JP7039491B2 - Paste composition for solar cells - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池用ペースト組成物に関し、特にレーザー照射などを用いて開口部を設けたパッシベーション膜を有する結晶系太陽電池セルに対してp+層を形成することを目的とした太陽電池用ペースト組成物に関する。The present invention relates to a paste composition for a solar cell, and is particularly intended for a solar cell for forming a p + layer with respect to a crystalline solar cell having a passivation film provided with an opening by using laser irradiation or the like. Regarding the paste composition.
近年、結晶系太陽電池セルの変換効率(発電効率)、信頼性等を向上させることを目的として、種々の研究開発が行われている。その一つとして、PERC(Passivated emitter and rear cell)型高変換効率セルが注目されている。 In recent years, various researches and developments have been carried out for the purpose of improving the conversion efficiency (power generation efficiency), reliability, etc. of crystalline solar cells. As one of them, a PERC (Passivated emitter and rear cell) type high conversion efficiency cell is attracting attention.
PERC型高変換効率セルは、例えばアルミニウムを主成分とする電極層を備えた構造を有する。この電極層(特に裏面電極層)は、例えばアルミニウムを主体とするペースト組成物をパターン形状に塗布し、必要に応じて乾燥後、焼成することにより形成される。そして、電極層の構成を適切に設計することで、PERC型高変換効率セルの変換効率を高められることが知られている。例えば、特許文献1には、30~70mol%Pb2+、1~40mol%Si4+、10~65mol%B3+、1~25mol%Al3+から構成されるガラスフリットを含有するアルミニウムペースト組成物が開示されている。また、特許文献2には、アルミニウム粉末と、アルミニウム-シリコン合金粉末と、シリコン粉末と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとを含むペースト組成物が開示されている。The PERC type high conversion efficiency cell has a structure including, for example, an electrode layer containing aluminum as a main component. This electrode layer (particularly the back electrode layer) is formed by, for example, applying a paste composition mainly composed of aluminum to a pattern shape, drying the paste composition as necessary, and then firing the paste layer. It is known that the conversion efficiency of the PERC type high conversion efficiency cell can be enhanced by appropriately designing the configuration of the electrode layer. For example,
しかしながら、従来のペースト組成物を用いて形成された電極層は、焼成後の電極層の表面にアルミニウム又はアルミニウム-シリコン合金組成を有する直径20~200μm程度の粒状物質(以下、この粒状物質を「Sandy」ともいう。)が発生して外観不良を生じるという問題がある。また、太陽電池セルをモジュール化する際にこのSandyを起点としてセルが割れてしまうという不具合が発生するという問題がある。 However, the electrode layer formed by using the conventional paste composition is a granular substance having an aluminum or aluminum-silicon alloy composition on the surface of the electrode layer after firing and having a diameter of about 20 to 200 μm (hereinafter, this granular substance is referred to as “this granular substance”. There is a problem that "Sandy") occurs and an appearance defect occurs. Further, when modularizing a solar cell, there is a problem that the cell is cracked starting from this Sandy.
Sandyの一例を図3、図4に示す。図3は220μmのSandyが認められる例であり、図4は30μmのSandyが認められる例である。他方、図5はSandyが認められない例(外観不良の無い例)である。 An example of Sandy is shown in FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is an example in which a Sandy of 220 μm is recognized, and FIG. 4 is an example in which a Sandy of 30 μm is recognized. On the other hand, FIG. 5 is an example in which Sandy is not recognized (an example in which there is no appearance defect).
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、結晶系太陽電池セルにおいて、焼成後の電極層の表面でのSandyの発生を防止又は抑制するとともに、焼成後の密着性の高いペースト組成物を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and is a paste composition having high adhesion after firing while preventing or suppressing the generation of Sandy on the surface of the electrode layer after firing in a crystalline solar cell. The purpose is to provide.
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の導電性材料を含むペースト組成物が上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to achieve the above object, the present inventor has found that a paste composition containing a specific conductive material can achieve the above object, and has completed the present invention.
即ち、本発明は、下記の太陽電池用ペースト組成物に関する。
1.ガラス粉末、有機ビヒクル及び導電性材料を含む太陽電池用ペースト組成物であって、
(1)前記導電性材料は、示差走査熱量測定により特定される融点が660℃超過800℃未満のAl-X合金粉末を40質量%以上含有し、
(2)前記Al-X合金粉末における元素Xは、シリコン、バリウム、ビスマス、カルシウム、ゲルマニウム、インジウム、ランタン、ニッケル、鉛、ストロンチウム、テルル及びイットリウムからなる群から選択される少なくとも一種である、
ことを特徴とする太陽電池用ペースト組成物。
2.前記導電性材料は、前記Al-X合金粉末に加えて、更にAl粉末を含有する、上記項1に記載の太陽電池用ペースト組成物。
3.前記Al-X合金粉末における元素Xは、シリコンである、上記項1又は2に記載の太陽電池用ペースト組成物。
That is, the present invention relates to the following paste composition for solar cells.
1. 1. A paste composition for a solar cell containing glass powder, an organic vehicle and a conductive material.
(1) The conductive material contains 40% by mass or more of Al—X alloy powder having a melting point of more than 660 ° C and less than 800 ° C specified by differential scanning calorimetry.
(2) The element X in the Al—X alloy powder is at least one selected from the group consisting of silicon, barium, bismuth, calcium, germanium, indium, lanthanum, nickel, lead , strontium , tellurium and yttrium.
A paste composition for a solar cell, characterized in that.
2. 2.
3. 3.
本発明の太陽電池用ペースト組成物によれば、結晶系太陽電池セル(特にPERC型高変換効率セル)において、焼成後の電極層の表面でのSandyの発生を防止又は抑制できるとともに、電極層の高い密着性が得られる。焼結後の電極層の表面でのSandyの発生を防止又は抑制できることは、外観不良及び太陽電池セルのモジュール化の際の割れを防止する点で有用である。 According to the paste composition for a solar cell of the present invention, in a crystalline solar cell (particularly a PERC type high conversion efficiency cell), the generation of Sandy on the surface of the electrode layer after firing can be prevented or suppressed, and the electrode layer can be prevented. High adhesion can be obtained. The ability to prevent or suppress the generation of Sandy on the surface of the electrode layer after sintering is useful in preventing poor appearance and cracking during modularization of the solar cell.
以下、本発明の太陽電池用ペースト組成物について詳細に説明する。なお、本明細書において、「~」で示される範囲は、特に説明する場合を除き「以上、以下」を意味する。 Hereinafter, the paste composition for a solar cell of the present invention will be described in detail. In the present specification, the range indicated by "-" means "greater than or equal to or less than" unless otherwise specified.
本発明の太陽電池用ペースト組成物は、例えば、結晶系太陽電池セルの電極を形成するために使用することができる。結晶系太陽電池セルとしては特に限定されないが、例えば、PERC(Passivated emitter and rear cell)型高変換効率セル(以下、「PERC型太陽電池セル」という。)が挙げられる。本発明の太陽電池用ペースト組成物は、例えば、PERC型太陽電池セルの裏面電極を形成するために使用することができる。以下、本発明のペースト組成物を、単に「ペースト組成物」とも記載する。 The paste composition for a solar cell of the present invention can be used, for example, to form an electrode of a crystalline solar cell. The crystalline solar cell is not particularly limited, and examples thereof include a PERC (Passivated emitter and rear cell) type high conversion efficiency cell (hereinafter referred to as “PERC type solar cell”). The paste composition for a solar cell of the present invention can be used, for example, to form a back electrode of a PERC type solar cell. Hereinafter, the paste composition of the present invention is also simply referred to as "paste composition".
最初に、PERC型太陽電池セルの構造の一例を説明する。 First, an example of the structure of a PERC type solar cell will be described.
1.PERC型太陽電池セル
図1(a)、(b)は、PERC型太陽電池セルの一般的な断面構造の模式図である。PERC型太陽電池セルは、シリコン半導体基板1、n型不純物層2、反射防止膜(パッシベーション膜)3、グリッド電極4、電極層5、合金層6、p+層7を構成要素として備えることができる。 1. 1. PERC type solar cell FIGS. 1 (a) and 1 (b) are schematic views of a general cross-sectional structure of a PERC type solar cell. The PERC type solar cell may include a
シリコン半導体基板1は特に限定されず、例えば、厚みが180~250μmのp型シリコン基板が用いられる。
The
n型不純物層2は、シリコン半導体基板1の受光面側に設けられる。n型不純物層2の厚みは、例えば、0.3~0.6μmである。
The n-
反射防止膜3及びグリッド電極4は、n型不純物層2の表面に設けられる。反射防止膜3は、例えば、窒化シリコン膜で形成されパッシベーション膜とも称される。反射防止膜3は、いわゆるパッシベーション膜として作用することで、シリコン半導体基板1の表面での電子の再結合を抑制でき、結果として、発生したキャリアの再結合率を減らすことを可能にする。これにより、PERC型太陽電池セルの変換効率が高められる。
The
反射防止膜3は、シリコン半導体基板1の裏面側、つまり、前記受光面と逆側の面にも設けられる。また、この裏面側の反射防止膜3を貫通し、かつ、シリコン半導体基板1の裏面の一部を削るように形成されたコンタクト孔が、シリコン半導体基板1の裏面側に形成されている。
The
電極層5は、前記コンタクト孔を通じてシリコン半導体基板1に接触するように形成されている。電極層5は、本発明のペースト組成物によって形成される部材であり、所定のパターン形状に形成される。図1(a)の形態のように、電極層5は、PERC型太陽電池セルの裏面全体を覆うように形成されていてもよいし、又は図1(b)の形態のようにコンタクト孔及びその近傍を覆うように形成されていてもよい。電極層5の主成分はアルミニウムであるので、電極層5はアルミニウム電極層である。
The
電極層5は、例えば、ペースト組成物を所定のパターン形状に塗布することで形成され得る。塗布方法は特に限定されず、例えば、スクリーン印刷等の公知の方法が挙げられる。ペースト組成物を塗布し、必要に応じて乾燥させた後、例えば、アルミニウムの融点(約660℃)を超える温度にて短時間焼成することで、電極層5が形成される。
The
本発明では、焼成温度はアルミニウムの融点(約660℃)を超える温度であればよいが、750~950℃程度が好ましく、780~900℃程度がより好ましい。焼成時間は所望の電極層5が形成される範囲で焼成温度に応じて適宜設定することができる。
In the present invention, the firing temperature may be a temperature exceeding the melting point of aluminum (about 660 ° C.), but is preferably about 750 to 950 ° C., more preferably about 780 to 900 ° C. The firing time can be appropriately set according to the firing temperature within the range in which the desired
このように焼成すると、ペースト組成物に含まれるアルミニウムが、シリコン半導体基板1の内部に拡散する。これにより、電極層5とシリコン半導体基板1との間に、アルミニウム-シリコン(Al-Si)合金層(合金層6)が形成され、これと同時に、アルミニウム原子の拡散によって、不純物層としてのp+層7が形成される。When fired in this way, the aluminum contained in the paste composition diffuses into the
p+層7は、電子の再結合を防止し、生成キャリアの収集効率を向上させる効果、いわゆる、BSF(Back Surface Field)効果をもたらすことができる。The p + layer 7 can bring about an effect of preventing electron recombination and improving the collection efficiency of generated carriers, that is, a so-called BSF (Back Surface Field) effect.
前記電極層5と合金層6とで形成される電極が、図1に示す裏面電極8である。従って、裏面電極8は、ペースト組成物を用いて形成され、例えば、裏面側の反射防止膜3(パッシベーション膜3)上に塗工し、必要に応じて乾燥後、焼成することによって裏面電極8を形成できる。ここで、本発明のペースト組成物を用いて裏面電極8を形成することにより、焼成後の電極層5の表面でのSandyの発生を防止又は抑制できるとともに、焼成後の電極層5の高い密着性が得られる。特に焼結後の電極層5の表面でのSandyの発生を防止又は抑制できることは、外観不良及び太陽電池セルのモジュール化の際の割れを防止する点で有用である。
The electrode formed by the
2.ペースト組成物
本発明のペースト組成物は、ガラス粉末、有機ビヒクル及び導電性材料を含む太陽電池用ペースト組成物であって、
(1)前記導電性材料は、示差走査熱量測定により特定される融点が660℃超過800℃未満のAl-X合金粉末を40質量%以上含有し、
(2)前記Al-X合金粉末における元素Xは、シリコン、バリウム、ビスマス、カルシウム、ゲルマニウム、インジウム、ランタン、ニッケル、鉛、アンチモン、ストロンチウム、テルル及びイットリウムからなる群から選択される少なくとも一種である、
ことを特徴とする。 2. 2. Paste Composition The paste composition of the present invention is a paste composition for a solar cell containing glass powder, an organic vehicle and a conductive material.
(1) The conductive material contains 40% by mass or more of Al—X alloy powder having a melting point of more than 660 ° C and less than 800 ° C specified by differential scanning calorimetry.
(2) The element X in the Al—X alloy powder is at least one selected from the group consisting of silicon, barium, bismuth, calcium, germanium, indium, lanthanum, nickel, lead, antimony, strontium, tellurium and yttrium. ,
It is characterized by that.
前述したように、ペースト組成物を使用することで、PERC型太陽電池セル等の太陽電池セルの裏面電極を形成することができる。つまり、本発明のペースト組成物は、シリコン基板上に形成されたパッシベーション膜が有する穴を通じてシリコン基板に電気的に接触する太陽電池用裏面電極を形成するために用いることができる。そして、本発明のペースト組成物によれば、結晶系太陽電池セル(特にPERC型太陽電池セル)において、焼成後の電極層の表面でのSandyの発生を防止又は抑制できるとともに、焼成後の電極層の高い密着性が得られる。特に焼結後の電極層の表面でのSandyの発生を防止又は抑制できることは、外観不良及び太陽電池セルのモジュール化の際の割れを防止する点で有用である。 As described above, by using the paste composition, it is possible to form a back electrode of a solar cell such as a PERC type solar cell. That is, the paste composition of the present invention can be used to form a back electrode for a solar cell that electrically contacts the silicon substrate through the holes of the passivation film formed on the silicon substrate. According to the paste composition of the present invention, in a crystalline solar cell (particularly a PERC type solar cell), the generation of Sandy on the surface of the electrode layer after firing can be prevented or suppressed, and the electrode after firing can be prevented or suppressed. High adhesion of the layer can be obtained. In particular, being able to prevent or suppress the generation of Sandy on the surface of the electrode layer after sintering is useful in preventing poor appearance and cracking during modularization of the solar cell.
ペースト組成物は、ガラス粉末、有機ビヒクル及び導電性材料(金属粒子)を構成成分として含む。そして、ペースト組成物が導電性材料(金属粒子)を含むことで、ペースト組成物の塗膜が焼成されて形成される焼結体は、シリコン基板と電気的に接続する導電性が発揮される。
(導電性材料)
本発明において、導電性材料は、
(1)示差走査熱量測定により特定される融点(以下「融点」と略記する。)が660℃超過800℃未満のAl-X合金粉末を40質量%以上含有し、
(2)前記Al-X合金粉末における元素Xは、シリコン、バリウム、ビスマス、カルシウム、ゲルマニウム、インジウム、ランタン、ニッケル、鉛、アンチモン、ストロンチウム、テルル及びイットリウムからなる群から選択される少なくとも一種である。ここで、合金成分Xは上記元素の一種以上であり、元素Xは1種類でもよく2種類以上でもよい。The paste composition contains glass powder, an organic vehicle and a conductive material (metal particles) as constituents. When the paste composition contains a conductive material (metal particles), the sintered body formed by firing the coating film of the paste composition exhibits conductivity that electrically connects to the silicon substrate. ..
(Conductive material)
In the present invention, the conductive material is
(1) Contains 40% by mass or more of Al—X alloy powder having a melting point (hereinafter abbreviated as “melting point”) specified by differential scanning calorimetry and having a melting point of more than 660 ° C and less than 800 ° C.
(2) The element X in the Al—X alloy powder is at least one selected from the group consisting of silicon, barium, bismuth, calcium, germanium, indium, lanthanum, nickel, lead, antimony, strontium, tellurium and yttrium. .. Here, the alloy component X is one or more of the above elements, and the element X may be one kind or two or more kinds.
融点が660℃超過800℃未満のAl-X合金としては、例えば、アルミニウム-シリコン合金、アルミニウム-バリウム合金、アルミニウム-ビスマス合金、アルミニウム-カルシウム合金、アルミニウム-ゲルマニウム合金、アルミニウム-インジウム合金、アルミニウム-ランタン合金、アルミニウム-ニッケル合金、アルミニウム-鉛合金、アルミニウム-アンチモン合金、アルミニウム-ストロンチウム合金、アルミニウム-テルル合金、アルミニウム-イットリウム合金等が挙げられる。この中でも、合金粉の形成が容易である点では、アルミニウム-シリコン合金、アルミニウム-ビスマス合金、アルミニウム-ゲルマニウム合金、アルミニウム-インジウム合金、アルミニウム-ニッケル合金、アルミニウム-鉛合金及びアルミニウム-アンチモン合金の少なくとも一種が好ましい。更に、これらの合金の中でも、良好な導電性の観点からはアルミニウム-シリコン合金がより好ましい。 Examples of Al-X alloys having a melting point of more than 660 ° C and less than 800 ° C include aluminum-silicon alloys, aluminum-valium alloys, aluminum-bismus alloys, aluminum-calcium alloys, aluminum-germanium alloys, aluminum-indium alloys, and aluminum-. Examples thereof include lanthanum alloys, aluminum-nickel alloys, aluminum-lead alloys, aluminum-antimon alloys, aluminum-strontium alloys, aluminum-tellu alloys, aluminum-ittrium alloys and the like. Among these, at least of aluminum-silicon alloy, aluminum-bismuth alloy, aluminum-germanium alloy, aluminum-indium alloy, aluminum-nickel alloy, aluminum-lead alloy and aluminum-antimonal alloy in that alloy powder can be easily formed. One type is preferable. Further, among these alloys, an aluminum-silicon alloy is more preferable from the viewpoint of good conductivity.
これらの合金では、元素Xの含有量に応じて融点が変化するため、各合金中の元素Xの含有量を調整することにより、融点を660℃超過800℃未満に調整することができる。融点は、かかる範囲内であればよいが、その中でも670℃以上790℃以下が好ましく、680℃以上770℃以下がより好ましく、690℃以上750℃以下が最も好ましい。本明細書における示差走査熱量測定は、示差走査熱量測定装置(株式会社リガク製、型番Thermo plus EVO2 TG-DTA/H-IR)により測定した値である。 Since the melting point of these alloys changes according to the content of the element X, the melting point can be adjusted to exceed 660 ° C and to be less than 800 ° C by adjusting the content of the element X in each alloy. The melting point may be within such a range, but the melting point is preferably 670 ° C. or higher and 790 ° C. or lower, more preferably 680 ° C. or higher and 770 ° C. or lower, and most preferably 690 ° C. or higher and 750 ° C. or lower. The differential scanning calorimetry in the present specification is a value measured by a differential scanning calorimetry device (manufactured by Rigaku Co., Ltd., model number Thermo plus EVO2 TG-DTA / H-IR).
より詳細には、アルミニウム-シリコン合金においてはシリコン含有量が18~28質量%、アルミニウム-バリウム合金においてはバリウム含有量が3~12質量%、アルミニウム-ビスマス合金においてはビスマス含有量が4~10質量%、アルミニウム-カルシウム合金においてはカルシウム含有量が12~19質量%、アルミニウム-ゲルマニウム合金においてはゲルマニウム含有量が74~89質量%、アルミニウム-インジウム合金においてはインジウム含有量が21~39質量%、アルミニウム-ランタン合金においてはランタン含有量が13~23質量%、アルミニウム-ニッケル合金においてはニッケル含有量が6~18質量%、アルミニウム-鉛合金においては鉛含有量が2~4質量%、アルミニウム-アンチモン合金においてはアンチモン含有量が2~10質量%、アルミニウム-ストロンチウム合金においてはストロンチウム含有量が1~5質量%、アルミニウム-テルル合金においてはテルル含有量が6~60質量%、アルミニウム-イットリウム合金においてはイットリウム含有量が11~20質量%(いずれも合金中の含有量)である場合に、各合金の融点を660℃超過800℃未満に調整することができる。なお、これらの合金を2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 More specifically, the aluminum-silicon alloy has a silicon content of 18 to 28% by mass, the aluminum-valium alloy has a barium content of 3 to 12% by mass, and the aluminum-bismus alloy has a bismuth content of 4 to 10. Mass%, calcium content 12-19 mass% in aluminum-calcium alloys, germanium content 74-89 mass% in aluminum-germanium alloys, indium content 21-39 mass% in aluminum-indium alloys , The lantern content is 13-23% by mass in the aluminum-lantern alloy, the nickel content is 6-18% by mass in the aluminum-nickel alloy, the lead content is 2-4% by mass in the aluminum-lead alloy, and aluminum. -Antimon content is 2-10% by mass in antimonal alloys, strontium content is 1-5% by mass in aluminum-strontium alloys, tellurium content is 6-60% by mass in aluminum-tellu alloys, aluminum-ittrium. In the alloy, when the yttrium content is 11 to 20% by mass (both are the contents in the alloy), the melting point of each alloy can be adjusted to exceed 660 ° C and to be less than 800 ° C. In addition, you may use these alloys in combination of 2 or more types.
導電性材料は、前記Al-X合金粉末を40質量%以上含有する。かかる含有量は40質量%~100質量%(導電性材料の全てが前記Al-X合金粉末の場合)の中から幅広く設定することができるが、良好な導電性を得る観点から50~80質量%が好ましい。ここで、前記Al-X合金粉末の含有量が100質量%未満の場合は、残部アルミニウム粉末であることが好ましい。なお、本発明の効果が阻害されない範囲で、必要に応じて前記Al-X合金粉末及びアルミニウム粉末以外の他の金属粒子を含有することは許容される。これらの導電性材料は、いずれもガスアトマイズ法、水アトマイズ法、ディスクアトマイズ等の公知のアトマイズ法により製造することができる。 The conductive material contains the Al—X alloy powder in an amount of 40% by mass or more. Such a content can be widely set from 40% by mass to 100% by mass (when all the conductive materials are the Al—X alloy powder), but 50 to 80% by mass from the viewpoint of obtaining good conductivity. % Is preferable. Here, when the content of the Al—X alloy powder is less than 100% by mass, it is preferable that the balance is aluminum powder. It is permissible to contain metal particles other than the Al—X alloy powder and the aluminum powder, if necessary, as long as the effects of the present invention are not impaired. All of these conductive materials can be produced by a known atomization method such as a gas atomization method, a water atomization method, or a disk atomization method.
上記アルミニウム粉末は合金が形成されていないアルミニウムをいうが、不可避不純物及び原料由来の微量の添加元素の存在は排除しない。また同様に、本発明におけるAl-X合金は、アルミニウムと元素Xとの合金を示すが、アルミニウム及び元素X中の不可避不純物及び原料由来の微量の添加元素の存在は排除しない。 The above-mentioned aluminum powder refers to aluminum in which an alloy is not formed, but the presence of unavoidable impurities and trace amounts of additive elements derived from raw materials is not excluded. Similarly, the Al—X alloy in the present invention represents an alloy of aluminum and element X, but does not exclude the presence of unavoidable impurities in aluminum and element X and trace amounts of additive elements derived from raw materials.
導電性材料(Al-X合金粉末、アルミニウム粉末)の形状は特に限定されず、例えば、球状、楕円状、不定形状、鱗片状、繊維状等のいずれでもよい。導電性材料の形状が球状であれば、ペースト組成物により形成される前記電極層5において、導電性材料の充填性が増大して電気抵抗を効果的に低下させることができる。
The shape of the conductive material (Al—X alloy powder, aluminum powder) is not particularly limited, and may be, for example, spherical, elliptical, amorphous, scaly, fibrous or the like. When the shape of the conductive material is spherical, the filling property of the conductive material is increased in the
また、導電性材料の形状が球状である場合、ペースト組成物により形成される前記電極層5において、シリコン半導体基板1と導電性材料との接点が増えるので、良好なBSF層を形成しやすい。球状の場合には、レーザー回折法により測定される平均粒子径が1~10μmの範囲であることが好ましい。
(ガラス粉末)
ガラス粉末は、導電性材料とシリコンとの反応、及び、導電性材料自身の焼結を助ける作用があるとされている。Further, when the shape of the conductive material is spherical, the contact points between the
(Glass powder)
The glass powder is said to have an effect of assisting the reaction between the conductive material and silicon and the sintering of the conductive material itself.
ガラス粉末としては特に限定されず、例えば、太陽電池セルの電極層を形成するために使用されているペースト組成物に含まれる公知のガラス成分とすることができる。ガラス粉末の具体例としては、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、バナジウム(V)、ホウ素(B)、シリコン(Si)、スズ(Sn)、リン(P)及び亜鉛(Zn)からなる群から選択される少なくとも一種が挙げられる。また、鉛を含むガラス粉末、又は、ビスマス系、バナジウム系、スズ-リン系、ホウケイ酸亜鉛系、アルカリホウケイ酸系等の無鉛のガラス粉末を用いることができる。特に人体への影響を考慮すると、無鉛のガラス粉末を用いることが望ましい。 The glass powder is not particularly limited, and can be, for example, a known glass component contained in a paste composition used for forming an electrode layer of a solar cell. Specific examples of the glass powder include a group consisting of lead (Pb), bismuth (Bi), vanadium (V), boron (B), silicon (Si), tin (Sn), phosphorus (P) and zinc (Zn). At least one selected from. Further, lead-containing glass powder or lead-free glass powder such as bismuth-based, vanadium-based, tin-lin-based, zinc borosilicate-based, and alkaline borosilicate-based can be used. In particular, considering the effect on the human body, it is desirable to use lead-free glass powder.
具体的にガラス粉末は、B2O3、Bi2O3、ZnO、SiO2、Al2O3、BaO、CaO、SrO、V2O5、Sb2O3、WO3、P2O5及びTeO2からなる群より選ばれる少なくとも1種の成分を含むことができる。例えば、ガラス粉末において、B2O3成分とBi2O3成分とのモル比(B2O3/Bi2O3)が0.8以上4.0以下であるガラスフリットと、V2O5成分とBaO成分とのモル比(V2O5/BaO)が1.0以上2.5以下であるガラスフリットとを組み合わせてもよい。Specifically, the glass powder is B 2 O 3 , Bi 2 O 3 , ZnO, SiO 2 , Al 2 O 3 , BaO, CaO, SrO, V 2 O 5 , Sb 2 O 3 , WO 3 , P 2 O 5 . And at least one component selected from the group consisting of TeO 2 can be contained. For example, in glass powder, a glass frit in which the molar ratio (B 2 O 3 / Bi 2 O 3 ) between the B 2 O 3 component and the Bi 2 O 3 component is 0.8 or more and 4.0 or less, and V 2 O. A glass frit having a molar ratio (V 2 O 5 / BaO) of 5 components to the BaO component of 1.0 or more and 2.5 or less may be combined.
ガラス粉末の軟化点は、例えば、750℃以下とすることができる。ガラス粉末に含まれる粒子の平均粒子径は、例えば、1μm以上3μm以下とすることができる。 The softening point of the glass powder can be, for example, 750 ° C. or lower. The average particle size of the particles contained in the glass powder can be, for example, 1 μm or more and 3 μm or less.
ペースト組成物中に含まれるガラス粉末の含有量は、例えば、導電性材料100質量部に対して、0.5質量部以上40質量部以下であることが好ましい。この場合、シリコン半導体基板1および反射防止膜3(パッシベーション膜)との密着性が良好となり、また、電気抵抗も増大しにくい。ペースト組成物中に含まれるガラス粉末の含有量は、導電性材料100質量部に対して、1質量部以上8質量部以下であることが特に好ましい。
(有機ビヒクル)
有機ビヒクルとしては、溶剤に、必要に応じて各種添加剤及び樹脂を溶解した材料を使用できる。又は、溶剤を含まず、樹脂そのものを有機ビヒクルとして使用してもよい。The content of the glass powder contained in the paste composition is preferably, for example, 0.5 parts by mass or more and 40 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the conductive material. In this case, the adhesion to the
(Organic vehicle)
As the organic vehicle, a material in which various additives and resins are dissolved in a solvent can be used, if necessary. Alternatively, the resin itself may be used as an organic vehicle without containing a solvent.
溶剤は、公知の種類が使用可能であり、具体的には、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モノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。 As the solvent, known types can be used, and specific examples thereof include diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate, and dipropylene glycol monomethyl ether.
各種添加剤としては、例えば、酸化防止剤、腐食抑制剤、消泡剤、増粘剤、タックファイヤー、カップリング剤、静電付与剤、重合禁止剤、チキソトロピー剤、沈降防止剤等を使用することができる。具体的には、例えば、ポリエチレングリコールエステル化合物、ポリエチレングリコールエーテル化合物、ポリオキシエチレンソルビタンエステル化合物、ソルビタンアルキルエステル化合物、脂肪族多価カルボン酸化合物、燐酸エステル化合物、ポリエステル酸のアマイドアミン塩、酸化ポリエチレン系化合物、脂肪酸アマイドワックス等を使用することができる。 As various additives, for example, antioxidants, corrosion inhibitors, antifoaming agents, thickeners, tack fires, coupling agents, antistatic agents, polymerization inhibitors, thixotropy agents, antisettling agents and the like are used. be able to. Specifically, for example, polyethylene glycol ester compound, polyethylene glycol ether compound, polyoxyethylene sorbitan ester compound, sorbitan alkyl ester compound, aliphatic polyvalent carboxylic acid compound, phosphoric acid ester compound, amidoamine salt of polyester acid, polyethylene oxide. System compounds, fatty acid amid wax and the like can be used.
樹脂としては公知の種類が使用可能であり、エチルセルロース、ニトロセルロース、ポリビニールブチラール、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ユリア樹脂、キシレン樹脂、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂、イソシアネート化合物、シアネート化合物等の熱硬化樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルフォン、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ4フッ化エチレン、シリコン樹脂等の二種以上を組み合わせて用いることができる。 Known types of resins can be used, such as ethyl cellulose, nitrocellulose, polyvinyl butyral, phenol resin, melanin resin, urea resin, xylene resin, alkyd resin, unsaturated polyester resin, acrylic resin, polyimide resin, and furan resin. Thermo-curable resins such as urethane resin, isocyanate compound, cyanate compound, polyethylene, polypropylene, polystyrene, ABS resin, polymethylmethacrylate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyacetal, polycarbonate, polyethylene terephthalate, Two or more kinds of polybutylene terephthalate, polyphenylene oxide, polysulphon, polyimide, polyethersulphon, polyarylate, polyether ether ketone, polytetrafluoroethylene, silicon resin and the like can be used in combination.
有機ビヒクルに含まれる樹脂、溶剤、各種添加剤の割合は任意に調整することができ、例えば、公知の有機ビヒクルと同様の成分比とすることができる。 The ratios of the resin, the solvent, and various additives contained in the organic vehicle can be arbitrarily adjusted, and for example, the component ratio can be the same as that of a known organic vehicle.
有機ビヒクルの含有比率は特に限定されないが、例えば、良好な印刷性を有するという観点から、導電性材料100質量部に対して、10質量部以上500質量部以下であることが好ましく、20質量部以上45質量部以下であることが特に好ましい。 The content ratio of the organic vehicle is not particularly limited, but for example, from the viewpoint of having good printability, it is preferably 10 parts by mass or more and 500 parts by mass or less, preferably 20 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of the conductive material. It is particularly preferable that the amount is 45 parts by mass or less.
本発明のペースト組成物は、例えば、太陽電池セルの電極層(特には図1で示されるようなPERC型太陽電池セルの裏面電極8)を形成するための使用として適している。よって、本発明のペースト組成物は、太陽電池裏面電極形成剤としても使用され得る。
The paste composition of the present invention is suitable for use, for example, for forming an electrode layer of a solar cell (particularly, a
以下に実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されない。なお、実施例5は参考例である。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited to the examples. In addition, Example 5 is a reference example.
実施例1
アトマイズ法により生成したAl-6.0質量%Bi粉末40質量部と、アトマイズ法により生成したAl粉末60質量部と、B2O3-Bi2O3-SrO-BaO-Sb2O3=40/40/10/5/5(mol%)のガラス粉1.5質量部を、エチルセルロースをブチルジグリコールに溶解した樹脂液35質量部に、既知の分散装置(ディスパー)を用いてペースト化した。 Example 1
40 parts by mass of Al-6.0 mass% Bi powder produced by the atomizing method, 60 parts by mass of Al powder produced by the atomizing method, and B 2 O 3 -Bi 2 O 3 -SrO-BaO-Sb 2 O 3 = A paste of 1.5 parts by mass of 40/40/10/5/5 (mol%) glass powder into 35 parts by mass of a resin solution prepared by dissolving ethyl cellulose in butyl diglycol using a known disperser. did.
評価用の太陽電池セルである焼成基板を次のように製作した。 A fired substrate, which is a solar cell for evaluation, was manufactured as follows.
まず、図1の(A)に示すように、まず、厚みが180μmのシリコン半導体基板1を準備した。そして、図1の(B)に示すように、レーザー発振器として波長が532nmのYAGレーザーを用いて、幅Dが50μm、深さが1μmのコンタクト孔9をシリコン半導体基板1の裏面に形成した。このシリコン半導体基板1は、抵抗値3Ω・cmであり、裏面パッシベーション型単結晶であった。
First, as shown in FIG. 1A, a
次に、図2の(C)に示すように、裏面全体(コンタクト孔9が形成されている側の面)を覆うように、上記で得たペースト組成物10を、シリコン半導体基板1の表面上に、スクリーン印刷機を用いて、1.0~1.1g/pcになるように印刷した。次いで、図示はしていないが、受光面に公知の技術で作成したAgペーストを印刷した。
Next, as shown in FIG. 2C, the
その後、800℃に設定した赤外ベルト炉を用いて焼成した。この焼成により、図2の(D)に示すように、電極層5を形成し、また、この焼成の際にアルミニウムがシリコン半導体基板1の内部に拡散することにより、電極層5とシリコン半導体基板1との間にAl-Siの合金層6が形成されると同時に、アルミニウム原子の拡散による不純物層としてp+層(BSF層)7が形成された。以上のように、評価用の焼成基板を製作した。Then, it was fired using an infrared belt furnace set at 800 ° C. By this firing, as shown in FIG. 2D, the
得られた太陽電池セルの評価においては、キーエンス社製マイクロスコープVHX-D500を用いて、Sandyの有無を確認した。 In the evaluation of the obtained solar cell, the presence or absence of Sandy was confirmed using a microscope VHX-D500 manufactured by KEYENCE CORPORATION.
Sandyが全く確認されなかったものを○、50μm以下の小さなSandyが確認されたものを△、50μm以上の大きなSandyが確認されたものを×とした。なお、○評価のみが合格である。 Those in which no Sandy was confirmed were marked with ◯, those in which a small Sandy of 50 μm or less was confirmed were marked with Δ, and those in which a large Sandy of 50 μm or more was confirmed were marked with ×. In addition, only ○ evaluation is passed.
密着性の評価については、シリコン基板上に形成されたアルミニウム電極の表面にメンディングテープ(12mm幅、3M社製)を長さ3cm程度貼り付けた後、シリコン基板に対し45度の角度で勢いよくテープを剥がし、アルミニウムが付着した部分の合計面積と、貼り付けた元のメンディングテープ面積の割合を、二値化処理可能な解析ソフトを用いて算出することで評価を行った。密着性の評価は、全て同一人物が同一の姿勢、角度、力、および一定の速度で行った。メンディングテープにアルミニウムの付着が全くないものを○、少しでも付着していたものを×として評価した。 Regarding the evaluation of adhesion, after attaching a mending tape (12 mm width, manufactured by 3M) to the surface of the aluminum electrode formed on the silicon substrate with a length of about 3 cm, the momentum is applied at an angle of 45 degrees to the silicon substrate. The tape was often peeled off, and the ratio of the total area of the part to which aluminum was attached and the area of the original mending tape to which the tape was attached was calculated using analysis software capable of binarization. Adhesion assessments were all performed by the same person at the same posture, angle, force, and constant speed. Those with no aluminum adhered to the mending tape were evaluated as ◯, and those with even a small amount of aluminum adhered were evaluated as x.
実施例2
アトマイズ法により生成したAl-20.0Si粉末65質量部と、アトマイズ法により生成したAl粉末35質量部を用いた以外は実施例1と同様にしてペーストを作成し、評価を行った。 Example 2
A paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 65 parts by mass of Al-20.0Si powder produced by the atomizing method and 35 parts by mass of Al powder produced by the atomizing method were used.
実施例3
アトマイズ法により生成したAl-20.0Si粉末100質量部を用いた以外は実施例1と同様にしてペーストを作成し、評価を行った。 Example 3
A paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 100 parts by mass of Al-20.0Si powder produced by the atomizing method was used.
実施例4
アトマイズ法により生成したAl-3.0Pb粉末45質量部と、アトマイズ法により生成したAl粉末55質量部を用いた以外は実施例1と同様にしてペーストを作成し、評価を行った。 Example 4
A paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 45 parts by mass of Al-3.0Pb powder produced by the atomizing method and 55 parts by mass of Al powder produced by the atomizing method were used.
実施例5
アトマイズ法により生成したAl-6.0Sb粉末45質量部と、アトマイズ法により生成したAl粉末55質量部を用いた以外は実施例1と同様にしてペーストを作成し、評価を行った。 Example 5
A paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 45 parts by mass of Al-6.0Sb powder produced by the atomizing method and 55 parts by mass of Al powder produced by the atomizing method were used.
実施例6
アトマイズ法により生成したAl-25.0In粉末45質量部と、アトマイズ法により生成したAl粉末55質量部を用いた以外は実施例1と同様にしてペーストを作成し、評価を行った。 Example 6
A paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 45 parts by mass of Al-25.0In powder produced by the atomizing method and 55 parts by mass of Al powder produced by the atomizing method were used.
実施例7
アトマイズ法により生成したAl-10.0Ni粉末45質量部と、アトマイズ法により生成したAl粉末55質量部を用いた以外は実施例1と同様にしてペーストを作成し、評価を行った。 Example 7
A paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 45 parts by mass of Al-10.0Ni powder produced by the atomizing method and 55 parts by mass of Al powder produced by the atomizing method were used.
比較例1
アトマイズ法により生成したAl-28.0Si粉末40質量部と、アトマイズ法により生成したAl粉末60質量部を用いた以外は実施例1と同様にしてペーストを作成し、評価を行った。 Comparative Example 1
A paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 40 parts by mass of Al-28.0Si powder produced by the atomizing method and 60 parts by mass of Al powder produced by the atomizing method were used.
比較例2
アトマイズ法により生成したAl-10.0Mg粉末40質量部と、アトマイズ法により生成したAl粉末60質量部を用いた以外は実施例1と同様にしてペーストを作成し、評価を行った。 Comparative Example 2
A paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 40 parts by mass of Al-10.0 Mg powder produced by the atomizing method and 60 parts by mass of Al powder produced by the atomizing method were used.
比較例3
アトマイズ法により生成したAl-15.0Ge粉末40質量部と、アトマイズ法により生成したAl粉末60質量部を用いた以外は実施例1と同様にしてペーストを作成し、評価を行った。 Comparative Example 3
A paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 40 parts by mass of Al-15.0Ge powder produced by the atomizing method and 60 parts by mass of Al powder produced by the atomizing method were used.
比較例4
アトマイズ法により生成したAl粉末100質量部を用いた以外は実施例1と同様にしてペーストを作成し、評価を行った。 Comparative Example 4
A paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 100 parts by mass of Al powder produced by the atomizing method was used.
比較例5
アトマイズ法により生成したAl-20.0Si粉末20質量部と、アトマイズ法により生成したAl粉末80質量部を用いた以外は実施例1と同様にしてペーストを作成し、評価を行った。 Comparative Example 5
A paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 20 parts by mass of Al-20.0Si powder produced by the atomizing method and 80 parts by mass of Al powder produced by the atomizing method were used.
比較例6
アトマイズ法により生成したAl-20.0Si粉末30質量部と、アトマイズ法により生成したAl粉末70質量部を用いた以外は実施例1と同様にしてペーストを作成し、評価を行った。 Comparative Example 6
A paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 30 parts by mass of Al-20.0Si powder produced by the atomizing method and 70 parts by mass of Al powder produced by the atomizing method were used.
1:シリコン半導体基板
2:n型不純物層
3:反射防止膜(パッシベーション膜)
4:グリッド電極
5:電極層
6:合金層
7:p+層
8:裏面電極
9:コンタクト孔
10:ペースト組成物1: Silicon semiconductor substrate 2: n-type impurity layer 3: Antireflection film (passivation film)
4: Grid electrode 5: Electrode layer 6: Alloy layer 7: p + layer 8: Backside electrode 9: Contact hole 10: Paste composition
Claims (3)
(1)前記導電性材料は、示差走査熱量測定により特定される融点が660℃超過800℃未満のAl-X合金粉末を40質量%以上含有し、
(2)前記Al-X合金粉末における元素Xは、シリコン、バリウム、ビスマス、カルシウム、ゲルマニウム、インジウム、ランタン、ニッケル、鉛、ストロンチウム、テルル及びイットリウムからなる群から選択される少なくとも一種である、
ことを特徴とする太陽電池用ペースト組成物。 A paste composition for a solar cell containing glass powder, an organic vehicle and a conductive material.
(1) The conductive material contains 40% by mass or more of Al—X alloy powder having a melting point of more than 660 ° C and less than 800 ° C specified by differential scanning calorimetry.
(2) The element X in the Al—X alloy powder is at least one selected from the group consisting of silicon, barium, bismuth, calcium, germanium, indium, lanthanum, nickel, lead , strontium , tellurium and yttrium.
A paste composition for a solar cell, characterized in that.
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