DE102010056266A1

DE102010056266A1 - Pastenzusammensetzung für eine Solarzelle, Herstellungsverfahren dafür und Solarzelle

Info

Publication number: DE102010056266A1
Application number: DE201010056266
Authority: DE
Inventors: Kosuke Aichi Ochi; Shinji Aichi Senda; Masago Aichi Yamagishi; Mamiko Aichi Kume
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2011-06-30
Also published as: US20110155967A1; CN102157218B; CN102157218A; JP2011138928A; JP4970530B2; US8828280B2

Abstract

Die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Rückelektrode einer Solarzelle 10, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird, enthält, als Feststoffe, ein Aluminiumpulver, ein Glaspulver und ein Verbundpulver, das aus einem teilchenförmigen Verbund aus einem Metalloxid mit einer Silizium-enthaltenden organischen oder anorganischen Verbindung zusammengesetzt ist. Dieses Verbundpulver ist in einer Menge von mindestens 0,01 Massen-%, jedoch weniger als 0,45 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% der Gesamtmenge des Verbundpulvers, des Aluminiumpulvers und des Glaspulvers, enthalten.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pastenzusammensetzung für eine Solarzelle und ein Herstellungsverfahren dafür. Insbesondere betrifft sie eine Aluminium-enthaltende Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Aluminiumelektrode (als Rückelektrode) auf der Rückseite der lichtempfangenden Oberfläche einer Solarzelle aus kristallinem Silizium sowie ein Herstellungsverfahren dafür.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein typisches Beispiel einer Solarzelle zum Umwandeln der Lichtenergie der Sonne in Elektrizität ist die sogenannte Solarzelle aus kristallinem Silizium, wobei es sich um eine Solarzelle handelt, die kristallines (einkristallines oder polykristallines) Silizium für das Halbleitersubstrat nutzt. Ein Beispiel einer solchen Solarzelle aus kristallinem Silizium ist die Solarzelle 110 des monofacialen Typs, die in der 2 gezeigt ist.
Diese Solarzelle 110 weist eine n-Si-Schicht 116, die durch eine pn-Übergangsbildung auf der lichtempfangenden Oberfläche der p-Si-Schicht (kristallines Silizium des p-Typs) 118 eines Siliziumsubstrats (Si-Wafer) 111 gebildet worden ist, einen Antireflexionsfilm 114 aus Titanoxid oder Siliziumnitrid, der durch CVD oder dergleichen auf der Oberfläche der Schicht 116 gebildet worden ist, und eine Frontelektrode (lichtempfangende Oberflächenelektrode) 112 auf, die aus Ag hergestellt ist und typischerweise durch Siebdrucken und Brennen einer Silberpaste hergestellt worden ist. Ferner ist die Rückseite der p-Si-Schicht 118 mit einer rückseitigen externen Anschlusselektrode 122, die aus Ag hergestellt ist und wie die Frontelektrode 112 durch Siebdrucken und Brennen einer Silberpaste hergestellt worden ist, und einer Aluminiumelektrode 120, die einen Rückseitenoberflächenfeldeffekt (BSF-Effekt) bereitstellt, ausgestattet.
Diese Aluminiumelektrode 120 wird im Wesentlichen auf der gesamten Rückseitenoberfläche durch Aufdrucken und Brennen einer Aluminiumpaste gebildet, die vorwiegend aus Aluminiumpulver besteht. Eine Al-Si-Legierungsschicht (nicht gezeigt) wird während des Brennens gebildet und das Aluminium diffundiert in die p-Si-Schicht 118, wobei eine p⁺-Schicht 124 gebildet wird. Die Bildung dieser p⁺-Schicht 124, oder, mit anderen Worten, einer BSF-Schicht, dient dazu, den photoerzeugten Träger an einer Rekombination in der Nähe der Rückelektrode zu hindern, wodurch z. B. der Kurzschlussstrom und die Leerlaufspannung (Voc) verbessert werden.
Die Aluminiumelektrode 120 muss jedoch mit einer bestimmten Dicke (wie z. B. 30 bis 60 μm) ausgebildet werden, so dass dieser BSF-Effekt effektiv wirken kann. Gleichzeitig müssen das Siliziumsubstrat (Si-Wafer) 111 und auch das Solarzellenelement selbst noch dünner sein als früher, so dass die Herstellungskosten für die Solarzelle gesenkt und Solarzellenmodule kompakter gemacht werden können.
Aufgrund des Unterschieds zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats 111 selbst und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Aluminiumelektrode 120 trägt jedoch das Dünnermachen des Substrats (Si-Wafers) zu Problemen eines Verzugs, einer Wellenbildung und anderer Verformungen des Siliziumsubstrats (Wafer) 111 selbst während des Brennens zur Bildung der Aluminiumelektrode 120 bei. In der Vergangenheit wurden verschiedene Maßnahmen ergriffen, um einen solchen Verzug und andere Verformungen zu verhindern.
Beispielsweise schlägt das japanische Patent Nr. 3910072 eine Aluminium-enthaltende Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Fremdatomschicht oder Elektrodenschicht auf einem p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrat vor, wobei es sich um eine Pastenzusammensetzung handelt, die Siliziumoxid oder Aluminiumoxid enthält. Die japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2008-112808 schlägt ein Solarzellenelement vor, das mit einer Sinterelektrode, die vorwiegend aus Aluminium besteht, auf einem p-Typ-Siliziumsubstrat ausge-stattet ist, wobei die Sinterelektrode Teilchen eines Zinkoxidaggregats enthält. Die japanische Übersetzung der PCT-Anmeldung Nr. 2008-543080 (entspricht WO 2006/132766 ), die nicht unmittelbar die vorliegende Anmeldung betrifft, schlägt eine Pastenzusammensetzung zur Bildung eines Solarzellenkontakts (hier als Frontelektrode oder Rückelektrode bezeichnet) vor, wobei es sich um eine Pastenzusammensetzung handelt, die eine blei- und auminiumfreie Glaskomponente enthält.
Zusammenfassung der Erfindung
Obwohl eine gewisse Verbesserung der vorstehend genannten Probleme des Standes der Technik (d. h. des Verzugs und der Wellenbildung des Substrats während des Brennens der Aluminiumelektrode) durch Anwenden der Techniken (Aluminium-enthaltende Pastenzusammensetzungen), die in diesen Patentdokumenten beschrieben sind, erhalten werden kann, wurde der Verzug nach wie vor nicht so ausreichend beseitigt, dass eine signifikante Verbesserung der Ausbeuten und des Anlagentakts bereitgestellt wird (beispielsweise wurde der Verzug nicht um das Zehnfache oder weniger der Dicke des Substrats vermindert), und es besteht Raum für weitere Verbesserungen. Herkömmlich besteht darüber hinaus das Risiko, dass auf der Rückelektrode nach dem Brennen des Substrats Mängel auftreten, was Probleme des Aussehens erzeugt, die gelöst werden müssen. Es war jedoch schwierig, solche Mängel mit den Techniken einzudämmen, die in den vorstehend genannten Patentdokumenten beschrieben sind.
Im Hinblick auf diese Tatsachen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verzug und andere Verformungen des Substrats zu verhindern und eine Pastenzusammensetzung zur Bildung einer filmförmigen Aluminiumelektrode mit einem guten Aussehen bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung dieser Pastenzusammensetzung. Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer Solarzelle, die mit einer Rückelektrode ausgestattet ist, die unter Verwendung dieser Pastenzusammensetzung gebildet worden ist.
Zur Lösung dieser Aufgaben ist die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte Pastenzusammensetzung eine Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Rückelektrode einer Solarzelle. Diese Pastenzusammensetzung enthält, als Feststoffe, ein Aluminiumpulver, ein Glaspulver und ein Verbundpulver, das aus einem teilchenförmigen Verbund aus einem Metalloxid mit einer Silizium-enthaltenden organischen oder anorganischen Verbindung zusammengesetzt ist. Das Verbundpulver ist in einer Menge von mindestens 0,01 Massen-%, jedoch weniger als 0,45 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% der Gesamtmenge des Verbundpulvers, des Aluminiumpulvers und des Glaspulvers, enthalten.
Wenn dieses Verbundpulver in diesem Anteil in der Pastenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthalten ist, wird der Verzug des Substrats effektiv eingedämmt, wenn die Pastenzusammensetzung auf ein Substrat (wie z. B. ein Si-Substrat) aufgebracht und zur Bildung einer Rückelektrode gebrannt wird, und Blasen und andere Mängel auf der Rückelektrode werden ebenfalls gut eingedämmt. Trotz des Einbeziehens dieses Verbundpulvers können darüber hinaus die Batterieeigenschaften (wie z. B. die Leerlaufspannung Voc) einer Solarzelle, die mit einer Rückelektrode (Film) ausgestattet ist, die unter Verwendung dieser Pastenzusammensetzung hergestellt worden ist, auf einem hohen Niveau aufrechterhalten werden.
Folglich ist es mit der Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Rückelektrode der vorliegenden Erfindung möglich, nicht nur einen Verzug des Substrats zu verhindern, sondern auch eine Solarzelle mit hervorragenden Batterieeigenschaften und einem guten Aussehen zu erhalten.
In einem bevorzugten Aspekt der hier offenbarten Pastenzusammensetzung ist das Verbundpulver das vorstehend genannte Metalloxid, bei dem mindestens ein Teil der Oberfläche mit der vorstehend genannten Silizium-enthaltenden organischen oder anorganischen Verbindung beschichtet ist.
Mit einer Pastenzusammensetzung, die ein solches Verbundpulver enthält, das aus einem Verbund (Teilchen) dieser Art zusammengesetzt ist, kann eine Solarzelle mit einem größeren Effekt zur Verhinderung eines Verzugs des Substrats, einem größeren Mängelunterdrückungseffekt und stärker verbesserten Batterieeigenschaften, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, erhalten werden.
In einem mehr bevorzugten Aspekt der hier offenbarten Pastenzusammensetzung ist das Metalloxid ein Titan- oder Zinkoxid.
Mit einer Pastenzusammensetzung, die ein Verbundpulver enthält, bei dem ein solches Metalloxid verwendet wird, ist es möglich, eine Solarzelle zu erhalten, welche die vorstehend genannten Effekte in einem noch höheren Maß aufweist.
In einem anderen bevorzugten Aspekt der hier offenbarten Pastenzusammensetzung beträgt der durchschnittliche Teilchendurchmesser des vorstehend genannten Verbundpulvers mindestens 1 nm, jedoch nicht mehr als 100 nm.
Mit einer Pastenzusammensetzung, die ein Verbundpulver enthält, das aus Teilchen mit dieser Größe zusammengesetzt ist, ist es möglich, das Auftreten von Mängeln einzudämmen, während eine dichte Rückelektrode gebildet wird, die eine hohe Leitfähigkeit aufrechterhalten kann, und eine hervorragende Solarzelle mit guten Batterieeigenschaften zu erhalten.
In einem anderen bevorzugten Aspekt der hier offenbarten Pastenzusammensetzung beträgt der Anteil der vorstehend genannten Feststoffe mindestens 60 Massen-%, jedoch nicht mehr als 80 Massen-% der gesamten Pastenzusammensetzung.
Eine Pastenzusammensetzung, welche diesen Anteil von Feststoffen enthält, kann einfach einheitlich auf das Substrat (typischerweise ein Filmsubstrat) aufgebracht werden und eine Rückelektrode (Film) mit einem guten Aussehen kann auf einem Substrat durch Brennen eines Substrats, auf das diese Pastenzusammensetzung aufgebracht worden ist, gebildet werden.
Folglich ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, in vorteilhafter Weise eine Solarzelle zu erhalten, die Effekte, wie z. B. die vorstehend beschriebenen Effekte, durch Bilden einer Rückelektrode unter Verwendung von jedweder der hier offenbarten Pastenzusammensetzungen bereitstellt.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Pastenzusammensetzung für die Rückelektrode einer Solarzelle bereit. Dieses Verfahren umfasst das Herstellen, als Feststoffe, eines Aluminiumpulvers, eines Glaspulvers und eines Verbundpulvers, das aus einem teilchenförmigen Verbund aus einem Metalloxid mit einer Silizium-enthaltenden organischen oder anorganischen Verbindung zusammengesetzt ist, und das Mischen der hergestellten Pulver mit einem flüssigen Medium zur Herstellung einer Paste. In diesem Verfahren wird das Verbundpulver in einer Menge von mindestens 0,01 Massen-%, jedoch weniger als 0,45 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% der Gesamtmenge des Verbundpulvers, des Aluminiumpulvers und des Glaspulvers, zugemischt.
Mit dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann eine Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Rückelektrode bereitgestellt werden, durch die ein Verzug des Substrats verhindert werden kann und Mängel unterdrückt werden können, so dass eine Solarzelle mit einem guten Aussehen und hervorragenden Batterieeigenschaften (wie z. B. einer hohen Leerlaufspannung) erhalten wird.
In einem bevorzugten Aspekt des hier offenbarten Herstellungsverfahrens wird das vorstehend genannte Metalloxid, bei dem mindestens ein Teil der Oberfläche mit der vorstehend genannten Silizium-enthaltenden organischen oder anorganischen Verbindung beschichtet ist, als das vorstehend genannte Verbundpulver verwendet.
Mit dem Herstellungsverfahren, das diesen Aufbau aufweist, bei dem ein Verbundpulver verwendet wird, das aus einem Verbund (Teilchen) dieser Art zusammengesetzt ist, kann eine Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Rückelektrode bereitgestellt werden, mit der eine Solarzelle mit einem noch stärkeren Effekt des Verhinderns eines Verzugs des Substrats und einem noch stärkeren Effekt der Mängelunterdrückung und noch mehr verbesserten Batterieeigenschaften bereitgestellt werden kann.
In einem mehr bevorzugten Aspekt des hier offenbarten Herstellungsverfahrens wird als Metalloxid ein Titan- oder Zinkoxid verwendet.
Mit dem Herstellungsverfahren, das diesen Aufbau aufweist, wird eine Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Rückelektrode bereitgestellt, die eine Solarzelle bereitstellen kann, welche die vorstehend genannten Effekte in einem noch höheren Maß aufweist.
In einem weiteren bevorzugten Aspekt des hier offenbarten Herstellungsverfahrens wird bei der Herstellung der vorstehend genannten Paste das Verbundpulver in der Form einer Dispersion bereitgestellt, in der das Pulver im Vorhinein in einem spezifischen flüssigen Medium dispergiert wird.
Mit dem Herstellungsverfahren, das diesen Aufbau aufweist, wird eine noch bessere Pastenzusammensetzung, die das vorstehend genannte Verbundpulver in einem besser dispergierbaren Zustand enthält, durch die Verwendung des Verbundpulvers in der Form einer im Vorhinein hergestellten (oder gemischten) Dispersion bereitgestellt.
In einem bevorzugten Aspekt des hier offenbarten Herstellungsverfahrens ist das verwendete Verbundpulver ein Verbundpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von mindestens 1 nm, jedoch nicht mehr als 100 nm.
Mit dem Herstellungsverfahren, das diesen Aufbau aufweist, wird eine Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Rückelektrode bereitgestellt, mit der das Auftreten von Mängeln eingedämmt werden kann, und mit der eine hervorragende Solarzelle erhalten wird, die mit einer dichten Rückelektrode ausgestattet ist, die eine hohe Leitfähigkeit aufrechterhält.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Querschnitt, der ein Beispiel der Struktur einer Solarzelle zeigt, die mit einer Aluminiumelektrode ausgestattet ist, die mit der hier offenbarten Pastenzusammensetzung gebildet worden ist, und
2 ist ein Querschnitt, der ein Beispiel einer herkömmlichen Solarzelle zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert. Gegenstände, die in dieser Beschreibung nicht speziell erwähnt werden und die für die Ausführung der vorliegenden Erfindung erforderlich sind (wie z. B. das Verfahren des Mischens des Ausgangsmaterialpulvers (Feststoffe) und des flüssigen Mediums der Pastenzusammensetzung, das Verfahren des Aufbringens der Pastenzusammensetzung auf das Substrat und dergleichen) werden vom Fachmann als Ausgestaltungen auf der Basis des Standes der Technik dieses Fachgebiets verstanden. Die vorliegende Erfindung kann auf der Basis des in dieser Beschreibung offenbarten Inhalts und mit dem üblichen technischen Fachwissen in diesem Fachgebiet ausgeführt werden.
Die hier offenbarte Pastenzusammensetzung ist eine Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Rückelektrode, die zur Bildung einer Aluminiumelektrode als Rückelektrode einer Solarzelle verwendet werden soll. Das charakteristische Merkmal dieser Pastenzusammensetzung besteht darin, dass sie, als Feststoffe, ein Aluminiumpulver, ein Glaspulver und ein Verbundpulver, das aus einem teilchenförmigen Verbund aus einem Metalloxid mit einer Silizium-enthaltenden organischen oder anorganischen Verbindung zusammengesetzt ist, enthält, wobei das Verbundpulver in einer Menge von mindestens 0,01 Massen-%, jedoch weniger als 0,45 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% der Gesamtmenge des Verbundpulvers, des Aluminiumpulvers und des Glaspulvers, enthalten ist. Andere Komponenten und deren Mischmengen(-anteile) sind nicht speziell beschränkt, solange die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst wird.
Das als feste Hauptkomponente in der hier offenbarten Pastenzusammensetzung enthaltene Aluminiumpulver ist ein Aggregat von Teilchen, die vorwiegend aus Aluminium (Al) bestehen, und typischerweise ein Aggregat von Teilchen, die nur aus Al bestehen. Aluminiumpulver in diesem Sinn umfasst jedoch einen Verbund von Teilchen, die vorwiegend aus Al als Ganzes bestehen, selbst wenn das Aluminiumpulver auch Spurenmengen von Verunreinigungen, die von Al verschieden sind, oder Legierungen (Teilchen), die vorwiegend aus Al bestehen, enthält. Dieses Aluminiumpulver kann ein Aluminiumpulver sein, das mit bekannten herkömmlichen Herstellungsverfahren hergestellt worden ist, und es erfordert kein spezielles Herstellungsverfahren.
Die Form der Teilchen, welche dieses Aluminiumpulver bilden, ist nicht speziell beschränkt. Sie sind typischerweise kugelförmig, müssen jedoch nicht vollständige Kugeln sein. Mögliche Formen, die von Kugeln verschieden sind, umfassen Schuppen und unregelmäßige Formen. Das Aluminiumpulver kann auch aus Telichen mit verschiedenen solcher Formen zusammengesetzt sein. Wenn das Aluminiumpulver aus Teilchen mit einem kleinen durchschnittlichen Teilchendurchmesser (wie z. B. wenigen μm) zusammengesetzt ist, ist es bevorzugt, dass mindestens 70 Massen-% der Telichen (Primärteilchen) eine Kugelform oder eine ähnliche Form aufweisen. Beispielsweise ist es bevorzugt, dass mindestens 70 Massen-% der Teilchen, die das Aluminiumpulver bilden, ein Seitenverhältnis (d. h. das Verhältnis der langen Achse des Teilchens zu der kurzen Achse) von 1 bis 1,5 aufweisen.
Wenn eine Aluminiumelektrode als eine Rückelektrode auf einer Seite (typischerweise der Rückseite der lichtempfangenden Oberfläche) des Substrats (wie z. B. eines Si-Substrats) einer Solarzelle gebildet wird, beträgt die Filmdicke der getrockneten Beschichtung vor dem Brennen (d. h. des getrockneten Aluminiumfilms) vorzugsweise 100 μm oder weniger oder mehr bevorzugt 80 μm oder weniger oder noch mehr bevorzugt 60 μm oder weniger, wie z. B. 40 μm ± 10 μm.
Ein bevorzugtes Aluminiumpulver zur Bildung einer getrockneten Beschichtung mit einer solchen Filmdicke ist ein Aluminiumpulver, bei dem die durchschnittliche Teilchengröße der Teilchen, die das Pulver bilden, 20 μm oder weniger oder vorzugsweise mindestens 1 μm, jedoch nicht mehr als 10 μm, oder noch mehr bevorzugt mindestens 2 μm, jedoch nicht mehr als 8 μm, wie z. B. 5 μm ± 1 μm, beträgt. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser ist hier der Durchmesser bei einem Summenvolumen von 50% in der Teilchengrößenverteilung des Pulvers, oder, mit anderen Worten, der D50 (Medianwert des Durchmessers). Dieser D50-Wert kann mit einem Teilchengrößenanalysegerät auf der Basis von Laseranalyseverfahren (bei denen die Teilchengrößenverteilung aus dem Streumuster von Laserlicht, das von einer Messprobe gestreut wird, bestimmt wird) einfach gemessen werden.
Beispielsweise ist es möglich, ein (gemischtes) Aluminiumpulver zu verwenden, das aus mehreren (typischerweise 2) Aluminiumpulvern mit unterschiedlichen Bereichen des durchschnittlichen Teilchendurchmessers (z. B. im Bereich von 3 μm bis 7 μm), die miteinander gemischt sind, zusammengesetzt ist, so dass der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Mischpulvers innerhalb des vorstehend genannten Bereichs liegt. Unter Verwendung eines Aluminiumpulvers mit einer solchen durchschnittlichen Teilchengröße kann eine dichte Aluminiumelektrode gebildet werden, die als Rückelektrode geeignet ist.
Der Gehalt dieses Aluminiumpulvers in der hier offenbarten Pastenzusammensetzung ist nicht speziell beschränkt, jedoch wird der Gehalt vorzugsweise so eingestellt, dass das Aluminiumpulver mindestens 60 Massen-%, jedoch nicht mehr als 80 Massen-% (oder mehr bevorzugt mindestens 65 Massen-%, jedoch nicht mehr als 80 Massen-%, wie z. B. mindestens 70 Massen-%, jedoch nicht mehr als 80 Massen-%) ausmacht, bezogen auf 100 Massen-% als Gesamtmenge der Pastenzusammensetzung. Wenn der Gehalt des Aluminiumpulvers der hergestellten Pastenzusammensetzung innerhalb dieses Bereichs liegt, kann eine Aluminiumelektrode (Film) mit einer noch größeren Dichte gebildet werden.
Das Glaspulver (typischerweise eine Glasfritte), das als Nebenkomponente in den Feststoffen der hier offenbarten Pastenzusammensetzung enthalten ist, ist ein anorganischer Zusatz zur Verbesserung der Haftfestigkeit der Aluminiumelektrode als Rückelektrode einer Solarzelle, die das Substrat aufweist. Dieses Glaspulver weist vorzugsweise einen relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der nahe an dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von Aluminium liegt. Beispiele für ein solches Glas umfassen Zinkglas (d. h., ein Glas, das vorwiegend aus Zink besteht), Borosilikatglas (d. h., ein Glas, das vorwiegend aus Borosilikat besteht), Alkaliglas (ein Glas, das vorwiegend aus einem Alkalimetalloxid besteht), ein Glas, das Bariumoxid, Bismutoxid und dergleichen enthält, und Gemische von zwei oder mehr davon. Bevorzugte Beispiele sind Gläser, die vorwiegend aus den folgenden Oxiden bestehen: B₂O₃-SiO₂-ZnO-Glas (ein Glas, das vorwiegend aus B₂O₃, SiO₂ und ZnO besteht), R₂O-ZnO-SiO₂-B₂O₃-Glas (ein Glas, das vorwiegend aus R₂O, ZnO, SiO₂ und B₂O₃ besteht, wobei R₂O ein Alkalimetalloxid ist), R¹O-ZnO-SiO₂-B₂O₃-Glas (ein Glas, das vorwiegend aus R¹O, ZnO, SiO₂ und B₂O₃ besteht, wobei R¹O ein Erdalkalimetalloxid ist), Bi₂O₃-B₂O₃-ZnO-Glas (ein Glas, das vorwiegend aus Bi₂O₃, B₂O₃ und ZnO besteht), B₂O₃-SiO₂-Bi₂O₃-Glas (ein Glas, das vorwiegend aus B₂O₃, SiO₂ und Bi₂O₃ besteht) und dergleichen. Für die Zwecke eines stabilen Brennens und Fixierens (Aufbrennens) einer Pastenzusammensetzung (Beschichtung), die auf ein Substrat (wie z. B. ein Si-Substrat) aufgebracht worden ist, ist es bevorzugt, dass die Glasfritte, die in der Pastenzusammensetzung enthalten ist, eine spezifische Oberfläche von etwa mindestens 0,5 m²/g, jedoch nicht mehr als 50 m²/g, und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2 μm oder weniger (insbesondere etwa 1 μm oder weniger) aufweist.
Der Gehalt dieses Glaspulvers in der Pastenzusammensetzung ist nicht speziell beschränkt, jedoch ist eine Menge von mindestens 0,5 Massen-%, jedoch nicht mehr als 5 Massen-% (vorzugsweise mindestens 0,5 Massen-%, jedoch nicht mehr als 3 Massen-%, oder mehr bevorzugt mindestens 1 Massen-%, jedoch nicht mehr als 3 Massen-%) der Pastenzusammensetzung als Ganzes geeignet.
Als nächstes wird das Verbundpulver, bei dem es sich um ein Merkmal der hier offenbarten Pastenzusammensetzung handelt, erläutert.
Dieses Verbundpulver ist eine Komponente, die als Feststoff in der Pastenzusammensetzung zusammen mit dem vorstehend beschriebenen Aluminiumpulver und dem vorstehend beschriebenen Glaspulver enthalten ist. Dieses Verbundpulver ist aus einem teilchenförmigen Verbund aus einem Metalloxid mit einer Silizium-enthaltenden organischen oder anorganischen Verbindung zusammengesetzt (d. h., es handelt sich um ein Aggregat dieses teilchenförmigen Verbunds).
Bei diesem teilchenförmigen Verbund handelt es sich vorzugsweise um Metalloxidteilchen, bei denen mindestens ein Teil ihrer Oberfläche mit der Silizium-enthaltenden organischen oder anorganischen Verbindung beschichtet ist. Bei diesem Verbund kann die Silizium-enthaltende organische oder anorganische Verbindung auf der Oberfläche von Primärteilchen des Metalloxids oder auf der Oberfläche von Sekundärteilchen (Aggregate von zwei oder mehr Primärteilchen) des Metalloxids ohne spezielle Beschränkungen aufgebracht sein, wobei jedoch mit der Maßgabe, dass die Aluminiumteilchen in der Pastenzusammensetzung nebeneinander vorliegen, wobei sich diese Verbundteilchen zwischen diesen befinden, die Verbindung vorzugsweise auf die Oberfläche der Primärteilchen aufgebracht ist. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Verbundteilchen, welche dieses Verbundpulver bilden, kann mindestens 1 nm, jedoch nicht mehr als 100 nm, oder bevorzugt mindestens 1 nm, jedoch nicht mehr als 80 nm, oder mehr bevorzugt mindestens 5 nm, jedoch nicht mehr als 70 nm betragen. Wenn das Metalloxid beispielsweise Titandioxid ist, wie es nachstehend diskutiert wird, kann in vorteilhafter Weise ein Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von mindestens 1 nm, jedoch nicht mehr als 20 nm verwendet werden. Wenn das Metalloxid Zinkoxid ist, wie es nachstehend diskutiert wird, ist es bevorzugt, ein Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von mindestens 10 nm, jedoch nicht mehr als 70 nm zu verwenden.
Bevorzugte Beispiele des Metalloxids in dem Verbund umfassen Titan- und Zinkoxid (d. h., Titandioxid (TiO₂) oder Zinkoxid (ZnO)). Als Titandioxid können feine Teilchen verwendet werden, die mit herkömmlichen Verfahren hergestellt worden sind, wie z. B. feine Teilchen, die mit dem sogenannten Sulfatverfahren, bei dem eine Titansulfatlösung hydrolysiert wird, so dass eine Lösung von hydratisiertem Titandioxid erhalten wird, das dann gebrannt wird, oder mit dem sogenannten Chloridverfahren hergestellt worden sind, bei dem halogeniertes Titan einer Gasphasenoxidation unterzogen wird. Es ist auch möglich, ein Kolloid (Sol) zu verwenden, das feine Teilchen von Titandioxid enthält und das mit dem Sol-Gel-Verfahren unter Verwendung von Titantetraisopropoxid (TTIP) als Ausgangsmaterial erhalten worden ist. Die Kristallform des Titandioxids, das auf diese Weise erhalten worden ist, kann Anatas oder Rutil sein, und ein Gemisch von Anatas-Titandioxid und Rutil-Titandioxid ist ebenfalls möglich.
Als Zinkoxidteilchen können feine Teilchen verwendet werden, die mit einem herkömmlichen Verfahren erhalten worden sind, wie z. B. einem Trockenverfahren des Erhitzens von metallischem Zink, um dieses zu verdampfen, und dann des Oxidierens desselben durch Brennen an der Luft (das sogenannte französische Verfahren), oder einem Nassverfahren des Zugebens eines wasserfreien Natriumcarbonatsalzes (Soda) zu einer wässrigen Lösung von Zinksulfat oder Zinkchlorid und dann Brennen des resultierenden basischen Zinkcarbonats (das sogenannte deutsche Verfahren), oder dergleichen.
Die vorstehend genannte Silizium-enthaltende organische oder anorganische Verbindung (die nachstehend allgemein als eine „Silizium-enthaltende Verbindung” bezeichnet werden kann), kann als Siliziumdioxid (SiO₂) auf die Oberfläche des Metalloxids in dem vorstehend genannten Verbund aufgebracht werden, oder sie kann eine Verbindung sein, die schließlich durch eine Oxidation (mindestens eines Teils und typischerweise des größten Teils der auf die Oberfläche aufgebrachten Silizium-enthaltenden Verbindung) zu SiO₂ wird, wenn die Pastenzusammensetzung zur Bildung der Aluminiumelektrode gebrannt wird. Diese Silizium-enthaltende Verbindung ist vorzugsweise eine Verbindung, die es ermöglicht, dass sich der Verbund bei einer Temperatur zersetzt, die niedriger ist als der Schmelzpunkt (660°C) von Aluminium (wie z. B. mindestens 250°C, jedoch nicht mehr als 600°C). Wenn die Pastenzusammensetzung, die den Verbund enthält, zur Bildung der Aluminiumelektrode gebrannt wird, besteht die Gefahr, dass grobe Verbundteilchen, die lokal in der Paste vorliegen können, in anomaler Weise mit dem Aluminium reagieren können, so dass um Verbundkerne herum Mängel entstehen können. Wenn der Verbund eine Zersetzungstemperatur aufweist, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, kann der Verbund jedoch leicht zerfallen, bevor irgendeine anomale Reaktion mit dem Aluminium stattfinden kann, wodurch das Auftreten von Mängeln durch Verhindern des Bildens von Kernen für Mängel verhindert wird, und eine Aluminiumelektrode kann ohne Mängel und mit einem guten Aussehen gebildet werden.
Ein Verbundpulver, das aus Metalloxidteilchen zusammengesetzt ist, deren Oberfläche mit einer solchen Silizium-enthaltenden Verbindung beschichtet ist, kann z. B. mit den folgenden Verfahren erhalten werden. In einem Verfahren werden feine Metalloxidteilchen und eine Silizium-enthaltende Verbindung, wie z. B. solche, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, zusammen mit einem spezifischen flüssigen Medium in einer Rührwerksmühle (Mediumrührwerksmühle) oder dergleichen nasspulverisiert (oder nassvermahlen) und dann zur Entfernung des flüssigen Mediums getrocknet. Ein weiteres mögliches Verfahren ist ein Verfahren, bei dem das Metalloxidpulver gleichzeitig gerührt und mit der Silizium-enthaltenden Verbindung (die typischerweise als Lösung vorliegt), die mit einem Luftsprühgerät zerstäubt worden ist, versprüht wird. Die in diesem Verfahren verwendete Silizium-enthaltende Verbindung ist eine organische Siliziumverbindung, wie z. B. eine organische Silanverbindung oder insbesondere ein Alkoxysilan, und spezifische Beispiele umfassen Methyltrimethoxysilan, Dimethyldimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Dimethyldiethoxysilan, n-Propyltrimethoxysilan, Isobutyltrimethoxysilan, Hexyltrimethoxysilan, Hexyltriethoxysilan, Octyltriethoxysilan, Decyltrimethoxysilan und dergleichen. Verschiedene Silanhaftvermittler können ebenfalls als organische Siliziumverbindungen verwendet werden. Ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung des Verbundpulvers besteht darin, die Silizium-enthaltende Verbindung bei einem spezifischen (wie z. B. alkalischen) pH-Wert einer Dispersion (oder Aufschlämmung) des Metalloxidpulvers (Teilchen), das in einem flüssigen Lösungsmittel auf Wasserbasis (Lösungsmittel auf Wasserbasis) dispergiert ist, oder einem Medium auf Wasserbasis, das ein Gel des Metalloxids enthält, zuzusetzen, und dann den pH-Wert auf neutral zu bringen, um den Verbund auszufällen. Wenn der Verbund mit diesem Verfahren hergestellt wird, kann er in dessen nicht-neutralisiertem, nicht-ausgefällten Zustand verwendet werden (typischerweise als Dispersion oder Aufschlämmung), wenn die Pastenzusammensetzung hergestellt wird. Dies ist effizient, da der Verbund in einem Zustand verwendet werden kann, bevor er in ein Pulver umgewandelt wird. Die in diesem Verfahren verwendete Silizium-enthaltende Verbindung ist vorzugsweise wasserlöslich und Beispiele umfassen Alkalimetallsalze von Kieselsäure (Alkalisilikate) und Silicasole. Beispiele für Alkalisilikate umfassen Alkalimetallsalze (typischerweise Natriumsalze) von Orthokieselsäure (H₂SiO₄), Metakieselsäure (H₂SiO₃) und Mesokieselsäure (H₂SiO₅) und typischerweise kann ein Alkalimetallsalz von Metakieselsäure verwendet werden, insbesondere Wasserglas, wobei es sich um eine konzentrierte wässrige Lösung handelt (typischerweise eine konzentrierte wässrige Lösung von Natriumsilikat (Na₂O·SiO₂)). Ein Medium auf Wasserbasis, das die vorstehend genannte Dispersion oder das vorstehend genannte Sol enthält, kann auch verschiedene Zusätze zur Verbesserung der Stabilität, der Dispergierbarkeit und dergleichen zusätzlich zu der Silizium-enthaltenden Verbindung enthalten.
Ein Verbundpulver, das mit solchen Verfahren hergestellt worden ist, ist vorzugsweise in der Pastenzusammensetzung in einer Menge von mindestens 0,01 Massen-%, jedoch weniger als 0,45 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% der Gesamtmenge des Verbundpulvers, des Aluminiumpulvers und des Glaspulvers (oder, mit anderen Worten, der Masse der Feststoffe in der hier offenbarten Pastenzusammensetzung) enthalten. Durch die Verwendung einer Pastenzusammensetzung, welche diesen Anteil des Verbundpulvers enthält, kann eine Rückelektrode (Solarzelle) mit einer guten Leerlaufspannung (Voc) und anderen Batterieeigenschaften gebildet werden, während ein Verzug des Substrats und Probleme beim Aussehen, die durch Mängel auf der Aluminiumelektrode verursacht werden, und dergleichen verhindert werden. Beispielsweise kann eine Solarzelle, die mit dieser Rückelektrode ausgestattet ist, eine Leerlaufspannung von 610 mV oder mehr liefern. Wenn die Menge des Verbundpulvers als Prozentsatz der Feststoffe weniger als 0,01 Massen-% beträgt, wird es nur einen sehr geringen Effekt bezüglich der Unterdrückung des Verzugs eines Substrats aufweisen und es wird keine Verbesserung des Aussehens vorliegen, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Wenn andererseits die Menge des Verbundpulvers als Prozentsatz der Feststoffe viel mehr als 0,45 Massen-% beträgt, wird der Effekt bezüglich des Verzugs des Substrats und des Auftretens von Mängeln viel stärker sein, jedoch kann die Leerlaufspannung niedriger sein, wodurch die Batterieeigenschaften negativ beeinflusst werden. Wenn die Menge des Verbundpulvers als Prozentsatz der Feststoffe andererseits mindestens 0,1 Massen-% (jedoch weniger als 0,45 Massen-%) beträgt, wird der Verzug des Substrats um 30% oder mehr vermindert, und zwar verglichen mit dem Fall, dass kein Verbundpulver zugesetzt wird, oder dass ein Metalloxid (wie z. B. Titandioxid) anstelle des Verbundpulvers zugesetzt wird. Ein Prozentsatz von mindestens 0,3 Massen-% (jedoch weniger als 0,45 Massen-%) ist noch mehr bevorzugt, da der Verzug des Substrats um 40% oder mehr vermindert wird.
Das Verbundpulver kann als solches in einer Pulverform verwendet werden, wenn das Verbundpulver mit den anderen Komponenten (Bestandteilen) gemischt wird, um die Pastenzusammensetzung herzustellen, jedoch kann es auch in der Form einer Dispersion oder Aufschlämmungszusammensetzung (nachstehend manchmal einfach als Aufschlämmung bezeichnet) bereitgestellt werden, die aus dem Verbundpulver, das in einem spezifischen flüssigen Medium vordispergiert ist, zusammengesetzt ist. Wenn das Verbundpulver in der Form einer solchen Dispersion oder Aufschlämmung mit den anderen Komponenten gemischt wird, werden die Verbundteilchen, die das Verbundpulver bilden, einfacher und einheitlicher in dem Gemisch (oder, mit anderen Worten, in der Pastenzusammensetzung) dispergiert, und zwar verglichen mit dem Fall, dass sie in Pulverform gemischt werden. Es ist folglich möglich, eine gute Pastenzusammensetzung zu erhalten, die noch stärkere Effekte bezüglich des Unterdrückens des Verzugs eines Substrats und von Mängeln auf der Aluminiumelektrode bereitstellt. Das flüssige Medium zum Dispergieren des Verbundpulvers zur Bildung einer Dispersion oder Aufschlämmung ist vorzugsweise ein flüssiges Medium, das es der Silizium-enthaltenden Verbindung, die das Metalloxid in den Verbundteilchen bedeckt, ermöglicht, stabil zu bleiben, ohne in der Dispersion oder Aufschlämmung zu reagieren (z. B. sich zu zersetzen), ein flüssiges Medium, in dem die Verbundteilchen in geeigneter Weise (mit anderen Worten einheitlich) dispergiert werden können, und ein flüssiges Medium, das eine gute Affinität (Verträglichkeit) mit dem flüssigen Medium (wie z. B. der nachstehend beschriebenen Trägerflüssigkeit) aufweist, das zum Dispergieren der Feststoffe (Pulver) verwendet wird, die in der Pastenzusammensetzung enthalten sind. Beispiele für solche flüssige Medien umfassen Lösungsmittel auf Wasserbasis (die z. B. auf einen spezifischen pH-Wert eingestellt werden können) und Ethanol, Propanol, Isopropylalkohol und andere Alkohole. Andere Beispiele umfassen Ethylenglykol- und Diethylenglykolderivate (Glykoletherlösungsmittel), Toluol, Xylol, Butylcarbitol (BC), Terpineol und dergleichen, wobei es sich um organische Lösungsmittel mit hohem Siedepunkt handelt, die als organische Lösungsmittel in der vorstehend genannten Trägerflüssigkeit verwendet werden können. Der Gehalt des Verbundpulvers in einer Dispersion oder Aufschlämmung des in einem solchen flüssigen Medium gelösten Verbundpulvers ist nicht speziell beschränkt, kann jedoch z. B. mindestens 10 Massen-%, jedoch nicht mehr als 30 Massen-% (vorzugsweise mindestens 10 Massen-%, jedoch nicht mehr als 20 Massen-%) der Dispersion (oder Aufschlämmung) als Ganzes betragen. Eine Dispersion oder Aufschlämmung, die vorwiegend aus dem Verbundpulver besteht, kann auch verschiedene Zusätze (wie z. B. Dispergiermittel zur Verbesserung der Dispergierbarkeit des Verbundpulvers) als Hilfskomponenten enthalten.
Die hier offenbarte Pastenzusammensetzung enthält Aluminiumpulver, Glaspulver und Verbundpulver, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, als Feststoffe sowie ein flüssiges Medium zum Dispergieren dieser Feststoffe. Der Anteil der Feststoffe in der Pastenzusammensetzung oder, mit anderen Worten, der Gehalt der Feststoffe in der Pastenzusammensetzung, kann mindestens 50 Massen-%, jedoch nicht mehr als 90 Massen-%, oder vorzugsweise mindestens 60 Massen-%, jedoch nicht mehr als 80 Massen-%, oder mehr bevorzugt mindestens 65 Massen-%, jedoch nicht mehr als 75 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% als Gesamtmenge der Pastenzusammensetzung, einschließlich der Feststoffe und des flüssigen Lösungsmittels, enthalten. Eine Pastenzusammensetzung, welche diesen Anteil von Feststoffen enthält, weist die Vorteile einer einfachen Handhabung auf, einschließlich eines einfachen Aufbringens (Beschichtens) als Aluminiumelektrode (Film) auf das Substrat, und eines einfachen Trocknens, ohne dass eine lange Trocknungszeit in dem Trocknungsschritt vor dem Brennen des Aluminiumelektrodenfilms erforderlich ist.
In der hier offenbarten Pastenzusammensetzung ist das flüssige Medium zum Dispergieren der Feststoffe in der Zusammensetzung typischerweise ein organisches Medium (Trägerflüssigkeit). Das organische Lösungsmittel in dieser Trägerflüssigkeit kann jedwedes organische Lösungsmittel sein, das die Feststoffe (Pulver) und insbesondere das Aluminiumpulver, in geeigneter Weise dispergieren kann, und diejenigen, die herkömmlich in dieser Art von Paste verwendet werden, können ohne irgendwelche speziellen Beschränkungen verwendet werden. Beispielsweise kann ein organisches Lösungsmittel mit hohem Siedepunkt, wie z. B. ein Ethylenglykol- oder Diethylenglykolderivat (Glykoletherlösungsmittel), Toluol, Xylol, Butylcarbitol (BC), Terpineol oder dergleichen oder eine Kombination von mehreren solcher Lösungsmittel als Lösungsmittel in der Trägerflüssigkeit verwendet werden.
In diese Trägerflüssigkeit können auch verschiedene Harzkomponenten als organische Bindemittel einbezogen werden. Diese Harzkomponenten können jedwede Harzkomponenten sein, die der Pastenzusammensetzung eine gute Viskosität und gute Beschichtungseigenschaften (Haftvermögen an dem Substrat) verleihen können, und diejenigen, die herkömmlich in dieser Art von Paste verwendet werden, können ohne irgendwelche speziellen Beschränkungen eingesetzt werden. Beispiele umfassen diejenigen, die vorwiegend aus Acrylharz, Epoxyharz, Phenolharz, Alkydharz, Cellulosepolymeren, Polyvinylalkohol, Kolophonium und dergleichen zusammengesetzt sind. Von diesen ist ein Cellulosepolymer, wie z. B. Ethylcellulose, besonders bevorzugt. Der Gehalt der organischen Trägerflüssigkeit ist nicht speziell beschränkt, kann jedoch mindestens 10 Massen-%, jedoch nicht mehr als 50 Massen-% der Pastenzusammensetzung als Ganzes betragen, oder vorzugsweise mindestens 20 Massen-%, jedoch nicht mehr als 40 Massen-% oder mehr bevorzugt mindestens 25 Massen-%, jedoch nicht mehr als 35 Massen-% betragen. Das in dieser organischen Trägerflüssigkeit enthaltene organische Bindemittel ist vorzugsweise in einer Menge von mindestens 1 Massen-%, jedoch nicht mehr als 5 Massen-% (mehr bevorzugt mindestens 1 Massen-%, jedoch nicht mehr als 3 Massen-%) der Pastenzusammensetzung als Ganzes enthalten.
Wie eine herkömmliche Aluminiumpaste für eine Solarzelle kann die hier offenbarte Pastenzusammensetzung typischerweise durch Mischen des Aluminiumpulvers, des Glaspulvers, des Verbundpulvers und einer organischen Trägerflüssigkeit einfach hergestellt werden. Beispielsweise können das Aluminiumpulver, das Glaspulver und das Verbundpulver in spezifischen Anteilen zusammen mit der organischen Trägerflüssigkeit in einem spezifischen Mischungsverhältnis in einem Dreiwalzenmischer oder einer anderen Knetvorrichtung gemischt und geknetet werden.
Die hier offenbarte Pastenzusammensetzung kann in der gleichen Weise wie die herkömmliche Aluminiumpaste, die zur Bildung der Aluminiumelektrode 20 (und folglich der p⁺-Schicht oder, mit anderen Worten, der BSF-Schicht 24) als Rückelektrode des Substrats (typischerweise eines Siliziumsubstrats) 11 der Solarzelle 10, wie sie in der 1 gezeigt ist, verwendet worden ist, unter Verwendung von herkömmlichen bekannten Verfahren ohne spezielle Beschränkungen gehandhabt werden. Typischerweise wird die Pastenzusammensetzung auf das Substrat mittels Siebdruck, Dosierbeschichten, Tauchbeschichten oder dergleichen aufgebracht (beschichtet), so dass die gewünschte Filmdicke (wie z. B. 30 μm oder weniger, wie es vorstehend beschrieben worden ist) oder das gewünschte Beschichtungsmuster erhalten wird. Das Substrat ist vorzugsweise ein Silizium (Si)-Substrat, typischerweise ein Si-Wafer. Die Dicke dieses Substrats kann gemäß der Größe der gewünschten Solarzelle, der Filmdicke der auf dem Substrat zu bildenden Aluminiumelektrode, der Festigkeit (wie z. B. der Bruchfestigkeit) des Substrats und dergleichen eingestellt werden, beträgt jedoch zweckmäßig mindestens 100 μm, jedoch nicht mehr als 300 μm, oder vorzugsweise mindestens 150 μm, jedoch nicht mehr als 250 μm, wie z. B. mindestens 180 μm, jedoch nicht mehr als 220 μm.
Als nächstes wird die Pastenbeschichtung bei einer geeigneten Temperatur (wie z. B. Raumtemperatur oder mehr oder typischerweise bei etwa 100°C) getrocknet. Nach dem Trocknen wird die Pastenbeschichtung für eine spezifische Zeit in einem geeigneten Brennofen (wie z. B. einem Schnellbrennofen) bei einer geeigneten Temperatur (wie z. B. mindestens 600°C, jedoch nicht mehr als 900°C, oder vorzugsweise mindestens 700°C, jedoch nicht mehr als 800°C) erhitzt, um die getrocknete Beschichtung zu brennen. Auf diese Weise wird die Pastenbeschichtung auf das Substrat 11 gebrannt, wodurch eine Aluminiumelektrode 20 gebildet wird, wie sie in der 1 gezeigt ist. Normalerweise kann die p⁺-Schicht (BSF-Schicht) 24 in der vorstehend diskutierten Weise gebildet werden, wenn die Aluminiumelektrode 20 gebrannt wird. D. h., wenn die Aluminiumelektrode 20 als die Rückelektrode auf dem Substrat 11 durch den Brennvorgang gebildet wird, diffundieren Aluminiumatome in das Substrat 11 (insbesondere die p-Si-Schicht 18, die mit derjenigen identisch ist, die in der 2 gezeigt ist), wodurch die p⁺-Schicht 24 mit Aluminium als Fremdatom gebildet wird.
Wie es vorstehend diskutiert worden ist, enthält die hier offenbarte Pastenzusammensetzung ein Verbundpulver, das aus einem teilchenförmigen Verbund aus einem Metalloxid mit einer Silizium-enthaltenden organischen oder anorganischen Verbindung (Silizium-enthaltenden Verbindung) zusammengesetzt ist. Da diese Verbundteilchen zwischen den Aluminiumteilchen vorliegen, können sie eine übermäßige Aggregation und ein übermäßiges Sintern zwischen Aluminiumteilchen unterdrücken, wenn die Paste auf ein Substrat aufgebracht (beschichtet) und gebrannt wird, wodurch der Unterschied bei der Wärmeausdehnung (Kontraktion) zwischen dem Substrat und der Pastenbeschichtung (Aluminiumelektrode) vermindert wird und ein Verzug und andere Verformungen des Substrats sowie das Auftreten von Mängeln auf der durch den Brennprozess gebildeten Aluminiumelektrode eingedämmt oder verhindert werden. Darüber hinaus kann bei einer Aluminiumelektrode, die unter Verwendung dieser Pastenzusammensetzung erhalten worden ist, eine gute Leitfähigkeit zwischen Aluminiumteilchen trotz der Gegenwart der Verbundteilchen aufrechterhalten werden. Daher kann mit dieser Pastenzusammensetzung eine hervorragende Solarzelle mit guten Batterieeigenschaften (wie z. B. einer hohen Leerlaufspannung von 610 mV oder mehr) erreicht werden.
Neben der Bildung der Aluminiumelektrode (Rückelektrode) unter Verwendung der hier offenbarten Pastenzusammensetzung können die Materialien und Verfahren für die Solarzellenherstellung genau die gleichen sein, wie sie früher verwendet wurden. Eine Solarzelle (typischerweise eine Solarzelle aus kristallinem Silizium), die mit einer Rückelektrode ausgestattet ist, die mit dieser Pastenzusammensetzung gebildet worden ist, kann ohne einen Bedarf für irgendeine spezielle Verarbeitung hergestellt werden. Die 1 zeigt ein typisches Beispiel für die Konfiguration einer solchen Solarzelle aus kristallinem Silizium (wobei der Grundaufbau demjenigen ähnlich ist, der in der 2 gezeigt ist). Als Verfahren nach der Bildung der Aluminiumelektrode können Ag-Elektroden (Frontelektrode 12 und rückseitige externe Anschlusselektrode 22 in der 1) mit spezifischen Strukturen auf der lichtempfangenden Seite und der Rückseite durch Siebdruck oder dergleichen unter Verwendung einer herkömmlichen Pastenzusammensetzung gebildet werden, die z. B. vorwiegend aus Silber besteht (Silberpaste). Eine n⁺-Schicht (d. h. die n-Si-Schicht 16 in der 1) oder ein Antireflexionsfilm (Antireflexionsfilm 14 in der 1) kann auch auf der lichtempfangenden Seite durch ein Verfahren gebildet werden, das dem herkömmlichen Verfahren entspricht.
Die Solarzelle (das Element) 10 kann auf diese Weise hergestellt werden. Das Herstellungsverfahren für die Solarzelle (das Element) 10 wird nicht im Detail erläutert, da es sich dabei nicht um ein Merkmal der vorliegenden Erfindung handelt, und es kann mit demjenigen des Standes der Technik identisch sein.
Nachstehend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung erläutert, jedoch soll die vorliegende Erfindung nicht auf dasjenige beschränkt sein, was in diesen Beispielen gezeigt ist.
Beispiel 1: Herstellung von Pastenzusammensetzungen (1)

(1) Ein Aluminiumpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser (D50) von 5 μm wurde als das Aluminiumpulver bereitgestellt.
(2) Eine Glasfritte, die aus einem Zink (B₂O₃-SiO₂-ZnO)-Glas (mit der Zusammensetzung B₂O₃: 36 mol-%, SiO₂: 29 mol-%, ZnO: 8 mol-%, Al₂O₃: 4 mol-%, SrO: 10 mol-%, BaO: 13 mol-%) zusammengesetzt war, wurde als das Glaspulver hergestellt.
(3) Das Verbundpulver wurde mit den folgenden Prozessen hergestellt.

1) Titantetrachlorid wurde hergestellt und zum Erhalten von Titandioxid einer Gasphasenoxidation unterzogen, worauf pulverisiert wurde, so dass ein Titandioxid (TiO₂)-Pulver mit einem spezifischen durchschnittlichen Teilchendurchmesser erhalten wurde. Das resultierende Titandioxidpulver wurde dann in Wasser dispergiert, um eine wässrige Aufschlämmung mit einer Titandioxidkonzentration von 300 g/Liter herzustellen. Als nächstes wurde dieser wässrigen Aufschlämmung eine wässrige Natriumhydroxidlösung mit einer spezifischen Konzentration zugesetzt, um den pH-Wert der Aufschlämmung auf 10,5 zu erhöhen, worauf 30 Minuten mittels Ultraschall dispergiert wurde. 4000 ml der Aufschlämmung wurden dann unter Rühren auf mindestens 70°C, jedoch nicht mehr als 80°C erwärmt, und 320 ml einer wässrigen Lösung (150 g/Liter als SiO₂) von Wasserglas (JIS K1408 Wasserglas Nr. 3), die mit Wasser verdünnt war, wurden bei dieser Temperatur zugesetzt. Das Rühren wurde dann etwa 30 Minuten fortgesetzt, um ein gründliches Mischen zu erreichen. Das Gemisch wurde dann auf eine Temperatur von mindestens 90°C, jedoch weniger als 100°C erwärmt, so dass es nicht siedete, und 2 mol/Liter Schwefelsäure wurde während 60 Minuten mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 ml/Minute zugesetzt, um den pH-Wert auf 5 zu bringen. Das Gemisch wurde dann 60 Minuten unter Rühren verfestigen gelassen, wobei die Temperatur bei 70°C gehalten wurde. Die verfestigte Aufschlämmung wurde filtriert und mit Wasser gewaschen, in einer Kugelmühle nasspulverisiert und dann unter spezifischen Temperaturbedingungen getrocknet, um drei Arten von Verbundpulver mit spezifischen durchschnittlichen Teilchendurchmessern (6 nm, 30 nm und 70 nm) zu erhalten, die jeweils aus TiO₂ hergestellt waren und auf deren Oberfläche mit einer Silizium-enthaltenden Verbindung beschichtet waren.
2) Als nächstes wurden 16 g des resultierenden Verbundpulvers zusammen mit 4 g separat hergestelltem Isobutyltrimethoxysilan 80 g Isopropylalkohol zugesetzt, 250 g 0,5 mm-Zirkoniumoxidkügelchen wurden zugesetzt und das Gemisch wurde 240 Minuten mit einem Lackkonditionierer (Red Devil #511) dispergiert. Die Zirkoniumoxidkügelchen wurden dann entfernt und eine Dispersions- oder Aufschlämmungszusammensetzung (nachstehend manchmal einfach als eine „Verbundaufschlämmung” bezeichnet), die das Verbundpulver in einem Anteil von 16 Masse-% enthielt, wurde erhalten.
3) Die so erhaltene Verbundaufschlämmung wurde einer thermogravimetrischen (TG) Analyse unterzogen. Es zeigte sich, dass das Gewicht zwischen 250°C und 600°C abnahm. Diese Gewichtsänderung ist auf die Zersetzung der Silizium-enthaltenden Verbindung zurückzuführen, die auf der Oberfläche der Titandioxidteilchen aufgebracht ist.
4) Das Aluminiumpulver und das Glaspulver, die in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt worden sind, und das vorstehend gemäß 1) erhaltene Verbundpulver oder die vorstehend gemäß 2) erhaltene Verbundaufschlämmung wurden zusammen mit einer organischen Trägerflüssigkeit geknetet, die aus einem Bindemittel (Ethylcellulose) und einem organischen Lösungsmittel (Terpineol) zusammengesetzt war, so dass eine Pastenzusammensetzung erhalten wurde. Die Mischanteile des Aluminiumpulvers und des Glaspulvers in der resultierenden Pastenzusammensetzung wurden auf 70 Massen-% Aluminiumpulver und 1 Massen-% Glaspulver eingestellt, bezogen auf 100 Massen-% der Gesamtmenge der Pastenzusammensetzung. Der Mischanteil des Verbundpulvers, berechnet als Prozentsatz der kombinierten Menge des Verbundpulvers, des Aluminiumpulvers und des Glaspulvers (d. h. der Gesamtfeststoffe) wurde so eingestellt, dass 10 verschiedene Pastenzusammensetzungen mit unterschiedlichen Mengen des Verbundpulvers als Prozentsatz der Gesamtfeststoffe hergestellt wurden. Diese Pastenzusammensetzungen waren die Proben 1 bis 10. Die Tabelle 1 zeigt die Proben 1 bis 10 und die Mengen des Verbundpulvers als Prozentsatz der Gesamtfeststoffe in einer Korrelation mit dem durchschnittlichen Teilchendurchmesser (Teilchendurchmesser des Zusatzes) des Verbundpulvers. In der Tabelle 1 ist das den Proben 1 bis 10 zugesetzte Verbundpulver als „TiO₂-Si” angegeben.

Die Proben 1 bis 8 sind Pastenzusammensetzungen, die unter Verwendung der vorstehend genannten Verbundaufschlämmung hergestellt worden sind. Die Proben 9 und 10 sind Pastenzusammensetzungen, die unter Verwendung des Verbundpulvers als solchem ohne Herstellung einer Verbundaufschlämmung hergestellt worden sind.
In diesen Pastenzusammensetzungen (Proben 1 bis 10) beträgt der Prozentsatz (Mischanteil) von flüssigen Komponenten 100 Massen-% minus der Prozentsatz von Feststoffen (Aluminiumpulver, Glaspulver und Verbundpulver). Insbesondere umfassen die flüssigen Komponenten das vorstehend genannte Bindemittel (1,5 Massen-% der gesamten Pastenzusammensetzung), wobei der Rest das organische Lösungsmittel ist. In den Pastenzusammensetzungen (Proben 1 bis 8), die unter Verwendung der vorstehend genannten Verbundaufschlämmungen hergestellt worden sind, ist der prozentuale Gehalt des Isobutyltrimethoxysilans und des Isopropylalkohols in der Aufschlämmung in die flüssige Komponente einbezogen und die flüssige Komponente minus diese zwei Komponenten und des vorstehend genannten Bindemittels ist der prozentuale Gehalt (Mischanteil) des vorstehend genannten organischen Lösungsmittels in der Pastenzusammensetzung.
Beispiel 2: Herstellung von Pastenzusammensetzungen (2)
Als nächstes wurden vier Pastenzusammensetzungen mit verschiedenen Mischanteilen von Titandioxidpulver durch die vorstehend im Beispiel 1 gezeigten Verfahren zur Herstellung der Pastenzusammensetzung unter Verwendung der gleichen Prozesse hergestellt, jedoch wurde das gemäß dem vorstehenden 1) von (3) erhaltene Titandioxidpulver anstelle der vorstehend genannten Verbundpulver verwendet. Diese waren die Proben 12 bis 15. Die Tabelle 1 zeigt die Proben 12 bis 15 und den Prozentsatz (Mischanteil) von zugesetztem Titandioxidpulver als Prozentsatz der Feststoffe (d. h. der kombinierten Menge von Aluminiumpulver, Glaspulver und Titandioxidpulver) in einer Korrelation mit dem durchschnittlichen Teilchendurchmesser des Titandioxidpulvers.
Es wurde auch eine Pastenzusammensetzung mit den gleichen Verfahren hergestellt, jedoch wurde kein Verbundpulver als Zusatz in dem vorstehend im Beispiel 1 gezeigten Verfahren zur Herstellung der Pastenzusammensetzung zugesetzt. Diese Pastenzusammensetzung war die Probe 11.
Beispiel 3: Herstellung von Pastenzusammensetzungen (3)
Als nächstes wurden drei Pastenzusammensetzungen mit verschiedenen Mischanteilen eines Verbundpulvers, das aus Zinkoxid und einer Silizium-enthaltenden Verbindung zusammengesetzt war, durch das vorstehend im Beispiel 1 gezeigte Verfahren zur Herstellung der Pastenzusammensetzung unter Verwendung der gleichen Prozesse hergestellt, jedoch wurde ein Verbundpulver, das unter Verwendung eines Zinkoxid(ZnO)-Pulvers (durchschnittlicher Teilchendurchmesser 25 nm) hergestellt worden ist, anstelle des Verbundpulvers verwendet, das unter Verwendung von Titandioxid als Metalloxid hergestellt worden ist. Diese waren die Proben 16 bis 18. Von diesen wurden die Proben 16 und 17 durch Zusetzen des Verbundpulvers als solches in Pulverform hergestellt. Die Probe 18 wurde mit dem Verbundpulver hergestellt, das in Aufschlämmungsform und nicht in Pulverform zugesetzt wurde. Das Aufschlämmungsherstellungsverfahren war mit demjenigen in 2) von (3) des vorstehenden Beispiels 1 identisch. Die Tabelle 1 zeigt die Proben 16 bis 18 in einer Korrelation mit den Mischanteilen (als Prozentsatz der Feststoffe) des Verbundpulvers. In der Tabelle 1 ist die Form des Mischpulvers als „ZnO-Si” gezeigt.
Zwei Pastenzusammensetzungen mit unterschiedlichen Mischanteilen von Zinkoxid wurden auch in der gleiche Weise wie die Proben 16 und 17 hergestellt, jedoch wurde zur Herstellung der Pastenzusammensetzung anstelle eines Verbundpulvers, das unter Verwendung von Zinkoxid hergestellt worden ist, ein Zinkoxidpulver verwendet. Diese waren die Proben 19 und 20. Die Proben 19 und 20 wurden mit Zinkoxid hergestellt, das in einer Pulverform anstatt einer Aufschlämmungsform zugesetzt wurde.
Beispiel 4: Herstellung von Pastenzusammensetzungen (4)
Eine Pastenzusammensetzung wurde durch die vorstehend im Beispiel 1 gezeigten Verfahren zur Herstellung der Pastenzusammensetzung unter Verwendung der gleichen Prozesse hergestellt, jedoch wurde ein Verbundpulver, das unter Verwendung von Siliziumdioxid(SiO₂)-Pulver (durchschnittlicher Teilchendurchmesser 25 nm) hergestellt worden ist, anstelle eines Verbundpulvers verwendet, das unter Verwendung von Titandioxidpulver als Metalloxid hergestellt worden ist. Dies war die Probe 21. Die Probe 21 wurde mit dem Verbundpulver hergestellt, das in Aufschlämmungsform anstatt einer Pulverform zugesetzt wurde. Die Aufschlämmung wurde mit den gleichen Herstellungsverfahren wie in 2) von (3) des vorstehenden Beispiels 1 hergestellt. In der Tabelle 1 ist die Form des Verbundpulvers als „SiO₂-Si” gezeigt.
Eine Pastenzusammensetzung wurde auch mit den gleichen Prozessen hergestellt, jedoch wurde ein Verbundpulver, das unter Verwendung von Zirkoniumoxid(ZrO₂)-Pulver (durchschnittliche Teilchengröße 6 nm) hergestellt worden ist, anstatt des Verbundpulvers verwendet, das unter Verwendung des vorstehend genannten Siliziumdioxidpulvers hergestellt worden ist. Dies war die Probe 22. Die Probe 22 wurde auch mit dem Verbundpulver hergestellt, das in Aufschlämmungsform anstatt einer Pulverform zugesetzt wurde. Die Aufschlämmung wurde mit den gleichen Herstellungsverfahren wie in 2) von (3) des vorstehenden Beispiels 1 hergestellt. In der Tabelle 1 ist die Form des Verbundpulvers als „ ZrO₂-Si gezeigt.
Eine Pastenzusammensetzung wurde auch mit den gleichen Prozessen hergestellt, jedoch wurde ein Verbundpulver, das unter Verwendung von Aluminiumoxid(Al₂O₃)-Pulver (durchschnittlicher Teilchendurchmesser 30 nm) hergestellt worden ist, anstatt des Verbundpulvers verwendet, das unter Verwendung des vorstehend genannten Siliziumdioxidpulvers hergestellt worden ist. Dies war die Probe 23. Die Probe 23 wurde auch mit dem Verbundpulver hergestellt, das in Aufschlämmungsform anstatt einer Pulverform zugesetzt wurde. Die Aufschlämmung wurde mit den gleichen Herstellungsverfahren wie in 2) von (3) des vorstehenden Beispiels 1 hergestellt. In der Tabelle 1 ist die Form des Verbundpulvers als „Al₂O₃-Si” gezeigt.
Beispiel 5: Berechnung des Verzugs
Solarzellen wurden unter Verwendung der Pastenzusammensetzungen der Proben 1 bis 23, die in der vorstehend beschriebenen Weise erhalten worden sind, zur Bildung der Aluminiumelektroden hergestellt.
Insbesondere wurden käufliche p-Typ-Einkristall-Siliziumsubstrate mit 125 mm im Quadrat (200 μm dick) für Solarzellen bereitgestellt und deren Oberflächen wurden unter Verwendung einer wässrigen Natriumhydroxidlösung alkalisch geätzt.
Als nächstes wurde eine Phosphor-enthaltende Lösung auf die lichtempfangende Oberfläche der Siliziumsubstrate aufgebracht, die eine durch die vorstehend genannte Ätzbehandlung gebildete texturierte Struktur aufwies, und eine etwa 0,5 μm dicke n-Si-Schicht (n⁺-Schicht) wurde durch eine Wärmebehandlung auf der lichtempfangenden Oberfläche jedes Siliziumsubstrats gebildet (vgl. die 1).
Als nächstes wurde ein Antireflexionsfilm (Titanoxidfilm) mit einer Dicke von mindestens 50 nm, jedoch nicht mehr als 100 nm mittels Plasma-CVD (PECVD) auf der n-Si-Schicht gebildet. Eine Filmbeschichtung (Dicke mindestens 20 μm, jedoch nicht mehr als 50 μm) für die Frontelektrode (Ag-Elektrode) wurde dann mittels Siebdruck auf dem Antireflexionsfilm unter Verwendung einer spezifischen Silberpaste für die Bildung der Frontelektrode (Ag-Elektrode) gebildet (vgl. die 1).
Die Pastenzusammensetzungen der Proben 1 bis 23 wurden dann mittels Siebdruck (hier und nachstehend unter Verwendung eines Netzes aus rostfreiem SUS #165-Stahl) auf den Rückseiten der Siliziumsubstrate aufgedruckt (aufgebracht), wobei Beschichtungsfilme mit einer Dicke von etwa 55 μm gebildet wurden. Als nächstes wurden die Siliziumsubstrate zur Bildung von Aluminiumelektroden (Rückelektroden) gebrannt. Insbesondere wurden sie an der Luft bei einer Temperatur von etwa 700°C bis 800°C unter Verwendung eines Infrarot-Schnellbrennofens gebrannt.
Als nächstes wurde der Verzug der gebrannten Siliziumsubstrate untersucht. D. h., die gebrannten Siliziumsubstrate wurden mit der Seite, auf der die gebildete Aluminiumelektrode vorlag, nach oben auf einen horizontalen Testtisch gelegt und der Abstand zwischen dem niedrigsten und dem höchsten Teil in der Richtung der Dicke des Siliziumsubstrats wurde gemessen. Der erhaltene Messwert ist als Verzug (mm) für die Testprobe angegeben. Die Ergebnisse sind in der entsprechenden Spalte in der Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 6: Bewertung des Aussehens von Aluminiumelektroden
Nach dem Brennen wurden die gebildeten Aluminiumelektroden auch visuell untersucht, um zu sehen, ob Blasen und andere Mängel auf der Oberfläche vorlagen. Die Ergebnisse sind in der entsprechenden Spalte in der Tabelle 1 gezeigt. Proben mit Mängeln sind mit „Y” bezeichnet.
Wie es in der Tabelle 1 gezeigt ist, betrug bei der Probe 11, der keine Zusätze zugesetzt worden sind, der Verzug 2,3 mm, und auf der Oberfläche der Aluminiumelektrode, die unter Verwendung dieser Probe 11 gebildet worden ist, wurden Mängel gefunden.
Im Gegensatz dazu lag bei den Proben 1 bis 10, bei denen das Verbundpulver (TiO₂-Si) zugesetzt worden ist, in allen Fällen ein geringerer Verzug des Substrats vor und auf der Oberfläche der Aluminiumelektroden lagen keine Mängel vor.
In dem Fall der Proben 1 bis 5 und 8, bei denen Verbundaufschlämmungen verwendet worden sind, in denen die Verbundpulver den gleichen Teilchendurchmesser aufwiesen, war der Verzug des Substrats umso geringer, je größer die Menge des Verbundpulvers als Prozentsatz der Feststoffe war. Beispielsweise betrug der Prozentsatz in der Probe 1 0,03 Massen-% und der Verzug wurde im Vergleich zu der Probe 11 um 25% oder mehr vermindert. Der Verzug wurde bei der Verwendung der Proben 2 und 3, bei denen der Prozentsatz mindestens 0,1 Massen-%, jedoch weniger als 0,3 Massen-% betrug, um 30% oder mehr vermindert. Der Verzug wurde bei der Verwendung der Proben 4, 5 und 8, bei denen der Prozentsatz mindestens 0,3 Massen-%, jedoch weniger als 0,45 Massen-% betrug, um 40% oder mehr vermindert.
In dem Fall der Proben 5 bis 7, bei denen die Menge des Verbundpulvers als Prozentsatz der Feststoffe gleich war, jedoch der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Verbundpulvers unterschiedlich war, war das Ausmaß des Verzugs umso kleiner, je geringer der durchschnittliche Teilchendurchmesser war (d. h. bei der Probe 5 lag ein geringerer Verzug vor als bei der Probe 6, und bei der Probe 6 lag ein geringerer Verzug vor als bei der Probe 7).
In dem Fall der Proben 5 und 9 war die Tatsache, dass ein geringerer Verzug des Substrats bei der Probe 5 vorlag, ein Beweis dafür, dass das Verbundpulver bei der Unterdrückung eines Verzugs des Substrats effektiver war, wenn es in Aufschlämmungsform zugesetzt wurde, anstatt es als Pulver zuzusetzen. Diese Tendenz ergibt sich auch aus einem Vergleich der Proben 8 und 10.
Ferner war in allen Proben 12 bis 15, in denen Titandioxid(TiO₂)-Pulver zugesetzt worden ist, das Ausmaß des Substratverzugs geringer als in der vorstehend beschriebenen Probe 11. Auf den Aluminiumelektroden wurden jedoch Mängel festgestellt.
In dem Fall der Proben 16 bis 18, denen ein Verbundpulver zugesetzt worden ist, bei dem Zinkoxid (ZnO-Si) eingesetzt worden ist, war der Verzug des Substrats unabhängig davon vermindert, ob das Verbundpulver in Pulver- oder Aufschlämmungsform verwendet wurde. Im Gegensatz dazu lag in dem Fall der Proben 19 und 20, bei denen Zinkoxidpulver zugesetzt worden ist, kein großer Unterschied beim Ausmaß des Verzugs zwischen der vorstehend beschriebenen Probe 11 und der Probe 19 vor, welche die kleinere zugesetzte Menge (Mischanteil) des Zinkoxidpulvers aufwies. Bei der Verwendung der Probe 20, bei der mehr Pulver zugesetzt worden ist, war der Substratverzug vermindert, jedoch war bei einem Vergleich dieser Probe 20 mit der Probe 17, welche die gleiche zugesetzte Menge aufwies, bei der Probe 17, bei der das Verbundpulver eingesetzt worden ist, der Verzug geringer, was bestätigt, dass das Verbundpulver bei der Verminderung des Verzugs effektiver war als das Zinkoxidpulver.
In dem Fall der Proben 21, 22 und 23, bei denen ein SiO₂-Si-Verbundpulver, ein ZrO₂-Si-Verbundpulver bzw. ein Al₂O₃-Si-Verbundpulver eingesetzt worden ist, war der Substratverzug in allen Fällen geringer als bei der vorstehend beschriebenen Probe 11 (insbesondere in dem Fall der Probe 22). In dem Fall der Proben 21 und 22 lagen auf der Aluminiumelektrode, bei der die Probe verwendet wurde, Mängel vor.
Beispiel 7: Messung der Leerlaufspannung
In diesem Fall wurde eine Silberpaste zur Bildung einer Rückelektrode (Ag-Elektrode), die der Silberpaste zur Bildung der vorstehend genannten Frontelektroden (Ag-Elektroden) ähnlich war, mittels Siebdruck in einer spezifischen Struktur auf der Rückseite der Siliziumsubstrate mit Frontelektroden (Ag-Elektroden), die im vorstehend beschriebenen Beispiel 5 gebildet worden sind, aufgebracht und getrocknet, so dass Ag-Rückseitenbeschichtungen mit einer Dicke von 20 μm bis 50 μm gebildet wurden (d. h. Elektroden für einen rückseitigen externen Anschluss, die aus Ag nach dem Brennen hergestellt wurden, vgl. die 1).
Als nächstes wurden die Pastenzusammensetzungen der Proben 1 bis 23 mittels Siebdruck aufgedruckt (aufgebracht), so dass Beschichtungsfilme mit einer Dicke von etwa 55 μm gebildet wurden. Diese Siliziumsubstrate wurden dann an der Luft bei 700°C bis 800°C unter Verwendung eines Infrarot-Schnellbrennofens gebrannt. Aluminiumelektroden (Rückelektroden) wurden zusammen mit den Frontelektroden (Ag-Elektroden) und Ag-Elektroden für einen rückseitigen externen Anschluss mittels dieses Brennverfahrens gebildet.
Als nächstes wurden die resultierenden Solarzellen (vgl. die 1) mit Voltmetern zwischen den vorderen und rückseitigen Ag-Elektroden verbunden und die Leerlaufspannung (Voc) oder, mit anderen Worten, die maximale Spannung, wenn die lichtempfangende Oberfläche Sonnenlicht ausgesetzt war, wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in der entsprechenden Spalte in der Tabelle 1 gezeigt.
Wie es in der Tabelle 1 gezeigt ist, betrug die Leerlaufspannung in dem Fall einer Solarzelle, die mit einer Aluminiumelektrode ausgestattet war, bei der die Probe 11 verwendet worden ist, der keine Zusätze zugesetzt worden sind, 610 mV.
In dem Fall der Proben 1 bis 7 und 9 zeigten die resultierenden Solarzellen in allen Fällen eine gute Leerlaufspannung von 610 mV oder mehr, und zwar trotz der Zugabe von Verbundpulver (TiO₂-Si), was bestätigt, dass hervorragende Batterieeigenschaften erhalten werden konnten. in dem Fall der Proben 8 und 10, bei denen das Verbundpulver in einem Anteil von 0,5 Massen-% oder mehr der Feststoffe zugesetzt worden ist, zeigten die resultierenden Solarzellen alle eine Leerlaufspannung von 607 mV oder weniger als 610 mV.
In dem Fall der Proben 12 bis 15, denen Titandioxidpuiver zugesetzt worden ist, betrug die Leerlaufspannung der resultierenden Solarzellen weniger als 610 mV.
In dem Fall der Proben 16 bis 18, bei denen ein Verbundpulver (ZnO-Si) eingesetzt worden ist, zeigten die resultierenden Solarzellen eine Leerlaufspannung von 610 mV oder mehr, was bestätigt, dass hervorragende Batterieeigenschaften selbst dann erhalten werden konnten, wenn Verbundpulver (ZnO-Si) zugesetzt worden ist. In dem Fall der Proben 19 und 20, bei denen Zinkoxidpulver verwendet worden ist, betrug die Leerlaufspannung der resultierenden Solarzellen weniger als 610 mV.

In dem Fall der Proben 21, 22 und 23, bei denen ein SiO₂-Si-Verbundpulver, ein ZrO₂-Si-Verbundpulver und ein Al₂O₃-Si-Verbundpulver eingesetzt worden sind, betrug die Leerlaufspannung der resultierenden Solarzellen in allen Fällen weniger als 610 mV. Tabelle 1

Probe	Zusatz	Zusatz/Feststoffe [Massen-%]	Teilchengröße des Zusatzes [nm]	Form	Verzug [mm]	Leerlaufspannung [mV]	Mängel
1	TiO₂-Si	0,03	6	Aufschlämmung	1,7	613
2	TiO₂-Si	0,14	6	Aufschlämmung	1,4	614
3	TiO₂-Si	0,28	6	Aufschlämmung	1,4	613
4	TiO₂-Si	0,34	6	Aufschlämmung	1,3	613
5	TiO₂-Si	0,42	6	Aufschlämmung	1,0	611
6	TiO₂-Si	0,42	30	Aufschlämmung	1,2	612
7	TiO₂-Si	0,42	70	Aufschlämmung	1,3	614
8	TiO₂-Si	0,56	6	Aufschlämmung	0,4	607
9	TiO₂-Si	0,42	6	Pulver	1,5	610
10	TiO₂-Si	0,56	6	Pulver	1,4	607
11	-	0	-	-	2,3	610	Y
12	TiO₂	0,03	6	Pulver	2,1	609	Y
13	TiO₂	0,42	6	Pulver	1,5	608	Y
14	TiO₂	0,42	30	Pulver	1,5	608	Y
15	TiO₂	0,42	70	Pulver	1,3	608	Y
16	ZnO-Si	0,14	25	Pulver	1,5	612
17	ZnO-Si	0,42	25	Pulver	1,4	610
18	ZnO-Si	0,42	25	Aufschlämmung	1,2	612
19	ZnO	0,14	25	Pulver	2,1	606	Y
20	ZnO	0,42	25	Pulver	1,8	604
21	SiO₂-Si	0,42	25	Aufschlämmung	1,4	607	Y
22	ZrO₂-Si	0,42	6	Aufschlämmung	0,4	602	Y
23	Al₂O₃-Si	0,42	30	Aufschlämmung	1,2	605

Folglich wurde bestätigt, dass mit den Pastenzusammensetzungen dieser Beispiele der Verzug des Substrats vermindert ist und ein solcher Verzug selbst dann effektiv eingedämmt wird, wenn das Siliziumsubstrat mit der Pastenzusammensetzung beschichtet wird und gebrannt wird, wenn ein Verbundpulver, das aus einem Metalloxid und einer Silizium-enthaltenden Verbindung zusammengesetzt ist, in einer Menge von mindestens 0,01 Massen-%, jedoch weniger als 0,45 Massen-% der Feststoffe enthalten ist, und Mängel auf einer Aluminiumelektrode (Rückelektrode), die durch ein solches Brennen gebildet werden, werden ebenfalls effektiv unterdrückt. Es wurde auch bestätigt, dass die Batterieeigenschaften (Leerlaufspannung Voc) einer Solarzelle, die mit einer solchen Aluminiumelektrode ausgestattet ist, nach wie vor sehr gut sind (wie z. B. eine Voc von 610 mV oder mehr), obwohl die Pastenzusammensetzung diesen zugemischten Verbund enthält.
Mit der Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Rückelektrode der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Verzug des Substrats zu verhindern und eine Solarzelle mit hervorragenden Batterieeigenschaften und einem guten Aussehen bereitzustellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 3910072 [0007]
JP 2008-112808 [0007]
JP 2008-543080 [0007]
WO 2006/132766 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS K1408 [0062]

Claims

Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Rückelektrode einer Solarzelle, die, als Feststoffe, ein Aluminiumpulver, ein Glaspulver und ein Verbundpulver, das aus einem teilchenförmigen Verbund aus einem Metalloxid mit einer Silizium-enthaltenden organischen oder anorganischen Verbindung zusammengesetzt ist, enthält, wobei das Verbundpulver in einer Menge von mindestens 0,01 Massen-%, jedoch weniger als 0,45 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% der Gesamtmenge des Verbundpulvers, des Aluminiumpulvers und des Glaspulvers, enthalten ist.
Pastenzusammensetzung nach Anspruch 1, bei der das Verbundpulver das Metalloxid ist, wobei mindestens ein Teil der Oberfläche des Metalloxids mit der Silizium-enthaltenden organischen oder anorganischen Verbindung beschichtet ist.
Pastenzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Metalloxid ein Titan- oder Zinkoxid ist.
Pastenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Verbundpulvers mindestens 1 nm, jedoch nicht mehr als 100 nm beträgt.
Pastenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Feststoffe in einer Menge von mindestens 60 Massen-%, jedoch nicht mehr als 80 Massen-% der Pastenzusammensetzung als Ganzes, einschließlich ein flüssiges Medium, enthalten sind.
Verfahren zur Herstellung einer Pastenzusammensetzung zur Bildung einer Rückelektrode einer Solarzelle, umfassend die Schritte: Herstellen, als Feststoffe, eines Aluminiumpulvers, eines Glaspulvers und eines Verbundpulvers, das aus einem teilchenförmigen Verbund aus einem Metalloxid mit einer Silizium-enthaltenden organischen oder anorganischen Verbindung zusammengesetzt ist, und Mischen der hergestellten Pulver mit einem flüssigen Medium zur Herstellung einer Paste, wobei das Verbundpulver in einer Menge von mindestens 0,01 Massen-%, jedoch weniger als 0,45 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% der Gesamtmenge des Verbundpulvers, des Aluminiumpulvers und des Glaspulvers, zugemischt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, bei dem das Metalloxid, wobei mindestens ein Teil der Oberfläche des Metalloxids mit der Silizium-enthaltenden organischen oder anorganischen Verbindung beschichtet ist, als das Verbundpulver verwendet wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem als das Metalloxid ein Titan- oder Zinkoxid verwendet wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem, wenn die Paste hergestellt wird, das Verbundpulver in der Form einer Dispersion bereitgestellt wird, in der das Pulver im Vorhinein in einem spezifischen flüssigen Medium dispergiert worden ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem ein Verbundpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von mindestens 1 nm, jedoch nicht mehr als 100 nm als das Verbundpulver verwendet wird.
Solarzelle, die eine Rückelektrode umfasst, die unter Verwendung der Pastenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gebildet worden ist.