JP2011171673A - 太陽電池素子の電極形成用導電性ペースト及び太陽電池素子並びにその太陽電池素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導電性粒子と、有機バインダと、溶剤と、ガラスフリットとを含有する太陽電池素子の電極形成用導電性ペーストにおいて、銀粉の表面に簡易な手段で脂肪酸マグネシウム塩および脂肪酸カルシウム塩の中から選択される1種以上の金属石鹸を被覆することで金属石鹸被覆銀粉を得ることができ、その金属石鹸被覆銀粉を用いて導電性ペーストを作製して太陽電池の表面電極を形成する。
【選択図】図1
Description
(1)導電性粒子
導電性粒子としては、銀粉、銅粉、金粉など電気の良導体を用いることができるが、コスト面および大気中での焼成でも酸化しにくいという点を考慮して、銀粉が好ましい。
本発明において導電性粒子を被覆するために使用される有機金属化合物は、低融点(300℃以下)のものであればよく、限定されるものではないが、脂肪酸マグネシウム塩および脂肪酸カルシウム塩の中から選択される1種以上の金属石鹸を用いることができる。脂肪酸の種類は、ステアリン酸、パルミチン酸、ベヘニン酸などの飽和脂肪酸でもよく、オレイン酸などの不飽和脂肪酸でもよいが、特に、ステアリン酸マグネシウムとステアリン酸カルシウムが好ましい。
本発明で使用可能なガラスフリットは、導電性ペーストが750ないし950℃で焼成されたときに、反射防止層を浸食し、適切に半導体基板への接着が行われるように、300ないし550℃の軟化点を有するものが好ましい。軟化点が300℃より低いと、焼成が進んで本発明の効果を十分に得ることができないという不都合がある。一方、軟化点が550℃より高いと、焼成時に十分な溶融流動が起こらないため、十分な接着強度が得られないという不都合がある。例えば、ガラスフリットとしては、Bi系ガラス、Bi2O3−B2O3−ZnO系ガラス、Bi2O3−B2O3系ガラス、Bi2O3−B2O3−SiO2系ガラス、Ba系ガラス、BaO−B2O3−ZnO系ガラスなどを用いることができる。
有機バインダとしては、限定されるものではないが、メチルセルロース、エチルセルロース等のセルロース誘導体、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂、フェノール系樹脂、脂肪族系石油樹脂、アクリル酸エステル系樹脂、キシレン系樹脂、クマロンインデン系樹脂、スチレン系樹脂、ジシクロペンタジエン系樹脂、ポリブテン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ユリア系樹脂、メラミン系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリイソブチル系樹脂等を用いることができる。
溶剤としては、限定されるものではないが、ヘキサン、トルエン、エチルセロソルブ、シクロヘキサノン、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジアセトンアルコール、ターピネオール、メチルエチルケトン、ベンジルアルコール等を挙げることができる。
ステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、オレイン酸、ラウリン酸などの分散剤を導電性ペーストに配合することができる。なお、分散剤は一般的なものであれば、有機酸に限定されるものではない。これら分散剤の配合量は導電性ペースト全体に対して0.05ないし10重量%であるのが好ましい。0.05重量%未満であるとペーストの分散性が悪くなるという不都合があり、10重量%を超えると焼成によって得られる受光面電極の抵抗が上昇するという不都合がある。
本発明においては、安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、シランカップリング剤、消泡剤、粘度調整剤などの各種添加剤を本発明の効果を妨げない範囲において導電性ペーストに配合することができる。
太陽電池素子の製造方法について詳しく説明する。
上記のようにして製造した太陽電池素子を用いて太陽電池モジュールを製造する方法の一例について説明する。
〔銀粉Aの製造〕
銀54kgを含む硝酸銀水溶液4390kgに、25質量%のアンモニア水185kgと、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液7kgとを添加して、銀アンミン錯塩水溶液を得た。この銀アンミン錯塩水溶液の液温を25℃とし、3.2質量%の含水ヒドラジン水溶液400kgを上記銀アンミン錯塩水溶液に添加して銀粒子を析出させ、銀含有スラリーを得た。また、上記の含水ヒドラジン水溶液の添加終了後、銀量に対して0.4質量%のオレイン酸のエタノール溶液を上記銀含有スラリーに添加した。
銀32kgを含む硝酸銀水溶液500kgの温度を40℃に調整して、17.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液117kgを添加し、酸化銀粒子を含有するスラリーを得た。22質量%のホルマリン水溶液25kgを上記の酸化銀粒子含有スラリーに添加して酸化銀を還元して銀粒子を析出させ、銀含有スラリーを得た。この銀含有スラリーを濾過、水洗および乾燥して得た銀粉に、滑剤としてステアリン酸を添加して混合後、振動ボールミルでステンレスボールを用いてフレーク化し、このフレーク状銀粉を40μmの目開きの篩いで分級し、平均粒径が4.4μmフレーク状の銀粉Bを得た。
〔実施例1〕
(1)半導体ウエハの準備
厚さが200μmで、外形が20mm×20mmの大きさで、比抵抗が1.5Ωcmの多結晶シリコンのp型シリコン基板の表面にn型拡散層が形成され、さらに、n型拡散層の上にSiNxの反射防止層が形成された半導体ウエハを準備した。
a.BSF層と裏面集電電極形成用の導電性ペースト
アルミニウム粉末と、エチルセルロース(有機バインダ)と、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール モノイソブチレート(溶剤)と、Bi2O3−B2O3−ZnO系ガラスフリットとを3本ロールミルで混合することによりペースト状にして、BSF層と裏面集電電極形成用の導電性ペーストを得た。
銀粉末と、アルミニウム粉末と、エチルセルロース(有機バインダ)と、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール モノイソブチレート(溶剤)と、Bi2O3−B2O3系ガラスフリットとを3本ロールミルで混合することによりペースト状にして、裏面バスバー電極形成用の導電性ペーストを得た。
〈ステアリン酸マグネシウムで被覆された銀粉の製造〉
銀粉A32kgに、市販のステアリン酸マグネシウム(和光純薬工業株式会社製)を粉砕して平均粒径D50を0.1μmとしたものを1.0重量%添加して、ヘンシェルミキサーFM75型(三井鉱山株式会社製)を用いて、羽根回転数1000rpm、処理時間20分の条件で混合および解砕を実施した後、40μmの目開きの篩いで分級し、ステアリン酸マグネシウムで被覆された銀粉を得た。
上記のようなステアリン酸マグネシウムで被覆された銀粉86重量部と、軟化点が約530℃のBa系ガラスフリット1重量部と、エチルセルロース1重量部(有機バインダ)と、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール モノイソブチレート9.5重量部(溶剤)と、ステアリン酸0.5重量部(分散剤)と、2重量部のTeO2とを配合したものを3本ロールミルで混合することによりペースト状にし、さらに、後記するスクリーン印刷時のペーストの粘度が約300Pa・sとなるように、上記有機溶剤を適宜添加して調製した。このようにして、表面バスバー電極と表面フィンガー電極形成用の導電性ペーストを得た。
粘度計(ブルックフィールド社製のDV−III)を用い、コーンスピンドルCP−52( 角度3.0°、半径1.2cm) により、回転数1rpmにおける粘度と、回転数5rpmにおける粘度とを測定した。具体的には、25℃の循環水で保温したサンプルカップ内に導電性ペーストを5分間放置した後、回転数1rpmで5分間回転させた後と回転数5rpmで1分間回転させた後で粘度測定を行った。その粘度の数値(Pa・s)を以下の表1に示す。CP−52型式の場合、1rpmでの粘度はずり速度2/秒に相当し、5rpmでの粘度はずり速度10/秒に相当する。
上記(2)aのように調製した導電性ペーストを、(1)のように準備した半導体ウエハの裏面側の略全面にスクリーン印刷により塗布し、その導電性ペーストの上に、図2(b)の6aに示すような形状となるように(2)bのように調製した導電性ペーストをスクリーン印刷により塗布し、150℃で5分間乾燥を行った後、自然放冷により室温まで冷却した。
以上のように導電性ペーストを塗布した半導体ウエハを、BTU社製のモデルPV309で4ゾーンの加熱ゾーンがある高速焼成炉に挿入して、Datapaq社の温度ロガーで半導体ウエハ表面の最高温度を確認しながら、その表面最高温度を焼成温度として、800℃の焼成温度で上記高速焼成炉に挿入してから取り出すまでの時間を約1分間として焼成した。この焼成過程において、半導体ウエハの裏面側に塗布したアルミニウムが半導体ウエハ側に拡散することにより、図1の4に示すようなBSF層が形成され、同時に図1の6bに示すような集電電極が形成されるのである。
以上のようにして作製した太陽電池素子試験片の変換効率を求めた。具体的には、共進電機株式会社製の商品名「KST−15Ce−1s」のIVトレーサーと、株式会社ワコム電創製の商品名「WXS−156S−10、AM1.5G」のソーラーシミュレーターとを用いて、100mW/cm2相当の入射光に対して得られる変換効率を求めた。以下の表1にその変換効率の数値を示す。
銀粉A32kgに対するステアリン酸マグネシウムの添加量を2.0重量%とした以外は実施例1と同様の操作を実施して、ステアリン酸マグネシウムで被覆された銀粉を得た。そのステアリン酸マグネシウムで被覆された銀粉を用いて実施例1と同様の方法で表面バスバー電極と表面フィンガー電極形成用の導電性ペーストと太陽電池素子試験片を作製し、その導電性ペーストの粘度とチクソトロピー比、ペースト焼成後のフィンガー幅の数値、ならびに変換効率を同上方法により測定した。それらの数値を以下の表1に示す。
銀粉A16kgと銀粉B16kgを混合した混合銀粉に対するステアリン酸マグネシウムの添加量を1.0重量%とした以外は実施例1と同様の操作を実施して、ステアリン酸マグネシウムで被覆された銀粉を得た。そのステアリン酸マグネシウムで被覆された銀粉を用いて実施例1と同様の方法で表面バスバー電極と表面フィンガー電極形成用の導電性ペーストと太陽電池素子試験片を作製し、その導電性ペーストの粘度とチクソトロピー比、ペースト焼成後のフィンガー幅の数値、ならびに変換効率を同上方法により測定した。それらの数値を以下の表1に示す。
〔比較例1〕
ステアリン酸マグネシウムで被覆されていない銀粉Aを用いて表面バスバー電極と表面フィンガー電極形成用の導電性ペーストを製造する場合において、銀粉Aに対して1重量%のステアリン酸マグネシウムを配合したものを使用して導電性ペーストを製造したこと以外は実施例1と同様の方法で太陽電池素子試験片を作製し、その導電性ペーストの粘度とチクソトロピー比、ペースト焼成後のフィンガー幅の数値、ならびに変換効率を同上方法により測定した。それらの数値を以下の表1に示す。
ステアリン酸マグネシウムで被覆されていない銀粉Aを用いて表面バスバー電極と表面フィンガー電極形成用の導電性ペーストを製造する場合において、銀粉Aに対して2重量%のステアリン酸マグネシウムを配合したものを使用して導電性ペーストを製造したこと以外は実施例1と同様の方法で太陽電池素子試験片を作製し、その導電性ペーストの粘度とチクソトロピー比、ペースト焼成後のフィンガー幅の数値、ならびに変換効率を同上方法により測定した。それらの数値を以下の表1に示す。
ステアリン酸マグネシウムで被覆されていない銀粉Aとステアリン酸マグネシウムで被覆されていない銀粉Bを混合した混合銀粉を用いて表面バスバー電極と表面フィンガー電極形成用の導電性ペーストを製造する場合において、銀粉Aを16kg、銀粉Bを16kgとし、AとBの混合銀粉に対して1重量%のステアリン酸マグネシウムを配合したものを使用して導電性ペーストを製造したこと以外は実施例1と同様の方法で太陽電池素子試験片を作製し、その導電性ペーストの粘度とチクソトロピー比、ペースト焼成後のフィンガー幅の数値、ならびに変換効率を同上方法により測定した。それらの数値を以下の表1に示す。
参考例として、ステアリン酸マグネシウムで被覆されていない銀粉Aを用いて表面バスバー電極と表面フィンガー電極形成用の導電性ペーストを製造したこと以外は実施例1と同様の方法で太陽電池素子試験片を作製し、その導電性ペーストの粘度とチクソトロピー比、ペースト焼成後のフィンガー幅の数値、ならびに変換効率を同上方法により測定した。それらの数値を以下の表1に示す。
2 n型拡散層
3 反射防止層
4 BSF層
5 表面電極
5a 表面バスバー電極
5b 表面フィンガー電極
6 裏面電極
6a 裏面バスバー電極
6b 裏面集電電極
11 配線
12 太陽電池素子
13 表側充填材
14 裏側充填材
15 透明部材
16 裏面保護材
17 端子ボックス
18 出力取出配線
21 半導体基板
22 拡散層
23 反射防止層
24 裏面電極
25 表面電極
Claims (5)
- 導電性粒子と、有機バインダと、溶剤と、ガラスフリットとを含有する太陽電池素子の電極形成用導電性ペーストにおいて、導電性粒子の表面に有機金属化合物が被覆されていることを特徴とする太陽電池素子の電極形成用導電性ペースト。
- 導電性粒子が銀粉であって、有機金属化合物が脂肪酸マグネシウム塩および脂肪酸カルシウム塩の中から選択される1種以上の金属石鹸であることを特徴とする請求項1記載の太陽電池素子の電極形成用導電性ペースト。
- 金属石鹸の重量が銀粉重量に対して0.1重量%以上5重量%以下であることを特徴とする請求項2記載の太陽電池素子の電極形成用導電性ペースト。
- 半導体基板の受光面側に拡散層を形成し、この拡散層上に反射防止層と表面電極を有し、半導体基板の反受光面側に裏面電極を有する太陽電池素子において、表面電極は請求項1、2または3記載の導電性ペーストを反射防止層上に印刷して焼成することにより形成されたものであることを特徴とする太陽電池素子。
- 半導体基板の受光面側に拡散層を形成し、この拡散層上に反射防止層を形成し、この反射防止層上に請求項1、2または3記載の導電性ペーストを印刷し、半導体基板の反受光面側に裏面電極用導電性ペーストを印刷し、さらに、反射防止層上に印刷された導電性ペーストを焼成することによって拡散層と導通させて表面電極を形成し、裏面電極用導電性ペーストを焼成することによって裏面電極を形成することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
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