導電材料的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種用于連接太陽能電池單元的電極和配線部件的導電材料，其含有樹脂粘合劑和分散于該樹脂粘合劑的導電粒子，該導電粒子含有含磷率為0.01質量%～8質量%的含磷銅合金。
【專利說明】導電材料【技術領域】[0001]本發明涉及導電材料。【背景技術】[0002]近年來，作為解決嚴重化的地球變暖和化石能源枯竭等問題的方法，太陽能電池 受到關注。該太陽能電池，通常通過將多個太陽能電池單元進行串聯或并聯連接來形成。 在該太陽能電池單元的表面(受光面)，相互平行地形成多根用于得到輸出功率的Ag構成的 直線狀的電極(指狀電極)。另外，在背面，以覆蓋其整面的形式形成由Al構成的背面電極。 并且，在鄰接的太陽能電池單元中，在一方的太陽能電池單元的受光面以與全部的指狀電 極相互垂直的形式連接金屬配線部件(TAB線)，進而通過將該TAB線連接于其他的太陽能 電池單元的背面電極，鄰接的太陽能電池單元被相互連接。在該連接中，以往使用顯示良好 的導電性的焊錫。(專利文獻1、2)。[0003]另一方面，從環境保護等觀點出發，正在研究不使用焊錫進行太陽能電池單元的 電極與TAB線的連接的方法。例如下述專利文獻3?8中，提出使用糊狀或薄膜狀的導電 性粘接劑(導電材料)來將太陽能電池單元的電極與TAB線進行電連接的方法。[0004]現有技術文獻[0005]專利文獻[0006]專利文獻1:日本特開號公報[0007]專利文獻2:日本特開號公報[0008]專利文獻3:日本特開號公報[0009]專利文獻4:日本特開號公報[0010]專利文獻5:日本特開平7-147424號公報[0011]專利文獻6:日本特開號公報[0012]專利文獻7:日本特開號公報[0013]專利文獻8:日本特開號公報
【發明內容】
[0014]發明要解決的課題[0015]但是，將焊錫用于太陽能電池用TAB線的連接時，有必要將微細的圖案進行個別 連接，另外，由于施加約220°C以上的熱度，因此產生連接工序的成品率降低和連接構成部 件的省空間化的極限。[0016]另外，使用上述的導電材料時，能一定程度解除這些問題。作為各向異性導電性材 料或導電材料，以往，為了連接后的連接電阻的降低及穩定性，使用以金或鎳為主成分的導 電粒子。由此，能實現裝置小型化和防止使用中的腐蝕造成不良。[0017]但是，在金的場合，存在制造成本增加這樣的問題。另外，鎳的場合，存在對于環境 的負荷增加這樣的問題。另外，使用以它們以外的金屬為主成分的導電粒子時，難以得到與使用鎳等時同等的穩定的連接電阻。[0018]本發明為了解決這樣的課題而完成，目的在于提供一種導電材料，其能以穩定的 連接電阻、且低溫下進行連接，而且能抑制制造成本的增加。[0019]解決課題的方法[0020]本發明提供一種用于連接太陽能電池單元的電極和配線部件的導電材料，其含有 樹脂粘合劑和分散于該樹脂粘合劑的導電粒子，該導電粒子含有含磷率為0.01質量％?8 質量％的含磷銅合金。[0021]通過該導電材料，能以穩定的連接電阻、低溫且精度良好地進行連接，而且能抑制 制造成本的增加。[0022]上述導電粒子的平均粒徑優選為0.4μπι?30 μ m。另外，在本說明書中所謂“平 均粒徑”，是指累計的重量為50%時的粒徑(以下，也稱為“D50”。)。另外，關于導電粒子的粒 徑，在導電粒子的形狀為球形以外時，將外接于導電粒子的最小的球直徑作為導電粒子的 粒徑。[0023]上述導電粒子優選為使用水霧化法制造的導電粒子。[0024]本發明還涉及:含有樹脂粘合劑和分散于該樹脂粘合劑的導電粒子、該導電粒子 含有含磷率為0.01質量％?8質量％的含磷銅合金的組合物作為用于連接太陽能電池單 元的電極和配線部件的導電材料的應用；或該組合物用于制造連接太陽能電池單元的電極 和配線部件的導電材料的應用。[0025]發明效果[0026]通過本發明，能提供一種導電材料，其能以穩定的連接電阻、低溫且精度良好地進 行連接，而且能抑制制造成本的增加。【專利附圖】

【附圖說明】[0027]圖1是表示可通過本發明的導電材料連接的太陽能電池單元的一實施方式的受 光面的俯視不意圖。[0028]圖2是表示可通過本發明的導電材料連接的太陽能電池單元的一實施方式的受 光面的俯視不意圖。[0029]圖3是表示可通過本發明的導電材料連接的太陽能電池單元的一實施方式的受 光面的俯視不意圖。[0030]圖4是表示將多個太陽能電池單元進行連接的狀態的立體示意圖。【具體實施方式】[0031]以下，一邊參照附圖一邊對本發明的一實施方式進行詳細說明。另外，附圖中，對 于相同或相當部分賦予相同符號，省略重復說明。[0032]本發明的導電材料，含有樹脂粘合劑和分散于該樹脂粘合劑的導電粒子。[0033]上述導電粒子包括含銅和磷的含磷銅合金。該含磷銅合金的含磷率為0.01質 量％?8質量％。通過使上述含磷率為8質量％以下，能達成更低的電阻率，另外,含磷銅合 金的生產率優異。另外，通過使上述含磷率為0.01質量％以上，能達成更優異的耐氧化性。 從耐氧化性和低電阻率的觀點出發，上述含磷率優選為0.5質量％?7.8質量％，更優選為I質量％?7.5質量％。另外，就含憐率而目，如果為在不差熱_熱重分析中顯不最大面積 的發熱峰的峰值溫度為280°C以上這樣的含有率則更加優選。[0034]上述含磷銅合金為含有銅和磷的合金，也可進一步含有其他原子。作為其他原子， 例如可舉出 Sb、S1、K、Na、L1、Ba、Sr、Ca、Mg、Be、Zn、Pb、Cd、Tl、V、Sn、Al、Zr、W、Mo、T1、Co、 Ni, Au等。這些物質中，從耐氧化性、熔點等特性調整的觀點出發，優選Al。[0035]另外，含磷銅合金含有其他原子時的其含有率，例如可為3質量％以下，從耐氧化 性和低電阻率的觀點出發，優選為I質量％以下。[0036]作為上述導電粒子的粒徑，平均粒徑(D50)優選為0.4μπι?30μπι，更優選為 Ιμπι?ΙΟμπι。通過為0.4 μ m以上可更有效地提高耐氧化性。另外通過為30 μ m以下可更有效地獲得長期的連接穩定性。[0037]另外作為導電粒子的形狀沒有特別限制，可以是近似球狀、扁平狀、塊狀、板狀、鱗 片狀等中的任一種。從耐氧化性和低電阻率的觀點出發，導電粒子的形狀優選為近似球狀、 扁平狀或板狀。[0038]含磷銅合金可通過通常使用的方法來制造。另外，就導電粒子而言，能夠使用制 備成期望的含磷率的含磷銅合金利用制備金屬粉末的通常方法來制備，例如，可使用水噴 霧法通過常規方法來制造。另外，水噴霧法的詳細情況記載于金屬便覽(《金屬便覧》、丸善 (株)出版事業部)等。[0039]具體地說，例如，熔化含磷銅合金，將其通過噴嘴噴霧進行粉末化后，將得到的粉 末進行干燥、分級，由此能制造期望的導電粒子。另外，通過適當選擇分級條件能制造具有 期望粒徑的導電粒子。[0040]另外，上述導電粒子也可以是在由上述的含磷合金制造的導電粒子的外側被覆 銀、銀、鈀、金等金屬或金屬合金的粒子。就被覆的金屬而言，從成本的觀點出發，優選以銀 為主成分的金屬。作為被覆的方法，可使用鍍敷、蒸鍍等以往的方法。被覆的厚度沒有特別 限定，例如從成本的觀點出發，可設為Iym以下，進一步優選為0.5μπι以下。[0041]另外上述導電粒子可單獨使用I種、2種以上，或將含有含磷銅合金以外的導電粒 子的2種以上組合使用。[0042]上述導電材料所含有的上述導電粒子的含有率，例如可以為0.1?20體積％，優選 為I?20體積％，更優選為I?15體積％。上述含有率小于0.1體積％時，與在上述范圍 內時相比，作為導電材料的連接電阻的初期值增加。另外，上述含有率超過20體積％時，與 在上述范圍內時相比，作為導電材料的長期的連接穩定性降低。[0043]進而，上述含有率為I?15體積％時，即使太陽能電池單元的匯流條(busbar)細 時或沒有時(無匯流條)，或沒有匯流條且指狀電極細時，也能更充分地發揮長期的連接穩 定性。[0044]作為上述樹脂粘合劑，只要是顯示粘接性的物質則沒有特別限定，從進一步提高 連接性的觀點出發，優選含有熱固性樹脂的樹脂組合物。[0045]作為熱固性樹脂，可使用公知的物質，例如可舉出環氧樹脂、苯氧樹脂、丙烯酸樹 月旨、聚酰亞胺樹脂、聚酰胺樹脂、聚碳酸酯樹脂。這些熱固性樹脂，可單獨I種或組合2種以 上使用。這些物質中，從進一步提高連接可靠性的觀點出發，優選選自環氧樹脂、苯氧樹脂 及丙烯酸樹脂的I種以上的熱固性樹脂。[0046]另外，作為粘接劑成分的樹脂組合物，除了上述熱固性樹脂以外，作為任意成分還 可含有公知的固化劑及固化促進劑。[0047]另外，為了改善對于被粘接體的粘接性及潤濕性，該樹脂組合物可含有硅烷系偶 聯劑、鈦酸酯系偶聯劑、鋁酸酯系偶聯劑等改性材料，為了提高導電粒子的均勻分散性，也 可含有磷酸鈣及碳酸鈣等分散劑。[0048]為了控制彈性模量、膠粘性，該樹脂組合物還可含有丙烯酸橡膠、硅橡膠、聚氨酯 等橡膠成分，為了抑制被粘接體所含有的金屬及導電粒子所含有的金屬(特別是銀及銅)的 遷移，可含有螯合材料等。[0049]在導電材料中，在不阻礙達成本發明的課題的范圍內并根據需要，可以與上述的 樹脂粘合劑及導電粒子一起并用例如增量劑、軟化劑(增塑劑)、粘接著性提高劑、抗氧化劑 (抗老化劑)、熱穩定劑、光穩定劑、紫外線吸收劑、著色劑、阻燃劑、有機溶劑等各種添加劑 的I種或2種以上。[0050]就導電材料而言，對于其形狀沒有特別限定。作為其具體例，可舉出(各向異性)導 電糊、(各向異性)導電油墨、(各向異性)導電粘接著劑、(各向異性)導電薄膜、(各向異性) 導電片。[0051]圖1?3是表示可通過本發明的導電材料連接的太陽能電池單元的受光面的俯視 示意圖。[0052]如圖1所示，多個太陽能電池單元100進行電串聯或并聯而形成I個太陽能電池 組件，太陽能電池單元100具有基板2。該基板2呈大致正方形狀，其四角為圓弧狀。基板 2的一面成為受光面21。基板2由例如硅單晶單元、多晶單元、非晶硅單元、及異質結元件中 至少一個構成。就基板2而言，受光面21側可以是η型半導體，也可以是P型半導體。就 基板2而言,例如,相對的兩邊的距離為125mm。[0053]在受光面21的表面，多根(例如48根)直線狀的指狀電極3相互平行地分離配置。 進而，以與指狀電極3正交的形式配置有匯流條6A。指狀電極3及匯流條6A通過銀等金屬 糊、電解析出導電膜、導電薄膜等來形成。[0054]在使用上述的導電材料連接這樣的太陽能電池單元100時，在粘接區域SF配置導 電材料，進而在其上配置配線部件。進而，根據需要，可進行加熱加壓。作為加熱加壓的條 件，例如可舉出140?220。。、I?30分鐘、0.1?0.3MPa的條件。[0055]另外，導電材料為液態時，可將導電材料通過分配法、絲網印刷法、沖壓法等進行 涂布來配置。[0056]作為配線部件(TAB線)，沒有特別限定。具體地說，可使用:用有鉛焊錫、無鉛焊 錫、銀、錫等被覆厚度0.1mm?0.4mm、寬為0.5mm?10.0mm的以銅為主的帶的表面的TAB 線等。另外，還可使用:使表面的形狀為光擴散面，使照射TAB線的太陽光線漫反射，通過太 陽能電池組件的玻璃與大氣的界面使其循環反射型的TAB線。[0057]另外，圖2的太陽能電池單元為匯流條細(匯流條6B)的單元，圖3的太陽能電池 單元為沒有匯流條的單元。任一種情況下，都可通過將導電材料配置于粘接區域SF，進行太 陽能電池單元的電極和配線部件的連接。[0058]通過上述的方法，連接多個太陽能電池單元時，如圖4的立體示意圖所示，可獲得 多個太陽能電池單元連接成的連接體。在圖4的連接體中，太陽能電池單元100A?D通過配線部件4進行連接，太陽能電池單元的電極與配線部件4通過上述的導電材料進行連接。[0059]實施例[0060]以下通過實施例進一步詳細地進行說明，但本發明并不限定于此。[0061]〈導電粒子1>[0062]制備含磷銅合金，將其熔化并通過水霧化法進行粉末化后，進行干燥、分級。混合分級的粉末，進行脫氧、脫水分處理，制作含有I質量％磷的含磷銅合金粒子(導電粒子I)。 另外，含磷銅合金粒子的平均粒徑(D50)為1.5μπι。[0063]<導電粒子2>[0064]制備含磷銅合金，將其熔化并通過水霧化法進行粉末化后，進行干燥、分級。混合分級的粉末，進行脫氧、脫水分處理，制作含有6.57質量％磷的含磷銅合金粒子(導電粒子2)。另外，含磷銅合金粒子的平均粒徑(D50)為4.4μπι。[0065]<導電粒子3>[0066]制備含磷銅合金，將其熔化并通過水霧化法進行粉末化后，進行干燥、分級。混合分級的粉末，進行脫氧、脫水分處理，制作含有7.95質量％磷的含磷銅合金粒子(導電粒子3)。另外，含磷銅合金粒子的平均粒徑(D50)為4.8 μ m。[0067]<導電粒子4>[0068]在導電粒子I上以0.1 μπι的厚度鍍敷銀，制作銀被覆含磷銅合金粒子(導電粒子4)。[0069]<導電粒子5>[0070]準備市售的平均粒徑(D50) 5μπι的鎳粒子(導電粒子5)。[0071]〈導電粒子6>[0072]準備市售的粒徑6μπι的銀被覆銅粒子(導電粒子6)。銅中僅含有小于0.01質量％ 的磷。[0073]實施例1[0074]( I)導電材料層的制作:[0075]使含有苯氧樹脂(高分子量環氧樹脂)和微囊型潛在性固化劑的液態環氧樹脂(環氧當量185)的質量比為30/70，使它們溶解于乙酸乙酯，得到乙酸乙 酯的30質量％溶液。[0076]在該溶液中，添加8質量％ (以液態導電材料總量為基準)的上述導電粒子1，進行混合分散，得到液態導電材料。將該液態導電材料用棒涂機涂布于隔板(硅酮處理聚對苯二甲酸乙二酯薄膜，厚度5(^111)，在801:干燥10分鐘，得到形成有厚度25 μ m的導電材料層的層疊體。[0077]其后，將該層疊體裁斷為1.5mm寬，得到在帶狀的隔板上設有導電材料層(厚度 25 μ m)的導電材料。[0078](2)連接:[0079]將太陽能電池單元(硅基板、125mm見方、厚度0.2mm、表面及背面匯流條各2根)的全匯流條和TAB線(焊錫鍍覆銅線、寬1.5mm、厚度0.2mm)，通過剝離了隔板的上述導電材料夾持進行電連接。連接方法是:配置各材料，其后，使用壓接工具(日化設備工程公司制，商品名“AC-S300”)，在加熱溫度180°C、加壓壓力2MPa、加熱加壓時間10秒鐘的條件下，進行加熱及加壓。對于太陽能電池單元的全部匯流條，用導電材料進行連接，得到帶TAB線太陽能電池單元。[0080](3)評價:[0081]使用太陽光模擬器(株式會社Wacom電創制，商品名:WXS-155S_10，AM: 1.5G)測定 所得到的帶TAB線太陽能電池單元的IV曲線，導出曲線因子(填充因數，以下簡稱為F.F)。 進而此時同時還導出變換效率(Π )。進而，判定長期的連接穩定性:在85°C、85RH%的恒溫 恒室環境中暴露1000小時的試驗前后，變換效率(η )的變動在5%以內的場合為“良”，超 過5%的場合為“不良”。將其結果不于表I。[0082]實施例2[0083]添加4質量％ (以液態導電材料總量為基準)上述導電粒子2代替上述導電粒子 1，除此以外，與實施例1同樣操作，得到導電材料。其后，與實施例1同樣操作，進行連接、 評價。將其結果示于表I。[0084]實施例3[0085]添加15質量％ (以液態導電材料總量為基準)上述導電粒子2代替上述導電粒子 1，除此以外，與實施例1同樣操作，得到導電材料。其后，與實施例1同樣操作，進行連接、 評價。將其結果示于表I。[0086]實施例4[0087]添加I質量％ (以液態導電材料總量為基準)上述導電粒子3代替上述導電粒子 1，除此以外，與實施例1同樣操作，得到導電材料。其后，與實施例1同樣操作，進行連接、 評價。將其結果示于表I。[0088]實施例5[0089]添加9質量％ (以液態導電材料總量為基準)上述導電粒子2代替上述導電粒子 1，而且使導電材料層的厚度為35 μ m，除此以外，與實施例1同樣操作，得到導電材料。[0090]其后，使用表面沒有匯流條的太陽能電池單元，除此以外，與實施例1同樣操作， 進行連接、評價。將其結果示于表I。[0091]實施例6[0092]添加3質量％ (以液態導電材料總量為基準)上述導電粒子4代替上述導電粒子 1，除此以外，與實施例1同樣操作，得到導電材料。其后，與實施例1同樣操作，進行連接、 評價。將其結果示于表I。[0093]比較例I[0094]添加10質量％ (以液態導電材料總量為基準)上述導電粒子5代替上述導電粒子 1，除此以外，與實施例1同樣操作，得到導電材料。其后，與實施例1同樣操作，進行連接、 評價。將其結果示于表2。[0095]比較例2[0096]對于在表面沒有匯流條的太陽能電池單元使用焊錫嘗試TAB線的連接。具體地 說，在指狀電極上直行配置TAB線，用300°C的烙鐵，在供給焊錫的同時，而且在將被覆于 TAB線表面的焊錫熔融的同時，嘗試連接。但是，部分地產生TAB線的浮起而未能連接。[0097]比較例3[0098]添加10質量％ (以液態導電材料總量為基準)上述導電粒子6代替上述導電粒子 1，除此以外，與實施例1同樣操作，得到導電材料。其后，與實施例1同樣操作，進行連接、
【權利要求】
1.一種用于連接太陽能電池單元的電極和配線部件的導電材料，其含有樹脂粘合劑和 分散于該樹脂粘合劑的導電粒子，該導電粒子含有含磷率為0.0l質量％?8質量％的含磷 銅合金。
2.根據權利要求1所述的導電材料，其中，所述導電粒子的平均粒徑為0.4μπι? 30 μ m0
3.根據權利要求1或2所述的導電材料，其中，所述導電粒子是使用水霧化法制造的導 電粒子。
【文檔編號】H01L31/05GK103563011SQ201280025626
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年7月20日 優先權日:2011年7月21日
【發明者】鶴岡恭生, 野尻剛, 足立修一郎, 福富隆廣, 井上和歌, 竹村賢三, 宇留野道生 申請人:日立化成株式會社