JP6896506B2 - Paste composition for solar cells - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池用ペースト組成物に関し、特にレーザー照射などを用いて開口部を設けたパッシベーション膜を有する結晶系太陽電池セルに対してp+層を形成することを目的とした太陽電池用ペースト組成物に関する。 The present invention relates to a paste composition for a solar cell, and particularly for a solar cell for the purpose of forming a p + layer with respect to a crystalline solar cell having a passivation film provided with an opening by using laser irradiation or the like. Regarding the paste composition.
近年、結晶系太陽電池セルの変換効率(発電効率)、信頼性等を向上させることを目的として、種々の研究開発が行われている。その一つとして、セル裏面に窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等からなるパッシベーション膜を有するPERC(Passivated emitter and rear cell)型高変換効率セルが注目されている。 In recent years, various researches and developments have been carried out for the purpose of improving the conversion efficiency (power generation efficiency), reliability, etc. of crystalline solar cells. As one of them, a PERC (Passivated emitter and rear cell) type high conversion efficiency cell having a passivation film made of silicon nitride, silicon oxide, aluminum oxide or the like on the back surface of the cell is attracting attention.
PERC型高変換効率セルは、例えばアルミニウムを主成分とする電極層を備えた構造を有する。この電極層(特に裏面電極層)は、例えばアルミニウムを主体とするペースト組成物を、パッシベーション膜の開口部を被覆するようにパターン形状に塗布し、必要に応じて乾燥後、焼成することにより形成される。例えば、特許文献1には、アルミニウム粉末と、アルミニウム−シリコン合金粉末と、シリコン粉末と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとを含むペースト組成物が開示されている。そして、電極層の構成を適切に設計することで、PERC型高変換効率セルの変換効率を高められることが知られている。
The PERC type high conversion efficiency cell has a structure including, for example, an electrode layer containing aluminum as a main component. This electrode layer (particularly the back electrode layer) is formed by applying, for example, a paste composition mainly composed of aluminum in a pattern shape so as to cover the opening of the passivation film, drying it if necessary, and then firing it. Will be done. For example,
特許文献1などの従来技術では、ペースト組成物にシリコン粉末、アルミニウム−シリコン合金粉末等を添加し、Si濃度を高めることで電極層界面にボイドと称される空洞が生じることを抑制している。電極層界面にボイドが生じた場合には、抵抗を増加させるとともに結晶系太陽電池セルの長期信頼性の低下の原因となり得る。
In the prior art such as
しかしながら、Si濃度を高めると電極層の電気抵抗が増大して変換効率が低下する。また、焼成後の電極層の表面にアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金組成を有する直径20〜200μm程度の粒状物質(以下、この粒状物質を「Sandy」ともいう。)が発生して外観不良を生じるという問題がある。Sandyが生じると結晶系太陽電池セルを重ねて保管する際やモジュール化する際にSandyを起点としてセルが割れてしまう場合がある。ここで、Sandyの一例を図3、図4に示す。図3は220μmのSandyが認められる例であり、図4は30μmのSandyが認められる例である。他方、図5はSandyが認められない例(外観不良の無い例)である。 However, when the Si concentration is increased, the electrical resistance of the electrode layer increases and the conversion efficiency decreases. Further, it is said that a particulate matter having an aluminum or aluminum-silicon alloy composition and a diameter of about 20 to 200 μm (hereinafter, this particulate matter is also referred to as “Sandy”) is generated on the surface of the electrode layer after firing, resulting in poor appearance. There's a problem. When Sandy occurs, the cells may crack starting from Sandy when the crystalline solar cells are stacked and stored or modularized. Here, an example of Sandy is shown in FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is an example in which a Sandy of 220 μm is recognized, and FIG. 4 is an example in which a Sandy of 30 μm is recognized. On the other hand, FIG. 5 shows an example in which Sandy is not observed (an example in which there is no appearance defect).
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、結晶系太陽電池セルにおいて電極層界面でのボイドの発生を抑制し、変換効率が良好であり、且つ電極層の表面でのSandyの発生を抑制できる太陽電池用ペースト組成物を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and in a crystalline solar cell, the generation of voids at the electrode layer interface is suppressed, the conversion efficiency is good, and the generation of Sandy on the surface of the electrode layer is prevented. An object of the present invention is to provide a paste composition for a solar cell that can be suppressed.
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、アルミニウム粉末、有機ビヒクル、ガラスフリットに加えて特定のシリコン粉末を含む太陽電池用ペースト組成物が上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to achieve the above object, the present inventor has found that a paste composition for a solar cell containing a specific silicon powder in addition to aluminum powder, an organic vehicle, and a glass frit can achieve the above object. The present invention has been completed.
即ち、本発明は、下記の太陽電池用ペースト組成物に関する。
1.アルミニウム粉末、シリコン粉末、有機ビヒクル及びガラスフリットを含有する太陽電池用ペースト組成物であって、
前記シリコン粉末は、レーザー回折散乱法で測定される体積基準とした粒度分布の最小粒子径(Dmin)が5μm以上10μm未満であり、且つ当該粒度分布の最大粒子径(Dmax)が10μm以上50μm以下であり、
前記アルミニウム粉末の粒子径は、レーザー回折式粒度分布計によって測定した体積平均の粒度分布に基づいて算出された50%累積時の平均粒径D50が5μm以上20μm以下である、
ことを特徴とする太陽電池用ペースト組成物。
2.前記ガラスフリットは、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、バナジウム(V)、ホウ素(B)、シリコン(Si)、スズ(Sn)、リン(P)及び亜鉛(Zn)からなる群から選択される少なくとも一種を含有する、上記項1に記載の太陽電池用ペースト組成物。
3.前記アルミニウム粉末100質量部に対して、前記シリコン粉末を5〜25質量部、前記有機ビヒクルを20〜45質量部、及び前記ガラスフリットを1〜8質量部を含有する、上記項1又は2に記載の太陽電池用ペースト組成物。
That is, the present invention relates to the following paste composition for solar cells.
1. 1. A paste composition for solar cells containing aluminum powder, silicon powder, organic vehicle and glass frit.
The silicon powder has a minimum particle size (Dmin) of 5 μm or more and less than 10 μm as a volume reference measured by a laser diffraction / scattering method, and a maximum particle size (Dmax) of the particle size distribution of 10 μm or more and 50 μm or less. der is,
The particle size of the aluminum powder is such that the average particle size D50 at 50% accumulation calculated based on the volume average particle size distribution measured by a laser diffraction type particle size distribution meter is 5 μm or more and 20 μm or less .
A paste composition for a solar cell, characterized in that.
2. The glass frit is selected from the group consisting of lead (Pb), bismuth (Bi), vanadium (V), boron (B), silicon (Si), tin (Sn), phosphorus (P) and zinc (Zn).
3. 3.
本発明の太陽電池用ペースト組成物によれば、結晶系太陽電池セル(特にPERC型高変換効率セル)において、電極層界面でのボイドの発生を抑制し、変換効率が良好であり、且つ電極層の表面でのSandyの発生を抑制するという効果が得られる。つまり、本発明の太陽電池用ペースト組成物によれば、変換効率が良好であり、外観不良の発生が抑制された長期信頼性の高い結晶系太陽電池セルを提供することができる。 According to the paste composition for a solar cell of the present invention, in a crystalline solar cell (particularly a PERC type high conversion efficiency cell), the generation of voids at the electrode layer interface is suppressed, the conversion efficiency is good, and the electrode The effect of suppressing the generation of Sandy on the surface of the layer can be obtained. That is, according to the paste composition for a solar cell of the present invention, it is possible to provide a crystalline solar cell with good conversion efficiency and high long-term reliability in which the occurrence of poor appearance is suppressed.
以下、本発明の太陽電池用ペースト組成物について詳細に説明する。なお、本明細書において、「〜」で示される範囲は、特に説明する場合を除き「以上、以下」を意味する。 Hereinafter, the paste composition for a solar cell of the present invention will be described in detail. In this specification, the range indicated by "~" means "greater than or equal to or less than" unless otherwise specified.
本発明の太陽電池用ペースト組成物は、例えば、結晶系太陽電池セルの電極を形成するために使用することができる。結晶系太陽電池セルとしては特に限定されないが、例えば、PERC(Passivated emitter and rear cell)型高変換効率セル(以下、「PERC型太陽電池セル」という。)が挙げられる。本発明の太陽電池用ペースト組成物は、例えば、PERC型太陽電池セルの裏面電極を形成するために使用することができる。以下、本発明のペースト組成物を、単に「ペースト組成物」とも記載する。 The paste composition for a solar cell of the present invention can be used, for example, to form an electrode of a crystalline solar cell. The crystalline solar cell is not particularly limited, and examples thereof include a PERC (Passivated emitter and rear cell) type high conversion efficiency cell (hereinafter, referred to as “PERC type solar cell”). The paste composition for a solar cell of the present invention can be used, for example, to form a back electrode of a PERC type solar cell. Hereinafter, the paste composition of the present invention is also simply referred to as "paste composition".
最初に、PERC型太陽電池セルの構造の一例を説明する。 First, an example of the structure of the PERC type solar cell will be described.
1.PERC型太陽電池セル
図1(a)、(b)は、PERC型太陽電池セルの一般的な断面構造の模式図である。PERC型太陽電池セルは、シリコン半導体基板1、n型不純物層2、反射防止膜(パッシベーション膜)3、グリッド電極4、電極層(裏面電極層)5、合金層6、p+層7を構成要素として備えることができる。
1. 1. PERC type solar cell FIGS. 1 (a) and 1 (b) are schematic views of a general cross-sectional structure of a PERC type solar cell. The PERC type solar cell comprises a
シリコン半導体基板1は特に限定されず、例えば、厚みが180〜250μmのp型シリコン基板が用いられる。
The
n型不純物層2は、シリコン半導体基板1の受光面側に設けられる。n型不純物層2の厚みは、例えば、0.3〜0.6μmである。
The n-
反射防止膜3及びグリッド電極4は、n型不純物層2の表面に設けられる。反射防止膜3は、例えば、窒化シリコン膜で形成されパッシベーション膜とも称される。反射防止膜3は、いわゆるパッシベーション膜として作用することで、シリコン半導体基板1の表面での電子の再結合を抑制でき、結果として、発生したキャリアの再結合率を減らすことを可能にする。これにより、PERC型太陽電池セルの変換効率が高められる。
The
反射防止膜(パッシベーション膜)3は、シリコン半導体基板1の裏面側、つまり、前記受光面と逆側の面にも設けられる。また、この裏面側の反射防止膜(パッシベーション膜)3を貫通し、かつ、シリコン半導体基板1の裏面の一部を削るように形成されたコンタクト孔(開口部)が、シリコン半導体基板1の裏面側に形成されている。コンタクト孔の形成方法は限定的ではないが、レーザー照射などを用いて開口部を設けるいわゆるLCO(Laser contact opening)の方法が一般的である。
The antireflection film (passivation film) 3 is also provided on the back surface side of the
電極層5は、前記コンタクト孔を通じてシリコン半導体基板1に接触するように形成されている。電極層5は、本発明のペースト組成物によって形成される部材であり、所定のパターン形状に形成される。図1(a)の形態のように、電極層5は、PERC型太陽電池セルの裏面全体を覆うように形成されていてもよいし、又は図1(b)の形態のようにコンタクト孔及びその近傍を覆うように形成されていてもよい。電極層5の主成分はアルミニウムであるので、電極層5はアルミニウム電極層である。
The
電極層5は、例えば、ペースト組成物を所定のパターン形状に塗布し、焼成することで形成される。塗布方法は特に限定されず、例えば、スクリーン印刷等の公知の方法が挙げられる。ペースト組成物を塗布し、必要に応じて乾燥させた後、例えば、アルミニウムの融点(約660℃)を超える温度にて短時間焼成することで、電極層5が形成される。
The
本発明では、焼成温度はアルミニウムの融点(約660℃)を超える温度であればよいが、750〜950℃程度が好ましく、780〜900℃程度がより好ましい。焼成時間は所望の電極層5が形成される範囲で焼成温度に応じて適宜設定することができる。
In the present invention, the firing temperature may be a temperature exceeding the melting point of aluminum (about 660 ° C.), but is preferably about 750 to 950 ° C., more preferably about 780 to 900 ° C. The firing time can be appropriately set according to the firing temperature within the range in which the desired
このように焼成すると、ペースト組成物に含まれるアルミニウムが、シリコン半導体基板1の内部に拡散する。これにより、電極層5とシリコン半導体基板1との間に、アルミニウム−シリコン(Al−Si)合金層(合金層6)が形成され、これと同時に、アルミニウム原子の拡散によって、不純物層としてのp+層7が形成される。
When fired in this way, the aluminum contained in the paste composition diffuses inside the
p+層7は、電子の再結合を防止し、生成キャリアの収集効率を向上させる効果、いわゆる、BSF(Back Surface Field)効果をもたらすことができる。 The p + layer 7 can bring about an effect of preventing electron recombination and improving the collection efficiency of generated carriers, that is, a so-called BSF (Back Surface Field) effect.
前記電極層5と合金層6とで形成される電極が、図1に示す裏面電極8である。従って、裏面電極8は、ペースト組成物を用いて形成され、例えば、裏面側の反射防止膜(パッシベーション膜)3に設けたコンタクト孔9(開口部)を被覆するように塗工し、必要に応じて乾燥後、焼成することによって裏面電極8を形成できる。ここで、本発明のペースト組成物を用いて裏面電極8を形成することにより、太陽電池セルにおいて高い変換効率が得られ、焼成後の電極層5の表面でのSandyの発生を防止又は抑制できるとともに、電極層界面でのボイドの発生を抑制できる。特に焼結後の電極層5の表面でのSandyの発生を防止又は抑制できることは、外観不良及び太陽電池セルのモジュール化の際の割れを防止する点で有用である。
The electrode formed by the
2.ペースト組成物
本発明のペースト組成物は、アルミニウム粉末、シリコン粉末、有機ビヒクル及びガラスフリットを含有する太陽電池用ペースト組成物であって、
前記シリコン粉末は、レーザー回折散乱法で測定される体積基準とした粒度分布の最小粒子径(Dmin)が5μm以上10μm未満であり、且つ当該粒度分布の最大粒子径(Dmax)が10μm以上50μm以下である、
ことを特徴とする。
2. Paste Composition The paste composition of the present invention is a paste composition for a solar cell containing aluminum powder, silicon powder, an organic vehicle and a glass frit.
The silicon powder has a minimum particle size (Dmin) of 5 μm or more and less than 10 μm as a volume reference measured by a laser diffraction / scattering method, and a maximum particle size (Dmax) of the particle size distribution of 10 μm or more and 50 μm or less. Is,
It is characterized by that.
前述したように、ペースト組成物を使用することで、PERC型太陽電池セル等の太陽電池セルの裏面電極を形成することができる。つまり、本発明のペースト組成物は、シリコン基板上に形成されたパッシベーション膜に設けた開口部(コンタクト孔)を通じてシリコン基板に電気的に接触する太陽電池用裏面電極を形成するために用いることができる。そして、本発明のペースト組成物によれば、結晶系太陽電池セル(特にPERC型太陽電池セル)において電極層界面でのボイドの発生を抑制し、変換効率が良好であり、且つ電極層の表面でのSandyの発生を抑制できる。つまり、本発明の太陽電池用ペースト組成物によれば、変換効率が良好であり、外観不良の発生が抑制された長期信頼性の高い結晶系太陽電池セルを提供することができる。 As described above, by using the paste composition, it is possible to form a back electrode of a solar cell such as a PERC type solar cell. That is, the paste composition of the present invention can be used to form a back electrode for a solar cell that makes electrical contact with a silicon substrate through an opening (contact hole) provided in a passivation film formed on the silicon substrate. it can. According to the paste composition of the present invention, in a crystalline solar cell (particularly a PERC type solar cell), the generation of voids at the electrode layer interface is suppressed, the conversion efficiency is good, and the surface of the electrode layer is good. It is possible to suppress the occurrence of Sandy in. That is, according to the paste composition for a solar cell of the present invention, it is possible to provide a crystalline solar cell with good conversion efficiency and high long-term reliability in which the occurrence of poor appearance is suppressed.
ペースト組成物は、アルミニウム粉末、シリコン粉末、有機ビヒクル及びガラスフリットを構成成分として含む。そして、ペースト組成物がアルミニウム粉末(導電性材料)を含むことで、ペースト組成物の塗膜が焼成されて形成される焼結体は、シリコン基板と電気的に接続する導電性が発揮される。 The paste composition contains aluminum powder, silicon powder, organic vehicle and glass frit as constituents. When the paste composition contains aluminum powder (conductive material), the sintered body formed by firing the coating film of the paste composition exhibits conductivity that electrically connects to the silicon substrate. ..
(アルミニウム粉末)
ペースト組成物に含まれるアルミニウム粉末は、ペースト組成物を焼成することによって形成されたアルミニウム電極層において導電性を発揮する。また、アルミニウム粉末は、ペースト組成物を焼成した際にシリコン半導体基板1との間にアルミニウム−シリコン合金層6とp+層7を形成することによりBSF効果が得られる。
(Aluminum powder)
The aluminum powder contained in the paste composition exhibits conductivity in the aluminum electrode layer formed by firing the paste composition. Further, in the aluminum powder, the BSF effect can be obtained by forming the aluminum-silicon alloy layer 6 and the p +
アルミニウム粉末の形状は特に限定されず、例えば、球状、楕円状、不定形状、鱗片状、繊維状等のいずれでもよい。アルミニウム粉末の形状が球状であれば、ペースト組成物により形成される前記電極層5において、アルミニウム粉末の充填性が増大して電気抵抗を効果的に低下させることができる。また、アルミニウム粉末の形状が球状である場合、ペースト組成物により形成される前記電極層5において、シリコン半導体基板1とアルミニウム粉末との接点が増えるので、良好なBSF層を形成しやすい。
The shape of the aluminum powder is not particularly limited, and may be, for example, spherical, elliptical, indefinite, scaly, fibrous or the like. When the shape of the aluminum powder is spherical, the filling property of the aluminum powder is increased in the
アルミニウム粉末の粒子径は、レーザー回折式粒度分布計によって測定した体積平均の粒度分布に基づいて算出された50%累積時の平均粒径D50が5μm以上20μm以下であることが望ましい。アルミニウム粉末の粒度分布は、5μm未満ではアルミニウムとシリコン半導体基板1とが過剰に反応してSandyが発生しやすくなり、20μm超過になるとシリコン半導体基板1と接触する面が少なくなりシリコン半導体基板1との反応が少なくなり変換効率の低下などの不具合が発生するおそれがある。
As for the particle size of the aluminum powder, it is desirable that the average particle size D50 at the time of 50% accumulation calculated based on the volume average particle size distribution measured by the laser diffraction type particle size distribution meter is 5 μm or more and 20 μm or less. If the particle size distribution of the aluminum powder is less than 5 μm, the aluminum reacts excessively with the
また、アルミニウム粉末の純度は特に限定されず、公知のアルミニウム粉末を用いることができるが、特に99.7%以上の高純度のアルミニウム粉末が好ましい。アルミニウム粉末には、不可避不純物及び原料由来の微量の添加元素の存在は排除しない。 The purity of the aluminum powder is not particularly limited, and known aluminum powder can be used, but a high-purity aluminum powder of 99.7% or more is particularly preferable. The presence of unavoidable impurities and trace amounts of additive elements derived from raw materials is not excluded from aluminum powder.
(シリコン粉末)
ペースト組成物に含まれるシリコン粉末は、ペースト組成中のアルミニウムとシリコン半導体基板1中のシリコンとの過剰な反応を制御し、アルミニウム電極層5とシリコン半導体基板1との界面におけるボイドの生成を抑制することができる。
(Silicon powder)
The silicon powder contained in the paste composition controls an excessive reaction between aluminum in the paste composition and silicon in the
シリコン粉末を構成するシリコン粒子の形状は特に限定されない。また、ペースト組成物中に含まれるシリコン粉末の含有比率も特に限定されないが、アルミニウム粉末100重量部に対して5重量部以上25重量部以下であることが好ましい。シリコン粉末の含有比率がアルミニウム粉末100重量部に対して5重量部未満ではボイドの生成抑制が不十分となるおそれがあり、25重量部超過ではアルミニウム電極層5の電気抵抗が増加して変換効率が低下するおそれがある。
The shape of the silicon particles constituting the silicon powder is not particularly limited. The content ratio of the silicon powder contained in the paste composition is also not particularly limited, but is preferably 5 parts by weight or more and 25 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the aluminum powder. If the content ratio of the silicon powder is less than 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aluminum powder, the suppression of void formation may be insufficient, and if it exceeds 25 parts by weight, the electric resistance of the
シリコン粉末は、レーザー回折散乱法で測定される体積基準とした粒度分布の最小粒子径(Dmin)が5μm以上10μm未満であり、且つ当該粒度分布の最大粒子径(Dmax)が10μm以上50μm以下であることにより、ボイドの生成を抑制しつつ良好な変換効率を確保することができる。これらの範囲内でも、Dminは5μm以上9μm以下が好ましく、5μm以上8μm以下がより好ましい。Dmaxは11μm以上30μm以下が好ましく、11μm以上20μm以下がより好ましい。 In the silicon powder, the minimum particle size (Dmin) of the particle size distribution based on the volume measured by the laser diffraction scattering method is 5 μm or more and less than 10 μm, and the maximum particle size (Dmax) of the particle size distribution is 10 μm or more and 50 μm or less. Therefore, good conversion efficiency can be ensured while suppressing the formation of voids. Even within these ranges, Dmin is preferably 5 μm or more and 9 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 8 μm or less. Dmax is preferably 11 μm or more and 30 μm or less, and more preferably 11 μm or more and 20 μm or less.
(有機ビヒクル)
有機ビヒクルとしては、溶剤に、必要に応じて各種添加剤及び樹脂を溶解した材料を使用できる。又は、溶剤を含まず、樹脂そのものを有機ビヒクルとして使用してもよい。
(Organic vehicle)
As the organic vehicle, a material in which various additives and resins are dissolved in a solvent can be used, if necessary. Alternatively, the resin itself may be used as an organic vehicle without containing a solvent.
溶剤は、公知の種類が使用可能であり、具体的には、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。 Known types of solvents can be used, and specific examples thereof include diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate, and dipropylene glycol monomethyl ether.
各種添加剤としては、例えば、酸化防止剤、腐食抑制剤、消泡剤、増粘剤、タックファイヤー、カップリング剤、静電付与剤、重合禁止剤、チキソトロピー剤、沈降防止剤等を使用することができる。具体的には、例えば、ポリエチレングリコールエステル化合物、ポリエチレングリコールエーテル化合物、ポリオキシエチレンソルビタンエステル化合物、ソルビタンアルキルエステル化合物、脂肪族多価カルボン酸化合物、燐酸エステル化合物、ポリエステル酸のアマイドアミン塩、酸化ポリエチレン系化合物、脂肪酸アマイドワックス等を使用することができる。 As various additives, for example, antioxidants, corrosion inhibitors, defoamers, thickeners, tack fires, coupling agents, antistatic agents, polymerization inhibitors, thixotropy agents, antisettling agents and the like are used. be able to. Specifically, for example, polyethylene glycol ester compound, polyethylene glycol ether compound, polyoxyethylene sorbitan ester compound, sorbitan alkyl ester compound, aliphatic polyvalent carboxylic acid compound, phosphoric acid ester compound, amidoamine salt of polyester acid, polyethylene oxide. System compounds, fatty acid amide wax and the like can be used.
樹脂としては公知の種類が使用可能であり、エチルセルロース、ニトロセルロース、ポリビニールブチラール、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ユリア樹脂、キシレン樹脂、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂、イソシアネート化合物、シアネート化合物等の熱硬化樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルフォン、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ4フッ化エチレン、シリコン樹脂等の二種以上を組み合わせて用いることができる。 Known types of resins can be used: ethyl cellulose, nitrocellulose, polyvinyl butyral, phenol resin, melanin resin, urea resin, xylene resin, alkyd resin, unsaturated polyester resin, acrylic resin, polyimide resin, furan resin, etc. Thermo-curable resins such as urethane resin, isocyanate compound, cyanate compound, polyethylene, polypropylene, polystyrene, ABS resin, polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyacetal, polycarbonate, polyethylene terephthalate, Two or more kinds of polybutylene terephthalate, polyphenylene oxide, polysulphon, polyimide, polyether sulfone, polyarylate, polyether ether ketone, polytetrafluoroethylene, silicon resin and the like can be used in combination.
有機ビヒクルに含まれる樹脂、溶剤、各種添加剤の割合は任意に調整することができ、例えば、公知の有機ビヒクルと同様の成分比とすることができる。 The ratios of the resin, the solvent, and various additives contained in the organic vehicle can be arbitrarily adjusted, and for example, the component ratio can be the same as that of a known organic vehicle.
有機ビヒクルの含有量は特に限定されないが、例えば、良好な印刷性を有するという観点から、アルミニウム粉末100質量部に対して10〜500質量部であることが好ましく、20〜45質量部であることが特に好ましい。 The content of the organic vehicle is not particularly limited, but for example, from the viewpoint of having good printability, it is preferably 10 to 500 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aluminum powder, and is 20 to 45 parts by mass. Is particularly preferable.
(ガラスフリット)
ガラス粉末は、アルミニウム粉末とシリコンとの反応、及びアルミニウム粉末自身の焼結を助ける作用があるとされている。
(Glass frit)
The glass powder is said to have an action of assisting the reaction between the aluminum powder and silicon and the sintering of the aluminum powder itself.
ガラス粉末としては特に限定されず、例えば、太陽電池セルの電極層を形成するために使用されているペースト組成物に含まれる公知のガラス成分とすることができる。ガラス粉末の具体例としては、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、バナジウム(V)、ホウ素(B)、シリコン(Si)、スズ(Sn)、リン(P)及び亜鉛(Zn)からなる群から選択される少なくとも一種が挙げられる。また、鉛を含むガラス粉末、又は、ビスマス系、バナジウム系、スズ−リン系、ホウケイ酸亜鉛系、アルカリホウケイ酸系等の無鉛のガラス粉末を用いることができる。特に人体への影響を考慮すると、無鉛のガラス粉末を用いることが望ましい。 The glass powder is not particularly limited, and can be, for example, a known glass component contained in the paste composition used for forming the electrode layer of the solar cell. Specific examples of the glass powder include a group consisting of lead (Pb), bismuth (Bi), vanadium (V), boron (B), silicon (Si), tin (Sn), phosphorus (P) and zinc (Zn). At least one selected from. Further, lead-containing glass powder or lead-free glass powder such as bismuth-based, vanadium-based, tin-phosphorus-based, zinc borosilicate-based, and alkaline borosilicate-based can be used. In particular, considering the effect on the human body, it is desirable to use lead-free glass powder.
具体的にガラス粉末は、B2O3、Bi2O3、ZnO、SiO2、Al2O3、BaO、CaO、SrO、V2O5、Sb2O3、WO3、P2O5及びTeO2からなる群より選ばれる少なくとも1種の成分を含むことができる。例えば、ガラス粉末において、B2O3成分とBi2O3成分とのモル比(B2O3/Bi2O3)が0.8以上4.0以下であるガラスフリットと、V2O5成分とBaO成分とのモル比(V2O5/BaO)が1.0以上2.5以下であるガラスフリットとを組み合わせてもよい。 Specifically, the glass powder is B 2 O 3 , Bi 2 O 3 , ZnO, SiO 2 , Al 2 O 3 , BaO, CaO, SrO, V 2 O 5 , Sb 2 O 3 , WO 3 , P 2 O 5 And at least one component selected from the group consisting of TeO 2 can be included. For example, in glass powder, a glass frit in which the molar ratio (B 2 O 3 / Bi 2 O 3 ) of the B 2 O 3 component and the Bi 2 O 3 component is 0.8 or more and 4.0 or less, and V 2 O. A glass frit having a molar ratio (V 2 O 5 / BaO) of 5 components to the BaO component of 1.0 or more and 2.5 or less may be combined.
ガラス粉末の軟化点は、例えば、750℃以下とすることができる。ガラス粉末に含まれる粒子の平均粒子径は、例えば、1〜3μmとすることができる。 The softening point of the glass powder can be, for example, 750 ° C. or lower. The average particle size of the particles contained in the glass powder can be, for example, 1 to 3 μm.
ペースト組成物中に含まれるガラス粉末の含有量は、例えば、アルミニウム粉末100質量部に対して、1〜8質量部であることが好ましい。かかる含有量であれば、シリコン半導体基板1および反射防止膜3(パッシベーション膜)との密着性が良好となり、また、電気抵抗も増大しにくい。
The content of the glass powder contained in the paste composition is preferably 1 to 8 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aluminum powder, for example. With such a content, the adhesion between the
以上の通り、本発明のペースト組成物は、アルミニウム粉末100質量部に対して、シリコン粉末を5〜25質量部、有機ビヒクルを20〜45質量部、及びガラスフリットを1〜8質量部を含有する組成が特に好ましい。かかる範囲に設定することにより、結晶系太陽電池セル(特にPERC型太陽電池セル)において電極層界面でのボイドの発生を抑制し、変換効率が良好であり、且つ電極層の表面でのSandyの発生を抑制できる。 As described above, the paste composition of the present invention contains 5 to 25 parts by mass of silicon powder, 20 to 45 parts by mass of organic vehicle, and 1 to 8 parts by mass of glass frit with respect to 100 parts by mass of aluminum powder. The composition to be used is particularly preferable. By setting in such a range, in a crystalline solar cell (particularly a PERC type solar cell), the generation of voids at the electrode layer interface is suppressed, the conversion efficiency is good, and the sandy on the surface of the electrode layer is high. Occurrence can be suppressed.
本発明のペースト組成物は、例えば、太陽電池セルの電極層(特には図1で示されるようなPERC型太陽電池セルの裏面電極8)を形成するための使用として適している。よって、本発明のペースト組成物は、太陽電池裏面電極形成剤としても使用され得る。
The paste composition of the present invention is suitable for use, for example, for forming an electrode layer of a solar cell (particularly, a
以下に実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited to the examples.
実施例1
(ペースト組成物の調製)
ガスアトマイズ法により生成したD50:6μmのアルミニウム粉末(Al純度99.7%)100質量部と、シリコン粉末(Dmin:5μm、Dmax:10μm)20質量部と、ガラスフリットB2O3−Bi2O3−SrO−BaO−Sb2O3=順に40/40/10/5/5(mol%)3質量部とを、エチルセルロースをブチルジグリコールに溶解した樹脂液35質量部に分散装置(ディスパー)を用いてペースト化した。これによりペースト組成物を得た。
Example 1
(Preparation of paste composition)
100 parts by mass of D 50 : 6 μm aluminum powder (Al purity 99.7%) produced by the gas atomization method, 20 parts by mass of silicon powder (Dmin: 5 μm, Dmax: 10 μm), and glass frit B 2 O 3- Bi 2 O 3- SrO-BaO-Sb 2 O 3 = 3 parts by mass of 40/40/10/5/5 (mol%) in order, and 35 parts by mass of a resin solution in which ethyl cellulose is dissolved in butyl diglycol. ) Was used to make a paste. This gave a paste composition.
(太陽電池セルである焼成基板の作製)
評価用の太陽電池セルである焼成基板を次のように作製した。
(Manufacturing a fired substrate that is a solar cell)
A fired substrate, which is a solar cell for evaluation, was produced as follows.
まず、図2の(A)に示すように、まず、厚みが180μmのシリコン半導体基板1(裏面側にパッシベーション膜を含む)を準備した。そして、図2の(B)に示すように、レーザー発振器として波長が532nmのYAGレーザーを用いて、幅Dが50μm、深さが1μmのコンタクト孔9をシリコン半導体基板1の裏面に形成した。このシリコン半導体基板1は、抵抗値3Ω・cmであり、裏面パッシベーション型単結晶であった。
First, as shown in FIG. 2A, a
なお、図2では、パッシベーション膜は図示しておらずシリコン半導体基板1に含まれるものとして取り扱い、パッシベーション膜はシリコン半導体基板1の裏面側に30nmの酸化アルミニウム層と100nmの窒化ケイ素層との積層体として含まれている。
In FIG. 2, the passivation film is not shown and is treated as being included in the
次に、図2の(C)に示すように、裏面全体(コンタクト孔9が形成されている側の面)を覆うように、上記で得たペースト組成物10を、シリコン半導体基板1の表面上に、スクリーン印刷機を用いて、1.0〜1.1g/pcになるように印刷した。次いで、図示はしていないが、受光面に公知の技術で調製したAgペーストを印刷した。
Next, as shown in FIG. 2C, the
その後、800℃に設定した赤外ベルト炉を用いて焼成した。この焼成により、図2の(D)に示すように、電極層5を形成し、また、この焼成の際にアルミニウムがシリコン半導体基板1の内部に拡散することにより、電極層5とシリコン半導体基板1との間にAl−Siの合金層6が形成されると同時に、アルミニウム原子の拡散による不純物層としてp+層(BSF層)7が形成された。これにより、評価用の焼成基板を製作した。
Then, it was fired using an infrared belt furnace set at 800 ° C. By this firing, as shown in FIG. 2D, the
(太陽電池セルの評価)
得られた太陽電池セルの評価においては、ワコム電創のソーラーシュミレータ:WXS−156S−10、I−V測定装置:IV15040−10を用いて、I−V測定を実施した。Effが18.6%以上で良好な変換特性であると評価した。
(Evaluation of solar cells)
In the evaluation of the obtained solar cell, the IV measurement was carried out using a solar simulator: WXS-156S-10 and an IV measuring device: IV15040-10 of Wacom Denso. It was evaluated that the Eff was 18.6% or more and the conversion characteristics were good.
(ボイドの有無の確認、及び電気抵抗の確認)
ボイドの評価については、得られた焼成基板の各試料の断面を光学顕微鏡(200倍)で観察し、基板とアルミニウム電極層界面におけるボイドの有無を評価した。全く空洞が形成されていなかったものを○、空洞が20%以上あったものを×とした。
(Confirmation of the presence or absence of voids and confirmation of electrical resistance)
Regarding the evaluation of voids, the cross section of each sample of the obtained fired substrate was observed with an optical microscope (200 times), and the presence or absence of voids at the interface between the substrate and the aluminum electrode layer was evaluated. Those with no cavities formed were marked with ◯, and those with 20% or more cavities were marked with x.
電気抵抗の評価については、ナプソン社製シート抵抗測定器RT−70Vを用いて、四端子測定法により実測した。 The evaluation of the electric resistance was measured by a four-terminal measuring method using a sheet resistance measuring instrument RT-70V manufactured by Napuson.
(Sandyの有無の確認)
光学顕微鏡(倍率50倍)を用いて、Sandyの有無を確認した。
(Confirmation of the presence or absence of Sandy)
The presence or absence of Sandy was confirmed using an optical microscope (magnification 50 times).
Sandyが全く確認されなかったものを○、Sandyが確認されたものを×とした。なお、○評価のみが合格である。 Those in which Sandy was not confirmed were marked with ◯, and those in which Sandy was confirmed were marked with x. In addition, only ○ evaluation passed.
実施例2
シリコン粉末(Dmin:5μm、Dmax:50μm)を用いた以外は実施例1と同様にしてペースト組成物を調製し、評価を行った。
Example 2
A paste composition was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that silicon powder (Dmin: 5 μm, Dmax: 50 μm) was used.
実施例3
シリコン粉末(Dmin:8μm、Dmax:50μm)を用いた以外は実施例1と同様にしてペースト組成物を調製し、評価を行った。
Example 3
A paste composition was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that silicon powder (Dmin: 8 μm, Dmax: 50 μm) was used.
比較例1
シリコン粉末(Dmin:0.1μm、Dmax:1μm)を用いた以外は実施例1と同様にしてペースト組成物を調製し、評価を行った。
Comparative Example 1
A paste composition was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that silicon powder (Dmin: 0.1 μm, Dmax: 1 μm) was used.
比較例2
シリコン粉末(Dmin:1μm、Dmax:10μm)を用いた以外は実施例1と同様にしてペースト組成物を調製し、評価を行った。
Comparative Example 2
A paste composition was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that silicon powder (Dmin: 1 μm, Dmax: 10 μm) was used.
比較例3
シリコン粉末(Dmin:3μm、Dmax:10μm)を用いた以外は実施例1と同様にしてペースト組成物を調製し、評価を行った。
Comparative Example 3
A paste composition was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that silicon powder (Dmin: 3 μm, Dmax: 10 μm) was used.
比較例4
シリコン粉末(Dmin:5μm、Dmax:60μm)を用いた以外は実施例1と同様にしてペースト組成物を調製し、評価を行った。
Comparative Example 4
A paste composition was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that silicon powder (Dmin: 5 μm, Dmax: 60 μm) was used.
比較例5
シリコン粉末(Dmin:10μm、Dmax:50μm)を用いた以外は実施例1と同様にしてペースト組成物を調製し、評価を行った。
Comparative Example 5
A paste composition was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that silicon powder (Dmin: 10 μm, Dmax: 50 μm) was used.
各実施例及び比較例の条件及び各評価結果を下記表1に示す。 The conditions of each example and comparative example and the evaluation results are shown in Table 1 below.
表1の結果からは、本発明所定のシリコン粉末を含有する実施例1〜3のペースト組成物を用いることにより、結晶系太陽電池セルにおいて電極層界面でのボイドの発生を抑制し、変換効率が良好であり、且つ電極層の表面でのSandyの発生を抑制できる。 From the results in Table 1, by using the paste compositions of Examples 1 to 3 containing the silicon powder specified in the present invention, the generation of voids at the electrode layer interface in the crystalline solar cell was suppressed, and the conversion efficiency was increased. Is good, and the generation of Sandy on the surface of the electrode layer can be suppressed.
1:シリコン半導体基板
2:n型不純物層
3:反射防止膜(パッシベーション膜)
4:グリッド電極
5:電極層
6:合金層
7:p+層
8:裏面電極
9:コンタクト孔(開口部)
10:ペースト組成物
1: Silicon semiconductor substrate 2: n-type impurity layer 3: Antireflection film (passivation film)
4: Grid electrode 5: Electrode layer 6: Alloy layer 7: p + layer 8: Back surface electrode 9: Contact hole (opening)
10: Paste composition
Claims (3)
前記シリコン粉末は、レーザー回折散乱法で測定される体積基準とした粒度分布の最小粒子径(Dmin)が5μm以上10μm未満であり、且つ当該粒度分布の最大粒子径(Dmax)が10μm以上50μm以下であり、
前記アルミニウム粉末の粒子径は、レーザー回折式粒度分布計によって測定した体積平均の粒度分布に基づいて算出された50%累積時の平均粒径D50が5μm以上20μm以下である、
ことを特徴とする太陽電池用ペースト組成物。 A paste composition for solar cells containing aluminum powder, silicon powder, organic vehicle and glass frit.
The silicon powder has a minimum particle size (Dmin) of 5 μm or more and less than 10 μm as a volume reference measured by a laser diffraction / scattering method, and a maximum particle size (Dmax) of the particle size distribution of 10 μm or more and 50 μm or less. der is,
The particle size of the aluminum powder is such that the average particle size D50 at 50% accumulation calculated based on the volume average particle size distribution measured by a laser diffraction type particle size distribution meter is 5 μm or more and 20 μm or less .
A paste composition for a solar cell, characterized in that.
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