太陽電池モジュール用導電材料及び太陽電池モジュール
【課題】太陽電池セルの電極と配線とを低い荷重で電気的に接続でき、更に接続後に導電材料により形成された接続部と電極及び配線との接着信頼性を高めることができる太陽電池モジュール用導電材料、及び該太陽電池モジュール用導電材料を用いた太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いられる。本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、導電性粒子１と、バインダー樹脂とを含む。導電性粒子１は、樹脂粒子２と、該樹脂粒子２の表面２ａを被覆している導電層３とを有する。導電層３の少なくとも外側の表面層が、はんだ層５である。本発明に係る太陽電池モジュールは、電極を有する太陽電池セルと、配線と、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続している接続部とを備える。該接続部が、上記太陽電池モジュール用導電材料により形成されている。
【解決手段】本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いられる。本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、導電性粒子１と、バインダー樹脂とを含む。導電性粒子１は、樹脂粒子２と、該樹脂粒子２の表面２ａを被覆している導電層３とを有する。導電層３の少なくとも外側の表面層が、はんだ層５である。本発明に係る太陽電池モジュールは、電極を有する太陽電池セルと、配線と、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続している接続部とを備える。該接続部が、上記太陽電池モジュール用導電材料により形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いられる導電材料に関し、より詳細には、はんだ層を有する導電性粒子を含む太陽電池モジュール用導電材料、並びに該太陽電池モジュール用導電材料を用いた太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の太陽電池セルの電極が金属配線を介して電気的に接続されている太陽電池モジュールが知られている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、図５に示す構造を有する太陽電池モジュール１０１が開示されている。太陽電池モジュール１０１は、複数の太陽電池セルを構成する複数のシリコン基板１０２Ａ，１０２Ｂと、配線１０３とを備える。シリコン基板１０２Ａ，１０２Ｂはそれぞれ、ｐ型シリコン基板１１１と、ｐ型シリコン基板１１１の表面である受光面側にｎ型拡散層１１２と、ｐ型シリコン基板１１１の裏面側にＰ＋層（ＢＳＦ層）１１３とを有する。シリコン基板１０２Ａ，１０２Ｂの一方の面に、ｎ型拡散層１１２に接するように表面電極１０４が設けられている。シリコン基板１０２Ａ，１０２Ｂの他方の面に、Ｐ＋層１１３に接するように裏面電極１０５が設けられている。シリコン基板１０２Ａ，１０２Ｂの一方の面に設けられた表面電極１０４が、接着部１０６Ａを介して配線１０３に接続されている。シリコン基板１０２Ｂの他方の面に設けられた裏面電極１０５が、接着部１０６Ｂを介して配線１０３に接続されている。
【０００４】
図５では図示を省略しているが、太陽電池モジュールでは、一般に、配線により接続された複数の太陽電池セルは、透明部材と透明部材又は非透明部材との間に配置され、エチレン−酢酸ビニル共重合体又はエポキシ樹脂等を含む封止材により封止されている。
【０００５】
特許文献１では、接着部１０６Ａ，１０６Ｂは、接着剤により形成されている。また、ここでは、導電性粒子を含む接着剤を用いることで、接着部１０６Ａ，１０６Ｂ自体により表面電極１０４と配線１０３及び裏面電極１０５と配線１０３との電気的な接続が可能であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】登録実用新案第３１２３８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、接着部１０６Ａ，１０６Ｂを形成するための接着剤に含まれる導電性粒子に関して、銀粉末、銅粉末、ニッケル粉末、はんだ粉末、金コート樹脂粉末及びニッケルコート樹脂粉末等の金属粉末等を用いることができる旨が記載されている。また、ボイドの発生を抑制する効果及びアンカー効果等を十分に得る観点からは、導電性粒子としてニッケル粉末が好適に用いられること、並びに導電性粒子としてはんだ粉末を使用する場合には、ハンダ粉末が加熱により表面電極、裏面電極又は配線と共晶接合を形成し、より確実な接続が得られることも記載されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のように、接着剤に含まれる導電性粒子として、銀粉末、銅粉末、ニッケル粉末、金コート樹脂粉末又はニッケルコート樹脂粉末を用いた場合には、太陽電池セルの電極と配線とを低い荷重で接続すると、電気的な接続を確実に行えないことがある。一方で、電気的な接続を確実に行うために、太陽電池セルの電極と高い荷重で接続すると、太陽電池セルが破損しやすい。
【０００９】
さらに、特許文献１に記載のように、接着剤に含まれる導電性粒子として、はんだ粉末を用いた場合には、接続時の加熱によりはんだ粉末全体が溶融可能であるので、接続後に電極と配線との間隔を高精度に制御することは困難である。このため、電極と配線との間に接着部が充分に存在せずに、接着部と電極及び接着部と配線との接着信頼性が低いことがある。
【００１０】
本発明の目的は、太陽電池セルの電極と配線とを低い荷重で電気的に接続でき、更に接続後に導電材料により形成された接続部と電極及び配線との接着信頼性を高めることができる太陽電池モジュール用導電材料、及び該太陽電池モジュール用導電材料を用いた太陽電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の広い局面によれば、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いられる導電材料であって、樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有する導電性粒子と、バインダー樹脂とを含み、上記導電層の少なくとも外側の表面層が、はんだ層である、太陽電池モジュール用導電材料が提供される。
【００１２】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料のある特定の局面では、上記導電性粒子の平均粒子径は、０．１〜５０μｍである。
【００１３】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料の他の特定の局面では、フラックスがさらに含まれている。
【００１４】
本発明に係る太陽電池モジュールは、電極を有する太陽電池セルと、配線と、該太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続している接続部とを備えており、該接続部が、本発明に従って構成された太陽電池モジュール用導電材料により形成されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、特定の上記導電性粒子とバインダー樹脂とを含むので、太陽電池セルの電極と配線とを容易に電気的に接続できる。さらに、上記導電性粒子が樹脂粒子と該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有し、かつ該導電層の少なくとも外側の表面層がはんだ層であるので、太陽電池セルの電極と配線とを低い荷重で電気的に接続できる。さらに、接続後に導電材料により形成された接続部と電極及び配線との接着信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る導電材料に含まれている導電性粒子を示す断面図である。
【図２】図２は、導電性粒子の変形例を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を模式的に示す部分切欠正面断面図である。
【図４】図４は、図３に示す太陽電池モジュールにおける導電性粒子と電極及び配線との接続部分を拡大して示す部分切欠正面断面図である。
【図５】図５は、従来の太陽電池モジュールを示す部分切欠正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の詳細を説明する。
【００１８】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いられる導電材料である。本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、導電性粒子とバインダー樹脂とを含む。該導電性粒子は、樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有する。導電性粒子における導電層の少なくとも外側の表面層は、はんだ層である。
【００１９】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料では、上記導電性粒子が樹脂粒子と該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有し、かつ該導電層の少なくとも外側の表面層がはんだ層であるので、太陽電池セルの電極と配線とを低い荷重で電気的に接続できる。なお、太陽電池セルの電極と配線とを高い荷重で電気的に接続すると、太陽電池セルが破損することがある。太陽電池モジュールにおいては、太陽電池セルの破損が特に問題となる。本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料の使用により、太陽電池セルの破損を効果的に抑制できる。従って、上記導電材料は、太陽電池セルの電極の接続に特に有利である。
【００２０】
また、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料では、上記導電性粒子が樹脂粒子を有し、該樹脂粒子が電極と配線との接続時に溶融し難いので、はんだのみにより形成されたはんだ粒子を用いた場合と比べて、接続後に電極と配線との間隔を高精度に制御できる。このため、接続後に導電材料により形成された接続部と電極及び配線との接着信頼性を高めることができる。
【００２１】
ところで、従来、特許第２７６９４９１号公報に記載のように、ニッケル又はガラスにより形成された基材粒子と、該基材粒子の表面を被覆しているはんだ層とを有する導電性粒子は知られていた。特許第２７６９４９１号公報では、導電性粒子は、ポリマーマトリックスと混合され、導電材料として用いられている。
【００２２】
しかしながら、特許第２７６９４９１号公報では、導電性粒子における基材粒子の材料がガラス又はニッケルである構成が記載されているにすぎず、具体的には、基材粒子をニッケルのような強磁性金属により形成することが記載されているにすぎない。
【００２３】
さらに、特許第２７６９４９１号公報に記載の導電性粒子では、導電性粒子における基材粒子の材料がガラス又はニッケルであるため、ポリマーマトリックスを含む導電材料中で、導電性粒子が沈降することがある。このため、導電接続の際に、導電材料を均一に塗工できず、塗工後の導電材料層に導電性粒子が含まれなかったり、含まれていても導電性粒子の含有量が少なすぎたりすることがある。このため、導通信頼性が低いことがある。さらに、凝集した導電性粒子によって、塗工後の導電材料層の厚みにばらつきが生じることがある。このため、ポリマーマトリックスにより接着されていない部分が生じやすい。
【００２４】
また、従来、特開平９−３０６２３１号公報に記載のように、樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面を被覆しているニッケルめっき層と、該ニッケルめっき層の表面を被覆しているはんだ層とを有する導電性粒子も知られていた。
【００２５】
しかしながら、特開平９−３０６２３１号公報に記載の導電性粒子は、バインダー樹脂に分散されて用いられていない。これは、導電性粒子の粒子径が大きいので、該導電性粒子は、バインダー樹脂に分散された導電材料として用いるには好ましくないためである。特開平９−３０６２３１号公報の実施例では、粒子径が６５０μｍの樹脂粒子の表面を導電層で被覆しており、粒子径が数百μｍの導電性粒子を得ており、この導電性粒子は、バインダー樹脂と混合された導電材料として用いられていない。
【００２６】
また、特開平９−３０６２３１号公報では、導電性粒子を用いて半導体等の素子及び電極基板などを導通接続する際には、１つの電極上に１つの導電性粒子を置き、次に導電性粒子上に電極を置いた後、加熱している。加熱により、はんだ層は、溶融して電極と接合する。しかしながら、このように、電極上に導電性粒子を置く作業は煩雑であった。また、接続された部材間には、樹脂層が存在しないため、接着信頼性が低かった。
【００２７】
さらに、特許第２７６９４９１号公報及び特開平９−３０６２３１号公報のいずれにも、導電性粒子を太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いることについては全く記載されておらず、示唆すらされていない。
【００２８】
すなわち、特許第２７６９４９１号公報及び特開平９−３０６２３１号公報は、本願発明の太陽電池モジュール用導電材料の用途と全く異なる用途に用いられる導電性粒子を開示しているにすぎない。
【００２９】
これに対して、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、上記構成を備えているので、太陽電池セルの電極と配線との電気的な接続に用いた場合に、接続が容易である。例えば、電極又は配線上に導電性粒子を１個ずつ配置せずに、電極又は配線上に導電材料を塗工するだけで、電極又は配線上に導電性粒子を配置できる。さらに、電極又は配線上に導電材料層を形成した後、該導電材料層に他の配線又は電極を積層するだけで、電極と配線とを電気的に接続できる。従って、太陽電池セルの電極と配線とが電気的に接続された太陽電池モジュールの製造効率を高めることができる。さらに、電極と配線との間には、導電性粒子だけでなくバインダー樹脂も存在するので、電極と配線とを強固に接着させることができ、接着信頼性を高めることができる。
【００３０】
さらに、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料を電極と配線との接続に用いた場合に、導通信頼性が高くなる。導電性粒子における導電層の外側の表面層がはんだ層であるので、例えば、加熱によりはんだ層を溶融させることにより、はんだ層と電極との接触面積を大きくすることができる。従って、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料では、導電層の外側の表面層が金層又はニッケル層等のはんだ層以外の金属である導電性粒子を含む導電材料と比較して、導通信頼性を高めることができる。
【００３１】
また、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料に含まれている導電性粒子の基材粒子が、ニッケルなどの金属又はガラスにより形成された粒子ではなく、樹脂により形成された樹脂粒子であるので、導電性粒子の柔軟性を高めることができる。このため、導電性粒子に接触した電極又は配線の損傷を抑制できる。さらに、樹脂粒子を有する導電性粒子を用いることにより、ニッケルなどの金属又はガラスにより形成された粒子を有する導電性粒子を用いた場合と比較して、該導電性粒子を介して電極と配線とが接続された太陽電池モジュールの耐衝撃性を高めることができる。
【００３２】
さらに、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料の使用により、従来のはんだ接続法による接続のために必要とされていた銀電極を設ける必要がなく、容易にかつ低コストで太陽電池モジュールを製造できる。さらに、太陽電池モジュールを薄型化できる。
【００３３】
以下、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料に含まれている材料、並びに導電材料及び太陽電池モジュールの詳細を説明する。
【００３４】
（導電性粒子）
図１に、本発明の一実施形態に係る導電材料に含まれている導電性粒子を断面図で示す。
【００３５】
図１に示すように、導電性粒子１は、樹脂粒子２と、該樹脂粒子２の表面２ａを被覆している導電層３とを有する。導電性粒子１は、樹脂粒子２の表面２ａが導電層３により被覆された被覆粒子である。従って、導電性粒子１は導電層３を表面１ａに有する。
【００３６】
導電層３は、樹脂粒子２の表面２ａを被覆している第１の導電層４と、該第１の導電層４の表面４ａを被覆しているはんだ層５（第２の導電層）とを有する。導電層３の外側の表面層が、はんだ層５である。このように、導電層３は、多層構造を有していてもよく、２層又は３層以上の多層構造を有していてもよい。
【００３７】
上記のように、導電層３は２層構造を有する。図２に示す変形例のように、導電性粒子１１は、単層の導電層として、はんだ層１２を有していてもよい。導電性粒子１１では、導電層の表面層がはんだ層１２である。導電性粒子における導電層の少なくとも外側の表面層が、はんだ層であればよい。ただし、導電性粒子の作製が容易であるので、導電性粒子１と導電性粒子１１とのうち、導電性粒子１が好ましい。
【００３８】
樹脂粒子２の表面２ａに導電層を形成する方法、並びに樹脂粒子２の表面２ａ又は導電層の表面にはんだ層を形成する方法は特に限定されない。導電層３及びはんだ層５，１２を形成する方法としては、例えば、無電解めっきによる方法、電気めっきによる方法、物理的蒸着による方法、並びに金属粉末もしくは金属粉末とバインダーとを含むペーストを樹脂粒子の表面にコーティングする方法等が挙げられる。なかでも、無電解めっき又は電気めっきが好適である。上記物理的蒸着による方法としては、真空蒸着、イオンプレーティング及びイオンスパッタリング等の方法が挙げられる。
【００３９】
はんだ層５，１２を容易に形成できるので、はんだ層５，１２を形成する方法は、電気めっきによる方法が好ましい。はんだ層５，１２は、電気めっきにより形成されていることが好ましい。
【００４０】
従来、導電層の外側の表面層にはんだ層を有する導電性粒子の粒子径は、数百μｍ程度であった。これは、粒子径が数十μｍであり、かつ導電層の外側の表面層にはんだ層を有する導電性粒子を得ようとしても、はんだ層を均一に形成できなかったためである。これに対して、無電解めっき時に分散条件を最適化することによりはんだ層を形成した場合には、導電性粒子の粒子径が数十μｍ、特に粒子径が０．１〜５０μｍの導電性粒子を得る場合であっても、樹脂粒子の表面又は導電層の表面にはんだ層を均一に形成できる。
【００４１】
はんだ層以外の導電層３は、金属により形成されていることが好ましい。はんだ層以外の導電層３を構成する金属は、特に限定されない。該金属として、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、亜鉛、鉛、アルミニウム、コバルト、インジウム、ニッケル、クロム、チタン、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム及びカドミウム、並びにこれらの合金等が挙げられる。また、上記金属としては、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）も用いることができる。上記金属は１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００４２】
第１の導電層４は、ニッケル層、パラジウム層、銅層又は金層であることが好ましく、ニッケル層又は金層であることがより好ましく、銅層であることが更に好ましい。導電性粒子は、ニッケル層、パラジウム層、銅層又は金層を有することが好ましく、ニッケル層又は金層を有することがより好ましく、銅層を有することが更に好ましい。これらの好ましい導電層を有する導電性粒子を電極と配線との接続に用いることにより、電極と配線との導通信頼性を高めることができる。また、これらの好ましい導電層の表面には、はんだ層をより一層容易に形成できる。なお、第１の導電層４は、はんだ層であってもよい。導電性粒子は、複数層のはんだ層を有していてもよい。
【００４３】
はんだ層５，１２の厚みは、５〜７０，０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。はんだ層５，１２の厚みのより好ましい下限は１０ｎｍ、更に好ましい下限は２０ｎｍ、より好ましい上限は４０，０００ｎｍ、更に好ましい上限は５００ｎｍ、特に好ましい上限は２００ｎｍである。はんだ層５，１２の厚みが上記下限を満たすと、導電性を十分に高くすることができる。導電層の厚みが上記上限を満たすと、樹脂粒子２とはんだ層５，１２との熱膨張率の差が小さくなり、はんだ層５，１２の剥離が生じ難くなる。
【００４４】
導電層が多層構造を有する場合には、導電層の合計厚みは、１０〜１００，０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。上記導電層の厚みのより好ましい下限は２０ｎｍ、更に好ましい下限は３０ｎｍ、より好ましい上限は７０，０００ｎｍ、更に好ましい上限は４０，０００ｎｍ、特に好ましい上限は５００ｎｍ、最も好ましい上限は２００ｎｍである。
【００４５】
樹脂粒子２を形成するための樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリアセタール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルスルホン等が挙げられる。樹脂粒子２の硬度を好適な範囲に容易に制御できるので、樹脂粒子２を形成するための樹脂は、エチレン性不飽和基を有する重合性単量体を１種又は２種以上重合させた重合体であることが好ましい。
【００４６】
導電性粒子１，１１の平均粒子径は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。導電性粒子１，１１の平均粒子径のより好ましい下限は１μｍ、より好ましい上限は８０μｍ、更に好ましい上限は５０μｍ、特に好ましい上限は４０μｍである。導電性粒子１，１１の平均粒子径が上記下限及び上限を満たすと、導電性粒子１，１１と電極及び配線との接触面積を充分に大きくすることができ、かつ導電層を形成する際に凝集した導電性粒子１，１１が形成されにくくなる。また、導電性粒子１，１１を介して接続された電極と配線との間隔が大きくなりすぎず、かつ導電層が樹脂粒子２の表面２ａから剥離し難くなる。
【００４７】
導電材料における導電性粒子に適した大きさであり、かつ電極と配線との間隔をより一層小さくすることができるので、導電性粒子１，１１の平均粒子径は、０．１〜５０μｍの範囲内であることが特に好ましい。
【００４８】
導電性粒子１，１１の「平均粒子径」は、数平均粒子径を示す。導電性粒子１，１１の平均粒子径は、任意の導電性粒子５０個を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、平均値を算出することにより求められる。
【００４９】
（導電材料）
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いられる導電材料である。本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、好ましくは、第１の太陽電池セルの電極及び第２の太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いられる導電材料である。
【００５０】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、上述した導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む。すなわち、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料に含まれている導電性粒子は、樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有し、かつ導電層の少なくとも外側の表面層が、はんだ層である。本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、液状であることが好ましく、導電ペーストであることが好ましい。
【００５１】
上記バインダー樹脂は特に限定されない。上記バインダー樹脂として、例えば、絶縁性の樹脂が用いられる。上記バインダー樹脂としては、例えば、ビニル樹脂、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂、熱可塑性ブロック共重合体及びエラストマー等が挙げられる。上記バインダー樹脂は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００５２】
上記ビニル樹脂の具体例としては、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂及びスチレン樹脂等が挙げられる。上記熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリオレフィン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びポリアミド樹脂等が挙げられる。上記硬化性樹脂の具体例としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。なお、上記硬化性樹脂は、常温硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、光硬化型樹脂又は湿気硬化型樹脂であってもよい。上記熱可塑性ブロック共重合体の具体例としては、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体の水素添加物、及びスチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体の水素添加物等が挙げられる。上記エラストマーの具体例としては、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、及びアクリロニトリル−スチレンブロック共重合ゴム等が挙げられる。
【００５３】
上記バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂であることが好ましい。この場合には、電極と配線とを電気的に接続する際の加熱により、導電性粒子のはんだ層を溶融させるとともに、バインダー樹脂を硬化させることができる。このため、接続部において、導電性粒子におけるはんだ層と電極及び配線との電気的な接続、バインダー樹脂と電極との接着並びにバインダー樹脂と配線との接着とを同時に行うことができる。
【００５４】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、バインダー樹脂を硬化させるために、硬化剤を含むことが好ましい。
【００５５】
上記硬化剤は特に限定されない。上記硬化剤としては、イミダゾール硬化剤、アミン硬化剤、フェノール硬化剤、ポリチオール硬化剤及び酸無水物硬化剤等が挙げられる。硬化剤は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００５６】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、フラックスをさらに含むことが好ましい。フラックスの使用により、はんだ層の表面に酸化被膜が形成され難くなり、さらに、はんだ層、電極又は配線の表面に形成された酸化被膜を効果的に除去できる。
【００５７】
上記フラックスは特に限定されない。フラックスとして、はんだ接合等に一般的に用いられているフラックスを使用できる。フラックスとしては、例えば、塩化亜鉛、塩化亜鉛と無機ハロゲン化物との混合物、塩化亜鉛と無機酸との混合物、溶融塩、リン酸、リン酸の誘導体、有機ハロゲン化物、ヒドラジン、有機酸及び松脂等が挙げられる。フラックスは１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００５８】
上記溶融塩として、塩化アンモニウム等が挙げられる。上記有機酸として、乳酸、クエン酸、ステアリン酸、グルタミン酸及びヒドラジン等が挙げられる。上記松脂として、活性化松脂及び非活性化松脂等が挙げられる。上記フラックスは、松脂であることが好ましい。松脂の使用により、電極と配線との導通信頼性を高めることができ、更に接続抵抗を低くすることができる。
【００５９】
上記松脂はアビエチン酸を主成分とするロジン類である。フラックスは、ロジン類であることが好ましく、アビエチン酸であることがより好ましい。この好ましいフラックスの使用により、電極と配線との導通信頼性をより一層高めることができ、更に接続抵抗をより一層低くすることができる。
【００６０】
上記フラックスは、バインダー樹脂中に分散されていてもよく、導電性粒子の表面上に付着していてもよい。
【００６１】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、フラックスの活性度を調整するために、塩基性有機化合物を含んでいてもよい。上記塩基性有機化合物として、塩酸アニリン及び塩酸ヒドラジン等が挙げられる。
【００６２】
上記導電性粒子の比重と上記バインダー樹脂の比重との差は、６．０以下であることが好ましい。この場合には、太陽電池モジュール用導電材料の保管時に、導電性粒子が沈降するのを抑制できる。従って、電極と配線との間に導電材料中の導電性粒子をより一層確実に配置させることができ、電極と配線との導通信頼性を高めることができる。さらに、凝集した導電性粒子による電極と配線との間隔が部分的に大きくなることを抑制でき、更に接続後に導電材料により形成された接続部と電極及び配線との接着信頼性を高めることができる。
【００６３】
上記導電性粒子の比重が１．０〜７．０であり、かつ上記バインダー樹脂の比重が０．８〜２．０であることが好ましい。この場合にも、導電材料の保管時に、導電性粒子が沈降するのを抑制できる。このため、電極と配線との間に導電材料中の導電性粒子をより一層確実に配置させることができ、電極と配線との導通信頼性をより一層高めることができる。さらに、凝集した導電性粒子によって、電極と配線との間隔が部分的に大きくなることを抑制でき、更に接続後に導電材料により形成された接続部と電極及び配線との接着信頼性を高めることができる。
【００６４】
上記導電性粒子の比重と上記バインダー樹脂の比重との差が６．０以下であり、上記導電性粒子の比重が１．０〜７．０であり、かつ上記バインダー樹脂の比重が０．８〜２．０であることが特に好ましい。
【００６５】
導電材料の保管時に、導電性粒子が沈降するのをより一層抑制する観点からは、導電材料１００重量％中、上記バインダー樹脂の含有量は３０〜９９．９９重量％の範囲内であることが好ましい。上記バインダー樹脂の含有量のより好ましい下限は５０重量％、更に好ましい下限は８０重量％、より好ましい上限は９９重量％である。上記バインダー樹脂の含有量が上記下限及び上限を満たすと、導電性粒子の沈降がより一層生じ難くなり、かつ導電材料により接続された電極と配線との導通信頼性がより一層高くなる。
【００６６】
硬化剤を用いる場合には、上記バインダー樹脂１００重量部に対して、上記硬化剤の含有量は０．０１〜１００重量部の範囲内であることが好ましい。上記硬化剤の含有量のより好ましい下限は０．１重量部、より好ましい上限は５０重量部である。上記硬化剤の含有量が上記下限及び上限を満たすと、上記バインダー樹脂を十分に硬化させることができ、更に硬化後に硬化剤に由来する残渣が生じ難くなる。
【００６７】
導電材料１００重量％中、上記導電性粒子の含有量は０．０１〜２０重量％の範囲内であることが好ましい。上記導電性粒子の含有量のより好ましい下限は０．１重量％、より好ましい上限は１０重量％である。上記導電性粒子の含有量が上記下限及び上限を満たすと、導電性粒子の沈降がより一層生じ難くなり、かつ電極と配線との導通信頼性をより一層高めることができる。
【００６８】
導電材料１００重量％中、フラックスの含有量は０〜３０重量％の範囲内であることが好ましい。導電材料は、フラックスを含んでいなくてもよい。フラックスの含有量のより好ましい下限は０．５重量％、より好ましい上限は２５重量％である。フラックスの含有量が上記下限及び上限を満たすと、はんだ層の表面に酸化被膜がより一層形成され難くなり、さらに、はんだ層又は電極表面に形成された酸化被膜をより一層効果的に除去できる。
【００６９】
本発明に係る導電材料は、例えば、充填剤、増量剤、軟化剤、可塑剤、重合触媒、硬化触媒、着色剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤又は難燃剤等の各種添加剤をさらに含んでいてもよい。
【００７０】
上記バインダー樹脂中に導電性粒子を分散させる方法は特に限定されず、従来公知の分散方法を用いることができる。上記バインダー樹脂中に導電性粒子を分散させる方法として、例えば、バインダー樹脂中に導電性粒子を添加した後、プラネタリーミキサー等で混練して分散させる方法、導電性粒子を水又は有機溶剤中にホモジナイザー等を用いて均一に分散させた後、バインダー樹脂中へ添加し、プラネタリーミキサー等で混練して分散させる方法、又はバインダー樹脂を水又は有機溶剤等で希釈した後、導電性粒子を添加し、プラネタリーミキサー等で混練して分散させる方法等が挙げられる。
【００７１】
本発明に係る導電材料は、導電ペースト、導電インク、導電粘接着剤、導電フィルム、又は導電シート等として使用できる。本発明の導電性粒子を含む導電材料が、導電フィルム又は導電シート等のフィルム状の接着剤として使用される場合には、該導電性粒子を含むフィルム状の接着剤に、導電性粒子を含まないフィルム状の接着剤が積層されていてもよい。ただし、上述のように、本発明に係る導電材料は、液状であることが好ましく、導電ペーストであることが好ましい。
【００７２】
（太陽電池モジュール）
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料を用いて、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続することにより、太陽電池モジュールを得ることができる。
【００７３】
上記太陽電池モジュールは、電極を有する太陽電池セルと、配線と、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続している接続部とを備え、該接続部が本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料により形成されていることが好ましい。上記太陽電池モジュールは、電極を有する第１の太陽電池セルと、電極を有する第２の太陽電池セルと、配線と、第１の太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続している第１の接続部と、第２の太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続している第２の接続部とを備えとを備え、該第１，第２の接続部が本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料により形成されていることが好ましい。
【００７４】
図３に、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を模式的に部分切欠正面断面図で示す。
【００７５】
図３に示す太陽電池モジュール２１は、太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂと、配線２３と、接続部２４Ａ，２４Ｂとを備える。太陽電池セルは太陽電池素子とも呼ばれている。図３では、２つの太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂが示されている。図３に図示しないが、太陽電池モジュール２１では、太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂを含む複数の太陽電池セルがマトリックス状に配置されている。
【００７６】
太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂはそれぞれ、ｐ型シリコン基板３１と、ｐ型シリコン基板３１の表面である受光面側にｎ型拡散層３２と、ｐ型シリコン基板３１の裏面側にＰ＋層（ＢＳＦ層）３３とを有する。また、太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂは第１の表面に、ｎ型拡散層３２に接するように表面電極３４を有する。太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂは第１の面とは反対側の第２の表面に、Ｐ＋層３３に接するように裏面電極３５を有する。なお、太陽電池セルは上述の太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂに限られず、従来公知の電極を有する太陽電池セルを使用可能である。
【００７７】
太陽電池セル２２Ａの第１の表面に設けられた表面電極３４が、接続部２４Ａを介して配線２３の一端２３ａに接続されている。太陽電池セル２２Ｂの第２の表面に設けられた裏面電極３５が、接続部２４Ｂを介して配線２３の一端２３ａとは反対側の他端２３ｂに接続されている。なお、複数の太陽電池セルの各電極と配線との接続形態は、図３の形態に限定されず、適宜変更可能である。
【００７８】
表面電極３４及び裏面電極３５は、銀電極であってもよく、アルミニウム電極上に銀電極が設けられた電極であってもよい。また、これらの電極以外の電極であってもよい。
【００７９】
接続部２４Ａ，２４Ｂは、は、導電性粒子１とバインダー樹脂とを含む導電材料を硬化させることにより形成されている。なお、図３では、導電性粒子１は、図示の便宜上、略図的に示されている。太陽電池セル２２Ａの表面電極３４と配線２３とが、接続部２４Ａにおいて、１つ又は複数の導電性粒子１により電気的に接続されている。太陽電池セル２２Ｂの裏面電極３５と配線２３とが、接続部２４Ｂにおいて、１つ又は複数の導電性粒子１により電気的に接続されている。太陽電池モジュール２１では、太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂを含む複数の太陽電池セルが配線２３及び他の配線により接続されている。
【００８０】
配線２３を含む配線の材料としては、たとえは、銀、銅、アルミニウム及び鉄等が挙げられる。なかでも、銅が好ましい。
【００８１】
上記太陽電池モジュールの製造方法は特に限定されない。太陽電池モジュールの製造方法の一例として、太陽電池モジュールの電極と配線との間に上記導電材料を配置した後、加熱及び加圧する方法等が挙げられる。加熱及び加圧により、導電性粒子１のはんだ層５が溶融して、該導電性粒子１により電極と配線とが電気的に接続される。さらに、バインダー樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、バインダー樹脂が硬化して、硬化したバインダー樹脂と電極とが接着され、かつ硬化したバインダー樹脂と配線とが接着される。
【００８２】
上記加圧の圧力は９．８×１０４〜４．９×１０６Ｐａ程度である。上記加熱の温度は、１２０〜２２０℃程度である。また、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料では、低い荷重でも、電極と配線との電気的な接続が可能である。例えば、圧力が２．０×１０６Ｐａ以下の低い荷重であっても、太陽電池セルの電極と配線とを充分に電気的に接続できる。このため、太陽電池セルの破損を抑制できる。
【００８３】
図４は、図３に示す太陽電池モジュール２１における導電性粒子１と表面電極３４及び配線２３との接続部分を拡大して示す図である。図４に示すように、太陽電池モジュール２１では、加熱及び加圧することにより、導電性粒子１のはんだ層５が溶融した後、溶融したはんだ層部分５ａが表面電極３４及び配線２３と十分に接触する。表面層がはんだ層５である導電性粒子を用いることにより、導電層の表面層がニッケル、金又は銅等の金属である導電性粒子を用いた場合と比較して、導電性粒子１と表面電極３４及び配線２３との接触面積を大きくすることができる。このため、太陽電池モジュール２１における電極と配線との導通信頼性を高めることができる。なお、加熱により、一般にフラックスは次第に失活する。
【００８４】
図３に示す太陽電池モジュール２１では、太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂと、配線２３と、接続部２４Ａ，２４Ｂとの接続構造体は封止材により封止されていない。この接続構造体が、透明部材と透明部材又は非透明部材との間に配置され、接続構造体が封止材により封止され、太陽電池モジュールが構成されていてもよい。ただし、上記接続構造体は、電極と配線との接着信頼性が高いので、封止材により封止されていなくてもよい。
【００８５】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。本発明は、以下の実施例のみに限定されない。
【００８６】
（実施例１）
（１）導電性粒子の作製
平均粒子径２０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製、ミクロパールＳＰ−２２０）を無電解ニッケルめっきし、樹脂粒子の表面に厚さ０．３μｍの下地ニッケルめっき層を形成した。次いで、下地ニッケルめっき層が形成された樹脂粒子を電解銅めっきし、厚さ１μｍの銅層を形成した。更に、錫及びビスマスを含有する電解めっき液を用いて、電解めっきし、厚さ１μｍのはんだ層を形成した。このようにして、樹脂粒子の表面上に厚み１μｍの銅層が形成されており、該銅層の表面に厚み１μｍのはんだ層（錫：ビスマス＝４３重量％：５７重量％）が形成されている導電性粒子を作製した。
【００８７】
（２）導電材料の作製
バインダー樹脂としてＹＤ−１２８（東都化成社製）８０重量部及びＹＤ−０１１（東都化成社製）２０重量部と、硬化剤としてＴＥＰ−２Ｅ４ＭＺ（日本曹達社製）１５重量部と、ステアリン酸５重量部とを配合し、さらに得られた導電性粒子１０重量部を添加した後、遊星式攪拌機を用いて２０００ｒｐｍで５分間攪拌することにより、導電ペーストである導電材料を得た。
【００８８】
（実施例２）
錫及びビスマスを含有する電解めっき液を用いて、電解めっきし、はんだ層の厚みを３μｍに変更したこと以外は実施例１と同様にして、導電性粒子及び導電材料を得た。
【００８９】
（実施例３）
錫及びビスマスを含有する電解めっき液を用いて、電解めっきし、はんだ層の厚みを５μｍに変更したこと以外は実施例１と同様にして、導電性粒子及び導電材料を得た。
【００９０】
（実施例４）
樹脂粒子を、平均粒子径３０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製、ミクロパール−ＳＰ２３０）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、導電性粒子及び導電材料を得た。
【００９１】
（実施例５）
樹脂粒子を、平均粒子径３０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製、ミクロパールＳＰ−２３０）に変更したこと以外は実施例２と同様にして、導電性粒子及び導電材料を得た。
【００９２】
（実施例６）
樹脂粒子を、平均粒子径３０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製、ミクロパールＳＰ−２３０）に変更したこと以外は実施例３と同様にして、導電性粒子及び導電材料を得た。
【００９３】
（比較例１）
はんだ粒子（錫：ビスマス＝４３重量％：５７重量％、平均粒子径１５μｍ）を用意し、上記はんだ粒子を用いたこと以外は実施例１と同様にして、導電材料を得た。
【００９４】
（比較例２）
平均粒子径２０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製、ミクロパールＳＰ−２２０）の表面に厚み２μｍのニッケル層が形成されているニッケル被覆導電性粒子を用意し、該ニッケル被覆導電性粒子を用いたこと以外は実施例１と同様にして、導電材料を得た。
【００９５】
（評価）
（１）太陽電池モジュールの作製
図３に示す太陽電池モジュールを作製した。
【００９６】
表面電極と、ｎ型拡散層と、ｐ型シリコン基板と、Ｐ＋層（ＢＳＦ層）と、裏面電極とがこの順で積層された太陽電池セルを用意した。太陽電池セルの表面電極の上面に、得られた導電材料を厚さ５０μｍとなるように塗工し、導電材料層を形成した。
【００９７】
次に、導電材料層の上面に、銅により形成された配線を積層した。その後、導電材料層の温度が２００℃となるようにヘッドの温度を調整しながら、配線の上面に加圧加熱ヘッドを載せ、太陽電池セルが破損しないように低い荷重である１．０ＭＰａの圧力をかけて、はんだを溶融させ、かつ導電材料層を１８５℃で硬化させ、太陽電池モジュール（撹拌前の導電材料を用いた太陽電池モジュール）を得た。
【００９８】
（２）低い荷重での接続の可否
上記（１）太陽電池モジュールの作製により得られた２０個の太陽電池モジュールにおいて、電極と配線とが電気的に接続されているかを確認した。電極と配線とが電気的に接続されていない太陽電池モジュールが無い場合を「○」、電極と配線とが電気的に接続されていない太陽電池モジュールが１つ以上ある場合を「×」、評価しなかった場合を「−」として下記の表１に示した。
【００９９】
（３）樹脂の充填性（接着信頼性）
上記（１）太陽電池モジュールの作製により得られた２０個の太陽電池モジュールにおいて、電極と配線との間の間隔（接続部の厚み）を評価した。電極と配線との間の間隔が接続前の導電性粒子の粒子径の５０％未満である太陽電池モジュールが無い場合を「○」、電極と配線との間の間隔が接続前の導電性粒子の粒子径の５０％未満である太陽電池モジュールが１つ以上ある場合を「×」、評価しなかった場合を「−」として結果を下記の表１に示した。
【０１００】
【表１】
【０１０１】
なお、比較例１の導電材料を用いて得られ、かつ上記（３）の評価において電極と配線との間の間隔が接続前の導電性粒子の粒子径の５０％未満である太陽電池モジュールでは、接続部と電極及び配線との間に樹脂が充分に充填されておらず、接続部と電極及び接続部と配線との接着力が低かった。
【符号の説明】
【０１０２】
１…導電性粒子
１ａ…表面
２…樹脂粒子
２ａ…表面
３…導電層
４…第１の導電層
４ａ…表面
５…はんだ層
５ａ…溶融したはんだ層部分
１１…導電性粒子
１２…はんだ層
２１…太陽電池モジュール
２２Ａ，２２Ｂ…太陽電池セル
２３…配線
２３ａ…一端
２３ｂ…他端
２４Ａ，２４Ｂ…接続部
３１…ｐ型シリコン基板
３２…ｎ型拡散層
３３…Ｐ＋層（ＢＳＦ層）
３４…表面電極
３５…裏面電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いられる導電材料に関し、より詳細には、はんだ層を有する導電性粒子を含む太陽電池モジュール用導電材料、並びに該太陽電池モジュール用導電材料を用いた太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の太陽電池セルの電極が金属配線を介して電気的に接続されている太陽電池モジュールが知られている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、図５に示す構造を有する太陽電池モジュール１０１が開示されている。太陽電池モジュール１０１は、複数の太陽電池セルを構成する複数のシリコン基板１０２Ａ，１０２Ｂと、配線１０３とを備える。シリコン基板１０２Ａ，１０２Ｂはそれぞれ、ｐ型シリコン基板１１１と、ｐ型シリコン基板１１１の表面である受光面側にｎ型拡散層１１２と、ｐ型シリコン基板１１１の裏面側にＰ＋層（ＢＳＦ層）１１３とを有する。シリコン基板１０２Ａ，１０２Ｂの一方の面に、ｎ型拡散層１１２に接するように表面電極１０４が設けられている。シリコン基板１０２Ａ，１０２Ｂの他方の面に、Ｐ＋層１１３に接するように裏面電極１０５が設けられている。シリコン基板１０２Ａ，１０２Ｂの一方の面に設けられた表面電極１０４が、接着部１０６Ａを介して配線１０３に接続されている。シリコン基板１０２Ｂの他方の面に設けられた裏面電極１０５が、接着部１０６Ｂを介して配線１０３に接続されている。
【０００４】
図５では図示を省略しているが、太陽電池モジュールでは、一般に、配線により接続された複数の太陽電池セルは、透明部材と透明部材又は非透明部材との間に配置され、エチレン−酢酸ビニル共重合体又はエポキシ樹脂等を含む封止材により封止されている。
【０００５】
特許文献１では、接着部１０６Ａ，１０６Ｂは、接着剤により形成されている。また、ここでは、導電性粒子を含む接着剤を用いることで、接着部１０６Ａ，１０６Ｂ自体により表面電極１０４と配線１０３及び裏面電極１０５と配線１０３との電気的な接続が可能であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】登録実用新案第３１２３８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、接着部１０６Ａ，１０６Ｂを形成するための接着剤に含まれる導電性粒子に関して、銀粉末、銅粉末、ニッケル粉末、はんだ粉末、金コート樹脂粉末及びニッケルコート樹脂粉末等の金属粉末等を用いることができる旨が記載されている。また、ボイドの発生を抑制する効果及びアンカー効果等を十分に得る観点からは、導電性粒子としてニッケル粉末が好適に用いられること、並びに導電性粒子としてはんだ粉末を使用する場合には、ハンダ粉末が加熱により表面電極、裏面電極又は配線と共晶接合を形成し、より確実な接続が得られることも記載されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のように、接着剤に含まれる導電性粒子として、銀粉末、銅粉末、ニッケル粉末、金コート樹脂粉末又はニッケルコート樹脂粉末を用いた場合には、太陽電池セルの電極と配線とを低い荷重で接続すると、電気的な接続を確実に行えないことがある。一方で、電気的な接続を確実に行うために、太陽電池セルの電極と高い荷重で接続すると、太陽電池セルが破損しやすい。
【０００９】
さらに、特許文献１に記載のように、接着剤に含まれる導電性粒子として、はんだ粉末を用いた場合には、接続時の加熱によりはんだ粉末全体が溶融可能であるので、接続後に電極と配線との間隔を高精度に制御することは困難である。このため、電極と配線との間に接着部が充分に存在せずに、接着部と電極及び接着部と配線との接着信頼性が低いことがある。
【００１０】
本発明の目的は、太陽電池セルの電極と配線とを低い荷重で電気的に接続でき、更に接続後に導電材料により形成された接続部と電極及び配線との接着信頼性を高めることができる太陽電池モジュール用導電材料、及び該太陽電池モジュール用導電材料を用いた太陽電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の広い局面によれば、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いられる導電材料であって、樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有する導電性粒子と、バインダー樹脂とを含み、上記導電層の少なくとも外側の表面層が、はんだ層である、太陽電池モジュール用導電材料が提供される。
【００１２】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料のある特定の局面では、上記導電性粒子の平均粒子径は、０．１〜５０μｍである。
【００１３】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料の他の特定の局面では、フラックスがさらに含まれている。
【００１４】
本発明に係る太陽電池モジュールは、電極を有する太陽電池セルと、配線と、該太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続している接続部とを備えており、該接続部が、本発明に従って構成された太陽電池モジュール用導電材料により形成されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、特定の上記導電性粒子とバインダー樹脂とを含むので、太陽電池セルの電極と配線とを容易に電気的に接続できる。さらに、上記導電性粒子が樹脂粒子と該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有し、かつ該導電層の少なくとも外側の表面層がはんだ層であるので、太陽電池セルの電極と配線とを低い荷重で電気的に接続できる。さらに、接続後に導電材料により形成された接続部と電極及び配線との接着信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る導電材料に含まれている導電性粒子を示す断面図である。
【図２】図２は、導電性粒子の変形例を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を模式的に示す部分切欠正面断面図である。
【図４】図４は、図３に示す太陽電池モジュールにおける導電性粒子と電極及び配線との接続部分を拡大して示す部分切欠正面断面図である。
【図５】図５は、従来の太陽電池モジュールを示す部分切欠正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の詳細を説明する。
【００１８】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いられる導電材料である。本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、導電性粒子とバインダー樹脂とを含む。該導電性粒子は、樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有する。導電性粒子における導電層の少なくとも外側の表面層は、はんだ層である。
【００１９】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料では、上記導電性粒子が樹脂粒子と該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有し、かつ該導電層の少なくとも外側の表面層がはんだ層であるので、太陽電池セルの電極と配線とを低い荷重で電気的に接続できる。なお、太陽電池セルの電極と配線とを高い荷重で電気的に接続すると、太陽電池セルが破損することがある。太陽電池モジュールにおいては、太陽電池セルの破損が特に問題となる。本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料の使用により、太陽電池セルの破損を効果的に抑制できる。従って、上記導電材料は、太陽電池セルの電極の接続に特に有利である。
【００２０】
また、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料では、上記導電性粒子が樹脂粒子を有し、該樹脂粒子が電極と配線との接続時に溶融し難いので、はんだのみにより形成されたはんだ粒子を用いた場合と比べて、接続後に電極と配線との間隔を高精度に制御できる。このため、接続後に導電材料により形成された接続部と電極及び配線との接着信頼性を高めることができる。
【００２１】
ところで、従来、特許第２７６９４９１号公報に記載のように、ニッケル又はガラスにより形成された基材粒子と、該基材粒子の表面を被覆しているはんだ層とを有する導電性粒子は知られていた。特許第２７６９４９１号公報では、導電性粒子は、ポリマーマトリックスと混合され、導電材料として用いられている。
【００２２】
しかしながら、特許第２７６９４９１号公報では、導電性粒子における基材粒子の材料がガラス又はニッケルである構成が記載されているにすぎず、具体的には、基材粒子をニッケルのような強磁性金属により形成することが記載されているにすぎない。
【００２３】
さらに、特許第２７６９４９１号公報に記載の導電性粒子では、導電性粒子における基材粒子の材料がガラス又はニッケルであるため、ポリマーマトリックスを含む導電材料中で、導電性粒子が沈降することがある。このため、導電接続の際に、導電材料を均一に塗工できず、塗工後の導電材料層に導電性粒子が含まれなかったり、含まれていても導電性粒子の含有量が少なすぎたりすることがある。このため、導通信頼性が低いことがある。さらに、凝集した導電性粒子によって、塗工後の導電材料層の厚みにばらつきが生じることがある。このため、ポリマーマトリックスにより接着されていない部分が生じやすい。
【００２４】
また、従来、特開平９−３０６２３１号公報に記載のように、樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面を被覆しているニッケルめっき層と、該ニッケルめっき層の表面を被覆しているはんだ層とを有する導電性粒子も知られていた。
【００２５】
しかしながら、特開平９−３０６２３１号公報に記載の導電性粒子は、バインダー樹脂に分散されて用いられていない。これは、導電性粒子の粒子径が大きいので、該導電性粒子は、バインダー樹脂に分散された導電材料として用いるには好ましくないためである。特開平９−３０６２３１号公報の実施例では、粒子径が６５０μｍの樹脂粒子の表面を導電層で被覆しており、粒子径が数百μｍの導電性粒子を得ており、この導電性粒子は、バインダー樹脂と混合された導電材料として用いられていない。
【００２６】
また、特開平９−３０６２３１号公報では、導電性粒子を用いて半導体等の素子及び電極基板などを導通接続する際には、１つの電極上に１つの導電性粒子を置き、次に導電性粒子上に電極を置いた後、加熱している。加熱により、はんだ層は、溶融して電極と接合する。しかしながら、このように、電極上に導電性粒子を置く作業は煩雑であった。また、接続された部材間には、樹脂層が存在しないため、接着信頼性が低かった。
【００２７】
さらに、特許第２７６９４９１号公報及び特開平９−３０６２３１号公報のいずれにも、導電性粒子を太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いることについては全く記載されておらず、示唆すらされていない。
【００２８】
すなわち、特許第２７６９４９１号公報及び特開平９−３０６２３１号公報は、本願発明の太陽電池モジュール用導電材料の用途と全く異なる用途に用いられる導電性粒子を開示しているにすぎない。
【００２９】
これに対して、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、上記構成を備えているので、太陽電池セルの電極と配線との電気的な接続に用いた場合に、接続が容易である。例えば、電極又は配線上に導電性粒子を１個ずつ配置せずに、電極又は配線上に導電材料を塗工するだけで、電極又は配線上に導電性粒子を配置できる。さらに、電極又は配線上に導電材料層を形成した後、該導電材料層に他の配線又は電極を積層するだけで、電極と配線とを電気的に接続できる。従って、太陽電池セルの電極と配線とが電気的に接続された太陽電池モジュールの製造効率を高めることができる。さらに、電極と配線との間には、導電性粒子だけでなくバインダー樹脂も存在するので、電極と配線とを強固に接着させることができ、接着信頼性を高めることができる。
【００３０】
さらに、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料を電極と配線との接続に用いた場合に、導通信頼性が高くなる。導電性粒子における導電層の外側の表面層がはんだ層であるので、例えば、加熱によりはんだ層を溶融させることにより、はんだ層と電極との接触面積を大きくすることができる。従って、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料では、導電層の外側の表面層が金層又はニッケル層等のはんだ層以外の金属である導電性粒子を含む導電材料と比較して、導通信頼性を高めることができる。
【００３１】
また、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料に含まれている導電性粒子の基材粒子が、ニッケルなどの金属又はガラスにより形成された粒子ではなく、樹脂により形成された樹脂粒子であるので、導電性粒子の柔軟性を高めることができる。このため、導電性粒子に接触した電極又は配線の損傷を抑制できる。さらに、樹脂粒子を有する導電性粒子を用いることにより、ニッケルなどの金属又はガラスにより形成された粒子を有する導電性粒子を用いた場合と比較して、該導電性粒子を介して電極と配線とが接続された太陽電池モジュールの耐衝撃性を高めることができる。
【００３２】
さらに、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料の使用により、従来のはんだ接続法による接続のために必要とされていた銀電極を設ける必要がなく、容易にかつ低コストで太陽電池モジュールを製造できる。さらに、太陽電池モジュールを薄型化できる。
【００３３】
以下、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料に含まれている材料、並びに導電材料及び太陽電池モジュールの詳細を説明する。
【００３４】
（導電性粒子）
図１に、本発明の一実施形態に係る導電材料に含まれている導電性粒子を断面図で示す。
【００３５】
図１に示すように、導電性粒子１は、樹脂粒子２と、該樹脂粒子２の表面２ａを被覆している導電層３とを有する。導電性粒子１は、樹脂粒子２の表面２ａが導電層３により被覆された被覆粒子である。従って、導電性粒子１は導電層３を表面１ａに有する。
【００３６】
導電層３は、樹脂粒子２の表面２ａを被覆している第１の導電層４と、該第１の導電層４の表面４ａを被覆しているはんだ層５（第２の導電層）とを有する。導電層３の外側の表面層が、はんだ層５である。このように、導電層３は、多層構造を有していてもよく、２層又は３層以上の多層構造を有していてもよい。
【００３７】
上記のように、導電層３は２層構造を有する。図２に示す変形例のように、導電性粒子１１は、単層の導電層として、はんだ層１２を有していてもよい。導電性粒子１１では、導電層の表面層がはんだ層１２である。導電性粒子における導電層の少なくとも外側の表面層が、はんだ層であればよい。ただし、導電性粒子の作製が容易であるので、導電性粒子１と導電性粒子１１とのうち、導電性粒子１が好ましい。
【００３８】
樹脂粒子２の表面２ａに導電層を形成する方法、並びに樹脂粒子２の表面２ａ又は導電層の表面にはんだ層を形成する方法は特に限定されない。導電層３及びはんだ層５，１２を形成する方法としては、例えば、無電解めっきによる方法、電気めっきによる方法、物理的蒸着による方法、並びに金属粉末もしくは金属粉末とバインダーとを含むペーストを樹脂粒子の表面にコーティングする方法等が挙げられる。なかでも、無電解めっき又は電気めっきが好適である。上記物理的蒸着による方法としては、真空蒸着、イオンプレーティング及びイオンスパッタリング等の方法が挙げられる。
【００３９】
はんだ層５，１２を容易に形成できるので、はんだ層５，１２を形成する方法は、電気めっきによる方法が好ましい。はんだ層５，１２は、電気めっきにより形成されていることが好ましい。
【００４０】
従来、導電層の外側の表面層にはんだ層を有する導電性粒子の粒子径は、数百μｍ程度であった。これは、粒子径が数十μｍであり、かつ導電層の外側の表面層にはんだ層を有する導電性粒子を得ようとしても、はんだ層を均一に形成できなかったためである。これに対して、無電解めっき時に分散条件を最適化することによりはんだ層を形成した場合には、導電性粒子の粒子径が数十μｍ、特に粒子径が０．１〜５０μｍの導電性粒子を得る場合であっても、樹脂粒子の表面又は導電層の表面にはんだ層を均一に形成できる。
【００４１】
はんだ層以外の導電層３は、金属により形成されていることが好ましい。はんだ層以外の導電層３を構成する金属は、特に限定されない。該金属として、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、亜鉛、鉛、アルミニウム、コバルト、インジウム、ニッケル、クロム、チタン、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム及びカドミウム、並びにこれらの合金等が挙げられる。また、上記金属としては、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）も用いることができる。上記金属は１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００４２】
第１の導電層４は、ニッケル層、パラジウム層、銅層又は金層であることが好ましく、ニッケル層又は金層であることがより好ましく、銅層であることが更に好ましい。導電性粒子は、ニッケル層、パラジウム層、銅層又は金層を有することが好ましく、ニッケル層又は金層を有することがより好ましく、銅層を有することが更に好ましい。これらの好ましい導電層を有する導電性粒子を電極と配線との接続に用いることにより、電極と配線との導通信頼性を高めることができる。また、これらの好ましい導電層の表面には、はんだ層をより一層容易に形成できる。なお、第１の導電層４は、はんだ層であってもよい。導電性粒子は、複数層のはんだ層を有していてもよい。
【００４３】
はんだ層５，１２の厚みは、５〜７０，０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。はんだ層５，１２の厚みのより好ましい下限は１０ｎｍ、更に好ましい下限は２０ｎｍ、より好ましい上限は４０，０００ｎｍ、更に好ましい上限は５００ｎｍ、特に好ましい上限は２００ｎｍである。はんだ層５，１２の厚みが上記下限を満たすと、導電性を十分に高くすることができる。導電層の厚みが上記上限を満たすと、樹脂粒子２とはんだ層５，１２との熱膨張率の差が小さくなり、はんだ層５，１２の剥離が生じ難くなる。
【００４４】
導電層が多層構造を有する場合には、導電層の合計厚みは、１０〜１００，０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。上記導電層の厚みのより好ましい下限は２０ｎｍ、更に好ましい下限は３０ｎｍ、より好ましい上限は７０，０００ｎｍ、更に好ましい上限は４０，０００ｎｍ、特に好ましい上限は５００ｎｍ、最も好ましい上限は２００ｎｍである。
【００４５】
樹脂粒子２を形成するための樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリアセタール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルスルホン等が挙げられる。樹脂粒子２の硬度を好適な範囲に容易に制御できるので、樹脂粒子２を形成するための樹脂は、エチレン性不飽和基を有する重合性単量体を１種又は２種以上重合させた重合体であることが好ましい。
【００４６】
導電性粒子１，１１の平均粒子径は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。導電性粒子１，１１の平均粒子径のより好ましい下限は１μｍ、より好ましい上限は８０μｍ、更に好ましい上限は５０μｍ、特に好ましい上限は４０μｍである。導電性粒子１，１１の平均粒子径が上記下限及び上限を満たすと、導電性粒子１，１１と電極及び配線との接触面積を充分に大きくすることができ、かつ導電層を形成する際に凝集した導電性粒子１，１１が形成されにくくなる。また、導電性粒子１，１１を介して接続された電極と配線との間隔が大きくなりすぎず、かつ導電層が樹脂粒子２の表面２ａから剥離し難くなる。
【００４７】
導電材料における導電性粒子に適した大きさであり、かつ電極と配線との間隔をより一層小さくすることができるので、導電性粒子１，１１の平均粒子径は、０．１〜５０μｍの範囲内であることが特に好ましい。
【００４８】
導電性粒子１，１１の「平均粒子径」は、数平均粒子径を示す。導電性粒子１，１１の平均粒子径は、任意の導電性粒子５０個を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、平均値を算出することにより求められる。
【００４９】
（導電材料）
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いられる導電材料である。本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、好ましくは、第１の太陽電池セルの電極及び第２の太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いられる導電材料である。
【００５０】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、上述した導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む。すなわち、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料に含まれている導電性粒子は、樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有し、かつ導電層の少なくとも外側の表面層が、はんだ層である。本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、液状であることが好ましく、導電ペーストであることが好ましい。
【００５１】
上記バインダー樹脂は特に限定されない。上記バインダー樹脂として、例えば、絶縁性の樹脂が用いられる。上記バインダー樹脂としては、例えば、ビニル樹脂、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂、熱可塑性ブロック共重合体及びエラストマー等が挙げられる。上記バインダー樹脂は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００５２】
上記ビニル樹脂の具体例としては、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂及びスチレン樹脂等が挙げられる。上記熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリオレフィン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びポリアミド樹脂等が挙げられる。上記硬化性樹脂の具体例としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。なお、上記硬化性樹脂は、常温硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、光硬化型樹脂又は湿気硬化型樹脂であってもよい。上記熱可塑性ブロック共重合体の具体例としては、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体の水素添加物、及びスチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体の水素添加物等が挙げられる。上記エラストマーの具体例としては、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、及びアクリロニトリル−スチレンブロック共重合ゴム等が挙げられる。
【００５３】
上記バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂であることが好ましい。この場合には、電極と配線とを電気的に接続する際の加熱により、導電性粒子のはんだ層を溶融させるとともに、バインダー樹脂を硬化させることができる。このため、接続部において、導電性粒子におけるはんだ層と電極及び配線との電気的な接続、バインダー樹脂と電極との接着並びにバインダー樹脂と配線との接着とを同時に行うことができる。
【００５４】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、バインダー樹脂を硬化させるために、硬化剤を含むことが好ましい。
【００５５】
上記硬化剤は特に限定されない。上記硬化剤としては、イミダゾール硬化剤、アミン硬化剤、フェノール硬化剤、ポリチオール硬化剤及び酸無水物硬化剤等が挙げられる。硬化剤は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００５６】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、フラックスをさらに含むことが好ましい。フラックスの使用により、はんだ層の表面に酸化被膜が形成され難くなり、さらに、はんだ層、電極又は配線の表面に形成された酸化被膜を効果的に除去できる。
【００５７】
上記フラックスは特に限定されない。フラックスとして、はんだ接合等に一般的に用いられているフラックスを使用できる。フラックスとしては、例えば、塩化亜鉛、塩化亜鉛と無機ハロゲン化物との混合物、塩化亜鉛と無機酸との混合物、溶融塩、リン酸、リン酸の誘導体、有機ハロゲン化物、ヒドラジン、有機酸及び松脂等が挙げられる。フラックスは１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００５８】
上記溶融塩として、塩化アンモニウム等が挙げられる。上記有機酸として、乳酸、クエン酸、ステアリン酸、グルタミン酸及びヒドラジン等が挙げられる。上記松脂として、活性化松脂及び非活性化松脂等が挙げられる。上記フラックスは、松脂であることが好ましい。松脂の使用により、電極と配線との導通信頼性を高めることができ、更に接続抵抗を低くすることができる。
【００５９】
上記松脂はアビエチン酸を主成分とするロジン類である。フラックスは、ロジン類であることが好ましく、アビエチン酸であることがより好ましい。この好ましいフラックスの使用により、電極と配線との導通信頼性をより一層高めることができ、更に接続抵抗をより一層低くすることができる。
【００６０】
上記フラックスは、バインダー樹脂中に分散されていてもよく、導電性粒子の表面上に付着していてもよい。
【００６１】
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料は、フラックスの活性度を調整するために、塩基性有機化合物を含んでいてもよい。上記塩基性有機化合物として、塩酸アニリン及び塩酸ヒドラジン等が挙げられる。
【００６２】
上記導電性粒子の比重と上記バインダー樹脂の比重との差は、６．０以下であることが好ましい。この場合には、太陽電池モジュール用導電材料の保管時に、導電性粒子が沈降するのを抑制できる。従って、電極と配線との間に導電材料中の導電性粒子をより一層確実に配置させることができ、電極と配線との導通信頼性を高めることができる。さらに、凝集した導電性粒子による電極と配線との間隔が部分的に大きくなることを抑制でき、更に接続後に導電材料により形成された接続部と電極及び配線との接着信頼性を高めることができる。
【００６３】
上記導電性粒子の比重が１．０〜７．０であり、かつ上記バインダー樹脂の比重が０．８〜２．０であることが好ましい。この場合にも、導電材料の保管時に、導電性粒子が沈降するのを抑制できる。このため、電極と配線との間に導電材料中の導電性粒子をより一層確実に配置させることができ、電極と配線との導通信頼性をより一層高めることができる。さらに、凝集した導電性粒子によって、電極と配線との間隔が部分的に大きくなることを抑制でき、更に接続後に導電材料により形成された接続部と電極及び配線との接着信頼性を高めることができる。
【００６４】
上記導電性粒子の比重と上記バインダー樹脂の比重との差が６．０以下であり、上記導電性粒子の比重が１．０〜７．０であり、かつ上記バインダー樹脂の比重が０．８〜２．０であることが特に好ましい。
【００６５】
導電材料の保管時に、導電性粒子が沈降するのをより一層抑制する観点からは、導電材料１００重量％中、上記バインダー樹脂の含有量は３０〜９９．９９重量％の範囲内であることが好ましい。上記バインダー樹脂の含有量のより好ましい下限は５０重量％、更に好ましい下限は８０重量％、より好ましい上限は９９重量％である。上記バインダー樹脂の含有量が上記下限及び上限を満たすと、導電性粒子の沈降がより一層生じ難くなり、かつ導電材料により接続された電極と配線との導通信頼性がより一層高くなる。
【００６６】
硬化剤を用いる場合には、上記バインダー樹脂１００重量部に対して、上記硬化剤の含有量は０．０１〜１００重量部の範囲内であることが好ましい。上記硬化剤の含有量のより好ましい下限は０．１重量部、より好ましい上限は５０重量部である。上記硬化剤の含有量が上記下限及び上限を満たすと、上記バインダー樹脂を十分に硬化させることができ、更に硬化後に硬化剤に由来する残渣が生じ難くなる。
【００６７】
導電材料１００重量％中、上記導電性粒子の含有量は０．０１〜２０重量％の範囲内であることが好ましい。上記導電性粒子の含有量のより好ましい下限は０．１重量％、より好ましい上限は１０重量％である。上記導電性粒子の含有量が上記下限及び上限を満たすと、導電性粒子の沈降がより一層生じ難くなり、かつ電極と配線との導通信頼性をより一層高めることができる。
【００６８】
導電材料１００重量％中、フラックスの含有量は０〜３０重量％の範囲内であることが好ましい。導電材料は、フラックスを含んでいなくてもよい。フラックスの含有量のより好ましい下限は０．５重量％、より好ましい上限は２５重量％である。フラックスの含有量が上記下限及び上限を満たすと、はんだ層の表面に酸化被膜がより一層形成され難くなり、さらに、はんだ層又は電極表面に形成された酸化被膜をより一層効果的に除去できる。
【００６９】
本発明に係る導電材料は、例えば、充填剤、増量剤、軟化剤、可塑剤、重合触媒、硬化触媒、着色剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤又は難燃剤等の各種添加剤をさらに含んでいてもよい。
【００７０】
上記バインダー樹脂中に導電性粒子を分散させる方法は特に限定されず、従来公知の分散方法を用いることができる。上記バインダー樹脂中に導電性粒子を分散させる方法として、例えば、バインダー樹脂中に導電性粒子を添加した後、プラネタリーミキサー等で混練して分散させる方法、導電性粒子を水又は有機溶剤中にホモジナイザー等を用いて均一に分散させた後、バインダー樹脂中へ添加し、プラネタリーミキサー等で混練して分散させる方法、又はバインダー樹脂を水又は有機溶剤等で希釈した後、導電性粒子を添加し、プラネタリーミキサー等で混練して分散させる方法等が挙げられる。
【００７１】
本発明に係る導電材料は、導電ペースト、導電インク、導電粘接着剤、導電フィルム、又は導電シート等として使用できる。本発明の導電性粒子を含む導電材料が、導電フィルム又は導電シート等のフィルム状の接着剤として使用される場合には、該導電性粒子を含むフィルム状の接着剤に、導電性粒子を含まないフィルム状の接着剤が積層されていてもよい。ただし、上述のように、本発明に係る導電材料は、液状であることが好ましく、導電ペーストであることが好ましい。
【００７２】
（太陽電池モジュール）
本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料を用いて、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続することにより、太陽電池モジュールを得ることができる。
【００７３】
上記太陽電池モジュールは、電極を有する太陽電池セルと、配線と、太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続している接続部とを備え、該接続部が本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料により形成されていることが好ましい。上記太陽電池モジュールは、電極を有する第１の太陽電池セルと、電極を有する第２の太陽電池セルと、配線と、第１の太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続している第１の接続部と、第２の太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続している第２の接続部とを備えとを備え、該第１，第２の接続部が本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料により形成されていることが好ましい。
【００７４】
図３に、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を模式的に部分切欠正面断面図で示す。
【００７５】
図３に示す太陽電池モジュール２１は、太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂと、配線２３と、接続部２４Ａ，２４Ｂとを備える。太陽電池セルは太陽電池素子とも呼ばれている。図３では、２つの太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂが示されている。図３に図示しないが、太陽電池モジュール２１では、太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂを含む複数の太陽電池セルがマトリックス状に配置されている。
【００７６】
太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂはそれぞれ、ｐ型シリコン基板３１と、ｐ型シリコン基板３１の表面である受光面側にｎ型拡散層３２と、ｐ型シリコン基板３１の裏面側にＰ＋層（ＢＳＦ層）３３とを有する。また、太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂは第１の表面に、ｎ型拡散層３２に接するように表面電極３４を有する。太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂは第１の面とは反対側の第２の表面に、Ｐ＋層３３に接するように裏面電極３５を有する。なお、太陽電池セルは上述の太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂに限られず、従来公知の電極を有する太陽電池セルを使用可能である。
【００７７】
太陽電池セル２２Ａの第１の表面に設けられた表面電極３４が、接続部２４Ａを介して配線２３の一端２３ａに接続されている。太陽電池セル２２Ｂの第２の表面に設けられた裏面電極３５が、接続部２４Ｂを介して配線２３の一端２３ａとは反対側の他端２３ｂに接続されている。なお、複数の太陽電池セルの各電極と配線との接続形態は、図３の形態に限定されず、適宜変更可能である。
【００７８】
表面電極３４及び裏面電極３５は、銀電極であってもよく、アルミニウム電極上に銀電極が設けられた電極であってもよい。また、これらの電極以外の電極であってもよい。
【００７９】
接続部２４Ａ，２４Ｂは、は、導電性粒子１とバインダー樹脂とを含む導電材料を硬化させることにより形成されている。なお、図３では、導電性粒子１は、図示の便宜上、略図的に示されている。太陽電池セル２２Ａの表面電極３４と配線２３とが、接続部２４Ａにおいて、１つ又は複数の導電性粒子１により電気的に接続されている。太陽電池セル２２Ｂの裏面電極３５と配線２３とが、接続部２４Ｂにおいて、１つ又は複数の導電性粒子１により電気的に接続されている。太陽電池モジュール２１では、太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂを含む複数の太陽電池セルが配線２３及び他の配線により接続されている。
【００８０】
配線２３を含む配線の材料としては、たとえは、銀、銅、アルミニウム及び鉄等が挙げられる。なかでも、銅が好ましい。
【００８１】
上記太陽電池モジュールの製造方法は特に限定されない。太陽電池モジュールの製造方法の一例として、太陽電池モジュールの電極と配線との間に上記導電材料を配置した後、加熱及び加圧する方法等が挙げられる。加熱及び加圧により、導電性粒子１のはんだ層５が溶融して、該導電性粒子１により電極と配線とが電気的に接続される。さらに、バインダー樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、バインダー樹脂が硬化して、硬化したバインダー樹脂と電極とが接着され、かつ硬化したバインダー樹脂と配線とが接着される。
【００８２】
上記加圧の圧力は９．８×１０４〜４．９×１０６Ｐａ程度である。上記加熱の温度は、１２０〜２２０℃程度である。また、本発明に係る太陽電池モジュール用導電材料では、低い荷重でも、電極と配線との電気的な接続が可能である。例えば、圧力が２．０×１０６Ｐａ以下の低い荷重であっても、太陽電池セルの電極と配線とを充分に電気的に接続できる。このため、太陽電池セルの破損を抑制できる。
【００８３】
図４は、図３に示す太陽電池モジュール２１における導電性粒子１と表面電極３４及び配線２３との接続部分を拡大して示す図である。図４に示すように、太陽電池モジュール２１では、加熱及び加圧することにより、導電性粒子１のはんだ層５が溶融した後、溶融したはんだ層部分５ａが表面電極３４及び配線２３と十分に接触する。表面層がはんだ層５である導電性粒子を用いることにより、導電層の表面層がニッケル、金又は銅等の金属である導電性粒子を用いた場合と比較して、導電性粒子１と表面電極３４及び配線２３との接触面積を大きくすることができる。このため、太陽電池モジュール２１における電極と配線との導通信頼性を高めることができる。なお、加熱により、一般にフラックスは次第に失活する。
【００８４】
図３に示す太陽電池モジュール２１では、太陽電池セル２２Ａ，２２Ｂと、配線２３と、接続部２４Ａ，２４Ｂとの接続構造体は封止材により封止されていない。この接続構造体が、透明部材と透明部材又は非透明部材との間に配置され、接続構造体が封止材により封止され、太陽電池モジュールが構成されていてもよい。ただし、上記接続構造体は、電極と配線との接着信頼性が高いので、封止材により封止されていなくてもよい。
【００８５】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。本発明は、以下の実施例のみに限定されない。
【００８６】
（実施例１）
（１）導電性粒子の作製
平均粒子径２０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製、ミクロパールＳＰ−２２０）を無電解ニッケルめっきし、樹脂粒子の表面に厚さ０．３μｍの下地ニッケルめっき層を形成した。次いで、下地ニッケルめっき層が形成された樹脂粒子を電解銅めっきし、厚さ１μｍの銅層を形成した。更に、錫及びビスマスを含有する電解めっき液を用いて、電解めっきし、厚さ１μｍのはんだ層を形成した。このようにして、樹脂粒子の表面上に厚み１μｍの銅層が形成されており、該銅層の表面に厚み１μｍのはんだ層（錫：ビスマス＝４３重量％：５７重量％）が形成されている導電性粒子を作製した。
【００８７】
（２）導電材料の作製
バインダー樹脂としてＹＤ−１２８（東都化成社製）８０重量部及びＹＤ−０１１（東都化成社製）２０重量部と、硬化剤としてＴＥＰ−２Ｅ４ＭＺ（日本曹達社製）１５重量部と、ステアリン酸５重量部とを配合し、さらに得られた導電性粒子１０重量部を添加した後、遊星式攪拌機を用いて２０００ｒｐｍで５分間攪拌することにより、導電ペーストである導電材料を得た。
【００８８】
（実施例２）
錫及びビスマスを含有する電解めっき液を用いて、電解めっきし、はんだ層の厚みを３μｍに変更したこと以外は実施例１と同様にして、導電性粒子及び導電材料を得た。
【００８９】
（実施例３）
錫及びビスマスを含有する電解めっき液を用いて、電解めっきし、はんだ層の厚みを５μｍに変更したこと以外は実施例１と同様にして、導電性粒子及び導電材料を得た。
【００９０】
（実施例４）
樹脂粒子を、平均粒子径３０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製、ミクロパール−ＳＰ２３０）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、導電性粒子及び導電材料を得た。
【００９１】
（実施例５）
樹脂粒子を、平均粒子径３０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製、ミクロパールＳＰ−２３０）に変更したこと以外は実施例２と同様にして、導電性粒子及び導電材料を得た。
【００９２】
（実施例６）
樹脂粒子を、平均粒子径３０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製、ミクロパールＳＰ−２３０）に変更したこと以外は実施例３と同様にして、導電性粒子及び導電材料を得た。
【００９３】
（比較例１）
はんだ粒子（錫：ビスマス＝４３重量％：５７重量％、平均粒子径１５μｍ）を用意し、上記はんだ粒子を用いたこと以外は実施例１と同様にして、導電材料を得た。
【００９４】
（比較例２）
平均粒子径２０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製、ミクロパールＳＰ−２２０）の表面に厚み２μｍのニッケル層が形成されているニッケル被覆導電性粒子を用意し、該ニッケル被覆導電性粒子を用いたこと以外は実施例１と同様にして、導電材料を得た。
【００９５】
（評価）
（１）太陽電池モジュールの作製
図３に示す太陽電池モジュールを作製した。
【００９６】
表面電極と、ｎ型拡散層と、ｐ型シリコン基板と、Ｐ＋層（ＢＳＦ層）と、裏面電極とがこの順で積層された太陽電池セルを用意した。太陽電池セルの表面電極の上面に、得られた導電材料を厚さ５０μｍとなるように塗工し、導電材料層を形成した。
【００９７】
次に、導電材料層の上面に、銅により形成された配線を積層した。その後、導電材料層の温度が２００℃となるようにヘッドの温度を調整しながら、配線の上面に加圧加熱ヘッドを載せ、太陽電池セルが破損しないように低い荷重である１．０ＭＰａの圧力をかけて、はんだを溶融させ、かつ導電材料層を１８５℃で硬化させ、太陽電池モジュール（撹拌前の導電材料を用いた太陽電池モジュール）を得た。
【００９８】
（２）低い荷重での接続の可否
上記（１）太陽電池モジュールの作製により得られた２０個の太陽電池モジュールにおいて、電極と配線とが電気的に接続されているかを確認した。電極と配線とが電気的に接続されていない太陽電池モジュールが無い場合を「○」、電極と配線とが電気的に接続されていない太陽電池モジュールが１つ以上ある場合を「×」、評価しなかった場合を「−」として下記の表１に示した。
【００９９】
（３）樹脂の充填性（接着信頼性）
上記（１）太陽電池モジュールの作製により得られた２０個の太陽電池モジュールにおいて、電極と配線との間の間隔（接続部の厚み）を評価した。電極と配線との間の間隔が接続前の導電性粒子の粒子径の５０％未満である太陽電池モジュールが無い場合を「○」、電極と配線との間の間隔が接続前の導電性粒子の粒子径の５０％未満である太陽電池モジュールが１つ以上ある場合を「×」、評価しなかった場合を「−」として結果を下記の表１に示した。
【０１００】
【表１】
【０１０１】
なお、比較例１の導電材料を用いて得られ、かつ上記（３）の評価において電極と配線との間の間隔が接続前の導電性粒子の粒子径の５０％未満である太陽電池モジュールでは、接続部と電極及び配線との間に樹脂が充分に充填されておらず、接続部と電極及び接続部と配線との接着力が低かった。
【符号の説明】
【０１０２】
１…導電性粒子
１ａ…表面
２…樹脂粒子
２ａ…表面
３…導電層
４…第１の導電層
４ａ…表面
５…はんだ層
５ａ…溶融したはんだ層部分
１１…導電性粒子
１２…はんだ層
２１…太陽電池モジュール
２２Ａ，２２Ｂ…太陽電池セル
２３…配線
２３ａ…一端
２３ｂ…他端
２４Ａ，２４Ｂ…接続部
３１…ｐ型シリコン基板
３２…ｎ型拡散層
３３…Ｐ＋層（ＢＳＦ層）
３４…表面電極
３５…裏面電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いられる導電材料であって、
樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有する導電性粒子と、
バインダー樹脂とを含み、
前記導電層の少なくとも外側の表面層が、はんだ層である、太陽電池モジュール用導電材料。
【請求項２】
前記導電性粒子の平均粒子径が、０．１〜５０μｍである、請求項１に記載の太陽電池モジュール用導電材料。
【請求項３】
フラックスをさらに含む、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール用導電材料。
【請求項４】
電極を有する太陽電池セルと、
配線と、
前記太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続している接続部とを備え、
前記接続部が、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール用導電材料により形成されている、太陽電池モジュール。
【請求項１】
太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続するために用いられる導電材料であって、
樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有する導電性粒子と、
バインダー樹脂とを含み、
前記導電層の少なくとも外側の表面層が、はんだ層である、太陽電池モジュール用導電材料。
【請求項２】
前記導電性粒子の平均粒子径が、０．１〜５０μｍである、請求項１に記載の太陽電池モジュール用導電材料。
【請求項３】
フラックスをさらに含む、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール用導電材料。
【請求項４】
電極を有する太陽電池セルと、
配線と、
前記太陽電池セルの電極と配線とを電気的に接続している接続部とを備え、
前記接続部が、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール用導電材料により形成されている、太陽電池モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−９７５３（Ｐ２０１２−９７５３Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４６３２７（Ｐ２０１０−１４６３２７）
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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