JP3676451B2

JP3676451B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法

Info

Publication number: JP3676451B2
Application number: JP28959795A
Authority: JP
Inventors: 敦夫石川; 淳竹中; 正隆近藤; 英雄山岸
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 1995-11-08
Filing date: 1995-11-08
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2015-11-08
Also published as: JPH09135035A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは太陽電池モジュール、特に非晶質シリコンを始めとする非晶質半導体層により光電変換を行う非晶質太陽電池モジュール、或いはＣｄＴｅなどに代表される化合物系太陽電池モジュールの製造方法に関するものである。さらに詳しくは上記太陽電池モジュールの両端に位置する取り出し電極部分に関するリード線の取り付け方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
非晶質太陽電池等の半導体装置は、絶縁基板として主にガラス基板を用い、そのガラス基板上に透明導電膜層、非晶質半導体層、裏面電極層が順次形成され、これら薄膜をその都度パターニングする事により複数のセルが作製される。この際にこれらのセルを集積化することにより、一般に用いられる太陽電池モジュールとしての電気的特性を示す構造となっている。かかる太陽電池モジュールにおいては集積されている各段のセルの最初の段と最終段の電極部分、すなわち集積化されたセルの最も電位差が大きくなる電極部分に於いては、通常半田メッキを施した銅線をリード線として、それを半田付けすることにより、そのリード線を太陽電池モジュールの端子ボックスまで導びいている。該ガラス基板上にこのリード線を全面にわたり半田付けする事は、ガラス基板と金属の熱膨張係数の違いから、リード線とガラス基板の間に剥離を生じ、信頼性を大きく損なう原因となる。このため通常このリード線の取り付け方法としては、点付けと呼ばれる所定の間隔でリード線と該ガラス基板を半田付けする方法が採用されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半田と半田の間は、リード線と該ガラス基板の間で空隙が必然的に生じるが、空隙の高さに大小が生じるため、裏面封止を行った際に、裏面封止用樹脂がその空隙に進入できる場合と進入できない場合が生じていた。特に樹脂が入り込まなかった場合には、その空隙に外部から進入した水分が結露等により水滴となってたまり、裏面金属の腐食が促進される原因となる。その結果、太陽電池モジュールの信頼性に問題を生じていた。
【０００４】
そこで、本発明者らは上記問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明に至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る太陽電池モジュールは、ガラス基板上に直接形成された太陽電池層からなる複数のセルが集積化されてなる太陽電池モジュールであって、該太陽電池モジュール内の最も電位差が大きくなる正負の電極部分に於いて、各々の該電極部分に対応する取り出し電極が、一つの該電極部分内の所定の間隔の位置にて該ガラス基板上に複数の該位置で半田付けされてなり、また、少なくとも該取り出し電極が封止樹脂により封止されてなり、さらに、該所定の間隔における該取り出し電極と該太陽電池層との間の空隙に該封止樹脂が充填されてなることを特徴とする太陽電池モジュールである。
ここで、前記取り出し電極は、請求項２のように、半田メッキ銅箔であることが好ましい。
また、ここで、前記太陽電池層は、請求項３のように、透明導電膜層、非晶質半導体層、及び裏面電極層からなる。
この様な本発明の太陽電池モジュールは、請求項４のように、前記所定の間隔で予備半田付を行った後にその位置に、前記取り出し電極を前記半田付けする太陽電池モジュールの製造方法により製造される。
また、この際、請求項５のように、前記半田付けを、前記取り出し電極と前記太陽電池層との間の空隙に所定の高さのスペーサー挿入して行うことが好ましい。このようにすることで、スペーサーを用いてそのリード線と該半導体基板との空隙を所定の高さに維持し半田付け作業を行うことであり、その後に該スペーサーを取り除くことにある。
【０００６】
また、熱可塑性樹脂シートでリード線を取り付けた該太陽電池を覆い、さらに該熱可塑性シートをフッ素系樹脂シートで代表される裏面カバーで覆った後、これらを加熱及び真空引き及び加圧により、熱可塑性樹脂シートと半導体基板の間、及び熱可塑性樹脂シートと該裏面カバーの間に気泡を残さない状態で熱可塑性樹脂を溶融、硬化させ、該半導体と裏面カバーフィルムとを接着させる真空ラミネート法により前記半導体を封止する半導体装置の製造方法である。
【０００７】
さらに、半田付けした該絶縁基板とリード線の空隙に毛管現象を利用して液状樹脂を浸透させる半導体装置の製造方法である。
このような半導体装置を作製する場合、リード線部分の信頼性を高めるためにリード線とガラス基板との空隙を一定高さ以上とし、しかも再現性良くその空隙の高さを形成することが可能であり、裏面封止樹脂が確実にそのリード線と絶縁基板の空隙に侵入することができる。その結果、半導体装置としての信頼性を大幅に高めることが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
前記、空隙を作る方法を具体的に述べる。リード線は絶縁基板上に連続的でない状態で超音波半田ゴテにより予備半田付けされる。等間隔、或いは所定の決められた間隔で予備半田付けがなされている。通常はこの予備半田された部分の形状は円形の点であるので以後この半田付けされた部分をスポットと呼ぶ事にする。この隣接する半田付けのスポット間隔より狭い幅のスペーサーで、しかも厚みが真空ラミネート法による裏面封止の場合には１０μｍ以上、常圧裏面封止法による場合にも１０μｍ以上の厚みを有するスペーサーを用いることにより、リード線とガラス基板間の距離がこのスペーサーの厚み以上に維持されることになる。
【０００９】
このときのスペーサー形状は櫛歯状の物型が好ましく、この形状であれば、そのリード線におけるスポットをすべて半田付けした後、まとめてスペーサーを取り除くことができるため、脱着が容易となる。上から見た図を、図３に示す。
また、スペーサーの厚みは、溶融樹脂や、室温で液状の樹脂がスペーサーによって設けられた空隙に、容易に進入できるようにするために、１０μｍ以上が好ましい。また裏面を封止する熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の厚みが１ｍｍ以下であることを考慮すれば、スペーサー厚みも１ｍｍ以下が好ましい。
【００１０】
さらには、この絶縁基板とリード線の空隙は数十ミクロンから数百ミクロン程度の精度が要求されるため、錆或いは膨潤等による膜厚の増加、或いは作業の繰り返しの摩耗による膜厚の減少は好ましくない。このためスペーサーの材質としては硬質のプラスチックやステンレスが好ましいが、このような薄さのスペーサーをより均一な厚みで成形するためには、ステンレスがより好ましい。
【００１１】
また、スペーサーの取り出しは全てのスポットの半田付けが終了後に行うのが好ましい。
このように一定の高さ以上の空隙が維持されることによりリード線と絶縁基板の間の空隙に安定的に樹脂を充填させることが可能となる。
【００１２】
【実施例１】
本発明の半導体装置の製造方法を適用した非晶質太陽電池モジュールにおいて、以下に図面を用いてその構成を示す。絶縁基板として、基板サイズ３００ｍｍ×４００ｍｍ、厚み４ｔのガラス基板４上に熱ＣＶＤ法により透明導電膜層３を形成し、波長１．０６μｍＹＡＧレーザーの基本波を用いて、短冊状に電気的に分離した。その後純水で超音波洗浄を行ない、透明導電膜層３が被着された面側に基板温度２００℃、反応圧力０．５から１．０Ｔｏｒｒにてモノシラン、メタン、ジボランから成る混合ガス、モノシラン、水素から成る混合ガス、モノシラン、水素、ホスフィンから成る混合ガスをこの順序にて容量結合型グロー放電分解装置内で分解することにより、Ｐ型、Ｉ型、Ｎ型の非晶質半導体層２を形成した。この後先ほどのレーザーによるスクライブ線より僅かにずれた位置を、透明導電膜層にダメージがないように波長０．５３μｍのＹＡＧレーザーの第二高調波を用いて分離した。引き続いて裏面金属層１としてアルミニウムをスパッタリング法により、厚み３００ｎｍ形成して、これを波長０．５３μｍのＹＡＧレーザーの第二高調波を用いて更に分離し、集積型非晶質シリコン太陽電池を作製した。この太陽電池の断面図を図１に示す。この太陽電池の両端には正負の取り出し電極を設ける。該取り出し電極は半田メッキ銅箔６を用いており、ガラス基板４との接着は超音波半田付け法により、予備半田７によってガラス基板との接着を行っている。概略図を図２に示す。ここでは半田メッキ銅箔６とガラス基板４を半田付けする超音波半田の間隔は２０ｍｍと一定とした。但し超音波半田のスポット径は２ｍｍであるため、スポットの中心から中心までの距離は２０ｍｍであり、隣接するスポット間の最短距離は１８ｍｍとなる。取り出し電極部分に超音波半田付け法で上記のように一定間隔で半田付けした後、幅１６ｍｍ、ステンレス製の厚み１００μｍのスペーサー８を超音波半田の各スポットの間に挿入した状態で固定し、その後取り出し電極としてリード線６をはわせた。さらにこの際リード線の張力が一定となるように、約５００ｇのテンションを常時加えた状態で順次半田付けを行っていった。この時のリード付けを行う際のリード線と太陽電池の断面図と上側から見た図を図３に示す。
【００１３】
この後スペーサーを取り除き、熱可塑性樹脂であるＥＶＡ（エチレンとビニルアセテートとの共重合体）９とテドラーフィルム１０を全面に覆い、真空ラミネート法により１５０℃まで昇温しＥＶＡ９を加熱融着することにより裏面を封止した。封止後の太陽電池の断面図を図４に示す。
その空隙の大きさを調べるために、同様に基板サイズ３００ｍｍ×４００ｍｍの透明導電膜層や半導体層の蒸着されていない透明のガラス基板を用意し、上記と同様の方法で超音波半田付けを行い、さらにその後スペーサーを用いてリード線付けを行った。その際のガラス基板とリード線の空隙を隙間ゲージにより調べた。比較例として、スペーサーを用いないでリード線付けを行った場合の空隙も隙間ゲージによって調べた。双方の空隙の大きさの分布を表１に示す。
【００１４】
【表１】

【００１５】
更に双方ともＥＶＡ９とテドラーフィルム１０を真空ラミネート法により加熱融着させた後、ガラス面側からリード線６の下部に残る気泡を調べた。一枚の基板に残っている気泡の数を表２に示す。
【００１６】
【表２】

【００１７】
更にスペーサーを用いた場合と用いなかった場合での信頼性を調査するために、基板サイズ５インチ×５インチの太陽電池モジュールでスペーサーを用いてリード線付を行った太陽電池モジュールとスペーサーを用いずにリード線付をした太陽電池モジュールをそれぞれ５枚づつ作製した。このスペーサーを用いてリード線付を行った小型モジュールに於いても、予備半田付けの間隔を１０ｍｍとし、幅を７ｍｍ、厚み１００μｍのスペーサーを用いてリード線付けを行った。その後同様にＥＶＡとテドラーを用いて真空ラミネート法により加熱融着を行い、小型の太陽電池モジュールとした。本来ならばガラス基板の端面には、熱可塑性ブチルゴムなどにより封止した後、アルミフレームなどで保護するものである。しかしながら今回は、内部の空隙による性能低下を短時間で確かめる為に敢えて端面封止は行わなかった。これら合計１０個の太陽電池を８５℃／９０％ＲＨ．の高温高湿槽に１０００時間放置し、初期における電気特性と試験後の電気特性とを比較した。その結果を表３に示す。
【００１８】
【表３】

【００１９】
これらの表からも分かるようにスペーサーを用いた太陽電池モジュールは、５枚全てに於いて大きな特性低下は示さなかったが、スペーサーを用いなかった太陽電池モジュールの中には特性低下を示したものが見られた。
【００２０】
【実施例２】
実施例１と同様の方法で作製された基板サイズ３００ｍｍ×４００ｍｍのガラス基板上の太陽電池に、同様の方法でリード線６を超音波半田付け法により取り付けた。半田付け間隔は実施例１と同じ２０ｍｍ間隔である。ここではステンレス製で厚みが２００μｍのスペーサーを用いた。このガラス基板上にポリイソブチレンを主査骨格とした熱硬化型樹脂と、可塑剤、架橋剤、紫外線吸収剤、充填剤として酸化珪素、酸化チタンを加え撹拌脱泡を行い、粘度が１８０ポイズの液状樹脂をディスペンサーによりリード線の幅方向の一方の辺にかかるように連続的にリード線の長さ方向にわたって樹脂を塗布し、リード線とガラス基板の空隙に樹脂を注入した。この後ガラス基板上の太陽電池全面にポリイソブチレンを主鎖骨格とした熱硬化型樹脂と、可塑剤、架橋剤、紫外線吸収剤、充填剤として酸化珪素、酸化チタンを加え撹拌脱泡を行った粘度３５０ポイズの液状樹脂１１を太陽電池側に全面塗布し、その上からガラスクロス１２で覆い、ローラーを用いてエアーが入らないようにカバーした。この後この太陽電池を１５０℃のオーブンにて約１時間放置させ、樹脂を硬化させることにより太陽電池モジュールを作製した。この太陽電池モジュールの断面図を図５に示す。
【００２１】
この場合も実施例１と同様に、この太陽電池モジュールは、スペーサーを用いなかった太陽電池モジュールに比べ大きな特性低下は示さなかった。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、太陽電池等の半導体の取り出し電極部分をスペーサーを用いてリード線付けすることにより、裏面封止樹脂が絶縁基板とリード線の間に未充填部分を残すことなく注入させることが可能となり、その結果半導体装置の信頼性を大幅に向上させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置の一例である太陽電池の断面図
【図２】リード線を予備半田付けした断面図
【図３】（Ａ）スペーサーを空隙部に挿入した取り付け部の上側から見た図（Ｂ）はその断面図
【図４】実施例１の太陽電池モジュールの断面図
【図５】実施例２の太陽電池モジュールの断面図
【符号の説明】
１裏面電極層
２非晶質半導体層
３透明導電膜層
４ガラス基板
５太陽電池層
６半田メッキ銅箔（リード線）
７予備半田
８スペーサー
９ＥＶＡ
１０テドラーフィルム
１１液状樹脂（ポリイソブチレン）
１２ガラスクロス

Claims

ガラス基板上に直接形成された太陽電池層からなる複数のセルが集積化されてなる太陽電池モジュールであって、該太陽電池モジュール内の最も電位差が大きくなる正負の電極部分に於いて、各々の該電極部分に対応する取り出し電極が、一つの該電極部分内の所定の間隔の位置にて該ガラス基板上に複数の該位置で半田付けされてなり、また、少なくとも該取り出し電極が封止樹脂により封止されてなり、さらに、該所定の間隔における該取り出し電極と該太陽電池層との間の空隙に該封止樹脂が充填されてなることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記取り出し電極が半田メッキ銅箔であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池層が透明導電膜層、非晶質半導体層、及び裏面電極層からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
前記所定の間隔で予備半田付を行った後にその位置に、前記取り出し電極を前記半田付けすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記半田付けを、前記取り出し電極と前記太陽電池層との間の空隙に所定の高さのスペーサー挿入して行うことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。