JP6110311B2 - 導電性ペースト組成物ならびにそれらから形成される太陽電池電極および接点 - Google Patents
導電性ペースト組成物ならびにそれらから形成される太陽電池電極および接点 Download PDFInfo
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Description
本出願は、その開示の全文を参照により本明細書に組み込む、2011年1月18日出願の米国仮特許出願第61/433,706号の優先権を主張する。
(a)導電性金属粒子と、
(b)ガラスフリットと、
(c)有機ビヒクルと、
を含み、ここで導電性金属粒子は、銀粉末と、ニッケル粉末、 酸化スズ(IV) 粉末、ならびに銀シェルとニッケルおよび/または酸化スズ(IV)のコアとを含むコアシェル粒子から成る群から選択される少なくとも1つとの混合物を含む。
導電性金属粒子は、導電性ペースト組成物中の導電金属として機能する。導電性粒子は、好ましくは、組成物の総重量に対して約40〜95重量%の量で組成物中に存在する。裏面または背面側のペーストの場合、導電性粒子の好ましい範囲は、約40〜約70重量%であるが、前面側ペーストの場合、導電性粒子の好ましい範囲は、約60〜95%である。
導電性粒子は、銀粉末と、好ましくはニッケル粉末、銅粉末および酸化金属粉末から選択される少なくとも1つの第2の金属粉末との混合物を含み得る。第2の金属粉末は、好ましくは、混合物の総重量に対して、約0.1〜約50重量%の量で存在する。適切な酸化金属粉末としては、以下に制限されないが、SiO2、Al2O3、CeO2、TiO2、ZnO、In2O3、ITO、ZrO2、GeO2、Co3O4、La2O3、TeO2、Bi2O3、PbO、BaO、CaO、MgO、SnO2、SrO、V2O5、MoO3、Ag2O、Ga2O3、Sb2O3、CuO、NiO、Cr2O3、Fe2O3、およびCoOが挙げられる。好ましい第2の金属粉末としては、ニッケルおよび酸化スズ(IV)(SnO2)が挙げられる。銀粉末と第2の金属粉末(1種または複数種)とは、粉砕または3ロールミルや遊星型ミキサーを使った粉砕または混合などの、当該技術分野で公知の任意の適切な方法を使って組み合わせることができる。
導電性粒子は、銀粉末と、銀シェルおよびニッケル、銅または酸化金属などの、少なくとも1つの第2の金属を含有するコアを有するコアシェル粒子との混合物を含有してもよい。適切な酸化金属としては、以下に限定されないが、SiO2、Al2O3、CeO2、TiO2、ZnO、In2O3、ITO、ZrO2、GeO2、Co3O4、La2O3、TeO2、Bi2O3、PbO、BaO、CaO、MgO、SnO2、SrO、V2O5、MoO3、Ag2O、Ga2O3、Sb2O3、CuO、NiO、Cr2O3、Fe2O3、およびCoOが挙げられる。好ましいコア金属としては、ニッケルと酸化スズ(IV)(SnO2)が挙げられる。好ましくは、銀シェルは約50〜約95重量%のコアシェル粒子を含み、ニッケルおよび/またはSnO2などのコアは約5〜約50重量%を含む。好ましいコアシェル粒子としては、約90重量%の銀と約10重量%のニッケルを含む粒子および約90%の銀と約10%のSnO2を含有する粒子、より好ましくは約92%の銀と約8%のSnO2を含有する粒子が挙げられる。このようなコアシェル粉末は、Ames Goldsmith Corpおよび他の金属粉末製造業者から市販されており、好ましくは、約0.2〜約20ミクロン、より好ましくは約0.2〜約10ミクロンの粒径を有している。
ガラスフリット(ガラス粒子)は、導電性ペースト組成物中で無機結合剤として機能し、焼成の間に基板の上へ銀を堆積させるための輸送媒体として作用する。このガラス系は、基板の上へ堆積される銀のサイズおよび深さを制御するために重要である。ガラスがペースト組成物に所望の特性を与えることができる限り、具体的なガラスの種類は重要ではない。好ましいガラスとしては、ホウケイ酸鉛およびホウケイ酸ビスマスが挙げられるが、他の無鉛ガラス、例えばホウケイ酸亜鉛も適切であろう。このガラス粒子は、好ましくは約0.1〜約10ミクロン、より好ましくは約5ミクロン未満の粒径を有し、かつ、好ましくは、ペースト組成物の総重量に対して約0.5〜約6重量%、より好ましくは約5重量%未満の量で組成物中に含有される。このような量は、この組成物に適切な接着強度および焼結特性を提供する。
粒子状の有機ビヒクルまたは結合剤は重要ではなく、当該技術分野で公知の有機ビヒクルもしくは結合剤またはこの種の応用のために開発されるべき粒子状有機ビヒクルもしくは結合剤とすることができる。例えば、好ましい有機ビヒクルは、セルロース樹脂および溶媒、例えばテルピネオールなどの溶媒の中のエチルセルロースなどを含有する。この有機ビヒクルは、好ましくは、組成物の総重量に対して約5〜約35重量%の量で導電性ペースト組成物中に存在する。より好ましくは、前面側ペーストは約5〜約20%の有機ビヒクルを含有し、裏面側ペーストは約15〜約35重量%の有機ビヒクルを含有する。
Heraeus Materials Technology LLC(W.Conshohocken,PA)から市販されている銀導電性ペースト、SOL952の成分(銀粉末、ガラス、添加剤および有機物)を組み合わせることにより、6種類の導電性ペーストを調製した。それぞれのペーストにおいて、純粋な銀粉末の一部を銀と第2の金属添加剤との混合物で置換した。ペーストA、CおよびEは、SnO2粉末と銀粉末との混合物を含有し、ペーストB、DおよびFはニッケル粉末と銀粉末との混合物を含有した。Ag/Ni粉末混合物は、10重量%のNiおよび90重量%のAgを含有し、1.5g/cm3のタップ密度、1.6m2/gの表面積、および0.3ミクロンのD50を有していた。Ag/SnO2粉末は、8重量%のSnO2および92重量%のAgを含有し、1.6g/cm3のタップ密度、0.8m2/gの表面積、および0.3ミクロンのD50を有していた。この混合物の粒子は、Ames Goldsmith Corp(South Glen Falls,NY)から購入した。A〜Fのペーストは、銀/添加剤混合物を次のように異なる量で含有しており、8%(ペーストAおよびB)、16%(ペーストCおよびD)、25%(EおよびF)であり、すべての量は、結果として得られたペーストの総重量比に基づいている。
ペーストA〜Fを使って調製した電池、ならびに比較電池についての電気性能データを以下の表1に示してある。表の中の各値は、4つのデータセットの平均を表す。ニッケルおよびSnO2はどちらも銀より低い導電性を有することを見ることができるが、電気性能が純粋な銀を含有する組成物に確実に匹敵するように第2の金属粉末の制御された量だけを組成物中に含むことができる。
Heraeus Materials Technology LLC(W.Conshohocken,PA)から市販されている銀導電性ペースト、CL80−9418の成分(銀粉末、ガラス、添加剤および有機物)を組み合わせることにより、4種類の導電性ペーストを調製した。それぞれのペーストにおいて、純粋な銀粉末の一部を、Ames Goldsmith Corp(South Glen Falls,NY)から市販されている金属コアでコーティングされた銀で置換した。2つの粉末(MおよびN2)は銀でコーティングされたNiを含有し、2つの粉末(PおよびR2)は銀でコーティングされたSnO2を含有した。AgでコーティングされたNi粉末は、10重量%のNiおよび90重量%のAgを含有し、1.5g/cm3のタップ密度、1.6m2/gの表面積、および1.4ミクロンのD50を有していた。AgでコーティングしたSnO2粉末は、8重量%のSnO2および92重量%のAgを含有し、1.6g/cm3のタップ密度、0.8m2/gの表面積、および2.6ミクロンのD50を有していた。MおよびPの粉末では、十分な量の市販されている粉末をコアシェル粒子で置換し、結果的に得られた粉末中の銀の50%がコアシェル粒子に由来した。N2およびR2の粉末では、十分な量の市販されている粉末をコアシェル粒子で置換し、結果的に得られた粉末中の銀の33%がコアシェル粒子に由来した。
Claims (14)
- (a)導電性金属粒子と、
(b)ガラスフリットと、
(c)有機ビヒクルと、
を含む導電性ペースト組成物であって、前記導電性金属粒子が、
銀粉末と、
銀シェルと酸化スズ(IV)コアとを含むコアシェル粒子と、
の混合物を含む導電性ペースト組成物。 - すべての比率が前記組成物の総重量に基づく重量%であるとき、40〜95重量%の導電性金属粒子、0.5〜6重量%のガラスフリット、および5〜35重量%の有機ビヒクルを含有する、請求項1に記載の組成物。
- すべての比率が前記コアシェル粒子の総重量に基づくときに、前記銀シェルが50〜95重量%を含有し、前記酸化スズ(IV)コアが5〜50重量%を含有する、請求項1に記載の組成物。
- すべての比率が前記コアシェル粒子の総重量に基づくとき、前記コアシェル粒子が90重量%の銀シェルと10重量%の酸化スズ(IV)コアを含有する、請求項3に記載の組成物。
- 前記コアシェル粒子が0.2〜20ミクロンの直径を有する、請求項1に記載の組成物。
- 前記混合物中のコアシュル粒子に対する銀粉末の比率が95:5〜5:95である、請求項1に記載の組成物。
- 前記導電性金属粒子が、酸化スズ(IV)粉末をさらに含有し、
前記酸化スズ(IV)粉末が前記混合物の総重量に対して0.1重量%〜50重量%である、請求項1に記載の組成物。 - 請求項1に従う前記導電性ペースト組成物を基板に塗布し、前記ペーストを焼成して、電極または接点を形成することにより形成される工程を含む太陽電池電極または接点の製造方法。
- すべての比率が前記組成物の総重量に基づくとき、前記ペースト組成物が、40重量%〜95重量%の導電性金属粒子、0.5重量%〜6重量%のガラスフリット、および5重量%〜35重量%の有機ビヒクルを含有する、請求項8に記載の太陽電池電極または接点の製造方法。
- すべての比率が前記コアシェル粒子の総重量に基づくとき、前記銀シェルが50〜95重量%を含有し、前記酸化スズ(IV)コアが5〜50重量%を含有する、請求項8に記載の太陽電池電極または接点の製造方法。
- すべての比率が前記コアシェル粒子の総重量に基づくとき、前記コアシェル粒子が90重量%の銀シェルおよび10重量%の酸化スズ(IV)コアを含有する、請求項10に記載の太陽電池電極または接点の製造方法。
- 前記コアシェル粒子が0.2〜20ミクロンの直径を有する、請求項8に記載の太陽電池電極または接点の製造方法。
- 前記混合物中のコアシェル粒子に対する銀粉末の比率が95:5〜5:95である、請求項8に記載の太陽電池電極または接点の製造方法。
- 前記ペースト組成物中の前記導電性金属粒子が、酸化スズ(IV)粉末をさらに含有し、
前記酸化スズ(IV)粉末が前記混合物の総重量に対して0.1重量%〜50重量%を含有する、請求項8に記載の太陽電池電極または接点の製造方法。
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