JP3254044B2 - 太陽電池用電極 - Google Patents
太陽電池用電極Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Description
し、さらに詳しくは、オーミック性導電ペーストを塗布
し、焼成し、硬化させることによって形成される太陽電
池用電極に関する。
ン基板のような半導体基板の受光面にn形半導体層、つ
いでグリッド電極またはITOのような透明電極、また
必要に応じて光反射防止膜などを設け、反射側に裏面電
極を設けて、太陽光によって半導体層に生じた電位を両
電極より取出している。また別の例では、ガラスのよう
な透明基板に、透明電極層、非晶質半導体層、裏面電極
および必要に応じて保護層を設けている。
面電極の製造には、Alの蒸着やスパッタリング、Ti
−Agの蒸着、Al−Ag焼成膜の形成、Niペースト
の焼成による膜形成などが行われている。
を含むAgペーストを用いて、受光面にグリッド電極を
形成することが開示されている。
ノール系樹脂をバインダーとする導電ペーストを印刷
し、硬化させて得られる裏面電極が開示されており、用
いられる導電性物質としては、Ni、Ni/Ag、A
g、Mo、W、Cの、粒径最大30μm の粉体が挙げら
れている。
末と合成樹脂ワニスを含む導電性ペーストを印刷し、硬
化させて得られる裏面電極が開示されている。
5%以上のNi粉末を混合したCu粉末を導電成分とし
て含む導電ペーストから形成される裏面電極が開示され
ている。
ある。蒸着やスパッタリングには、高価で取扱の煩雑な
真空系装置が必要であり、とくに大面積のものを生産す
る場合の生産性が低い。また、Alのような金属膜は、
高温、高湿度の条件では透明電極との接着面で酸化還元
反応が生じて接触抵抗が増大し、そのために光電変換効
率が低下する。また、上述の各特許に記載されている電
極は、いずれも使用の際の経時変化が大きく、とくに屋
外で使用する場合に、変換効率が低下する。
なオーミック抵抗性を有し、塗膜抵抗の低い、その結果
として高い変換効率を有し、しかも変換効率が、長期間
使用後も低下しない太陽電池用電極を提供することであ
る。
題を解決するために検討を重ねた結果、リン片状のオー
ミック性導電粒子とリン片状の銀粒子とを組み合わせて
ペースト化することにより、オーミック抵抗および塗膜
抵抗が低い太陽電池用電極が得られることを見出した。
ーミック性導電ペーストの硬化によって得られ、該オー
ミック性導電ペーストが、リン片状のニッケル、モリブ
デンおよび/またはグラファイトであるオーミック性導
電粒子、ならびにリン片状の銀粒子またはリン片状の銀
粒子と銀粉との混合物を含み、オーミック性導電粒子と
銀粒子との体積分率比が10:90〜40:60である
ことを特徴とする。
ク性導電粒子として、リン片状のニッケル、モリブデン
またはグラファイトを用いることである。このようなリ
ン片状のオーミック性導電粒子は、1種単独でも、2種
以上を併用しても差支えなく、好ましくはモリブデンま
たはグラファイトである。なお、本明細書において、粒
子とは、微細なリン片状物質と粉体の両方を意味する。
また、銀粉のような粉体とは、リン片状以外の、たとえ
ば球状の粒子を意味する。
定のリン片状のものを用いることにより、通常の粉末状
のオーミック性導電粒子を用いる場合に比べて、小さい
接触抵抗が得られ、その経時変化も小さく、したがっ
て、太陽電池として使用する際に高い変換効率が得ら
れ、しかも、その変換効率を長期間持続させることがで
きる。
性導電粒子の形状は、作業性と、高い変換効率の太陽電
池が得られることから、大きさが1〜15μm の範囲の
ものが好ましく、2〜10μm であることがさらに好ま
しい。この大きさが1μm 未満では、アモルファスシリ
コンのような半導体層との間の接触抵抗が高くなり、太
陽電池の変換効率が低下する。一方、大きさが15μm
を越えると、このような粒子を含む導電ペーストを微細
なパターンに塗布するときの作業性が劣り、またパター
ンの精度が悪くなる。また、厚さは0.1〜1μm の範
囲が好ましい。さらに、大きさと厚さの比は5以上が好
ましく、10以上がさらに好ましい。ここで、リン片状
粒子の大きさとは、平面が四辺形ないしそれに近い形状
の場合は長辺と短辺の平均値、多角形ないし円形に近い
場合は最大径と最小径の平均値を意味する。
オーミック性導電粒子を、少なくとも一部はリン片状で
ある銀粒子と併用する。銀粒子としては、リン片状の銀
粒子を単独で用いることが好ましいが、印刷性が求めら
れる場合は、リン片状の銀粒子と銀粉とを併用してもよ
く、変換効率やその持続性もそれほど低下しない。両者
を併用する場合、銀粉の体積分率は、銀粒子全体の60
%以下であることが好ましい。該銀粉が60%を越える
と、塗膜の体積抵抗率が大きくなり、変換効率が低くな
る。リン片状の銀粒子の大きさは20μm 以下が好まし
く、2〜10μm がさらに好ましい。この大きさが20
μm を越えると、これを含む導電ペーストを微細なパタ
ーンに塗布するときの作業性が劣り、またパターンの精
度が悪くなる。ここで大きさとは、前述のリン片状粒子
の大きさと同じ定義による。厚さは0.2〜0.7μm
の範囲が好ましく、大きさと厚さの比は15〜60が好
ましい。また、銀粉を併用する場合、銀粉の粒径は5〜
15μm が好ましい。
との体積分率比は、10:90〜40:60であり、1
5:85〜30:70が好ましい。このように、リン片
状の銀粒子、またはリン片状の銀粒子と銀粉とを併用す
ることにより、半導体層、たとえばアモルファスシリコ
ンとの接触抵抗が小さく、また電極自体の比抵抗が小さ
くなって、変換効率が向上する。導電性物質中の銀粒子
の体積分率が10%未満では電極自体の抵抗が高くな
り、40%を越えると塗膜の比抵抗が上昇するために、
いずれも変換効率が低下する。
ストは、上述のリン片状のオーミック性導電粒子、なら
びにリン片状の銀粒子またはリン片状の銀粒子および銀
粉を、バインダーに配合することによって得られる。
ることが好ましく、太陽電池用電極として屋外で使用さ
れる場合に、長期間の使用中における変換効率の低下を
防止するには、シリコーン系またはフッ素樹脂系の熱硬
化性樹脂がとくに好ましい。ここにシリコーン系の熱硬
化性樹脂としては、シリコーン樹脂単独のほか、シリコ
ーンフェノール樹脂、シリコーンエポキシ樹脂、シリコ
ーンアルキド樹脂、シリコーンアクリル樹脂など、ポリ
シロキサン部分と有機樹脂部分とが共存する共重合体ま
たは混合物でもよく、とくに大きな耐候性や耐熱性が要
求される場合にはシリコーン樹脂単独が好ましいが、形
成される電極の基材への密着性や機械的強度からは、有
機樹脂部分を含むブレンド体または共重合体が好まし
い。また、フッ素樹脂系の熱硬化樹脂としては、たとえ
ば分子中に活性水素原子を有する含フッ素ポリマーを、
加熱によりイソシアナト基を生ずる化合物で硬化させる
ものなどがある。
た接着性と耐候性を有し、長期間の使用中における変換
効率が低下しないためには、シリコーン系の熱硬化性樹
脂では、固形分中のケイ素原子が1〜25重量%である
ことが好ましく、3〜20重量%がさらに好ましい。1
重量%未満では耐候性が低く、変換効率の低下が起こ
る。25重量%を越えると、塗膜が脆く、接着強度が低
い。フッ素樹脂系の熱硬化性樹脂の場合、固形分中のフ
ッ素原子が3〜40重量%であることが好ましく、5〜
25重量%がさらに好ましい。3重量%未満では耐候性
が低く、変換効率の低下が起こる。40重量%を越える
と、溶媒に対して不溶になり、懸濁状態で使用するにし
ても、精度よくファインパターンを形成することが困難
になる。また、基材への接着性も低下する。
定に保存し、また基材に塗布する組成物に、塗布方法に
応じて適切な作業性を与え、たとえば100μm 程度の
線幅の良好なパターンを形成するために、該熱硬化性樹
脂を溶媒に溶解して用いることが多い。バインダー中の
熱硬化性樹脂の濃度は、一般に30〜60重量%であ
る。
粒子の分散媒として機能するものは、熱硬化性樹脂の種
類によっても異なるが、トルエン、キシレン、エチルベ
ンゼン、ジエチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、ア
ミルベンゼン、p−シメンおよびテトラリンなどの芳香
族炭化水素;2−エトキシエタノール、2−ブトキシエ
タノール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、
ジエチレングリコールモノブチルエーテルなどのエーテ
ルアルコール;メチルイソブチルケトンなどのケトン;
ならびにエチレングリコールモノメチルエーテル酢酸エ
ステルなどのエステルが例示され、単独でも、2種以上
の混合物でもよい。
リン片状の銀粒子またはリン片状の銀粒子と銀粉との混
合物は、両者の合計として、バインダー中の固形分との
和に対して60〜95重量%が好ましく、70〜90重
量%がさらに好ましい。
を損ねない範囲で、滑剤、樹脂の硬化触媒などを配合し
ても差支えない。
よび溶媒を含有するバインダーに、リン片状のオーミッ
ク性導電粒子と上述のような銀粒子との混合物を、ニー
ダ、ライカイ機、ロールまたはボールミルなどにより、
均一になるまで混和して、溶媒を含むペーストを調製
し、これを基材またはアモルファスシリコン層などの所
定の位置に塗布し、溶媒を除去した後、加熱により硬化
させて得ることができる。基材としては、ガラスが例示
される。塗布は、所定のパターンに、スクリーン印刷な
どの方法で行うことができる。加熱は、用いられたバイ
ンダーの熱硬化性樹脂の硬化温度、たとえば100〜2
00℃で行う。
印刷などの方法によって塗膜を容易に形成させ、200
℃以下という比較的低い温度で硬化させることによって
作製できる。本発明の電極は、オーミック接触性を有し
て、塗膜抵抗が小さく、高い変換効率が得られる。しか
も、耐候性に優れ、屋外で長時間使用しても変換効率の
変化が小さい。そのため、屋外で使用する太陽電池の電
極として、きわめて有用である。
をさらに詳細に説明する。本発明は、これらの実施例に
よって限定されるものではない。
のリン片状銀粒子とを体積比15:85で混合して、導
電粒子混合体を調製した。この導電粒子混合体85重量
部に、シリコーンフェノール樹脂とシリコーンエポキシ
樹脂のそれぞれ50%トルエン溶液を固形分として2:
9で混合した混合樹脂を、固形分換算15重量部、トリ
フェニルホスフィン1重量部ならびに溶媒としてジエチ
レングリコールモノブチルエーテル15重量部を、ニー
ダによって均一になるまで混合し、さらに上記溶媒を加
えて、25℃における系の見掛粘度が500Pになるよ
うに粘度調節を行って、導電ペーストを得た。
2およびアモルファスシリコン3をあらかじめ形成した
ものを用意し、これに図2の位置4に電極を形成するよ
うに、上記の導電ペーストをスクリーン印刷によって塗
布した。室温で乾燥して溶媒を除去した後、200℃で
30分加熱して硬化させ、オーミック性電極とした。
を測定した。また、このようにして作製した太陽電池試
験セルについて、変換効率を測定した。変換効率は、作
製直後と、Xe用ランプを用いるサンシャインウェザー
メーター(東洋精機製作所製)によって2,000時間
照射した後に測定して、その間の変換効率の変化を評価
した。
子を、表1に示す体積分率で混合して、導電粒子混合体
A〜Jを得た。ただし、混合体F〜Jは比較のためのも
のである。また、バインダーとして、表2に示す熱硬化
性樹脂を含有するバインダー1〜5を用いた。該バイン
ダー中の固形分に対するケイ素原子またはフッ素原子の
割合は、表2に示すとおりであった。
ーを用いて、実施例1と同様の方法で電極を作成し、そ
の比抵抗、発電効率およびその経時変化について、実施
例1と同様に測定した。その結果を表3に示す。なお、
表1〜3には、実施例1の原料および測定結果も併記し
てある。
して球状粉体のみを用いた場合、電極の比抵抗が大き
く、発電効率が低い。 (2)本発明の範囲の導電粒子混合物を用いると、高い
変換効率が得られ、しかも耐候性が大きく、変換効率の
低下が小さい。 (3)バインダーとしてシリコーン系またはフッ素系の
熱硬化性樹脂を用いると、とくに長期間使用中の変換効
率の低下が小さい。
断面概念図である。
面概念図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 オーミック性導電ペーストの硬化によっ
て形成される太陽電池用電極において、該オーミック性
導電ペーストが、リン片状のニッケル、モリブデンおよ
び/またはグラファイトであるオーミック性導電粒子、
ならびにリン片状の銀粒子またはリン片状の銀粒子と銀
粉との混合物を含み、オーミック性導電粒子と銀粒子と
の体積分率比が10:90〜40:60であることを特
徴とする太陽電池用電極。 - 【請求項2】 リン片状のオーミック性導電粒子が、大
きさ1〜15μm 、厚さ0.1〜1μm 、大きさと厚さ
の比が5以上である請求項1記載の太陽電池用電極。
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