JP5221231B2 - 太陽電池用リード線の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池用リード線の製造方法に係り、特に、セル割れ抑制効果の高い太陽電池用リード線の製造方法に関する。
太陽電池には、半導体基板として多結晶及び単結晶のＳｉセルが用いられる。
図６（ａ）、図６（ｂ）に示されるように、太陽電池１００は、半導体基板１０２の所定の領域、すなわち半導体基板１０２の表面に設けられた表面電極１０４と裏面に設けられた裏面電極１０５に、太陽電池用リード線１０３ａ、１０３ｂをはんだで接合して作製される。半導体基板１０２内で発電された電力を太陽電池用リード線１０３を通じて外部へ伝送する。
図７に示されるように、従来の太陽電池用リード線１０３は、帯板状導電材１１２とその帯板状導電材１１２の上面１１２ａと下面１１２ｂにそれぞれ形成された溶融はんだめっき層１１３とを備える。帯板状導電材１１２は、例えば、円形断面の導体を圧延加工して帯板状にしたものであり、平角導体、平角線とも呼ばれる。
溶融はんだめっき層１１３は、帯板状導電材１１２の上下面に、溶融めっき法により溶融はんだを供給して形成したものである。
溶融めっき法は、酸洗等により帯板状導電材１１２の上下面１１２ａ、１１２ｂを清浄化し、その帯板状導電材１１２を溶融はんだ浴に通すことにより、帯板状導電材１１２の上下面１１２ａ、１１２ｂにはんだを積層していく方法である。溶融はんだめっき層１１３は、帯板状導電材１１２の上下面１１２ａ、１１２ｂに付着した溶融はんだが凝固する際に表面張力の作用によって、図７に示されるように、幅方向側部から中央部にかけて膨らんだ形状、いわゆる山形に形成される（例えば、特許文献１）。
図７に示した従来の太陽電池用リード線１０３は、帯板状導電材１１２の上下面１１２ａ、１１２ｂに山形に膨らんだ溶融はんだめっき層１１３が形成されるため、帯板状導電材１１２の上下面１１２ａ、１１２ｂにおける溶融はんだの塗布量を多くすることができるので、半導体基板１０２の表面電極１０４又は裏面電極１０５にはんだ接合する際に、接合力を強くすることができる点で利点を有している。
しかしながら、この太陽電池用リード線１０３は溶融はんだめっき層１１３が山形に膨らんでいるため、ボビンに巻き取る際に安定した積層状態が得られ難く、巻き崩れが起こりやすい。巻き崩れにより太陽電池用リード線１０３が絡まり、引き出されなくなることがある。
この太陽電池用リード線１０３を所定の長さに切断し、エアで吸着して図６の半導体基板１０２の表面電極１０４上に移動し、半導体基板１０２の表面電極１０４にはんだ付けする。表面電極１０４には、表面電極１０４と導通する電極帯（図示せず）が、あらかじめ形成されている。この表面電極１０４に太陽電池用リード線１０３ａの溶融はんだめっき層１１３を接触させ、その状態ではんだ付けを行う。太陽電池用リード線１０３ｂを半導体基板１０２の裏面電極１０５にはんだ付けする場合も同様である。
このとき、図７の太陽電池用リード線１０３は、溶融はんだめっき層１１３が膨らみ偏肉化しているため、エア吸着治具との接触面積が小さく吸着力が不十分で、移動の際に落下する問題がある。
また、表面電極１０４と溶融はんだめっき層１１３との接触面積が小さくなる。表面電極１０４と溶融はんだめっき層１１３との接触面積が小さいと、半導体基板１０２から溶融はんだめっき層１１３への熱伝導が不十分になり、はんだ付け不良が生じる。
また、表面電極１０４と溶融はんだめっき層１１３との接触面積が小さいことは、半導体基板１０２の表裏両面に太陽電池用リード線１０３ａ、１０３ｂを接合する場合に、表面電極１０４にはんだ付けする太陽電池用リード線１０３ａと裏面電極１０５にはんだ付けする太陽電池用リード線１０３ｂとの間に位置ズレを生じさせ、その位置ズレが原因でセル割れ（半導体基板１０２が割れること）が発生する。半導体基板１０２は高価であるので、セル割れは好ましくない。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、セル割れ抑制効果の高い太陽電池用リード線及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の太陽電池用リード線の製造方法は、送り出しリールから平角導体又は丸線導体からなる長尺の導電材を送り出し、該導電材を溶融はんだめっき層に浸漬した後、冷却して溶融はんだめっき層を有するめっき線を形成し、該めっき線を巻取りリールに巻き取る、前記溶融はんだめっき層を用いたはんだ付けにより太陽電池の電極に接続される太陽電池用リード線の製造方法において、前記冷却しためっき線の溶融はんだめっき層が凝固した後に圧延することにより、前記めっき線の上面及び下面を平坦に形成し、かつ、前記導電材の表面に形成された前記はんだめっき層の厚さが前記導電材の裏面に形成された前記はんだめっき層の厚さと同等とし、該溶融はんだめっき層にはんだの融点以上の温度で加熱処理を施した後、さらに０．２〜１％の加工度で圧延することで平坦に仕上げるものである。
前記導電材の片面に、あらかじめ前記溶融はんだめっき層を収納するための凹みを形成しておいてもよい。
本発明は、セル割れ抑制効果が高い太陽電池用リード線を得ることができるという優れた効果を発揮する。
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示されるように、本発明に係る太陽電池用リード線１１は、帯板状導電材等の導電材１２の周囲に溶融はんだめっき層１３を有する。導電材１２の上部に形成された溶融はんだめっき層１３を上部溶融はんだめっき層１３と呼び、導電材１２の下部に形成された溶融はんだめっき層１３を下部溶融はんだめっき層１３と呼ぶ。本発明の太陽電池用リード線は、溶融はんだめっき層１３が圧延により平坦に形成されている。
図１（ａ）の太陽電池用リード線１１は、導電材１２が、例えば、平角導体から構成されており、断面輪郭が長方形である。導電材１２の全周囲を覆うように形成された溶融はんだめっき層１３は、断面輪郭が長方形であり、溶融はんだめっき層１３の上面１３ａと下面１３ｂが平坦に形成されている。
図１（ｂ）の太陽電池用リード線１１は、導電材１２の片面（この例では上面１２ａであるが、下面１２ｂでもよい）に、溶融はんだめっき層１３を収納するための凹み１４が形成されている。この太陽電池用リード線１１においても、溶融はんだめっき層１３の上面１３ａと下面１３ｂは、平坦に形成されている。
図１（ｃ）の太陽電池用リード線１１は、導電材１２の両面（上面１２ａと下面１２ｂ）それぞれに、溶融はんだめっき層１３を収納するための凹み１４ａ、１４ｂが形成されている。この太陽電池用リード線１１においても、溶融はんだめっき層１３の上面１３ａと下面１３ｂは、平坦に形成されている。
本発明に係る太陽電池用リード線１１は、半導体基板の表面電極及び裏面電極への設置が容易となるように、かつ、接合時に必要な熱伝導が十分に確保されるように、溶融はんだめっき層１３を平坦に形成したものである。これにより、表面電極及び裏面電極に対して太陽電池用リード線１１を整然と設置でき、強固なはんだ付けが可能となる。
また、本発明に係る太陽電池用リード線１１は、溶融はんだめっき層１３が平坦なため、エア吸着治具との密着性が高く移動時の落下が起こりにくい。
さらに、本発明に係る太陽電池用リード線１１は、溶融はんだめっき層１３が平坦なことで、ボビンに巻き取る際に安定した積層状態が得られ易く、巻き崩れが起こりにくい。よって、巻き崩れにより太陽電池用リード線１１が絡まって引き出されなくなることがない。
導電材１２には、例えば、体積抵抗率が５０μΩ・ｍｍ以下の平角線（平角導体）を用いる。この平角線を圧延加工することによって図１（ｂ）、図１（ｃ）のような凹み１４、１４ａ、１４ｂを有する横断面形状の導電材１２を得ることができる。導電材１２には、丸線導体を用いてもよい。
また、平角導体の製造方法は特に限定はなく、幅広の圧延材をスリットすることで平角導体を製造する方法であってもよく、丸線導体を圧延して平角導体にする方法であってもよい。
導電材の製造方法も、特に限定することがなく、アップキャスト法、ＳＣＲ法、ヘズレー法、ダウンキャスト法、プロペルチェ法によることもできる。
導電材１２は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕのいずれかからなる。あるいは、導電材１２は、いわゆる純銅、例えば、タフピッチＣｕ、低酸素Ｃｕ、無酸素Ｃｕ、リン脱酸Ｃｕ、純度９９．９９９９％以上の高純度Ｃｕのいずれかからなる。
溶融はんだめっき層１３としては、Ｓｎ系はんだ（Ｓｎ系はんだ合金）を用いる。Ｓｎ系はんだは、成分重量が最も重い第１成分としてＳｎを用い、第２成分としてＰｂ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される少なくとも１つの元素を０．１ｍａｓｓ％以上含むものである。溶融はんだめっき層１３には、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｐ系はんだの他に鉛を含まないはんだ、例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｐ系はんだ、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ系はんだ、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｐ系はんだを用いることができる。
次に本発明に用いる導電材１２の材料の物性を表１に示す。
導電材１２は、体積抵抗率が比較的小さい材料で構成することが好ましい。表１のように、導電材１２の材料にはＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどがある。
Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕのうち体積抵抗率が最も低いのはＡｇである。従って、導電材１２としてＡｇを用いると、太陽電池用リード線１１を用いた太陽電池の発電効率を最大限にすることができる。導電材１２としてＣｕを用いると、太陽電池用リード線１１を低コストにすることができる。導電材１２としてＡｌを用いると、太陽電池用リード線１１の軽量化を図ることができる。
Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕのうち体積抵抗率が最も低いのはＡｇである。従って、導電材１２としてＡｇを用いると、太陽電池用リード線１１を用いた太陽電池の発電効率を最大限にすることができる。導電材１２としてＣｕを用いると、太陽電池用リード線１１を低コストにすることができる。導電材１２としてＡｌを用いると、太陽電池用リード線１１の軽量化を図ることができる。
導電材１２としてＣｕを用いる場合、そのＣｕには、タフピッチＣｕ、低酸素Ｃｕ、無酸素Ｃｕ、リン脱酸Ｃｕ、純度９９．９９９９％以上の高純度Ｃｕのいずれを用いてもよい。導電材１２の０．２％耐力を最も小さくするためには、純度が高いＣｕを用いるのが有利である。よって、純度９９．９９９９％以上の高純度Ｃｕを用いると、導電材１２の０．２％耐力を小さくすることができる。タフピッチＣｕ又はリン脱酸Ｃｕを用いると、太陽電池用リード線１１を低コストにすることができる。
溶融はんだめっき層１３に用いるはんだとしては、Ｓｎ系はんだ、又は、第１成分としてＳｎを用い、第２成分としてＰｂ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される少なくとも１つの元素を０．１ｍａｓｓ％以上含むＳｎ系はんだ合金が挙げられる。これらのはんだは、第３成分として１０００ｐｐｍ以下の微量元素を含んでいてもよい。
以下、本発明の太陽電池用リード線の製造方法を説明する。
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示した太陽電池用リード線１１を製造するために、導電材１２の上下面に溶融はんだを供給し、はんだ浴出口ではんだめっきが固体状態となった導電材１２を冷却部２６（図２参照）に挿入し、冷却後のはんだめっき線を圧延ロールにより圧延することによって、導電材１２の上下の溶融はんだめっき層１３、１３を平坦に形成する。ここで「平坦」とは、めっき表面を基準とする凹凸の高低差が７μｍ以下であることを表す。
導電材１２は、素線（断面円形状の線材）を圧延加工し、その後、連続通電加熱炉又は連続式加熱炉又はバッチ式加熱設備で熱処理して形成してもよい。
図２に、溶融はんだめっき層１３、１３を平坦にするための溶融めっき設備２１を示す。溶融めっき設備２１は、平角導体又は丸線導体からなる長尺の導電材１２を送り出す送り出しリール２２、はんだ浴（溶融はんだめっき槽）２３、はんだ浴２３内に設置され導電材１２を反転させて上方に向く反転ローラ２４、はんだ浴２３外で反転ローラ２４の上方に設置され溶融はんだめっき線２５を冷却する冷却部２６、冷却部２６の上方に上下に複数段に設置されそれぞれ左右一対のローラからなる圧延ロール２７、２８、２９、溶融はんだめっき線２５を加熱処理する加熱部３０、加熱部３０の上方に設置され左右一対のローラからなる圧延ロール３１、最上方に設置された引き上げローラ３２、溶融はんだめっき線２５を巻き取る巻取りリール３３を備える。
導電材１２は、はんだ浴２３に浸漬されることで上下面および側面にはんだが供給され、反転ローラ２４で反転されて上方に向う。
図３に示されるように、はんだが溶融状態の溶融はんだめっき線２５を冷却部２６に送り込む。冷却部２６では、例えば、５０℃以下の空気を吹き付けるなどによって冷却することではんだを固体状態とする。はんだが固体状態の溶融はんだめっき線２５が複数段の圧延ロール２７、２８、２９で圧延され、さらに圧延ロール３１で圧延されることにより、最終のめっき厚が調整される。
この結果、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示したような、溶融はんだめっき層１３、１３が平坦な太陽電池用リード線１１が製造される。
冷却部２６は、５０℃以下の空気を吹き付ける場合に限定するものではなく、酸化を防止するためＡｒ、Ｎｉ等の不活性ガス単体又は混合ガスを室温以下の温度で吹き付けることで迅速に固化することが生産効率を上げるうえで望ましい。
ここで、冷却部２６によるめっき膜厚の均一化（平坦化）について述べる。
１）原料銅材を帯板状導電材とした場合
導電材１２として、帯板状導電材（平角導体）を用いた場合には、溶融はんだめっきを塗布した後に冷却することにより、溶融はんだが導電材１２の周囲に表面張力で最小サイズになる形状で固化する。このとき、導電材１２の周面における溶融はんだめっきの塗布量は一定である。この溶融はんだめっき線２５を圧延することにより、溶融はんだめっき層１３が塑性加工されて上下面の溶融はんだめっき層１３の厚さが一定で表面性状が均一な平角形状の太陽電池用リード線１１になる。
導電材１２として、帯板状導電材（平角導体）を用いた場合には、溶融はんだめっきを塗布した後に冷却することにより、溶融はんだが導電材１２の周囲に表面張力で最小サイズになる形状で固化する。このとき、導電材１２の周面における溶融はんだめっきの塗布量は一定である。この溶融はんだめっき線２５を圧延することにより、溶融はんだめっき層１３が塑性加工されて上下面の溶融はんだめっき層１３の厚さが一定で表面性状が均一な平角形状の太陽電池用リード線１１になる。
冷却（急冷）の後、塑性加工された溶融はんだめっき層１３の加工歪を除去するため、低温加熱処理（例えば、１５０℃〜２３０℃での高周波加熱）を施すことが好ましい。これにより０．２％耐力値の低い太陽電池用リード線１１を溶融はんだめっき塗布工程と同一工程にてインラインで実現することができる。
２）原料銅材を丸線とした場合
導電材１２として、丸線導体を用いた場合には、丸線導体の周面に溶融はんだをめっきした後に冷却することにより、溶融はんだが表面張力で最小サイズになる形状で固化する。このとき、丸線導体の周面における溶融はんだめっきのめっき量はほぼ一定厚さである。この溶融はんだめっき線２５を圧延することにより丸線導体および溶融はんだめっき層１３が塑性加工されて帯板状導電材となる。その帯板状導電材の上下面の溶融はんだめっき層１３の厚さが均一に形成された平角形状の太陽電池用リード線１１になる。
導電材１２として、丸線導体を用いた場合には、丸線導体の周面に溶融はんだをめっきした後に冷却することにより、溶融はんだが表面張力で最小サイズになる形状で固化する。このとき、丸線導体の周面における溶融はんだめっきのめっき量はほぼ一定厚さである。この溶融はんだめっき線２５を圧延することにより丸線導体および溶融はんだめっき層１３が塑性加工されて帯板状導電材となる。その帯板状導電材の上下面の溶融はんだめっき層１３の厚さが均一に形成された平角形状の太陽電池用リード線１１になる。
この場合にも、塑性加工された帯板状導電材と溶融はんだめっき層の加工歪を除去するため、高温加熱処理（例えば、５００〜６００℃での高周波加熱）を施すことが好ましい。これにより０．２％耐力値の低い太陽電池用リード線を溶融はんだめっき塗布工程と同一工程にてインラインで実現することができる。さらに冷間ロール圧延により、軽度の圧延を施すことにより、上下面のめっき膜厚の一定である精密平角線となる。ここに軽度の圧延とは、加工度０．２％〜１％程度のことをいう。
導電材１２に溶融はんだめっき層１３、１３を平坦に形成するために、圧延ロール２７、２８、２９は、めっき浴２３の上方において導電材１２の上下面（この溶融めっき設備２１においては左右に位置する）を挟むように配置される。各圧延ロール２７、２８、２９における左右一対のローラの間隔を微調整することで、溶融はんだめっき層１３、１３のめっき厚および溶融はんだめっき層１３の横断面形状を調整することができる。
すなわち、溶融めっき設備２１において、導電材１２の周囲に溶融はんだめっき層１３が形成される際、導電材１２が溶融めっき設備２１の上下に走行する経路は、反転ローラ２４と引き上げローラ３２とで決定され、その経路に対して各圧延ロール２７、２８、２９の上下位置と左右間隔を微調整することで、上部溶融はんだめっき層１３の層厚と下部溶融はんだめっき層１３の層厚が調整できると共に全体の層厚が調整できる。全体の層厚は、先ず下部の圧延ロール２７におけるローラの間隔で最初の厚さが決定され、最上部の圧延ロール３１のローラの間隔で最終厚さが決定される。さらに、引き上げローラ３２で溶融はんだめっき線２５が反転されたとき、溶融はんだめっき線２５の上面が上部溶融はんだめっき層１３となり、下面が下部の溶融はんだめっき層１３となるが、その溶融はんだめっき層１３の平坦度を決定する圧延ロールは、図で見て左側のローラが上部溶融はんだめっき層１３の平坦度を決定し、右側のローラが下部溶融はんだめっき層１３の平坦度を決定することとなるため、これら圧延ロールの経路に対する位置を調整することで溶融はんだめっき層１３の平坦度を調整できる。
スリット加工による導電材１２は、種々の幅の材料に対応できる。つまり、導電材１２の幅が長手方向に均一でなくてもまた、幅が異なる多様な導電材１２を使用する場合でも、スリット加工によって長尺で長手方向に幅が均一なものが形成できる。
次に、本発明の太陽電池用リード線１１を用いた太陽電池の製造方法を説明する。
本発明の太陽電池用リード線１１を、図５に示す半導体基板５２の表面電極５４及び裏面電極５５にはんだ付けするに際し、太陽電池用リード線１１や半導体基板５２の加熱温度は、溶融はんだめっき層１３のはんだの融点付近の温度に制御される。その理由は、太陽電池用リード線１１の導電材１２（例えば、銅からなる）の熱膨張率と半導体基板（Ｓｉからなる）の熱膨張率が大きく相違するためである。熱膨張率の相違によって半導体基板５２にクラックを発生させる原因となる熱応力が生じる。この熱応力を小さくするには、低温接合を行うのがよい。よって、太陽電池用リード線１１や半導体基板５２の加熱温度は、溶融はんだめっき層１３のはんだの融点付近の温度に制御される。
太陽電池用リード線１１と表面電極５４及び裏面電極５５の接合時の加熱方法は、半導体基板５２をホットプレート上に設置し、このホットプレートからの加熱と半導体基板５２に設置された太陽電池用リード線１１の上方からの加熱とを併用するものである。
半導体基板５２の表面電極５４及び裏面電極５５と溶融はんだめっき層１３との接触面積を大きくし、半導体基板５２から溶融はんだめっき層１３への熱伝導を十分にするためには、溶融はんだめっき層１３を含む太陽電池用リード線１１の形状を平角状にするのが良い。
さらに、本発明の太陽電池用リード線１１は、溶融はんだめっき層１３を平坦に形成したので、太陽電池用リード線１１は、上下面が共に平坦である。よって、半導体基板５２の表裏両面に太陽電池用リード線１１を接合する場合に、表面電極５４にはんだ付けする太陽電池用リード線１１と裏面電極５５にはんだ付けする太陽電池用リード線１１の間に位置ズレが生じない。
また、本発明の太陽電池用リード線１１は、導電材１２の上下面に平坦な溶融はんだめっき層１３を厚く形成しても従来の太陽電池用リード線１０３のように位置ずれが生じず、接合時に十分なはんだを供給できるので、太陽電池用リード線１１の接合後にＳｉセル表面電極上に形成されるはんだフィレットを安定した山形の形状にすることも可能である。フィレットとは、ろう付けやはんだ付けを行った継ぎ手の隙間からはみだしたろうやはんだを指す。
次に、本発明の太陽電池用リード線１１の製造方法をより詳しく説明する。
まず、原料の断面円形状の線材（図示せず）を圧延加工するか、又は平板をスリット加工することにより、帯板状導電材を形成する。この帯板状導電材を連続通電加熱炉又は連続式加熱炉又はバッチ式加熱設備で熱処理して導電材１２を得る。その後、図２の溶融めっき設備２１を用いて導電材１２の周囲に溶融はんだを供給して溶融はんだめっき層１３を形成し、その後、溶融はんだめっき層１３を平坦に形成する。
一般に、固体や液体の内部では、内部分子同士に分子間力が働いているため、できるだけ小さくなろうとする性質がある。表面の分子は片側が異なる分子に囲まれているため、高い内部エネルギ状態にあり、その過剰なエネルギを安定した状態にしようとする。空気と接するはんだ（液体）の場合、空気中の分子間力ははんだ中の分子間力に比べて極めて小さいため、はんだ表面の分子は空気側の分子からは引っ張られず、はんだ内部の分子からのみ引っ張られることになる。よって、はんだ表面の分子は常にはんだの中に入っていこうとし、その結果、はんだ表面は最も表面積の少ない（はんだを構成する元素の少ない）球状になろうとする。
このような表面積を小さくするように働く力（表面張力）によって、図７に示した従来の太陽電池用リード線１０３は、帯板状導電材１１２の上下面に山形に膨らんだ形状で凝固した溶融はんだめっき層１１３が形成される。球状になるはずのはんだが球状にならないのは、はんだに帯板状導電材１１２との界面の相互作用力（はんだと帯板状導電材１１２の界面張力）がかかっているからである。
これに対し、本発明の太陽電池用リード線１１は、はんだが凝固した後にロール間に通すことで、溶融はんだめっき層１３を平坦に形成することができる。
原料を帯板状導電材に加工する加工方法としては、圧延加工、スリット加工のいずれも適用可能である。圧延加工とは、丸線を圧延して平角化する方式である。圧延加工により帯板状導電材を形成すると、長尺で長手方向に幅が均一なものが形成できる。スリット加工は、種々の幅の材料に対応できる。つまり、原料導電材の幅が長手方向に均一でなくても、幅が異なる多様な原料導電材を使用する場合でも、スリット加工によって長尺で長手方向に幅が均一なものが形成できる。
導電材１２を熱処理することにより、導電材１２の軟らかさを向上させることができる。導電材１２の軟らかさを向上させることは、０．２％耐力を低減させるのに有効である。熱処理方法としては、連続通電加熱、連続式加熱、バッチ式加熱がある。連続して長尺にわたって熱処理するには、連続通電加熱、連続式加熱が好ましい。安定した熱処理が必要な場合には、バッチ式加熱が好ましい。酸化を防止する観点から、窒素などの不活性ガス雰囲気あるいはタフピッチ銅以外の酸素の少ない銅では水素還元雰囲気の炉を用いるのが好ましい。
不活性ガス雰囲気あるいは水素還元雰囲気の炉は、連続通電加熱炉又は連続式加熱炉又はバッチ式加熱設備により提供される。
次に、本発明の太陽電池用リード線１１を用いた太陽電池について詳しく説明する。
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、本発明の太陽電池５１は、これまで説明した太陽電池用リード線１１を溶融はんだめっき層１３のはんだによって半導体基板５２の表面電極５４及び裏面電極５５にはんだ付けしたものである。
太陽電池用リード線１１と表面電極５４及び裏面電極５５との接合面となる溶融はんだめっき層１３が平坦であるため、半導体基板５２の表裏において太陽電池用リード線１１の位置が安定し、位置ずれが防止されている。
本発明の太陽電池５１によれば、太陽電池用リード線１１と半導体基板との接合強度が高く、かつ、接合時のセル割れを抑制することができるので、太陽電池の歩留まりの向上が図れる。
（参考例１）
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの平角線状の導電材１２を形成する。この導電材１２をバッチ式加熱設備（高周波熱源）で熱処理（再結晶が可能な８００℃で６０ｓｅｃ）する。図２に示す溶融めっき設備２１により、この導電材２１の周囲にＳｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕはんだめっきを施す。このとき、溶融はんだめっき線２５は、図４（ａ）に示されるように、導電材２１の周囲にめっきされたはんだ４１は、断面輪郭が円形となる。導電材１２の上下面における溶融はんだめっき層１３は、中央部のめっき厚が２０μｍである。
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの平角線状の導電材１２を形成する。この導電材１２をバッチ式加熱設備（高周波熱源）で熱処理（再結晶が可能な８００℃で６０ｓｅｃ）する。図２に示す溶融めっき設備２１により、この導電材２１の周囲にＳｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕはんだめっきを施す。このとき、溶融はんだめっき線２５は、図４（ａ）に示されるように、導電材２１の周囲にめっきされたはんだ４１は、断面輪郭が円形となる。導電材１２の上下面における溶融はんだめっき層１３は、中央部のめっき厚が２０μｍである。
この溶融はんだめっき線２５を、５０℃の空気を吹き付けることによって冷却する。このとき、溶融はんだめっき線２５は、図４（ｂ）に示されるように、導電材２１の周囲にめっきされたはんだ４１は、断面輪郭が円形である。その後、圧延ロールによりロール圧延することで溶融はんだめっき線２５を図４（ｃ）に示されるように、平坦に形成する。なお、導電材１２は熱処理Ｃｕである。
その後、溶融はんだめっき線２５を、図４（ｄ）に示されるように、はんだの融点以下（１５０℃）で１０ｓｅｃ高周波加熱して、図１（ａ）の太陽電池用リード線１１を得た。
（実施例１）
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの平角線状の導電材１２を形成する。参考例１との相違はこの時点においてこの導電材１２には高周波熱源による熱処理を施さない点にある。この導電材１２を図２に示す溶融めっき設備２１により、この導電材１２の周囲にＳｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕはんだめっきを施す。このとき、溶融はんだめっき線２５は図４（ａ）に示されるように、導電材１２の周囲にめっきされたはんだ４１は断面輪郭が円形となる。導電材１２の上下面における溶融はんだめっき層１３は、中央部のめっき厚が２０μｍである。この溶融はんだめっき線２５を、５０℃の空気を吹き付けることによって冷却する。このとき、溶融はんだめっき線２５は、図４（ｂ）に示されるように、導電材２１の周囲にめっきされたはんだ４１は断面輪郭が円形となる。圧延ロールによりロール圧延することで溶融はんだめっき線２５を図４（ｃ）に示されるように、平坦に形成する。なお、導電材１２は熱処理Ｃｕである。その後、溶融はんだめっき線２５を図４（ｄ）に示されるように、導電材及びはんだめっき層の歪みを除去して溶融はんだめっき線の０．２％耐力を９０ＭＰａ以下に下げるために、はんだの融点以上（５００℃で１０ｓｅｃ）の高周波加熱する。さらに溶融はんだめっき線２５に０．８％加工度で圧延を施す。
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの平角線状の導電材１２を形成する。参考例１との相違はこの時点においてこの導電材１２には高周波熱源による熱処理を施さない点にある。この導電材１２を図２に示す溶融めっき設備２１により、この導電材１２の周囲にＳｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕはんだめっきを施す。このとき、溶融はんだめっき線２５は図４（ａ）に示されるように、導電材１２の周囲にめっきされたはんだ４１は断面輪郭が円形となる。導電材１２の上下面における溶融はんだめっき層１３は、中央部のめっき厚が２０μｍである。この溶融はんだめっき線２５を、５０℃の空気を吹き付けることによって冷却する。このとき、溶融はんだめっき線２５は、図４（ｂ）に示されるように、導電材２１の周囲にめっきされたはんだ４１は断面輪郭が円形となる。圧延ロールによりロール圧延することで溶融はんだめっき線２５を図４（ｃ）に示されるように、平坦に形成する。なお、導電材１２は熱処理Ｃｕである。その後、溶融はんだめっき線２５を図４（ｄ）に示されるように、導電材及びはんだめっき層の歪みを除去して溶融はんだめっき線の０．２％耐力を９０ＭＰａ以下に下げるために、はんだの融点以上（５００℃で１０ｓｅｃ）の高周波加熱する。さらに溶融はんだめっき線２５に０．８％加工度で圧延を施す。
以上により、図１（ａ）の太陽電池用リード線１０を得た。
（参考例２）
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して上面に凹部を有する幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの導電材１２を形成する。この導電材１２をバッチ式加熱設備（高周波熱源）で熱処理（８００℃で６０ｓｅｃ）する。図２に示す溶融めっき設備２１において、この導電材１２にはんだめっきを施して導電材１２の上下面に溶融はんだめっき層１３（中央部のめっき厚２０μｍ）を得る。冷却（５０℃の空気を吹き付ける）の後、圧延ロールによりロール圧延することで溶融はんだめっき線２５を平坦に形成する。導電材１２は熱処理Ｃｕである。その後、溶融はんだめっき線２５を高周波加熱して、図１（ｂ）の太陽電池用リード線１０を得た。
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して上面に凹部を有する幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの導電材１２を形成する。この導電材１２をバッチ式加熱設備（高周波熱源）で熱処理（８００℃で６０ｓｅｃ）する。図２に示す溶融めっき設備２１において、この導電材１２にはんだめっきを施して導電材１２の上下面に溶融はんだめっき層１３（中央部のめっき厚２０μｍ）を得る。冷却（５０℃の空気を吹き付ける）の後、圧延ロールによりロール圧延することで溶融はんだめっき線２５を平坦に形成する。導電材１２は熱処理Ｃｕである。その後、溶融はんだめっき線２５を高周波加熱して、図１（ｂ）の太陽電池用リード線１０を得た。
この構成であれば、凹み１４が溶融はんだめっきを収納する構造になっているため、溶融はんだめっき層１３を平坦に形成したとしても、十分なはんだ充填量を備えることができ接合性に寄与しうる。
（実施例２）
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して上面に凹部を有する幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの導電材１２を形成する。参考例２との相違はこの時点においてこの導電材１２には高周波熱源による熱処理を施さない点にある。図２に示す溶融めっき設備２１において、この導電材１２にはんだめっきを施して導電材１２の上下面に溶融はんだめっき層１３（中央部のめっき厚２０μｍ）を得る。冷却（５０℃の空気を吹き付ける）の後、圧延ロールによりロール圧延することで溶融はんだめっき線２５を平坦に形成する。その後、溶融はんだめっき線２５をはんだの融点以上（５００℃で１０ｓｅｃ）の高周波加熱し、さらに０．８％の加工度で圧延を施す。以上により、図１（ｂ）の太陽電池用リード線１０を得た。
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して上面に凹部を有する幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの導電材１２を形成する。参考例２との相違はこの時点においてこの導電材１２には高周波熱源による熱処理を施さない点にある。図２に示す溶融めっき設備２１において、この導電材１２にはんだめっきを施して導電材１２の上下面に溶融はんだめっき層１３（中央部のめっき厚２０μｍ）を得る。冷却（５０℃の空気を吹き付ける）の後、圧延ロールによりロール圧延することで溶融はんだめっき線２５を平坦に形成する。その後、溶融はんだめっき線２５をはんだの融点以上（５００℃で１０ｓｅｃ）の高周波加熱し、さらに０．８％の加工度で圧延を施す。以上により、図１（ｂ）の太陽電池用リード線１０を得た。
（参考例３）
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して上下面に凹部を有する幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの導電材１２を形成する。この導電材１２をバッチ式加熱設備（高周波熱源）で熱処理（８００℃で６０ｓｅｃ）する。図２に示す溶融めっき設備２１において、この導電材１２にはんだめっきを施して導電材１２の上下面に溶融はんだめっき層１３（中央部のめっき厚２０μｍ）を得る。その後、溶融はんだめっき線２５を平坦に形成する。その後、溶融はんだめっき線を図４（ｄ）に示されるように、はんだの融点以下（１５０℃で１０ｓｅｃ）で高周波加熱して、図１（ａ）の太陽電池用リード線１０を得た。
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して上下面に凹部を有する幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの導電材１２を形成する。この導電材１２をバッチ式加熱設備（高周波熱源）で熱処理（８００℃で６０ｓｅｃ）する。図２に示す溶融めっき設備２１において、この導電材１２にはんだめっきを施して導電材１２の上下面に溶融はんだめっき層１３（中央部のめっき厚２０μｍ）を得る。その後、溶融はんだめっき線２５を平坦に形成する。その後、溶融はんだめっき線を図４（ｄ）に示されるように、はんだの融点以下（１５０℃で１０ｓｅｃ）で高周波加熱して、図１（ａ）の太陽電池用リード線１０を得た。
（実施例３）
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して上下面に凹部を有する幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの導電材１２を形成する。図２に示す溶融めっき設備２１において、この導電材１２にはんだめっきを施して導電材１２の上下面に溶融はんだめっき層１３（中央部のめっき厚２０μｍ）を得る。その後、溶融はんだめっき層１３を平坦に形成する。その後、はんだの融点以上（５００℃で１０ｓｅｃ）の高周波加熱をし、さらに０．８％の加工度で圧延を施す。端部のめっき厚が５μｍになるようにめっき条件を調整する。
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して上下面に凹部を有する幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの導電材１２を形成する。図２に示す溶融めっき設備２１において、この導電材１２にはんだめっきを施して導電材１２の上下面に溶融はんだめっき層１３（中央部のめっき厚２０μｍ）を得る。その後、溶融はんだめっき層１３を平坦に形成する。その後、はんだの融点以上（５００℃で１０ｓｅｃ）の高周波加熱をし、さらに０．８％の加工度で圧延を施す。端部のめっき厚が５μｍになるようにめっき条件を調整する。
以上により、図１（ｃ）の太陽電池用リード線１１を得た。
この構成であれば、導電材１２の上下両面の凹み１４ａ、１４ｂが溶融はんだめっきを収納する構造になっているため、溶融はんだめっき層１３を平坦に形成したとしても、導電材１２の上下両面を接合面として使用したとき、十分なはんだ充填量を備えることができ接合性に寄与しうる。
（比較例１）
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの平角線状の帯板状導電材１１２を形成した。この帯板状導電材１１２をバッチ式加熱設備で熱処理し、さらに、この帯板状導電材１１２の周囲にはんだめっきを施して帯板状導電材１１２の平坦な上下面に山形に膨らんだ溶融はんだめっき層１１３（中央部のめっき厚２０μｍ）を形成した。帯板状導電材１１２は熱処理Ｃｕである。
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの平角線状の帯板状導電材１１２を形成した。この帯板状導電材１１２をバッチ式加熱設備で熱処理し、さらに、この帯板状導電材１１２の周囲にはんだめっきを施して帯板状導電材１１２の平坦な上下面に山形に膨らんだ溶融はんだめっき層１１３（中央部のめっき厚２０μｍ）を形成した。帯板状導電材１１２は熱処理Ｃｕである。
以上により、図７の太陽電池用リード線１０３を得た。
（比較例２）
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの平角線状の導電材１２を形成した。この帯板状導電材をバッチ式加熱設備（高周波熱源）で熱処理する。図２に示す溶融めっき設備２１において、この導電材１２の周囲にＳｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕはんだめっきを施す。導電材１２の上下面の溶融はんだめっき層１３が溶融状態のまま、圧延ロールによりロール圧延することで溶融はんだめっき層１３を平坦に形成する。導電材１２は熱処理Ｃｕである。その後、高周波加熱し、さらに０．８％の加工度で圧延を施す。
原料導電材であるＣｕ材料を圧延加工して幅２．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの平角線状の導電材１２を形成した。この帯板状導電材をバッチ式加熱設備（高周波熱源）で熱処理する。図２に示す溶融めっき設備２１において、この導電材１２の周囲にＳｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕはんだめっきを施す。導電材１２の上下面の溶融はんだめっき層１３が溶融状態のまま、圧延ロールによりロール圧延することで溶融はんだめっき層１３を平坦に形成する。導電材１２は熱処理Ｃｕである。その後、高周波加熱し、さらに０．８％の加工度で圧延を施す。
以上により、図１（ａ）の太陽電池用リード線１１を得た。
これら実施例１〜３、参考例１〜３及び比較例１、２の太陽電池用リード線の断面を観察した結果、実施例１〜３、参考例１〜３は半導体基板に接合するべき上下面がいずれも平坦であることが確認された。
比較例１は、半導体基板に接合するべき上下面がいずれも中央部で膨らんだ山形の断面であった。
これら実施例１〜３、参考例１〜３及び比較例１、２の太陽電池用リード線にロジン系フラックスを適量塗布し、それぞれの太陽電池用リード線を銅板上に設置し、ホットプレート加熱（２６０℃で３０秒間保持）し、太陽電池用リード線を銅板にはんだ付けした。さらに、これら銅板にはんだ付けした太陽電池用リード線の銅板に対する接合力を評価するために、９０°剥離試験を行った。また、これらの太陽電池用リード線を縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×厚み１８０μｍの半導体基板（Ｓｉセル）の両面の電極部位に設置して、１０ｇの錘を載せた状態で同様にホットプレート加熱（２６０℃で３０秒間保持）し、はんだ付けした。そのはんだ付けの際に生じるセル割れの状況を調べた。比較例２については、上面を接合する場合と下面を接合する場合を行ってそれぞれの場合についてセル割れの状況を調べた。
実施例１〜３、参考例１〜３及び比較例１、２の評価結果を表２に示す。
表２の「断面形状」の欄は、どの図に示した断面形状であったかを示す。
表２の「接合力」の欄は、９０°剥離試験により銅板と太陽電池用リード線を引っ張り、どのくらいの引張力で引っ張ったときに接合が剥がれるか試験を行った結果を示し、◎は引張力２０Ｎ以上、○は引張力１０〜２０Ｎを、×は引張力が１０Ｎを示す。
表２の「セル割れ」の欄は、はんだ付け試験によってセル両面に平角線を接合しセル割れの有無を調べたときに、目視で確認可能な程度のセル割れが１箇所以上あればセル割れ有りと判定、それ以外ではセル割れ無しと判定し、全接合箇所におけるセル割れ無しの割合が９０％以上の場合を○、セル割れ無しの割合が７０％以上９０％未満の場合を△、セル割れ無しの割合が７０％未満の場合を×とした。なお、セル割れ無しの割合は下記の式により算出した。
(セル割れ無しの割合)＝［（割れが生じないセル枚数）／（はんだ付け試験を行ったセル枚数）］×１００
表２の「上下めっき膜厚の均一性」の欄は、上下面の溶融はんだめっき層の幅方向中央部のめっき厚さをそれぞれ測定してその差が１０μｍ以上である場合には×とし、それ以下であれば○とした。
表２の「上下めっき膜厚の均一性」の欄は、上下面の溶融はんだめっき層の幅方向中央部のめっき厚さをそれぞれ測定してその差が１０μｍ以上である場合には×とし、それ以下であれば○とした。
また、実施例１、参考例２については、凹部以外の部分の両面における溶融はんだめっき厚さを比較して同様の基準により実施した。
帯板状導電材の両面においてはんだめっき層の厚さが異なると、溶融量が異なるので、歪の発生の程度が異なり、はんだめっき層の製造時の割れ、歪の発生頻度の変化につながる。また、溶融量が少ない面については接合強度が低くなってしまう。
表２の「めっき面の平坦性」の欄は、太陽電池用リード線の断面写真を撮影し、溶融はんだめっき層の平坦面（比較例１の場合は最も突出した部分）を基準として絶対値で±７μｍまでを許容範囲とし、○とした。この許容範囲を超えるものについては×とした。
表２に示されるように、参考例１、２及び実施例１の太陽電池用リード線は、上下面に溶融はんだを供給してロールによって溶融はんだめっき層を平坦に形成したので、優れた接合力が得られることが確認された。
特に、参考例１の太陽電池用リード線１１は、上下面に溶融はんだを中央部から端部にわたり十分に供給して溶融はんだめっき層１３を平坦に形成したので、接合に寄与するはんだが十分に供給され、良好なフィレットの形成されたことが高い接合力に繋がっている。
参考例１の太陽電池用リード線１１は、半導体基板との接合面がフラットなため、従来の太陽電池（図６）のような点接触ではなく、本発明の太陽電池（図５）のような面接触が可能であり、さらに、中央部から端部にわたり十分に溶融はんだを供給して接合に寄与するはんだが多いので、良好なはんだフィレットが形成される。これにより、接合性（強度及び導電性）が向上する。
また、表２に示されるように、参考例１、２及び実施例１の太陽電池用リード線１１は、ロールめっきによって上下面に溶融はんだめっき層１３を平坦に形成したので、セル割れが抑制されることが確認された。
これに対し、めっき後にロール圧延加工を行わない比較例１では、めっき面の平坦性が悪くセル割れがみられ、接合力は本発明に比べてやや劣る。
はんだめっき層が溶融している状態で圧延加工を施す比較例２では、帯板状導電材が偏芯するため、帯板状導電材の両面に存在する溶融はんだめっき層の厚さに差が生じ、下面の接合力が本発明に比べて劣っていた。
以上のように、実施例１〜３、参考例１〜３及び比較例１、２の評価結果から、本発明はセル割れ抑制効果が高いことが確認された。
１１ 太陽電池用リード線
１２ 導電材（帯板状導電材）
１３ 溶融はんだめっき層
１４、１４ａ、１４ｂ 凹み
２１ 溶融めっき設備
２２ 送り出しリール
２３ はんだ浴（溶融はんだめっき槽）
２４ 反転ローラ
２５ 溶融はんだめっき線
２６ 冷却部
２７、２８、２９ 圧延ロール
３０ 加熱部
３１ 圧延ロール
３２ 引き上げローラ
３３ 巻取りリール
１２ 導電材（帯板状導電材）
１３ 溶融はんだめっき層
１４、１４ａ、１４ｂ 凹み
２１ 溶融めっき設備
２２ 送り出しリール
２３ はんだ浴（溶融はんだめっき槽）
２４ 反転ローラ
２５ 溶融はんだめっき線
２６ 冷却部
２７、２８、２９ 圧延ロール
３０ 加熱部
３１ 圧延ロール
３２ 引き上げローラ
３３ 巻取りリール
Claims (2)
- 送り出しリールから平角導体又は丸線導体からなる長尺の導電材を送り出し、該導電材を溶融はんだめっき層に浸漬した後、冷却して溶融はんだめっき層を有するめっき線を形成し、該めっき線を巻取りリールに巻き取る、前記溶融はんだめっき層を用いたはんだ付けにより太陽電池の電極に接続される太陽電池用リード線の製造方法において、
前記冷却しためっき線の溶融はんだめっき層が凝固した後に圧延することにより、前記めっき線の上面及び下面を平坦に形成し、かつ、前記導電材の表面に形成された前記はんだめっき層の厚さが前記導電材の裏面に形成された前記はんだめっき層の厚さと同等とし、該溶融はんだめっき層にはんだの融点以上の温度で加熱処理を施した後、さらに０．２〜１％の加工度で圧延することで平坦に仕上げることを特徴とする太陽電池用リード線の製造方法。 - 前記導電材の片面に、あらかじめ前記溶融はんだめっき層を収納するための凹みを形成しておくことを特徴とする請求項１記載の太陽電池用リード線の製造方法。
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