JP2020075843A - Glass, glass powder, electroconductive paste, and solar battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラス、ガラス粉末、導電ペーストおよび太陽電池に関し、特には太陽電池の電極形成用として好適なガラス、ガラス粉末、これを用いた導電ペースト、および該導電ペーストにより形成された電極を有する太陽電池に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to glass, glass powder, a conductive paste and a solar cell, and particularly has glass suitable for forming an electrode of a solar cell, glass powder, a conductive paste using the same, and an electrode formed by the conductive paste. It concerns solar cells.
従来から、シリコン(Si)等の半導体基板の上に電極となる導電層を形成した電子デバイスが、種々の用途に使用されている。この電極となる導電層は、アルミニウム(Al)や銀(Ag)、銅(Cu)等の導電性金属粉末とガラス粉末を有機ビヒクル中に分散させた導電ペーストを、半導体基板上に塗布し、電極形成に必要な温度で焼成することにより形成されている。 Conventionally, electronic devices in which a conductive layer to be an electrode is formed on a semiconductor substrate such as silicon (Si) have been used for various purposes. The conductive layer to be the electrode is formed by applying a conductive paste obtained by dispersing a conductive metal powder such as aluminum (Al), silver (Ag), or copper (Cu) and glass powder in an organic vehicle onto a semiconductor substrate, It is formed by firing at a temperature required for electrode formation.
このようにして半導体基板上に電極を形成する際に、半導体基板の電極が形成される面の全体に絶縁膜が形成され、パターン状の電極が絶縁膜を部分的に貫通して半導体基板に接触するように形成される場合がある。例えば、太陽電池においては、受光面となる半導体基板上に反射防止膜が設けられ、電極はその上にパターン状に設けられる。反射防止膜は、十分な可視光透過率を保ちつつ表面反射率を低減して受光効率を高めるためのものであって、通常、窒化珪素、二酸化チタン、二酸化珪素、酸化アルミニウム等の絶縁材料で構成される。また、PERC(Passivated Emitter and Rear Contact)等の太陽電池では、裏面にも反射防止膜と同様の絶縁材料からなるパッシベーション膜が全体に設けられ、該パッシベーション膜上に電極が部分的に半導体基板に接触する形に形成されている。 When the electrodes are formed on the semiconductor substrate in this manner, the insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate on which the electrodes are formed, and the patterned electrodes partially penetrate the insulating film to the semiconductor substrate. It may be formed in contact. For example, in a solar cell, an antireflection film is provided on a semiconductor substrate that serves as a light receiving surface, and electrodes are provided in a pattern on the antireflection film. The antireflection film is for reducing the surface reflectance and improving the light receiving efficiency while maintaining a sufficient visible light transmittance, and is usually made of an insulating material such as silicon nitride, titanium dioxide, silicon dioxide or aluminum oxide. Composed. In a solar cell such as PERC (Passivated Emitter and Rear Contact), a passivation film made of an insulating material similar to the antireflection film is also provided on the entire back surface, and electrodes are partially formed on the semiconductor substrate on the passivation film. It is formed in contact with each other.
ここで、上記電極の形成においては電極を半導体基板と接触させるように形成することが必須であり、受光面では絶縁膜は電極のパターンに対応する部分が除去され、絶縁膜が除去された部分に電極が形成される。また、PERC太陽電池等の裏面では電気的接触が可能な範囲で部分的に絶縁膜が除去され、裏面全体に電極が形成される。 Here, in the formation of the electrode, it is essential to form the electrode so as to be in contact with the semiconductor substrate. On the light-receiving surface, the insulating film has a portion corresponding to the pattern of the electrode removed, and the insulating film has a portion removed. An electrode is formed on. Further, on the back surface of the PERC solar cell or the like, the insulating film is partially removed within the range where electrical contact is possible, and the electrode is formed on the entire back surface.
絶縁膜を部分的に除去する方法としては、レーザー等で物理的に除去し、絶縁膜が除去された部分で電極が形成されることによって半導体に接触して、太陽電池として動作するようになる。従来の太陽電池構造では全面で裏面電極がSi等の半導体基板と直接接触し電極形成されると、裏面全面の接触により太陽電池として動作する。一方、PERC太陽電池等の構造になると、絶縁膜が除去される部分の面積は裏面全体のうち、1〜3%程度となり、裏面電極の大部分は絶縁膜上に形成される。 As a method of partially removing the insulating film, the insulating film is physically removed by a laser or the like, and an electrode is formed at the portion where the insulating film is removed, so that the semiconductor is brought into contact with the semiconductor and operates as a solar cell. .. In the conventional solar cell structure, when the back surface electrode is in direct contact with the semiconductor substrate such as Si on the entire surface to form an electrode, the entire surface of the back surface operates as a solar cell. On the other hand, in the case of a structure such as a PERC solar cell, the area of the portion where the insulating film is removed is about 1 to 3% of the entire back surface, and most of the back surface electrode is formed on the insulating film.
半導体基板上に電極を形成する上記技術は、太陽電池におけるpn接合型の半導体基板上への電極形成にも適用されている。このような、ガラス粉末を含有する導電ペーストとしては、例えば、特許文献1に半導体デバイス等の電極形成に用いられる導電性ペーストが記載されており、具体的なガラス組成として、酸化物換算でB2O3を29.0モル%、ZnOを33.8モル%、Bi2O3を30.4モル%、Al2O3を6.0モル%、SiO2を0.8モル%含有するガラスが開示されている。しかし、特許文献1に記載されているガラスではB2O3を十分に含有しておらず、特にp型半導体基板における太陽電池の裏面電極形成時に多数キャリアであるホウ素が十分にSi基板中に拡散できないために電気特性が劣化してしまう問題があった。 The above technique of forming electrodes on a semiconductor substrate is also applied to the formation of electrodes on a pn junction type semiconductor substrate in a solar cell. As such a conductive paste containing glass powder, for example, Patent Document 1 describes a conductive paste used for forming an electrode of a semiconductor device or the like, and a specific glass composition is B in terms of oxide. the 2 O 3 29.0 mol%, the ZnO 33.8 mol%, the Bi 2 O 3 30.4 mol%, the Al 2 O 3 6.0 mole%, containing SiO 2 0.8 mol% Glass is disclosed. However, the glass described in Patent Document 1 does not sufficiently contain B 2 O 3 , and particularly when the back electrode of the solar cell in the p-type semiconductor substrate is formed, boron, which is a majority carrier, is sufficiently contained in the Si substrate. There is a problem that electrical characteristics are deteriorated because diffusion is not possible.
特許文献2には、太陽電池の電極形成用ガラスとして、酸化物換算でB2O3を66.7モル%、Bi2O3を33.3モル%含有するガラスが開示されている。しかし、特許文献2に記載されたガラスではB2O3とBi2O3の合計含有量が過度に多い組成では、例えば、裏面電極にアルミニウムを用いた場合に、焼成時にアルミニウムまたはアルミニウム−シリコン合金組成を有する粒状物質が生成し焼成後の裏面電極の表面に突出する等して外観不良を生じるという問題があった。また、太陽電池セルをモジュール化する際にこの粒状物質の突出箇所を起点としてセルが割れてしまうという問題があった。 Patent Document 2, as glass for forming electrodes of a solar cell, a B 2 O 3 66.7 mol% in terms of oxide, glass containing Bi 2 O 3 33.3 mol% is disclosed. However, in the glass described in Patent Document 2, if the total content of B 2 O 3 and Bi 2 O 3 is excessively large, for example, when aluminum is used for the back electrode, aluminum or aluminum-silicon during firing is used. There is a problem in that a granular material having an alloy composition is generated and protrudes on the surface of the back electrode after firing, resulting in poor appearance. Further, there is a problem that when the solar battery cell is modularized, the cell is cracked starting from the protruding portion of the particulate matter.
太陽電池の電極形成に用いるB2O3−Bi2O3系ガラスについては、特許文献1や特許文献2のように電極の形成性を向上させる技術が多く開発されている。しかしながら、特にPERC等の太陽電池においては、電極形成に用いるガラス粉末のガラスの組成や粉末の粒度分布を調整したとしても、現状では、電極形成に伴う電極中での上記アルミニウムやアルミニウム−シリコン合金に代表される電極形成用金属に由来する粒状物質の発生を抑制しながら、電極と半導体基板との電気抵抗を下げて、太陽電池の変換効率を向上させることの両立は困難である。すなわち、太陽電池の変換効率を向上させることと、電極形成時に電極中での粒状物質の発生を抑えて外観を良好に保持し製品の信頼性を保つことを両立させる技術は開発途上である。 Regarding B 2 O 3 —Bi 2 O 3 based glass used for forming electrodes of solar cells, many techniques for improving the electrode formability have been developed as in Patent Document 1 and Patent Document 2. However, particularly in a solar cell such as PERC, even if the composition of the glass of the glass powder used for forming the electrode or the particle size distribution of the powder is adjusted, the above-mentioned aluminum or aluminum-silicon alloy in the electrode accompanying the formation of the electrode is currently used. It is difficult to reduce the electrical resistance between the electrode and the semiconductor substrate and improve the conversion efficiency of the solar cell while suppressing the generation of the particulate matter derived from the metal for forming an electrode, which is represented by the above. That is, a technique for improving the conversion efficiency of the solar cell and suppressing the generation of particulate matter in the electrode during electrode formation to maintain a good appearance and maintain the reliability of the product is under development.
本発明は、電極形成に用いられるガラスにおいて、太陽電池等の半導体基板上に絶縁膜を介して電極を形成する際に電極中での粒状物質の発生を抑えて得られる電極の外観を良好にして、製品の信頼性を保つことが可能であり、かつ、太陽電池の変換効率を向上させることのできるガラスを提供することを目的とする。本発明は、さらに、該ガラスからなるガラス粉末、該ガラス粉末を含有する導電ペーストおよび該導電ペーストを用いることで製品の信頼性および変換効率の向上した太陽電池を提供することを目的とする。 The present invention, in the glass used for electrode formation, improves the appearance of the electrode obtained by suppressing the generation of particulate matter in the electrode when the electrode is formed on a semiconductor substrate such as a solar cell via an insulating film. Therefore, it is an object of the present invention to provide a glass which can maintain the reliability of the product and can improve the conversion efficiency of the solar cell. A further object of the present invention is to provide a glass powder made of the glass, a conductive paste containing the glass powder, and a solar cell having improved product reliability and conversion efficiency by using the conductive paste.
本発明は以下の構成のガラス、ガラス粉末、導電ペーストおよび太陽電池を提供する。
[1]酸化物換算のモル%表示で、B2O3を40%以上60%以下、Bi2O3を5%以上25%以下、ZnOを20%以上30%以下、SiO2を2%以上7%以下、Sb2O3を1%以上10%以下、およびBaOを0%以上10%以下含むことを特徴とするガラス。
[2]累積粒度分布における体積基準の50%粒径をD50としたときに、D50が0.5μm以上6.0μm以下である[1]記載のガラスからなるガラス粉末。
[3][2]記載のガラス粉末、導電性金属粉末、および有機ビヒクルを含有する導電ペースト。
The present invention provides glass, glass powder, a conductive paste and a solar cell having the following constitutions.
[1] B 2 O 3 is 40% or more and 60% or less, Bi 2 O 3 is 5% or more and 25% or less, ZnO is 20% or more and 30% or less, and SiO 2 is 2% in mol% in terms of oxide. Glass containing 7% or more, Sb 2 O 3 of 1% or more and 10% or less, and BaO of 0% or more and 10% or less.
[2] 50% particle diameter based on volume in a cumulative particle size distribution is taken as D 50, D 50 is 0.5μm or more 6.0μm or less [1] glass powder comprising glass according.
[3] A conductive paste containing the glass powder according to [2], a conductive metal powder, and an organic vehicle.
[4][3]記載の導電ペーストを用いて形成された電極を具備する太陽電池。
[5]金属、ガラス、および有機ビヒクルを含む導電ペーストであって、前記金属は、前記導電ペーストの全質量に対して63.0質量%以上97.9質量%以下含まれ、Al、Ag、Cu、Au、PdおよびPtからなる群から選ばれる少なくとも1種を含み、前記ガラスは、前記金属100質量部に対して0.1質量部以上9.8質量部以下含まれ、酸化物換算のモル%表示で、B2O3を40%以上60%以下、Bi2O3を5%以上25%以下、ZnOを20%以上30%以下、SiO2を2%以上7%以下、Sb2O3を1%以上10%以下、およびBaOを0%以上10%以下含み、前記有機ビヒクルは、前記導電ペーストの全質量に対して2質量%以上30質量%以下含まれることを特徴とする導電ペースト。
[4] A solar cell comprising an electrode formed using the conductive paste according to [3].
[5] A conductive paste containing a metal, glass, and an organic vehicle, wherein the metal is contained in an amount of 63.0 mass% or more and 97.9 mass% or less based on the total mass of the conductive paste, and Al, Ag, It contains at least one selected from the group consisting of Cu, Au, Pd and Pt, and the glass contains 0.1 part by mass or more and 9.8 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the metal, and is converted into oxide. In mol% display, B 2 O 3 is 40% or more and 60% or less, Bi 2 O 3 is 5% or more and 25% or less, ZnO is 20% or more and 30% or less, SiO 2 is 2% or more and 7% or less, and Sb 2 1% or more and 10% or less of O 3 and 0% or more and 10% or less of BaO are included, and the organic vehicle is contained in an amount of 2% by mass or more and 30% by mass or less based on the total mass of the conductive paste. Conductive paste.
[6]前記ガラスは、累積粒度分布における体積基準の50%粒径をD50としたときに、D50が0.5μm以上6.0μm以下のガラス粉末である[5]記載の導電ペースト。
[7]前記金属が、Alを含む[5]または[6]に記載の導電ペースト。
[8]前記有機ビヒクルは、有機樹脂バインダーを溶媒に溶解した有機樹脂バインダー溶液であり、前記有機樹脂バインダーは、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ブチルアクリレート、および2−ヒドロキシエチルアクリレートからなる群から選ばれる1種以上を重合して得られるアクリル系樹脂、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、オキシエチルセルロース、ベンジルセルロース、プロピルセルロース、およびニトロセルロースからなる群から選ばれる少なくとも1種を含み、前記溶媒は、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ターピネオール、ブチルジグリコールアセテート、エチルジグリコールアセテート、プロピレングリコールジアセテート、およびメチルエチルケトンからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む[5]〜[7]のいずれかに記載の導電ペースト。
[6] The glass is a 50% particle diameter on a volume basis when the D 50 in a cumulative particle size distribution, D 50 is 6.0μm or less of the glass powder above 0.5 [mu] m [5], wherein the conductive paste.
[7] The conductive paste according to [5] or [6], wherein the metal contains Al.
[8] The organic vehicle is an organic resin binder solution in which an organic resin binder is dissolved in a solvent, and the organic resin binder is methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, butyl acrylate, and 2- At least one selected from the group consisting of an acrylic resin obtained by polymerizing one or more selected from the group consisting of hydroxyethyl acrylate, methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, oxyethyl cellulose, benzyl cellulose, propyl cellulose, and nitrocellulose. And the solvent comprises at least one selected from the group consisting of diethylene glycol monobutyl ether, terpineol, butyl diglycol acetate, ethyl diglycol acetate, propylene glycol diacetate, and methyl ethyl ketone [5] to [7] The conductive paste as described in Crab.
[9]太陽光受光面を有するシリコン基板と、前記シリコン基板の前記太陽光受光面側に設けられた第1の絶縁膜と、前記シリコン基板の前記太陽光受光面とは反対側の面に設けられた、少なくとも一つの開口部を有する第2の絶縁膜と、前記シリコン基板に前記第2の絶縁膜の前記開口部を介して部分的に接触する第2の電極と、前記第1の絶縁膜の一部を貫通して前記シリコン基板に接触する第1の電極とを備える太陽電池であって、前記第2の電極は、Al、Ag、Cu、Au、PdおよびPtからなる群から選択される少なくとも1種を含む金属と、酸化物換算のモル%表示で、B2O3を40%以上60%以下、Bi2O3を5%以上25%以下、ZnOを20%以上30%以下、SiO2を2%以上7%以下、Sb2O3を1%以上10%以下、およびBaOを0%以上10%以下含むガラスと、からなることを特徴とする太陽電池。 [9] A silicon substrate having a sunlight receiving surface, a first insulating film provided on the sunlight receiving surface side of the silicon substrate, and a surface of the silicon substrate opposite to the sunlight receiving surface. A second insulating film having at least one opening provided, a second electrode partially contacting the silicon substrate through the opening of the second insulating film; A solar cell comprising: a first electrode penetrating a part of an insulating film and contacting the silicon substrate, wherein the second electrode is a group consisting of Al, Ag, Cu, Au, Pd and Pt. A metal containing at least one selected, and in terms of mol% in terms of oxide, B 2 O 3 is 40% or more and 60% or less, Bi 2 O 3 is 5% or more and 25% or less, and ZnO is 20% or more 30. %, SiO 2 of 2% or more and 7% or less, Sb 2 O 3 of 1% or more and 10% or less, and BaO of 0% or more and 10% or less, a solar cell.
[10]前記第2の電極は、前記金属を90質量%以上99.9質量%以下含み、前記ガラスを0.1質量%以上10質量%以下含む[9]に記載の太陽電池。
[11]前記第2の電極に含まれる金属は、少なくともAlを含む[9]または[10]に記載の太陽電池。
[12]前記第1の電極は、少なくともAgを含む金属を含む[9]〜[11]のいずれかに記載の太陽電池。
[13]前記第1の絶縁膜が、窒化珪素からなる[9]〜[12]のいずれかに記載の太陽電池。
[14]前記第2の絶縁膜が、前記シリコン基板の前記太陽光受光面とは反対側の面に接する酸化アルミニウムまたは酸化珪素からなる酸化金属膜と、前記酸化金属膜上にさらに窒化珪素膜を備える[9]〜[13]のいずれかに記載の太陽電池。
[10] The solar cell according to [9], wherein the second electrode contains 90% by mass or more and 99.9% by mass or less of the metal and 0.1% by mass or more and 10% by mass or less of the glass.
[11] The solar cell according to [9] or [10], wherein the metal contained in the second electrode contains at least Al.
[12] The solar cell according to any one of [9] to [11], wherein the first electrode contains a metal containing at least Ag.
[13] The solar cell according to any one of [9] to [12], wherein the first insulating film is made of silicon nitride.
[14] A metal oxide film made of aluminum oxide or silicon oxide, in which the second insulating film is in contact with a surface of the silicon substrate opposite to the solar light receiving surface, and a silicon nitride film is further formed on the metal oxide film. The solar cell according to any one of [9] to [13].
本発明のガラス、および該ガラスからなるガラス粉末は、これを導電性成分と共に導電ペーストに用いれば、太陽電池等の半導体基板上に絶縁膜を介して電極を形成する際に電極中での粒状物質の発生を抑えて得られる電極の外観を良好にするとともに、絶縁膜並びに半導体基板との接触を十分に確保することで製品の信頼性を保つことが可能である。また、本発明のガラス、および該ガラスからなるガラス粉末は、ホウ素を含有し、電極形成時にガラスが含有するホウ素を半導体基板の、例えば、p型層中に拡散させることが可能であり、それにより良好なp+層を形成して太陽電池の変換効率を向上できる。 The glass of the present invention, and the glass powder made of the glass, when used in a conductive paste together with a conductive component, are granular in the electrode when the electrode is formed on a semiconductor substrate such as a solar cell via an insulating film. It is possible to maintain the reliability of the product by improving the appearance of the electrode obtained by suppressing the generation of substances and sufficiently ensuring the contact with the insulating film and the semiconductor substrate. Further, the glass of the present invention and the glass powder made of the glass contain boron, and it is possible to diffuse the boron contained in the glass during formation of an electrode into, for example, a p-type layer of a semiconductor substrate. Therefore, a good p + layer can be formed to improve the conversion efficiency of the solar cell.
特に、PERC太陽電池等のAlを用いた裏面電極において、焼成時にアルミニウムまたはアルミニウム−シリコン合金組成を有する粒状物質が発生することが知られている。このような電極の形成において、本発明のガラスによる該粒状物質の発生を抑制する効果は顕著である。これにより、発生した粒状物質の突出箇所に起因する太陽電池セルをモジュール化する際のセルの破損等を抑制でき、生産性の向上を図ることができる。 In particular, it is known that a particulate material having an aluminum or aluminum-silicon alloy composition is generated during firing in a back electrode using Al such as a PERC solar cell. In forming such an electrode, the effect of suppressing generation of the particulate matter by the glass of the present invention is remarkable. As a result, it is possible to suppress damage to the solar cells and the like when the solar cells are modularized due to the protruding portions of the generated particulate matter, and it is possible to improve the productivity.
本発明においては、該ガラス粉末を含有することで、これを用いた電極形成に伴い、太陽電池の変換効率を向上可能な導電ペースト、および、該導電ペーストを用いることで変換効率が向上した太陽電池の提供が可能である。 In the present invention, by containing the glass powder, a conductive paste that can improve the conversion efficiency of the solar cell with the formation of an electrode using the glass powder, and a solar cell that has the conversion efficiency improved by using the conductive paste. Batteries can be provided.
以下、本発明の実施形態について説明する。
<ガラス>
本発明のガラスは、酸化物換算のモル%表示で、B2O3を40〜60%、Bi2O3を5〜25%、ZnOを20〜30%、SiO2を2〜7%、Sb2O3を1〜10%、およびBaOを0〜10%含む。以下の説明において、特に断りのない限り、ガラスの各成分の含有量における「%」の表示は、酸化物換算のモル%表示である。本明細書において、数値範囲を表す「〜」では、上下限を含む。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
<Glass>
The glass of the present invention is represented by mol% of oxide equivalent, B 2 O 3 40 to 60%, a Bi 2 O 3 5 to 25%, the ZnO 20 to 30%, the SiO 2 2 to 7%, sb 2 O 3 and 1-10%, and BaO 0%. In the following description, unless otherwise specified, the indication of "%" in the content of each component of glass is the indication of mol% in terms of oxide. In the present specification, “to” representing a numerical range includes upper and lower limits.
本発明のガラスにおける各成分の含有量は、得られたガラスの誘導結合プラズマ(ICP-AES:Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy)分析若しくは電子線マイクロアナライザ(EPMA:Electron Probe Micro Analyzer)分析の結果から求められる。 The content of each component in the glass of the present invention is the result of inductively coupled plasma (ICP-AES: Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy) analysis or electron beam microanalyzer (EPMA: Electron Probe Micro Analyzer) analysis. Required from.
本発明のガラスにおいてB2O3は必須の成分である。B2O3は、ガラスの軟化流動性を向上させ、該ガラスを含有する導電ペーストを用いて得られる電極において、絶縁膜並びに半導体基板との接触性を向上させる機能を有する。また、B2O3は、ガラスを安定化させる成分である。以下、ガラス成分の説明において、「導電ペースト」は、「本発明のガラスを含有する導電ペースト」であり、「電極」は、「本発明のガラスを含有する導電ペーストを用いて得られる電極」を意味する。 B 2 O 3 is an essential component in the glass of the present invention. B 2 O 3 has a function of improving softening fluidity of glass and improving contactability with an insulating film and a semiconductor substrate in an electrode obtained by using a conductive paste containing the glass. B 2 O 3 is a component that stabilizes glass. Hereinafter, in the description of the glass component, "conductive paste" is "conductive paste containing the glass of the present invention", "electrode""electrode obtained using the conductive paste containing the glass of the present invention" Means
さらに、B2O3は、ガラスを流動させることによって、半導体基板と導電ペースト中のガラスが直接反応するのを促進できる。これにより、例えば、半導体基板がpn接合型のSi半導体基板の場合に、ガラスが、電極と接触するp+層やn+層を形成することができる。例えば、p+層に接触する電極を形成する際には、ガラスが含有する成分であるB2O3をBとしてp+層に拡散するのを促進でき、より良好なp+層を形成させることができる。 Further, B 2 O 3 can promote the direct reaction between the semiconductor substrate and the glass in the conductive paste by causing the glass to flow. Thereby, for example, when the semiconductor substrate is a pn junction type Si semiconductor substrate, the glass can form ap + layer or an n + layer in contact with the electrode. For example, when forming the electrode in contact with the p + layer can promote the diffusion of the p + layer of B 2 O 3 is a component that glass contains as B, to form a better p + layer be able to.
本発明のガラスは、B2O3を40%以上60%以下の割合で含有する。B2O3の含有量が40%未満であると、電極形成時にBをSi半導体基板中に十分に拡散できないために、例えば、太陽電池における変換効率を上げられないことがある。さらに、B2O3はガラスの網目構造形成成分であり、40%未満であるとガラス化できなくなってしまう。B2O3の含有量は、好ましくは45%以上である。一方、B2O3の含有量が60%を超えると、電極形成時にガラスが半導体基板と反応し過ぎてしまい電極中に粒状物質が発生してしまう。B2O3の含有量は、好ましくは59%以下である。 The glass of the present invention contains B 2 O 3 in a proportion of 40% or more and 60% or less. If the content of B 2 O 3 is less than 40%, B cannot be sufficiently diffused into the Si semiconductor substrate during electrode formation, and thus conversion efficiency in a solar cell, for example, may not be improved. Further, B 2 O 3 is a glass network structure forming component, and if it is less than 40%, vitrification cannot be performed. The content of B 2 O 3 is preferably 45% or more. On the other hand, when the content of B 2 O 3 exceeds 60%, the glass reacts too much with the semiconductor substrate during the formation of the electrode, and particulate matter is generated in the electrode. The content of B 2 O 3 is preferably 59% or less.
本発明のガラスにおいてBi2O3は必須の成分である。Bi2O3は、ガラスの軟化流動性を向上させ、電極と絶縁膜並びに半導体基板との接触性を向上させる機能を有する。また、ガラス中のBi2O3が還元されて生成された金属Bi粒子は、共晶反応により導電性金属の粒子の溶融温度を低下させる。その結果、導電性金属の粒子が半導体基板へ拡散し、p+層を形成し、またはp+層の性能をより高めて、太陽電池における変換効率向上に寄与する。導電性金属がAlの場合、特にその効果が高い。 Bi 2 O 3 is an essential component in the glass of the present invention. Bi 2 O 3 has a function of improving the softening fluidity of glass and improving the contact property between the electrode and the insulating film and the semiconductor substrate. Further, the metal Bi particles produced by reducing Bi 2 O 3 in the glass lower the melting temperature of the particles of the conductive metal by the eutectic reaction. As a result, particles of the conductive metal is diffused into the semiconductor substrate, forming a p + layer, or further enhanced the performance of the p + layer, which contributes to the conversion efficiency of the solar cell. The effect is particularly high when the conductive metal is Al.
Bi2O3は、さらに、ガラスを流動させることによって半導体基板とガラスが直接反応するのを促進する機能を有する。これにより、ガラス中のB2O3をBとして半導体基板のp+層に拡散するのを促進でき、より良好なp+層を形成させることができる。本発明のガラスは、Bi2O3を5%以上25%以下の割合で含有する。Bi2O3の含有量が5%未満であると、ガラスの軟化点が高くなるために流動性が低下し、半導体基板との反応が十分なものとはならない。Bi2O3の含有量は、好ましくは7%以上であり、よち好ましくは10%以上である。一方、Bi2O3の含有量が25%を超えると、結晶化によりガラスが得られない。Bi2O3の含有量は、好ましくは22%以下であり、より好ましくは20%以下である。 Bi 2 O 3 further has a function of promoting the direct reaction between the semiconductor substrate and the glass by causing the glass to flow. As a result, it is possible to promote the diffusion of B 2 O 3 in the glass as B into the p + layer of the semiconductor substrate, and to form a better p + layer. The glass of the present invention contains Bi 2 O 3 in a proportion of 5% or more and 25% or less. When the content of Bi 2 O 3 is less than 5%, the softening point of glass becomes high, so that the fluidity is lowered and the reaction with the semiconductor substrate is not sufficient. The content of Bi 2 O 3 is preferably 7% or more, and more preferably 10% or more. On the other hand, if the Bi 2 O 3 content exceeds 25%, glass cannot be obtained due to crystallization. The content of Bi 2 O 3 is preferably 22% or less, more preferably 20% or less.
本発明のガラスにおいてZnOは必須の成分である。ZnOは、ガラスの結晶化を抑制することができ、ガラスとSi基板等の半導体基板上の絶縁膜やSi基板との反応性を向上させる成分である。本発明のガラスは、ZnOを20%以上30%以下の割合で含有する。ZnOの含有量が20%未満であると、ガラスとSi基板等の半導体基板上の絶縁膜やSi基板との反応性が悪くなり、接合強度が弱くなってしまったり、電極と半導体基板との電気抵抗が高くなったりしてしまう。ZnOの含有量は、好ましくは、22%以上である。ZnOの含有量が30%を超えると、電極形成時にガラスが半導体基板と反応し過ぎてしまい電極中に粒状物質が発生してしまう。ZnOの含有量は、好ましくは29%以下である。 ZnO is an essential component in the glass of the present invention. ZnO is a component that can suppress the crystallization of glass and improve the reactivity between the glass and the insulating film on the semiconductor substrate such as the Si substrate or the Si substrate. The glass of the present invention contains ZnO in a proportion of 20% or more and 30% or less. When the content of ZnO is less than 20%, the reactivity between the glass and the insulating film on the semiconductor substrate such as the Si substrate or the Si substrate is deteriorated, and the bonding strength is weakened, or the electrode and the semiconductor substrate are separated from each other. The electrical resistance will become high. The ZnO content is preferably 22% or more. When the content of ZnO exceeds 30%, the glass reacts too much with the semiconductor substrate at the time of forming the electrode, and particulate matter is generated in the electrode. The ZnO content is preferably 29% or less.
本発明のガラスにおいてSiO2は必須の成分である。SiO2を含有させることでガラスを安定化させることができる。本発明のガラスは、SiO2を2%以上7%以下の割合で含有する。SiO2の含有量が2%未満であると、結晶化によりガラスが得られにくく、太陽電池としての特性が長期信頼性を得ることができなくなってしまう。SiO2の含有量は、好ましくは、3%以上であり、より好ましくは、5%以上である。SiO2の含有量が7%を超えると、ガラス転移点が上がってしまうために焼結時にガラスが流動することができなくなってしまう。SiO2の含有量は、好ましくは、6%以下である。 SiO 2 is an essential component in the glass of the present invention. The glass can be stabilized by containing SiO 2 . The glass of the present invention contains SiO 2 in a proportion of 2% or more and 7% or less. When the content of SiO 2 is less than 2%, it is difficult to obtain glass due to crystallization, and it becomes impossible to obtain long-term reliability of the characteristics of the solar cell. The content of SiO 2 is preferably 3% or more, more preferably 5% or more. If the content of SiO 2 exceeds 7%, the glass transition point increases, and the glass cannot flow during sintering. The content of SiO 2 is preferably 6% or less.
本発明のガラスにおいてSb2O3は必須の成分である。Sb2O3を含有させることでガラスを安定化させることができる。本発明のガラスは、Sb2O3を1%以上10%以下の割合で含有する。Sb2O3の含有量が1%未満であると、結晶化によりガラスが得られにくく、太陽電池としての特性が長期信頼性を得ることができなくなってしまう。Sb2O3の含有量は、好ましくは、2%以上であり、より好ましくは、3%以上である。Sb2O3の含有量が10%を超えると、ガラス転移点が上がってしまうために焼結時にガラスが流動することができなくなってしまう。Sb2O3の含有量は、好ましくは、8%以下であり、より好ましくは5%以下である。 Sb 2 O 3 is an essential component in the glass of the present invention. The glass can be stabilized by containing Sb 2 O 3 . The glass of the present invention contains Sb 2 O 3 in a ratio of 1% or more and 10% or less. When the content of Sb 2 O 3 is less than 1%, it is difficult to obtain glass due to crystallization, and it becomes impossible to obtain long-term reliability as the characteristics of the solar cell. The content of Sb 2 O 3 is preferably 2% or more, more preferably 3% or more. If the content of Sb 2 O 3 exceeds 10%, the glass transition point increases, and the glass cannot flow during sintering. The content of Sb 2 O 3 is preferably 8% or less, more preferably 5% or less.
本発明のガラスにおいてBaOは、電極と半導体基板との接触抵抗成分を下げる成分である。また、BaOはガラス成分としても修飾酸化物として安定化させることができる。本発明のガラス中のBaOの含有量は、0%以上10%以下である。BaOの含有量は、好ましくは、1%以上である。BaOの含有量が10%を超えると結晶化によりガラスが得られない。BaOの含有量は、好ましくは5%以下である。 In the glass of the present invention, BaO is a component that lowers the contact resistance component between the electrode and the semiconductor substrate. Further, BaO can be stabilized as a glass component and also as a modified oxide. The content of BaO in the glass of the present invention is 0% or more and 10% or less. The content of BaO is preferably 1% or more. If the content of BaO exceeds 10%, glass cannot be obtained due to crystallization. The content of BaO is preferably 5% or less.
本発明のガラスは、これら以外のその他の任意成分を含有してもよい。その他の任意成分として、具体的には、PbO、P2O5、V2O5、Sb2O5、As2O5、Li2O、Na2O、K2O、ZrO2、Fe2O3、CuO、SnO2、MgO、CaO、SrO、Al2O3、MnO、MnO2、CeO2、TiO2、MoO3、WO3等の通常ガラスに用いられる各種酸化物成分が挙げられる。これら、その他の任意成分は、目的に応じて、1種が単独で、または2種以上が組み合せて用いられる。その他の任意成分の含有量は、合計で5%以下が好ましい。
The glass of the present invention may contain other optional components other than these. Other optional ingredients, specifically, PbO, P 2 O 5, V 2
本発明のガラスの製造方法は、特に限定されない。例えば、以下に示す方法で製造できる。 The method for producing the glass of the present invention is not particularly limited. For example, it can be manufactured by the following method.
まず、原料混合物を準備する。原料は、通常の酸化物系のガラスの製造に用いる原料であれば特に限定されず、酸化物や炭酸塩等を用いることができる。得られるガラスにおいて、上記組成範囲となるように原料の種類および割合を適宜調整して原料混合物とする。 First, a raw material mixture is prepared. The raw material is not particularly limited as long as it is a raw material used for producing a usual oxide glass, and an oxide, a carbonate or the like can be used. In the obtained glass, the kind and ratio of the raw materials are appropriately adjusted so as to be within the above composition range to obtain a raw material mixture.
次に、原料混合物を公知の方法で加熱して溶融物を得る。加熱溶融する温度(溶融温度)は、800〜1400℃が好ましく、900〜1300℃がより好ましい。加熱溶融する時間は、30〜300分が好ましい。 Next, the raw material mixture is heated by a known method to obtain a melt. The temperature of melting by heating (melting temperature) is preferably 800 to 1400 ° C, more preferably 900 to 1300 ° C. The heating and melting time is preferably 30 to 300 minutes.
その後、溶融物を冷却し固化することにより、本発明のガラスを得ることができる。冷却方法は特に限定されない。ロールアウトマシン、プレスマシン、冷却液体への滴下等により急冷する方法をとることもできる。得られるガラスは完全に非晶質である、すなわち結晶化度が0%であることが好ましい。ただし、本発明の効果を損なわない範囲であれば、結晶化した部分を含んでいてもよい。 Then, the glass of the present invention can be obtained by cooling and solidifying the melt. The cooling method is not particularly limited. A method of quenching by a roll-out machine, a press machine, dropping on a cooling liquid, or the like can also be used. The glass obtained is preferably completely amorphous, ie it has a crystallinity of 0%. However, a crystallized portion may be included as long as the effect of the present invention is not impaired.
こうして得られる本発明のガラスは、いかなる形態であってもよい。例えば、ブロック状、板状、薄い板状(フレーク状)、粉末状等であってもよい。 The glass of the present invention thus obtained may have any form. For example, it may have a block shape, a plate shape, a thin plate shape (flake shape), a powder shape, or the like.
本発明のガラスは、結合剤としての機能を有しており導電性ペーストに用いることが好ましい。本発明のガラスを含有する導電性ペーストは、例えば、太陽電池の電極形成に好適に用いられる。本発明のガラスを導電ペーストに含有させる場合、ガラスは粉末であることが好ましい。 The glass of the present invention has a function as a binder and is preferably used for a conductive paste. The conductive paste containing the glass of the present invention is suitably used, for example, for forming electrodes of solar cells. When the glass of the present invention is contained in the conductive paste, the glass is preferably powder.
<ガラス粉末>
本発明のガラス粉末は、本発明のガラスからなり、D50が0.5μm以上6.0μm以下であるのが好ましい。このD50の範囲は、導電ペーストに用いるのに特に好ましい範囲である。D50が0.5μm以上であることで、導電ペーストとした際の分散性がより向上する。また、D50が6.0μm以下であることで、導電性金属粉末の周りにガラス粉末が存在しない個所が発生しにくいため、電極と半導体基板等との接着性がより向上する。この場合、D50は、より好ましくは、0.8μm以上である。D50は、より好ましくは、5.0μm以下である。
<Glass powder>
The glass powder of the present invention is made of the glass of the present invention and preferably has a D 50 of 0.5 μm or more and 6.0 μm or less. This D 50 range is a particularly preferable range for use in a conductive paste. When D 50 is 0.5 μm or more, the dispersibility in the conductive paste is further improved. Further, when D 50 is 6.0 μm or less, a portion where the glass powder does not exist around the conductive metal powder is less likely to occur, and thus the adhesiveness between the electrode and the semiconductor substrate or the like is further improved. In this case, D 50 is more preferably 0.8 μm or more. D 50 is more preferably 5.0 μm or less.
なお、本明細書において、「D50」は、累積粒度分布における体積基準の50%粒径を示し、具体的には、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置を用いて測定した粒径分布の累積粒度曲線において、その積算量が体積基準で50%を占めるときの粒径を表す。 In the present specification, “D 50 ” denotes a volume-based 50% particle size in the cumulative particle size distribution, and specifically, of the particle size distribution measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device. In the cumulative particle size curve, it represents the particle size when the integrated amount occupies 50% by volume.
本発明のガラス粉末は、上記のようにして製造されたガラスを、例えば、乾式粉砕法や湿式粉砕法によって上記特定の粒度分布を有するように粉砕することにより得ることができる。 The glass powder of the present invention can be obtained by pulverizing the glass produced as described above, for example, by a dry pulverizing method or a wet pulverizing method so as to have the above-mentioned specific particle size distribution.
本発明のガラス粉末を得るためのガラスの粉砕方法は、例えば、適当な形状のガラスを乾式粉砕した後、湿式粉砕する方法が好ましい。乾式粉砕および湿式粉砕は、例えばロールミル、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機を用いて行うことができる。粒度分布の調整は、例えば、各粉砕における粉砕時間や、ボールミルのボールの大きさ等粉砕機の調整によって行うことができる。湿式粉砕法の場合、溶媒として水を用いることが好ましい。湿式粉砕の後、乾燥等により水分を除去して、ガラス粉末が得られる。ガラス粉末の粒径を調整するために、ガラスの粉砕に加えて、必要に応じて分級を行ってもよい。 As a glass pulverizing method for obtaining the glass powder of the present invention, for example, a method of dry pulverizing a glass having an appropriate shape and then wet pulverizing is preferable. The dry pulverization and the wet pulverization can be performed using a pulverizer such as a roll mill, a ball mill, a jet mill. The particle size distribution can be adjusted, for example, by adjusting the crushing time in each crushing process, the size of the balls in the ball mill, and the like. In the case of the wet pulverization method, it is preferable to use water as the solvent. After wet pulverization, water content is removed by drying or the like to obtain glass powder. In order to adjust the particle size of the glass powder, in addition to crushing the glass, classification may be carried out if necessary.
<導電ペースト>
本発明のガラスは例えばガラス粉末として導電ペーストに適用できる。本発明のガラスによる導電ペーストは、上記本発明のガラス粉末、導電性金属粉末および有機ビヒクルを含有する。
<Conductive paste>
The glass of the present invention can be applied to a conductive paste as glass powder, for example. The conductive paste made of the glass of the present invention contains the above-mentioned glass powder of the present invention, a conductive metal powder and an organic vehicle.
本発明の導電ペーストが含有する導電性金属粉末は、半導体基板や絶縁性基板等の回路基板(積層電子部品を含む)上に形成される電極に通常用いられる金属の粉末が特に制限なく用いられる。導電性金属粉末として、具体的には、Al、Ag、Cu、Au、Pd、Pt等の粉末が挙げられ、これらのうちでも、生産性の点からAl粉末が好ましい。導電性金属粉末がAl粉末の場合、本発明のガラスによる、電極形成に際して電極中での粒状物質の発生を抑制し得られる電極の外観を良好にする効果が顕著である。 As the conductive metal powder contained in the conductive paste of the present invention, a metal powder usually used for an electrode formed on a circuit board (including a laminated electronic component) such as a semiconductor substrate or an insulating substrate is used without particular limitation. .. Specific examples of the conductive metal powder include powders of Al, Ag, Cu, Au, Pd, Pt and the like. Among these, Al powder is preferable from the viewpoint of productivity. When the conductive metal powder is Al powder, the effect of the glass of the present invention to improve the appearance of the obtained electrode by suppressing the generation of particulate matter in the electrode when forming the electrode is remarkable.
凝集が抑制され、かつ、均一な分散性が得られる観点から導電性金属粉末の粒子径はD50が、0.3μm以上10μm以下が好ましい。 From the viewpoint of suppressing aggregation and obtaining uniform dispersibility, the conductive metal powder preferably has a particle diameter D 50 of 0.3 μm or more and 10 μm or less.
導電ペーストにおける導電性金属粉末の含有量は、導電ペーストの全質量に対して63.0質量%以上97.9質量%以下とすることが好ましい。導電性金属粉末の含有量が63.0質量%未満であると、導電性金属粉末がより焼結し、ガラス浮き等が発生しやすくなる。一方、導電性金属粉末の含有量が97.9質量%を超えると、導電性金属粉末の周りをガラス析出物で覆うことができなくなるおそれがある。また、電極と半導体基板や絶縁性基板等の回路基板との接着性が悪くなるおそれがある。導電ペーストの全質量に対する導電性金属粉末の含有量は、より好ましくは75.0質量%以上95.0質量%以下である。 The content of the conductive metal powder in the conductive paste is preferably 63.0 mass% or more and 97.9 mass% or less with respect to the total mass of the conductive paste. When the content of the conductive metal powder is less than 63.0% by mass, the conductive metal powder is more sintered and glass float or the like is likely to occur. On the other hand, when the content of the conductive metal powder exceeds 97.9 mass%, it may not be possible to cover the periphery of the conductive metal powder with the glass deposit. In addition, the adhesion between the electrode and the circuit board such as the semiconductor substrate or the insulating substrate may deteriorate. The content of the conductive metal powder relative to the total mass of the conductive paste is more preferably 75.0% by mass or more and 95.0% by mass or less.
導電ペーストにおけるガラス粉末の含有量は、例えば、導電性金属粉末100質量部に対して0.1質量部以上9.8質量部以下とすることが好ましい。ガラス粉末の含有量が0.1質量部未満であると、導電性金属粉末の周りをガラス析出物で覆うことができなくなるおそれがある。また、電極と半導体基板や絶縁性基板等の回路基板との接着性が悪くなるおそれがある。一方、ガラス粉末の含有量が9.8質量部を超えると、導電性金属粉末がより焼結し、ガラス浮き等が発生しやすくなる。導電性金属粉末100質量部に対するガラス粉末の含有量は、より好ましくは0.5質量部以上5質量部以下である。 The content of the glass powder in the conductive paste is, for example, preferably 0.1 part by mass or more and 9.8 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the conductive metal powder. If the content of the glass powder is less than 0.1 parts by mass, the periphery of the conductive metal powder may not be covered with the glass precipitate. In addition, the adhesion between the electrode and the circuit board such as a semiconductor substrate or an insulating substrate may deteriorate. On the other hand, when the content of the glass powder exceeds 9.8 parts by mass, the conductive metal powder is more sintered and the glass float easily occurs. The content of the glass powder with respect to 100 parts by mass of the conductive metal powder is more preferably 0.5 parts by mass or more and 5 parts by mass or less.
導電ペーストが含有する、有機ビヒクルとしては、有機樹脂バインダーを溶媒に溶解して得られる有機樹脂バインダー溶液を用いることができる。 As the organic vehicle contained in the conductive paste, an organic resin binder solution obtained by dissolving an organic resin binder in a solvent can be used.
有機ビヒクルに用いる有機樹脂バインダーとしては、例えばメチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、オキシエチルセルロース、ベンジルセルロース、プロピルセルロース、ニトロセルロース等のセルロース系樹脂、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ブチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート等のアクリル系モノマーの1種以上を重合して得られるアクリル系樹脂等の有機樹脂が用いられる。 Examples of the organic resin binder used in the organic vehicle include cellulosic resins such as methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, oxyethyl cellulose, benzyl cellulose, propyl cellulose, and nitrocellulose, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, An organic resin such as an acrylic resin obtained by polymerizing one or more kinds of acrylic monomers such as butyl acrylate and 2-hydroxyethyl acrylate is used.
有機ビヒクルに用いる溶媒としては、セルロース系樹脂の場合はジエチレングリコールモノブチルエーテル、ターピネオール、ブチルジグリコールアセテート、エチルジグリコールアセテート、プロピレングリコールジアセテート等の溶媒が、アクリル系樹脂の場合はメチルエチルケトン、ターピネオール、ブチルジグリコールアセテート、エチルジグリコールアセテート、プロピレングリコールジアセテート等の溶媒が好ましく用いられる。 As the solvent used for the organic vehicle, solvents such as diethylene glycol monobutyl ether, terpineol, butyl diglycol acetate, ethyl diglycol acetate, propylene glycol diacetate in the case of a cellulose resin, methyl ethyl ketone, terpineol, butyl in the case of an acrylic resin. Solvents such as diglycol acetate, ethyl diglycol acetate and propylene glycol diacetate are preferably used.
有機ビヒクルにおける有機樹脂バインダーと溶媒の割合は、特に制限されないが、得られる有機樹脂バインダー溶液が導電ペーストの粘度を調整できる粘度となるように選択される。具体的には、有機樹脂バインダー:溶媒で示す質量比として、3:97〜15:85程度が好ましい。 The ratio of the organic resin binder and the solvent in the organic vehicle is not particularly limited, but it is selected so that the obtained organic resin binder solution has a viscosity capable of adjusting the viscosity of the conductive paste. Specifically, the mass ratio of organic resin binder: solvent is preferably about 3:97 to 15:85.
導電ペーストにおける有機ビヒクルの含有量は、導電ペースト全量に対して2質量%以上30質量%以下であることが好ましい。有機ビヒクルの含有量が2質量%未満になると、導電ペーストの粘度が上昇するために導電ペーストの印刷等の塗布性が低下し、良好な導電層(電極)を形成することが難しくなる。また、有機ビヒクルの含有量が30質量%を超えると、導電ペーストの固形分の含有割合が低くなり、十分な塗布膜厚が得られにくくなる。 The content of the organic vehicle in the conductive paste is preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less based on the total amount of the conductive paste. When the content of the organic vehicle is less than 2% by mass, the viscosity of the conductive paste increases, so that the coating property of the conductive paste such as printing is deteriorated, and it becomes difficult to form a good conductive layer (electrode). Further, when the content of the organic vehicle exceeds 30% by mass, the content ratio of the solid content of the conductive paste becomes low, and it becomes difficult to obtain a sufficient coating film thickness.
本発明の導電ペーストの一態様として、Al、Ag、Cu、Au、PdおよびPtからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む金属を導電ペーストの全質量に対して63.0〜97.9質量%含み、酸化物換算のモル%表示でB2O3を40〜60%、Bi2O3を5〜25%、ZnOを20〜30%、SiO2を2〜7%、Sb2O3を1〜10%、およびBaOを0〜10%含むガラスを上記金属100質量部に対して0.1〜9.8質量部含み、有機ビヒクルを導電ペーストの全質量に対して2〜30質量%含む導電ペーストが挙げられる。本態様におけるガラスは本発明のガラスである。本態様の導電ペーストが含有するガラス、金属および有機ビヒクルについて、組成、種類、形態、含有量等の好ましい態様は、上記と同様にできる。 As one mode of the conductive paste of the present invention, a metal containing at least one selected from the group consisting of Al, Ag, Cu, Au, Pd and Pt is used in an amount of 63.0 to 97.9 mass based on the total mass of the conductive paste. % wherein, B 2 O 3 40 to 60% in mol% of the oxide equivalent, the Bi 2 O 3 5~25%, 20~30 % of ZnO, the SiO 2 2~7%, Sb 2 O 3 1 to 10% and glass containing 0 to 10% of BaO in an amount of 0.1 to 9.8 parts by mass relative to 100 parts by mass of the metal, and an organic vehicle in an amount of 2 to 30 parts by mass with respect to the total mass of the conductive paste. % Of the conductive paste. The glass in this aspect is the glass of the present invention. With respect to the glass, metal and organic vehicle contained in the conductive paste of the present aspect, preferable aspects such as composition, type, form and content can be the same as described above.
本発明の導電ペーストには、上記したガラス粉末、導電性金属粉末、および有機ビヒクルに加え、必要に応じて、かつ、本発明の目的に反しない限度において公知の添加剤を配合することができる。 In the conductive paste of the present invention, in addition to the above-mentioned glass powder, conductive metal powder, and organic vehicle, known additives can be added as necessary and to the extent not deviating from the object of the present invention. ..
このような添加剤としては、例えば、各種無機酸化物が挙げられる。無機酸化物として具体的には、B2O3、ZnO、SiO2、Al2O3、TiO2、MgO、ZrO2、Sb2O3、およびこれらの複合酸化物等が挙げられる。これらの無機酸化物は、導電ペーストの焼成に際し、導電性金属粉末の焼結を和らげる効果があり、それにより、焼成後の接合強度を調整する作用を有する。これらの無機酸化物からなる添加剤の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、D50が10μm以下のものを好適に用いることができる。 Examples of such additives include various inorganic oxides. Specific examples of the inorganic oxide include B 2 O 3 , ZnO, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , MgO, ZrO 2 , Sb 2 O 3 , and complex oxides thereof. These inorganic oxides have the effect of softening the sintering of the conductive metal powder when firing the conductive paste, and thus have the effect of adjusting the bonding strength after firing. The size of the additive made of these inorganic oxides is not particularly limited, but for example, those having D 50 of 10 μm or less can be suitably used.
導電ペーストにおける、無機酸化物の含有量は目的に応じて適宜に設定されるものであるが、ガラス粉末に対して、好ましくは10質量%以下、より好ましくは7質量%以下である。ガラス粉末に対する無機酸化物の含有量が10質量%を超えると、電極形成時における導電ペーストの流動性が低下して電極と半導体基板や絶縁性基板等の回路基板との接着強度が低下するおそれがある。また、実用的な配合効果(焼成後の接合強度の調整)を得るためには、上記含有量の下限値は好ましくは0.5質量%、より好ましくは1.0質量%である。 The content of the inorganic oxide in the conductive paste is appropriately set according to the purpose, but is preferably 10% by mass or less, and more preferably 7% by mass or less based on the glass powder. If the content of the inorganic oxide with respect to the glass powder exceeds 10% by mass, the fluidity of the conductive paste at the time of forming the electrode may decrease, and the adhesive strength between the electrode and the circuit board such as the semiconductor substrate or the insulating substrate may decrease. There is. Further, in order to obtain a practical compounding effect (adjustment of bonding strength after firing), the lower limit of the above content is preferably 0.5% by mass, more preferably 1.0% by mass.
導電ペーストには、消泡剤や分散剤のように導電ペーストで公知の添加物を加えてもよい。なお、上記有機ビヒクルおよびこれらの添加物は、通常、電極形成の過程で消失する成分である。導電ペーストの調製には、撹拌翼を備えた回転式の混合機や擂潰機、ロールミル、ボールミル等を用いた公知の方法を適用することができる。 Additives known in the conductive paste, such as a defoaming agent and a dispersant, may be added to the conductive paste. The organic vehicle and these additives are components that usually disappear during the process of forming an electrode. A known method using a rotary mixer equipped with a stirring blade, a crusher, a roll mill, a ball mill, or the like can be applied to the preparation of the conductive paste.
半導体基板や絶縁性基板等の回路基板上への導電ペーストの塗布、および焼成は、従来の電極形成における塗布、焼成と同様の方法により行うことができる。塗布方法としては、スクリーン印刷、ディスペンス法等が挙げられる。焼成温度は、含有する導電性金属粉末の種類、表面状態等によるが、概ね500〜1000℃の温度が例示できる。焼成時間は、形成しようとする電極の形状、厚さ等に応じて適宜調整される。また、導電ペーストの塗布と焼成の間に、80〜200℃程度での乾燥処理を設けてもよい。 The application and firing of the conductive paste on a circuit board such as a semiconductor substrate or an insulating substrate can be performed by the same method as the coating and firing in the conventional electrode formation. Examples of the coating method include screen printing and dispensing method. The firing temperature depends on the type of the conductive metal powder contained, the surface state, etc., but a temperature of about 500 to 1000 ° C. can be exemplified. The firing time is appropriately adjusted according to the shape and thickness of the electrode to be formed. Further, a drying process at about 80 to 200 ° C. may be provided between the application and firing of the conductive paste.
<太陽電池>
本発明の太陽電池は、このような本発明の導電ペーストを用いて形成した電極、具体的には、半導体基板上に焼付けられた電極を具備する。本発明の太陽電池は、例えば、PERC太陽電池等の片面受光型太陽電池の裏面電極として、本発明の導電ペーストを用いて形成した電極を具備するのが好ましい。PERC太陽電池は、通常、受光面に絶縁材料からなる反射防止膜を有し、裏面にも一部を除く全体に該反射防止膜と同様の絶縁材料からなる絶縁膜を有する。
<Solar cell>
The solar cell of the present invention includes an electrode formed using such a conductive paste of the present invention, specifically, an electrode baked on a semiconductor substrate. The solar cell of the present invention preferably comprises an electrode formed using the conductive paste of the present invention as a back electrode of a single-sided light receiving solar cell such as a PERC solar cell. A PERC solar cell usually has an antireflection film made of an insulating material on the light receiving surface, and also has an insulating film made of the same insulating material as the antireflection film on the entire back surface except a part thereof.
本発明の太陽電池は、PERC太陽電池等において、裏面に設けられた絶縁膜上に部分的に半導体基板に接触する形に形成される電極として、本発明の導電ペーストを用いて形成した電極を具備するのが好ましい。この電極は、例えば、以下のようにして形成された開口部において半導体基板に接触するように、絶縁膜上の全面に形成される。本発明の導電ペーストを用いれば、半導体基板上に絶縁膜を介して電極を形成する際に、絶縁膜が除去された部分の半導体基板との接触が十分に確保された電極であり、電極中での粒状物質の発生が抑制され、得られる電極表面の平坦性が担保されることで、高い信頼性を有する電極が得られる。 The solar cell of the present invention is a PERC solar cell or the like in which an electrode formed by using the conductive paste of the present invention is used as an electrode formed on the insulating film provided on the back surface so as to partially contact the semiconductor substrate. It is preferably provided. This electrode is formed on the entire surface of the insulating film so as to come into contact with the semiconductor substrate in the opening formed as described below, for example. When the conductive paste of the present invention is used, when forming an electrode on a semiconductor substrate via an insulating film, it is an electrode in which the contact with the semiconductor substrate at the portion where the insulating film is removed is sufficiently secured. The generation of the particulate matter is suppressed and the flatness of the obtained electrode surface is secured, so that the electrode having high reliability can be obtained.
上記のとおり本発明の導電ペーストは導電性金属粉末としてAl粉末を含有することが好ましい。すなわち、本発明の導電ペーストはAl電極の形成に好ましく用いられる。より好ましくは、半導体基板上に絶縁膜が形成され、例えばレーザーにより絶縁膜の一部が除去されて、開口部を有する絶縁膜とした後に、該絶縁膜上に開口部を介して半導体基板に部分的に接触する形にAl電極を形成するのに本発明の導電ペーストは用いられる。 As described above, the conductive paste of the present invention preferably contains Al powder as the conductive metal powder. That is, the conductive paste of the present invention is preferably used for forming an Al electrode. More preferably, the insulating film is formed on the semiconductor substrate, and a part of the insulating film is removed by, for example, a laser to form an insulating film having an opening, and then the semiconductor film is provided on the insulating film through the opening. The conductive paste of the present invention is used to form Al electrodes in a partially contacting form.
開口部を有する絶縁膜上に、該開口部を介して半導体基板に接触する形に設けられたAl電極としては、例えば、p型Si基板を用いたPERC太陽電池の裏面電極、n型Si基板を用いたPERT(Passivated Emitter, Rear Totally diffused)太陽電池の裏面電極、n型Si基板またはp型Si基板を用いた両面受光太陽電池の、p層またはp+層側に設けられた電極、バックコンタクト型太陽電池の一方の電極等が挙げられる。 The Al electrode provided on the insulating film having the opening so as to be in contact with the semiconductor substrate through the opening may be, for example, a back electrode of a PERC solar cell using a p-type Si substrate, an n-type Si substrate. Back electrode of a PERT (Passivated Emitter, Rear Totally diffused) solar cell using the above, an electrode provided on the p layer or p + layer side of a double-sided light receiving solar cell using an n-type Si substrate or a p-type Si substrate, a back electrode One electrode of a contact solar cell and the like can be mentioned.
本発明の太陽電池の一実施形態として、太陽光受光面を有するシリコン基板と、シリコン基板の太陽光受光面側に設けられた第1の絶縁膜と、シリコン基板の太陽光受光面とは反対側の面に設けられた、少なくとも一つの開口部を有する第2の絶縁膜と、シリコン基板に第2の絶縁膜の開口部を介して部分的に接触する第2の電極と、第1の絶縁膜の一部を貫通してシリコン基板に接触する第1の電極とを備える太陽電池であって、第2の電極は、Al、Ag、Cu、Au、PdおよびPtからなる群から選択される少なくとも1種を含む金属と、酸化物換算のモル%表示で、B2O3を40〜60%、Bi2O3を5〜25%、ZnOを20〜30%、SiO2を2〜7%、Sb2O3を1〜10%、およびBaOを0〜10%含むガラスと、からなる太陽電池が挙げられる。 As an embodiment of the solar cell of the present invention, a silicon substrate having a sunlight receiving surface, a first insulating film provided on the sunlight receiving surface side of the silicon substrate, and a sunlight receiving surface of the silicon substrate are opposite to each other. A second insulating film having at least one opening provided on the side surface, a second electrode partially contacting the silicon substrate through the opening of the second insulating film, a first insulating film A solar cell comprising a first electrode penetrating a part of an insulating film and contacting a silicon substrate, wherein the second electrode is selected from the group consisting of Al, Ag, Cu, Au, Pd and Pt. A metal containing at least one of the following, and B 2 O 3 is 40 to 60%, Bi 2 O 3 is 5 to 25%, ZnO is 20 to 30%, and SiO 2 is 2 to 2 in terms of mol% in terms of oxide. A solar cell made of 7%, glass containing 1 to 10% of Sb 2 O 3 and 0 to 10% of BaO can be mentioned.
なお、第2の絶縁膜の開口部は、第2の絶縁膜の表面からシリコン基板の太陽光受光面とは反対側の面にまで貫通して設けられた部分をいう。以下の説明においても、「開口部」の用語は、上記と同様の意味で使用される。 Note that the opening of the second insulating film refers to a portion provided so as to penetrate from the surface of the second insulating film to the surface of the silicon substrate opposite to the solar light receiving surface. In the following description, the term "opening" is used in the same meaning as above.
開口部の形状は特に限定されないが、線状や円状であってもよい。形状が線状の場合には、線幅が30〜100μmであることが好ましく、円状の場合には、その直径が30〜100μmであることが好ましい。開口部の面積は、シリコン基板の太陽光受光面とは反対側の面の全面積に対して1〜3%であることが好ましい。 The shape of the opening is not particularly limited, but may be linear or circular. When the shape is linear, the line width is preferably 30 to 100 μm, and when the shape is circular, the diameter is preferably 30 to 100 μm. The area of the opening is preferably 1 to 3% with respect to the total area of the surface of the silicon substrate opposite to the solar light receiving surface.
第1の電極は、Al、Ag、Cu、Au、PdおよびPtからなる群から選択される少なくとも1種を含む金属を含むことが好ましく、該金属は少なくともAgを含むことが好ましい。また、第1の絶縁膜は、例えば、窒化珪素、二酸化チタン、酸化珪素、酸化アルミニウム等の絶縁材料からなり、窒化珪素からなることが好ましい。 The first electrode preferably contains a metal containing at least one selected from the group consisting of Al, Ag, Cu, Au, Pd and Pt, and the metal preferably contains at least Ag. The first insulating film is made of an insulating material such as silicon nitride, titanium dioxide, silicon oxide, or aluminum oxide, and is preferably made of silicon nitride.
第2の電極は、上記金属を90〜99.9質量%含み、上記ガラスを0.1〜10質量%含むことが好ましい。第2の電極が含有するガラスは本発明のガラスであり、好ましい組成は、上記に説明したとおりである。第2の電極が含む金属は、少なくともAlを含むことが好ましい。該金属がAlを含む場合、本発明のガラスによる、電極形成に際して電極中での粒状物質の発生を抑制し得られる電極の外観を良好にする効果が顕著である。 The second electrode preferably contains 90 to 99.9 mass% of the above metal and 0.1 to 10 mass% of the above glass. The glass contained in the second electrode is the glass of the present invention, and the preferable composition is as described above. The metal contained in the second electrode preferably contains at least Al. When the metal contains Al, the glass of the present invention has a remarkable effect of suppressing the generation of particulate matter in the electrode when forming the electrode and improving the appearance of the electrode.
第2の絶縁膜は、多層膜であるのが好ましく、シリコン基板の太陽光受光面とは反対側の面に接する酸化アルミニウムまたは酸化珪素からなる酸化金属膜と、該酸化金属膜上にさらに窒化珪素膜を備える多層膜の構成が好ましい。 The second insulating film is preferably a multilayer film, and a metal oxide film made of aluminum oxide or silicon oxide is in contact with the surface of the silicon substrate opposite to the solar light receiving surface, and the metal oxide film is further nitrided. A multilayer film structure including a silicon film is preferable.
以下、p型Si基板片面受光型の太陽電池の電極を本発明の導電ペーストで形成した場合を例に説明する。図1は、本発明の導電ペーストを用いて電極形成されたp型Si基板片面受光型太陽電池の一例の断面を模式的に示した図である。 Hereinafter, a case where the electrodes of the p-type Si substrate single-sided light receiving solar cell are formed of the conductive paste of the present invention will be described as an example. FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of an example of a p-type Si substrate single-sided solar cell in which electrodes are formed using the conductive paste of the present invention.
図1に示す太陽電池10は、p型Si基板1と、その上面に設けられた絶縁膜2A、下面に設けられた開口部7を有する絶縁膜2Bを有し、絶縁膜2B上の全面に形成され、開口部7を介してp型Si基板に部分的に接触するAl電極4、および絶縁膜2Aの一部を貫通してp型Si基板1に接触するAg電極3を有する。p型Si基板1の上面は、例えば、ウエットエッチング法を用いて形成される、光反射率を低減させるような凹凸構造を有する。なお、図面の上下は、必ずしも使用時における上下を示すものではない。また、必要に応じて、p型Si基板の両表面が凹凸構造を有してもよい。
The
p型Si基板1は、上から順にn+層1a、p層1bで構成され、Al電極4はp層1bに、Ag電極3はn+層1aに接触している。ここで、n+層1aは、上記凹凸構造が形成された表面に、例えば、P、Sb、As等をドープすることで形成され得る。
The p-type Si substrate 1 is composed of an n + layer 1a and
Al電極4およびAg電極3は、ガラス粉末とAl粉末を含有するAl電極形成用導電ペースト、ガラス粉末とAg粉末を含有するAg電極形成用導電ペーストを、それぞれ用いて次のようにして形成される。 The Al electrode 4 and the Ag electrode 3 are formed as follows by using an Al electrode forming conductive paste containing glass powder and Al powder, and an Ag electrode forming conductive paste containing glass powder and Ag powder, respectively. It
すなわち、p型Si基板1の上面に設けられた絶縁膜2Aは、Ag電極3の形成前は全面に隙間なく存在し、Ag電極3を形成するための上記Ag電極形成用導電ペーストが塗布された部分のみが、該導電ペーストの焼成時に溶融することで、絶縁膜2Aを貫通しp型Si基板1に接触するAg電極3が形成される。 That is, the insulating film 2A provided on the upper surface of the p-type Si substrate 1 exists on the entire surface before forming the Ag electrode 3 without any gap, and the above-mentioned Ag electrode forming conductive paste for forming the Ag electrode 3 is applied. By melting only the portion where the conductive paste is baked, the Ag electrode 3 that penetrates the insulating film 2A and contacts the p-type Si substrate 1 is formed.
一方、絶縁膜2Bは、p型Si基板1の下面の全面に隙間なく設けられた後、Al電極4を形成するために、その一部がレーザーで物理的に除去され、開口部7を有する構成とされる。開口部7を有する絶縁膜2B上の全面に、上記のAl電極形成用導電ペーストを塗布し焼成することで、絶縁膜2Bの全面を覆い、開口部7で半導体に部分的に接触されたAl電極4が形成される。
On the other hand, the insulating
なお、Al電極4の形成時には、開口部7でAl電極形成用導電ペーストがp型Si基板1のp層1bと接触後、焼成時に溶融することで、Al電極からAlがp層1b内に拡散し、Al電極直上にAl−Si合金層5が形成される。さらにAl−Si合金層5の直上にはp+層としてBSF(Back Surface Field)層6が得られる。
When the Al electrode 4 is formed, the conductive paste for forming the Al electrode is brought into contact with the
上記において、本発明の導電ペーストは、Ag電極形成用導電ペーストおよびAl電極形成用導電ペーストとして用いることができるが、上記のとおりAl電極形成用導電ペーストとして用いることが特に好ましい。 In the above, the conductive paste of the present invention can be used as the Ag electrode forming conductive paste and the Al electrode forming conductive paste, but as described above, it is particularly preferable to use the Al electrode forming conductive paste.
Al電極形成用導電ペーストとして、本発明のガラスの粉末と、Al粉末を含有する本発明の導電ペーストを用いることで、絶縁膜を介して電極を形成する際に、電極と絶縁膜並びに半導体基板との接触が十分に確保され、p型Si基板1と十分に接触するAl電極4が得られる。また、電極形成に際して電極中での粒状物質の発生が抑制され、得られる電極の外観を良好にできる。 By using the glass powder of the present invention and the conductive paste of the present invention containing Al powder as the conductive paste for forming an Al electrode, the electrode, the insulating film, and the semiconductor substrate are formed when the electrode is formed through the insulating film. A sufficient contact with the p-type Si substrate 1 is ensured, and the Al electrode 4 that is in sufficient contact with the p-type Si substrate 1 is obtained. In addition, generation of particulate matter in the electrode is suppressed during electrode formation, and the appearance of the obtained electrode can be improved.
なお、太陽電池が有する絶縁膜は、反射防止の機能を有し、半導体キャリアの再結合を抑制させることができる。該膜を構成する絶縁材料としては、上記に挙げた絶縁材料が使用可能である。絶縁膜は、単層膜であってもよく、多層膜であってもよい。本発明の導電ペーストは、特に窒化珪素からなる層と酸化アルミニウム、または酸化珪素からなる層を有する絶縁膜を介して電極を形成する際に、電極と絶縁膜並びに部分的に形成された半導体基板との接触が十分に確保させて、高い太陽電池特性を有する。 Note that the insulating film included in the solar cell has a function of preventing reflection and can suppress recombination of semiconductor carriers. As the insulating material forming the film, the insulating materials listed above can be used. The insulating film may be a single layer film or a multilayer film. The conductive paste of the present invention is particularly useful for forming an electrode through an insulating film having a layer made of silicon nitride and a layer made of aluminum oxide or silicon oxide, and the semiconductor substrate partially formed on the electrode and the insulating film. It has sufficient solar cell characteristics by ensuring sufficient contact with.
本発明の太陽電池、特にはPERC太陽電池において、裏面は電気的接触が可能な範囲で部分的に絶縁膜が除去され、本発明のガラスの粉末を含有する電極の形成時に、絶縁膜上全体に電極が形成されると同時に部分的に絶縁膜が除去された部分は半導体基板との接触が確保された電極構造を形成し得る。該導電ペーストを用いることで、電極を形成する際に電極中での粒状物質の発生を抑えて、外観が良好な該電極を形成することができ、高信頼性と高電池特性を実現できた太陽電池を提供することができる。 In the solar cell of the present invention, particularly in the PERC solar cell, the insulating film is partially removed on the back surface within the range where electrical contact is possible, and the entire surface of the insulating film is formed when the electrode containing the glass powder of the present invention is formed. A portion where the electrode is formed and the insulating film is partially removed at the same time can form an electrode structure in which contact with the semiconductor substrate is secured. By using the conductive paste, it was possible to suppress the generation of particulate matter in the electrode when forming the electrode, and to form the electrode with a good appearance, and to realize high reliability and high battery characteristics. A solar cell can be provided.
以下、本発明について実施例を参照してさらに詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されない。例1〜8は実施例であり、例9および10は比較例である。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples. Examples 1 to 8 are examples, and Examples 9 and 10 are comparative examples.
(例1〜10)
以下の方法でガラスを薄板状ガラスとして製造し、薄板状ガラスからガラス粉末を製造した。
(Examples 1 to 10)
Glass was manufactured as a thin glass by the following method, and glass powder was manufactured from the thin glass.
<ガラス(薄板状ガラス)の製造>
表1に示す組成となるように原料粉末を配合、混合し、800〜1400℃の電気炉中でルツボを用いて30分から2時間溶融し、表1に示す組成のガラスからなる薄板状ガラスを成形した。
<Production of glass (thin plate glass)>
Raw material powders were mixed and mixed so as to have the composition shown in Table 1, and melted for 30 minutes to 2 hours using a crucible in an electric furnace at 800 to 1400 ° C. to obtain a thin glass sheet made of glass having the composition shown in Table 1. Molded.
<ガラス粉末の製造>
各例において、得られた薄板状ガラスを乾式粉砕と湿式粉砕を組み合せて以下のとおり粉砕して粒度分布を調整した。
<Production of glass powder>
In each example, the obtained thin glass plate was pulverized as follows by combining dry pulverization and wet pulverization to adjust the particle size distribution.
始めにガラスをボールミルで乾式粉砕を行った後、粗粒を除去したガラス粉末を、さらにボールミルで水を用いて湿式粉砕し、ガラスのスラリーを得た。この湿式粉砕の際に所定のD50を得るためにボールは直径5mmのアルミナ製を用いて、D50を粉砕時間で調整をした。その後、湿式粉砕で得られたスラリーを濾過して、ほとんどの水分を除去した後に、水分量を調整するために乾燥機により130℃で乾燥させて、ガラス粉末を製造した。 First, the glass was dry-milled with a ball mill, and then the glass powder from which coarse particles were removed was further wet-milled with water with a ball mill to obtain a glass slurry. In order to obtain a predetermined D 50 during this wet pulverization, the balls were made of alumina having a diameter of 5 mm, and the D 50 was adjusted by the pulverization time. After that, the slurry obtained by the wet pulverization was filtered to remove most of the water content, and then dried at 130 ° C. by a dryer to adjust the water content to produce a glass powder.
<評価>
各例のガラスについて以下の方法でガラス粉末のD50を評価した。結果を組成とともに表1に示す。なお、ガラス組成の各成分の欄において空欄は、含有量「0%」を示す。
<Evaluation>
With respect to the glass of each example, the D 50 of the glass powder was evaluated by the following method. The results are shown in Table 1 together with the composition. In addition, the blank column in the column of each component of the glass composition indicates the content “0%”.
(D50)
各例のガラスについて、水20ccに対してガラス粉末0.02gを混ぜ、超音波分散により1分間分散させて試料とした。マイクロトラック測定機(レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置)に試料を投入し、D50の値を得た。
(D 50)
With respect to the glass of each example, 0.02 g of glass powder was mixed with 20 cc of water, and ultrasonically dispersed for 1 minute to prepare a sample. The sample was put into a Microtrac measuring device (laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device) to obtain a value of D 50 .
<導電ペーストの製造>
上記で作製した各例のガラス粉末をそれぞれ含有するAl電極形成用導電ペーストを以下の方法で作製した。
<Production of conductive paste>
The conductive paste for Al electrode formation containing the glass powder of each example produced above was produced by the following method.
まず、ガスアトマイズ法により生成したD50が6.0μmのアルミニウム粉末100質量部と、各例のガラス粉末1.5質量部とを、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35質量部に分散装置(ディスパー)を用いてペースト化した。これによりAl電極形成用導電ペーストとした。 First, 100 parts by mass of an aluminum powder having a D 50 of 6.0 μm generated by a gas atomization method and 1.5 parts by mass of a glass powder of each example were dispersed in 35 parts by mass of a resin liquid obtained by dissolving ethyl cellulose in butyl diglycol. It was made into a paste using (dispar). As a result, a conductive paste for forming an Al electrode was obtained.
<太陽電池におけるAl電極の作製および外観と電池特性の評価>
(太陽電池の製造)
上記で作製した各例のAl電極形成用導電ペーストおよび市販品のAg電極形成用導電ペーストを用いて、以下のようにして図1に示す構成の太陽電池10を製造し、得られた太陽電池におけるAl電極の外観と電池特性について評価した。太陽電池10は、p型Si半導体基板1上の非受光面に酸化アルミニウム層と窒化珪素層の2層膜からなる絶縁膜2Bを介して、裏面電極としてのAl電極4、および受光面に窒化珪素層からなる絶縁膜2Aを介して、表面電極としてのAg電極3を具備する構成である。
<Production of Al electrode in solar cell and evaluation of appearance and cell characteristics>
(Manufacture of solar cells)
A
まず、Si半導体基板の受光面側および非受光面側にそれぞれ、窒化珪素層からなる絶縁膜2Aと、基板の非受光面側から順に酸化アルミニウム層と窒化珪素層の2層膜からなる絶縁膜2Bを形成した。さらに、絶縁膜2Bには、所定の箇所にレーザーで開口部7を形成した。次に、非受光面側の表面の全面に、すなわち絶縁膜2Bの表面とレーザーにより部分的に絶縁膜2Bが除去された開口部7から臨む半導体基板の表面に上記各例のガラス粉末を用いて得られたAl電極形成用導電ペーストをスクリーン印刷により塗布して、100℃で乾燥させた。
First, an insulating film 2A made of a silicon nitride layer is formed on each of the light-receiving surface side and the non-light-receiving surface side of a Si semiconductor substrate, and an insulating film made of a two-layer film of an aluminum oxide layer and a silicon nitride layer in order from the non-light-receiving surface side of the substrate. 2B was formed. Further, the insulating
次いで、Ag電極形成用導電ペーストを、Si半導体基板1の絶縁膜2Aの表面全体にライン状にスクリーン印刷により塗布した。その後、赤外光加熱式ベルト炉を用いてピーク温度が800℃で60秒間焼成を行い、表面Ag電極3、裏面Al電極4を形成させて、太陽電池10を完成させた。なお、表面Ag電極3は、絶縁膜2Aを貫通して形成されていた。
Next, the Ag electrode-forming conductive paste was applied to the entire surface of the insulating film 2A of the Si semiconductor substrate 1 by screen printing in a line shape. After that, baking was performed at a peak temperature of 800 ° C. for 60 seconds using an infrared heating belt furnace to form the front surface Ag electrode 3 and the rear surface Al electrode 4, thereby completing the
(1)外観評価
上記で得られた、裏面Al電極4の外観をAl電極として粒状物質の発生がなく電極形成できているかどうかの観点から肉眼で以下の基準により評価した。結果を表1に示す。
(1) Appearance evaluation The appearance of the back surface Al electrode 4 obtained above was visually evaluated by the following criteria from the viewpoint of whether or not an electrode can be formed as an Al electrode without the generation of particulate matter. The results are shown in Table 1.
○;Al電極上に粒状物質が発生していない。
×;Al電極上に粒状物質が発生している。
なお、Al電極上の粒状物質は粒径が概ね20μm以上であれば、肉眼で認識できる。
◯: No particulate matter is generated on the Al electrode.
X: A granular substance is generated on the Al electrode.
The granular material on the Al electrode can be visually recognized if the particle diameter is about 20 μm or more.
(2)太陽電池の変換効率の測定
上記各例のガラス粉末をそれぞれ含有するAl電極形成用導電ペーストを用いて製造した太陽電池の変換効率を、ソーラシミュレータを用いて測定した。具体的には、ソーラシミュレータに太陽電池を設置し、分光特性AM1.5Gの基準太陽光線によって、JIS C8912に準拠して電流電圧特性を測定して、各太陽電池の変換効率を導き出した。得られた変換効率の結果を表1に示す。
(2) Measurement of conversion efficiency of solar cell The conversion efficiency of the solar cell manufactured using the conductive paste for Al electrode formation containing the glass powder of each said example was measured using the solar simulator. Specifically, a solar cell was installed in a solar simulator, and the current-voltage characteristic was measured in accordance with JIS C8912 by a standard sun ray having a spectral characteristic AM1.5G to derive the conversion efficiency of each solar cell. Table 1 shows the obtained conversion efficiency results.
なお、表1中の記号は以下の意味を示す。
Isc(A);短絡状態の短絡電流
Voc(mV);開放状態の開放電圧
FF(%);曲線因子
Eff(%);変換効率
The symbols in Table 1 have the following meanings.
Isc (A); short-circuit current Voc (mV) in short-circuit state; open-circuit voltage FF (%) in open state; fill factor Eff (%); conversion efficiency
表1の結果からは、本発明所定のガラスフリットを用いる実施例である例1〜8のペースト組成物を用いて形成された電極を有する太陽電池の場合には、高い変換効率が得られるとともに、電極表面の粒状物質の発生が抑制されることが分かる。他方、本発明所定のガラスフリットを用いない比較例である例9、10のペースト組成物を用いた場合には変換効率又は焼成外観の点で実施例である例1〜8のペースト組成物に劣ることが分かる。ガラスにおけるBi2O3含有量が25モル%超の例9では電極表面に粒状物質が発生しており、Bi2O3を含有しない例10では変換効率(Eff(%))が21.0%を大きく下回っていた。 From the results of Table 1, in the case of solar cells having electrodes formed by using the paste compositions of Examples 1 to 8 which are examples using the glass frit of the present invention, high conversion efficiency can be obtained. It can be seen that generation of particulate matter on the electrode surface is suppressed. On the other hand, when the paste compositions of Examples 9 and 10 which are comparative examples not using the glass frit of the present invention are used, the paste compositions of Examples 1 to 8 which are Examples in terms of conversion efficiency or firing appearance are obtained. It turns out to be inferior. In Example 9 having a Bi 2 O 3 content of more than 25 mol% in the glass, a granular substance was generated on the electrode surface, and in Example 10 not containing Bi 2 O 3 , the conversion efficiency (Eff (%)) was 21.0. It was well below%.
10…太陽電池、1…p型Si半導体基板、1a…n+層、1b…p層、2A,2B…絶縁膜、3…Ag電極、4…Al電極、5…Al−Si合金層、6…BSF層、7…開口部。 10 ... Solar cell, 1 ... P-type Si semiconductor substrate, 1a ... N + layer, 1b ... P layer, 2A, 2B ... Insulating film, 3 ... Ag electrode, 4 ... Al electrode, 5 ... Al-Si alloy layer, 6 ... BSF layer, 7 ... opening.
Claims (14)
B2O3を40%以上60%以下、
Bi2O3を5%以上25%以下、
ZnOを20%以上30%以下、
SiO2を2%以上7%以下、
Sb2O3を1%以上10%以下、および
BaOを0%以上10%以下
含むことを特徴とするガラス。 In terms of oxide equivalent mol%,
40% or more and 60% or less of B 2 O 3 ,
Bi 2 O 3 is 5% or more and 25% or less,
ZnO is 20% or more and 30% or less,
SiO 2 is 2% or more and 7% or less,
A glass containing 1% or more and 10% or less of Sb 2 O 3 and 0% or more and 10% or less of BaO.
前記金属は、前記導電ペーストの全質量に対して63.0質量%以上97.9質量%以下含まれ、Al、Ag、Cu、Au、PdおよびPtからなる群から選ばれる少なくとも1種を含み、
前記ガラスは、前記金属100質量部に対して0.1質量部以上9.8質量部以下含まれ、酸化物換算のモル%表示で、B2O3を40%以上60%以下、Bi2O3を5%以上25%以下、ZnOを20%以上30%以下、SiO2を2%以上7%以下、Sb2O3を1%以上10%以下、およびBaOを0%以上10%以下含み、前記有機ビヒクルは、前記導電ペーストの全質量に対して2質量%以上30質量%以下含まれることを特徴とする導電ペースト。 A conductive paste comprising metal, glass, and an organic vehicle,
The metal is contained in an amount of 63.0% by mass or more and 97.9% by mass or less based on the total mass of the conductive paste, and includes at least one selected from the group consisting of Al, Ag, Cu, Au, Pd and Pt. ,
The glass, the included 9.8 parts by mass 0.1 parts by mass with respect to the metal 100 parts by weight, as represented by mol% of oxide equivalent, B 2 O 3 40% to 60% or less, Bi 2 O 3 is 5% or more and 25% or less, ZnO is 20% or more and 30% or less, SiO 2 is 2% or more and 7% or less, Sb 2 O 3 is 1% or more and 10% or less, and BaO is 0% or more and 10% or less. The conductive paste contains the organic vehicle in an amount of 2% by mass or more and 30% by mass or less based on the total mass of the conductive paste.
前記有機樹脂バインダーは、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ブチルアクリレート、および2−ヒドロキシエチルアクリレートからなる群から選ばれる1種以上を重合して得られるアクリル系樹脂、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、オキシエチルセルロース、ベンジルセルロース、プロピルセルロース、およびニトロセルロースからなる群から選ばれる少なくとも1種を含み、
前記溶媒は、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ターピネオール、ブチルジグリコールアセテート、エチルジグリコールアセテート、プロピレングリコールジアセテート、およびメチルエチルケトンからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む請求項5〜7のいずれかに記載の導電ペースト。 The organic vehicle is an organic resin binder solution prepared by dissolving an organic resin binder in a solvent,
The organic resin binder is an acrylic resin obtained by polymerizing one or more selected from the group consisting of methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, butyl acrylate, and 2-hydroxyethyl acrylate, methyl cellulose. , Ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, oxyethyl cellulose, benzyl cellulose, propyl cellulose, and at least one selected from the group consisting of nitrocellulose,
The conductive material according to any one of claims 5 to 7, wherein the solvent contains at least one selected from the group consisting of diethylene glycol monobutyl ether, terpineol, butyl diglycol acetate, ethyl diglycol acetate, propylene glycol diacetate, and methyl ethyl ketone. paste.
前記シリコン基板の前記太陽光受光面側に設けられた第1の絶縁膜と、
前記シリコン基板の前記太陽光受光面とは反対側の面に設けられた、少なくとも一つの開口部を有する第2の絶縁膜と、
前記シリコン基板に前記第2の絶縁膜の前記開口部を介して部分的に接触する第2の電極と、
前記第1の絶縁膜の一部を貫通して前記シリコン基板に接触する第1の電極と
を備える太陽電池であって、
前記第2の電極は、Al、Ag、Cu、Au、PdおよびPtからなる群から選択される少なくとも1種を含む金属と、酸化物換算のモル%表示で、B2O3を40%以上60%以下、Bi2O3を5%以上25%以下、ZnOを20%以上30%以下、SiO2を2%以上7%以下、Sb2O3を1%以上10%以下、およびBaOを0%以上10%以下含むガラスと、からなることを特徴とする太陽電池。 A silicon substrate having a sunlight receiving surface,
A first insulating film provided on the solar light receiving surface side of the silicon substrate;
A second insulating film having at least one opening provided on the surface of the silicon substrate opposite to the solar light receiving surface;
A second electrode that partially contacts the silicon substrate through the opening of the second insulating film;
A first electrode penetrating a part of the first insulating film and contacting the silicon substrate,
The second electrode is a metal containing at least one selected from the group consisting of Al, Ag, Cu, Au, Pd, and Pt, and has a B 2 O 3 content of 40% or more in terms of oxide mol%. 60% or less, Bi 2 O 3 5% or more and 25% or less, ZnO 20% or more and 30% or less, SiO 2 2% or more and 7% or less, Sb 2 O 3 1% or more and 10% or less, and BaO A solar cell comprising a glass containing 0% or more and 10% or less.
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