KR101609036B1 - 태양 전지용 인터커넥터 및 태양 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지 셀에 가해지는 응력을 저감하고, 태양 전지 셀의 휨 및 균열을 억제하는 태양 전지용 인터커넥터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 태양 전지용 인터커넥터는, 전기 도선부와, 전기 도선부 중 적어도 한쪽의 광폭면에 형성되는 표면층을 갖고, 표면층은 태양 전지 셀에 접합될 때에 발생하는 전기 도전부의 열팽창률과 태양 전지 셀의 열팽창률의 차에 기인하는 응력을 저감하는 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

태양 전지용 인터커넥터 및 태양 전지 모듈 {INTERCONNECTOR FOR SOLAR CELLS, AND SOLAR CELL MODULE}
본 발명은, 태양 전지의 집전에 사용되는 태양 전지용 인터커넥터 및 그 제조 방법 및 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
태양 전지 발전은, 무진장한 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 발전 방식이다. 이로 인해, 태양 전지 발전은 에너지 문제를 대폭 경감하는 기술로서, 최근 기술 개발이 활발해져, 시장도 크게 확대되어 있다.
현재, 태양 전지 모듈의 기판에는 단결정 실리콘 기판, 또는 다결정 실리콘 기판이 많이 채용된다. 단결정 실리콘 기판 등을 채용하는 태양 전지 모듈은, 20㎝ 평방 정도의 크기를 갖는 태양 전지 셀이라고 불리는 기판을 복수매 직렬 접속함으로써 형성된다. 태양 전지를 형성하는 복수의 태양 전지 셀 사이를 집전용 배선으로 접속하여, 각각의 태양 전지 셀에서 생성된 전기 에너지를 집전한다. 태양 전지 셀과 집전용 배선 사이의 접속은, 땜납에 의한 용융 액상 접합이 많이 채용된다. 이 집전용 배선은, 인터커넥터 또는 태양 전지용 인터커넥터라고 칭해지고, 땜납 피복된 금속성의 도선에 의해 형성된다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
태양 전지 모듈은, 발전 전력을 전류로서 출력하는 에너지 디바이스이다. 이것으로부터, 인터커넥터의 전류 방향에 수직인 방향의 단면의 단면적 및 인터커넥터와 태양 전지 셀 사이의 접속면의 면적은, 인터커넥터에 흐르는 전류량을 고려하여 결정할 필요가 있다. 태양 전지 셀의 대형화와 효율 향상에 수반하여, 인터커넥터에 흐르는 전류량이 증가하고 있다. 이로 인해, 인터커넥터에서의 전력 손실을 저감하기 위해, 인터커넥터의 단면적 및 인터커넥터와 태양 전지 셀 사이의 접속면의 면적을 크게 할 필요가 있다.
인터커넥터를 태양 전지 셀에 접합하기 위해, 인터커넥터, 태양 전지 셀 및 접합 부재로서 사용하는 땜납을 승온하여 액상 접합한 후에 실온까지 냉각할 필요가 있다. 이 냉각 처리에 있어서, 태양 전지 셀의 주된 구조체인 실리콘의 열팽창 계수와, 인터커넥터를 구성하는 주된 구조체인 전기 도선부를 형성하는 금속의 열팽창 계수와의 차에 기인하여 응력이 발생한다. 금속과 실리콘의 실온 근방에 있어서의 대표적인 선 팽창 계수는, 구리가 16.6×10-6(K-1), 은이 19×10-6(K-1), 알루미늄이 25×10-6(K-1), 실리콘이 3×10-6(K-1)이다. 구리와 실리콘을 200℃로 접합한 경우, 약 0.26% 길이의 차가 발생한다. 그리고 이 길이의 차에 기인하여 구리와 실리콘 사이에 응력이 발생하여, 실리콘으로 형성되는 태양 전지 셀에 휨이 발생한다.
또한, 실리콘 재료가 핍박하는 상황에 대응하고, 또한 태양 전지 셀의 비용 절감을 도모하기 위해, 태양 전지 셀에 사용되는 실리콘 기판의 박형화가 진행되고 있다. 예를 들어, 두께 180㎛ 등, 매우 얇은 실리콘 기판이 태양 전지 셀로서 사용되도록 되어 오고 있다. 이로 인해, 응력에 의한 태양 전지 셀의 파손은, 종래에 증가하여 큰 문제가 되고 있다. 또한, 태양 전지 셀이 파손에 이르지 않은 경우에도 태양 전지 셀의 수광면이 휘어 만곡해 버릴 우려도 있다.
이 문제를 해결하기 위해, 인터커넥터를 연질화하는 시도가 이루어져 있다(예를 들어, 비특허 문헌 1 참조). 금속 실리콘의 열팽창 계수의 차에 기인하는 문제에 대처하기 위해서는, 인터커넥터를 연질화시키는 것, 즉 영률 및 항복 응력을 저하시키는 것이 중요하다. 일반적으로, 금속 항복 응력의 지표로서, 0.2% 내력이 사용되는 경우가 많다. 인터커넥터의 경우도, 변형이 0.2% 정도의 오더로 도입된다고 예상된다. 이로 인해, 0.2% 내력을 낮추는 것은 금속측을 항복시켜, 응력 및 휨을 저감시키게 된다. 금속을 연질화시키기 위해서는, 어닐링에 의해 전위 밀도를 저하시키는 방법이, 일반적으로 채용된다. 그러나 어닐링에 의한 연화에서는, 0.2% 내력의 저감에 한계가 있고, 태양 전지 셀 기판의 박막화 등에 대응하는 것은 곤란하다. 따라서, 인터커넥터의 구조 및 실장 구조의 개량, 및 집합 조직의 제어에 의한 다양한 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 2 내지 6 참조).
한편, 소형 접합 부재로 사용되는 땜납에 대해, 땜납에 입상물이 혼입된 땜납 재료가 알려져 있다(특허 문헌 7 및 8을 참조). 특허 문헌 7에는, 0.01 내지 5 중량% 입상물을 펠릿 또는 긴 땜납 재료에 혼입시킴으로써, 땜납 용융 후의 돌기(범프) 높이의 수평도를 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 특허 문헌 8에는, 땜납 페이스트에 금속 입자를 개재시킴으로써, 표면 장력에 의해 융해 시의 땜납이 라운딩되는 것을 방지하는 기술이 개시된다.
그러나 특허 문헌 7 및 8에 각각 개시되는 기술은, 모두 반도체 칩 등의 소형 전자 부품의 단자를 전자 기판에 접속하는 접속 재료로서 땜납을 사용하는 것이다. 그로 인해, 특허 문헌 7 및 8에 각각 개시되어 있는 접합 기술은, 태양 전지 셀의 1변의 길이와 대략 동등한 길이를 갖는 태양 전지용 인터커넥터와 태양 전지 셀의 접합 기술에 사용하는 것을 상정한 것은 아니다.
예를 들어, 태양 전지용 인터커넥터는, 평판 형상의 태양 전지 셀의 표면 및 이면의 복수 부위에 태양 전지 셀의 1변의 길이와 대략 동일한 거리에 걸쳐 소정 간격으로 서로 평행하게 접합되는 것이 일반적이다. 이로 인해, 인터커넥터는 각각, 긴 거리에 걸쳐서 태양 전지 셀의 표면 및 이면에 연속하거나 또는 단속적으로 접합되게 되어, 태양 전지 셀에 응력이 연속해서 인가된다.
또한, 특허 문헌 9에는, 소위 납 프리 땜납으로서 주석-아연-비스무트 3원계 합금에 대해서, 특히 기계적 강도 및 용융 온도 특성을 검토한 결과가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 평11-21660호 공보 일본 특허 공개 제2006-80217호 공보 일본 특허 공개 제2008-21831호 공보 일본 특허 공개 제2008-168339호 공보 일본 특허 공개 제2008-98607호 공보 일본 특허 공개 제2010-73445호 공보 일본 특허 공개 평8-174276호 공보 일본 특허 공개 소63-180395호 공보 일본 특허 공개 평9-206983호 공보
엔도 유슈 외, 히타치 덴센 : 2007년, 26권 1호, 15 페이지
이와 같이, 태양 전지 모듈에서는 태양 전지 셀이 대형화 또한 박막화하는 데다가, 인터커넥터는 전력 손실을 저감하기 위해 대형화하고 있으므로, 응력의 영향이 커지는 경향이 있다. 또한, 태양 전지 셀과 인터커넥터를 접합하는 땜납은, 소위 납 프리화가 진행되어, 땜납의 용해 온도가 높아지는 경향이 있다. 이로 인해, 태양 전지 셀과 인터커넥터를 접합할 때의 가열 냉각에 의해 발생하는 응력에 의한 태양 전지 셀의 휨을 방지한다고 하는 과제가 있다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 태양 전지 셀에 걸리는 응력을 저감하고, 태양 전지 셀의 휨 및 균열을 억제하는 태양 전지용 인터커넥터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 태양 전지용 인터커넥터는 전기 도선부와, 전기 도선부 중 적어도 한쪽의 광폭면에 형성되는 표면층을 갖고, 표면층은 태양 전지 셀에 접합될 때에 발생하는 전기 도전부의 열팽창률과 태양 전지 셀의 열팽창률의 차에 기인하는 응력을 저감하는 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 태양 전지용 인터커넥터는, 태양 전지 셀에 접합될 때에 발생하는 전기 도전부의 열팽창률과 태양 전지 셀의 열팽창률의 차에 기인하는 응력을 저감하는 기능을 갖는 표면층을 가지므로, 태양 전지 셀과 인터커넥터를 접합할 때의 가열 냉각에 의해 발생하는 응력에 의한 태양 전지 셀의 휨을 방지하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관한 태양 전지용 인터커넥터에서 사용되는 표면층의 일례는, 전기 도선부 중 적어도 한쪽의 광폭면에 형성되고, 또한 땜납과, 땜납 내부에 분산되는 땜납보다도 융점이 높은 입상의 필러를 갖는 표면층이다.
땜납보다도 융점이 높은 입상의 필러가 내부에 분산되는 땜납을 표면층에 갖는 태양 전지용 인터커넥터를, 태양 전지 셀에 접합하면, 필러가 스페이서로서 기능한다. 이로 인해, 이러한 표면층을 갖는 태양 전지용 인터 커넥트에서는, 용해 접합 후의 땜납 두께는 접합면에 걸쳐 균일해지므로, 접합면 내의 땜납 두께의 편차에 의한 응력 발생을 방지할 수 있다.
또한, 땜납 자체도 실리콘에 비교하여 열팽창 계수가 크므로, 응고 후 태양 전지 셀에 열 응력을 부여한다. 땜납보다 융점이 높은 필러의 열팽창 계수는, 땜납이나 인터커넥터에 사용되는 도선 재료와 동등 또는 작기 때문에, 필러를 함유한 거시적인 땜납의 열 수축을 작게 할 수 있다. 따라서, 태양 전지 셀 사이에 발생하는 열 응력을 작게 할 수 있다.
본 발명에 관한 태양 전지용 인터커넥터에서 사용되는 표면층의 다른 예는, ΔT=T1-T2로 규정되는 과냉도 ΔT가 25℃보다 작은 Sn계 땜납을 갖는 표면층이다. 여기서, T1은 시차 주사 열량 측정에 있어서 승온 속도 10℃/min의 승온 과정에서의 흡열 피크의 상승을 나타내는 온 세트 온도이며, T2는 상기 측정에 있어서 냉각 속도 10℃/min의 냉각 과정에서의 발열 피크의 피크 온도이다.
이 표면층은, 땜납의 과냉도 ΔT를 관리함으로써, 땜납의 응고 온도의 편차를 관리한다고 하는 착상을 기초로 하여 채용되는 것이다. 땜납의 과냉도 ΔT를 25℃보다 작게 함으로써, 용해 접합 후의 땜납의 응고 온도는 접합면에 걸쳐 균일해지므로, 접합면 내의 땜납의 응고 온도의 편차에 의한 응력 발생을 방지할 수 있다.
본 발명에 관한 태양 전지용 인터커넥터는, 태양 전지 셀에 접합될 때에 발생하는 상기 전기 도전부의 열팽창률과 상기 태양 전지 셀의 열팽창률의 차에 기인하는 응력을 저감하는 기능을 가지므로, 태양 전지 셀의 휨 및 균열을 억제할 수 있다.
도 1은, 태양 전지 모듈의 선 실장 설명도이다.
도 2의 (a)는 태양 전지 모듈의 개략 평면도이며, 도 2의 (b)는 태양 전지 모듈의 개략 부분 측면도이다.
도 3은, 도 1의 AA' 단면의 개략 단면도이다.
도 4는, 도 1의 BB' 단면의 개략 단면도이다.
도 5의 (a)는, 태양 전지용 인터커넥터의 제1 제조 장치의 모식도이며, (b)는 태양 전지용 인터커넥터의 제2 제조 장치의 모식도이다.
도 6은, 태양 전지용 인터커넥터의 제3 제조 장치의 모식도이다.
도 7은, DSC 곡선에 있어서의 승온 냉각 측정의 예이며, 과냉도 25℃ 이상의 경우를 도시하는 도면이다.
도 8은, DSC 곡선에 있어서의 승온 냉각 측정의 예이며, 과냉도 25℃ 미만의 경우를 도시하는 도면이다.
이하, 태양 전지용 인터커넥터 및 그 제조 방법, 및 태양 전지 모듈의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 상세한 설명에서 사용될 때, 용어「선 실장」은 집전하거나, 또는 전기 신호 회로를 형성하기 위해, 반도체 표면에 평각도선 또는 태양 전지용 인터커넥터(긴 도체)를 선상, 즉 2차원적으로 선 접촉으로 접합하는 것을 말한다.
도 1은, 태양 전지용 인터커넥터의 태양 전지 모듈의 선 실장 설명도이다. 도 2의 (a)는 태양 전지 모듈의 개략 평면도이며, 도 2의 (b)는 태양 전지 모듈의 개략 부분 측면도이다.
태양 전지 모듈(100)은 2쌍의 태양 전지용 인터커넥터(10)와, 3개의 태양 전지 셀(11)을 갖는다. 2쌍의 태양 전지용 인터커넥터(10)는 각각, 태양 전지 셀(11)의 표면에 형성되는 표면 전극(12) 및 태양 전지 셀(11)의 이면에 형성되는 이면 전극(13)에 선 실장되어 있다. 태양 전지용 인터커넥터(10)는 태양 전지 셀(11)의 표면 전극(12) 및 이면 전극(13)의 면 위에 접합 부재로 형성되는 접합부를 개재하여 선 실장된다. 이렇게 태양 전지용 인터커넥터(10)와 태양 전지 셀(11)을 선 실장함으로써, 복수의 태양 전지 셀(11)은 직렬 접속된다. 또한, 도 1 및 도 2의 (a), (b)에는 나타나 있지 않지만, 태양 전지용 인터커넥터(10)가 선 실장된 태양 전지 셀(11)은 상방에 EVA 접착층 및 보호 유리가 배치되는 동시에, 하방에 EVA 접착층 및 백 필름이 배치되어 있다.
태양 전지용 인터커넥터(10)의 전기 도선부는, 길이가 태양 전지 셀(11) 길이의 2배 정도이고, 폭이 1 내지 3㎜이며, 두께는 0.1㎜ 내지 1㎜이다.
태양 전지용 인터커넥터(10)의 전기 도선부의 주위에 코팅되는 표면층을 형성하는 땜납층의 두께는 5㎛ 내지 80㎛ 정도이고, 최대 두께는 40㎛, 평균 두께는 20㎛ 정도의 두께가 표준적이다.
태양 전지 셀(11)은 6인치(한 변이 150㎜인 사각형)의 크기를 갖는 것이 많이 사용되고, 단결정 타입에서는 4인치(한 변이 100㎜인 사각형)의 크기를 갖는 것도 많이 사용된다. 태양 전지 셀(11)의 두께는 100㎛ 두께 이상이며, 200㎛ 정도의 두께가 표준적이다. 따라서, 반도체 부품을 납땜할 때의 접합 크기(면적, 길이)와는 크게 다른 것이다.
태양 전지용 인터커넥터(10)와, 태양 전지 셀(11)은 플럭스를 사용하여, 500℃ 정도의 온풍을 2 내지 3초간 송풍하여 열 압착함으로써 선 실장된다. 이때의 압착은, 전체면 압착이 아닌, 핀 형상에서의 압착이다. 즉, 태양 전지 셀(11)에 선 실장되는 태양 전지용 인터커넥터(10)를 상방으로부터 복수의 점에서 가압함으로써 압착된다. 예를 들어, 6인치(한 변이 150㎜인 사각형)의 태양 전지 셀의 경우, 10점에서 가압되어 압착된다. 이러한 땜납의 접합 방법은, 리플로우 장치를 사용하여, 250℃ 정도의 최고 온도, 땜납 용융 온도 이상에서 40초 전후, 또한 합계 5분 정도의 시간을 들여서 접합하는 반도체 부품 실장용 접합 방법과는 크게 다르다.
태양 전지 셀과 접합하는 도선이 동일한 재질, 동일한 크기일 경우, 태양 전지 셀에 가해지는 열 응력은, 땜납의 두께(태양 전지 셀과 도선의 거리), 땜납의 응고 특성, 땜납의 열팽창 계수에 크게 영향을 받는다. 본 발명은 이들의 점을 크게 개선, 조정, 최적화하기 위한 구성을 취하는 것이다.
태양 전지용 인터커넥터(10)와 태양 전지 셀(11)을 선 실장하는 접합 부재로서 땜납을 사용할 경우, 땜납의 접합 면적이 크고, 또한 길어지므로, 땜납의 열 특성은, 표면 전극(12) 및 이면 전극(13)의 면 위에서 균일해지는 것이 바람직하다. 접합 부재의 표면 전극(12) 및 이면 전극(13)의 면 위에서 열 특성이 불균일할 경우, 태양 전지 셀의 휨 또는 균열이 발생할 우려가 있기 때문이다. 예를 들어, 응고 후의 땜납의 두께가 불균일한 경우, 태양 전지 셀(11)에 발생하는 응력에 의해 태양 전지 셀(11)의 휨 또는 균열이 발생할 우려가 있다. 또한, 땜납의 응고 온도가 표면 전극(12) 및 이면 전극(13)의 면 위에서 불균일한 경우, 응고 온도의 불균일성에 기인하여 태양 전지 셀(11)의 휨이나 균열이 발생할 우려가 있다.
또한, 태양 전지 셀(11)을 병렬 접속하는 한 쌍의 태양 전지용 인터커넥터(10)를 접합부 사이에서 땜납의 열 특성이 다를 경우, 태양 전지 셀(11)에 휨이나 균열이 발생할 우려가 있다.
따라서, 태양 전지용 인터커넥터(10)와 태양 전지 셀(11)을 접합하는 땜납은, 단수 또는 복수의 접합면에 걸쳐 균일한 열 특성을 갖는 것이 요구된다.
본 발명은, 단수 또는 복수의 접합면에 걸쳐 균일한 열 특성을 갖는 땜납에 의한 접합이 가능한 태양 전지용 인터커넥터(10)를 제공하는 것이다.
도 3 내지 도 6을 참조하여, 제1 실시 형태에 관한 태양 전지용 인터커넥터(10) 및 그 제조 방법, 및 태양 전지 모듈에 대하여 설명한다.
도 3은, 도 1의 AA' 단면의 개략 단면도이다.
평각도선인 태양 전지용 인터커넥터(10)는 전기 도선부(1)와, 표면층(2)을 갖는다. 전기 도선부(1)는 4개의 각이 라운딩 된 모서리가 둥근 직사각형의 단면을 갖는 구리선이다. 표면층(2)은 전기 도선부(1)의 표면 전체면을 덮도록 배치된다. 표면층(2)은 땜납 도금(2a)과, 땜납 도금(2a) 내에 분산되는 필러(2b)를 갖는다.
땜납 도금(2a)은 Pb-Sn 공정 땜납에 의해 형성되고, 필러(2b)는 땜납 도금(2a)을 형성하는 땜납 재료보다도 높은 융점을 갖는 구리 입자에 의해 형성된다. 필러(2b)의 융점이 땜납 재료의 융점보다도 높으므로, 필러(2b)가 전기 도선부(1)와 태양 전지 셀(11) 사이에서 스페이서로서 기능한다. 이로 인해, 전기 도선부(1)와 태양 전지 셀(11) 사이의 거리가 필러(2b)의 최대 직경으로 규정되어, 표면층(2)의 두께가 일정값으로 유지된다. 이것으로부터, 전기 도선부(1)와 태양 전지 셀(11) 사이의 거리로서 원하는 값과 동등한 최대 직경의 필러(2b)를 사용하여 표면층(2)을 형성함으로써, 용이하면서도 또한 정확하게 땜납 도금(2a)의 두께를 제어할 수 있다.
또한, 함유시키는 필러의 열팽창 계수가 땜납보다 작은 경우, 필러를 함유한 거시적인 땜납의 열 수축을 작게 할 수 있어, 태양 전지 셀의 열팽창 계수에 근접시킬 수 있으므로, 필러의 열팽창 계수는 땜납의 열팽창 계수 이하인 것이 바람직하다. 일반적으로 땜납보다 융점이 높은 금속, 또는 세라믹스는 땜납보다 열팽창 계수가 작은 것이 많다.
태양 전지용 인터커넥터(10)가 태양 전지 셀(11)에 실장되었을 때의 땜납 도금(2a)의 두께, 즉 표면층(2)의 두께는, 후술하는 바와 같이 예를 들어 평균 두께가 10㎛ 내지 40㎛ 범위 내의 값인 것이 바람직하다. 태양 전지용 인터커넥터(10)를 선 실장한 후의 표면층(2)의 두께는, 필러(2a)의 최대 직경으로 규정되므로, 필러(2b)는 그 최대 직경이 10㎛ 내지 40㎛ 사이의 값인 것이 바람직하다. 또한, 필러(2b)는 입경 분포를 좁게 하도록 분구(分球)되는 것이 바람직하다. 그러나 우발적으로 매우 적은 확률로 10㎛ 내지 40㎛나 큰 직경을 갖는 필러(2b)가 혼재되어도 된다. 예를 들어, 입경 분포가 정규 분포를 따를 경우, 필러(2b)의 최대 직경은, 입경 분포의 3σ 상한으로 해도 된다. 여기서, σ는 표준 편차이다. 체에 의해 원하는 입경보다도 큰 입경을 갖는 필러가 제거되어 있는 경우, 최소의 입경을 갖는 필러를 순대대로 늘어놓아 상위 99.85%에 위치하는 필러의 입경을 최대 직경으로 해도 된다.
필러(2b)는 접합에 필요한 땜납량을 유지하는 기능을 갖는다. 또한, 필러(2b)는 전기 도선부(1)를 태양 전지 셀(11)에 가압한 상태에서, 땜납 도금(2a)을 접합할 때에, 땜납의 두께가 너무 얇아져, 가로 방향으로 밀려나오는 것을 억제하는 스페이서의 기능을 갖는다. 따라서, 땜납의 평균 두께가, 필러의 최대 직경에 대하여 지나치게 두꺼운 경우에는, 땜납이 가로 방향으로 밀려나와 버린다. 한편, 스페이서의 최대 직경이 땜납의 평균 두께보다 작은 경우에는, 전기 도선부(1)와 태양 전지 셀(11) 사이의 땜납이 접합에 필요한 양을 확보할 수 없을 우려가 있다. 이로 인해, 땜납의 평균 두께에 대한 상기 필러의 최대 직경은, 50% 내지 100% 범위 내의 값인 것이 바람직하다. 또한, 용융 응고에 의한 건전한 접합을 위해서는, 표면층(2)에 있어서의 필러(2b)의 체적률은 5 내지 30%인 것이 바람직하다.
도 4는, 도 1의 BB' 단면의 개략 단면도이다.
태양 전지 모듈(100)은 태양 전지용 인터커넥터(10)와, 태양 전지 셀(11)과, 표면 전극(12)과, 이면 전극(13)과, EVA 접착층(14)과, 보호 유리(15)와, 백 필름(16)을 갖는다.
태양 전지 셀(11)은 실리콘 기판을 갖고, 표면 및 이면에 각각 표면 전극(12) 및 이면 전극(13)이 형성되어 있다. 표면 전극(12)은 소성하여 형성되는 은 페이스트를 갖고, 수광면측에 형성된다. 이면 전극(13)은 소성하여 형성되는 은 및 알루미늄 페이스트를 갖고, 수광면측의 반대측 면에 형성된다.
태양 전지용 인터커넥터(10)와 표면 전극(12) 및 이면 전극(13) 사이의 접합부는, 땜납 도금(2a)과 필러(2b)에 의해 형성된다. 태양 전지용 인터커넥터(10)와 표면 전극(12) 및 이면 전극(13) 사이의 접합부에 있어서, 땜납 도금(2a)은 접합 부재로서 기능하고, 필러(2b)는 스페이서로서 기능한다. 즉, 태양 전지용 인터커넥터(10)와 표면 전극(12) 및 이면 전극(13) 사이의 접합부의 두께는, 필러(2b)의 최대 직경으로 규정된다.
EVA(에틸렌비닐아세테이트) 접착층(14)은 태양 전지 셀(11)의 표면 및 이면에 각각이 배치되어, 태양 전지용 인터커넥터(10)를 밀봉한다. 보호 유리(15)는 표면측의 EVA 접착층(14)을 덮도록 배치된다. 백 필름(16)은 이면측의 EVA 접착층(14)을 덮도록 배치된다.
이어서, 태양 전지용 인터커넥터(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 5의 (a)는 태양 전지용 인터커넥터(10)의 제1 제조 장치(20)의 모식도이다.
제1 제조 장치(20)는 용융 도금법이라고 불리는 기술이 적용되는 것이며, 용융 땜납 도금욕(21)과, 구리선 가이드(22)와, 필러 호퍼(23)와, 필러 가이드(24)를 갖는다.
용융 땜납 도금욕(21)은 용융한 땜납 도금(2a)이 수용되고, 용융 땜납 도금욕(21)에 통선된 전기 도선부(1)의 외면에 땜납 도금(2a)을 공급한다. 구리선 가이드(22)는 모터를 갖고, 땜납 도금(2a)이 부착된 전기 도선부(1)를 소정 속도로 연직 방향으로 안내한다.
필러 호퍼(23)는 필러(2b)를 수용 수납부와, 필러(2b)를 배출하는 배출부를 갖는다. 필러 호퍼(23)의 수용 수납부는, 도시하지 않은 필러 공급부로부터 공급부를 수납하고, 필러 호퍼(23)의 배출부는 필러를 일정 속도로 공급하도록 형성된다. 필러 가이드(24)는 필러 호퍼(23)의 배출부로부터 배출된 필러(2b)를 연직 방향으로 안내되는 전기 도선부(1)에 공급하기 위한 공급로이다. 필러 가이드(24)의 하단부는, 땜납 도금(2a)이 부착된 전기 도선부(1)에 필러(2b)를 공급하기 위해, 전기 도선부(1)의 폭과 대략 동일한 폭을 갖는다.
이어서, 제1 제조 장치(20)에 의해 태양 전지용 인터커넥터(10)를 제조하는 처리 공정에 대하여 설명한다.
우선, 제1 제조 장치(20)는 구리선 가이드(22)를 구동하고, 수소를 함유하는 질소를 흐르게 하여 가열한 도시하지 않은 환상로에 전기 도선부(1)를 통선한다. 광휘 어닐링이라고도 칭해지는 본 공정에 의해, 전기 도선부(1)를 형성하는 구리의 표면 산화층을 수소에 의해 환원하여, 땜납이 젖기 쉽게 한다. 환상로의 수소 농도는 4% 정도에서 100%로 한다. 또한, 터프 피치 구리와 같이 산소를 함유하는 구리에 의해 전기 도선부(1)가 형성될 경우에는, 수소 취성이 발생할 우려가 있으므로, 환상로 수소 농도 및 온도를 높게 하는 것은 바람직하지 않다.
계속해서, 제1 제조 장치(20)는 구리선 가이드(22)를 구동하고, 전기 도선부(1)를 용융 땜납 도금욕(21)의 용융한 땜납 도금(2a) 내에 통선한다. 이에 의해, 땜납 도금(2a)은 용융 땜납 도금욕(21)에 통선된 전기 도선부(1)의 외면에 부착된다.
계속해서, 제1 제조 장치(20)는 구리선 가이드(22)에 의해 용융 땜납 도금욕(21)의 외부로 이동된 전기 도선부(1)의 외주에 부착된 땜납 도금(2a)에, 필러(2b)를 접촉시켜서 공급한다.
그리고 제1 제조 장치(20)는 필러(2b)가 공급된 땜납 도금(2a)을 자연 냉각하여 완전 응고시킴으로써 표면층(2)을 형성한다.
도 5의 (b)는, 태양 전지용 인터커넥터(10)의 제2 제조 장치(20')의 모식도이다. 제2 제조 장치(20')는, 필러 가이드(24)의 상방에 압접 롤러(25)를 갖는 것이 제1 제조 장치(20)와 다르다.
제1 제조 장치(20')에 의해 태양 전지용 인터커넥터(10)를 제조하는 처리 공정은, 땜납 도금(2a)에 필러(2b)를 공급하는 공정과, 표면층(2)을 형성하는 공정 사이에, 전기 도선부(1)에 압접하는 처리인 공정을 더 포함한다.
압접 롤러(25)는 필러(2b)가 공급된 땜납 도금(2a)을 전기 도선부(1)에 강제적으로 압접함으로써, 땜납 도금(2a)을 원하는 두께로 규제할 수 있다.
도 6은, 태양 전지용 인터커넥터(10)의 제3 제조 장치(30)의 모식도이다.
제3 제조 장치(30)는 에어로졸 또는 콜드 스프레이라고 불리는 기술에 적용되는 것이며, 혼합물 챔버(31)와, 혼합물 공급 노즐(32)을 갖는다.
혼합물 챔버(31)는 땜납 분말과 필러의 혼합물을 내부에서 혼합한다. 노즐(32)은 혼합물 챔버(31)에서 혼합된 땜납 분말과 필러의 혼합물을 전기 도선부(1)에 공급한다.
이어서, 제3 제조 장치(30)에 의해 태양 전지용 인터커넥터(10)를 제조하는 처리 공정에 대하여 설명한다.
우선, 전기 도선부(1)의 표면을 아세톤 등의 유기 용제, 또는 산에 의해 탈지 세정한다. 이 공정에 의해, 전기 도선부(1)의 표면에 부착된 압연유를 제거한다.
계속해서, 제3 제조 장치(30)는 도시하지 않은 주행 장치에 의해, 전기 도선부(1)를 화살표 방향으로 주행시킨다.
그리고 제3 제조 장치(30)는 혼합물 챔버(31)에서 혼합된 땜납 분말과 필러의 혼합물을, 혼합물 공급 노즐(32)로부터 고상 상태에서 전기 도선부(1)의 면에 공급한다. 혼합물 공급 노즐(32)로부터 공급되는 땜납 분말과 필러의 혼합물의 공급 속도를 소정의 속도보다 높게 함으로써, 전기 도선부(1)의 면에 충돌한 땜납 분말과 필러의 혼합물을 전기 도선부(1)에 고속으로 부착함으로써 표면층(2)이 형성된다.
이상, 설명해 온 바와 같이, 태양 전지 모듈(100)에서는 태양 전지용 인터커넥터(10)를 표면 전극(12)에 접합할 때에, 땜납 도금(2a)을 용융시켜도 필러(2b)는 용융하지 않는다. 이로 인해, 필러(2b)가 전기 도선부(1)와 표면 전극(12) 사이에서 스페이서로서 기능하고, 전기 도선부(1)와 표면 전극(12) 및 이면 전극(13) 사이의 거리가 필러(2b)의 최대 직경으로 규정되어, 표면층(2)의 두께가 원하는 적당한 일정값으로 유지된다.
태양 전지용 인터커넥터(10)와 태양 전지 셀(11)은, 표면층(2)을 형성하는 땜납 도금(2a) 및 필러(2b)에 의해 접합된다. 이때, 전기 도선부(1)는 용융 접합시에 땜납 도금(2a)과 필러(2b)를 유지하는 기능을 한다. 즉, 전기 도선부(1)와 태양 전지 셀(11)을 땜납으로 접합할 때에, 전기 도선부(1)와 땜납 도금(2a)이 미리 견고하게 접합되어 있으므로, 전기 도선부(1)와 태양 전지 셀(11)의 위치 정렬이 용이해진다. 또한, 태양 전지 셀(11)과의 계면에서 땜납 도금(2a)이 젖음 확산되는 과도적인 상태에서, 땜납 도금(2a)이 전기 도선부(1)와 먼저 젖어 있으므로, 땜납과 필러를 평각선 근방으로 유지한다.
태양 전지용 인터커넥터(10)를 태양 전지 셀(11)의 표면 전극(12) 및 이면 전극(13)에 납땜할 때에, 땜납은 충분히 공급되는 쪽이 바람직하지만, 땜납이 필요 이상으로 공급되면, 발전 효율이 저하된다. 발전 효율의 저하는, 필요 이상으로 공급된 땜납이 수광면을 덮는 것에 의한 수광 면적의 저하, 저항률이 큰 땜납의 양이 증가하는 것에 의한 전기 저항값의 상승에 의한 것이다. 또한, 땜납의 분량 만큼 태양 전지용 인터커넥터(10)의 높이가 높아짐으로써, 태양 전지용 인터커넥터(10) 그림자의 수광면으로의 투사량이 증가함으로써, 태양 전지 셀(11)의 발전 효율은 저하된다. 한편, 땜납의 공급량이 적으면, 땜납을 균일하게 공급하는 것이 곤란해져, 연질인 땜납을 개재시키는 것에 의한, 배선 구리와 태양 전지 셀의 실리콘과의 열팽창 차를 완화하는 작용이 작아진다. 그로 인해, 응력 및 열 변형이 커져, 태양 전지 셀의 휨 및 균열이 증장된다.
태양 전지 모듈(100)에서는, 전기 도선부(1)와 표면 전극(12) 및 이면 전극(13) 사이의 거리가 필러(2b)의 최대 직경으로 규정되므로, 접합부의 높이를 원하는 높이로 규정할 수 있다.
표면층(2)의 두께를 10㎛ 내지 40㎛ 범위 내의 값으로 함으로써, 종합적으로 보아, 태양 전지 모듈(100)의 발전 효율의 저하 및 태양 전지 셀(11)의 휨 및 균열을 억제할 수 있다.
또한, 태양 전지 모듈(100)에서는, 태양 전지 셀(11)의 표면에 실장된 태양 전지용 인터커넥터(10)의 상측 광폭면에도 표면층(2)이 형성되어 있다. 전기 도선부(1)의 광폭면의 양면의 땜납 도금(2a)에 필러(2b)를 분산시킨 경우, 전기 도선부(1)의 상면에 공급된 땜납 도금(2a)의 일부가, 중력 및 표면 장력에 의해 전기 도선부(1)의 하면으로 이동한다. 그 결과, 표면 전극(12)과의 접합에 이용하지 않는 상면의 표면층(2)에서는, 필러(2b)의 존재에 의해 요철이 형성된다. 태양 전지 셀(11)의 표면(수광면)측에 입사한 태양광(50)이 태양 전지용 인터커넥터(10)의 상측 광폭면의 요철에 의해 난반사하고, 일부는 EVA 접착층(14)과 보호 유리(15)의 계면, 보호 유리(15)와 대기의 계면에서 재반사되어, 태양 전지 셀(11)에 입광한다. 이에 의해, 통상은 태양 전지용 인터커넥터(10)에 의한 반사로 잃게 되는 빛도 전력으로서 이용되어, 태양 전지 모듈의 발전 효율이 더욱 향상된다.
이어서, 제1 실시 형태에 관한 태양 전지용 인터커넥터(10)의 변형에 대하여 설명한다.
지금까지 태양 전지용 인터커넥터(10)가 태양 전지 모듈(100)에 선 실장되는 경우에 대하여 설명했지만, 태양 전지용 인터커넥터(10)는 LSI, LED 등의 소형 반도체 디바이스에 사용되는 반도체 실장 재료에도 평각도선으로서 적용 가능하다.
태양 전지용 인터커넥터(10)에서는, 전기 도선부(1)는 구리선이지만, 구리 합금, 알루미늄, 은 또는 다른 전기 양도 재료를 사용해도 된다. 또한, 태양 전지용 인터커넥터(10)에서는, 표면층(2)은 전기 도선부(1)의 표면 전체면을 덮고 있지만, 전기 도선부(1)의 길이 방향에 직교하는 단면에 있어서 폭이 넓은 변을 포함하는 면인 광폭면의 한쪽 면 또는 양쪽 면을 덮도록 형성되어도 된다. 즉, 표면층(2)은 전기 도선부(1)의 광폭면의 1면 또는 2면에만 형성해도 된다. 표면층(2)이 전기 도선부(1)의 광폭면의 1면에만 갖는 태양 전지용 인터커넥터(10)는 백 콘택트형의 태양 전지 모듈 등에 적용된다.
이러한 태양 전지용 인터커넥터(10)는 제3 제조 장치(30)에 있어서, 전기 도선부(1)의 광폭면의 양쪽 면에 배치되는 한 쌍의 혼합물 챔버(31) 및 노즐(32)의 한쪽만을 가동함으로써 형성할 수 있다.
또한, 전기 도선부(1)의 1면에만 표면층(2)을 갖는 태양 전지용 인터커넥터(10)는 필러(2b)가 함유된 땜납 페이스트를 전기 도선부(1)에 도포하여 고화시키는 것으로도 제조할 수 있다. 이 제조 방법은, 땜납 도금(2a)을 가열 용융하여 전기 도선부(1)와 땜납 도금(2a)을 젖게 함으로써 전기 도선부(1)와 땜납 도금(2a)의 계면에 반응상이 형성되므로, 보다 적합한 태양 전지용 인터커넥터(10)를 제조할 수 있다.
또한, 태양 전지용 인터커넥터(10)에서는, 땜납 도금(2a)은 Pb-Sn 공정 땜납에 의해 형성되지만, Sn-Ag-Cu계의 납 프리의 땜납 재료 등 다른 땜납 재료에 의해 형성되어도 된다.
또한, 태양 전지용 인터커넥터(10)에서는, 필러(2b)는 구리 입자이지만, 땜납 재료보다도 융점이 높은 재질에 의해 형성되는 입자로 해도 된다. 필러(2b)의 재료로서, 알루미늄, 은 등의 금속을 채용할 경우, 구리를 필러(2b)로서 채용하는 경우와 마찬가지로 필러(2b)의 전기 저항값은, 땜납 도금(2a)의 전기 저항값보다도 낮아진다. 이로 인해, 필러(2b)의 재료로서 금속을 채용함으로써, 표면층(2)의 전기 저항값을 낮출 수 있다. 저항률을 고려하면, 은, 구리, 알루미늄의 순이 바람직하다. 한편, 실리콘과의 열팽창률의 차를 고려하면, 구리, 은, 알루미늄의 순이 바람직하다. 구체적으로는, 구리와 은을 비교하면, 전기 전도성의 면에서는 은은 구리보다도 바람직하지만, 가격면에서는 구리는 은보다 바람직하다. 구리와 알루미늄을 비교하면, 전기 전도성의 면에서는 구리는 알루미늄보다도 바람직하지만, 가격면에서는 알루미늄은 구리보다 바람직하다.
또한, 필러(2b)의 재료로서, 스테인리스, 알루미나, 실리카 등의 열팽창 계수가 땜납 재료보다 작은 재료를 채용해도 된다. 이 경우, 태양 전지 모듈에 태양 전지용 인터커넥터(10)를 선 실장했을 때에, 표면층(2)이 응력을 완화하는 층으로서 기능하게 된다. 실리카는 열팽창률이 매우 작으므로, 필러(2b)의 재료로서 실리카를 채용할 경우, 전기 도선부와 실리콘 기판 사이의 땜납 계면상의 열팽창 계수의 차를 작게 할 수 있다.
또한, 필러(2b)의 재료로서, 표면에 티타늄, 몰리브덴, 망간 또는 텅스텐 등의 활성 금속이 코팅된 세라믹스를 채용해도 된다. 이 경우, 세라믹스와 금속의 계면 반응을 촉진하여 세라믹스와 금속의 접합성을 높이는 활성 금속이 코팅되므로, 필러(2b)와 땜납 도금(2a)의 습윤성이 향상하게 된다. 활성 금속은, 세라믹스에 증착법, 스퍼터링법, CVD법 등의 기상법으로 코팅된다. 예를 들어, CVD법 중 1종류인 파이로졸법에 의해 0.1㎛ 정도의 티타늄층을 코팅할 수 있다. 활성 금속의 코팅은, 땜납과의 습윤성이 나쁜 스테인리스나 알루미늄 등의 금속 필러에도 적용할 수 있다.
또한, 표면층(2)은 전기 도선부(1)와 태양 전지 셀(11)을 접합할 때에 위치 정렬을 용이하게 하기 위해, 전기 도선부(1)에 코팅되어 있으면 좋지만, 태양 전지 셀(11)에 접합되기 전부터 반응층이 형성되어 있어도 된다. 표면층(2)에 반응층이 형성되어 있는 경우, 태양 전지용 인터커넥터(10)를 태양 전지 셀(11)에 접합하는 과도 상태에서, 땜납 도금(2a)은 태양 전지 셀(11)보다도 전기 도선부(1)가 먼저 젖는다. 이로 인해, 표면층(2)에 반응층이 형성되어 있는 태양 전지용 인터커넥터(10)는 태양 전지 셀(11)에 접합할 때에 땜납 도금(2a) 및 필러(2b)를 전기 도선부(1)의 근방에 유지할 수 있다.
전기 도선부(1)가 구리로 형성되고, 또한 땜납 도금(2a)이 Pb-Sn 공정 땜납 등 주석을 많이 함유하는 땜납으로 형성될 경우에는, 반응층으로서, 전기 도선부(1)와 땜납 도금(2a)의 계면에 Cu6Sn5가 형성되어 있는 것이 바람직하다. Cu6Sn5를 포함하여 이루어지는 반응층의 두께는 얇아도 된다. 또한, Cu6Sn5를 포함하여 이루어지는 반응층은, 전기 도선부(1)와 땜납 도금(2a)의 계면 전체면에 분포되어 있지지 않아도 된다. 그러나 Cu6Sn5를 포함하여 이루어지는 반응층이 평균 두께 5㎛를 초과할 경우에는, 전기 도선부(1)와 땜납 도금(2a)의 계면에서 균열이 형성되기 쉬워진다. 태양 전지용 인터커넥터(10)는 연질인 것이 요망되므로, Cu6Sn5를 포함하여 이루어지는 반응층의 평균 두께가 5㎛를 초과하는 것은 바람직하지 않다.
또한, 제1 제조 장치(20)에 의해 태양 전지용 인터커넥터(10)를 제조하는 처리 공정에 있어서, 환상로에 전기 도선부(1)를 통선하는 공정은 생략할 수 있다. 또한, 환상로의 분위기는 수소를 함유하지 않고 아르곤만의 분위기로 해도 된다. 또한, 광휘 어닐링 대신에, 플럭스를 도포한 후, 용융 도금하는 방법을 채용해도 된다.
이어서, 도 7 및 도 8을 참조하여, 제2 실시 형태에 관한 태양 전지용 인터커넥터 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 발명자들은, 땜납의 응고 온도가 태양 전지용 인터커넥터(10)와 태양 전지 셀(11)의 접합부 내부에서 다른 것이, 태양 전지 셀(11)의 휨이나 균열에 대하여 매우 큰 영향을 주는 것을 밝혀냈다. 즉, 선 실장되는 태양 전지용 인터커넥터(10)와 태양 전지 셀(11)의 접합면의 면 내에서, 땜납의 응고 온도가 다른 것에 기인하는 응력이, 태양 전지 셀(11)의 휨이나 균열의 원인이라고 생각하였다. 이것으로부터, 접합부의 땜납 응고 온도의 편차를 소정의 온도 범위 내로 함으로써, 땜납의 응고 온도의 차이에 기인하는 응력을 저감하여, 태양 전지 셀(11)의 휨이나 균열을 억제할 수 있다. 또한, 접합부의 응고 온도를 일정한 온도로 수렴시키기 위해서는, 땜납의 과냉도를 작게 하는 것이 가장 간편하면서도 또한 제어 가능한 방법이다.
또한, 특허 문헌 9에서는, 시차 주사형 열량계(DSC)를 사용하여 용융 온도 특성에 있어서의 흡수 피크의 수와 땜납 접합의 관계에 대하여 개시되어 있다. 즉, DSC에서 단일의 흡수 피크를 나타내는 땜납은, 프린트 배선판의 실장에 적합한 것 및 DSC에서 2개의 흡수 피크를 나타내는 땜납은, 납땜 인두를 사용하여 접합에 유리한 것이 개시되어 있다. 이와 같이, 특허 문헌 9에는 땜납의 용융 온도 특성을 평가하기 위해 DSC의 측정 결과를 사용하는 것은 개시되지만, DSC의 측정 결과를 기초로 하여 땜납의 응고 온도의 편차를 관리하는 것은 개시되어 있지 않다.
본 명세서에서는, 과냉도라 함은 물질의 열평형 상태에 있어서의 응고 온도에 대하여 실제 냉각 과정에 있어서의 응고 온도와의 차를 말한다. 과냉도는, 냉각 속도에 의존하고, 냉각 속도가 빠른 경우, 과냉도는 커진다. 본 명세서에서는, 과냉도로서, 일반적으로 땜납 재료의 열 분석에서 행해지는 경우가 많은 냉각 속도 10℃/min에 있어서의 과냉도를 평가를 위한 과냉도로서 사용한다. 구체적으로는, 과냉도는 시차 주사 열량 측정에서 측정되는 DSC 곡선에 나타나는 10℃/min에서의 승온 과정에서의 온 세트 온도(T1)와, 10℃/min에서의 냉각 과정에 있어서의 피크 온도(T2)와의 차(ΔT=T1-T2)로서 규정하였다.
승온 과정에서의 흡열 피크의 상승을 나타내는 온 세트 온도(T1)는 JIS Z3198-1의 고상선 온도에 상당한다. 한편, 냉각 과정에 있어서의 발열 피크의 피크 온도(T2)는 냉각 과정에서의 발열값이 최대값에 달했을 때의 온도이다. 따라서, 냉각 과정에서의 발열값이 복수의 피크를 갖는 경우, 최대 피크값에 대응하는 온도가 T2가 된다. DSC 곡선은, 땜납 단체 또는 구리 코어재와 같은 도전재에 도금한 태양 전지용 인터커넥터 상태 중 어떠한 상태에 있어서도 측정할 수 있다.
도 7은, 과냉도 ΔT가 25℃ 이상인 DSC 곡선의 일례이다. 도 8은, 과냉도 ΔT가 25℃ 미만인 DSC 곡선의 일례이다.
일반적으로, Sn계 땜납의 과냉도는 30℃ 이상이다. 또한, 과냉도가 30℃ 이상인 땜납에서는, 땜납의 내부에서 응고 온도가 다르다. 이로 인해, 과냉도가 30℃ 이상인 땜납을 태양 전지용 인터커넥터와 태양 전지 셀의 접합재로서 사용하면, 땜납 내부의 응고 온도가 다른 것에 기인하는 응력이 발생한다. 이 응력이 태양 전지 셀의 휨이나 균열을 증장하고 있을 우려가 있다. 땜납 내부의 응고 온도의 편차를 억제하기 위해서는, 땜납의 과냉도를 25℃보다도 낮게 하는 것이 효과적이다. 또한, 땜납의 과냉도는 15℃ 이하인 것이 바람직하다. 땜납의 과냉도를 25℃보다도 낮게 하는 이유는, 과냉도가 25℃ 이상이 되면, 땜납 내부의 응고 온도의 차가 10℃ 이상으로 되어, 응고 온도의 차에 기인한 응력에 기인하는 태양 전지 셀의 휨이나 균열이 증장되기 때문이다. 본 명세서에서는, 땜납 내부의 응고 온도의 차가 10℃보다 큰 경우에, 응고 온도의 편차가 크다고 한다. 후술하는 바와 같이, 땜납의 과냉도가 25℃보다도 작은 경우, 땜납 내부의 응고 온도의 차는 10℃ 이내이며, 응고 온도의 차에 기인한 응력의 영향도 작아지므로, 과냉도는 25℃보다 작은 것이 필요하다.
제2 실시 형태에 관한 태양 전지용 인터커넥터에서 사용되는 땜납의 일례는, 질량%로 0.001% 이상 2% 이하인 Zn, Mg, Ti, Co, Zr, Be 중 적어도 1종류를 함유하는 Sn계 땜납이다. Zn, Mg, Ti, Co, Zr, Be 중 적어도 1종류의 함유량이 0.001% 이상인 이유는, 0.001 질량% 미만에서는 과냉도를 낮추는 효과가 충분히는 얻어지지 않기 때문이다. Zn, Mg, Ti, Co, Zr, Be 중 적어도 1종류의 함유량이 2% 이하인 이유는, 2 질량%보다 많으면 땜납이 단단해져, 납땜성이 악화될 우려가 있기 때문이다. 또한, Sn계 땜납의 Zn, Mg, Ti, Co, Zr, Be 중 적어도 1종류의 함유량은, 0.01 질량% 이상 1 질량% 이하인 것이 바람직하다.
땜납에 Zn이 함유되면, Zn이 땜납에 고용하여 땜납의 강도를 높인다. 땜납에 Mg이 함유되면, Mg이 탈산제로서 작용하여, 땜납 내부의 산소 농도를 저감한다. 또한, Mg은 땜납 표면 산화막을 얇게 한다. 땜납에 Ti가 함유되면, 땜납 내부에 미세 분산하여, 석출 강화로서 작용한다. 땜납에 Co가 함유되면, 계면에 형성되는 Cu6Sn5의 Cu와 치환하여, 화합물의 내부 응력을 저감한다.
또한, Sn계 땜납을 10℃/min의 승온 냉각 속도로 시차 주사 열량 측정을 행할 경우, 완전한 열평형 상태를 얻을 수 없어, 응고 온도(T2)는 용융의 온 세트 온도(T1)보다 0.1℃ 이상 낮은 온도가 된다. 이로 인해, 과냉도의 하한은 실질적으로 0.1℃이다. 또한, 땜납의 과냉도는 첨가물의 함유량이 동일한 물질이라도 승온 또는 냉각에 의해, 변화될 가능성이 있다. 그러나 태양 전지 셀에 접합된 상태에서 태양 전지용 인터커넥터의 비접합부의 과냉도를 측정함으로써, 태양 전지 셀에 접합되기 전에 태양 전지용 인터커넥터의 과냉도를 측정할 수 있다.
제2 실시 형태에 관한 태양 전지용 인터커넥터에서 사용되는 땜납의 일례의 조성으로서, Sn의 질량%가 60% 이상인 것이 바람직하다. Sn의 질량%가 60% 미만이면 과냉도를 25℃ 미만으로 해도 셀의 휨이나 균열을 억제하는 효과가 얻기 어려워지기 때문이다. 과냉도와 응고 후의 응력과의 상관 관계는, Sn을 주체로 하는 금속 및 합금에 있어서 얻어지기 때문이다.
제2 실시 형태에 관한 인터커넥터에서 사용되는 땜납의 일례에서는, Ag를 질량%로 0.1% 이상 4% 이하 함유하는 것이 바람직하다. Ag를 첨가함으로써, 땜납의 융점이 저하되어 실장 시에 발생하는 열 변형을 저감시킬 수 있는 동시에, 땜납의 기계적 특성이 향상되어 접합의 신뢰성이 향상되기 때문이다. Ag의 함유량이 0.1% 미만인 경우, 상술한 효과는 얻기 어려워진다. Ag의 함유량이 4%를 초과하면 조대한 Ag3Sn이 생성되어 접합부의 신뢰성이 저하될 우려가 있다.
제2 실시 형태에 관한 태양 전지용 인터커넥터에서 사용되는 땜납의 일례에서는, Cu를 질량%로 0.1% 이상 1.5% 이하 함유하는 것이 바람직하다. Ag와 마찬가지로, Cu가 Sn계의 땜납에 첨가되면 융점이 저하되는 동시에 습윤성이 향상된다. Cu의 함유량이 0.1% 미만인 경우, 상술한 효과는 얻기 어려워진다. Cu의 함유량이1.5%를 초과하면 조대한 Sn-Cu계 금속 간 화합물이 생성되어 접합부의 신뢰성이 저하될 우려가 있다.
제2 실시 형태에 관한 태양 전지용 인터커넥터에서 사용되는 땜납의 일례에서는, Fe 및 Ni 중 적어도 1종류를 질량%로 0.001% 이상 0.2% 이하 더 함유하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 과냉도를 저하시키는 동시에, 땜납의 피로 특성이 개선되어 접합부의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. Fe 및 Ni 중 적어도 1종류의 함유량이 0.001% 미만이면 상술한 효과는 얻기 어려워진다. Fe 및 Ni 중 적어도 1종류의 함유량이 0.2%를 초과하면 땜납의 습윤성이 저하되어, 접합 강도가 저하될 우려가 있다. 과냉도가 낮은 땜납의 일례에서는, Fe 및 Ni 중 적어도 1종류를 질량%로 0.01% 이상 0.1% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
제2 실시 형태에 관한 태양 전지용 인터커넥터에서 사용되는 땜납의 일례에서는, 납 프리 땜납이라도 되고, 또한 납을 함유한 땜납이라도 된다. 제2 실시 형태에 관한 땜납의 일례가 납 프리 땜납일 경우, Sn-Ag계, Sn-Cu계, Sn-Ag-Cu계의 공정 조성 근방이면 된다. 한편, 제2 실시 형태에 관한 땜납의 일례가 납을 함유한 땜납일 경우, 납의 함유량이 질량%로 30% 이상 40% 이하의 공정점 근방인 것이 바람직하다. 또한 납의 함유량이 35 질량% 이상 40 질량% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 납의 함유량이 공정점 근방이면 땜납의 융점을 낮출 수 있는 동시에, 응고 후의 잔류 응력을 저하시킬 수 있기 때문이다.
제2 실시 형태에 관한 태양 전지용 인터커넥터는, 선재와 같은 도전재나 테이프재 등의 도전재 표면의 일부 또는 전부에 상술한 땜납을 피복한 것이다. 이러한 태양 전지용 인터커넥터를 제조하는 데 있어서, 상술한 바와 같은 Sn계 땜납의 조성을 가진 도금욕을 사용하여, 용융 도금에 코어재가 되는 도전재를 침지시키는 등 한다. 이러한 처리에 의해, 도전재 표면의 적어도 일부가 Sn계 땜납으로 피복된 태양 전지용 인터커넥터를 얻을 수 있다. 도전재를 피복하는 Sn계 땜납의 양에 대해서는 특별히 제한되지 않지만, 일반적으로는 5㎛ 이상 80㎛ 이하 정도의 두께로 Sn계 땜납이 피복되도록 하는 것이 바람직하다.
태양 전지용 인터커넥터의 코어재가 되는 도전재는, Cu계 재료를 사용하는 것이 일반적이다. 코어재의 Cu 재료는 어떠한 종류의 것이라도, 본 발명 효과를 얻을 수 있지만, 코어재의 길이 방향으로 <100> 방향이 집적한 방위 제어한 코어재를 사용하면, 본 발명 효과와 아울러 또한 셀의 휨이나 균열을 방지할 수 있다.
이상, 제1 및 제2 실시 형태에 대하여 설명하였다. 제1 제2 실시 형태와 제2 실시 형태를 조합함으로써, 접합면에 걸쳐 균일한 두께 및 융점을 갖는 접합부를 형성할 수 있다.
<실시예>
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
(제1 실시예)
본 실시예에서는, 스테인리스 필러를 함유한 땜납 도금의 표면층을 갖는 인터커넥터(평각도선)의 제작을 행하였다. 구리 코어재는 Φ1.5㎜의 터프 피치 구리성 환선을 압연에 의해 두께 0.2㎜, 폭 2㎜로 한 평각의 구리선부를 사용하였다. 이 구리선부를 40%의 수소를 함유하는 질소를 흐르게 한 600℃로 가열한 환상로에 통선하고, 환상로의 구리선부의 출구측을 용융 땜납 도금조에 삽입한 상태에서 구리선부를 출선하고, 용융 도금하였다. 땜납 재료로서, Sn-3.0 중량% Ag-0.5 중량% Cu를 사용하고, 용융 도금조의 온도는 300℃로 하였다. 용융 도금조를 통과한 구리선부는, 구리선 가이드를 사용하여 수직 방향으로 출탕하는데, 도금조의 액면에는 두께 0.3㎜, 폭 2.4㎜의 각형 구멍이 형성된 교축 다이스를 설치하고, 이 구멍을 통과하여 상방으로 이동한다. 교축 다이스를 통과한 직후의 구리선부는 땜납이 용융한 상태에서 피복되어 있으며, 상방으로 이동함에 따라서 땜납은 냉각, 응고된다. 0.5㎜/분의 속도로 통선하는 구리선부에 피복되는 땜납의 두께는, 판 두께 방향에서 편측 평균 25㎛이며, 이것을 비교재로 하였다. 이것을 시료 A라 한다.
한편, 교축 다이스 바로 위에 스테인리스 필러를 공급하는 피더를 설치하고, 용융한 상태의 땜납 표면에 스테인리스 필러를 접촉시켜, 직후의 압접 롤러로 스테인리스 필러를 땜납 도금층 내에 압입하여 인터커넥터를 제작하였다. 스테인리스 필러는, 체에 의해 분급된 것으로, 그 최대 직경은 20㎛인 것을 사용하였다. 0.5㎜/분의 속도로 통선한 결과, 땜납의 두께는 평균 25㎛, 땜납 내의 스테인리스 필러의 체적률은 10%였다. 이와 같이 하여 제작한 인터커넥터를 시료 B라 한다. 시료 A, 시료 B 모두 땜납과 구리의 계면에는 평균 두께 1㎛인 Cu6Sn5가 형성되어 있었다.
상기 인터커넥터를 2개 사용하여, 일정한 압력으로 두께 200㎛, 한 변이 150㎜인 사각형의 태양 전지 셀 위에 평행하게 2열 설치한 폭 3㎜의 은 페이스트를 소성하여 이루어지는 전극 위에 각각 실장하였다. 실장 시에는, 땜납의 융점 이상에서 스테인리스 필러의 융점보다도 낮은 온도로 땜납을 용융시켜 접합하였다. 인터커넥터로부터 밀려나오는 땜납의 가로 방향의 길이 및 태양 전지 셀의 휨을 측정하였다.
셀의 휨은, 인터커넥터를 접합한 면이 내측이 되도록, 또한 인터커넥터의 길이 방향이 만곡하도록 발생하였다. 즉, 휨은 땜납이 응고하면서 실리콘 셀 위의 전극과 접합한 후, 냉각 시의 열 응력에 의해 발생한 것이며, 도선을 구성하고 있는 구리나 땜납의 열팽창 계수가, 실리콘의 열팽창 계수보다도 작기 때문에 발생한 것이다. 셀의 휨량은, 수평면에 휜 셀이 아래가 되도록 두고, 셀 중앙부의 수평면과 셀의 거리를 측정함으로써 구하였다.
시료 A에서는, 국소적으로 땜납이 구리선부의 가로 방향으로 밀려나와, 그 폭은 편측 평균 0.2㎜, 최대 1㎜에 달하고, 땜납은 전극으로부터 밀려나와서 태양 전지 수광면에까지 퍼져 있었다. 한편, 시료 B에서는, 땜납이 가로 방향으로 밀려나온 양은 편측 평균 0.05㎜, 최대 0.1㎜에 머물렀다.
시료 A, B에서 구리선부의 단면을 비교하면, 시료 B에서는 태양 전지의 전극과 구리선부의 거리가 스테인리스 필러에 의해 평균 25㎛로 유지되고, 땜납은 가로 방향으로 젖음 확산되어 있지 않았다. 이에 반해, 시료 A에서는, 국소적으로 구리선부와 전극 사이에 거의 땜납이 존재하지 않는 부분이 있고, 당해 부분에서는 땜납이 가로 방향으로 크게 밀려나와 있었다.
또한, 태양 전지 셀의 휨은, 스테인리스 필러를 혼입하고 있지 않은 시료 A를 사용한 것이, 인터커넥터를 실장한 측에 3㎜ 휘어 있었던 것에 반해, 스테인리스 필러를 혼입한 시료 B의 인터커넥터를 실장한 것의 휨은, 0.8㎜였다. 이 요인은 이하와 같이 생각할 수 있다. 우선, 땜납 리플로우 시에 스테인리스 필러가 고상이었으므로, 땜납의 응고 수축이 작았던 것. 이어서, 스테인리스의 열팽창 계수가 작기 때문에, 응고 후의 열 수축이 작았던 것. 또한, 인터커넥터와 태양 전지 셀의 간격이 일정한 간격을 유지하고 있었으므로, 구리와 실리콘의 열팽창 계수의 차에 기인하는 열 변형이 완화된 것이다.
(제2 실시예)
본 실시예에서는, 구리 필러를 함유한 땜납 도금의 표면층을 갖는 인터커넥터(평각도선)의 제작을 행하였다. 구리 코어재는 Φ1.5㎜의 터프 피치 구리로 된 환선을 압연에 의해 두께 0.2㎜, 폭 2㎜로 한 평각의 구리선부를 사용하였다. 이 구리선부를 40%의 수소를 함유하는 질소를 흐르게 한 가열한 환상로에 통선하고, 환상로의 구리선부의 출구측을 용융 땜납 도금조에 삽입한 상태에서 구리선부를 출선하고, 용융 도금하였다. 땜납 재료로서, Sn-1.2 중량% Ag-0.5 중량% Cu-0.05 중량% Ni 합금을 사용하고, 250℃로 유지된 용융 도금조를 통과한 구리선부는, 구리선 가이드를 사용하여 수직 방향으로 출탕하여 상방으로 이동한다. 출탕 직후의 구리선부는 땜납이 용융한 상태에서 피복되어 있으며, 상방으로 이동함에 따라서 땜납은 냉각, 응고된다.
구리 필러의 공급은, 구리 필러를 공급하는 피더를 설치하고, 용융한 상태의 땜납 표면에 구리 필러를 접촉시켜, 직후의 압접 롤러로 구리 필러를 땜납 도금층 내에 압입하였다. 구리 필러는, 체에 의해 분급된 것으로, 그 최대 직경은 5㎛ 내지 50㎛의 5 수준의 것을 사용하였다. 땜납 내의 구리 필러의 체적률이 20%, 땜납의 두께가 구리 필러의 최대 직경이 되도록, 피더량, 환상로의 온도 및 통선 속도를 조정하고, 구리 필러를 함유한 표면층을 갖는 인터커넥터를 제작하였다. 이와 같이 하여 제작한 각 인터커넥터를 시료 C 내지 J로 한다. 또한, 비교재로서, 구리 필러를 함유하지 않고 편측 땜납 두께 40㎛의 인터커넥터를 제작하였다. 이와 같이 하여 제작한 인터커넥터를 시료 K로 한다. 모든 시료에 땜납과 구리의 계면에는 평균 두께 0.5㎛의 Cu6Sn5가 형성되어 있었다.
상기 인터커넥터를 2개 사용하여, 일정한 압력으로 두께 190㎛, 한 변이 170㎜인 사각형의 태양 전지 셀 위에 평행하게 2열 설치한 3㎜×5㎜ 크기의 은 페이스트를 소성하여 이루어지는 전극 위에 각각 실장하였다. 실장 시에는, 땜납의 융점 이상에서 구리 필러의 융점보다도 낮은 온도로 땜납을 용융시켜 접합하였다. 실장한 인터커넥터의 길이는 태양 전지 셀과 같은 170㎜이며, 태양 전지 셀 위의 전극의 중심선을 따라 실장하였다. 태양 전지 셀과 인터커넥터를, 실장하는 길이 방향으로 5㎜ 어긋나게 하여 접합하였다. 접합 후, 인터커넥터로부터 밀려나오는 땜납을 관찰하고, 태양 전지 셀의 휨 및 균열의 상태를 측정하였다.
셀의 휨은, 인터커넥터를 접합한 면이 내측이 되도록, 또한 인터커넥터의 길이 방향이 만곡하도록 발생하였다. 즉, 휨은 땜납이 응고하면서 실리콘 셀 위의 전극과 접합한 후, 냉각 시의 열 응력에 의해 발생한 것이며, 도선을 구성하고 있는 구리나 땜납의 열팽창 계수가, 실리콘의 열팽창 계수보다도 작기 때문에 발생한 것이다. 셀의 휨량은, 수평면에 휜 셀이 아래가 되도록 두고, 셀 중앙부의 수평면과 셀의 거리를 측정함으로써 구하였다.
그 결과를 이하의 표 1에 나타낸다.
Figure 112013105436906-pct00001
땜납의 밀려나옴 평가는, 인터커넥터를 실장한 후, 인터커넥터의 길이 방향에 직각인 방향으로 젖음 확산된 정도로 평가하였다. ○는, 전극과 땜납이 젖은 것을 의미하고, 필릿은 형성되지만, 가로 방향의 젖음 확산은 균일하여 은 전극의 폭에 들어가 있는 상태였던 것이다. △는, 땜납이 국소적으로 밀려나와 있지만, 그 가로 방향 확산의 최대의 것이, 전극의 폭 3㎜ 이내에 들어가 있는 상태로 하였다. ×는, 땜납이 국소적으로 밀려나와, 전극을 초과하여, 태양 전지 셀의 수광면에까지 퍼져 버린 것으로 하였다.
또한, 균열 평가는 인터커넥터와 태양 전지 셀의 접합부 단면을 연마하여 광학 현미경으로 관찰하고, 다음과 같이 평가하였다. ○는, 균열이 관찰되지 않은 것, △는 땜납 내에서 국소적으로 균열 발생이 확인된 것, ×는 큰 균열이 발생해 태양 전지 셀과 인터커넥터가 부분적으로 박리가 발생하고 있는 것으로 하였다.
시료 C, D, I, J에서는, 전극의 폭 3㎜ 부근까지 땜납이 퍼진 것이 확인되었지만, 모든 인터커넥터에서, 전극으로부터의 밀려나옴은 관찰되지 않았다. 한편, 구리 필러를 사용하고 있지 않은 인터커넥터에서는, 땜납이 퍼져, 태양 전지 셀의 수광면까지 달하고 있었다. 이것은, 구리 필러의 효과이다. 특히, 표면층의 두께가 10㎛ 내지 40㎛인 경우, 양호하였다. 구리 필러가 작은 시료에서 약간 밀려나온 것은, 접합 시에 구리 필러가 유동해 버렸기 때문이라 생각된다. 또한, 땜납이 두꺼운 경우에는, 가로 방향으로 젖음 확산되기 쉽지만, 구리 필러가 있음으로써, 이것이 억제되었다고 볼 수 있다.
휨량은 구리 필러의 최대 직경에 의존하고, 구리 필러의 최대 직경이 10㎛ 내지 40㎛인 경우에 휨량이 작아, 균열도 관찰되지 않고 건전한 접합이 가능하였다. 구리 필러의 최대 직경이 10㎛보다 작은 경우에는, 구리선과 실리콘의 거리가 너무 작아, 리플로우 후의 열 수축량 차에 의한 응력을 완화할 수 없었던 결과, 땜납 및 태양 전지 셀에 균열이 발생하였다. 그러나 구리 필러의 근방에서 균열이 멈추어져 있어, 균열의 진전을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
한편, 구리 필러의 최대 직경이 40㎛보다 큰 경우에는, 구리선부에 땜납을 더한 두께가 커지므로, 리플로우 후의 열 수축량 차에 의한 응력이 커져, 태양 전지 셀에 균열이 발생하였다. 특히, 구리 필러를 함유시키고 있지 않은 시료 K에서는, 태양 전지 셀과 은 전극 계면에서 박리가 발생해 버렸다. 계면에 인가되는 응력이 가장 컸기 때문이라 생각된다.
이어서, 태양 전지 셀로부터 5㎜ 밀려나온 인터커넥터의 단부와, 인터커넥터와 접합되어 있지 않은 노출된 전극면과의 사이에서 전기 저항값을 측정하였다. 그 결과, 구리 필러를 함유하는 표면층을 갖는 인터커넥터를 실장한 접합 부위를 걸친 전기 저항값이, 구리 필러를 함유시키지 않고 실장한 접합 부위를 걸친 전기 저항값보다도 낮은 값을 나타냈다. 이것은, 구리가 땜납보다 양도체이므로, 구리 필러를 경유해도 전류가 흐름으로써, 접합 부위의 전기 저항값을 낮추는 효과에 의한다. 또한, 구리 필러를 함유시키고 있지 않은 인터커넥터의 전기 저항값이 높은 이유는, 접합 부위에 박리가 발생하고 있었던 것에 의해, 전류의 흐름이 방해되었기 때문이다. 접합 부위의 전기 저항값은, 표면층의 두께가 10㎛ 내지 40㎛인 경우, 가장 낮았지만, 이것도 응력 완화의 기구에 의해, 균열의 도입이 억제되어, 접합부가 건전했기 때문이다. 즉, 구리 필러를 사용함으로써 표면층의 전기 저항값이 저하되는 것이 밝혀졌다.
구리선부에 땜납을 더한 두께가 커지면, 태양광이 경사지게 들어왔을 때의 그림자가 길어진다. 수광면이 차광됨으로써, 태양 전지 모듈의 발전 효율이 저하하게 되므로, 구리 필러의 최대 직경은, 이 점에서도 10㎛ 내지 40㎛ 사이가 가장 바람직한 범위라 할 수 있다.
(제3 실시예)
본 실시예에서는, 필러의 재질을 각각 알루미늄, 은, 니켈, 알루미나, 실리카로 하는 땜납 도금의 표면층을 갖는 각 인터커넥터(평각도선)의 제작을, 용융 도금법 및 에어로졸법으로 행하였다. 구리 코어재는 Φ1.5㎜의 터프 피치 구리제 환선을 압연에 의해 두께 0.15㎜, 폭 2㎜로 한 평각의 구리선부를 사용하였다.
용융 도금법에 의한 시료는 다음과 같이 하여 제작하였다. 구리선부를 40%의 수소를 함유하는 질소를 흐르게 한 가열한 환상로에 통선하고, 환상로의 구리선부의 출구측을 용융 땜납 도금조에 삽입한 상태에서 구리선부를 출선하고, 용융 도금하였다. 땜납 재료로서, Sn-3.0 중량% Ag-0.5 중량% Cu 합금을 사용하고, 250 ℃로 유지된 용융 도금조를 통과한 구리선부는, 구리선 가이드를 사용하여 수직 방향으로 출탕하여 상방으로 이동한다. 출탕 직후의 구리선부는 땜납이 용융한 상태에서 피복되어 있으며, 상방으로 이동함에 따라서 땜납은 냉각, 응고한다.
필러의 공급은, 필러를 공급하는 피더를 설치하고, 용융한 상태의 땜납 표면에 필러를 접촉시켜, 직후의 압접 롤러로 필러를 땜납 도금층 내에 압입하였다. 필러는, 체에 의해 분급된 것으로, 그 최대 직경은 25㎛인 것을 사용하였다. 알루미나 필러 및 실리카 필러는, 증착법에 의해 약 0.05㎛의 Ti가 코팅되어 있는 것을 사용하였다. 땜납 내의 필러의 체적률이 15%, 땜납의 두께가 30㎛가 되도록, 피더량, 환상로의 온도 및 통선 속도를 조정하고, 각 필러를 함유한 표면층을 갖는 인터커넥터를 제작하였다. 이와 같이 하여 제작한 각 인터커넥터를 시료 L 내지 P로 한다. 또한 비교재로서, 필러를 함유하지 않고 편측 땜납 두께 30㎛의 인터커넥터를 제작하였다. 이와 같이 하여 제작한 인터커넥터를 시료 Q로 한다.
에어로졸법에 의한 인터커넥터의 제작은 다음과 같은 방법으로 행하였다. 구리 코어재는, 용융 도금에서 사용한 것과 동일한 것을 사용했지만, 땜납의 피복을 실시하기 전에, 아세톤으로 탈지를 행하였다. 알루미나 필러는, 용융 도금으로 제작한 알루미나 필러의, Ti를 코팅하기 전의 동일한 입경의 것을 사용하였다. 땜납은, 용융 도금에 사용한 땜납과 같은 성분으로, 입도 35㎛인 것을 사용하였다. 이들 분체를 알루미나 필러의 체적률이 15%가 되도록 혼합한 것을 에어로졸 분사용 원료로 하였다.
에어로졸에 의한 피복 시의 작동 가스에는 질소 가스를 사용하고, 작동 온도 150℃, 압력 2MPa, 구리선부의 송선 속도를 100㎜/s로, 구리선부의 편면씩, 편측 35㎛의 막 두께가 되도록 하여, 양면을 성막하였다. 이와 같이 하여 제작한 인터커넥터를 시료 R로 하였다. 또한, 비교재로서, 알루미나를 함유하지 않은 땜납 원료를 사용하여 인터커넥터를 제작하였다. 이와 같이 하여 제작한 인터커넥터를 시료 S로 하였다.
상기 인터커넥터를 2개 사용하여, 일정한 압력으로 두께 190㎛, 한 변이 170㎜인 사각형의 태양 전지 셀 위에 평행하게 2열 설치한 3㎜×5㎜ 크기의 은 페이스트를 소성하여 이루어지는 전극 위에 각각 실장하였다. 실장 시에는, 땜납의 융점 이상이고 각필러의 융점보다도 낮은 온도에서 땜납을 용융시켜 접합하였다. 실장한 인터커넥터의 길이는 태양 전지 셀과 같은 170㎜이며, 태양 전지 셀 위의 은 전극의 중심선을 따라 실장하였다. 태양 전지 셀과 인터커넥터를, 실장하는 길이 방향으로 5㎜ 어긋나게 하여 접합하였다. 접합 후, 인터커넥터로부터 밀려나오는 땜납을 관찰하고, 태양 전지 셀의 휨·균열의 상태를 측정하였다.
셀의 휨은, 인터커넥터를 접합한 면이 내측이 되도록, 또한 인터커넥터의 길이 방향이 만곡하도록 발생하였다. 즉, 휨은 땜납이 응고하면서 실리콘 셀 위의 전극과 접합한 후, 냉각 시의 열 응력에 의해 발생한 것이며, 도선을 구성하고 있는 구리나 땜납의 열팽창 계수가, 실리콘의 열팽창 계수보다도 작기 때문에 발생한 것이다. 셀의 휨량은, 수평면에 휜 셀이 아래가 되도록 두고, 셀 중앙부의 수평면과 셀의 거리를 측정함으로써 구하였다.
그 결과를 표 2에 나타낸다. 땜납의 밀려나옴 및 균열의 평가는 제2 실시예와 같다.
Figure 112013105436906-pct00002
땜납의 밀려나옴 및 균열은, 필러가 함유되어 있는 것과 함유되어 있지 않은 것에서 크게 달랐다. 알루미나 필러를 함유한 표면층을 갖는 인터커넥터, 실리카 필러를 함유한 표면층을 갖는 인터커넥터를 실장한 후의, 태양 전지 셀의 휨은 매우 작고, 균열의 발생도 확인되지 않았다. 이것은, 알루미나 및 실리카의 열팽창 계수가 작기 때문에, 접합 부분의 열 수축이 작아져 실리콘에 근접하였으므로, 접합 계면에서의 응력이 작아진 것에 기인한다. 즉, 알루미나, 실리카의 필러를 사용하면 응력의 완화층으로서 작용하는 것을 알 수 있었다.
이어서, 태양 전지 셀로부터 5㎜ 밀려나온 인터커넥터의 단부와, 인터커넥터와 접합되어 있지 않은 노출된 전극면과의 사이에서 전기 저항값을 측정하였다. 그 결과, 알루미늄, 은을 필러로서 함유시킨 표면층을 갖는 인터커넥터의 전기 저항값이 가장 낮았다. 이것은, 알루미늄, 은이 땜납에 비교하여 양도체이므로, 필러를 경유해도 전류가 흐르기 때문이다. 또한, 필러를 함유시키고 있지 않은 표면층을 갖는 인터커넥터의 전기 저항값이 가장 높았다. 이것은, 균열의 발생으로 전극이 부분적으로 박리되어 버렸기 때문이다. 즉, 알루미늄, 은의 필러를 사용하면 표면층의 전기 저항값이 저하되는 것이 밝혀졌다.
(제4 실시예)
본 실시예에서는, 구리 필러와 실리카 필러를 함유한 땜납 도금의 표면층을 갖는 인터커넥터(평각도선)의 제작을 행하였다. 구리 코어재는 Φ1.5㎜의 무산소 구리로 된 환선을 압연에 의해 두께 0.2㎜, 폭 2㎜로 한 평각의 구리선부를 사용하였다. 이 구리선부를 40%의 수소를 함유하는 질소를 흐르게 한 가열한 환상로에 통선하고, 환상로의 구리선부의 출구측을 용융 땜납 도금조에 삽입한 상태에서 구리선부를 출선하고, 용융 도금하였다. 땜납 재료로서, Sn-1.0 중량% Ag-1.0 중량% Cu-0.01 중량% Zn 합금을 사용하고, 250 ℃로 유지된 용융 도금조를 통과한 구리선부는, 구리선 가이드를 사용하여 수직 방향으로 출탕하여 상방으로 이동한다. 출탕 직후의 구리선부는 땜납이 용융한 상태에서 피복되어 있으며, 상방으로 이동함에 따라서 땜납은 냉각, 응고한다.
구리 필러 및 실리카 필러의 공급은, 미리 이들 필러를 체적 비율로 1 : 1이 되도록 혼합된 것으로, 실리카는 0.2㎛의 티타늄을 증착법으로 코팅한 것을 사용하였다. 이들의 혼합한 혼합 필러를 공급하는 피더를 설치하고, 용융한 상태의 땜납 표면에 혼합 필러를 미리 접촉시켜, 직후의 압접 롤러로 구리 필러를 땜납 도금층 내에 압입하였다. 각각의 필러는, 체에 의해 분급된 것으로, 그 최대 직경은 3㎛, 5㎛, 15㎛, 20㎛, 30㎛의 5 수준의 것을 사용하였다. 땜납 내의 혼합 필러의 체적률이 6%, 땜납의 평균 두께가 20㎛가 되도록, 피더량, 환상로의 온도 및 통선 속도를 조정하고, 구리 필러를 함유한 표면층을 갖는 평각도선을 제작하였다. 이와 같이 하여 제작한 각 평각도선을 시료 T 내지 X로 하였다. 또한, 최대 직경 15㎛의 구리 필러를 단독으로 체적률 6% 함유시켜, 땜납의 평균 두께가 20㎛가 되도록 제조한 단출 도금 평각선 Y를 제작하였다. 또한, 최대 직경 15㎛의 티타늄 피복 실리카 필러를 단독으로 체적률 6% 함유시켜, 땜납의 평균 두께가 20㎛가 되도록 제조한 단출 도금 평각선 Z를 제작하였다. 모든 시료에 땜납과 구리의 계면에는 평균 두께 0.3㎛의 Cu6Sn5가 형성되어 있었다.
이와 같이 하여 제작한 8종류의 평각선 T 내지 Z의 필러를 함유하는 땜납 부분을 10㎎ 채취해 과냉도를 측정한 바 14℃였다.
이어서, 평각선을 1.1m의 길이로 절단하고, 4 단자법으로 전압 단자 간 1m에서의 전기 저항을 측정한 바, 시료 T 내지 X의 전기 저항값은 42.7mΩ, 시료 Y가 41.7mΩ, 시료 Z가 43.9mΩ, 시료 AA가 43.1mΩ이었다. 땜납의 도금 두께는 동일하며, 도체의 총 단면적은 동일하므로, 단위 총 단면적당의 전류 용량이 가장 큰 것은, 시료 Y이며, 계속해서 시료 T 내지 X였다. 이것은 땜납에 땜납보다 전기 저항이 작은 구리 필러를 함유함으로써, 땜납층의 전기 저항값이 저하되었기 때문이다.
상기 평각도선을 2개 사용하여, 일정한 압력으로 두께 190㎛, 한 변이 170㎜인 사각형의 태양 전지 셀 위에 평행하게 2열 설치한 3㎜×5㎜ 크기의 은 페이스트를 소성하여 이루어지는 전극 위에 각각 실장하였다. 실장 시에는, 땜납의 융점 이상이고 구리 필러의 융점보다도 낮은 온도에서 땜납을 용융시켜 접합하였다. 실장한 평각도선의 길이는 태양 전지 셀과 같은 170㎜이며, 태양 전지 셀 위의 전극의 중심선을 따라 실장하였다. 태양 전지 셀과 평각도선을, 실장하는 길이 방향으로 5㎜ 어긋나게 하여 접합하였다. 접합 후, 평각도선으로부터 밀려나오는 땜납을 관찰하고, 태양 전지 셀의 휨·균열의 상태를 측정하였다.
셀의 휨은, 인터커넥터를 접합한 면이 내측이 되도록, 또한 인터커넥터의 길이 방향이 만곡하도록 발생하였다. 즉, 휨은 땜납이 응고하면서 실리콘 셀 위의 전극과 접합한 후, 냉각 시의 열 응력에 의해 발생한 것이며, 도선을 구성하고 있는 구리나 땜납의 열팽창 계수가, 실리콘의 열팽창 계수보다도 작기 때문에 발생한 것이다. 셀의 휨량은, 수평면에 휜 셀이 아래가 되도록 두고, 셀 중앙부의 수평면과 셀의 거리를 측정함으로써 구하였다.
그 결과를 이하의 표 3에 나타낸다.
Figure 112013105436906-pct00003
땜납의 밀려나옴 평가는, 평각도선을 실장한 후, 평각도선의 길이 방향에 직각인 방향으로 젖음 확산된 정도로 평가하였다. ○는, 전극과 땜납이 젖은 것을 의미하고, 필릿은 형성되지만, 가로 방향의 젖음 확산은 균일하고 은 전극의 폭에 들어가 있는 상태였던 것이다. △는, 땜납이 국소적으로 밀려나와 있지만, 그 가로 방향의 퍼짐 최대의 것이, 전극의 폭 3㎜ 이내에 들어가 있는 상태로 하였다.
또한, 균열 평가는 평각도선과 태양 전지 셀의 접합부 단면을 연마하여 광학 현미경으로 관찰하고, 다음과 같이 평가하였다. ○는, 균열이 관찰되지 않은 것, △는 땜납 내에서 국소적으로 균열 발생이 확인된 것, ×는 큰 균열이 발생해 태양 전지 셀과 평각도선이 부분적으로 박리가 발생하고 있는 것으로 하였다.
접합 단면 관찰의 결과, 시료 T 내지 Z 사이에서 비교했을 때, 접합 두께가 거의 일정하여 필러의 최대 직경과 거의 동등했던 것에 반해, 시료 AA의 접합 두께는 1 내지 10㎛ 위치에서 편차가 커, 필러가 스페이서의 역할을 담당하고 있는 것이 판명되었다.
시료 T 내지 Y 사이에서 비교했을 때, 시료 T에서 땜납의 밀려나옴이 약간 커, 땜납 내에서 다소 균열이 확인되었다. 필러의 체적률이 동일함에도 불구하고, 땜납의 밀려나옴이 약간 컸던 것은, 땜납의 평균 두께에 대하여 필러의 최대 직경이 작고, 땜납이 가로 방향으로 밀려나왔기 때문이다. 또한 접합 단면 관찰의 결과, 시료 X의 땜납층에는 약간 보이드가 관찰되었다. 이것은 필러의 최대 직경이 땜납의 평균 두께보다 약간 컸기 때문에, 땜납이 약간 결핍되었기 때문이라 생각된다. 이 결과로부터 땜납의 평균 두께에 대한 필러의 최대 직경은, 50% 내지 100% 범위 내의 값인 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.
필러의 최대 직경이 동일한 시료 V, 시료 Y, 시료 Z를 비교하면 시료 V와 시료 Z를 사용했을 때의 셀의 휨이 작아져 있는 것을 알 수 있었다. 이것은 실리콘 셀과 평각선 사이의 거리가 적절하게 유지된데다가, 열팽창 계수가 작은 실리카가 포함되어 있음으로써, 땜납의 열 수축이 저감되어, 결과적으로 실리콘에 대한 굽힘 응력이 작아졌기 때문이다. 인터커넥터의 전기 저항값을 고려하면 시료 V가, 본 실시예 중에서는 인터커넥터로서 가장 우수한 결과가 되었다.
본 실시예의 실리콘 셀의 휨량이, 평가 조건이 거의 동등한 제2 실시예에 비교하여 대체로 작은 것은, 땜납의 과냉도가 작기 때문이다.
(제5 실시예)
코어재의 도전재로서 터프 피치 구리를 사용하여, 폭 1.5㎜, 두께 0.2㎜, 길이 50m의 평각선 형상으로 압연 성형한 후, 표 4에 나타내는 땜납 조성이 되는 용융 도금에 의해 상기에서 얻어진 코어재를 피복하고, 태양 전지용 인터커넥터를 제작하였다. 또한, 이렇게 해서 얻어진 태양 전지용 인터커넥터는, 상기 코어재의 표면에 두께 20㎛ 정도의 Sn계 땜납이 도금되어 있었다.
우선, 제작한 인터커넥터에 대해서, 도금한 땜납의 과냉도를 측정하기 위해서, 인터커넥터를 길이 방향으로 2㎜ 정도 잘라내어, DSC(시차 주사 열량 측정)에 의한 사이클 측정을 행하였다. 측정 방법은, 전술한 바와 같이 10)℃/min의 승온, 냉각 속도로 하고, 얻어진 DSC 곡선으로부터 승온 과정의 온 세트 온도(T1)와 냉각 과정의 피크 온도(T2)의 차(ΔT=T1-T2)를 과냉도로서 정의하였다.
또한, 제작한 인터커넥터는, 길이 180㎜로 잘라내어, 세로 150㎜×가로 150㎜, 두께 200㎛의 태양 전지 셀에 은 페이스트를 개재하여, 셀의 폭을 3 등분하도록 편면에 2개 접속하고, 인터커넥터 접속에 의한 셀의 휨을 조사하였다. 그때, 접속되는 인터커넥터는 코어재 폭 1.5㎜×길이 150㎜의 면으로 셀에 접합되도록 하였다. 셀의 휨은 셀을 평면 위에 두었을 때의 최고 높이와 최저 높이의 차로서 평가하였다. 즉, 셀의 1변을 정반 형상으로 고정한 상태에서의 최고점의 높이로서 평가하였다. 이들 결과를 표 4에 나타낸다. 또한, 표 4에 있어서의 땜납 조성의 표기에 대해서는, 예를 들어 제1 실시예에서는 Bi가 35 질량% 첨가되어, 잔량부의 Sn이 65 질량%이다. 또한, 제2 실시예에서는 Bi가 35 질량%와 Zn이 0.5 질량% 첨가되어, 잔량부의 Sn이 64.5 질량%인 것을 나타낸다(표 5 및 표 6을 포함하여, 다른 실시예 및 비교예에 대해서도 마찬가지임). 일부에서 첨가하고 있는 Bi는, Sn계 땜납에 있어서 융점을 낮추는 작용이 있다고 생각된다.
Figure 112013105436906-pct00004
과냉도가 25℃보다도 작은 제1 내지 제20 실시예는 셀의 휨은 4㎜ 이하고, 균열은 발생하지 않았다. 그러나 과냉도가 30℃인 제2 비교예의 셀의 휨은 7.5㎜이며, 과냉도가 35℃인 제1 비교예는 균열되어 버렸다. 이것은 셀의 휨이 커져, 휨에 의한 응력에 셀이 견딜 수 없어 균열된 것이라 생각한다.
또한, Zn, Mg, Ti, Co, Zr 및 Be 중 적어도 1종류를 첨가한 제2 내지 제7 실시예의 땜납의 과냉도는, 각각의 금속을 미첨가한 제1 실시예에 비해 과냉도가 저하되고, 또한 셀의 휨량도 저하되었다. 또한, Zn의 첨가량이 0.0008 질량%인 제8 실시예는, Zn 미첨가인 제1 실시예와 동일한 정도의 과냉도 및 셀의 휨량이었다. 또한, Sn의 질량%가 60% 이상의 실시예에 있어서 25℃ 미만의 과냉도가 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 제8, 제9, 제12, 제18 실시예에서 나타낸 샘플은, 제작한 태양 전지의 신뢰성을 평가할 목적으로, 100℃ 500 시간의 고온 방치 시험을 행하고, 고온 방치 시험 전후에서의 발전 효율의 저하 비율을 구하였다. 그 결과, 제8 실시예는 14%, 제9 실시예는 8%, 제12 실시예는 5%, 제18 실시예는 4%가 되어, Ag, Cu, Ni를 함유하는 땜납의 신뢰성이 높은 것을 알 수 있었다.
(제6 실시예)
본 실험예에서는, 주로 Ag, Cu, Fe의 농도 범위에 관한 평가를 행하였다. 도전재로서 무산소 구리를 사용하여 폭 2㎜, 두께 0.25㎜, 길이 100m의 평각선 형상으로 압연 형성한 후, 표 5에 나타내는 땜납 조성이 되는 용융 도금으로 피복하고, 태양 전지용 인터커넥터를 제작하였다. 이렇게 해서 얻어진 태양 전지용 인터커넥터는, 상기 코어재의 표면에 두께 15㎛ 정도의 Sn계 땜납이 도금되어 있었다.
상기에서 얻어진 태양 전지용 인터커넥터에 대해서, 과냉도의 평가는 제1 실험예와 같은 방법으로 행하였다. 또한, 제작한 인터커넥터를 길이 170㎜로 잘라내어, 세로 150㎜×가로 150㎜, 두께 150㎛의 태양 전지 셀에 은 페이스트를 개재하여 셀 폭을 3 등분하도록 편면에 2개 접속하고, 인터커넥터 접속에 의한 셀의 휨을 제1 실험예와 마찬가지로 조사하였다. 그때, 접속되는 인터커넥터는 코어재 폭 2㎜×길이 150㎜의 면으로 셀에 접합되도록 하였다. 또한, 발전 효율의 저하 비율도 제5 실시예와 마찬가지로 조사하였다.
결과를 표 5에 나타낸다.
Figure 112013105436906-pct00005
이 결과, 어떠한 땜납 조성에 있어서도 과냉도가 저하된 것을 알 수 있다. 또한, 제21 내지 제24 실시예에서 나타낸 바와 같이, Ag 농도가 0.1 질량% 이상 4 질량% 이하이면, 고온 방치 시험 후의 발전 효율의 저하가 억제되어, 신뢰성이 높은 것을 알 수 있다. 또한, 제25 내지 제28 실시예에서 나타낸 바와 같이, Cu 농도는 0.1 질량% 이상, 1.5 질량% 이하이면 역시 신뢰성이 높다. 또한, Fe 농도도0.001 질량% 이상, 0.2 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.01 질량% 이상 0.1 질량% 이하로 신뢰성이 높은 것을 알 수 있었다.
(제7 실시예)
본 실험예에서는, 코어재의 영향에 대하여 조사하였다. 코어재의 도전재로서 와이어 길이 방향으로 <100> 방향이 집적한 방위 제어한 코어재(방위 제어 구리)를 사용하여, 터프 피치재(터프 피치 구리)를 사용했을 때로 비교하였다. 이 방위 제어한 코어재와 터프 피치재를 각각 폭 1.2㎜, 두께 0.2㎜, 길이 25m의 평각선 형상으로 압연 성형한 후, 표 6에 나타내는 땜납 조성이 되는 용융 도금으로 피복하고, 태양 전지용 인터커넥터를 제작하였다. 여기서 사용한 <100> 방향으로 집적한 방위 제어 구리는, 구리의 <100> 방위가, 코어재의 두께 방향에 대하여 방위차 15°이내인 <100> 우선 배향 영역의 면적률이 80%이다. 또한, 이 방위 제어 구리는, 코어재의 면 내의 일방향에 대하여 방위차 15°이내인 <100> 우선 배향 영역의 면적률이 80%인 것을 사용하였다. 또한, 이렇게 해서 얻어진 태양 전지용 인터커넥터는, 모두 코어재의 표면에 두께 35㎛ 정도의 Sn계 땜납이 도금되어 있었다.
제작한 인터커넥터를 길이 200㎜로 잘라내고, 세로 180㎜×가로 180㎜, 두께 120㎛의 태양 전지 셀에 은 페이스트를 개재하여, 셀의 폭을 4 분할하도록 편면에 3개 접속하고, 인터커넥터 접속에 의한 셀의 휨을 조사하였다. 그때, 접속되는 인터커넥터는, 코어재 폭 1.2㎜×길이 180㎜의 면으로 셀에 접합되도록 하였다.
셀의 휨은 셀을 평면 위에 두었을 때의 최고 높이와 최저 높이의 차로서 평가하였다. 즉, 셀의 1변을 정반 형상으로 고정한 상태에서의 최고점의 높이로서 평가하였다. 또한, 제5 실시예와 마찬가지의 방법으로 땜납의 과냉도도 평가하였다. 이들 결과를 표 6에 나타낸다.
Figure 112013105436906-pct00006
땜납 조성으로서, Sn-1.2 Ag-0.5 Cu-0.05 Ni-0.01 Zn을 선택한 경우, 과냉도는 코어재의 종류에 상관없이 14℃였다. 한편, 셀의 휨에 대해서는 <100> 방위 제어한 코어재(방위 제어 구리)에서는 9㎜, 타프 피치 구리에서는 16㎜였다. 또한, 땜납 조성으로서 Sn-3.0 Ag-0.5 Cu-0.01 Co를 사용한 경우, 과냉도는 16℃이고, 셀의 휨은 방위 제어 구리에서 11㎜, 터프 피치 구리에서 18㎜였다. 마찬가지로, 과냉도 38℃를 나타내는 Pb-5Sn 땜납을 터프 피치 구리에 도금한 인터커넥터에서는, 셀의 휨이 크고, 샘플이 균열되어 버려, 휨을 측정할 수 없었다. 이상의 실험 결과로부터, 과냉도 25℃ 미만의 땜납을 사용하고, 또한 코어재로서 와이어 길이 방향으로 <100> 방향이 집적한 방위 제어한 구리를 사용함으로써, 본 발명의 효과가 더욱 얻어지는 것을 확인하였다.
이하, 본 출원 발명의 형태를 정리한다.
(1) 평각의 전기 도선부와, 상기 전기 도선부 중 적어도 광폭면의 1면을 덮는 표면층을 갖고 있으며,
상기 표면층은, 땜납 내에 상기 땜납보다도 융점이 높은 입상의 필러가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 평각도선.
(2) 상기 표면층은, 두께의 평균값이 10㎛ 내지 40㎛의 범위 내의 값인 것을 특징으로 하는 (1)의 형태의 평각도선.
(3) 상기 필러는, 최대 직경이 10㎛ 내지 40㎛ 범위 내의 값인 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)의 형태의 평각도선.
(4)의 형태 상기 필러는, 구리, 알루미늄, 은, 니켈, 스테인리스로부터 선택된 적어도 1종류의 금속 재료로 하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 형태의 평각도선.
(5) 상기 필러는, 알루미나, 실리카로부터 선택된 적어도 1종류의 세라믹스 재료로 하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 형태의 평각도선.
(6) 상기 필러가 금속 재료와 세라믹스 재료의 양쪽을 포함하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 형태의 평각도선.
(7) 상기 필러는, 표면을 활성 금속으로 피복한 세라믹스, 스테인리스, 알루미늄을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 형태의 평각도선.
(8) 상기 전기 도선부가 구리이며, 상기 땜납상이 주석을 함유하는 땜납이며, 그 계면의 적어도 일부에 두께 5㎛ 이하의 Cu6Sn5를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 형태의 평각도선.
(9) 평각의 전기 도선부를 용융한 땜납의 도금조에 통선하고,
상기 도금조로부터 송출되어, 표면을 상기 땜납으로 덮인 상기 전기 도선부의 상기 땜납에, 상기 땜납보다도 융점이 높은 입상의 필러를 공급하고,
상기 땜납 내에 상기 필러를 함유시켜, 상기 전기 도선부를 덮는 표면층을 형성하는 것을 특징으로 하는 평각도선의 제조 방법.
(10) 상기 전기 도선부의 상기 땜납에 상기 필러를 강제적으로 압접하여, 상기 땜납 내에 상기 필러를 함유시키는 것을 특징으로 하는 (9)의 형태의 평각도선의 제조 방법.
(11) 평각의 전기 도선부 중 적어도 광폭면의 1면에, 땜납과, 상기 땜납보다도 융점이 높은 입상의 필러와의 혼합물을 고상 상태로 공급하고, 상기 전기 도선부 중 적어도 광폭면의 1면을 덮는 표면층을 형성하는 것을 특징으로 하는 평각도선의 제조 방법.
(12) 태양 전지 셀을 구성하는 반도체 기판과,
상기 반도체 기판의 표면 위에 형성된 전극과,
상기 전극과 접속된 인터커넥터를 갖고 있으며,
상기 인터커넥터는, (1) 내지 (8) 중 어느 하나의 형태의 평각도선이며,
상기 평각도선의 상기 표면층을 개재하여, 상기 전기 도선부와 상기 전극이 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
(13) 상기 인터커넥터는, 상기 전기 도선부의 수광면측에서 상기 전극과의 비접속 부위로 되는 상기 광폭면에도 상기 표면층을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 (12) 형태의 태양 전지 모듈.
(14) 도전재 표면의 일부 또는 전부에 Sn계 땜납이 피복된 태양 전지용 인터커넥터이며, 상기 땜납은, 하기 식으로 표현되는 과냉도 ΔT가 25℃보다 작은 것을 특징으로 하는 태양 전지용 인터커넥터.
ΔT=T1-T2
(여기서, T1은 시차 주사 열량 측정에 있어서 승온 속도 10℃/min의 승온 과정에서의 흡열 피크의 상승을 나타내는 온 세트 온도이며, T2는 상기 측정에 있어서 냉각 속도 10℃/min의 냉각 과정에서의 발열 피크의 피크 온도임)
(15) 상기 땜납이, Zn, Mg, Ti, Co, Zr 및 Be 중 적어도 1종류를 함유하고, 그 합계가 질량%로 0.001% 이상 2% 이하인 것을 특징으로 하는 (14) 형태의 태양 전지용 인터커넥터.
(16) 상기 땜납이, Sn을 60 질량% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 (14) 또는 (15) 형태의 태양 전지용 인터커넥터.
(17) 상기 땜납이, Ag를 질량%로 0.1% 이상 4% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 (14) 내지 (16) 중 어느 하나의 형태의 태양 전지용 인터커넥터.
(18) 상기 땜납이, Cu를 질량%로 0.1% 이상 1.5% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 (14) 내지 (17) 중 어느 하나의 형태의 태양 전지용 인터커넥터.
(19) 상기 땜납이, Fe 및 Ni 중 적어도 1종류를 함유하고, 그 합계가 질량%로 0.001% 이상 0.2% 이하인 것을 특징으로 하는 (14) 내지 (18) 중 어느 하나의 형태의 태양 전지용 인터커넥터.
(20) 상기 땜납이 Pb프리 땜납인 것을 특징으로 하는 (14) 내지 (19) 중 어느 하나의 형태의 태양 전지용 인터커넥터.
(21) 상기 땜납이, Pb를 30 내지 45 질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 (14) 내지 (19) 중 어느 하나의 형태에 기재된 태양 전지용 인터커넥터.
(22) 도전재 표면의 일부 또는 전부에 Sn계 땜납이 피복된 태양 전지용 인터커넥터의 제조 방법이며, Sn을 60 질량% 이상 함유하는 동시에, Zn, Mg, Ti, Co, Zr 및 Be 중 적어도 1종류를 합계 0.001 질량% 이상 2 질량% 이하 함유한 용융 도금을 사용하여, 도전재를 Sn계 땜납으로 피복하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 인터커넥터의 제조 방법.
1 : 전기 도선부
2 : 표면층
2a : 땜납 도금
2b : 필러
10 : 태양 전지용 인터커넥터
11 : 태양 전지 셀
12 : 표면 전극
13 : 이면 전극
14 : EVA 접착층
15 : 보호 유리
16 : 백 필름
100 : 태양 모듈

Claims (18)

  1. 전기 도선부와,
    상기 전기 도선부 중 적어도 한쪽의 광폭면에 형성되는 표면층을 갖고,
    상기 표면층은, 태양 전지 셀에 접합될 때에 발생하는 상기 전기 도전부의 열팽창률과 상기 태양 전지 셀의 열팽창률의 차에 기인하는 응력을 저감하는 기능을 갖고,
    상기 표면층은 땜납과, 상기 땜납 내부에 분산되는 상기 땜납보다도 융점이 높은 입상의 필러를 가지며,
    상기 땜납의 평균 두께에 대한 상기 필러의 최대 직경비는, 50% 내지 100% 범위 내의 값인 것을 특징으로 하는, 태양 전지용 인터커넥터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 표면층은, 두께의 평균값이 10㎛ 내지 40㎛의 범위 내의 값인, 태양 전지용 인터커넥터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 필러는 최대 직경이 10㎛ 내지 40㎛ 범위 내의 값인, 태양 전지용 인터커넥터.
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필러는, 구리, 알루미늄, 은, 니켈, 스테인리스로부터 선택된 적어도 1종류의 금속 재료를 갖는, 태양 전지용 인터커넥터.
  6. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필러는, 알루미나, 실리카로부터 선택된 적어도 1종류의 세라믹스 재료를 갖는, 태양 전지용 인터커넥터.
  7. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필러는, 구리, 알루미늄, 은, 니켈, 스테인리스로부터 선택된 적어도 1종류의 금속 재료와, 알루미나, 실리카로부터 선택된 적어도 1종류의 세라믹스 재료의 양쪽을 갖는, 태양 전지용 인터커넥터.
  8. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필러는 표면을 활성 금속으로 피복한 세라믹스, 스테인리스 또는 알루미늄을 갖는, 태양 전지용 인터커넥터.
  9. 전기 도선부와,
    상기 전기 도선부 중 적어도 한쪽의 광폭면에 형성되는 표면층을 갖고,
    상기 표면층은, 태양 전지 셀에 접합될 때에 발생하는 상기 전기 도전부의 열팽창률과 상기 태양 전지 셀의 열팽창률의 차에 기인하는 응력을 저감하는 기능을 갖고,
    상기 표면층은, ΔT=T1-T2로 규정되는 과냉도 ΔT가 25℃보다 작은 Sn계 땜납을 갖고,
    여기서, T1은 시차 주사 열량 측정에 있어서 승온 속도 10℃/min의 승온 과정에서의 흡열 피크의 상승을 나타내는 온 세트 온도이며, T2는 상기 측정에 있어서 냉각 속도 10℃/min의 냉각 과정에서의 발열 피크의 피크 온도이고,
    상기 땜납이, Zn, Mg, Ti, Co, Zr 및 Be 중 적어도 1종류를 함유하고, 그 합계가 질량%로 0.001% 이상 2% 이하이며, 또한 Fe 및 Ni 중 적어도 1종류를 함유하고, 그 합계가 질량%로 0.001% 이상 0.2% 이하인 것을 특징으로 하는, 태양 전지용 인터커넥터.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서, 상기 땜납이 Sn을 60 질량% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는, 태양 전지용 인터커넥터.
  12. 제9항에 있어서, 상기 땜납이 Ag를 질량%로 0.1% 이상 4% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는, 태양 전지용 인터커넥터.
  13. 제9항에 있어서, 상기 땜납이, Cu를 질량%로 0.1% 이상 1.5% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는, 태양 전지용 인터커넥터.
  14. 삭제
  15. 제9항에 있어서, 상기 땜납이 Pb프리 땜납인 것을 특징으로 하는, 태양 전지용 인터커넥터.
  16. 제9항에 있어서, 상기 땜납이, Pb를 30 내지 45 질량% 함유하는 것을 특징으로 하는, 태양 전지용 인터커넥터.
  17. 태양 전지 셀을 구성하는 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 표면 위에 형성된 전극과,
    상기 전극과 접합된 제1항 또는 제9항에 기재된 태양 전지용 인터커넥터이며, 상기 표면층을 개재하여, 상기 전기 도선부와 상기 전극이 전기적으로 접속되는 태양 전지용 인터커넥터를 갖는 것을 특징으로 하는, 태양 전지 모듈.
  18. 제17항에 있어서, 상기 인터커넥터는, 상기 전기 도선부의 수광면측에서 상기 전극과의 비접속 부위로 되는 상기 광폭면에도 상기 표면층을 갖고 있는 것을 특징으로 하는, 태양 전지 모듈.
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