JP6471765B2 - Solar cell module - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a solar cell module.
一般に、太陽電池セルには、表面側には光−電子変換により発生した光電流を集める表面側集電電極である複数のグリッド電極と、インターコネクタを接合する表面側接合電極であるバス電極とが形成されている。一方、裏面側には、光電流を集める裏面側集電電極であるAl電極と、インターコネクタを接合する裏面側接合電極である裏面バス電極が形成されている。 In general, a solar battery cell has a plurality of grid electrodes that are surface-side collecting electrodes that collect photocurrent generated by photoelectric conversion on the surface side, and a bus electrode that is a surface-side bonding electrode that joins an interconnector. Is formed. On the other hand, on the back side, an Al electrode which is a back side collecting electrode for collecting photocurrent and a back side bus electrode which is a back side joining electrode for joining the interconnector are formed.
このような太陽電池セルでは、バス電極と裏面バス電極にインターコネクタが接合され、光−電子変換により発生した電力が外部に取り出される。さらに、太陽電池セル1枚では発生する電力が小さいため、複数の太陽電池セルを並べて、インターコネクタや横タブ線で直並列に接合することにより、太陽電池モジュールが構成される。 In such a solar cell, the interconnector is joined to the bus electrode and the back surface bus electrode, and the electric power generated by the photoelectric conversion is taken out to the outside. Furthermore, since the generated electric power is small in one solar cell, a solar cell module is configured by arranging a plurality of solar cells and connecting them in series and parallel with an interconnector or a horizontal tab line.
近年は、太陽電池セルの直材費低減のために、太陽電池セルに使用する基板の薄肉化を行うことも少なくない。特許文献1には、太陽電池セルに対してインターコネクタを複数の接続部で接続することにより、基板の薄肉化に伴う太陽電池モジュール製造時の太陽電池セルの破損を抑制する技術が開示されている。
In recent years, in order to reduce the direct material cost of solar cells, the thickness of the substrate used for the solar cells is often reduced.
しかしながら、特許文献1によれば、インターコネクタの接続部近辺の局所的な温度変化による応力を抑制する効果があるが、半田層が溶融するため、接合電極と半田層との間の合金層の形状が変化し、応力集中の原因となり、太陽電池モジュールの使用時に繰り返し発生する応力によって太陽電池セルが破損するという課題があった。
However, according to
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接合電極とインターコネクタとの間の合金層の形状変化を抑制し、太陽電池セルの破損を抑制して、寿命の長い太陽電池モジュールを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and suppresses a change in the shape of an alloy layer between a bonding electrode and an interconnector, suppresses damage to solar cells, and provides a long-life solar cell module. The purpose is to obtain.
本発明の太陽電池モジュールは、接合電極を有する複数の太陽電池セルと、金属導体を複数の半田層で覆うことにより構成され、接合電極に電気的に接合されたインターコネクタとを備えたことを特徴とする太陽電池モジュールであって、複数の半田層が、表層側を覆い、Sn−Pb系半田を用いる表層半田層と、内層側を覆い、Sn−Pb系半田を用いる内層半田層とを有し、表層半田層を構成する材料である表層半田の疲労寿命と、内層半田層を構成する材料である内層半田の疲労寿命とが、応力の繰り返し速さに対して逆の傾向を示し、疲労寿命は、JISC3005、JISC6821、JISC8306のいずれかの規格に基づいて求められることを特徴とする。
The solar cell module of the present invention includes a plurality of solar cells having bonding electrodes, and an interconnector configured by covering a metal conductor with a plurality of solder layers and electrically bonded to the bonding electrodes. a solar cell module, wherein, a plurality of solder layers, not covered with the surface layer side, and the surface layer a solder layer using a Sn-Pb based solder, not covering the inner layer, the inner solder layer using a Sn-Pb based solder The fatigue life of the surface layer solder that is the material constituting the surface solder layer and the fatigue life of the inner layer solder that is the material constituting the inner layer solder layer are opposite to the stress repetition rate. The fatigue life is obtained based on any of the standards of JISC3005, JISC6821, and JISC8306.
本発明によれば、インターコネクタの接合電極と半田層との間の合金層の形状変化を抑制する事により、応力集中を抑制し、太陽電池モジュールの使用時に繰り返し発生する応力による太陽電池セルの破損を抑制することが出来るので、寿命の長い太陽電池モジュールを得ることができるという効果がある。 According to the present invention, the stress concentration is suppressed by suppressing the shape change of the alloy layer between the joining electrode of the interconnector and the solder layer, and the solar cell is caused by the stress repeatedly generated when the solar cell module is used. Since damage can be suppressed, there is an effect that a solar cell module having a long lifetime can be obtained.
実施の形態1.
以下に、本発明の実施の形態1の太陽電池モジュールについて、図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態1の太陽電池モジュールに適用される太陽電池セルの概略構成を示す斜視図であって、裏面側から見た状態を示す。太陽電池セル1は、P型シリコン基板に対して、光の集光率を高めるために受光面側であるセル表面にテクスチャエッチングにより凹凸形状を形成し、N型拡散層を形成し、その上に反射防止膜であるシリコン窒化膜を成膜したものである。
Below, the solar cell module of
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a solar battery cell applied to the solar battery module according to
太陽電池セル1の裏面には、Alを含む裏面側集電電極2及びAgを含む裏面側接合電極3が形成されている。裏面側集電電極2は、開放電圧及び短絡電流を向上させるための裏面電界層を形成するとともに、裏面側の電流を集めるために設けられる電極であり、太陽電池セル1の裏面のほぼ全域を覆うように形成される。
On the back surface of the
また、裏面側接合電極3は、インターコネクタ4と電気的に接合するために設けられる電極である。裏面側接合電極3は、インターコネクタ4を接合する方向に沿って設けられている。裏面側集電電極2及び裏面側接合電極3は、金属粒子を有する導電性塗料を所望の範囲に塗布して焼成することで形成される。裏面側接合電極3は、インターコネクタ4は、接合する方向に沿って太陽電池セル1のほぼ全長に渡って設けられる。なお、裏面側接合電極3は、図1に示すように、インターコネクタ4を接合する方向に沿って太陽電池セル1のほぼ全長に渡って飛び石状に設けても良い。
Further, the back surface
図2は、本発明の実施の形態1の太陽電池モジュールに適用される太陽電池セルの概略構成を示す斜視図であって、表面側から見た状態を示す。
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the solar battery cell applied to the solar battery module according to
太陽電池セル1の受光面である表面側には、光−電子変換により発生した光電流を集める表面側集電電極32である複数のグリッド電極と、インターコネクタを接合する表面側接合電極31であるバス電極とが形成されている。表面側集電電極32は、光電流を集めるための電極であり、太陽光が太陽電池セル1の内部に到達するのを妨げないようにしながら光電流を集めるために、細い直線状の電極を多数本並行に並べて形成される。
On the surface side that is the light receiving surface of the
また、表面側接合電極31は、表面側集電電極32と直行する方向に設けられる。表面側接合電極31は、インターコネクタ4と電気的に接合するために設けられる電極である。表面側接合電極31及び表面側集電電極32は、金属粒子を有する導電性塗料を所望の範囲に塗布して焼成することで形成される。
Further, the surface-
図3は、実施の形態1のストリング5の概略構成を示す斜視図であって、表面側から見た状態を示す。図3に示すように、複数の太陽電池セル1がインターコネクタ4で直列に接合されて、ストリング5が形成される。
FIG. 3 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the
図1、図2、図3に示すように、インターコネクタ4は、太陽電池セル1の裏面に形成された裏面側接合電極3に裏面側領域4aが半田接合され、隣接する太陽電池セル1の受光面に形成された表面側接合電極31に表面側領域4bが半田接合される。このように、隣接する太陽電池セル1同士がインターコネクタ4によって連結されることでストリング5が形成される。
As shown in FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 3, the
インターコネクタ4は、金属導体を半田層で覆ったものが使用される。インターコネクタ4は、太陽電池セル1の連結方向に延び、断面が長方形の形状で構成されている。なお、インターコネクタ4の断面形状は、長方形に限られるわけでは無く、円形や三角形であっても良い。
As the
図4は、接合電極とインターコネクタとを電気的に接合するインターコネクタ接合工程を示すものである。図3に示すように、太陽電池セル1の裏面側接合電極3にインターコネクタ4の裏面側領域4aを重ね、表面側接合電極31にインターコネクタ4の表面側領域4bを重ねた状態で、ヒートツール6で加熱することで、インターコネクタ4と裏面側接合電極3との電気的接合およびインターコネクタ4と表面側接合電極31との電気的接合が同時に確保できる。
なお、インターコネクタ接合工程では、裏面側の接合と表面側の接合を分けて、2回の工程で実施しても構わない。
FIG. 4 shows an interconnector joining step for electrically joining the joining electrode and the interconnector. As shown in FIG. 3, in the state where the back
In the interconnector bonding process, the bonding on the back surface side and the bonding on the front surface side may be separately performed in two processes.
インターコネクタ接合工程の詳細を説明する。まず、ヒートツール6の加熱によってインターコネクタ4の表面を覆う半田が溶融し、その後冷却してはんだを凝固させることでインターコネクタ4と裏面側接合電極3とがはんだを介して半田接合される。インターコネクタ4と裏面側接合電極3とは、はんだを介して接着されることで電気的に接合されることとなる。表面側も同様に、インターコネクタ4と表面側接合電極31とがはんだを介して半田接合される。
The details of the interconnector joining process will be described. First, the solder covering the surface of the
図5は、太陽電池アレイ8の概略構成を示す斜視図である。太陽電池アレイ8は、並列に配置した複数のストリング5を横タブ線9を用いて直列に接合し、電力取り出し用の出力タブ線10を設置することで形成される。図6は、太陽電池パネル17の斜視図である。太陽電池パネル17は、太陽電池アレイ8の受光面側を表封止材12、表面カバー材13で覆い、裏面側を裏封止材14、バックフィルム15で覆うことで形成される。
FIG. 5 is a perspective view showing a schematic configuration of the solar cell array 8. The solar cell array 8 is formed by joining a plurality of
図7は太陽電池モジュール11の斜視図である。太陽電池モジュール11は、太陽電池パネル17の周囲を補強用のフレーム16で囲んで形成される。図8は太陽電池モジュール11の分解斜視図である。太陽電池モジュール11は、太陽電池アレイ8の受光面側を封止する表封止材12、表面カバー材13で覆い、裏面側を裏封止材14、バックフィルム15で覆うとともに、補強用のフレーム16で周囲を囲まれて形成される。
FIG. 7 is a perspective view of the
図9は、従来の技術における太陽電池セル1とインターコネクタ41との接合箇所付近の部分断面を示す部分断面図である。インターコネクタ41の半田層22は単層となっており、半田層22と接合電極18が電気的に接合される。
FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing a partial cross section in the vicinity of the joint portion between
図10、図11は、従来の技術のインターコネクタ接合工程の加熱前後での合金層51の変化を示す部分断面図である。図10が加熱前、図11が加熱後の部分断面図である。
インターコネクタ41は、金属導体19と半田層22の界面に合金層51を有する。
加熱前のインターコネクタ41の合金層51の状態は、インターコネクタ41製造時の合金層の状態と同じである。インターコネクタ41製造時は、金属導体19に溶融めっきや電気めっきなどで半田層22を形成しており、金属導体19と半田層22の合金層51は、均一な厚さで理想的に形成されている。
合金層は、例えばインターコネクタの断面の電子顕微鏡観察により形状を確認することが出来る。加熱前の合金層は、合金部の厚さが、最大厚さが平均厚さの1.1倍程度以下となるような均一な厚さで構成されている。
10 and 11 are partial cross-sectional views showing changes in the
The
The state of the
The shape of the alloy layer can be confirmed, for example, by observing the cross-section of the interconnector with an electron microscope. The alloy layer before heating has a uniform thickness such that the maximum thickness of the alloy portion is about 1.1 times or less of the average thickness.
金属導体19と半田層22の化合物である合金層51は、異種金属同士の熱拡散による共有結合体であり、脆性材料に部類される。脆性材料であるので、最大主応力が降伏応力を超えると共有結合が分断され、材料に亀裂が発生する。また、亀裂部にかかる応力が引張強度を超えると一気に破断する破壊じん性という性質を示す。このようなことから、一般的に合金層は固く脆いと言われ、異種合金の組合せ毎に定められた理想的な合金厚と合金形状で電気的に接合されることが望ましいとされている。例えば、有鉛半田であれば1〜2×10−3mm程度の合金厚が望ましい。
The
一方、図11に示される通り、インターコネクタ41と接合電極18を接合するためにインターコネクタ接合工程で加熱すると、半田層22が再溶融するため、金属熱拡散により合金層の成長が進み、その際の熱分布によって、合金の厚みや形状が変化する。即ち、熱量が低いと合金層が薄過ぎる、熱量が多いと合金層が厚過ぎる、熱量がさらに多いと合金形状が部分的に針状に成長するといった問題が発生し、合金層の厚さが不均一になる。不均一な合金層は、応力集中の原因となり、太陽電池モジュールの寿命にも悪影響を与えることになる。加熱再溶融後の合金層は、合金部の厚さが、最大厚さが平均厚さの1.5倍より大きくなるような不均一な厚さで構成される。
On the other hand, as shown in FIG. 11, when heated in the interconnector joining process to join the
上記の内容を図10、図11を基に詳細に説明する。
インターコネクタ接合前には、合金層51は所望の厚みと均一性を保持して存在しており、安定している。インターコネクタを熱処理すると、半田再溶融による熱拡散が生じ、合金層51aが成長する。まず合金層51aの厚みが増大し、さらに温度が加わることで、部分的に針状に成長する。これにより、熱処理後の合金層51aは、厚みの均一性が失われ、不均一な合金層となる。
特に、金属導体19の材料としては銅を用いることが一般的であるが、銅は拡散係数が速く、銅を多く含む合金層は針状に成長しやすいという傾向がある。
The above contents will be described in detail with reference to FIGS.
Prior to interconnector bonding, the
In particular, copper is generally used as the material of the
一般的に、太陽電池モジュール11は、太陽電池セル1、表面カバー材13、表封止材12、裏封止材14、バックフィルム15、インターコネクタ4等の、熱膨張係数の異なる構成要素で構成されている。従って、太陽電池モジュール11の温度が気温の影響や動作時の発熱の影響などで温度変化すると、各構成要素には温度変化に伴う体積変化の差異により応力が発生する。ここで、合金層51が51aのように不均一になると、応力が集中する箇所が発生し、初期的には、合金層の局部成長によるクラックが進展し、太陽電池モジュール11の使用時間の経過に伴って温度変化が繰り返されると、金属導体の破断に至るケースもある。即ち、合金層の不均一性は、合金層の寿命や太陽電池モジュールの寿命を大きく低下させる影響を及ぼす。
Generally, the
図12は、本発明の実施の形態1の太陽電池セル1とインターコネクタ4との接合箇所付近の部分断面を示す部分断面図である。インターコネクタ4は、中心部に金属導体19を有し、金属導体の周囲を内層半田層20で覆い、さらにその周囲を表層半田層21で覆うことで構成される。インターコネクタ4は、太陽電池セル1の接合電極18に電気的に接合される。なお、接合電極18としては表面側接合電極31と裏面側接合電極3の2種類があり、いずれも同様の構成である。また、ここに示す半田層は2層であるが、2層以上の多層半田層のインターコネクタを用いても良いものとする。
FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing a partial cross section in the vicinity of a joint portion between
表層側を覆う表層半田層21は、内層側を覆う内層半田層20よりも低い融点を持つ材料で構成される。内層半田層20の材料が内層半田A1、表層半田層21の材料が表層半田B1である。
図13に、代表的な半田系の代表組成と融点を示す。
表層半田としては、融点が180℃程度のSn−Pb系や、融点が140℃程度のSn−Bi系や、融点が120℃程度のSn−In系の半田を選択すればよい。
また、内層半田としては、融点が230℃程度のSn−Cu系や、融点が220℃程度のSn−Ag−Cu系の半田を選択すればよい。
なお、半田材料の組合せとしては、上記に限定されるものではなく、表層半田が内層半田よりも低い融点を持つ材料であればよい。
なお、代表的な金属導体の材料である銅の融点は1080℃程度であり、半田溶融温度では金属導体は溶融しない。
The
FIG. 13 shows a typical composition and melting point of a typical solder system.
As the surface layer solder, a Sn—Pb system having a melting point of about 180 ° C., a Sn—Bi system having a melting point of about 140 ° C., or a Sn—In system having a melting point of about 120 ° C. may be selected.
Further, as the inner layer solder, a Sn—Cu based solder having a melting point of about 230 ° C. or a Sn—Ag—Cu based solder having a melting point of about 220 ° C. may be selected.
The combination of solder materials is not limited to the above, and any material may be used as long as the surface layer solder has a lower melting point than the inner layer solder.
Note that the melting point of copper, which is a typical metal conductor material, is about 1080 ° C., and the metal conductor does not melt at the solder melting temperature.
図14、図15は、本発明の実施の形態1のインターコネクタ接合工程の加熱前後での合金層の変化を示す部分断面図である。図14が加熱前、図15が加熱後の部分断面図である。
インターコネクタ4は、金属導体19と内層半田層20の界面に内層合金層52を有する。また、内層半田層20と表層半田層21の界面に表層合金層53を有する。
加熱前のインターコネクタ4の内層合金層52および表層合金層53の状態は、インターコネクタ4製造時の合金層の状態と同じである。インターコネクタ4製造時は金属導体19に溶融めっきや電気めっきなどで内層半田層20および表層半田層21を形成しており、内層合金層52と表層合金層53は、均一な厚さで理想的に形成されている。
14 and 15 are partial cross-sectional views showing changes in the alloy layer before and after heating in the interconnector joining step of the first embodiment of the present invention. FIG. 14 is a partial cross-sectional view before heating and FIG. 15 is a partial cross-sectional view after heating.
The
The state of the inner
本発明の実施の形態1では、インターコネクタ4と接合電極18を接合するために、インターコネクタ接合工程において、表層半田層21の融点以上であり、かつ内層半田層20の融点よりも低い温度で熱処理することにより接合電極18とインターコネクタ4とを電気的に接合する。
例えば、内層半田A1にSn−Ag−Cu系半田を用い、表層半田B1にSn−Bi系半田を用いた場合、Sn−Ag−Cu系半田の融点が220℃であり、Sn−Bi系半田の融点が140℃であるので、インターコネクタ接合工程では180℃で熱処理すればよい。
In the first embodiment of the present invention, in order to join the
For example, when Sn—Ag—Cu solder is used for the inner layer solder A1 and Sn—Bi solder is used for the surface layer solder B1, the melting point of the Sn—Ag—Cu solder is 220 ° C., and the Sn—Bi solder Since the melting point is 140 ° C., heat treatment may be performed at 180 ° C. in the interconnector joining step.
表層半田層21は、内層半田層20よりも融点の低い半田材料を使用しているので、図15に示されるように、表層半田層21のみが溶融し、接合電極18と電気的に接合されることになる。内層半田層20はインターコネクタ接合工程中も溶融せずに固体のまま存在するので、内層半田層20と表層半田層21は混合することなく存在できる。内層半田層20は溶融しないので、内層半田層20と金属導体19との界面の内層合金層52は理想的な形状を保持することが可能となる。即ち、加熱後の内層合金層52は、加熱前と同様に、合金部の厚さが、最大厚さが平均厚さの1.5倍以下となるような均一な厚さで構成される。
Since the
また、表層半田層21の溶融により、表層合金層53は変化するが、内層半田層20の融点と表層半田層21の融点の温度差は、従来の技術の半田層22の融点と金属導体19の融点の温度差よりも小さいため、表層合金層53は部分的に変化するのではなく、接合面全面に渡って変化し、滑らかな接合面となる。
また、半田材料には銅はほとんど含まれていないので、針状の成長が促進されることがなく、滑らかな接合面となる。
従って、表層合金層53は温度変化による応力の発生時に応力集中を起こすことが無く、クラックを発生させず、寿命を低下させることが無い。
The
In addition, since the solder material contains almost no copper, acicular growth is not promoted and a smooth joint surface is obtained.
Therefore, the surface
なお、半田層数や金属導体の種類は本発明を限定するものではなく、半田層数は2層以上であればよく、また金属導体も銅以外のものを使用しても良い。 The number of solder layers and the type of metal conductor do not limit the present invention. The number of solder layers may be two or more, and the metal conductor may be other than copper.
以上のように、本発明の実施の形態1の太陽電池モジュールでは、表層半田層21のみを溶融させて接合電極18との電気的に接合させることにより、合金層の形状変化を抑制する事により、応力集中を抑制し、太陽電池モジュールの使用時に繰り返し発生する応力による太陽電池セルの破損を抑制することが出来るので、寿命の長い太陽電池モジュールを得ることが可能になる。
As described above, in the solar cell module according to
実施の形態2.
実施の形態1では、応力集中を抑制するための構成について説明したが、実施の形態2では、疲労寿命特性の異なる半田材料を組み合わせることにより、疲労寿命特性に優れた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
In the first embodiment, a configuration for suppressing stress concentration has been described. In the second embodiment, a solar cell module having excellent fatigue life characteristics is provided by combining solder materials having different fatigue life characteristics. With the goal.
図16に、本発明の実施の形態2の太陽電池モジュールの、表層半田B1と内層半田A1の疲労寿命特性を示す。
図17の破線は、内層半田A1の疲労寿命特性である。
図17の1点鎖線は、表層半田B1の疲労寿命特性である。
横軸が応力の繰り返し速さ(単位:cyc/日)、縦軸が各半田の疲労寿命(単位:破断cyc数)である。
表層半田B1は、表層半田層21を構成する材料である。内層半田A1は、内層半田層20を構成する材料である。
FIG. 16 shows the fatigue life characteristics of the surface layer solder B1 and the inner layer solder A1 of the solar cell module according to
The broken line in FIG. 17 is the fatigue life characteristic of the inner layer solder A1.
A one-dot chain line in FIG. 17 is a fatigue life characteristic of the surface layer solder B1.
The horizontal axis represents the stress repetition rate (unit: cyc / day), and the vertical axis represents the fatigue life of each solder (unit: number of broken cyc).
The surface layer solder B <b> 1 is a material constituting the surface
疲労寿命は、応力を繰り返し与えた時に破壊に至る繰り返し回数で表される。単位は破壊回数である。繰り返しの速さによって破壊回数が異なり、応力の繰り返し速さを横軸に、破壊回数を縦軸に取って示したのが図16である。なお、横軸の応力の繰り返し速さとは、繰り返し周期の速さを1日辺りの繰り返し回数で示したものである。1(cyc/日)は1日当たり1回繰り返す速さであり、20(cyc/日)は1日当たり20回繰り返す速さの事である。応力の繰り返し周期が1.2時間周期である場合、応力の繰り返し速さは20(cyc/日)となる。 The fatigue life is represented by the number of repetitions that lead to fracture when stress is repeatedly applied. The unit is the number of destruction. The number of fractures varies depending on the repetition rate, and FIG. 16 shows the stress repetition rate on the horizontal axis and the number of fractures on the vertical axis. In addition, the repetition rate of the stress on the horizontal axis indicates the repetition cycle speed by the number of repetitions per day. 1 (cyc / day) is the speed of repeating once per day, and 20 (cyc / day) is the speed of repeating 20 times per day. When the stress repetition period is 1.2 hours, the stress repetition rate is 20 (cyc / day).
応力の繰り返し速さが疲労寿命に与える影響は複雑で、繰り返し速さが速いほど破壊回数が増えて疲労寿命が長くなる材料と、繰り返し速さが速いほど破壊回数が減って疲労寿命が短くなる材料があることが知られている。
ここで、本発明の実施の形態2の太陽電池モジュールでは、表層半田B1の疲労寿命と、内層半田A1の疲労寿命について、応力の繰り返し速さに対して逆の傾向を示す材料を選択することを特徴とする。
即ち、図16に示すように、内層半田A1は応力の繰り返し速さが速いほど疲労寿命が長くなるのに対し、表層半田B1は応力の繰り返し速さが遅いほど疲労寿命が長くなる。
The effect of stress repetition rate on fatigue life is complex. The faster the repetition rate, the greater the number of fractures and the longer the fatigue life. The faster the repetition rate, the fewer the number of fractures and the shorter the fatigue life. It is known that there are materials.
Here, in the solar cell module according to
That is, as shown in FIG. 16, the inner layer solder A1 has a longer fatigue life as the stress repetition rate is faster, whereas the surface layer solder B1 has a longer fatigue life as the stress repetition rate is lower.
具体的には、内層半田A1には、応力の繰り返し速さが速いほど疲労寿命が長くなる材料として、Sn−Ag−Cu系半田を用いることができる。
一方、表層半田B1には、応力の繰り返し速さが遅いほど疲労寿命が長くなる材料として、Sn−Bi系半田かSn−Pb系半田を用いることができる。
Specifically, Sn—Ag—Cu-based solder can be used as the inner layer solder A1 as a material whose fatigue life becomes longer as the repetition rate of stress increases.
On the other hand, as the surface layer solder B1, Sn—Bi solder or Sn—Pb solder can be used as a material whose fatigue life becomes longer as the stress repetition rate is slower.
太陽電池モジュール11の構成要素の中で、図1、図3のA部で示したインターコネクタ4の曲げ部が疲労寿命に弱く、太陽電池モジュールの使用時に繰り返し発生する応力によって、曲げ部が最初に破壊することが知られている。
Among the components of the
疲労破壊とは、降伏点以下の応力が繰返しかかった場合、材料に亀裂が発生・進展し、最終的には破壊にいたるといったものである。太陽電池モジュール11の場合、使用者の使用環境で想定される応力は、温度変動によって発生する応力である。温度変動の最も大きな要因としては、昼夜での気温差が挙げられる。上記応力により、インターコネクタ4の曲げ部にも歪みが生じることになる。曲げ部に繰返し歪みが生じ、ある一定回数以上の歪みが加わることで、インターコネクタ4が破壊する。一般的に半田層で覆われた金属導体の疲労寿命特性は、金属導体のみよりも長くなるといわれている。
Fatigue failure means that when stress below the yield point is repeatedly applied, a crack is generated and propagates in the material, eventually leading to failure. In the case of the
温度変動の要因として、昼夜の気温差以外に、曇りの日等で日射量が時間毎に変動する場合でも発生する。
日射量の変動は、気候条件や太陽電池モジュールの設置条件や設置場所によっても変動し、太陽電池モジュールに異なる繰り返し速さの応力変動がかかることになる。
従って、太陽電池モジュールの寿命を長くするためには、様々な応力の繰り返し速さでの疲労寿命を長くする必要がある。
As a factor of temperature fluctuation, in addition to the temperature difference between day and night, it occurs even when the amount of solar radiation varies from hour to hour on a cloudy day or the like.
The variation in the amount of solar radiation also varies depending on the climatic conditions, the installation conditions and the installation location of the solar cell module, and stress variations at different repetition rates are applied to the solar cell module.
Therefore, in order to increase the lifetime of the solar cell module, it is necessary to increase the fatigue life at various stress repetition rates.
ここで、金属導体が同じでも、半田層の材料によっても疲労寿命特性は異なることが知られている。その違いの原因としては、半田の材料毎に疲労寿命の応力の繰り返し速さ依存性やクリープ特性が異なることが挙げられる。
この差を利用し、応力の繰り返し速さが遅い領域で疲労寿命が長い材料と、応力の繰り返し速さが速い領域で疲労寿命が長い材料とを組み合わせることで、それぞれの領域で疲労寿命が長い材料が歪を吸収し、応力の繰り返し速さが遅い領域から速い領域まで疲労寿命の長いインターコネクタを得ることが出来る。
Here, it is known that the fatigue life characteristics are different depending on the material of the solder layer even if the metal conductor is the same. The reason for the difference is that the dependency of the fatigue life on the repetition rate of the stress and the creep characteristics are different for each solder material.
By using this difference, combining a material with a long fatigue life in a region where the stress repetition rate is slow and a material having a long fatigue life in a region where the stress repetition rate is fast, the fatigue life is long in each region. An interconnector having a long fatigue life can be obtained from a region where the material absorbs strain and a stress repetition rate is low to high.
本発明の実施の形態2の太陽電池モジュールは、金属導体19を内層半田A1と表層半田B1で覆った第4のインターコネクタD2を用いることを特徴とする。内層半田A1は応力の繰り返し速さが速いほど疲労寿命が長くなる材料である。表層半田B1は応力の繰り返し速さが遅いほど疲労寿命が長くなる材料である。
図17に、本発明の実施の形態2の太陽電池モジュールの、インターコネクタの疲労寿命特性を示す。
図17の2点鎖線は、金属導体19のみで構成された第1のインターコネクタC2の疲労寿命特性である。
図17の破線は、金属導体19を内層半田A1で覆った第2のインターコネクタA2の疲労寿命特性である。
図17の1点鎖線は、金属導体19を表層半田B1で覆った第3のインターコネクタB2の疲労寿命特性である。
図17の実線は、金属導体19を内層半田A1と表層半田B1で覆った第4のインターコネクタD2の疲労寿命特性である。
The solar cell module according to
FIG. 17 shows the fatigue life characteristics of the interconnector of the solar cell module according to
A two-dot chain line in FIG. 17 is a fatigue life characteristic of the first interconnector C <b> 2 composed of only the
The broken line in FIG. 17 represents the fatigue life characteristics of the second interconnector A2 in which the
A one-dot chain line in FIG. 17 is a fatigue life characteristic of the third interconnector B2 in which the
The solid line in FIG. 17 represents the fatigue life characteristics of the fourth interconnector D2 in which the
金属導体19を半田層で覆うと、疲労寿命は長くなる。
内層半田A1は、応力の繰り返し速さが速いほど疲労寿命が長くなる材料であるので、金属導体19を内層半田A1で覆った第2のインターコネクタA2は、金属導体19のみで構成された第1のインターコネクタC2と比較して、応力の繰り返し速さが速いほど疲労寿命の延長傾向が大きい。
When the
Since the inner layer solder A1 is a material whose fatigue life becomes longer as the repetition rate of the stress is faster, the second interconnector A2 in which the
表層半田B1は、応力の繰り返し速さが遅いほど疲労寿命が長くなる材料であるので、金属導体19を表層半田A1で覆った第3のインターコネクタB2は、金属導体19のみで構成された第1のインターコネクタC2と比較して、応力の繰り返し速さが遅いほど疲労寿命の延長傾向が大きい。
Since the surface layer solder B1 is a material whose fatigue life becomes longer as the stress repetition rate is slower, the third interconnector B2 in which the
金属導体19を内層半田A1と表層半田B1で覆った第4のインターコネクタD2では、応力の繰り返し速さが速い領域では内層半田A1が歪を緩和し、応力の繰り返し速さが遅い領域では表層半田B1が歪を緩和するので、応力の繰り返し速さが速い領域と応力の繰り返し速さが遅い領域の両者の領域で疲労寿命を延長することができる。
In the fourth interconnector D2 in which the
応力の繰り返し速さが遅い領域としては、図17に示す応力の繰り返し速さが1(cyc/日)となる領域があげられる。この時、インターコネクタD2の疲労寿命はT1となる。昼夜の気温差による応力変動は応力の繰り返し速さが1(cyc/日)となるので、この領域は最も大きな応力変動を与える領域である。 Examples of the region where the stress repetition rate is slow include a region where the stress repetition rate shown in FIG. 17 is 1 (cyc / day). At this time, the fatigue life of the interconnector D2 is T1. Since the stress fluctuation due to the temperature difference between day and night has a stress repetition rate of 1 (cyc / day), this area gives the largest stress fluctuation.
一方、応力の繰り返し速さが速い領域としては、図17に示す応力の繰り返し速さが20(cyc/日)となる領域があげられる。この時、インターコネクタD2の疲労寿命はT20となる。応力の繰り返し周期が1.2時間周期である場合、応力の繰り返し速さは20(cyc/日)となる。曇りの日等で日射量が時間毎に変動する場合、変動の周期は1時間程度か、あるいはそれより短い周期で変動する。従って、その時の応力の繰り返し速さは20(cyc/日)よりも大きな領域である。 On the other hand, the region where the stress repetition rate is fast includes a region where the stress repetition rate shown in FIG. 17 is 20 (cyc / day). At this time, the fatigue life of the interconnector D2 is T20. When the stress repetition period is 1.2 hours, the stress repetition rate is 20 (cyc / day). When the amount of solar radiation fluctuates every hour such as on a cloudy day, the fluctuation cycle fluctuates for about one hour or shorter. Therefore, the repetition rate of the stress at that time is a region larger than 20 (cyc / day).
即ち、内層半田A1と表層半田B1の組合せを選択する際には、応力の繰り返し速さが遅い領域と応力の繰り返し速さが速い領域のそれぞれで歪を緩和する材料を組み合わせればよい。応力の繰り返し速さの領域の具体例として、応力の繰り返し速さが1(cyc/日)の時と、応力の繰り返し速さは20(cyc/日)の時があげられる。図16に示す例では、応力の繰り返し速さが1(cyc/日)の時は表層半田B1の方が内層半田A1より疲労寿命が長い。一方、応力の繰り返し速さが20(cyc/日)の時は内層半田A1の方が表層半田B1より疲労寿命が長い。このように、応力の繰り返し速さが1(cyc/日)の時と、応力の繰り返し速さが20(cyc/日)の時で、半田の疲労寿命の大小関係が異なる材料を組み合わせればよい。 That is, when the combination of the inner layer solder A1 and the surface layer solder B1 is selected, it is only necessary to combine materials that relieve strain in each of a region where the stress repetition rate is low and a region where the stress repetition rate is high. Specific examples of the stress repetition rate region include when the stress repetition rate is 1 (cyc / day) and when the stress repetition rate is 20 (cyc / day). In the example shown in FIG. 16, when the stress repetition rate is 1 (cyc / day), the surface layer solder B1 has a longer fatigue life than the inner layer solder A1. On the other hand, when the stress repetition rate is 20 (cyc / day), the inner layer solder A1 has a longer fatigue life than the surface layer solder B1. In this way, when the stress repetition rate is 1 (cyc / day) and when the stress repetition rate is 20 (cyc / day), materials with different magnitude relationships of solder fatigue life may be combined. Good.
なお、応力の繰り返し速さや半田層の積層数は、本発明を限定するものではなく、半田層の積層数は2層以上であれば良い。 Note that the repetition rate of stress and the number of solder layers are not limited to the present invention, and the number of solder layers may be two or more.
ここで、インターコネクタの疲労寿命特性を確認する試験方法としては、歪み(応力)制御型の疲労試験や屈曲試験などが用いられることが一般的である。
屈曲試験のJIS規格一覧を以下に示す。インターコネクタに特化した形での規格は無く、以下の規格を準用してインターコネクタの疲労寿命特性が求められる。
JISC3005 (ゴム・プラスチック絶縁電線試験方法)
JISC6821 (光ファイバ機械特性試験方法)
JISC8306 (配線器具の試験方法)
半田の疲労寿命特性を求める際には、JISC3005、JISC6821、JISC8306のいずれかの規格に基づいて試験を実施すれば良い。
Here, as a test method for confirming the fatigue life characteristics of the interconnector, a strain (stress) control type fatigue test, a bending test, or the like is generally used.
A list of JIS standards for bending tests is shown below. There is no standard specialized for interconnectors, and the following standards apply to the fatigue life characteristics of interconnectors.
JISC3005 (Rubber / plastic insulated wire test method)
JISC6821 (Optical fiber mechanical property test method)
JISC8306 (Testing method for wiring equipment)
When obtaining the fatigue life characteristics of the solder, the test may be performed based on any of the standards of JISC3005, JISC6821, and JISC8306.
以上のように、本発明の実施の形態1の太陽電池モジュールでは、疲労寿命特性の異なる半田材料を組み合わせることにより、応力の繰り返し速さが遅い領域と応力の繰り返し速さが速い領域のそれぞれで歪を緩和することができるので、疲労寿命特性に優れた太陽電池モジュールを得ることが可能になる。
また、本発明の実施の形態1と同様に、表層半田層21のみを溶融させて接合電極18との電気的に接合させることにより、合金層の形状変化を抑制して、寿命の長い太陽電池モジュールを得ることが可能になる。
As described above, in the solar cell module according to
Similarly to the first embodiment of the present invention, only the
1 太陽電池セル
2 裏面側集電電極
3 裏面側接合電極
4 インターコネクタ
4a 裏面側領域
4b 表面側領域
5 ストリング
6 ヒートツール
8 太陽電池アレイ
9 横タブ線
10 出力タブ線
11 太陽電池モジュール
12 表封止材
13 表面カバー材
14 裏封止材
15 バックフィルム
16 フレーム
17 太陽電池パネル
18 接合電極
19 金属導体
20 内層半田層
21 表層半田層
21a 加熱後の表層半田層
22 半田層
22a 加熱後の半田層
31 表面側接合電極
32 表面側集電電極
41 インターコネクタ
51 合金層
51a 加熱後の合金層
52 内層合金層
53 表層合金層
53a 加熱後の表層合金層
A1 内層半田
A2 第2のインターコネクタ
B1 表層半田
B2 第3のインターコネクタ
C2 第1のインターコネクタ
D2 第4のインターコネクタ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
金属導体を複数の半田層で覆うことにより構成され、前記接合電極に電気的に接合されたインターコネクタとを備えたことを特徴とする太陽電池モジュールであって、
前記複数の半田層が、表層側を覆い、Sn−Pb系半田を用いる表層半田層と、内層側を覆い、Sn−Ag−Cu系半田を用いる内層半田層とを有し、
前記表層半田層を構成する材料である表層半田の疲労寿命と、前記内層半田層を構成する材料である内層半田の疲労寿命とが、応力の繰り返し速さに対して逆の傾向を示し、
前記疲労寿命は、JISC3005、JISC6821、JISC8306のいずれかの規格に基づいて求められることを特徴とする太陽電池モジュール。 A plurality of solar cells having junction electrodes;
A solar cell module comprising: a metal conductor covered with a plurality of solder layers; and an interconnector electrically connected to the bonding electrode,
Wherein the plurality of solder layers, not covered with the surface layer side, has a surface solder layer using a Sn-Pb based solder, not covering the inner layer side, and an inner solder layer using a Sn-Ag-Cu based solder,
The fatigue life of the surface solder, which is a material constituting the surface solder layer, and the fatigue life of the inner layer solder, which is a material constituting the inner layer solder layer, show an opposite tendency to the stress repetition rate,
The said fatigue life is calculated | required based on the specification in any one of JISC3005, JISC6821, and JISC8306, The solar cell module characterized by the above-mentioned.
前記表層半田層は、応力の繰り返し速さが遅いほど疲労寿命が長くなる傾向を示すことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池モジュール。 The inner layer solder layer tends to have a longer fatigue life as the stress repetition rate is faster,
2. The solar cell module according to claim 1, wherein the surface solder layer tends to have a longer fatigue life as the stress repetition rate is slower.
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