JP2013063443A - アルミペーストはんだ、アルミ導電性部材の接合方法及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有害なフラックスを除去すると共にアルミ導電性部材との接続を高速且つ効率的に行えて大量生産できる。
【解決手段】アルミペーストはんだ１５は、合成樹脂１６とアルミの粉体１７とを混合してペースト状とした。アルミ配線１０の表面の酸化被膜を予めフラックスによって除去する。アルミ配線１０からフラックスを洗い流して除去し、酸化防止皮膜を形成する。そして、フラックスを含まないアルミペーストはんだ１５をアルミ配線１０に印刷によって塗布し、アルミ配線１０と太陽電池セルの電極とをアルミペーストはんだ１５を介して接合する。
【選択図】図２

Description

本発明は、アルミ配線等のアルミニウムの導電性部材と電気的に接合するためのアルミペーストはんだ、このアルミペーストはんだを用いたアルミ導電性部材の接合方法、そして太陽電池モジュールの製造方法に関する。

近年、自然エネルギーを利用する発電システムである太陽光発電の普及が急速に進められている。太陽光発電をするための太陽電池モジュールとして、例えば特許文献１，２に記載されているように、電極がセルの裏面に設置されたバックコンタクト方式の太陽電池セルが提案されている。
このような太陽電池モジュールでは、絶縁性の基材の表面に接着剤層を介して太陽電池セルに接続するための配線パターンを被着した積層体を、太陽電池用バックシートに積層させてなる部品を太陽電池モジュール用基材として市場に流通させることがある。

例えば図４に示す太陽電池モジュール用基材としての積層体１００では、基材１０１の上に接着剤層１０２を介して配線パターン１０３を接着したシート部材を、バックシート１１０の表面に積層させている。
この積層体１００では、配線パターン１０３と太陽電池セルの裏面に設けた電極がはんだによって接合されて通電することになる。

ところで、上述した各特許文献１及び２に記載された積層体において、積層体に積層する金属箔の配線パターンとして主に銅製の配線パターンが用いられていたが、銅は高価であるため比較的低廉なアルミ配線を用いることが提案されている。
アルミ配線の上に太陽電池セルの電極をはんだ付けする場合、アルミはんだ等を用いることが好ましい。アルミ配線は表面にアルミナＡｌ_２Ｏ_３からなる酸化被膜が形成されているために、そのままではアルミはんだが導通状態で接着されない。そのため、アルミはんだにフラックス成分を混入させ、接合時にアルミ配線の酸化皮膜をフラックス成分で溶解させて除去することが行われていた。

このようなアルミはんだとして、例えば図５に示すものがあった。このアルミはんだ１２０は、合成樹脂１２１中に粉体状のアルミ１２２を混合させると共に、フラックス１２３としてフッ酸、塩酸、硫酸、硝酸クロム酸などの強酸や強アルカリの水溶液を混合させていた。このフラックス１２３によってアルミ配線１２４の表面の酸化皮膜１２５を溶解させて除去していた。

特開２００５−１１８６９号公報 特開２００９−１１１１２２号公報 特公平３−５７１９７号公報

しかしながら、アルミはんだ１２０に混入されるフラックス１２３は強酸や強アルカリの成分のために劇毒物を含んでいて毒性が強く、またアルミ配線の表面にフラックス１２３の強酸や強アルカリ中和用の酸が残存すると表面を再酸化させるおそれがあるため酸化皮膜の溶解除去後に除去することが必要であった。
しかも、アルミはんだ１２０は毒性のある強酸や強アルカリのフラックス１２３を含むために、フラックス１２３を合成樹脂１２１で包む棒状または糸状等の固体製品しか市販されておらず、アルミ配線へのはんだ付けを効率よく大量に行うには手間がかかり面倒であった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、有害なフラックスを含まずアルミ導電性部材との接合を印刷等によって効率よく行えるようにしたアルミペーストはんだ、このアルミペーストはんだを用いたアルミ導電性部材の接合方法、そして太陽電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明によるアルミペーストはんだは、アルミの粉体と合成樹脂とを混合してペースト状としたことを特徴とする。
本発明によれば、アルミはんだにフラックスを含まないためにフラックスに毒性があっても取り扱いが容易であり、ペースト状にして流動性を持たせてもフラックスが露出して周囲に悪影響を与えることがなく、しかもペースト状としたことで印刷やディスペンサ等の手段を用いて導電性部材とのはんだ付けに使用できる。

本発明によるアルミ導電性部材の接合方法は、アルミ導電性部材の表面の酸化被膜をフラックスによって除去する工程と、アルミ導電性部材からフラックスを除去する工程と、上述したアルミペーストはんだをアルミ導電性部材に載置する工程と、アルミ導電性部材及び他の導電性部材をアルミペーストはんだを介して接合する工程とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、アルミ導電性部材をはんだ付けする前に、フラックスによって導電性部材の表面の酸化皮膜を除去するため、その後のはんだ付けに際して、アルミペーストはんだに有害なフラックスを混入する必要がなく無害で取り扱いが容易になり、アルミペーストはんだによってアルミ導電性部材及び他の導電性部材を接合できる。

また、アルミペーストはんだを印刷またはディスペンサによってアルミ導電性部材に塗布することが好ましい。
酸化皮膜を除去したアルミ導電性部材にアルミペーストはんだを印刷またはディスペンサによって塗布することで、高速且つ大量に他の導電性部材とのはんだ付けを行える。

また、フラックスは、強酸または強アルカリ成分であってもよい。
フラックスが強酸または強アルカリの毒性のあるものであっても、はんだ付けの前にアルミ導電性部材の表面の酸化皮膜をこのフラックスによって予め除去するために、アルミペーストはんだに有害なフラックスを含めないでペースト状に形成できて無害であり、はんだ付けの際の取り扱いが容易である。

本発明による太陽電池モジュールの製造方法は、基材と、基材の一方の面に接着剤層を介して配設されたアルミ配線と、アルミ配線に接続された電極を有する太陽電池セルと、太陽電池セルを封止する封止材と、封止材のアルミ配線とは反対側の面に設けた透光性前面板とを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、アルミ配線の酸化皮膜をフラックスによって予め除去する工程と、上述したアルミペーストはんだを印刷またはディスペンサによってアルミ配線に塗布する工程と、アルミ配線及び太陽電池セルの電極をアルミペーストはんだによって接続する工程と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、アルミ配線の酸化皮膜をフラックスによって予め除去しておき、その後、アルミ配線にアルミペーストはんだを印刷またはディスペンサによって塗布してパターンを形成し、アルミ配線と太陽電池セルの電極とを電気的に接続することで、太陽電池モジュールを大量生産することができる。

また、本発明によるアルミペーストはんだは、アルミの粉体と合成樹脂と無害なフラックスを混合してペースト状としたことを特徴とする。
アルミはんだに有害なフラックスを含まないために、ペースト状にして流動性を持たせてもフラックスが周囲に悪影響を与えることがなく、しかも印刷やディスペンサ等の手段を用いて導電性部材とのはんだ付けに使用できる。

また、無害なフラックスは、重合ロジン、アクリル化ロジン、水素添加ロジン、ホルミル化ロジン、ロジンエステル、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性アルキド樹脂のいずれかであることが好ましい。

また、本発明によるアルミ導電性部材の接合方法は、上述したアルミペーストはんだをアルミ導電性部材に載置する工程と、アルミ導電性部材及び他の導電性部材をアルミペーストはんだを介して接合する工程とを備えている。
本発明では、はんだをペースト状にして取り扱い易くできると共に、アルミペーストはんだに無害なフラックスを混入させたため安全であり、予めアルミ導電性部材から酸化皮膜を除去する工程が必要なく、接合時に酸化皮膜を除去できて接合方法の工程数を削減できる。

本発明による太陽電池モジュールの製造方法は、基材と、該基材の一方の面に接着剤層を介して配設されたアルミ配線と、アルミ配線に接続された電極を有する太陽電池セルと、太陽電池セルを封止する封止材と、封止材のアルミ配線とは反対側の面に透光性前面板とを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、上述したアルミペーストはんだを印刷またはディスペンサによってアルミ配線に塗布する工程と、アルミ配線の酸化皮膜をアルミペーストはんだに含まれる無害なフラックスによって除去して、アルミ配線及び太陽電池セルの電極をアルミペーストはんだによって接合する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によるアルミペーストはんだによれは、アルミはんだに有害なフラックスを含まないために無害で取り扱いが容易であり、ペースト状にして流動性を持たせてもフラックスが露出して周囲に悪影響を与えることがない。そして、ペースト状としたことで印刷やディスペンサ等の手段を用いて高速且つ効率的にはんだ付けのパターンを形成できて導電性部材を接合できる。

本発明によるアルミペーストはんだによれは、アルミペーストはんだに無害なフラックスを含むために流動性のあるペースト状に形成してフラックスが露出しても周囲に悪影響を与えることがない。そして、ペースト状としたことで印刷やディスペンサ等の手段を用いて高速且つ効率的にはんだ付けのパターンを形成できて導電性部材を接合できる。しかも、予めフラックスで酸化皮膜を除去してから、アルミはんだペーストを塗布する必要もない。

本発明によるアルミ導電性部材の接合方法によれば、アルミペーストはんだであるため、印刷やディスペンサ等の手段によって、アルミ導電性部材に塗布して他の導電性部材と接合することで、導電性部材の接合を高速且つ効率良く行える。

本発明による太陽電池モジュールの接合方法によれば、アルミペーストはんだを、印刷またはディスペンサによって、アルミ配線または電極に塗布してパターニングして効率よく電気的に接合することができ、太陽電池モジュールの接合構造の大量生産が可能になる。

本発明の第一実施形態において、アルミペーストはんだによって太陽電池セルとアルミ配線を接合する状態の太陽電池モジュールの縦断面を分離して示す模式図である。 本発明の第一実施形態によるアルミペーストはんだを示す模式図である。 アルミペーストはんだを用いた太陽電池モジュールのアルミ配線と電極との接合工程を示すフローチャートである。 従来の太陽電池用バックシートに設けた配線パターンを示す断面模式図である。 従来のアルミはんだを示す模式図である。

以下、本発明の実施形態によるアルミペーストはんだとこれを用いた太陽電池モジュールの製造方法について図１乃至図３により説明する。
まず、本実施形態によるアルミペーストはんだを用いた太陽電池モジュールについて図１により説明する。
図１に示す太陽電池モジュール１は、金属箔パターン積層体２と、この金属箔パターン積層体２の裏面側に設けられたバックシート３と、金属箔パターン積層体２の表面側に配列された複数の太陽電池セル４と、複数の太陽電池セル４を金属箔パターン積層体２の上（表面側）で封止する封止材５と、封止材５の表面側に設けられた透光性前面板６とを備えている。

そして、バックシート３はシールド材としてのバリア層が設けられている。バックシート３のバリア層は、湿度遮蔽性や酸素遮断性を有するアルミ箔膜またはアルミ箔膜と基材８の樹脂材料との複合積層フィルムを使用できる。
バックシート３の表面に積層された金属箔パターン積層体２は、絶縁性の基材８と、接着剤層９と、所定の回路パターンが形成された金属箔パターンとしてのアルミ配線１０とが積層されている。

基材８はフィルム状またはシート状に形成され、その材料は、例えばアクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ウレタン、エポキシ、メラミン、スチレン、またはこれらを共重合した樹脂を用いることが可能である。
接着剤層９は、例えば熱硬化性樹脂であるウレタン、アクリル、エポキシ、ポリイミド、オレフィン、またはこれらを共重合した段階硬化型接着剤を加熱して硬化させることで形成されている。

アルミ配線１０は間隙を開けて所定の配線パターンを形成して配列されており、アルミ配線１０の間隙には絶縁樹脂１２が配設されている。図２に示すように、アルミ配線１０は表面にアルミナＡｌ_２Ｏ_３からなる酸化皮膜１０ａが形成されやすく、太陽電池セル４の裏面に配設された例えば銀等からなる電極１３との電気接続のためにはこの酸化被膜１０ａを除去することが望ましい。そして、酸化皮膜除去後の表面に酸化皮膜１０ａが再び形成されることを防ぐために、例えばアルミニウム用六価クロムフリー表面処理剤（日本パーカライジング株式会社製「パルコート」）等の酸化防止皮膜を形成することが好ましい。
アルミ配線１０と太陽電池セル４の電極１３とを電気的に接続して導通させるために後述するペースト状をなすアルミペーストはんだ１５が導電性接続材料として設けられている。

また、太陽電池セル４を封止して絶縁する封止材５として例えばＥＶＡフィルムが用いられている。封止材５は、太陽電池セル４を挟み込むように２枚以上のＥＶＡフィルムを積層して形成してもよい。更に封止材５の表面に接着される透光性前面板６は例えばガラスパネル等が用いられている。
なお、上述した太陽電池モジュール１は最終製品の構成であるが、バックシート３からアルミ配線１０及び絶縁樹脂１２を含む金属箔パターン積層体２までの積層体を製品単位として出荷されることがあり、或いは更にアルミペーストはんだ１５を含む場合もある。

次に、太陽電池モジュール１で用いられる本発明の実施形態であるアルミ配線１０及び太陽電池セル４の電極１３を導電して接着するためのアルミペーストはんだ１５について説明する。
図２において、アルミペーストはんだ１５は、ペースト状の合成樹脂１６に粉体状のアルミ１７を混合させて形成されており、はんだ用フラックスは混入されてない。
ここで、アルミペーストはんだ１５に用いられる合成樹脂１６は、例えばスチレン−マイレン酸樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。

次に、このようにして製造したアルミペーストはんだ１５を用いて、例えば太陽電池モジュール１の製造工程において、アルミ配線１０上に太陽電池セル４の電極１３を電気的に接続するために、アルミペーストはんだ１５を塗布する方法について図１及び図３により説明する。
太陽電池モジュール１の製造工程において、基板８上に絶縁性の接着剤層９を介してアルミ配線１０を接着させ、アルミ配線１０の隙間に絶縁樹脂１２を配設した金属箔パターン積層体２を形成し、基板８の裏面にバックシート３を積層させた。

金属箔パターン積層体２上に配列されているアルミ配線１０にアルミナＡｌ_２Ｏ_３からなる酸化皮膜１０ａが形成されている。
そして、図３に示すフローチャートにおいて、アルミ配線１０の酸化皮膜１０ａをフラックスで除去する（ステップ１０１）。ここで用いるフラックスとして、例えばフッ酸、塩酸、硫酸、硝酸クロム酸などの強酸類の複数混合水溶液が用いられる。或いは、例えば強アルカリ性水溶液が用いられる。なお、ここで用いるフラックスは上記の強酸または強アルカリのような有害なものに限定されない。例えば、下記に示すような無害なフラックスを用いてもよい。
酸化皮膜１０ａの除去後にアルミ配線１０の表面を洗浄して強酸または強アルカリのフラックスを除去する（ステップ１０２）。

次に、アルミ配線１０の表面に酸化防止皮膜を形成する（ステップ１０３）。酸化防止被膜として、例えばアルミニウム用六価クロムフリー表面処理剤（日本パーカライジング株式会社製「パルコート」）等を用いる。
そして、アルミ配線１０の表面にアルミはんだペースト１５を印刷、例えばスクリーン印刷等のパターン印刷によって塗布する（ステップ１０４）。なお、アルミペーストはんだ１５をペースト状に形成したから、スクリーン印刷だけでなく、オフセット印刷、インクジェット印刷等による各種のパターン印刷や、ディスペンサを用いてアルミ配線１０上に所定のパターンに塗布できる。

次いで、太陽電池セル４の電極１３をアルミ配線１０上に塗布したアルミペーストはんだ１５に位置合わせして載置させる（ステップ１０５）。そして、このアルミペーストはんだ１５を含む金属箔パターン積層体２を加熱する（ステップ１０６）ことで、太陽電池セル４の電極１３をアルミペーストはんだ１５を介してアルミ配線１０に電気的に導通させて接合する（ステップ１０７）。
その後、封止材５によって太陽電池セル４を封止して、更にその上に透光性前面板６を積載して一体化させることで、太陽電池モジュール１を製造できる。

上述のように本実施形態によるアルミペーストはんだ１５によれば、従来、はんだ付け用のアルミはんだは固体状のものしかなかったが、予めアルミ配線１０の酸化皮膜をフラックスによって除去する工程を付加することで、有害なはんだ用フラックスを含まない無害なペースト状のアルミペーストはんだ１５を得られる。
しかも、アルミペーストはんだ１５をスクリーン印刷等のパターン印刷やディスペンサ等の手段によってアルミ配線１０上に塗布することで、太陽電池セル４の電極１３を接合して導電できる。そのため、印刷やディスペンサ等の手段によってアルミ配線１０と太陽電池セル４の電極１３との接合を迅速且つ効率的に行え、太陽電池モジュール１におけるアルミ配線１０と太陽電池セル４の電極１３との接合構造を高速且つ大量に生産できる。

なお、本発明によるアルミペーストはんだ１５や太陽電池モジュール１におけるアルミ配線１０の接合方法は、上述の第一実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換が可能であり、これらも本発明に含まれる。
上述した第一実施形態において、アルミ配線１０の表面の酸化皮膜１０ａをフラックスで除去した後、酸化防止皮膜を形成するようにしたが、必ずしも酸化防止皮膜を設けなくてもよい。この場合、アルミ配線１０から酸化皮膜１０ａを除去してフラックスを洗い流した後、再酸化の前にアルミペーストはんだ１５を塗布するようにしてもよい。このような処理工程を採用してもアルミ配線１０の表面の再酸化を防止できる。

次に、第二の実施形態によるアルミペーストはんだ１５として、ペースト状の合成樹脂１６中に粉体状のアルミ１７を混合すると共に、有害な強酸または強アルカリ以外の無害なフラックスを混入するようにした。
この場合、無害なフラックスとして、例えば重合ロジン、アクリル化ロジン、水素添加ロジン、ホルミル化ロジン、ロジンエステル、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性アルキド樹脂等を用いることができる。

本第二実施形態では、アルミ配線１０の表面の酸化皮膜１０ａを予めフラックスで除去する工程は必要ない。アルミ配線１０の表面にアルミペーストはんだ１５を印刷等で塗布することで、アルミ配線１０の表面の酸化皮膜１０ａをアルミペーストはんだ１５中に含まれる無害なフラックスで溶解させて除去できる。
そして、アルミペーストはんだ１５によってアルミ配線１０と電極１３を接合できる。

本第二実施形態によれば、無害なフラックスをアルミペーストはんだ１５に混入させることで、アルミペーストはんだ１５をペースト状としてフラックスが表面に露出しても無害であるから環境に悪影響を与えない。
そのため、上述した第一実施形態よりも、アルミ導電性部材とのはんだ付けを印刷やディスペンサによって一層安全で高効率で大量に行うことができ、アルミ導電性部材の接合方法や太陽電池モジュール１の製造方法が一層簡単になる。

また、上述の実施形態では、アルミペーストはんだ１５を、印刷やディスペンサ等によって太陽電池モジュール１のアルミ配線１０上にパターニングして太陽電池セル４の電極１３を実装できるようにしたが、本発明による導電性部材の接合方法によれば、太陽電池モジュール１におけるアルミ配線１０と太陽電池セル４の電極１３との接合方法に限定されることなく、ＩＣタグのアンテナや、導電体や回路パターン等の各種の導電性部材の接合方法に用いることができる。この場合、アルミ配線１０を含む導電性部材をアルミ導電性部材とし、他の導電性部材はアルミや銀等、適宜の導電性金属を採用できる。

１ 太陽電池モジュール
２ 金属箔パターン積層体
４ 太陽電池セル
５ 封止材
６ 透光性前面板
１０ アルミ配線
１０ａ 酸化皮膜
１３ 電極
１５ アルミペーストはんだ
１６ 合成樹脂
１７ アルミ

Claims (9)

1. アルミの粉体と合成樹脂とを混合してペースト状としたことを特徴とするアルミペーストはんだ。
2. アルミ導電性部材の表面の酸化被膜をフラックスによって除去する工程と、
   前記アルミ導電性部材から前記フラックスを除去する工程と、
   請求項１に記載されたアルミペーストはんだを前記アルミ導電性部材に載置する工程と、
   前記アルミ導電性部材及び他の導電性部材を前記アルミペーストはんだを介して接合する工程とを備えたことを特徴とするアルミ導電性部材の接合方法。
3. 前記アルミペーストはんだを印刷またはディスペンサによって前記アルミ導電性部材に塗布するようにした請求項２に記載されたアルミ導電性部材の接合方法。
4. 前記フラックスは、強酸または強アルカリ成分である請求項２または３に記載されたアルミ導電性部材の接合方法。
5. 基材と、該基材の一方の面に接着剤層を介して配設されたアルミ配線と、該アルミ配線に接続された電極を有する太陽電池セルと、該太陽電池セルを封止する封止材と、前記封止材のアルミ配線とは反対側の面に透光性前面板とを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記アルミ配線の酸化皮膜をフラックスによって予め除去する工程と、
   請求項１に記載された前記アルミペーストはんだを印刷またはディスペンサによって前記アルミ配線に塗布する工程と、
   前記アルミ配線及び前記太陽電池セルの電極を前記アルミペーストはんだによって接続する工程と、
   を備えたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
6. アルミの粉体と合成樹脂と無害なフラックスを混合してペースト状としたことを特徴とするアルミペーストはんだ。
7. 前記無害なフラックスは、重合ロジン、アクリル化ロジン、水素添加ロジン、ホルミル化ロジン、ロジンエステル、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性アルキド樹脂のいずれかである請求項６に記載されたアルミペーストはんだ。
8. 請求項６または７に記載されたアルミペーストはんだをアルミ導電性部材に載置する工程と、
   前記アルミ導電性部材及び他の導電性部材を前記アルミペーストはんだを介して接合する工程とを備えたことを特徴とする
   アルミ導電性部材の接合方法。
9. 基材と、該基材の一方の面に接着剤層を介して配設されたアルミ配線と、該アルミ配線に接続された電極を有する太陽電池セルと、該太陽電池セルを封止する封止材と、前記封止材のアルミ配線とは反対側の面に透光性前面板とを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、
   請求項６または７に記載された前記アルミペーストはんだを、印刷またはディスペンサによって、前記アルミ配線に塗布する工程と、
   前記アルミ配線の酸化皮膜をアルミペーストはんだに含まれる無害なフラックスによって除去して、前記アルミ配線及び前記太陽電池セルの電極を前記アルミペーストはんだによって接続する工程と、
   を備えたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

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