专利名称：太阳能电池模块及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具备多个太阳能电池单元，通过配线材料相互连接相邻的太阳能电池单元而成的太阳能电池模块及其制造方法。
背景技术：
近年，由于地球温暖化等的地球环境保护问题，期待清洁能源，将太阳能直接变换成电能的太阳能电池模块作为清洁能源备受注目。该场合，太阳能电池模块具备多个太阳能电池单元，在这些相邻的太阳能电池单元通过焊接(或者粘接)称为例如引板导线的配线材料来相互电气地连接而构成。
该场合，有将配线材料从相邻的一个太阳能电池单元的表面连接到另一个太阳能电池单元的背面的情况(例如，参照特开2004-363293(文献1))，和将一个太阳能电池单元的表面连接的配线材料和另一个太阳能电池单元的背面连接的配线材料相互连接的情况(例如，参照特开2002-359388(文献2))。
该配线材料通常由宽1.5mm～2mm、厚150μm(微米)～200μm左右的铜箔构成，制造工序中首先以在线轴卷绕的状态准备。另外，配线材料预先由焊锡覆盖，从线轴引出规定尺寸后切断，载置在太阳能电池单元上用热风或者加热灯等加热，进行焊接。
这里，因焊接时的热而膨胀的配线材料和该部分的太阳能电池单元由于随后的自然冷却而收缩。一方面，铜的线膨胀系数为约16.7×10-6/℃，而太阳能电池单元的硅基板的线膨胀系数为约2.33×10-6/℃。从而，焊接后配线材料的收缩比太阳能电池单元大，该收缩量的差异导致在太阳能电池单元上施加了作用力。
另一方面，由于配线材料如前述在线轴卷绕的关系，引出的配线材料带有卷曲惯性，并可能有蛇行的情况。这在弯曲的配线材料的情况虽然都一样，但是在产生卷曲惯性或蛇行的非直线状的情况下，产生对太阳能电池单元的规定位置的焊接及集电极的错位，由于外观不良或照射面积的降低，可能引起特性降低，因此，以前对切断的配线材料用规定负荷拉伸，矫正成直线状。
配线材料焊接到太阳能电池单元后，上述收缩量的差异导致作用力施加到太阳能电池单元，而太阳能电池单元的表面侧的配线材料/太阳能电池单元间和背面侧的配线材料/太阳能电池单元间作用的力在相互抵消的方向作用。但是，两者不会完全相同，结果，成为导致在太阳能电池单元产生翘曲的原因。
但是，传统的单晶体、多晶体型的太阳能电池单元是300μm～350μm左右厚度的尺寸，因此即使配线材料的收缩导致作用力的施加，太阳能电池模块产生图5所示翘曲的情况也少。另外，该图中，1表示太阳能电池单元，2表示配线材料。
但是，为了降低材料成本，太阳能电池单元中一般采用的晶片的尺寸厚度达到了极薄的150μm～200μm左右，因此，配线材料2的收缩作用时，太阳能电池模块产生如图6显著翘曲的问题。
例如，约125mm的正方形、厚度尺寸约200μm的晶片组成的太阳能电池单元的场合(太阳能电池单元最好是125mm的正方形以上的大小)中，由从图6的水平线L到太阳能电池单元1的最大距离D定义的翘曲量达3mm。若产生这样的翘曲，则制造工序中操作效率恶化并产生裂缝或裂纹等的损伤，因此制造成品率降低。
为了消除该情况，上述文献1中，采用线膨胀系数接近太阳能电池单元的线膨胀系数的钛等作为配线材料，但是这样的金属比铜昂贵很多，电阻值也比铜高，因此必须与其他物质组合，而且，有材料成本高的问题。
发明内容
本发明为解决传统的技术课题而提出，提供不增加成本，可降低太阳能电池单元和配线材料的线膨胀系数的差异导致的太阳能电池单元的翘曲并有效防止损伤的太阳能电池模块及其制造方法。
发明人为了降低太阳能电池单元的厚度尺寸减少时变得显著的翘曲进行了各种各样的研究，结果发现，如图7所示，减少矫正配线材料的非直线性时的负荷可有效降低附有配线材料的太阳能电池单元的翘曲。另外，进一步的研究结果表明，如图4所示，施加负荷导致在配线材料的母材产生塑性变形(＝伸展量/初始长＝伸展率)，该塑性变形量与太阳能电池单元的翘曲相关。
这里，图9表示太阳能电池单元的翘曲和成品率的关系，图10表示配线材料的伸展率＝塑性变形(＝伸展量/初始长)和太阳能电池单元的翘曲的关系。另外，图4、图7、图9、图10中，配线材料由宽2mm、厚150μm的铜组成，太阳能电池单元是125mm的正方形。
如图9，太阳能电池单元的翘曲若超过2mm则成品率显著降低。从而，为了提供成品率，太阳能电池单元的翘曲量必须降低到2mm以下。按照图7可明白，150μm厚度的太阳能电池单元的翘曲成为2mm时的配线材料施加的负荷是3.8kgf，按照图4可明白，此时的配线材料的塑性变形(伸展率)是0.5％。即，为了将150μm的厚度的太阳能电池单元的翘曲抑制在2mm以下，配线材料的塑性变形必须在0.5％以下。
同样，在170μm厚度的太阳能电池单元的场合，必须令配线材料的负荷在4.2kgf以下，即，塑性变形在1％以下，在200μm厚度的太阳能电池单元的场合，必须令配线材料的负荷在4.5kgf以下，即，塑性变形为2％。该情况如图10所示。
另外，预计通过降低太阳能电池单元的翘曲，可提高成品率及可靠性，因此，在200μm厚度的太阳能电池单元的场合令配线材料的塑性变形为0.4％以下，在170μm厚度的太阳能电池单元的场合令配线材料的塑性变形为0.2％以下，在150μm厚度的太阳能电池单元的场合令配线材料的塑性变形在0.1％以下，可降低翘曲量，可预计更佳的效果。
而且，结果发现，可将配线材料矫正成直线状的塑性变形(伸展率)最好在0％以上0.03％(图7)以下，对翘曲量的降低有效。但是，从生产性的观点看，为了将线轴上卷绕的配线材料矫正成直线状，塑性变形最好超过0.03％。
因而，第1方面的本发明的太阳能电池模块，具备多个太阳能电池单元，通过配线材料相互电气地连接相邻的太阳能电池单元而形成，其特征在于，配线材料在母材的延伸方向的塑性变形为2％以下。上述塑性变形大于0％，最好在1％以下，且最好在0.5％以下。
第2方面的本发明的太阳能电池模块，其特征在于，上述中太阳能电池单元由厚度200微米以下的晶片构成。上述晶片的厚度可在180微米以下，也可在150微米以下。
第3方面的本发明的太阳能电池模块，其特征在于，上述各发明中太阳能电池单元的表面侧连接的部分和背面侧连接的部分中，配线材料的母材的延伸方向的塑性变形不同。
第4方面的本发明的太阳能电池模块，其特征在于，上述各发明中配线材料的母材包含铜。
根据本发明，具备多个太阳能电池单元，通过配线材料相互电气地连接相邻的太阳能电池单元形成的太阳能电池模块中，配线材料在母材的延伸方向的塑性变形为2％以下，因此，与太阳能电池单元电气地连接后的配线材料的收缩量减少，可抑制太阳能电池单元和配线材料的线膨胀系数的差异导致的太阳能电池单元的翘曲。
从而，无须使用高价材料作为配线材料，可抑制在太阳能电池单元发生损伤，改善成品率。这在第2方面的本发明的太阳能电池单元由厚度200微米以下的晶片构成时，特别是第4方面的本发明的配线材料包含铜时极其有效。
另外，在太阳能电池单元的表面和背面分别连接配线材料，相互连接这些配线材料的方式的场合，第3方面的本发明的太阳能电池单元的表面侧连接的部分和背面侧连接的部分中，配线材料的母材的延伸方向的塑性变形不同，收缩大的面的配线材料采用延伸方向的塑性变形小的材料，从而可进一步抑制太阳能电池单元的翘曲。
第5方面的本发明的制造方法，通过配线材料相互电气地连接多个太阳能电池单元的相邻的太阳能电池单元，其特征在于，在将配线材料与太阳能电池单元连接的工序前，具备矫正配线材料的直线性的工序，且在该矫正工序中，将该配线材料向延伸方向拉伸，使得配线材料的母材的延伸方向的塑性变形在2％以下的范围内。
根据本发明，通过配线材料相互电气地连接多个太阳能电池单元的相邻的太阳能电池单元，制造太阳能电池模块时，将配线材料与太阳能电池单元连接的工序前，具备矫正配线材料的直线性的工序，且，将该配线材料沿延伸方向拉伸使得该矫正工序中配线材料的母材的延伸方向的塑性变形为2％以下的范围，因此，可减小与太阳能电池单元电气连接后的配线材料的收缩量。
从而，可抑制太阳能电池单元和配线材料的线膨胀系数的差异导致的太阳能电池单元的翘曲，无须使用高价材料作为配线材料，可抑制太阳能电池单元发生的损伤，提高制造工序的操作效率并可改善成品率。
第6方面的本发明的制造方法，其特征在于，上述的矫正工序中，利用在位于配线材料的太阳能电池单元间的部分设置段差的工序，以段差为界线，分别向延伸方向拉伸，使母材的延伸方向的塑性变形变化。
本发明的矫正工序中，若利用在位于配线材料的太阳能电池单元间的部分设置段差的工序，以段差为界线，分别向延伸方向拉伸，使母材的延伸方向的塑性变形变化，则通过减小收缩大的面配置的配线材料的延伸方向的塑性变形，可进一步抑制太阳能电池单元的翘曲。
图1是应用本发明的太阳能电池模块的串的侧面图(实施例1)。
图2是本发明中的配线材料的矫正方法的说明图。
图3是应用本发明的其他实施例的太阳能电池模块的串的侧面图(实施例3)。
图4是构成配线材料的铜箔的延伸方向的负荷(拉伸负荷)对应的的伸展率的示意图。
图5是采用厚度尺寸大的太阳能电池单元的传统的串的侧面图。
图6是采用厚度尺寸薄的太阳能电池单元的传统的串的侧面图。
图7是配线材料的延伸方向的负荷(拉伸负荷)对应的太阳能电池单元的平均翘曲量的示意图。
图8是以配线材料的段差为界限形成不同延伸方向的塑性变形的方法的说明图。
图9是太阳能电池单元的翘曲和成品率的关系的示意图。
图10是配线材料的伸展率(＝塑性变形)和太阳能电池单元的翘曲的关系的示意图。
具体实施例方式
以下，根据图面详述本发明的实施例。
(实施例1)图1是本发明一实施例的太阳能电池的串3的侧面图。另外，以下说明的实施例中，除了单晶硅或多晶硅等的晶体外，还可使用采用非晶硅的非晶体或者以单晶体为基板并在其两面形成硅的非结晶层的单晶·非晶混合型等的晶片的太阳能电池单元1等，但是制造太阳能电池单元1本身的技术是以往公知的技术，因此省略详细的说明。
实施例的太阳能电池单元1形成约125mm的正方形，其厚度为极薄的150μm～200μm。另外，其两面并行设置2个集电极(宽约2mm)，集电极的两侧延长设置多个分支电极(宽约50μm)。与这样的太阳能电池单元1的集电极对应，焊接称为引板导线的配线材料2。
该场合，配线材料2由宽约1.5mm～2mm带导电性的铜箔(母材)等构成，其表面覆盖焊锡。在规定的传送带上配置的多个太阳能电池单元1...中，设置从相邻的太阳能电池单元1、1的一个太阳能电池单元1的表面(正极侧)穿越到另一个太阳能电池单元1的背面(负极侧)的配线材料2，从上方用热风或者加热灯加热到+200℃～+350℃，下面用电炉保温，使配线材料2表面的焊锡熔融(焊锡的熔融温度约+220℃)并与各太阳能电池单元1、1电气地连接(连接工序)。通过对多个太阳能电池单元1...进行来构成串3。
这样构成的串3，例如由具有光透过性及耐候性的玻璃板或塑料板或者树脂膜等形成的未图示表面材料和由树脂膜、玻璃板或塑料板等形成的未图示背面材料间，用乙烯乙酸乙烯共聚物树脂(EVA)等的填充材密封(加热挤压)，制造太阳能电池模块。
这里，配线材料2呈图2所示在线轴4上卷绕的状态。虽然是从该线轴4引出规定量切断后使用，但是引出切断的状态如图2所示，由于配线材料2带有卷曲惯性而弯曲。另外，由于宽1.5mm～2mm，也可能呈现蛇行形状。因而，在上述连接工序前，通过该图的中央部所示的治具6的开口部5，或者，采用罗拉去除该卷曲惯性及蛇行形状，达到规定以下的拉伸力后，矫正成直线状(图2)(矫正工序)。
该场合，在配线材料2的延伸方向几乎不施加负荷，因此配线材料2与从线轴4引出的状态(图2的右上的非直线状态)相比，塑性变形(＝伸展量/初始长＝伸展率)几乎不变，可用作太阳能电池单元的配线。从而，可显著抑制太阳能电池单元的翘曲。
如图7所示，太阳能电池单元的晶片的厚度尺寸即使是150μm左右，也可将翘曲降低到2mm以下，可显著改善随后的模块工序中的成品率和生产性。
从而，配线材料2无须使用钛等的高价材料，即使采用传统同样的配线材料，也可抑制太阳能电池单元1发生的损伤，提高制造工序中的操作效率并改善制造成品率。
(实施例2)另外，上述实施例中，说明在配线材料2的延伸方向几乎不施加负荷来矫正非直线性的情况，但是根据配线材料2的规格(厚和宽等)，也可能发生若在延伸方向不施加某程度的负荷就无法有效矫正的情况。
这样的情况下，与从前一样，在焊接前对配线材料2施加延伸方向的负荷来矫正非直线性，但是该场合，通过令配线材料2的塑性变形为2％以下，即使是200μm厚度的晶片的太阳能电池单元，也可将翘曲降低到2mm以下。而且，配线材料2的塑性变形若在1％以下，则即使180μm以下、例如170μm厚度尺寸的晶片的太阳能电池单元，也可将翘曲降低到2mm以下。而且，配线材料2的塑性变形若在0.5％以下，则即使150μm以下、例如150μm厚度的晶片的太阳能电池单元，也可将翘曲降低到2mm以下(图4、图7)。
(实施例3)接着，图3表示本发明的其他实施例。该场合，作为配线材料2，准备太阳能电池单元1的表面用的配线材料2A；背面用的配线材料2B。这些配线材料2A、2B也由前述同样的铜箔构成，由焊锡覆盖。配线材料2A和配线材料2B分别用前述同样的方法焊接到各太阳能电池单元1的表面和各太阳能电池单元1的背面。
这里，各配线材料2A、2B焊接时，如前述，从上方吹热风或者用加热灯照射，在传送带的下方配置电炉的场合，太阳能电池单元1的表面(顶面)由上方的热风或加热灯直接加热，而背面(底面)通过该太阳能电池单元1或配线材料2A传递来的热进行加热。另外，焊接后的温度降低的速度也是在表面侧急速，而背面侧温度降低迟缓。因此，太阳能电池单元1本身，具有表面侧的收缩量大于背面侧的倾向。
因而，采用在太阳能电池单元1的表面和背面预先焊接配线材料2A、2B来连接相邻的太阳能电池单元1、1的配线材料2A和2B的方式的场合，若令背面的配线材料2B的延伸方向的塑性变形比表面的配线材料2A的延伸方向的塑性变形大，则通过背面的配线材料2B的收缩可抑制太阳能电池单元1向图3的上方翘曲。
另外，相反地，太阳能电池单元1本身向图3的相反侧即下方翘曲的场合，若令表面配线材料2A的延伸方向的塑性变形大于背面的配线材料2B的延伸方向的塑性变形，则可通过表面的配线材料2A的收缩抑制太阳能电池单元1的翘曲量。
作为令上述各配线材料2A、2B的延伸方向的塑性变形不同的方法，例如，要令配线材料2B的延伸方向的塑性变形大于配线材料2A的场合，配线材料2A用如前述的非伸展矫正方式矫正成直线状，而配线材料2B用伸展矫正方式矫正成直线状。反之亦然。
该实施例中，分别准备配线材料2A和配线材料2B，但是也可以采用同一配线材料，部分地改变塑性变形。一般，在图5所示太阳能电池单元1和太阳能电池单元1的大致中央部的配线材料2中，虽然设置图8所示的段差，但是若执行该段差工序，则在段差工序后的前后段可容易地改变负荷。即，如图8所示，在段差部形成时从上下方向用治具7冲压配线材料2，因此，此时若在配线材料2的左右方向施加其他拉伸负荷(延伸方向的负荷)，即使是同一配线材料，也可以该段差为界线实现塑性变形不同的配线材料。
这样，太阳能电池单元1的表面的配线材料和背面的配线材料若采用具有不同的延伸方向的塑性变形的材料，则通过减小收缩大的一面的配线材料的延伸方向的塑性变形，可进一步抑制太阳能电池单元1的翘曲。
本发明中，预计通过改变配线材料的塑性变形，可抑制太阳能电池单元的翘曲。考虑到被赋予大塑性变形的配线材料，其柔软性受损，缓和由线膨胀系数的差异引起的翘曲的力也受损，但是通过令本发明的塑性变形在2％以下，可防止或抑制缓和翘曲的力受损的缺陷。
另外，实施例中，说明了采用线轴上卷绕的配线材料的情况，但是不限于此，本发明在将弯曲状态的配线材料矫正成直线状的情况也有效。另外，实施例中，采用表面覆盖焊锡的配线材料，但是本发明在太阳能电池单元涂敷粘接剂来连接配线材料的情况也有效。而且，实施例中，说明了在太阳能电池单元的两面设置2个集电极，并在其两侧延长设置多个分支电极的情况，但是不限于此，还可以设置多个集电极，甚至在背面设置平板状的集电极。
权利要求
1.一种太阳能电池模块，具备多个太阳能电池单元，通过配线材料相互电气地连接相邻的上述太阳能电池单元而形成，其中，上述配线材料在母材的延伸方向的塑性变形为2％以下。
2.权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，上述太阳能电池单元由厚度200微米以下的晶片构成。
3.权利要求1或权利要求2所述的太阳能电池模块，其特征在于，在与上述太阳能电池单元的表面侧连接的部分和与背面侧连接的部分中，上述配线材料的母材的延伸方向的塑性变形不同。
4.权利要求1至权利要求3的任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于，上述配线材料的母材包含铜。
5.一种太阳能电池模块制造方法，通过配线材料相互电气地连接多个太阳能电池单元与相邻的太阳能电池单元，其中，在将上述配线材料与上述太阳能电池单元连接的工序前，具备矫正上述配线材料的直线性的工序，且在该矫正工序中，将该配线材料向延伸方向拉伸，使得上述配线材料的母材的延伸方向的塑性变形在2％以下的范围内。
6.权利要求5的太阳能电池模块的制造方法，其特征在于，上述矫正工序中，利用在位于上述配线材料的上述太阳能电池单元间的部分设置段差的工序，以段差为界线，分别向延伸方向拉伸，使上述母材的延伸方向的塑性变形变化。
全文摘要
本发明提供不会提高成本，可降低太阳能电池单元和配线材料的线膨胀系数的差异导致的太阳能电池单元的翘曲，可有效防止损伤的太阳能电池模块。太阳能电池模块具备多个太阳能电池单元，通过配线材料相互电气地连接相邻的太阳能电池单元而形成，配线材料在母材的延伸方向的塑性变形为2％以下，太阳能电池单元由厚度200微米以下的晶片构成。
文档编号H01L31/18GK1855555SQ20061007335
公开日2006年11月1日 申请日期2006年3月31日 优先权日2005年3月31日
发明者冈本真吾, 中谷志穗美 申请人:三洋电机株式会社