CN114255905A - 导电膏及TOPCon型太阳能电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够以简便的方法制造TOPCon型太阳能电池，并且可构筑转换效率也优异的TOPCon型太阳能电池的导电膏及TOPCon型太阳能电池的制造方法。本发明的导电膏用于TOPCon型太阳能电池用背电极，其含有铝硅合金颗粒、有机载体及玻璃粉，所述铝硅合金颗粒中的硅浓度为25重量％以上40重量％以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电膏及TOPCon型太阳能电池的制造方法。
背景技术
近年来，出于提高晶体类太阳能电池单元的转换效率(发电效率)、可靠性等目的，进行了各种研究开发。其中，近年来TOPCon型太阳能电池被认为是有优势的方法。
TOPCon型太阳能电池具备背电极及n型硅基板，并在背电极与n型硅基板之间具有层叠极薄的氧化物层与以高浓度进行了掺杂的微晶的n+硅层而设置的结构。通过具有该结构，TOPCon型太阳能电池中产生了由氧化物层引起的隧道效应，由此，可抑制n硅层与n+硅层的界面中的载流子损失。例如，非专利文献1中提出了一种通过蒸镀在背电极上形成银电极，以充分减小与硅基板的接触电阻的方法(例如，非专利文献1)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Glunz,S.W.,Feldmann,F.,Richter,A.,Bivour,M.,Reichel,C.,Steinkemper,H.,&Hermle,M.(2015,September).The irresistible charm of a simplecurrent flow pattern-25％with a solar cell featuring a full-area backcontact.In Proceedings of the 31st European Photovoltaic Solar EnergyConference and Exhibition(pp.259-263).
发明内容
本发明要解决的技术问题
然而，如非专利文献1中公开的方法那样通过银蒸镀形成电极的方法中，制造工序趋于繁杂，难以满足各种太阳能电池领域中谋求的降低成本的期望。
本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种能够以简便的方法制造TOPCon型太阳能电池，并且可构筑转换效率也优异的TOPCon型太阳能电池的导电膏及TOPCon型太阳能电池的制造方法。
解决技术问题的技术手段
为了降低制造TOPCon型太阳能电池的成本且同时提高转换效率，考虑在背电极中适用铝以代替银蒸镀(或银膏)。然而，本申请的发明人对适用铝进行了研究，结果查明了在进行电极制造工序中的烧成时，铝与微晶n+硅层熔融，形成了铝硅合金。其结果，仅由铝形成的电极中发生了载流子的损失，由此导致TOPCon型太阳能电池单元的转换效率大幅降低。
基于上述见解，本申请的发明人为了达成上述目的而反复进行了认真研究，其结果，通过使用包含含有特定量的硅的铝硅合金颗粒的导电膏，能够达成上述目的，从而完成了本发明。
即，本发明包含例如下述项中记载的主题。
项1、一种导电膏，其用于TOPCon型太阳能电池背电极，
所述导电膏含有铝硅合金颗粒、有机载体(organic vehicle)及玻璃粉，
所述铝硅合金颗粒中的硅浓度为25重量％以上40重量％以下。
项2、根据项1所述的导电膏，其中，铝硅合金颗粒的体积平均粒径为1～10μm。
项3、一种TOPCon型太阳能电池的制造方法，其具备：
将含有铝硅合金颗粒的导电膏涂布在硅基板的与受光面为相反侧的面上的工序1；
将银膏组合物涂布在所述硅基板的受光面上的工序2；
在所述工序1及工序2后，以700℃以上的烧成温度对所述硅基板进行烧成的工序3，
所述铝硅合金颗粒中的硅浓度为25重量％以上40重量％以下。
项4、根据项3所述的制造方法，其中，所述工序3中的烧成温度为900℃以下。
发明效果
根据本发明的导电膏，能够以简便的方法制造TOPCon型太阳能电池，并且可构筑转换效率也优异的TOPCon型太阳能电池。
附图说明
图1为示出使用本发明的导电膏而制造的TOPCon型太阳能电池的一个实例的截面示意图。
附图标记说明
A：TOPCon型太阳能电池；10：背电极10；11：n型硅基板11；12：氧化物层；13：n+硅层；14：指状电极。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在本说明书中，“含有”及“包含”的表述包含“含有”、“包含”、“基本上由……构成”及“仅由……构成”的概念。此外，在本说明书中，以“～”连接的数值是指包含“～”前后的数值作为下限值及上限值的数值范围。
1.TOPCon型太阳能电池
图1为示出TOPCon型太阳能电池的一个实例的截面示意图。如图1所示，TOPCon型太阳能电池A具备：背电极10、n型硅基板11、极薄的氧化物层12及以高浓度掺杂了掺杂剂的微晶的n+硅层13。TOPCon型太阳能电池A中，氧化物层12与n+硅层13存在于背电极10与n型硅基板11之间，氧化物层12配置于n型硅基板11侧，n+硅层13配置于背电极10侧。由于具有该结构，TOPCon型太阳能电池A中产生了由氧化物层12引起的隧道效应，能够抑制n硅层(n型硅基板11)与n+硅层(n+硅层13)的界面中的载流子损失。
作为氧化物层12，例如可适用氧化硅。氧化物层12的厚度没有限定，例如可设为1～10nm，优选设为3～8nm。通过使氧化物层12的厚度为1～10nm，易于发生上述隧道效应，载流子易于移动至太阳能电池的背面侧，由此带来了转换效率的进一步增高。此外，通过使氧化物层12的厚度为1～10nm，也易于抑制n硅层与n+硅层的界面中的载流子损失，因此也不易发生转换效率的降低。
作为n型硅基板11，例如能够广泛适用在半导体用途或太阳能电池用途中使用的硅基板。
在TOPCon型太阳能电池A中，也能够在n+硅层(n+硅层13)与背电极10之间引入钝化膜。与公知的太阳能电池相同，钝化膜也可具有开口部。n型硅基板11的与背电极10相反的面上形成有指状电极14。指状电极14例如由银形成。
背电极10由本发明的导电膏形成。由此，TOPCon型太阳能电池A中不会发生电极材料的迁移，降低了短路的可能性，其结果，提高了转换效率。此外，通过使用导电膏，能够利用丝网印刷法形成背电极10，因此能够简便地制造背电极10。以下，对导电膏进行详细叙述。
2.导电膏
本发明的TOPCon型太阳能电池背电极中使用的导电膏含有铝硅合金颗粒、有机载体及玻璃粉。特别是，在导电膏中，所述铝硅合金颗粒中的硅浓度为25重量％以上40重量％以下。
导电膏中，铝硅合金颗粒为可发挥带来导电性的作用的成分。即，在TOPCon型太阳能电池的背电极中可作为导电物质而发挥作用。
在铝硅合金颗粒中，通过使硅浓度为25重量％以上40重量％以下，在形成背电极时的烧成工序中，导电膏不易与微晶的n+硅层熔融，由此，导电膏与n+硅层不易形成铝硅合金。其结果，具备使用导电膏而形成的背电极的TOPCon型太阳能电池中，因载流子的损失引起的单元的转换效率的降低得以抑制。若硅浓度低于25重量％，则由于会形成p+层而引起转换效率的降低，若硅浓度超过40重量％，则电阻会变得过高，并且铝硅合金颗粒的制造也会变难。
铝硅合金颗粒中的硅的浓度更优选为30重量％以上。此外，铝硅合金颗粒中的硅的浓度更优选为35重量％以下。
此处，铝硅合金颗粒中的硅浓度具体是指铝硅合金颗粒的总重量中的硅元素的重量比例。铝硅合金颗粒中硅的含量能够通过ICP发射光谱分析方法(分析)进行定量。另外，当铝硅合金颗粒为市售商品时，也能够将例如作为铝硅合金颗粒的目录值(Catalogvalue)或保证值而记载的硅浓度设为铝硅合金颗粒中的硅浓度。
铝硅合金颗粒的大小没有特别限定。例如，能够将铝硅合金颗粒的体积平均粒径D50设为1～10μm。在本说明书中，铝硅合金颗粒的体积平均粒径D50是指利用激光衍射法测定的值。铝硅合金颗粒的体积平均粒径D50优选为3～9μm，进一步优选为5～8μm。
铝硅合金颗粒的形状没有特别限定，例如能够设为球形、椭圆形、鳞片状、不规则形状等各种形状。从易于提高与基板的密合性的角度出发，铝硅合金颗粒的形状优选为球形。
铝硅合金颗粒的制造方法没有特别限定，例如能够广泛采用公知的制造方法。具体而言，能够通过雾化法得到铝硅合金颗粒。雾化法的条件没有特别限定，能够设为与公知的雾化法的条件相同的条件。
在导电膏中，铝硅合金颗粒的含量也没有特别限定，只要可发挥本发明的效果，则能够设为适宜的含量。例如，从易于提高转换效率的角度出发，可将导电膏中的铝硅合金颗粒的含有比例设为50重量％以上，优选为60重量％以上，进一步优选为70重量％以上，特别优选为75重量％以上。此外，从易于提高转换效率的角度出发，可将导电膏中的铝硅合金颗粒的含有比例设为90重量％以下，优选为85重量％以下，进一步优选为80重量％以下，特别优选为78重量％以下。
在导电膏中，有机载体的种类没有特别限定，例如，能够广泛适用用于形成太阳能电池的背电极的公知的有机载体。作为有机载体，能够例举出溶剂中溶解有树脂的材料。或者，有机载体也可以不包含溶剂而使用树脂本身。
溶剂的种类并不是限定的，例如可列举出二乙二醇单丁基醚、二乙二醇单丁基醚乙酸酯、二丙二醇单甲醚等。有机载体所含有的溶剂可设为一种或两种以上。
作为树脂，例如可列举出公知的各种树脂，具体而言，可列举出乙基纤维素、硝酸纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、酚树脂、三聚氰胺树脂、脲醛树脂、二甲苯树脂、醇酸树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、呋喃树脂、氨基甲酸乙酯树脂、异氰酸酯化合物、氰酸酯化合物、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚缩醛、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚砜、聚酰亚胺、聚醚砜、聚芳酯、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、硅树脂等。有机载体所含有的树脂可设为一种或两种以上。
有机载体也可根据需要而包含各种添加剂。作为添加剂，例如可列举出抗氧化剂、缓蚀剂、消泡剂、增稠剂、增黏剂、偶联剂、静电赋予剂、阻聚剂、触变剂、防沉降剂等。具体而言，可列举出聚乙二醇酯化合物、聚乙二醇醚化合物、聚氧乙烯山梨糖醇酯化合物、山梨糖醇烷基酯化合物、脂肪族多元羧酸化合物、磷酸酯化合物、聚酯酸的酰胺基胺盐、聚乙烯氧化物类化合物、脂肪酸酰胺蜡等。
能够任意地调节有机载体中所含有的树脂、溶剂及添加剂的比例，例如能够设为与公知的有机载体相同的成分比。
在导电膏中，有机载体的含量没有特别限定。例如，从具有良好的印刷性的角度出发，相对于100重量份的所述铝硅合金颗粒，有机载体优选为10质量份以上500质量份以下，特别优选为20质量份以上45质量份以下。
在导电膏中，玻璃粉的种类没有特别限定，例如，可广泛使用用于形成太阳能电池的背电极的公知的玻璃粉。玻璃粉例如能够含有选择自由铅(Pb)、铋(Bi)、钒(V)、硼(B)、硅(Si)、锡(Sn)、磷(P)及锌(Zn)组成的组中的一种或两种以上。此外，能够使用包含铅的玻璃粉、或铋类、钒类、锡磷类、硼硅酸锌类、碱性硼硅酸类等无铅的玻璃粉。特别是若考虑到对人体的影响，则期望玻璃粉为无铅的玻璃粉。此外，玻璃粉的软化点优选为650℃以下。例如能够将构成玻璃粉的玻璃颗粒的体积平均粒径D50设为1～3μm。
在导电膏中，玻璃粉的含量没有特别限定。例如，从易于使对基板的密合性和所形成的电极的电阻的平衡优异的角度出发，相对于100质量份的所述铝硅合金颗粒，能够将玻璃粉设为0.5质量份以上40质量份以下，优选设为4质量份以上15质量份以下。
导电膏还可以包含除铝硅合金颗粒、有机载体及玻璃粉以外的其他成分。当导电膏包含其他成分时，相对于导电膏的总重量，其含有比例可设为5重量％以下，优选设为1重量％以下，更优选设为0.1重量％以下，特别优选设为0.05重量％以下。导电膏也可以仅由铝硅合金颗粒、有机载体及玻璃粉构成。
导电膏的制备方法没有特别限定，例如，能够通过混合规定量的铝硅合金颗粒、有机载体及玻璃粉而得到导电膏。混合手段也没有特别限定，例如，能够使用公知的混合机。
由于导电膏以上述铝硅合金颗粒作为必要成分，因此能够使用例如丝网印刷等方法形成太阳能电池用背电极，与使用银膏的情况相比，能够以简便地方法制造太阳能电池用背电极。并且，通过使用本发明的导电膏形成太阳能电池用背电极，能够给TOPCon型太阳能电池带来优异的转换效率。此外，通过导电膏形成的太阳能电池用背电极能够与硅基板形成良好的欧姆接触，易于抑制TOPCon型太阳能电池单元的转换效率的损失。
3.TOPCon型太阳能电池的制造方法
本发明的TOPCon型太阳能电池的制造方法(以下，称作“本发明的制造方法”)没有特别限定。例如，本发明的制造方法能够提供下述工序1～工序3。
工序1：将含有铝硅合金颗粒的导电膏涂布在硅基板的与受光面为相反侧的面上的工序。
工序2：将银膏组合物涂布在所述硅基板的受光面上的工序。
工序3：在所述工序1及工序2后，以700℃以上的烧成温度对所述硅基板进行烧成的工序。
特别是，在本发明的制造方法中，工序1中使用的铝硅合金颗粒中的硅浓度为25重量％以上40重量％以下。
工序1中使用的硅基板例如能够广泛采用可适用于太阳能电池的公知的硅基板。例如，能够将硅基板设为纯度为99％以上的硅基板。硅基板也可以含有杂质或除作为添加物的硅以外的元素。例如在硅基板的单面(特别是与受光面相反的面)上可以形成上述图1中说明的氧化物层(氧化硅层)，此外，也可以形成n+硅层，还可以形成氧化物层(氧化硅层)及n+硅层。当硅基板上形成有氧化物层(氧化硅层)及n+硅层这两者时，例如，从硅基板上依次层叠氧化物层(氧化硅层)与n+硅层而形成。可以在该n+硅层的面上形成钝化膜。钝化膜也可以形成在硅基板的受光面上。
工序1中使用的硅基板例如可以由硅锭切片成所需的形状而形成。硅基板的厚度没有特别限制，可根据目标用途而形成为所需的厚度。例如可将硅基板的厚度制成150μm以上、550μm以下，特别优选为150μm以上、250μm以下。硅基板可以由p型半导体、n型半导体及本征半导体中的任意一种形成。
工序1中使用的含有铝硅合金颗粒的导电膏为上述本发明的导电膏。因此，导电膏所含有的铝硅合金颗粒的硅浓度为25重量％以上40重量％以下。
工序1中，将导电膏涂布于硅基板上的方法没有特别限定。作为涂布方法，例如能够使用丝网印刷、旋涂法等，也可以采用其他方法。出于能够更简便地制造太阳能电池的点，优选丝网印刷法。能够将导电膏印刷成所需的形状。
在硅基板上的导电膏的涂布量没有特别限定，例如可设为0.5g/pc以上、1.0g/pc以下。
利用以上工序1，能够在硅基板的与受光面为相反侧的面上形成导电膏的涂膜。
工序2中，例如，能够将银膏组合物涂布于在工序1中形成了导电膏的涂膜的硅基板的受光面侧上。即，能够在工序1之后进行工序2。当然，也可以在工序1之前实施工序2。
只要能够形成太阳能电池单元的银电极，工序2中使用的银膏组合物的种类没有限定，能够广泛使用公知的银膏组合物。银膏组合物的涂布方法及涂布条件也没有限定，能够采用公知的方法及条件。
利用以上工序2，能够在硅基板的受光面上形成银膏的涂膜。
工序3中，对通过工序1及工序2而形成了导电膏及银膏的涂膜的硅基板进行烧成。由此，导电膏及银膏的涂膜得以烧成，从而分别形成背电极与银电极。
工序3中，将烧成温度设为700℃以上。由此，易于在硅基板上形成电极，并且导电膏与n+硅层不易形成铝硅合金。烧成温度的上限例如优选低于导电膏所含有的铝硅合金颗粒的熔点，此时，导电膏与n+硅层更不易形成铝硅合金。从该角度出发，烧成温度优选为900℃以下，更优选为850℃以下，特别优选为800℃以下。
烧成时间可根据烧成温度而适当决定。例如能够设为1分钟以上300分钟以下，优选为1分钟以上5分钟以下。工序3中的烧成可以在空气气氛、氮气气氛中的任意一种下进行。烧成方法也没有特别限定，例如，能够使用公知的加热炉进行烧成处理。
本发明的制造方法还能够进一步具备除工序1～3以外的工序。
本发明的制造方法中得到的TOPCon型太阳能电池由于背电极由本发明的导电膏形成，因此能够以简便的方法制造TOPCon型太阳能电池。并且，本发明的制造方法中得到的TOPCon型太阳能电池的转换效率也优异。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明并不限定于这些实施例的方案。
(实施例1)
利用气体雾化法制造铝硅合金颗粒。以硅浓度成为30重量％、体积平均粒径D50成为6.0μm的方式制造该铝硅合金颗粒。使用分散装置(DISPER)，将100质量份所得到的铝硅合金颗粒及5质量份的铋类玻璃粉分散于30质量份的10质量％浓度的树脂液(有机载体)，所述树脂液由乙基纤维素溶解于二乙二醇丁醚而成，由此得到导电膏。
(实施例2)
除了以使硅浓度成为40重量％的方式制造铝硅合金颗粒以外，以与实施例1相同的方法得到导电膏。
(实施例3)
除了以使硅浓度成为25重量％的方式制造铝硅合金颗粒以外，以与实施例1相同的方法得到导电膏。
(比较例1)
除了以使硅浓度成为20重量％的方式制造铝硅合金颗粒以外，以与实施例1相同的方法得到导电膏。
(试验方法)
准备太阳能电池晶圆，该太阳能电池晶圆中，在n型的硅基板的与受光面为相反侧的面上从内侧起依次层叠有厚度为5nm的氧化物(氧化硅)层及微晶的n+硅层，并在受光面及相反侧的面(n+硅层的面)这两个面上形成有钝化膜。预先使用激光等在背面侧的钝化膜上设置开口部。将实施例及比较例中制备的导电膏以成为0.7-0.8g/pc的方式丝网印刷于该太阳能电池晶圆的与受光面为相反侧的面(钝化膜)上，接着，将公知的Ag膏涂布于受光面侧。然后，将太阳能电池晶圆设置在设定为800℃的红外线带式炉(赤外ベルト炉)，以该温度进行烧成，由此形成电极(背电极及银电极)。由此，制作TOPCon型太阳能电池。对于制成的TOPCon型太阳能电池，通过WACOM ELECTRIC CO.,LTD.的太阳模拟器“WXS-156S-10”及使用了IV测量装置“IV15040-10”的I-V测量，测量短路电流(ISC)及开路电压(VOC)，并计算出填充因子(FF)及转换效率Eff。使用市售的太阳模拟器进行填充因子(FF)的计算。
表1中示出了使用各实施例及比较例中得到的导电膏而制成的TOPCon型太阳能电池的评价结果。
[表1]
根据表1，当使用包含Si浓度为25～40重量％的铝硅合金颗粒的导电膏(实施例1～3)时，TOPCon型太阳能电池显示出优异的转换效率。与之相比，当使用铝硅合金颗粒的Si浓度为25～40重量％以外的导电膏(比较例1)时，TOPCon型太阳能电池的转换效率低。推测当使用包含Si浓度为25～40重量％的铝硅合金颗粒的导电膏时，在烧成(工序3)时硅晶圆与铝硅合金颗粒没有发生熔融而形成了背电极，因此给TOPCon型太阳能电池带来了优异的转换效率。
Claims (4)
1.一种导电膏，其用于TOPCon型太阳能电池用背电极，
所述导电膏含有铝硅合金颗粒、有机载体及玻璃粉，
所述铝硅合金颗粒中的硅浓度为25重量％以上40重量％以下。
2.根据权利要求1所述的导电膏，其中，铝硅合金颗粒的体积平均粒径为1～10μm。
3.一种TOPCon型太阳能电池的制造方法，其具备：
将含有铝硅合金颗粒的导电膏涂布在硅基板的与受光面为相反侧的面上的工序1；
将银膏组合物涂布在所述硅基板的受光面上的工序2；
在所述工序1及工序2后，以700℃以上的烧成温度对所述硅基板进行烧成的工序3，
所述铝硅合金颗粒中的硅浓度为25重量％以上40重量％以下。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其中，所述工序3中的烧成温度为900℃以下。
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