JP2012502503A - 太陽電池電極 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)銀粒子と、(i)Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、W、Re、Os、Ir、およびPt粒子からなる群から選択される金属粒子、(ii)それらの金属粒子を含む金属合金、(iii)Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、W、Re、Os、Ir、およびPtからなる群から選択される金属で被覆される銀粒子、(iv)炭素粒子によって担持された(i)の金属粒子からなる群から選択される添加粒子とを含む導電性粒子、
(b)ガラスフリット、および
(c)樹脂バインダ
を含む組成物が開示される。
導電性金属として銀(Ag)粒子が使用される。銀粒子は、フレーク状または球状でよく、または無定形でもよい。通常の導電性ペーストとして使用される場合、技術的効果の観点からは銀粒子の粒径に特に制限はないが、粒径は銀の焼結特性に影響を与え、例えば、粒径が大きい銀粒子は、粒径が小さい銀粒子よりも焼結が遅い。したがって、粒径(d50)は0.1μm〜10.0μmの範囲内であることが好ましいが、実際に使用される銀粒子の粒径は焼成プロファイルに従って決定される。さらに、銀粒子の粒径は、導電性ペーストを塗布するための方法(例えばスクリーン印刷)に適している必要がある。本発明では、粒径が異なる2種以上の銀粒子を混合物として使用することができる。通常、銀は、高純度(99%超)であることが好ましい。しかし、電極パターンの電気的要件によっては、より低い純度の物質を使用することもできる。銀粒子の場合、本発明の目的を実現できる量であるという前提の下で銀含有量に特に制限はないが、好ましくは、銀含有量は、ペーストの重量に基づいて40%〜90重量%である。
本発明では、銀粒子の他に、周期表の第6族〜第11族に属する3dまたは4d遷移金属が使用される。すなわち、Mo(モリブデン)、Tc(テクネチウム)、Ru(ルテニウム)、Rh(ロジウム)、Pd(パラジウム)、W(タングステン)、Re(レニウム)、Os(オスミウム)、Ir(イリジウム)、およびPt(白金)からなる群から選択される金属粒子が添加される。接触抵抗を低下させるという観点から、ルテニウム、パラジウム、または白金が好ましい。本発明では、上述した金属を含む合金粒子、または上述した金属粒子を含有する粒子も使用することができる。それらの金属粒子(本説明では添加粒子とも呼ぶ)を含有する合金の例としては、Ag/Pd合金およびNi/Mo合金が挙げられる。添加粒子は、フレーク状または球状でよく、または無定形でもよい。通常の導電性ペーストとして使用される場合、技術的効果の観点からは添加粒子の粒径に特に制限はないが、粒径は銀の焼結特性に影響を与える。例えば、粒径が大きい添加粒子は、粒径が小さい銀粒子よりも焼結が遅い。したがって、粒径(d50)は0.1〜10.0μmの範囲内であることが好ましいが、実際に使用される添加粒子の粒径は焼成プロファイルに従って決定される。さらに、添加粒子の粒径は、導電性ペーストを塗布するための方法(例えばスクリーン印刷)に適している必要がある。本発明では、粒径が異なる2種以上の銀粒子を混合物として使用することができる。本発明では、好ましくは、炭素粒子によって担持された上述した金属粒子を使用することもできる。粒径が小さい金属粒子は強い凝集性を有するので、粒径が比較的大きい炭素粒子によって担持することによって金属粒子の量を減少させることができる。本発明で使用される炭素粒子は、不活性雰囲気中で熱処理された有機前駆体から形成された炭素であり、例えばケッチェンブラック、カーボンブラック、活性炭、コークス、グラファイトである。炭素粒子の粒径(d50)は、1.0〜10.0μmの範囲内であることが好ましい。炭素粒子によって担持される金属粒子の粒径(d50)は、0.01〜0.2μmの範囲内であることが好ましい。金属粒子の含有量は、炭素粒子の総量に基づいて1〜10重量%の範囲内であることが好ましい。
本発明の導電性ペーストは、好ましくは、ガラスフリットの形態での無機バインダを含む。ガラスフリットの化学組成は本発明では重要ではないので、電子材料用の導電性ペーストで使用されるガラスフリットであるという前提の下でいかなるガラスフリットを使用することもできる。例えば、ホウケイ酸鉛ガラスが使用されることが好ましい。ホウケイ酸鉛ガラスは、軟化点の範囲とガラス接着性の両方の観点から、本発明における優れた材料である。さらに、ケイ酸ビスマス無鉛ガラスなどの無鉛ガラスも使用することができる。
本発明の電極を形成するための導電性ペーストは、樹脂バインダを含む。本発明では、選択されるいかなる樹脂バインダでも使用することができる。例えば、有機樹脂の一種として、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン変性ポリエステル樹脂、エポキシ変性ポリエステル樹脂、様々な変性ポリエステル樹脂、例えばアクリル変性ポリエステル樹脂、ポリエーテルウレタン樹脂、およびポリカーボネートウレタン樹脂を使用することができる。ポリオレフィン系樹脂、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニルコポリマー、およびマレイン化ポリオレフィン、変性セルロース、例えばポリ塩化ビニル−酢酸ビニルコポリマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリアミドイミド、エチルセルロース、ニトロセルロース、酢酸酪酸セルロース(CAB)、および酢酸プロピオン酸セルロース(CAP)を使用することもできる。本発明では、良好な溶剤可溶性を有するエチルセルロースが使用されることが好ましい。樹脂バインダの含有量は、ペーストの重量に基づいて好ましくは10重量%〜50重量%である。
さらに、本発明では、必要であれば粘性調整剤として溶剤を使用することができる。いかなる樹脂バインダを使用することもできる。そのような溶剤の例としては、エステル溶剤、ケトン溶剤、エーテルエステル溶剤、塩素化溶剤、アルコール溶剤、エーテルタイプの溶剤、および炭化水素溶剤が挙げられる。スクリーン印刷が採用される場合、エチルカルビトールアセテート、ブチルセロソルブアセテート、イソホロン、シクロヘキサノン、γ−ブチロラクトン、ベンジルアルコール、Ng−メチル−2−ピロリジン、テトラヒドロナフタレンなど高沸点溶剤が使用されることが好ましい。
増粘剤および/または安定剤および/または他の典型的な添加剤は、本発明の電極を形成するための導電性ペーストに添加しても添加しなくてもよい。添加することができる他の典型的な添加剤の例としては、分散剤および粘性調整剤が挙げられる。添加剤の量は、最終的に必要な導電性ペーストの特性に依存して決定される。添加剤の量は、当業者が適切に決定することができる。さらに、複数のタイプの添加剤を添加することもできる。以下に説明するように、本発明の導電性ペーストは、所定の範囲内の粘性を有する。適切な粘性を導電性ペーストに与えるために、必要に応じて粘性調整剤を添加することができる。添加される粘性調整剤の量は、最終的な導電性ペーストの粘性に依存して変わるが、当業者が適切に決定することができる。
p型電極を形成するための銀ペースト1および2を、以下に示す材料を使用して、表1に示される組成を有するように製造した。
フレーク状の銀粒子(d50が2.7μm(レーザ散乱式の粒径分布測定装置を用いて測定))
(ii)ガラスフリット
鉛含有:ホウケイ酸鉛ガラスフリット
成分:SiO2/PbO/B2O3/ZnO
軟化点:440℃
無鉛:無鉛ビスマスガラスフリット
成分:SiO2/Al2O3/B2O3/ZnO/Bi2O3/SnO2
軟化点:390℃
(iii)樹脂
エチルセルロース樹脂(Aqualon、Hercules)
(iv)溶剤
テルピネオール
表2に示される各金属の金属粒子および金属含有粒子(添加粒子とも呼ぶ)、樹脂、および溶剤を使用してペーストA〜Iを調製した。樹脂および溶剤は、上述した銀ペーストを調製するために使用したのと同じものを用いた。
上の(I)で調製した銀ペーストと上の(II)で調製したペーストA〜Iを混合し、ロータリミキサによって2分間撹拌した。銀ペースト中の銀の重量に対して添加粒子が1重量%の混合比となるように、ペーストA〜Iを銀ペーストに添加した(ただし、混合比が1重量%および2重量%のPt含有グラファイトに関しては2種類の導電性ペーストを調製した)。例えば、ペースト1(10.00重量部)に0.142重量部のペーストCを添加することによって、Pd金属を含む銀ペーストを調製した。p型電極を得るために、市販の4インチ単結晶シリコンウェハ(三菱マテリアル社、結晶軸<1.0.0>、p型導電性)上に導電性ペーストをスクリーン印刷し、150℃で5分間乾燥させ、焼結させた。
p型電極が上に形成された結晶シリコンウェハを切断することによって試料を作製した。一辺20mmの正方形状に切断されたSiウェハ上で、直径6mmの円形パターンを1mmの間隔で形成した(図3(b)参照)。
IR加熱ベルト炉を使用して、以下の条件下でウェハを焼成した。
ベルト速度:370cpm
炉温度プロファイル:
400℃以上:18秒
500℃以上:12秒
上述した方法によって得られた図3(a)および(b)に示される各p型電極サンプルについて、抵抗値(Ω)を測定した。
上述した条件下で形成された試料電極間の電流および電圧特性を、北斗電工株式会社から市販されているHSV−100 Cyclic Voltanometry装置で測定した。抵抗値として、0.2〜0.4Vの印加電圧範囲にわたる電極間抵抗の平均を使用した。
各p型電極の抵抗値を測定した結果が、表3(銀ペーストとしてペースト1を使用)および表4(銀ペーストとしてペースト2を使用)に示される。
Claims (9)
- 太陽電池のp+層上のp型電極であって、焼成の前に、
(a)銀粒子と、(i)Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、W、Re、Os、Ir、およびPt粒子からなる群から選択される金属粒子、(ii)前記金属粒子を含む金属合金、(iii)Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、W、Re、Os、Ir、およびPtからなる群から選択される金属で被覆される銀粒子、(iv)炭素粒子によって担持された(i)の金属粒子からなる群から選択される添加粒子とを含む導電性粒子、
(b)ガラスフリット、および
(c)樹脂バインダ
を含むp型電極。 - 前記金属粒子が、Ru、Rh、Pd、W、およびPt粒子からなる群から選択される請求項1に記載のp型電極。
- 前記金属粒子が、Ru、Pd、またはPt粒子である請求項2に記載のp型電極。
- 前記電極が、ペーストの重量に基づいて40〜90wt%の銀粒子と0.01〜10wt%の添加粒子とを含む焼成された導電性ペーストから形成される請求項1に記載のp型電極。
- p型電極を製造するための方法であって、
(1)N型ベース太陽電池基板の受光側のp+層上にペーストを塗布するステップであって、前記ペーストが、
(a)銀粒子と、(i)Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、W、Re、Os、Ir、およびPt粒子からなる群から選択される金属粒子、(ii)前記金属粒子を含む金属合金、(iii)Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、W、Re、Os、Ir、およびPtからなる群から選択される金属で被覆される銀粒子、および(iv)炭素粒子によって担持された(i)の金属粒子からなる群から選択される添加粒子とを含む導電性粒子、
(b)ガラスフリット、および
(c)樹脂バインダ
を含むステップと、
(2)塗布された前記ペーストを焼成するステップと
を含む方法。 - 前記ペーストが450〜900℃で焼成される請求項6に記載のp型電極を製造するための方法。
- p型電極を製造するための方法であって、
(1)P型ベース太陽電池基板の受光側のp+層上にペーストを塗布するステップであって、前記ペーストが、
(a)銀粒子と、(i)Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、W、Re、Os、Ir、およびPt粒子からなる群から選択される金属粒子、(ii)前記金属粒子を含む金属合金、(iii)Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、W、Re、Os、Ir、およびPtからなる群から選択される金属で被覆される銀粒子、および(iv)炭素粒子によって担持された(i)の金属粒子からなる群から選択される添加粒子とを含む導電性粒子、
(b)ガラスフリット、および
(c)樹脂バインダ
を含むステップと、
(2)塗布された前記ペーストを焼成するステップと
を含む方法。 - 前記ペーストが450〜900℃で焼成される請求項8に記載のp型電極を製造するための方法。
- 太陽電池のp+層上にp型電極を形成するのに有用な組成物であって、焼成の前に、
(a)銀粒子と、(i)Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、W、Re、Os、Ir、およびPt粒子からなる群から選択される金属粒子、(ii)前記金属粒子を含む金属合金、(iii)Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、W、Re、Os、Ir、およびPtからなる群から選択される金属で被覆される銀粒子、(iv)炭素粒子によって担持された(i)の金属粒子からなる群から選択される添加粒子とを含む導電性粒子、
(b)ガラスフリット、
(c)樹脂バインダ
を含む組成物。
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