DE112010000891T5 - Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektrode - Google Patents

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Takahiro Sugiyama
Atsushi Nagai
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Noritake Co Ltd
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Abstract

Bereitgestellt ist eine Pastenzusammensetzung für Solarzellenelektroden, welche einen weiten Bereich von optimalen Brenntemperaturen in einem Brenn-Schritt bei einer Solarzellenproduktion aufweist. Die Paste für Elektroden von Solarzellen (10) enthält, als einen Bestandteil, eine Glasfritte, die aus einem Glas konstituiert ist, das 46–57 Mol-% PbO, 1–7 Mol-% B2O3 und 38–53 Mol-% SiO2 umfasst. Dadurch wird, wenn eine Solarzelle (10) unter Verwendung der Paste produziert wird, um eine Lichtempfangsseitige Elektrode (20) zu bilden, ein erweiterter Bereich von optimalen Brenntemperaturen erhalten. Zum Beispiel erweitert sich der Bereich von optimalen Brenntemperaturen für jedes Fertigungslos um ungefähr 30–40°C. Folglich weist die Paste verbesserte Durch-Brenn-Eigenschaften auf, um einen verbesserten ohmschen Kontakt zu erlangen und, damit wird ein durchschnittlicher Ertrag für jedes Fertigungslos verbessert.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine für eine Solarzellenelektrode geeignete Pastenzusammensetzung, die durch ein Durch-Brenn-Verfahren gebildet ist.
  • Technischer Hintergrund
  • Zum Beispiel weist eine typische Silizium-basierte Solarzelle eine Konfiguration auf, die einen Antireflexionsfilm und eine Lichtempfangende Oberflächenelektrode über eine n+ Schicht auf der Oberseite eines Siliziumsubstrats von einem p-Typ polykristallinen Halbleiter beinhaltet und die eine Rückseitenelektrode (hiernach einfach „Elektrode”, wenn zwischen diesen Elektroden nicht unterschieden wird) über eine p+ Schicht auf der Unterseite beinhaltet. Der Antireflexionsfilm ist zum Zwecke des Reduzierens eines Oberflächenreflexionsgrads, während eine ausreichende Durchlässigkeit für sichtbares Licht beibehalten wird, und ist aus einem Dünnfilm aus Siliziumnitrid, Titandioxid, Siliziumdioxid, etc. hergestellt.
  • Die Licht-empfangende Oberflächenelektrode der Solarzelle wird zum Beispiel durch ein sogenanntes Durch-Brenn-Verfahren gebildet. Bei diesem Elektrodenbildungsverfahren wird zum Beispiel, nachdem der Antireflexionsfilm auf die gesamte Oberfläche der n+ Schicht angeordnet ist, eine leitfähige Paste in einer geeigneten Form auf den Antireflexionsfilm unter Verwendung zum Beispiel eines Siebdruckverfahrens aufgebracht und einer Brenn(Sinter)-Behandlung unterworfen. Dieses Verfahren vereinfacht den Ablauf verglichen zu dem Fall des teilweisen Entfernens des Antireflexionsfilms, um eine Elektrode in dem entfernten Abschnitt zu bilden und eliminiert ein Problem einer Verschiebung zwischen dem entfernten Abschnitt und der Elektroden-bildenden Position. Die leitfähige Paste besteht zum Beispiel hauptsächlich aus einem Silberpulver, einer Glasfritte (flockige oder pulvrige Fragmente von Glas, die durch Schmelzen, Quenschen und, falls notwendig, Zerstoßen von Glasrohmaterial gebildet sind), einer organischen Bindemittellösung (engt. vehicle) und einem organischen Lösungsmittel, und, da ein Glasbestandteil in der leitfähigen Paste den Antireflexionsfilm im Laufe des Brennens bricht (engl. break), wird ein ohmscher Kontakt zwischen dem leitfähigen Bestandteil in der leitfähigen Paste und der n+ Schicht gebildet (siehe z. B. Patent Dokument 1).
  • Verschiedene Vorschläge wurden bisher gemacht für solch eine Bildung einer Licht-empfangenden Oberflächenelektrode einer Solarzelle für einen Zweck wie etwa Steigern der Durch-Brenn-Eigenschaft, um den ohmschen Kontakt zu verbessern und folglich einen Füllfaktor (FF) und eine Energieumwandlungseffizienz zu erhöhen. Zum Beispiel werden Gruppe 5 Elemente wie etwa Phosphor zu der leitfähigen Paste gegeben, um den Oxidations-Reduktionseffekt von Glas und Silber zu dem Antireflexionsfilm zu begünstigen, was die Durch-Brenn-Eigenschaft verbessert (siehe z. B. obiges Patent Dokument 1). Chlorid, Bromid oder Fluorid wird zu der leitfähigen Paste gegeben, um den Effekt von Glas und Silber zum Brechen des Antireflexionsfilms mit diesen Additiven zu unterstützen, was den ohmschen Kontakt verbessert (siehe z. B. Patent Dokument 2).
  • Es ist auch eine Silber-enthaltende Paste vorgeschlagen, die 85 bis 99 Gew.-% an Silber und 1 bis 15 Gew.-% an Glas enthält, dass das Glas eine Zusammensetzung aufweist, die 15 bis 75 Mol-% an PbO und 5 bis 50 Mol-% an SiO2 enthält und kein B2O3 enthält (siehe z. B. Patent Dokument 4). Diese Silberenthaltende Paste wird für die Solarzellenelektrodenbildung verwendet und es wird angenommen, dass sich der ohmsche Kontakt durch die Verwendung des Glases mit der oben beschriebenen Zusammensetzung verbessert.
  • Es ist auch eine Dickfilm leitfähige Zusammensetzung vorgeschlagen, die Silberpulver, ein Zink-enthaltendes Additiv und eine Glasfritte mit einem Erweichungspunkt innerhalb eines Bereichs von 300 bis 600°C dispergiert in einem organischen Lösungsmittel enthält (siehe z. B. Patent Dokument 5). Diese Dickfilm leitfähige Zusammensetzung ist für den Zweck des Bildens einer Lichtempfangenden Oberflächenelektrode von einer Solarzelle, und die Leitfähigkeit und die Löthafteigenschaft sind durch Zugabe von Zink verbessert.
  • Es ist auch eine leitfähige Paste für ein Solarzellenelement vorgeschlagen, die eine Glasfritte, die Zinkoxid und Bleioxid innerhalb von Bereichen von 40 bis 70 Gew.-%, bzw. 1 bis 10 Gew.-% und ein leitfähiges Material wie etwa Silber enthält (siehe z. B. Patent Dokument 6). Da diese Paste eine Haftfestigkeit ohne beschichten einer Elektrodenoberfläche mit einem Lötmetall etc. gewährfeisten kann, kann eine sehr verlässliche Elektrodenschicht mit hoher Produktivität produziert werden.
  • Stand der Technik
  • Patentdokumente
    • Patent Dokument 1: Geprüfte japanische Patentanmeldung Publikations-Nr. 03-046985
    • Patent Dokument 2: japanisches Patent Publikations-Nr. 3707715
    • Patent Dokument 3: offengelegtes japanisches Patent Publikations-Nr. 11-329072
    • Patent Dokument 4: ungeprüfte japanische Patentanmeldung Publikations-Nr. (der PCT-Anmeldung) 2008-520094
    • Patent Dokument 5: offengelegtes japanisches Patent Publikations-Nr. 2006-302890
    • Patent Dokument 6: offengelegtes japanisches Patent Publikations-Nr. 2007-281023
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die durch die Erfindung zu lösenden Probleme
  • Eine Brenntemperatur hat einen großen Einfluss auf einen Solarzellenertrag bei der Solarzellenfabrikation, die ein wie oben beschriebenes Durch-Brenn-Verfahren verwendet. Falls ein Brennprofil von einer optimalen Brenntemperatur zum Erzeugen einer Licht-empfangenden Oberflächenelektrode von einer Paste für eine Elektrode abweicht, verringert sich der Effekt von Glas und Silber zum Brechen des Antireflexionsfilms und konsequenterweise verschlechtert sich der ohmsche Kontakt zwischen der Licht-empfangenden Oberflächenelektrode und der n+ Schicht, was in einer Verringerung des Solarzellenertrags resultiert. Allerdings, da eine konventionelle Paste für eine Elektrode einen schmalen Bereich von optimaler Brenntemperatur, z. B. ungefähr 10°C oder niedriger, aufweist, ist es schwierig, eine Hoch-Ertrags Solarzelle sicher zu erlangen. Das Selbe betrifft die verschiedenen oben beschriebenen Vorschläge zum Verbessern des ohmschen Kontakts. Die optimale Brenntemperatur ist in diesem Fall eine Temperatur, bei welcher der maximale Wert des Füllfaktors erlangt werden kann.
  • Bei der gegenwärtigen Siliziumsolarzellenfabrikation variieren die entsprechenden Dickedimensionen, etc. eines Siliziumsubstrats, eines Antireflexionsfilms und einer n Schicht von einem Substrat zum anderen, und, als ein Ergebnis, variiert die optimale Brennbedingung für jedes Substrat. Obwohl der Maximalwert des Füllfaktors bei individuellen Substraten in einem ausreichend weiten Temperaturbereich erlangt wird, bestimmt sich ein optimaler Brenntemperaturbereich für jedes Los innerhalb eines überlappenden Bereichs der optimalen Brenntemperaturbereiche von individuellen Substraten in einem Fertigungslos und wird durch die Variationen enger. Eine Taktzeit für die Solarzellenfabrikationsoperation ist ungefähr drei Sekunden pro Substrat und ist extrem kurz, und, daher kann die Brenn-Bedingung in Berücksichtigung der Variationen eines jeden Substrats nicht optimiert werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der Situationen konzipiert und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pastenzusammensetzung für eine Solarzellenelektrode bereitzustellen, die einen weiteren optimalen Brenntemperaturbereich bei der Brennoperation der Solarzellenfabrikation aufweist.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Die oben angezeigte Aufgabe kann gemäß der vorliegenden Erfindung verwirklicht werden, welche eine Pastenzusammensetzung für eine Solarzellenelektrode bereitstellt, die ein leitfähiges Pulver, eine Glasfritte und eine Bindemittellösung enthält, wobei (a) die Glasfritte aus einem Glas hergestellt ist, das PbO, B2O3 und SiO2 zu Anteilen innerhalb von Bereichen von 46 bis 57 Mol-%, 1 bis 7 Mol-%, bzw. 38 bis 53 Mol-% bezogen auf Oxid enthält.
  • Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weißt die Pastenzusammensetzung für eine Solarzellenelektrode die konstituierende Glasfritte auf, die aus dem Glas hergestellt ist, dass PbO, B2O3 und SiO2 in Verhältnissen innerhalb der Bereiche von 46 bis 57 Mol-%, 1 bis 7 Mol-%, bzw. 38 bis 53 Mol-% enthält, und daher wird der optimale Brenntemperaturbereich in der Solarzelle mit der Licht-empfangenden Oberflächenelektrode, die durch diese Paste gebildet ist, weiter. Zum Beispiel ist der optimale Brenntemperaturbereich von jedem Fertigungslos auf ungefähr 30 bis 40°C erweitert. Als ein Ergebnis, da die Durch-Brenn-Eigenschaft gesteigert ist und der ohmsche Kontakt verbessert ist, erhöht sich ein durchschnittlicher Ertrag pro Fertigungslos.
  • In der Glasfrittenzusammensetzung ist PbO ein Bestandteil, der den Erweichungspunkt von Glas erniedrigt und ist essentiell zum Ermöglichen eines Niedrig-Temperaturbrennens. In der vorliegenden Erfindung muss PbO gleich zu oder größer als 46 Mol-% und gleich zu oder weniger als 57 Mol-% sein, um vorteilhafte Durch-Brenn-Eigenschaft zu erlangen. Die Menge von PbO ist stärker bevorzugt gleich zu oder größer als 49 Mol-% und stärker bevorzugt gleich zu oder weniger als 54 Mol-%. Daher ist der Bereich von 49 bis 54 Mol-% weiter bevorzugt.
  • B2O3 ist ein glasbildendes Oxid (d. h. ein Bestandteil, der ein Gerüst von Glas ausmacht) und ist ein Bestandteil, der essentiell zum Verringern des Erweichungspunkts von Glas ist. In der vorliegenden Erfindung muss B2O3 gleich zu oder größer als 1 Mol-% und gleich zu oder weniger als 7 Mol-% sein, um vorteilhafte Durch-Brenn-Eigenschaft zu erlangen. Die Menge von B2O3 ist stärker bevorzugt gleich zu oder weniger als 3 Mol-% und stärker bevorzugt gleich zu oder weniger als 5 Mol-%. Daher ist der Bereich von 3 bis 5 Mol-% weiter bevorzugt.
  • SiO2 ist ein glasbildendes Oxid und ist ein Bestandteil, der essentiell zum Erhöhen der chemischen Beständigkeit von Glas ist. In der vorliegenden Erfindung muss SiO2 gleich zu oder größer als 38 Mol-% und gleich zu oder weniger als 53 Mol-% sein, um eine vorteilhafte Durch-Brenn-Eigenschaft zu erlangen. Die Menge von SiO2 ist stärker bevorzugt gleich zu oder größer als 43 Mol-% und stärker bevorzugt gleich zu oder weniger als 48 Mol-%. Daher ist der Bereich von 43 bis 48 Mol-% weiter bevorzugt.
  • Obwohl es nicht notwendigerweise einfach ist zu Identifizieren, was die Bestandteile bildet, die im Glas enthalten sind, sind alle diese Verhältnisse als Oxidumgerechnete Werte definiert.
  • Das Glas, das die Paste für eine Elektrode in der vorliegenden Erfindung ausmacht, kann verschiedene andere Glasbestandteile und Additive innerhalb eines Bereichs, der die Eigenschaften davon nicht beeinträchtigen, enthalten. Zum Beispiel können Al, Zr, Na, Li, Ca, Zn, Mg, K, Ti, Ba, Sr, etc. enthalten sein. Diese Bestandteile und Additive können zum Beispiel innerhalb eines Bereichs von insgesamt 10 Mol-% oder weniger enthalten sein.
  • Das Patent Dokument 3 beschreibt eine leitfähige Paste mit einer Glasfritte, die aus Glas hergestellt ist, das 20 Mol-% oder mehr an Bi2O3, 50 Mol-% oder weniger an Bi2O3 und 60 Mol-% oder weniger an SiO2 enthält. Diese leitfähige Paste ist für den Zweck des Verbesserns der schlechten Benetzbarkeit und eines Mangels an Verbindungszuverlässigkeit von Bleiglas, wenn ein Anschlussleiter etc. unter Verwendung eines bleifreien Lötmetalls angebracht wird. Obwohl zuvor wie oben beschrieben Vorschläge gemacht wurden, die die Aufmerksamkeit auf eine Zusammensetzung der Glasfritte, die eine leitfähige Paste wie in dem Fall der vorliegenden Erfindung ausmacht, richten, ist die leitfähige Paste in ihrem Zweck und ihrer Zusammensetzung völlig unterschiedlich von der Paste für eine Elektrode der vorliegenden Erfindung.
  • Bevorzugt weist die Glasfritte einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 3 μm auf. Als ein Ergebnis kann die Pastenzusammensetzung für eine Solarzellenelektrode erlangt werden, die stärker vorteilhafte Druckfähigkeit und einen höheren FF Wert erreicht. Falls ein mittlerer Teilchendurchmesser gleich zu oder größer als 0,5 μm ist, wird die Dispersibilität zum Zeitpunkt der Darstellung der Paste exzellenter und konsequenterweise kann eine vorteilhafte Druckfähigkeit erlangt werden. Andererseits, da ein großer durchschnittlicher Teilchendurchmesser der Glasfritte das Glas schwierig zum Schmelzen macht und dazu tendiert, den FF Wert zu erniedrigen, ist es bevorzugt, dass der durchschnittliche Teilchendurchmesser gleich zu oder weniger als 3 μm ist, um einen ausreichend hohen FF Wert zu erlangen.
  • Bevorzugt enthält die Pastenzusammensetzung für eine Solarzellenelektrode die Glasfritte bei einem Verhältnis innerhalb eines Bereichs von 7 bis 35 Vol.-% relativ zu der gesamten Paste. Als ein Ergebnis, da der Antireflexionsfilm bevorzugt durch die Glasfritte in der Paste geschmolzen wird, wird ein stärkerer bevorzugter ohmscher Kontakt erlangt und der FF Wert ist weiter erhöht. Falls 7 Vol.-% oder mehr der Glasfritte enthalten ist, wird die Schmelzbarkeit des Antireflexionsfilms extrem hoch und daher wird der optimale Brenntemperaturbereich weiter. In dem Fall von 35 Vol.-% oder weniger wird eine isolierende Schicht schwerlich gebildet und dadurch ist eine höhere elektrische Leitfähigkeit zwischen der Elektrode und dem Substrat gewährleistet.
  • Bevorzugt ist das leitfähige Pulver ein Silberpulver. Obwohl ein Kupferpulver, ein Nickelpulver, etc. als das leitfähige Pulver verwendet werden können, ist das Silberpulver am stärksten bevorzugt, da höhere elektrische Leitfähigkeit erlangt werden kann.
  • Bevorzugt enthält die Pastenzusammensetzung für eine Solarzellenelektrode das Silberpulver und die Bindemittellösung bei Verhältnissen innerhalb von Bereichen von 64 bis 90 Gewichtsteilen, beziehungsweise 5 bis 20 Gewichtsteilen. Als ein Ergebnis kann eine leitfähige Zusammensetzung erlangt werden, die vorteilhafte Druckfähigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist und die die Fabrikation einer Elektrode mit vorteilhafter Lötmetallbenetzbarkeit ermöglicht. Falls das Silberpulver in der Menge zu gering ist, kann die hohe elektrische Leitfähigkeit nicht erlangt werden und ein Überschuss des Silberpulvers erniedrigt das Fließvermögen und verschlechtert die Druckfähigkeit. Falls die Glasfritte in der Menge zu gering ist, wird die Haftung zu dem Substrat unzureichend und ein Überschuss der Glasfritte verschlechtert die Lötmetallbenetzbarkeit, da Glas auf der Elektrodenoberfläche nach dem Brennen schwimmt.
  • Das Silberpulver ist nicht besonders beschränkt und das Pulver einer jeden Form, wie etwa einer Kugelform oder einer Schuppenform, können verwendet werden, um von der Expansion des optimalen Brenntemperaturbereichs, welcher der grundlegende Effekt der vorliegenden Erfindung ist, zu profitieren. Allerdings, falls zum Beispiel das Pulver, das eine Kugelform bildet, verwendet wird, erhöht sich die elektrische Leitfähigkeit der Elektrode, die aus dem aufgebrachten Film hergestellt ist, verglichen zu dem Fall der Verwendung des Silberpulvers in einer anderen Form, wie etwa einer Schuppenform, da exzellente Druckfähigkeit erreicht wird und eine Füllrate des Silberpulvers in einem aufgebrachten Film erhöht ist und, zusätzlich, weil hoch-leitfähiges Silber verwendet wird. Als ein Ergebnis kann eine Linienbreite enger gemacht werden, während eine notwendige elektrische Leitfähigkeit gewährleistet ist. Dadurch, falls diese leitfähige Zusammensetzung auf die Licht-empfangende Oberflächenelektrode aufgebracht wird, um eine Linienbreite enger zu machen, kann eine Licht-empfangende Fläche, die fähig zum Absorbieren der Sonnenenergie ist, weiter vergrößert werden und eine Solarzelle mit einer höheren Umwandlungseffizienz kann erlangt werden.
  • Da die Dispersion von Silber bevorzugt zum Zeitpunkt der Elektrodenbildung mit wie oben beschriebenem Durch-Brennen kontrolliert werden kann, kann die leitfähige Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung bevorzugt für die Lichtempfangende Oberflächenelektrode verwendet werden. Allerdings ist die leitfähige Zusammensetzung nicht nur für die Licht-empfangende Elektrode anwendbar, sondern auch für eine Rückseitenelektrode. Zum Beispiel ist die Rückseitenelektrode aus einem Aluminiumfilm, der die gesamte Oberfläche bedeckt, und einer Elektrode in einer Form wie einem Gürtel etc., die mit dem Aluminiumfilm überlappt, hergestellt, und die leitfähige Zusammensetzung ist für ein konstituierendes Material der Gürtel-artigen Elektrode bevorzugt.
  • Obwohl die Glasfritte von verschiedenen verglasbaren Rohmaterialien innerhalb des Zusammensetzungsbereichs, beinhaltend z. B. Oxid, Carbonat, Nitrat, etc., synthetisiert werden kann, können zum Beispiel Siliziumdioxid SiO2, Boroxid B2O3 und mindestens Pb3O4 als die Quellen von Si, B, bzw. Pb verwendet werden.
  • Falls die Zusammensetzung anderer Bestandteile, wie etwa Al und Zr, zusätzlich zu den Hauptbestandteilen Si, B und Pb beinhaltet, können zum Beispiel Oxid, Hydroxid, Carbonat, Nitrat, etc. davon verwendet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Schema einer Querschnittsstruktur einer Solarzelle, zu welcher eine Pastenzusammensetzung für eine Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der Bildung einer Licht-empfangenden Oberflächenelektrode aufgebracht ist.
  • 2. ist ein Diagramm eines Beispiels eines Musters einer Lichtempfangenden Oberflächenelektrode einer Solarzelle von 1.
  • 3. ist ein Diagramm von Hauptbestandteilszusammensetzungen von Glasfritten, die in Ausführungsformen und Vergleichsbeispielen verwendet werden, dargestellt in einem Dreiecksdiagramm.
  • 4 ist ein vergrößertes Diagramm einer Fläche, in der die Ausführungsformen und die Vergleichsbeispiele in dem Dreiecksdiagramm von 3 verteilt sind.
  • 5 ist ein Diagramm eines bevorzugten Bereichs, der durch weiteres Vergrößern einer Fläche abgebildet ist, in der die Ausführungsformen in dem Dreiecksdiagramm von 3 verteilt sind.
  • Ausführungsmodi der Erfindung
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme der Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Ausführungsform sind Diagramme nach Bedarf vereinfacht oder modifiziert und die Dimensionsverhältnisse und Proportionsformen sind nicht notwendigerweise exakt abgebildet.
  • 1 ist ein Schema einer Querschnittsstruktur einer Siliziumsolarzelle 10, zu welcher eine leitfähige Zusammensetzung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebracht ist. In 1 beinhaltet die Solarzelle 10 zum Beispiel ein Siliziumsubstrat 12 von p-Typ polykristallinem Halbleiter, eine n+ Schicht 14 und eine p+ Schicht 16, die entsprechend auf den Ober- und Unterseiten davon gebildet sind, einen Antireflexionsfilm 18 und eine Licht-empfangende Oberflächenelektrode 20, die auf der n+ Schicht 14 gebildet ist, und eine Rückseitenelektrode 22, die auf der p+ Schicht 16 gebildet ist.
  • Die n+ Schicht 14 und die p+ Schicht 16 sind durch Bilden von Schichten mit hohen Verunreinigungskonzentrationen auf den Ober- und Unterseiten des Siliziumsubstrats 12 angeordnet, und die Dickedimensionen der Hochkonzentrationsschichten, d. h. die Dickedimensionen der Schichten 14 und 16, sind zum Beispiel beide ungefähr 0,5 μm. Die Verunreinigung, die in der n+ Schicht 14 enthalten ist, ist z. B. Phosphor (P), das ein n-Typ Dotierstoff ist, und die Verunreinigung, die in der p+ Schicht 16 enthalten ist, ist zum Beispiel Bor (B), das ein p-Typ Dotierstoff ist.
  • Der Antireflexionsfilm 18 ist zum Beispiel ein Dünnfilm, der aus Siliziumnitrid Si3N4 etc. hergestellt ist und ist zum Beispiel mit einer optimalen Dicke in der Größenordnung von ¼ der Wellenlänge von sichtbarem Licht angeordnet, um zum Beispiel einen extrem niedrigen Reflexionsgrad gleich zu oder weniger als 10%, zum Beispiel in der Größenordnung von 2%, aufzuweisen.
  • Die Licht-empfangende Oberflächenelektrode 20 ist zum Beispiel aus einem Dickfilmleiter mit einer einheitlichen Dickedimension hergestellt und ist in einer Kamm-artigen planaren Form mit einer Mehrzahl von dünnen Linienabschnitten auf im Wesentlichen der gesamten Oberfläche einer Licht-empfangenden Oberfläche 24, wie in 2 gezeigt, angeordnet. Der Dickfilmleiter ist aus Dickfilmsilber hergestellt, das ungefähr 67 bis 98 Gew.-% an Ag und ungefähr 2 bis 33 Gew.-% an Gas enthält und das Glas ist Bleiglas, das PbO, B2O3 und SiO2 mit Verhältnissen innerhalb von Bereichen von 46 bis 57 mol-%, 1 bis 7 mol-%, bzw. 38 bis 53 mol-% bezüglich Oxid-umgerechneter Werte enthält. Die Dickedimension der leitfähigen Schicht ist zum Beispiel innerhalb eines Bereichs von 15 bis 20 μm, zum Beispiel ungefähr 17 μm, und die Breitedimension von jeder der dünnen Linienabschnitte ist zum Beispiel innerhalb eines Bereichs von 80 bis 130 μm, zum Beispiel ungefähr 100 μm. Dann weist die leitfähige Schicht eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit auf.
  • Die Rückseitenelektrode 22 ist hergestellt aus einer Gesamtoberflächenelektrode 26, die durch Aufbringen eines Dickfilmmaterials mit Aluminium als einem leitfähigen Bestandteil auf im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der p+ Schicht 16 gebildet ist, und aus einer Gürtel-artigen Elektrode 28, die aus einem Dickfilmsilber hergestellt ist, das durch das Aufbringen in einer Gürtelform auf die Gesamtoberflächenelektrode 26 gebildet ist. Die Gürtel-artige Elektrode 28 ist zum Zweck des Ermöglichens des Lötens von leitfähigen Drähten etc. zu der Rückseitenelektrode 22 angeordnet.
  • Da die wie oben konfigurierte Solarzelle 10 die Licht-empfangende Oberflächenelektrode 20 aufweist, die aus dem Dickfilmsilber hergestellt ist, das das Bleiglas der oben beschriebenen Zusammensetzung innerhalb eines Bereichs von 2 bis 33 Gew.-%, wie oben beschrieben, enthält, weist die Solarzelle 10 in vorteilhafter Weise eine größere Brennmarge verglichen zu Solarzellen unter Verwendung verschiedener konventionell verwendeter Gläser auf.
  • Die oben beschriebene Licht-empfangende Oberflächenelektrode 20 ist durch die Verwendung einer Paste für eine Elektrode gebildet, die aus einem leitfähigen Pulver, einer Glassfritte, einer Bindemittellösung und einem Lösungsmittel besteht, zum Beispiel mit einem bekannten Durch-Brenn-Verfahren. Ein Beispiel eines Fabrikationsverfahrens der Solarzelle 10, das die Bildung der Lichtempfangenden Oberflächenelektrode beinhaltet, wird hiernach zusammen mit einem Fabrikationsverfahren einer leitfähigen Zusammensetzung von Vergleichsbeispielen beschrieben.
  • Zunächst wird die Glasfritte hergestellt. Siliziumdioxid SiO2, Boroxid B2O3, mindestens Pb3O4, Aluminiumoxid Al2O3, Zirkoniumoxid ZrO2, Natriumoxid Na2O, Lithiumoxid Li2O, Calciumoxid CaO, Zinkoxid ZnO und Magnesiumoxid MgO werden als Quellen von Si, B, Pb, Al, Zr, Na, Li, Ca, Zn, bzw. Mg bereitgestellt, und sie werden gewogen und vermischt, um die in Tabelle 1 beschriebenen Zusammensetzungen zu erreichen. Diese werden in einen Tiegel gegeben und geschmolzen und für ungefähr 30 Minuten bis eine Stunde bei einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von 900 bis 1100°C abhängig von den Zusammensetzungen verglast. Das erlangte Glas wurde unter Verwendung einer geeigneten Verkleinerungsvorrichtung, wie etwa einer Gefäßmühle, verkleinert, um Pulver mit durchschnittlichen Teilchendurchmessern von 0,4 μm, 0,6 μm, 1,5 μm, 3,0 μm und 4,0 μm zu erlangen.
  • Figure 00130001
  • Figure 00140001
  • Das leitfähige Pulver wurde bereitgestellt als ein kommerziell erhältliches kugelförmiges Silberpulver, das zum Beispiel einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser innerhalb eines Bereichs von 1 bis 3 μm, zum Beispiel ungefähr 2 μm aufweist. Durch die Verwendung solch eines Silberpulvers mit einem ausreichend geringen durchschnittlichen Teilchendurchmesser ist eine Füllrate des Silberpulvers in einem aufgebrachten Film erhöht und die elektrische Leitfähigkeit des Leiters kann konsequenterweise erhöht werden. Die Bindemittellösung wird durch das Lösen eines organischen Bindemittels in einem organischen Lösungsmittel hergestellt; zum Beispiel wird Butylcarbitolacetat als das organische Lösungsmittel verwendet; und zum Beispiel wird Ethylcellulose als das organische Bindemittel verwendet. Das Verhältnis von Ethylcellulose in der Bindemittellösung ist zum Beispiel ungefähr 15 Gew.-%. Ein Lösungsmittel, das separat von der Bindemittellösung zugegeben wird, ist zum Beispiel Butylcarbitolacetat. Obwohl das keine Einschränkung ist, kann das Lösungsmittel dasselbe sein, wie das, das für die Bindemittellösung verwendet wird. Dieses Lösungsmittel wird für den Zweck des Einstellens der Viskosität der Paste zugegeben.
  • Die Pastenrohmaterialien werden bereitgestellt und, nachdem das leitfähige Pulver, die Glasfritte, die Bindemittellösung und das Lösungsmittel zu Verhältnissen von zum Beispiel 64 bis 82 Gew.-%, 2 bis 20 Gew.-%, 13 Gew.-%, bzw. 3 Gew.-% eingewogen werden, und unter Verwendung einer Rührmaschine etc. gemischt werden, wird ein Dispersionsprozess durch zum Beispiel ein Dreiwalzwerk ausgeführt. Als ein Ergebnis wird eine Paste für eine Elektrode erlangt. In dieser Ausführungsform wird eine Gesamtmenge des leitfähigen Pulvers und der Glasfritte auf 84 Gew.-% eingestellt und eine Gesamtmenge der Bindemittellösung und des Lösungsmittels wird auf 16 Gew.-% eingestellt. Tabelle 1 fasst die Zusammensetzungen der Glasfritte, der Teilchendurchmesser, der Zugabemengen und die Ergebnisse der Auswertung von Eigenschaften der Solarzelle 10 zusammen, wenn die Licht-empfangende Oberflächenelektrode 20 unter Verwendung jeder der Glasfritten in den Ausführungsformen und den Vergleichsbeispielen gebildet ist. In Tabelle 1 ist eine Menge der Glasfritte bezüglich eines Volumens relativ zu der gesamten Paste dargestellt.
  • Während die Paste für eine Elektrode wie oben beschrieben hergestellt wird, wird eine Verunreinigung in ein geeignetes Siliziumsubstrat dispergiert oder implementiert mit zum Beispiel einem bekannten Verfahren, wie etwa einem thermischen Diffusionsverfahren und einer Ionenpflanzung, um die n+ Schicht 14 und die p+ Schicht 16 zu bilden, um das Siliziumsubstrat 12 herzustellen. Ein Siliziumnitriddünnfilm wird dann darauf gebildet mit zum Beispiel einem geeigneten Verfahren, wie etwa Rotationsbeschichtung, um den Antireflexionsfilm 18 anzuordnen.
  • Die Paste für eine Elektrode wird dann auf den Antireflexionsfilm 18 in dem in 2 abgebildeten Muster siebbedruckt. Die Paste für eine Elektrode wird dann zum Beispiel bei 150°C getrocknet und einer Brennbehandlung bei einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von 760 bis 900°C in einem Nah-Infrarotheizofen unterworfen. Als ein Ergebnis, da die Glaszusammensetzung in der Paste für eine Elektrode den Antireflexionsfilm 18 während des Brennens schmilzt und die Paste für eine Elektrode den Antireflexionsfilm 18 bricht, wird ein elektrischer Kontakt zwischen dem leitfähigen Bestandteil, d. h. dem Silber in der Paste für eine Elektrode, und der n+ Schicht 14 erreicht und der ohmsche Kontakt wird zwischen dem Siliziumsubstrat 12 und der Licht-empfangenden Oberflächenelektrode 20, wie in 1 dargestellt, erreicht. Die Licht-empfangende Oberflächenelektrode 20 wird auf diese Weise gebildet.
  • Die Rückseitenelektrode 22 kann nach der obigen Operation gebildet werden oder kann durch Brennen zur gleichen Zeit wie die Licht-empfangende Oberflächenelektrode 20 gebildet werden. Wenn die Rückseitenelektrode 22 gebildet wird, wird zum Beispiel eine Aluminiumpaste auf die gesamte Rückseite des Siliziumsubstrats 12 durch ein Siebdruckverfahren etc. aufgebracht, und wird einer Brennbehandlung unterworfen, um die Gesamtoberflächenelektrode 26 zu bilden, die aus einem Aluminiumdickfilm hergestellt ist. Die Paste für eine Elektrode wird dann auf die Oberfläche der Gesamtoberflächenelektrode 26 in einer Gürtel-Form unter Verwendung des Siebdruckverfahrens etc. aufgebracht, und wird der Brennbehandlung unterworfen, um die Gürtel-artige Elektrode 28 zu bilden. Als ein Ergebnis wird die Rückseitenelektrode 22 gebildet, die aus der Gesamtoberflächenelektrode 26, die die gesamte Rückseite bedeckt, und der Gürtel-artigen Elektrode 28, die auf einem Abschnitt der Oberfläche davon in einer Gürtel-Form angeordnet ist, besteht, und die Solarzelle 10 wird erlangt. In der oben beschriebenen Operation, in dem Fall der Fabrikation mit dem gleichzeitigen Brennen, wird der Druckprozess vor dem Brennen der Licht-empfangenden Oberflächenelektrode 20 ausgeführt.
  • Die Eigenschaften, die in den zwei rechten Feldern von Tabelle 1 abgebildet sind, sind die Ergebnisse des Maximalwerts des Füllfaktors FF und der Brennmarge, d. h. eine Temperaturbreite zum Erhalten eines FF Werts, der gleich zu oder mehr als ein Wert ist, der nur 1% niedriger als der Maximalwert ist, welche evaluiert sind, durch Bilden der Licht-empfangenden Oberflächenelektrode 20 mit der Brenntemperatur, die innerhalb des Bereichs variiert und Messen des Ertrags der erlangten Solarzelle 10 für jede der Ausführungsformen und der Vergleichsbeispiele mit der Zusammensetzung von Glas, dem Teilchendurchmesser und der Zugabemenge, die sich in der wie oben beschrieben erlangten Solarzelle 10 verschieden verändern. Der Ertrag der Solarzelle 10 wird durch die Verwendung eines kommerziell erhältlichen Solarsimulators gemessen.
  • Obwohl eine Solarzelle verwendbar ist, falls ein FF Wert gleich zu oder größer als 70 erlangt wird, ist ein höherer FF Wert naturgemäß stärker bevorzugt. In den Ausführungsformen 1 bis 23 von Tabelle 1 wird ein FF Wert von 74 bis 75 erlangt und ein ausreichend hoher Ertrag kann erlangt werden. In den Ausführungsformen 1 bis 23 wird eine ausreichend weite Brennmarge von 30 bis 40°C erlangt.
  • Daher, gemäß den in Tabelle 1 beschriebenen Auswertungsergebnissen, ist der FF Wert ausreichend hoch und die Brennmarge ist ausreichend weit, falls PbO, B2O3 und SiO2 innerhalb der Bereiche von 46 bis 57 Mol-%, 1 bis 7 Mol-%, bzw. 38 bis 53 Mol-% sind. Gemäß der Ausführungsformen 11 bis 18, selbst falls 3 Mol-% oder weniger an Al2O3, 5 Mol-% an ZrO2, 3 Mol-% oder weniger von Na2O, 7 Mol-% oder weniger an Li2O, 2 Mol-% oder weniger an CaO, 1 Mol-% oder weniger an ZnO und 5 Mol-% oder weniger an MgO zusätzlich zu den Hauptbestandteilen enthalten sind, können die gleichen Eigenschaften erlangt werden. Gemäß den Ausführungsformen 4 und 21 bis 23, falls der Teilchendurchmesser der Glasfritte innerhalb des Bereichs von 0,6 bis 3,0 μm ist, werden höhere Eigenschaften erlangt ohne Rücksicht auf den Teilchendurchmesser. Gemäß den Ausführungsformen 10, 19 und 20, falls die Zugabemenge innerhalb des Bereichs von 7 bis 35 Vol.-% ist, werden höhere Eigenschaften erlangt ohne Rücksicht auf die Zugabemenge. Die Menge des Glases entspricht 3 bis 15 Gew.-% relativ zu der gesamten Paste.
  • Die Brennmarge ist ein Wert, der den Effekt von Variationen einer Substratdicke innerhalb eines Ertragsloses auf die optimale Brenntemperatur in dieser Ausführungsform einbezieht. Daher, selbst wenn die Variationen der Dicke miteinbezogen werden, ist der Temperaturbereich zum Erlangen „FF Maximumwert – 1%” 30 bis 40°C, was ausreichend wett ist.
  • Im Gegensatz dazu, da in den Vergleichsbeispielen 1 bis 11 zumindest eines aus PbO, B2O3 und SiO2 außerhalb der bevorzugten Bereiche ist, wird als ein Ergebnis die Brennmarge nicht erlangt oder der FF Wert wird niedriger. Für solche, die den FF Maximalwert niedriger als 70 aufweisen, wie in dem Fall der Vergleichsbeispiele 2, 3, etc., wird die Brennmarge nicht evaluiert, da diese Beispiele keine ausreichende Funktion als eine Solarzelle aufweisen.
  • Die Vergleichsbeispiele 12 bis 15 weisen die Glaszusammensetzung auf, die innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung fällt und sind in der Solarzellenanwendung verfügbar, obwohl die Eigenschaften ein wenig geringer bleiben als die Vergleichsbeispiele 1 bis 22. Daher könnten diese Beispiele zu den Ausführungsformen zugefügt werden; allerdings sind diese Beispiele als Vergleichsbeispiele klassifiziert. Obwohl die Vergleichsbeispiele 12 und 13 dieselbe Zusammensetzung wie die Ausführungsform 10 aufweisen, ist die Zugabemenge der Glasfritte zu gering (5 Vol.-%) oder zu groß (47 Vol.-%) und daher bleibt der FF Wert bei einem etwas niedrigeren Wert von 70 bis 71. Allerdings, da dieser Wert die Minimalanforderungen der Salarzellenanwendung erfüllt und die Brennmarge 30°C ist und ausreichend weit ist, ist solch eine Konfiguration auch in der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Obwohl die Vergleichsbeispiele 14 und 15 die gleiche Zusammensetzung wie die Ausführungsform 4 aufweisen, ist der Teilchendurchmesser der Glasfritte zu gering (0,4 μm) oder zu groß (4,0 μm) und daher ist der FF Maximumwert 71 bis 72, was ein wenig niedriger ist, und die Brennmarge bleibt in einem engeren Bereich von 15 bis 20°C. Allerdings, da dieser FF Wert die Minimalanforderungen für die Solarzellenanwendung erfüllt und angenommen wird, dass die Brennmarge der Vergleichsbeispiele 1 bis 11 von 10°C oder weniger verbessert ist, ist solch eine Konfiguration in der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
  • Gemäß der Ausführungsformen und der Vergleichsbeispiele, falls die Glaszusammensetzung, die die Glasfritte ausmacht, innerhalb der Bereiche von 46 bis 57 Mol-% für PbO, 1 bis 7 Mol-% (bevorzugt 3 Mol-% oder mehr) für B2O3 und 38 bis 53 Mol-% für SiO2 ist, wird eine Paste für eine Elektrode erlangt, die den FF Wert gleich zu oder größer als 70 und die Brennmarge gleich zu oder größer als 15°C erlangt. Falls die Zugabemenge der Glasfritte innerhalb des Bereichs von 7 bis 35 Vol.-% eingestellt ist, kann ein höherer FF Wert verglichen zu dem Fall der Zugabemenge außerhalb des Bereichs erlangt werden. Falls der Teilchendurchmesser der Glasfritte innerhalb des Bereichs von 0,5 bis 30 μm (bevorzugt 0,6 bis 3,0 μm) eingestellt ist, kann die Brennmarge auf 30°C oder mehr erweitert werden.
  • 3 veranschaulicht die Zusammensetzungsverhältnisse der Hauptbestandteile Pb, B, und Si der Glasfritten, die in den Ausführungsformen 1 bis 10 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 10 verwendet sind, die in Tabelle 1 dargestellt sind, auf einem Dreiecksdiagramm, und 4 ist eine vergrößerte Ansicht einer Fläche, wo die Zusammensetzungen der Ausführungsformen und der Vergleichsbeispiele, die sich von dem Vergleichsbeispiel 11 unterscheiden, verteilt sind. Bezüglich der Ausführungsformen und der Vergleichsbeispiele, die sich von den obigen unterscheiden, da das Vergleichsbeispiel 11 eine signifikant unterschiedliche Zusammensetzung aufweist und die anderen andere Bestandteile enthalten oder die gleiche Zusammensetzung aufweisen und unterschiedliche Teilchendurchmesser oder Zugabemengen aufweisen, sind diese Ausführungsformen und Vergleichsbeispiele nicht abgebildet.
  • In 4 ist ein schattierter Bereich, der durch gestrichelt-gepunktete Linien umgeben ist, ein Zusammensetzungsbereich der Hauptbestandteile der vorliegenden Erfindung. Die Vergleichsbeispiele 1 bis 15 weisen die Zusammensetzungen auf, die ausgewählt sind, sich um diesen Bereich zu verteilen. Die Vergleichsbeispiele 1 und 5 bis 8 sind relativ näher zu dem Zusammensetzungsbereich der Ausführungsformen und weisen die ausreichend hohen FF Maximumwerte auf, während die Brennmargen 5 bis 10°C sind, welche enger sind. Die Vergleichsbeispiele 2 bis 4, 9 und 10 sind stärker von dem Zusammensetzungsbereich der Ausführungsformen versetzt und weisen die FF Maximumwerte von weniger als 70 auf, was signifikant gering ist. Dasselbe gilt für das Vergleichsbeispiel 11, welches weiter versetzt ist.
  • Wie von den veranschaulichten Ergebnissen ersichtlich, wenn die Zusammensetzung von dem Zusammensetzungsbereich der Ausführungsformen versetzt ist, wird zunächst die Brennmarge enger und wenn die Zusammensetzung weiter versetzt ist, werden der FF Maximumwert geringer und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann nicht erreicht werden.
  • 5 ist eine weiter vergrößerte Ansicht des Inneren des Bereichs der Ausführungsformen von 4, der durch gestrichelt-gepunktete Linien umgeben ist, und der angrenzenden Fläche davon. Wie in Tabelle 1 beschrieben, werden der FF Wert gleich zu oder größer als 74% und die Brennmarge gleich zu oder größer als 30°C unter Verwendung der Glasfritte von irgendeiner der Zusammensetzungen in dem Bereich der Ausführungsformen erlangt. Allerdings, falls die Glasfritte von den Zusammensetzungen innerhalb eines Bereichs, der durch die gestrichelten-zweigepunkteten Linien, die in 5 abgebildet sind, verwendet wird, werden weiter bevorzugte Ergebnisse, d. h. der FF Wert von 75% und die Brennmarge von 40°C erlangt. Daher, gemäß der Auswertungsergebnisse, die in Tabelle 1 abgebildet sind, ist es am stärksten bevorzugt, die Glasfritte zu verwenden, die PbO, B2O3 und SiO2 innerhalb der Bereiche von 49 bis 54 Mol-%, 3 bis 5 Mol-%, bzw. 43 bis 48 Mol-% enthält.
  • In Kürze, gemäß dieser Ausführungsform, weist die Paste für eine Elektrode für eine Solarzelle 10 die konstituierende Glasfritte auf, die aus einem Glas hergestellt ist, das PbO, B2O3 und SiO2 innerhalb der Bereiche von 46 bis 57 Mol-%, 1 bis 7 Mol-%, bzw. 38 bis 53 Mol-% enthält und daher wird der optimale Brenntemperaturbereich in der Solarzelle 10, die die Licht-empfangende Oberflächenelektrode 20 aufweist, die unter Verwendung dieser Paste gebildet ist, weiter.
  • Zum Beispiel ist der optimale Brenntemperaturbereich jedes Fertigungsloses auf ungefähr 30 bis 40°C erweitert. Als ein Ergebnis, da die Durch-Brenn-Eigenschaft gesteigert ist und der ohmsche Kontakt verbessert ist, ist ein durchschnittlicher Ertrag pro Fertigungslos erhöht.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme zu den Zeichnungen im Detail beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung in anderen Aspekten implementiert werden und kann verschiedenartig innerhalb eines Bereichs, der nicht von diesem Konzept davon abweicht, modifiziert werden.
  • Zum Beispiel, obwohl der Antireflexionsfilm 18 in der Ausführungsform aus einem Siliziumnitridfilm hergestellt ist, ist das konstituierende Material nicht beschränkt und solche, die aus anderen verschiedenen Materialien, wie etwa Titandioxid TiO2, die typischerweise für Solarzellen verwendet werden, hergestellt sind, können in der gleichen Weise verwendet werden.
  • Obwohl der Fall des Anwendens der vorliegenden Erfindung auf die Siliziumbasierte Solarzelle 10 in der Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht besonders durch ein Substratmaterial eines Objekts des Aufbringens beschränkt, solange eine Solarzelle eine Licht-empfangende Oberflächenelektrode aufweist, die durch das Durch-Brenn-Verfahren gebildet werden kann.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Solarzelle
    12
    Siliziumsubstrat
    14
    n+ Schicht
    16
    p+ Schicht
    18
    Antireflexionsfilm
    20
    Licht-empfangende Oberflächenelektrode
    22
    Rückseitenelektrode
    24
    Licht-empfangende Oberfläche
    26
    Gesamtflächenelektrode
    28
    Gürtel-artige Elektrode
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • JP 2007-281023 [0008]

Claims (4)

  1. Pastenzusammensetzung für eine Solarzellenelektrode, die ein leitfähiges Pulver, eine Glasfritte und eine Bindemittellösung enthält, wobei die Glasfritte aus einem Glas hergestellt ist, das PbO, B2O3 und SiO2 zu Anteilen innerhalb von Bereichen von 46 bis 57 Mol-%, 1 bis 7 Mol-%, bzw. 38 bis 53 Mol-% bezogen auf Oxid enthält.
  2. Pastenzusammensetzung für eine Solarzellenelektrode nach Anspruch 1, wobei die Glasfritte einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 3 μm aufweist.
  3. Pastenzusammensetzung für eine Solarzellenelektrode nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Glasfritte zu einem Anteil innerhalb eines Bereichs von 7 bis 35 Vol.-% relativ zu der gesamten Paste enthalten ist.
  4. Pastenzusammensetzung für eine Solarzellenelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das leitfähige Pulver ein Silberpulver ist.
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