JP5707110B2 - 導電性接着材料、太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、導電性粒子が分散された導電性接着材料、これを用いて太陽電池セルの表面／裏面電極とタブ線とを接続する太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
従来、結晶シリコン系太陽電池モジュールでは、複数の隣接する太陽電池セルが、ハンダコートされたリボン状銅箔からなるタブ線により接続されている。タブ線は、その一端側を一の太陽電池セルの表面電極に接続され、他端側を隣接する他の太陽電池セルの裏面電極に接続することにより、各太陽電池セルを直列に接続する。
具体的に、太陽電池セルとタブ線との接続は、太陽電池セルの受光面に銀ペーストのスクリーン印刷により形成されたバスバー電極及び太陽電池セルの裏面接続部に形成されたＡｇ電極と、タブ線とがハンダ処理により接続されている。なお、太陽電池セル裏面の接続部以外の領域はＡｌ電極が形成されている。
しかし、ハンダ付けでは２００℃を超える高温による接続処理が行われるため、太陽電池セルの反りや、タブ線と表面電極及び裏面電極との接続部に生じる内部応力、さらにフラックスの残渣等により、太陽電池セルの表面電極及び裏面電極とタブ線との間の接続信頼性が低下することが懸念される。
そこで、太陽電池セルの表面電極及び裏面電極とタブ線との接続に、比較的低い温度での熱圧着処理による接続が可能な導電性接着フィルムの使用が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
しかしながら、従来の太陽電池モジュール用導電性接着フィルムは、導電性粒子として金属フィラーが用いられ、ハンダ付けのように電極と金属結合を形成しないため、接続信頼性が懸念されていた。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、高い接続信頼性が得られる導電性接着材料及びその製造方法、並びに太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
本件発明者らは、鋭意検討を行った結果、導電性接着材料の導電性粒子としてハンダ粒子を用い、硬化剤として酸無水物系硬化剤又はフェノール系硬化剤を用いることにより、高い接続信頼性が得られることを見出した。
すなわち、本発明に係る導電性接着材料は、太陽電池モジュールの電極とインターコネクタとを接続させる導電性接着材料であって、膜形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、硬化剤と、導電性粒子とを含有し、前記硬化剤が、ノルボルネン骨格を有する脂環式酸無水物であり、前記導電性粒子が、Ｓｎ−Ｂｉ（５０〜５８％）系のハンダ粒子であることを特徴とする。また、本発明に係る導電性接着材料は、太陽電池モジュールの電極とインターコネクタとを接続させる導電性接着材料であって、膜形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、ノルボルネン骨格を有する脂環式酸無水物と、Ｓｎ−Ｂｉ（５０〜５８％）系のハンダ粒子とを含有し、前記脂環式酸無水物の硬化開始温度が、前記ハンダ粒子の融点以上であり、前記脂環式酸無水物の硬化開始温度と前記ハンダ粒子の融点との差が、１５℃以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る太陽電池モジュールは、一の太陽電池セルの表面電極と、該一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とを導電性接着材料を介してタブ線で電気的に接続させた太陽電池モジュールにおいて、前記導電性接着材料が、形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、硬化剤と、導電性粒子とを含有し、前記硬化剤が、ノルボルネン骨格を有する脂環式酸無水物であり、前記導電性粒子が、Ｓｎ−Ｂｉ（５０〜５８％）系のハンダ粒子であることを特徴とする。
また、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、一の太陽電池セルの表面電極と、該一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とを導電性接着材料を介してタブ線で電気的に接続させる太陽電池モジュールの製造方法において、前記導電性接着材料が、形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、硬化剤と、導電性粒子とを含有し、前記硬化剤が、ノルボルネン骨格を有する脂環式酸無水物であり、前記導電性粒子が、Ｓｎ−Ｂｉ（５０〜５８％）系のハンダ粒子であり、前記一の太陽電池セルの表面電極とタブ線、及び前記他の太陽電池セルの裏面電極とタブ線とを、前記導電性接着材料を介在させて仮配置する仮配置工程と、前記タブ線の上面から加熱押圧ヘッドにより押圧する押圧工程とを有することを特徴とする。
また、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は一の太陽電池セルの表面電極と、該一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とを導電性接着材料を介してタブ線で電気的に接続させる太陽電池モジュールの製造方法において、前記導電性接着材料が、形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、硬化剤と、導電性粒子とを含有し、前記硬化剤が、ノルボルネン骨格を有する脂環式酸無水物であり、前記導電性粒子が、Ｓｎ−Ｂｉ（５０〜５８％）系のハンダ粒子であり、前記一の太陽電池セルの表面電極とタブ線、及び前記他の太陽電池セルの裏面電極とタブ線とを、前記導電性接着材料を介在させて仮配置する仮配置工程と、前記太陽電池セルの上下面に封止材、保護基材を順に積層し、前記保護基材の上面からラミネート装置にてラミネート圧着させ、前記封止材を硬化させるとともに前記表面電極とタブ線及び前記裏面電極とタブ線とを接続させるラミネート圧着工程とを有することを特徴とする。
本発明によれば、導電性接着材料の導電性粒子としてハンダ粒子を用い、硬化剤として酸無水物系硬化剤又はフェノール系硬化剤を用いることにより、ハンダの濡れ広がりを向上させ、強固な金属結合を形成させることができるため、高い接続信頼性を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．導電性接着材料
２．太陽電池モジュール
３．太陽電池モジュールの製造方法
４．実施例
１．導電性接着材料
２．太陽電池モジュール
３．太陽電池モジュールの製造方法
４．実施例
＜１．導電性接着材料＞
先ず、太陽電池セルの表面電極又は裏面電極とタブ線とを電気的に接続するための導電性接着材料について説明する。なお、導電性接着材料の形状は、フィルム形状に限定されず、ペーストであってもよい。
先ず、太陽電池セルの表面電極又は裏面電極とタブ線とを電気的に接続するための導電性接着材料について説明する。なお、導電性接着材料の形状は、フィルム形状に限定されず、ペーストであってもよい。
本実施の形態における導電性接着材料は、膜形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、硬化剤と、導電性粒子とを含有し、硬化剤として酸無水物系硬化剤又はフェノール系硬化剤を用い、導電性粒子としてハンダ粒子を用いる。
膜形成樹脂は、平均分子量が１００００以上の高分子量樹脂に相当し、フィルム形成性の観点から、１００００〜８００００程度の平均分子量であることが好ましい。膜形成樹脂としては、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノキシ樹脂等の種々の樹脂を使用することができ、その中でも膜形成状態、接続信頼性等の観点からフェノキシ樹脂が好適に用いられる。
液状エポキシ樹脂としては、常温で流動性を有していれば、特に制限はなく、市販のエポキシ樹脂が全て使用可能である。このようなエポキシ樹脂としては、具体的には、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂などを用いることができる。これらは単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、アクリル樹脂など他の有機樹脂と適宜組み合わせて使用してもよい。
硬化剤としては、酸無水物系硬化剤又はフェノール系硬化剤が用いられる。これらの硬化剤は、ハンダの濡れ広がりを向上させるフラックス効果を有するとともに、硬化時にエポキシ成分と反応するため、硬化剤の残渣による悪影響を防ぐことができる。
酸無水物系硬化剤としては、脂環式酸無水物、芳香族酸無水物、脂肪族酸無水物などを用いることができる。これらの中でも、ノルボルネン骨格を有する脂環式酸無水物が好適に用いられる。このような脂環式酸無水物としては、下記一般式で表されるメチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2.3-ジカルボン酸無水物／ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2.3-ジカルボン酸無水物を挙げることができる。
なお、フリーのカルボン酸を有する硬化剤は、反応性が高く、導電性接着材料のライフが低下してしまうため好ましくない。
また、フェノール系硬化剤としては、フェノールホルムアルデヒド型ノボラック樹脂、フェノールアラルキル型ノボラック樹脂などを用いることができる。
導電性粒子としては、比較的低い温度での熱圧着処理による接続が可能な共晶ハンダ、Ｂｉ、Ｉｎを添加した低融点ハンダなどのハンダ粒子が好ましく用いられる。ハンダ粒子の融点は、硬化剤の開始温度に応じて適宜設定されるが、太陽電池セルの反りや、タブ線と表裏面電極との接続部に生じる内部応力の観点から、１００℃以上２００℃以下であることが好ましく、より好ましくは１３５℃以上１５０℃以下である。
ハンダ粒子と硬化剤との関係において、硬化剤の硬化開始温度が、ハンダ粒子の融点以上であることが好ましい。これにより、硬化剤の十分なフレックス機能を発現させた後に、硬化剤とエポキシとを硬化させることができる。また、後述する封止樹脂の硬化と、電極とタブ線との接続とを同時に行うラミネート圧着工程においても好適に用いることができる。
また、硬化剤の硬化開始温度とハンダ粒子の融点との差の絶対値は、３５℃以下であることが好ましく、より好ましくは１５℃以下である。これよりも温度差が大きくなると、フラックス効果が不足し、接続信頼性が低下する。
また、その他の添加組成物として、アクリルゴム（ＡＣＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などのゴム系の弾性粒子を配合することが好ましい。弾性粒子は、内部応力を吸収することができ、また、硬化阻害を起こさないため、高い接続信頼性を与えることができる。
さらに、シランカップリング剤を添加してもよい。シランカップリング剤としては、エポキシ系、アミノ系、メルカプト・スルフィド系、ウレイド系などを用いることができる。これにより、有機材料と無機材料の界面における接着性を向上させることができる。
このような導電性接着材料によれば、比較的低い温度の熱圧着処理にてタブ線と電極との間に強固な金属結合を形成させることができ、高い接続信頼性を得ることができる。
前述の構成からなる導電性接着材料を製造する場合、形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、硬化剤と、導電性粒子とを溶剤に溶解させる。溶剤としては、トルエン、酢酸エチルなど、又はこれらの混合溶剤を用いることができる。
また、シート形状の導電性導電フィルムを製造する場合、形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、硬化剤と、導電性粒子とが溶剤に溶解された樹脂組成物をバーコーター、塗布装置などを用いて、剥離基材上に塗布し、剥離基材上の組成物を熱オーブン、加熱乾燥装置などを用いて乾燥させることにより、所定厚さの導電性導電フィルムを得ることができる。剥離基材は、例えば、シリコーンなどの剥離剤がＰＥＴ（Poly Ethylene Terephthalate）、ＯＰＰ（Oriented Polypropylene）、ＰＭＰ（Poly-4-methylpentene−1）、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）などに塗布した積層構造からなり、導電性導電フィルムの乾燥を防ぐとともに、これらの形状を維持することができる。
＜２．太陽電池モジュール＞
以下、本発明が適用された太陽電池モジュール及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明が適用された太陽電池モジュール１は、光電変換素子として、単結晶型シリコン光電変換素子、多結晶型光電変換素子を用いる結晶シリコン系太陽電池モジュールや、アモルファスシリコンからなるセルと微結晶シリコンやアモルファスシリコンゲルマニウムからなるセルとを積層させた光電変換素子を用いた薄膜シリコン系太陽電池である。
以下、本発明が適用された太陽電池モジュール及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明が適用された太陽電池モジュール１は、光電変換素子として、単結晶型シリコン光電変換素子、多結晶型光電変換素子を用いる結晶シリコン系太陽電池モジュールや、アモルファスシリコンからなるセルと微結晶シリコンやアモルファスシリコンゲルマニウムからなるセルとを積層させた光電変換素子を用いた薄膜シリコン系太陽電池である。
図１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がインターコネクタとなるタブ線３によって直列に接続されたストリングス４を有し、このストリングス４を複数配列したマトリクス５を備える。そして、太陽電池モジュール１は、このマトリクス５が封止接着剤のシート６で挟まれ、保護基材として受光面側に設けられた表面カバー７及び裏面側に設けられたバックシート８とともに一括してラミネートされ、最後に、周囲にアルミニウムなどの金属フレーム９が取り付けられることにより形成される。
封止接着剤としては、例えばエチレンビニルアルコール樹脂（ＥＶＡ）等の透光性封止材が用いられる。また、表面カバー７としては、例えば、ガラスや透光性プラスチック等の透光性の材料が用いられる。また、バックシート８としては、ガラスやアルミニウム箔を樹脂フィルムで挟持した積層体等が用いられる。
太陽電池モジュールの各太陽電池セル２は、図２に示すように、シリコン基板からなる光電変換素子１０を有する。光電変換素子１０は、受光面側に表面電極となるバスバー電極１１と、バスバー電極１１とほぼ直交する方向に形成された集電極であるフィンガー電極１２が設けられている。また、光電変換素子１０は、受光面と反対の裏面側に、アルミニウムからなるＡｌ裏面電極１３が設けられている。
そして、太陽電池セル２は、タブ線３によって、表面のバスバー電極１１と、隣接する太陽電池セル２のＡｌ裏面電極１３とが電気的に接続され、これにより直列に接続されたストリングス４を構成する。タブ線３とバスバー電極１１及びＡｌ裏面電極１３との接続は、導電性接着フィルム２０によって行う。
タブ線３は、従来の太陽電池モジュールで使用されているタブ線を利用することができる。タブ線３は、例えば、５０〜３００μｍ厚のリボン状銅箔を使用し、必要に応じて金メッキ、銀メッキ、スズメッキ、ハンダメッキ等を施すことにより形成される。また、タブ線３に、予め導電性接着フィルムが積層されたものを用いてもよい。
バスバー電極１１は、Ａｇペーストを塗布し、加熱することにより形成される。太陽電池セル２の受光面に形成されるバスバー電極１１は、入射光を遮る面積を小さくし、シャドーロスを抑えるために、例えば１ｍｍ幅でライン状に形成されている。バスバー電極１１の数は、太陽電池セル２のサイズや抵抗を考慮して適宜設定される。
フィンガー電極１２は、バスバー電極１１と同様の方法により、バスバー電極１１と交差するように、太陽電池セル２の受光面のほぼ全面に亘って形成されている。また、フィンガー電極１２は、例えば約１００μｍ程度の幅を有するラインが、所定間隔、例えば２ｍｍおきに形成されている。
Ａｌ裏面電極１３は、アルミニウムからなる電極が例えばスクリーン印刷やスパッタ等により太陽電池セル２の裏面に形成される。
なお、太陽電池セル２は、バスバー電極１１を必ずしも設ける必要はない。この場合、太陽電池セル２は、フィンガー電極１２の電流が、フィンガー電極１２と交差するタブ線３によって集められる。また、Ａｌ裏面電極１３にタブ線と接続不良にならない程度に開口部を形成してもよく、これによって接着強度を確保してもよい。
＜３．太陽電池モジュールの製造方法＞
次に、太陽電池モジュールの製造方法について、図１を参照して説明する。第１の実施の形態における太陽電池モジュールの製造方法は、一の太陽電池セルの表面電極と、一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とを導電性接着フィルムを介してタブ線で電気的に接続させる太陽電池モジュールの製造方法において、一の太陽電池セルの表面電極とタブ線、及び前記他の太陽電池セルの裏面電極とタブ線とを、前述した導電性接着フィルムを介在させて仮配置し、タブ線の上面から加熱押圧ヘッドにより押圧するものである。
次に、太陽電池モジュールの製造方法について、図１を参照して説明する。第１の実施の形態における太陽電池モジュールの製造方法は、一の太陽電池セルの表面電極と、一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とを導電性接着フィルムを介してタブ線で電気的に接続させる太陽電池モジュールの製造方法において、一の太陽電池セルの表面電極とタブ線、及び前記他の太陽電池セルの裏面電極とタブ線とを、前述した導電性接着フィルムを介在させて仮配置し、タブ線の上面から加熱押圧ヘッドにより押圧するものである。
具体的には、先ず、光電変換素子１０の表面にＡｇペーストの塗布、焼成によってフィンガー電極１２及びバスバー電極１１を形成し、裏面にＡｌスクリーン印刷等によってタブ線３の接続部にＡｌ裏面電極１３を形成し、太陽電池セルを作製する。
次いで、光電変換素子１０表面のバスバー電極１１及び裏面のＡｌ裏面電極１３に導電性接着フィルム２０を貼着し、この導電性接着フィルム２０上にタブ線３を配設する。
そして、タブ線３の上から所定の圧力で加熱押圧することにより、タブ線３とバスバー電極１１及びＡｌ裏面電極１３を電気的に接続する。このとき、タブ線３は、導電性接着フィルム２０のバインダ樹脂がＡｇペーストにより形成されたバスバー電極１１と良好な接着性を備えることから、バスバー電極１１と機械的に強固に接続される。また、タブ線３は、Ａｌ裏面電極１３と電気的に接続される。
太陽電池セル２が接続されたマトリクス５を封止接着剤のシート６で挟み、保護材として受光面側に設けられた表面カバー７及び裏面側に設けられたバックシート８とともに一括してラミネートすることにより、太陽電池モジュール１が製造される。
この第１の実施の形態では、前述した導電性接着フィルムが、形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、硬化剤と、導電性粒子とを含有し、硬化剤が、酸無水物系硬化剤又はフェノール系硬化剤であり、導電性粒子が、ハンダ粒子であることにより、加熱押圧ヘッドによる押圧時に、２００℃以下の比較的低い温度の熱圧着処理にてタブ線と電極との間に強固な金属結合を形成させることができ、高い接続信頼性を得ることができる。
次に、封止樹脂の硬化と、電極とタブ線との接続とを同時に行う第２の実施の形態における太陽電池モジュールの製造方法について説明する。第２の実施の形態における太陽電池モジュールの製造方法は、一の太陽電池セルの表面電極と、一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とを導電性接着フィルムを介してタブ線で電気的に接続させる太陽電池モジュールの製造方法において、一の太陽電池セルの表面電極とタブ線、及び他の太陽電池セルの裏面電極とタブ線とを、前述した導電性接着フィルムを介在させて仮固定し、太陽電池セルの上下面に封止材、保護基材を順に積層し、保護基材の上面からラミネート装置にてラミネート圧着させ、封止材を硬化させるとともに表面電極とタブ線及び裏面電極とタブ線とを接続させるものである。
先ず、封止樹脂の硬化と、電極とタブ線との接続とを同時に行うラミネート装置について説明する。
図３は、減圧ラミネーターの構成を示す図である。減圧ラミネーター３０は、上部ユニット３１と下部ユニット３２とから構成される。これらのユニットは、Ｏリングなどのシール部材３３を介して分離可能に一体化される。上部ユニット３１には、シリコンラバーなどの可撓性シート３４が設けられており、この可撓性シート３４により、減圧ラミネーター３０が第１室３５と第２室３６とに区画される。
また、上部ユニット３１及び下部ユニット３２のそれぞれには、各室がそれぞれ独立的に内圧調整、すなわち、真空ポンプやコンプレッサーなどにより、減圧、加圧、さらに大気開放も可能となるように、配管３７、３８が設けられている。配管３７は、切替バルブ３９により配管３７ａと配管３７ｂとの２方向に分岐しており、配管３８は、切替バルブ４０により配管３８ａと配管３８ｂとの２方向に分岐している。また、下部ユニット３２には、加熱可能なステージ４１が設けられている。
次に、この減圧ラミネーター３０を用いた具体的な接続方法について説明する。先ず、上部ユニット３１と下部ユニット３２とを分離し、ステージ４１上に、タブ線が仮固定された太陽電池セルの上下面に封止材、保護基材（表面カバー７、バックシート８）を順に積層した積層物を載置する。なお、太陽電池セルへのタブ線の仮固定時の温度は、導電性接着材料のハンダ粒子の融点より低くても構わない。
そして、上部ユニット３１と下部ユニット３２とをシール部材３３を介して分離可能に一体化し、その後、配管３７ａ及び配管３８ａのそれぞれに真空ポンプを接続し、第１室３５及び第２室３６内を高真空にする。第２室３６内を高真空に保ったまま、切替バルブ３９を切り替えて、配管３７ｂから第１室３５内に大気を導入する。これにより、可撓性シート３４が第２室３６に向かって押し広げられ、結果、積層物がステージ４１で加熱されつつ、可撓性シート３４で押圧される。
熱圧着後、切替バルブ４０を切り替え、配管３８ｂから第２室３６内に大気を導入する。これにより、可撓性シート３４が第１室３５に向かって押し戻され、最終的に第１室３５及び第２室３６の内圧が同じとなる。
最後に、上部ユニット３１と下部ユニット３２とを引き離し、ステージ４１上から熱圧着処理された太陽電池モジュールを取り出す。これにより、封止樹脂の硬化と、電極とタブ線との接続とを同時に行うことができる。
この第２の実施の形態では、ラミネート装置における熱圧着温度を導電性接着材料のハンダ粒子の融点よりも高くすることで、タブ線と電極との間に強固な金属結合を形成させることができ、高い接続信頼性を得ることができる。また、硬化剤の硬化開始温度がハンダ粒子の融点以上である導電性接着材料を用いることにより、硬化剤の十分なフレックス機能を発現させた後に、硬化剤とエポキシとを硬化させることができる。さらに、硬化剤の硬化開始温度とハンダ粒子の融点との差が、１５℃以下である導電性接着材料を用いることにより、十分なフラックス効果が得られ、接続信頼性を向上させることができる。
＜４．実施例＞
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。ここでは、下記実施例１〜６及び比較例１〜３のように、導電性接着フィルムを用いて太陽電池セルの表裏面電極とタブ線とを接続し、その結合性、接着性及び接続信頼性を評価した。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。ここでは、下記実施例１〜６及び比較例１〜３のように、導電性接着フィルムを用いて太陽電池セルの表裏面電極とタブ線とを接続し、その結合性、接着性及び接続信頼性を評価した。
［結合性の評価］
フラックス機能の評価として、太陽電池セルの電極とタブ線とを引き剥がし、光学顕微鏡にてハンダの濡れ広がりを観察した。表１、２に示す評価において、元の面積から面積比３．０倍以上の濡れ広がりを示したものを◎、元の面積から面積比１．５倍以上３．０倍未満の濡れ広がりを示したものを○、元の面積から面積比１．５倍未満の濡れ広がりを示したものを△、元の面積から濡れ広がりを示さないものを×とした。
フラックス機能の評価として、太陽電池セルの電極とタブ線とを引き剥がし、光学顕微鏡にてハンダの濡れ広がりを観察した。表１、２に示す評価において、元の面積から面積比３．０倍以上の濡れ広がりを示したものを◎、元の面積から面積比１．５倍以上３．０倍未満の濡れ広がりを示したものを○、元の面積から面積比１．５倍未満の濡れ広がりを示したものを△、元の面積から濡れ広がりを示さないものを×とした。
［接着性の評価］
太陽電池セルのタブ線を電極面に対して９０°方向に引張り試験機（テンシオロン、オリエンテック社製）を用いて引き上げ、接着強度を測定した。表１、２に示す評価において、接着強度が２．０Ｎ／ｍｍ以上のものを◎、接着強度が１．５Ｎ／ｍｍ以上２．０Ｎ／ｍｍ未満のものを○、接着強度が１．０Ｎ／ｍｍ以上１．５Ｎ／ｍｍ未満のものを△、接着強度が１．０Ｎ／ｍｍ未満のものを×とした。
太陽電池セルのタブ線を電極面に対して９０°方向に引張り試験機（テンシオロン、オリエンテック社製）を用いて引き上げ、接着強度を測定した。表１、２に示す評価において、接着強度が２．０Ｎ／ｍｍ以上のものを◎、接着強度が１．５Ｎ／ｍｍ以上２．０Ｎ／ｍｍ未満のものを○、接着強度が１．０Ｎ／ｍｍ以上１．５Ｎ／ｍｍ未満のものを△、接着強度が１．０Ｎ／ｍｍ未満のものを×とした。
［接続信頼性の評価］
太陽電池セルについて、初期（Initial）の抵抗と、温度８５℃、湿度８５％ＲＨ、５００時間のＴＨテスト（Thermal Humidity Test）後の抵抗を測定した。測定は、デジタルマルチメータ（デジタルマルチメータ７５５５、横河電機社製）を用いて４端子法にて電流１ｍＡを流したときの接続抵抗を測定した。表１、２に示す評価において、接続抵抗が４Ω未満のものを◎、接続抵抗が４Ω以上５Ω未満のものを○、接続抵抗が５Ω以上６Ω未満のものを△、接続抵抗が６Ω以上のものを×とした。
太陽電池セルについて、初期（Initial）の抵抗と、温度８５℃、湿度８５％ＲＨ、５００時間のＴＨテスト（Thermal Humidity Test）後の抵抗を測定した。測定は、デジタルマルチメータ（デジタルマルチメータ７５５５、横河電機社製）を用いて４端子法にて電流１ｍＡを流したときの接続抵抗を測定した。表１、２に示す評価において、接続抵抗が４Ω未満のものを◎、接続抵抗が４Ω以上５Ω未満のものを○、接続抵抗が５Ω以上６Ω未満のものを△、接続抵抗が６Ω以上のものを×とした。
［実施例１］
フェノキシ樹脂（ＹＤ−５０、新日鐵化学（株）製）を２０質量部、液状エポキシ樹脂（ＥＰ８２８、三菱化学（株）製）を３０質量部、酸無水物系硬化剤（ＨＮＡ−１００、新日本理化（株）製）を２０質量部、アクリルゴム（テイサンレジンＳＧ８０Ｈ、ナガセケムテックス（株）製）を１５質量部、ポリブタジエンゴム（ＲＫＢシリーズ、レジナス化成（株）製）を１５質量部、及びＳｎ−Ｉｎ（５２％）系ハンダ粒子（溶点１１７℃、千住金属工業（株）製）を３０質量部配合し、導電性接着材料を調製した。これを、剥離処理されたＰＥＴにバーコーターを用いて塗布し、８０℃のオーブンで５分乾燥させ、厚さ２５μｍの導電性接着フィルムを作製した。
フェノキシ樹脂（ＹＤ−５０、新日鐵化学（株）製）を２０質量部、液状エポキシ樹脂（ＥＰ８２８、三菱化学（株）製）を３０質量部、酸無水物系硬化剤（ＨＮＡ−１００、新日本理化（株）製）を２０質量部、アクリルゴム（テイサンレジンＳＧ８０Ｈ、ナガセケムテックス（株）製）を１５質量部、ポリブタジエンゴム（ＲＫＢシリーズ、レジナス化成（株）製）を１５質量部、及びＳｎ−Ｉｎ（５２％）系ハンダ粒子（溶点１１７℃、千住金属工業（株）製）を３０質量部配合し、導電性接着材料を調製した。これを、剥離処理されたＰＥＴにバーコーターを用いて塗布し、８０℃のオーブンで５分乾燥させ、厚さ２５μｍの導電性接着フィルムを作製した。
次に、６インチ多結晶Ｓｉセル（寸法：１５．６ｃｍ×１５．６ｃｍ、厚さ：１８０μｍ）のＡｇからなる表面電極部分及びＡｌからなる裏面電極部分に導電性接着フィルムを張り合わせ、導電性接着フィルム上にハンダが被覆されたＣｕタブ線（幅：２ｍｍ、厚さ：０．１５ｍｍ）をヒーターヘッドにより熱加圧（１４０℃、１５秒、２ＭＰａ）して仮固定させた。
そして、タブ線が仮固定された太陽電池セルを封止接着剤のシートで挟み、受光面側に設けられた表面カバー及び裏面側に設けられたバックシートとともに一括してラミネートした。具体的には、図３に示す減圧ラミネーター３０の第２室３６の加熱ステージを１５５℃に維持しながら、第１室３５と第２室３６とを共に１３３Ｐａまで減圧した後、第２室３６の減圧を保持したまま、第１室３５に大気を導入した大気圧とした。この状態を５分間保持した後、第２室３６に大気を導入し、大気圧とした。
この太陽電池モジュールの結合性の評価結果は○、接着性の評価結果は○、及び接続信頼性の評価結果は初期段階で○ＴＨテスト後で△であった。表１にこれらの結果を示す。
［実施例２］
Ｓｎ−Ｂｉ（５８％）系ハンダ粒子（溶点１３９℃、千住金属工業（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様にして導電性接着フィルムを作製した。この導電性接着フィルムを用いて、実施例１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
Ｓｎ−Ｂｉ（５８％）系ハンダ粒子（溶点１３９℃、千住金属工業（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様にして導電性接着フィルムを作製した。この導電性接着フィルムを用いて、実施例１と同様にして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結合性の評価結果は○、接着性の評価結果は○、及び接続信頼性の評価結果は初期段階で◎ＴＨテスト後で○であった。表１にこれらの結果を示す。
［実施例３］
Ｓｎ−Ｂｉ（５０％）系ハンダ粒子（溶点１５０℃、千住金属工業（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様にして導電性接着フィルムを作製した。この導電性接着フィルムを用いて、実施例１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
Ｓｎ−Ｂｉ（５０％）系ハンダ粒子（溶点１５０℃、千住金属工業（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様にして導電性接着フィルムを作製した。この導電性接着フィルムを用いて、実施例１と同様にして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結合性の評価結果は◎、接着性の評価結果は◎、及び接続信頼性の評価結果は初期段階で◎ＴＨテスト後で◎であった。表１にこれらの結果を示す。
［実施例４］
Ｓｎ−Ｐｂ（３７％）系ハンダ粒子（溶点１８３℃、千住金属工業（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
Ｓｎ−Ｐｂ（３７％）系ハンダ粒子（溶点１８３℃、千住金属工業（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
また、仮固定時の熱加圧を１８０℃で行った以外は、実施例１と同様にして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結合性の評価結果は○、接着性の評価結果は○、及び接続信頼性の評価結果は初期段階で○ＴＨテスト後で△であった。表１にこれらの結果を示す。
［実施例５］
酸無水物系硬化剤に代えてフェノール系硬化剤（ＴＤ−２１３１、ＤＩＣ（株）製）を用い、Ｓｎ−Ｂｉ（５０％）系ハンダ粒子（溶点１５０℃、千住金属工業（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様にして導電性接着フィルムを作製した。この導電性接着フィルムを用いて、実施例１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
酸無水物系硬化剤に代えてフェノール系硬化剤（ＴＤ−２１３１、ＤＩＣ（株）製）を用い、Ｓｎ−Ｂｉ（５０％）系ハンダ粒子（溶点１５０℃、千住金属工業（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様にして導電性接着フィルムを作製した。この導電性接着フィルムを用いて、実施例１と同様にして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結合性の評価結果は△、接着性の評価結果は△、及び接続信頼性の評価結果は初期段階で○ＴＨテスト後で△であった。表１にこれらの結果を示す。
［実施例６］
Ｓｎ−Ｐｂ（３７％）系ハンダ粒子（溶点１８３℃、千住金属工業（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
Ｓｎ−Ｐｂ（３７％）系ハンダ粒子（溶点１８３℃、千住金属工業（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
また、仮固定時の熱加圧を１８０℃で行い、図３に示す減圧ラミネーター３０の第２室３６の加熱ステージを２００℃に維持した以外は、実施例４と同様にして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結合性の評価結果は△、接着性の評価結果は○、及び接続信頼性の評価結果は初期段階で、○ＴＨテスト後で△であった。表１にこれらの結果を示す。
［比較例１］
酸無水物系硬化剤に代えて有機酸ジヒドラジド系硬化剤（アミキュアＵＤＨ−Ｊ、味の素ファインテクノ（株）製）を用い、Ｓｎ−Ｂｉ（５０％）系ハンダ粒子（溶点１５０℃、千住金属工業（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様にして導電性接着フィルムを作製した。この導電性接着フィルムを用いて、実施例１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
酸無水物系硬化剤に代えて有機酸ジヒドラジド系硬化剤（アミキュアＵＤＨ−Ｊ、味の素ファインテクノ（株）製）を用い、Ｓｎ−Ｂｉ（５０％）系ハンダ粒子（溶点１５０℃、千住金属工業（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様にして導電性接着フィルムを作製した。この導電性接着フィルムを用いて、実施例１と同様にして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結合性の評価結果は×、接着性の評価結果は△、及び接続信頼性の評価結果は初期段階で×ＴＨテスト後で×であった。表２にこれらの結果を示す。
［比較例２］
酸無水物系硬化剤に代えてイミダゾール系硬化剤（ノバキュアＨＸ３９４１ＨＰ、旭化成イーマテリアルズ（株）製）を用い、Ｓｎ−Ｂｉ（５０％）系ハンダ粒子（溶点１５０℃、千住金属工業（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様にして導電性接着フィルムを作製した。この導電性接着フィルムを用いて、実施例１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
酸無水物系硬化剤に代えてイミダゾール系硬化剤（ノバキュアＨＸ３９４１ＨＰ、旭化成イーマテリアルズ（株）製）を用い、Ｓｎ−Ｂｉ（５０％）系ハンダ粒子（溶点１５０℃、千住金属工業（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様にして導電性接着フィルムを作製した。この導電性接着フィルムを用いて、実施例１と同様にして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結合性の評価結果は×、接着性の評価結果は△、及び接続信頼性の評価結果は初期段階で×ＴＨテスト後で×であった。表２にこれらの結果を示す。
有機酸ジヒドラジド系硬化剤を用いた比較例１、及びイミダゾール系硬化剤を用いた比較例２では、ハンダの濡れ広がりが観察できず、良好な接続信頼性が得られなかった。一方、酸無水物系硬化剤を用いた実施例１〜４、６、及びフェノール系硬化剤を用いた実施例５では、ハンダの濡れ広がりが観察された。すなわち、実施例１〜６によれば、ハンダ粒子を用いた導電性接着フィルムにおいてフラックス機能が発現されるため、良好な接続信頼性が得られることが分かった。
実施例１〜３より、封止樹脂の硬化と、電極とタブ線との接続とを同時に行う接続方法を用いることにより、良好な接続信頼性が得ることが分かった。また、実施例４、６より、加熱押圧ヘッドによる（仮）固定時に電極とタブ線とを接続させても、良好な接続信頼性が得ることが分かった。
また、硬化剤の硬化開始温度とハンダ粒子の融点との差が、１５℃以下であることにより、結合性、接着性、及び接続信頼性の全てについて高い評価結果が得られた（実施例２、３）。
１ 太陽電池モジュール、２ 太陽電池セル、３ タブ線、４ ストリングス、５ マトリクス、６ シート、７ 表面カバー、８ バックシート、９ 金属フレーム、１０ 光電変換素子、１１ バスバー電極、１２ フィンガー電極、１３ Ａｌ裏面電極、２０ 導電性接着フィルム、３０ 減圧ラミネーター、３１ 上部ユニット、３２ 下部ユニット、３３ シール部材、３４ 可撓性シート、３５ 第１室、３６ 第２室、３７、３８ 配管、３９、４０ 切替バルブ、４１ ステージ
Claims (11)
- 太陽電池モジュールの電極とインターコネクタとを接続させる導電性接着材料であって、
膜形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、硬化剤と、導電性粒子とを含有し、
前記硬化剤が、ノルボルネン骨格を有する脂環式酸無水物であり、
前記導電性粒子が、Ｓｎ−Ｂｉ（５０〜５８％）系のハンダ粒子である導電性接着材料。 - 前記硬化剤の硬化開始温度が、前記ハンダ粒子の融点以上である請求項１記載の導電性接着材料。
- 前記硬化剤の硬化開始温度と前記ハンダ粒子の融点との差が、１５℃以下である請求項２記載の導電性接着材料。
- 前記ハンダ粒子の融点が、１３５℃以上１５０℃以下である請求項２又は３記載の導電性接着材料。
- 一の太陽電池セルの表面電極と、該一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とを導電性接着材料を介してタブ線で電気的に接続させた太陽電池モジュールにおいて、
前記導電性接着材料が、形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、硬化剤と、導電性粒子とを含有し、前記硬化剤が、ノルボルネン骨格を有する脂環式酸無水物であり、前記導電性粒子が、Ｓｎ−Ｂｉ（５０〜５８％）系のハンダ粒子である太陽電池モジュール。 - 一の太陽電池セルの表面電極と、該一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とを導電性接着材料を介してタブ線で電気的に接続させる太陽電池モジュールの製造方法において、
前記導電性接着材料が、形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、硬化剤と、導電性粒子とを含有し、前記硬化剤が、ノルボルネン骨格を有する脂環式酸無水物であり、前記導電性粒子が、Ｓｎ−Ｂｉ（５０〜５８％）系のハンダ粒子であり、
前記一の太陽電池セルの表面電極とタブ線、及び前記他の太陽電池セルの裏面電極とタブ線とを、前記導電性接着材料を介在させて仮配置する仮配置工程と、
前記タブ線の上面から加熱押圧ヘッドにより押圧する押圧工程と
を有する太陽電池モジュールの製造方法。 - 一の太陽電池セルの表面電極と、該一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とを導電性接着材料を介してタブ線で電気的に接続させる太陽電池モジュールの製造方法において、
前記導電性接着材料が、形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、硬化剤と、導電性粒子とを含有し、前記硬化剤が、ノルボルネン骨格を有する脂環式酸無水物であり、前記導電性粒子が、Ｓｎ−Ｂｉ（５０〜５８％）系のハンダ粒子であり、
前記一の太陽電池セルの表面電極とタブ線、及び前記他の太陽電池セルの裏面電極とタブ線とを、前記導電性接着材料を介在させて仮配置する仮配置工程と、
前記太陽電池セルの上下面に封止材、保護基材を順に積層し、前記保護基材の上面からラミネート装置にてラミネート圧着させ、前記封止材を硬化させるとともに前記表面電極とタブ線及び前記裏面電極とタブ線とを接続させるラミネート圧着工程と
を有する太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記ラミネート圧着工程における温度が、前記ハンダ粒子の融点よりも高い請求項７記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 太陽電池モジュールの電極とインターコネクタとを接続させる導電性接着材料であって、
膜形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、ノルボルネン骨格を有する脂環式酸無水物と、Ｓｎ−Ｂｉ（５０〜５８％）系のハンダ粒子とを含有し、
前記脂環式酸無水物の硬化開始温度が、前記ハンダ粒子の融点以上であり、前記脂環式酸無水物の硬化開始温度と前記ハンダ粒子の融点との差が、１５℃以下である導電性接着材料。 - 前記ハンダ粒子の融点が、１３５℃以上１５０℃以下である請求項９記載の導電性接着材料。
- 前記脂環式酸無水物の硬化開始温度と前記ハンダ粒子の融点との差が、１１℃以下である請求項１０記載の導電性接着材料。
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