DE102012111648A1

DE102012111648A1 - Pastenzusammensetzung für eine Solarzellenelektrode, unter Verwendung derselben hergestellte Elektrode sowie diese enthaltende Solarzelle

Info

Publication number: DE102012111648A1
Application number: DE102012111648A
Authority: DE
Inventors: Seok-Hyun JUNG; Jung Chul Lee; Hyun Joo Jung; Jae Ho Kim
Original assignee: Cheil Industries Inc
Current assignee: Cheil Industries Inc
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-06-06
Also published as: US20130140500A1; KR20130062191A; CN103137240A; CN103137240B; US8815127B2; KR101437143B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden, eine unter Verwendung derselben hergestellte Elektrode sowie eine diese enthaltende Solarzelle bereit. Die Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden beinhaltet (a) (a) ein Gemisch von leitfähigen Pulvern, (b) eine Glasfritte und (c) ein organisches Vehikel. Hierbei kann das Gemisch der leitfähigen Pulver > 1 Gew-% bis < 10 Gew-% eines leitfähigen Pulvers mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm, und > 90 Gew-% bis < 99 Gew-% eines leitfähigen Pulvers mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm enthalten.

Description

Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden, eine unter Verwendung derselben hergestellte Elektrode sowie eine diese enthaltende Solarzelle. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden, die ein Gemisch von leitfähigen Pulvern beinhalten, welche eine bestimmte Menge des leitfähigen Pulvers in einem bestimmten Bereich der Partikeldurchmesser umfassen, Elektroden, die unter Verwendung desselben hergestellt sind, sowie Solarzellen, die diese enthalten. Mit der vorliegenden Erfindung kann ein Feinmuster umgesetzt werden, mit dem der Kurzschlussstrom und die Prozessierbarkeit verbessert werden, und kann einen hohen Füllfaktor durch Erhöhung des seriellen Widerstands der Elektrode bereitstellen und damit die Umwandlungseffizienz einer Solarzelle verbessern.
Beschreibung der verwandten Technik
Da fossile Brennstoffe wie Öl und Kohle bald aufgebraucht sein werden, haben Solarzellen unter Ausnutzung des Sonnenlichts als einer alternativen Energiequelle Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Solarzellen erzeugen elektrische Energie unter Ausnutzung des photovoltaischen Effekts am pn-Übergang, wobei Photonen des Sonnenlichts in Elektrizität umgewandelt werden. In der Solarzelle werden eine frontseitige Elektrode und eine rückwärtige Elektrode auf der Vorder- bzw. Rückseite eines Halbleiter-Wafers oder -Substrats mit dem pn-Übergang gebildet. Dann wird der photovoltaische Effekt am pn-Übergang durch Sonnenlicht, das in den Wafer eindringt, ausgelöst, woraufhin Elektronen, die durch den photovoltaischen Effekt am pn-Übergang erzeugt werden, einen elektrischen Strom liefern, der durch die Elektroden an die Außenseite fließt. Die Elektroden der Solarzelle werden auf dem Wafer durch Aufbringen, Strukturieren und Brennen einer Pastenzusammensetzung für Elektroden gebildet.
Für die Qualität der Solarzelle ist es von Bedeutung, die Umwandlungseffizienz von der Energie des Sonnenlichts zu elektrischem Strom zu verbessern. Herkömmlicherweise ist die Umwandlungseffizienz der Solarzelle bisher hauptsächtlich durch Einstellen der Größe, der Oberflächenbehandlung oder des Mischverhältnisses der leitfähigen Pulver der Pastenzusammensetzung erhöht worden. Diese Methode stößt jedoch hinsichtlich einer verbesserten Umwandlungseffizienz der Solarzelle an Grenzen. Außerdem gibt es eine Bestrebung, die Sinterdichte oder den Elektrodenwiderstand durch Mischen von leitfähigen Pulver mit unterschiedlichen Partikelgrößen zu verbessern. In der Verwendung von Nanopartikeln führt diese Bestrebung jedoch zu einer geringen Prozessierbarkeit aufgrund eines schnellen Anstiegs der Viskosität der Paste, die aus einer Zunahme des spezifischen Oberflächenbereichs resultiert. Daher besteht ein Bedarf nach einer neuen Paste, mit der sowohl die Umwandlungseffizienz einer Solarzelle als auch ihre Prozessierbarkeit als Ergebnis der Viskositätseinstellung der Paste verbessert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden bereitgestellt, welche enthält: (a) ein Gemisch von leitfähigen Pulvern, (b) eine Glasfritte und (c) ein organisches Vehikel. Hierbei kann das Gemisch der leitfähigen Pulver > 1 Gew-% bis < 10 Gew-% eines leitfähigen Pulvers mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm, und > 90 Gew-% bis < 99 Gew-% eines leitfähigen Pulvers mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm enthalten.
Bei einer Ausführungsform kann das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm einen spezifischen Oberflächenbereich von > 3,0 m²/g bis < 30,0 m²/g aufweisen.
Bei einer Ausführungsform kann das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm einen spezifischen Oberflächenbereich von > 0,1 m²/g bis < 2,0 m²/g aufweisen.
Bei einer Ausführungsform kann die Zusammensetzung enthalten: (a) > 60 Gew-% bis < 90 Gew-% des Gemischs der leitfähigen Pulver, (b) > 1 Gew-% bis < 10 Gew-% der Glasfritte und (c) > 5 Gew-% bis < 30 Gew-% des organischen Vehikels.
Bei einer Ausführungsform können die leitfähigen Pulver wenigstens eine Art, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silber-(Ag), Gold-(Au), Palladium-(Pd), Platin-(Pt), Kupfer-(Cu), Chrom-(Cr), Kobalt-(Co), Aluminium-(Al), Zinn-(Sn), Blei-(Pb), Zink-(Zn), Eisen-(Fe), Iridium-(Ir), Osmium-(Os), Rhodium-(Rh), Wolfram-(W), Molybdän-(Mo), Nickel-(Ni) und Indiumzinnoxid-(ITO)-Pulvern, umfassen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine aus der Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden gebildete Elektrode bereitgestellt.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Solarzelle bereitgestellt, die die Elektrode enthält.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine schematische Ansicht einer unter Verwendung einer Paste gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Solarzelle.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden (a) ein Gemisch von leitfähigen Pulvern, (b) eine Glasfritte und (c) ein organisches Vehikel enthalten, wobei das Gemisch der leitfähigen Pulver > 1 Gew-% bis < 10 Gew-% eines leitfähigen Pulvers mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm, und > 90 Gew-% bis < 99 Gew-% eines leitfähigen Pulvers mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm enthält.
(a) Gemisch der leitfähigen Pulver
Die Pastenzusammensetzung kann ein Gemisch aus einem leitfähigen Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm und einem leitfähigen Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm enthalten.
Beispielsweise kann der mittlere Partikeldurchmesser (Dx) des leitfähigen Pulvers mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm durch Messen der Partikeldurchmesser von 200 oder mehr Partikeln unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) bei einer Vergrößerung vom 174.000-fachen und einem Bildanalyseprogramm (Azo-kun für Windows, Version 2.20, Asahi Kasei Engineering, Japan) nach Dispergieren mittels Ultraschall von 0,1 g des leitfähigen Pulvers, 0,1 g Oleinsäure und 5,0 g Cyclohexan bei 25°C für 2 Minuten gemessen werden.
Zum Beispiel kann der mittlere Partikeldurchmesser (D50) des leitfähigen Pulvers mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm unter Verwendung eines Modell 1064D (CILAS Co., Ltd.) nach Dispergieren mittels Ultraschall des leitfähigen Pulvers in Isopropylalkohol (IPA) bei 25°C für 3 Minuten gemessen werden.
Das leitfähigen Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm kann in einer Menge von > 1 Gew-% bis < 10 Gew-% in dem Gemisch der leitfähigen Pulver vorhanden sein. Vorzugsweise kann das leitfähigen Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm in einer Menge von > 1 Gew-% bis < 10 Gew-% in dem Gemisch der leitfähigen Pulver vorhanden sein. Innerhalb dieses Bereichs ist es möglich, eine gute Prozessierbarkeit zu erzielen und den Kurzschlussstrom oder Füllfaktor zu verbessern. Die leitfähigen Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm sind vorzugsweise in einer Menge von > 1 Gew-% bis < 9,9 Gew-%, bevorzugter von > 4 Gew-% bis < 9,9 Gew-% vorhanden.
Das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm weist vorzugsweise einen mittleren Partikeldurchmesser von > 10 nm bis < 80 nm, bevorzugter von > 20 nm bis < 60 nm, auf.
Das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm kann einen spezifischen Oberflächenbereich von > 3,0 m²/g bis < 30,0 m²/g aufweisen. Innerhalb dieses Bereichs ist es möglich, eine gute Prozessierbarkeit zu erreichen und den Kurzschlussstrom oder Füllfaktor zu verbessern. Spezifischer gesagt weisen die leitfähigen Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm einen spezifischen Oberflächenbereich von > 5 m²/g bis < 25,0 m²/g auf.
Das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm kann in einer Menge von > 1 Gew-% bis < 10 Gew-%, bevorzugt von > 1 Gew-% bis < 8 Gew-%, noch bevorzugter von > 4 Gew-% bis < 8 Gew-%, in der Pastenzusammensetzung vorhanden sein. Spezifischer gesagt kann das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser von > 1 nm bis < 100 nm ein kugelförmiges leitfähiges Pulver sein.
Das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm kann in einer Menge von > 90 Gew-% bis < 99 Gew-% in dem Gemisch der leitfähigen Pulver vorhanden sein. Vorzugsweise kann das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm in einer Menge von > 90 Gew-% bis < 99 Gew-% in dem Gemisch der leitfähigen Pulver vorhanden sein. Innerhalb dieses Bereichs ist es möglich, gute Druckeigenschaften zu erhalten und den Kurzschlussstrom oder Füllfaktor zu verbessern. Die leitfähigen Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm sind vorzugsweise in einer Menge von > 90,1 Gew-% bis < 99 Gew-%, noch bevorzugter von > 90,1 Gew-% bis < 96 Gew-%, vorhanden.
Das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm weist vorzugsweise einen mittleren Partikeldurchmesser von > 0,5 µm bis < 3 µm, noch bevorzugter von > 0,8 µm bis < 2,5 µm, und sogar noch bevorzugter von > 1,5 µm bis < 2,5 µm, auf.
Das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm kann einen spezifischen Oberflächenbereich von > 0,1 m²/g bis < 2,0 m²/g aufweisen. Innerhalb dieses Bereichs ist es möglich, eine gute Prozessierbarkeit zu erreichen und den Kurzschlussstrom oder Füllfaktor zu verbessern. Spezifisch gesagt kann das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm einen spezifischen Oberflächenbereich von > 0,1 m²/g bis < 0,5 m²/g aufweisen.
Das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm kann in einer Menge von > 71 Gew-% bis < 80 Gew-%, bevorzugt von > 73 Gew-% bis < 80 Gew-%, noch bevorzugter von > 73 Gew-% bis < 77 Gew-%, in der Pastenzusammensetzung vorhanden sein. Spezifisch gesagt kann das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm ein kugelförmiges leitfähiges Pulver sein.
Das Gewichtsverhältnis des leitfähigen Pulvers mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm zu dem leitfähigen Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm liegt im Bereich von > 0,01 bis < 0,15, bevorzugt von > 0,01 bis < 0,11, noch bevorzugter von > 0,05 bis < 0,11. Inner-halb dieses Bereichs ist es möglich, die Umwandlungseffizienz der Solarzelle zu verbessern. In vorteilhafter Weise sind sowohl das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm und das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm kugelförmige leitfähige Pulver.
Das Gemisch der leitfähigen Pulver kann weiterhin mindestens eine Art von leitfähigem Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser außerhalb der oben beschriebenen Bereiche enthalten.
Das Gemisch der leitfähigen Pulver kann in einer Menge von > 60 Gew-% bis < 90 Gew-% in der Pastenzusammensetzung vorhanden sein. Innerhalb dieses Bereichs ist es möglich, eine Verschlechterung der Umwandlungseffizienz aufgrund eines Anstiegs des Widerstands zu verhindern und eine erschwerte Herstellung der Paste aufgrund einer relativen Herabsetzung der Menge an organischem Vehikel zu verhindern. Das leitfähige Pulver ist vorzugsweise in einer Menge von > 70 Gew-% bis < 90 Gew-% vorhanden.
Bezüglich der leitfähigen Pulver können entweder organische leitfähige Pulver oder anorganische leitfähige Pulver verwendet werden. Die leitfähigen Pulver können zum Beispiel mindestens eine Art von Metallpulver, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silber- (Ag), Gold-(Au), Palladium-(Pd), Platin-(Pt), Kupfer-(Cu), Chrom-(Cr), Kobalt-(Co), Aluminium-(Al), Zinn-(Sn), Blei-(Pb), Zink-(Zn), Eisen-(Fe), Iridium-(Ir), Osmium-(Os), Rhodium-(Rh), Wolfram-(W), Molybdän-(Mo), Nickel-(Ni) und Indiumzinnoxid-(ITO)-Pulvern, enthalten. Diese Pulver können einzeln oder als ein Gemisch von zwei oder mehreren davon verwendet werden.
Das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm und das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm können dieselben oder unterschiedliche Typen von leitfähigen Pulvern sein. Vorteilhafterweise sind beide leitfähigen Pulver Silberpulver.
Das leitfähige Pulver kann kugelförmig, flockenförmig, von amorpher Form oder von einer Kombination daraus sein. Bei einer Ausführungsform kann das leitfähige Pulver kugelförmig sein, um den Füllfaktor und die Sinterdichte weiter zu verbessern.
Glasfritte
Die Glasfritte dient dazu, die Haftung des leitfähigen Pulvers bezüglich des Wafers zu erhöhen und Kristalle aus dem leitfähigen Pulver in einer Emitterregion durch Ätzen einer Antireflektionsschicht und Aufschmelzen des leitfähigen Pulvers zu erzeugen, um so den Kontaktwiderstand während des Brennprozesses der Paste herabzusetzen.
Die Glasfritte kann eine kristallisierte Glasfritte oder nicht-kristallisierte Glasfritte umfassen. Die Glasfritte kann irgendeine aus einer Bleiglasfritte, einer bleifreien Glasfritte und Gemischen davon sein.
Zum Beispiel kann die Glasfritte, ohne darauf beschränkt zu sein, wenigstens eine Art, ausgewählt aus Zinkoxid-Siliziumoxid-(ZnO-SiO₂), Zinkoxid-Boroxid-Siliziumoxid-(ZnO-B₂O₃-SiO₂), Zinkoxid-Boroxid-Siliziumoxid-Aluminiumoxid-(ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃), Bismutoxid-Siliziumoxid-(Bi₂O₃-SiO₂), Bismutoxid-Boroxid-Siliziumoxid-(Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂), Bismutoxid-Boroxid-Siliziumoxid-Aluminiumoxid-(Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃), Bismutoxid-Zinkoxid-Boroxid-Siliziumoxid-(Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃-SiO₂) und Bismutoxid-Zinkoxid-Boroxid-Siliziumoxid-Aluminiumoxid-(Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃)-Glasfritte, umfassen.
Die Glasfritte kann einen mittleren Partikeldurchmesser (D50) im Bereich von > 0,1 µm bis < 20 µm, vorzugsweise von > 0,5 µm bis < 10 µm, aufweisen. Innerhalb dieses Bereichs weist die Glasfritte eine gute Dispergierbarkeit auf und stellt eine gute Aufdruckbarkeit bereit. Der mittlere Partikeldurchmesser wurde mittels eines Modell 1064D (CILAS Co., Ltd.) nach Dispergieren mittels Ultraschall der Glasfritte in Iso-propylalkohol (IPA) bei Raumtemperatur für 3 Minuten gemessen.
Die Glasfritte kann einen Übergangspunkt von > 300°C bis < 700°C aufweisen, und bevorzugt von > 300°C bis < 600°C.
Die Glasfritte kann in einer Menge von > 1 Gew.-% bis < 10 Gew.-% in der Pastenzusammensetzung vorhanden sein. Innerhalb dieses Bereichs ist es möglich, die Sintereigenschaften und die Haftung der Leiterpartikel zu verbessern und zugleich eine Herabsetzung der Umwandlungseffizienz aufgrund einer Zunahme des Widerstand zu verhindern. Weiterhin ist es möglich, das Zurückbleiben einer übermäßigen Menge an Glasfritte nach dem Brennen zu verhindern, was einen Anstieg des Widerstands und eine Verschlechterung der Benetzbarkeit bewirken kann. Vorteilhafterweise kann die Glasfritte in einer Menge von > 1 Gew.-% bis < 7 Gew.-% vorhanden sein.
Organisches Vehikel
Das organische Vehikel kann ein organisches Bindemittel enthalten, welches der Paste Flüssigkeitseigenschaften verleiht.
Zu Beispielen des organischen Bindemittels zählen Cellulosepolymere, wie etwa Ethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxyethylhydroxypropylcellulose und ähnliches; Acrylpolymere, die durch Copolymerisation mit hydrophilen Acrylmonomeren, wie etwa Carboxygruppen, erhalten werden; und Polyvinylharze, ohne darauf beschränkt zu sein. Diese Bindemittel können einzeln oder als ein Gemisch von zwei oder mehreren davon verwendet werden.
Das organische Vehikel kann außerdem ein Lösungsmittel enthalten. In diesem Fall kann das organische Vehikel eine Lösung sein, die durch Lösen des organischen Bindemittels in dem Lösungsmittel zubereitet wird. Das organische Vehikel kann > 1 Gew-% bis < 80 Gew-% des organischen Bindemittels und > 20 Gew-% bis < 99 Gew-% des Lösungsmittels enthalten.
Das Lösungsmittel kann ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus Carbitol-Lösungsmitteln, aliphatischen Alkoholen, Ester-Lösungsmittel, Cellosolve-Lösungsmittel und Kohlenwasserstoff-Lösungsmitteln, wie sie häufig in der Herstellung von Elektroden verwendet werden. Zu Beispielen der Lösungsmittel, die zur Verwendung in der leitfähigen Pastenzusammensetzung geeignet sind, zählen Butylcarbitol, Butylcarbitolacetat, Methylcellosolve, Ethylcellosolve, Butylcellosolve, aliphatische Alkohole, Terpineol, Ethylenglykol, Ethylenglykolmonobutylether, Butylcellosolveacetat, Texanol und Gemische davon.
Das organische Vehikel kann in einer Menge von > 5 Gew-% bis < 30 Gew-% in der Pastenzusammensetzung vorhanden sein. Innerhalb dieses Bereichs ist es möglich, eine ineffiziente Dispergierung oder einen übermäßigen Anstieg der Viskosität nach Zubereitung der Paste zu verhindern, was zu Schwierigkeiten bei der Aufdruckung führen kann, und einen Anstieg des Widerstands und andere Probleme zu verhindern, die während des Brennprozesses auftreten können. Spezifisch gesagt kann das organische Vehikel in einer Menge von > 8 Gew-% bis < 20 Gew-% vorhanden sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Pastenzusammensetzung außerdem typische Additive, je nach Erfordernissen, enthalten, um die Fließeigenschaften, Prozesseigenschaften und Stabilität zu verbessern. Die Additive können, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Dispergiermittel, ein thixotropes Mittel, einen Weichmacher, einen Viskositätsstabilisator, ein Antischaummittel, ein Pigment, einen UV-Stabilisator, ein Antioxidationsmittel, einen Haftvermittler oder Gemische davon umfassen. Diese Additive können in einer Menge von > 0,1 Gew-% bis < 5 Gew-% in der Pastenzusammensetzung vorhanden sein, doch kann diese Menge, je nach Bedarf, verändert werden.
Die Pastenzusammensetzung kann eine Viskosität von > 100 Pa·s bis < 500 Pa·s aufweisen, was bei 10 UpM und 23°C unter Verwendung eines Brookfield Viskosimeters (DV-II+ PRO Viskosimeter, Brookfield Co., Ltd.) gemessen wird. Innerhalb dieses Bereichs zeigt die Pastenzusammensetzung eine gute Aufdruckbarkeit.
In weiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung wird eine Elektrode bereitgestellt, die unter Verwendung der Pastenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist, und eine diese enthaltende Solarzelle.
Solarzellenelektroden können mittels irgendeiner im Fachgebiet bekannten Methode hergestellt werden. Zum Beispiel wird ein vorbereitender Prozess zur Herstellung einer rückwärtigen Elektrode vorgenommen, indem die Pastenzusammensetzung auf die Rückseite eines Wafers gedruckt und die aufgedruckte Paste bei > 200°C bis < 400°C für > 10 Sekunden bis < 60 Sekunden getrocknet wird. Außerdem kann ein vorbereitender Prozess zur Herstellung der frontseitigen Elektrode vorgenommen werden, indem die Paste auf die Vorderseite des Wafers gedruckt und die aufgedruckte Paste getrocknet wird. Daraufhin kann die frontseitige Elektrode 230 und die rückwärtige Elektrode 210 durch Brennen des Wafers bei > 400°C bis < 900°C für 30 Sekunden bis 50 Sekunden fertiggestellt werden.
1 zeigt eine Solarzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 1 können eine rückwärtige Elektrode 210 und eine frontseitige Elektrode 230 gebildet werden, indem die Paste auf einen Wafer oder ein Substrat 100 gedruckt und gebrannt wird, welcher Wafer oder Substrat eine p-Schicht 101 und eine n-Schicht 102, die als Emitter dienen wird, umfasst.
Als nächstes wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Beispiele ausführlicher beschrieben werden. Es sollte jedoch zur Kenntnis genommen werden, dass diese Beispiele zu Zwecken der Veranschaulichung angegeben sind und nicht als Beschränkung des Rahmens der Erfindung dienen sollen.
Eine Beschreibung der den Fachleuten des Gebiets offenkundigen Einzelheiten wird aus Gründen der Klarheit weggelassen.
Beispiele
Die Spezifikationen der in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendeten Komponenten waren wie folgt:

(A) Leitfähiges Pulver: (a1) Kugelförmiges Ag-Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von 2,0 µm (AG-4-8, spezifischer Oberflächenbereich: 0,43 m²/g, Dowa High Tech Co., Ltd.), (a2) kugelförmiges Ag-Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von 20 nm (TW-A01, spezifischer Oberflächenbereich: 17 m²/g, Dowa High Tech Co., Ltd.), (a3) kugelförmiges Ag-Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von 60 nm (TW-A02, spezifischer Oberflächenbereich: 7 m²/g, Dowa High Tech Co., Ltd.) und (a4) kugelförmiges Ag-Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von 300 nm (TW-A03, spezifischer Oberflächenbereich: 1,2 m²/g, Dowa High Tech Co., Ltd.).
(B) Glasfritte: (b1) Bleiglasfritte mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von 1,0 µm und einem Übergangspunkt von 451°C (Leaded Glass, CI-1090, Particlogy Co., Ltd.) und (b2) Bleiglasfritte mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von 1,0 µm und einem Übergangspunkt von 430°C (Leaded Glass, CI-5008, Particlogy Co., Ltd.).
(C) Organisches Vehikel: (c1) Ethylcellulose (STD4, Dow Chemical Co., Ltd.) und (c2) Butylcarbitol
(D) Additive: (d1) BYK102 als einem Dispergiermittel (BYK Chemie) und (d2) Thixatrol ST als einem thixotropen Mittel (Elementis Co., Ltd.).

Beispiel 1
1 Gewichtsanteil Ethylcellulose wurde in 12,5 Gewichtsanteilen Butylcarbitol bei 60°C gelöst. Dann wurde das Resultat mit dem leitfähigen Pulver, der Glasfritte und den Additiven bei einem in Tabelle 1 angegebenen Gewichtsverhältnis (Einheit: Gewichtsanteile) gemischt, gefolgt von Verkneten unter Verwendung eines Dreiwalzenkneters, wodurch die Pastenzusammensetzungen für Solarzellenelektroden hergestellt wurden.
Beispiele 2 bis 4 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4

Dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 wurde zur Herstellung von Pastenzusammensetzungen für Solarzellenelektroden vorgenommen, mit der Ausnahme, dass die leitfähigen Pulver die in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen aufwiesen. Tabelle 1

		Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2	Vergleichsbeispiel 3	Vergleichsbeispiel 4
(A)	(a1)	80	77	73	80	81	70	80,5	80
	(a2)	-	-	-	1	-	-	-	-
	(a3)	1	4	8	-	-	11	0,5	-
	(a4)	-	-	-	-	-	-	-	1
(B)	(b1)	4	4	4	4	4	4	4	4
(B)	(b2)	1	1	1	1	1	1	1	1
(C)	(c1)	1	1	1	1	1	1	1	1
(C)	(c2)	12,5	12,5	12,5	12,5	12,5	12,5	12,5	12,5
(D)	(d1)	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
(D)	(d2)	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
Insgesamt		100	100	100	100	100	100	100	100

Die Eigenschaften der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten Pastenzusammensetzungen wurden ausgewertet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

(1) Viskosität: Die Viskosität jeder zubereiteten Pastenzusammensetzung wurde bei 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 120 und 200 UpM und 23°C unter Verwendung eines Brookfield Viskosimeters (DV-II+ PRO Viskosimeter, Brookfield Co., Ltd.) gemessen, und die Viskosität bei 10 UpM wurde ausgewählt.
(2) Viskositätsverhältnis: (Viskosität bei 1 UpM) / (Viskosität bei 10 UpM) wurde als dem Viskositätsverhältnis erhalten.
(3) Musterbildverhältnis: Die Paste wurde auf die Vorderseite eines Wafers in einem zuvor festgelegten Muster durch Siebdruck aufgedruckt, gefolgt von Trocknen in einem IR-Ofen. Dann wurde eine Aluminiumpaste auf die Rückseite des Wafers gedruckt, gefolgt von Trocknen in derselben Weise. Die präparierte Zelle wurde einem Brennvorgang in einem bandartigen Ofen bei einer Temperaturzone von 300°C bis 750°C für 60 Sekunden unterzogen. Bei der Zelle wurde die Dicke und Linienstärke des gebrannten Frontmusters unter Verwendung eines 3D-Lasermikroskops (VK-9700K, KEYENCE Co., Ltd.) gemessen, um ein Bildverhältnis (Dicke / Linienstärke) zu erhalten.
(4) Kurzschlussstrom (Isc, A), Füllfaktor (FF, %), Umwandlungseffizienz (Eff., %): Mit Bezug auf die hergestellte Zelle wurde der Kurzschlussstrom, Füllfaktor und die Umwandlungseffizienz unter Verwendung eines Effizienztesters für Solarzellen (CT-180, Pasan Co., Ltd.) gemessen.

	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2	Vergleichsbeispiel 3	Vergleichsbeispiel 4
Viskosität (Pa·s)	305	387	452	377	242	516	280	264
Viskositätsverhältnis	6,1	6,3	6,4	6,2	5,6	6,1	6,1	5,7
Musterbildverhältnis	0,26	0,31	0,31	0,28	0,18	0,15	0,25	0,18
Isc (A)	5,69	5,71	5,71	5,70	5,46	5,14	5,69	5,49
FF (%)	77,1	77,8	77,7	77,5	75,7	61,2	75,8	76,1
Eff. (%)	17,7	17,9	17,9	17,8	16,7	12,7	17,4	16,9

Wie in Tabelle 2 gezeigt, kann mit der Pastenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Feinmusterform umgesetzt werden, wodurch der Kurzschlussstrom verbessert und ein hoher Füllfaktor bereitgestellt wird, um so eine hohe Umwandlungseffizienz der Solarzelle zu erhalten.
Obschon hierin einige Ausführungsformen beschrieben worden sind, sollte verstanden sein, dass diese Ausführungsform lediglich als Veranschaulichung bereitgestellt sind und dass verschiedene Modifikationen, Veränderungen und Abweichungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Geiste und Umfang der Erfindung abzuweichen. Daher ist der Umfang der Erfindung lediglich als durch die begleitenden Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt zu verstehen.

Claims

Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden, umfassend (a) ein Gemisch von leitfähigen Pulvern, (b) eine Glasfritte und (c) ein organisches Vehikel, worin das Gemisch der leitfähigen Pulver > 1 Gew-% bis < 10 Gew-% eines leitfähigen Pulvers mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm, und > 90 Gew-% bis < 99 Gew-% eines leitfähigen Pulvers mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm umfasst.
Pastenzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (Dx) von > 1 nm bis < 100 nm einen spezifischer Oberflächenbereich von > 3,0 m²/g bis < 30,0 m²/g aufweist.
Pastenzusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das leitfähige Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von > 0,5 µm bis < 5 µm einen spezifischer Oberflächenbereich von > 0,1 m²/g bis < 2,0 m²/g aufweist.
Pastenzusammensetzung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin die leitfähigen Pulver wenigstens eine Art, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silber-(Ag), Gold-(Au), Palladium-(Pd), Platin-(Pt), Kupfer-(Cu), Chrom-(Cr), Kobalt-(Co), Aluminium-(Al), Zinn-(Sn), Blei-(Pb), Zink-(Zn), Eisen-(Fe), Iridium-(Ir), Osmium-(Os), Rhodium-(Rh), Wolfram-(W), Molybdän-(Mo), Nickel-(Ni) und Indiumzinnoxid-(ITO)-Pulvern, umfassen.
Pastenzusammensetzung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Zusammensetzung umfasst: (a) > 60 Gew-% bis < 90 Gew-% des Gemischs der leitfähigen Pulver, (b) > 1 Gew-% bis < 10 Gew-% der Glasfritte und (c) > 5 Gew-% bis < 30 Gew-% des organischen Vehikels.
Pastenzusammensetzung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, außerdem umfassend: wenigstens eine Art von Additiv, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Dispergiermittel, einem thixotropen Mittel, einem Weichmacher, einem Viskositätsstabilisator, einem Antischaummittel, einem Pigment, einem UV-Stabilisator, einem Antioxidationsmittel und einem Haftvermittler.
Elektrode, gebildet aus der Pastenzusammensetzung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6.
Solarzelle, umfassend die Elektrode gemäß Anspruch 7.