CN101218685A - 糊状组成物及使用其的太阳电池元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供可提高背面电极的密接性，可抑制铝电极层的剥离的糊状组成物及具备使用了该组成物而形成的电极的太阳电池元件。糊状组成物用以在硅半导体基板(1)上形成电极(8)，含有铝粉末、有机质载体、及增黏剂。太阳电池元件具备将具有上述特征的糊状组成物涂布于硅半导体基板(1)上之后，通过煅烧所形成的电极(8)。
Description
技术领域
本发明涉及一种糊状组成物及使用其的太阳电池元件，特别是涉及在构成结晶系硅太阳电池的硅半导体基板上形成电极时所使用的糊状组成物、及使用其的太阳电池元件。
背景技术
作为硅半导体基板上形成有电极的电子零件，已知有如揭示于日本专利特开2000-90734号公报(专利文献1)、日本专利特开2004-134775号公报(专利文献2)中的太阳电池元件。
图1是示意地表示太阳电池元件的一般性截面构造的图。
如图1所示，太阳电池元件使用厚度为200～300μm的p型硅半导体基板1而构成。于硅半导体基板1的受光面侧，形成有厚度为0.3～0.6μm的n型杂质层2、与其上的抗反射膜3、及栅电极4。
而且，于p型硅半导体基板1的背面侧形成有铝电极层5。铝电极层5通过网版印刷等涂布由铝粉末、玻璃熔料(glass frit)及有机质载体所构成的糊状组成物，经干燥后于660℃(铝的熔点)以上的温度进行短时间煅烧而形成。于此煅烧时，使铝扩散至p型硅半导体基板1的内部，据此，于铝电极层5与p型硅半导体基板1之间形成Al-Si合金层6，同时形成因铝原子的扩散所造成的作为杂质层的p+层7。利用此p+层7的存在，可获得防止电子的再结合，提高生成载流子的收集效率的BSF(Back Surface Field)的效应。
例如，如日本专利特开平5-129640号公报(专利文献3)中所揭示的那样，通过酸等除去由铝电极层5与Al-Si合金层6所构成的背面电极8，且通过银糊等新形成集电极层的太阳电池元件已经投入实用。然而，必须对用以除去背面电极8的酸进行废弃处理，因此存在由于该除去工序而使工序繁杂等问题。为避免此问题，最近多是留下背面电极8，而将其直接用作集电极而构成太阳电池元件。
专利文献1：日本专利特开2000-90734号公报
专利文献2：日本专利特开2004-134775号公报
专利文献3：日本专利特开平5-129640号公报
发明内容
发明所欲解决的问题
然而，根据硅半导体基板的表面状态，有时存在背面电极8的密接性降低的情况。此时，存在铝电极层5产生剥离的问题。
因此，本发明的目的在于解决上述课题，提供一种可提高背面电极的密接性，抑制铝电极层的剥离的糊状组成物、及具备使用该组成物而形成的电极的太阳电池元件。
解决问题的方案
本发明者等，为解决现有技术的问题点而潜心研究，结果发现通过使用具有特定组成的糊状组成物，可达成上述目的。基于此见解，本发明的糊状组成物具备如下所述的特征。
本发明的糊状组成物是用以于硅半导体基板上形成电极的糊状组成物，其含有铝粉末、有机质载体(organic vehicle)、及增黏剂。
优选的是，本发明的糊状组成物中，增黏剂含有选自由聚丙烯系树脂、聚氯乙烯系树脂、聚胺基甲酸乙酯系树脂、松香系树脂、萜烯系树脂、苯酚系树脂、脂肪族系石油树脂、丙烯酸酯系树脂、二甲苯系树脂、香豆酮茚系树脂、苯乙烯系树脂、二环戊二烯系树脂、聚丁烯系树脂、聚醚系树脂、尿素系树脂、三聚氰胺系树脂、醋酸乙烯酯系树脂、聚异丁基系树脂、异戊二烯系橡胶、丁基系橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶及腈系橡胶所组成的群中的至少1种。
而且，优选的是，本发明的糊状组成物含有0.05质量％以上且5质量％以下的增黏剂。
更优选的是，本发明的糊状组成物还含有玻璃熔料。
本发明的太阳电池元件，具备将具有上述任一特征的糊状组成物涂布于硅半导体基板上之后进行煅烧所形成的电极。
发明效果
如上所述，根据本发明，通过使用含有增黏剂的糊状组成物，可提高形成于硅半导体基板背面的铝电极层的密接性，可提高太阳电池元件的制造成品率。
附图说明
图1是示意地表示应用了作为一实施方式的本发明的太阳电池元件的一般性截面构造的图。
符号说明
1 p型硅半导体基板
2 n型杂质层
3 抗反射膜
4 栅电极
5 铝电极层
6 Al-Si合金层
7 p+层
8 背面电极
具体实施方式
本发明的糊状组成物的特征为除了含有铝粉末、有机质载体以外，还含有增黏剂。通过在糊状组成物中含有此增黏剂，于涂布糊状物并煅烧后，可提高形成于硅半导体基板背面的铝电极层的密接性，可抑制铝电极层的剥离。
先前，因硅半导体基板的表面状态的不同，形成于背面的铝电极层的密接性会降低，铝电极层自硅半导体基板背面剥离的现象屡屡发生。为了抑制铝电极层的剥离，也可以考虑增加糊状组成物中的有机质载体的含量。然而，如果有机质载体的含量增加，则不仅糊状物的黏度增大，而且因存在过量的有机质载体而妨碍铝的煅烧，这是产生的问题。
在本发明中，通过使用黏着性优异的增黏剂，无须过量地增加糊状物中的有机质载体的含量，即可提高形成于硅半导体基板背面的铝电极层的密接性。
本发明的糊状组成物中所含有的有机质载体的成分并无特别限定，可使用乙基纤维素或醇酸等树脂、二醇醚系或萜品醇系等的溶剂。有机质载体的含量以20质量％以上且40质量％以下为佳。如果有机质载体的含量未达20质量％或超过40质量％，则糊状物的印刷性降低。
本发明的糊状组成物中所含有的铝粉末的含量以60质量％以上且80质量％以下为佳。如果铝粉末的含量未达60质量％，则存在煅烧后的铝电极层的电阻增大，导致太阳电池的能量转换效率降低的顾虑。如果铝粉末的含量超过80质量％，则网版印刷等上的糊的涂布性降低。
本发明的糊状组成物中所含有的增黏剂并无特别限定，只要为具有优异的黏着性的有机物即可。作为较佳的增黏剂例如可列举：聚丙烯系树脂、聚氯乙烯系树脂、聚胺基甲酸乙酯系树脂、松香系树脂、萜烯系树脂、苯酚系树脂、脂肪族系石油树脂、丙烯酸酯系树脂、二甲苯系树脂、香豆酮茚系树脂、苯乙烯系树脂、二环戊二烯系树脂、聚丁烯系树脂、聚醚系树脂、尿素系树脂、三聚氰胺系树脂、醋酸乙烯系树脂、聚异丁基系树脂、异戊二烯系橡胶、丁基系橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶及腈系橡胶等物质。可视需要使用选自上述物质的群中的1种或多种作为增黏剂。
由于本发明中所使用的增黏剂的构成物质的全部的分解温度为用以形成p+层的煅烧温度(660℃以上)以下，但煅烧时间短(通常为30秒以下)，因此增黏剂未完全分解而有残留，从而可提高铝电极层的密接性。
本发明的糊状组成物中所含有的增黏剂的含量以0.05质量％以上且5质量％以下为佳。如果增黏剂的含量未达0.05质量％，则于煅烧后无法获得抑制铝电极层剥离的效果，如果超过5质量％，则糊状物的黏度上升而导致印刷性降低。
再者，本发明的糊状组成物中也可含有玻璃熔料。玻璃熔料的含量以6质量％以下为佳。玻璃熔料也有在煅烧后提高铝电极层密接性的作用。如果玻璃熔料的含量超过6质量％，则存在会产生玻璃的偏析，铝电极层的电阻增大的顾虑。
本发明的糊状组成物中所含有的玻璃熔料，其组成、各成分的含量并无特别限定，只要其软化点为煅烧温度以下即可。通常除了可使用 SiO2-Bi2O3-PbO系之外，也可使用B2O3-SiO2-Bi2O3系、B2O3-SiO2-ZnO系、及B2O3-SiO2-PbO系等来作为玻璃熔料。
(实施例)
以下，对本发明的一实施例加以说明。
首先，制作含有60～80质量％的铝粉末、0～6质量％的玻璃熔料、20～40质量％的将乙基纤维素溶解于二醇醚系有机溶剂所成的有机质载体，并以表1所示的比例添加各种增黏剂所成的糊状组成物。
具体而言，是在将乙基纤维素溶解于二醇醚系有机溶剂所成的有机质载体中，加入铝粉末与B2O3-SiO2-PbO系的玻璃熔料，再以表1所示的添加量加入各种增黏剂，用众所周知的混合机进行混合，据此制作糊状组成物(实施例1～4)。而且，以与上述相同的方法，制作表1所示的未添加增黏剂的现有糊状组成物(比较例1)与增黏剂添加量少的糊状组成物(比较例2)。
此处，从确保与硅半导体基板的反应性、涂布性、及涂布膜的均一性的方面来考虑，铝粉末是使用平均粒径为2～20μm的球形、或具有近似球形形状的粒子所构成的粉末。而且，表1所示的增黏剂是使用预先用规定的有机溶剂来溶解该增黏剂所成的东西(表1所示的「添加量」为相当于各自的固体成分的比例)。
使用250网目的网版印刷板将上述各种糊状组成物涂布、印刷于厚度为220μm、大小为150mm×150mm的p型硅半导体基板上，并使之干燥。按煅烧后电极的厚度为30～35μm来设定涂布量。
使印刷有糊状组成物的p型硅半导体基板干燥后，利用红外线煅烧炉，在空气环境下以400℃/分的加热速度进行加热，于700℃的温度保持15秒的条件进行煅烧。煅烧后，进行冷却，据此可获得图1所示的在p型硅半导体基板1上形成有铝电极层5与Al-Si合金层6的构造。
利用4探针式表面电阻测定器来测定对于电极间的电阻造成影响的背面电极层的表面电阻。
其后，通过将形成有背面电极层的p型硅半导体基板浸渍于盐酸水溶液中，将铝电极层5与Al-Si合金层6溶解除去，形成p+层7，利用上述表面电阻测定器来测定这样的p型硅半导体基板的表面电阻。
p+层7的表面电阻与BSF效应之间具有相关关系，该表面电阻愈小，BSF效应愈高。因此，作为目标的表面电阻值，在背面电极8中为24mΩ/口以下，在p+层7中为22Ω/口以下。
形成于硅半导体基板上的铝电极层5的机械强度与密接性，是通过使赛珞玢胶带黏着于铝电极层5表面后加以剥离，以铝电极层5是否剥离来进行评估。
将以上述方式测定的背面电极8的表面电阻、p+层7的表面电阻及铝电极层5的剥离性示于表1。
[表1]
| 增黏剂 种类 | 添加量(质量％) | 背面电极表面电阻(mΩ/□) | Si基板p+层表面电阻(Ω/□) | 剥离性 | ||
| 实施例 | 1 | 苯酚 | 0.2 | 22.4 | 20.0 | ○ |
| 2 | 苯酚 | 3.0 | 22.8 | 20.5 | ○ | |
| 3 | 丙烯酸乙酯 | 0.2 | 22.3 | 20.0 | ○ | |
| 4 | 丁基橡胶 | 0.2 | 22.4 | 20.2 | ○ | |
| 比较例 | 1 | 未添加 | 0.0 | 21.9 | 19.6 | × |
| 2 | 苯酚 | 0.03 | 22.1 | 19.8 | × | |
○：无剥离 ×：剥离
由表1所示的结果可知：与现有糊状组成物(比较例1)及增黏剂添加量少的糊状组成物(比较例2)相比，通过使用本发明的糊状组成物(实施例1～4)可提高铝电极层的密接性。
可以认为，以上所揭示的实施方式、实施例，其内容均为用以例示而并非用以限定本发明。本发明的范围并非由上述实施方式、实施例来表示，而是通过权利要求来表示，也包含与权利要求相等的意思及范围内的所有修正及变形。
工业实用性
通过使用含有本发明的增黏剂的糊状组成物，可提高形成于硅半导体基板背面的铝电极层的密接性，可提高太阳电池元件的制造成品率。
Claims (5)
1.一种糊状组成物，用以在硅半导体基板上形成电极，其特征为，含有铝粉末、有机质载体及增黏剂。
2.如权利要求1所述的糊状组成物，其中，上述增黏剂含有选自由聚丙烯系树脂、聚氯乙烯系树脂、聚胺基甲酸乙酯系树脂、松香系树脂、萜烯系树脂、苯酚系树脂、脂肪族系石油树脂、丙烯酸酯系树脂、二甲苯系树脂、香豆酮茚系树脂、苯乙烯系树脂、二环戊二烯系树脂、聚丁烯系树脂、聚醚系树脂、尿素系树脂、三聚氰胺系树脂、醋酸乙烯酯系树脂、聚异丁基系树脂、异戊二烯系橡胶、丁基系橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶及腈系橡胶所组成的群中的至少1种。
3.如权利要求1所述的糊状组成物，其中，含有0.05质量％以上且5质量％以下的上述增黏剂。
4.如权利要求1所述的糊状组成物，其中，还含有玻璃熔料。
5.一种太阳电池元件，其特征为，具备将含有铝粉末、有机质载体及增黏剂的糊状物涂布于硅半导体基板(1)上之后进行煅烧所形成的电极(8)。
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