説明

太陽電池用リード線

【課題】ボビンへの巻取りおよびボビンからの繰出し時における不均一な変形を抑制し得る太陽電池用リード線を提供すること。
【解決手段】銅線がはんだめっき層で被覆された太陽電池用リード線であって、銅線が、純銅または銅合金からなり、且つその長さ方向に対して垂直である横断面が、長辺と短辺とを有する略長方形であり、長さ方向に対して垂直である銅線の横断面において、結晶方位<100>±10°の占有率が、5面積%以上50面積%以下であり、結晶方位<111>±10°の占有率が、5面積%以上50面積%以下であり、結晶方位<101>±10°の占有率が、5面積%以上50面積%以下であり、結晶方位<100>±10°の占有率、結晶方位<111>±10°の占有率および結晶方位<101>±10°の占有率の合計が、100面積%以下であることを特徴とする太陽電池用リード線。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、太陽電池に用いられるリード線に関する。
【背景技術】
【0002】
太陽電池は、一般にシリコンセルおよびリード線(インターコネクタともいう)を有し、複数のシリコンセルがリード線を介して電気的に接続されている。このリード線としては、はんだめっき銅線が多用されている。
【0003】
近年、コストダウン等のために、太陽電池のシリコンセルの薄型化が進んでいる。薄型化されたシリコンセルでは、はんだ付けの際の加熱または太陽電池の使用時の温度上昇によってはんだめっき銅線が膨張し、この膨張で生じた負荷応力によってセルが変形または破損するという問題が生ずる。
【0004】
上記問題に対処するため、様々な技術が提案されている。例えば、特許文献1〜3では、セルの変形または破損を防止するため、銅線の特定の結晶方位の割合を向上させることによって、耐力を低下させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2008−168339号公報
【特許文献2】特開2009−016593号公報
【特許文献3】特開2010−073445号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、従来技術のように銅線の特定の結晶方位の割合を向上させた太陽電池用リード線では、太陽電池用リード線をボビンに巻き取る際、およびボビンに巻き取った太陽電池用リード線を繰り出す際に、太陽電池用リードに望ましくない不均一な変形(特定方位のみの変形)が生じ得る。
【0007】
本発明は上記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、ボビンへの巻取りおよびボビンからの繰出し時における不均一な変形を抑制し得る太陽電池用リード線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、銅線の横断面において特定の結晶方位の発達を抑制すること、言い換えると種々の結晶方位をランダムに存在させることによって、上記目的を達成し得ることを見出した。このような知見に基づく本発明は、以下の通りである。
【0009】
[1] 銅線がはんだめっき層で被覆された太陽電池用リード線であって、
銅線が、純銅または銅合金からなり、且つその長さ方向に対して垂直である横断面が、長辺と短辺とを有する略長方形であり、
長さ方向に対して垂直である銅線の横断面において、
結晶方位<100>±10°の占有率が、5面積%以上50面積%以下であり、
結晶方位<111>±10°の占有率が、5面積%以上50面積%以下であり、
結晶方位<101>±10°の占有率が、5面積%以上50面積%以下であり、
結晶方位<100>±10°の占有率、結晶方位<111>±10°の占有率および結晶方位<101>±10°の占有率の合計が、100面積%以下である
ことを特徴とする太陽電池用リード線。
[2] 0.2%耐力が、90MPa以下である上記[1]に記載の太陽電池用リード線。
[3] 胴体部の巻径が80〜120mmであり、鍔径が150〜200mmであり、鍔間の幅が80〜120mmであるボビンに巻き取られた上記[1]または[2]に記載の太陽電池用リード線。
【発明の効果】
【0010】
本発明の太陽電池用リード線では、ボビンへの巻取りおよびボビンからの繰出し時における不均一な変形が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】図1(a)〜図1(c)は、本発明の太陽電池用リード線の様々な横断面の形状を示す概略図である。
【図2】図2は、本発明の太陽電池用リード線を巻き取るためのボビンの形状を示す概略図である。
【図3】図3は、本発明の太陽電池用リード線の製造工程を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の太陽電池用リード線は、銅線がはんだめっき層で被覆されたものである。以下では、まず銅線を説明し、次いではんだめっき層を説明する。
【0013】
[銅線]
銅線は、純銅または銅合金からなる。低い0.2%耐力を得る点から、純銅が好ましい。ここで、純銅とは、銅および不可避不純物からなるものをいい、例えばタフピッチ銅、脱酸銅および無酸素銅が挙げられる。
【0014】
銅線の横断面の形状は、長辺と短辺とを有する略長方形である。即ち、銅線は、塑性加工(例えば、引抜き、伸線、圧延など)によって、その横断面の形状が略長方形に仕上げられた平角線である。図1に、銅線およびはんだめっき銅線の横断面の形状を例示する(図1中、10ははんだめっき銅線を示し、11は銅線を示し、12ははんだめっき層を示す)。略長方形としては、例えば、長方形(図1(a))、角が丸められた長方形(図1(b))、および二つの長辺が互いに平行な直線であり、その二つの短辺が外側に凸の曲線であるトラック形状(図1(c))などが挙げられる。
【0015】
銅線の厚さは、好ましくは0.1〜0.5mm、より好ましくは0.1〜0.3mmであり、銅線の幅は、好ましくは0.8〜5.0mm、より好ましくは1.0〜2.0mmである。ここで銅線の厚さとは、銅線断面における二つの長辺の間の距離をいい、銅線の幅とは、銅線断面における二つの短辺の間の距離をいう。なお、図1(c)に示すように短辺が曲線である場合、銅線の幅は、二つの短辺の間の最長距離をいう。
【0016】
本発明の太陽電池用リード線は、長さ方向に対して垂直である銅線の横断面において、結晶方位<100>±10°の占有率が、5面積%以上50面積%以下であり、結晶方位<111>±10°の占有率が、5面積%以上50面積%以下であり、結晶方位<101>±10°の占有率が、5面積%以上50面積%以下であり、結晶方位<100>±10°の占有率、結晶方位<111>±10°の占有率および結晶方位<101>±10°の占有率の合計が、100面積%以下であることを特徴とする。このような結晶方位の占有率を有することによって、ボビンへの巻取りおよびボビンからの繰出し時における太陽電池用リード線の不均一な変形が抑制される。結晶方位<100>±10°の占有率が、10面積%以上35面積%以下であり、結晶方位<111>±10°の占有率が、10面積%以上35面積%以下であり、結晶方位<101>±10°の占有率が、10面積%以上35面積%以下であることが好ましい。
【0017】
銅線の横断面における前記占有率は、後方弾性散乱電子線回折(Electron Back-scattering Diffraction、EBSD)法によって算出することができる。詳しくは、太陽電池用リード線を、その長さ方向に対して垂直な方向で切断し、露出した銅線の横断面を、エメリー紙で研磨後、アルミナでバフ研磨し、さらに電解研磨にて鏡面研磨仕上げし、この横断面をEBSD法により測定することによって、前記占有率を算出することができる。
【0018】
[はんだめっき層]
はんだめっき層は、鉛入りはんだおよび鉛フリーはんだのいずれでもよいが、環境問題の観点から、鉛フリーはんだがより好ましい。鉛フリーはんだとしては、例えば、Sn−3質量%Ag−0.5質量%Cuなどが挙げられる。
【0019】
はんだめっき層の厚さは、好ましくは5〜50μm、より好ましくは10〜40μmである。この厚さが薄すぎると、太陽電池用リード線をシリコンセル等に良好にはんだ付けすることができない。一方、この厚さが厚すぎると、太陽電池用リード線の耐力が増大する。なお、はんだめっき層の厚さは、はんだめっき線の軸線方向に垂直な横断面を研磨し、顕微鏡観察により測定することができる。
【0020】
[太陽電池用リード線]
本発明の太陽電池用リード線の0.2%耐力は、好ましくは90MPa以下、より好ましくは60MPa以下である。低耐力である太陽電池用リード線は、ボビンに巻き取りやすく、不均一な変形を抑制する本発明の効果がより一層向上する。なお、太陽電池用リード線の0.2%耐力は、JIS Z 2241に示されたオフセット法によって測定される。なお本発明において、0.2%耐力の算出に用いる断面積は、はんだを含まない銅線そのものの断面積である。
【0021】
本発明の太陽電池用リード線は、胴体部の直径(d)が80〜120mmであり、鍔径(D)が150〜200mmであり、鍔間の幅(W)が80〜120mmであるボビンに巻き取って保管されることが好ましい。なお、図2にボビンの概略図を示す。ボビンの胴体部(d)の巻径が80mmより小さいと、巻初めの太陽電池用リード線が変形しやすい傾向があり、一方、これが120mmを超えると、大型の巻取り装置が必要となる。また、ボビンの鍔径(D)が150mmより小さいと、太陽電池用リード線の巻取り時にボビンを頻繁に交換する必要があり、一方、これが200mmを超えると、大型の巻取り装置が必要となる。また、ボビンの鍔間(W)が80mmより小さいと、太陽電池用リード線の巻取り時にボビンを頻繁に交換する必要があり、一方、これが120mmを越えると、太陽電池用リード線が変形しやすくなる傾向がある。
【0022】
ボビンの胴体部の直径(d)は、好ましくは90〜110mmであり、ボビンの鍔径(D)は、好ましくは170〜190mmであり、ボビンの鍔間の幅(W)は、好ましくは90〜110mmである。
【0023】
[太陽電池用リード線の製造方法]
本発明の太陽電池用リード線を製造する方法について、まず銅線の製造方法を説明し、次いで得られた銅線へのはんだめっきの方法を説明する。なお、図3は、本発明の太陽電池用リード線の製造工程を示す概略図である。
【0024】
[銅線の製造方法]
純銅または銅合金からなる荒引線(例えば、φ8.0mm)を所定の線径(φ0.5mm〜φ2.5mm(加工度:90.2〜99.6%))にするため冷間伸線を行う(伸線加工工程1)。
【0025】
次に、所定の線径に冷間伸線して得た銅線を、不活性ガス雰囲気(CO、N、Ar)中200℃〜300℃で1〜6時間、熱処理する(熱処理工程)。
【0026】
熱処理工程後に、さらに冷間伸線を行い、所定の線径(例えばφ0.3mm〜φ0.8mm、好ましくはφ0.4mm〜φ0.7mm)にする(伸線加工工程2)。
【0027】
伸線加工工程2後に冷間圧延を行って、所定の横断面の形状(例えば、厚さ0.2mm×幅1.0mm、厚さ0.2mm×幅2.0mm、厚さ0.2mm×幅1.5mm、厚さ0.15×幅2.0mmなど)を有する平角状の銅線を製造する(圧延工程)。
【0028】
[はんだめっきの方法]
所定の横断面の形状を有する平角状の銅線を洗浄し、銅線表面に付着している加工油(油脂類)や異物を除去する(洗浄工程)。
【0029】
また、前記洗浄工程で除去しきれなかった油脂類がある場合は、前記洗浄工程の後で、大気雰囲気下の加熱炉中で銅線を加熱して、油脂類を燃焼させて除去する工程を設けてもよい(加熱工程)。
この加熱温度は、例えば400〜800℃、好ましくは500〜700℃である。この温度は、後述の焼鈍工程において銅線を焼鈍して軟化させる温度よりも低くすることがより好ましい。加熱時間は、例えば0.01〜30分、好ましくは0.01〜5.0分である。
【0030】
次に、還元ガス雰囲気下の焼鈍炉中で銅線を焼鈍して、軟化させる(焼鈍工程)。
この焼鈍温度(焼鈍炉内温度)は、例えば300〜900℃である。有効に銅線を極軟化させるため、および銅線の結晶方位を制御するために、焼鈍温度を500〜800℃とすることが好ましい。焼鈍時間は、例えば0.01〜30分、好ましくは0.01〜5.0分である。
【0031】
銅線の焼鈍は、還元ガス雰囲気下で行うことが好ましい。還元ガスとしては、例えば、水素ガス、一酸化炭素ガス等が挙げられる。これらのうち作業環境性の観点から、水素ガスが好ましい。また、還元ガス雰囲気を形成する際には、還元ガスを不活性ガスで希釈してもよい。かかる不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等が挙げられる。これらのうち汎用性の観点から、窒素ガスが好ましい。還元ガスを不活性ガスで希釈する場合、還元ガスの濃度は10〜80体積%とすることが好ましく、経済的観点からは20〜50体積%とすることがより好ましい。
【0032】
また、焼鈍炉の一端(銅線の出口側)は、溶融はんだに浸漬しており、焼鈍後の銅線が大気と触れない構造とすることで、銅線の表面状態を安定した状態に保つことができる。
【0033】
焼鈍工程の後に銅線を、溶融はんだ中に浸漬させて、引き上げることにより、はんだめっき層を形成して、はんだめっき銅線(即ち、本発明の太陽電池用リード線)を製造する(はんだめっき工程)。
【0034】
はんだめっき工程では、はんだ浴から銅線を、ターンロールを介して略垂直に引き上げることが好ましい。
【0035】
溶融はんだの温度は、例えば230〜300℃、好ましくは250〜300℃である。溶融はんだに浸漬するときの銅線の温度は、例えば100〜500℃であり、はんだめっき層の厚さおよび銅線の結晶方位を抑制する観点から、好ましくは150〜450℃である。銅線のはんだへの浸漬時間は、例えば0.005〜5.0秒、好ましくは0.01〜2.0秒である。
【0036】
本発明の太陽電池用リード線の製造方法では、焼鈍工程とはんだめっき工程とを連続して行うことが必要である。焼鈍工程およびはんだめっき工程以外の工程(以下「その他の工程」という)は、連続して行わなくてもよい。例えば、その他の工程では、銅線をボビンに巻き取ってから、次の工程を行ってもよい。
【実施例】
【0037】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、上記・下記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【0038】
(実施例1)
線径が8.0mmである荒引線の冷間伸線を行って、その線径1.5mmとした後、窒素雰囲気中で250℃および10時間の熱処理を行った。次に、線径1.5mmから線径0.4mmに冷間伸線して、横断面の厚さが0.2mmであり、幅が1.0mmである平角状の銅線を作製した。該平角状の銅線を洗浄し、引続き還元雰囲気(水素ガス:30体積%およびアルゴンガス:70体積%)下の焼鈍炉(温度:550℃)に通過させた(保持時間:0.2分間)直後に、溶融はんだ槽(溶融はんだの温度:250℃)に銅線(温度:400℃)を突入させ、はんだ槽中のターンロールを介して、はんだ槽から略垂直に銅線を引上げて、はんだめっき層を形成させ、はんだめっき層が凝固した段階で、ボビン(胴体部の巻径(d):95mm、鍔径(D):180mm、鍔間の幅(W):95mm)に巻回して、本発明の太陽電池用リード線を製造した。
【0039】
(実施例2)
線径が8.0mmである荒引線の冷間伸線を行って、その線径を1.5mmとした後、窒素雰囲気中で300℃および6時間の熱処理を行った。次に、線径1.5mmから線径0.6mmに冷間伸線して、横断面の厚さが0.15mmであり、幅が2.0mmである平角状の銅線を作製した。該平角状の銅線を洗浄し、引続き還元雰囲気(水素ガス:30体積%およびアルゴンガス:70体積%)下の焼鈍炉(温度:600℃)に通過させた(保持時間:0.2分間)直後に、溶融はんだ槽(溶融はんだの温度:250℃)に銅線(温度:410℃)を突入させ、はんだ槽中のターンロールを介して、はんだ槽から略垂直に銅線を引上げて、はんだめっき層を形成させ、はんだめっき層が凝固した段階で、ボビン(胴体部の巻径(d):90mm、鍔径(D):180mm、鍔間の幅(W):110mm)に巻回して、本発明の太陽電池用リード線を製造した。
【0040】
実施例1および2で製造したボビンに巻回した太陽電池用リード線は、該ボビンから巻きだしても特定の方向に変形していないことを、目視にて確認した。
【0041】
実施例1よび2で製造した太陽電池用リード線の結晶方位の占有率を、EBSD法にて測定した。結果を以下に示す。
(EBSD法のサンプル作りの手順)
リード線の横断面をエメリー紙にて研磨後、アルミナでバフ研磨し、さらに電解研磨にて鏡面仕上げた。
(EBSD法の測定方法(測定条件))
装置名:Oxford instruments社製のSEM−EBSD
各方位に対して±10度に含まれる結晶をカウントする。
カウントはEBSD付属のデータ解析ソフトウェア(INCA Crystal)にて行った。
また、走査型電子顕微鏡を用いて、試料表面の測定範囲内の個々の測定点(ピクセル)に電子線を照射し、後方散乱電子線回折による方位解析により、隣接する測定点間の方位差が15°以上となる測定点間を結晶粒界とした。
【0042】
(実施例1)
結晶方位<100>±10°の占有率:37面積%
結晶方位<111>±10°の占有率:41面積%
結晶方位<101>±10°の占有率:20面積%
【0043】
(実施例2)
結晶方位<100>±10°の占有率:35面積%
結晶方位<111>±10°の占有率:38面積%
結晶方位<101>±10°の占有率:25面積%
【符号の説明】
【0044】
10 はんだめっき銅線
11 平角銅線
12 はんだめっき層
d 胴体部の巻径
D 鍔径
W 鍔間の幅

【特許請求の範囲】
【請求項1】
銅線がはんだめっき層で被覆された太陽電池用リード線であって、
銅線が、純銅または銅合金からなり、且つその長さ方向に対して垂直である横断面が、長辺と短辺とを有する略長方形であり、
長さ方向に対して垂直である銅線の横断面において、
結晶方位<100>±10°の占有率が、5面積%以上50面積%以下であり、
結晶方位<111>±10°の占有率が、5面積%以上50面積%以下であり、
結晶方位<101>±10°の占有率が、5面積%以上50面積%以下であり、
結晶方位<100>±10°の占有率、結晶方位<111>±10°の占有率および結晶方位<101>±10°の占有率の合計が、100面積%以下である
ことを特徴とする太陽電池用リード線。
【請求項2】
0.2%耐力が、90MPa以下である請求項1に記載の太陽電池用リード線。
【請求項3】
胴体部の巻径が80〜120mmであり、鍔径が150〜200mmであり、鍔間の幅が80〜120mmであるボビンに巻き取られた請求項1または2に記載の太陽電池用リード線。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2013−102054(P2013−102054A)
【公開日】平成25年5月23日(2013.5.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−244871(P2011−244871)
【出願日】平成23年11月8日(2011.11.8)
【出願人】(000003263)三菱電線工業株式会社 (734)
【Fターム(参考)】