JP2018074078A - ペースト組成物 - Google Patents

ペースト組成物 Download PDF

Info

Publication number
JP2018074078A
JP2018074078A JP2016215228A JP2016215228A JP2018074078A JP 2018074078 A JP2018074078 A JP 2018074078A JP 2016215228 A JP2016215228 A JP 2016215228A JP 2016215228 A JP2016215228 A JP 2016215228A JP 2018074078 A JP2018074078 A JP 2018074078A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum
particle size
particles
paste composition
size distribution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016215228A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6762848B2 (ja
Inventor
正博 中原
Masahiro Nakahara
正博 中原
マルワン ダムリン
Dhamrin Marwan
マルワン ダムリン
紹太 鈴木
Shota Suzuki
紹太 鈴木
直哉 森下
Naoya Morishita
直哉 森下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyo Aluminum KK
Original Assignee
Toyo Aluminum KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Aluminum KK filed Critical Toyo Aluminum KK
Priority to JP2016215228A priority Critical patent/JP6762848B2/ja
Priority to TW106137170A priority patent/TWI726167B/zh
Priority to CN201711057979.6A priority patent/CN108022672B/zh
Publication of JP2018074078A publication Critical patent/JP2018074078A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6762848B2 publication Critical patent/JP6762848B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022408Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022441Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0682Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells back-junction, i.e. rearside emitter, solar cells, e.g. interdigitated base-emitter regions back-junction cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

【課題】PERC型太陽電池セル等の太陽電池セルに対して高い変換効率及び高い短絡電流値をもたらす電極を形成することが可能なペースト組成物を提供する。
【解決手段】ペースト組成物は、アルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子の少なくとも一方の金属粒子と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとを少なくとも含み、金属粒子は、レーザー回折散乱法で測定される体積基準とした粒度分布曲線において、最小粒子径Dminが1.5μm以上2.0μm以下、粒度分布曲線において、50%目に該当する中心粒子径(D50)が4.0μm以上8.0μm以下、式(1)
D=D50/(D90−D10) (1)
(式(1)中、D50は中心粒子径であり、D90は、粒度分布曲線において90%目に該当する粒子径であり、D10は、粒度分布曲線において10%目に該当する粒子径である)で表されるDの値が0.7以上である。
【選択図】図1

Description

本発明は、ペースト組成物に関する。
近年、結晶系太陽電池セルの変換効率(発電効率)や信頼性等を向上させることを目的として、種々の研究開発が行われている。その一つとして、PERC(Passivated emitter and rear cell)型高変換効率セルが注目されている。PERC型高変換効率セルは、例えば、アルミニウムを主成分とする電極を備えた構造を有する。この電極層の構成を適切に設計することで、PERC型高変換効率セルの変換効率を高められることが知られている。例えば、特許文献1には、30−70mol%Pb2+、1−40mol%Si4+、10‐65mo%B3+、1−25mol%Al3+から構成されるガラスフリットを含有するアルミニウムペースト組成物が開示されている。
特開2013−145865号公報
しかしながら、従来のペースト組成物を用いて形成された電極を備える太陽電池セルの変換効率は、理論変換効率と比較すると依然として向上の余地が残されており、十分高い変換効率を得るまでには至っていなかった。特に、従来のペースト組成物を用いた場合、高い短絡電流値が得られにくいという課題も有していた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、PERC型太陽電池セル等の太陽電池セルに対して高い変換効率及び高い短絡電流値をもたらす電極を形成することが可能なペースト組成物を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の粒度分布を有するアルミニウム粒子及び/又はアルミニウム−シリコン合金粒子を必須の構成成分とすることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、例えば、以下の項に記載の主題を包含する。
項1.アルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子の少なくとも一方の金属粒子と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとを少なくとも含み、
前記金属粒子は、レーザー回折散乱法で測定される体積基準とした粒度分布曲線において、最小粒子径Dminが1.5μm以上2.0μm以下であり、前記粒度分布曲線において、50%目に該当する中心粒子径(D50)が4.0μm以上8.0μm以下であり、かつ、後記式(1)
D=D50/(D90−D10) (1)
(式(1)中、D50は前記中心粒子径であり、D90は、前記粒度分布曲線において90%目に該当する粒子径であり、D10は、前記粒度分布曲線において10%目に該当する粒子径である)
で表されるDの値が0.7以上である、ペースト組成物。
項2.前記ガラス粉末は、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、バナジウム(V)、ホウ素(B)、シリコン(Si)、スズ(Sn)、リン(P)及び亜鉛(Zn)からなる群より選択される1種以上の元素を含む、項1に記載のペースト組成物。
項3.前記金属粒子100質量部あたり、前記ガラス粉末の含有量が1質量部以上8質量部以下、前記有機ビヒクルの含有量が20質量部以上45質量部以下である、項1又は2に記載のペースト組成物。
本発明に係るペースト組成物によれば、PERC型太陽電池セル等の太陽電池セルに対して高い変換効率及び高い短絡電流値を付与できる電極を形成することができる。
PERC型太陽電池セルの断面構造の一例を示す模式図であり、(a)はその実施形態の一例を、(b)はその実施形態の他例である。 実施例と比較例において作製された電極構造の断面の模式図である。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明に係るペースト組成物は、例えば、太陽電池セルの電極を形成するために使用される材料である。太陽電池セルとしては、特に限定されないが、例えば、PERC(Passivated emitter and rear cell)型高変換効率セル(以下、「PERC型太陽電池セル」という)が挙げられる。本発明に係るペースト組成物は、例えば、PERC型太陽電池セルの裏面電極を形成するために使用できる。以下、本発明に係るペースト組成物を、単に「ペースト組成物」と記載することがある。
最初に、PERC型太陽電池セルの構造の一例を説明する。
1.PERC型太陽電池セル
図1(a)、(b)は、PERC型太陽電池セルの一般的な断面構造の模式図である。PERC型太陽電池セルは、シリコン半導体基板1、n型不純物層2、反射防止膜3、グリッド電極4、電極層5、合金層6、p+層7を構成要素として備えることができる。
シリコン半導体基板1は、例えば、厚みが180〜250μmのp型シリコン基板が用いられる。
n型不純物層2は、シリコン半導体基板1の受光面側に設けられる。n型不純物層2の厚みは、例えば、0.3〜0.6μmである。
反射防止膜3及びグリッド電極4は、n型不純物層2の表面に設けられる。反射防止膜3は、例えば、窒化シリコン膜で形成されパッシベーション膜とも称される。反射防止膜3は、いわゆるパッシベーション膜として作用することで、シリコン半導体基板1の表面での電子の再結合を抑制でき、結果として、発生したキャリアの再結合率を減らすことを可能にする。これにより、PERC型太陽電池セルの変換効率が高められる。
反射防止膜3は、シリコン半導体基板1の裏面側、つまり、前記受光面と逆側の面にも設けられる。また、この裏面側の反射防止膜3を貫通し、かつ、シリコン半導体基板1の裏面の一部を削るように形成されたコンタクト孔が、シリコン半導体基板1の裏面側に形成されている。
電極層5は、前記コンタクト孔を通じてシリコン半導体基板1に接触するように形成されている。電極層5は、本発明のペースト組成物によって形成される部材であり、所定のパターン形状に形成される。図1(a)の形態のように、電極層5は、PERC型太陽電池セルの裏面全体を覆うように形成されていてもよいし、あるいは、コンタクト孔及びその近傍を覆うように形成されていてもよい。電極層5の主成分はアルミニウムであるので、電極層5はアルミニウム電極層である。
電極層5は、例えば、ペースト組成物を所定のパターン形状に塗布することで形成され得る。塗布方法は特に限定されず、例えば、スクリーン印刷等の公知の方法が挙げられる。ペースト組成物を塗布した後、必要に応じて乾燥させた後、例えば、660℃等のアルミニウムの融点を超える温度にて短時間焼成することで、電極層5が形成され得る。
このように焼成すると、ペースト組成物に含まれるアルミニウムが、シリコン半導体基板1の内部に拡散する。これにより、電極層5とシリコン半導体基板1との間に、アルミニウム−シリコン(Al−Si)合金層(合金層6)が形成され、これと同時に、アルミニウム原子の拡散によって、不純物層としてのp+層7が形成される。
p+層7は、電子の再結合を防止し、生成キャリアの収集効率を向上させる効果、いわゆる、BSF(Back Surface Field)効果をもたらすことができる。
前記電極層5と、合金層6とで形成される電極が、図1に示す裏面電極8である。従って、裏面電極8は、ペースト組成物を用いて形成され、例えば、裏面側の反射防止膜3(パッシベーション膜3)上に塗工することによって、裏面電極8を形成できる。特に、本発明に係るペースト組成物を用いて裏面電極8を形成すれば、電極層5とシリコン半導体基板1との界面における空洞の生成が抑制されやすく、良好なBSF効果をもたらすことができる。
2.ペースト組成物
次に、本実施形態のペースト組成物について詳述する。
ペースト組成物は、アルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子の少なくとも一方の金属粒子と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとを少なくとも含み、前記金属粒子は、レーザー回折散乱法で測定される体積基準とした粒度分布曲線において、最小粒子径Dminが1.5μm以上2.0μm以下であり、前記粒度分布曲線において、50%目に該当する中心粒子径(D50)が4.0μm以上8.0μm以下であり、かつ、後記式(1)
D=D50/(D90−D10) (1)
(式(1)中、D50は前記中心粒子径であり、D90は、前記粒度分布曲線において90%目に該当する粒子径であり、D10は、前記粒度分布曲線において10%目に該当する粒子径である)
で表されるDの値が0.7以上である。
本発明に係るペースト組成物によれば、PERC型太陽電池セル等の太陽電池セルに対して高い変換効率及び高い短絡電流値を付与できる電極を形成することができる。
前述したように、ペースト組成物を使用することで、PERC型太陽電池セル等の太陽電池セルの裏面電極を形成することができる。つまり、本発明のペースト組成物は、シリコン基板上に形成されたパッシベーション膜が有する穴を通じてシリコン基板に電気的に接触する太陽電池用裏面電極を形成するために用いることができる。
ペースト組成物は、アルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子の少なくとも一方の金属粒子を構成成分として含む。ペースト組成物が前記金属粒子を含むことで、ペースト組成物が焼成されて形成される焼結体は、導電性が発揮される。
ペースト組成物は、アルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子のいずれか一方だけを構成成分とすることができるし、あるいは、アルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子の両方を構成成分とすることができる。
前記金属粒子の形状は特に限定されない。例えば、前記金属粒子の形状は球状、楕円状、不定形状、鱗片状、繊維状等のいずれであってもよい。前記金属粒子の形状が球状であれば、ペースト組成物により形成される前記電極層5において、前記金属粒子の充填性が増大して、電気抵抗を効果的に低下させることができる。また、前記金属粒子の形状が球状である場合、ペースト組成物により形成される前記電極層5において、シリコン半導体基板1と前記金属粒子(アルミニウム粒子及び/又はアルミニウム−シリコン合金粒子)との接点が増えるので、良好なBSF層を形成しやすい。
ペースト組成物がアルミニウム粒子を含むと、ペースト組成物を焼成して焼結体を形成した際にシリコン半導体基板1との間にアルミニウム−シリコンの合金を含む合金層6とp+層7とが形成されるので、前述したBSF効果を一層高めることができる。
一方、ペースト組成物がアルミニウム−シリコン合金粒子を含むと、アルミニウム−シリコン合金粒子中に含まれるシリコン成分が、ペースト組成物中のアルミニウムとシリコン半導体基板1中のシリコンとの過剰な反応を制御する働きをし得る。これにより、電極層5とシリコン半導体基板1との界面における空洞の生成を抑制しやすい。
アルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子の純度は特に限定されず、また、アルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子には、不可避的に含まれる金属が含まれていてもよい。
アルミニウム−シリコン合金粒子は、アルミニウム及びシリコンの合金である限りは、両者の比率は特に限定されない。例えば、アルミニウム−シリコン合金粒子中、シリコンを5質量%以上40質量%以下含む場合は、このペースト組成物から形成される電極層の抵抗値を低く保つことができる。
前記金属粒子は、レーザー回折散乱法で測定される体積基準とした粒度分布曲線において、最小粒子径Dminが1.5μm以上2.0μm以下である。Dminがこの範囲であることは、ペースト組成物は、微粉状の前記金属粒子が少ないことを意味する。Dminが1.5μm未満となると短絡電流が低くなり、また、Dminが2.0μmを超えると開放端電圧が低下し、太陽電池セルの変換効率が悪化する。Dminは、1.5〜1.8μmであることが特に好ましい。
前記金属粒子は、前記粒度分布曲線において、50%目に該当する中心粒子径(D50)が4.0μm以上8.0μm以下である。D50が4.0μm未満であると太陽電池セルの変換効率が低下し、D50が8.0μmを超えると、開放端電圧が低下する。また、D50が4.0μm以上8.0μm以下であることで、前記金属粒子どうしの凝集も起こりにくく、また、焼成時の反応性も良好であり、アルミニウムがシリコン等と合金を形成しやすい。
前記金属粒子は、式(1)
D=D50/(D90−D10) (1)
(式(1)中、D50は前記中心粒子径であり、D90は、前記粒度分布曲線において90%目に該当する粒子径であり、D10は、前記粒度分布曲線において10%目に該当する粒子径である)
で表されるDの値が0.7以上である。Dの値がこの範囲であることは、前記金属粒子は、微粉及び粗粉の割合が少なく、粒子径の分布が小さく、より均一な粒度を有することを意味する。Dの値が0.7未満であると、抵抗が低くなりにくく、変換効率が十分でない。Dの値の上限は、例えば、2.0とすることができ、この場合、生産性の低化が起こりにくくなる。好ましいDの値の上限は、1.4である。Dの値は、0.7〜1.0であることが特に好ましい。
前記粒度分布曲線は、JIS Z 8825:2013に準拠して前記金属粒子をレーザー回折散乱法で測定することで得ることができる。Dminとは、前記粒度分布曲線において、最も小さい粒子径の値をいう。D50は、前記粒度分布曲線において50%目に該当する粒子径であって、言い換えれば、前記粒度分布曲線における粒子径の積算値が50%であるときの粒子径を意味する。同様に、D90は、前記積算値が90%、D10は、前記積算値が10%であるときの粒子径を意味する。
本発明において、前記粒度分布曲線は、例えば、マイクロトラック・ベル社製のレーザー回折散乱式粒子径分布測定装置「マイクロトラックMT3000IIシリーズ」を使用して得ることができ、Dmin、D10、D50及びD90を計測できる。
前記金属粒子は、Dmin、D50及びDの3種類のパラメータが前記特定の範囲を有することで、ペースト組成物から形成された電極層を備える太陽電池セルは高い短絡電流(ISC)を有し、また、開放端電圧(VOC)も高くなり、優れた変換効率を示すことができる。
特に、ペースト組成物は、前述のように微粉の量が制御されているので、ペースト組成物の焼成時にアルミニウムがシリコン等と合金を形成しやすくなり、良好なBSF効果が得られやすくなり、この結果、太陽電池セルの変換効率を従来よりも高めることができる。このように、本願発明者らは、従来着目されていなかったペースト組成物中の前記金属粒子の微粉が、太陽電池セルの変換効率に大きく寄与することを見出したものであり、前記金属粒子の微細な粉末の混入を防ぐべく、前述の3種類のパラメータが調節されている。これにより、太陽電池セルの変換効率を高めることを可能にしたものである。
ペースト組成物に含まれる前記金属粒子は、アルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子の両方でもよい。また、ペースト組成物は、本発明の効果が阻害されなければ、アルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子以外の他の金属粒子を含んでもよい。
ペースト組成物がアルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子の両方を含む場合、両者の混合割合は特に限定されない。例えば、アルミニウム粒子100質量部に対して、アルミニウム−シリコン合金粒子が100質量部以上500質量部以下であれば、ペースト組成物の焼成時において、アルミニウムとシリコン半導体基板1中のシリコンとの過剰な反応をより効果的に制御することができ、優れたBSF効果が得られやすい。
アルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子は、いずれも公知の方法で製造することができる。
アルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子のDmin、D50、Dの値の調節も、従来から行われている粒度分布の制御方法により行うことができる。特に、これらの値の調節を容易に行うことができるという観点から、ガスアトマイズ法によって、アルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子を製造することが好ましい。
ガラス粉末は、前記金属粒子とシリコンとの反応、及び、前記金属粒子自身の焼結を助ける作用があるとされている。
ガラス粉末としては特に限定されず、例えば、太陽電池セルの電極層を形成するために使用されているペースト組成物に含まれる公知のガラス成分とすることができる。ガラス粉末の具体例としては、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、バナジウム(V)、ホウ素(B)、シリコン(Si)、スズ(Sn)、リン(P)、および、亜鉛(Zn)からなる群より選ばれた1種、または2種以上を含有してもよい。また、鉛を含むガラス粉末、または、ビスマス系、バナジウム系、スズ−リン系、ホウケイ酸亜鉛系、アルカリホウケイ酸系等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考慮すると、無鉛のガラス粉末を用いることが望ましい。
具体的にガラス粉末は、B、Bi、ZnO、SiO、Al、BaO、CaO、SrO、V、Sb、WO、P及びTeOからなる群より選ばれる少なくとも1種の成分を含むことができる。例えば、ガラス粉末において、B成分とBi成分とのモル比(B/Bi)が0.8以上4.0以下であるガラスフリットと、V成分とBaO成分とのモル比(V/BaO)が1.0以上2.5以下であるガラスフリットとを組み合わせてもよい。
ガラス粉末の軟化点は、例えば、750℃以下とすることができる。ガラス粉末に含まれる粒子の平均粒子径は、例えば、1μm以上3μm以下とすることができる。
ペースト組成物中に含まれるガラス粉末の含有量は、例えば、前記金属粒子100質量部に対して、0.5質量部以上40質量部以下であることが好ましい。この場合、シリコン半導体基板1および反射防止膜3(パッシベーション膜)との密着性が良好となり、また、電気抵抗も増大しにくい。ペースト組成物中に含まれるガラス粉末の含有量は、前記金属粒子100質量部に対して、1質量部以上8質量部以下であることが特に好ましい。
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材料を使用できる。あるいは、溶剤を含まず、樹脂そのものを有機ビヒクルとして使用してもよい。
溶剤は、公知の種類が使用可能であり、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種類が使用可能であり、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、シアネート化合物等の熱硬化樹脂、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。
有機ビヒクルに含まれる樹脂、溶剤、各種添加剤の割合は任意に調整することができ、例えば、公知の有機ビヒクルと同様の成分比とすることができる。
有機ビヒクルの含有比率は特に限定されないが、例えば、良好な印刷性を有するという観点から、前記金属粒子100質量部に対して、10質量部以上500質量部以下であることが好ましく、20質量部以上45質量部以下であることが特に好ましい。
本発明のペースト組成物は、例えば、太陽電池セルの電極層(特には図1で示されるようなPERC型太陽電池セルの裏面電極8)を形成するための使用として適している。よって、本発明のペースト組成物は、太陽電池裏面電極形成剤としても使用され得る。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の態様に限定されるものではない。
(実施例1)
ガスアトマイズ法により調製したアルミニウム粒子100質量部と、B−Bi−SrO−BaO−Sb=40/40/10/5/5(mol%)の成分比を有するガラス粉末1.5質量部と、エチルセルロースをブチルジグリコールに溶解した樹脂液(有機ビヒクル)35質量部とを、既知の分散装置(ディスパー)を用いて混合することで、ペースト組成物を得た。使用したアルミニウム粒子のDmin、D10、D50及びD90は、後掲の表1の通りとした。
(実施例2)
アルミニウム粒子を、表1に示すDmin、D10、D50及びD90を有するアルミニウム−シリコン合金粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペースト組成物を得た。
(実施例3)
アルミニウム粒子を、表1に示すDmin、D10、D50及びD90を有するアルミニウム粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペースト組成物を得た。
(実施例4)
アルミニウム粒子を、表1に示すDmin、D10、D50及びD90を有するアルミニウム−シリコン合金粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペースト組成物を得た。
(実施例5)
アルミニウム粒子を、表1に示すDmin、D10、D50及びD90を有するアルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子の混合粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペースト組成物を得た。前記混合粒子中、アルミニウム粒子とアルミニウム−シリコン合金粒子との質量比率は1:1であった。
(実施例6)
アルミニウム粒子を、表1に示すDmin、D10、D50及びD90を有するアルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子の混合粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペースト組成物を得た。前記混合粒子中、アルミニウム粒子とアルミニウム−シリコン合金粒子との質量比率は1:1であった。
(比較例1)
アルミニウム粒子を、表1に示すDmin、D10、D50及びD90を有するアルミニウム粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペースト組成物を得た。
(比較例2)
アルミニウム粒子を、表1に示すDmin、D10、D50及びD90を有するアルミニウム−シリコン合金粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペースト組成物を得た。
(比較例3)
アルミニウム粒子を、表1に示すDmin、D10、D50及びD90を有するアルミニウム粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペースト組成物を得た。
(比較例4)
アルミニウム粒子を、表1に示すDmin、D10、D50及びD90を有するアルミニウム粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペースト組成物を得た。
(比較例5)
アルミニウム粒子を、表1に示すDmin、D10、D50及びD90を有するアルミニウム−シリコン合金粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペースト組成物を得た。
(比較例6)
アルミニウム粒子を、表1に示すDmin、D10、D50及びD90を有するアルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子の混合粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペースト組成物を得た。前記混合粒子中、アルミニウム粒子とアルミニウム−シリコン合金粒子との質量比率は1:1であった。
(比較例7)
アルミニウム粒子を、表1に示すDmin、D10、D50及びD90を有するアルミニウム粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペースト組成物を得た。
(比較例8)
アルミニウム粒子を、表1に示すDmin、D10、D50及びD90を有するアルミニウム粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペースト組成物を得た。
(比較例9)
アルミニウム粒子を、表1に示すDmin、D10、D50及びD90を有するアルミニウム粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペースト組成物を得た。
(比較例10)
アルミニウム粒子を、表1に示すDmin、D10、D50及びD90を有するアルミニウム粒子に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペースト組成物を得た。
(評価方法)
評価用の太陽電池セルである焼成基板を次のように製作した。まず、図2の(A)に示すように、まず、厚みが180μmのシリコン半導体基板1を準備した。そして、図2の(B)に示すように、レーザー発振器として波長が532nmのYAGレーザーを用いて、直径Dが100μm、深さが1μmのコンタクト孔9をシリコン半導体基板1の表面に形成した。このシリコン半導体基板1は、抵抗値3Ω・cmであり、裏面パッシベーション型単結晶であった。
次に、図2の(C)に示すように、裏面全体(コンタクト孔9が形成されている側の面)を覆うように、上記各実施例及び比較例で得られた各ペースト組成物10を、シリコン半導体基板1の表面上に、スクリーン印刷機を用いて、1.0−1.1g/pcになるように印刷した。次いで、図示はしていないが、受光面に公知の技術で作成したAgペーストを印刷した。その後、800℃に設定した赤外ベルト炉を用いて焼成した。この焼成により、図2の(D)に示すように、電極層5を形成し、また、この焼成の際にアルミニウムがシリコン半導体基板1の内部に拡散することにより、電極層5とシリコン半導体基板1との間にAl−Siの合金層6が形成されると同時に、アルミニウム原子の拡散による不純物層としてp+層(BSF層)7が形成された。以上のように、評価用の焼成基板を製作した。
このように得られた太陽電池セルを、ワコム電創のソーラーシュミレータ:WXS−156S−10、I−V測定装置IV15040−10を用いて、I−V測定を行った。これにより、短絡電流(ISC)及び開放端電圧(VOC)を測定し、また、曲線因子(FF)及び変換効率Effを算出した。曲線因子(FF)は、市販のソーラーシミュレータを用いて行った。
ボイドの評価については、得られた焼成基板の各試料の断面を光学顕微鏡(200倍)で観察し、基板と電極層界面におけるボイドの有無を観察した。光学顕微鏡の観察視野において複数のコンタクト孔を観察し、すべてのコンタクト孔において空洞が形成されていなかった場合を◎、空洞が形成されていたコンタクト孔が全個数の20%未満であったものを○、空洞が形成されていたコンタクト孔が全個数の20〜50%であったものを△として評価した。
表1には、評価結果が示されている。なお、表1中、「Al」は使用したペースト組成物に含まれる金属粒子がアルミニウム粒子であることを示し、「Al−Si」は使用したペースト組成物に含まれる金属粒子がアルミニウム−シリコン合金粒子であることを示している。また、「Al+Al−Si」は、金属粒子がアルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子の混合粒子であることを意味する。
表1にDmin、D10、D50及びD90は、JIS Z 8825:2013に準拠した測定条件により、マイクロトラック・ベル社製のレーザー回折散乱式粒子径分布測定装置「マイクロトラックMT3000IIシリーズ」を使用して計測した。
表1に示すとおり、Dminが1.5〜2.0μmであり、D50が4.0〜8.0μmであり、かつ、Dの値が0.7以上である粒度分布を有する金属粒子を用いた場合、いずれもIscが大きく、しかも、21.4%以上という高い変換効率を達成することができた。
今回用いたセルの理論変換効率は21.5%であることを考慮すると、実施例で得られたペースト組成物を用いた場合、優れたBSF効果が発揮されているといえる。比較例4、5については、Iscが9.83A以上であるが、VOCが0.665mVに到達していなかった。これでは、BSF効果は不十分であるといえる。
また、アルミニウム粒子と、アルミニウム−シリコン合金粒子との比較では、変換効率に大きな影響はなかったものの、アルミニウム−シリコン合金粒子を含むペースト組成物の方が、空洞(ボイド)の発生が抑えられ、信頼性が向上することも確認した。
1:シリコン半導体基板
2:n型不純物層
3:反射防止膜(パッシベーション膜)
4:グリッド電極
5:電極層
6:合金層
7:p+層
8:裏面電極
9:コンタクト孔
10:ペースト組成物

Claims (3)

  1. アルミニウム粒子及びアルミニウム−シリコン合金粒子の少なくとも一方の金属粒子と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとを少なくとも含み、
    前記金属粒子は、レーザー回折散乱法で測定される体積基準とした粒度分布曲線において、最小粒子径Dminが1.5μm以上2.0μm以下であり、前記粒度分布曲線において、50%目に該当する中心粒子径(D50)が4.0μm以上8.0μm以下であり、かつ、後記式(1)
    D=D50/(D90−D10) (1)
    (式(1)中、D50は前記中心粒子径であり、D90は、前記粒度分布曲線において90%目に該当する粒子径であり、D10は、前記粒度分布曲線において10%目に該当する粒子径である)
    で表されるDの値が0.7以上である、ペースト組成物。
  2. 前記ガラス粉末は、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、バナジウム(V)、ホウ素(B)、シリコン(Si)、スズ(Sn)、リン(P)及び亜鉛(Zn)からなる群より選択される1種以上の元素を含む、請求項1に記載のペースト組成物。
  3. 前記金属粒子100質量部あたり、前記ガラス粉末の含有量が1質量部以上8質量部以下、前記有機ビヒクルの含有量が20質量部以上45質量部以下である、請求項1又は2に記載のペースト組成物。
JP2016215228A 2016-11-02 2016-11-02 ペースト組成物 Active JP6762848B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016215228A JP6762848B2 (ja) 2016-11-02 2016-11-02 ペースト組成物
TW106137170A TWI726167B (zh) 2016-11-02 2017-10-27 膏狀組成物
CN201711057979.6A CN108022672B (zh) 2016-11-02 2017-11-01 膏状组合物

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016215228A JP6762848B2 (ja) 2016-11-02 2016-11-02 ペースト組成物

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018074078A true JP2018074078A (ja) 2018-05-10
JP6762848B2 JP6762848B2 (ja) 2020-09-30

Family

ID=62080409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016215228A Active JP6762848B2 (ja) 2016-11-02 2016-11-02 ペースト組成物

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6762848B2 (ja)
CN (1) CN108022672B (ja)
TW (1) TWI726167B (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020100792A1 (ja) * 2018-11-12 2020-05-22 東洋アルミニウム株式会社 ペースト組成物

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110491545B (zh) * 2019-09-04 2021-05-18 南通天盛新能源股份有限公司 一种n型太阳能电池正面细栅浆料及其制备方法
CN111969071B (zh) * 2020-08-25 2022-03-15 常州时创能源股份有限公司 一种金属化方法和太阳能电池

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005191107A (ja) * 2003-12-24 2005-07-14 Kyocera Corp 太陽電池素子の製造方法
JP2008004514A (ja) * 2006-05-24 2008-01-10 Murata Mfg Co Ltd 導電性ペーストおよびそれを用いたセラミック多層基板の製造方法
JP2009135101A (ja) * 2007-11-22 2009-06-18 Cheil Industries Inc 粒度分布及び大きさが制御されたアルミニウムを含む粉末を有する電極形成用組成物及びこれを用いて製造される電極
JP2009146578A (ja) * 2007-12-11 2009-07-02 Noritake Co Ltd 太陽電池および太陽電池用アルミニウムペースト
JP2013145865A (ja) * 2012-01-16 2013-07-25 E I Du Pont De Nemours & Co 太陽電池の裏面電極
WO2013115076A1 (ja) * 2012-02-02 2013-08-08 東洋アルミニウム株式会社 ペースト組成物
US20150007881A1 (en) * 2012-01-16 2015-01-08 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc Aluminum conductor paste for back surface passivated cells with locally opened vias

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003277170A (ja) * 2002-03-26 2003-10-02 Kyocera Corp 配線導体用組成物
JP4178374B2 (ja) * 2002-08-08 2008-11-12 三井金属鉱業株式会社 銀コートフレーク銅粉及びその銀コートフレーク銅粉の製造方法並びにその銀コートフレーク銅粉を用いた導電性ペースト
JP2005019248A (ja) * 2003-06-26 2005-01-20 Mitsubishi Paper Mills Ltd 含金属ペースト、及び層間接続方法
JP4660701B2 (ja) * 2004-12-03 2011-03-30 Dowaエレクトロニクス株式会社 銀被覆銅粉およびその製造方法並びに導電ペースト
JP4840097B2 (ja) * 2006-11-20 2011-12-21 住友ベークライト株式会社 導電性銅ペースト
JP2011052300A (ja) * 2009-09-04 2011-03-17 Dowa Electronics Materials Co Ltd フレーク状銀粉及びその製造方法、並びに導電性ペースト
TWI530963B (zh) * 2011-04-28 2016-04-21 Dowa Electronics Materials Co Sheet-like silver microparticles and methods for producing the same, and a paste using the same and a paste
JP6090706B2 (ja) * 2012-01-06 2017-03-08 日本電気硝子株式会社 電極形成用ガラス及びこれを用いた電極形成材料
JP5598739B2 (ja) * 2012-05-18 2014-10-01 株式会社マテリアル・コンセプト 導電性ペースト
WO2016067142A1 (en) * 2014-10-27 2016-05-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Particle, electrode, power storage device, electronic device, and method for manufacturing electrode
JP5957546B2 (ja) * 2015-01-07 2016-07-27 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 導電性組成物

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005191107A (ja) * 2003-12-24 2005-07-14 Kyocera Corp 太陽電池素子の製造方法
JP2008004514A (ja) * 2006-05-24 2008-01-10 Murata Mfg Co Ltd 導電性ペーストおよびそれを用いたセラミック多層基板の製造方法
JP2009135101A (ja) * 2007-11-22 2009-06-18 Cheil Industries Inc 粒度分布及び大きさが制御されたアルミニウムを含む粉末を有する電極形成用組成物及びこれを用いて製造される電極
JP2009146578A (ja) * 2007-12-11 2009-07-02 Noritake Co Ltd 太陽電池および太陽電池用アルミニウムペースト
JP2013145865A (ja) * 2012-01-16 2013-07-25 E I Du Pont De Nemours & Co 太陽電池の裏面電極
US20150007881A1 (en) * 2012-01-16 2015-01-08 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc Aluminum conductor paste for back surface passivated cells with locally opened vias
WO2013115076A1 (ja) * 2012-02-02 2013-08-08 東洋アルミニウム株式会社 ペースト組成物

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
和辻隆: "結晶シリコン系太陽電池用アルミニウムペースト''アルソーラー''について, [online]", 東洋アルミ技報, JPN6020029023, 2012, JP, ISSN: 0004320685 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020100792A1 (ja) * 2018-11-12 2020-05-22 東洋アルミニウム株式会社 ペースト組成物
JP2020080341A (ja) * 2018-11-12 2020-05-28 東洋アルミニウム株式会社 ペースト組成物
CN112997321A (zh) * 2018-11-12 2021-06-18 东洋铝株式会社 糊料组合物

Also Published As

Publication number Publication date
TW201818558A (zh) 2018-05-16
CN108022672A (zh) 2018-05-11
CN108022672B (zh) 2020-03-20
JP6762848B2 (ja) 2020-09-30
TWI726167B (zh) 2021-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5924945B2 (ja) ペースト組成物
JP5559509B2 (ja) 太陽電池電極形成用導電性ペースト
KR102524339B1 (ko) Perc형 태양전지용 알루미늄 페이스트 조성물
JP5559510B2 (ja) 太陽電池素子及びその製造方法
JP4556886B2 (ja) 導電性ペースト及び太陽電池素子
JP2012044142A (ja) アルミニウムペースト及びこれを利用した太陽電池
JP7173960B2 (ja) 太陽電池用ペースト組成物
WO2016147867A1 (ja) 太陽電池電極形成用導電性ペースト
WO2018135430A1 (ja) 太陽電池用ペースト組成物
JP6762848B2 (ja) ペースト組成物
JP6896506B2 (ja) 太陽電池用ペースト組成物
JPWO2018221578A1 (ja) 太陽電池用ペースト組成物
JP7303036B2 (ja) 導電性ペースト及びTOPCon型太陽電池の製造方法
KR102217722B1 (ko) 페이스트 조성물 및 태양 전지 소자
JP6825948B2 (ja) 太陽電池用ペースト組成物
JP2022074097A (ja) 太陽電池セルの電極形成方法
WO2020100792A1 (ja) ペースト組成物
JP5754787B2 (ja) 太陽電池素子の製造方法
JP2017162943A (ja) 太陽電池の電極形成方法
JP2015115400A (ja) 導電性アルミニウムペースト

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190805

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200722

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200811

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200909

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6762848

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250