WO2022186167A1 - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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WO2022186167A1
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solar cell
electrode
interconnector
electrodes
cell module
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宏平 巽
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学校法人早稲田大学
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    • H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • 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 technology disclosed in this specification relates to a solar cell module and a manufacturing method thereof.
  • a solar cell module in which a plurality of solar cells are electrically connected by a linear wiring member such as an interconnector.
  • a solar cell module usually has a structure in which wiring members and electrodes provided on the solar cells are joined by soldering, and solder is used to join them between the wiring members and the solar cells. A portion is formed (for example, Patent Document 1).
  • the present invention was created in view of the above points, and aims to provide a solar cell module capable of extending its life and a method for manufacturing the same.
  • a solar cell module includes: a plurality of solar cells each having a metal electrode for extracting electric power; and a metal electrically connected to the electrodes of the plurality of solar cells. a wiring member; and a plated portion formed of a plated metal between the electrode and the wiring member and joining the electrode and the wiring member.
  • a solar battery module includes a solar battery cell provided with an electrode, a wiring member made of metal, and a plated metal between the electrode and the wiring member. and a plated portion that joins the wiring material.
  • a plating solution is allowed to enter between the bonding surface of a belt-shaped or wire-shaped wiring member made of metal and the bonding surface of an electrode formed on a solar cell. and the wiring member and the electrode are connected to each other by causing the columnar crystals of the plated metal grown from the respective surfaces to be joined to associate between the surface to be joined of the wiring member and the surface to be joined of the electrode. It has a joining process of joining with plated metal.
  • the wiring member and the electrode of the solar cell are joined by the plating portion formed of the plating metal, the separation of the wiring member from the electrode is prevented or suppressed, and the plating metal of the joint portion is prevented or suppressed.
  • the durability of the junction between the wiring material and the solar cell can be enhanced, and the life of the solar cell module can be extended.
  • FIG. 1 is a side view of a solar cell module according to a first embodiment
  • FIG. FIG. 3 is a top view of solar cells connected to interconnectors
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 2 and is a cross-sectional view enlarging the plated portion
  • FIG. 4 is a side view of a solar cell module according to a second embodiment
  • FIG. 3 is a perspective view showing finger electrodes and busbar electrodes formed on the surface of a solar cell, and an interconnector joined to the busbar electrodes.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which a wire-like interconnector is joined to busbar electrodes
  • FIG. 3 is a side view of a solar cell module showing an example in which a pair of coupled connector members are used as an interconnector;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example in which coating layers are formed on the surfaces of finger electrodes, busbar electrodes, and interconnectors with a plating metal; It is a SEM image of the cross section of the plated portion. It is the EBSD image which measured the crystal orientation of the cross section of the plating part.
  • 4 is a graph showing the difference between bonding by plating and bonding by solder with respect to property loss in a temperature cycle test of a solar cell module.
  • 4 is a graph showing the Vickers hardness ratio of the plated portion before and after heat treatment for each heat treatment temperature.
  • 4 is a graph showing, for each heat treatment temperature, the characteristic deterioration ratio after a thermal stress test of a solar cell module with and without heat treatment of the plating portion.
  • the solar battery module 10 includes a plurality of solar battery cells 12 and an interconnector 14 as a wiring material that electrically connects the solar battery cells 12 .
  • each solar cell 12 and interconnector 14 are accommodated in housing 16 and sealed with sealing material 18 .
  • the interconnector 14 is strip-shaped and arranged linearly, and includes a plurality of electrodes 20 (see FIG. 2) for extracting electric power provided in the solar cell 12 . is joined by a plated portion 22 (see FIG. 3).
  • the interconnector 14 and the plurality of electrodes 20 are electrically connected.
  • the plurality of photovoltaic cells 12 are linearly arranged at predetermined intervals.
  • the arrangement of the plurality of photovoltaic cells 12 is not limited to this, and may be arranged in a matrix, for example.
  • Each solar cell 12 is mainly made of silicon (Si) and has a flat plate shape.
  • the interconnector 14 is made of copper and has an elongated strip shape.
  • the solar cell 12 has a plurality of electrodes 20 formed on both sides thereof.
  • the plurality of electrodes 20 linearly extend in a direction orthogonal to the extending direction (extending direction) of the interconnector 14, and are arranged at predetermined intervals in the extending direction of the interconnector 14. , not all the surfaces facing the solar cells 12 are joined to the solar cells 12, but only the portions intersecting the electrodes 20 are joined to the electrodes 20.
  • the electrode 20 as an example of the electrode is a so-called finger electrode, but it goes without saying that the electrode may be another electrode such as a busbar electrode. 2 and FIGS. 6 and 8 to be described later, hatching indicating a cross section is omitted.
  • the interconnector 14 Since the interconnector 14 is locally bonded in this way, the stress applied to the plated portion 22 is effectively relieved compared to a configuration in which all surfaces facing the solar cells 12 are bonded. . Therefore, the durability of the plated portion 22 is enhanced, and the life of the solar cell module 10 is extended as compared with the conventional solar cell module.
  • the interconnector 14 has a mountain-shaped cross section that protrudes toward the side that contacts the electrode 20 of the photovoltaic cell 12 , and is joined with the top portion in contact with the electrode 20 . Since the top of the interconnector 14 extends linearly in the extending direction of the interconnector 14, the interconnector 14 and the electrodes 20 are in linear contact. In the extending direction of the interconnector 14, there is no problem even if part or all of the top of the interconnector 14 is separated from the electrode 20 as long as it can be regarded as being close to the electrode 20 as described later.
  • the interconnector 14 having a mountain-shaped cross section is exemplified in the present embodiment
  • the shape of the interconnector is not limited to this.
  • the interconnector may be wire-shaped and its cross-section may be circular.
  • the outer peripheral surface of the interconnector is joined to the electrodes in a linear contact state or a linear proximity state.
  • the interconnector 14 is not limited to extending linearly.
  • a part of the surface of the interconnector 14 serves as a joint surface 14 a that is used for joining with the electrode 20 of the solar cell 12 .
  • a silver paste 24 is sintered as silver on the surface of the electrode 20 , and a part of the surface serves as a surface to be joined 20 a to be joined to the interconnector 14 . That is, the electrodes 20 are substantially made of silver (sintered silver). The distance between the surface to be joined 14a of the interconnector 14 and the surface to be joined 20a of the electrode 20 gradually widens from the contact portion C between the interconnector 14 and the electrode 20 toward the outside.
  • the distance between the surfaces 14a and 20a to be welded gradually increases continuously as the partial regions of the surfaces 14a and 20a to be welded move away from the contact portion C where they are in contact with each other.
  • the cross section of the interconnector is circular as described above, and the outer peripheral surface of the interconnector is in linear contact with the electrode, the distance between the surfaces to be joined gradually increases as the distance from the contact portion increases. do.
  • the plating part 22 is formed of nickel (Ni) as a metal by plating using a plating solution between the interconnector 14 and the solar cell 12 .
  • This plated portion 22 is formed between the surface to be joined 14 a of the interconnector 14 and the surface to be joined 20 a of the electrode 20 of the solar cell 12 in a state in which the generation of voids is prevented or suppressed. As a result, the plating portion 22 is prevented or suppressed from interfacial breakage.
  • the interconnector 14 and the electrode 20 of the photovoltaic cell 12 are in linear contact.
  • the interconnector 14 and the electrode 20 may be in point contact, as in the case where the pointed portion and the electrode 20 of the solar cell 12 are joined.
  • the interconnector 14 and the electrode 20 of the solar cell 12 may be close to each other in a dotted or linear manner. That is, the distance between the surfaces to be joined 14a of the interconnector 14 and the surfaces to be joined 20a of the electrodes 20 of the solar cell 12 increases as the partial regions of these surfaces to be joined 14a and 20a move away from the position where they are close to each other. It may be continuously incremented.
  • the interconnector 14 and the electrode 20 of the photovoltaic cell 12 are close to each other in a point-like or line-like manner means that the portions of the interconnector 14 and the electrode 20 of the photovoltaic cell 12 to be joined 14a and 20a are in a point-like manner. Or, in a state that can be regarded as linear, it means that the distance between the adjacent portions of the surfaces 14a and 20a to be joined is small.
  • the interconnector 14 is strip-shaped, the distance between the adjacent portions of the mating surfaces 14a and 20a is 1/10 or less of its width, and if the interconnector 14 is wire-shaped, it is 1/10 or less of its diameter.
  • the interval between the adjacent portions of the surfaces to be joined is preferably about 20 ⁇ m or less.
  • the configuration in which the distance between the surfaces to be bonded 14a and 20a is widened outward from the contact portion C of the surfaces to be bonded 14a and 20a, or from the adjacent portion, will be described later in detail.
  • the occurrence of voids is prevented or suppressed at the portion where the columnar crystals that grow from 20a and become the plated portion 22 meet. Therefore, the bonding strength between interconnector 14 and electrode 20 of photovoltaic cell 12 can be increased.
  • columnar crystals that form the plating portion 22 grow from the bonding surface 20a of the electrode 20 on which the silver paste 24 is sintered, corrosion of the silver constituting the silver paste 24 can be suppressed. A decrease in the life of the solar cell module 10 due to corrosion can be suppressed.
  • the interconnector 14 and the electrode 20 of the solar battery cell 12 may be partially in contact with each other or in close proximity to each other. In this case, it is preferable to have a portion where the distance between the surfaces to be bonded 14a and 20a is widened outward from the contact portion C of the surfaces to be bonded 14a and 20a or from the adjacent portion. Even with such a configuration, the columnar crystals that grow from the contacting portion C or the adjacent portions to the outside and become the plated portions 22 grown from the joint surfaces 14a and 20a whose distance gradually increases toward the outside are met. Void generation is prevented or suppressed.
  • the joint between the interconnector 14 and the solar cell 12 is excellent in joint strength.
  • the junction between the interconnector 14 and the solar cell 12 is made of nickel instead of the solder generally applied to the junction between the wiring member and the solar cell in a conventional solar cell module.
  • the nickel used for the plating part 22 has a smaller difference in thermal expansion coefficient from copper, which is the material of the interconnector 14, than the difference between solder and copper, and thus the plating part 22 is resistant to repeated temperature changes. Detachment or the like of the interconnector 14 due to deterioration is less likely to occur.
  • the plated portion 22 maintains good bonding between the interconnector 14 and the solar cell 12, and suppresses an increase in resistance due to deterioration of the bonding and, in turn, a decrease in power generation efficiency.
  • the solar cell module 10 In the manufacturing process of the solar cell module 10 in which the interconnector 14 and the solar cell 12 are joined, it is preferable not to perform the heat treatment, or to perform the heat treatment for the purpose of relaxing (removing or reducing) the distortion of the plated portion 22 .
  • By removing or relaxing the distortion of the plating part 22 by heat treatment flexibility can be given to the plating part 22, that is, the junction between the interconnector 14 and the electrode 20, and the interconnector 14 and the solar cell 12 when in use. Destruction of the plated portion 22 due to expansion and contraction due to temperature changes is suppressed, and the life of the solar cell module 10 can be extended.
  • the solar cell module 10 of the present embodiment is subjected to heat treatment as described above, thereby relaxing the distortion of the plated portion 22 and extending the life of the solar cell module 10 .
  • the silver serving as the base electrode formed on the surface of the electrode 20 and the plated metal forming the plated portion 22 are diffused to improve adhesion and resistance. Improves releasability.
  • the heat treatment temperature is too high, the electrical resistance increases, so it is preferable to perform the heat treatment at a low temperature.
  • the heat treatment is preferably performed at 500° C. or less, and when the plating metal is copper, the heat treatment is preferably performed at 450° C. or less.
  • the thickness of the diffusion layer formed by diffusing the metal forming the base electrode and the plating metal is preferably 0.005 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
  • the elimination or relaxation of strain in the plated portion 22 can be confirmed as a decrease in Vickers hardness.
  • the Vickers hardness of the plating portion 22 after the above heat treatment is preferably in the range of 100 to 250 HV when the plating metal constituting the plating portion 22 is nickel, and is in the range of 100 to 230 HV. is more preferable. That is, when the heat treatment is performed, the heat treatment is performed so that the Vickers hardness of the plated portion 22 made of nickel is preferably in the range of 100 to 250 HV, more preferably in the range of 100 to 230 HV.
  • the Vickers hardness of the plated portion 22 can be measured in micro Vickers by a known measuring method according to Japanese Industrial Standard JIS Z 2244.
  • nickel is used as the plating metal forming the plating portion 22, but it is not limited to nickel.
  • the plating metal forming the plating portion 22 is preferably nickel, nickel alloy, copper, copper alloy, or the like.
  • Nickel alloys include Ni--P, Ni--B, Ni--S and the like, and copper alloys include Cu--Zn, Cu--Sn, Cu--Ag and Cu--Pd.
  • the nickel alloy contains a small amount of elements other than nickel (for example, 10% or less), and the copper alloy contains a small amount of elements other than copper (e.g., 10% or less). for example, 10% or less).
  • the Vickers hardness of the plated portion 22 is preferably in the range of 40 to 105 HV. Even in this case, the distortion of the plated portion 22 is alleviated compared to before the heat treatment, and the life of the solar cell module 10 can be extended.
  • the plating portion 22 is formed of an Fe—Ni alloy having a nickel content within the range of 32% or more and 45% or less. It is also preferable to use a plating metal that The plated portion 22 made of such an Fe—Ni alloy is particularly useful when the solar cell module 10 is used in an environment with a large temperature difference where thermal stress is large.
  • the manufacturing processes of the solar cell module 10 can be performed using known manufacturing methods related to solar cell modules, so the description thereof is omitted.
  • the interconnector 14 is prepared.
  • the interconnector 14 is produced by processing the belt-like material made of copper so that the portion of the solar battery cell 12 on the side to be joined to the electrode 20 is formed into a mountain shape (taper shape).
  • the surfaces of the interconnector 14 and the electrodes 20 are subjected to alkaline degreasing and acid cleaning to remove dust, oil, and the like from the surfaces.
  • an organic film such as a resist film is coated on portions of the surfaces of the interconnector 14 and the electrodes 20 that do not require plating (portions other than the surfaces to be joined 14a and 20a).
  • the joining surface 14a of the interconnector 14 and the joining surface 20a of the electrode 20 of the solar cell 12 are joined by plating.
  • the plating process is performed by fixing only the ends of the mountain-shaped portions of the interconnector 14 in linear contact with the electrodes 20 of the solar cells 12 or in close proximity to each electrode 20 .
  • the outer peripheral surface of the interconnector may be fixed in contact with or in close proximity to each electrode 20 .
  • a sulfamic acid bath can be used for plating.
  • the plating solution is allowed to enter between the bonding surface 14a of the interconnector 14 and the bonding surface 20a (silver paste 24) of each electrode 20 of the solar cell 12, and the plating portion 22 is formed therebetween.
  • the temperature of the plating solution is preferably about 55°C.
  • the interconnector 14 and each electrode 20 of the solar cell 12 are in a state of being electrically connected, and each of them is equipotential. It is preferable to keep the surfaces to be joined 14a and 20a at the same potential.
  • the plating solution used for the plating treatment is preferably adjusted so that the columnar crystals meet sequentially outward from the region where the distance between the surfaces to be bonded 14a and the surfaces to be bonded 20a is small.
  • each electrode 20 of the interconnector 14 and the solar cell 12 By plating each electrode 20 of the interconnector 14 and the solar cell 12 as described above, elongated nickel columnar crystals grow from the surfaces of the interconnector 14 and the electrode 20 of the solar cell 12, respectively. do.
  • the columnar crystals grown from the surfaces to be joined 14a of the interconnector 14 and the columnar crystals grown from the surfaces to be joined 20a of the electrodes 20 of the solar cell 12 collide with each other at their tips to meet, and the surfaces to be joined 14a , 20a form a meeting interface.
  • This meeting interface is formed in order from a point where the distance between the surfaces 14a and 20a to be joined is narrow to a point where the distance is wide. As a result, the generation of voids in the plated portion 22 is prevented or suppressed.
  • a heat treatment is performed to heat the interconnector 14 and the solar cell 12 that are joined by the plating portion 22 .
  • the plating metal is nickel
  • this heat treatment is preferably performed at a temperature within the range of 200° C. or higher and 500° C. or lower in the atmosphere. This is because the heat treatment at 200° C. or higher lowers the internal stress of the electrolytic nickel plating and increases the resistance to thermal stress.
  • the heat treatment temperature is 500° C. or less, it is possible to suppress adverse effects (increase in electrical resistance due to diffusion, coarsening of metal crystal grains, etc.) on the characteristics of the solar cell mainly made of silicon. It's for.
  • the distortion of the plated portion 22 is reduced compared to before the heat treatment.
  • the plating metal is nickel
  • the Vickers hardness of the plated portion 22 is approximately 275 HV before the heat treatment, but is reduced to approximately 140 HV after the heat treatment.
  • the heat treatment is preferably performed in the temperature range of 150° C. or more and 450° C. or less because the melting point is lower than that of nickel.
  • the interconnector 14 and each electrode 20 of the solar cell 12 are joined. Bonding according to the above procedure can be performed collectively for a plurality of solar cells 12 .
  • the plurality of photovoltaic cells 12 to which the interconnectors 14 are joined are then housed in a housing 16 and then sealed with a sealing material 18 to form a photovoltaic module 10 .
  • the durability of the plated portion 22 is enhanced, and a long life is achieved.
  • FIG. 4 shows the solar cell module 10 of the second embodiment.
  • this embodiment is the same as the first embodiment, and substantially the same members are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • one interconnector 31 connects two adjacent solar cells 12 , and multiple solar cells 12 are electrically connected in series by the multiple interconnectors 31 .
  • a plurality of solar cells 12 are arranged in a matrix, and two adjacent solar cells 12 in each row are connected by one interconnector 31 . That is, one interconnector 31 connects the electrode on the surface of one of the two solar cells 12 and the electrode on the back of the other solar cell 12 .
  • the electrode on the surface of the solar cell 12 is connected to the electrode on the back surface of the adjacent solar cell 12 on the left side in the figure via the interconnector 31, and the solar cell
  • the electrode on the back surface of the cell 12 is connected to the electrode on the surface of the adjacent solar cell 12 on the right side in the figure via another interconnector 31 .
  • each solar cell 12 has a positive electrode on the front surface and a negative electrode on the back surface.
  • the solar cells 12 in each row are electrically connected in series by the interconnectors 31 .
  • the arrangement of the plurality of photovoltaic cells 12 and the manner of connection of the interconnector 31 are not limited to this.
  • a plurality of finger electrodes 32 are provided on the surface of the solar cell 12 .
  • the plurality of finger electrodes 32 linearly extend in one direction and are formed parallel to each other at predetermined intervals.
  • a busbar electrode 33 is provided to collect current flowing through the finger electrodes 32 generated by the solar cell 12. As shown in FIG. In this example, three busbar electrodes 33 are provided at predetermined intervals from each other.
  • the busbar electrodes 33 are provided extending in a direction perpendicular to the finger electrodes 32 and are electrically connected to the plurality of finger electrodes 32 at intersecting positions.
  • the finger electrodes 32 and the busbar electrodes 33 are made of silver (Ag), and the surface of the busbar electrodes 33 serves as one surface to be joined. Note that the finger electrodes 32 and the busbar electrodes 33 may be made of copper, nickel, or the like.
  • Interconnectors 31 are provided corresponding to the three busbar electrodes 33, and each interconnector 31 is arranged to extend in a direction perpendicular to the finger electrodes 32, that is, in the direction in which the busbar electrodes 33 extend. ing. Each interconnector 31 is joined to a corresponding busbar electrode 33 by a plating portion 22 (see FIG. 6).
  • the interconnector 31 in this example is a wire having a circular cross section made of highly conductive metal, such as a copper wire. It should be noted that the interconnector 31 may be of a mountain-shaped cross-section as in the first embodiment.
  • the interconnector 31 has its outer peripheral surface in contact with the busbar electrode 33, and is joined by the plating portion 22 in a state of linear contact with the busbar electrode 33 in its extending direction.
  • a plurality of plated portions 22 are intermittently formed in the extending direction of the interconnector 31 . That is, the plating portions 22 are formed at a plurality of locations at predetermined intervals in the extending direction of the interconnector 31, and the busbar electrodes 33 and the interconnector 31 are locally joined at a plurality of locations.
  • the configuration in which the interconnector 31 and the busbar electrode 33 are locally joined at a plurality of locations causes stress acting on the plating portion 22 due to the difference in thermal expansion coefficient between the interconnector 31 and the solar cell 12. mitigate Therefore, the durability of the plated portion 22 is enhanced, and the life of the solar cell module 10 can be extended as compared with the conventional solar cell module.
  • Finger electrodes and busbar electrodes are provided on the rear surface of the solar cell 12 as well as on the front surface, and the interconnector 31 is joined to the busbar electrode 33 by a plating portion.
  • the portions where the interconnector 31 and the busbar electrodes 33 are close to each other may be joined by the plating portion 22, and the portions of the interconnector 31 that are not joined to the busbar electrodes 33 may be separated from the busbar electrodes 33.
  • the plating portion 22 may be formed continuously in the extending direction of the interconnector 31 . That is, the entire area of the interconnector 31 on the busbar electrode 33 may be joined to the busbar electrode 33 by the plating portion 22 in the extending direction of the interconnector 31 .
  • the structure of the plated portion 22 is the same as in the case of localized bonding even in such joining by the continuously long plated portion 22 .
  • the interconnector 31 in the above example is formed as a single piece during its manufacturing stage, but as in the example shown in FIG. , 41b may be joined to form one interconnector 41.
  • FIG. In this example, one end of the connector member 41a is joined to the busbar electrode 33 on the surface of the solar cell 12 by the plated portion 22 .
  • one end of the connector member 41 b is joined to the busbar electrode by the plating portion 22 .
  • the connector members 41a and 41b are made of copper wire with a circular cross section. Note that the connector members 41a and 41b may have a belt-like shape with a cross section. Also, the other ends of the connector members 41a and 41b may have a shape or the like that facilitates their joining.
  • the connector member 41a joined to the surface of the solar cell 12 and the connector member 41b joined to the back surface are joined to the solar cell 12 so as to protrude from the solar cell 12 in opposite directions.
  • the connector member 41a and the connector member 41b are joined to the solar cell 12 so that the other end protrudes to the left side of the solar cell 12 and the connector member 41b to the right side of the solar cell 12, respectively.
  • the other end of the connector member 41a of the solar cell 12 and the connector member 14b of the left solar cell 12 of the solar cell 12 are connected.
  • the other end is joined and connected to be electrically connected.
  • joining by ultrasonic joining or spot electric welding can be used.
  • interconnector 41 it is no longer necessary to join the interconnector to the plurality of solar cells 12 all at once or continuously, and a plurality of solar cells can be efficiently connected using a compact processing apparatus.
  • An interconnector 41 can be joined to the battery cell 12 . Since the connector members 41a and 41b are made of the same material, they are not affected by differences in thermal expansion.
  • the surface of the busbar electrode 33 and the outer peripheral surface of the interconnector 31 on which the plating portion 22 is not formed, and the surfaces of the finger electrodes 32 may be covered with a plating metal.
  • a coating layer 37 made of a plated metal is formed on the surface of the busbar electrode 33 and the outer peripheral surface of the interconnector 31 where the plating portion 22 is not formed, and on the surface of the finger electrode 32 .
  • the coating layer 37 can be formed together with the plated portion 22 by plating without applying a resist film or the like to the portion where the coating layer 37 is to be formed.
  • the interconnector is joined to the electrodes (finger electrodes, busbar electrodes) formed on the surface of the solar cell.
  • a plated portion may be formed between the surface to be joined and the surface to be joined of the interconnector, and the interconnector may be joined to the solar cell. By doing so, the bonding strength between the interconnector and the solar cell can be improved.
  • the surface itself of the silicon substrate to be joined becomes an electrode connected to the interconnector.
  • the busbar electrodes and the finger electrodes may be formed of a plated metal on the surface of the solar cell (silicon substrate) by plating when the interconnector and the solar cell are joined by plating.
  • the surfaces to be bonded surfaces of the solar cells (silicon substrates), the surfaces on which the busbar electrodes and finger electrodes are to be formed are subjected to a treatment for obtaining good conductivity, that is, the insulating layer on the surface is removed by an etching treatment or the like. Processing such as forming a plating underlying conductive film is performed.
  • Example 1 (1) Preparation of Sample In Example 1, a sample of a bonded structure in which a wire-shaped interconnector made of copper and one solar battery cell were bonded at a plated portion was prepared, and a cross section of the bonded structure was observed. gone. A wire-like interconnector (copper wire) having a diameter of 300 ⁇ m and made of copper (purity 99.9%) was used. A rectangular parallelepiped solar cell having long and short sides of 52 ⁇ 26 mm and a thickness of 0.17 mm was prepared. Nickel was used as the plating metal forming the plating portion. The sample preparation method was the same as the production method in the above embodiment.
  • the surfaces of the interconnector and busbar electrodes were degreased with alkali and washed with acid to remove dust and oil on the surface. Thereafter, a resist film was applied to portions of the surfaces of the electrodes (busbar electrodes) formed on the interconnector and the solar cell, which did not require plating.
  • the outer peripheral surface of the interconnector is fixed in linear contact with the electrode of the solar cell, and plating is performed to connect the surface to be joined of the interconnector and the electrode of the solar cell.
  • a plated portion was formed between the two surfaces to be joined.
  • a sulfamic acid bath was used, the temperature of the plating solution was 55° C., and the current density for plating was 1.5 A/dm 2 .
  • the interconnector was continuously joined to the electrodes with a predetermined length, and the plating width was 0.14 mm. A sample of the bonded structure was produced by the above procedure.
  • a wire-shaped interconnector made of copper (purity 99.9%) and having a diameter of 300 ⁇ m and a plurality of solar cells were each joined at a plated portion to prepare a sample, and a temperature cycle test was performed. After (TC test), loss evaluation of electrical properties was performed.
  • the same interconnector and solar cell as in the first example were prepared, and the interconnector and the electrode of the solar cell were joined by the same joining method as in the first example. Nickel was used as the plating metal forming the plating portion. Parts other than the joints between the interconnector and each solar cell were manufactured by a known manufacturing method.
  • a comparative sample a sample was produced in which the interconnector and the electrode of each solar cell were joined by solder instead of joining by the plated portion.
  • a temperature cycle test was performed on the prepared sample and the comparative sample.
  • a temperature cycle tester manufactured by Espec Co., Ltd. was used, and the conditions were -40°C to 150°C for the sample of Example 2 and -40°C to 85°C for the comparative sample. 600 cycles each in between. After 200 cycles, 400 cycles, and 600 cycles, each sample was evaluated for loss of electrical properties (maximum output (P max )) (decrease rate of maximum output from before the start of the temperature cycle test).
  • P max maximum output
  • a desktop solar simulator was used, and a Xe lamp was used to irradiate light of 100 mW/cm 2 and IV measurement was performed.
  • a sample was prepared by joining a wire-shaped interconnector made of copper (purity 99.9%) and having a diameter of 200 ⁇ m and a plurality of solar cells at their respective plating portions. was heat treated in the atmosphere for 30 minutes, and the Vickers hardness ratio (hardness after heat treatment/hardness before heat treatment) of the plated portion before and after heat treatment was evaluated for each heat treatment temperature.
  • the characteristic deterioration ratio of the sample after the temperature cycle test (characteristic deterioration of the sample with heat treatment/characteristic deterioration of the sample without heat treatment) depending on the presence or absence of heat treatment of the plated portion was evaluated for each heat treatment temperature.
  • Nickel was used as the plated metal forming the plated portion, and the interconnection between the interconnector and the electrode of the solar cell was performed by the same manufacturing method as in the second example.
  • the Vickers hardness was measured using a micro Vickers tester MHT-1 manufactured by Matsuzawa Seiki Co., Ltd. according to a known measuring method according to Japanese Industrial Standard JIS Z 2244.
  • a temperature cycle tester TSA-73ES-W manufactured by Espec Co., Ltd. was used, and the number of cycles was set to 500 cycles.
  • the hardness of the plated portion decreased when the heat treatment temperature was 200°C or higher. Further, the Vickers hardness ratio was approximately 0.5 at a heat treatment temperature of around 500° C., and even if the heat treatment temperature was increased beyond that point, the hardness did not decrease significantly. As described above, the Vickers hardness of the plated portion before the heat treatment was about 275 HV, and after the heat treatment at 500° C. was about 140 HV.
  • the rate of deterioration of the electrical properties after the temperature cycle test for the samples that were not heat-treated was assumed to be 100%, and the deterioration of the electrical properties was evaluated as a ratio to this.
  • the ratio of deterioration of electrical characteristics was about 0.8 at a heat treatment temperature of 200 ° C. or higher, and a decrease in the deterioration rate of electrical characteristics was observed. . That is, it was found that the electrical properties are less likely to deteriorate when the heat treatment temperature is 200° C. or higher.
  • the heat treatment temperature of 500° C. or less can reduce the possibility of adversely affecting the characteristics of the solar cell, it is preferable to set the heat treatment temperature in the range of 200° C. or higher and 500° C. or lower. Recognize. By performing the heat treatment at a temperature within the above range, it is possible to improve the adhesion between the interconnector and the electrodes and to relax the stress of the plated metal.

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Abstract

長寿命化を図ることができる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。太陽電池モジュールは、電力を取り出すための金属の電極２０がそれぞれ形成された複数の太陽電池セル１２と、複数の太陽電池セル１２の電極２０と電気的に接続される、金属で形成された配線材１４と、電極２０と配線材１４との間にめっき金属で形成され、電極２０と配線材１４とを接合するめっき部２２と、を備える。

Description

太陽電池モジュール及びその製造方法
　本明細書で開示される技術は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
　従来、複数の太陽電池セルを、インターコネクタ等の線状の配線材によって電気的に接続した太陽電池モジュールが知られている。このような太陽電池モジュールは、通常、配線材と太陽電池セル上に設けられた電極とをはんだによって接合した構造であり、配線材と太陽電池セルの間にはそれらを接合するはんだからなる接合部が形成されている（例えば特許文献１）。
特開２０１８－１８６３０７号公報
　上記特許文献１のように配線材と太陽電池セルとを接合した太陽電池モジュールでは、配線材の剥離や断線、抵抗増加が生じ易く、長寿命化を図ることが困難であった。このような太陽電池モジュールの劣化の大部分は、はんだの腐食や熱応力による変形等のはんだの劣化に起因している。
　本発明は、上記の点に鑑みて創作されたもので、長寿命化を図ることができる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
　本発明に係る太陽電池モジュールは、電力を取り出すための金属の電極がそれぞれ形成された複数の太陽電池セルと、前記複数の太陽電池セルの電極と電気的に接続される、金属で形成された配線材と、前記電極と前記配線材との間にめっき金属で形成され、前記電極と前記配線材とを接合するめっき部と、を備える。
　本発明に係る太陽電池モジュールは、電極が設けられた太陽電池セルと、金属で形成された配線材と、前記電極と前記配線材との間にめっき金属で形成され、前記太陽電池セルと前記配線材とを接合するめっき部とを備えるものである。
　本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、金属で形成された帯状またはワイヤ状の配線材の被接合面と太陽電池セルに形成された電極の被接合面との間にめっき液を浸入させ、前記配線材の被接合面と前記電極の被接合面との間に、各々の前記被接合面から成長しためっき金属の柱状晶を互いに会合させることで、前記配線材と前記電極とを前記めっき金属で接合する接合工程を有する。
　本発明によれば、配線材と太陽電池セルの電極とをめっき金属で形成されためっき部で接合したので、電極からの配線材の剥離等が防止ないし抑制されるとともに、接合部のめっき金属に加わる応力が効果的に緩和されることで、配線材と太陽電池セルの接合部の耐久性を高めることができ、太陽電池モジュールの長寿命化を図ることができる。
第１実施形態に係る太陽電池モジュールの側面図である。 インターコネクタに接続された太陽電池セルの上面図である。 図２におけるIII－III線断面図であって、めっき部を拡大した断面図である。 第２実施形態に係る太陽電池モジュールの側面図である。 太陽電池セルの表面に形成されたフィンガー電極及びバスバー電極とバスバー電極に接合されるインターコネクタとを示す斜視図である。 ワイヤ状のインターコネクタをバスバー電極に接合した状態を示す断面図である。 連結した一対のコネクタ部材をインターコネクタとした例を示す太陽電池モジュールの側面図である。 フィンガー電極、バスバー電極及びインターコネクタの表面にめっき金属で被覆層を形成した例を示す断面図である。 めっき部の断面のＳＥＭ像である。 めっき部の断面の結晶方位を測定したＥＢＳＤ像である。 太陽電池モジュールの温度サイクル試験による特性損失について、めっきによる接合とはんだによる接合の違いを示すグラフである。 めっき部の熱処理前後におけるビッカース硬度比を熱処理温度毎に示したグラフである。 めっき部の熱処理の有無による太陽電池モジュールの熱応力試験後の特性劣化比を、熱処理温度毎に示したグラフである。
[第１実施形態]
　本実施形態では、配線材と配線材によって電気的に接続された複数の太陽電池セルとから構成される太陽電池モジュールについて説明する。図１に示すように、太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル１２と、これらの太陽電池セル１２を電気的に接続する配線材としてのインターコネクタ１４とを備えている。太陽電池モジュール１０では、各太陽電池セル１２とインターコネクタ１４とは、筐体１６に収容されて封止材１８で封止されている。本実施形態においては、詳細を後述するように、インターコネクタ１４は、帯状であって直線状に配置され、太陽電池セル１２に設けられた電力を取り出すための複数の電極２０（図２参照）にめっき部２２（図３参照）によって接合されている。これにより、インターコネクタ１４と複数の電極２０が電気的に接続されている。本実施形態の例では、複数の太陽電池セル１２は、所定の間隔で直線状に並べられている。なお、複数の太陽電池セル１２の配列は、これに限定されるものではなく、例えばマトリクス状に配列されていてもよい。
　各太陽電池セル１２は、主としてシリコン（Ｓｉ）で形成され、平板状である。インターコネクタ１４は、銅で形成されており、細長く延びる帯状である。隣接する太陽電池セル１２の一方の太陽電池セル１２の表側の電極２０と他方の太陽電池セル１２の裏側の電極２０とをインターコネクタ１４によって互いに電気的に接続することで、複数の太陽電池セル１２が直列に接続されている。なお、図示を省略しているが、各太陽電池セル１２のインターコネクタ１４が接続された面と反対側の面に電極が設けられ、それらが別のインターコネクタ（図示省略）で電気的に接続されている。
　図２に示すように、太陽電池セル１２は、その表裏両面に複数の電極２０がそれぞれ形成されている。複数の電極２０は、インターコネクタ１４の延伸方向（延在する方向）と直交する方向に線状に延びており、インターコネクタ１４の延伸方向に互いに所定の間隔で配されている、インターコネクタ１４は、太陽電池セル１２と対向する面の全てが太陽電池セル１２と接合されているのではなく、電極２０と交差している部分のみが電極２０と接合されている。即ち、インターコネクタ１４は、太陽電池セル１２に対して局所的に接合されている。この例では、電極の一例としての電極２０は、いわゆるフィンガー電極であるが、電極としては、他の電極、例えばバスバー電極等であってもかまわないことはいうまでもない。なお、図２及び後述の図６、図８では、断面を示すハッチングを省略している。
　このようにインターコネクタ１４が局所的に接合されていることにより、太陽電池セル１２と対向する面の全てが接合された構成に比して、めっき部２２に加わる応力が効果的に緩和される。このため、めっき部２２の耐久性が高められ、従来の太陽電池モジュールに比して太陽電池モジュール１０の長寿命化が図られている。
　図３に示すように、インターコネクタ１４は、その断面が、太陽電池セル１２の電極２０と接触する側に突出する山型であり、その頂部が電極２０に接触した状態で接合される。インターコネクタ１４の頂部は、インターコネクタ１４の延伸方向に線状に延びているので、インターコネクタ１４と電極２０とは線状に接触している。なお、インターコネクタ１４の延伸方向において、インターコネクタ１４の頂部の一部または全部が電極２０から離れていても、後述のように近接しているとみなせる範囲内であれば問題ない。また、本実施形態では、断面が山型のインターコネクタ１４について例示するが、インターコネクタの形状等はこれに限定されるものではない。例えば、インターコネクタがワイヤ状であり、その断面が円形状であってもよい。この場合、インターコネクタの外周面が電極と線状に接触した状態、又は線状に近接した状態で接合される。さらに、インターコネクタ１４は、直線状に延びたものに限られない。
　インターコネクタ１４は、その表面の一部が太陽電池セル１２の電極２０との接合に供される被接合面１４ａとなっている。電極２０は、その表面に銀として銀ペースト２４が焼結され、その表面の一部がインターコネクタ１４との接合に供される被接合面２０ａとなっている。即ち、電極２０は、実質的に銀（焼結銀）で形成されている。インターコネクタ１４の被接合面１４ａと電極２０の被接合面２０ａの間隔は、インターコネクタ１４と電極２０との接触部Ｃから外側に向かって次第に広くなっている。換言すれば、両被接合面１４ａ，２０ａは、これらの被接合面１４ａ，２０ａの一部領域が互いに接触した接触部Ｃの位置から離れるにつれて、それらの間隔が連続的に漸増している。なお、例えば上述したようにインターコネクタの断面が円形状であり、その外周面が電極と線状に接触した状態であっても、両被接合面の間隔は、接触部の位置から離れるにつれて漸増する。
　めっき部２２は、インターコネクタ１４と太陽電池セル１２の間に、めっき液を用いためっきにより金属としてのニッケル（Ｎｉ）で形成されている。このめっき部２２は、インターコネクタ１４の被接合面１４ａと太陽電池セル１２の電極２０の被接合面２０ａとの間に、ボイドの発生が防止ないし抑制された状態で形成されている。これにより、めっき部２２は、界面破断の発生が防止ないし抑制されている。
　本実施形態では、インターコネクタ１４と太陽電池セル１２の電極２０とが線状に接触する態様を例示しているが、例えばインターコネクタ１４が一部に先尖状の部分を有しており、当該先尖状の部分と太陽電池セル１２の電極２０とを接合させた場合のように、インターコネクタ１４と電極２０とが点状に接触してもよい。また、インターコネクタ１４と太陽電池セル１２の電極２０とが点状又は線状に近接してもよい。即ち、インターコネクタ１４の被接合面１４ａと太陽電池セル１２の電極２０の被接合面２０ａは、これらの被接合面１４ａ，２０ａの一部領域が互いに近接した位置から離れるにつれて、それらの間隔が連続的に漸増してもよい。なお、インターコネクタ１４と太陽電池セル１２の電極２０とが点状又は線状に近接するとは、インターコネクタ１４と太陽電池セル１２の電極２０の被接合面１４ａ，２０ａの接近した部分が点状又は線状とみなせる状態で、その被接合面１４ａ，２０ａの接近した部分の間隔が小さいことを意味する。この被接合面１４ａ，２０ａの接近した部分の間隔は、例えば、インターコネクタ１４が帯状である場合はその幅の１／１０以下、インターコネクタ１４がワイヤ状である場合はその径の１／１０以下であることが好ましい。具体的には、帯状のインターコネクタ１４の幅が２００μｍである場合、被接合面の接近した部分の間隔は２０μｍ程度以下であることが好ましい。
　上記のように被接合面１４ａ，２０ａの接触部Ｃから、あるいは近接した部分から外側に向かって被接合面同士の間隔を広くした構成は、詳細を後述するように、各被接合面１４ａ，２０ａからそれぞれ成長しためっき部２２となる柱状晶が会合する部分でボイドの発生が防止ないし抑制される。このため、インターコネクタ１４と太陽電池セル１２の電極２０との接合強度を高めることができる。また、表面に銀ペースト２４が焼結された電極２０の被接合面２０ａからめっき部２２となる柱状晶が成長することにより、銀ペースト２４を構成する銀の腐食を抑えることができ、銀の腐食に伴う太陽電池モジュール１０の寿命の低下を抑えることができる。
　なお、インターコネクタ１４と太陽電池セル１２の電極２０との一部が面状に接触、又は面状に近接する構成であってもよい。この場合、被接合面１４ａ，２０ａの接触部Ｃから、あるいは近接した部分から外側に向かって被接合面１４ａ，２０ａ同士の間隔を広くした部分を有することが好ましい。このような構成であっても、当該接触部Ｃあるいは当該近接する部分から外側に向かって間隔が漸増する各被接合面１４ａ，２０ａからそれぞれ成長しためっき部２２となる柱状晶が会合する部分でボイドの発生が防止ないし抑制される。
　上記のように、めっき部２２によってインターコネクタ１４と太陽電池セル１２とを接合しているため、インターコネクタ１４と太陽電池セル１２との接合が接合強度に優れた良好なものとなっている。太陽電池モジュール１０では、インターコネクタ１４と太陽電池セル１２の接合を、従来の太陽電池モジュールにおいて配線材と太陽電池セルとの接合に一般的に適用されるはんだによる接合から、ニッケルで形成されためっき金属のめっき部２２による接合に置き換えることにより、インターコネクタ１４と太陽電池セル１２との腐食や応力変形等が防止ないし抑制された良好な接合を実現している。特に、めっき部２２に用いているニッケルは、インターコネクタ１４の材料である銅との熱膨張係数の差が、はんだと銅との差よりも小さく、繰り返しの温度変化に対してめっき部２２の劣化に起因するインターコネクタ１４の剥離等が発生しづらい。このようなめっき部２２によってインターコネクタ１４と太陽電池セル１２との接合の良好な接合が保たれ、接合の劣化にともなう抵抗増加、ひいては発電効率の低下が抑制される。
　インターコネクタ１４と太陽電池セル１２とを接合した太陽電池モジュール１０の製造過程において、熱処理を行わないか、めっき部２２のひずみを緩和（除去ないし低減）する目的で熱処理を行うことが好ましい。熱処理でめっき部２２のひずみを除去ないし緩和することにより、めっき部２２、即ちインターコネクタ１４と電極２０との接合に柔軟性を持たせることができ、使用時のインターコネクタ１４と太陽電池セル１２との温度変化による伸縮に起因しためっき部２２の破壊が抑制され、太陽電池モジュール１０の寿命を向上させることができる。本実施形態の太陽電池モジュール１０は、上述のように熱処理を行うことで、めっき部２２の歪を緩和し、太陽電池モジュール１０の長寿命化が図られている。
　なお、太陽電池モジュール１０の製造過程において熱処理を行うことにより、電極２０の表面に形成された下地電極としての銀とめっき部２２を構成するめっき金属とが拡散し、密着性が向上するとともに耐剥離性が向上する。一方で、熱処理温度が高すぎると電気抵抗の上昇を招くため、低温で熱処理を行うことが好ましい。具体的には、めっき金属がニッケルである場合、５００℃以下で熱処理を行うことが好ましく、めっき金属が銅である場合、４５０℃以下で熱処理を行うことが好ましい。下地電極を構成する金属とめっき金属とが拡散することにより形成される拡散層の厚みは０．００５μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。
　めっき部２２のひずみが除去ないし緩和されたことは、ビッカース硬度の低下として確認できる。上記の熱処理を行った後のめっき部２２のビッカース硬度は、めっき部２２を構成するめっき金属がニッケルである場合、１００～２５０ＨＶの範囲内であることが好ましく、１００～２３０ＨＶの範囲内であることがより好ましい。即ち、熱処理を行う場合、ニッケルからなるめっき部２２のビッカース硬度が好ましくは１００～２５０ＨＶの範囲内となるように、より好ましくは１００～２３０ＨＶの範囲内となるように、その熱処理を行う。めっき部２２のビッカース硬度は、日本工業規格ＪＩＳ　Ｚ　２２４４に従った公知の測定方法により、マイクロビッカースで測定することができる。
　太陽電池モジュール１０では、めっき部２２を構成するめっき金属をニッケルとしているが、ニッケルに限定されない。めっき部２２を構成するめっき金属は、ニッケルの他、ニッケル合金、銅、銅合金等も好ましい。ニッケル合金とは、Ｎｉ－Ｐ、Ｎｉ－Ｂ、Ｎｉ－Ｓ等をいい、銅合金とは、Ｃｕ－Ｚｎ、Ｃｕ－Ｓｎ、Ｃｕ－Ａｇ、Ｃｕ－Ｐｄ等をいう。なお、電気抵抗が上昇することを抑制するため、ニッケル合金の場合にはニッケル以外の元素が微量（例えば１０％以下）であることが好ましく、銅合金の場合には銅以外の元素が微量（例えば１０％以下）であることが好ましい。めっき部２２を構成するめっき金属が銅である場合、めっき部２２のビッカース硬度が４０～１０５ＨＶの範囲内であることが好ましい。この場合であっても、熱処理前と比べてめっき部２２のひずみが緩和され、太陽電池モジュール１０の長寿命化を図ることができる。また、太陽電池セル１２を構成するシリコンとの熱膨張係数の差を小さくする観点からは、ニッケルの含有率が３２％以上４５％以下の範囲内のＦｅ－Ｎｉ合金を、めっき部２２を構成するめっき金属とすることも好ましい。このようなＦｅ－Ｎｉ合金で形成しためっき部２２は、熱応力が大きくなる寒暖差が大きい環境下で太陽電池モジュール１０を利用する場合に特に有用である。
　次に、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０の製造方法について説明する。本実施形態では、特にインターコネクタ１４と太陽電池セル１２との接合方法について説明する。太陽電池モジュール１０の製造過程のうち、インターコネクタ１４と太陽電池セル１２との接合部以外の製造過程については、太陽電池モジュールに関する公知の製造方法を用いることができるため説明を省略する。
　まず、インターコネクタ１４を用意する。例えば、銅で形成された帯状の材料の太陽電池セル１２の電極２０と接合する側の部分を山型（テーパ状）に加工する加工処理を行ってインターコネクタ１４を作製する。次に、インターコネクタ１４及び電極２０の表面に対してアルカリ脱脂、及び酸洗浄を行い、表面の塵や油等を除去する。次に、塗布工程として、インターコネクタ１４及び電極２０の表面のうちめっき処理が不要な部分（被接合面１４ａ，２０ａを除いた部分）にレジスト膜等の有機膜を塗布する。これにより、後述するめっき処理において、インターコネクタ１４の表面のうち太陽電池セル１２上の電極２０と直交する部分にのみ選択的にめっき処理を行う。なお、電解めっきで処理を行う場合で、太陽電池セル１２のめっき処理が不要な部分に絶縁性が十分な絶縁膜があるときには、その部分のレジスト膜を省略できる。また、例えばワイヤ状のインターコネクタを用いる場合は、伸線加工されたものを用いることができる。
　次に、接合工程として、めっき処理を行うことによりインターコネクタ１４の被接合面１４ａと太陽電池セル１２の電極２０の被接合面２０ａとを接合する。めっき処理は、インターコネクタ１４のうち山型に加工した部分の先端のみを太陽電池セル１２の各電極２０に対して線状に接触させた状態または近接した状態に固定して行う。ワイヤ状のインターコネクタを用いる場合には、その外周面を各電極２０に対して接触させた状態または近接した状態に固定して行えばよい。
　めっき処理では、例えばスルファミン酸浴を用いることができる。これにより、インターコネクタ１４の被接合面１４ａと太陽電池セル１２の各電極２０の被接合面２０ａ（銀ペースト２４）との間にめっき液を浸入させ、それらの間にめっき部２２が形成される。このめっき処理では、めっき液の温度は約５５℃であることが好ましい。なお、スルファミン酸浴のように、電解めっきで処理を行う際には、インターコネクタ１４と太陽電池セル１２の各電極２０とが電気的に接続された状態とし、それぞれを等電位に、特には被接合面１４ａ，２０ａを等電位にしておくことが好ましい。また、めっき処理に用いるめっき液は、被接合面１４ａと被接合面２０ａとの間隔が小さい領域から順次外側に向かって柱状晶の会合が生じるように調整されたものが好ましく用いられる。
　インターコネクタ１４及び太陽電池セル１２の各電極２０に対して上記のようにめっき処理を行うことで、インターコネクタ１４と太陽電池セル１２の各電極２０との表面からそれぞれ細長いニッケルの柱状晶が成長する。インターコネクタ１４の被接合面１４ａから成長した柱状晶と太陽電池セル１２の各電極２０の被接合面２０ａから成長した柱状晶は、それらの先端同士が衝突して会合し、各被接合面１４ａ，２０ａから略等距離の部分で会合界面を形成する。この会合界面は、各被接合面１４ａ，２０ａの間隔が狭い箇所から広い箇所へと順に形成される。その結果、めっき部２２におけるボイドの発生が防止ないし抑制される。
　また、インターコネクタ１４の表面のうち太陽電池セル１２上の電極２０と直交する部分にのみ選択的にめっき処理を行うことにより、インターコネクタ１４が電極２０との間に形成されためっき部２２のみで電極２０と接合される。これにより、インターコネクタ１４のうち太陽電池セル１２と対向する面の全域が接合された構成に比して、めっき部２２に加わる応力が効果的に緩和され、めっき部２２の耐久性を高めることができる。
　次に、熱処理工程として、めっき部２２で接合されたインターコネクタ１４と太陽電池セル１２とに対してそれらを加熱する熱処理を行う。この熱処理は、例えば、めっき金属がニッケルの場合には、大気中において、２００℃以上５００℃以下の範囲内の温度で行うことが好ましい。これは、２００℃以上で熱処理を行うことにより、電解ニッケルめっきの内部応力を下げ、熱応力耐性が高まるためである。また、熱処理温度が５００℃以下であれば、主としてシリコンで形成された太陽電池セルの特性に悪影響（拡散による電気抵抗の上昇や金属の結晶粒粗大化等）を及ぼすことを少なく抑えることができるためである。熱処理を行うことにより、熱処理を行う前と比べてめっき部２２のひずみが低減される。具体的には、めっき金属がニッケルの場合、めっき部２２のビッカース硬度は、熱処理を行う前が約２７５ＨＶであったのに対し、熱処理を行った後が約１４０ＨＶまで低減する。なお、例えば、めっき金属が銅である場合には、ニッケルよりも融点が低いことから１５０℃以上４５０℃以下の温度範囲で熱処理を行うことが好ましい。
　以上の手順により、インターコネクタ１４と太陽電池セル１２の各電極２０とが接合される。上記手順による接合は、複数の太陽電池セル１２に対して一括に行うことができる。インターコネクタ１４が接合された複数の太陽電池セル１２は、その後、筐体１６に収容されてから封止材１８で封止されて太陽電池モジュール１０とされる。製造された太陽電池モジュール１０は、めっき部２２の耐久性が高められ、長寿命化が図られている。
［第２実施形態］
　図４に第２実施形態の太陽電池モジュール１０を示す。なお、以下に説明する他は、第１実施形態と同様であり、実質的に同じ部材には同じの符号を付してその詳細な説明を省略する。
　図４に示す太陽電池モジュール１０では、１つのインターコネクタ３１が隣接する２つの太陽電池セル１２を接続し、複数の太陽電池セル１２が複数のインターコネクタ３１によって電気的に直列接続されている。この例の太陽電池モジュール１０では、複数の太陽電池セル１２がマトリックス状に配列されており、各列における隣接する２つの太陽電池セル１２が１つのインターコネクタ３１によって接続されている。すなわち、１つのインターコネクタ３１は、２つの太陽電池セル１２のうちの一方の太陽電池セル１２の表面の電極と他方の太陽電池セル１２の裏面の電極とを接続している。１つの太陽電池セル１２に注目した場合、当該太陽電池セル１２の表面の電極は、インターコネクタ３１を介して、図中左側の隣接する太陽電池セル１２の裏面の電極に接続され、当該太陽電池セル１２の裏面の電極は、別のインターコネクタ３１を介して、図中右側の隣接する太陽電池セル１２の表面の電極に接続されている。
　各太陽電池セル１２の表面と裏面の電極は異なっており、例えば各太陽電池セル１２は、表面の電極が正極、裏面の電極が負極になっている。これにより、各列の太陽電池セル１２は、複数のインターコネクタ３１によって複数の太陽電池セル１２が電気的に直列に接続されている。なお、複数の太陽電池セル１２の配列、及びインターコネクタ３１の接続の態様は、これに限定されない。
　図５において、太陽電池セル１２の表面には、複数のフィンガー電極３２が設けられている。複数のフィンガー電極３２は、一方向に線状に延びており、所定の間隔で互いに平行に形成されている。また、太陽電池セル１２の表面には、太陽電池セル１２で発電したフィンガー電極３２に流れる電流を集めるバスバー電極３３が設けられている。この例では、３本のバスバー電極３３が互いに所定の間隔をあけて設けられている。バスバー電極３３は、フィンガー電極３２と直交する方向に延在して設けられており、複数のフィンガー電極３２と交差した位置で電気的に接続されている。フィンガー電極３２及びバスバー電極３３は、銀（Ａｇ）で形成されており、バスバー電極３３の表面が一方の被接合面となる。なお、フィンガー電極３２、バスバー電極３３は、銅またはニッケル等で形成してもよい。
　３本のバスバー電極３３に対応してインターコネクタ３１がそれぞれ設けられており、各インターコネクタ３１は、フィンガー電極３２と直交する方向、すなわちバスバー電極３３が延在する方向に延伸するように配されている。各々のインターコネクタ３１は、対応するバスバー電極３３にめっき部２２（図６参照）によって接合されている。この例におけるインターコネクタ３１は、導電性が高い金属で作製された断面円形のワイヤ状であって、例えば銅線である。なお、インターコネクタ３１を、第１実施形態と同様に断面形状が山形のもの等を用いてもよい。
　図６に示すように、インターコネクタ３１は、その外周面がバスバー電極３３に接触し、その延伸方向にバスバー電極３３と線状に接触した状態でめっき部２２によって接合されている。この例では、複数のめっき部２２が、インターコネクタ３１の延伸方向に断続的に形成されている。すなわち、インターコネクタ３１の延伸方向に所定の間隔で複数箇所にめっき部２２を形成し、バスバー電極３３とインターコネクタ３１とを局所的に複数箇所で接合している。このように、局所的に複数箇所でインターコネクタ３１とバスバー電極３３とを接合する構成は、インターコネクタ３１と太陽電池セル１２との熱膨張係数の差に起因してめっき部２２に作用する応力を緩和する。このため、めっき部２２の耐久性が高められ、従来の太陽電池モジュールに比して太陽電池モジュール１０の長寿命化を図ることができる。太陽電池セル１２の裏面にも、表面と同様にフィンガー電極及びバスバー電極が設けられており、バスバー電極３３にインターコネクタ３１がめっき部によって接合されている。
　なお、インターコネクタ３１とバスバー電極３３とが近接した部分をめっき部２２で接合してもよく、インターコネクタ３１は、バスバー電極３３と接合されていない部分がバスバー電極３３から離れていてもよい。また、めっき部２２をインターコネクタ３１の延伸方向に連続的に形成してもよい。すなわち、インターコネクタ３１の延伸方向において、バスバー電極３３上のインターコネクタ３１の全領域をめっき部２２によってバスバー電極３３に接合してもよい。このような連続して長いめっき部２２による接合においても、そのめっき部２２の構造は局所的に接合した場合と同様である。したがって、このような接合の態様であっても、めっき部２２の界面破断、インターコネクタ３１と太陽電池セル１２との腐食や応力変形等が防止ないし抑制された良好な接合であるため、太陽電池モジュール１０の長寿命化を図ることができる。
　上記の例のインターコネクタ３１は、それの作製段階で１つに形成されたものであるが、図７に示す例のように、隣接した各々の太陽電池セル１２に接合した一対のコネクタ部材４１ａ，４１ｂを接合して１つのインターコネクタ４１としてもよい。この例では、太陽電池セル１２の表面のバスバー電極３３にはめっき部２２によってコネクタ部材４１ａの一端が接合されている。太陽電池セル１２の裏面についても同様に、めっき部２２によってバスバー電極にコネクタ部材４１ｂの一端が接合されている。コネクタ部材４１ａ，４１ｂは、この例では断面円形の銅線が用いられている。なお、コネクタ部材４１ａ，４１ｂは、断面が山形の帯状などでもよい。また、コネクタ部材４１ａ，４１ｂの他端を、それらの接合を容易にする形状等としてもよい。
　太陽電池セル１２の表面に接合されたコネクタ部材４１ａと裏面に接合されたコネクタ部材４１ｂとは、太陽電池セル１２から互いに逆側に突出するように太陽電池セル１２に接合されている。図示の例では、コネクタ部材４１ａが太陽電池セル１２の左側に、コネクタ部材４１ｂが太陽電池セル１２の右側にそれぞれ他端が突出するように太陽電池セル１２に接合されている。各太陽電池セル１２にコネクタ部材４１ａ，４１ｂをめっき部２２で接合してから、太陽電池セル１２のコネクタ部材４１ａの他端と当該太陽電池セル１２の左側の太陽電池セル１２のコネクタ部材１４ｂの他端とを接合して連結し、電気的に接続する。この接合は、例えば超音波接合やスポット電気溶接による接合を用いることができる。
　上記のようなインターコネクタ４１によれば、複数の太陽電池セル１２に対して一括であるいは連続的にインターコネクタを接合する必要がなくなり、効率的にまた小型な処理装置を用いて、複数の太陽電池セル１２にインターコネクタ４１を接合できる。なお、コネクタ部材４１ａ，４１ｂは、同じ材質同士の接合であるため、熱膨張の差等の影響はない。
　図８に示す例のように、めっき部２２が形成されていないバスバー電極３３の表面及びインターコネクタ３１の外周面と、フィンガー電極３２の表面とをめっき金属で覆ってもよい。この例では、めっき部２２が形成されていないバスバー電極３３の表面及びインターコネクタ３１の外周面と、フィンガー電極３２の表面とにめっき金属からなる被覆層３７が形成されている。被覆層３７は、それを形成する部分にレジスト膜等を塗布することなくめっき処理を行うことによって、めっき部２２とともに形成することができる。被覆層３７を形成することにより、フィンガー電極３２、バスバー電極３３の表面、インターコネクタ３１の外周面などを腐食、酸化等の劣化から保護することができる。
　上記の各実施形態では、太陽電池セルの表面に形成された電極（フィンガー電極、バスバー電極）にインターコネクタを接合しているが、太陽電池セルを構成するシリコン基板の表面の一部を一方の被接合面としてインターコネクタの被接合面との間にめっき部を形成して、インターコネクタを太陽電池セルに接合してもよい。このようにすることで、インターコネクタと太陽電池セルとの接合強度を向上することができる。なお、この場合には、被接合面となるシリコン基板の表面自体がインターコネクタに接続される電極になる。また、インターコネクタと太陽電池セルとをめっき接合する際のめっき処理によって、太陽電池セル（シリコン基板）の表面にバスバー電極、フィンガー電極をめっき金属で形成してもよい。なお、太陽電池セル（シリコン基板）の被接合面となる表面、バスバー電極、フィンガー電極を形成する表面は、良好な導電性を得るための処理すなわち表面の絶縁層をエッチング処理等で取り除いたり、めっき下地導電膜を形成したりするなどの処理がなされる。
（第１実施例）
（１）試料の作製
　第１実施例では、銅で形成されたワイヤ状のインターコネクタと、１つの太陽電池セルとをめっき部で接合した接合構造体の試料を作製し、接合断面の観察を行った。インターコネクタは、銅（純度９９．９％）で形成された直径が３００μｍのワイヤ状のもの（銅線）を用いた。太陽電池セルは、長辺及び短辺の長さが５２×２６ｍｍで厚みが０．１７ｍｍの直方体状のものを用意した。めっき部を構成するめっき金属はニッケルとした。試料の作製方法は、上記の実施形態における製造方法と同様とした。
　まず、インターコネクタ及びバスバー電極の表面に対してアルカリ脱脂、及び酸洗浄を行い、表面の塵や油等を除去した。この後、インターコネクタ及び太陽電池セル上に形成された電極（バスバー電極）の表面のうちめっき処理が不要な部分にレジスト膜を塗布した。
　レジスト膜の塗布後、インターコネクタの外周面を太陽電池セルの電極に対して線状に接触させた状態で固定し、めっき処理を行うことにより、インターコネクタの被接合面と太陽電池セルの電極の被接合面との間にめっき部を形成して接合した。めっき処理では、スルファミン酸浴を用い、めっき液の温度を５５℃とし、めっきの電流密度を１．５Ａ／ｄｍ２とした。この第１実施例では、インターコネクタを電極に所定の長さで連続的に接合し、まためっき幅を０．１４ｍｍとした。以上の手順により、接合構造体の試料を作製した。
（２）接合断面における結晶の観察
　作製した試料について、めっき部の断面（接合断面）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。この観察には、日立社製ＳＵ５０００を使用した。また、後方散乱電子回析（ＥＢＳＤ）による結晶方位を測定した。図９にＳＥＭ像を、図１０にＥＢＳＤ像をそれぞれ示す。これらの観察結果より、インターコネクタの被接合面から成長した結晶、及び太陽電池セルの電極の被接合面から成長した結晶は、いずれも柱状晶を有する結晶であり、いずれも成長方向に＜００１＞の結晶方位が揃っていることが確認できた。また、インターコネクタ及び太陽電池セルの電極の各被接合面から略等距離の部分に生じた会合界面にはボイド等が観察されず、強固な接合であることが確認できた。なお、このような柱状晶が会合することにより会合界面が形成される場合、ボイド等の欠陥がなく、界面破断もない。
（第２実施例）
　第２実施例では、銅（純度９９．９％）で形成された直径が３００μｍのワイヤ状のインターコネクタと、複数の太陽電池セルとをそれぞれめっき部で接合した試料を作製し、温度サイクル試験（ＴＣ test）後の電気特性の損失評価を行った。インターコネクタと太陽電池セルは第１実施例と同様のものを用意し、第１実施例と同様の接合方法によりインターコネクタと太陽電池セルの電極との接合を行った。めっき部を構成するめっき金属はニッケルとした。インターコネクタと各太陽電池セルの接合部以外の部分については、公知の製造方法で製造した。また、比較試料として、めっき部による接合の代わりに、インターコネクタと各太陽電池セルの電極とをはんだによって接合したものを作製した。
　作製した試料及び比較試料について、温度サイクル試験を行った。温度サイクル試験には、エスペック社製の温度サイクル試験機等を用い、条件は第２実施例の試料については－４０℃～１５０℃の間で、比較試料については、－４０℃～８５℃の間で、それぞれ６００サイクルとした。各試料について、２００サイクル後、４００サイクル後、６００サイクル後、における電気特性（最大出力（Ｐｍａｘ））の損失（温度サイクル試験開始前からの最大出力の減少率）を評価した。電気特性の測定（電圧値及び電流値の測定）には、卓上型ソーラーシミュレータを用い、Ｘｅランプを使用して１００ｍＷ／ｃｍ２の光を放射照射し、ＩＶ測定を行った。ＩＶ測定により、Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ（Ｐｍ（＝Ｖｍ×Ｉｍ）とＶｏ×Ｉｓの比）を測定し、その減少の割合を求めた。この結果を図１１に示す。
　図１１に示すように、はんだによる接合を行った比較試料では、温度サイクル試験のサイクル数の増加に伴い、電気特性が大幅に減少した。一方、めっきによる接合を行った試料では、温度サイクル試験におけるサイクル数が増加しても、電気特性の減少はほとんど見られなかった。以上の結果から、ニッケルで形成されためっき金属のめっきによる接合を行った太陽電池モジュールでは、従来のはんだによる接合を行った太陽電池モジュールと比較して、高温環境下における電気特性の劣化が大幅に改善されることが確認できた。
（第３実施例）
　第３実施例では、銅（純度９９．９％）で形成された径が２００μｍのワイヤ状のインターコネクタと、複数の太陽電池セルとをそれぞれめっき部で接合した試料を作製し、作製した試料について熱処理を大気中で３０分間行い、熱処理の前後におけるめっき部のビッカース硬度比（熱処理後の硬度／熱処理前の硬度）を熱処理温度毎に評価した。また、めっき部の熱処理の有無による試料の温度サイクル試験後の特性劣化比（熱処理有り試料の特性劣化／熱処理無し試料の特性劣化）を、熱処理温度毎に評価した。めっき部を構成するめっき金属はニッケルとし、インターコネクタと太陽電池セルの電極との接合は、第２実施例と同様の作製方法で行った。ビッカース硬度の測定には、松沢精機社製マイクロビッカース試験機ＭＨＴ－１を用い、日本工業規格ＪＩＳ　Ｚ　２２４４に従った公知の測定方法により、マイクロビッカースで測定した。温度サイクル試験には、エスペック社製温度サイクル試験機ＴＳＡ－７３ＥＳ－Ｗを用い、サイクル数を５００サイクルとした。
　図１２に示すように、ビッカース硬度の測定評価では、熱処理温度が２００℃以上でめっき部の硬度の低減が見られた。また、熱処理温度が５００℃近辺でビッカース硬度比が約０．５となり、熱処理温度をそれ以上上昇させても、さらなる硬度の低減は顕著ではなかった。なお、上述のようにめっき部の熱処理前のビッカース硬度は、約２７５ＨＶ、５００℃での熱処理後は、約１４０ＨＶであった。
　本実施例では、熱処理を行わなかった試料についての温度サイクル試験後の電気特性の劣化の割合率を１００％とし、これに対する比で電気特性の劣化を評価した。図１３に示すように、温度サイクル試験後の電気特性の劣化評価では、熱処理温度が２００℃以上で電気特性の劣化の比が約０．８となり、電気特性の劣化率の低下がみられた。即ち、熱処理温度が２００℃以上では電気特性が劣化し難くなることがわかった。また、熱処理温度が高くなるにつれて電気特性の劣化率の低下がみられ、熱処理温度が６００℃の試料では、電気特性の劣化の比が約０．６まで低下することがわかった。これらの結果と、５００℃以下の熱処理温度では太陽電池セルの特性に悪影響を及ぼす可能性を少なく抑えることができることから、熱処理温度を２００℃以上５００℃以下の範囲内とすることが好ましいことがわかる。上記の範囲内の温度で熱処理を行うことにより、インターコネクタと電極との密着性の向上、及びめっき金属の応力緩和が得られることがわかる。
　１０　太陽電池モジュール
　１２　太陽電池セル
　１４，３１，４１　インターコネクタ（配線材）
　１４ａ，２０ａ　被接合面
　２０　電極
　２２　めっき部
　３２　フィンガー電極
　３３　バスバー電極
　４１ａ，４１ｂ　コネクタ部材

 

Claims (19)

  1. 　電力を取り出すための金属の電極がそれぞれ形成された複数の太陽電池セルと、
    　前記複数の太陽電池セルの電極と電気的に接続される、金属で形成された配線材と、
    　前記電極と前記配線材との間にめっき金属で形成され、前記電極と前記配線材とを接合するめっき部と、
    　を備える太陽電池モジュール。
  2. 　前記複数の太陽電池セルの各々に複数の前記電極が設けられ、
    　前記配線材は、帯状又はワイヤ状であって直線状に配置され、複数の前記電極に接続されている、
    　請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 　電極が設けられた太陽電池セルと、
    　金属で形成された配線材と、
    　前記電極と前記配線材との間にめっき金属で形成され、前記太陽電池セルと前記配線材とを接合するめっき部と
    　を備える太陽電池モジュール。
  4. 　前記めっき金属はニッケルまたはニッケル合金であり、
    　前記めっき部のビッカース硬度が１００～２５０ＨＶ以下の範囲内である、
    　請求項１ないし３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  5. 　前記めっき金属は銅または銅合金であり、
    　前記めっき部のビッカース硬度が４０～１０５ＨＶ以下の範囲内である、
    　請求項１ないし３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  6. 　前記電極は、銀で構成されている、
    　請求項１ないし５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  7. 　前記配線材は、銅で構成されている、
    　請求項１ないし６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  8. 　前記めっき部は、前記電極の被接合面から前記配線材の被接合面に向かって延びる柱状晶と前記配線材の被接合面から前記電極の被接合面に向かって延びる柱状晶とから構成される、
    　請求項１ないし７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  9. 　前記配線材と前記電極の被接合面とが、点状又は線状に接触する、又は、点状又は線状に近接する、
    　請求項１ないし８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  10. 　前記電極は、前記配線材が延在する方向と交差する方向に線状に延びており、
    　前記配線材は、前記電極との間に形成された前記めっき部のみで該電極と接合されている、
    　請求項１ないし９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  11. 　前記太陽電池セルは、互いに平行な複数のフィンガー電極と、前記複数のフィンガー電極と交差するバスバー電極とが設けられ、
    　前記電極は、バスバー電極であり、
    　前記配線材は、帯状又はワイヤ状であって、前記バスバー電極に沿って配され、
    　前記めっき部は、前記配線材の延伸方向に所定の間隔で複数を形成されている
    　請求項１ないし９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  12. 　前記電極が銅、または銀、ニッケルのいずれかのめっき金属で形成されている請求項１ないし５、７ないし１１のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  13. 　前記配線材は、隣接する２つの前記太陽電池セルにそれぞれ一端が接続され他端同士が互いに接合された帯状又はワイヤ状の一対のコネクタ部材を有する
    　請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  14. 　金属で形成された帯状またはワイヤ状の配線材の被接合面と太陽電池セルに形成された電極の被接合面との間にめっき液を浸入させ、前記配線材の被接合面と前記電極の被接合面との間に、各々の前記被接合面から成長しためっき金属の柱状晶を互いに会合させることで、前記配線材と前記電極とを前記めっき金属で接合する接合工程を有する、
    　太陽電池モジュールの製造方法。
  15. 　前記電極は、金属で形成されている請求項１４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  16. 　前記接合工程は、銅で構成された前記配線材と、ニッケルで構成された前記めっき金属を用いる、
    　請求項１４または１５に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  17. 　前記接合工程の後に、前記めっき金属に対して熱処理を行う熱処理工程を有し、
    　前記熱処理工程では、前記めっき金属を２００℃以上５００℃以下の範囲内の温度で加熱する、
    　請求項１４ないし１６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  18. 　前記接合工程の前に、前記配線材の表面の一部と前記太陽電池セルの表面の一部に有機膜を塗布する塗布工程を備える、
    　請求項１４ないし１７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  19. 　前記接合工程は、前記配線材を構成する帯状又はワイヤ状のコネクタ部材の一端を前記太陽電池セルの前記電極に接合し、
    　前記接合工程の後に隣接する２つの前記太陽電池セルに一端が接合された一対のコネクタ部材の他端同士を連結する連結工程を
    　を有する
    　請求項１４ないし１８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

     
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