JP2010010495A - Silicon type solar cell method of manufacturing and aluminum paste used for the method of manufacturing - Google Patents

Silicon type solar cell method of manufacturing and aluminum paste used for the method of manufacturing Download PDF

Info

Publication number
JP2010010495A
JP2010010495A JP2008169665A JP2008169665A JP2010010495A JP 2010010495 A JP2010010495 A JP 2010010495A JP 2008169665 A JP2008169665 A JP 2008169665A JP 2008169665 A JP2008169665 A JP 2008169665A JP 2010010495 A JP2010010495 A JP 2010010495A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum
paste
electrode
substrate
solar cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008169665A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5160321B2 (en
Inventor
Masao Yamagishi
正生 山岸
Shinji Senda
慎嗣 仙田
Mamiko Iwatani
麻美子 岩谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Noritake Co Ltd
Original Assignee
Noritake Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Noritake Co Ltd filed Critical Noritake Co Ltd
Priority to JP2008169665A priority Critical patent/JP5160321B2/en
Publication of JP2010010495A publication Critical patent/JP2010010495A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5160321B2 publication Critical patent/JP5160321B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solar cell manufacturing method that can prevent deformation occurrences such as a conspicuous warp in a silicon semiconductor substrate, and that guarantees a high BSF effect. <P>SOLUTION: The solar cell manufacturing method includes: use of aluminum paste, as a material to form aluminum electrodes, which includes aluminum powder whose main particle diameter (D50) in a particle size distribution based on laser diffraction method is in the range of 2 μm to 8.5 μm, a bismuth type glass frit containing bismuth oxide, as an indispensable constituent, having a glass softening point of no more than 580°C, and an organic vehicle; formation of aluminum electrodes by applying the aluminum paste to the substrate and baking it; and removal of a low-density aluminum layer, which easily collapses, consisting of a material containing aluminum that is part of the baked aluminum electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は太陽電池(セル)およびその製造方法に関し、詳しくはシリコン系太陽電池の製造方法と該製造方法に好適に用いられるアルミニウムペーストに関する。   The present invention relates to a solar cell (cell) and a method for producing the same, and more particularly to a method for producing a silicon-based solar cell and an aluminum paste suitably used for the method.

従来、結晶シリコン、アモルファスシリコンのようなシリコン(半導体基板)を主体とする太陽電池(以下「シリコン系太陽電池」と総称する。)の一典型例として図1に示すような片面受光タイプの太陽電池10が知られている。
この太陽電池10は、シリコン半導体基板(Siウエハ)11のp−Si層(p型結晶シリコン)18の受光面側にpn接合形成により形成されたn−Si層16を備え、その表面にはCVD等により形成された酸化チタンや窒化シリコンから成る反射防止膜14と、典型的には銀ペーストをスクリーン印刷し焼成することによって形成されるAgから成る表面電極(受光面電極)12とを備える。一方、p−Si層18の裏面側には、表面電極12と同様に銀ペーストをスクリーン印刷・焼成することによって形成されるAgから成る裏面側外部接続用電極22と、いわゆる裏面電界(BSF;Back Surface Field)効果を奏するアルミニウム電極20とを備える。
かかるアルミニウム電極20は、アルミニウム粉末を主体とするアルミニウムペーストを印刷・焼成することによって裏面の略全面に形成される。この焼成時に図示しないAl−Si合金層が形成され、アルミニウムがp−Si層18に拡散してp層24が形成される。かかるp層24、即ちBSF層が形成されることによって、光生成されたキャリアが裏面電極近傍で再結合することが防止され、例えば短絡電流や開放電圧(Voc)の向上が実現される。
Conventionally, as a typical example of a solar cell mainly composed of silicon (semiconductor substrate) such as crystalline silicon and amorphous silicon (hereinafter collectively referred to as “silicon-based solar cell”), a single-sided light receiving type solar as shown in FIG. A battery 10 is known.
This solar cell 10 includes an n-Si layer 16 formed by pn junction formation on the light-receiving surface side of a p-Si layer (p-type crystalline silicon) 18 of a silicon semiconductor substrate (Si wafer) 11, and on its surface. An antireflection film 14 made of titanium oxide or silicon nitride formed by CVD or the like, and a surface electrode (light-receiving surface electrode) 12 made of Ag typically formed by screen printing and baking a silver paste are provided. . On the other hand, on the back surface side of the p-Si layer 18, similarly to the front surface electrode 12, a back surface side external connection electrode 22 made of Ag formed by screen printing and baking a silver paste and a so-called back surface electric field (BSF; And an aluminum electrode 20 having a back surface field effect.
The aluminum electrode 20 is formed on substantially the entire back surface by printing and baking an aluminum paste mainly composed of aluminum powder. During this firing, an Al—Si alloy layer (not shown) is formed, and aluminum diffuses into the p-Si layer 18 to form the p + layer 24. By forming the p + layer 24, that is, the BSF layer, the photogenerated carriers are prevented from recombining in the vicinity of the back electrode, and for example, an improvement in short circuit current and open circuit voltage (Voc) is realized.

ところで、上記BSF効果を効果的に実現させるには、アルミニウム電極20をある程度の膜厚(例えば50〜60μm)で形成する必要があった。その一方で、太陽電池(ソーラーセル)の製造コスト低減や太陽電池モジュールのコンパクト化等の理由によって、従来よりも一層のシリコン半導体基板(Siウエハ)11、即ち太陽電池素子自体の薄板化が求められている。
しかしながら、シリコン半導体基板(Siウエハ)11の薄板化は、当該基板11自体の熱膨張係数とアルミニウム電極20の熱膨張係数との差によって、当該アルミニウム電極20を形成するための焼成時にシリコン半導体基板(ウエハ)自体に反りや曲がり等の変形が生じることを助長する。このため、従来、かかる反り等の変形発生を防止するための様々な工夫が行われている。
例えば、特許文献1には、アルミニウム電極形成用のアルミニウムペーストであって、アルミニウム含有有機化合物を添加したことを特徴とするアルミニウムペーストが開示されている。また、特許文献2には、アルミニウム電極形成用のアルミニウムペーストであって、熱膨張率がアルミニウムよりも小さく且つ溶融温度、軟化温度及び分解温度のいずれかがアルミニウムの融点よりも高い無機化合物粉末を含むことを特徴とするアルミニウムペーストが開示されている。
また、特許文献3には、アルミニウムとシリコンの熱収縮率の違いによって焼成後に発生するシリコン半導体基板(セル)の反りによる後工程でのセル割れを抑制する方法として、焼成によってアルミニウム電極を形成した基板(セル)の表面を超音波エッチングし、波長600〜1000nmの光に対する反射率が30%以上になるようにする方法が記載されている。
Incidentally, in order to effectively realize the BSF effect, it is necessary to form the aluminum electrode 20 with a certain thickness (for example, 50 to 60 μm). On the other hand, for reasons such as reduction in manufacturing cost of solar cells (solar cells) and downsizing of solar cell modules, it is required to further reduce the thickness of the silicon semiconductor substrate (Si wafer) 11, that is, the solar cell element itself. It has been.
However, the thinning of the silicon semiconductor substrate (Si wafer) 11 is caused by the difference between the thermal expansion coefficient of the substrate 11 itself and the thermal expansion coefficient of the aluminum electrode 20 during firing for forming the aluminum electrode 20. (Wafer) It helps to cause deformation such as warping and bending. For this reason, conventionally, various devices for preventing the occurrence of deformation such as warping have been made.
For example, Patent Document 1 discloses an aluminum paste for forming an aluminum electrode, wherein an aluminum-containing organic compound is added. Patent Document 2 discloses an inorganic compound powder that is an aluminum paste for forming an aluminum electrode and has a thermal expansion coefficient smaller than that of aluminum and any one of a melting temperature, a softening temperature, and a decomposition temperature higher than the melting point of aluminum. An aluminum paste characterized by containing is disclosed.
In Patent Document 3, an aluminum electrode is formed by firing as a method for suppressing cell cracking in the subsequent process due to warpage of the silicon semiconductor substrate (cell) generated after firing due to the difference in thermal shrinkage between aluminum and silicon. A method is described in which the surface of a substrate (cell) is subjected to ultrasonic etching so that the reflectance with respect to light having a wavelength of 600 to 1000 nm is 30% or more.

特開2000−90734号公報JP 2000-90734 A 特開2003−223813号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-223813 特開2004−235272号公報JP 2004-235272 A

本発明は、上記各特許文献とは異なるアプローチによって上記従来の問題を解決すべく創出されたものであり、高いBSF効果を保証しつつシリコン半導体基板(ウエハ)に顕著な反り等の変形が発生するのを防止し得る太陽電池(セル)の製造方法を提供することを目的とする。また、そのような製造方法で製造された上記反り等の変形のない太陽電池(セル)を提供することを他の目的とする。また、そのような製造方法で好適に使用されるアルミニウム電極形成用アルミニウムペーストを提供することを他の目的とする。   The present invention was created to solve the above-mentioned conventional problems by an approach different from that of each of the above-mentioned patent documents, and the silicon semiconductor substrate (wafer) undergoes significant warping deformation while ensuring a high BSF effect. It aims at providing the manufacturing method of the solar cell (cell) which can prevent doing. It is another object of the present invention to provide a solar cell (cell) that is manufactured by such a manufacturing method and has no deformation such as the warp. Another object of the present invention is to provide an aluminum paste for forming an aluminum electrode that is suitably used in such a manufacturing method.

本発明者は、所定の条件を満たしたアルミニウムペーストをシリコン半導体基板(即ちシリコンを材料とする半導体基板)上に塗布し、次いで焼成して得たアルミニウム電極では、その一部が焼成後に容易に崩壊することを見出した。換言すれば、所定の条件を満たしたアルミニウムペーストを使用してシリコン半導体基板上に形成されたアルミニウム電極では、その一部が焼成後に低密度層として崩壊し、結果、高密度で反りを発生させ難い薄いアルミニウム電極をシリコン基板上に容易に形成することができることを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventor applied an aluminum paste satisfying a predetermined condition on a silicon semiconductor substrate (that is, a semiconductor substrate made of silicon) and then baked, and a part of the aluminum electrode was easily baked after baking. I found it to collapse. In other words, in an aluminum electrode formed on a silicon semiconductor substrate using an aluminum paste that satisfies a predetermined condition, a part of the aluminum electrode collapses as a low-density layer after firing, resulting in high-density warping. It has been found that a difficult thin aluminum electrode can be easily formed on a silicon substrate, and the present invention has been completed.

即ち、本発明によって提供される一つの方法は、シリコン半導体基板(以下「Si基板」と略称する場合もある。)と、該基板の一方の面側に形成される受光面電極と、該基板の他方の面側に形成されるアルミニウム電極とを備えるシリコン系太陽電池を製造する方法である。そして、ここで開示されるシリコン系太陽電池製造方法では、アルミニウム電極を形成する材料として、レーザー回折法に基づく粒度分布の中心粒径(D50)が10μm以下であるアルミニウム粉末と、酸化ビスマスを必須成分とし且つガラス軟化点が580℃以下であるビスマス系ガラスフリットと、有機ビヒクルとを含むアルミニウムペーストを使用すること、上記アルミニウムペーストを上記基板上に塗布し、焼成することによってアルミニウム電極を形成すること、および、上記焼成後のアルミニウム電極の一部であってアルミニウムを含む物質からなる崩壊容易な低密度のアルミニウム層を除去することを包含することを特徴とする。   That is, one method provided by the present invention includes a silicon semiconductor substrate (hereinafter sometimes abbreviated as “Si substrate”), a light-receiving surface electrode formed on one surface side of the substrate, and the substrate. It is a method of manufacturing a silicon-type solar cell provided with the aluminum electrode formed in the other surface side. In the silicon-based solar cell manufacturing method disclosed herein, as the material for forming the aluminum electrode, aluminum powder having a particle size distribution based on the laser diffraction method (D50) of 10 μm or less and bismuth oxide are essential. An aluminum electrode is formed by using an aluminum paste containing bismuth glass frit having a glass softening point of 580 ° C. or less and an organic vehicle, and applying the aluminum paste on the substrate and baking it. And removing a readily disintegrating low-density aluminum layer made of a material containing aluminum, which is a part of the fired aluminum electrode.

かかる構成の製造方法では、(1).レーザー回折法に基づく粒度分布の中心粒径(D50)が10μm以下のアルミニウム粉末、(2).酸化ビスマスを必須成分とし且つガラス軟化点が580℃以下であるビスマス系ガラスフリット、および、これら成分の分散媒である(3).有機ビヒクル、を含むアルミニウムペーストを使用してSi基板上にアルミニウム電極を形成する。そして、本発明の製造方法では、かかるペーストをSi基板上に塗布して得られるアルミニウムペースト塗布物(アルミニウム層)を焼成した際、その一部がアルミニウムを含む物質からなる崩壊容易な低密度のアルミニウム層(以下、単に「低密度層」または「崩壊アルミ層」ともいう。)を形成する。
上記焼成後、かかる崩壊アルミ層は物理的に容易に除去することが可能であるうえ、該崩壊アルミ層が除去された後には高密度であり且つ薄膜化されたアルミニウム電極が形成される。かかる高密度且つ薄膜状アルミニウム電極は反り難い性質を有する。
従って、本発明の製造方法によると、高いBSF効果を保証しつつシリコン半導体基板に反り等の変形が無い若しくはその程度が低い信頼性の高いシリコン系太陽電池(セル)を製造することができる。
In the manufacturing method having such a configuration, (1) aluminum powder having a particle size distribution based on laser diffraction method (D50) of 10 μm or less, (2) bismuth oxide as an essential component and glass softening point of 580 ° C. or less. An aluminum electrode is formed on the Si substrate using an aluminum paste containing the bismuth-based glass frit and (3). An organic vehicle that is a dispersion medium for these components. And in the manufacturing method of this invention, when the aluminum paste coating material (aluminum layer) obtained by apply | coating this paste on Si substrate is baked, the one part that consists of a substance containing aluminum is easy to disintegrate the low density. An aluminum layer (hereinafter also simply referred to as “low density layer” or “collapsed aluminum layer”) is formed.
After the firing, the collapsed aluminum layer can be physically easily removed, and after the collapsed aluminum layer is removed, an aluminum electrode having a high density and a reduced thickness is formed. Such a high-density and thin-film aluminum electrode has a property of being difficult to warp.
Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a highly reliable silicon-based solar cell (cell) that guarantees a high BSF effect and has no deformation such as warpage or a low degree of the silicon semiconductor substrate.

ここで開示されるシリコン系太陽電池(セル)の製造方法の好ましい一態様では、上記低密度層の除去を、焼成後のアルミニウム電極に気体を吹き付けることによって行うことを特徴とする。
かかる態様の製造方法では、気体(典型的にはエアー或いは窒素ガス等の不活性ガス)を吹き付ける、或いは粘着ローラで基板表面をローラー掛けする、というような簡単な操作で上記崩壊アルミ層を除去することができる。
In a preferred aspect of the method for producing a silicon-based solar battery (cell) disclosed herein, the low-density layer is removed by blowing a gas to the fired aluminum electrode.
In the manufacturing method of this aspect, the collapsing aluminum layer is removed by a simple operation such as blowing a gas (typically an inert gas such as air or nitrogen gas) or rolling the substrate surface with an adhesive roller. can do.

また、ここで開示されるシリコン系太陽電池(セル)の製造方法の好ましい他の一態様では、上記ガラスフリットのBET法に基づく比表面積が少なくとも2m/gであることを特徴とする。
また、ここで開示されるシリコン系太陽電池(セル)の製造方法の好ましい他の一態様では、上記アルミニウムペースト中のアルミニウム粉末の含有率が70〜80質量%であり、且つ、上記ガラスフリットの含有率が2〜10質量%であることを特徴とする。これら態様の製造方法では、特に容易に上記崩壊アルミ層を形成することができる。
In another preferred embodiment of the method for producing a silicon-based solar battery (cell) disclosed herein, the glass frit has a specific surface area based on the BET method of at least 2 m 2 / g.
In another preferred embodiment of the method for producing a silicon-based solar battery (cell) disclosed herein, the content of aluminum powder in the aluminum paste is 70 to 80% by mass, and the glass frit is Content rate is 2-10 mass%, It is characterized by the above-mentioned. In the production methods of these embodiments, the collapsed aluminum layer can be formed particularly easily.

また、本発明は、上記製造方法に好適に用いられるペースト状のアルミニウム電極形成用材料を提供する。
即ち、本発明によって提供されるシリコン系太陽電池のアルミニウム電極を形成するためのアルミニウムペーストは、レーザー回折法に基づく粒度分布の中心粒径(D50)が10μm以下であるアルミニウム粉末と、酸化ビスマスを必須成分とし且つガラス軟化点が580℃以下であるビスマス系ガラスフリットと、有機ビヒクルとを含む。
本発明のアルミニウムペーストを使用することによってSi基板上に得られるアルミニウムペースト塗布物(アルミニウム層)は、焼成後に該アルミニウム層の一部が低密度の崩壊アルミ層を形成し、該崩壊アルミ層を適当な物理的手段にて除去することによって、上述のとおり、反りの少ない高密度且つ薄膜状アルミニウム電極をSi基板上に形成することができる。
従って、本発明は、ここで開示されるアルミニウムペーストを使用することにより、高いBSF効果を保証しつつシリコン半導体基板に反り等の変形が無い若しくはその程度が低い信頼性の高いシリコン系太陽電池(セル)を提供する。
Moreover, this invention provides the paste-form aluminum electrode formation material used suitably for the said manufacturing method.
That is, an aluminum paste for forming an aluminum electrode of a silicon-based solar cell provided by the present invention comprises an aluminum powder having a center particle size (D50) of particle size distribution based on laser diffraction method of 10 μm or less, and bismuth oxide. A bismuth-based glass frit having an essential component and a glass softening point of 580 ° C. or lower and an organic vehicle are included.
The aluminum paste coated product (aluminum layer) obtained on the Si substrate by using the aluminum paste of the present invention is such that a part of the aluminum layer forms a low-density collapsed aluminum layer after firing. By removing with an appropriate physical means, as described above, a high-density and thin-film aluminum electrode with less warpage can be formed on the Si substrate.
Therefore, according to the present invention, by using the aluminum paste disclosed herein, a highly reliable silicon-based solar cell that guarantees a high BSF effect and has no deformation such as warpage or the like, or a low degree thereof. Cell).

好ましくは、本発明のアルミニウムペーストに含まれる上記ガラスフリットのBET法に基づく比表面積は少なくとも2m/gである。また、該ペースト中のアルミニウム粉末の含有率は70〜80質量%であることが好ましい。また、該ペースト中のガラスフリットの含有率は2〜10質量%であることが好ましい。 Preferably, the specific surface area based on the BET method of the glass frit contained in the aluminum paste of the present invention is at least 2 m 2 / g. Moreover, it is preferable that the content rate of the aluminum powder in this paste is 70-80 mass%. Moreover, it is preferable that the content rate of the glass frit in this paste is 2-10 mass%.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項(例えばアルミニウム粉末やガラスフリットの形態、組成、混合割合、等)以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えばペーストの調合法、本発明を特徴付けない太陽電池(セル)の一般的な製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. In addition, matters other than matters specifically mentioned in the present specification (for example, the form, composition, mixing ratio, etc. of aluminum powder and glass frit) and matters necessary for the implementation of the present invention (for example, a paste preparation method, The general manufacturing process of solar cells (cells) that does not characterize the present invention can be understood as a design matter for those skilled in the art based on the prior art in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

ここで開示されるアルミニウムペーストは、シリコン系太陽電池(太陽電池セル、太陽電池素子ともいう。)におけるアルミニウム電極を形成する用途に用いられるアルミニウムペーストであり、アルミニウム粉末、ガラスフリット、および、有機ビヒクルを含むペースト状(インク状と表現される場合がある。)材料であり、本発明の目的を実現し得る限りにおいて、その他の構成成分に関して特に制限はない。
本明細書においてアルミニウム粉末とは、アルミニウム(Al)を主体とする粒子の集合体をいい、典型的にはAl単体から成る粒子の集合体であるが、Al以外の不純物やAl主体の合金を微量含むものであっても、全体としてアルミニウム主体の粒子の集合体である限り、ここでいう「アルミニウム粉末」に包含され得る。なお、アルミニウム粉末自体は、従来公知の製造方法によって製造されたものでよく、特別な製造手段を要求するものではない。
The aluminum paste disclosed here is an aluminum paste used for forming an aluminum electrode in a silicon-based solar cell (also referred to as a solar cell or a solar cell element), and includes aluminum powder, glass frit, and an organic vehicle. As long as the object of the present invention can be realized, there are no particular restrictions on the other components.
In this specification, the aluminum powder refers to an aggregate of particles mainly composed of aluminum (Al), and is typically an aggregate of particles composed of Al alone. However, an impurity other than Al or an alloy mainly composed of Al is used. Even a trace amount may be included in the “aluminum powder” as long as it is an aggregate of particles mainly composed of aluminum as a whole. The aluminum powder itself may be produced by a conventionally known production method and does not require special production means.

また、アルミニウム粉末の粒度分布に関し「中心粒径」とは、当該粉末の粒度分布における累積体積50%時の粒径、即ちD50(メジアン径)をいう。かかるD50は、レーザー回折法(即ちレーザー光が測定試料に照射され、散乱されたときの散乱パターンにより粒度分布を決定する。)に基づく種々の粒度分布測定装置によって容易に測定することができる。
ここで開示されるアルミニウムペーストに含まれるアルミニウム粉末は、レーザー回折法に基づく粒度分布の中心粒径(D50)が10μm以下が適当であり、該中心粒径が2μm〜8.5μmであるものが好ましい。該中心粒径が3μm〜6μmであるものが上記用途に特に好ましい。かかる範囲に中心粒径があるアルミニウム粉末を含むことにより、崩壊アルミ層をより容易に形成することができる。
Further, regarding the particle size distribution of the aluminum powder, the “center particle size” refers to a particle size at a cumulative volume of 50% in the particle size distribution of the powder, that is, D50 (median diameter). Such D50 can be easily measured by various particle size distribution measuring devices based on a laser diffraction method (that is, a particle size distribution is determined by a scattering pattern when a laser beam is irradiated and scattered on a measurement sample).
As for the aluminum powder contained in the aluminum paste disclosed here, the center particle size (D50) of the particle size distribution based on the laser diffraction method is suitably 10 μm or less, and the center particle size is 2 μm to 8.5 μm. preferable. Those having a center particle diameter of 3 to 6 μm are particularly preferred for the above-mentioned use. By including an aluminum powder having a center particle diameter in such a range, a collapsed aluminum layer can be formed more easily.

使用するアルミニウム粉末を構成する粒子は、典型的には球状であるが、いわゆる真球状のものに限られない。フレーク形状や不規則形状の粒子を含むものであってもよい。
中心粒径D50が10μm以下、例えば中心粒径D50が2μm〜8.5μm(特に好ましくは3μm〜6μm)のアルミニウム粉末としては、当該粉末を構成する粒子(一次粒子)の70質量%以上が球又はそれに類似する形状を有することが好ましい。例えばアルミニウム粉末を構成する粒子の70質量%以上がアスペクト比(即ち長径/短径比)1〜1.3であるものが好ましい。
アルミニウム粉末は、粒度分布が比較的狭い(換言すれば粒径の揃った)粉末であることが好ましい。この指標としてレーザー回折法に基づく粒度分布における累積体積10%時の粒径(D10)と累積体積90%時の粒径(D90)との比(D10/D90)が採用できる。粉末を構成する粒径が全て等しい場合はD10/D90の値は1となり、逆に粒度分布が広くなる程このD10/D90の値は0に近づくことになる。D10/D90の値が0.2以上(例えば0.2〜0.5)であるような比較的狭い粒度分布の粉末の使用が好ましい。
特に限定しないが、アルミニウム粉末の含有量はペースト全体のほぼ65〜85質量%となる量が適当であり、ほぼ70〜80質量%である量がさらに好ましい。アルミニウム粉末含有量が上記のような場合には、緻密性がより向上したアルミニウム電極膜をSi基板上に形成することができる。
The particles constituting the aluminum powder to be used are typically spherical, but are not limited to the so-called spherical shape. It may contain flake shaped or irregular shaped particles.
As the aluminum powder having a center particle diameter D50 of 10 μm or less, for example, a center particle diameter D50 of 2 μm to 8.5 μm (particularly preferably 3 μm to 6 μm), 70% by mass or more of particles (primary particles) constituting the powder are spherical. Or it is preferable to have a shape similar to it. For example, it is preferable that 70% by mass or more of the particles constituting the aluminum powder have an aspect ratio (ie, major axis / minor axis ratio) of 1 to 1.3.
The aluminum powder is preferably a powder having a relatively narrow particle size distribution (in other words, a uniform particle size). As this index, the ratio (D10 / D90) of the particle size (D10) when the cumulative volume is 10% and the particle size (D90) when the cumulative volume is 90% in the particle size distribution based on the laser diffraction method can be adopted. When all the particle sizes constituting the powder are equal, the value of D10 / D90 is 1, and conversely, the value of D10 / D90 approaches 0 as the particle size distribution becomes wider. It is preferable to use a powder having a relatively narrow particle size distribution such that the value of D10 / D90 is 0.2 or more (for example, 0.2 to 0.5).
Although it does not specifically limit, the quantity used as the content of aluminum powder of about 65-85 mass% of the whole paste is suitable, and the quantity which is about 70-80 mass% is still more preferable. When the aluminum powder content is as described above, an aluminum electrode film with improved denseness can be formed on the Si substrate.

Si基板(ウエハ)上に付着したペースト成分(塗布膜)を安定的に焼成し・固着させる(焼き付かせる)成分でもあるガラスフリット(即ち、粉末状又はフレーク状のガラス材料)として本発明のアルミニウムペーストに含まれるものは、酸化ビスマス(Bi)を主な成分の一つとする低融点の所謂ビスマス系ガラスフリットが好ましい。酸化ビスマスの含有率がガラスフリット全体の40質量%以上(例えば40〜75質量%)であることを特徴とする数種類の酸化物ガラスから成るガラスフリットが好ましい。
好適なビスマス系ガラスフリットとして、酸化ビスマスの他に酸化バリウム(BaO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ケイ素(SiO)、酸化ホウ素(B)等を成分とするものが挙げられる。例えば、酸化ビスマスと酸化ホウ素と酸化亜鉛とを主成分とするガラスフリット(Bi−B−ZnO系ガラス)、酸化ビスマスと酸化ホウ素と酸化ケイ素とを主成分とするガラスフリット(Bi−B−SiO系ガラス)、酸化ビスマスと酸化ケイ素と酸化鉛とを主成分とするガラスフリット(Bi−SiO−PbO系ガラス)、等が挙げられる。
特に好ましいビスマス系ガラスフリットとして、ガラスフリット全体の80質量%以上(好ましくは90質量%以上、特に好ましくは95質量%以上、例えば100質量%)が酸化ビスマス、酸化バリウム、酸化亜鉛、酸化ケイ素及び酸化ホウ素で構成されたものが挙げられる。特に、これら5つの成分の合計量を100質量%としたときの各成分の含有率が、
Bi 40〜75質量%、
BaO 3〜20質量%、
ZnO 5〜20質量%、
5〜20質量%、
SiO 3〜15質量%、
であるものが好ましい。
かかる5成分の他の微量成分(典型的には微量成分総量でガラスフリット全体の10質量%以下)として、例えば、酸化アルミニウム(Al)、酸化鉛(PbO)、酸化錫(SnO)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化クロム(Cr)等の金属酸化物、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)等のアルカリ土類金属酸化物、及び/又は、酸化リチウム(LiO)、酸化ナトリウム(NaO)、酸化カリウム(KO)等のアルカリ金属酸化物、のうちの1種又は2種以上を含んでいてもよい。地球環境の観点から鉛フリーのガラスフリットが好ましい。
As a glass frit (that is, a powdery or flaky glass material) which is also a component for stably baking (fixing) (pasting) the paste component (coating film) adhered on the Si substrate (wafer). What is contained in the aluminum paste is preferably a so-called bismuth-based glass frit having a low melting point containing bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) as one of main components. A glass frit made of several kinds of oxide glasses characterized in that the content of bismuth oxide is 40% by mass or more (for example, 40 to 75% by mass) of the whole glass frit is preferable.
Suitable bismuth-based glass frit includes those containing, in addition to bismuth oxide, barium oxide (BaO), zinc oxide (ZnO), silicon oxide (SiO 2 ), boron oxide (B 2 O 3 ), and the like. For example, a glass frit mainly composed of bismuth oxide, boron oxide, and zinc oxide (Bi 2 O 3 —B 2 O 3 —ZnO-based glass), a glass frit mainly composed of bismuth oxide, boron oxide, and silicon oxide. (Bi 2 O 3 —B 2 O 3 —SiO 2 glass), glass frit (Bi 2 O 3 —SiO 2 —PbO glass) mainly composed of bismuth oxide, silicon oxide and lead oxide, and the like. It is done.
As a particularly preferred bismuth-based glass frit, 80% by mass or more (preferably 90% by mass or more, particularly preferably 95% by mass or more, eg 100% by mass) of the entire glass frit is bismuth oxide, barium oxide, zinc oxide, silicon oxide and The thing comprised with the boron oxide is mentioned. In particular, the content of each component when the total amount of these five components is 100% by mass,
Bi 2 O 3 40 to 75 wt%,
3-20% by mass of BaO,
ZnO 5-20% by mass,
B 2 O 3 5 to 20 wt%,
3 to 15% by mass of SiO2,
Are preferred.
As other trace components of these five components (typically, the total amount of trace components is 10% by mass or less of the entire glass frit), for example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), lead oxide (PbO), tin oxide (SnO) Metal oxides such as zirconium oxide (ZrO 2 ) and chromium oxide (Cr 2 O 3 ), alkaline earth metal oxides such as magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO) and strontium oxide (SrO), and / or Alternatively, one or more of alkali metal oxides such as lithium oxide (Li 2 O), sodium oxide (Na 2 O), and potassium oxide (K 2 O) may be included. A lead-free glass frit is preferable from the viewpoint of the global environment.

上記のような組成のガラスフリットは、BET法に基づく比表面積が概ね0.5〜10m/gであることが適当であり、少なくとも2m/gであることが好ましい。例えば、2〜10m/g(具体的には2〜6m/g程度)であることが特に好ましい。この程度の比表面積であると、崩壊アルミ層を迅速に形成することができる。
また、ガラスフリットの中心粒径(D50)は、2μm以下、特に1μm程度又はそれ以下のものが特に好適である。
特に限定しないが、ガラスフリット含有量はペースト全体のほぼ1〜10質量%となる量が適当であり、ほぼ2〜10質量%である量がさらに好ましい。ほぼ3〜8質量%である量が特に好ましい。この程度の含有量とすることにより、崩壊アルミ層の迅速な形成と、緻密なアルミニウム電極形成の両立を高い次元で実現することができる。
The glass frit having the above composition suitably has a specific surface area based on the BET method of approximately 0.5 to 10 m 2 / g, preferably at least 2 m 2 / g. For example, it is particularly preferably 2 to 10 m 2 / g (specifically about 2 to 6 m 2 / g). With this specific surface area, the collapsed aluminum layer can be formed quickly.
The center particle size (D50) of the glass frit is particularly preferably 2 μm or less, particularly about 1 μm or less.
Although it does not specifically limit, The quantity used as about 1-10 mass% of the whole paste for glass frit content is suitable, and the quantity which is about 2-10 mass% is still more preferable. An amount of approximately 3-8% by weight is particularly preferred. By setting the content to this level, it is possible to realize both the rapid formation of the collapsed aluminum layer and the formation of a dense aluminum electrode at a high level.

アルミニウムペーストの副成分の一つとして、アルミニウム粉末やガラスフリットを分散させておく有機媒質(ビヒクル)が挙げられる。かかるビヒクルを構成する有機溶剤は、アルミニウム粉末やガラスフリットを良好に分散させ得るものであればよく、従来のこの種のペーストに用いられているものを特に制限なく使用することができる。例えば、ビヒクルを構成する溶剤として、エチレングリコール及びジエチレングリコール誘導体(グリコールエーテル系溶剤)、トルエン、キシレン、ブチルカルビトール(BC)、ターピネオール等の高沸点有機溶媒を一種類又は複数種組み合わせて使用することができる。
また、ビヒクルを構成する有機バインダーとして種々の樹脂成分を含ませることができる。かかる樹脂成分はアルミニウムペーストに良好な粘性及び塗膜形成能(シリコン基板に対する付着性)を付与し得るものであればよく、従来のこの種のペーストに用いられているものを特に制限なく使用することができる。例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、セルロース系高分子、ポリビニルアルコール、ロジン樹脂等を主体とするものが挙げられる。このうち、特にエチルセルロース等のセルロース系高分子が好ましい。
特に限定しないが、有機ビヒクル含有量はペースト全体のほぼ10〜30質量%となる量が適当であり、ほぼ15〜25質量%である量がさらに好ましい。
One of the auxiliary components of the aluminum paste is an organic medium (vehicle) in which aluminum powder or glass frit is dispersed. The organic solvent constituting the vehicle is not particularly limited as long as it can disperse aluminum powder and glass frit satisfactorily, and those conventionally used for this type of paste can be used without any particular limitation. For example, as a solvent constituting a vehicle, a high-boiling organic solvent such as ethylene glycol and a diethylene glycol derivative (glycol ether solvent), toluene, xylene, butyl carbitol (BC), terpineol or the like is used alone or in combination. Can do.
In addition, various resin components can be included as an organic binder constituting the vehicle. Any resin component may be used as long as it can impart good viscosity and coating film forming ability (adhesiveness to a silicon substrate) to the aluminum paste, and those used in this type of conventional paste are used without particular limitation. be able to. Examples thereof include those mainly composed of acrylic resin, epoxy resin, phenol resin, alkyd resin, cellulosic polymer, polyvinyl alcohol, rosin resin and the like. Among these, cellulosic polymers such as ethyl cellulose are particularly preferable.
Although it does not specifically limit, the quantity used as about 10-30 mass% of the whole paste of organic vehicle is suitable, and the quantity which is about 15-25 mass% is more preferable.

本発明によって提供されるアルミニウムペーストは、Si基板上に裏面アルミニウム電極(延いてはp層即ちBSF層)を形成するのに従来用いられてきたアルミニウムペーストと同様に取り扱うことができ、従来公知の方法を特に制限なく採用することができる。典型的には、スクリーン印刷法、ディスペンサー塗布法、ディップ塗布法等によって、所望する厚みや塗膜パターンとなるようにしてアルミニウムペーストをSi基板(ウエハ)に塗布する。次いで、塗布物を適当な温度(室温〜100℃程度)で乾燥させる。乾燥後、適当な焼成炉(例えば高速焼成炉)中で適当な加熱条件(例えば700〜800℃)で所定時間加熱することによって、乾燥塗膜の焼成を行う。これにより、塗布物がSi基板上に焼き付けられ、上述した図1に示すようなアルミニウム電極20が形成される。通常、アルミニウム電極20が焼成されるとともに、上述のとおり、P層(BSF層)24も形成され得る。 The aluminum paste provided by the present invention can be handled in the same manner as an aluminum paste conventionally used for forming a back surface aluminum electrode (and thus a p + layer or BSF layer) on a Si substrate. This method can be employed without any particular limitation. Typically, an aluminum paste is applied to a Si substrate (wafer) by a screen printing method, a dispenser coating method, a dip coating method, or the like so as to obtain a desired thickness or coating film pattern. Next, the coated material is dried at an appropriate temperature (room temperature to about 100 ° C.). After drying, the dried coating film is baked by heating for a predetermined time in an appropriate baking furnace (for example, a high-speed baking furnace) under appropriate heating conditions (for example, 700 to 800 ° C.). Thereby, the coated material is baked on the Si substrate, and the aluminum electrode 20 as shown in FIG. 1 is formed. In general, the aluminum electrode 20 is fired, and the P + layer (BSF layer) 24 can also be formed as described above.

本発明によって提供されるアルミニウムペーストによると、上記乾燥塗膜の焼成後にアルミニウム電極の一部であってアルミニウムを含む物質からなる崩壊容易な低密度層(即ち崩壊アルミ層)が形成される。
かかる崩壊アルミ層は、種々の物理的手段によって容易に除去することができる。崩壊アルミ層を除く緻密なアルミニウム電極層及びSi基板にキズ等の悪影響を与えることのない物理的除去方法(手段)が好ましい。例えば、焼成後のアルミニウム電極に適当なノズル等の供給口から流体(例えば気体や水)を吹き付ける(噴射する)ことが好ましい。特に気体(典型的にはエアー或いは窒素ガス等の不活性ガス)を吹き付けることが好ましい。或いは上記焼成後のSi基板を洗浄(例えば水洗若しくはアルコール等の有機溶媒による洗浄)して、崩壊アルミ層を除去してもよい。或いは、粘着ローラーによる基板表面のローラー掛け等の物理的手段によって崩壊アルミ層を除去してもよい。
According to the aluminum paste provided by the present invention, a low-density layer (that is, a collapsed aluminum layer) that is a part of the aluminum electrode and is made of a material containing aluminum is formed after the dried coating film is fired.
Such a collapsed aluminum layer can be easily removed by various physical means. A dense aluminum electrode layer excluding the collapsed aluminum layer and a physical removal method (means) that does not adversely affect the Si substrate such as scratches are preferred. For example, it is preferable to spray (inject) fluid (for example, gas or water) from a supply port such as a suitable nozzle on the fired aluminum electrode. It is particularly preferable to blow a gas (typically an inert gas such as air or nitrogen gas). Alternatively, the collapsed aluminum layer may be removed by washing (for example, washing with water or washing with an organic solvent such as alcohol) after the baking. Alternatively, the collapsing aluminum layer may be removed by physical means such as roller application of the substrate surface with an adhesive roller.

本発明によると、崩壊アルミ層の除去により、従来の厚いアルミニウム電極(例えば膜厚30〜40μm)を形成(焼成)する場合と同等のBSF層(p層)を伴うより薄く且つ緻密なアルミニウム電極(例えば膜厚10μm以下、典型的には5〜10μm)を形成することができる。また、上記焼成後に崩壊アルミ層を除去することにより、Si基板の熱膨張係数と該アルミニウム膜の熱膨張係数との差によってSi基板に反りその他の変形或いは割れ等が発生するのを防止することができる。 According to the present invention, by removing the collapsed aluminum layer, thinner and dense aluminum with a BSF layer (p + layer) equivalent to the case of forming (firing) a conventional thick aluminum electrode (for example, a film thickness of 30 to 40 μm). An electrode (for example, a film thickness of 10 μm or less, typically 5 to 10 μm) can be formed. Further, by removing the collapsed aluminum layer after the firing, it is possible to prevent the Si substrate from warping or other deformations or cracks due to the difference between the thermal expansion coefficient of the Si substrate and the thermal expansion coefficient of the aluminum film. Can do.

なお、本発明のアルミニウムペーストを使用し、崩壊アルミ層を除去する工程が加わる以外、太陽電池製造のために用いられる材料やプロセスは、従来と全く同様でよく、本発明のアルミニウムペーストによって形成されたアルミニウム電極を備えた結晶シリコン太陽電池(例示として上述の図1参照)等のシリコン系太陽電池を製造することができる。例えば、従来の銀ペーストを用いてスクリーン印刷等を行うことにより、受光面側及び裏面側に所定パターンのAg電極を形成することができる。また、従来と同様の処理を行うことによって受光面側にn層や反射防止膜を形成することができる。
このような太陽電池(素子)の製造プロセス自体は従来技法のままでよく特に本発明を特徴付けるものではないため、詳細な説明は省略する。
The materials and processes used for solar cell production may be exactly the same as in the prior art except that the aluminum paste of the present invention is used and the step of removing the collapsed aluminum layer is added, and is formed by the aluminum paste of the present invention. A silicon-based solar cell such as a crystalline silicon solar cell (see FIG. 1 described above as an example) provided with an aluminum electrode can be manufactured. For example, by performing screen printing or the like using a conventional silver paste, Ag electrodes having a predetermined pattern can be formed on the light receiving surface side and the back surface side. In addition, an n + layer and an antireflection film can be formed on the light receiving surface side by performing the same process as in the prior art.
Since the manufacturing process itself of such a solar cell (element) may remain the conventional technique and does not particularly characterize the present invention, detailed description thereof will be omitted.

以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。なお、以下に記載の粒度分布に関する数値(具体的には中心粒径D50)は、分散媒体としてイオン交換水を使用し、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置(株式会社堀場製作所製品:LA−920)を用いて測定した結果である。   Several examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples. The numerical values related to the particle size distribution (specifically, the center particle size D50) described below use ion-exchanged water as a dispersion medium, and a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (Horiba, Ltd. product: LA). -920).

<製造例:アルミニウムペーストの調製>
表1に本製造例で使用した計7種類(A1〜7)のアルミニウム粉末の中心粒径を示す。また、表2及び表3に本製造例で使用した計13種類のガラスフリットの組成、ガラス軟化点及びBET法に基づく比表面積を示す。Bi−1〜7は表に示したとおりの組成のビスマス系ガラスフリットであり、Pb−1〜3は鉛系ガラスフリットであり、Zn−1〜2は亜鉛系ガラスフリットである。
而して、これら粉末原料を適宜選択して使用し、表4〜7に示す含有率(配合比)のアルミニウムペーストを調製した。具体的には、表に記載のとおりの組成(配合比)となるように表1〜3に列記される何れかのアルミニウム粉末及びガラスフリットと有機ビヒクル(ここでは5質量%のエチルセルロースと95質量%のターピネオール)を混合し、三本ロールミルを用いてよく混練した。これによりサンプル1〜27の計27種類のアルミニウムペーストを調製した。
<Production Example: Preparation of aluminum paste>
Table 1 shows the center particle diameters of a total of seven types (A1 to 7) of aluminum powder used in this production example. Tables 2 and 3 show the composition, glass softening point, and specific surface area based on the BET method of a total of 13 types of glass frit used in this production example. Bi-1 to 7 are bismuth glass frit having a composition as shown in the table, Pb-1 to Pb-3 are lead glass frit, and Zn-1 to 2 are zinc glass frit.
Thus, these powder raw materials were appropriately selected and used to prepare aluminum pastes having the contents (blending ratios) shown in Tables 4-7. Specifically, any aluminum powder and glass frit listed in Tables 1 to 3 and an organic vehicle (here 5% by weight ethyl cellulose and 95% by weight) so as to have the composition (blending ratio) as shown in the table. % Terpineol) and mixed well using a three-roll mill. As a result, 27 types of aluminum pastes of Samples 1 to 27 were prepared.

Figure 2010010495
Figure 2010010495

Figure 2010010495
Figure 2010010495

Figure 2010010495
Figure 2010010495

Figure 2010010495
Figure 2010010495

Figure 2010010495
Figure 2010010495

Figure 2010010495
Figure 2010010495

Figure 2010010495
Figure 2010010495

<試験例1:焼成直後及びエアーブロー後の反り量の算定>
上記得られたサンプル1〜27のアルミニウムペーストをアルミニウム電極形成用として用いて、各サンプルに対応する太陽電池を製造した。
具体的には、市販の125mm四方(□)太陽電池用p型単結晶シリコン基板(板厚200μm)を用意し、その表面をNaOH水溶液を用いてアルカリエッチング処理した。次いで、上記エッチング処理でテクスチャ構造が形成されたSi基板の受光面にリン含有溶液を塗布し、熱処理を行なうことによって当該Si基板の受光面に厚さが約0.5μmであるn−Si層(n層)を形成した(図1参照)
次いで、n−Si層上にプラズマCVD(PECVD)法によって厚みが50〜100nm程度の反射防止膜(酸化チタン膜)を形成した。さらに、所定の表面電極(Ag電極)形成用銀ペーストを用いて反射防止膜上にスクリーン印刷法によって表面電極(Ag電極)となる塗膜(厚さ20〜50μm)を形成した(図1参照)。
Si基板の裏面側に、スクリーン印刷(ステンレス製スクリーンメッシュSUS#165を使用した。以下同じ。)により、いずれかのアルミニウムペーストを印刷(塗布)し、膜厚が30μmの乾燥アルミニウム膜を形成した。次いで、このSi基板を焼成して、焼成アルミニウム電極を形成した。具体的には、大気雰囲気中で近赤外線高速焼成炉を用いて、焼成温度700〜800℃で焼成した。
次いで、焼成直後のSi基板の反り量を調べた。即ち、アルミニウム電極が形成された面が上向きになるように水平試験台上に焼成後のSi基板を配置し、当該Si基板の厚さ方向における最低部と最上部との間の寸法を測定した。その測定値を本試験例における焼成後の反り量(mm)とした。結果を表4〜7の該当欄に示す。
<Test Example 1: Calculation of warpage immediately after firing and after air blow>
Using the obtained aluminum paste of Samples 1 to 27 for forming an aluminum electrode, solar cells corresponding to each sample were manufactured.
Specifically, a commercially available 125 mm square (□) solar cell p-type single crystal silicon substrate (plate thickness 200 μm) was prepared, and the surface thereof was subjected to an alkali etching treatment using an aqueous NaOH solution. Next, an n-Si layer having a thickness of about 0.5 μm is formed on the light-receiving surface of the Si substrate by applying a phosphorus-containing solution to the light-receiving surface of the Si substrate on which the texture structure is formed by the etching process and performing heat treatment (N + layer) was formed (see FIG. 1)
Next, an antireflection film (titanium oxide film) having a thickness of about 50 to 100 nm was formed on the n-Si layer by plasma CVD (PECVD). Furthermore, a coating film (thickness 20 to 50 μm) to be a surface electrode (Ag electrode) was formed on the antireflection film by a screen printing method using a predetermined surface electrode (Ag electrode) forming silver paste (see FIG. 1). ).
On the back side of the Si substrate, any aluminum paste was printed (applied) by screen printing (using stainless steel screen mesh SUS # 165, the same applies hereinafter) to form a dry aluminum film having a thickness of 30 μm. . Next, this Si substrate was baked to form a baked aluminum electrode. Specifically, firing was performed at a firing temperature of 700 to 800 ° C. using a near-infrared high-speed firing furnace in an air atmosphere.
Next, the warpage amount of the Si substrate immediately after firing was examined. That is, the Si substrate after firing was placed on a horizontal test stand so that the surface on which the aluminum electrode was formed was directed upward, and the dimension between the lowest part and the uppermost part in the thickness direction of the Si substrate was measured. . The measured value was defined as the amount of warpage (mm) after firing in this test example. The results are shown in the corresponding columns of Tables 4-7.

引き続いて各Si基板のアルミニウム電極に対し、気体噴射ノズルから空気を噴射するエアーブロー処理を行った。処理条件は、ノズル先端における風速:15〜50m/秒とし、かかる処理を1枚のSi基板当たり約3〜10秒間行った。かかるエアーブロー処理終了後、該Si基板の反り量を上記と同様の方法により測定した。その測定値を本試験例におけるエアーブロー後の反り量(mm)とした。結果を表4〜7の該当欄に示す。   Subsequently, an air blowing process for injecting air from a gas injection nozzle was performed on the aluminum electrode of each Si substrate. The processing conditions were such that the wind speed at the nozzle tip was 15 to 50 m / second, and this processing was performed for about 3 to 10 seconds per one Si substrate. After the air blow treatment, the warpage amount of the Si substrate was measured by the same method as described above. The measured value was defined as the amount of warpage (mm) after air blowing in this test example. The results are shown in the corresponding columns of Tables 4-7.

各表の結果から明らかなように、ガラスフリットとしてガラス軟化点が580℃以下であるビスマス系ガラスから成るフリット(即ちガラス軟化点が590℃であるBi−4を除く他のビスマス系ガラスフリット)を使用した場合には、焼成後にアルミニウム電極の一部が崩壊容易な低密度層(崩壊アルミ層)を形成し、当該崩壊アルミ層をエアーブローで除去することにより、緻密で薄いアルミニウム電極を形成することができた。即ち、焼成後の反り量と比較して、崩壊アルミ層を除去した後のSi基板では、その反り量を1mm以下(具体的には0.8mm程度)に低減することが実現された。また、かかる崩壊アルミ層の形成は、鉛系ガラスフリットを含むアルミニウムペーストや亜鉛系ガラスフリットを含むアルミニウムペーストでは全く認められなかった。   As is apparent from the results in each table, the glass frit is a frit made of bismuth glass having a glass softening point of 580 ° C. or lower (that is, other bismuth glass frit except Bi-4 having a glass softening point of 590 ° C.). When using, form a low-density layer (collapsed aluminum layer) that is easy to collapse after firing, and then remove the collapsed aluminum layer by air blow to form a dense and thin aluminum electrode We were able to. That is, it was realized that the amount of warpage was reduced to 1 mm or less (specifically about 0.8 mm) in the Si substrate after removing the collapsed aluminum layer, compared to the amount of warpage after firing. In addition, the formation of such a collapsed aluminum layer was not recognized at all in the aluminum paste containing lead-based glass frit and the aluminum paste containing zinc-based glass frit.

特に、サンプル8、17及び19のアルミニウムペーストを使用した場合は、焼成直後から崩壊アルミ層の一部が崩壊していき、焼成直後の場合でもSi基板の反り量は低減された。なお、このような場合でもSi基板上から崩壊アルミ層の残骸物を除去する必要があり、かかる目的のために上記エアーブロー処理は有用である。
また、アルミニウム粉末の中心粒径(平均粒径)を種々異ならせて作製したアルミニウムペースト間の比較によって(表4参照)、特に中心粒径(平均粒径)が3〜6μm(ここでは3.2〜5.5μm)の範囲内にあるアルミニウム粉末が好ましいことが認められた。
また、ビスマス系ガラスフリットの比表面積は、比較的大きいほうが望ましく、例えば2m/g以上(例えば2〜6m/g)であることが望ましいことが確認された。
また、ビスマス系ガラスフリットの含有量については、本試験例で確認した範囲内においては含有量が多いほど容易に崩壊アルミ層を形成し得ることが確認された。但し、アルミニウム電極としての性能を所望するレベルに維持するためには、ガラスフリット含有量はペースト全体のほぼ1〜10質量%となる量が適当であり、ほぼ2〜10質量%である量がさらに好ましい。ほぼ3〜8質量%である量が特に好ましい。
また、ガラスフリットの含有率と比表面積との間には相関があり、比表面積が大きいビスマス系ガラスフリットを使用することにより、相対的にガラスフリット含有率を低減させ得ることが確認された。
In particular, when the aluminum pastes of Samples 8, 17 and 19 were used, part of the collapsed aluminum layer collapsed immediately after firing, and the amount of warpage of the Si substrate was reduced even immediately after firing. Even in such a case, it is necessary to remove the debris of the collapsed aluminum layer from the Si substrate, and the air blowing process is useful for this purpose.
Further, by comparison between aluminum pastes produced by varying the center particle size (average particle size) of the aluminum powder (see Table 4), the center particle size (average particle size) is particularly 3 to 6 μm (here 3. An aluminum powder in the range of 2 to 5.5 μm) has been found to be preferred.
In addition, it was confirmed that the specific surface area of the bismuth-based glass frit is desirably relatively large, for example, 2 m 2 / g or more (for example, 2 to 6 m 2 / g).
Further, with respect to the content of the bismuth-based glass frit, it was confirmed that the collapsed aluminum layer can be easily formed as the content increases within the range confirmed in this test example. However, in order to maintain the performance as an aluminum electrode at a desired level, the glass frit content is suitably about 1 to 10% by mass of the entire paste, and is about 2 to 10% by mass. Further preferred. An amount of approximately 3-8% by weight is particularly preferred.
Further, there is a correlation between the glass frit content and the specific surface area, and it was confirmed that the glass frit content can be relatively reduced by using a bismuth glass frit having a large specific surface area.

<試験例2:開放電圧の測定>
本試験例では、上記試験例1で表面電極(Ag電極)が形成された各Si基板の裏面側に、先ず、上記表面電極(Ag電極)形成用銀ペーストと同様の裏面電極(Ag電極)形成用銀ペーストを用いて所定のパターンにスクリーン印刷し、乾燥することにより、厚さ20〜50μmの裏面側Ag塗布物(即ち、焼成後におけるAgから成る裏面側外部接続用電極:図1参照)を形成した。
次いで、スクリーン印刷により、サンプル1〜27の各アルミニウムペーストを印刷(塗布)し、膜厚が30μmの乾燥アルミニウム膜を形成した。次いで、このSi基板を大気雰囲気中で近赤外線高速焼成炉を用いて、焼成温度700〜800℃で焼成した。かかる焼成によって表面電極(Ag電極)及び裏面側外部接続用Ag電極とともに、焼成アルミニウム電極を形成した。さらに上記エアーブロー処理を行って、焼成アルミニウム電極に形成された崩壊アルミ層の物理的除去を行った。
次に、このようにして得られた太陽電池(図1参照)について、表裏Ag電極間に電圧計を接続し、太陽光を受光面に照射したときの最大電圧即ち開放電圧(Voc)を測定した。結果を表4〜7の該当欄に示す。
<Test Example 2: Measurement of open circuit voltage>
In this test example, first, on the back side of each Si substrate on which the surface electrode (Ag electrode) was formed in Test Example 1, a back electrode (Ag electrode) similar to the silver paste for forming the surface electrode (Ag electrode) was formed. Screen-printed in a predetermined pattern using a forming silver paste and dried to form a back-side Ag coating material having a thickness of 20 to 50 μm (that is, a back-side external connection electrode made of Ag after firing: see FIG. 1) ) Was formed.
Subsequently, each aluminum paste of Samples 1 to 27 was printed (applied) by screen printing to form a dry aluminum film having a thickness of 30 μm. Next, this Si substrate was baked at a baking temperature of 700 to 800 ° C. in a near-infrared high-speed baking furnace in the air atmosphere. By this firing, a fired aluminum electrode was formed together with the front electrode (Ag electrode) and the back-side external connection Ag electrode. Further, the air blow treatment was performed to physically remove the collapsed aluminum layer formed on the fired aluminum electrode.
Next, for the solar cell thus obtained (see FIG. 1), a voltmeter is connected between the front and back Ag electrodes, and the maximum voltage, that is, the open voltage (Voc) when sunlight is irradiated on the light receiving surface is measured. did. The results are shown in the corresponding columns of Tables 4-7.

各表に示すように、本試験例で使用した太陽電池(セル)のいずれについても、600mV程度の開放電圧が得られた。従って、崩壊アルミ層を除去する処理を行うことによって、その後の製造工程(或いは使用過程)においてSi基板に反り等の変形或いは割れが発生することを防止することができるとともに、太陽電池の電気的特性(出力特性)に悪影響を及ぼす虞もないことが確かめられた。また、崩壊アルミ層を除去することで、従来よりも薄い(典型的には30μm以下、好ましくは20μm以下)緻密なアルミニウム電極を形成し得、且つ、従来の厚膜のアルミニウム電極形成と同等の効果(例えばBSF効果)を奏し得ることが示唆された。   As shown in each table, an open circuit voltage of about 600 mV was obtained for any of the solar cells (cells) used in this test example. Therefore, by performing the process of removing the collapsible aluminum layer, it is possible to prevent the Si substrate from being deformed or cracked in the subsequent manufacturing process (or use process), and the electrical characteristics of the solar cell. It was confirmed that there is no risk of adversely affecting the characteristics (output characteristics). Further, by removing the collapsed aluminum layer, it is possible to form a dense aluminum electrode thinner than the conventional one (typically 30 μm or less, preferably 20 μm or less), and equivalent to the conventional thick film aluminum electrode formation. It was suggested that an effect (for example, BSF effect) can be exhibited.

太陽電池の構造の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure of a solar cell typically.

符号の説明Explanation of symbols

10 太陽電池
11 シリコン基板(Siウエハ)
12 表面電極(受光面電極)
14 反射防止膜
16 n−Si層
18 p−Si層
20 裏面アルミニウム電極
22 裏面側外部接続用電極
24 p
10 Solar cell 11 Silicon substrate (Si wafer)
12 Surface electrode (light-receiving surface electrode)
14 Antireflection film 16 n-Si layer 18 p-Si layer 20 Back surface aluminum electrode 22 Back side external connection electrode 24 p + layer

Claims (7)

シリコン半導体基板と、該基板の一方の面側に形成される受光面電極と、該基板の他方の面側に形成されるアルミニウム電極とを備えるシリコン系太陽電池を製造する方法であって、
アルミニウム電極を形成する材料として、レーザー回折法に基づく粒度分布の中心粒径(D50)が10μm以下であるアルミニウム粉末と、酸化ビスマスを必須成分とし且つガラス軟化点が580℃以下であるビスマス系ガラスフリットと、有機ビヒクルとを含むアルミニウムペーストを使用すること、
前記アルミニウムペーストを前記基板上に塗布し、焼成することによってアルミニウム電極を形成すること、および、
前記焼成後のアルミニウム電極の一部であってアルミニウムを含む物質からなる崩壊容易な低密度のアルミニウム層を除去すること、
を包含することを特徴とする、シリコン系太陽電池の製造方法。
A method for producing a silicon-based solar cell comprising a silicon semiconductor substrate, a light-receiving surface electrode formed on one surface side of the substrate, and an aluminum electrode formed on the other surface side of the substrate,
As a material for forming an aluminum electrode, an aluminum powder having a particle size distribution based on a laser diffraction method (D50) of 10 μm or less, and a bismuth glass having bismuth oxide as an essential component and a glass softening point of 580 ° C. or less. Using an aluminum paste containing a frit and an organic vehicle;
Applying the aluminum paste onto the substrate and firing to form an aluminum electrode; and
Removing a low-density aluminum layer that is part of the fired aluminum electrode and is made of a substance containing aluminum, which is easily disintegrated;
A method for producing a silicon-based solar cell, comprising:
前記低密度層の除去を前記焼成後のアルミニウム電極に気体を吹き付けることによって行うことを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。   The method according to claim 1, wherein the low-density layer is removed by blowing a gas to the fired aluminum electrode. 前記ガラスフリットのBET法に基づく比表面積が少なくとも2m/gであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の製造方法。 The production method according to claim 1 or 2, wherein the specific surface area of the glass frit based on the BET method is at least 2 m 2 / g. 前記アルミニウムペースト中のアルミニウム粉末の含有率が70〜80質量%であり、且つ、前記ガラスフリットの含有率が2〜10質量%であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。   The content rate of the aluminum powder in the said aluminum paste is 70-80 mass%, and the content rate of the said glass frit is 2-10 mass%, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. The manufacturing method as described. シリコン系太陽電池のアルミニウム電極を形成するためのアルミニウムペーストであって、
レーザー回折法に基づく粒度分布の中心粒径(D50)が10μm以下であるアルミニウム粉末と、
酸化ビスマスを必須成分とし、且つ、ガラス軟化点が580℃以下であるビスマス系ガラスフリットと、
有機ビヒクルと、
を含む、アルミニウムペースト。
An aluminum paste for forming an aluminum electrode of a silicon-based solar cell,
An aluminum powder having a center particle size (D50) of particle size distribution based on laser diffraction method of 10 μm or less;
Bismuth-based glass frit having bismuth oxide as an essential component and having a glass softening point of 580 ° C. or lower;
An organic vehicle,
Including aluminum paste.
前記ガラスフリットのBET法に基づく比表面積が少なくとも2m/gである、請求項5に記載のアルミニウムペースト。 The aluminum paste according to claim 5, wherein the glass frit has a specific surface area based on the BET method of at least 2 m 2 / g. ペースト中の前記アルミニウム粉末の含有率が70〜80質量%であり、且つ、前記ガラスフリットの含有率が2〜10質量%である、請求項5又は6に記載のアルミニウムペースト。   The aluminum paste of Claim 5 or 6 whose content rate of the said aluminum powder in a paste is 70-80 mass%, and whose content rate of the said glass frit is 2-10 mass%.
JP2008169665A 2008-06-27 2008-06-27 Silicon solar cell manufacturing method and aluminum paste used in the manufacturing method Expired - Fee Related JP5160321B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008169665A JP5160321B2 (en) 2008-06-27 2008-06-27 Silicon solar cell manufacturing method and aluminum paste used in the manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008169665A JP5160321B2 (en) 2008-06-27 2008-06-27 Silicon solar cell manufacturing method and aluminum paste used in the manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010010495A true JP2010010495A (en) 2010-01-14
JP5160321B2 JP5160321B2 (en) 2013-03-13

Family

ID=41590611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008169665A Expired - Fee Related JP5160321B2 (en) 2008-06-27 2008-06-27 Silicon solar cell manufacturing method and aluminum paste used in the manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5160321B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012111477A1 (en) * 2011-02-18 2012-08-23 株式会社 村田製作所 Conductive paste and solar cell
GB2493219A (en) * 2011-07-25 2013-01-30 Renewable Energy Corp Asa Back Surface Field Silicon Solar Cell
JP2013520015A (en) * 2010-02-12 2013-05-30 ヘレウス プレシャス メタルズ ノース アメリカ コンショホーケン エルエルシー Method for applying a full back surface electric field and a silver bus bar to a solar cell

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000090733A (en) * 1998-09-14 2000-03-31 Murata Mfg Co Ltd Conductive paste, and solar battery using it
JP2004134775A (en) * 2002-09-19 2004-04-30 Murata Mfg Co Ltd Conductive paste
JP2005510836A (en) * 2001-11-27 2005-04-21 ファーロ・コーポレーション Thermal melt conductor paste composition
JP2006278071A (en) * 2005-03-29 2006-10-12 Toyo Aluminium Kk Paste composition, electrode, and solar battery element equipped with the same
JP2006351530A (en) * 2005-06-07 2006-12-28 E I Du Pont De Nemours & Co Aluminum thick film composite, electrode, semiconductor device, and their manufacturing method
JP2007019069A (en) * 2005-07-05 2007-01-25 Toyo Aluminium Kk Paste composition and solar battery element using it
JP2007081059A (en) * 2005-09-13 2007-03-29 Toyo Aluminium Kk Aluminum paste composite and solar battery element employing the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000090733A (en) * 1998-09-14 2000-03-31 Murata Mfg Co Ltd Conductive paste, and solar battery using it
JP2005510836A (en) * 2001-11-27 2005-04-21 ファーロ・コーポレーション Thermal melt conductor paste composition
JP2004134775A (en) * 2002-09-19 2004-04-30 Murata Mfg Co Ltd Conductive paste
JP2006278071A (en) * 2005-03-29 2006-10-12 Toyo Aluminium Kk Paste composition, electrode, and solar battery element equipped with the same
JP2006351530A (en) * 2005-06-07 2006-12-28 E I Du Pont De Nemours & Co Aluminum thick film composite, electrode, semiconductor device, and their manufacturing method
JP2007019069A (en) * 2005-07-05 2007-01-25 Toyo Aluminium Kk Paste composition and solar battery element using it
JP2007081059A (en) * 2005-09-13 2007-03-29 Toyo Aluminium Kk Aluminum paste composite and solar battery element employing the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013520015A (en) * 2010-02-12 2013-05-30 ヘレウス プレシャス メタルズ ノース アメリカ コンショホーケン エルエルシー Method for applying a full back surface electric field and a silver bus bar to a solar cell
WO2012111477A1 (en) * 2011-02-18 2012-08-23 株式会社 村田製作所 Conductive paste and solar cell
GB2493219A (en) * 2011-07-25 2013-01-30 Renewable Energy Corp Asa Back Surface Field Silicon Solar Cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP5160321B2 (en) 2013-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6185232B2 (en) Use of conductive compositions containing lead-tellurium-based oxides in the manufacture of semiconductor devices with lightly doped emitters
JP2009146578A (en) Solar cell and solar cell aluminum paste
US8884277B2 (en) Thick film conductive composition and use thereof
KR101309809B1 (en) Aluminium paste for solar cell and solar cell using the same
JP2011519111A (en) Conductive composition and method of use in the manufacture of semiconductor devices
JP2013514956A (en) Glass composition used in conductors for photovoltaic cells
US10770601B2 (en) Electro-conductive paste, solar cell and method for producing solar cell
US20190044005A1 (en) Conductive paste and solar cell
WO2011096301A1 (en) COMPOSITION FOR FORMATION OF p-TYPE DIFFUSION LAYER, PROCESS FOR PRODUCTION OF p-TYPE DIFFUSION LAYER, AND PROCESS FOR PRODUCTION OF SOLAR BATTERY CELL
BR102012033042A2 (en) Thick Film Composition, Process and Article
WO2013023181A1 (en) Silver paste with no or poor fire-through capability and use thereof for a solar cell metallisation
JP5160321B2 (en) Silicon solar cell manufacturing method and aluminum paste used in the manufacturing method
KR101974096B1 (en) Aluminum-based compositions and solar cells including aluminum-based compositions
TW201532302A (en) Composition for forming impurity diffusion layer, composition and method for forming n-type diffusion layer, composition and method for forming p-type diffusion layer, and method for producing photovoltaic cell
TWI603386B (en) Composition for forming n-type diffusion layer, method of producing semiconductor substrate having n-type diffusion layer, and method of producing photovoltaic cell element
JP5803080B2 (en) P-type diffusion layer forming composition, p-type diffusion layer forming composition manufacturing method, p-type diffusion layer manufacturing method, and solar cell manufacturing method
KR20140074415A (en) Manufacturing method for back contact of solar cell and solar cell device using the same
KR20130129918A (en) Method for producing solar cell
JP5842431B2 (en) Method for producing n-type diffusion layer and method for producing solar cell element
JP5842432B2 (en) Method for manufacturing p-type diffusion layer and method for manufacturing solar cell element
JP5541359B2 (en) P-type diffusion layer forming composition, method for producing p-type diffusion layer, and method for producing solar cell element
JP2016027665A (en) Manufacturing method of p-type diffusion layer and manufacturing method of solar cell element
WO2013080750A1 (en) Solar cell and paste material using same
KR20140120387A (en) Silver paste composition and electrode using the same
JP5626340B2 (en) P-type diffusion layer forming composition, method for producing p-type diffusion layer, and method for producing solar cell element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100414

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110427

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120705

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120903

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121206

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121212

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151221

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees