CN102549763A - 太阳能电池电极用无铅导电性组合物 - Google Patents

太阳能电池电极用无铅导电性组合物 Download PDF

Info

Publication number
CN102549763A
CN102549763A CN2010800435145A CN201080043514A CN102549763A CN 102549763 A CN102549763 A CN 102549763A CN 2010800435145 A CN2010800435145 A CN 2010800435145A CN 201080043514 A CN201080043514 A CN 201080043514A CN 102549763 A CN102549763 A CN 102549763A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
moles
conductive composition
glass
solar cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010800435145A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102549763B (zh
Inventor
铃木夕子
杉山高启
吉野泰
中尾刚启
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Noritake Co Ltd
Original Assignee
Noritake Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Noritake Co Ltd filed Critical Noritake Co Ltd
Publication of CN102549763A publication Critical patent/CN102549763A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102549763B publication Critical patent/CN102549763B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/80Constructional details
    • H10K10/82Electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022408Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/062Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
    • C03C3/064Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C8/00Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/14Glass frit mixtures having non-frit additions, e.g. opacifiers, colorants, mill-additions
    • C03C8/18Glass frit mixtures having non-frit additions, e.g. opacifiers, colorants, mill-additions containing free metals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/14Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52PV systems with concentrators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

本发明提供一种电特性优异的太阳能电池电极用无铅导电性组合物。一种太阳能电池电极用膏,构成该膏的玻璃料由具有以下范围内的组成的无铅玻璃构成:Bi2O3为10~29摩尔%、B2O3为20~33摩尔%、SiO2为20摩尔%以下、ZnO为15~30摩尔%、碱金属成分(Li2O、Na2O、K2O的合计)为8~21摩尔%、其他成分(A12O3、CaO、BaO、P2O5)的合计为18摩尔%,因此如果使用该膏形成太阳能电池10的受光面电极20,则具有可得到无铅并且F.F.值为75%以上的电特性优异的电极的优点。

Description

太阳能电池电极用无铅导电性组合物
技术领域
本发明涉及适合于采用烧成贯通法(fire through method)形成的太阳能电池电极用的导电性组合物。
背景技术
例如,一般的硅系太阳能电池具有下述的结构:在作为p型多晶半导体的硅基板的上面隔着n+层具备防反射膜和受光面电极,并且,在其下面隔着p+层具备背面电极(下文中,在不区别它们时简称为“电极”)。上述防反射膜是用于保证充分的可见光透射率,并且降低表面反射率的膜,由氮化硅、二氧化钛、二氧化硅等的薄膜构成。
上述太阳能电池的受光面电极采用例如被称为烧成贯通的方法形成。在该电极形成方法中,例如在n+层上的整个面设置上述防反射膜,然后采用例如丝网印刷法在该防反射膜上以适当的形状涂布导电性膏,并实施烧成处理。根据该方法,与部分地除去防反射膜并在该除去部分形成电极的情况相比,工序变得简单,也不产生除去部分与电极形成位置的位置偏差的问题。上述导电性膏是例如以银粉末、玻璃料(将玻璃原料熔融并急冷后,根据需要粉碎了的鳞片(flake)状或者粉末状的玻璃的碎片)、有机质粘合介质和有机溶剂为主成分的膏,在烧成过程中,该导电性膏中的玻璃成分腐蚀破坏防反射膜,因此通过导电性膏中的导体成分和n+层形成欧姆接触(例如,参照专利文献1)。
因此,在这样的受光面电极形成中,希望改善欧姆接触,进而提高曲线因子(FF)和能量转换效率,为了实现这些目的,一直以来尝试了各种改进方法以提高烧成贯通性。
现有技术文献
专利文献1:日本特开2006-332032号公报
专利文献2:日本特开2008-109016号公报
专利文献3:日本特开2006-313744号公报
专利文献4:日本特表2008-543080号公报
发明内容
然而,出于对环境问题的担心等,在各种领域使用起了不含有铅的无铅玻璃,但在上述用途中,仍然使用铅玻璃。原因是如果在用于采用烧成贯通法形成受光面电极的导电性膏中使用无铅玻璃,则烧成温度与使用了铅玻璃的场合相比变高,并且得不到充分的欧姆接触,因此电特性差。一直以来提出了各种用于改善在使用无铅玻璃的场合的烧成温度和烧成贯通性的方案,但尚未得到具有充分的特性的方案。
例如,提出了在使用由以Bi2O3、B2O3、SiO2为主成分的Bi系玻璃构成的无铅玻璃料的导电性组合物中,通过添加ZnO等的含Zn添加剂来提高电性能(参照上述专利文献1)。在该导电性组合物中,优选使含Zn添加剂的添加量相对于全体组合物为10重量%以下的范围,并且其平均粒径低于0.1μm。在电极的粘结力等方面优选含Zn添加剂量较少,为了以少量得到效果而优选微细的添加物,但少量并且微细的添加物分散性差且难以操作。
另外,提出了使用ZnO为5~10重量%、Bi2O3为70~84重量%、B2O3+SiO2为6重量%以上的玻璃料的太阳能电池元件用银膏(参照上述专利文献2)。该银膏以提高与基板的接合强度和长期可靠性为目的,但即使使用主成分在上述组成范围内的玻璃料,也未必可得到接合强度,并且得不到充分的电特性。
另外,作为在太阳能电池电极用途中使用无铅玻璃的组合物,提出了含有:Al、Cu、Au、Ag、Pd、Pt的任一个或它们的合金、或者它们的混合物的金属粒子;无铅玻璃;和有机介质的厚膜导电性组合物(参照上述专利文献3)。作为上述无铅玻璃,示出了具有以下范围内的比例的组成的无铅玻璃:0.5~35重量%的SiO2、1~15重量%的B2O3、55~90重量%的Bi2O3、0~15重量%的ZnO、0~5重量%的Al2O3。在用Al构成背面电极的情况下,不能够进行引线的软钎焊,另一方面,如果用Ag或Ag/Al形成导体棒,则损害背面电场,因此提出用于形成不产生这些问题的电极的导电性组合物的方案。但是,该方案以背面电极的改良为目的,对用于受光面电极的场合的烧成贯通性和电特性等毫无考虑,在上述组成时存在例如软化点过高的问题。
另外,提出了含有85~99重量%的导电性金属成分、1~15重量%的玻璃成分,该玻璃成分含有5~85摩尔%的Bi2O3、1~70摩尔%的SiO2的受光面电极(参照上述专利文献4)。该受光面电极的目的是在使用了无铅玻璃的情况下,在较低的烧成温度下得到充分的欧姆接触,优选上述玻璃成分以以下范围内的比例含有以下物质:0.1~30摩尔%的V2O5、1~20摩尔%的Al、B等的三价的氧化物、1~15摩尔%的Ti、Zr、Hf的四价的氧化物、0.1~20摩尔%的P、Ta、Nb、Sb的五价的氧化物、0.1~25摩尔%的碱金属氧化物、0.1~20摩尔%的碱土金属氧化物、0.1~25摩尔%的ZnO、0.1~12摩尔%的Ag2O。但是,权利要求中记载的上述玻璃组成的范围明显较宽,对适于采用烧成贯通形成受光面电极的合适组成没有任何特别限定。另一方面,实施例中记载了一些具体的玻璃组成,但使用任一种的玻璃,电特性都不充分,或软化点过高,不能用于受光面电极。
本发明是以上述情况作为背景完成的,其目的是提供一种能够形成电特性优异的电极的太阳能电池电极用无铅导电性组合物。
为了达到该目的,本发明的要旨在于,是含有导电性粉末、玻璃料和粘合介质的太阳能电池电极用无铅导电组合物,(a)所述玻璃料由至少一种的下述无铅玻璃构成,所述无铅玻璃中以氧化物换算、相对于全体玻璃组合物以以下范围内的比例含有以下物质:10~29摩尔%Bi2O3,15~30摩尔%ZnO,0~20摩尔%SiO2,20~33摩尔%B2O3,以及合计量为8~21摩尔%的Li2O、Na2O、K2O。
如果采用这样的方案,太阳能电池电极用无铅导电性组合物,由于构成该组合物的玻璃料由具有上述组成的无铅玻璃构成,所以在使用该组合物形成太阳能电池的电极时,可得到无铅并且电特性优异的电极。
再者,在上述玻璃料组成中,B2O3是玻璃形成氧化物(即形成玻璃的骨架的成分),是为了降低玻璃的软化点必需的成分。在低于20摩尔%时软化点成为过高的值,如果超过33摩尔%则太阳能电池的电特性变得不充分。B2O3越少软化点就越上升,另一方面,越多则电特性降得越低(例如在硅系太阳能电池中,认为是与作为基板材料的Si的反应性变高所引起的),因此优选考虑所希望的软化点和电特性来确定该比例,例如优选为30摩尔%以下。
另外,Bi2O3是使玻璃的软化点降低的成分,为了能够低温烧成是必需的。低于10摩尔%时软化点成为过高的值,如果超过29摩尔%则太阳能电池的电特性变得不充分。为了得到尽可能高的电特性,优选Bi2O3量较少,更优选限制在20摩尔%以下。另外,为了使软化点充分低,优选Bi2O3量较多,优选为15摩尔%以上。即,特别优选为15~20摩尔%的范围。
另外,ZnO是使玻璃的软化点降低并且提高耐久性(即长期可靠性)的成分,低于15摩尔%时软化点成为过高的值,并且耐久性也不充分。另一方面,如果超过30摩尔%,则影响与其他成分的平衡,玻璃容易结晶化。ZnO量越少软化点越上升,并且耐久性也降得越低,另一方面,越多则越容易结晶化,因此更优选为20摩尔%以上,且更优选为30摩尔%以下。即,特别优选为20~30摩尔%的范围。
碱金属成分Li2O、Na2O、K2O是使玻璃的软化点降低的成分,合计量低于8摩尔%时软化点成为过高的值,如果超过21摩尔%则太阳能电池的电特性变得不充分。碱金属成分量越少则软化点越上升,另一方面,越多则电特性降得越低,因此更优选为10摩尔%以上,且更优选为20摩尔%以下。即,特别优选为10~20摩尔%的范围。
另外,SiO2是玻璃形成氧化物,有提高玻璃的稳定性的效果,因此并非必需成分但优选含有。但是,越多则软化点越上升,因此需要限制在20摩尔%以下。为了得到充分的稳定性,更优选为4摩尔%以上,为了将软化点停留在充分低的值,更优选为11摩尔%以下。即,特别优选为4~11摩尔%。
再者,虽然要确定上述各成分在玻璃中以何种形态存在必然是困难的,但它们的比例全都是以氧化物换算的值。
另外,构成本发明的导电性组合物的上述玻璃,在不损害其特性的范围可以含有其他各种的玻璃构成成分和/或添加物。例如,含有Al2O3、P2O5、碱土金属氧化物、其他化合物也无妨。它们如果大量地含有则损害太阳能电池的电特性,因此可在例如合计20摩尔%以下的范围含有。
在此,优选的是,在上述太阳能电池电极用无铅导电性组合物中,上述玻璃料的平均粒径为3.0μm以下。如果这样,则可得到印刷性进一步良好且获得进一步高的FF值的导电性组合物。再者,例如平均粒径若为0.5μm以上,则膏调配时的分散性进一步优异,因此可提高生产率。
另外,优选的是,上述太阳能电池电极用无铅导电性组合物,是相对于膏整体以2~6重量%的范围内的比例含有上述玻璃料的组合物。玻璃料量越多则防反射膜的熔化性越高,烧成贯通性提高,但另一方面越多则电阻值越高,太阳能电池输出功率降低。因此,为了得到充分高的烧成贯通性,优选设为2重量%以上,另一方面,为了得到充分高的太阳能电池输出功率,优选限制为6重量%以下。
另外,优选的是,上述导电性粉末为银粉末。作为导电性粉末也可以使用铜粉末和镍粉末等,但是银粉末可获得高的导电性因此最优选。
另外,优选的是,上述太阳能电池电极用无铅导电性组合物是含有比例范围为64~90重量份的上述银粉末、5~20重量份的上述粘合介质的组合物。如果这样,则可得到印刷性良好,导电性高,能够制作焊料润湿良好的电极的导电性组合物。银粉末过少则得不到高的导电性,过量则流动性变低、印刷性变差。另外,玻璃料过少时与基板的粘附力不足,过量时在烧成后玻璃浮在电极表面,焊料润湿性变差。
再者,上述银粉末没有特别限定,在使用球状和鳞片状等的任何形状的粉末的情况都可以享受最佳烧成温度范围扩大这样的本发明的基本效果。但是,在使用了例如形成球状的银粉末的情况下,印刷性优异,并且涂布膜中的银粉末的填充率变高,因此与使用导电性高的银的情况相辅相成,与使用鳞片状等的其他形状的银粉末的情况相比,由该涂布膜生成的电极的导电率变高。因此,可以在确保必要的导电性的状态下进一步使线宽变细。因此,如果将该导电性组合物应用于受光面电极并使线宽变细,则可以进一步扩大能够吸收太阳能的受光面积,因此可以得到转换效率更高的太阳能电池。
另外,本申请发明的导电性组合物,是如上述那样可以合适地控制采用烧成贯通形成电极时的银的扩散的组合物,因此能够合适地用于受光面电极。但是,并不限于受光面电极,也可以作为背面电极使用。例如,背面电极由覆盖整个面的铝膜和重叠于该铝膜上的带状等电极构成,作为该带状电极的构成材料也是合适的。
另外,上述玻璃料可以在上述组成范围中由可以玻璃化的各种原料合成,例如,可举出氧化物、碳酸盐、硝酸盐等,例如,作为Bi源可以使用氧化铋,作为Zn源可以使用氧化锌,作为Si源可以使用二氧化硅,作为B源可以使用硼酸,作为Li源可以使用碳酸锂,作为Na源可以使用碳酸钠,作为K源可以使用碳酸钾。
另外,在采用除了主要成分Bi、Zn、Si、B、碱金属以外,还含有Al、P、碱土族金属、其他化合物等的其他成分的组成的情况下,使用例如它们的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐等即可。
附图说明
图1是表示本发明的一实施例的电极用膏组合物被用于形成受光面电极的太阳能电池的截面结构的模式图。
图2是表示图1的太阳能电池的受光面电极图案的一例的图。
具体实施方式
以下,参照附图详细地说明本发明的一实施例。再者,在以下的实施例中,对附图进行了适当简化或者变形,各部分的尺寸比和形状等未必准确地被描绘。
图1模式地表示应用了本发明的一实施例的导电性组合物的硅系太阳能电池10的截面结构的图。在图1中,太阳能电池10具备例如作为p型多晶半导体的硅基板12、分别形成于硅基板12的上面和下面的n+层14和p+层16、形成于该n+层14上的防反射膜18以及受光面电极20、和形成于该p+层16上的背面电极22。
上述n+层14和p+层16是通过在硅基板12的上下面形成杂质浓度高的层来设置的,该高浓度层的厚度尺寸、即层14、16的厚度尺寸例如分别为0.5μm左右。n+层14所含有的杂质为例如作为n型掺杂物的磷(P),p+层16所含有的杂质为例如作为p型掺杂物的硼(B)。
另外,上述防反射膜18是由例如氮化硅Si3N4等构成的薄膜,通过以例如可见光波长的1/4左右的光学厚度设置,被构成为10%以下、例如2%左右的极低的反射率。
另外,上述受光面电极20是由例如均匀一致的厚度尺寸的厚膜导体形成的,如图2所示,在受光面24的大致整个面上以构成具有多条细线部的梳状的平面形状设置。上述厚膜导体是由含有88~99重量%左右的Ag和1~12重量%左右的玻璃的厚膜银形成的,该玻璃是以氧化物换算以以下范围的比例含有以下物质的无铅玻璃:10~29摩尔%的Bi2O3、15~30摩尔%的ZnO、20摩尔%以下的SiO2、20~33摩尔%的B2O3、合计量为8~21摩尔%的碱金属成分(Li2O、Na2O、K2O)。另外,上述导体层的厚度尺寸在例如15~20μm的范围内、例如17μm左右,细线部的各自的宽度尺寸在例如80~130μm的范围内、例如100μm左右,具备充分高的导电性。
另外,上述背面电极22由整面电极26和带状电极28构成,该整面电极26在p+层16上大致整个面地涂布以铝为导体成分的厚膜材料而形成,该带状电极28由在该整面电极26上涂布成带状而形成的厚膜银形成。该带状电极28是为了能够在背面电极22上钎焊导线等而设置的。
如以上那样方式构成的太阳能电池10,如上述那样,受光面电极20由在1~12重量%的范围含有上述组成的无铅玻璃的厚膜银构成,因此与以往的使用了无铅玻璃的太阳能电池相比,具有电特性优异、与例如使用了铅玻璃的情况具有同等程度的74%以上的F.F.值的优点。
如上述那样的受光面电极20是例如,使用由导体粉末、玻璃料、粘合介质和溶剂构成的电极用膏,采用众所周知的烧成贯通法形成的。将包括该受光面电极形成步骤的太阳能电池10的制造方法的一例与比较例的电极用膏的制造方法一起在以下进行说明。
首先,制作上述玻璃料。分别准备氧化铋作为Bi源,氧化锌作为Zn源,二氧化硅作为Si源,硼酸作为B源,碳酸锂作为Li源,碳酸钠作为Na源,碳酸钾作为K源,氧化铝作为Al源,NH4H2PO4作为P源,氧化钙CaO作为Ca源,BaCO3作为Ba源,进行称量并调配使其成为表1的实施例所示的组成。再者,上述各原料可以是氧化物、氢氧化物、碳酸盐或硝酸盐的任一种,使用细粉碎原料时容易熔融从而优选。将其投入坩埚并与组成相应地在900~1400℃的范围内的温度下熔融20分钟~1小时左右使其玻璃化。使用罐磨机等的适当的粉碎装置将得到的玻璃粉碎,得到了平均粒径为0.4μm、0.6μm、1.5μm、3.0μm、4.0μm的粉末。
表1
Figure BDA0000148254180000091
另外,作为上述导体粉末,准备例如平均粒径在0.5~3μm的范围内,例如2μm左右的市售球状银粉末。通过使用这样的平均粒径充分小的银粉末,可以提高涂布膜中的银粉末的填充率,进而提高导体的导电率。另外,上述粘合介质是在有机溶剂中溶解有机结合剂调制成的,作为有机溶剂,可使用例如丁基卡必醇乙酸酯(butyl carbitol acetate),作为有机结合剂,可使用例如乙基纤维素。粘合介质中的乙基纤维素的比例为例如15重量%左右。另外,除粘合介质以外还加入的溶剂,例如为丁基卡必醇乙酸酯。即,虽然并不限定于此,但可以是与用于粘合介质中的溶剂相同的溶剂。该溶剂出于调整膏的粘度的目的而被添加。
分别准备以上的膏原料,称量例如80重量份的导体粉末、10重量份的粘合介质、其他适量的溶剂、添加剂、和相对于膏整体为2~6重量%的玻璃料,使用搅拌机等混合后,利用例如三辊磨机进行分散处理。由此,得到上述电极用膏。再者,上述表1归纳了各实施例和比较例中的玻璃料的组成、相对于膏整体的其添加量(重量%)、和使用各个玻璃料形成了上述受光面电极20时的太阳能电池10的F.F.值的测定结果。
如上述那样地调制电极用膏,另一方面,在适当的硅基板上采用例如热扩散法或离子植入法(ion implantation)等众所周知的方法扩散或注入杂质来形成上述n+层14和p+层16,由此制作上述硅基板12。接着,在其上采用例如旋涂等适当的方法形成氮化硅(SiNx)薄膜,从而设置上述防反射膜18。
接着,在上述防反射膜18上以上述图2所示的图案将上述电极用膏进行丝网印刷。在例如150℃下将其干燥,而且,在近红外炉中在650~900℃的范围内的温度下实施烧成处理。由此,在该烧成过程中电极用膏中的玻璃成分使防反射膜18熔化,该电极用膏破坏防反射膜18,因此使得电极用膏中的导体成分即银和n+层14电连接,如上述图1所示,使得硅基板12和受光面电极20之间欧姆接触。受光面电极20被这样形成。
再者,上述背面电极22可以在上述工序之后形成,也可以与受光面电极20同时地烧成来形成。在形成背面电极22时,在上述硅基板12的背面整个面采用丝网印刷法等涂布例如铝膏,并实施烧成处理,由此形成由铝厚膜构成的上述整面电极26。进而,在该整面电极26的表面采用丝网印刷法等将上述电极用膏涂布成带状并实施烧成处理,由此形成上述带状电极28。由此,形成由覆盖背面整个面的整面电极26和在整面电极26表面的一部分上设置成带状的带状电极28构成的背面电极22,得到上述太阳能电池10。在上述工序中,通过同时烧成来制造的情况下,在受光面电极20的烧成前实施印刷处理。
上述表1的右数第2列所示的F.F.值,是针对这样得到的太阳能电池10,对将玻璃的组成和添加量进行了各种变更的实施例和比较例的每一个分别在确认为最佳的烧成温度下烧成从而形成受光面电极20,测定得到的太阳能电池10的输出功率来求出的。再者,太阳能电池10的输出功率采用市售的太阳能模拟器进行测定。另外,最右栏所示的「耐湿性试验后F.F.值」,是在温度85℃、湿度85%的高温高湿下进行保持1000小时的加速试验,将试验后的F.F.值的变化率为5%以内的结果作为有耐湿性(评价为「○」),将超过5%的结果作为无耐湿性(评价为「×」)。
对于太阳能电池而言,若得到74%以上的F.F.值就能够使用,当然F.F.值越高越好。在表1的实施例1~11中,全都得到75%以上的F.F.值,确认了与使用了铅玻璃的情况具有同等的充分高的特性。
即,根据表1所示的评价结果,如果Bi2O3为10~29摩尔%、B2O3为20~33摩尔%、SiO2为20摩尔%以下、ZnO为15~30摩尔%、碱金属成分(Li2O、Na2O、K2O的合计)为8~21摩尔%、其他成分(Al2O3、CaO、BaO、P2O5)的合计为18摩尔%以下的范围内,则F.F.值充分高。
另外,根据实施例2、5、7,如果Bi2O3为15~20摩尔%、B2O3为26~30摩尔%、SiO2为4~17摩尔%、ZnO为28.5~30摩尔%、碱金属成分(Li2O、Na2O、K2O的合计)为17~21摩尔%、其他成分(Al2O3、CaO、BaO、P2O5)的合计为3摩尔%以下的范围内,则可得到77.0%F.F.值。
另外,在实施例1~11的任一例中,耐湿性试验后的F.F.值的变化都停留在5%以内,确认了具有充分的长期可靠性。
与此相对,比较例1~10的F.F.值停留在低于70%。这里认为,比较例1、3、7由于Bi2O3过量从而电特性降低,并且由于ZnO过少且碱金属成分过少或为零从而软化点变得过高,因此F.F.值降低。另外认为,比较例2、6由于Bi2O3过量从而电特性降低,并且由于B2O3过少从而软化点变得过高,因此F.F.值降低。另外还认为,比较例4由于Bi2O3和B2O3过量从而电特性降低,进而F.F.值降低。这里认为,过量的硼与作为基板材料的硅反应而产生影响。另外还认为,比较例5由于Bi2O3过量从而电特性降低,F.F.值降低。另外还认为,比较例8由于Bi2O3过少且SiO2过量从而软化点变得过高,并且由于B2O3过量从而电特性降低,因此F.F.值降低。另外还认为,比较例9由于ZnO过量从而玻璃结晶化,因此F.F.值降低。另外还认为,比较例10由于B2O3过量从而发生电特性的降低,由于ZnO过量从而玻璃容易结晶化,由于不含有碱金属成分从而软化点变得过高,因此F.F.值降低。
另外,比较例11~13,虽然与比较例1~10相比可得到较高的F.F.值,但停留在70~72%。这里认为,在比较例11中,由于B2O3过少从而软化点变高,并且由于ZnO过量从而玻璃容易结晶化,因此与实施例相比F.F.值较低。另外还认为,在比较例12、13中,玻璃构成成分比毫无问题,但由于调制电极用膏时的玻璃添加量过少从而得不到充分的烧成贯通性,得不到良好的欧姆接触,或者由于玻璃添加量过量从而电极材料的电阻值变得过高,因此F.F.值停留在较低的值。另外,比较例14尽管得到了充分高的F.F.值,但耐湿性试验后的变化超过5%,长期可靠性不充分。这里认为,由于Si过多因此软化点变高,耐湿性变得不充分。
再者,实施例8~11使用同一组成的玻璃料并使相对于膏全体的添加量在2~6重量%之间变化,来评价太阳能电池10的F.F.值。如这些评价结果所示,如果添加量为2~6重量%的范围内,则无论添加量多少,都没有发现F.F.值的变化。但是,如上述的比较例12、13所示,如果添加量为1重量%、7重量%,则F.F.值稍有降低。因此,为了得到充分高的F.F.值,优选将玻璃添加量设为2~6重量%的范围内。
如上述那样,本实施例的太阳能电池电极用膏,由于构成该膏的玻璃料由具有Bi2O3为10~29摩尔%、B2O3为20~33摩尔%、SiO2为20摩尔%以下、ZnO为15~30摩尔%、碱金属成分(Li2O、Na2O、K2O的合计)为8~21摩尔%、其他成分(Al2O3、CaO、BaO、P2O5)的合计为18摩尔%以下的范围内的组成的无铅玻璃构成,因此使用该膏形成太阳能电池10的受光面电极20时,具有可得到无铅并且F.F.值为75%以上、电特性优异的电极的优点。
另外,根据本实施例的电极用膏,由于ZnO量为15~30摩尔%的范围内,因此长期可靠性也优异,有例如1000小时的高温高湿试验后的F.F.值变化率只不过为5%以下的优点。
另外,在本实施例中,特别是,如果将电极膏中的玻璃量设为2~6重量%,则几乎没有由玻璃量的多少所引起的特性的差异,有能够受益于该玻璃组成而享有高电特性的优点。
以上,参照附图详细地说明了本发明,但本发明还可以以其他方式实施,在不脱离其主旨的范围可以加以各种变更。
例如,虽然在上述实施例中防反射膜18由氮化硅膜构成,但其构成材料并没有特别限定,同样可以使用一般用于太阳能电池的由二氧化钛TiO2等其他各种的材料构成的膜。
另外,在实施例中,对于本发明应用于硅系太阳能电池10的情况进行了说明,但本发明对应用对象的基板材料没有特别的限定,只要是可以采用烧成贯通法形成受光面电极的太阳能电池即可。
附图标记说明
10:太阳能电池、12:硅基板、14:n+层、16:p+层、18:防反射膜、20:受光面电极、22:背面电极、24:受光面、26:整面电极、28:带状电极。

Claims (8)

1.一种太阳能电池电极用无铅导电性组合物,是含有导电性粉末、玻璃料和粘合介质的太阳能电池电极用无铅导电组合物,其特征在于,所述玻璃料由至少一种的下述无铅玻璃构成,所述无铅玻璃中以氧化物换算、相对于全体玻璃组合物以以下范围内的比例含有以下物质:10~29摩尔%Bi2O3,15~30摩尔%ZnO,0~20摩尔%SiO2,20~33摩尔%B2O3,以及合计量为8~21摩尔%的Li2O、Na2O、K2O。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池电极用无铅导电性组合物,其中,所述无铅玻璃还含有Al2O3、P2O5、碱土金属氧化物中的任一种其他玻璃构成成分和/或添加物。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池电极用无铅导电性组合物,其中,所述玻璃料的平均粒径为3.0μm以下。
4.根据权利要求1~3的任一项所述的太阳能电池电极用无铅导电性组合物,其中,相对于组合物全体以2~6重量%的范围内的比例含有所述玻璃料。
5.根据权利要求1~4的任一项所述的太阳能电池电极用无铅导电性组合物,其中,所述导电性粉末为银粉末。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池电极用无铅导电性组合物,其中,含有以下比例范围内的以下物质:64~90重量份的所述银粉末、5~20重量份的所述粘合介质。
7.根据权利要求5或6所述的太阳能电池电极用无铅导电性组合物,其中,所述银粉末使用球状和/或鳞片状等形状的粉末。
8.根据权利要求1~7的任一项所述的太阳能电池电极用无铅导电性组合物,是作为所述太阳能电池的受光面电极和/或背面电极使用的。
CN201080043514.5A 2009-07-30 2010-05-28 太阳能电池电极用无铅导电性组合物 Expired - Fee Related CN102549763B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009177493A JP5649290B2 (ja) 2009-07-30 2009-07-30 太陽電池電極用無鉛導電性組成物
JP177493/2009 2009-07-30
PCT/JP2010/059154 WO2011013440A1 (ja) 2009-07-30 2010-05-28 太陽電池電極用無鉛導電性組成物

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102549763A true CN102549763A (zh) 2012-07-04
CN102549763B CN102549763B (zh) 2015-02-25

Family

ID=43529104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080043514.5A Expired - Fee Related CN102549763B (zh) 2009-07-30 2010-05-28 太阳能电池电极用无铅导电性组合物

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8778232B2 (zh)
JP (1) JP5649290B2 (zh)
KR (1) KR20120039738A (zh)
CN (1) CN102549763B (zh)
DE (1) DE112010003112T5 (zh)
TW (1) TWI544496B (zh)
WO (1) WO2011013440A1 (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104123975A (zh) * 2013-04-25 2014-10-29 Lg电子株式会社 用于形成太阳能电池电极的糊料复合材料
CN104150775A (zh) * 2014-08-01 2014-11-19 东华大学 一种用于光伏电池导电浆料的低熔点碲系玻璃及制备方法
CN105940458A (zh) * 2013-12-03 2016-09-14 E.I.内穆尔杜邦公司 导电糊料组合物及由其制成的半导体器件
CN107117824A (zh) * 2017-05-18 2017-09-01 江苏东昇光伏科技有限公司 一种太阳能电池用无铅玻璃粉及其制备方法
CN111630012A (zh) * 2017-10-31 2020-09-04 LS-Nikko铜制炼株式会社 太阳能电池电极用导电性浆料以及包含于上述导电性浆料中的玻璃熔块、还有太阳能电池
CN113366585A (zh) * 2018-11-30 2021-09-07 LS-Nikko铜制炼株式会社 太阳能电池电极用导电性浆料及利用其制造的太阳能电池
CN113380439A (zh) * 2020-03-02 2021-09-10 常州聚和新材料股份有限公司 用于形成太阳能电池电极的组合物及由其形成的太阳能电池电极

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105489662A (zh) * 2011-07-19 2016-04-13 日立化成株式会社 n型扩散层形成用组合物、n型扩散层的制造方法以及太阳能电池元件的制造方法
CN103998387B (zh) * 2011-08-26 2017-12-08 赫劳斯贵金属北美康舍霍肯有限责任公司 用于SINx和更好BSF形成的烧透铝膏
JP6027765B2 (ja) * 2012-05-02 2016-11-16 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 太陽電池用無鉛導電性ペースト組成物
US9245663B2 (en) 2012-10-10 2016-01-26 E I Du Pont De Nemours And Company Thick film silver paste and its use in the manufacture of semiconductor devices
TWI490184B (zh) * 2012-12-11 2015-07-01 Advanced Electronic Materials Inc 無鉛奈米導電漿材料
KR101659131B1 (ko) * 2013-11-12 2016-09-22 제일모직주식회사 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR101721731B1 (ko) * 2014-07-11 2017-03-31 삼성에스디아이 주식회사 태양전지 전극용 페이스트 및 이로부터 제조된 전극
KR20160035700A (ko) * 2014-09-23 2016-04-01 삼성에스디아이 주식회사 고면저항 기판상에 형성된 전극을 포함하는 태양전지
JP6688500B2 (ja) * 2016-06-29 2020-04-28 ナミックス株式会社 導電性ペースト及び太陽電池
JP7444552B2 (ja) * 2019-06-04 2024-03-06 Agc株式会社 ガラス組成物、ガラス組成物の製造方法、導電ペースト、及び太陽電池
CN114751647B (zh) * 2022-03-29 2023-06-20 华南理工大学 一种易研磨的玻璃熔块及其制备方法与应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5939343A (en) * 1995-01-28 1999-08-17 Cerdec Aktiengesellschaft Keramische Farben Lead-free glass composition and the use thereof
CN1873836A (zh) * 2005-04-14 2006-12-06 E.I.内穆尔杜邦公司 制造半导体器件的方法以及用于该方法的导电组合物
JP2007246382A (ja) * 2006-02-16 2007-09-27 Nippon Electric Glass Co Ltd プラズマディスプレイパネル用誘電体材料
CN101055896A (zh) * 2005-04-14 2007-10-17 E.I.内穆尔杜邦公司 导电组合物及其用于制造半导体器件的方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6171987B1 (en) * 1997-12-29 2001-01-09 Ben-Gurion University Of The Negev Cadmium-free and lead-free glass compositions, thick film formulations containing them and uses thereof
US6787068B1 (en) * 1999-10-08 2004-09-07 E. I. Du Pont De Nemours And Company Conductor composition
JP3637286B2 (ja) * 2001-03-14 2005-04-13 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 焼成ジルコニア基材用導体ペースト
US7494607B2 (en) 2005-04-14 2009-02-24 E.I. Du Pont De Nemours And Company Electroconductive thick film composition(s), electrode(s), and semiconductor device(s) formed therefrom
US8093491B2 (en) 2005-06-03 2012-01-10 Ferro Corporation Lead free solar cell contacts
JP5219355B2 (ja) 2006-10-27 2013-06-26 京セラ株式会社 太陽電池素子の製造方法
JPWO2008078374A1 (ja) 2006-12-25 2010-04-15 ナミックス株式会社 太陽電池用導電性ペースト
JP2009038022A (ja) 2007-07-11 2009-02-19 Toray Ind Inc 電子放出素子
TW200926210A (en) * 2007-09-27 2009-06-16 Murata Manufacturing Co Ag electrode paste, solar battery cell, and process for producing the solar battery cell

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5939343A (en) * 1995-01-28 1999-08-17 Cerdec Aktiengesellschaft Keramische Farben Lead-free glass composition and the use thereof
CN1873836A (zh) * 2005-04-14 2006-12-06 E.I.内穆尔杜邦公司 制造半导体器件的方法以及用于该方法的导电组合物
CN101055896A (zh) * 2005-04-14 2007-10-17 E.I.内穆尔杜邦公司 导电组合物及其用于制造半导体器件的方法
JP2007246382A (ja) * 2006-02-16 2007-09-27 Nippon Electric Glass Co Ltd プラズマディスプレイパネル用誘電体材料

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104123975A (zh) * 2013-04-25 2014-10-29 Lg电子株式会社 用于形成太阳能电池电极的糊料复合材料
CN105940458A (zh) * 2013-12-03 2016-09-14 E.I.内穆尔杜邦公司 导电糊料组合物及由其制成的半导体器件
CN105940458B (zh) * 2013-12-03 2018-08-17 E.I.内穆尔杜邦公司 导电糊料组合物及由其制成的半导体器件
CN104150775A (zh) * 2014-08-01 2014-11-19 东华大学 一种用于光伏电池导电浆料的低熔点碲系玻璃及制备方法
CN107117824A (zh) * 2017-05-18 2017-09-01 江苏东昇光伏科技有限公司 一种太阳能电池用无铅玻璃粉及其制备方法
CN111630012A (zh) * 2017-10-31 2020-09-04 LS-Nikko铜制炼株式会社 太阳能电池电极用导电性浆料以及包含于上述导电性浆料中的玻璃熔块、还有太阳能电池
CN113366585A (zh) * 2018-11-30 2021-09-07 LS-Nikko铜制炼株式会社 太阳能电池电极用导电性浆料及利用其制造的太阳能电池
CN113366585B (zh) * 2018-11-30 2023-06-27 韩国Ls先进金属材料株式会社 太阳能电池电极用导电性浆料及利用其制造的太阳能电池
CN113380439A (zh) * 2020-03-02 2021-09-10 常州聚和新材料股份有限公司 用于形成太阳能电池电极的组合物及由其形成的太阳能电池电极

Also Published As

Publication number Publication date
DE112010003112T5 (de) 2012-10-04
CN102549763B (zh) 2015-02-25
TW201108251A (en) 2011-03-01
US8778232B2 (en) 2014-07-15
JP5649290B2 (ja) 2015-01-07
WO2011013440A1 (ja) 2011-02-03
US20120138872A1 (en) 2012-06-07
KR20120039738A (ko) 2012-04-25
JP2011035034A (ja) 2011-02-17
TWI544496B (zh) 2016-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102549763B (zh) 太阳能电池电极用无铅导电性组合物
JP5716664B2 (ja) 電極形成用ガラスフリット、およびこれを用いた電極形成用導電ペースト、太陽電池
CN102405530B (zh) 太阳能电池电极用膏组合物
TWI543955B (zh) Lead - free conductive paste composition for solar cells
JP2011526238A (ja) 光起電力電池用導体に用いるガラス組成物
WO2013005600A1 (ja) ガラス組成物、それを含むガラスフリット、それを含むガラスペースト、およびそれを利用した電気電子部品
CN102498524B (zh) 太阳能电池用电极糊料组合物
CN104733073A (zh) 太阳能电池用导电性糊组合物及其制造方法
CN103794661A (zh) 太阳能电池用导电性糊组合物
KR20180104619A (ko) 전도성 페이스트, 방법, 전극 및 태양 전지
CN102959721A (zh) 太阳能电池用导电性糊组合物
CN104513012A (zh) 玻璃粉末材料
JP2012521100A (ja) 太陽電池電極用導体ペースト
JP2014084249A (ja) 電極形成用ガラスフリット、電極形成用導電ペーストおよび太陽電池
CN103515459A (zh) 太阳能电池电极用糊组合物
TW201332926A (zh) 電極形成用玻璃及使用其的電極形成材料
TWI422547B (zh) A conductive paste and a solar cell element using the conductive paste
CN103797584A (zh) 太阳能电池用导电性糊组合物
JP2011035035A (ja) 太陽電池電極用導電性組成物

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150225

Termination date: 20160528