JP5833298B2 - Method for manufacturing solar cell and electrode forming paste material used in the method - Google Patents

Method for manufacturing solar cell and electrode forming paste material used in the method Download PDF

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Description

本発明は、太陽電池(ソーラーセル)の受光面に微細な線状電極を形成する技術に関する。また、該技術を適用した太陽電池の製造方法と該方法に用いられる電極形成用ペースト材料に関する。   The present invention relates to a technique for forming fine linear electrodes on a light receiving surface of a solar cell (solar cell). Moreover, it is related with the manufacturing method of the solar cell to which this technique is applied, and the paste material for electrode formation used for this method.

近年の環境意識の高まりや省エネの観点から太陽電池(ソーラーセル)の普及が急速に進んでおり、それにともなって従来よりも高性能なセル構造、即ち光電変換効率が良好で高出力なセル構造の太陽電池が求められている。
かかる要求を実現するための一つの方策として、太陽電池のセル単位面積あたりの受光面積を拡大することが挙げられる。例えば、受光面積を拡大するための一つの手段として、受光面に形成されている線状電極の細線化(ファインライン化)が挙げられる。
In recent years, solar cells (solar cells) have been rapidly spreading from the viewpoint of environmental awareness and energy saving, and accordingly, a cell structure with higher performance than before, that is, a cell structure with good photoelectric conversion efficiency and high output. There is a need for solar cells.
One measure for realizing this requirement is to increase the light receiving area per unit cell area of the solar cell. For example, as one means for expanding the light receiving area, there is a thinning (fine line) of a linear electrode formed on the light receiving surface.

現在主流となっている所謂シリコン型太陽電池のセル受光面には、銀等の導体によって形成されている線状のバスバー(接続用)電極と、該バスバーに接続する筋状の細線からなるグリッド(集電用)電極とが設けられている。以下、これら電極を総称して受光面電極ともいう。
このような受光面電極が形成されている部分は、太陽電池の受光面における非受光部分(遮光部分)である。このため、受光面電極を従来よりも細線化(ファインライン化)すればそれだけ非受光部分(遮光部分)が低減し、セル単位面積あたりの受光面積を拡大し、セル単位面積あたりの出力を向上させることができる。このとき細線化された分だけ電極を厚くしないと電極のライン抵抗が増加してしまい、その分だけ太陽電池の出力特性が低下してしまう。従って、受光面電極のファインライン化、且つ、電極厚みの向上、即ち高アスペクト比(電極における厚みと線幅との比:厚み/線幅を大きくすること。以下同じ。)が同時に求められる。かかる受光面電極の従来技術として、以下の特許文献1が挙げられる。
On the cell light-receiving surface of the so-called silicon type solar cell, which is currently in the mainstream, a grid composed of linear bus bar (connection) electrodes formed of a conductor such as silver, and streaky thin lines connected to the bus bar (For current collection) electrodes are provided. Hereinafter, these electrodes are also collectively referred to as light receiving surface electrodes.
The portion where such a light receiving surface electrode is formed is a non-light receiving portion (light shielding portion) on the light receiving surface of the solar cell. For this reason, if the light receiving surface electrode is made thinner (fine line) than before, the non-light receiving part (light shielding part) is reduced accordingly, the light receiving area per cell unit area is expanded, and the output per cell unit area is improved. Can be made. At this time, if the electrode is not thickened by the thinned line, the line resistance of the electrode increases, and the output characteristics of the solar cell are reduced by that much. Therefore, a fine line of the light-receiving surface electrode and an improvement in the electrode thickness, that is, a high aspect ratio (ratio of electrode thickness to line width: increase thickness / line width; the same shall apply hereinafter) are simultaneously required. The following patent document 1 is mentioned as a prior art of this light-receiving surface electrode.

かかる特許文献1にも記載されているように、従来の受光面電極は、導体成分としての銀等の金属粉末と、バインダや溶剤からなる有機ビヒクル成分とを含みペースト状(スラリー状或いはインク状)に調製された材料(以下「電極形成用ペースト」ともいう。)を用いたスクリーン印刷によって所定の配線パターンで太陽電池(セル)の受光面に形成されている。このような線状の電極をスクリーン印刷等の技法を用いて半導体基板上に所定パターンで形成する従来技術として、以下の特許文献2〜6が挙げられる。   As described in Patent Document 1, a conventional light-receiving surface electrode includes a metal powder such as silver as a conductor component and an organic vehicle component made of a binder or a solvent, and is in a paste form (slurry or ink form). ) Is formed on the light receiving surface of the solar cell (cell) with a predetermined wiring pattern by screen printing using the material prepared in the above (hereinafter also referred to as “electrode forming paste”). The following Patent Documents 2 to 6 are listed as conventional techniques for forming such a linear electrode in a predetermined pattern on a semiconductor substrate using a technique such as screen printing.

特開2006−341547号公報JP 2006-341547 A 特開2004−355862号公報JP 2004-355862 A 特開2004−234900号公報JP 2004-234900 A 特開2006−302962号公報JP 2006-302962 A 特開2006−324590号公報JP 2006-324590 A 特開2009−283362号公報JP 2009-283362 A

従来のペースト材料を用いて行うスクリーン印刷では、例えば線幅(ライン幅)が60μm以下のような微細な集電用(グリッド)電極を所定のパターンで形成することが困難であった。例えば、一般的なスクリーンマスク(スクリーンメッシュ)を用いてスクリーン印刷を行った場合、メッシュの交点で断線をする虞があり好ましくない。かかる断線のリスクを回避すべく、メタルマスクを採用して受光用電極をスクリーン印刷して配線することが挙げられる。メタルマスクは、当該マスクの開口部にメッシュが存在しないために電極形成用ペースト材料が通過するときの抵抗が小さく、詰まりも少ないため、断線発生を防止することができる。また一般的なスクリーンマスク(スクリーンメッシュ)を使用するよりメタルマスクを使用することで、電極形成用ペースト材料の吐出量が増大するため電極の厚み(膜厚)も増大し、より高アスペクト比の微細な線状電極を形成できることが期待される。   In screen printing performed using a conventional paste material, it is difficult to form a fine current collecting (grid) electrode having a predetermined pattern, for example, having a line width (line width) of 60 μm or less. For example, when screen printing is performed using a general screen mask (screen mesh), there is a possibility of disconnection at the intersection of meshes, which is not preferable. In order to avoid the risk of such disconnection, it is possible to adopt a metal mask and screen-print the light receiving electrode for wiring. Since the metal mask does not have a mesh in the opening of the mask, the resistance when the electrode forming paste material passes is small and clogging is small, so that the occurrence of disconnection can be prevented. Also, by using a metal mask rather than using a general screen mask (screen mesh), the discharge amount of the electrode forming paste material increases, so the electrode thickness (film thickness) also increases, and a higher aspect ratio. It is expected that a fine linear electrode can be formed.

しかしながら、メタルマスクを使用した場合には、電極形成用ペーストの吐出量が増大するが故、従来の電極形成用ペーストをそのまま工夫なく使用すると、所望する線幅を超えて大きく広がった電極が形成される虞があり好ましくない。
そこで本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、太陽電池の受光面電極のファインライン化と高アスペクト比を実現するのに好適な方法と該方法に用いられる材料を提供することである。また、該方法と材料の採用により微細な受光面電極が半導体基板上に形成された太陽電池(ソーラーセル)とその製法を提供することを他の目的とする。
However, when a metal mask is used, the discharge amount of the electrode forming paste increases. Therefore, if the conventional electrode forming paste is used as it is, an electrode that greatly extends beyond the desired line width is formed. This is not preferable.
Therefore, the present invention has been made in view of such conventional problems, and the main purpose thereof is a method suitable for realizing a fine line and a high aspect ratio of a light-receiving surface electrode of a solar cell and the method. It is to provide the material used. Another object of the present invention is to provide a solar cell (solar cell) in which a fine light-receiving surface electrode is formed on a semiconductor substrate by using the method and material, and a method for manufacturing the solar cell.

上記の目的を実現するべく、本発明によって、太陽電池の受光面に線状電極(受光面電極)を形成するための好適なペースト材料が提供される。
即ち、本発明によって提供される、太陽電池の受光面に線状電極を形成するためのペーストは、
導電性粉末と、該粉末を分散させる有機ビヒクル成分とを含み、
回転速度:20rpmのときの粘度が200〜400Pa・sであり、且つ、
回転速度:5rpmのときの粘度:ηと回転速度:50rpmのときの粘度:η50との粘度比:η/η50が5.5〜7.5の範囲にあることを特徴とする電極形成用ペーストである。
ここで上記粘度は、市販の回転粘度計により測定され得る粘度である。例えば、当該分野で標準的なブルックフィールド社製の回転粘度計(ブルックフィールド回転粘度計)を使用することにより、上記のような回転速度域の条件(例えば4番スピンドルを使用する。)で容易に粘度を測定し、上記粘度比を算出することができる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a suitable paste material for forming a linear electrode (light receiving surface electrode) on the light receiving surface of a solar cell.
That is, the paste for forming the linear electrode on the light receiving surface of the solar cell provided by the present invention is:
Comprising a conductive powder and an organic vehicle component in which the powder is dispersed;
Rotational speed: the viscosity at 20 rpm is 200 to 400 Pa · s, and
Rotational speed: Viscosity at 5 rpm: η 5 and Viscosity at rotational speed: 50 rpm: η 50 Viscosity ratio: η 5 / η 50 is in the range of 5.5 to 7.5 This is an electrode forming paste.
Here, the viscosity is a viscosity that can be measured by a commercially available rotational viscometer. For example, by using a rotational viscometer (Brookfield rotational viscometer) manufactured by Brookfield, which is standard in the field, the above conditions of the rotational speed range (for example, a No. 4 spindle is used) are easy. The viscosity ratio can be calculated by measuring the viscosity.

ここで開示される上記構成の電極形成用ペーストは、上記のとおりの粘度特性を有する結果、特にスクリーン印刷法の採用によって太陽電池のセルを構成する半導体基板の受光面にスクリーン印刷用のマスクを介して付与(供給)される際には、比較的高いずり速度下で良好な流動性を示して当該マスク(種々の材質から成るスクリーンマスクやメタルマスク)からのペーストの「抜け」がよい。このため、断線(即ち供給不良部位)の発生を防止することができる。また、スクリーン印刷法を実行して種々のマスクを介して所定のパターンで印刷された後(即ち受光面に塗布された後のずり速度が極めて低くなった状態)では、良好な粘性(形状維持性能)を示してライン幅の好ましくない拡がりを防止することができる。即ち、焼成するまでの間に受光面に塗布された配線パターンの形状が滲みにくいので、形状精度のよい電極パターンを形成し得る。
従って、上記構成のペースト材料によると、所望のアスペクト比の細線状の受光面電極を形成することができる。換言すれば、受光面に形成される線状電極のさらなるファインライン化を実現し、セル受光面の単位面積あたりの出力向上を図ることができる。
As a result of having the viscosity characteristics as described above, the electrode forming paste disclosed here has a mask for screen printing on the light-receiving surface of the semiconductor substrate constituting the cells of the solar cell, particularly by adopting the screen printing method. When being applied (supplied), the paste exhibits good fluidity at a relatively high shear rate, and the “slipping” of the paste from the mask (screen mask or metal mask made of various materials) is good. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of disconnection (that is, supply failure site). In addition, after the screen printing method is performed and a predetermined pattern is printed through various masks (that is, the shear rate after application to the light receiving surface is extremely low), the viscosity is good (maintaining the shape). Performance) and an undesired expansion of the line width can be prevented. That is, since the shape of the wiring pattern applied to the light receiving surface before baking is difficult to spread, an electrode pattern with good shape accuracy can be formed.
Therefore, according to the paste material having the above-described configuration, it is possible to form a thin light-receiving surface electrode having a desired aspect ratio. In other words, it is possible to achieve further fine line formation of the linear electrodes formed on the light receiving surface, and to improve the output per unit area of the cell light receiving surface.

なお、本発明に関して「スクリーン印刷」とは、目的のパターン(即ち受光面に形成したい配線パターン)に対応するパターンで開口部が形成されたマスクの当該開口部を介して目的のパターンに電極形成用ペーストを受光面に付与(供給)する印刷技法をいう用語であり、使用するマスクの材質に限定されない。種々の合成樹脂製(例えばポリエステル製)のスクリーンマスク(メッシュ)、金属製のスクリーンメッシュ(例えばステンレスメッシュ)、エッチングやレーザ加工により金属材を加工して開口部を形成したメタルマスク、等のマスクを使用する印刷(パターニング)は、何れも本明細書における「スクリーン印刷」に包含される配線パターン形成技術である。   In the present invention, “screen printing” refers to the formation of an electrode in a target pattern through the opening of the mask in which the opening is formed in a pattern corresponding to the target pattern (that is, a wiring pattern to be formed on the light receiving surface). It is a term that refers to a printing technique for applying (supplying) a paste to the light receiving surface, and is not limited to the mask material used. Masks such as screen masks (mesh) made of various synthetic resins (for example, polyester), metal screen meshes (for example, stainless steel mesh), metal masks in which openings are formed by processing metal materials by etching or laser processing, etc. The printing (patterning) using is a wiring pattern forming technique included in “screen printing” in the present specification.

ここで開示される電極形成用ペーストの好ましい一態様は、上記粘度比:η/η50が6〜7の範囲にある。
このような特徴を備えるペースト材料によると、スクリーン印刷により半導体基板の受光面に受光面電極を形成するのに好適な粘度特性を示す。従って、より好適に所定の配線パターンで所望のアスペクト比の細線状の受光面電極(特に集電用のグリッド電極)を形成することができる。
In a preferred embodiment of the electrode forming paste disclosed herein, the viscosity ratio: η 5 / η 50 is in the range of 6-7.
According to the paste material having such characteristics, viscosity characteristics suitable for forming the light receiving surface electrode on the light receiving surface of the semiconductor substrate by screen printing are exhibited. Therefore, it is possible to more preferably form a thin line-shaped light-receiving surface electrode (particularly a grid electrode for current collection) having a desired aspect ratio with a predetermined wiring pattern.

ここで開示される電極形成用ペーストの好ましい他の一態様は、上記導電性粉末として平均粒子経:1〜3μmの金属粉末(典型的には銀粉末)をペースト全体の80〜90質量%の割合で含有し、有機ビヒクル成分をペースト全体の10〜20質量%の割合で含有する。
このような特徴を備えるペースト材料によると、上記のような良好な粘度特性を備えるとともに、導電性の良好な電極(換言すれば高密度な金属製電極)を形成することができる。このため、低抵抗で高出力な太陽電池を製造することができる。
特に、好ましくは、ガラス粉末をペースト全体の5質量%以下の割合で含有する。このような構成によると、基板との密着性が向上し、より機械的強度に優れる電極を受光面に形成することができる。
In another preferred embodiment of the electrode forming paste disclosed herein, a metal powder (typically silver powder) having an average particle size of 1 to 3 μm as the conductive powder is 80 to 90% by mass of the entire paste. The organic vehicle component is contained in a proportion of 10 to 20% by mass of the whole paste.
According to the paste material having such characteristics, it is possible to form an electrode having good viscosity characteristics as described above and having good conductivity (in other words, a high-density metal electrode). For this reason, a low resistance and high output solar cell can be manufactured.
Particularly preferably, the glass powder is contained in a proportion of 5% by mass or less of the entire paste. According to such a structure, the adhesiveness with a board | substrate improves and the electrode which is more excellent in mechanical strength can be formed in a light-receiving surface.

また、本発明は、ここで開示されるいずれかの電極形成用ペーストを使用して太陽電池のセル(基板)の受光面に電極を形成する方法と、該電極を形成することを一工程として包含する太陽電池の製造方法を提供する。
即ち、ここで開示される製造方法は、半導体基板と該基板の受光面に形成された所定パターンの線状の受光面電極とを備える太陽電池を製造する方法であって、
導電性粉末と該粉末を分散させる有機ビヒクル成分とを含み、
回転速度:20rpmのときの粘度が200〜400Pa・sであり、且つ、
回転速度:5rpmのときの粘度:ηと回転速度:50rpmのときの粘度:η50との粘度比:η/η50が5.5〜7.5の範囲にあることを特徴とする電極形成用ペーストを用意すること、および、
該ペーストをスクリーン印刷により上記受光面に所定パターンで塗布し、焼成することによって該所定パターンの受光面電極を形成すること、
を包含する。
Further, the present invention provides a method of forming an electrode on a light receiving surface of a cell (substrate) of a solar cell using any of the electrode forming pastes disclosed herein, and forming the electrode as one step. A method of manufacturing a solar cell is provided.
That is, the manufacturing method disclosed here is a method of manufacturing a solar cell including a semiconductor substrate and a linear light receiving surface electrode of a predetermined pattern formed on the light receiving surface of the substrate,
Comprising an electrically conductive powder and an organic vehicle component in which the powder is dispersed;
Rotational speed: the viscosity at 20 rpm is 200 to 400 Pa · s, and
Rotational speed: Viscosity at 5 rpm: η 5 and Viscosity at rotational speed: 50 rpm: η 50 Viscosity ratio: η 5 / η 50 is in the range of 5.5 to 7.5 Preparing an electrode forming paste; and
Applying the paste in a predetermined pattern to the light receiving surface by screen printing and baking to form a light receiving surface electrode of the predetermined pattern;
Is included.

かかる製造方法によると、上記構成のペースト材料を用いてスクリーン印刷を実施することにより、所望のアスペクト比の細線状の受光面電極を半導体基板上に精度よく形成することができる。即ち、受光面電極のファインライン化を実現して太陽電池のセル(受光面)の単位面積あたりの受光面積を拡大させ、セル受光面の単位面積あたりの出力向上を図ることができる。従って、本製造方法によると、高出力の太陽電池を提供することができる。   According to this manufacturing method, by performing screen printing using the paste material having the above-described configuration, it is possible to accurately form a thin light-receiving surface electrode having a desired aspect ratio on a semiconductor substrate. That is, it is possible to realize a fine line of the light receiving surface electrode to expand the light receiving area per unit area of the solar cell (light receiving surface), and to improve the output per unit area of the cell light receiving surface. Therefore, according to this manufacturing method, a high output solar cell can be provided.

ここで開示される製造方法の好ましい一態様では、上記ペーストの粘度比:η/η50が6〜7の範囲にある。
このような特徴を備えるペースト材料を用いて受光面電極を形成することにより、より好適に所定の配線パターンで所望のアスペクト比の細線状の受光面電極(特に集電用のグリッド電極)を備える高出力な太陽電池を製造することができる。
In a preferred embodiment of the production method disclosed herein, the viscosity ratio: η 5 / η 50 of the paste is in the range of 6-7.
By forming the light-receiving surface electrode using a paste material having such characteristics, it is more preferable to provide a thin-line light-receiving surface electrode (especially a grid electrode for current collection) having a desired aspect ratio with a predetermined wiring pattern. A high output solar cell can be manufactured.

ここで開示される製造方法の好ましい他の一態様では、上記ペーストは、上記導電性粉末として平均粒子経:1〜3μmの金属粉末(典型的には銀粉末)をペースト全体の80〜90質量%の割合で含有し、有機ビヒクル成分をペースト全体の10〜20質量%の割合で含有する。
このような特徴を備えるペースト材料を用いて受光面電極を形成することにより、導電性の良好な電極(換言すれば高密度な金属製電極)を備え、低抵抗で高出力な太陽電池を製造することができる。
好ましくは、使用するペーストはガラス粉末を例えばペースト全体の5質量%以下の割合で含有する。このような構成によると、基板との密着性が向上し、より機械的強度に優れる電極を受光面に備えた太陽電池を製造することができる。
In another preferred embodiment of the production method disclosed herein, the paste comprises a metal powder (typically silver powder) having an average particle size of 1 to 3 μm as the conductive powder, and 80 to 90 mass of the entire paste. %, And the organic vehicle component is contained at a ratio of 10 to 20% by mass of the entire paste.
By forming the light-receiving surface electrode using a paste material with such characteristics, a low-resistance, high-output solar cell is manufactured that has an electrode with good conductivity (in other words, a high-density metal electrode). can do.
Preferably, the paste used contains glass powder in a proportion of, for example, 5% by mass or less of the total paste. According to such a structure, the solar cell which improved the adhesiveness with a board | substrate and was equipped with the electrode which is more excellent in mechanical strength in the light-receiving surface can be manufactured.

また、ここで開示される製造方法の好ましい他の一態様では、上記ペーストの受光面への塗布は、所定パターンに対応する開口部を備えたメタルマスクを用いるスクリーン印刷により行われる。
メッシュのような交点が無いメタルマスクを使用することにより、より好適に高アスペクト比の電極を形成することができる。また、メッシュの交点のようなペースト流動に対する抵抗がなくマスク開口部から受光面へのペースト移動が過剰となりやすいメタルマスクを用いても、ここで開示される電極形成用ペーストは上記の粘度特性を有するため、当該メタルマスクの開口部からの受光面への過剰なペースト移動を抑え(ひいては線幅の過大な拡がりを抑え)、所望する線幅を維持することができる。
In another preferred embodiment of the manufacturing method disclosed herein, the paste is applied to the light receiving surface by screen printing using a metal mask having openings corresponding to a predetermined pattern.
By using a metal mask having no intersection such as a mesh, an electrode with a high aspect ratio can be more suitably formed. Moreover, even if a metal mask that has no resistance to paste flow such as the intersection of meshes and the paste movement from the mask opening to the light receiving surface tends to be excessive, the electrode forming paste disclosed here has the above-mentioned viscosity characteristics. Therefore, excessive paste movement from the opening of the metal mask to the light receiving surface can be suppressed (as a result, excessive extension of the line width can be suppressed), and the desired line width can be maintained.

さらに好ましい態様の製造方法では、上記スクリーン印刷は、
上記基板の受光面に上記メタルマスクを配置すること、
上記配置したメタルマスクの表面上にペーストを供給すること、
上記ペーストが供給された上記メタルマスクの表面上を100〜300mm/秒の移動速度でスキージを移動させることにより、該メタルマスクの上記開口部に該ペーストを充填すること、
を包含する。
かかる構成の製造方法によると、スムーズなスキージの移動で効率よく正確なサイズ(線幅)の受光面電極を形成し、高性能な太陽電池を効率よく製造することができる。
In a more preferable aspect of the manufacturing method, the screen printing is performed as follows.
Disposing the metal mask on the light receiving surface of the substrate;
Supplying a paste on the surface of the metal mask arranged above,
Filling the opening in the metal mask with the paste by moving a squeegee at a moving speed of 100 to 300 mm / sec on the surface of the metal mask supplied with the paste;
Is included.
According to the manufacturing method having such a configuration, a light receiving surface electrode having an accurate size (line width) can be efficiently formed by smooth movement of the squeegee, and a high-performance solar cell can be efficiently manufactured.

ここで開示される電極形成用ペーストを採用するスクリーン印刷を実施することにより、例えば線幅が70μm以下(より好ましくは65μm以下、特には60μm以下)であって厚みが少なくとも20μm(より好ましくは少なくとも25μm)であるような所定パターンの集電用電極を基板の受光面に形成することができる。従って、ここで開示される製造方法は、かかる受光面電極のファインライン化と高いアスペクト比を実現した太陽電池を製造するために好ましく採用することができる。   By performing screen printing employing the electrode forming paste disclosed herein, for example, the line width is 70 μm or less (more preferably 65 μm or less, particularly 60 μm or less) and the thickness is at least 20 μm (more preferably at least It is possible to form a current collecting electrode having a predetermined pattern such as 25 μm on the light receiving surface of the substrate. Therefore, the manufacturing method disclosed here can be preferably employed to manufacture a solar cell that achieves a fine line and a high aspect ratio of the light-receiving surface electrode.

太陽電池の構造の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure of a solar cell typically. 太陽電池の受光面に形成された電極のパターンを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the pattern of the electrode formed in the light-receiving surface of a solar cell. 電極形成用ペーストを使用して行う半導体基板の受光面へのスクリーン印刷の好適な一態様を模式的に説明する図であり、(a)はスキージによるマスク開口部へのペースト材料の充填を示す図、(b)はマスク開口部を介して基板の受光面にペースト塗布物が供給されたことを示す図である。It is a figure which illustrates typically the suitable one aspect | mode of the screen printing to the light-receiving surface of the semiconductor substrate performed using the paste for electrode formation, (a) shows filling of the paste material to the mask opening part by a squeegee. FIG. 4B is a diagram showing that the paste coating material is supplied to the light receiving surface of the substrate through the mask opening. 実施例において作製した各ペーストを用いて形成した受光面電極の形成状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the formation state of the light-receiving surface electrode formed using each paste produced in the Example. 実施例において作製した各ペーストの粘度と、該ペーストを用いて形成した受光面電極(グリッド電極)の線幅(μm)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the viscosity of each paste produced in the Example, and the line | wire width (micrometer) of the light-receiving surface electrode (grid electrode) formed using this paste. 実施例において作製した各ペーストの粘度と、該ペーストを用いて形成した受光面電極(グリッド電極)の膜厚(μm)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the viscosity of each paste produced in the Example, and the film thickness (micrometer) of the light-receiving surface electrode (grid electrode) formed using this paste.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している内容以外の技術的事項であって本発明の実施に必要な事項は、従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている技術内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
なお、本明細書中において言及するペースト材料の粘度は、常温において測定された粘度の値を示している。ここで「常温」とは15〜35℃の温度範囲をいい、典型的には20〜30℃の温度範囲(例えば25℃)をいう。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. It should be noted that technical matters other than the contents particularly mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters for those skilled in the art based on the prior art. The present invention can be carried out based on the technical contents disclosed in the present specification and the common general technical knowledge in the field.
In addition, the viscosity of the paste material mentioned in this specification has shown the value of the viscosity measured at normal temperature. Here, “normal temperature” refers to a temperature range of 15 to 35 ° C., and typically refers to a temperature range of 20 to 30 ° C. (for example, 25 ° C.).

ここで開示される電極形成用ペーストは、従来のこの種のペースト材料(導体ペースト)と同様に、導電性粉末と、該粉末を分散させるための有機ビヒクル成分とを主体に構成される材料である。
該ペーストの固形分の主体をなす「導電性粉末」としては、銀(Ag),白金(Pt),パラジウム(Pd),金(Au)等の貴金属の単体およびこれらの合金(Ag−Pd合金、Pt−Pd合金等)、ならびに上記貴金属と他の金属との合金等からなるものが挙げられる。コスト安や電気的抵抗の低さ等の観点から典型的には銀又は銀主体の合金からなる粉末(以下「Ag粉末」という。)が特に好ましく用いられる。
The electrode forming paste disclosed here is a material mainly composed of conductive powder and an organic vehicle component for dispersing the powder, as in the conventional paste material of this type (conductor paste). is there.
As the “conductive powder” that is the main component of the solid content of the paste, a simple substance of a noble metal such as silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), gold (Au) or an alloy thereof (Ag—Pd alloy) , Pt—Pd alloys, etc.), and alloys of the above precious metals and other metals. From the viewpoint of low cost and low electrical resistance, typically, a powder made of silver or a silver-based alloy (hereinafter referred to as “Ag powder”) is particularly preferably used.

Ag粉末その他の導電性粉末としては、レーザ回折法(光散乱法)に基づく平均粒子径が5μm以下のものが適当であり、平均粒子径が3μm以下(典型的には1〜3μm、例えば1〜2μm)のものが好ましく用いられる。
導電性粉末を構成する粒子の形状は特に限定されないが、典型的には、球状、麟片状、円錐状、棒状のもの等を好適に使用することができる。充填性がよく緻密な受光面電極を形成しやすい等の理由から、球状若しくは鱗片状の粒子を用いることが好ましい。使用する導電性粉末としては、粒度分布のシャープな(狭い)ものが好ましい。例えば、粒子径10μm以上の粒子を実質的に含まないような粒度分布のシャープな導電性粉末が好ましく用いられる。この指標としてレーザー回折法に基づく粒度分布における累積体積10%時の粒径(D10)と累積体積90%時の粒径(D90)との比(D10/D90)が採用できる。粉末を構成する粒径が全て等しい場合はD10/D90の値は1となり、逆に粒度分布が広くなる程このD10/D90の値は0に近づくことになる。D10/D90の値が0.2以上(例えば0.2〜0.5)であるような比較的狭い粒度分布の粉末の使用が好ましい。
このような平均粒子径及び粒子形状を有する導電性粉末を用いたペーストは、導電性粉末の充填性がよく、緻密な電極を形成し得る。このことは、受光面上に細かい配線パターンを形状精度よく形成するにあたって有利である。
As the Ag powder and other conductive powders, those having an average particle diameter of 5 μm or less based on a laser diffraction method (light scattering method) are suitable, and the average particle diameter is 3 μm or less (typically 1 to 3 μm, for example, 1 ˜2 μm) is preferably used.
The shape of the particles constituting the conductive powder is not particularly limited, but typically, a spherical shape, a scaly shape, a conical shape, a rod shape, or the like can be preferably used. Spherical or scaly particles are preferably used for reasons such as easy formation of a dense light-receiving surface electrode with good fillability. As the conductive powder to be used, those having a sharp (narrow) particle size distribution are preferable. For example, a conductive powder having a sharp particle size distribution that does not substantially contain particles having a particle diameter of 10 μm or more is preferably used. As this index, the ratio (D10 / D90) of the particle size (D10) when the cumulative volume is 10% and the particle size (D90) when the cumulative volume is 90% in the particle size distribution based on the laser diffraction method can be adopted. When all the particle sizes constituting the powder are equal, the value of D10 / D90 is 1, and conversely, the value of D10 / D90 approaches 0 as the particle size distribution becomes wider. It is preferable to use a powder having a relatively narrow particle size distribution such that the value of D10 / D90 is 0.2 or more (for example, 0.2 to 0.5).
The paste using the conductive powder having such an average particle diameter and particle shape has a good filling property of the conductive powder and can form a dense electrode. This is advantageous in forming a fine wiring pattern on the light receiving surface with high shape accuracy.

このようなAg粉末等の導電性粉末を製造する方法は特に限定されない。例えば、周知の湿式還元法、気相反応法、ガス還元法等によって製造された導電性粉末(典型的にはAg粉末)を必要に応じて分級して用いることができる。かかる分級は、例えば、遠心分離法を利用した分級機器等を用いて実施することができる。   The method for producing such conductive powder such as Ag powder is not particularly limited. For example, conductive powder (typically Ag powder) produced by a known wet reduction method, gas phase reaction method, gas reduction method or the like can be classified and used as necessary. Such classification can be performed using, for example, a classification device using a centrifugal separation method.

一方、上記導電性粉末を分散させる「有機ビヒクル成分」としては、従来のこの種のペースト材料に用いられているものを特に制限なく使用することができる。典型的には、ビヒクルは、種々の組成の有機バインダと有機溶剤とから構成される。
有機バインダとしては、例えば、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース系高分子、ポリブチルメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等をベースとする有機バインダが好適に用いられる。特にセルロース系高分子(例えばエチルセルロース)が好ましく、特に良好なスクリーン印刷を行うことができる粘度特性を実現することができる。
On the other hand, as the “organic vehicle component” in which the conductive powder is dispersed, those conventionally used in this type of paste material can be used without any particular limitation. Typically, the vehicle is composed of organic binders and organic solvents of various compositions.
Examples of the organic binder include cellulose polymers such as ethyl cellulose and hydroxyethyl cellulose, acrylic resins such as polybutyl methacrylate, polymethyl methacrylate, and polyethyl methacrylate, epoxy resins, phenol resins, alkyd resins, polyvinyl alcohol, and polyvinyl butyral. An organic binder based on is preferably used. In particular, a cellulosic polymer (for example, ethyl cellulose) is preferable, and a viscosity characteristic capable of performing particularly good screen printing can be realized.

また、有機溶剤としては、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート(BCA:ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート)等のエステル系溶剤、ブチルカルビトール(BC:ジエチレングリコールモノブチルエーテル)等のエーテル系溶剤、エチレングリコールおよびジエチレングリコール誘導体、トルエン、キシレン、ミネラルスピリット、ターピネオール、メンタノール等の有機溶媒が好適に用いられる。
有機ビヒクルを構成する溶媒として好ましいものは、沸点が凡そ200℃以上(典型的にはほぼ200〜260℃)の有機溶媒である。沸点が凡そ230℃以上(典型的にはほぼ230〜260℃)の有機溶媒がより好ましく用いられる。特に好ましい溶剤成分として、ブチルカルビトール(BC)、ブチルカルビトールアセテート(BCA)、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート等が挙げられる。
Organic solvents include ester solvents such as butyl cellosolve acetate and butyl carbitol acetate (BCA: diethylene glycol monobutyl ether acetate), ether solvents such as butyl carbitol (BC: diethylene glycol monobutyl ether), ethylene glycol and diethylene glycol derivatives Organic solvents such as toluene, xylene, mineral spirit, terpineol and mentanol are preferably used.
A preferable solvent constituting the organic vehicle is an organic solvent having a boiling point of about 200 ° C. or higher (typically about 200 to 260 ° C.). An organic solvent having a boiling point of about 230 ° C. or higher (typically about 230 to 260 ° C.) is more preferably used. Particularly preferred solvent components include butyl carbitol (BC), butyl carbitol acetate (BCA), 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate and the like.

ペースト全体に占める導電性粉末の含有割合は、ペースト全体を100質量%としたときの凡そ80質量%以上(典型的には80〜90質量%)とすることが適当であり、例えば85質量%程度とすることが好ましい。導電性粉末の含有割合を高くすることは、形状精度がよく緻密な電極のパターンを形成するという観点から好ましい。一方、この含有割合が高すぎると、ペーストの取扱性やスクリーン印刷に対する適性等が低下することがあるため好ましくない。
また、上記有機ビヒクルの含有割合は、ペースト全体を100質量%としたときの5〜20質量%となる量が適当であり、10〜20質量%(特に10〜15質量%)となる量が好ましい。
また、有機ビヒクル成分のうち有機バインダは、導電性粉末100質量部に対して15質量部以下(典型的には1〜10質量部)の割合で含有されることが好ましい。特に好ましくは、導電性粉末100質量部に対して5〜10質量部の割合で含有される。
なお、各成分の含有率に係る上記数値範囲は厳密に解釈すべきでなく、本発明の目的を達成し得る限りにおいて、かかる範囲からの若干の逸脱を許容するものである。
The content of the conductive powder in the entire paste is suitably about 80% by mass or more (typically 80 to 90% by mass) when the entire paste is 100% by mass, for example, 85% by mass. It is preferable to set the degree. Increasing the content of the conductive powder is preferable from the viewpoint of forming a dense electrode pattern with good shape accuracy. On the other hand, if the content is too high, the handleability of the paste, the suitability for screen printing, and the like may decrease, which is not preferable.
Further, the content of the organic vehicle is suitably 5 to 20% by mass when the total paste is 100% by mass, and 10 to 20% by mass (particularly 10 to 15% by mass). preferable.
Moreover, it is preferable that an organic binder is contained in the ratio of 15 mass parts or less (typically 1-10 mass parts) with respect to 100 mass parts of electroconductive powder among organic vehicle components. Particularly preferably, it is contained at a ratio of 5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive powder.
In addition, the said numerical range regarding the content rate of each component should not be interpreted exactly | strictly, As long as the objective of this invention can be achieved, slight deviation from this range is accept | permitted.

上記主体となる導電性粉末ならびに有機ビヒクル成分の他、本発明の目的を達成し得る限りにおいて、種々の無機添加剤及び/又は有機添加剤を含ませることができる。無機添加剤の好適例として、ガラス粉末その他のセラミック粉末(ZnO、Al、SiO等)、その他種々のフィラーが挙げられる。このなかでもセラミック粉末、特にガラス粉末(ガラスフリット)の添加が好ましい。典型的には、この種の粉末(フィラー)の平均粒子経は、導電性粉末と同等かそれ以下に調整される。例えばレーザ回折法(光散乱法)に基づく平均粒子径が3μm以下、好適には2μm以下、典型的には平均粒子径が0.1〜2μm程度のガラス粉末その他の粉末(フィラー)を用いることができる。 In addition to the main conductive powder and organic vehicle component, various inorganic and / or organic additives can be included as long as the object of the present invention can be achieved. Preferable examples of the inorganic additive, glass powder and other ceramic powder (ZnO 2, Al 2 O 3 , SiO 2 , etc.), other various fillers and the like. Among these, addition of ceramic powder, particularly glass powder (glass frit) is preferable. Typically, the average particle size of this type of powder (filler) is adjusted to be equal to or less than that of the conductive powder. For example, glass powder or other powder (filler) having an average particle size of 3 μm or less, preferably 2 μm or less, typically about 0.1 to 2 μm based on a laser diffraction method (light scattering method) is used. Can do.

添加されるガラス成分としては、通常の非晶質のほか結晶質ガラスであってもよい。具体例として、ケイ酸鉛ガラス、アルミノケイ酸鉛ガラス、ホウケイ酸鉛ガラス、アルミノホウケイ酸鉛ガラス等の、鉛、ホウ素、ケイ素等の酸化物を含有するものが挙げられる。ガラス軟化点は特に限定されないが、300〜600℃程度(例えば400〜500℃)であることが好ましい。このようなガラス粉末を添加すると、ペース塗布物が焼成された際、ガラス成分が基板(典型的にはシリコン基板)と溶着することにより電極との密着性に優れた電極を形成することができる。
なお、ガラス粉末その他のセラミック粉末の含有割合は、ペースト全体を100質量%としたときの10質量%以下が適当であり、典型的には5質量%以下(例えば1〜5質量%程度)である。
The glass component to be added may be a normal amorphous or crystalline glass. Specific examples include those containing oxides such as lead, boron and silicon, such as lead silicate glass, lead aluminosilicate glass, lead borosilicate glass and lead aluminoborosilicate glass. Although a glass softening point is not specifically limited, It is preferable that it is about 300-600 degreeC (for example, 400-500 degreeC). When such a glass powder is added, an electrode having excellent adhesion to the electrode can be formed by welding the glass component to a substrate (typically a silicon substrate) when the pace coating material is baked. .
The content ratio of the glass powder and other ceramic powder is suitably 10% by mass or less when the entire paste is 100% by mass, and typically 5% by mass or less (eg, about 1 to 5% by mass). is there.

ここで開示される電極形成用ペーストには、上記の成分の他、必要に応じて種々の添加成分を加えることができる。例えば、界面活性剤、消泡剤、酸化防止剤、分散剤、重合禁止剤等の添加剤が挙げられる。   In addition to the above components, various additive components can be added to the electrode forming paste disclosed herein as necessary. Examples thereof include additives such as surfactants, antifoaming agents, antioxidants, dispersants, polymerization inhibitors.

ここで開示される太陽電池製造方法に好適に使用される本発明の電極形成用ペーストは、回転速度:20rpmのときの粘度(以下「η20」)が200〜400Pa・sであり、且つ、回転速度:5rpmのときの粘度:ηと回転速度:50rpmのときの粘度:η50との粘度比:η/η50が5.5〜7.5の範囲にある。好ましくは、η/η50が6〜7の範囲にある。典型的には、上記粘度は、ブルックフィールド回転粘度計により、適当なスピンドル(例えば4番のスピンドル)を用いて供試ペースト材料を上記いずれかの回転速度条件で回転させて測定した粘度である。
ここで開示される太陽電池製造方法ならびに受光面電極形成方法において使用される電極形成用ペーストは、η20が200〜400Pa・sであるような粘度であることにより、通常のスクリーン印刷を行う際に好適な粘性を示す。以下、詳細に説明する。
The electrode forming paste of the present invention suitably used for the solar cell manufacturing method disclosed herein has a viscosity (hereinafter “η 20 ”) at a rotational speed of 20 rpm of 200 to 400 Pa · s, and Rotational speed: Viscosity at 5 rpm: η 5 and Viscosity at rotational speed: 50 rpm: η 50 Viscosity ratio: η 5 / η 50 is in the range of 5.5 to 7.5. Preferably, η 5 / η 50 is in the range of 6-7. Typically, the viscosity is a viscosity measured by a Brookfield rotational viscometer by rotating the paste material under test at any one of the above rotational speed conditions using an appropriate spindle (for example, No. 4 spindle). .
The electrode forming paste used in the solar cell manufacturing method and the light-receiving surface electrode forming method disclosed herein has a viscosity such that η 20 is 200 to 400 Pa · s, so that when performing normal screen printing. Shows a suitable viscosity. Details will be described below.

回転速度:5rpmにおける粘度:ηが一定であるとした場合、上記回転速度:50rpmにおける粘度η50が低くなるにつれて上記粘度比:η/η50の値は大きくなる。かかる回転速度:50rpm(即ち、ずり速度が回転数5rpmの場合よりも大きい場合)における粘度η50が低くなるということは、ペーストをスクリーン印刷する際のようなずり速度が上昇している場合には種々のスクリーン印刷用マスク(典型的にはメタルマスク)からのペーストの「抜け」即ち流出が良好であるということを示している。特にスクリーン印刷法の採用によって太陽電池のセルを構成する半導体基板の受光面にスクリーン印刷用のマスクを介してペースト材料を付与(供給)する場合(具体的にはスキージを用いてマスクの開口部にペースト材料を充填させるとき)に好ましい粘度特性である。良好な流動性を示して当該マスクからのペーストの「抜け」がよいからである。 When the rotational speed: viscosity at 5 rpm: η 5 is constant, the viscosity ratio: η 5 / η 50 increases as the viscosity η 50 at the rotational speed: 50 rpm decreases. Such a rotational speed: When the viscosity η 50 at 50 rpm (that is, when the shearing speed is larger than that when the rotational speed is 5 rpm) is low, the shearing speed is increased when the paste is screen-printed. Indicates that the paste "spills out" or flows out from various screen printing masks (typically metal masks). In particular, when applying paste material to the light-receiving surface of a semiconductor substrate that constitutes a cell of a solar cell by using a screen printing method via a screen printing mask (specifically, using a squeegee to open the mask opening) Viscosity characteristics that are preferred when the paste material is filled in). This is because the paste exhibits good fluidity and “pull” of the paste from the mask is good.

一方、回転速度:50rpmにおける粘度:η50が一定であるとした場合、上記回転速度:5rpmにおける粘度ηが高くなるにつれて上記粘度比(η/η50)の値は大きくなる。かかる回転速度:5rpm(即ち、ずり速度が回転数50rpmの場合よりも小さい場合)における粘度ηが高くなるということは、基板の受光面に印刷されたペーストが流れ難い(ペーストの垂れが少ない)という観点から好ましい。このことにより、スクリーン印刷法を実行して種々のマスクを介して所定のパターンで基板の受光面に印刷された後(即ち受光面に塗布された後のずり速度が極めて低くなった状態)では、良好な粘性(形状維持性能)を示してライン幅の好ましくない拡がりを防止することができる。
即ち、焼成するまでの間に受光面に塗布された配線パターンの形状が滲みにくいので、形状精度のよい電極パターンを形成することができる。なお、上記粘度比(η5/η50)の値が大きすぎると、ペーストのレベリング性が全般に低下傾向となるため好ましくない。
On the other hand, the rotational speed: viscosity at 50 rpm: If eta 50 is constant, the rotational speed: The value of the viscosity ratio as the viscosity eta 5 increases (η 5 / η 50) at 5rpm increases. Such a rotational speed: The viscosity η5 at 5 rpm (that is, when the shearing speed is smaller than that when the rotational speed is 50 rpm) is high, which means that the paste printed on the light-receiving surface of the substrate is difficult to flow (the paste dripping is small). ) From the viewpoint. As a result, after the screen printing method is executed and printed on the light receiving surface of the substrate in a predetermined pattern through various masks (that is, the shear rate after being applied to the light receiving surface is extremely low). , Good viscosity (shape maintaining performance) can be exhibited, and undesired expansion of the line width can be prevented.
That is, since the shape of the wiring pattern applied to the light receiving surface before baking is difficult to spread, an electrode pattern with high shape accuracy can be formed. In addition, when the value of the viscosity ratio (η5 / η50) is too large, the leveling property of the paste generally tends to decrease, which is not preferable.

かかる粘度(η、η20、η50)及び/又は粘度比(η/η50)は、例えば、ペーストに含まれる導電性粉末の含有割合、当該導電性粉末の平均粒子径や導電性粉末の粒度分布等によっても調整することができるが、好ましくは、上述した導電性粉末の好適な形状(外形ならびに平均粒子径や粒度分布)を維持しつつ、有機ビヒクルを構成する溶剤の種類、有機バインダの種類およびこれらの含有割合等を調整することにより設定することができる。 Such viscosity (η 5 , η 20 , η 50 ) and / or viscosity ratio (η 5 / η 50 ) are, for example, the content ratio of the conductive powder contained in the paste, the average particle diameter or the conductivity of the conductive powder. Although it can be adjusted by the particle size distribution of the powder, etc., preferably the kind of the solvent constituting the organic vehicle while maintaining the above-described suitable shape (outer shape and average particle size and particle size distribution) of the conductive powder, It can be set by adjusting the type of organic binder and the content ratio thereof.

ここで開示される電極形成用ペーストは、従来のこの種の導体ペーストと同様、典型的には上記導電性粉末と上記有機ビヒクル成分とを混和することによって調製することができる。このとき、必要に応じて上述したような添加剤(例えばガラス粉末等の無機フィラーや粘度調整剤等の補助成分)を添加・混合するとよい。例えば、三本ロールミルその他の混練機を用いて、上記導電性粉末および各種添加剤を有機ビヒクル成分とともに所定の配合比で混合し、相互に練り合わせることにより、種々の組成の電極形成用ペーストを調製することができる。   The electrode forming paste disclosed here can be prepared typically by mixing the conductive powder and the organic vehicle component as in the case of this type of conventional conductor paste. At this time, an additive as described above (for example, an inorganic filler such as glass powder or an auxiliary component such as a viscosity modifier) may be added and mixed as necessary. For example, by using a three-roll mill or other kneader, the conductive powder and various additives are mixed together with the organic vehicle component at a predetermined blending ratio and kneaded together to obtain pastes for forming electrodes having various compositions. Can be prepared.

次に、ここで開示される電極形成用ペーストを用いて太陽電池用の半導体基板の受光面に線状電極を所定のパターンで形成することを包含する太陽電池製造方法について説明する。なお、太陽電池製造方法に関し、本発明を特徴付ける材料と該材料を使用するプロセス以外については、従来の太陽電池(ソーラーセル)を製造する場合と同様であり、かかる従来と同様の製造プロセスや従来と同様の材料の使用に関する部分については、本発明を特徴付けるものではないため、詳細な説明は省略する。   Next, a solar cell manufacturing method including forming linear electrodes in a predetermined pattern on the light receiving surface of a semiconductor substrate for solar cells using the electrode forming paste disclosed herein will be described. The solar cell manufacturing method is the same as that for manufacturing a conventional solar cell (solar cell) except for the material that characterizes the present invention and the process using the material. The portions related to the use of the same materials as those described above do not characterize the present invention, and thus will not be described in detail.

図1及び図2は、本発明の実施により好適に製造され得る太陽電池(ソーラーセル)10の一例を模式的に図示したものであり、単結晶若しくは多結晶或いはアモルファス型のシリコン(Si)からなるウェハを半導体基板11として利用する所謂シリコン型ソーラーセルである。図1に示すセル10は、一般的な片面受光タイプの太陽電池10である。
具体的には、この種の太陽電池10は、シリコン基板(Siウエハ)11のp−Si層(p型結晶シリコン)18の受光面側にpn接合形成により形成されたn−Si層16を備え、その表面にはCVD等により形成された酸化チタンや窒化シリコンから成る反射防止膜14と、Ag粉末等を含む電極形成用ペーストから形成される受光面電極12,13とを備える。
一方、p−Si層18の裏面側には、受光面電極12と同様に所定のペースト材料(典型的には導電性粉末がAg粉末である導体ペースト)により形成される裏面側外部接続用電極22と、いわゆる裏面電界(BSF;Back Surface Field)効果を奏するアルミニウム電極20とを備える。アルミニウム電極20は、アルミニウム粉末を主体とするアルミニウムペーストを印刷・焼成することによって裏面の略全面に形成される。この焼成時に図示しないAl−Si合金層が形成され、アルミニウムがp−Si層18に拡散してp+層24が形成される。かかるp+層24、即ちBSF層が形成されることによって、光生成されたキャリアが裏面電極近傍で再結合することが防止され、例えば短絡電流や開放電圧(Voc)の向上が実現される。
1 and 2 schematically show an example of a solar cell (solar cell) 10 that can be suitably manufactured by implementing the present invention, and is made of single crystal, polycrystalline, or amorphous silicon (Si). This is a so-called silicon type solar cell that uses the wafer as the semiconductor substrate 11. A cell 10 shown in FIG. 1 is a general single-sided light receiving solar cell 10.
Specifically, this type of solar cell 10 includes an n-Si layer 16 formed by pn junction formation on the light-receiving surface side of a p-Si layer (p-type crystalline silicon) 18 of a silicon substrate (Si wafer) 11. And an antireflection film 14 made of titanium oxide or silicon nitride formed by CVD or the like, and light receiving surface electrodes 12 and 13 made of an electrode forming paste containing Ag powder or the like.
On the other hand, on the back side of the p-Si layer 18, a back side external connection electrode formed of a predetermined paste material (typically a conductive paste in which the conductive powder is Ag powder) in the same manner as the light receiving surface electrode 12. 22 and an aluminum electrode 20 having a so-called back surface field (BSF) effect. The aluminum electrode 20 is formed on substantially the entire back surface by printing and baking an aluminum paste mainly composed of aluminum powder. During this firing, an Al—Si alloy layer (not shown) is formed, and aluminum diffuses into the p-Si layer 18 to form the p + layer 24. By forming the p + layer 24, that is, the BSF layer, the photogenerated carriers are prevented from recombining in the vicinity of the back electrode, and for example, an improvement in short circuit current and open circuit voltage (Voc) is realized.

図2に示すように、太陽電池10のシリコン基板11の受光面11A側には、受光面電極12,13として、数本の相互に平行な直線状のバスバー(接続用)電極12と、該バスバー電極12と交差するように接続する相互に平行な筋状のグリッド(集電用)電極(フィンガー電極ともいう。)13とが形成されている。
グリッド電極13は、受光により生成した光生成キャリア(正孔及び電子)を収集するため多数本形成されている。バスバー電極12はグリッド電極13により収集されたキャリアを集電するための接続用電極である。従って、上述のとおり、かかる受光面11A側に設けられるバスバー電極12とグリッド電極13(特に数の多いグリッド電極13)をできるだけファインライン化することにより、太陽電池10の光電変換効率を高め、高出力化を図ることができる。
As shown in FIG. 2, on the light receiving surface 11A side of the silicon substrate 11 of the solar cell 10, as the light receiving surface electrodes 12, 13, several mutually parallel linear bus bar (connecting) electrodes 12, A grid-like grid (collecting current) electrode (also referred to as a finger electrode) 13 parallel to each other connected so as to intersect the bus bar electrode 12 is formed.
A large number of grid electrodes 13 are formed to collect photogenerated carriers (holes and electrons) generated by light reception. The bus bar electrode 12 is a connection electrode for collecting carriers collected by the grid electrode 13. Therefore, as described above, the bus bar electrode 12 and the grid electrode 13 (particularly the large number of grid electrodes 13) provided on the light receiving surface 11A side are made as fine lines as possible, thereby increasing the photoelectric conversion efficiency of the solar cell 10 and increasing the high efficiency. Output can be achieved.

このような図示される太陽電池10は、大まかにいって、次のようなプロセスを経て製造される。
即ち、適当なシリコンウェハを用意し、熱拡散法やイオンプランテーション等の一般的な技法により所定の不純物をドープして上記p−Si層18やn−Si層16を形成することにより、前記シリコン基板(半導体基板)11を作製する。次いで、例えばスピンコーティング等の技法により窒化シリコン等からなる反射防止膜14を形成する。
さらに、形成した反射防止膜14上に、スクリーン印刷法に基づいて図2に示すような配線パターンで電極形成用ペーストを印刷する。印刷する線幅は特に限定しないが、本発明の電極形成用ペーストを採用することによって、線幅が70μm程度若しくはそれ以下(好ましくは65μm以下、特には60μm以下)のグリッド(集電用)電極となる塗膜を形成する。次いで、適当な温度域(典型的には100〜200℃、例えば130〜150℃程度)で基板を乾燥させる。好適なスクリーン印刷法の内容に関しては後述する。
Such illustrated solar cell 10 is roughly manufactured through the following process.
That is, an appropriate silicon wafer is prepared, and the p-Si layer 18 and the n-Si layer 16 are formed by doping predetermined impurities by a general technique such as a thermal diffusion method or ion plantation. A substrate (semiconductor substrate) 11 is produced. Next, an antireflection film 14 made of silicon nitride or the like is formed by a technique such as spin coating.
Further, an electrode forming paste is printed on the formed antireflection film 14 with a wiring pattern as shown in FIG. 2 based on a screen printing method. Although the line width to be printed is not particularly limited, a grid (collecting current) electrode having a line width of about 70 μm or less (preferably 65 μm or less, particularly 60 μm or less) by adopting the electrode forming paste of the present invention. A coating film is formed. Next, the substrate is dried in an appropriate temperature range (typically 100 to 200 ° C., for example, about 130 to 150 ° C.). The contents of a suitable screen printing method will be described later.

一方、上記シリコン基板11の裏面側に、先ず、受光面電極(典型的にはAg電極)12,13の場合と同様、所定のペースト材料(典型的には導電性粉末がAg粉末である導体ペースト)を用いて所定のパターンにスクリーン印刷し、乾燥することにより、焼成後に裏面側外部接続用電極22(図1参照)となる裏面側導体ペースト塗布物を形成した。次いで、裏面側の全面に、アルミニウム粉末を導体成分とするペーストをスクリーン印刷法等で塗布し、乾燥することによりアルミニウム膜を形成する。
次いで、両面にそれぞれペースト塗布物(乾燥膜状塗布物)が付与されたシリコン基板11を大気雰囲気中で例えば近赤外線高速焼成炉のような焼成炉を用いて、適当な焼成温度(例えば700〜900℃)で焼成する。
かかる焼成によって、受光面電極(典型的にはAg電極)12,13及び裏面側外部接続用電極(典型的にはAg電極)22とともに、焼成アルミニウム電極20が形成され、同時に図示しないAl−Si合金層が形成されアルミニウムがp−Si層18に拡散して上述したp+層(BSF層)24が形成され、太陽電池10が作製される。
なお、上記のように同時焼成する代わりに、例えば受光面側の受光面電極(典型的にはAg電極)12,13を形成するための焼成と、裏面側のアルミニウム電極及び外部接続用電極を形成するための焼成とを別々に実施してもよい。
On the other hand, on the back side of the silicon substrate 11, first, as in the case of the light-receiving surface electrodes (typically Ag electrodes) 12, 13, a predetermined paste material (typically a conductor whose conductive powder is Ag powder). The paste was used to screen-print in a predetermined pattern and dried to form a back-side conductor paste coating that would become the back-side external connection electrode 22 (see FIG. 1) after firing. Next, a paste containing aluminum powder as a conductor component is applied to the entire back surface by a screen printing method or the like, and dried to form an aluminum film.
Next, the silicon substrate 11 to which the paste coating (dried film-like coating) is applied on both surfaces is appropriately fired in an air atmosphere using a firing furnace such as a near-infrared fast firing furnace (for example, 700 to 700). 900 ° C.).
By such firing, a fired aluminum electrode 20 is formed together with the light-receiving surface electrodes (typically Ag electrodes) 12 and 13 and the backside external connection electrode (typically Ag electrode) 22, and at the same time, Al—Si (not shown). The alloy layer is formed and aluminum diffuses into the p-Si layer 18 to form the p + layer (BSF layer) 24 described above, and the solar cell 10 is manufactured.
Instead of simultaneous firing as described above, for example, firing for forming the light-receiving surface electrodes (typically Ag electrodes) 12 and 13 on the light-receiving surface side, and rear surface side aluminum electrodes and external connection electrodes are used. You may implement separately the baking for forming.

ここで開示される太陽電池製造方法において実施される受光面電極の形成プロセスにおいて、所望の組成の電極形成用ペーストを使用してスクリーン印刷する場合、好ましくは、図3の(a)(b)に示すように、エッチング処理やレーザ加工によって正確な形状で配線パターンに対応する開口部51が形成されたメタルマスク50を使用し、一般的なスクリーン印刷を行うとよい。
具体的には、半導体基板(シリコン基板)11の受光面11Aに所定のメタルマスク50を配置し、該配置したメタルマスク50の表面上に所望の組成の電極形成用ペースト70を供給しておく。そして、メタルマスク50の表面上を、好ましくは100〜300mm/秒の移動速度(例えば150〜250mm/秒)で適当な形状のスキージ60を高速移動させることにより、適度なずれ速度(せん断速度)を電極形成用ペースト70に与えることができ、結果、ペーストの流動性が高くなって効率よくメタルマスク50の開口部51にペースト70を充填することができる。
好ましくは、スキージの印圧(スキージにかける圧力)は、スキージ自体の材質や構造によって適宜異なり得るために特に限定はないが、典型的には、0.05〜0.3MPa程度が適当であり、典型的には0.1〜0.2MPa程度である。また、メタルマスク表面とスキージとの間の角度(アタック角度)は、従来よりもやや立たせたほうが好ましく、70〜85度(より好ましくは75〜80度)のアタック角度が特に好ましい。
In the light-receiving surface electrode forming process performed in the solar cell manufacturing method disclosed herein, when screen printing is performed using an electrode forming paste having a desired composition, preferably, (a) and (b) in FIG. As shown in FIG. 5, it is preferable to perform general screen printing using a metal mask 50 in which openings 51 corresponding to the wiring pattern are formed in an accurate shape by etching or laser processing.
Specifically, a predetermined metal mask 50 is arranged on the light receiving surface 11A of the semiconductor substrate (silicon substrate) 11, and an electrode forming paste 70 having a desired composition is supplied onto the surface of the arranged metal mask 50. . Then, by moving the squeegee 60 having an appropriate shape at a high speed on the surface of the metal mask 50, preferably at a movement speed of 100 to 300 mm / second (for example, 150 to 250 mm / second), an appropriate displacement speed (shear speed). Can be applied to the electrode forming paste 70. As a result, the fluidity of the paste is increased, and the opening 70 of the metal mask 50 can be efficiently filled with the paste 70.
Preferably, the printing pressure of the squeegee (pressure applied to the squeegee) is not particularly limited because it can be appropriately changed depending on the material and structure of the squeegee itself, but typically about 0.05 to 0.3 MPa is appropriate. Typically, it is about 0.1 to 0.2 MPa. In addition, the angle between the metal mask surface and the squeegee (attack angle) is preferably slightly higher than the conventional angle, and an attack angle of 70 to 85 degrees (more preferably 75 to 80 degrees) is particularly preferable.

使用するメタルマスク50の開口部51の開口幅は受光面電極のファインライン化を実現し得るサイズが好ましい。例えば、線幅70μm以下のグリッド電極を形成する場合には、そのサイズに対応する開口幅、典型的には60μm以下(例えば30〜60μm)、或いは50μm以下(例えば30〜50μm)のメタルマスクを使用することができる。特に限定するものではないが、例えば目的とするグリッド電極の線幅よりも5〜20%程度狭い開口幅のマスク(例えば線幅60μm程度の電極が目的なら開口幅が48〜57μm程度のマスク)を使用するとよい。また、使用するメタルマスクとしては、グリット電極ライン形成用の開口部とバスバー電極ライン形成用の開口部の両方が形成されているものでも、或いは、グリッド電極ライン用の開口部のみ形成されているものでもよい。グリット電極ライン形成用の開口部のみ形成されているメタルマスクを使用する場合には、バスバー電極は別のスクリーン印刷版を用いて形成することができる。
ここで開示される太陽電池製造方法(即ち該方法に包含されるスクリーン印刷による電極形成方法)によると、例えば、線幅70μm以下(好ましくは65μm以下、特には60μm以下)のグリッド電極13を形成することができる。また、バスバー電極については特に制限はなく、例えば線幅1000〜3000μm程度のバスバー電極を形成することができる。
また、スキージ70の形状はスムーズな移動とペースト70のマスク開口部51への充填を阻害しない限りにおいて特に限定されないが、典型的には厚みが1〜10mm程度の合成樹脂製(例えばポリウレタン製やフッ素樹脂製)の平板状のもの(典型的には硬度60〜80度、特には硬度80度)を好適に使用することができる。
The opening width of the opening 51 of the metal mask 50 to be used is preferably a size that can realize a fine line of the light receiving surface electrode. For example, when a grid electrode having a line width of 70 μm or less is formed, a metal mask having an opening width corresponding to the size, typically 60 μm or less (for example, 30 to 60 μm), or 50 μm or less (for example, 30 to 50 μm) is used. Can be used. Although not particularly limited, for example, a mask having an opening width that is narrower by about 5 to 20% than the line width of the target grid electrode (for example, a mask having an opening width of about 48 to 57 μm if an electrode having a line width of about 60 μm is intended). Should be used. The metal mask to be used may be one in which both an opening for forming a grid electrode line and an opening for forming a bus bar electrode line are formed, or only an opening for a grid electrode line is formed. It may be a thing. When using a metal mask in which only an opening for forming a grid electrode line is used, the bus bar electrode can be formed using another screen printing plate.
According to the solar cell manufacturing method disclosed here (that is, the electrode forming method by screen printing included in the method), for example, the grid electrode 13 having a line width of 70 μm or less (preferably 65 μm or less, particularly 60 μm or less) is formed. can do. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about a bus-bar electrode, For example, a bus-bar electrode with a line | wire width of about 1000-3000 micrometers can be formed.
The shape of the squeegee 70 is not particularly limited as long as it does not hinder smooth movement and filling of the paste 70 into the mask opening 51. Typically, the squeegee 70 is made of a synthetic resin having a thickness of about 1 to 10 mm (for example, made of polyurethane or A flat plate (made of fluororesin) (typically hardness of 60 to 80 degrees, particularly hardness of 80 degrees) can be suitably used.

以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
なお、以下に記載の平均粒子径は、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置(株式会社堀場製作所製品:LA−920)を用いて測定した。
また、粘度は、ブルックフィールド社製の回転粘度計(HBT型 DV III+)により、4番スピンドル(スピンドル「SC−4−14」)を使用し、25℃で各回転速度(5,20,50rpm)で測定した。
Several examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.
The average particle size described below was measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (Horiba, Ltd. product: LA-920).
In addition, the viscosity was measured using a No. 4 spindle (spindle “SC-4-14”) with a rotational viscometer (HBT type DV III +) manufactured by Brookfield, and each rotational speed (5, 20, 50 rpm) at 25 ° C. ).

<電極形成用ペーストの調製>
以下の表1及び表2に示す計17種類のペーストを調製した。
導電性粉末としては、レーザ回折法に基づく平均粒子径が2μmであるAg粉末を用いた。また、有機ビヒクル成分として、エチルセルロースとBCA(ブチルカルビトールアセテート)を使用した。また、ガラスフリットとして、電子材料分野で導体ペースト調製の際によく用いられる一般的なホウケイ酸鉛ガラス粉末(レーザ回折式に基づく平均粒子径:0.5〜1.6μm)を使用した。具体的には、これら材料を表1及び表2に記載のとおりの組成(配合比)となるように混合し、三本ロールミルを用いてよく混練した。これにより表中でサンプル1〜17として示す計17種類の電極形成用ペーストを調製した。
次いで、得られた各ペーストの回転速度5rpm、20rpm及び50rpmにおける粘度:η、η20及びη50を測定し、さらに粘度比η/η50を求めた。各測定値を表中の該当欄に示す。
表中に示す値から明らかなように、有機ビヒクル成分の組成を調整することによって、種々の粘度及び粘度比のペーストが得られた。
<Preparation of electrode forming paste>
A total of 17 types of pastes shown in Tables 1 and 2 below were prepared.
As the conductive powder, Ag powder having an average particle diameter of 2 μm based on the laser diffraction method was used. Moreover, ethyl cellulose and BCA (butyl carbitol acetate) were used as the organic vehicle component. Further, as the glass frit, a general lead borosilicate glass powder (average particle diameter based on laser diffraction formula: 0.5 to 1.6 μm) often used in the preparation of a conductor paste in the electronic material field was used. Specifically, these materials were mixed so as to have a composition (blending ratio) as shown in Tables 1 and 2, and were well kneaded using a three-roll mill. Thus, a total of 17 types of electrode forming pastes shown as samples 1 to 17 in the table were prepared.
Subsequently, the viscosity: η 5 , η 20 and η 50 at the rotational speeds of 5 rpm, 20 rpm and 50 rpm of each of the obtained pastes were measured, and the viscosity ratio η 5 / η 50 was further determined. Each measured value is shown in the corresponding column of the table.
As is apparent from the values shown in the table, pastes having various viscosities and viscosity ratios were obtained by adjusting the composition of the organic vehicle component.

Figure 0005833298
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Figure 0005833298
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<試験用太陽電池(受光面電極)の作製>
上記得られたサンプル1〜17のペーストを受光面電極(即ちグリッド電極とバスバー電極)形成用として用いて、各サンプルに対応する太陽電池を製造した。
即ち、市販の156mm四方(□)太陽電池用p型単結晶シリコン基板(板厚200μm)を用意し、その表面をNaOH水溶液を用いてアルカリエッチング処理した。次いで、上記エッチング処理でテクスチャ構造が形成されたSi基板の受光面にリン含有溶液を塗布し、熱処理を行なうことによって当該Si基板の受光面に厚さが約0.5μmであるn−Si層(n+層)を形成した。次いで、n−Si層上にプラズマCVD(PECVD)法によって厚みが50〜100nm程度の反射防止膜(酸化チタン膜)を形成した。
その後、何れかのサンプルのペーストを用いて上記反射防止膜上に大気雰囲気中、室温条件下でスクリーン印刷法によって受光面電極(Ag電極)となる塗膜を形成した。
<Production of test solar cell (light-receiving surface electrode)>
Using the obtained pastes of Samples 1 to 17 for forming the light-receiving surface electrodes (that is, the grid electrodes and the bus bar electrodes), solar cells corresponding to the respective samples were manufactured.
That is, a commercially available 156 mm square (□) solar cell p-type single crystal silicon substrate (thickness: 200 μm) was prepared, and the surface thereof was subjected to an alkali etching treatment using an aqueous NaOH solution. Next, an n-Si layer having a thickness of about 0.5 μm is formed on the light-receiving surface of the Si substrate by applying a phosphorus-containing solution to the light-receiving surface of the Si substrate on which the texture structure is formed by the etching process and performing heat treatment. (N + layer) was formed. Next, an antireflection film (titanium oxide film) having a thickness of about 50 to 100 nm was formed on the n-Si layer by plasma CVD (PECVD).
Thereafter, a coating film to be a light-receiving surface electrode (Ag electrode) was formed on the antireflection film by a screen printing method in the air at room temperature using the paste of any sample.

具体的には、図2及び後述する図4に示すような2本の相互に平行な直線状バスバー電極と、該バスバー電極に直交するようにして相互に平行に複数本のグリッド電極とからなる配線パターンを受光面にスクリーン印刷にて形成した。目標とするグリッド電極の線幅は60〜65μmに設定した。また、バスバー電極の線幅は2000μmに設定した。
而して、当該配線パターンと各電極の線幅サイズに対応する開口部が形成されたメタルマスクを基板の受光面上に配置し、ペーストを当該マスク上に供給した後、シリコンゴム(若しくはウレタンゴムでもよい。)製のスキージ(硬度80度)をアタック角度80度、印圧0.1MPaでメタルマスクに接触させ、200mm/秒の速度でスキージを高速移動させ、マスクの開口部にペーストを充填して印刷を行った。
上記スクリーン印刷の実施後、基板を150℃で乾燥させ、次いで、基板を焼成し、受光面電極を形成した。具体的には、大気雰囲気中で近赤外線高速焼成炉を用いて焼成温度域700〜800℃で焼成した。
Specifically, it includes two linear bus bar electrodes parallel to each other as shown in FIG. 2 and FIG. 4 described later, and a plurality of grid electrodes parallel to each other so as to be orthogonal to the bus bar electrodes. A wiring pattern was formed on the light receiving surface by screen printing. The line width of the target grid electrode was set to 60 to 65 μm. The line width of the bus bar electrode was set to 2000 μm.
Thus, a metal mask having openings corresponding to the wiring pattern and the line width size of each electrode is disposed on the light receiving surface of the substrate, and after supplying paste onto the mask, silicon rubber (or urethane) Rubber may also be used.) A squeegee made of 80 (hardness) is brought into contact with the metal mask at an attack angle of 80 degrees and a printing pressure of 0.1 MPa, the squeegee is moved at a high speed of 200 mm / second, and the paste is applied to the opening of the mask. Filled and printed.
After the screen printing, the substrate was dried at 150 ° C., and then the substrate was baked to form a light receiving surface electrode. Specifically, firing was performed in a firing temperature range of 700 to 800 ° C. using a near-infrared high-speed firing furnace in an air atmosphere.

<電極形成評価(1)>
上記のようにして試験用基板の受光面上に形成された受光面電極(グリッド電極、バスバー電極)のパターンを光学顕微鏡で観察することにより、形状精度を評価した。パターン観察は、主として(1).ライン(電極)の表面および/または外縁の意図しない凹凸(うねり)の有無およびその程度、(2).ライン上の突起の有無およびその程度、(3).ラインの滲み(ライン潰れ)の有無およびその程度、(4).ラインの断線の有無およびその程度の観点から行った。
観察結果を図4に模式的に示した。なお、図示される基板の下から上方向に上記スクリーン印刷(即ちスキージの移動方向)が行われている。図中の太字の円若しくは楕円は、顕微鏡観察により、ラインに断線や欠陥が認められた部位を示している。
この図から明らかなように、粘度比(η/η50)が3であるペースト若しくは8であるペーストを使用した場合に比較して当該粘度比が5〜7であるペーストを使用した場合には、ラインの欠陥が顕著に低減された。特に粘度比が6若しくは7であるペーストを使用して形成したライン(特にグリッド電極)には断線は認められず、僅かな突起や滲みが認められるのみであった。
<Evaluation of electrode formation (1)>
The shape accuracy was evaluated by observing the pattern of the light receiving surface electrode (grid electrode, bus bar electrode) formed on the light receiving surface of the test substrate as described above with an optical microscope. Pattern observation is mainly performed by (1). Presence or absence and unintentional irregularities (swells) on the surface of the line (electrode) and / or the outer edge, and (2). The presence or absence of protrusions on the line and the extent thereof, (3). Presence or absence of line bleeding (line crushing) and its extent, (4). It was performed from the viewpoint of the presence or absence and the degree of disconnection of the line.
The observation results are schematically shown in FIG. The screen printing (that is, the squeegee moving direction) is performed from the bottom to the top of the illustrated substrate. A bold circle or ellipse in the figure indicates a part where a line break or defect is recognized by microscopic observation.
As is apparent from this figure, when the paste having a viscosity ratio (η 5 / η 50 ) of 3 or 8 is used compared to the paste having a viscosity ratio of 5 to 7 The line defects were significantly reduced. In particular, the lines (particularly grid electrodes) formed using the paste having a viscosity ratio of 6 or 7 were not disconnected, and only slight protrusions and bleeding were observed.

<電極形成評価(2)>
次に、試験用基板の受光面上に形成された受光面電極(グリッド電極)の線幅と膜厚を顕微鏡観察(マイクロメータ)により調べ、形成されたグリッド電極の平均線幅(μm)及び平均厚み(膜厚:μm)を表1及び2の該当欄に示すとともに、図5及び図6のグラフに、それぞれ、各ペーストの粘度と該ペーストを用いて形成したグリッド電極の平均線幅(図5)或いは平均膜厚(図6)との関係を示す。
<Electrode formation evaluation (2)>
Next, the line width and film thickness of the light receiving surface electrode (grid electrode) formed on the light receiving surface of the test substrate are examined by microscopic observation (micrometer), and the average line width (μm) of the formed grid electrode and The average thickness (film thickness: μm) is shown in the corresponding column of Tables 1 and 2, and the graphs of FIGS. 5 and 6 show the viscosity of each paste and the average line width of the grid electrode formed using the paste ( FIG. 5) or the relationship with the average film thickness (FIG. 6).

これら表やグラフから明らかなように、粘度比(η/η50)が6〜7であるペーストを使用した場合には、目標の線幅である60〜65μmのグリッド電極を好適に形成し得ることが確認できた。また、膜厚も21μm以上(典型的には23μm以上)を確保しており、高アスペクト比の高精度なグリッド電極が形成されることを示している。
一方、当該粘度比が3であるペーストを使用した場合は、著しく高い線幅(85μm以上)の電極が形成された。このことは、スクリーン印刷された塗布物の受光面上での形状維持が困難であることを示している。また、当該粘度比が5であるペーストを使用した場合も、粘度比3のペーストを使用した場合ほど顕著ではないが、電極の線幅が65μmを上回っており、スクリーン印刷された塗布物の受光面上での形状維持性能がやや劣っていることが示された。逆に、当該粘度比が8であるペーストを使用した場合は、スクリーン印刷時の粘度が高すぎて、メタルマスクの開口部に充分量のペーストが充填されない傾向にあることが認められた。このため、膜厚も相対的に低い傾向にあった。
As is apparent from these tables and graphs, when a paste having a viscosity ratio (η 5 / η 50 ) of 6 to 7 is used, a grid electrode having a target line width of 60 to 65 μm is preferably formed. I was able to confirm it. Further, the film thickness is 21 μm or more (typically 23 μm or more), which indicates that a highly accurate grid electrode with a high aspect ratio is formed.
On the other hand, when the paste having the viscosity ratio of 3 was used, an electrode having a remarkably high line width (85 μm or more) was formed. This indicates that it is difficult to maintain the shape of the screen-printed coating on the light receiving surface. Also, when a paste having a viscosity ratio of 5 is used, the line width of the electrode exceeds 65 μm, but not as marked as when a paste having a viscosity ratio of 3 is used. It was shown that the shape maintenance performance on the surface was slightly inferior. On the contrary, when a paste having a viscosity ratio of 8 was used, it was recognized that the viscosity at the time of screen printing was too high and a sufficient amount of paste was not filled in the opening of the metal mask. For this reason, the film thickness tended to be relatively low.

<電極性能評価>
試験用基板の受光面上に形成された受光面電極(グリッド電極)の電極(導体)としての性能をライン抵抗値(mΩ)で評価した。
具体的には、日置電機株式会社(HIOKI)製のデジタルハイテスタを用いて受光面電極のグリッド電極にテスタのプローブを38mm間隔で接触させ、その値を測定した。測定は相互に異なる計10箇所の位置にて行い、それらの平均値をライン抵抗値(mΩ)とした。
こうして測定したライン抵抗値の平均値(mΩ)を表1及び2の該当欄に示す。表中のライン抵抗値から明らかなように、何れの電極も充分低い抵抗値を示したが、上記粘度比8のペーストを使用した電極の抵抗値は全般に高い値を示した。このことは、スクリーン印刷時の粘度が高すぎてメタルマスクの開口部に充分量のペーストが充填されない結果、ラインに断線等の欠陥が生じたことを反映する。
<Electrode performance evaluation>
The performance of the light receiving surface electrode (grid electrode) formed on the light receiving surface of the test substrate as an electrode (conductor) was evaluated by a line resistance value (mΩ).
Specifically, using a digital high tester manufactured by Hioki Electric Co., Ltd. (HIOKI), the probe of the tester was brought into contact with the grid electrode of the light receiving surface electrode at intervals of 38 mm, and the value was measured. Measurement was performed at a total of 10 positions different from each other, and the average value thereof was taken as the line resistance value (mΩ).
The average value (mΩ) of the line resistance values thus measured is shown in the corresponding columns of Tables 1 and 2. As apparent from the line resistance values in the table, all the electrodes showed sufficiently low resistance values, but the resistance values of the electrodes using the paste having the viscosity ratio of 8 showed generally high values. This reflects that a defect such as disconnection has occurred in the line as a result of the viscosity at the time of screen printing being too high to fill the opening of the metal mask with a sufficient amount of paste.

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible.

10 太陽電池(ソーラーセル)
11 半導体基板(Si基板)
11A 受光面
12 バスバー電極(受光面電極)
13 グリッド電極(受光面電極)
14 反射防止膜
16 n−Si層
18 p−Si層
20 裏面アルミニウム電極
22 裏面側外部接続用電極
24 p+層
50 メタルマスク
51 開口部
60 スキージ
70 電極形成用ペースト
10 Solar cell
11 Semiconductor substrate (Si substrate)
11A Light-receiving surface 12 Bus bar electrode (light-receiving surface electrode)
13 Grid electrode (light-receiving surface electrode)
14 Antireflection film 16 n-Si layer 18 p-Si layer 20 Back surface aluminum electrode 22 Back side external connection electrode 24 p + layer 50 Metal mask 51 Opening 60 Squeegee 70 Electrode forming paste

Claims (4)

半導体基板と該基板の受光面に形成された線幅が70μm以下であって厚みが少なくとも21μmである所定パターンの線状の受光面電極とを備える太陽電池を製造する方法であって、
導電性粉末と該粉末を分散させる有機ビヒクル成分とを含み、回転速度:20rpmのときの粘度が200〜400Pa・sであり、且つ、回転速度:5rpmのときの粘度:ηと回転速度:50rpmのときの粘度:η50との粘度比:η/η50が5.5〜7.5の範囲にあることを特徴とする電極形成用ペーストを用意すること、および、
前記ペーストを1回のスクリーン印刷により前記受光面に前記線幅が70μm以下であって前記厚みが少なくとも21μmである前記所定パターンとなるように塗布し、焼成することによって前記所定パターンの受光面電極を形成すること、
を包含し、
前記ペーストの前記受光面への塗布は、前記所定パターンに対応する開口幅60μm以下の開口部を備えたメタルマスクを用いるスクリーン印刷により行われ
前記スクリーン印刷は、
前記基板の受光面に前記メタルマスクを配置すること、
前記配置したメタルマスクの表面上に前記ペーストを供給すること、
前記ペーストが供給された前記メタルマスクの表面上を100〜300mm/秒の移動速度でスキージを移動させることにより、該メタルマスクの前記開口部に該ペーストを充填すること、
を包含する、製造方法。
A method of manufacturing a solar cell comprising a semiconductor substrate and a linear light-receiving surface electrode of a predetermined pattern having a line width of 70 μm or less and a thickness of at least 21 μm formed on the light-receiving surface of the substrate,
It contains a conductive powder and an organic vehicle component in which the powder is dispersed. The viscosity at a rotational speed of 20 rpm is 200 to 400 Pa · s. The viscosity at a rotational speed of 5 rpm: η 5 and the rotational speed: Viscosity at 50 rpm: Viscosity ratio with η 50 : Preparing an electrode forming paste characterized in that η 5 / η 50 is in the range of 5.5 to 7.5, and
The paste is applied to the light receiving surface by one screen printing so that the line width is 70 μm or less and the thickness is at least 21 μm, and the light receiving surface electrode of the predetermined pattern is baked. Forming,
Including
Application of the paste to the light receiving surface is performed by screen printing using a metal mask having an opening having an opening width of 60 μm or less corresponding to the predetermined pattern ,
The screen printing is
Disposing the metal mask on the light receiving surface of the substrate;
Supplying the paste on the surface of the arranged metal mask;
Filling the opening in the metal mask with the paste by moving a squeegee at a moving speed of 100 to 300 mm / sec on the surface of the metal mask supplied with the paste;
It includes, the production method.
前記ペーストの前記粘度比:η/η50が、6〜7の範囲にあることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。 The said viscosity ratio: (eta) 5 / (eta) 50 of the said paste exists in the range of 6-7, The manufacturing method of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記ペーストは、前記導電性粉末として平均粒子経:1〜3μmの銀粉末をペースト全体の80〜90質量%の割合で含有し、有機ビヒクル成分をペースト全体の10〜20質量%の割合で含有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の製造方法。   The paste contains silver powder having an average particle size of 1 to 3 μm as the conductive powder in a proportion of 80 to 90% by mass of the whole paste, and an organic vehicle component in a proportion of 10 to 20% by mass of the whole paste. The manufacturing method according to claim 1, wherein: 前記ペーストは、ガラス粉末をペースト全体の5質量%以下の割合で含有することを特徴とする、請求項3に記載の製造方法。   The said paste contains glass powder in the ratio of 5 mass% or less of the whole paste, The manufacturing method of Claim 3 characterized by the above-mentioned.
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JP4929653B2 (en) * 2005-09-02 2012-05-09 住友電気工業株式会社 Conductive paste and wiring board using the same
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