KR20130132497A - 도전성 접착 재료, 태양 전지 모듈 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 높은 접속 신뢰성이 얻어지는 도전성 접착 재료, 태양 전지 모듈 및 그의 제조 방법을 제공한다. 막 형성 수지, 액상 에폭시 수지, 경화제 및 도전성 입자를 함유하는 도전성 접착 재료 (20)에 있어서, 경화제로서 산 무수물계 경화제 또는 페놀계 경화제를 이용하고, 도전성 입자로서 땜납 입자를 이용한다. 경화제의 플럭스 효과에 의해 땜납이 습윤 확산되고, 높은 접속 신뢰성이 얻어진다.

Description

도전성 접착 재료, 태양 전지 모듈 및 그의 제조 방법{CONDUCTIVE ADHESIVE MATERIAL, SOLAR CELL MODULE, AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은, 도전성 입자가 분산된 도전성 접착 재료, 이것을 이용하여 태양 전지 셀의 표면/이면 전극과 탭선을 접속하는 태양 전지 모듈 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 일본에서 2010년 11월 26일에 출원된 일본 특허 출원 번호 특원 2010-263607을 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원을 참조함으로써 본 출원에 원용된다.
종래, 결정 실리콘계 태양 전지 모듈에서는, 복수의 인접하는 태양 전지 셀이 땜납 코팅된 리본 형상 동박으로 이루어진 탭선에 의해 접속되어 있다. 탭선은, 그의 한 단부측을 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극에 접속하고, 다른 단부측을 인접하는 다른 태양 전지 셀의 이면 전극에 접속함으로써, 각 태양 전지 셀을 직렬로 접속한다.
구체적으로, 태양 전지 셀과 탭선의 접속은, 태양 전지 셀의 수광면에 은 페이스트의 스크린 인쇄에 의해 형성된 버스 바 전극 및 태양 전지 셀의 이면 접속부에 형성된 Ag 전극과, 탭선이 땜납 처리에 의해 접속되어 있다. 또한, 태양 전지 셀 이면의 접속부 이외의 영역은 Al 전극이 형성되어 있다.
그러나, 납땜에서는 200 ℃를 초과하는 고온에 의한 접속 처리가 행해지기 때문에, 태양 전지 셀의 휨이나, 탭선과 표면 전극 및 이면 전극과의 접속부에 발생하는 내부 응력, 나아가 플럭스의 잔사 등에 의해 태양 전지 셀의 표면 전극 및 이면 전극과 탭선 사이의 접속 신뢰성이 저하되는 것이 염려된다.
따라서, 태양 전지 셀의 표면 전극 및 이면 전극과 탭선의 접속에, 비교적 낮은 온도에서의 열 압착 처리에 의해 접속이 가능한 도전성 접착 필름의 사용이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2 참조).
일본 특허 공개 제2007-214533호 공보 일본 특허 공개 제2008-135652호 공보
그러나, 종래의 태양 전지 모듈용 도전성 접착 필름은, 도전성 입자로서 금속 필러가 이용되며, 납땜과 같이 전극과 금속 결합을 형성하지 않기 때문에, 접속 신뢰성이 염려되고 있었다.
본 발명은 이러한 종래의 실정을 감안하여 제안된 것이며, 높은 접속 신뢰성이 얻어지는 도전성 접착 재료 및 그의 제조 방법, 및 태양 전지 모듈 및 그의 제조 방법을 제공한다.
본건 발명자들은 예의 검토를 행한 결과, 도전성 접착 재료의 도전성 입자로서 땜납 입자를 이용하고, 경화제로서 산 무수물계 경화제 또는 페놀계 경화제를 이용함으로써, 높은 접속 신뢰성이 얻어진다는 것을 발견하였다.
즉, 본 발명에 관한 도전성 접착 재료는 막 형성 수지, 액상 에폭시 수지, 경화제 및 도전성 입자를 함유하고, 상기 경화제가 산 무수물계 경화제 또는 페놀계 경화제이며, 상기 도전성 입자가 땜납 입자인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 태양 전지 모듈은, 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과, 상기 하나의 태양 전지 셀과 인접하는 다른 태양 전지 셀의 이면 전극을 도전성 접착 재료를 통해 탭선으로 전기적으로 접속시킨 태양 전지 모듈에 있어서, 상기 도전성 접착 재료가 형성 수지, 액상 에폭시 수지, 경화제 및 도전성 입자를 함유하고, 상기 경화제가 산 무수물계 경화제 또는 페놀계 경화제이며, 상기 도전성 입자가 땜납 입자인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 태양 전지 모듈의 제조 방법은, 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과, 상기 하나의 태양 전지 셀과 인접하는 다른 태양 전지 셀의 이면 전극을 도전성 접착 재료를 통해 탭선으로 전기적으로 접속시키는 태양 전지 모듈의 제조 방법에 있어서, 상기 도전성 접착 재료가 형성 수지, 액상 에폭시 수지, 경화제 및 도전성 입자를 함유하고, 상기 경화제가 산 무수물계 경화제 또는 페놀계 경화제이며, 상기 도전성 입자가 땜납 입자이며, 상기 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과 탭선 및 상기 다른 태양 전지 셀의 이면 전극과 탭선을 상기 도전성 접착 재료를 개재시켜 임시 배치하는 임시 배치 공정과, 상기 탭선의 상면으로부터 가열 가압 헤드에 의해 가압하는 가압 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 태양 전지 모듈의 제조 방법은, 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과, 상기 하나의 태양 전지 셀과 인접하는 다른 태양 전지 셀의 이면 전극을 도전성 접착 재료를 통해 탭선으로 전기적으로 접속시키는 태양 전지 모듈의 제조 방법에 있어서, 상기 도전성 접착 재료가 형성 수지, 액상 에폭시 수지, 경화제 및 도전성 입자를 함유하고, 상기 경화제가 산 무수물계 경화제 또는 페놀계 경화제이며, 상기 도전성 입자가 땜납 입자이며, 상기 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과 탭선 및 상기 다른 태양 전지 셀의 이면 전극과 탭선을 상기 도전성 접착 재료를 개재시켜 임시 배치하는 임시 배치 공정과, 상기 태양 전지 셀의 상하면에 밀봉재, 보호 기재를 순서대로 적층하고, 상기 보호 기재의 상면으로부터 라미네이트 장치에 의해 라미네이트 압착시켜, 상기 밀봉재를 경화시킴과 함께 상기 표면 전극과 탭선 및 상기 이면 전극과 탭선을 접속시키는 라미네이트 압착 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 도전성 접착 재료의 도전성 입자로서 땜납 입자를 이용하고, 경화제로서 산 무수물계 경화제 또는 페놀계 경화제를 이용함으로써, 땜납의 습윤 확산을 향상시켜 강고한 금속 결합을 형성시킬 수 있기 때문에, 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명이 적용된 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는, 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 3은, 감압 라미네이터의 구성을 도시하는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 하기 순서대로 상세히 설명한다.
1. 도전성 접착 재료
2. 태양 전지 모듈
3. 태양 전지 모듈의 제조 방법
4. 실시예
<1. 도전성 접착 재료>
우선, 태양 전지 셀의 표면 전극 또는 이면 전극과 탭선을 전기적으로 접속하기 위한 도전성 접착 재료에 대하여 설명한다. 또한, 도전성 접착 재료의 형상은 필름 형상으로 한정되지 않으며, 페이스트일 수도 있다.
본 실시 형태에 있어서의 도전성 접착 재료는, 막 형성 수지, 액상 에폭시 수지, 경화제 및 도전성 입자를 함유하고, 경화제로서 산 무수물계 경화제 또는 페놀계 경화제를 이용하고, 도전성 입자로서 땜납 입자를 이용한다.
막 형성 수지는 평균 분자량이 10000 이상인 고분자량 수지에 상당하며, 필름 형성성의 관점에서 10000 내지 80000 정도의 평균 분자량인 것이 바람직하다. 막 형성 수지로서는 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페녹시 수지 등의 다양한 수지를 사용할 수 있으며, 그중에서도 막 형성 상태, 접속 신뢰성 등의 관점에서 페녹시 수지가 적절하게 이용된다.
액상 에폭시 수지로서는 상온에서 유동성을 갖고 있으면 특별히 제한은 없고, 시판되어 있는 에폭시 수지를 모두 사용할 수 있다. 이러한 에폭시 수지로서는 구체적으로 나프탈렌형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀형 에폭시 수지, 스틸벤형 에폭시 수지, 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 페놀아르알킬형 에폭시 수지, 나프톨형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 트리페닐메탄형 에폭시 수지 등을 이용할 수 있다. 이들은 단독으로도, 2종 이상을 조합하여 이용할 수도 있다. 또한, 아크릴 수지 등 다른 유기 수지와 적절히 조합하여 사용할 수도 있다.
경화제로서는 산 무수물계 경화제 또는 페놀계 경화제가 이용된다. 이들 경화제는, 땜납의 습윤 확산을 향상시키는 플럭스 효과를 가짐과 함께, 경화시에 에폭시 성분과 반응하기 때문에 경화제의 잔사에 의한 악영향을 방지할 수 있다.
산 무수물계 경화제로서는, 지환식 산 무수물, 방향족 산 무수물, 지방족 산 무수물 등을 이용할 수 있다. 이들 중에서도, 노르보르넨 골격을 갖는 지환식 산 무수물이 적절하게 이용된다. 이러한 지환식 산 무수물로서는, 하기 화학식으로 표시되는 메틸비시클로[2.2.1]헵탄-2.3-디카르복실산 무수물/비시클로[2.2.1]헵탄-2.3-디카르복실산 무수물을 들 수 있다.
Figure pct00001
(식 중, R은 수소 또는 메틸기를 나타냄)
또한, 유리 카르복실산을 갖는 경화제는 반응성이 높고, 도전성 접착 재료의 수명이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 페놀계 경화제로서는 페놀포름알데히드형 노볼락 수지, 페놀아르알킬형 노볼락 수지 등을 이용할 수 있다.
도전성 입자로서는, 비교적 낮은 온도에서의 열 압착 처리에 의한 접속이 가능한 공정 땜납, Bi, In을 첨가한 저융점 땜납 등의 땜납 입자가 바람직하게 이용된다. 땜납 입자의 융점은 경화제의 개시 온도에 따라 적절히 설정되지만, 태양 전지 셀의 휨이나, 탭선과 표리면 전극의 접속부에 발생하는 내부 응력의 관점에서 100 ℃ 이상 200 ℃ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 135 ℃ 이상 150 ℃ 이하이다.
땜납 입자와 경화제의 관계에 있어서, 경화제의 경화 개시 온도가 땜납 입자의 융점 이상인 것이 바람직하다. 이에 따라, 경화제의 충분한 플렉스 기능을 발현시킨 후, 경화제와 에폭시를 경화시킬 수 있다. 또한, 후술하는 밀봉 수지의 경화 및 전극과 탭선의 접속을 동시에 행하는 라미네이트 압착 공정에 있어서도 적절하게 이용할 수 있다.
또한, 경화제의 경화 개시 온도와 땜납 입자의 융점의 차의 절대값은 35 ℃ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15 ℃ 이하이다. 이보다도 온도차가 커지면 플럭스 효과가 부족하고, 접속 신뢰성이 저하된다.
또한, 기타 첨가 조성물로서, 아크릴 고무(ACR), 부타디엔 고무(BR), 니트릴 고무(NBR) 등의 고무계의 탄성 입자를 배합하는 것이 바람직하다. 탄성 입자는 내부 응력을 흡수할 수 있고, 경화 저해를 일으키지 않기 때문에 높은 접속 신뢰성을 부여할 수 있다.
또한, 실란 커플링제를 첨가할 수도 있다. 실란 커플링제로서는 에폭시계, 아미노계, 머캅토ㆍ술피드계, 우레이도계 등을 이용할 수 있다. 이에 따라, 유기 재료와 무기 재료의 계면에 있어서의 접착성을 향상시킬 수 있다.
이러한 도전성 접착 재료에 따르면, 비교적 낮은 온도의 열 압착 처리에 의해 탭선과 전극 사이에 강고한 금속 결합을 형성시킬 수 있고, 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있다.
상술한 구성으로 이루어지는 도전성 접착 재료를 제조하는 경우, 형성 수지, 액상 에폭시 수지, 경화제 및 도전성 입자를 용제에 용해시킨다. 용제로서는 톨루엔, 아세트산 에틸 등 또는 이들의 혼합 용제를 이용할 수 있다.
또한, 시트 형상의 도전성 도전 필름을 제조하는 경우, 형성 수지, 액상 에폭시 수지, 경화제 및 도전성 입자가 용제에 용해된 수지 조성물을 바 코터, 도포 장치 등을 이용하여 박리 기재 위에 도포하고, 박리 기재 위의 조성물을 열 오븐, 가열 건조 장치 등을 이용하여 건조시킴으로써, 소정 두께의 도전성 도전 필름을 얻을 수 있다.
박리 기재는, 예를 들면 실리콘 등의 박리제가 PET(폴리 에틸렌 테레프탈레이트), OPP(연신 폴리프로필렌), PMP(폴리-4-메틸펜텐-1), PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 등에 도포된 적층 구조로 이루어지고, 도전성 도전 필름의 건조를 방지함과 함께 이들의 형상을 유지할 수 있다.
<2. 태양 전지 모듈>
이하, 본 발명이 적용된 태양 전지 모듈 및 그의 제조 방법에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 본 발명이 적용된 태양 전지 모듈 (1)은, 광전 변환 소자로서 단결정형 실리콘 광전 변환 소자, 다결정형 광전 변환 소자를 이용하는 결정 실리콘계 태양 전지 모듈이거나, 비정질 실리콘으로 이루어지는 셀과 미결정 실리콘 또는 비정질 실리콘 게르마늄으로 이루어지는 셀을 적층시킨 광전 변환 소자를 이용한 박막 실리콘계 태양 전지이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 태양 전지 모듈 (1)은, 복수의 태양 전지 셀 (2)가 인터커넥터가 되는 탭선 (3)에 의해 직렬로 접속된 스트링스 (4)를 갖고, 이 스트링스 (4)를 복수 배열한 매트릭스 (5)를 구비한다. 또한, 태양 전지 모듈 (1)은, 이 매트릭스 (5)가 밀봉 접착제의 시트 (6)에 끼워져 있으며, 보호 기재로서 수광면측에 설치된 표면 커버 (7) 및 이면측에 설치된 백 시트 (8)과 함께 일괄적으로 라미네이트되고, 마지막으로 주위에 알루미늄 등의 금속 프레임 (9)가 설치됨으로써 형성된다.
밀봉 접착제로서는, 예를 들면 에틸렌비닐알코올 수지(EVA) 등의 투광성 밀봉재가 이용된다. 또한, 표면 커버 (7)로서는, 예를 들면 유리나 투광성 플라스틱 등의 투광성의 재료가 이용된다. 또한, 백 시트 (8)로서는 유리나 알루미늄박을 수지 필름으로서 협지한 적층체 등이 이용된다.
태양 전지 모듈의 각 태양 전지 셀 (2)는, 도 2에 도시한 바와 같이 실리콘 기판으로 이루어지는 광전 변환 소자 (10)을 갖는다. 광전 변환 소자 (10)에는, 수광면측에 표면 전극이 되는 버스 바 전극 (11)과, 버스 바 전극 (11)과 거의 직교하는 방향으로 형성된 집전극인 핑거 전극 (12)가 설치되어 있다. 또한, 광전 변환 소자 (10)에는, 수광면과 반대인 이면측에 알루미늄으로 이루어지는 Al 이면 전극 (13)이 설치되어 있다.
또한, 태양 전지 셀 (2)는, 탭선 (3)에 의해 표면의 버스 바 전극 (11)과, 인접하는 태양 전지 셀 (2)의 Al 이면 전극 (13)이 전기적으로 접속되고, 이에 따라 직렬로 접속된 스트링스 (4)를 구성한다. 탭선 (3)과 버스 바 전극 (11) 및 Al 이면 전극 (13)의 접속은 도전성 접착 필름 (20)에 의해 행한다.
탭선 (3)은 종래의 태양 전지 모듈에서 사용되고 있는 탭선을 이용할 수 있다. 탭선 (3)은, 예를 들면 50 내지 300 ㎛ 두께의 리본 형상 동박을 사용하고, 필요에 따라 금 도금, 은 도금, 주석 도금, 땜납 도금 등을 실시함으로써 형성된다. 또한, 탭선 (3)에 미리 도전성 접착 필름이 적층된 것을 이용할 수도 있다.
버스 바 전극 (11)은, Ag 페이스트를 도포하고 가열함으로써 형성된다. 태양 전지 셀 (2)의 수광면에 형성되는 버스 바 전극 (11)은, 입사광을 차단하는 면적을 작게 하고, 음영 손실을 억제하기 위해, 예를 들면 1 mm 폭의 라인 형상으로 형성되어 있다. 버스 바 전극 (11)의 수는, 태양 전지 셀 (2)의 크기나 저항을 고려하여 적절히 설정된다.
핑거 전극 (12)는, 버스 바 전극 (11)과 동일한 방법에 의해, 버스 바 전극 (11)과 교차하도록 태양 전지 셀 (2)의 수광면의 거의 전체면에 걸쳐서 형성되어 있다. 또한, 핑거 전극 (12)는, 예를 들면 약 100 ㎛ 정도의 폭을 갖는 라인이 소정 간격, 예를 들면 2 mm 간격으로 형성되어 있다.
Al 이면 전극 (13)은, 알루미늄으로 이루어지는 전극이 예를 들면 스크린 인쇄나 스퍼터 등에 의해 태양 전지 셀 (2)의 이면에 형성된다.
또한, 태양 전지 셀 (2)는, 버스 바 전극 (11)을 반드시 설치할 필요는 없다. 이 경우, 태양 전지 셀 (2)는 핑거 전극 (12)의 전류를 핑거 전극 (12)와 교차하는 탭선 (3)을 이용하여 모은다. 또한, Al 이면 전극 (13)에 탭선과 접속 불량이 되지 않을 정도로 개구부를 형성할 수도 있고, 이에 따라 접착 강도를 확보할 수도 있다.
<3. 태양 전지 모듈의 제조 방법>
이어서, 태양 전지 모듈의 제조 방법에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다. 제1 실시 형태에 있어서의 태양 전지 모듈의 제조 방법은, 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과, 하나의 태양 전지 셀과 인접하는 다른 태양 전지 셀의 이면 전극을 도전성 접착 필름을 통해 탭선으로 전기적으로 접속시키는 태양 전지 모듈의 제조 방법에 있어서, 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과 탭선 및 상기 다른 태양 전지 셀의 이면 전극과 탭선을 상술한 도전성 접착 필름을 개재시켜 임시 배치하고, 탭선의 상면으로부터 가열 가압 헤드에 의해 가압하는 것이다.
구체적으로는, 우선 광전 변환 소자 (10)의 표면에 Ag 페이스트의 도포, 소성에 의해 핑거 전극 (12) 및 버스 바 전극 (11)을 형성하고, 이면에 Al 스크린 인쇄 등에 의해 탭선 (3)의 접속부에 Al 이면 전극 (13)을 형성하여, 태양 전지 셀을 제작한다.
이어서, 광전 변환 소자 (10) 표면의 버스 바 전극 (11) 및 이면의 Al 이면 전극 (13)에 도전성 접착 필름 (20)을 접착하고, 이 도전성 접착 필름 (20) 위에 탭선 (3)을 배치한다.
또한, 탭선 (3) 위로부터 소정의 압력으로 가열 가압함으로써, 탭선 (3)과 버스 바 전극 (11) 및 Al 이면 전극 (13)을 전기적으로 접속한다. 이때, 탭선 (3)은, 도전성 접착 필름 (20)의 결합제 수지가 Ag 페이스트에 의해 형성된 버스 바 전극 (11)과 양호한 접착성을 구비하기 때문에, 버스 바 전극 (11)과 기계적으로 강고하게 접속된다. 또한, 탭선 (3)은 Al 이면 전극 (13)과 전기적으로 접속된다.
태양 전지 셀 (2)가 접속된 매트릭스 (5)를 밀봉 접착제의 시트 (6)에 끼우고, 보호재로서 수광면측에 설치된 표면 커버 (7) 및 이면측에 설치된 백 시트 (8)과 함께 일괄적으로 라미네이트 함으로써, 태양 전지 모듈 (1)이 제조된다.
이 제1 실시 형태에서는, 상술한 도전성 접착 필름이 형성 수지, 액상 에폭시 수지, 경화제 및 도전성 입자를 함유하고, 경화제가 산 무수물계 경화제 또는 페놀계 경화제이며, 도전성 입자가 땜납 입자임으로써, 가열 가압 헤드에 의한 가압시에 200 ℃ 이하의 비교적 낮은 온도의 열 압착 처리에 의해 탭선과 전극 사이에 강고한 금속 결합을 형성시킬 수 있고, 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있다.
이어서, 밀봉 수지의 경화 및 전극과 탭선의 접속을 동시에 행하는 제2 실시 형태에 있어서의 태양 전지 모듈의 제조 방법에 대하여 설명한다. 제2 실시 형태에 있어서의 태양 전지 모듈의 제조 방법은, 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과, 하나의 태양 전지 셀과 인접하는 다른 태양 전지 셀의 이면 전극을 도전성 접착 필름을 통해 탭선으로 전기적으로 접속시키는 태양 전지 모듈의 제조 방법에 있어서, 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과 탭선 및 다른 태양 전지 셀의 이면 전극과 탭선을 상술한 도전성 접착 필름을 개재시켜 임시 고정하고, 태양 전지 셀의 상하면에 밀봉재, 보호 기재를 순서대로 적층하고, 보호 기재의 상면으로부터 라미네이트 장치에 의해 라미네이트 압착시켜, 밀봉재를 경화시킴과 함께 표면 전극과 탭선 및 이면 전극과 탭선을 접속시키는 것이다.
우선, 밀봉 수지의 경화 및 전극과 탭선의 접속을 동시에 행하는 라미네이트 장치에 대하여 설명한다.
도 3은 감압 라미네이터의 구성을 도시하는 도면이다. 감압 라미네이터 (30)은, 상부 유닛 (31)과 하부 유닛 (32)로 구성된다. 이들 유닛은, O링 등의 밀봉 부재 (33)을 통해 분리 가능하게 일체화된다. 상부 유닛 (31)에는, 실리콘 러버 등의 가요성 시트 (34)가 설치되어 있고, 이 가요성 시트 (34)에 의해 감압 라미네이터 (30)이 제1실 (35)와 제2실 (36)으로 구획된다.
또한, 상부 유닛 (31) 및 하부 유닛 (32) 각각에는, 각 실이 각각 독립적으로 내압 조정, 즉 진공 펌프나 압축기 등에 의해 감압, 가압, 나아가 대기 개방도 가능해지도록 배관 (37), (38)이 설치되어 있다. 배관 (37)은 전환 밸브 (39)에 의해 배관 (37a)와 배관 (37b)의 2 방향으로 분지되어 있으며, 배관 (38)은 전환 밸브 (40)에 의해 배관 (38a)와 배관 (38b)의 2 방향으로 분지되어 있다. 또한, 하부 유닛 (32)에는 가열 가능한 스테이지 (41)이 설치되어 있다.
이어서, 이 감압 라미네이터 (30)을 이용한 구체적인 접속 방법에 대하여 설명한다. 우선, 상부 유닛 (31)과 하부 유닛 (32)를 분리하고, 스테이지 (41) 위에 탭선이 임시 고정된 태양 전지 셀의 상하면에 밀봉재, 보호 기재(표면 커버 (7), 백 시트 (8))를 순서대로 적층한 적층물을 적재한다. 또한, 태양 전지 셀로의 탭선의 임시 고정시의 온도는, 도전성 접착 재료의 땜납 입자의 융점보다 낮아도 상관없다.
또한, 상부 유닛 (31)과 하부 유닛 (32)를 밀봉 부재 (33)을 통해 분리 가능하게 일체화하고, 그 후 배관 (37a) 및 배관 (38a)의 각각에 진공 펌프를 접속하여, 제1실 (35) 및 제2실 (36) 내를 고진공으로 한다. 제2실 (36) 내를 고진공으로 유지한 채 전환 밸브 (39)를 전환하여, 배관 (37b)로부터 제1실 (35) 내에 대기를 도입한다. 이에 따라, 가요성 시트 (34)가 제2실 (36)을 향해 확대되고, 그 결과 적층물이 스테이지 (41)에서 가열되면서 가요성 시트 (34)로 가압된다.
열 압착 후, 전환 밸브 (40)을 전환하고, 배관 (38b)로부터 제2실 (36) 내에 대기를 도입한다. 이에 따라, 가요성 시트 (34)가 제1실 (35)를 향해 되돌아가고, 최종적으로 제1실 (35) 및 제2실 (36)의 내압이 동일해진다.
마지막으로, 상부 유닛 (31)과 하부 유닛 (32)를 분리하고, 스테이지 (41) 위로부터 열 압착 처리된 태양 전지 모듈을 취출한다. 이에 따라, 밀봉 수지의 경화 및 전극과 탭선의 접속을 동시에 행할 수 있다.
이 제2 실시 형태에서는, 라미네이트 장치에 있어서의 열 압착 온도를 도전성 접착 재료의 땜납 입자의 융점보다도 높게 함으로써, 탭선과 전극 사이에 강고한 금속 결합을 형성시킬 수 있고, 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있다. 또한, 경화제의 경화 개시 온도가 땜납 입자의 융점 이상인 도전성 접착 재료를 이용함으로써, 경화제의 충분한 플렉스 기능을 발현시킨 후, 경화제와 에폭시를 경화시킬 수 있다. 또한, 경화제의 경화 개시 온도와 땜납 입자의 융점의 차가 15 ℃ 이하인 도전성 접착 재료를 이용함으로써, 충분한 플럭스 효과가 얻어지고, 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
<4. 실시예>
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다. 여기에서는, 하기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3과 같이, 도전성 접착 필름을 이용하여 태양 전지 셀의 표리면 전극과 탭선을 접속하고, 그의 결합성, 접착성 및 접속 신뢰성을 평가하였다.
[결합성의 평가]
플럭스 기능의 평가로서, 태양 전지 셀의 전극과 탭선을 떼어내고, 광학 현미경에 의해 땜납의 습윤 확산을 관찰하였다. 표 1, 2에 나타낸 평가에 있어서, 원래의 면적으로부터 면적비 3.0배 이상의 습윤 확산을 나타낸 것을 ◎, 원래의 면적으로부터 면적비 1.5배 이상 3.0배 미만의 습윤 확산을 나타낸 것을 ○, 원래의 면적으로부터 면적비 1.5배 미만의 습윤 확산을 나타낸 것을 △, 원래의 면적으로부터 습윤 확산을 나타내지 않는 것을 ×로 하였다.
[접착성의 평가]
태양 전지 셀의 탭선을 전극면에 대하여 90° 방향으로 인장 시험기(텐시오론, 오리엔테크사 제조)를 이용하여 끌어올려, 접착 강도를 측정하였다. 표 1, 2에 나타낸 평가에 있어서, 접착 강도가 2.0 N/mm 이상인 것을 ◎, 접착 강도가 1.5 N/mm 이상 2.0 N/mm 미만인 것을 ○, 접착 강도가 1.0 N/mm 이상 1.5 N/mm 미만인 것을 △, 접착 강도가 1.0 N/mm 미만인 것을 ×로 하였다.
[접속 신뢰성의 평가]
태양 전지 셀에 대하여 초기(Initial)의 저항과, 온도 85 ℃, 습도 85 ％RH, 500시간의 TH 테스트(Thermal Humidity Test) 후의 저항을 측정하였다. 측정은, 디지털 멀티미터(디지털 멀티미터 7555, 요꼬가와 덴끼샤 제조)를 이용하여 4 단자법에 의해 전류 1 mA를 흘렸을 때의 접속 저항을 측정하였다. 표 1, 2에 나타낸 평가에 있어서, 접속 저항이 4 Ω 미만인 것을 ◎, 접속 저항이 4 Ω 이상 5 Ω 미만인 것을 ○, 접속 저항이 5 Ω 이상 6 Ω 미만인 것을 △, 접속 저항이 6 Ω 이상인 것을 ×로 하였다.
[실시예 1]
페녹시 수지(YD-50, 신닛데쯔 가가꾸(주) 제조) 20 질량부, 액상 에폭시 수지(EP828, 미쯔비시 가가꾸(주) 제조) 30 질량부, 산 무수물계 경화제(HNA-100, 신닛본 리까(주) 제조) 20 질량부, 아크릴 고무(테이산 레진 SG80H, 나가세 켐텍스(주) 제조) 15 질량부, 폴리부타디엔 고무(RKB 시리즈, 레지너스 가세이(주) 제조) 15 질량부 및 Sn-In(52 ％)계 땜납 입자(용점 117 ℃, 센쥬 긴조꾸 고교(주) 제조) 30 질량부를 배합하여, 도전성 접착 재료를 제조하였다. 이것을, 박리 처리된 PET에 바 코터를 이용하여 도포하고, 80 ℃의 오븐에서 5분 건조시켜, 두께 25 ㎛의 도전성 접착 필름을 제작하였다.
이어서, 6인치 다결정 Si 셀(치수: 15.6 cm×15.6 cm, 두께: 180 ㎛)의 Ag로 이루어지는 표면 전극 부분 및 Al로 이루어지는 이면 전극 부분에 도전성 접착 필름을 붙이고, 도전성 접착 필름 위에 땜납이 피복된 Cu 탭선(폭: 2 mm, 두께: 0.15mm)을 히터 헤드에 의해 열 가압(140 ℃, 15초, 2 MPa)하여 임시 고정시켰다.
또한, 탭선이 임시 고정된 태양 전지 셀을 밀봉 접착제의 시트에 끼우고, 수광면측에 설치된 표면 커버 및 이면측에 설치된 백 시트와 함께 일괄적으로 라미네이트하였다. 구체적으로는, 도 3에 도시한 감압 라미네이터 (30)의 제2실 (36)의 가열 스테이지를 155 ℃로 유지하면서, 제1실 (35)와 제2실 (36)을 함께 133 Pa까지 감압한 후, 제2실 (36)의 감압을 유지한 채, 제1실 (35)에 대기를 도입하여 대기압이 되게 하였다. 이 상태를 5분간 유지한 후, 제2실 (36)에 대기를 도입하여 대기압이 되게 하였다.
이 태양 전지 모듈의 결합성의 평가 결과는 ○, 접착성의 평가 결과는 ○ 및 접속 신뢰성의 평가 결과는 초기 단계에서 ○, TH 테스트 후에 △였다. 표 1에 이들의 결과를 나타낸다.
[실시예 2]
Sn-Bi(58 ％)계 땜납 입자(용점 139 ℃, 센쥬 긴조꾸 고교(주) 제조)를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 도전성 접착 필름을 제작하였다. 이 도전성 접착 필름을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 태양 전지 모듈을 제작하였다.
이 태양 전지 모듈의 결합성의 평가 결과는 ○, 접착성의 평가 결과는 ○ 및 접속 신뢰성의 평가 결과는 초기 단계에서 ◎, TH 테스트 후에 ○였다. 표 1에 이들의 결과를 나타낸다.
[실시예 3]
Sn-Bi(50 ％)계 땜납 입자(용점 150 ℃, 센쥬 긴조꾸 고교(주) 제조)를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 도전성 접착 필름을 제작하였다. 이 도전성 접착 필름을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 태양 전지 모듈을 제작하였다.
이 태양 전지 모듈의 결합성의 평가 결과는 ◎, 접착성의 평가 결과는 ◎ 및 접속 신뢰성의 평가 결과는 초기 단계에서 ◎, TH 테스트 후에 ◎였다. 표 1에 이들의 결과를 나타낸다.
[실시예 4]
Sn-Pb(37 ％)계 땜납 입자(용점 183 ℃, 센쥬 긴조꾸 고교(주) 제조)를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 도전성 접착 필름을 제작하였다.
또한, 임시 고정시의 열 가압을 180 ℃에서 행한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 태양 전지 모듈을 제작하였다.
이 태양 전지 모듈의 결합성의 평가 결과는 ○, 접착성의 평가 결과는 ○ 및 접속 신뢰성의 평가 결과는 초기 단계에서 ○, TH 테스트 후에 △였다. 표 1에 이들의 결과를 나타낸다.
[실시예 5]
산 무수물계 경화제 대신에 페놀계 경화제(TD-2131, DIC(주) 제조)를 이용하고, Sn-Bi(50 ％)계 땜납 입자(용점 150 ℃, 센쥬 긴조꾸 고교(주) 제조)를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 도전성 접착 필름을 제작하였다. 이 도전성 접착 필름을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 태양 전지 모듈을 제작하였다.
이 태양 전지 모듈의 결합성의 평가 결과는 △, 접착성의 평가 결과는 △ 및 접속 신뢰성의 평가 결과는 초기 단계에서 ○, TH 테스트 후에 △였다. 표 1에 이들의 결과를 나타낸다.
[실시예 6]
Sn-Pb(37 ％)계 땜납 입자(용점 183 ℃, 센쥬 긴조꾸 고교(주) 제조)를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 도전성 접착 필름을 제작하였다.
또한, 임시 고정시의 열 가압을 180 ℃에서 행하고, 도 3에 도시한 감압 라미네이터 (30)의 제2실 (36)의 가열 스테이지를 200 ℃로 유지한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 태양 전지 모듈을 제작하였다.
이 태양 전지 모듈의 결합성의 평가 결과는 △, 접착성의 평가 결과는 ○ 및 접속 신뢰성의 평가 결과는 초기 단계에서 ○, TH 테스트 나중에 △였다. 표 1에 이들의 결과를 나타낸다.
Figure pct00002
[비교예 1]
산 무수물계 경화제 대신에 유기산 디히드라지드계 경화제(아지큐어 UDH-J, 아지노모또 파인테크노(주) 제조)를 이용하고, Sn-Bi(50％)계 땜납 입자(용점 150 ℃, 센쥬 긴조꾸 고교(주) 제조)를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 도전성 접착 필름을 제작하였다. 이 도전성 접착 필름을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 태양 전지 모듈을 제작하였다.
이 태양 전지 모듈의 결합성의 평가 결과는 ×, 접착성의 평가 결과는 △ 및 접속 신뢰성의 평가 결과는 초기 단계에서 ×, TH 테스트 후에 ×였다. 표 2에 이들의 결과를 나타낸다.
[비교예 2]
산 무수물계 경화제 대신에 이미다졸계 경화제(노바큐어 HX3941HP, 아사히 가세이 이머티리얼즈(주) 제조)를 이용하고, Sn-Bi(50％)계 땜납 입자(용점 150 ℃, 센쥬 긴조꾸 고교(주) 제조)를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 도전성 접착 필름을 제작하였다. 이 도전성 접착 필름을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 태양 전지 모듈을 제작하였다.
이 태양 전지 모듈의 결합성의 평가 결과는 ×, 접착성의 평가 결과는 △ 및 접속 신뢰성의 평가 결과는 초기 단계에서 ×, TH 테스트 후에 ×였다. 표 2에 이들의 결과를 나타낸다.
Figure pct00003
유기산 디히드라지드계 경화제를 이용한 비교예 1 및 이미다졸계 경화제를 이용한 비교예 2에서는, 땜납의 습윤 확산을 관찰할 수 없고, 양호한 접속 신뢰성이 얻어지지 않았다. 한편, 산 무수물계 경화제를 이용한 실시예 1 내지 4, 6 및 페놀계 경화제를 이용한 실시예 5에서는, 땜납의 습윤 확산이 관찰되었다. 즉, 실시예 1 내지 6에 따르면, 땜납 입자를 이용한 도전성 접착 필름에 있어서 플럭스 기능이 발현되기 때문에, 양호한 접속 신뢰성이 얻어진다는 것을 알 수 있었다.
실시예 1 내지 3으로부터, 밀봉 수지의 경화 및 전극과 탭선의 접속을 동시에 행하는 접속 방법을 이용함으로써 양호한 접속 신뢰성이 얻어진다는 것을 알 수 있었다. 또한, 실시예 4, 6으로부터, 가열 가압 헤드에 의한 (임시) 고정시에 전극과 탭선을 접속시켜도 양호한 접속 신뢰성이 얻어진다는 것을 알 수 있었다.
또한, 경화제의 경화 개시 온도와 땜납 입자의 융점의 차가 15 ℃ 이하임으로써, 결합성, 접착성 및 접속 신뢰성의 모두에 대하여 높은 평가 결과가 얻어졌다(실시예 2, 3).
(1) 태양 전지 모듈, (2) 태양 전지 셀, (3) 탭선, (4) 스트링스, (5) 매트릭스, (6) 시트, (7) 표면 커버, (8) 백 시트, (9) 금속 프레임, (10) 광전 변환 소자, (11) 버스 바 전극, (12) 핑거 전극, (13) Al 이면 전극, (20) 도전성 접착 필름, (30) 감압 라미네이터, (31) 상부 유닛, (32) 하부 유닛, (33) 밀봉 부재, (34) 가요성 시트, (35) 제1실, (36) 제2실, (37), (38) 배관, (39), (40) 전환 밸브, (41) 스테이지

Claims (9)

  1. 막 형성 수지, 액상 에폭시 수지, 경화제 및 도전성 입자를 함유하고,
    상기 경화제가 산 무수물계 경화제 또는 페놀계 경화제이며,
    상기 도전성 입자가 땜납 입자인 도전성 접착 재료.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경화제가 산 무수물계 경화제이며,
    상기 산 무수물계 경화제가 노르보르넨 골격을 갖는 지환식 산 무수물인 도전성 접착 재료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 경화제의 경화 개시 온도가 상기 땜납 입자의 융점 이상인 도전성 접착 재료.
  4. 제3항에 있어서, 상기 경화제의 경화 개시 온도와 상기 땜납 입자의 융점의 차가 15 ℃ 이하인 도전성 접착 재료.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 땜납 입자의 융점이 135 ℃ 이상 150 ℃ 이하인 도전성 접착 재료.
  6. 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과, 상기 하나의 태양 전지 셀과 인접하는 다른 태양 전지 셀의 이면 전극을 도전성 접착 재료를 통해 탭선으로 전기적으로 접속시킨 태양 전지 모듈에 있어서,
    상기 도전성 접착 재료가 형성 수지, 액상 에폭시 수지, 경화제 및 도전성 입자를 함유하고, 상기 경화제가 산 무수물계 경화제 또는 페놀계 경화제이며, 상기 도전성 입자가 땜납 입자인 태양 전지 모듈.
  7. 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과, 상기 하나의 태양 전지 셀과 인접하는 다른 태양 전지 셀의 이면 전극을 도전성 접착 재료를 통해 탭선으로 전기적으로 접속시키는 태양 전지 모듈의 제조 방법에 있어서,
    상기 도전성 접착 재료가 형성 수지, 액상 에폭시 수지, 경화제 및 도전성 입자를 함유하고, 상기 경화제가 산 무수물계 경화제 또는 페놀계 경화제이며, 상기 도전성 입자가 땜납 입자이며,
    상기 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과 탭선 및 상기 다른 태양 전지 셀의 이면 전극과 탭선을 상기 도전성 접착 재료를 개재시켜 임시 배치하는 임시 배치 공정과,
    상기 탭선의 상면으로부터 가열 가압 헤드에 의해 가압하는 가압 공정
    을 갖는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  8. 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과, 상기 하나의 태양 전지 셀과 인접하는 다른 태양 전지 셀의 이면 전극을 도전성 접착 재료를 통해 탭선으로 전기적으로 접속시키는 태양 전지 모듈의 제조 방법에 있어서,
    상기 도전성 접착 재료가 형성 수지, 액상 에폭시 수지, 경화제 및 도전성 입자를 함유하고, 상기 경화제가 산 무수물계 경화제 또는 페놀계 경화제이며, 상기 도전성 입자가 땜납 입자이며,
    상기 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과 탭선 및 상기 다른 태양 전지 셀의 이면 전극과 탭선을 상기 도전성 접착 재료를 개재시켜 임시 배치하는 임시 배치 공정과,
    상기 태양 전지 셀의 상하면에 밀봉재, 보호 기재를 순서대로 적층하고, 상기 보호 기재의 상면으로부터 라미네이트 장치에 의해 라미네이트 압착시켜, 상기 밀봉재를 경화시킴과 함께 상기 표면 전극과 탭선 및 상기 이면 전극과 탭선을 접속시키는 라미네이트 압착 공정
    을 갖는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 라미네이트 압착 공정에서의 온도가 상기 땜납 입자의 융점보다도 높은 것인 태양 전지 모듈의 제조 방법.
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