JP2005317898A - Paste composition and solar cell element using the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、一般的にはペースト組成物およびそれを用いた太陽電池素子に関し、特定的には、結晶系シリコン太陽電池を構成するp型シリコン半導体基板の上に裏面アルミニウム電極を形成する際に用いられるペースト組成物、およびそれを用いた太陽電池素子に関するものである。 The present invention generally relates to a paste composition and a solar cell element using the same, and more specifically, when a back surface aluminum electrode is formed on a p-type silicon semiconductor substrate constituting a crystalline silicon solar cell. The present invention relates to a paste composition used and a solar cell element using the same.
太陽電池は、安全でかつ環境負荷の少ないクリーンエネルギーとしてより広範囲に実用化が望まれている。特に、シリコン半導体基板を用いて素子を構成する太陽電池の普及を図るためには軽量化と低コスト化を進めることが必要とされている。この要求に応じて太陽電池素子の厚みを薄くするために研究開発が重ねられている。 Solar cells are desired to be used in a wider range as clean energy that is safe and has low environmental impact. In particular, it is necessary to promote weight reduction and cost reduction in order to popularize solar cells that use silicon semiconductor substrates to form elements. In response to this requirement, research and development have been repeated in order to reduce the thickness of the solar cell element.
図1は、太陽電池素子の一般的な断面構造を模式的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a general cross-sectional structure of a solar cell element.
図1に示すように、厚みが300〜600μmのp型シリコン半導体基板1の受光面側には、厚みが0.3〜0.5μmのn型不純物層2、反射膜層3およびグリッド電極4が順に形成されている。
As shown in FIG. 1, on the light-receiving surface side of a p-type
p型シリコン半導体基板1の裏面側には、裏面電極としてアルミニウム電極層8が形成されている。アルミニウム電極層8は、アルミニウム焼結層5とアルミニウムシリコン混合層6とから構成される。p型シリコン半導体基板1の裏面にアルミニウムを含むペーストを塗布して焼成することにより、アルミニウム焼結層5とアルミニウムシリコン混合層6が形成されると同時に、p型シリコン半導体基板1中にアルミニウムが拡散することによってp+層(またはp++層)7が形成される。このp+層7が存在することによって、いわゆるBSF(Back Surface Field)の効果が得られ、p型半導体基板1内で生成したキャリアの収集効率を高めることができる。すなわち、p型シリコン半導体基板1内で生成した少数キャリアのうち、裏面電極に向かうキャリアは、p+層7が内部電界を形成し障壁となることによって表面方向に反発され、表面電極で光電流として有効に収集され、結果として光起電力と光電流が増加して変換効率を高めることができる。
On the back side of the p-type
アルミニウム電極層を形成するためのアルミニウム含有ペーストの塗布はスクリーン印刷法を用いて行われ、その焼成は酸化性雰囲気中で行われるのが一般的である。所望のBSF効果を得るためには、アルミニウム含有ペーストを厚く塗布して焼成する必要がある。具体的には、シリコン半導体基板の全面にアルミニウム含有ペーストを40〜70μmの厚みで塗布して焼成しないと、BSF効果が十分でなく、変換効率を高めることができない。 The application of the aluminum-containing paste for forming the aluminum electrode layer is generally performed using a screen printing method, and the firing is generally performed in an oxidizing atmosphere. In order to obtain a desired BSF effect, it is necessary to apply a thick aluminum-containing paste and fire it. Specifically, unless the aluminum-containing paste is applied to the entire surface of the silicon semiconductor substrate to a thickness of 40 to 70 μm and fired, the BSF effect is not sufficient and the conversion efficiency cannot be increased.
しかし、BSF効果をもたらすp+層の形成と同時に、アルミニウム電極層も必要以上に厚く形成されてしまう。このため、太陽電池素子の厚みを薄くするためにシリコン半導体基板の厚みを300μm以下まで薄くすると、半導体基板の厚みに対するアルミニウム電極層の厚みの比率が大きくなる。その結果、アルミニウム電極層を形成するための焼成温度から常温に冷却する際に、アルミニウムまたはアルミニウムシリコン混合物とシリコンとの間の熱膨張係数の差に起因して内部応力が発生することによって半導体基板に反りまたは割れが生じるという問題があった。 However, simultaneously with the formation of the p + layer that brings about the BSF effect, the aluminum electrode layer is formed to be thicker than necessary. For this reason, when the thickness of the silicon semiconductor substrate is reduced to 300 μm or less in order to reduce the thickness of the solar cell element, the ratio of the thickness of the aluminum electrode layer to the thickness of the semiconductor substrate increases. As a result, when cooling from the firing temperature for forming the aluminum electrode layer to room temperature, an internal stress is generated due to the difference in the thermal expansion coefficient between the aluminum or aluminum silicon mixture and the silicon substrate. There was a problem that warping or cracking occurred.
したがって、従来の太陽電池素子の製造方法では、太陽電池素子の薄型化の要求に応じてシリコン半導体基板の厚みを300μm以下に薄くする場合に問題があった。 Therefore, in the conventional method for manufacturing a solar cell element, there is a problem when the thickness of the silicon semiconductor substrate is reduced to 300 μm or less in response to a request for thinning the solar cell element.
このような問題を解決するために、いくつかの方法が提案されている。 In order to solve such a problem, several methods have been proposed.
半導体基板上に裏面電極を形成した後に、この裏面電極の表面を厚み方向に一部エッチングする方法が、たとえば特開2002−353476号公報(特許文献1)で提案されている。しかし、この方法では製造プロセスが複雑になる上に、焼成時における反りまたは割れの発生を防止することができないという問題があった。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-353476 (Patent Document 1) proposes a method of partially etching the surface of the back electrode in the thickness direction after the back electrode is formed on the semiconductor substrate. However, this method has a problem that the manufacturing process is complicated and warpage or cracking during firing cannot be prevented.
また、半導体基板の裏面全体にアルミニウム含有ペーストをまず薄く塗布し、その上から厚くしたい部分に再度アルミニウム含有ペーストを塗布した後、焼成することにより、半導体基板の裏面に2種以上の厚みで裏面電極を形成する方法が、たとえば、特開2002−217435号公報(特許文献2)で提案されている。半導体基板の裏面に裏面電極を格子状に形成する方法が、たとえば、特開2002−141533号公報(特許文献3)で提案されている。半導体基板の裏面に裏面電極を厚みの異なるストライプ状に形成する方法が、たとえば、特開2002−141534号公報(特許文献4)で提案されている。半導体基板の裏面に裏面電極を矩形状に形成する方法が、たとえば、特開2002−141546号公報(特許文献5)で提案されている。しかし、これらのいずれの方法によっても形成されるBSF効果をもたらすp+層が不均一となり、変換効率の低下を招くという問題があった。 In addition, the aluminum-containing paste is first thinly applied to the entire back surface of the semiconductor substrate, and then the aluminum-containing paste is applied again to the portion to be thickened, and then baked, so that the back surface of the semiconductor substrate has two or more thicknesses. A method for forming an electrode is proposed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-217435 (Patent Document 2). For example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-141533 (Patent Document 3) proposes a method of forming backside electrodes in a lattice pattern on the backside of a semiconductor substrate. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-141534 (Patent Document 4) proposes a method of forming back electrodes in stripes having different thicknesses on the back surface of a semiconductor substrate. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-141546 (Patent Document 5) proposes a method of forming a back electrode in a rectangular shape on the back surface of a semiconductor substrate. However, there is a problem that the p + layer that produces the BSF effect formed by any of these methods becomes non-uniform, leading to a decrease in conversion efficiency.
さらに、所望のBSF効果を確保しつつアルミニウム電極層を薄くすることが可能な導電性ペーストの組成物として、アルミニウム粉末、ガラスフリット、有機質ビヒクルおよびアルミニウム含有有機化合物を含むものが、たとえば、特開2000−90734号公報(特許文献6)で提案されている。しかしながら、この導電性ペーストを用いることにより、ある一定の太陽電池特性を確保しつつ塗布量を減らして裏面電極層を薄くし、p型シリコン半導体基板に生じる反り量を低減しているが、充分なBSF効果を得るために導電性ペーストの塗布量を減らさないで、反り量を低減することはできない。 Further, as a conductive paste composition capable of thinning an aluminum electrode layer while ensuring a desired BSF effect, a composition containing aluminum powder, glass frit, an organic vehicle, and an aluminum-containing organic compound is disclosed in, for example, This is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-90734 (Patent Document 6). However, the use of this conductive paste reduces the amount of warpage generated in the p-type silicon semiconductor substrate by reducing the coating amount and thinning the back electrode layer while ensuring certain solar cell characteristics. In order to obtain a good BSF effect, the amount of warp cannot be reduced without reducing the amount of conductive paste applied.
そこで、熱膨張率がアルミニウムよりも小さく、かつ、溶融温度、軟化温度および分解温度のいずれかがアルミニウムの融点よりも高い無機化合物と、アルミニウム粉末および有機質ビヒクルを含むペースト組成物が、たとえば、特開2003−223813号公報(特許文献7)で提案されている。しかし、無機化合物の添加量を増すと、焼成時における反りまたは割れの発生をさらに抑制することができるものの、アルミニウム電極層の表面抵抗が増大し、電極間のオーム抵抗が増加して太陽光の照射で生じたエネルギーを有効に取り出すことができず、エネルギー変換効率の低下を招くという問題があった。
そこで、この発明の目的は、上述の問題を解決することであり、より薄いシリコン半導体基板を用いても、反りまたは割れが発生することを防止することができるとともに、高いBSF効果とエネルギー変換効率とを達成することが可能なペースト組成物と、その組成物を用いて形成された電極を備えた太陽電池素子を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problem, and even when a thinner silicon semiconductor substrate is used, it is possible to prevent warping or cracking, and a high BSF effect and energy conversion efficiency. It is providing the solar cell element provided with the paste composition which can achieve these, and the electrode formed using the composition.
本発明者らは、従来技術の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定の組成を有するペースト組成物を使用することにより、上記の目的を達成できることを見出した。この知見に基づいて、本発明に従ったペースト組成物は、次のような特徴を備えている。 As a result of intensive studies to solve the problems of the prior art, the present inventors have found that the above object can be achieved by using a paste composition having a specific composition. Based on this finding, the paste composition according to the present invention has the following characteristics.
この発明に従ったペースト組成物は、p型シリコン半導体基板の上に電極を形成するためのペースト組成物であって、アルミニウム粉末と、有機質ビヒクルと、炭素粉末とを含む。 A paste composition according to the present invention is a paste composition for forming an electrode on a p-type silicon semiconductor substrate, and includes aluminum powder, an organic vehicle, and carbon powder.
好ましくは、この発明のペースト組成物は、ガラスフリットをさらに含む。 Preferably, the paste composition of the present invention further includes glass frit.
また、好ましくは、この発明のペースト組成物は、炭素粉末を0.1質量%以上18質量%以下含む。 Moreover, preferably, the paste composition of this invention contains 0.1 mass% or more and 18 mass% or less of carbon powder.
さらに好ましくは、この発明のペースト組成物は、アルミニウム粉末を60質量%以上75質量%以下、有機質ビヒクルを20質量%以上35質量%以下、炭素粉末を0.1質量%以上18質量%以下含む。 More preferably, the paste composition of the present invention contains 60% to 75% by weight of aluminum powder, 20% to 35% by weight of organic vehicle, and 0.1% to 18% by weight of carbon powder. .
ガラスフリットを含む場合、好ましくは、この発明のペースト組成物は、アルミニウム粉末を60質量%以上75質量%以下、有機質ビヒクルを20質量%以上30質量%以下、炭素粉末を0.1質量%以上18質量%以下、ガラスフリットを5.0質量%以下含む。 When the glass frit is contained, preferably, the paste composition of the present invention has an aluminum powder of 60% by mass to 75% by mass, an organic vehicle of 20% by mass to 30% by mass, and a carbon powder of 0.1% by mass or more. 18 mass% or less and glass frit are contained 5.0 mass% or less.
この発明のペースト組成物において、炭素粉末は、カーボンブラックであるのが好ましい。 In the paste composition of the present invention, the carbon powder is preferably carbon black.
さらに、この発明のペースト組成物において、炭素粉末の平均粒径は、10μm以下であるのが好ましい。 Furthermore, in the paste composition of the present invention, the average particle size of the carbon powder is preferably 10 μm or less.
そしてさらに、この発明のペースト組成物において、炭素粉末の平均粒径は、0.5μm以下であるのが好ましい。 Furthermore, in the paste composition of the present invention, the average particle size of the carbon powder is preferably 0.5 μm or less.
この発明のペースト組成物において、炭素粉末の平均粒径が0.5μm以下である場合には、炭素粉末を0.3質量%以上6質量%以下含むのが好ましい。 In the paste composition of the present invention, when the average particle size of the carbon powder is 0.5 μm or less, it is preferable to contain the carbon powder in an amount of 0.3% by mass to 6% by mass.
この発明に従った太陽電池素子は、上述の特徴を有するペースト組成物をp型シリコン半導体基板の上に塗布した後、焼成することにより形成した電極を備える。 The solar cell element according to the present invention includes an electrode formed by applying a paste composition having the above-described characteristics onto a p-type silicon semiconductor substrate and then baking it.
この発明の別の局面に従った太陽電池素子は、アルミニウム電極層を備え、このアルミニウム電極層が炭素粒子を含む。 A solar cell element according to another aspect of the present invention includes an aluminum electrode layer, and the aluminum electrode layer includes carbon particles.
以上のように、この発明によれば、炭素粉末を含むペースト組成物を塗布したp型シリコン半導体基板を焼成することにより、p型シリコン半導体基板の反りまたは割れが発生することを防止することができるとともに、高いBSF効果とエネルギー変換効率とを達成することが可能なペースト組成物と、その組成物を用いて形成された電極を備えた太陽電池素子を得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the p-type silicon semiconductor substrate from being warped or cracked by firing the p-type silicon semiconductor substrate coated with the paste composition containing carbon powder. In addition, a solar battery element including a paste composition capable of achieving a high BSF effect and energy conversion efficiency and an electrode formed using the composition can be obtained.
この発明のペースト組成物は、アルミニウム粉末、有機質ビヒクルに加えて、さらに炭素粉末を含有することを特徴としている。炭素粉末の熱膨張係数は、結晶構造等により異なるがおよそ0.5〜10×10−6/℃であり、アルミニウム熱膨張係数23.5×10−6/℃よりも小さい。また、炭素粉末の電気伝導率は、無機化合物粉末またはアルミニウム含有有機化合物粉末よりも大きい。 The paste composition of the present invention is characterized by further containing carbon powder in addition to aluminum powder and organic vehicle. The thermal expansion coefficient of the carbon powder is approximately 0.5 to 10 × 10 −6 / ° C. although it varies depending on the crystal structure and the like, and is smaller than the aluminum thermal expansion coefficient 23.5 × 10 −6 / ° C. Moreover, the electrical conductivity of carbon powder is larger than inorganic compound powder or aluminum-containing organic compound powder.
このような炭素粉末をペースト組成物に含ませることにより、炭素粉末とシリコンとの間の熱膨張係数の差が比較的小さいので、ペーストを塗布し、焼成した後のp型シリコン半導体の変形を抑制することができる。また、炭素粉末の電気伝導率が比較的高いので、アルミニウム電極層の表面抵抗の増大を抑制することができる。 By including such a carbon powder in the paste composition, the difference in thermal expansion coefficient between the carbon powder and silicon is relatively small, so that the deformation of the p-type silicon semiconductor after the paste is applied and baked can be reduced. Can be suppressed. Moreover, since the electrical conductivity of the carbon powder is relatively high, an increase in the surface resistance of the aluminum electrode layer can be suppressed.
従来、焼成後のp型シリコン半導体の変形を抑制するためには、ペーストの塗布膜厚を薄くすること、アルミニウム含有有機化合物粉末を添加したペーストを用いることによりある一定の太陽電池特性を確保しつつペーストの塗布膜厚を薄くして裏面電極層を薄くすること、あるいは、無機化合物粉末を添加したペーストを用いること以外に実質的に有効な手段はなかった。 Conventionally, in order to suppress deformation of the p-type silicon semiconductor after firing, a certain solar cell characteristic is secured by reducing the coating thickness of the paste and using a paste to which an aluminum-containing organic compound powder is added. However, there was substantially no effective means other than thinning the coating film thickness of the paste to make the back electrode layer thin, or using a paste to which inorganic compound powder was added.
ペーストの塗布膜厚を薄くすると、p型シリコン半導体基板の表面より内部へのアルミニウムの拡散量が不十分となり、充分なBSF効果を得ることができず、結果として太陽電池素子の特性が低下する。 If the coating thickness of the paste is reduced, the diffusion amount of aluminum from the surface of the p-type silicon semiconductor substrate to the inside becomes insufficient, and a sufficient BSF effect cannot be obtained, resulting in deterioration of the characteristics of the solar cell element. .
無機化合物粉末またはアルミニウム含有有機化合物粉末を添加したペーストを用いると、アルミニウム電極層の表面抵抗が増大し、エネルギー変換効率が低下し、結果として太陽電池素子の特性が低下する。 When a paste to which an inorganic compound powder or an aluminum-containing organic compound powder is added is used, the surface resistance of the aluminum electrode layer increases, the energy conversion efficiency decreases, and as a result, the characteristics of the solar cell element decrease.
しかし、この発明では、アルミニウム電極層の表面抵抗が増大することがないので、エネルギー変換効率の低下を招く恐れがない。また、ペーストの塗布膜厚を薄くしなくても、焼成後のp型シリコン半導体基板の変形を抑制することができるため、充分なBSF効果を得ることができる。 However, in this invention, since the surface resistance of the aluminum electrode layer does not increase, there is no possibility of causing a decrease in energy conversion efficiency. Further, since the deformation of the p-type silicon semiconductor substrate after firing can be suppressed without reducing the paste coating thickness, a sufficient BSF effect can be obtained.
本発明のペースト組成物に含められる炭素粉末としては、人造黒鉛粉、活性炭またはカーボンブラック等の他、炭素繊維、ガラス状炭素等のいずれの材料も好適に使用することができる。 As the carbon powder included in the paste composition of the present invention, any material such as artificial graphite powder, activated carbon or carbon black, carbon fiber, glassy carbon and the like can be suitably used.
本発明のペースト組成物に含められる炭素粉末の含有量は、0.1質量%以上18質量%であることが好ましい。炭素粉末の含有量が0.1質量%未満では、焼成後のp型シリコン半導体基板の変形を抑制するほどの十分な添加効果を得ることができない。炭素粉末の含有量が18質量%を越えると、スクリーン印刷等におけるペーストの塗布性が低下する。 The content of the carbon powder included in the paste composition of the present invention is preferably 0.1% by mass or more and 18% by mass. When the content of the carbon powder is less than 0.1% by mass, it is not possible to obtain an effect of addition sufficient to suppress deformation of the p-type silicon semiconductor substrate after firing. When the content of the carbon powder exceeds 18% by mass, the applicability of the paste in screen printing or the like decreases.
本発明のペースト組成物に含められる炭素粉末の平均粒径は、好ましくは10μm以下、さらに好ましくは1μm以下、より好ましくは0.5μm以下である。炭素粉末の平均粒径が、10μmを越えると、ペーストの焼成時に形成されるアルミニウム電極層中に存在する炭素粒子の数が少なくなるため、焼成後のp型シリコン半導体基板の変形を抑制するほどの十分な添加効果を得ることができない。 The average particle size of the carbon powder included in the paste composition of the present invention is preferably 10 μm or less, more preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less. If the average particle diameter of the carbon powder exceeds 10 μm, the number of carbon particles present in the aluminum electrode layer formed during firing of the paste is reduced, so that the deformation of the p-type silicon semiconductor substrate after firing is suppressed. It is not possible to obtain a sufficient addition effect.
焼成後のp型シリコン半導体基板の変形(反り)および電極層表面抵抗をバランス良く低減させるには、炭素粉末の平均粒径を0.5μm以下、炭素粉末の含有量を0.3質量%以上6質量%以下にすればよい。このようにすることにより、微細な炭素粉末が効果的にアルミニウム電極層中に分散して含まれる。 In order to reduce the deformation (warp) and electrode layer surface resistance of the p-type silicon semiconductor substrate after firing in a well-balanced manner, the average particle size of the carbon powder is 0.5 μm or less, and the content of the carbon powder is 0.3 mass% or more. What is necessary is just to make it 6 mass% or less. By doing so, fine carbon powder is effectively dispersed and contained in the aluminum electrode layer.
炭素粉末の平均粒径の下限値は特に限定されないが、平均粒径の減少とともに増加する比表面積が20000m2/gを越えるとペーストの粘度が上昇し、スクリーン印刷時におけるペーストの塗布性が低下する。 The lower limit of the average particle size of the carbon powder is not particularly limited, but when the specific surface area that increases with the decrease of the average particle size exceeds 20000 m 2 / g, the viscosity of the paste increases, and the applicability of the paste during screen printing decreases. To do.
また、本発明のペースト組成物に含められるアルミニウム粉末の含有量は、60質量%以上75質量%以下であることが好ましい。アルミニウム粉末の含有量が60質量%未満では、焼成後のアルミニウム電極層の表面抵抗が増大し、エネルギー変換効率の低下を招く恐れがある。アルミニウム粉末の含有量が75質量%を越えると、スクリーン印刷時におけるペーストの塗布性が低下する。 Moreover, it is preferable that content of the aluminum powder included in the paste composition of this invention is 60 mass% or more and 75 mass% or less. When the content of the aluminum powder is less than 60% by mass, the surface resistance of the aluminum electrode layer after firing increases, which may cause a decrease in energy conversion efficiency. When the content of the aluminum powder exceeds 75% by mass, the applicability of the paste during screen printing is lowered.
本発明のペースト組成物に含められる有機質ビヒクルとしては、エチルセルロース、アクリル樹脂、アルキッド樹脂等を溶剤に溶解したものが使用される。有機質ビヒクルの含有量は、20質量%以上35質量%以下であることが好ましい。有機質ビヒクルの含有量が20質量%未満になると、または35質量%を越えると、ペーストの印刷性が低下する。 As the organic vehicle included in the paste composition of the present invention, one obtained by dissolving ethyl cellulose, acrylic resin, alkyd resin or the like in a solvent is used. The content of the organic vehicle is preferably 20% by mass or more and 35% by mass or less. When the content of the organic vehicle is less than 20% by mass or exceeds 35% by mass, the printability of the paste is deteriorated.
さらに、本発明のペースト組成物はガラスフリットを含んでもよい。ガラスフリットの含有量は、5.0質量%以下であるのが好ましい。ガラスフリットは、p型シリコン半導体の変形、BSF効果およびエネルギー変換効率には直接関与しないが、焼成後のアルミニウム電極層とp型シリコン半導体基板との密着性を向上させるために添加されるものである。ガラスフリットの含有量が5.0質量%を越えると、ガラスの偏析が生じる恐れがある。 Further, the paste composition of the present invention may contain glass frit. The glass frit content is preferably 5.0% by mass or less. Glass frit is not directly related to the deformation of the p-type silicon semiconductor, the BSF effect and the energy conversion efficiency, but is added to improve the adhesion between the baked aluminum electrode layer and the p-type silicon semiconductor substrate. is there. If the glass frit content exceeds 5.0% by mass, segregation of the glass may occur.
本発明のペースト組成物に含められるガラスフリットとしては、SiO2−Bi2O3−PbO系の他に、B2O3−SiO2−Bi2O3系、B2O3−SiO2−ZnO系、B2O3−SiO2−PbO系等が挙げられる。 As the glass frit included in the paste composition of the present invention, in addition to the SiO 2 —Bi 2 O 3 —PbO system, B 2 O 3 —SiO 2 —Bi 2 O 3 system, B 2 O 3 —SiO 2 — Examples thereof include a ZnO system and a B 2 O 3 —SiO 2 —PbO system.
なお、この発明の一つの実施の形態としての太陽電池素子は、図1に示される断面構造を有し、p型シリコン半導体基板1の裏面側に形成される裏面電極としてのアルミニウム電極層8は炭素粒子を含む。
The solar cell element as one embodiment of the present invention has the cross-sectional structure shown in FIG. 1, and an
以下、本発明の一つの実施例について説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described.
まず、アルミニウム粉末を60〜75質量%、ガラスフリットを0.3〜5.0質量%、有機ビヒクルを20〜30質量%の範囲内で含有するとともに、炭素粉末を表1に示す割合で含有する各種のペースト組成物を作製した。 First, the aluminum powder is contained in the range of 60 to 75% by mass, the glass frit in the range of 0.3 to 5.0% by mass, the organic vehicle in the range of 20 to 30% by mass, and the carbon powder is contained in the ratio shown in Table 1. Various paste compositions were prepared.
具体的には、エチルセルロースをグリコールエーテル系有機溶剤に溶解した有機質ビヒクルに、アルミニウム粉末とB2O3−SiO2−PbO系のガラスフリットを加え、さらに表1に示す各種の炭素粉末を加えて、周知の混合機にて混合し、ペースト組成物を得た。 Specifically, aluminum powder and B 2 O 3 —SiO 2 —PbO glass frit are added to an organic vehicle in which ethyl cellulose is dissolved in a glycol ether organic solvent, and various carbon powders shown in Table 1 are added. The mixture was mixed with a known mixer to obtain a paste composition.
ここで、アルミニウム粉末は、p型シリコン半導体基板との反応性の確保、塗布性、および塗布膜の均一性の点から、平均粒径2〜20μmの球形、または球形に近い形状を有する粒子からなる粉末を用いた。 Here, the aluminum powder is formed from particles having an average particle diameter of 2 to 20 μm or a shape close to a sphere from the viewpoint of ensuring reactivity with the p-type silicon semiconductor substrate, coating properties, and uniformity of the coating film. This powder was used.
上記の各種のペースト組成物を、大きさが2インチ(50.8mm)×2インチ(50.8mm)で厚みが280μmのp型シリコン半導体基板に、180メッシュのスクリーン印刷版を用いて塗布・印刷した。塗布量は、焼成後のアルミニウム電極層の厚みが40〜50μmになるように設定した。 The various paste compositions described above were applied to a p-type silicon semiconductor substrate having a size of 2 inches (50.8 mm) × 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 280 μm using a 180 mesh screen printing plate. Printed. The coating amount was set so that the thickness of the fired aluminum electrode layer was 40 to 50 μm.
ペーストが印刷されたp型シリコン半導体基板を乾燥した後、赤外線焼成炉にて、空気雰囲気で400℃/分の昇温速度で加熱し、710〜720℃の温度で30秒間保持する条件で焼成した。焼成後、冷却することにより図1に示すようにp型シリコン半導体基板1に裏面電極となるアルミニウム電極層8を形成した各試料を得た。
After drying the p-type silicon semiconductor substrate on which the paste has been printed, it is heated in an infrared baking furnace at a heating rate of 400 ° C./min in an air atmosphere and held at a temperature of 710 to 720 ° C. for 30 seconds. did. After firing, cooling was performed to obtain each sample in which the
アルミニウム電極層を形成した焼成後のp型シリコン半導体基板の反り量は、焼成・冷却後、図2に示すようにアルミニウム電極層を上にして基板の四隅の一端を矢印で示すように押さえて、その対角に位置する一端の浮き上がり量(基板の厚みを含む)xを測定することによって評価した。その浮き上がり量xを表2の「反り(mm)」に示した。 The amount of warpage of the p-type silicon semiconductor substrate after the baking with the aluminum electrode layer formed is determined by pressing the ends of the four corners of the substrate as shown by arrows with the aluminum electrode layer facing upward as shown in FIG. Evaluation was made by measuring the amount of lift (including the thickness of the substrate) x at one end located at the diagonal. The lift amount x is shown in “Warpage (mm)” in Table 2.
アルミニウム電極層の表面抵抗を、4端子式表面抵抗測定器(ナプソン社製RG−5型シート抵抗測定器)で測定した。測定条件は電圧を4mV,電流を100mA、表面に与えられる荷重を200grf(1.96N)とした。その測定値を表1の電極層表面抵抗(mΩ/□)に示す。 The surface resistance of the aluminum electrode layer was measured with a four-terminal surface resistance measuring instrument (RG-5 type sheet resistance measuring instrument manufactured by Napson). The measurement conditions were a voltage of 4 mV, a current of 100 mA, and a load applied to the surface of 200 grf (1.96 N). The measured value is shown in the electrode layer surface resistance (mΩ / □) in Table 1.
その後、上記のアルミニウム電極層を形成したp型シリコン半導体基板を塩酸水溶液に浸漬することによって、アルミニウム電極層8を溶解除去した後、p+層7が形成されたp型シリコン半導体基板1の表面抵抗を、4端子式表面抵抗測定器で測定した。その測定値を表1のp+層表面抵抗(Ω/□)に示す。
Thereafter, the p-type silicon semiconductor substrate on which the aluminum electrode layer is formed is immersed in an aqueous hydrochloric acid solution to dissolve and remove the
以上に開示された実施の形態や実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態や実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。 It should be considered that the embodiments and examples disclosed above are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments and examples but by the scope of claims, and includes all modifications and variations within the scope and meaning equivalent to the scope of claims.
1:p型シリコン半導体基板、2:n型不純物層、3:反射防止膜、4:グリッド電極、5:アルミニウム焼結層、6:アルミニウムシリコン混合層、7:p+層、8:アルミニウム電極層。
1: p-type silicon semiconductor substrate, 2: n-type impurity layer, 3: antireflection film, 4: grid electrode, 5: aluminum sintered layer, 6: aluminum silicon mixed layer, 7: p + layer, 8: aluminum electrode layer.
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