JP5544718B2 - INTERCONNECTOR MATERIAL FOR SOLAR CELL, ITS MANUFACTURING METHOD, AND INTERCONNECTOR FOR SOLAR CELL - Google Patents
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Description
本発明は、複数のセルからなる太陽電池モジュールにおいて、セル間を接続する太陽電池用インターコネクタに適した太陽電池用インターコネクタ材及びその製造方法、並びに、この太陽電池用インターコネクタ材からなる太陽電池用インターコネクタに関するものである。 The present invention relates to a solar cell interconnector material suitable for a solar cell interconnector for connecting cells in a solar cell module including a plurality of cells, a manufacturing method thereof, and a solar cell comprising the solar cell interconnector material. The present invention relates to a battery interconnector.
近年、環境負荷の少ない発電方式として太陽電池モジュールを利用したものが注目され、様々な分野で広く使用されている。太陽電池モジュールは、例えば特許文献1に記載されているように、pn接合されたシリコン等の半導体の板材からなるセルを複数備え、これらのセルが太陽電池用インターコネクタおよびバスバーによって電気的に接続された構成とされている。
In recent years, as a power generation method with a small environmental load, a solar cell module is attracting attention and is widely used in various fields. As described in
ここで、セル間を電気的に接続するインターコネクタとしては、例えば特許文献2に示すように、無酸素銅やタフピッチ銅からなる銅平角線に半田メッキ層が形成されたものが広く使用されており、この半田メッキ層を介してセルに接続されている。また、非特許文献1に示すように、インターコネクタとして6N(純度99.9999%)の高純度銅からなるものが提案されている。
Here, as an interconnector for electrically connecting cells, for example, as shown in Patent Document 2, a copper rectangular wire made of oxygen-free copper or tough pitch copper is widely used. And connected to the cell via the solder plating layer. Further, as shown in
ところで、太陽電池用インターコネクタとセルとの半田付け工程においては、太陽電池用インターコネクタとセルは、半田の液相線温度以上にまで昇温された後、常温にまで冷却される。ここで、シリコン等で構成されたセルの熱膨張係数と銅平角線である太陽電池用インターコネクタの熱膨張係数が異なるため、昇温された際に太陽電池用インターコネクタが延びた状態でセルと接合され、冷却時に太陽電池用インターコネクタが収縮することにより、セルに反りが発生するという問題があった。セルに反りが発生した場合、太陽電池モジュールを構成することができなくなったり、枠体への取付ができなくなるといった不都合が生じることになる。また、この反りによってセルが破損してしまうおそれもある。 By the way, in the soldering process between the solar cell interconnector and the cell, the solar cell interconnector and the cell are heated to a temperature higher than the liquidus temperature of the solder and then cooled to room temperature. Here, since the thermal expansion coefficient of the cell composed of silicon or the like is different from the thermal expansion coefficient of the solar cell interconnector that is a copper rectangular wire, the cell with the solar cell interconnector extending when the temperature is raised And the solar cell interconnector contracts during cooling, causing a problem that the cell warps. When the cell is warped, there is a problem that the solar cell module cannot be configured or cannot be attached to the frame. Further, the cell may be damaged by this warpage.
ここで、非特許文献1においては、6N(純度99.9999%)の高純度銅からなる太陽電池用インターコネクタが提案されており、6Nの高純度銅の結晶粒径を粗大化させて軟質化させることにより、半田接合時の反りの低減を図っている。
しかしながら、最近では、太陽電池モジュールを低コストで生産するために、セルの薄型化が進んでおり、半田付け工程において発生する熱応力を従来よりも精度良く制御する必要がある。ここで、6Nの高純度銅は、精錬処理工程が必要となり、生産コストが高くなってしまう。また、通常の無酸素銅の場合には、結晶粒の粗大化にばらつきが生じてしまい、半田接合時の熱応力を均一に吸収することができない。
Here, in
However, recently, in order to produce a solar cell module at a low cost, the thickness of the cell has been reduced, and it is necessary to control the thermal stress generated in the soldering process with higher accuracy than before. Here, the 6N high-purity copper requires a refining treatment step, resulting in high production costs. Further, in the case of ordinary oxygen-free copper, variation in crystal grain coarseness occurs, and the thermal stress at the time of soldering cannot be absorbed uniformly.
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、半田接合時に生じる熱応力を均一に吸収し、セルの反りの発生を防止することが可能な太陽電池用インターコネクタ材及び太陽電池用インターコネクタ材の製造方法、並びに、この太陽電池用インターコネクタ材によって構成された太陽電池用インターコネクタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is a solar cell interconnector material and a solar cell that can uniformly absorb thermal stress generated during solder bonding and can prevent cell warpage. An object of the present invention is to provide a method for producing an interconnector material for a solar cell and an interconnector for a solar cell constituted by the interconnector material for a solar cell.
前記の課題を解決するために、本発明に係る太陽電池用インターコネクタ材は、太陽電池モジュールにおいてセル間同士を接続する太陽電池用インターコネクタとして使用される太陽電池用インターコネクタ材であって、質量百万分率で、Zr及びMgのうち少なくとも1種を3〜20ppm、Oを5ppm以下、を含み、残部がCu及び不可避不純物からなり、平均結晶粒径が300μm以上とされていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the solar cell interconnector material according to the present invention is a solar cell interconnector material used as a solar cell interconnector for connecting cells to each other in a solar cell module, In mass parts per million, at least one of Zr and Mg is 3 to 20 ppm, O is 5 ppm or less, the remainder is made of Cu and inevitable impurities, and the average crystal grain size is 300 μm or more. It is a feature.
また、本発明に係る太陽電池用インターコネクタは、太陽電池モジュールにおいてセル間同士を接続する太陽電池用インターコネクタであって、前述の太陽電池用インターコネクタ材からなり、断面が矩形状をなす平角線とされ、該平角線の延在方向に延びる主面の少なくとも一面に、鉛フリー半田メッキ層が形成されていることを特徴としている。 Moreover, the solar cell interconnector according to the present invention is a solar cell interconnector for connecting cells in a solar cell module, and is made of the aforementioned solar cell interconnector material, and has a rectangular cross section. A lead-free solder plating layer is formed on at least one of the principal surfaces extending in the extending direction of the rectangular wire.
この構成の太陽電池用インターコネクタ材および太陽電池用インターコネクタによれば、質量百万分率で、Zr及びMgのうち少なくとも1種を3〜20ppm、Oを5ppm以下、を含み、残部がCu及び不可避不純物からなる銅材料で構成されているので、Zr及びMgが、不可避不純物のひとつとして銅中に存在して結晶粒の粗大を阻害する元素であるS(硫黄)を固着することにより、結晶粒径の粗大化を図ることが可能となる。このように結晶粒径を粗大化させることで太陽電池用インターコネクタの変形抵抗が小さくなり、半田接合時におけるセルの反りの発生を抑制することができる。また、Zr及びMgによって結晶粒径のばらつきを抑えることが可能となり、半田接合時の熱応力を均一に吸収することができる。 According to the interconnector material for solar cells and the interconnector for solar cells having this configuration, at least one kind of Zr and Mg is contained in 3 parts by mass, 3 to 20 ppm, O is 5 ppm or less, and the balance is Cu. And Zr and Mg are present in copper as one of the unavoidable impurities, and by fixing S (sulfur), which is an element that hinders the coarseness of crystal grains, It becomes possible to increase the crystal grain size. By increasing the crystal grain size in this way, the deformation resistance of the solar cell interconnector is reduced, and the occurrence of cell warpage during solder bonding can be suppressed. Moreover, it is possible to suppress variation in crystal grain size due to Zr and Mg, and it is possible to uniformly absorb thermal stress during solder bonding.
また、Zr及びMgが3ppm未満では、前述の効果を得ることができず、20ppmを超えると太陽電池用インターコネクタの導電率が低下するため、Zr及びMgの含有量を3〜20ppmとした。より望ましくは、Zr及びMgの含有量は10〜15ppmが良い。
また、O(酸素)が5ppm以下とされているので、易酸化元素であるZr及びMgの酸化によるロスを防止することができる。また、一般的な無酸素銅にZr及びMgを添加することによって、低コストで本発明の太陽電池用インターコネクタ材を生産することができる。
In addition, when Zr and Mg are less than 3 ppm, the above-described effects cannot be obtained. When the content exceeds 20 ppm, the electrical conductivity of the solar cell interconnector decreases, so the content of Zr and Mg is set to 3 to 20 ppm. More desirably, the content of Zr and Mg is 10 to 15 ppm.
Further, since O (oxygen) is set to 5 ppm or less, loss due to oxidation of easily oxidizable elements Zr and Mg can be prevented. Moreover, the interconnector material for solar cells of this invention can be produced at low cost by adding Zr and Mg to general oxygen-free copper.
本発明に係る太陽電池用インターコネクタ材の製造方法は、太陽電池モジュールにおいてセル間同士を接続する太陽電池用インターコネクタに用いられる太陽電池用インターコネクタ材の製造方法であって、銅原料を溶解して銅溶湯を得る溶解工程と、前記銅溶湯の酸素含有量を5ppm以下とする脱酸工程と、脱酸処理された前記銅溶湯にZr及びMgのうち少なくとも1種を添加して、Zr及びMgのうち少なくとも1種の含有量を質量百万分率で3〜20ppmとするZr及びMg添加工程と、Zr及びMgのうち少なくとも1種が添加された前記銅溶湯から鋳塊を得る鋳造工程と、前記鋳塊を加工して銅線を得る加工工程と、前記銅線に対して700〜800℃×1〜10minの熱処理を行い、平均結晶粒径を300μm以上とする熱処理工程と、を備えていることを特徴としている。 The method for producing a solar cell interconnector according to the present invention is a method for producing a solar cell interconnector used in a solar cell interconnector for connecting cells in a solar cell module, wherein a copper raw material is dissolved. And at least one of Zr and Mg is added to the copper melt that has been subjected to a deoxidation treatment, a deoxidation process in which the oxygen content of the copper melt is 5 ppm or less, Casting to obtain an ingot from the Zr and Mg addition step in which the content of at least one of Mg and Mg is 3 to 20 ppm by mass parts, and the molten copper to which at least one of Zr and Mg is added A process, a processing step of processing the ingot to obtain a copper wire, and a heat treatment of 700 to 800 ° C. for 1 to 10 minutes with respect to the copper wire, and an average crystal grain size of 300 μm or more. And a heat treatment step.
この構成の太陽電池用インターコネクタ材の製造方法によれば、溶解工程で得られた銅溶湯の酸素含有量を5ppm以下とする脱酸工程の後に、Zr及びMgの少なくとも1種を添加するZr及びMg添加工程を有しているので、易酸化元素であるZr及びMgを歩留まり良く添加することができ、Zr及びMgの含有量を質量百万分率で3〜20ppmに精度良く調整することができる。また、700〜800℃×1〜10minの熱処理を行う熱処理工程を備えているので、この熱処理工程においてS等に阻害されることなく結晶粒径を十分に粗大化させることができる。 According to the solar cell interconnector manufacturing method of this configuration, after the deoxidation step in which the oxygen content of the molten copper obtained in the melting step is 5 ppm or less, Zr in which at least one of Zr and Mg is added And Mg addition step, Zr and Mg, which are easily oxidizable elements, can be added with a good yield, and the content of Zr and Mg can be accurately adjusted to 3 to 20 ppm in mass parts per million. Can do. In addition, since a heat treatment step of performing heat treatment at 700 to 800 ° C. for 1 to 10 minutes is provided, the crystal grain size can be sufficiently coarsened without being inhibited by S or the like in this heat treatment step.
ここで、前記鋳造工程を、鋳塊を連続的に製出する連続鋳造工程とし、前記加工工程を、前記鋳塊を連続的に圧延する連続圧延工程とすることが好ましい。
この場合、鋳塊を連続的に製出し、この鋳塊を連続的に圧延することで、荒引銅線を製出することが可能となり、太陽電池用インターコネクタを低コストで製造することができる。
Here, it is preferable that the casting process is a continuous casting process for continuously producing an ingot, and the processing process is a continuous rolling process for continuously rolling the ingot.
In this case, by continuously producing the ingot and continuously rolling the ingot, it is possible to produce a rough drawn copper wire, and to produce a solar cell interconnector at a low cost. it can.
本発明によれば、半田接合時に生じる熱応力を均一に吸収し、セルの反りの発生を防止することが可能な太陽電池用インターコネクタ材及び太陽電池用インターコネクタ材の製造方法、並びに、この太陽電池用インターコネクタ材によって構成された太陽電池用インターコネクタを提供することができる。 According to the present invention, a thermal battery interconnector material and a solar battery interconnector manufacturing method capable of uniformly absorbing thermal stress generated during solder joining and preventing cell warpage, and this A solar cell interconnector configured by the solar cell interconnector material can be provided.
以下に、本発明の実施形態に係る太陽電池用インターコネクタについて添付した図面を参照して説明する。
図1、図2に、本実施形態である太陽電池用インターコネクタ32を用いた太陽電池モジュール30を示す。図3、図4に、太陽電池モジュール30を構成する太陽電池セル31を示す。
図1、図2に示す太陽電池モジュール30は、複数の太陽電池セル31と、これらの太陽電池セル31を電気的に直列に接続する太陽電池用インターコネクタ32と、太陽電池用インターコネクタ32が接続されるバスバー35、36と、を備えている。
Below, the interconnector for solar cells which concerns on embodiment of this invention is demonstrated with reference to attached drawing.
The
The
太陽電池セル31は、例えばpn接合されたシリコンからなり、図3及び図4に示すように、概略正方形平板状をなし、本実施形態では、一辺が130mm、厚さが0.18mmのものを使用した。
The
この太陽電池セル31の表面に、本実施形態である太陽電池用インターコネクタ32が配設されている。
太陽電池用インターコネクタ32は、断面が矩形状をなす銅平角線であって、本実施形態では、幅Wが2mm、厚さtが0.2mmとされている。この太陽電池用インターコネクタ32においては、、図4に示すように、銅平角線の延在方向に延びる2つの主面の少なくとも一面に、鉛フリー半田メッキ層33が形成されており、この鉛フリー半田メッキ層33を介して太陽電池セル31に接合されている。
そして、この太陽電池用インターコネクタ32は、質量百万分率で、Zr及びMgのうち少なくとも1種を3〜20ppm、O;5ppm以下を含み、残部がCu及び不可避不純物からなる太陽電池用インターコネクタ材で構成されている。
The
The
The
図1及び図2に示すように、太陽電池用インターコネクタ32は、太陽電池セル31の表面及び裏面に接合され、隣接する太陽電池セル31同士を電気的に接続している。そして、太陽電池用インターコネクタ32が正極のバスバー35及び負極のバスバー36にそれぞれ接続されるように構成されており、これら太陽電池用インターコネクタ32およびバスバー35、36によって太陽電池モジュール30に備えられたすべての太陽電池セル31が直列に接続されることになる。
As shown in FIG.1 and FIG.2, the
次に、本実施形態である太陽電池用インターコネクタ材の原料となる荒引銅線23の製造装置について図5を参照して説明する。
この荒引銅線23の製造装置1は、溶解炉Aと、保持炉Bと、鋳造樋Cと、ベルト・ホイール式連続鋳造機Dと、連続圧延装置Eと、コイラーFとを有している。
Next, the manufacturing apparatus of the rough drawn
The roughing copper
溶解炉Aとして、本実施形態では、円筒形の炉本体を有するシャフト炉を用いている。炉本体の下部には円周方向に複数のバーナ(図示略)が上下方向に多段状に配備されている。そして、炉本体の上部から原料である電気銅が装入され、前記バーナの燃焼によって溶解され、銅溶湯が連続的につくられる。 In this embodiment, a shaft furnace having a cylindrical furnace body is used as the melting furnace A. A plurality of burners (not shown) are arranged in a multistage shape in the vertical direction at the lower part of the furnace body. And the electrolytic copper which is a raw material is inserted from the upper part of a furnace main body, is melt | dissolved by the combustion of the said burner, and a copper molten metal is made continuously.
保持炉Bは、溶解炉Aでつくられた銅溶湯を、所定の温度で保持したままで一旦貯留し、一定量の銅溶湯を鋳造樋Cに送るためのものである。 The holding furnace B is for temporarily storing the molten copper produced in the melting furnace A while holding it at a predetermined temperature, and sending a certain amount of the molten copper to the casting iron C.
鋳造樋Cは、保持炉Bから送られた銅溶湯を、ベルト・ホイール式連続鋳造機Dの上方に配置されたタンディシュ11まで移送するものである。この鋳造樋Cは、例えばAr 等の不活性ガス又は還元性ガスでシールされている。なお、この鋳造樋Cには、不活性ガスによって銅溶湯を攪拌する攪拌手段(図示なし)が設けられている。
The cast iron C is for transferring the molten copper sent from the holding furnace B to the
タンディシュ11の銅溶湯の流れ方向終端側には、注湯ノズル12が配置されており、この注湯ノズル12を介してタンディシュ11内の銅溶湯がベルト・ホイール式連続鋳造機Dへと供給される。
ベルト・ホイール式連続鋳造機Dは、外周面に溝が形成された鋳造輪13と、この鋳造輪13の外周面の一部に接触するように周回移動される無端ベルト14とを有しており、前記溝と無端ベルト14との間に形成された空間に、注湯ノズル12を介して供給された銅溶湯を注入して冷却し、棒状鋳塊21を連続的に鋳造するものである。
A pouring
The belt-wheel type continuous casting machine D includes a
そして、このベルト・ホイール式連続鋳造機Dは、連続圧延装置Eに連結されている。この連続圧延装置Eは、ベルト・ホイール式連続鋳造機Dから製出された棒状鋳塊21を連続的に圧延して、所定の外径の荒引銅線23を製出するものである。連続圧延装置Eから製出された荒引銅線23は、洗浄冷却装置15および探傷器16を介してコイラーに巻き取られる。
The belt-wheel type continuous casting machine D is connected to a continuous rolling device E. The continuous rolling device E continuously rolls the bar-shaped
洗浄冷却装置15は、連続圧延装置Eから製出された荒引銅線23をアルコール等の洗浄剤で表面を洗浄するとともに冷却するものである。
また、探傷器16は、洗浄冷却装置15から送られた荒引銅線23の傷を探知するものである。
The cleaning /
The
このような構成とされた荒引銅線23の製造装置を用いた本実施形態である太陽電池用インターコネクタ材の製造方法について、図4及び図5を参照して説明する。
まず、溶解炉Aに、4N(純度99.99%)の電気銅を投入して溶解し、銅溶湯を得る(溶解工程S1)。この溶解工程S1では、シャフト炉の複数のバーナの空燃比を調整して溶解炉Aの内部を還元雰囲気とすることにより、銅溶湯の酸素含有量を20ppm以下とする。
The manufacturing method of the interconnector material for solar cells which is this embodiment using the manufacturing apparatus of the rough drawn
First, 4N (purity 99.99%) electrolytic copper is charged into the melting furnace A and melted to obtain a molten copper (melting step S1). In this melting step S1, the oxygen content of the molten copper is set to 20 ppm or less by adjusting the air-fuel ratio of the plurality of burners of the shaft furnace to make the inside of the melting furnace A a reducing atmosphere.
溶解炉Aによって得られた銅溶湯は、保持炉B及び鋳造樋Cを介してタンディシュまで移送される。
ここで、不活性ガス又は還元性ガスでシールされた鋳造樋Cを通過する銅溶湯は、前述の攪拌手段によって攪拌されることによって、銅溶湯と不活性ガス又は還元性ガスとの反応が促進され、酸素含有量は5ppm以下にまで低下することになる(脱酸工程S2)。
The molten copper obtained by the melting furnace A is transferred to the tundish through the holding furnace B and the casting iron C.
Here, the molten copper passing through the cast iron C sealed with an inert gas or a reducing gas is stirred by the aforementioned stirring means, thereby promoting the reaction between the molten copper and the inert gas or the reducing gas. Thus, the oxygen content is reduced to 5 ppm or less (deoxidation step S2).
このようにして酸素含有量が5ppm以下に低減された銅溶湯にZr及びMgのうち少なくとも1種が連続的に添加され、Zr及びMgの含有量が3−20ppmに調整される(Zr及びMg添加工程S3)。なお、Zr及びMgの含有量は10−15ppmに調整することが好ましい。 In this way, at least one of Zr and Mg is continuously added to the molten copper whose oxygen content is reduced to 5 ppm or less, and the content of Zr and Mg is adjusted to 3-20 ppm (Zr and Mg). Addition step S3). In addition, it is preferable to adjust content of Zr and Mg to 10-15 ppm.
このように成分調整された銅溶湯は、ベルト・ホイール式連続鋳造機Dに注湯ノズル12を介して供給され、棒状鋳塊21が連続的に製出される(鋳造工程S4)。ここで、鋳造工程S4では、鋳造輪13に形成された前記溝と無端ベルト14との間に形成された空間が台形状をなしていることから、断面略台形状をなす棒状鋳塊21が製出されることになる。
The molten copper whose components have been adjusted in this way is supplied to the belt-wheel continuous casting machine D via the pouring
この棒状鋳塊21は、連続圧延装置Eに供給されてロール圧延加工が施され、所定の外径(本実施形態では直径8mm)の荒引銅線23が製出される(加工工程S5)。この荒引銅線23が洗浄冷却装置15によって洗浄・冷却され、探傷器16によって外傷の有無が検査される。
This bar-shaped
このようにして得られた直径8mmの荒引銅線23に対して伸線加工を行い、直径1mmの銅線を製出する。その後、圧延機によって厚さ200μm、幅2mmの平角状に成形し、700〜800℃×1〜10minの熱処理を行い、太陽電池用インターコネクタ材を得る(熱処理工程S6)。この熱処理工程S6により、太陽電池用インターコネクタ材の平均結晶粒径が300μm以上となる。
The thus drawn rough drawn
この太陽電池用インターコネクタ材を、SnAgCuメッキ浴に連続的に浸漬させながらメッキ層を形成する。太陽電池用インターコネクタ材の表面に鉛フリー半田メッキ層33が形成され、本実施形態である太陽電池用インターコネクタ32が製造される。なお、本実施形態では、鉛フリー半田メッキ層33の組成は、Sn−3.0質量%Ag−0.5質量%Cuとされている。
A plating layer is formed while the solar cell interconnector material is continuously immersed in a SnAgCu plating bath. A lead-free
このような構成とされた太陽電池用インターコネクタ32を備えた太陽電池モジュール30は、屋外に配置されて使用され、太陽光等が太陽電池セル31に照射され、発電された電気が太陽電池用インターコネクタ32及びバスバー35、36によって集められる。
The
本実施形態である太陽電池用インターコネクタ32によれば、質量百万分率で、Zr及びMgのうち少なくとも1種を3〜20ppm、O;5ppm以下を含み、残部がCu及び不可避不純物からなる銅材料で構成されているので、Zr及びMgが、不可避不純物のひとつとして銅中に存在するS(硫黄)を固着し、結晶粒径の粗大化を促進することができる。このように結晶粒径を300μm以上とすることで、太陽電池用インターコネクタ32の変形抵抗が小さくなり、半田接合時における太陽電池セル31の反りの発生を抑制することができる。また、Zr及びMgによって結晶粒径のばらつきを抑えることが可能となり、半田接合時の熱応力を均一に吸収することができる。
According to the
また、鋳造工程S4がベルト・ホイール式連続鋳造機Dによる連続鋳造工程とされ、加工工程S5が連続圧延装置Eによる連続圧延工程とされているので、低コストで太陽電池用インターコネクタ材を製造することができる。さらに、本実施形態では、4N(純度99.99%)とされた一般の無酸素銅ベースの銅材料であるので、特別な精錬処理を行う必要がなく、さらに太陽電池用インターコネクタ材の製造コストの低減を図ることができる。 Moreover, since the casting process S4 is a continuous casting process by the belt-wheel continuous casting machine D and the processing process S5 is a continuous rolling process by the continuous rolling device E, the interconnector material for solar cells is manufactured at low cost. can do. Furthermore, in this embodiment, since it is a general oxygen-free copper-based copper material of 4N (purity 99.99%), it is not necessary to perform a special refining process, and further, manufacturing of an interconnector material for solar cells Cost can be reduced.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、太陽電池セルのサイズを、一辺が130mm、厚さが0.1mmとしたもので説明したが、太陽電池セルのサイズに特に限定はない。ただし、厚さが0.2mm以下とされた薄型の太陽電池セルにおいては、半田接合時の反りによって割れが生じやすくなるため、本実施形態である太陽電池用インターコネクタの効果は顕著となる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
For example, although the size of the solar battery cell has been described with one side being 130 mm and the thickness being 0.1 mm, the size of the solar battery cell is not particularly limited. However, in a thin solar cell having a thickness of 0.2 mm or less, cracks are likely to occur due to warpage during solder joining, and thus the effect of the solar cell interconnector according to the present embodiment becomes significant.
さらに、太陽電池用インターコネクタ材の製造方法として、鋳造工程S4をベルト・ホイール式連続鋳造機Dによる連続鋳造工程とし、加工工程S5を連続圧延装置Eによる連続圧延工程としたものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば鋳造工程S4において円柱状の鋳塊を製出し、加工工程S5において円柱状の鋳塊から荒引銅線を得て、この荒引銅線より太陽電池用インターコネクタ材を製造してもよい。 Further, as a method for producing an interconnector material for solar cells, the casting process S4 is described as a continuous casting process by the belt-wheel type continuous casting machine D, and the processing process S5 is described as a continuous rolling process by the continuous rolling apparatus E. For example, in the casting step S4, a cylindrical ingot is produced, and in the processing step S5, a rough drawn copper wire is obtained from the cylindrical ingot, and a solar cell is obtained from the rough drawn copper wire. An interconnector material may be manufactured.
また、太陽電池用インターコネクタ材をメッキ浴に浸漬・通電して鉛フリー半田メッキ層を形成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、他のメッキ方法によって鉛フリー半田メッキ層を形成してもよい。なお、この鉛フリー半田メッキ層は、太陽電池用インターコネクタ材(銅平角線)の延在方向に延びる主面のうちの少なくとも1つに形成されていればよい。
さらに、鉛フリー半田メッキ層の組成は、Sn−3.0質量%Ag−0.5質量%Cuに限定されることはなく、他の組成であってもよい。
In addition, although it has been described that the solar cell interconnector material is immersed and energized in a plating bath to form a lead-free solder plating layer, the present invention is not limited to this, and the lead-free solder plating layer is formed by other plating methods. May be formed. In addition, this lead-free solder plating layer should just be formed in at least one of the main surfaces extended in the extension direction of the interconnector material for solar cells (copper flat wire).
Furthermore, the composition of the lead-free solder plating layer is not limited to Sn-3.0 mass% Ag-0.5 mass% Cu, but may be other compositions.
以下に、本発明の有効性を確認するために行った確認実験の結果について説明する。
確認実験は、前述した実施形態である太陽電池用インターコネクタ材(本発明例1−9)と、比較例としてZr、Mg、O含有量が本発明から外れたZr及びMg含有銅材料と、従来例として4N(純度99.99%)の無酸素銅と、を準備し、厚さ0.2mm、幅2mm、長さ150mmの試験片を作製した。
Below, the result of the confirmation experiment performed in order to confirm the effectiveness of this invention is demonstrated.
The confirmation experiment is the interconnector material for solar cells (Invention Example 1-9) which is the embodiment described above, and the Zr and Mg-containing copper materials in which the Zr, Mg and O contents deviate from the present invention as comparative examples, As a conventional example, 4N (purity 99.99%) oxygen-free copper was prepared, and a test piece having a thickness of 0.2 mm, a width of 2 mm, and a length of 150 mm was prepared.
この試験片に700℃×10minの熱処理を行った後に、結晶粒径の測定及び0.2%耐力の測定を行った。
結晶粒径の測定は、日立ハイテクノロジー社製S4300SEにより、視野面積5000mm2で10箇所の平均結晶粒径及び最大結晶粒径と最小結晶粒径との差を測定した。また、JIS Z 2241に準拠して島津製作所製AG−5kNXを用いて引張試験を行い、0.2%耐力を測定した。
The test piece was heat-treated at 700 ° C. for 10 minutes, and then the crystal grain size and 0.2% proof stress were measured.
The crystal grain size was measured by S4300SE manufactured by Hitachi High-Technology Co., Ltd., with a viewing area of 5000 mm 2 and the average crystal grain size at 10 locations and the difference between the maximum crystal grain size and the minimum crystal grain size. Moreover, based on JIS Z2241, the tensile test was done using AG-5kNX by Shimadzu Corporation, and 0.2% yield strength was measured.
確認実験結果を表1に示す。 The confirmation experiment results are shown in Table 1.
表1に示すように、本発明例1−9によれば、700℃×10minの熱処理によって、平均結晶粒径が300μm以上とされ、最大結晶粒径と最小結晶粒径との差も60μm以下と小さく、結晶粒径にばらつきが小さいことが確認された。また、0.2%耐力は50MPa以下であって、十分軟化していることが確認された。
これに対して比較例1−3、従来例においては、700℃×10minの熱処理によっても、平均結晶粒径が100〜180μmと小さく、最大結晶粒径と最小結晶粒径との差も200〜250μmと大きく、結晶粒径にばらつきが大きいことが確認された。また、0.2%耐力は75〜85MPaであって、軟化が不十分であることが確認された。
As shown in Table 1, according to Inventive Example 1-9, the average crystal grain size is set to 300 μm or more by the heat treatment at 700 ° C. × 10 min, and the difference between the maximum crystal grain size and the minimum crystal grain size is also 60 μm or less. It was confirmed that the variation in crystal grain size was small. The 0.2% proof stress was 50 MPa or less , and it was confirmed that the 0.2% proof stress was sufficiently softened.
On the other hand, in Comparative Example 1-3 and the conventional example, the average crystal grain size is as small as 100 to 180 μm even by heat treatment at 700 ° C. × 10 min, and the difference between the maximum crystal grain size and the minimum crystal grain size is 200 It was as large as 250 μm, and it was confirmed that there was a large variation in crystal grain size. The 0.2% proof stress was 75 to 85 MPa, and it was confirmed that the softening was insufficient.
したがって、本発明例によれば、平均結晶粒径が300μm以上と大きく、かつ、ばらつきも小さいことから、半田接合時の熱応力を十分に吸収でき、セルの反りを防止可能であることが確認された。 Therefore, according to the present invention example, since the average crystal grain size is as large as 300 μm or more and the variation is small, it can be confirmed that the thermal stress at the time of soldering can be sufficiently absorbed and the cell warpage can be prevented. It was done.
30 太陽電池用モジュール
31 太陽電池セル
32 太陽電池用インターコネクタ
33 鉛フリー半田メッキ層
S1 溶解工程
S2 脱酸工程
S3 Zr及びMg添加工程
S4 鋳造工程
S5 加工工程
S6 熱処理工程
30
Claims (5)
質量百万分率で、Zr及びMgのうち少なくとも1種を3〜20ppm、Oを5ppm以下、を含み、残部がCu及び不可避不純物からなり、平均結晶粒径が300μm以上とされていることを特徴とする太陽電池用インターコネクタ材。 Solar cell interconnector material used as a solar cell interconnector connecting cells in a solar cell module,
In mass parts per million, at least one of Zr and Mg is 3 to 20 ppm, O is 5 ppm or less, the remainder is made of Cu and inevitable impurities, and the average crystal grain size is 300 μm or more. A characteristic interconnector material for solar cells.
銅原料を溶解して銅溶湯を得る溶解工程と、
前記銅溶湯の酸素含有量を5ppm以下とする脱酸工程と、
脱酸処理された前記銅溶湯にZr及びMgのうち少なくとも1種を添加して、Zr及びMgのうち少なくとも1種の含有量を質量百万分率で3〜20ppmとするZr及びMg添加工程と、
Zr及びMgのうち少なくとも1種が添加された前記銅溶湯から鋳塊を得る鋳造工程と、
前記鋳塊を加工して銅線を得る加工工程と、
前記銅線に対して700〜800℃×1〜10minの熱処理を行い、平均結晶粒径を300μm以上とする熱処理工程と、
を備えていることを特徴とする太陽電池用インターコネクタ材の製造方法。 A method for producing an interconnector material for solar cells used in an interconnector for solar cells that connects cells in a solar cell module,
A melting step of obtaining a molten copper by melting a copper raw material,
A deoxidation step in which the oxygen content of the molten copper is 5 ppm or less;
Zr and Mg addition step of adding at least one of Zr and Mg to the deoxidized copper melt so that the content of at least one of Zr and Mg is 3 to 20 ppm by mass parts per million When,
A casting step of obtaining an ingot from the molten copper to which at least one of Zr and Mg is added;
A processing step of processing the ingot to obtain a copper wire;
A heat treatment step of performing heat treatment at 700 to 800 ° C. for 1 to 10 minutes on the copper wire and setting an average crystal grain size to 300 μm or more;
The manufacturing method of the interconnector material for solar cells characterized by comprising.
請求項1または請求項2に記載の太陽電池用インターコネクタ材からなり、断面が矩形状をなす平角線とされ、
該平角線の延在方向に延びる主面のうち少なくとも一面に、鉛フリー半田メッキ層が形成されていることを特徴とする太陽電池用インターコネクタ。 A solar cell interconnector for connecting cells in a solar cell module,
The interconnector material for solar cell according to claim 1 or claim 2, wherein the cross section is a rectangular wire having a rectangular shape,
A lead-free solder plating layer is formed on at least one of main surfaces extending in the extending direction of the flat wire.
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