JP2014241336A - Solar battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a solar cell module.
太陽電池モジュールは、光エネルギーを直接的に電気エネルギーに変換する装置であるため、クリーンエネルギーとして注目を集めており、今後その市場は急激に拡大すると見られている。このような太陽電池モジュールは、一般に、電圧の要求値に応じて複数の太陽電池セルを直列に接続した構造となっている。 The solar cell module is a device that directly converts light energy into electric energy, and thus attracts attention as clean energy, and the market is expected to expand rapidly in the future. Such a solar cell module generally has a structure in which a plurality of solar cells are connected in series according to a required voltage value.
太陽電池セルの表面（受光面）には、直線状のフィンガー電極が、互いに平行に複数本形成されている。また、太陽電池セルの裏面には、裏面電極が略全面にわたって形成されている。隣接する太陽電池セル同士は、タブ線によって互いに接続される。タブ線は、一方の太陽電池セルのフィンガー電極と交差すると共に、他方の太陽電池セルの裏面電極に接続される。 A plurality of linear finger electrodes are formed in parallel to each other on the surface (light-receiving surface) of the solar battery cell. Moreover, the back surface electrode is formed in the back surface of the photovoltaic cell over substantially the whole surface. Adjacent solar cells are connected to each other by tab wires. The tab line intersects the finger electrode of one solar battery cell and is connected to the back electrode of the other solar battery cell.
従来、タブ線の接続には、良好な導電性を示すハンダが用いられてきた。しかしながら、近年では、ハンダに代えて、接着剤をタブ線の接続に用いる手法が開発されてきている。例えば特許文献１に記載の太陽電池モジュールでは、アルミニウム層からなる裏面電極が用いられ、裏面電極とタブ線との接続部に開口部を形成している。これにより、裏面電極の表面積を減少させ、タブ線と裏面電極とを接着剤で接続する際に必要な圧力を下げることを可能としている。 Conventionally, solder showing good conductivity has been used for connecting the tab wires. However, in recent years, a technique has been developed in which an adhesive is used for connecting tab wires instead of solder. For example, in the solar cell module described in Patent Document 1, a back electrode made of an aluminum layer is used, and an opening is formed at a connection portion between the back electrode and the tab wire. As a result, the surface area of the back electrode can be reduced, and the pressure required to connect the tab wire and the back electrode with an adhesive can be reduced.
上述した従来の構成では、開口部において半導体基板が露出した状態となっている。このため、アルミニウム層の無い部分では太陽電池セルの集電効率が十分に確保できなくなるおそれがある。一方、アルミニウム層とタブ線とを接着剤で接着する場合、タブ線接続後にアルミニウム層に凝集破壊が生じ、タブ線が剥離してしまうことがある。したがって、集電効率の確保とタブ線の剥離の防止とを両立できる技術の確立が求められている。 In the conventional configuration described above, the semiconductor substrate is exposed at the opening. For this reason, there exists a possibility that the power collection efficiency of a photovoltaic cell cannot fully be ensured in the part without an aluminum layer. On the other hand, when the aluminum layer and the tab line are bonded with an adhesive, cohesive failure occurs in the aluminum layer after the tab line is connected, and the tab line may be peeled off. Therefore, establishment of a technique capable of ensuring both current collection efficiency and prevention of tab wire peeling is required.
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、集電効率を十分に確保できると共にタブ線の剥離を防止できる太陽電池モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a solar cell module that can sufficiently secure current collection efficiency and can prevent tab wires from peeling off.
上記課題の解決のため、本発明に係る太陽電池モジュールは、基板と、基板の受光面側に設けられた表面電極と、基板の裏面側に設けられた裏面電極と、を有する複数の太陽電池セルを備え、一の太陽電池セルの裏面電極と隣接する太陽電池セルの表面電極とを、接着剤を介してタブ線で接続してなる太陽電池モジュールであって、裏面電極は、ポーラス状のアルミニウム層によって形成され、基板とアルミニウム層との界面を含んで深さ方向に１０μｍ、及び基板の界面の面内方向に１００μｍの範囲において、アルミニウム層中の炭素の存在量が、アルミニウムと炭素との総質量を基準として平均値で５０質量％以上であることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a solar cell module according to the present invention includes a plurality of solar cells each including a substrate, a surface electrode provided on the light-receiving surface side of the substrate, and a back electrode provided on the back surface side of the substrate. A solar cell module comprising a cell, the back electrode of one solar cell and the surface electrode of the adjacent solar cell connected by a tab wire via an adhesive, the back electrode being porous In the range of 10 μm in the depth direction including the interface between the substrate and the aluminum layer and 100 μm in the in-plane direction of the interface of the substrate, the abundance of carbon in the aluminum layer is It is characterized by an average value of 50% by mass or more based on the total mass of
この太陽電池モジュールでは、裏面電極をアルミニウム層で形成することにより、集電効率を十分に確保できる。また、この太陽電池モジュールでは、裏面電極がポーラス状のアルミニウム層によって形成され、タブ線と裏面電極との接続に用いられる接着剤の硬化物がアルミニウム層の深部まで十分に入り込んだ状態となっている。これにより、アルミニウム層と接着剤層との結合が強化され、タブ線の剥離強度を向上させることができる。したがって、タブ線の剥離を防止できる。 In this solar cell module, the current collection efficiency can be sufficiently ensured by forming the back electrode with an aluminum layer. Further, in this solar cell module, the back electrode is formed of a porous aluminum layer, and the cured product of the adhesive used for connecting the tab wire and the back electrode is sufficiently deep into the aluminum layer. Yes. Thereby, the coupling | bonding of an aluminum layer and an adhesive bond layer is strengthened, and the peeling strength of a tab wire can be improved. Therefore, peeling of the tab wire can be prevented.
また、タブ線は、裏面電極に接続される主面及びその反対面が平坦面となっていることが好ましい。この場合、タブ線を裏面電極に熱圧着する際に、接着剤の硬化物をアルミニウム層の深部により確実に入り込ませることが可能となる。 Moreover, it is preferable that the main surface connected to a back surface electrode and the opposite surface are flat surfaces. In this case, when the tab wire is thermocompression bonded to the back electrode, the cured adhesive can be surely penetrated into the deep portion of the aluminum layer.
本発明に係る太陽電池モジュールによれば、集電効率を十分に確保できると共にタブ線の剥離を防止できる。 According to the solar cell module according to the present invention, the current collection efficiency can be sufficiently ensured and the tab wire can be prevented from peeling off.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る太陽電池モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a solar cell module according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を示す模式的斜視図である。同図に示すように、太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池セル２をタブ線３によって互いに電気的に接続することによって構成されている。 FIG. 1 is a schematic perspective view showing one embodiment of a solar cell module according to the present invention. As shown in the figure, the solar cell module 1 is configured by electrically connecting a plurality of solar cells 2 to each other by tab wires 3.
太陽電池セル２の一面側は、表面電極が形成された受光面２ａとなっており、太陽電池セル２の他面側は、裏面電極が形成された裏面２ｂとなっている。隣接する太陽電池セル２，２間では、受光面２ａ側の表面電極と裏面２ｂ側の裏面電極とがタブ線３によって接続されており、これにより、太陽電池セル２が直列に接続されたストリングスが形成されている。 One side of the solar battery cell 2 is a light receiving surface 2a on which a surface electrode is formed, and the other side of the solar battery cell 2 is a back surface 2b on which a back electrode is formed. Between adjacent solar cells 2, 2, the surface electrode on the light receiving surface 2 a side and the back electrode on the back surface 2 b side are connected by the tab wire 3, thereby the strings in which the solar cells 2 are connected in series. Is formed.
製品としての太陽電池モジュール１は、例えばストリングスを複数配列したマトリクスを備えている。そして、太陽電池モジュール１は、マトリクスを封止用の接着剤シートで挟んだ状態で、保護用の受光面２ａ側の表面カバー及び裏面２ｂ側のバックシートと共に一括でラミネートされ、周囲にアルミニウム等の金属フレームを取り付けることで完成する。 The solar cell module 1 as a product includes, for example, a matrix in which a plurality of strings are arranged. The solar cell module 1 is laminated together with the front cover on the light receiving surface 2a side for protection and the back sheet on the back surface 2b side in a state where the matrix is sandwiched between sealing adhesive sheets. It is completed by attaching a metal frame.
封止用の接着剤には、例えばエチレンビニルアルコール（ＥＶＡ）樹脂等の透光性を有する接着剤が用いられる。また、表面カバーには、例えばガラス等の透光性を有する材料が用いられ、バックシートには、例えばガラス又はアルミニウム箔を樹脂フィルムで挟んでなる積層体等が用いられる。 As the sealing adhesive, a translucent adhesive such as ethylene vinyl alcohol (EVA) resin is used. For the front cover, for example, a light-transmitting material such as glass is used, and for the back sheet, for example, a laminated body in which glass or aluminum foil is sandwiched between resin films is used.
次に、太陽電池セル２について説明する。図２は、太陽電池セルを受光面側から見た模式的平面図であり、図３は、太陽電池セルを裏面側から見た模式的平面図である。図２及び図３に示すように、太陽電池セル２は、基板１１を有している。 Next, the solar battery cell 2 will be described. FIG. 2 is a schematic plan view of the solar battery cell viewed from the light receiving surface side, and FIG. 3 is a schematic plan view of the solar battery cell viewed from the back surface side. As shown in FIGS. 2 and 3, the solar battery cell 2 has a substrate 11.
基板１１は、例えばＳｉの単結晶、多結晶、及び非結晶のうちの少なくとも一つによって略正方形状に形成されている。基板１１の四隅は、それぞれ円弧状に面取りされている。基板１１の一方面は、太陽電池セル２の受光面２ａに対応し、基板１１の他方面は、太陽電池セル２の裏面２ｂに対応している。なお、基板１１は、例えば受光面２ａ側がｎ型半導体となっており、裏面２ｂ側がｐ型半導体となっている。 The substrate 11 is formed in a substantially square shape by at least one of, for example, Si single crystal, polycrystal, and non-crystal. The four corners of the substrate 11 are chamfered in an arc shape. One surface of the substrate 11 corresponds to the light receiving surface 2 a of the solar battery cell 2, and the other surface of the substrate 11 corresponds to the back surface 2 b of the solar battery cell 2. The substrate 11 is, for example, an n-type semiconductor on the light receiving surface 2a side and a p-type semiconductor on the back surface 2b side.
基板１１の受光面２ａ側には、図２に示すように、表面電極として、複数のフィンガー電極１２が設けられている。フィンガー電極１２は、基板１１の受光面２ａの略全面において、太陽電池モジュール１のストリングスの延在方向と略直交する方向に形成され、ストリングスの延在方向に沿って所定の間隔をもって配列されている。 On the light receiving surface 2a side of the substrate 11, as shown in FIG. 2, a plurality of finger electrodes 12 are provided as surface electrodes. The finger electrodes 12 are formed on a substantially entire surface of the light receiving surface 2a of the substrate 11 in a direction substantially orthogonal to the extending direction of the strings of the solar cell module 1, and are arranged at a predetermined interval along the extending direction of the strings. Yes.
フィンガー電極１２は、例えば金属ペーストを塗布及び加熱することによって形成されている。フィンガー電極１２の厚みは、例えば１０μｍ〜３０μｍとなっており、フィンガー電極１２の幅は、例えば５μｍ〜９０μｍとなっている。また、隣り合うフィンガー電極１２，１２間の間隔は、例えば２ｍｍ程度となっている。 The finger electrode 12 is formed by applying and heating a metal paste, for example. The thickness of the finger electrode 12 is, for example, 10 μm to 30 μm, and the width of the finger electrode 12 is, for example, 5 μm to 90 μm. Moreover, the space | interval between adjacent finger electrodes 12 and 12 is about 2 mm, for example.
フィンガー電極１２の形成材料としては、銀を含有したガラスペースト、接着剤樹脂に各種導電性粒子を分散した銀ペースト、金ペースト、カーボンペースト、ニッケルペースト、アルミニウムペースト、及び焼成・蒸着によって形成されるＩＴＯなどが挙げられる。これらの中でも、耐熱性、導電性、安定性、及びコストの観点から、銀を含有したガラスペーストを用いることが好ましい。 As a forming material of the finger electrode 12, it is formed by a glass paste containing silver, a silver paste in which various conductive particles are dispersed in an adhesive resin, a gold paste, a carbon paste, a nickel paste, an aluminum paste, and baking / vapor deposition. ITO etc. are mentioned. Among these, it is preferable to use a glass paste containing silver from the viewpoint of heat resistance, conductivity, stability, and cost.
受光面２ａ側では、フィンガー電極１２に略直交する向きに一対のタブ線３の配置領域Ｐ，Ｐが設定されている。本実施形態では、フィンガー電極１２を連結するバスバー電極は設けられておらず、タブ線３は、後述の接着剤層２２を介してフィンガー電極１２に直接的に接続されるが、必要に応じバスバー電極を設けてもよい。配置領域Ｐは、太陽電池モジュール１の集電効率を十分に確保する観点から、受光面２ａ上の全てのフィンガー電極１２に跨るように直線状に設定されている。また、配置領域Ｐ，Ｐ間の間隔は、タブ線３のアライメント精度を考慮し、タブ線３の幅の２倍程度としておくことが好ましい。 On the light receiving surface 2a side, the arrangement regions P and P of the pair of tab wires 3 are set in a direction substantially orthogonal to the finger electrodes 12. In this embodiment, the bus bar electrode for connecting the finger electrode 12 is not provided, and the tab wire 3 is directly connected to the finger electrode 12 via an adhesive layer 22 described later. An electrode may be provided. The arrangement region P is linearly set so as to straddle all the finger electrodes 12 on the light receiving surface 2a from the viewpoint of sufficiently securing the current collection efficiency of the solar cell module 1. Further, it is preferable that the spacing between the arrangement regions P and P be set to about twice the width of the tab line 3 in consideration of the alignment accuracy of the tab line 3.
基板１１の裏面２ｂ側には、図３に示すように、裏面電極１４が設けられている。裏面電極１４は、基板１１の裏面２ｂ側の略全面にわたって形成されている。裏面２ｂ側においても、受光面２ａと同様に、一対のタブ線３の配置領域Ｐ，Ｐが設定されており、タブ線３は、接着剤層２２を介して裏面電極１４に接続される。配置領域Ｐは、受光面２ａ側の配置領域Ｐ，Ｐの位置に対応するように直線状に設定されている。 As shown in FIG. 3, a back electrode 14 is provided on the back surface 2 b side of the substrate 11. The back electrode 14 is formed over substantially the entire surface of the substrate 11 on the back surface 2b side. On the back surface 2b side, similarly to the light receiving surface 2a, the arrangement regions P and P of the pair of tab wires 3 are set, and the tab wire 3 is connected to the back electrode 14 through the adhesive layer 22. The arrangement area P is set linearly so as to correspond to the positions of the arrangement areas P and P on the light receiving surface 2a side.
裏面電極１４は、例えばアルミニウムペーストの焼成によって得られたアルミニウム層２１によって形成されている。アルミニウム層２１の厚みは、例えば２０μｍ〜３０μｍ程度となっている。アルミニウム層２１の内部は、アルミニウムペーストの焼成時に形成された空隙によってポーラス状をなしている。タブ線３の接続前のアルミニウム層２１の空隙率は、例えば１０％以上であることが好ましい。また、アルミニウム層２１の表面粗さは、中心線平均粗さで２μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることが更に好ましい。アルミニウム層２１の表面粗さは、例えば十点平均粗さで１０μｍ以下であることが好ましい。これらの表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）及びＪＩＳ Ｂ ００３１（１９９４）により定義される。 The back electrode 14 is formed of an aluminum layer 21 obtained, for example, by baking an aluminum paste. The thickness of the aluminum layer 21 is, for example, about 20 μm to 30 μm. The inside of the aluminum layer 21 has a porous shape due to voids formed when the aluminum paste is fired. The porosity of the aluminum layer 21 before connection of the tab wire 3 is preferably 10% or more, for example. In addition, the surface roughness of the aluminum layer 21 is preferably 2 μm or less, more preferably 1 μm or less, in terms of centerline average roughness. The surface roughness of the aluminum layer 21 is preferably, for example, 10 μm or less in terms of 10-point average roughness. These surface roughnesses are defined by JIS B 0601 (1994) and JIS B 0031 (1994).
タブ線３と、フィンガー電極１２及び裏面電極１４との接続には、例えば導電性接着剤が用いられる。導電性接着剤としては、例えばフィルム形成樹脂を２５質量部、熱硬化性樹脂を２０質量部、熱硬化性樹脂用の硬化剤を５５質量部、シリコーン粒子を１０質量部、導電粒子を１０質量部、それぞれ含有したものが用いられる。 For example, a conductive adhesive is used to connect the tab wire 3 to the finger electrode 12 and the back electrode 14. Examples of the conductive adhesive include 25 parts by mass of a film-forming resin, 20 parts by mass of a thermosetting resin, 55 parts by mass of a curing agent for the thermosetting resin, 10 parts by mass of silicone particles, and 10 parts by mass of conductive particles. Parts contained respectively.
フィルム形成樹脂としては、良好なフィルム形成を実施できる観点から、例えばフェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、及びポリアミド樹脂等の熱可塑性高分子が用いられる。これらの樹脂の中でも、フェノキシ樹脂を用いることが好ましい。また、熱可塑性高分子の重量平均分子量は、接着剤層２２の流動性を考慮し、１００００〜１０００００００であることが好ましい。 As the film-forming resin, for example, a thermoplastic polymer such as a phenoxy resin, a polyester resin, and a polyamide resin is used from the viewpoint that good film formation can be performed. Among these resins, it is preferable to use a phenoxy resin. The weight average molecular weight of the thermoplastic polymer is preferably 10,000 to 10,000,000 in consideration of the fluidity of the adhesive layer 22.
熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ビスマレイミド樹脂、トリアジン−ビスマレイミド樹脂、及びフェノール樹脂が挙げられる。これらの樹脂の中でも、耐熱性を考慮すると、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。 Examples of the thermosetting resin include epoxy resins, polyimide resins, unsaturated polyester resins, polyurethane resins, bismaleimide resins, triazine-bismaleimide resins, and phenol resins. Among these resins, it is preferable to use an epoxy resin in consideration of heat resistance.
熱硬化性樹脂用の硬化剤とは、熱硬化性樹脂と共に加熱したときに熱硬化性樹脂の硬化を促進する材料を指す。かかる硬化剤としては、例えばイミダゾール系硬化剤、ヒドラジド系硬化剤、アミン系硬化剤、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤、三フッ化ホウ素−アミン錯体、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ポリアミンの塩、アミンイミド、及びジシアンジアミドが用いられる。熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂が用いられる場合には、例えばイミダゾール系硬化剤、ヒドラジド系硬化剤、三フッ化ホウ素アミン錯体、スルホニウム塩、アミンイミド、ポリアミンの塩、及びジシアンジアミドを用いることが好適である。 The curing agent for a thermosetting resin refers to a material that accelerates the curing of the thermosetting resin when heated together with the thermosetting resin. Examples of such curing agents include imidazole curing agents, hydrazide curing agents, amine curing agents, phenol curing agents, acid anhydride curing agents, boron trifluoride-amine complexes, sulfonium salts, iodonium salts, and polyamines. Salts, amine imides, and dicyandiamide are used. When an epoxy resin is used as the thermosetting resin, it is preferable to use, for example, an imidazole curing agent, a hydrazide curing agent, a boron trifluoride amine complex, a sulfonium salt, an amine imide, a polyamine salt, and dicyandiamide. .
シリコーン粒子としては、例えばシリコーンゴム粒子、シリコーン樹脂粒子、シリコーン複合粒子等が用いられる。シリコーンゴム粒子は、例えば直鎖状のジメチルポリシロキサンを架橋した構造を有するシリコーンゴム粒子である。シリコーン樹脂粒子は、例えばシロキサン結合が（ＲＳｉＯ３／２）ｎで表される三次元網目状に架橋した構造を有するポリオルガノシルセスキオキサン硬化物の粒子である。 Examples of the silicone particles include silicone rubber particles, silicone resin particles, and silicone composite particles. The silicone rubber particles are, for example, silicone rubber particles having a structure in which linear dimethylpolysiloxane is crosslinked. Silicone resin particles are, for example, particles of a polyorganosilsesquioxane cured product having a structure in which siloxane bonds are crosslinked in a three-dimensional network represented by (RSiO 3/2 ) n.
導電粒子としては、例えば金粒子、銀粒子、銅粒子、ニッケル粒子、金めっきニッケル粒子、金／ニッケルめっきプラスチック粒子、銅めっき粒子、ニッケルめっき粒子が用いられる。導電性を確保する点から、導電粒子の平均粒径は、１μｍ〜２０μｍであることが好ましく、１μｍ〜５μｍであることがより好ましい。 Examples of the conductive particles include gold particles, silver particles, copper particles, nickel particles, gold plated nickel particles, gold / nickel plated plastic particles, copper plated particles, and nickel plated particles. From the viewpoint of ensuring conductivity, the average particle size of the conductive particles is preferably 1 μm to 20 μm, and more preferably 1 μm to 5 μm.
また、導電性接着剤には、被着体との接着性及び濡れ性を向上させるためのカップリング剤を含有させてもよい。カップリング剤としては、例えばシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤等が挙げられる。 Further, the conductive adhesive may contain a coupling agent for improving the adhesion and wettability with the adherend. Examples of the coupling agent include silane coupling agents and titanate coupling agents.
続いて、裏面電極１４とタブ線３との接続について説明する。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線模式的断面図である。同図に示すように、タブ線３は、上記の導電性接着剤を用いて形成された接着剤層２２を介して裏面電極１４に配置されている。接続にあたっては、まず、上記の導電性接着剤を用いて形成された接着剤フィルムを配置領域Ｐに沿って貼り付け、アルミニウム層２１上に接着剤層２２を形成する。なお、接着剤層２２は、太陽電池セル２側の構成として予め第２の層２１Ｂ上に形成してあってもよい。次に、接着剤層２２上にタブ線３を仮固定する。タブ線３としては、例えば銅リボンの表面をハンダで被覆した幅１ｍｍ〜２ｍｍ程度のものが用いられる。タブ線３は、特に制限はないが、ハンダで表面を被覆しないものであってもよい。また、タブ線３は、接着剤層２２に対向する対向面及びその反対面が平坦面となっていることが好ましい。平坦面の高さ変動（凹凸の差）は、タブ線３の幅方向の５００μｍの範囲内において、例えば５μｍであることが好ましく、２μｍ以下であることが更に好ましい。 Subsequently, the connection between the back electrode 14 and the tab wire 3 will be described. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. As shown in the figure, the tab wire 3 is disposed on the back electrode 14 via the adhesive layer 22 formed using the conductive adhesive. In connection, first, an adhesive film formed using the above-described conductive adhesive is attached along the arrangement region P, and the adhesive layer 22 is formed on the aluminum layer 21. The adhesive layer 22 may be formed on the second layer 21B in advance as a configuration on the solar battery cell 2 side. Next, the tab wire 3 is temporarily fixed on the adhesive layer 22. As the tab wire 3, for example, a copper ribbon having a width of about 1 mm to 2 mm in which the surface of the copper ribbon is coated with solder is used. The tab wire 3 is not particularly limited, but may be one that does not cover the surface with solder. Moreover, it is preferable that the opposing surface which opposes the adhesive bond layer 22, and the opposite surface become flat surfaces. The flat surface height variation (difference in unevenness) is, for example, preferably 5 μm, and more preferably 2 μm or less, within a range of 500 μm in the width direction of the tab wire 3.
タブ線３を仮固定した後、例えば熱圧着機を用いてタブ線３と裏面電極１４とを熱圧着する。熱圧着時の温度は、例えば８０℃〜３２０℃程度である。熱圧着時の圧力は、例えば１．０ＭＰａ以上、好ましくは３．０ＭＰａ以上である。圧力の付与時間は、例えば１秒〜３０秒程度である。熱圧着により、接着剤層２２の接着剤成分がアルミニウム層２１に入り込み、タブ線３が裏面電極１４に対して固着される。 After the tab wire 3 is temporarily fixed, the tab wire 3 and the back electrode 14 are thermocompression bonded using, for example, a thermocompression bonding machine. The temperature at the time of thermocompression bonding is, for example, about 80 ° C to 320 ° C. The pressure at the time of thermocompression bonding is, for example, 1.0 MPa or more, preferably 3.0 MPa or more. The pressure application time is, for example, about 1 second to 30 seconds. By thermocompression bonding, the adhesive component of the adhesive layer 22 enters the aluminum layer 21 and the tab wire 3 is fixed to the back electrode 14.
図５は、基板と裏面電極との界面近傍の状態を示すＳＥＭ画像である。同図では、基板１１の裏面２ｂ側の界面Ｓからアルミニウム層２１側に向かって深さ方向に１０μｍ、及び基板１１の裏面２ｂ側の界面Ｓの面内方向に１００μｍの矩形状の範囲Ｒを図示している。タブ線３の接続後の状態において、この範囲Ｒ内では、アルミニウム層２１中の炭素の存在量は、アルミニウムと炭素との総質量を基準として平均値で５０質量％以上となっている。 FIG. 5 is an SEM image showing a state in the vicinity of the interface between the substrate and the back electrode. In the figure, a rectangular range R of 10 μm in the depth direction from the interface S on the back surface 2b side of the substrate 11 toward the aluminum layer 21 side and 100 μm in the in-plane direction of the interface S on the back surface 2b side of the substrate 11 is shown. It is shown. In the state after the connection of the tab wire 3, within this range R, the abundance of carbon in the aluminum layer 21 is 50% by mass or more on average based on the total mass of aluminum and carbon.
アルミニウム層２１中のアルミニウム及び炭素の存在量は、例えばエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によって測定することができる。ＥＤＸでは、電子線の照射によって発生する元素固有の特性Ｘ線をエネルギー分光することで、構成元素の同定が行われる。したがって、ＥＤＸによって範囲Ｒの面分析を行い、例えばアルミニウムに対応するエネルギー線のカウント数と、炭素に対応するエネルギー線のカウント数とを測定することにより、アルミニウム層２１中のアルミニウム及び接着剤硬化物の存在量を測定することができる。 The abundances of aluminum and carbon in the aluminum layer 21 can be measured by, for example, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy). In EDX, constituent elements are identified by performing energy spectroscopy on characteristic X-rays unique to the elements generated by electron beam irradiation. Accordingly, surface analysis of the range R is performed by EDX, and the aluminum in the aluminum layer 21 and the adhesive curing are measured by measuring, for example, the number of energy rays corresponding to aluminum and the number of energy rays corresponding to carbon. The abundance of an object can be measured.
ＥＤＸによるアルミニウム及び接着剤硬化物の存在量の測定の例は、以下のとおりである。まず、タイヤモンドカッター、ウォータジェット、カッターナイフなどを用いて太陽電池モジュールを切断し、ガラス及びバックシートを取り除いた１５ｍｍ角の小片を得る。次に、タブ線を剥離し、基板の結晶方位に従って応力を加えて小片を分断する。この分断面において、基板１１とアルミニウム層２１との界面Ｓ近傍が測定サンプルとなる。 An example of measurement of the abundance of aluminum and adhesive cured product by EDX is as follows. First, a solar cell module is cut using a tire monde cutter, a water jet, a cutter knife, or the like to obtain a small piece of 15 mm square from which glass and a back sheet are removed. Next, the tab wire is peeled off, and stress is applied according to the crystal orientation of the substrate to divide the small pieces. In this partial cross section, the vicinity of the interface S between the substrate 11 and the aluminum layer 21 is a measurement sample.
ＥＤＸの測定では、範囲Ｒの深さ方向については、基板１１とアルミニウム層２１との界面Ｓから基板１１側に５μｍの深さを基準とし、この位置から界面Ｓからアルミニウム層２１側に５μｍの深さとなる位置までの１０μｍを測定領域とすることができる。また、範囲Ｒの面内方向については、例えばアルミニウム層２１において剥離したタブ線の中心線に接していた位置を基準とし、界面Ｓの面内方向に±１００μｍの範囲から任意の１００μｍの幅を設定して測定領域とすることができる。基板１１の結晶方位がタブ線３の長手方向と交差して断面が斜めに得られる場合でも、上記と同様の範囲設定を行えばよい。範囲Ｒの誤差は、深さ方向は±３μｍ程度、面内方向は±１０μｍ程度である。ＥＤＸ測定時の加速電圧は、例えば５ｋＶ〜２０ｋＶ程度である。指定元素は、アルミニウム及び炭素であり、アルミニウムに対する炭素の存在比はＣ／（Ａｌ＋Ｃ）で求められる。 In the measurement of EDX, in the depth direction of the range R, the depth of 5 μm from the interface S between the substrate 11 and the aluminum layer 21 to the substrate 11 side is a reference, and from this position, the depth of 5 μm from the interface S to the aluminum layer 21 side. 10 μm up to the depth position can be set as the measurement region. Further, for the in-plane direction of the range R, for example, the position in contact with the center line of the tab line peeled off in the aluminum layer 21 is used as a reference, and the width of an arbitrary 100 μm from the range of ± 100 μm in the in-plane direction of the interface S It can be set as a measurement area. Even when the crystal orientation of the substrate 11 intersects the longitudinal direction of the tab line 3 and the cross section is obtained obliquely, the same range setting as described above may be performed. The error in the range R is about ± 3 μm in the depth direction and about ± 10 μm in the in-plane direction. The acceleration voltage at the time of EDX measurement is, for example, about 5 kV to 20 kV. The designated elements are aluminum and carbon, and the abundance ratio of carbon to aluminum is determined by C / (Al + C).
なお、基板１１の裏面２ｂ側の面には、実際には微細な凹凸が存在する。したがって、本実施形態では、例えば基板１１の裏面２ｂ側の面のうち、最も深い凹部の底部を基準に基板１１とアルミニウム層２１との界面Ｓを設定し、範囲Ｒの深さ方向の基準とすることができる。 Note that fine irregularities actually exist on the surface of the substrate 11 on the back surface 2b side. Therefore, in the present embodiment, for example, the interface S between the substrate 11 and the aluminum layer 21 is set with reference to the bottom of the deepest concave portion of the surface on the back surface 2b side of the substrate 11, and the depth direction reference of the range R can do.
以上説明したように、太陽電池モジュール１では、太陽電池セル２の裏面電極１４をアルミニウム層２１で形成することにより、アルミニウムが基板１１に拡散して基板１１の裏面２ｂにＰ型半導体層が十分に形成されるので、集電効率を十分に確保できる。また、太陽電池モジュール１では、裏面電極１４がポーラス状のアルミニウム層２１によって形成され、タブ線３と裏面電極１４との接続に用いられる接着剤の硬化物がアルミニウム層２１の深部まで十分に入り込んだ状態となっている。これにより、アルミニウム層２１と接着剤層２２との結合が強化され、タブ線３の剥離強度を向上させることができる。したがって、タブ線３の剥離を防止できる。 As described above, in the solar cell module 1, by forming the back electrode 14 of the solar cell 2 with the aluminum layer 21, aluminum diffuses into the substrate 11 and a P-type semiconductor layer is sufficient on the back surface 2 b of the substrate 11. Therefore, the current collection efficiency can be sufficiently secured. In the solar cell module 1, the back electrode 14 is formed by the porous aluminum layer 21, and the cured product of the adhesive used to connect the tab wire 3 and the back electrode 14 sufficiently penetrates to the deep part of the aluminum layer 21. It is in a state. Thereby, the coupling | bonding of the aluminum layer 21 and the adhesive bond layer 22 is strengthened, and the peeling strength of the tab wire 3 can be improved. Therefore, peeling of the tab wire 3 can be prevented.
また、タブ線３は、裏面電極１４に接続される主面（接着剤層２２に対向する対向面）及びその反対面が平坦面となっている。これにより、タブ線３を裏面電極１４に熱圧着する際に、接着剤の硬化物をアルミニウム層２１の深部により確実に入り込ませることが可能となる。タブ線３の剥離強度を一層向上させることができる。 Further, the tab wire 3 has a main surface connected to the back electrode 14 (an opposing surface facing the adhesive layer 22) and an opposite surface thereof being flat. Thereby, when the tab wire 3 is thermocompression bonded to the back electrode 14, the cured adhesive can be surely penetrated into the deep portion of the aluminum layer 21. The peel strength of the tab wire 3 can be further improved.
本発明の効果確認試験について説明する。本試験は、範囲Ｒにおいて、アルミニウム層中の炭素の存在量が、アルミニウムと炭素との総質量を基準として平均値で３６質量％の太陽電池モジュール（比較例）と、アルミニウム層中の炭素の存在量が、アルミニウムと炭素との総質量を基準として平均値で５１質量％の太陽電池モジュール（実施例）とを用意し、それぞれについてタブ線の剥離強度（タブ線１本あたりの引っ張り力）を測定したものである。剥離強度の測定には、オリエンテック社製のテンシロン（ＳＴＡ−１１５０）を用い、太陽電池セルの法線方向に５０ｍｍ／分の速度でタブ線を引き上げ、引き上げに要する力を記録して測定値とした。 The effect confirmation test of the present invention will be described. In this test, in the range R, the solar cell module (comparative example) in which the abundance of carbon in the aluminum layer is 36% by mass on the basis of the total mass of aluminum and carbon, and the carbon in the aluminum layer A solar cell module (Example) having an abundance of 51% by mass on average based on the total mass of aluminum and carbon is prepared, and the tab wire peel strength (tensile force per tab wire) is prepared for each. Is measured. For measurement of peel strength, Tensilon (STA-1150) manufactured by Orientec Co., Ltd. is used, the tab wire is pulled up at a speed of 50 mm / min in the normal direction of the solar cell, and the force required for pulling is recorded and measured. It was.
本試験では、まず、テキスチャ加工済み及びＳｉＮ膜形成済みの１２５ｍｍ角のブルーセルを用意した。次に、基板の裏面のＳｉ面にアルミニウムペーストをスクリーン印刷してアルミニウム層の前駆体パターンを形成し、１５０℃で１分間の乾燥を行った。アルミニウム層の形成後、基板の表面のＳｉ面に銀を含有するガラスペーストをスクリーン印刷してフィンガー電極の前駆体パターンを形成し、１５０℃で１分間の乾燥を行った。次に、前駆体が印刷された太陽電池セルを３５０℃、８００℃、５５０℃の各温度で連続的に３０秒ずつ加熱し、所望の電極パターンを形成した。なお、市販のα−Ｔｅｒｐｉｎｅｏｌ（有機溶剤）をアルミニウムペーストに添加し希釈をすることで、アルミニウム層の厚み調整を行った。本試験では、実施例及び比較例のいずれについてもアルミニウム層の厚みを３０μｍとした。 In this test, first, a 125 mm square blue cell with textured and SiN film formed was prepared. Next, an aluminum paste was screen-printed on the Si surface on the back surface of the substrate to form an aluminum layer precursor pattern, and dried at 150 ° C. for 1 minute. After the formation of the aluminum layer, a glass paste containing silver was screen printed on the Si surface of the substrate to form a finger electrode precursor pattern, followed by drying at 150 ° C. for 1 minute. Next, the solar cell on which the precursor was printed was continuously heated at 350 ° C., 800 ° C., and 550 ° C. for 30 seconds to form a desired electrode pattern. In addition, the thickness adjustment of the aluminum layer was performed by adding and diluting commercially available alpha-terpineol (organic solvent) to the aluminum paste. In this test, the thickness of the aluminum layer was set to 30 μm for both the example and the comparative example.
電極パターンの形成後、導電性フィルムを温度９０℃、圧力１Ｍｐａ、時間１秒の条件で４箇所の配置領域に仮固定した。導電性接着フィルムには、セパレータと導電性接着剤層との２層から構成される日立化成株式会社製の導電フィルム（ＣＦ−２０５、幅１．２ｍｍ）を用いた。次に、導電性フィルムのセパレータを剥離し、導電性接着剤からなる接着剤層を形成した。次いで、接着剤層上にタブ線を７０℃で積層し、太陽電池セルを得た。タブ線には、日立電線株式会社製のタブ線（ＳＳＡ−ＴＰＳ−０．２×１．５（２０））を用いた。また、タブ線の接続には、芝浦メカトロニクス株式会社製のＴＡＢ Ｓｔｒｉｎｇｅｒ ＡＴＳ−２００を用いた。タブ線の接続条件は、実施例では、温度１９０℃、圧力３ＭＰａ、時間５秒とし、比較例では、温度１９０℃、圧力１ＭＰａ、時間５秒とした。 After the formation of the electrode pattern, the conductive film was temporarily fixed in four arrangement regions under the conditions of a temperature of 90 ° C., a pressure of 1 Mpa, and a time of 1 second. As the conductive adhesive film, a conductive film (CF-205, width 1.2 mm) manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd. composed of two layers of a separator and a conductive adhesive layer was used. Next, the separator of the conductive film was peeled off to form an adhesive layer made of a conductive adhesive. Subsequently, a tab wire was laminated on the adhesive layer at 70 ° C. to obtain a solar battery cell. Tab wires (SSA-TPS-0.2 × 1.5 (20)) manufactured by Hitachi Cable, Ltd. were used for the tab wires. Further, TAB Stringer ATS-200 manufactured by Shibaura Mechatronics Co., Ltd. was used for connection of the tab wires. The connection conditions of the tab wires were a temperature of 190 ° C., a pressure of 3 MPa, and a time of 5 seconds in the example, and a comparative example of a temperature of 190 ° C., a pressure of 1 MPa, and a time of 5 seconds.
測定の結果、比較例では、タブ線の剥離強度は０．４５Ｎ／ＴＡＢであったのに対し、実施例では、タブ線の剥離強度は１．７Ｎ／ＴＡＢであった。この結果から、接着剤の硬化物をアルミニウム層２１の深部まで十分に入り込ませることがタブ線の剥離強度の向上に資することが確認できた。 As a result of the measurement, in the comparative example, the peel strength of the tab wire was 0.45 N / TAB, whereas in the example, the peel strength of the tab wire was 1.7 N / TAB. From this result, it was confirmed that the cured product of the adhesive sufficiently penetrated to the deep part of the aluminum layer 21 contributed to the improvement of the peel strength of the tab wire.
なお、タブ線接続時の圧力を増加させることで、接着剤層の接着剤成分がアルミニウム層に入り込む量を増加できる。この場合、接着剤成分をアルミニウム層のより深くまで入り込ませることが可能となり、炭素の存在量を増加できる。アルミニウム層の厚みが３０μｍ以上であるときは、タブ線接続時の圧力を３ＭＰａ以上とすることが好ましい。また、アルミニウム層の厚みが１６μｍ以上３０μｍ未満であるときは、タブ線接続時の圧力を２ＭＰａ以上とすることが好ましい。 In addition, the amount by which the adhesive component of the adhesive layer enters the aluminum layer can be increased by increasing the pressure at the time of connecting the tab wires. In this case, the adhesive component can be penetrated deeper into the aluminum layer, and the amount of carbon can be increased. When the thickness of the aluminum layer is 30 μm or more, the pressure at the time of connecting the tab wire is preferably 3 MPa or more. Moreover, when the thickness of the aluminum layer is 16 μm or more and less than 30 μm, it is preferable that the pressure at the time of connecting the tab wire is 2 MPa or more.
接続圧力が不足すると、基板の近傍まで接着剤成分が十分に入り込まず、アルミニウム層の深さ方向の途中までの入り込みに留まるおそれがある。この場合、アルミニウム層中の炭素の存在量が５０質量％未満となり、アルミニウム層の凝集力に支配されるピール強度となることが考えられる。一方、アルミニウム層の厚みが１５μｍ以下の場合は、接続圧力に特に制限はない。以上の知見をアルミニウム層の厚みの観点から表すと、アルミニウム層の厚みが減少するに従って、基板近傍の炭素の存在量を容易に増加させることが可能になると言える。アルミニウム層の厚みが１５μｍ以下であれば、基板近傍のアルミニウム層中の炭素の存在量がアルミニウムと炭素との総質量を基準として平均値で５０質量％以上、という条件をより確実かつ容易に達成できる。 If the connection pressure is insufficient, the adhesive component does not sufficiently enter the vicinity of the substrate, and there is a possibility that the aluminum layer may remain in the middle of the depth direction. In this case, it is conceivable that the abundance of carbon in the aluminum layer is less than 50% by mass, and the peel strength is controlled by the cohesive force of the aluminum layer. On the other hand, when the thickness of the aluminum layer is 15 μm or less, the connection pressure is not particularly limited. If the above knowledge is expressed from the viewpoint of the thickness of the aluminum layer, it can be said that the abundance of carbon in the vicinity of the substrate can be easily increased as the thickness of the aluminum layer decreases. If the thickness of the aluminum layer is 15 μm or less, the condition that the abundance of carbon in the aluminum layer in the vicinity of the substrate is 50% by mass or more on average based on the total mass of aluminum and carbon is more reliably and easily achieved. it can.
１…太陽電池モジュール、２…太陽電池セル、２ａ…受光面、２ｂ…裏面、３…タブ線、１１…基板、１２…フィンガー電極（表面電極）、１４…裏面電極、２１…アルミニウム層、２２…接着剤層、Ｐ…配置領域、Ｓ…界面。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solar cell module, 2 ... Solar cell, 2a ... Light-receiving surface, 2b ... Back surface, 3 ... Tab wire, 11 ... Substrate, 12 ... Finger electrode (front surface electrode), 14 ... Back electrode, 21 ... Aluminum layer, 22 ... adhesive layer, P ... arrangement region, S ... interface.
Claims (2)
前記裏面電極は、ポーラス状のアルミニウム層によって形成され、
前記基板と前記アルミニウム層との界面を含んで深さ方向に１０μｍ、及び前記基板の界面の面内方向に１００μｍの範囲において、前記アルミニウム層中の炭素の存在量が、アルミニウムと炭素との総質量を基準として平均値で５０質量％以上であることを特徴とする太陽電池モジュール。 A plurality of solar cells having a substrate, a front electrode provided on the light receiving surface side of the substrate, and a back electrode provided on the back surface side of the substrate, and adjacent to the back electrode of one solar cell A solar cell module formed by connecting the surface electrodes of the solar cells with tab wires via an adhesive,
The back electrode is formed by a porous aluminum layer,
In the range of 10 μm in the depth direction including the interface between the substrate and the aluminum layer and 100 μm in the in-plane direction of the interface of the substrate, the abundance of carbon in the aluminum layer is the total of aluminum and carbon. A solar cell module having an average value of 50% by mass or more based on mass.
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