CN104335358A - 导电性组合物及太阳能电池单元 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供一种导电性组合物及使用其作为集电电极的太阳能电池单元,所述导电性组合物能够形成维持低体积电阻率且对透明导电层的接触电阻较低的电极。本发明的导电性组合物含有环氧树脂(A)、脂肪酸银盐(B)、硬化剂(C)、平均粒径0.5~5.0μm的球状银粉(D)、以及平均厚度0.05~0.20μm且表观密度0.4~1.1g/cm3的片状银粉(E),上述硬化剂(C)为三氟化硼与胺化合物的络合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电性组合物及使用其作为集电电极的太阳能电池单元。
背景技术
目前,以下方法为大家熟知:于银粒子等导电性粒子中添加并混合由热塑性树脂(例如丙烯酸树脂、醋酸乙烯酯树脂等)及热硬化性树脂(例如环氧树脂、不饱和聚酯树脂等)等组成的黏合剂、有机溶剂、硬化剂、以及催化剂等,获得导电性浆料(导电性组合物),将该导电性浆料以特定图案印刷于基板(例如硅基板、环氧树脂基板等)上后,将其加热形成电极或配线,从而制成太阳能电池单元或印刷线路板。
作为上述导电性组合物,例如专利文献1的权利要求1中已公开“一种导电性组合物,其含有银粉(A)、脂肪酸银盐(B)、环氧树脂(C)、以及阳离子类硬化剂(D)”。并且,实例中,作为上述阳离子类硬化剂(D),使用了芳香族锍盐。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2012-22795号公报
发明概要
发明拟解决的问题
然而,本发明人参考专利文献1,对使用锍盐作为硬化剂的导电性组合物进行研究后确定,虽然所形成的电极或配线(以下也称为电极等)的体积电阻率较低,但在透明导电层(例如透明导电氧化物层(TCO))等上形成电极等时,接触电阻会增高。
因此,本发明的课题在于提供一种导电性组合物及使用其作为集电电极的太阳能电池单元,所述导电性组合物能够形成维持低体积电阻率且对透明导电层等物的接触电阻较低的电极等。
发明内容
本发明人为解决上述课题而深入研究后发现,同时使用具有特定平均粒径的球状银粉、与具有特定平均厚度及表观密度的片状银粉,且使用三氟化硼与胺化合物的络合物作为硬化剂,可形成维持低体积电阻率且对透明导电层等物的接触电阻较低的电极等,从而完成本发明。即,本发明人发现,通过以下构成能够解决上述课题。
(1)一种导电性组合物,其中,其含有环氧树脂(A)、脂肪酸银盐(B)、硬化剂(C)、平均粒径0.5~5.0μm的球状银粉(D)、以及平均厚度0.05~0.20μm且表观密度0.4~1.1g/cm3的片状银粉(E),上述硬化剂(C)为三氟化硼与胺化合物的络合物。
(2)如上述(1)所述的导电性组合物,其中,上述硬化剂(C)为从三氟化硼-哌啶、三氟化硼-乙胺、以及三氟化硼-三乙醇胺所组成的群中选择的至少1种络合物。
(3)如上述(1)或(2)所述的导电性组合物,其中,上述片状银粉(E)含量相对于上述球状银粉(D)及上述片状银粉(E)的合计质量,为0.1~12质量%。
(4)如上述(1)~(3)中任一项所述的导电性组合物,其中,上述环氧树脂(A)含量相对于上述球状银粉(D)及上述片状银粉(E)的合计100质量份,为2~20质量份。
(5)如上述(1)~(4)中任一项所述的导电性组合物,其中,上述脂肪酸银盐(B)含量相对于上述球状银粉(D)及上述片状银粉(E)的合计100质量份,为0.1~10质量份。
(6)一种太阳能电池单元,其中,其使用上述(1)~(5)中任一项所述的导电性组合物作为集电电极。
(7)如上述(6)所述的太阳能电池单元,其中,其具备透明导电层作为上述集电电极的基底层。
(8)一种太阳能电池模块,其中,其使用上述(6)或(7)所述的太阳能电池单元。
发明效果
如下所示,根据本发明,能够提供一种导电性组合物及使用其作为集电电极的太阳能电池单元,所述导电性组合物能够形成维持低体积电阻率且对透明导电层等物的接触电阻较低的电极等。
此外,使用本发明的导电性组合物后,即便低温(150~350℃左右(尤其200℃以下))烧成,也能够形成维持低体积电阻率且对透明导电层等物的接触电阻较低的电极等,因此还可有效减轻因传导至太阳能电池单元(尤其后述第2优选方式)的热量而造成的损伤,非常有用。
进而,使用本发明的导电性组合物后,不仅在氧化铟锡(ITO)及硅等高耐热性材料上,而且在例如PET薄膜等低耐热性材料上,也能够轻松于短时间内制作电子电路及天线等电路,因此非常有用。
附图说明
图1是用扫描式电子显微镜(SEM)对实例中所用球状银粉(Ag2-1C,DOWA ELECTRONICS公司制造)进行拍摄之后的照片。
图2是用扫描式电子显微镜(SEM)对实例中所用片状银粉(Ag-XF301K,福田金属箔粉工业公司制造)进行拍摄之后的照片。
图3是用扫描式电子显微镜(SEM)对比较例中所用片状银粉(AgC-2011,福田金属箔粉工业公司制造)进行拍摄之后的照片。
图4是表示太阳能电池单元第1优选方式中一种实施方式的截面图。
图5是表示太阳能电池单元第2优选方式中一种实施方式的截面图。
具体实施方式
〔导电性组合物〕
本发明的导电性组合物含有环氧树脂(A)、脂肪酸银盐(B)、硬化剂(C)、平均粒径0.5~5.0μm的球状银粉(D)、以及平均厚度0.05~0.20μm且表观密度0.4~1.1g/cm3的片状银粉(E),上述硬化剂(C)为三氟化硼与胺化合物的络合物。
此外,如下所述,考虑到印刷性等,本发明的导电性组合物还可根据需要含有溶剂(F)。
本发明的导电性组合物,其同时使用具有特定平均粒径的球状银粉、与具有特定平均厚度及表观密度的片状银粉,且使用三氟化硼与胺化合物的络合物作为硬化剂,由此能够形成维持低体积电阻率且对透明导电层等物的接触电阻较低的电极等。另外,若基板(硅晶圆等)上透明导电层(例如TCO)等物与电极之间界面上接触电阻降低,则所获太阳能电池的性能优秀,因此接触电阻越低越优选。
能够获得这种效果的理由,虽然具体不详,但能够大致推测如下。
上述硬化剂(C)作为上述环氧树脂(A)的硬化剂而与环氧基键合,并且与上述特定球状银粉、上述特定片状银粉、以及由脂肪酸银盐生成的银粒子相互作用,由此将在电极或配线内部、以及与透明导电层之间界面上防止环氧树脂不均匀键合。其结果,银粒子更好地连接,形成维持低体积电阻率且对透明导电层等物的接触电阻较低的电极等。
而且,作为络合物的胺发生脱离并作为脂肪酸银盐的还原剂而发挥作用,可快速生成来自脂肪酸银盐的银粒子,因此在200℃以下低温下,除了维持低体积电阻率,还有助于降低对透明导电层等物的接触电阻。
这也可通过以下事实进行推测:如后述比较例所示,未同时使用上述特定球状银粉及上述特定片状银粉时,以及未使用上述特定硬化剂时(使用专利文献1所述的锍盐作为硬化剂时),所形成的电极等的接触电阻会增高。
以下,对环氧树脂(A)、脂肪酸银盐(B)、硬化剂(C)、球状银粉(D)、片状银粉(E)、以及也可根据需要含有的溶剂(F)进行详细说明。
<环氧树脂(A)>
本发明的导电性组合物中使用的环氧树脂(A),只要是由1分子中具有2个以上环氧乙烷环(环氧基)的化合物组成的树脂,则并无特殊限定,一般而言,环氧当量为90~2000。
作为这种环氧树脂,可使用以往众所周知的环氧树脂。
具体而言,例如可列举双酚A型、双酚F型、溴代双酚A型、氢化双酚A型、双酚S型、双酚AF型、联苯型等具有双酚基的环氧化合物,聚烯烃基二醇型、烯烃基二醇型的环氧化合物,具有萘环的环氧化合物,具有芴基的环氧化合物等二官能型的缩水甘油醚类环氧树脂;
苯酚酚醛型、邻甲酚酚醛型、三羟苯基甲烷型、四酚基乙烷型等多官能型的缩水甘油醚类环氧树脂;
二聚酸等合成脂肪酸的缩水甘油醚类环氧树脂;
N,N,N',N'-二氨基二苯基甲烷四缩水甘油(TGDDM)、二氨基二苯砜四缩水甘油(TGDDS)、间苯二甲胺四缩水甘油(TGMXDA)、对氨基苯酚三缩水甘油、间氨基苯酚三缩水甘油、N,N-二缩水甘油苯胺、1,3-双氨甲基环己烷四缩水甘油(TG1,3-BAC)、异氰尿酸三缩水甘油酯(TGIC)等缩水甘油胺类环氧树脂;
具有三环〔5,2,1,02,6〕癸烷环的环氧化合物,具体而言,例如可通过将二环戊二烯与间甲酚等甲酚类或苯酚类进行聚合后,再使表氯醇发生反应的众所周知制造方法而获得的环氧化合物;以及
脂环型环氧树脂;以Toray Thiokol公司制造的FLEP10为代表,在环氧树脂主链上具有硫原子的环氧树脂;具有氨基甲酸酯键的聚氨酯改性环氧树脂;含有聚丁二烯、液状聚丙烯腈-丁二烯橡胶或丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)的橡胶改性环氧树脂等。
这些可单独使用1种,也可同时使用2种以上。
此外,其中,考虑到硬化性、耐热性、耐久性及成本,优选为双酚A型环氧树脂、以及双酚F型环氧树脂。
本发明中,上述环氧树脂(A)优选使用硬化收缩较少的环氧树脂。作为基板的硅晶圆容易破损,因此使用硬化收缩较大的环氧树脂会导致晶圆破裂或缺损。最近,为实现低成本化,硅晶圆薄型化得以发展,硬化收缩较少的环氧树脂也同时具有抑制晶圆弯曲的效果。
鉴于降低硬化收缩,并且所形成的电极等的体积电阻率及接触电阻更低,进而与基板及透明导电层的紧贴性也优秀的理由,优选为附加有环氧乙烷及/或环氧丙烷的环氧树脂。
此处,附加有环氧乙烷及/或环氧丙烷的环氧树脂,例如可通过以下方式获得:使双酚A、双酚F等物质与表氯醇发生反应,调制环氧树脂时,添加乙烯及/或丙烯进行附加(改性)。
作为附加有环氧乙烷及/或环氧丙烷的环氧树脂,可以使用市售产品,作为其具体例,可列举附加环氧乙烷的双酚A型环氧树脂(BEO-60E,新日本理化公司制造)、附加环氧丙烷的双酚A型环氧树脂(BPO-20E,新日本理化公司制造)、附加环氧丙烷的双酚A型环氧树脂(EP-4010S,ADEKA公司制造)、以及附加环氧丙烷的双酚A型环氧树脂(EP-4000S,ADEKA公司制造)等。
作为调整环氧树脂的硬化收缩的其他方法,可列举同时使用2种以上不同分子量的环氧树脂的方法。鉴于所形成的电极等的体积电阻率及接触电阻更低,并且与基板及透明导电层的紧贴性也优秀的理由,优选同时使用环氧当量1500~4000g/eq的双酚A型环氧树脂(A1)、以及环氧当量1000g/eq以下的多价乙醇类缩水甘油型环氧树脂(A2)或1000g/eq以下的稀释型双酚A型环氧树脂(A3)。
(双酚A型环氧树脂(A1))
上述双酚A型环氧树脂(A1)为环氧当量1500~4000g/eq的双酚A型环氧树脂。
上述双酚A型环氧树脂(A1)由于环氧当量为上述范围,因此如上所述,同时使用双酚A型环氧树脂(A1)后,本发明的导电性组合物的硬化收缩得以抑制,相对于基板及透明导电层的紧贴性良好。此外,鉴于所形成的电极等的体积电阻率进一步降低的理由,环氧当量优选为2000~4000g/eq,更优选为2000~3500g/eq。
(多价乙醇类缩水甘油型环氧树脂(A2))
上述多价乙醇类缩水甘油型环氧树脂(A2)为环氧当量1000g/eq以下的多价乙醇类缩水甘油型环氧树脂。
上述多价乙醇类缩水甘油型环氧树脂(A2)由于环氧当量为上述范围,因此如上所述,同时使用多价乙醇类缩水甘油型环氧树脂(A2)后,本发明的导电性组合物的黏度良好且印刷性良好。
此外,鉴于网版印刷时黏度适当的理由,上述多价乙醇类缩水甘油型环氧树脂(A2)的环氧当量优选为100~400g/eq,更优选为100~300g/eq。
(稀释型双酚A型环氧树脂(A3))
稀释型双酚A型环氧树脂(A3)为环氧当量1000g/eq以下的双酚A型环氧树脂。其不损坏环氧树脂的特性,使用反应性稀释剂实现低黏度化。
上述双酚A型环氧树脂(A3)由于环氧当量为上述范围,因此如上所述,同时使用双酚A型环氧树脂(A3)后,本发明的导电性组合物的黏度良好且印刷性良好。
此外,鉴于网版印刷时黏度适当的理由,上述双酚A型环氧树脂(A3)的环氧当量优选为100~400g/eq,更优选为100~300g/eq。
本发明中,鉴于所形成的电极等的体积电阻率及接触电阻更低,并且能够形成与太阳能电池单元基板及透明导电层良好紧贴的电极的理由,上述环氧树脂(A)含量相对于后面详细说明的球状银粉(D)及片状银粉(E)的合计100质量份,优选为2~20质量份,更优选为2~15质量份,进一步优选为2~10质量份,尤其优选为2~4质量份。
<脂肪酸银盐(B)>
上述脂肪酸银盐(B)只要是有机羧酸的银盐,则并无特殊限定,例如可使用日本专利特开2008-198595号公报[0063]~[0068]段落中记载的脂肪酸金属盐(尤其3级脂肪酸银盐)、日本专利特许第4482930号公报[0030]段落中记载的脂肪酸银、日本专利特开2010-92684号公报[0029]~[0045]段落中记载的具有1个以上羟基的脂肪酸银盐、以及该公报[0046]~[0056]段落中记载的2级脂肪酸银盐等。
鉴于所形成的电极等的体积电阻率更低,并且印刷性也优秀的理由,上述脂肪酸银盐(B)优选为从碳原子数18以下的脂肪酸银盐(B1)、分别具有1个以上羧基银盐基(-COOAg)与羟基(-OH)的脂肪酸银盐(B2)、以及不具有羟基(-OH)但具有2个以上羧基银盐基(-COOAg)的聚羧酸银盐(B3)所组成的群中选择的至少1种脂肪酸银盐,更优选为聚羧酸银盐(B3),其中,进一步优选为具有3个以上羧基银盐基的聚羧酸银盐。
此处,作为上述脂肪酸银盐(B2),例如可列举下述式(Ⅰ)~(Ⅲ)中任一个表示的化合物。
(式(Ⅰ)中,n表示0~2的整数,R1表示氢原子或碳原子数1~10的烷基,R2表示碳原子数1~6的亚烷基。n为0或1时,多个R2可分别相同也可不同。n为2时,多个R1可分别相同也可不同。
式(Ⅱ)中,R1表示氢原子或碳原子数1~10的烷基,多个R1可分别相同也可不同。
式(Ⅲ)中,R1表示氢原子或碳原子数1~10的烷基,R3表示碳原子数1~6的亚烷基。多个R1可分别相同也可不同。)
此外,作为上述聚羧酸银盐(B3),例如可列举下述化学式(IV)表示的化合物。
(式(IV)中,m表示2~6的整数,R4表示碳原子数1~24的m价饱和脂肪族烃基、碳原子数2~12的m价不饱和脂肪族烃基、碳原子数3~12的m价脂环式烃基、或者碳原子数6~12的m价芳香族烃基。假设R4的碳原子数为p,则m≤2p+2。)
作为上述脂肪酸银盐(B1),具体而言,可适当例举2-甲基丙酸银盐(别称:异丁酸银盐)、新癸酸银盐、2-甲基丁酸银盐、以及月桂酸银盐等。
此外,作为上述脂肪酸银盐(B2),具体而言,可适当例举2-羟基异丁酸银盐、以及2,2-双(羟甲基)丁酸银盐等。
此外,作为上述聚羧酸银盐(B3),具体而言,可适当例举1,3,5-戊烷三羧酸银盐、1,2,3,4-丁烷四羧酸银盐、4-环己烯-1,2-二羧酸银盐、以及丙二酸银盐等,其中,优选为1,2,3,4-丁烷四羧酸银盐。
这些可单独使用1种,也可同时使用2种以上。
本发明中,鉴于印刷性良好的理由,上述脂肪酸银盐(B)含量相对于后面详细说明的球状银粉(D)及片状银粉(E)的合计100质量份,优选为0.1~10质量份,更优选为1~10质量份。
<硬化剂(C)>
本发明的导电性组合物中使用的硬化剂,为三氟化硼与胺化合物的络合物。
作为三氟化硼与胺化合物的络合物,可列举三氟化硼与脂肪族胺(脂肪族第1级胺、脂肪族第2级胺、脂肪族第3级胺)的络合物、三氟化硼与脂环式胺的络合物、三氟化硼与芳香族胺的络合物、以及三氟化硼与杂环胺的络合物等。上述杂环胺可为脂环式的杂环胺(以下也称为脂环式杂环胺),也可为芳香族的杂环胺(以下也称为芳香族杂环胺)。
作为脂肪族第1级胺的具体例,可列举甲胺、乙胺、正丙胺、异丙胺、正丁胺、异丁胺、二级丁胺、正己胺、正辛胺、2-乙基己胺、以及月桂胺等。作为脂肪族第2级胺的具体例,可列举二甲胺、二乙胺、甲基乙胺、甲基丙胺、二异丙胺、二正丙胺、乙基丙胺、二正丁胺、二异丁胺、二丙烯基胺、氯丁基丙胺、二氯丁基胺、以及二溴乙基胺等。作为脂肪族第3级胺的具体例,可列举三甲胺、三乙胺、三丁胺、以及三乙醇胺等。作为脂环式胺的具体例,可列举环己胺等。作为芳香族胺,可列举苄胺等。作为脂环式杂环胺的具体例,可列举吡咯啶、哌啶、2-甲基哌啶、3-甲基哌啶、4-甲基哌啶、2,4-二甲基哌啶、2,6-二甲基哌啶、3,5-二甲基哌啶、哌嗪、高哌嗪、N-甲基哌嗪、N-乙基哌嗪、N-丙基哌嗪、N-甲基高哌嗪、N-乙酰基哌嗪、1-(氯苯基)哌嗪、N-氨基乙基哌啶、N-氨基丙基哌啶、N-氨基乙基哌嗪、N-氨基丙基哌嗪、吗啉、N-氨基乙基吗啉、N-氨基丙基吗啉、N-氨基丙基-2-甲基哌啶、N-氨基丙基-4-甲基哌啶、1,4-双(氨基丙基)哌嗪、三亚乙基二胺、以及2-甲基三亚乙基二胺等。作为芳香族杂环胺的具体例,可列举吡啶、吡咯、咪唑、哒嗪、嘧啶、喹啉、三嗪、四嗪、异喹啉、喹唑啉、萘啶、蝶啶、吖啶、以及吩嗪等。
鉴于所形成的电极等的体积电阻率及接触电阻更低的理由,上述硬化剂(C)优选为从三氟化硼-哌啶、三氟化硼-乙胺、以及三氟化硼-三乙醇胺所组成的群中选择的络合物。
鉴于所形成的电极等的体积电阻率及接触电阻更低的理由,上述硬化剂(C)含量相对于上述环氧树脂(A)100质量份,优选为1~15质量份,更优选为1~10质量份。
<球状银粉(D)>
本发明的导电性组合物中使用的球状银粉(D),为平均粒径0.5~5.0μm的球状银粉末。
此处,球状是指长径/短径的比率为2以下的粒子形状。
此外,平均粒径是指球状银粉末粒径的平均值,是使用激光绕射式粒度分布测定装置测定的50%体积累积径(D50)。另外,关于计算平均值时作为依据的粒径,当球状银粉末截面为椭圆形时,是指将其长径与短径的合计值除以2的平均值,为正圆形时,指其直径。
例如,后述实例中使用的银粉(Ag2-1C,DOWA ELECTRONICS公司制造),其照片(图1)中所示属于球状银粉末,但后述实例中同时使用的银粉(Ag-XF301K,福田金属箔粉工业公司制造)及比较例中同时使用的银粉(AgC-2011,福田金属箔粉工业公司制造),其照片(图2)及照片(图3)中所示则不属于球状银粉末,而属于片(鳞片)状银粉末。
此外,关于上述球状银粉(D)的平均粒径,鉴于印刷性良好的理由,优选为0.7~5.0μm,鉴于烧结速度适当且作业性优秀的理由,更优选为1.0~3.0μm。
本发明中,作为上述球状银粉(D),可以使用市售产品,作为其具体例,可列举AG2-1C(平均粒径:1.0μm,DOWA ELECTRONICS公司制造)、AG4-8F(平均粒径:2.2μm,DOWA ELECTRONICS公司制造)、AG3-11F(平均粒径:1.4μm,DOWA ELECTRONICS公司制造)、AgC-102(平均粒径:1.5μm,福田金属箔粉工业公司制造)、AgC-103(平均粒径:1.5μm,福田金属箔粉工业公司制造)、以及EHD(平均粒径:0.5μm,三井金属公司制造)等。
<片状银粉(E)>
本发明的导电性组合物中使用的片状银粉(E),为平均厚度(d)0.05~0.20μm且表观密度0.4~1.1g/cm3的片状银粉末。
在此,片状是指长径/短径的比率超过2的形状,如上所述,例如图2及图3中所示的银粉末便属于这种情况,其中图2所示的银粉末,属于本发明的导电性组合物中使用的片状银粉(E)。
此外,平均厚度(d)是指以BET法(气体吸附法)所测定的银粉的比表面积为S(m2/g),根据下述公式(i)计算的值。
d=0.19/S...(i)
此外,表观密度是指根据JIS Z2504:2000的“金属粉-表观密度试验方法”中记载的方法测定的值。
此外,鉴于印刷性良好,并且易进行浆料化的理由,上述片状银粉(E)的平均厚度优选为0.05~0.1μm。
同样,上述片状银粉(E)的表观密度优选为0.5~1.0g/cm3。
本发明中,上述片状银粉(E)的调制方法并无特殊限定,例如可采用日本专利特开2003-55701号公报[0007]~[0015]段落中记载的方法等进行调制。
此外,作为上述片状银粉(E),可以使用市售产品,作为其具体例,可列举Ag-XF301K(平均厚度:0.1μm,表观密度:0.82g/cm3,福田金属箔粉工业公司制造)等。
本发明中,通过同时使用上述球状银粉(D)与片状银粉(E),将改善所获得的本发明的导电性组合物的印刷性,能够形成大高宽比的电极。
此虽然具体不详,但本发明人做出如下推测。
首先,一般浆料材料中,内在粉体的表面积越大,则触变性越高。然后,本发明中使用的片状银粉(E)与普通片状银粉相比,表面积非常大,赋予触变性的效果高,因此印刷性良好。此外,通过同时使用球状银粉(D)与片状银粉(E),球状银粉(D)将由片状银粉(E)夹住而难以移动,进而将环氧树脂、脂肪酸银盐、以及后述的任意成份即溶剂等内包于片状银粉(E)彼此之间,因此能够形成印刷后形状保持性优秀、大高宽比的电极。
此外,本发明中,鉴于触变性及粘度适当,并且印刷性更加良好的理由,上述片状银粉(E)含量相对于上述球状银粉(D)及上述片状银粉(E)的合计质量,优选为0.1~12质量%,更优选为5~12质量%。
<溶剂(F)>
考虑到印刷性等作业性,本发明的导电性组合物优选含有溶剂(F)。
上述溶剂(F)只要能够将本发明的导电性组合物涂布于基板上,则并无特殊限定,作为其具体例,可列举丁基卡必醇、甲乙酮、异氟尔酮、以及α-松油醇等,这些可单独使用1种,也可同时使用2种以上。
<氧化银>
鉴于抑制上述环氧树脂(A)分解,并且能够保持与硅基板的优秀紧贴性的理由,本发明的导电性组合物中,氧化银含量相对于上述溶剂(F)100质量份,优选为5质量份以下,更优选为1质量份以下,最优选为实质上不含氧化银的方式。
<添加剂>
本发明的导电性组合物,也可根据需要含有还原剂等添加剂。
作为上述还原剂,具体而言,例如可列举乙二醇类等。
〔太阳能电池单元〕
本发明的太阳能电池单元,其使用上述本发明的导电性组合物作为集电电极。
<太阳能电池单元的第1优选方式>
作为本发明的太阳能电池单元的第1优选方式,可列举以下太阳能电池单元:其具备受光面一侧表面电极、半导体基板、以及背面电极,上述表面电极及/或上述背面电极使用上述本发明的导电性组合物而形成。
以下,利用图4,对本发明的太阳能电池单元的第1优选方式进行说明。
如图4所示,太阳能电池单元1具备受光面一侧表面电极4、由p层5与n层2接合而成的pn接合硅基板7、以及背面电极6。
此外,如图4所示,太阳能电池单元1为了降低反射率,优选例如在晶圆表面进行蚀刻,形成金字塔状构造,并具备防反射膜3。
以下,对本发明的太阳能电池单元的第1优选方式具备的上述表面电极、背面电极及硅基板、以及还可具备的上述防反射膜进行详细说明。(表面电极/背面电极)
表面电极及背面电极只要任意一方或者双方使用本发明的导电性组合物形成,则电极的配置(间距)、形状、高度、宽度等并无特殊限定。另外,电极高度虽然通常设计为几至几十μm,但使用本发明的导电性组合物形成的电极,其截面高度与宽度的比率(高度/宽度)(以下称为“高宽比”)可调大(例如超出0.4左右)。
此处,表面电极及背面电极如图4所示,通常具有多个(图4所示方式中,表面电极和背面电极均各有2个),例如可以仅多个表面电极的一部分由本发明的导电性组合物形成,也可以多个表面电极的一部分与多个背面电极的一部分均由本发明的导电性组合物形成。
(防反射膜)
防反射膜是在未形成受光面表面电极之处形成的膜(膜厚:0.05~0.1μm左右),例如可由氧化硅膜、氮化硅膜、氧化钛膜、以及其复合膜等构成。
此外,上述硅基板具有pn接合,这表示在第1导电型的半导体基板表面一侧形成有第2导电型的受光面杂质扩散区域。另外,当第1导电型为n型时,第2导电型为p型,当第1导电型为p型时,第2导电型为n型。
此处,作为形成p型的杂质,可列举硼、以及铝等,作为形成n型的杂质,可列举磷、以及砷等。
(硅基板)
硅基板并无特殊限定,可使用用于形成太阳能电池的众所周知的硅基板(板厚:80~450μm左右),此外,也可为单晶或多晶的任意一种硅基板。
本发明的太阳能电池单元的第1优选方式中,太阳能电池单元的表面电极及/或背面电极是使用本发明的导电性组合物而形成,因此易增大电极的高宽比,能够将通过受光而产生的电动势作为电流高效取出。
另外,上述本发明的导电性组合物也可用于形成全背面电极型(即背触型)太阳能电池的背面电极,因此同样适用于全背面电极型的太阳能电池。
<太阳能电池单元(第1优选方式)的制造方法>
上述太阳能电池单元(第1优选方式)的制造方法并无特殊限定,可列举以下方法:其具有将本发明的导电性组合物涂布于硅基板上形成配线的配线形成工序、以及对形成的配线进行热处理后形成电极(表面电极及/或背面电极)的热处理工序。
另外,太阳能电池单元具备防反射层时,防反射膜可采用等离子CVD法等众所周知的方法形成。
以下,对配线形成工序及热处理工序进行详细说明。
(配线形成工序)
上述配线形成工序,是将本发明的导电性组合物涂布于硅基板上形成配线的工序。
此处,作为涂布方法,具体而言,例如可列举喷墨、网版印刷、凹版印刷、胶版印刷、以及凸版印刷等。
(热处理工序)
上述热处理工序,是对上述配线形成工序中形成的涂膜进行热处理后形成导电性配线(电极)的工序。
通过对配线进行热处理,从羧酸金属盐(B)中分解的金属发生熔融时,球状银粉(D)及片状银粉(E)将进行连接,从而形成电极。
上述热处理并无特殊限定,优选为150~350℃较低温度下加热(烧成)几秒至几十分钟的处理。当温度及时间处于该范围时,即便硅基板上形成有防反射膜,也能够轻松形成电极。
此外,本发明的太阳能电池单元的第1优选方式中,已使用本发明的导电性组合物,因此即便150~350℃较低温度下,也能够良好进行热处理(烧成)。
本发明中,利用上述配线形成工序形成的配线,即便照射紫外线或红外线也可形成电极,因此上述热处理工序也可通过照射紫外线或红外线而实施。
<太阳能电池单元的第2优选方式>
作为本发明的太阳能电池单元的第2优选方式,可列举以下太阳能电池(例如异质接合型太阳能电池)单元:其以n型单晶硅基板为中心而上下具备非晶硅层及透明导电层(例如TCO),并将上述透明导电层作为基底层,于上述透明导电层上使用上述本发明的导电性组合物形成集电电极。上述太阳能电池单元(第2优选方式),是混合使用单晶硅与非晶硅的太阳能电池单元,将显示出高转换效率。
以下,利用图5,对本发明的太阳能电池单元的第2优选方式进行说明。
如图5所示,太阳能电池单元100以n型单晶硅基板11为中心而上下具备i型非晶硅层12a及12b、p型非晶硅层13a及n型非晶硅层13b、透明导电层14a及14b、以及使用上述本发明的导电性组合物而形成的集电电极15a及15b。
上述n型单晶硅基板,是掺杂有可形成n型的杂质的单晶硅层。形成n型的杂质如上所述。
上述i型非晶硅层,是未实施掺杂的非晶硅层。
上述p型非晶硅层,是掺杂有可形成p型的杂质的非晶硅层。形成p型的杂质如上所述。
上述n型非晶硅层,是掺杂有可形成n型的杂质的非晶硅层。形成n型的杂质如上所述。
上述集电电极,是使用上述本发明的导电性组合物而形成的集电电极。集电电极的具体方式与上述表面电极或背面电极相同。
(透明导电层)
作为上述透明导电层材料的具体例,可列举氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化钛等单一金属氧化物,氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌、氧化铟钛、氧化锡镉等复合金属氧化物,以及掺镓氧化锌、掺铝氧化锌、掺硼氧化锌、掺钛氧化锌、掺钛氧化铟、掺锆氧化铟、掺氟氧化锡等掺杂型金属氧化物等。
<太阳能电池单元(第2优选方式)的制造方法>
上述太阳能电池单元(第2优选方式)的制造方法并无特殊限定,例如可采用日本专利特开2010-34162号公报中记载的方法等进行制造。
具体而言,其采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition,等离子体增强化学气相沉积)法等,于n型单晶硅基板11的一侧主面上形成i型非晶硅层12a。进而,采用PECVD法等,于所形成的i型非晶硅层12a上形成p型非晶硅层13a。
接着,采用PECVD法等,于n型单晶硅基板11的另一侧主面上形成i型非晶硅层12b。进而,采用PECVD法等,于所形成的i型非晶硅层12b上形成n型非晶硅层13b。
接着,采用溅镀法等,于p型非晶硅层13a及n型非晶硅层13b上形成ITO等透明导电层14a及14b。
接着,于所形成的透明导电层14a及14b上涂布本发明的导电性组合物,形成配线,进而,通过对形成的配线进行热处理,形成集电电极15a及15b。
形成配线的方法,与上述太阳能电池单元(第1优选方式)的配线形成工序中记载的方法相同。
对配线进行热处理的方法,与上述太阳能电池单元(第1优选方式)的热处理工序中记载的方法相同,但热处理温度(烧成温度)优选为150~200℃。
实施例
以下,使用实例,对本发明的导电性组合物进行详细说明。但本发明并不限定于此。
(实例1~17、比较例1~3)
按照下述第1表中所示的组成比(质量份),添加下述第1表所示的环氧树脂等,将其混合,由此调制出导电性组合物。
<体积电阻率(比电阻)>
采用网版印刷,将所调制的各导电性组合物涂布于TCO即ITO蒸镀玻璃基板上,形成25mm×25mm的涂满整面的测试图案。再使用烤箱,150℃下干燥30分钟或者200℃下干燥30分钟,制成导电性被膜。
针对所制作的各导电性被膜,通过使用电阻率计(Loresta-GP,三菱化学公司制造)的4端子4探针法,对体积电阻率进行评估。结果如第1表所示。
<接触电阻>
接触电阻利用Transfer Length Method(TLM法)进行计算。其采用网版印刷,将所调制的各导电性组合物涂布于TCO即ITO蒸镀玻璃基板上,形成宽300μm、长2.5cm的细线形状的测试图案。再使用烤箱,150℃下干燥30分钟或者200℃下干燥30分钟,制成细线形状的导电性被膜。此时,将电极间的距离设为1mm、2mm、3mm、4mm及5mm。使用数字万用表(3541RESISTANCE HiTESTER,HIOKI公司制造),测定细线电极间的电阻值,从而求出接触电阻。结果如第1表所示。
第1表(其1)
第1表(其2)
第1表(其3)
第1表(其4)
第1表中各成分使用了以下物质。
·环氧树脂A1:附加环氧丙烷的双酚A型环氧树脂(EP-4000S,环氧当量:260g/eq,ADEKA公司制造)
·环氧树脂A2:双酚A型环氧树脂(jer1009,环氧当量:2400~3300g/eq,三菱化学公司制造)
·环氧树脂A3:聚乙二醇缩水甘油醚(多价乙醇类缩水甘油型环氧树脂)(EX-821,环氧当量:185g/eq,Nagase chemteX公司制造)
·环氧树脂A4:双酚A型环氧树脂(稀释型双酚A型环氧树脂)(jer811,环氧当量:181~191g/eq,三菱化学公司制造)
·脂肪酸银盐B1:异丁酸银盐
将氧化银(东洋化学工业公司制造)50g、异丁酸(关东化学公司制造)38g、以及甲乙酮(MEK)300g投入球磨机,于室温下搅拌24小时,使其发生反应。接着,通过吸滤去除MEK,对所获得的粉末进行干燥,由此调制出异丁酸银盐。
·脂肪酸银盐B2:新癸酸银盐
将氧化银(东洋化学工业公司制造)50g、新癸酸(东洋合成公司制造)74.3g、以及MEK 300g投入球磨机,于室温下搅拌24小时,使其发生反应。接着,通过吸滤去除MEK,对所获得的粉末进行干燥,由此调制出新癸酸银盐。
·脂肪酸银盐B3:月桂酸银盐
将氧化银(东洋化学工业公司制造)40g、月桂酸(关东化学公司制造)68g、以及MEK 300g投入球磨机,于室温下搅拌24小时,使其发生反应。接着,通过吸滤去除MEK,对所获得的粉末进行干燥,由此调制出月桂酸银盐。
·脂肪酸银盐B4:2,2-双(羟甲基)丁酸银盐
将氧化银(东洋化学工业公司制造)50g、2,2-双(羟甲基)丁酸(东京化成公司制造)64g、以及甲乙酮(MEK)300g投入球磨机,于室温下搅拌24小时,使其发生反应。接着,通过吸滤去除MEK,对所获得的粉末进行干燥,由此调制出2,2-双(羟甲基)丁酸银盐。
·脂肪酸银盐B5:2-羟基异丁酸银盐
将氧化银(东洋化学工业公司制造,下同)50g、2-羟基异丁酸(东京化成工业公司制造)45g、以及甲乙酮(以下称为“MEK”)300g投入球磨机,于室温下搅拌24小时,使其发生反应。接着,通过吸滤去除MEK,对所获得的粉末进行干燥,由此获得2-羟基异丁酸银盐。
·脂肪酸银盐B6:1,3,5-戊烷三羧酸银盐
将氧化银(东洋化学工业公司制造)43.1g、1,3,5-戊烷三羧酸25.34g、以及甲乙酮(MEK)300g投入球磨机,于室温下搅拌24小时,使其发生反应。接着,通过吸滤去除MEK,对所获得的粉末进行干燥,由此调制出1,3,5-戊烷三羧酸银盐。
·脂肪酸银盐B7:丙二酸银盐
将氧化银(东洋化学工业公司制造)50g、丙二酸11g、以及甲乙酮(MEK)300g投入球磨机,于室温下搅拌24小时,使其发生反应。接着,通过吸滤去除MEK,对所获得的粉末进行干燥,由此调制出丙二酸银盐。
·脂肪酸银盐B8:1,2,3,4-丁烷四羧酸银盐
将氧化银(东洋化学工业公司制造)50g、1,2,3,4-丁烷四羧酸(新日本理化公司制造)25.29g、以及甲乙酮(MEK)300g投入球磨机,于室温下搅拌24小时,使其发生反应。接着,通过吸滤去除MEK,对所获得的粉末进行干燥,由此调制出1,2,3,4-丁烷四羧酸银盐。
·硬化剂C1:三氟化硼-哌啶(STELLA CHEMIFA公司制造)
·硬化剂C2:三氟化硼-乙胺(STELLA CHEMIFA公司制造)
·硬化剂C3:三氟化硼-三乙醇胺(STELLA CHEMIFA公司制造)
·硬化剂X1:San-Aid SI-100L(芳香族锍盐,三新化学公司制造)
·球状银粉D1:Ag2-1C(平均粒径:1.0μm,DOWA ELECTRONICS公司制造)
·球状银粉D2:AgC-103(平均粒径:1.5μm,福田金属箔粉工业公司制造)
·片状银粉E1:Ag-XF301K(平均厚度:0.1μm,表观密度:0.82g/cm3,福田金属箔粉工业公司制造)
·片状银粉X1:AgC-2011(平均厚度:0.22μm,表观密度:1.82g/cm3,福田金属箔粉工业公司制造)
溶剂F:松油醇(Yasuhara Chemical公司制造)
由第1表可知,同时使用具有特定平均粒径的球状银粉(A)、与具有特定平均厚度及表观密度的片状银粉(B),且使用三氟化硼与胺化合物的络合物作为硬化剂的本专利实例1~17中,维持了低体积电阻率,且显示出低接触电阻。由实例1、5及6的对比可知,环氧树脂(A)含量相对于上述球状银粉(D)及上述片状银粉(E)的合计100质量份为2~10质量份的实例1及5中,显示出更低体积电阻率及更低接触电阻。其中,环氧树脂(A)含量相对于上述球状银粉(D)及上述片状银粉(E)的合计100质量份为2~4质量份的实例5中,显示出进一步更低的体积电阻率及进一步更低的接触电阻。
另一方面可知,未使用三氟化硼与胺化合物的络合物作为硬化剂(使用芳香族锍盐作为硬化剂)的比较例1中,接触电阻增高。此外还可知,未同时使用上述球状银粉(A)与上述片状银粉(B)(同时使用球状银粉(A)与不属于片状银粉(B)的片状银粉)的比较例2中,体积电阻率与接触电阻均增高。此外还可知,仅使用上述球状银粉(A)作为银粉,且使用芳香族锍盐作为硬化剂的比较例3中,虽然体积电阻率低,但接触电阻增高。
符号说明
1、100 太阳能电池单元
2 n层
3 防反射膜
4 表面电极
5 p层
6 背面电极
7 硅基板
11 n型单晶硅基板
12a、12b i型非晶硅层
13a p型非晶硅层
13b n型非晶硅层
14a、14b 透明导电层
15a、15b 集电电极
Claims (8)
1.一种导电性组合物,其中,其含有环氧树脂(A)、脂肪酸银盐(B)、硬化剂(C)、平均粒径0.5~5.0μm的球状银粉(D)、以及平均厚度0.05~0.20μm且表观密度0.4~1.1g/cm3的片状银粉(E),所述硬化剂(C)为三氟化硼与胺化合物的络合物。
2.如权利要求1所述的导电性组合物,其中,所述硬化剂(C)为从三氟化硼-哌啶、三氟化硼-乙胺、以及三氟化硼-三乙醇胺所组成的群中选择的至少1种络合物。
3.如权利要求1或2所述的导电性组合物,其中,所述片状银粉(E)含量相对于所述球状银粉(D)及所述片状银粉(E)的合计质量,为0.1~12质量%。
4.如权利要求1至3中任一项所述的导电性组合物,其中,所述环氧树脂(A)含量相对于所述球状银粉(D)及所述片状银粉(E)的合计100质量份,为2~20质量份。
5.如权利要求1至4中任一项所述的导电性组合物,其中,所述脂肪酸银盐(B)含量相对于所述球状银粉(D)及所述片状银粉(E)的合计100质量份,为0.1~10质量份。
6.一种太阳能电池单元,其中,其使用如权利要求1至5中任一项所述的导电性组合物作为集电电极。
7.如权利要求6所述的太阳能电池单元,其中,其具备透明导电层作为所述集电电极的基底层。
8.一种太阳能电池模块,其中,其使用如权利要求6或7所述的太阳能电池单元。
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