JP2015207629A - 導電性ペースト及び結晶系シリコン太陽電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 (A)銀粉と、(B)ガラスフリットと、(C)有機バインダと、(D)Cu元素を含み、かつ、V、Cr、Mn、Fe、及びCoからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む粉末と、を含有する結晶系シリコン基板表面の電極形成用の導電性ペーストである。
【選択図】 図1
Description
本発明の構成1は、(A)〜(D)成分を含有することを特徴とする結晶系シリコン基板表面の電極形成用の導電性ペーストであり、(A)成分は銀粉、(B)成分はガラスフリット、(C)成分は有機バインダ、及び(D)成分はCu元素を含み、かつ、V、Cr、Mn、Fe、及びCoからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む粉末である。
本発明の構成2は、前記(D)粉末が、Cu及びMnを含むことを特徴とする構成1に記載の導電性ペーストである。
本発明の構成3は、前記(D)粉末が、Cu及びFeを含むことを特徴とする構成1に記載の導電性ペーストである。
本発明の構成4は、前記(D)粉末が、Cu及びCoを含むことを特徴とする構成1に記載の導電性ペーストである。
本発明の構成5は、前記(D)粉末が、Cu、V、Cr、Mn、Fe、及びCo以外の金属元素をさらに含むことを特徴とする構成1〜4のいずれかに記載の導電性ペーストである。
本発明の構成6は、前記(D)粉末が、Ti、Ni、Zn、In、Sn、Te、Pb、Bi、Pd、Pt、及びAuからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含むことを特徴とする構成5に記載の導電性ペーストである。
本発明の構成7は、前記(D)粉末は、Sn又はBiを含むことを特徴とする構成6に記載の導電性ペーストである。
本発明の構成8は、前記(D)粉末は、複数種類の金属元素を含む混合粉であることを特徴とする構成1〜7のいずれかに記載の導電性ペーストである。
本発明の構成9は、前記(D)粉末は、複数種類の金属元素を含む合金粉であることを特徴とする構成1〜7のいずれかに記載の導電性ペーストである。
本発明の構成10は、前記(D)粉末は、複数種類の金属元素を含む化合物粉であることを特徴とする構成1〜7のいずれかに記載の導電性ペーストである。
本発明の構成11は、前記(D)粉末は、金属元素の酸化物もしくは水酸化物を含むことを特徴とする構成1〜10のいずれかに記載の導電性ペーストである。
本発明の構成12は、前記(A)銀粉100質量部に対して、前記(D)粉末を0.1〜5.0質量部含有することを特徴とする構成1〜11のいずれかに記載の導電性ペーストである。
本発明の構成13は、前記(A)銀粉の平均粒径が0.1〜100μmであることを特徴とする構成1〜12のいずれかに記載の導電性ペーストである。
本発明の構成14は、粘度が50〜700Pa・sであることを特徴とする構成1〜13のいずれかに記載の導電性ペーストである。
本発明は、本発明の構成15は、電極を備えた結晶系シリコン太陽電池であって、前記電極の少なくとも一部が、構成1〜14のいずれかに記載の導電性ペーストを500〜900℃で焼成して得られることを特徴とする結晶系シリコン太陽電池である。
本発明の構成16は、電極を備えた結晶系シリコン太陽電池であって、前記電極の少なくとも一部が、以下の(A)〜(D)成分を含有することを特徴とする結晶系シリコン太陽電池である。すなわち、(A)成分は銀粉、(B)成分はガラスフリット、(C)成分は有機バインダ、及び(D)成分はCu元素を含み、かつ、V、Cr、Mn、Fe、及びCoからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む粉末である。
本発明の構成17は、前記電極が、前記結晶系シリコン太陽電池の裏面電極又は光入射側電極であり、前記電極の少なくとも一部が、バスバー電極を含む、構成15又は16に記載の結晶系シリコン太陽電池である。
本発明の構成18は、前記電極が前記裏面電極であり、前記裏面電極が、アルミニウムを含むアルミニウム電極と、前記アルミニウム電極に対して電気的に接続する前記バスバー電極とを含む、構成17に記載の結晶系シリコン太陽電池である。
本発明の構成19は、前記電極が前記光入射側電極であり、前記光入射側電極が、フィンガー電極と、前記フィンガー電極に対して電気的に接続する前記バスバー電極とを含む、構成17に記載の結晶系シリコン太陽電池である。
本発明の結晶系シリコン基板表面の電極形成用の導電性ペーストは、導電性粒子として(A)銀粉を含む。本発明における銀粉としては、銀又は銀を含む合金からなる粉末を用いることができる。銀粉粒子の形状は、特に限定されず、例えば、球状、粒状、フレーク状、あるいは鱗片状の銀粉粒子を用いることが可能である。
本発明の結晶系シリコン基板表面の電極形成用の導電性ペーストは、(B)ガラスフリットを含有する。これにより、導電性ペーストを焼成して得られる導体パターンの、結晶系シリコン基板への密着性が向上する。
本発明の結晶系シリコン基板表面の電極形成用の導電性ペーストは、(C)有機バインダを含有する。本発明における有機バインダは、特に限定されるものではなく、導電性ペースト中において銀粉同士をつなぎあわせるものであり、かつ、導電性ペーストの焼成時に焼失するものであればよい。有機バインダとしては、例えば、熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を用いることができる。
本発明の導電性ペーストは、Cu元素を含み、かつ、V、Cr、Mn、Fe、及びCoからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む粉末を含有する。以下、この粉末を“(D)粉末”と呼ぶ場合がある。この(D)粉末の例は、以下の通りである。
Cu及びVを含む粉末
Cu及びCrを含む粉末
Cu及びMnを含む粉末
Cu及びFeを含む粉末
Cu及びCoを含む粉末
Cu、Mn、及びVを含む粉末
Cu、Mn、及びCrを含む粉末
Cu、Mn、及びFeを含む粉末
Cu、Mn、及びCoを含む粉末
Cu、Fe、及びVを含む粉末
Cu、Fe、及びCrを含む粉末
Cu、Fe、及びMnを含む粉末
Cu、Fe、及びCoを含む粉末
Cu、Co、及びVを含む粉末
Cu、Co、及びCrを含む粉末
Cu、Co、及びMnを含む粉末
Cu、Co、及びFeを含む粉末
Cu、V、及びTiを含む粉末
Cu、V、及びNiを含む粉末
Cu、V、及びZnを含む粉末
Cu、V、及びInを含む粉末
Cu、V、及びSnを含む粉末
Cu、V、及びTeを含む粉末
Cu、V、及びPbを含む粉末
Cu、V、及びBiを含む粉末
Cu、V、及びPdを含む粉末
Cu、V、及びPtを含む粉末
Cu、V、及びAuを含む粉末
Cu、Cr、及びTiを含む粉末
Cu、Cr、及びNiを含む粉末
Cu、Cr、及びZnを含む粉末
Cu、Cr、及びInを含む粉末
Cu、Cr、及びSnを含む粉末
Cu、Cr、及びTeを含む粉末
Cu、Cr、及びPbを含む粉末
Cu、Cr、及びBiを含む粉末
Cu、Cr、及びPdを含む粉末
Cu、Cr、及びPtを含む粉末
Cu、Cr、及びAuを含む粉末
Cu、Mn、及びTiを含む粉末
Cu、Mn、及びNiを含む粉末
Cu、Mn、及びZnを含む粉末
Cu、Mn、及びInを含む粉末
Cu、Mn、及びSnを含む粉末
Cu、Mn、及びTeを含む粉末
Cu、Mn、及びPbを含む粉末
Cu、Mn、及びBiを含む粉末
Cu、Mn、及びPdを含む粉末
Cu、Mn、及びPtを含む粉末
Cu、Mn、及びAuを含む粉末
Cu、Fe、及びTiを含む粉末
Cu、Fe、及びNiを含む粉末
Cu、Fe、及びZnを含む粉末
Cu、Fe、及びInを含む粉末
Cu、Fe、及びSnを含む粉末
Cu、Fe、及びTeを含む粉末
Cu、Fe、及びPbを含む粉末
Cu、Fe、及びBiを含む粉末
Cu、Fe、及びPdを含む粉末
Cu、Fe、及びPtを含む粉末
Cu、Fe、及びAuを含む粉末
Cu、Co、及びTiを含む粉末
Cu、Co、及びNiを含む粉末
Cu、Co、及びZnを含む粉末
Cu、Co、及びInを含む粉末
Cu、Co、及びSnを含む粉末
Cu、Co、及びTeを含む粉末
Cu、Co、及びPbを含む粉末
Cu、Co、及びBiを含む粉末
Cu、Co、及びPdを含む粉末
Cu、Co、及びPtを含む粉末
Cu、Co、及びAuを含む粉末
以下の(A)〜(D)成分を混合して、実施例1〜10の導電性ペーストを調製した。
平均粒径2μmの球状銀粉。
平均粒径1.0μm、軟化点440℃のBi2O3・B2O3系ガラスフリット。
エチルセルロース樹脂をブチルカルビトールに溶解させて得られた有機バインダを使用した。エチルセルロース樹脂とブチルカルビトールの混合比は、30:70(質量比)である。
(実施例1)CuMnBi合金からなる合金粉
金属元素の配合比は、Ag100質量部に対して、Cu 1.76, Mn 0.2, Bi 0.04
(実施例2)CuMnFe合金からなる合金粉
金属元素の配合比は、Ag100質量部に対して、Cu 1.76, Mn 0.2, Fe 0.04
(実施例3)CuMnSn合金からなる合金粉
金属元素の配合比は、Ag100質量部に対して、Cu 1.76, Mn 0.2, Sn 0.04
(実施例4)CuCoSn合金からなる合金粉
金属元素の配合比は、Ag100質量部に対して、Cu 1.76, Co 0.2, Sn 0.04
(実施例5)CuO、MnO2、及びSnO2を含む混合粉
金属元素の配合比は、Ag100質量部に対して、CuO 1.76, MnO2 0.2, SnO2 0.04
(実施例6)CuO、CoO、及びSnO2を含む混合粉
金属元素の配合比は、Ag100質量部に対して、CuO 1.76, CoO 0.2, SnO2 0.04
(実施例7)CuO、MnO2、及びBi2O3を含む混合粉
金属元素の配合比は、Ag100質量部に対して、CuO 1.76, MnO2 0.2, Bi2O3 0.04
(実施例8)CuO、MnO2、及びTiO2を含む混合粉
金属元素の配合比は、Ag100質量部に対して、CuO 1.76, MnO2 0.2, TiO2 0.04
(実施例9)CuO、MnO2、及びV2O5を含む混合粉
金属元素の配合比は、Ag100質量部に対して、CuO 1.76, MnO2 0.2, V2O5 0.04
(実施例10)CuO、MnO2、及びFe3O4を含む混合粉
金属元素の配合比は、Ag100質量部に対して、CuO 1.76, MnO2 0.2, Fe3O4 0.04
2cm×2cm×1mm(t)のアルミナ基板上に、スクリーン印刷によって導電性ペーストを塗布した。これにより、一辺が1.5mmの角パッド形状からなるパターンを形成した。マスクには、ステンレス製の250メッシュを用いた。レジストの膜厚は20μmである。次に、熱風式乾燥機を用いて、150℃で10分間、導電性ペーストを乾燥させた。導電性ペーストを乾燥させた後、焼成炉を用いて、導電性ペーストを焼成した。焼成温度は850℃(最高温度)であり、焼成時間は60分間である。最高温度での保持時間は10分間である。これにより、以下の「はんだ濡れ性試験」及び「はんだ耐熱性試験」に使用する試験片を作製した。
上記で作製した試験片を、230℃の鉛フリーはんだ槽に3秒間浸漬させた後、試験片を引き上げた。そして、角パッドパターンの表面をカメラで撮影し、撮影した画像にデジタル処理を施すことによって、角パッドパターンの表面に「はんだ」が付着している面積の割合(%)を求めた。はんだ濡れ性試験の結果を以下の表1に示す。
上記で作製した試験片を、鉛フリーはんだ槽に30秒間浸漬させた後、試験片を引き上げた。そして、アルミナ基板上に残存している角パッドパターンをカメラで撮影し、撮影した画像にデジタル処理を施すことによって、残存している角パッドパターンの面積の割合(%)を求めた。鉛フリーはんだ槽の温度は、260℃、270℃及び280℃に変化させた。浸漬時間は、10秒間、20秒間、30秒間、及び40秒間に変化させた。はんだ耐熱性試験の結果を以下の表2に示す。
(1)2cm×2cm×1mm(t)のアルミナ基板上に、スクリーン印刷によって導電性ペーストを塗布した。これにより、一辺が1.5mmの角パッド形状からなるパターンを形成した(図1(a))。マスクには、ステンレス製の250メッシュを用いた。レジストの膜厚は20μmである。
密着強度試験の結果を、以下の表3に示す。
比較例では、上記実施例と同様の手順により、導電性ペーストを調製し、試験片を作製した。作製した試験片を用いて、はんだ濡れ性試験、はんだ耐熱性試験、及び密着強度試験を実施した。ただし、比較例では、上記(D)粉末の代わりに、以下の2種類の粉末を使用した。
(比較例2)CuO、MoO3、及びSnO2を含む混合粉
表1〜3に示す結果を見れば分かる通り、実施例1〜10の導電性ペーストを焼成して得られる導体パターンは、はんだ濡れ性、はんだ耐熱性及び基板への密着強度が優れていた。
表7に示すように(A)〜(D)成分を混合して、比較例3及び実施例11〜14の導電性ペーストを調製した。これらの導電性ペーストについて、結晶系シリコン基板(単結晶シリコン基板)を用いて、以下のように密着性の試験を行った。
基板は、B(ボロン)ドープのP型Si単結晶基板(基板厚み200μm)を用いた。基板の大きさは156mm×156mmの正方形だった。
単結晶シリコン基板の試験片のバスバーにはんだ付けをした金属リボンの密着強度測定は以下のように作製し測定した。まず単結晶シリコン基板の試験片を、15mm×15mmの正方形となるようにダイシングした。なお、このとき、この多結晶シリコン基板の試験片の表面のほぼ中央に、幅3mmのはんだ付けパッドが配置されるようにダイシングした。次に、インターコネクト用の金属リボンである銅リボン(幅1.5mm×全厚み0.16mm、共晶はんだ[スズ:鉛=64:36の重量比]を約40μmの膜厚で被覆)を、フラックスを用いてはんだ付けパッド上に250℃の温度で3秒間はんだ付けした。その後、リボンの一端に設けたリング状部をデジタル引張りゲージ(エイアンドディー社製、デジタルフォースゲージAD−4932−50N)によって基板表面に対して180度方向に引張り速度40mm/分で引っ張り、密着の破壊強度を測定することによって密着強度の測定を行った。なお、試料は3個作製し、測定値は3個の平均値として求めた。比較例3及び実施例11〜14の密着強度測定の結果を、表7に示す。
2 反射防止膜
4 不純物拡散層(n型不純物拡散層)
15 裏面電極
15a 裏面バスバー電極
15b 裏面電極(裏面全面電極)
20 光入射側電極(表面電極)
20a 光入射側バスバー電極
20b 光入射側フィンガー電極
Claims (19)
- 以下の(A)〜(D)成分を含有することを特徴とする結晶系シリコン基板表面の電極形成用の導電性ペースト。
(A)銀粉
(B)ガラスフリット
(C)有機バインダ
(D)Cu元素を含み、かつ、V、Cr、Mn、Fe、及びCoからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む粉末 - 前記(D)粉末は、Cu及びMnを含むことを特徴とする請求項1に記載の導電性ペースト。
- 前記(D)粉末は、Cu及びFeを含むことを特徴とする請求項1に記載の導電性ペースト。
- 前記(D)粉末は、Cu及びCoを含むことを特徴とする請求項1に記載の導電性ペースト。
- 前記(D)粉末は、Cu、V、Cr、Mn、Fe、及びCo以外の金属元素をさらに含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- 前記(D)粉末は、Ti、Ni、Zn、In、Sn、Te、Pb、Bi、Pd、Pt、及びAuからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含むことを特徴とする請求項5に記載の導電性ペースト。
- 前記(D)粉末は、Sn又はBiを含むことを特徴とする請求項6に記載の導電性ペースト。
- 前記(D)粉末は、複数種類の金属元素を含む混合粉であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- 前記(D)粉末は、複数種類の金属元素を含む合金粉であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- 前記(D)粉末は、複数種類の金属元素を含む化合物粉であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- 前記(D)粉末は、金属元素の酸化物もしくは水酸化物を含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- 前記(A)銀粉100質量部に対して、前記(D)粉末を0.1〜5.0質量部含有することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- 前記(A)銀粉の平均粒径が0.1〜100μmであることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- 粘度が50〜700Pa・sであることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- 電極を備えた結晶系シリコン太陽電池であって、
前記電極の少なくとも一部が、請求項1〜14のいずれか1項に記載の導電性ペーストを500〜900℃で焼成して得られることを特徴とする結晶系シリコン太陽電池。 - 電極を備えた結晶系シリコン太陽電池であって、
前記電極の少なくとも一部が、以下の(A)〜(D)成分を含有することを特徴とする結晶系シリコン太陽電池。
(A)銀粉
(B)ガラスフリット
(C)有機バインダ
(D)Cu元素を含み、かつ、Mn、Fe、及びCoからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含み、さらにSn又はBiを含む粉末 - 前記電極が、前記結晶系シリコン太陽電池の裏面電極又は光入射側電極であり、
前記電極の少なくとも一部が、バスバー電極を含む、請求項15又は16に記載の結晶系シリコン太陽電池。 - 前記電極が前記裏面電極であり、
前記裏面電極が、アルミニウムを含むアルミニウム電極と、前記アルミニウム電極に対して電気的に接続する前記バスバー電極とを含む、請求項17に記載の結晶系シリコン太陽電池。 - 前記電極が前記光入射側電極であり、
前記光入射側電極が、フィンガー電極と、前記フィンガー電極に対して電気的に接続する前記バスバー電極とを含む、請求項17に記載の結晶系シリコン太陽電池。
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