太阳能电池用导线及其制造方法、保管方法和太阳能电池的制作方法

专利名称：太阳能电池用导线及其制造方法、保管方法和太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池用导线，特别是涉及一种与单元的连接性优异的太阳能电池用导线及其制造方法、保管方法和太阳能电池。本申请以2008年11月27日申请的日本特愿2008-302501以及2009年10月7日申请的日本特愿2009-233758号为基础，通过引用其内容而包含于本申请。
背景技术：
太阳能电池中使用多晶、单晶的硅晶片作为半导体基板。基于本发明的图4A以及图4B所示的太阳能电池50，对以往的太阳能电池的构成进行说明。太阳能电池50是通过用焊料将太阳能电池用导线10a、IOb接合在半导体基板 52的规定区域上而制造的，该规定区域即是设置在半导体基板52表面的表面电极M和设置在背面的背面电极M。在半导体基板52内产生的电力通过太阳能电池用导线向外部输送。基于本发明的图IA以及图IB所示的太阳能电池用导线10，对以往的太阳能电池用导线的构成进行说明。太阳能电池用导线10具有带板状导电材料12和形成于带板状导电材料12上下表面的熔融焊料镀覆层13。带板状导电材料12例如是对截面为圆形的导体进行轧制加工而制成带板状的材料，也称为扁平导体、扁平线。熔融焊料镀覆层13是通过热浸镀法，向带板状导电材料12的上下表面供给熔融焊料而形成的。热浸镀法是通过酸洗处理等将带板状导电材料12的上下表面净化，并将该带板状导电材料12通过熔融焊料液，由此向带板状导电材料12的上下表面12a、12b层叠焊料的方法。当附着在带板状导电材料12的上下表面12a、12b的熔融焊料凝固时，熔融焊料镀覆层13由于表面张力的作用形成为如图IA所示的从宽度方向的侧部向中央部鼓起的形状，即，形成为所谓的山形。将该太阳能电池用导线10切断成规定的长度，并利用空气吸附移动到半导体基板52的表面电极(栅电极)54上，在半导体基板52的表面电极M上进行焊接。在表面电极M预先形成有与表面电极M导通的电极带(指针)(未图示)。使太阳能电池用导线 IOa的熔融焊料镀覆层13与该表面电极讨接触，在该状态下进行焊接。将太阳能电池用导线IOb焊接到半导体基板52的背面电极55上的情况也相同。以往，为了在半导体基板52的表面电极M与太阳能电池用导线10之间得到优异的焊料接合性，使表面电极讨含浸与太阳能电池用导线10的熔融焊料镀覆层13相同成分的焊料。可是，近年来，随着半导体基板52的薄型化的发展，使表面电极M含浸焊料时半导体基板52破损的问题已经显现。因此，为了避免半导体基板52的破损，所以在采取省略对表面电极M进行焊料含浸工序。由于省略了对半导体基板52的表面电极M和太阳能电池用导线10之间带来优异的焊料接合性的焊料含浸工序，进而即便使用在以往接合性没有问题的太阳能电池用导线，也不能得到充分的接合性的情况变得常见。半导体基板52和太阳能电池用导线10间的接合是通过在表面电极M的电极材料(例如Ag)和熔融焊料镀覆层13的接合材料(例如Sn)之间形成金属化合物(例如Ag3Sn)而实现的。该接合需要通过助熔剂的作用从熔融焊料镀覆层13的表面和表面电极M的表面去除氧化膜，从而使焊料的金属原子(Sn)和电极的金属原子(Ag)直接碰撞，并且需要通过加热使焊料中的Sn原子易于扩散到其他原子 (Ag)的晶格内。即，当熔融焊料镀覆层13表面的氧化膜的厚度较大时，则通过助熔剂的氧化膜去除不能充分进行，所以发生焊接不良的情况。若在表面电极M和熔融焊料镀覆层13之间发生焊接不良，则半导体基板52和太阳能电池用导线10的接合不充分，所以会因机械的剥离、导通不良而引起组件的输出功率的降低。专利文献1已提出为了抑制在制造时或使用时焊料表面生成氧化膜，将0. 002 0. 015质量％的P添加到焊料的方法。专利文献1中的太阳能电池用导线中，在加热温度到300°C为止，氧化膜厚度在 1 2 μ m左右且不变色，加热温度到350°C之后氧化膜厚度在5 μ m左右且才开始稍变色。 另一方面，还记载以往例子时在250°C时氧化膜厚度就已经超过6 μ m，变色显著。此外，在专利文献1中还记载了不加热时的氧化膜厚度，在发明产品以及以往例中均为Iym左右。专利文献1 日本特开2002-263880号公报

发明内容
如上所述，为了将太阳能电池用导线牢固地接合到半导体基板，将熔融焊料镀覆层13表面的氧化膜变薄即可。然而根据专利文献1，尽管是加热前的状态，发明产品的氧化膜厚度也在Iym(IOOOnm)左右。因此，不足以在省略了对表面电极的焊料含浸工序的半导体基板和太阳能电池用导线之间得到牢固的接合性。因此，本发明的目的在于解决上述课题，提供一种与单元的连接性优异的太阳能电池用导线及其制造方法、保管方法以及太阳能电池。为达成上述目的，本发明的特征是一种太阳能电池用导线，其特征在于，是与太阳能电池单元进行接合的，在截面形状被加工成扁平状的带板状导电材料上设置有熔融焊料镀覆层的太阳能电池用导线，其中，熔融焊料镀覆层表面的氧化膜厚度为7nm以下。在上述太阳能电池用导线中，上述带板状导电材料可以是体积电阻率为 50 μ Ω . mm以下的扁平线。在上述太阳能电池用导线中，上述带板状导电材料可以是Cu、Al、Ag以及Au中的任一种。在上述太阳能电池用导线中，上述带板状导电材料可以是韧铜、低氧铜、无氧铜、 磷脱氧铜以及纯度为99. 9999%以上的高纯度铜中的任一种。在上述太阳能电池用导线中，上述熔融焊料镀覆层可以是Sn系焊料或是使用Sn 作为第ι成分且含有0. 1质量％以上的选自HKlruBLSlKAgjrKNi以及Cu中的至少一种元素作为第2成分的Sn系焊料合金。本发明的其他特征是一种太阳能电池用导线的制造方法，其特征在于，通过对线材实施轧制加工或纵切加工(slit processing)而形成带板状导电材料，并用连续电加热或连续加热式加热炉或批次式加热设备对该带板状导电材料进行热处理，之后，供给熔融焊料对带板状导电材料进行焊料镀覆时，将其镀覆温度设为焊料的液相线温度+120°C以下。在上述太阳能电池用导线的制造方法中，供给熔融焊料对带板状导电材料进行焊料镀覆时，也可以将镀覆作业气氛的温度设为30°C以下，将镀覆作业气氛的相对湿度设为 65%以下。本发明另外的特征是一种太阳能电池用导线的保管方法，其特征在于，用氧穿透性为lmL/m2 · day · MPa以下、透湿度为0. lg/m2 · day以下的捆包材料对权利要求1所述的太阳能电池用导线进行捆包，保管。在上述太阳能电池用导线的保管方法中，也可以将太阳能电池用导线在未捆包或开封捆包材料的状态下，在温度30°C以下、相对湿度65%以下的条件下进行保管。本发明还具有的其他特征是一种太阳能电池，其特征在于，将上述太阳能电池用导线通过其熔融焊料镀覆层的焊料与半导体基板的表面电极和背面电极焊接。根据本发明，能够得到与单元的接合性优异的太阳能电池用导线。


图IA是作为本发明优选实施方式的太阳能电池用导线的横截面图。图IB是图IA的太阳能电池用导线的原料之一的带板状导电材料的立体图。图2是作为本发明优选其他实施方式的太阳能电池用导线的横截面图。图3是在本实施方式中用于形成熔融焊料镀覆层的热浸镀设备的示意图。图4A是使用了图IA所示的太阳能电池用导线的太阳能电池的横截面图。图4B是使用了图4A所示的太阳能电池用导线的太阳能电池的俯视图。图5是表示使用了图4所示的太阳能电池的、太阳能电池组件一个例的俯视图。
具体实施例方式以下，根据附图来详细叙述本发明的优选实施方式。如图IA所示，本发明的太阳能电池用导线10是将熔融焊料供给到带板状导电材料12的上下表面，在焊料浴的出口进行镀覆而形成的。带板状导电材料12是通过对线材(截面是圆形的线材)进行轧制加工，将其用连续电加热炉或批次式加热设备进行热处理而形成。图IB是表示带板状导电材料12的立体图，上表面1 和下表面12b被制成平坦面，侧面12c以凸形膨胀形成，端面12d被切割成适宜的长度而形成的。图3表示熔融焊料镀覆装置。热浸镀设备41具有收容由熔融焊料S组成的焊料浴(焊料镀覆浴)42的焊料槽 43、和设置在焊料浴42中的将由输出装置输出的带板状导电材料12引导到焊料浴42中的上游侧导辊44、和设置在焊料槽43的下游的将经过焊料浴42和上游侧导辊44而制造出的太阳能电池用导线10向卷绕机引导的下游侧导辊45。在这里，焊料浴43的温度必须设定为比所使用焊料的熔点高，但在熔融状态下焊料中的Sn易扩散从而和空气中的氧结合，显著增进氧化膜的生成。并且，较高的作业气氛的温度、湿度也对氧化膜的生成有促进作用。因此，优选焊料浴的温度为所用焊料的液相线温度+120°C以下(下限值为液相线温度+50°C )、镀覆作业气氛的温度为30°C以下(下限值为10%)、镀覆作业气氛的相对湿度为65%以下(下限值为10%)。根据上述制法，能制造出焊料镀层表面的氧化膜厚度为3. Onm以下(下限值为 0. 5nm)的太阳能电池用导线。并且，将制造出的太阳能电池用导线用氧穿透性为lmL/m2 · day · MPa以下、透湿度在0. lg/m2 · day以下的捆包材料捆包，或者即使在未捆包或开封捆包材料状态下，在温度为30°C以下(下限值为10°C )、相对湿度为65%以下(下限值为10% )的条件下保管， 则能够将氧化膜厚度的增长抑制在7nm以下(下限值为0. 5nm)。如上所述，本发明的太阳能电池用导线10，为了使对半导体基板的表面电极以及背面电极的接合变得牢固而将熔融焊料镀覆层13表面的氧化膜厚度设为7nm以下。由此， 能容易地去除焊料接合时的氧化膜，能将太阳能电池用导线10与表面电极以及背面电极牢固地焊接。即，能够防止由于机械性剥离、导通不良引起的组件的输出功率下降。带板状导电材料12例如使用体积电阻率在50 μ Ω · mm以下的扁平线。通过对该扁平线进行轧制加工，能够得到如图IB所示横截面形状的带板状导电材料12，通过纵切加工得到带板状导电材料12。带板状导电材料12由Cu、Al、Ag以及Au中的任一种、或者由韧铜、低氧铜、无氧铜、磷脱氧铜以及纯度为99. 9999%以上的高纯度铜中的任一种组成。作为熔融焊料镀覆层，使用Sn系焊料(Sn系焊料合金)。该Sn系焊料用Sn作为成分重量最重的第1成分且含0. 1质量％以上的选自Hk In、Bi、Sb、Ag、Zn、Ni以及Cu中的至少一种元素作为第2成分。接着，说明本实施方式的效果。将图IA所示的太阳能电池用导线10焊接到图4所示的半导体基板52的表面电极M以及背面电极阳上时，太阳能电池用导线10、半导体基板52的加热温度被设为熔融焊料镀覆层13的焊料的熔点附近温度。这是由于太阳能电池用导线10的带板状导电材料 12(例如，铜)的热膨胀率与半导体基板52 (Si)的热膨胀率相差很大。因此，由于热膨胀率的差异产生了热应力，该热应力导致在半导体基板52上发生龟裂。为了减小该热应力，优选进行低温接合。所以，将太阳能电池用导线10、半导体基板52的加热温度设为熔融焊料镀覆层13的焊料的熔点附近温度。上述接合时的加热方法，是将半导体基板52设置在热板上，并用来自该电热板的加热、和来自设置在半导体基板52上的太阳能电池用导线10上方的加热。为了增大半导体基板52的表面电极M以及背面电极55与熔融焊料镀覆层13的接触面积，充分进行从半导体基板52到熔融焊料镀覆层13的热传导，优选将含有熔融焊料镀覆层13的太阳能电池用导线10的形状加工成扁平状。但是，由于以往的太阳能电池用导线的熔融焊料镀覆层表面的氧化膜厚度较厚， 因此，利用将太阳能电池用导线与表面电极M进行焊料接合时所用的助熔剂来去除氧化膜的效果变得不充分，从而引发焊接不良的现象，其结果引起机械性剥离的发生、因导通不良不能得到高输出功率等问题。由于将成为本实施方式太阳能电池用导线10的上下表面的熔融焊料镀覆层13的表面氧化膜厚度设为7nm以下，所以，利用助熔剂能容易地去除氧化膜，焊接性变优异，所以能解决上述以往的问题。其中，氧化膜厚能以通过俄歇电子能谱法得到的深度分布中的氧化峰值减半的时间来定义。接着，将用于本发明的带板状导电材料的材料物性示于表1。表 权利要求
1.一种太阳能电池用导线，其特征在于，是与太阳能电池单元进行接合的、在截面形状被加工成扁平状的带板状导电材料上设置有熔融焊料镀覆层的太阳能电池用导线，其中， 熔融焊料镀覆层表面的氧化膜厚度为7nm以下。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池用导线，其中，所述带板状导电材料由体积电阻率为50 μ Ω · mm以下的扁平线形成。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池用导线，其中，所述带板状导电材料由Cu、Al、Ag 和Au中的任一种形成。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池用导线，其中，所述带板状导电材料由韧铜、低氧铜、无氧铜、磷脱氧铜和纯度为99. 9999%以上的高纯度铜中的任一种形成。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池用导线，其中，所述熔融焊料镀覆层由Sn系焊料形成，或者由使用Sn作为第1成分且含有0. 1质量％以上的选自mKln、Bi、Sb、Ag、Zn、Ni 和Cu中的至少一种元素作为第2成分的Sn系焊料合金形成。
6.一种太阳能电池用导线的制造方法，其特征在于，通过对线材实施轧制加工或纵切加工而形成带板状导电材料，用连续电加热或连续加热式加热炉或批次式加热设备对该带板状导电材料进行热处理，之后，供给熔融焊料对带板状导电材料进行焊料镀覆时，将其镀覆温度设为焊料的液相线温度+120°C以下。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池用导线的制造方法，其中，在供给熔融焊料对带板状导电材料进行焊料镀覆时，将镀覆作业气氛的温度设为30°C以下，将镀覆作业气氛的相对湿度设为65%以下。
8.一种太阳能电池用导线的保管方法，其特征在于，用氧穿透性为lmL/m2 · day · MPa 以下、透湿度为0. lg/m2 · day以下的捆包材料对权利要求1所述的太阳能电池用导线进行捆包，保管。
9.一种太阳能电池用导线的保管方法，其特征在于，将权利要求1所述的太阳能电池用导线在未捆包或开封捆包材料的状态下，在温度30°C以下、相对湿度65%以下的条件下进行保管。
10.一种太阳能电池，其特征在于，将权利要求1所述的太阳能电池用导线通过其熔融焊料镀覆层的焊料与半导体基板的表面电极和背面电极焊接。
全文摘要
本发明提供一种与太阳能电池单元的接合性优异的太阳能电池用导线。是在将熔融焊料镀覆层(13)覆盖于截面形状被加工成扁平状的带板状导电材料(12)的太阳能电池用导线(10)中，将熔融焊料镀覆层(13)表面的氧化膜厚度设为7nm以下。
文档编号C23C8/10GK102224270SQ20098014729
公开日2011年10月19日 申请日期2009年11月20日 优先权日2008年11月27日
发明者东谷育, 坂东宙, 沖川宽, 沢畠胜宪, 西甫, 远藤裕寿, 阿久津裕幸, 高桥健, 黑田洋光 申请人:日立电线株式会社, 日立电线精密技术株式会社