JP6617427B2 - 電極形成用組成物、電極、太陽電池素子及びその製造方法並びに太陽電池 - Google Patents
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Description
前記ガラス粒子が、示差熱分析による軟化点が550℃以下のホウ素含有ガラス粒子を含む電極形成用組成物。
<2> 前記リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、リン含有率が2.0質量%〜15.0質量%である<1>に記載の電極形成用組成物。
<3> 前記リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、錫含有率が3.0質量%〜30.0質量%である<1>又は<2>に記載の電極形成用組成物。
<4> 前記リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、ニッケル含有率が3.0質量%〜30.0質量%である<1>〜<3>のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
<5> 前記ホウ素含有ガラス粒子は、結晶化開始温度が650℃を超える<1>〜<4>のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
<6> 前記金属粒子が、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、及びニッケル含有粒子からなる群より選択される少なくとも1種を更に含む<1>〜<5>のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
<7> 前記リン含有銅合金粒子は、リン含有率が0.1質量%〜8.0質量%である<6>に記載の電極形成用組成物。
<8> 前記錫含有粒子は、錫粒子及び錫含有率が1.0質量%以上である錫合金粒子からなる群より選択される少なくとも1種である<6>又は<7>に記載の電極形成用組成物。
<9> 前記ニッケル含有粒子は、ニッケル粒子及びニッケル含有率が1.0質量%以上であるニッケル合金粒子からなる群より選択される少なくとも1種である<6>〜<8>のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
<10> 前記金属粒子が、銀粒子を更に含む<1>〜<9>のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
<11> 前記金属粒子の含有率が、60.0質量%〜94.0質量%である<1>〜<10>のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
<12> 前記金属粒子の含有率を100.0質量%としたときの銅含有率が、48.0質量%〜95.0質量%である、<1>〜<11>のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
<13> 前記ガラス粒子の含有率が、0.1質量%〜15.0質量%である<1>〜<12>のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
<14> 更に、樹脂を含む<1>〜<13>のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
<15> 更に、溶剤を含む<1>〜<14>のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
<16> <1>〜<15>のいずれか1項に記載の電極形成用組成物の熱処理物である電極。
<17> 半導体基板と、前記半導体基板上に設けられる<1>〜<15>のいずれか1項に記載の電極形成用組成物の熱処理物である電極と、を有する太陽電池素子。
<18> 前記電極は、銅と錫とニッケルとを含有する合金相及び錫とリンと酸素とを含有するガラス相を含む<17>に記載の太陽電池素子。
<19> 半導体基板上に<1>〜<15>のいずれか1項に記載の電極形成用組成物を付与する工程と、
前記電極形成用組成物を熱処理する工程と、
を有する太陽電池素子の製造方法。
<20> <17>又は<18>に記載の太陽電池素子と、前記太陽電池素子の電極上に配置される配線材料と、を有する太陽電池。
本発明の電極形成用組成物は、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の少なくとも1種を含む金属粒子と、ガラス粒子の少なくとも1種とを含有し、かつ前記ガラス粒子として、示差熱分析による軟化点が550℃以下のホウ素含有ガラス粒子の少なくとも1種を含むものである。これにより、大気中での熱処理(焼成)における銅の酸化が抑制され、抵抗率の低い電極が形成される。更に、電極形成用組成物を半導体基板に付与して電極を形成する際、形成される電極と半導体基板とが良好なオーミックコンタクトを形成でき、更に半導体基板に対して密着力に優れた電極を形成できる。
本発明の電極形成用組成物は、金属粒子としてリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の少なくとも1種を含む。本発明の電極形成用組成物は、必要に応じて、金属粒子としてリン含有銅合金粒子、錫含有粒子、及びニッケル含有粒子からなる群より選択される少なくとも1種並びに、銀粒子等を含有してもよい。
本発明の電極形成用組成物は、金属粒子としてリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の少なくとも1種を含む。一般にリンを含む銅合金としては、リン銅ろう(リン濃度:7質量%程度以下)と呼ばれるろう付け材料が知られている。リン銅ろうは、銅と銅との接合材としても用いられるものである。本発明の電極形成用組成物に金属粒子としてリンを含む銅合金粒子を用いることで、リンの銅酸化物に対する還元性を利用し、耐酸化性に優れ、抵抗率の低い電極を形成することができる。
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子に含まれる不可避的に混入する他の原子の含有率は、例えば、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子中に3質量%以下とすることができ、耐酸化性と電極の低抵抗率化の観点から、1質量%以下であることが好ましい。
リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の含有率を10.0質量%以上とすることで、電極内の空隙部を効果的に低減させ、電極を緻密化させることができる傾向にある。またリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の含有率を98.0質量%以下とすることで、他の金属粒子を含有したことによる電極の低抵抗率化、シリコン基板への電極の密着力の向上等の効果を発現させることができる傾向にある。
具体的には、リン−錫−ニッケル含有銅合金を溶融し、これをノズル噴霧によって粉末化した後、得られた粉末を乾燥及び分級することで、所望のリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を製造することができる。また、分級条件を適宜選択することで所望の粒子径を有するリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を製造することができる。
本発明の電極形成用組成物は、金属粒子としてリン含有銅合金粒子の少なくとも1種を更に含んでもよい。リン含有銅合金粒子を含むことで、形成された電極の抵抗率が低下し、半導体基板に対する電極の密着力が向上する傾向にある。これは例えば以下のようにして考えることができる。すなわち、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の組成とリン含有銅合金粒子の組成との組み合わせによっては、リン含有銅合金粒子の方が、熱処理(焼成)時に低い温度で、且つ大きな発熱を伴って反応を開始することがある。これにより、熱処理(焼成)中の電極形成用組成物が比較的低温の状態から、発熱を伴うことで、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の反応(Cu−Sn−Ni合金相の形成、及びSn−P−Oガラス相の形成)を促進させることができる。
また前記リン含有銅合金粒子に含まれる不可避的に混入する他の原子の含有率は、例えば、リン含有銅合金粒子中に3質量%以下とすることができ、耐酸化性と電極の低抵抗率化の観点から、1質量%以下であることが好ましい。
尚、リン含有銅合金粒子の粒子径(D50%)の測定方法は、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径の測定方法と同様である。
また、リン含有銅合金粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、鱗片状等のいずれであってもよい。耐酸化性と電極の低抵抗率化の観点から、リン含有銅合金粒子の形状は略球状、扁平状又は板状であることが好ましい。
本発明の電極形成用組成物は、金属粒子として錫含有粒子の少なくとも1種を更に含んでもよい。錫含有粒子を含むことで、得られる電極内の強度が向上し、半導体基板に対する電極の密着力が向上する傾向にある。これは例えば以下のようにして考えることができる。すなわち、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子と錫含有粒子の組み合わせによっては、Sn−P−Oガラス相の生成を促進させることができ、電極内の空隙部を低減させる(電極組織を緻密化させる)ことができる。その結果として、電極内の強度が向上し、半導体基板に対する電極の密着力が向上すると考えられる。
本発明において、これらの錫含有粒子は1種単独で使用してもよく、又は2種以上を組み合わせて使用することもできる。本発明において「錫含有粒子の2種以上を組み合わせて用いる」とは、成分比率が異なるものの後述の粒子径、粒度分布等の粒子形状が同じである2種以上の錫含有粒子を組み合わせて用いる場合、成分比率は同じであるものの粒子形状の異なる2種以上の錫含有粒子を組み合わせて用いる場合、成分比率及び粒子形状がともに異なる2種以上の錫含有粒子を組み合わせて用いる場合等が挙げられる。
また、錫含有粒子に含まれる不可避的に混入する他の原子の含有率は、例えば錫含有粒子中に3.0質量%以下とすることができ、融点及びリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子との反応性の観点から、1.0質量%以下であることが好ましい。
尚、錫含有粒子の粒子径(D50%)の測定方法は、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径の測定方法と同様である。
また、錫含有粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、鱗片状等のいずれであってもよい。耐酸化性と電極の低抵抗率化の観点から、錫含有粒子の形状は、略球状、扁平状又は板状であることが好ましい。
本発明の電極形成用組成物は、金属粒子としてニッケル含有粒子の少なくとも1種を更に含んでもよい。ニッケル含有粒子を含むことで、熱処理(焼成)工程において、高温での耐酸化性を発現させる傾向にある。
ニッケル粒子におけるニッケルの純度は特に制限されない。例えば、ニッケル粒子の純度は、95.0質量%以上とすることができ、97.0質量%以上であることが好ましく、99.0質量%以上であることがより好ましい。
特に、Ni−58Fe、Ni−75Cu、Ni−6Cu−20Zn等で構成されるニッケル合金粒子は、熱処理(焼成)時にリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子と均一的に反応することができるという点で、好適に用いることができる。尚、ニッケル合金粒子における表記は、例えばNi−AX−BY−CZの場合は、ニッケル合金粒子の中に、元素XがA質量%、元素YがB質量%、元素ZがC質量%含まれていることを示す。
本発明において、これらのニッケル含有粒子は1種単独で使用してもよく、又は2種以上を組み合わせて使用することもできる。本発明において「ニッケル含有粒子の2種以上を組み合わせて用いる」とは、成分比率が異なるものの後述の粒子径、粒度分布等の粒子形状が同じである2種以上のニッケル含有粒子を組み合わせて用いる場合、成分比率は同じであるものの粒子形状の異なる2種以上のニッケル含有粒子を組み合わせて用いる場合、成分比率及び粒子形状がともに異なる2種以上のニッケル含有粒子を組み合わせて用いる場合等が挙げられる。
また、ニッケル含有粒子に含まれる不可避的に混入する他の原子の含有率は、例えばニッケル含有粒子中に3.0質量%以下とすることができ、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子との反応性の観点から、1.0質量%以下であることが好ましい。
尚、ニッケル含有粒子の粒子径(D50%)の測定方法は、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径の測定方法と同様である。
また、ニッケル含有粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、鱗片状等のいずれであってもよい。耐酸化性と電極の低抵抗率化の観点から、ニッケル含有粒子の形状は、略球状、扁平状又は板状であることが好ましい。
本発明の電極形成用組成物は、金属粒子として銀粒子の少なくとも1種を更に含んでもよい。銀粒子を含むことで、耐酸化性が向上し、電極の抵抗率が低下する傾向にある。また、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の反応によって生成したSn−P−Oガラス相の中にAg粒子が析出することで、電極中のCu−Sn−Ni合金相と半導体基板のオーミックコンタクト性が向上する傾向にある。更に、太陽電池モジュールとした場合のはんだ接続性が向上する傾向にある。
また、銀粒子に含まれる不可避的に混入する他の原子の含有率は、例えば銀粒子中に3質量%以下とすることができ、融点及び電極の低抵抗率化の観点から、1質量%以下であることが好ましい。
尚、銀粒子の粒子径(D50%)の測定方法は、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径の測定方法と同様である。
また、銀粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、鱗片状等のいずれであってもよい。耐酸化性と電極の低抵抗率化の観点から、銀粒子の形状は、略球状、扁平状又は板状であることが好ましい。
本発明の電極形成用組成物は、ガラス粒子として、示差熱分析による軟化点が550℃以下のホウ素含有ガラス粒子(以下、特定ホウ素含有ガラス粒子と称することがある。)の少なくとも1種を含む。かかる構成であることで、熱処理(焼成)において、形成した電極と半導体基板との密着性が向上する。また、特に太陽電池の受光面側の電極形成において、熱処理(焼成)時にいわゆるファイアースルーによって反射防止層を構成する窒化ケイ素が効果的に取り除かれ、電極と半導体基板との間に良好なオーミックコンタクトが形成される。
また、ガラス粒子がホウ素を含有することで、ガラス粒子の金属粒子への被覆性、熱処理(焼成)工程の際の金属粒子間の充填性、Sn−P−Oガラス相の形成性が向上する。
尚、ガラス粒子のD50%の測定方法は、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径の測定方法と同様である。
本発明の電極形成用組成物は、樹脂の少なくとも一種を含んでいてもよい。また、本発明の電極形成用組成物は、溶剤の少なくとも一種を含んでいてもよい。これにより電極形成用組成物の液物性(粘度、表面張力等)を、半導体基板等に付与する際の付与方法に適した範囲内に調製することができる。
・装置:(ポンプ:L−2130型[(株)日立ハイテクノロジーズ])、(検出器:L−2490型RI[(株)日立ハイテクノロジーズ])、(カラムオーブン:L−2350[(株)日立ハイテクノロジーズ])
・カラム:Gelpack GL−R440 + Gelpack GL−R450 + Gelpack GL−R400M(計3本)(日立化成(株))
・カラムサイズ:10.7mm×300mm(内径)
・溶離液:テトラヒドロフラン
・試料濃度:10mg/2mL
・注入量:200μL
・流量:2.05mL/分
・測定温度:25℃
溶剤及び樹脂の総含有率が上記範囲内であることにより、電極形成用組成物を半導体基板に付与する際の付与適性が良好になり、所望の幅及び高さを有する電極を容易に形成することができる傾向にある。
本発明の電極形成用組成物が溶剤及び樹脂を含む場合、溶剤及び樹脂の含有比は、電極形成用組成物が所望の液物性となるように、使用する溶剤及び樹脂の種類に応じて適宜選択することができる。
本発明の電極形成用組成物が溶剤及び樹脂を含む場合、本発明の電極形成用組成物は、耐酸化性、電極の低抵抗率化及び半導体基板への密着性の観点から、例えば、金属粒子の含有率が60.0質量%〜94.0質量%であり、ガラス粒子の含有率が0.1質量%〜15.0質量%であり、溶剤及び樹脂の総含有率が3.0質量%〜50.0質量%であることが好ましく、金属粒子の含有率が66.0質量%〜92.0質量%であり、ガラス粒子の含有率が0.5質量%〜12.0質量%であり、溶剤及び樹脂の総含有率が5.0質量%〜45.0質量%であることがより好ましく、金属粒子の含有率が67.0質量%〜90.0質量%であり、ガラス粒子の含有率が1.0質量%〜10.0質量%であり、溶剤及び樹脂の総含有率が7.0質量%〜40.0質量%であることが更に好ましい。
電極形成用組成物は、フラックスの少なくとも1種を更に含有してもよい。フラックスを含むことで、金属粒子の表面に酸化膜が形成された場合に該酸化膜を除去し、熱処理(焼成)中のリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の反応を促進させることができる傾向にある。またフラックスを含むことで、電極と半導体基板との密着性が向上する傾向にある。
電極形成用組成物は、上述した成分に加え、必要に応じて、当該技術分野で通常用いられるその他の成分を更に含有することができる。その他の成分としては、可塑剤、分散剤、界面活性剤、無機結合剤、金属酸化物、セラミック、有機金属化合物等を挙げることができる。
電極形成用組成物の製造方法としては特に制限はない。金属粒子、ガラス粒子、及び必要に応じて用いられる溶剤、樹脂等のその他の成分を、通常用いられる分散方法及び混合方法を用いて、分散及び混合することで製造することができる。
分散方法及び混合方法は特に制限されず、通常用いられる分散方法及び混合方法から適宜選択して適用することができる。
本発明の電極は、本発明の電極形成用組成物の熱処理物である。本発明の電極は、本発明の電極形成用組成物を用いて製造される。電極形成用組成物を用いて電極を製造する方法としては、電極形成用組成物を、電極を形成する領域に付与し、必要に応じて乾燥した後に、熱処理(焼成)することで所望の領域に電極を形成する方法が挙げられる。本発明の電極形成用組成物を用いることで、酸素の存在下(例えば、大気中)で熱処理(焼成)を行っても、抵抗率の低い電極を形成することができる。
一般に、熱処理(焼成)温度としては800℃〜900℃であるが、本発明の電極形成用組成物を用いる場合には、低温での熱処理条件から一般的な熱処理条件までの広範な範囲で用いることができる。例えば、450℃〜900℃の広範な熱処理温度で良好な特性を有する電極を形成することができる。
また熱処理時間は、熱処理温度等に応じて適宜選択することができ、例えば、1秒〜20秒とすることができる。
本発明の太陽電池素子は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられる本発明の電極形成用組成物の熱処理物(焼成物)である電極と、を少なくとも有する。これにより、良好な特性を有する太陽電池素子が得られ、該太陽電池素子の生産性に優れる。
なお、本明細書において太陽電池素子とは、pn接合が形成された半導体基板と、半導体基板上に形成された電極と、を有するものを意味する。
また、本発明の太陽電池素子の製造方法は、半導体基板上に本発明の電極形成用組成物を付与する工程と、前記電極形成用組成物を熱処理する工程と、を有する。
受光面電極4及び裏面出力取出電極6は、本発明の電極形成用組成物から形成される。また裏面集電用電極5は、ガラス粒子を含むアルミニウム電極形成用組成物から形成されている。受光面電極4、裏面集電用電極5及び裏面出力取出電極6を形成する第一の方法として、本発明の電極形成用組成物及びアルミニウム電極形成用組成物をスクリーン印刷等にて所望のパターンで付与した後、大気中450℃〜900℃程度で一括して熱処理(焼成)する方法が挙げられる。本発明の電極形成用組成物を用いることで、比較的低温で熱処理(焼成)しても、抵抗率及び接触抵抗率に優れる受光面電極4及び裏面出力取出電極6を形成することができる。
これらの中でも特にシリコンを含む基板上に電極を形成する場合に好適に用いることができる。
本明細書において太陽電池とは、太陽電池素子の電極上にタブ線等の配線材料が設けられ、必要に応じて複数の太陽電池素子が配線材料を介して接続されて構成され、封止樹脂等で封止された状態のものを意味する。
本発明の太陽電池は、本発明の太陽電池素子と、前記太陽電池素子の電極上に配置される配線材料と、を有する。本発明の太陽電池は、本発明の太陽電池素子の少なくとも1つを含み、太陽電池素子の電極上に配線材料が配置されて構成されていればよい。太陽電池は更に必要に応じて、配線材料を介して複数の太陽電池素子が連結され、更に封止材で封止されて構成されていてもよい。
配線材料及び封止材としては特に制限されず、当業界で通常用いられているものから適宜選択することができる。
また前記タブ線の断面形状は特に制限されず、断面形状が長方形(平タブ)及び楕円形(丸タブ)のいずれも適用でき、断面形状が長方形(平タブ)を用いることが好ましい。
また前記タブ線の総厚みは特に制限されず、0.1mm〜0.7mmとすることが好ましく、0.15mm〜0.5mmとすることがより好ましい。
(a)電極形成用組成物1の調製
57.5質量%の銅と、5.0質量%のリンと、17.5質量%の錫と、20.0質量%のニッケルとを含むリン−錫−ニッケル含有銅合金を常法により調製し、これを熔解して水アトマイズ法により粉末化した後、乾燥し、分級した。尚、分級には、日清エンジニアリング(株)、強制渦式分級機(ターボクラシファイア;TC−15)を用いた。分級した粉末を不活性ガスとブレンドして、脱酸素及び脱水処理を行い、57.5質量%の銅と、5.0質量%のリンと、17.5質量%の錫と、20.0質量%のニッケルとを含むリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を作製した。尚、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の粒子径(D50%)は5.0μmであり、その形状は略球状であった。
得られたガラスG01を用いて、粒子径(D50%)が2.5μmであるガラスG01粒子を得た。またその形状は略球状であった。
受光面にn+型拡散層、テクスチャ及び反射防止層(窒化ケイ素層)が形成された厚さ190μmのp型半導体基板を用意し、125mm×125mmの大きさに切り出した。その受光面上に、上記で得られた電極形成用組成物1を図2に示すような電極パターンとなるようにスクリーン印刷法を用いて印刷した。電極のパターンは150μm幅のフィンガーライン(受光面集電用電極)と1.5mm幅のバスバー(受光面出力取出電極)で構成され、熱処理(焼成)後の厚さが20μmとなるよう、印刷条件(スクリーン版のメッシュ、印刷速度及び印圧)を適宜調整した。これを150℃に加熱したオーブンの中に15分間入れ、溶剤を蒸散により取り除いた。
電極形成用組成物1を用いて形成された裏面出力取出電極6のパターンは、2本のラインで構成され、1本のラインの大きさが123mm×5mmとなるように印刷した。尚、熱処理(焼成)後の裏面出力取出電極6の厚さが20μmとなるよう、印刷条件(スクリーン版のメッシュ、印刷速度及び印圧)を適宜調整した。またアルミニウム電極形成用組成物を、裏面出力取出電極6以外の全面に印刷して裏面集電用電極5のパターンを形成した。また熱処理(焼成)後の裏面集電用電極5の厚さが30μmとなるように、アルミニウム電極形成用組成物の印刷条件を適宜調整した。これを150℃に加熱したオーブンの中に15分間入れ、溶剤を蒸散により取り除いた。
実施例1において、電極形成時の熱処理(焼成)条件を最高温度800℃で10秒間から、最高温度850℃で8秒間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして太陽電池素子2を作製した。
実施例1において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の銅含有率を57.5質量%から75.0質量%に変更し、リン含有率を5.0質量%から6.0質量%に変更し、錫含有率を17.5質量%から9.0質量%に変更し、ニッケル含有率を20.0質量%から10.0質量%に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、電極形成用組成物3を調製し、太陽電池素子3を作製した。
実施例3において、電極形成用組成物中のリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の含有率を67.0質量%から70.8質量%に変更し、ガラスG01粒子の含有率を8.0質量%から4.2質量%に変更したこと以外は、実施例3と同様にして、電極形成用組成物4を調製し、太陽電池素子4を作製した。
実施例3において、ガラスの種類をG01からG02に変更したこと以外は、実施例3と同様にして、電極形成用組成物5を調製し、太陽電池素子5を作製した。
ガラスG02粒子を用いる際は、まず、二酸化ケイ素(SiO2)1.2質量%、酸化鉛(PbO)66.0質量%、酸化ホウ素(B2O3)を12.5質量%、酸化ビスマス(Bi2O3)18.5質量%及び酸化アルミニウム(Al2O3)1.8質量%からなるガラスを調製し、これを粉砕して、粒子径(D50%)が1.8μmであるガラスG02粒子を得た。尚、ガラスG02粒子の軟化点は405℃で、結晶化開始温度は650℃を超えていた。更にガラスG02粒子の形状は略球状であった。
実施例1において、電極形成用組成物に7.0質量%のリンを含むリン含有銅合金粒子を加えた。リン含有銅合金粒子は、実施例1のリン−錫−ニッケル含有銅合金粒子と同様に、水アトマイズ後に分級、脱酸素及び脱水処理して作製した。尚、リン含有銅合金粒子の粒子径(D50%)は5.0μmであり、その形状は略球状であった。
具体的には、電極形成用組成物の各成分の含有量を、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を55.5部、リン含有銅合金粒子を11.5部、ガラスG01粒子を8.0部、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(BC)を20.0部、及びポリアクリル酸エチル(EPA)を5.0部としたこと以外は、実施例1と同様にして、電極形成用組成物6を調製し、太陽電池素子6を作製した。
実施例1において、電極形成用組成物に錫粒子(Sn;粒子径(D50%)は5.0μm;純度99.9質量%)を加えた。
具体的には、電極形成用組成物中の各成分の含有量を、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を61.0部、錫粒子を6.0部、ガラスG01粒子を8.0部、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(BC)を20.0部、及びポリアクリル酸エチル(EPA)を5.0部としたこと以外は、実施例1と同様にして、電極形成用組成物7を調製し、太陽電池素子7を作製した。
実施例1において、電極形成用組成物にニッケル粒子(Ni;粒子径(D50%)は5.0μm;純度99.9質量%)を加えた。
具体的には、電極形成用組成物中の各成分の含有量を、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を64.5部、ニッケル粒子を2.5部、ガラスG01粒子を8.0部、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(BC)を20.0部、及びポリアクリル酸エチル(EPA)を5.0部としたこと以外は、実施例1と同様にして、電極形成用組成物8を調製し、太陽電池素子8を作製した。
実施例1において、電極形成用組成物に銀粒子(Ag;粒子径(D50%)は3.0μm;純度99.5質量%)を加えた。
具体的には、電極形成用組成物中の各成分の含有量を、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を57.0部、銀粒子を10.0部、ガラスG01粒子を8.0部、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(BC)を20.0部、及びポリアクリル酸エチル(EPA)を5.0部としたこと以外は、実施例1と同様にして、電極形成用組成物9を調製し、太陽電池素子9を作製した。
実施例3において、ガラスの種類をG01からG03に変更したこと以外は、実施例3と同様にして、電極形成用組成物10を調製した。
ガラスG03粒子を用いる際は、まず、二酸化ケイ素(SiO2)3.5質量%、酸化ホウ素(B2O3)を14.3質量%、酸化ビスマス(Bi2O3)79.3質量%、酸化アルミニウム(Al2O3)2.4質量%及び酸化リチウム(Li2O)0.5質量%からなるガラスを調製し、これを粉砕して、粒子径(D50%)が1.5μmであるガラスG03粒子を得た。尚、ガラスG03粒子の軟化点は415℃で、結晶化開始温度は650℃を超えていた。更にガラスG03粒子の形状は略球状であった。
その後、受光面集電用電極及び受光面出力取出用電極に電極形成用組成物1を、裏面出力取出電極に電極形成用組成物10を、それぞれ用いたこと以外は、実施例3と同様にして、太陽電池素子10を作製した。
上記実施例において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の銅含有率、リン含有率、錫含有率及びニッケル含有率、粒子径(D50%)並びにその含有量、リン含有銅合金粒子のリン含有率、粒子径(D50%)及びその含有量、錫含有粒子の組成、粒子径(D50%)及びその含有量、ニッケル含有粒子の組成、粒子径(D50%)及びその含有量、銀粒子の粒子径(D50%)及びその含有量、ガラス粒子の種類及びその含有量、溶剤の種類及びその含有量、並びに樹脂の種類及びその含有量を、表1〜表2に示したように変更したこと以外は、上記実施例と同様にして電極形成用組成物11〜15をそれぞれ調製した。
所望の電極が形成された太陽電池素子11〜15をそれぞれ作製した。
実施例4における電極形成用組成物の調整において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の代わりに銀粒子を用いて、表1及び表2に示した組成となるように各成分を変更したこと以外は、実施例4と同様にして電極形成用組成物C1を調製した。
電極形成用組成物C1を用いたこと以外は、実施例4と同様にして太陽電池素子C1を作製した。
実施例4において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の代わりに、銅粒子(純度99.5質量%)を用い、表1及び表2に示した組成となるように各成分を変更したこと以外は、実施例4と同様にして電極形成用組成物C2を調製した。
電極形成用組成物C2を用いたこと以外は、実施例4と同様にして太陽電池素子C2を作製した。
実施例4において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の代わりに、リンを7.0質量%含むリン含有銅合金粒子のみを金属粒子として用いて、表1及び表2に示した組成となるように各成分を変更したこと以外は、実施例4と同様にして電極形成用組成物C3を調製した。
電極形成用組成物C3を用いたこと以外は、実施例4と同様にして太陽電池素子C3を作製した。
実施例4において、リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子の代わりに、リンとニッケルを含む銅合金粒子のみを金属粒子として用いて、表1及び表2に示した組成となるように各成分を変更したこと以外は、実施例4と同様にして電極形成用組成物C4を調製した。
電極形成用組成物C4を用いたこと以外は、実施例4と同様にして太陽電池素子C4を作製した。
実施例4において、リン−錫−ニッケル銅合金粒子の代わりに、錫とニッケルを含む銅合金粒子のみを金属粒子として用いて、表1及び表2に示した組成となるように各成分を変更したこと以外は、実施例4と同様にして電極形成用組成物C5を調製した。
電極形成用組成物C5を用いたこと以外は、実施例4と同様にして太陽電池素子C5を作製した。
実施例4において、ガラスの種類をG01からG04に変更したこと以外は、実施例4と同様にして、電極形成用組成物C6を調製した。
ガラスG04粒子を用いる際は、まず、二酸化ケイ素(SiO2)80.0質量%、酸化ホウ素(B2O3)を12.5質量%、酸化亜鉛(ZnO)4.4質量%、酸化アルミニウム(Al2O3)1.5質量%、酸化カリウム(K2O)1.6質量%からなるガラスを調製し、これを粉砕して、粒子径(D50%)が2.5μmであるガラスG04粒子を得た。尚、ガラスG04粒子の軟化点は800℃であった。更にガラスG04粒子の形状は略球状であった。
実施例4において、ガラスの種類をG01からG05に変更したこと以外は、実施例4と同様にして、電極用組成物C7を調製した。
ガラスG05粒子を用いる際は、まず、酸化バナジウム(V2O5)45.0質量%、酸化リン(P2O5)24.2質量%、酸化バリウム(BaO)20.8質量%、酸化アンチモン(Sb2O3)5.0質量%、及び酸化タングステン(WO3)5.0質量%からなるように調製し、これを粉砕して、粒子径(D50%)が2.5μmであるガラスG05粒子を得た。尚、ガラスG05の軟化点は492℃で、結晶化開始温度は650℃を超えていた。更にガラスG05粒子の形状は略球状であった。
作製した太陽電池素子の評価は、擬似太陽光として(株)ワコム電創、WXS−155S−10と、電流−電圧(I−V)評価測定器としてI−V CURVE TRACER MP−160(EKO INSTRUMENT社)の測定装置とを組み合わせて行った。太陽電池としての発電性能を示すJsc(短絡電流)、Voc(開放電圧)、F.F.(フィルファクター、形状因子)及びη(変換効率)は、それぞれJIS−C−8912:2011、JIS−C−8913:2005及びJIS−C−8914:2005に準拠して測定を行うことで得られたものである。両面電極構造の太陽電池素子において、得られた各測定値を、比較例1(太陽電池素子C1)の測定値を100.0とした相対値に換算して表3に示した。尚、比較例2においては、形成された電極の抵抗率が大きくなり、評価不能であった。その理由は、銅粒子の酸化によるものと考えられる。
2 n+型拡散層
3 反射防止層
4 受光面電極及び出力取出電極
5 裏面集電用電極
6 裏面出力取出電極
7 p+型拡散層
Claims (17)
- リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子を含む金属粒子と、ガラス粒子と、を含有し、
前記ガラス粒子が、示差熱分析による軟化点が550℃以下のホウ素含有ガラス粒子を含み、
前記リン−錫−ニッケル含有銅合金粒子は、リン含有率が2.0質量%〜15.0質量%であり、錫含有率が3.0質量%〜30.0質量%であり、ニッケル含有率が3.0質量%〜30.0質量%である電極形成用組成物。 - 前記ホウ素含有ガラス粒子は、結晶化開始温度が650℃を超える請求項1に記載の電極形成用組成物。
- 前記金属粒子が、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、及びニッケル含有粒子からなる群より選択される少なくとも1種を更に含む請求項1又は請求項2に記載の電極形成用組成物。
- 前記リン含有銅合金粒子は、リン含有率が0.1質量%〜8.0質量%である請求項3に記載の電極形成用組成物。
- 前記錫含有粒子は、錫粒子及び錫含有率が1.0質量%以上である錫合金粒子からなる群より選択される少なくとも1種である請求項3又は請求項4に記載の電極形成用組成物。
- 前記ニッケル含有粒子は、ニッケル粒子及びニッケル含有率が1.0質量%以上であるニッケル合金粒子からなる群より選択される少なくとも1種である請求項3〜請求項5のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
- 前記金属粒子が、銀粒子を更に含む請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
- 前記金属粒子の含有率が、60.0質量%〜94.0質量%である請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
- 前記金属粒子の含有率を100.0質量%としたときの銅含有率が、48.0質量%〜95.0質量%である、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
- 前記ガラス粒子の含有率が、0.1質量%〜15.0質量%である請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
- 更に、樹脂を含む請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
- 更に、溶剤を含む請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の電極形成用組成物。
- 請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載の電極形成用組成物の熱処理物である電極。
- 半導体基板と、前記半導体基板上に設けられる請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載の電極形成用組成物の熱処理物である電極と、を有する太陽電池素子。
- 前記電極は、銅と錫とニッケルとを含有する合金相及び錫とリンと酸素とを含有するガラス相を含む請求項14に記載の太陽電池素子。
- 半導体基板上に請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載の電極形成用組成物を付与する工程と、
前記電極形成用組成物を熱処理する工程と、
を有する太陽電池素子の製造方法。 - 請求項14又は請求項15に記載の太陽電池素子と、前記太陽電池素子の電極上に配置される配線材料と、を有する太陽電池。
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