專(zhuān)利名稱(chēng)：太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體及其制造方法以及太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體及其制造方法以及使用偏平導(dǎo)體的導(dǎo)線(xiàn)，特別是涉及即使與太陽(yáng)能電池的硅晶片進(jìn)行軟釬焊、硅晶片的翹曲也比較小并且電氣特性?xún)?yōu)秀的太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體及其制造方法以及太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)。
背景技術(shù)：
在基板(襯底)上生長(zhǎng)硅晶體的太陽(yáng)能電池，其結(jié)構(gòu)為，如圖3所示，通常在硅結(jié)晶晶片(硅晶片)51在特定位置上，接好連接用導(dǎo)線(xiàn)53，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)來(lái)輸送電力。
上述連接用導(dǎo)線(xiàn)，為了與硅晶片相連接，在偏平導(dǎo)體的表面上形成焊料鍍膜。例如，如圖4所示，使用反射爐精煉銅或無(wú)氧銅等純銅的偏平導(dǎo)體61，在其外側(cè)形成焊料鍍膜63，焊料鍍膜使用Sn-Pb共晶材料(例如參考特開(kāi)平11-21660號(hào)公報(bào))。還有，近年來(lái)，考慮到對(duì)環(huán)境的影響，正在研究將焊料鍍層的構(gòu)成材料替換為不含鉛的材料(無(wú)鉛焊料)(例如參考特開(kāi)2002-263880號(hào)公報(bào))。

發(fā)明內(nèi)容
在構(gòu)成太陽(yáng)能電池的部件中，硅結(jié)晶晶片占了材料成本的大半，為了降低制造成本，人們考慮將硅結(jié)晶晶片的厚度減小。但是，如果減小硅結(jié)晶晶片厚度，由于與連接用導(dǎo)線(xiàn)軟釬焊接合時(shí)所經(jīng)歷的加熱過(guò)程、太陽(yáng)能電池在使用過(guò)程中的溫度變化等，如圖5所示，通過(guò)焊料鍍層55相連接的硅晶片51和導(dǎo)線(xiàn)53發(fā)生翹曲、破損等。因此，為了完全解決這一問(wèn)題，作為連接用的導(dǎo)線(xiàn)53，對(duì)熱膨脹小的線(xiàn)材的需求增加。
圖6顯示的是熱膨脹系數(shù)小的連接用導(dǎo)線(xiàn)的一個(gè)示例，用銅材71將熱膨脹小的因瓦合金(Fe-36質(zhì)量％Ni)73包覆起來(lái)，表面再形成焊料鍍層75。
發(fā)明概述表1中示出銅-因瓦合金-銅(Cu/Fe-36質(zhì)量％Ni/Cu)的材料特性及與單獨(dú)的銅、單獨(dú)的因瓦合金(Fe-36質(zhì)量％Ni)和單獨(dú)的硅的材料特性相比較的結(jié)果。
表1

由表1可以看出，使用低熱膨脹的因瓦合金，制成將銅-因瓦合金-銅包覆而成的偏平導(dǎo)體，雖然可以與硅的熱膨脹相匹配，但由于與銅相比體積電阻率增大，導(dǎo)電率下降，作為太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率下降。而且，因瓦合金中含有36％左右的鎳，價(jià)格不菲。
還有，在上述的銅-因瓦合金-銅的3層結(jié)構(gòu)的引線(xiàn)框上，由于因瓦合金兩側(cè)設(shè)置的銅材料的結(jié)晶的取向以及結(jié)晶粒的不均一，會(huì)產(chǎn)生翹曲等變形。這些是太陽(yáng)能電池板的生產(chǎn)性低下、長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)發(fā)電效率降低等可靠性下降的原因。還有，側(cè)面的銅-因瓦合金-銅的接合部分，接觸到水分時(shí)，有可能產(chǎn)生局部電池，發(fā)生腐蝕。
而且，使用因瓦合金的引線(xiàn)框，在形成電路時(shí)，要進(jìn)行拉拔加工，產(chǎn)生大量廢料，導(dǎo)致制造成本的上升的問(wèn)題。
所以，本發(fā)明的目的是，提供在硅結(jié)晶晶片厚度減薄的情況下，連接用導(dǎo)線(xiàn)接合時(shí)，不容易產(chǎn)生硅結(jié)晶晶片的翹曲或破損的太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體以及太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)。
還有，本發(fā)明的另一目的，是提供導(dǎo)電率良好的太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體及太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)。
此外，本發(fā)明的再一目的是，提供可以抑制制造成本上升的太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體的制造方法。
為了解決上述課題，本發(fā)明提供了太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體，其特征是，將體積電阻率為小于等于50μΩ·mm并且拉伸試驗(yàn)中的0.2％屈服強(qiáng)度值小于等于90MPa的導(dǎo)體形成偏平狀。
前述導(dǎo)體，可以是從Cu、Al、Ag及Au中選擇的一種。
還有，為了解決上述課題，本發(fā)明提供了太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體的制造方法，其特征為通過(guò)軋制將體積電阻率小于等于50μΩ·mm的導(dǎo)體成形為偏平狀斷面，然后進(jìn)行熱處理，使得拉伸試驗(yàn)的0.2％屈服強(qiáng)度值小于等于90MPa。
前述熱處理，可以由加熱器分批式加熱方式或者以通電加熱方式進(jìn)行。
還有，可以將前述太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體的表面的一部分或者全部鍍錫，形成太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)。
前述的鍍錫層，可以是Sn-Ag-Cu系的無(wú)鉛焊料。
在本發(fā)明中，由于導(dǎo)體的0.2％屈服強(qiáng)度值下降，軟釬焊之后因?qū)w的熱收縮而產(chǎn)生的使晶片翹曲的力得以降低。因此，在與硅晶片焊接連接后的熱收縮時(shí)，可以減少晶片的翹曲。
還有，由于使用了體積電阻率小于等于50μΩ·mm的導(dǎo)體，可以提供高導(dǎo)電性的太陽(yáng)能電池連接用導(dǎo)線(xiàn)。
此外，采用本發(fā)明的制造方法，通過(guò)熱處理使導(dǎo)體的0.2％屈服強(qiáng)度降低，可以不增加成本，以簡(jiǎn)易的方法提供太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體。


圖1是本發(fā)明的太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體的一個(gè)實(shí)施方式的斷面示意圖。
圖2是本發(fā)明太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)的一個(gè)實(shí)施方式的斷面示意圖。
圖3是表示與太陽(yáng)能電池晶片相連接的導(dǎo)線(xiàn)的連接狀態(tài)的斜視圖。
圖4是表示以往太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)的斷面圖。
圖5是將硅晶片與連接用導(dǎo)線(xiàn)軟釬焊連接時(shí)產(chǎn)生翹曲的示意說(shuō)明圖。
圖6是以往的太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)的示意斷面圖。
符號(hào)說(shuō)明1 導(dǎo)體 10 太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體
13 焊錫層20 太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)51 硅晶片53 連接用導(dǎo)線(xiàn)55 焊錫層61 偏平導(dǎo)體63 焊錫層71 銅材73 因瓦合金 75 焊錫層具體實(shí)施方式
以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體圖1表示本發(fā)明的太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體的一個(gè)實(shí)施方式。
該太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體10，為了容易與晶片軟釬焊連接，使用軟質(zhì)的導(dǎo)體1，采用偏平狀的外觀形狀。
導(dǎo)體的體積電阻率從減輕太陽(yáng)能電池的發(fā)電損失的觀點(diǎn)考慮，導(dǎo)體1最好使用體積電阻率比較小的導(dǎo)體材料(例如體積電阻率小于等于50μΩ·mm的材料)。
作為體積電阻率比較小的導(dǎo)體材料，如表2所示，除銅之外還有Au、Ag、Al等。其中體積電阻率最小的是Ag，發(fā)電效率可能為最大。另一方面，如果優(yōu)先考慮低成本化，最好的是Cu，如果選擇輕量化的話(huà)，最佳的選擇是Al。
表2

導(dǎo)體的0.2％屈服強(qiáng)度值一般地說(shuō)，在高溫下將熱膨脹率有差異的不同種類(lèi)的金屬連接時(shí)，由溫度變化引起的熱膨脹率、楊氏模量進(jìn)行累計(jì)而形成產(chǎn)生翹曲的力。但是，象太陽(yáng)能電池這樣連接的兩個(gè)部件的剛性有顯著的差別，而且軟釬焊時(shí)的溫度要達(dá)到200℃以上的高溫，因此斷面積小的導(dǎo)體屈服，由于上述熱膨脹率、楊氏模量而產(chǎn)生的力不能造成翹曲。
作為導(dǎo)體，如果屈服應(yīng)力小，在較小的外力下就會(huì)產(chǎn)生塑性變形，不會(huì)形成在此以上的變形阻力。即，強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度越低，連接時(shí)硅結(jié)晶晶片上的負(fù)荷越小。為此，作為塑性變形的指標(biāo)，使用拉伸試驗(yàn)中的0.2％屈服強(qiáng)度值，導(dǎo)體1的0.2％屈服強(qiáng)度值為小于等于90MPa，最好是小于等于80MPa，小于等于70MPa則更為理想。選擇這樣的0.2％屈服強(qiáng)度低的軟質(zhì)導(dǎo)體，可以降低在硅結(jié)晶晶片上連接導(dǎo)體時(shí)的熱應(yīng)力。而且，通過(guò)將0.2％屈服強(qiáng)度降到小于等于80MPa，使用銅-因瓦合金-銅的包覆材料也可以降低Si的翹曲，在實(shí)際應(yīng)用上產(chǎn)生很顯著的效果。
太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體的制造方法通過(guò)模具拉拔或軋輥壓延或者二者的復(fù)合工序，將導(dǎo)體1成形為偏平狀態(tài)，然后采用通電方式或者分批處理設(shè)備進(jìn)行熱處理，使得0.2％屈服強(qiáng)度降低，得到該太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體10。此時(shí)，用于降低0.2％屈服強(qiáng)度的熱處理方式，最好采用與通電加熱方式相比更充分地施加熱能的加熱器分批式加熱方式。或者從防止氧化的角度，也可以使用氫氣還原氣氛爐。
太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)圖2表示本發(fā)明太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)的一個(gè)實(shí)施方式。
該太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)20，在如圖1所示的導(dǎo)體1的整個(gè)表面上，施以軟釬料鍍層13。軟釬料鍍層13，從環(huán)境方面考慮使用無(wú)鉛的產(chǎn)品，在整個(gè)外周上施加。
還有，對(duì)于軟釬料的組成，以往考慮到與硅晶片的熱膨脹相匹配，要求可以進(jìn)行低溫連接的材料，而使用本實(shí)施方式的導(dǎo)體1，可以使用連接溫度高的Sn-Ag-Cu系組成的軟釬料。
將該太陽(yáng)能電池用導(dǎo)線(xiàn)，連接到硅結(jié)晶晶片(太陽(yáng)能電池板)上的晶片面上特定的接觸點(diǎn)位置(例如，鍍銀的區(qū)域)，得到太陽(yáng)能電池組件。
本太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體及太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)的效果如上所述，本實(shí)施方式的太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體及太陽(yáng)能電池用導(dǎo)線(xiàn)，由于導(dǎo)體使用0.2％屈服強(qiáng)度小于等于90MPa的材料，可以降低由于軟釬焊連接后的導(dǎo)體產(chǎn)生熱收縮而產(chǎn)生的使晶片翹曲的力。這樣，可以減少在與硅晶片軟釬焊連接之后熱收縮時(shí)晶片的翹曲。
還有，本實(shí)施方式的太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體及太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)，由于使用體積電阻率小于等于50μΩ·mm的高導(dǎo)電性的導(dǎo)體，可以良好維持太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率。
而且，如果采用本實(shí)施方式的制造方法，通過(guò)熱處理降低導(dǎo)體的0.2％屈服強(qiáng)度，在不增加成本的情況下，可以以簡(jiǎn)易的方法提供太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體。
實(shí)施例將寬度為2.0mm，厚度為0.16mm的銅材，軋制成偏平線(xiàn)狀，制成如圖2所示的導(dǎo)體1，在其周?chē)采w形成由Sn-3％Ag-0.5％Cu系的無(wú)鉛焊料，形成軟釬料鍍層13，制成太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)20。
通過(guò)改變熱處理?xiàng)l件，將該太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)20制成如表3所示的不同的0.2％屈服強(qiáng)度的材料，與長(zhǎng)150mm×寬150mm、厚200μm的硅晶片軟釬焊連接，測(cè)量其連接后的翹曲。
由表3的結(jié)果可以看出，伴隨0.2％屈服強(qiáng)度的降低，翹曲也減小，0.2％屈服強(qiáng)度為40MPa時(shí)，與使用以往的銅導(dǎo)體(140MPa)時(shí)相比翹曲減少到大約1/3。
表3

作為比較，調(diào)查連接銅-因瓦合金-銅(比例2∶1∶2)的硅晶片和連接0.2％屈服強(qiáng)度為40MPa的銅導(dǎo)體的晶片的翹曲情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)原來(lái)為3.0mm的翹曲變?yōu)?.5mm，為原來(lái)的一半。
權(quán)利要求
1.太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體，其特征在于將體積電阻率小于等于50μΩ·mm且拉伸試驗(yàn)中的0.2％屈服強(qiáng)度值小于等于90MPa的導(dǎo)體形成偏平狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體，其特征在于前述導(dǎo)體是從Cu、Al、Ag及Au中選擇的一種。
3.太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體的制造方法，其特征在于將體積電阻率小于等于50μΩ·mm的導(dǎo)體軋制形成偏平狀斷面后，施加熱處理，使得拉伸試驗(yàn)的0.2％屈服強(qiáng)度值小于等于90MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體的制造方法，其特征在于前述熱處理采用加熱器分批式加熱方式或者通電加熱方式進(jìn)行。
5.太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于在權(quán)利要求1或2所述的太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體的部分或者全部表面施加軟釬焊鍍層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于前述的軟釬焊鍍層是Sn-Ag-Cu系無(wú)鉛焊料。
全文摘要
本發(fā)明提供了太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體以及太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)，其特點(diǎn)是，即使在硅結(jié)晶晶片厚度很薄的情況下，與連接導(dǎo)線(xiàn)連接時(shí)，硅結(jié)晶晶片也不易產(chǎn)生翹曲或破損。將體積電阻率小于等于50μΩ·mm且拉伸試驗(yàn)中的0.2％屈服強(qiáng)度值小于等于90MPa的導(dǎo)體1形成偏平狀，制成太陽(yáng)能電池用偏平導(dǎo)體10，再在其表面上覆蓋軟釬焊鍍層13，形成太陽(yáng)能電池用連接導(dǎo)線(xiàn)20。
文檔編號(hào)H01B5/00GK1747183SQ20051009019
公開(kāi)日2006年3月15日 申請(qǐng)日期2005年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月13日
發(fā)明者遠(yuǎn)藤裕壽, 根本孝, 黑田洋光, 大竹敦志, 川崎修慈, 坂東宙 申請(qǐng)人:日立電線(xiàn)株式會(huì)社