JPWO2012141073A1 - 太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
複数の太陽電池素子の電極間が導電性の配線材２４により電気的に接続された太陽電池モジュールであって、前記電極５と前記配線材２４とが前記電極５上においてはんだ３１によりはんだ接合されるとともに、少なくとも前記はんだ３１と前記電極５とのはんだ接合部の側面を覆うように樹脂４１が配置されて、前記樹脂の配線材側面での濡れ高さは、前記配線材よりも低いことで、前記はんだ３１による接合を補強し、接合信頼性を向上することができる。
Description
本発明は、太陽電池モジュールおよびその製造方法に関し、特に、各太陽電池素子に設けられた電極同士が配線材を介して接続されることにより複数の太陽電池素子が電気的に接続されて構成される太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。
太陽電池モジュールは、太陽電池素子、受光面側保護材、裏面側保護材および封止材を備えて構成される。受光面側保護材は、太陽電池素子の受光面側に配置される。受光面側保護材の材料としては、たとえばガラスまたは透光性プラスチックが用いられる。裏面側保護材は、太陽電池素子の裏面側に配置される。裏面側保護材の材料としては、たとえばＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）などの透明フィルムまたはＡｌ箔をサンドイッチした積層フィルムなどが用いられる。
封止材は、受光面側保護材と太陽電池素子間、および太陽電池素子と裏面側保護材間に配置される。封止材の材料としては、たとえばＥＶＡ（ethylene vinyl acetate copolymer：エチレン酢酸ビニール共重合樹脂）、シリコーン、ウレタンなどの透光性を有する樹脂が用いられる。
太陽電池素子は、一般に太陽光を受光する受光面と、太陽光を受光しない裏面とを有し、その両面に配線材との接合用の集電電極が形成されている。そして、配線材が、一つの太陽電池素子の受光面上に形成された集電電極と、この太陽電池素子に隣接する他の太陽電池素子の裏面に形成される集電電極とを交互に接続する。配線材としては、たとえば銅などの良導体が用いられる。
太陽電池素子は、光電変換が行われる光電変換部、光電変換部から光生成キャリアを集電する細線電極、および配線材と接合されるとともに細線電極から光生成キャリアを集電する集電電極を備える。光電変換部から光生成キャリアを効率良く集電する必要性から、細線電極は太陽電池素子の面内における全域にわたって例えば数十本が等間隔に形成される。細線電極は、ガラスまたは樹脂をバインダーとして銀（Ａｇ）などの良導体粒子をフィラーとして含有した導電性ペーストが焼成されて形成される。細線電極の電極幅は、光電変換部領域を大きくするため、たとえば数十μｍと狭く設定される。
集電電極は、配線材を接合する役割を有し、細線電極と交差するように太陽電池素子上に数本形成される。集電電極は、細線電極と同じようにガラスまたは樹脂をバインダーとしてＡｇなどの良電導材の粒子をフィラーとして含有した導電性ペーストが焼成されて形成される。集電電極の電極幅は、たとえば１ｍｍ〜２ｍｍ程度とされる。
集電電極と配線材とを接合する方法としては２種類ある。第１の方法は、集電電極と配線材とをはんだで接合する方法である。配線材は、たとえば銅などの良導体の表面にはんだがコートされて構成される。はんだとしては、通常、錫（Ｓｎ）系のものが用いられる。このようなＳｎ系のはんだとしては、例えばＳｎ-３Ａｇ-０．５Ｃｕ、Ｓｎ-Ｃｕなどが挙げられる。
集電電極と配線材とをはんだで接合する場合は、集電電極の表面および配線材の表面に形成された酸化物などを除去するために、集電電極の表面と配線材の表面との少なくとも一方にフラックスを塗布する。そして、配線材と集電電極とを押し当てた状態で加熱することにより、フラックスの有する還元作用で集電電極の表面および配線材の表面の酸化膜が除去され、はんだによる接合が実現される（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
第２の方法は、導電性粒子を含有した樹脂接着剤を用いて集電電極と配線材とを接合する方法である。この場合は、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などでコートされたＮｉボール、またはＡｕなどがコートされたプラスチックボールなどの導電粒子を含有する樹脂接着剤を集電電極上に配置する。樹脂接着剤としては、たとえばエポキシ樹脂を主成分とする帯状フィルムが用いられる。そして、配線材を集電電極上に押し当てて加熱することで、樹脂接着剤が硬化し、配線材と集電電極との接合が実現される（たとえば、特許文献３参照）。この場合は、配線材と集電電極との物理的接合は樹脂接着剤により実現される。また、配線材と集電電極との電気的接続は、樹脂接着剤が含有している導電粒子との接触により行われる。
しかしながら、上記第１の方法である集電電極と配線材とをはんだで接合する方法では、はんだ接合に用いるフラックスが製造装置に付着して太陽電池素子を破損する、という問題があった。また、太陽電池素子と配線材との熱膨張差から、はんだ接合部の端面からクラックが発生し、接合の信頼性を低下する、という問題があった。
また、上記第２の方法である樹脂接着剤を用いる方法では、配線材と集電電極との間の電気接続抵抗がはんだを用いて接合した場合の約１０倍大きい。また、電気的接続が粒子により行われているため、電気的接続面積が小さくなり許容電流が減り、発電効率、光電変換効率が低下する、という問題があった。また、樹脂接着剤を用いた場合の配線材と集電電極との接合力は、はんだを用いた場合の接合力の約１／１０と小さいため、接合信頼性が低下する、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、配線材と電極との間の機械的強度および接合信頼性、光電変換効率に優れた太陽電池モジュールおよびその製造方法を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子の集電電極間が導電性の配線材により電気的に接続された太陽電池モジュールであって、前記集電電極と前記配線材とが前記集電電極上においてはんだによりはんだ接合されるとともに、少なくとも前記はんだと前記集電電極のはんだ接合部界面の側面を覆って熱硬化性樹脂が配置されること、を特徴とする。
本発明によれば、太陽電池素子の電極と配線材とがはんだではんだ接合され、はんだ接合部の側面を樹脂で覆っているため、はんだ接合部界面からのクラックの進展を抑制でき、接合信頼性および光電変換効率に優れた太陽電池モジュールを得ることができる、という効果を奏する。
また、前記樹脂として、有機酸を含みまたは有機酸を硬化剤に用いた樹脂を用いることによって、フラックスを用いずに、はんだ接合ができるため、太陽電池素子を破損することがなくなるとともに、はんだ接合部の側面を樹脂で覆う構造を容易に製造できる、という効果を奏する。
以下に、本発明にかかる太陽電池モジュールおよびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュール１００の構成を示す断面図である。実施の形態１にかかる太陽電池モジュール１００は、図１に示すように太陽電池素子１が配線材２４によって接続された太陽電池ストリング１０、受光面側保護材２１、裏面側保護材２２および封止材２３を含んで構成されている。そして、太陽電池ストリング１０が、太陽電池モジュール１００の表面側（受光面側）に配置された受光面側保護材２１と太陽電池モジュール１００の受光面と反対側（裏面側）に配置された裏面側保護材２２との間に狭持された封止材２３の中に封止されている。この太陽電池モジュール１００では、受光面側保護材２１側から光Ｌが入射する。
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュール１００の構成を示す断面図である。実施の形態１にかかる太陽電池モジュール１００は、図１に示すように太陽電池素子１が配線材２４によって接続された太陽電池ストリング１０、受光面側保護材２１、裏面側保護材２２および封止材２３を含んで構成されている。そして、太陽電池ストリング１０が、太陽電池モジュール１００の表面側（受光面側）に配置された受光面側保護材２１と太陽電池モジュール１００の受光面と反対側（裏面側）に配置された裏面側保護材２２との間に狭持された封止材２３の中に封止されている。この太陽電池モジュール１００では、受光面側保護材２１側から光Ｌが入射する。
受光面側保護材２１は、透光性を有する材料からなり、太陽電池ストリング１０において太陽光を受光する受光面側に配置されて太陽電池ストリング１０の受光面側を保護する。受光面側保護材２１の材料としては、たとえばガラスまたは透光性プラスチックが用いられる。裏面側保護材２２は、太陽電池ストリング１０の受光面と反対側の面（裏面）側に配置されて、太陽電池ストリング１０の裏面側を保護する。裏面側保護材２２の材料としては、たとえばＰＥＴなどの透明フィルムまたはＡｌ箔をサンドイッチした積層フィルムなどが用いられる。
封止材２３は、太陽電池ストリング１０と受光面側保護材２１との間、および太陽電池ストリング１０と裏面側保護材２２との間に配置される。封止材２３の材料としては、たとえばＥＶＡ、シリコーン、ウレタンなどの透光性を有する樹脂が用いられる。
つぎに、太陽電池ストリング１０の構成について説明する。太陽電池ストリング１０は、図１に示すように所定の配列方向に配列された複数の太陽電池素子１と、配線材２４とを有する。複数の太陽電池素子１は、所定の配列方向において所定の距離だけ離間して配列されている。そして、隣接する太陽電池素子１同士は、配線材２４によって電気的に直列に接続されている。なお、図１においては、太陽電池ストリング１０のうち２つの太陽電池素子１を示しているが、電気的に接続される太陽電池素子１の数量はこれに限定されるものではなく、より多くの太陽電池素子１を備えて構成することができる。
図２は、実施の形態１にかかる太陽電池素子１の構成を示す図である。図２（ａ）は、太陽電池素子１を受光面側から見た平面図である。図２（ｂ）は、太陽電池素子１を裏面側から見た平面図である。太陽電池素子１は、光電変換が行われる光電変換部２を有する。光電変換部２の受光面側および裏面側には、配線材２４との接合用の集電電極５，８が形成されている。
光電変換部２の受光面２ａ側には、該光電変換部２に電気的に接続した表面電極３が設けられている。表面電極３としては、光電変換部２から光生成キャリアを集電する長尺細長の細線電極４と、該細線電極４から光生成キャリアを集電する集電電極５とが設けられる。細線電極４は、光電変換部２の受光面２ａ側に複数並べて設けられる。集電電極５は、細線電極４と導通するとともに細線電極４と略直交するように設けられる。細線電極４および集電電極５は、それぞれ底面部において光電変換部２に電気的に接続している。
細線電極４は、ガラスまたは樹脂をバインダーとして銀（Ａｇ）などの良導体粒子をフィラーとして含有した導電性ペーストを焼成して形成される。細線電極４の電極幅は、光電変換部２の受光領域を大きくするため、たとえば数十μｍと狭く設定される。集電電極５は、細線電極４と同じように、ガラスまたは樹脂をバインダーとしてＡｇなどの良電導材の粒子をフィラーとして含有した導電性ペーストを焼成して形成される。集電電極５の電極幅は、たとえば１ｍｍ〜２ｍｍ程度とされる。本実施の形態では、細線電極４および集電電極５は、ガラスをバインダーとしてＡｇをフィラーとして含有した導電性ペーストを焼成して形成されている。なお、本実施の形態においては、集電電極５として導電粒子をバインダーで焼成したものを用いたが、これに限定されることなく、スパッタなどの薄膜成膜技術またはめっきなどの方法を用いて形成した集電電極５を用いてもよい。
一方、光電変換部２の裏面２ｂ側には、該光電変換部２に電気的に接続した裏面電極６が設けられている。裏面電極６としては、表面電極３と同様に光電変換部２から光生成キャリアを集電する細線電極７と、該細線電極７から光生成キャリアを集電する集電電極８とが設けられる。細線電極７は、光電変換部２の裏面２ｂ側に複数並べて設けられる。集電電極８は、細線電極７と導通するとともに細線電極７と略直交するように設けられる。細線電極７および集電電極８は、それぞれ底面部において光電変換部２に電気的に接続している。なお、裏面２ｂ側の構造は上記構造に限定されることはなく、光電変換部２の裏面の全面を電極として形成した構造でもよく、裏面全面を電極とした場合は、細線電極７は設けなくてよい。
配線材２４は、一つの太陽電池素子１の受光面上に形成された集電電極５と、この太陽電池素子１に隣接する他の太陽電池素子１の裏面に形成される集電電極８とに接合されて、隣接する太陽電池素子１同士を電気的に接続する。配線材２４としては、たとえば銅などの良導体または銅にはんだコートしたものを用いてもよい。
つぎに、太陽電池素子１の受光面２ａ上に形成された集電電極５と配線材２４との接続方法について説明する。図３は、太陽電池素子１の受光面２ａ上に形成された集電電極５と配線材２４との接続方法を説明する図であり、集電電極５上に配線材２４が接合された状態を受光面側から見た平面図である。図４は、集電電極５と配線材２４との接続方法を説明するための断面図であり、図３の線分Ａ−Ａにおける要部断面図である。
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、集電電極５と配線材２４とは、はんだ３１によりはんだ接合されている。はんだ接合とは、加熱によって溶融したはんだ３１が配線材２４と金属接合する接合であり、はんだ３１と集電電極５の界面には合金層（図示していない）が存在する。例えば、はんだがＳｎＡｇＣｕで集電電極５がＡｇの場合にはＳｎとＡｇの合金層が形成される。また、集電電極５と配線材２４とは、長手方向における側面部が熱硬化性樹脂４１により接合が補強されている。図４（ａ）は、配線材２４の幅が集電電極５の幅よりも小さい場合を示す。熱硬化性樹脂４１は、はんだ３１と配線材２４との界面およびはんだ３１と集電電極５との界面を覆っている。図４（ｂ）は、配線材２４の幅が集電電極５と同じ幅である場合を示す。熱硬化性樹脂４１は、はんだ３１と配線材２４との界面およびはんだ３１と集電電極５を覆っている。図４（ｃ）は、配線材２４の幅が集電電極５の幅よりも大きい場合を示す。熱硬化性樹脂４１は、はんだ３１と配線材２４との界面およびはんだ３１と集電電極５との界面を覆っている。図４（ａ）においては、熱硬化性樹脂４１の配線材２４側面における濡れ高さ４２は、配線材２４よりも低いことが接合信頼性上重要である。ここで濡れ高さ４２とは、熱硬化性樹脂４１が配線材２４にどれだけ濡れているかを示すもので、集電電極５とはんだ３１との界面からの高さとする。
配線材２４の長手方向のはんだ接合部側面を覆う熱硬化性樹脂４１の量が多いと、配線材２４の側面を濡れ上がり、濡れ上がり高さが高くなるのと同時に、太陽電池素子１の受光面２ａに拡がる。熱硬化性樹脂４１が受光面２ａに拡がると受光量が減り効率が落ちることから、受光面２ａへの熱硬化性樹脂４１の拡がりを抑える必要がある。そのためには、熱硬化性樹脂４１の量を少なくする必要から、配線材２４への濡れ高さ４２も低くする必要がある。はんだ接合部３１の応力を小さくすることからも、配線材２４への濡れ高さ４２は、配線材２４厚の１/２以下が望ましい。
また、本実施の形態において、熱硬化性樹脂４１は、熱膨張差の大きなはんだ３１と集電電極５の界面およびはんだ３１と配線材２４の界面を覆っているが、少なくとも熱膨張差の大きなはんだ３１と集電電極５の界面を覆っていれば、本発明の効果は十分発揮される。
このように集電電極５と配線材２４とは、はんだ３１によって接合されている。また、集電電極５と配線材２４とは長手方向における側面部が熱硬化性樹脂４１により覆われて接合が補強されている。このため、太陽電池ストリング１０では、集電電極５と配線材２４とがはんだのみで接合されている場合や樹脂のみにより接合されている場合に比べて、集電電極５と配線材２４との間の接合力が向上し、十分な機械的強度が得られる。
また、はんだのみによる接合の場合には、温度サイクルが加わった際に熱膨張差が大きい集電電極５とはんだ３１との界面に応力が集中してクラックが発生する。しかし、太陽電池ストリング１０では、集電電極５と配線材２４とは、長手方向における側面部が熱硬化性樹脂４１により補強されているため、上述したような温度サイクルに起因した配線材２４または集電電極５とはんだとの界面からのクラックの発生を抑制することができる。これにより、はんだのみでの接合に比べて接合信頼性を向上することができる。
また、樹脂接着剤のみによる接合の場合には、配線材と集電電極との間の電気接続抵抗がはんだを用いた場合の１０倍程度に大きくなる。また、樹脂接着剤のみによる接合の場合には、電気的接続が導電粒子により行われるため、電気的接続面積が小さくなり許容電流が減り、発電効率、光電変換効率が低下する。また、樹脂接着剤のみによる接合の場合には、配線材と集電電極との接合力は、はんだを用いた場合の１／１０程度に小さくなり、接合信頼性が低下する。
しかしながら、本発明では、樹脂接着剤とはんだとを併用して集電電極５と配線材２４とを接合しているため、樹脂接着剤のみによる接合の場合に比べて、電気接続抵抗を小さくすることができるとともに、樹脂よりも接合力は大きいので、接合信頼性を向上することができる。
次に、集電電極５として、導電粒子をガラスまたは樹脂などのバインダーで焼成したものを使用した場合について説明する。図５は、集電電極５と配線材２４との接続方法を説明するための断面図であり、図４の接合部中央の一部を拡大して示す断面図である。集電電極５は、図５に示すようにバインダー５ａがＡｇ粒子５ｂの表層を覆い、Ａｇ粒子５ｂの露出が少なくなっている。そして、はんだ３１とＡｇ粒子５ｂとの接合部（はんだ接合部３１ａ）の側面は、熱硬化性樹脂４１で接着されている。はんだ３１とＡｇ粒子５ｂとのはんだ接合部３１ａは金属接合されているため、はんだとＡｇの合金層（図示せず）が形成されている。はんだ３１として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−ＣｕなどのＳｎ系はんだを用いた場合には、はんだとＡｇの合金層はＳｎとＡｇの合金層となる。集電電極５として、ここではＡｇを用いたが、Ｃｕ、Ａｕなどのはんだに濡れる金属であれば、同じ効果を得ることができる。
このように集電電極５と配線材２４とは、はんだ接合部３１ａにおいてはんだ３１によって接合されている。また、集電電極５と配線材２４とは、はんだ接合部３１ａ以外の部分においてはんだおよび樹脂により接合されている。このため、太陽電池ストリング１０では、集電電極５と配線材２４とがはんだのみで接合されている場合や樹脂のみにより接合されている場合に比べて、集電電極５と配線材２４との間の接合力が向上し、十分な機械的強度が得られる。
また、はんだのみによる接合の場合には、温度サイクルが加わった際にバインダーが露出してはんだ接合していない部分を起点に、はんだ接合部の端面に応力が集中してはんだにクラックが発生する。しかし、太陽電池ストリング１０では、集電電極５と配線材２４とは、はんだ接合部３１ａ以外の部分において樹脂により補強・接合されているため、上述したような温度サイクルに起因したはんだのクラックの進展を抑制することができる。これにより、高い接続信頼性が得られる。
また、樹脂接着剤のみによる接合の場合には、配線材と集電電極との間の電気接続抵抗がはんだを用いた場合の１０倍程度に大きくなる。また、樹脂接着剤のみによる接合の場合には、電気的接続が導電粒子により行われるため、電気的接続面積が小さくなり許容電流が減り、発電効率、光電変換効率が低下する。また、樹脂接着剤のみによる接合の場合には、配線材と集電電極との接合力は、はんだを用いた場合の１／１０程度に小さくなり、接合信頼性が低下する。
しかしながら、太陽電池ストリング１０では、樹脂接着剤とはんだとを併用して集電電極５と配線材２４とを接合しているため、このような問題の発生が抑制され、良好な光電変換効率および接続信頼性が得られる。
なお、図４および図５では、太陽電池素子１の受光面２ａ側における集電電極５と配線材２４との接合について説明したが、太陽電池素子１の裏面２ｂ側における集電電極８と配線材２４との接合についても集電電極５と配線材２４との接合と同様であり、機械強度、接続信頼性および光電変換効率の向上が図られている。
つぎに、上記のように構成された実施の形態１にかかる太陽電池モジュール１００の製造方法について図６を参照して説明する。図６は、実施の形態１にかかる太陽電池モジュール１００の製造方法を示す断面図である。なお、図６では、太陽電池素子１の受光面２ａ側のみに注目して図示している。
まず、図２に示すような太陽電池素子１を公知の方法により作製する。太陽電池素子１の受光面２ａ側には、集電電極５が形成される（図６（ａ））。つぎに、集電電極５上に熱硬化前の熱硬化性樹脂４１ａを配置する（図６（ｂ））。熱硬化性樹脂４１ａには、例えば熱硬化性エポキシ樹脂組成物を使用し、熱硬化性エポキシ樹脂組成物としては、エポキシ樹脂と有機酸を含有するまたは有機酸の硬化剤を用いた熱硬化性エポキシ樹脂を使用する。有機酸を含有する硬化剤としては、例えばフェノール硬化剤、酸無水硬化剤、カルボン酸硬化剤などがあり、単体でも複数含有してもよい。熱硬化性樹脂４１ａは、液状のものを用いてもよく、半硬化状態（Ｂステージ）のフィルムを用いてもよい。
つぎに、外周面にはんだ３１がコートされた配線材２４を集電電極５上に位置合わせする、そして、集電電極５上に配線材２４を押し付けた状態で、はんだ３１の融点以上の温度に加熱する。配線材２４と集電電極５との接合面ははんだ３１により接合されて、図５に示すようにはんだ接合部３１ａが形成される。また、はんだ接合部３１ａの側面は、熱硬化性樹脂４１ａが硬化した熱硬化性樹脂４１で覆われて、はんだ３１による配線材２４と集電電極５との接合が補強される。また、集電電極５と配線材２４との長手方向における側面部が、集電電極５と配線材２４との間からはみ出した熱硬化性樹脂４１により覆われて接合される。これにより、配線材２４と集電電極５とは、はんだ３１および熱硬化性樹脂４１により接合される（図６（ｃ））。
はみ出しによって、集電電極５と配線材２４との長手方向における側面部を覆うように形成された熱硬化性樹脂４１の配線材２４への濡れ高さ４２は配線材２４よりも低くする。配線材２４の高さ以上にすると、熱硬化性樹脂４１の熱膨張が配線材２４よりも大きいため、配線材２４を引き剥がすように作用するため、接合信頼性を低下させる懸念がある。また、はみ出した熱硬化性樹脂４１は配線材２４に濡れあがると同時に、集電電極５を介して太陽電池素子１の受光面２ａに広がる。受光面２ａ上に広がると受光効率を下げることが懸念されるので、配線材２４への濡れ高さ４２ははんだ接合部界面から配線材２４厚の１/２以下が望ましい。
熱硬化性樹脂４１ａが熱硬化する過程で、有機酸を含有するまたは有機酸を硬化剤に用いた熱硬化性エポキシ樹脂組成物は、はんだ３１表面の酸化膜を還元して除去する作用がある。このため、酸化膜除去のためのフラックスが不要であり、はんだ接合時にフラックスを事前に塗布する必要がなく、生産性良く低コストで接合を行える。
なお、ここでは外周面にはんだ３１がコートされた配線材２４を使用しているが、たとえば集電電極５上にはんだ３１をコートするなど他の手法を採用してもよい。
また、上記においては、太陽電池素子１の受光面２ａ側における集電電極５と配線材２４とを接合する場合について説明したが、太陽電池素子１の裏面２ｂ側における集電電極８と配線材２４とについても同様に接合される。
そして、一つの太陽電池素子１の受光面２ａ上に形成された集電電極５と、他の太陽電池素子１の裏面２ｂに形成された集電電極８とを配線材２４により電気的に接続する。このような接続を繰り返すことにより、複数の太陽電池素子１が電気的に接続された太陽電池ストリング１０が形成される。
その後は、公知の方法により、受光面側保護材２１と裏面側保護材２２との間に狭持される封止材２３の中に太陽電池ストリング１０を封止する。以上の工程を実施することにより、実施の形態１にかかる太陽電池モジュール１００が得られる。
上述した実施の形態１によれば、太陽電池素子１の集電電極と配線材とがはんだで接合される。また、集電電極５と配線材２４との長手方向における側面部が、熱硬化性樹脂４１により覆われて集電電極と配線材との接合が補強される。また、はんだ接合部３１ａの側面が熱硬化性樹脂４１で覆われるため、集電電極と配線材とが熱硬化性樹脂４１で接合されるとともに補強される。これにより、機械的強度、接合信頼性および光電変換効率に優れた太陽電池モジュールが得られる。
また、有機酸を含有または有機酸の硬化剤を用いた熱硬化性エポキシ樹脂組成物は樹脂組成物自体がフラックス活性（はんだ酸化膜の還元）を示すため、良好なはんだ接合が可能となり、接続信頼性の高い太陽電池モジュールが得られる。
さらに、フラックスを使用すること無くはんだ接合とはんだ接合部の樹脂補強とが同時に行えるため、生産性の高い太陽電池モジュールが低コストで得られる。
また、太陽電池素子１の構成は上記の構成に限定されず、受光面及び裏面に集電電極が形成される構成であれば種々の構成が適用可能である。
実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の変形例について説明する。図７は、集電電極と配線材との他の接続方法を示す断面図である。図７は、図６に対応する図面であり、図６と同じ部材には同じ符号を付してある。
実施の形態２では、実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の変形例について説明する。図７は、集電電極と配線材との他の接続方法を示す断面図である。図７は、図６に対応する図面であり、図６と同じ部材には同じ符号を付してある。
まず、実施の形態１の場合と同様に、図２に示すような太陽電池素子１を公知の方法により作製する。太陽電池素子１の受光面２ａ側には、集電電極５が形成される（図７（ａ））。つぎに、集電電極５上に熱硬化前の熱硬化性樹脂４１ａを配置する（図７（ｂ））。熱硬化性樹脂４１ａの幅は、集電電極５の幅よりも小さく設定される。ここで、熱硬化性樹脂４１ａの幅は、集電電極５の短手方向である。集電電極５上に配置する熱硬化性樹脂４１ａの幅を小さくすることで、配線材２４を接合する際の集電電極５からの熱硬化性樹脂４１のはみ出しを抑えることができ、はみ出した熱硬化性樹脂４１が受光面積を小さくすることを抑制することができる。
熱硬化性樹脂４１ａは、実施の形態１の場合と同様に、有機酸を含有するまたは有機酸の硬化剤であるフェノール硬化剤、酸無水硬化剤、カルボン酸硬化剤などを含有する熱硬化性エポキシ樹脂であって、熱硬化性樹脂４１ａは、液状のものを用いてもよく、半硬化状態（Ｂステージ）のフィルムを用いてもよい。
つぎに、外周面にはんだ３１がコートされた配線材２４を集電電極５上に位置合わせする。そして、集電電極５上に配線材２４を押し付けた状態で、はんだ３１の融点温度以上の温度に加熱する。配線材２４と集電電極５との接合面ははんだ３１により接合されて、図５に示すようにはんだ接合部３１ａが形成される。また、はんだ接合部３１ａの側面は、熱硬化性樹脂４１ａが硬化した熱硬化性樹脂４１で覆われて、はんだ３１による配線材２４と集電電極５との接合を補強する。
一方、集電電極５と配線材２４との長手方向における側面部では、熱硬化性樹脂４１が集電電極５と配線材２４との間からはみ出すことがない。したがって、熱硬化性樹脂４１は、集電電極５と配線材２４との間の領域においてのみ、はんだ３１の周囲を覆って接合し、集電電極５と配線材２４との接合を補強する。そして、配線材２４と集電電極５とは、はんだ３１および熱硬化性樹脂４１により接合される（図７（ｃ））。この場合は、接合信頼性を確保した上で受光面を大きくとることができ、光電変換効率を向上させることができる。
実施の形態２においても、熱硬化性樹脂４１ａが熱硬化する過程で、有機酸を含有するまたは有機酸の硬化剤を用いた熱硬化性エポキシ樹脂組成物は、はんだ３１表面の酸化膜を還元して除去する作用がある。このため、酸化膜除去のためのフラックスが不要であり、生産性良く接合を行える。
なお、ここでは外周面にはんだ３１がコートされた配線材２４を使用しているが、たとえば集電電極５上にはんだ３１をコートするなど他の手法を採用してもよい。
上記においては、太陽電池素子１の受光面２ａ側における集電電極５と配線材２４とを接合する場合について説明したが、太陽電池素子１の裏面２ｂ側における集電電極８と配線材２４とについても同様に接合される。
そして、一つの太陽電池素子１の受光面２ａ上に形成された集電電極５と、他の太陽電池素子１の裏面２ｂに形成された集電電極８とを配線材２４により電気的に接続する。このような接続を繰り返すことにより、複数の太陽電池素子１が電気的に接続された太陽電池ストリング１０が形成される。
その後は、公知の方法により、受光面側保護材２１と裏面側保護材２２との間に狭持される封止材２３の中に太陽電池ストリング１０を封止する。以上の工程を実施することにより、太陽電池モジュールが得られる。
上述した実施の形態２によれば、実施の形態１の場合と同様に、太陽電池素子１の集電電極と配線材とがはんだ３１で接合される。また、はんだ接合部３１ａの側面が熱硬化性樹脂４１で覆われるため、集電電極と配線材とが熱硬化性樹脂４１で接合されるとともに補強される。また、集電電極５と配線材２４との間のはんだ３１の長手方向における側面部が、熱硬化性樹脂４１により覆われて、はんだ３１による配線材２４と集電電極５との接合が補強される。これにより、機械的強度、接合信頼性および光電変換効率に優れた太陽電池モジュールが得られる。
また、実施の形態２によれば、熱硬化性樹脂４１は集電電極５と配線材２４との長手方向における側面部にはみ出すことなく、はんだ接合の側面を熱硬化性樹脂４１で覆うことによって、はんだ接合による配線材２４と集電電極５との接合を補強することができる。これにより、接合信頼性を確保した上で受光面を大きくとることができ、より光電変換効率を向上させることができる。
また、有機酸を硬化剤に用いた熱硬化性エポキシ樹脂組成物は樹脂組成物自体がフラックス活性（はんだ酸化膜の還元）を示すため、良好なはんだ接合が可能となり、接続信頼性の高い太陽電池モジュールが得られる。
さらに、フラックスを使用すること無くはんだ接合とはんだ接合部３１ａの樹脂補強とが同時に行えるため、生産性の高い太陽電池モジュールが低コストで得られる。
以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールは、配線材と電極との間の機械的強度および接合信頼性、光電変換効率に優れた太陽電池モジュールの実現に有用である。
１ 太陽電池素子
２ 光電変換部
２ａ 受光面
２ｂ 裏面
３ 表面電極
４ 細線電極
５ 集電電極
５ａ バインダー
５ｂ Ａｇ粒子
６ 裏面電極
７ 細線電極
８ 集電電極
１０ 太陽電池ストリング
２１ 受光面側保護材
２２ 裏面側保護材
２３ 封止材
２４ 配線材
３１ はんだ
３１ａ はんだ接合部
４１ 熱硬化性樹脂
４１ａ 熱硬化前の熱硬化性樹脂
４２ 熱硬化性樹脂の配線材への濡れ高さ
１００ 太陽電池モジュール
Ｌ 光
２ 光電変換部
２ａ 受光面
２ｂ 裏面
３ 表面電極
４ 細線電極
５ 集電電極
５ａ バインダー
５ｂ Ａｇ粒子
６ 裏面電極
７ 細線電極
８ 集電電極
１０ 太陽電池ストリング
２１ 受光面側保護材
２２ 裏面側保護材
２３ 封止材
２４ 配線材
３１ はんだ
３１ａ はんだ接合部
４１ 熱硬化性樹脂
４１ａ 熱硬化前の熱硬化性樹脂
４２ 熱硬化性樹脂の配線材への濡れ高さ
１００ 太陽電池モジュール
Ｌ 光
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子の電極間が導電性の配線材により電気的に接続された太陽電池モジュールであって、前記電極と前記配線材とが前記電極上においてはんだにより接合されるとともに、前記はんだと前記電極との接合部の側面と、前記配線材の側面とを覆って樹脂が配置され、前記樹脂の前記配線材での前記電極と前記はんだとの界面からの高さである濡れ高さは配線材の上面よりも低いこと、を特徴とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子の電極間が導電性の配線材により電気的に接続された太陽電池モジュールであって、溶融・固化したはんだにより前記電極と前記配線材との対向面が全面にわたってはんだ接合されるとともに、前記はんだ接合された前記電極と前記配線材間の全領域に前記はんだが埋め尽くされてなるはんだ層である接合部が形成され、前記接合部の側面と、前記配線材の側面とを覆って樹脂が配置され、前記樹脂の前記配線材の側面での前記電極と前記はんだ層との界面からの高さである濡れ高さは、前記電極と前記はんだ層との界面から前記配線材の上面までの高さよりも低いこと、を特徴とする。
Claims (5)
- 複数の太陽電池素子の電極間が導電性の配線材により電気的に接続された太陽電池モジュールであって、
前記電極と前記配線材とが前記電極上においてはんだによりはんだ接合されるとともに、少なくとも前記はんだと前記電極とのはんだ接合部の側面を覆って樹脂が配置され、前記樹脂の前記配線材での濡れ高さは配線材よりも低いこと、
を特徴とする太陽電池モジュール。 - 前記樹脂は、前記電極および前記配線材の幅方向において前記電極および前記配線材の側面よりも内側に配置されていること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。 - 前記樹脂が、有機酸を含有するまたは有機酸の硬化剤を用いた熱硬化性樹脂であること、
を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。 - 複数の太陽電池素子の電極間を導電性の配線材により電気的に接続する太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記電極と前記配線材との間に、有機酸を含有するまたは有機酸の硬化剤を用いた熱硬化性樹脂とはんだとを配置する第１の工程と、
前記電極と前記配線材とを加圧して、前記はんだの融点以上の温度に加熱し、前記電極と前記配線材とをはんだによりはんだ接合するとともに、前記電極と前記配線材との間からはみ出した前記熱硬化性樹脂により少なくとも前記電極とはんだのはんだ接合部の側面を覆う第２の工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記第１工程では、前記熱硬化性樹脂を前記電極および前記配線材の幅方向において前記電極および前記配線材の側面よりも内側に配置し、
前記第２工程では、前記電極と前記配線材との長手方向の側面部に前記熱硬化性樹脂が前記配線材よりはみ出さないこと、
を特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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