JP2012164912A - 太陽電池用配線シート及びその製造方法、並びにそれを用いた太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】バックコンタクト型太陽電池用の配線シートが、絶縁性を有する基材と導電体との積層体からなり、生産性に優れ、且つ、高信頼性を有するバックコンタクト型太陽電池モジュールを生産することができる太陽電池用配線シートを提供する。
【解決手段】配線パターンを有する太陽電池用配線シートであって、セパレート基材の片面にオレフィン系樹脂と金属箔を順次積層する工程と、該金属箔を打ち抜く工程と、打ち抜いた金属箔を剥離除去する工程と、接着剤を介して絶縁性基材と積層する工程が順次施され、その後、セパレート基材とオレフィン系樹脂を剥離する工程からなることを特徴とする太陽電池用配線シート及びその製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックコンタクト型太陽電池モジュールの配線シートに関する。

近年、地球温暖化問題に対する内外各方面の関心が高まる中、二酸化炭素の排出抑制のために、様々な努力が続けられている。化石燃料の消費量の増大は大気中の二酸化炭素の増加をもたらし、その温室効果により地球の気温が上昇し、地球環境に重大な影響を及ぼす。この地球規模の問題を解決するために様々な検討が行われており、特に太陽光発電については、そのクリーン性や無公害性という点から期待が高まっている。

太陽電池は、太陽光のエネルギーを直接電気に換える太陽光発電システムの心臓部を構成するものであり、単結晶、多結晶、又はアモルファスシリコン系の半導体からできている。太陽電池素子は、その単体での電気出力が小さい為に、太陽電池素子（セル）単体をそのままの状態で使用することはなく、一般的には、各太陽電池セルに接続されたインターコネクタ同士を接続することにより、数枚〜数十枚の太陽電池セルを直列、並列に配線し、長期間（約２０年）に亘ってセルを保護するために種々パッケージングが行われ、ユニット化されている。このパッケージに組み込まれたユニットを「太陽電池モジュール」と呼んでいる。

現在も最も多く生産されている太陽電池は、太陽光を受ける受光面がｎ電極で、その裏面がｐ電極から構成されている。受光面側に設けられるｎ電極は電流の取り出しの為には必要不可欠であるが、一方で、その電極の下の基板には太陽光が入射しないため、その部分では発電しない問題がある。従って、変換効率を上げるためには、この受光面側の電極面積を限りなく小さくすることが重要であり、その一つの方法として、ｎ電極およびｐ電極の両電極を裏面に形成したバックコンタクト型太陽電池モジュールが提案されている。

上記バックコンタクト型太陽電池モジュールの太陽電池セルの接続方法として、例えばインターコネクタでの接続方法が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、インターコネクタでの接続方法では、半田付けによる熱の影響で太陽電池セルに反りが生じ接続精度に問題がある。また、複数の太陽電池セルの配置部を有する配線シートに、バックコンタクト型太陽電池セルを載置して、配線シートにより各太陽電池セル間を電気的に接続する方法も提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、配線シートは絶縁性を有する基材と導電性を有する金属箔とを接着剤を介して積層した積層体に、フォトエッチングにより配線パターンを形成する為に、金属箔へのレジスト液の塗布やレジストフィルムの積層などのよりレジスト層を形成する工程、パターンマスクを介した露光、現像、洗浄、乾燥、更にはエッチング、レジストの剥離、洗浄、乾燥と、多様複雑な製造プロセスが必要であり、生産性やコスト面で問題がある。また、特にエッチング工程でのエッチング液の接着剤層への浸透による黄変や、屋外長期保存での加水分解による信頼性の低下を招く可能性がある。

すなわち、図４に示す従来の太陽電池用配線シート９ａは、図６に示す製造工程により得られる。具体的には、図５に示す金属箔含有積層体６ａを得るために、絶縁性基材８と接着剤７を介して金属箔５と貼り合わせる積層工程（ａ’）と、該金属箔面上にレジスト液の塗布やレジストフィルムの積層などのよりレジスト層１０を形成する工程（ｂ’）と、マスクパターンを介した露光する工程（ｃ’）と、現像工程と、洗浄および乾燥工程と、更にはエッチング工程（ｄ’）と、レジストの剥離工程（ｅ’）などの複雑多様な製造工程を経て得られる。

また、従来の太陽電池用配線シート９ａは、上述のように、絶縁性基材８と金属箔５の積層に接着剤を用いているため、配線パターン形成において、エッチング液が接着剤層に浸透し、それが原因で長期の時間経過により接着層の劣化を招く問題がある。その対策として、例えば、耐エッチング液に優れる接着剤の選定などがある。しかしながら、耐エッチング液に優れる接着剤の多くは硬くて脆く、フィルム形態での加工では接着強度と柔軟性の整合性が難しく生産性に問題がある。

特開２００５−１１８６９号公報 特開２０１０−２５８１５８号公報

太陽電池セルは急速に薄膜化が進んでおり、従来にも増して各太陽電池セル間を正確に接続できる生産性と高い信頼性が要求されている。本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、バックコンタクト型太陽電池用の配線シートが、絶縁性を有する基材と導電体との積層体からなり、生産性に優れ、且つ、高信頼性を有するバックコンタクト型太陽電池モジュールを生産することができる太陽電池用配線シートを提供する。

本発明は、上記課題を解決することを目的としたものであり、本発明の請求項１に係る発明は、絶縁性基材の片面に、接着剤層が形成され、接着剤層に金属箔による導電パターンが埋設されていることを特徴とする太陽電池用配線シートである。

本発明の請求項２に係る発明は、セパレート基材の片面にオレフィン系樹脂と金属箔を順次積層する工程と、該金属箔を配線パターン状に打ち抜く工程と、打ち抜いた金属箔を剥離除去する工程と、接着剤を介して絶縁性基材と積層する工程が順次施され、その後、セパレート基材とオレフィン系樹脂からなるセパレート層を剥離する工程からなることを特徴とする太陽電池用配線シートの製造方法である。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１に記載の太陽電池用配線シートまたは請求項２に記載の太陽電池用配線シートの製造方法により製造された太陽電池用配線シートを用いてなることを特徴とする太陽電池モジュールである。

本発明の配線シートを用いることで、各太陽電池セル間を正確に接続することでき、高い生産性と信頼性を保持したバッコンタクト型太陽電池を製造することができる。

本発明の太陽電池用配線シートの模式的断面図を示す。 本発明の配線パターン形成前の金属箔含有積層体の模式的構成断面図を示す。 本発明の太陽電池用配線シートの模式的製造工程を示す。 従来の太陽電池用配線シートの模式的断面図を示す。 従来の配線パターン形成前の金属箔含有積層体の模式的構成断面図を示す。 従来の太陽電池用配線シートの模式的製造工程を示す。

以下、本発明のバックコンタクト型太陽電池用配線シートについて、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の太陽電池用配線シートの模式的断面図、図２は本発明の配線パターン形成前の金属箔含有積層体の模式的構成断面図、図３は本発明の太陽電池用配線シートの模式的製造工程を示す。また、図４は従来の太陽電池用配線シートの模式的断面図、図５は従来の配線パターン形成前の金属箔含有積層体の模式的構成断面図、図６は従来の太陽電池用配線シートの模式的製造工程を示す。

本発明の太陽電池用配線シートは、図３に示す製造工程により得られる。具体的には、図２に示す金属箔含有積層体６を得るための積層工程（ａ）と金属箔含有積層体６に配線パターンを形成する金属箔の抜き工程（ｂ）と、絶縁性基材８と接着剤７を介して貼り合わせる積層工程（ｃ）と、セパレート層４との剥離工程から作製される。

図２に示す前記金属箔含有積層体６は、セパレート基材１に必要に応じてプライマー２を施し、オレフィン系樹脂３を介して金属箔５を貼り合わせて得られる。

また、図１は本発明の太陽電池用配線シート９を示し、絶縁性基材８と接着剤７を介して配線パターンを形成された金属箔５と積層されて得られる。

本発明の太陽電池用配線シートの最終形態は、絶縁性基材、接着剤および金属箔から構成されるが、配線パターンの形成工程において、従来のフォトエッチング法とは異なる、プレスによる抜き加工を用いることを特徴とする。すなわち、配線パターンの形成工程において、セパレート基材１の片面に、必要に応じてプライマー処理を施し、オレフィン系樹脂３を介して金属箔５と擬似的に接着して得られる金属箔含有積層体６の、金属箔のみをプレスにより抜き加工（所謂金属箔部のハーフカットで、若干下の層のオレフィン系樹脂にも切込みが入るが、その後不要な金属箔を剥離除去）して配線パターンを得る方法である。

具体的には、上記配線パターンを形成した金属箔と、金属箔が剥離除去されたオレフィン系樹脂３の露出部の全面に、金属箔５には強い接着性を有し、かつ、オレフィン系樹脂３には弱い接着性を有する接着剤７を全面に塗布して、絶縁性基材８を積層する。その後、セパレート基材１とオレフィン系樹脂３からなるセパレート層４を剥離するが、オレフィン系樹脂３は金属箔５と擬似的に接着しており、また接着剤７は該オレフィン系樹脂３との接着性が弱い為に容易に剥離でき、接着剤層に金属箔による導電パターンが、略面一に埋設された太陽電池用配線シートが得られる。

本発明はエッチング液を必要とするフォトエッチングに代わって、プレスによる抜き加工で配線パターンを形成する為、工程が少なくて生産性が大幅に向上しコスト低減が可能である。また、接着剤層に導電パターンが略面一に埋設されている為、最表面が平滑な太陽電池用配線シートが得られ、各太陽電池セル間の正確な接続が容易となる。また、ソルダーレジストの塗布厚みを薄くすることができコストメリットがある。また更に、従来問題であったエッチング液がもたらす長期の時間経過による接着層の劣化などの問題も解決できる。

本発明に係るプレスによる抜き加工とは、例えば、シールやラベル、最近ではプリント基板の配線形成に用いられているピナクルダイが利用できる。ピナクルダイは腐食によって作られる刃型を基本にしており、銅やアルミニウムなどの金属箔及びその積層体に微細加工を施すことに適している。シリンダーに具備した輪転用と平抜き用があるが、本発明ではいずれも使用できる。

本発明は、配線パターンが形成される金属箔含有積層体６が、セパレート基材１／オレフィン系樹脂３／金属箔５の積層体であり、セパレート基材１／オレフィン系樹脂３間の接着強度が、オレフィン系樹脂３／金属箔５間の接着強度より強い関係を保つことで、金属箔部分をハーフカットした後の剥離を容易にすることが可能となる。また、その後の接着剤を介した絶縁性基材との積層後、さらにセパレート基材を剥離することで太陽電池用配線シートを得ることが出来る。

上述のセパレート基材１／オレフィン系樹脂３間の接着強度は、２Ｎ／ｃｍ以上が望ましい。該接着強度が２Ｎ／ｃｍ未満だと、ハーフカット後の不要部分の剥離時に、セパレート基材１／オレフィン系樹脂３間で剥がれが生じる。また、絶縁性基材８を積層した後のセパレート層４の剥離時に、セパレート基材１／オレフィン系樹脂３間で剥がれが生じ、作業性が悪くなる。

また、オレフィィン系樹脂３／金属箔５間の接着強度は、０．０１〜０．５Ｎ／ｃｍが好ましい。該接着強度が０．０１Ｎ／ｃｍ未満だと、工程上で剥離してしまい、また、０．５Ｎ／ｃｍを超えると最終工程で剥離が困難となる。

＜セパレート基材＞
本発明に係るセパレータ基材１としては、寸法安定性や耐熱性を備えた比較的安価な延伸フィルム、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリアミドなどが使用できる。またそのフィルムの厚みは、６μｍ以上が好ましい。６μｍ未満であると工程中でフィルムの切れが生じる問題がある。また、オレフィン系樹脂との接着強度が２Ｎ／ｃｍ以上であればプライマー処理は不要であるが、それに満たない場合には、アンカーコートやコロナ処理、プラズマ処理等のプライマー処理を行う必要があり、接着強度を確保できればプライマーを限定するものではない。

＜オレフィン系樹脂＞
本発明のオレフィン系樹脂３としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）、エチレン−アクリル酸共重合体（ＥＡＡ）、エチレン−メチルアクリレート共重合体（ＥＭＡ）、アイオノマー樹脂などが、１種または複数種ブレンドして使用できる。接着力をコントロールするために、ロジンやテルペンなどの粘着付与材を添加してもよい。また、オレフィン系樹脂の膜厚としては、５μｍ〜１００μｍが望ましい。５μｍ未満であるとセパレータ基材との十分な接着強度が得られず、また、１００μｍを超えるとコスト的に望ましくない。

＜金属箔＞
本発明に係る金属箔５としては、配線パターンの形成のし易さから銅、アルミニウムが望ましい。また、その厚みは、１０μｍ〜１００μｍが好ましい。１０μｍ未満であると、過電流や温度変化による影響で断線が生じる可能性があり、１００μｍを超えるとコスト的に望ましくない。

＜絶縁性基材＞
本発明の絶縁性基材８としては、太陽電池モジュール化の一般的な加工条件、特に加工温度で変形しない優れた耐熱性を有することが重要であり、融点が１５０℃以上の高分子延伸フィルムまたは該高分子延伸フィルムの複合体を使用することができる。好ましくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）などである。また、これらの高分子延伸フィルムに耐候性、水蒸気や酸素ガスバリア性、あるいは易接着性を付加した層を設けた複合体であっ
てもよい。前記絶縁性基材の融点が１５０℃未満であると寸法安定性に欠け、太陽電池セルの配置部と配線シートとの接続位置合わせの精度が低下し、太陽電池モジュールに求められる性能が発揮できない。また、前記絶縁性基材の厚みは、１２μｍ〜１０００μｍが好ましい。厚みが１２μｍ未満であると、カールし易くモジュールラミ時のハンドリングが悪いなどの問題が生じ、１０００μｍを超えると、樹脂加工がし難くなり、また経済的ではない等の問題がある。

＜接着剤＞
本発明に係わる接着剤７は、２液硬化型のポリウレタン系接着剤が好ましい。また接着剤の塗布量は、乾燥後で３〜２０ｇ／ｍ^２が望ましい。３ｇ／ｍ^２未満では、接着強度の不足となり、２０ｇ／ｍ^２を超えると接着強度などの問題はないが経済的ではない。

以下に、本発明の具体的実施例を説明する。

＜実施例１＞
セパレート基材として、厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレート（東レ社製：商品名「Ｐ６０」）を用い、その片面にアンカーコート層（三井化学社製２液硬化型ウレタン系接着剤：商品名「Ａ５１１／Ａ５０」）を、乾燥後の塗布量１ｇ／ｍ^２になるように施した。次に、その塗工面に押し出し機を用いて、オレフィン系樹脂（三井デュポンポリケミカル社製ＥＭＡＡ樹脂：商品名「ＡＮ４２２８ｃ」）を膜厚３０μｍで押し出して、銅箔３５μｍ（三井金属鉱業社製：商品名「３ＥＣ」）とを積層して金属箔含有積層体を得た。

次に、ピナクルダイを用いてハーフカット深さ４０μｍに、前記金属箔含有積層体を銅箔面側から配線パターンを打ち抜き（ハーフカット）、不要部の銅箔を剥離除去して配線パターンを形成した。

次に、別途、膜厚２５μｍのデュポン社製ＰＶＦフィルム（商品名「ＰＶ２１１１」）を、ドライラミネート用の接着剤（三井化学社製：商品名「Ａ５１１／Ａ５０」）を介して、厚さ２５０μｍのポリエチレンテレフタレート（東レ：商品社製名「Ｓ１０」）と積層し、エージングを施して絶縁性基材を得た。

次に、前記金属箔含有積層体の配線パターンを形成した面側全面にドライラミネート用の接着剤（三井化学社製：商品名「Ａ５１１／Ａ５０」）を介して、前記絶縁性基材と積層し、エージングを施した後に、前記セパレート基材と前記オレフィン系樹脂からなるセパレート層を剥離して太陽電池用配線シートを作製した。

＜比較例１＞
ドライラミネート用の接着剤（三井化学社製：商品名「Ａ５１１／Ａ５０」）を介して、膜厚２５μｍのデュポン社製ＰＶＦフィルム（商品名「ＰＶ２１１１」）と厚さ２５０μｍのポリエチレンテレフタレート（東レ：商品社製名「Ｓ１０」）と積層し、さらに、該ポリエチレンテレフタレート面にドライラミネート用の接着剤（三井化学社製：商品名「Ａ５１１／Ａ５０」）を介して、膜厚３５μｍの銅箔（三井金属鉱業社製：商品名「３ＥＣ」）を積層し、その後エージングを施して金属箔含有積層体を得た。

次に、上記金属箔含有積層体の銅箔面側にレジストドライフィルム（旭化成エレクトロニクス社製：商品名「サンフォートＡＫ」）を貼り合わせ、配線パターン用マスクを用いて露光し、アルカリ現像してエッチングレジストを形成した。その後、酸化鉄エッチング溶液を用いてエッチング、洗浄、乾燥、レジスト層剥離などの工程を経て、太陽電池用配
線パターンを作製した。

＜比較例２＞
セパレート層として、ＰＥＴ（７５μｍ）／粘着剤／剥離フィルムＰＥＴ（２５μｍ）のアクリル系再剥離フィルム（日栄化工社製：商品名「Ｈ１２０」）を用い、その粘着面に、膜厚３５μｍの銅箔（三井金属鉱業社製：商品名「３ＥＣ」）を積層して、金属箔含有積層体を作製した。

次に、上記金属箔含有積層体の銅箔面側に、ピナクルダイによりハーフカット深さ４０μｍに配線パターンを打ち抜き（ハーフカット）、その後、不要部を剥離除去して配線パターンを形成した。

次に、別途、膜厚２５μｍのデュポン社製ＰＶＦフィルム（商品名「ＰＶ２１１１」）を、ドライラミネート用の接着剤（三井化学社製：商品名「Ａ５１１／Ａ５０」）を介して、厚さ２５０μｍのポリエチレンテレフタレート（東レ：商品社製名「Ｓ１０」）と積層し、エージングを施して絶縁性基材を得た。

次に、上記絶縁性基材と前記配線パターンを形成した金属箔含有積層体とを、ドライラミネート用の接着剤（三井化学社製：商品名「Ａ５１１／Ａ５０」）を介して積層し、エージングを行いセパレート層付の太陽電池用配線シートを作製した。その後、該セパレート層の剥離を試みたが、剥離することができなかった。

＜比較例３＞
比較例２と同様に、金属箔含有積層体の配線パターン形成と絶縁性基材を作製した。

次に、上記配線パターンが形成された金属箔含有積層体の銅箔面のみに、ドライラミネート用の接着剤（三井化学社製：商品名「Ａ５１１／Ａ５０」）を乾燥後の塗布量が１０ｇ／ｍ^２になるように塗工し、前記絶縁性基材のＰＥＴ面と貼り合わせ、エージングを行いセパレート層付の太陽電池用配線シートを作製した。その後、該セパレート層の剥離を試みたが、剥離することができなかった。

上記実施例１および比較例１〜３から得られた太陽電池用配線シートの構成および評価結果を、以下の表１に示す。

＜評価方法＞
実施例１および比較例１〜３で実施した生産プロセス及び得られた実施例品および比較例品を用いて、生産性、および品質を評価した。
（生産性） 本発明に係る多種多様な加工工程において、加工スピードが最も遅い、所
謂、律速工程のスピードを比較し、３０ｍ／ｍｉｎ以上を◎、３０〜５ｍ／ｍｉｎを○、５ｍ／ｍｉｎ未満を×とした。
（品質） 銅箔の配線パターン形成において、銅箔が正確に露出した状態を◎、結線に問題ない程度に粘着剤や接着剤が一部被覆した状態を○、結線に支障をきたす程に粘着剤や接着剤が被覆した状態を△、全く露出できない状態を×とした。

＜比較評価＞
実施例の本発明品は比較例の比較品に比べて、いずれにおいても良好な結果を示した。

（ａ）・・・セパレート基材／オレフィン系樹脂／金属箔の積層工程
（ｂ）・・・金属箔の抜き工程
（ｃ）・・・絶縁性基材との積層工程
（ｄ）・・・セパレート層の剥離工程
（ａ’）・・・絶縁性基材／オレフィン系樹脂／金属箔の積層工程
（ｂ’）・・・レジスト層の形成工程
（ｃ’）・・・露光工程
（ｄ’）・・・現像、エッチング工程
（ｅ’）・・・レジスト層の剥離工程
１・・・・・セパレート基材
２・・・・・プライマー
３・・・・・オレフィン系樹脂
４・・・・・セパレート層
５・・・・・金属箔
６・・・・・金属箔含有積層体
６ａ・・・・従来法による金属箔含有積層体
７・・・・・接着剤
８・・・・・絶縁性基材
９・・・・・太陽電池用配線シート
９ａ・・・・従来法による太陽電池用配線シート
１０・・・・レジスト層

Claims (3)

1. 絶縁性基材の片面に、接着剤層が形成され、接着剤層に金属箔による導電パターンが埋設されていることを特徴とする太陽電池用配線シート。
2. セパレート基材の片面にオレフィン系樹脂と金属箔を順次積層する工程と、該金属箔を配線パターン状に打ち抜く工程と、打ち抜いた金属箔を剥離除去する工程と、接着剤を介して絶縁性基材と積層する工程が順次施され、その後、セパレート基材とオレフィン系樹脂からなるセパレート層を剥離する工程からなることを特徴とする太陽電池用配線シートの製造方法。
3. 請求項１に記載の太陽電池用配線シートまたは請求項２に記載の太陽電池用配線シートの製造方法により製造された太陽電池用配線シートを用いてなることを特徴とする太陽電池モジュール。