JP6053567B2 - 太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルム - Google Patents

Description

本発明は，太陽電池セルに形成されている表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムに関し，特に該表面電極に接続されたリボン線と該太陽電池セルの裏面電極に接続したリボン線間において，太陽電池セルが受けた太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率の低下が少ない太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムに関する。

従来，半導体素子と基板を接続するために加熱により硬化する熱硬化性の接着剤フィルムとして，基板の反りを十分に抑制することができ，且つ，接続信頼性に優れる接着剤フィルム及びこれを用いた回路接続材料である，接着剤フィルムが提案されている（特許文献１）。また，電極，回路等を設けた基板や電子部品等を接続し，かつ電気的に接続するための異方性導電性接着剤として，接着性，導通／絶縁性能等の基本特性を損なうことなく，高温高湿条件下での熱膨張を抑制し，かつ接続安定性を向上することのできる異方導電性接着材が提案されている。

特開２００７−９１９５９号公報 特開２０１０−１００８４０号公報

特許文献１に示される接着剤フィルムは，硬化性樹脂組成物からなる接着剤フィルムであって，硬化後のガラス転移温度が６５〜１１０℃であり，硬化後の４０℃における弾性率が１５００ＭＰａ以下であり，且つ，硬化後の１００℃における弾性率が１０ＭＰａ以上である。また特許文献２の異方性導電性接着剤は，エポキシ樹脂，フェノキシ樹脂，硬化剤，無機フィラー及び導電性粒子を必須成分とし，前記フェノキシ樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）が６６℃以上１００℃以下であることを特徴する。

しかし，これらの接着剤フィルム及び異方性導電性接着剤は，あくまで半導体素子と基板を接続し，また電極，回路等を設けた基板や電子部品等を接続することを目的とし，本願発明のように，太陽電池セルに形成されている表面電極にリボン線を接続することを目的としたものではなかった。このため，これらの接着剤フィルムや異方性導電性接着剤を太陽電池セルの表面電極にリボン線を接続するために用いると，太陽電池セルが受けた太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率が経時的に大きく低下すると共に，接着強度も不十分となる場合があるという課題がある。

本発明が解決しようとする課題は，太陽電池セルが受けた太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率の経時的な低下が少ないか殆ど無く，また十分な接着強度を有する，太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムを提供することにある。

請求項１記載の発明は，太陽電池セルの表面電極にリボン線を接続する際に使用する導電性接着フィルムであって，フェノキシ樹脂と，エポキシ樹脂と，シランカップリング剤と，エポキシ樹脂の潜在性硬化剤と，導電性フィラーとから成り，硬化後のガラス転移温度が１８２℃以上１９０℃以下であることを特徴とする太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムである。

また請求項２記載の発明は，フェノキシ樹脂は少なくともフルオレン骨格含有フェノキシ樹脂を含み，エポキシ樹脂はジナフタレン骨格含有の４官能エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムである。

また請求項３記載の発明は，シランカップリング剤がエポキシシランであることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムである。

請求項１及び請求項２に記載の，太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムに関する発明は，太陽電池セルが受けた太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率の経時的な低下が殆ど無く，また経時後にも，より十分な接着強度を有する効果がある。

以下本発明について詳細に説明する。

請求項１記載の太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルムに関する発明は，フェノキシ樹脂と，エポキシ樹脂と，シランカップリング剤と，エポキシ樹脂の潜在性硬化剤と，導電性フィラーとから成る導電性接着フィルムであり，必要により，消泡剤，レベリング剤，チクソ付与剤，希釈剤，粘着付与剤，難燃剤が配合され，硬化後のガラス転移温度は１８２℃以上１９０℃以下である。ガラス転移温度が１８２℃未満では太陽電池セルが受けた太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率の経時的な低下がわずかにあり，１９０℃超では経時的な接着強度の低下率が大きくなる。

フェノキシ樹脂
フェノキシ樹脂は，特に限定されるものではないが，重量平均分子量は２００００〜１０００００のものが好ましい。ここでいう重量平均分子量は，ＧＰＣ法により測定されるものである。これらのフェノキシ樹脂を使用することにより，本発明に係るフィルム成形前の配合物を有機溶剤に溶解し，流延塗工法や溶融押し出し成形法等により容易にフィルム状に成形することができる。また本願に係る発明の導電性接着フィルムは，該フェノキシ樹脂に加えて下記のエポキシ樹脂を含んでいて，さらには該エポキシ樹脂の潜在性硬化剤を含んでいるため，加熱による架橋反応を行なう熱硬化性樹脂として機能する。フェノキシ樹脂の市販品としては，エポトートＹＰ−５０（商品名，ペレット状固体，重量平均分子量：６００００〜８００００，新日鐵住金化学社製）がある。

フェノキシ樹脂は，上記フェノキシ樹脂のほかに，フルオレン骨格含有フェノキシ樹脂を含むか，上記フェノキシ樹脂に代えてフルオレン骨格含有フェノキシ樹脂を使用し，さらにはエポキシ樹脂にジナフタレン骨格含有の４官能エポキシ樹脂を使用することで，硬化後のガラス転移温度を１８２℃〜１９０℃以下とすることができる。市販のフルオレン骨格含有フェノキシ樹脂としては，エポトートＦＸ−２９３（商品名，固体，重量平均分子量：４５０００程度，新日鐵住金化学社製）がある。

エポキシ樹脂
エポキシ樹脂は，フェノキシ樹脂に少なくともフルオレン骨格含有フェノキシ樹脂を使用する場合は，ジナフタレン骨格含有の４官能エポキシ樹脂を使用することができ，この場合硬化後のガラス転移温度を１８２℃以上１９０℃以下とすることができる。市販のジナフタレン骨格含有の４官能エポキシ樹脂としては，ＥＰＩＣＬＯＮ ＨＰ４７１０（商品名，固形状，４官能エポキシ樹脂，エポキシ当量；１６０−１８０，ＤＩＣ株式会社製）がある。

本願に係る発明に使用されるエポキシ樹脂の配合量はフェノキシ樹脂１００重量部に対して１重量部以上３００重量部未満であり，より好ましくは１０重量部以上２００重量部未満である。１重量部未満では接着力不足となり，３００重量部以上では，フィルム形成困難となる。また１０重量部未満では接着力不足となる傾向があり，２００重量部以上ではフィルム形成困難となる傾向がある。

シランカップリング剤
シランカップリング剤としては，エポキシ基を有する例えば２-（３，４-エポキシシクロへキシル）エチルトリメトキシシラン，３-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
，３-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシシランや３-グリシドキシプロピルモノメチルジメトキシシラン等のエポキシシランを使用することができる。市販品としては，３-グリシドキシプロピルトリメトキシシランとしてＤＹＮＡＳＹＬＡＮ Ｇ
ＬＹＭＯ（商品名，３．７ｍＰａ・ｓ／２０℃，ＥＶＯＮＩＫ社製）がある。配合量はフェノキシ樹脂１００重量部に対して ０．１重量部以上３０重量部未満であり，より好ましくは１重量部以上１５重量部未満である。０．１重量部未満では接着力不足となり，３０重量部以上では，硬化不十分となる。また１重量部未満では接着力不足となる傾向があり，１５重量部以上では硬化不十分となる傾向がある。

エポキシ樹脂の潜在性硬化剤
エポキシ樹脂の潜在性硬化剤としては，イミダゾール系，ヒドラジド系，変性ポリアミン，三フッ化ホウ素アミン錯塩，グアナミン類，メラミン，ウレア類を使用することができ，これらより選択される少なくとも１から成ることが望ましい。イミダゾール系の市販品としては，キュアゾール２ＭＺ−Ｈ（固体，イミダゾール系，四国化成社製）がある。また，潜在性硬化剤は，ポリウレタン系，ポリウレア系，ポリエステル系等の高分子物質で被覆してマイクロカプセル化したものであってもよく，該マイクロカプセル化潜在性硬化剤の市販品としては，ノバキュアＨＸ−３９４１ＨＰ（商品名，マイクロカプセル化潜在性硬化剤３５％，ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂１５％，ビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂５０％，旭化成イーマテリアルズ社製）がある。ノバキュアＨＸ−３９４１ＨＰは，マイクロカプセル化潜在性硬化剤を液状エポキシ樹脂に分散させたものである。潜在性硬化剤の配合量はフェノキシ樹脂１００重量部に対して１重量部以上２００重量部未満であり，より好ましくは１０重量部以上１００重量部未満である。１重量部未満では硬化不十分となり，２００重量部以上では，保存性が悪くなる。また１０重量部未満では硬化不十分となる傾向があり，１００重量部以上では保存性が悪くなる傾向がある。

導電性フィラー
本発明には，金，銀，ニッケル，銅，亜鉛，錫等の金属粒子や該金属粒子に金メッキ，ニッケルメッキを施した導電性フィラーを使用することができる。市販品としては，ニッケル粉４ＳＰ１０（商品名，粉末固体，平均粒子径７μｍ，ＮＯＶＡＭＥＮＴ社製）がある。配合量はフェノキシ樹脂１００重量部に対して ０．１重量部以上３００重量部未満であり，より好ましくは１重量部以上２００重量部未満である。０．１重量部未満では導通不良となり，３００重量部以上では，導電性フィラーの凝集が増え製造不能となる。また１重量部未満では導通不良となる傾向があり，２００重量部以上では攪拌時に導電性フィラーの凝集が増える傾向がある。また導電性フィラーの粒度分布測定による平均粒子径は，１μｍ以上２０μｍ未満であることが望ましく，より好ましくは５μｍ以上１５μｍ未満である。１μｍ未満では導通不良となり，２０μｍ以上であると製造不能となる。また５μｍ未満では，導通不良の傾向があり，１５μｍ以上であると製造困難となる傾向がある。なお，ここでいう平均粒子径とは，レーザー回折・散乱法よって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径をいう。

本出願に係る導電性フィルムの厚みは，配合される上記導電性フィラーの平均粒子径に対して１００％から５００％の厚みに成形されることが望ましい。これにより，本発明の導電性接着フィルムを使用して，太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するために加熱，加圧する際，フィルムの溶融流動が容易に行なわれ，短時間に導電接着を形成することができる。

以下，実施例，参考例及び比較例にて本出願に係る導電性接着フィルムについて具体的に説明する。

参考例１乃至参考例７および実施例１乃至実施例２
フェノキシ樹脂としてエポトートＹＰ５０（商品名，新日鐵住金化学社製）を，フルオレン骨格含有フェノキシ樹脂として，エポトートＦＸ−２９３（商品名，新日鐵住金化学社製）を，ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂として，ＥＰＩＣＬＯＮ ＨＰ−４０３２（商品名，ＤＩＣ株式会社製）を，クレゾールノボラック型エポキシ樹脂Ａとして，ＥＰＩＣＬＯＮ Ｎ７３０Ａ（商品名，ＤＩＣ株式会社製）を，クレゾールノボラック型エポキシ樹脂Ｂとして，ＥＰＩＣＬＯＮ Ｎ−７７０（商品名，固形状，エポキシ当量；１８３〜１９３，ＤＩＣ株式会社製）を，クレゾールノボラック型エポキシ樹脂Ｃとして，ＥＰＡＬＬＯＹ ８３７０（商品名，高粘度液状，エポキシ当量；２０５〜２１５，ＣＶＣ Ｔｈｅｒｍｏｓｅｔ Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉｅｓ社製）を，３官能以上のエポキシ基含有エポキシ樹脂として，ＥＰＡＬＬＯＹ９０００（商品名，ＣＶＣ Ｔｈｅｒｍｏｓｅｔ Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉｅｓ社製）を，ジナフタレン骨格含有の４官能エポキシ樹脂として，ＥＰＩＣＬＯＮＨＰ４７１０（商品名，ＤＩＣ株式会社製）を使用し，それぞれ表１に示す所定重量部に対して酢酸エチルを７５重量部添加して４０重量％の酢酸エチル溶液を作製する（表１には酢酸エチル配合部数を記載せず）。

該溶液に導電性フィラーとして平均粒子径７μｍのニッケル粉４ＳＰ１０（商品名，ＮＯＶＡＭＥＮＴ社製）を８重量部添加する。次にエポキシ樹脂の潜在性硬化剤としてマイクロカプセル型潜在性硬化剤含有液状エポキシ樹脂ノバキュアＨＸ−３９４１ＨＰ（商品名，旭化成イーマテリアルズ社製）４０重量部と，３-グリシドキシプロピルトリメトキシシランＤＹＮＡＳＹＬＡＮ ＧＬＹＭＯ（商品名，ＥＶＯＮＩＣ社製）２重量部を加え均一に攪拌しフィルム形成前混合液を得る。該混合液をＰＥＴフィルムＮＰ３８ＳＡ（商品名，パナック社製）上にフィルムアプリケーターＳＡ−２０４（Ｓｈｅｅｎ社製）で約４０〜５０μｍに均一に塗付し，その後８０℃にて５分間乾燥させ酢酸エチルを塗付膜中からすべて揮発させる。フィルム厚み測定器ＤＩＧＩＭＩＣＲＯ（ＮＩＫＯＮ社製）にて，ＰＥＴフィルム上に形成された導電性接着フィルムの厚みが２０〜２５μｍと成っていることを確認し参考例１乃至参考例７および実施例１乃至実施例２の導電性接着フィルムを得た。

比較例１及び比較例２
表１に示す配合にて，上記参考例１乃至参考例７および実施例１乃至実施例２において配合したエポキシ樹脂に代えて，ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂として，ＥＰ８２８（商品名，エポキシ当量：１８４−１９４ｇ／ｅｑ，三菱化学社製）またはＥＯ変性エポキシ樹脂としてアデカレジンＥＰ−４０１０（商品名，エポキシ当量：３５０ｇ／ｅｑ，ＡＤＥＫＡ社製）を配合して，同様の方法により比較例１及び比較例２の導電性接着フィルムを得た。

評価項目および評価方法

ガラス転移温度
参考例１乃至参考例７、実施例１乃至実施例２及び比較例１及び比較例２の導電性接着フィルムを５０ｍｍ×５０ｍｍに切り出し、２００℃の恒温層で１０分間加熱処理を行う。加熱処理後のフィルムをさらに４０ｍｍ×５ｍｍ幅に切り出してこれをサンプルとした。得られたサンプルを動的粘弾性測定装置Ｑ８００（ＴＡインスツルメント社製）を用いて常温から２２０℃までを昇温速度３℃／分、周波数１Ｈｚの条件で引張試験を行い、貯蔵弾性率と損失弾性率を求め、得られたＴａｎΔの極大点における温度をガラス転移温度とした。

初期せん断強度及び加熱後せん断強度
参考例１乃至参考例７、実施例１乃至実施例２及び比較例１及び比較例２の導電性接着フィルムを，太陽電池セル（１２５ｍｍ×１２５ｍｍ）上に形成されている表面電極（材質；Ａｇペースト，２ｍｍ×１２５ｍｍ）の幅に合わせてカットして１ｍｍ×１２０ｍｍの接着用導電性接着フィルムとして該表面電極に貼り，その上にリボン線（材質：ハンダメッキ銅，日立電線社製，ＮｏＷａｒｐ，巾１．５ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚み約０．２５ｍｍ）を載置して圧着装置（大崎エンジニアリング社製，ＣＴ−４００）により１８０℃，１Ｍｐａ，１０秒で加熱加圧を行い，太陽電池セルの表面電極とリボン線を導電性接着フィルムにて接着し，せん断強度測定用リボン線付き太陽電池セル試験体とする。該せん断強度測定用リボン線付き太陽電池セル試験体のリボン線と太陽電池セルを，導電性接着フィルム部分にせん断応力が加わるように，インストロン引張試験機５５００Ｒ（インストロン社製）にて５ｍｍ／分にて引っ張り，せん断強度（ＭＰａ）を測定し，該測定値を初期せん断強度とした。測定は２３℃にて行った。

同様にせん断強度測定用リボン線付き太陽電池セル試験体を作製したのち，該試験体を１２５℃１０００時間放置し，その後２３℃にて同様にせん断強度を（ＭＰａ）を測定し，該測定値を加熱後せん断強度とした。

初期変換効率及びヒートサイクル後変換効率及び変換効率低下率
参考例１乃至参考例７、実施例１乃至実施例２及び比較例１及び比較例２の導電性接着フィルムを，太陽電池セル（１２５ｍｍ×１２５ｍｍ）上に形成されている表面電極（材質；Ａｇペースト，２ｍｍ×１２５ｍｍ）の幅に合わせてカットして１ｍｍ×１２０ｍｍの接着用導電性接着フィルムとして該表面電極に貼り，その上にリボン線（材質：ハンダメッキ銅，日立電線社製，ＮｏＷａｒｐ，巾１．５ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚み約０．２５ｍｍ）を載置して圧着装置（大崎エンジニアリング社製，ＣＴ−４００）により１８０℃，１Ｍｐａ，１０秒で加熱加圧を行い，太陽電池セルの表面電極とリボン線を導電性接着フィルムにて接着する。該太陽電池セルの裏面銀電極に上記リボン線をハンダ付けし変換効率測定用リボン線付き太陽電池セル試験体とする。該試験体を試験体作製直後に２３℃雰囲気下にて太陽電池評価用装置ソーラシミュレータ（製品名，ワコム電創社製）を使用して，光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率Ｐｍａｘ（Ｗ）を測定し，該変換効率を初期変換効率とした。

次に同じ試験体を，−４０℃に３０分置いたのち直ちに１２０℃３０分置くことを１サイクルとしてこれを２００サイクル繰り返し，その後２３℃雰囲気下にて太陽電池評価用装置ソーラシミュレータを使用して，光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率Ｐｍａｘ（Ｗ）を測定し，該変換効率をヒートサイクル後変換効率とした。該ヒートサイクル後の変換効率の初期変換効率に対する％を変換効率低下率％として算出した。

評価結果 評価結果を表２に示す。

まとめ
参考例１乃至参考例５では変換効率の低下率は８８．８％〜９６．８％となり，ガラス転移温度が１２０℃以上１６５℃未満では変換効率は８８％以上９７％以下になると判断される。参考６乃至参考７および実施例１乃至実施例２では変換効率の低下率は９７．１％〜９９．８％となり，ガラス転移温度が１６５℃以上１９０℃以下では変換効率は９７％以上９９．８％以下になると判断される。

せん断強度は参考例１乃至参考例７、実施例１乃至実施例２は０．５９ＭＰａ以上あり，初期せん断強度に対する加熱後せん断強度の割合は８０％以上であり，十分な接着強度を有する。

Claims (3)

1. 太陽電池セルの表面電極にリボン線を接続する際に使用する導電性接着フィルムであって，フェノキシ樹脂と，エポキシ樹脂と，シランカップリング剤と，エポキシ樹脂の潜在性硬化剤と，導電性フィラーとから成り，硬化後のガラス転移温度が１８２℃以上１９０℃以下であることを特徴とする太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルム。
2. フェノキシ樹脂は少なくともフルオレン骨格含有フェノキシ樹脂を含み，エポキシ樹脂はジナフタレン骨格含有の４官能エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルム。
3. シランカップリング剤がエポキシシランであることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の太陽電池セル表面電極にリボン線を接続するための導電性接着フィルム。