KR20130120459A - 태양 전지 모듈 - Google Patents

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시게키 가토기
신이치로우 스카타
아야 모모자키
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Abstract

복수의 태양 전지 셀과, 그 태양 전지 셀끼리를 전기적으로 접속하는 배선 부재 (102) 가, 접속부 (105, 108) 를 개재하여 접속된 태양 전지 모듈로서, 태양 전지 셀의 광전 변환부 (101) 의 수광면에 복수의 핑거 전극 (103) 이 형성되어 있고, 배선 부재 (102) 는, 복수의 핑거 전극 (103) 과 교차하도록 배치되고, 수광면측의 접속부 (105) 는, 융점이 200 ℃ 이하인 금속을 포함하는 도전성 입자가 수지 중에서 용융 및 응집되어 이루어지고, 각 핑거 전극 (103) 과 배선 부재 (102) 를 연결하는 금속부 (10) 와, 상기 수지로 이루어지고, 그 금속부 (10) 의 주위를 덮어 광전 변환부 (101) 및 배선 부재 (102) 를 접착하는 수지부 (11) 를 갖는 태양 전지 모듈.

Description

태양 전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
심각화되는 지구 온난화나 화석 에너지 고갈 문제를 해결하는 수단으로서, 태양광을 이용한 발전 시스템인 태양 전지가 주목받고 있다. 현재, 주류인 태양 전지는, 단결정 또는 다결정의 Si 웨이퍼 상에 전극이 형성된 태양 전지 셀을 금속 배선 부재에 의해 직렬 또는 병렬로 접속한 구조를 가지고 있다.
종래의 태양 전지의 형상에 대하여 도 5 를 이용하여 설명한다. 도 5 는, 종래의 태양 전지에 있어서의 전극과 배선 부재의 접속 구조를 설명하기 위한 모식도이다. 도 5 의 태양 전지 모듈 (200) 에 있어서는, 단결정 또는 다결정의 태양 전지 셀의 수광면 상에 태양 전지 셀의 광전 변환부 (101) 의 내부에서 발생한 전기를 수집하기 위한 핑거 전극 (103) 이 형성되고, 또한 핑거 전극 (103) 상에 수집된 전기를 외부로 취출하기 위한 버스 바 전극 (104) (이하, 「표면 전극」이라고도 한다) 이 핑거 전극 (103) 과 직교하도록 형성되어 있다. 또, 태양 전지 셀의 이면측에는 이면 전극 (106) 이 형성되고, 또한 이면 전극 (106) 상에 버스 바 전극 (107) 이 이면 전극 (106) 과 직교하도록 형성되어 있다. 이 태양 전지 셀이 배선 부재 (102) 를 개재하여 직렬로 접속되어 있다. 배선 부재 (102) 는, 그 일단 (一端) 이 태양 전지 셀의 표면의 버스 바 전극 (104) 과 수광면측의 접속부 (105) 를 개재하여 접속되어 있고, 타단이 이면의 버스 바 전극 (107) 과 이면측의 접속부 (도시 생략) 를 개재하여 접속되어 있다.
통상, 태양 전지 셀의 표면 전극과 배선 부재의 접속에는 양호한 도전성을 나타내며, 염가인 땜납이 이용되어 왔다 (특허문헌 1). 최근에는, 환경 문제를 고려하여, Pb 를 함유하지 않는 Sn-Ag-Cu 땜납을 배선 부재인 구리선에 피복하고, 땜납의 용융 온도 이상으로 가열하여 태양 전지 셀의 전극과 배선 부재를 접속하는 방법이 알려져 있다 (특허문헌 1 및 2).
한편, 태양 전지의 저비용화, 저자원화 및 박형화를 위해 표면 전극을 이용하지 않는 태양 전지 모듈이 제안되어 있다 (특허문헌 3). 이들 태양 전지 모듈은, 태양 전지 셀의 핑거 전극과 배선 부재가 직접 접속되어 있는 구조로 되어 있으며, 접속에는 Sn, Sn-Ag-Cu 등의 땜납을 도금한 배선 부재가 사용되고 있다.
또, 보다 저온에서의 가열로 전기적인 접속이 가능한 도전성 접착제를 사용한 태양 전지 모듈도 제안되어 있다 (특허문헌 4). 이 도전성 접착제는, 열경화성 수지 중에 은 입자로 대표되는 금속 입자가 혼합, 분산된 조성물이며, 금속 입자가 태양 전지 셀의 전극 및 배선 부재와 물리적으로 접촉함으로써 전기적인 접속이 발현된다.
일본 공개특허공보 2002-263880호 일본 공개특허공보 2004-204256호 일본 공개특허공보 2008-263163호 일본 공개특허공보 2009-88152호
그런데, 상기 서술한 바와 같이 태양 전지의 저비용화, 저자원화 및 박형화를 위해서는, 표면 전극을 이용하지 않는 태양 전지 모듈이 바람직하다. 이와 같은 태양 전지 모듈은, 태양 전지 셀의 균열이나 크랙 등의 파손 우려가 작고, 또한 고온 상태 및 저온 상태를 반복하는 온도 사이클 시험 후의 배선 부재와 전극의 접속 특성 (이하, 간단히 「접속 특성」이라고도 한다) 이 우수하면 더욱 바람직하다.
그래서 본 발명은 태양 전지 셀의 균열이나 크랙 등의 파손 우려가 작고, 또한 온도 사이클 시험 후에도 양호한 접속 특성을 나타내는, 표면 전극을 이용하지 않는 태양 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 복수의 태양 전지 셀과, 그 태양 전지 셀끼리를 전기적으로 접속하는 배선 부재가, 접속부를 개재하여 접속된 태양 전지 모듈로서, 태양 전지 셀의 광전 변환부의 수광면에 복수의 핑거 전극이 형성되어 있고, 배선 부재는, 복수의 핑거 전극과 교차하도록 배치되고, 수광면측의 접속부는, 융점이 200 ℃ 이하인 금속을 포함하는 도전성 입자가 수지 중에서 용융 및 응집되어 이루어지고, 각 핑거 전극과 배선 부재를 연결하는 금속부와, 상기 수지로 이루어지고, 그 금속부의 주위를 덮어 광전 변환부 및 배선 부재를 접착하는 수지부를 갖는 태양 전지 모듈을 제공한다.
이러한 태양 전지 모듈에 의하면, 태양 전지 셀의 균열이나 크랙 등의 파손 우려가 작고, 또한 온도 사이클 시험 후에도 양호한 접속 특성을 나타낸다. 본 발명의 태양 전지 모듈에 의해 이와 같은 효과가 나타나는 이유는 반드시 명백하지 않지만, 상기 수지부가 존재함으로써 온도 사이클 시험에 의한 열 변형에 대한 내성이 향상된 것이 그 한 요인이라고 본 발명자들은 생각하고 있다.
상기 핑거 전극의 폭은, 예를 들어 20 ∼ 400 ㎛ 로 할 수 있다.
상기 접속부는, (A) 융점 200 ℃ 이하의 금속을 포함하는 도전성 입자 (이하, 간단히 「(A) 도전성 입자」라고도 한다), (B) 열경화성 수지 및 (C) 플럭스 활성제를 함유하는 도전성 접착제 조성물을 사용하여 형성할 수 있다.
또한, 본 명세서 중, 「융점」이란, 예를 들어 시차 주사 열량 측정 (Differential scanning calorimetry (DSC)) 에 의해 측정되는 것을 말한다.
본 발명은 또, 복수의 태양 전지 셀과, 그 태양 전지 셀끼리를 전기적으로 접속하는 배선 부재가, 접속부를 개재하여 접속된 태양 전지 모듈로서, 태양 전지 셀의 광전 변환부의 수광면에 복수의 핑거 전극이 형성되어 있고, 배선 부재는, 복수의 핑거 전극과 교차하도록 배치되고, 수광면측의 접속부는, 융점 200 ℃ 이하의 금속을 포함하는 도전성 입자가 수지 중에서 용융 및 응집되어 이루어지고, 각 핑거 전극과 배선 부재를 연결하는 금속부와, 그 금속부 주위에 충전된 상기 수지로 이루어지는 수지부를 가지며, 금속부의 단면은, 핑거 전극측으로부터 배선 부재를 향하여 플레어 형상으로 되어 있는 태양 전지 모듈을 제공한다. 이러한 태양 전지 모듈에 의하면, 태양 전지 셀의 균열이나 크랙 등의 파손 우려가 작고, 또한 온도 사이클 시험 후에도 양호한 접속 특성을 나타낸다.
본 발명에 의하면, 태양 전지 셀의 균열이나 크랙 등의 파손 우려가 작고, 또한 온도 사이클 시험 후에도 양호한 접속 특성을 나타내는 태양 전지 모듈을 제공할 수 있다. 또, 본 발명의 태양 전지 모듈은, 표면 전극을 이용하지 않기 때문에, 저비용화, 저자원화 및 박형화를 가능하게 할 수 있다.
도 1 은 본 실시형태의 태양 전지 모듈에 있어서의 전극과 배선 부재의 접속 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
도 2 는 본 실시형태의 태양 전지 모듈의 요부를 나타내는 모식 측면도이다.
도 3 은 태양 전지 셀의 수광면측의 접속부에 있어서의 확대 모식 단면도이다.
도 4 는 수광면측의 도전성 접착제 조성물 상에 배선 부재를 탑재했을 때의 상태를 나타내는 확대 모식 단면도이다.
도 5 는 종래의 태양 전지에 있어서의 전극과 배선 부재의 접속 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
먼저 본 발명의 태양 전지 모듈의 일 실시형태에 대하여 도 1 및 도 2 를 이용하여 설명한다. 도 1 은 본 실시형태의 태양 전지 모듈에 있어서의 전극과 배선 부재의 접속 구조를 설명하기 위한 모식도이며, 도 2 는 본 실시형태의 태양 전지 모듈의 요부를 나타내는 모식 측면도이다. 본 실시형태의 태양 전지 모듈 (100) 에 있어서는, 단결정 또는 다결정의 태양 전지 셀의 수광면 상에 태양 전지 셀의 광전 변환부 (101) 의 내부에서 발생한 전기를 수집하기 위한 핑거 전극 (103) 이 형성되고, 태양 전지 셀의 이면측에는 이면 전극 (106) 이 형성되고, 또한 이면 전극 (106) 상에 버스 바 전극 (107) 이 이면 전극 (106) 과 직교하도록 형성되어 있다. 이 태양 전지 셀이 배선 부재 (102) 를 개재하여 직렬로 접속되어 있다. 배선 부재 (102) 는, 그 일단이 태양 전지 셀의 표면의 핑거 전극 (103) 과 수광면측의 접속부 (105) 를 개재하여 접속되어 있고, 타단이 이면의 버스 바 전극 (107) 과 이면측의 접속부 (108) 를 개재하여 접속되어 있다. 본 실시형태의 태양 전지 모듈 (100) 에 있어서는, 상기 서술한 종래의 태양 전지 모듈에 있는 표면 전극은 존재하지 않는다.
도 3 은 태양 전지 셀의 수광면측의 접속부 (105) 에 있어서의 확대 모식 단면도이다. 접속부 (105) 는, 융점 200 ℃ 이하의 금속을 포함하는 도전성 입자가 수지 중에서 용융 및 응집되어 이루어지는 금속부 (10) 및 금속부 (10) 주위에 충전된 수지로 이루어지는 수지부 (11) 로 이루어진다. 핑거 전극 (103) 과 배선 부재 (102) 는 금속부 (10) 에 의해 연결되고, 또한 금속부 (10) 는, 핑거 전극 (103) 측으로부터 배선 부재 (102) 를 향하여 플레어 형상으로 되어 있다. 또, 수지부 (11) 에 의해 광전 변환부 (101) 및 배선 부재 (102) 가 접착되어 있다. 수지부 (11) 는 보다 바람직하게는 열경화성 수지의 경화물을 포함한다. 또한, 본 실시형태의 태양 전지 모듈은, 융점 200 ℃ 이하의 금속을 포함하는 도전성 입자가 용융 및 응집되어 이루어지고, 표면의 핑거 전극과 배선 부재를 연결하는 금속부와, 상기 수지로 이루어지고, 금속부를 덮어 광전 변환부 및 배선 부재를 접착하는 수지부를 가지고 있으면 되고, 그 형상은 도 3 에 기재된 것에 한정되지 않는다.
본 실시형태의 태양 전지 모듈은, 상기 서술한 접속 구조를 반복 유닛으로 하여, 통상 수 십 유닛으로 형성된다.
상기 핑거 전극 (103) 의 전극 폭은, 20 ∼ 400 ㎛ 인 것이 바람직하고, 50 ∼ 200 ㎛ 인 것이 보다 바람직하다. 전극 폭이 20 ㎛ 미만인 경우, 전기 저항이 높아지는 것 및 핑거 전극의 파괴를 기인으로 하는 신뢰성 저하의 경향이 있고, 400 ㎛ 를 초과하면 광전 변환부의 영역이 좁아지는 것에 따른 변환 효율이 저하되는 경향이 있다.
또, 수광면측의 접속부 (105) 는, 배선 부재의 길이 방향에서, 배선 부재의 중앙선을 따라 절단한 경우의 단면에서 상기 금속부 및 상기 수지부를 보았을 때에, 금속부의 면적과 수지부의 면적의 비 [금속부]/[수지부] 가 5/95 ∼ 80/20 이 되는 것이 바람직하고, 20/80 ∼ 70/30 이 되는 것이 보다 바람직하다. 이 비가 5/95 미만, 즉 금속부의 양이 적으면, 전기 저항이 증대되는 경향이 있고, 80/20 을 초과하면, 즉 금속부의 양이 많으면, 내온도 사이클성이 저하되는 경향이 있다.
본 실시형태의 태양 전지 모듈은, 예를 들어 이하에 기재된 방법에 의해 제조할 수 있다.
먼저, 수광면측에 폭 20 ∼ 400 ㎛ 의 핑거 전극을 갖는 태양 전지 셀을 준비한다. 다음으로, 수광면측의 핑거 전극과 직교하는 방향으로 디스펜서를 이용하여, 후술하는 도전성 접착제 조성물을 도포한다. 태양 전지 셀의 이면측에 형성된 이면의 전극에 대해서도 마찬가지로 디스펜서로 도전성 접착제 조성물을 도포하지만, 도포 순서는, 상기 수광면측의 핑거 전극에 대한 도포와 동시여도 되고, 수광면측의 핑거 전극에 도전성 접착제 조성물을 도포한 후에, 태양 전지 셀을 반전시켜 이면의 전극에 도전성 접착제 조성물을 도포해도 된다. 이 도전성 접착제 조성물의 도포는, 상기 디스펜스법에 한정되지 않고, 스크린 인쇄법이나 전사법을 적용해도 된다. 또, 도전성 접착제 조성물은, 전극 상이 아니라, 배선 부재 상에 도포해도 된다.
다음으로, 수광면측 및 이면측의 도전성 접착제 조성물 상에 배선 부재를 각각 탑재하고, 열압착기로 가열 압착한다. 이 때의 열압착 온도는, 후술하는 (A) 도전성 입자에 있어서의 금속의 융점 이상이면 되고, 150 ∼ 180 ℃ 가 바람직하다. 가열 압착시의 압력은, 0.01 ∼ 1.0 ㎫ 가 바람직하고, 압착 시간은 1 ∼ 30 초로 할 수 있다. 이 배선 부재와 태양 전지 셀의 전극의 가열 압착 공정은, 상기 열압착기를 사용하는 방법에 한정되지 않고, 핫 에어나, 라미네이터를 사용해도 된다. 마찬가지로, 복수 배치한 태양 전지 셀에 대하여, 상기와 동일한 방법으로 배선 부재를 가열 압착함으로써, 태양 전지 셀 연결 구조체, 즉 양면에 전극을 갖는 복수의 태양 전지 셀이 배선 부재에 의해 서로 전기적으로 접속된 접속 구조체를 제조할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는 상기 접속 공정에 의해 상기 서술한 접속부가 형성된다.
그 후, 태양 전지 셀의 수광면측에 봉지 (封止) 수지 및 유리 기판을 적층하고, 이면측에 상기 봉지 수지, 및 백시트로 불리는 보호 필름을 적층한 후, 이것들을 라미네이터로 150 ℃, 0.1 ㎫ 의 압력으로, 720 초간 가열하고, 또한 필요에 따라 외주부를 알루미늄 프레임에 의해 지지함으로써 태양 전지 모듈을 제조할 수 있다.
또한, 상기 제조 방법에 있어서는, 수광면측 및 이면측의 접속부가 모두 후술하는 도전성 접착제 조성물을 사용하여 형성되어 있는 예에 대하여 설명했지만, 이면측의 접속부에 대해서는, 반드시 후술하는 도전성 접착제 조성물을 사용할 필요는 없고, 다른 공지된 방법으로 접속되어 있어도 된다.
도 4 는 수광면측의 핑거 전극과 직교하는 방향으로 도포된 도전성 접착제 조성물 상에 배선 부재를 탑재했을 때의 상태를 나타내는 확대 모식 단면도이다. 수광면측에 핑거 전극 (103) 이 형성된 광전 변환부 (101) 와 배선 부재 (102) 사이에 도전성 접착제 조성물 (19) 이 개재되어 있다. 도전성 접착제 조성물 (19) 은, 수지 (17) 와 수지 (17) 중에 분산된 도전성 입자 (16) 및 플럭스 활성제 (18) 로 이루어진다.
도 4 에 나타내는 도전성 접착제 조성물 (19) 을 가열 가압함으로써, 도 3 에 나타내는 접속부 (105) 가 형성되는 이유는 반드시 명백하지 않지만, 핑거 전극 (103) 에, 용융된 도전성 입자의 금속이 접촉될 때에 발생하는 금속의 표면 장력이, 금속부 (10) 가 상기와 같은 형상이 되는 것의 한 요인으로 본 발명자들은 생각하고 있다.
본 발명의 태양 전지 모듈의 다른 제조 방법으로서는, 태양 전지 셀의 전극 및 배선 부재의 접착과, 태양 전지 셀의 봉지를 일괄로 실시하는 방법을 들 수 있다.
태양 전지 셀의 봉지를 일괄로 실시하는 방법은, 먼저 수광면측의 핑거 전극 및 이면측의 버스 바 전극에 후술하는 도전성 접착제 조성물이 도포된 복수의 태양 전지 셀을 준비한다. 도포된 도전성 접착제 조성물을 개재시켜 배선 부재의 일단을 태양 전지 셀의 수광면측의 핑거 전극과 대향 배치하고, 타단을 다른 태양 전지 셀의 이면측의 버스 바 전극과 대향 배치한다. 또한, 태양 전지 셀의 수광면측에 봉지 수지를 배치하고, 이 봉지 수지 상에 유리 기판을 배치한다. 한편, 태양 전지 셀의 이면측에 봉지 수지를 배치하고, 이 봉지 수지 상에 보호 필름을 배치한다. 이 상태로 전체를 필요에 따라 가압하면서 도전성 접착제 조성물 중의 도전성 입자가 용융되는 온도로 가열함으로써, 배선 부재를 표면 핑거 전극 및 이면측의 버스 바 전극에 전기적으로 접속함과 함께 접착하면서, 동시에 태양 전지 셀이 봉지 수지에 의해 봉지된다. 이 때의 가열 조건은, 예를 들어, 150 ∼ 180 ℃ 에서 1 ∼ 60 초이다. 압력 조건은, 예를 들어, 0.01 ∼ 1.0 ㎫ 이다.
배선 부재로서는, 예를 들어, Cu 선, Cu 선에 땜납을 딥 또는 도금한 탭선, 플라스틱 기판 상에 금속 배선을 형성한 필름상 배선 기판을 들 수 있다. 유리 기판으로서는, 예를 들어, 태양 전지용 딤플이 형성된 백판 강화 유리를 들 수 있다. 봉지 수지로서는, 예를 들어, 에틸렌·아세트산비닐 공중합 수지 (EVA) 나 폴리비닐부티랄을 사용한 봉지 수지를 들 수 있다. 보호 필름으로서는, 예를 들어, PET 계 또는 테들라 (등록상표)-PET 적층 재료, 금속박-PET 적층 재료를 들 수 있고, 시판되고 있는 것으로서는 듀퐁사 제조 테들라 (등록상표) (불화비닐 수지) 등의 내후성 필름이 사용된다.
또, 본 실시형태의 태양 전지 모듈의 제조에 사용되는 도전성 접착제 조성물은 (A) 도전성 입자, (B) 열경화성 수지, (C) 플럭스 활성제를 함유하는 것이 바람직하다.
(A) 도전성 입자로서는, 융점 200 ℃ 이하, 보다 바람직하게는 융점 190 ℃ 이하의 금속을 포함하는 것을 사용할 수 있다. 이와 같은 도전성 입자를 도전성 접착제 조성물에 사용하면, 금속이 용융 및 응집되어 이루어지는 금속부가 굵고 강고한 도전 패스를 형성할 수 있기 때문에, 은 입자 등의 입자끼리의 접촉에 의한 비교적 가늘고 취약한 패스와 비교하여, 저저항에 수반되는 발전 효율 향상이나 온도 사이클 시험에 의한 열 변형에 대한 내성의 향상을 도모할 수 있는 것으로 생각된다. (A) 도전성 입자에 있어서의 금속의 융점의 하한은, 특별히 한정되지 않지만, 통상 120 ℃ 정도이다.
(A) 도전성 입자에 있어서의 금속은, 환경 문제를 고려하여, 납 이외의 금속으로 구성되는 것이 바람직하다. (A) 도전성 입자를 구성하는 금속으로서는, 예를 들어, 주석 (Sn), 비스무트 (Bi), 인듐 (In), 아연 (Zn) 등에서 선택되는 적어도 1 종의 성분을 함유하는 단체 또는 합금을 들 수 있다. 또한, 당해 합금은, 보다 양호한 접속 신뢰성을 얻을 수 있는 점에서, (A) 도전성 입자에 있어서의 금속 전체로서의 융점이 200 ℃ 이하가 되는 범위에서, Pt, Au, Ag, Cu, Ni, Pd, Al 등에서 선택되는 고융점의 성분을 함유할 수도 있다.
(A) 도전성 입자를 구성하는 금속으로서는, 구체적으로는, Sn42-Bi58 땜납 (융점 138 ℃), Sn48-In52 땜납 (융점 117 ℃), Sn42-Bi57-Ag1 땜납 (융점 139 ℃), Sn90-Ag2-Cu0.5-Bi7.5 땜납 (융점 189 ℃), Sn96-Zn8-Bi3 땜납 (융점 190 ℃), Sn91-Zn9 땜납 (융점 197 ℃) 등이 명확한 융해 후의 고화 거동을 나타내기 때문에 바람직하다. 고화 거동이란 용융 후, 식고 다시 굳어지는 것을 말한다. 이들 중에서도 입수 용이성이나 저융점인 관점에서 Sn42-Bi58 땜납을 사용하는 것이 바람직하다. 이들은 단독 또는 2 종 이상을 조합하여 사용된다.
(A) 도전성 입자의 평균 입자경은, 특별히 제한은 없지만, 0.1 ∼ 100 ㎛ 이면 바람직하다. 이 평균 입자경이 0.1 ㎛ 미만이면, 도전성 접착제 조성물의 점도가 높아져 작업성이 저하되는 경향이 있다. 또, 도전성 입자의 평균 입자경이 100 ㎛ 를 초과하면, 인쇄성이 저하됨과 함께 접속 신뢰성이 저하되는 경향이 있다. 도전성 접착제 조성물의 인쇄성 및 작업성을 더욱 양호하게 하는 관점에서, 이 평균 입자경은 1.0 ∼ 50 ㎛ 이면 보다 바람직하다. 또한, 도전성 접착제 조성물의 보존 안정성 그리고 경화물의 실장 신뢰성을 보다 향상시키는 관점에서, 이 평균 입자경은 5.0 ∼ 30 ㎛ 이면 특히 바람직하다. 여기서, 평균 입자경은 레이저 회절, 산란법 (카미오카 광업 시험법 No.2) 에 의해 구해진 값이다.
(A) 도전성 입자는, 융점 200 ℃ 이하의 금속만으로 구성되는 것 이외에, 세라믹스, 실리카, 수지 재료 등의 금속 이외의 고체 재료로 이루어지는 입자의 표면을 융점 200 ℃ 이하의 금속으로 이루어지는 금속막으로 피복한 도전성 입자여도 되고, 그것들의 혼합물이어도 된다.
(A) 도전성 입자의 함유량은, 그 도전성 입자를 구성하는 금속의 함유량이 도전성 접착제 조성물의 전체량에 대해 5 ∼ 95 질량％ 인 것이 바람직하다. 상기 금속의 함유량이 5 질량％ 미만인 경우에는, 도전성 접착제 조성물의 경화물의 도전성이 저하되는 경향이 있다. 한편, 상기 금속의 함유량이 95 질량％ 를 초과하면, 도전성 접착제 조성물의 점도가 높아져 작업성이 저하되는 경향이 있다. 또, 상대적으로 도전성 접착제 조성물 중의 접착제 성분이 적어지기 때문에, 경화물의 실장 신뢰성이 저하되는 경향이 있다.
(A) 도전성 입자를 구성하는 금속의 함유량은 도전성 접착제 조성물의 전체량에 대해 30 ∼ 95 질량％ 가 되는 것이 바람직하다. 상기 금속의 함유량이 30 질량％ 미만인 경우, 상기 서술한 접속부를 갖는 접속 구조가 형성되기 어려워져, 핑거 전극과 배선 부재 간의 도통의 확보가 곤란해지는 경향이 있다. 한편, 상기 금속의 함유량이 95 질량％ 를 초과하면, 도전성 접착제 조성물의 점도가 높아져 작업성이 저하되는 경향이 있다. 또, 상대적으로 도전성 접착제 조성물 중의 접착제 성분이 적어지기 때문에, 경화물의 실장 신뢰성이 저하되는 경향이 있다. 또한 작업성 또는 도전성을 향상시키는 관점에서, 40 ∼ 90 질량％ 인 것이 보다 바람직하고, 경화물의 실장 신뢰성을 높이는 관점에서, 50 ∼ 85 질량％ 인 것이 더욱 바람직하고, 내온도 사이클성과 디스펜스 도포성을 양립시키는 점에서, 60 ∼ 80 질량％ 인 것이 더욱더 바람직하다.
융점 200 ℃ 이하의 금속으로서 들 수 있는 비스무트, 아연 등은, 종래의 태양 전지 모듈의 제조에 이용되고 있는 Sn-Ag-Cu 계 땜납과 비교하여, 단단하고, 취약하다고 생각된다. 그 때문에, 단순히 융점 200 ℃ 이하의 금속을 용융시켜 태양 전지 셀의 핑거 전극과 배선 부재를 접합한 경우, 온도 사이클 시험 후에 태양 전지 모듈의 접속 특성을 충분히 유지할 수 없다고 생각된다. 본 실시형태의 태양 전지 모듈에 있어서는, 태양 전지 셀의 핑거 전극과 배선 부재가, (A) 도전성 입자가 용융 및 응집되어 형성된 금속부에 의해 전기적으로 접속되어 있는 것에 더하여, 광전 변환부 및 배선 부재가 수지로 이루어지는 수지부에 의해 접착되어 있기 때문에, 융점 200 ℃ 이하의 금속에 공통되는 취약성을 해소할 수 있어, 온도 사이클 시험에 의한 열 변형에 대한 내성의 향상을 도모할 수 있다고 생각된다.
또한, (A) 도전성 입자과 함께, 융점이 200 ℃ 보다 높은 금속으로 이루어지는 도전성 입자를 병용해도 된다. 이와 같은 융점이 200 ℃ 보다 높은 금속으로서는, 예를 들어, Pt, Au, Ag, Cu, Ni, Pd, Al 등에서 선택되는 1 종의 금속 또는 2 종 이상의 금속으로 이루어지는 합금을 들 수 있고, 보다 구체적으로는 Au 분말, Ag 분말, Cu 분말, Ag 도금 Cu 분말을 들 수 있다. 시판품으로서는, 도은동분 (鍍銀銅粉) 인 「MA05K」(히타치 카세이 공업 (주) 제조, 상품명) 를 입수할 수 있다.
(B) 열경화성 수지로서는, 예를 들어, 에폭시 수지, (메트)아크릴 수지, 말레이미드 수지 및 시아네이트 수지 등의 열경화성의 유기 고분자 화합물, 및 그들의 전구체를 들 수 있다. 여기서 (메트)아크릴 수지는, 메타크릴 수지 및 아크릴 수지를 나타낸다. 이들 중에서는, (메트)아크릴 수지 및 말레이미드 수지로 대표되는, 중합 가능한 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 화합물, 또는 에폭시 수지가 보다 바람직하다. 이들 (B) 열경화성 수지는, 내열성 및 접착성이 우수하고, 또한 필요에 따라 유기 용제 중에 용해 또는 분산시키면 액체 상태로 취급할 수도 있기 때문에 작업성도 우수하다. 상기 서술한 (B) 열경화성 수지는 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용된다.
(메트)아크릴 수지는, 중합 가능한 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 화합물로 구성된다. 이러한 화합물로서는, 예를 들어, 모노아크릴레이트 화합물, 모노메타크릴레이트 화합물, 디아크릴레이트 화합물, 및 디메타크릴레이트 화합물을 들 수 있다.
모노아크릴레이트 화합물로서는, 예를 들어, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 아밀아크릴레이트, 이소아밀아크릴레이트, 헥실아크릴레이트, 헵틸아크릴레이트, 옥틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 노닐아크릴레이트, 데실아크릴레이트, 이소데실아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 트리데실아크릴레이트, 헥사데실아크릴레이트, 스테아릴아크릴레이트, 이소스테아릴아크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트, 이소보르닐아크릴레이트, 디에틸렌글리콜아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜아크릴레이트, 2-메톡시에틸아크릴레이트, 2-에톡시에틸아크릴레이트, 2-부톡시에틸아크릴레이트, 메톡시디에틸렌글리콜아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜아크릴레이트, 디시클로펜테닐옥시에틸아크릴레이트, 2-페녹시에틸아크릴레이트, 페녹시디에틸렌글리콜아크릴레이트, 페녹시폴리에틸렌글리콜아크릴레이트, 2-벤조일옥시에틸아크릴레이트, 2-하이드록시-3-페녹시프로필아크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 2-시아노에틸아크릴레이트, γ-아크릴옥시에틸트리메톡시실란, 글리시딜아크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴아크릴레이트, 디메틸아미노에틸아크릴레이트, 디에틸아미노에틸아크릴레이트, 아크릴옥시에틸포스페이트 및 아크릴옥시에틸페닐액시드포스페이트를 들 수 있다.
모노메타크릴레이트 화합물로서는, 예를 들어, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 이소프로필메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, t-부틸메타크릴레이트, 아밀메타크릴레이트, 이소아밀메타크릴레이트, 헥실메타크릴레이트, 헵틸메타크릴레이트, 옥틸메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 노닐메타크릴레이트, 데실메타크릴레이트, 이소데실메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 트리데실메타크릴레이트, 헥사데실메타크릴레이트, 스테아릴메타크릴레이트, 이소스테아릴메타크릴레이트, 시클로헥실메타크릴레이트, 이소보르닐메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜메타크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜메타크릴레이트, 2-메톡시에틸메타크릴레이트, 2-에톡시에틸메타크릴레이트, 2-부톡시에틸메타크릴레이트, 메톡시디에틸렌글리콜메타크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜메타크릴레이트, 디시클로펜테닐옥시에틸메타크릴레이트, 2-페녹시에틸메타크릴레이트, 페녹시디에틸렌글리콜메타크릴레이트, 페녹시폴리에틸렌글리콜메타크릴레이트, 2-벤조일옥시에틸메타크릴레이트, 2-하이드록시-3-페녹시프로필메타크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 2-시아노에틸메타크릴레이트, γ-메타크릴옥시에틸트리메톡시실란, 글리시딜메타크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸메타크릴레이트, 디에틸아미노에틸메타크릴레이트, 메타크릴옥시에틸포스페이트 및 메타크릴옥시에틸페닐액시드포스페이트를 들 수 있다.
디아크릴레이트 화합물로서는, 예를 들어, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 1,4-부탄디올디아크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 1,9-노난디올디아크릴레이트, 1,3-부탄디올디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디아크릴레이트, 비스페놀 A, 비스페놀 F 또는 비스페놀 AD 1 몰과 글리시딜아크릴레이트 2 몰의 반응물, 비스페놀 A, 비스페놀 F 또는 비스페놀 AD 의 폴리에틸렌옥사이드 부가물의 디아크릴레이트, 비스페놀 A, 비스페놀 F 또는 비스페놀 AD 의 폴리프로필렌옥사이드 부가물의 디아크릴레이트, 비스(아크릴옥시프로필)폴리디메틸실록산 및 비스(아크릴옥시프로필)메틸실록산-디메틸실록산 코폴리머를 들 수 있다.
디메타크릴레이트 화합물로서는, 예를 들어, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 1,4-부탄디올디메타크릴레이트, 1,6-헥산디올디메타크릴레이트, 1,9-노난디올디메타크릴레이트, 1,3-부탄디올디메타크릴레이트, 네오펜틸글리콜디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디메타크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디메타크릴레이트, 비스페놀 A, 비스페놀 F 또는 비스페놀 AD 1 몰과 글리시딜메타크릴레이트 2 몰의 반응물, 비스페놀 A, 비스페놀 F 또는 비스페놀 AD 의 폴리에틸렌옥사이드 부가물의 디메타크릴레이트, 비스페놀 F 또는 비스페놀 AD 의 폴리프로필렌옥사이드 부가물, 비스(메타크릴옥시프로필)폴리디메틸실록산 및 비스(메타크릴옥시프로필)메틸실록산-디메틸실록산 코폴리머를 들 수 있다.
이들 화합물은 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용된다. 또, 열경화성 수지로서 (메트)아크릴 수지를 함유할 때, 이들 화합물을 미리 중합한 후 사용해도 되고, 또, 이들 화합물을 (A) 도전성 입자 및 (C) 플럭스 활성제와 함께 혼합하고, 혼합과 동시에 중합을 실시해도 된다.
(B) 열경화성 수지가 중합 가능한 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 화합물로 구성되는 경우, 도전성 접착제 조성물은 라디칼 중합 개시제를 함유하는 것이 바람직하다. 라디칼 중합 개시제는, 보이드를 유효하게 억제하는 관점 등에서, 유기 과산화물이 바람직하다. 또, 도전성 접착제 조성물의 경화성 및 점도 안정성을 향상시키는 관점에서, 유기 과산화물은 그 분해 온도가 70 ∼ 170 ℃ 인 것이 바람직하고, 80 ∼ 160 ℃ 인 것이 보다 바람직하다.
라디칼 중합 개시제로서는, 예를 들어, 1,1,3,3,-테트라메틸부틸퍼옥시2-에틸헥사노에이트, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)시클로헥산, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)시클로도데칸, 디-t-부틸퍼옥시이소프탈레이트, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디쿠밀퍼옥사이드, t-부틸쿠밀퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)-3-헥신 및 쿠멘하이드로퍼옥사이드를 들 수 있다. 이들은 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용된다.
라디칼 중합 개시제의 배합 비율은, 도전성 접착제 조성물 중의 도전성 입자 이외의 성분의 총량 (이하, 「접착제 성분」이라고 한다) 에 대해 0.01 ∼ 20 질량％ 이면 바람직하고, 0.1 ∼ 10 질량％ 이면 보다 바람직하고, 0.5 ∼ 5 질량％ 이면 더욱 바람직하다.
아크릴 수지로서는 시판되는 것을 사용할 수 있다. 그 구체예로서는, FINEDIC A-261 (다이닛폰 잉크 화학 공업 (주) 제조, 상품명), FINEDIC A-229-30 (다이닛폰 잉크 화학 공업 (주) 제조, 상품명) 등을 들 수 있다.
에폭시 수지로서는, 그 1 분자 중에 2 개 이상의 에폭시기를 갖는 화합물이면 특별히 제한 없이 공지된 화합물을 사용할 수 있다. 이와 같은 에폭시 수지로서는, 예를 들어, 비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페놀 AD 등과, 에피클로르하이드린으로부터 유도되는 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
이러한 에폭시 수지는 시판되는 것을 입수할 수 있다. 그 구체예로서는, 비스페놀 A 형 에폭시 수지인 AER-X8501 (아사히 카세이 공업 주식회사 제조, 상품명), R-301 (재팬 에폭시 레진 주식회사 제조, 상품명), YL-980 (재팬 에폭시 레진 주식회사 제조, 상품명), 비스페놀 F 형 에폭시 수지인 YDF-170 (토토 화성 주식회사 제조, 상품명), YL-983 (재팬 에폭시 레진 주식회사 제조, 상품명), 비스페놀 AD 형 에폭시 수지인 R-1710 (미츠이 석유 화학 공업 주식회사 제조, 상품명), 페놀 노볼락형 에폭시 수지인 N-730S (다이닛폰 잉크 화학 공업 주식회사 제조, 상품명), Quatrex-2010 (다우·케미컬사 제조, 상품명), 크레졸 노볼락형 에폭시 수지인 YDCN-702S (토토 화성 주식회사 제조, 상품명), EOCN-100 (닛폰 화약 주식회사 제조, 상품명), 다관능 에폭시 수지인 EPPN-501 (닛폰 화약 주식회사 제조, 상품명), TACTIX-742 (다우·케미컬사 제조, 상품명), VG-3010 (미츠이 석유 화학 공업 주식회사 제조, 상품명), 1032S (재팬 에폭시 레진 주식회사 제조, 상품명), 나프탈렌 골격을 갖는 에폭시 수지인 HP-4032 (다이닛폰 잉크 화학 공업 주식회사 제조, 상품명), 지환식 에폭시 수지인 EHPE-3150, CEL-3000 (모두 다이셀 화학 공업 주식회사 제조, 상품명), DME-100 (신닛폰 리카 주식회사 제조, 상품명), EX-216L (나가세켐텍스 주식회사 제조, 상품명), 지방족 에폭시 수지인 W-100 (신닛폰 리카 주식회사 제조, 상품명), 아민형 에폭시 화합물인 ELM-100 (스미토모 화학 공업 주식회사 제조, 상품명), YH-434L (토토 화성 주식회사 제조, 상품명), TETRAD-X, TETRAD-C (모두 미츠비시 가스 화학 주식회사, 상품명), 630, 630LSD (모두 재팬 에폭시 레진 주식회사 제조, 상품명), 레조르신형 에폭시 수지인 데나콜 EX-201 (나가세 화성 공업사 제조, 상품명), 네오펜틸글리콜형 에폭시 수지인 데나콜 EX-211 (나가세켐텍스 주식회사 제조, 상품명), 헥산디넬글리콜형 에폭시 수지인 데나콜 EX-212 (나가세켐텍스 주식회사 제조, 상품명), 에틸렌·프로필렌글리콜형 에폭시 수지인 데나콜 EX 시리즈 (EX-810, 811, 850, 851, 821, 830, 832, 841, 861 (모두 나가세 켐텍스 주식회사 제조, 상품명)), 하기 일반식 (Ⅰ) 로 나타내는 에폭시 수지 E-XL-24, E-XL-3L (모두 미츠이 화학 주식회사 제조, 상품명) 등을 들 수 있다. 이들 에폭시 수지 중에서도, 이온성 불순물이 적고, 또한 반응성이 우수한 비스페놀 A 형 에폭시 수지, 비스페놀 F 형 에폭시 수지, 비스페놀 AD 형 에폭시 수지, 아민형 에폭시 수지가 특히 바람직하다.
[화학식 1]
Figure pct00001
여기서, 식 (Ⅰ) 중, k 는 1 ∼ 5 의 정수를 나타낸다.
상기 서술한 에폭시 수지는 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용된다.
도전성 접착제 조성물이 (B) 열경화성 수지로서 에폭시 수지를 함유하는 경우, 반응성 희석제로서 1 분자 중에 1 개만 에폭시기를 갖는 에폭시 화합물을 추가로 함유해도 된다. 그와 같은 에폭시 화합물은 시판품으로서 입수할 수 있다. 그 구체예로서는, 예를 들어 PGE (닛폰 화약 주식회사 제조, 상품명), PP-101 (토토 화성 주식회사 제조, 상품명), ED-502, ED-509, ED-509S (아사히 덴카 공업 사제, 상품명), YED-122 (유카 쉘 에폭시 주식회사 제조, 상품명), KBM-403 (신에츠 화학 공업 주식회사 제조, 상품명), TSL-8350, TSL-8355, TSL-9905 (토시바 실리콘 주식회사 제조, 상품명) 를 들 수 있다. 이들은 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용된다.
반응성 희석제의 배합 비율은, 본 발명에 의한 효과를 저해하지 않는 범위이면 되고, 상기 에폭시 수지의 전체량에 대해 0 ∼ 30 질량％ 인 것이 바람직하다.
도전성 접착제 조성물이 에폭시 수지를 (B) 열경화성 수지로서 함유하는 경우, 도전성 접착제 조성물은 경화제 또는 경화 촉진제를 함유하는 것이 보다 바람직하다.
경화제로서는, 종래 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않고, 시판되는 것을 입수할 수 있다. 시판되는 경화제로서는, 예를 들어, 페놀 노볼락 수지인 H-1 (메이와 카세이 주식회사 제조, 상품명), VR-9300 (미츠이 토아츠 화학 주식회사 제조, 상품명), 페놀아르알킬 수지인 XL-225 (미츠이 토아츠 화학 주식회사 제조, 상품명), 하기 일반식 (Ⅱ) 로 나타내는 p-크레졸 노볼락 수지인 MTPC (혼슈 화학 공업 주식회사 제조, 상품명), 알릴화페놀 노볼락 수지인 AL-VR-9300 (미츠이 토아츠 화학 주식회사 제조, 상품명), 하기 일반식 (Ⅲ) 으로 나타내는 특수 페놀 수지인 PP-700-300 (닛폰 석유 화학 주식회사 제조, 상품명) 등을 들 수 있다.
[화학식 2]
Figure pct00002
[화학식 3]
Figure pct00003
식 (Ⅱ) 중, R1 은 각각 독립적으로 1 가의 탄화수소기, 바람직하게는 메틸기 또는 알릴기를 나타내고, q 는 1 ∼ 5 의 정수를 나타낸다. 또, 식 (Ⅲ) 중, R2 는 알킬기, 바람직하게는 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R3 은 수소 원자 또는 1 가의 탄화수소기를 나타내고, p 는 2 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.
경화제의 배합 비율은, 에폭시 수지의 에폭시기 1.0 당량에 대해, 경화제 중의 반응 활성기의 총량이 0.2 ∼ 1.2 당량이 되는 비율인 것이 바람직하고, 0.4 ∼ 1.0 당량이 되는 비율인 것이 보다 바람직하고, 0.5 ∼ 1.0 당량이 되는 비율인 것이 더욱 바람직하다. 반응 활성기가 0.2 당량 미만이면, 도전성 접착제 조성물의 내리플로우 크랙성이 저하되는 경향이 있고, 1.2 당량을 초과하면 도전성 접착제 조성물의 점도가 상승하여, 작업성이 저하되는 경향이 있다. 상기 반응 활성기는, 에폭시 수지와의 반응 활성을 갖는 치환기이며, 예를 들어, 페놀성 수산기 등을 들 수 있다.
또, 상기 경화 촉진제로서는, 디시안디아미드 등, 종래 경화 촉진제로서 이용되고 있는 것이면 특별히 한정되지 않고, 시판품을 입수할 수 있다. 시판품으로서는, 예를 들어, 하기 일반식 (Ⅳ) 로 나타내는 2 염기산 디하이드지드인 ADH, PDH, SDH (모두 닛폰 히드라진 공업 주식회사 제조, 상품명), 에폭시 수지와 아민 화합물의 반응물로 이루어지는 마이크로 캡슐형 경화제인 노바큐어 (아사히 카세이 공업 주식회사 제조, 상품명) 를 들 수 있다. 이들 경화 촉진제는 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용된다.
[화학식 4]
Figure pct00004
식 (Ⅳ) 중, R4 는 2 가의 방향족기 또는 탄소수 1 ∼ 12 의 직사슬 혹은 분기사슬의 알킬렌기, 바람직하게는 m-페닐렌기 또는 p-페닐렌기를 나타낸다.
상기 경화 촉진제의 배합 비율은, 에폭시 수지 100 질량부에 대해 0.01 ∼ 90 질량부이면 바람직하고, 0.1 ∼ 50 질량부이면 보다 바람직하다. 이 경화 촉진제의 배합 비율이 0.01 질량부 미만이면 경화성이 저하되는 경향이 있고, 90 질량부를 초과하면 점도가 증대되어, 도전성 접착제 조성물을 취급할 때의 작업성이 저하되는 경향이 있다.
또, 시판되는 경화 촉진제로서, 상기 서술한 것에 더하여, 또는 대신에, 예를 들어, 유기 붕소염 화합물인 EMZ·K, TPPK (모두 홋쿄 화학 공업 주식회사 제조, 상품명), 3 급 아민류 또는 그 염인 DBU, U-CAT102, 106, 830, 840, 5002 (모두 산아프로 주식회사 제조, 상품명), 이미다졸류인 큐아졸 2PZ-CN, 2P4MHZ, C17Z, 2PZ-OK, 2PZ-CNS, C11Z-CNS (모두 시코쿠 카세이 공업 주식회사 제조, 상품명) 등을 사용해도 된다.
이들 경화 촉진제의 배합 비율은, 에폭시 수지 100 질량부에 대해 20 질량부 이하이면 바람직하다. 나아가 15 질량부 이하이면 바람직하다.
또, 경화제 및 경화 촉진제는 각각 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
또한, 도전성 접착제 조성물에는, 상기 서술한 (B) 열경화성 수지에 추가하여, 바인더로서 기능하는 열가소성 수지를 1 종 또는 2 종 이상 첨가해도 된다. 열가소성 수지로서는, 예를 들어, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리아크릴레이트, 페녹시 수지 각각의 단독계, 및 상기 열가소성 수지 중 2 종류 이상의 공중합체를 들 수 있다. 이들 열가소성 수지는, 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용된다.
도전성 접착제 조성물에 있어서의 (B) 열경화성 수지의 함유량은, 접착제 성분의 총량에 대해, 1 ∼ 60 질량％ 이면 바람직하고, 5 ∼ 40 질량％ 이면 보다 바람직하고, 10 ∼ 30 질량％ 이면 더욱 바람직하다.
(C) 플럭스 활성제는, (A) 도전성 입자의 표면에 형성된 산화막을 제거하는 기능을 갖는 화합물이다. 플럭스 활성제는, (B) 열경화성 수지의 경화 반응을 저해하지 않는 화합물이면 특별히 제한 없이 공지된 화합물을 사용할 수 있다. 이와 같은 화합물로서는, 로진계 수지, 분자 내에 카르복실기, 페놀성 수산기 또는 알코올성 수산기를 함유하는 화합물, 2,4-디에틸글루타르산, 2,2-디에틸글루타르산, 3-메틸글루타르산, 2-에틸-3-프로필글루타르산, 2,5-디에틸아디프산 등의 측사슬에 알킬기를 갖는 2 염기산을 들 수 있다. 양호한 플럭스 활성을 나타내고, 또한 (B) 열경화성 수지로서 사용하는 에폭시 수지와 양호한 반응성을 나타내는 것으로부터, 분자 내에 카르복실기 및 수산기를 함유하는 화합물이 바람직하고, 지방족 디하이드록시카르복실산이 특히 바람직하다. 구체적으로는, 하기 일반식 (Ⅴ) 로 나타내는 화합물 또는 타르타르산이 바람직하다.
[화학식 5]
Figure pct00005
여기서, 식 (Ⅴ) 중, R5 는 치환되어 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기를 나타낸다. 일반식 (Ⅴ) 로 나타내는 화합물을 사용하는 것에 의한 효과를 보다 유효하게 발휘하는 관점에서, R5 는 메틸기, 에틸기 또는 프로필기이면 바람직하다. 또, n 및 m 은 각각 독립적으로 0 ∼ 5 의 정수를 나타낸다. 일반식 (Ⅴ) 로 나타내는 화합물을 사용하는 것에 의한 효과를 보다 유효하게 발휘하는 관점에서, n 이 0 또한 m 이 1 이거나, n 및 m 의 양방이 1 이면 바람직하고, n 및 m 의 양방이 1 이면 보다 바람직하다.
상기 일반식 (Ⅴ) 로 나타내는 화합물로서는, 예를 들어, 2,2-비스(하이드록시메틸)프로피온산, 2,2-비스(하이드록시메틸)부탄산, 2,2-비스(하이드록시메틸)펜탄산을 들 수 있다.
(C) 플럭스 활성제의 함유량은, 본 발명에 관련된 상기 서술한 효과를 보다 유효하게 발휘하는 관점에서, 융점 200 ℃ 이하의 금속의 전체량 100 질량부에 대해, 0.5 ∼ 20 질량부인 것이 바람직하다. 나아가, 보존 안정성, 도전성의 관점에서, 1.0 ∼ 10 질량부인 것이 보다 바람직하다. (C) 플럭스 활성제의 함유량이 0.5 질량부 미만인 경우, (A) 도전성 입자에 있어서의 금속의 용융성이 저하되어 도전성이 저하되는 경향이 있고, 20 질량부를 초과한 경우, 보존 안정성, 인쇄성 및 디스펜스 도포성이 저하되는 경향이 있다.
도전성 접착제 조성물은, 상기 서술한 각 성분의 이외에, 필요에 따라, 응력 완화를 위한 가요제, 작업성 향상을 위한 희석제, 접착력 향상제, 젖음성 향상제 및 소포제로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 첨가제를 함유해도 된다. 또, 이들 성분 이외에, 본 발명에 의한 효과를 저해하지 않는 범위에서 각종 첨가제를 함유하고 있어도 된다.
가요제로서는, 예를 들어 액상 폴리부타디엔 (우베코산 주식회사 제조, 상품명 「CTBN-1300X31」, 「CTBN-1300X9」, 닛폰소다 주식회사 제조, 상품명 「NISSO-PB-C-2000」) 등을 들 수 있다. 가요제를 함유하는 경우, 그 함유량은, 통상, 열경화성 수지의 총량 100 질량부에 대해, 0.01 ∼ 500 질량부인 것이 바람직하다.
도전성 접착제 조성물은, 접착력 향상을 목적으로, 실란커플링제나 티탄커플링제 등의 커플링제를 함유해도 된다. 실란 커플링제로서는, 예를 들어, 신에츠 화학 공업 주식회사 제조, 상품명 「KBM-573」등을 들 수 있다. 또, 젖음성 향상을 목적으로, 아니온계 계면활성제나 불소계 계면활성제 등을 도전성 접착제 조성물에 함유시켜도 된다. 또한 도전성 접착제 조성물은, 소포제로서 실리콘유 등을 함유해도 되고, 또 틱소 부여제로서, 피마자유를 수소 첨가하여 얻어지는 캐스터 왁스 등의 지방족 에스테르를 함유해도 된다. 상기 접착력 향상제, 젖음성 향상제, 소포제는 각각 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용된다. 이들은 도전성 접착제 조성물의 전체량에 대해, 0.1 ∼ 10 질량％ 함유되는 것이 바람직하다.
도전성 접착제 조성물에는, 도전성 접착제 조성물의 제조시의 작업성 및 사용시의 도포 작업성을 보다 양호하게 하기 위해 필요에 따라 희석제를 첨가할 수 있다. 이와 같은 희석제로서는, 부틸셀로솔브, 카르비톨, 아세트산부틸셀로솔브, 아세트산카르비톨, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, α-테르피네올 등의 비교적 비점이 높은 유기 용제가 바람직하다. 이 희석제는, 도전성 접착제 조성물의 전체량에 대해 0.1 ∼ 30 질량％ 함유되는 것이 바람직하다.
도전성 접착제 조성물은, 필러를 함유해도 된다. 필러로서는, 예를 들어, 아크릴고무, 폴리스티렌 등의 폴리머 입자, 다이아몬드, 질화붕소, 질화알루미늄, 알루미나, 실리카 등의 무기 입자를 들 수 있다. 이들 필러는, 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
본 실시형태에 있어서, 상기 서술한 각 성분은, 각각에 있어서 예시된 것 중 어느 것을 조합해도 된다.
본 실시형태에 관련된 도전성 접착제 조성물은, 상기 서술한 각 성분을 한 번에 또는 복수 회로 나누어, 필요에 따라 가열함과 함께, 혼합, 용해, 해립 혼련 또는 분산시킴으로써 각 성분이 균일하게 분산된 페이스트상의 것으로서 얻어진다. 이 때 사용되는 분산·용해 장치로서는, 공지된 교반기, 뇌궤기, 3 본 롤, 플라네터리 믹서 등을 들 수 있다.
인쇄성 및 디스펜스 도포성 면에서, 상기 도전성 접착제 조성물은 액상인 것이 바람직하다.
본 실시형태의 태양 전지 모듈은, 상기 서술한 도전성 접착제 조성물을 사용함으로써, 200 ℃ 이하의 저온에서의 접속에 의해 제조할 수 있기 때문에, Sn-Ag-Cu 계 땜납을 이용하여 260 ℃ 이상에서 접속하여 제조된 종래의 태양 전지 모듈과 비교하여, 태양 전지 셀의 특성 열화나, 태양 전지 셀의 휨이나 균열 등에 의한 수율 저하를 억제할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
[도전성 접착제 조성물의 조제]
(B) 열경화성 수지로서 YDF-170 (토토 화성 주식회사 제조, 비스페놀 F 형 에폭시 수지의 상품명, 에폭시 당량=170) 26.7 질량부와, 그 경화 촉진제로서 2P4MZ (시코쿠 카세이 공업 주식 회사 제조, 2-페닐-4-메틸이미다졸의 상품명) 1.2 질량부와, (C) 플럭스 활성제로서 BHPA (2,2-비스(하이드록시메틸)프로피온산) 2.1 질량부를 혼합하고, 3 본 롤에 3 회 통과시켜 접착제 성분을 조제하였다.
다음으로, 상기 서술한 접착제 성분 30 질량부에 대해, (A) 도전성 입자로서 Sn42-Bi58 입자 (평균 입자경 20 ㎛, 융점 : 138 ℃) 70 질량부를 첨가하고 혼합하였다. 얻어진 혼합물을, 3 본 롤에 3 회 통과시킨 후, 진공 교반 뇌궤기를 이용하여 500 Pa 이하에서 10 분간 탈포 처리를 실시함으로써, 도전성 접착제 조성물을 얻었다.
[탭선이 부착된 태양 전지 셀의 제조]
상기에서 얻어진 액상의 도전성 접착제 조성물을, 태양 전지 셀 (125 ㎜ × 125 ㎜, 두께 310 ㎛) 의 수광면 상에 형성된 표면 핑거 전극 (재질 : 은 유리 페이스트, 0.15 ㎜ × 125 ㎜) 과 직교하는 방향이며 또한 이면 전극의 바로 안쪽이 되는 위치에 디스펜서를 이용하여 단위 길이 당의 중량으로 0.2 ㎎/㎜ 가 되도록 도포하였다. 이어서, 도전성 접착제 조성물을 도포한 핑거 전극 상에, 배선 부재로서 땜납 피복 탭선 (히타치 전선 주식회사 제조, 상품명 : A-TPS, 폭 0.5 ㎜품) 을 배치시키고, 열압착기를 이용하여 온도 150 ℃, 하중 0.5 ㎫, 유지 시간 10 초의 조건으로 가열 압착하였다. 동일한 처리를 태양 전지 셀의 이면의 전극에 대해서도 실시하여, 탭선이 부착된 태양 전지 셀을 10 세트 제조하였다.
[셀 파손율의 평가]
상기 탭선이 부착된 태양 전지 셀의 외관을 육안으로 관찰하여, 균열, 크랙의 유무를 확인하고, 그 파손율을 평가하여 표 1 에 나타내었다. 표 1 중, 셀 파손율의 분모는 평가한 태양 전지 셀 수를, 분자는 균열, 크랙의 파손을 확인한 태양 전지 셀수를 나타낸다.
[접속부의 확인]
상기에서 얻어진 탭선이 부착된 태양 전지 셀 1 세트를 에폭시 수지로 전체를 덮도록 주형 (注形) 하고, 이것을 탭선의 길이 방향에서, 탭선의 중앙선을 따라 절단한 접속부의 단면을 확인하였다. 단면은, 핑거 전극의 단면 중앙으로부터 인접하는 핑거 전극의 단면 중앙까지를 1 관찰 단위로 하여, 5 개 지점 확인하였다. 태양 전지 셀의 핑거 전극과 탭선이 도전성 입자의 용융물에 의해 접속되어 있는 경우, 핑거 전극과 접하고 있는 접속부 중의 금속부와 광전 변환부와 접하고 있는 접속부 중의 수지부의 면적률을 측정하였다.
[태양 전지 모듈의 제조]
상기에서 제조한 탭선이 부착된 태양 전지 셀을 준비하여, 태양 전지 셀의 이면측에는 봉지 (封止) 수지 (미츠이 화학 파브로 주식회사 제조, 상품명 : 솔라 에바 SC50B) 와 보호 필름 (주식회사 코바야시 제조, 상품명 : 코바택 PV) 을 적층하고, 태양 전지 셀의 수광면측에는 봉지 수지 (미츠이 화학 파브로 주식회사 제조, 솔라 에바 SC50B) 와 유리 (200 × 200 × 3 ㎜) 를 적층하였다. 이렇게 하여 얻어진 적층체를 진공 라미네이터 (주식회사 N·P·C 제조, 상품명 : LM-50X50-S) 의 열판측에 유리가 접하도록 탑재하여 5 분간 진공화를 실시한 후, 진공 라미네이터의 상부의 진공을 해방하고, 1 atm 의 압력하에서 160 ℃, 10 분간 가열함으로써, 태양 전지 모듈을 제조하였다.
[변환 효율·FF 측정, 온도 사이클 시험]
얻어진 태양 전지 모듈의 IV 곡선을, 솔라 시뮬레이터 (주식회사 와콤 전창 제조, 상품명 : WXS-155S-10, AM : 1.5 G) 를 이용하여 측정하고, 곡선 인자 (fill factor, 이하 F.F 로 약기함) 를 도출하여, 이것을 초기의 F.F (0 h) 로 하였다. 또한 이 때 아울러 변환 효율도 도출하였다. 다음으로, 이 태양 전지 모듈에 대해, －55 ℃ 에서 15 분간 및 125 ℃ 에서 15 분간을 1 사이클로 하여, 이것을 1000 사이클 반복하는 온도 사이클 시험을 실시하였다. 이 온도 사이클 시험 후의 태양 전지 모듈의 F.F 를 측정하여, 이것을 F.F (1000 h) 로 하였다. 온도 사이클 시험 전후의 F.F 의 변화율 (ΔF.F) 을 [F.F (1000 h) × 100/F.F (0 h)] 의 식으로부터 구하여, 이것을 평가 지표로서 사용하였다. 또한, 일반적으로 ΔF.F 의 값이 95 ％ 이상이 되면 접속 신뢰성이 양호하다고 판단된다.
(실시예 2 ∼ 9)
표 1 에 나타내는 조성으로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 도전성 접착제 조성물을 조제하였다. 그리고, 얻어진 도전성 접착제 조성물을 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 탭선이 부착된 태양 전지 셀을 제조하여, 셀 파손율의 평가 및 접속부의 확인을 실시하였다. 단, 실시예 7 은, 핑거 전극과 배선 부재의 열압착 온도를 170 ℃ 로 하였다.
또한, 얻어진 탭선이 부착된 태양 전지 셀을 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 태양 전지 모듈을 제조하여, 온도 사이클 시험 전후의 ΔF.F 를 측정하였다. 그 결과를 표 2 에 나타낸다.
또한, 표 1 에 나타낸 재료의 상세는 이하와 같다. 또, 표 1 중의 각 재료의 배합 비율의 단위는 질량부이다.
YDF-170 : 비스페놀 F 형 에폭시 수지, 토토 카세이 주식회사 제조 상품명
TETRAD-X : 아민형 에폭시 수지, 미츠비시 가스 화학 주식회사 제조 상품명
EP-828 : 에피코트 828, 재팬 에폭시 레진 주식회사 제조 상품명
2P4MZ : 2-페닐-4-메틸이미다졸, 시코쿠 카세이 공업 주식 회사 제조 상품명
BHPA : 2,2-비스(하이드록시메틸)프로피온산
2,5-DEAD : 2,5-디에틸아디프산
Sn42-Bi58 : Sn42-Bi58 땜납 입자, 평균 입자경 20 ㎛, 융점 138 ℃
Sn40-Bi56-Zn4 : Sn40-Bi56-Zn4 땜납 입자, 평균 입자경 20 ㎛, 융점 130 ℃.
MA05K : Ag 도금 Cu 분말, 히타치 카세이 공업 주식 회사 제조 상품명, 융점 1083 ℃
(비교예 1)
배선 부재로서 Sn-Ag-Cu 땜납 피복 탭선 (히타치 전선 주식회사 제조, 상품명 : A-TPS, 폭 2.0 ㎜ 품, 융점 220 ℃) 을 태양 전지 셀 (125 ㎜ × 125 ㎜, 두께 310 ㎛) 의 수광면 상에 형성된 버스 바 (재질 : 은 유리 페이스트, 2 ㎜ × 125 ㎜) 위에 배치시키고, 열압착기를 이용하여 온도 260 ℃, 하중 0.5 ㎫, 유지 시간 10 초의 조건으로 가열 압착하였다. 동일한 처리를 이면의 전극에 대해서도 실시하여, 탭선이 부착된 태양 전지 셀을 10 세트 제조하였다.
실시예 1 과 동일한 방법으로 탭선이 부착된 태양 전지 셀에 대해 셀 파손율의 평가 및 접속부의 확인을 실시하였다. 또한, 상기에서 얻어진 탭선이 부착된 태양 전지 셀을 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 태양 전지 모듈을 제조하여, 그 온도 사이클 시험 전후의 ΔF.F 를 측정하였다. 그 결과를 표 2 에 나타낸다.
(비교예 2)
태양 전지 셀 (125 ㎜ × 125 ㎜, 두께 310 ㎛) 의 수광면 상에 형성된 표면 핑거 전극 (재질 : 은 유리 페이스트, 0.15 ㎜ × 125 ㎜) 과 직교하는 방향이며 또한 이면 전극의 바로 안쪽이 되는 위치에, 배선 부재로서 Sn-Ag-Cu 땜납 피복 탭선 (히타치 전선 주식회사 제조, 상품명 : A-TPS, 폭 0.5 ㎜ 품) 을 배치시키고, 열압착기를 이용하여 온도 260 ℃, 하중 0.5 ㎫, 유지 시간 10 초의 조건으로 가열 압착하였다. 동일한 처리를 이면의 전극에 대해서도 실시하여, 탭선이 부착된 태양 전지 셀을 10 세트 제조하였다.
실시예 1 과 동일한 방법으로 탭선이 부착된 태양 전지 셀에 대하여 셀 파손율의 평가 및 접속부의 확인을 실시하였다. 또한, 상기에서 얻어진 탭선이 부착된 태양 전지 셀을 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 태양 전지 모듈을 제조하여, 그 온도 사이클 시험 전후의 ΔF.F 를 측정하였다. 그 결과를 표 2 에 나타낸다.
(비교예 3)
도전성 접착제 조성물 대신에 Sn42-Bi58 크림 땜납 (주식회사 타무라 제조소 제조, TLF-401-11, 융점 138 ℃) 을 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 탭선이 부착된 태양 전지 셀을 제조하여, 셀 파손율의 평가 및 접속부의 확인을 실시하였다. 또한, 상기에서 얻어진 탭선이 부착된 태양 전지 셀을 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 태양 전지 모듈을 제조하여, 그 온도 사이클 시험 전후의 ΔF.F 를 측정하였다. 그 결과를 표 2 에 나타낸다.
(비교예 4)
수지로서 YDF-170 을 도전성 접착제 조성물 전체량 100 중량부에 대해 27.9 중량부, 도전성 입자로서 은 분말 (TCG-1, 주식회사 토쿠리키 화학 연구소 제조, 상품명) 72.1 중량부를, 도전성 접착제 조성물의 조제에 기재된 방법과 동일하게 조제하였다. 이 도전성 접착제 조성물을 사용하여, 실시예 1 과 동일하게 하여, 탭선이 부착된 태양 전지 셀을 제조하여, 셀 파손율의 평가 및 접속부의 확인을 실시하였다. 또한, 상기에서 얻어진 탭선이 부착된 태양 전지 셀을 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 태양 전지 모듈을 제조하여, 그 온도 사이클 시험 전후의 ΔF.F 를 측정하였다. 그 결과를 표 2 에 나타낸다.
Figure pct00006
Figure pct00007
핑거 전극과 배선 부재를 전기적으로 접속하는 융점 200 ℃ 이하의 금속이 용융되어 이루어지는 금속부와, 광전 변환부와 배선 부재를 접착하는 수지부를 갖는 실시예 1 ∼ 9 의 태양 전지 모듈은, 모두 접속시에 셀이 파손되지 않고, 변환 효율이 높고, 또한 온도 사이클 시험 전후의 ΔF.F 가 충분히 높아 양호한 신뢰성을 가지고 있는 것이 확인되었다.
한편, Sn-Ag-Cu 땜납 도금이 실시된 배선 부재를 이용하여, 270 ℃ 에서 접속된 비교예 1 및 비교예 2 의 탭선이 부착된 태양 전지 셀은, 셀의 파손이 발생하여, 수율이 저하되었다. 또, 비교예 1 의 버스 바를 사용한 구성에서는, 변환 효율이 저하되었다. Sn42-Bi58 과 플럭스로 구성되는 크림 땜납을 이용하여 접속된 비교예 3 의 태양 전지 모듈은, 수지부를 가지고 있지 않고, 온도 사이클 시험 전후의 ΔF.F 가 저하되었다. 또한, 은 필러와 에폭시 수지 조성물로 이루어지는 비교예 4 의 태양 전지 모듈은, 금속 접속부를 가지지 않고, 온도 사이클 시험 전후의 ΔF.F 가 저하되었다.
10 : 금속부
11 : 수지부
16 : 도전성 입자
17 : 수지
18 : 플럭스 활성제
19 : 도전성 접착제 조성물
100, 200 : 태양 전지 모듈
101 : 광전 변환부
102 : 배선 부재
103 : 핑거 전극
104, 107 : 버스 바 전극
105, 108 : 접속부
106 : 이면 전극
107 : 버스 바 전극

Claims (4)

  1. 복수의 태양 전지 셀과, 그 태양 전지 셀끼리를 전기적으로 접속하는 배선 부재가, 접속부를 개재하여 접속된 태양 전지 모듈로서,
    상기 태양 전지 셀의 광전 변환부의 수광면에 복수의 핑거 전극이 형성되어 있고,
    상기 배선 부재는, 상기 복수의 핑거 전극과 교차하도록 배치되고,
    상기 수광면측의 접속부는, 융점 200 ℃ 이하의 금속을 포함하는 도전성 입자가 수지 중에서 용융 및 응집되어 이루어지고, 각 핑거 전극과 배선 부재를 연결하는 금속부와, 상기 수지로 이루어지고, 상기 금속부의 주위를 덮어 광전 변환부 및 배선 부재를 접착하는 수지부를 갖는, 태양 전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 핑거 전극의 폭이 20 ∼ 400 ㎛ 인, 태양 전지 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수광면측의 접속부가, (A) 융점 200 ℃ 이하의 금속을 포함하는 도전성 입자, (B) 열경화성 수지 및 (C) 플럭스 활성제를 함유하는 도전성 접착제 조성물을 사용하여 형성되어 있는, 태양 전지 모듈.
  4. 복수의 태양 전지 셀과, 그 태양 전지 셀끼리를 전기적으로 접속하는 배선 부재가, 접속부를 개재하여 접속된 태양 전지 모듈로서,
    상기 태양 전지 셀의 광전 변환부의 수광면에 복수의 핑거 전극이 형성되어 있고,
    상기 배선 부재는, 상기 복수의 핑거 전극과 교차하도록 배치되고,
    상기 수광면측의 상기 접속부는, 융점 200 ℃ 이하의 금속을 포함하는 도전성 입자가 수지 중에서 용융 및 응집되어 이루어지고, 각 핑거 전극과 배선 부재를 연결하는 금속부와, 상기 금속부 주위에 충전된 상기 수지로 이루어지는 수지부를 가지며,
    상기 금속부의 단면은, 상기 핑거 전극측으로부터 상기 배선 부재를 향하여 플레어 형상으로 되어 있는, 태양 전지 모듈.
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