JP2012227184A - 電極用ペースト組成物及び太陽電池素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電極用ペースト組成物を、リン含有銅合金粒子と、錫含有粒子と、ガラス粒子と、溶剤と、樹脂とを含んで構成する。また、該電極用ペースト組成物を用いて形成された電極を有する太陽電池素子及び太陽電池である。
【選択図】なし
Description
また前記錫含有粒子は、錫粒子及び錫含有率が1質量%以上である錫合金粒子から選ばれる少なくとも1種類であることが好ましい。
また本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
さらに本明細書において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
本発明の電極用ペースト組成物は、リン含有銅合金粒子の少なくとも1種と、錫含有粒子の少なくとも1種と、ガラス粒子の少なくとも1種と、溶剤の少なくとも1種と、樹脂の少なくとも1種とを含む。かかる構成であることにより、大気中焼成時における銅の酸化が抑制され、抵抗率の低い電極を形成できる。さらに銅とシリコン基板との反応物相の形成が抑制され、形成される電極とシリコン基板とが良好なオーミックコンタクトを形成できる。
電極ペースト組成物は、リン含有銅合金粒子の少なくとも1種を含む。リン含有銅合金としては、リン銅ろう(リン濃度:7質量%程度以下)と呼ばれるろう付け材料が知られている。リン銅ろうは、銅と銅との接合剤としても用いられるものであるが、本発明の電極用ペースト組成物にリン含有銅合金粒子を用いることで、リンの銅酸化物に対する還元性を利用し、耐酸化性に優れ、体積抵抗率の低い電極を形成することができる。さらに電極の低温焼成が可能となり、プロセスコストを削減できるという効果を得ることができる。
また前記リン含有銅合金粒子に含まれる他の原子の含有率は、例えば、前記リン含有銅合金粒子中に3質量%以下とすることができ、耐酸化性と低抵抗率の観点から、1質量%以下であることが好ましい。
また前記リン含有銅合金粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
具体的には、リン含有銅合金を溶解し、これをノズル噴霧によって粉末化した後、得られた粉末を乾燥、分級することで、所望のリン含有銅合金粒子を製造することができる。また、分級条件を適宜選択することで所望の粒子径を有するリン含有銅合金粒子を製造することができる
本発明の電極用ペースト組成物は、錫含有粒子の少なくとも1種を含む。リン含有銅合金粒子に加えて、錫含有粒子を含むことにより、後述する焼成工程において、抵抗率の低い電極を形成できる。
これは例えば以下のように考えることができる。リン含有銅合金粒子と錫含有粒子とが、焼成工程で互いに反応して、Cu−Sn合金相とSn−P−Oガラス相からなる電極を形成する。ここで前記Cu−Sn合金相は、電極内で緻密なバルク体を形成し、これが導電層として機能することで抵抗率の低い電極を形成できると考えられる。
尚、ここでいう緻密なバルク体とは、塊状のCu−Sn合金相が互いに密に接触し、三次元的に連続している構造を形成していることを意味する。
これは例えば以下のように考えることができる。リン含有銅合金粒子と錫含有粒子とが、焼成工程で互いに反応して、Cu−Sn合金相とSn−P−Oガラス相からなる電極を形成する。上記Cu−Sn合金相が緻密なバルク体であるために、このSn−P−Oガラス相は、Cu−Sn合金相とシリコン基板との間に形成される。これによりCu−Sn合金相のシリコン基板に対する密着性が向上すると考えることができる。またSn−P−Oガラス相が、銅とシリコンとの相互拡散を防止するためのバリア層として機能することで、焼成して形成される電極とシリコン基板との良好なオーミックコンタクトが達成できると考えることができる。すなわち銅を含む電極とシリコンを直に接触して加熱したときに形成される反応相(Cu3Si)の形成を抑制し、半導体性能(例えば、pn接合特性)を劣化することなくシリコン基板との密着性を保ちながら、良好なオーミックコンタクトを発現することができると考えられる。
錫粒子における錫の純度は特に制限されない。例えば錫粒子の純度は、95質量%以上とすることができ、97質量%以上であることが好ましく、99質量%以上であることが好ましい。
本発明において、これらの錫含有粒子は1種単独で使用してもよく、又2種類以上を組み合わせて使用することもできる。
また前記錫含有粒子に含まれる他の原子の含有率は、例えば前記錫含有粒子中に3質量%以下とすることができ、融点及びリン含有銅合金粒子との反応性の観点から、1質量%以下であることが好ましい。
また前記錫含有粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
錫含有粒子の含有率を5質量%以上とすることで、リン含有銅合金粒子との反応をより均一に生じさせることができる。また錫含有粒子を70質量%以下とすることで、充分な体積のCu−Sn合金相を形成することができ、電極の体積抵抗率がより低下する。
本発明の電極用ペースト組成物は、ガラス粒子の少なくとも1種を含む。電極用ペースト組成物がガラス粒子を含むことにより、焼成時に電極部と基板との密着性が向上する。また。特に太陽電池受光面側の電極形成において、焼成時にいわゆるファイアースルーによって反射防止膜である窒化ケイ素膜が取り除かれ、電極とシリコン基板とのオーミックコンタクトが形成される。
また本発明においては、環境に対する影響を考慮すると、鉛を実質的に含まない鉛フリーガラスを用いることが好ましい。鉛フリーガラスとしては、例えば、特開2006−313744号公報の段落番号0024〜0025に記載の鉛フリーガラスや、特開2009−188281号公報等に記載の鉛フリーガラスを挙げることができ、これらの鉛フリーガラスから適宜選択して本発明に適用することもまた好ましい。
また前記ガラス粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
本発明の電極用ペースト組成物は、溶剤の少なくとも1種と樹脂の少なくとも1種とを含む。これにより本発明の電極用ペースト組成物の液物性(例えば、粘度、表面張力等)を、シリコン基板等に付与する際の付与方法に応じて必要とされる液物性に調整することができる。
また本発明において前記溶剤は1種単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また本発明において前記樹脂は1種単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
またこれに加え樹脂の重量平均分子量が500000以下であると、樹脂の燃焼温度が高くなることが抑制され、電極用ペースト組成物を焼成する際に樹脂が完全に燃焼されず異物として残存することが抑制され、電極をより低抵抗に構成することができる。
溶剤と樹脂の総含有率が前記範囲内であることにより、電極用ペースト組成物をシリコン基板に付与する際の付与適性が良好になり、所望の幅及び高さを有する電極をより容易に形成することができる。
本発明の電極用ペースト組成物は、銀粒子を更に含むことが好ましい。銀粒子を含むことで耐酸化性がより向上し、電極としての抵抗率がより低下する。また、前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子との反応によって生成したSn−P−O系ガラス相の中にAg粒子が析出することで、電極層の中のCu−Sn合金相とシリコン基板間のオーミックコンタクト性がより向上する。さらに太陽電池モジュールとした場合のはんだ接続性が向上するという効果も得られる。
また前記銀粒子に含まれる他の原子の含有率は、例えば銀粒子中に3質量%以下とすることができ、融点及び電極の低抵抗率化の観点から、1質量%以下であることが好ましい。
また前記銀粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
電極用ペースト組成物は、フラックスの少なくとも1種をさらに含むことができる。フラックスを含むことでリン含有銅合金粒子の表面に形成された酸化膜を除去し、焼成中のリン含有銅合金粒子の還元反応を促進させることができる。また焼成中の錫含有粒子の溶融も進むためリン含有銅合金粒子との反応が進み、結果として耐酸化性がより向上し、形成される電極の抵抗率がより低下する。さらに電極材とシリコン基板の密着性が向上するという効果も得られる。
中でも、電極材焼成時の耐熱性(フラックスが焼成の低温時に揮発しない特性)及びリン含有銅合金粒子の耐酸化性補完の観点から、ホウ酸カリウム及びホウフッ化カリウムが特に好ましいフラックスとして挙げられる。
本発明においてこれらのフラックスは、それぞれ1種単独で使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用することもできる。
本発明の電極用ペースト組成物は、上述した成分に加え、必要に応じて、当該技術分野で通常用いられるその他の成分をさらに含むことができる。その他の成分としては、例えば、可塑剤、分散剤、界面活性剤、無機結合剤、金属酸化物、セラミック、有機金属化合物等を挙げることができる。
分散・混合方法は特に制限されず、通常用いられる分散・混合方法から適宜選択して適用することができる。
本発明の電極用ペースト組成物を用いて電極を製造する方法としては、前記電極用ペースト組成物を、電極を形成する領域に付与し、乾燥後に、焼成することで所望の領域に電極を形成することができる。前記電極用ペースト組成物を用いることで、酸素の存在下(例えば、大気中)で焼成処理を行っても、抵抗率の低い電極を形成することができる。
一般に、熱処理温度(焼成温度)としては800℃〜900℃であるが、本発明の電極用ペースト組成物を用いる場合には、より低温での熱処理条件を適用することができ、例えば、450℃〜850℃の熱処理温度で良好な特性を有する電極を形成することができる。
また熱処理時間は、熱処理温度等に応じて適宜選択することができ、例えば、1秒〜20秒とすることができる。
本発明の太陽電池素子は、シリコン基板上に付与された前記電極用ペースト組成物を、焼成して形成された電極を有する。これにより、良好な特性を有する太陽電池素子が得られ、該太陽電池素子の生産性に優れる。
尚、本明細書において太陽電池素子とは、pn接合が形成されたシリコン基板と、シリコン基板上に形成された電極とを有するものを意味する。また太陽電池とは、太陽電池素子の電極上にタブ線が設けられ、必要に応じて複数の太陽電池素子がタブ線を介して接続されて構成され、封止樹脂等で封止された状態のものを意味する。
代表的な太陽電池素子の一例を示す断面図、受光面及び裏面の概要を図1、図2及び図3に示す。
図1に概略を示すように、通常、太陽電池素子の半導体基板1には、単結晶または多結晶シリコンなどが使用される。この半導体基板1には、ホウ素などが含有され、p型半導体を構成している。受光面側は太陽光の反射を抑制するために、NaOHとIPA(イソプロピルアルコール)からなるエッチング溶液により凹凸(テクスチャともいう、図示せず)が形成されている。その受光面側にはリンなどがドーピングされ、n+拡散層2がサブミクロンオーダーの厚さで設けられているとともに、p型バルク部分との境界にpn接合部が形成されている。さらに受光面側には、n+拡散層2上に窒化ケイ素などの反射防止膜3が、PECVDなどによって膜厚90nm前後で設けられている。
受光面電極4と裏面出力取出し電極6は、本発明の前記電極用ペースト組成物から形成される。また裏面集電用電極5はガラス粉末を含むアルミニウム電極ペースト組成物から形成されている。受光面電極4と、裏面集電用電極5及び裏面出力取出し電極6を形成する第一の方法として、前記ペースト組成物をスクリーン印刷等にて所望のパターンに塗布した後、乾燥後に、大気中450〜850℃程度で同時に焼成して形成することが挙げられる。本発明においては前記電極用ペースト組成物を用いることで、比較的低温で焼成しても、抵抗率及び接触抵抗率に優れる電極を形成することができる。
本発明においては、前記電極用ペースト組成物を用いて受光面電極4が形成されることで、導電性金属として銅を含みながら、銅の酸化が抑制され、低抵抗率の受光面電極4が、良好な生産性で形成される。
さらに本発明においては形成される電極がCu−Sn合金相とSn−P−Oガラス相とを含んで構成されることが好ましく、Sn−P−Oガラス相がCu−Sn合金相とシリコン基板との間に配置される(不図示)ことがより好ましい。これにより銅とシリコン基板との反応が抑制され、低抵抗で密着性に優れる電極を形成することができる。
ここで、充填用と印刷用に用いるペーストでは、粘度を始めとして、それぞれのプロセスに最適な組成のペーストを使用するのが望ましいが、同じ組成のペーストで充填、印刷を一括で行ってもよい。
これらの中でも特にシリコンを含む基板上に電極を形成する場合に好適に用いることができる。
本発明の太陽電池は、前記太陽電池素子の少なくとも1つを含み、太陽電池素子の電極上にタブ線が配置されて構成される。太陽電池はさらに必要に応じて、タブ線を介して複数の太陽電池素子が連結され、さらに封止材で封止されて構成されていてもよい。
前記タブ線及び封止材としては特に制限されず、当業界で通常用いられているものから適宜選択することができる。
(a)電極用ペースト組成物の調製
7質量%のリンを含むリン含有銅合金粒子を定法により調製し、これを溶解して水アトマイズ法により粉末化した後、乾燥、分級した。分級した粉末をブレンドして、脱酸素・脱水処理し、7質量%のリンを含むリン含有銅合金粒子を作製した。尚、リン含有銅合金粒子の粒子径(D50%)は5.0μmであり、その形状は略球状であった。
得られたガラスG01を用いて、粒子径(D50%)が2.5μmであるガラスG01粒子を得た。またその形状は略球状であった。
受光面にn+拡散層、テクスチャ及び反射防止膜(窒化ケイ素膜)が形成された膜厚190μmのp型半導体基板を用意し、125mm×125mmの大きさに切り出した。その受光面にスクリーン印刷法を用い、上記で得られた電極用ペースト組成物1を図2に示すような電極パターンとなるように印刷した。電極のパターンは150μm幅のフィンガーラインと1.5mm幅のバスバーで構成され、焼成後の膜厚が20μmとなるよう、印刷条件(スクリーン版のメッシュ、印刷速度、印圧)を適宜調整した。これを150℃に加熱したオーブンの中に15分間いれ、溶剤を蒸散により取り除いた。
電極用ペースト組成物1からなる裏面出力取出し電極のパターンは、123mm×5mmで構成され、計2ヶ所印刷した。尚、裏面出力取出し電極は焼成後の膜厚が20μmとなるよう、印刷条件(スクリーン版のメッシュ、印刷速度、印圧)を適宜調整した。またアルミニウム電極ペーストを、裏面出力取出し電極以外の全面に印刷して裏面集電用電極パターンを形成した。また焼成後の裏面集電用電極の膜厚が30μmとなるように、アルミニウム電極ペーストの印刷条件を適宜調整した。これを150℃に加熱したオーブンの中に15分間いれ、溶剤を蒸散により取り除いた。
実施例1において、電極形成時の焼成条件を最高温度800℃で10秒間から、最高温度850℃で8秒間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして太陽電池素子2を作製した。
実施例1において、リン含有銅合金粒子のリン含有量を7質量%から6質量%に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、電極用ペースト組成物3を調製し、太陽電池素子3を作製した。
実施例3において、電極形成時の焼成条件を最高温度800℃で10秒間から、最高温度750℃で12秒間に変更したこと以外は、実施例3と同様にして太陽電池素子4を作製した。
実施例1において、リン含有銅合金粒子のリン含有量を7質量%から8質量%に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、電極用ペースト組成物5を調製し、太陽電池素子5を作製した。
実施例1において、リン含有銅合金粒子の粒子径(D50%)を5.0μmから1.5μmに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、電極用ペースト組成物6を調製し、太陽電池素子6を作製した。
実施例1において、リン含有銅合金粒子と錫含有粒子の含有量を変更して、リン含有銅合金粒子の含有量を56.3部、錫含有粒子の含有量を25.1部としたこと以外は、実施例1と同様にして、電極用ペースト組成物7を調製し、太陽電池素子7を作製した。
実施例1において、リン含有銅合金粒子と錫含有粒子の含有量を変更して、リン含有銅合金粒子の含有量を73.0部、錫含有粒子の含有量を8.4部としたこと以外は、実施例1と同様にして、電極用ペースト組成物8を調製し、太陽電池素子8を作製した。
実施例1において、錫含有粒子として錫粒子(Sn)の代わりにSn−58Bi(Snに58質量%のBiを含む合金)からなる錫合金粒子を用い、その粒子径(D50%)を15μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして、電極用ペースト組成物9を調製し、太陽電池素子9を作製した。
実施例1において、錫含有粒子として錫粒子(Sn)の代わりにSn−4Ag−0.5Cu(Snに4質量%のAgと0.5質量%のCuを含む合金)からなる錫合金粒子を用い、その粒子径(D50%)を8μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして、電極用ペースト組成物10を調製し、太陽電池素子10を作製した。
実施例1において、錫含有粒子の粒子径(D50%)を10μmから6μmに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、電極用ペースト組成物11を調製し、太陽電池素子11を作製した。
実施例1において、電極用ペースト組成物に銀粒子(Ag;粒子径(D50%)3μm;純度99.5%)を加えた。具体的には各成分の含有量を、リン含有銅合金粒子を37.9部、錫粒子を39.5部、銀粒子を4.0部、ガラスG01粒子を4.1部、テルピネオールを14.1部、エチルセルロースを0.4部と変更したこと以外は、実施例1と同様にして、電極用ペースト組成物12を調製し、太陽電池素子12を作製した。
実施例1において、電極用ペースト組成物に銀粒子(Ag;粒子径(D50%)3μm)をさらに加えた。具体的には各成分の含有量を、リン含有銅合金粒子を36.9部、錫粒子を38.4部、銀粒子を6.1部、ガラスG01粒子を4.1部、テルピネオールを14.1部、エチルセルロースを0.4部と変更したこと以外は、実施例1と同様にして、電極用ペースト組成物13を調製し、太陽電池素子13を作製した。
実施例1において、ガラスG01粒子の含有量を変更した。具体的には各成分の含有量を、リン含有銅合金粒子を38.3部、錫粒子を39.9部、ガラスG01粒子を7.8部、テルピネオールを13.5部、エチルセルロースを0.4部と変更したこと以外は、実施例1と同様にして、電極用ペースト組成物14を調製し、太陽電池素子14を作製した。
実施例1において、ガラス粒子の組成をガラスG01から、以下に示すガラスG02に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、電極用ペースト組成物15を調製し、太陽電池素子15を作製した。
ガラスG02は、酸化バナジウム(V2O5)45部、酸化リン(P2O5)24.2部、酸化バリウム(BaO)20.8部、酸化アンチモン(Sb2O3)5部、酸化タングステン(WO3)5部からなるように調製した。またこのガラスG02の軟化点は492℃で、結晶化開始温度は650℃を超えていた。
得られたガラスG02を用いて、粒子径(D50%)が2.5μmであるガラスG02粒子を得た。またその形状は略球状であった。
実施例1において、樹脂をテルピネオールからジエチレングリコールモノブチルエーテル(BC)に、また樹脂をエチルセルロースからポリアクリル酸エチル(EPA)にそれぞれ変更した。具体的には各成分の含有量を、リン含有銅合金粒子を39.9部、錫粒子を41.5部、ガラスG01粒子を4.1部、ジエチレングリコールモノブチルエーテルを12.3部、ポリアクリル酸エチルを2.2部と変更したこと以外は、実施例1と同様にして、電極用ペースト組成物16を調製し、太陽電池素子16を作製した。
実施例1において、リン含有銅合金粒子のリン含有量、粒子径(D50%)及びその含有量、錫含有粒子の組成、粒子径(D50%)及びその含有量、銀粒子の含有量、ガラス粒子の種類及びその含有量、溶剤の種類及びその含有量、樹脂の種類及びその含有量を表1に示したように変更したこと以外は、実施例1と同様にして電極用ペースト組成物17〜20をそれぞれ調製した。
受光面にn+拡散層、テクスチャ及び反射防止膜(窒化ケイ素膜)が形成された膜厚190μmのp型半導体基板を用意し、125mm×125mmの大きさに切り出した。その後、裏面にアルミニウム電極ペーストを印刷して裏面集電用電極パターンを形成した。裏面集電用電極パターンは、図3に示すように裏面出力取出し電極以外の全面に印刷した。また焼成後の裏面集電用電極の膜厚が30μmとなるように、アルミニウム電極ペーストの印刷条件を適宜調整した。これを150℃に加熱したオーブンの中に15分間いれ、溶剤を蒸散により取り除いた。
続いてトンネル炉(ノリタケ社製、1列搬送W/Bトンネル炉)を用いて大気雰囲気下、焼成最高温度800℃で保持時間10秒の加熱処理(焼成)を行って、裏面の集電用電極及びp+拡散層を形成した。
実施例21において、受光面の電極及び裏面出力取出し電極の作製に上記で得られた電極用ペースト組成物5を用いたこと以外は、実施例21と同様にして太陽電池素子22を作製した。
実施例21において、受光面の電極及び裏面出力取出し電極の作製に上記で得られた電極用ペースト組成物9を用いたことと、電極形成時の焼成条件を最高温度650℃で10秒間から、最高温度620℃で10秒間に変更したこと以外は、実施例21と同様にして太陽電池素子23を作製した。
上記で得られた電極用ペースト組成物1を用いて、図5に示したような構造を有する太陽電池素子24を作製した。具体的な作製方法を以下に示す。まずp型シリコン基板について、レーザードリルによって、受光面側及び裏面側の両面を貫通した直径100μmのスルーホールを形成した。また受光面側にはテクスチャ、n+拡散層、反射防止膜を順次形成した。尚、n+拡散層は、スルーホール内部、及び裏面の一部にもそれぞれ形成した。次に、先に形成されたスルーホール内部電極用ペースト組成物1をインクジェット方により充填し、さらに受光面側にもグリッド状に印刷した。
このときアルミニウム電極ペーストを形成した部分については、焼成によりp型シリコン基板内にAlが拡散することで、p+拡散層が形成されていた。
実施例24において、電極用ペースト組成物1から上記で得られた電極用ペースト組成物12に変更して、受光面集電用電極、スルーホール電極、裏面電極を形成したこと以外は、実施例24と同様にして、太陽電池素子25を作製した。
実施例24において、電極形成時の焼成条件を最高温度800℃で10秒間から、最高温度850℃で8秒間に変更したこと以外は、実施例24と同様にして太陽電池素子26を作製した。
実施例24において、電極用ペースト組成物1から上記で得られた電極用ペースト組成物9に変更して、受光面集電用電極、スルーホール電極、裏面電極を形成したこと以外は、実施例24と同様にして、太陽電池素子27を作製した。
実施例1において、ガラス粒子をガラスG01粒子からガラスG03粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、電極用ペースト組成物28を調製した。
尚、ガラスG03は、二酸化ケイ素(SiO2)13部、酸化ホウ素(B2O3)58部、酸化亜鉛(ZnO)38部、酸化アルミニウム(Al2O3)12部、酸化バリウム(BaO)12部からなるように調製した。得られたガラスG03の軟化点は、583℃、結晶化温度は650℃を超えていた。
得られたガラスG03を用いて、粒子径(D50%)が2.5μmであるガラスG03粒子を得た。またその形状は略球状であった。
実施例28において、電極形成時の焼成条件を最高温度800℃で10秒間から、最高温度850℃で8秒間に変更したこと以外は、実施例28と同様にして太陽電池素子29を作製した。
上記で得られた電極用ペースト組成物28を用いて、図7に示したような構造を有する太陽電池素子30を作製した。作製方法は、ベースとなる基板にn型シリコン基板を用いたことと、受光面電極、スルーホール及びスルーホール電極を形成しないこと以外は、実施例24と同様である。尚、焼成条件は最高温度800℃で保持時間10秒とした。
実施例5において、ガラス粒子をガラスG01粒子からガラスG03粒子に変更したこと以外は、実施例5と同様にして、電極用ペースト組成物31を調製した。これを用いて実施例30と同様にして、図7に示したような構造を有する太陽電池素子31を作製した。
実施例12において、ガラス粒子をガラスG01粒子からガラスG03粒子に変更したこと以外は、実施例12と同様にして、電極用ペースト組成物32を調製した。これを用いて実施例30と同様にして、図7に示したような構造を有する太陽電池素子32を作製した。
実施例1における電極用ペースト組成物の調製において、リン含有銅合金粒子及び錫含有粒子を用いずに、表1に示した組成となるように各成分を変更したこと以外は、実施例1と同様にして電極用ペースト組成物C1を調製した。
リン含有銅合金粒子及び錫含有粒子を含まない電極用ペースト組成物C1を用いたこと以外は、実施例1と同様にして太陽電池素子C1を作製した。
リンの含有量の異なるリン含有銅合金粒子を用い、錫含有粒子を用いずに、表1に示す組成の電極用ペースト組成物C2〜C4をそれぞれ調製した。
電極用ペースト組成物C2〜C4をそれぞれ用いたこと以外は、比較例1と同様にして太陽電池素子C2〜C4をそれぞれ作製した。
実施例1における電極用ペースト組成物の調製において、リン含有銅合金粒子の代わりに銅粒子(純度99.5%、粒子径(D50%)5.0μm、含有量39.9部)を用いて、表1に示した組成となるように各成分を変更したこと以外は、実施例1と同様にして、電極用ペースト組成物C5を調製した。
電極用ペースト組成物C5を用いたこと以外は、比較例1と同様にして太陽電池素子C5を作製した。
実施例24において、電極用ペースト組成物1から上記で得られた電極用ペースト組成物C1に変更して、受光面集電用電極、スルーホール電極、裏面電極を形成したこと以外は、実施例24と同様にして、太陽電池素子C6を作製した。
実施例28において、電極用ペースト組成物28から上記で得られた電極用ペースト組成物C1に変更したこと以外は、実施例28と同様にして太陽電池素子C7を作製した。
実施例30において、電極用ペースト組成物28から上記で得られた電極用ペースト組成物C1に変更したこと以外は、実施例30と同様にして太陽電池素子C8を作製した。
作製した太陽電池素子の評価は、擬似太陽光として(株)ワコム電創製WXS−155S−10、電流―電圧(I−V)評価測定器としてI−V CURVE TRACER MP−160(EKO INSTRUMENT社製)の測定装置を組み合わせて行った。太陽電池としての発電性能を示すJsc(短絡電流)、Voc(開放電圧)、FF(フィルファクター)、Eff(変換効率)は、それぞれJIS−C−8912、JIS−C−8913及びJIS−C−8914に準拠して測定を行うことで得られたものである。両面電極構造の太陽電池素子において、得られた各測定値を、比較例1(太陽電池素子C1)の測定値を100.0とした相対値に換算して表2に示した。尚、比較例2においては、銅粒子の酸化によって電極の抵抗率が大きくなり、評価不能であった。
さらに作製した電極用ペースト組成物を焼成して形成した受光面電極の断面を走査型電子顕微鏡Miniscope TM−1000((株)日立製作所製)を用いて、加速電圧15kVで観察し、電極内のCu−Sn合金相、Sn−P−Oガラス相の有無及びSn−P−Oガラス相の形成部位を調査した。その結果も併せて表2に示した。
これは例えば以下のように考えられる。比較例4においては、錫含有粒子が含まれていないために、焼成中にシリコン基板と銅の相互拡散が起こり、基板内のpn接合特性が劣化したことが考えられる。また比較例5においては、リン含有銅合金粒子を用いずに純銅(リン含有量が0質量%)を用いたために、焼成中に錫含有粒子と反応する前に銅粒子が酸化し、Cu−Sn合金相が形成されずに電極の抵抗が増加したことが考えられる。
2 n+拡散層
3 反射防止膜
4 受光面集電用電極及び出力取出し電極
5 裏面集電用電極
6 裏面出力取出し電極
7 p+拡散層
8 受光面集電用電極
9 スルーホール電極
10 裏面電極
11 裏面電極
12 n型シリコン基板
Claims (12)
- リン含有銅合金粒子と、錫含有粒子と、ガラス粒子と、溶剤と、樹脂と、を含む電極用ペースト組成物。
- 前記リン含有銅合金粒子のリン含有率が6質量%以上8質量%以下である請求項1に記載の電極用ペースト組成物。
- 前記錫含有粒子は、錫粒子及び錫含有率が1質量%以上である錫合金粒子から選ばれる少なくとも1種である請求項1又は請求項2に記載の電極用ペースト組成物。
- 前記ガラス粒子は、ガラス軟化点が650℃以下であって、結晶化開始温度が650℃を超える請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電極用ペースト組成物。
- 前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子の総含有率を100質量%としたときの前記錫含有粒子の含有率が、5質量%以上70質量%以下である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電極用ペースト組成物。
- 銀粒子を更に含む請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の電極用ペースト組成物。
- 前記リン含有銅合金粒子、前記錫含有粒子及び前記銀粒子の総含有率を100質量%としたときの前記銀粒子の含有率が0.1質量%以上10質量%以下である請求項6に記載の電極用ペースト組成物。
- 前記リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が70質量%以上94質量%以下であって、前記ガラス粒子の含有率が0.1質量%以上10質量%以下であって、前記溶剤及び前記樹脂の総含有率が3質量%以上29.9質量%以下である請求項6又は請求項7に記載の電極用ペースト組成物。
- シリコン基板上に付与された請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の電極用ペースト組成物を焼成して形成された電極を有する太陽電池素子。
- 前記電極は、Cu−Sn合金相及びSn−P−Oガラス相を含む請求項9に記載の太陽電池素子。
- 前記Sn−P−Oガラス相は、前記Cu−Sn合金相と前記シリコン基板との間に配置されている請求項10に記載の太陽電池素子。
- 請求項9〜請求項11のいずれか1項に記載の太陽電池素子と、前記太陽電池素子の電極上に配置されたタブ線とを有する太陽電池。
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