JP2016189447A - Solar cell element, method of manufacturing the same, and solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池素子及びその製造方法並びに太陽電池に関する。 The present invention relates to a solar cell element, a manufacturing method thereof, and a solar cell.
一般に太陽電池の受光面及び裏面には電極が形成されている。光の入射により太陽電池内で変換された電気エネルギーを効率よく外部に取り出すためには、前記電極の体積抵抗率(以下、単に「抵抗率」ともいう)が十分に低いことと、前記電極が半導体基板と良好なオーミックコンタクトを形成し、更に半導体基板に対し高強度で密着していることが必要である。受光面の電極については、太陽光の入射量損失を最低限に抑える観点から、配線幅を小さくし、そして電極のアスペクト比を高くする傾向にある。 In general, electrodes are formed on the light receiving surface and the back surface of the solar cell. In order to efficiently extract the electric energy converted in the solar cell by the incidence of light to the outside, the electrode has a sufficiently low volume resistivity (hereinafter also simply referred to as “resistivity”), and the electrode It is necessary to form a good ohmic contact with the semiconductor substrate and to be in close contact with the semiconductor substrate with high strength. Regarding the electrode on the light receiving surface, from the viewpoint of minimizing the loss of incident sunlight, the wiring width tends to be reduced and the aspect ratio of the electrode tends to be increased.
太陽電池としては、シリコン基板を用いたシリコン系太陽電池が一般的であり、シリコン系太陽電池の受光面の電極は、通常以下のようにして形成される。すなわち、p型シリコン基板の受光面側にテクスチャ(凹凸)を形成する。次いでリン等を高温で熱的にp型シリコン基板の表面に拡散させることにより形成されたn型拡散層上に、導電性組成物をスクリーン印刷等により付与し、これを大気中800℃〜900℃で熱処理(焼成)することで受光面の電極が形成される。また裏面の電極についても、受光面とは反対側の面に形成されること以外は、受光面の電極と同様に形成される。受光面の電極、及び裏面の電極を形成する導電性組成物には、導電性金属粒子、ガラス粒子、種々の添加剤等が含有される。 As a solar cell, a silicon-based solar cell using a silicon substrate is generally used, and an electrode on a light receiving surface of the silicon-based solar cell is usually formed as follows. That is, a texture (unevenness) is formed on the light receiving surface side of the p-type silicon substrate. Next, a conductive composition is applied by screen printing or the like on the n-type diffusion layer formed by thermally diffusing phosphorus or the like at a high temperature on the surface of the p-type silicon substrate. The electrode on the light receiving surface is formed by heat treatment (baking) at 0 ° C. The back electrode is formed in the same manner as the electrode on the light receiving surface except that it is formed on the surface opposite to the light receiving surface. The conductive composition forming the electrode on the light receiving surface and the electrode on the back surface contains conductive metal particles, glass particles, various additives, and the like.
特に、受光面の電極、及び裏面の電極のうち出力を取り出すための電極については、前記導電性金属粒子として、銀粒子が一般的に用いられている。この理由として、銀粒子の抵抗率が1.6×10−6Ω・cmと低いこと、上記熱処理(焼成)条件において銀粒子が自己還元して焼結すること、シリコン基板と良好なオーミックコンタクトを形成できること、及び銀粒子から形成された電極は、はんだ材料の濡れ性に優れ、太陽電池素子間を電気的に接続する配線材料(タブ線等)を好適に接着可能であることが挙げられる。 In particular, silver particles are generally used as the conductive metal particles for the electrodes for taking out the output among the electrodes on the light receiving surface and the electrodes on the back surface. This is because the resistivity of the silver particles is as low as 1.6 × 10 −6 Ω · cm, the silver particles are self-reduced and sintered under the heat treatment (firing) conditions, and the silicon substrate is in good ohmic contact. The electrode formed from the silver particles is excellent in the wettability of the solder material, and can be suitably bonded to a wiring material (such as a tab wire) that electrically connects the solar cell elements. .
上記に示すように、銀粒子を含む導電性組成物から形成された電極は、太陽電池の電極として優れた特性を発現する。一方で、銀は貴金属であって地金自体が高価であり、また資源の問題からも、銀に代わる導電材料が望まれている。銀に代わる有望な導電材料としては、半導体配線材料に適用されている銅が挙げられる。銅は資源的にも豊富で、地金の価格も銀の約100分の1と安価である。しかしながら、銅は大気中200℃以上の高温で容易に酸化される材料であり、上記工程で電極を形成することは困難である。 As described above, an electrode formed from a conductive composition containing silver particles exhibits excellent characteristics as an electrode of a solar cell. On the other hand, silver is a noble metal, and the bullion itself is expensive. From the viewpoint of resources, a conductive material that replaces silver is desired. An example of a promising conductive material that can replace silver is copper that is applied to semiconductor wiring materials. Copper is abundant in terms of resources, and the price of bullion is as low as about 1/100 of silver. However, copper is a material that is easily oxidized at a high temperature of 200 ° C. or higher in the atmosphere, and it is difficult to form an electrode in the above process.
銅が有する上記課題を解決するために、種々の手法を用いて銅に耐酸化性を付与し、高温の熱処理(焼成)でも酸化され難い銅粒子が報告されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。 In order to solve the above-mentioned problems of copper, copper particles that have been given oxidation resistance using various techniques and are not easily oxidized even by high-temperature heat treatment (firing) have been reported (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1及び特許文献2の上記銅粒子でも、耐酸化性を有するのは高々300℃までで、800℃〜900℃の高温ではほとんど酸化されてしまうことから、銅粒子から形成される電極は、太陽電池用電極としては実用化に至っていない。更に耐酸化性を付与するために適用した添加剤等が熱処理(焼成)中の銅粒子の焼結を阻害し、結果として銀のような低抵抗率の電極が得られないという課題がある。 However, even the above copper particles of Patent Document 1 and Patent Document 2 have oxidation resistance at most up to 300 ° C. and are almost oxidized at a high temperature of 800 ° C. to 900 ° C., and thus are formed from copper particles. The electrode has not been put into practical use as an electrode for solar cells. Furthermore, the additive applied in order to provide oxidation resistance inhibits the sintering of the copper particles during the heat treatment (firing), and as a result, there is a problem that an electrode having a low resistivity such as silver cannot be obtained.
また銅の酸化を抑えて電極を得る別の手法として、導電性金属粒子として銅を用いた導電性組成物を、窒素等の雰囲気下で熱処理(焼成)するという特殊な製造工程を経る方法が挙げられる。しかしながら、上記手法を用いる場合、銅粒子の酸化を抑えるためには窒素等で充満させた雰囲気となるように密封した環境が必要となり、製造コストの面で太陽電池素子の量産には不向きである。 As another method for obtaining an electrode by suppressing copper oxidation, there is a method through a special manufacturing process in which a conductive composition using copper as conductive metal particles is heat-treated (fired) in an atmosphere such as nitrogen. Can be mentioned. However, in the case of using the above method, in order to suppress the oxidation of copper particles, a sealed environment is required so as to have an atmosphere filled with nitrogen or the like, which is not suitable for mass production of solar cell elements in terms of manufacturing cost. .
銅を太陽電池用電極に適用するためのもう一つの課題として、半導体基板とのオーミックコンタクト性が挙げられる。すなわち、銅含有電極を高温熱処理(焼成)中に酸化せずに形成できたとしても、銅が半導体基板と接触することで、銅と半導体基板との間で相互拡散が生じ、電極と半導体基板との界面に、銅と半導体基板とによる反応物相が形成されることがある。例えば、シリコン基板を用いた場合には、銅がシリコン基板と接触することで、銅とシリコンとの相互拡散が生じ、電極とシリコン基板との界面に、銅とシリコンとによる反応物相であるCu3Siが形成されることがある。 Another problem for applying copper to a solar cell electrode is ohmic contact with a semiconductor substrate. That is, even if the copper-containing electrode can be formed without being oxidized during the high-temperature heat treatment (firing), the copper contacts the semiconductor substrate, thereby causing mutual diffusion between the copper and the semiconductor substrate. In some cases, a reactant phase of copper and a semiconductor substrate is formed at the interface between the two. For example, when a silicon substrate is used, copper is in contact with the silicon substrate, thereby causing mutual diffusion between copper and silicon, and a reaction phase of copper and silicon at the interface between the electrode and the silicon substrate. Cu 3 Si may be formed.
このようなCu3Siといった反応物相の形成は半導体基板の界面から深さ数μmにまで及ぶことがあり、半導体基板に亀裂を生じさせる場合がある。また、反応物相は、半導体基板に予め形成されたn型拡散層を貫通し、太陽電池が持つ半導体性能(pn接合特性)を劣化させる場合がある。また形成された反応物相が銅含有電極を持ち上げる等して、電極と半導体基板との密着性を阻害し、電極の機械的強度の低下をもたらす恐れがある。 The formation of such a reactant phase such as Cu 3 Si may reach a depth of several μm from the interface of the semiconductor substrate, which may cause cracks in the semiconductor substrate. In addition, the reactant phase may penetrate an n-type diffusion layer formed in advance on the semiconductor substrate and deteriorate the semiconductor performance (pn junction characteristics) of the solar cell. In addition, the formed reactant phase may raise the copper-containing electrode, thereby hindering the adhesion between the electrode and the semiconductor substrate, resulting in a decrease in the mechanical strength of the electrode.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、抵抗率が低く、半導体基板との良好なオーミックコンタクトを有し、更に半導体基板との密着力に優れる銅含有電極を有する太陽電池素子の製造方法、及びこの製造方法により製造される太陽電池素子、並びにこの太陽電池素子を有する太陽電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has a low resistivity, a good ohmic contact with a semiconductor substrate, and a solar cell element having a copper-containing electrode with excellent adhesion to the semiconductor substrate. It aims at providing the manufacturing method, the solar cell element manufactured by this manufacturing method, and the solar cell which has this solar cell element.
上記課題を解決するために鋭意研究した結果、本発明に至った。すなわち本発明は以下の通りである。 As a result of earnest research to solve the above problems, the present invention has been achieved. That is, the present invention is as follows.
<1> 半導体基板の少なくとも一方の面上に、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を含む金属粒子と溶剤と樹脂とを含有する電極形成用組成物を付与して電極形成用組成物層を形成する付与工程と、
前記電極形成用組成物層を300℃未満の温度で1秒〜15分熱処理し、前記溶剤を蒸散する乾燥工程と、
前記電極形成用組成物層を300℃以上600℃未満の温度で5秒〜2分熱処理し、前記樹脂を熱分解する脱脂工程と、
前記電極形成用組成物層を600℃以上1000℃以下の温度で5秒〜1分熱処理し、前記電極形成用組成物の熱処理物である銅含有電極を形成する電極形成工程と、
をこの順に含む太陽電池素子の製造方法。
<2> 前記脱脂工程と前記電極形成工程とが連続して行われる<1>に記載の太陽電池素子の製造方法。
<3> 前記リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、リン含有率が2.0質量%〜15.0質量%である<1>又は<2>に記載の太陽電池素子の製造方法。
<4> 前記リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、錫含有率が3.0質量%〜30.0質量%である<1>〜<3>のいずれか1つに記載の太陽電池素子の製造方法。
<5> 前記リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、ニッケル含有率が3.0質量%〜30.0質量%である<1>〜<4>のいずれか1つに記載の太陽電池素子の製造方法。
<6> 前記電極形成用組成物がガラス粒子を更に含む<1>〜<5>のいずれか1つに記載の太陽電池素子の製造方法。
<7> 前記電極形成工程前に、前記半導体基板上の前記電極形成用組成物を付与していない部分にアルミニウム電極形成用組成物を付与する工程を更に含み、前記電極形成工程において、前記銅含有電極とアルミニウム電極とを一括して形成する<1>〜<6>のいずれか1つに記載の太陽電池素子の製造方法。
<8> 前記電極形成工程前に、前記半導体基板上の前記電極形成用組成物及び前記アルミニウム電極形成用組成物を付与していない部分に銀電極形成用組成物を付与する工程を更に含み、前記電極形成工程において、前記銅含有電極と前記アルミニウム電極と銀電極とを一括して形成する<7>に記載の太陽電池素子の製造方法。
<9> 前記銅含有電極は、銅と錫とニッケルとを含有する合金相及び錫とリンと酸素とを含有するガラス相を含む<1>〜<8>のいずれか1つに記載の太陽電池素子の製造方法。
<10> <1>〜<9>のいずれか1つに記載の製造方法により製造される太陽電池素子。
<11> <10>に記載の太陽電池素子と、前記太陽電池素子の電極上に配置される配線材料と、を有する太陽電池。
<1> An electrode-forming composition layer is provided by applying a composition for forming an electrode containing metal particles containing phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles, a solvent, and a resin on at least one surface of a semiconductor substrate. An application step to form;
A drying step of heat-treating the electrode-forming composition layer at a temperature of less than 300 ° C. for 1 second to 15 minutes to evaporate the solvent;
A degreasing step in which the electrode forming composition layer is heat-treated at a temperature of 300 ° C. or higher and lower than 600 ° C. for 5 seconds to 2 minutes, and the resin is thermally decomposed;
An electrode forming step of heat-treating the electrode-forming composition layer at a temperature of 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower for 5 seconds to 1 minute to form a copper-containing electrode that is a heat-treated product of the electrode-forming composition;
The manufacturing method of the solar cell element which contains these in this order.
<2> The method for producing a solar cell element according to <1>, wherein the degreasing step and the electrode forming step are continuously performed.
<3> The method for producing a solar cell element according to <1> or <2>, wherein the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles have a phosphorus content of 2.0% by mass to 15.0% by mass.
<4> The solar cell element according to any one of <1> to <3>, wherein the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles have a tin content of 3.0% by mass to 30.0% by mass. Manufacturing method.
<5> The solar cell element according to any one of <1> to <4>, wherein the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles have a nickel content of 3.0% by mass to 30.0% by mass. Manufacturing method.
<6> The method for producing a solar cell element according to any one of <1> to <5>, wherein the electrode-forming composition further includes glass particles.
<7> Before the electrode formation step, the method further includes a step of applying an aluminum electrode formation composition to a portion of the semiconductor substrate to which the electrode formation composition is not applied, The method for producing a solar cell element according to any one of <1> to <6>, wherein the containing electrode and the aluminum electrode are collectively formed.
<8> Before the electrode formation step, further includes a step of applying a composition for forming a silver electrode to a portion of the semiconductor substrate where the composition for forming an electrode and the composition for forming an aluminum electrode are not applied, The method for manufacturing a solar cell element according to <7>, wherein in the electrode formation step, the copper-containing electrode, the aluminum electrode, and the silver electrode are collectively formed.
<9> The sun according to any one of <1> to <8>, wherein the copper-containing electrode includes an alloy phase containing copper, tin, and nickel and a glass phase containing tin, phosphorus, and oxygen. A battery element manufacturing method.
<10> A solar cell element produced by the production method according to any one of <1> to <9>.
<11> A solar cell having the solar cell element according to <10> and a wiring material disposed on an electrode of the solar cell element.
本発明によれば、抵抗率が低く、半導体基板との良好なオーミックコンタクトを有し、更に半導体基板との密着力に優れる銅含有電極を有する太陽電池素子の製造方法、及びこの製造方法により製造される太陽電池素子、並びにこの太陽電池素子を有する太陽電池を提供することができる。 According to the present invention, a method for manufacturing a solar cell element having a low resistivity, a good ohmic contact with a semiconductor substrate, and further having a copper-containing electrode having excellent adhesion to the semiconductor substrate, and the manufacturing method It is possible to provide a solar cell element and a solar cell having this solar cell element.
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、本用語に含まれる。また本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。また、本明細書において組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計量を意味する。また、本明細書において組成物中の各成分の粒子径は、組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。また、本明細書において「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構成に加え、一部に形成されている形状の構成も包含される。 In this specification, the term “process” is not limited to an independent process, and is included in this term if the purpose of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes. In the present specification, a numerical range indicated by using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively. In addition, in the present specification, the content of each component in the composition is such that when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition, the plurality of substances present in the composition unless otherwise specified. Means the total amount. In the present specification, the particle diameter of each component in the composition is such that when there are a plurality of particles corresponding to each component in the composition, the plurality of particles present in the composition unless otherwise specified. The value for a mixture of In addition, in the present specification, the term “layer” includes a configuration of a shape formed in part in addition to a configuration of a shape formed on the entire surface when observed as a plan view.
<太陽電池素子の製造方法>
本発明の太陽電池素子の製造方法は、半導体基板の少なくとも一方の面上に、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を含む金属粒子と溶剤と樹脂とを含有する電極形成用組成物(以下、「特定電極形成用組成物」とも称する)を付与して電極形成用組成物層を形成する付与工程と、電極形成用組成物層を300℃未満の温度で1秒〜15分熱処理し、溶剤を蒸散する乾燥工程と、電極形成用組成物層を300℃以上600℃未満の温度で5秒〜2分熱処理し、樹脂を熱分解する脱脂工程と、電極形成用組成物層を600℃以上1000℃以下の温度で5秒〜1分熱処理し、電極形成用組成物の熱処理物である銅含有電極を形成する電極形成工程と、をこの順に含む。
半導体素子の製造方法が上記構成を有することにより、大気中での熱処理(焼成)における銅の酸化が抑制され、抵抗率の低い電極が形成される傾向にある。更に、電極形成用組成物を半導体基板に付与して電極を形成する際、形成される電極と半導体基板とが良好なオーミックコンタクトを形成でき、更に半導体基板に対して密着力に優れた電極を形成できる傾向にある。
<Method for producing solar cell element>
The method for producing a solar cell element of the present invention is a composition for forming an electrode (hereinafter referred to as “electrode-forming composition”) containing metal particles containing phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles, a solvent, and a resin on at least one surface of a semiconductor substrate. An application step of forming an electrode forming composition layer by applying a “specific electrode forming composition”, and heat-treating the electrode forming composition layer at a temperature of less than 300 ° C. for 1 second to 15 minutes, A drying process for evaporating, a degreasing process for thermally decomposing the resin by heat-treating the electrode forming composition layer at a temperature of 300 ° C. or higher and lower than 600 ° C. for 5 seconds to 2 minutes, and an electrode forming composition layer at 600 ° C. or higher. And an electrode forming step of forming a copper-containing electrode, which is a heat-treated product of the electrode-forming composition, in this order at a temperature of 1000 ° C. or lower for 5 seconds to 1 minute.
When the semiconductor element manufacturing method has the above-described configuration, oxidation of copper during heat treatment (firing) in the atmosphere is suppressed, and an electrode having a low resistivity tends to be formed. Furthermore, when an electrode-forming composition is applied to a semiconductor substrate to form an electrode, the formed electrode and the semiconductor substrate can form a good ohmic contact, and an electrode having excellent adhesion to the semiconductor substrate can be formed. There is a tendency to form.
(付与工程)
付与工程では、半導体基板の少なくとも一方の面上に、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子と溶剤と樹脂とを含む電極形成用組成物を付与して電極形成用組成物層(以下、「特定電極形成用組成物層」とも称する)を形成する。
特定電極形成用組成物を半導体基板に付与する方法としては、スクリーン印刷法、インクジェット法、ディスペンサー法等を挙げることができ、生産性の観点から、スクリーン印刷法が好ましい。
(Granting process)
In the applying step, an electrode forming composition containing phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles, a solvent, and a resin is applied on at least one surface of the semiconductor substrate to form an electrode forming composition layer (hereinafter referred to as “specific”). Also referred to as “electrode-forming composition layer”.
Examples of the method for applying the composition for forming a specific electrode to a semiconductor substrate include a screen printing method, an ink jet method, a dispenser method, and the like. From the viewpoint of productivity, the screen printing method is preferable.
特定電極形成用組成物をスクリーン印刷法によって半導体基板に付与する場合、特定電極形成用組成物は、ペースト状組成物であることが好ましい。ペースト状の特定電極形成用組成物は、20Pa・s〜1000Pa・sの範囲の粘度を有することが好ましい。尚、特定電極形成用組成物の粘度は、ブルックフィールドHBT粘度計を用いて25℃で測定される。 When the specific electrode forming composition is applied to the semiconductor substrate by a screen printing method, the specific electrode forming composition is preferably a paste-like composition. The paste-like composition for forming a specific electrode preferably has a viscosity in the range of 20 Pa · s to 1000 Pa · s. In addition, the viscosity of the composition for specific electrode formation is measured at 25 degreeC using a Brookfield HBT viscometer.
特定電極形成用組成物の半導体基板への付与量は、形成する電極の大きさ等に応じて適宜選択することができる。例えば、特定電極形成用組成物の付与量は、2g/m2〜10g/m2とすることができ、4g/m2〜8g/m2であることが好ましい。 The amount of the specific electrode forming composition applied to the semiconductor substrate can be appropriately selected according to the size of the electrode to be formed. For example, the application amount of the specific electrode-forming composition may be a 2g / m 2 ~10g / m 2 , it is preferably 4g / m 2 ~8g / m 2 .
また、特定電極形成用組成物以外の電極形成用組成物(例えば、アルミニウム電極形成用組成物、銀電極形成用組成物)を使用して銅含有電極以外の電極(例えば、アルミニウム電極、銀電極)を形成する場合、特定電極形成用組成物の付与方法と同様の方法を採用してその他の電極形成用組成物を半導体基板上に付与してもよい。 Further, an electrode forming composition other than the specific electrode forming composition (for example, an aluminum electrode forming composition, a silver electrode forming composition) is used to make an electrode other than a copper-containing electrode (for example, an aluminum electrode, a silver electrode). ) May be applied to the semiconductor substrate by using a method similar to the method for applying the specific electrode forming composition.
(乾燥工程)
乾燥工程では、特定電極形成用組成物層を300℃未満の温度で1秒〜15分熱処理し、溶剤を蒸散する。乾燥工程は上記付与工程の後に行われる。乾燥工程により、特定電極形成用組成物に含有される溶剤が蒸散されて、特定電極形成用組成物層中に残渣として残ることが抑制される。そのため、電極形成工程において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子同士の反応及び焼結が溶剤の残渣により阻害されることが抑制され、低抵抗の電極を形成できる。また後述するSn−P−Oガラス相を効果的に生成できるため、電極と半導体基板(例えば、シリコン基板)との界面にCu3Si反応相が形成されるのを抑制することができる。
乾燥工程の条件は、溶剤の種類、特定電極形成用組成物の塗布量等に応じて適宜設定することができる。乾燥工程は、生産性の観点から、例えば、280℃以下の温度で2秒〜3分熱処理を行うことが好ましく、250℃以下の温度で5秒〜2分熱処理を行うことがより好ましい。
(Drying process)
In the drying step, the specific electrode forming composition layer is heat-treated at a temperature of less than 300 ° C. for 1 second to 15 minutes to evaporate the solvent. A drying process is performed after the said provision process. The drying step suppresses the solvent contained in the specific electrode forming composition from being evaporated and remaining as a residue in the specific electrode forming composition layer. Therefore, in an electrode formation process, it is suppressed that reaction and sintering of phosphorus-tin-nickel containing copper alloy particles are inhibited by the residue of a solvent, and a low resistance electrode can be formed. In addition, since a Sn—PO glass phase, which will be described later, can be generated effectively, the formation of a Cu 3 Si reaction phase at the interface between the electrode and the semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) can be suppressed.
The conditions for the drying step can be appropriately set according to the type of solvent, the coating amount of the composition for forming a specific electrode, and the like. From the viewpoint of productivity, for example, the drying step is preferably performed at a temperature of 280 ° C. or lower for 2 seconds to 3 minutes, more preferably at a temperature of 250 ° C. or lower for 5 seconds to 2 minutes.
乾燥工程に用いる装置としては、上記の温度に加熱できるものであれば適宜採用することができ、送風乾燥機、ホットプレート、トンネル炉等を挙げることができる。 As an apparatus used for the drying step, any apparatus that can be heated to the above temperature can be used as appropriate, and examples thereof include a blower dryer, a hot plate, and a tunnel furnace.
また、特定電極形成用組成物以外の電極形成用組成物(例えば、アルミニウム電極形成用組成物、銀電極形成用組成物)を使用して銅含有電極以外の電極(例えば、アルミニウム電極、銀電極)を形成する場合、特定電極形成用組成物の乾燥工程の上記条件を適用して乾燥してもよい。例えば、特定電極形成用組成物を付与して乾燥工程を行った後に、アルミニウム電極形成用組成物及び銀電極形成用組成物から選択される少なくとも1種を付与して乾燥するといった、塗布工程と乾燥工程を交互に実施することが好ましい。 Further, an electrode forming composition other than the specific electrode forming composition (for example, an aluminum electrode forming composition, a silver electrode forming composition) is used to make an electrode other than a copper-containing electrode (for example, an aluminum electrode, a silver electrode). ) May be applied by applying the above conditions of the drying step of the composition for forming a specific electrode. For example, after applying a composition for forming a specific electrode and performing a drying process, applying and drying at least one selected from a composition for forming an aluminum electrode and a composition for forming a silver electrode; It is preferable to carry out the drying steps alternately.
(脱脂工程)
脱脂工程では、特定電極形成用組成物層を300℃以上600℃未満の温度で5秒〜2分熱処理し、樹脂を熱分解する。脱脂工程は乾燥工程の後に行われる。脱脂工程により、特定電極形成用組成物に含有される樹脂が熱分解されて、特定電極形成用組成物層中に残渣として残ることが抑制される。そのため、電極形成工程において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子同士の反応及び焼結が溶剤の残渣により阻害されることが抑制され、低抵抗の電極を形成できる。また後述するSn−P−Oガラス相を効果的に生成できるため、電極と半導体基板(例えば、シリコン基板)との界面にCu3Si反応相が形成されるのを抑制することができる。
(Degreasing process)
In the degreasing step, the specific electrode forming composition layer is heat-treated at a temperature of 300 ° C. or higher and lower than 600 ° C. for 5 seconds to 2 minutes to thermally decompose the resin. The degreasing process is performed after the drying process. The degreasing step prevents the resin contained in the specific electrode forming composition from being thermally decomposed and remaining as a residue in the specific electrode forming composition layer. Therefore, in an electrode formation process, it is suppressed that reaction and sintering of phosphorus-tin-nickel containing copper alloy particles are inhibited by the residue of a solvent, and a low resistance electrode can be formed. In addition, since a Sn—PO glass phase, which will be described later, can be generated effectively, the formation of a Cu 3 Si reaction phase at the interface between the electrode and the semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) can be suppressed.
脱脂工程の条件は、300℃以上600℃未満の温度で5秒〜2分熱処理することができれば特に制限されない。脱脂工程の条件は、溶剤の種類、特定電極形成用組成物の塗布量等に応じて適宜設定することができる。脱脂工程の条件は、生産性及び電極の抵抗率の観点から、350℃以上550℃以下の温度で5秒〜2分熱処理することが好ましく、350℃以上500℃以下の温度で10秒〜2分熱処理することがより好ましい。 The conditions for the degreasing step are not particularly limited as long as heat treatment can be performed at a temperature of 300 ° C. or higher and lower than 600 ° C. for 5 seconds to 2 minutes. The conditions for the degreasing step can be appropriately set according to the type of solvent, the coating amount of the composition for forming a specific electrode, and the like. The degreasing process is preferably performed at a temperature of 350 ° C. or higher and 550 ° C. or lower for 5 seconds to 2 minutes, and at a temperature of 350 ° C. or higher and 500 ° C. or lower for 10 seconds to 2 from the viewpoint of productivity and electrode resistivity. It is more preferable to perform a heat treatment.
脱脂工程に用いる装置としては、上記の温度に加熱できるものであれば適宜採用することができ、送風乾燥機、ホットプレート、トンネル炉等を挙げることができる。生産性の観点、特に、後の電極形成工程との連続性の観点から、トンネル炉を用いることが好ましい。 As an apparatus used for the degreasing step, any apparatus that can be heated to the above temperature can be used as appropriate, and examples thereof include a blow dryer, a hot plate, and a tunnel furnace. From the viewpoint of productivity, in particular, from the viewpoint of continuity with the subsequent electrode formation step, it is preferable to use a tunnel furnace.
また、特定電極形成用組成物以外の電極形成用組成物(例えば、アルミニウム電極形成用組成物、銀電極形成用組成物)を使用して銅含有電極以外の電極(例えば、アルミニウム電極、銀電極)を形成する場合、特定電極形成用組成物の脱脂工程の上記条件を適用して脱脂してもよい。例えば、特定電極形成用組成物を付与して乾燥工程を行った後に、アルミニウム電極形成用組成物及び銀電極形成用組成物から選択される少なくとも1種を付与して乾燥した後、各電極形成用組成物層を一括して脱脂してもよい。 Further, an electrode forming composition other than the specific electrode forming composition (for example, an aluminum electrode forming composition, a silver electrode forming composition) is used to make an electrode other than a copper-containing electrode (for example, an aluminum electrode, a silver electrode). ) May be degreased by applying the above conditions of the degreasing step of the composition for forming a specific electrode. For example, after applying a specific electrode forming composition and performing a drying step, applying at least one selected from an aluminum electrode forming composition and a silver electrode forming composition and drying, then forming each electrode The composition layer may be degreased all at once.
(電極形成工程)
電極形成工程では、特定電極形成用組成物層を600℃以上1000℃以下の温度で5秒〜1分熱処理(焼成)し、特定電極形成用組成物の熱処理物である銅含有電極を形成する。電極形成工程は脱脂工程の後に行われる。脱脂工程と電極形成工程とを連続して行ってもよい。電極形成工程により、特定電極形成用組成物に含有されるリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の反応及び焼結が行われ、低抵抗の電極が形成される。
(Electrode formation process)
In the electrode forming step, the specific electrode forming composition layer is heat-treated (fired) at a temperature of 600 ° C. to 1000 ° C. for 5 seconds to 1 minute to form a copper-containing electrode that is a heat-treated product of the specific electrode forming composition. . An electrode formation process is performed after a degreasing process. You may perform a degreasing process and an electrode formation process continuously. In the electrode forming step, the reaction and sintering of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles contained in the composition for forming a specific electrode is performed, and a low-resistance electrode is formed.
本明細書において、「脱脂工程と電極形成工程とを連続して行なう」とは、脱脂工程と電極形成工程との間にその他の処理を行なわずに、脱脂工程の後に電極形成工程を行なうことを意味する。例えば、特定電極形成用組成物層が形成された半導体基板を、脱脂工程に用いる装置中に入れて脱脂工程における上記熱処理を行なった後、半導体基板の取り出し、冷却等の処理を行なうことなく、同じ装置内で電極形成工程における上記熱処理(焼成)を行なってもよい。 In the present specification, “degreasing step and electrode forming step are performed continuously” means performing the electrode forming step after the degreasing step without performing other processes between the degreasing step and the electrode forming step. Means. For example, after the semiconductor substrate on which the composition layer for forming a specific electrode is formed is placed in an apparatus used for the degreasing process and the heat treatment in the degreasing process is performed, the semiconductor substrate is taken out, without performing processing such as cooling, You may perform the said heat processing (baking) in an electrode formation process within the same apparatus.
電極形成工程の条件は、600℃以上1000℃以下の温度で5秒〜1分熱処理(焼成)することができれば特に制限されない。電極形成工程の条件は、金属粒子の種類、特定電極形成用組成物の塗布量等に応じて適宜設定することができる。電極形成工程の条件は、生産性及び電極の抵抗率の観点から、650℃以上950℃以下の温度で5秒〜50秒熱処理(焼成)することが好ましく、700℃以上950℃以下の温度で5秒〜40秒熱処理(焼成)することがより好ましい。 The conditions for the electrode forming step are not particularly limited as long as heat treatment (firing) can be performed at a temperature of 600 ° C. to 1000 ° C. for 5 seconds to 1 minute. The conditions for the electrode forming step can be appropriately set according to the type of metal particles, the coating amount of the specific electrode forming composition, and the like. The electrode forming step is preferably performed at a temperature of 650 ° C. to 950 ° C. for 5 seconds to 50 seconds from the viewpoint of productivity and electrode resistivity, and is preferably 700 ° C. to 950 ° C. It is more preferable to perform heat treatment (firing) for 5 seconds to 40 seconds.
電極形成工程に用いる装置としては、上記の温度に加熱できるものであれば、適宜採用することができ、赤外線加熱炉、トンネル炉等を挙げることができる。赤外線加熱炉は、電気エネルギーを電磁波の形で熱処理材料に投入し熱エネルギーに変換されるため高効率であり、また、短時間での急速加熱が可能である。更に、燃焼による生成物が少なく、また非接触加熱であるため、生成する電極の汚染を抑えることが可能である。トンネル炉は、試料を自動で連続的に入り口から出口へ搬送し、熱処理(焼成)するため、炉体の区分けと搬送スピードの制御によって、熱処理(焼成)のムラを抑制することが可能である。太陽電池素子の発電性能の観点からは、トンネル炉により熱処理(焼成)することが好適である。
尚、脱脂工程と電極形成工程とを連続的に行える観点からも、トンネル炉を用いることが好ましい。例えば、特定電極形成用組成物層が形成された半導体基板を、トンネル炉に入れ、上記脱脂条件で熱処理した後、半導体基板をトンネル炉から取り出さず、トンネル炉の温度等の設定を変更することにより、上記電極形成条件で熱処理(焼成)して、特定電極形成用組成物の熱処理物である銅含有電極を形成してもよい。
As an apparatus used for the electrode forming step, any apparatus that can be heated to the above temperature can be adopted as appropriate, and examples thereof include an infrared heating furnace and a tunnel furnace. The infrared heating furnace is highly efficient because electric energy is input to the heat treatment material in the form of electromagnetic waves and converted into heat energy, and rapid heating is possible in a short time. Furthermore, since there are few products by combustion and non-contact heating, it is possible to suppress contamination of the generated electrodes. Since the tunnel furnace automatically and continuously conveys the sample from the entrance to the exit and heat-treats (firing), it is possible to suppress unevenness of the heat-treatment (firing) by controlling the furnace body classification and the conveyance speed. . From the viewpoint of the power generation performance of the solar cell element, it is preferable to perform heat treatment (firing) with a tunnel furnace.
In addition, it is preferable to use a tunnel furnace also from a viewpoint which can perform a degreasing process and an electrode formation process continuously. For example, a semiconductor substrate on which a composition layer for forming a specific electrode is formed is put into a tunnel furnace, heat-treated under the above degreasing conditions, and then the setting of the temperature of the tunnel furnace is changed without removing the semiconductor substrate from the tunnel furnace. Thus, a copper-containing electrode that is a heat-treated product of the composition for forming a specific electrode may be formed by heat treatment (firing) under the above electrode formation conditions.
(その他の工程)
太陽電池素子の製造方法は、上述の付与工程、乾燥工程、脱脂工程及び電極形成工程に加えて、所望によりその他の工程を含んでもよい。例えば、特定電極形成用組成物の熱処理物である銅含有電極以外に、アルミニウム電極、銀電極等のその他の電極を形成するための工程を含んでいてもよい。このような工程としては、その他の電極を形成するための組成物(以下、「その他の電極形成用組成物」とも称する)を半導体基板上に付与する工程、形成されたその他の電極形成用組成物層を乾燥する工程、脱脂する工程、その他の電極形成用組成物層を熱処理して、その他の電極を形成する工程等が挙げられる。
その他の電極形成用組成物の付与工程、乾燥工程、脱脂工程及び電極形成工程の条件は、特定電極形成用組成物を用いた上記付与工程、乾燥工程、脱脂工程及び電極形成工程と同様であってよい。
尚、その他の電極形成用組成物の乾燥工程、脱脂工程及び電極形成工程は、銅含有電極を形成するための乾燥工程、脱脂工程及び電極形成工程とそれぞれ一括して行うこともできる。これにより、工程数を抑制することができ、製造効率を向上することができる。
(Other processes)
The manufacturing method of a solar cell element may include other steps as desired in addition to the above-described application step, drying step, degreasing step, and electrode forming step. For example, the process for forming other electrodes, such as an aluminum electrode and a silver electrode, may be included other than the copper containing electrode which is the heat processing thing of the composition for specific electrode formation. As such a step, a step of applying a composition for forming other electrodes (hereinafter, also referred to as “other electrode forming composition”) onto the semiconductor substrate, and the other formed electrode forming composition The process of drying a physical layer, the process of degreasing, the process of heat-processing the other composition layer for electrode formation, and the process of forming another electrode, etc. are mentioned.
The conditions for the application process, the drying process, the degreasing process, and the electrode forming process of the other electrode forming composition were the same as those in the application process, the drying process, the degreasing process, and the electrode forming process using the specific electrode forming composition. It's okay.
In addition, the drying process of a composition for electrode formation, a degreasing process, and an electrode formation process can also be performed collectively with the drying process for forming a copper containing electrode, a degreasing process, and an electrode formation process, respectively. Thereby, the number of processes can be suppressed and manufacturing efficiency can be improved.
例えば、アルミニウム電極を更に有する太陽電池素子を製造する場合、太陽電池素子の製造方法は、銅含有電極を形成するための電極形成工程前に、半導体基板上の特定電極形成用組成物を付与していない部分にアルミニウム電極形成用組成物を付与する工程を更に含み、銅含有電極を形成するための電極形成工程において、銅含有電極とアルミニウム電極とを一括して形成することができる。
また、アルミニウム電極に加えて銀電極を更に有する太陽電池素子を製造する場合、太陽電池素子の製造方法は、銅含有電極を形成するための電極形成工程前に、半導体基板上の特定電極形成用組成物及びアルミニウム電極形成用組成物を付与していない部分に銀電極形成用組成物を付与する工程を更に含み、銅含有電極を形成するための電極形成工程において、銅含有電極とアルミニウム電極と銀電極とを一括して形成することができる。
For example, when manufacturing a solar cell element further having an aluminum electrode, the method for manufacturing a solar cell element applies a composition for forming a specific electrode on a semiconductor substrate before an electrode formation step for forming a copper-containing electrode. In the electrode forming step for forming the copper-containing electrode, the step of applying the composition for forming an aluminum electrode to a portion that is not formed can be further formed.
Moreover, when manufacturing the solar cell element which further has a silver electrode in addition to an aluminum electrode, the manufacturing method of a solar cell element is for the specific electrode formation on a semiconductor substrate before the electrode formation process for forming a copper containing electrode. In the electrode formation process for forming a copper containing electrode further including the process of providing the composition for silver electrode formation in the part which has not provided the composition and the composition for aluminum electrode formation, a copper containing electrode, an aluminum electrode, A silver electrode can be formed at a time.
<電極形成用組成物>
本発明で用いる電極形成用組成物は、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を含む金属粒子と、溶剤と、樹脂と、を含有する。電極形成用組成物が係る構成であることにより、大気中での熱処理(焼成)における銅の酸化が抑制され、抵抗率の低い電極が形成される傾向にある。更に、電極形成用組成物を半導体基板に付与して電極を形成する際、形成される電極と半導体基板とが良好なオーミックコンタクトを形成でき、更に半導体基板に対して密着力に優れた電極を形成できる傾向にある。
<Electrode forming composition>
The electrode forming composition used in the present invention contains metal particles including phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles, a solvent, and a resin. By being a structure which the composition for electrode formation concerns, it exists in the tendency for the oxidation of copper in the heat processing (baking) in air | atmosphere to be suppressed, and for an electrode with low resistivity to be formed. Furthermore, when an electrode-forming composition is applied to a semiconductor substrate to form an electrode, the formed electrode and the semiconductor substrate can form a good ohmic contact, and an electrode having excellent adhesion to the semiconductor substrate can be formed. There is a tendency to form.
(金属粒子)
特定電極形成用組成物は、金属粒子としてリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の少なくとも1種を含む。特定電極形成用組成物は、必要に応じて、金属粒子としてリン含有銅合金粒子、錫含有粒子、及びニッケル含有粒子からなる群より選択される少なくとも1種並びに、銀粒子等を含有してもよい。
(Metal particles)
The composition for specific electrode formation contains at least one of phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles as metal particles. The composition for specific electrode formation may contain at least one selected from the group consisting of phosphorus-containing copper alloy particles, tin-containing particles, and nickel-containing particles as metal particles, and silver particles, if necessary. Good.
特定電極形成用組成物における金属粒子の含有率は特に限定されない。金属粒子の含有率は、特定電極形成用組成物中、例えば、65.0質量%〜94.0質量%であることが好ましく、68.0質量%〜92.0質量%であることがより好ましく、70.0質量%〜90.0質量%であることが更に好ましい。金属粒子の含有率が65.0質量%以上であることで、特定電極形成用組成物を付与する際に好適な粘度に調整しやすい傾向にある。また金属粒子の含有率が94.0質量%以下であることで、特定電極形成用組成物を付与する際のかすれの発生が効果的に抑制される傾向にある。 The content rate of the metal particles in the composition for forming a specific electrode is not particularly limited. The content of the metal particles in the composition for forming a specific electrode is preferably, for example, 65.0% by mass to 94.0% by mass, and more preferably 68.0% by mass to 92.0% by mass. Preferably, it is 70.0 mass%-90.0 mass%. When the content of the metal particles is 65.0% by mass or more, it tends to be adjusted to a suitable viscosity when the composition for forming a specific electrode is applied. Moreover, it exists in the tendency for generation | occurrence | production of the blurring at the time of providing the composition for specific electrode formation to be suppressed effectively because the content rate of a metal particle is 94.0 mass% or less.
−リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子−
特定電極形成用組成物は、金属粒子としてリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の少なくとも1種を含む。一般にリンを含む銅合金としては、リン銅ろう(リン濃度:7質量%程度以下)と呼ばれるろう付け材料が知られている。リン銅ろうは、銅と銅との接合材としても用いられるものである。特定電極形成用組成物に金属粒子としてリンを含む銅合金粒子を用いることで、リンの銅酸化物に対する還元性を利用し、耐酸化性に優れ、抵抗率の低い電極を形成することができる。
-Phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles-
The composition for specific electrode formation contains at least one of phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles as metal particles. In general, as a copper alloy containing phosphorus, a brazing material called phosphorus copper brazing (phosphorus concentration: about 7% by mass or less) is known. Phosphor copper brazing is also used as a bonding material between copper and copper. By using copper alloy particles containing phosphorus as metal particles in the composition for forming a specific electrode, it is possible to form an electrode having excellent oxidation resistance and low resistivity by utilizing the reducibility of phosphorus to copper oxide. .
本発明で用いられるリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、リンに加えて錫とニッケルとを更に含む銅合金の粒子である。銅合金粒子が錫及びニッケルを含むことにより、電極形成工程において、抵抗率が低く、密着力に優れる電極を形成することができ、また電極の耐酸化性を更に向上させることができる。 The phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles used in the present invention are copper alloy particles further containing tin and nickel in addition to phosphorus. When the copper alloy particles contain tin and nickel, it is possible to form an electrode with low resistivity and excellent adhesion in the electrode forming step, and to further improve the oxidation resistance of the electrode.
これは、例えば、以下のように考えることができる。銅合金粒子がリンと錫とを含むと、電極形成工程でリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子中のリン、錫及び銅が互いに反応して、Cu−Sn合金相及びSn−P−Oガラス相を形成する。Cu−Sn合金相の形成により、低抵抗率の電極を形成することができる。ここで、Cu−Sn合金相は、500℃程度の比較的低温で生成する。本発明で用いる銅合金粒子がニッケルを含むことで、上記で形成されたCu−Sn合金相とニッケルが更に反応し、Cu−Sn−Ni合金相を形成すると考えられる。このCu−Sn−Ni合金相は500℃以上の高温(例えば、800℃)でも形成されることがある。結果として、電極形成工程において高温で熱処理(焼成)しても耐酸化性を保ったまま低抵抗率の電極を形成できる。 This can be considered as follows, for example. When the copper alloy particles contain phosphorus and tin, phosphorus, tin and copper in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles react with each other in the electrode forming step, and the Cu-Sn alloy phase and Sn-PO glass Form a phase. By forming the Cu—Sn alloy phase, an electrode having a low resistivity can be formed. Here, the Cu—Sn alloy phase is generated at a relatively low temperature of about 500 ° C. It is considered that when the copper alloy particles used in the present invention contain nickel, the Cu—Sn alloy phase formed above reacts further with nickel to form a Cu—Sn—Ni alloy phase. This Cu—Sn—Ni alloy phase may be formed even at a high temperature of 500 ° C. or higher (for example, 800 ° C.). As a result, an electrode having a low resistivity can be formed while maintaining oxidation resistance even if heat treatment (firing) is performed at a high temperature in the electrode formation step.
また、Cu−Sn−Ni合金相は、Cu−Sn−Ni合金相同士で、電極内で緻密なバルク体を形成する。このバルク体が導電部として機能することで、電極の低抵抗率化が図られる。ここでいう緻密なバルク体とは、塊状のCu−Sn−Ni合金相が互いに密に接触し、三次元的に連続している構造が形成されていることを意味する。このような構造が形成されていることは、電極を形成した基板について、電極形成面と垂直方向の任意の断面を、走査型電子顕微鏡(例えば、(株)日立ハイテクノロジーズ、TM−1000型走査型電子顕微鏡)を用いて、100倍〜10000倍の倍率で観察することによって確認することができる。ここで、観察用の断面は、リファインテック(株)のRCO−961型ダイヤモンドカッター等により切断したときの断面とする。尚、切断後の観察用の断面は、切断機による切削傷等が残っていることがあるので、研磨紙等を用いて研磨し、観察断面の表面凹凸を除去することが好ましく、その後バフ等を用いて鏡面研磨することがより好ましい。 Further, the Cu—Sn—Ni alloy phase is a Cu—Sn—Ni alloy phase and forms a dense bulk body in the electrode. The bulk body functions as a conductive portion, so that the resistivity of the electrode can be reduced. As used herein, a dense bulk body means that massive Cu—Sn—Ni alloy phases are in close contact with each other and a three-dimensional continuous structure is formed. The formation of such a structure means that a scanning electron microscope (for example, Hitachi High-Technologies Corporation, TM-1000 type scanning) is used to scan an arbitrary cross section perpendicular to the electrode forming surface of the substrate on which the electrodes are formed. This can be confirmed by observing at a magnification of 100 to 10,000 times using a scanning electron microscope. Here, the cross section for observation is taken as a cross section when cut by an RCO-961 type diamond cutter manufactured by Refine Tech Co., Ltd. In addition, since the cross section for observation after cutting may still have cutting flaws or the like due to a cutting machine, it is preferable to polish it with abrasive paper or the like to remove surface irregularities on the observation cross section, and then buff, etc. More preferably, mirror polishing is used.
また、特定電極形成用組成物を用いて半導体基板上に電極を形成する場合、半導体基板に対する密着力の高い電極を形成することができ、更に電極と半導体基板とのオーミックコンタクトが良好となる。これはシリコンを含む半導体基板(以下、単に「シリコン基板」ともいう)を例に以下のように考えることができる。 In addition, when an electrode is formed on a semiconductor substrate using the composition for forming a specific electrode, an electrode having high adhesion to the semiconductor substrate can be formed, and the ohmic contact between the electrode and the semiconductor substrate is improved. This can be considered as follows by taking a semiconductor substrate containing silicon (hereinafter also simply referred to as “silicon substrate”) as an example.
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子中のリンと錫とが電極形成工程で反応して形成されるSn−P−Oガラス相は、電極内のCu−Sn−Ni合金相の三次元バルク体の間(空隙部)及び、Cu−Sn−Ni合金相とシリコン基板との間に存在する。Cu−Sn−Ni合金相及びSn−P−Oガラス相は互いに三次元に連続しており、また熱処理(焼成)して形成された後も混和しないため、電極自身の強度は高く保たれる。また、シリコン基板と電極との界面にSn−P−Oガラス相が介在することで、電極とシリコン基板との間の密着力が向上する。 The Sn—PO glass phase formed by the reaction of phosphorus and tin in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles in the electrode forming step is a three-dimensional bulk body of the Cu—Sn—Ni alloy phase in the electrode. And between the Cu—Sn—Ni alloy phase and the silicon substrate. Since the Cu-Sn-Ni alloy phase and the Sn-PO glass phase are three-dimensionally continuous with each other and are not mixed after being formed by heat treatment (firing), the strength of the electrode itself is kept high. . In addition, since the Sn—PO glass phase is interposed at the interface between the silicon substrate and the electrode, the adhesion between the electrode and the silicon substrate is improved.
また、Sn−P−Oガラス相が、銅とシリコンとの間での相互拡散を防止するためのバリア層として機能することで、熱処理(焼成)して形成される電極とシリコン基板とのオーミックコンタクトが良好になると考えることができる。すなわち、特定電極形成用組成物を用いることで、銅とシリコンとの反応を抑えて反応物相(Cu3Si)の形成を抑制し、半導体性能(例えば、pn接合特性)を低下させることなく、形成された電極のシリコン基板に対する密着力を保ちながら、電極とシリコン基板との良好なオーミックコンタクトを発現することができると考えられる。 Further, the Sn—PO glass phase functions as a barrier layer for preventing mutual diffusion between copper and silicon, so that an ohmic contact between the electrode formed by heat treatment (firing) and the silicon substrate can be achieved. It can be considered that the contact becomes good. That is, by using the composition for forming a specific electrode, the reaction between copper and silicon is suppressed, the formation of a reactant phase (Cu 3 Si) is suppressed, and the semiconductor performance (for example, pn junction characteristics) is not deteriorated. It is considered that good ohmic contact between the electrode and the silicon substrate can be exhibited while maintaining the adhesion of the formed electrode to the silicon substrate.
このような効果は、シリコンを含む基板上に特定電極形成用組成物を用いて電極を形成する場合であれば、一般的に発現するものであるが、その他の半導体基板であっても同様の効果を期待することができ、半導体基板の種類は特に制限されるものではない。半導体基板としては、シリコン基板、リン化ガリウム基板、窒化ガリウム基板、ダイヤモンド基板、窒化アルミニウム基板、窒化インジウム基板、ヒ化ガリウム基板、ゲルマニウム基板、セレン化亜鉛基板、テルル化亜鉛基板、テルル化カドミウム基板、硫化カドミウム基板、リン化インジウム基板、炭化ケイ素基板、ケイ化ゲルマニウム基板、銅インジウムセレン基板等が挙げられる。中でも、シリコン基板に好適に用いることができる。尚、太陽電池形成用の半導体基板に限定されるものではなく、上記電極形成用組成物は太陽電池以外の半導体デバイスの製造に用いる半導体基板等にも用いることができる。 Such an effect is generally manifested when an electrode is formed using a composition for forming a specific electrode on a silicon-containing substrate, but the same applies to other semiconductor substrates. An effect can be expected, and the type of the semiconductor substrate is not particularly limited. Semiconductor substrates include silicon substrates, gallium phosphide substrates, gallium nitride substrates, diamond substrates, aluminum nitride substrates, indium nitride substrates, gallium arsenide substrates, germanium substrates, zinc selenide substrates, zinc telluride substrates, cadmium telluride substrates. , A cadmium sulfide substrate, an indium phosphide substrate, a silicon carbide substrate, a germanium silicide substrate, a copper indium selenium substrate, and the like. Especially, it can use suitably for a silicon substrate. In addition, it is not limited to the semiconductor substrate for solar cell formation, The said composition for electrode formation can be used also for the semiconductor substrate etc. which are used for manufacture of semiconductor devices other than a solar cell.
すなわち本発明においては、特定電極形成用組成物中に金属粒子としてリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を含有することで、まず、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子中のリン原子の銅酸化物に対する還元性を利用し、耐酸化性に優れ、抵抗率の低い電極が形成される。また、合金粒子が錫及びニッケルを含有することで、得られる電極は抵抗率を低く保ったまま、Cu−Sn合金相、又はCu−Sn−Ni合金相とSn−P−Oガラス相とが電極中に形成される。そして、例えば、Sn−P−Oガラス相がCu−Sn合金相、又はCu−Sn−Ni合金相の三次元連続構造中に形成されることで、電極自身を緻密な構造にし、結果として電極内の強度の向上が得られる。また、Sn−P−Oガラス相が銅とシリコンの相互拡散を防止するためのバリア層として機能することで、銅を含む電極とシリコン基板との間に良好なオーミックコンタクトが形成される。このような特徴的な機構を、電極形成工程で実現できると考えることができる。 That is, in the present invention, by containing phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles as metal particles in the composition for forming a specific electrode, first, copper oxidation of phosphorus atoms in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles An electrode having excellent oxidation resistance and low resistivity is formed by utilizing the reducing property of the product. In addition, since the alloy particles contain tin and nickel, the resulting electrode maintains a low resistivity while the Cu—Sn alloy phase, or the Cu—Sn—Ni alloy phase and the Sn—PO glass phase. Formed in the electrode. For example, the Sn—P—O glass phase is formed in a three-dimensional continuous structure of a Cu—Sn alloy phase or a Cu—Sn—Ni alloy phase, thereby making the electrode itself a dense structure, resulting in an electrode An improvement in strength is obtained. In addition, since the Sn—PO glass phase functions as a barrier layer for preventing mutual diffusion of copper and silicon, a good ohmic contact is formed between the electrode containing copper and the silicon substrate. It can be considered that such a characteristic mechanism can be realized in the electrode forming process.
上記のような効果は、特定電極形成用組成物中にリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を用いずに、例えば、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及びニッケル含有粒子をそれぞれ組み合わせた場合でも得られる。しかし、特定電極形成用組成物中にリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を用いることで、例えば、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及びニッケル含有粒子を併用した場合に比べ、得られる電極は、抵抗率が更に低減し、またシリコン基板との密着力が向上する。 The effects as described above can be obtained even when, for example, phosphorus-containing copper alloy particles, tin-containing particles, and nickel-containing particles are combined without using phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles in the composition for forming a specific electrode. can get. However, by using phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles in the composition for forming a specific electrode, for example, the obtained electrode is compared with the case where phosphorus-containing copper alloy particles, tin-containing particles and nickel-containing particles are used in combination. Further, the resistivity is further reduced and the adhesion with the silicon substrate is improved.
これは、例えば、以下のように考えることができる。特定電極形成用組成物中にリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を用いずに、例えば、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及びニッケル含有粒子を併用した場合では、電極形成工程における熱処理(焼成)で、上記金属粒子同士が反応することでCu−Sn−Ni合金相及びSn−P−Oガラス相を形成する。しかし、金属粒子同士の反応が進む一方で、別個の金属粒子としたことに起因して電極内に空隙部が形成されたり、Sn−P−Oガラス相が局所的に厚く形成されたりすることがある。これによりシリコン基板への電極の付着面積が小さくなる傾向にある。更には、電極形成工程における降温過程におけるSn−P−Oガラス相とCu−Sn−Ni合金相との熱膨張係数差により、Sn−P−Oガラス相とCu−Sn−Ni合金相との間での亀裂、又はSn−P−Oガラス相内の亀裂が生じやすくなる傾向がある。結果として、電極内の強度が低下し、電極に配線材料を接続する際の接続強度が保たれない等の問題を生じる可能性がある。 This can be considered as follows, for example. In the case where, for example, phosphorus-containing copper alloy particles, tin-containing particles and nickel-containing particles are used in combination without using phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles in the composition for forming a specific electrode, heat treatment (firing) ) And the metal particles react with each other to form a Cu—Sn—Ni alloy phase and a Sn—PO glass phase. However, while the reaction between the metal particles proceeds, voids are formed in the electrode due to the separate metal particles, or the Sn—PO glass phase is locally thickly formed. There is. Thereby, the adhesion area of the electrode to the silicon substrate tends to be small. Furthermore, due to the difference in thermal expansion coefficient between the Sn—PO glass phase and the Cu—Sn—Ni alloy phase in the temperature lowering process in the electrode formation step, the Sn—PO glass phase and the Cu—Sn—Ni alloy phase There is a tendency that cracks between them or cracks in the Sn-PO glass phase tend to occur. As a result, there is a possibility that the strength in the electrode is lowered, and the connection strength when the wiring material is connected to the electrode cannot be maintained.
これに対し、本発明では特定電極形成用組成物中にリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を用いるため、電極を形成する元素が一の合金粒子中に含まれることで、Cu−Sn−Ni合金相のネットワーク形成が均一に起こりやすく、形成される電極の抵抗率がより低下する。また、Sn−P−Oガラス相は個々のリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子内から作り出されるため、Sn−P−Oガラス相を電極内に均一に分布させやすい。これにより、Sn−P−Oガラス相が局所的に厚く形成されることが抑制され、Sn−P−Oガラス相に起因する亀裂の発生が抑えられる。その結果として電極内の強度を向上させることができる。 On the other hand, in the present invention, since the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles are used in the composition for forming a specific electrode, the element forming the electrode is contained in one alloy particle, so that Cu-Sn-Ni The network formation of the alloy phase tends to occur uniformly, and the resistivity of the formed electrode is further reduced. Further, since the Sn—PO glass phase is produced from the individual phosphor-tin-nickel-containing copper alloy particles, the Sn—PO glass phase is easily distributed uniformly in the electrode. Thereby, it is suppressed that the Sn—PO glass phase is locally formed thick, and generation of cracks due to the Sn—PO glass phase is suppressed. As a result, the strength in the electrode can be improved.
本発明におけるリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を構成するリン−錫−ニッケル含有銅合金に含まれる銅含有率は特に制限されない。銅含有率は、電極の抵抗率の低減とSn−P−Oガラス相の形成能の観点から、例えば、50.0質量%〜92.0質量%であることが好ましく、55.0質量%〜88.0質量%であることがより好ましく、60.0質量%〜85.0質量%であることが更に好ましい。
リン−錫−ニッケル含有銅合金に含まれる銅含有率が92質量%以下であることで、Sn−P−Oガラス相を効果的に形成することができ、シリコン基板に対する密着性とオーミックコンタクトに優れた電極を形成することができる。銅含有率が50.0質量%以上であることで、より優れた耐酸性を達成でき、形成される電極の低抵抗率化が図れる。また、銅含有率が60.0質量%以上であると、形成される電極の組織が緻密化し、結果として電極内の強度及び半導体基板との密着性が向上する。
The copper content contained in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy constituting the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles in the present invention is not particularly limited. The copper content is preferably 50.0% by mass to 92.0% by mass, for example, from the viewpoint of reducing the resistivity of the electrode and forming ability of the Sn—PO glass phase, and is preferably 55.0% by mass. It is more preferable that it is -88.0 mass%, and it is still more preferable that it is 60.0 mass%-85.0 mass%.
Since the copper content contained in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy is 92% by mass or less, an Sn—PO glass phase can be effectively formed, and adhesion to a silicon substrate and ohmic contact can be achieved. An excellent electrode can be formed. When the copper content is 50.0% by mass or more, more excellent acid resistance can be achieved and the resistivity of the formed electrode can be reduced. Further, when the copper content is 60.0% by mass or more, the structure of the formed electrode is densified, and as a result, the strength in the electrode and the adhesion to the semiconductor substrate are improved.
本発明におけるリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を構成するリン−錫−ニッケル含有銅合金に含まれるリン含有率は特に制限されない。耐酸化性の向上(電極の低抵抗率化)とSn−P−Oガラス相の形成能の観点から、例えば、リン含有率が2.0質量%〜15.0質量%であることが好ましく、2.5質量%〜12.0質量%であることがより好ましく、3.0質量%〜10.0質量%であることが更に好ましい。
リン−錫−ニッケル含有銅合金に含まれるリン含有率が15.0質量%以下であることで、低い抵抗率を有する電極を得ることが可能であり、またリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の生産性に優れる。また、リン−錫−ニッケル含有銅合金に含まれるリン含有率を2.0質量%以上とすることで、Sn−P−Oガラス相を効果的に形成することができ、シリコン基板に対する密着性とオーミックコンタクトに優れた電極を形成することができる。上記含有率を満たすリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、電極形成用合金粒子として好適に用いることができる。
The phosphorus content contained in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy constituting the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles in the present invention is not particularly limited. From the viewpoint of improving oxidation resistance (reducing the resistivity of the electrode) and forming ability of the Sn—PO glass phase, for example, the phosphorus content is preferably 2.0% by mass to 15.0% by mass. It is more preferable that it is 2.5 mass%-12.0 mass%, and it is still more preferable that it is 3.0 mass%-10.0 mass%.
It is possible to obtain an electrode having a low resistivity because the phosphorus content contained in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy is 15.0% by mass or less, and phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles Excellent productivity. Moreover, Sn-PO glass phase can be effectively formed by making the phosphorus content rate contained in a phosphorus-tin-nickel containing copper alloy 2.0 mass% or more, and the adhesiveness with respect to a silicon substrate. An electrode excellent in ohmic contact can be formed. Phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles satisfying the above-described content can be suitably used as electrode-forming alloy particles.
また、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を構成するリン−錫−ニッケル含有銅合金に含まれる錫含有率は特に制限されない。耐酸化性、電極形成工程における熱処理(焼成)時の銅及びニッケルとの反応性並びにSn−P−Oガラス相の形成能の観点から、リン−錫−ニッケル含有銅合金に含まれる錫含有率は、例えば、3.0質量%〜30.0質量%であることが好ましく、4.0質量%〜25.0質量%であることがより好ましく、5.0質量%〜20.0質量%であることが更に好ましい。リン−錫−ニッケル含有銅合金に含まれる錫含有率が30.0質量%以下であることで、低抵抗率のCu−Sn−Ni合金相を形成することができる。また、リン−錫−ニッケル含有銅合金に含まれる錫含有率を3.0質量%以上とすることで、電極形成工程における熱処理(焼成)時の銅及びニッケルとの反応性、並びにリンとの反応性が向上し、Cu−Sn−Ni合金相及びSn−P−Oガラス相を効果的に形成することができる。 Moreover, the tin content contained in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy constituting the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles is not particularly limited. From the viewpoints of oxidation resistance, reactivity with copper and nickel during heat treatment (firing) in the electrode forming step, and Sn-PO glass phase forming ability, the tin content contained in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy Is, for example, preferably 3.0% by mass to 30.0% by mass, more preferably 4.0% by mass to 25.0% by mass, and more preferably 5.0% by mass to 20.0% by mass. More preferably. When the tin content contained in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy is 30.0% by mass or less, a low resistivity Cu—Sn—Ni alloy phase can be formed. Moreover, the reactivity with copper and nickel at the time of the heat processing (baking) in an electrode formation process by making the tin content rate contained in a phosphorus-tin-nickel containing copper alloy 3.0 mass% or more, and with phosphorus The reactivity is improved, and a Cu—Sn—Ni alloy phase and a Sn—P—O glass phase can be effectively formed.
また、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を構成するリン−錫−ニッケル含有銅合金に含まれるニッケル含有率は特に制限されない。耐酸化性の観点から、リン−錫−ニッケル含有銅合金に含まれるニッケル含有率は、例えば、3.0質量%〜30.0質量%であることが好ましく、3.5質量%〜25.0質量%であることがより好ましく、4.0質量%〜20.0質量%であることが更に好ましい。リン−錫−ニッケル含有銅合金に含まれるニッケル含有率が30.0質量%以下であることで、低抵抗率のCu−Sn−Ni合金相を効果的に形成することができる。また、リン−錫−ニッケル含有銅合金に含まれるニッケル含有率を3.0質量%以上とすることで、特に500℃以上の高温領域での耐酸化性を向上させることができる。 Moreover, the nickel content contained in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy constituting the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles is not particularly limited. From the viewpoint of oxidation resistance, the nickel content contained in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy is preferably 3.0% by mass to 30.0% by mass, for example, and 3.5% by mass to 25.%. It is more preferably 0% by mass, and further preferably 4.0% by mass to 20.0% by mass. When the nickel content contained in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy is 30.0% by mass or less, a low resistivity Cu—Sn—Ni alloy phase can be effectively formed. Further, by setting the nickel content contained in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy to 3.0% by mass or more, oxidation resistance particularly in a high temperature region of 500 ° C. or more can be improved.
更に、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を構成するリン−錫−ニッケル含有銅合金に含まれるリン含有率、錫含有率、及びニッケル含有率の組み合わせとしては、耐酸化性、得られる電極の抵抗率、熱処理(焼成)時の銅、リン、錫及びニッケルの反応性、Sn−P−Oガラス相の形成能、並びに電極とシリコン基板との密着力の観点から、例えば、リン含有率が2.0質量%〜15.0質量%であって、且つ錫含有率が3.0質量%〜30.0質量%であって、且つニッケル含有率が3.0質量%〜30.0質量%であることが好ましく、リン含有率が2.5質量%〜12.0質量%であって、且つ錫含有率が4.0質量%〜25.0質量%であって、且つニッケル含有率が3.5質量%〜25.0質量%であることがより好ましく、リン含有率が3.0質量%〜10.0質量%であって、且つ錫含有率が5.0質量%〜20.0質量%であって、且つニッケル含有率が4.0質量%〜20.0質量%であることが更に好ましい。 Furthermore, as a combination of phosphorus content, tin content, and nickel content contained in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy constituting the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles, oxidation resistance, From the viewpoint of resistivity, the reactivity of copper, phosphorus, tin and nickel during heat treatment (firing), the ability to form a Sn-PO glass phase, and the adhesion between the electrode and the silicon substrate, for example, the phosphorus content is 2.0 mass% to 15.0 mass%, tin content is 3.0 mass% to 30.0 mass%, and nickel content is 3.0 mass% to 30.0 mass% %, The phosphorus content is 2.5% by mass to 12.0% by mass, the tin content is 4.0% by mass to 25.0% by mass, and the nickel content is Is more preferably 3.5% by mass to 25.0% by mass, The content is 3.0 mass% to 10.0 mass%, the tin content is 5.0 mass% to 20.0 mass%, and the nickel content is 4.0 mass% to 20 mass%. More preferably, it is 0.0 mass%.
前記リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、リンと錫とニッケルとを含む銅合金粒子であるが、不可避的に混入する他の原子を更に含んでいてもよい。不可避的に混入する他の原子としては、例えば、Ag、Mn、Sb、Si、K、Na、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Be、Zn、Pb、Cd、Tl、V、Al、Zr、W、Mo、Ti、Co、Au及びBiを挙げることができる。
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子に含まれる不可避的に混入する他の原子の含有率は、例えば、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子中に3質量%以下とすることができ、耐酸化性と電極の低抵抗率化の観点から、1質量%以下であることが好ましい。
The phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles are copper alloy particles containing phosphorus, tin, and nickel, but may further contain other atoms inevitably mixed. Examples of other atoms inevitably mixed include Ag, Mn, Sb, Si, K, Na, Li, Ba, Sr, Ca, Mg, Be, Zn, Pb, Cd, Tl, V, Al, and Zr. , W, Mo, Ti, Co, Au and Bi.
The content of other atoms inevitably mixed in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles can be, for example, 3% by mass or less in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles, and is resistant to oxidation. From the viewpoint of reducing the resistivity and the electrode resistivity, it is preferably 1% by mass or less.
尚、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を構成するリン−錫−ニッケル含有銅合金における各元素の含有率は、誘導結合プラズマ質量分析(ICP−MS)法の定量分析によって測定することができる。 In addition, the content rate of each element in the phosphorus-tin-nickel containing copper alloy which comprises phosphorus-tin-nickel containing copper alloy particle | grains can be measured by the quantitative analysis of an inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) method. .
また、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を構成するリン−錫−ニッケル含有銅合金における各元素の含有率は、エネルギー分散型X線分光(EDX)法の定量分析によって測定することもできる。具体的には、リン−錫−ニッケル含有銅合粒子を樹脂に埋め込み、硬化させた後にダイヤモンドカッター等で切断し、必要に応じて耐水研磨紙、研磨液等を用いて研磨し、得られた断面にあるリン−錫−ニッケル含有銅合粒子の断面を分析することが好ましい。この理由は、例えば以下のようにして考えることができる。 Moreover, the content rate of each element in the phosphorus-tin-nickel containing copper alloy which comprises phosphorus-tin-nickel containing copper alloy particle | grains can also be measured by the quantitative analysis of an energy dispersive X ray spectroscopy (EDX) method. Specifically, the phosphorus-tin-nickel-containing copper composite particles were embedded in a resin, cured, and then cut with a diamond cutter or the like, and were obtained by polishing with water-resistant abrasive paper, polishing liquid or the like as necessary. It is preferable to analyze the cross section of the phosphorus-tin-nickel-containing copper composite particles in the cross section. The reason can be considered as follows, for example.
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子はリンを有意に含有しているため、取り扱う環境によっては、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の吸湿が生じ、その結果として、粒子の表面が酸化される可能性がある。この酸化によって生じた皮膜はごく表面に形成され、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の品質に影響をほとんど与えないと考えられるが、粒子表面における酸素の含有率の増加等によって、粒子表面と粒子内部とで各金属元素の銅含有率に差が生じてしまう可能性がある。従って、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子中の各元素の含有率を測定する際は、粒子表面ではなく、粒子断面を測定することが好ましいと考えられる。 Since the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles contain significant phosphorus, depending on the handling environment, moisture absorption of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles occurs, and as a result, the surface of the particles is oxidized. there is a possibility. The film formed by this oxidation is formed on the very surface and is considered to have little influence on the quality of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles. There may be a difference in the copper content of each metal element between the inside of the particles. Therefore, when measuring the content of each element in the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles, it is considered preferable to measure the particle cross section instead of the particle surface.
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、1種単独で用いても、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。本発明において「リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の2種以上を組み合わせて用いる」とは、成分比率が異なるものの後述の粒子径、粒度分布等の粒子形状が同じである2種以上のリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を組み合わせて用いる場合、成分比率は同じであるものの粒子形状の異なる2種以上のリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を組み合わせて用いる場合、成分比率及び粒子形状がともに異なる2種以上のリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を組み合わせて用いる場合等が挙げられる。 Phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles may be used singly or in combination of two or more. In the present invention, “use in combination of two or more types of phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles” means that two or more types of phosphorus having the same particle shape such as the particle size and particle size distribution described later, although the component ratios are different. -When using tin-nickel-containing copper alloy particles in combination, the component ratio is the same, but when two or more types of phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles having different particle shapes are used in combination, the component ratio and particle shape are A case where two or more different types of phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles are used in combination is exemplified.
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径としては特に制限はない。粒度分布において小径側から積算した体積が50%の場合における粒子径(以下、「D50%」と略記することがある)が、例えば、0.4μm〜10μmであることが好ましく、1μm〜7μmであることがより好ましい。リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子のD50%を0.4μm以上とすることで、耐酸化性が効果的に向上する傾向がある。リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子のD50%を10μm以下とすることで、電極中におけるリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子同士の接触面積が大きくなり、電極の抵抗率が効果的に低下する傾向がある。 There is no restriction | limiting in particular as a particle diameter of a phosphorus- tin- nickel containing copper alloy particle. In the particle size distribution, the particle diameter (hereinafter sometimes abbreviated as “D50%”) when the volume integrated from the small diameter side is 50% is, for example, preferably 0.4 μm to 10 μm, and 1 μm to 7 μm. More preferably. By setting D50% of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles to 0.4 μm or more, the oxidation resistance tends to be effectively improved. By making D50% of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles 10 μm or less, the contact area between the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles in the electrode is increased, and the resistivity of the electrode is effectively reduced. Tend.
尚、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径は、レーザー回折式粒度分布計(例えば、ベックマン・コールター(株)、LS 13 320型レーザー散乱回折法粒度分布測定装置)によって測定される。具体的には、溶剤(テルピネオール)125gに、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を0.01質量%〜0.3質量%の範囲内で添加し、分散液を調製する。この分散液の約100ml程度をセルに注入して25℃で測定する。粒度分布は溶媒の屈折率を1.48として測定する。 The particle diameter of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles is measured by a laser diffraction particle size distribution meter (for example, Beckman Coulter, Inc., LS 13 320 type laser scattering diffraction particle size distribution analyzer). Specifically, phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles are added to 125 g of a solvent (terpineol) within a range of 0.01% by mass to 0.3% by mass to prepare a dispersion. About 100 ml of this dispersion is poured into a cell and measured at 25 ° C. The particle size distribution is measured with the refractive index of the solvent being 1.48.
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、鱗片状等のいずれであってもよい。耐酸化性と電極の低抵抗率化の観点から、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の形状は、略球状、扁平状又は板状であることが好ましい。 The shape of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles is not particularly limited, and may be any of a substantially spherical shape, a flat shape, a block shape, a plate shape, a scale shape, and the like. From the viewpoint of oxidation resistance and reduction in electrode resistivity, the shape of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles is preferably substantially spherical, flat or plate-like.
また、特定電極形成用組成物が金属粒子としてリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の他にリン含有銅合金粒子等を含む場合、金属粒子の含有率を100.0質量%としたときのリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の含有率が、例えば、10.0質量%〜98.0質量%であることが好ましく、15.0質量%〜96.0質量%であることがより好ましく、20.0質量%〜95.0質量%であることが更に好ましく、25.0質量%〜92.0質量%であることが特に好ましい。
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の含有率を10.0質量%以上とすることで、電極内の空隙部を効果的に低減させ、電極を緻密化させることができる傾向にある。またリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の含有率を98.0質量%以下とすることで、他の金属粒子を含有したことによる電極の低抵抗率化、シリコン基板への電極の密着力の向上等の効果を発現させることができる傾向にある。
In addition, when the composition for forming a specific electrode includes phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles in addition to phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles, etc., the phosphorus content when the metal particle content is 100.0% by mass -The content rate of a tin- nickel containing copper alloy particle is preferably 10.0 mass%-98.0 mass%, for example, It is more preferable that it is 15.0 mass%-96.0 mass%, It is more preferable that it is 20.0 mass%-95.0 mass%, and it is especially preferable that it is 25.0 mass%-92.0 mass%.
By setting the content of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles to 10.0% by mass or more, voids in the electrode tend to be effectively reduced and the electrode can be densified. In addition, by setting the content of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles to 98.0% by mass or less, the resistivity of the electrode due to the inclusion of other metal particles is reduced, and the adhesion of the electrode to the silicon substrate is reduced. There exists a tendency which can express effects, such as improvement.
リン−錫−ニッケル含有銅合金は、通常用いられる方法で製造することができる。また、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、所望の銅含有率、リン含有率、錫含有率、及びニッケル含有率となるように調製したリン−錫−ニッケル含有銅合金を用いて、金属粉末を調製する通常の方法を用いて調製することができる。例えば、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、水アトマイズ法を用いて定法により製造することができる。尚、水アトマイズ法の詳細については金属便覧(丸善(株)出版事業部)等の記載を参照することができる。
具体的には、リン−錫−ニッケル含有銅合金を溶融し、これをノズル噴霧によって粉末化した後、得られた粉末を乾燥及び分級することで、所望のリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を製造することができる。また、分級条件を適宜選択することで所望の粒子径を有するリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を製造することができる。
The phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy can be produced by a commonly used method. The phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles are obtained by using a phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy prepared so as to have a desired copper content, phosphorus content, tin content, and nickel content. It can be prepared using conventional methods for preparing powders. For example, phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles can be produced by a conventional method using a water atomizing method. For details of the water atomization method, the description of Metal Handbook (Maruzen Co., Ltd. Publishing Division) can be referred to.
Specifically, a desired phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particle is obtained by melting a phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy, pulverizing this by nozzle spraying, and drying and classifying the obtained powder. Can be manufactured. Moreover, the phosphorus-tin-nickel containing copper alloy particle | grains which have a desired particle diameter can be manufactured by selecting classification conditions suitably.
−リン含有銅合金粒子−
特定電極形成用組成物は、金属粒子としてリン含有銅合金粒子の少なくとも1種を更に含んでもよい。リン含有銅合金粒子を含むことで、形成された電極の抵抗率が低下し、半導体基板に対する電極の密着力がより向上する傾向にある。これは例えば、以下のようにして考えることができる。すなわち、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の組成とリン含有銅合金粒子の組成との組み合わせによっては、リン含有銅合金粒子の方が、電極形成工程における熱処理(焼成)時に低い温度で、且つ大きな発熱を伴って反応を開始することがある。これにより、電極形成工程における熱処理(焼成)中の特定電極形成用組成物が比較的低温の状態から、発熱を伴うことで、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の反応(Cu−Sn−Ni合金相の形成、及びSn−P−Oガラス相の形成)を促進させることができる。
-Phosphorus-containing copper alloy particles-
The composition for specific electrode formation may further include at least one of phosphorus-containing copper alloy particles as metal particles. By including phosphorus-containing copper alloy particles, the resistivity of the formed electrode is lowered, and the adhesion of the electrode to the semiconductor substrate tends to be further improved. For example, this can be considered as follows. That is, depending on the combination of the composition of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles and the composition of the phosphorus-containing copper alloy particles, the phosphorus-containing copper alloy particles are at a lower temperature during the heat treatment (firing) in the electrode forming step, and The reaction may begin with a large exotherm. Accordingly, the specific electrode forming composition during the heat treatment (firing) in the electrode forming step generates heat from a relatively low temperature, thereby causing a reaction (Cu-Sn-Ni) of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles. Formation of alloy phase and formation of Sn—P—O glass phase) can be promoted.
更に、リン含有銅合金粒子自身も電極形成工程における熱処理(焼成)においてリンによる還元で銅を生じることがあり、電極全体としての抵抗率を低くできると考えられる。またリン含有銅合金粒子が、熱処理(焼成)によってリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子由来のCu−Sn−Ni合金相及びSn−P−Oガラス相からなるネットワークに参加することで、電極全体の抵抗率が低減するほか、電極の組織が緻密化し、結果として電極内の強度及び半導体基板との密着性が向上すると考えられる。 Furthermore, the phosphorus-containing copper alloy particles themselves may produce copper by reduction with phosphorus in the heat treatment (firing) in the electrode forming step, and it is considered that the resistivity of the entire electrode can be lowered. Further, the phosphorus-containing copper alloy particles participate in a network composed of a Cu-Sn-Ni alloy phase and a Sn-PO glass phase derived from phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles by heat treatment (firing), so that the entire electrode It is considered that the resistivity of the electrode is reduced and the structure of the electrode is densified, and as a result, the strength in the electrode and the adhesion to the semiconductor substrate are improved.
特定電極形成用組成物にリン含有銅合金粒子を含有させる場合のリン含有銅合金粒子に含まれるリン含有率としては、耐酸化性と熱処理(焼成)中の発熱効果の観点から、例えば、0.1質量%〜8.0質量%であることが好ましく、0.2質量%〜8.0質量%であることがより好ましく、0.5質量%〜7.7質量%であることが更に好ましい。 The phosphorus content contained in the phosphorus-containing copper alloy particles when the phosphorus-containing copper alloy particles are contained in the composition for forming a specific electrode is, for example, 0 from the viewpoint of oxidation resistance and heat generation effect during heat treatment (firing). It is preferably 0.1% by mass to 8.0% by mass, more preferably 0.2% by mass to 8.0% by mass, and further preferably 0.5% by mass to 7.7% by mass. preferable.
リン含有銅合金粒子は、銅とリンを含む合金であるが、不可避的に混入する他の原子を更に含んでいてもよい。不可避的に混入する他の原子としては、例えば、Ag、Mn、Sb、Si、K、Na、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Be、Zn、Pb、Cd、Tl、V、Sn、Al、Zr、W、Mo、Ti、Co、Ni、及びAuを挙げることができる。
また前記リン含有銅合金粒子に含まれる不可避的に混入する他の原子の含有率は、例えば、リン含有銅合金粒子中に3質量%以下とすることができ、耐酸化性と電極の抵抗率の観点から、1質量%以下であることが好ましい。
The phosphorus-containing copper alloy particles are an alloy containing copper and phosphorus, but may further contain other atoms inevitably mixed therein. Examples of other atoms inevitably mixed include Ag, Mn, Sb, Si, K, Na, Li, Ba, Sr, Ca, Mg, Be, Zn, Pb, Cd, Tl, V, Sn, and Al. , Zr, W, Mo, Ti, Co, Ni, and Au.
Moreover, the content rate of the other atoms inevitably mixed in the phosphorus-containing copper alloy particles can be, for example, 3% by mass or less in the phosphorus-containing copper alloy particles, and the oxidation resistance and the resistivity of the electrode. In view of the above, the content is preferably 1% by mass or less.
また本発明においては、リン含有銅合金粒子は、1種単独でも又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。本発明において「リン含有銅合金粒子の2種以上を組み合わせて用いる」とは、成分比率が異なるものの後述の粒子径、粒度分布等の粒子形状が同じである2種以上のリン含有銅合金粒子を組み合わせて用いる場合、成分比率は同じであるものの粒子形状の異なる2種以上のリン含有銅合金粒子を組み合わせて用いる場合、成分比率及び粒子形状がともに異なる2種以上のリン含有銅合金粒子を組み合わせて用いる場合等が挙げられる。 In the present invention, the phosphorus-containing copper alloy particles may be used singly or in combination of two or more. In the present invention, “use in combination of two or more types of phosphorus-containing copper alloy particles” means that two or more types of phosphorus-containing copper alloy particles having the same particle shape such as particle diameter and particle size distribution described later, although the component ratios are different. Are used in combination, but when two or more types of phosphorus-containing copper alloy particles having the same component ratio but different particle shapes are used in combination, two or more types of phosphorus-containing copper alloy particles having different component ratios and particle shapes are used. The case where it uses in combination is mentioned.
リン含有銅合金粒子の粒子径としては特に制限はなく、D50%が、例えば0.4μm〜10μmであることが好ましく、1μm〜7μmであることがより好ましい。リン含有銅合金粒子のD50%を0.4μm以上とすることで、効果的に耐酸化性が向上する傾向にある。また、リン含有銅合金粒子のD50%を10μm以下とすることで、電極中におけるリン含有銅合金粒子と、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子並びに後述するように必要に応じて添加される錫含有粒子、ニッケル含有粒子及び銀粒子との接触面積が大きくなり、電極の抵抗率が効果的に低下する傾向にある。
尚、リン含有銅合金粒子の粒子径(D50%)の測定方法は、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径の測定方法と同様である。
また、リン含有銅合金粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、鱗片状等のいずれであってもよい。耐酸化性と電極の低抵抗率の観点から、リン含有銅合金粒子の形状は、略球状、扁平状又は板状であることが好ましい。
The particle diameter of the phosphorus-containing copper alloy particles is not particularly limited, and D50% is, for example, preferably 0.4 μm to 10 μm, and more preferably 1 μm to 7 μm. By setting D50% of the phosphorus-containing copper alloy particles to 0.4 μm or more, the oxidation resistance tends to be effectively improved. Further, by setting D50% of the phosphorus-containing copper alloy particles to 10 μm or less, the phosphorus-containing copper alloy particles in the electrode, the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles, and tin added as necessary as described later The contact area with the contained particles, nickel-containing particles and silver particles increases, and the resistivity of the electrode tends to be effectively reduced.
In addition, the measuring method of the particle diameter (D50%) of phosphorus containing copper alloy particle is the same as the measuring method of the particle diameter of phosphorus- tin- nickel containing copper alloy particle.
The shape of the phosphorus-containing copper alloy particles is not particularly limited, and may be any of a substantially spherical shape, a flat shape, a block shape, a plate shape, a scale shape, and the like. From the viewpoint of oxidation resistance and low resistivity of the electrode, the shape of the phosphorus-containing copper alloy particles is preferably substantially spherical, flat or plate-like.
また特定電極形成用組成物が金属粒子としてリン含有銅合金粒子を含む場合、リン含有銅合金粒子の含有率としては、金属粒子の含有率を100.0質量%としたときのリン含有銅合金粒子の含有率が、例えば、0.1質量%〜50.0質量%であることが好ましく、0.5質量%〜45.0質量%であることがより好ましい。 Moreover, when the composition for specific electrode formation contains phosphorus-containing copper alloy particles as metal particles, the content of phosphorus-containing copper alloy particles is a phosphorus-containing copper alloy when the metal particle content is 100.0% by mass. The particle content is, for example, preferably 0.1% by mass to 50.0% by mass, and more preferably 0.5% by mass to 45.0% by mass.
尚、上記リン含有銅合金粒子中のリン及び銅の含有率についても、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子と同様に、誘導結合プラズマ質量分析(ICP−MS)法、又はエネルギー分散型X線分光(EDX)法の定量分析によって測定することができる。 The phosphorus and copper contents in the phosphorus-containing copper alloy particles are also inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) or energy dispersive X-ray, as with the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles. It can be measured by spectroscopic (EDX) quantitative analysis.
耐酸化性とSn−P−Oガラス相の形成能の観点から、前記金属粒子の含有率を100.0質量%としたときの銅含有率は、例えば、50.0質量%〜92.0質量%であることが好ましく、55.0質量%〜88.0質量%であることがより好ましく、60.0質量%〜85.0質量%であることが更に好ましい。 From the viewpoint of oxidation resistance and the ability to form a Sn—PO glass phase, the copper content when the content of the metal particles is 100.0% by mass is, for example, 50.0% by mass to 92.0%. The mass is preferably 5% by mass, more preferably 55.0% by mass to 88.0% by mass, and still more preferably 60.0% by mass to 85.0% by mass.
(溶剤及び樹脂)
特定電極形成用組成物は、樹脂の少なくとも一種を含む。また、特定電極形成用組成物は、溶剤の少なくとも一種を含む。これにより特定電極形成用組成物の液物性(粘度、表面張力等)を、半導体基板等に付与する際の付与方法に適した範囲内に調製することができる。
(Solvent and resin)
The composition for specific electrode formation contains at least 1 type of resin. Moreover, the composition for specific electrode formation contains at least 1 type of a solvent. Thereby, the liquid physical properties (viscosity, surface tension, etc.) of the composition for forming a specific electrode can be adjusted within a range suitable for an application method when applying to a semiconductor substrate or the like.
溶剤としては特に制限はない。 溶剤としては、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン等の炭化水素溶剤、ジクロロエチレン、ジクロロエタン、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素溶剤、テトラヒドロフラン、フラン、テトラヒドロピラン、ピラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、トリオキサン等の環状エーテル溶剤、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド溶剤、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン溶剤、エタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール溶剤、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノアセテート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノプロピオネート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノブチレート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等の多価アルコールのエステル溶剤、ブチルセルソルブ、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等の多価アルコールのエーテル溶剤、テルピネン、テルピネオール、ミルセン、アロオシメン、リモネン、ジペンテン、ピネン、カルボン、オシメン、フェランドレン等のテルペン溶剤などが挙げられる。溶剤は、1種単独で用いても、又は2種以上を組み合わせてもよい。 There is no restriction | limiting in particular as a solvent. Solvents include hydrocarbon solvents such as hexane, cyclohexane and toluene, halogenated hydrocarbon solvents such as dichloroethylene, dichloroethane and dichlorobenzene, and cyclics such as tetrahydrofuran, furan, tetrahydropyran, pyran, dioxane, 1,3-dioxolane and trioxane. Ether solvents, amide solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, sulfoxide solvents such as dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, cyclohexanone, ethanol, 2-propanol, Alcohol solvents such as 1-butanol and diacetone alcohol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoacetate, 2,2,4-trimethyl-1,3- Nantanediol monopropionate, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monobutyrate, ester solvents of polyhydric alcohols such as ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, butyl cellosolve, diethylene glycol mono Examples include ether solvents of polyhydric alcohols such as butyl ether and diethylene glycol diethyl ether, and terpene solvents such as terpinene, terpineol, myrcene, alloocimene, limonene, dipentene, pinene, carvone, osmene, and ferrandrene. A solvent may be used individually by 1 type or may combine 2 or more types.
溶剤としては、電極形成用組成物を半導体基板に形成する際の付与性(塗布性及び印刷性)の観点から、多価アルコールのエステル溶剤、テルペン溶剤及び多価アルコールのエーテル溶剤からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、多価アルコールのエステル溶剤及びテルペン溶剤からなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましい。 As the solvent, from the viewpoint of impartability (coatability and printability) when forming the electrode-forming composition on the semiconductor substrate, from the group consisting of polyhydric alcohol ester solvent, terpene solvent and polyhydric alcohol ether solvent. It is preferably at least one selected, and more preferably at least one selected from the group consisting of polyhydric alcohol ester solvents and terpene solvents.
樹脂としては、脱脂工程で熱分解され得る樹脂であれば、当該技術分野において通常用いられる樹脂を特に制限なく用いることができ、天然高分子化合物であっても、合成高分子化合物であってもよい。具体的には、樹脂としては、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ニトロセルロース等のセルロース樹脂、ポリビニルアルコール化合物、ポリビニルピロリドン化合物、ポリアクリル酸エチル等のアクリル樹脂、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、ポリビニルブチラール等のブチラール樹脂、フェノール変性アルキド樹脂、ひまし油脂肪酸変性アルキド樹脂等のアルキド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ロジンエステル樹脂などを挙げることができる。樹脂は、1種単独で用いても、又は2種以上を組み合わせてもよい。 As the resin, any resin that is usually used in the technical field can be used without particular limitation as long as it is a resin that can be thermally decomposed in the degreasing step, whether it is a natural polymer compound or a synthetic polymer compound. Good. Specifically, examples of the resin include cellulose resins such as methylcellulose, ethylcellulose, carboxymethylcellulose, and nitrocellulose; acrylic resins such as polyvinyl alcohol compounds, polyvinylpyrrolidone compounds, and polyethyl acrylate; vinyl acetate-acrylate copolymers; Examples include butyral resins such as polyvinyl butyral, phenol-modified alkyd resins, alkyd resins such as castor oil fatty acid-modified alkyd resins, epoxy resins, phenol resins, and rosin ester resins. Resin may be used individually by 1 type or may combine 2 or more types.
樹脂は、電極形成工程の熱処理(焼成)において樹脂の残渣を抑制する観点から、セルロース樹脂及びアクリル樹脂からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。 The resin is preferably at least one selected from the group consisting of a cellulose resin and an acrylic resin from the viewpoint of suppressing resin residues in the heat treatment (firing) in the electrode forming step.
樹脂の重量平均分子量(Mw)は特に制限されない。中でも樹脂の重量平均分子量は、例えば、5000〜500000であることが好ましく、10000〜300000であることがより好ましい。樹脂の重量平均分子量が5000以上であると、特定電極形成用組成物の粘度の増加が抑制できる傾向にある。これは例えば、樹脂を金属粒子に吸着させたときの立体的な反発作用が充分得られ、樹脂同士の凝集が抑制されるためと考えることができる。一方、樹脂の重量平均分子量が500000以下であると、樹脂同士が特定電極形成用組成物中で凝集することが抑制され、特定電極形成用組成物の粘度の増加が抑制できる傾向にある。また樹脂の重量平均分子量が500000以下であると、樹脂の熱分解温度が高くなることが抑制され、特定電極形成用組成物を熱処理(焼成)する際に樹脂が残渣として残存することが抑制され、低抵抗率な電極を形成することができる傾向にある。 The weight average molecular weight (Mw) of the resin is not particularly limited. Among these, the weight average molecular weight of the resin is preferably, for example, 5,000 to 500,000, and more preferably 10,000 to 300,000. When the weight average molecular weight of the resin is 5000 or more, an increase in the viscosity of the specific electrode forming composition tends to be suppressed. This can be considered to be because, for example, a sufficient steric repulsion effect is obtained when the resin is adsorbed on the metal particles, and aggregation of the resins is suppressed. On the other hand, when the weight average molecular weight of the resin is 500,000 or less, aggregation of the resins in the composition for forming a specific electrode is suppressed, and an increase in the viscosity of the composition for forming a specific electrode tends to be suppressed. Further, when the weight average molecular weight of the resin is 500,000 or less, the thermal decomposition temperature of the resin is suppressed from being increased, and the resin is suppressed from remaining as a residue when the specific electrode forming composition is heat-treated (fired). There is a tendency that a low resistivity electrode can be formed.
樹脂の重量平均分子量はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて測定される分子量分布から標準ポリスチレンの検量線を使用して換算して求められる。検量線は、標準ポリスチレンの5サンプルセット(PStQuick MP−H、PStQuick B、東ソー(株))を用いて3次元で近似する。GPCの測定条件は、以下の通りである。
・装置:(ポンプ:L−2130型[(株)日立ハイテクノロジーズ])、(検出器:L−2490型RI[(株)日立ハイテクノロジーズ])、(カラムオーブン:L−2350[(株)日立ハイテクノロジーズ])
・カラム:Gelpack GL−R440 + Gelpack GL−R450 + Gelpack GL−R400M(計3本)(日立化成(株))
・カラムサイズ:10.7mm×300mm(内径)
・溶離液:テトラヒドロフラン
・試料濃度:10mg/2mL
・注入量:200μL
・流量:2.05mL/分
・測定温度:25℃
The weight average molecular weight of the resin is obtained by conversion using a standard polystyrene calibration curve from a molecular weight distribution measured using GPC (gel permeation chromatography). The calibration curve is approximated in three dimensions using five standard polystyrene sample sets (PStQuick MP-H, PStQuick B, Tosoh Corporation). The measurement conditions of GPC are as follows.
Apparatus: (Pump: L-2130 type [Hitachi High-Technologies Corporation]), (Detector: L-2490 type RI [Hitachi High-Technologies Corporation]), (Column oven: L-2350 [Corporation] Hitachi High-Technologies])
Column: Gelpack GL-R440 + Gelpack GL-R450 + Gelpack GL-R400M (3 in total) (Hitachi Chemical Co., Ltd.)
-Column size: 10.7 mm x 300 mm (inner diameter)
・ Eluent: Tetrahydrofuran ・ Sample concentration: 10 mg / 2 mL
・ Injection volume: 200 μL
・ Flow rate: 2.05 mL / min ・ Measurement temperature: 25 ° C.
本発明で用いる特定電極形成用組成物中の溶剤及び樹脂の含有率は、特定電極形成用組成物が所望の液物性となるように、使用する溶剤及び樹脂の種類に応じて適宜選択することができる。例えば、溶剤及び樹脂の総含有率が、特定電極形成用組成物の全質量中、3.0質量%〜50.0質量%であることが好ましく、5.0質量%〜45質量%であることがより好ましく、7質量%〜40質量%であることが更に好ましい。
溶剤及び樹脂の総含有率が上記範囲内であることにより、特定電極形成用組成物を半導体基板に付与する際の付与適性が良好になり、所望の幅及び高さを有する電極をより容易に形成することができる傾向にある。
特定電極形成用組成物中の溶剤及び樹脂の含有比は、特定電極形成用組成物が所望の液物性となるように、使用する溶剤及び樹脂の種類に応じて適宜選択することができる。
The content of the solvent and resin in the composition for forming a specific electrode used in the present invention should be appropriately selected according to the type of solvent and resin to be used so that the composition for forming a specific electrode has desired liquid properties. Can do. For example, it is preferable that the total content rate of a solvent and resin is 3.0 mass%-50.0 mass% in the total mass of the composition for specific electrode formation, and is 5.0 mass%-45 mass%. It is more preferable that the content is 7% by mass to 40% by mass.
When the total content of the solvent and the resin is within the above range, the application suitability when applying the specific electrode forming composition to the semiconductor substrate is improved, and an electrode having a desired width and height is more easily obtained. There is a tendency to form.
The content ratio of the solvent and the resin in the composition for forming a specific electrode can be appropriately selected according to the type of solvent and resin to be used so that the composition for forming a specific electrode has desired liquid properties.
(ガラス粒子)
特定電極形成用組成物は、ガラス粒子を更に含んでもよい。特定電極形成用組成物がガラス粒子を含むことにより、脱脂工程から電極形成工程の熱処理において、形成した電極と半導体基板との密着力が向上する。また、特に太陽電池の受光面側の電極形成において、脱脂工程から電極形成工程の熱処理時にいわゆるファイアースルーによって反射防止層を構成する窒化ケイ素が取り除かれ、電極と半導体基板とのオーミックコンタクトが形成される。
(Glass particles)
The composition for forming a specific electrode may further include glass particles. When the composition for forming a specific electrode contains glass particles, the adhesion between the formed electrode and the semiconductor substrate is improved in the heat treatment from the degreasing step to the electrode forming step. In particular, in the formation of the electrode on the light-receiving surface side of the solar cell, the silicon nitride constituting the antireflection layer is removed by so-called fire-through during the heat treatment from the degreasing process to the electrode forming process, and an ohmic contact between the electrode and the semiconductor substrate is formed. The
ガラス粒子は、形成される電極の低抵抗率化及び電極と半導体基板との密着力の観点から、軟化点が650℃以下であり、結晶化開始温度が650℃を超えることが好ましい。リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子及び必要に応じて含有されるリン含有銅合金粒子等のその他の金属粒子間の反応性、焼結性等の観点から、ガラス粒子の軟化点は600℃以下であることがより好ましい。
尚、軟化点及び結晶化開始温度は、示差熱−熱重量分析装置(TG−DTA)を用いて通常の方法によって測定される。
The glass particles preferably have a softening point of 650 ° C. or lower and a crystallization start temperature of higher than 650 ° C. from the viewpoint of lowering the resistivity of the electrode to be formed and the adhesion between the electrode and the semiconductor substrate. From the viewpoints of reactivity between other metal particles such as phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles and phosphorus-containing copper alloy particles contained if necessary, the softening point of the glass particles is 600 ° C. or less. It is more preferable that
The softening point and the crystallization start temperature are measured by a usual method using a differential thermal-thermogravimetric analyzer (TG-DTA).
電極形成用組成物を太陽電池の受光面側の電極の形成に用いる場合、ガラス粒子は、電極形成温度で軟化又は溶融し、窒化ケイ素で構成される反射防止層に接触して窒化ケイ素を酸化して二酸化ケイ素を生成し、この二酸化ケイ素を取り込むことで、反射防止層を除去可能なもので、当該技術分野において通常用いられるガラス粒子を特に制限なく用いることができる。 When the electrode-forming composition is used to form an electrode on the light-receiving surface side of a solar cell, the glass particles are softened or melted at the electrode-forming temperature and come into contact with an antireflection layer composed of silicon nitride to oxidize silicon nitride. Thus, silicon dioxide is produced, and by incorporating this silicon dioxide, the antireflection layer can be removed, and glass particles usually used in this technical field can be used without any particular limitation.
一般に電極形成用組成物に含まれるガラス粒子は、二酸化ケイ素を効率よく取り込み可能になるという観点から、鉛を含むことが好ましい。このような鉛を含むガラスとしては、特許第3050064号公報等に記載のものを挙げることができ、本発明においてもこれらを好適に使用することができる。また、環境に対する影響を考慮すると、鉛を実質的に含まない鉛フリーガラスを用いることが好ましい。鉛フリーガラスとしては、特開2006−313744号公報の段落番号0024〜0025に記載の鉛フリーガラス、特開2009−188281号公報に記載の鉛フリーガラス等を挙げることができ、これらの鉛フリーガラスから適宜選択して本発明に適用することもまた好ましい。 In general, the glass particles contained in the electrode-forming composition preferably contain lead from the viewpoint that silicon dioxide can be taken up efficiently. Examples of such glass containing lead include those described in Japanese Patent No. 3050064, and these can also be suitably used in the present invention. In consideration of the influence on the environment, it is preferable to use lead-free glass that does not substantially contain lead. Examples of lead-free glass include lead-free glass described in paragraphs 0024 to 0025 of JP-A-2006-313744, lead-free glass described in JP-A-2009-188281, and the like. It is also preferable to select the glass appropriately and apply it to the present invention.
特定電極形成用組成物を太陽電池の受光面側の電極以外の電極、例えば、裏面出力取出電極、バックコンタクト型太陽電池素子におけるスルーホール電極及び裏面電極の形成に用いる場合には、ガラス粒子は、軟化点が650℃以下であり、結晶化開始温度が650℃を超えることが好ましい。このようなガラス粒子であれば、鉛のようなファイアースルーに必要な成分を含まないガラス粒子を用いることができる。 When the composition for forming a specific electrode is used to form an electrode other than the electrode on the light-receiving surface side of the solar cell, for example, a back output electrode, a through-hole electrode and a back electrode in a back contact solar cell element, the glass particles are The softening point is preferably 650 ° C. or lower, and the crystallization start temperature is preferably higher than 650 ° C. If it is such a glass particle, the glass particle which does not contain the component required for fire through like lead can be used.
ガラス粒子を構成するガラス成分としては、例えば、酸化ケイ素(SiO又はSiO2)、酸化リン(P2O5)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ホウ素(B2O3)、酸化バナジウム(V2O5)、酸化カリウム(K2O)、酸化ビスマス(Bi2O3)、酸化ナトリウム(Na2O)、酸化リチウム(Li2O)、酸化バリウム(BaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ベリリウム(BeO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化鉛(PbO)、酸化カドミウム(CdO)、酸化スズ(SnO)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化タングステン(WO3)、酸化モリブデン(MoO3)、酸化ランタン(La2O3)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化チタン(TiO2)、酸化ゲルマニウム(GeO2)、酸化テルル(TeO2)、酸化ルテチウム(Lu2O3)、酸化アンチモン(Sb2O3)、酸化銅(CuO)、酸化鉄(FeO、Fe2O3又はFe3O4)、酸化銀(AgO又はAg2O)及び酸化マンガン(MnO)が挙げられる。 Examples of the glass component constituting the glass particles include silicon oxide (SiO or SiO 2 ), phosphorus oxide (P 2 O 5 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), boron oxide (B 2 O 3 ), and vanadium oxide. (V 2 O 5 ), potassium oxide (K 2 O), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), sodium oxide (Na 2 O), lithium oxide (Li 2 O), barium oxide (BaO), strontium oxide (SrO) ), Calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), beryllium oxide (BeO), zinc oxide (ZnO), lead oxide (PbO), cadmium oxide (CdO), tin oxide (SnO), zirconium oxide (ZrO 2 ) , tungsten oxide (WO 3), molybdenum oxide (MoO 3), lanthanum oxide (La 2 O 3), niobium oxide (N 2 O 5), tantalum oxide (Ta 2 O 5), yttrium oxide (Y 2 O 3), titanium oxide (TiO 2), germanium oxide (GeO 2), tellurium oxide (TeO 2), lutetium oxide (Lu 2 O 3 ), antimony oxide (Sb 2 O 3 ), copper oxide (CuO), iron oxide (FeO, Fe 2 O 3 or Fe 3 O 4 ), silver oxide (AgO or Ag 2 O) and manganese oxide (MnO). Can be mentioned.
中でも、SiO2、P2O5、Al2O3、B2O3、V2O5、Bi2O3、ZnO及びPbOからなる群より選択される少なくとも1種を含むガラス粒子を用いることが好ましく、SiO2、PbO、B2O3、Bi2O3、及びAl2O3からなる群より選択される少なくとも1種を含むガラス粒子を用いることがより好ましい。このようなガラス粒子の場合には、軟化点が効果的に低下する傾向にある。更にこのようなガラス粒子は、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子との濡れ性が向上するため、電極形成工程での前記粒子間の焼結が進み、抵抗率の低い電極を形成することができる傾向にある。 Among them, glass particles containing at least one selected from the group consisting of SiO 2 , P 2 O 5 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , V 2 O 5 , Bi 2 O 3 , ZnO and PbO are used. It is preferable to use glass particles containing at least one selected from the group consisting of SiO 2 , PbO, B 2 O 3 , Bi 2 O 3 , and Al 2 O 3 . In the case of such glass particles, the softening point tends to be effectively reduced. Furthermore, since such glass particles have improved wettability with phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles, sintering between the particles proceeds in the electrode forming step, and an electrode with low resistivity can be formed. It tends to be possible.
ガラス粒子中のホウ素含有量の含有率としては、ガラスの全質量中に0.1質量%以上であることが好ましく、0.1質量%〜50質量%であることがより好ましい。尚、ガラス粒子中のホウ素の含有率は、誘導結合プラズマ質量分析(ICP−MS)法の定量分析等を用いて測定することができる。 As content rate of the boron content in a glass particle, it is preferable that it is 0.1 mass% or more in the total mass of glass, and it is more preferable that it is 0.1 mass%-50 mass%. The boron content in the glass particles can be measured using quantitative analysis of the inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) method or the like.
他方、電極の接触抵抗率を低下させる観点からは、例えば、五酸化二リンを含むガラス粒子(リン酸ガラス、P2O5ガラス粒子)であることが好ましく、五酸化二リンに加えて五酸化二バナジウムを更に含むガラス粒子(P2O5−V2O5ガラス粒子)であることがより好ましい。五酸化二バナジウムを更に含むことで、耐酸化性が向上し、電極の抵抗率が低下する傾向にある。これは、例えば、五酸化二バナジウムを更に含むことでガラスの軟化点が低下することに起因すると考えることができる。五酸化二リン−五酸化二バナジウムガラス粒子(P2O5−V2O5ガラス粒子)を用いる場合、五酸化二バナジウムの含有率としては、例えば、ガラスの全質量中に1質量%以上であることが好ましく、1質量%〜70質量%であることがより好ましい。 On the other hand, from the viewpoint of reducing the contact resistivity of the electrode, for example, glass particles containing phosphorous pentoxide (phosphate glass, P 2 O 5 glass particles) are preferable. More preferably, the glass particles further contain divanadium oxide (P 2 O 5 —V 2 O 5 glass particles). By further containing divanadium pentoxide, the oxidation resistance is improved and the resistivity of the electrode tends to decrease. This can be attributed to, for example, that the softening point of the glass is lowered by further containing divanadium pentoxide. When using diphosphorus pentoxide-divanadium pentoxide glass particles (P 2 O 5 —V 2 O 5 glass particles), the content of divanadium pentoxide is, for example, 1% by mass or more in the total mass of the glass. It is preferable that it is 1 mass%-70 mass%.
ガラス粒子の粒子径としては特に制限はない。ガラス粒子のD50%は、例えば、0.5μm〜10μmであることが好ましく、0.8μm〜8μmであることがより好ましい。ガラス粒子のD50%を0.5μm以上とすることで、電極形成用組成物の調製における作業性が向上する傾向にある。ガラス粒子のD50%を10μm以下とすることで、電極形成用組成物中にガラス粒子が均一に分散し、電極形成工程で効率よくファイアースルーを生じることができ、更に、形成される電極の半導体基板との密着性も向上する傾向にある。
尚、ガラス粒子のD50%の測定方法は、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径の測定方法と同様である。
There is no restriction | limiting in particular as a particle diameter of a glass particle. The D50% of the glass particles is preferably 0.5 μm to 10 μm, for example, and more preferably 0.8 μm to 8 μm. When the D50% of the glass particles is 0.5 μm or more, the workability in the preparation of the electrode forming composition tends to be improved. By setting the D50% of the glass particles to 10 μm or less, the glass particles can be uniformly dispersed in the electrode forming composition, and fire-through can be efficiently generated in the electrode forming step. There is also a tendency to improve the adhesion to the substrate.
In addition, the measuring method of D50% of a glass particle is the same as the measuring method of the particle diameter of a phosphorus- tin- nickel containing copper alloy particle.
ガラス粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、鱗片状等のいずれであってもよい。耐酸化性と電極の低抵抗率化の観点から、ガラス粒子の形状は、略球状、扁平状又は板状であることが好ましい。 The shape of the glass particles is not particularly limited, and may be any of a substantially spherical shape, a flat shape, a block shape, a plate shape, a scale shape, and the like. From the viewpoint of oxidation resistance and a reduction in the resistivity of the electrode, the shape of the glass particles is preferably substantially spherical, flat or plate-like.
特定電極形成用組成物がガラス粒子を含む場合、ガラス粒子の含有率としては特定電極形成用組成物の全質量中に、例えば、0.1質量%〜15.0質量%であることが好ましく、0.5質量%〜12.0質量%であることがより好ましく、1.0質量%〜10.0質量%であることが更に好ましい。かかる範囲の含有率でガラス粒子を含むことで、効果的に耐酸化性、電極の低抵抗率化、及び低接触抵抗率化が達成される傾向にある。更に、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子間の接触、及び反応を促進させることができる傾向にある。 When the composition for specific electrode formation contains glass particles, the content of the glass particles is preferably 0.1% by mass to 15.0% by mass, for example, in the total mass of the composition for specific electrode formation. It is more preferable that it is 0.5 mass%-12.0 mass%, and it is still more preferable that it is 1.0 mass%-10.0 mass%. By including glass particles with a content in such a range, oxidation resistance, lower electrode resistivity, and lower contact resistivity tend to be achieved effectively. Furthermore, it exists in the tendency which can promote the contact between phosphorus- tin- nickel containing copper alloy particles, and reaction.
特定電極形成用組成物中において、全金属粒子の質量に対するガラス粒子の質量比(ガラス粒子/全金属粒子)が、例えば、0.01〜0.20であることが好ましく、0.03〜0.15であることがより好ましい。かかる範囲の含有率でガラス粒子を含むことで、効果的に耐酸化性、電極の低抵抗率化、及び低接触抵抗率化が達成される傾向にある。更に、金属粒子間の接触、及び反応を促進させることができる傾向にある。 In the composition for forming a specific electrode, the mass ratio of glass particles to the mass of all metal particles (glass particles / all metal particles) is preferably 0.01 to 0.20, for example, 0.03 to 0 .15 is more preferable. By including glass particles with a content in such a range, oxidation resistance, lower electrode resistivity, and lower contact resistivity tend to be achieved effectively. Furthermore, it exists in the tendency which can promote the contact between metal particles and reaction.
更に、全金属粒子の粒子径(D50%)に対するガラス粒子の粒子径(D50%)の比(ガラス粒子/全金属粒子)が、例えば、0.05〜100であることが好ましく、0.1〜20であることが好ましい。かかる粒子径の比とすることで、効果的に耐酸化性、電極の低抵抗率化、及び低接触抵抗率化が達成される傾向にある。更に、金属粒子間の接触、及び反応を促進させることができる傾向にある。 Further, the ratio of the particle size (D50%) of the glass particles to the particle size (D50%) of all metal particles (glass particles / total metal particles) is preferably 0.05 to 100, for example, 0.1 It is preferably ~ 20. By setting such a particle size ratio, there is a tendency to effectively achieve oxidation resistance, lower electrode resistivity, and lower contact resistivity. Furthermore, it exists in the tendency which can promote the contact between metal particles and reaction.
(フラックス)
特定電極形成用組成物は、フラックスの少なくとも1種を更に含有してもよい。フラックスを含むことで、金属粒子の表面に酸化膜が形成された場合に該酸化膜を除去し、電極形成工程における熱処理(焼成)中のリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の反応を促進させることができる傾向にある。またフラックスを含むことで、電極と半導体基板との密着性が向上するという効果も得られる傾向にある。
(flux)
The composition for forming a specific electrode may further contain at least one flux. By including the flux, when an oxide film is formed on the surface of the metal particles, the oxide film is removed, and the reaction of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles during the heat treatment (firing) in the electrode forming process is promoted. Tend to be able to. Moreover, the effect that the adhesiveness of an electrode and a semiconductor substrate improves is also acquired by containing a flux.
フラックスとしては、金属粒子の表面に形成される酸化膜を除去可能であれば特に制限はない。具体的には、例えば、脂肪酸、ホウ酸化合物、フッ化化合物、及びホウフッ化化合物を好ましいフラックスとして挙げることができる。フラックスは、1種単独で用いてもよく、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The flux is not particularly limited as long as the oxide film formed on the surface of the metal particles can be removed. Specifically, for example, fatty acids, boric acid compounds, fluorinated compounds, and borofluorinated compounds can be mentioned as preferred fluxes. A flux may be used individually by 1 type or may be used in combination of 2 or more type.
フラックスとしてより具体的には、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ソルビン酸、ステアロール酸、プロピオン酸、酸化ホウ素、ホウ酸カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸リチウム、ホウフッ化カリウム、ホウフッ化ナトリウム、ホウフッ化リチウム、酸性フッ化カリウム、酸性フッ化ナトリウム、酸性フッ化リチウム、フッ化カリウム、フッ化ナトリウム、フッ化リチウム等が挙げられる。 More specifically, the flux includes lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, sorbic acid, stearic acid, propionic acid, boron oxide, potassium borate, sodium borate, lithium borate, potassium borofluoride, borofluoride. Sodium fluoride, lithium borofluoride, acidic potassium fluoride, acidic sodium fluoride, acidic lithium fluoride, potassium fluoride, sodium fluoride, lithium fluoride and the like can be mentioned.
中でも、脱脂工程から電極形成工程の熱処理時の耐熱性(フラックスが熱処理(焼成)の低温時に揮発しない特性)及び金属粒子の耐酸化性の補完の観点から、ホウ酸カリウム及びホウフッ化カリウムがより好ましいフラックスとして挙げられる。 Among these, potassium borate and potassium borofluoride are more preferable from the viewpoint of complementing the heat resistance during heat treatment from the degreasing process to the electrode forming process (the property that the flux does not volatilize at low temperatures during heat treatment (firing)) and the oxidation resistance of the metal particles. It is mentioned as a preferable flux.
特定電極形成用組成物がフラックスを含有する場合、フラックスの含有率としては、金属粒子の耐酸化性を効果的に発現させる観点及び熱処理(焼成)完了時にフラックスが除去されることで形成される空隙率の低減の観点から、特定電極形成用組成物の全質量中、例えば、0.1質量%〜5質量%であることが好ましく、0.3質量%〜4質量%であることがより好ましく、0.5質量%〜3.5質量%であることが更に好ましく、0.7質量%〜3質量%であることが特に好ましく、1質量%〜2.5質量%であることが極めて好ましい。 When the composition for forming a specific electrode contains a flux, the flux content is formed by effectively removing the oxidation resistance of the metal particles and by removing the flux upon completion of the heat treatment (firing). From the viewpoint of reducing the porosity, it is preferably 0.1% by mass to 5% by mass and more preferably 0.3% by mass to 4% by mass in the total mass of the specific electrode forming composition. Preferably, it is more preferably 0.5% to 3.5% by mass, particularly preferably 0.7% to 3% by mass, and extremely preferably 1% to 2.5% by mass. preferable.
(その他の成分)
電極形成用組成物は、上述した成分に加え、必要に応じて、当該技術分野で通常用いられるその他の成分を更に含有することができる。その他の成分としては、可塑剤、分散剤、界面活性剤、無機結合剤、金属酸化物、セラミック、有機金属化合物等を挙げることができる。
(Other ingredients)
In addition to the components described above, the electrode-forming composition can further contain other components that are usually used in the technical field, if necessary. Examples of other components include plasticizers, dispersants, surfactants, inorganic binders, metal oxides, ceramics, and organometallic compounds.
<電極形成用組成物の製造方法>
電極形成用組成物の製造方法としては特に制限はない。金属粒子、溶剤、樹脂、ガラス粒子等のその他の成分を、通常用いられる分散方法及び混合方法を用いて、分散及び混合することで製造することができる。
分散方法及び混合方法は特に制限されず、通常用いられる分散方法及び混合方法から適宜選択して適用することができる。
<Method for producing electrode forming composition>
There is no restriction | limiting in particular as a manufacturing method of the composition for electrode formation. Other components such as metal particles, solvents, resins, glass particles and the like can be produced by dispersing and mixing them using a commonly used dispersion method and mixing method.
The dispersion method and the mixing method are not particularly limited, and can be appropriately selected and applied from commonly used dispersion methods and mixing methods.
<太陽電池素子>
本発明の太陽電池素子は、本発明の太陽電池素子に製造方法により製造される太陽電池素子である。詳細には、本発明の太陽電池素子は、半導体基板と、半導体基板の少なくとも一方の面上に、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を含む金属粒子と溶剤と樹脂とを含有する電極形成用組成物を付与して電極形成用組成物層を形成する付与工程と、電極形成用組成物層を300℃未満の温度で1秒〜15分熱処理し、溶剤を蒸散する乾燥工程と、電極形成用組成物層を300℃以上600℃未満の温度で5秒〜2分熱処理し、樹脂を熱分解する脱脂工程と、電極形成用組成物層を600℃以上1000℃以下の温度で5秒〜1分熱処理(焼成)する電極形成工程と、によって形成された銅含有電極と、を少なくとも有する。
尚、本明細書において太陽電池素子とは、pn接合が形成された半導体基板と、半導体基板上に形成された電極と、を有するものを意味する。
<Solar cell element>
The solar cell element of the present invention is a solar cell element produced by the production method of the solar cell element of the present invention. Specifically, the solar cell element of the present invention is for forming an electrode containing a semiconductor substrate, metal particles containing phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles, a solvent, and a resin on at least one surface of the semiconductor substrate. An application step of applying the composition to form an electrode-forming composition layer; a drying step of heat-treating the electrode-forming composition layer at a temperature of less than 300 ° C. for 1 second to 15 minutes to evaporate the solvent; and electrode formation The composition layer for heat treatment is heat treated at a temperature of 300 ° C. or higher and lower than 600 ° C. for 5 seconds to 2 minutes to thermally decompose the resin, and the electrode forming composition layer is heated at a temperature of 600 ° C. to 1000 ° C. An electrode forming step of heat-treating (firing) for 1 minute, and a copper-containing electrode formed by at least.
In this specification, the solar cell element means a device having a semiconductor substrate on which a pn junction is formed and an electrode formed on the semiconductor substrate.
以下、本発明の太陽電池素子の具体例を、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。代表的な太陽電池素子の一例として、図1、図2及び図3に、それぞれ、概略断面図、受光面の概略平面図及び裏面の概略平面図を示す。 Hereinafter, although the specific example of the solar cell element of this invention is demonstrated, referring drawings, this invention is not limited to this. As an example of a typical solar cell element, FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3 show a schematic sectional view, a schematic plan view of a light receiving surface, and a schematic plan view of a back surface, respectively.
図1の概略断面図に示されるように、半導体基板1の一方の面の表面付近にはn+型拡散層2が形成され、n+型拡散層2上に出力取出電極4及び反射防止層3が形成されている。また他方の面の表面付近にはp+型拡散層7が形成され、p+型拡散層7上に裏面出力取出電極6及び裏面集電用電極5が形成されている。通常、太陽電池素子の半導体基板1には、単結晶又は多結晶シリコン基板が使用される。この半導体基板1には、ホウ素等が含有され、p型半導体を構成している。受光面側は太陽光の反射を抑制するために、NaOHとIPA(イソプロピルアルコール)とを含有するエッチング溶液を用いて、凹凸(テクスチャともいう、図示せず)が形成されている。その受光面側にはリン等がドーピングされ、n+型拡散層2がサブミクロンオーダーの厚さで形成され、p型バルク部分との境界にpn接合部が形成されている。更に受光面側には、n+型拡散層2上に窒化ケイ素等の反射防止層3が、PECVD(プラズマ励起化学気相成長)等によって厚さ90nm前後で設けられている。 As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 1, an n + -type diffusion layer 2 is formed near the surface of one surface of the semiconductor substrate 1, and the output extraction electrode 4 and the antireflection layer are formed on the n + -type diffusion layer 2. 3 is formed. Further, a p + type diffusion layer 7 is formed in the vicinity of the surface of the other surface, and a back surface output extraction electrode 6 and a back surface current collecting electrode 5 are formed on the p + type diffusion layer 7. Usually, a single crystal or polycrystalline silicon substrate is used for the semiconductor substrate 1 of the solar cell element. This semiconductor substrate 1 contains boron or the like and constitutes a p-type semiconductor. In order to suppress the reflection of sunlight, the light receiving surface side is formed with unevenness (also referred to as texture, not shown) using an etching solution containing NaOH and IPA (isopropyl alcohol). Phosphorus or the like is doped on the light receiving surface side, the n + -type diffusion layer 2 is formed with a thickness of the order of submicron, and a pn junction is formed at the boundary with the p-type bulk portion. Further, on the light receiving surface side, an antireflection layer 3 such as silicon nitride is provided on the n + -type diffusion layer 2 with a thickness of about 90 nm by PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) or the like.
次に、図2に概略を示す受光面側に設けられた受光面電極4、並びに図3に概略を示す裏面に形成される裏面集電用電極5及び裏面出力取出電極6の形成方法について説明する。
受光面電極4及び裏面出力取出電極6は、特定電極形成用組成物から形成される。また裏面集電用電極5は、ガラス粒子を含むアルミニウム電極形成用組成物から形成されている。受光面電極4、裏面集電用電極5及び裏面出力取出電極6を形成する第一の方法として、特定電極形成用組成物及びアルミニウム電極形成用組成物をスクリーン印刷等にて所望のパターンで付与した後、上述した乾燥工程、脱脂工程及び電極形成工程を順次行うことにより、受光面電極4及び裏面出力取出電極6並びに裏面集電用電極5を一括して形成する方法が挙げられる。
Next, a method of forming the light receiving surface electrode 4 provided on the light receiving surface side schematically shown in FIG. 2, and the back surface collecting electrode 5 and the back surface output extraction electrode 6 formed on the back surface schematically shown in FIG. To do.
The light-receiving surface electrode 4 and the back surface output extraction electrode 6 are formed from a specific electrode forming composition. Moreover, the electrode 5 for back surface current collection is formed from the composition for aluminum electrode formation containing a glass particle. As a first method for forming the light-receiving surface electrode 4, the back surface collecting electrode 5 and the back surface output extraction electrode 6, the specific electrode forming composition and the aluminum electrode forming composition are applied in a desired pattern by screen printing or the like. Then, the light-receiving surface electrode 4, the back surface output extraction electrode 6, and the back surface collecting electrode 5 are collectively formed by sequentially performing the above-described drying step, degreasing step, and electrode forming step.
電極形成工程における熱処理(焼成)の際に、受光面側では、受光面電極4を形成する特定電極形成用組成物に含まれるガラス粒子と、反射防止層3とが反応(ファイアースルー)して、受光面電極4とn+型拡散層2とが電気的に接続(オーミックコンタクト)される。 During the heat treatment (firing) in the electrode forming step, the glass particles contained in the specific electrode forming composition for forming the light receiving surface electrode 4 react with the antireflection layer 3 on the light receiving surface side (fire through). The light-receiving surface electrode 4 and the n + -type diffusion layer 2 are electrically connected (ohmic contact).
本発明においては、特定電極形成用組成物を用いて受光面電極4が形成されることで、導電性金属として銅を含みながら、銅の酸化が抑制され、低抵抗率の受光面電極4が、良好な生産性で形成される。 In the present invention, the light-receiving surface electrode 4 is formed using the composition for forming a specific electrode, so that copper is suppressed as a conductive metal, and copper oxidation is suppressed. , Formed with good productivity.
更に本発明においては、形成される電極は、Cu−Sn−Ni合金相(銅と錫とニッケルとを含有する合金相、不図示)とSn−P−Oガラス相(錫とリンと酸素とを含有するガラス相、不図示)とを含んで構成されることが好ましく、Sn−P−Oガラス相が受光面電極4又は裏面出力取出電極6と半導体基板1との間に配置されることがより好ましい。これにより銅と半導体基板との反応が抑制され、低抵抗率で密着力に優れる電極を形成することができる。 Furthermore, in the present invention, the formed electrode comprises a Cu—Sn—Ni alloy phase (alloy phase containing copper, tin and nickel, not shown) and a Sn—PO glass phase (tin, phosphorus and oxygen). The Sn—PO glass phase is preferably disposed between the light receiving surface electrode 4 or the back surface output extraction electrode 6 and the semiconductor substrate 1. Is more preferable. Thereby, the reaction between copper and the semiconductor substrate is suppressed, and an electrode having a low resistivity and excellent adhesion can be formed.
また、裏面側では、電極形成工程における熱処理(焼成)の際に、裏面集電用電極5を形成するアルミニウム電極形成用組成物中のアルミニウムが半導体基板1の裏面に拡散して、p+型拡散層7を形成することによって、半導体基板1と裏面集電用電極5との間にオーミックコンタクトを得ることができる。 On the back surface side, during the heat treatment (firing) in the electrode forming step, aluminum in the aluminum electrode forming composition for forming the back surface collecting electrode 5 diffuses into the back surface of the semiconductor substrate 1 and becomes p + type. By forming the diffusion layer 7, an ohmic contact can be obtained between the semiconductor substrate 1 and the back surface collecting electrode 5.
受光面電極4と、裏面集電用電極5及び裏面出力取出電極6を形成する第二の方法として、裏面集電用電極5を形成するアルミニウム電極形成用組成物を先に付与して乾燥及び脱脂した後に熱処理(焼成)して裏面集電用電極5を形成した後に、特定電極形成用組成物を受光面側及び裏面側に付与し、乾燥及び脱脂した後に上記条件で熱処理(焼成)して、受光面電極4及び裏面出力取出電極6を形成する方法が挙げられる。 As a second method for forming the light-receiving surface electrode 4, the back surface collecting electrode 5 and the back surface output extraction electrode 6, the aluminum electrode forming composition for forming the back surface collecting electrode 5 is first applied and dried. After degreasing and heat treatment (firing) to form the back surface collecting electrode 5, the specific electrode forming composition is applied to the light receiving surface side and the back surface side, dried and degreased, and then heat treated (firing) under the above conditions. And a method of forming the light receiving surface electrode 4 and the back surface output extraction electrode 6.
また別の態様であるいわゆるバックコンタクト型太陽電池素子に共通する裏面側電極構造の概略平面図を図4に、それぞれ別の態様のバックコンタクト型太陽電池素子である太陽電池素子の概略構造を示す斜視図を図5、図6及び図7にそれぞれ示す。尚、図5は図4におけるAA断面における斜視図である。 FIG. 4 is a schematic plan view of a back-side electrode structure common to so-called back contact solar cell elements that are another embodiment, and FIG. 4 shows a schematic structure of a solar cell element that is a back contact solar cell element according to another embodiment. The perspective views are shown in FIGS. 5, 6 and 7, respectively. FIG. 5 is a perspective view of the AA cross section in FIG.
図5の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子の半導体基板1には、レーザードリル、エッチング等によって、受光面側及び裏面側の両面を貫通したスルーホールが形成されている。また受光面側には光入射効率を向上させるテクスチャ(図示せず)が形成されている。更に、受光面側にはn型化拡散処理によるn+型拡散層2と、n+型拡散層2上に反射防止層(図示せず)が形成されている。これらは従来のシリコン系太陽電池素子と同様の工程により製造される。尚、n+型拡散層2は、スルーホールの表面及びスルーホールの裏面側開口部の周りにも形成される。 In the semiconductor substrate 1 of the solar cell element having the structure shown in the perspective view of FIG. 5, through holes that penetrate both the light receiving surface side and the back surface side are formed by laser drilling, etching, or the like. Further, a texture (not shown) for improving the light incident efficiency is formed on the light receiving surface side. Further, an n + -type diffusion layer 2 by n-type diffusion treatment is formed on the light-receiving surface side, and an antireflection layer (not shown) is formed on the n + -type diffusion layer 2. These are manufactured by the same process as the conventional silicon solar cell element. The n + type diffusion layer 2 is also formed around the surface of the through hole and the opening on the back surface side of the through hole.
次に、先に形成されたスルーホール内部に、特定電極形成用組成物が印刷法、インクジェット法等により充填され、更に受光面側にも特定電極形成用組成物がグリッド状に付与され、スルーホール電極9及び受光面集電用電極8を形成する組成物層が形成される。
ここで、充填用と付与用に用いる電極形成用組成物は、粘度等の物性など、それぞれのプロセスに最適な組成のものを使用することが好ましいが、同じ組成の電極形成用組成物を用いて充填及び付与を一括で行ってもよい。
Next, the specific electrode forming composition is filled in the previously formed through hole by a printing method, an ink jet method, or the like, and the specific electrode forming composition is applied to the light-receiving surface side in a grid shape. A composition layer for forming the hall electrode 9 and the light receiving surface collecting electrode 8 is formed.
Here, the electrode forming composition used for filling and application is preferably one having an optimum composition for each process such as physical properties such as viscosity, but the electrode forming composition having the same composition is used. The filling and application may be performed in a lump.
一方、裏面側には、キャリア再結合を防止するためのn+型拡散層2及びp+型拡散層7が形成される。ここでp+型拡散層7を形成する不純物元素として、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)等が用いられる。このp+型拡散層7は、例えば、Bを拡散源とした熱拡散処理が、反射防止層の形成前の工程において実施されることで形成されてもよく、不純物元素としてAlを用いる場合には、特定電極形成用組成物の付与工程において、反対面側にアルミニウム電極形成用組成物を付与し、熱処理(焼成)して形成されてもよい。 On the other hand, an n + -type diffusion layer 2 and a p + -type diffusion layer 7 for preventing carrier recombination are formed on the back surface side. Here, boron (B), aluminum (Al), or the like is used as an impurity element for forming the p + -type diffusion layer 7. The p + -type diffusion layer 7 may be formed, for example, by performing a thermal diffusion process using B as a diffusion source in a step before the formation of the antireflection layer, and when using Al as an impurity element May be formed by applying a composition for forming an aluminum electrode on the opposite surface side in the application step of the composition for forming a specific electrode, and performing heat treatment (firing).
裏面側には図4の平面図で示すように、特定電極形成用組成物をそれぞれn+型拡散層2上及びp+型拡散層7上にストライプ状に付与することによって、裏面電極10及び裏面電極11が形成される。ここで、アルミニウム電極形成用組成物を用いてp+型拡散層7を形成する場合は、n+型拡散層2上にのみ特定電極形成用組成物を用い、裏面電極を形成すればよい。 On the back side, as shown in the plan view of FIG. 4, the composition for forming a specific electrode is applied in stripes on the n + type diffusion layer 2 and the p + type diffusion layer 7, respectively. A back electrode 11 is formed. Here, when the p + type diffusion layer 7 is formed using the aluminum electrode forming composition, the back electrode may be formed using the specific electrode forming composition only on the n + type diffusion layer 2.
また、図6の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子は、受光面集電用電極を形成しないこと以外は、図5の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子と同様にして製造することができる。すなわち図6の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子において、特定電極形成用組成物は、スルーホール電極9、裏面電極10及び裏面電極11の形成に用いることができる。 Moreover, the solar cell element having the structure shown in the perspective view of FIG. 6 is manufactured in the same manner as the solar cell element having the structure shown in the perspective view of FIG. 5 except that the light receiving surface collecting electrode is not formed. Can do. That is, in the solar cell element having the structure shown in the perspective view of FIG. 6, the specific electrode forming composition can be used for forming the through-hole electrode 9, the back electrode 10, and the back electrode 11.
また、図7の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子は、半導体基板にn型シリコン基板12を用いたことと、スルーホールを形成しないこと以外は、図5の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子と同様にして製造することができる。すなわち図7の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子において、特定電極形成用組成物は、裏面電極10及び裏面電極11の形成に用いることができる。 The solar cell element having the structure shown in the perspective view of FIG. 7 has the structure shown in the perspective view of FIG. 5 except that the n-type silicon substrate 12 is used as the semiconductor substrate and no through hole is formed. It can be manufactured in the same manner as the solar cell element. That is, in the solar cell element having the structure shown in the perspective view of FIG. 7, the specific electrode forming composition can be used for forming the back electrode 10 and the back electrode 11.
尚、乾燥工程、脱脂工程及び電極形成工程における熱処理温度は、半導体基板の一部に熱電対を取り付け、通常の温度測定ソフトを用いて測定することができる。このとき、半導体基板に対して、高温接着剤等で熱電対を接続することにより、測定された温度は基板の温度に等しくなると考えることができ、すなわち、実際の工程における温度とすることができる。 In addition, the heat processing temperature in a drying process, a degreasing process, and an electrode formation process can attach a thermocouple to a part of semiconductor substrate, and can measure it using normal temperature measurement software. At this time, by connecting a thermocouple to the semiconductor substrate with a high-temperature adhesive or the like, it can be considered that the measured temperature becomes equal to the temperature of the substrate, that is, the temperature in the actual process. .
送風乾燥機又はホットプレートを用いて乾燥工程を行う場合は、熱電対を取り付けた半導体基板の温度が、設定温度に到達してからの時間を乾燥時間とすることができる。 When performing a drying process using an air dryer or a hot plate, the time after the temperature of the semiconductor substrate to which the thermocouple is attached reaches the set temperature can be set as the drying time.
また、トンネル炉を用いて脱脂工程及び電極形成工程の温度を測定する方法を、図8を用いて説明する。図8は、半導体基板に熱電対を取り付け、所定の温度に加熱したトンネル炉内に半導体基板を搬送移動させた際の時間に対する温度をプロットしたグラフである。温度T1は、半導体基板をトンネル炉内に投入するときの温度である。温度T2は、脱脂工程から電極形成工程に切り替わるときの温度(以下、「脱脂工程−電極形成工程切替温度」とも称する)である。温度T3は、電極形成工程における最高到達温度である。時間t1は、トンネル炉のヒーターによって室温から加熱され始める時間である。時間t2は、脱脂工程から電極形成工程に切り替わるときの時間(以下、「脱脂工程−電極形成工程切替時間」とも称する)である。時間t3は、電極形成工程において温度T2まで冷却されたときの時間である。時間t4は、電極形成工程後に温度T1まで冷却されたときの時間である。本発明の太陽電池素子の製造方法では、温度T2は300℃以上600℃未満であり、温度T3は600℃以上1000℃以下である。 In addition, a method for measuring the temperature of the degreasing process and the electrode forming process using a tunnel furnace will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a graph plotting temperature versus time when a semiconductor substrate is transported and moved into a tunnel furnace where a thermocouple is attached to the semiconductor substrate and heated to a predetermined temperature. Temperatures T 1 is the temperature at which turning on the semiconductor substrate in a tunnel furnace. Temperature T 2, the temperature at which the degreasing switched to electrode forming step - a (hereinafter, referred to as "degreasing process electrode forming step switching temperature"). Temperature T 3 is the highest temperature in the electrode forming step. Time t 1 is the time at which heating starts from room temperature by the heater of the tunnel furnace. Time t 2 is the time when switching the electrode forming step degreasing (hereinafter - also referred to as "degreasing process electrode forming step switching time") is. Time t 3 is the time when cooled to temperature T 2 in the electrode forming step. Time t 4 is the time when the electrode is cooled to the temperature T 1 after the electrode forming step. In the manufacturing method of the solar cell element of the present invention, temperature T 2 is less than 300 ° C. or higher 600 ° C., the temperature T 3 is 600 ° C. or higher 1000 ° C. or less.
また、時間(t2−t1)を脱脂ゾーン、時間(t3−t2)を焼成ゾーン、時間(t4−t3)を冷却ゾーンとしたとき、本発明の太陽電池素子の製造方法では、脱脂ゾーンにおいて半導体基板が300℃以上600℃未満の温度で熱処理される時間が5秒〜2分であり、焼成ゾーンにおいて半導体基板が600℃以上1000℃以下の温度に5秒〜1分熱処理されることが好ましい。 The time (t 2 -t 1) degreasing zone, firing zone time (t 3 -t 2), when the time (t 4 -t 3) a cooling zone, the method for manufacturing the solar cell device of the present invention In the degreasing zone, the time during which the semiconductor substrate is heat-treated at a temperature of 300 ° C. or higher and lower than 600 ° C. is 5 seconds to 2 minutes, and in the firing zone, the semiconductor substrate is heated to a temperature of 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower for 5 seconds to 1 minute. It is preferable to heat-treat.
冷却ゾーンの時間(t4−t3)については特に制限はないが、生産性、及び設備の構造の観点から、例えば、2秒〜5分とすることができ、5秒〜4分とするのが好ましく、10秒〜3分とするのがより好ましい。 No particular limitation is imposed on the cooling zone of the time (t 4 -t 3), productivity, and in terms of equipment structure, for example, be a 2 seconds to 5 minutes, and 5 seconds to 4 minutes Of these, 10 seconds to 3 minutes is more preferable.
電極形成工程における最高到達温度T3については特に制限はない。太陽電池素子の生産性と、特定電極形成用組成物、並びに必要に応じて用いられるアルミニウム電極形成用組成物及び銀電極形成用組成物から形成される電極の特性の観点から、最高到達温度T3は、600℃以上1000℃以下であることが好ましく、625℃以上975℃以下であることがより好ましく、650℃以上950℃以下であることが更に好ましい。 There is no particular restriction on the maximum temperature T 3 in the electrode forming step. From the viewpoint of the productivity of the solar cell element, the composition for forming the specific electrode, and the characteristics of the electrode formed from the composition for forming the aluminum electrode and the composition for forming the silver electrode used as necessary, the maximum temperature T 3 is preferably 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, more preferably 625 ° C. or higher and 975 ° C. or lower, and further preferably 650 ° C. or higher and 950 ° C. or lower.
また電極形成工程において、温度T2から温度T3に加熱する際の昇温速度については特に制限はない。太陽電池素子の生産性と、特定電極形成用組成物、並びに必要に応じて用いられるアルミニウム電極形成用組成物及び銀電極形成用組成物から形成される電極の特性の観点から、昇温速度は、20℃/s〜150℃/sであることが好ましく、30℃/s〜140℃/sであることがより好ましく、40℃/s〜130℃/sであることが更に好ましい。 In addition the electrode forming step, there is no particular limitation on the heating rate when heating from temperature T 2 to the temperature T 3. From the viewpoint of the productivity of the solar cell element, the specific electrode forming composition, and the characteristics of the electrode formed from the aluminum electrode forming composition and the silver electrode forming composition used as necessary, 20 ° C / s to 150 ° C / s, more preferably 30 ° C / s to 140 ° C / s, and still more preferably 40 ° C / s to 130 ° C / s.
尚、特定電極形成用組成物は、上記の太陽電池用電極の用途に限定されるものではなく、プラズマディスプレイの電極配線、シールド配線、セラミックスコンデンサ、アンテナ回路、各種センサー回路、半導体デバイスの放熱材料等の用途にも好適に使用することができる。
これらの中でも特にシリコンを含む基板上に電極を形成する場合に好適に用いることができる。
The composition for forming a specific electrode is not limited to the use of the above-mentioned solar cell electrode, but is an electrode wiring for a plasma display, a shield wiring, a ceramic capacitor, an antenna circuit, various sensor circuits, and a heat dissipation material for a semiconductor device. It can use suitably also for uses, such as.
Among these, it can be suitably used particularly when an electrode is formed on a substrate containing silicon.
<太陽電池>
本明細書において太陽電池とは、太陽電池素子の電極上にタブ線等の配線材料が設けられ、必要に応じて複数の太陽電池素子が配線材料を介して接続されて構成され、封止樹脂等で封止された状態のものを意味する。
本発明の太陽電池は、本発明の太陽電池素子と、前記太陽電池素子の電極上に配置される配線材料と、を有する。本発明の太陽電池は、本発明の太陽電池素子の少なくとも1つを含み、太陽電池素子の電極上に配線材料が配置されて構成されていればよい。太陽電池は更に必要に応じて、配線材料を介して複数の太陽電池素子が連結され、更に封止材で封止されて構成されていてもよい。
配線材料及び封止材としては特に制限されず、当業界で通常用いられているものから適宜選択することができる。
<Solar cell>
In this specification, the solar cell is configured by providing a wiring material such as a tab wire on the electrode of the solar cell element, and connecting a plurality of solar cell elements via the wiring material as necessary, and sealing resin It means a state sealed with, for example.
The solar cell of this invention has the solar cell element of this invention, and the wiring material arrange | positioned on the electrode of the said solar cell element. The solar cell of this invention should just be comprised by arrange | positioning the wiring material on the electrode of a solar cell element including at least 1 of the solar cell element of this invention. If necessary, the solar cell may be constituted by connecting a plurality of solar cell elements via a wiring material and further sealing with a sealing material.
The wiring material and the sealing material are not particularly limited, and can be appropriately selected from those usually used in the industry.
前記配線材料としては、例えば、太陽電池用のはんだ被覆された銅線(タブ線)を好適に用いることができる。はんだの組成は、Sn−Pb系、Sn−Pb−Ag系、Sn−Ag−Cu系等を挙げることができ、環境に対する影響を考慮すると、実質的に鉛を含まないSn−Ag−Cu系はんだを用いることが好ましい。 As the wiring material, for example, a solder-coated copper wire (tab wire) for solar cells can be suitably used. The composition of the solder can include Sn-Pb, Sn-Pb-Ag, Sn-Ag-Cu, etc. In consideration of the influence on the environment, Sn-Ag-Cu based which does not substantially contain lead It is preferable to use solder.
前記タブ線の銅線の厚さについては特に制限されず、加熱加圧処理時の太陽電池素子との熱膨張係数差又は接続信頼性及びタブ線自身の抵抗率の観点から、0.05mm〜0.5mmとすることができ、0.1mm〜0.5mmとすることが好ましい。
また前記タブ線の断面形状は特に制限されず、断面形状が長方形(平タブ)及び楕円形(丸タブ)のいずれも適用でき、断面形状が長方形(平タブ)を用いることが好ましい。
また前記タブ線の総厚みは特に制限されず、0.1mm〜0.7mmとすることが好ましく、0.15mm〜0.5mmとすることがより好ましい。
There is no particular limitation on the thickness of the copper wire of the tab wire, from the viewpoint of the difference in thermal expansion coefficient or connection reliability with the solar cell element during the heating and pressing treatment and the resistivity of the tab wire itself, 0.05 mm to It can be 0.5 mm, and is preferably 0.1 mm to 0.5 mm.
Moreover, the cross-sectional shape of the tab line is not particularly limited, and any of a rectangular shape (flat tab) and an elliptical shape (round tab) can be applied, and a rectangular shape (flat tab) is preferably used.
The total thickness of the tab wire is not particularly limited, and is preferably 0.1 mm to 0.7 mm, and more preferably 0.15 mm to 0.5 mm.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、特に断りのない限り、「部」及び「%」は質量基準である。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, “part” and “%” are based on mass.
<実施例1>
(a)電極形成用組成物1の調製
75.0質量%の銅と、6.0質量%のリンと、9.0質量%の錫と、10.0質量%のニッケルとを含むリン−錫−ニッケル含有銅合金を常法により調製し、これを溶解して水アトマイズ法により粉末化した後、乾燥し、分級した。尚、分級には、日清エンジニアリング(株)、強制渦式分級機(ターボクラシファイア;TC−15)を用いた。分級した粉末を不活性ガスとブレンドして、脱酸素及び脱水処理を行ない、75.0質量%の銅と、6.0質量%のリンと、9.0質量%の錫と、10.0質量%のニッケルとを含むリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を作製した。尚、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径(D50%)は5.0μmであり、その形状は略球状であった。
<Example 1>
(A) Preparation of electrode-forming composition 1 Phosphorus containing 75.0% by mass of copper, 6.0% by mass of phosphorus, 9.0% by mass of tin, and 10.0% by mass of nickel A tin-nickel-containing copper alloy was prepared by a conventional method, dissolved, powdered by a water atomization method, dried, and classified. For classification, a Nisshin Engineering Co., Ltd., forced vortex classifier (turbo classifier; TC-15) was used. The classified powder is blended with an inert gas and subjected to deoxidation and dehydration treatment. 75.0% by mass of copper, 6.0% by mass of phosphorus, 9.0% by mass of tin, 10.0% Phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles containing mass% nickel were prepared. In addition, the particle diameter (D50%) of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles was 5.0 μm, and the shape thereof was substantially spherical.
二酸化ケイ素(SiO2)3.0質量%、酸化鉛(PbO)60.0質量%、酸化ホウ素(B2O3)18.0質量%、酸化ビスマス(Bi2O3)5.0質量%、酸化アルミニウム(Al2O3)5.0質量%、及び酸化亜鉛(ZnO)9.0質量%からなるガラス(以下、「G01」と略記することがある)を調製した。得られたガラスG01の軟化点は420℃であり、結晶化開始温度は650℃を超えていた。
得られたガラスG01を用いて、粒子径(D50%)が2.5μmであるガラスG01粒子を得た。またその形状は略球状であった。
Silicon dioxide (SiO 2 ) 3.0 mass%, lead oxide (PbO) 60.0 mass%, boron oxide (B 2 O 3 ) 18.0 mass%, bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) 5.0 mass% A glass composed of 5.0% by mass of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and 9.0% by mass of zinc oxide (ZnO) (hereinafter sometimes abbreviated as “G01”) was prepared. The obtained glass G01 had a softening point of 420 ° C. and a crystallization start temperature of over 650 ° C.
By using the obtained glass G01, glass G01 particles having a particle diameter (D50%) of 2.5 μm were obtained. The shape was substantially spherical.
尚、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子及びガラス粒子の形状は、(株)日立ハイテクノロジーズ、TM−1000型走査型電子顕微鏡を用いて観察して判定した。リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子及びガラス粒子の粒子径(D50%)はベックマン・コールター(株)、LS 13 320型レーザー散乱回折法粒度分布測定装置(測定波長:632nm)を用いて算出した。ガラス粒子の軟化点及び結晶化開始温度は(株)島津製作所、DTG−60H型示差熱・熱重量同時測定装置を用いて、示差熱(DTA)曲線により求めた。具体的には、DTA曲線において、吸熱部から軟化点を、発熱部から結晶化開始温度を見積もることができる。 The shapes of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles and glass particles were determined by observing using Hitachi High-Technologies Corporation, TM-1000 scanning electron microscope. The particle diameter (D50%) of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles and glass particles was calculated using a Beckman Coulter Co., Ltd., LS 13 320 type laser scattering diffraction particle size distribution analyzer (measurement wavelength: 632 nm). . The softening point and the crystallization start temperature of the glass particles were obtained from a differential heat (DTA) curve using a Shimadzu Corporation, DTG-60H type differential thermal / thermogravimetric measuring device. Specifically, in the DTA curve, the softening point can be estimated from the endothermic part, and the crystallization start temperature can be estimated from the heat generating part.
上記で得られたリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を70.8部、ガラスG01粒子を4.2部、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(BC)を20.0部、及びポリアクリル酸エチル(EPA、藤倉化成(株)、重量平均分子量:155000)を5.0部混ぜ合わせ、自動乳鉢混練装置を用いて混合してペースト化し、電極形成用組成物1を調製した。 70.8 parts of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles obtained above, 4.2 parts of glass G01 particles, 20.0 parts of diethylene glycol monobutyl ether (BC), and ethyl polyacrylate (EPA, Fujikura) 5 parts of Kasei Chemical Co., Ltd., weight average molecular weight: 155000) were mixed and mixed using an automatic mortar kneader to form a paste, thereby preparing electrode-forming composition 1.
(b)太陽電池素子の作製
受光面にn+型拡散層、テクスチャ及び反射防止層(窒化ケイ素層)が形成された厚さ190μmのp型半導体基板を用意し、125mm×125mmの大きさに切り出した。その受光面上に、上記で得られた電極形成用組成物1を図2に示すような電極パターンとなるようにスクリーン印刷法を用いて印刷した。電極のパターンは150μm幅のフィンガーラインと1.5mm幅のバスバーで構成され、熱処理(焼成)後の厚さが20μmとなるよう、印刷条件(スクリーン版のメッシュ、印刷速度及び印圧)を適宜調整した。
(B) Fabrication of solar cell element A p-type semiconductor substrate having a thickness of 190 μm having an n + -type diffusion layer, a texture, and an antireflection layer (silicon nitride layer) formed on the light receiving surface is prepared, and the size is 125 mm × 125 mm. Cut out. On the light receiving surface, the electrode-forming composition 1 obtained above was printed using a screen printing method so as to form an electrode pattern as shown in FIG. The electrode pattern is composed of 150 μm wide finger lines and 1.5 mm wide bus bars, and the printing conditions (screen plate mesh, printing speed and printing pressure) are appropriately set so that the thickness after heat treatment (firing) is 20 μm. It was adjusted.
印刷後の半導体基板を、送風乾燥機(CLEAN OVEN PVHC−211;エスペック(株))を用いて、150℃の設定温度で15分間熱処理し、溶剤を蒸散させて取り除き、電極形成用組成物1を乾燥した。
尚、別途、上記半導体基板とは異なる別のp型半導体基板の一部に、K型熱電対(シース長5000mm、直径0.5mm)の先端を高温接着剤で取り付け、上記の設定条件の乾燥機で熱処理した。この際にマルチ入力データ収集システム(NR−TH08;キーエンス社製)を用いて測定された温度は150℃であった。この測定された温度を、乾燥工程における加熱温度とした。
The printed semiconductor substrate was heat-treated at a set temperature of 150 ° C. for 15 minutes using a blower dryer (CLEAN OVEN PVHC-211; ESPEC Corporation), and the solvent was evaporated away to remove the composition 1 for electrode formation. Dried.
Separately, the tip of a K-type thermocouple (sheath length 5000 mm, diameter 0.5 mm) is attached to a part of another p-type semiconductor substrate different from the above-mentioned semiconductor substrate with a high-temperature adhesive, and the above set conditions are dried. Heat treated with a machine. At this time, the temperature measured using a multi-input data collection system (NR-TH08; manufactured by Keyence Corporation) was 150 ° C. This measured temperature was used as the heating temperature in the drying step.
続いて、受光面とは反対側の面(以下、「裏面」ともいう)上に、電極形成用組成物1及びアルミニウム電極形成用組成物(PVG Solutions社、PVG−AD−02)を、上記と同様にスクリーン印刷で、図3に示すような電極パターンとなるように印刷した。 Subsequently, the electrode-forming composition 1 and the aluminum electrode-forming composition (PVG Solutions, PVG-AD-02) are placed on the surface opposite to the light-receiving surface (hereinafter also referred to as “back surface”). Similarly to the above, screen printing was performed so that an electrode pattern as shown in FIG. 3 was obtained.
電極形成用組成物1を用いて形成された裏面出力取出電極6のパターンは、2本のラインで構成され、1本のラインの大きさが123mm×5mmとなるように印刷した。尚、熱処理(焼成)後の裏面出力取出電極6の厚さが15μmとなるよう、印刷条件(スクリーン版のメッシュ、印刷速度及び印圧)を適宜調整した。またアルミニウム電極形成用組成物を、裏面出力取出電極6以外の全面に印刷して裏面集電用電極5のパターンを形成した。また熱処理(焼成)後の裏面集電用電極5の厚さが30μmとなるように、アルミニウム電極形成用組成物の印刷条件を適宜調整した。
その後、受光面に付与された電極形成用組成物1を乾燥したのと同様の条件で、送風乾燥機を用いて溶剤を蒸散させて取り除き、電極形成用組成物1及びアルミニウム電極形成用組成物を乾燥した。
The pattern of the back surface output extraction electrode 6 formed using the electrode forming composition 1 was composed of two lines, and was printed so that the size of one line was 123 mm × 5 mm. The printing conditions (screen plate mesh, printing speed and printing pressure) were appropriately adjusted so that the thickness of the back surface output extraction electrode 6 after heat treatment (firing) was 15 μm. Further, the aluminum electrode forming composition was printed on the entire surface other than the back surface output extraction electrode 6 to form a pattern of the back surface collecting electrode 5. Moreover, the printing conditions of the composition for forming an aluminum electrode were appropriately adjusted so that the thickness of the back surface collecting electrode 5 after heat treatment (firing) was 30 μm.
Thereafter, the solvent is removed by evaporation using a blow dryer under the same conditions as when the electrode-forming composition 1 applied to the light-receiving surface is dried, and the electrode-forming composition 1 and the aluminum electrode-forming composition are removed. Dried.
続いてトンネル炉((株)ノリタケカンパニーリミテド、1列搬送W/Bトンネル炉)を用いて大気雰囲気下で脱脂及び熱処理(焼成)し、所望の電極が形成された太陽電池素子1を作製した。
尚、脱脂及び熱処理(焼成)を行なう際には、トンネル炉のヒーターの設定温度、ガス流量、搬送速度等の条件を適宜設定した。乾燥工程と同様に、マルチ入力データ収集システムを用いて温度を測定したところ、脱脂工程における300℃以上600℃未満での熱処理時間は20秒であり、脱脂工程−電極形成工程切替温度(T2温度)は400℃であり、電極形成工程における600℃以上1000℃以下での熱処理時間は8秒であり、熱処理(焼成)最高到達温度(T3温度)は800℃であった。また、T2温度からT3温度へ昇温した際の昇温速度は90℃/sであった。
Subsequently, degreasing and heat treatment (firing) was performed in an air atmosphere using a tunnel furnace (Noritake Co., Ltd., single-row transport W / B tunnel furnace) to produce a solar cell element 1 on which a desired electrode was formed. .
In addition, when performing degreasing and heat treatment (firing), conditions such as a set temperature of the heater of the tunnel furnace, a gas flow rate, and a conveyance speed were appropriately set. Similar to the drying process, when the temperature was measured using a multi-input data collection system, the heat treatment time at 300 ° C. or more and less than 600 ° C. in the degreasing process was 20 seconds, and the degreasing process-electrode forming process switching temperature (T 2). The temperature was 400 ° C., the heat treatment time at 600 ° C. to 1000 ° C. in the electrode formation step was 8 seconds, and the highest heat treatment (firing) ultimate temperature (T 3 temperature) was 800 ° C. The rate of temperature increase when the temperature was increased from the T 2 temperature to the T 3 temperature was 90 ° C./s.
<実施例2>
実施例1において、受光面及び裏面に付与された電極形成用組成物1及びアルミニウム電極形成用組成物の乾燥条件を170℃の設定温度で8分間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、太陽電池素子2を作製した。尚、実施例1と同様に、K型熱電対を用いて上記乾燥条件で半導体基板の温度を別途測定したところ、170℃であった。この測定された温度を、実施例2の乾燥工程における加熱温度とした。
<Example 2>
Example 1 is the same as Example 1 except that the drying conditions for the electrode-forming composition 1 and the aluminum electrode-forming composition applied to the light-receiving surface and the back surface were changed to a setting temperature of 170 ° C. for 8 minutes. Thus, a solar cell element 2 was produced. As in Example 1, the temperature of the semiconductor substrate was measured separately under the above drying conditions using a K-type thermocouple and found to be 170 ° C. This measured temperature was taken as the heating temperature in the drying step of Example 2.
<実施例3>
実施例1において、脱脂工程における300℃以上600℃未満での熱処理時間が10秒となるようにトンネル炉のヒーターの設定温度、ガス流量、搬送速度等の条件を適宜設定したこと以外は、実施例1と同様にして、太陽電池素子3を作製した。
<Example 3>
In Example 1, except that the conditions such as the set temperature of the heater of the tunnel furnace, the gas flow rate, and the conveying speed were appropriately set so that the heat treatment time at 300 ° C. or more and less than 600 ° C. in the degreasing process was 10 seconds. In the same manner as in Example 1, a solar cell element 3 was produced.
<実施例4>
実施例1において、電極形成するための熱処理(焼成)における600℃以上1000℃以下での熱処理時間が12秒となるようにトンネル炉のヒーターの設定温度、ガス流量、搬送速度等の条件を適宜設定したこと以外は、実施例1と同様にして、太陽電池素子4を作製した。尚、T2温度からT3温度へ昇温した際の昇温速度は76℃/sであった。
<Example 4>
In Example 1, conditions such as the set temperature of the heater of the tunnel furnace, the gas flow rate, and the conveyance speed are appropriately set so that the heat treatment time at 600 ° C. to 1000 ° C. in the heat treatment (firing) for electrode formation is 12 seconds. A solar cell element 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the setting was made. Note that the rate of temperature increase when the temperature was increased from the T 2 temperature to the T 3 temperature was 76 ° C./s.
<実施例5>
実施例1において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の銅含有率を75.0質量%から68.0質量%に変更し、リン含有率を6.0質量%から5.5質量%に変更し、錫含有率を9.0質量%から12.5質量%に変更し、ニッケル含有率を10.0質量%から14.0質量%に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、電極形成用組成物5を調製し、太陽電池素子5を作製した。
<Example 5>
In Example 1, the copper content of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles was changed from 75.0 mass% to 68.0 mass%, and the phosphorus content was changed from 6.0 mass% to 5.5 mass%. In the same manner as in Example 1 except that the tin content was changed from 9.0% by mass to 12.5% by mass and the nickel content was changed from 10.0% by mass to 14.0% by mass. Thus, an electrode forming composition 5 was prepared, and a solar cell element 5 was produced.
<実施例6>
実施例1において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の含有量を70.8部から72.7部に変更し、ガラスG01粒子の含有量を4.2部から7.3部に変更し、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(BC)の含有量を20.0部から16.0部に変更し、ポリアクリル酸エチル(EPA)の含有量を5.0部から4.0部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして電極形成用組成物6を調製し、太陽電池素子6を作製した。
<Example 6>
In Example 1, the content of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles was changed from 70.8 parts to 72.7 parts, and the content of the glass G01 particles was changed from 4.2 parts to 7.3 parts. The content of diethylene glycol monobutyl ether (BC) was changed from 20.0 parts to 16.0 parts, and the content of polyethyl acrylate (EPA) was changed from 5.0 parts to 4.0 parts. In the same manner as in Example 1, a composition 6 for forming an electrode was prepared, and a solar cell element 6 was produced.
<実施例7>
実施例1において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径(D50%)を、5.0μmから2.5μmに変更したこと以外は、実施例1と同様にして電極形成組成物7を調製し、太陽電池素子7を作製した。
<Example 7>
In Example 1, except that the particle diameter (D50%) of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles was changed from 5.0 μm to 2.5 μm, the electrode forming composition 7 was prepared in the same manner as in Example 1. The solar cell element 7 was prepared.
<実施例8>
実施例1において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の含有量を70.8部から49.6部に変更し、7.0質量%のリンを含むリン含有銅合金粒子を21.2部加えた以外は、実施例1と同様にして電極形成用組成物8を調製し、太陽電池素子8を作製した。
実施例8で使用したリン含有銅合金粒子は、実施例1のリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子と同様に、水アトマイズ後に分級し、脱酸素及び脱水処理を行い作製した。尚、リン含有銅合金粒子の粒子径(D50%)は5.0μmであり、その形状は略球状であった。
<Example 8>
In Example 1, the content of phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles was changed from 70.8 parts to 49.6 parts, and 21.2 parts of phosphorus-containing copper alloy particles containing 7.0% by mass of phosphorus. Except for the addition, an electrode-forming composition 8 was prepared in the same manner as in Example 1, and a solar cell element 8 was produced.
The phosphorus-containing copper alloy particles used in Example 8 were prepared after water atomization, deoxygenation and dehydration, in the same manner as the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles of Example 1. The phosphorus-containing copper alloy particles had a particle size (D50%) of 5.0 μm and a substantially spherical shape.
<実施例9〜13>
実施例1において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の銅含有率、リン含有率、錫含有率及びニッケル含有率、粒子径(D50%)並びに含有量、リン含有銅合金粒子のリン含有量、粒子径(D50%)及び含有量、ガラス粒子の種類及び含有量、溶剤の種類及び含有量、樹脂の種類及び含有量、乾燥工程における熱処理温度及び熱処理時間、脱脂工程における300℃以上600℃未満での熱処理時間、脱脂工程−電極形成工程切替温度(T2温度)、電極形成工程における600℃以上1000℃以下での熱処理時間、T2温度から最高到達温度(T3温度)までの昇温速度、並びに最高到達温度(T3温度)を、表1及び表2に示すように変更したこと以外は、実施例と1同様にして電極形成用組成物9〜13をそれぞれ調製し、太陽電池素子9〜13をそれぞれ作製した。
<Examples 9 to 13>
In Example 1, the copper content of phosphorus-tin-nickel containing copper alloy particles, phosphorus content, tin content and nickel content, particle diameter (D50%) and content, phosphorus content of phosphorus containing copper alloy particles , Particle diameter (D50%) and content, type and content of glass particles, type and content of solvent, type and content of resin, heat treatment temperature and heat treatment time in the drying step, 300 ° C. to 600 ° C. in the degreasing step Heat treatment time below, degreasing step-electrode formation step switching temperature (T 2 temperature), heat treatment time at electrode forming step from 600 ° C. to 1000 ° C., rise from T 2 temperature to maximum attained temperature (T 3 temperature) rise rate, and the highest temperature of (T 3 temperature), except that was changed as shown in Table 1 and Table 2, example and 1 Similarly electrode forming composition 9-13 and were respectively prepared, Solar cell elements 9 to 13 were produced.
尚、ガラスG02粒子は以下の方法で得た。まず、酸化バナジウム(V2O5)45.0質量%、酸化リン(P2O5)24.2質量%、酸化バリウム(BaO)20.8質量%、酸化アンチモン(Sb2O3)5.0質量%、及び酸化タングステン(WO3)5.0質量%からなるガラス(以下、「G02」と略記することがある)を調製した。得られたガラスG02を粉砕して、粒子径(D50%)が2.5μmであるガラスG02粒子を得た。尚、ガラスG02の軟化点は492℃であり、結晶化開始温度は650℃を超えていた。更にガラスG02粒子の形状は略球状であった。 Glass G02 particles were obtained by the following method. First, vanadium oxide (V 2 O 5 ) 45.0 mass%, phosphorus oxide (P 2 O 5 ) 24.2 mass%, barium oxide (BaO) 20.8 mass%, antimony oxide (Sb 2 O 3 ) 5 A glass (hereinafter sometimes abbreviated as “G02”) composed of 0.0 mass% and tungsten oxide (WO 3 ) 5.0 mass% was prepared. The obtained glass G02 was pulverized to obtain glass G02 particles having a particle size (D50%) of 2.5 μm. The softening point of the glass G02 was 492 ° C., and the crystallization start temperature exceeded 650 ° C. Furthermore, the shape of the glass G02 particles was substantially spherical.
また、表1に示す溶剤「Ter」はテルピネオールを意味し、樹脂「EC」はエチルセルロース(ダウ・ケミカル日本(株)、重量平均分子量:190000)を意味する。 The solvent “Ter” shown in Table 1 means terpineol, and the resin “EC” means ethyl cellulose (Dow Chemical Japan, Inc., weight average molecular weight: 190000).
<比較例1>
実施例1において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を用いずに、表1に示す組成となるように各成分を変更したこと以外は、実施例1と同様にして電極形成用組成物C1を調製した。更に、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を含まない電極形成用組成物C1を用いたこと以外は、実施例1と同様にして太陽電池素子C1を作製した。
<Comparative Example 1>
In Example 1, the composition C1 for electrode formation was the same as that of Example 1, except that each component was changed to the composition shown in Table 1 without using the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles. Was prepared. Further, a solar cell element C1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode forming composition C1 not containing phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles was used.
<比較例2>
実施例1において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の変わりに、銅粒子(純度99.5質量%)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして表1に示す組成を有する電極形成用組成物C2を調製した。更に、電極形成用組成物C2を用いたこと以外は、比較例1と同様にして、太陽電池素子C2を作製した。
<Comparative example 2>
In Example 1, an electrode having the composition shown in Table 1 was used in the same manner as in Example 1 except that copper particles (purity 99.5% by mass) were used instead of the phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles. A forming composition C2 was prepared. Further, a solar cell element C2 was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the electrode forming composition C2 was used.
<比較例3>
実施例1において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を用いずに、リンを7.0質量%含むリン含有銅合金粒子のみを金属粒子として用いたこと以外は実施例1と同様にして、表1に示す組成を有する電極形成用組成物C3を調製した。更に、電極形成用組成物C3を用いたこと以外は、比較例1と同様にして、太陽電池素子C3を作製した。
<Comparative Example 3>
In Example 1, without using phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles, except that only phosphorus-containing copper alloy particles containing 7.0% by mass of phosphorus were used as metal particles, the same as in Example 1, An electrode forming composition C3 having the composition shown in Table 1 was prepared. Furthermore, a solar cell element C3 was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the electrode forming composition C3 was used.
<比較例4>
実施例1において、トンネル炉のヒーターの設定温度、ガス流量、搬送速度等の条件を適宜設定し、脱脂工程における300℃以上600℃未満での熱処理時間を1秒としたこと以外は、実施例1と同様にして、太陽電池素子C4を作製した。
<Comparative example 4>
In Example 1, the conditions such as the set temperature of the heater of the tunnel furnace, the gas flow rate, the conveyance speed, etc. are appropriately set, and the heat treatment time at 300 ° C. or more and less than 600 ° C. in the degreasing process is set to 1 second. In the same manner as in Example 1, a solar cell element C4 was produced.
<比較例5>
実施例1において、トンネル炉のヒーターの設定温度、ガス流量、搬送速度等の条件を適宜設定し、電極形成工程における600℃以上1000℃以下での熱処理時間を100秒としたこと以外は、実施例1と同様にして、太陽電池素子C5を作製した。
<Comparative Example 5>
In Example 1, the conditions such as the set temperature of the heater of the tunnel furnace, the gas flow rate, the conveyance speed were appropriately set, and the heat treatment time at 600 ° C. or more and 1000 ° C. or less in the electrode formation step was set to 100 seconds. In the same manner as in Example 1, a solar cell element C5 was produced.
<評価>
作製した太陽電池素子の評価は、擬似太陽光として(株)ワコム電創、WXS−155S−10と、電流−電圧(I−V)評価測定器としてI−V CURVE TRACER MP−160(EKO INSTRUMENT社)の測定装置とを組み合わせて行った。太陽電池としての発電性能を示すJsc(短絡電流)、Voc(開放電圧)、F.F.(フィルファクター、形状因子)及びη(変換効率)は、それぞれJIS−C−8912:2011、JIS−C−8913:2005及びJIS−C−8914:2005に準拠して測定を行うことで得られたものである。
<Evaluation>
Evaluation of the produced solar cell element is as follows: Wacom Denso Corporation, WXS-155S-10 as pseudo-sunlight, and IV CURVE TRACER MP-160 (EKO INSTRUMENT) as current-voltage (IV) evaluation measuring instrument. In combination with a measuring device. Jsc (short circuit current), Voc (open voltage), F. F. (Fill factor, shape factor) and η (conversion efficiency) are obtained by measuring in accordance with JIS-C-8912: 2011, JIS-C-8913: 2005 and JIS-C-8914: 2005, respectively. It is a thing.
両面電極構造の太陽電池素子において、得られた各測定値を、比較例1(太陽電池素子C1)の測定値を100.0とした相対値に換算して表3に示した。尚、比較例2においては、形成された電極の抵抗率が大きくなり、評価不能であった。その理由は、銅粒子の酸化によるものと考えられる。 In the solar cell element having a double-sided electrode structure, the obtained measured values are converted into relative values with the measured value of Comparative Example 1 (solar cell element C1) as 100.0, and are shown in Table 3. In Comparative Example 2, the resistivity of the formed electrode was large and could not be evaluated. The reason is considered to be due to oxidation of copper particles.
次に、調製した電極形成用組成物を用いて形成した電極のうち、受光面電極の断面を走査型電子顕微鏡Miniscope TM−1000((株)日立製作所)を用いて、加速電圧15kVで観察し、電極内のCu−Sn−Ni合金相の有無及びSn−P−Oガラス相の有無を調査した。結果を表3に示した。
尚、比較例1については、使用した電極形成用組成物C1が金属粒子として銀粒子のみを含有するものであったため、裏面出力取出電極内のCu−Sn−Ni合金相及びSn−P−Oガラス相の有無は調査しなかった。
Next, among the electrodes formed using the prepared electrode forming composition, the cross section of the light-receiving surface electrode was observed at an acceleration voltage of 15 kV using a scanning electron microscope Miniscope TM-1000 (Hitachi Ltd.). The presence or absence of a Cu—Sn—Ni alloy phase in the electrode and the presence or absence of a Sn—PO glass phase were investigated. The results are shown in Table 3.
In Comparative Example 1, since the electrode-forming composition C1 used contained only silver particles as metal particles, the Cu—Sn—Ni alloy phase and Sn—P—O in the back surface output extraction electrode were used. The presence or absence of a glass phase was not investigated.
更に、調製した電極形成用組成物を用いて形成した電極のうち、裏面出力取出電極について、シリコン基板に対する密着力を測定した。具体的には、裏面出力取出電極上にスタッドピン(ピン径;φ4.1mm)を接着剤を用いて接合し、これを180℃のオーブンで大気中で1時間熱処理し、常温まで冷却した。その後、薄膜密着強度測定装置(Romulus、QUAD GROUP社)を用いてスタッドピンに引張り荷重を印加し、破断時荷重を評価した。また、このとき破断の箇所も観察した。尚、評価は各電極について6点行い、その平均値を密着力とした。結果を表3に示す。 Furthermore, the adhesive force with respect to a silicon substrate was measured about the back surface output extraction electrode among the electrodes formed using the prepared composition for electrode formation. Specifically, a stud pin (pin diameter: φ4.1 mm) was joined onto the back surface output extraction electrode using an adhesive, and this was heat-treated in an oven at 180 ° C. for 1 hour in the air and cooled to room temperature. Thereafter, a tensile load was applied to the stud pin using a thin film adhesion strength measuring device (Romulus, QUAD GROUP), and the load at break was evaluated. Further, at this time, the location of the fracture was also observed. In addition, evaluation evaluated 6 points about each electrode and made the average value the adhesive force. The results are shown in Table 3.
表3から、比較例3については、比較例1よりも発電性能が劣化したことが分かる。これは、例えば以下のように考えられる。すなわち比較例3で使用した電極形成用組成物C3は金属粒子としてリン含有銅合金粒子を含み、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を含んでいなかったため、Sn−P−Oガラス相が形成せず、脱脂工程及び電極形成工程において銅とケイ素との相互拡散がシリコン基板中で起こり、基板内のpn接合特性が劣化したものと考えられる。 From Table 3, it can be seen that in Comparative Example 3, the power generation performance was degraded as compared with Comparative Example 1. This is considered as follows, for example. That is, since the electrode-forming composition C3 used in Comparative Example 3 contained phosphorus-containing copper alloy particles as metal particles and did not contain phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles, a Sn—PO glass phase was formed. In the degreasing process and the electrode forming process, it is considered that the mutual diffusion of copper and silicon occurs in the silicon substrate, and the pn junction characteristics in the substrate are deteriorated.
実施例1〜13で作製した太陽電池素子の発電性能は、比較例1の太陽電池素子の測定値と比べて、ほぼ同等であった。また、受光面電極の断面組織観察の結果、受光面電極内にはCu−Sn−Ni合金相及びSn−P−Oガラス相が存在していた。 The power generation performance of the solar cell elements produced in Examples 1 to 13 was almost the same as the measured value of the solar cell element of Comparative Example 1. As a result of observation of the cross-sectional structure of the light-receiving surface electrode, a Cu—Sn—Ni alloy phase and a Sn—PO glass phase were present in the light-receiving surface electrode.
また表3の結果から、実施例1〜13で作製した太陽電池の裏面出力取出電極のシリコン基板に対する密着力は、比較例1のものと比べてほぼ同等であった。特に破断の箇所がシリコン基板内であったことから、形成した電極はシリコン基板に高い強度で密着していることが分かる。比較例2については、電極内が酸化銅とガラスフリットの溶融物で占められており、シリコン基板にある程度の強度で密着しているものと考えられる。比較例3ついては、上述するように脱脂工程及び電極形成工程後の電極とシリコン基板との間で銅とケイ素との相互拡散が生じ、反応物相(Cu3Si)が形成され、これが電極の一部を基板から持ち上げることで、電極の密着力が低下したものと考えられる。 In addition, from the results of Table 3, the adhesion of the back surface output extraction electrodes of the solar cells produced in Examples 1 to 13 to the silicon substrate was almost the same as that of Comparative Example 1. In particular, it can be understood that the formed electrode is in close contact with the silicon substrate with high strength because the broken portion was in the silicon substrate. In Comparative Example 2, it is considered that the inside of the electrode is occupied by a melt of copper oxide and glass frit and is in close contact with the silicon substrate with a certain degree of strength. As for the comparative example 3, as described above, mutual diffusion of copper and silicon occurs between the electrode after the degreasing step and the electrode forming step and the silicon substrate, and a reactant phase (Cu 3 Si) is formed. It is considered that the adhesion force of the electrode is reduced by lifting a part from the substrate.
比較例4で作製した太陽電池素子C4について、発電性能及びシリコン基板に対する密着力が、比較例1のものと比べてやや低下した。これは、例えば以下のようにして考えることができる。すなわち、太陽電池素子C4を作製する際の脱脂工程における300℃以上600℃未満での熱処理時間が短かったため、樹脂の熱分解が十分に行われずに、電極内に樹脂が炭素成分として残ったまま、電極形成工程が行われたと考えられる。残存した炭素成分が、電極形成工程において、電極の焼結反応及びSn−P−Oガラス相の形成を阻害し、電極内に空隙部が生じることで、電極の抵抗率の上昇により発電性能が低下し、Sn−P−Oガラス相の形成が不完全となり、電極内の空隙形成により基板への密着力が低下したものと考えられる。 About the solar cell element C4 produced in Comparative Example 4, the power generation performance and the adhesion to the silicon substrate were slightly decreased as compared with those of Comparative Example 1. This can be considered, for example, as follows. That is, since the heat treatment time at 300 ° C. or more and less than 600 ° C. in the degreasing step in producing the solar cell element C4 was short, the resin was not sufficiently decomposed and the resin remained as a carbon component in the electrode. It is considered that the electrode forming step has been performed. The remaining carbon component inhibits the sintering reaction of the electrode and the formation of the Sn—PO glass phase in the electrode forming step, and voids are generated in the electrode, so that the power generation performance is improved due to the increase in the resistivity of the electrode. It is considered that the formation of the Sn—PO glass phase was incomplete, and the adhesion to the substrate was reduced due to the formation of voids in the electrodes.
比較例5で作製した太陽電池素子C5については、シリコン基板に対する密着力は比較例1のものに比べやや低下し、太陽電池素子の発電性能は低下した。これは、例えば以下のようにして考えることができる。すなわち、太陽電池素子C5を作製する際の電極形成工程における600℃以上1000℃以下での熱処理時間が長かったため、裏面に形成したアルミニウム電極から半導体基板に拡散したアルミニウムの量が多くなりすぎて、裏面でのキャリア再結合が生じやすくなったものと考えられる。また、受光面電極についてもガラスフリットが反射防止層(窒化ケイ素層)の下の半導体基板部にも侵食し、予め形成しておいたpn接合の特性(半導体特性)が低下したことで、太陽電池素子の発電性能が低下したものと考えられる。また、密着力のわずかな低下については、電極形成用組成物の脱脂工程及び電極形成工程において形成されたSn−P−Oガラス相が厚くなりやすくなると考えられる。この結果、電極形成工程後の冷却工程で、Cu−Sn−Ni合金相とSn−P−Oガラス相との界面に空隙部(クラック)が生じ、密着力を測定した際にこの空隙部を基点とした破壊(すなわち、電極内での破壊)が起こり、測定値も低くなったものと考えられる。 About the solar cell element C5 produced in the comparative example 5, the adhesive force with respect to a silicon substrate fell a little compared with the thing of the comparative example 1, and the electric power generation performance of the solar cell element fell. This can be considered, for example, as follows. That is, since the heat treatment time at 600 ° C. or more and 1000 ° C. or less in the electrode forming step when producing the solar cell element C5 was long, the amount of aluminum diffused from the aluminum electrode formed on the back surface to the semiconductor substrate was too large, It is considered that carrier recombination on the back surface is likely to occur. In addition, the glass frit also erodes the semiconductor substrate portion under the antireflection layer (silicon nitride layer) for the light receiving surface electrode, and the characteristics (semiconductor characteristics) of the pn junction formed in advance are reduced. It is considered that the power generation performance of the battery element was lowered. Moreover, about the slight fall of adhesive force, it is thought that the Sn-PO glass phase formed in the degreasing process of an electrode formation composition and an electrode formation process becomes thick easily. As a result, in the cooling step after the electrode formation step, a void (crack) is generated at the interface between the Cu—Sn—Ni alloy phase and the Sn—PO glass phase, and this void is measured when the adhesion is measured. It is considered that the base point breakage (that is, the breakage within the electrode) occurred and the measured value was lowered.
1 半導体基板
2 n+型拡散層
3 反射防止層
4 受光面電極及び出力取出電極
5 裏面集電用電極
6 裏面出力取出電極
7 p+型拡散層
8 受光面集電用電極
9 スルーホール電極
10 裏面電極
11 裏面電極
12 n型シリコン基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 n + type diffused layer 3 Antireflection layer 4 Light reception surface electrode and output extraction electrode 5 Back surface collection electrode 6 Back surface output extraction electrode 7 p + type diffusion layer 8 Light reception surface collection electrode 9 Through-hole electrode 10 Back electrode 11 Back electrode 12 n-type silicon substrate
Claims (11)
前記電極形成用組成物層を300℃未満の温度で1秒〜15分熱処理し、前記溶剤を蒸散する乾燥工程と、
前記電極形成用組成物層を300℃以上600℃未満の温度で5秒〜2分熱処理し、前記樹脂を熱分解する脱脂工程と、
前記電極形成用組成物層を600℃以上1000℃以下の温度で5秒〜1分熱処理し、前記電極形成用組成物の熱処理物である銅含有電極を形成する電極形成工程と、
をこの順に含む太陽電池素子の製造方法。 Application for forming an electrode-forming composition layer by applying an electrode-forming composition containing metal particles containing phosphorus-tin-nickel-containing copper alloy particles, a solvent, and a resin on at least one surface of a semiconductor substrate Process,
A drying step of heat-treating the electrode-forming composition layer at a temperature of less than 300 ° C. for 1 second to 15 minutes to evaporate the solvent;
A degreasing step in which the electrode forming composition layer is heat-treated at a temperature of 300 ° C. or higher and lower than 600 ° C. for 5 seconds to 2 minutes, and the resin is thermally decomposed;
An electrode forming step of heat-treating the electrode-forming composition layer at a temperature of 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower for 5 seconds to 1 minute to form a copper-containing electrode that is a heat-treated product of the electrode-forming composition;
The manufacturing method of the solar cell element which contains these in this order.
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2015
- 2015-03-30 JP JP2015069826A patent/JP2016189447A/en active Pending
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