JPH0715022A

JPH0715022A - 太陽電池用電極

Info

Publication number: JPH0715022A
Application number: JP5144515A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Abe; 真一阿部; Hiroki Yoshimura; 浩喜吉村; Kenichi Suzuki; 憲一鈴木
Original assignee: Hokuriku Toryo KK
Current assignee: Hokuriku Toryo KK
Priority date: 1993-06-16
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 1995-01-17
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: JP3254044B2

Abstract

(57)【要約】【構成】オーミック性導電ペーストの硬化によって形
成される太陽電池用電極において、該オーミック性導電
ペーストが、リン片状のニッケル、モリブデンおよび／
またはグラファイトであるオーミック性導電粒子、なら
びにリン片状の銀粒子またはリン片状の銀粒子と銀粉と
の混合物を含む太陽電池用電極。【効果】太陽電池用電極を容易に形成でき、高い変換
効率が得られる。耐候性に優れ、屋外で長時間使用して
も変換効率の変化が小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は太陽電池用の電極に関
し、さらに詳しくは、オーミック性導電ペーストを塗布
し、焼成し、硬化させることによって形成される太陽電
池用電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池は、たとえばｐ形単結晶シリコ
ン基板のような半導体基板の受光面にｎ形半導体層、つ
いでグリッド電極またはＩＴＯのような透明電極、また
必要に応じて光反射防止膜などを設け、反射側に裏面電
極を設けて、太陽光によって半導体層に生じた電位を両
電極より取出している。また別の例では、ガラスのよう
な透明基板に、透明電極層、非晶質半導体層、裏面電極
および必要に応じて保護層を設けている。

【０００３】このような太陽電池用のグリッド電極や裏
面電極の製造には、Ａｌの蒸着やスパッタリング、Ｔｉ
−Ａｇの蒸着、Ａｌ−Ａｇ焼成膜の形成、Ｎｉペースト
の焼成による膜形成などが行われている。

【０００４】特開昭５８−９６７７７号公報には、Ｎｉ
を含むＡｇペーストを用いて、受光面にグリッド電極を
形成することが開示されている。

【０００５】特開平２−１１７１７７号公報には、フェ
ノール系樹脂をバインダーとする導電ペーストを印刷
し、硬化させて得られる裏面電極が開示されており、用
いられる導電性物質としては、Ｎｉ、Ｎｉ／Ａｇ、Ａ
ｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃの、粒径最大３０μm の粉体が挙げら
れている。

【０００６】特開平３−３８８８６号公報には、Ｍｏ粉
末と合成樹脂ワニスを含む導電性ペーストを印刷し、硬
化させて得られる裏面電極が開示されている。

【０００７】特開平４−３１２９８５号公報には、０．
５％以上のＮｉ粉末を混合したＣｕ粉末を導電成分とし
て含む導電ペーストから形成される裏面電極が開示され
ている。

【０００８】これらの従来技術には、それぞれ問題点が
ある。蒸着やスパッタリングには、高価で取扱の煩雑な
真空系装置が必要であり、とくに大面積のものを生産す
る場合の生産性が低い。また、Ａｌのような金属膜は、
高温、高湿度の条件では透明電極との接着面で酸化還元
反応が生じて接触抵抗が増大し、そのために光電変換効
率が低下する。また、上述の各特許に記載されている電
極は、いずれも使用の際の経時変化が大きく、とくに屋
外で使用する場合に、変換効率が低下する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、安定
なオーミック抵抗性を有し、塗膜抵抗の低い、その結果
として高い変換効率を有し、しかも変換効率が、長期間
使用後も低下しない太陽電池用電極を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために検討を重ねた結果、リン片状のオー
ミック性導電粒子とリン片状の銀粒子とを組み合わせて
ペースト化することにより、オーミック抵抗および塗膜
抵抗が低い太陽電池用電極が得られることを見出した。

【００１１】すなわち、本発明の太陽電池用電極は、オ
ーミック性導電ペーストの硬化によって得られ、該オー
ミック性導電ペーストが、リン片状のニッケル、モリブ
デンおよび／またはグラファイトであるオーミック性導
電粒子、ならびにリン片状の銀粒子またはリン片状の銀
粒子と銀粉との混合物を含み、オーミック性導電粒子と
銀粒子との体積分率比が１０：９０〜４０：６０である
ことを特徴とする。

【００１２】本発明において特徴的なことは、オーミッ
ク性導電粒子として、リン片状のニッケル、モリブデン
またはグラファイトを用いることである。このようなリ
ン片状のオーミック性導電粒子は、１種単独でも、２種
以上を併用しても差支えなく、好ましくはモリブデンま
たはグラファイトである。なお、本明細書において、粒
子とは、微細なリン片状物質と粉体の両方を意味する。
また、銀粉のような粉体とは、リン片状以外の、たとえ
ば球状の粒子を意味する。

【００１３】オーミック性導電粒子としてこのような特
定のリン片状のものを用いることにより、通常の粉末状
のオーミック性導電粒子を用いる場合に比べて、小さい
接触抵抗が得られ、その経時変化も小さく、したがっ
て、太陽電池として使用する際に高い変換効率が得ら
れ、しかも、その変換効率を長期間持続させることがで
きる。

【００１４】本発明に用いられるリン片状のオーミック
性導電粒子の形状は、作業性と、高い変換効率の太陽電
池が得られることから、大きさが１〜１５μm の範囲の
ものが好ましく、２〜１０μm であることがさらに好ま
しい。この大きさが１μm 未満では、アモルファスシリ
コンのような半導体層との間の接触抵抗が高くなり、太
陽電池の変換効率が低下する。一方、大きさが１５μm
を越えると、このような粒子を含む導電ペーストを微細
なパターンに塗布するときの作業性が劣り、またパター
ンの精度が悪くなる。また、厚さは０．１〜１μm の範
囲が好ましい。さらに、大きさと厚さの比は５以上が好
ましく、１０以上がさらに好ましい。ここで、リン片状
粒子の大きさとは、平面が四辺形ないしそれに近い形状
の場合は長辺と短辺の平均値、多角形ないし円形に近い
場合は最大径と最小径の平均値を意味する。

【００１５】本発明においては、このようなリン片状の
オーミック性導電粒子を、少なくとも一部はリン片状で
ある銀粒子と併用する。銀粒子としては、リン片状の銀
粒子を単独で用いることが好ましいが、印刷性が求めら
れる場合は、リン片状の銀粒子と銀粉とを併用してもよ
く、変換効率やその持続性もそれほど低下しない。両者
を併用する場合、銀粉の体積分率は、銀粒子全体の６０
％以下であることが好ましい。該銀粉が６０％を越える
と、塗膜の体積抵抗率が大きくなり、変換効率が低くな
る。リン片状の銀粒子の大きさは２０μm 以下が好まし
く、２〜１０μm がさらに好ましい。この大きさが２０
μm を越えると、これを含む導電ペーストを微細なパタ
ーンに塗布するときの作業性が劣り、またパターンの精
度が悪くなる。ここで大きさとは、前述のリン片状粒子
の大きさと同じ定義による。厚さは０．２〜０．７μm
の範囲が好ましく、大きさと厚さの比は１５〜６０が好
ましい。また、銀粉を併用する場合、銀粉の粒径は５〜
１５μm が好ましい。

【００１６】リン片状のオーミック性導電粒子と銀粒子
との体積分率比は、１０：９０〜４０：６０であり、１
５：８５〜３０：７０が好ましい。このように、リン片
状の銀粒子、またはリン片状の銀粒子と銀粉とを併用す
ることにより、半導体層、たとえばアモルファスシリコ
ンとの接触抵抗が小さく、また電極自体の比抵抗が小さ
くなって、変換効率が向上する。導電性物質中の銀粒子
の体積分率が１０％未満では電極自体の抵抗が高くな
り、４０％を越えると塗膜の比抵抗が上昇するために、
いずれも変換効率が低下する。

【００１７】本発明に用いられるオーミック性導電ペー
ストは、上述のリン片状のオーミック性導電粒子、なら
びにリン片状の銀粒子またはリン片状の銀粒子および銀
粉を、バインダーに配合することによって得られる。

【００１８】バインダーとしては、熱硬化性樹脂を用い
ることが好ましく、太陽電池用電極として屋外で使用さ
れる場合に、長期間の使用中における変換効率の低下を
防止するには、シリコーン系またはフッ素樹脂系の熱硬
化性樹脂がとくに好ましい。ここにシリコーン系の熱硬
化性樹脂としては、シリコーン樹脂単独のほか、シリコ
ーンフェノール樹脂、シリコーンエポキシ樹脂、シリコ
ーンアルキド樹脂、シリコーンアクリル樹脂など、ポリ
シロキサン部分と有機樹脂部分とが共存する共重合体ま
たは混合物でもよく、とくに大きな耐候性や耐熱性が要
求される場合にはシリコーン樹脂単独が好ましいが、形
成される電極の基材への密着性や機械的強度からは、有
機樹脂部分を含むブレンド体または共重合体が好まし
い。また、フッ素樹脂系の熱硬化樹脂としては、たとえ
ば分子中に活性水素原子を有する含フッ素ポリマーを、
加熱によりイソシアナト基を生ずる化合物で硬化させる
ものなどがある。

【００１９】これらのバインダーにおいて、電極が優れ
た接着性と耐候性を有し、長期間の使用中における変換
効率が低下しないためには、シリコーン系の熱硬化性樹
脂では、固形分中のケイ素原子が１〜２５重量％である
ことが好ましく、３〜２０重量％がさらに好ましい。１
重量％未満では耐候性が低く、変換効率の低下が起こ
る。２５重量％を越えると、塗膜が脆く、接着強度が低
い。フッ素樹脂系の熱硬化性樹脂の場合、固形分中のフ
ッ素原子が３〜４０重量％であることが好ましく、５〜
２５重量％がさらに好ましい。３重量％未満では耐候性
が低く、変換効率の低下が起こる。４０重量％を越える
と、溶媒に対して不溶になり、懸濁状態で使用するにし
ても、精度よくファインパターンを形成することが困難
になる。また、基材への接着性も低下する。

【００２０】これらのバインダーは、熱硬化性樹脂を安
定に保存し、また基材に塗布する組成物に、塗布方法に
応じて適切な作業性を与え、たとえば１００μm 程度の
線幅の良好なパターンを形成するために、該熱硬化性樹
脂を溶媒に溶解して用いることが多い。バインダー中の
熱硬化性樹脂の濃度は、一般に３０〜６０重量％であ
る。

【００２１】熱硬化性樹脂の溶媒であり、同時に導電性
粒子の分散媒として機能するものは、熱硬化性樹脂の種
類によっても異なるが、トルエン、キシレン、エチルベ
ンゼン、ジエチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、ア
ミルベンゼン、ｐ−シメンおよびテトラリンなどの芳香
族炭化水素；２−エトキシエタノール、２−ブトキシエ
タノール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、
ジエチレングリコールモノブチルエーテルなどのエーテ
ルアルコール；メチルイソブチルケトンなどのケトン；
ならびにエチレングリコールモノメチルエーテル酢酸エ
ステルなどのエステルが例示され、単独でも、２種以上
の混合物でもよい。

【００２２】リン片状のオーミック性導電粒子ならびに
リン片状の銀粒子またはリン片状の銀粒子と銀粉との混
合物は、両者の合計として、バインダー中の固形分との
和に対して６０〜９５重量％が好ましく、７０〜９０重
量％がさらに好ましい。

【００２３】導電ペーストには、さらに、本発明の特徴
を損ねない範囲で、滑剤、樹脂の硬化触媒などを配合し
ても差支えない。

【００２４】本発明の電極は、一般に、熱硬化性樹脂お
よび溶媒を含有するバインダーに、リン片状のオーミッ
ク性導電粒子と上述のような銀粒子との混合物を、ニー
ダ、ライカイ機、ロールまたはボールミルなどにより、
均一になるまで混和して、溶媒を含むペーストを調製
し、これを基材またはアモルファスシリコン層などの所
定の位置に塗布し、溶媒を除去した後、加熱により硬化
させて得ることができる。基材としては、ガラスが例示
される。塗布は、所定のパターンに、スクリーン印刷な
どの方法で行うことができる。加熱は、用いられたバイ
ンダーの熱硬化性樹脂の硬化温度、たとえば１００〜２
００℃で行う。

【００２５】

【発明の効果】本発明の太陽電池用電極は、スクリーン
印刷などの方法によって塗膜を容易に形成させ、２００
℃以下という比較的低い温度で硬化させることによって
作製できる。本発明の電極は、オーミック接触性を有し
て、塗膜抵抗が小さく、高い変換効率が得られる。しか
も、耐候性に優れ、屋外で長時間使用しても変換効率の
変化が小さい。そのため、屋外で使用する太陽電池の電
極として、きわめて有用である。

【００２６】

【実施例】以下、実施例および比較例によって、本発明
をさらに詳細に説明する。本発明は、これらの実施例に
よって限定されるものではない。

【００２７】実施例１大きさ平均８μm のグラファイトと、大きさ平均８μm
のリン片状銀粒子とを体積比１５：８５で混合して、導
電粒子混合体を調製した。この導電粒子混合体８５重量
部に、シリコーンフェノール樹脂とシリコーンエポキシ
樹脂のそれぞれ５０％トルエン溶液を固形分として２：
９で混合した混合樹脂を、固形分換算１５重量部、トリ
フェニルホスフィン１重量部ならびに溶媒としてジエチ
レングリコールモノブチルエーテル１５重量部を、ニー
ダによって均一になるまで混合し、さらに上記溶媒を加
えて、２５℃における系の見掛粘度が５００Ｐになるよ
うに粘度調節を行って、導電ペーストを得た。

【００２８】ガラス基板１に、図１のようにＩＴＯ電極
２およびアモルファスシリコン３をあらかじめ形成した
ものを用意し、これに図２の位置４に電極を形成するよ
うに、上記の導電ペーストをスクリーン印刷によって塗
布した。室温で乾燥して溶媒を除去した後、２００℃で
３０分加熱して硬化させ、オーミック性電極とした。

【００２９】このようにして得られた電極の体積抵抗率
を測定した。また、このようにして作製した太陽電池試
験セルについて、変換効率を測定した。変換効率は、作
製直後と、Ｘｅ用ランプを用いるサンシャインウェザー
メーター（東洋精機製作所製）によって２，０００時間
照射した後に測定して、その間の変換効率の変化を評価
した。

【００３０】実施例２〜１０、比較例１〜５導電粒子として、表１に示すオーミック粒子および銀粒
子を、表１に示す体積分率で混合して、導電粒子混合体
Ａ〜Ｊを得た。ただし、混合体Ｆ〜Ｊは比較のためのも
のである。また、バインダーとして、表２に示す熱硬化
性樹脂を含有するバインダー１〜５を用いた。該バイン
ダー中の固形分に対するケイ素原子またはフッ素原子の
割合は、表２に示すとおりであった。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】このような導電粒子混合体およびバインダ
ーを用いて、実施例１と同様の方法で電極を作成し、そ
の比抵抗、発電効率およびその経時変化について、実施
例１と同様に測定した。その結果を表３に示す。なお、
表１〜３には、実施例１の原料および測定結果も併記し
てある。

【００３４】

【表３】

【００３５】表３から、次のことが明らかである。（１）オーミック導電性粒子、銀粒子のいずれか一方と
して球状粉体のみを用いた場合、電極の比抵抗が大き
く、発電効率が低い。（２）本発明の範囲の導電粒子混合物を用いると、高い
変換効率が得られ、しかも耐候性が大きく、変換効率の
低下が小さい。（３）バインダーとしてシリコーン系またはフッ素系の
熱硬化性樹脂を用いると、とくに長期間使用中の変換効
率の低下が小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電極を形成するために用意する試料の
断面概念図である。

【図２】図１の試料に本発明の電極を形成した試料の断
面概念図である。

【符号の説明】

１ガラス基板２ＩＴＯ電極３アモルファスシリコン４本発明の電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】オーミック性導電ペーストの硬化によっ
て形成される太陽電池用電極において、該オーミック性
導電ペーストが、リン片状のニッケル、モリブデンおよ
び／またはグラファイトであるオーミック性導電粒子、
ならびにリン片状の銀粒子またはリン片状の銀粒子と銀
粉との混合物を含み、オーミック性導電粒子と銀粒子と
の体積分率比が１０：９０〜４０：６０であることを特
徴とする太陽電池用電極。
【請求項２】リン片状のオーミック性導電粒子が、大
きさ１〜１５μm 、厚さ０．１〜１μm 、大きさと厚さ
の比が５以上である請求項１記載の太陽電池用電極。