WO2006022209A1 - 太陽電池素子の接続方法 - Google Patents

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WO2006022209A1
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solar cell
lead wire
tab lead
heating
cooling
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PCT/JP2005/015179
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Inventor
Fumio Yamaguchi
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Eco. & Engineering Co., Ltd.
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1876—Particular processes or apparatus for batch treatment of the devices
    • H01L31/188—Apparatus specially adapted for automatic interconnection of solar cells in a module
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a method for connecting solar cell elements to form a solar cell module by connecting a plurality of solar cell elements in series and in parallel, and more specifically, using an ultrathin solar cell element.
  • the present invention also relates to a connection method capable of reducing the damage and warpage of the element and improving the yield and providing an inexpensive solar cell panel.
  • Solar cells are power generation systems that directly convert sunlight, which is inexhaustible and free from environmental pollution, into electrical energy. From solar power generation to applications such as calculators, watches, and toys, The range of use is rapidly expanding.
  • Such a solar cell includes a step of forming a module by electrically connecting a plurality of solar cell elements by tab lead wires after passing through the manufacturing process of the solar cell element, and protecting the module with a transparent cover material. It is manufactured through a process of laminating between materials.
  • various types of solar cells especially amorphous silicon solar cells and polycrystalline silicon solar cells can be manufactured in a large area and are inexpensive to manufacture.
  • the development of production technology for modular and systematization has been further promoted, and several hundred KW large power generators, such as 3KW small household power generators, will be put into practical use. It comes.
  • the thickness of the element substrate that constitutes the solar cell is about 200 microns, which is thinner than 300 to 500 microns, and in the near future, there is a possibility of targeting about 150 microns, which is thinner than this.
  • a solar cell module forming a powerful power generation device is formed by connecting a plurality of solar cell elements in series and in parallel, and as a general connection method by soldering for connecting the elements. Is a pre-soldered surface side collector electrode of one of the adjacent elements The soldered tab lead wire is brought into close contact with the other back soldered electrode on the other side, and the tab lead wire is connected through heating (welding) and cooling processes. Since the welded portion is performed all over the entire length of the tab lead wire, thermal stress (stress) is applied to the substrate side mainly due to the difference in thermal expansion coefficient between the element substrate and the tab lead wire, and in some cases, the element substrate is cracked. In some cases, the yield may decrease due to the occurrence of warpage. In addition, this tendency is required to solve these problems that are more likely to appear as the substrate thickness is thinner.
  • connection tab In an attempt to meet the above requirements, for example, a plurality of solar cells disposed between a front surface member having a permeability and a back surface member and electrically connected to each other by a connection tab (tab lead wire).
  • the connection tab forms a connection surface with the solar cell element and is separated from each other, and the plurality of connection portions separated from the connection surface with the solar cell element.
  • a module of a solar cell including a connecting portion that connects connecting portions to each other (see, for example, Patent Document 1).
  • a plurality of solar cell elements having a back electrode on the back surface and a surface electrode and a collecting electrode on the front surface are arranged in parallel, and one solar cell element and another adjacent solar cell element are connected in series.
  • soldering is applied to the connection tab.
  • a solar cell module has been proposed in which a plurality of possible solderable areas and non-solderable areas where soldering is impossible are alternately provided in the longitudinal direction (see, for example, Patent Document 2).
  • Patent Document 1 JP-A-11 312820
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-280591
  • connection tabs in the technique described in Patent Document 1 are separated from each other and have a plurality of connection portions having flat surfaces for forming connection surfaces with solar cell elements, and these The connection portion is connected to the solar cell element at a distance from each other and connected to the solar cell element to reduce the area of the connection surface.
  • heating and cooling of the connection tab are simultaneously performed over the entire length of the connection tab, and simultaneously over the entire length of the connection tab. Due to the cooling, damage to the element and warpage due to thermal stress are inevitable, and there is a problem that the yield is lowered due to damage caused by handling and pressurization in each process of the module.
  • connection tab is not a mere flat tabbed wire covered with solder as is commercially available, but a plurality of connecting portions sandwiched between the connecting portions are bent. Since the special structural force is also applied, it is necessary to form it with high precision so as not to break from the part of this bending force, or to maintain the strength of this part. I cannot help it.
  • Patent Document 2 is an improvement of the technique described in Patent Document 1, and can be soldered in place of the connection tab having a connection portion and a connection portion in Patent Document 1. Applying connection tabs with multiple solderable areas and non-solderable areas where soldering is impossible in the longitudinal direction, which prevents the generation of thermal stress on the board, It is intended to prevent damage.
  • connection tab of the invention described in Patent Document 2 masks the locations where the solder adheres to the thin copper foil serving as a base at a plurality of locations, and then attaches the solder.
  • masking was removed and spare solder was applied, so that the connection surface was preliminarily soldered.
  • the connection area can be easily reduced, and since there is no mechanical processing, there are no places where the mechanical strength decreases, and the connection tab is intermittently connected to the solar cell element. As a result, it is possible to reduce the thermal stress of the substrate that occurs during soldering and to prevent the substrate from being damaged.
  • connection tabs are performed simultaneously over the entire length of the connection tabs, so that damage and warpage are inevitable.
  • a special connection tab that requires a lot of man-hours, such as masking or surface treatment, is used, so it is inevitable that costs will increase
  • the present invention solves the above-mentioned problems of the prior art in view of the strong situation, and is a flat standard that is a commercially available inexpensive standard product that does not use an expensive and special connection tab.
  • An object is to provide a connection method.
  • claim 1 of the present invention is directed to electrically connecting a solar cell element having a surface electrode and a collecting electrode on the front surface and a back electrode on the back surface by soldering a tab lead wire.
  • the unit When connecting to the tab lead wire, the unit is continuously or intermittently connected by repeatedly moving a unit operation consisting of heating for melting the solder and cooling for solidifying the molten solder.
  • the connection method of the solar cell element characterized by this is included.
  • Claim 2 of the present invention includes the method for connecting solar cell elements according to claim 1, wherein the heating means is an infrared lamp, heated gas, or heated iron.
  • Claim 3 of the present invention includes the method for connecting solar cell elements according to claim 1 or 2, wherein the cooling means is gas, liquid, or solid.
  • Claim 4 of the present invention includes the method for connecting solar cell elements according to claim 3, wherein the gas is air.
  • Claim 5 of the present invention includes the method for connecting solar cell elements according to claim 3, wherein the liquid is ethanol.
  • Claim 6 of the present invention is a claim in which nozzles are arranged on the tab lead wires at appropriate intervals, and a heating gas is sequentially supplied to the nozzle, and then a cooling gas is supplied or allowed to cool.
  • Item 1 is a method for connecting solar cell elements.
  • a pair of heating nozzles and cooling nozzles are arranged on the tab lead wire, heating gas is supplied to the heating nozzles, and cooling gas is not supplied to the cooling nozzles.
  • a heating iron and a cooling nozzle are disposed on a tab lead wire, and the heating is performed.
  • Claim 9 of the present invention is the method for connecting solar cell elements according to claim 1, wherein a heating nozzle is provided on the tab lead wire, and the heating nozzle is moved on the tab lead wire while supplying caloric hot gas. Is the content.
  • Claim 10 of the present invention includes the method for connecting solar cell elements according to claim 1, wherein a heating iron is provided on the tab lead wire, and the tab lead wire is moved while being heated by the heating iron. .
  • connection method of a solar cell element having a surface electrode and a current collecting electrode on the front surface and a back electrode on the back surface is electrically connected by soldering a tab lead wire
  • the solar cell element is connected continuously or intermittently by moving on the tab lead wire while repeating a cooling operation for solidifying the melted solder
  • the current collecting electrode on the surface of one solar cell element and the back electrode of the other element adjacent thereto are heated by soldering a tab lead wire.
  • welding and connection are performed to prevent generation of unnecessary thermal stress on the element and to prevent the element from cracking and warping, thereby greatly improving the yield. be able to.
  • the reason why the present invention exerts a strong effect is that the solder is not heated and cooled simultaneously over the entire length of the lead wire as in the prior art, but after the solder is heated and melted, it is quickly cooled and welded.
  • the lead wire portion that has once expanded due to heating is immediately cooled, so that it contracts and maintains the expansion / contraction force balance locally, which is formed continuously or intermittently over the entire length of the lead wire. Therefore, even if the lead wire is cooled to room temperature, It is considered that the loess is suppressed or alleviated and cracks and warpage are reduced.
  • the tab lead wire used in the present invention can be a flat standard soldered tab lead wire, which is an inexpensive standard product that is commercially available, so that it is possible to achieve a significant cost reduction. .
  • FIG. 1 (a) is a plan view of a solar cell element. (B) It is a side view of the element.
  • FIG. 2 is a side view showing a state in which a plurality of solar cell elements are connected to form a solar cell module.
  • FIG. 3 is a perspective view for explaining an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view for explaining another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view for explaining another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view for explaining still another embodiment of the present invention.
  • the present invention is provided on the surface of an element substrate in order to collect current by being orthogonal to the surface electrode and the surface electrode.
  • the collected current collecting electrode and the back surface electrode are provided on the back surface to form one solar cell element, and one current collecting electrode of the adjacent element is electrically connected to the other back surface electrode by soldering the tab lead wire.
  • soldering the tab lead wire When forming a module for a solar cell, it consists of heating to melt the solder and cooling to solidify the molten solder on the tab lead wire that is not heated and cooled simultaneously over the entire length of the tab lead wire. It is characterized by being connected continuously or intermittently by moving while repeating the unit operation.
  • the present invention provides a method for electrically connecting a solar cell element having a surface electrode and a collecting electrode on the front surface and a back electrode on the back surface by soldering a tab lead wire. After the solder is melted by heating, it is connected continuously or intermittently by moving on the tab lead wire while repeating the cooling operation in order to solidify the melted solder.
  • the tab lead wire used in the present invention is a normal one.
  • it is a flat standard, a solder is coated on both sides of electric copper having a width of 1.5 mm and a thickness of 0.16 mm. Product can be used.
  • the heating means in the present invention any of an infrared lamp, a heated gas, a heated iron, etc. may be used.
  • a gas such as air, a liquid such as water and ethanol, a copper rod having a good thermal conductivity, etc. Any of solid etc. may be sufficient.
  • the tab lead wire may be welded continuously or intermittently (spot-like). In the case of intermittent welding, when the length of the tab lead wire is, for example, about 125 to 155 mm, it is usually welded at about 3 to 16 locations.
  • connection method of the present invention is preferably performed by an automatic device
  • the tab lead wires are connected to each solar cell element by a semi-automatic device, and these elements are connected to each other (usually 8 (About 12 sheets) can also be performed manually.
  • the tab lead wire when the tab lead wire is heated to melt the solder and then moved on the tab lead wire while repeating the cooling operation for solidifying the melted solder, the entire length of the tab lead wire is reached. Therefore (in the case of intermittent connection, the spot to be welded) may be heated at once or sequentially.
  • the cooling operation is moved continuously or intermittently on the tab lead wire, and is continuously or intermittently welded.
  • the starting point is usually the one on the tab lead wire that is moved while repeatedly moving to the other end in terms of workability. However, it is not necessary to limit to this, and an arbitrary position on the tab lead wire may be used as the starting point.
  • FIG. 1 a solar cell module formed by connecting a plurality of solar cell elements and this element is shown in FIG. This will be explained based on (a), (b) and FIG.
  • Figs. L (a) and (b) as solar cell element 1, surface electrode 3 is provided on the surface of substrate 2 having a dimension of approximately 125 mm square and a thickness of approximately 200 microns, and back electrode 4 is provided on the back surface. At the same time, two to three rows, usually two rows, of current collecting electrodes 5 that are connected to the surface electrode 3 and collect current are formed on the same surface side as the surface electrode 3.
  • FIG. 2 shows a state in which two elements are connected, generally about 8 to 12 elements are connected in succession.
  • FIG. 3 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the nozzles of the apparatus described below are also described by showing only one side of the collecting electrodes formed in two rows and omitting the other side. The same applies to the following embodiments.
  • a solar cell element 1 provided with the front electrode 3 and the current collecting electrode 5 described in FIG. 1 on the transport belt (not shown) of the apparatus and the back electrode 4 on the back surface.
  • the tab lead wire 7 is provided on the upper part of the elongated current collecting electrode 5 formed in two rows. Subsequently, in order to maintain the relative positional relationship between the current collecting electrode 5 and the tab lead wire 7, the finger portion 8A of the lead wire holding mechanism 8 is in a direction perpendicular to the tab lead wire 7 (current collecting electrode 5). Temporarily fix the tab lead wire 7 so that it can be pressed down.
  • one end force is applied to the plurality of nozzles 9 of the apparatus arranged on the tab lead wire 7 at an appropriate interval, and heated gas (heated air) is sequentially applied to the tab lead wire 7 toward the other end. And then, the solder is melted by spraying and heating, and then it is switched to the cooling gas (cooling air) sequentially, and the molten solder is solidified and connected continuously or intermittently, or heated until the solder melts on the tab lead wire 7. After the gas (heated air) is jetted and heated, the tab lead wire 7 is sequentially switched from one end to the cooling gas, and the cooling gas (air) from the nozzle 9 is jetted and cooled to the tab lead wire 7 to solidify the solder. The tab lead wire 7 and the current collecting electrode 5 are welded. Subsequently, the finger portion 8A temporarily pressed from above the tab lead wire 7 moves backward, and a series of connection operations is completed.
  • a nozzle devised to intensively melt the solder in the lower portion of the tab lead wire 7 whose tip is covered with solder can be used.
  • the heated gas instead of supplying the cooling gas, it may be allowed to cool as it is (naturally cooled in contact with the atmosphere).
  • the tab lead wires may be heated and cooled by arranging two nozzles side by side and switching the heating nozzle and the cooling nozzle, respectively. In FIG. 3, only the nozzle is shown, and the supply tube and the supply source of the heated gas and the cooling gas connected to the nozzle are omitted.
  • the solar cell element 1 is set on the conveyor belt (not shown) of the apparatus, and the tab lead wire 7 is disposed above the current collecting electrode 5.
  • the finger portion 8A of the lead wire pressing mechanism portion 8 is extended and temporarily fixed in a state where the upper force of the tab lead wire 7 is pressed is the same as in the first embodiment.
  • a set of heating nozzles 10 for supplying heated air and cooling nozzles 11 for supplying cooling air are arranged on the tab lead wire 7. Then, the tab lead wire 7 between the adjacent finger portions 8A is heated from a pair of the heating nozzle 10 and the cooling nozzle 11 disposed on the tab lead wire 7 and connected to the moving unit (not shown) of the apparatus. Air and cooling air are configured to be supplied separately.
  • the solder coated on the tab lead wire 7 is melted by the heated air from the heating nozzle 10, and then the melted solder is cooled and solidified by the cooling air from the cooling nozzle 11.
  • the set of heating nozzle 10 and cooling nozzle 11 as a unit sequentially welds the tab lead wire 7 and the collector electrode 5 while moving on the tab lead wire 7 in sequence. Te The upper force of the tab lead wire 7
  • the finger portion 8A that has been temporarily pressed back moves backward, completing a series of connection operations.
  • this embodiment is the same as that of Embodiment 2 except that a heating iron 12 is used instead of the heating nozzle 10 in Embodiment 2 described above.
  • a set of heating irons 12 and a cooling nozzle 11 for supplying cooling air are arranged on the tab lead wire 7, and first, the solder covered with the tab lead wire 7 by the heating iron 12 is melted, In this method, the molten solder is cooled by the cooling air from the cooling nozzle 11 and solidified for connection.
  • the number of the finger portions 8A of the lead wire pressing mechanism portion 8 in the apparatus is the same as in the first and second embodiments. Although six are provided on one side, as shown in FIG. 5, the number of finger portions 8A may be two on one side so as to hold only two positions at both end positions of element 1. Thus, by reducing the number of finger parts 8A, it is easy to change the soldering pitch, and it is also easy to solder continuously.
  • This embodiment is the same as the embodiment 3 except that the cooling nozzle 11 is removed and only the heating iron 12 is provided in the embodiment 3.
  • the heating lead 12 is arranged on the tab lead wire 7 and the tab lead wire 7 is sequentially moved and connected.
  • the cooling after pressing and soldering with the heating lead 12 is performed by air cooling. It is a form.
  • the solar cell element 1 is a single crystal substrate with an outer dimension of 125mm x 125mm and a thickness of 220 microns, and the electrode is pre-soldered, and the tab lead wire is 160 microns thick and a 1.5mm wide lead-free solder plating.
  • the product was used.
  • the tab lead wire to the element 1 was performed separately by the tandem method. The conditions were that the temperature of the heated air was 510 ° C, and the tab lead wire attachment speed was 3.0 seconds for a 125 mm tab lead wire length.
  • the cooling air was 30 ° C at room temperature, and the heating and cooling operation was performed with a pattern of 0.5 second delay that started at the heating start point of the heating nozzle 10. At the heating start point, the nozzle unit started running after preheating for 0.5 seconds.
  • the crack of the element was a gap for 96 tab lead wires.
  • the warpage of the element averaged 0.6 mm as the maximum measured value near the center, and there was no damage during the processing of the module.
  • Tab lead wires were connected in the same manner as in Example 1 except that the entire length of the tab lead wire was heated at the same time and then cooled at the same time over the entire length of the tab lead wire. There were two cracks in the element compared to 96 tab lead wires, and the average warpage of the element was 1.8 mm, and one was damaged during the process of modularization.
  • Solar cell elements were connected by the connection method shown in FIG. That is, using the same solar cell element and tab lead wire as in Example 1 described above, tab lead wires were attached separately on the front and back sides by a tandem method.
  • the heating iron temperature was 300 ° C
  • the tab lead wire attachment speed was 5 seconds.
  • the preheating time at the heating start point was 0.5 seconds.
  • the cooling conditions were the same as in Example 1.
  • SU S304 titanium coating material was used for the surface which contacts the tab lead wire of the front-end
  • the crack was zero with respect to the tab lead attachment of 96 elements.
  • the warpage of the substrate was 0.5 mm on average at the maximum value near the center, and there was no damage during the nodling in the modularization process.
  • connection method of the present invention the damage of the element due to the thermal stress when soldering with the tab lead wire is greatly reduced, and the warp of the element connected with the tab lead wire is reduced.
  • the module machining process can be reduced to the extent that damage during the nodling can be avoided, greatly improving the yield.
  • a normal tab lead wire that does not require a special tab lead wire can be used, so that an inexpensive solar cell module can be provided in conjunction with the improvement in the yield.

Abstract

　表面に表面電極及び集電電極を備え、裏面に裏面電極を備えた太陽電池素子をタブリード線の半田付けにより電気的に接続するに際し、前記タブリード線上を、半田を溶融させるための加熱と、溶融した半田を固化させるための冷却とからなる単位操作を繰り返しながら移動させることにより、連続的又は断続的に接続することを特徴とする太陽電池素子の接続方法を提供する。本発明の接続方法によれば、局部的に加熱、冷却するので熱ストレスの発生が抑えられ、素子の破損や反りが防止され歩留まりが向上する。

Description

太陽電池素子の接続方法
技術分野
[0001] 本発明は、太陽電池素子を複数個、直列及び並列接続して太陽電池モジュール を形成するための太陽電池素子の接続方法に関し、更に詳しくは、極薄の太陽電池 素子を使用しても該素子の破損や反りを減少させ歩留まりを向上させるとともに、安 価な太陽電池パネルを提供し得る接続方法に関する。
背景技術
[0002] 太陽電池は、無尽蔵で環境汚染のないエネルギーとして存在する太陽光を直接電 気エネルギーに変換する発電システムで、住宅用から、電卓、腕時計、玩具等の生 活分野へとその用途や使用範囲を急速に拡大しつつある。
[0003] かかる太陽電池は、太陽電池素子の製造工程を経た後、複数の太陽電池素子をタ ブリード線によって電気的に接続してモジュールを形成する工程と、該モジュールを 透明なカバー材と保護材との間に挟んでラミネートする工程を経て製造されている。 また、各種の太陽電池の中で、特に非晶質シリコン系太陽電池や多結晶シリコン系 太陽電池等は、大面積で製造でき、製造コストも安価であることから、これまでに鋭意 研究され、ここ数年の間にモジュールィ匕形成並びにシステム化形成の生産技術の開 発も一層促進され、 3KW程度の家庭用小型発電装置カゝら数百 KWの大型発電装置 が実用化されるまでに至って 、る。
[0004] 一方、このような背景のもと、巿場の需要増と相まって、巿場からは大幅なコストダウ ンの要請もあり、その一つの手段として太陽電池を構成する素子基板の厚みがこれ までの 300〜500ミクロンよりも薄手の 200ミクロン程度にしたものが対象となり、また 、近 、将来にはこれよりも更に薄い 150ミクロン程度を対象とする可能性も出てきて ヽ る。
[0005] 力かる発電装置を形成する太陽電池モジュールは、太陽電池素子を複数個、直列 及び並列に接続してなるものであり、該素子の接続のための半田付けによる一般的 な接続方法としては、隣接する素子の一方の予備半田処理された表面側集電電極と 他方の予備半田処理された裏面側の電極とに、半田付着のタブリード線を密着させ た上、該タブリード線の加熱 (溶着）、冷却の各過程を経て接続するものであるが、こ のとき溶着される部分はタブリード線全長に亘つて一気に行われるので、主として素 子基板とタブリード線との熱膨張率の差によって基板側に熱ストレス (応力）がかかり 、場合によっては素子基板に割れが生じたり、反りが発生したりして、歩留まりを低下 させる場合がある。また、この傾向は基板の厚みが薄いほど顕著に現れ易ぐこれら の課題を解決することが要請されて 、る。
[0006] 上記要請に応えようとして、例えば、透孔性を有する表面部材と、裏面部材との間 に配設され、接続タブ (タブリード線）により互いに電気的に接続された複数の太陽電 池素子が封止されてなる太陽電池モジュールにおいて、接続タブは、太陽電池素子 との接続面を形成し互いに分離された複数の接続部と、太陽電池素子との接続面か ら離間し前記複数の接続部を互いに連結する連結部とを備えてなる太陽電池のモジ ユールが提案されている (例えば、特許文献 1参照)。
[0007] また、裏面に裏面電極を有し、表面に表面電極及び集電電極を有した太陽電池素 子が複数並設され、一つの太陽電池素子と隣接する他の太陽電池素子を直列接続 するために設けられ、一つの太陽電池素子の集電電極と隣接する他の太陽電池素 子の裏面電極を接続する帯状の接続タブを有する太陽電池モジュールにおいて、 上記接続タブには、半田付けが可能な半田付け可能領域と、半田付けが不可能な 半田付け不可能領域とが長手方向に交互に複数設けてなる太陽電池のモジュール が提案されている (例えば、特許文献 2参照)。
特許文献 1 :特開平 11 312820号公報
特許文献 2 :特開 2002— 280591号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] し力しながら、上記特許文献 1に記載された技術における接続タブは、互いに分離 され、且つ太陽電池素子との接続面を形成するための平坦面を有する複数の接続 部と、これら接続部を太陽電池素子との接続面力 離間して接続して 、る連結部を 有してなり、接続面の面積を小さくすることによって、接続タブと太陽電池素子との熱 膨張率の差に起因して発生する素子の損傷を回避する技術ではあるが、接続タブの 加熱及び冷却を、接続タブの全長に亘つて同時に加熱し、また、接続タブの全長に 亘つて同時に冷却しているため、熱ストレスによる素子の破損や反りの発生が避けら れず、モジュールィ匕の各工程でのハンドリングや加圧により破損し歩留りが低下する という問題をはらんでいる。
[0009] また、該接続タブは市販されて ヽるような、半田で被覆された単なる平角状のタブリ ード線ではなく、接続部間に挟設された複数の連結部には曲げ加工が施された特殊 な構造力もなるので、この曲げ力卩ェの部位から断線しないように、あるいはこの部位 の強度が維持されるように、高精度に形成する必要があり、いきおいコスト'アップとな らざるを得ない。
[0010] また、特許文献 2に記載された技術は、特許文献 1に記載された技術の改良であつ て、特許文献 1における接続部と連結部を有する接続タブに代え、半田付けが可能 な半田付け可能領域と、半田付けが不可能な半田付け不可能領域とが長手方向に 複数設けられた接続タブを適用し、これによつて、基板に生成する熱ストレスの発生 を防止し、基板の損傷を防止しょうとするものである。
[0011] すなわち、この特許文献 2に記載された発明の接続タブは、ベースとなる薄板状の 銅箔に部分的に複数箇所で半田が付着する場所をマスキングした上で、半田の付 着しな 、耐熱性榭脂ゃクロムめつき等で表面処理を施した後、マスキングを取り除 ヽ て予備半田を施して作製したものであり、これによつて接続面は予備半田の施された ところだけとなることで接続面積を容易に減少させることができ、また機械的加工が施 されていないので機械強度が低下する箇所もなぐまた、太陽電池素子に対し、接続 タブを断続的に接続することで、半田付けの際生じる基板の熱ストレスを低減し基板 の破損を抑制することができる。
[0012] し力しながら、この特許文献 2に記載された技術においても、接続タブの加熱、冷却 をそれぞれ接続タブの全長に亘つて同時に行なうため、破損や反りの発生は避けら れず、また、該接続タブを作製するのにマスキングしたり、表面処理したりして多くの 工数が必要な特別な接続タブを採用しており、コスト'アップとなるのを避けられない [0013] 本発明は、力かる実情に鑑み、上記従来技術の課題を解決するもので、これまでの ような高価で特殊な接続タブを使うことなぐ市販されている安価な標準品である平角 状の半田付きタブリード線を使用できるとともに、太陽電池素子に不要な熱ストレスを 生起させず、該素子の割れや反りを防止し、太陽電池素子の歩留まりを向上させると ともに安価な太陽電池素子の接続方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0014] 上記目的を達成するために、本発明の請求項 1は、表面に表面電極及び集電電極 を備え、裏面に裏面電極を備えた太陽電池素子をタブリード線の半田付けにより電 気的に接続するに際し、前記タブリード線上を、半田を溶融させるための加熱と、溶 融した半田を固化させるための冷却とからなる単位操作を繰り返しながら移動させる ことにより、連続的又は断続的に接続することを特徴とする太陽電池素子の接続方法 を内容とする。
[0015] 本発明の請求項 2は、加熱手段が赤外線ランプ、加熱気体又は加熱ゴテである請 求項 1記載の太陽電池素子の接続方法を内容とする。
[0016] 本発明の請求項 3は、冷却手段が気体、液体又は固体である請求項 1又は 2記載 の太陽電池素子の接続方法を内容とする。
[0017] 本発明の請求項 4は、気体が空気である請求項 3記載の太陽電池素子の接続方法 を内容とする。
[0018] 本発明の請求項 5は、液体がエタノールである請求項 3記載の太陽電池素子の接 続方法を内容とする。
[0019] 本発明の請求項 6は、タブリード線上に適宜間隔をお 、てノズルを配設し、該ノズ ルに順次加熱気体を供給した後、順次冷却気体を供給するか又は放冷する請求項 1記載の太陽電池素子の接続方法を内容とする。
[0020] 本発明の請求項 7は、タブリード線上に一組の加熱ノズルと冷却ノズルとを配設し、 前記加熱ノズルには加熱気体を供給し、前記冷却ノズルには冷却気体を供給しなが ら前記タブリード線上を移動させる請求項 1記載の太陽電池素子の接続方法を内容 とする。
[0021] 本発明の請求項 8は、タブリード線上に加熱ゴテと冷却ノズルを配設し、前記加熱 ゴテにより加熱し、前記冷却ノズルに冷却気体を供給しながら前記タブリード線上を 移動させる請求項 1記載の太陽電池素子の接続方法を内容とする。
[0022] 本発明の請求項 9は、タブリード線上に加熱ノズルを配設し、前記加熱ノズルにカロ 熱気体を供給しながら前記タブリード線上を移動させる請求項 1記載の太陽電池素 子の接続方法を内容とする。
[0023] 本発明の請求項 10は、タブリード線上に加熱ゴテを配設し、前記加熱ゴテにより加 熱しながら前記タブリード線上を移動させる請求項 1記載の太陽電池素子の接続方 法を内容とする。
[0024] 本発明の請求項 11は、表面に表面電極及び集電電極を備え、裏面に裏面電極を 備えた太陽電池素子をタブリード線の半田付けにより電気的に接続するに際し、前 記タブリード線を加熱して半田を溶融させた後、溶融した半田を固化させるための冷 却操作を繰り返しながら前記タブリード線上を移動させることにより、連続的又は断続 的に接続することを特徴とする太陽電池素子の接続方法を内容とする。
発明の効果
[0025] 本発明は、太陽電池のモジュールを形成するに際し、一方の太陽電池素子表面の 集電電極と、これに隣接する他方の素子の裏面電極とをタブリード線の半田付けによ り、加熱と冷却とからなる単位操作を繰り返しながら移動させることにより溶着 ·接続す ることによって、素子に不要な熱ストレスの発生を防止し、素子の割れや反りを防止し て歩留まりを大巾に向上させることができる。
また、タブリード線を加熱して半田を溶融させた後、溶融した半田を固化させるため に、冷却操作を繰り返しながらタブリード線上を移動させることにより連続的又は断続 的に接続することによつても、上記方法よりも若干効果は低下するが、同様の効果を 得ることができる。
[0026] 本発明により、力かる効果が奏される理由については、従来技術のようにリード線全 長に亘つて同時に加熱、冷却するのではなぐ半田を加熱溶融した後、速やかに冷 却溶着する操作の結果、加熱によって一度膨張しかけたリード線部分が直ちに冷却 されることで収縮に転じ局部的に膨張収縮力バランスを保ち、これがリード線全長に 亘つて連続的又は断続的に形成されるので、リード線が室温まで冷却されても熱スト レスが抑制又は緩和され、割れや反りが減少するものと考えられる。
[0027] また、本発明で使用するタブリード線は、市販されている安価な標準品である平角 状の半田付きタブリード線を使用できるので、大巾なコストダウンを実現することが可 能となる。
図面の簡単な説明
[0028] [図 1] (a)太陽電池素子の平面図である。 （b)同素子の側面図である。
[図 2]複数の太陽電池素子を接続して太陽電池モジュールを形成する状態を示す側 面図である。
[図 3]本発明の実施態様を説明するための斜視図である。
[図 4]本発明の他の実施態様を説明するための斜視図である。
[図 5]本発明の他の実施態様を説明するための斜視図である。
[図 6]本発明の更に別の実施態様を説明するための斜視図である。
符号の説明
[0029] 1 太陽電池素子
2 基板
3 表面電極
4 裏面電極
5 集電電極
6 太陽電池モジュール
7 タブリード線
8 リード線押え機構部
8A フィンガー部
9 ノズル
10 加熱ノズル
11 冷却ノズル
12 加熱ゴテ
発明を実施するための最良の形態
[0030] 本発明は、素子基板の表面に表面電極と該表面電極に直交し集電するために設 けられた集電電極と、裏面に裏面電極を設けて一つの太陽電池素子とし、隣接する 素子の一方の集電電極と、他方の裏面電極とをタブリード線の半田付けにより電気 的に接続して太陽電池のモジュールを形成するに際し、タブリード線全長に亘つて 同時に加熱及び冷却するのではなぐタブリード線上を、半田を溶融させるための加 熱と、溶融した半田を固化させるための冷却とからなる単位操作を繰り返しながら移 動させることにより、連続的又は断続的に接続することを特徴とする。
[0031] また、本発明は、表面に表面電極及び集電電極を備え、裏面に裏面電極を備えた 太陽電池素子をタブリード線の半田付けにより電気的に接続するに際し、前記タブリ 一ド線を加熱して半田を溶融させた後、溶融した半田を固化させるために、冷却操 作を繰り返しながらタブリード線上を移動させることにより、連続的又は断続的に接続 することを特徴とする。
[0032] 本発明に使用されるタブリード線は通常のものでよぐ例えば、平角状で、幅 1. 5m m、厚み 0. 16mmの電気銅の両面に半田がコーティングされ、市販されている標準 品を用いることができる。
本発明における加熱手段としては、赤外線ランプ、加熱気体、加熱ゴテ等のいずれ でもよぐまた、冷却手段としては、空気などの気体、水、エタノールなどの液体、熱 伝導性の良い銅棒などの固体等のいずれでもよい。また、タブリード線は連続的に溶 着されてもよぐまた断続的 (スポット的）に溶着されてもよい。断続的に溶着される場 合は、タブリード線の長さが例えば 125〜155mm程度の場合、通常 3〜16箇所程 度で溶着される。
[0033] 本発明の接続方法は、自動的な装置により行うことが望ましいが、太陽電池素子 1 枚づつへのタブリード線の接続は半自動的装置により行い、これらの素子同士の接 続 (通常 8〜12枚程度）は手作業で行うことも可能である。
[0034] 本発明において、タブリード線を加熱して半田を溶融させた後、溶融した半田を固 ィ匕させるための冷却操作を繰り返しながら前記タブリード線上を移動させる場合は、 タブリード線の全長に亘つて（断続的に接続する場合は、溶着するスポットを)一度に 加熱してもよぐまた、順次加熱してもよい。次いで、冷却操作をタブリード線上を連 続的又は断続的に繰り返しながら移動せしめ、連続的又は断続的に溶着させる。 [0035] 尚、タブリード線上の加熱又は冷却を連続的又は断続的に繰り返しながら移動させ る場合、その始点は、通常、タブリード線上を一端力 他端へ繰り返しながら移動さ せるのが作業性の面で好ましいが、これに限る必要はなぐタブリード線上の任意の 箇所を始点としてもよい。
[0036] 以下、本発明の太陽電池素子の接続方法の好ましい実施態様を説明するが、それ に先立ち、太陽電池素子とこの素子が複数枚接続されて形成される太陽電池モジュ ールについて図 1 (a)、（b)、及び図 2に基ずいて説明する。
[0037] 図 l (a)、 （b)において、太陽電池素子 1として、略 125ミリ角の厚み略 200ミクロン の寸法を有する基板 2の表面には表面電極 3、裏面には裏面電極 4が形成されると 共に、表面電極 3と同じ表面側に、表面電極 3に接続して集電する集電電極 5が 2〜 3列、通常 2列形成される。
[0038] また、図 2に示したように、太陽電池モジュール 6としては、太陽電池素子 1の隣接 する一方の集電電極 5と、他方の裏面電極 4とを集電電極 5の長手方向に沿 、タブリ ード線 7によって接続される。図 2では素子 2枚が接続された状態を示しているが一 般的には 8枚〜 12枚程度が順次連続して接続される。
[0039] 実施態様 1
本発明の実施態様を図 3に基ずいて説明する。なお、図 3においては、図の煩雑を さけるため、素子 1の輪郭と集電電極の位置だけを示し、表面電極等を省略している 。また、下記に説明する装置のノズルについても 2列形成されている集電電極の一方 側だけを示し、他方側を省略して説明する。以下の実施態様においても同様である。
[0040] 図 3に示したように、装置の搬送ベルト（図示せず）上に、図 1で説明した表面電極 3 及び集電電極 5と、裏面に裏面電極 4を備えた太陽電池素子 1がセットされた後、 2 列に形成された細長い集電電極 5の上部にタブリード線 7が配設される。続いて、こ れら集電電極 5とタブリード線 7の相対位置関係を保持するために、リード線押さえ機 構部 8のフィンガー部 8Aが、タブリード線 7 (集電電極 5)に直交する方向から延出さ れ、タブリード線 7の上力も押さえ付けるように一時的に固定する。
[0041] この後、タブリード線 7の上に、適宜間隔をおいて配設された装置の複数のノズル 9 にその一端力 他端に向かって順次加熱気体 (加熱空気）をタブリード線 7に向かつ て噴射加熱して半田を溶融させ、次いで、順次冷却気体 (冷却空気）に切り替え溶融 した半田を固化し、連続的又は断続的に接続するか、又はタブリード線 7に半田が溶 融するまで加熱気体 (加熱空気)を噴射加熱した後、タブリード線 7上をその一端から 順次冷却気体に切り替えてノズル 9から冷却気体 (空気）をタブリード線 7に向力つて 噴射冷却し、半田を固化してタブリード線 7と集電電極 5とを溶着させる。続いて、タ ブリード線 7の上から一時的に押さえ付けていたフィンガー部 8Aが後退して、一連の 接続動作が完了する。
[0042] ノズル 9は、その先端を半田で被覆されたタブリード線 7の下側部分の半田を集中 的に溶融するように工夫したものを用いることができる。また、加熱気体を供給した後 、冷却気体を供給する代わりに、そのまま放冷 (大気に接触させて自然冷却)するよう にしてもよい。また、上記ノズルを 2列並設してそれぞれを加熱列と冷却列としこれら を切り替えることによりタブリード線を加熱冷却してもよい。尚、図 3ではノズルのみを 図示し、該ノズルに連結する加熱気体や冷却気体の供給チューブや供給源等は省 略されている。
[0043] 実施態様 2
図 4に示したように、本実施態様において、装置の搬送ベルト（図示せず)上に太陽 電池素子 1がセットされる点、集電電極 5の上部にタブリード線 7が配設される点、及 びリード線押さえ機構部 8のフィンガー部 8Aが延出され、タブリード線 7の上力 押さ え付ける状態で一時的に固定する点は、前述の実施態様 1の場合と同じである。
[0044] 本実施態様 2では、タブリード線 7上に一組の、加熱空気を供給する加熱ノズル 10 と、冷却空気を供給する冷却ノズル 11とが配設されている。そして、タブリード線 7の 上に配設され、且つ装置の移動ユニット（図示せず）に連結された一組の加熱ノズル 10と冷却ノズル 11から、隣接するフィンガー部 8A間のタブリード線 7に加熱空気と冷 却空気とが別々に供給されるように構成されている。
[0045] 先ず、加熱ノズル 10からの加熱空気によって、タブリード線 7に被覆されている半 田を溶融し、しかる後に、冷却ノズル 11からの冷却空気によって溶融した半田を冷却 して固化する。これら一組の加熱ノズル 10と冷却ノズル 11は、ユニットとして、タブリ ード線 7上を順次移動しながらタブリード線 7と集電電極 5とを順次溶着する。 、て 、タブリード線 7の上力 一時的に押さえ付けていたフィンガー部 8Aが後退して、一 連の接続動作が完了する。
[0046] 実施態様 3
図 5で示すように、本実施態様は、前述の実施態様 2における加熱ノズル 10の代わ りに加熱ゴテ 12を使用した以外は実施態様 2の場合と同様である。
すなわち、タブリード線 7上に一組の加熱ゴテ 12と冷却空気を供給する冷却ノズル 11とを配設し、先ず加熱ゴテ 12によりタブリード線 7に被覆されて!ヽる半田を溶融し、 次いで、冷却ノズル 11からの冷却空気により溶融した半田を冷却して固化して接続 する方法である。
なお、集電電極 5の上に配設されたタブリード線 7をその位置に保持するために、 装置におけるリード線押さえ機構部 8のフィンガー部 8Aの数は、前述の実施態様 1、 2においては片側に 6本設けていたが、図 5に示したように、素子 1の両端位置の 2箇 所のみを押さえるようにフィンガー部 8Aの数を片側 2本にしてもよい。このように、フィ ンガ一部 8Aの数を減らすことにより、半田付けのピッチの変更が容易であり、また連 続的に半田付けするのも容易である。
[0047] 実施態様 4
本実施態様は、前述の実施態様 3において、冷却ノズル 11を除去して加熱ゴテ 12 のみを設けた以外は、実施態様 3の場合と同様である。
すなわち、タブリード線 7上に加熱ゴテ 12を配設し、タブリード線 7上を順次移動さ せて接続する方法であり、加熱ゴテ 12で押圧して半田付けした後の冷却は空冷によ り行う形態である。
実施例
[0048] 以下、実施例を挙げて本発明を詳述するが、本発明はかかる実施例のみに制限さ れな ヽことは云うまでもな!/ヽ。
[0049] 実施例 1
図 4に示した接続方法により、太陽電池素子を接続した。太陽電池素子 1としては、 外寸 125mm X 125mm、厚み 220ミクロンの単結晶基板で電極は予備半田済みの ものを用い、また、タブリード線は厚み 160ミクロン、幅 1. 5mmの無鉛の半田メツキ 品を用いた。また、素子 1へのタブリード線付けはタンデム方式で表裏別々に行った 。条件は加熱空気の温度を 510°Cとし、タブリード線付け速度は、 125mmタブリード 線長に対し 3. 0秒とした。冷却空気は室温の 30°Cで、加熱ノズル 10の加熱始点で 開始した 0. 5秒遅れのパターンで、加熱'冷却操作を行った。加熱始点では 0. 5秒 予熱した後、ノズルユニットの走行を開始した。
上記方法で接続した結果、素子 96枚のタブリード線付けに対し、素子の割れはゼ 口であった。また、素子の反りは、中央付近の最大測定値として平均 0. 6mmで、モ ジュールィ匕の加工工程ゃノヽンドリングの際の破損は皆無であった。
[0050] 比較例 1
タブリード線全長に亘つて同時に加熱した後タブリード線全長に亘つて同時に冷却 した他は実施例 1と略同様にしてタブリード線を接続した。素子 96枚のタブリード線 付けに対し、素子の割れは 2枚で、また、素子の反りは平均 1. 8mmで、モジュール 化の加工工程ゃノヽンドリングの際にも 1枚が破損した。
[0051] 実施例 2
図 5に示した接続方法により太陽電池素子を接続した。即ち、前述の実施例 1と同 様の太陽電池素子とタブリード線を用い、タンデム方式で表裏別々にタブリード線付 けを行った。条件としては、加熱ゴテ温度は 300°Cとし、タブリード線付け速度は、 5 秒とした。加熱始点の予熱時間は 0. 5秒とした。また、冷却条件は実施例 1の場合と 同一条件で行った。また、加熱ゴテの先端部のタブリード線に接触する面には、 SU S304チタンコーティング材を使用した。
上記方法で接続した結果、素子 96枚のタブリード付けに対し割れはゼロであった。 また、基板の反りは中央付近の最大値で平均 0. 5mmで、モジュール化の加工工程 ゃノヽンドリングの際の破損は皆無であった。
産業上の利用可能性
[0052] 叙上のとおり、本発明の接続方法によれば、タブリード線で半田付けする際の熱ス トレスによる素子の破損が大幅に減少し、また、タブリード線で接続された素子の反り はモジュールィ匕の加工工程ゃノヽンドリング時における破損を回避できる程度までに 減少させることができ、歩留まりが大巾に向上する。 また、本発明の接続方法では特殊なタブリード線は必要でなぐ通常のタブリード 線が使用できるので、上記の歩留まりの向上の相まって、安価な太陽電池モジユー ルを提供することできる。

Claims

請求の範囲
[I] 表面に表面電極及び集電電極を備え、裏面に裏面電極を備えた太陽電池素子を タブリード線の半田付けにより電気的に接続するに際し、前記タブリード線上を、半 田を溶融させるための加熱と、溶融した半田を固化させるための冷却とからなる単位 操作を繰り返しながら移動させることにより、連続的又は断続的に接続することを特徴 とする太陽電池素子の接続方法。
[2] 加熱手段が赤外線ランプ、加熱気体又は加熱ゴテである請求項 1記載の太陽電池 素子の接続方法。
[3] 冷却手段が気体、液体又は固体である請求項 1又は 2記載の太陽電池素子の接 続方法。
[4] 気体が空気である請求項 3記載の太陽電池素子の接続方法。
[5] 液体がエタノールである請求項 3記載の太陽電池素子の接続方法。
[6] タブリード線上に適宜間隔をおいてノズルを配設し、該ノズルに順次加熱気体を供 給した後、順次冷却気体を供給するか又は放冷する請求項 1記載の太陽電池素子 の接続方法。
[7] タブリード線上に一組の加熱ノズルと冷却ノズルとを配設し、前記加熱ノズルには 加熱気体を供給し、前記冷却ノズルには冷却気体を供給しながら前記タブリード線 上を移動させる請求項 1記載の太陽電池素子の接続方法。
[8] タブリード線上に加熱ゴテと冷却ノズルを配設し、前記加熱ゴテにより加熱し、前記 冷却ノズルに冷却気体を供給しながら前記タブリード線上を移動させる請求項 1記載 の太陽電池素子の接続方法。
[9] タブリード線上に加熱ノズルを配設し、前記加熱ノズルに加熱気体を供給しながら 前記タブリード線上を移動させる請求項 1記載の太陽電池素子の接続方法。
[10] タブリード線上に加熱ゴテを配設し、前記加熱ゴテにより加熱しながら前記タブリー ド線上を移動させる請求項 1記載の太陽電池素子の接続方法。
[II] 表面に表面電極及び集電電極を備え、裏面に裏面電極を備えた太陽電池素子を タブリード線の半田付けにより電気的に接続するに際し、前記タブリード線を加熱し て半田を溶融させた後、溶融した半田を固化させるための冷却操作を繰り返しながら 前記タブリード線上を移動させることにより、連続的又は断続的に接続することを特徴 とする太陽電池素子の接続方法。
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