の方が強度、硬度が大きい場合は、金属単芯線の総断面積に対する結束接合材料の断面積は10%以下であることが望ましい。この時、金属単芯線の総断面積に対する割合は、その値が小さいほどテープ状導電材料全体としては軟質となり望ましいが、結束接合材料のその他の機能、例えば、半導体との接合性、耐食性、光学特性等を勘案して決定される。   Even if the bonding and bonding material is stronger and harder than the single metal core wire, if the proportion of the entire conductor is small as shown in FIGS. 2c and 2d, the influence on the yield stress of the entire conductor is small. . Depending on the difference in strength and hardness, when the strength and hardness of the binding material is larger than that of the single metal core wire, the cross sectional area of the binding material relative to the total cross sectional area of the single metal core wire is preferably 10% or less. . At this time, the smaller the value of the ratio of the metal single core wire to the total cross-sectional area, the softer the tape-like conductive material is, but it is desirable, but other functions of the bundling bonding material such as semiconductor bonding, corrosion resistance, optical It is determined in consideration of characteristics.

金属単芯線が弱く結束されている条件の下では、結晶粒の平均粒径が1本の単芯線の断面積の50%以上であるような竹の節状の組織である時、導体長さ方向の巨視的な変形は、銅やアルミニウムも最もすべりやすいすべり方位を向いている結晶粒が変形することになる。この時、巨視的な耐力は面心立方金属単結晶のシュミット因子が最も大きな方位の降伏応力に近づき、非常に柔らかくふるまうことが可能になり、本発明の材料として極めて好ましい形態である。   Under the condition that the metal single core wire is weakly bundled, the conductor length is the bamboo nodular structure in which the average grain size is 50% or more of the cross-sectional area of one single core wire. The macroscopic deformation of the direction results in deformation of crystal grains facing the slip direction in which copper and aluminum are most likely to slide. At this time, the macroscopic yield strength is very preferable as the material of the present invention because the Schmid factor of the face-centered cubic metal single crystal approaches the yield stress of the largest orientation and can behave very softly.

<具体的な材料や物性値について>
以下、一般的な太陽電池用のインターコネクターとして使用される場合の、材料や物性値について、具体的に説明する。
<Specific materials and physical property values>
Hereinafter, materials and physical properties when used as a general solar cell interconnector will be described in detail.

一般的な太陽電池用のインターコネクターとして使用される銅平角線の断面形状が0.2×1.5mmの導体を考える。この導体と同じ断面積、材料を有する本発明の導電材料を考える。同じ総断面積を得るためには、直径252μmの材料6本を束ねれば良い。厚さはやや厚くなるが、太陽電池用のインターコネクターとしては支障のない範囲である。   Consider a conductor having a cross-sectional shape of a copper rectangular wire of 0.2 × 1.5 mm used as an interconnector for a general solar cell. Consider a conductive material of the present invention having the same cross-sectional area and material as this conductor. In order to obtain the same total cross-sectional area, six materials having a diameter of 252 μm may be bundled. Although the thickness is somewhat thick, it is in the range where there is no problem as an interconnector for solar cells.

本発明の規定を満たすためには、この導体の銅芯材の平均粒径は、12.85μm以上が必要である。この大きさ以上の粒径を得ようとした場合、例えば無酸素銅を用いることとすると、引抜加工による冷間加工率が減面率で98%以上の加工と、200℃で1時間程度の再結晶熱処理とが必要である。これらの条件は、一般的な銅線の加工、熱処理条件ではないが、工業的に十分可能な範囲である。   In order to satisfy the provisions of the present invention, the average particle size of the copper core material of this conductor is required to be 12.85 μm or more. When trying to obtain a particle size larger than this size, for example, if oxygen-free copper is used, the cold work rate by drawing is 98% or more in terms of the area reduction rate, and at 200 ° C. for about 1 hour. Recrystallization heat treatment is necessary. These conditions are not general copper wire processing and heat treatment conditions, but are industrially possible.

伸線加工時の各回減面率にもよるが、銅線がタフピッチ銅線、半田が鉛錫半田であり、鉛錫半田の目付量が片側約20μmとした場合、一般的な銅平角線のインターコネクターは、0.2%耐力が90〜120MPa程度であるのに対し、本発明の材料では、70MPa以下と軟質化できる。ここでの耐力値は、半田を含めた全体の断面積ではなく、銅芯材部分の断面積で得られる値である。銅を無酸素銅とした場合、あるいは芯材をアルミニウムとした場合は、より小さな降伏応力を得ることができる。ただし、アルミニウムは銅に比較して電気比抵抗値は大きいため、同じ電流容量を得るためには、その分芯材の断面積を増す必要がある。   Depending on each area reduction during wire drawing, if the copper wire is a tough pitch copper wire, the solder is lead-tin solder, and the basis weight of the lead-tin solder is about 20 μm on one side, a general copper rectangular wire The interconnector has a 0.2% proof stress of about 90 to 120 MPa, while the material of the present invention can be softened to 70 MPa or less. Here, the proof stress value is a value obtained not by the entire cross-sectional area including the solder but by the cross-sectional area of the copper core material portion. When copper is oxygen-free copper or when the core is aluminum, a smaller yield stress can be obtained. However, since aluminum has a larger electrical resistivity value than copper, in order to obtain the same current capacity, it is necessary to increase the cross-sectional area of the core material.

半田をめっきする前に更に高い温度で熱処理を加えることによって、本発明の導電材料は更に軟質化することができる。上記のような典型的な断面形態を有し、銅が無酸素銅の場合、構成する銅単芯線内の結晶粒が、その単芯線の断面積1本の円相当径に対して、20%以上の円相当の面積平均径を有する形態をとる時、0.2%耐力値は、一般的な太陽電池終電用インターコネクターの0.2%耐力の下限に近い50MPa程度まで低減できる。更に、結晶粒の平均粒径が1本の単芯線の断面積の50%以上であるような竹の節状の組織である時、導体長さ方向の巨視的な変形は、銅の最もすべりやすいすべり方位を向いているシュミット因子の最も大きな方位を向いた結晶粒が変形することになり、20MPaまで0.2%耐力値を低減することも可能である。   By conducting a heat treatment at a higher temperature before plating the solder, the conductive material of the present invention can be further softened. When having a typical cross-sectional shape as described above and copper is oxygen-free copper, the crystal grains in the copper single-core wire to be formed are 20% of the equivalent-circle diameter of the cross-sectional area of the single core wire. When taking the form having the area average diameter equivalent to the above circle, the 0.2% proof stress value can be reduced to about 50 MPa, which is close to the lower limit of the 0.2% proof stress of a general solar cell final power interconnector. Furthermore, when the average grain size of the crystal grains is a bamboo-like structure in which the cross-sectional area of one single core wire is 50% or more, the macroscopic deformation in the conductor length direction is the most slip of copper. The crystal grains facing the largest orientation of the Schmid factor that are easily oriented in the slip orientation are deformed, and the 0.2% proof stress value can be reduced to 20 MPa.

金属単芯線を著しく高純度化することにより、0.2%耐力は20MPa未満に低減できるが、実装時のテンションで塑性変形してハンドリングが難しくなるため、0.2%耐力は20MPa以上が好ましい。   By remarkably purifying the metal single core wire, the 0.2% yield strength can be reduced to less than 20 MPa. However, since the plastic deformation due to the tension during mounting makes handling difficult, the 0.2% yield strength is preferably 20 MPa or more. .

<太陽電池用集電用インターコネクターの具体的な製造方法について>
一般的な太陽電池用集電用インターコネクターの場合、平角金属線に被覆した半田を溶融させて接合する。図2a〜cの結束接合材料7が半田材料である場合、半導体との接合用材料を兼ねることもできる。半田は、Pb−Sn系の鉛半田合金やSn−Ag系、あるいはSu−Ag−Cu系の鉛フリー半田合金のいずれでもよく、本発明で特に限定されるものではない。通常、鉛半田中の錫の組成は60質量%程度であり、鉛フリー系の半田材料における銀の組成は1〜4質量%、銅の組成は0〜1質量%程度で、残部は微量の添加元素と錫である。これらの組成の半田材料は、銅よりも柔らかいため、本発明の結束接合材料7としては好ましい材料である。
<Concerning Specific Manufacturing Method of Solar Cell Current Collectors>
In the case of a general solar battery current collecting interconnector, solder coated on a rectangular metal wire is melted and joined. When the binding material 7 of FIGS. 2a to 2c is a solder material, it can also serve as a material for bonding with a semiconductor. The solder may be any of Pb—Sn based lead solder alloy, Sn—Ag based, or Su—Ag—Cu based lead free solder alloy, and is not particularly limited in the present invention. Usually, the composition of tin in the lead solder is about 60% by mass, the composition of silver in the lead-free solder material is 1 to 4% by mass, the composition of copper is about 0 to 1% by mass, and the balance is a trace amount. Additive elements and tin. Since the solder material of these compositions is softer than copper, it is a preferable material for the binding material 7 of the present invention.

太陽電池用の集電用インターコネクターを使用した実装は、図1に示したような形態を取る場合が多く、両側に半田を被覆させておく場合が多い。また、外部からの半田供給はない場合が多く、相手の銀電極はペースト材を焼成したものであるから、凹凸が多い。したがって、片側に10〜40μm、一般的には片側20μm以上の厚い半田を盛る場合が多い。半田の大きな割合を占める錫や銀は銅よりも高価であることから、特に鉛フリー系半田を使用した場合、価格に占める割合が大きくなる。図2a〜図2cに示したように、金属単芯線6は、金属単芯線を半田によって幅方向に一列に結束した形態をとることによって、銅やアルミニウムで構成される金属単芯線の間を通して接合面と反対側に半田が供給されるため、例えば図2bや図2cのように半田の目付量を減らせる利点がある。   Mounting using a solar cell current collector interconnector often takes the form shown in FIG. 1, and is often covered with solder on both sides. In many cases, no solder is supplied from the outside, and the counterpart silver electrode is formed by baking a paste material, so that there are many irregularities. Therefore, thick solder of 10 to 40 μm on one side, generally 20 μm or more on one side is often stacked. Since tin and silver, which occupy a large proportion of solder, are more expensive than copper, particularly when lead-free solder is used, the proportion occupying the price increases. As shown in FIGS. 2a to 2c, the single metal core wire 6 is joined through a single metal core wire made of copper or aluminum by taking a form in which the single metal core wires are bundled in a row in the width direction with solder. Since the solder is supplied to the side opposite to the surface, there is an advantage that the amount of solder per unit area can be reduced as shown in FIGS. 2b and 2c, for example.

また、結束接合材料7が半田であり、これを溶融させて接合する場合は、本発明の集電用インターコネクターは、導体長さ方向に軟質である上、テープ面が幅方向にも自由に変形できるため、特に凹凸の大きな電極状に接合させる上で都合が良い。   When the binder material 7 is solder and is melted and bonded, the current collector interconnector of the present invention is soft in the conductor length direction and the tape surface is also freely in the width direction. Since it can be deformed, it is particularly convenient for bonding to an electrode with large irregularities.

融点の低い材料で金属単芯線を結束する方法の1つとして、金属単芯線6を溶融めっき槽に連続的に潜らせてめっきする方法が挙げられる。金属単芯線6への被覆の目付量や幅方向の金属単芯線同士の間隔は、溶融めっき液面から金属単芯線6が出る出口に適度な形状の孔が空いた絞りダイスを配置した上で当該絞りダイスを通過させたり、ワイピングノズルと呼ばれるノズルから不活性ガス等をめっき直後に噴射して、余分な溶融金属を吹き飛ばす手段を用いたりすることで、調整することができる。   One method for binding metal single core wires with a material having a low melting point is a method in which the metal single core wire 6 is continuously submerged in a hot dipping bath and plated. The amount of coating on the metal single-core wire 6 and the interval between the metal single-core wires in the width direction are determined by arranging a drawing die having an appropriately shaped hole at the outlet where the metal single-core wire 6 exits from the surface of the molten plating solution. Adjustment can be made by passing the drawing die or by using a means for blowing an inert gas or the like from a nozzle called a wiping nozzle immediately after plating to blow off the excess molten metal.

本発明の導電材料は、テープ状の導体を同芯円、あるいはアスペクト比の小さな断面を有する材料を結束して製造することが可能であるため、従来の平角金属線の製造プロセスのように、平たく潰す圧延工程が不要である。したがって、本発明の導電材料の製造にあたっては圧延機が不要であり、特に太陽電池用の集電用インターコネクターで必要とされる幅方向に曲がっていない、直線性に優れるテープ状導体を製造するのに有利である。   Since the conductive material of the present invention can be manufactured by bundling a tape-shaped conductor with concentric circles or a material having a cross-section with a small aspect ratio, like the conventional process for manufacturing a rectangular metal wire, There is no need for a flat rolling process. Therefore, the production of the conductive material of the present invention does not require a rolling mill, and in particular, produces a tape-like conductor that is not bent in the width direction required for a current collector interconnector for solar cells and has excellent linearity. Is advantageous.

近年、集電用インターコネクターと太陽電池セルを、導電粒子を分散させたコンタクトフィルムと呼ばれるポリマーシートを介して接合する技術が開発されているが、この場合必ずしも導体が半田金属で被覆されている必要はない。本発明に係る導電材料は、図2eのように被覆されていない導体であっても良い。ただし、この場合は、幅方向に結束するために金属単芯線同士を接合する必要がある。図2eのような溶接・拡散接合部9が長さ方向に連続的に形成されていても良いが、長さ方向は適当な間隔を空けて部分的にスポット状に接合されていても良い。このような間隔を空けて部分的に接合された(すなわち、非連続的に接合された)状態を、以下では簡単に点接合と称することとする。   In recent years, a technique for joining a current collector interconnector and a solar battery cell through a polymer sheet called a contact film in which conductive particles are dispersed has been developed. In this case, the conductor is not necessarily coated with solder metal. There is no need. The conductive material according to the present invention may be an uncoated conductor as shown in FIG. 2e. However, in this case, it is necessary to join the metal single core wires to bind in the width direction. Although the welding / diffusion joint portion 9 as shown in FIG. 2e may be formed continuously in the length direction, the length direction may be partially joined in a spot shape with an appropriate interval. Hereinafter, a state of being partially joined at intervals (ie, discontinuously joined) will be simply referred to as point joining.

図2g及び図2hは、点接合で結束された本発明のインターコネクターの一例を示すものであり、点接合部の断面を示した模式図である。本形態は、インターコネクターの軟質化に加えて、以下詳細に説明する半田目付量の低減効果を有し、本発明のインターコネクターとしてより好ましい形態である。   2g and 2h show an example of the interconnector of the present invention bound by point joining, and are schematic views showing a cross section of the point joining part. In addition to the softening of the interconnector, this embodiment has the effect of reducing the solder weight as described in detail below, and is a more preferable embodiment as the interconnector of the present invention.

図2gは、単芯線とは異なる結束接合材料7により単芯線を幅方向に互いに点接合した例であり、図2hは、単芯線を互いに直接接合した例である。   FIG. 2g is an example in which the single core wires are spot-bonded to each other in the width direction using a binding material 7 different from the single core wire, and FIG. 2h is an example in which the single core wires are directly bonded to each other.

点接合の形成方法としては、加熱による拡散や部分溶融が挙げられる。例えば、複数の銅、又はアルミニウムの単芯線を所定の面内、長さ方向にテープを形成するように密に並べた上で、線材を送りながらテープ材の幅方向から通電して接触部を加熱溶融する方法や、長さ方向に適度な間隔でアークを飛ばしてスポット溶接する方法などが挙げられる。この場合、長手方向と直角な(長手方向に対して直交する)テープ材断面における単芯線同士の結束部は、図2eのようになる。また、単芯線よりも融点の低い異種の金属からなる結束接合材料を用いて部分的にろう付けしても良いし、導電性接着剤を使用して単芯線の長手方向に間欠的に線材同士を結束させても良い。単芯線の長手方向に単芯線を束ねた状態にして、間欠的にめっきを施しても良い。   Examples of the method for forming the point bonding include diffusion by heating and partial melting. For example, a plurality of single core wires of copper or aluminum are arranged closely in a predetermined plane so as to form a tape in the length direction, and the contact portion is energized from the width direction of the tape material while feeding the wire. Examples thereof include a method of heating and melting and a method of performing spot welding by blowing an arc at an appropriate interval in the length direction. In this case, the binding part of the single core wires in the cross section of the tape material perpendicular to the longitudinal direction (orthogonal to the longitudinal direction) is as shown in FIG. 2e. Also, it may be partially brazed using a binder material made of dissimilar metals having a melting point lower than that of the single core wire, or intermittently in the longitudinal direction of the single core wire using a conductive adhesive. May be bound together. The plating may be performed intermittently in a state where the single core wires are bundled in the longitudinal direction of the single core wires.

半田をリフローして接合する太陽電池用インターコネクターでは、単芯線の周囲に接合用半田を被覆する。本発明の太陽電池用インターコネクターにおいて、この被覆材料12も太陽電池モジュールとして使用するときには、結束接合材料でもある。しかし、インターコネクターを太陽電池に接続、配線する際、被覆材料12は溶融する。この時、結束接合材料7が被覆材料12より融点が高く、配線する温度で溶融しなければ、各単芯線が配線中にばらける心配がない。また、被覆材料12を被覆する溶融めっき工程時にも単芯線が予め結束され、被覆時に溶融せず固相であれば、ハンドリングが容易である。したがって、点接合に用いる結束接合材料7は、被覆材料12より融点が高いか、単芯線側面でのスポット溶接のように単芯線と同種の金属を介して接合されることが望ましい。1枚の太陽電池セル上でのインターコネクターの接合長さは、セルサイズと同等で、一般的に5インチから6インチであることから、単芯線長手方向の点接合の距離が60mm以下であることが望ましい。60mm以下であれば5インチセルの電極1本当たり、2か所の接合箇所が必ず存在することになり、リフロー接合時の単芯線がばらけることを防止するのに有効だからである。   In an interconnector for solar cells that is joined by reflowing solder, the solder for joining is covered around the single core wire. In the solar cell interconnector of the present invention, when the coating material 12 is also used as a solar cell module, it is also a binding material. However, when the interconnector is connected to the solar cell and wired, the coating material 12 melts. At this time, if the binding material 7 has a melting point higher than that of the coating material 12 and does not melt at the wiring temperature, there is no fear that each single-core wire is scattered in the wiring. Also, the single core wire is bundled in advance during the hot dipping process for covering the covering material 12, and handling is easy if it is a solid phase that does not melt during covering. Therefore, it is desirable that the binding material 7 used for point bonding has a melting point higher than that of the coating material 12 or is bonded via the same kind of metal as the single core wire, such as spot welding on the side surface of the single core wire. The junction length of the interconnector on one solar cell is the same as the cell size, and is generally 5 to 6 inches. Therefore, the distance of the point junction in the longitudinal direction of the single core wire is 60 mm or less. It is desirable. This is because if it is 60 mm or less, there will always be two joints per electrode of a 5-inch cell, and this is effective in preventing the single core wire from being scattered during reflow joining.

単芯線長手方向に間欠的に点接合した方が望ましい理由は、半田目付量の低減が可能な点にある。前述したように、現行の太陽電池用インターコネクターの接続方法では、接合する太陽電池セルと反対側の半田は、インターコネクターの断面形態が幅広のテープ状であるため、リフロー時に接合面に回り込むことができず、無駄になる。一方、本発明のインターコネクターでは、リフロー時に被覆材料12は溶融するため、単芯線同士に隙間が生じる。太陽電池セル上の電極に半田が濡れ広がる時のインターコネクターからセル電極への半田の流動によるスポイト効果により、単芯線同士の隙間よりセル反対側の半田が供給されるため、半田は、一般的なインターコネクターの半田目付量よりも少なくて済む。この効果は、単芯線長手方向の点接合の距離が5mm以上で効果が大きい。   The reason why it is desirable to intermittently perform point joining in the longitudinal direction of the single core wire is that the amount of solder weight can be reduced. As described above, in the current method of connecting an interconnector for a solar cell, the solder on the side opposite to the solar cell to be joined has a wide tape-shaped cross-section of the interconnector, and therefore wraps around the joint surface during reflow. Cannot be used. On the other hand, in the interconnector of the present invention, since the coating material 12 melts during reflow, a gap is generated between the single core wires. The solder on the opposite side of the cell is supplied from the gap between the single core wires due to the dropper effect caused by the flow of solder from the interconnector to the cell electrode when the solder spreads on the electrode on the solar cell. This is less than the solder weight per unit interconnector. This effect is significant when the distance of point bonding in the longitudinal direction of the single core wire is 5 mm or more.

また、単芯線の側面の隙間を介して半田が接合面反対側から接合面に回る効果により、受光面では単芯線の形状を反映した凹凸が生じ、太陽電池モジュールを組んだ時、入射してインターコネクターに入った光が凹凸形状により拡散反射され、拡散反射した光がガラスや樹脂の界面で再反射して、セル受光面に入る確率が高まり、効率が増すという効果が生じる。   In addition, due to the effect that the solder turns from the opposite side of the joint surface to the joint surface through the gap on the side surface of the single core wire, irregularities reflecting the shape of the single core wire are generated on the light receiving surface, which is incident when the solar cell module is assembled. The light entering the interconnector is diffusely reflected by the uneven shape, and the diffused and reflected light is re-reflected at the glass or resin interface to increase the probability of entering the cell light-receiving surface, thereby increasing the efficiency.

断面が正方形の金属単芯線同士を接合する形態の場合、側面全面で接合する形態は、軟質化するという本発明の目的を達せられないので、本発明の形態に含まれない。長さ方向に部分的に接合するなどして、単芯線の隣り合う側面同士の一部で接合する必要がある。   In the case of joining the metal single core wires having a square cross section, the form of joining all over the side surfaces cannot be achieved because the object of the invention of softening cannot be achieved. It is necessary to join at a part of the adjacent side surfaces of the single core wire, for example, by partially joining in the length direction.

また、本発明の導体が被覆しない銅線である場合は、ベンゾトリアノール等の防錆材を表面に塗布しておくことが望ましい。   Moreover, when it is the copper wire which the conductor of this invention does not coat | cover, it is desirable to apply | coat rust preventive materials, such as a benzotrianol, to the surface.

コンタクトフィルムを使用して太陽電池セルに接合する集電用インターコネクターや半導体接続用のタブ線の場合、結束接合材料7は、融点の低い半田のような材料である必要はない。かかる場合、結束接合材料7として、コンタクトフィルムと電気的な接触が取り易い、金、銀等の貴金属を被覆しても良く、耐食性のあるニッケルや錫、貴金属等の金属を被覆してもよい。   In the case of a current collector interconnector or a semiconductor connection tab wire that is joined to a solar battery cell using a contact film, the binding material 7 need not be a material such as solder having a low melting point. In such a case, the bundling bonding material 7 may be coated with a noble metal such as gold or silver which can easily come into electrical contact with the contact film, or may be coated with a metal such as nickel, tin or noble metal having corrosion resistance. .

特にコンタクトフィルムを使用して太陽電池セルに接合する集電用インターコネクターでは、銀やアルミニウムの光沢被覆を行うことによって、集電用インターコネクターで反射した光がガラス面に再反射して、セルに入光する効果が得られ、太陽電池の変換効率を向上させる効果を持たせられる。特に図2cのような形態のものは、表面の凹凸によって、太陽光を乱反射させる効果があり、乱反射した光は表面のガラス層の界面で再反射して、発電セルに入光して発電効率を向上させることができる。   In particular, in a current collector interconnector that uses a contact film to join solar cells, the light reflected by the current collector interconnect is re-reflected on the glass surface by applying a glossy coating of silver or aluminum. The effect of entering the light is obtained, and the effect of improving the conversion efficiency of the solar cell is provided. In particular, the configuration as shown in FIG. 2c has the effect of irregularly reflecting sunlight due to the unevenness of the surface, and the irregularly reflected light is re-reflected at the interface of the glass layer on the surface and enters the power generation cell to generate power. Can be improved.

またこのような形態は、凹凸があることにより同じ接合力、超音波を与えた時に接合圧力が大きくなり、また超音波も集中するため、変形し易くボンディング用のタブ線としても優れている。   In addition, such a configuration is excellent as a tab line for bonding because it is easy to deform because the bonding pressure increases when the same bonding force and ultrasonic waves are applied due to the unevenness, and the ultrasonic waves also concentrate.

金属の被覆方法としては、湿式めっき、溶融めっきの他に、焼きばめ等でクラッド材を母材とし、これを伸線するプロセスが挙げられる。   As a metal coating method, in addition to wet plating and hot dipping, there is a process of drawing a clad material as a base material by shrink fitting or the like.

このような複層材を前述した加熱接合により結束して本発明の導体を形成させても良いし、溶融めっきの代わりに湿式めっきによる金属被覆で金属単芯線6同士を結束しても良い。また、これらを併用してもかまわない。   Such a multilayer material may be bundled by the above-described heat bonding to form the conductor of the present invention, or the metal single-core wires 6 may be bundled with metal coating by wet plating instead of hot dipping. Moreover, you may use these together.

例えば、銅単芯線を軟質のアルミニウムで結束した材料は、安価で電気伝導性が高く、表面反射性の良い集電用インターコネクター、またボンディング用のタブ線としても優れている。アルミニウムの場合、溶融めっきを施すことが一般的である。アルミニウムは反応温度が高いため、銅との界面に反応相である硬い金属間化合物層を形成する場合がある。金属間化合物層の成長を抑制するために、あらかじめ銅の上に化学めっき等で薄いニッケル等の金属を被覆してもよい。このように、全体の機械的な性質に大きな影響を与えない限りにおいては、どのような材料が使用されていても良い。このように3種類以上の材料で本発明の導電材料が構成されていた場合は、導電材料全体の断面の中で、金属単芯線より硬質な材料の断面積に占める割合は、10%以下であることが望ましい。   For example, a material obtained by binding a copper single core wire with soft aluminum is inexpensive, has high electrical conductivity, and has excellent surface reflectivity, and is excellent as a tab wire for bonding. In the case of aluminum, it is common to perform hot dipping. Since aluminum has a high reaction temperature, a hard intermetallic compound layer that is a reaction phase may be formed at the interface with copper. In order to suppress the growth of the intermetallic compound layer, a thin metal such as nickel may be coated on copper beforehand by chemical plating or the like. Thus, any material may be used as long as it does not significantly affect the overall mechanical properties. Thus, when the conductive material of the present invention is composed of three or more kinds of materials, the proportion of the cross-sectional area of the material harder than the metal single core wire in the entire cross-section of the conductive material is 10% or less. It is desirable to be.

また、結束接合材料7は、金属材料である必要はなく、導電性を有していれば良く、導電性樹脂であっても良い。導電性樹脂は一般的に金属単芯線となる銅やアルミニウムに比較して柔らかいので、本発明における結束接合材料として適している。   Further, the bundling bonding material 7 does not need to be a metal material, and may be conductive, and may be a conductive resin. Since the conductive resin is generally softer than copper or aluminum, which is a metal single core wire, it is suitable as a binding material in the present invention.

<まとめ>
このように、本発明に係るテープ状導電材料は、線材の長手方向に対して低降伏応力で変形し易く、低コストで直線性の優れた半導体接続用導体である。本発明に係るテープ状導電材料は、導体を軟質化して、接合される半導体又はその上に設けられた金属電極との間に生じる熱応力の緩和、並びに接合時の変形を容易にすることにより、接合性が向上すると共に疲労破壊による断線が起こりにくくなる。特に、対向する電極とのなじみが良く、また半田の使用量が少なくて済む。また、本発明に係るテープ状導電材料は、太陽電池の発電効率を高める集電用インターコネクターや半導体接続用のタブ線に使用されるテープ状の金属導電材料として利用することが可能である。
<Summary>
As described above, the tape-like conductive material according to the present invention is a semiconductor connection conductor that is easily deformed with a low yield stress in the longitudinal direction of the wire, is low in cost, and has excellent linearity. The tape-shaped conductive material according to the present invention softens the conductor to ease the thermal stress generated between the semiconductor to be joined or the metal electrode provided thereon, and to facilitate deformation during joining. In addition, bondability is improved and disconnection due to fatigue failure is less likely to occur. In particular, familiarity with the opposing electrode is good and the amount of solder used is small. Moreover, the tape-shaped conductive material according to the present invention can be used as a tape-shaped metal conductive material used for a current collector interconnector or a semiconductor connection tab wire that increases the power generation efficiency of a solar cell.

更に、本発明の効果として、特に太陽電池用集電用インターコネクターは、接合時の熱応力以外にも外部環境下に設置されることによる繰り返しの熱応力にさらされる。図2のように、接合によって金属単芯線を多芯化することによって、1本の単芯線に亀裂が形成し、亀裂の入った単芯線が疲労により破壊に至っても、そこで亀裂の進展が防止できるため、テープ材が断線することを防止することができ、疲労破壊に強い長期信頼性の高い太陽電池用集電用インターコネクターを形成することができる。   Furthermore, as an effect of the present invention, in particular, the solar cell current collector interconnector is exposed to repeated thermal stress caused by being installed in an external environment in addition to the thermal stress during bonding. As shown in Fig. 2, by forming a multi-core metal single core wire by joining, a crack is formed in one single core wire, and even if the cracked single core wire is broken due to fatigue, the progress of the crack is prevented there Therefore, it is possible to prevent the tape material from being disconnected, and to form a solar cell current collector interconnector with high long-term reliability that is resistant to fatigue failure.

以下では、実施例を示しながら、本発明の実施形態に係るテープ状導電材料について、具体的に説明する。なお、以下で示す実施例は、本発明の実施形態に係るテープ状導電材料のあくまでも一例であって、本発明の実施形態に係るテープ状導電材料が下記の例に限定されるわけではない。   Hereinafter, the tape-shaped conductive material according to the embodiment of the present invention will be specifically described with reference to examples. In addition, the Example shown below is only an example of the tape-shaped conductive material which concerns on embodiment of this invention, Comprising: The tape-shaped conductive material which concerns on embodiment of this invention is not necessarily limited to the following example.

(実施例1)
純度99.99%の純アルミニウム焼鈍丸棒材から2種類のテープ状導体(試料1及び試料2)を製造して、機械的特性を比較した。試料1は、アルミニウム単芯線を銀めっきで結束した本発明の形態に属するテープ状導電材料であり、試料2は、比較のため作製したアルミニウム平角線の銀めっき導体である。
Example 1
Two types of tape-shaped conductors (Sample 1 and Sample 2) were manufactured from a pure aluminum annealed round bar material with a purity of 99.99%, and the mechanical properties were compared. Sample 1 is a tape-like conductive material belonging to the form of the present invention in which aluminum single core wires are bundled by silver plating, and sample 2 is a silver-plated conductor of aluminum flat wire produced for comparison.

試料1のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ25mmの焼鈍丸棒材をΦ2mmまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し引抜加工でΦ200μmまで伸線した。その後、真空中で500℃、1時間の熱処理を行ない、得られた線材の表面に約0.1μmの亜鉛置換めっきを施した。次いで、表面処理した線材3本を並列に並べ、幅0.6mmのガイドローラーを通すことで線材同士を接触させた状態で送線しながら、電気めっきで厚さ2μmの銀を覆うことで一体化した。このテープ材のアルミニウムの断面は、0.0942mmであった。試料1は、本発明の形態である。また、アルミニウム芯材の総断面積に対する銀の断面積は、4.04%であった。
The tape-shaped conductive material of Sample 1 was manufactured as follows.
That is, the surface of an annealed round bar having a diameter of 25 mm was reduced to a diameter of 2 mm with a swage, and then drawn to a diameter of 200 μm by drawing using a wire drawing die. Thereafter, heat treatment was performed in vacuum at 500 ° C. for 1 hour, and the surface of the obtained wire was subjected to zinc substitution plating of about 0.1 μm. Next, three surface-treated wires are arranged in parallel, and the wires are brought into contact with each other by passing through a guide roller having a width of 0.6 mm. Turned into. The cross section of aluminum of this tape material was 0.0942 mm 2 . Sample 1 is in the form of the present invention. Moreover, the cross-sectional area of silver with respect to the total cross-sectional area of the aluminum core was 4.04%.

試料2のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ54mmの焼鈍丸棒材をΦ2mmまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し引抜加工でΦ0.4mmまで伸線した後、圧延加工により厚さ0.24mmまで圧延して、幅0.6mm、厚さ0.18mmの断面形態とした。その後、真空中で500℃、1時間の熱処理を行ない、得られた線材の表面を送線しながら約0.1μmの亜鉛置換めっきを施し、その上に電気めっきで厚さ2μmの銀めっきを施した。このテープ状導体の両端は丸みを帯びており、アルミニウムの断面は、0.0942mmと試料1と同じであった。また、焼鈍丸棒からの冷間加工率は試料2の方がやや大きかった。試料2は、比較材である。
The tape-shaped conductive material of Sample 2 was manufactured as follows.
In other words, after Φ54mm annealed round bar was swaged down to Φ2mm, drawn to Φ0.4mm by drawing using a wire drawing die, rolled to a thickness of 0.24mm by rolling, The cross-sectional form was 0.6 mm and the thickness was 0.18 mm. Then, heat treatment is performed in vacuum at 500 ° C. for 1 hour, and zinc substitution plating of about 0.1 μm is performed while feeding the surface of the obtained wire, and silver plating with a thickness of 2 μm is formed thereon by electroplating. gave. Both ends of this tape-shaped conductor were rounded, and the cross section of aluminum was 0.0942 mm 2 , which was the same as Sample 1. Moreover, the cold working rate from the annealing round bar was slightly larger in the sample 2. Sample 2 is a comparative material.

これらの材料の断面を研磨し、EBSD法によって、面積で重みづけされた円相当径の平均値、すなわち面積平均径を評価した。結晶粒は、双晶境界を除く回転角で15°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域と定義した。その結果、試料1及び試料2の面積平均径はほぼ同じであって、約102μmであった。これは、アルミニウム単芯線全体の断面積から算出される円相当径の29.4%である。試料1の場合、アルミニウム芯材は3本の単芯線で構成されることから、単芯線1本の直径である200μmに対する結晶粒の面積平均径の大きさは、51.0%である。   The cross sections of these materials were polished, and the average value of equivalent circle diameters weighted by area, that is, the area average diameter was evaluated by the EBSD method. A crystal grain was defined as a region surrounded by a crystal grain boundary having an orientation difference of 15 ° or more at a rotation angle excluding twin boundaries. As a result, the area average diameters of Sample 1 and Sample 2 were almost the same, and were about 102 μm. This is 29.4% of the equivalent circle diameter calculated from the cross-sectional area of the entire aluminum single core wire. In the case of Sample 1, since the aluminum core material is composed of three single core wires, the size of the area average diameter of crystal grains with respect to 200 μm, which is the diameter of one single core wire, is 51.0%.

次に、これらの材料について引張試験を行って、0.2%耐力を評価した。引張試験は、JIS Z2201に準じて行い、標点間距離100mm、引張速さ10mm/min.の条件で実施した。0.2%耐力は、オフセット法を用い、アルミニウム芯材の断面積で割ることによって算出した。   Next, the tensile test was done about these materials and 0.2% yield strength was evaluated. The tensile test is performed according to JIS Z2201, and the distance between the gauge points is 100 mm and the tensile speed is 10 mm / min. It carried out on condition of this. The 0.2% proof stress was calculated by dividing by the cross-sectional area of the aluminum core using the offset method.

試料1と試料2の荷重−伸び線図を比較すると、同じ伸び値での応力は、常に試料1が下回った。破断伸びは、両者ともほぼ同じで30%程度であった。一方、0.2%耐力は、試料1が20.1MPaであったのに対し、試料2は50.4MPaであった。   Comparing the load-elongation diagrams of Sample 1 and Sample 2, the stress at the same elongation value was always lower than that of Sample 1. The elongation at break was almost the same in both cases and was about 30%. On the other hand, the 0.2% proof stress was 20.1 MPa for sample 1 whereas it was 50.4 MPa for sample 2.

結晶粒の大きさが同水準であるため、試料1が試料2より軟質である理由は、試料1のアルミニウム単芯線1本当たりの断面積が試料2に比較して1/3であり、3本の単芯線同士が弱く結合されている結果、それぞれがある程度自由に変形することができた効果であるといえる。すなわち、試料1の結晶粒が相対的に大きくなって軟質化した効果である。   The reason why the sample 1 is softer than the sample 2 because the size of the crystal grains is the same level is that the cross-sectional area per one aluminum single core wire of the sample 1 is 1/3 of that of the sample 2, 3 It can be said that each single core wire is weakly coupled to each other, so that each of them can be freely deformed to some extent. That is, the effect is that the crystal grains of sample 1 are relatively large and softened.

(実施例2)
純度99.9%のタフピッチ銅線(C1100)に半田がめっきされた太陽電池用集電用インターコネクターを製造し、0.2%耐力を比較すると共に、実際のシリコン結晶型太陽電池セルを接合し、反り量を比較した。
(Example 2)
Manufactures current collector interconnectors for solar cells in which solder is plated on tough pitch copper wire (C1100) with a purity of 99.9%, compares 0.2% proof stress, and joins actual silicon crystal solar cells Then, the amount of warpage was compared.

試料3は、銅単芯線を半田で結束した本発明の形態に属するテープ状導電材料であり、試料4は、比較のため製造した銅平角線の半田めっき導体である。   Sample 3 is a tape-like conductive material belonging to the embodiment of the present invention in which copper single-core wires are bundled with solder, and sample 4 is a copper-plated solder-plated conductor manufactured for comparison.

試料3のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ8mmの連続鋳造材をΦ2mmまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し、引抜加工でΦ250μmまで伸線した。その後、得られた単芯線を5本同時に、N−5体積%H気流中で600℃に加熱した炉長1mの管状炉に2m/min.で通線した直後、大気に触れさせることなく、230℃に加熱溶融したSn−1.0質量%Ag−0.5質量%Cuめっき槽に浸出し、めっき槽液面に配置した1.4×0.27mmのアルミナ製絞りダイスを通過させることによって製造した。このように、試料3は、直径250μmのタフピッチ銅単芯線5本が、半田を介して長さ方向に平行かつ一平面内に整列して接合され一体化した、テープ状の導電材料である。銅の総断面積は、0.245mmである。半田の目付量は、1m当たり、0.39gであった。試料3は、巨視的には、図2aに示した形態をしており、本発明の形態である。
The tape-shaped conductive material of Sample 3 was manufactured as follows.
That is, after the surface of a continuous cast material having a diameter of 8 mm was reduced to a diameter of 2 mm with a swage, it was drawn to a diameter of 250 μm by drawing using a wire drawing die. Then, 5 m of the obtained single core wires were simultaneously applied to a tube furnace having a furnace length of 1 m and heated to 600 ° C. in an N 2 -5% by volume H 2 stream at 2 m / min. Immediately after passing through the wire, it was leached into a Sn-1.0 mass% Ag-0.5 mass% Cu plating bath heated and melted at 230 ° C. without being exposed to the atmosphere, and placed on the plating bath liquid surface. It was manufactured by passing through an alumina drawing die of × 0.27 mm. Thus, the sample 3 is a tape-like conductive material in which five tough pitch copper single core wires having a diameter of 250 μm are joined and integrated in parallel in the length direction and in one plane via solder. The total cross-sectional area of copper is 0.245 mm 2. The weight of solder was 0.39 g per meter. The sample 3 is macroscopically in the form shown in FIG. 2a and is a form of the present invention.

試料4の半田めっき導体は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ8mmの連続鋳造材をΦ2mmまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用して引抜加工でΦ1.2mmまで伸線し、その後圧延加工して厚さ0.2に扁平させ、断面形状を0.2×1.30mmに成型してテープ材とした。続いて、このテープ材をN−5体積%H気流中で600℃に加熱した炉長1mの管状炉に2m/min.で通線した直後、大気に触れさせることなく、230℃に加熱溶融したSn−1質量%Ag−0.5質量%Cuめっき槽に浸出・通過させた。銅の総断面積は、試料3とほほ同じく0.246mmであり、また半田目付量も0.39gと同じになるように調整した。試料4の半田目付量の平均値は片側20μmであり、巨視的な形態は、図3に示したように、中央部が最も厚く、片側約40μmであった。試料4は比較材である。
The solder plating conductor of Sample 4 was manufactured as follows.
In other words, after Φ8mm continuous cast material was reduced to Φ2mm with a swage, it was drawn to Φ1.2mm by drawing using a wire drawing die, then rolled to flatten to a thickness of 0.2, The shape was molded to 0.2 × 1.30 mm to obtain a tape material. Subsequently, 2m / min The tape material in a tubular furnace heated oven length 1m to 600 ° C. in N 2 -5 vol% H 2 gas stream. Immediately after passing through the wire, it was leached and passed through a Sn-1% by mass Ag-0.5% by mass Cu plating bath heated and melted to 230 ° C. without being exposed to the atmosphere. The total cross-sectional area of copper was 0.246 mm 2 which was almost the same as Sample 3, and the solder weight was adjusted to be the same as 0.39 g. The average value of the solder basis weight of Sample 4 was 20 μm on one side, and the macroscopic form was thickest at the center as shown in FIG. 3 and about 40 μm on one side. Sample 4 is a comparative material.

これらの材料の断面を研磨し、EBSD法を使用して面積で重みづけされた円相当径の平均値、すなわち面積平均径を評価した。結晶粒は、双晶境界を除く回転角で15°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域と定義した。その結果、試料3、及び試料4の面積平均径は、それぞれ12.6μmと9.1μmであった。同じ母材から出発したにもかかわらず、粒径が異なるのは、加工率が試料3の方が大きく、再結晶時の粒成長の駆動力が大きかったことと、表面(実際は半田との界面)エネルギーの寄与である。すなわち、同じ総断面積の導体を得る場合、本発明の方が大きな結晶粒を得やすいことが確認された。   The cross sections of these materials were polished, and the average value of equivalent circle diameters weighted by area using the EBSD method, that is, the area average diameter was evaluated. A crystal grain was defined as a region surrounded by a crystal grain boundary having an orientation difference of 15 ° or more at a rotation angle excluding twin boundaries. As a result, the area average diameters of Sample 3 and Sample 4 were 12.6 μm and 9.1 μm, respectively. Despite starting from the same base material, the grain size is different because the processing rate of sample 3 is larger and the driving force of grain growth during recrystallization is larger, and the surface (actually the interface with the solder) ) Energy contribution. That is, when obtaining conductors having the same total cross-sectional area, it was confirmed that the present invention facilitates obtaining large crystal grains.

また断面のビッカース硬度をJIS Z2244に準じて測定した結果、試料3の銅部分の硬度が52、半田部分が15、試料3の銅部分の硬度が58、半田部分が15であった。   As a result of measuring the Vickers hardness of the cross section according to JIS Z2244, the hardness of the copper part of sample 3 was 52, the solder part was 15, the hardness of the copper part of sample 3 was 58, and the solder part was 15.

次に、これらの材料について引張試験を行って、0.2%耐力を評価した。引張試験は、JIS Z2201に準じて行い、標点間距離100mm、引張速さ10mm/min.の条件で実施した。0.2%耐力は、オフセット法を用い、銅の総断面積で割ることによって算出した。   Next, the tensile test was done about these materials and 0.2% yield strength was evaluated. The tensile test is performed according to JIS Z2201, and the distance between the gauge points is 100 mm and the tensile speed is 10 mm / min. It carried out on condition of this. The 0.2% yield strength was calculated by dividing by the total cross-sectional area of copper using the offset method.

試料3と試料4の荷重−伸び線図を比較すると、同じ伸び値での応力は常に試料3が下回った。一方、0.2%耐力は、試料3が70.0MPaであったのに対し、試料4は98.1MPaであった。   When the load-elongation diagrams of Sample 3 and Sample 4 were compared, the stress at the same elongation value was always lower than that of Sample 3. On the other hand, the 0.2% proof stress was 70.0 MPa for sample 3, whereas it was 98.1 MPa for sample 4.

試料3が試料4より軟質である理由は、試料3の単芯線5本からなる銅芯材の結晶粒径が大きいこと、及び試料3の銅単芯線1本当たりの断面が試料4に比較して1/5であり、5本の単芯線同士が軟質な半田材料で弱く結合されている結果、それぞれがある程度自由に変形することができたためである。換言すれば、試料3では単芯線1本当たりの面積相当径の比が5.04%、試料4では銅単芯線全体の断面積から算出される円相当径に対する面積相当径の比が1.63%であり、試料3は試料4に対して、実際の結晶粒径差以上の大きな結晶粒を有する線材としてふるまったためである。   The reason why the sample 3 is softer than the sample 4 is that the crystal particle diameter of the copper core material consisting of five single core wires of the sample 3 is large and the cross section per one copper single core wire of the sample 3 is compared with the sample 4. This is because each of the five single-core wires is weakly coupled with a soft solder material, and as a result, each can be freely deformed to some extent. In other words, in the sample 3, the ratio of the equivalent area diameter per single core wire is 5.04%, and in the sample 4, the ratio of the equivalent area diameter to the equivalent circle diameter calculated from the cross-sectional area of the entire copper single core wire is 1. This is because the sample 3 behaves as a wire having a large crystal grain larger than the actual crystal grain size difference with respect to the sample 4.

試料3、及び試料4を実際の太陽電池ウエハに接合し、ウエハの反りの程度を調べた。使用した太陽電池用ウエハは、大きさ150×155mm、厚さ200μmの多結晶シリコンであり、集電用インターコネクターを配線する銀電極幅は3mmであり、平行に片面3本の電極が形成されている。この受光面側の電極3本に、試料3と試料4の集電用インターコネクターを別々に3枚ずつ、合計6枚接合した。   Sample 3 and sample 4 were bonded to an actual solar cell wafer, and the degree of warpage of the wafer was examined. The used solar cell wafer is polycrystalline silicon having a size of 150 × 155 mm and a thickness of 200 μm. The silver electrode width for wiring the current collector interconnector is 3 mm, and three electrodes on one side are formed in parallel. ing. Three power collecting interconnectors of Sample 3 and Sample 4 were separately joined to three electrodes on the light receiving surface side, for a total of six.

セルは、175℃に加熱したホットプレートの上に置いておき、セル上電極にフラックスを塗り、集電用インターコネクターを銀電極上にセル端部間全長さに配置し、ピンで抑えてホットエア加熱して、半田を溶融させ接合した。   Place the cell on a hot plate heated to 175 ° C, apply flux to the electrode on the cell, place the current collector interconnector on the silver electrode over the entire length between the cell edges, hold it with a pin, and use hot air. By heating, the solder was melted and joined.

いずれの集電用インターコネクターも、銀電極長さ方向に均一に接合することができた。接合部真上から見た時の、集電用インターコネクターの幅方向の半田のはみ出しは、試料4の方が多かったのに対し、試料3の集電用インターコネクターは、均一なフィレットが形成され、はみ出しは極めて少なかった。試料3の集電用インターコネクターは、単芯線間を通って電極反対面からも十分供給されるが、不要な半田は、スポイト効果により単芯線間を通って電極反対側に戻ることにより、十分かつ必要な分だけ半田が供給された結果、均一かつ集電用インターコネクター幅方向へのはみ出しが少なかったものと考えられる。   All the current collector interconnectors could be uniformly joined in the length direction of the silver electrode. When viewed from directly above the joint, the amount of solder protruding in the width direction of the current collecting interconnector was greater in the sample 4, whereas the current collecting interconnector in the sample 3 formed a uniform fillet. There was very little protrusion. The current collecting interconnector of Sample 3 is sufficiently supplied from the opposite side of the electrode through the single core wire, but the unnecessary solder can be adequately returned to the opposite side of the electrode through the single core wire due to the dropper effect. In addition, as a result of supplying the necessary amount of solder, it is considered that there was little protrusion in the width direction of the current collecting interconnector.

ウエハを冷却した後、セルは集電用インターコネクターを接合した面を内側にして、集電用インターコネクターの長さ方向に反っていることが分かった。これは、銅の熱収縮率がシリコンより大きかったためである。セルの一端を支点にして、その反り量を支点反対側の端部で測定したところ、本発明の試料3の集電用インターコネクターを接合したセルの反りが2.1mmであったのに対し、比較材である試料4の集電用インターコネクターを接合したセルの反り量は5.3mmであった。これは、試料3に集電用インターコネクターの耐力が小さく、塑性変形量が大きく、熱応力が小さくて済んだためである。   After cooling the wafer, it was found that the cell was warped in the length direction of the current collecting interconnector with the surface where the current collecting interconnector was joined inside. This is because the thermal contraction rate of copper was larger than that of silicon. When one end of the cell was used as a fulcrum and the amount of warpage was measured at the end opposite to the fulcrum, the curvature of the cell joined with the current collector interconnector of Sample 3 of the present invention was 2.1 mm. The amount of warpage of the cell joined with the current collecting interconnector of Sample 4 as a comparative material was 5.3 mm. This is because the sample connector 3 has a low proof stress, a large amount of plastic deformation, and a small thermal stress.

次に、セル離面にも集電用インターコネクターを配置し、200℃に加熱したホットプレートの上で、集電用インターコネクターを銀電極上にセル端部間全長さに配置し、ピンで抑えてホットエア加熱して、半田を溶融させ接合したセルを、試料3と試料4について3枚ずつ製造し、セル表裏面から回路を形成して、ソーラーシミュレータを使用して同一条件で発電効率を測定した。その結果、本発明の試料3の集電用インターコネクターを接合したセルの発電効率の平均が、15.1%であったのに対し、比較材である試料4の集電用インターコネクターを接合したセルの発電効率は14.5%であった。これは、試料3に集電用インターコネクターの耐力が小さいため、塑性変形量が大きく、熱応力が小さくて済んだため、微細なクラックがない、より健全な接合が形成されたためである。   Next, an interconnector for current collection is also arranged on the cell separation surface. On the hot plate heated to 200 ° C., the interconnector for current collection is disposed on the silver electrode over the entire length between the cell edges. Suppressed by hot air heating, melted solder and joined 3 cells for sample 3 and sample 4, forming a circuit from the front and back of the cell, and using solar simulator to improve power generation efficiency under the same conditions It was measured. As a result, the average power generation efficiency of the cell to which the current collector interconnector of sample 3 of the present invention was joined was 15.1%, whereas the current collector interconnector of sample 4 as a comparative material was joined. The power generation efficiency of the obtained cell was 14.5%. This is because, since the proof stress of the current collecting interconnector is small in sample 3, the amount of plastic deformation is large and the thermal stress is small, so that there is no fine crack and a more sound joint is formed.

(実施例3)
本実施例では、純度99.99%の無酸素銅線(C1020)に半田がめっきされた太陽電池用集電用インターコネクターを製造し、0.2%耐力を比較すると共に、実際のシリコン結晶型太陽電池セルの接合し、反り量を比較した。
(Example 3)
In this example, a solar cell current collector interconnector in which solder is plated on an oxygen-free copper wire (C1020) having a purity of 99.99% is manufactured, and 0.2% proof stress is compared, and an actual silicon crystal The solar cell was joined and the amount of warpage was compared.

試料5〜試料9は、銅単芯線を半田で結束したテープ状導電材料である。試料6〜試料9は、本発明の実施例であるが、試料5は結果的に本発明の組織上の要件を満たさなかった比較例である。試料10〜試料11は、銅平角線の半田めっき導体であり、比較例である。   Samples 5 to 9 are tape-like conductive materials obtained by binding copper single core wires with solder. Samples 6 to 9 are examples of the present invention, but sample 5 is a comparative example that did not satisfy the structural requirements of the present invention. Samples 10 to 11 are copper-plated rectangular solder-plated conductors and are comparative examples.

試料5のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ25mmの焼鈍丸棒材をΦ2mmまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し、引抜加工でΦ250μmまで伸線した。その後、得られた単芯線を6本同時に、N−5体積%H気流中で600℃に加熱した炉長1mの管状炉に30m/min.で通線、連続焼鈍した直後、大気に触れさせることなく、205℃に加熱溶融したPb−60質量%Snめっき槽に浸出し、めっき槽液面に配置した1.6×0.30mmのアルミナ製絞りダイスを通過させた。すなわち、試料3は、直径250μmの無酸素銅単芯線6本が、半田を介して長さ方向に平行かつ一平面内に整列して接合され一体化したテープ状の導電材料である。銅の総断面積は、0.294mmであった。半田の目付量は、絞りダイス通過直後にワイピングノズルにより、テープ面両側からアルゴンガスを吹き付け、その流量を制御することで調整し、1m当たり、0.5gになるようにした。試料5は、本発明の形態に近いが、平均結晶粒径から比較材となった。
The tape-shaped conductive material of Sample 5 was manufactured as follows.
That is, the surface of an annealed round bar having a diameter of 25 mm was reduced to a diameter of 2 mm with a swage, and then drawn to a diameter of 250 μm by drawing using a wire drawing die. Thereafter, six single-core wires obtained were simultaneously applied to a tube furnace having a furnace length of 1 m and heated to 600 ° C. in a N 2 -5 vol% H 2 air flow at 30 m / min. Immediately after wire annealing and continuous annealing, 1.6 × 0.30 mm alumina leached into a Pb-60 mass% Sn plating bath heated and melted to 205 ° C. without being exposed to the atmosphere and disposed on the plating bath liquid surface A drawing die was passed. That is, the sample 3 is a tape-like conductive material in which six oxygen-free copper single core wires having a diameter of 250 μm are joined and aligned in parallel in the length direction and in one plane via solder. The total cross-sectional area of copper was 0.294 mm 2 . The basis weight of the solder was adjusted by blowing argon gas from both sides of the tape surface with a wiping nozzle immediately after passing through the drawing die and controlling the flow rate so as to be 0.5 g per meter. Sample 5 was close to the form of the present invention, but became a comparative material from the average crystal grain size.

また、試料6〜9のテープ状導電材料は、試料5と同じ手法でΦ250μmまで伸線した材料をステンレスボビンに巻いて、バッチ炉を使用して、真空中でそれぞれ200℃(試料6)、300℃(試料7)、400℃(試料8)、500℃(試料9)で1時間の焼鈍をした単芯線材を、試料5と同じ条件で管状炉での連続焼鈍と半田めっきを施した。銅の総断面積は、0.294mmであった。半田の目付量は、試料5と同じであった。試料5〜試料9は、本発明の形態である。本実施例では、バッチ焼鈍の時間が、その後の連続焼鈍に比較して十分長いため、焼鈍の影響は、バッチ焼鈍の方が大きい。 In addition, the tape-shaped conductive materials of Samples 6 to 9 were wound around a stainless bobbin with a material drawn to Φ250 μm in the same manner as Sample 5, and each was 200 ° C. in a vacuum using a batch furnace (Sample 6), A single core wire annealed at 300 ° C. (Sample 7), 400 ° C. (Sample 8), and 500 ° C. (Sample 9) for 1 hour was subjected to continuous annealing and solder plating in a tubular furnace under the same conditions as Sample 5. . The total cross-sectional area of copper was 0.294 mm 2 . The basis weight of solder was the same as that of Sample 5. Samples 5 to 9 are forms of the present invention. In this example, since the batch annealing time is sufficiently longer than the subsequent continuous annealing, the influence of the annealing is larger in the batch annealing.

試料10、及び試料11の半田めっき導体は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ25mmの焼鈍丸棒材をΦ2mmまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し引抜加工でΦ1.2mmまで伸線し、その後圧延加工して厚さ0.2に扁平させ、断面形状を0.2×1.52mmに成型してテープ材とした。その後、このテープ材をステンレスボビンに巻き、バッチ炉を使用して、試料10は、真空中で300℃、1時間、試料11は、真空中で500℃、1時間焼鈍し、それぞれ線材とした。続いて、得られたそれぞれの線材を、N−5体積%H気流中で600℃に加熱した炉長1mの管状炉に20m/min.で通線した直後、大気に触れさせることなく、205℃に加熱溶融したPb−60質量%Snめっき槽に浸出、通過させることで製造した。半田の目付量は、絞りダイス通過直後にワイピングノズルにより、テープ面両側からアルゴンガスを吹き付け、その流量を制御することで調整し、試料5〜試料8に合わせた。したがって、銅の総断面積は、試料5〜9と同じく0.294mmであり、半田目付量も0.5gと同じである。試料10、及び試料11の半田目付量の平均値は片側20μmであり、中央部が最も厚く、片側約40μmであった。試料10、及び試料11は、比較材である。
The solder plating conductors of Sample 10 and Sample 11 were manufactured as follows.
That is, after Φ25mm annealed round bar material was swaged down to Φ2mm, drawn using a wire drawing die to Φ1.2mm, then rolled and flattened to a thickness of 0.2, The shape was molded to 0.2 × 1.52 mm to obtain a tape material. Then, this tape material was wound around a stainless bobbin, and using a batch furnace, sample 10 was annealed in vacuum at 300 ° C. for 1 hour, sample 11 was annealed in vacuum at 500 ° C. for 1 hour, and each was used as a wire rod. . Subsequently, each of the obtained wires was put into a tube furnace having a furnace length of 1 m heated to 600 ° C. in a N 2 -5 vol% H 2 air stream at 20 m / min. Immediately after passing through the wire, it was produced by leaching and passing through a Pb-60 mass% Sn plating tank heated and melted at 205 ° C. without being exposed to the atmosphere. The amount of solder per unit area was adjusted by blowing argon gas from both sides of the tape surface with a wiping nozzle immediately after passing through the drawing die and controlling the flow rate, and matched to samples 5 to 8. Therefore, the total cross-sectional area of copper is 0.294 mm 2 as in Samples 5 to 9, and the solder weight is the same as 0.5 g. The average value of the solder weight per sample of Sample 10 and Sample 11 was 20 μm on one side, the center part was the thickest, and was about 40 μm on one side. Samples 10 and 11 are comparative materials.

これらの材料の断面を研磨し、EBSD法を使用して面積で重みづけされた円相当径の平均値、すなわち面積平均径を評価した。結晶粒は、双晶境界を除く回転角で15°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域と定義した。また、断面その断面を利用して銅と半田の部分のビッカース硬度をJIS Z2244に準じて測定をおこなった。   The cross sections of these materials were polished, and the average value of equivalent circle diameters weighted by area using the EBSD method, that is, the area average diameter was evaluated. A crystal grain was defined as a region surrounded by a crystal grain boundary having an orientation difference of 15 ° or more at a rotation angle excluding twin boundaries. Moreover, the Vickers hardness of the part of copper and solder was measured according to JIS Z2244 using the cross section.

次に、試料5〜試料11について引張試験を行って、0.2%耐力を評価した。引張試験は、JIS Z2201に準じて行い、標点間距離100mm、引張速さ5mm/min.の条件で実施した。0.2%耐力は、オフセット法を用い、塑性歪が0.2の時の荷重値を銅の総断面積で割ることによって算出した。全ての試料において、伸び値が10%以下の領域では、同じ歪の時の応力値は、0.2%耐力値の小さい試料ほど小さかった   Next, a tensile test was performed on Samples 5 to 11, and 0.2% yield strength was evaluated. The tensile test is performed according to JIS Z2201, and the distance between the gauge points is 100 mm and the tensile speed is 5 mm / min. It carried out on condition of this. The 0.2% yield strength was calculated by using the offset method and dividing the load value when the plastic strain was 0.2 by the total cross-sectional area of copper. In all the samples, in the region where the elongation value was 10% or less, the stress value at the same strain was smaller as the sample having a smaller 0.2% proof stress value.

次に、試料5〜試料11の半田めっき線を実際の太陽電池ウエハに接合し、ウエハの反りの程度を調べた。使用した太陽電池用ウエハは、大きさ150×155mm、厚さ200μmの多結晶シリコンであり、集電用インターコネクターを配線する銀電極幅は3mmであり、平行に片面3本の電極が形成されている。この受光面側の電極3本に集電用インターコネクターを種類ごとに3枚ずつ、合計45枚接合した。   Next, the solder plating wires of Sample 5 to Sample 11 were bonded to an actual solar cell wafer, and the degree of warpage of the wafer was examined. The used solar cell wafer is polycrystalline silicon having a size of 150 × 155 mm and a thickness of 200 μm. The silver electrode width for wiring the current collector interconnector is 3 mm, and three electrodes on one side are formed in parallel. ing. A total of 45 current-collecting interconnectors, 3 for each type, were joined to the three electrodes on the light-receiving surface side.

セルは175℃に加熱したホットプレートの上に置いておき、セル上電極にフラックスを塗り、集電用インターコネクターを銀電極上にセル端部間全長さに配置し、ピンで抑えてホットエア加熱して、半田を溶融させ接合した。   Place the cell on a hot plate heated to 175 ° C, apply flux to the electrode on the cell, place the current collector interconnector on the silver electrode over the entire length of the cell edge, hold it with a pin, and heat it with hot air Then, the solder was melted and joined.

ウエハを冷却した後、セルはインターコネクターを接合した面を内側にして、集電用インターコネクターの長さ方向に反っていることが分かった。これは、銅の熱収縮率がシリコンより大きかったためである。セルの一端を支点にして、その反り量を支点反対側の端部で測定した。   After cooling the wafer, it was found that the cell was warped in the length direction of the current collecting interconnector with the surface where the interconnector was joined inside. This is because the thermal contraction rate of copper was larger than that of silicon. Using one end of the cell as a fulcrum, the amount of warpage was measured at the end opposite to the fulcrum.

以上の試験結果を、表1にまとめて示した。   The above test results are summarized in Table 1.

Figure 0006065646
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試料断面のEBSD測定の結果得られた試料内の銅の面積相当径で表した結晶粒の平均粒径(面積平均粒径)は、バッチ焼鈍をしていない6本の単芯線を結束した試料5と300℃で焼鈍した平角銅線1本で構成される試料10がほぼ同等であり、約9μmであった。また、0.2%耐力値もほぼ同等であった。銅単芯線1本の円相当径に対する銅の結晶粒の面積平均径の相対的な大きさは、大きな違いが認められたが、いずれも5%未満であり、銅単芯線1本の断面積に対して十分小さかったため、0.2%耐力値は、平均結晶粒径の絶対値に依存した。   The average particle size (area average particle size) of the crystal grains expressed by the equivalent area diameter of copper in the sample obtained as a result of EBSD measurement of the sample cross section is a sample in which six single-core wires not subjected to batch annealing are bundled Sample 10 composed of one flat copper wire annealed at 5 and 300 ° C. was approximately the same, about 9 μm. Also, the 0.2% proof stress value was almost the same. The relative size of the area average diameter of the copper crystal grains with respect to the equivalent circle diameter of one copper single core wire was found to vary greatly, but both were less than 5%, and the cross-sectional area of one copper single core wire was one. The 0.2% yield strength value depended on the absolute value of the average grain size.

試料7と試料10は加工後の熱履歴としては同じである。同じ母材から出発したにもかかわらず、再結晶後の粒径が異なるのは、加工率が試料6の方が大きく、再結晶時の粒成長の駆動力が大きかったことと、表面(実際は半田との界面)エネルギーの寄与である。すなわち、同じ総断面積の導体を得る場合、本発明の方が大きな結晶粒を得やすいことが確認された。   Samples 7 and 10 have the same heat history after processing. Despite starting from the same base material, the grain size after recrystallization is different because the processing rate of sample 6 is larger and the driving force of grain growth during recrystallization is greater, and the surface (actually This is the contribution of energy to the interface with the solder. That is, when obtaining conductors having the same total cross-sectional area, it was confirmed that the present invention facilitates obtaining large crystal grains.

6本の単芯線を結束した試料は、バッチ焼鈍することによって、銅単芯線1本の円相当径に対する銅の結晶粒の面積相当径が5%を超え、0.2%耐力値が大きく低下し、50MPaを下回る値が得られた。   A sample in which six single core wires are bundled is subjected to batch annealing, so that the equivalent area diameter of the copper crystal grains exceeds 5% with respect to the equivalent circle diameter of one copper single core wire, and the 0.2% proof stress value is greatly reduced. And a value lower than 50 MPa was obtained.

一方、平角銅線1本で構成される試料11は500℃でバッチ焼鈍を行い平均結晶粒径28.3μmまで粒成長したが、0.2%耐力値は、50MPaを下回らなかった。一方、ほぼ同じ面積平均径を有する試料7の0.2%耐力は、46.1MPaであった。これは、試料7では1本の銅単芯線径に対して、結晶粒径が5%を超え、大きくなった効果である。   On the other hand, Sample 11 composed of a single flat copper wire was subjected to batch annealing at 500 ° C. and grown to an average crystal grain size of 28.3 μm, but the 0.2% proof stress value was not less than 50 MPa. On the other hand, the 0.2% yield strength of Sample 7 having approximately the same area average diameter was 46.1 MPa. This is an effect of increasing the crystal grain size by exceeding 5% with respect to one copper single core wire diameter in the sample 7.

1本の銅単芯線径に対して、結晶粒径が20%を超える試料8では0.2%耐力値が40MPaを下回り、更に50%を超える試料9では34.9MPaの値が得られた。これは、1本の銅単芯線径に対して、結晶粒径が更に大きくなり、これらがより軟質な鉛錫半田で結束された結果、1本1本の線の変形に対する拘束が小さいための効果である。   With respect to one copper single-core wire diameter, the sample 8 with a crystal grain size exceeding 20% had a 0.2% yield strength of less than 40 MPa, and the sample 9 with more than 50% obtained a value of 34.9 MPa. . This is because the crystal grain size is further increased with respect to a single copper single-core wire diameter, and these are bound by softer lead tin solder, so that the constraint on the deformation of each single wire is small. It is an effect.

すなわち、1本の平角銅芯線で構成される導体と、軟質な半田で結束された6本の銅単芯線で構成される導体を比較すると、後者の導体は、再結晶により大きな結晶粒が得やすい上、1本の銅単芯線断面が平角銅芯線断面の1/6であることから、1本の銅単芯線断面に対する結晶粒を相対的に粗大化でき、更に6本の単芯線同士が軟質な半田材料で弱く結合されている結果、それぞれがある程度自由に変形することができ、長手方向に軟質な導体とすることができる。   That is, when a conductor composed of one flat copper core wire and a conductor composed of six copper single core wires bound with soft solder are compared, the latter conductor can obtain large crystal grains by recrystallization. In addition, since the cross section of one copper single core wire is 1/6 of the cross section of the flat copper core wire, the crystal grains relative to the cross section of one copper single core wire can be relatively coarsened. As a result of being weakly bonded with a soft solder material, each can be freely deformed to some extent, and a soft conductor in the longitudinal direction can be obtained.

試料5〜試料11の集電用インターコネクターは、いずれも銀電極長さ方向に均一に接合することができた。接合部真上から見た時の、集電用インターコネクターの幅方向の半田のはみ出しは、試料10、及び試料11の方が多かったのに対し、試料5〜試料9の集電用インターコネクターは、均一なフィレットが形成され、はみ出しは極めて少なかった。試料5〜試料9の集電用インターコネクターは、単芯線間を通って電極反対面からも十分供給されるが、不要な半田は、スポイト効果により単芯線間を通って電極反対側に戻ることにより、十分かつ必要な分だけ半田が供給された結果、均一かつ集電用インターコネクター幅方向へのはみ出しが少なかったものと考えられる。   All of the current collecting interconnectors of Sample 5 to Sample 11 could be uniformly joined in the silver electrode length direction. The amount of solder protruding in the width direction of the current collecting interconnector when viewed from directly above the joint was larger in the samples 10 and 11, whereas the current collecting interconnectors in the samples 5 to 9 were used. A uniform fillet was formed, and the protrusion was very small. The current collecting interconnector of Sample 5 to Sample 9 is sufficiently supplied from the opposite side of the electrode through the single core wire, but the unnecessary solder returns to the opposite side of the electrode through the single wire due to the dropper effect. As a result, it is considered that as a result of supplying sufficient and necessary solder, there was little protrusion in the width direction of the current collecting interconnector.

ウエハを冷却した後のセルは集電用インターコネクターを接合した面を内側にして、集電用インターコネクターの長さ方向に反っていたが、その反り量は試料間で異なった。本発明の形態である試料6〜試料9の集電用インターコネクターを使用して接合したセルは、一般的な形態の集電用インターコネクターを使用して接合したセルに比較して反り量が小さいが、これは試料6〜試料9の0.2%耐力が小さいためである。   The cell after cooling the wafer was warped in the length direction of the current collecting interconnector with the surface where the current collecting interconnector was joined inside, but the amount of warping varied between samples. The cells joined using the current collector interconnectors of Sample 6 to Sample 9 according to the present invention have a warpage amount as compared to the cells joined using the current collector interconnectors. Although it is small, this is because the 0.2% proof stress of Sample 6 to Sample 9 is small.

試料内の銅の面積相当径で表した結晶粒の平均粒径の銅単芯線1本の直径に対する比が5%以上である場合、0.2%耐力が低下し、更に銅単芯線の結晶粒径が50μm以上、結晶粒の平均粒径の銅単芯線1本の直径に対する比が20%以上である場合、一段と0.2%耐力が低下することから、セルに集電用インターコネクターを接合する時の集電用インターコネクター塑性変形量が大きく、熱応力が小さくて済み、結果としてセルの反りが小さく済んでいる。結果、セルのダメージが小さく、またセルの反りが小さいとその後のラミネート処理時のセルの矯正量も小さくなるため、矯正時のセルの破壊によるモジュールの歩留まり低下も小さくて済む。   When the ratio of the average grain diameter of the crystal grains expressed by the equivalent area diameter of copper in the sample to the diameter of one copper single core wire is 5% or more, the proof stress is reduced by 0.2%, and the crystal of the copper single core wire is further reduced. When the grain size is 50 μm or more and the ratio of the average grain size of the crystal grains to the diameter of one copper single core wire is 20% or more, the proof stress is further reduced by 0.2%. The current collector interconnector has a large amount of plastic deformation at the time of joining and a small thermal stress. As a result, the warpage of the cell is small. As a result, if the cell damage is small and the cell warpage is small, the correction amount of the cell during the subsequent laminating process is also small, so that the module yield reduction due to the destruction of the cell during correction is small.

(実施例4)
純度99.99%の無酸素銅線(C1020)に、ニッケル、アルミニウム、又は半田がめっきされた金属テープ導体をそれぞれ製造し、0.2%耐力を比較すると共に反射率の測定を行った。試料12は、ニッケルめっきされた材料であり、比較例である。試料13は試料12を焼鈍して製造された材料であり、本発明の実施例である。試料14、試料15は、試料13にそれぞれ半田、アルミニウムの溶融めっきを施して製造した試料であり、本発明の実施例である。
Example 4
Metal tape conductors in which nickel, aluminum, or solder was plated on an oxygen-free copper wire (C1020) having a purity of 99.99% were manufactured, and 0.2% proof stress was compared and reflectance was measured. Sample 12 is a nickel-plated material and is a comparative example. Sample 13 is a material manufactured by annealing sample 12 and is an example of the present invention. Samples 14 and 15 are samples produced by subjecting sample 13 to hot-dip plating of solder and aluminum, respectively, and are examples of the present invention.

試料12のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ8mmの連続鋳造材をΦ2mmまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し、引抜加工でΦ200μmまで伸線した。次いで、表面処理した単芯線3本を並列に並べ、幅0.6mmのガイドローラーを通すことで単芯線同士を接触させた状態で送線しながら、硫酸ニッケル浴内において電気めっきで厚さ1μmのニッケルを覆うことで一体化した。このテープ状導電材料の銅の断面は、0.0942mmであった。また、銅芯材の総断面積に対するニッケルの断面積は2.01%であった。
The tape-shaped conductive material of Sample 12 was manufactured as follows.
That is, after the surface of a continuous cast material having a diameter of 8 mm was reduced to a diameter of 2 mm with a swage, the wire was drawn to a diameter of 200 μm by drawing using a wire drawing die. Next, three surface-treated single core wires are arranged in parallel, and the thickness is 1 μm by electroplating in a nickel sulfate bath while the single core wires are brought into contact with each other by passing through a guide roller having a width of 0.6 mm. It was integrated by covering the nickel. The tape-shaped conductive material had a copper cross section of 0.0942 mm 2 . Moreover, the cross-sectional area of nickel with respect to the total cross-sectional area of the copper core material was 2.01%.

また、試料12と同様にして製造したテープ状導電材料をアルゴン中で350℃、30分の熱処理を行なうことで、試料13を製造した。   Sample 13 was manufactured by heat-treating the tape-shaped conductive material manufactured in the same manner as Sample 12 in argon at 350 ° C. for 30 minutes.

試料14のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、試料12と同様の連続鋳造材を用い、同じ手法により伸線及び表面処理した単芯線を利用した。この単芯線3本を並列に並べた上で、N−5体積%H気流中で600℃に加熱した炉長1mの管状炉に20m/min.で通線した直後、大気に触れさせることなく、200℃に加熱溶融したSn−40質量%Pbめっき槽に浸出し、めっき槽液面に配置した0.8×0.25mmのアルミナ製絞りダイスを通過させることによって半田めっきを行ない、試料14を製造した。試料14は、絞りダイスを通過直後にワイピングノズルを使用して、通線方向と反対方向からアルゴンガスを吹き付けることによって、半田のめっき厚を平均で10μmに制御して、半田めっきされた材料である。
The tape-shaped conductive material of Sample 14 was manufactured as follows.
That is, the same continuous casting material as the sample 12 was used, and the single core wire drawn and surface-treated by the same method was utilized. After arranging these three single core wires in parallel, a tube furnace having a furnace length of 1 m heated to 600 ° C. in an N 2 -5% by volume H 2 stream was supplied with 20 m / min. Immediately after passing through the wire, a 0.8 × 0.25 mm drawing die made of alumina leached into an Sn-40 mass% Pb plating bath heated to 200 ° C. without being exposed to the atmosphere and placed on the plating bath liquid surface. The sample 14 was manufactured by performing solder plating. Sample 14 was made of a solder-plated material by controlling the solder plating thickness to an average of 10 μm by blowing argon gas from the direction opposite to the direction of wiring using a wiping nozzle immediately after passing through the drawing die. is there.

試料15のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、試料12と同様の連像鋳造材を用い、同じ手法により伸線及び表面処理した単芯線を利用した。この単芯線3本を並列に並べた上で、N−5体積%H気流中で700℃に加熱した炉長1mの管状炉に2m/min.で通線した直後、大気に触れさせることなく、700℃に加熱溶融したAlめっき槽に浸出し、めっき槽液面に配置した0.8×0.25mmのアルミナ製絞りダイスを通過させることによってアルミニウムめっきを行ない、試料15を製造した。試料15は、絞りダイスを通過直後にワイピングノズルを使用して、通線方向と反対方向からアルゴンガスを吹き付けることによって、アルミニウムのめっき厚を平均で10μmに制御して、アルミニウムめっきされた材料である。
The tape-shaped conductive material of Sample 15 was manufactured as follows.
In other words, a continuous image cast material similar to that of Sample 12 was used, and a single-core wire drawn and surface-treated by the same method was used. After arranging these three single core wires in parallel, a tube furnace having a furnace length of 1 m heated to 700 ° C. in a N 2 -5 vol% H 2 air stream was supplied with 2 m / min. Immediately after passing through the wire, it was leached into an Al plating bath heated and melted to 700 ° C. without being exposed to the atmosphere, and passed through a 0.8 × 0.25 mm alumina drawing die placed on the surface of the plating bath. Aluminum plating was performed to manufacture Sample 15. Sample 15 was made of an aluminum-plated material by controlling the aluminum plating thickness to an average of 10 μm by blowing argon gas from the direction opposite to the direction of wiring using a wiping nozzle immediately after passing through the drawing die. is there.

試料12〜試料15は、いずれも銅単芯線の線径に対して、薄いめっきであったため、線径に従った凹凸を有していた。   Since all of Samples 12 to 15 were thin plating with respect to the wire diameter of the copper single core wire, they had irregularities according to the wire diameter.

これらの材料の断面を研磨し、EBSD法を使用して面積で重みづけされた円相当径の平均値、すなわち面積平均径を評価した。結晶粒は、双晶境界を除く回転角で15°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域と定義した。また、得られた断面を利用して、銅と半田、又はアルミニウムめっきの部分のビッカース硬度測定をJIS Z2244に準じて行った。ニッケルの硬度は、ニッケルめっきの厚さが小さいため、測定できなかった。ただし、銅芯材の断面積に対するニッケルめっきの断面積は小さいため、耐力を始めとする機械的な特性に対する影響は小さい。   The cross sections of these materials were polished, and the average value of equivalent circle diameters weighted by area using the EBSD method, that is, the area average diameter was evaluated. A crystal grain was defined as a region surrounded by a crystal grain boundary having an orientation difference of 15 ° or more at a rotation angle excluding twin boundaries. Moreover, the Vickers hardness measurement of the copper and solder or aluminum plating part was performed according to JIS Z2244 using the obtained cross section. The hardness of nickel could not be measured because the nickel plating thickness was small. However, since the cross-sectional area of nickel plating relative to the cross-sectional area of the copper core material is small, the influence on mechanical properties such as proof stress is small.

次に、試料12〜試料15について引張試験を行って、0.2%耐力を評価した。引張試験は、JIS Z2201に準じて行い、標点間距離100mm、引張速さ5mm/min.の条件で実施した。0.2%耐力は、オフセット法により、塑性歪が0.2の時の荷重値を銅の総断面積で割ることによって算出した。全ての試料において、伸び値が10%以下の領域では、同じ歪の時の応力値は、0.2%耐力値の小さい試料ほど小さかった。   Next, the tensile test was done about Sample 12-Sample 15, and 0.2% yield strength was evaluated. The tensile test is performed according to JIS Z2201, and the distance between the gauge points is 100 mm and the tensile speed is 5 mm / min. It carried out on condition of this. The 0.2% yield strength was calculated by dividing the load value when the plastic strain was 0.2 by the total cross-sectional area of copper by the offset method. In all the samples, in the region where the elongation value was 10% or less, the stress value at the same strain was smaller as the sample having a smaller 0.2% proof stress value.

次に、試料12〜試料15のテープ線材のテープ面の反射率を測定した。反射率の測定は、アルミニウムの蒸着鏡を参照試料とし、様々な方向の反射を総和した、いわゆる拡散反射を測定した。測定波長範囲は、太陽電池で発電によく利用される240nm〜800nmの波長領域での平均値を算出した。   Next, the reflectance of the tape surfaces of the tape wires of Sample 12 to Sample 15 was measured. The reflectance was measured by using so-called diffuse reflection, which is a sum of reflections in various directions, using an aluminum vapor deposition mirror as a reference sample. For the measurement wavelength range, an average value in a wavelength region of 240 nm to 800 nm that is often used for power generation in a solar cell was calculated.

以上の試験結果を、表2にまとめて示した。   The above test results are summarized in Table 2.

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試料断面のEBSD測定の結果得られた試料内の銅の面積相当径で表した結晶粒の平均粒径(面積平均粒径)は、バッチ焼鈍していない試料12の試料が最も小さく、1.8μmであった。この試料の銅単芯線1本の円相当径に対する銅の結晶粒の面積平均径の相対的な大きさは、5%以下であり、0.2%耐力は、大きな値を示した。   The average grain size (area average grain size) of the crystal grains expressed by the equivalent area diameter of copper in the sample obtained as a result of the EBSD measurement of the sample cross section is the smallest in the sample 12 of the sample 12 that has not been batch-annealed. It was 8 μm. The relative size of the area average diameter of the copper crystal grains with respect to the equivalent circle diameter of one copper single core wire of this sample was 5% or less, and the 0.2% proof stress showed a large value.

一方、350℃でバッチ焼鈍した試料(試料13)の銅芯材の平均粒径は40.1μmであった。この試料の銅単芯線1本の円相当径に対する銅の結晶粒の面積平均径の相対的な大きさは、20%であり、めっき厚が小さいこともあり、0.2%耐力は、小さい値が得られた。   On the other hand, the average particle diameter of the copper core material of the sample (sample 13) batch-annealed at 350 ° C. was 40.1 μm. The relative size of the area average diameter of the copper crystal grains relative to the equivalent circle diameter of one copper single core wire of this sample is 20%, the plating thickness may be small, and the 0.2% proof stress is small. A value was obtained.

試料14と試料15における銅の面積相当径で表した結晶粒の平均粒径(面積平均粒径)は、バッチ焼鈍しなかった分、試料13の平均粒径より小さかったが、光輝焼鈍と溶融めっきによる熱履歴により、結晶粒が成長した。その結果、試料14及び試料15における銅単芯線1本の円相当径に対する銅の結晶粒の面積平均径の相対的な大きさは、本発明の基準である5%を超え、低耐力値が得られた。試料14は、半田より硬質なアルミニウムめっきを施したにもかかわらず、溶融アルミニウムめっきの高い熱履歴によって結晶粒が成長したことで、試料13よりも耐力値が小さくなった。   The average grain size (area average grain size) of the crystal grains represented by the area equivalent diameter of copper in Sample 14 and Sample 15 was smaller than the average grain size of Sample 13 because of the amount that was not batch-annealed. Crystal grains grew due to the thermal history of plating. As a result, the relative size of the area average diameter of the copper crystal grains with respect to the equivalent circle diameter of one copper single core wire in Sample 14 and Sample 15 exceeds 5% which is the standard of the present invention, and the low proof stress value is low. Obtained. Although the specimen 14 was plated with aluminum harder than solder, the proof stress value was smaller than that of the specimen 13 because the crystal grains grew due to the high thermal history of the molten aluminum plating.

反射率は、アルミニウムめっきを施した試料15が最も高くなった。丸線を結束したことによる凹凸により、反射光は散乱する。この試料を太陽電池用のインターコネクターに使用した場合、インターコネクターで遮られた太陽光線は、インターコネクターで高い反射率で乱反射される。従って、反射光は、EVA等で構成される透明モールド材や表面ガラスの界面で再度反射され、再度太陽電池セルの受光面に入射することが期待でき、太陽光モジュールの効率向上に寄与する。   The reflectivity was highest in the sample 15 subjected to aluminum plating. Reflected light is scattered by the unevenness caused by bundling the round wires. When this sample is used as an interconnector for a solar cell, sunlight rays blocked by the interconnector are irregularly reflected at a high reflectance by the interconnector. Therefore, it can be expected that the reflected light is reflected again at the interface between the transparent mold material made of EVA or the like and the surface glass, and is incident on the light receiving surface of the solar battery cell again, which contributes to improving the efficiency of the solar module.

(実施例5)
本実施例では、純度99.99%の無酸素銅線(C1020)に目付量の異なる半田をめっきした太陽電池用集電用インターコネクターを製造し、実際のシリコン結晶型太陽電池セルに接合し、接合マージンを比較した。
(Example 5)
In the present embodiment, a solar cell current collector interconnector obtained by plating solder of different basis weights on oxygen free copper wire (C1020) having a purity of 99.99% is manufactured and bonded to an actual silicon crystal solar cell. The junction margin was compared.

試料16〜試料21は、銅丸線を結束した本発明のテープ状導電材料である。試料22は、銅平角線の半田めっき導体であり、比較例である。   Samples 16 to 21 are tape-like conductive materials of the present invention in which copper round wires are bound. Sample 22 is a copper-plated rectangular solder-plated conductor and is a comparative example.

試料16〜試料21のテープ状導電材料は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ25mmの焼鈍丸棒材をΦ2mmまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し、引抜加工でΦ250μmまで伸線した。その後、ボビンに巻いた8巻の試料から繰り出した銅単芯線を幅2.7mm、高さ200μmの穴の空いた2個のガイドに8本平行に一列に並べて通し、ガイドに並べた一列の銅単芯線束の幅方向の一方の側面から他方の側面に対向した電極を設け、銅単芯線を送線しながら電極に間欠的に通電し、8本の銅単芯線同士を平行に接合した。銅単芯線同士の接合部の長さは長さ方向に約1mmであった。試料16〜試料21は、通電間隔を変化させることによって、接合部同士の間隔が異なる試料であり、試料16は接合間隔が4mm、試料17は接合間隔が5mm、試料18は接合間隔が30mm、試料19は接合間隔が60mm、試料20は接合間隔が63mm、試料21は接合間隔が70mmの試料である。その後、幅方向を拘束しながら圧延して、1巻のステンレスボビンに巻き取った。
The tape-shaped conductive materials of Sample 16 to Sample 21 were manufactured as follows.
That is, the surface of an annealed round bar having a diameter of 25 mm was reduced to a diameter of 2 mm with a swage, and then drawn to a diameter of 250 μm by drawing using a wire drawing die. After that, the copper single core wire drawn out from the eight samples wound on the bobbin was passed through two guides with holes having a width of 2.7 mm and a height of 200 μm arranged in parallel in eight rows, An electrode facing the other side surface from one side surface in the width direction of the copper single core wire bundle is provided, and the copper single core wire is intermittently energized while sending the copper single core wire, and the eight copper single core wires are joined in parallel. . The length of the junction between the copper single core wires was about 1 mm in the length direction. Samples 16 to 21 are samples in which the intervals between the junctions are different by changing the energization interval. Sample 16 has a junction interval of 4 mm, Sample 17 has a junction interval of 5 mm, Sample 18 has a junction interval of 30 mm, Sample 19 has a joining interval of 60 mm, Sample 20 has a joining interval of 63 mm, and Sample 21 has a joining interval of 70 mm. Then, it rolled, constraining the width direction, and wound up on one roll of stainless bobbins.

このようにして作製したテープ状銅線はボビンごと真空中で500℃1時間の焼鈍を行った。その後、N−5体積%H気流中で600℃に加熱した炉長1mの管状炉に30m/min.で通線、連続焼鈍した直後、大気に触れさせることなく、240℃に加熱溶融した98.5%Sn−1.0Ag−0.5Cuめっき槽に浸出し、半田めっきを施した。すなわち、試料16〜21は、幅広面が図2fのように扁平した、無酸素銅線8本が、半田を介して長さ方向に平行かつ一平面内に整列して接合され一体化したテープ状の導電材料である。銅の総断面積は、0.31mmであった。半田の目付量は、絞りダイス通過直後にワイピングノズルにより、テープ面両側からアルゴンガスを吹き付け、その流量を制御することで調整し、1m当たり、2.96gになるようにした。線は予め結束されているため、単芯線を整列させるためのガイドや絞りダイスを使用する必要はなかった。 The tape-shaped copper wire thus produced was annealed at 500 ° C. for 1 hour in a vacuum together with the bobbin. Thereafter, a tube furnace having a length of 1 m heated to 600 ° C. in a N 2 -5% by volume H 2 stream was supplied with 30 m / min. Immediately after the continuous wire annealing and continuous annealing, the steel plate was leached into a 98.5% Sn-1.0Ag-0.5Cu plating bath heated and melted at 240 ° C. without being exposed to the atmosphere, and was subjected to solder plating. That is, the samples 16 to 21 are tapes in which the wide surfaces are flattened as shown in FIG. 2f, and the eight oxygen-free copper wires are joined and aligned in parallel in the length direction and in one plane via solder. It is a conductive material. The total cross-sectional area of copper was 0.31 mm 2 . The basis weight of the solder was adjusted by blowing argon gas from both sides of the tape surface with a wiping nozzle immediately after passing through the drawing die and controlling the flow rate so as to be 2.96 g per meter. Since the wires are already bundled, it was not necessary to use a guide or a drawing die for aligning the single core wires.

試料22の半田めっき導体は、以下のようにして製造した。
すなわち、Φ25mmの焼鈍丸棒材をΦ2mmまでスエージで減面した後、伸線ダイスを使用し引抜加工でΦ1.2mmまで伸線し、その後圧延加工して厚さ0.2に扁平させ、断面形状を0.16×2.0mmに成型してテープ材とした。その後、このテープ材をステンレスボビンに巻き、バッチ炉を使用して、真空中で500℃、1時間焼鈍し、それぞれ線材とした。続いて、得られたそれぞれの線材を、N−5体積%H気流中で600℃に加熱した炉長1mの管状炉に20m/min.で通線した直後、大気に触れさせることなく、240℃に加熱溶融した98.5%Sn−3.0Ag−0.5Cuめっき槽に浸出、通過させることで製造した。
The solder plating conductor of Sample 22 was manufactured as follows.
That is, after Φ25mm annealed round bar material was swaged down to Φ2mm, drawn using a wire drawing die to Φ1.2mm, then rolled and flattened to a thickness of 0.2, The shape was molded to 0.16 × 2.0 mm to obtain a tape material. Then, this tape material was wound around a stainless steel bobbin, and annealed in a vacuum at 500 ° C. for 1 hour using a batch furnace to obtain a wire material. Subsequently, each of the obtained wires was put into a tube furnace having a furnace length of 1 m heated to 600 ° C. in a N 2 -5 vol% H 2 air stream at 20 m / min. Immediately after passing through the wire, it was produced by leaching and passing through a 98.5% Sn-3.0Ag-0.5Cu plating bath heated and melted at 240 ° C. without being exposed to the atmosphere.

半田の目付量は、ワイピングノズルにより、テープ面両側からアルゴンガスを吹き付け、その流量を制御することで調整し、試料16〜試料21に合わせた。したがって、銅の総断面積は、試料16〜21と同じく0.31mmであり、半田目付量も0.296gと同じである。試料22の半田目付量の平均値は片側20μmである。 The basis weight of the solder was adjusted by spraying argon gas from both sides of the tape surface with a wiping nozzle and controlling the flow rate thereof, and adjusted to the samples 16 to 21. Therefore, the total cross-sectional area of copper is 0.31 mm 2 as in Samples 16 to 21, and the solder weight is the same as 0.296 g. The average value of the solder basis weight of the sample 22 is 20 μm on one side.

これらの材料の断面を研磨し、EBSD法を使用して面積で重みづけされた円相当径の平均値、すなわち面積平均径を評価した。結晶粒は、双晶境界を除く回転角で15°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域と定義した。また、断面その断面を利用して銅と半田の部分のビッカース硬度をJIS Z2244に準じて測定をおこなった。   The cross sections of these materials were polished, and the average value of equivalent circle diameters weighted by area using the EBSD method, that is, the area average diameter was evaluated. A crystal grain was defined as a region surrounded by a crystal grain boundary having an orientation difference of 15 ° or more at a rotation angle excluding twin boundaries. Moreover, the Vickers hardness of the part of copper and solder was measured according to JIS Z2244 using the cross section.

次に、試料16〜試料22について引張試験を行って、0.2%耐力を評価した。引張試験は、JIS Z2201に準じて行い、標点間距離100mm、引張速さ5mm/min.の条件で実施した。0.2%耐力は、オフセット法を用い、塑性歪が0.2の時の荷重値を銅の総断面積で割ることによって算出した。全ての試料において、伸び値が10%以下の領域では、同じ歪の時の応力値は、0.2%耐力値の小さい試料ほど小さかった。   Next, the tensile test was done about the sample 16-22, and 0.2% yield strength was evaluated. The tensile test is performed according to JIS Z2201, and the distance between the gauge points is 100 mm and the tensile speed is 5 mm / min. It carried out on condition of this. The 0.2% yield strength was calculated by using the offset method and dividing the load value when the plastic strain was 0.2 by the total cross-sectional area of copper. In all the samples, in the region where the elongation value was 10% or less, the stress value at the same strain was smaller as the sample having a smaller 0.2% proof stress value.

次に、試料16〜試料22の半田めっき線を実際の太陽電池ウエハに接合し、接合の状態を調べた。使用した太陽電池用ウエハは、大きさ125×125mm、厚さ160μmの単結晶シリコンであり、集電用インターコネクターを配線する銀電極幅は3mmであり、平行に片面2本の電極が形成されている。セルは(株)エヌ・ピー・シー社製の自動配線装置を使用し、3枚のセルを直列に接続したストリングスを作製した。接合条件は、溶着テーブル温度180℃、ホットエア設定温度:350℃、ピン押さえ時間3秒とした。   Next, the solder plating wires of Sample 16 to Sample 22 were bonded to an actual solar cell wafer, and the bonding state was examined. The solar cell wafer used is a single crystal silicon having a size of 125 × 125 mm and a thickness of 160 μm, the silver electrode width for wiring the current collector interconnector is 3 mm, and two electrodes on one side are formed in parallel. ing. As the cell, an automatic wiring device manufactured by NPC Co., Ltd. was used, and a string in which three cells were connected in series was produced. The joining conditions were a welding table temperature of 180 ° C., a hot air set temperature: 350 ° C., and a pin press time of 3 seconds.

作製したストリングスの外観を観察したのち、3本のセルをつないでいるインターコネクターをセルの間で切断し単セルとし、その上からEVAをかぶせ、更に強化ガラスを載せて160℃まで減圧中で加熱し、疑似モジュールを作製した。このモジュールについて太陽電池シミュレーターの下でI−V特性を測定し、太陽電池としての効率を測定した。   After observing the appearance of the prepared strings, the interconnector connecting the three cells was cut between the cells to form a single cell, covered with EVA from above, and further tempered glass was placed and reduced to 160 ° C under reduced pressure. Heated to produce a pseudo module. About this module, the IV characteristic was measured under the solar cell simulator, and the efficiency as a solar cell was measured.

得られた結果を、まとめて表3に示した。   The results obtained are summarized in Table 3.

Figure 0006065646
Figure 0006065646

試料16〜試料21は、銅単芯線1本の円相当径に対する銅の結晶粒の面積平均径の相対的な大きさが50%を超え、非常に低い耐力値が得られた。一方、試料22は、冷間加工率が小さかったことと、銅単芯線1本当たりの断面積が大きいため、試料16〜試料21に比較して耐力値は大きかった。試料16〜試料21の差を詳細に比較すると、試料16のインターコネクターの耐力値はやや劣っていた。これは、点接合の間隔が小さすぎ、単芯線に引張応力を加えた際に、単芯線同士の拘束が大きかったためと考えられる。   In samples 16 to 21, the relative size of the area average diameter of the copper crystal grains with respect to the equivalent circle diameter of one copper single core wire exceeded 50%, and a very low proof stress value was obtained. On the other hand, since the sample 22 had a low cold working rate and a large cross-sectional area per single copper core wire, the proof stress value was larger than those of the samples 16 to 21. When the difference between Sample 16 to Sample 21 was compared in detail, the proof stress value of the interconnector of Sample 16 was slightly inferior. This is presumably because the interval between the point bondings was too small, and when the tensile stress was applied to the single core wires, the constraints between the single core wires were large.

ストリングスの全体の反りは、耐力を反映したものであった。定量的な測定は困難であったが、試料16〜試料21のインターコネクターを使用して作製したストリングスは、平面に載置するとほぼ浮きがなかったのに対し、試料22のインターコネクターを使用して作製したストリングスは、平面に載置するとやや浮きが認められた。同じ熱歪み与えた際のインターコネクターの応力が、耐力値の高い試料22では大きかったためである。   The overall warping of the strings reflected their strength. Although it was difficult to measure quantitatively, the strings produced using the interconnectors of Samples 16 to 21 did not float when placed on a flat surface, whereas the interconnectors of Sample 22 were used. The strings produced in this way were slightly lifted when placed on a flat surface. This is because the stress of the interconnector when the same thermal strain was applied was large in the sample 22 having a high proof stress.

ストリングスの外観を調べると、試料16〜試料21の集電用インターコネクターは、いずれも銀電極長さ方向に均一に接合することができた。接合部真上から見た時の、集電用インターコネクターの幅方向の半田のはみ出しを評価すると、試料16〜試料21のインターコネクターを使用したストリングスでは、均一なフィレットが形成され、はみ出しは極めて少なかった。ストリングスを形成した試料16〜21のインターコネクターの受光面の状態を観察すると、接合前より単芯線の形状を反映した凹凸が大きくなっていた。すなわち、試料16〜試料21の集電用インターコネクターは、単芯線間を通って電極反対面からも十分供給されるが、不要な半田は、スポイト効果により単芯線間を通って電極反対側に戻ることにより、十分かつ必要な分だけ半田が供給された結果、均一かつ集電用インターコネクター幅方向へのはみ出しが少なかったものと考えられる。   When the appearance of the strings was examined, all of the current collecting interconnectors of Samples 16 to 21 could be uniformly joined in the length direction of the silver electrode. When evaluating the protrusion of the solder in the width direction of the current collecting interconnector when viewed from directly above the joint, the strings using the interconnectors of Sample 16 to Sample 21 formed a uniform fillet, and the protrusion was extremely There were few. When the state of the light receiving surface of the interconnector of Samples 16 to 21 in which the strings were formed was observed, the unevenness reflecting the shape of the single core wire was larger than before joining. That is, the current collecting interconnectors of Samples 16 to 21 are sufficiently supplied from the opposite surface of the electrode through the single core wires, but unnecessary solder passes between the single core wires to the opposite side of the electrode due to the dropper effect. As a result of returning the solder to the necessary and sufficient amount, it is considered that there was little protrusion in the width direction of the current collecting interconnector.

試料20並びに試料21のインターコネクターを接合したストリングスを観察すると、殆どのセルで1本の電極当たり2か所の接合点があったが、中には中央部1点でのみ結束されていないセルが見られた。一般的に使用されている太陽電池セルは5インチセルと6インチセルがあるが、本実施例で使用したセルは5インチセルでの小型のセルである。1つのセル内の1本の電極に2点以上の結束点があった方が良く、接合間隔は60mm以下である方が望ましい。   When observing the strings in which the interconnectors of Sample 20 and Sample 21 were joined, there were two joint points per electrode in most cells, but there were cells that were not bound only at one central portion. It was observed. Commonly used solar cells include a 5-inch cell and a 6-inch cell, but the cell used in this example is a small cell of a 5-inch cell. It is better that one electrode in one cell has two or more binding points, and the joining interval is preferably 60 mm or less.

太陽電池としての効率を比較すると、試料16〜試料21のインターコネクターを使用して作製したセルの効率が、試料22のインターコネクターを使用して作製したセルの効率より高いことが分かった。これは、耐力が小さくセルにかかる応力が小さいことにより接合が健全であったこと、また受光面のインターコネクターの凹凸により、インターコネクターに当たった光が乱反射され、EVA樹脂やガラスの界面で光が再反射されセルに戻った効果によるものと考えられる。   When the efficiency as a solar cell was compared, it was found that the efficiency of the cell produced using the interconnector of sample 16 to sample 21 was higher than that of the cell produced using the interconnector of sample 22. This is because the strength was small and the stress applied to the cells was small, and the bonding was sound, and the unevenness of the interconnector on the light-receiving surface caused irregular reflection of the light hitting the interconnector, and the light from the EVA resin or glass interface. This is considered to be due to the effect of re-reflecting and returning to the cell.

(実施例6)
次に、ワイピングノズルにより、テープ面両側から吹き付けるアルゴンガス量を変化させ、半田の目付量を0.26g、0.24gと、実施例5の場合より減少させたインターコネクターを作製し、接合性を比較した。それ以外は、実施例5における試料16〜試料21の作製方法を同じプロセスとした。ストリングスの作製条件も実施例5と同じである。
(Example 6)
Next, the amount of argon gas sprayed from both sides of the tape surface was changed by a wiping nozzle, and an interconnector having a basis weight of solder of 0.26 g and 0.24 g, which was reduced from the case of Example 5, was produced. Compared. Other than that, the manufacturing method of Sample 16 to Sample 21 in Example 5 was the same process. The conditions for producing the strings are the same as those in Example 5.

点接合したインターコネクターでは、点接合間隔が4mmの試料で、目付量が0.24gの時、一部接合できていない部分が見られたが、装置が停止することなく3直のストリングスが形成出来た。一方、目付量が0.24gの試料22と同様な1本の銅平角線で構成されたインターコネクターでは、半田の供給不足により健全な接合ができず、インターコネクターが剥離し、装置の自動連続運転ができなかった。一方、点接合したインターコネクターでは目付量を減らしても、接合面反対側からの半田の供給があったため、インターコネクターが剥離することはなかった。   In the spot-connected interconnector, when the spot joint interval was 4 mm and the weight per unit area was 0.24 g, a part that was not partly joined was seen, but the three-strings formed without stopping the device done. On the other hand, in the interconnector composed of one copper flat wire similar to the sample 22 having a weight per unit area of 0.24 g, it is impossible to perform sound joining due to insufficient supply of solder, the interconnector peels off, and the device automatically continues. I couldn't drive. On the other hand, in the interconnector that was spot-joined, even if the basis weight was reduced, the interconnector did not peel off because solder was supplied from the opposite side of the joining surface.

以上、説明してきたように本発明の形態をとることにより、導体断面積、すなわち電流容量を確保しながら導線を軟質化することができ、また、半田目付量を低減することができ、集電用インターコネクターを始めとする半導体の実装材料として優れた材料を提供することができる。   As described above, by taking the form of the present invention, it is possible to soften the conductor while securing the conductor cross-sectional area, that is, the current capacity, and to reduce the amount of solder per unit area. It is possible to provide an excellent material as a mounting material for semiconductors such as an interconnector for a semiconductor.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

1 太陽電池セル
2 集電用インターコネクター
3 L方向
4 D方向
5 W方向
6 単芯線
7 結束接合材料
8 結晶粒界
9 溶接・拡散接合部
10 平角単芯銅線
11 接合用半田材料
12 被覆材料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar cell 2 Current collection interconnector 3 L direction 4 D direction 5 W direction 6 Single core wire 7 Bundling bonding material 8 Grain boundary 9 Welding / diffusion bonding part 10 Flat single core copper wire 11 Solder material for joining 12 Coating material

Claims (14)

銅またはアルミニウムを主体とする2本以上の単芯線からなり、
前記2本以上の単芯線は、当該単芯線の長さ方向に平行であり、かつ、幅方向一列に互いに電気的導通するように一体化されており、
長手方向に5mm以上60mm以下の間隔で、前記2本以上の単芯線が、幅方向に互いに直接点接合しているか、又は、前記単芯線とは異なる結束接合材料を介して幅方向に互いに点接合しており、かつ、前記単芯線を構成する材料又は前記結束接合材料よりも融点の低い材料で被覆されており、
前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線1本あたりの断面積の円相当径に対して5%以上である
ことを特徴とする、テープ状導電材料。
Consists of two or more single core wires mainly composed of copper or aluminum,
The two or more single core wires are integrated so as to be parallel to the length direction of the single core wires and to be electrically connected to each other in a row in the width direction,
The two or more single core wires are directly point-bonded to each other in the width direction at intervals of 5 mm or more and 60 mm or less in the longitudinal direction, or points to each other in the width direction via a bundling bonding material different from the single core wire. And is covered with a material having a melting point lower than that of the material constituting the single core wire or the binding material,
In a cross section perpendicular to the length direction of the single core wire, the area average diameter corresponding to the circle of crystal grains constituting the single core wire is 5 with respect to the equivalent circle diameter of the cross-sectional area per single core wire. % Of a tape-like conductive material, characterized in that it is at least%.
前記単芯線が、アルミニウム、又は銀によって被覆されているThe single core wire is covered with aluminum or silver
ことを特徴とする、請求項1に記載のテープ状導電材料。The tape-like conductive material according to claim 1, wherein
銅またはアルミニウムを主体とする2本以上の単芯線からなり、Consists of two or more single core wires mainly composed of copper or aluminum,
前記2本以上の単芯線は、当該単芯線の長さ方向に平行であり、かつ、幅方向一列に互いに電気的導通するように一体化されており、  The two or more single core wires are integrated so as to be parallel to the length direction of the single core wires and to be electrically connected to each other in a row in the width direction,
前記単芯線は、アルミニウム、又は銀によって被覆されており、  The single core wire is covered with aluminum or silver,
前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線1本あたりの断面積の円相当径に対して5%以上である  In a cross section perpendicular to the length direction of the single core wire, the area average diameter corresponding to the circle of crystal grains constituting the single core wire is 5 with respect to the equivalent circle diameter of the cross-sectional area per single core wire. % Or more
ことを特徴とする、テープ状導電材料。A tape-like conductive material characterized by the above.
長手方向に5mm以上60mm以下の間隔で、前記2本以上の単芯線が、幅方向に互いに直接点接合しているか、又は、前記単芯線とは異なる結束接合材料を介して幅方向に互いに点接合しており、かつ、前記単芯線を構成する材料又は前記結束接合材料よりも融点の低い材料で被覆されているThe two or more single core wires are directly point-bonded to each other in the width direction at intervals of 5 mm or more and 60 mm or less in the longitudinal direction, or points to each other in the width direction via a bundling bonding material different from the single core wire. Bonded and covered with a material having a melting point lower than that of the material constituting the single core wire or the bundling bonding material
ことを特徴とする、請求項3に記載のテープ状導電材料。The tape-like conductive material according to claim 3, wherein
銅またはアルミニウムを主体とする2本以上の単芯線からなり、Consists of two or more single core wires mainly composed of copper or aluminum,
前記2本以上の単芯線は、当該単芯線の長さ方向に平行であり、かつ、幅方向一列に互いに電気的導通するように一体化されており、  The two or more single core wires are integrated so as to be parallel to the length direction of the single core wires and to be electrically connected to each other in a row in the width direction,
長手方向に5mm以上60mm以下の間隔で、前記2本以上の単芯線が、幅方向に互いに直接点接合しているか、又は、前記単芯線とは異なる結束接合材料を介して幅方向に互いに点接合しており、かつ、前記単芯線を構成する材料又は前記結束接合材料よりも融点の低い材料で被覆されており、  The two or more single core wires are directly point-bonded to each other in the width direction at intervals of 5 mm or more and 60 mm or less in the longitudinal direction, or points to each other in the width direction via a bundling bonding material different from the single core wire. And is covered with a material having a melting point lower than that of the material constituting the single core wire or the binding material,
前記単芯線は、アルミニウム、又は銀によって被覆されており、  The single core wire is covered with aluminum or silver,
前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線1本あたりの断面積の円相当径に対して5%以上である  In a cross section perpendicular to the length direction of the single core wire, the area average diameter corresponding to the circle of crystal grains constituting the single core wire is 5 with respect to the equivalent circle diameter of the cross-sectional area per single core wire. % Or more
ことを特徴とする、テープ状導電材料。A tape-like conductive material characterized by the above.
前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線1本あたりの断面積の円相当径に対して20%以上である
ことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載のテープ状導電材料。
In the cross section perpendicular to the length direction of the single core wire, the area average diameter corresponding to the circle of the crystal grains constituting the single core wire is 20 with respect to the equivalent circle diameter of the cross-sectional area per single core wire. The tape-shaped conductive material according to claim 1 , wherein the tape-shaped conductive material is at least%.
前記単芯線の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記単芯線を構成する結晶粒の円相当の面積平均径が、前記単芯線1本あたりの断面積の円相当径に対して50%以上である
ことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のテープ状導電材料。
In the cross section perpendicular to the length direction of the single core wire, the area average diameter corresponding to the circle of crystal grains constituting the single core wire is 50 with respect to the equivalent circle diameter of the cross-sectional area per single core wire. The tape-shaped conductive material according to claim 1 , wherein the tape-shaped conductive material is at least%.
前記2本以上の単芯線のそれぞれに対して、前記単芯線よりも強度、または硬度の低い結束接合材料を被覆することによって、前記2本以上の単芯線が互いに導通するように一体化された
ことを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載のテープ状導電材料。
Each of the two or more single-core wires is integrated so that the two or more single-core wires are electrically connected to each other by coating a binding material having lower strength or hardness than the single-core wires. The tape-shaped conductive material according to any one of claims 1 to 7 , wherein
前記2本以上の単芯線のそれぞれに対して結束接合材料が被覆されて、前記2本以上の単芯線が互いに導通するように一体化されており、
前記テープ状導電材料の長さ方向に対して直角方向の断面において、前記結束接合材料の被覆断面積が、前記2本以上の単芯線の総断面積の10%以下である
ことを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載のテープ状導電材料。
Each of the two or more single core wires is coated with a binding bonding material, and the two or more single core wires are integrated so as to conduct each other.
In the cross section perpendicular to the length direction of the tape-like conductive material, the covering cross-sectional area of the binding material is 10% or less of the total cross-sectional area of the two or more single core wires. The tape-shaped conductive material according to any one of claims 1 to 7 .
前記2本以上の単芯線は、当該単芯線とは異なる結束接合材料を介して幅方向に互いに接するように一体化しているか、又は、前記単芯線の側面の接触面の一部で互いに直接接合している
ことを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載のテープ状導電材料。
The two or more single core wires are integrated so as to be in contact with each other in the width direction through a binding material different from the single core wire, or directly joined to each other at a part of the contact surface on the side surface of the single core wire. characterized in that it is a tape-like conductive material according to any one of claims 1-7.
前記2本以上の単芯線を一体化する結束接合材料が、半田である
ことを特徴とする、請求項1、2、4〜10のいずれか1項に記載のテープ状導電材料。
It said sintered bundle joining material you integrated two or more single core wire, characterized in that a solder, according to claim 1, the tape-shaped conductive material according to any one of 4-10.
前記テープ状導電材料の0.2%耐力が、20〜70MPaである
ことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載のテープ状導電材料。
The tape-shaped conductive material according to any one of claims 1 to 11 , wherein the tape-shaped conductive material has a 0.2% yield strength of 20 to 70 MPa.
請求項1〜12のいずれか1項に記載のテープ状導電材料を用いたものであり、
前記テープ状導電材料の厚さが0.1mm〜0.3mmであり、
前記テープ導電材料の幅が1mm〜10mmであり、
前記単芯線の幅と厚さのアスペクト比が2以下である
ことを特徴とする、太陽電池用インターコネクター。
It uses the tape-like conductive material according to any one of claims 1 to 12 ,
The tape-shaped conductive material has a thickness of 0.1 mm to 0.3 mm,
The tape- shaped conductive material has a width of 1 mm to 10 mm,
The interconnector for solar cells, wherein the aspect ratio of the width and thickness of the single core wire is 2 or less.
請求項1〜12のいずれか1項に記載のテープ状導電材料で太陽電池セルを直列接続したストリングスを含む
ことを特徴とする、太陽電池モジュール。
Characterized in that it comprises a string of serially connected solar cell in a tape-like conductive material according to any one of claims 1 to 12 solar cell module.
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