JP2015523707A - 太陽電池接点の印刷方法 - Google Patents

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Abstract

シリコン太陽電池およびその接点が、少なくとも2段階印刷プロセスにおいて印刷される。バスバーおよびフィンガー線を別個に印刷することができる。バスバーおよびフィンガー線中における銀の低減が、本発明の技術の利用(例えば銀ペーストに類似する低接触抵抗を維持しつつ、特定のベース金属を使用すること)を介して実現される。【選択図】図2

Description

関連出願
本願は、2012年4月18日出願の米国仮特許出願61/635,262号に対する優先権を主張する。同文献の開示内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、一般に、ペースト組成物、ペースト組成物を作製する方法、太陽電池接点を形成する方法、ならびに太陽電池および他の関連する部品内に使用可能な焼成接点に関する。好適には、ペーストは、銀を含む。
太陽電池は、一般に、太陽光を、有用な電気エネルギーに変換する半導体材料(例えば、シリコン(Si))によって作製される。太陽電池は、典型的には、Siの薄いウエハーによって作製され、リン(P)またはホウ素(B)を適切なリンまたはホウ素源からP型またはN型のSiウエハー内に拡散させることにより、必要なPN接合がこの薄いウエハーに形成される。シリコンウエハーのうち、太陽光が入射する面に一般的に反射防止膜(ARC)をコーティングすることにより、入射太陽光の反射損失を回避し、また、この膜は、光によって発生したキャリア再結合を回避する保護層としても機能するため、太陽電池の効率を向上させる。2次元電極格子パターンは、P型SiまたはN型SiのN側またはP側への接続を提供するフロント接点として知られ、他方側(バック接点)上のアルミニウム(Al)または銀(Ag)のコーティングにより、シリコンのP側またはN側への接続が得られる。これらの接点は、PN接合から外部負荷への電気出口である。
シリコン太陽電池のフロント接点は、厚い膜ペーストのスクリーン印刷によって形成される。典型的には、ペーストは、適切な微細な銀粒子、ガラスおよび有機物質を含む。スクリーン印刷後、ウエハーおよびペーストが、典型的には炉設定温度において、大気中で焼成される。焼成時において、ガラスが軟化、溶融して反射防止膜に反応し、シリコン表面をエッチングし、隣接するシリコン/銀接点の形成を促進させる。銀は、シリコン上にアイランドとして堆積する。シリコン/銀アイランドの形状、サイズおよび数により、シリコンから外側回路への電子移動効率が決定される。
本発明は、一般に、シリコン太陽電池およびその接点に主に関する。少なくとも2段階印刷プロセスにおいて、バスバーおよびフィンガー線が印刷される。本発明者らは、銀ペーストに匹敵する低接触抵抗を維持しつつ、本発明の技術の使用(例えば、特定のベース金属の使用)を介して、バスバーおよびフィンガー線中の銀含有量の低減を実現した。
いくつかの異なる印刷方式が開発されているが、いずれも銀レイダウンの低減を目的としており、高セル効率を維持しつつ、太陽電池製造コストを低下させる。
堆積方法を個別に選択できる柔軟性がありかつ堆積方法および印刷順序に合わせて個々に調整されたペースト組成物が得られれば、必要な銀量の低減(低レイダウン)が可能となる。
例えば、2倍の印刷を用いてより幅狭のおよびより長尺の線を堆積させることにより、高効率を維持しつつ、(例えば、第2の印刷においてAg含有量を低減した組成物を用いることにより)フィンガー上層に必要な銀量を低減することができる。同様に、より細いバスバーを印刷するかまたは低温の焼結Agポリマーペーストによってバスバーを印刷することによっても、銀量の低減を達成することができる。
特定の印刷方式の場合、フィンガーを二重印刷しないため、フィンガーにおける線幅の増加およびアスペクト比の低下の原因となる不整合を回避できるという利点がある。
フィンガーおよびバスバー双方におけるペースト組成物は異なる場合があるため、印刷時および焼成後に所望の性能特性を最大化するように個別に選択することができる。例えば、良好な接着性および半田濡れ性が得られるようにバスバーペーストを最適化することができ、極めて幅狭の高アスペクト比の線印刷、低バルク抵抗率および低接触抵抗が得られるように、フィンガーペーストを最適化することができる。
特定の方式の場合、印刷方法および所望の電気、接着、半田能力特性に合わせて特定の性能特性を最大化するように、3つのペースト全てを個別調整することができる。
多様な方式を以下の表1にまとめることができる。
Figure 2015523707
上記の表において、SPはスクリーン印刷を意味し、StPはステンシル印刷を意味し、HMはホットメルトを指す。上記の表中に羅列している印刷方式全てにおいて、適切なペーストA、BおよびCのホットメルト形態を用いることができる。一般的に、電極形成のための二重印刷用途において、インクジェット印刷(IJP)を用いることもできる。1つのシナリオにおいて、IJPを有利に用いて、(焼成後の金属線と半導体層との間の良好な接点を得るために)第1のフィンガーの層を印刷することができる。別の例において、IJPを用いて、エッチャントペーストを印刷した後、フィンガー金属線の印刷を行うことができる(この場合、フィンガー金属線の印刷を、ワンパスにおいてまたは本発明による二重印刷によって実行することができる)。別のシナリオにおいて、IJPを用いて、フィンガーの印刷前または印刷後に細いバスバーを印刷することもできる(その結果、バスバー中の銀レイダウンの低減が可能となる)。
本明細書中、ペーストA、BおよびCの詳細を以下に定義する。
上記の表中に詳細を示す印刷方式を、図2〜図9中に模式的に示す。図2は、方式1および2による2つの太陽電池基板の上面図を示す。図7は、方式1による太陽電池基板の斜視上面図を示す。方式1は、本発明の実施形態を示す。この実施形態は、フロント側太陽電池接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層をフロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスである。このプロセスは、(a)シリコンウエハーのフロント側へARC層を適用することと、(b)ファイヤースルー性能を有するペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAを平行であって間に隙間が設けられた複数の細いフィンガー線として印刷して、分割フィンガー線の下印刷部を形成することと、(b)ペーストBをペーストA上に印刷することであって、ペーストBは、格子パターン状に印刷され、格子パターンは、(i)分割フィンガー線の下印刷部と直交する、間に隙間が設けられた少なくとも2本のバスバー、および(ii)フィンガー線の下印刷部上に重ねられたフィンガー線の上印刷部を形成する平行な細いフィンガー線であって、ペーストAおよびペーストBの印刷面積の合計が、フロント側の面積の10%未満である、フィンガー線を含む、ことと、(c)二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することであって、ペーストAは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供する、ことを含む。
また、方式2を図2(下)および図8に示す。方式2は、本発明の別の実施形態であり、フロント側接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層をフロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスである。方式2は、(a)ファイヤースルー性能を有するペーストAをステンシルを介してARC層上に印刷することであって、ペーストAを平行であって間に隙間が設けられた複数の細いフィンガー線として印刷して、分割フィンガー線の下印刷部を形成することと、(b)ペーストBを印刷および乾燥することであって、ペーストBは、格子パターン状に印刷され、格子パターンは、分割フィンガー線の下印刷部と直交する、間に隙間が設けられた少なくとも2本のバスバーを含む、ことと、(c)二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することであって、ペーストAは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストBにより、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性が得られ、ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低い、ことを含む。
図3は、2つの太陽電池基板の上面図であり、本発明の方式3および4を示す。方式3は、図9(対応する斜視図)中にも示される。方式3は、フロント側接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層をフロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスを示す。このプロセスは、(a)非ファイヤースルー性能を有するペーストBをスクリーン印刷および乾燥して、少なくとも2本の平行なバスバーを形成することと、(b)ファイヤースルー性能を有するペーストAをステンシルを介してARC層上に印刷することであって、ペーストAがパターン上に印刷され、パターンは、少なくとも2本の平行なバスバーを接続する細い平行な分割フィンガーを含む、ことと、(c)二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することであって、ペーストAは、ホットメルト接着剤および無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBにより、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供する、ことを含む。
図3は、本発明のさらに別の実施形態に係る方式4(下)をさらに示す。方式4は、フロント側太陽電池接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層をフロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスである。このプロセスは、(a)シリコンウエハーのフロント側へARC層を適用することと、(b)ファイヤースルー性能を有する第1のペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAを平行であって間に隙間が設けられた複数の細いフィンガー線として印刷して、分割フィンガー線の下印刷部を形成することと、(c)第2のペーストAまたはBまたはCを第1のペーストA上に印刷することであって、第2のペーストAまたはBまたはCは、格子パターン状に印刷され、格子パターンは、フィンガー線の下印刷部上に重ねられたフィンガー線の上印刷部を形成する平行な細いフィンガー線を含む、ことと、(d)第1のペーストおよび第2のペースト上に第3のペーストBを印刷することであって、ペーストBは、分割フィンガー線の下印刷部と直交する、間に隙間が設けられた少なくとも2本のバスバーとして印刷され、第1のペースト、第2のペーストおよび第3のペーストの印刷面積の合計が、フロント側の面積の10%の未満である、ことと、(e)三重印刷されたシリコンウエハーを焼成することであって、ペーストAは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBにより、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供することができ、ペーストCは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(c1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(c2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時においてペーストCよりも低い接触抵抗を提供する、ことを含む。
図5は、方式7および8による2つの太陽電池基板の上面図である。方式7は、フロント側接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層をフロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスである。方式7は、(a)ファイヤースルー性能を有するペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAは、格子パターン状に印刷され、格子パターンは、(i)フィンガー線の下印刷部を形成する平行な細いフィンガー線および(ii)フィンガー線と直交する少なくとも2本の平行なバスバーを含む、ことと、(b)ペーストA、BまたはCをフィンガー線の下印刷部上に印刷および乾燥することであって、ペーストA、BまたはCは、格子パターン状に印刷され、格子パターンは、フィンガー線の下印刷部上に重ねられたフィンガー線の上印刷部を形成する平行な細いフィンガー線を含む、ことと、(c)二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することであって、ペーストAは、ホットメルト接着剤および無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAにより、焼成時において、ペーストB(またはC)よりも良好な半田濡れ性および接着性がシリコンに提供され、ペーストCは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(c1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(c2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時においてペーストCよりも低い接触抵抗を提供する、ことを含む。
図4および図6も、太陽電池基板の上面図であり、方式5、6、9および10による本発明のさらなる実施形態を示す。
本発明の別の態様として、フロント側太陽電池接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層をフロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスがある。このプロセスは、(a)シリコンウエハーのフロント側へARC層を適用することと、(b)ファイヤースルー性能を有する第1のペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAを平行であって間に隙間が設けられた複数の細いフィンガー線として印刷して、分割フィンガー線の下印刷部を形成することと、(c)第2のペーストAまたはBまたはCを第1のペーストA上に印刷することであって、第2のペーストAまたはBまたはCは、格子パターン状に印刷され、格子パターンは、フィンガー線の下印刷部上に重ねられたフィンガー線の上印刷部を形成する平行な細いフィンガー線を含む、ことと、(d)第1のペーストおよび第2のペースト上に第3のペーストBを印刷することであって、ペーストBは、分割フィンガー線の下印刷部と直交する、間に隙間が設けられた少なくとも2本のバスバーとして印刷され、第1のペースト、第2のペーストおよび第3のペーストの印刷面積の合計が、フロント側の面積の10%未満である、ことと、(e)三重印刷されたシリコンウエハーを焼成することであって、ペーストAは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBにより、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性および接着性がシリコンに提供され、ペーストCは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(c1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(c2)ガラスフリットを含み、ペーストCにより、焼成時においてペーストAよりも低い接触抵抗が提供される、ことを含む。
本発明の別の態様として、フロント側太陽電池接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層をシリコンウエハーのフロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスがある。このプロセスは、シリコンウエハーのフロント側へARC層を適用することと、ファイヤースルー性能を有するペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAを複数の連続する平行な細いフィンガー線として印刷して、連続するフィンガー線の下印刷部を形成する、ことと、ペーストBをペーストA上に印刷することであって、ペーストBは、格子パターン状に印刷され、格子パターンは、分割フィンガー線の下印刷部と直交する、間に隙間が設けられた少なくとも2本のバスバーと、フィンガー線の下印刷部上に重ねられたフィンガー線の上印刷部を形成する平行な細いフィンガー線とを含み、ペーストAおよびペーストBの印刷面積の合計が、フロント側の面積の10%未満である、ことと、二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することであって、ペーストAは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを有し、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBにより、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性および接着性がシリコンに提供される、ことを含む。
本発明の別の態様は、フロント側太陽電池接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層をシリコンウエハーのフロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスである。このプロセスは、シリコンウエハーのフロント側へARC層を適用することと、ファイヤースルー性能を有する第1のペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAを複数の連続する平行な細いフィンガー線として印刷して、連続するフィンガー線の下印刷部を形成することと、第2のペーストAまたはBまたはCをペーストA上に印刷することであって、第2のペーストを格子パターン状に印刷し、格子パターンは、フィンガー線の下印刷部上に重ねられたフィンガー線の上印刷部を形成する連続する平行な細いフィンガー線を含み、これにより間に隙間が設けられる、ことと、第1のペーストおよび第2のペースト上に第3のペーストBを印刷することであって、第3のペーストは、分割フィンガー線の下印刷部と直交する、間に隙間が設けられた少なくとも2本のバスバーとして印刷され、第1のペースト、第2のペーストおよび第3のペーストの印刷面積の合計が、フロント側の面積の10%未満である、ことと、三重印刷されたシリコンウエハーを焼成することであって、ペーストAは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBにより、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供することができ、ペーストCは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(c1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(c2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時においてペーストAよりも低い接触抵抗を提供する、ことを含む。
本発明の別の態様は、フロント側接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層をシリコンウエハーのフロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスである。このプロセスは、ファイヤースルー性能を有する第1のペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAは格子パターン状に印刷され、格子パターンは、フィンガー線の下印刷部を形成する平行な細いフィンガー線およびフィンガー線と直交する少なくとも2本の平行なバスバーを含む、ことと、第2のペーストA、BまたはCを第1のペースト上に印刷および乾燥することであって、第2のペーストは格子パターン状に印刷され、格子パターンは、フィンガー線の下印刷部上に重ねられたフィンガー線の上印刷部を形成する連続する平行な細いフィンガー線を含む、ことと、二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することであって、ペーストAは、ホットメルト接着剤および無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時において、ペーストBよりもより良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供し、ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時においてペーストAよりも低い接触抵抗を提供する、ことを含む。
本発明の別の態様は、フロント側太陽電池接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層をシリコンウエハーのフロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスである。このプロセスは、シリコンウエハーのフロント側へARC層を適用することと、ファイヤースルー性能を有する第1のペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAは格子パターン状に印刷され、格子パターンは、フィンガー線の下印刷部を形成する平行な細いフィンガー線およびフィンガー線と直交する少なくとも2本の平行なバスバーを含む、ことと、第2のペーストAまたはBまたはCを第1のペースト上に印刷することであって、第2のペーストは格子パターン状に印刷され、格子パターンは、フィンガー線の下印刷部上に重ねられた平行な細いフィンガー線とフィンガー線と直交する少なくとも2本の平行なバスバーとを含み、第1のペースト、第2のペーストおよび第3のペーストの印刷面積の合計が、フロント側の面積の10%未満である、ことと、二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することであって、ペーストAは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供し、ペーストCは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(c1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(c2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時においてペーストAよりも低い接触抵抗を提供する、ことを含む。
本発明の別の態様は、フロント側接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層をシリコンウエハーのフロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスである。このプロセスは、ファイヤースルー性能を有するペーストBを少なくとも2本の平行なバスバー間のステンシルを介して印刷および乾燥することであって、ペーストBは、格子パターン状に印刷され、格子パターンは、少なくとも2本の平行なバスバーを接続させる平行な細いフィンガー線を含む、ことと、ファイヤースルー性能を有するペーストAをステンシルを介してARC層上に印刷することであって、ペーストAは、少なくとも2本の平行なバスバーを含むパターン状に印刷される、ことと、二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することであって、ペーストAは、ホットメルト接着剤および無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供する、ことを含む。
以下の詳細な記載を添付図面と共に参照すれば、本発明のより深い理解および本発明の多数の利点が容易に得られる。
プロセスフロー図であり、本発明の実施形態に係る、太陽電池内に接点を形成するプロセスを模式的に示す。 プロセスフロー図であり、本発明の実施形態に係る、太陽電池内に接点を形成するプロセスを模式的に示す。 プロセスフロー図であり、本発明の実施形態に係る、太陽電池内に接点を形成するプロセスを模式的に示す。 プロセスフロー図であり、本発明の実施形態に係る、太陽電池内に接点を形成するプロセスを模式的に示す。プロセスフロー図であり、本発明の実施形態に係る、太陽電池内に接点を形成するプロセスを模式的に示す。 プロセスフロー図であり、本発明の実施形態に係る、太陽電池内に接点を形成するプロセスを模式的に示す。図1A〜1Eに示した参照符号は、10:p型シリコン基板、20:n型拡散層、30:フロント側保護層/反射防止膜、40:p+層(裏面場(BSF))、70:バック側上に形成された第1のペースト、71:第1のペースト70の焼成によって形成されたバック電極、80:バック側上に形成された第2のペースト、81:第2のペースト80の焼成によって形成されたバック電極、500:フロント側の銀/金属添加物、501:ARCを介したペースト500の焼成後の銀/金属添加物フロント電極、をそれぞれ示す。 本発明の例示的な実施形態に係る太陽電池基板の上面図である。 本発明の例示的な実施形態に係る太陽電池基板の上面図である。 本発明の例示的な実施形態に係る太陽電池基板の上面図である。 本発明の例示的な実施形態に係る太陽電池基板の上面図である。 本発明の例示的な実施形態に係る太陽電池基板の上面図である。 図2の上部に示す太陽電池基板の斜視上面図である。 図2の下部に示す太陽電池基板の斜視上面図である。 図3の上部に示す太陽電池基板の斜視上面図である。
光起電エネルギー変換のための格子パリティの到達するコスト効率の良い光起電製品を達成するための可能な方法の1つとして、信頼性のある高効率でありかつコスト効率の良い太陽電池の利用がある。市場シェアが約80%である今日のPV市場を決定する技術として、二重側接点のc−Si太陽電池があり、堅牢および多用途であることが判明している。このような太陽電池処理コストの全体の約40%は、高価な接点ペースト(特に、銀含有ペースト)の利用に起因することが推定される。本発明者らの発見によれば、銀太陽電池の性能を維持しつつ銀含有量を低減するための代替策として、銀ペーストと同様の低接触抵抗を維持しつつ特定のベース金属を用いたセルを設計する方法がある。
銀電極を有するc−Si太陽電池における電気特性の損失または劣化は、高オーム損失(すなわち、銀とシリコン基板との間の高接触抵抗)に主として起因する。接触抵抗を向上させるために、例えば、ガラスフリット組成、金属粉末の形状および同時焼成の設定プロファイルの変更または改変など、多大な労力が払われてきた。しかし、十分なレベルの成果が得られず、例えば、厚い絶縁層の形成は、従来のセルのフロント電極における限定要因となっている。
ベース金属接点の開発において多大な労力が払われてきたが、実用的に不便な点が多く、非酸化性雰囲気(例えば、窒素、アルゴン、窒素/水素)中での焼成も必要になるので、十分な成果が得られていない。空気中での焼成が可能であり、Si表面との低接触抵抗を生成するより廉価な導体組成物が市場において顕著に必要とされている(従来のパターンおよび新規セルアーキテクチャを含む)。よって、入念な研究を介して、本発明者らは、コスト効率の良い太陽装置のために、産業レベル生成プロセス(例えば、高速空気焼成)に匹敵するベース金属材料を用いた低オーム損失を提供する新規ペーストを開発した。
新規の二重印刷方式を図2〜図9に示す。
本明細書において、本発明者らによる発見によれば、NiB、NiSi、NiPまたはその混合物を含む空気焼成ベース金属ペースト組成物を銀と共に用いた場合、標準的な銀ペーストに匹敵するかまたは上回る結果が得られる。このようなものは、シリコン上における接触抵抗を伝送線方法(TLM)を用いて開発および試験されてきた。
本発明による方法は、(a)NiBを、平均粒径が2〜5μmである粉末にするステップと、(b)ガラスフリットを用いることなく、ペースト(有機ビヒクルおよび溶剤)を70〜95%の固体に基づいて形成するステップと、を有する。その結果得られた層をよく焼結する。(c)このペースト組成物は、n+−表面Siウエハー上において用いることができる。n+−表面Siウエハーは、(i)P型ウエハーセル:フロント電極;(ii)N型ウエハーセル:バック電極;(iii)PMWT:フロント/バック電極およびプラグ;(iv)N型:フロント電極(v)EWT:プラグ電極または(vi)p−PERC:フロント電極、を備える。
本発明の太陽電池は、シリコン、金属を含む金属ペースト(例えば、銀、ニッケル、銅、パラジウム、白金、ガラス、有機ビヒクル、添加物金属酸化物、ドーパント)、添加物(例えば、接着促進剤、平滑化剤およびホットメルト接着剤)の主要な構成成分のうちのいくつかを含む。さらなる添加物(例えば、接着促進剤、平滑化剤、およびホットメルト接着剤)も、本発明の多様な実施形態において使用される。
ペーストをこのような基板上に塗布する方法は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、パッド印刷、ステンシル印刷、(ホットメルトペーストを用いた)ホットメルトインク印刷およびマイクロスプレーからなる群から選択される。現在において好適な方法は、スクリーン印刷である。
ペースト組成物は、例えば、光への露出によって発生した電流を収集するシリコンベースの太陽電池のためのフロント接点を形成するためまたは電子を外部負荷へ伝導するバック接点を形成するための膜ペーストとして用いることができる。セル効率(η)および曲線因子(FF)によって測定されるようなセル電気性能は、銀/シリコンインターフェースの微細構造および電気特性による影響を受ける。太陽電池の電気特性は、直列抵抗(Rs)およびシャント抵抗(Rsh)によっても特徴付けられる。フロント接点インターフェースの組成および微細構造により、Rsが主に決定される。本ペースト組成物により、効率(η)および曲線因子(FF)によって測定されるような低直列抵抗(Rs)および高シャント抵抗(Rsh)を高性能太陽電池に提供することができる。
本発明のペースト組成物および方法は、ガラス媒体を介したフロント接点成分(典型的にはNiおよびSi)間の最適化された相互作用、結合および接点形成を促進することができる。ペースト組成物をシリコン基板上に印刷および焼成して、ガラスを溶解させ、内部の金属を焼結させることができる。焼成後、Ni/Si導電性アイランドが形成されることにより、導電性ブリッジがバルクペーストとシリコンウエハーとの間に得られる。鉛枠ガラスが用いられる場合、鉛枠ガラスにより、比較的低温における優れた流量特性に起因する低焼成温度が可能となる。
このペーストは、任意の適切な技術により基板上に塗布することができる。一実施形態において、ペーストの塗付は、スクリーン印刷、ステンシル印刷、押し出し、パッド印刷、インクジェット印刷、ホットメルト印刷、または当業者が認識する任意の適切な微細堆積直接書き込み技術によって行うことができる。ペースト組成物を用いて、太陽電池の接点を形成することができる。ペーストを基板上にスクリーン印刷し、基板上に形成されたペーストを比較的低温(550℃〜850℃のウエハー温度;炉設定温度は650℃〜1000℃)まで焼成して、低抵抗接点を例えばリンドープシリコンウエハーのN側とペースト組成物との間に形成する。
金属成分。太陽電池接点は典型的には、銀、アルミニウム、上記の組み合わせの銀源またはアルミニウム源を含む。本発明の特徴として、従来の高銀接点に相対して類似のまたは優れた電気特性を維持しつつ、太陽電池フロント接点の生成における銀消費が低減される点がある。そのため、本段落中に記載される銀がいかなる量であっても、他の金属(例えば、ニッケル、銅、パラジウム、および白金)で代替することができる。銀金属成分は、任意の適切な形態をとり得る(例えば、銀金属粉末、銀合金、銀塩、および有機金属銀、銀酸化物、および銀含有ガラス)。ペースト中に用いられる銀粒子は、粒子(例えば、薄片、球状粒子、不規則形状の粒子、ナノサイズ粒子、粒子の凝集)にしてもよいし、あるいは懸濁液(例えば、コロイド懸濁液、または粒子を含まない溶液、および上記の組み合わせ)中に提供してもよい。薄片が好適である。上記の組み合わせを用いてもよい。ペーストを配合する際、金属粉末の粒径は典型的には約0.1〜約40ミクロンであり、好適には10ミクロン未満である。例えばペーストは、約80〜約99wt%の球状銀粒子またはあるいは約70〜約90wt%の銀粒子および約1〜約10wt%の銀薄片を含み得る。一定割合の銀粒子をノジュラー銀と交換してもよい。あるいは、ペーストは、約75〜約90wt%の銀薄片および約1〜約10wt%のコロイド銀、または約60〜約95wt%の銀粉末または銀薄片および約0.1〜約20wt%のコロイド銀を含み得る。
添加物。金属酸化物。本明細書中に記載される添加物は、Ag、Al、Ba、Bi、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Nd、Ni、Sb、Si、Sn、Sr、Ta、V、Zn、Zrおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される金属の少なくとも1つの酸化物を提供する。本明細書中の有用な酸化物としては、KO2、P2O5、MnO2、K2O、V2O5、Sb2O3、Ni2O3、Fe2O3、B2O3、GeO2、CuO、Fe3O4、Mn2O3、MoO2、CoO、Co3O4、Mo2O3、SnO2、PbO2、Cr2O3、GeO、Ga2O3、SiO2、V2O3、Na2O、In2O3、Sb2O5、ZnO、WO2、Bi2O3、NiO、Pb3O4、Ag2O、MnO、SnO、TiO2、VO、Ta2O5、PbO、ZrO2、A12O3およびこれらの組み合わせがある。本段落中の金属の任意の酸化物またはこのような酸化物を最終的に提供する他の組成が本明細書中に想到される。
上記以外の本明細書において有用な有機金属化合物としては、有機バナジウム化合物、有機アンチモニー化合物および有機イットリウム化合物がある。この有機金属化合物は化合物であり、金属は有機部分に結合される。例えば、有機金属化合物は、金属、炭素および/または窒素を分子中に含む有機化合物である。さらに、上記した金属化合物に加えて、有機コバルト化合物、有機スズ化合物、有機ジルコニウム化合物、有機亜鉛化合物および有機リチウム化合物からなる群から選択された第2の金属添加物をペースト組成物中に含有させて、ニッケル金属間化合物をin situで形成することができる。一実施形態において、金属粒子が無くなるように、有機金属化合物を有機ビヒクル中に完全に溶解させることができる。本段落における有機金属化合物は、ペースト内に0.01〜50wt%、または好適には0.05〜30wt%あるいは0.01〜5wt%の量で存在し得る。
有機金属化合物は、任意の適切な有機部分を含んでもよい(例えば、C1〜C50直鎖または分岐、飽和または不飽和、脂肪族、脂環式、芳香族、アラリファティック、ハロゲン化または他の置換、任意選択的に1つ以上のヘテロ原子(例えば、O、N、S、またはSi)および/または炭化水素部分(例えば、アルキル、アルキルオキシ、アルキルチオ、またはアルキルシリル部分)を含むもの)。
有機金属化合物の特定の例としては、金属アルコキシドがある。この金属は、ホウ素、シリコン、バナジウム、アンチモン、リン、イットリウム、またはこれらの組み合わせであり得る。いくつかの機関によれば、ホウ素およびシリコンは半金属であり、リンは非金属である。本文書の目的のため、他の特性を付加する意図なく、「有機金属」という用語は、時には、有機ホウ素化合物、有機シリコン化合物および有機リン化合物を含むものとして用いられ得る。アルコキシド部分は、例えば1〜20個の炭素原子の分岐または非分岐アルキル基を有し得る。本明細書において想定される各アルコキシドとしては、ニッケルアルコキシド、ホウ素アルコキシド、リンアルコキシド、シリコンアルコキシド、バナジウムアルコキシド、バナジルアルコキシド、アンチモンアルコキシド、イットリウムアルコキシデスム、第一コバルトアルコキシド、第二コバルトアルコキシド、第二スズアルコキシド、第一スズアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド、亜鉛アルコキシドおよびリチウムアルコキシドがある。
ホウ素アルコキシドの例としては、ホウ素メトキシド、ホウ素エトキシド、ホウ素プロポキシド、およびホウ素ブトキシドがある。類似の例として、ニッケルアルコキシド、リンアルコキシド、アンチモンアルコキシド、イットリウムアルコキシド、第二コバルトアルコキシド、第一コバルトアルコキシド、ニッケルアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド、スズアルコキシド、亜鉛アルコキシドおよびリチウムアルコキシドが使用可能である。
有機金属化合物の他の例として金属アセチルアセトネートがあり、ここで、金属は、ニッケル、ホウ素、リン、バナジウム、アンチモン、イットリウム、またはこれらの組み合わせであり得る。有機バナジウム化合物の例としては、ニッケルアセチルアセトネート(例えば、Ni(AcAc)3(ニッケル(III)2,4−ペンタンジオナートとも呼ばれる))がある。ここで、(AcAc)はアセチルアセトネート(2,4−ペンタンジオナートとも呼ばれる)である。
同様に、バナジウムアセチルアセトネート、アンチモンアセチルアセトネート、亜鉛アセチルアセトネート、イットリウムアセチルアセトネート、第二コバルトアセチルアセトネート、第一コバルトアセチルアセトネート、ニッケルアセチルアセトネート、ジルコニウムアセチルアセトネート、ジブチルスズアセチルアセトネート、亜鉛アセチルアセトネート、リチウムアセチルアセトネート、マンガンアセチルアセトネート、第一銅アセチルアセトネート、第2銅アセチルアセトネート、ルテニウムアセチルアセトネート、ロジウムアセチルアセトネート、鉄アセチルアセトネート、および第一鉄アセチルアセトネートが使用可能である。例えば、アンチモン2,4−ペンタンジオナート、イットリウム2,4−ペンタンジオナート、またはこれらの組み合わせが使用可能である。
金属アセチルアセトネートは、本発明のペースト中に0.01〜10wt%の量で存在し得、金属アセチルアセトネートの金属は、V、Zn、Mn、Co、Ni、Cu、Y、Zr、Ce、Ru、RhおよびFeからなる群から選択される。
有機金属化合物のさらに他の例としては、金属2−メチルヘキサノアート、金属2−エチルヘキサノアートおよび金属2−プロピルヘキサノアートがある。特定の例としては、ホウ素2−メチルヘキサノエート、リン2−メチルヘキサノアート、シリコン2−メチルヘキサノアート、バナジウム2−メチルヘキサノアート、アンチモン2−メチルヘキサノアート、イットリウム2−メチルヘキサノアート、コバルト2−メチルヘキサノアート、ニッケル2−メチルヘキサノアート、ジルコニウム2−メチルヘキサノアート、スズ2−メチルヘキサノアート、亜鉛2−メチルヘキサノアートリチウム2−メチルヘキサノアート、ホウ素2−エチルヘキサノアート、リン2−エチルヘキサノアート、シリコン2−エチルヘキサノアート、バナジウム2−エチルヘキサノアート、アンチモン2−エチルヘキサノアート、イットリウム2−エチルヘキサノアート、コバルト2−エチルヘキサノアート、ニッケル2−エチルヘキサノアート、ジルコニウム2−エチルヘキサノアート、スズ2−エチルヘキサノアート、亜鉛2−エチルヘキサノアート、リチウム2−エチルヘキサノアート、バナジウム2−プロピルヘキサノアート、ホウ素2−プロピルヘキサノアート、リン2−プロピルヘキサノアート、シリコン2−プロピルヘキサノアート、アンチモン2−プロピルヘキサノアート、イットリウム2−プロピルヘキサノアート、コバルト2−プロピルヘキサノアート、ニッケル2−プロピルヘキサノアート、ジルコニウム2−プロピルヘキサノアート、スズ2−プロピルヘキサノアート、亜鉛2−プロピルヘキサノアートおよびリチウム2−プロピルヘキサノアートがある。
有機金属化合物のさらに他の例としては、金属アクリレートおよび金属メタクリレートがある。ここで、金属は、ニッケル、ホウ素、リン、バナジウム、アンチモン、イットリウム、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、スズ、亜鉛またはリチウムであり得る。また、金属間にホウ素を導入するように、ホウ素を含む酸が使用可能である(例えば、ホウ酸、H3BO3;2−アセトアミドピリジン−5−ボロン酸、5−アセチル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−ジオン;2−アセチルフェニルボロン酸;3−アセチルフェニルボロン酸;4−アセチルフェニルボロン酸;3−アミノカルボニルフェニルボロン酸;4−アミノカルボニルフェニルボロン酸、3−アミノ−4−フルオロフェニルボロン酸;4−アミノ−3−フルオロフェニルボロン酸、およびBoron Molecular、Research Triangle、NCから市販されているもの)。
ペーストは、上記の段落に挙げた有機金属化合物(例えば、有機リチウム(例えば、リチウムアクリレートおよびリチウムメタクリレート))を、0.001〜10wt%(好適には0.01〜5wt%)で含む。
ニッケル金属間化合物がin situ形成された場合、ペースト組成物は、有機金属化合物を適切な量で含む。一実施形態において、ペースト組成物は、有機金属化合物を60〜95wt%の量で含み、好適には65〜90wt%の量で含み、より好適には70〜85wt%の量で含む。
金属添加物は、任意の適切な形態(例えば、粒子(例えば、薄片、球状、不規則形状、薄片、ナノサイズ、粒子凝集)にしてもよいし、あるいは懸濁液(例えば、コロイド懸濁液または粒子を含まない溶液、および上記の組み合わせ)中に提供してもよい。薄片が好適である。金属添加物が粒子形態をとる場合、金属添加物粒子は、任意の適切なサイズを有し得る。一実施形態において、金属添加物粒子は、メジアンD50粒径が約0.05ミクロン以上および約50ミクロン以下である。別の実施形態において、金属添加物粒子は、メジアン粒径が約0.05〜10ミクロンまたは約0.05〜5ミクロンである。
金属間化合物粒子は、任意の適切なサイズを有し得る。一実施形態において、金属間粒子は、D50粒径が約0.05〜約10ミクロンである。好適には、金属間粒子は、D50サイズが1〜8ミクロンであり、より好適には2〜5ミクロンである。別の実施形態において、金属間粒子は、メジアン粒径が約1〜9ミクロンであり、好適には2〜8ミクロンであり、より好適には3〜7ミクロンである。粒径の測定は、Honeywell Microtrac X100 instrumentを用いて行う。
ニッケル金属間化合物は、ペースト中に、65〜95wt%の量で存在し、好適には70〜90wt%の量で存在し、より好適には75〜85wt%の量で存在し、さらにより好適には78〜82wt%の量で存在する。
ガラスフリット。本明細書において用いられるガラスフリットは重要ではなく、ペースト組成物は、任意の適切なガラスフリットを含んでもよい。初期事項として、本明細書において、ペースト中に用いられるガラスフリットは、意図的に鉛および/またはカドミウムを含んでもよいし、あるいは、意図的に鉛および/またはカドミウムを含まなくてもよい。一実施形態において、ガラスフリットは、実質的に鉛を含まないガラスフリットである。別の実施形態において、ガラスフリットは全て、鉛およびカドミウムを含まない。ガラスは、部分的に結晶性または非結晶性であり得る。部分的に結晶性のガラスが好適である。ガラスフリットと、1つ以上の結晶性または部分的に結晶性または非結晶性の構造との混合物が使用可能である。組成物の詳細と、ガラスフリットの製造とについては、例えば同一出願人による米国特許出願公開第2006/0289055号および第2007/0215202号ならびに仮特許出願第61/407,588号明細書中に記載がある。本明細書中、同文献を参照により援用する。
通常は回避されるが、これらのフリットの焼成温度をより低くするために、酸化タリウムまたは酸化バナジウムを実質的に添加することができる。同様に、これらのフリットの焼成温度をより低くするために、実質的な量の酸化テルルまたは酸化ゲルマニウムを添加することができる。
ペースト組成物は、任意の適切なガラスフリットを含んでもよい。ペーストからガラスフリットを完全に除去してもよい。以下の表中に、本発明の実行におけるガラスフリット組成を示す。Sb2O5+V2O5などの記載は、Sb2O5またはV2O5またはこれら2つの組み合わせが記載の量で存在することを意味する。
Figure 2015523707
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Figure 2015523707
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これらの表中、酸化物の原子価状態のうちの1つ(例えば、Fe)を化学式によって示しているが、他の原子価状態の酸化物(例えば、FeOまたはFe)も、これらの式によって暗示される。
これらのフリットは、湿潤および流量特性の調節のために、他の酸化物も含んでもよい(例えば、MoO、WO、In、および/またはGa)。
本発明の多様な実施形態において、ガラス成分は、軟化点300〜550℃である少なくとも1つのPb含有ガラスフリットを含んでもよい。広範にいうと、フリットは、非結晶性ガラス、部分的に結晶性のガラス、結晶性ガラスおよびこれらの組み合わせであり得る。一実施形態において、ガラス成分またはフリットは、より低い接触抵抗およびより広い焼成ウィンドウを達成するため、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ti、V、Cr、W、Nb、Ta、Hf、Rh、Ru、Pd、Pt、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される遷移金属の酸化物を含み得る。より広い焼成ウィンドウとは、ペースト中の金属を有効に焼結しガラス溶融するために必要な通常の焼成温度と比較して、上記した遷移金属酸化物を±25℃、±50℃、±75℃または±100℃の範囲で存在させることなく可能な温度よりもより高温または低温において、ガラスフリットを含むペーストを有効に焼成することが可能であることを意味する。
本ペースト組成物は、任意の適切な量のガラスフリットを含み得る。一実施形態において、ペースト組成物は、ガラスフリットを約1〜15wt%、好適には2〜12wt%、より好適には2〜10wt%、より好適には2〜8wt%、より好適には3〜6wt%で含み得る。
無機/他の添加物。本ペースト組成物は、他の任意の添加物を任意選択的に含み得る。一実施形態において、リンを多様な方法でペースト組成物に添加することにより、フロント接点の抵抗を低減することができる。例えば、特定のガラスを粉末またはフリット形態の酸化物の形態のPにより変更してもよいし、あるいは、リンをリン酸エステルおよび他の有機リン化合物を介してペーストに添加してもよい。より単純にいうと、銀および/または金属添加物が粒子の形態をとる場合、リンをコーティングとして銀および/または金属添加物粒子に添加した後、ペーストを形成することができる。このような場合、ペースティングの前に、銀および/または金属添加物粒子を液体リンおよび溶剤と混合する。例えば、約85〜約95wt%の銀および/または金属添加物粒子、約5〜約15wt%の溶剤および約0.1〜約10wt%の液体リンを混合し、溶剤を蒸発させる。銀および/または金属添加物粒子をリンでコーティングすることにより、ペースト中にリンおよび銀および/または金属添加物を密に混合することが支援される。
他の添加物(例えば、微細シリコンまたは炭素粉末または双方)をペーストに添加することにより、銀低減および沈降反応を制御することができる。焼成雰囲気(例えば、NまたはN/H/HO混合物流中での焼成)を調節することにより、インターフェースにおける銀沈降またはバルクガラス中における銀沈降を制御することも可能である。しかし、特殊な雰囲気は不要である。微細な低融点金属添加物(例えば、金属酸化物と別個の元素金属添加物)(例えば、Pb、Bi、In、Ga、Sn、Ni、およびZnまたは少なくとも1つの他の金属をそれぞれ含む合金)を添加することにより、より低い焼成温度において接点を提供するかまたは焼成ウィンドウを幅広にすることができる。典型的には、このような金属添加は、本明細書中のペーストの導電性金属部分のうち約1wt%未満の割合で存在する。アセテート、アクリレート、メタクリレート、ギ酸塩、ネオデカン酸、メトキシド、エトキシド、メトキシエトキシド、および上記の金属のステアレートなど、アルミニウム、バリウム、ビスマス、マグネシウム、亜鉛、ストロンチウム、リチウムおよび/またはカリウムを与える有機金属化合物が使用可能である。ケイ酸カリウムも、適切なカリウム源である。
ガラス成分を所望の組成範囲内において配合するために、(a)ガラスの混合物または(b)ガラスおよび結晶性添加物の混合物または(c)1つ以上の結晶性添加物の混合物が使用可能である。目的は、接触抵抗の低減と、太陽電池電気性能の向上である。例えば、接点特性の調節のために、結晶性材料(例えば、Bi、Sb、Sb、In、Ga、SnO、MgO、ZnO、Cr、Fe、Pb、PbO、SiO、ZrO、V、Al、B、TiO、Nb、Ta、TlO、TeOおよびGeO)をガラス成分に添加することができる。上記の酸化物は、ガラス状(すなわち、非結晶性)形態で添加することも可能である。上記した酸化物の組み合わせおよび反応生成物は、所望の特性のガラス成分を設計する際にも適している。例えば、ガラス成分の配合において、PbOおよびSiO(例えば、4PbO・SiO、3PbO・SiO、2PbO・SiO、3PbO・2SiO、およびPbO・SiO)の反応によって単独または混合物として形成された結晶性またはガラス状の低融点ケイ酸鉛が使用可能である。上記した酸化物の他の反応生成物(例えば、ケイ酸ビスマス)(例えば、Bi・SiO、3Bi・5SiO)、ケイ酸亜鉛(例えば、2ZnO・SiOおよびZrO・SiO)も使用可能である。同様に、ニオブ酸塩(例えば、ビスマスニオブ酸塩)、チタン酸塩(例えば、チタン酸ビスマス)が使用可能である。さらなる鉱物形態のこれらの酸化物(例えば、ケイ酸亜鉛鉱およびジルコン)を反応生成物の代わりに添加してもよい。しかし、上記の酸化物の合計量は、本明細書中のいずれかの箇所において開示した多様な実施形態において指定した範囲内に収まる。
また、これらの酸化物の色素反応生成物(例えば、コバルトアルミン酸塩、ケイ酸コバルト)、黒色色素(例えば、銅鉄マンガン酸化物)も他の結晶性添加物として使用可能であることが想定される。
1つの例示的ペースト組成物は、65〜95wt%のニッケル金属間化合物を含み、1〜10%の有機ビヒクル、1〜10wt%の少なくとも1つの溶剤、および1〜10wt%のガラスをさらに含む。別の例示的ペースト組成物は、70〜90wt%のニッケル金属間化合物を含み、1〜10%の有機ビヒクル、1〜10wt%の少なくとも1つの溶剤、および1〜10wt%のガラスをさらに含む。
ドーパント。本明細書中の任意のペーストは、n型ドーパントまたはp型ドーパントを含み得る。適切なドーパントとしては、例えば、LiO、リンコーティングされた銀、ホスホエステル、リン、ホウ素、ガリウム、ヒ素、アンチモンおよびこれらの組み合わせがある。
有機ビヒクル。ペースト組成物は、任意の適切なビヒクル(例えば、キャリア)を含み得る。ほとんどの導電性組成物のための有機ビヒクルまたはキャリアは典型的には、樹脂を溶剤中に溶解した溶液である。一実施形態において、ビヒクルは、チキソトロピック剤をさらに含む。溶剤の沸点は通常約130℃〜約350℃である。一実施形態において、樹脂は、エチルセルロースである。樹脂の他の例としては、エチルヒドロキシエチルセルロース、ウッドロジン、ガムロジン、エチルセルロースおよびフェノール樹脂の混合物、低級アルコールのポリメタクリレート、およびエチレングリコールモノアセテートモノブチルエーテルがある。本発明のペーストは、約10〜20wt%の有機物(例えば、3〜6wt%のビヒクル、2〜4wt%の溶剤、および3〜5wt%の可塑剤)を含む。
溶剤の例としては、テルペン(例えば、アルファ−またはベータ−テルピネオール)またはより高沸点のアルコール(例えば、ダワノール(登録商標)(ジエチレングリコールモノエチルエーテル))、またはこれらと他の溶剤(例えば、ブチルカルビトール(登録商標)(ジエチレングリコールモノブチルエーテル);ジブチルカルビトール(登録商標)(ジエチレングリコールジブチルエーテル)、ブチルカルビトール(登録商標)アセテート(ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート)、ヘキシレングリコール、Texanol(登録商標)(2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチラート)、ならびに他のアルコールエステル、ケロシンおよびジブチルフタル酸エステル)との混合物がある。
可塑剤(例えば、Santicizer(登録商標)ブランド)(製造元:Ferro Corporation)が適切である。
一実施形態において、有機ビヒクルは、接点の変更のための有機金属化合物(例えば、リンまたは銀に基づくもの)を含む。各用途のための所望の粘度要求および揮発度要求を得るために、これらの溶剤および他の溶剤の多様な組み合わせを配合することができる。他の分散剤、界面活性剤およびレオロジー改質剤を含めることができる。
有機キャリア中に有用な製品は、Texanol(登録商標)(Eastman Chemical Company、Kingsport、TN);ダワノール(登録商標)およびカルビトール(登録商標)(Dow Chemical Co.、Midland、MI);Triton(登録商標)(Union Carbide Division of Dow Chemical Co.、Midland、MI)、Thixatrol(登録商標)(Elementis Company、Hightstown NJ)、およびDiffusol(登録商標)(Transene Co.Inc.、Danvers、MA)、エチルセルロース(Dow Chemical Company、Midland、MI)、テルピネオール、(Hercules Inc.、Wilmington、DE)のいずれかの商標名で購入することができる。N−Diffusol(登録商標)は、安定化液体調整物であり、拡散係数が元素リンに類似しているn型拡散物質を含む。
水素化ヒマシ油およびその誘導体を、有機チキソトロピック剤として利用することができる。溶剤/樹脂特性と、任意の懸濁液の固有のずり流動化との組み合わせだけでも、この点において適切であるので、チキソトロペは必ずしも必要ではない。さらに、脂肪酸エステル(例えば、N−タロー−l,3−ジアミノプロパンジ−オレイン酸塩;N−タロートリメチレンジアミンジアセテート;N−ココトリメチレンジアミン、ベータジアミン;N−オレイルトリメチレンジアミン;N−タロートリメチレンジアミン;およびN−タロートリメチレンジアミンジオレイン酸塩、およびこれらの組み合わせ)などの湿潤剤が使用可能である。
上記の組成範囲が好適であり、本明細書中の教示内容などの当業者が認識する範囲に限定することは意図するものではなく、これらの範囲は、最終製品の処理および形成のための特定の用途、特定の部品および条件に応じて変わり得る点に留意されたい。
ペーストの調製。ペースト組成物は、銀、ガラスフリットおよび金属添加物を有機ビヒクルと組み合わせ、銀、ガラスフリットおよび金属添加物を有機ビヒクル中に分散させることにより、形成することができる。利用されるビヒクルの量および型は、最終の所望の配合粘度、ペーストの製粉微細および所望の湿潤印刷厚みによって決定することができる。本発明による組成物の調製において、微粒子無機固体を有機ビヒクルと混合し、適切な装置(例えば、スリーロールミル)によって分散させて懸濁液を形成すると、9.6秒ー1のせん断速度における粘度範囲が約50〜約200kcps、好適には約55〜約120kcpsの組成物が得られた。このせん断速度は、Brookfield粘度計HBT(スピンドルCP−51、25℃において測定)上において決定した。
本明細書中、ペーストA、BおよびCについて言及する。ペーストAは、一般に(シリコンウエハー上に直接印刷された)下層に用いられる。ペーストAは、下層とSiとの間の低接触抵抗を形成するように、配合される。例えば、ペーストAは、0.01〜10wt%の少なくとも1種の金属ケイ酸塩を含み得る。金属ケイ酸塩は、MaSic+2bの式を有し、式中、a=1、2または3であり、b=1、2または3であり、c=a/2、aまたは2aであり、金属Mは、Zn、Mg、Li、Mn、Co、Ni、Cu、Gd、Zr、Ce、Fe、Al、およびYからなる群から選択される。
本発明の特定の実施形態において、ペーストAは、(a)50〜95wt%の金属源であって、(i)銀または銀源および(ii)ニッケル、銅、パラジウム、白金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属または金属源を含む、(a)50〜95wt%の金属源と、(b)0.5〜15wt%のガラス成分と、(c)5〜20wt%の有機ビヒクルとを含む。金属源は、銀または銀、およびニッケル、銅、パラジウム、白金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属または金属源の合金を含み得る。金属源は、球状粒子、不規則形状の粒子、薄片、ナノサイズ粒子、凝集粒子、懸濁液またはこれらの混合物からなる群から選択された少なくとも1つの形態にされた粉末であり得る。
ペーストBは、典型的には、ペーストA上に印刷された上層のために用いられる。ペーストBは、いくつかの特性および特徴を有するように配合される(すなわち、より低い銀使用量、ARC層を介した焼成が不可能であること、良好な半田能力および接着強度によって得られるより低いコスト)。好適には、ガラスフリットは、ARC層を介した焼成が不可能である。ペーストBの固体内容量は、ペーストAよりも低い。
本発明の特定の実施形態において、ペーストBは、(a)40〜85wt%の金属源と、(b)0.5〜15wt%のガラス成分と、(c)5〜20wt%の有機ビヒクルとを含む。
ペーストBおよびCは、多様な実施形態において、80wt%未満の金属、好適には75wt%未満の金属、より好適には72wt%未満の金属およびさらにより好適には65wt%未満の金属を含み得る。ペーストBまたはCの金属源は、銀、または銀合金、ならびにニッケル、銅、パラジウム、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属を含み得る。ペーストBまたはCの金属源は、薄片、球状粒子、不規則形状、ナノサイズ、凝集粒子、または懸濁液中のもの、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される粒子形状を有する粉末であり得る。
本発明の特定の実施形態において、ペーストA、BまたはCのガラス成分中に少なくとも1つのPb含有ガラスフリットを含ませてもよいし、あるいは、鉛およびカドミウムを含まない少なくとも1種のガラスフリットを含ませてもよい。一実施形態において、ガラスフリットは、反射防止膜を介した焼成が不可能である。さらなる実施形態において、ペーストBのガラス成分またはペーストCのガラス成分のTgは、ペーストAのガラス成分のTg以下である。これは、ペーストBのガラスがペーストAのガラス中に侵入する事態を回避するためである。ペーストBおよびCは、接着促進剤または平滑化剤または双方を含み得る。平滑化剤を使用した場合、上層上に形成された最終的な印刷線が平滑になる。一実施形態において、ペーストB中の金属およびガラスの合計割合は、ペーストA中の合計割合よりも低い。別の実施形態において、ペーストC中における金属およびガラスの合計割合は、ペーストA中における合計割合よりも低い。一実施形態において、ペーストBまたはペーストCのガラス成分は、軟化点が300〜550℃である少なくとも1種のガラスフリットを含む。
別の実施形態において、ペーストAは、ホットメルト接着剤を含み得る。このような場合、太陽電池接点を形成するプロセスは、ペーストA上への印刷後、ペーストB(またはペーストC)を乾燥させることを含む。別の実施形態において、ペーストBまたはCは、ホットメルト接着剤も含んでもよい。このような場合、太陽電池接点を形成するプロセスは、ペーストAの印刷後にペーストAを乾燥させることを含む。別の実施形態によれば、印刷後、ペーストA、BまたはCのうちいずれかを乾燥させることができる。
さらに他の実施形態において、ペーストA、BまたはCの金属源は、ニッケルを含んでもよい。ニッケルは、有機ニッケル化合物の形態で設けられる。有機ニッケル化合物は、ニッケルアセチルアセトネートおよびニッケル2−エチルヘキサノアートからなる群から選択され得る。ペーストAまたはB中の導電性金属粉末のD50粒径は、0.05〜10ミクロンの範囲である。金属源は有機金属化合物であり得、有機ビヒクル中に完全溶解され、有機ビヒクルは金属粒子を含まない。
別の実施形態において、ペーストのガラスフリットは、非結晶性ガラス、部分的に結晶性のガラス、結晶性ガラスおよびこれらの組み合わせからなる群から選択され得る。ガラスフリットは、より低い接触抵抗およびより広い焼成ウィンドウを達成するために、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ti、V、Cr、W、Nb、Ta、Hf、Rh、Ru、Pd、Pt、およびこれらの組み合わせからなる群から選択された遷移金属の酸化物を含んでもよい。
ペーストは、0.01〜10wt%の金属アセチルアセトネートをさらに含み得る。金属アセチルアセトネートの金属は、V、Sb、Y、Co、Ni、Zr、Sn、Zn、Li、Mn、Cu、Ce、Ru、RhおよびFeからなる群から選択される。詳細には、ペーストAは、0.01〜10wt%の少なくとも1種の金属ケイ酸塩をさらに含み得る。金属ケイ酸塩は、MaSibOc+2bの式を有し、式中、a=1、2または3であり、b=1、2または3であり、c=a/2、aまたは2aであり、金属Mは、Zn、Mg、Li、Mn、Co、Ni、Cu、Gd、Zr、Ce、Fe、AlおよびYからなる群から選択される。ペーストAは、リチウムアクリレートおよびリチウムメタクリレートからなる群から選択された有機リチウム化合物を0.01〜5wt%でさらに含み得る。ペーストAは、有機亜鉛化合物もさらに含み得る。有機亜鉛化合物は、ペースト組成物中に0.05wt〜30wt%の量で存在し得る。
ペーストAおよびbは、n型ドーパントおよびp型ドーパントからなる群から選択されたドーパントをさらに含み得る。ドーパントは、Li2O、リンコーティングされた銀、ホスホエステル、リン、ホウ素、ガリウム、ヒ素、アンチモンおよびこれらの組み合わせからなる群から選択され得る。さらに、ペーストAおよびBの少なくともいずれかは、0.01〜5wt%の有機リチウム化合物をさらに含み得る。
本明細書中の任意のペーストをステンシルを介して印刷することができる。ペーストAをステンシルを介して印刷すると好適である(詳細には、フィンガー線をペーストAによって印刷する場合)。ペーストBおよびCは、スクリーン印刷によって印刷することができる。すなわち、バスバーの印刷においてステンシルを使用しても、特段の利点は無い。ペーストを湿潤厚さ10〜100ミクロンで印刷した場合、乾燥厚さを7〜70ミクロンにすることができる。本明細書中における任意のペーストのスクリーン印刷を、開口部が80ミクロン以下、好適には70ミクロン以下、より好適には65ミクロン以下、より好適には60ミクロン以下、より好適には55ミクロン以下、およびさらにより好適には50ミクロン以下であるスクリーンを介して行うことができる。一実施形態によれば、ペーストBは、ペーストAの印刷に用いられるスクリーンよりも開口部が小さなスクリーンを用いて印刷される。ペーストAおよびペーストBの印刷に用いられるスクリーンの開口部サイズの差は、0〜20ミクロンである。特定の実施形態において、各印刷されたペースト層の厚さに関係無く、用いられる全てのペースト(A、Bおよび/またはC)の印刷面積の合計が、フロント側の面積の10%未満、8%未満または6%未満であり得る。
ペーストAまたはペーストBまたはペーストCのいずれかの印刷厚みが別のペーストよりも厚くなるような、多様な構成を利用することができる。これらのペーストのうち任意のものを、ガラス無しで配合することができる。
ペーストCも典型的には、上層上に用いられ、ペーストBの代わりにペーストA上に印刷される。ペーストCは、高電導度ペーストであり、所望の密度に応じて、ごく少量のガラスフリットを有するかまたはガラスを含まない。ペーストCのバルク電導度は、ペーストAよりも高い。ペーストCは、(例えば、異なるサイズの銀粒子の組み合わせの利用を介した)より高密度ペーストである。一実施形態において、ペーストCは、(a)50−95wt%の金属源;(b)0〜10wt%のガラス成分、および(c)5〜20wt%の有機ビヒクルを含んでもよい。いくつかの組み合わせにおいて、ペーストA、BおよびC全てが用いられる。
ペーストは、乾燥線厚さが5〜90ミクロン(好適には10〜75ミクロン)になるまで乾燥させることができる。バスバーの乾燥厚さは、1〜20ミクロン、好適には2〜15ミクロン、より好適には3〜10ミクロンであり得る。これらの線を、アスペクト比が0.1〜1、好適には0.2〜0.9、より好適には0.25〜0.9、さらにより好適には0.4〜0.8となるように印刷する。
ペーストの印刷および焼成。接点(例えば、焼成フロント接点膜)または他の部品(例えば、太陽電池のためのもの)を形成するプロセスにおいて、上記したペースト組成物が使用可能である。接点の形成方法は、(1)ペースト組成物をシリコン基板(例えば、シリコンウエハー)へ塗布すること、(2)ペーストを乾燥させること、および(3)ペーストを加熱(例えば、焼成)して、ペーストの金属を焼結し、シリコンへの接点を形成すること、を含む。ペーストの印刷されたパターンの加熱または焼成は、適切な温度において行われる(例えば、約650〜約1000℃の炉設定温度、または約550〜約850℃のウエハー温度)。一実施形態において、炉設定温度は約750〜約960℃であり、ペーストは、大気中で焼成される。反射防止SiN層は、焼成時においてガラスに起因して酸化および腐食すると考察されており、Si基板との反応によってNi/SiまたはAg/Siアイランドが形成され、シリコンへエピタキシャル接合される。焼成条件については、シリコン/ペーストインターフェースにおいてシリコンウエハー上の導電性金属/Siアイランドの密度が十分になるように選択し、これにより、低抵抗率接点が得られ、高効率、高曲線因子の太陽電池が得られる。
典型的なARCは、シリコン化合物(例えば、窒化ケイ素(一般的にSiN:H)によって形成されるが、SiCOまたはSiONも使用可能である。この層は絶縁体として機能し、接触抵抗を増加させる傾向となる。よって、ガラス成分によってこのARC層を腐食させることは、フロント接点形成において必要なステップである。エピタキシャル金属/シリコン導電性アイランドをインターフェースに形成することにより、シリコンウエハーとペーストとの間の抵抗の低減を促進することができる。このようなエピタキシャル金属/シリコンインターフェースが得られない場合、当該インターフェースにおける抵抗が受容不可能なほど高くなる。本明細書中のペーストおよびプロセスにより、エピタキシャル金属/シリコンインターフェースを生成することが可能となり、その結果、広範な処理条件(最低焼成温度が約650℃と低いが、焼成温度は約850℃(ウエハー温度)まで上昇し得る条件)下において低抵抗を有する接点が得られる。
例示的焼成条件としては、100〜300インチ/分(ipm)(好適には150〜250(例えば、200ipm)で移動している赤外線ベルト炉中における以下の温度プロファイルがある:℃(400、400、500、600、700〜800±50℃)。
接点の形成方法。本発明による太陽電池接点は、本明細書中に開示される任意の導電性ペーストを(例えばスクリーン印刷を所望の湿潤厚さ(例えば、約10〜約80ミクロン)まで行うことにより)基板へ塗布することにより、生成することができる。200〜400メッシュスクリーンを用いて、自動スクリーン印刷技術を用いることができる。その後、印刷されたパターンの乾燥を250℃以下(好適には約80〜約250℃)で約0.5〜20分間行った後、焼成を行う。空気焼成時において、印刷された乾燥パターンの焼成時間は、ベルトコンベヤ炉内においてピーク温度においてわずか1秒〜約30秒である。焼成時にガラスが溶解され、金属が焼結される。
本明細書中のペーストの印刷は、インクジェット印刷によって行うこともできる。その場合、コンピュータソフトウェアによって制御されたインクジェットプリンタが用いられる。そのようなコンピュータソフトウェアは、以下の多様な企業のうち任意の企業から販売されている:Applied Materials、Pacini、Kodak、Wasatch、Hewlett−Packard、エプソン、キャノン、Roland DGA、ixPressia、Arnica、Jetec、Foxjet、QuadTone、またはSauven。
ここで図1A〜図1Eを参照すると、太陽電池フロント接点形成の多くの可能な例示的な実施形態の1つが例示されている。太陽電池フロント接点は、一般に、ペースト組成物をソーラーグレードSiウエハーに塗付することにより生成することができる。詳細には、図1Aは、単結晶シリコンまたは多結晶性シリコンの基板10の生成の模式図である。基板は、光反射を低下させるテクスチャード加工表面を有し得る。太陽電池の場合、牽引または鋳造プロセスから形成されたインゴットからスライスされた基板が用いられる場合が多い。器具(例えば、スライスに用いられる線鋸)に起因する基板表面の損傷およびウエハーをスライスするステップからの汚染は典型的には、約10〜20ミクロンの基板表面をアルカリ水溶液(例えば、KOHまたはNaOH)を用いるか、またはHFおよびHNOの混合物を用いてエッチングすることにより除去される。基板を任意選択的にHClおよびHの混合物によって洗浄することにより、基板表面に付着し得る重金属(例えば、鉄)を除去することができる。その後、例えば、アルカリ水溶液(例えば、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウム水溶液)を用いて反射防止テクスチャード加工表面を形成する場合もある。このようにして得られた基板を、典型的シリコンウエハーの厚さが約160〜200ミクロンであるため、厚さ寸法を誇張して図示する。
図1Bは、p型基板が用いられる場合の、n型層20を形成してp−n接合の生成を示す模式図である。リン拡散層は、多様な適切な形態(例えば、オキシ塩化リン(POCl)、有機リン化合物および他の本明細書中に開示されるもの)のうち任意の形態で供給される。リン源は、シリコンウエハーの片面のみに選択的に塗付することができる。拡散温度および時間を制御することにより、拡散層の深さを変更することができ、拡散層の深さは一般的には約0.2〜0.5ミクロンであり、シート抵抗率は約40〜約120オーム/スクエアである。リン源は、リン含有液体コーティング材料を含んでもよい(例えば、リンケイ酸ガラス(PSG))。リン源は、プロセス(例えば、スピンコーティング)によって基板表面の片面のみに塗付することができ、拡散は、適切な条件下におけるアニーリングによって影響を受ける。
図1Cは、反射防止膜(ARC)/保護膜30を基板10上に形成する様子を示す。反射防止膜(ARC)/保護膜30は、SiN、TiOまたはSiOであり得、上記のn型拡散層20上に形成される。窒化ケイ素膜は、水素による保護を誇張するためにSiN:Hと表される場合がある。ARC30により、太陽電池の入射光に対する表面反射率が低下し、その結果、生成される電流が増加する。ARC30の厚さは屈折率に依存するが、厚さを約700〜約900Åにすると、約1.9〜約2.0の屈折率を得るために適している。ARCは、多様な手順(例えば、低圧CVD、プラズマCVD、または熱CVD)によって形成することができる。SiNxコーティングの形成に熱CVDが用いられる場合、出発材料はジクロロシラン(SiCl)およびアンモニア(NH)ガスである場合が多く、膜形成は少なくとも700℃の温度で実行される。熱CVDが用いられる場合、出発ガスの熱分解を高温度において行うと、窒化ケイ素膜内に水素が実質的に無くなり、その結果、シリコンと窒素との間に実質的に化学量論組成比(Si)が得られる。ARCを形成するための他の方法も使用可能である。
図1Dは、本ペースト組成物500をARC膜30上に塗付する様子を示す。ペースト組成物の塗付は、任意の適切な技術によって行うことができる。例えば、ペースト組成物を、スクリーン印刷によって基板10のフロント側上に塗付することができる。ペースト組成物500を約125℃において約10分間乾燥する。ペーストビヒクルから溶剤が乾燥されておりかつこの段階において燃焼または除去されていない限り、他の乾燥時間および温度も可能である。
図1Dは、基板10のバック側上にバック側ペースト層を形成する様子をさらに示す。バック側ペースト層は、1種以上のペースト組成物を含んでもよい。一実施形態において、第1のペースト70により、バック側接点の形成が促進され、第2のペースト80により、基板のバック側上のp+層の形成が促進される。第1のペースト70は、銀または銀/アルミニウムを含み得、第2のペースト80は、アルミニウムを含み得る。例示的なバック側銀/アルミニウムペーストとして、Ferro 3398、PS 33−610またはPS 33−612(販売元:Ferro Corporation、Cleveland、Ohio)がある。例示的な市販のバック側用のアルミニウムペーストとして、Ferro AL53−120 StandardまたはAL53−112、AL860、AL5116(販売元:Ferro Corporation、Cleveland、Ohio)がある。
バック側ペースト層は、フロントペースト層500と同様に基板に塗付し、乾燥することができる。本実施形態において、バック側は、後続プロセスにおいてより厚いp+層を形成する必要に部分的に起因して、湿潤厚さが約30〜50ミクロンになるまで主にアルミニウムペーストによって被覆される。
その後、乾燥ペーストを支持するウエハーを、空気雰囲気を用いて炉設定温度約650℃〜約1000℃において1分間〜数分間にわたって赤外線ベルト炉内で焼成する。この焼成は一般的には、温度プロファイルに従って実行される。この温度プロファイルにより、有機物の約300℃〜約550℃におけるバーンアウトが可能となり、約650℃〜約1000℃のピーク炉設定温度の期間はわずか約1秒しか続かないが、より低い温度における焼成において、より長い焼成時間(例えば、1分間、3分間または5分間)も可能である。
焼成は典型的には、空気雰囲気中で行われる。例えば、6ゾーン焼成プロファイルが使用可能であり、ベルト速度は約1〜約6.4メートル(40〜250インチ)/分、好適には5〜6メートル/分(約200〜240インチ/分)である。好適な例において、ゾーン1の長さは約18インチ(45.7cm)であり、ゾーン2の長さは約18インチ(45.7cm)であり、ゾーン3の長さは約9インチ(22.9cm)であり、ゾーン4の長さは約9インチ(22.9cm)であり、ゾーン5の長さは約9インチ(22.9cm)であり、ゾーン6の長さは約9インチ(22.9cm)である。しかし、各連続するゾーン中の温度は典型的には、先行部分の温度よりも常に高いわけではない(例えば、ゾーン1中の350〜500℃、ゾーン2中の400〜550℃、ゾーン3中の450〜700℃、ゾーン4中の600〜750℃、ゾーン5中の750〜900℃、およびゾーン6中の800〜970℃)。当然なことであるが、3個を超えるゾーンを有する焼成配置構成が、本発明において想定される(例えば、4、5、6、7、8または9個以上のゾーン)。各ゾーンのゾーン長さは約5〜約20インチであり、焼成温度は650〜1000℃である。
図1Eは、ペースト500の金属部分を焼結することと、ペースト500のガラスフリットを溶融することとにより、電気接点501を形成することを示す。図1E中に模式的に示すように、焼成時において、フロント側ペースト500は、窒化ケイ素層30を焼結および貫通(すなわち、貫通燃焼)することにより、電気接点501がn型層20と共に形成される。焼成時において、バック側上にアルミニウムを含むペースト80が溶融し、シリコンウエハー10と反応した後固化して、高濃度のAlドーパントを含む部分的p+層40が形成される。この層は一般的には裏面場(BSF)層と呼ばれ、太陽電池のエネルギー変換効率の向上が支援される。バック電極81は、ペースト80を焼成することによって形成され得る。銀または銀/アルミニウムを含むペースト70が焼成されると、バック接点となる。モジュール製作時において、バック側ペースト71の領域がタブ取り付けのために使用可能である。本明細書中に開示されるペースト、太陽電池接点および太陽電池を作製するプロセスは、本発明の実施形態として想定される。
本発明により、フロント側接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層をシリコンウエハーのフロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスも提供される。このプロセスは、ファイヤースルー性能を有するペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAを平行であって間に隙間が設けられた複数の細いフィンガー線として印刷して、分割フィンガー線の下印刷部を形成することと、ペーストBを印刷および乾燥することであって、ペーストBは、格子パターン状に印刷され、格子パターンは、分割フィンガー線の下印刷部と直交する、間に隙間が設けられた少なくとも2本のバスバーを含む、ことと、二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することであって、ペーストAは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAにより、焼成時において、ペーストBよりもより良好な半田濡れ性が得られ、ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBにより、焼成時において、ペーストAよりもより低い接触抵抗が得られる、こととを含む。ペーストAおよびBについては、本明細書において上記に詳述されている。このプロセスは、同様に本明細書において上で詳述されているペーストCの使用をさらに含み得る。
フロント側太陽電池接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層を前記フロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスに関連する第1の実施形態の項目1によれば、このプロセスは、
a.シリコンウエハーのフロント側へARC層を適用することと、
b.ファイヤースルー性能を有するペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAを平行であって間に隙間が設けられた複数の細いフィンガー線として印刷して、分割フィンガー線の下印刷部を形成することと、
c.ペーストBをペーストA上に印刷することであって、ペーストBは、格子パターン状に印刷され、格子パターンは、
i.分割フィンガー線の下印刷部と直交する、間に隙間が設けられた少なくとも2本のバスバーと、
ii.フィンガー線の下印刷部上に重ねられたフィンガー線の上印刷部を形成する平行な細いフィンガー線であって、
ペーストAおよびペーストBの印刷面積の合計が、フロント側の面積の10%未満である、
フィンガー線と、
を含む、ことと、
d.二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することと、
を含み、
ペーストAは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、
ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含む。
実施形態の項目1において、ペーストBは、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供し得る。
好適な実施形態の項目2は、項目1のプロセスであって、ペーストAおよびペーストBのうち少なくとも1つは、ホットメルト接着剤を含む。
好適な実施形態の項目3は、項目1のプロセスであって、ペーストAは、
a.50〜95wt%の金属源であって、
i.銀または銀源、および
ii.ニッケル、銅、パラジウム、白金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属または金属源、を含む金属源と、
b.0.5〜15wt%のガラス成分と、
c.5〜20wt%の有機ビヒクルと、
を含む。
好適な実施形態の項目4は、項目3のプロセスであって、金属源は、銀と、ニッケル、銅、パラジウム、白金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属との合金を含む。
好適な実施形態の項目5は、項目3のプロセスであって、金属源はニッケルを含み、ニッケルは、有機ニッケル化合物の形態で提供される。
好適な実施形態の項目6は、項目5のプロセスであって、有機ニッケル化合物は、ニッケルアセチルアセトネートおよびニッケル2−エチルヘキサノアートからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目7は、項目3のプロセスであって、導電性金属粉末は、球状粒子、不規則形状の粒子、薄片、ナノサイズ粒子、凝集粒子、懸濁液、またはこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つの形態で提供される。
好適な実施形態の項目8は、項目6のプロセスであって、導電性金属粉末のDso粒径は、0.05〜10ミクロンの範囲内である。
好適な実施形態の項目9は、項目3のプロセスであって、ガラス成分は、軟化点が300〜550℃である少なくとも1種のPb含有ガラスフリットを含む。
好適な実施形態の項目10は、項目9のプロセスであって、ガラスフリットは、非結晶性ガラス、部分的に結晶性のガラス、結晶性ガラスおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目11は、項目9のプロセスであって、ガラスフリットは、より低い接触抵抗およびより広い焼成ウィンドウを達成するために、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ti、V、Cr、W、Nb、Ta、Hf、Rh、Ru、Pd、Ptおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される遷移金属の酸化物を含む。
好適な実施形態の項目12は、項目3のプロセスであって、ペーストは、0.01〜10wt%の金属アセチルアセトネートを含み、金属アセチルアセトネートの金属は、V、Sb、Y、Co、Ni、Zr、Sn、Zn、Li、Mn、Cu、Ce、Ru、Rh、およびFeからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目13は、項目3のプロセスであって、ペーストAは、0.01〜10wt%の少なくとも1種の金属ケイ酸塩をさらに含み、金属ケイ酸塩は、MaSibOc+2bの式を有し、式中、a=1、2または3であって、b=1、2または3、c=a/2、aまたは2aであり、金属Mは、Zn、Mg、Li、Mn、Co、Ni、Cu、Gd、Zr、Ce、Fe、Al、およびYからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目14は、項目3のプロセスであって、ペーストAは、リチウムアクリレートおよびリチウムメタクリレートからなる群から選択される0.01〜5wt%の有機リチウム化合物をさらに含む。
好適な実施形態の項目15は、項目3のプロセスであって、ペーストAは、有機亜鉛化合物をさらに含む。
好適な実施形態の項目16は、項目15のプロセスであって、有機亜鉛化合物は、ペースト組成物中に0.05wt〜30wt%の量で存在する。
好適な実施形態の項目17は、項目3のプロセスであって、金属源は、有機ビヒクル中に完全溶解された有機金属化合物であって、有機ビヒクルは、金属粒子を含まない。
好適な実施形態の項目18は、項目3のプロセスであって、n型ドーパントおよびp型ドーパントからなる群から選択されるドーパントをさらに含む。
好適な実施形態の項目19は、項目18のプロセスであって、ドーパントは、LiO、リンコーティングされた銀、ホスホエステル、リン、ホウ素、ガリウム、ヒ素、アンチモンおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目20は、項目3のプロセスであって、少なくとも1つのペーストは、0.01〜5wt%の有機リチウム化合物をさらに含む。
好適な実施形態の項目21は、項目3のプロセスであって、ペーストBは、
a.40〜85wt%の金属源と、
b.0.5〜15wt%のガラス成分と、
c.5〜20wt%の有機ビヒクルと、
を含む。
好適な実施形態の項目22は、項目21のプロセスであって、ペーストBの金属源は、銀およびニッケル、銅、パラジウム、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む。
好適な実施形態の項目23は、項目21のプロセスであって、ペーストBの金属源は、銀合金およびニッケル、銅、パラジウム、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む。
好適な実施形態の項目24は、項目21のプロセスであって、ペーストBの金属源はニッケルを含み、ニッケルは、有機ニッケル化合物の形態で提供される。
好適な実施形態の項目25は、項目21のプロセスであって、ペーストBの金属源の含有量は、80wt%未満である。
好適な実施形態の項目26は、項目21のプロセスであって、ペーストBの金属源は、薄片、球状粒子、不規則形状、ナノサイズ、凝集粒子、または懸濁液中に設けられたもの、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される粒子形状を有する粉末である。
好適な実施形態の項目27は、項目21のプロセスであって、ペーストBのガラス成分は、軟化点が300〜550℃である少なくとも1種のガラスフリットを含む。
好適な実施形態の項目28は、項目21のプロセスであって、ガラス成分は、少なくとも1つのPb含有ガラスフリットを含む。
好適な実施形態の項目29は、項目21のプロセスであって、ガラス成分は、鉛およびカドミウムを含まない少なくとも1種のガラスフリットを含む。
好適な実施形態の項目30は、項目21のプロセスであって、ガラスフリットは、反射防止膜を介した焼成が不可能である。
好適な実施形態の項目31は、項目21のプロセスであって、ペーストBのガラス成分のTgは、ペーストAのガラス成分のTg以下である。
好適な実施形態の項目32は、項目21のプロセスであって、ペーストBは、接着促進剤をさらに含む。
好適な実施形態の項目33は、項目21のプロセスであって、ペーストBの有機ビヒクルは、平滑化剤をさらに含む。
好適な実施形態の項目34は、項目21のプロセスであって、ペーストB中の金属およびガラスの合計割合は、ペーストA中の合計割合よりも低い。
好適な実施形態の項目35は、項目1のプロセスであって、ペーストAはホットメルト接着剤を含み、プロセスは、ステップ(c)の後、ペーストBを乾燥させるステップ(c1)をさらに含む。
好適な実施形態の項目36は、項目1のプロセスであって、ペーストBはホットメルト接着剤を含み、プロセスは、ステップ(b)の後、ペーストAを乾燥させるステップ(b1)をさらに含む。
好適な実施形態の項目37は、項目1のプロセスであって、ステップ(b)およびステップ(c)それぞれのうち少なくとも1つの後、プロセスは、ペーストAを乾燥させるステップ(b1)およびペーストBを乾燥させるステップ(c1)のうち少なくとも1つをさらに含む。
好適な実施形態の項目38は、項目1のプロセスであって、(b)ペーストAを印刷することは、(b1)ペーストAを湿潤厚さが10〜100ミクロンになるまでステンシルを介して印刷すること、および(b2)ペーストAをスクリーン印刷することであって、スクリーンの開口部は80ミクロン以下であることのうち少なくとも1つを含む。
好適な実施形態の項目39は、項目1のプロセスであって、ペーストAは、ペーストBより印刷厚みが大きい。
好適な実施形態の項目40は、項目1のプロセスであって、ペーストBは、ペーストAより印刷厚みが大きい。
好適な実施形態の項目41は、項目1のプロセスであって、ペーストAおよびペーストBのうち少なくとも1つは、インクジェットプリンタによって印刷される。
好適な実施形態の項目42は、項目1のプロセスであって、ペーストBはガラスを含まない。
好適な実施形態の項目43は、項目3のプロセスであって、印刷されたペーストAの乾燥線厚さが10〜75ミクロンとなるように、ペーストAおよびペーストBのうち少なくとも1つを乾燥させることをさらに含む。
好適な実施形態の項目44は、項目43のプロセスであって、バスバーの乾燥厚さは、3〜10ミクロンである。
好適な実施形態の項目45は、項目3のプロセスであって、線のアスペクト比は0.1〜1である。
フロント側接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層を前記フロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスに関連する第2の実施形態の項目46によれば、このプロセスは、
a.ファイヤースルー性能を有するペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAを平行であって間に隙間が設けられた複数の細いフィンガー線として印刷して、分割フィンガー線の下印刷部を形成する、ことと、
b.ペーストBを印刷および乾燥することであって、ペーストBは、格子パターン状に印刷され、格子パターンは、分割フィンガー線の下印刷部と直交する、間に隙間が設けられた少なくとも2本のバスバーを含む、ことと、
c.二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することと、
を含み、
ペーストAは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時において、ペーストBよりもより良好な半田濡れ性を提供し、
ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時において、ペーストAよりも低い接触抵抗を提供する。
好適な実施形態の項目47は、項目46のプロセスであって、ペーストAは、ホットメルト接着剤を含む。
好適な実施形態の項目48は、項目46のプロセスであって、ペーストAは有機ビヒクルを含み、ペーストAは、ステンシルを介して印刷される。
好適な実施形態の項目49は、項目46のプロセスであって、ペーストAは、
a.50〜95wt%の金属源であって、
i.銀または銀源、および
ii.ニッケル、銅、パラジウム、白金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属または金属源、
を含む、金属源と、
b.0.5〜15wt%のガラス成分と、
c.5〜20wt%の有機ビヒクルと、
を含む。
好適な実施形態の項目50は、項目49のプロセスであって、金属源は、銀と、ニッケル、銅、パラジウム、白金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属との合金を含む。
好適な実施形態の項目51は、項目49のプロセスであって、金属源はニッケルを含み、ニッケルは、有機ニッケル化合物の形態で提供される。
好適な実施形態の項目52は、項目51のプロセスであって、有機ニッケル化合物は、ニッケルアセチルアセトネートおよびニッケル2−エチルヘキサノアートからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目53は、項目49のプロセスであって、導電性金属粉末は、球状粒子、不規則形状の粒子、薄片、ナノサイズ粒子、凝集粒子、懸濁液、またはこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つの形態で提供される。
好適な実施形態の項目54は、項目53のプロセスであって、導電性金属粉末のD50粒径は、0.05〜10ミクロンの範囲内である。
好適な実施形態の項目55は、項目49のプロセスであって、ガラス成分は、軟化点が300〜550℃である少なくとも1種のPb含有ガラスフリットを含む。
好適な実施形態の項目56は、項目55のプロセスであって、ガラスフリットは、非結晶性ガラス、部分的に結晶性のガラス、結晶性ガラスおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目57は、項目55のプロセスであって、ガラスフリットは、より低い接触抵抗およびより広い焼成ウィンドウを達成するために、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ti、V、Cr、W、Nb、Ta、Hf、Rh、Ru、Pd、Ptおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される遷移金属の酸化物を含む。
好適な実施形態の項目58は、項目49のプロセスであって、ペーストは、0.01〜10wt%の金属アセチルアセトネートを含み、金属アセチルアセトネートの金属は、V、Sb、Y、Co、Ni、Zr、Sn、Zn、Li、Mn、Cu、Ce、Ru、Rh、およびFeからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目59は、項目49のプロセスであって、ペーストAは、0.01〜10wt%の少なくとも1種の金属ケイ酸塩をさらに含み、金属ケイ酸塩は、MSic+2bの式を有し、式中、a=1、2または3であり、b=1、2または3であり、a/b=1/3〜3であり、c=1/2a、a、または2aであり、金属Mは、Zn、Mg、Li、Mn、Co、Ni、Cu、Gd、Zr、Ce、Fe、AlおよびYからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目9は、項目49のプロセスであって、ペーストAは、リチウムアクリレートおよびリチウムメタクリレートからなる群から選択される有機リチウム化合物を0.01〜5wt%でさらに含む。
好適な実施形態の項目60は、項目49のプロセスであって、ペーストAは、有機亜鉛化合物をさらに含む。
好適な実施形態の項目62は、項目61のプロセスであって、有機亜鉛化合物は、ペースト組成物中に0.05wt〜30wt%の量で存在する。
好適な実施形態の項目63は、項目49のプロセスであって、金属源は有機ビヒクル中に完全溶解された有機金属化合物であって、有機ビヒクルは、金属粒子を含まない。
好適な実施形態の項目64は、項目49のプロセスであって、ペーストCは、
a.50〜95wt%の金属源、
b.0.10wt%のガラス成分、および、
c.5〜20wt%の有機ビヒクル、
を含む。
好適な実施形態の項目65は、項目64のプロセスであって、ペーストCの金属源は、銀およびニッケル、銅、パラジウム、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む。
好適な実施形態の項目66は、項目64のプロセスであって、ペーストCの金属源は、銀と、ニッケル、銅、パラジウム、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属との合金を含む。
好適な実施形態の項目67は、項目64のプロセスであって、ペーストCの金属源はニッケルを含み、ニッケルは、有機ニッケル化合物の形態で提供される。
好適な実施形態の項目68は、項目64のプロセスであって、ペーストCの金属源の含有量は、80wt%未満である。
好適な実施形態の項目69は、項目64のプロセスであって、ペーストCの金属源は、球状形状、不規則形状、薄片、またはナノサイズ粉末または懸濁液、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される粒子形状の粉末である。
好適な実施形態の項目70は、項目64のプロセスであって、ペーストCのガラス成分は、軟化点が300〜550℃である少なくとも1種のガラスフリットを含む。
好適な実施形態の項目71は、項目64のプロセスであって、ガラス成分は、少なくとも1種のPb含有ガラスフリットを含む。
好適な実施形態の項目72は、項目64のプロセスであって、ガラス成分は、鉛およびカドミウムを含まない少なくとも1種のガラスフリットを含む。
好適な実施形態の項目73は、項目64のプロセスであって、ガラスフリットは、反射防止膜を介した焼成が不可能である。
好適な実施形態の項目74は、項目64のプロセスであって、ペーストCのガラス成分のTgは、ペーストAのガラス成分のTg以下である。
好適な実施形態の項目75は、項目64のプロセスであって、ペーストCは、接着促進剤をさらに含む。
好適な実施形態の項目76は、項目64のプロセスであって、ペーストCの有機ビヒクルは、平滑化剤をさらに含む。
好適な実施形態の項目77は、項目64のプロセスであって、金属およびガラスのペーストC中における合計割合は、ペーストA中の合計割合未満である。
好適な実施形態の項目78は、項目46のプロセスであって、ペーストAはホットメルト接着剤を含み、プロセスは、ステップ(c)の後、ペーストCを乾燥させるステップ(c1)をさらに含む。
好適な実施形態の項目79は、項目46のプロセスであって、ペーストCはホットメルト接着剤を含み、プロセスは、ステップ(b)の後、ペーストAを乾燥させるステップ(b1)をさらに含む。
好適な実施形態の項目80は、項目46のプロセスであって、ステップ(b)およびステップ(c)それぞれのうち少なくとも1つの後、プロセスは、ペーストAを乾燥させるステップ(b1)と、ペーストCを乾燥させるステップ(c1)とのうち少なくとも1つをさらに含む。
好適な実施形態の項目81は、項目46のプロセスであって、(b)ペーストAを印刷することは、ペーストAを湿潤厚さが10〜100ミクロンになるまでステンシルを介して印刷することを含む。
好適な実施形態の項目82は、項目46のプロセスであって、ペーストAは、ペーストCよりも印刷厚みが大きい。
好適な実施形態の項目83は、項目46のプロセスであって、ペーストCは、ペーストAよりも印刷厚みが大きい。
好適な実施形態の項目84は、項目46のプロセスであって、ペーストAおよびペーストCのうち少なくとも1つは、インクジェットプリンタによって印刷される。
好適な実施形態の項目85は、項目46のプロセスであって、ペーストBはガラスを含まない。
フロント側接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層を前記フロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスに関連する第2の実施形態の項目86によれば、このプロセスは、
a.非ファイヤースルー性能を有するペーストBを、少なくとも2本の平行なバスバーを形成するようにスクリーン印刷および乾燥することと、
b.ファイヤースルー性能を有するペーストAをステンシルを介してARC層上に印刷することであって、ペーストAは、少なくとも2本の平行なバスバーを接続させる細い平行なフィンガーを含むパターン状に印刷される、ことと、
c.二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することと、
を含み、
ペーストAは、ホットメルト接着剤および無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、
ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供する。
好適な実施形態の項目87は、項目86のプロセスであって、ペーストAは、ホットメルト接着剤を含む。
好適な実施形態の項目88は、項目86のプロセスであって、ペーストAは有機ビヒクルを含み、ペーストAは、ステンシルを介して印刷される。
好適な実施形態の項目89は、項目86のプロセスであって、ペーストAは、
a.50〜95wt%の金属源、
b.0.5〜15wt%のガラス成分、および、
c.5〜20wt%の有機ビヒクル、
を含む。
好適な実施形態の項目90は、項目89のプロセスであって、金属源は、銀と、ニッケル、銅、パラジウム、白金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属との合金を含む。
好適な実施形態の項目91は、項目89のプロセスであって、金属源はニッケルを含み、ニッケルは、有機ニッケル化合物の形態で提供される。
好適な実施形態の項目92は、項目91のプロセスであって、有機ニッケル化合物は、ニッケルアセチルアセトネートおよびニッケル2−エチルヘキサノアートからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目93は、項目90のプロセスであって、導電性金属粉末は、球状粒子、不規則形状の粒子、薄片、ナノサイズ粒子、凝集粒子、懸濁液、またはこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1種の形態で提供される。
好適な実施形態の項目94は、項目93のプロセスであって、金属源のD50粒径は、0.05〜10ミクロンの範囲内にある。
好適な実施形態の項目95は、項目89のプロセスであって、ガラス成分は、軟化点が300〜550℃である少なくとも1つのPb含有ガラスフリットを含む。
好適な実施形態の項目96は、項目95のプロセスであって、ガラスフリットは、非結晶性ガラス、部分的に結晶性のガラス、結晶性ガラスおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目97は、項目95のプロセスであって、ガラスフリットは、より低い接触抵抗およびより広い焼成ウィンドウを達成するため、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ti、V、Cr、W、Nb、Ta、Hf、Rh、Ru、Pd、Pt、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される遷移金属の酸化物を含む。
好適な実施形態の項目98は、項目89のプロセスであって、ペーストは、0.01〜10wt%の金属アセチルアセトネートを含み、金属アセチルアセトネートの金属は、V、Zn、Mn、Co、Ni、Cu、Y、Zr、Ce、Ru、Rh、およびFeからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目99は、項目89のプロセスであって、ペーストAは、0.01〜10wt%の少なくとも1種の金属ケイ酸塩をさらに含み、金属ケイ酸塩は、MaSibOc+2bの式を有し式中、a=1、2または3であって、b=1、2または3であって、a/b=113〜3であって、c=112a、aまたは2aであって、金属Mは、Zn、Mg、Li、Mn、Co、Ni、Cu、Gd、Zr、Ce、Fe、Al、およびYからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目100は、項目89のプロセスであって、ペーストAは、リチウムアクリレートおよびリチウムメタクリレートからなる群から選択される有機リチウム化合物を0.01〜5wt%でさらに含む。
好適な実施形態の項目101は、項目89のプロセスであって、ペーストAは、有機亜鉛化合物をさらに含む。
好適な実施形態の項目102は、項目101のプロセスであって、有機亜鉛化合物は、ペースト組成物中に0.05wt〜30wt%の量で存在する。
好適な実施形態の項目103は、項目89のプロセスであって、金属源は、有機ビヒクル中に完全溶解された有機金属化合物であって、有機ビヒクルは、金属粒子を含まない。
好適な実施形態の項目104は、項目89のプロセスであって、ペーストBは、
a.40〜85wt%の金属源と、
b.0.5〜15wt%のガラス成分と、
c.5〜20wt%の有機ビヒクルと、
を含む。
好適な実施形態の項目105は、項目104のプロセスであって、ペーストBの金属源は、銀およびニッケル、銅、パラジウム、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む。
好適な実施形態の項目106は、項目104のプロセスであって、ペーストBの金属源は、銀と、ニッケル、銅、パラジウム、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属との合金を含む。
好適な実施形態の項目107は、項目105のプロセスであって、ペーストBの金属源はニッケルを含み、ニッケルは、有機ニッケル化合物の形態で提供される。
好適な実施形態の項目108は、項目104のプロセスであって、ペーストBの金属源の含有量は、80wt%未満である。
好適な実施形態の項目109は、項目104のプロセスであって、ペーストBの金属源は、球状形状、不規則形状、薄片、またはナノサイズ粉末または懸濁液およびこれらの組み合わせからなる群から選択される粒子形状を有する粉末である。
好適な実施形態の項目110は、項目104のプロセスであって、ペーストBのガラス成分は、軟化点が300〜550℃である少なくとも1種のガラスフリットを含む。
好適な実施形態の項目111は、項目104のプロセスであって、ガラス成分は、少なくとも1種のPb含有ガラスフリットを含む。
好適な実施形態の項目112は、項目104のプロセスであって、ガラス成分は、鉛およびカドミウムを含まない少なくとも1種のガラスフリットを含む。
好適な実施形態の項目113は、項目104のプロセスであって、ガラスフリットは、反射防止膜を介した焼成が不可能である。
好適な実施形態の項目114は、項目104のプロセスであって、ペーストBのガラス成分のTgは、ペーストAのガラス成分のTg以下である。
好適な実施形態の項目115は、項目104のプロセスであって、ペーストBは、接着促進剤をさらに含む。
好適な実施形態の項目116は、項目104のプロセスであって、ペーストBの有機ビヒクルは、ペーストBが平滑な印刷線を形成することができるようにするための平滑化剤をさらに含む。
好適な実施形態の項目117は、項目104のプロセスであって、ペーストB中の金属およびガラスの合計割合は、ペーストA中の合計割合よりも低い。
好適な実施形態の項目118は、項目86のプロセスであって、ペーストAはホットメルト接着剤を含み、プロセスは、ステップ(c)の後、ペーストBを乾燥させるステップ(c1)をさらに含む。
好適な実施形態の項目119は、項目86のプロセスであって、ペーストBはホットメルト接着剤を含み、プロセスは、ステップ(b)の後、ペーストAを乾燥させるステップ(b1)をさらに含む。
好適な実施形態の項目120は、項目86のプロセスであって、ステップ(b)およびステップ(c)それぞれのうち少なくとも1つの後、プロセスは、ペーストAを乾燥させるステップ(b1)と、ペーストBを乾燥させるステップ(c1)とのうち少なくとも1つをさらに含む。
好適な実施形態の項目121は、項目86のプロセスであって、(b)ペーストAを印刷することは、ペーストAを湿潤厚さが10〜100ミクロンになるまでステンシルを介して印刷することを含む。
好適な実施形態の項目122は、項目86のプロセスであって、ペーストAは、ペーストBより印刷厚みが大きい。
好適な実施形態の項目123は、項目86のプロセスであって、ペーストBは、ペーストAより印刷厚みが大きい。
好適な実施形態の項目124は、項目86のプロセスであって、ペーストAおよびペーストBのうち少なくとも1つは、インクジェットプリンタによって印刷される。
好適な実施形態の項目125は、項目86のプロセスであって、ペーストBはガラスを含まない。
フロント側接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層を前記フロント側に備えるシリコンウエハー上に形成するプロセスに関連する第3の実施形態の項目126によれば、プロセスは、
a.ファイヤースルー性能を有するペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAは格子パターン状に印刷され、格子パターンは、
i.フィンガー線の下印刷部を形成する平行な細いフィンガー線、および
ii.フィンガー線と直角交差する少なくとも2本の平行なバスバー、
を含む、ことと、
b.ペーストA、BまたはCをフィンガー線の下印刷部上に印刷および乾燥することであって、ペーストA、B、またはCは、格子パターン状に印刷され、格子パターンは、フィンガー線の下印刷部上に重ねられたフィンガー線の上印刷部を形成する平行な細いフィンガー線を含む、ことと、
c.二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することと、
を含み、
ペーストAは、ホットメルト接着剤および無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時において、ペーストBよりも良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供し、ペーストCは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(c1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(c2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時において、ペーストCよりも低い接触抵抗をシリコンに提供する。
好適な実施形態の項目127は、項目126のプロセスであって、ペーストAおよびペーストBまたはCのうち存在するもののうち少なくとも1つは、ホットメルト接着剤を含む。
好適な実施形態の項目128は、項目126のプロセスであって、ペーストAは、
a.50〜95wt%の金属源と、
b.0.5〜15wt%のガラス成分と、
c.5〜20wt%の有機ビヒクルと、
を含む。
好適な実施形態の項目129は、項目128のプロセスであって、金属源は、銀と、ニッケル、銅、パラジウム、白金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属との合金を含む。
好適な実施形態の項目130は、項目128のプロセスであって、金属源はニッケルを含み、ニッケルは、有機ニッケル化合物の形態で提供される。
好適な実施形態の項目131は、項目130のプロセスであって、有機ニッケル化合物は、ニッケルアセチルアセトネートおよびニッケル2−エチルヘキサノアートからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目132は、項目128のプロセスであって、導電性金属粉末は、球状粒子、不規則形状の粒子、薄片、ナノサイズ粒子、凝集粒子、懸濁液、またはこれらの混合物からなる群から選択された少なくとも1つの形態で提供される。
好適な実施形態の項目133は、項目132のプロセスであって、導電性金属粉末のDso粒径は、0.05〜10ミクロンの範囲内である。
好適な実施形態の項目134は、項目128のプロセスであって、ガラス成分は、軟化点が300〜550℃である少なくとも1種のPb含有ガラスを含む。
好適な実施形態の項目135は、項目134のプロセスであって、ガラスフリットは、非結晶性ガラス、部分的に結晶性のガラス、結晶性ガラスおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目136は、項目134のプロセスであって、ガラスフリットは、より低い接触抵抗およびより広い焼成ウィンドウを達成するために、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ti、V、Cr、W、Nb、Ta、Hf、Rh、Ru、Pd、Ptおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される遷移金属の酸化物を含む。
好適な実施形態の項目137は、項目128のプロセスであって、ペーストは、0.01〜10wt%の金属アセチルアセトネートを含み、金属アセチルアセトネートの金属は、V、Sb、Y、Co、Ni、Zr、Sn、Zn、Li、Mn、Cu、Ce、Ru、RhおよびFeからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目138は、項目128のプロセスであって、ペーストAは、0.01〜10wt%の少なくとも1種の金属ケイ酸塩をさらに含み、金属ケイ酸塩は、MSic+2bの式を有し、式中、a=1、2または3であり、b=1、2または3であり、c=a/2、aまたは2aであり、金属Mは、Zn、Mg、Li、Mn、Co、Ni、Cu、Gd、Zr、Ce、Fe、Al、およびYからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目139は、項目128のプロセスであって、ペーストAは、リチウムアクリレートおよびリチウムメタクリレートからなる群から選択された有機リチウム化合物を0.01〜5wt%でさらに含む。
好適な実施形態の項目140は、項目128のプロセスであって、ペーストAは、有機亜鉛化合物をさらに含む。
好適な実施形態の項目141は、項目140のプロセスであって、有機亜鉛化合物は、ペースト組成物中に0.05wt〜30wt%の量で存在する。
好適な実施形態の項目142は、項目128のプロセスであって、金属源は、有機ビヒクル中に完全溶解された有機金属化合物であって、有機ビヒクルは、金属粒子を含まない。
好適な実施形態の項目143は、項目128のプロセスであって、n型ドーパントおよびp型ドーパントからなる群から選択されるドーパントをさらに含む。
好適な実施形態の項目144は、項目143のプロセスであって、ドーパントは、LiO、リンコーティングされた銀、ホスホエステル、リン、ホウ素、ガリウム、ヒ素、アンチモンおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される。
好適な実施形態の項目145は、項目128のプロセスであって、少なくとも1つのペーストは、0.01〜5wt%の有機リチウム化合物をさらに含む。
好適な実施形態の項目146は、項目128のプロセスであって、ペーストBは、
a.40〜85wt%の金属源と、
b.0.5〜15wt%のガラス成分と、
c.5〜20wt%の有機ビヒクルと、
を含む。
好適な実施形態の項目147は、項目146のプロセスであって、ペーストBの金属源は、銀およびニッケル、銅、パラジウム、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む。
好適な実施形態の項目148は、項目146のプロセスであって、ペーストBの金属源は、銀と、ニッケル、銅、パラジウム、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属との合金を含む。
好適な実施形態の項目149は、項目146のプロセスであって、ペーストBの金属源は、ニッケルを含み、ニッケルは、有機ニッケル化合物の形態で提供される。
好適な実施形態の項目150は、項目146のプロセスであって、ペーストBの金属源の含有量は、80wt%未満である。
好適な実施形態の項目151は、項目146のプロセスであって、ペーストBの金属源は、球状形状、不規則形状、薄片、またはナノサイズ粉末または懸濁液、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される粒子形状を有する粉末である。
好適な実施形態の項目152は、項目146のプロセスであって、ペーストBのガラス成分は、軟化点が300〜550DCである少なくとも1種のガラスフリットを含む。
好適な実施形態の項目153は、項目146のプロセスであって、ガラス成分は、少なくとも1種のPb含有ガラスフリットを含む。
好適な実施形態の項目154は、項目146のプロセスであって、ガラス成分は、鉛およびカドミウムを含まない少なくとも1種のガラスフリットを含む。
好適な実施形態の項目155は、項目146のプロセスであって、ガラスフリットは、反射防止膜を介した焼成が不可能である。
好適な実施形態の項目156は、項目146のプロセスであって、ペーストBのガラス成分のTgは、ペーストAのガラス成分のTg以下である。
好適な実施形態の項目157は、項目146のプロセスであって、ペーストBは、接着促進剤をさらに含む。
好適な実施形態の項目158は、項目146のプロセスであって、ペーストBの有機ビヒクルは、平滑化剤をさらに含む。
好適な実施形態の項目159は、項目146のプロセスであって、ペーストB中の金属およびガラスの合計割合は、ペーストA中の合計割合よりも低い。
好適な実施形態の項目160は、項目126のプロセスであって、ペーストAはホットメルト接着剤を含み、プロセスは、ステップ(c)の後、ペーストBを乾燥させるステップ(c1)をさらに含む。
好適な実施形態の項目161は、項目126のプロセスであって、ペーストBはホットメルト接着剤を含み、プロセスは、ステップ(b)の後、ペーストAを乾燥させるステップ(b1)をさらに含む。
好適な実施形態の項目162は、項目126のプロセスであって、ステップ(b)およびステップ(c)それぞれのうち少なくとも1つの後、プロセスは、ペーストAを乾燥させるステップ(b1)と、ペーストBを乾燥させるステップ(c1)とのうち少なくとも1つをさらに含む。
好適な実施形態の項目163は、項目126のプロセスであって、(b)ペーストAを印刷することは、(b1)ペーストAを湿潤厚さが10〜100ミクロンになるまでステンシルを介して印刷することと、(b2)ペーストAをスクリーン印刷することであって、スクリーンは、80ミクロン以下の開口部を有する、こととのうち少なくとも1つを含む。
好適な実施形態の項目164は、項目126のプロセスであって、ペーストBは、ペーストAの印刷に用いられるスクリーンよりも小さな開口部を有するスクリーンによって印刷される。
好適な実施形態の項目165は、項目164のプロセスであって、ペーストAおよびBの印刷に用いられるスクリーンの開口部サイズの差は、0〜20ミクロンである。
好適な実施形態の項目166は、項目126のプロセスであって、ペーストAは、ペーストBより印刷厚みが大きい。
好適な実施形態の項目167は、項目126のプロセスであって、ペーストBは、ペーストAより印刷厚みが大きい。
好適な実施形態の項目168は、項目126のプロセスであって、ペーストAおよびペーストBのうち少なくとも1つが、インクジェットプリンタによって印刷される。
好適な実施形態の項目169は、項目126のプロセスであって、ペーストBはガラスを含まない。
好適な実施形態の項目170は、項目128のプロセスであって、印刷されたペーストAの乾燥線厚さが10〜75ミクロンとなるようにペーストAおよびペーストBのうち少なくとも1つを乾燥させることをさらに含む。
好適な実施形態の項目171は、項目170のプロセスであって、バスバーの乾燥厚さは、3〜10ミクロンである。
好適な実施形態の項目172は、項目128のプロセスであって、線のアスペクト比は0.1〜1である。
フロント側太陽電池接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層を前記フロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスに関連する第4の実施形態の項目173によれば、このプロセスは、
a.シリコンウエハーのフロント側へARC層を適用することと、
b.ファイヤースルー性能を有する第1のペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAを平行であって間に隙間が設けられた複数の細いフィンガー線として印刷して、分割フィンガー線の下印刷部を形成する、ことと、
c.第2のペーストAまたはBまたはCを第1のペーストA上に印刷することであって、第2のペーストAまたはBまたはCは、格子パターン状に印刷され、格子パターンは、フィンガー線の下印刷部上に重ねられたフィンガー線の上印刷部を形成する平行な細いフィンガー線を含む、ことと、
d.第1のペーストおよび第2のペースト上に第3のペーストBを印刷することであって、ペーストBは、分割フィンガー線の下印刷部と直交する、間に隙間が設けられた少なくとも2本のバスバーとして印刷され、
第1のペースト、第2のペーストおよび第3のペーストの印刷面積の合計が、フロント側の面積の10%未満である、ことと、
E.三重印刷されたシリコンウエハーを焼成することと、
を含み、
ペーストAは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、
ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供し、
ペーストCは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(c1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(c2)ガラスフリットを含み、ペーストCは、焼成時において、ペーストAよりも低い接触抵抗を提供する。
フロント側太陽電池接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層を前記フロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスに関連する第5の実施形態の項目174によれば、このプロセスは、
a.シリコンウエハーのフロント側へARC層を適用することと、
b.ファイヤースルー性能を有するペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAを複数の連続する平行な細いフィンガー線として印刷して、連続するフィンガー線の下印刷部を形成する、ことと、
c.ペーストBをペーストA上に印刷することであって、ペーストBは、格子パターン状に印刷され、格子パターンは、
i.分割フィンガー線の下印刷部と直交する、間に隙間が設けられた少なくとも2本のバスバー、および
ii.フィンガー線の下印刷部上に重ねられたフィンガー線の上印刷部を形成する平行な細いフィンガー線、
を含み、
ペーストAおよびペーストBの印刷面積の合計が、フロント側の面積の10%未満である、
ことと、
d.二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することと、
を含み、
ペーストAは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、
ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供する。
フロント側太陽電池接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層を前記フロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスに関連する第6の実施形態の項目175によれば、このプロセスは、
a.シリコンウエハーのフロント側へARC層を適用することと、
b.ファイヤースルー性能を有する第1のペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAを複数の連続する平行な細いフィンガー線として印刷して、連続するフィンガー線の下印刷部を形成する、ことと、
c.第2のペーストAまたはBまたはCをペーストA上に印刷することであって、第2のペーストは格子パターン状に印刷され、格子パターンは、フィンガー線の下印刷部上に重ねられたフィンガー線の上印刷部を形成する連続する平行な細いフィンガー線を含み、これにより間に隙間が設けられる、ことと、
d.第1のペーストおよび第2のペースト上に第3のペーストBを印刷することであって、第3のペーストは、分割フィンガー線の下印刷部と直交する、間に隙間が設けられた少なくとも2本のバスバーとして印刷され、
第1のペースト、第2のペーストおよび第3のペーストの印刷面積の合計が、フロント側の面積の10%未満である、
ことと、
e.三重印刷されたシリコンウエハーを焼成することと、
を含み、
ペーストAは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、
ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供し、
ペーストCは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(c1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(c2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時において、ペーストAよりも低い接触抵抗を提供する。
フロント側接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層を前記フロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスに関連する第7の実施形態の項目176によれば、このプロセスは、
a.ファイヤースルー性能を有する第1のペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAは格子パターン状に印刷され、格子パターンは、
i.フィンガー線の下印刷部を形成する平行な細いフィンガー線と、
ii.フィンガー線と直角交差する少なくとも2本の平行なバスバーと、
を含む、ことと、
b.第2のペーストA、BまたはCを第1のペースト上に印刷および乾燥することであって、第2のペーストは格子パターン状に印刷され、格子パターンは、フィンガー線の下印刷部上に重ねられたフィンガー線の上印刷部を形成する連続する平行な細いフィンガー線を含む、ことと、
c.二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することと、
を含み、
ペーストAは、ホットメルト接着剤および無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時において、ペーストBよりも良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供し、ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時において、ペーストAよりも低い接触抵抗を提供する。
フロント側太陽電池接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層を前記フロント側に備えるシリコンウエハー上に形成するプロセスに関連する第8の実施形態の項目177によれば、このプロセスは、
a.シリコンウエハーのフロント側へARC層を適用することと、
b.ファイヤースルー性能を有する第1のペーストAをARC層上に印刷することであって、ペーストAは格子パターン状に印刷され、格子パターンは、
i.フィンガー線の下印刷部を形成する平行な細いフィンガー線と、
ii.フィンガー線と直交する少なくとも2本の平行なバスバーと、
を含む、ことと、
c.第2のペーストAまたはBまたはCを第1のペースト上に印刷することであって、第2のペーストは格子パターン状に印刷され、格子パターンは、
i.フィンガー線の下印刷部上に重ねられた平行な細いフィンガー線と、
ii.フィンガー線と直交する少なくとも2本の平行なバスバーと、
を含み、
第1のペースト、第2のペーストおよび第3のペーストの印刷面積の合計が、フロント側の面積の10%未満である、ことと、
d.二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することと、
を含み、
ペーストAは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、
ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(h2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供し、
ペーストCは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(c1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(c2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時において、ペーストAよりも低い接触抵抗を提供する。
フロント側接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層を前記フロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスに関連する第9の実施形態の項目178によれば、このプロセスは、
a.ファイヤースルー性能を有するペーストBを少なくとも2本の平行なバスバー間のステンシルを介して印刷および乾燥することであって、ペーストBは、格子パターン状に印刷され、格子パターンは、少なくとも2本の平行なバスバーを接続させる平行な細いフィンガー線を含む、ことと、
b.ファイヤースルー性能を有するペーストAをステンシルを介してARC層上に印刷することであって、ペーストAは、少なくとも2本の平行なバスバーを含むパターン状に印刷される、ことと、
c.二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することと、
を含み、
ペーストAは、ホットメルト接着剤および無機部分を含み、無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機成分を含み、無機成分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含み、ペーストBは、焼成時において、ペーストAよりもより良好な半田濡れ性および接着性をシリコンに提供する。
実験例
以下の例に、本発明を例示する。以下の例および本明細書および特許請求の範囲中に特段の記載のない限り、全ての部分およびパーセンテージは重量によるものであり、全ての温度は摂氏単位であり、圧力は大気圧またはほぼ大気圧である。
厚さが150〜250ミクロンの15.6cm×15.6cmの多結晶シリコンウエハーを、窒化ケイ素反射防止膜でコーティングする。これらのウエハーのシート抵抗率は、約55〜110Ω/□である。ペースト組成物を、280または325メッシュスクリーンを用いて印刷するこの280または325メッシュスクリーンは、フロント接点フィンガー線のために約110ミクロンの開口部を含み、約2.5mm間隔が線間に設けられる。フロント接点の印刷後、サンプルの乾燥を約250℃で約3分間行う。印刷されたウエハーを空気中で6ゾーン赤外線(IR)ベルト炉(Despatch製)を用いて同時焼成し、その際のベルト速度は約5メートル(200”)/分であり、最終ゾーンにおける温度設定点は880〜940℃である。これらのゾーンの長さはそれぞれ、18”、18”、9”、9”、9”および9”である。ほとんどのサンプルの焼成フィンガー幅は約80〜約160ミクロンであり、焼成厚さは約10〜50ミクロンである。
ASTMG−173−03に従って、ソーラーテスター(モデルNCT−M−180A、NPC Incorporated、Dumont、NJ)によってAM 1.5の太陽条件下で、太陽電池の電気性能で測定した。
本明細書に記載する例は、太陽電池接点形成のための導電体ペーストの形成に用いられる導電性組成物に主に関するが、本発明は、抵抗および半導体ペースト、インク、テープなどを形成するための、本明細書中に開示される原理の使用も企図することが理解されるべきである。さらに、このような組成物は、厚い膜の形成に用いられる材料として考察される場合もあるし、考察されない場合もある。よって、出願人の独自の導電性組成物を用いて、導電性、抵抗性または半導電性の経路またはパターンを基板上に形成することができる。このような導電性組成物は、多様な形態(例えば、インク、ペースト、テープ)をとることができる。さらに、シリコン以外の基板を、本発明のペーストと共に用いることが可能である。本明細書中に開示される組成物の使用は、多様な電子部品およびデバイスにおいて想定される。
上記の記載において、本発明の例などについて述べてきた。当然、部品または方法の考察される組み合わせを本発明の記述目的のためにそれぞれ述べることは不可能であるが、当業者であれば、本発明の多数のさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識する。よって、本発明は、添付の特許請求の意図および範囲内に収まるこのような変更、改変および変更を全て包含するものとして意図される。さらに、「含む(contain)」、「有する」、「含む(include)」および「含まれる(involve)」などの用語が詳細な説明または特許請求の範囲内において用いられる範囲において、このような用語は、「comprising」が、請求項中で遷移語として用いられるのと同様に、「comprising」という用語と同様の意味として包含的に用いられることが意図される。しかし、場合によっては、「含む」、「有する」、「含む」および「含まれる」などの用語が詳細な説明または特許請求の範囲内において用いられる範囲において、このような用語は、「〜からなる」または「〜から実質的になる」という用語が請求項中における遷移語として用いられる場合と同様に、部分的または全体的に網羅するものとして用いられる。

Claims (17)

  1. フロント側太陽電池接点を、p型領域、n型領域、p−n接合およびARC層を前記フロント側に有するシリコンウエハー上に形成するプロセスであって、前記プロセスは、
    a.前記シリコンウエハーの前記フロント側へARC層を適用することと、
    b.ファイヤースルー性能を有するペーストAを前記ARC層上に印刷することであって、前記ペーストAを平行であって間に隙間が設けられた複数の細いフィンガー線として印刷して、分割フィンガー線の下印刷部を形成することと、
    c.ペーストBをペーストA上に印刷することであって、前記ペーストBは、格子パターン状に印刷され、前記格子パターンは、
    i.前記分割フィンガー線の下印刷部と直交する、間に隙間が設けられた少なくとも2本のバスバーと、
    ii.前記フィンガー線の下印刷部上に重ねられたフィンガー線の上印刷部を形成する平行な細いフィンガー線と、
    を含み、
    ペーストAおよびペーストBの印刷面積の合計が、前記フロント側の面積の10%未満であることと、
    d.二重印刷されたシリコンウエハーを焼成することと、
    を含み、
    前記ペーストAは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、前記無機部分は、(a1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(a2)ガラスフリットを含み、前記ペーストAは、焼成時の接触抵抗がペーストBよりも低く、
    前記ペーストBは、有機ビヒクルおよび無機部分を含み、前記無機部分は、(b1)少なくとも1種の導電性金属粉末および(b2)ガラスフリットを含む、
    プロセス。
  2. ペーストAおよびペーストBのうち少なくとも1つは、ホットメルト接着剤を含む、請求項1に記載のプロセス。
  3. ペーストAは、
    a.50〜95wt%の金属源であって、
    i.銀または銀源、および
    ii.ニッケル、銅、パラジウム、白金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属または金属源、
    を含む、
    金属源と、
    b.0.5〜15wt%のガラス成分と、
    c.5〜20wt%の有機ビヒクルと、
    を含む、請求項1に記載のプロセス。
  4. 前記金属源は、銀合金と、ニッケル、銅、パラジウム、白金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種の金属とを含む、請求項3に記載のプロセス。
  5. 前記金属源はニッケルを含み、前記ニッケルは、有機ニッケル化合物の形態で提供される、請求項3に記載のプロセス。
  6. 前記ガラス成分は、軟化点が300〜550℃である少なくとも1種のPb含有ガラスフリットを含み、前記ガラスフリットは、より低い接触抵抗およびより広い焼成ウィンドウを達成するために、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ti、V、Cr、W、Nb、Ta、Hf、Rh、Ru、Pd、Ptおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される遷移金属の酸化物を含む、請求項3に記載のプロセス。
  7. 前記ペーストは、0.01〜10wt%の金属アセチルアセトネートを含み、前記金属アセチルアセトネートの金属は、V、Sb、Y、Co、Ni、Zr、Sn、Zn、Li、Mn、Cu、Ce、Ru、RhおよびFeからなる群から選択される、請求項3に記載のプロセス。
  8. ペーストAは、0.01〜10wt%の少なくとも1種の金属ケイ酸塩をさらに含み、前記金属ケイ酸塩は、MaSibOc+2bの式を有し、式中、a=1、2または3であり、b=1、2または3であり、c=a/2、aまたは2aであり、金属Mは、Zn、Mg、Li、Mn、Co、Ni、Cu、Gd、Zr、Ce、Fe、AlおよびYからなる群から選択される、請求項3に記載のプロセス。
  9. ペーストAは、有機亜鉛化合物をさらに含む、請求項3に記載のプロセス。
  10. 少なくとも1つのペーストは、0.01〜5wt%の有機リチウム化合物をさらに含む、請求項3に記載のプロセス。
  11. ペーストBは、
    a.40〜85wt%の金属源と、
    b.0.5〜15wt%のガラス成分と、
    c.5〜20wt%の有機ビヒクルと、
    を含む、請求項3に記載のプロセス。
  12. 前記ガラスフリットは、反射防止膜を介した焼成が不可能である、請求項10に記載のプロセス。
  13. ペーストBのガラス成分のTgは、ペーストAのガラス成分のTg以下である、請求項10に記載のプロセス。
  14. ペーストB中の金属およびガラスの合計割合は、ペーストA中の合計割合未満である、請求項10に記載のプロセス。
  15. ペーストAおよびペーストBのうち少なくとも1つは、インクジェットプリンタによって印刷される、請求項1に記載のプロセス。
  16. ペーストBはガラスを含まない、請求項1に記載のプロセス。
  17. 前記線のアスペクト比は、0.1〜1である、請求項3に記載のプロセス。
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