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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Aluminiumpastenzusammensetzungen
und Solarzellenelemente, in denen diese Zusammensetzungen verwendet
werden. Genauer gesagt, die vorliegende Erfindung betrifft eine Aluminiumpastenzusammensetzung,
die verwendet wird, wenn eine Aluminiumrückseitenelektrode
auf einem p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrat, das einen Bestandteil
einer Solarzelle mit kristallinem Silizium bildet, gebildet wird,
sowie ein Solarzellenelement, in dem die Zusammensetzung verwendet
wird.
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Stand der Technik
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Beispiele
für elektronische Komponenten mit einer Elektrode, die
auf einem Siliziumhalbleitersubstrat gebildet wurde, umfassen die
Solarzellenelemente, die in der Offenlegungsschrift der
japanischen Patentanmeldung Nr.
2000-90734 (Patentdokument 1) und in der Offenlegungsschrift
der
japanischen Patentanmeldung
Nr.2004-134775 (Patentdokument 2) beschrieben werden.
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Die 1 zeigt
eine schematische Schnittansicht der Struktur eines Solarzellenelements.
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Das
Solarzellenelement, das in der 1 gezeigt
ist, wird unter Verwendung eines p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrats 1 mit
einer Dicke von 220 bis 300 μm hergestellt. Auf der Seite
des Siliziumhalbleitersubstrats 1, auf der Licht einfällt,
ist eine n-Typ-Verunreinigungsschicht 2 mit einer Dicke
im Bereich von 0,3 bis 0,6 μm angeordnet, und auf der n-Typ-Verunreinigungsschicht 2 sind
ein Antireflexfilm 3 sowie Gitterelektroden (grid electrodes) 4 angeordnet.
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Auf
der Rückseite des p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrats 1 ist
eine Aluminiumelektrodenschicht 5 angeordnet. Die Aluminiumelektrodenschicht 5 wird
hergestellt, indem eine Aluminiumpastenzusammensetzung, enthaltend
ein Aluminiumpulver, ein Frittenglas bzw. gesintertes Glas (glass
frit) und einen organischen Träger, aufgebracht wird, wobei
ein Siebdruckverfahren oder dgl. angewandt wird; die aufgebrachte
Zusammensetzung getrocknet wird; und die Aluminiumpastenzusammensetzung
dann eine kurze Zeit lang bei einer Temperatur von 660°C
(Schmelzpunkt von Aluminium) oder darüber gebrannt wird.
Beim Brennen diffundiert das Aluminium in das p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrat 1,
wobei eine Al-Si-Legierungsschicht 6 zwischen der Aluminiumelektrodenschicht 5 und
dem p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrat 1 gebildet wird, und
die Diffusion der Aluminiumatome führt gleichzeitig zur
Bildung einer p+-Schicht 7 als
Verunreinigungsschicht. Das Vorhandensein der p+-Schicht 7 verhindert
die Rekombination von Elektronen, wodurch ein BSF(Back Surface Field)-Effekt
erzielt wird, der die Ladungsträgerausbeute erhöht.
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Die
Offenlegungsschrift der
japanischen
Patentanmeldung Nr.5-129640 (Patentdokument 3) beschreibt
z. B. ein Solarzellenelement, bei dem eine Rückseitenelektrode
8,
umfassend eine Aluminiumelektrodenschicht
5 und eine Al-Si-Legierungsschicht
6,
unter Verwendung einer Säure oder dgl. entfernt wurde und eine
Sammelelektrodenschicht unter Verwendung einer Silberpaste oder
dgl. neu gebildet wurde. Da die Säure, die zum Entfernen
der Rückseitenelektrode
8 verwendet wird, jedoch
entsorgt werden muss, tritt z. B. das Problem auf, dass die Entsorgung
das Verfahren kompliziert macht. In den letzten Jahren wurden verschiedenste
Solarzellenelemente hergestellt, bei denen die Rückseitenelektrode
8 als
solche beibehalten wird und als Sammelelektrode verwendet wird,
damit das zuvor beschriebene Problem nicht auftritt.
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In
letzter Zeit wurde versucht, die Dicke der Siliziumhalbleitersubstrate
zu verringern, um die Kosten für die Herstellung von Solarzellen
zu reduzieren. Wenn das Siliziumhalbleitersubstrat jedoch dünner
ist, wird, bedingt durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
von Silizium und Aluminium, nach dem Brennen der Aluminiumpastenzusammensetzung
eine Rückseite mit einer Rückseitenelektrodenschicht erhalten,
die konkav deformiert ist, wodurch das Siliziumhalbleitersubstrat
deformiert und verbogen wird. Es wurde ein Verfahren vorgeschlagen,
bei dem die aufge brachte Menge an Aluminiumpastenzusammensetzung verringert
wird und die Rückseitenelektrodenschicht dünner
gemacht wird, um solch ein Verbiegen zu verhindern. Wenn jedoch
die aufgebrachte Menge an Aluminiumpastenzusammensetzung verringert
wird, treten beim Brennen leicht Bläschen (blisters) und
Kügelchen (globules) von Aluminium auf. Dadurch kann das
Siliziumhalbleitersubstrat bei der Herstellung der Solarzellen z.
B. zerbrechen, wodurch die Ausbeute an Solarzellen bei der Herstellung
der Solarzellen verringert wird.
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Es
wurden verschiedenste Aluminiumpastenzusammensetzungen vorgeschlagen,
um die zuvor beschriebenen Probleme zu lösen.
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Die
Offenlegungsschrift der
japanischen
Patentanmeldung Nr.2004-134775 (Patentdokument 2) beschreibt
eine elektrisch leitfähige Paste, die die Kontraktion eines
Elektrodenfilms beim Brennen verringern kann und die ein Verbiegen
eines Si-Wafers verhindern kann, wobei die Paste eine Aluminiumpastenzusammensetzung
ist, umfassend ein Aluminiumpulver, ein Frittenglas und einen organischen
Träger, wobei der organische Träger Teilchen enthält,
die nicht oder nur wenig löslich sind, und wobei die Teilchen
mindestens eine Teilchenart umfassen, ausgewählt aus Teilchen
einer organischen Verbindung und Kohlenstoffteilchen.
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Die
Offenlegungsschrift der
japanischen
Patentanmeldung Nr.2005-191107 (Patentdokument 4) beschreibt
ein Verfahren zum Herstellen eines Solarzellenelements, bei dem
eine Rückseitenelektrode mit ausgezeichneten Eigenschaften
erhalten wird, bei dem die Bildung von Kügelchen und Rauhigkeitsspitzen
von Aluminium und eine Bläschenbildung der Elektrode verhindert
werden und bei dem die Verbiegung eines Halbleitersubstrats verringert
wird, so dass die Ausbeute erhöht wird. In der Aluminiumpaste,
die bei diesem Verfahren verwendet wird, ist ein Aluminiumpulver
enthalten, dessen mittlere Teilchengröße D
50 bei kumulativer Teilchengrößenverteilung,
bezogen auf das Volumen, 6 bis 20 μm beträgt,
und in dem Teilchen mit jeweils einer Teilchengröße,
die der Hälfte der mittleren Teilchengröße
D
50 entspricht oder kleiner ist, in einem
Anteil von 15% oder weniger, bezogen auf alle Teilchen in der Teilchengrößenverteilung,
enthalten sind.
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Selbst
wenn diese Aluminiumpasten verwendet wurden, konnte die Bildung
von Bläschen und Kügelchen von Aluminium in der
Rückseitenelektrodenschicht beim Brennen nicht ausreichend
verhindert werden, und die Verbiegung eines Halbleitersubstrats
konnte auch nicht ausreichend verringert werden.
- [Patentdokument
1] Offenlegungsschrift der japanischen
Patentanmeldung Nr. 2000-90734
- [Patentdokument 2] Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-134775
- [Patentdokument 3] Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 5-129640
- [Patentdokument 4] Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-191107
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgaben, die mit der Erfindung gelöst
werden
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die zuvor beschriebenen
Probleme zu lösen und eine Aluminiumpastenzusammensetzung
bereitzustellen, die die Bildung von Bläschen und Kügelchen von
Aluminium in einer Rückseitenelektrodenschicht beim Brennen
verhindert, die das Verbiegen eines Siliziumhalbleitersubstrats
verringert, selbst wenn ein dünneres Siliziumhalbleitersubstrat
verwendet wird, und die einen großen BSF-Effekt und einen
hohen Energieumwandlungsgrad (Wirkungsgrad) ermöglicht;
eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe besteht
darin, ein Solarzellenelement mit einer Elektrode, die unter Verwendung dieser
Zusammensetzung hergestellt wurde, bereitzustellen.
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Erfindungsgemäße
Lösungen der Aufgaben
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung führten umfangreiche
Untersuchungen mit dem Ziel durch, die Probleme des Standes der
Technik zu lösen. Dabei fanden sie heraus, dass die zuvor
beschriebenen Aufgaben gelöst werden können, wenn
eine Aluminiumpastenzusammensetzung mit einer spezifischen Zusammensetzung
verwendet wird. Die Aluminiumpastenzusammensetzung entsprechend
der vorliegenden Erfindung, die das Ergebnis der durchgeführten
Untersuchungen ist, zeichnet sich durch die im Folgenden beschriebenen Merkmale
aus.
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Die
Aluminiumpastenzusammensetzung entsprechend der vorliegenden Erfindung
ist eine Pastenzusammensetzung, die verwendet wird, um eine Elektrode
auf einem Siliziumhalbleitersubstrat zu bilden, und die ein Aluminiumpulver,
einen organischen Träger und einen Weichmacher enthält.
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Es
ist bevorzugt, dass der Weichmacher, der in der erfindungsgemäßen
Aluminiumpastenzusammensetzung enthalten ist, ein Material ist,
ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Verbindungen auf
der Basis von Phthalsäureestern, Verbindungen auf der Basis
von Adipinsäureestern, Verbindungen auf der Basis von Phosphorsäureestern,
Verbindungen auf der Basis von Trimellithsäureestern, Verbindungen
auf der Basis von Zitronensäureestern, Verbindungen vom
Epoxy-Typ und Verbindungen vom Polyester-Typ.
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Es
ist ebenfalls bevorzugt, dass der Gehalt an Weichmacher, der in
der erfindungsgemäßen Aluminiumpastenzusammensetzung
enthalten ist, 0,05 Gew.-% oder mehr und 10 Gew.-% oder weniger
beträgt.
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Es
ist bevorzugt, dass die Aluminiumpastenzusammensetzung entsprechend
der vorliegenden Erfindung weiterhin ein Frittenglas enthält.
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Das
Solarzellenelement entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst
eine Elektrode, hergestellt durch Aufbringen der Aluminiumpastenzusammensetzung
mit den zuvor beschriebenen Merkmalen auf einem Siliziumhalbleitersubstrat
und nachfolgendes Brennen der Aluminiumpastenzusammensetzung.
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Effekte, die mit der Erfindung erzielt
werden
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung wird, wie zuvor beschrieben wurde, eine
Aluminiumpastenzusammensetzung mit einem Weichmacher verwendet,
wodurch die Bildung von Bläschen und Kügelchen
von Aluminium in einer Aluminiumelektrodenschicht, die auf der Rückseite
eines Siliziumhalbleitersubstrats gebildet wird, verhindert werden
kann; wodurch das Verbiegen des Siliziumhalbleitersubstrats verringert
werden kann, selbst wenn ein dünneres Siliziumhalbleitersubstrat
verwendet wird; und wodurch die Ausbeute an Solarzellenelementen
bei der Herstellung der Solarzellenelemente verbessert werden kann.
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Wenn
die erfindungsgemäße Aluminiumpastenzusammensetzung
mit dem Weichmacher verwendet wird, können ein großer
BSF-Effekt und ein hoher Energieumwandlungsgrad erzielt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 zeigt
eine schematische Schnittansicht der Struktur eines Solarzellenelements
entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die 2 veranschaulicht
ein Verfahren zum Messen des Verbiegungsgrades, hervorgerufen durch das
Brennen, eines p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrats, auf dem eine Aluminiumelektrodenschicht
gebildet wurde.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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Die
Aluminiumpastenzusammensetzung entsprechend der vorliegenden Erfindung
enthält einen Weichmacher, sowie ein Aluminiumpulver und
einen organischen Träger.
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Der
Weichmacher, der erfindungsgemäß verwendet wird,
ist eine Substanz, die zugegeben wird, damit das Material flexibel
ist oder damit das Material leicht verarbeitet werden kann. Weichmacher
werden gewöhnlich verwendet, um einen Kunststoff, dessen
Hauptbestandteil Vinylchlorid ist, weich zu machen. Die meisten Weichmacher
sind chemische Verbindungen (Verbindungen, die gewöhnlich
als "Ester" bezeichnet werden), die aus einer Säure und
einem Alkohol hergestellt werden.
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Der
Weichmacher, der in der erfindungsgemäßen Aluminiumpastenzusammensetzung
verwendet werden kann, ist nicht auf bestimmte Weichmacher beschränkt.
Beispiele für den Weichmacher umfassen Phthalsäureesterverbindungen,
die gewöhnlich verwendet werden, sowie Verbindungen auf
der Basis von Adipinsäureestern, Verbindungen auf der Basis
von Phosphorsäureestern, Verbindungen auf der Basis von
Trimellithsäureestern, Verbindungen auf der Basis von Zitronensäureestern,
Verbindungen vom Epoxy-Typ, Verbindungen vom Polyester-Typ usw.
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Es
ist besonders bevorzugt, dass Phthalsäureester, wie z.
B. Dimethylphthalat (DMP), Diethylphthalat (DEP), Dibutylphthalat
(DBP), Dioctylphthalat (DOP), Di-n-octylphthalat (DnOP), Diisononylphthalat
(DINP), Dinonylphthalat (DNP), Diisodecylphthalat (DIDP) oder Butylbenzylphthalat
(BBP), als Weichmacher verwendet werden.
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Zwei
oder mehr verschiedene dieser Weichmacher können miteinander
vermischt und verwendet werden.
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Es
ist bevorzugt, dass der Gehalt an Weichmacher, der in der erfindungsgemäßen
Aluminiumpastenzusammensetzung enthalten ist, 0,05 Gew.-% oder mehr
und 10 Gew.-% oder weniger beträgt. Es ist besonders bevorzugt,
dass der Gehalt an Weichmacher in der erfindungsgemäßen
Aluminiumpastenzusammensetzung 0,3 Gew.-% oder mehr und 7 Gew.-%
oder weniger beträgt. Wenn der Gehalt an Weichmacher weniger als
0,05 Gew.-% beträgt, können die Bildung von Bläschen
und Kügelchen von Aluminium in der Rückseitenelektrodenschicht,
verursacht durch das Brennen, und ein Verbiegen, wenn ein dünneres
Siliziumhalbleitersubstrat verwendet wird, nicht verhindert werden.
Wenn der Gehalt an Weichmacher mehr als 10 Gew.-% beträgt,
können kein großer BSF-Effekt und kein hoher Energieumwandlungsgrad
erzielt werden.
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Es
ist bevorzugt, dass der Gehalt an Aluminiumpulver, das in der Aluminiumpastenzusammensetzung entsprechend
der vorliegenden Erfindung enthalten ist, 60 Gew.-% oder mehr und
80 Gew.-% oder weniger beträgt. Wenn der Gehalt an Aluminiumpulver
weniger als 60 Gew.-% beträgt, nimmt der Widerstand der
Aluminiumelektrodenschicht, die beim Brennen gebildet wird, zu,
wodurch der Energieumwandlungsgrad der Solarzellen verringert wird.
Wenn der Gehalt an Aluminiumpulver mehr als 80 Gew.-% beträgt,
treten Probleme beim Aufbringen der Aluminiumpaste auf, wenn ein
Siebdruckverfahren oder dgl. angewandt wird.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung kann ein Aluminiumpulver mit einer mittleren
Teilchengröße in einem weiten Bereich von 1 bis
20 μm verwendet werden. Wenn das Aluminiumpulver in die
Aluminiumpastenzusammensetzung eingebracht wird, ist es bevorzugt,
dass ein Aluminiumpulver mit einer mittleren Teilchengröße
im Bereich von 2 bis 15 μm verwendet wird, und es ist besonders
bevorzugt, dass ein Aluminiumpulver mit einer mittleren Teilchengröße
im Bereich von 3 bis 10 μm verwendet wird. Wenn die mittlere
Teilchengröße weniger als 1 μm beträgt,
ist die spezifische Oberfläche des Aluminiumpulvers groß,
was nicht erwünscht ist. Wenn die mittlere Teilchengröße
mehr als 20 μm beträgt, hat die Aluminiumpastenzusammensetzung
mit dem darin enthaltenen Aluminiumpulver keine geeignete Viskosität,
was ebenfalls unerwünscht ist. Die Form des Aluminiumpulvers,
das in der erfindungsgemäßen Aluminiumpastenzusammensetzung
verwendet wird, ist nicht auf bestimmte Formen beschränkt,
und das Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäß verwendeten
Aluminiumpulvers ist nicht auf bestimmte Verfahren beschränkt.
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Der
organische Träger, der in der Aluminiumpastenzusammensetzung
entsprechend der vorliegenden Erfindung enthalten ist, kann, falls
erforderlich, verschiedenste Additive und Harze enthalten, die in
einem Lösungsmittel gelöst sind.
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Es
können bekannte Lösungsmittel verwendet werden.
Beispiele dafür umfassen Diethylenglykolmonobutylether,
Diethylenglykolmonobutyletheracetat, Dipropylenglykolmonomethylether
usw.
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Es
können verschiedenste Additive verwendet werden, wie z.
B. Antioxidationsmittel, Mittel, die eine Korrosion verhindern,
Mittel, die eine Schaumbildung verhindern, Mittel zum Verbessern
der Viskosität, Dispergiermittel, Klebrigmacher, Haftvermittler,
Mittel, die die elektrostatischen Eigenschaften verbessern, Polymerisationsinhibitoren,
thixotrope Stoffe, Mittel, die eine Niederschlagsbildung verhindern,
usw.
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Es
kann z. B. eine Polyethylenglykolesterverbindung, eine Polyethylenglykoletherverbindung,
eine Polyoxyethylensorbitanesterverbindung, eine Sorbitanalkylesterverbindung,
eine Verbindung auf der Basis einer aliphatischen mehrwertigen Carbonsäure,
eine Phosphorsäureesterverbindung, ein Polyestersäureamidaminsalz,
eine Verbindung auf der Basis von Polyethylenoxid, ein Fettsäureamidwachs
usw. verwendet werden.
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Es
können bekannte Harze verwendet werden. Zwei oder mehr
verschiedene Harze, ausgewählt aus den im Folgenden beschrieben
Harzen, können miteinander kombiniert und verwendet werden:
Ethylcellulose, Nitrocellulose, Polyvinylbutyral, ein Phenolharz,
ein Melaninharz, ein Harnstoffharz, ein Xylenharz, ein Alkydharz,
ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Acrylharz, ein Polyimidharz,
ein Furanharz, ein Urethanharz, eine Isocyanatverbindung, ein in
der Wärme härtbares Harz, wie z. B. eine Cyanatverbindung,
Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, ein ABS-Harz, Polymethylmethacrylat,
Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol,
Polyacetal, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat,
Polyphenylenoxid, Polysulfon, Polymid, Polyethersulfon, Polyarylat,
Polyetheretherketon, Polytetrafluorethylen, ein Silikonharz usw.
Der organische Träger, der in der Aluminiumpastenzusammensetzung
entsprechend der vorliegenden Erfindung enthalten ist, kann auch
ein organischer Träger sein, der keine Harze löst.
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Es
ist bevorzugt, dass der Gehalt an organischem Träger 10
Gew.-% oder mehr und 40 Gew.-% oder weniger beträgt. Wenn
der Gehalt an organischem Träger weniger als 10 Gew.-%
oder mehr als 40 Gew.-% beträgt, sind die Druckeigenschaften
der Paste unzureichend.
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Die
Aluminiumpastenzusammensetzung entsprechend der vorliegenden Erfindung
kann ein Frittenglas enthalten, wodurch die Bindung zwischen der
Aluminiumelektrodenschicht und dem p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrat
verstärkt wird. Es ist bevorzugt, dass der Gehalt an Frittenglas
5 Gew.-% oder weniger beträgt. Wenn der Gehalt an Frittenglas
mehr als 5 Gew.-% beträgt, kann sich das Glas abscheiden
bzw. abtrennen. Beispiele für die Frittengläser,
die in der Aluminiumpaste für die Herstellung der Rockseitenelektrode
der Solarzelle verwendet werden können, umfassen bekannte
Frittengläser, die als Hauptbestandteil ein Oxid enthalten,
wie z. B. ein Oxid auf der Basis von PbO-B2O3-SiO2, ein Oxid
auf der Basis von PbO-B2O3-Al2O3, ein Oxid auf
der Basis von PbO-B2O3-ZnO,
ein Oxid auf der Basis von Bi2O3-B2O3-SiO2,
ein Oxid auf der Basis von Bi2O3-B2O3-ZnO usw. Es kann
ein Blei enthaltendes Glas verwendet werden, aber es ist besonders
bevorzugt, dass ein bleifreies Glas, das die Umwelt nicht schädigt,
als Frittenglas verwendet wird.
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Obwohl
der Gehalt an Frittenglas in der erfindungsgemäßen
Aluminiumpastenzusammensetzung nicht auf bestimmte Gehalte beschränkt
ist, ist es bevorzugt, dass der Gehalt an Frittenglas 8 Gew.-% oder weniger
beträgt. Wenn der Gehalt an Frittenglas mehr als 8 Gew.-%
beträgt, kann sich das Glas abscheiden bzw. abtrennen,
der Widerstand der Aluminiumelektrodenschicht kann ansteigen und
die Stromerzeugung der Solarzelle kann nachlassen. Der untere Grenzwert
für den Gehalt an Frittenglas ist nicht auf einen bestimmten Wert
beschränkt, und der untere Grenzwert für den Gehalt
an Frittenglas liegt gewöhnlich bei 0,1 Gew.-% oder darüber.
Wenn der untere Grenzwert für den Gehalt an Frittenglas
weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, kann die Reaktion von Aluminium
und Silizium unzureichend sein, so dass die Gefahr besteht, dass
der gewünschte BSF-Effekt nicht erzielt wird.
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Obwohl
die mittlere Teilchengröße des Frittenglases in
der erfindungsgemäßen Aluminiumpastenzusammensetzung
nicht auf eine bestimmte Größe beschränkt
ist, ist es bevorzugt, dass die mittlere Teilchengröße
20 μm oder weniger beträgt.
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Beispiele
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Im
Folgenden ist ein Beispiel der vorliegenden Erfindung angegeben.
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Zuerst
wurden mehrere Aluminiumpastenzusammensetzungen hergestellt, die
jeweils 60 bis 75 Gew.-% Aluminiumpulver, 20 bis 30 Gew.-% eines
organischen Trägers und 0,3 bis 5,0 Gew.-% eines Frittenglases
enthielten, sowie ein Additiv in einer bestimmten Menge, wie in
der Tabelle 1 angegeben.
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Genauer
gesagt, Aluminiumpastenzusammensetzungen (Beispiele 1 bis 13) wurden
hergestellt, indem ein Aluminiumpulver und ein Frittenglas auf der
Basis von B2O3-SiO2-PbO zu organischen Trägern, umfassend
Ethylcellulose, gelöst in organischen Lösungsmitteln
auf der Basis von Glykolether, gegeben wurden, dann dazu verschiedene
Weichmacher, wie in der Tabelle 1 angegeben, als Additive zugegeben
wurden, und die Bestandteile danach unter Verwendung einer gewöhnlichen
Mischvorrichtung miteinander vermischt wurden. Auf die gleiche Weise
wie zuvor beschrieben wurden gewöhnliche Aluminiumpastenzusammensetzungen (Vergleichsbeispiele
1 bis 3) hergestellt, die kein Additiv enthielten oder die keinen
Weichmacher als Additiv enthielten, sondern andere Additive.
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Es
wurden Pulverteilchen mit einer mittleren Teilchengröße
im Bereich von 2 bis 20 μm und einer sphärischen
oder nahezu sphärischen Form verwendet, damit sichergestellt
wurde, dass das Aluminiumpulver mit dem p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrat
reagiert, dass das Aluminiumpulver gut aufgebracht werden konnte
und dass gleichmäßige Beschichtungsfilme erhalten
wurden.
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Die
zuvor beschriebenen verschiedenen Aluminiumpastenzusammensetzungen
wurden unter Anwendung eines Druckverfahrens auf p-Typ-Siliziumhalbleitersubstraten
mit jeweils einer Dicke von 220 μm und einer Abmessung
von 155 mm × 155 mm aufgebracht, wobei eine 165-mesh Siebdruckplatte
verwendet wurde, und dann getrocknet. Die aufgebrachte Menge wurde
so eingestellt, dass sie vor dem Trocknen 1,5 ± 0,1 g/Substrat
betrug.
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Nachdem
die p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrate mit den darauf aufgedruckten
Aluminiumpasten getrocknet worden waren, wurden die p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrate
mit den darauf aufgedruckten Aluminiumpasten unter einer Luftatmosphäre
in einem kontinuierlichen Infrarotbrennofen gebrannt. Die Temperatur
in der Brennzone des Ofens wurde auf 760°C bis 780°C
eingestellt, und die Zeitdauer (Brennzeit), während der
die Substrate in dem Ofen verblieben, betrug 8 bis 12 Sekunden.
Nach dem Brennen wurden die Substrate abgekühlt, wobei
eine Struktur erhalten wurde, in der die Aluminiumelektrodenschicht 5 und
die Al-Si-Legierungsschicht 6 an dem p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrat 1 gebildet
worden waren, wie in der 1 gezeigt.
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In
der Aluminiumelektrodenschicht 5, die auf dem Siliziumhalbleitersubstrat
gebildet worden war, wurden die Anzahl an gebildeten Bläschen
und die Anzahl an gebildeten Kügelchen von Aluminium auf
einer Messoberfläche von 150 × 150 mm2 visuell
bestimmt. Die Summe der gezählten Bläschen und
der gezählten Kügelchen von Aluminium jeder Probe
ist in der Tabelle 1 angegeben. Es wird davon ausgegangen, dass
die ermittelte Summe 5 oder weniger betragen muss, damit das Siliziumhalbleitersubstrat
während des Herstellungsprozesses nicht zerbricht.
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Der
Grad der Verbiegung jedes p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrats mit
der darauf aufgebrachten Aluminiumelektrodenschicht, die durch das
Brennen verursacht worden war, wurde jeweils auf die folgende Weise bestimmt.
Nach dem Brennen und dem Abkühlen wurden, wie in der 2 gezeigt,
zwei diagonal gegenüberliegende Ecken der vier Ecken des
Substrats mit der darauf aufgebrachten Aluminiumelektrodenschicht
nach unten gedrückt, was durch die Pfeile P1 und
P2 dargestellt wird, und die Strecke der
aufwärts gerichteten Verbiegungen X1 und
X2 (jeweils umfassend die Dicke des Substrats)
der anderen Ecken, die nicht den zuvor genannten zwei diagonal gegenüberliegende
Ecken entsprachen, wurde gemessen. Der Mittelwert der aufwärts gerichteten
Verbiegungen X1 und X2 ist
jeweils als "Verbiegung [mm]" in der Tabelle 1 angegeben.
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Der
Oberflächenwiderstand der Rückseitenelektrode 8,
der den Ohm'schen Widerstand zwischen der Elektroden beeinflusst,
wurde unter Verwendung eines 4-Punkt-Messgeräts für
die Bestimmung des Oberflächenwiderstandes (RG-5-Typ sheet
resistance meter, hergestellt von Napson corporation) gemessen.
Die Messbedingungen waren wie folgt: Spannung: 4 mV; Strom: 100
mA; Kraft, die auf die Oberfläche der Rückseitenelektrode 8 einwirkte:
200 grf (1,96 N). Die jeweils gemessenen Werte sind als "Oberflächenwiderstand der
Rückseitenelektrode [mΩ/⎕ (Fläche)]"
in der Tabelle 1 angegeben.
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Danach
wurde das p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrat mit der darauf gebildeten
Rückseitenelektrode 8 in eine wässrige
Salzsäurelösung eingetaucht, wobei die Aluminiumelektrodenschicht 5 und
die Al-Si-Legierungsschicht 6 durch Auflösen entfernt
wurden. Der Oberflächenwiderstand jedes p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrats
mit einer darauf gebildeten p+-Schicht 7 wurde
gemessen, wobei das zuvor beschriebene Messgerät für die
Bestimmung des Oberflächenwiderstandes verwendet wurde.
Die jeweils gemessenen Werte sind als "Oberflächenwiderstand
der p+-Schicht [Ω/☐ (Fläche)]"
in der Tabelle 1 angegeben.
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Es
wird davon ausgegangen, dass eine Korrelation zwischen dem Oberflächenwiderstand
der p
+-Schicht
7 und dem BSF-Effekt
besteht, und dass der BSF-Effekt groß ist, wenn der Oberflächenwiderstand der
Schicht klein ist. Der gewünschte Wert für den
Oberflächenwiderstand beträgt 18 mΩ/☐ (Fläche)
oder weniger in der Rückseitenelektrode
8 und
16 Ω/☐ (Fläche) oder weniger in der p
+-Schicht
7. [Tabelle 1]
| | Additiv | zugegebene
Menge [Gew.-%] | Oberflächenwiderstand der
Rückseitenelektrode [mΩ/⎕] | Oberflächenwiderstand der p+-Schicht [Ω/⎕] | Menge
an gebildeten Al-Bläschen und -Kugelchen [Anzahl] | Verbiegung
[mm] |
| Vergleichsbeispiel | 1 | - | 0 | 11,1 | 11,5 | 10 | 2,50 |
| 2 | Polyethylenteilchen
(3 μm) | 5 | 13,8 | 11,1 | 11 | 2,41 |
| 3 | Kohlenstoffteilchen
(5 μm) | 3 | 11,9 | 12,6 | 8 | 2,29 |
| Beispiel | 1 | DOP | 0,04 | 13,2 | 11,1 | 5 | 2,18 |
| 2 | DOP | 0,07 | 10,9 | 10,7 | 2 | 1,90 |
| 3 | DOP | 3,0 | 11,1 | 10,4 | 0 | 1,64 |
| 4 | DOP | 8,0 | 12,7 | 11,9 | 0 | 1,59 |
| 5 | DBP | 0,1 | 11,2 | 11,2 | 1 | 1,95 |
| 6 | DBP | 4,0 | 11,3 | 10,6 | 0 | 1,84 |
| 7 | DBP | 7,0 | 13,6 | 13,3 | 0 | 1,65 |
| 8 | DBP | 9,0 | 14,6 | 13,2 | 0 | 1,71 |
| 9 | DBP | 10,5 | 17,3 | 15,6 | 0 | 1,54 |
| 10 | DINP | 0,07 | 11,5 | 11,1 | 2 | 1,93 |
| 11 | DINP | 3,0 | 10,8 | 11,7 | 0 | 1,66 |
| 12 | DINP | 8,0 | 14,0 | 13,1 | 0 | 1,49 |
| 13 | DOP
+ DBP | 2+2 | 11,1 | 11,5 | 0 | 1,63 |
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Die
in der Tabelle 1 zusammengefassten Ergebnisse zeigen, dass, wenn
die erfindungsgemäßen Aluminiumpastenzusammensetzungen
(Beispiele 1 bis 13), die jeweils einen Weichmacher enthalten, anstelle
der gewöhnlichen Aluminiumpastenzusammensetzungen (Vergleichsbeispiele
1 bis 3), die jeweils keinen Weichmacher enthalten, verwendet werden,
eine Verringerung der Elektrodenfunktion und eine Verringerung des BSF-Effekts
der Aluminiumelektrodenschicht verhindert werden können,
dass die Verbiegung verringert werden kann und dass die Bildung
von Bläschen und Kügelchen von Aluminium in der
Aluminiumelektrodenschicht verhindert werden kann.
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Die
zuvor beschriebenen Ausführungsformen und die Beispiele
veranschaulichen die Erfindung, beschränken diese jedoch
nicht. Die Erfindung wird durch den Schutzumfang der beiliegenden
Patentansprüche definiert, jedoch nicht durch die zuvor
beschriebenen Ausführungsformen und die Beispiele, die
beliebig modifiziert und variiert werden können, und alle
diese Modifikationen und Variationen werden von der vorliegenden
Erfindung umfasst.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wenn
entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Aluminiumpastenzusammensetzung,
die einen Weichmacher enthält, verwendet wird, kann die
Bildung von Bläschen und Kügelchen von Aluminium
in einer Aluminiumelektrodenschicht, die auf der Rückseite
eines Siliziumhalbleitersubstrats gebildet wird, verhindert werden;
das Verbiegen des Siliziumhalbleitersubstrats kann verringert werden,
selbst wenn ein dünneres Siliziumhalbleitersubstrat verwendet
wird; und die Ausbeute an Solarzellenelementen bei der Herstellung
der Solarzellenelemente kann verbessert werden.
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Zusammenfassung
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Die
Erfindung stellt eine Aluminiumpastenzusammensetzung bereit, die
die Bildung von Bläschen und Kügelchen von Aluminium
in einer Rückseitenelektrodenschicht beim Brennen verhindert,
die das Verbiegen eines Siliziumhalbleitersubstrats verringert,
selbst wenn ein dünneres Siliziumhalbleitersubstrat verwendet wird,
und die einen großen BSF-Effekt und einen hohen Energieumwandlungsgrad
ermöglicht; sowie ein Solarzellenelement mit einer Elektrode,
die unter Verwendung dieser Zusammensetzung hergestellt wurde. Die Aluminiumpastenzusammensetzung
ist eine Pastenzusammensetzung für die Herstellung einer
Elektrode (8) auf einem Siliziumhalbleitersubstrat (1),
umfassend ein Aluminiumpulver, einen organischen Träger
und einen Weichmacher. Das Solarzellenelement umfasst die Elektrode
(8), hergestellt durch Aufbringen der Pastenzusammensetzung
mit den zuvor beschriebenen Merkmalen auf dem Siliziumhalbleitersubstrat
(1) und nachfolgendes Brennen der Pastenzusammensetzung.
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Bedeutung der Ziffern in den Figuren
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- 1: p-Typ-Siliziumhalbleitersubstrat; 2:
n-Typ-Verunreinigungsschicht; 3: Antireflexfilm; 4:
Gitterelektrode; 5: Aluminiumelektrodenschicht; 6:
Al-Si-Legierungsschicht; 7: p+-Schicht; 8:
Rückseitenelektrode.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2000-90734 [0002, 0011]
- - JP 2004-134775 [0002, 0009, 0011]
- - JP 5-129640 [0006, 0011]
- - JP 2005-191107 [0010, 0011]