JP6343661B2 - 太陽電池電極形成用組成物およびそれにより製造された電極 - Google Patents
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Description
本発明の太陽電池電極形成用組成物は、銀粉末;ヒュームドシリカ;ガラスフリット;および有機ビヒクルを含む太陽電池電極形成用組成物であって、特定のヒュームドシリカを取り入れて電極とウエハとの接触性を改善し、前記組成物で製造された太陽電池電極はシリーズ抵抗(Rs)が最小化されてフィルファクターおよび変換効率に優れる。
本発明の太陽電池電極形成用組成物は、導電性粉末として銀(Ag)粉末を使用する。前記銀粉末は、ナノサイズまたはマイクロサイズの粒径を有する粉末でもよいが、例えば、数十ないし数百ナノメートルの銀粉末、数ないし数十マイクロメートルの銀粉末でもよく、2以上の相違する大きさを有する銀粉末を混合して使用してもよい。
図1を参考すると、太陽電池電極の形成のための焼成段階でガラスフリット112はp層(又はn層)101およびエミッターとしてのn層(又はp層)102を含むウエハの反射防止膜をエッチングし、銀(Ag)粒子111を溶融させ、前記の溶融された銀粒子がウエハ表面を浸透して銀結晶(crystalline)113を形成することにより電極が形成されるが、銀結晶が形成される深さ(ohmic contact)と銀結晶粒子がウエハと接触する面積を確保することが重要になる。
ガラスフリット(glass frit)は、電極ペーストの焼成工程中反射防止膜をエッチング(etching)し、銀粒子を溶融させて抵抗が低くなるようにエミッター領域に銀結晶粒子を生成させ、電導性粉末とウエハ間の接着力を向上させ、焼結時に軟化して焼成温度をより下げる効果を誘導する。
有機ビヒクルは、太陽電池電極形成用組成物の無機成分と機械的混合によりペースト組成物に、印刷に適した粘度および流変学的特性(rheological characteristics;流動学的特性ないしレオロジー的特性)を付与する。
本発明の太陽電池電極形成用組成物は、前記の構成要素以外に流動特性、工程特性および安定性を向上させるために必要に応じて通常の添加剤をさら含んでもよい。前記添加剤は、分散剤、揺変剤、可塑剤、粘度安定化剤、消泡剤、顔料、紫外線安定剤、酸化防止剤、カップリング剤等を単独または2種以上混合して使用することができる。これらは組成物全重量に対して、0.1重量%ないし5重量%で添加できるが、必要に応じて変更してもよい。
本発明の別の観点は、前記太陽電池電極形成用組成物から形成された電極およびそれを含む太陽電池に関するものである。図2は、本発明の一具体例にかかる太陽電池の構造を示したものである。
(実施例1)
有機バインダーとして、エチルセルロース(Dow chemical company,STD4)1.0重量%を溶媒であるテキサノール(Eastman社,Texanol ester―alcohol)6.69重量%に60℃で十分に溶解した後、平均粒径が2.0μmの球形の銀粉末(Dowa Hightech CO.LTD,AG―4―8)89重量%、平均粒径が1.0μmで、転移点が350℃のPb―Si―Al―O系低融点有鉛ガラス粉末2.5重量%、BET比表面積が200±25m2/gのヒュームドシリカ(Evonik社,Aerosil(登録商標) 200)0.01重量%、分散剤(BYK―chemie,BYK102)0.4重量%、揺変剤(Elementis社,Thixatrol(登録商標) ST)0.4重量%を投入して均等に混ぜた後、3ロール混練機で混合分散させて太陽電池電極形成用組成物を製造した。
下記表1の組成で各成分を使用したことを除いては、前記実施例1と同様の方法で太陽電池電極形成用組成物を製造し、前記組成物を印刷して電極を形成した後、フィルファクター(FF,%)および変換効率(%)を測定して下記表1に併せて示した。
Pb対Teのモル比が1:2のPb―Te―Bi系ガラスフリットを使用し、下記表1の組成で各成分を使用したことを除いては、前記実施例1と同様の方法で太陽電池電極形成用組成物を製造し、前記組成物を印刷して電極を形成した後、フィルファクター(FF,%)および変換効率(%)を測定して下記表1に併せて示した。
Pb対Teのモル比が1:1.5のPb―Te―Bi系ガラスフリットを使用し、下記表1の組成で各成分を使用したことを除いては、前記実施例1と同様の方法で太陽電池電極形成用組成物を製造し、前記組成物を印刷して電極を形成した後、フィルファクター(FF,%)および変換効率(%)を測定して下記表に併せて示した。
下記表1の組成で各成分を使用したことを除いては、前記実施例1と同様の方法で太陽電池電極形成用組成物を製造し、前記組成物を印刷して電極を形成した後、フィルファクター(FF,%)および変換効率(%)を測定して下記表1に併せて示した。
(実施例6)
有機バインダーとしてエチルセルロース(Dow chemical company,STD4)1重量%を溶媒であるテキサノール(Eastman社,Texanol ester―alcohol)6.69重量%に60℃で十分に溶解した後、平均粒径が2.5μmの球形の銀粉末(Dowa Hightech CO.LTD,AG―5―11F)89重量%、下記表2の組成を有するBi―Te―O系ガラスフリット2.5重量%、BET比表面積が200±25m2/gのヒュームドシリカ(Evonik社、Aerosil(登録商標) 200)0.01重量%、分散剤(BYK―chemie,BYK102)0.4重量%、揺変剤(Elementis社,Thixatrol(登録商標) ST)0.4重量%を投入して均等に混ぜた後、3ロール混練機で混合分散させて太陽電池電極形成用組成物を製造した。
下記表3の組成であることを除いては、実施例6と同様の方法で太陽電池電極形成用組成物を製造し、前記組成物を印刷して電極を形成した後、物性を測定し、下記表3に併せて示した。
下記表3の組成であることを除いては、実施例6と同様の方法で太陽電池電極形成用組成物を製造し、前記組成物を印刷して電極を形成した後、物性を測定し、下記表3に併せて示した。
BiとTeのモル比が1:60のBi―Te―O系ガラスフリットを使用したことを除いては、実施例6と同様の方法で太陽電池電極形成用組成物を製造し、前記組成物を印刷して電極を形成した後、物性を測定し、下記表3に併せて示した。
102:n層、
111:銀粒子、
112:ガラスフリット、
113:銀結晶。
Claims (9)
- 銀粉末;ヒュームドシリカ;ガラスフリット;および有機ビヒクルを含む組成物であって、
前記ヒュームドシリカは、組成物全重量に対して0.01重量%以上0.1重量%未満で含まれることを特徴とする、太陽電池電極形成用組成物。 - 前記銀粉末60重量%〜95重量%;前記ヒュームドシリカ0.01重量%以上0.1重量%未満;前記ガラスフリット0.5重量%〜20重量%;および前記有機ビヒクル1重量%〜30重量%を含む、請求項1に記載の太陽電池電極形成用組成物。
- 前記ヒュームドシリカの比表面積(BET)は、20m2/g〜300m2/gであることを特徴とする、請求項1または2に記載の太陽電池電極形成用組成物。
- 前記ガラスフリットは、Pb−Si−O系、Pb−Si−Al−O系、Pb−Si−Al−P−O系、Pb−Si−Al−Zn−O系、Pb−Bi−O系、Zn−Si−O系、Zn−B−Si−O系、Zn−B−Si−Al−O系、Bi−Si−O系、Bi−B−Si−O系、Bi−B−Si−Al−O系、Bi−Zn−B−Si−O系、Bi−Zn−B−Si−Al−O系、Pb−Te−O系、Pb−Te−Bi−O系、Pb−Te−Si−O系、Pb−Te−Li−O系、Bi−Te−O系、Bi−Te−Si−O系またはBi−Te−Li−O系ガラスフリットであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池電極形成用組成物。
- 前記ガラスフリットは、BiとTeのモル比が1:0.1〜1:50であるBi−Te−O系ガラスフリットである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池電極形成用組成物。
- 前記ガラスフリットは、鉛(Pb)、テルル(Te)、ビスマス(Bi)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウム(Ga)、ホウ素(B)、セリウム(Ce)、鉄(Fe)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、タンタル(Ta)、ガドリニウム(Gd)、アンチモン(Sb)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、セレニウム(Se)、イットリウム(Y)、リン(P)、クロム(Cr)、リチウム(Li)、タングステン(W)、マグネシウム(Mg)、セシウム(Cs)、ストロンチウム(Sr)、モリブデン(Mo)、チタニウム(Ti)、スズ(Sn)、インジウム(In)、バナジウム(V)、バリウム(Ba)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ヒ素(As)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、マンガン(Mn)およびアルミニウム(Al)の酸化物からなる群から選ばれた1種以上の金属酸化物から形成されたものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池電極形成用組成物。
- 前記ガラスフリットは、平均粒径(D50)が0.1μm〜20μmであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の太陽電池電極形成用組成物。
- 分散剤、揺変剤、可塑剤、粘度安定化剤、消泡剤、顔料、紫外線安定剤、酸化防止剤およびカップリング剤からなる群から選ばれる添加剤を1種以上さらに含むことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池電極形成用組成物。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の太陽電池電極形成用組成物で製造された、太陽電池電極。
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