JPWO2018221578A1 - Paste composition for solar cell - Google Patents
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Abstract
本発明は、結晶系太陽電池セルにおいて、高い変換効率が得られるとともに、ガラスフリットの構造が安定であり経時的な粘度変化(増粘)が抑制された太陽電池用ペースト組成物を提供する。本発明は、具体的には、アルミニウム粉末、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、前記ガラスフリットはSb2O3を50〜90モル%含有することを特徴とする太陽電池用ペースト組成物を提供する。The present invention provides a solar cell paste composition in which high conversion efficiency is obtained in a crystalline solar cell and the structure of the glass frit is stable and the change in viscosity (thickening) over time is suppressed. The present invention is specifically a solar cell paste composition containing aluminum powder, an organic vehicle, and a glass frit, wherein the glass frit contains 50 to 90 mol% of Sb2O3. A paste composition for use is provided.
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 solar cell paste composition, and more particularly to a solar cell paste composition for forming a p + layer on a crystalline solar cell having a passivation film provided with an opening by using laser irradiation or the like. The present invention relates to a 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 research and development have been performed for the purpose of improving the conversion efficiency (power generation efficiency), reliability, and the like 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 has attracted 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。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改善できることが知られている。 The PERC type high conversion efficiency cell has a structure including an electrode layer containing, for example, aluminum as a main component. This electrode layer (especially the back electrode layer) is formed by applying a paste composition mainly composed of, for example, aluminum in a pattern shape so as to cover the opening of the passivation film, drying if necessary, and firing. Is done. It is known that the conversion efficiency of a PERC type high conversion efficiency cell can be improved by appropriately designing the configuration of the electrode layer.
例えば、特許文献1には、30〜70mol%Pb2+、1〜40mol%Si4+、10〜65mol%B3+、1〜25mol%Al3+から構成されるガラスフリットを含有するアルミニウムペースト組成物が開示されている。また、特許文献2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に関し、特にガラス粉末として、「ガラス粉末としては、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)、および、亜鉛(Zn)からなる群より選ばれた1種、または2種以上を含有してもよい。また、鉛を含むガラス粉末、または、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。」と記載されている(特許文献2の[0035]段落など)。For example,
しかしながら、上記特許文献1、2等に開示された技術によっても結晶系太陽電池セルには依然として変換効率に改善の余地がある。また、従来のペースト組成物はガラスフリットの構造が安定ではなく、ペースト組成物の粘度が経時的に変化し(特に5Pa・s以上に増粘)、ペースト組成物の塗布性(印刷性)を低下させるという問題がある。
However, even with the techniques disclosed in
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、高い変換効率が得られるとともに、ガラスフリットの構造が安定であり経時的な粘度変化(増粘)が抑制された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, a high conversion efficiency is obtained, the structure of a glass frit is stable, and a change in viscosity over time (thickening) is suppressed. An object is to provide a paste composition for a solar cell.
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、有機ビヒクル及び特定のガラスフリットを含有する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。 The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, have found that a solar cell paste composition containing aluminum powder, an organic vehicle and a specific glass frit can achieve the above object, and completed the present invention. I came to.
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、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、前記ガラスフリットはSb2O3を50〜90モル%含有することを特徴とする太陽電池用ペースト組成物。
2.前記アルミニウム粉末100質量部に対して、前記有機ビヒクルを30〜35質量部、及び前記ガラスフリットを0.5〜5.0質量部を含有する、上記項1に記載の太陽電池用ペースト組成物。
3.前記ガラスフリットは、更にSiO2及び/又はB2O3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 solar cell paste composition.
1. Aluminum powder, a solar cell paste compositions containing the organic vehicle and glass frit, the glass frit is Sb 2 O 3 of the solar cell paste composition characterized in that it contains 50 to 90 mol%.
2. Item 2. The paste composition for a solar cell according to the
3. 3. The paste composition for a solar cell according to the
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、高い変換効率が得られるとともに、ガラスフリットの構造が安定であり経時的な粘度変化(増粘)が抑制されている。経時的な粘度変化(増粘)が抑制されていることにより、本発明のペースト組成物は良好な塗布性(印刷性)を有する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the paste composition for solar cells of this invention, while high conversion efficiency is obtained in a crystalline solar cell (especially a PERC type high conversion efficiency cell), the structure of a glass frit is stable and a viscosity change with time is obtained. (Thickening) is suppressed. The paste composition of the present invention has good applicability (printability) because the change in viscosity over time (thickening) 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 solar cell paste composition of the present invention will be described in detail. In this specification, the range indicated by “to” means “more or less” 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 solar cell paste composition of the present invention can be used, for example, for forming 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 a “PERC solar cell”). The solar cell paste composition of the present invention can be used, for example, to form a back electrode of a PERC 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 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. PERC solar cell FIGS. 1A and 1B are schematic views of a general sectional structure of a PERC solar cell. The PERC solar cell includes 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。
N-type impurity layer 2 is provided on the light receiving surface side of
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 electrode layer 5 is formed so as to contact 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 electrode layer 5 is formed, for example, by applying a paste composition in a predetermined pattern shape and firing the paste composition. The coating method is not particularly limited, and examples thereof include known methods such as screen printing. After the paste composition is applied and dried if necessary, the electrode layer 5 is formed by baking for a short time at a temperature exceeding the melting point of aluminum (about 660 ° C.), for example.
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 any temperature higher than the melting point of aluminum (about 660 ° C), but is preferably about 750 to 950 ° C, and more preferably about 780 to 900 ° C. The firing time can be appropriately set according to the firing temperature within a range where a desired electrode layer 5 is formed.
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 manner, aluminum contained in the paste composition diffuses into
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 provide an effect of preventing recombination of electrons and improving 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る。また、本発明のペースト組成物は経時的な粘度変化(増粘)が抑制されているため、調製から時間が経過した場合でも良好な塗布性(印刷性)を有する。
The electrode formed by the electrode layer 5 and the alloy layer 6 is 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、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、前記ガラスフリットはSb2O3を50〜90モル%含有することを特徴とする。 2. Paste composition paste composition of the present invention, aluminum powder, a solar cell paste compositions containing the organic vehicle and glass frit, said glass frit containing Sb 2 O 3 50 to 90 mol% Features.
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、高い変換効率が得られるとともに、ガラスフリットの構造が安定であり経時的な粘度変化(増粘)が抑制されている。 As described above, the back electrode of a solar cell such as a PERC solar cell can be formed by using the paste composition. That is, the paste composition of the present invention can be used to form a back electrode for a solar cell that is in electrical contact with the silicon substrate through an opening (contact hole) provided in the 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 solar cell), a high conversion efficiency is obtained, and the structure of the glass frit is stable, and the change in viscosity over time (increase in viscosity) is obtained. Viscosity) is suppressed.
ペースト組成物は、アルミニウム粉末、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。
(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。The paste composition contains aluminum powder, an organic vehicle, and a glass frit as components. And since the paste composition contains aluminum powder (conductive material), the sintered body formed by firing the coating film of the paste composition exhibits conductivity to be electrically connected to the silicon substrate. .
(Aluminum powder)
The aluminum powder contained in the paste composition exhibits conductivity in an aluminum electrode layer formed by firing the paste composition. The BSF effect is obtained by forming the aluminum-silicon alloy layer 6 and the p + layer 7 between the aluminum powder and the
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。 The shape of the aluminum powder is not particularly limited, and may be, for example, any of a sphere, an ellipse, an irregular shape, a scale, a fiber, and the like. When the shape of the aluminum powder is spherical, the filling property of the aluminum powder in the electrode layer 5 formed of the paste composition is increased, and the electric resistance can be effectively reduced.
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。球状の場合には、レーザー回折法により測定される平均粒子径が1〜10μmの範囲であることが好ましい。
When the shape of the aluminum powder is spherical, the number of contacts between the
アルミニウム粉末は、高純度のアルミニウムのみから構成されてもよく、アルミニウム合金を含んでいてもよい。例えば、アルミニウム合金としては、アルミニウム−シリコン合金、アルミニウム−ボロン合金等が挙げられる。 The aluminum powder may be composed of only high-purity aluminum or may contain an aluminum alloy. For example, examples of the aluminum alloy include an aluminum-silicon alloy and an aluminum-boron alloy.
本発明では、アルミニウム粉末がアルミニウム−シリコン合金を含有し、当該アルミニウム粉末中のシリコン含有量が10〜25原子%であることが好ましい。シリコン含有量は15〜22原子%であることがより好ましい。このようなアルミニウム粉末を用いることにより、シリコン半導体基板1との密着性がより高まる。
In the present invention, the aluminum powder preferably contains an aluminum-silicon alloy, and the silicon content in the aluminum powder is preferably 10 to 25 atomic%. More preferably, the silicon content is between 15 and 22 atomic%. By using such aluminum powder, the adhesion to the
なお、アルミニウム粉末が高純度のアルミニウムのみから構成される場合、及びアルミニウム合金である場合のいずれにおいても、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。
(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。In both cases where the aluminum powder is composed only of high-purity aluminum and an aluminum alloy, the presence of unavoidable impurities and trace amounts of additional elements derived from the raw materials are not excluded.
(Organic vehicle)
As the organic vehicle, a material in which various additives and a resin are dissolved in a solvent as necessary can be used. 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 the various additives, for example, an antioxidant, a corrosion inhibitor, an antifoaming agent, a thickener, a tack fire, a coupling agent, an electrostatic imparting agent, a polymerization inhibitor, a thixotropic agent, an anti-settling agent 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 polycarboxylic acid compound, phosphate ester compound, amide amine salt of polyester acid, polyethylene oxide A series compound, a 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, and ethyl cellulose, nitrocellulose, polyvinyl butyral, phenol resin, melanin resin, urea resin, xylene resin, alkyd resin, unsaturated polyester resin, acrylic resin, polyimide resin, furan resin, Urethane resin, isocyanate compound, thermosetting resin such as cyanate compound, polyethylene, polypropylene, polystyrene, ABS resin, polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyacetal, polycarbonate, polyethylene terephthalate, Polybutylene terephthalate, polyphenylene oxide, polysulfone, polyimide, polyethersulfone, polyarylate, polyetherether ketone Emissions, polytetrafluoroethylene, can be used in combination of two or more kinds of such as silicon resin.
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 proportions of the resin, solvent, and various additives contained in the organic vehicle can be arbitrarily adjusted. For example, the component ratios can be the same as those of known organic vehicles.
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20〜45質量部であることが好ましく、30〜35質量部であることが特に好ましい。
(ガラスフリット)
ガラスフリットは、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。The content of the organic vehicle is not particularly limited. For example, from the viewpoint of having good printability, it is preferably 20 to 45 parts by mass, and more preferably 30 to 35 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aluminum powder. Is particularly preferred.
(Glass frit)
The glass frit is said to have an effect of assisting the reaction between the aluminum powder and silicon and the sintering of the aluminum powder itself.
本発明のペースト組成物において、ガラスフリット(100モル%)はSb2O3を50〜90モル%含有する。かかるガラスフリットであることにより、ペースト組成物の経時的な粘度変化(増粘)が抑制されているため、調製から時間が経過した場合でも良好な塗布性(印刷性)を有する。ガラスフリット中のSb2O3含有量は50〜90モル%であればよいが、その中でも52〜70モル%がガラスフリットの構造が特に安定的であり、且つ経時的な粘度変化(増粘)が抑制されるため好ましい。なお、Sb2O3含有量が50モル%未満の場合には太陽電池セルの変換効率(Eff)が低くなり、且つペースト組成物の経時的に5Pa・s以上に増粘するおそれがある。また、Sb2O3含有量が90モル%超過の場合にはガラス化が困難となり電極材として使用できないおそれがある。なお、Sb2O3含有量が70モル%超過90モル%以下の場合には、電極材として使用することはできるものの、温度や圧力、又はガラスフリットの製造条件によってはガラスフリットの構造が実使用の許容範囲内で低下する場合がある。In the paste composition of the present invention, the glass frit (100 mol%) containing Sb 2 O 3 50 to 90 mol%. Since such a glass frit suppresses a change in viscosity (thickening) of the paste composition over time, the paste composition has good applicability (printability) even after a lapse of time from the preparation. Sb 2 O 3 content in the glass frit may be a 50 to 90 mole percent, 52 to 70 mol% among their structure of the glass frit are particularly stable, and temporal change in viscosity (thickening ) Is preferred because it is suppressed. When the Sb 2 O 3 content is less than 50 mol%, the conversion efficiency (Eff) of the solar battery cell is low, and the viscosity of the paste composition may be increased to 5 Pa · s or more over time. On the other hand, if the Sb 2 O 3 content exceeds 90 mol%, vitrification becomes difficult, and there is a possibility that it cannot be used as an electrode material. When the Sb 2 O 3 content is more than 70 mol% and not more than 90 mol%, it can be used as an electrode material, but the structure of the glass frit depends on the temperature and pressure or the manufacturing conditions of the glass frit. It may decrease within the allowable range of use.
前記ガラスフリットは、Sb2O3を除いた残部として、更にSiO2及び/又はB2O3を含有することが好ましい。ガラスフリットとしてはSb2O3−B2O3の2成分、又はSb2O3−B2O3−SiO2の3成分のいずれかから構成されていることが望ましいが、本発明の効果に影響を与えない範囲において他の成分を更に含有することは許容される。Sb2O3以外の成分の含有量は限定的ではないが、B2O3の含有量は30〜40モル%であることが好ましく、30〜36モル%であることがより好ましい。SiO2の含有量は0〜14モル%であることが好ましく、0〜5モル%であることがより好ましい。SiO2を添加する際の含有量の下限値としては1モル%が好ましい。It is preferable that the glass frit further contains SiO 2 and / or B 2 O 3 as a balance excluding Sb 2 O 3 . 2 component as a glass frit Sb 2 O 3 -B 2 O 3, or Sb 2 O 3 -B 2 O 3 but it is preferably composed from any of the three components of -SiO 2, the effect of the present invention It is permissible to further contain other components in a range that does not affect the above. Although sb 2 O 3 content of components other than is not limited, the content of B 2 O 3 is preferably from 30 to 40 mol%, more preferably 30 to 36 mol%. The content of SiO 2 is preferably from 0 to 14 mol%, more preferably from 0 to 5 mol%. The lower limit of the content when adding SiO 2 is preferably 1 mol%.
ガラスフリットの含有量は特に限定されないが、例えば、アルミニウム粉末100質量部に対して0.5〜5.0質量部であることが好ましい。この場合、シリコン半導体基板1及び反射防止膜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 frit is not particularly limited, but is preferably, for example, 0.5 to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aluminum powder. In this case, 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、有機ビヒクルを30〜35質量部、及びガラスフリットを0.5〜5.0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、高い変換効率が得られるとともに、ガラスフリットの構造が安定であり経時的な粘度変化(増粘)が抑制されている。 As described above, the paste composition of the present invention is particularly preferably a composition containing 30 to 35 parts by mass of an organic vehicle and 0.5 to 5.0 parts by mass of a glass frit with respect to 100 parts by mass of aluminum powder. . By setting the content in such a range, high conversion efficiency is obtained, and the structure of the glass frit is stable, and a change in viscosity (thickening) with time is 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 described specifically with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited to the embodiments.
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D50:4.0μmのアルミニウム粉末100質量部と、Sb2O3−B2O3(70モル%−30モル%)のガラスフリット1.5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。
(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。 Example 1
(Preparation of paste composition)
100 parts by mass of aluminum powder having a D 50 of 4.0 μm produced by a gas atomization method and 1.5 parts by mass of a glass frit of Sb 2 O 3 —B 2 O 3 (70 mol% -30 mol%) were mixed with ethyl cellulose. It was made into a paste using a dispersing device (disper) at 35 parts by mass of the resin solution dissolved in butyl diglycol. Thus, a paste composition was obtained.
(Preparation of fired substrate as solar cell)
A fired substrate as a solar cell for evaluation was prepared 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 silicon semiconductor substrate 1 (including a passivation film on the back surface side) having a thickness of 180 μm was prepared. Then, as shown in FIG. 2B, 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 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 paste composition 10 obtained above is applied to the surface of 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。
(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19.0%以上のものを合格とした。
(ペースト組成物の経時的な粘度変化の評価)
調製したペースト組成物を50℃のオーブン中で1週間放置し、試験前後の粘度変化を粘度計により測定した。粘度計としては、ブルックフィールド社製コーンプレート型粘度計DV2Tを使用し、JIS K5600の2.3 コーンプレート粘度計法に準拠して測定を行った。試験前後の粘度変化が5Pa・s未満のものを合格とした。
(電極層5(アルミニウム電極)の密着性の評価)
電極層5(アルミニウム電極)の密着性の評価については、シリコン半導体基板1の裏面に形成された電極層5(アルミニウム電極)の表面にメンディングテープ(12mm幅、3M社製)を長さ3cm程度貼り付けた後、シリコン半導体基板1に対し45度の角度で勢いよくテープを剥がし、アルミニウムが付着した部分の合計面積と、貼り付けた元のメンディングテープの面積の割合を二値化処理可能な解析ソフトを用いて算出することで評価を行った。密着性の評価は、全て同一人物が同一の姿勢、角度、力、及び一定の速度で行った。メンディングテープにアルミニウムの付着が全くないものを○、少しでも付着していたものを×と評価した。Thereafter, firing was performed using an infrared belt furnace set at 800 ° C. By this baking, as shown in FIG. 2D, an electrode layer 5 is formed, and at the time of this baking, aluminum diffuses into the
(Evaluation of solar cells)
In the evaluation of the obtained solar cell, IV measurement was performed using a Wacom Denso's solar simulator: WXS-156S-10 and an IV measurement device: IV15040-10. Those with an Eff of 19.0% or more were regarded as acceptable.
(Evaluation of time-dependent change in viscosity of paste composition)
The prepared paste composition was left in an oven at 50 ° C. for one week, and a change in viscosity before and after the test was measured by a viscometer. As a viscometer, a cone plate type viscometer DV2T manufactured by Brookfield was used, and the measurement was performed in accordance with JIS K5600 2.3 cone plate viscometer method. Those having a viscosity change of less than 5 Pa · s before and after the test were regarded as acceptable.
(Evaluation of adhesion of electrode layer 5 (aluminum electrode))
For the evaluation of the adhesion of the electrode layer 5 (aluminum electrode), a mending tape (12 mm wide, manufactured by 3M Company) was applied to the surface of the electrode layer 5 (aluminum electrode) formed on the back surface of the
実施例2
Sb2O3−B2O3(65モル%−35モル%)のガラスフリット1.5質量部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
Except for using a glass frit 1.5 parts by weight of Sb 2 O 3 -B 2 O 3 (65 mol% -35 mol%) in the same manner as in Example 1 to prepare a paste composition was evaluated.
実施例3
Sb2O3−B2O3(60モル%−40モル%)のガラスフリット1.5質量部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
Except for using a glass frit 1.5 parts by weight of Sb 2 O 3 -B 2 O 3 (60 mol% -40 mol%) in the same manner as in Example 1 to prepare a paste composition was evaluated.
実施例4
Sb2O3−B2O3−SiO2(55モル%−35モル%−10モル%)のガラスフリット1.5質量部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 4
Except for using Sb 2 O 3 -B 2 O 3 -SiO 2 glass frit 1.5 parts by weight of (55 mol% -35 mol% -10 mol%) in the same manner as in Example 1 prepare a paste composition And evaluated.
実施例5
Sb2O3−B2O3−SiO2(52モル%−34モル%−14モル%)のガラスフリット1.5質量部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 5
Sb 2 O 3 -B 2 O 3 except for using a glass frit 1.5 parts by weight of -SiO 2 (52 mol% -34 mol% -14 mol%) in the same manner as in Example 1 prepare a paste composition And evaluated.
実施例6
Sb2O3−B2O3−SiO2(52モル%−34モル%−14モル%)のガラスフリット0.5質量部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 6
Sb 2 O 3 -B 2 O 3 except for using a glass frit 0.5 part by weight of -SiO 2 (52 mol% -34 mol% -14 mol%) in the same manner as in Example 1 prepare a paste composition And evaluated.
実施例7
Sb2O3−B2O3−SiO2(52モル%−34モル%−14モル%)のガラスフリット5.0質量部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 7
Except for using a glass frit 5.0 parts by weight Sb 2 O 3 -B 2 O 3 -SiO 2 (52 mol% -34 mol% -14 mol%) in the same manner as in Example 1 prepare a paste composition And evaluated.
比較例1
B2O3−SiO2−BaO−CaO−ZnO(35モル%−10モル%−35モル%−10モル%−10モル%)のガラスフリット1.5質量部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
Example 1 except that 1.5 parts by mass of a glass frit of B 2 O 3 —SiO 2 —BaO—CaO—ZnO (35 mol% -10 mol% -35 mol% -10 mol% -10 mol%) was used. A paste composition was prepared and evaluated in the same manner as described above.
比較例2
Sb2O3(100モル%)ではガラス化できなかった。つまり、ガラス化していないSb2O3(100モル%)のフリット1.5質量部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
Sb 2 O 3 (100 mol%) could not be vitrified. That is, a paste composition was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 1.5 parts by mass of a frit of Sb 2 O 3 (100 mol%) that was not vitrified was used.
比較例3
Sb2O3−B2O3(46モル%−54モル%)のガラスフリットは、吸湿、潮解し、添加するとペーストに水分が混入するため電極材として使用不可であった。 Comparative Example 3
Glass frit Sb 2 O 3 -B 2 O 3 (46 mol% -54 mol%), hygroscopic, deliquescent and water was not used as an electrode material for incorporation in addition to the paste.
比較例4
B2O3−BaO−CaO−ZnO(27モル%−45モル%−10モル%−18モル%)のガラスフリット1.5質量部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
B 2 O 3 -BaO-CaO- ZnO except for using a glass frit 1.5 parts by weight in the same manner as in Example 1 paste composition (27 mol% -45 mol% -10 mol% -18 mol%) Was prepared and evaluated.
比較例5
SiO2−Al2O3−B2O3−PbO(1モル%−4モル%−30モル%−65モル%−10モル%)のガラスフリット1.5質量部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
Except for using the SiO 2 -Al 2 O 3 -B 2 O 3 -PbO glass frit 1.5 parts by weight of (1 mol% -4 mol% -30 mol% -65 mol% -10 mol%) Example A paste composition was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1.
比較例6
Sb2O3−B2O3−SiO2(52モル%−34モル%−14モル%)のガラスフリット0.4質量部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 6
A paste composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.4 parts by mass of a glass frit of Sb 2 O 3 —B 2 O 3 —SiO 2 (52 mol% -34 mol% -14 mol%) was used. And evaluated.
比較例7
Sb2O3−B2O3−SiO2(52モル%−34モル%−14モル%)のガラスフリット6.0質量部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 7
A paste composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that 6.0 parts by mass of a glass frit of Sb 2 O 3 —B 2 O 3 —SiO 2 (52 mol% -34 mol% -14 mol%) was used. And evaluated.
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。 Table 1 below shows the conditions and evaluation results of each example and comparative example.
表1の結果からは、本発明所定のガラスフリットを用いる実施例1〜7のペースト組成物を用いた場合には、高い変換効率が得られるとともに、ガラスフリットの構造が安定であり経時的な粘度変化(増粘)が抑制されることが分かる。他方、本発明所定のガラスフリットを用いない比較例1〜7のペースト組成物を用いた場合には、変換効率及び/又はペースト粘度変化の点で実施例1〜7のペースト組成物に劣ることが分かる。特にSb2O3含有量が90モル%超過である比較例2では、Sb2O3がガラス化せず電極材として使用できなかった。ガラスフリット添加量が0.4質量部である比較例6では変換効率が19.0%を下回っており、ガラスフリット添加量が6.0質量%である比較例7では電極層5(アルミニウム電極)の密着性で劣っていた。From the results in Table 1, it can be seen that when the paste compositions of Examples 1 to 7 using the predetermined glass frit of the present invention were used, high conversion efficiency was obtained, and the structure of the glass frit was stable and time-dependent. It can be seen that the change in viscosity (thickening) is suppressed. On the other hand, when the paste compositions of Comparative Examples 1 to 7 which do not use the predetermined glass frit of the present invention are used, they are inferior to the paste compositions of Examples 1 to 7 in conversion efficiency and / or change in paste viscosity. I understand. In particular, in Comparative Example 2 in which the Sb 2 O 3 content exceeded 90 mol%, Sb 2 O 3 was not vitrified and could not be used as an electrode material. In Comparative Example 6 in which the glass frit addition amount was 0.4 parts by mass, the conversion efficiency was lower than 19.0%. In Comparative Example 7 in which the glass frit addition amount was 6.0% by mass, the electrode layer 5 (the aluminum electrode) was used. ) Was inferior in adhesion.
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 electrode 9: contact hole (opening)
10: Paste composition
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