JP2021002460A - CONDUCTIVE PASTE AND METHOD FOR PRODUCING TOPCon SOLAR CELL - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導電性ペースト及びＴＯＰＣｏｎ型太陽電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a conductive paste and a TOPCon type solar cell.
近年、結晶系太陽電池セルの変換効率（発電効率）、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。中でも、近年において有力な方法とされているのが、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池である。 In recent years, various researches and developments have been carried out for the purpose of improving the conversion efficiency (power generation efficiency), reliability, etc. of crystalline solar cells. Among them, the TOPCon type solar cell has been regarded as a promising method in recent years.
ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池は、裏面電極及びｎ型シリコン基板を備え、これらの間に、極めて薄い酸化物層と高濃度にドープされた微結晶のｎ＋シリコン層とが積層して設けられた構造を有する。斯かる構造を有することにより、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池では、酸化物層によるトンネル効果が生じ、これにより、ｎ−シリコン層とｎ＋−シリコン層との界面でのキャリアロスが抑制される。例えば、非特許文献１には、シリコン基板とのコンタクト抵抗を十分に小さくするため、裏面電極に銀電極を蒸着によって形成することが提案されている（例えば、非特許文献１）。 The TOPCon type solar cell is provided with a back electrode and an n-type silicon substrate, and has a structure in which an extremely thin oxide layer and a highly concentrated n + silicon layer of microcrystals are laminated. Have. By having such a structure, in the TOPCon type solar cell, a tunneling effect due to the oxide layer is generated, and thereby carrier loss at the interface between the n-silicon layer and the n + -silicon layer is suppressed. For example, Non-Patent Document 1 proposes forming a silver electrode on a back surface electrode by vapor deposition in order to sufficiently reduce the contact resistance with a silicon substrate (for example, Non-Patent Document 1).
しかしながら、非特許文献１に開示の方法のように、銀蒸着によって電極を形成する方法では、製造工程が煩雑になりやすく、各種太陽電池の分野において求められているコストダウン等の要望には応えにくい。 However, the method of forming electrodes by silver vapor deposition, such as the method disclosed in Non-Patent Document 1, tends to complicate the manufacturing process, and meets the demands for cost reduction in various solar cell fields. Hateful.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池を簡便な方法で製造することができ、しかも、変換効率にも優れるＴＯＰＣｏｎ型太陽電池を構築することを可能とする導電性ペースト及びＴＯＰＣｏｎ型太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and is conductive, which makes it possible to manufacture a TOPCon-type solar cell by a simple method and also to construct a TOPCon-type solar cell having excellent conversion efficiency. It is an object of the present invention to provide a method for producing a paste and a TOPCon type solar cell.
ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池の製造にかかるコストを抑えると共に変換効率を向上させるには、銀蒸着（又は銀ペースト）の代わりに、アルミニウムを裏面電極に適用することが考えられるところである。しかしながら、本発明者らがアルミニウムの適用を検討したところ、電極の製造工程における焼成時にアルミニウムが微結晶ｎ＋−シリコン層と溶融して、アルミニウム−シリコン合金が形成されることを突き止めた。この結果、単にアルミニウムから形成された電極ではキャリアの損失を引き起こし、これによりＴＯＰＣｏｎ型太陽電池セルの変換効率の大幅な低下を招くことになる。 In order to reduce the cost of manufacturing the TOPCon-type solar cell and improve the conversion efficiency, it is conceivable to apply aluminum to the back electrode instead of silver vapor deposition (or silver paste). However, when the present inventors examined the application of aluminum, they found that aluminum melts with the microcrystalline n + -silicon layer during firing in the electrode manufacturing process to form an aluminum-silicon alloy. As a result, an electrode simply made of aluminum causes carrier loss, which leads to a significant decrease in conversion efficiency of the TOPCon type solar cell.
このような知見の下、本発明者らは、前述の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、特定量のシリコンを含有するアルミニウム−シリコン合金粒子を使用することで、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。 Based on these findings, the present inventors have conducted intensive research to achieve the above-mentioned object, and as a result, the above-mentioned object can be achieved by using aluminum-silicon alloy particles containing a specific amount of silicon. The present invention has been completed.
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
ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池裏面電極に用いられる導電性ペーストであって、
アルミニウム−シリコン合金粒子と、有機ビヒクルと、ガラス粉末とを含有し、
前記アルミニウム−シリコン合金粒子中のシリコン濃度が２５重量％以上４０重量％以下である、導電性ペースト。
項２
アルミニウム−シリコン合金粒子の体積平均粒子径は１〜１０μｍである、項１に記載の導電性ペースト。
項３
ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池の製造方法であって、
シリコン基板の受光面とは反対側の面にアルミニウム−シリコン合金粒子を含有する導電性ペーストを塗工する工程１と、
前記シリコン基板の受光面に銀ペースト組成物を塗工する工程２と、
前記工程１及び工程２の後、前記シリコン基板を７００℃以上の焼成温度で焼成する工程３と、
を備え、
前記アルミニウム−シリコン合金粒子中のシリコン濃度が２５重量％以上４０重量％以下である、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池の製造方法。
項４
前記工程３における焼成温度が９００℃以下である、項３に記載の製造方法。
That is, the present invention includes, for example, the subjects described in the following sections.
Item 1
A conductive paste used for the back electrode of a TOPCon type solar cell.
Contains aluminum-silicon alloy particles, organic vehicle, and glass powder,
A conductive paste in which the silicon concentration in the aluminum-silicon alloy particles is 25% by weight or more and 40% by weight or less.
Item 2
Item 2. The conductive paste according to Item 1, wherein the volume average particle diameter of the aluminum-silicon alloy particles is 1 to 10 μm.
Item 3
It is a manufacturing method of TOPCon type solar cells.
Step 1 of applying a conductive paste containing aluminum-silicon alloy particles to the surface of the silicon substrate opposite to the light receiving surface,
Step 2 of applying the silver paste composition to the light receiving surface of the silicon substrate,
After the steps 1 and 2, the silicon substrate is fired at a firing temperature of 700 ° C. or higher, and the step 3
With
A method for producing a TOPCon type solar cell, wherein the silicon concentration in the aluminum-silicon alloy particles is 25% by weight or more and 40% by weight or less.
Item 4
Item 3. The production method according to Item 3, wherein the firing temperature in the step 3 is 900 ° C. or lower.
本発明の導電性ペーストによれば、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池を簡便な方法で製造することができ、しかも、変換効率にも優れるＴＯＰＣｏｎ型太陽電池を構築することを可能とする。 According to the conductive paste of the present invention, a TOPCon-type solar cell can be manufactured by a simple method, and a TOPCon-type solar cell having excellent conversion efficiency can be constructed.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。また、本明細書において、「〜」で結ばれた数値は、「〜」の前後の数値を下限値及び上限値として含む数値範囲を意味する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In addition, in this specification, the expressions "contains" and "includes" include the concepts of "contains", "includes", "substantially consists" and "consists of only". Further, in the present specification, the numerical values connected by "-" mean a numerical range including the numerical values before and after "-" as the lower limit value and the upper limit value.
１．ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池
図１は、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池の一例を示す概略断面図である。図１に示すように、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池Ａは、裏面電極１０と、ｎ型シリコン基板１１と、極めて薄い酸化物層１２と、高濃度にドーパントがドープされた微結晶のｎ＋シリコン層１３とを備える。ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池Ａにおいて、裏面電極１０と、ｎ型シリコン基板１１との間に、酸化物層１２と、ｎ＋シリコン層１３が介在し、酸化物層１２がｎ型シリコン基板１１側に、裏面電極１０側にｎ＋シリコン層１３が配置する。この構造を有することにより、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池Ａは、酸化物層１２によってトンネル効果が生じ、ｎ−シリコン層（ｎ型シリコン基板１１）とｎ＋−シリコン層（ｎ＋シリコン層１３）との界面でのキャリアロスが抑制できる。
1. 1. TOPCon-type solar cell FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a TOPCon-type solar cell. As shown in FIG. 1, the TOPCon type solar cell A includes a
酸化物層１２としては、例えば、酸化ケイ素が適用される。酸化物層１２の厚さは限定されず、例えば、１〜１０ｎｍとすることができ、３〜８ｎｍとすることが好ましい。酸化物層１２の厚さが１〜１０ｎｍであることで、前述のトンネル効果が起こりやすく、キャリアが太陽電池の裏面側へ移動しやすくなるので、変換効率のさらなる増大がもたらされる。また、酸化物層１２の厚さが１〜１０ｎｍであることで、ｎ−シリコン層とｎ＋−シリコン層との界面でのキャリアロスも抑制されやすいので、変換効率の低減も起こりにくい。
As the
ｎ型シリコン基板１１としては、例えば、半導体用途や太陽電池用途で使われるシリコン基板を広く適用することができる。
As the n-
ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池Ａにおいて、ｎ＋−シリコン層（ｎ＋シリコン層１３）と裏面電極１０との間には、パッシベーション膜を導入することもできる。パッシベーション膜は、公知の太陽電池と同様、開口部を有することもできる。ｎ型シリコン基板１１の裏面電極１０と逆側の面にはフィンガー電極１４が形成される。フィンガー電極１４は、例えば、銀で形成される。
In the TOPCon type solar cell A, a passivation film can be introduced between the n + − silicon layer (n + silicon layer 13) and the
裏面電極１０は、本発明の導電性ペーストによって形成する。これにより、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池Ａにおいて、電極材料のマイグレーションが生じることがなく、短絡のおそれが低減され、結果として、変換効率の増大をもたらす。また、導電性ペーストを使用することで、スクリーン印刷法によって裏面電極１０を形成できるので、簡便に裏面電極１０を製造することができる。以下、導電性ペーストについて詳述する。
The
２．導電性ペースト
本発明のＴＯＰＣｏｎ型太陽電池裏面電極に用いられる導電性ペーストは、アルミニウム−シリコン合金粒子と、有機ビヒクルと、ガラス粉末とを含有する。特に、導電性ペーストにおいて、前記アルミニウム−シリコン合金粒子中のシリコン濃度が２５重量％以上４０重量％以下である。
2. 2. Conductive Paste The conductive paste used for the back electrode of the TOPCon type solar cell of the present invention contains aluminum-silicon alloy particles, an organic vehicle, and glass powder. In particular, in the conductive paste, the silicon concentration in the aluminum-silicon alloy particles is 25% by weight or more and 40% by weight or less.
導電性ペーストにおいて、アルミニウム−シリコン合金粒子は、導電性をもたらす役割を果たし得る成分である。すなわち、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池の裏面電極においては導電物質としての役割を果たし得る。 In the conductive paste, the aluminum-silicon alloy particles are components that can play a role of providing conductivity. That is, it can play a role as a conductive substance in the back electrode of the TOPCon type solar cell.
アルミニウム−シリコン合金粒子において、シリコン濃度が２５重量％以上４０重量％以下であることで、裏面電極を形成する際の焼成工程において、導電性ペーストが微結晶のｎ＋−シリコン層と溶融しにくくなり、これにより、導電性ペーストとｎ＋−シリコン層とがアルミニウム−シリコン合金を形成しにくくなる。この結果、導電性ペーストを用いて形成された裏面電極を備えるＴＯＰＣｏｎ型太陽電池は、キャリアの損失に起因するセルの変換効率低下が抑制される。シリコン濃度が２５重量％を下回るとｐ＋層が形成されるので変換効率の低下が引き起こされ、シリコン濃度が４０重量％を超えると抵抗が高くなりすぎ、また、アルミニウム−シリコン合金粒子の製造も難しくなる。 Since the silicon concentration of the aluminum-silicon alloy particles is 25% by weight or more and 40% by weight or less, the conductive paste is less likely to melt with the n + -silicon layer of microcrystals in the firing step when forming the back electrode. This makes it difficult for the conductive paste and the n + -silicon layer to form an aluminum-silicon alloy. As a result, in the TOPCon type solar cell provided with the back surface electrode formed by using the conductive paste, the decrease in cell conversion efficiency due to the loss of the carrier is suppressed. If the silicon concentration is less than 25% by weight, a p + layer is formed, which causes a decrease in conversion efficiency. If the silicon concentration exceeds 40% by weight, the resistance becomes too high, and aluminum-silicon alloy particles are also produced. It gets harder.
アルミニウム−シリコン合金粒子中のシリコンの濃度は、３０重量％以上であることがより好ましい。また、アルミニウム−シリコン合金粒子中のシリコンの濃度は、３５重量％以下であることがより好ましい。 The concentration of silicon in the aluminum-silicon alloy particles is more preferably 30% by weight or more. Further, the concentration of silicon in the aluminum-silicon alloy particles is more preferably 35% by weight or less.
ここで、アルミニウム−シリコン合金粒子中のシリコン濃度とは、詳しくは、アルミニウム−シリコン合金粒子の全重量中におけるシリコン元素の重量割合を意味する。アルミニウム−シリコン合金粒子におけるシリコンの含有量は、ＩＣＰ発光分光分析法（分析）によって定量することができる。なお、アルミニウム−シリコン合金粒子が市販品である場合は、例えば、アルミニウム−シリコン合金粒子のカタログ値又は保証値として記載のシリコン濃度をアルミニウム−シリコン合金粒子におけるシリコン濃度とすることもできる。 Here, the silicon concentration in the aluminum-silicon alloy particles specifically means the weight ratio of the silicon element in the total weight of the aluminum-silicon alloy particles. The silicon content in the aluminum-silicon alloy particles can be quantified by ICP emission spectroscopy (analysis). When the aluminum-silicon alloy particles are commercially available, for example, the silicon concentration described as the catalog value or the guaranteed value of the aluminum-silicon alloy particles can be used as the silicon concentration in the aluminum-silicon alloy particles.
アルミニウム−シリコン合金粒子の大きさは特に限定されない。例えば、アルミニウム−シリコン合金粒子の体積平均粒子径Ｄ５０を１〜１０μｍとすることができる。本明細書において、アルミニウム−シリコン合金粒子の体積平均粒子径Ｄ５０は、レーザー回折法により測定される値をいう。アルミニウム−シリコン合金粒子の体積平均粒子径Ｄ５０は、３〜９μｍであることが好ましく、５〜８μｍであることがさらに好ましい。 The size of the aluminum-silicon alloy particles is not particularly limited. For example, the volume average particle diameter D50 of the aluminum-silicon alloy particles can be set to 1 to 10 μm. In the present specification, the volume average particle diameter D50 of the aluminum-silicon alloy particles refers to a value measured by a laser diffraction method. The volume average particle diameter D50 of the aluminum-silicon alloy particles is preferably 3 to 9 μm, more preferably 5 to 8 μm.
アルミニウム−シリコン合金粒子の形状は特に限定されず、例えば、球状、楕円状、鱗片状、不定形状等の種々の形状とすることができる。基板との密着性が高まりやすいという観点から、アルミニウム−シリコン合金粒子の形状は球状であることが好ましい。 The shape of the aluminum-silicon alloy particles is not particularly limited, and may be various shapes such as a spherical shape, an elliptical shape, a scaly shape, and an indefinite shape. The shape of the aluminum-silicon alloy particles is preferably spherical from the viewpoint that the adhesion to the substrate is likely to be improved.
アルミニウム−シリコン合金粒子の製造方法は特に限定されず、例えば、公知の製造方法を広く採用することができる。具体的には、アトマイズ法によって、アルミニウム−シリコン合金粒子を得ることができる。アトマイズ法の条件は特に限定されず、公知のアトマイズ法の条件と同様とすることができる。 The method for producing the aluminum-silicon alloy particles is not particularly limited, and for example, a known production method can be widely adopted. Specifically, aluminum-silicon alloy particles can be obtained by the atomizing method. The conditions of the atomizing method are not particularly limited, and can be the same as the known conditions of the atomizing method.
導電性ペーストにおいて、アルミニウム−シリコン合金粒子の含有量も特に限定されず、本発明の効果が発揮される限り、適宜の含有量とすることができる。例えば、導電性ペーストにおけるアルミニウム−シリコン合金粒子の含有割合は、変換効率が高まりやすいという観点から、５０重量％以上とすることができ、６０重量％以上であることが好ましく、７０重量％以上であることがさらに好ましく、７５重量％以上であることが特に好ましい。また、導電性ペーストにおけるアルミニウム−シリコン合金粒子の含有割合は、変換効率が高まりやすいという観点から、９０重量％以下とすることができ、８５重量％以下であることが好ましく、８０重量％以下であることがさらに好ましく、７８重量％以下であることが特に好ましい。 The content of the aluminum-silicon alloy particles in the conductive paste is also not particularly limited, and can be an appropriate content as long as the effects of the present invention are exhibited. For example, the content ratio of the aluminum-silicon alloy particles in the conductive paste can be 50% by weight or more, preferably 60% by weight or more, and 70% by weight or more, from the viewpoint that the conversion efficiency is likely to increase. It is more preferably 75% by weight or more. Further, the content ratio of the aluminum-silicon alloy particles in the conductive paste can be 90% by weight or less, preferably 85% by weight or less, and 80% by weight or less from the viewpoint of easily increasing the conversion efficiency. It is more preferably 78% by weight or less.
導電性ペーストにおいて、有機ビヒクルの種類は特に限定されず、例えば、太陽電池の裏面電極を形成するために用いられる公知の有機ビヒクルを広く適用することができる。有機ビヒクルとして、溶剤に樹脂が溶解した材料を挙げることができる。あるいは、有機ビヒクルは、溶剤を含まず、樹脂そのものを使用してもよい。 In the conductive paste, the type of the organic vehicle is not particularly limited, and for example, a known organic vehicle used for forming the back electrode of a solar cell can be widely applied. Examples of the organic vehicle include a material in which a resin is dissolved in a solvent. Alternatively, the organic vehicle does not contain a solvent, and the resin itself may be used.
溶剤の種類は限定的ではなく、例えば、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を挙げることができる。有機ビヒクルに含まれる溶剤は１種又は２種以上とすることができる。 The type of solvent is not limited, and examples thereof include diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate, and dipropylene glycol monomethyl ether. The solvent contained in the organic vehicle can be one kind or two or more kinds.
樹脂としては、例えば、公知の各種樹脂を挙げることができ、具体的には、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、メラミン樹脂、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、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、シリコン樹脂等を挙げることができる。有機ビヒクルに含まれる樹脂は１種又は２種以上とすることができる。 Examples of the resin include various known resins. Specifically, ethyl cellulose, nitrocellulose, polyvinyl butyral, phenol resin, melamine resin, urea resin, xylene resin, alkyd resin, unsaturated polyester resin, and the like. Acrylic resin, polyimide resin, furan resin, urethane resin, isocyanate compound, cyanate compound, polyethylene, polypropylene, polystyrene, ABS resin, polymethylmethacrylate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinylacetate, polyvinyl alcohol, polyacetal, polycarbonate , Polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyphenylene oxide, polysulphon, polyimide, polyether sulphon, polyarylate, polyether ether ketone, polytetrafluoride ethylene, silicon resin and the like. The resin contained in the organic vehicle can be one kind or two or more kinds.
有機ビヒクルは必要に応じて各種添加剤を含むこともできる。添加剤としては、例えば、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、沈降防止剤等を挙げることができる。具体的には、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挙げることができる。 The organic vehicle can also contain various additives if necessary. Examples of the additive include antioxidants, corrosion inhibitors, defoamers, thickeners, tack fires, coupling agents, antistatic agents, polymerization inhibitors, thixotropy agents, anti-sediment agents and the like. it can. Specifically, polyethylene glycol ester compounds, polyethylene glycol ether compounds, polyoxyethylene sorbitan ester compounds, sorbitan alkyl ester compounds, aliphatic polyvalent carboxylic acid compounds, phosphoric acid ester compounds, amidoamine salts of polyesteric acid, polyethylene oxide compounds. , Fatty acid amide wax and the like.
有機ビヒクルに含まれる樹脂、溶剤及び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。 The ratios of the resin, the solvent and the additive contained in the organic vehicle can be arbitrarily adjusted, and for example, the component ratio can be the same as that of a known organic vehicle.
導電性ペーストにおいて、有機ビヒクルの含有量は特に限定されない。例えば、良好な印刷性を有するという観点から、前記アルミニウムーシリコン合金粒子１００重量部に対して、有機ビヒクルが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。 The content of the organic vehicle in the conductive paste is not particularly limited. For example, from the viewpoint of having good printability, the organic vehicle is preferably 10 parts by mass or more and 500 parts by mass or less, and 20 parts by mass or more and 45 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the aluminum-silicon alloy particles. Is particularly preferable.
導電性ペーストにおいて、ガラス粉末の種類は特に限定されず、例えば、太陽電池の裏面電極を形成するために用いられる公知のガラス粉末を広く適用することができる。ガラス粉末は、例えば、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種以上を含有することができる。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、スズーリン系、ホウケイ酸亜鉛系、アルカリホウケイ酸系などの無鉛のガラス粉末を用いることができる。特に人体への影響を考慮すると、ガラス粉末は、無鉛のガラス粉末であることが望ましい。また、ガラス粉末の軟化点は６５０℃以下であることも好ましい。ガラス粉末を構成するガラス粒子の体積平均粒子径Ｄ５０は、例えば、１〜３μｍとすることができる。 In the conductive paste, the type of glass powder is not particularly limited, and for example, a known glass powder used for forming a back electrode of a solar cell can be widely applied. The glass powder is, for example, a group consisting of lead (Pb), bismuth (Bi), vanadium (V), boron (B), silicon (Si), tin (Sn), phosphorus (P), and zinc (Zn). It can contain one selected from the above, or two or more. Further, lead-containing glass powder or lead-free glass powder such as bismuth-based, vanadium-based, tin-rin-based, zinc borosilicate-based, and alkaline borosilicate-based can be used. In particular, considering the effect on the human body, it is desirable that the glass powder is a lead-free glass powder. Further, it is also preferable that the softening point of the glass powder is 650 ° C. or lower. The volume average particle diameter D50 of the glass particles constituting the glass powder can be, for example, 1 to 3 μm.
導電性ペーストにおいて、ガラス粉末の含有量は特に限定されない。例えば、基板に対する密着性と形成される電極の電気抵抗のバランスが優れやすいという観点から、前記アルミニウムーシリコン合金粒子１００質量部に対して、ガラス粉末を０．５質量部以上４０質量部以下とすることができ、４質量部以上１５質量部以下とすることがより好ましい。 The content of the glass powder in the conductive paste is not particularly limited. For example, from the viewpoint that the balance between the adhesion to the substrate and the electric resistance of the formed electrode is easily excellent, the amount of glass powder is 0.5 parts by mass or more and 40 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the aluminum-silicon alloy particles. It is more preferable that the amount is 4 parts by mass or more and 15 parts by mass or less.
導電性ペーストは、アルミニウム−シリコン合金粒子、有機ビヒクル及びガラス粉末以外のその他成分を含むことができる。導電性ペーストがその他成分を含む場合、その含有割合は導電性ペーストの全重量に対して５重量％以下、好ましくは１重量％以下、より好ましくは、０．１重量％以下、特に好ましくは０．０５重量％以下とすることができる。導電性ペーストは、アルミニウム−シリコン合金粒子、有機ビヒクル及びガラス粉末のみで構成されていてもよい。 The conductive paste can contain other components other than aluminum-silicon alloy particles, organic vehicles and glass powder. When the conductive paste contains other components, its content is 5% by weight or less, preferably 1% by weight or less, more preferably 0.1% by weight or less, and particularly preferably 0, based on the total weight of the conductive paste. It can be 0.05% by weight or less. The conductive paste may consist only of aluminum-silicon alloy particles, organic vehicle and glass powder.
導電性ペーストの調製方法は特に限定されず、例えば、所定量のアルミニウム−シリコン合金粒子、有機ビヒクル及びガラス粉末を混合することで導電性ペーストを得ることができる。混合手段も特に限定されず、例えば、公知の混合機を使用することができる。 The method for preparing the conductive paste is not particularly limited, and for example, a conductive paste can be obtained by mixing a predetermined amount of aluminum-silicon alloy particles, an organic vehicle, and glass powder. The mixing means is not particularly limited, and for example, a known mixer can be used.
導電性ペーストは、前述のアルミニウム−シリコン合金粒子を必須成分とすることで、例えば、スクリーン印刷等の方法で、太陽電池用裏面電極を形成することができるので、銀ペーストを用いた場合に比べて簡便な方法で太陽電池用裏面電極を製造できる。しかも、本発明の導電性ペーストを用いて太陽電池用裏面電極を形成することで、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池に優れた変換効率をもたらすことができる。また、導電性ペーストによって形成される太陽電池用裏面電極は、シリコン基板と良好なオーミックコンタクトを形成することができ、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池セルの変換効率の損失を抑制しやすい。 By using the above-mentioned aluminum-silicon alloy particles as an essential component in the conductive paste, the back electrode for a solar cell can be formed by a method such as screen printing, as compared with the case where a silver paste is used. The back electrode for solar cells can be manufactured by a simple method. Moreover, by forming the back electrode for a solar cell using the conductive paste of the present invention, excellent conversion efficiency can be brought to the TOPCon type solar cell. Further, the back electrode for a solar cell formed of the conductive paste can form good ohmic contact with the silicon substrate, and it is easy to suppress the loss of conversion efficiency of the TOPCon type solar cell.
３．ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池の製造方法
本発明のＴＯＰＣｏｎ型太陽電池の製造方法（以下、「本発明の製造方法」という）は特に限定されない。例えば、本発明の製造方法は、下記の工程１〜工程３を供えることができる。
工程１：シリコン基板の受光面とは反対側の面にアルミニウム−シリコン合金粒子を含有する導電性ペーストを塗工する工程。
工程２：前記シリコン基板の受光面に銀ペースト組成物を塗工する工程。
工程３：前記工程１及び工程２の後、前記シリコン基板を７００℃以上の焼成温度で焼成する工程。
3. 3. Manufacturing Method of TOPCon-type Solar Cell The manufacturing method of the TOPCon-type solar cell of the present invention (hereinafter, referred to as "the manufacturing method of the present invention") is not particularly limited. For example, the production method of the present invention can provide the following steps 1 to 3.
Step 1: A step of applying a conductive paste containing aluminum-silicon alloy particles to the surface of the silicon substrate opposite to the light receiving surface.
Step 2: A step of applying the silver paste composition to the light receiving surface of the silicon substrate.
Step 3: A step of firing the silicon substrate at a firing temperature of 700 ° C. or higher after the steps 1 and 2.
特に、本発明の製造方法において、工程１で使用するアルミニウム−シリコン合金粒子中のシリコン濃度は２５重量％以上４０重量％以下である。 In particular, in the production method of the present invention, the silicon concentration in the aluminum-silicon alloy particles used in step 1 is 25% by weight or more and 40% by weight or less.
工程１で使用するシリコン基板は、例えば、太陽電池に適用できる公知のシリコン基板を広く採用することができる。例えば、シリコン基板は純度９９％以上のシリコン基板とすることができる。シリコン基板は、不純物又は添加物としてシリコン以外の元素が含まれていてもよい。 As the silicon substrate used in step 1, for example, a known silicon substrate applicable to a solar cell can be widely adopted. For example, the silicon substrate can be a silicon substrate having a purity of 99% or more. The silicon substrate may contain elements other than silicon as impurities or additives.
工程１で使用するシリコン基板は、例えば、インゴットからスライスされて、所望の形状に形成され得る。シリコン基板の厚みは特に制限されず、目的の用途に応じて所望の厚みに形成することができる。例えばシリコン基板の厚みは１５０μｍ以上、５５０μｍ以下とすることができ、特に１５０μｍ以上、２５０μｍ以下であることが好ましい。シリコン基板はｐ型半導体、ｎ型半導体及び真性半導体のいずれで形成されていてもよい。 The silicon substrate used in step 1 can be sliced from an ingot, for example, to form a desired shape. The thickness of the silicon substrate is not particularly limited, and it can be formed to a desired thickness according to a desired application. For example, the thickness of the silicon substrate can be 150 μm or more and 550 μm or less, and particularly preferably 150 μm or more and 250 μm or less. The silicon substrate may be formed of any of a p-type semiconductor, an n-type semiconductor, and an intrinsic semiconductor.
工程１で使用するアルミニウム−シリコン合金粒子を含有する導電性ペーストは、前述の本発明の導電性ペーストである。従って、導電性ペーストに含まれるアルミニウム−シリコン合金粒子は、シリコン濃度が２５重量％以上４０重量％以下である。 The conductive paste containing aluminum-silicon alloy particles used in step 1 is the above-mentioned conductive paste of the present invention. Therefore, the aluminum-silicon alloy particles contained in the conductive paste have a silicon concentration of 25% by weight or more and 40% by weight or less.
工程１において、シリコン基板に導電性ペーストを塗工する方法は特に限定されない。塗工方法としては、例えば、スクリーン印刷、スピンコート法等を用いることができ、その他の方法を採用することもできる。より簡便に太陽電池を製造することができるという点でスクリーン印刷法が好ましい。導電性ペーストは、所望の形状に印刷することができる。 In step 1, the method of applying the conductive paste to the silicon substrate is not particularly limited. As the coating method, for example, screen printing, spin coating method and the like can be used, and other methods can also be adopted. The screen printing method is preferable in that the solar cell can be manufactured more easily. The conductive paste can be printed in a desired shape.
シリコン基板への導電性ペーストの塗布量は特に限定されず、例えば、０．５ｇ／ｐｃ以上、１．０ｇ／ｐｃ以下とすることができる。 The amount of the conductive paste applied to the silicon substrate is not particularly limited, and can be, for example, 0.5 g / pc or more and 1.0 g / pc or less.
以上の工程１により、シリコン基板の受光面とは反対側の面に導電性ペーストの塗膜が形成される。 By the above step 1, a coating film of the conductive paste is formed on the surface of the silicon substrate opposite to the light receiving surface.
工程２では、例えば、工程１にて導電性ペーストの塗膜を形成したシリコン基板の受光面側に対して銀ペースト組成物を塗工することができる。つまり、工程２は、工程１の後に行うことができる。もちろん、工程２は工程１の前に実施することもできる。 In step 2, for example, the silver paste composition can be applied to the light receiving surface side of the silicon substrate on which the coating film of the conductive paste is formed in step 1. That is, the step 2 can be performed after the step 1. Of course, step 2 can also be carried out before step 1.
工程２で使用する銀ペースト組成物は、太陽電池セルの銀電極を形成できる限りはその種類は限定されず、公知の銀ペースト組成物を広く使用することができる。銀ペースト組成物の塗布方法及び塗布条件も限定されず、公知の方法及び条件を採用することができる。 The type of silver paste composition used in step 2 is not limited as long as the silver electrode of the solar cell can be formed, and a known silver paste composition can be widely used. The coating method and coating conditions of the silver paste composition are not limited, and known methods and conditions can be adopted.
以上の工程２により、シリコン基板の受光面に銀ペーストの塗膜が形成される。 By the above step 2, a coating film of silver paste is formed on the light receiving surface of the silicon substrate.
工程３では、工程１及び工程２により導電性ペースト及び銀ペーストの塗膜が形成されたシリコン基板の焼成を行う。これにより、導電性ペースト及び銀ペーストの塗膜が焼成され、それぞれ裏面電極と銀電極とが形成される。 In step 3, the silicon substrate on which the coating film of the conductive paste and the silver paste is formed is fired in steps 1 and 2. As a result, the coating films of the conductive paste and the silver paste are fired to form a back surface electrode and a silver electrode, respectively.
工程３において、焼成温度は７００℃以上とする。これにより、シリコン基板に電極が形成されやすく、また、導電性ペーストとｎ＋−シリコン層とがアルミニウム−シリコン合金を形成しにくくなる。焼成温度の上限は、例えば、導電性ペーストに含まれるアルミニウム−シリコン合金粒子の融点より低いことが好ましく、この場合、導電性ペーストとｎ＋−シリコン層とがアルミニウム−シリコン合金をさらに形成しにくくなる。この観点から、焼成温度は９００℃以下であることが好ましく、８５０℃以下であることがより好ましく、８００℃以下であることが特に好ましい。 In step 3, the firing temperature is 700 ° C. or higher. As a result, electrodes are easily formed on the silicon substrate, and it becomes difficult for the conductive paste and the n + -silicon layer to form an aluminum-silicon alloy. The upper limit of the firing temperature is preferably lower than the melting point of the aluminum-silicon alloy particles contained in the conductive paste, for example. In this case, it is more difficult for the conductive paste and the n + -silicon layer to form the aluminum-silicon alloy. Become. From this viewpoint, the firing temperature is preferably 900 ° C. or lower, more preferably 850 ° C. or lower, and particularly preferably 800 ° C. or lower.
焼成時間は、焼成温度に応じて適宜決めることができる。例えば、１分以上３００分以下とすることができ、１分以上５分以下であることが好ましい。工程３における焼成は、空気雰囲気、窒素雰囲気のいずれで行ってもよい。焼成方法も特に限定されず、例えば、公知の加熱炉を用いて焼成処理を行うことが得きる。 The firing time can be appropriately determined according to the firing temperature. For example, it can be 1 minute or more and 300 minutes or less, and preferably 1 minute or more and 5 minutes or less. The firing in step 3 may be performed in either an air atmosphere or a nitrogen atmosphere. The firing method is also not particularly limited, and for example, the firing treatment can be performed using a known heating furnace.
本発明の製造方法は、工程１〜３以外の工程をさらに備えることもできる。 The production method of the present invention may further include steps other than steps 1 to 3.
本発明の製造方法で得られるＴＯＰＣｏｎ型太陽電池は、裏面電極が本発明の導電性ペーストで形成されることから、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池を簡便な方法で製造することができる。しかも、本発明の製造方法で得られるＴＯＰＣｏｎ型太陽電池は、変換効率にも優れる。 In the TOPCon-type solar cell obtained by the manufacturing method of the present invention, since the back electrode is formed of the conductive paste of the present invention, the TOPCon-type solar cell can be manufactured by a simple method. Moreover, the TOPCon type solar cell obtained by the manufacturing method of the present invention is also excellent in conversion efficiency.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the aspects of these Examples.
（実施例１）
ガスアトマイズ法により、アルミニウム−シリコン合金粒子を製造した。このアルミニウム−シリコン合金粒子は、シリコン濃度が３０重量％、体積平均粒子径Ｄ５０が６．０μｍとなるように製造した。得られたアルミニウム−シリコン合金粒子１００質量部及びビスマス系ガラス粉末５質量部を、分散装置（ディスパー）を用いて、エチルセルロースがブチルジグリコールに溶解した１０質量％濃度の樹脂液（有機ビヒクル）３０質量部に分散させ、導電性ペーストを得た。
(Example 1)
Aluminum-silicon alloy particles were produced by the gas atomization method. The aluminum-silicon alloy particles were produced so that the silicon concentration was 30% by weight and the volume average particle diameter D50 was 6.0 μm. A resin solution (organic vehicle) 30 having a concentration of 10% by mass in which ethyl cellulose was dissolved in butyl diglycol by using a disperser (disper) to disperse 100 parts by mass of the obtained aluminum-silicon alloy particles and 5 parts by mass of bismuth-based glass powder. It was dispersed in parts by mass to obtain a conductive paste.
（実施例２）
シリコン濃度が４０重量％となるようにアルミニウム−シリコン合金粒子を製造したこと以外は実施例１と同様の方法で導電性ペーストを得た。
(Example 2)
A conductive paste was obtained in the same manner as in Example 1 except that the aluminum-silicon alloy particles were produced so that the silicon concentration was 40% by weight.
（実施例３）
シリコン濃度が２５重量％となるようにアルミニウム−シリコン合金粒子を製造したこと以外は実施例１と同様の方法で導電性ペーストを得た。
(Example 3)
A conductive paste was obtained in the same manner as in Example 1 except that the aluminum-silicon alloy particles were produced so that the silicon concentration was 25% by weight.
（比較例１）
シリコン濃度が２０重量％となるようにアルミニウム−シリコン合金粒子を製造したこと以外は実施例１と同様の方法で導電性ペーストを得た。
(Comparative Example 1)
A conductive paste was obtained in the same manner as in Example 1 except that the aluminum-silicon alloy particles were produced so that the silicon concentration was 20% by weight.
（試験方法）
ｎ型のシリコン基板の受光面とは反対側の面に、内側から順に厚さ５ｎｍの酸化物（酸化ケイ素）層及び微結晶のｎ＋−シリコン層が積層され、受光面および反対側の面（ｎ＋−シリコン層の面）の両方にパッシベーション膜が形成された太陽電池ウェハを準備した。裏面側のパッシベーション膜は、予めレーザー等を用いて開口部を設けておいた。この太陽電池ウェハの受光面と反対側の面（パッシベーション膜）に、実施例及び比較例で調製した導電性ペーストを０．７−０．８ｇ／ｐｃになるようにスクリーン印刷し、次いで、受光面側に公知のＡｇペーストを塗布した。その後、太陽電池ウェハを８００℃に設定した赤外ベルト炉に設置し、この温度で焼成することで電極（裏面電極及び銀電極）形成を行った。これにより、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池を製作した。製作したＴＯＰＣｏｎ型太陽電池は、ワコム電創のソーラーシュミレータ「ＷＸＳ−１５６Ｓ−１０」、及び、Ｉ−Ｖ測定装置「ＩＶ１５０４０−１０」を用いたＩ−Ｖ測定により、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。
(Test method)
An oxide (silicon oxide) layer having a thickness of 5 nm and a microcrystalline n + − silicon layer are laminated on the surface of the n-type silicon substrate opposite to the light receiving surface in order from the inside, and the light receiving surface and the opposite surface are laminated. A solar cell wafer having a passivation film formed on both sides (n + − silicon layer surface) was prepared. The passivation film on the back surface side was provided with an opening in advance by using a laser or the like. The conductive paste prepared in Examples and Comparative Examples was screen-printed on the surface (passivation film) opposite to the light-receiving surface of the solar cell wafer so as to be 0.7-0.8 g / pc, and then light-receiving. A known Ag paste was applied to the surface side. Then, the solar cell wafer was placed in an infrared belt furnace set at 800 ° C. and fired at this temperature to form electrodes (back surface electrode and silver electrode). As a result, a TOPCon type solar cell was manufactured. The fabricated TOPCon solar cells, solar simulator "WXS-156S-10" Wacom DenSo, and by I-V measurement using I-V measurement apparatus "IV15040-10", short-circuit current (I SC) and The open-circuit voltage ( VOC ) was measured, and the curve factor (FF) and conversion efficiency Eff were calculated. The curve factor (FF) was performed using a commercially available solar simulator.
表１には、各実施例及び比較例で得た導電性ペーストを用いて作製したＴＯＰＣｏｎ型太陽電池の評価結果を示している。 Table 1 shows the evaluation results of the TOPCon type solar cell produced by using the conductive pastes obtained in each Example and Comparative Example.
表１から、Ｓｉ濃度が２５〜４０重量％であるアルミニウム−シリコン合金粒子を含む導電性ペースト（実施例１〜３）を用いた場合は、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池は優れた変換効率を示した。それに比べ、アルミニウム−シリコン合金粒子のＳｉ濃度が２５〜４０重量％から外れる導電性ペースト（比較例１）を用いた場合は、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池の変換効率は低かった。Ｓｉ濃度が２５〜４０重量％であるアルミニウム−シリコン合金粒子を含む導電性ペーストを使用した場合、焼成（工程３）の際にシリコンウェハとアルミニウム−シリコン合金粒子とが溶融することなく裏面電極が形成されたことで、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池は優れた変換効率をもたらされたと推察される。 From Table 1, when the conductive paste (Examples 1 to 3) containing the aluminum-silicon alloy particles having a Si concentration of 25 to 40% by weight was used, the TOPCon type solar cell showed excellent conversion efficiency. In comparison, when a conductive paste (Comparative Example 1) in which the Si concentration of the aluminum-silicon alloy particles deviates from 25 to 40% by weight was used, the conversion efficiency of the TOPCon type solar cell was low. When a conductive paste containing aluminum-silicon alloy particles having a Si concentration of 25 to 40% by weight is used, the back electrode is formed without melting the silicon wafer and the aluminum-silicon alloy particles during firing (step 3). It is presumed that the TOPCon type solar cell brought about excellent conversion efficiency due to its formation.
Ａ：ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池
１０：裏面電極１０
１１：ｎ型シリコン基板１１
１２：酸化物層
１３：ｎ＋シリコン層
１４：フィンガー電極
A: TOPCon type solar cell 10: Back
11: n-
12: Oxide layer 13: n + silicon layer 14: Finger electrode
Claims (4)
アルミニウム−シリコン合金粒子と、有機ビヒクルと、ガラス粉末とを含有し、
前記アルミニウム−シリコン合金粒子中のシリコン濃度が２５重量％以上４０重量％以下である、導電性ペースト。 A conductive paste used for the back electrode for TOPCon type solar cells.
Contains aluminum-silicon alloy particles, organic vehicle, and glass powder,
A conductive paste in which the silicon concentration in the aluminum-silicon alloy particles is 25% by weight or more and 40% by weight or less.
シリコン基板の受光面とは反対側の面にアルミニウム−シリコン合金粒子を含有する導電性ペーストを塗工する工程１と、
前記シリコン基板の受光面に銀ペースト組成物を塗工する工程２と、
前記工程１及び工程２の後、前記シリコン基板を７００℃以上の焼成温度で焼成する工程３と、
を備え、
前記アルミニウム−シリコン合金粒子中のシリコン濃度が２５重量％以上４０重量％以下である、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池の製造方法。 It is a manufacturing method of TOPCon type solar cells.
Step 1 of applying a conductive paste containing aluminum-silicon alloy particles to the surface of the silicon substrate opposite to the light receiving surface,
Step 2 of applying the silver paste composition to the light receiving surface of the silicon substrate,
After the steps 1 and 2, the silicon substrate is fired at a firing temperature of 700 ° C. or higher, and the step 3
With
A method for producing a TOPCon type solar cell, wherein the silicon concentration in the aluminum-silicon alloy particles is 25% by weight or more and 40% by weight or less.
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