JP2011524636A - Method for forming silicon solar cell - Google Patents
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Abstract
酸化マグネシウムおよび/または焼成時に酸化マグネシウムを形成し得るマグネシウム化合物を含むアルミニウムペーストを、その前面側に窒化ケイ素の反射防止被膜が設けられかつその裏面側が窒化ケイ素で汚染されたシリコンウエハの裏面側に、塗布し、焼成するステップと、そのアルミニウムペーストを、その塗布後に焼成するステップとを含むシリコン太陽電池の製造方法。 An aluminum paste containing magnesium oxide and / or a magnesium compound capable of forming magnesium oxide upon firing is provided on the back side of a silicon wafer provided with a silicon nitride antireflection coating on the front side and contaminated with silicon nitride on the back side. A method for producing a silicon solar cell, comprising: applying and baking, and baking the aluminum paste after the application.
Description
本発明は、シリコン太陽電池のp型アルミニウム裏面電極の形成方法、すなわち、シリコン太陽電池の形成方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a p-type aluminum back electrode of a silicon solar cell, that is, a method for forming a silicon solar cell.
p型ベースを有する従来型の太陽電池構造は、通常、電池の前面側(「太陽」側)にある負極と、裏面側の正極とを有する。半導体のp−n接合に入射する適切な波長の放射は、電子−正孔対を発生させる外部エネルギー源として機能することはよく知られている。p−n接合に存在する電位差は、正孔および電子をその接合を横切って反対方向に移動させ、それによって、外部回路に電力を供給し得る電流を発生させる。ほとんどの太陽電池は、金属化されたシリコンウエハ、すなわち導電性の金属接点が設けられたシリコンウエハの形態である。 Conventional solar cell structures having a p-type base typically have a negative electrode on the front side ("sun" side) of the battery and a positive electrode on the back side. It is well known that radiation of the appropriate wavelength incident on a semiconductor pn junction functions as an external energy source that generates electron-hole pairs. The potential difference present at the pn junction moves holes and electrons across the junction in the opposite direction, thereby generating a current that can power the external circuit. Most solar cells are in the form of a metallized silicon wafer, i.e. a silicon wafer provided with conductive metal contacts.
シリコン太陽電池の形成においては、一般的に、シリコンウエハの裏面側に、アルミニウムペーストをスクリーン印刷して乾燥させる。続いて、このウエハを、アルミニウムの溶融点を超える温度に焼成して、アルミニウム−シリコン溶融物を形成する。そうすると、引き続く冷却段階において、アルミニウムがドープされたシリコンのエピタキシャル成長層が形成される。この層は、一般に裏面電界(back surface field:BSF)と呼称され、太陽電池のエネルギー変換効率の改善を補助する。 In forming a silicon solar cell, generally, an aluminum paste is screen-printed on the back side of a silicon wafer and dried. Subsequently, the wafer is baked to a temperature exceeding the melting point of aluminum to form an aluminum-silicon melt. Then, in the subsequent cooling step, an epitaxially grown layer of silicon doped with aluminum is formed. This layer is commonly referred to as a back surface field (BSF) and assists in improving the energy conversion efficiency of the solar cell.
現在用いられるほとんどの電力発生太陽電池はシリコン太陽電池である。大量生産における工程の流れは、一般的に、最大の簡素化の達成と製造コストの最小化とを目指している。電極は、特に、スクリーン印刷のような方法によって金属ペーストから作製される。 Most power generating solar cells currently used are silicon solar cells. The process flow in mass production is generally aimed at achieving maximum simplification and minimizing manufacturing costs. The electrodes are made in particular from a metal paste by a method such as screen printing.
この製造方法の例を、図1に関連付けて以下に説明する。図1Aはp型のシリコン基板10を示す。
An example of this manufacturing method will be described below with reference to FIG. FIG. 1A shows a p-
図1Bにおいて、逆導電型のn型拡散層20をリン(P)などの熱拡散によって形成する。オキシ塩化リン(POCl3)が、通常、気体のリン拡散源として用いられ、他の液体源はリン酸などである。何らの特段の変更もない場合は、拡散層20をシリコン基板10の全表面上に形成する。p−n接合は、p型ドーパントの濃度がn型ドーパントの濃度に等しい部分に形成される。太陽側に近接するp−n接合を有する従来型の電池は、0.05〜0.5μmの間の接合深さを有する。
In FIG. 1B, the reverse conductivity type n-
この拡散層が形成されると、過剰の表面ガラスを、フッ化水素酸のような酸によるエッチングによって残りの表面から除去する。 Once this diffusion layer is formed, excess surface glass is removed from the remaining surface by etching with an acid such as hydrofluoric acid.
次に、反射防止被膜(antireflective coating:ARC)30を、図1Dに示すように、シリコンウエハ前面側のn型拡散層20の上に、例えばスパッタリングまたはCVD(chemical vapor deposition:化学蒸着)、例えばLPCVD(low pressure CVD:減圧CVD)またはPECVD(plasma enhanced CVD:プラズマCVD)のような方法によって0.05〜1μmの間の厚さに形成する。
Next, as shown in FIG. 1D, an antireflection coating (ARC) 30 is formed on the n-
図1Eに示すように、前面電極用としての前面側の銀ペースト(前面電極形成銀ペースト)500を、反射防止被膜30上にスクリーン印刷し、続いて乾燥させる。さらに続いて、裏面側の銀または銀/アルミニウムペースト70、およびアルミニウムペースト60を、基板の裏面上にスクリーン印刷し(あるいは他の何らかの塗布法によって印刷し)、引き続いて乾燥させる。標準的には、最初に、裏面側の銀または銀/アルミニウムペーストを、2つの平行なストリップ(バスバー)として、あるいは、相互接続ストリング(予備ハンダ付けされた銅リボン)をハンダ付けするために用いられる矩形(タブ)として、シリコン上にスクリーン印刷し、その後、アルミニウムペーストを、裏面側の銀または銀/アルミニウムの上に僅かに重ね合わせながら露出面に印刷する。場合によっては、アルミニウムペーストを印刷した後に、銀または銀/アルミニウムペーストを印刷する。続けて、焼成を、通常、ウエハが700〜900℃の範囲のピーク温度に達する状態で、1〜5分間、ベルト炉内で実施する。前面電極および裏面電極は、相前後して焼成することもできるし、あるいは共焼成することも可能である。
As shown in FIG. 1E, a front-side silver paste (front-electrode-forming silver paste) 500 for a front electrode is screen-printed on the
結果的に、図1Fに示すように、ペーストからの溶融アルミニウムが焼成工程中にシリコンを溶解し、引き続いて、冷却時に、シリコンベース10からエピタキシャル成長する共晶層を形成し、高濃度のアルミニウムドーパントを含むp+層40を形成する。この層は、一般に裏面電界(BSF)層と呼称され、太陽電池のエネルギー変換効率の改善を補助する。アルミニウムの薄い層は、一般的に、このエピタキシャル層の表面に存在する。
As a result, as shown in FIG. 1F, the molten aluminum from the paste dissolves the silicon during the firing process, and subsequently forms a eutectic layer that grows epitaxially from the
アルミニウムペーストは、焼成によって、乾燥状態60からアルミニウム裏面電極61に転換される。裏面側の銀または銀/アルミニウムペースト70も同時に焼成され、銀または銀/アルミニウム裏面電極71になる。焼成の間、裏面側のアルミニウムおよび裏面側の銀または銀/アルミニウムの間の境界は合金状態を呈し、電気的にも接続される。アルミニウム電極は裏面電極のほとんどの面積を占め、一部、p+層40の形成の必要性を満たさねばならないだけである。アルミニウム電極へのハンダ付けは不可能であるので、予備ハンダ付けされた銅リボンなどによって太陽電池を相互接続するための電極として、銀または銀/アルミニウム裏面電極を、裏面側のいくつかの部分領域上に(多くの場合2〜6mm幅のバスバーとして)形成する。さらに、前面側の銀ペースト500は、焼成の間に焼結して、反射防止被膜30を貫通し、それによってn型層20と電気接触可能になる。この方式の製造方法は一般に「ファイアスルー(firing through)」と呼称される。このファイアスルー状態は、図1Fの層501に明示されている。
The aluminum paste is converted from the
前記のように、シリコン太陽電池は、通常、CVD法、特にLPCVDによって成膜される反射防止被膜を含む。現在のシリコン太陽電池の反射防止被膜は、通常、窒化ケイ素(SiNx)層の形態である。CVDによるシリコンウエハの前面側へのこの窒化ケイ素反射防止被膜の形成において、特殊な裏面側のカバー手段を用いるという点で特別な措置が講じられなければ、シリコンウエハの裏面側にも、いくらかの好ましくない窒化ケイ素が蒸着されることが避けられない。このような視覚的に認め得る窒化ケイ素の溢流出は、シリコンウエハの裏面側の端部に沿って延びる継ぎ目の形態を取り、シリコンウエハの裏面側面積の例えば5〜20%を掩覆する。このような窒化ケイ素による裏面側の汚染が生じると、上記の特殊な裏面側のカバー対策を用いて製造されたシリコン太陽電池、すなわち窒化ケイ素による裏面側汚染のないシリコン太陽電池の場合に比べて、シリコンウエハの裏面とアルミニウム裏面電極との間の焼成後に得られる付着が弱められるだけでなく、完成シリコン太陽電池の電気的性能(発電量)も損なわれる。シリコンウエハの裏面とアルミニウム裏面電極との間の焼成後に得られる付着が良好であることは、シリコン太陽電池の長い稼動寿命の観点から重要である。 As described above, a silicon solar cell usually includes an antireflection coating formed by a CVD method, particularly LPCVD. Current antireflection coatings for silicon solar cells are typically in the form of a silicon nitride (SiNx) layer. In the formation of this silicon nitride antireflection coating on the front side of the silicon wafer by CVD, if no special measures are taken in that a special back side cover means is used, there will also be some on the back side of the silicon wafer. It is inevitable that undesirable silicon nitride is deposited. Such visible overflow of silicon nitride takes the form of a seam extending along the back side edge of the silicon wafer and covers, for example, 5-20% of the back side area of the silicon wafer. When such back side contamination by silicon nitride occurs, compared to the case of silicon solar cells manufactured using the above special back side cover measures, that is, silicon solar cells without back side contamination by silicon nitride Not only is the adhesion obtained after firing between the backside of the silicon wafer and the aluminum backside electrode weakened, but the electrical performance (power generation) of the finished silicon solar cell is also impaired. Good adhesion obtained after firing between the back surface of the silicon wafer and the aluminum back electrode is important from the viewpoint of the long operational life of the silicon solar cell.
シリコン太陽電池の裏面電極の製造に適した、酸化マグネシウムを含むアルミニウムペーストが特開2004−152827号公報から知られる。 An aluminum paste containing magnesium oxide suitable for manufacturing a back electrode of a silicon solar cell is known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-152827.
その前面側に窒化ケイ素の反射防止被膜が設けられ、かつその裏面側が窒化ケイ素の溢流出で汚染されたシリコンウエハから作製されるシリコン太陽電池の電気的性能は、シリコン太陽電池の裏面電極製造用として特定のMg含有添加剤を含むアルミニウムペーストを用いると、改善可能であることが判明した。さらに、シリコンウエハの裏面とアルミニウム裏面電極との間の焼成後に得られる付着も改善できる。 The electrical performance of a silicon solar cell produced from a silicon wafer with a silicon nitride antireflection coating on the front side and contaminated with silicon nitride overflow on the back side is for manufacturing the back electrode of a silicon solar cell. As a result, it was found that the improvement can be achieved by using an aluminum paste containing a specific Mg-containing additive. Furthermore, the adhesion obtained after firing between the back surface of the silicon wafer and the aluminum back electrode can also be improved.
従って、本発明は、次のステップを含むシリコン太陽電池の製造方法に関する。すなわち、
(i)p型領域とn型領域とp−n接合とを有するシリコンウエハであって、その前面側に窒化ケイ素の反射防止被膜が設けられ、かつその裏面側が窒化ケイ素で汚染されたシリコンウエハの裏面側にアルミニウムペーストを塗布するステップと、
(ii)アルミニウムペーストが塗布された表面を焼成するステップであり、それによってウエハが700〜900℃のピーク温度に達するステップと、
を含む製造方法であって、
そのアルミニウムペーストが、粒子状アルミニウムと、酸化マグネシウム、ステップ(ii)における焼成時に酸化マグネシウムを形成し得るマグネシウム化合物およびこれらの任意の組合せからなる群から選択される少なくとも1種類のMg含有添加剤と、有機溶剤を含む有機ビヒクル(有機媒体)とを含む、
方法である。
Accordingly, the present invention relates to a method for manufacturing a silicon solar cell including the following steps. That is,
(I) A silicon wafer having a p-type region, an n-type region, and a pn junction, wherein a silicon nitride antireflection coating is provided on the front side, and the back side is contaminated with silicon nitride. Applying an aluminum paste to the back side of
(Ii) firing the surface to which the aluminum paste has been applied, whereby the wafer reaches a peak temperature of 700-900 ° C .;
A manufacturing method comprising:
The aluminum paste is particulate aluminum, magnesium oxide, at least one Mg-containing additive selected from the group consisting of magnesium compounds capable of forming magnesium oxide upon firing in step (ii) and any combination thereof; Including an organic vehicle (organic medium) containing an organic solvent,
Is the method.
本発明によって得られるシリコン太陽電池は、同じ条件の下で製造されるが上記のようなMg含有添加剤を含まないアルミニウムペーストを用いて製造されるシリコン太陽電池と比較して、電気的性能(発電量)が高められるという特徴を有する。さらに、シリコン太陽電池に含まれるアルミニウム裏面電極とシリコンウエハの裏面との間の付着も改善できる。シリコンウエハの前面側に窒化ケイ素の反射防止被膜を製造する場合、特殊な裏面側のカバー対策を何ら用いる必要がない点が有利である。 The silicon solar cell obtained by the present invention has an electrical performance (compared to a silicon solar cell manufactured using an aluminum paste manufactured under the same conditions but not including the Mg-containing additive as described above. (Power generation amount) is increased. Furthermore, the adhesion between the aluminum back electrode included in the silicon solar cell and the back surface of the silicon wafer can also be improved. When producing an antireflection coating of silicon nitride on the front side of a silicon wafer, it is advantageous that no special back surface cover measures need be used.
本発明は、また、次のステップを含むシリコン太陽電池の電気的性能(発電量)の改善方法にも関する。すなわち、
(i’)p型領域とn型領域とp−n接合とを有するシリコンウエハであって、その前面側に窒化ケイ素の反射防止被膜が設けられ、かつその裏面側が窒化ケイ素で汚染されたシリコンウエハを用意するステップと、
(i)そのシリコンウエハの裏面側にアルミニウムペーストを塗布するステップと、
(ii)アルミニウムペーストが塗布された表面を焼成するステップであり、それによってウエハが700〜900℃のピーク温度に達するステップと、
を含む改善方法であって、
そのアルミニウムペーストが、粒子状アルミニウムと、酸化マグネシウム、ステップ(ii)における焼成時に酸化マグネシウムを形成し得るマグネシウム化合物およびこれらの任意の組合せからなる群から選択される少なくとも1種類のMg含有添加剤と、有機溶剤を含む有機ビヒクルとを含む、
方法である。
The present invention also relates to a method for improving the electrical performance (power generation amount) of a silicon solar cell including the following steps. That is,
(I ′) silicon wafer having a p-type region, an n-type region, and a pn junction, wherein a silicon nitride antireflection coating is provided on the front side and the back side is contaminated with silicon nitride Preparing a wafer;
(I) applying an aluminum paste to the back side of the silicon wafer;
(Ii) firing the surface to which the aluminum paste has been applied, whereby the wafer reaches a peak temperature of 700-900 ° C .;
An improvement method including
The aluminum paste is particulate aluminum, magnesium oxide, at least one Mg-containing additive selected from the group consisting of magnesium compounds capable of forming magnesium oxide upon firing in step (ii) and any combination thereof; Including organic vehicles including organic solvents,
Is the method.
本発明の方法のステップ(i’)において、p型領域とn型領域とp−n接合とを有するシリコンウエハであって、その前面側に窒化ケイ素の反射防止被膜が設けられ、かつその裏面側が窒化ケイ素で汚染されたシリコンウエハを用意する。このようなシリコンウエハおよびその製造は当業者には周知されており、繰り返して説明する必要はない。すなわち[背景技術]の項を参照頂くとよい。シリコンウエハは、単結晶または多結晶のシリコンを含むことができ、また、例えば100〜250cm2の範囲の面積と、例えば180〜300μmの厚さを有することができる。 In step (i ′) of the method of the present invention, a silicon wafer having a p-type region, an n-type region, and a pn junction is provided with an antireflection coating of silicon nitride on the front side thereof, and the back side thereof Prepare a silicon wafer contaminated with silicon nitride on the side. Such silicon wafers and their manufacture are well known to those skilled in the art and need not be described repeatedly. In other words, please refer to [Background Art]. The silicon wafer can include monocrystalline or polycrystalline silicon and can have an area in the range of, for example, 100-250 cm 2 and a thickness of, for example, 180-300 μm.
本発明の方法のステップ(i)において、p型領域とn型領域とp−n接合とを有するシリコンウエハであって、その前面側に窒化ケイ素の反射防止被膜が設けられ、かつその裏面側が窒化ケイ素の溢流出で汚染されたシリコンウエハの裏面側に、アルミニウムペーストを塗布する。 In step (i) of the method of the present invention, a silicon wafer having a p-type region, an n-type region, and a pn junction is provided with a silicon nitride antireflection coating on its front side, and its back side is An aluminum paste is applied to the back side of the silicon wafer contaminated by the overflow of silicon nitride.
本発明の方法のステップ(i)において用いられるアルミニウムペーストは、粒子状アルミニウムと、酸化マグネシウムおよび/またはステップ(ii)における焼成時に酸化マグネシウムを形成し得るマグネシウム化合物から選択される少なくとも1種類のMg含有添加剤と、有機ビヒクルと、1つの実施態様においてはさらに1種類以上のガラスフリット組成物とを含む。 The aluminum paste used in step (i) of the method of the present invention is at least one Mg selected from particulate aluminum and magnesium oxide and / or a magnesium compound capable of forming magnesium oxide upon firing in step (ii). It includes an additive additive, an organic vehicle, and in one embodiment, one or more glass frit compositions.
粒子状アルミニウムは、アルミニウム、あるいは、例えば、亜鉛、スズ、銀およびマグネシウムのような1種類以上の他の金属とのアルミニウムの合金から構成することができる。アルミニウム合金の場合は、アルミニウム含有量が、例えば99.7〜100未満質量%である。粒子状アルミニウムは、種々の形状のアルミニウム粒子、例えば、アルミニウムフレーク、球形アルミニウム粉末、塊状(不定形)粒子のアルミニウム粉末、あるいはこれらの任意の組合せを含むことができる。1つの実施態様においては、粒子状アルミニウムはアルミニウム粉末の形態である。このアルムニウム粉末は、例えば4〜10μmの平均粒度を有する。この粒子状アルミニウムは、アルミニウムペースト中に、全アルミニウムペースト組成物を基準として、50〜80質量%の比率で、あるいは1つの実施態様においては70〜75質量%の比率で存在することができる。 Particulate aluminum can be composed of aluminum or an alloy of aluminum with one or more other metals such as, for example, zinc, tin, silver and magnesium. In the case of an aluminum alloy, the aluminum content is, for example, 99.7 to less than 100% by mass. The particulate aluminum can include variously shaped aluminum particles, such as aluminum flakes, spherical aluminum powder, agglomerated (amorphous) particle aluminum powder, or any combination thereof. In one embodiment, the particulate aluminum is in the form of aluminum powder. This aluminium powder has an average particle size of, for example, 4 to 10 μm. The particulate aluminum can be present in the aluminum paste in a proportion of 50-80% by weight, or in one embodiment 70-75% by weight, based on the total aluminum paste composition.
本明細書および請求項において「平均粒度」という用語を用いるが、これは、レーザ散乱法によって測定される平均粒度(平均粒子径、d50)を意味するものとする。 In the present specification and claims, the term “average particle size” is used, and this means the average particle size (average particle size, d50) measured by the laser scattering method.
本明細書および特許請求の範囲における平均粒度に関わるあらゆる言明は、アルミニウムペースト組成物中に存在する当該材料の平均粒度に関する。 Any statement relating to the average particle size in the present description and claims relates to the average particle size of the material present in the aluminum paste composition.
アルミニウムペースト中に存在する粒子状アルミニウムは、例えば銀または銀合金の粉末のような他の粒子状金属を同伴してもよい。このような他の粒子状金属の比率は、粒子状アルミニウム+粒子状金属を基準として、例えば0〜10質量%である。 The particulate aluminum present in the aluminum paste may be accompanied by other particulate metals such as, for example, silver or silver alloy powder. The ratio of such other particulate metals is, for example, 0 to 10% by mass based on particulate aluminum + particulate metal.
アルミニウムペーストは、酸化マグネシウムおよび/またはステップ(ii)における焼成時に酸化マグネシウムを形成し得るマグネシウム化合物から選択される少なくとも1種類のMg含有添加剤を含む。この1種類または2種類以上のMg含有添加剤は、全アルミニウムペースト組成物を基準として、0.1〜5質量%、あるいは1つの実施態様においては0.2〜1質量%の全マグネシウムの濃度寄与分に相当する総比率で存在することができる。 The aluminum paste includes magnesium oxide and / or at least one Mg-containing additive selected from magnesium compounds that can form magnesium oxide upon firing in step (ii). The one or more Mg-containing additives may be 0.1 to 5% by weight, or in one embodiment 0.2 to 1% by weight of total magnesium, based on the total aluminum paste composition. It can exist in a total ratio corresponding to the contribution.
1つの実施態様においては、酸化マグネシウムがMg含有添加剤としてアルミニウムペースト中に含有される。別の実施態様においては、それは、唯一のMg含有添加剤として含有される。酸化マグネシウムは、例えば、10nm〜10μm、あるいは1つの実施態様においては40nm〜5μmの範囲の平均粒度を有することができる。 In one embodiment, magnesium oxide is included in the aluminum paste as an Mg-containing additive. In another embodiment, it is included as the only Mg-containing additive. The magnesium oxide can have an average particle size in the range of, for example, 10 nm to 10 μm, or in one embodiment, 40 nm to 5 μm.
酸化マグネシウムそのものが含まれる場合は、アルミニウムペースト中に場合によって含有されることがある1種類以上のガラスフリットの構成成分を構成することがあり得る酸化マグネシウムと混同してはならない。 When magnesium oxide itself is included, it should not be confused with magnesium oxide, which may constitute one or more glass frit components that may optionally be included in the aluminum paste.
ステップ(ii)における焼成時に酸化マグネシウムを形成し得るマグネシウム化合物は、それがアルミニウムペーストの有機ビヒクルに不溶である場合には、アルミニウムペースト中に粒子状の形態で存在する固体化合物とすることができる。後者の場合には、それは、例えば、10nm〜10μm、あるいは1つの実施態様においては40nm〜5μmの平均粒度を有することができる。
The magnesium compound capable of forming magnesium oxide upon firing in step (ii) can be a solid compound present in particulate form in the aluminum paste if it is insoluble in the organic vehicle of the aluminum paste. . In the latter case, it can have an average particle size of, for example, 10 nm to 10 μm, or in one
ステップ(ii)における焼成時に酸化マグネシウムを形成し得るマグネシウム化合物であって、アルミニウムペースト中に含有させることができるマグネシウム化合物の例として、特定の熱分解可能な無機マグネシウム化合物、すなわち、熱の作用の下で酸化マグネシウムおよび気体状の分解生成物に分解する無機マグネシウム化合物が含まれる。このような熱分解可能な無機マグネシウム化合物の例には、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、および硝酸マグネシウムが包含される。ステップ(ii)における焼成時に酸化マグネシウムを形成し得るマグネシウム化合物であって、アルミニウムペースト中に含有させることができるマグネシウム化合物の別の例として、マグネシウム有機化合物が含まれる。「マグネシウム有機化合物」という用語は、分子中に少なくとも1つの有機部分を含むマグネシウム化合物を意味する。このマグネシウム有機化合物は、例えば、大気酸素または空気湿分の存在下において、アルミニウムペーストを調製、保管および塗布する間に主として生じる条件の下で安定であり、または本質的に安定である。同じことは、塗布条件、特に、アルミニウムペーストをシリコンウエハの窒化ケイ素汚染された裏面側にスクリーン印刷する場合に主として生じる条件の下でも真である。しかし、アルミニウムペーストを焼成する間に、マグネシウム有機化合物の有機部分は除去される、または本質的に除去される、例えば、燃焼および/または炭化されるであろう。マグネシウム有機化合物は、アルミニウムペースト調製時に、それ自体として、あるいは有機溶剤の溶液として添加することができる。1つの実施態様においては、マグネシウム有機化合物はマグネシウム有機塩化合物を含む。適切なマグネシウム有機塩化合物の例として、特に、マグネシウムレジネート(酸性樹脂、特にカルボキシル基を有する樹脂のマグネシウム塩)と、カルボン酸マグネシウム(マグネシウムのカルボン酸塩)とが包含される。後者の例は、例えば、酢酸マグネシウム、オクタン酸マグネシウム、ネオデカン酸マグネシウム、オレイン酸マグネシウムおよびステアリン酸マグネシウムである。 Examples of magnesium compounds that can form magnesium oxide upon firing in step (ii) and can be included in the aluminum paste include certain thermally decomposable inorganic magnesium compounds, ie, the action of heat. Inorganic magnesium compounds which decompose under magnesium oxide and gaseous decomposition products are included. Examples of such thermally decomposable inorganic magnesium compounds include magnesium hydroxide, magnesium carbonate, and magnesium nitrate. Another example of a magnesium compound that can form magnesium oxide during firing in step (ii) and can be contained in the aluminum paste includes a magnesium organic compound. The term “magnesium organic compound” means a magnesium compound containing at least one organic moiety in the molecule. The magnesium organic compound is stable or essentially stable, for example, in the presence of atmospheric oxygen or air moisture, under conditions that occur primarily during the preparation, storage and application of aluminum paste. The same is true under application conditions, particularly those that occur primarily when screen printing aluminum paste on the silicon nitride contaminated back side of a silicon wafer. However, during firing of the aluminum paste, the organic portion of the magnesium organic compound will be removed or essentially removed, eg, burned and / or carbonized. The magnesium organic compound can be added as such or as a solution in an organic solvent when preparing the aluminum paste. In one embodiment, the magnesium organic compound comprises a magnesium organic salt compound. Examples of suitable magnesium organic salt compounds include in particular magnesium resinates (acidic resins, in particular magnesium salts of resins having a carboxyl group) and magnesium carboxylates (magnesium carboxylates). Examples of the latter are, for example, magnesium acetate, magnesium octoate, magnesium neodecanoate, magnesium oleate and magnesium stearate.
1つの実施態様においては、アルミニウムペーストは、少なくとも1種類のガラスフリット組成物を無機バインダとして含む。このガラスフリット組成物は、PbOを含有するものとしてもよいが、1つの実施態様においては無鉛とすることができる。このガラスフリット組成物は、焼成時に再結晶化または相分離して、当初の軟化点より低い軟化点を有する分離相を伴うフリットを遊離させる組成物を含むものとすることができる。 In one embodiment, the aluminum paste includes at least one glass frit composition as an inorganic binder. This glass frit composition may contain PbO, but in one embodiment may be lead-free. The glass frit composition may include a composition that recrystallizes or phase separates upon firing to release the frit with a separated phase having a softening point lower than the original softening point.
ガラスフリット組成物の(当初の)軟化点(ガラス転移温度、加熱速度10K/minにおいて示差熱分析DTAによって測定される)は325〜600℃の範囲のものとすることができる。 The (initial) softening point (measured by differential thermal analysis DTA at a glass transition temperature, heating rate of 10 K / min) of the glass frit composition can be in the range of 325-600 ° C.
このガラスフリットは、レーザ散乱法によって測定される平均粒度(平均粒子径)として、例えば2〜20μmの粒度を有する。ガラスフリットを含むアルミニウムペーストの場合、ガラスフリットの含有量は、全アルミニウムペースト組成物を基準として、0.01〜5質量%、あるいは1つの実施態様においては0.1〜2質量%、さらに別の実施態様においては0.2〜1.25質量%とすることができる。 This glass frit has a particle size of, for example, 2 to 20 μm as an average particle size (average particle size) measured by a laser scattering method. In the case of an aluminum paste containing glass frit, the glass frit content is 0.01 to 5% by weight, or in one embodiment 0.1 to 2% by weight, based on the total aluminum paste composition, In the embodiment, the content may be 0.2 to 1.25% by mass.
アルミニウムペーストにおいて有用ないくつかのガラスフリットは、当分野において従来から使用されているものである。いくつかの例として、ホウケイ酸塩ガラス類およびアルミノケイ酸塩ガラス類が含まれる。さらに別の例として、B2O3、SiO2、Al2O3、CdO、CaO、BaO、ZnO、Na2O、Li2O、PbO、およびZrO2のような酸化物の組合せが含まれる。これらは、独立にまたは組み合わせて使用することができ、ガラスバインダを形成する。 Some glass frits useful in aluminum pastes are those conventionally used in the art. Some examples include borosilicate glasses and aluminosilicate glasses. Yet another example includes combinations of oxides such as B 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 , CdO, CaO, BaO, ZnO, Na 2 O, Li 2 O, PbO, and ZrO 2. . These can be used independently or in combination to form a glass binder.
従来型のガラスフリットはホウケイ酸塩フリットであってもよい。例えば、鉛ホウケイ酸塩フリット、あるいは、ビスマス、カドミウム、バリウム、カルシウムまたは他のアルカリ土類金属のホウケイ酸塩フリットとすることができる。このようなガラスフリットの調製はよく知られており、例えば、構成要素の酸化物の形のガラスの構成要素を一緒にまとめて溶融するステップと、その溶融した組成物を水中に注入してフリットを形成するステップとを含む。バッチ原料は、当然ながら、通常のフリット製造条件の下で所望の酸化物を生成する任意の化合物とすることができる。例えば、酸化ホウ素はホウ酸から得られ、二酸化ケイ素はフリントから製造され、酸化バリウムは炭酸バリウムから製造される、などである。 The conventional glass frit may be a borosilicate frit. For example, it may be a lead borosilicate frit or a borosilicate frit of bismuth, cadmium, barium, calcium or other alkaline earth metals. The preparation of such glass frit is well known, for example, the steps of melting together the glass components in the form of component oxides, and pouring the molten composition into water to introduce the frit. Forming a step. The batch feedstock can of course be any compound that produces the desired oxide under normal frit manufacturing conditions. For example, boron oxide is obtained from boric acid, silicon dioxide is produced from flint, barium oxide is produced from barium carbonate, and so on.
ガラスは、フリットの粒度を減少させ、かつ実質的に均一なサイズのフリットを得るために、水、あるいは低粘度および低沸点の不活性有機液体と共に、ボールミルで粉砕することができる。続いて、それを、水中またはその有機液体中で沈降処理して微粒子を分離し、微粒子を含む上澄み流体を除去することができる。他の分級法も同様に用いることができる。 The glass can be ball milled with water or a low viscosity and low boiling inert organic liquid to reduce the frit particle size and to obtain a substantially uniform size frit. Subsequently, it can be settled in water or its organic liquid to separate the particulates and remove the supernatant fluid containing the particulates. Other classification methods can be used as well.
ガラスは、所要の成分を所要の比率で混合し、その混合物を加熱して溶融物とすることによって、従来方式のガラス作製技法により調製する。当分野ではよく知られているように、加熱は、溶融物が完全に液体かつ均質になるようなピーク温度および時間において行うことができる。 The glass is prepared by conventional glass making techniques by mixing the required components in the required ratio and heating the mixture to a melt. As is well known in the art, heating can be performed at peak temperatures and times such that the melt is completely liquid and homogeneous.
アルミニウムペーストは有機ビヒクルを含む。有機ビヒクルとしては、多くの種類の不活性粘性材料を用いることができる。有機ビヒクルは、粒子状の構成要素(粒子状アルミニウム、粒子状かつ不溶のMg含有添加剤、場合によってはガラスフリット)が十分に安定的に分散し得るようなものとするのがよい。有機ビヒクルの特性、特にレオロジー的特性は、アルミニウムペースト組成物に優れた塗布特性を付与するようなものとするのがよい。この特性としては次のようなものが含まれる。すなわち、非溶解固形分の安定な分散、塗布用特にスクリーン印刷用の適切な粘度およびチクソトロピー、シリコンウエハ基板およびペースト固形分に対する適切な濡れ性、良好な乾燥速度、および良好な焼成特性である。アルミニウムペーストに使用する有機ビヒクルは、非水性の不活性液体とすることができる。有機ビヒクルは、1種類の有機溶剤または有機溶剤の混合物とすることができる。また1つの実施態様においては、有機ビヒクルを有機ポリマーの有機溶剤における溶液とすることができる。これに使用するポリマーは、1つの実施態様においては、エチルセルロースとすることができる。単独または組合せで使用し得るポリマーの他の例として、エチルヒドロキシエチルセルロース、ウッドロジン、フェノール樹脂、および低級アルコールのポリ(メタ)アクリレートが含まれる。適切な有機溶剤の例には、エステルアルコール類、およびαまたはβテルピネオールのようなテルペン類、あるいは、それらと他の溶剤、例えばケロシン、ジブチルフタレート、ジエチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテルアセテート、へキシレングリコールおよび高沸点アルコールとの混合物が含まれる。さらに、有機ビヒクルには、アルミニウムペーストをシリコンウエハの裏面側に塗布した後の急速硬化を加速するための揮発性有機溶剤を含めることが可能である。所要の粘度および揮発性の要件を得るために、これらおよび他の溶剤の種々の組合せを配合することができる。 The aluminum paste contains an organic vehicle. Many types of inert viscous materials can be used as the organic vehicle. The organic vehicle should be such that the particulate constituents (particulate aluminum, particulate and insoluble Mg-containing additive, in some cases glass frit) can be dispersed sufficiently stably. The properties of the organic vehicle, particularly the rheological properties, should be such that they provide excellent coating properties to the aluminum paste composition. The characteristics include the following. That is, stable dispersion of undissolved solids, appropriate viscosity and thixotropy for coating, especially screen printing, appropriate wettability to silicon wafer substrate and paste solids, good drying speed, and good firing characteristics. The organic vehicle used for the aluminum paste can be a non-aqueous inert liquid. The organic vehicle can be a single organic solvent or a mixture of organic solvents. In one embodiment, the organic vehicle can be a solution of an organic polymer in an organic solvent. The polymer used for this may be ethylcellulose in one embodiment. Other examples of polymers that can be used alone or in combination include ethyl hydroxyethyl cellulose, wood rosin, phenolic resins, and poly (meth) acrylates of lower alcohols. Examples of suitable organic solvents include ester alcohols and terpenes such as α or β terpineol, or other solvents such as kerosene, dibutyl phthalate, diethylene glycol butyl ether, diethylene glycol butyl ether acetate, hexylene glycol and high Mixtures with boiling alcohols are included. Further, the organic vehicle can include a volatile organic solvent for accelerating rapid curing after the aluminum paste is applied to the back side of the silicon wafer. Various combinations of these and other solvents can be formulated to obtain the required viscosity and volatility requirements.
アルミニウムペーストにおける有機溶剤の含有量は、全アルミニウムペースト組成物を基準として、5〜25質量%、あるいは1つの実施態様においては10〜20質量%の範囲内とすることができる。 The content of the organic solvent in the aluminum paste can be in the range of 5 to 25% by mass, or in one embodiment in the range of 10 to 20% by mass, based on the total aluminum paste composition.
有機ポリマーは、全アルミニウムペースト組成物を基準として、0〜20質量%、あるいは1つの実施態様においては5〜10質量%の範囲内の比率で、有機ビヒクル中に存在することができる。 The organic polymer can be present in the organic vehicle in a proportion within the range of 0-20% by weight, or in one embodiment 5-10% by weight, based on the total aluminum paste composition.
アルミニウムペーストは、例えば、界面活性剤、増粘剤、レオロジー修飾剤および安定剤のような、1種類以上の有機添加剤を含むことができる。この有機添加剤は有機ビヒクルの一部としてもよいが、アルミニウムペーストの調製時にこの有機添加剤を別個に添加することも可能である。有機添加剤は、アルミニウムペースト中に、全アルミニウムペースト組成物を基準として、例えば0〜10質量%の総比率で存在することができる。 The aluminum paste can include one or more organic additives such as, for example, surfactants, thickeners, rheology modifiers and stabilizers. The organic additive may be part of the organic vehicle, but it is also possible to add the organic additive separately when preparing the aluminum paste. The organic additive can be present in the aluminum paste in a total proportion of, for example, 0 to 10% by weight, based on the total aluminum paste composition.
アルミニウムペーストにおける有機ビヒクルの含有量は、ペーストの塗布方法および使用する有機ビヒクルの種類に依存しており、それは変えることが可能である。1つの実施態様においては、それを、全アルミニウムペースト組成物を基準として、20〜45質量%とすることができ、別の実施態様においては、22〜35質量%の範囲内とすることができる。20〜45質量%という数は、有機溶剤、可能な有機ポリマー、および可能な有機添加剤を含む。 The content of the organic vehicle in the aluminum paste depends on the paste application method and the type of organic vehicle used and can be varied. In one embodiment, it can be 20-45% by weight based on the total aluminum paste composition, and in another embodiment it can be in the range of 22-35% by weight. . The number 20-45% by weight includes organic solvents, possible organic polymers, and possible organic additives.
1つの実施態様においては、アルミニウムペーストは、
70〜75質量%の粒子状アルミニウムと、
0.2〜1質量%の全マグネシウムの濃度寄与分に相当する総比率のMg含有添加剤と、
0.2〜1.25質量%の1種類以上のガラスフリットと、
10〜20質量%の1種類以上の有機溶剤と、
5〜10質量%の1種類以上の有機ポリマーと、
0〜5質量%の1種類以上の有機添加剤と、
を含む。
In one embodiment, the aluminum paste is
70-75% by weight of particulate aluminum;
A total proportion of Mg-containing additive corresponding to a concentration contribution of 0.2 to 1% by weight of total magnesium;
0.2 to 1.25% by weight of one or more glass frits;
10-20% by weight of one or more organic solvents;
5-10% by weight of one or more organic polymers;
0 to 5% by weight of one or more organic additives;
including.
アルミニウムペーストは、粘性組成物であり、粒子状アルミニウムと、Mg含有添加剤と、場合によって添加するガラスフリット組成物とを、有機ビヒクルと一緒に機械的に混合することによって調製することができる。1つの実施態様においては、製造法としてのパワー混合、つまり、伝統的なロールミリングに同等の分散技法を用いることができる。ロールミリングまたは他の混合技法も使用可能である。 The aluminum paste is a viscous composition and can be prepared by mechanically mixing particulate aluminum, an Mg-containing additive, and optionally added glass frit composition together with an organic vehicle. In one embodiment, power mixing as a manufacturing method, that is, an equivalent dispersion technique can be used for traditional roll milling. Roll milling or other mixing techniques can also be used.
アルミニウムペーストは、それ自体として使用することが可能であり、あるいは、例えば追加の有機溶剤を添加して希釈することもできる。この場合は、アルミニウムペーストのすべての他の成分の重量百分率は低下するであろう。 The aluminum paste can be used as such, or it can be diluted, for example by adding an additional organic solvent. In this case, the weight percentage of all other components of the aluminum paste will be reduced.
本発明による方法のステップ(i)において、アルミニウムペーストを、シリコンウエハの窒化ケイ素汚染された裏面側、すなわち、他の裏面側金属ペースト類、特に裏面側の銀または銀/アルミニウムペーストに被覆される、あるいは被覆されることのない裏面側の表面部分に塗布する。アルミニウムペーストは、例えば15〜60μmの乾燥膜厚になるように塗布することができる。アルミニウムペーストの塗布法は、印刷、例えば、シリコーンパッド印刷、あるいは1つの実施態様においてはスクリーン印刷とすることができる。アルミニウムペーストの塗布粘度は、Brookfield HBT粘度計および#14スピンドルを用いてユーティリティカップによって10rpmのスピンドル速度および25℃で測定した場合、20〜200Pa・sとすることができる。 In step (i) of the method according to the invention, the aluminum paste is coated on the silicon nitride-contaminated back side of the silicon wafer, ie other back side metal pastes, in particular the back side silver or silver / aluminum paste Alternatively, it is applied to the surface portion on the back side that is not covered. The aluminum paste can be applied so as to have a dry film thickness of, for example, 15 to 60 μm. The method of applying the aluminum paste can be printing, for example silicone pad printing, or in one embodiment screen printing. The coating viscosity of the aluminum paste can be 20-200 Pa · s when measured with a utility cup using a Brookfield HBT viscometer and a # 14 spindle at a spindle speed of 10 rpm and 25 ° C.
アルミニウムペーストをシリコンウエハの窒化ケイ素汚染された裏面側に塗布した後、それを、例えば、ウエハが100〜300℃の範囲のピーク温度に達する状態で1〜100分間乾燥することができる。乾燥は、例えば、ベルト乾燥機、回転型または定置型乾燥機、特にIR(赤外線)ベルト乾燥機を用いて行うことができる。 After applying the aluminum paste to the silicon nitride contaminated back side of the silicon wafer, it can be dried, for example, for 1-100 minutes with the wafer reaching a peak temperature in the range of 100-300 ° C. Drying can be performed using, for example, a belt dryer, a rotary or stationary dryer, particularly an IR (infrared) belt dryer.
その塗布後、あるいは1つの実施態様においてはその塗布および乾燥後、本発明による方法のステップ(ii)において、アルミニウムペーストを焼成し、アルミニウム裏面電極を形成する。焼成は、例えば、シリコンウエハが700〜900℃の範囲のピーク温度に達する状態で1〜5分間行うことができる。焼成は、例えば、単一ゾーンまたはマルチゾーンのベルト炉、特にマルチゾーンIRベルト炉を用いて実施できる。焼成は、酸素の存在、特に空気が存在する場合に生起する。焼成において、非揮発性の有機材料と、場合によって行われる乾燥ステップの間に蒸発しなかった有機部分とを含む有機物質を除去する、すなわち燃焼および/または炭化、特に燃焼することができる。焼成の間に除去される有機物質には、有機溶剤、場合によって添加される有機ポリマー、場合によって添加される有機添加剤、および場合によって添加されるマグネシウム有機化合物の有機部分が含まれる。アルミニウムペーストが、ステップ(ii)における焼成時に酸化マグネシウムを形成し得るマグネシウム化合物を含む場合は、このマグネシウム化合物によってもたらされるマグネシウムが、焼成後に、酸化マグネシウムとして残留する、あるいは実質的に残留する。アルミニウムペーストがガラスフリットを含む場合は、焼成中に、さらに別のプロセス、すなわちガラスフリットの焼結が生起する可能性がある。焼成は、シリコンウエハに塗布された別の金属ペースト、すなわち、焼成工程においてウエハ表面上に前面側および/または裏面側電極を形成するために塗布された前面側および/または裏面側の金属ペーストと共に、いわゆる共焼成として行うことができる。1つの実施態様は、前面側の銀ペーストと、裏面側の銀または銀/アルミニウムペーストとを含む。 After its application, or in one embodiment, after its application and drying, in step (ii) of the method according to the invention, the aluminum paste is fired to form an aluminum back electrode. Baking can be performed, for example, for 1 to 5 minutes in a state where the silicon wafer reaches a peak temperature in the range of 700 to 900 ° C. Firing can be performed, for example, using a single zone or multi-zone belt furnace, particularly a multi-zone IR belt furnace. Calcination occurs in the presence of oxygen, especially air. In calcination it is possible to remove organic substances including non-volatile organic materials and optionally organic parts which have not evaporated during the drying step, ie combustion and / or carbonization, in particular combustion. Organic materials removed during calcination include organic solvents, optionally added organic polymers, optionally added organic additives, and optionally added organic portions of magnesium organic compounds. When the aluminum paste includes a magnesium compound that can form magnesium oxide upon firing in step (ii), the magnesium provided by the magnesium compound remains or substantially remains after the firing as magnesium oxide. If the aluminum paste includes glass frit, another process may occur during firing, i.e., sintering of the glass frit. Baking is performed with another metal paste applied to the silicon wafer, that is, with the front side and / or back side metal paste applied to form front and / or back side electrodes on the wafer surface in the baking step. The so-called co-firing can be performed. One embodiment includes a front side silver paste and a back side silver or silver / aluminum paste.
次に、本発明の工程に従ってシリコン太陽電池を調製する非限定的な例について、図2を参照して説明する。 A non-limiting example of preparing a silicon solar cell according to the process of the present invention will now be described with reference to FIG.
最初に、シリコンウエハの基板102を用意する。窒化ケイ素反射防止被膜が設けられたシリコンウエハであって、通常表面に近接するp−n接合を有するシリコンウエハの受光側の面(前面側表面)上に、前面側電極(例えば、主として銀から構成される電極)104を取り付ける(図2A)。シリコンウエハの窒化ケイ素汚染された裏面側には、銀または銀/アルミニウム導電性ペースト(例えば、E.I.DuPont de Nemours and Companyから商業的に入手可能なPV202またはPV502またはPV583またはPV581)を塗布してバスバーまたはタブのいずれかを形成し、他の太陽電池セットとの並列の電気的構成における相互接続を可能にする。シリコンウエハの窒化ケイ素汚染された裏面側には、Mg含有添加剤を含みかつ太陽電池の裏面側(またはp型接点)電極として用いられるアルミニウムペースト106を、上記等に言及した銀または銀/アルミニウムペーストとの若干の重なり合いを可能にするパターンを使用してスクリーン印刷によって塗布し、続けて乾燥する(図2B)。ペーストの乾燥は、例えば、ウエハが100〜300℃のピーク温度に達する状態で1〜10分間、IRベルト乾燥機の中で行う。また、アルミニウムペーストは15〜60μmの乾燥膜厚を有することができ、銀または銀/アルミニウムペーストの厚さは15〜30μmとすることができる。さらに、アルミニウムペーストと銀または銀/アルミニウムペーストとの重なり合いの部分は約0.5〜2.5mmとすることができる。
First, a
次に、上記で得られた基板を、例えば、ウエハが700〜900℃のピーク温度に達する状態で1〜5分間、所望のシリコン太陽電池が得られるようにベルト炉内で焼成する(図2D)。アルミニウムペーストから電極110が形成されるが、その場合、そのペーストは焼成されて有機物質が除去され、さらに、アルミニウムペーストがガラスフリットを含む場合は、そのガラスフリットが焼結される。アルミニウムペーストから電極110が形成されるが、その場合、そのペーストは焼成されて有機物質が除去され、さらに、アルミニウムペーストが焼成時に酸化マグネシウムを形成し得るマグネシウム化合物を含む場合は、酸化マグネシウムが形成され、アルミニウムペーストがガラスフリットを含む場合は、そのガラスフリットが焼結される。
Next, the substrate obtained above is baked in a belt furnace so that a desired silicon solar cell is obtained for 1 to 5 minutes in a state where the wafer reaches a peak temperature of 700 to 900 ° C., for example (FIG. 2D). ). The
アルミニウムペーストを使用して得られるシリコン太陽電池は、図2Dに示すように、シリコン基板102の受光面(表面)上の電極104と、裏面側における、主としてアルミニウムから構成されるアルミニウム電極110と、主として銀、または銀およびアルミニウム(銀または銀/アルミニウムペースト108の焼成によって形成される)から構成される銀または銀/アルミニウム電極112とを有する。
As shown in FIG. 2D, the silicon solar cell obtained using the aluminum paste includes an
(1)太陽電池の製造
太陽電池を次のように形成した。
(i)Si基板[前面に20μm厚さの銀電極(PV145、E.I.DuPont de Nemours and Companyから商業的に入手可能なAg組成物)を有する200μm厚さの面積243cm2のp型(ホウ素)バルクシリコンの多結晶シリコンウエハであって、n型拡散POCl3エミッタを有し、酸で表面テクスチャー化され、ウエハのエミッタ上にCVDによって成膜されたSiNx反射防止被膜(ARC)を含み、シリコンウエハの裏面の面積の15%が、SiNx汚染を模擬するように、CVDによって人工的に成膜された約50nm厚さの長方形形状のSiNx層で被覆されたシリコンウエハ]の裏面に、Ag/Alペースト(PV202、E.I.DuPont de Nemours and Companyから商業的に入手可能なAg/Al組成物)を5mm幅のバスバーとして印刷し、乾燥した。続いて、太陽電池の裏面電極用としてのアルミニウムペーストを、乾燥膜厚30μmとなるようにスクリーン印刷した。この場合、アルミニウム膜がAg/Alバスバーとその両端で1mmだけ重なり合う部分を設け、電気的な連続性を確実にした。スクリーン印刷したアルミニウムペーストは焼成する前に乾燥した。
(1) Manufacture of solar cell A solar cell was formed as follows.
(I) p-type 200 μm thick area 243 cm 2 with Si substrate (20 μm thick silver electrode (PV145, commercially available Ag composition from EI DuPont de Nemours and Company) on the front) Boron) A bulk silicon polycrystalline silicon wafer, having an n-type diffused POCl 3 emitter, surface textured with acid, and includes a SiNx anti-reflective coating (ARC) deposited by CVD on the wafer emitter. 15% of the area of the back surface of the silicon wafer is on the back surface of a silicon wafer covered with a rectangular SiNx layer of about 50 nm thickness artificially deposited by CVD so as to simulate SiNx contamination. Ag / Al paste (from PV202, EI DuPont de Nemours and Company A commercially available Ag / Al composition) was printed as a 5 mm wide bus bar and dried. Subsequently, an aluminum paste for the back electrode of the solar cell was screen-printed so as to have a dry film thickness of 30 μm. In this case, the aluminum film was provided with a portion where the Ag / Al bus bar overlapped by 1 mm at both ends thereof to ensure electrical continuity. The screen printed aluminum paste was dried before firing.
この例に用いたアルミニウムペーストは、72質量%の空気噴霧されたアルミニウム粉末(平均粒度6μm)と、26質量%の高分子樹脂および有機溶剤の有機ビヒクルと、0.5質量%のガラスフリットとを含むものであった。(本発明による)実施例としてのアルミニウムペーストB、Cは、酸化マグネシウム(平均粒度8μm)を含み、一方、コントロール例Aとしてのアルミニウムペースト(比較例)は酸化マグネシウムを含んでいない。 The aluminum paste used in this example consists of 72% by weight air-sprayed aluminum powder (average particle size 6 μm), 26% by weight polymer resin and organic solvent organic vehicle, 0.5% by weight glass frit, Was included. The aluminum pastes B and C as examples (according to the invention) contain magnesium oxide (average particle size 8 μm), while the aluminum paste as control example A (comparative example) does not contain magnesium oxide.
(ii)続いて、印刷されたウエハを、Centrotherm炉内において、ベルト速度を3000mm/minとし、各ゾーン温度を、ゾーン1=450℃、ゾーン2=520℃、ゾーン3=570℃、および最終ゾーン=950℃に設定して焼成した。このため、ウエハは850℃のピーク温度に達している。焼成後、金属化されたウエハは機能的な光起電力デバイスになった。 (Ii) Subsequently, the printed wafer is placed in a Centrotherm furnace with a belt speed of 3000 mm / min, and each zone temperature is set to zone 1 = 450 ° C., zone 2 = 520 ° C., zone 3 = 570 ° C. The zone was set to 950 ° C. and fired. For this reason, the wafer has reached a peak temperature of 850 ° C. After firing, the metallized wafer became a functional photovoltaic device.
SiNx汚染ゾーンでの電気的性能および焼成された付着に関する測定を行った。 Measurements were made regarding electrical performance and fired adhesion in the SiNx contaminated zone.
(2)試験手順
効率
上記の方法によって形成された太陽電池を、光変換効率を測定する目的で、市販されているI−V試験器(EETS Ltd.から販売されている)にかけた。このI−V試験器のランプは、周知の強度(約1000W/m2)の太陽光を模擬しており、電池のエミッタを照明する。続いて、焼成された電池上に印刷された金属化部分に4つの電気プローブを接触させた。太陽電池によって生じる光電流(Voc、開回路電圧;Isc、短絡回路電流)を全抵抗配置について測定して、I−V応答曲線を計算した。引き続いて、フィルファクタ(FF)および効率(Eff)の値をI−V応答曲線から算出した。
(2) Test procedure efficiency The solar cell formed by the above method was subjected to a commercially available IV tester (sold by EETS Ltd.) for the purpose of measuring the light conversion efficiency. The lamp of this IV tester simulates sunlight of known intensity (about 1000 W / m 2 ) and illuminates the battery emitter. Subsequently, four electrical probes were brought into contact with the metallized part printed on the fired battery. The photocurrent generated by the solar cell (Voc, open circuit voltage; Isc, short circuit current) was measured for all resistance configurations and an IV response curve was calculated. Subsequently, fill factor (FF) and efficiency (Eff) values were calculated from the IV response curve.
焼成付着
アルミニウム金属化部分の密着強度を測定するために、焼成されたウエハの裏面のSiNx汚染部分から除去される材料の量を引張試験によって測定した。このため、透明な接着テープ層を、貼付し、続いて引き剥がした。表1の付着の数値は、組成物の酸化マグネシウム含有量の増加に対応して、ペーストの付着が増大することを示している。
Firing adhesion In order to measure the adhesion strength of the aluminum metallized part, the amount of material removed from the SiNx contaminated part on the backside of the fired wafer was measured by a tensile test. For this reason, a transparent adhesive tape layer was applied and subsequently peeled off. The adhesion numbers in Table 1 indicate that paste adhesion increases with increasing magnesium oxide content of the composition.
表1に引用された実施例A〜Cは、アルミニウムペーストの電気的特性を、酸化マグネシウム含有量の関数として、酸化マグネシウム添加のない標準的な組成物(コントロール)と比較して示している。表1のデータから、実施例BおよびCによるアルミニウムペーストを使用して作製した太陽電池の電気的性能が、コントロールの例Aによるペーストによって作製した太陽電池に比べて大幅に改善されていることが確認される。Al−BSF厚膜層の、電池裏面のSiNx汚染領域への付着も改善されることが示されている。 Examples AC quoted in Table 1 show the electrical properties of the aluminum paste as a function of magnesium oxide content compared to a standard composition without the addition of magnesium oxide (control). From the data in Table 1, it can be seen that the electrical performance of the solar cells made using the aluminum pastes according to Examples B and C is significantly improved compared to the solar cells made with the pastes according to Control Example A. It is confirmed. It has been shown that adhesion of the Al-BSF thick film layer to the SiNx-contaminated region on the backside of the battery is also improved.
10 p型シリコンウエハ
20 n型拡散層
30 SiNx反射防止被膜
40 p+層(裏面電界、BSF)
60 裏面側に成形されたアルミニウムペースト
61 アルミニウムの裏面電極(裏面側のアルミニウムペーストを焼成して得られる)
70 裏面側に成形された銀または銀/アルミニウムペースト
71 銀または銀/アルミニウムの裏面電極(裏面側の銀または銀/アルミニウムペーストを焼成して得られる)
500 前面側に成形された銀ペースト
501 銀の前面電極(前面側の銀ペーストを焼成して得られる)
102 シリコン基板(その前面側に窒化ケイ素の反射防止被膜が設けられ、かつその裏面側が窒化ケイ素で汚染されたシリコンウエハ)
104 受光表面側電極
106 第1電極用のペースト組成物
108 第2電極用の導電性ペースト
110 第1電極
112 第2電極
10 p-type silicon wafer 20 n-
60 Aluminum paste molded on the
70 Silver or silver / aluminum paste formed on the
500 Silver paste molded on the
102 Silicon substrate (a silicon wafer having a silicon nitride antireflection coating provided on the front side thereof and the back side contaminated with silicon nitride)
104 Photosensitive
Claims (10)
(ii)前記アルミニウムペーストが塗布された表面を焼成することによってウエハを700〜900℃のピーク温度に到達させる工程と、
を含むシリコン太陽電池を製造する方法であって、
前記アルミニウムペーストが、粒子状アルミニウムと、酸化マグネシウム、工程(ii)における焼成時に酸化マグネシウムを形成し得るマグネシウム化合物およびこれらの任意の組合せからなる群から選択される少なくとも1種類のMg含有添加剤と、有機溶剤を含む有機ビヒクルとを含む
ことを特徴とする方法。 (I) A silicon wafer having a p-type region, an n-type region, and a pn junction, wherein a silicon nitride antireflection coating is provided on the front side, and the back side is contaminated with silicon nitride. Applying an aluminum paste to the back side of
(Ii) firing the surface coated with the aluminum paste to bring the wafer to a peak temperature of 700 to 900 ° C .;
A method for producing a silicon solar cell comprising:
The aluminum paste is particulate aluminum, magnesium oxide, at least one Mg-containing additive selected from the group consisting of magnesium compounds capable of forming magnesium oxide upon firing in step (ii), and any combination thereof; And an organic vehicle containing an organic solvent.
(i)前記シリコンウエハの裏面側にアルミニウムペーストを塗布する工程と、
(ii)前記アルミニウムペーストが塗布された表面を焼成することによって、ウエハを700〜900℃のピーク温度に到達させる工程と、
を含むシリコン太陽電池の電気的性能を改善する方法であって、
前記アルミニウムペーストが、粒子状アルミニウムと、酸化マグネシウム、工程(ii)における焼成時に酸化マグネシウムを形成し得るマグネシウム化合物およびこれらの任意の組合せからなる群から選択される少なくとも1種類のMg含有添加剤と、有機溶剤を含む有機ビヒクルとを含む、
ことを特徴とする方法。 (I ′) silicon wafer having a p-type region, an n-type region, and a pn junction, wherein a silicon nitride antireflection coating is provided on the front side and the back side is contaminated with silicon nitride Preparing a wafer;
(I) applying an aluminum paste to the back side of the silicon wafer;
(Ii) firing the surface coated with the aluminum paste to bring the wafer to a peak temperature of 700 to 900 ° C .;
A method for improving the electrical performance of a silicon solar cell comprising:
The aluminum paste is particulate aluminum, magnesium oxide, at least one Mg-containing additive selected from the group consisting of magnesium compounds capable of forming magnesium oxide upon firing in step (ii), and any combination thereof; Including organic vehicles including organic solvents,
A method characterized by that.
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