DE112012002354T5 - Solar cell and paste composition for forming an aluminum electrode of a solar cell - Google Patents
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Abstract
Es werden eine Solarzelle mit einer Aluminiumelektrode, die eine verbesserte Bindungsfestigkeit aufweist, sowie eine Pastenzusammensetzung zur Bildung der Aluminiumelektrode bereitgestellt. Diese Pastenzusammensetzung enthält eine Glasfritte, die (1) einen Glaserweichungspunkt von mindestens 400°C und nicht mehr als 600°C aufweist, (2) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 60 × 10–7/°C und nicht mehr als 80 × 10–7/°C aufweist und (3) als essentielle Bestandteile SiO2, B2O3, ZnO und/oder PbO, Al2O3 und mindestens ein Alkalimetalloxid umfasst.There are provided a solar cell having an aluminum electrode which has improved bonding strength and a paste composition for forming the aluminum electrode. This paste composition contains a glass frit which (1) has a glass softening point of at least 400 ° C and not more than 600 ° C, (2) a coefficient of thermal expansion of at least 60 × 10-7 / ° C and not more than 80 × 10-7 / ° C and (3) comprises as essential components SiO2, B2O3, ZnO and / or PbO, Al2O3 and at least one alkali metal oxide.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzelle und ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Erfindung betrifft ferner eine Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Aluminiumelektrode, die in einem solchen Herstellungsverfahren verwendet wird.The present invention relates to a solar cell and a method for the production thereof. The invention further relates to a paste composition for forming an aluminum electrode used in such a manufacturing method.
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
Die in der
Diese Solarzelle
Auf der Rückfläche der p-Si-Schicht
Die Aluminiumelektrode
Liste der DokumenteList of documents
PatentdokumentePatent documents
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Patentdokument 1:
Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2010-10495 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-10495 -
Patentdokument 2:
Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2011-23598 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-23598 -
Patentdokument 3:
Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2010-192480 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-192480 -
Patentdokument 4:
Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2007-59380 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-59380
Wie es in der
Ferner sind auch Anschlussdrähte (ein Anschlusskamm, der nicht gezeigt ist) zum Extrahieren von Strom auf den Solarzellenwafer
Dabei werden bei dem Aufbau, der in der
Die Erfinder haben in dem Bemühen, die gesamte Rückfläche mit einer Aluminiumelektrode zu bedecken, eine Technik zum Thermokompressionsbonden von Anschlussdrähten mittels eines elektrisch leitenden Haftfilms (d. h., eines Films, der ein Haftmittel und elektrisch leitende Teilchen enthält) anstelle eines Lötmittels untersucht. Insbesondere wird das Verbinden ohne die Verwendung eines Lötmittels durch Thermokompressionsbonden von Anschlussdrähten über einen elektrisch leitenden Haftfilm an den Positionen von Elektroden
Bei Techniken, bei denen dieser leitende Haftfilm verwendet wird, wurde jedoch gefunden, dass bei Elektroden
Wenn es möglich wäre, Anschlussdrähte auf die Aluminiumelektroden eines Solarzellenwafers zu bonden, würde dies den Vorteil haben, dass eine BSF-Schicht
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Diese Erfindung wurde im Hinblick auf das Vorstehende gemacht. Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Pastenzusammensetzung für das Bilden einer Aluminiumelektrode (insbesondere einer Elektrode für das externe Verbinden auf der Rückflächenseite) mit einer verbesserten Bindungsfestigkeit. Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer Solarzelle mit einer Aluminiumelektrode (insbesondere einer Elektrode für das externe Verbinden auf der Rückflächenseite), die unter Verwendung einer solchen Pastenzusammensetzung gebildet worden ist, sowie eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen Solarzelle.This invention has been made in view of the above. An object of the invention is to provide a paste composition for forming an aluminum electrode (in particular, an external connection electrode on the back surface side) having an improved bonding strength. Another object is to provide a solar cell having an aluminum electrode (in particular, an electrode for external connection on the back surface side) formed by using such a paste composition, and a process for producing such a solar cell.
Die Pastenzusammensetzung (d. h., eine Zusammensetzung, die in der Form einer Paste hergestellt ist), die durch diese Erfindung bereitgestellt wird, ist eine Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Aluminiumelektrode für eine Solarzelle.The paste composition (i.e., a composition prepared in the form of a paste) provided by this invention is a paste composition for forming an aluminum electrode for a solar cell.
Die Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Aluminiumelektrode für eine Solarzelle, die hier offenbart ist, umfasst ein Aluminiumpulver, eine Glasfritte und einen organischen Träger. Die Glasfritte ist dadurch gekennzeichnet, dass sie:
- (1) einen Glaserweichungspunkt von mindestens 400°C und nicht mehr als 600°C aufweist,
- (2) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 60 × 10–7/°C und nicht mehr als 80 × 10–7/°C aufweist und
- (3) als essentielle Bestandteile SiO2, B2O3, ZnO und/oder PbO, Al2O3 und mindestens ein Alkalimetalloxid umfasst.
- (1) has a glass softening point of at least 400 ° C and not more than 600 ° C,
- (2) has a thermal expansion coefficient of at least 60 × 10 -7 / ° C and not more than 80 × 10 -7 / ° C, and
- (3) as essential constituents SiO 2 , B 2 O 3 , ZnO and / or PbO, Al 2 O 3 and at least one alkali metal oxide.
Dadurch, dass in die vorstehend genannte Pastenzusammensetzung (Aluminiumpaste) eine Glasfritte (Glaspulver) einbezogen wird, die den vorstehend genannten Bedingungen (
In einer bevorzugten Ausführungsform der Pastenzusammensetzung (Aluminiumpaste), die hier offenbart ist, ist die Pastenzusammensetzung dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile der Glasfritte die folgenden jeweiligen molaren Gehalte pro 100 mol-% dieser kombinierten Bestandteile aufweisen:
Durch die Verwendung einer so aufgebauten Glasfritte kann die Bindungsfestigkeit (Ablösefestigkeit) von Aluminiumelektroden (z. B. Elektroden für eine externe Verbindung auf der Rückflächenseite), die aus der Pastenzusammensetzung ausgebildet sind, weiter erhöht werden.By using a thus-constructed glass frit, the bonding strength (peel strength) of aluminum electrodes (eg, electrodes for external compound on the back surface side) formed from the paste composition can be further increased.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Pastenzusammensetzung (Aluminiumpaste), die hier offenbart ist, ist die Pastenzusammensetzung dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile der Glasfritte die folgenden jeweiligen molaren Gehalte pro 100 mol-% dieser kombinierten Bestandteile aufweisen:
Durch die Verwendung einer so aufgebauten Glasfritte kann die Bindungsfestigkeit (Ablösefestigkeit) von Aluminiumelektroden, die aus der Pastenzusammensetzung ausgebildet sind, wie z. B. Elektroden für eine externe Verbindung auf der Rückflächenseite, weiter erhöht werden. Ferner kann diese hohe Bindungsfestigkeit mit einer bleifreien Zusammensetzung erreicht werden.By using a glass frit thus constituted, the bonding strength (peel strength) of aluminum electrodes formed of the paste composition, such as, e.g. As electrodes for an external connection on the back surface side, further increased. Furthermore, this high bond strength can be achieved with a lead-free composition.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Pastenzusammensetzung (Aluminiumpaste), die hier offenbart ist, ist die Pastenzusammensetzung dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfritte einen Glaserweichungspunkt von mindestens 500°C und nicht mehr als 600°C aufweist. Durch die Verwendung einer Glasfritte mit einem Glaserweichungspunkt in diesem Temperaturbereich können Aluminiumelektroden mit einer hohen Bindungsfestigkeit (Ablösefestigkeit) gebildet werden.In another preferred embodiment of the paste composition (aluminum paste) disclosed herein, the paste composition is characterized in that the glass frit has a glass softening point of at least 500 ° C and not more than 600 ° C. By using a glass frit having a glass softening point in this temperature range, aluminum electrodes having a high bonding strength (peel strength) can be formed.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Pastenzusammensetzung (Aluminiumpaste), die hier offenbart ist, ist die Pastenzusammensetzung dadurch gekennzeichnet, dass pro 100 Gew.-% der gesamten Pastenzusammensetzung das Aluminiumpulver in einer Menge von 60 bis 80 Gew.-% einbezogen ist und die Glasfritte in einer Menge von 2 bis 10 Gew.-% einbezogen ist. Durch Einbeziehen der Feststoffe der Pastenzusammensetzung in diesen Mengen ist es einfach, die Pastenzusammensetzung, welche diese Feststoffe enthält, einheitlich (typischerweise in der Form eines Films) auf ein Silizium-Halbleitersubstrat aufzubringen. Darüber hinaus kann durch Brennen des Substrats, auf dem diese Pastenzusammensetzung aufgebracht worden ist, eine Aluminiumelektrode mit einem guten Aussehen und einer hohen Bindungsfestigkeit gebildet werden.In a further preferred embodiment of the paste composition (aluminum paste) disclosed herein, the paste composition is characterized in that per 100% by weight of the total paste composition, the aluminum powder is included in an amount of 60 to 80 wt .-% and the glass frit is included in an amount of 2 to 10 wt .-%. By incorporating the solids of the paste composition in these amounts, it is easy to apply the paste composition containing these solids uniformly (typically in the form of a film) to a silicon semiconductor substrate. Moreover, by firing the substrate to which this paste composition has been applied, an aluminum electrode having a good appearance and a high bonding strength can be formed.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, können durch Verwenden von jedweder der Pastenzusammensetzungen (Aluminiumpasten), die hier offenbart sind, Aluminiumelektroden mit einer hohen Bindungsfestigkeit auf einem Silizium-Halbleitersubstrat ausgebildet werden.As described above, by using any of the paste compositions (aluminum pastes) disclosed herein, aluminum electrodes having a high bonding strength can be formed on a silicon semiconductor substrate.
Daher kann erfindungsgemäß eine Solarzelle mit einem Silizium-Halbleitersubstrat, einer Elektrode der Licht-empfangenden Oberfläche, die auf einer Licht-empfangenden Oberflächenseite, die als eine Seite des Substrats dient, ausgebildet ist, und einer Aluminiumelektrode, die auf einer Rückflächenseite, die als die andere Seite des Substrats dient, ausgebildet ist, bereitgestellt werden, wobei die Solarzelle dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ein Teil der Aluminiumelektrode eine Glaszusammensetzung umfasst, die
- (1) einen Glaserweichungspunkt von mindestens 400°C und nicht mehr als 600°C aufweist,
- (2) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 60 × 10–7/°C und nicht mehr als 80 × 10–7/°C aufweist und
- (3) als essentielle Bestandteile SiO2, B2O3, ZnO und/oder PbO, Al2O3 und mindestens ein Alkalimetalloxid umfasst.
- (1) has a glass softening point of at least 400 ° C and not more than 600 ° C,
- (2) has a thermal expansion coefficient of at least 60 × 10 -7 / ° C and not more than 80 × 10 -7 / ° C, and
- (3) as essential constituents SiO 2 , B 2 O 3 , ZnO and / or PbO, Al 2 O 3 and at least one alkali metal oxide.
Eine auf diese Weise aufgebaute Solarzelle kann eine hohe Bindungsfestigkeit (Ablösefestigkeit) bei Aluminiumelektroden erreichen, welche die Glaszusammensetzung (Glasbestandteile) mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften enthält. Dabei kann in der Solarzelle (Silizium-Solarzelle), die hier offenbart ist, der leitende Bestandteil an Stellen, bei denen bisher Silberelektroden verwendet worden sind, wie z. B. Elektroden für eine externe Verbindung, durch Aluminium ersetzt werden, das billiger ist als Edelmetalle, wie z. B. Silber, wodurch Kostensenkungen bei der Elektrodenherstellung (d. h. das Ersetzen von Silberelektroden durch Aluminiumelektroden) erreicht werden können.A solar cell constructed in this way can achieve a high bonding strength (peel strength) to aluminum electrodes containing the glass composition (glass components) having the above-described properties. Incidentally, in the solar cell (silicon solar cell) disclosed herein, the conductive component can be found in places where silver electrodes have hitherto been used, such as silver electrodes. As electrodes for an external connection to be replaced by aluminum, which is cheaper than precious metals, such as. Silver, whereby cost reductions in electrode fabrication (i.e., replacement of silver electrodes by aluminum electrodes) can be achieved.
Darüber hinaus kann diese Erfindung eine Solarzelle bereitstellen, bei der eine BSF-Schicht auf der gesamten Rückflächenseite eines Silizium-Halbleitersubstrats ausgebildet worden ist, bei dem die Silberelektroden für eine externe Verbindung auf der Rückflächenseite durch Aluminiumelektroden ersetzt worden sind.Moreover, this invention can provide a solar cell in which a BSF layer has been formed on the entire back surface side of a silicon semiconductor substrate in which the silver electrodes for external connection on the back surface side have been replaced by aluminum electrodes.
Die Solarzelle gemäß einer hier offenbarten bevorzugten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile der Glaszusammensetzung die folgenden jeweiligen molaren Gehalte pro 100 mol-% dieser kombinierten Bestandteile aufweisen:
Alternativ kann die Glaszusammensetzung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Bestandteile der Glaszusammensetzung die folgenden jeweiligen molaren Gehalte pro 100 mol-% dieser kombinierten Bestandteile aufweisen:
Vorzugsweise hat die Glaszusammensetzung einen Glaserweichungspunkt von mindestens 500°C und nicht mehr als 600°C.Preferably, the glass composition has a glass softening point of at least 500 ° C and not more than 600 ° C.
Ein Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass Aluminiumelektroden, die eine Bindungsfestigkeit (Ablösefestigkeit) aufweisen, die mit derjenigen von herkömmlichen Silberelektroden identisch ist oder größer als diese ist, als Elektroden für eine externe Verbindung auf einem Silizium-Halbleitersubstrat ausgebildet werden können.An advantage of this invention is that aluminum electrodes having a bonding strength (peel strength) identical to or larger than that of conventional silver electrodes can be formed as electrodes for external connection on a silicon semiconductor substrate.
Daher ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform der hier offenbarten Solarzelle dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode für eine externe Verbindung auf der Rückflächenseite des Silizium-Halbleitersubstrats ausgebildet ist, wobei diese Elektrode für eine externe Verbindung aus der vorstehend beschriebenen Aluminiumelektrode, welche die Glaszusammensetzung enthält, ausgebildet ist.Therefore, a particularly preferred embodiment of the solar cell disclosed herein is characterized in that an external connection electrode is formed on the back surface side of the silicon semiconductor substrate, and this external connection electrode is formed of the above-described aluminum electrode containing the glass composition ,
Ferner ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein elektrisch leitender Haftfilm auf der Aluminiumelektrode, welche die Glaszusammensetzung enthält und welche die Elektrode für die externe Verbindung bildet, angebracht.Further, in a preferred embodiment, an electroconductive adhesive film is provided on the aluminum electrode containing the glass composition and forming the electrode for external connection.
Zusätzlich stellt die Erfindung als einen anderen Aspekt zum Lösen der vorstehend genannten Aufgaben ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle bereit, die ein Silizium-Halbleitersubstrat, eine Elektrode der Licht-empfangenden Oberfläche, die auf einer Lichtempfangenden Oberflächenseite, die als eine Seite des Substrats dient, ausgebildet ist, und eine Aluminiumelektrode aufweist, die auf einer Rückflächenseite, die als eine andere Seite des Substrats dient, ausgebildet ist.In addition, as another aspect for achieving the above-mentioned objects, the invention provides a method of manufacturing a solar cell including a silicon semiconductor substrate, an electrode of the light-receiving surface provided on a light-receiving surface side serving as a side of the substrate. is formed and has an aluminum electrode formed on a back surface side serving as another side of the substrate.
Das Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, das hier offenbart ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Aluminiumelektrode, die auf der Rückflächenseite ausgebildet ist, unter Verwendung einer der Pastenzusammensetzungen ausgebildet wird, die durch diese Erfindung bereitgestellt werden.The method of manufacturing a solar cell disclosed herein is characterized in that at least a part of the aluminum electrode formed on the back surface side is formed by using one of the paste compositions provided by this invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beschreibung von Ausführungsformen Description of embodiments
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Merkmale, die in der Beschreibung nicht speziell erwähnt werden (z. B. die Formen, Zusammensetzungen, Mischanteile, usw., des Aluminiumpulvers und der Glasfritte), die jedoch zur Ausführung der Erfindung erforderlich sind (z. B. das Verfahren zur Herstellung der Paste und das allgemeine Herstellungsverfahren für Solarzellen, wobei keines davon ein essentielles Merkmal der Erfindung ist), werden als Angelegenheit der Gestaltung durch einen Fachmann auf der Basis des Standes der Technik in dem Gebiet angesehen. Diese Erfindung kann auf der Basis von Details ausgeführt werden, die in der Beschreibung beschrieben sind, sowie auf der Basis des allgemeinen technischen Fachwissens in dem Gebiet.Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described. Features not specifically mentioned in the specification (eg, the shapes, compositions, blending proportions, etc., of the aluminum powder and the glass frit), however, which are required to practice the invention (e.g., the method of making the Paste and the general production process for solar cells, none of which is an essential feature of the invention) are considered as a matter of design by a person skilled in the art based on the prior art in the field. This invention may be accomplished on the basis of details described in the specification as well as on the basis of common technical knowledge in the field.
Als erstes wird die Pastenzusammensetzung, welche die Aluminiumelektrode bildet, detailliert beschrieben.First, the paste composition constituting the aluminum electrode will be described in detail.
Die hier offenbarte Pastenzusammensetzung, welche die Aluminiumelektrode bildet, ist eine Aluminiumpaste, die in Anwendungen verwendet werden kann, bei denen eine Aluminiumelektrode auf einer Solarzelle gebildet wird, und es handelt sich um ein Elektrodenbildendes Material, das in der Form einer Paste hergestellt worden ist (einschließlich Fälle, bei denen das Material als „Tinten-artig” beschrieben ist), die ein Aluminiumpulver, eine Glasfritte und einen organischen Träger enthält. Bezüglich der anderen Bestandteile gibt es keine spezielle Beschränkung, mit der Maßgabe, dass die Aufgaben der Erfindung gelöst werden können.The paste composition disclosed herein which forms the aluminum electrode is an aluminum paste which can be used in applications where an aluminum electrode is formed on a solar cell, and is an electrode-forming material prepared in the form of a paste ( including cases where the material is described as "inky") containing an aluminum powder, a glass frit, and an organic vehicle. With respect to the other components, there is no particular limitation provided that the objects of the invention can be achieved.
In dieser Beschreibung bezieht sich „Aluminiumpulver” auf eine Ansammlung von Teilchen, die vorwiegend aus Aluminium (Al) zusammengesetzt sind, typischerweise auf eine Ansammlung von Teilchen, die nur aus Aluminium zusammengesetzt sind. Selbst wenn kleine Mengen von Verunreinigungen enthalten sind, die von Aluminium und Legierungen, die im Wesentlichen aus Aluminium bestehen, verschieden sind, kann dies davon umfasst sein, was hier als „Aluminiumpulver” bezeichnet wird, solange die Ansammlung als Ganzes aus Teilchen besteht, die vorwiegend aus Aluminium zusammengesetzt sind. Das Aluminiumpulver selbst kann eines sein, das mit einem bekannten Herstellungsverfahren hergestellt worden ist, und es erfordert keine speziellen Herstellungseinrichtungen. Die Teilchen, die das Aluminiumpulver bilden, das verwendet wird, sind typischerweise kugelförmig, müssen jedoch nicht vollkommen kugelförmig sein. Teilchen in der Form von Schuppen oder mit einer unregelmäßigen Form können ebenfalls einbezogen werden.In this specification, "aluminum powder" refers to a collection of particles composed predominantly of aluminum (Al), typically an aggregate of particles composed only of aluminum. Even if small amounts of impurities other than aluminum and alloys consisting essentially of aluminum are contained, it may be comprised of what is referred to herein as "aluminum powder" as long as the aggregate as a whole consists of particles which are composed mainly of aluminum. The aluminum powder itself may be one prepared by a known manufacturing method, and it does not require special manufacturing facilities. The particles that form the aluminum powder that is used are typically spherical, but need not be completely spherical. Particles in the form of scales or having an irregular shape may also be included.
Das verwendete Aluminiumpulver ist vorzugsweise ein Pulver mit einer relativ engen Teilchengrößenverteilung (d. h., es weist einen einheitlichen Teilchendurchmesser auf). Als Indikator dafür kann das Verhältnis (D10/D90) des Teilchendurchmessers bei 10% des Summenvolumens (kumulativen Volumens) (D10) zu dem Teilchendurchmessers bei 90% des Summenvolumens (kumulativen Volumens) (D90) in einer Teilchengrößenverteilung auf der Basis eines Laserbeugungsverfahrens verwendet werden. Wenn die Durchmesser der Teilchen, die ein Pulver bilden, alle gleich sind, ist der Wert von D10/D90 1; wenn andererseits die Teilchengrößenverteilung breiter wird, nähert sich der Wert dieses Verhältnisses D10/D90 Null (0). Die Verwendung eines Pulvers mit einer relativ engen Teilchengrößenverteilung, so dass der Wert D10/D90 0,2 oder mehr beträgt (z. B. von 0,2 bis 0,5), ist bevorzugt.The aluminum powder used is preferably a powder having a relatively narrow particle size distribution (that is, having a uniform particle diameter). As an indicator, the ratio (D10 / D90) of the particle diameter at 10% of the cumulative volume (D10) to the particle diameter at 90% of the cumulative volume (D90) in a particle size distribution based on a laser diffraction method can be used , When the diameters of the particles forming a powder are all the same, the value of D10 / D90 is 1; On the other hand, if the particle size distribution becomes wider, the value of this ratio D10 / D90 approaches zero (0). The use of a powder having a relatively narrow particle size distribution such that the value of D10 / D90 is 0.2 or more (for example, from 0.2 to 0.5) is preferred.
Bezüglich des Aluminiumpulvers, das in der Pastenzusammensetzung, die hier offenbart ist und welche die Aluminiumelektrode bildet, verwendet wird, ist es zweckmäßig, dass es einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als 20 μm aufweist. Beispielsweise kann bevorzugt ein Aluminiumpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 1 μm bis etwa 10 μm verwendet werden.With respect to the aluminum powder used in the paste composition disclosed herein which forms the aluminum electrode, it is desirable that it has an average particle diameter of not more than 20 μm. For example, an aluminum powder having an average particle diameter of about 1 μm to about 10 μm may be preferably used.
In dieser Beschreibung bezieht sich „durchschnittlicher Teilchendurchmesser” auf den Teilchendurchmesser bei 50% des Summenvolumens in der Teilchengrößenverteilung des Pulvers, d. h., D50 (den Medianwert des Durchmessers). Dieser D50-Wert kann mit einem Teilchengrößenanalysegerät auf der Basis eines Laserbeugungsverfahrens einfach gemessen werden.In this specification, "average particle diameter" refers to the particle diameter at 50% of the sum volume in the particle size distribution of the powder, i. h., D50 (the median value of the diameter). This D50 value can be easily measured with a particle size analyzer based on a laser diffraction method.
Obwohl nicht besonders beschränkt, wird das Aluminiumpulver vorzugsweise in einer Menge von 55 bis 85 Gew.-% und mehr bevorzugt von 60 bis 80 Gew.-% pro 100 Gew.-% der gesamten Pastenzusammensetzung einbezogen. Bei diesem Aluminiumpulvergehalt kann eine Aluminiumelektrode mit erhöhter Dichte (z. B. eine Aluminiumelektrode für eine externe Verbindung mit einer Filmdicke von nicht mehr als 100 μm, wie z. B. von 10 μm bis 100 μm) in vorteilhafter Weise auf dem Silizium-Halbleitersubstrat ausgebildet werden.Although not particularly limited, the aluminum powder is preferably included in an amount of 55 to 85% by weight, and more preferably 60 to 80% by weight, per 100% by weight of the total paste composition. In this aluminum powder content, an aluminum electrode having an increased density (eg, an aluminum electrode for an external compound having a film thickness of not more than 100 μm, such as 10 μm to 100 μm) may be advantageously formed on the silicon semiconductor substrate be formed.
Von den Feststoffen in der hier offenbarten Pastenzusammensetzung, welche die Aluminiumelektrode bildet, ist die Glasfritte (Glaspulver) ein anorganischer Zusatz, der die Bindungsfestigkeit der Aluminiumelektrode erhöht. Insbesondere kann in der Pastenzusammensetzung (Aluminiumpaste), die durch die Erfindung bereitgestellt wird, die Glasfritte dadurch, dass sie den vorstehend genannten Bedingungen (1) bis (3) genügt, den Aluminiumelektroden, die gebildet werden, eine hohe Bindungsfestigkeit (Ablösefestigkeit) verleihen.Of the solids in the paste composition disclosed herein, which forms the aluminum electrode, the glass frit (glass powder) is an inorganic additive which increases the bonding strength of the glass frit Aluminum electrode increased. In particular, in the paste composition (aluminum paste) provided by the invention, the glass frit, by satisfying the above-mentioned conditions (1) to (3), can impart high bond strength (peel strength) to the aluminum electrodes being formed.
D. h., die Glasfritte (Glaszusammensetzung), die in die hier offenbarte Pastenzusammensetzung, welche die Aluminiumelektrode bildet, einbezogen ist, ist vorzugsweise eine Glasfritte mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten (linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten) von mindestens 60 × 10–7/°C und nicht mehr als 80 × 10–7/°C und mehr bevorzugt mindestens 65 × 10–7/°C und nicht mehr als 75 × 10–7/°C.That is, the glass frit (glass composition) included in the paste composition forming the aluminum electrode disclosed herein is preferably a glass frit having a thermal expansion coefficient (linear thermal expansion coefficient) of at least 60 × 10 -7 / ° C and not more as 80 x 10 -7 / ° C, and more preferably at least 65 x 10 -7 / ° C and not more than 75 x 10 -7 / ° C.
In dieser Beschreibung wird der Wärmeausdehnungskoeffizient als der Durchschnittswert von Messungen zwischen Raumtemperatur (25°C) und einer Temperatur bei dem Glasübergangspunkt oder unterhalb des Glasübergangspunkts (z. B. 400°C oder 500°C) mit einem thermomechanischen Analysegerät (TMA) auf der Basis eines gewöhnlichen Differenzausdehnungsverfahrens berechnet.In this specification, the thermal expansion coefficient is calculated as the average value of measurements between room temperature (25 ° C) and a temperature at the glass transition point or below the glass transition point (e.g., 400 ° C or 500 ° C) with a thermomechanical analyzer (TMA) on the Calculated based on an ordinary differential expansion method.
Die Glasfritte, die in die hier offenbarte Pastenzusammensetzung, welche die Aluminiumelektrode bildet, einbezogen ist, ist vorzugsweise eine Glasfritte mit einem Glaserweichungspunkt (einem Glaserweichungspunkt, der durch eine Messung mit einem gewöhnlichen thermomechanischen Analysegerät (TMA) in der gleichen Weise wie der vorstehend genannte Wärmeausdehnungskoeffizient berechnet wird) von mindestens 400°C und nicht mehr als 600°C. Der Glaserweichungspunkt beträgt insbesondere mindestens 500°C und nicht mehr als 600°C.The glass frit included in the paste composition forming the aluminum electrode disclosed herein is preferably a glass frit having a glass softening point (a glass softening point) by measurement with a conventional thermomechanical analyzer (TMA) in the same manner as the aforementioned coefficient of thermal expansion calculated) of at least 400 ° C and not more than 600 ° C. The glass softening point is more preferably at least 500 ° C and not more than 600 ° C.
Die Glasfritte (Glaszusammensetzung), die den vorstehend genannten bevorzugten Wärmeausdehnungskoeffizienten und den vorstehend genannten bevorzugten Glaserweichungspunkt aufweist, umfasst vorzugsweise SiO2, B2O3, ZnO und/oder PbO, Al2O3 und mindestens ein Alkalimetalloxid (ausgewählt aus z. B. Li2O, Na2O und K2O) als essentielle Bestandteile.The glass frit (glass composition) having the aforesaid preferred thermal expansion coefficient and the preferred glass softening point mentioned above preferably comprises SiO 2 , B 2 O 3 , ZnO and / or PbO, Al 2 O 3 and at least one alkali metal oxide (selected from e.g. Li 2 O, Na 2 O and K 2 O) as essential components.
Bevorzugte Beispiele für die Glasfritte (Glaszusammensetzung), die in die hier offenbarte Pastenzusammensetzung, welche die Aluminiumelektrode bildet, einbezogen ist, sind Glasfritten mit den folgenden jeweiligen molaren Gehalten pro 100 mol-% dieser kombinierten Bestandteile:
Besonders bevorzugte Beispiele für die Glasfritte umfassen diejenigen, welche die folgenden jeweiligen molaren Gehalte pro 100 mol-% dieser kombinierten Bestandteile aufweisen:
Durch Einbeziehen einer Glasfritte, die den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist, kann die Bindungsfestigkeit (Ablösefestigkeit) der gebildeten Aluminiumelektrode weiter erhöht werden.By incorporating a glass frit having the above-described structure, the bonding strength (peel strength) of the formed aluminum electrode can be further increased.
Beispielsweise ist das SiO2, das als ein essentieller Bestandteil dient, ein Hauptbestandteil, der das Glasgrundgerüst bildet. Ein zu hoher SiO2-Gehalt ist unerwünscht, da der Glaserweichungspunkt zu hoch wird. Andererseits führt ein zu niedriger SiO2-Gehalt zu einer geringeren chemischen Beständigkeit und einer geringeren Wasserbeständigkeit und ist folglich unerwünscht. For example, the SiO 2 serving as an essential ingredient is a main component constituting the glass skeleton. Too high a SiO 2 content is undesirable because the glass softening point becomes too high. On the other hand, too low an SiO 2 content leads to less chemical resistance and lower water resistance and is therefore undesirable.
B2O3 ist ein Bestandteil, der signifikante Wirkungen des Verminderns des Erweichungspunkts sowie der Glasfrittenschmelztemperatur zeigt. Wenn der B2O3-Gehalt zu niedrig ist, werden Wirkungen zur Verminderung des Glaserweichungspunkts und der Schmelztemperatur nicht erhalten. Andererseits ist ein zu hoher B2O3-Gehalt unerwünscht, da dies zu einer Verminderung der Wasserbeständigkeit führen kann.B 2 O 3 is a component showing significant effects of lowering the softening point as well as the glass frit melting temperature. If the B 2 O 3 content is too low, effects for lowering the glass softening point and the melting temperature are not obtained. On the other hand, too high a B 2 O 3 content is undesirable because it may lead to a reduction in water resistance.
ZnO und PbO sind Bestandteile, die den Erweichungspunkt der Glasfritte (Glaszusammensetzung) vermindern können, oder die zum Einstellen des Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet werden können. Es ist bevorzugt, dass entweder ZnO oder PbO oder beide in dem vorstehend genannten Gehaltbereich einbezogen werden. Wenn der Gehalt dieser Bestandteile zu hoch ist, wird der Glaserweichungspunkt zu niedrig, was unerwünscht ist. PbO-freie Glasfritten sind bevorzugt.ZnO and PbO are components that can reduce the softening point of the glass frit (glass composition) or that can be used to adjust the thermal expansion coefficient. It is preferable that either ZnO or PbO or both be included in the above content range. If the content of these ingredients is too high, the glass softening point becomes too low, which is undesirable. PbO-free glass frits are preferred.
Al2O3 ist ein Bestandteil, der die Fließeigenschaften der Glasfritte steuert, wenn sie geschmolzen ist, und es verleiht eine Abscheidungsstabilität während der Bildung der Aluminiumelektrode. Wenn der Al2O3-Gehalt zu niedrig ist, nimmt die Abscheidungsstabilität ab, was unerwünscht ist. Wenn der Al2O3-Gehalt andererseits zu hoch ist, kann sich die chemische Beständigkeit des Glases vermindern, was unerwünscht ist.Al 2 O 3 is a component that controls the flow properties of the glass frit when molten, and it provides a deposition stability during the formation of the aluminum electrode. If the Al 2 O 3 content is too low, the deposition stability decreases, which is undesirable. On the other hand, if the Al 2 O 3 content is too high, the chemical durability of the glass may decrease, which is undesirable.
Alkalimetalloxidbestandteile, wie z. B. Li2O, Na2O und K2O, sind Bestandteile, die den Wärmeausdehnungskoeffizienten erhöhen. Wenn der Gehalt dieser Alkalimetalloxidbestandteile zu niedrig ist, kann der Wärmeausdehnungskoeffizient zu niedrig werden. Wenn andererseits der Gehalt dieser Alkalimetalloxidbestandteile zu hoch ist, kann der Wärmeausdehnungskoeffizient zu hoch werden, was unerwünscht ist.Alkalimetalloxidbestandteile, such as. As Li 2 O, Na 2 O and K 2 O, are components that increase the thermal expansion coefficient. If the content of these alkali metal oxide components is too low, the thermal expansion coefficient may become too low. On the other hand, if the content of these alkali metal oxide components is too high, the thermal expansion coefficient may become too high, which is undesirable.
Zusätzlich zu den vorstehend genannten essentiellen Bestandteilen können in die Glasfritte optionale Bestandteile einbezogen werden.In addition to the essential ingredients mentioned above, optional ingredients may be included in the glass frit.
Beispielsweise ist es bevorzugt, dass Erdalkalimetalloxidbestandteile, wie z. B. CaO, SrO und BaO, in einem Gehalt von nicht mehr als 10 mol-% einbezogen werden. Das Einbeziehen mindestens eines Erdalkalimetalloxids ist erwünscht, da das Einstellen des Wärmeausdehnungskoeffizienten einfacher durchgeführt werden kann, wobei zusätzlich die chemische Beständigkeit und andere Eigenschaften durch die Diversifikation der Glaszusammensetzung (größere Verschiedenartigkeit der Metallbestandteilselemente) verbessert werden, wodurch die Glasstabilität erhöht werden kann. Es ist bevorzugt, dass Erdalkalimetalloxidbestandteile, wie z. B. CaO, SrO und BaO, in einem Gehalt von mindestens 1 mol-% und nicht mehr als 10 mol-% (z. B. von 2 bis 10 mol-% und insbesondere von 5 bis 10 mol-%) einbezogen werden.For example, it is preferred that alkaline earth metal oxide components, such as. As CaO, SrO and BaO, are included in a content of not more than 10 mol%. The incorporation of at least one alkaline earth metal oxide is desirable because the adjustment of the coefficient of thermal expansion can be more easily performed, and in addition the chemical resistance and other properties are improved by the diversification of the glass composition (greater diversity of the metal constituent elements), whereby the glass stability can be increased. It is preferred that alkaline earth metal oxide components, such as. CaO, SrO and BaO, in a content of at least 1 mol% and not more than 10 mol% (for example, from 2 to 10 mol% and especially from 5 to 10 mol%).
Bi2O3 kann in einer geeigneten Menge einbezogen werden, wie z. B. in einem Anteil von nicht mehr als 10 mol-% (vorzugsweise nicht mehr als 5 mol-%), so dass die Stabilität der Glasfritte nach dem Brennen (und damit einhergehend die Stabilität der Aluminiumelektrode nach dem Brennen) erhöht wird.Bi 2 O 3 may be included in an appropriate amount, such as. B. in a proportion of not more than 10 mol% (preferably not more than 5 mol%), so that the stability of the glass frit after firing (and concomitantly the stability of the aluminum electrode after firing) is increased.
Darüber hinaus können Oxide von Zirkonium (Zr), Titan (Ti), Vanadium (V), Niob (Nb), Lanthan (La), Cer (Ce), Zinn (Sn), Phosphor (P) und dergleichen in einem Anteil von nicht mehr als 5 mol-% (z. B. von etwa 0,1 bis etwa 5 mol-%) der gesamten Glaszusammensetzung einbezogen werden.In addition, oxides of zirconium (Zr), titanium (Ti), vanadium (V), niobium (Nb), lanthanum (La), cerium (Ce), tin (Sn), phosphorus (P) and the like may be contained in a proportion of not more than 5 mole% (eg, from about 0.1 to about 5 mole%) of the total glass composition.
Um die Pastenzusammensetzung (aufgebrachter Film), die auf das Silizium-Halbleitersubstrat aufgebracht worden ist, stabil zu brennen und zu verankern (anzubringen), ist es bevorzugt, dass die Glasfritte, die in die Pastenzusammensetzung einbezogen ist, eine spezifische Oberfläche, die mittels des BET-Verfahrens bestimmt wird, von mindestens etwa 0,5 m2/g und nicht mehr als etwa 50 m2/g aufweist und einen Medianwert des Teilchendurchmessers (D50) von nicht mehr als 2 μm (und insbesondere etwa 1 μm oder kleiner) aufweist.In order to stably burn and affix the paste composition (coated film) deposited on the silicon semiconductor substrate, it is preferable that the glass frit included in the paste composition has a specific surface area formed by the BET method is at least about 0.5 m 2 / g and not more than about 50 m 2 / g and has a median particle diameter (D50) of not more than 2 μm (and more preferably about 1 μm or smaller). having.
Der Gehalt eines solchen Glaspulvers in der Pastenzusammensetzung ist nicht besonders beschränkt, obwohl die Menge pro 100 Gew.-% der gesamten Pastenzusammensetzung typischerweise von etwa 1 bis etwa 15 Gew.-% und vorzugsweise von etwa 2 bis etwa 10 Gew.% beträgt. Mit einer Pastenzusammensetzung, die eine Glasfritte mit dem vorstehend beschriebenen Elementaufbau in etwa dieser Menge enthält, können Aluminiumelektroden (z. B. Aluminiumelektroden für eine externe Verbindung auf der Rückflächenseite) mit einer hohen Bindungsfestigkeit einfach gebildet werden.The content of such a glass powder in the paste composition is not particularly limited, though the amount per 100 wt% of the total paste composition is typically from about 1 to about 15 wt%, and preferably from about 2 to about 10 wt%. With a paste composition containing a glass frit having the above-described elemental structure in approximately this amount, aluminum electrodes (e.g., aluminum electrodes for external connection on the back surface side) having a high bonding strength can be easily formed.
Die hier offenbarte Pastenzusammensetzung umfasst als das feste Material das Aluminiumpulver und die Glasfritte (Glaspulver), die vorstehend beschrieben worden sind, und umfasst auch ein flüssiges Medium (einen organischen Träger) zum Dispergieren dieser Feststoffe. The paste composition disclosed herein comprises, as the solid material, the aluminum powder and the glass frit (glass powder) described above, and also comprises a liquid medium (an organic vehicle) for dispersing these solids.
Das organische Lösungsmittel innerhalb dieses Trägers sollte ein organisches Lösungsmittel sein, welches das Aluminiumpulver und die Glasfritte in geeigneter Weise dispergieren kann; organische Lösungsmittel, die bisher in dieser Art von Paste verwendet worden sind, können hier ohne besondere Beschränkung verwendet werden. Veranschaulichende Beispiele für das organische Lösungsmittel innerhalb des Trägers umfassen eines oder eine Kombination von einer Mehrzahl von hochsiedenden organischen Lösungsmitteln, wie z. B. Ethylenglykol- und Diethylenglykolderivate (Lösungsmittel des Glykolether-Typs), Toluol, Xylol, Butylcarbitol (BC), Butyldiglykolacetat (BDGA) und Terpineol. Darüber hinaus können verschiedene Harzkomponenten als organische Bindemittel in den Träger einbezogen werden. Solche Harzkomponenten können solche sein, die bisher in dieser Art von Paste verwendet worden sind und unterliegen keinerlei besonderen Beschränkung, mit der Maßgabe, dass sie der hier offenbarten Pastenzusammensetzung eine gute Viskosität und ein gutes Filmbildungsvermögen verleihen können (ein Vermögen zum Abscheiden auf und Haften an einem Siliziumsubstrat). Veranschaulichende Beispiele umfassen Harzkomponenten, die in erster Linie aus einem Acrylharz, einem Epoxyharz, einem phenolischen Harz, einem Alkydharz, einem Cellulose-enthaltenden Polymer, Polyvinylalkohol oder Kolophonium zusammengesetzt sind. Von diesen ist ein Cellulose-enthaltendes Polymer, wie z. B. Ethylcellulose, bevorzugt.The organic solvent within this carrier should be an organic solvent which can appropriately disperse the aluminum powder and the glass frit; Organic solvents heretofore used in this type of paste can be used here without any particular limitation. Illustrative examples of the organic solvent within the carrier include one or a combination of a plurality of high boiling organic solvents, such as e.g. For example, ethylene glycol and diethylene glycol derivatives (glycol ether type solvents), toluene, xylene, butylcarbitol (BC), butyldiglycol acetate (BDGA) and terpineol. In addition, various resin components can be included as organic binders in the carrier. Such resin components may be those which have heretofore been used in this kind of paste, and are not particularly limited, provided that they can impart a good viscosity and a good film forming ability to the paste composition disclosed herein (a capability of depositing and adhering a silicon substrate). Illustrative examples include resin components composed primarily of an acrylic resin, an epoxy resin, a phenolic resin, an alkyd resin, a cellulose-containing polymer, polyvinyl alcohol or rosin. Of these, a cellulose-containing polymer, such as. For example, ethyl cellulose, preferably.
Obwohl nicht besonders beschränkt, beträgt der Gehalt des organischen Trägers vorzugsweise etwa 10 bis 30 Gew.-% und mehr bevorzugt etwa 15 bis 25 Gew.-% der gesamten Paste.Although not particularly limited, the content of the organic carrier is preferably about 10 to 30% by weight, and more preferably about 15 to 25% by weight of the entire paste.
Die hier offenbarte Pastenzusammensetzung kann wie herkömmliche Aluminiumpasten für Solarzellen durch typischerweise Zusammenmischen des Aluminiumpulvers, der Glasfritte (Glaspulver) und eines geeigneten organischen Trägers einfach hergestellt werden. Beispielsweise können mit einer Dreiwalzenmühle oder einem anderen Mischer das Aluminiumpulver und die Glasfritte, die in einem gegebenen Anteil gemischt sind, mit einem organischen Träger in einem vorgegebenen Mischverhältnis zusammengemischt und gerührt werden.The paste composition disclosed herein, like conventional aluminum pastes for solar cells, can be easily prepared by typically mixing together the aluminum powder, the glass frit (glass powder) and a suitable organic carrier. For example, with a three-roll mill or other mixer, the aluminum powder and the glass frit mixed in a given proportion may be mixed and stirred together with an organic vehicle in a predetermined mixing ratio.
Die hier offenbarte Pastenzusammensetzung kann in der gleichen Weise wie Aluminiumpasten gehandhabt werden, die bisher zur Bildung einer Aluminiumelektrode als eine Rückflächenelektrode auf einem Substrat (und damit als eine p+-Schicht, d. h., eine BSF-Schicht) verwendet worden sind, und Verfahren, die in dem Fachgebiet bekannt sind, können ohne besondere Beschränkung verwendet werden. Typischerweise wird die Pastenzusammensetzung auf das Silizium-Halbleitersubstrat durch Siebdrucken, Sprühbeschichten, Tauchbeschichten oder dergleichen aufgebracht (beschichtet), so dass eine gewünschte Filmdicke und Filmstruktur erhalten werden. Die Dicke dieses Substrats kann eingestellt werden, nachdem Faktoren wie z. B. die Größe der gewünschten Solarzelle, die Filmdicke der Aluminiumelektrode, die auf dem Substrat gebildet werden soll, und die Festigkeit des Substrats (z. B. die Bruchfestigkeit) berücksichtigt worden sind. Obwohl nicht besonders beschränkt, ist eine Dicke von etwa 5 um bis etwa 300 μm geeignet und eine Dicke von etwa 5 μm bis etwa 200 μm (insbesondere von etwa 10 μm bis etwa 100 μm) ist bevorzugt.The paste composition disclosed herein can be handled in the same manner as aluminum pastes heretofore used to form an aluminum electrode as a back surface electrode on a substrate (and thus as a p + layer, ie, a BSF layer), and methods of Those known in the art may be used without particular limitation. Typically, the paste composition is applied (coated) to the silicon semiconductor substrate by screen printing, spray coating, dip coating, or the like to obtain a desired film thickness and film structure. The thickness of this substrate can be adjusted after factors such. For example, the size of the desired solar cell, the film thickness of the aluminum electrode to be formed on the substrate, and the strength of the substrate (eg, the breaking strength) have been taken into consideration. Although not particularly limited, a thickness of about 5 μm to about 300 μm is suitable, and a thickness of about 5 μm to about 200 μm (more preferably about 10 μm to about 100 μm) is preferable.
Als nächstes wird die aufgebrachte Paste bei einer geeigneten Temperatur (z. B. mindestens Raumtemperatur und typischerweise etwa 100°C) getrocknet. Nach dem Trocknen wird der getrocknete Film durch Erwärmen in einem geeigneten Brennofen (z. B. einem Hochgeschwindigkeits-Brennofen) unter geeigneten Erwärmungsbedingungen (z. B. mindestens 600°C und nicht mehr als 900°C und vorzugsweise mindestens 700°C und nicht mehr als 800°C) für einen gegebenen Zeitraum gebrannt. Die aufgebrachte Paste wird dadurch an dem Substrat verankert, wodurch die Bildung der anschließend beschriebenen Aluminiumelektroden
Die
Das Silizium-Halbleitersubstrat
In dieser Ausführungsform sind Aluminiumelektroden
Die Aluminiumelektroden
Eine Aluminiumelektrode
Auch in dieser Ausführungsform ist die Rückfläche-Aluminiumelektrode mit breiter Fläche
Darüber hinaus kann in dieser Ausführungsform die Rückfläche-Aluminiumelektrode mit breiter Fläche
In dieser Ausführungsform wird die erste Aluminiumpaste typischerweise so auf das Silizium-Halbleitersubstrat (Wafer)
Die
Die Aluminiumelektroden
Die
Die
Als erstes wird, wie es in der
Als nächstes verbinden, wie es in der
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde ein Aufbau beschrieben, bei dem Aluminiumelektroden
Beispielsweise ist es möglich, alle Rückfläche-Aluminiumelektroden, einschließlich die Rückfläche-Aluminiumelektrode mit breiter Fläche
Mehrere Testbeispiele, welche die Erfindung betreffen, sind nachstehend beschrieben, obwohl die Erfindung nicht auf diese Testbeispiele beschränkt sein soll. Several test examples concerning the invention are described below, although the invention should not be limited to these test examples.
Die Unterschiede bei den Bindungsfestigkeiten, wenn sich die Eigenschaften der Glasfritten unterscheiden, die als fester Bestandteil in den Pastenzusammensetzungen dienen, welche die Aluminiumelektrode bilden (Aluminiumpasten), wurden in den nachstehenden Tests bewertet.The differences in bond strengths, as the properties of the glass frits, which serve as an integral part in the paste compositions forming the aluminum electrode (aluminum pastes), were evaluated in the following tests.
In diesen Tests wurden insgesamt acht Typen von Glasproben (Probe 1 bis Probe 8) mit den Glaszusammensetzungen (mol-%), den Glaserweichungspunkten (°C) und Wärmeausdehnungskoeffizienten, die in der Tabelle 1 gezeigt sind, verwendet.In these tests, a total of eight types of glass samples (Sample 1 to Sample 8) were used with the glass compositions (mole%), glass softening points (° C), and thermal expansion coefficients shown in Table 1.
Auf diese Weise wurden insgesamt acht Typen von Aluminiumpasten hergestellt (Testbeispiele 1 bis 8), welche die jeweiligen Glasfritten (Proben 1 bis 8) enthielten, die in der Tabelle 1 gezeigt sind. In this way, a total of eight types of aluminum pastes were prepared (Test Examples 1 to 8) containing the respective glass frits (Samples 1 to 8) shown in Table 1.
Die Aluminiumpasten in diesen Testbeispielen unterschieden sich nur bezüglich der Eigenschaften der vorstehend genannten Glasfritten. Die anderen Bestandteile (Aluminiumpulver, organischer Träger) und die Mischverhältnisse waren identisch.The aluminum pastes in these test examples differed only in the properties of the above glass frits. The other ingredients (aluminum powder, organic carrier) and the mixing ratios were identical.
D. h., die Gehalte der Aluminiumpasten in den jeweiligen Testbeispielen waren wie folgt.That is, the contents of the aluminum pastes in the respective test examples were as follows.
(1) Aluminiumpulver:(1) Aluminum powder:
Ein Aluminiumpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 6 μm wurde in einer Menge entsprechend 66 Gew.-% der gesamten Paste einbezogen.An aluminum powder having an average particle diameter of 6 μm was incorporated in an amount corresponding to 66% by weight of the entire paste.
(2) Organischer Träger:(2) Organic carrier:
Terpineol als organisches Lösungsmittel wurde in einer Menge entsprechend 26 Gew.-% der gesamten Paste einbezogen.Terpineol as an organic solvent was included in an amount corresponding to 26% by weight of the total paste.
Darüber hinaus wurde Ethylcellulose als organisches Bindemittel in einer Menge entsprechend etwa 2 Gew.-% der gesamten Paste einbezogen.In addition, ethyl cellulose was included as an organic binder in an amount corresponding to about 2% by weight of the total paste.
(3) Glasfritte:(3) glass frit:
Eine Glasfritte mit den Eigenschaften einer der vorstehend genannten Proben 1 bis 8 wurde in einer Menge entsprechend 6 Gew.-% der gesamten Paste einbezogen.A glass frit having the properties of any of the above-mentioned samples 1 to 8 was incorporated in an amount corresponding to 6% by weight of the entire paste.
<Bindungsfestigkeitstest (1)><Bond strength test (1)>
Als nächstes wurden Bindungsfestigkeitstests mit den Aluminiumelektroden durchgeführt, die auf Silizium-Halbleitersubstraten unter Verwendung der jeweiligen Aluminiumpasten der Testbeispiele 1 bis 8 hergestellt wurden, die in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt worden sind. Das folgende Verfahren wurde zur Bildung von Aluminiumelektroden auf einer Oberfläche (der Rückfläche) des Silizium-Halbleitersubstrats
Ein handelsübliches einkristallines Siliziumsubstrat des p-Typs zur Verwendung in einer Solarzelle und mit einer Größe von 125 mm im Quadrat (Substratdicke 200 μm) wurde bereitgestellt und die Vorderfläche wurde mit einer wässrigen Natriumhydroxidlösung alkaligeätzt. Als nächstes wurde eine Phosphor-enthaltende Lösung auf die Licht-empfangende Oberfläche des Siliziumsubstrats, auf der eine texturierte Struktur durch die Ätzbehandlung gebildet worden ist, aufgebracht und eine Wärmebehandlung wurde durchgeführt, wodurch eine n-Si-Schicht (n+-Schicht) mit einer Dicke von etwa 0,5 μm auf der Licht-empfangenden Oberfläche des Siliziumsubstrats gebildet wurde.A commercially available p-type single crystal silicon substrate for use in a solar cell and having a size of 125 mm square (substrate thickness 200 μm) was provided, and the front surface was subjected to alkaline etching with an aqueous sodium hydroxide solution. Next, a phosphorus-containing solution was applied to the light-receiving surface of the silicon substrate on which a textured structure was formed by the etching treatment, and a heat treatment was performed, whereby an n-Si layer (n + layer) with a thickness of about 0.5 μm was formed on the light-receiving surface of the silicon substrate.
Als nächstes wurde auf der n-Si-Schicht ein Antireflexionsfilm (Titanoxidfilm) mit einer Dicke von mindestens etwa 50 nm und nicht mehr als etwa 100 nm mittels Plasma-CVD (PECVD) gebildet. Darüber hinaus wurde eine Beschichtung (Dicke mindestens 20 μm und nicht mehr als 50 μm), die als Vorderflächenelektrode (Silberelektrode) dienen soll, mittels Siebdrucken auf dem Antireflexionsfilm unter Verwendung einer spezifischen Silberpaste zur Bildung einer Vorderflächenelektrode (Silberelektrode) gebildet.Next, on the n-Si layer, an antireflection film (titanium oxide film) having a thickness of at least about 50 nm and not more than about 100 nm was formed by plasma CVD (PECVD). Moreover, a coating (thickness of at least 20 μm and not more than 50 μm) to serve as a front surface electrode (silver electrode) was screen-printed on the antireflection film using a specific silver paste to form a front surface electrode (silver electrode).
In einem separaten Vorgang wurde eine der Pastenzusammensetzungen der vorstehenden Testbeispiele 1 bis 8 mittels Siebdruck (unter Verwendung eines Netzes aus rostfreiem Stahl (SUS #165)) auf die Rückflächenseite des Silizium-Halbleitersubstrats aufgebracht (beschichtet), wodurch eine Beschichtung mit einer Filmdicke von etwa 30 μm in der Form von 5 mm breiten Linien gebildet wurde. Das Substrat wurde dann gebrannt, wodurch lineare Aluminiumelektroden
Unter Verwendung der so erhaltenen Zellen zum Testen und zum Bewerten (Solarzellen) wurden Tests zur Bewertung der Bindungsfestigkeit durchgeführt und die Bindungsfestigkeiten der aus den Pastenzusammensetzungen zur Bildung einer Aluminiumelektrode gebildeten Aluminiumelektroden in den jeweiligen Testbeispielen wurden gemessen.Using the thus obtained cells for testing and evaluation (solar cells), tests for evaluating the bonding strength were carried out and the bonding strengths of those from the Paste compositions for forming aluminum electrode formed aluminum electrodes in the respective test examples were measured.
Die Bindungsfestigkeiten (Ablösefestigkeiten) der in der vorstehend beschriebenen Weise gebildeten Aluminiumelektroden (d. h., die Ablösefestigkeitsbewertung) wurden mit einer Festigkeitsmessvorrichtung
Insbesondere wurde ein Glassubstrat
Ein handelsüblicher leitender Haftfilm
Als nächstes wurde, wie es in der
Die Ergebnisse sind in den entsprechenden Spalten der Tabelle 2 gezeigt. Die Bindungsfestigkeitsbewertungstests (Ablösefestigkeitstests) wurden mit einer Mehrzahl (zwei) von Aluminiumelektroden durchgeführt, die aus den in den jeweiligen Testbeispielen erhaltenen Aluminiumpasten gebildet worden sind. Der Durchschnitt der Testergebnisse (Messergebnisse) für die zwei Aluminiumelektroden (n = 2) wurde als die Bindungsfestigkeit verwendet.The results are shown in the corresponding columns of Table 2. The bond strength evaluation tests (peel strength tests) were performed on a plurality (two) of aluminum electrodes formed from the aluminum pastes obtained in the respective test examples. The average of the test results (measurement results) for the two aluminum electrodes (n = 2) was used as the bond strength.
Der Graph in der
Wie es in der Tabelle 2 und in der
Es wurde auch gefunden, dass Aluminiumpasten mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Glasfritte von mindestens 60 × 10–7/°C und nicht mehr als 80 × 10–7/°C (mindestens 65 × 10–7/°C und nicht mehr als 75 × 10–7/°C) eine hohe Bindungsfestigkeit aufweisen.It has also been found that aluminum pastes having a thermal expansion coefficient of the glass frit of at least 60 × 10 -7 / ° C and not more than 80 × 10 -7 / ° C (at least 65 × 10 -7 / ° C and not more than 75 × 10 -7 / ° C) have a high bonding strength.
<Bindungsfestigkeitstest (2)><Bond strength test (2)>
Gemäß dem gleichen Verfahren wie bei dem vorstehend beschriebenen Ablösefestigkeitstest (
Als Kontrolle für einen Vergleich wurden lineare Silberelektroden mit einer Filmdicke von etwa 30 μm und einer Breite von etwa 2 mm auf dem vorstehend genannten Silizium-Halbleitersubstrat
Das Vergleichsbeispiel B in der Tabelle 3 zeigt das Ergebnis, das erhalten wird, wenn die Aluminiumpaste des Testbeispiels 1 anstelle der Aluminiumpaste des Testbeispiels 6 verwendet wurde. Tabelle 3
Wie es aus der Tabelle 3 ersichtlich ist, wurde bestätigt, dass die Aluminiumelektrode, die aus der Aluminiumpaste des Testbeispiels 6 ausgebildet ist, eine gute Bindungsfestigkeit erreichen konnte, die mit derjenigen der Lötmittel-gebundenen Silberelektrode im Vergleichsbeispiel A vergleichbar war. Es wurde auch bestätigt, dass die Bindungsfestigkeit der aus der Aluminiumpaste des Testbeispiels 6 gebildeten Aluminiumelektrode verglichen mit der Bindungsfestigkeit der Aluminiumelektrode im Vergleichsbeispiel B beträchtlich erhöht war.As is apparent from Table 3, it was confirmed that the aluminum electrode formed of the aluminum paste of Test Example 6 could attain a good bond strength comparable to that of the solder-bonded silver electrode in Comparative Example A. It was also confirmed that the bonding strength of the aluminum electrode formed from the aluminum paste of Test Example 6 was considerably increased as compared with the bonding strength of the aluminum electrode in Comparative Example B.
Wie es aus der vorstehenden Beschreibung der Ausführungsformen und Testbeispiele ersichtlich ist, können bei der Solarzelle, die durch diese Erfindung bereitgestellt wird, Aluminiumelektroden als die Elektroden für eine externe Verbindung auf der Rückflächenseite verwendet werden. Als Ergebnis ist es möglich geworden, ein Verbinden bzw. Bonden mit einem elektrisch leitenden Haftfilm durchzuführen, der bei herkömmlichen Aluminiumelektroden eine geringe Bindungsfestigkeit aufweist und folglich nicht verwendet werden kann. Darüber hinaus ist es verglichen mit einem herkömmlichen Aufbau, bei dem eine Silberelektrode als die Elektrode für eine externe Verbindung auf der Rückflächenseite verwendet wird, möglich, eine BSF-Schicht einheitlich auf der gesamten Rückfläche eines Silizium-Halbleitersubstrats (Wafer) auszubilden. Ferner kann auch eine Kostensenkung entsprechend der Differenz der Materialpreise zwischen Silber und Aluminium erreicht werden.As is apparent from the above description of the embodiments and test examples, in the solar cell provided by this invention, aluminum electrodes can be used as the electrodes for external connection on the back surface side. As a result, it has become possible to perform bonding with an electroconductive adhesive film which has low bonding strength in conventional aluminum electrodes and thus can not be used. Moreover, as compared with a conventional structure in which a silver electrode is used as the electrode for external connection on the back surface side, it is possible to uniformly form a BSF layer on the entire back surface of a silicon semiconductor substrate (wafer). Furthermore, a cost reduction according to the difference in material prices between silver and aluminum can be achieved.
Da ferner die Aluminiumelektrode für eine externe Verbindung, die eine verbesserte Aluminiumfilmbindungsfestigkeit (Ablösefestigkeit) aufweist, die Nutzung eines Verbindens bzw. Bondens mittels eines elektrisch leitenden Haftfilms ermöglicht, kann eine Struktur ohne Elektrodenbereiche für Lötverbindungen aufgebaut werden. Als Ergebnis ermöglicht die Verwendung von Aluminium auf der gesamten Rückfläche des Substrats (Wafer), dass eine Zunahme der Leistungserzeugungseffizienz der Solarzelle aufgrund einer einheitlichen Bildung der BSF-Schicht erreicht werden kann, sowie die weitere Erhöhung der Leistungserzeugungseffizienz der Solarzelle aufgrund der Wegfallens einer Sammelleiterelektrodenstruktur.Further, since the aluminum electrode for external connection having improved aluminum film bonding strength (peel strength) enables the use of bonding by means of an electroconductive adhesive film, a structure without electrode portions for solder joints can be constructed. As a result, the use of aluminum on the entire back surface of the substrate (wafer) enables an increase in the power generation efficiency of the solar cell due to uniform formation of the BSF layer to be achieved, as well as the further increase in the power generation efficiency of the solar cell due to the omission of a bus bar electrode structure.
Die Erfindung wurde vorstehend detailliert beschrieben, obwohl diese Beispiele lediglich der Veranschaulichung dienen. Die Erfindung kann auch in anderen Formen ausgeführt werden und verschiedene Modifizierungen können mit der Erfindung durchgeführt werden, ohne von dem Wesen und dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann mindestens ein Teil der Elektroden der Licht-empfangenden Oberfläche (z. B. Sammelschienenelektroden oder Gitterlinien, die eine Elektrode der Licht-empfangenden Oberfläche bilden) unter Verwendung der hier offenbarten Pastenzusammensetzung, welche die Aluminiumelektrode bildet, ausgebildet werden.The invention has been described above in detail, although these examples are given by way of illustration only. The invention may be embodied in other forms and various modifications may be made with the invention without departing from the spirit and scope of the invention. For example, at least a part of the electrodes of the light-receiving surface (eg, bus bar electrodes or grid lines forming an electrode of the light-receiving surface) may be formed by using the paste composition disclosed herein which forms the aluminum electrode.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1111
- Silizium-Halbleitersubstrat (Si-Wafer)Silicon semiconductor substrate (Si wafer)
- 1212
- Elektrode der Licht-empfangenden OberflächeElectrode of light-receiving surface
- 1414
- AntireflexionsfilmAnti-reflection film
- 1616
- n-Si-Schichtn-Si layer
- 1818
- p-Si-Schichtp-Si layer
- 2020
- Rückfläche-Aluminiumelektrode mit breiter FlächeRear surface aluminum electrode with wide area
- 2222
- Aluminiumelektrode für eine externe VerbindungAluminum electrode for external connection
- 2323
- Öffnungopening
- 2424
- BSF-SchichtBSF layer
- 3030
- Leitender HaftfilmConductive film
- 3131
- Leitende TeilchenConductive particles
- 3232
- HaftmittelkomponenteAdhesive component
- 3535
- Kontaktdraht (Anschlussdraht)Contact wire (connecting wire)
- 35e35e
- KontaktverlängerungContact extension
- 4040
- Halterholder
- 4141
- Glassubstratglass substrate
- 100, 200,100, 200,
-
1000 Lötzellen1000 Lötzellen - 300300
- FestigkeitsmessvorrichtungStrength measuring device
Claims (12)
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