JP2015115400A - 導電性アルミニウムペースト - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導電性アルミニウムペーストは、パッシベーション膜5の上に太陽電池用裏面電極としてアルミニウム電極層9を形成するために塗工される導電性アルミニウムペーストであって、アルミニウム粉末と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとからなる。ガラス粉末が、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、および、バリウムからなる群より選ばれた一種または二種以上の金属の酸化物を1重量%以上40重量%以下、含有する。
【選択図】図1
Description
図1に示すように、太陽電池素子100は、たとえば、厚みが180〜250μmのp型シリコン半導体基板1を用いて構成される。シリコン半導体基板1の受光面側には、厚みが0.3〜0.6μmのn型不純物層2と、その上に、たとえば、窒化シリコン膜からなる反射防止膜3と、たとえば、銀からなるグリッド電極4とが形成されている。
本発明の導電性アルミニウムペーストは、パッシベーション膜の上に太陽電池用裏面電極を形成するために塗工される導電性アルミニウムペーストであって、アルミニウム粉末と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとからなる。ガラス粉末が、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、および、バリウムからなる群より選ばれた一種または二種以上の金属の酸化物を1重量%以上40重量%以下、含有する。
導電性アルミニウムペーストがアルミニウム粉末を含むことによって、その導電性から電極としての効果を発揮することができる。アルミニウム粉末を構成するアルミニウム粒子の形状は特に限定されないが、その形状が球状であると、アルミニウム電極層9においてアルミニウム粒子の充填性が増し、電極の電気抵抗を低下させるのに有利である。本発明の導電性アルミニウムペースト中のアルミニウム粉末に関して、望ましい粒子径は、平均粒子径で1〜10μmである。平均粒子径が1μm以下では、ペースト中での分散性が悪化し、10μm以上では、反応性が低下する。
ガラス粉末は、アルミニウム粉末とシリコンとの反応やアルミニウム粉末自身の焼結を助ける作用があるとされている。ガラス粉末は、アルカリ金属、アルカリ土類金属のうち、少なくとも1種を含む。具体的には、アルカリ金属に属するリチウム、ナトリウム、カリウム、および、アルカリ土類金属に属するカルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウムのうち、少なくとも1種の酸化物を含む。また、ガラス粉末には、Pb、Bi、V、B、Si、Sn、P、Znからなる群から選択される1種、または2種以上を含有してもよい。さらに、鉛を含むガラス粉末、もしくは、ビスマス系、バナジウム系、錫−燐系、ホウ珪酸亜鉛系、アルカリホウ珪酸系、などの無鉛のガラス粉末を用いることができる。特に人体への影響を鑑みると、無鉛のガラス粉末の利用が望ましい。また、ガラス粉末は、軟化点が750℃以下のものであることが好ましい。軟化点が750℃を超えるガラス粉末を用いると、アルミニウム粉末の焼結促進効果が低下するためである。また、ガラス粉末の平均粒子径としては、1μm以上5μm以下が好ましい。ガラス粉末の平均粒子径が1μm未満であるとペースト分散時にガラス粉末が凝集する恐れがあり、5μmを超えるとアルミニウム電極層9の電極抵抗を低下させる恐れがあるためである。さらに、本発明の導電性アルミニウムペースト中に含まれるガラス粉末の含有量は特に限定されないが、アルミニウム粉末100重量部に対して、0.5重量部以上15重量部以下であることが好ましい。導電性アルミニウムペースト中のガラス粉末の含有量が0.5重量部未満ではアルミニウム電極層9とパッシベーション膜5との密着性が低下し、15重量部を越えるとアルミニウム電極層9の電極としての電気抵抗が増加してしまうためである。
有機ビヒクルとしては、溶剤に、必要に応じて各種添加剤および樹脂を溶解したものが使用される。溶剤としては公知のものが使用可能であり、具体的には、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。各種添加剤としては、たとえば、酸化防止剤、腐食抑制剤、消泡剤、増粘剤(タックファイヤー)、カップリング剤、静電付与剤、重合禁止剤、チキソトロピー剤、沈降防止剤等を使用することができる。具体的には、たとえば、ポリエチレングリコールエステル化合物、ポリエチレングリコールエーテル化合物、ポリオキシエチレンソルビタンエステル化合物、ソルビタンアルキルエステル化合物、脂肪族多価カルボン酸化合物、燐酸エステル化合物、ポリエステル酸のアマイドアミン塩、酸化ポリエチレン系化合物、脂肪酸アマイドワックス等を使用することができる。樹脂としては公知のものが使用可能であり、エチルセルロース、ニトロセルロース、ポリビニールブチラール、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ユリア樹脂、キシレン樹脂、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂、イソシアネート化合物、シアネート化合物などの熱硬化樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルフォン、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ4フッ化エチレン、シリコン樹脂等の二種以上を組み合わせて用いることができる。なお、本発明の導電性アルミニウムペーストに含められる有機ビヒクルには、樹脂を溶解しないものも含まれる。さらに、本発明の導電性アルミニウムペースト中に含まれる有機ビヒクルの含有量は特に限定されないが、アルミニウム粉末100重量部に対して30重量部以上150重量部以下であることが好ましい。有機ビヒクルの含有量が30重量部未満、または150重量部を越えると、ペーストの印刷性が低下するためである。
平均粒径6μm、純度99.7%以上の球状のアルミニウム粉末100重量部に対して、以下の表1に示す含有量でB2O3、SiO2、ZnOを含み、さらに、BaO、K2O、Na2O、および、MgOの合計を12重量%(アルカリ酸化物量)含有するガラス粉末を1.5重量部、有機ビヒクルを40重量部、周知の混合機にて混合し、導電性アルミニウムペーストを調製した。
平均粒径6μmで純度99.7%以上の球状のアルミニウム粉末100重量部に対して、表1に示す含有量でB2O3、SiO2、ZnOを含み、さらに、BaOおよびK2Oの合計を1重量%(アルカリ酸化物量)含有するガラス粉末を1.5重量部、有機ビヒクルを40重量部、周知の混合機にて混合し、導電性アルミニウムペーストを調製した。
平均粒径6μmで純度99.7%以上の球状のアルミニウム粉末100重量部に対して、表1に示す含有量でB2O3、SiO2、ZnO、Al2O3を含み、BaO、CaO、Li2O、および、SrOの合計を10重量%(アルカリ酸化物量)含有するガラス粉末を1.5重量部、有機ビヒクルを40重量部、周知の混合機にて混合し、導電性アルミニウムペーストを調製した。
平均粒径6μmで純度99.7%以上の球状のアルミニウム粉末100重量部に対して、表1に示す含有量でB2O3、SiO2、ZnO、Al2O3を含み、さらに、K2Oを12.5重量%(アルカリ酸化物量)含有するガラス粉末を1.5重量部、有機ビヒクルを40重量部、周知の混合機にて混合し、導電性アルミニウムペーストを調製した。
平均粒径6μmで純度99.7%以上の球状のアルミニウム粉末100重量部に対して、表1に示す含有量でB2O3、SiO2、ZnO、Al2O3を含み、さらに、K2OおよびNa2Oの合計を40重量%(アルカリ酸化物量)含有するガラス粉末を1.5重量部、有機ビヒクル40重量部を、周知の混合機にて混合し、導電性アルミニウムペーストを調製した。
平均粒径6μmで純度99.7%以上の球状のアルミニウム粉末100重量部に対して、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のいずれも含まず、表1に示す含有量でB2O3、Bi2O3を含むガラス粉末を1.5重量部、有機ビヒクルを40重量部、周知の混合機にて混合し、導電性アルミニウムペーストを調製した。
平均粒径6μmで純度99.7%以上の球状のアルミニウム粉末100重量部に対して、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のいずれも含まず、表1に示す含有量でB2O3、SiO2、Al2O3、PbOを含むガラス粉末を1.5重量部、有機ビヒクルを40重量部、周知の混合機にて混合し、導電性アルミニウムペーストを調製した。
平均粒径6μmで純度99.7%以上の球状のアルミニウム粉末100重量部に対して、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のいずれも含まず、表1に示す含有量でZnO、Bi2O3を含むガラス粉末を1.5重量部、有機ビヒクルを40重量部、周知の混合機にて混合し、導電性アルミニウムペーストを調製した。
平均粒径6μmで純度99.7%以上の球状のアルミニウム粉末100重量部に対して、表1に示す含有量でB2O3、SiO2、ZnO、Al2O3、Bi2O3を含み、さらに、BaOを0.5重量%(アルカリ酸化物量)含有するガラス粉末を1.5重量部、有機ビヒクルを40重量部、周知の混合機にて混合し、導電性アルミニウムペーストを調製した。
平均粒径6μmで純度99.7%以上の球状のアルミニウム粉末100重量部に対して、表1に示す含有量でB2O3、SiO2、ZnO、Al2O3を含み、さらに、BaOおよびCaOの合計が45重量%(アルカリ酸化物量)含有するガラス粉末を1.5重量部、有機ビヒクルを40重量部、周知の混合機にて混合し、導電性アルミニウムペーストを調製した。
平均粒径6μmで純度99.7%以上の球状のアルミニウム粉末100重量部に対して、表1に示す含有量でB2O3、ZnOを含み、さらに、BaOおよびLi2Oの合計を70重量%含有するガラス粉末を1.5重量部、有機ビヒクルを40重量部、周知の混合機にて混合し、導電性アルミニウムペーストを調製した。
アルミニウム電極層9とパッシベーション膜5との密着性は、パッシベーション膜5上に形成されたアルミニウム電極層9の表面にメンディングテープ(幅12mm、住友スリーエム株式会社製)を3cm程度の長さで貼り付けた後、シリコン半導体基板1に対して45度の角度をなす方向に勢いよくテープを引っ張って剥がし、貼り付けた元のメンディングテープ面積に対して、アルミニウムが付着した部分の合計面積の、割合を、二値化処理可能な解析ソフトを用いて算出することによって評価した。密着性の評価は、全て同一人物が同一の姿勢、角度、力、および一定の速度で行った。メンディングテープにアルミニウムの付着が全くないものを◎、テープ面積に対して5%未満の割合でアルミニウムが付着していたものを○、テープ面積に対して5%以上50%未満の割合でアルミニウムが付着していたものを△、テープ面積に対して50%以上の割合でアルミニウムが付着していたものを×として評価した。
焼成工程中において、導通をとらない領域でパッシベーション膜5を侵食し、シリコン半導体基板1の表面までアルミニウム電極層9の界面が達するファイヤースルー性が発現していないかどうかを確認した。アルミニウム電極層9が形成されたシリコン半導体基板1を濃度が15重量%の塩酸水溶液に浸漬し、アルミニウム電極層9をエッチングで除去した。エッチング後のシリコン半導体基板1を光学顕微鏡(倍率:200倍)で観察し、ファイヤースルー性を評価した。シリコン半導体基板1の表面が全く露出していなかったものを「○」、20%未満の割合でシリコン半導体基板1の表面が露出していたものを「△」、20%以上の割合でシリコン半導体基板1の表面が露出していたものを「×」とした。
電極の評価として、アルミニウム電極層9の面抵抗を、シート抵抗機(ナプソン株式会社製、型番RT―70V)を用いて測定した。
Claims (2)
- パッシベーション膜の上に太陽電池用裏面電極を形成するために塗工される導電性アルミニウムペーストであって、
アルミニウム粉末と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとからなり、
前記ガラス粉末が、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、および、バリウムからなる群より選ばれた一種または二種以上の金属の酸化物を1重量%以上40重量%以下、含有する、導電性アルミニウムペースト。 - 前記アルミニウム粉末100重量部に対して、前記ガラス粉末を0.5重量部以上15重量部以下、前記有機ビヒクルを30重量部以上150重量部以下、含有する、請求項1に記載の導電性アルミニウムペースト。
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