JP2014105153A - Bismuth-based glass composition and electrode formation material using the same - Google Patents

Bismuth-based glass composition and electrode formation material using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bismuth-based glass composition that is superior in thermal stability and fire-through property and is unlikely to reduce a function of a semiconductor layer, and an electrode formation material using the same.SOLUTION: A bismuth-based glass composition contains, as a glass composition, BiO: 60-93 mass%, BO: 0-7 mass%, SiO+AlO: 1-30 mass%, and NdO: 0.01-15 mass%.

Description

本発明は、シリコン太陽電池(単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池を含む)の電極形成に好適なビスマス系ガラス組成物及びこれを用いた電極形成材料に関する。   The present invention relates to a bismuth-based glass composition suitable for forming electrodes of silicon solar cells (including single crystal silicon solar cells and polycrystalline silicon solar cells), and an electrode forming material using the same.

シリコン太陽電池は、半導体基板、受光面電極、裏面電極、反射防止膜を備えており、半導体基板は、p型半導体層とn型半導体層を有している。受光面電極と裏面電極は、電極形成材料(金属粉末と、ガラス粉末と、ビークルとを含む)を焼結させることにより形成される。一般的に、受光面電極にはAg粉末、裏面電極にはAl粉末が使用される。反射防止膜は、窒化ケイ素膜、酸化シリコン膜、酸化チタン膜、酸化アルミニウム膜等が使用されており、現在では、主に窒化ケイ素膜が使用されている。   The silicon solar cell includes a semiconductor substrate, a light-receiving surface electrode, a back electrode, and an antireflection film, and the semiconductor substrate has a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer. The light-receiving surface electrode and the back electrode are formed by sintering an electrode forming material (including metal powder, glass powder, and vehicle). Generally, Ag powder is used for the light receiving surface electrode and Al powder is used for the back electrode. As the antireflection film, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a titanium oxide film, an aluminum oxide film, or the like is used. Currently, a silicon nitride film is mainly used.

シリコン太陽電池に受光面電極を形成する方法には、蒸着法、めっき法、印刷法等があるが、最近では、印刷法が主流になっている。印刷法は、スクリーン印刷により、電極形成材料を反射防止膜等の上に塗布した後、650〜950℃で短時間焼成し、受光面電極を形成する方法である。   Methods for forming a light-receiving surface electrode on a silicon solar cell include a vapor deposition method, a plating method, a printing method, and the like, but recently, a printing method has become mainstream. The printing method is a method of forming a light-receiving surface electrode by applying an electrode forming material on an antireflection film or the like by screen printing and then baking it at 650 to 950 ° C. for a short time.

印刷法の場合、焼成時に電極形成材料が反射防止膜を貫通する現象が利用される。この現象は、一般的にファイアスルーと称されている。この現象により受光面電極と半導体層が電気的に接続される。ファイアスルーを利用すれば、受光面電極の形成に際し、反射防止膜のエッチングが不要になると共に、反射防止膜のエッチングと電極パターンの位置合わせが不要になり、シリコン太陽電池の生産効率が飛躍的に向上する。   In the case of the printing method, a phenomenon in which the electrode forming material penetrates the antireflection film during firing is used. This phenomenon is generally called fire-through. Due to this phenomenon, the light receiving surface electrode and the semiconductor layer are electrically connected. Using fire-through eliminates the need to etch the antireflection film and eliminates the need to etch the antireflection film and align the electrode pattern when forming the light-receiving surface electrode, dramatically improving the production efficiency of silicon solar cells. To improve.

電極形成材料が反射防止膜を貫通する度合(以下、ファイアスルー性)は、電極形成材料の組成、焼成条件で変動し、特にガラス粉末のガラス組成の影響が最も大きい。この理由は、ファイアスルーが、主にガラス粉末が金属粉末を溶かし、その溶解物が反射防止膜を侵食することにより生じるからである。また、シリコン太陽電池の光電変換効率は、電極形成材料のファイアスルー性と相関がある。ファイアスルー性が不十分であると、シリコン太陽電池の光電変換効率が低下し、シリコン太陽電池の基本性能が低下する。   The degree to which the electrode-forming material penetrates the antireflection film (hereinafter referred to as fire-through property) varies depending on the composition of the electrode-forming material and the firing conditions, and is particularly affected by the glass composition of the glass powder. This is because the fire-through is mainly caused by the glass powder dissolving the metal powder, and the melted material erodes the antireflection film. Moreover, the photoelectric conversion efficiency of a silicon solar cell has a correlation with the fire-through property of the electrode forming material. If the fire-through property is insufficient, the photoelectric conversion efficiency of the silicon solar cell is lowered, and the basic performance of the silicon solar cell is lowered.

特開2004−87951号公報JP 2004-87951 A 特開2005−56875号公報JP 2005-56875 A 特表2008−527698号公報Special table 2008-527698

特定のガラス組成を有するビスマス系ガラスは、他のガラス系に比べて、良好なファイアスルー性を示すが、このようなビスマス系ガラスを用いても、ファイアスルーの際に、シリコン太陽電池の光電変換効率を低下させる不具合が発生する場合があった。本発明者は、ガラス組成中のBが、ファイアスルーの際にシリコン太陽電池の光電変換効率を低下させる原因であること、特にこのBがファイアスルーの際に受光面側の半導体層中にホウ素含有異種層を形成させて、半導体基板の半導体層の機能を低下させることを見出すと共に、ガラス組成中のBの含有量を低減すれば、このような不具合を抑制し得ることを見出した。 Bismuth-based glass having a specific glass composition shows better fire-through properties than other glass-based glasses. There was a case where a problem of reducing the conversion efficiency occurred. The present inventor believes that B 2 O 3 in the glass composition is a cause of lowering the photoelectric conversion efficiency of the silicon solar cell at the time of fire-through, in particular, the light-receiving surface side when this B 2 O 3 is fire-through. If the boron-containing heterogeneous layer is formed in the semiconductor layer of the semiconductor substrate and the function of the semiconductor layer of the semiconductor substrate is found to be lowered, and the content of B 2 O 3 in the glass composition is reduced, such a problem is eliminated. It was found that it can be suppressed.

一方、ガラス組成中のBの含有量を低減すれば、ガラス骨格成分が欠乏するため、熱的安定性(耐失透性)が低下し易くなり、結果として、ファイアスルー性が低下したり、電極形成材料の焼結性が低下し易くなる。 On the other hand, if the content of B 2 O 3 in the glass composition is reduced, since the glass skeleton component is deficient, the thermal stability (devitrification resistance) is likely to be lowered, and as a result, the fire-through property is lowered. Or the sinterability of the electrode forming material tends to be reduced.

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その技術的課題は、熱的安定性とファイアスルー性が良好であり、且つ半導体層の機能を低下させ難いビスマス系ガラス組成物及びこれを用いた電極形成材料を創案することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its technical problem is to provide a bismuth-based glass composition that has good thermal stability and fire-through properties, and that is difficult to reduce the function of the semiconductor layer. It is to create an electrode forming material used.

本発明者は、鋭意検討の結果、ビスマス系ガラスのガラス組成を所定範囲に規制することにより、上記技術的課題を解決できることを見出し、本発明として、提案するものである。すなわち、本発明のビスマス系ガラス組成物は、ガラス組成として、質量%で、Bi 60〜93%、B 0〜7%、SiO+Al 1〜30%、Nd 0.01〜15%を含有することを特徴とする。ここで、「SiO+Al」は、SiOとAlの合量である。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above technical problem can be solved by regulating the glass composition of bismuth-based glass within a predetermined range, and propose the present invention. That is, the bismuth-based glass composition of the present invention is, as a glass composition, in mass%, Bi 2 O 3 60 to 93%, B 2 O 3 0 to 7%, SiO 2 + Al 2 O 3 1 to 30%, Nd characterized in that it contains the 2 O 3 0.01~15%. Here, “SiO 2 + Al 2 O 3 ” is the total amount of SiO 2 and Al 2 O 3 .

本発明のビスマス系ガラス組成物では、Biの含有量が60質量%以上に規制されている。このようにすれば、ガラス粉末の反応性が高まり、ファイアスルー性が向上すると共に、軟化点が低下して、低温で電極形成材料の焼結が可能になる。なお、低温で電極を形成すれば、シリコン太陽電池の生産性が向上し、また半導体基板の結晶粒界の水素が放出され難くなり、シリコン太陽電池の光電変換効率が向上する。一方、本発明のビスマス系ガラス組成物では、Biの含有量が93質量%以下に規制されている。このようにすれば、熱的安定性の低下による不具合が発生し難くなる。 In the bismuth-based glass composition of the present invention, the content of Bi 2 O 3 is regulated to 60% by mass or more. In this way, the reactivity of the glass powder is increased, the fire-through property is improved, the softening point is lowered, and the electrode forming material can be sintered at a low temperature. Note that if the electrode is formed at a low temperature, the productivity of the silicon solar cell is improved, and hydrogen at the crystal grain boundary of the semiconductor substrate is hardly released, so that the photoelectric conversion efficiency of the silicon solar cell is improved. On the other hand, in the bismuth-based glass composition of the present invention, the content of Bi 2 O 3 is regulated to 93% by mass or less. In this way, it is difficult for problems due to a decrease in thermal stability to occur.

また、本発明のビスマス系ガラス組成物では、Bの含有量が7質量%以下に規制されている。本発明者は、鋭意検討の結果、ガラス組成中のBが、ファイアスルーの際にシリコン太陽電池の光電変換効率を低下させる原因であること、特にこのBがファイアスルーの際に受光面側の半導体層中にホウ素含有異種層を形成させて、半導体基板の半導体層の機能を低下させることを見出すと共に、ガラス組成中のBの含有量を7質量%以下に規制すれば、このような不具合を抑制し得ることを見出した。また、Bの含有量を7質量%以下に規制すれば、軟化点が低下して、低温で電極形成材料の焼結が可能になると共に、耐水性が向上するため、シリコン太陽電池の長期信頼性も高めることができる。 Further, in the bismuth-based glass composition of the present invention, the content of B 2 O 3 is restricted to 7% by mass or less. The present inventors have conducted extensive studies results, the B 2 O 3 in the glass composition, it is responsible for lowering the photoelectric conversion efficiency of the silicon solar cell during fire through, in particular the B 2 O 3 is fire through In this case, it is found that a boron-containing heterogeneous layer is formed in the semiconductor layer on the light-receiving surface side to lower the function of the semiconductor layer of the semiconductor substrate, and the content of B 2 O 3 in the glass composition is 7% by mass or less. It has been found that such a problem can be suppressed if it is regulated. In addition, if the content of B 2 O 3 is regulated to 7% by mass or less, the softening point is lowered, the electrode forming material can be sintered at a low temperature, and the water resistance is improved. Long-term reliability can be improved.

更に、本発明者は、ガラス組成中にSiO+Al、Ndを所定量添加すれば、Bの含有量を低減しても、熱的安定性を維持し得ることを見出した。特に、本発明者は、低BのBi−SiO系ガラスに対して、必須成分としてNdを添加すれば、熱的安定性が顕著に向上し、熱的安定性の低下による不具合を防止し得ることを見出した。 Furthermore, the present inventor can maintain thermal stability even if the content of B 2 O 3 is reduced by adding a predetermined amount of SiO 2 + Al 2 O 3 and Nd 2 O 3 in the glass composition. I found out. In particular, the inventors of the present invention can significantly improve thermal stability by adding Nd 2 O 3 as an essential component to low B 2 O 3 Bi 2 O 3 —SiO 2 glass. It has been found that problems due to a decrease in stability can be prevented.

第二に、本発明のビスマス系ガラス組成物は、質量比B/Ndが35以下であることが好ましい。 Second, the bismuth-based glass composition of the present invention preferably has a mass ratio B 2 O 3 / Nd 2 O 3 of 35 or less.

第三に、本発明のビスマス系ガラス組成物は、Bの含有量が1.0質量%未満であることが好ましい。 Third, the bismuth-based glass composition of the present invention preferably has a B 2 O 3 content of less than 1.0% by mass.

第四に、本発明のビスマス系ガラス組成物は、SiO+Alの含有量が5質量%以上であることが好ましい。 Fourth, the bismuth-based glass composition of the present invention preferably has a content of SiO 2 + Al 2 O 3 of 5% by mass or more.

第五に、本発明のビスマス系ガラス組成物は、実質的にPbOを含有しないことが好ましい。ここで、「実質的にPbOを含有しない」とは、ガラス組成中のPbOの含有量が0.10質量%未満の場合を指す。   Fifth, it is preferable that the bismuth-based glass composition of the present invention does not substantially contain PbO. Here, “substantially does not contain PbO” refers to a case where the content of PbO in the glass composition is less than 0.10% by mass.

第六に、本発明の電極形成材料は、上記のビスマス系ガラス組成物からなるガラス粉末と、金属粉末と、ビークルとを含むことを特徴とする。このようにすれば、印刷法により、電極パターンを形成し得るため、シリコン太陽電池の生産効率を高めることができる。ここで、「ビークル」は、一般的に、有機溶媒中に樹脂を溶解させたものを指すが、本発明では、樹脂を含有せず、高粘性の有機溶媒(例えば、イソトリデシルアルコール等の高級アルコール)のみで構成される態様を含む。   Sixth, the electrode forming material of the present invention is characterized in that it contains a glass powder made of the above bismuth-based glass composition, a metal powder, and a vehicle. If it does in this way, since an electrode pattern can be formed with a printing method, the production efficiency of a silicon solar cell can be improved. Here, “vehicle” generally refers to a resin dissolved in an organic solvent. However, in the present invention, the resin does not contain a high-viscosity organic solvent (for example, isotridecyl alcohol or the like). The aspect comprised only with a higher alcohol) is included.

第七に、本発明の電極形成材料は、ガラス粉末の平均粒子径D50が5.0μm未満であることが好ましい。このようにすれば、ガラス粉末の反応性が高まり、ファイアスルー性が向上すると共に、ガラス粉末の軟化点が低下して、低温で電極形成材料を焼結可能になり、更には電極パターンを高精細化することができる。なお、電極パターンを高精細化すれば、太陽光の入射量等が増加して、シリコン太陽電池の光電変換効率が向上する。ここで、「平均粒子径D50」は、レーザー回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して50%である粒子径を表す。 Seventh, the electrode forming material of the present invention preferably has an average particle diameter D 50 of the glass powder is less than 5.0 .mu.m. In this way, the reactivity of the glass powder is increased, the fire-through property is improved, the softening point of the glass powder is lowered, the electrode forming material can be sintered at a low temperature, and the electrode pattern is increased. It can be refined. If the electrode pattern is made highly precise, the amount of incident sunlight and the like increase, and the photoelectric conversion efficiency of the silicon solar cell is improved. Here, the “average particle diameter D 50 ” represents a particle diameter in which the accumulated amount is 50% cumulative from the smaller particle in the volume-based cumulative particle size distribution curve measured by the laser diffraction method.

第八に、本発明の電極形成材料は、ガラス粉末の軟化点が650℃以下であることが好ましい。なお、軟化点は、マクロ型示差熱分析(DTA)装置で測定可能である。マクロ型DTAで軟化点を測定する場合、室温から測定を開始し、昇温速度を10℃/分とすればよい。なお、マクロ型DTAにおいて、軟化点は、図1に示す第四屈曲点(Ts)に相当する。   Eighth, the electrode forming material of the present invention preferably has a softening point of glass powder of 650 ° C. or lower. The softening point can be measured with a macro type differential thermal analysis (DTA) apparatus. When measuring the softening point with a macro-type DTA, the measurement may be started from room temperature and the rate of temperature increase may be 10 ° C./min. In the macro DTA, the softening point corresponds to the fourth bending point (Ts) shown in FIG.

第九に、本発明の電極形成材料は、ガラス粉末の含有量が0.2〜10質量%であることが好ましい。このようにすれば、電極形成材料の焼結性を維持した上で、電極の導電性を高めることができる。   Ninth, the electrode forming material of the present invention preferably has a glass powder content of 0.2 to 10% by mass. In this way, the conductivity of the electrode can be increased while maintaining the sinterability of the electrode forming material.

第十に、本発明の電極形成材料は、金属粉末がAg又はその合金であることが好ましい。本発明に係るガラス粉末は、ガラス組成が所定範囲に規制されているため、Ag又はその合金粉末との適合性が良好であり、更にAg又はその合金粉末と混合して、焼成しても、ガラス中に発泡が生じ難い性質を有している。   Tenth, in the electrode forming material of the present invention, the metal powder is preferably Ag or an alloy thereof. The glass powder according to the present invention has a good compatibility with Ag or its alloy powder because the glass composition is regulated within a predetermined range, and further mixed with Ag or its alloy powder and fired, It has the property that foaming hardly occurs in glass.

第十一に、本発明の電極形成材料は、金属粉末がAl又はその合金であることが好ましい。本発明に係るガラス粉末は、ガラス組成が所定範囲に規制されているため、Al又はその合金粉末との適合性が良好であり、更にAl又はその合金粉末と混合して、焼成しても、ガラス中に発泡が生じ難い性質を有している。   Eleventh, in the electrode forming material of the present invention, the metal powder is preferably Al or an alloy thereof. Since the glass composition according to the present invention has a glass composition regulated within a predetermined range, the compatibility with Al or its alloy powder is good, and even when mixed with Al or its alloy powder and fired, It has the property that foaming hardly occurs in glass.

第十二に、本発明の電極形成材料は、金属粉末がCu又はその合金であることが好ましい。本発明に係るガラス粉末は、ガラス組成が所定範囲に規制されているため、Cu又はその合金粉末との適合性が良好であり、更にCu又はその合金粉末と混合して、焼成しても、ガラス中に発泡が生じ難い性質を有している。   12thly, as for the electrode forming material of this invention, it is preferable that metal powder is Cu or its alloy. Since the glass composition according to the present invention has a glass composition regulated within a predetermined range, the compatibility with Cu or its alloy powder is good, and even when mixed with Cu or its alloy powder and fired, It has the property that foaming hardly occurs in glass.

マクロ型DTAで測定した際の軟化点Tsを示す模式図である。なお、図中のTgは、ガラス転移点を示している。It is a schematic diagram which shows the softening point Ts at the time of measuring with macro type | mold DTA. In addition, Tg in a figure has shown the glass transition point.

本発明のビスマス系ガラス組成物において、上記のように各成分の含有範囲を限定した理由を以下に説明する。なお、ガラス組成に関する説明において、%表示は質量%を指す。   In the bismuth-based glass composition of the present invention, the reason for limiting the content range of each component as described above will be described below. In addition, in description regarding a glass composition,% display points out the mass%.

Biは、ファイアスルー性や耐水性を高める成分であると共に、軟化点を低下させる成分であり、その含有量は60〜93%、好ましくは76〜92%、より好ましくは78〜91%、更に好ましくは80〜90%である。Biの含有量が60%より少ないと、ファイアスルー性や耐水性が低下することに加えて、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなる。一方、Biの含有量が93%より多いと、焼成時にガラスが失透し易くなる。 Bi 2 O 3 is a component that enhances fire-through properties and water resistance, and is a component that lowers the softening point, and its content is 60 to 93%, preferably 76 to 92%, more preferably 78 to 91. %, More preferably 80 to 90%. When the content of Bi 2 O 3 is less than 60%, in addition to the fire-through property and water resistance being lowered, the softening point becomes too high and it becomes difficult to sinter the electrode forming material at a low temperature. On the other hand, if the content of Bi 2 O 3 is more than 93%, the glass tends to devitrify during firing.

は、ガラス形成成分であるが、ファイアスルーの際にシリコン太陽電池の光電変換効率を低下させる成分であり、その含有量は7%以下であり、好ましくは5.4%以下、3%以下、2.0%未満、1.9%未満、1.8%以下、1%以下、1.0%未満、0.5%以下、特に0.3%以下であり、実質的に含有しないことが望ましい。ここで、「実質的にBを含有しない」とは、ガラス組成中のBの含有量が0.10%未満の場合を指す。Bの含有量が多過ぎると、ファイアスルーの際に受光面側の半導体層にホウ素がドープされることにより、ホウ素含有異種層が形成されて、半導体基板の半導体層の機能が低下し易くなり、結果として、シリコン太陽電池の光電変換効率が低下し易くなる。また、Bの含有量が多過ぎると、ガラスの粘性が高くなる傾向があり、低温で電極形成材料を焼結し難くなることに加えて、耐水性が低下し易くなって、シリコン太陽電池の長期信頼性が低下し易くなる。なお、熱的安定性向上の観点から、Bを0.1%以上添加した方が良い場合もある。 B 2 O 3 is a glass-forming component, but is a component that lowers the photoelectric conversion efficiency of the silicon solar cell during fire-through, and its content is 7% or less, preferably 5.4% or less, 3% or less, less than 2.0%, less than 1.9%, 1.8% or less, 1% or less, less than 1.0%, 0.5% or less, particularly 0.3% or less, It is desirable not to contain. Here, “substantially does not contain B 2 O 3 ” refers to the case where the content of B 2 O 3 in the glass composition is less than 0.10%. When the content of B 2 O 3 is too large, boron is doped into the semiconductor layer on the light-receiving surface side at the time of fire-through, so that a boron-containing heterogeneous layer is formed and the function of the semiconductor layer of the semiconductor substrate is lowered. As a result, the photoelectric conversion efficiency of the silicon solar cell tends to decrease. Further, when the content of B 2 O 3 is too large, there is a tendency that the viscosity of the glass is high, in addition to being difficult to sinter the electrode forming material at a low temperature, water resistance becomes liable to lower, silicon Long-term reliability of the solar cell is likely to decrease. In view of thermal stability improvement, it may a B 2 O 3 is better with the addition of 0.1% or more.

SiO+Alは、熱的安定性を高める成分である。SiO+Alの含有量は1〜30%であり、好ましくは3〜25%、5〜20%、特に7〜15%である。SiO+Alの含有量が少な過ぎると、上記効果を享受し難くなる。一方、SiO+Alの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなる。なお、ファイアスルー性を高めるためには、ガラス組成中にBiを多量に添加する必要があるが、Biの含有量を増加させると、ガラス骨格の欠乏により、焼成時にガラスが失透し易くなる。特に、Biの含有量が70%以上になると、その傾向が顕著になる。そこで、ガラス組成中にSiO+Al、Ndを添加すれば、ガラスネットワークが安定化するため、熱的安定性を高めることができる。 SiO 2 + Al 2 O 3 is a component that enhances thermal stability. The content of SiO 2 + Al 2 O 3 is 1 to 30%, preferably 3 to 25%, 5 to 20%, particularly 7 to 15%. When the content of SiO 2 + Al 2 O 3 is too small, it becomes difficult to enjoy the above-mentioned effects. On the other hand, if the content of SiO 2 + Al 2 O 3 is too large, the softening point becomes too high and it becomes difficult to sinter the electrode forming material at a low temperature. In order to enhance the fire-through property, it is necessary to add a large amount of Bi 2 O 3 in the glass composition. However, if the content of Bi 2 O 3 is increased, the glass skeleton is deficient due to the lack of the glass skeleton. Becomes easy to devitrify. In particular, when the content of Bi 2 O 3 is 70% or more, the tendency becomes remarkable. Therefore, if SiO 2 + Al 2 O 3 or Nd 2 O 3 is added to the glass composition, the glass network is stabilized, so that the thermal stability can be enhanced.

SiOは、ガラス骨格成分であり、また熱的安定性を高める成分である。SiOの含有量は、好ましくは1〜20%、2〜18%、3〜15%、特に4〜12%である。SiOの含有量が少な過ぎると、上記効果を享受し難くなる。一方、SiOの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなる。 SiO 2 is a glass skeleton component and a component that enhances thermal stability. The content of SiO 2 is preferably 1 to 20%, 2 to 18%, 3 to 15%, in particular 4 to 12%. When the content of SiO 2 is too small, it becomes difficult to enjoy the above-mentioned effects. On the other hand, when the content of SiO 2 is too large, the softening point becomes too high, and it becomes difficult to sinter the electrode forming material at a low temperature.

Alは、ガラスネットワークを安定化する成分であり、また熱的安定性を高める成分である。Alの含有量は、好ましくは0〜15%、1〜10%未満、1.5〜9%、特に2〜6%である。Alの含有量が少な過ぎると、上記効果を享受し難くなる。一方、Alの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなる。 Al 2 O 3 is a component that stabilizes the glass network and is a component that enhances thermal stability. The content of Al 2 O 3 is preferably 0-15%, less than 1-10%, 1.5-9%, in particular 2-6%. When the content of Al 2 O 3 is too small, it becomes difficult to enjoy the above-mentioned effects. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 is too large, too high softening point, difficult to sinter the electrode forming material at a low temperature.

Ndは、熱的安定性を顕著に高める成分であり、特に、低BのBi−SiO系ガラスに対して、熱的安定性を顕著に高める成分である。Ndの含有量は0.01〜15%、0.1〜10%、0.5〜8%、特に1〜5%が好ましい。Ndの含有量が少な過ぎると、上記効果を享受し難くなる。一方、Ndの含有量が多過ぎると、バッチコストが高騰する。 Nd 2 O 3 is a component that remarkably increases the thermal stability, and in particular, a component that remarkably increases the thermal stability with respect to Bi 2 O 3 —SiO 2 glass of low B 2 O 3. . The content of Nd 2 O 3 is preferably 0.01 to 15%, 0.1 to 10%, 0.5 to 8%, and particularly preferably 1 to 5%. When the content of Nd 2 O 3 is too small, it becomes difficult to enjoy the above-mentioned effects. On the other hand, if the content of Nd 2 O 3 is too large, batch cost soars.

質量比B/Ndは、35以下、25以下、20以下、15以下、8以下、5以下、3以下、2以下、1以下、0.1以下、特に0.10未満が好ましい。このようにすれば、半導体層の機能維持と熱的安定性を高いレベルで両立することが可能になる。 The mass ratio B 2 O 3 / Nd 2 O 3 is 35 or less, 25 or less, 20 or less, 15 or less, 8 or less, 5 or less, 3 or less, 2 or less, 1 or less, 0.1 or less, particularly less than 0.10. Is preferred. In this way, it becomes possible to achieve both the function maintenance and the thermal stability of the semiconductor layer at a high level.

質量比B/SiOは、1.0未満、0.8以下、0.6以下、0.5以下、0.4以下、0.3以下、0.2以下、0.1以下、特に0.10未満が好ましい。このようにすれば、半導体層の機能維持と耐水性を高いレベルで両立することが可能になる。 The mass ratio B 2 O 3 / SiO 2 is less than 1.0, 0.8 or less, 0.6 or less, 0.5 or less, 0.4 or less, 0.3 or less, 0.2 or less, 0.1 or less. In particular, it is preferably less than 0.10. In this way, it is possible to achieve both the function maintenance and water resistance of the semiconductor layer at a high level.

上記成分以外にも、例えば、以下の成分を添加してもよい。なお、上記成分以外の成分は、種々の特性のバランスの関係上、合量で20%以下、15%以下、特に10%以下が好ましい。   In addition to the above components, for example, the following components may be added. In addition, the components other than the above components are preferably 20% or less, 15% or less, particularly 10% or less in terms of the total amount in view of the balance of various characteristics.

MgOは、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は0〜5%、特に0〜2%が好ましい。MgOの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなる。   MgO is a component that enhances thermal stability, and its content is preferably 0 to 5%, particularly preferably 0 to 2%. When there is too much content of MgO, a softening point will become high too much and it will become difficult to sinter an electrode forming material at low temperature.

CaOは、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は0〜5%、特に0〜2%が好ましい。CaOの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなる。   CaO is a component that enhances thermal stability, and its content is preferably 0 to 5%, particularly preferably 0 to 2%. When there is too much content of CaO, a softening point will become high too much and it will become difficult to sinter an electrode forming material at low temperature.

SrOは、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は0〜8%、0〜6%、特に0〜4%が好ましい。SrOの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなる。   SrO is a component that enhances thermal stability, and its content is preferably 0 to 8%, 0 to 6%, particularly preferably 0 to 4%. When there is too much content of SrO, a softening point will become high too much and it will become difficult to sinter an electrode forming material at low temperature.

BaOは、アルカリ土類金属酸化物の中で熱的安定性を高める効果が最も大きく、更には軟化点を上昇させ難い効果を有する。BaOの含有量は0〜15%、0〜12%、0〜9%、特に0〜4%が好ましい。BaOの含有量が多過ぎると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆に熱的安定性が低下し易くなる。   BaO has the greatest effect of increasing thermal stability among alkaline earth metal oxides, and further has the effect of hardly raising the softening point. The content of BaO is preferably 0 to 15%, 0 to 12%, 0 to 9%, particularly preferably 0 to 4%. When there is too much content of BaO, the component balance of a glass composition will be impaired and conversely thermal stability will fall easily.

ZnOは、熱的安定性を高める成分であると共に、熱膨張係数を低下させずに、軟化点を低下させる成分であり、その含有量は0〜15%、0〜9%、0〜6%、特に0〜4%が好ましい。ZnOの含有量が多過ぎると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆に熱的安定性が低下し易くなる。   ZnO is a component that enhances thermal stability and is a component that lowers the softening point without lowering the thermal expansion coefficient, and its content is 0 to 15%, 0 to 9%, and 0 to 6%. In particular, 0 to 4% is preferable. When there is too much content of ZnO, the component balance of a glass composition will be impaired and conversely thermal stability will fall easily.

CuOは、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は0〜8%、0〜6%、特に0〜4%が好ましい。CuOの含有量が多過ぎると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆に結晶の析出速度が速くなり、すなわち熱的安定性が低下する傾向がある。   CuO is a component that enhances thermal stability, and its content is preferably 0 to 8%, 0 to 6%, particularly preferably 0 to 4%. When there is too much content of CuO, the component balance of a glass composition will be impaired, conversely, the precipitation rate of a crystal | crystallization will become high, ie, there exists a tendency for thermal stability to fall.

Feは、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は0〜4%、特に0〜1%が好ましい。Feの含有量が多過ぎると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆に結晶の析出速度が速くなり、すなわち熱的安定性が低下する傾向がある。 Fe 2 O 3 is a component that enhances thermal stability, and its content is preferably 0 to 4%, particularly preferably 0 to 1%. When the content of Fe 2 O 3 is too large, is impaired balance of components glass composition, the deposition rate of the reverse in the crystal increases, i.e. thermal stability tends to decrease.

CeOは、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は0〜5%、特に0〜2%が好ましい。CeOの含有量が多過ぎると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆に結晶の析出速度が速くなり、すなわち熱的安定性が低下する傾向がある。 CeO 2 is a component that enhances thermal stability, and its content is preferably 0 to 5%, particularly preferably 0 to 2%. When the content of CeO 2 is too large, the component balance of the glass composition is impaired, and conversely, the deposition rate of crystals increases, that is, the thermal stability tends to decrease.

Sbは、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は0〜5%、0〜3%、特に0〜2%が好ましい。Sbの含有量が多過ぎると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆に結晶の析出速度が速くなり、すなわち熱的安定性が低下する傾向がある。 Sb 2 O 3 is a component that enhances thermal stability, and its content is preferably 0 to 5%, 0 to 3%, particularly preferably 0 to 2%. When the content of Sb 2 O 3 is too large, is impaired balance of components glass composition, the deposition rate of the reverse in the crystal increases, i.e. thermal stability tends to decrease.

LiO、NaO、KO及びCsOは、軟化点を低下させる成分であるが、溶融時にガラスの失透を促進する作用を有するため、これらの成分の含有量は、各々2%以下、特に1.0%未満が好ましい。 Li 2 O, Na 2 O, K 2 O and Cs 2 O are components that lower the softening point, but since they have an action of promoting devitrification of the glass at the time of melting, the content of these components is It is preferably 2% or less, particularly less than 1.0%.

WOは、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は0〜5%、特に0〜2%が好ましい。WOの含有量が多過ぎると、バッチコストが高騰する。 WO 3 is a component that enhances thermal stability, and its content is preferably 0 to 5%, particularly preferably 0 to 2%. When the content of WO 3 is too large, batch cost soars.

In+Ga(InとGaの合量)は、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は0〜5%、0〜3%、特に0〜1%が好ましい。In+Gaの含有量が多過ぎると、バッチコストが高騰する。なお、In、Gaの含有量は各々0〜2%、特に0〜1.0%未満が好ましい。 In 2 O 3 + Ga 2 O 3 (total amount of In 2 O 3 and Ga 2 O 3 ) is a component that enhances thermal stability, and its content is 0 to 5%, 0 to 3%, particularly 0. ~ 1% is preferred. When the content of In 2 O 3 + Ga 2 O 3 is too large, batch cost soars. In addition, the content of In 2 O 3 and Ga 2 O 3 is preferably 0 to 2%, particularly preferably 0 to less than 1.0%.

は、溶融時にガラスの失透を抑制する成分であるが、その含有量が多いと、溶融時にガラスが分相し易くなる。このため、Pの含有量は1%以下が好ましい。 P 2 O 5 is a component that suppresses the devitrification of the glass at the time of melting, but if the content is large, the glass is likely to phase-separate at the time of melting. For this reason, the content of P 2 O 5 is preferably 1% or less.

MoO+La+Y(MoO、La及びYの合量)は、溶融時に分相を抑制する効果があるが、これらの成分の含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなる。よって、MoO+La+Yの含有量は3%以下が好ましい。なお、MoO、La、Yの含有量は各々0〜2%、特に0〜1.0%未満が好ましい。 MoO 3 + La 2 O 3 + Y 2 O 3 (total amount of MoO 3 , La 2 O 3 and Y 2 O 3 ) has an effect of suppressing phase separation at the time of melting, but the content of these components is too large Then, the softening point becomes too high, and it becomes difficult to sinter the electrode forming material at a low temperature. Therefore, the content of MoO 3 + La 2 O 3 + Y 2 O 3 is preferably 3% or less. The contents of MoO 3 , La 2 O 3 , and Y 2 O 3 are each 0 to 2%, particularly preferably 0 to less than 1.0%.

本発明のビスマス系ガラス組成物は、PbOの含有を完全に排除するものではないが、環境的観点から実質的にPbOを含有しないことが好ましい。また、PbOは、耐水性を低下させる成分であるため、シリコン太陽電池に用いる場合には、実質的にPbOを含有しないことが好ましい。   The bismuth-based glass composition of the present invention does not completely exclude the inclusion of PbO, but it is preferable that the PbO is not substantially contained from an environmental viewpoint. Moreover, since PbO is a component which reduces water resistance, when using for a silicon solar cell, it is preferable not to contain PbO substantially.

本発明の電極形成材料は、上記のビスマス系ガラス組成物からなるガラス粉末と、金属粉末と、ビークルとを含む。ガラス粉末は、焼成時に、反射防止膜を侵食することにより、電極形成材料をファイアスルーさせる成分であると共に、電極と半導体基板を接着させる成分である。金属粉末は、電極を形成する主要成分であり、導電性を確保するための成分である。ビークルは、ペースト化するための成分であり、印刷に適した粘度を付与するための成分である。   The electrode forming material of the present invention includes a glass powder made of the above bismuth-based glass composition, a metal powder, and a vehicle. Glass powder is a component that causes the electrode-forming material to fire through by corroding the antireflection film during firing, and is a component that adheres the electrode and the semiconductor substrate. The metal powder is a main component for forming the electrode and a component for ensuring conductivity. The vehicle is a component for making a paste, and a component for imparting a viscosity suitable for printing.

本発明の電極形成材料において、ガラス粉末の平均粒子径D50は5.0μm未満、4μm以下、3μm以下、2μm以下、特に1.5μm以下が好ましい。ガラス粉末の平均粒子径D50が5.0μm以上であると、ガラス粉末の表面積が小さくなることに起因して、ガラス粉末の反応性が低下し、ファイアスルー性が低下し易くなる。また、ガラス粉末の平均粒子径D50が5.0μm以上であると、ガラス粉末の軟化点が上昇して、電極の形成に必要な温度域が上昇する。さらに、ガラス粉末の平均粒子径D50が5.0μm以上であると、微細な電極パターンを形成し難くなり、シリコン太陽電池の光電変換効率が低下し易くなる。一方、ガラス粉末の平均粒子径D50の下限は特に限定されないが、ガラス粉末の平均粒子径D50が小さ過ぎると、ガラス粉末のハンドリング性が低下して、ガラス粉末の材料収率が低下することに加えて、ガラス粉末が凝集し易くなり、シリコン太陽電池の特性が変動し易くなる。このような状況を考慮すれば、ガラス粉末の平均粒子径D50は0.5μm以上が好ましい。なお、(1)ガラスフィルムをボールミルで粉砕した後、得られたガラス粉末を空気分級、或いは(2)ガラスフィルムをボールミル等で粗粉砕した後、ビーズミル等で湿式粉砕すれば、上記平均粒子径D50を有するガラス粉末を得ることができる。 In the electrode forming material of the present invention, the average particle diameter D 50 of the glass powder less than 5.0 .mu.m, 4 [mu] m or less, 3 [mu] m or less, 2 [mu] m or less, especially 1.5μm or less preferred. When the average particle diameter D 50 of the glass powder is more than 5.0 .mu.m, due to the surface area of the glass powder is reduced, it reduces the reactivity of the glass powder, fire through resistance is liable to lower. The average particle diameter D 50 of the glass powder If it is more than 5.0 .mu.m, increased the softening point of the glass powder, the temperature range required for the formation of the electrode is increased. Further, the average particle diameter D 50 of the glass powder If it is more than 5.0 .mu.m, it becomes difficult to form a fine electrode pattern, the photoelectric conversion efficiency of the silicon solar cells tends to decrease. On the other hand, the lower limit of the average particle diameter D 50 of the glass powder is not particularly limited, the average particle diameter D 50 of the glass powder is too small, the handling of the glass powder is lowered to decrease the material yield of the glass powder In addition, the glass powder tends to aggregate and the characteristics of the silicon solar cell are likely to fluctuate. In view of such situation, the average particle diameter D 50 of the glass powder is preferably at least 0.5 [mu] m. (1) After the glass film is pulverized with a ball mill, the obtained glass powder is classified by air, or (2) The glass film is coarsely pulverized with a ball mill or the like and then wet pulverized with a bead mill or the like. it is possible to obtain a glass powder having a D 50.

本発明の電極形成材料において、ガラス粉末の最大粒子径Dmaxは25μm以下、20μm以下、15μm以下、特に10μm以下が好ましい。ガラス粉末の最大粒子径Dmaxが25μmより大きいと、微細な電極パターンを形成し難くなり、シリコン太陽電池の光電変換効率が低下し易くなる。ここで、「最大粒子径Dmax」は、レーザー回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して99%である粒子径を表す。 In the electrode forming material of the present invention, the maximum particle diameter Dmax of the glass powder is preferably 25 μm or less, 20 μm or less, 15 μm or less, and particularly preferably 10 μm or less. When the maximum particle diameter Dmax of the glass powder is larger than 25 μm, it becomes difficult to form a fine electrode pattern, and the photoelectric conversion efficiency of the silicon solar cell is likely to be lowered. Here, the “maximum particle diameter D max ” represents a particle diameter in which the accumulated amount is 99% cumulative from the smaller particle in the volume-based cumulative particle size distribution curve measured by the laser diffraction method.

本発明の電極形成材料において、ガラス粉末の軟化点は650℃以下、600℃以下、550℃以下、特に430〜500℃が好ましい。ガラス粉末の軟化点が650℃より高いと、電極の形成に必要な温度域が上昇する。なお、ガラス粉末の軟化点が430℃より低いと、反射防止膜の侵食が進行し過ぎて、空乏層が損傷され易くなり、結果として、シリコン太陽電池の電池特性が低下するおそれがある。   In the electrode forming material of the present invention, the softening point of the glass powder is preferably 650 ° C. or less, 600 ° C. or less, 550 ° C. or less, and particularly preferably 430 to 500 ° C. When the softening point of the glass powder is higher than 650 ° C., the temperature range necessary for forming the electrode increases. In addition, when the softening point of glass powder is lower than 430 degreeC, erosion of an antireflection film will advance too much and a depletion layer will become easy to be damaged, As a result, there exists a possibility that the battery characteristic of a silicon solar cell may fall.

本発明の電極形成材料において、ガラス粉末の含有量は0.2〜10質量%、1〜6質量%、特に1.5〜4質量%が好ましい。ガラス粉末の含有量が0.2質量%より少ないと、電極形成材料の焼結性が低下し易くなる。一方、ガラス粉末の含有量が10質量%より多いと、形成される電極の導電性が低下し易くなるため、発生した電気を取り出し難くなる。また、ガラス粉末の含有量と金属粉末の含有比は、上記と同様の理由により、質量比で0.3:99.7〜13:87、1.5:98.5〜7.5:92.5、特に2:98〜5:95が好ましい。   In the electrode forming material of the present invention, the glass powder content is preferably 0.2 to 10% by mass, 1 to 6% by mass, and particularly preferably 1.5 to 4% by mass. When the content of the glass powder is less than 0.2% by mass, the sinterability of the electrode forming material tends to be lowered. On the other hand, when the content of the glass powder is more than 10% by mass, the conductivity of the formed electrode is likely to be lowered, and thus it is difficult to take out the generated electricity. Moreover, the content ratio of the glass powder and the metal powder is 0.3: 99.7 to 13:87 and 1.5: 98.5 to 7.5: 92 in mass ratios for the same reason as described above. .5, particularly 2:98 to 5:95 is preferred.

本発明の電極形成材料において、金属粉末の含有量は50〜94.8質量%、65〜94質量%、特に70〜92質量%が好ましい。金属粉末の含有量が50質量%より少ないと、形成される電極の導電性が低下して、シリコン太陽電池の光電変換効率が低下し易くなる。一方、金属粉末の含有量が94.8質量%より多いと、ガラス粉末の含有量が相対的に低下するため、電極形成材料の焼結性が低下し易くなる。   In the electrode forming material of the present invention, the content of the metal powder is preferably 50 to 94.8% by mass, 65 to 94% by mass, particularly preferably 70 to 92% by mass. When content of metal powder is less than 50 mass%, the electroconductivity of the electrode formed will fall and the photoelectric conversion efficiency of a silicon solar cell will fall easily. On the other hand, when the content of the metal powder is more than 94.8% by mass, the content of the glass powder is relatively lowered, so that the sinterability of the electrode forming material is easily lowered.

本発明の電極形成材料において、金属粉末はAg、Al、Au、Cu、Pd、Pt及びこれらの合金の一種又は二種以上が好ましく、特にAg及びその合金、Al及びその合金、或いはCu及びその合金が好ましい。本発明に係るガラス粉末は、ガラス組成が上記範囲に規制されているため、これらの金属粉末との適合性が良好であり、更にこれらの金属粉末と混合して、焼成しても、ガラス中に発泡が生じ難い性質を有している。また、金属粉末の平均粒子径D50は2μm以下、特に1μm以下が好ましい。このようにすれば、微細な電極パターンを形成し易くなる。 In the electrode forming material of the present invention, the metal powder is preferably one or more of Ag, Al, Au, Cu, Pd, Pt and alloys thereof, particularly Ag and alloys thereof, Al and alloys thereof, or Cu and alloys thereof. Alloys are preferred. Since the glass composition according to the present invention has a glass composition regulated within the above range, the compatibility with these metal powders is good, and even when mixed with these metal powders and fired, It has the property that foaming hardly occurs. The average particle diameter D 50 of the metal powder is 2μm or less, especially 1μm or less. If it does in this way, it will become easy to form a fine electrode pattern.

本発明の電極形成材料において、ビークルの含有量は5〜40質量%、特に10〜25質量%が好ましい。ビークルの含有量が5質量%より少ないと、ペースト化が困難になり、印刷法で電極を形成し難くなる。一方、ビークルの含有量が40質量%より多いと、焼成前後で膜厚や膜幅が変動し易くなり、結果として、所望の電極パターンを形成し難くなる。   In the electrode forming material of the present invention, the content of the vehicle is preferably 5 to 40% by mass, particularly preferably 10 to 25% by mass. When the content of the vehicle is less than 5% by mass, it becomes difficult to form a paste, and it is difficult to form an electrode by a printing method. On the other hand, when the content of the vehicle is more than 40% by mass, the film thickness and film width are likely to fluctuate before and after firing, and as a result, it becomes difficult to form a desired electrode pattern.

上記の通り、ビークルは、一般的に、有機溶媒中に樹脂を溶解させたものを指す。樹脂としては、アクリル酸エステル(アクリル樹脂)、エチルセルロース、ポリエチレングリコール誘導体、ニトロセルロース、ポリメチルスチレン、ポリエチレンカーボネート、メタクリル酸エステル等が使用可能である。特に、アクリル酸エステル、ニトロセルロース、エチルセルロースは、熱分解性が良好であるため、好ましい。有機溶媒としては、N、N’−ジメチルホルムアミド(DMF)、α−ターピネオール、高級アルコール、γ−ブチルラクトン(γ−BL)、テトラリン、ブチルカルビトールアセテート、酢酸エチル、酢酸イソアミル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ベンジルアルコール、トルエン、3−メトキシ−3−メチルブタノール、水、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N−メチル−2−ピロリドン等が使用可能である。特に、α−ターピネオールは、高粘性であり、樹脂等の溶解性も良好であるため、好ましい。   As described above, the vehicle generally refers to a resin in which a resin is dissolved in an organic solvent. As the resin, acrylic acid ester (acrylic resin), ethyl cellulose, polyethylene glycol derivative, nitrocellulose, polymethylstyrene, polyethylene carbonate, methacrylic acid ester and the like can be used. In particular, acrylic acid ester, nitrocellulose, and ethylcellulose are preferable because of their good thermal decomposability. As organic solvents, N, N′-dimethylformamide (DMF), α-terpineol, higher alcohol, γ-butyllactone (γ-BL), tetralin, butyl carbitol acetate, ethyl acetate, isoamyl acetate, diethylene glycol monoethyl ether , Diethylene glycol monoethyl ether acetate, benzyl alcohol, toluene, 3-methoxy-3-methylbutanol, water, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, tripropylene glycol monomethyl Ether, tripropylene glycol monobutyl ether, propylene carbonate, dimethyl sulfoxide (DMSO) N- methyl-2-pyrrolidone and the like can be used. In particular, α-terpineol is preferable because it is highly viscous and has good solubility in resins and the like.

本発明の電極形成材料は、上記成分以外にも、熱膨張係数を調整するためにコーディエライト等のセラミックフィラー粉末、電極の抵抗を調整するためにNiO等の酸化物粉末、ペースト特性を調整するために界面活性剤や増粘剤、外観品位を調整するために顔料等を含有してもよい。   In addition to the above components, the electrode forming material of the present invention adjusts ceramic filler powder such as cordierite to adjust the thermal expansion coefficient, oxide powder such as NiO to adjust the electrode resistance, and paste characteristics. Therefore, a surfactant, a thickener, and a pigment may be contained to adjust the appearance quality.

本発明の電極形成材料は、ファイアスルー性に優れており、しかもガラス粉末の失透による不具合を防止することができる。結果として、シリコン太陽電池の受光面電極を効率良く形成することができる。また、本発明の電極形成材料を用いると、ファイアスルーの際に受光面側の半導体層へのホウ素のドープを抑制することができる。これにより、ホウ素含有異種層が形成されて、半導体基板の半導体層の機能が低下する事態を防止することができる。結果として、シリコン太陽電池の光電変換効率が低下し難くなる。   The electrode forming material of the present invention is excellent in fire-through property and can prevent problems due to devitrification of the glass powder. As a result, the light receiving surface electrode of the silicon solar cell can be efficiently formed. Further, when the electrode forming material of the present invention is used, boron doping to the semiconductor layer on the light receiving surface side can be suppressed during fire-through. Thereby, it is possible to prevent a situation in which the boron-containing heterogeneous layer is formed and the function of the semiconductor layer of the semiconductor substrate is deteriorated. As a result, the photoelectric conversion efficiency of the silicon solar cell is difficult to decrease.

本発明の電極形成材料は、シリコン太陽電池の裏面電極の形成にも好適である。裏面Al電極を形成するための電極形成材料は、通常、Al粉末と、ガラス粉末と、ビークル等とを含有している。また、裏面Ag電極を形成するために、Ag粉末と、ガラス粉末と、ビークル等とを含有する電極形成材料が用いられる場合もある。そして、これらの裏面電極は、通常、上記の印刷法で形成される。本発明の電極形成材料は、上記の通り、熱的安定性が高いため、Al−Si合金層やAlドープ層を適正に形成することができる。   The electrode forming material of the present invention is also suitable for forming a back electrode of a silicon solar cell. The electrode forming material for forming the back Al electrode usually contains Al powder, glass powder, vehicle and the like. Moreover, in order to form a back surface Ag electrode, the electrode forming material containing Ag powder, glass powder, a vehicle, etc. may be used. And these back surface electrodes are normally formed by said printing method. Since the electrode forming material of the present invention has high thermal stability as described above, an Al—Si alloy layer or an Al-doped layer can be appropriately formed.

以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例は、単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。   Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated in detail. The following examples are merely illustrative. The present invention is not limited to the following examples.

表1は、本発明の実施例(試料No.1〜8)及び比較例(試料No.9)を示している。   Table 1 shows Examples (Sample Nos. 1 to 8) and Comparative Examples (Sample No. 9) of the present invention.

次のようにして、各試料を調製した。最初に、表中に示したガラス組成となるように各種酸化物、炭酸塩等のガラス原料を調合し、ガラスバッチを準備した後、このガラスバッチを白金坩堝に入れて、900〜1200℃で1〜2時間溶融した。次に、溶融ガラスを水冷ローラーでフィルム状に成形し、得られたガラスフィルムをボールミルで粉砕した後、目開き200メッシュの篩を通過させた上で、空気分級し、表中に記載の平均粒子径D50を有するガラス粉末を得た。 Each sample was prepared as follows. First, after preparing glass batches such as various oxides and carbonates so as to have the glass composition shown in the table and preparing a glass batch, the glass batch was put in a platinum crucible at 900 to 1200 ° C. Melted for 1-2 hours. Next, the molten glass was formed into a film shape with a water-cooled roller, and the obtained glass film was pulverized with a ball mill, then passed through a sieve having a mesh size of 200 mesh, air-classified, and the average shown in the table to obtain a glass powder with a particle size D 50.

次のように、熱的安定性を評価した。成形後のガラスフィルムを光学顕微鏡(100倍)で観察し、結晶物がガラス表面に面積で10%以上存在するものを「×」、10%未満であるものと「○」とした。   The thermal stability was evaluated as follows. The glass film after molding was observed with an optical microscope (100 times), and “×” and “◯” were those where the crystal was present on the glass surface in an area of 10% or more and less than 10%.

各ガラス粉末につき、軟化点を測定した。軟化点は、マクロ型DTA装置で測定した値である。なお、測定温度域を室温〜600℃とし、昇温速度を10℃/分とした。   The softening point was measured for each glass powder. The softening point is a value measured with a macro DTA apparatus. The measurement temperature range was from room temperature to 600 ° C., and the heating rate was 10 ° C./min.

続いて、各ガラス粉末3質量%と、表中に示す金属粉末(平均粒子径D50=0.5μm)77質量%と、ビークル(α−ターピネオールにアクリル酸エステルを溶解させたもの)20質量%とを三本ローラーで混練し、ペースト状の試料を得た。この試料につき、ファイアスルー性と電池特性を評価した。 Subsequently, 3% by mass of each glass powder, 77% by mass of metal powder (average particle diameter D 50 = 0.5 μm) shown in the table, and 20% of vehicle (a product obtained by dissolving an acrylate ester in α-terpineol) % Was kneaded with three rollers to obtain a paste-like sample. This sample was evaluated for fire-through properties and battery characteristics.

次のようにして、ファイアスルー性を評価した。シリコン半導体基板に形成されたSiN膜(膜厚100nm)上に、長さ200mm、100μm幅になるようにペースト状の試料を線状にスクリーン印刷し、乾燥した後、電気炉で900℃1分間焼成した。次に、得られた焼成基板を塩酸水溶液(10質量%濃度)に浸漬し、12時間超音波にかけて、エッチング処理を行った。続いて、エッチング処理後の焼成基板を光学顕微鏡(100倍)で観察し、ファイアスルー性を評価した。SiN膜を貫通し、焼成基板上に線状の電極パターンが形成されていたものを「○」、焼成基板上に線状の電極パターンが概ね形成されていたが、SiN膜を貫通していない箇所が存在し、電気的接続が一部途切れていたものを「△」、SiN膜を貫通していなかったものを「×」として評価した。   The fire-through property was evaluated as follows. A paste-like sample was linearly screen-printed on a SiN film (film thickness 100 nm) formed on a silicon semiconductor substrate to a length of 200 mm and a width of 100 μm, dried, and then subjected to 900 ° C. for 1 minute in an electric furnace. Baked. Next, the obtained fired substrate was immersed in a hydrochloric acid aqueous solution (10% by mass concentration) and subjected to an etching treatment by applying ultrasonic waves for 12 hours. Then, the fired board | substrate after an etching process was observed with the optical microscope (100 time), and fire through property was evaluated. “○” indicates that the linear electrode pattern was formed on the fired substrate through the SiN film, and the linear electrode pattern was generally formed on the fired substrate, but did not penetrate the SiN film. An evaluation was given as “Δ” when the location was present and the electrical connection was partially broken, and “X” when the location was not penetrating the SiN film.

次のようにして、電池特性を評価した。上記のペースト状の試料を用いて、常法に従い、受光面電極を形成した上で、単結晶シリコン太陽電池を作製した。次に、常法に従い、得られた単結晶シリコン太陽電池の光電変換効率を測定し、光電変換効率が17.8%以上である場合を「○」、15%以上17.8%未満である場合を「△」、15%未満である場合を「×」として、評価した。   The battery characteristics were evaluated as follows. Using the above paste-like sample, a light-receiving surface electrode was formed according to a conventional method, and then a single crystal silicon solar cell was produced. Next, according to a conventional method, the photoelectric conversion efficiency of the obtained single crystal silicon solar cell is measured, and the case where the photoelectric conversion efficiency is 17.8% or more is “◯”, and is 15% or more and less than 17.8%. The case was evaluated as “Δ” and the case of less than 15% as “x”.

表1、2から明らかなように、試料No.1〜8は、熱的安定性、ファイアスルー性及び電池特性の評価が良好であった。一方、試料No.9は、ガラス組成が所定範囲外であり、熱的安定性の評価が不良であった。なお、試料No.11は、熱的安定性の評価が不良であったため、ファイアスルー性と電池特性の評価が行われていない。   As apparent from Tables 1 and 2, Sample No. Nos. 1 to 8 were good in thermal stability, fire-through property and battery characteristics. On the other hand, Sample No. In No. 9, the glass composition was out of the predetermined range, and the thermal stability evaluation was poor. Sample No. No. 11 was not evaluated for fire-through property and battery characteristics because the thermal stability evaluation was poor.

本発明のビスマス系ガラス組成物及びこれを用いた電極形成材料は、シリコン太陽電池の電極、特に反射防止膜を有する結晶シリコン太陽電池の受光面電極の形成に好適に使用可能である。また、本発明のビスマス系ガラス組成物は、熱的安定性が良好であるため、電極形成以外の用途、例えば封着用途、バインダー用途、被覆用途にも好適である。更に、本発明の電極形成材料は、シリコン太陽電池以外の用途、例えばセラミックコンデンサ等のセラミック電子部品、フォトダイオード等の光学部品に応用することもできる。   The bismuth-based glass composition of the present invention and an electrode forming material using the same can be suitably used for forming an electrode of a silicon solar cell, particularly a light-receiving surface electrode of a crystalline silicon solar cell having an antireflection film. Moreover, since the bismuth-type glass composition of this invention has favorable thermal stability, it is suitable also for uses other than electrode formation, for example, a sealing use, a binder use, and a coating use. Furthermore, the electrode forming material of the present invention can be applied to uses other than silicon solar cells, for example, ceramic electronic parts such as ceramic capacitors, and optical parts such as photodiodes.

Claims (12)

ガラス組成として、質量%で、Bi 60〜93%、B 0〜7%、SiO+Al 1〜30%、Nd 0.01〜15%を含有することを特徴とするビスマス系ガラス組成物。 As a glass composition, in mass%, Bi 2 O 3 60~93% , B 2 O 3 0~7%, SiO 2 + Al 2 O 3 1~30%, containing Nd 2 O 3 0.01~15% A bismuth-based glass composition characterized by that. 質量比B/Ndが35以下であることを特徴とする請求項1に記載のビスマス系ガラス組成物。 The bismuth-based glass composition according to claim 1, wherein the mass ratio B 2 O 3 / Nd 2 O 3 is 35 or less. の含有量が1.0質量%未満であることを特徴とする請求項1又は2に記載のビスマス系ガラス組成物。 Bismuth glass composition according to claim 1 or 2 content of B 2 O 3 and less than 1.0 wt%. SiO+Alの含有量が5質量%以上であることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のビスマス系ガラス組成物。 The bismuth-based glass composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of SiO 2 + Al 2 O 3 is 5% by mass or more. 実質的にPbOを含有しないことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載のビスマス系ガラス組成物。   The bismuth-based glass composition according to any one of claims 1 to 4, which does not substantially contain PbO. 請求項1〜5の何れか一項に記載のビスマス系ガラス組成物からなるガラス粉末と、金属粉末と、ビークルとを含むことを特徴とする電極形成材料。   An electrode forming material comprising a glass powder comprising the bismuth-based glass composition according to claim 1, a metal powder, and a vehicle. ガラス粉末の平均粒子径D50が5.0μm未満であることを特徴とする請求項6に記載の電極形成材料。 The electrode forming material according to claim 6, wherein the glass powder has an average particle diameter D 50 of less than 5.0 μm. ガラス粉末の軟化点が650℃以下であることを特徴とする請求項6又は7に記載の電極形成材料。   The electrode forming material according to claim 6 or 7, wherein the softening point of the glass powder is 650 ° C or lower. ガラス粉末の含有量が0.2〜10質量%であることを特徴とする請求項6〜8の何れか一項に記載の電極形成材料。   Content of glass powder is 0.2-10 mass%, The electrode forming material as described in any one of Claims 6-8 characterized by the above-mentioned. 金属粉末がAg又はその合金であることを特徴とする請求項6〜9の何れか一項に記載の電極形成材料。   The electrode forming material according to any one of claims 6 to 9, wherein the metal powder is Ag or an alloy thereof. 金属粉末がAl又はその合金であることを特徴とする請求項6〜9の何れか一項に記載の電極形成材料。   The electrode forming material according to any one of claims 6 to 9, wherein the metal powder is Al or an alloy thereof. 金属粉末がCu又はその合金であることを特徴とする請求項6〜9の何れか一項に記載の電極形成材料。   The electrode forming material according to any one of claims 6 to 9, wherein the metal powder is Cu or an alloy thereof.
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