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導電性接着剤、太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールの製造方法
説明

導電性接着剤、太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールの製造方法

【課題】高い接着力を確保して優れた接続信頼性を得ることが可能な導電性接着剤、及びこの導電性接着剤を用いて太陽電池セルの電極とタブ線とを接続し、高い発電効率を得ることが可能な太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】導電性接着剤は、ラジカル重合開始剤と、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレートと、リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートとを含有するバインダに導電性粒子が分散されてなる。ラジカル重合開始剤の1分間半減期温度は、110〜140℃である。また、リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートは、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部に対して0.1〜5質量部含有されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導電性粒子が分散された導電性接着剤、及びこの導電性接着剤を用いて太陽電池セルの電極とタブ線とを接続してなる太陽電池モジュール、並びにこの太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セルの電極とタブ線との接続に、比較的低い温度での熱圧着処理による接続が可能な導電性接着フィルムが用いられている。タブ線は、その一端側を一の太陽電池セルの表面電極と接続し、他端側を隣接する他の太陽電池セルの裏面電極と接続することにより、各太陽電池セルを直列に接続する。
【0003】
このような太陽電池モジュールに適用される導電性接着剤のバインダ(絶縁性接着剤組成物)に含まれる樹脂としては、従来より、エポキシ樹脂が広く用いられている。しかしながら、近年、このエポキシ樹脂に代えてアクリル樹脂(アクリレート)を用いることが広く行われている(特許文献1参照)。アクリル樹脂を用いることで、導電性接着剤をより低温で圧着することが可能となり、タクトタイムを短くすることができる上、金属腐食を抑制できるという利点を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2011−66448号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、アクリル樹脂を含有させた導電性接着剤は、一般に、接着対象物に対する接着力が低くなる傾向にある。このため、アクリル樹脂を含有させた導電性接着剤では、優れた接続信頼性が得られない可能性がある。また、従来の導電性接着剤では、低温実装によりセルのダメージを低減させることにより、歩留まりを改善した事例は存在する。しかしながら、接着に要するタクト時間が15〜20秒であり、ハンダを用いる方法に比べて3〜4倍の時間を要するとった問題があった。
【0006】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、バインダにアクリル樹脂を含有させた導電性接着剤において高い接着力を確保し、且つ低温短時間で優れた接続信頼性を得ることが可能な導電性接着剤を提供することを目的とする。そして、本発明は、この導電性接着剤を用いて太陽電池セルの電極とタブ線とを接続し、高い発電効率を得ることが可能な太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上述した課題を解決するために、本発明に係る導電性接着剤は、一の太陽電池セルの表面電極と、一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極と、タブ線とを電気的に接続するための導電性接着剤において、ラジカル重合開始剤と、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレートと、リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートとを含有するバインダに導電性粒子が分散されてなり、ラジカル重合開始剤の1分間半減期温度は、110〜140℃であり、リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートは、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部に対して0.1〜5質量部含有されていることを特徴とする。
【0008】
また、上述した課題を解決するために、本発明に係る太陽電池モジュールは、一の太陽電池セルの表面電極と、一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とが、導電性接着剤を介してタブ線と電気的に接続されてなる太陽電池モジュールであって、導電性接着剤は、ラジカル重合開始剤と、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレートと、リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートとを含有するバインダに導電性粒子が分散されてなり、ラジカル重合開始剤の1分間半減期温度は、110〜140℃であり、リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートは、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部に対して0.1〜5質量部含有されていることを特徴とする。
【0009】
また、上述した課題を解決するために、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、一の太陽電池セルの表面電極と、一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とを、導電性接着剤を介してタブ線で電気的に接続させる太陽電池モジュールの製造方法において、導電性接着剤は、ラジカル重合開始剤と、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレートと、リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートとを含有するバインダに導電性粒子が分散されてなり、ラジカル重合開始剤の1分間半減期温度は、110〜140℃であり、リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートは、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部に対して0.1〜5質量部含有されており、タブ線を、導電性接着剤を介して表面電極及び裏面電極上に配置し、熱加圧することを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明では、導電性接着剤は、ラジカル重合開始剤と、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレートと、リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートとを含有するバインダに導電性粒子が分散されてなる。このラジカル重合開始剤の1分間半減期温度は、110〜140℃である。また、リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートは、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部に対して0.1〜5質量部含有されている。このように調整された本発明の導電性接着剤によれば、アクリル系接着フィルムでありながら、金属等の無機基材に対して高い接着力を得た導電接着剤を提供することができる。そして、このような高い接着力を得た導電性接着剤を用いることで、優れた接続信頼性を発揮して高い発電効率を得ることが可能な太陽電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】導電性接着剤の製品形態の一例である導電性接着フィルムを模式的に示す図である。
【図2】太陽電池モジュールの構成例を示す図である。
【図3】太陽電池セルの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態(本実施の形態)について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
1.導電性接着剤
2.導電性接着剤の製造方法
3.太陽電池モジュール
4.太陽電池モジュールの製造方法
5.実施例
【0013】
<1.導電性接着剤>
先ず、本実施の形態における導電性接着剤について説明する。本実施の形態における導電性接着剤は、バインダ(絶縁性の接着剤組成物)に導電性粒子が分散されてなるものである。この導電性接着剤は、一の太陽電池セルの表面電極と、この一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とをタブ線で電気的に接続させるための接着剤として用いられる。
【0014】
本実施の形態における導電性接着剤において、バインダは、ラジカル重合開始剤と、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレートと、リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートとを含有する。
【0015】
本実施の形態における導電性接着剤において、ラジカル重合開始剤の1分間半減期温度は、110〜140℃であり、特に好ましくは、116〜131℃である。ラジカル重合開始剤の1分間半減期温度が110℃未満であると、熱加圧の際、熱硬化反応が急速に進んでしまうため、導電性粒子をタブ線と太陽電池セルの電極との間で十分に圧着させることできなくなる、いわゆる押し込み不良が発生する。そして、1分間半減期温度が110℃未満であるラジカル重合開始剤を含有する導電性接着剤を用いて、タブ線と太陽電池セルの表面電極及び裏面電極とを接続した場合、得られた太陽電池モジュールにおいては、接続が不安定になり、熱衝撃試験で立証されるように、発電効率が低下する。
【0016】
一方、ラジカル重合開始剤は、1分間半減期温度が高いと、熱硬化反応が緩慢になる。例えば、1分間半減期温度が140℃を超えるラジカル重合開始剤を含有する導電性接着剤を用いてタブ線と太陽電池セルの表面電極及び裏面電極とを低温短時間での熱加圧により接続した場合、得られた太陽電池モジュールにおいては、熱硬化反応が不十分となり、熱衝撃試験で立証されるように、発電効率が低下する。
【0017】
本実施の形態における導電性接着剤において、リン酸基又はリン酸エステル基含有(メタ)アクリレートを配合することにより、金属等の無機基材に対する密着性を向上させて接着力を高めることができる。リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートは、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部に対して0.1〜5質量部含有されている。0.1質量部未満であると、金属等の無機物表面での接着性を確保することができない。5質量部を超えると、導電性接着剤のライフが低下することにより、接着力が低下することがある。
【0018】
ラジカル重合開始剤は、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部に対して1〜5質量部含有されることが好ましい。1質量部未満であると、短時間での硬化が不十分となり接続不良が発生する。5質量部を超えると、硬化反応が早くなることから導電性粒子の接続が不安定となる不具合が生じる。
【0019】
導電性接着剤には、その他の添加組成物として、膜形成樹脂、熱可塑性エラストマー、シランカップリング剤、無機フィラー等を含有することが好ましい。また、導電性接着剤の形状は、フィルム形状に限定されず、ペーストであってもよい。
【0020】
リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレートは、ラジカル性の官能基を有し、ラジカル重合開始剤によって硬化する硬化性樹脂である。リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレートは、単官能(メタ)アクリレート、2官能(メタ)アクリレート、3官能(メタ)アクリレート、4官能(メタ)アクリレート、5官能以上の多官能(メタ)アクリレートから選択される1種又は2種以上である。
【0021】
単官能(メタ)アクリレートとしては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、i−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−メチルブチル(メタ)アクリレート、n−ペンチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−ヘプチル(メタ)アクリレート、2−メチルヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、2−ブチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、イソペンチル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシ(メタ)アクリレート、n−ノニル(メタ)アクリレート、n−デシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ヘキサデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0022】
2官能(メタ)アクリレートとしては、ビスフェノールF―EO変性ジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールA―EO変性ジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメチロールジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエン(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0023】
3官能以上の(メタ)アクリレートとしては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンPO変性(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸EO変性トリ(メタ)アクリレート、トリス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、多官能ウレタン(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
【0024】
これらの(メタ)アクリレートは、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0025】
本実施の形態における導電性接着剤において、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部の内、10〜30質量部を3官能以上のアクリレート(3官能アクリレート(トリアクリレート)及び4官能以上のアクリレートのうちの1種又は2種以上)とすることが好ましい。3官能以上の(メタ)アクリレートによれば、架橋構造を形成することで、硬化物樹脂の密着性を向上させることができるため、導電性接着剤の接着力を高めることができる。
【0026】
リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートは、モノエステル、ジエステル、トリエステル等を用いることができる。リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートとしては、例えば、エチレンオキシド変性フェノキシ化リン酸(メタ)アクリレート、エチレンオキシド変性ブトキシ化リン酸(メタ)アクリレート、エチレンオキシド変性オクチルオキシ化リン酸(メタ)アクリレート、エチレンオキシド変性リン酸ジ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド変性リン酸トリ(メタ)アクリレート等が挙げられ、これらは単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。リン酸基又はリン酸エステル基含有(メタ)アクリレートを配合することにより、金属等の無機物表面での接着性を向上させることができる。
【0027】
ラジカル重合開始剤は、公知のものを使用することができ、中でも、有機過酸化物を用いることが好ましい。有機過酸化物としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ブチルパーオキサイド、ベンジルパーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド、ジブチルパーオキサイド、ベンジルパーオキサイド、パーオキシジカーボネート等を挙げることができる。
【0028】
膜形成樹脂は、平均分子量が10000以上の高分子量樹脂に相当し、フィルム形成性の観点から、10000〜80000程度の平均分子量であることが好ましい。膜形成樹脂としては、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノキシ樹脂等の種々の樹脂を使用することができ、その中でも膜形成状態、接続信頼性等の観点からフェノキシ樹脂が好適に用いられる。
【0029】
熱可塑性エラストマーは、熱を加えると軟化して流動性を示し、冷却するとゴム状弾性体に戻る挙動を示す、いわゆるゴム成分である。熱可塑性エラストマーとしては、アクリルゴム(ACR)、ブタジエンゴム(BR)、ニトリルゴム(NBR)等のゴム系弾性体、水添スチレン系熱可塑性エラストマー(SEBS)等を挙げることができる。熱可塑性エラストマーは、接続時に内部応力を吸収することができ、また、硬化阻害を起こさないため、高い接続信頼性を与えることができる。熱可塑性エラストマーは、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部に対して30質量部以下であることが好ましい。30質量部を超えると、熱衝撃試験において、発電効率が低下するといった不具合が生じる。
【0030】
シランカップリング剤としては、エポキシ系、アミノ系、メルカプト・スルフィド系、ウレイド系などを用いることができる。シランカップリング剤により、有機材料と無機材料の界面における接着性を向上させることができる。
【0031】
無機フィラーとしては、シリカ、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、酸化マグネシウムなどを用いることができる。無機フィラーの含有量により、流動性を制御し、粒子捕捉率を向上させることができる。
【0032】
導電性粒子としては、例えば、ニッケル、金、銅等の金属粒子、樹脂粒子に金めっきなどを施したものなどを用いることができる。導電性粒子の平均粒径は、接続信頼性の観点から、好ましくは1〜20μm、より好ましくは2〜10μmである。また、導電性粒子の平均粒子密度は、接続信頼性及び絶縁信頼性の観点から、好ましくは500〜50000個/mm、より好ましくは1000〜30000個/mmである。
【0033】
このように、本実施の形態における導電性接着剤は、バインダに、硬化性樹脂としての、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレートと、硬化剤としてのラジカル重合開始剤と、リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートとが含有されている。このラジカル重合開始剤の1分間半減期温度は、110〜140℃である。また、リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートは、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部に対して0.1〜5質量部含有されている。リン酸基又はリン酸エステル基含有(メタ)アクリレートをこのような割合で配合することにより、金属等の無機基材に対する密着性を向上させて接着力を高めることができる。
【0034】
このように、本実施の形態における導電性接着剤によれば、アクリル系接着フィルムでありながら、バスバー電極等の金属表面に対する接着性を向上させることができる。したがって、200℃以下程度の比較的低い温度での熱圧着処理において、金属表面に対して高い接着性を得ることができる。例えば、このような導電性接着剤を介してタブ線と表面がAgからなるバスバー電極とを強固に接続させることができ、タブ線とバスバー電極との間において、高い接続信頼性を得ることができる。
【0035】
図1は、本実施の形態における導電性接着剤の製品形態の一例である導電性接着フィルムを模式的に示す図である。導電性接着フィルム20は、剥離基材21上に導電性接着剤層が積層され、テープ状に成型されている。このテープ状の導電性接着フィルム20は、リール22に剥離基材21が外周側となるように巻回積層される。剥離基材21としては、特に制限はなく、上述のPET、OPP、PMP、PTFE等を用いることができる。
【0036】
なお、導電性接着フィルム20は、導電性接着剤層上に透明なカバーフィルムを備えた構成としてもよい。導電性接着剤層上に貼付するカバーフィルムとしては、タブ線であってもよい。予めタブ線と導電性接着フィルム20とを積層一体化させておくことにより、実使用時においては、剥離基材21を剥離し、導電性接着フィルム20の導電性接着剤層を、表面電極(バスバー電極)及び裏面電極のタブ線接続部上に貼着することによりタブ線と、各電極との接続を図ることができる。
【0037】
<2.導電性接着剤の製造方法>
次に、本発明を適用した導電性接着剤の製造方法について説明する。ここでは、導電性接着剤が膜状に形成された導電性接着フィルムの製造方法について説明する。本実施の形態における導電性接着フィルムの製造方法は、剥離基材上に、上述の成分からなるバインダに導電性粒子を含有させた組成物を塗布する塗布工程と、剥離基材上の組成物を乾燥させる乾燥工程とを有する。
【0038】
塗布工程では、上述の成分からなるバインダに導電性粒子を含有させた組成物を、有機溶剤を用いて調整し、この組成物を剥離基材上にバーコーター、塗布装置等を用いて塗布する。
【0039】
有機溶剤としては、トルエン、酢酸エチル、又はこれらの混合溶剤、その他各種有機溶剤を用いることができる。また、剥離基材は、例えば、シリコーン等の剥離剤をPET(Poly Ethylene Terephthalate)、OPP(Oriented Polypropylene)、PMP(Poly-4-methlpentene−1)、PTFE(Polytetrafluoroethylene)等のフィルムに塗布した積層構造からなり、組成物の乾燥を防ぐとともに、組成物のフィルム形状を維持する。
【0040】
乾燥工程では、剥離基材上の組成物を熱オーブン、加熱乾燥装置等の装置によって乾燥させる。これにより、フィルム状に形成された導電性接着剤である導電性接着フィルムを得ることができる。
【0041】
<3.太陽電池モジュール>
次に、本実施の形態における太陽電池モジュールについて説明する。本実施の形態における太陽電池モジュールは、光電変換素子として、単結晶型シリコン光電変換素子、多結晶型光電変換素子を用いる結晶シリコン系太陽電池モジュールや、アモルファスシリコンからなるセルと微結晶シリコンやアモルファスシリコンゲルマニウムからなるセルとを積層させた光電変換素子を用いた薄膜シリコン系太陽電池である。
【0042】
図2に示すように、太陽電池モジュール1は、複数の太陽電池セル2がインターコネクタとなるタブ線3によって直列に接続されたストリングス4を有し、ストリングス4を複数配列したマトリクス5を備える。そして、太陽電池モジュール1は、マトリクス5が封止接着剤のシート6で挟まれ、保護基材として受光面側に設けられた表面カバー7及び裏面側に設けられたバックシート8とともに一括してラミネートされ、周囲にアルミニウム等の金属フレーム9が取り付けられることにより形成される。
【0043】
封止接着剤としては、例えばエチレンビニルアルコール樹脂(EVA)等の透光性封止材が用いられる。また、表面カバー7としては、例えば、ガラスや透光性プラスチック等の透光性の材料が用いられる。また、バックシート8としては、ガラスやアルミニウム箔を樹脂フィルムで挟持した積層体等が用いられる。
【0044】
太陽電池モジュール1の各太陽電池セル2は、図3に示すように、シリコン基板からなる光電変換素子10を有する。光電変換素子10は、受光面側に表面電極となるバスバー電極11と、バスバー電極11とほぼ直交する方向に形成された集電極であるフィンガー電極12が設けられている。また、光電変換素子10は、受光面と反対の裏面側に、Al、Ag等からなる裏面電極13が設けられている。
【0045】
そして、太陽電池セル2は、タブ線3によって、表面電極としてのバスバー電極11と、隣接する太陽電池セル2の裏面電極13とが電気的に接続され、これにより直列に接続されたストリングス4を構成する。タブ線3とバスバー電極11及び裏面電極13との接続は、導電性接着フィルム20によって行う。
【0046】
タブ線3は、従来の太陽電池モジュールで使用されているタブ線を利用することができる。タブ線3は、例えば、50〜300μm厚のリボン状銅箔を使用し、必要に応じて金メッキ、銀メッキ、スズメッキ、ハンダメッキ等を施すことにより形成される。また、タブ線3に、予め前述した導電性接着フィルムが積層されたものを用いてもよい。
【0047】
バスバー電極11は、Ag、Cu、Al等の金属ペーストを塗布し、加熱することにより形成される。太陽電池セル2の受光面に形成されるバスバー電極11は、入射光を遮る面積を小さくし、シャドーロスを抑えるために、例えば1mm幅でライン状に形成されている。バスバー電極11の数は、太陽電池セル2のサイズや抵抗を考慮して適宜設定することができる。
【0048】
フィンガー電極12は、Ag、Cu、Al等の金属材料からなり、バスバー電極11と同様の方法により、バスバー電極11と交差して、太陽電池セル2の受光面のほぼ全面に亘って形成される。また、フィンガー電極12は、例えば約100μm程度の幅を有するラインが、所定間隔、例えば2mmおきに形成されている。
【0049】
裏面電極13は、アルミニウムからなる電極が、例えばスクリーン印刷やスパッタ等により太陽電池セル2の裏面に形成される。
【0050】
なお、本実施の形態において、太陽電池セルは、このような太陽電池セル2の構成に限定されない。例えば、バスバー電極を必ずしも設ける必要はない。このようなバスバーレス構造の太陽電池セルは、フィンガー電極の電流が、フィンガー電極と交差するタブ線によって集められる。また、Al裏面電極にタブ線と接続不良にならない程度に開口部を形成してもよく、これによって接着強度を確保してもよい。すなわち、本実施の形態における導電性接着剤は、バスバー電極が存在しない、バスバーレス構造の太陽電池セルにも使用でき、優れた接着力を発揮することができる。
【0051】
<4.太陽電池モジュールの製造方法>
次に、太陽電池モジュール1の製造方法について図1〜3を参照して説明する。本実施の形態における太陽電池モジュール1の製造方法は、一の太陽電池セル2のAg等からなるバスバー電極11(表面電極)と、一の太陽電池セル2と隣接する他の太陽電池セル2の裏面電極13とを導電性接着フィルム20を介してタブ線3で電気的に接続させるものである。タブ線3は、導電性接着フィルム20を介して表面のバスバー電極11及び裏面電極13上に配置する。そして、熱加圧によって、タブ線3と各電極とを圧着接続することにより、太陽電池モジュール1を製造する。
【0052】
具体的には、先ず、光電変換素子10の表面にAgペーストの塗布、焼成によってフィンガー電極12及びバスバー電極11を形成し、裏面にAlスクリーン印刷等によってタブ線3の接続部に裏面電極13を形成し、太陽電池セル2を作製する。
【0053】
次に、光電変換素子10表面のバスバー電極11及び裏面の裏面電極13に導電性接着フィルム20を貼着し、この導電性接着フィルム20上にタブ線3を配置し、所定の熱加圧条件(例えば、70℃、0.5MPa、1秒)でタブ線3を仮圧着する。
【0054】
そして、所定の熱加圧条件(例えば、140〜200℃、0.5MPa〜3MPa、3〜10秒)でタブ線3を本圧着し、タブ線3とバスバー電極11及び裏面電極13を電気的に接続する。このとき、タブ線3は、導電性接着フィルム20のバインダがAgペーストにより形成されたバスバー電極11と良好な接着性を備えることから、バスバー電極11と機械的に強固に接続される。また、タブ線3は、裏面電極13と電気的に接続される。
【0055】
太陽電池セル2が接続されたマトリクス5を封止接着剤のシート6で挟み、保護材として受光面側に設けられた表面カバー7及び裏面側に設けられたバックシート8とともに一括してラミネートすることにより、太陽電池モジュール1が製造される。
【0056】
このように、太陽電池モジュール1の製造方法では、導電性接着フィルムを用いてタブ線3と表面のAgからなるバスバー電極11及び裏面電極13とを接続する。導電性接着フィルムのバインダは、ラジカル重合開始剤と、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレートと、リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートとを含有する。このラジカル重合開始剤の1分間半減期温度は、110〜140℃である。また、リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートは、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部に対して0.1〜5質量部含有されている。
【0057】
太陽電池モジュール1の製造方法では、このような成分からなる導電性接着フィルム20を用いることで、Ag等の金属表面を有するバスバー電極11に対する接着性を向上させることができる。すなわち、加熱押圧ヘッドによる押圧時に、200℃以下程度の比較的低い熱圧着処理によってタブ線3と各電極とを強固に接続させることができ、製造された太陽電池モジュール1においては、高い接続信頼性を得ることができる。
【0058】
なお、太陽電池モジュールの製造方法は、このような方法に限定されない。例えば、一の太陽電池セルの表面電極とタブ線、及び他の太陽電池セルの裏面電極とタブ線とを、前述した導電性接着フィルムを介在させて仮固定し、太陽電池セルの上下面に封止材、保護基材を順に積層し、保護基材の上面からラミネート装置(減圧ラミネータ)にてラミネート圧着させ、封止材を硬化させるとともに表面電極とタブ線及び裏面電極とタブ線とを接続させてもよい。
【実施例】
【0059】
<5.実施例>
以下、実施例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【0060】
(実施例1)
バインダに導電性粒子を含有させてなる導電性接着フィルムを作製した。バインダは、以下の成分によって構成した。
【0061】
すなわち、膜形成樹脂として、フェノキシ樹脂(FX280、東都化成株式会社製)20質量部を用いた。ゴム成分として、アクリルゴム(SGシリーズ、長瀬ケムテックス株式会社製)5質量部、及び水添スチレン系熱可塑性エラストマー(SEBS)(タフテックシリーズ、旭化成ケミカルズ株式会社製)15質量部を用いた。
【0062】
アクリレートとして、エポキシアクリレート(V♯540、大阪有機化学工業株式会社製)5質量部、ジメタクリレート(NKエステルDCP、新中村化学株式会社製)24質量部、3官能アクリレートすなわちトリアクリレート(NKエステルA9300、新中村化学株式会社製)25質量部、リン酸エステル基含有アクリレート(PMシリーズ、日本化薬株式会社製)2質量部を用いた。
【0063】
シランカップリング剤として、メタクリロキシシラン(KBE503、信越化学株式会社製)1質量部を用いた。ラジカル重合開始剤(有機過酸化物)として、有機過酸化物1分半減期温度116℃のラウロイルパーオキシド(パーロイルL、日油株式会社製)3質量部を用いた。
【0064】
これらの成分からなるバインダに、導電性粒子として、平均粒径10μmのNi粉(バーレインコ社製)15質量部を分散させて導電性接着剤を得た。この導電性接着剤を剥離基材上に塗布して乾燥させ、導電性接着フィルムを作製した。
【0065】
(実施例2)
実施例1のラジカル重合開始剤に代えて、ラジカル重合開始剤として、有機過酸化物1分半減期温度131℃のベンゾイルパーオキサイド(ナイパーBMT−K40、日油株式会社製)3質量部を用いた以外は、実施例1と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
【0066】
(実施例3)
実施例1のリン酸エステル基含有アクリレート(PMシリーズ、日本化薬株式会社製)を0.1質量部とした。また、実施例1のラジカル重合開始剤に代えて、ラジカル重合開始剤として、有機過酸化物1分半減期温度131℃のベンゾイルパーオキサイド(ナイパーBMT−K40、日油株式会社製)3質量部を用いた以外は、実施例1と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
【0067】
(実施例4)
実施例1のリン酸エステル基含有アクリレート(PMシリーズ、日本化薬株式会社製)を3質量部とした。また、実施例1のラジカル重合開始剤に代えて、ラジカル重合開始剤として、有機過酸化物1分半減期温度131℃のベンゾイルパーオキサイド(ナイパーBMT−K40、日油株式会社製)3質量部を用いた。それ以外は、実施例1と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
【0068】
(実施例5)
実施例1のラジカル重合開始剤に代えて、ラジカル重合開始剤として、有機過酸化物1分半減期温度131℃のベンゾイルパーオキサイド(ナイパーBMT−K40、日油株式会社製)1質量部を用いた以外は、実施例1と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
【0069】
(実施例6)
実施例1のラジカル重合開始剤に代えて、ラジカル重合開始剤として、有機過酸化物1分半減期温度131℃のベンゾイルパーオキサイド(ナイパーBMT−K40、日油株式会社製)5質量部を用いた以外は、実施例1と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
【0070】
(実施例7)
実施例1のエポキシアクリレート(V♯540、大阪有機化学工業株式会社製)を4質量部、ジメタクリレート(NKエステルDCP、新中村化学株式会社製)を20質量部とした。また、実施例1のトリアクリレート(NKエステルA9300、新中村化学株式会社製)を30質量部とした。また、実施例1のラジカル重合開始剤に代えて、ラジカル重合開始剤として、有機過酸化物1分半減期温度131℃のベンゾイルパーオキサイド(ナイパーBMT−K40、日油株式会社製)3質量部を用いた。それ以外は、実施例1と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
【0071】
(実施例8)
実施例1のエポキシアクリレート(V♯540、大阪有機化学工業株式会社製)を14質量部、ジメタクリレート(NKエステルDCP、新中村化学株式会社製)を30質量部とした。実施例1のトリアクリレート(NKエステルA9300、新中村化学株式会社製)を10質量部とした。また、実施例1のラジカル重合開始剤に代えて、ラジカル重合開始剤として、有機過酸化物1分半減期温度131℃のベンゾイルパーオキサイド(ナイパーBMT−K40、日油株式会社製)3質量部を用いた。それ以外は、実施例1と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
【0072】
(実施例9)
実施例1の導電性粒子に代えて、導電性粒子として、平均粒径10μmの置換メッキ銀コート銅粉5質量部を用いた。この置換メッキ銀コート銅粉の製造においては、いわゆるアトマイズ法と呼ばれる製法により得られたアトマイズ銅粉を、さらに機械的粉砕を施して得られた銅微粉を使用した。なお、機械的粉砕時には、銅粉同士の凝集による粗大化を防止する目的で、脂肪酸が添加されていると推察される。具体的には、日本アトマイズ加工(株)製フレーク銅微粉(型番:AFS−Cu 7μm)を使用した。このフレーク銅微粉は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量累積粒径D50が7.9μmであった。
【0073】
このフレーク状の銅微粉500gを大気中で250℃の温度で5分間熱処理し、その後酸化処理を行った銅微粉を乳鉢にて粗砕した。粗砕された銅微粉500gを1%水酸化カリウム水溶液1000mlに加えて20分間攪拌し、続いて一次デカンテーション処理を行い、さらに純水1000mlを加えて数分間攪拌した。
【0074】
次に、二次デカンテーション処理を行い、硫酸濃度15g/Lの硫酸水溶液2500mlを加えて30分間攪拌した。さらに、硫酸水溶液による酸洗浄をもう1回繰り返した。さらに、三次デカンテーション処理を行い、純水2500mlを加えて数分間攪拌した。そして、四次デカンテーション処理を行い、濾過洗浄、吸引脱水することで、フレーク状の銅微粉と溶液とを濾別した。フレーク状の銅微粉を90℃の温度で2時間乾燥させた。
【0075】
この乾燥済みのフレーク状の銅微粉に、硫酸濃度7.5g/Lの硫酸水溶液2500mlを加え、30分間攪拌した。次いで、五次デカンテーション処理を行い、純水2500mlを加えて数分間攪拌した。
【0076】
さらに、六次デカンテーション処理を行い、1%酒石酸ナトリウムカリウム溶液2500mlを加えて数分間攪拌し、銅スラリーを形成させた。この銅スラリーに希硫酸又は水酸化カリウム溶液を加え、銅スラリーのpHを3.5〜4.5になるように調整した。
【0077】
pHを調整した銅スラリーに、硝酸銀アンモニア溶液1000ml(硝酸銀87.5gを水に添加してアンモニア水を加え、1000mlとして調整したもの)を、30分間かけてゆっくりと添加しながら置換反応処理及び還元反応処理を行い、さらに30分間の攪拌をして銀メッキ銅微粉を得た。
【0078】
その後、七次デカンテーション処理を行い、純水3500mlを加えて数分間攪拌した。さらに、八次デカンテーション処理を行い、純水3500mlを加えて数分間攪拌した。そして、濾過洗浄、吸引脱水することで銀メッキ銅微粉と溶液とを濾別し、銀メッキ銅微粉を90℃の温度で2時間乾燥させた。
【0079】
乾燥させた銀メッキ銅微粉500gを管状炉に入れ、水素気流下(3.0〜3.5l/min)の還元性雰囲気中で200℃、30分間熱処理を行った。熱処理済みの銀メッキ銅微粉を乳鉢で粉砕した。熱処理済みの銀メッキ銅微粉500gを0.5%ステアリン酸イソピルアルコール溶液1000mlに分散させ、30分間攪拌した。
【0080】
そして、濾過洗浄、吸引脱水することで熱処理済みのステアリン酸被覆銀メッキ銅微粉と溶液とを濾別し、熱処理済みのステアリン酸被覆銀メッキ銅微粉を温度90℃で2時間乾燥させ、熱処理済みのステアリン酸被覆銀メッキ銅微粉(置換メッキ銀コート銅粉)を得た(特開2010−174311号公報参照)。
【0081】
また、実施例9では、実施例1のラジカル重合開始剤に代えて、ラジカル重合開始剤として、有機過酸化物1分半減期温度131℃のベンゾイルパーオキサイド(ナイパーBMT−K40、日油株式会社製)3質量部を用いた。それ以外は、実施例1と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
【0082】
(比較例1)
実施例1のトリアクリレート(NKエステルA9300、新中村化学株式会社製)を15質量部とした。また、実施例1のラジカル重合開始剤に代えて、ラジカル重合開始剤として、有機過酸化物1分半減期温度104℃のt−ブチルペルオキシネオデカノエイト(パーブチルND、日油株式会社製)3質量部を用いた。それ以外は、実施例1と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
【0083】
(比較例2)
比較例1のラジカル重合開始剤に代えて、ラジカル重合開始剤として、有機過酸化物1分半減期温度142℃の1,1−ジ−t−ブチルペルオキシ−2−メチルシクロヘキサン(パーヘキサMC、日油株式会社製)3質量部を用いた以外は、比較例1と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
【0084】
(比較例3)
リン酸エステル基含有アクリレートを含有させなかった。また、比較例1のラジカル重合開始剤に代えて、ラジカル重合開始剤として、有機過酸化物1分半減期温度131℃のベンゾイルパーオキサイド(ナイパーBMT−K40、日油株式会社製)3質量部を用いた。それ以外は、比較例1と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
【0085】
(比較例4)
比較例1のリン酸エステル基含有アクリレート(PMシリーズ、日本化薬株式会社製)を6質量部とした。また、比較例1のラジカル重合開始剤に代えて、ラジカル重合開始剤として、有機過酸化物1分半減期温度131℃のベンゾイルパーオキサイド(ナイパーBMT−K40、日油株式会社製)3質量部を用いた。それ以外は、比較例1と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
【0086】
(比較例5)
リン酸エステル基含有アクリレートを含有させなかった。また、添加剤としてリン酸エステル(LB−58、ビス(2エチルヘキシル)ホスフォネート、城北化学工業株式会社製)2質量部を添加した。また、比較例1のラジカル重合開始剤に代えて、ラジカル重合開始剤として、有機過酸化物1分半減期温度131℃のベンゾイルパーオキサイド(ナイパーBMT−K40、日油株式会社製)3質量部を用いた。それ以外は、比較例1と同様にして導電性接着フィルムを作製した。
【0087】
<接着強度の測定>
実施例1〜7、比較例1〜5の導電性接着フィルムを、6インチ単結晶Siセル(寸法:15.6cm×15.6cm、厚さ:180μm)のAgからなる表面のバスバー電極及びAgからなる裏面電極に貼り合わせ、導電性接着フィルム上に鉛フリーはんだタブ線(幅:1.5mm、厚さ:0.15mm)を熱加圧ヘッドにより熱加圧して接着させた。熱加圧条件は、160℃、1MPa、5秒間とした。
【0088】
実施例1〜7、比較例1〜5の導電性接着フィルムのこの熱加圧による接着強度を測定した。接着強度は、Agからなる表面のバスバー電極上に接着された導電性接着フィルムを、離速度50mm/minで90度方向に剥離した。この剥離に要した力(剥離強度、JIS K6854−1に準拠)を測定することで評価した。接着強度としての剥離強度の測定結果を表1に示す。
【0089】
<太陽電池モジュールの製造、発電効率の測定>
実施例1〜9、比較例1〜5の導電性接着フィルムを、それぞれ太陽電池セル(6インチ単結晶太陽電池セル)が備えるバスバー電極及び裏面電極上に、仮貼りヘッドにより加熱温度70℃、圧力0.5MPaにて1秒間加熱加圧することで仮貼りした。次いで、バスバー電極に仮貼りされた導電性接着フィルム上、及び裏面電極上に仮貼りされた導電性接着フィルム上のそれぞれに両面が平坦で、鉛フリーはんだにより被覆された厚さ0.20mm、幅1.5mmのタブ線を本圧着させた。本圧着の条件は、加熱温度160℃、圧力1MPaにて5秒間加熱加圧して行った。次に、受光面側から、ガラスからなる表面カバー、エチレンビニルアセテート樹脂(EVA)からなる第1のシート、タブ線を接続した電池セル、エチレンビニルアセテート樹脂(EVA)からなる第2のシート、バックシートの順で積層し、真空にした後、150℃で3分間ラミネートした。その後、150℃で30分間加熱することで、完全に硬化させて、太陽電池モジュールを作製した。
【0090】
そして、この太陽電池モジュールにおける初期発電効率に対する熱衝撃試験(−40℃⇔110℃)1000サイクル後の太陽電池モジュールの出力(発電効率)をJIS C8914(結晶系太陽電池モジュール出力測定方法)に準拠し、測定条件:照度1000W/m、温度25℃、スペクトルAM1.5Gにて、ソーラーシュミレーター(ソーラーシュミレーターPVS1116i−M、日清紡メカトロニクス株式会社製)を用いて測定した。得られた測定結果から、発電効率の変化率(%)を算出した。この変化率が97%以上を発電効率が良好(○)、95%以上97%未満をやや不良(△)、95%未満を不良(×)として評価した。評価結果を表1に示す。
【0091】
【表1】

【0092】
実施例1〜9の導電性接着フィルムは、1分間半減期温度が116〜131℃のラジカル重合開始剤を含有するとともに、リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部に対し、リン酸基又はリン酸エステル基含有(メタ)アクリレートを0.1〜3質量部含有する。
【0093】
これにより、実施例1〜9では、Agからなる表面のバスバー電極に対する密着性を向上させて接着力を高めることができ、160℃という比較的低温での熱圧着処理において、はんだ接続に匹敵する短いタクト時間で、高い接着強度が得られたと考えられる。そして、このような導電性接着剤を用いて製造した実施例1〜9の太陽電池モジュールにおいては、タブ線と表面電極及び裏面電極との間において、高い接続信頼性を得ることができ、ラジカル重合開始剤を適正に選択することで、導電性粒子による接続が良好な状態を保つことができることから、熱衝撃試験において高い発電効率を得ることができたと考えられる。
【0094】
比較例1では、導電性接着フィルムのバインダに含ませる硬化剤として、1分間半減期温度が104℃のラジカル重合開始剤を用いた。これにより、熱圧着において、導電性粒子がタブ線と太陽電池セルの電極との間で十分に圧着される前に、バインダが硬化したことにより、接続抵抗が上昇したと考えられる。したがって、比較例1の導電性接着フィルムを用いて製造した太陽電池モジュールにおいては、接続状態が不安定なため、熱衝撃試験において、発電効率が低下したと考えられる。
【0095】
比較例2では、導電性接着フィルムのバインダに含ませる硬化剤として、1分間半減期温度が142℃のラジカル重合開始剤を用いた。これにより、比較例2では、高い接着強度が得られたものの、このような導電性接着フィルムを用いて製造した太陽電池モジュールにおいては、バインダの硬化状態が不十分なため、導電性粒子による電気的接続状態が不安定となってしまったことにより、発電効率が低下したと考えられる。
【0096】
比較例3、5では、リン酸基又はリン酸エステル基含有(メタ)アクリレートを含有しないことから、リン酸基又はリン酸エステル基含有(メタ)アクリレートによる金属に対する接着性向上の効果が得られないため、Agからなる表面電極に対して導電性接着フィルムの接着性を向上させることができず、接着強度が低くなったと考えられる。
【0097】
そして、このような導電性接着フィルムを用いて製造した比較例3、5の太陽電池モジュールにおいては、タブ線が剥離することにより、熱衝撃試験において発電効率が低下したと考えられる。
【0098】
比較例4では、導電性接着フィルムのバインダ中に、リン酸基又はリン酸エステル基含有(メタ)アクリレートを6質量部含有させた。これにより、導電性接着フィルムのライフが低下することにより、導電性接着フィルムの接着強度は低くなったと考えられる。そして、このような導電性接着フィルムを用いて製造した太陽電池モジュールにおいては、接着強度が低下し、タブ線が剥離することにより、熱衝撃試験において発電効率が低下したと考えられる。
【符号の説明】
【0099】
1 太陽電池モジュール、 2 太陽電池セル、 3 タブ線、 4 ストリングス、
5 マトリクス、 6 シート、 7 表面カバー、 8 バックシート、
9 金属フレーム、 10 光電変換素子、 11 バスバー電極、 12 フィンガー電極、
13 裏面電極、 20 導電性接着フィルム、 21 剥離基材、 22 リール

【特許請求の範囲】
【請求項1】
一の太陽電池セルの表面電極と、該一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極と、タブ線とを電気的に接続するための導電性接着剤において、
ラジカル重合開始剤と、
リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレートと、
リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートとを含有するバインダに導電性粒子が分散されてなり、
前記ラジカル重合開始剤の1分間半減期温度は、110〜140℃であり、
前記リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートは、前記リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部に対して0.1〜5質量部含有されている導電性接着剤。
【請求項2】
前記ラジカル重合開始剤の1分間半減期温度は、116〜131℃である請求項1記載の導電性接着剤。
【請求項3】
前記ラジカル重合開始剤は、前記リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部に対して1〜5質量部含有されている請求項1又は2記載の導電性接着剤。
【請求項4】
前記リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部の内の10〜30質量部は、3官能アクリレートである請求項1乃至3の何れか1項記載の導電性接着剤。
【請求項5】
一の太陽電池セルの表面電極と、該一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とが、導電性接着剤を介してタブ線と電気的に接続されてなる太陽電池モジュールであって、
前記導電性接着剤は、
ラジカル重合開始剤と、
リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレートと、
リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートとを含有するバインダに導電性粒子が分散されてなり、
前記ラジカル重合開始剤の1分間半減期温度は、110〜140℃であり、
前記リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートは、前記リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部に対して0.1〜5質量部含有されている太陽電池モジュール。
【請求項6】
一の太陽電池セルの表面電極と、該一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とを、導電性接着剤を介してタブ線で電気的に接続させる太陽電池モジュールの製造方法において、
前記導電性接着剤は、
ラジカル重合開始剤と、
リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレートと、
リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートとを含有するバインダに導電性粒子が分散されてなり、
前記ラジカル重合開始剤の1分間半減期温度は、110〜140℃であり、
前記リン酸基又はリン酸エステル基を含有する(メタ)アクリレートは、前記リン酸基又はリン酸エステル基を含有しない(メタ)アクリレート54質量部に対して0.1〜5質量部含有されており、
前記タブ線を、前記導電性接着剤を介して前記表面電極及び前記裏面電極上に配置し、熱加圧する太陽電池モジュールの製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2013−98230(P2013−98230A)
【公開日】平成25年5月20日(2013.5.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−237362(P2011−237362)
【出願日】平成23年10月28日(2011.10.28)
【出願人】(000108410)デクセリアルズ株式会社 (595)
【Fターム(参考)】