JP6068559B2 - Solar cell and its electrode - Google Patents
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Description
本発明は、一般に、太陽電池技術、より詳しくは、太陽電池およびその電極に関する。 The present invention relates generally to solar cell technology, and more particularly to solar cells and their electrodes.
太陽電池は、その半導体材料によって光照射を電気に変換することができる。太陽電池の構造は光電変換層を含み、光電変換層は、P型半導体材料およびN型半導体材料によって形成されたPN接合によって製造される。日光が光電変換層に照射されると、半導体材料に対応する光のバンドは光電変換層に吸収され、光電変換を達成するために光エネルギーが電子−正孔対の形態の電気に変換されて、P型半導体材料層およびN型半導体材料層に結合した金属ワイヤーに供給される。 A solar cell can convert light irradiation into electricity by its semiconductor material. The structure of the solar cell includes a photoelectric conversion layer, and the photoelectric conversion layer is manufactured by a PN junction formed of a P-type semiconductor material and an N-type semiconductor material. When sunlight is irradiated onto the photoelectric conversion layer, the band of light corresponding to the semiconductor material is absorbed by the photoelectric conversion layer, and the light energy is converted into electricity in the form of electron-hole pairs to achieve photoelectric conversion. , Supplied to a metal wire bonded to the P-type semiconductor material layer and the N-type semiconductor material layer.
太陽電池は、光起電力効果によって光エネルギーを電気に変換することができる半導体装置である。基本的に、半導体ダイオードは、光エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用することができる。太陽電池は、光伝導効果および内部電界の2つの因子に基づいて電気を発生させる。したがって、太陽電池材料の選択には、その光伝導効果、およびその内部電界の発生の仕方を考慮に入れる必要がある。 A solar cell is a semiconductor device that can convert light energy into electricity by the photovoltaic effect. Basically, semiconductor diodes can be used to convert light energy into electrical energy. Solar cells generate electricity based on two factors: a photoconductive effect and an internal electric field. Therefore, the selection of the solar cell material needs to take into account its photoconductive effect and how it generates its internal electric field.
太陽電池の性能は、光および電気の間の変換効率によって主として決定される。変換効率に影響を及ぼす因子は、日光の強度および温度;材料の抵抗および基板の品質および欠陥密度;pn接合の濃度および深さ;光に対する表面反射率;金属電極のライン幅、ライン高さおよび接触抵抗を含む。したがって、高い変換効率を有する太陽電池を製造するためには、上記の各影響因子に対する厳しい制御が必要である。 The performance of a solar cell is mainly determined by the conversion efficiency between light and electricity. Factors affecting conversion efficiency are: sunlight intensity and temperature; material resistance and substrate quality and defect density; pn junction concentration and depth; surface reflectivity to light; metal electrode line width, line height and Includes contact resistance. Therefore, in order to manufacture a solar cell having high conversion efficiency, it is necessary to strictly control the above influential factors.
変換効率および製造原価は、今日の太陽電池の製造に対する主要な考慮事項である。今日の市場に出回っている太陽電池製品の中で、シリコンによって製造された太陽電池は最大の市場占有率を有する。結晶構造によって分類すると、それらは、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池および非晶質シリコン太陽電池に分けることができる。変換効率の観点からは、単結晶シリコン太陽電池はおよそ24%の変換効率を有する最も効率的なものであるが、多結晶シリコンは約19%であり、非晶質シリコンは概算で11%である。光電気変換基板として、III−V化合物半導体GaAsなどの他の化合物半導体を使用することによって、変換効率は26%以上に上げることができる。 Conversion efficiency and manufacturing cost are key considerations for today's solar cell manufacturing. Of the solar cell products on the market today, solar cells made of silicon have the largest market share. When classified by crystal structure, they can be divided into single crystal silicon solar cells, polycrystalline silicon solar cells and amorphous silicon solar cells. From a conversion efficiency standpoint, single crystal silicon solar cells are the most efficient with a conversion efficiency of approximately 24%, while polycrystalline silicon is approximately 19% and amorphous silicon is approximately 11%. is there. By using another compound semiconductor such as III-V compound semiconductor GaAs as the photoelectric conversion substrate, the conversion efficiency can be increased to 26% or more.
エネルギー変換効率を上げるために革新的メカニズムと取り組み、シリコンウエハーの厚さを低下させることは、太陽電池技術の開発においてもう一つの主要な焦点である。ウエハ厚みの問題では、既存の技術は、37μm未満に電池の厚さを低下させ、また20%まで効率水準を上げるためにレーザー照射接触(LFC)法を使用する。関与するステップは、概略的に説明すれば、蒸発工程が導入されてアルミニウム層を生成し、パシベーション層がそれによって太陽電池の裏面に形成し、レーザービームがアルミニウム層を貫通させ導電性接触を形成するために使用される。電気エネルギーを失うという以前の問題は、LFC技術によって解決することができ、さらに、アルミニウム電極を保持するためのパシベーション層(シリコン基板の裏面に位置する)内の孔を形成するために使用される伝統的な費用のかかるリソグラフィーおよびエッチングの技術は、もはや必要としない。 Working with innovative mechanisms to increase energy conversion efficiency and reducing silicon wafer thickness is another major focus in the development of solar cell technology. In terms of wafer thickness issues, existing technologies use laser irradiating contact (LFC) methods to reduce battery thickness to less than 37 μm and raise efficiency levels to 20%. The steps involved are, roughly described, an evaporation process is introduced to produce an aluminum layer, a passivation layer thereby forming on the back side of the solar cell, and a laser beam penetrating the aluminum layer to form a conductive contact. Used to do. The previous problem of losing electrical energy can be solved by LFC technology and further used to form holes in the passivation layer (located on the back side of the silicon substrate) to hold the aluminum electrode Traditionally expensive lithographic and etching techniques are no longer required.
さらに、電流は、半導体基板の2つの金属電極端子によって外部負荷側に流れることができ、その結果、太陽電池によって発生した電流は、利用可能な電気エネルギーとして流れ出る。当然、金属電極は、基板の受光面(すなわち、正の面)を遮断して、日光の吸収を妨害するので、太陽電池の正の面の金属電極の面積は、太陽電池の受光面積を増すために可能な限り小さい。したがって、金属電極は、一般に、スクリーン印刷技術を使用することによって、メッシュ電極構造としての太陽電池の正/裏面上に製造される。電極の製造において、導電性金属ペースト(銀ペーストなどの)は、設計された図に従って、スクリーン印刷技術の使用により不純物添加シリコン基板に印刷される。導電性金属ペースト中の有機溶媒は利用可能な焼結条件において揮発させ、その結果、金属粒子はシリコンの表面と相互作用して良好なオーム接触としてのシリコン合金を形成し、それにより太陽電池の正および裏面の金属電極になる。しかし、薄すぎる電極フィンガーラインは、容易に断線をもたらし、または抵抗率を増加させ、太陽電池の変換効率を減少させることがある。したがって、電池の全体の出力効率を減少させずに、薄膜化を達成する方法が技術的な焦点である。一般に、金属電極の厚さは、約10から25ミクロン(μm)であり、正の金属ライン(フィンガーライン)の幅はおよそ120〜200ミクロンである。それは、太陽電池の電極を製造するためにそのような技術を使用することにより、自動化、高スループットおよび低コストという利点を有する。以前の研究において、導電性ペーストの組成物は、スクリーン印刷のメッシュを容易に通過しないか、またはスクリーン印刷板を損傷する大きい塊を形成する恐れがある。 In addition, current can flow to the external load side by the two metal electrode terminals of the semiconductor substrate, so that the current generated by the solar cell flows out as available electrical energy. Naturally, the metal electrode blocks the light receiving surface (ie, the positive surface) of the substrate and interferes with the absorption of sunlight, so the area of the metal electrode on the positive surface of the solar cell increases the light receiving area of the solar cell. For as small as possible. Thus, metal electrodes are generally manufactured on the positive / backside of solar cells as a mesh electrode structure by using screen printing techniques. In the manufacture of electrodes, a conductive metal paste (such as a silver paste) is printed on an impurity-doped silicon substrate by use of a screen printing technique according to a designed diagram. The organic solvent in the conductive metal paste volatilizes under available sintering conditions, so that the metal particles interact with the silicon surface to form a silicon alloy as a good ohmic contact, thereby making the solar cell Positive and back metal electrodes. However, electrode fingerlines that are too thin can easily cause breaks or increase resistivity and decrease the conversion efficiency of solar cells. Therefore, the technical focus is on how to achieve thinning without reducing the overall output efficiency of the battery. In general, the thickness of the metal electrode is about 10 to 25 microns (μm), and the width of the positive metal line (finger line) is approximately 120 to 200 microns. It has the advantages of automation, high throughput and low cost by using such technology to manufacture solar cell electrodes. In previous studies, the conductive paste composition may not easily pass through the screen printing mesh or form large lumps that damage the screen printing plate.
さらに、太陽電池のシリコン基板(すなわち、非受光面)に対し、裏面電極構造は、銀電極部(フィンガーライン電極部)およびアルミニウム電極部(裏面電界部)を含む。一般的な工業の慣行において、図1に示されるように、銀電極11パターンは、スクリーン印刷法の使用によりシリコン基板10の裏面に印刷され、続いてアルミニウム電極12パターンが銀電極11に形成される。太陽電池モジュールは、アルミニウムの低いはんだ能力により、直接はんだ付けすることによって互いに電気的に接続することができない。そのため、はんだリボン20は、太陽電池モジュールが互いに電気的に集積した形態になるように、一般に、太陽電池の裏面の銀電極11領域にはんだ付けされる。図1の構造において、銀電極−シリコン基板間の界面30およびアルミニウム電極−Si基板間の界面50は、焼結工程中で共晶層を形成し、それによってしっかりと結合する。しかし、銀およびアルミニウムの間で共晶組織を形成することは困難であり、銀電極−アルミニウム電極間の界面40は剥離する傾向があり、銀電極およびアルミニウム電極の間に亀裂を生成させ、それによって太陽電池の全体的性能を低下させる。したがって、太陽電池モジュールが製作された後、試験の変換効率に加えて、はんだリボン20の接着試験、および銀電極−アルミニウム電極の界面40間の剥離試験を、モジュールの裏面構造の健全性を確認するために行ってもよい。
Furthermore, the back electrode structure includes a silver electrode part (finger line electrode part) and an aluminum electrode part (back surface electric field part) with respect to the silicon substrate (that is, the non-light-receiving surface) of the solar cell. In general industrial practice, as shown in FIG. 1, the
上記のように、PN接合半導体基板の形成に加えて、太陽電池を製造する主要部分は導電性組成物である。導電性組成物の公知の技術は、金属粉末(特に銀)、ガラスフリット、有機ビヒクル、および添加剤によって製造され、組成物、含有率、および工程パラメーターの割合が、最終の電極生成物の性能に影響を与える。金属電極の裏面を例にとれば、はんだリボンの接着強度および銀電極−アルミニウム電極間の界面の剥離の程度に加えて、導電性銀組成物およびアルミニウム組成物の品質は、太陽電池の変換効率η、開放電圧Voc、短絡電流(Isc)、曲線因子、直列抵抗Rs、および分流抵抗Rsh(分流抵抗)に直接影響し、また、焼結温度Tの有効範囲および接着強度を決定する。したがって、上述の太陽電池性能を改善する導電性組成物を展開する方法は、工業的開発で優先する。 As described above, in addition to the formation of the PN junction semiconductor substrate, the main part for manufacturing the solar cell is a conductive composition. Known techniques for conductive compositions are made with metal powders (especially silver), glass frit, organic vehicles, and additives, where the composition, content, and ratio of process parameters are the performance of the final electrode product. To affect. Taking the back side of the metal electrode as an example, in addition to the adhesive strength of the solder ribbon and the degree of delamination at the interface between the silver electrode and the aluminum electrode, the quality of the conductive silver composition and the aluminum composition depends on the conversion efficiency of the solar cell. It directly affects η, open circuit voltage Voc, short circuit current (Isc), fill factor, series resistance Rs, and shunt resistance Rsh (shunt resistance), and determines the effective range of the sintering temperature T and the bond strength. Therefore, the method of developing the conductive composition that improves the solar cell performance described above is given priority in industrial development.
銀アルミニウムペーストは、一般に、銀粉およびアルミニウム粉の混合物を含む。しかし、銀およびアルミニウムの間に共晶組織を形成することは困難であり、結果として、銀−アルミニウム導電性ペーストの間の不十分な接着、ならびに銀およびガラスフリットの間の容易な剥離が生じる。導電性粒子がすべて銀材料によって使用されれば、原価が上がる。したがって、本発明は、これらの欠点に打ち勝つために先行技術より良好な、導電性組成物の製造方法を提供することである。 Silver aluminum paste generally includes a mixture of silver powder and aluminum powder. However, it is difficult to form a eutectic structure between silver and aluminum, resulting in poor adhesion between the silver-aluminum conductive paste and easy delamination between the silver and glass frit . If all the conductive particles are used with silver material, the cost increases. The present invention is therefore to provide a method for producing a conductive composition which is better than the prior art to overcome these drawbacks.
本発明の第1の態様に係る太陽電池の電極は、導電性機能的混合物、ガラスおよび添加剤を含む。導電性機能的混合物は、金属および金属酸化物で構成され、金属酸化物は充填材料としてであり、金属はAg−Ag間、およびAg−ガラス間の結合強度を増強するための本体としてであり、金属酸化物、ガラスおよび添加剤が有機ビヒクルの中に混合され、金属は銀を含み、金属酸化物および金属の重量パーセントの総和は52〜60%であり、金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化第二銅、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化シリコンまたはその任意の組み合わせを含む。 The electrode of the solar cell according to the first aspect of the present invention includes a conductive functional mixture, glass and an additive. The conductive functional mixture is composed of metal and metal oxide, the metal oxide is as a filler material, the metal is as a body for enhancing the bond strength between Ag-Ag and between Ag-glass. , Metal oxide, glass and additives are mixed into the organic vehicle, the metal comprises silver, the sum of the metal oxide and metal weight percent is 52-60%, the metal oxide is aluminum oxide, Contains cupric oxide, zinc oxide, zirconium oxide, silicon oxide or any combination thereof.
また、本発明の第2の態様に係る太陽電池の電極は、導電性機能的混合物、導電性被覆部、ガラスおよび添加剤を含む。導電性機能的混合物は、金属および金属酸化物で構成され、金属酸化物は充填材料としてであり、金属はAg−Ag間、およびAg−ガラス間の結合強度を増強するための本体としてであり、導電性被覆部は、単に、前記充填材料の表面の一部を覆っており、金属酸化物、ガラスおよび添加剤が有機ビヒクルの中に混合され、金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化第二銅、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化シリコンまたはその任意の組み合わせを含み、金属は銀を含み、金属酸化物の重量パーセントは0.5〜3.8%である。 Moreover, the electrode of the solar cell which concerns on the 2nd aspect of this invention contains a conductive functional mixture, a conductive coating part, glass, and an additive. The conductive functional mixture is composed of metal and metal oxide, the metal oxide is as a filler material, the metal is as a body for enhancing the bond strength between Ag-Ag and between Ag-glass. The conductive coating simply covers part of the surface of the filler material, and the metal oxide, glass and additives are mixed into the organic vehicle, and the metal oxide comprises aluminum oxide, second oxide. Including copper, zinc oxide, zirconium oxide, silicon oxide or any combination thereof, the metal includes silver and the weight percentage of the metal oxide is 0.5-3.8%.
さらに、本発明の第3の態様に係る太陽電池は、裏面電極、前記裏面電極上に形成されたPN半導体層、および前記PN半導体層上に形成された正極からなる太陽電池において、太陽電池の裏面電極又は正極が、導電性機能的混合物、ガラスおよび添加剤から構成され、導電性機能的混合物は、金属および金属酸化物で構成され、金属酸化物は充填材料としてであり、金属はAg−Ag間、およびAg−ガラス間の結合強度を増強するための本体としてであり、金属酸化物、ガラスおよび添加剤が有機ビヒクルの中に混合され、金属は銀を含み、金属酸化物および金属の重量パーセントの比は2/50〜4/50であり、金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化第二銅、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化シリコンまたはその任意の組み合わせを含む。 Furthermore, the solar cell according to the third aspect of the present invention is a solar cell comprising a back electrode, a PN semiconductor layer formed on the back electrode, and a positive electrode formed on the PN semiconductor layer. The back electrode or the positive electrode is composed of a conductive functional mixture, glass and an additive, the conductive functional mixture is composed of a metal and a metal oxide, the metal oxide is as a filling material, and the metal is Ag− As a body for enhancing the bond strength between Ag and between Ag and glass, the metal oxide, glass and additives are mixed into the organic vehicle, the metal comprises silver, the metal oxide and the metal The weight percentage ratio is 2/50 to 4/50, and the metal oxide is aluminum oxide, cupric oxide, zinc oxide, zirconium oxide, silicon oxide or any combination thereof Including.
この発明によれば、導電性を増強しインピーダンスを低下させることができる。 According to the present invention, the conductivity can be enhanced and the impedance can be lowered.
本発明の要素、特徴および利点は、明細書および添付された図面において略述された好ましい実施形態の詳述によって理解することができる。 The elements, features and advantages of the present invention can be understood by reference to the detailed description of the preferred embodiment as outlined in the specification and the attached drawings.
ここで、本発明のいくつかの好ましい実施形態をより詳しく記載する。しかしながら、本発明の好ましい実施形態が、本発明を限定するものではなく例証として提供されることは認識されるべきである。さらに本発明は、明示的に記載されたものに加えて他の広範囲の実施形態において実施することができ、本発明の範囲は、付随のクレームにおいて指定される以外、明白には限定されない。 Several preferred embodiments of the present invention will now be described in more detail. However, it should be recognized that the preferred embodiments of the present invention are provided by way of illustration and not limitation. Furthermore, the present invention may be implemented in a wide variety of other embodiments in addition to those explicitly described, and the scope of the present invention is not expressly limited except as specified in the appended claims.
「一実施形態」または「1つの実施形態」に対する明細書中の言及は、好ましい実施形態に関連して記載される、具体的な特色、構造または特徴を指し、これらは本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれている。したがって、「一実施形態において」または「1つの実施形態において」という様々な出現は、必ずしも同一の実施形態を指さない。さらに、本発明の具体的な特色、構造または特徴は、1つまたは複数の好ましい実施形態において適切に組み合わせられていてもよい。 References in the specification to “one embodiment” or “one embodiment” refer to specific features, structures, or characteristics described in connection with the preferred embodiments, which are at least one of the present invention. It is included in the embodiment. Thus, the various appearances “in one embodiment” or “in one embodiment” do not necessarily refer to the same embodiment. Furthermore, the particular features, structures or characteristics of the invention may be suitably combined in one or more preferred embodiments.
図2に示されるように、これは、シリコンウエハー太陽電池の構造の断面図を示す。シリコンウエハー太陽電池の構造は、本発明のただ1つの実施形態であるが、シリコンウエハー太陽電池およびその方法の構造の本発明を限定することを意図するものではない。図2に示されるように、シリコンウエハー太陽電池100は、第1の電極101、第2の電極103およびPN半導体層102を含み、2つの電極は電導性であり、そのうちの少なくとも1つの電極は透明である。PN半導体層102は、第1の電極101の第1の面に構成される。
As shown in FIG. 2, this shows a cross-sectional view of the structure of a silicon wafer solar cell. The structure of the silicon wafer solar cell is only one embodiment of the present invention, but is not intended to limit the present invention of the structure of the silicon wafer solar cell and its method. As shown in FIG. 2, the silicon wafer
第1の電極101(作用電極または半導体電極として知られる)は、導電率を有する何らかの材料を含有する。例えば、第1の電極101は、その上にインジウムスズオキシド(ITO)またはフッ素スズオキシド(FTO)で被覆したガラス、PET、PENプラスチック、または導電性高分子によって形成されてもよい。第2の電極103(裏面電極として知られる)はまた、導電率を有する何らかの材料を含む。第2の電極103は、ITO、FTOから選択することにより形成することができる導電性基板、酸化チタン、酸化亜鉛、Ga2O3、Al2O3、スズ系酸化物およびその組成物で被覆した金属シートを含む。一実施形態において、第1の電極101および第2の電極103の材料は、透明材料および不透明材料の任意の組み合わせであってもよい。
The first electrode 101 (known as a working electrode or a semiconductor electrode) contains some material having electrical conductivity. For example, the
本発明の導電性組成物が、任意の種類のシリコンウエハー太陽電池の前面または裏面に適用することができることは留意されるべきである。言いかえれば、開示された導電性組成物は、正極または裏面電極に適用することができる。 It should be noted that the conductive composition of the present invention can be applied to the front or back side of any kind of silicon wafer solar cell. In other words, the disclosed conductive composition can be applied to a positive electrode or a back electrode.
どちらにせよ、裏面電極の例に関して、本発明は、その裏面電極の材料として適用することができる導電性組成物、および製造方法を開示する。導電性組成物は、金属および金属酸化物で製造された導電性機能的相混合物を含み、金属酸化物は充填剤として使用され、金属は接着を増強する本体として機能し;金属酸化物の金属は二〜四価の金属である。被覆部は、充填剤の実質的に少なくとも一部の表面を覆っていてもよく、被覆部は、導電性を改善するために少なくとも金属または合金を含有する。金属酸化物の融点は焼結温度より高い。充填剤の重量パーセントは3から5である。被覆部を被覆した金属酸化物の導電性粒子が熱処理工程によって行われる場合、被覆部の表面は流動して金属酸化物の間の隙間を充填し、導電性組成物の間の結合強度を増強し、それによって導電性を増強しインピーダンスを低下させることができる。さらに、充填剤および被覆部の材料原価を、本体より低下させ、高コストの核を置き換える低コスト材料を達成し、しかも接着性および導電性を高めることができる。 In any case, regarding the example of the back electrode, the present invention discloses a conductive composition that can be applied as a material of the back electrode, and a manufacturing method. The conductive composition comprises a conductive functional phase mixture made of metal and metal oxide, where the metal oxide is used as a filler and the metal functions as a body that enhances adhesion; Is a divalent to tetravalent metal. The covering portion may cover substantially at least a part of the surface of the filler, and the covering portion contains at least a metal or an alloy in order to improve conductivity. The melting point of the metal oxide is higher than the sintering temperature. The weight percent of filler is 3 to 5. When the conductive particles of the metal oxide covering the coating part are subjected to a heat treatment process, the surface of the coating part flows to fill the gaps between the metal oxides and enhance the bond strength between the conductive compositions. Thus, the conductivity can be enhanced and the impedance can be lowered. Further, the material cost of the filler and the covering portion can be reduced from that of the main body, and a low-cost material that replaces the high-cost core can be achieved, and the adhesion and conductivity can be increased.
添付の図面および実施形態において、本発明の導電性組成物の製造方法が記載される。 In the accompanying drawings and embodiments, a method for producing the conductive composition of the present invention is described.
図3に示されるように、それは、本発明の太陽電池に使用される導電性組成物の製造フローチャートを示す。第一に、ステップ110において、その上に導電性材料で被覆した充填剤、銀粒子、ガラス溶融物(ガラスフリット)および添加剤が有機ビヒクルに添加される。粒子の形状は、入手可能な寸法を有するフレーク、球形、円柱状、塊状、または他の不特定形状を包含する。粒子寸法の範囲は、約0.1から10ミクロン(μm)である。有機ビヒクルは、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリビニルアルコール(PVA)もしくはポリビニルピロリドン(PVP)または他のポリマー樹脂から選択することができる。有機ビヒクルは、充填剤および銀粒子の分散性を改善し、基板への接着性をさらに向上させるために使用することができる。
As shown in FIG. 3, it shows a manufacturing flow chart of the conductive composition used in the solar cell of the present invention. First, in
次に、ステップ111において、予備分散溶液を有機ビヒクルと混合するために、例えば、強力撹拌の超音波振動を使用する予備混合用の混合機(約5から10分)またはホモジナイザーを使用し、充填剤、銀粒子、ガラス溶融体ブロック(ガラスフリット)および添加剤を有機ビヒクルと混合する。最後に、ステップ112において、分散液を粉砕するために三本ロール機を使用し、銀ペーストを調製する、すなわち導電性組成物を形成する。
Next, in
アルミナの形成が図5および図6に示され、これらは走査電子顕微鏡(SEM)の使用により観察されたアルミナ(粉末)粒子の微視的な構造を示す。図7、図8および図9は、SEMの使用により観察されたAl/アルミナ粒子の微視的な構造を示す。図10、図11および図12は、SEMの使用により観察されたアルミナ粒子の微視的な構造を示す。 The formation of alumina is shown in FIGS. 5 and 6, which show the microscopic structure of the alumina (powder) particles observed by using a scanning electron microscope (SEM). 7, 8 and 9 show the microscopic structure of Al / alumina particles observed with the use of SEM. 10, 11 and 12 show the microscopic structure of the alumina particles observed with the use of SEM.
図7は、異なるスペクトルでの銀/アルミナ粉末粒子の微視的な構造を示す。 FIG. 7 shows the microscopic structure of silver / alumina powder particles in different spectra.
スペクトル4
スペクトル5
スペクトル1
スペクトル2
本発明の導電性組成物は、充填剤として金属酸化物を添加することにより調製される。充填剤の表面は、好ましくは、金属、合金およびその組み合わせなどの導電層の被覆である。充填剤の材料は、例えば、アルミナ(酸化アルミニウム)、酸化ジルコニウム、酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化第二銅およびその組み合わせである。充填剤は表面修飾によって行われ、その表面は銀または銅金属層で被覆され、接着性を向上させる目的を達成し、またそれにより、銀−銀界面間の剥離強度を高め、銀−ガラス界面間の剥離強度を高め;またそれによって、金属酸化物充填剤の原価低減の目的を達成する。一実施形態において、本発明の導電性組成物は、太陽電池の前面または裏面に使用することができる。 The conductive composition of the present invention is prepared by adding a metal oxide as a filler. The surface of the filler is preferably a coating of a conductive layer such as metals, alloys and combinations thereof. Examples of the material for the filler include alumina (aluminum oxide), zirconium oxide, silicon oxide, zinc oxide, cupric oxide, and combinations thereof. The filler is made by surface modification, the surface of which is coated with a silver or copper metal layer to achieve the purpose of improving adhesion, thereby increasing the peel strength between the silver-silver interface and the silver-glass interface. Increase the interlaminar peel strength; and thereby achieve the objective of reducing the cost of the metal oxide filler. In one embodiment, the conductive composition of the present invention can be used on the front or back surface of a solar cell.
形成された導電性組成物は、導電性フィルムを形成するためにスクリーン印刷法によって行うことができ、スクリーン板の仕様は、例えば、250メッシュ、直径35ミクロン(μm)、乳剤5ミクロン厚のステンレス鋼スクリーン織布;印刷図形153mm*4.4mm*2ラインである。銀ペーストはスクリーン印刷によって使用され、シリコン基板の裏面に印刷し、200〜300℃の温度で0.5〜1分の時間乾燥される。次いで、赤外線焼結炉を使用して、移動チェーンベルトによって700〜900℃などのピーク温度で焼結させる。 The formed conductive composition can be formed by a screen printing method to form a conductive film, and the specifications of the screen plate are, for example, stainless steel having a thickness of 250 mesh, a diameter of 35 microns (μm), and an emulsion thickness of 5 microns. Steel screen woven fabric; printed figure 153 mm * 4.4 mm * 2 line. The silver paste is used by screen printing, printed on the back surface of the silicon substrate, and dried at a temperature of 200 to 300 ° C. for 0.5 to 1 minute. Then, using an infrared sintering furnace, it is sintered at a peak temperature such as 700 to 900 ° C. by a moving chain belt.
次に、計測プログラムによって、はんだリボンのはんだ付けにおいて、切断機は、はんだリボンを約25センチメートル(cm)で切断し、はんだフラックスをはんだリボンに塗布して、酸化物層を除去する。はんだリボンの仕様は以下のとおりである。 Next, in soldering the solder ribbon according to the measurement program, the cutting machine cuts the solder ribbon at about 25 centimeters (cm), applies solder flux to the solder ribbon, and removes the oxide layer. The specifications of the solder ribbon are as follows.
赤外線はんだ付け機に基づいて、試験要素(太陽電池)を、機械の、140℃に設定したプラットフォーム上に置き、次いで、太陽電池のバスバーにはんだリボンを配置し、続いて、設定時間および温度ではんだ付けする。はんだ付け条件は以下のとおりである。 Based on the infrared soldering machine, the test element (solar cell) is placed on the machine's platform set at 140 ° C, then the solder ribbon is placed on the solar cell bus bar, followed by the set time and temperature Solder. The soldering conditions are as follows.
さらに、接着試験において、太陽電池を接着機のプラットフォームに固定し、はんだリボンの片端は治具によって固定する。はんだリボンは、180度の角度で120mm/sの速度によって引っ張り、測定し接着値を得る。結果は図4を参照することができる。
<実施形態1>
Further, in the adhesion test, the solar cell is fixed to the platform of the bonding machine, and one end of the solder ribbon is fixed with a jig. The solder ribbon is pulled at a 180 degree angle with a speed of 120 mm / s and measured to obtain an adhesion value. The results can refer to FIG.
<
実施形態1において、Ag/アルミナおよびアルミナ含有率は、接着に関して影響を与え;アルミナ粉末の添加は容易には分散せず、銀と結合させることは容易ではなく、焼結工程において亀裂をもたらすことを示す。焼結工程におけるフェースアップおよびフェースダウンでの接着は、図13および図14をそれぞれ指す。
<実施形態2>
In
<
実施形態2において、Ag/アルミナ含有率は接着に影響を与え;適切なAg/アルミナを添加し、異なる焼結温度で安定な高い接着性が得られることを示す。焼結工程におけるフェースアップおよびフェースダウンでの接着は、図15および図16をそれぞれ指す。
<実施形態3>
In
<
実施形態3において、Ag/アルミナ含有率は接着に影響を与え;銀の含有率を低下させ、印刷ボリュームを低下させるが、銀の弱い層は強い構造支持体となり得ないことが示される。Ag/アルミナは、Ag−Ag間、およびAg−ガラス間の結合強度を増強するために添加することができる。焼結工程におけるフェースアップおよびフェースダウンでの接着は、図17および図18をそれぞれ指す。
In
上記のことから、本発明において、充填剤、例えば、Ag/アルミナ(酸化ジルコニウム、酸化シリコン、酸化亜鉛)を導電性組成物へ適切に添加して、接着を増強し元の銀層の分離を回避することができ、その結果、導電性組成物は、優れた電気伝導率、および低い抵抗率を有する。
<実施形態4>
From the above, in the present invention, a filler, for example, Ag / alumina (zirconium oxide, silicon oxide, zinc oxide) is appropriately added to the conductive composition to enhance adhesion and separate the original silver layer. As a result, the conductive composition has excellent electrical conductivity and low resistivity.
<
この実施形態において、アルミナが、本体として銀である導電性組成物へ添加される。実施形態4から、対照群は銀(Ag)のみを含み、対照群はアルミナを添加せず、フェースアップおよびフェースダウンの接着は、それぞれ1.73および1.51である。本発明の実験および観察の結果によると、小量のアルミナの添加により接着性を改善することができる。アルミナの重量パーセントは約0.5〜5であり、アルミナの重量パーセントは約2〜4が好ましい。上表で実験群(K、L、M、N)の接着が対照群より大きいことを示すことは留意されるべきである。したがって、同様に、実施形態4が示すように、銀の含有率を低下させ、印刷ボリュームを低下させると、銀の弱い層は強い構造支持体となり得ない。Ag/アルミナは、Ag−Ag間、およびAg−ガラス間の結合強度を増強するために添加することができる。さらに、アルミナはまた、同様な効果を生み出すために添加されてもよく、それは、銀の含有率の低減(より脆弱な銀層構造)によって引き起こされる空隙を充填することができる。本発明は、金属および金属酸化物で製造された導電性機能を有する混合物を含む導電性組成物を提供し、金属酸化物は充填剤としてであり、金属は接着を増強するための本体としてであり、金属は銀を含み、アルミナの重量パーセントは約0.5〜5である。金属酸化物は、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化ジルコニウム(ジルコニア)、酸化シリコン(シリカ)、酸化亜鉛、酸化第二銅およびその組み合わせを含み、金属酸化物は二〜四価の金属を含む。
In this embodiment, alumina is added to a conductive composition that is silver as the body. From
前述の記載は、本発明の好ましい実施形態である。当業者によって理解されるように、本発明の前述の好ましい実施形態は、本発明の例証であって本発明を限定するものではない。本発明は、添付のクレームの趣旨および範囲内に包含される様々な修飾および同様の構成を包含するように意図され、その範囲は、そのような修飾および類似の構造をすべて包含するように最も広範囲の解釈を与えられなければならない。 The foregoing description is a preferred embodiment of the present invention. As will be appreciated by those skilled in the art, the foregoing preferred embodiments of the invention are illustrative of the invention and are not intended to limit the invention. The present invention is intended to encompass various modifications and similar arrangements included within the spirit and scope of the appended claims, the scope of which is most likely to encompass all such modifications and similar structures. A broad interpretation must be given.
Claims (12)
前記酸化アルミニウム、前記ガラスおよび前記添加剤が有機ビヒクルの中に混合され、
前記金属は銀を含み、前記酸化アルミニウムおよび前記金属の重量パーセントの総和は52〜60であり、
前記酸化アルミニウムの重量パーセントが0.5〜5であることを特徴とする太陽電池の電極。 Comprising a conductive functional mixture, glass and additives, wherein the conductive functional mixture is composed of a metal and aluminum oxide, the aluminum oxide as a filler material, the metal between Ag-Ag, and Ag- As a body to enhance the bond strength between the glasses,
The aluminum oxide, the glass and the additive are mixed in an organic vehicle;
The metal comprises silver, and the sum of the weight percent of the aluminum oxide and the metal is 52-60;
The weight percentage of said aluminum oxide is 0.5-5, The electrode of the solar cell characterized by the above-mentioned.
前記導電性被覆部は、単に、前記充填材料の表面の一部を覆っており、
前記酸化アルミニウム、前記ガラスおよび前記添加剤が有機ビヒクルの中に混合され、
前記金属は銀を含み、前記酸化アルミニウムおよび前記金属の重量パーセントの総和は52〜60であり、
前記酸化アルミニウムの重量パーセントは0.5〜3.8であることを特徴とする太陽電池の電極。 The conductive functional mixture includes a conductive functional mixture, a conductive coating, glass, and an additive. The conductive functional mixture is composed of a metal and aluminum oxide, the aluminum oxide is as a filling material, and the metal is Ag-Ag. And as a body for enhancing the bond strength between Ag and glass,
The conductive covering simply covers a part of the surface of the filling material,
The aluminum oxide , the glass and the additive are mixed in an organic vehicle;
Before Symbol metal comprises silver, the total sum of the weight percent of aluminum oxide and the metal is 52 to 60,
The solar cell electrode, wherein the aluminum oxide has a weight percentage of 0.5 to 3.8.
前記太陽電池の前記裏面電極又は前記正極が、導電性機能的混合物、ガラスおよび添加剤から構成され、前記導電性機能的混合物は、金属および酸化アルミニウムで構成され、前記酸化アルミニウムは充填材料としてであり、前記金属はAg−Ag間、およびAg−ガラス間の結合強度を増強するための本体としてであり、
前記酸化アルミニウム、前記ガラスおよび前記添加剤が有機ビヒクルの中に混合され、
前記金属は銀を含み、前記酸化アルミニウムおよび前記金属の重量パーセントの総和は52〜60であり、前記酸化アルミニウムおよび前記金属の重量パーセントの比は2/50〜4/50であることを特徴とする太陽電池。 In a solar cell comprising a back electrode, a PN semiconductor layer formed on the back electrode, and a positive electrode formed on the PN semiconductor layer,
The back electrode or the positive electrode of the solar cell is composed of a conductive functional mixture, glass and an additive, the conductive functional mixture is composed of metal and aluminum oxide , and the aluminum oxide is used as a filling material. The metal is as a body for enhancing the bond strength between Ag-Ag and between Ag-glass;
The aluminum oxide , the glass and the additive are mixed in an organic vehicle;
Wherein the metal comprises silver, said a total sum of the weight percent of aluminum oxide and the metal 52-60, the ratio of the weight percent of the aluminum oxide and the metal, wherein the Ru 2 / 50-4 / 50 der A solar cell.
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