JP6898984B2 - Glass frit, glass frit manufacturing method, and aluminum paste - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池の裏面などのアルミ電極を形成するアルミペーストに用いるガラスフリット、ガラスフリット製造方法、およびアルミペーストに関するものである。 The present invention relates to a glass frit used for an aluminum paste for forming an aluminum electrode such as the back surface of a solar cell, a glass frit manufacturing method, and an aluminum paste.

従来、再生可能エネルギー利用の一つである太陽電池は、20世紀の主役である半導体技術をベースにその開発が行われている。人類の生存を左右する地球レベルの重要な開発である。その開発の課題は太陽光を電気エネルギーに変換する効率ばかりではなく製造コストの低減および無公害という課題にも向き合いながら進められている。これらを実現する取り組みは、特に、電極に使用されている銀(Ag)や鉛(Pb)の使用量を低減ないし無くすことが重要とされている。 Conventionally, solar cells, which are one of the uses of renewable energy, have been developed based on semiconductor technology, which is the leading role in the 20th century. It is an important development at the global level that affects the survival of humankind. The challenges of its development are not only the efficiency of converting sunlight into electrical energy, but also the challenges of reducing manufacturing costs and pollution-free. Efforts to achieve these are particularly important to reduce or eliminate the amount of silver (Ag) and lead (Pb) used in the electrodes.

例えば、太陽電池を構成するシリコン基板(p型)の裏面には全面にアルミペーストを塗布・焼結してアルミ電極(p+)を形成し、これにリード線をハンダ付けしていた。 For example, an aluminum paste was applied and sintered on the entire back surface of a silicon substrate (p-type) constituting a solar cell to form an aluminum electrode (p +), and a lead wire was soldered to the aluminum electrode (p +).

しかし、リード線を直接にアルミ電極にハンダ付けしたのでは引っ張り強度が弱く、アルミ電極に複数の穴を開けてここに銀ペーストを塗布・焼結し、これにリード線をハンダ付けしていた。 However, if the lead wire was directly soldered to the aluminum electrode, the tensile strength was weak, so multiple holes were made in the aluminum electrode, silver paste was applied and sintered, and the lead wire was soldered to this. ..

太陽電池の裏面にアルミペーストを塗布・焼結して形成したアルミ電極は過酷な条件に長期間さらされるために、アルミペーストなどを構成するガラスフリット中に鉄、銅、ニッケル、クロムなどの金属が存在するとこれらが悪さをして太陽電池の性能を劣化させてしまう可能性が示唆されるようになってきた。 Aluminum electrodes formed by applying and sintering aluminum paste on the back surface of solar cells are exposed to harsh conditions for a long period of time, so metals such as iron, copper, nickel, and chromium are contained in the glass frit that constitutes the aluminum paste. It has been suggested that the presence of these substances may cause them to deteriorate the performance of the solar cell.

そのため、アルミペーストなどを構成するガラスフリット中にこれら鉄などの悪影響を与える材料を含まなく、かつ低温で溶融する新たなガラスフリットの出現が望まれている。 Therefore, it is desired that a new glass frit that does not contain such adversely affecting materials such as iron in the glass frit constituting the aluminum paste or the like and that melts at a low temperature appears.

本発明者らは、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの金属を含まなく、かつ太陽電池などの製造に必要な低温で溶融する、主成分がバナジムとバリウムだけのガラスフリットの製造を可能にした。 The present inventors have made it possible to produce a glass frit containing only vanazim and barium as main components, which does not contain metals such as iron, copper, nickel and chromium and melts at a low temperature required for manufacturing solar cells and the like. ..

そのため、本発明は、基板に塗布・焼結して導電性電極を形成する導電性ペーストに混入するガラスフリットにおいて、バナジウムV2O5を55から80モル%とバリウムBaOを15から30モル%を主材料とし加熱して溶融ガラスを生成し、これを急速冷却した破片を粉砕して製造した650℃以下で溶融するガラスフリットを製造した。 Therefore, the main material of the present invention is 55 to 80 mol% of vanadium V2O5 and 15 to 30 mol% of barium BaO in the glass frit mixed in the conductive paste which is applied and sintered on the substrate to form the conductive electrode. A glass frit that melts at 650 ° C. or lower was produced by crushing the rapidly cooled fragments to produce molten glass.

この際、鉄、銅、ニッケル、クロムを含まないようにしている。 At this time, iron, copper, nickel and chromium are not contained.

また、添加物として、アルミAl2O3を0から15モル%、ボロンB2O3を0から10モル%、およびシリコンSiO2を0から7モル%の1つ以上を主材料に混入し加熱して溶融ガラスを生成するようにしている。 Further, as additives, one or more of aluminum Al2O3 of 0 to 15 mol%, boron B2O3 of 0 to 10 mol%, and silicon SiO2 of 0 to 7 mol% are mixed in the main material and heated to form molten glass. I try to do it.

また、導電性ペーストとして、アルミペーストとするようにしている。 Further, the conductive paste is an aluminum paste.

また、基板に塗布・焼結して導電性電極を形成として、太陽電池の基板に塗布・焼結して導電性アルミ電極を形成するようにしている。 Further, the conductive electrode is formed by coating and sintering on the substrate, and the conductive aluminum electrode is formed by coating and sintering on the substrate of the solar cell.

また、基板に塗布・焼結して導電性電極を形成する導電性ペーストに混入するガラスフリットにおいて、バナジウムV2O5を10から55モル%とバリウムBaOを10から40モル%を主材料とし加熱して溶融ガラスを生成し、これを急速冷却した破片を粉砕して製造した650℃以下で溶融するガラスフリットを製造した。 Further, in the glass frit mixed in the conductive paste which is applied and sintered on the substrate to form the conductive electrode, vanadium V2O5 is heated with 10 to 55 mol% and vanadium BaO with 10 to 40 mol% as the main materials. A glass frit that melts at 650 ° C. or lower was produced by producing molten glass and crushing fragments obtained by rapidly cooling the molten glass.

また、添加物として、アルミAl2O3を1から10モル%およびボロンB2O3を1から20モル%を主材料に混入し加熱して前記溶融ガラスを生成するようにしている。 Further, as additives, 1 to 10 mol% of aluminum Al2O3 and 1 to 20 mol% of boron B2O3 are mixed in the main material and heated to produce the molten glass.

また、添加物として、リンP2O5を5から20モル%およびカルシウムCaOを5から20ル%を主材料に混入し加熱して前記溶融ガラスを生成するようにしている。 Further, as additives, 5 to 20 mol% of phosphorus P2O5 and 5 to 20 ru% of calcium CaO are mixed in the main material and heated to form the molten glass.

また、添加物であるリンP2O5と一緒に添加するカルシウムCaOとして、リンとアルカリ土類金属の1つあるいは1つ以上との化合物とするようにしている。 Further, as the calcium CaO to be added together with the additive phosphorus P2O5, it is made into a compound of phosphorus and one or more of alkaline earth metals.

また、添加物であるリンP2O5と一緒に添加する前記カルシウムCaOとして、リンとアルカリ土類金属の1つあるいは1つ以上との化合物である、リン酸三カルシウムCa3(PO4)2あるいはメタリン酸カルシウムCa(PO3)2とするようにしている。 Further, as the calcium CaO to be added together with the additive phosphorus P2O5, tricalcium phosphate Ca3 (PO4) 2 or calcium metaphosphate Ca which is a compound of phosphorus and one or more of alkaline earth metals. (PO3) 2 is set.

本発明は、上述したように、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの金属を含まなく、かつ太陽電池などの製造に必要な低温である650℃以下で溶融する、主材料がバナジウムとバリウムだけのガラスフリットを製造することができた。これらにより、下記の特徴がある。 As described above, the present invention does not contain metals such as iron, copper, nickel, and chromium, and melts at a low temperature of 650 ° C or lower, which is necessary for manufacturing solar cells, and the main materials are vanadium and barium only. We were able to manufacture glass frit. Due to these, there are the following features.

(1)ガラスフリット中に鉄、銅、ニッケル、クロムなどの太陽電池の過酷な条件で悪影響を与える物質の含有を無くすことができた。これにより、太陽電池に鉄などの含有による寿命の低下を除去できた。 (1) It was possible to eliminate the inclusion of substances such as iron, copper, nickel, and chromium that adversely affect the harsh conditions of the solar cell in the glass frit. As a result, it was possible to eliminate the decrease in life due to the inclusion of iron in the solar cell.

(2)アルミペーストとして使用するために必要な低い溶融点650℃以下を実現できた。これにより、低融点で焼結が可能となり、太陽電池の裏面のアルミ電極の形成に使えるアルミペーストのガラスフリットが実現できた。 (2) The low melting point of 650 ° C. or less required for use as an aluminum paste could be achieved. As a result, sintering is possible at a low melting point, and a glass frit of aluminum paste that can be used to form an aluminum electrode on the back surface of a solar cell has been realized.

(3)バナジウムとバリウムの構成によりアルミペースト焼結時の太陽電池の基板のそりを無くすことができた。 (3) Due to the composition of vanadium and barium, the warp of the solar cell substrate during aluminum paste sintering could be eliminated.

(4)リンP2O5およびアルカリ土類金属(例えばカルシウムCaO)を添加してI/V特性および密着性を改善することができた。 (4) Phosphorus P2O5 and an alkaline earth metal (for example, calcium CaO) could be added to improve the I / V characteristics and adhesion.

(5)アルミAl2O3およびボロンB2O3を所定配合で添加してガラス化を容易にすることができた。 (5) Aluminum Al2O3 and boron B2O3 could be added in a predetermined formulation to facilitate vitrification.

図1は、本発明の ABSガラス(アートビーム太陽電池用ガラス)の作製フローチャートを示す。 FIG. 1 shows a flow chart for manufacturing the ABS glass (glass for an art beam solar cell) of the present invention.

図1において、S1は、ガラスの原料を調合して溶融(900℃〜1200℃)(電気炉温度が上がったところに入れて1時間置く)する。これは、電気炉の温度を900℃〜1200℃範囲の実験で決めた最適な温度にあがったときに、調合したガラスの原料をルツボに入れて挿入し、溶解し、1時間置く。尚、ルツボに入れた原料を電気炉で規定温度に上げて溶融し、1時間置いてもよい。ガラスの原料は、実験では、例えば後述する図2に示す下記などである。 In FIG. 1, in S1, a raw material for glass is mixed and melted (900 ° C. to 1200 ° C.) (placed in a place where the temperature of an electric furnace has risen and left for 1 hour). In this method, when the temperature of the electric furnace rises to the optimum temperature determined in the experiment in the range of 900 ° C. to 1200 ° C., the prepared glass raw material is inserted into a crucible, melted, and left for 1 hour. The raw material put in the crucible may be heated to a specified temperature in an electric furnace to be melted and left for 1 hour. In the experiment, the raw material of the glass is, for example, the following shown in FIG. 2, which will be described later.

・サンプルNo.1:バナジウムV2O5 77.78モル%
バリウムBaO 22.22モル%
・サンプルNo.2:バナジウムV2O5 65モル%
バリウムBaO2 . 25モル%
アルミAl2O3 5モル%
ボロンB2O3 3モル%
シリコンSiO2 2モル%
・サンプルNo.3:バナジウムV2O5 60モル%
バリウムBaO2 . 25モル%
アルミAl2O3 6モル%
ボロンB2O3 5モル%
シリコンSiO2 4モル%
S2は、ガラス破片(3ー5mm)を作製する。これは、下側に記載したように、S1で作製した溶融ガラスを冷やした金属ローラーに流し込みながら作製する。即ち、溶融ガラスを水冷した回転する金属ローラーの間に流し込み急速冷却して3−5mm程度のガラス破片を作製する。
-Sample No. 1: Vanadium V2O5 77.78 mol%
Barium BaO 22.22 mol%
-Sample No. 2: Vanadium V2O5 65 mol%
Barium BaO2. 25 mol%
Aluminum Al2O3 5 mol%
Boron B2O3 3 mol%
Silicon SiO2 2 mol%
-Sample No. 3: Vanadium V2O5 60 mol%
Barium BaO2. 25 mol%
Aluminum Al2O3 6 mol%
Boron B2O3 5 mol%
Silicon SiO2 4 mol%
S2 prepares a piece of glass (3-5 mm). This is produced while pouring the molten glass produced in S1 into a cooled metal roller as described on the lower side. That is, molten glass is poured between water-cooled rotating metal rollers and rapidly cooled to produce glass fragments of about 3-5 mm.

S3は、粗粉砕(粉末2−3mm),粉砕(〜50μm)する。これは、S2で急速冷却した3−5mmのガラス破片を、粗粉砕して2−3mmの粉末にし、これを更に粉砕して〜50μm程度の粉末にする。 S3 is coarsely pulverized (powder 2-3 mm) and pulverized (~ 50 μm). In this method, 3-5 mm glass fragments rapidly cooled in S2 are roughly pulverized into a 2-3 mm powder, which is further pulverized to a powder of about ~ 50 μm.

S4は、微粉砕(2〜3μm)(ジェットミル装置)を行う。これは、ジェットミル装置を用い、S3の〜50μmの粉末を更に微粉砕して2〜3μm程度の粉末(ガラス粉末、ガラスフリット)にする。 S4 is finely pulverized (2 to 3 μm) (jet mill device). For this, a jet mill device is used to further finely pulverize the powder of S3 to about 50 μm into a powder of about 2 to 3 μm (glass powder, glass frit).

S5は、太陽電池アルミ電極用の焼結助剤のフリットを完成する。 S5 completes the frit of the sintering aid for the aluminum electrode of the solar cell.

以上のように、原料を規定温度(900℃〜1200℃)に上げて溶解して溶融ガラスを作製し、この溶融ガラスを急速冷却してガラス破片(3−5mm)を作製し、これを粗粉砕、粉砕、微粉砕して2−3μm程度のガラスフリット(ガラス粉末)を作製した(図6参照)。 As described above, the raw material is raised to a specified temperature (900 ° C. to 1200 ° C.) and melted to prepare molten glass, and the molten glass is rapidly cooled to prepare glass fragments (3-5 mm), which are coarsely prepared. A glass frit (glass powder) having a size of about 2-3 μm was prepared by pulverization, pulverization, and fine pulverization (see FIG. 6).

図2は、本発明のABSガラスの作製サンプル例を示す。 FIG. 2 shows an example of a production sample of the ABS glass of the present invention.

図2の(a)は、サンプルNo.1,サンプルNo.2、サンプルNo.3を示す。これらは、サンプルに付与した名前を表す。 (A) of FIG. 2 shows the sample No. 1, Sample No. 2. Sample No. 3 is shown. These represent the names given to the samples.

図2の(b)は、各サンプルの原料のモル%を示す。例えばサンプルNo.1は、
・サンプルNo.1:バナジウムV2O5 77.78モル%
バリウムBaO 22.22モル%
の原料からなる。他のサンプルも図示の原料からなる。
FIG. 2B shows the molar% of the raw material of each sample. For example, sample No. 1 is
-Sample No. 1: Vanadium V2O5 77.78 mol%
Barium BaO 22.22 mol%
Consists of raw materials. Other samples also consist of the illustrated raw materials.

また、右端の「範囲」は、良好なガラスフリットが作製できる各原料の範囲を示したものであって、図示の下記の範囲内のときに良好なガラスフリットが作製できる。 Further, the "range" at the right end indicates the range of each raw material capable of producing a good glass frit, and a good glass frit can be produced when the range is within the following range shown in the figure.

・バナジウムV2O5 55〜80モル%
・バリウムBaO 15〜30モル%
・亜鉛ZnO −
・ニッケルNiO 0モル%
・アルミAl2O3 0〜10モル%
・ボロンB2O3 0〜7モル%
・シリコンSiO2 0〜7モル%
・鉄Fe2O3 0モル%
図2の(c)は、調合比(g)を示す。これは、各原料を図2の(b)のモル%の割合で、調合したときのgの1例を表したものである。
-Vanadium V2O5 55-80 mol%
・ Barium BaO 15-30 mol%
・ Zinc ZnO −
Nickel NiO 0 mol%
・ Aluminum Al2O30 ~ 10 mol%
・ Boron B2O30 ~ 7 mol%
・ Silicon SiO20 to 7 mol%
・ Iron Fe2O30 mol%
FIG. 2C shows the compounding ratio (g). This represents an example of g when each raw material was prepared at a ratio of mol% in FIG. 2 (b).

図2の(d)は、本発明のガラスフリットの特性例を示す。 FIG. 2D shows an example of the characteristics of the glass frit of the present invention.

・溶融ガラスを金属板上に流し出しても結晶化しないことが観察できた。 -It was observed that the molten glass did not crystallize even when poured onto a metal plate.

・サンプルNo.2,No.3は、いずれも結晶化しないことが観察できた。
、 ・軟化性観察:図1で作製したガラスフリットをルツボに入れて温度を上昇させた場合に、
・サンプルNo.1は570℃で表面が溶け始め、595度で完全に溶けた。
-Sample No. 2, No. It was observed that none of 3 was crystallized.
, ・ Observation of softness: When the glass frit produced in Fig. 1 is placed in a crucible and the temperature is raised,
-Sample No. The surface of No. 1 began to melt at 570 ° C and completely melted at 595 ° C.

・サンプルNo.2、No.3は、いずれも572℃で溶け始め、587℃で完全に溶けた。 -Sample No. 2. No. All of 3 started to melt at 572 ° C and completely melted at 587 ° C.

図2の(e)は、ガラスの遷移温度の例を示す。図示のような各遷移温度について図示の値がそれぞれ得られた。 FIG. 2 (e) shows an example of the transition temperature of glass. The values shown for each transition temperature as shown are obtained.

ここでは、結晶溶融温度はサンプルNo.1.2.3で、515℃、525℃、524℃でいずれも600℃以下で、目標とする650℃以下を実現できることが判明した。 Here, the crystal melting temperature is the sample No. In 1.2.3, it was found that the target of 650 ° C or lower can be achieved at 515 ° C, 525 ° C, 524 ° C and 600 ° C or lower.

図3は、本発明の太陽電池用アルミペースト用フリット例(成分モル比)を示す。これは、既述した実験例の図2の(a),(b)のサンプルNo1.2,3のモル%の部分を取り出して分かり易く整理したものである。 FIG. 3 shows an example (component molar ratio) of a frit for an aluminum paste for a solar cell of the present invention. This is an easy-to-understand arrangement of the molar% portions of the samples Nos. 1.2 and 3 of FIGS. 2 (a) and 2 (b) of the above-mentioned experimental example.

・サンプルNo.1は、バナジウムV2O5が77.58モル%であって、範囲55−80モル%の範囲内のものである。バリウムBaOが22.22モル%であって、範囲15−30モル%の範囲内のものである。 -Sample No. Reference numeral 1 is that vanadium V2O5 is 77.58 mol% and is within the range of 55-80 mol%. The barium BaO is 22.22 mol%, which is within the range of 15-30 mol%.

・サンプルNo.2,No.3も図示のとおり、範囲内のものである。 -Sample No. 2, No. As shown in the figure, 3 is also within the range.

以上のサンプルNo.1,2,3について、既述した図2の(d),(e)に記載した各種特性が観察、実測でき、特に溶融温度が650℃以下を達成でき、太陽電池のアルミペーストに混合するガラスフリットとして使用できることが判明した。そして、本ガラスフリットは、鉄、銅、ニッケル、クロムを含まなく、長期間の使用でも太陽電池の特性を劣化させることがない。 The above sample No. With respect to 1, 2 and 3, various characteristics described in FIGS. 2 (d) and 2 (e) described above can be observed and actually measured, and in particular, a melting temperature of 650 ° C. or lower can be achieved and mixed with the aluminum paste of the solar cell. It turned out that it can be used as a glass frit. The glass frit does not contain iron, copper, nickel and chromium, and does not deteriorate the characteristics of the solar cell even after long-term use.

図4は、本発明のABSガラスの各成分の範囲の上限下限例説明図を示す。 FIG. 4 shows an explanatory diagram of upper and lower limits of the range of each component of the ABS glass of the present invention.

図4の(a)は、バナジウムV2O5(55〜80モル%)の上限下限例説明を示す。 FIG. 4A shows an example of upper and lower limits of vanadium V2O5 (55 to 80 mol%).

・バナジウムV2O5が下限(55モル%)以下の場合には、ガラスの骨格をなさなくなる。 -When vanadium V2O5 is below the lower limit (55 mol%), it does not form a glass skeleton.

・バナジウムV2O5が上限(80モル%)以上の場合には、機械的な強度を調整することが難しい。耐水性が劣化する。 -When vanadium V2O5 is equal to or higher than the upper limit (80 mol%), it is difficult to adjust the mechanical strength. Water resistance deteriorates.

図4の(b)は、バリウムBaO(実際にはBaCO3を原料に加え、加熱溶解時にCO2が放出されて、BaOとなる)の上限下限例説明を示す。 FIG. 4B shows an example of upper and lower limits of barium BaO (actually, BaCO3 is added to a raw material and CO2 is released during heating and melting to become BaO).

・バリウムBaO(BaCO3)が下限(15モル%)以下の場合には、均質なガラス化が困難となる。 When barium BaO (BaCO3) is below the lower limit (15 mol%), homogeneous vitrification becomes difficult.

・バリウムBaO(BaCO3)が上限(30モル%)以上の場合には、機械的な強度が劣化する。 -When the barium BaO (BaCO3) is equal to or higher than the upper limit (30 mol%), the mechanical strength deteriorates.

図4の(c)は、その他の添加物(例えば図4の(d)の3種類の添加物)の説明を示す。 FIG. 4C shows a description of other additives (for example, the three types of additives shown in FIG. 4D).

・下記添加物は、アルミ材料(3価)がシリコン(4価)に対してP型機能を形成することを妨げない、又は、増長する役目を担う。場合によっては、添加物は無くても良い。 -The following additives play a role of not preventing or increasing the P-type function of the aluminum material (trivalent) with respect to the silicon (tetravalent). In some cases, the additive may be absent.

図4の(d)は、添加物の例を示す。 FIG. 4D shows an example of an additive.

・アルミAl2O3(0〜10モル%):、
・ボロンB2O3(0〜7モル%):
・シリコンSiO2(0〜7モル%):
・この3成分の配合比率のバランスが良いことが重要である。そうでないと均一性が保たれず結晶が析出してしまう。任意の2成分又は1成分又はなしでもよい。但し耐水性を保つにはシリコンSiO2を入れるのが良い。
-Aluminum Al2O3 (0-10 mol%) :,
-Boron B2O3 (0-7 mol%):
-Silicon SiO2 (0-7 mol%):
・ It is important that the mixing ratio of these three components is well-balanced. Otherwise, the uniformity will not be maintained and crystals will precipitate. It may be any two components or one component or none. However, in order to maintain water resistance, it is better to add silicon SiO2.

図5は、本発明の太陽電池用アルミ電極焼成用フリット説明図を示す。これは、太陽電池の裏面にアルミペーストを塗布・焼結してアルミ電極を形成する場合に、当該アルミペーストに混入するガラスフリットに必要とされる課題(要望)(1)、(2)、(3)と、本発明が解決する手段とを対応づけて表にしたものである。 FIG. 5 shows an explanatory view of a frit for firing an aluminum electrode for a solar cell of the present invention. This is a problem (request) (1), (2), required for glass frit mixed in the aluminum paste when the aluminum paste is applied and sintered on the back surface of the solar cell to form an aluminum electrode. (3) and the means for solving the present invention are shown in a table in association with each other.

図5の(a)は、課題「(1)低い溶融点」と、本発明の解決手段とを示す。本発明では、既述したように、バナジウムとバリウムを主体とし、600℃以下を実現している。これは、アルミの融点(660℃)とフリットの融点の中間点で焼結温度が決まるので、本発明ではガラスフリットの溶融点を650℃以下と規定し、実験では600℃以下が実現できた(図2の(e)の結晶溶解温度515℃、525℃、524℃で600℃以下を実現できた)。 FIG. 5A shows the problem “(1) low melting point” and the means for solving the present invention. In the present invention, as described above, vanadium and barium are mainly used, and the temperature is 600 ° C. or lower. This is because the sintering temperature is determined by the midpoint between the melting point of aluminum (660 ° C) and the melting point of the frit. Therefore, in the present invention, the melting point of the glass frit is defined as 650 ° C or less, and 600 ° C or less can be realized in the experiment. (At the crystal melting temperature of 515 ° C, 525 ° C, and 524 ° C in FIG. 2 (e), 600 ° C or less could be achieved).

図5の(b)は、課題「(2)シリコン太陽電池の寿命に影響を与えない成分構成」と、本発明の解決手段とを示す。本発明では、既述したように、鉄、銅、ニッケル、クロム等を含まない。基本はバナジウム、バリウム、シリコン、アルミ、ホウ素の組み合わせである。ここで、シリコン、アルミ、ホウ素は裏面アルミの接触材料である。 FIG. 5B shows the problem “(2) component composition that does not affect the life of the silicon solar cell” and the means for solving the present invention. As described above, the present invention does not contain iron, copper, nickel, chromium and the like. The basis is a combination of vanadium, barium, silicon, aluminum and boron. Here, silicon, aluminum, and boron are contact materials for the back surface aluminum.

以上のように、太陽電池の長期の過酷な使用条件のもとで悪影響を与える鉄、銅、ニッケル、クロム等を含まない材料でガラスフリットを作製したので、これら悪影響を回避できる。 As described above, since the glass frit is made of a material that does not contain iron, copper, nickel, chromium, etc., which adversely affect the solar cell under the harsh long-term use conditions, these adverse effects can be avoided.

図5の(c)は、課題「(3)シリコン基板が焼結時に反らない。」と、本発明の解決手段とを示す。本発明では、既述したように、バナジウム、バリウムの構成成分によりアルミ焼結時の基板の反りがなくなる。 FIG. 5 (c) shows the problem "(3) the silicon substrate does not warp at the time of sintering" and the means for solving the present invention. In the present invention, as described above, the constituent components of vanadium and barium eliminate the warp of the substrate during aluminum sintering.

図6は、本発明のABSガラスの概観写真例を示す。これは、既述した図1の工程で作製したABSガラスの概観写真例を示す。 FIG. 6 shows an example of an overview photograph of the ABS glass of the present invention. This shows an example of an overview photograph of the ABS glass produced in the step of FIG. 1 described above.

図6の(a)は、ABSガラスの写真例を示す。これは、既述した図1のS2のガラス破片(ABSガラスという)を試作実験したときの概観写真例を示す。 FIG. 6A shows a photographic example of ABS glass. This shows an example of an overview photograph when the above-mentioned glass fragment (referred to as ABS glass) of S2 in FIG. 1 was subjected to a prototype experiment.

図6の(b)は、租砕(2−3mm)のABSガラスの概観写真例を示す。ABSガラスは、2〜3mm程度のガラス片に粉砕されている。 FIG. 6B shows an example of an overview photograph of crushed (2-3 mm) ABS glass. ABS glass is crushed into glass pieces of about 2 to 3 mm.

図6の(c)は、粉砕(〜50μm)のABSガラスの概観写真例を示す。ABSガラスは、〜50μm程度に粉砕されている。更に、ジェットミル装置で2〜3μm程度に微粉砕し、ガラスフリットの完成となる。 FIG. 6C shows an example of an overview photograph of crushed (~ 50 μm) ABS glass. The ABS glass is pulverized to about 50 μm. Further, it is finely pulverized to about 2 to 3 μm with a jet mill device to complete the glass frit.

尚、ガラスフリットを混入したアルミペーストを作製するには、例えば
(1)アルミ微粉末、(2)本発明のガラスフリット(微粉末)、(3)有機材、(4)有機溶媒、(5)樹脂の順番(あるいは順番を入れ替えてもよい)を容器に入れて良く攪拌することにより作製する。
To prepare an aluminum paste mixed with glass frit, for example, (1) aluminum fine powder, (2) glass frit (fine powder) of the present invention, (3) organic material, (4) organic solvent, (5). ) The order of the resins (or the order may be changed) is placed in a container and stirred well to prepare the resin.

そして、作製したアルミペーストを、太陽電池の基板の裏面に所望のアルミパターンを形成するためにスクリーン印刷、溶剤飛ばし、焼結してアルミ電極を形成する。 Then, the produced aluminum paste is screen-printed, the solvent is blown off, and sintered to form an aluminum electrode in order to form a desired aluminum pattern on the back surface of the substrate of the solar cell.

図7は、本発明の ABSガラス(アートビーム太陽電池用ガラス)の作製フローチャート(その2)を示す。 FIG. 7 shows a flow chart (No. 2) for manufacturing the ABS glass (glass for an art beam solar cell) of the present invention.

図7において、S11は、ガラスの原料を調合して溶融(900℃〜1200℃)(電気炉温度が上がったところに入れて1時間置く)する。これは、電気炉の温度を900℃〜1200℃範囲の実験で決めた最適な温度にあがったときに、調合したガラスの原料をルツボに入れて挿入し、溶解し、1時間置く。尚、ルツボに入れた原料を電気炉で規定温度に上げて溶融し、1時間置いてもよい。ガラスの原料は、実験では、例えば後述する図8および図9に示す下記などである。 In FIG. 7, in S11, a raw material for glass is mixed and melted (900 ° C. to 1200 ° C.) (placed in a place where the temperature of an electric furnace has risen and left for 1 hour). In this method, when the temperature of the electric furnace rises to the optimum temperature determined in the experiment in the range of 900 ° C. to 1200 ° C., the prepared glass raw material is inserted into a crucible, melted, and left for 1 hour. The raw material put in the crucible may be heated to a specified temperature in an electric furnace to be melted and left for 1 hour. In the experiment, the raw material of the glass is, for example, the following shown in FIGS. 8 and 9 described later.

サンプル11 サンプル12 サンプル13
原料(材料)
V2O5 25 24 24
BaO 28 25 25
B2O3 15 17 15
Al2O3 2 2 2
P2O5 13 13 13
CaO 13 13 13
ZnO 4 4 4
WO3 0 0 2
SbO3 0 2 2
(単位はモル%である。)
S12は、ガラス破片(3ー5mm)を作製する。これは、下側に記載したように、S11で作製した溶融ガラスを冷やした金属ローラーに流し込みながら作製する。即ち、溶融ガラスを水冷した回転する金属ローラーの間に流し込み急速冷却して3−5mm程度のガラス破片を作製する。
Sample 11 Sample 12 Sample 13
Raw material (material)
V2O5 25 24 24
BaO 28 25 25
B2O3 15 17 15
Al2O3 2 2 2
P2O5 13 13 13
CaO 13 13 13
ZnO 4 4 4
WO 3 0 0 2
SbO3 0 2 2
(The unit is mol%.)
S12 prepares a piece of glass (3-5 mm). This is produced while pouring the molten glass produced in S11 into a cooled metal roller as described on the lower side. That is, molten glass is poured between water-cooled rotating metal rollers and rapidly cooled to produce glass fragments of about 3-5 mm.

S13は、粗粉砕(粉末2−3mm),粉砕(〜50μm)する。これは、S12で急速冷却した3−5mmのガラス破片を、粗粉砕して2−3mmの粉末にし、これを更に粉砕して〜50μm程度の粉末にする。 S13 is roughly pulverized (powder 2-3 mm) and pulverized (~ 50 μm). In this method, 3-5 mm glass fragments rapidly cooled in S12 are roughly pulverized into a 2-3 mm powder, which is further pulverized to a powder of about ~ 50 μm.

S14は、微粉砕(2〜3μm)(ジェットミル装置)を行う。これは、ジェットミル装置を用い、S13の〜50μmの粉末を更に微粉砕して2〜3μm程度の粉末(ガラス粉末、ガラスフリット)にする。 S14 performs fine pulverization (2 to 3 μm) (jet mill device). For this, a jet mill device is used to further finely pulverize the powder of S13 to about 50 μm into a powder of about 2 to 3 μm (glass powder, glass frit).

S15は、太陽電池アルミ電極用の焼結助剤のフリットを完成する。 S15 completes the frit of the sintering aid for the aluminum electrode of the solar cell.

以上のように、原料を規定温度(900℃〜1200℃)に上げて溶解して溶融ガラスを作製し、この溶融ガラスを急速冷却してガラス破片(3−5mm)を作製し、これを粗粉砕、粉砕、微粉砕して2−3μm程度のガラスフリット(ガラス粉末)を作製した。 As described above, the raw material is raised to a specified temperature (900 ° C. to 1200 ° C.) and melted to prepare molten glass, and the molten glass is rapidly cooled to prepare glass fragments (3-5 mm), which are coarsely prepared. A glass frit (glass powder) having a size of about 2-3 μm was prepared by crushing, crushing, and finely pulverizing.

図8は、本発明のABSガラスの作製サンプル例(その2)を示す。 FIG. 8 shows an example of a production sample (No. 2) of the ABS glass of the present invention.

図8において、(a)の「サンプル11」は、サンプル11を示す。これらは、サンプル11に付与した名前を表し、その下段は原料(材料)名を示す。 In FIG. 8, "sample 11" in (a) indicates sample 11. These represent the names given to the sample 11, and the lower part thereof shows the raw material (material) name.

図8において、(b)の「モル比%(範囲)」中の「モル比%」は、サンプルの原料のモル%を示す。
例えばサンプル11は、
・バナジウムV2O5 25モル%
・バリウムBaO 28モル%
・ボロンB2O3 15モル%
・アルミAl2O3 2モル%
・リンP2O5 13モル%
・カルシウムCa 13モル%
・亜鉛ZnO 4モル%
・タングステンを3 0モル%
・アンチモンSbO3 0モル%
の原料からなる。
In FIG. 8, the “molar ratio%” in the “molar ratio% (range)” of (b) indicates the molar% of the raw material of the sample.
For example, sample 11
Vanadium V2O5 25 mol%
Barium BaO 28 mol%
Boron B2O3 15 mol%
Aluminum Al2O3 2 mol%
Phosphorus P2O5 13 mol%
Calcium Ca 13 mol%
Zinc ZnO 4 mol%
・ 30 mol% of tungsten
・ Antimony SbO30 mol%
Consists of raw materials.

また、図8の(b)の「モル比%(範囲」中の「範囲」は、良好なガラスフリットが作製できる各原料の範囲を示したものであって、図示の下記の範囲内のときに良好なガラスフリットが作製できる。 Further, the "range" in the "molar ratio% (range") of FIG. 8B indicates the range of each raw material capable of producing a good glass frit, and is within the following range shown in the figure. A good glass frit can be produced.

・バナジウムV2O5 10〜55モル%
・バリウムBaO 10〜40モル%
・ボロンB2O3 1〜20モル%
・アルミAl2O3 1〜10モル%
・リンP2O5 5〜20モル%
・カルシウムCa 5〜20モル%
・亜鉛ZnO 1〜10モル%
・タングステンを3 0
・アンチモンSbO3 0
図8において、(c)は、質量(g)を示す。これは、各原料を図8の(b)のモル%の割合で、調合したときのgの1例を表したものである。
・ Vanadium V2O5 10-55 mol%
・ Barium BaO 10-40 mol%
Boron B2O3 1 to 20 mol%
・ Aluminum Al2O3 1-10 mol%
・ Phosphorus P2O5 5-20 mol%
Calcium Ca 5 to 20 mol%
・ Zinc ZnO 1-10 mol%
・ Tungsten 30
・ Antimony SbO30
In FIG. 8, (c) shows the mass (g). This represents an example of g when each raw material was prepared at a ratio of mol% in FIG. 8 (b).

図8において、(d)は、本発明のガラスフリットの特性例を示す。 In FIG. 8, (d) shows an example of the characteristics of the glass frit of the present invention.

・るつぼ内状態は、良好であった。これは、上記原料をるつぼに入れて溶解したときの状態が良好であったことである。 ・ The condition inside the crucible was good. This means that the state when the above raw materials were put into a crucible and dissolved was in good condition.

・流し出し状態表面が「かなり曇る」とは、るつぼ内から溶解した溶解物を急速冷却装置に流し出した状態における溶解物の表面が「かなり曇る」という状態であったことを表す。 -The surface in the flushed state is "quite cloudy" means that the surface of the melt in the state where the melt dissolved from the crucible is poured into the rapid cooling device is "quite cloudy".

・軟化性観察が「500℃:粒が丸みを帯びる。600℃:粒同士がくっつく。」とは、図7で作製したガラスフリットをるつぼに入れて温度を上昇させた場合に、500℃付近で粒が丸みを帯び、600℃で粒同士がくっついて溶解したことを表す。 ・ The softening observation shows that "500 ° C: the grains are rounded. 600 ° C: the grains stick to each other." When the glass frit prepared in FIG. 7 is placed in a crucible and the temperature is raised, the temperature is around 500 ° C. Indicates that the grains are rounded and the grains stick to each other and dissolve at 600 ° C.

・冷却後の状態が表面が「茶色。650℃まであげてるつぼから剥がれる。」とは、溶解物の冷却後の状態の表面が「茶色」であり、るつぼに入れた溶解物を650℃まで上げるとるつぼから容易に溶解物が剥がれたことを表す。 -The surface after cooling is "brown. It peels off from the crucible raised to 650 ° C." means that the surface of the melt after cooling is "brown" and the melt put in the crucible is up to 650 ° C. Indicates that the solution was easily peeled off from the crucible to be raised.

図8において、(e)のDTAでは,DTA測定(転移点、軟化点、結晶化、結晶溶解などの各温度測定)のピークは現れずらかった。 In FIG. 8, in the DTA of (e), the peak of the DTA measurement (measurement of each temperature such as transition point, softening point, crystallization, crystal dissolution, etc.) was hard to appear.

図9は、本発明の太陽電池用アルミペースト用フリット例(成分モル比)(その2)を示す。これは、既述した実験例の図8のサンプル11および図示外の他のサンプル12,13のモル%の部分を取り出して分かり易く整理し、結果(密着性、I/V特性)を付加したものである。 FIG. 9 shows an example of a frit for an aluminum paste for a solar cell (component molar ratio) (No. 2) of the present invention. For this, the mol% portion of sample 11 of FIG. 8 and other samples 12 and 13 (not shown) of the above-mentioned experimental example was taken out and arranged in an easy-to-understand manner, and the results (adhesion, I / V characteristics) were added. It is a thing.

ここで、アルミAl2O3は添加するとガラス化し易くなる。 Here, when aluminum Al2O3 is added, it becomes easy to vitrify.

また、リンP2O5は、このままでは添加してもガラス化が困難であった。そこで、リンをアルカリ土類金属(例えばカルシウム)の化合物として添加することで初めて主材料(バリウムV2O5,バナジウムBaOからなる主骨格)の溶解物中に溶解してガラス化が可能となった。例えばリン酸二水素カルシウム(又はリン酸カルシウム)の水和物(Ca(H2PO4)2・H2O)として添加する。 Further, phosphorus P2O5 was difficult to vitrify even if it was added as it was. Therefore, by adding phosphorus as a compound of an alkaline earth metal (for example, calcium), it can be dissolved in the solution of the main material (main skeleton composed of barium V2O5 and vanadium BaO) and vitrified. For example, it is added as a hydrate of calcium dihydrogen phosphate (or calcium phosphate) (Ca (H2PO4) 2, H2O).

以上のサンプル11,12,13について、既述した図8の(d),(e)に記載した各種特性を観察、実測し、特に溶融温度が650℃以下を達成し、更に、結果欄に記載した密着性(ガラスフリットを使用した太陽電池のアルミペーストを太陽電池基板の例えば裏面に塗付・乾燥・焼結した後の密着性)、更に、太陽電池のI/V特性を評価して従来よりも良好(例えば2倍程度以上良好)の結果がサンプル11で得られた。そして、本ガラスフリットは、鉄、銅、ニッケル、クロムを含まなく、長期間の使用でも太陽電池の特性を劣化させることがない。 With respect to the above samples 11, 12, and 13, various characteristics described in (d) and (e) of FIG. 8 described above were observed and actually measured, and in particular, the melting temperature achieved 650 ° C. or lower, and further, in the result column. Evaluate the described adhesion (adhesion after applying, drying, and sintering the aluminum paste of a solar cell using a glass frit to, for example, the back surface of a solar cell substrate), and further evaluate the I / V characteristics of the solar cell. A result better than the conventional one (for example, about twice or more better) was obtained in the sample 11. The glass frit does not contain iron, copper, nickel and chromium, and does not deteriorate the characteristics of the solar cell even after long-term use.

図10は、本発明のABSガラスの各成分の範囲の上限下限例説明図(その2)を示す。 FIG. 10 shows an explanatory diagram (No. 2) of an upper and lower limit example of the range of each component of the ABS glass of the present invention.

図10の(a)は、バナジウムV2O5(10〜55モル%)の上限下限例説明を示す。 FIG. 10A shows an example of upper and lower limits of vanadium V2O5 (10 to 55 mol%).

・バナジウムV2O5が下限(10モル%)以下の場合には、ガラスの骨格をなさなくなる。 -When vanadium V2O5 is below the lower limit (10 mol%), it does not form a glass skeleton.

・バナジウムV2O5が上限(55モル%)以上の場合には、機械的な強度を調整することが難しい。耐水性が劣化する。 -When vanadium V2O5 is above the upper limit (55 mol%), it is difficult to adjust the mechanical strength. Water resistance deteriorates.

ここで、バナジウムV2O5の範囲(10−55モル%)が図4の(55−80モル%)から大幅に減少したのは、リンP2O5(5−20モル%)とCaO(5−20モル%)などを添加したために、一番多い主材料のバナジウムV2O5の添加割合が減少したものである。 Here, the range of vanadium V2O5 (10-55 mol%) was significantly reduced from (55-80 mol%) in FIG. 4 in phosphorus P2O5 (5-20 mol%) and CaO (5-20 mol%). ) And the like, the addition ratio of vanadium V2O5, which is the most abundant main material, decreased.

図10の(b)は、バリウムBaO(実際にはBaCO3を原料に加え、加熱溶解時にCO2が放出されて、BaOとなる)の上限下限例説明を示す。 FIG. 10B shows an example of upper and lower limits of barium BaO (actually, BaCO3 is added to a raw material and CO2 is released during heating and melting to become BaO).

・バリウムBaO(BaCO3)が下限(10モル%)以下の場合には、均質なガラス化が困難となる。 When barium BaO (BaCO3) is below the lower limit (10 mol%), homogeneous vitrification becomes difficult.

・バリウムBaO(BaCO3)が上限(40モル%)以上の場合には、機械的な強度が劣化する。 -If the barium BaO (BaCO3) is equal to or higher than the upper limit (40 mol%), the mechanical strength deteriorates.

図10の(c)は、その他の添加物(例えば図10の(d)の2種類の添加物)の説明を示す。 (C) of FIG. 10 shows a description of other additives (for example, two kinds of additives of (d) of FIG. 10).

・アルミ材料(3価)がシリコン(4価)に対してP型機能を形成することを妨げない、または、増長する役目を担う。場合によっては添加しなくてもよい。 -Aluminum material (trivalent) does not prevent or increases the formation of P-type function with respect to silicon (tetravalent). In some cases, it may not be added.

図10の(d)は、添加物の例を示す。 FIG. 10D shows an example of an additive.

・アルミAl2O3(1〜10モル%):、
・ボロンB2O3(5〜20モル%):
・この2成分の配合比率のバランスが重要である。そうでないと均一性が保たれず結晶が析出してしまい、ガラス化しない。
-Aluminum Al2O3 (1-10 mol%) :,
-Boron B2O3 (5 to 20 mol%):
・ The balance of the mixing ratio of these two components is important. Otherwise, the uniformity will not be maintained and crystals will precipitate, and vitrification will not occur.

図10の(e)は、リンP205(5−20モル%)、カルシウムCaO(5−20モル%)の添加例を示す。リンP205(5−20モル%)およびカルシウムCaO(5−20モル%)を添加するには、リン酸三カルシウムCa3(PO4)2を添加する。 FIG. 10 (e) shows an example of addition of phosphorus P205 (5-20 mol%) and calcium CaO (5-20 mol%). To add phosphorus P205 (5-20 mol%) and calcium CaO (5-20 mol%), tricalcium phosphate Ca3 (PO4) 2 is added.

・リンは水と反応するのでリン酸として入れるのが望ましい。 ・ Phosphorus reacts with water, so it is desirable to add it as phosphoric acid.

・アルカリ金属を含む化合物は、太陽電池特性劣化を生ずるので、アルカリ土類金属(例えばカルシウム)とのリン化合物を添加する。 -Since compounds containing alkali metals cause deterioration of solar cell characteristics, phosphorus compounds with alkaline earth metals (for example, calcium) are added.

・ホウ素(3価)とリン(5価)とアンチモン(5価)の化合物を添加した場合、3種を同時に入れたものはI/V特性、密着性においてホウ素、リンの2種を入れたものに比較して劣る。 -When a compound of boron (trivalent), phosphorus (pentavalent) and antimony (pentavalent) was added, the one containing three types at the same time contained two types of boron and phosphorus in terms of I / V characteristics and adhesion. Inferior to the one.

尚、上記アルカリ土類金属(例えばカルシウム)とのリン化合物として、リン酸三カルシウムCa3(PO4)2あるいはメタリン酸カルシウムCa(PO3)2を添加して実験したがいずれも良好な結果が得られた。特に、前者のリン酸三カルシウムCa3(PO4)2は食品添加材として用いられ安価に入手可能である点、更に、後者のものに比して酸素Oの数が8(後者は数が6)で若干多いが良好な結果が得られた。また、本発明のガラスフリットを製造する際に原料に炭素C(化合物も含む)が微量に付着あるいは混入している可能性があり、この微量の炭素Cを当該酸素Oで酸化してガス(炭酸ガスCO2など)として放出させ、浄化することも可能であるので、若干の酸素Oを含むことは必要である。 In addition, as a phosphorus compound with the above-mentioned alkaline earth metal (for example, calcium), tricalcium phosphate Ca3 (PO4) 2 or calcium metaphosphate Ca (PO3) 2 was added to the experiment, and good results were obtained in both cases. .. In particular, the former tricalcium phosphate Ca3 (PO4) 2 is used as a food additive and can be obtained at low cost, and the number of oxygen O is 8 (the latter is 6) as compared with the latter. However, good results were obtained. Further, when producing the glass frit of the present invention, there is a possibility that a small amount of carbon C (including a compound) is attached or mixed in the raw material, and this small amount of carbon C is oxidized by the oxygen O to produce a gas (including a compound). Since it is possible to release it as carbon dioxide (CO2, etc.) and purify it, it is necessary to contain a small amount of oxygen O.

尚2.リン酸P2O5およびカルシウムCaOを直接に添加したのでは、良好なガラスフリットは製造不可であった。同様に、カルシウムCaOとしてアルカリ土類金属以外のもの、例えばナトリウム、カリウムなどを添加したのでは太陽電池のように強い太陽光に長期間(例えば10年以上)さらされる場合には劣化して使用不可である。 2. With the direct addition of P2O5 phosphate and CaO calcium, good glass frit could not be produced. Similarly, if calcium CaO other than alkaline earth metals, such as sodium and potassium, is added, it will deteriorate and be used when exposed to strong sunlight for a long period of time (for example, 10 years or more) such as solar cells. It is impossible.

図11は、本発明の太陽電池用アルミ電極焼成用フリット説明図(その2)を示す。これは、太陽電池の裏面にアルミペーストを塗布・焼結してアルミ電極を形成する場合に、当該アルミペーストに混入するガラスフリットに必要とされる課題(要望)(1)、(2)、(3)、(4)と、本発明が解決する手段とを対応づけて表にしたものである。 FIG. 11 shows an explanatory view (No. 2) of a frit for firing an aluminum electrode for a solar cell of the present invention. This is a problem (request) (1), (2), required for glass frit mixed in the aluminum paste when the aluminum paste is applied and sintered on the back surface of the solar cell to form an aluminum electrode. (3) and (4) are tabulated in association with the means for solving the present invention.

図11の(a)は、課題「(1)低い溶融点」と、本発明の解決手段とを示す。本発明では、既述したように、バナジウムとバリウムを主体とし、600℃以下を実現している。これは、アルミの融点(660℃)とフリットの融点の中間点で焼結温度が決まるので、本発明ではガラスフリットの溶融点を650℃以下と規定し、実験では600℃以下が実現できた。 FIG. 11A shows the problem “(1) low melting point” and the means for solving the present invention. In the present invention, as described above, vanadium and barium are mainly used, and the temperature is 600 ° C. or lower. This is because the sintering temperature is determined by the midpoint between the melting point of aluminum (660 ° C) and the melting point of the frit. Therefore, in the present invention, the melting point of the glass frit is defined as 650 ° C or less, and 600 ° C or less can be realized in the experiment. ..

図11の(b)は、課題「(2)シリコン太陽電池の寿命に影響を与えない成分構成」と、本発明の解決手段とを示す。本発明では、既述したように、鉄、銅、ニッケル、クロム等を含まない。基本はバナジウム、バリウム、アルミ、ホウ素、リン、カルシウム、亜鉛の組み合わせである。ここで、アルミ、ホウ素は裏面アルミの接触材料である。 FIG. 11B shows the problem “(2) component composition that does not affect the life of the silicon solar cell” and the means for solving the present invention. As described above, the present invention does not contain iron, copper, nickel, chromium and the like. The basis is a combination of vanadium, barium, aluminum, boron, phosphorus, calcium and zinc. Here, aluminum and boron are contact materials for the back surface aluminum.

以上のように、太陽電池の長期の過酷な使用条件のもとで悪影響を与える鉄、銅、ニッケル、クロム等を含まない材料でガラスフリットを作製したので、これら悪影響を回避できる。 As described above, since the glass frit is made of a material that does not contain iron, copper, nickel, chromium, etc., which adversely affect the solar cell under the harsh long-term use conditions, these adverse effects can be avoided.

図11の(c)は、課題「(3)シリコン基板が焼結時に反らない。」と、本発明の解決手段とを示す。本発明では、既述したように、バナジウム、バリウムの構成成分によりアルミ焼結時の基板の反りがなくなる。 FIG. 11 (c) shows the problem "(3) the silicon substrate does not warp at the time of sintering" and the means for solving the present invention. In the present invention, as described above, the constituent components of vanadium and barium eliminate the warp of the substrate during aluminum sintering.

図11の(d)は、課題「(4)密着性、I/V改善」と、本発明の解決手段とを示す。本発明では、既述したように、リンおよびカルシウム等を添加した構成成分によりアルミ焼結時の基板との密着性が良好となり、かつI/V特性も改善された。 FIG. 11D shows the problem “(4) Adhesion, I / V improvement” and the means for solving the present invention. In the present invention, as described above, the constituent components to which phosphorus, calcium and the like are added have improved the adhesion to the substrate at the time of aluminum sintering, and also improved the I / V characteristics.

次に、図12から図14を用い、図1から図11で既述した本発明のガラスフリットを助剤として添加してアルミペーストを製造する工程および該製造したアルミペーストを太陽電池の裏面に塗布して焼結し、アルミニウム電極を形成する工程について詳細に順次説明する。 Next, using FIGS. 12 to 14, a step of producing an aluminum paste by adding the glass frit of the present invention described in FIGS. 1 to 11 as an auxiliary agent and applying the produced aluminum paste to the back surface of the solar cell. The steps of applying, sintering, and forming an aluminum electrode will be described in detail in order.

図12は、本発明のアルミペーストの説明図を示す。これは、アルミペーストの構成成分の1例であって、例えば図示の下記である。これら構成成分を混合してアルミペーストを製造する(図13参照)。 FIG. 12 shows an explanatory diagram of the aluminum paste of the present invention. This is an example of the constituent components of the aluminum paste, and is shown below, for example. These components are mixed to produce an aluminum paste (see FIG. 13).

(1)アルミニウム粉末:
・純度:99.7%以上
・平均粒度:1〜20μm
・形状:球状、楕円球状
(2)本発明のバナジン酸塩ガラス(ガラスフリット):
・粒径:1〜3μm
・アルミペースト全体の重量比0.1〜1%
(3)その他のガラス粉末:
・粒径:1〜3μm
・アルミペースト全体の重量比0〜1%
(4)樹脂:
・アルミペースト全体の重量比0.1〜3%
・エチルセルローズ類、ニトロセルローズ類等
(5)溶剤:
・アルミペースト全体の重量比〜25%位(スクリーン印刷等に適する粘土)
・ジエチレングリコール、モノブチルエーテル等
図13は、本発明のアルミペーストの製造フローチャートを示す。
(1) Aluminum powder:
-Purity: 99.7% or more-Average particle size: 1 to 20 μm
-Shape: Spherical, elliptical spherical (2) Vanadate glass (glass frit) of the present invention:
・ Particle size: 1-3 μm
・ Weight ratio of the whole aluminum paste 0.1 to 1%
(3) Other glass powders:
・ Particle size: 1-3 μm
・ 0 to 1% of the total weight of the aluminum paste
(4) Resin:
・ Weight ratio of the whole aluminum paste 0.1 to 3%
-Ethyl celluloses, nitro celluloses, etc. (5) Solvent:
・ About 25% of the total weight of aluminum paste (clay suitable for screen printing, etc.)
-Diethylene glycol, monobutyl ether, etc. FIG. 13 shows a flow chart for producing the aluminum paste of the present invention.

図13において、S21は、溶剤と樹脂を混合機で混ぜる(有機ビヒクル)。これは、既述した図12の(5)溶剤と(4)樹脂とを混合機に入れて良く混合し、有機ビヒクルを製造する。 In FIG. 13, S21 mixes the solvent and the resin with a mixer (organic vehicle). In this method, the solvent (5) and the resin (4) of FIG. 12 described above are put into a mixer and mixed well to produce an organic vehicle.

S22は、有機ビヒクルにガラスを混ぜる。これは、S21で製造した有機ビヒクルに、既述した図12の(2)本発明のバナジン酸塩ガラス粉末(ガラスフリット)と、必要に応じて(3)その他のガラス粉末とを混合機に入れて良く混合する。 S22 mixes glass with an organic vehicle. In this method, the organic vehicle produced in S21 is mixed with (2) the vanadate glass powder (glass frit) of the present invention described above and (3) other glass powder as required. Add and mix well.

S23は、アルミニウム粉末を混ぜる。これは、更に、既述した図12の(1)のアルミニウム粉末を混ぜる工程であって、図12の(1)のアルミニウム粉末100重量部に対して、有機ビヒクル1.5〜100重量部(好ましくは30〜50重量部)となるように当該(1)のアルミニウム粉末を混合する。 S23 mixes aluminum powder. This is a step of further mixing the aluminum powder of FIG. 12 (1) described above, and is 1.5 to 100 parts by weight of the organic vehicle with respect to 100 parts by weight of the aluminum powder of FIG. 12 (1). The aluminum powder of (1) is mixed so as to preferably (preferably 30 to 50 parts by weight).

S24は、アルミペースト完成する。 S24 completes the aluminum paste.

以上のS21からS24の手順により、既述した図12の(5)溶剤と(4)樹脂、(2)本発明のバナジン酸塩ガラス粉末(ガラルフリット)と必要に応じて(3)その他のガラス粉末、更に(1)アルミニウム粉末を混合機で順番に良く混合し、アルミペーストを製造することが可能となる。 According to the above procedures from S21 to S24, (5) solvent and (4) resin, (2) vanadate glass powder (galal frit) of the present invention and, if necessary, (3) other glass of FIG. 12 described above. It is possible to produce an aluminum paste by mixing the powder and (1) aluminum powder in order with a mixer.

図14は、本発明のアルミペーストの焼成フローチャートを示す。これは、既述した図13で製造したアルミペーストを、太陽電池の裏面に塗布・乾燥・焼成し、アルミ電極を形成するときの焼成フローチャートの1例を示す。 FIG. 14 shows a flowchart for firing the aluminum paste of the present invention. This shows an example of a firing flowchart when the aluminum paste produced in FIG. 13 described above is applied, dried, and fired on the back surface of a solar cell to form an aluminum electrode.

図14において、S31は、太陽電池セルの裏面、シリコン面に塗布する。例えば5〜13mg/cm2の厚さで塗布する。これは、アルミ電極を形成する対象の例えば太陽電池セルの裏面に塗布、あるいはシリコン基板の裏面のシリコン面に直接に塗布する。 In FIG. 14, S31 is applied to the back surface and the silicon surface of the solar cell. For example, it is applied at a thickness of 5 to 13 mg / cm2. This is applied to, for example, the back surface of a solar cell of an object on which an aluminum electrode is formed, or directly applied to the silicon surface of the back surface of a silicon substrate.

S32は、乾燥する。これは、S31で塗布したアルミペーストを例えば100〜300℃の乾燥炉に1分〜10分入れて溶剤を飛ばして乾燥する。また、熱風を送って乾燥してもよい。 S32 is dried. This is done by putting the aluminum paste coated in S31 in a drying oven at 100 to 300 ° C. for 1 to 10 minutes to remove the solvent and drying it. Alternatively, hot air may be sent to dry the product.

S33は、アルミニウム焼結する。これは、例えば500〜900℃程度(必要あれば1200℃)の焼結炉に1〜300秒入れて焼結し、アルミ電極を太陽電池セルの裏面あるいはシリコン面に形成する。また、赤外線ランプで赤外線を直接に照射して焼結してもよい。この焼結の際、助剤の特に本発明のバナジン酸塩ガラスが溶融して太陽電池セルの裏面あるいはシリコン面に強固に固着すると共にアルミニウム粉末に強く固着し、従来のガラス粉末では実現できなかった強い固着力を発揮することが確認された。つまり、焼結で形成されたアルミ電極にリード線をハンダ付けした場合に、当該リード線を引っ張っても従来のように容易に剥離しなく、従来の数倍の固着強度があることが実験で確認された。 S33 is aluminum sintered. This is performed, for example, in a sintering furnace at about 500 to 900 ° C. (1200 ° C. if necessary) for 1 to 300 seconds to sinter, and an aluminum electrode is formed on the back surface or the silicon surface of the solar cell. Alternatively, it may be sintered by directly irradiating infrared rays with an infrared lamp. At the time of this sintering, the auxiliary agent, particularly the vanadate glass of the present invention, melts and firmly adheres to the back surface or silicon surface of the solar cell and also strongly adheres to the aluminum powder, which cannot be realized by the conventional glass powder. It was confirmed that it exerts a strong fixing force. In other words, when a lead wire is soldered to an aluminum electrode formed by sintering, even if the lead wire is pulled, it does not peel off easily as in the past, and the experiment shows that it has several times the fixing strength of the conventional one. confirmed.

S34は、室温冷却し、完成する。これは、S33でアルミニウム焼結した後、室温冷却し、太陽電池の裏面、シリコン面にアルミ電極の形成を完了する。 S34 is cooled to room temperature to complete. After sintering aluminum in S33, it is cooled to room temperature to complete the formation of aluminum electrodes on the back surface and silicon surface of the solar cell.

以上のように、本発明のバナジン酸塩ガラス粉末を助剤として添加したアルミペーストを、太陽電池セルの裏面あるいはシリコン面に塗布し(S31)、乾燥(S32)し、次に焼成(S33)することににより、太陽電池セルの裏面あるいはシリコン面に、従来の数倍、強く固着したアルミ電極を形成することが可能となった。 As described above, the aluminum paste to which the vanadate glass powder of the present invention is added as an auxiliary agent is applied to the back surface or silicon surface of the solar cell (S31), dried (S32), and then fired (S33). By doing so, it has become possible to form an aluminum electrode that is firmly adhered to the back surface or the silicon surface of the solar cell several times as much as the conventional one.

本発明のABSガラスの作製フローチャートである。It is a flowchart of manufacturing of ABS glass of this invention. 本発明のABSガラスの作製サンプル例である。This is an example of a production sample of the ABS glass of the present invention. 本発明の太陽電池用アルミペースト用フリット例である。This is an example of a frit for an aluminum paste for a solar cell of the present invention. 本発明のABSガラスの各成分の範囲の上限下限例説明図である。It is explanatory drawing of the upper limit lower limit example of the range of each component of the ABS glass of this invention. 本発明の太陽電池用アルミ電極焼成用フリット説明図である。It is explanatory drawing of the frit for firing an aluminum electrode for a solar cell of this invention. 本発明のABSガラスの概観写真例である。This is an example of an overview photograph of the ABS glass of the present invention. 本発明のABSガラスの作製フローチャート(その2)である。It is a manufacturing flowchart (the 2) of the ABS glass of this invention. 本発明のABSガラスの作製サンプル例(その2)である。It is a production sample example (No. 2) of the ABS glass of this invention. 本発明の太陽電池用アルミペースト用フリット例(その2)である。This is an example of a frit for aluminum paste for a solar cell of the present invention (No. 2). 本発明のABSガラスの各成分の範囲の上限下限例説明図(その2)である。It is explanatory drawing (the 2) of the upper limit lower limit example of the range of each component of the ABS glass of this invention. 本発明の太陽電池用アルミ電極焼成用フリット説明図(その2)である。It is explanatory drawing (2) of the frit for firing an aluminum electrode for a solar cell of this invention. 本発明のアルミペーストの説明図である。It is explanatory drawing of the aluminum paste of this invention. 本発明のアルミペーストの製造フローチャートである。It is a manufacturing flowchart of the aluminum paste of this invention. 本発明のアルミペーストの焼成フローチャートである。It is a firing flowchart of the aluminum paste of this invention.

Claims (17)

基板に塗布・焼結して導電性電極を形成する導電性ペーストに混入するガラスフリットにおいて、
バナジウムV2O5を55から80モル%とバリウムBaOを15から30モル%であって、アルカリ金属を含まないものを主材料とし加熱して溶融ガラスを生成し、これを急速冷却した破片を粉砕して製造した650℃以下で溶融することを特徴とするガラスフリット。
In the glass frit mixed in the conductive paste that is applied and sintered on the substrate to form the conductive electrode.
Vanadium V2O5 is 55 to 80 mol% and barium BaO is 15 to 30 mol% , and the main material is one that does not contain alkali metal and is heated to produce molten glass, which is then rapidly cooled and crushed. Manufactured glass frit that melts at 650 ° C or lower.
添加物として、アルミAl2O3を0から10モル%、ボロンB2O3を0から7モル%、およびシリコンSiO2を0から7モル%の1つ以上を前記主材料に混入し加熱して前記溶融ガラスを生成したことを特徴とする請求項1に記載のガラスフリット。 As additives, one or more of aluminum Al2O3 of 0 to 10 mol%, boron B2O3 of 0 to 7 mol%, and silicon SiO2 of 0 to 7 mol% are mixed with the main material and heated to form the molten glass. The glass frit according to claim 1, wherein the glass frit is characterized by the above. 鉄、銅、ニッケル、クロムを含まないことを特徴とする請求項1から請求項2のいずれかに記載のガラスフリット。 The glass frit according to any one of claims 1 to 2, wherein the glass frit does not contain iron, copper, nickel, or chromium. 前記導電性ペーストとして、アルミペーストとしたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のガラスフリット。 The glass frit according to any one of claims 1 to 3, wherein the conductive paste is an aluminum paste. 前記基板に塗布・焼結して導電性電極を形成として、太陽電池の基板に塗布・焼結して導電性アルミ電極を形成としたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のガラスフリット。 Any of claims 1 to 4, wherein the conductive electrode is formed by coating and sintering on the substrate, and the conductive aluminum electrode is formed by coating and sintering on the substrate of the solar cell. The glass frit described in. 請求項1から請求項5のいずれかに記載のガラスフリットを助剤として添加したアルミペースト。 An aluminum paste to which the glass frit according to any one of claims 1 to 5 is added as an auxiliary agent. 基板に塗布・焼結して導電性電極を形成する導電性ペーストに混入するガラスフリットにおいて、
バナジウムV2O5を10から55モル%とバリウムBaOを10から40モル%であって、アルカリ金属およびストロンチウムSrを含まないものを主材料とし加熱して溶融ガラスを生成し、これを急速冷却した破片を粉砕して製造した650℃以下で溶融することを特徴とするガラスフリット。
In the glass frit mixed in the conductive paste that is applied and sintered on the substrate to form the conductive electrode.
Vanadium V2O5 is 10 to 55 mol% and barium BaO is 10 to 40 mol%, and the main material is one that does not contain alkali metal and strontium Sr. A glass frit produced by crushing and melting at 650 ° C. or lower.
添加物として、アルミAl2O3を1から10モル%およびボロンB2O3を1から20モル%を前記主材料に混入し加熱して前記溶融ガラスを生成したことを特徴とする請求項7に記載のガラスフリット。 The glass frit according to claim 7, wherein 1 to 10 mol% of aluminum Al2O3 and 1 to 20 mol% of boron B2O3 are mixed with the main material and heated to form the molten glass as additives. .. 添加物として、リンP2O5を5から20モル%およびカルシウムCaOを5から20ル%を前記主材料に混入し加熱して前記溶融ガラスを生成したことを特徴とする請求項7から請求項8のいずれかに記載のガラスフリット。 Claims 7 to 8 are characterized in that, as additives, 5 to 20 mol% of phosphorus P2O5 and 5 to 20 ru% of calcium CaO are mixed with the main material and heated to form the molten glass. The glass frit described in either. 前記添加物であるリンP2O5と一緒に添加する前記カルシウムCaOとして、リンとアルカリ土類金属の1つあるいは1つ以上との化合物としたことを特徴とする請求項記載のガラスフリット。 The glass frit according to claim 9 , wherein the calcium CaO added together with the additive phosphorus P2O5 is a compound of phosphorus and one or more of an alkaline earth metal. 前記添加物であるリンP2O5と一緒に添加する前記カルシウムCaOとして、リンとアルカリ土類金属の1つあるいは1つ以上との化合物である、リン酸三カルシウムCa3(PO4)2あるいはメタリン酸カルシウムCa(PO3)2としたことを特徴とする請求項10記載のガラスフリット。 As the calcium CaO to be added together with the additive phosphorus P2O5, tricalcium phosphate Ca3 (PO4) 2 or calcium metaphosphate Ca (PO4) 2 which is a compound of phosphorus and one or more of alkaline earth metals ( PO3) The glass frit according to claim 10, wherein the value is 2. 鉄、銅、ニッケル、クロムを含まないことを特徴とする請求項7から請求項11のいずれかに記載のガラスフリット。 The glass frit according to any one of claims 7 to 11, characterized in that it does not contain iron, copper, nickel, or chromium. 前記導電性ペーストとして、アルミペーストとしたことを特徴とする請求項7から請求項12のいずれかに記載のガラスフリット。 The glass frit according to any one of claims 7 to 12, wherein the conductive paste is an aluminum paste. 前記基板に塗布・焼結して導電性電極を形成として、太陽電池の基板に塗布・焼結して導電性アルミ電極を形成としたことを特徴とする請求項7から請求項13のいずれかに記載のガラスフリット。 Any of claims 7 to 13, wherein the conductive electrode is formed by coating and sintering on the substrate, and the conductive aluminum electrode is formed by coating and sintering on the substrate of the solar cell. The glass frit described in. 請求項7から請求項14のいずれかに記載のガラスフリットを助剤として添加したアルミペースト。 An aluminum paste to which the glass frit according to any one of claims 7 to 14 is added as an auxiliary agent. 基板に塗布・焼結して導電性電極を形成する導電性ペーストに混入するガラスフリット製造方法において、
バナジウムV2O5を55から80モル%とバリウムBaOを15から30モル%であって、アルカリ金属を含まないものを主材料とし加熱して溶融ガラスを生成し、
該生成した溶融ガラスを急速冷却して破片を生成し、
該生成した破片を粉砕して650℃以下で溶融するガラスフリットを製造する
ことを特徴とするガラスフリット製造方法。
In a glass frit manufacturing method that is mixed with a conductive paste that is applied and sintered on a substrate to form a conductive electrode.
Vanadium V2O5 is 55 to 80 mol% and barium BaO is 15 to 30 mol% , and the main material is one that does not contain alkali metal and is heated to produce molten glass.
The formed molten glass is rapidly cooled to generate debris.
A method for producing a glass frit, which comprises pulverizing the generated fragments to produce a glass frit that melts at 650 ° C. or lower.
基板に塗布・焼結して導電性電極を形成する導電性ペーストに混入するガラスフリット製造方法において、
バナジウムV2O5を10から55モル%とバリウムBaOを10から40モル%であって、アルカリ金属およびストロンチウムSrを含まないものを主材料とし加熱して溶融ガラスを生成し、
該生成した溶融ガラスを急速冷却して破片を生成し、
該生成した破片を粉砕して650℃以下で溶融するガラスフリットを製造する
ことを特徴とするガラスフリット製造方法。
In a glass frit manufacturing method that is mixed with a conductive paste that is applied and sintered on a substrate to form a conductive electrode.
Vanadium V2O5 at 10 to 55 mol% and barium BaO at 10 to 40 mol% , free of alkali metal and strontium Sr, were used as the main materials and heated to produce molten glass.
The formed molten glass is rapidly cooled to generate debris.
A method for producing a glass frit, which comprises pulverizing the generated fragments to produce a glass frit that melts at 650 ° C. or lower.
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