KR101594973B1 - 태양전지 셀 전극의 접속용 시트, 태양전지 모듈의 제조 방법 및 태양전지 모듈 - Google Patents

태양전지 셀 전극의 접속용 시트, 태양전지 모듈의 제조 방법 및 태양전지 모듈 Download PDF

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Abstract

태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극과 배선 부재를 도전성 접착 재료를 통하여 가열 및 가압하여 접속할 때, 가열 및 가압 부재와 상기 배선 부재 사이에 개재시켜 사용하는 폴리머 시트인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.

Description

태양전지 셀 전극의 접속용 시트, 태양전지 모듈의 제조 방법 및 태양전지 모듈{CONNECTION SHEET FOR SOLAR BATTERY CELL ELECTRODE, PROCESS FOR MANUFACTURING SOLAR CELL MODULE, AND SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양전지 셀 전극의 접속용 시트 및 이것을 사용한 태양전지 모듈의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극과 배선 부재와 도전성 접착 재료, 특히, 도전성 수지 접착제를 통하여 가열 및 가압하여 접속할 때에 사용되고, 내열성이 양호하며, 고온하에서 압착이 행해져도 열화가 작고, 기계적인 응력에 대해서도 내구성이 양호한 폴리머 시트인 태양전지 셀 전극의 접속용 시트, 이 시트를 사용한 태양전지 모듈의 제조 방법에 관한 것이며, 게다가, 이것에 의해 얻어진 휨이나 깨짐의 문제가 없는 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지 셀에는, 그 전력을 취출하기 위하여, 태양전지 셀의 전극에 도전성의 배선 부재가 접속되어 있다. 배선 부재로서는, 대부분의 경우, 평각 형상의 동박 표면에 땜납 코팅한 것이 사용되고, 태양전지 셀의 전극과 배선 부재는 땜납에 의해 접속되어 있다(특허문헌 1, 2: 일본 특개 2004-204256호, 동 2005-50780호 공보). 이러한 땜납 접속에는, 비교적 고온이 필요하게 되어, 발전을 담당하는 반도체 구조부나, 전극부와의 땜납부, 전극 부재의 열수축율의 차이에 의해 접속부에 응력이 걸리기 때문에, 태양전지 셀의 휨이나 깨짐의 원인이 되고 있다.
이 대책으로서, 땜납 접속에 있어서, 응력을 완화하는 기술이 여러 가지 제안되어 있다(특허문헌 3∼6: 일본 특개 2006-54355호, 동 2005-191200호, 동 2005-302902호 공보, 일본 특개 소61-284973호 공보). 그렇지만, 상기의 대책으로는 충분하지 않기 때문에, 땜납 대신에 절연성 수지와 도전성 입자를 포함하는 도전성 수지 접착제를 사용하는 것이 제안되어 있다(특허문헌 7∼11: 일본 특개 2005-101519호, 동 2007-158302호, 동 2007-214533호, 동 2008-294383호, 동 2008-300403호 공보).
이 절연성 수지와 도전성 입자를 포함하는 도전성 수지 접착제에 의해, 태양전지 셀의 전극과 배선 부재를 접속하기 위해서는, 가열 및 압착 공정이 필요하게 된다. 절연성 수지와 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전성 접착제를 사용하여, 가열·가압해서 미세한 리드전극끼리의 접속을 행하는 기술은 액정 디스플레이를 중심으로 하여 널리 실용화되어 있다. 이 때, 가열·가압 부재와 피압착 부재 사이에 사용되는 열압착용 실리콘 고무 시트는 잘 알려져 있다.(특허문헌 12∼14: 일본 특개 평5-198344호, 동 6-36853호, 동 6-289352호 공보)
또한 실리콘 고무에 수분을 제외한 휘발분이 0.5% 이하인 카본블랙을 배합하여 내열성을 개량한 것(특허문헌 15: 일본 특개 평7-11010호 공보)이나, BET 비표면적이 100m2/g 이상의 카본블랙을 배합함으로써, 내열성을 더욱 개량한 열압착용 실리콘 고무 시트(특허문헌 16: 일본 특개 2003-261769호 공보)나, 불소계 재료 적층 시트(특허문헌 17: 일본 특허 제3169501호 공보) 등이 제안되어 있다.
그러나, 태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극과 배선 부재를, 절연성 수지 및 도전성 입자를 포함하는 도전성 접착제에 의해, 가열 및 가압 접속할 때에, 가열 및 가압 부재와 배선 부재 사이에 폴리머로 이루어지는 시트를 개재시키는 것은 제안도 검토도 되어 오지 않았다. 따라서, 그 시트의 재질이나 구조에 대해서도 검토되어 있지 않다. 또한, 금속 규소 분말을 배합한 실리콘 고무로서 특허문헌 18∼22(일본 특개 평3-14873호 공보, 일본 특개 2000-63670호, 동 2007-138100호, 동 2007-171946호, 동 2007-311628호 공보)가 알려져 있지만, 이것들은 모두 태양전지 셀의 전극과 배선 부재의 접속 공정에서 사용하는 실리콘 고무 시트로의 응용을 고려하고 있지 않아, 태양전지 셀의 휨, 깨짐 문제를 해결하기 위한 최적화는 이루어져 있지 않았다.
일본 특개 2004-204256호 공보 일본 특개 2005-50780호 공보 일본 특개 2006-54355호 공보 일본 특개 2005-191200호 공보 일본 특개 2005-302902호 공보 일본 특개 소61-284973호 공보 일본 특개 2005-101519호 공보 일본 특개 2007-158302호 공보 일본 특개 2007-214533호 공보 일본 특개 2008-294383호 공보 일본 특개 2008-300403호 공보 일본 특개 평5-198344호 공보 일본 특개 평6-36853호 공보 일본 특개 평6-289352호 공보 일본 특개 평7-11010호 공보 일본 특개 2003-261769호 공보 일본 특허 제3169501호 공보 일본 특개 평3-14873호 공보 일본 특개 2000-63670호 공보 일본 특개 2007-138100호 공보 일본 특개 2007-171946호 공보 일본 특개 2007-311628호 공보
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극과 배선 부재를 도전성 접착제를 통하여 가열 및 가압하여 접속할 때, 가열 및 가압 부재와 배선 부재 사이에 개재시켜 사용되고, 높은 내열성 및 내구성을 갖고, 땜납이나 배선 부재의 금속 등과 들러붙지 않고, 수율 좋고, 고품질인 태양전지 및 태양전지 모듈의 제조가 가능하게 되는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트, 이 접속용 시트를 사용한 태양전지 모듈의 제조 방법 및 이것에 의해 얻어지는 태양전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 검토를 거듭한 결과, 태양전지 셀의 전극과 배선 부재를 도전성 접착제, 특히 도전성 수지 접착제를 통하여 가열·가압하여 접속할 때, 가열·가압 부재와 배선 부재 사이에, 바람직하게는 내열성 수지, 불소 고무 및 실리콘 고무로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 폴리머 시트를 개재시키는 것이 태양전지 셀의 박막화에 의한 휨이나 깨짐의 대책으로서 유용한 것을 발견했다. 게다가, 이 폴리머 시트의 경도, 탄력성, 열전도성, 비접착성의 최적화가 극히 중요한 것을 알았다. 즉, 열전도성을 높이기 위해서는, 열전도성 충전제를 배합하는 것이 적합하고, 금속 규소 분말이나 결정성 이산화규소 분말을 사용한 경우에는, 폴리머 시트의 압축 영구변형을 작게 하는 것이 가능하게 되기 때문에, 압착에 기초하는 영구 변형에 의한 열화를 작게 할 수 있는 것을 알았다. 따라서, 최적화된 폴리머 시트인 태양전지 셀 전극의 접속용 시트를 사용함으로써 단일 셀로 이루어지는 태양전지나 태양전지 모듈의 제조 공정에 있어서, 접점 불량에 의한 발전효율의 저하를 일으키지 않고, 양호하게 도전성 접착 재료를 가열·가압 접착하는 것을 용이하게 할 수 있고, 배선 부재나 도전성 접착제 등에 들러붙지 않고, 시트의 동일 개소를 반복해서 사용하여, 접속 가능한 것을 발견하고, 본 발명을 이루게 되었다.
즉, 본 발명은 하기 태양전지 셀 전극의 접속용 시트, 태양전지 모듈의 제조 방법 및 태양전지 모듈을 제공한다.
[청구항 1]
태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극과 배선 부재를 도전성 접착 재료를 통하여 가열 및 가압하여 접속할 때, 가열 및 가압 부재와 상기 배선 부재 사이에 개재시켜 사용하는 폴리머 시트인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 2]
상기 폴리머 시트가 내열성 수지, 불소 고무 및 실리콘 고무로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 청구항 1기재의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 3]
상기 내열성 수지가 유리전이 온도가 200℃ 이상 또는 융점이 300℃ 이상인 불소 수지 및 폴리아미드계 수지로부터 선택되는 1종 이상인 청구항 2 기재의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 4]
상기 폴리머 시트가 무기물 및/또는 내열성 수지로 이루어지는 클로스 및/또는 섬유로 보강되어 이루어지는 청구항 1∼3 중 어느 1항에 기재된 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 5]
상기 폴리머 시트가 금속, 금속산화물, 금속질화물, 금속탄화물, 금속수산화물 및 탄소의 동소체로부터 선택되는 1종 이상의 무기물로 이루어지는 열전도성 충전제를 함유하는 청구항 1∼4 중 어느 1항에 기재된 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 6]
상기 폴리머 시트가,
(A) 평균 중합도가 100 이상인 가교성 오가노폴리실록산: 100질량부,
(B) 금속, 금속산화물, 금속질화물, 금속탄화물, 금속수산화물 및 탄소의 동소체로부터 선택되는 적어도 1종의 열전도성 분말: 0∼600질량부,
(C) 카본블랙 분말: 0∼80질량부,
(D) BET 비표면적이 50m2/g 이상인 보강성 실리카 분말: 0∼50질량부
및,
(E) 경화제: 경화 유효량
을 포함하는 실리콘 고무 조성물을 시트 형상으로 성형하고 가열 경화시켜 이루어지는 실리콘 고무 시트인 청구항 1∼5 중 어느 1항에 기재된 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 7]
(B) 성분인 열전도성 분말이 5질량부 이상 배합되고, 평균 입경 1∼50㎛의 금속 규소 분말인 청구항 6 기재의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 8]
상기 금속 규소 분말이 표면에 강제 산화막이 형성되어 이루어지는 청구항 7 기재의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 9]
(B) 성분인 열전도성 분말이, 5질량부 이상 배합되고, 평균 입경 1∼50㎛의 결정성 이산화규소 분말인 청구항 6기재의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
상기 실리콘 고무 시트의 23℃에서의 절단시 신률이 40∼1,000%, 타입A 듀로미터에서의 경도가 10∼90인 청구항 6∼9 중 어느 1 항에 기재된 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 11]
열전도율이 0.3W/mK 이상인 청구항 1∼10 중 어느 1 항에 기재된 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 12]
청구항 2∼11 중 어느 1 항에 기재된 폴리머 시트로부터 선택되는 2종 이상의 시트를 적층시켜 이루어지는 청구항 1 기재의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 13]
두께가 0.01∼1mm인 청구항 1∼12 중 어느 1 항에 기재된 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 14]
상기 배선 부재가 띠 형상의 도전성 부재인 청구항 1∼13 중 어느 1 항에 기재된 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 15]
상기 배선 부재가 Cu, Ag, Au, Fe, Ni, Zn, Co, Ti, Pb 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 원소를 포함하는 청구항 1∼14 중 어느 1 항에 기재된 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 16]
상기 배선 부재가 땜납으로 피복되어 이루어지는 청구항 1∼15 중 어느 1 항에 기재된 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 17]
상기 도전성 접착 재료가 절연성 수지 및 도전성 입자를 함유하는 도전성 수지 접착제인 청구항 1∼16 중 어느 1 항에 기재된 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 18]
상기 도전성 접착 재료가 필름 형상인 청구항 1∼17 중 어느 1 항에 기재된 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 19]
상기 도전성 접착 재료가 땜납인 청구항 1∼16 중 어느 1 항에 기재된 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 20]
상기 도전성 접착 재료가 배선 부재 위에 형성되어 이루어지는 청구항 1∼19 중 어느 1 항에 기재된 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
[청구항 21]
태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극과 배선 부재를 도전성 접착 재료를 통하여 가열 및 가압하여 접속할 때, 가열 및 가압 부재와 상기 배선 부재 사이에 청구항 1∼20 중 어느 1 항에 기재된 접속용 시트를 개재시켜 가열 및 가압하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조 방법.
[청구항 22]
태양전지 셀 표면에 설치된 전력을 취출하기 위한 표면 전극 및 이면 전극과 배선 부재를 각각 도전성 접착 재료를 통하여 가열 및 가압하여 접속할 때, 가열 및 가압 부재와 상기 배선 부재와의 사이에 청구항 1∼20 중 어느 1 항에 기재된 접속용 시트를 개재시켜, 상기 표면 전극 및 이면 전극과 상기 배선 부재를 각각 동시에 가열 및 가압하여 접속하는 청구항 21 기재의 태양전지 모듈의 제조 방법.
[청구항 23]
태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극과 배선 부재가 접속된 단일의 태양전지 셀로 구성되는 태양전지 모듈로서, 청구항 21 또는 22 기재의 제조 방법에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
[청구항 24]
청구항 23 기재의 태양전지 셀이 복수 배열되고, 서로 인접하는 상기 태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극이 배선 부재에 의해 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
본 발명에 의하면, 태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극과 배선 부재를, 도전성 접착 재료를 통하여 가열 및 가압하여 접속할 때, 폴리머 시트로 이루어지는 최적화된 태양전지 셀 전극의 접속용 시트를 가열 및 가압 부재와 배선 부재와의 사이에 개재시켜 사용하므로, 피가열·가압부 전체면을 균일한 온도 및 압력으로 압착할 수 있다. 그 결과, 접점 불량이 없고, 확실한 접속이 가능하게 되어, 고품질이고 장기 내구성도 양호한 단일의 태양전지 셀로 이루어지는 태양전지와, 복수의 태양전지 셀이 배열하여 접속한 구조의 태양전지 모듈을 안정적으로 제조하여, 시장에 공급할 수 있다.
특히, 도전성 접착 재료로서 절연성 수지와 도전성 입자를 함유한 도전성 수지 접착제를 사용하는 경우에는, 태양전지 셀의 휨이나 깨짐의 문제를 해소한 태양전지 셀과 태양전지 모듈을 안정적으로 제조하여, 시장에 공급할 수 있다. 향후, 태양전지 셀의 박막화가 진행될 것으로 예측되고 있어, 더욱 큰 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트는 압착 시에 밀려나온 도전성 접착 재료와 가열 및 가압 부재와의 들러붙음을 방지하거나, 도전성 접착 재료가 가열 및 가압 부재 위에 퇴적되는 것을 방지하거나 하는 효과도 있다. 가열 및 가압 부재는, 통상, 금속제의 단단한 것이기 때문에, 접속용 시트는 압착 시의 가열 및 가압 부재로부터의 충격을 완화시켜, 태양전지 셀의 깨짐을 방지하는 역할도 담당한다.
또한 본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트는, 압착 시에 접촉하는 배선 부재, 도전성 접착 재료, 표면 전극 등의 부재에 비접착성을 가짐으로써 시트의 동일 개소를 사용하여, 반복해서 압착이 가능하게 되어, 비용 삭감 및 노동력이 절감된 신뢰성이 있는 접속이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 사용한 태양전지 셀 및 접속용 시트의 단면도이다.
도 2는 태양전지 셀 접속의 1 예를 도시한다. a는 평면도이고, b는 단면도이며, c는 태양전지 셀의 단면 확대도이다.
본 발명의 전극 접속용 시트는, 태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극과 배선 부재를 도전성 접착 재료를 통하여 가열 및 가압하여 접속할 때, 가열 및 가압 부재와 상기 배선 부재 사이에 개재시켜 사용되고, 바람직하게는 내열성 수지, 불소 고무 및 실리콘 고무로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 폴리머 시트인 것을 특징으로 한다.
태양전지의 종류
본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트가 사용되는 태양전지 셀의 종류로서는, 전력을 취출하기 위한 전극이 구비된 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 그 태양광을 광전 변환하여 전력을 발생시키는 재료에 의해, 실리콘계, 화합물계, 유기계 등을 들 수 있다. 예를 들면, 실리콘계의 경우에는 단결정 실리콘형, 다결정 실리콘형, 미세결정 실리콘형, 아몰포스 실리콘형, 결정 실리콘과 아몰포스 실리콘의 하이브리드형(HIT형) 등을 들 수 있다. 화합물계의 경우에는 GaAs 단결정 등의 III-V족계의 것, CIS계(칼코피라이트계)로 불리는 I-III-V족 화합물로 이루어지는 것, 예를 들면, Cu(In, Ga)Se2, Cu(In, Ga)(Se, S)2, CuInS2 등이며, 각각 CIGS, CIGSS, CIS로 불리는 것, CdTe-CdS계 등을 들 수 있다. 유기계의 경우에는 색소 증감형, 유기 박막형 등을 들 수 있다. 또한 그 두께에 의한 분류에서는, 비교적 두꺼운 결정계의 태양전지와, 유리 위나 필름 위에 얇게 제막한 박막 태양전지를 들 수 있다.
압착계
태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극의 형상으로서는, 예를 들면, 핑거, 버스바라고 불리는 집전 전극을 은 등을 주성분으로 하여 형성되어 있어도 되고, 특히 집전 전극을 설치하지 않은 구조이어도 되고, 이것들에 한정되는 것은 아니다.
배선 부재는, 예를 들면, 단면이 평각 형상을 갖는 띠 형상의 도전성 부재인 것이 바람직하고, 재질로서는 Cu, Ag, Au, Fe, Ni, Zn, Co, Ti, Pb 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라, 배선 부재가 땜납으로 피복된 것을 사용해도 된다.
도전성 접착 재료는 절연성 수지와 도전성 입자를 함유하는 도전성 수지 접착제가 적합하고, 페이스트 형상으로 사용할 수도 있지만, 필름 형상으로 성형한 것을 사용함으로써 제조 공정을 간략화할 수 있기 때문에 적합하다. 또한, 미리 배선 부재 위에 형성한 것을 사용할 수도 있다. 도전성 접착 재료에 사용하는 절연성 수지는 에폭시계, 아크릴계, 페녹시계, 폴리이미드계, 실리콘계, 우레탄계나 그것들을 변성한 것 등으로부터 임의의 것을 선택할 수 있고, 이것들을 혼합하여 사용해도 되고, 이것들에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는, 열경화형의 에폭시 수지, 아크릴 수지에 아크릴 고무 또는 부틸 고무 성분을 함유하고, 동적 점탄성율이 1×103∼1×1010Pa 등의 수지를 들 수 있다. 또한 필요에 따라, 도전성 접착 재료로서 땜납을 사용할 수 있다.
상기 수지 접착제에 혼합하여 사용되는 도전성 입자로서는 Cu, Ag, Au, Fe, Ni, Zn, Co, Ti, Pb, Mg, 땜납 등의 입자, 스티렌 등의 수지, 유리나 실리카 입자 표면에 상기 금속으로부터 선택되는 금속을 도금 처리한 입자 등의 금속 입자를 들 수 있고, 이들 입자의 평균 입경은 1∼100㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2∼80㎛이다. 또한, 평균 입경은 레이저 회절법에 의한 입도분포 측정 장치를 사용하여, 누적 중량 평균값(D50)(또는 메디안 직경) 등으로서 구할 수 있다.
태양전지 셀 전극의 접속용 시트 재질, 구성
본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트는 절연성 수지와 도전성 입자를 함유하는 도전성 수지 접착 재료를 가열 경화시키거나, 땜납을 용융시키거나 하기 위하여, 통상 300℃ 이상으로 뜨거워져진 배선 부재 접속 장치의 가열·가압 부재에 접촉하여 사용되는 경우가 많기 때문에, 내열성이 필요하므로, 그 재질은 내열성의 고분자 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는 내열성 수지, 불소 고무, 실리콘 고무로부터 선택되어 이루어지는 1종 이상의 폴리머이다. 또한, 내열성 수지로서는 그 유리전이 온도가 200℃ 이상 또는 융점이 300℃ 이상인 불소 수지 및 폴리아미드계 수지로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 내열성 수지의 유리전이 온도 또는 융점의 상한값은 특별히 제한되지 않지만, 통상, 500℃ 이하인 것이 바람직하다.
예를 들면, 융점이 300℃ 이상의 불소 수지로서는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 폴리3불화염화에틸렌(PTFCE), 폴리불화비닐리덴(PVDF) 등을 들 수 있지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다. 유리전이 온도가 200℃ 이상의 폴리아미드계 수지로서는 방향족 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 방향족 폴리아미드, 폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드 등을 예시할 수 있지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다. 아라미드 섬유에 함침시킨 내열 시트 등의 수지계 시트도 예시할 수 있다. 상기로부터 변성되는 내열성의 불소계 고무도 사용할 수 있다.
본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트는 가열·가압 부재로부터의 열을 도전성 접착 부재에 전할 필요가 있기 때문에, 어느 정도 열전도율이 높은 쪽이 바람직하다. 고분자 재료의 열전도율은 비교적 낮으므로, 고분자 재료 중에 무기물로 이루어지는 열전도성 충전제를 첨가함으로써 시트의 열전도율을 높이는 것이 바람직하다. 무기물로 이루어지는 열전도성 충전제로서는 금속, 금속산화물, 금속질화물, 금속탄화물, 금속수산화물, 및 탄소의 동소체로부터 선택되는 1종 이상의 재료인 것이 바람직하다. 금속으로 이루어지는 열전도성 충전제로서는 금속 규소, 알루미늄, 금,은, 구리, 철, 니켈 및 이것들의 합금 중 선택되는 1종 이상의 금속 분말인 것이 바람직하다. 금속산화물로서는 산화아연, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 이산화규소, 산화철 등, 금속질화물로서는 질화붕소, 질화알루미늄, 질화규소 등, 금속탄화물로서는 탄화규소, 탄화붕소 등, 금속수산화물로서는 수산화알루미늄 등, 탄소의 동소체로서는 각종 탄소 섬유나 흑연 등을 사용할 수 있다. 이들 열전도성 충전제의 배합량은 상기 고분자 재료 100질량부에 대하여 10∼3000질량부인 것이 바람직하다.
태양전지 셀 전극의 접속용 시트가 실리콘 고무의 경우
다음에 본 발명에 사용되는 실리콘 고무를 형성하기 위한 실리콘 고무 조성물 에 대하여 설명한다.
[조성물]
본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트에 필요한 주요 특성으로서는 쿠션성, 내열압착성, 열전도성을 들 수 있다. 실리콘 고무는, 특히 적당한 쿠션성을 가지도록 신률이나 경도를 조정하는 것이 용이하고, 내열압착성도 양호하며, 열전도성 충전제의 첨가로 열전도율을 높일 수 있기 때문에, 본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트의 재료로서 적합하다.
본 발명에서 사용되는 실리콘 고무 조성물로서는, 예를 들면,
(A) 평균 중합도가 100 이상인 오가노폴리실록산 및
(E) 경화제
를 포함하고, 필요에 따라
(B) 금속, 금속산화물, 금속질화물, 금속탄화물, 금속수산화물 및 탄소의 동소체로부터 선택되는 적어도 1종의 열전도성 분말,
(C) 카본블랙 분말,
(D) BET 비표면적이 50m2/g 이상인 보강성 실리카 분말
을 배합하여 이루어지는 것을 들 수 있다.
본 발명에 사용되는 실리콘 고무 조성물에 있어서의 (A)∼(E) 성분에 대하여 설명한다.
(A) 성분:
본 발명에서 사용하는 (A) 성분인, 평균 중합도 100 이상의 가교성 오가노폴리실록산은, 예를 들면, 다음 평균 조성식 (1)로 표시된다.
RnSiO(4-n)/2 ····(1)
(단, (1)식 중의 n은 1.9∼2.4의 정수, R은 치환 또는 비치환 중 1가의 탄화수소기를 나타낸다.)
R로 표시되는 치환 또는 비치환의 1가 탄화수소기의 구체예로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기 등의 알킬기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등의 시클로알킬기, 비닐기, 알릴기 등의 알케닐기, 페닐기, 톨릴기 등의 아릴기, 또는, 이들 기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 염소 원자, 불소 원자 등의 할로겐 원자로 치환된 할로겐화탄화수소기 등이 예시된다.
(A) 성분의 오가노폴리실록산으로서는 주쇄가 디메틸실록산 단위로 이루어지는 것, 또는 이 오가노폴리실록산의 주쇄에 메틸기, 비닐기, 페닐기, 트리플루오로프로필기 등의 유기기를 도입한 것이 바람직하다. 특히, 상기 유기기의 0.0001∼10몰%가 비닐기이며, 또한 80몰% 이상이 메틸기인 것이 바람직하다. 또 분자쇄 말단이 트리오가노실릴기 또는 수산기로 봉쇄된 것이 바람직하다. 이 트리오가노실릴기로서는 트리메틸실릴기, 디메틸비닐실릴기, 트리비닐실릴기 등이 예시된다.
(A) 성분의 오가노폴리실록산으로서는 1종만을 사용해도 복수종을 혼합하여 사용해도 되지만, 상기 (1)식으로 표시되는 (A) 성분의 오가노폴리실록산 분자 전체가 갖는 전체 R의 0.10∼0.50몰%가 비닐기인 것이 바람직하다. 또 본 발명에서는, (1)식으로 표시되는 (A) 성분의 평균 중합도는 100 이상, 특히 200 이상인 것이 바람직하다. 평균 중합도가 100 미만이면, 경화 후의 기계적 강도가 뒤떨어지는 경우가 있다. 평균 중합도의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 100,000 이하, 특히 50,000 이하인 것이 바람직하다. 또한, 평균 중합도는 겔 퍼미에이션 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리스티렌 환산값이다.
(B) 성분:
(B) 성분은 열전도성을 주기 위하여 첨가하는 것으로, 높은 열전도율이 필요한 경우에 사용하는 것이다. 이것은 금속, 금속산화물, 금속질화물, 금속탄화물, 금속수산화물 및 탄소의 동소체로부터 선택되는 적어도 1종의 열전도성 분말이며, 본 발명의 실리콘 고무 시트에 열전도성을 부여하는 충전제이다. 이들 구체예는 금속으로서는 금, 은, 구리, 철, 금속 규소, 니켈, 알루미늄 및 이것들의 합금 등, 금속산화물로서는 산화아연, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 이산화규소, 산화철 등, 금속질화물로서는 질화붕소, 질화알루미늄, 질화규소 등, 금속탄화물로서는 탄화규소, 탄화붕소 등, 금속수산화물로서는 수산화알루미늄 등, 탄소의 동소체로서는 각종 탄소 섬유나 흑연 등이 예시되지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다.
상기의 열전도성 분말 중에서도, 특히 금속 규소 분말이나 결정성 이산화규소 분말이 적합하다. 이들 분말을 사용함으로써, 압축성형 변형을 작게 하는 것이 가능하게 되어, 반복 압착에 의해 발생하는 영구변형에 의한 열화가 작아지므로, 내구성이 우수한 열압착용 실리콘 고무 시트의 실현이 가능하게 된다. 또한 양쪽 분말 모두 저비중으로, 시트의 비중을 가볍게 할 수 있으므로, 열압착용 실리콘 고무 시트의 취급성이 양호하게 된다.
이들 분말의 형상은 구상, 타원상, 편평상, 모난 부정형, 둥근 부정형, 침상 등의 어느 것이어도 되며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 금속 규소의 경우에는, 구상, 분쇄에 의한 부정형 등을 예시할 수 있다.
또한 열전도성 분말의 순도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 열전도성을 부여하는 관점에서 50질량% 이상인 것이 바람직하고, 특히 80질량% 이상, 더욱 바람직하게는 95질량% 이상이다.
여기에서, 본 발명에 사용하는 금속 규소 분말의 제조 방법으로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 규석을 환원하여 금속 규소로 한 것을 볼밀 등 기존의 파쇄기나 분쇄기로 분쇄한 것, 반도체 제조 공정 등으로부터 발생하는 금속 규소(웨이퍼)나 절삭 부스러기 등을 원료로 하여 미분화한 것 등, 분쇄법에 의해 분말화한 것, 금속 규소를 고온에서 용융한 것을 기상법으로 미립자화하고, 냉각, 고화하여 구상 입자로 한 것 등의 구형 금속 규소 분말(여기에서 "구상" 또는 "구형"이란 개개의 입자 표면에 날카롭게 뾰족해진 에지 부분이 없는, 매끄러운 형상인 것을 의미하는 것으로, 통상, 장경/단경의 비율(애스팩트비)이 1.0∼1.4, 바람직하게는 1.0∼1.2 정도의 것을 나타낸다.) 등을 들 수 있고, 금속 규소의 결정구조의 단결정, 다결정은 임의이다. 미립자화한 금속 규소 분말의 순도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 열전도성 부여의 관점에서 50질량% 이상(즉, 50∼100질량%)이 적합하고, 보다 바람직하게는 80질량% 이상(80∼100질량%), 더욱 바람직하게는 95질량% 이상(95∼100질량%)인 것이 바람직하다. 순도가 높은 금속 규소 분말은 표면의 자연 산화막에 결함이 없고, 고온 열안정성이 양호하게 된다.
또한 산화막을 설치하기 위해서는 분체 유동층에서 공기 유동시키면서 100℃ 이상의 가열 처리를 1시간 이상 행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용하는 (B) 성분의 금속 규소 분말이나 결정성 이산화규소 분말 등의 평균 입경은 50㎛ 이하이며, 바람직하게는 1∼50㎛, 보다 바람직하게는 1∼25㎛, 특히 2∼25㎛인 것을 사용한다. 평균 입경이 1㎛ 미만의 입자는 제조가 곤란함과 아울러, 다량으로 배합하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있어, 50㎛를 초과하면 고무 경화물의 기계적 강도가 손상되는 경우가 있을 뿐만 아니라, 시트로서의 표면 성능에 문제가 생길 우려가 있다.
또한, 평균 입경은 레이저광 회절법 등에 의한 입도분포 측정 장치를 사용하여, 누적 중량 평균값(D50)(또는 메디안 직경) 등으로서 구할 수 있다.
또한 (B) 성분의 금속 규소 분말은 실리콘 고무 조성물의 열안정성이나 분체의 배합성의 향상을 목적으로 하여, 실란계 커플링제 또는 그 부분 가수분해물, 알킬알콕시실란 또는 그 부분 가수분해물, 유기 실라잔류, 티타네이트계 커플링제, 오가노폴리실록산 오일, 가수분해성 작용기 함유 오가노폴리실록산 등에 의해 표면처리된 것이어도 된다. 이들 처리는 무기 분체 자체를 미리 처리해도, 또는 (A) 성분과의 혼합시에 처리를 행해도 된다.
본 발명에 있어서의 (B) 성분의 배합량은 (A) 성분 100질량부에 대하여 0∼600질량부이어도 되지만, 특히 5∼400질량부의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 600질량부보다 많으면 배합이 곤란하게 됨과 아울러, 성형 가공성이 나빠짐과 아울러, 시트의 강도가 약해지는 경우가 있다.
(C) 성분:
본 발명에서 사용하는 (C) 성분인 카본블랙 분말은 실리콘 고무 시트의 기계적 강도, 특히 가열시의 기계적 강도를 향상시켜 내열성을 향상시킴과 아울러, 열전도성 및 도전화함으로 인한 대전방지성을 부여할 때에 사용하는 것이다.
카본블랙은, 그 제조 방법에 따라, 퍼니스 블랙, 채널 블랙, 써멀 블랙, 아세틸렌 블랙 등으로 분류되고, 또한 통상, 유황 등의 불순물을 포함하는 경우가 많다. 본 발명에서는, 물 이외의 휘발분이 0.5질량% 이하의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 아세틸렌 블랙은 불순물이 적으므로 적합하다. 상기 물 이외의 휘발분의 측정 방법은 JIS K 6221의 "고무용 카본블랙 시험 방법"에 기재되어 있다. 구체적으로는 도가니 속에 카본블랙을 규정량 넣고, 950℃에서 7분간 가열한 후의 휘발 감량을 측정한다.
또한 (C) 성분의 카본블랙의 평균 입경은 10∼300nm의 범위인 것이 바람직하고, 특히 15∼100nm의 범위인 것이 바람직하다. 또한 BET 비표면적은 20∼300m2/g인 것이 바람직하고, 특히, 30∼200m2/g인 것이 바람직하다. 카본블랙의 형상은 분체, 침상 어느 것이어도 된다.
카본블랙의 평균 입경에 대해서는, 전자현미경을 사용하여 촬영한 사진으로부터 1차입자 직경을 측정하고, 구한 입자직경을 산술평균하는, 소위 전자현미경법에 의한 평균 입경이다. 또한, 통상, 카본블랙은 1차입자가 응집하여 2차입자를 형성하고 있는데, 여기에서 말하는 평균 입경은 그 2차입자의 평균 입경이 아니고, 1차입자의 평균 입경을 말한다.
본 발명에 있어서의 (C) 성분의 배합량은 (A) 성분 100질량부에 대하여 0∼80질량부이며, 특히 5∼75질량부의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 80질량부를 초과하면 균일하게 배합하는 것이 곤란하게 되는데다, 얻어지는 조성물의 성형 가공성이 극히 나빠지는 경우가 있다.
(D) 성분:
본 발명에서 사용하는 (D) 성분인 BET 비표면적이 50m2/g 이상인 보강성 실리카 분말로서는 친수성 또는 소수성의 흄드 실리카(건식 실리카)나, 침강 실리카(습식 실리카), 결정성 실리카, 석영 등을 들 수 있고, 이것들은 1종 단독으로 사용할 수도, 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 흄드 실리카나 침강 실리카는 보강성의 점에서 BET 비표면적이 50m2/g 이상인 것이 바람직하지만, 통상은, 50∼800m2/g, 특히 100∼500m2/g 정도의 것을 사용하는 것이 좋다. 비표면적이 50m2/g 미만에서는, 보강 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다.
이러한 실리카 중, 시판되고 있는 친수성의 실리카로서는 Aerosil 130, 200, 300(닛폰아에로질(주) 또는 Degussa사제의 상품명), Cabosil MS-5, MS-7(Cabot사제의 상품명), Rheorosil QS-102, 103(토쿠야마(주)제의 상품명), Nipsil LP(니혼실리카고교(주)제의 상품명) 등을 들 수 있다. 또한 소수성 실리카로서는 Aerosil R-812, R-812S, R-972, R-974(Degussa사제의 상품명), Rheorosil MT-10(토쿠야마(주)제의 상품명), Nipsil SS 시리즈(니혼실리카고교(주)제의 상품명) 등을 들 수 있지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서의 (D) 성분의 배합량은 (A) 성분 100질량부에 대하여 0∼50질량부이지만, 5∼35질량부인 것이 보다 바람직하고, 특히 10∼30질량부인 것이 바람직하다. 50질량부보다 많아지면, 실리콘 고무 조성물의 가소도가 지나치게 높아져 성형성이 나빠지거나, 경화 후의 고무가 지나치게 딱딱해지거나 하는 경우가 있다.
(E) 성분:
본 발명에서 사용하는 (E) 성분인 경화제는 통상 실리콘 고무의 경화에 사용되고 있는 공지의 것 중에서 적당히 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 경화제로서는, 예를 들면,
a) 라디칼 반응에 사용되는 디-t-부틸퍼옥시드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 디쿠밀퍼옥시드 등의 유기 과산화물;
b) (A) 성분의 오가노폴리실록산이 알케닐기를 갖는 경우에는, 부가반응 경화제로서 규소 원자에 결합한 수소 원자를 1분자 중에 2개 이상 함유하는 오가노하이드로겐폴리실록산과, 백금, 팔라듐 등의 백금족 금속계 촉매와의 조합; 등이 예시된다. 본 발명에서는, 반응을 제어하기 쉬운 것, 반응 잔사가 남지 않는 것 등의 이유에서, b)의 부가반응 경화제쪽이 바람직하지만, 필요에 따라 양자를 병용해도 된다.
이들 경화제의 첨가량은 통상의 실리콘 고무의 경우와 동일하게 하면 되지만, 일반적으로는 다음과 같다.
경화제 a)에 대해서는, (A) 성분의 오가노폴리실록산 100질량부당, 0.1∼20질량부 사용하는 것이 바람직하다.
경화제 b)에 대해서는, 상기 규소 원자에 결합한 수소 원자를 1분자 중에 2개 이상 함유하는 오가노하이드로겐실록산을, (A) 성분의 알케닐기 1몰당, 이 오가노하이드로겐실록산이 갖는 규소 원자에 결합하는 수소 원자가 0.5∼5몰이 되는 양으로 함과 아울러, 백금족 금속계 촉매의 양이, (A) 성분에 대하여, 금속분으로서 0.1∼1,000ppm(질량 기준)이 되는 범위가 바람직하다.
그 밖의 성분:
본 발명의 실리콘 고무 조성물에는, 필요에 따라 또한 산화세륨, 벵갈라, 산화티탄 등의 내열부여제, 클레이, 탄산칼슘, 규조토, 이산화티탄 등의 충전제, 저분자 실록산에스테르, 실란올 등의 분산제, 실란 커플링제, 티탄 커플링제 등의 접착부여제, 난연성을 부여시키는 백금족 금속계 화합물, 고무 컴파운드의 그린 강도를 높이는 테트라플루오로폴리에틸렌 입자, 유리 섬유, 아라미드 섬유 등의 보강성 섬유 등을 첨가해도 된다.
[조제·가공]
본 발명에 사용하는 실리콘 고무 조성물은 상기한 각 성분을 2롤 밀, 니더, 밴버리 믹서, 플래니터리 믹서 등의 혼합기를 사용하여 혼련하면 되는데, 일반적으로는, 경화제만을 사용하기 직전에 첨가하면 되도록, 다른 성분을 미리 혼련해 두는 것이 바람직하다.
본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트인 실리콘 고무 시트의 성형 방법으로서는 경화제까지의 모든 성분을 배합한 실리콘 고무 조성물을, 캘린더 혹은 압출기로 소정의 두께로 분출하고 나서 경화시키는 방법, 액상의 실리콘 고무 조성물 혹은 톨루엔 등의 용제에 용해하여 액상화한 실리콘 고무 조성물을, 필름 위에 코팅하고나서 경화시키는 방법 등을 들 수 있다.
[실리콘 고무의 특성]
실리콘 고무 시트의 적당한 쿠션성을 확보하기 위하여, 실리콘 고무 조성물의 경화 후의 절단시의 신률과 경도는 이하와 같은 특징을 갖는 것이 바람직하다.
23℃의 실온에 있어서의 절단시의 신률은 40∼1,000%가 바람직하고, 60∼300%인 것이 보다 바람직하다. 특히 바람직하게는 70∼150%이다. 기본적으로는, 접속 부재의 위치 어긋남을 피하기 위하여 신률은 작은 쪽이 좋지만, 신률이 40% 미만에서는 시트의 유연성이 부족하기 때문에, 피압착부에 요철이나 단차가 있는 경우에, 그 형상에 추종할 수 없어 균일한 압력에서의 압착을 할 수 없게 됨과 아울러, 응력을 분산할 수 없게 되어, 끊어지기 쉬워지거나, 시트에 대하여 구부림 방향의 힘이 걸렸을 경우에, 시트가 파단하거나 한다고 하는 문제가 발생할 우려가 있다.
또한 타입 A 듀로미터로 측정한 23℃의 실온에 있어서의 경도가 10∼90인 것이 바람직하고, 특히 40∼85인 것이 바람직하다. 이 경도는, 위치 어긋남 방지와 함께, 피압착물의 평면도, 평탄도, 또는 평행도의 공차를 보정하여 균일한 압력을 전달하기 위한 쿠션성을 양립시키는 것이다.
보강재
상기한 태양전지 셀 전극의 접속용 시트는 무기물 및/또는 내열성 수지로 이루어지는 클로스 및/또는 섬유로 보강되어 있어도 된다. 예를 들면, 무기물로 이루어지는 섬유로서는 유리 섬유, 탄소 섬유, 스테인리스 섬유 등이, 내열성 수지로 이루어지는 섬유로서는 아라미드 섬유, 아미드 섬유, 테트라플루오로폴리에틸렌 등의 불소 수지 섬유 등을 들 수 있는데, 이것들에 한정되는 것은 아니다. 보강의 방법으로서는, 이들 섬유를 폴리머 중에 혼련해도 되고, 이들 섬유를 엮어서 클로스로 만든 것을 중간층 또는 편면에 적층해도 되고, 이들 방법에 한정되는 것은 아니다. 섬유재로 보강함으로써, 시트의 면방향의 신률이 억제되어, 배선 부재 접속 장치의 가열·가압 부재로부터의 압력을 확실하게 도전성 접착 부재에 전할 수 있음과 아울러, 파손에 대한 내성이 현저하게 향상된다.
또한 본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트는, 가열·가압시에, 배선 부재 접속 장치의 가열·가압 부재, 배선 부재, 밀려나온 도전성 접착 재료 등과 직접 접촉한다. 도전성 접착 재료로서는 절연성 수지와 도전성 입자를 함유하는 것이나, 땜납이 사용된다. 가열·압착 시에 사용되는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트는 300℃ 이상의 고온에서 사용되는 경우가 많고, 이들 직접 접촉하는 부재에 들러붙어 파손되어 버리는 경우가 있기 때문에, 시트 표면이 직접 접촉하는 각종 부재에 악영향을 주지 않게, 비접착성을 가지고 있는 것이 바람직하다.
태양전지 셀 전극의 접속용 시트의 열전도율
본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트에는, 배선 부재 접속 장치의 가열·가압 부재로부터의 열을 도전성 접착 재료에 전하는 역할이 있기 때문에, 이 관점에서는 열전도율이 높은 쪽이 바람직하다. 23℃의 실온에서의 열전도율은 0.3W/mK 이상인 것이 바람직하고, 0.4W/mK 이상인 것이 더욱 바람직하고, 0.6W/mK이상인 것이 특히 바람직하다. 0.3W/mK 보다도 낮으면, 도전성 접착 재료에 열이 전해지기 어렵기 때문에, 가열·가압 부재의 온도를 높이지 않으면 안 된다. 가열·가압 부재의 온도를 높이기 위해서는, 배선 부재 접속 장치에 대한 부담이 커지고, 본 접속방식의 비용 메리트가 없어지는 경우가 있다. 또한 보다 고온의 가열·가압 부재가 태양전지 셀 전극의 접속용 시트에 접촉하기 때문에, 시트의 열 열화가 촉진되는 경우가 있다. 게다가, 고온의 가열·가압 부재가 반도체 소자 위의 도전성 전극막에 복사열을 주기 때문에, 태양전지 셀에 문제를 일으키는 경우도 있다. 한편, 열전도율이 5W/mK를 초과하면 열전도성 분말의 배합이 곤란하게 됨과 아울러, 시트 강도가 지나치게 약해져서 사용할 수 없게 되기 때문에, 5W/mK 이하인 것이 바람직하다.
적층품
본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트는, 본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트 중에서, 각각 상이한 조성으로 이루어지는 2종 이상의 시트층을 적층한 구조로 할 수도 있다. 예를 들면, 폴리이미드와 실리콘 고무, 테트라플루오로폴리에틸렌과 실리콘 고무, 글라스 클로스에 테트라플루오로폴리에틸렌을 코팅한 것과 실리콘 고무, 서로 조성이 상이한 실리콘 고무 2층 이상, 불소 고무와 실리콘 고무 등, 2층 이상의 적층 시트로 해도 되지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다. 또한 무기물 및/또는 내열성 수지로 이루어지는 클로스 및/또는 섬유로 보강한 시트와 보강하지 않은 시트를 적층해도 되지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다. 적층함으로써 각종 시트의 이점을 조합시킬 수 있다.
태양전지 셀 전극의 접속용 시트의 두께
본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트의 두께는 0.01∼1mm인 것이 바람직하다. 그 재질이 내열성 수지일 경우에는, 0.01∼0.5mm이며, 특히 0.02∼0.2mm의 범위인 것이 바람직하다. 두께가 0.01mm 미만에서는, 강도가 지나치게 약해서 파손되기 쉬움과 아울러, 취급성이 나빠지는 경우가 있다. 한편, 0.5mm를 초과하면 열이 전해지는 방법이 나빠지는 경우가 있다. 시트의 재질이 불소 고무, 실리콘 고무인 경우에는, 0.05∼1mm이며, 특히 0.1∼0.5mm의 범위인 것이 바람직하다. 두께가 0.05mm 미만에서는, 쿠션성이 충분하지 않아, 균일한 압력 전달이 불가능하게 되는 경우가 있다. 한편, 1mm를 초과하는 두께가 되면 열이 전해지는 방법이 나빠지는 경우가 있다.
본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트의 두께가 0.01∼0.2mm로 얇을 경우에는, 열전도율이 0.3W/mK보다 작아도, 필요로 하는 시트 두께 방향의 열전도 성능을 확보할 수 있는 경우가 있기 때문에, 반드시 열전도율이 0.3W/mK 이상일 필요는 없다.
접속 방법
본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속 방법은 태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극과 배선 부재를, 도전성 접착 재료를 통하여 가열 및 가압하여 접속하는 공정에 있어서, 배선 부재 접속 장치의 가열 및 가압 부재와 배선 부재 사이에, 본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트를 개재시켜 가열 및 가압하는 것이다.
도전성 접착 재료는, 예를 들면, 절연성 수지 및 도전성 입자를 함유한 필름 형상 또는 페이스트 형상의 것을 달리 준비하고, 접속 전에 태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극 부재 위에 배치하여 사용해도 되고, 미리 이 재료를 배선 부재 위에 성형한 것을 사용해도 된다. 미리 배선 부재 위에 도전성 접착 재료를 성형한 것을 사용하는 경우, 접속 공정을 단축할 수 있다. 땜납 도금한 배선 부재를 사용하는 경우에는, 도금의 땜납을 도전성 접착 재료로서 사용하여, 다른 도전성 접착 재료를 설치하지 않고 사용할 수 있다. 땜납 도금한 배선 부재를 사용하는 경우에는, 별도로 절연성 수지 및 도전성 입자를 함유한 도전성 수지 접착 재료를 사용하여, 땜납이 용융되지 않는 조건에서 접속해도 되고, 땜납 도금의 땜납과, 절연성 수지 및 도전성 입자를 함유한 도전성 접착 재료 양자를 도전성 접착 재료로서 기능시켜, 병용하여 접속해도 된다.
본 발명의 접속 방법은, 최적화된 본 발명에 의한 태양전지 셀 전극의 접속용 시트를 가열 및 가압 부재와 배선 부재 사이에 개재시켜 사용하므로, 가열·가압 부재 전체면을 균일한 온도·압력으로 압착할 수 있음과 아울러, 밀려나온 도전성 접착 재료와 가열 및 가압 부재와의 들러붙음을 방지하거나, 도전성 접착 재료가 가열 및 가압 부재 위에 퇴적하는 것을 방지하거나 하는 것이 가능하게 된다. 또한 가열 및 가압 부재는, 통상, 금속제의 단단한 것이기 때문에, 접속용 시트는 압착 시의 가열 및 가압 부재로부터의 충격을 완화시켜, 태양전지 셀의 깨짐을 방지하는 역할을 담당할 수도 있다.
본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속 조건은 태양전지의 종류와 구조 및 그것에 맞춘 도전성 접착 재료에 의해 최적화되지만, 절연성 수지 및 도전성 입자를 함유한 도전성 수지 접착 재료를 사용하는 경우의 전형적인 조건 범위로서는 도전성 수지 접착 재료의 가열온도는 130∼220℃, 그 때의 가열 및 가압 부재의 온도는 200∼400℃, 압력은 1∼5MPa, 압착 시간은 3∼30초이지만, 이 범위에 한정되는 것은 아니다.
태양전지 셀의 전극과 배선 부재와의 접속은, 개개의 전극과 배선 부재와의 접속을, 각각 별도로 행해도 되지만, 태양전지 셀로부터의 전력을 취출하기 위한 표면 전극과 이면 전극이 설치된 셀의 경우에는, 표면 전극 및 배선 부재와, 이면 전극 및 다른 배선 부재를 동시에 가열 및 가압하는 방법 쪽이 생산효율이 향상되기 때문에 바람직하다.
태양전지 모듈
본 발명의 태양전지 모듈은 단일 또는 복수의 태양전지 셀이 배열되고, 서로 인접하는 상기 태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극과 배선 부재가 본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속 방법에 의해 접속된 것이다.
본 발명의 태양전지 모듈은, 태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극과 배선 부재를, 도전성 접착 재료를 통하여 가열 및 가압하여 접속하는 공정에서, 가열 및 가압 부재와 배선 부재 사이에 최적화된 태양전지 셀 전극의 접속용 시트를 개재시켜 제조되고, 예를 들면, 도 2에 도시하는 구조를 갖는다. 여기에서, 도 2a는 태양전지 셀 접속의 일례(태양전지 모듈의 일부분)를 나타내는 평면도, b는 단면도, c는 태양전지 셀의 단면 확대도이며, 1은 실리콘 기판, 2는 전극, 3은 도전성 접착 재료, 4는 배선 부재를 나타내고, 10은 태양전지 셀을 나타낸다.
본 발명에서는, 가열·가압부 전체면을 균일한 온도·압력에서의 압착이 가능하게 되어, 본 발명에 의해 얻어지는 태양전지 모듈은, 접점 불량이 없고, 고품질이고 장기 내구성도 양호한 것으로 된다. 특히, 도전성 접착 재료로서 절연성 수지 및 도전성 입자를 함유한 것을 사용하는 경우에는, 휨이나 깨짐의 없는 태양전지 셀로 할 수 있다.
(실시예)
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1∼6]
하기 성분을 표 1에 나타내는 비율(질량부)로 배합하여 태양전지 셀 전극의 접속용 시트로 했다.
(A) 오가노폴리실록산 :
(a-1) 디메틸실록산 단위 99.85몰% 및 메틸비닐실록산 단위 0.15몰%로 이루어지는, 평균 중합도가 8,000의, 분자쇄 양쪽 말단이 디메틸비닐실록시기로 봉쇄된 메틸비닐폴리실록산
(a-2) 디메틸실록산 단위 99.5몰% 및 메틸비닐실록산 단위 0.5몰%로 이루어지는, 평균 중합도가 8,000의, 분자쇄 양쪽 말단이 디메틸비닐실록시기로 봉쇄된 메틸비닐폴리실록산
(B) 열전도성 충전제:
(b-1) 평균 입경이 5㎛의 금속 규소 분쇄 분말(표면에 강제 산화 처리를 한 것)
(b-2) 평균 입경이 4㎛의 결정성 이산화규소 분쇄 분말
(b-3) 평균 입경이 4㎛의 산화알루미늄 분쇄 분말
(C) 카본블랙 분말:
(c-1) 평균 입경이 35nm, 물 이외의 휘발분이 0.10질량%, BET 비표면적이 69m2/g의 아세틸렌 블랙
(D) 보강성 실리카 미분말 :
(d-1) BET 비표면적이 300m2/g의 보강성 실리카 미분말(상품명: Aerosil 300, 닛폰아에로질(주)제)
(E) 경화제:
(e-1) 염화백금산의 비닐실록산 착체(백금 함유량 1질량%)
(e-2) 하기 식 (1)로 표시되는 메틸하이드로겐폴리실록산
Figure 112011078862175-pct00001
(e-3) 유기 과산화물: C-8(신에츠키가쿠고교(주)제)
(e-4) 유기 과산화물: C-23(신에츠키가쿠고교(주)제)
그 밖의 성분:
(f-1) 디메틸디메톡시실란
(g-1) BET 비표면적이 140m2/g의 산화세륨 분말
(h-1) 에티닐시클로헥사놀
조성물의 조제 및 성형
이하와 같이 조성물을 조제하고, 시트 형상으로 성형했다.
(D) 성분이 배합되는 경우에는, (A) 성분, (D) 성분과 (D) 성분의 표면처리제로서 (f-1) 성분과 이온교환수를, 니더를 사용하여 170℃에서 2시간 가열하면서 배합·혼련하여 균일화했다. (D) 성분이 제로인 경우에는, 이 공정은 행하지 않는다.
얻어진 혼합물 또는 (A) 성분에 대하여, (B) 성분, (C) 성분과 필요에 따라 (g-1) 성분을 가하고, 가압 니더를 사용하여 15분간 배합·혼련하여 균일화했다.
또한 부가반응 경화 타입의 경우에는, (e-1) 성분, (h-1) 성분, (e-2) 성분을, 순차 2롤밀로 혼련하면서 상기의 순서로 첨가하여, 경화성 실리콘 고무 조성물을 조제했다. 라디칼 반응 경화 타입의 경우에는 (e-3) 또는 (e-4) 성분을 2롤밀로 혼련하여, 경화성 실리콘 고무 조성물을 조제했다.
캘린더 성형기를 사용하여, 얻어진 경화성 실리콘 고무 조성물을 두께 0.25mm로 분출하고 나서, 두께 100㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 위에 전사했다. PET 필름과의 적층품의 상태인 채, 부가 반응 경화 타입의 경우에는 150℃의, 라디칼 반응 경화 타입의 경우에는 160℃의 가열로 속을 5분간 통과시켜, 시트 형상의 실리콘 고무 조성물을 경화시켰다. 얻어진 시트 형상 조성물로부터 PET 필름을 박리하고, 200℃의 건조기 속에서 4시간 열처리하여, 두께가 0.20∼0.45mm의 실리콘 고무 시트를 제작했다.
[실리콘 고무 시트의 기본물성의 평가]
경도, 절단시 신률을 JIS K6249의 규정에 준거하여 측정했다. 단, 경도에 대해서는, 타입 A 듀로미터를 사용하여 제작한 시트를, 두께가 6mm 이상이 되도록 포개어 측정했다. 절단시 신률은 덤벨 형상 2호형의 시험편을 사용하여 측정했다. 또한 열전도율은 ASTM E 1530의 규정에 준거하여 측정했다.
결과를 표 1에 나타냈다.
Figure 112011078862175-pct00002
실시예 1∼6에서 얻어진 실리콘 고무 시트 및 하기 실시예 7∼11, 비교예 2, 3의 시트에 대하여, 태양전지 셀을 사용하여 하기 접속 실험을 행하고, 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 7]
두께 130㎛의 단층 PTFE필름: 니토플론필름(니토덴코(주)제 상품명, 융점 327℃, 열전도율 0.2W/mK)을 사용했다.
[실시예 8]
두께 45㎛의 글라스 클로스로 보강한 PTFE필름: 니토플론 함침 글라스 클로스(니토덴코(주)제 상품명, 융점 327℃, 열전도율 0.3W/mK)를 사용했다.
[실시예 9]
두께 50㎛의 폴리이미드 필름: Kapton 200H(토레이·듀퐁(주)제 상품명, 융점, 유리전이 온도 없음, 열전도율 0.2W/mK)를 사용했다.
[실시예 10]
실시예 8의 두께 45㎛의 글라스 클로스로 보강한 PTFE 필름을 PET 필름 대신에 사용하고, 플라스마 처리한 글라스 클로스로 보강한 PTFE 필름면 위에 실시예 1의 조성의 실리콘 고무층을 가열 경화시켜 적층하고, 시트 총 두께가 0.25mm의 글라스 클로스로 보강한 PTFE 필름과 실리콘 고무층을 적층한 2층 구조의 복합 시트를 제작했다.
글라스 클로스로 보강한 PTFE 필름측의 면을 태양전지 셀측으로 하여 접속 실험을 행했다.
[실시예 11]
실시예 1의 조성의 층을 두께 0.25mm로 성형하고, 실시예 6의 조성의 층을 0.1mm의 두께로 한번 더 적층하여, 시트 총 두께가 0.35mm가 되도록 하여 시트를 제작했다.
실시예 6의 조성의 층측을 태양전지 셀측으로 하여 접속 실험을 행했다.
[비교예 1]
시트를 사용하지 않고 접속 실험을 행했다.
[비교예 2]
두께 50㎛의 알루미늄박을 사용했다.
[비교예 3]
두께 130㎛의 글라스 클로스를 사용했다.
[접속 실험]
전력 취출용의 전극으로서 폭 2mm의 은계 버스바 집전 전극이 배선 부재 접속용의 표면 전극 및 이면 전극으로서 설치된 폭 150mm×길이 150mm×두께 160㎛의 실리콘 다결정 태양전지 셀을 준비했다.
배선 부재로서 폭 2mm×두께 160㎛의 평각형 단면 형상의 띠 형상의 구리박선과 그 구리박선에 땜납 도금한 띠 형상의 땜납 도금 구리박선을 준비했다.
도전성 접착 재료로서 에폭시계 절연 접착제에 평균 입경 6㎛의 표면에 도금한 니켈 입자를 배합한 조성물을 폭 2mm×두께 45㎛의 필름 형상으로 성형한 것을 준비했다.
또한, 태양전지 셀 전극의 접속용 시트로서 표 2에 나타내는 실시예 1∼11 및 비교예 2, 3의 시트를 준비하고, 상기 실리콘 다결정 태양전지 셀의 표면 전극 및 이면 전극과 배선 부재와의 접속을 행했다.
또한 비교예 1로서 시트를 사용하지 않고 접속을 행했다.
접속은 표면 전극 및 이면 전극의 양면을 동시에 접속할 수 있는 배선 부재 접속 장치를 사용하고, 도 1에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(1) 위의 전극(2)과 배선 부재(4) 사이에 상기 도전성 접착 재료인 필름(3)을 끼우고, 배선 부재 위에 전극 접속용 시트(5)를 배치하고, 그 위로부터, 장치의 가열 및 가압 부재(6)로 압착했다. 압착 조건은 도전성 접착 재료가 190℃가 되도록 가열 및 가압 부재의 설정 온도를 조절하고, 3MPa로 10초간으로 했다. 이 때, 가열 및 가압 부재의 표면 온도는, 어느 시트를 사용한 경우에도, 또는 시트를 사용하지 않은 경우에도 300℃를 초과했다.
[접속 실험 결과의 평가항목]
(1) 접속부의 균일성의 평가
태양전지 셀의 전체 길이: 길이 150mm 전부의 접속부의 단면을 현미경 관찰하여, 균일 또한 불량 부분이 없는지 평가했다. 땜납 도금 구리박선을 사용했다.
(2) 접속저항의 합격률
한 종류의 시트에 대하여, 100장의 태양전지 셀의 전극으로의 배선 부재의 접속을 행하고, 각 전극과 배선 부재 간의 접속저항이 사용 가능 레벨인지 아닌지를 확인하고, 합격률을 평가했다. 구리박선을 사용했다.
(3) 셀 깨짐의 발생 확률
한 종류의 시트에 대하여, 100장의 태양전지 셀의 전극으로의 배선 부재의 접속을 행하고, 셀 깨짐의 발생 확률을 평가했다. 구리박선을 사용했다.
(4) 장치의 가열 및 가압 부재 표면의 오염 평가
한 종류의 시트에 대하여, 100장의 태양전지 셀의 전극으로의 배선 부재의 접속을 행하고, 가열 및 가압 부재 표면의 오염을 평가했다. 땜납 도금 구리박선을 사용했다.
(5) 태양전지 셀 전극의 접속용 시트의 각 부재에 대한 비접착성 평가
한 종류의 시트의 동일 개소를 반복하여 사용하고, 하기의 각종 부재와 시트를 직접 접촉시켜 접속 동작을 각각 10회 반복하고, 각종 부재에 대한 접착 유무를 평가했다.
비접착성 1: 배선 부재로서의 구리박선
비접착성 2: 배선 부재로서의 땜납 도금 구리박선
비접착성 3: 셀 표면의 은계 버스바 집전 전극
비접착성 4: 에폭시계 절연 접착제에 평균 입경 6㎛의 표면에 도금한 니켈 입자를 배합한 도전성 접착 필름
(6) 태양전지 셀 전극의 접속용 시트의 표면상태 평가
한 종류의 시트의 동일 개소를 반복해서 사용하고, 10장의 태양전지 셀의 전극으로의 배선 부재의 접속을 행했다. 그 때의 시트의 표면 상처나 광택 등의 상태를 육안 관찰·평가했다. 구리박선을 사용했다.
Figure 112011078862175-pct00003
실시예 1∼11의 본 발명의 태양전지 셀 전극의 접속용 시트를 사용하고, 태양전지 셀의 전극과 배선 부재를, 도전성 접착 재료를 통하여 가열 및 가압하여 접속함으로써, 피가열·가압부 전체면을 균일한 온도·압력으로 압착할 수 있는 있으므로, 접점 불량이 없고, 확실한 접속이 가능하게 되어, 셀의 깨짐의 발생도 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 특히, 최적화한 실리콘 고무 시트 또는 그 적층품은 시트의 열화도 적어, 양호한 내구성을 나타냈다.
1 실리콘 기판
2 전극
3 도전성 접착 재료
4 배선 부재
5 전극 접속용 시트
6 가열·가압 부재
10 태양전지 셀

Claims (24)

  1. 태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극과 배선 부재를 도전성 접착 재료를 통하여 가열 및 가압하여 접속할 때, 가열 및 가압 부재와 상기 배선 부재 사이에 개재시켜 사용하는 폴리머 시트인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머 시트가 내열성 수지, 불소 고무 및 실리콘 고무로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 내열성 수지가 유리전이 온도가 200℃ 이상 또는 융점이 300℃ 이상인 불소 수지 및 폴리아미드계 수지로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머 시트가 무기물 및/또는 내열성 수지로 이루어지는 클로스 및/또는 섬유로 보강되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머 시트가 금속, 금속산화물, 금속질화물, 금속탄화물, 금속수산화물 및 탄소의 동소체로부터 선택되는 1종 이상의 무기물로 이루어지는 열전도성 충전제를 함유하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 시트가,
    (A) 평균 중합도가 100 이상인 가교성 오가노폴리실록산: 100질량부,
    (B) 금속, 금속산화물, 금속질화물, 금속탄화물, 금속수산화물 및 탄소의 동소체로부터 선택되는 적어도 1종의 열전도성 분말: 0∼600질량부,
    (C) 카본블랙 분말: 0∼80질량부,
    (D) BET 비표면적이 50m2/g 이상인 보강성 실리카 분말: 0∼50질량부
    및,
    (E) 경화제: 경화 유효량
    을 포함하는 실리콘 고무 조성물을 시트 형상으로 성형하여 가열 경화시켜 이루어지는 실리콘 고무 시트인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  7. 제 6 항에 있어서, (B) 성분인 열전도성 분말이 5질량부 이상 배합되고, 평균 입경 1∼50㎛의 금속 규소 분말인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 금속 규소 분말이 표면에 강제 산화막이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  9. 제 6 항에 있어서, (B) 성분인 열전도성 분말이, 5질량부 이상 배합되고, 평균 입경 1∼50㎛의 결정성 이산화규소 분말인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 실리콘 고무 시트의 23℃에서의 절단시 신률이 40∼1,000%, 타입 A 듀로미터에서의 경도가 10∼90인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  11. 제 1 항에 있어서, 열전도율이 0.3W/mK 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  12. 제 1 항에 있어서, 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 폴리머 시트로부터 선택되는 2종 이상의 시트를 적층시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  13. 제 1 항에 있어서, 두께가 0.01∼1mm인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 배선 부재가 띠 형상의 도전성 부재인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 배선 부재가, Cu, Ag, Au, Fe, Ni, Zn, Co, Ti, Pb 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 배선 부재가 땜납으로 피복되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 접착 재료가 절연성 수지 및 도전성 입자를 함유하는 도전성 수지 접착제인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 접착 재료가 필름 형상인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 접착 재료가 땜납인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 접착 재료가 배선 부재 위에 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀 전극의 접속용 시트.
  21. 태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극과 배선 부재를 도전성 접착 재료를 통하여 가열 및 가압하여 접속할 때, 가열 및 가압 부재와 상기 배선 부재 사이에 제 1 항 내지 제 11 항 및 제 13 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 기재된 접속용 시트를 개재시켜 가열 및 가압하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 태양전지 셀 표면에 설치된 전력을 취출하기 위한 표면 전극 및 이면 전극과 배선 부재를 각각 도전성 접착 재료를 통하여 가열 및 가압하여 접속할 때, 가열 및 가압 부재와 상기 배선 부재 사이에 상기 접속용 시트를 개재시켜, 상기 표면 전극 및 이면 전극과 상기 배선 부재를 각각 동시에 가열 및 가압하여 접속하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조 방법.
  23. 태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극과 배선 부재가 접속된 단일의 태양전지 셀로 구성되는 태양전지 모듈로서, 제 21 항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  24. 제 23 항에 기재된 태양전지 셀이 복수 배열되고, 서로 인접하는 상기 태양전지 셀의 전력을 취출하기 위한 전극이 배선 부재에 의해 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
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