KR101245042B1 - 태양전지용 전극선재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 납땜시에 태양전지용 반도체기판에 크랙이 발생하기 어렵고, 또한 도전성이 우수한 태양전지용 전극선재를 제공하는 것을 과제로 한다. 이의 해결수단으로는, 본 발명의 태양전지용 전극선재는, 체적저항율이 2.3μΩ·cm 이하이고, 또한 평균 내력이 19.6MPa 이상, 85MPa 이하인 심재(2)와, 상기 심재(2)의 표면에 적층형성된 용융 땜납 도금층(3A, 3B)을 구비한다. 상기 심재(2)는, 산소가 20ppm 이하인 순동의 소둔재로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 심재(2)는 알루미늄으로 형성된 중간층과, 상기 중간층의 양면에 적층형성된 구리층을 가지는 클래드재로 구성될 수 있다.

Description

태양전지용 전극선재{ELECTRODE WIRE FOR SOLAR BATTERY}
본 발명은, 태양전지의 접속용 리드선(lead wire)으로 쓰이는 전극선재에 관한 것이다.
태양전지는, PN접합을 가진 실리콘 반도체에 형성된 반도체기판과, 상기 반도체기판의 표면에 선상(線狀)으로 구비된 복수의 표면전극에 교차하도록 구비된 땜납 밴드에 납땜된 접속용 리드선을 구비하고 있고, 보통 소정의 기전력을 얻기 위해서 복수의 태양전지를 직렬로 접속해서 사용된다. 직렬접속은 하나의 태양전지의 표면전극에 접속용 리드선의 한 쪽 표면(하면)을 납땜하고, 다른 쪽의 표면(상면)을 인접하는 태양전지의, 비교적 큰 영역의 이면(裏面) 전극에 납땜함으로써 이루어진다.
종래, 상기 접속용 리드선의 소재가 되는 전극선재는, 터프피치동(tough pitch copper)으로 형성된 원형 단면의 동선이 압연되어서 평탄(平坦)모양으로 납작하게 한 납작 동선(銅線)을 심재(core material)로 하고, 그 표면에 용융 땜납 도금층이 적층형성된 것이 사용되고 있었다. 상기 용융 땜납 도금층은, 상기 납작 동선에 용융 도금법을 적용하는 것, 즉 산세(酸洗) 등에 의해 표면을 정화한 납작 동선을 용융 땜납 욕(浴)에 통과시킴으로써, 납작 동선으로 이루어지는 심재의 표면에 적층형성된다. 상기 용융 땜납 도금층은, 심재 위에 부착된 용융 땜납이 응고할 때에 표면장력의 작용에 의해, 심재의 폭방향 단부로부터 중앙부에 걸쳐서 부풀어 오른 산 모양이 된다.
상기 전극선재를 반도체기판에 납땜할 때에, 가열 온도는 땜납재(材)의 융점 근방의 저온으로 엄격하게 제어된다. 그 이유는, 전극선재의 심재를 형성하는 구리와 반도체기판을 형성하는, 예를 들면 실리콘의 열팽창율이 다르기 때문이다. 다시 말해, 고가인 반도체기판에 크랙를 발생시키는 원인이 되는 열응력이 가능한 한 작게 되도록 전극선재는 저온에서 납땜된다.
상기 반도체기판은, 종래, 그 두께가 300μm 정도의 것이 사용되어 왔지만, 근자에는 비용 저감을 위해, 감소된 두께를 갖는 경향에 있고, 최근에는 250μm 정도의 것을 사용할 수 있게 되었다. 이 때문에, 종래의 납작 도선(flattened copper wire)을 심재로 한 전극선재에서는, 납땜시 반도체기판에 크랙이 발생하기 쉬운 문제가 있었다. 이러한 크랙를 방지하기 위해서, 최근에는 반도체기판 재료와 열팽창 차이가 작은 도전성(導電性) 재료를 심재로서 사용하게 되었다. 이러한 재료로서는, 예를 들면 특개소60-15937호 공보(특허문헌1)에, Fe, Ni의 합금인 인바(Invar)(대표적 조성:Fe-36% Ni)로 형성된 중간층의 양면에 구리층을 적층 일체화한 클래드재(clad material)가 제안되어 있다. 저열팽창 합금으로서, 상기 인바 이외에, Fe-Ni-Co합금의 코바(Covar)(등록상표)를 사용하는 경우도 있다.
한편, 태양전지의 분야와는 다르지만, 반도체용 리드 프레임의 소재로서, 특개소59-204547호 공보(특허문헌2)나 특개소59-204548호 공보(특허문헌3)에는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금재와 구리 또는 동합금재의 접합 계면에 크롬층이나 아연층을 형성한 알루미늄―구리계의 클래드재가 제안되어 있다.
일본특허공개 소60-15937호 공보 일본특허공개 소59-204547호 공보 일본특허공개 소59-204548호 공보
상기 특허문헌1에 개시된 클래드재를 심재로 하는 전극선재(「클래드 전극선재」라고 호칭되기도 한다)는, 정말 반도체기판에 생기는 열응력을 경감할 수 있지만, 체적저항율이 비교적 높은 Fe-Ni합금이나 Fe-Ni-Co합금 등의 합금재에 의해 중간층이 형성되기 때문에, 평균 전기 저항이 높아져, 태양전지의 발전 효율이 저하한다고 하는 문제가 있다.
한편, 상기 특허문헌2,3의 알루미늄―구리계의 클래드재는, 태양전지의 전극선재와는 용도가 다를 뿐만 아니라, 한 쪽 표면에는 알루미늄이 노출되기 때문에, 그 표면에 용융 땜납 도금층을 형성할 수 없다고 하는 문제도 있다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 종래의 클래드 전극선재와 대체가능하고, 납땜시에 태양전지용 반도체기판에 크랙이 생기기 어려우며, 또한 도전성이 뛰어난 태양전지용 전극선재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 태양전지용 전극선재는, 체적저항율이 2.3μΩ·cm 이하이고, 또한 내력(耐力)이 19.6MPa 이상, 85MPa 이하인 심재와, 상기 심재의 표면에 적층형성된 용융 땜납 도금층을 포함한다.
이 태양전지용 전극선재에 따르면, 심재의 내력이 19.6MPa 이상, 85MPa 이하로 되어 있으므로, 용융 땜납 도금 처리나 그 후의 취급상, 과도하게 변형하는 일이 없어, 취급성이 양호하다. 게다가, 반도체기판에 납땜시에 응고 과정에서 생긴 열응력에 의해 스스로 소성변형해서 열응력을 경감해소할 수 있다. 이 때문에, 반도체기판에 크랙이 생기기 어렵다. 또한, 체적저항율이 2.3μΩ·cm 이하이므로, 도전성이 뛰어나고, 발전 효율도 우수하다.
상기 전극선재에 있어서, 심재를 산소가 20ppm 이하인 순동의 소둔재(燒鈍材)로 형성하는 것이 바람직하다. 이 소둔 재료를 이용함으로써, 종래의 클래드 전극선재에 비해서 제조 가격을 현저하게 저감할 수 있다. 한편, 심재를 클래드재로 구성한 클래드 전극선재에 대하여, 심재를 단층재(單層材)로 형성한 것을 「단층전극선재」라고 호칭하기도 한다.
또한, 상기 단층재의 심재 대신에, 중간층과 그 양면에 적층형성된 제1표면층 및 제2표면층으로 이루어지는 클래드재의 심재를 사용해도 좋다. 클래드재 심재를 사용함으로써, 적당한 재료를 사용하여, 그 평균 체적저항율 및 내력을 상기 소정 범위 내로 용이하게 설정할 수 있고, 여러가지 클래드 전극선재를 폭넓게 제공할 수 있다. 이 경우, 상기 제1, 제2표면층을 동일재료로, 동일 두께로 형성함으로써, 납땜시에 전극선재의 열변형을 방지할 수 있고, 납땜 작업성을 향상시킬 수 있다.
상기 제1표면층 및 제2표면층을 순Cu 혹은 Cu를 주성분으로 하는 Cu합금으로 형성하고, 상기 중간층을 순Al 혹은 Al을 주성분으로 하는 Al합금으로 형성하는 것이 바람직하다. 이들 재료는 저비용으로 입수가 용이하기 때문에, 본 발명의 클래드 전극선재를 저비용으로 제공할 수 있다. 이들 재료를 조합해서 사용할 경우, 상기 중간층은 클래드재의 전체 두께에 대하여 10% 이상, 50% 이하로 하는 것이 바람직하다. 10% 미만에서는 상기 내력의 확보가 어렵게 되고, 50% 를 넘으면 상기 체적저항율의 확보가 어렵게 되기 때문이다.
또한, 본 발명에 관련되는 단층전극선재, 클래드 전극선재는, 그 심재의 길이 방향을 따라 용융 땜납 수용용 홈부를 형성하고, 이 용융 땜납 수용용 홈부에 용융 땜납 도금층을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 용융 땜납 수용용 홈부를 제공함으로써, 상기 홈부에 공급된 용융 땜납이 응고할 때, 용융 땜납의 중앙부는 부풀어지기 어렵고, 상기 용융 땜납 도금층은 평탄 모양으로 되기 쉽다. 이 때문에, 전극선재의 납땜성이 향상하고, 우수한 접합성을 얻을 수 있다.
상기 용융 땜납 수용용 홈부는, 심재 폭방향의 개구 폭을 심재폭의 90% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 용융 땜납 수용용 홈부의 개구 폭을 심재폭의 90% 이상으로 함으로써, 상기 용융 땜납 수용용 홈부에 공급된 용융 땜납이 응고할 때에 심재의 폭 전체에 걸쳐서 평탄화하기 쉬워지고, 납땜성이 향상한다.
본 발명의 전극선재를 사용한 태양전지는, PN접합을 가지는 반도체로 형성된 반도체기판과, 상기 반도체기판의 표면에 구비된 복수의 표면전극에 납땜된 접속용 리드선을 포함하고, 상기 접속용 리드선이 상기 단층전극선재 혹은 클래드 전극선재에 의해 형성된다. 용융 땜납 수용용 홈부를 구비한 전극선재에는, 상기 용융 땜납 수용용 홈부에 충전(充塡)형성된 용융 땜납 도금층에 의해 납땜된다.
이 태양전지에 따르면, 접속용 리드선이 상기 각 전극선재의 특징, 작용효과를 구비하고, 대체로 태양전지용 반도체기판에 크랙이 생기기 어려우며, 또한 도전성이 우수하고, 나아가 발전 효율이 우수하다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 단층전극선재의 횡단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시형태에 따른 클래드 전극선재의 횡단면도이다.
도 3은 용융 땜납 수용용 홈부가 형성된, 본 발명에 따른 클래드 전극선재의 횡단면도이다.
도 4는 용융 땜납 수용용 홈부가 형성된, 본 발명에 따른 다른 클래드 전극선재의 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 전극선재를 사용한 태양전지의 개략 사시도이다.
이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태에 따른 전극선재에 대하여 설명한다.
도 1은, 제1실시형태에 따른 단층전극선재(1)를 나타내고 있고, 대판상(帶板狀)의 심재(2)와, 이 심재(2)의 표면 및 이면에 적층형성된 용융 땜납 도금층(3A, 3B)을 가지고 있다. 상기 심재(2)는 체적저항율이 2.3μΩ·cm 이하이고, 또한 내력이 19.6MPa 이상, 85MPa 이하, 바람직하게는 19.6MPa 이상, 49MPa 이하의 저내력(低耐力) 금속으로 형성되어 있다. 한편, 상기 심재의 측면에도 용융 땜납 도금층이 도금 처리시에 불가피하게 형성되지만, 도 1에서는 기재가 생략되어 있다. 후술하는 다른 실시형태를 나타내는 도에서도 동일하다.
상기 심재(2)를 형성하는 금속재로서는, 순동, 순은 등의 도전성, 납땜성이 양호한 각종 금속재를 이용할 수 있지만, 재료 비용의 점에서는, 순동이 바람직하다. 구리의 순도는 높은 것이 좋고, 99.9중량% 이상, 혹은 그 이상의 것이 바람직하다.
불순물 중의 산소는 미량으로 내력을 높이는 작용을 갖기 때문에, 적을수록 바람직하고, 무산소동(OFHC)이나 진공용해동 등의 산소함유량이 20ppm 이하의 것이 바람직하다.
도 2는 제2실시형태에 따른 클래드 전극선재(1A)를 나타내고 있고, 클래드재로 형성된 대판상(帶板狀)의 심재(2A)와, 이 심재(2A)의 표면 및 이면에 적층형성된 용융 땜납 도금층(3A, 3B)을 가지고 있다. 상기 심재(2A)는 알루미늄재로 형성된 중간층(4)과, 그 양면에 동재(銅材)로 적층형성된 제1표면층(5A), 제2표면층(5B)을 구비하고 있고, 평균치로서 체적저항율이 2.3μΩ·cm 이하이고, 또한 내력이 19.6MPa 이상, 85MPa 이하, 바람직하게는 19.6MPa 이상, 49MPa 이하로 조정되어 있다. 한편, 전극선재의 한 면만을 반도체기판의 전극에 납땜하는 경우, 중간층(4)의 한 쪽 표면에만 구리층을 구비하는 것으로 충분하다.
상기 알루미늄재로서는, Al 함유량이 99.O중량% 정도 이상, 바람직하게는 99.9중량% 이상의 순 알루미늄 혹은 상기 Al 함유량의 알루미늄 합금이 바람직하고, 예를 들어 JIS 1050, 1060, 1085, 1080, 1070, 1N99, 1N90을 사용할 수 있다. 한편, 상기 동재로서는, Cu함유량이 99.O중량% 정도 이상, 바람직하게는 99.9중량% 이상의 순동 혹은 상기 Cu함유량의 동합금이 바람직하고, 특히 내력이 낮은 산소함유량이 20ppm 이하의 순동이 적당하다.
상기 중간층(4)의 두께는, 심재(2A) 전체 두께의 10% 이상, 50% 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 10% 미만에서는 클래드재의 평균 내력이 85MPa을 넘게 되고, 한편 50% 를 넘으면 평균의 체적저항율이 2.3μΩ·cm를 초과하게 되어, 바람직하지 않다. 또한, 제1,제2표면층(5A, 5B)의 두께는 같은 두께로 하는 것이 바람직하다. 같은 두께로 함으로써, 납땜시에 전극선재가 열변형하는 것을 방지할 수 있다.
상기 단층전극선재(1)의 심재(2)는, 원형 단면의 선재를 양면이 평탄면이 되도록 압연해서 대판재(帶板材)로 가공한 것, 혹은 단층압연쉬트(sheet)를 복수의 대판재로 슬리팅(slitting)함으로써 가공한 것을 사용할 수 있다. 한편, 상기 클래드 전극선재의 심재는 같은 단면 구조를 가지는 클래드쉬트를 복수의 대판재로 슬리팅함으로써 가공된다. 클래드쉬트는, 각 층을 구성하는 알루미늄 쉬트, 구리 쉬트를 포개고, 냉간 혹은 온간(溫間)에서 한 쌍의 압하(壓下) 롤(rolls)에 통과시켜서 압접(壓接)하고, 얻어진 압접재(壓接材)를 200∼500℃ 정도로 수십초∼수분 정도 유지하는 확산 소둔을 시행함으로써 용이하게 제조할 수 있다.
상기 심재(2, 2A)가 소재로부터 가공될 때에, 심재는 가공 경화를 일으켜서 내력이 상승한다. 이 때문에, 가공 후, 내력이 19.6MPa 이상, 85MPa 이하의 범위 내에 들어가도록 충분히 연화 소둔을 시행하는 것이 바람직하다. 일반적으로 전극선재는 두께가 100∼300μm 정도이므로, 소둔 조건은 Cu/Al/Cu의 클래드재의 경우 500℃ 정도에서, 또 Cu단층재의 경우는 900℃ 정도로, 각각 1분간 정도 유지하는 것만으로 충분하다.
상기 연화 소둔을 시행하는 타이밍에 대해서는, 상기 단층압연쉬트 혹은 클래드쉬트를 대판재로 슬리팅하고, 이것을 적당한 길이로 절단한 심재에 연화 소둔을 시행해도 좋다. 혹은 상기 쉬트에 연화 소둔(이 경우, 연화 소둔은 확산 소둔의 역할도 달성한다)을 시행하고, 그 후, 대판재를 슬리팅하고, 이것을 절단해서 심재로 해도 좋다. 대판재의 내력을 19.6MPa 정도 이상, 49MPa 정도 이하로 낮게 할 경우는, 전자의 방법이 바람직하다. 한편, 대판재의 내력을 49MPa 정도를 넘고, 85MPa 정도 이하로 높게 설정할 경우는, 후자의 방법을 적용할 수 있고, 이 방법은 양산성이 우수한 이점이 있다.
상기한 바와 같이 해서 제조된 대판재 즉 심재는, 그 후, 용융 땜납 도금 온도로 조정된 도금욕(浴)에 침지(浸漬)되어서, 그 표면에 용융 땜납 도금층(3A, 3B)이 형성된다. 용융 땜납 도금층(3A, 3B)을 형성하는 땜납 합금은 후술한다. 상기 용융 땜납 도금의 온도는, 땜납 합금의 융점보다 50∼100℃ 정도 높은 온도로 조정된다. 이 온도를 높게 설정함으로써, 소둔 효과를 기대할 수 있다. 이 때문에, 상기 연화 소둔을 슬리팅 전에 행할 경우는, 용융 땜납 도금 온도는 높게 설정하는 것이 바람직하다.
상기 단층전극선재(1) 혹은 클래드 전극선재(1A)는, 그 심재(2, 2A)의 단면 형상이 도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이 단순한 방형상(方形狀)이지만, 클래드재 심재(2A)의 경우를 예로서 나타내면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 길이 방향을 따라, 횡단면의 형상을 일방의 표면(도 예에서는 하면)의 중앙부가 평탄상으로 움푹 들어간 접시형상(접시단면상)으로 형성하고, 그 홈측에 용융 땜납 수용용 홈부(6)를 형성하는 것이 바람직하다. 상기 홈부의 깊이는, 가장 깊은 부분에서 10μm 정도 이상, 30μm 정도 이하로 하는 것이 바람직하고, 또한 그 폭(하면 개구 폭)은 심재(2A) 폭의 90% 정도 이상으로 하는 것이 바람직하다. 폭의 상한은 특히 제한은 없고, 하면 전 폭에 걸쳐서 개구하고 있어도 좋다.
이러한 용융 땜납 수용용 홈부(6)를 가지는 전극선재(1B)에서는, 심재(2A)를 용융 땜납 도금을 시행할 때, 상기 홈부(6)를 거의 채우도록 용융 땜납을 충전(充塡)공급함으로써, 상기 홈부(6)에는 표면이 거의 평탄상으로 된 용융 땜납 도금층(3C)이 형성된다. 이 용융 땜납 도금층(3C)은 표면이 거의 평탄상이기 때문에, 납땜성이 향상된다.
상기 홈부(6)를 거의 채우도록 용융 땜납을 충전공급하기 위해서는, 용융 땜납 도금을 행할 때에 용융 땜납 욕온(浴溫), 도금 속도를 적당히 제어함으로써, 혹은 심재(2A)를 용융 땜납 욕에 침지해서 끌어올린 후에, 홈부(6)의 개구부로부터 부풀어오른 여분의 용융 땜납을 열풍을 내뿜어 제거하거나, 적당한 긁어냄 부재에 의해 긁어 제거함으로써 행할 수 있다.
상기 용융 땜납 수용용 홈부(6)는, 대판상의 심재에 적당한 소성가공, 굽힘 가공 등을 시행함으로써 용이하게 가공 형성할 수 있다. 예를 들면, 대판재를 롤 틈이 접시형상 단면 형상으로 된 형(型)롤에 통과시킴으로써 용이하게 가공할 수 있다. 또한, 소재 쉬트를 슬리팅해서 대판재를 얻을 때에, 슬리터(slitter)의 회전 칼(rotary cutters)의 간격이나 회전속도를 조정함으로써 슬리팅된 대판재의 측단부에 굽힘 가공을 시행하도록 해도 좋다.
상기 실시형태에서는, 상기 전극선재(1B)는 그 심재(2A)의 횡단면 형상이 상기 홈부(6)의 중앙 저부가 평탄상으로 된 접시형상으로 되어 있지만, 단면 형상은 이러한 형상에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 도 4에 나타낸 바와 같이, 심재(2A)의 단면 형상 전체를 만곡상으로 해도 좋다. 이 경우, 용융 땜납 수용용 홈부(6A)는 저면이 만곡형으로 된다. 이러한 접시형상 혹은 만곡상의 단면 형상은 단순형상이며, 가공이 용이하기 때문에, 공업적 생산성도 우수하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 용융 땜납 수용용 홈부가 가공되는 심재로서, 클래드재 심재(2A)를 이용했지만, 단층 압연재의 심재를 사용해도 좋다. 또한, 단층 압연재 혹은 클래드재 심재에 대한 연화 소둔은, 단층전극선재의 경우와 동일하게, 단층압연쉬트 혹은 클래드쉬트를 대판재로 슬리팅하고, 그 대판재를 절단해서 상기 홈부를 가공한 후에 연화 소둔을 시행해도 좋다. 혹은 상기 쉬트에 연화 소둔을 시행하고, 그 후, 대판재를 슬리팅하고, 이것을 절단하고, 상기 홈부를 형성해도 좋다. 후자의 방법을 적용할 경우, 용융 땜납 도금 온도를 높게 설정하여, 용융 땜납 도금시에 소둔 효과를 얻도록 하는 것이 바람직하다.
상기 용융 땜납 도금층(3A, 3B, 3C)을 형성하는 땜납 재료로서는, 융점이 130∼300℃ 정도의 Sn-Pb합금, Sn-(0.5∼5중량% )Ag합금, Sn-(0.5∼5중량% )Ag-(0.3∼1.0중량% )Cu합금, Sn-(0.3∼1.0중량% )Cu합금, Sn-(1.0∼5.0중량% )Ag-(5∼8중량% )In합금, Sn-(1.0∼5.0중량% )Ag-(40∼50중량% )Bi합금, Sn-(40∼50중량% )Bi합금, Sn-(1.0∼5.0중량% )Ag-(40∼50중량% )Bi-(5∼8중량% )In합금 등이 사용된다. Pb은 인체에 유해해서, 자연 환경을 오염시킬 우려가 있으므로, 오염 방지의 관점에서는 Pb프리(free)의 Sn-Ag합금, Sn-Ag-Cu합금, Sn-Cu합금, Sn-Ag-In합금, Sn-Ag-Bi합금 등의 땜납 재료가 바람직하다. 또한, 상기 각 땜납 재료에 있어서, 용융 땜납의 산화 방지를 위해서, 50∼200ppm 정도의 P, 수∼수십ppm의 Ga, 수∼수십ppm의 Gd, 수∼수십ppm의 Ge 내에서 1종 또는 2종 이상을 첨가할 수 있다. 또한, 상기 용융 땜납 도금층으로서는, Sn, Ag, Cu 등의 여러가지 순금속, 혹은 이들의 합금을 이용해서 다층구조로 해도 좋다. 이 경우, 용융 후에 소기의 합금성분이 되도록 각 층의 두께를 조절한다. 다층구조는, 소정의 금속 도금을 순차 시행함으로써 간단히 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 실시형태에 관련되는 전극선재를 접속용 리드선으로서 사용한 태양전지를 도면을 참조해서 설명한다.
도 5는, 용융 땜납 도금 수용용 홈부가 형성된 전극선재를 사용하여 형성된 접속용 리드선(13)을 구비한 태양전지를 나타내고 있다. 이 태양전지는, PN접합을 가진 실리콘 반도체로 형성된 반도체기판(11)과, 상기 반도체기판(11)의 표면에 선상으로 설치된 복수의 표면전극(12)에 납땜된 접속용 리드선(13)을 구비하고 있다. 한편, 상기 반도체기판(11)의 이면에는, 40∼80mm2 정도의 대형 표면의 이면 전극이 복수개 설치되어 있다.
상기 접속용 리드선(13)이 납땜되기 전의 반도체기판(11)에는, 복수의 선상표면전극(12)에 도통(導痛)하도록, 이들의 표면전극(12)에 직교해서 배치된 땜납대(solder bands)가 형성되어 있다. 상기 용융 땜납 도금 수용용 홈부에 형성된 용융 땜납 도금층이, 상기 땜납대에 접하도록 접속용 리드선(13)을 반도체기판(11)에 재치하고, 반도체기판(11)의 땜납대 및 접속용 리드선(13)의 용융 땜납 도금층을 함께 용융해서 상기 접속용 리드선(13)을 반도체기판(11)의 표면에 납땜하여 붙인다. 이렇게 해서 반도체기판(11)에 상기 전극선재에 의해 형성된 접속용 리드선(13)이 접합된다. 한편, 이면(裏面) 전극은 비교적 큰 노출 영역(40∼80mm2 정도)을 가지기 때문에, 표면 전극에의 납땜에 비해서, 인접하는 태양전지의 이면 전극에의 납땜은 용이하다.
이 태양전지에 따르면, 전극선재의 납땜시에, 전극선재가 열응력에 의해 소성변형하고, 반도체기판에 생기는 열응력을 완화하므로, 반도체기판에 크랙이 생기기 어렵고, 게다가 전극선재는 체적저항율이 낮기 때문에, 도전성이 우수하고, 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 더욱, 전극선재에는 용융 땜납 도금 수용용 홈부가 형성되어, 이것에 표면이 평탄상으로 된 용융 땜납 도금층이 형성되므로, 납땜성에 뛰어나, 접속용 리드선(13)이 단단하게 반도체기판(11)에 접합된다. 이 때문에 접속용 리드선이 반도체기판으로부터 빠지기 어려워서, 내구성이 우수하다.
이하, 본 발명의 전극선재에 대해서 실시예를 들어서 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 한정적으로 해석되는 것이 아니다.
실시예 A
알루미늄(재질 JIS 1N90, Al:99.90중량% ） 혹은 인바(Fe-36.5중량% Ni)로 이루어지는 중간층의 양면에 무산소동(Cu:99.97중량% , 0:15ppm)으로 되는 표면층을 압접, 확산 소둔에 의해 적층형성한 여러가지 클래드재를 제작하였다. 각 클래드재(심재 소재)의 전체 두께는 160μm이며, 각 클래드재의 전체 두께에 대한 중간층의 두께의 비율은 표 1에 나타낸 대로이다. 각 클래드재를 슬리팅하여, 폭 2mm의 대판재를 제작하고, 이것을 길이 150mm로 절단해서 복수의 심재를 제작하였다. 각 심재에 대하여 500℃×1분의 연화 소둔을 시행하였다. 또한, 상기 무산소동으로 이루어지는 압연 쉬트를 사용하여, 상기와 동일하게 해서 복수의 심재를 제작하고, 그 일부의 심재에 연화 소둔을 시행하였다. 또한, 터프피치동(Cu:99.94중량% , 0:33ppm)로 이루어지는 납작 동선(두께 160μm로, 폭 약 2mm)을 사용하고, 상기 길이로 절단하여, 소둔을 시행하지 않고 심재로 하였다.
각 심재를 사용하고, JISZ2241에 규정된 방법에 의해, 길이 방향으로 잡아 당기는 인장 시험을 행하여, 내력을 측정하였다. 또한, JISHO505에 규정된 방법에 의해, 심재의 체적저항율을 측정하였다. 측정 결과를 표 1에 함께 나타낸다.
더욱, 각 심재의 표면을 아세톤으로 청정하게 한 후, 용융 땜납 도금욕(땜납 조성:Sn-3.5중량% Ag, 융점:220℃, 욕온:300℃에 침지하고, 신속하게 끌어올려서 심재의 표면에 용융 땜납 도금층을 형성하였다. 이렇게 하여 제작된 전극선재의 시료의 용융 땜납 도금층의 두께는 한 면에서 평균 40μm 정도이었다.
이렇게 하여 얻어진 각 전극선재를 태양전지용 실리콘기판(두께200μm)의 땜납대에 접촉시켜서, 260℃에서 1분간 유지해서 납땜 부착하였다. 상기 땜납대는, 실리콘기판에 형성된 복수의 표면전극을 종단하도록 기판의 표면에 부착 형성된 것이다. 납땜 부착 후, 실리콘기판에 크랙이 발생했는지 여부를 조사하였다. 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다.
표 1에서, 실시예에 관련되는 전극선재(시료 No.1, 2, 4)는, 단층 타입, 클래드 타입을 막론하고, 내력이 49MPa 이하이기 때문에, 200μm의 박형 실리콘기판에서도 크랙의 발생은 전무하였다. 한편, 시료 No.7로부터 명확한 바와 같이, 무산소동을 쓴 전극선재에서도, 연화 소둔을 행하지 않고, 가공인 채로의 것에서는 내력이 147MPa로 높아져, 실리콘기판에 크랙이 생겼다. 한편, 체적저항율에 있어서는, 실시예의 것은, 중간층을 인바로 형성한 종래예의 클래드 전극선재(시료 No.5)보다 낮아, 우수한 도전성을 가지는 것이 확인되었다.
Figure 112012092745509-pat00001
실시예 B
알루미늄(재질IIS 1N90, Al:99.90중량% ） 혹은 인바(Fe-36.5중량% Ni)로 이루어지는 중간층의 양면에 무산소동(Cu:99.97중량% , 0:15ppm)의 표면층을 압접, 확산 소둔에 의해 적층형성한 여러가지인 클래드재를 제작하였다. 각 클래드재(심재 소재)의 전체 두께는 200μm이며, 각 클래드재의 전체 두께에 대한 중간층의 두께의 비율은 표 2에 나타낸 대로이다. 각 클래드재에 대하여 500℃×1분의 연화 소둔을 시행하고, 그 후 슬리팅하여 폭2mm 대판재를 제작하고, 또한 길이 150mm에 절단해서 복수의 심재를 제작하였다. 또한, 상기 무산소동으로 이루어지는 압연 쉬트에 대하여 상기로 동일한 조건으로 연화 소둔을 시행한 후, 슬리팅해서 복수의 심재를 제작하였다.
각각의 심재의 표면을 아세톤으로 청정하게 한 후, 각 심재 군에 대해서, 심재 군에 속하는 일부의 심재를 용융 땜납 도금욕(땜납 조성:Sn-3.5중량% Ag, 융점:220℃, 욕온:300℃)에 침지하고, 신속하게 끌어올려서 심재의 표면에 용융 땜납 도금층을 형성하였다. 이렇게 하여 제작된 전극선재의 시료의 용융 땜납 도금층의 두께는 한 면에서 평균 40μm 정도이었다.
또한, 상기 심재 군에 속하는 것 이외의 심재를, 상기 용융 땜납 도금욕에의 침지와 동일한 조건으로, 초산칼륨 및 아초산나트륨을 주성분으로 하는 염욕(salt bath)(욕온:300℃)에 침지하고, 신속하게 끌어올렸다. 이렇게 하여, 다른 심재에 상기 용융 땜납 도금층을 형성한 심재와 동일한 가열 조건을 주었다. 염욕에 침지한 심재는, 그 표면에 부착된 염을 물로 씻은 후, 실시예A와 동일하게 하고, 내력 및 체적저항율을 측정하였다. 측정 결과를 표 2에 함께 나타낸다.
실시예A와 같이 각 전극선재를 태양전지용 실리콘기판(두께200μm)에 납땜하고, 납땜 후의 실리콘기판에 크랙이 발생했는지 여부를 조사하였다. 그 결과를 표 2에 함께 나타낸다.
표 2에서, 실시예에 관련되는 전극선재(시료No.11, 12, 14)는, 단층 타입, 클래드 타입을 막론하고, 심재의 내력이 85MPa 이하에 그치기 때문에, 200μm의 박형 실리콘기판에서도 크랙이 발생하지 않고, 또 체적저항율도 2.2μΩ·cm 이하로 낮아, 우수한 도전성을 가지는 것이 확인되었다.
Figure 112012092745509-pat00002
1, 1A, 1B : 전극선재
2, 2A : 심재
3A, 3B, 3C : 용융 땜납 도금층
4 : 중간층
5A, 5B : 구리층 (제1표면층, 제2표면층)
6, 6A : 용융 땜납 수용용 홈부

Claims (9)

  1. Cu함유량이 99.9중량% 이상인 순동으로 형성되고, 체적저항율이 2.3μΩ·cm 이하이고, 또한 내력이 36.3MPa 이상, 85MPa 이하인 심재와, 상기 심재의 표면에 적층형성되고, 융점이 130∼300℃인 용융 땜납 도금층을 구비하며,
    상기 심재는, 길이 방향에 따라 용융 땜납 수용용 홈부가 형성되어, 상기 용융 땜납 수용용 홈부에 용융 땜납 도금층이 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 심재는 산소가 20ppm 이하인 순동의 소둔재로 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재.
  3. 중간층과 상기 중간층의 양면에 적층형성된 제1표면층 및 제2표면층을 가지는 클래드재로 구성된 심재와, 상기 심재의 표면에 적층형성되고, 융점이 130∼300℃인 용융 땜납 도금층을 구비하고, 상기 심재의 평균 체적저항율이 2.3μΩ·cm 이하이고, 또한 평균 내력이 36.3MPa 이상, 85MPa 이하이고, 상기 제1표면층 및 상기 제2표면층은 각각 Cu함유량이 99.9중량% 이상인 순동으로 형성되고, 상기 중간층은 Al함유량이 99.0중량% 이상인 순알루미늄으로 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1표면층 및 제2표면층은 재질 및 두께가 동일한 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1표면층 및 제2표면층은, 산소가 20ppm 이하의 순동의 소둔재로 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재.
  6. 제3항에 있어서,
    클래드재의 전체 두께에 대하여 중간층 두께가 10％ 이상, 50％ 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심재는, 길이 방향에 따라 용융 땜납 수용용 홈부가 형성되어, 상기 용융 땜납 수용용 홈부에 용융 땜납 도금층이 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 용융 땜납 수용용 홈부는, 심재 폭방향의 개구 폭이 심재 폭의 90％ 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 용융 땜납 수용용 홈부는, 심재 폭방향의 개구 폭이 심재 폭의 90％ 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재.
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