JPWO2018131162A1 - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

太陽電池モジュールの製造方法は、第１面と第１面に対向する第２面とを有する太陽電池セルにおける、第１面に設けられた第１面接続電極と、第２面に設けられた第２面接続電極と、にフラックスを塗布するフラックス塗布工程と、表面が無鉛はんだで被覆された第１タブ線と、第２面が上向きにされた太陽電池セルと、表面が無鉛はんだで被覆された第２タブ線と、をホットプレート上に積層する積層工程と、を含む。また、太陽電池モジュールの製造方法は、第２タブ線を押さえ装置により上部から押さえる押さえ工程と、太陽電池セルをホットプレートにより既定の予備加熱温度に予備加熱する予備加熱工程と、太陽電池セルをランプヒータの赤外線により第２面側から既定の加熱温度に加熱する加熱工程と、を含む。

Description

本発明は、タブ線を用いて太陽電池セル同士を接続する太陽電池モジュールの製造方法に関する。

従来、太陽電池セルとタブ線とのはんだ付けにおいて、断面構造が０．２ｍｍ×１．０ｍｍ程度の銅箔をはんだメッキしたタブ線の場合には、はんだにはＳｎＰｂ系はんだを用いることが一般的となっている。しかし、鉛（ＰＢ）は人体にとって有害な金属であるため、現在では規制の対象となっている。

かつては、冷蔵庫、エアコン、電子レンジ、洗濯機および換気扇といった電気製品に搭載された電子基板もしくは配線には、鉛を使用したはんだが用いられていた。しかしながら、２００６年からは、有害物質使用制限指令（ＤＩＲＥＣＴＩＶＥ ２００２／９５／ＥＣ ＯＦ ＴＨＥ ＥＵＲＯＰＥＡＮ ＰＡＲＬＩＡＭＥＮＴ ＡＮＤ ＯＦ ＴＨＥ ＣＯＵＮＣＩＬ ｏｆ ２７ Ｊａｎｕａｒｙ ２００３ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｃｅｒｔａｉｎ ｈａｚａｒｄｏｕｓ ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ：ＲｏＨＳ指令）に準じた仕様である無鉛仕様のはんだが、特殊な電気製品を除いて適用されている。本指令は、例えば、廃棄処理として一般的な埋立処理の場合、廃棄製品のはんだから雨水等により有害な鉛成分が溶出し、地下水の汚染を引き起こす可能性があるとして設定されたものである。

一方、特殊な電気装置と同様に太陽電池モジュールも、無鉛はんだによるタブ線のはんだ付けを前提にした太陽電池セルのモジュール化は困難であるとの判断によりＲｏＨＳ指令の適用除外製品とされており、多くの太陽電池モジュール製品には現時点でもＳｎＰｂ系はんだが用いられている。無鉛はんだによるタブ線のはんだ付けを前提にした太陽電池セルのモジュール化が困難である理由の一つは、無鉛仕様のはんだの融点が、有鉛仕様のはんだの融点と比較して３０℃以上高いために、はんだ付けを実施する設備の仕様が高温化対応する必要があったためである。ＲｏＨＳ指令の検討時、太陽電池産業は普及の観点からは黎明期であり、太陽電池モジュールの普及、すなわち太陽電池モジュールの大量生産化が各国での優先事項となり、ＲｏＨＳ指令の対象外品と位置付けられた。

この様な状況において、太陽電池モジュールの普及は、２００６年当時から大きく進み、日本では２００８年に年間２５０ＭＷ程度であった発電能力が、２０１２年からは５０００ＭＷを越える規模となった。太陽光発電設備のリサイクル等の推進に向けたガイドライン 平成２８年３月版によれば、「太陽光発電設備の寿命が２５年間であると仮定した場合に、太陽光発電設備の排出量は、２０２０年では年間３千トン、２０３０年には３万トンになる」と試算されている。一方、欧州では、ＲｏＨＳ指令に関して、２０２１年頃より適用除外の対象が見直されることになっており、太陽電池モジュールといえども、無鉛化が必須な状況となってきている。

太陽電池セルとタブ線とのはんだ付けにおいて一般的に用いられている技術として、特許文献１には、タブリードが配置された太陽電池セルに対して、ホットプレートを用いて予備加熱した状態においてランプヒータから赤外線を照射することによって、タブリードのはんだをはんだの溶融温度までさらに加熱し、その後ランプヒータを消灯してはんだを降温させることではんだ付けを行うことが開示されている。

特許文献１に記載されたはんだ付け方法をＳｎ−３７Ｐｂ系のはんだを用いたはんだ付けに適用する場合には、Ｓｎ−３７Ｐｂ系のはんだの融点が１８３℃であるので、温度プロファイルのピーク温度を１９０℃程度に設定しておけばはんだ付けを行うことが可能である。

一方、はんだの無鉛化においては、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ：ＮＥＤＯ）は、はんだ材料に、組成がＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ系の無鉛はんだを推奨してきた。Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ系のはんだの融点は、２１６℃から２２１℃の高温に達することから、既存のはんだ付け設備をそのまま転用することが困難である。このため、低温処理化およびはんだ付け時のぬれ性といった条件を考慮し、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ系のはんだにビスマス（Ｂｉ）またはニッケル（Ｎｉ）といった金属をさらに添加した系の検討および実用化が進んでいる。上述の電気製品では、ＢｉまたはＮｉを添加したはんだを用いるにことによって無鉛化が実現されている。

特許第４９８６４０１号公報

一般社団法人 電子情報技術産業協会、「鉛フリーはんだの接合信頼性への取り組み」、 ＪＥＩＴＡ Ｒｅｖｉｅｗ ２００８．４、ｐ．１６〜２０。

しかしながら、太陽電池モジュールは屋外に設置されることから、屋外の環境を配慮した湿度および温度サイクルの影響に配慮した仕様を決定する必要がある。８５℃、８５％程度の高温高湿条件、および温度サイクル時に達する破断寿命を配慮する場合、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５ＣｕにＢｉまたはＮｉを添加した仕様を含め、有鉛仕様のＳｎＰｂはんだと比較しても、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ系に勝る組成は無い、とのまとめが非特許文献１において示されている。

以上の観点から、既存の設備を活用してはんだ付けが可能な条件において、処理温度がＳｎＰｂ系と比較して高温である無鉛仕様のはんだを用いて太陽電池セルとタブ線との高品質なはんだ付けを実現することが望まれている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、既存の設備を用いて無鉛仕様のはんだによって太陽電池セルとタブ線との高品質なはんだ付けを実現する太陽電池モジュール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の製造方法は、第１面と第１面に対向する第２面とを有する太陽電池セルにおける、第１面に設けられた第１面接続電極と、第２面に設けられた第２面接続電極と、にフラックスを塗布するフラックス塗布工程と、表面が無鉛はんだで被覆された第１タブ線と、第２面が上向きにされた太陽電池セルと、表面が無鉛はんだで被覆された第２タブ線と、をホットプレート上に積層する積層工程と、を含む。また、太陽電池モジュールの製造方法は、第２タブ線を押さえ装置により上部から押さえる押さえ工程と、太陽電池セルをホットプレートにより既定の予備加熱温度に予備加熱する予備加熱工程と、太陽電池セルをランプヒータの赤外線により第２面側から既定の加熱温度に加熱する加熱工程と、を含むことを特徴とする。

本発明にかかる太陽電池モジュールの製造方法は、既存の設備を用いて無鉛仕様のはんだによって太陽電池セルとタブ線との高品質なはんだ付けを実現できる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の手順を示すフローチャート 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、タブ線を準備する工程のうちボビンから引き出されるタブ線を示す図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、タブ線を準備する工程のうちタブ線の「くせ」を取り除く工程を示す図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、タブ線を準備する工程のうち「くせ」が取り除かれたタブ線がタブ線切断装置により切断されてタブ線移載装置により保持される状態を示す模式図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法において用いられる太陽電池セルを受光面側から見た模式斜視図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法において用いられる太陽電池セルを受光面と対向する裏面側から見た模式斜視図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、太陽電池セルの受光面側における受光面銀バス電極にフラックスが塗布される工程を示す図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、太陽電池セルの受光面銀バス電極にフラックスが塗布された状態を示す模式斜視図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、太陽電池セルの裏面銀バス電極にフラックスが塗布された状態を示す模式斜視図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、タブ線を用いて隣接する太陽電池セル同士を相互接続する際の構成部材の位置関係を概念とした模式的分解斜視図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、タブ線がホットプレートに配置されて押さえ装置により上部から押さえられた状態を示す斜視図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、タブ線がタブ線溝に配置される状態を示す断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法において用いられるホットプレートの上面に形成されたタブ線溝を示す斜視図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、太陽電池セルがホットプレート上に配置された状態を示す斜視図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、タブ線が太陽電池セル上に配置された状態を示す斜視図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、太陽電池セル上に配置されたタブ線が押さえ装置により上部から押さえられた状態を示す斜視図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、加熱工程の実施状態を示す斜視図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法により作製された太陽電池モジュールの一例を示す斜視図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法におけるタブ線と太陽電池セルとをはんだ付けする際の太陽電池セルの温度と時間との温度プロファイル条件を示す図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法において用いられるランプヒータの構成の一例を示す模式斜視図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法を用いたタブ線のはんだ付けに用いるはんだのＡｇ組成比と、太陽電池セルの裏面銀バス電極に対するタブ線のピール強度と、の関係を示した特性図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法を用いたタブ線のはんだ付け後の太陽電池セルの断面像の観察領域を示す模式斜視図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法に従って、Ｓｎ−０．３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだがはんだメッキされたタブ線の裏面銀バス電極へのはんだ付けを行った場合の太陽電池セルの断面写真 図２３の模式図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法に従って、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだがはんだメッキされたタブ線の裏面銀バス電極へのはんだ付けを行った場合の太陽電池セルの断面写真 図２５の模式図

以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュールの製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。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、理解の容易のため、平面図または斜視図においてもハッチングを付している場合がある。

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の製造方法の手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法は、主たる工程として、フラックス塗布工程と、積層工程と、押さえ工程と、予備加熱工程と、加熱工程と、を含む。また、積層工程は、第１タブ線配置工程と、太陽電池セル配置工程と、第２タブ線配置工程と、を有する。以下、本実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法について工程順に説明する。

（タブ線準備工程）
まず、本実施の形態にかかる太陽電池モジュールの製造方法の主要な工程に先立って、ステップＳ１０において、タブ線１を準備するタブ線準備工程が実施される。図２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、タブ線１を準備する工程のうちボビン２から引き出されるタブ線１を示す図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、タブ線１を準備する工程のうちタブ線１の「くせ」を取り除く工程を示す図である。図４は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、タブ線１を準備する工程のうち「くせ」が取り除かれたタブ線１がタブ線切断装置５により切断されてタブ線移載装置６により保持される状態を示す模式図である。

図２に示すように、本形態の形態１において、タブ線１はボビン２より供給される。ボビン２に巻きつけられたタブ線１は、ボビン２に巻きついていたときの形状を保持するように湾曲する、ボビン２と同様の直径の円状の「くせ」を有している。このまま、タブ線１をボビン２から引き出して使用すると、このタブ線１の「くせ」が以降の工程において種々な動作を妨げることになる。このため、タブ線１の「くせ」を取り除く必要がある。

そこで、図２に示すように、ボビン２より供給されるタブ線１は、くせ除去装置３に通されることにより、「くせ」が除去される。くせ除去装置３は、タブ線１の「くせ」を取り除くための複数のローラ４がタブ線１の搬送方向において上下交互に配置されている。くせ除去装置３から引き出されたタブ線１は、図３に示すように、以降のプロセスで必要な所望の長さにタブ線切断装置５によって切断される。切断されたタブ線１は、図４に示すように、タブ線切断装置５に隣接して配置されたタブ線移載装置６によって吸着保持される。タブ線移載装置６は、保持したタブ線１を後述する太陽電池セルまたはホットプレート２３における既定の位置に配置する。

（フラックス塗布工程）
タブ線準備工程の後、ステップＳ２０において、太陽電池セル１１の表裏面のバス電極にフラックスを塗布するフラックス塗布工程が実施される。図５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法において用いられる太陽電池セル１１を受光面側から見た模式斜視図である。図６は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法において用いられる太陽電池セル１１を受光面と対向する裏面側から見た模式斜視図である。

太陽電池セル１１は、結晶系シリコン基板を用いた一般的なバルク型太陽電池セルである。なお、太陽電池セル１１は結晶系シリコン基板を用いたバルク型太陽電池セルに限定されず、各種のバルク型太陽電池セルを用いることができる。

詳細の図示は省略するが、太陽電池セル１１は、１５６ｍｍ角程度の外形寸法を有するｐ型単結晶シリコン基板の受光面側にｎ型不純物拡散層が形成されてｐｎ接合が構成されている。また、ｎ型不純物拡散層上には反射防止膜が形成されている。太陽電池セル１１の受光面側には、反射防止膜を貫通してｎ型不純物拡散層に接続する櫛型形状の受光面側電極１２として、受光面グリッド電極１３と、受光面グリッド電極１３と電気的に接続する受光面銀バス電極１４と、が設けられている。

受光面グリッド電極１３は、銀（Ａｇ）を主体とする、幅が１００μｍ未満であり、８０本から１５０本の範囲の本数が、ｎ型不純物拡散層の全面に等間隔で配置されている。受光面銀バス電極１４は、銀（Ａｇ）を主体とする、幅が１ｍｍから２ｍｍ程度であり、３本から５本の範囲の本数が、受光面グリッド電極１３と直交する方向に等間隔でｎ型不純物拡散層上に配置されている。本実施の形態１では、受光面銀バス電極１４の本数を４本としている。なお、以下の図面では、理解の容易のため、受光面グリッド電極１３を省略する場合がある。

太陽電池セル１１の裏面側には、裏面側電極１５として、裏面アルミニウム電極１６と、裏面アルミニウム電極１６と電気的に接続する裏面銀バス電極１７と、が設けられている。裏面アルミニウム電極１６は、アルミニウム（Ａｌ）を主体とする、ｐ型単結晶シリコン基板の裏面のほぼ全面に配されている。裏面銀バス電極１７は、銀（Ａｇ）を主体とする、太陽電池セル１１の受光面側における受光面銀バス電極１４に対応する領域に、ドット状に配列されている。

したがって、図５および図６に示すように、太陽電池セル１１の第１面である裏面および第２面である受光面には、タブ線１がはんだ付けされる接続電極であるバス電極が形成されている。すなわち、太陽電池セル１１においては、タブ線１がはんだ付けされる第２接続電極である受光面銀バス電極１４が受光面側に形成され、タブ線１がはんだ付けされる第１接続電極である裏面銀バス電極１７が裏面側に形成されている。太陽電池セル１１の受光面側および裏面側の両面において、電極部分の面積はｐ型単結晶シリコン基板の面積に対して１０％未満の面積とされている。この場合、太陽電池セル１１は上面がマイナス側、下面がプラス側とされている。

図７は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、太陽電池セル１１の受光面側における受光面銀バス電極１４にフラックスが塗布される工程を示す図である。

太陽電池セル１１の接続電極にタブ線１をはんだ付けするには、図７に示すように、フラックス２２を塗布するためのフラックス塗布装置２１から受光面銀バス電極１４上にフラックス２２が塗布される。なお、図７においては、太陽電池セル１１の受光面銀バス電極１４上にフラックス２２が塗布される状態を示しているが、太陽電池セル１１の裏面銀バス電極１７上にも、受光面側と同様に、フラックス塗布装置２１からフラックス２２が塗布される。

図８は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、太陽電池セル１１の受光面銀バス電極１４にフラックス２２が塗布された状態を示す模式斜視図である。図９は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、太陽電池セル１１の裏面銀バス電極１７にフラックス２２が塗布された状態を示す模式斜視図である。

上述したように受光面側および裏面側にフラックス２２が塗布された太陽電池セル１１は、図示しないセル移送装置によりホットプレート２３上に移載される。

（積層工程）
フラックス塗布工程の後、ホットプレート２３上に太陽電池セル１１とタブ線とを積層する積層工程が実施される。積層工程においては、第１タブ線配置工程と、太陽電池セル配置工程と、第２タブ線配置工程と、が実施される。図１０は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、タブ線１を用いて隣接する太陽電池セル１１同士を相互接続する際の構成部材の位置関係を概念とした模式的分解斜視図である。

図１０において右側に配置されている右側太陽電池セル１１ａの上側、すなわち受光面側にタブ線１の一端側を配置する場合は、右側太陽電池セル１１ａの左側に隣接する左側太陽電池セル１１ｂの下側、すなわち裏面側にこのタブ線１の他端側が配置される。なお、図１０では２つの太陽電池セル１１のみを示しているが、実際にはより多数の太陽電池セル１１が並列配置される。そして、各太陽電池セル１１においては、左側から延びて来たタブ線１が太陽電池セル１１の上部に配置され、右側から延びて来たタブ線１が太陽電池セル１１の下部に配置される。また、以下のステップＳ３０の第１タブ線配置工程からステップＳ６０の押さえ工程までにおいては、理解容易のため、１つのホットプレート２３における積層工程についてのみ説明する。

タブ線１は、ステップＳ１０のタブ線準備工程において、隣り合う２枚の太陽電池セル１１の受光面側から裏面側に渡る長さに切断されている。また、タブ線１は、隣り合う２枚の太陽電池セル１１の受光面側から裏面側に渡って配置できるように、クランク形状に曲げ加工が施されている。

（第１タブ線配置工程）
図１１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、タブ線１がホットプレート２３に配置されて押さえ装置２５により上部から押さえられた状態を示す斜視図である。図１２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、タブ線１がタブ線溝２４に配置される状態を示す断面図である。図１３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法において用いられるホットプレート２３の上面に形成されたタブ線溝２４を示す斜視図である。

ステップＳ３０の第１タブ線配置工程では、図１１および図１２に示すように４本の第１タブ線であるタブ線１が、左側に配置されたホットプレート２３上に図示しないタブ線移載装置６によって配置される。ホットプレート２３は、１つの太陽電池セル１１に対して１つが個別に用意される。これにより、ホットプレート２３の数量を増やすことで、所望の数量の太陽電池セル１１に対するタブ線１のはんだ付けが容易に実現できる。タブ線１は、図１２および図１３に示すようにホットプレート２３の上面において太陽電池セル１１の第１面接続電極に対応する位置に設けられたタブ線溝２４に配置される。

タブ線１は、図１２に示すように、心線である銅箔１ａの表面が無鉛はんだのはんだメッキ１ｂにより被覆された構成を有する。本実施の形態１では、無鉛はんだにＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ系はんだを使用する。タブ線１の幅をタブ幅Ｔｗ、タブ線１の厚みをタブ厚Ｔｄ、タブ線溝２４の溝幅を溝幅Ｍｗ、タブ線溝２４の溝深さＭｄとすると、タブ線溝２４は、タブ線１を収納するとともに、且つタブ線１の上面をホットプレート２３の上面から突出させるために、「タブ厚Ｔｄ≒溝深さＭｄ、タブ厚Ｔｄ＞溝深さＭｄ、タブ幅Ｔｗ≒溝幅Ｍｗ、タブ幅Ｔｗ＜溝幅Ｍｗ」の条件を満たす。

そして、タブ線溝２４に配置されたタブ線１は、図１１に示すように押さえ装置２５により上部から押さえられる。これにより、タブ線１が、タブ線溝２４の底部に密着した状態に確実に押し込まれる。押さえ装置２５は、タブ線１および太陽電池セル１１を押さえる複数のピン２６と、複数のピン２６を軸２７を中心に回動させる図示しない駆動手段とを有する。駆動手段は、軸２７を中心に複数のピン２６を回動させて、ホットプレート２３上においてタブ線１を押さえる押さえ位置と、ホットプレート２３上から退避する退避位置と、に変位させる。

なお、図１１および図１２には図示していないが、タブ線溝２４の底部には複数の吸着穴からなる吸引部がタブ線溝２４の長手方向において等間隔に形成されており、吸着部は吸引装置に接続されている。そして、タブ線溝２４に収納されたタブ線１は、吸着部によってホットプレート２３に吸着されて固定された状態となる。なお、タブ線１がホットプレート２３に吸着された状態で、一旦、押さえ装置２５は待機位置に戻る。すなわち、押さえ装置２５は、一旦、開放される。

（太陽電池セル配置工程）
図１４は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、太陽電池セル１１がホットプレート２３上に配置された状態を示す斜視図である。ステップＳ４０の太陽電池セル配置工程では、図１４に示すように、第１面である裏側が下向きとされ、第２面である受光面側が上向きとされた太陽電池セル１１が、ホットプレート２３上、すなわちホットプレート２３に配置された４本のタブ線１上に、図示しない搬送装置によって配置される。太陽電池セル１１は、第１面接続電極である裏面バス電極１７の位置をホットプレート２３上のタブ線１の位置に合わせてホットプレート２３上に配置される。太陽電池セル１１は、ホットプレート２３の上面に形成された吸着穴からなる図示しない吸着部によってホットプレート２３に吸着されて固定された状態となる。

（第２タブ線配置工程）
図１５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、タブ線１が太陽電池セル１１上に配置された状態を示す斜視図である。ステップＳ５０の第２タブ線配置工程では、図１５に示すように４本の第２タブ線であるタブ線１が、太陽電池セル１１上に図示しないタブ線移載装置６によって配置される。タブ線１は、太陽電池セル１１の上面において太陽電池セル１１の第２接続電極である受光面銀バス電極１４上に配置される。

（押さえ工程）
図１６は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、太陽電池セル１１上に配置されたタブ線１が押さえ装置２５により上部から押さえられた状態を示す斜視図である。ステップＳ６０の押さえ工程では、図１６に示すように、押さえ装置２５により上部から押さえられる。適切なはんだ付けを実現するためには、はんだ付け時のタブ線１の押さえ付け力を適切に設定することが必要である。押さえ装置２５による押さえ付け力を、１点あたり１．０Ｎから３．５Ｎに設定することにより、均一で、接合信頼性の高いはんだのフィレットを形成可能となり、接合信頼性の高いはんだ接合が可能となる。１点あたりの押さえ付け力が１．０Ｎ未満の場合には、タブ線１と太陽電池セル１１の接続電極とを適切に密着させることができない場合がある。１点あたりの押さえ付け力が３．５Ｎより大の場合は、押さえ装置２５の力により、はんだの溶融時に裏面銀バス電極１７とタブ線１との間のはんだの厚みが変化する可能性がある。

上述したステップＳ３０の第１タブ線配置工程からステップＳ６０の押さえ工程までを、並列配置した複数のホットプレート２３に対して行うことにより、はんだ接合前の複数の太陽電池セル１１の太陽電池ストリングが複数のホットプレート２３上に構成される。この場合、図示していないが太陽電池ストリングの右端の太陽電池セル１１の右側から突き出すタブ線１は、隣接するストリングと接続タブによって接続するための長さ分である数ｃｍが延びた状態とされる。一方、太陽電池ストリングの左端の太陽電池セル１１も同様に、左側から突き出すタブ線１は、隣接するストリングと接続タブによって接続するための長さ分である数ｃｍが延びた状態とされる。

（予備加熱工程）
つぎに、ステップＳ７０の予備加熱工程において、タブ線１および太陽電池セル１１をホットプレート２３により予備加熱する。ホットプレート２３は、はんだ付け前のタブ線１および太陽電池セル１１の温度が常に所望の予備加熱温度になるように、既定の予備加熱温度に設定されている。本実施の形態１では、ホットプレート２３の予備加熱温度を１８０±３℃、すなわち１７７℃から１８３℃としている。ホットプレート２３の予備加熱は、タブ線１の予備加熱を確実に既定の温度、すなわち１８０±３℃で行うために、タブ線１により接続される隣り合う太陽電池セル１１の加熱工程が終了するまで、予備加熱状態を保持する。予備加熱は、太陽電池ストリングの全ての太陽電池セル１１の加熱工程が終了するまで予備加熱を保持してもよい。

（加熱工程）
図１７は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、加熱工程の実施状態を示す斜視図である。ステップＳ８０の加熱工程では、予備加熱により１８０±３℃に昇温されているタブ線１および太陽電池セル１１を、ホットプレート２３上に載せた状態でランプヒータ２８から赤外線２９を照射することにより、タブ線１と太陽電池セル１１とについて所望の温度プロファイルが得られる様に、既定の加熱温度にタブ線１と太陽電池セル１１とを昇降温させる。これにより、タブ線１が太陽電池セル１１の第２接続電極である受光面銀バス電極１４および第１面接続電極である裏面バス電極１７にはんだ付けされ、太陽電池セル１１とタブ線１とが接合される。

図１７においては、ホットプレート２３が並列配置された状態を示しており、左端のホットプレート２３ａは、タブ線１および太陽電池セル１１が載置されておらず、押さえ装置２５が待機している状態である。左端から２番目のホットプレート２３ｂは、タブ線１が載せられ、押さえ装置２５がタブ線１を押さえた状態である。左端から３番目のホットプレート２３ｃは、太陽電池セル１１上にタブ線１が載せられた状態で、ホットプレート２３の上部に設置されたランプヒータ２８から赤外線２９が照射されて加熱されている状態である。右端のホットプレート２３ｄは、ランプヒータ２８による加熱および既に加熱工程を経てタブ線１のはんだ付けが終了した状態である。図１７に示す設備においては、右側のホットプレート２３ｄから順に、上述した第１タブ線配置工程、太陽電池セル配置工程、第２タブ線配置工程、押さえ工程、予備加熱工程および加熱工程が実施される。

ランプヒータ２８の下部のホットプレート２３に載せられた太陽電池セル１１の右側には、既に加熱工程を経てタブ線１のはんだ付けが終了した太陽電池セル１１がホットプレート２３に載せられた状態で保持されている。すべてのホットプレート２３は、この状態で、タブ線１のはんだ付けが終了して電気的に直列接続された太陽電池セル１１の数が既定の数となるまで、予備加熱温度で保持される。

図示はしていないが、例えば所望の直列接続数が５セルである場合、ランプヒータ２８による赤外線２９の照射による加熱を５回繰り返し、赤外線２９の照射が終了する度に、ホットプレート２３を一台分、右側にスライドさせる。ストリングは、タブ線１による直列接続が終了した太陽電池セル１１がホットプレート２３から右側に外されて、搬送台の上に載置された状態になる。これにより、図１８に示すように、たとえば５枚の太陽電池セル１１がタブ線１により直列接続されたストリングが形成される。図１８は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法により作製された太陽電池モジュールの一例を示す斜視図である。なお、赤外線２９の照射が終了する度に、ランプヒータ２８が左側にスライドしてもよい。そして、ストリングをこのまま太陽電池モジュールとして用いてもよく、また、複数のストリングを接続タブにより電気的に接続して太陽電池モジュールとしてもよい。

図１９は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法におけるタブ線１と太陽電池セル１１とをはんだ付けする際の太陽電池セル１１の温度と時間との温度プロファイル条件を示す図である。実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法においては、タブ線１および太陽電池セル１１が１８０℃の予熱状態から３．７秒間、赤外線２９を照射することにより加熱工程を実施して、タブ線１のはんだ付けを実現する。

本プロファイルは、加熱工程において、熱電対を１５６ｍｍ角の太陽電池セルの上面、すなわち受光面側の表面の１２箇所に貼りつけて測定した温度の平均値を示したものである。図１９では、タブ線１のはんだ付けが可能な太陽電池セル１１の上限温度での平均値の温度プロファイルである上限設定時測定温度と、タブ線１のはんだ付けが可能な太陽電池セル１１の下限温度での平均値の温度プロファイルである下限設定時測定温度と、を示している。

図１９から、タブ線１および太陽電池セル１１が１８０℃の予熱状態から３．７秒間、赤外線２９を照射する場合、加熱工程における太陽電池セル１１の加熱温度の下限値は２４８℃であり、加熱工程における太陽電池セル１１の加熱温度の上限値は２６４℃となる。太陽電池セル１１の加熱温度が２６４℃より高くなると、フラックス２２の活性力の喪失およびホットプレート２３への無鉛はんだのはんだメッキ１ｂの焼き付きが生じる。太陽電池セル１１の加熱温度が２４８℃未満の場合には、無鉛はんだのはんだメッキ１ｂの溶融が不十分となる。

なお、タブ線１および太陽電池セル１１が１８０℃の予熱状態からの加熱時間は、３．６秒間から３．８秒間の間とすることが可能である。ランプヒータ２８の出力を一定にした場合に、加熱時間が、３．６秒未満の場合は、加熱温度は２４８℃に到達せず、無鉛はんだは、はんだ付けに適合しうる溶融状態に達しない。一方、ランプヒータ２８の出力を一定にした場合に、加熱時間が、３．８秒より大の場合は、加熱温度は２６４℃を越えることになり、例えばフラックス２２が失活することによりフラックス２２の本来の機能が損なわれ、無鉛はんだのフィレット形成のための拡がりが抑制される等の状況が発生して、適切なはんだ付けが困難となる。

本温度プロファイルにおいて、太陽電池セル１１の温度がピーク値を迎えた後に太陽電池セル１１が降温状態となり、再び予熱状態となる。この間、ランプヒータ２８には一定の電圧が印加され、ランプヒータ２８の出力は変えていない。以上の急加熱を実現するために裏面銀バス電極１７毎に対向する形でランプヒータ２８を構成してもよい。図２０は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法において用いられるランプヒータ２８の構成の一例を示す模式斜視図である。図２０に示すランプヒータ２８では、裏面銀バス電極１７の本数と一致させてランプが４分割されており、赤外線２９も各ランプから各裏面銀バス電極１７に集光されて照射される構成とされている。すなわち、図２０に示すランプヒータ２８は、各裏面銀バス電極１７用に、ランプと、ランプから照射される赤外線２９を集光して個別に裏面銀バス電極１７に照射するための光学部品とを有する。

また、本実施の形態１においては、加熱工程後に太陽電池セル１１を加熱温度、すなわちピーク温度から予備加熱温度に冷却する時間は、７．０秒から９．０秒である。ピーク温度から予備加熱温度に冷却する時間が７．０秒未満の場合には、太陽電池セル１１が急冷却する速度が速すぎるため、急激な太陽電池セル１１の変形により太陽電池セル１１に割れが生じる場合がある。ピーク温度から予備加熱温度に冷却する時間が９．０秒より大の場合には、急冷却する速度が遅すぎるため、太陽電池セル１１を予備加熱温度に冷却するまでに想定以上の処理時間がかかり、想定する生産数が得られないこととなる。なお、本実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法においては、図１９に示すように、予熱状態の太陽電池セル１１を３．６秒間から３．８秒間の加熱後に、７．０秒から９．０秒間で加熱温度から予備加熱温度に冷却する温度プロファイルが重要であり、本温度プロファイルを実現可能であれば、予備加熱工程および加熱工程の実現方法は問わない。

そして、一列のストリングを形成する場合の１つの太陽電池セル１１の温度プロファイルは、ホットプレート２３に置かれた段階から１８０℃に昇温され、上述のタブ線１の設置およびランプヒータ２８による加熱を経てピーク温度に達し、その後ランプヒータ２８の消灯により１８０℃に降温する温度プロファイルである。そして、１８０℃に降温してからは、太陽電池セル１１は、１８０℃に保持されたままとなる。本実施の形態１では、ストリングのうち、右端の太陽電池セル１１が最も長く１８０℃に保持された状態となる。

本実施の形態１では、ホットプレート２３に太陽電池セル１１が載せられた状態からストリングが形成されるまで太陽電池セル１１は１８０℃に保持されているので、過冷却による太陽電池セル１１の割れが生じない条件となっている。タブ線１のはんだ付けにおいて、室温から、ピーク温度である２５０℃から２６０℃程度に急加熱、また、急冷却する場合、急激な太陽電池セル１１の変形により割れが生じる場合があるが、本条件では、はんだ付けでの割れはほとんど発生しない。

タブ線１のはんだ付け後、タブ線１の銅箔１ａと太陽電池セル１１のシリコンとの膨張係数の差分の反りが発生するが、一気に冷却する場合、降温時の温度と共に反りが発生し、割れが発生する場合がある。しかしながら、本実施の形態１では、タブ線１のはんだ付けを行ってストリングを製造する際に、降温の保持温度を１８０℃の予熱温度に留めることによって、太陽電池セル１１の急冷却を防止して、降温時の太陽電池セル１１の割れを防止することを実現している。

すなわち、予熱温度が１７７℃未満の場合には、加熱工程における急加熱または急冷却により急激な太陽電池セル１１の変形により割れが生じる場合がある。また、予熱温度が１８３℃より大である場合には、予熱温度が１８０℃である場合と比較してフラックス２２がより高温に曝される時間が増えるため、フラックス２２の活性度が低下する可能性がある。そして、予熱温度が１８３℃より大である程度がさらに大きい場合には、フラックス２２が失活することによりフラックス２２の本来の機能が損なわれ、適切なはんだ付けが困難になる。

上述したタブ線１のはんだ付けは、１つの太陽電池セル１１当たりに換算した場合に６秒／枚未満の速度での処理が可能となっているが、本状況を実現するためにはフラックス２２には適切な材料のものを選択する必要がある。本実施の形態１では、フラックス２２に、特許第３７３４３６１号公報に記載された材料を使用している。すなわち、本実施の形態１では、フラックス２２に、溶剤成分と、固形分の成分とにて成り、固形分の成分には、酸成分がロジンであるエステル化合物と、ロジン系樹脂酸または変性ロジンを１種類以上含有させてなり、共役ジエン構造を有するロジン類の含有率が、上記固形分の成分に対して２０重量％以下である。このようなフラックス２２を使用することにより、ホットプレート２３により１８０℃にて予熱した状態から３．７秒間の加熱によってピーク温度が２６０℃程度に達し、かつ、降温後の１８０℃に維持された温度プロファイルにおいてはんだ付けを実現することができる。

上記のフラックス２２を適用したことにより、上述したタブ線１のはんだ付けの後、アルコールまたはフラックスリムーバーにより洗浄しなくても、耐ヒートサイクル性、高温高湿性に優れ、かつ紫外線劣化に対して優れた耐性を示し、長期信頼性が高い、太陽電池モジュールを製造することが可能となる。

本発明者等は、上述した太陽電池モジュールの製造方法に使用する好ましい無鉛はんだの組成比について検討した。はんだの組成比は、上記非特許文献１である、ＪＥＩＴＡ Ｒｅｖｉｅｗの「鉛フリーはんだの接合信頼性への取り組み」のリポートに記載があり、本リポートを参照して決定した。以下では、非特許文献１からの引用した内容にかっこを記している。非特許文献１では、はんだ組成を１２種類の組成に変え、「ヒートサイクル試験およびクリープ試験」によるはんだ寿命をまとめている。非特許文献１で検討されたヒートサイクル試験は、「−４０℃で３０分の条件と、９０℃で３０分の条件と、の条件変更を１サイクルとし、累積故障率１％時のヒートサイクル数」を評価している。

本発明者等は、非特許文献１に記載されているはんだのうち組成が、「Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−０．７Ｃｕ、Ｓｎ−０．３Ａｇ−０．７Ｃｕ、Ｓｎ−０．５Ａｇ−０．７Ｃｕ、およびＳｎ−１．０Ａｇ−０．７Ｃｕ」である５種類のはんだに注目し、はんだ組成のうちのＡｇ組成比に対する「累積故障率１％時のヒートサイクル数」依存性について非特許文献１の記載を検討した。この結果、非特許文献１に記載されているように、上記５種類のはんだのうち、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだが最も高いサイクル数を示していることがわかった。

一方、本発明者等は、非特許文献１に記載されている上記５種類のはんだについて、はんだ組成のうちのＡｇ組成比に対する「クリープ試験によるはんだ寿命」依存性について非特許文献１の記載を検討した。この結果、非特許文献１に記載されているように、上記５種類のはんだのうち、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだが他の仕様のはんだと比較して数倍の寿命を示しており優れていることがわかった。本観点から、基本的には非特許文献１を無鉛はんだ材料の選定の参考にした。

上記ＪＥＩＴＡ ＲｅｖｉｅｗのレポートによりＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだが優れていることは確認できた。そこで、本発明者等は、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだを実際の太陽電池セルとタブ線とのはんだ付けに適用して作製した太陽電池モジュールの課題について確認した。コストの観点からは、タブ線でのＡｇ使用量は抑えたく、一般に流通しているはんだ仕様としてＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだに次いで非特許文献１のレポートで高い接合信頼性の結果を示したＳｎ−１．０Ａｇ−０．７Ｃｕはんだ、さらにＡｇの組成比率を少なくしたＳｎ−０．３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだを比較した。

Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだをはんだメッキして作製したタブ線、Ｓｎ−１．０Ａｇ−０．７Ｃｕはんだをはんだメッキして作製したタブ線、およびＳｎ−０．３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだをはんだメッキして作製したタブ線を使用し、上述した方法により太陽電池セル１１の裏面銀バス電極１７にタブ線１のはんだ付けを行い、タブ線１のピール強度を評価した。図２１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法を用いたタブ線１のはんだ付けに用いるはんだのＡｇ組成比と、太陽電池セル１１の裏面銀バス電極１７に対するタブ線１のピール強度と、の関係を示した特性図である。図２１は太陽電池セル１１の裏面銀バス電極１７に対するタブ線１のピール強度の、はんだにおけるＡｇ組成比に対する依存性を示している。

裏面銀バス電極１７に対するタブ線１のピール強度は、タブ線１のＡｇ組成比に依存し、Ａｇ組成比の低い方が低くなっている。本結果を受け、Ａｇ組成比が低いはんだを用いた裏面銀バス電極１７に対するタブ線１のはんだ付けにおいてピール強度が低くなっている原因を把握するために、図２２におけるＡ−Ａ線に沿った領域での裏面銀バス電極１７に対するタブ線１のはんだ付け部分の断面像を観察した。図２２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法を用いたタブ線１のはんだ付け後の太陽電池セル１１の断面像の観察領域を示す模式斜視図である。なお、実際には、タブ線１がはんだ付けされているが、本図ではタブ線１を除いた状態を示している。

図２３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法に従って、Ｓｎ−０．３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだがはんだメッキされたタブ線１の裏面銀バス電極１７へのはんだ付けを行った場合の太陽電池セル１１の断面写真である。図２３では、図２２におけるＡ−Ａ線に沿った領域での、太陽電池セル１１を構成する半導体基板３１、裏面銀バス電極１７、はんだめっき１ｂおよび銅箔１ａの積層部分の走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）写真を示している。図２４は、図２３の模式図である。

図２５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法に従って、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだがはんだメッキされたタブ線１の裏面銀バス電極１７へのはんだ付けを行った場合の太陽電池セル１１の断面写真である。図２５では、図２２におけるＡ−Ａ線に沿った領域での、太陽電池セル１１を構成する半導体基板３１、裏面銀バス電極１７、はんだ１ｂおよび銅箔１ａの積層部分のＳＥＭ写真を示している。図２６は、図２５の模式図である。

太陽電池セル１１の裏面のタブ付後における裏面電極部の断面構造において、接合強度が高く好ましい本来の断面構造は、図２５のＳＥＭ写真および図２６の模式図に示すように、裏面銀バス電極１７のＡｇ１７ａがはんだメッキ１ｂと半導体基板３１との間に一様に存在している構造である。すなわち、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだを使用したタブ線１と裏面銀バス電極１７とのはんだ付けを行った場合には、想定通りの構造の断面となっていることが確認できた。

一方、Ｓｎ−０．３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだがはんだメッキされたタブ線１の裏面銀バス電極１７へのはんだ付けを行った場合の、タブ付後における裏面電極部の断面構造は、図２３に示す様に、本来はＡｇ１７ａが存在すべき部分の一部が空隙３２となっている。この空隙３２の存在が、図２１に示したようなピール強度の低下をもたらしたものと推定される。本現象は、受光面銀バス電極１４とタブ線１との接合部では発生していない。

また、断面写真は示していないが、Ｓｎ−１．０Ａｇ−０．７Ｃｕはんだがはんだメッキされたタブ線１の裏面銀バス電極１７へのはんだ付けを行った場合の、タブ付後における裏面電極部の断面構造を観察した。この結果、本来は裏面銀バス電極１７のＡｇ１７ａが存在すべき部分であるはんだメッキ１ｂと半導体基板３１との間における空隙３２の発生の程度は、Ｓｎ−０．３Ａｇ−０．７Ｃはんだと比較して低いことが認められた。すなわち、形成されている裏面銀バス電極１７の構造等にも依存するが、本実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法に従って形成した裏面電極部では、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだがはんだメッキされたタブ線１を用いた場合には全く空隙３２が存在しないこと、Ｓｎ−１．０Ａｇ−０．７Ｃｕはんだがはんだメッキされたタブ線１を用いた場合の空隙３２の発生の程度は、Ｓｎ−０．３Ａｇ−０．７Ｃはんだがはんだメッキされたタブ線１を用いた場合と比較して低いこと、が観察により認められた。

一方、図２１に示すようにピール強度は、はんだにおけるＡｇ組成比に依存しているので、これまでの観察結果から、空隙３２の発生の程度は、タブ線１のはんだメッキのＡｇ組成比に依存するものと推定される。そして、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃはんだを用いた場合には、本来はＡｇ１７ａが存在すべき部分に空隙３２が発生しないことからＡｇ１７ａの溶融は発生しておらず、Ｓｎ−１．０Ａｇ−０．７Ｃｕはんだを用いた場合には空隙３２が発生している。以上のことから、無鉛はんだにおけるＡｇ組成比が１．０％から３．０％の間に、Ａｇからなる裏面銀バス電極１７が溶融しないＡｇの組成比が存在するものと仮定し、Ａｇが溶融しない溶融限界となるＡｇ組成比の試算を試みた。

試算は、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだがはんだメッキされたタブ線１と裏面銀バス電極１７とのはんだ付けを行ったサンプルの空隙３２について図２３に示すような断面部分を複数箇所で観察し、空隙３２の容積と、空隙３２に隣接して存在するＡｇ１７ａの容積とを考慮して、空隙３２の容積分のＡｇ１７ａが、空隙３２に対面しているはんだに溶融するものと仮定した。この結果、裏面銀バス電極１７が溶出しないはんだの組成は、２ｗｔ％程度のＡｇを含む組成と試算された。はんだの仕様では、Ｓｎ−２．０Ａｇ−０．５Ｃｕが例示される。

しかしながら、以上の試算結果が得られたものの、実際に流通している無鉛はんだの仕様は、Ｓｎ−１．０Ａｇ−０．７ＣｕはんだよりＡｇ組成比が高い製品は、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだである。したがって、本実施の形態１では、最終的には、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ系はんだを選択した。そして、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの組成は、銀が２．０ｗｔ％から３．３ｗｔ％であり、銅が０．４ｗｔ％から３．０ｗｔ％であり、残りが錫であることが好ましい。

Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの組成において、銀が２．０ｗｔ％より少ない場合には、タブ線１が受光面銀バス電極１４または裏面バス電極１７にはんだ付けされた際に、受光面銀バス電極１４中または裏面バス電極１７中の銀がはんだ側に溶け出し、受光面銀バス電極１４または裏面バス電極１７の抵抗が増加する。このため、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの組成において、銀は２．０ｗｔ％以上であることが好ましい。また、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの組成において、銀が３．３ｗｔ％より多い場合には、はんだのコストが高くなる。このため、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの組成において、銀は３．３ｗｔ％以下であることが好ましい。

Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの組成において、銅が多い場合には、はんだの融点が上昇する。このため、加熱温度が２４８℃から２６４℃までの範囲でタブ線１をはんだ付けするためには、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの組成において、銅は３．０ｗｔ％以下であることが好ましい。また、タブ線１を作製する際は、銅線をはんだ槽に浸けることにより導線の周りにはんだをコーティングする。ここで、銅線をはんだ槽に浸けると銅線の銅がはんだ槽に溶け出すので、はんだ槽中には必ず銅が溶け込んでいる。このため、はんだ中の銅の組成を減らすことは困難である。このため、銅線をはんだ槽に浸けることにより導線の周りにはんだをコーティングしてタブ線１を作製する際には、一般的にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの組成において、銅は０．４ｗｔ％以上となる。

上述したように、本実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法では、無鉛はんだとしてＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ系はんだを選択し、ホットプレート２３上に直接、タブ線１と太陽電池セル１１とタブ線１と順次積層する。そして、あらかじめ太陽電池セル１１とタブ線１とに対してホットプレート２３による予備加熱を行った上でランプヒータ２８によってＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ系はんだに適した昇温、降温の温度プロファイルで太陽電池セル１１の温度を制御する。すなわち、予備加熱温度を１７７℃から１８３℃とし、加熱温度を２４８℃から２６４℃とする。これにより、既存の設備を活用して、接合信頼性の高い、タブ線１のはんだ付けを実現できる。そして、オンおよびオフの応答性、すなわち加熱応答性の速いランプヒータ２８を用いることによって、タブ線１と太陽電池セル１１との加熱を短時間で且つ精度良く行うことが可能である。

また、適切なはんだ付けを実現する為には、適切な温度プロファイルの設定に加え、はんだ付け時のタブ線１の押さえ付け力を適切に設定することが必要であり、本実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法では、はんだ付け時のタブ線１の押さえ付け力を、１点あたり１．０Ｎから３．５Ｎに設定する。これにより、均一で、接合信頼性の高いはんだのフィレットの形成が可能となり、接合信頼性の高いはんだ接合が可能となる。

したがって、本実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法によれば、既存の設備を用いて、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ系の無鉛仕様のはんだによる太陽電池セル１１とタブ線１との高品質なはんだ付けが可能となる。これにより、タブ線１と太陽電池セル１１との信頼性の高いはんだ付けにより、太陽電池セル１１と太陽電池セル１１との信頼性の高い相互接続を実現した太陽電池モジュールが得られる、という効果を奏する。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ タブ線、２ ボビン、３ くせ除去装置、４ ローラ、５ タブ線切断装置、６ タブ線移載装置、１１ 太陽電池セル、１１ａ 右側太陽電池セル、１１ｂ 左側太陽電池セル、１２ 受光面側電極、１３ 受光面グリッド電極、１４ 受光面銀バス電極、１５ 裏面側電極、１６ 裏面アルミニウム電極、１７ 裏面銀バス電極、２１ フラックス塗布装置、２２ フラックス、２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ ホットプレート、２４ タブ線溝、２５ 押さえ装置、２６ ピン、２７ 軸、２８ ランプヒータ、２９ 赤外線、３１ 半導体基板、３２ 空隙。

一方、はんだの無鉛化においては、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ：ＮＥＤＯ）は、はんだ材料に、組成がＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ系の無鉛はんだを推奨してきた。Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ系のはんだの融点は、２１６℃から２２１℃の高温に達することから、既存のはんだ付け設備をそのまま転用することが困難である。このため、低温処理化およびはんだ付け時のぬれ性といった条件を考慮し、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ系のはんだにビスマス（Ｂｉ）またはニッケル（Ｎｉ）といった金属をさらに添加した系の検討および実用化が進んでいる。上述の電気製品では、ＢｉまたはＮｉを添加したはんだを用いることによって無鉛化が実現されている。

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の製造方法は、第１面と第２面とを有する太陽電池セルにおける、第１面に設けられた第１面接続電極と、第２面に設けられた第２面接続電極と、にフラックスを塗布するフラックス塗布工程と、表面が無鉛はんだで被覆された第１タブ線と、第２面が上向きにされた太陽電池セルと、表面が無鉛はんだで被覆された第２タブ線と、をホットプレート上に積層する積層工程と、を含む。また、太陽電池モジュールの製造方法は、第２タブ線を押さえ装置により上部から押さえる押さえ工程と、太陽電池セルをホットプレートにより既定の予備加熱温度に予備加熱する予備加熱工程と、太陽電池セルをランプヒータの赤外線により第２面側から既定の加熱温度に加熱する加熱工程と、を含むことを特徴とする。

そこで、図３に示すように、ボビン２より供給されるタブ線１は、くせ除去装置３に通されることにより、「くせ」が除去される。くせ除去装置３は、タブ線１の「くせ」を取り除くための複数のローラ４がタブ線１の搬送方向において上下交互に配置されている。くせ除去装置３から引き出されたタブ線１は、図３に示すように、以降のプロセスで必要な所望の長さにタブ線切断装置５によって切断される。切断されたタブ線１は、図４に示すように、タブ線切断装置５に隣接して配置されたタブ線移載装置６によって吸着保持される。タブ線移載装置６は、保持したタブ線１を後述する太陽電池セルまたはホットプレート２３における既定の位置に配置する。

したがって、図５および図６に示すように、太陽電池セル１１の第１面である裏面および第２面である受光面には、タブ線１がはんだ付けされる接続電極であるバス電極が形成されている。すなわち、太陽電池セル１１においては、タブ線１がはんだ付けされる第２面接続電極である受光面銀バス電極１４が受光面側に形成され、タブ線１がはんだ付けされる第１面接続電極である裏面銀バス電極１７が裏面側に形成されている。太陽電池セル１１の受光面側および裏面側の両面において、電極部分の面積はｐ型単結晶シリコン基板の面積に対して１０％未満の面積とされている。この場合、太陽電池セル１１は上面がマイナス側、下面がプラス側とされている。

なお、図１１および図１２には図示していないが、タブ線溝２４の底部には複数の吸着穴からなる吸着部がタブ線溝２４の長手方向において等間隔に形成されており、吸着部は吸引装置に接続されている。そして、タブ線溝２４に収納されたタブ線１は、吸着部によってホットプレート２３に吸着されて固定された状態となる。なお、タブ線１がホットプレート２３に吸着された状態で、一旦、押さえ装置２５は待機位置に戻る。すなわち、押さえ装置２５は、一旦、開放される。

（太陽電池セル配置工程）
図１４は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、太陽電池セル１１がホットプレート２３上に配置された状態を示す斜視図である。ステップＳ４０の太陽電池セル配置工程では、図１４に示すように、第１面である裏側が下向きとされ、第２面である受光面側が上向きとされた太陽電池セル１１が、ホットプレート２３上、すなわちホットプレート２３に配置された４本のタブ線１上に、図示しない搬送装置によって配置される。太陽電池セル１１は、第１面接続電極である裏面銀バス電極１７の位置をホットプレート２３上のタブ線１の位置に合わせてホットプレート２３上に配置される。太陽電池セル１１は、ホットプレート２３の上面に形成された吸着穴からなる図示しない吸着部によってホットプレート２３に吸着されて固定された状態となる。

（第２タブ線配置工程）
図１５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、タブ線１が太陽電池セル１１上に配置された状態を示す斜視図である。ステップＳ５０の第２タブ線配置工程では、図１５に示すように４本の第２タブ線であるタブ線１が、太陽電池セル１１上に図示しないタブ線移載装置６によって配置される。タブ線１は、太陽電池セル１１の上面において太陽電池セル１１の第２面接続電極である受光面銀バス電極１４上に配置される。

（加熱工程）
図１７は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための工程図であり、加熱工程の実施状態を示す斜視図である。ステップＳ８０の加熱工程では、予備加熱により１８０±３℃に昇温されているタブ線１および太陽電池セル１１を、ホットプレート２３上に載せた状態でランプヒータ２８から赤外線２９を照射することにより、タブ線１と太陽電池セル１１とについて所望の温度プロファイルが得られる様に、既定の加熱温度にタブ線１と太陽電池セル１１とを昇降温させる。これにより、タブ線１が太陽電池セル１１の第２面接続電極である受光面銀バス電極１４および第１面接続電極である裏面銀バス電極１７にはんだ付けされ、太陽電池セル１１とタブ線１とが接合される。

本温度プロファイルにおいて、太陽電池セル１１の温度がピーク値を迎えた後に太陽電池セル１１が降温状態となり、再び予熱状態となる。この間、ランプヒータ２８には一定の電圧が印加され、ランプヒータ２８の出力は変えていない。以上の急加熱を実現するために受光面銀バス電極１４毎に対向する形でランプヒータ２８を構成してもよい。図２０は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法において用いられるランプヒータ２８の構成の一例を示す模式斜視図である。図２０に示すランプヒータ２８では、受光面銀バス電極１４の本数と一致させてランプが４分割されており、赤外線２９も各ランプから各受光面銀バス電極１４に集光されて照射される構成とされている。すなわち、図２０に示すランプヒータ２８は、各受光面銀バス電極１４用に、ランプと、ランプから照射される赤外線２９を集光して個別に受光面銀バス電極１４に照射するための光学部品とを有する。

図２５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法に従って、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだがはんだメッキされたタブ線１の裏面銀バス電極１７へのはんだ付けを行った場合の太陽電池セル１１の断面写真である。図２５では、図２２におけるＡ−Ａ線に沿った領域での、太陽電池セル１１を構成する半導体基板３１、裏面銀バス電極１７、はんだメッキ１ｂおよび銅箔１ａの積層部分のＳＥＭ写真を示している。図２６は、図２５の模式図である。

Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの組成において、銀が２．０ｗｔ％より少ない場合には、タブ線１が受光面銀バス電極１４または裏面銀バス電極１７にはんだ付けされた際に、受光面銀バス電極１４中または裏面銀バス電極１７中の銀がはんだ側に溶け出し、受光面銀バス電極１４または裏面銀バス電極１７の抵抗が増加する。このため、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの組成において、銀は２．０ｗｔ％以上であることが好ましい。また、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの組成において、銀が３．３ｗｔ％より多い場合には、はんだのコストが高くなる。このため、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの組成において、銀は３．３ｗｔ％以下であることが好ましい。

Claims (9)

1. 第１面と前記第１面に対向する第２面とを有する太陽電池セルにおける、前記第１面に設けられた第１面接続電極と、前記第２面に設けられた第２面接続電極と、にフラックスを塗布するフラックス塗布工程と、
   表面が無鉛はんだで被覆された第１タブ線と、前記第２面が上向きにされた前記太陽電池セルと、表面が無鉛はんだで被覆された第２タブ線と、をホットプレート上に積層する積層工程と、
   前記第２タブ線を押さえ装置により上部から押さえる押さえ工程と、
   前記太陽電池セルを前記ホットプレートにより既定の予備加熱温度に予備加熱する予備加熱工程と、
   前記太陽電池セルをランプヒータの赤外線により前記第２面側から既定の加熱温度に加熱する加熱工程と、
   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。
2. 前記積層工程は、
   前記ホットプレートの上面において前記太陽電池セルの第１面接続電極に対応する位置に設けられたタブ線溝に前記第１タブ線を配置する第１タブ線配置工程と、
   前記第１面接続電極の位置を前記第１タブ線の位置に合わせて前記太陽電池セルを前記ホットプレート上に配置する太陽電池セル配置工程と、
   前記太陽電池セルの前記第２面接続電極上に前記第２タブ線を配置する第２タブ線配置工程と、
   を有す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の製造方法。
3. 前記フラックス塗布工程では、前記太陽電池セルである第１太陽電池セルと第２太陽電池セルに対してフラックスを塗布し、
   前記積層工程では、前記第１太陽電池セルと前記第２太陽電池セルとを隣り合わせて配置し、前記第１太陽電池セルの前記第１面接続電極と第２太陽電池セルの前記第２面接続電極とを前記第１タブ線により接続して、太陽電池ストリングを形成し、
   前記加熱工程では、前記第１太陽電池セルと前記第２太陽電池セルとに対して個別に加熱が実施され、
   前記予備加熱工程では、前記第１太陽電池セルと前記第２太陽電池セルとの前記加熱工程が終了するまで予備加熱を保持すること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
4. 前記予備加熱工程における前記予備加熱温度が、１７７℃から１８３℃であり、
   前記加熱工程における前記加熱温度が２４８℃から２６４℃であること、
   を特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
5. 前記加熱工程において前記太陽電池セルを前記予備加熱温度から前記加熱温度に加熱する時間が３．６秒から３．８秒であり、
   前記加熱工程後に前記太陽電池セルを前記加熱温度から前記予備加熱温度に冷却する時間が７．０秒から９．０秒であること、
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
6. 前記押さえ工程において前記第２タブ線を押さえる力が、１点あたり１．０Ｎから３．５Ｎであること、
   を特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
7. 前記第１タブ線および前記第２タブ線は、銅線の表面がＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだにより被覆されてなること、
   を特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
8. 前記Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの組成は、銀が２．０ｗｔ％から３．３ｗｔ％であり、銅が０．４ｗｔ％から３．０ｗｔ％であり、残りが錫であること、
   を特徴とする請求項７に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
9. 前記フラックスは、エステル化合物と、ロジン系樹脂酸または変性ロジンと、を有すること、
   を特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の太陽電池モジュールの製造方法。