專利名稱：太陽能電池模塊及其制造方法
技術領域：
本發明涉及具備多個太陽能電池單元，通過配線材料相互連接相鄰的太陽能電池單元而成的太陽能電池模塊及其制造方法。
背景技術：
近年，由于地球溫暖化等的地球環境保護問題，期待清潔能源，將太陽能直接變換成電能的太陽能電池模塊作為清潔能源備受注目。該場合，太陽能電池模塊具備多個太陽能電池單元，在這些相鄰的太陽能電池單元通過焊接(或者粘接)稱為例如引板導線的配線材料來相互電氣地連接而構成。
該場合，有將配線材料從相鄰的一個太陽能電池單元的表面連接到另一個太陽能電池單元的背面的情況(例如，參照特開2004-363293(文獻1))，和將一個太陽能電池單元的表面連接的配線材料和另一個太陽能電池單元的背面連接的配線材料相互連接的情況(例如，參照特開2002-359388(文獻2))。
該配線材料通常由寬1.5mm～2mm、厚150μm(微米)～200μm左右的銅箔構成，制造工序中首先以在線軸卷繞的狀態準備。另外，配線材料預先由焊錫覆蓋，從線軸引出規定尺寸后切斷，載置在太陽能電池單元上用熱風或者加熱燈等加熱，進行焊接。
這里，因焊接時的熱而膨脹的配線材料和該部分的太陽能電池單元由于隨后的自然冷卻而收縮。一方面，銅的線膨脹系數為約16.7×10-6/℃，而太陽能電池單元的硅基板的線膨脹系數為約2.33×10-6/℃。從而，焊接后配線材料的收縮比太陽能電池單元大，該收縮量的差異導致在太陽能電池單元上施加了作用力。
另一方面，由于配線材料如前述在線軸卷繞的關系，引出的配線材料帶有卷曲慣性，并可能有蛇行的情況。這在彎曲的配線材料的情況雖然都一樣，但是在產生卷曲慣性或蛇行的非直線狀的情況下，產生對太陽能電池單元的規定位置的焊接及集電極的錯位，由于外觀不良或照射面積的降低，可能引起特性降低，因此，以前對切斷的配線材料用規定負荷拉伸，矯正成直線狀。
配線材料焊接到太陽能電池單元后，上述收縮量的差異導致作用力施加到太陽能電池單元，而太陽能電池單元的表面側的配線材料/太陽能電池單元間和背面側的配線材料/太陽能電池單元間作用的力在相互抵消的方向作用。但是，兩者不會完全相同，結果，成為導致在太陽能電池單元產生翹曲的原因。
但是，傳統的單晶體、多晶體型的太陽能電池單元是300μm～350μm左右厚度的尺寸，因此即使配線材料的收縮導致作用力的施加，太陽能電池模塊產生圖5所示翹曲的情況也少。另外，該圖中，1表示太陽能電池單元，2表示配線材料。
但是，為了降低材料成本，太陽能電池單元中一般采用的晶片的尺寸厚度達到了極薄的150μm～200μm左右，因此，配線材料2的收縮作用時，太陽能電池模塊產生如圖6顯著翹曲的問題。
例如，約125mm的正方形、厚度尺寸約200μm的晶片組成的太陽能電池單元的場合(太陽能電池單元最好是125mm的正方形以上的大小)中，由從圖6的水平線L到太陽能電池單元1的最大距離D定義的翹曲量達3mm。若產生這樣的翹曲，則制造工序中操作效率惡化并產生裂縫或裂紋等的損傷，因此制造成品率降低。
為了消除該情況，上述文獻1中，采用線膨脹系數接近太陽能電池單元的線膨脹系數的鈦等作為配線材料，但是這樣的金屬比銅昂貴很多，電阻值也比銅高，因此必須與其他物質組合，而且，有材料成本高的問題。
發明內容
本發明為解決傳統的技術課題而提出，提供不增加成本，可降低太陽能電池單元和配線材料的線膨脹系數的差異導致的太陽能電池單元的翹曲并有效防止損傷的太陽能電池模塊及其制造方法。
發明人為了降低太陽能電池單元的厚度尺寸減少時變得顯著的翹曲進行了各種各樣的研究，結果發現，如圖7所示，減少矯正配線材料的非直線性時的負荷可有效降低附有配線材料的太陽能電池單元的翹曲。另外，進一步的研究結果表明，如圖4所示，施加負荷導致在配線材料的母材產生塑性變形(＝伸展量/初始長＝伸展率)，該塑性變形量與太陽能電池單元的翹曲相關。
這里，圖9表示太陽能電池單元的翹曲和成品率的關系，圖10表示配線材料的伸展率＝塑性變形(＝伸展量/初始長)和太陽能電池單元的翹曲的關系。另外，圖4、圖7、圖9、圖10中，配線材料由寬2mm、厚150μm的銅組成，太陽能電池單元是125mm的正方形。
如圖9，太陽能電池單元的翹曲若超過2mm則成品率顯著降低。從而，為了提供成品率，太陽能電池單元的翹曲量必須降低到2mm以下。按照圖7可明白，150μm厚度的太陽能電池單元的翹曲成為2mm時的配線材料施加的負荷是3.8kgf，按照圖4可明白，此時的配線材料的塑性變形(伸展率)是0.5％。即，為了將150μm的厚度的太陽能電池單元的翹曲抑制在2mm以下，配線材料的塑性變形必須在0.5％以下。
同樣，在170μm厚度的太陽能電池單元的場合，必須令配線材料的負荷在4.2kgf以下，即，塑性變形在1％以下，在200μm厚度的太陽能電池單元的場合，必須令配線材料的負荷在4.5kgf以下，即，塑性變形為2％。該情況如圖10所示。
另外，預計通過降低太陽能電池單元的翹曲，可提高成品率及可靠性，因此，在200μm厚度的太陽能電池單元的場合令配線材料的塑性變形為0.4％以下，在170μm厚度的太陽能電池單元的場合令配線材料的塑性變形為0.2％以下，在150μm厚度的太陽能電池單元的場合令配線材料的塑性變形在0.1％以下，可降低翹曲量，可預計更佳的效果。
而且，結果發現，可將配線材料矯正成直線狀的塑性變形(伸展率)最好在0％以上0.03％(圖7)以下，對翹曲量的降低有效。但是，從生產性的觀點看，為了將線軸上卷繞的配線材料矯正成直線狀，塑性變形最好超過0.03％。
因而，第1方面的本發明的太陽能電池模塊，具備多個太陽能電池單元，通過配線材料相互電氣地連接相鄰的太陽能電池單元而形成，其特征在于，配線材料在母材的延伸方向的塑性變形為2％以下。上述塑性變形大于0％，最好在1％以下，且最好在0.5％以下。
第2方面的本發明的太陽能電池模塊，其特征在于，上述中太陽能電池單元由厚度200微米以下的晶片構成。上述晶片的厚度可在180微米以下，也可在150微米以下。
第3方面的本發明的太陽能電池模塊，其特征在于，上述各發明中太陽能電池單元的表面側連接的部分和背面側連接的部分中，配線材料的母材的延伸方向的塑性變形不同。
第4方面的本發明的太陽能電池模塊，其特征在于，上述各發明中配線材料的母材包含銅。
根據本發明，具備多個太陽能電池單元，通過配線材料相互電氣地連接相鄰的太陽能電池單元形成的太陽能電池模塊中，配線材料在母材的延伸方向的塑性變形為2％以下，因此，與太陽能電池單元電氣地連接后的配線材料的收縮量減少，可抑制太陽能電池單元和配線材料的線膨脹系數的差異導致的太陽能電池單元的翹曲。
從而，無須使用高價材料作為配線材料，可抑制在太陽能電池單元發生損傷，改善成品率。這在第2方面的本發明的太陽能電池單元由厚度200微米以下的晶片構成時，特別是第4方面的本發明的配線材料包含銅時極其有效。
另外，在太陽能電池單元的表面和背面分別連接配線材料，相互連接這些配線材料的方式的場合，第3方面的本發明的太陽能電池單元的表面側連接的部分和背面側連接的部分中，配線材料的母材的延伸方向的塑性變形不同，收縮大的面的配線材料采用延伸方向的塑性變形小的材料，從而可進一步抑制太陽能電池單元的翹曲。
第5方面的本發明的制造方法，通過配線材料相互電氣地連接多個太陽能電池單元的相鄰的太陽能電池單元，其特征在于，在將配線材料與太陽能電池單元連接的工序前，具備矯正配線材料的直線性的工序，且在該矯正工序中，將該配線材料向延伸方向拉伸，使得配線材料的母材的延伸方向的塑性變形在2％以下的范圍內。
根據本發明，通過配線材料相互電氣地連接多個太陽能電池單元的相鄰的太陽能電池單元，制造太陽能電池模塊時，將配線材料與太陽能電池單元連接的工序前，具備矯正配線材料的直線性的工序，且，將該配線材料沿延伸方向拉伸使得該矯正工序中配線材料的母材的延伸方向的塑性變形為2％以下的范圍，因此，可減小與太陽能電池單元電氣連接后的配線材料的收縮量。
從而，可抑制太陽能電池單元和配線材料的線膨脹系數的差異導致的太陽能電池單元的翹曲，無須使用高價材料作為配線材料，可抑制太陽能電池單元發生的損傷，提高制造工序的操作效率并可改善成品率。
第6方面的本發明的制造方法，其特征在于，上述的矯正工序中，利用在位于配線材料的太陽能電池單元間的部分設置段差的工序，以段差為界線，分別向延伸方向拉伸，使母材的延伸方向的塑性變形變化。
本發明的矯正工序中，若利用在位于配線材料的太陽能電池單元間的部分設置段差的工序，以段差為界線，分別向延伸方向拉伸，使母材的延伸方向的塑性變形變化，則通過減小收縮大的面配置的配線材料的延伸方向的塑性變形，可進一步抑制太陽能電池單元的翹曲。
圖1是應用本發明的太陽能電池模塊的串的側面圖(實施例1)。
圖2是本發明中的配線材料的矯正方法的說明圖。
圖3是應用本發明的其他實施例的太陽能電池模塊的串的側面圖(實施例3)。
圖4是構成配線材料的銅箔的延伸方向的負荷(拉伸負荷)對應的的伸展率的示意圖。
圖5是采用厚度尺寸大的太陽能電池單元的傳統的串的側面圖。
圖6是采用厚度尺寸薄的太陽能電池單元的傳統的串的側面圖。
圖7是配線材料的延伸方向的負荷(拉伸負荷)對應的太陽能電池單元的平均翹曲量的示意圖。
圖8是以配線材料的段差為界限形成不同延伸方向的塑性變形的方法的說明圖。
圖9是太陽能電池單元的翹曲和成品率的關系的示意圖。
圖10是配線材料的伸展率(＝塑性變形)和太陽能電池單元的翹曲的關系的示意圖。
具體實施例方式
以下，根據圖面詳述本發明的實施例。
(實施例1)圖1是本發明一實施例的太陽能電池的串3的側面圖。另外，以下說明的實施例中，除了單晶硅或多晶硅等的晶體外，還可使用采用非晶硅的非晶體或者以單晶體為基板并在其兩面形成硅的非結晶層的單晶·非晶混合型等的晶片的太陽能電池單元1等，但是制造太陽能電池單元1本身的技術是以往公知的技術，因此省略詳細的說明。
實施例的太陽能電池單元1形成約125mm的正方形，其厚度為極薄的150μm～200μm。另外，其兩面并行設置2個集電極(寬約2mm)，集電極的兩側延長設置多個分支電極(寬約50μm)。與這樣的太陽能電池單元1的集電極對應，焊接稱為引板導線的配線材料2。
該場合，配線材料2由寬約1.5mm～2mm帶導電性的銅箔(母材)等構成，其表面覆蓋焊錫。在規定的傳送帶上配置的多個太陽能電池單元1...中，設置從相鄰的太陽能電池單元1、1的一個太陽能電池單元1的表面(正極側)穿越到另一個太陽能電池單元1的背面(負極側)的配線材料2，從上方用熱風或者加熱燈加熱到+200℃～+350℃，下面用電爐保溫，使配線材料2表面的焊錫熔融(焊錫的熔融溫度約+220℃)并與各太陽能電池單元1、1電氣地連接(連接工序)。通過對多個太陽能電池單元1...進行來構成串3。
這樣構成的串3，例如由具有光透過性及耐候性的玻璃板或塑料板或者樹脂膜等形成的未圖示表面材料和由樹脂膜、玻璃板或塑料板等形成的未圖示背面材料間，用乙烯乙酸乙烯共聚物樹脂(EVA)等的填充材密封(加熱擠壓)，制造太陽能電池模塊。
這里，配線材料2呈圖2所示在線軸4上卷繞的狀態。雖然是從該線軸4引出規定量切斷后使用，但是引出切斷的狀態如圖2所示，由于配線材料2帶有卷曲慣性而彎曲。另外，由于寬1.5mm～2mm，也可能呈現蛇行形狀。因而，在上述連接工序前，通過該圖的中央部所示的治具6的開口部5，或者，采用羅拉去除該卷曲慣性及蛇行形狀，達到規定以下的拉伸力后，矯正成直線狀(圖2)(矯正工序)。
該場合，在配線材料2的延伸方向幾乎不施加負荷，因此配線材料2與從線軸4引出的狀態(圖2的右上的非直線狀態)相比，塑性變形(＝伸展量/初始長＝伸展率)幾乎不變，可用作太陽能電池單元的配線。從而，可顯著抑制太陽能電池單元的翹曲。
如圖7所示，太陽能電池單元的晶片的厚度尺寸即使是150μm左右，也可將翹曲降低到2mm以下，可顯著改善隨后的模塊工序中的成品率和生產性。
從而，配線材料2無須使用鈦等的高價材料，即使采用傳統同樣的配線材料，也可抑制太陽能電池單元1發生的損傷，提高制造工序中的操作效率并改善制造成品率。
(實施例2)另外，上述實施例中，說明在配線材料2的延伸方向幾乎不施加負荷來矯正非直線性的情況，但是根據配線材料2的規格(厚和寬等)，也可能發生若在延伸方向不施加某程度的負荷就無法有效矯正的情況。
這樣的情況下，與從前一樣，在焊接前對配線材料2施加延伸方向的負荷來矯正非直線性，但是該場合，通過令配線材料2的塑性變形為2％以下，即使是200μm厚度的晶片的太陽能電池單元，也可將翹曲降低到2mm以下。而且，配線材料2的塑性變形若在1％以下，則即使180μm以下、例如170μm厚度尺寸的晶片的太陽能電池單元，也可將翹曲降低到2mm以下。而且，配線材料2的塑性變形若在0.5％以下，則即使150μm以下、例如150μm厚度的晶片的太陽能電池單元，也可將翹曲降低到2mm以下(圖4、圖7)。
(實施例3)接著，圖3表示本發明的其他實施例。該場合，作為配線材料2，準備太陽能電池單元1的表面用的配線材料2A；背面用的配線材料2B。這些配線材料2A、2B也由前述同樣的銅箔構成，由焊錫覆蓋。配線材料2A和配線材料2B分別用前述同樣的方法焊接到各太陽能電池單元1的表面和各太陽能電池單元1的背面。
這里，各配線材料2A、2B焊接時，如前述，從上方吹熱風或者用加熱燈照射，在傳送帶的下方配置電爐的場合，太陽能電池單元1的表面(頂面)由上方的熱風或加熱燈直接加熱，而背面(底面)通過該太陽能電池單元1或配線材料2A傳遞來的熱進行加熱。另外，焊接后的溫度降低的速度也是在表面側急速，而背面側溫度降低遲緩。因此，太陽能電池單元1本身，具有表面側的收縮量大于背面側的傾向。
因而，采用在太陽能電池單元1的表面和背面預先焊接配線材料2A、2B來連接相鄰的太陽能電池單元1、1的配線材料2A和2B的方式的場合，若令背面的配線材料2B的延伸方向的塑性變形比表面的配線材料2A的延伸方向的塑性變形大，則通過背面的配線材料2B的收縮可抑制太陽能電池單元1向圖3的上方翹曲。
另外，相反地，太陽能電池單元1本身向圖3的相反側即下方翹曲的場合，若令表面配線材料2A的延伸方向的塑性變形大于背面的配線材料2B的延伸方向的塑性變形，則可通過表面的配線材料2A的收縮抑制太陽能電池單元1的翹曲量。
作為令上述各配線材料2A、2B的延伸方向的塑性變形不同的方法，例如，要令配線材料2B的延伸方向的塑性變形大于配線材料2A的場合，配線材料2A用如前述的非伸展矯正方式矯正成直線狀，而配線材料2B用伸展矯正方式矯正成直線狀。反之亦然。
該實施例中，分別準備配線材料2A和配線材料2B，但是也可以采用同一配線材料，部分地改變塑性變形。一般，在圖5所示太陽能電池單元1和太陽能電池單元1的大致中央部的配線材料2中，雖然設置圖8所示的段差，但是若執行該段差工序，則在段差工序后的前后段可容易地改變負荷。即，如圖8所示，在段差部形成時從上下方向用治具7沖壓配線材料2，因此，此時若在配線材料2的左右方向施加其他拉伸負荷(延伸方向的負荷)，即使是同一配線材料，也可以該段差為界線實現塑性變形不同的配線材料。
這樣，太陽能電池單元1的表面的配線材料和背面的配線材料若采用具有不同的延伸方向的塑性變形的材料，則通過減小收縮大的一面的配線材料的延伸方向的塑性變形，可進一步抑制太陽能電池單元1的翹曲。
本發明中，預計通過改變配線材料的塑性變形，可抑制太陽能電池單元的翹曲。考慮到被賦予大塑性變形的配線材料，其柔軟性受損，緩和由線膨脹系數的差異引起的翹曲的力也受損，但是通過令本發明的塑性變形在2％以下，可防止或抑制緩和翹曲的力受損的缺陷。
另外，實施例中，說明了采用線軸上卷繞的配線材料的情況，但是不限于此，本發明在將彎曲狀態的配線材料矯正成直線狀的情況也有效。另外，實施例中，采用表面覆蓋焊錫的配線材料，但是本發明在太陽能電池單元涂敷粘接劑來連接配線材料的情況也有效。而且，實施例中，說明了在太陽能電池單元的兩面設置2個集電極，并在其兩側延長設置多個分支電極的情況，但是不限于此，還可以設置多個集電極，甚至在背面設置平板狀的集電極。
權利要求
1.一種太陽能電池模塊，具備多個太陽能電池單元，通過配線材料相互電氣地連接相鄰的上述太陽能電池單元而形成，其中，上述配線材料在母材的延伸方向的塑性變形為2％以下。
2.權利要求1所述的太陽能電池模塊，其特征在于，上述太陽能電池單元由厚度200微米以下的晶片構成。
3.權利要求1或權利要求2所述的太陽能電池模塊，其特征在于，在與上述太陽能電池單元的表面側連接的部分和與背面側連接的部分中，上述配線材料的母材的延伸方向的塑性變形不同。
4.權利要求1至權利要求3的任一項所述的太陽能電池模塊，其特征在于，上述配線材料的母材包含銅。
5.一種太陽能電池模塊制造方法，通過配線材料相互電氣地連接多個太陽能電池單元與相鄰的太陽能電池單元，其中，在將上述配線材料與上述太陽能電池單元連接的工序前，具備矯正上述配線材料的直線性的工序，且在該矯正工序中，將該配線材料向延伸方向拉伸，使得上述配線材料的母材的延伸方向的塑性變形在2％以下的范圍內。
6.權利要求5的太陽能電池模塊的制造方法，其特征在于，上述矯正工序中，利用在位于上述配線材料的上述太陽能電池單元間的部分設置段差的工序，以段差為界線，分別向延伸方向拉伸，使上述母材的延伸方向的塑性變形變化。
全文摘要
本發明提供不會提高成本，可降低太陽能電池單元和配線材料的線膨脹系數的差異導致的太陽能電池單元的翹曲，可有效防止損傷的太陽能電池模塊。太陽能電池模塊具備多個太陽能電池單元，通過配線材料相互電氣地連接相鄰的太陽能電池單元而形成，配線材料在母材的延伸方向的塑性變形為2％以下，太陽能電池單元由厚度200微米以下的晶片構成。
文檔編號H01L31/18GK1855555SQ20061007335
公開日2006年11月1日 申請日期2006年3月31日 優先權日2005年3月31日
發明者岡本真吾, 中谷志穗美 申請人:三洋電機株式會社