TW201526270A - 電極連接組、太陽電池的製造方法、太陽電池及太陽電池模組 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種電極連接組、使用上述電極組來製造太陽電池的太陽電池的製造方法、藉由上述製造方法而獲得的太陽電池、以及太陽電池模組,上述電極連接組包含電極用組成物及連接材料,上述電極用組成物含有含磷的銅合金粒子、含錫粒子、玻璃粒子及分散劑,上述連接材料含有黏著劑,上述太陽電池模組包括上述太陽電池及密封材,上述密封材使上述太陽電池中的配線構件的一部分露出地密封上述太陽電池。
Description
本發明是有關於一種電極連接組(set)、使用該電極連接組的太陽電池的製造方法、太陽電池及太陽電池模組(module)。
一般而言,在具備矽(silicon)基板的太陽電池元件的受光面及背面形成有電極。為了將藉由光的入射而於太陽電池元件內經轉換而成的電能效率良好地導出至外部,需要上述電極的體積電阻率足夠低及與矽基板形成良好的歐姆接觸(ohmic contact)。
對於被用於太陽電池元件的電極而言,有受光面集電用電極、受光面輸出導出電極、背面集電用電極及背面輸出導出電極,且通常以如下方式形成。首先,對p型矽基板的受光面側實施紋理(texture)(凹凸)形成處理,繼而,於藉由使磷等在高溫下熱擴散而形成的n+型擴散層上,藉由網版(screen)印刷等而賦予電極用組成物(亦有時稱作電極用膏(paste)組成物),並於大氣中以800℃~900℃對其進行煅燒,藉此形成電極。形成該些電
極的電極用組成物包含導電性金屬粉末、玻璃(glass)粒子、各種添加劑等。
除上述電極中的背面集電用電極以外,一般使用含有銀粒子的電極用組成物來作為導電性金屬粉末。使用銀粒子具有如下優點:銀粒子的體積電阻率低至1.6×10-6Ω.cm;在上述煅燒條件下,銀粒子會自還原而燒結;及可與矽基板形成良好的歐姆接觸(電性連接)等。
如上述所示,含有銀粒子的電極用組成物作為太陽電池元件的電極而表現出優異的特性。另一方面,由於銀是貴金屬而原料金屬自身價格高昂,又考慮到資源的問題,因此期望提出一種代替銀的材料。
作為有望代替銀的材料,可列舉適用於半導體配線材料的銅。銅不僅資源豐富,而且原料金屬成本亦廉價,僅有銀的約百分之一。然而,銅是在大氣中於200℃以上的高溫下容易氧化的材料,難以於上述步驟中形成電極。
為了解決銅所存在的上述問題,報告有對銅使用各種方法賦予耐氧化性,從而即使實施高溫煅燒亦難以氧化的銅粒子(例如參照日本專利特開2005-314755號公報及日本專利特開2004-217952號公報)。而且,作為抑制煅燒時的銅的氧化的方法,亦報告有使用含有含銅粒子及玻璃粒子的電極用膏組成物(電極用組成物)的方法(例如參照日本專利特開2011-171272號公報)。
此處,對一般的太陽電池及太陽電池模組的結構進行說
明。一般的太陽電池元件例如為125mm×125mm或者156mm×156mm的大小,單個的發電量小。因此,實際上是將多個太陽電池元件彙集起來,作為太陽電池及太陽電池模組來使用。上述太陽電池及太陽電池模組在多數情況下具有如下結構,即:多個太陽電池元件經由電性連接於其受光面及背面的輸出導出電極上的配線構件而串聯及/或並聯連接。而且,由於太陽電池模組要在室外環境下使用,因此為了確保對氣溫變化、風雨、積雪等的耐受性,太陽電池模組是利用密封材對經由配線構件而連接的多個太陽電池元件進行密封而形成。通常,將包含強化玻璃、乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)片材(sheet)、後部片材(back sheet)等的密封材積層於具有配線構件的太陽電池而予以包夾之後,藉由真空層壓機(laminate)進行密封。再者,此處,所謂太陽電池元件,是指包括具有pn接面的半導體基板及形成於半導體基板上的電極者。所謂太陽電池,是指在太陽電池元件上設有配線構件,並視需要將多個太陽電池元件經由配線構件而連接的狀態者。所謂太陽電池模組,是指使具備配線構件的太陽電池露出太陽電池中的配線構件的一部分,並利用密封材而密封者。
當連接上述太陽電池元件的電極與配線構件時,為了將在太陽電池元件內經轉換而成的電能效率良好地導出至外部,必須減小電極與配線構件的接觸電阻。進而,在製作上述太陽電池模組時,在搬運利用配線構件連接有多個太陽電池元件的狀態的太陽電池的步驟中,為了防止太陽電池元件自配線構件脫落,必
須牢固地保持太陽電池元件的電極與配線構件的密接力。
一般而言,對於太陽電池元件的電極與配線構件的連接使用焊料(例如參照日本專利特開2004-204256號公報及日本專利特開2005-050780號公報)。焊料的導電性、固接強度等連接可靠性優異,且廉價並具有通用性,因此受到廣泛使用。近年來,作為用於連接太陽電池元件的電極與配線構件的焊料,自環境方面考慮,無鉛焊料亦逐漸普及。
另一方面,亦提出不使用焊料的連接方法。例如於日本專利特開2000-286436號公報、日本專利特開2001-357897號公報或日本專利第3448924號公報中,揭示有一種使用導電性膏的連接方法。
然而,若使用無鉛焊料,則焊料的熔融溫度通常為230℃~260℃左右,因此伴隨連接的高溫或者焊料的體積收縮會對太陽電池元件的半導體結構造成影響,有時會引起太陽電池元件的性能劣化。
進而,如日本專利特開2000-286436號公報、日本專利特開2001-357897號公報或日本專利第3448924號公報所記載的,使用導電性膏來進行太陽電池元件的電極與配線構件的連接的方法有時會導致在高溫高濕條件下,發電性能隨時間大幅劣化,未必能獲得充分的連接可靠性。
另一方面,當利用焊料或者導電性膏來進行日本專利特開2011-171272號公報中記載的含銅電極與配線構件的連接時,存在
太陽電池元件的含銅電極與配線構件的密接力不足的傾向。
本發明是有鑒於上述課題而完成,其目的在於提供一種電極連接組、使用電極連接組的太陽電池的製造方法、太陽電池及太陽電池模組,上述電極連接組可提供:具備太陽電池元件的含銅電極與配線構件的連接具有高強度(良好的密接性)且高可靠性的結構,進而表現出穩定的發電性能的太陽電池。
本發明如下。
[1]一種電極連接組,其包括:電極用組成物,含有含磷的銅合金粒子、含錫粒子、玻璃粒子及分散劑;以及連接材料,含有黏著劑。
[2]如[1]所述的電極連接組,其中上述電極用組成物更含有鎳粒子。
[3]如[1]或[2]所述的電極連接組,其中上述連接材料更含有硬化劑及膜形成材。
[4]如[1]至[3]中任一項所述的電極連接組,其中上述連接材料更含有導電性粒子。
[5]一種太陽電池的製造方法,其使用如[1]至[4]中任一項所述的電極連接組來製造太陽電池,上述太陽電池的製造方法包括:將上述電極用組成物賦予至具有pn接面的半導體基板上;對賦予有上述電極用組成物的半導體基板進行熱處理,以形成含銅電極;在上述含銅電極上,依次積層上述連接材料及配線構件,獲
得積層體;以及對上述積層體進行加熱加壓處理。
[6]如[5]所述的太陽電池的製造方法,其中以450℃~900℃進行上述熱處理。
[7]一種太陽電池,藉由如[5]或[6]所述的製造方法而獲得。
[8]一種太陽電池模組,包括:藉由如[5]或[6]所述的製造方法而獲得的太陽電池;以及密封材,使上述太陽電池中的上述配線構件的一部分露出地密封上述太陽電池。
根據本發明,可提供一種電極連接組、使用電極連接組的太陽電池的製造方法、太陽電池及太陽電池模組,上述電極連接組可提供:具備太陽電池元件的含銅電極與配線構件的連接具有高強度(良好的密接性)且高可靠性的結構,進而表現出穩定的發電性能的太陽電池。
1‧‧‧半導體基板
2‧‧‧n+型擴散層
3‧‧‧抗反射膜
4‧‧‧受光面輸出導出電極
5‧‧‧背面集電用電極
6‧‧‧背面輸出導出電極
7‧‧‧p+型擴散層
8‧‧‧受光面集電用電極
9‧‧‧配線構件
10‧‧‧連接材料
11‧‧‧玻璃板
12‧‧‧密封材
13‧‧‧後部片材
14‧‧‧太陽電池
C‧‧‧框
D1、D2‧‧‧線段
L‧‧‧觀察剖面的寬度的長度
圖1是表示本發明的太陽電池元件的一例的概略剖面圖。
圖2是表示本發明的太陽電池元件的受光面側電極結構的一例的概略平面圖。
圖3是表示本發明的太陽電池元件的受光面側電極結構的一例的概略平面圖。
圖4是表示本發明的太陽電池元件的背面側電極結構的一例的概略平面圖。
圖5是表示本發明的太陽電池的受光面的一例的概略平面圖。
圖6是表示本發明的太陽電池的背面的一例的概略平面圖。
圖7是表示連接有2個本發明的太陽電池的結構的一例的概略剖面圖。
圖8是表示本發明的太陽電池的配線連接部的剖面的一例的圖。
圖9是用於說明本發明的太陽電池模組的製造方法的一例的圖。
本發明的電極連接組包含電極用組成物及連接材料,並視需要包含其他要素,上述電極用組成物含有含磷的銅合金粒子、含錫粒子、玻璃粒子及分散劑,上述連接材料含有黏著劑。
上述電極連接組組合包含上述電極用組成物與上述連接材料,因此,藉由進而準備配線構件,便可使用上述連接材料來連接由上述電極用組成物獲得的電極與配線構件。在使用本組而獲得的、將由上述電極用組成物獲得的電極與上述配線構件連接而成的太陽電池中,電極與配線構件的配線連接部表現出高連接強度(密接性)及高連接可靠性。
其例如可考慮如下。
藉由本發明的電極連接組的電極用組成物的煅燒而形成的含銅電極包括:金屬部,呈Cu-Sn合金相等包含銅與錫的合金相;以及Sn-P-O玻璃相等包含錫、磷及氧的玻璃部。其中,Cu-Sn合
金相形成緻密的塊狀(bulk)的金屬部,與此同時,在電極中產生未形成有金屬部及玻璃部的空隙部。考慮其原因在於,上述塊狀體形成時的反應及合金相的燒結進行得急遽。較佳為,玻璃部配置於半導體基板與金屬部之間,而且,玻璃部亦存在於金屬部的表面。
自上述含銅電極表面側觀察,上述空隙部為出氣孔,亦有時會直達形成在上述半導體基板側的Sn-P-O玻璃相為止。再者可認為,不會因在上述含銅電極中包含上述空隙部,而引起作為電極的性能(例如體積電阻率)及太陽電池元件的發電性能下降。在依次積層含銅電極、連接材料及配線構件而獲得的積層體的加熱加壓處理時,具備該結構的含銅電極與配線構件夾著含有黏著劑的連接材料而受到加熱壓接,藉此,連接材料的至少一部分進入上述空隙部,從而含銅電極與配線構件力學黏著,藉由這一所謂的增黏效果,上述含銅電極與配線構件的連接強度提高。其結果可認為,太陽電池的可靠性提高,從而表現出更穩定的發電性能。對於含銅電極與配線構件相接觸的部分,既可有玻璃部介隔在含銅電極與配線構件之間,而且,含銅電極與配線構件也可直接接觸。
另一方面,當利用焊料或者導電性膏來進行含銅電極與配線構件的連接時,電極與配線構件的密接性比使用上述連接材料的情況差。考慮其原因在於,焊料或者導電性膏不會進入如前所述般形成在含銅電極上的上述空隙部內,因而無法獲得增黏效
果。
而且,若不使用上述電極用組成物,則難以在煅燒後獲得的電極上形成空隙部,上述增黏效果變小,電極與配線構件的密接性有可能變差。
如此,電極與配線構件的高密接性藉由將本發明的電極連接組中所含的上述電極用組成物與上述連接材料加以組合才得以顯現。
而且,本發明中,藉由將上述電極用組成物與上述連接材料加以組合,除了連接強度以外,亦可表現出接觸電阻的降低。其例如可考慮如下。
如前所述,由本發明的電極用組成物所獲得的上述含銅電極在內部包含空隙部,在上述配線構件的加熱壓接時,上述連接材料進入上述空隙部內。此處,在半導體基板與配線構件之間,形成包含金屬部、玻璃部及連接材料的導電層。此時,與空隙部少的電極、例如現有的銀電極等相比,進入上述空隙部內的連接材料的量(體積)增大,其結果,介隔在電極與配線構件之間的連接材料的厚度顯著減少。而且,在上述配線構件的加熱壓接時,連接材料會被流動排除,因此在導電層的一部分中,電極與配線構件直接接觸。其結果,導電性提高,電極與配線構件的接觸電阻減少。對於電極與配線構件直接接觸的部分,既可有玻璃部介隔在金屬部與配線構件之間,而且,金屬部與配線構件亦可直接接觸。進而,作為導電性提高的一個原因,亦可考慮如下,即:
當金屬部與配線構件直接接觸時,電極及配線構件內的金屬等導電成分會自接觸部相互擴散,藉此,接觸部合金化,接觸電阻進一步下降。
在本說明書中,「步驟」一詞不僅指獨立的步驟,即使在無法與其他步驟明確區別的情況下,只要能達成該步驟的預期目的,則亦包含在本術語之中。
而且,在本說明書中,「~」表示分別包含在其前後記載的數值作為最小值及最大值的範圍。
進而,在本說明書中,對於組成物中的各成分的量而言,當在組成物中存在多個相當於各成分的物質時,只要未特別說明,則表示存在於組成物中的該多個物質的合計量。
而且,在本說明書中,「層」一詞除了作為平面圖來觀察時形成為整個面的形狀的結構以外,亦包含形成為一部分的形狀的結構。
以下,對本發明進行說明。
[電極連接組]
上述電極連接組包含上述電極用組成物及上述連接材料,並視需要而包含其他要素。
<電極用組成物>
上述電極用組成物包含含磷的銅合金粒子、含錫粒子、玻璃粒子及分散劑。藉由將該電極用組成物賦予至具有pn接面的半導體基板並進行煅燒,從而可形成含銅電極。再者,作為具有pn接
面的半導體基板,於本發明中以矽基板為例進行說明,但本發明中的上述半導體基板並不限定於矽基板。
藉由使用上述電極用組成物,可抑制大氣中的煅燒時的銅的氧化,可形成低電阻率的電極。進而,可抑制銅與上述矽基板的反應物相的形成,所形成的電極與矽基板可形成良好的歐姆接觸。其例如可考慮如下。
首先,當對本發明的電極用組成物進行煅燒處理時,藉由上述含磷的銅合金粒子與含錫粒子的反應,形成Cu-Sn合金相及Sn-P-O玻璃相。藉由Cu-Sn合金相的形成,可形成體積電阻率(以下亦簡稱作「電阻率」)低的電極。此處,Cu-Sn合金相是由500℃左右這一相對較低的低溫而生成,因此可實現電極在低溫煅燒,從而可期待能夠削減製程(process)成本的效果。
其例如可考慮如下。
含磷的銅合金粒子、含錫粒子在煅燒步驟中相互反應,形成包含作為金屬部的Cu-Sn合金相與作為玻璃部的Sn-P-O玻璃相的電極。對於Cu-Sn合金相而言,Cu-Sn合金相彼此形成緻密的塊狀體。該塊狀體是在電極內連續地形成,作為導電層而發揮功能,藉此形成低電阻率的電極。而且,此處所說的緻密的塊狀體,是指塊狀的Cu-Sn合金相相互緊密地接觸,而在三次元上連續地形成的結構體。
另一方面,Sn-P-O玻璃相形成在Cu-Sn合金相與矽基板之間。藉此可認為,可獲得Cu-Sn合金相相對於矽基板的密接性。
上述電極用組成物較佳為更包含含鎳粒子。藉此可認為,Cu-Sn合金相與含鎳粒子進一步反應,從而形成Cu-Sn-Ni合金相。該Cu-Sn-Ni合金相在800℃這一相對較高的溫度下也會形成,因此可認為,即使在更高溫下的煅燒步驟中,亦可在確保耐氧化性的狀態下形成低電阻率的電極。而且,藉由使用由上述包含含鎳粒子的電極用組成物所形成的含銅電極,從而可在確保對矽基板的密接性的狀態下,達成電極與矽基板的更良好的歐姆接觸。對於藉由更包含含鎳粒子而獲得的Cu-Sn-Ni合金相而言,亦與Cu-Sn合金相同樣地,Cu-Sn-Ni合金相彼此、並與Cu-Sn合金相一同形成緻密的塊狀體。再者,可認為,即使Cu-Sn合金相與Cu-Sn-Ni合金相混合存在於電極內,亦不會使功能(例如電阻率)降低。
當使用現有開發的已賦予了耐氧化性的銅粒子時,最高300℃之前才具有耐氧化性,而在800℃~900℃的高溫下幾乎全部被氧化。因此,存在如下課題:作為太陽電池元件用的電極達不到實用化,進而,為了賦予耐氧化性而適用的添加劑等會阻礙銅粒子的燒結,結果,無法獲得如銀般低電阻率的電極。而且,作為抑制銅的氧化的其他方法,提出有一種特殊方法,即,將以銅作為導電性金屬粉末的導電性組成物,在氮等的環境下進行煅燒,但該方法中,為了完全抑制銅粒子的氧化,需要以氮等的環境氣體完全密封的環境,在步驟成本方面,不適合於太陽電池元件的量產。
根據本發明,不使用特殊方法便可形成低電阻率的電極。
而且,Sn-P-O玻璃相作為用於防止銅與矽的相互擴散的障壁(barrier)層發揮功能,藉此,可認為能夠達成進行煅燒而形成的電極與矽基板的良好的歐姆接觸。即,可認為,Sn-P-O玻璃相可抑制使含有銅的電極與矽直接接觸並加熱時形成的反應物相(Cu3Si)的形成,確保與矽基板的密接性而不會使半導體性能(例如pn接面特性)劣化,並且可表現出良好的歐姆接觸。
先前,作為用於將銅適用於太陽電池元件的電極的課題,可列舉與矽基板的歐姆接觸性。該Cu3Si的形成有時會自矽基板的界面起直至數μm為止,從而有時會在矽基板側產生龜裂,引起太陽電池元件的性能劣化。而且,所形成的Cu3Si會頂起含有銅的電極等,從而存在阻礙電極與矽基板的密接性,導致電極的機械強度下降之虞。
根據本發明,可抑制反應物相(Cu3Si)的形成,因此可表現出良好的歐姆接觸性。
以下,對本發明中所使用的電極用組成物中所含的各成分進行詳細說明。
(含磷的銅合金粒子)
上述電極用組成物含有含磷的銅合金粒子。作為含磷的銅合金,已知有被稱作磷銅硬焊料(磷含有率:7質量%左右以下)的硬焊材料。磷銅硬焊料亦被用作銅與銅的接合劑,藉由於本發明的電極用組成物中使用含磷的銅合金粒子,可利用磷對銅氧化物
的還原性,形成耐氧化性優異且低電阻率的電極。進而,可獲得如下效果,即:電極在低溫煅燒成為可能,可削減製程成本。
考慮到耐氧化性與電阻率的觀點,含磷的銅合金粒子中所含的磷原子的含有率較佳為1質量%以上且8質量%以下,進而較佳為1.5質量%以上且7.8質量%以下,更佳為2質量%以上且7.5質量%以下。
含磷的銅合金粒子中所含的銅原子的含量較佳為92質量%以上且99質量%以下,進而較佳為92.2質量%以上且98.5質量%以下,更佳為92.5質量%以上且98質量%以下。
而且,於本發明中使用的電極用組成物中,上述含磷的銅合金粒子既可單獨使用1種,或者亦可將2種以上組合使用。
上述含磷的銅合金粒子為包含銅與磷的合金,但亦可更含有其他原子。作為其他原子,可列舉Ag、Mn、Sb、Si、K、Na、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Be、Zn、Pb、Cd、Tl、V、Sn、Al、Zr、W、Mo、Ti、Co、Ni、Au等。
而且,對於上述含磷的銅合金粒子中所含的其他原子的含有率而言,例如可在上述含磷的銅合金粒子中設為3質量%以下,考慮到耐氧化性與電阻率的觀點,較佳為1質量%以下。
作為上述含磷的銅合金粒子的粒徑,並無特別限制,作為自小粒徑側累計的體積為50%的情況下的粒徑(以下,有時簡寫為「D50%」),較佳為0.4μm~10μm,進而較佳為1μm~7μm。藉由設為0.4μm以上,從而耐氧化性更有效地提高。而且,藉由
設為10μm以下,從而電極中的含磷的銅合金粒子彼此、或者含磷的銅合金粒子與後述的含錫粒子、及視需要而添加的含鎳粒子的接觸面積變大,電阻率更有效地降低。再者,含磷的銅合金粒子的粒徑可藉由Microtrac粒度分佈測定裝置(日機裝公司製,MT3300型)來測定。
而且,作為上述含磷的銅合金粒子的形狀,並無特別限制,為大致球狀、扁平狀、方塊(block)狀、板狀、鱗片狀等中的任一種皆可,但考慮到耐氧化性與電阻率的觀點,較佳為大致球狀、扁平狀或板狀。
電極用組成物中的含磷的銅合金粒子的含有率並無特別限制。考慮到電阻率的觀點,較佳為在電極用組成物中為15質量%以上且75質量%以下,進而較佳為18質量%以上且70質量%以下,更佳為20質量%以上且65質量%以下,尤佳為25質量%以上且50質量%以下。
含磷的銅合金可藉由通常所用的方法而製造。而且,含磷的銅合金粒子可使用以達到所期望的磷含有率的方式調製的含磷的銅合金,並使用調製金屬粉末的通常方法來調製,例如,可使用水霧化(atomize)法並根據常規方法來製造。再者,對於水霧化法的詳細情況,可參照金屬便覽(丸善(股)出版事業部)等的記載。
具體而言,藉由將含磷的銅合金熔解,並對其藉由噴嘴(nozzle)噴霧而粉末化之後,對所獲得的粉末進行乾燥並分級,
從而可製造所期望的含磷的銅合金粒子。而且,藉由適當選擇分級條件,可製造具有所期望的粒徑的含磷的銅合金粒子。
(含錫粒子)
本發明中使用的電極用組成物含有含錫粒子。藉由含有含錫粒子,在後述的電極形成步驟中,可形成低電阻率的電極。
作為上述含錫粒子,只要是含有錫的粒子,則並無特別限制。其中,較佳為選自錫粒子及錫合金粒子中的至少一種,尤佳為選自錫粒子及錫含有率為1質量%以上的錫合金粒子中的至少一種。而且,於本發明中使用的電極用組成物中,含錫粒子既可單獨使用1種,而且亦可將2種以上組合使用。
錫粒子中的錫的純度並無特別限制。例如錫粒子的純度可設為95質量%以上,較佳為97質量%以上,進而較佳為99質量%以上。
而且,錫合金粒子只要是含錫的合金粒子,則合金的種類並無特別限制。其中,考慮到錫合金粒子的熔點、及與含磷的銅合金粒子及視需要而添加的含鎳粒子的反應性的觀點,較佳為錫的含有率為1質量%以上的錫合金粒子,進而較佳為錫的含有率為3質量%以上的錫合金粒子,更佳為錫的含有率為5質量%以上的錫合金粒子,尤佳為錫的含有率為10質量%以上的錫合金粒子。錫的含有率的上限值並無特別限制。
作為錫合金粒子中所含的錫合金,可列舉Sn-Ag系合金、Sn-Cu系合金、Sn-Ag-Cu系合金、Sn-Ag-Sb系合金、
Sn-Ag-Sb-Zn系合金、Sn-Ag-Cu-Zn系合金、Sn-Ag-Cu-Sb系合金、Sn-Ag-Bi系合金、Sn-Bi系合金、Sn-Ag-Cu-Bi系合金、Sn-Ag-In-Bi系合金、Sn-Sb系合金、Sn-Bi-Cu系合金、Sn-Bi-Cu-Zn系合金、Sn-Bi-Zn系合金、Sn-Bi-Sb-Zn系合金、Sn-Zn系合金、Sn-In系合金、Sn-Zn-In系合金、Sn-Pb系合金等。
上述錫合金粒子中,尤其包含Sn-3.5Ag、Sn-0.7Cu、Sn-3.2Ag-0.5Cu、Sn-4Ag-0.5Cu、Sn-2.5Ag-0.8Cu-0.5Sb、Sn-2Ag-7.5Bi、Sn-3Ag-5Bi、Sn-58Bi、Sn-3.5Ag-3In-0.5Bi、Sn-3Bi-8Zn、Sn-9Zn、Sn-52In、Sn-40Pb等的錫合金粒子具備與Sn所具備的熔點(232℃)相同或者更低的熔點。因此,該些錫合金粒子在煅燒的初期階段熔融,從而覆蓋含磷的銅合金粒子的表面,可與含磷的銅合金粒子更均勻地反應,基於此點,可較佳地使用該些錫合金粒子。再者,對於錫合金的記法,例如在Sn-AX-BY-CZ的情況下,表示錫合金中含有A質量%的元素X、B質量%的元素Y、C質量%的元素Z。
上述含錫粒子亦可更包含不可避免地混入的其他原子。作為不可避免地混入的其他原子,可列舉Ag、Mn、Sb、Si、K、Na、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Be、Zn、Pb、Cd、Tl、V、Al、Zr、W、Mo、Ti、Co、Ni、Au等。
而且,關於上述含錫粒子中所含的其他原子的含有率,例如可在上述含錫粒子中設為3質量%以下,考慮到熔點及與含磷的銅合金粒子的反應性的觀點,較佳為1質量%以下。
作為上述含錫粒子的粒徑,並無特別限制,作為D50%,較佳為0.5μm~20μm,進而較佳為1μm~15μm,更佳為5μm~15μm。藉由將含錫粒子的粒徑設為0.5μm以上,從而含錫粒子自身的耐氧化性提高。而且,藉由將含錫粒子的粒徑設為20μm以下,與電極中的含磷的銅合金粒子及視需要而添加的含鎳粒子的接觸面積變大,從而有效地推進煅燒中的反應。再者,含錫粒子的粒徑可藉由Microtrac粒度分佈測定裝置(日機裝公司製,MT3300型)來測定。
而且,作為上述含錫粒子的形狀,並無特別限制,為大致球狀、扁平狀、方塊狀、板狀、鱗片狀等中的任一種皆可,但考慮到耐氧化性與電阻率的觀點,較佳為大致球狀、扁平狀或板狀。
而且,上述電極用組成物中的含錫粒子的含有率並無特別限制。其中,將上述含磷的銅合金粒子與上述含錫粒子的總含有率設為100質量%時的含錫粒子的含有率較佳為5質量%以上且70質量%以下,進而較佳為7質量%以上且65質量%以下,更佳為9質量%以上且60質量%以下,尤佳為9質量%以上且45質量%以下。
藉由將含錫粒子的含有率設為5質量%以上,從而可使該含錫粒子與含磷的銅合金粒子的反應更均勻地進行。而且,藉由將含錫粒子的含有率設為70質量%以下,從而能以充分的體積形成Cu-Sn合金相,電極的電阻率進一步降低。
上述電極用組成物中的錫的含有率並無特別限制。其
中,電極用組成物中的所有金屬中的錫的含有率較佳為5質量%以上且70質量%以下,進而較佳為7質量%以上且65質量%以下,更佳為9質量%以上且60質量%以下,尤佳為9質量%以上且45質量%以下。
藉由將錫的含有率設為5質量%以上,從而可使該錫與含磷的銅合金粒子的反應更均勻地進行。而且,藉由將錫的含有率設為70質量%以下,從而能以充分的體積形成Cu-Sn合金相,電極的電阻率進一步降低。
(含鎳粒子)
本發明中使用的電極用組成物較佳為含有含鎳粒子。藉由除了含磷的銅合金粒子及含錫粒子以外更含有含鎳粒子,從而在煅燒步驟中,可呈現更高溫下的耐氧化性。即,藉由含有含鎳粒子,從而能以更高的溫度來對電極用組成物進行煅燒。
作為上述含鎳粒子,只要是含有鎳的粒子,則並無特別限制。其中,較佳為選自鎳粒子及鎳合金粒子中的至少一種,尤佳為選自鎳粒子及鎳含有率為1質量%以上的鎳合金粒子中的至少一種。在上述電極用組成物中,含鎳粒子既可單獨使用1種,或者亦可將2種以上組合使用。
鎳粒子中的鎳的純度並無特別限制。例如鎳粒子的純度可設為95質量%以上,較佳為97質量%以上,進而較佳為99質量%以上。
而且,鎳合金粒子只要是含有鎳的合金粒子,則合金的
種類並無限制。其中,考慮到鎳合金粒子的熔點、及與含磷的銅合金粒子、含錫粒子及Cu-Sn合金相的反應性的觀點,較佳為鎳的含有率為1質量%以上的鎳合金粒子,進而較佳為鎳的含有率為3質量%以上的鎳合金粒子,更佳為鎳的含有率為5質量%以上的鎳合金粒子,尤佳為鎳的含有率為10質量%以上的鎳合金粒子。鎳的含有率的上限值並無特別限制。
作為鎳合金粒子中所含的鎳合金,可列舉Ni-Fe系合金、Ni-Cu系合金、Ni-Cu-Zn系合金、Ni-Cr系合金、Ni-Cr-Ag系合金等。尤其,含有Ni-58Fe、Ni-75Cu、Ni-6Cu-20Zn等的鎳合金粒子可與含磷的銅合金粒子及含錫粒子更均勻地反應,自此點考慮,可較佳地使用。再者,對於鎳合金的記法,例如在Ni-AX-BY-CZ的情況下,表示在鎳合金中含有A質量%的元素X、B質量%的元素Y、C質量%的元素Z。
上述含鎳粒子亦可更包含不可避免地混入的其他原子。作為不可避免地混入的其他原子,可列舉Ag、Mn、Sb、Si、K、Na、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Be、Zn、Pb、Cd、Tl、V、Al、Zr、W、Mo、Ti、Co、Sn、Au等。
而且,關於上述含鎳粒子中所含的其他原子的含有率,例如可在上述含鎳粒子中設為3質量%以下,考慮到熔點及與含磷的銅合金粒子及含錫粒子的反應性的觀點,較佳為1質量%以下。
上述含鎳粒子的粒徑並無特別限制,作為D50%,較佳為0.5μm~20μm,進而較佳為1μm~15μm,更佳為3μm~15
μm。藉由設為0.5μm以上,含鎳粒子自身的耐氧化性提高。而且,藉由設為20μm以下,與電極中的含磷的銅合金粒子及含錫粒子的接觸面積變大,從而有效地推進與含磷的銅合金粒子及含錫粒子的反應。再者,含鎳粒子的粒徑可藉由Microtrac粒度分佈測定裝置(日機裝公司製,MT3300型)來測定。
而且,上述含鎳粒子的形狀並無特別限制,為大致球狀、扁平狀、方塊狀、板狀、鱗片狀等中的任一種皆可,但考慮到耐氧化性與電阻率的觀點,較佳為大致球狀、扁平狀或板狀。
而且,上述電極用組成物中的含鎳粒子的含有率並無特別限制。其中,將上述含磷的銅合金粒子與上述含錫粒子及含鎳粒子的總含有率設為100質量%時的含鎳粒子的含有率較佳為10質量%以上且70質量%以下,進而較佳為12質量%以上且55質量%以下,更佳為15質量%以上且50質量%以下,尤佳為15質量%以上且35質量%以下。
藉由將含鎳粒子的含有率設為10質量%以上,可使Cu-Sn-Ni合金相的形成更均勻地進行。而且,藉由將含鎳粒子的含有率設為70質量%以下,可形成體積充分的Cu-Sn-Ni合金相,電極的電阻率進一步降低。
上述電極用組成物中的鎳的含有率並無特別限制。其中,電極組成物中的所有金屬中的鎳含有率較佳為10質量%以上且70質量%以下,進而較佳為12質量%以上且55質量%以下,更佳為15質量%以上且50質量%以下,尤佳為15質量%以上且
35質量%以下。
藉由將鎳的含有率設為10質量%以上,可使Cu-Sn-Ni合金相的形成更均勻地進行。而且,藉由將鎳的含有率設為70質量%以下,可形成充分體積的Cu-Sn-Ni合金相,電極的電阻率進一步降低。
上述電極用組成物中的含錫粒子與視需要而添加的含鎳粒子的含有比並無特別限制。考慮到與矽基板的密接性的觀點,含鎳粒子相對於含錫粒子的質量比(含鎳粒子/含錫粒子)較佳為0.3~4.0,進而較佳為0.4~3.0。
上述電極用組成物中的錫與視需要而添加的鎳的含有比並無特別限制。考慮到與矽基板的密接性的觀點,鎳相對於錫的質量比(鎳/錫)較佳為0.3~4.0,進而較佳為0.4~3.0。
而且,上述電極用組成物中的含磷的銅合金粒子與含錫粒子及視需要而添加的含鎳粒子的含有比並無特別限制。考慮到在高溫煅燒條件下形成的電極的電阻率及與矽基板的密接性的觀點,含錫粒子及含鎳粒子的總量相對於含磷的銅合金粒子的質量比((含鎳粒子+含錫粒子)/含磷的銅合金粒子)較佳為0.4~1.8,進而較佳為0.6~1.4。
上述電極用組成物中的銅與錫及視需要而添加的鎳的含有比並無特別限制。考慮到在高溫煅燒條件下形成的電極的電阻率及與矽基板的密接性的觀點,錫及鎳的總量相對於銅的質量比((鎳+錫)/銅)較佳為0.4~1.8,進而較佳為0.6~1.4。
進而,上述電極用組成物中的含錫粒子的粒徑(D50%)與視需要而添加的含鎳粒子的粒徑(D50%)之比並無特別限制。考慮到所形成的Sn-P-O玻璃相的均勻性及與矽基板的密接性的觀點,含鎳粒子的粒徑(D50%)相對於含錫粒子的粒徑(D50%)之比(含鎳粒子/含錫粒子)較佳為0.05~20,進而較佳為0.5~10。
而且,上述電極用組成物中的含磷的銅合金粒子的粒徑(D50%)與含錫粒子的粒徑(D50%)之比並無特別限制。考慮到在高溫煅燒條件下形成的電極的電阻率及與矽基板的密接性的觀點,含錫粒子的粒徑(D50%)相對於含磷的銅合金粒子的粒徑(D50%)之比(含錫粒子/含磷的銅合金粒子)較佳為0.03~30,進而較佳為0.1~10。
而且,上述電極用組成物中的含磷的銅合金粒子的粒徑(D50%)與視需要而添加的含鎳粒子的粒徑(D50%)之比並無特別限制。考慮到在高溫煅燒條件下形成的電極的電阻率的觀點,含鎳粒子的粒徑(D50%)相對於含磷的銅合金粒子的粒徑(D50%)之比(含鎳粒子/含磷的銅合金粒子)較佳為0.02~20,進而較佳為0.1~10。
考慮到耐氧化性與電極的電阻率的觀點,上述電極組成物中的含磷的銅合金粒子、含錫粒子及視需要而添加的含鎳粒子的總含有率較佳為60質量%以上且94質量%以下,進而較佳為64質量%以上且88質量%以下。
考慮到耐氧化性與電極的電阻率的觀點,上述電極用組成物中的所有金屬的含有率較佳為60質量%以上且94質量%以下,進而較佳為64質量%以上且88質量%以下。
(玻璃粒子)
本發明中使用的電極用組成物含有玻璃粒子。藉由電極用組成物含有玻璃粒子,從而電極與矽基板的密接性提高。而且,尤其在太陽電池受光面側的電極形成中,在電極形成時藉由所謂的燒穿(fire through)來去除作為抗反射膜的氮化矽膜,以形成電極與矽基板的歐姆接觸。
考慮到與矽基板的密接性及電極的電阻率的觀點,上述玻璃粒子較佳為含有玻璃軟化溫度為650℃以下且結晶化開始溫度超過650℃的玻璃的玻璃粒子。再者,上述玻璃軟化溫度是使用熱機械分析裝置(Thermomechanical Analyzer,TMA)並根據通常的方法來測定,而且,上述結晶化開始溫度是使用熱重-差熱分析裝置(Thermo-Gravimetry/Differential Thermal Analyzer,TG-DTA)並根據通常的方法來測定。
當將上述電極用組成物用作太陽電池受光面側的電極時,上述玻璃粒子只要是在電極形成溫度下軟化及熔融,使接觸的氮化矽膜氧化,並可藉由導入氧化後的二氧化矽去除抗反射膜者,則可無特別限制地使用在該技術領域中通常使用的玻璃粒子。
一般而言,考慮到可效率良好地導入二氧化矽的觀點,電極用組成物中所含的玻璃粒子較佳為包含含有鉛的玻璃。作為
此種含有鉛的玻璃,例如可列舉日本專利第3050064號公報等中記載的玻璃,在本發明中亦可較佳地使用該些玻璃。
而且,在本發明中,若考慮對環境的影響,則較佳為使用實質上不含鉛的無鉛玻璃。作為無鉛玻璃,例如可列舉日本專利特開2006-313744號公報的第0024段~第0025段中記載的無鉛玻璃、日本專利特開2009-188281號公報等中記載的無鉛玻璃,自該些無鉛玻璃中適當選擇以適用於本發明中使用的電極用組成物亦較佳。
而且,當將上述電極用組成物用作太陽電池受光面側的電極以外、例如用作背面輸出導出電極時,只要是含有玻璃軟化溫度為650℃以下且結晶化開始溫度超過650℃的玻璃的玻璃粒子,則可無須含有如上述鉛之類的燒穿所需的成分而使用。
作為構成被用於上述電極用組成物的玻璃粒子的玻璃成分,可列舉二氧化矽(SiO2)、氧化磷(P2O5)、氧化鋁(Al2O3)、氧化硼(B2O3)、氧化釩(V2O5)、氧化鉀(K2O)、氧化鉍(Bi2O3)、氧化鈉(Na2O)、氧化鋰(Li2O)、氧化鋇(BaO)、氧化鍶(SrO)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化鈹(BeO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鉛(PbO)、氧化鎘(CdO)、氧化錫(SnO)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鎢(WO3)、氧化鉬(MoO3)、氧化鑭(La2O3)、氧化鈮(Nb2O5)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化釔(Y2O3)、氧化鈦(TiO2)、氧化鍺(GeO2)、氧化硫(TeO2)、氧化鎦(Lu2O3)、氧化銻(Sb2O3)、氧化銅(CuO),氧化鐵(FeO)、氧化銀(Ag2O)及氧化錳(MnO)。
其中,較佳為使用包含選自SiO2、P2O5、Al2O3、B2O3、V2O5、Bi2O3、ZnO及PbO中的至少一種的玻璃粒子,進而較佳為使用包含選自SiO2、Al2O3、B2O3、Bi2O3及PbO中的至少一種的玻璃粒子。在此種玻璃粒子的情況下,軟化溫度將更有效地降低。進而,由於與含磷的銅合金粒子、含錫粒子及視需要而添加的含鎳粒子的濡濕性提高,因此可推進煅燒過程中的上述粒子間的燒結,從而可形成電阻率更低的電極。
另一方面,考慮到使接觸電阻率降低的觀點,較佳為包含氧化磷的玻璃粒子(磷酸玻璃、P2O5系玻璃粒子等),進而較佳為除了氧化磷以外更包含氧化釩的玻璃粒子(P2O5-V2O5系玻璃粒子)。藉由更包含氧化釩,從而耐氧化性進一步提高,電極的接觸電阻率進一步降低。可認為其原因例如在於:藉由更包含氧化釩,玻璃的軟化溫度下降。當使用氧化磷-氧化釩系玻璃粒子(P2O5-V2O5系玻璃粒子)時,作為氧化釩的含有率,較佳為在玻璃的總質量中為1質量%以上,進而較佳為1質量%~70質量%。
作為本發明中使用的電極用組成物中的玻璃粒子的粒徑,並無特別限制,累計的體積為50%的情況下的粒徑(D50%)較佳為0.5μm以上且10μm以下,進而較佳為0.8μm以上且8μm以下。藉由設為0.5μm以上,電極用組成物的製作時的作業性提高。而且,藉由粒徑為10μm以下,玻璃粒子可均勻地分散至電極用組成物中,在煅燒步驟中可效率良好地進行燒穿,進而,與矽基板的密接性亦提高。再者,玻璃粒子的粒徑可藉由Microtrac
粒度分佈測定裝置(日機裝公司製,MT3300型)來測定。
而且,作為上述玻璃粒子的形狀,並無特別限制,為大致球狀、扁平狀、方塊狀、板狀、鱗片狀等中的任一種皆可,但考慮到耐氧化性與電阻率的觀點,較佳為大致球狀、扁平狀或板狀。
作為上述玻璃粒子的含有率,較佳為在電極用組成物的總質量中為0.1質量%~12質量%,進而較佳為0.5質量%~10質量%,更佳為1質量%~9質量%。藉由以此範圍的含有率來含有玻璃粒子,可更有效地達成耐氧化性、電極的低電阻率化及低接觸電阻率化,而且,可促進上述含磷的銅合金粒子、上述含錫粒子及視需要而添加的含鎳粒子間的反應。
而且,電極用組成物中,玻璃粒子的含量相對於含磷的銅粒子、含錫粒子及視需要而添加的含鎳粒子的總含量之比(質量比)較佳為0.01~0.18,進而較佳為0.03~0.15。藉由以此範圍的含有率來含有玻璃粒子,可更有效地達成耐氧化性、電極的低電阻率化及低接觸電阻率化,而且可促進上述含磷的銅合金粒子、上述含錫粒子及含鎳粒子間的反應。
(分散劑)
本發明中使用的電極用組成物含有分散劑。藉此,可將上述電極用組成物的液體物性(例如黏度及表面張力),對應於賦予至半導體基板等時的賦予方法而調整為所需的液體物性。
作為上述分散劑,可列舉溶劑及樹脂中的至少一種。
作為上述溶劑,並無特別限制,可列舉己烷(hexane)、
環己烷(cyclohexane)、甲苯(toluene)等烴溶劑;二氯乙烯(dichloroethylene)、二氯乙烷(dichloroethane)、二氯苯(dichlorobenzene)等鹵代烴溶劑;四氫呋喃(tetrahydrofuran)、呋喃(furan)、四氫吡喃(tetrahydropyran)、吡喃(pyran)、二噁烷(dioxane)、1,3-二氧戊環(1,3-dioxolane)、三噁烷(trioxane)等環狀醚溶劑;N,N-二甲基甲醯胺(N,N-dimethylformamide)、N,N-二甲基乙醯胺(N,N-dimethyl acetamide)等醯胺溶劑;二甲基亞碸(dimethyl sulfoxide)、二乙基亞碸(diethyl sulfoxide)等亞碸溶劑;丙酮(acetone)、甲基乙基酮(methyl ethyl ketone)、二乙基酮(diethyl ketone)、環己酮(cyclohexanone)等酮溶劑;乙醇(ethanol)、2-丙醇(2-propanol)、1-丁醇(1-butanol)、二丙酮醇(diacetone alcohol)等醇溶劑;2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單乙酸酯(2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoacetate)、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單丙酸酯(2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monopropionate)、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單丁酸酯(2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monobutyrate)、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯(2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate)、2,2,4-三乙基-1,3-戊二醇單乙酸酯(2,2,4-triethyl-1,3-pentanediol monoacetate)、乙二醇單丁醚乙酸酯(ethylene glycol monobutyl ether acetate)、二乙二醇單丁醚乙酸酯(diethylene glycol monobutyl ether acetate)等多元醇的酯溶劑;丁基溶纖劑(butyl cellosolve)、二乙二醇單丁醚(diethylene
glycol monobutyl ether)、二乙二醇二乙醚(diethylene glycol diethyl ether)等多元醇的醚溶劑;α-萜品烯(α-terpinene)等萜品烯、α-萜品醇(α-terpineol)等萜品醇、α-蒎烯(α-pinene)、β-蒎烯(β-pinene)等蒎烯、月桂油烯(myrcene)、別羅勒烯(alloocimene)、檸檬烯(limonene)、雙戊烯(dipentene)、香旱芹酮(carvone)、羅勒烯(ocimene)、水芹烯(phellandrene)等萜烯(terpene)溶劑及該些的混合物。
作為上述溶劑,考慮到在半導體基板上形成電極用組成物時的賦予特性(塗佈性或者印刷性)的觀點,較佳為選自多元醇的酯溶劑、萜烯溶劑及多元醇的醚溶劑中的至少一種,進而較佳為選自多元醇的酯溶劑及萜烯溶劑中的至少一種。
而且,在本發明中使用的電極用組成物中,上述溶劑既可單獨使用1種,亦可將2種以上組合使用。
而且,作為上述樹脂,只要是可藉由煅燒處理而熱分解的樹脂,則可無特別限制地使用在該技術領域中通常所用的樹脂,既可為天然高分子化合物,亦可為合成高分子化合物。具體而言,可列舉甲基纖維素(methyl cellulose)、乙基纖維素(ethyl cellulose)、羧甲基纖維素(carboxymethyl cellulose)、硝化纖維素(nitrocellulose)等纖維素樹脂;聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)樹脂;聚乙烯吡咯啶酮(polyvinyl pyrrolidone)樹脂;丙烯酸樹脂;醋酸乙烯酯-丙烯酸酯(vinyl acetate-acrylic ester)共聚物;聚乙烯丁醛(polyvinyl butyral)等丁醛樹脂;苯酚改質醇酸樹脂、
蓖麻油脂肪酸改質醇酸樹脂等醇酸樹脂;環氧樹脂;酚樹脂;松脂(rosin ester)樹脂。
作為本發明中使用的電極用組成物中的上述樹脂,考慮到電極形成步驟中的消失性的觀點,較佳為選自纖維素樹脂及丙烯酸樹脂中的至少一種。
而且,在本發明中,上述樹脂既可單獨使用1種,亦可將2種以上組合使用。
而且,本發明中的上述樹脂的重量平均分子量並無特別限制。其中,重量平均分子量較佳為5000以上且500000以下,進而較佳為10000以上且300000以下。當上述樹脂的重量平均分子量為5000以上時,存在可抑制電極用組成物的黏度增加的傾向。而且,可認為,若樹脂的重量平均分子量為5000以上,則藉由吸附至含磷的銅合金粒子、含錫粒子及視需要而添加的含鎳粒子時的立體的排斥作用,可使粒子彼此難以凝聚。另一方面,當樹脂的重量平均分子量為500000以下時,存在如下傾向,即,可抑制樹脂彼此在溶劑中凝聚,可抑制電極用組成物的黏度增加。而且,除此以外,藉由樹脂的重量平均分子量為500000以下,從而存在如下傾向,即,可抑制樹脂的燃燒溫度變高,可抑制在對電極用組成物進行煅燒時樹脂不完全燃燒而作為異物殘存的現象,可形成電阻率更低的電極。
在本發明中使用的電極用組成物中,上述分散劑的含有率可根據所期望的液體物性與所使用的分散劑的種類來適當選
擇。例如,分散劑的含有率較佳為在電極用組成物的總質量中為3質量%以上且40質量%以下,進而較佳為3質量%以上且39.9質量%以下,更佳為5質量%以上且35質量%以下,尤佳為7質量%以上且30質量%以下。
藉由分散劑的含有率處於上述範圍內,將電極用組成物賦予至半導體基板時的賦予適應性變得良好,從而可更容易地形成具有所期望的寬度及高度的電極。
上述分散劑中的溶劑與樹脂各自的種類及在分散劑中的含有比率可考慮電極用組成物的賦予方法等來適當選擇。
進而,在本發明中使用的電極用組成物中,考慮到耐氧化性與電極的電阻率的觀點,較佳為,含磷的銅合金粒子、含錫粒子及視需要而添加的含鎳粒子的總含有率為60質量%以上且94質量%以下,玻璃粒子的含有率為0.1質量%以上且12質量%以下,分散劑的含有率為3質量%以上且39.9質量%以下,進而較佳為,含磷的銅合金粒子、含錫粒子及視需要而添加的鎳粒子的總含有率為64質量%以上且88質量%以下,玻璃粒子的含有率為0.5質量%以上且10質量%以下,分散劑的含有率為5質量%以上且35質量%以下,更佳為,含磷的銅合金粒子、含錫粒子及視需要而添加的含鎳粒子的總含有率為64質量%以上且88質量%以下,玻璃粒子的含有率為1質量%以上且9質量%以下,分散劑的含有率為7質量%以上且30質量%以下。
(助熔劑(flux))
上述電極用組成物亦可含有助熔劑。藉由含有助熔劑,可去除形成在含磷的銅合金粒子表面的氧化膜,促進煅燒中的含磷的銅合金粒子的還原反應。而且,煅燒中的含錫粒子的熔融亦得以推進,因此與含磷的銅合金粒子的反應得以推進,結果,耐氧化性進一步提高,所形成的電極的電阻率進一步降低。進而,亦可獲得電極與矽基板的密接性提高的效果。
作為助熔劑,只要可去除形成在含磷的銅合金粒子表面的氧化膜且促進含錫粒子的熔融,則並無特別限制。具體而言,可列舉脂肪酸、硼酸化合物、氟化化合物、及硼氟化化合物作為較佳的助熔劑。
作為助熔劑,更具體而言,可列舉月桂酸(lauric acid)、肉豆蔻酸(myristic acid)、棕櫚酸(palmitic acid)、硬脂酸(stearic acid)、山梨酸(sorbic acid)、硬炔酸(stearolic acid)、丙酸(propionic acid)、氧化硼、硼酸鉀、硼酸鈉、硼酸鋰、硼氟化鉀、硼氟化鈉、硼氟化鋰、酸性氟化鉀、酸性氟化鈉、酸性氟化鋰、氟化鉀、氟化鈉、氟化鋰等。
其中,考慮到電極煅燒時的耐熱性(助熔劑在煅燒的低溫時不會揮發的特性)及補充含磷的銅合金粒子的耐氧化性的觀點,可列舉硼酸鉀及硼氟化鉀作為尤佳的助熔劑。
在本發明中使用的電極用組成物中,該些助熔劑既可分別單獨使用1種,亦可將2種以上組合使用。
在上述電極用組成物中,作為含有助熔劑的情況下的助
熔劑的含有率,考慮到使含磷的銅合金粒子的耐氧化性有效地呈現以促進含錫粒子的熔融的觀點、及降低在電極的煅燒完成時助熔劑被去除的部分的空隙率的觀點,較佳為在電極用組成物的總質量中為0.1質量%~5質量%,進而較佳為0.3質量%~4質量%,更佳為0.5質量%~3.5質量%,尤佳為0.7質量%~3質量%,極佳為1質量%~2.5質量%。
(其他成分)
本發明中使用的電極用組成物除了上述成分以外,可視需要而進一步包含在該技術領域中通常使用的其他成分。作為其他成分,例如可列舉塑化劑、分散劑、界面活性劑、無機黏合劑、金屬氧化物、陶瓷(ceramic)及有機金屬化合物。
作為本發明中使用的電極用組成物的製造方法,並無特別限制。可藉由使用通常所用的分散方法或者混合方法將上述含磷的銅合金粒子、上述含錫粒子、玻璃粒子及分散劑予以分散或者混合來製造。
分散方法及混合方法並無特別限制,可自通常所用的分散方法及混合方法中適當選擇並適用。
<連接材料>
本發明中的連接材料包含黏著劑。
在太陽電池的製造步驟中,上述連接材料只要包含可將由上述電極用組成物形成的電極與後述的配線構件的黏著劑,則形狀、材質、含有成分等並無特別限制。作為上述連接材料的形狀,
可列舉膜(film)狀、膏狀、溶液狀等。對於上述連接材料的形狀,可根據連接材料中所含的其他成分的種類及含有率來適當調整。考慮到太陽電池的製造效率、操作性、發電性能的穩定性等的觀點,上述連接材料較佳為膜狀。
考慮到形成膜狀連接材料的觀點,上述連接材料較佳為包含黏著劑、硬化劑及膜形成材。
作為此種連接材料,例如可列舉在日本專利特開2007-214533號公報中記載的導電性黏著膜,在本發明中亦可較佳地使用該些材料。藉由使用此種連接材料,可提供表現出穩定的發電性能的太陽電池及太陽電池模組。其例如可考慮如下。
當使用上述導電性黏著膜來進行太陽電池元件的電極與配線構件的連接時,可實現200℃附近的低溫區域中的連接,因此,即使在使用薄的太陽電池元件的情況下,亦可抑制與配線構件連接時的翹曲或者破裂的產生。而且,不會發生在焊料連接時產生的焊料的滲出,因此可擴大太陽電池元件的受光面積,結果,亦可期待發電性能的提高。
藉由使用上述連接材料,可期待如上所述的發電性能的提高等效果。
再者,日本專利特開2007-214533號公報等中記載的導電性黏著膜包含導電性粒子,在加熱壓接時可經由該導電性粒子來呈現基板間的導電性。本發明中所用的連接材料並不限定於該組成,亦可不含該導電性粒子。即,當連接材料中不含導電性粒
子時,該含銅的電極與配線構件利用在加壓時連接材料被流動排除的部分來直接接觸,藉此可獲得導電性。
上述連接材料較佳為在配線構件的加熱壓接的條件下,具有40000Pa.s以下的黏度。若為40000Pa.s以下的黏度,則連接材料可更容易地侵入至配線構件的加熱壓接時電極中產生的空隙部。連接材料的黏度較佳為20000Pa.s以下,進而較佳為15000Pa.s以下的黏度。再者,考慮到太陽電池的製造步驟中的操作方面的觀點,連接材料的黏度較佳為5000Pa.s以上。
連接材料的黏度可使用流變(Rheometric)公司製剪切黏彈測定裝置(ARES),並根據頻率10Hz的條件來確認。
以下,對各成分進行說明。
(黏著劑)
作為上述黏著劑,較佳為呈絕緣性者。作為呈絕緣性的黏著劑,並無特別限制,但考慮到黏著可靠性的觀點,較佳為使用熱硬化性樹脂。
作為熱硬化性樹脂,可使用公知者,例如可列舉環氧樹脂、苯氧基(phenoxy)樹脂、丙烯酸樹脂、聚醯亞胺(polyimide)樹脂、聚醯胺(polyamide)樹脂、及聚碳酸酯(polycarbonate)樹脂。其中,考慮到獲得更充分的連接可靠性的觀點,較佳為包含選自由環氧樹脂、苯氧基樹脂及丙烯酸樹脂所組成的群中的至少一種。
上述黏著劑的含有率並無特別限制。考慮到硬化前的膜
形成性或者硬化後的黏著力的觀點,較佳為在連接材料中為20質量%以上且70質量%以下,進而較佳為30質量%以上且60質量%以下,更佳為40質量%以上且50質量%以下。
(硬化劑)
作為上述連接材料中可含有的硬化劑,可列舉陰離子聚合性的觸媒型硬化劑、陽離子聚合性的觸媒型硬化劑、加成聚合型的硬化劑等。該些硬化劑可單獨或者作為2種以上的混合物來使用。該些硬化劑中,考慮到快速硬化性優異且不需要考慮化學當量的觀點,較佳為陰離子或者陽離子聚合性的觸媒型硬化劑。
作為陰離子或者陽離子聚合性的觸媒型硬化劑,例如可列舉三級胺衍生物、咪唑(imidazole)衍生物、醯肼(hydrazide)化合物、三氟化硼-胺(boron trifluoride-amine)錯合物、鎓鹽(鋶鹽、銨鹽)胺醯亞胺(amine imide)、二胺基順丁烯二腈(diamino maleonitrile)、三聚氰胺(melamine)及其衍生物、聚胺(polyamine)的鹽、及二氰二胺(dicyandiamide),亦可使用該些的變成物。作為加成聚合型的硬化劑,可列舉聚胺、聚硫醇(polymercaptan)、多酚(polyphenol)、酸酐等。
作為陰離子或者陽離子聚合性的觸媒型硬化劑,考慮到黏著力的觀點,具體而言,較佳為使用三級胺衍生物或者咪唑衍生物,進而較佳為使用咪唑衍生物。
基於藉由加熱壓接而開始反應的活性點相對較明確,且適合於伴隨加熱壓接步驟的連接方法這一理由,上述硬化劑較佳
為潛伏性硬化劑。此處,所謂潛伏性硬化劑,是指在某特定條件下(溫度等)表現出硬化功能的硬化劑。作為潛伏性硬化劑,可列舉利用微膠囊(microcapsule)等來保護通常的硬化劑者、硬化劑與各種化合物形成鹽的結構者等。
在此種潛伏性硬化劑中,例如當超過特定的溫度時,硬化劑自微膠囊或者鹽中放出至系統中,從而表現出硬化功能。
作為潛伏性硬化劑的例子,可列舉胺化合物與環氧化合物的反應生成物(胺-環氧加合物系)、胺化合物與異氰酸酯(isocyanate)化合物或者脲化合物的反應生成物(脲型加合物(adduct)系)等。作為潛伏性硬化劑的市售品,可列舉Amicure(味之素股份有限公司製,註冊商標)、使微膠囊化的胺分散於酚樹脂中的Novacure(旭化成電子材料股份有限公司(ASAHI KASEI E-materials Corp)製,註冊商標)等。
上述連接材料中的硬化劑的含有率並無特別限制,考慮到黏著力的觀點,將上述黏著劑與上述硬化劑的總含有率設為100質量%時的硬化劑的含有率較佳為10質量%以上且50質量%以下,進而較佳為20質量%以上且40質量%以下。
(膜形成材)
作為上述膜形成材,可列舉苯氧基樹脂、丙烯酸橡膠(acrylic rubber)、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺樹脂、聚氨酯(polyurethane)樹脂、聚酯(polyester)樹脂、聚酯胺基甲酸酯(polyester urethane)樹脂、聚乙烯丁醛樹脂等,較佳為苯氧基樹脂或者丙烯酸橡膠。
上述膜形成材的含有率並無特別限制,但考慮到所製作的連接材料的硬度、自後文所述的剝離膜上的易剝離性等的觀點,將上述黏著劑、上述硬化劑與上述膜形成材的總含有率設為100質量%時的膜形成材的含有率較佳為20質量%以上且80質量%以下,進而較佳為30質量%以上且70質量%以下。
(導電性粒子)
上述連接材料可更含有導電性粒子。藉由含有導電性粒子,可進一步提高太陽電池模組的發電性能。
作為導電性粒子,並無特別限定,例如可列舉金粒子、銀粒子、銅粒子、鎳粒子、鍍金鎳粒子、鍍金/鍍鎳塑膠(plastic)粒子、鍍銅粒子及鎳粒子。而且,在含有導電性粒子的情況下,導電性粒子的粒徑較佳為1μm~50μm,進而較佳為1μm~30μm,更佳為1μm~25μm。而且,考慮到導電性的觀點,將連接材料的總體積設為100體積%時,連接材料中的導電性粒子的含有率較佳為1體積%以上且15體積%以下,進而較佳為2體積%以上且12體積%以下,更佳為3體積%以上且10體積%以下。
(其他成分)
上述連接材料除了上述成分以外,亦可為了改善黏著性或者濡濕性而含有矽烷偶合劑(silane coupling agent)、鈦酸酯(titanate)系偶合劑、鋁酸酯(aluminate)系偶合劑等改質材料。而且,在添加導電性粒子的情況下,為了提高其分散性,可含有磷酸鈣、碳酸鈣等分散劑、用於抑制銀或銅遷移(migration)等的螯合
(chelate)材料等。
上述連接材料例如可藉由如下方式來製造,即:將使上述的各種材料溶解或分散於溶劑中而成的塗佈液,塗佈於聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)膜等剝離膜上,並去除溶劑。
<配線構件>
上述電極連接組可包含配線構件作為要素之一。
上述配線構件並無特別限制,但可較佳地使用太陽電池用的經焊料被覆的銅線(TAB線(接合材料))。焊料的組成可列舉Sn-Pb系、Sn-Pb-Ag系、Sn-Ag-Cu系等,若考慮對環境的影響,則較佳為使用實質上不含鉛的Sn-Ag-Cu系焊料。
對於上述作為TAB線的銅線的厚度,並無特別限制,考慮到加熱加壓處理時與太陽電池元件的熱膨脹係數差或者連接可靠性及TAB線自身的電阻率的觀點,可設為0.05mm~0.5mm,較佳為0.1mm~0.5mm。
而且,上述TAB線的剖面形狀並無特別限制,剖面形狀可適用長方形(方線)及橢圓形(圓線)中的任一種,考慮到對上述連接材料進行加熱壓接時的上述連接材料往上述含銅電極的空隙部內的進入性、加熱壓接時的壓力的均勻性等觀點,較佳為剖面形狀使用長方形(平TAB)。
而且,上述TAB線的總厚度並無特別限制,考慮到加熱壓接時的壓力的均勻性等觀點,較佳為0.1mm~0.7mm,進而
較佳為0.15mm~0.5mm。
[太陽電池的製造方法]
本發明的太陽電池的製造方法是使用上述電極連接組來形成電極,並將配線構件連接於所獲得的電極。
即,上述太陽電池的製造方法包括:將上述電極用組成物賦予至具有上述pn接面的半導體基板上的步驟(稱作電極用組成物賦予步驟);對賦予有上述電極用組成物的半導體基板進行熱處理,以形成含銅電極的步驟(稱作電極形成步驟);在上述含銅電極上,依次積層上述連接材料及配線構件,獲得積層體的步驟(稱作積層步驟);以及對上述積層體進行加熱加壓處理的步驟(稱作加熱加壓處理步驟)。
在上述太陽電池的製造方法中,可製造出電極與配線構件具有高連接強度(密接性)及高連接可靠性的太陽電池。
(太陽電池元件的製造步驟)
藉由上述電極用組成物賦予步驟與上述電極形成步驟,獲得太陽電池元件。
在上述電極用組成物賦予步驟中,對上述半導體基板上的形成電極的區域賦予電極用組成物。作為賦予電極用組成物的方法,例如可列舉網版印刷、噴墨(inkjet)法及分配器(dispenser)法,但考慮到生產性的觀點,較佳為藉由網版印刷來賦予。
在藉由網版印刷來賦予電極用組成物的情況下,較佳為電極用組成物具有20Pa.s~1000Pa.s的範圍的黏度。再者,電極
用組成物的黏度是使用布氏(Brookfield)HBT黏度計並在25℃的溫度及5.0rpm的轉速條件下測定。
電極用組成物的賦予量可根據要形成的含銅電極的大小等來適當選擇。例如,作為電極用組成物賦予量,可設為2g/m2~10g/m2,較佳為4g/m2~8g/m2。
在電極形成步驟中,將賦予有電極用組成物之後的上述半導體基板於乾燥後進行熱處理。藉此,進行電極用組成物的煅燒,在半導體基板上的所期望的區域形成含銅電極,從而可獲得太陽電池元件。藉由使用上述電極用組成物,即使在氧的存在下(例如大氣中)進行熱處理(有時稱作煅燒處理),亦可形成低電阻率的電極。
作為使用上述電極用組成物在半導體基板上形成含銅電極時的熱處理條件(煅燒條件),可適用通常所用的熱處理條件。
一般而言,作為熱處理溫度(煅燒溫度),為800℃~900℃,但在使用上述電極用組成物的情況下,可適用於更低溫的熱處理條件至一般的熱處理條件的廣範圍。例如,能以450℃~900℃的廣範圍的熱處理溫度來形成具有良好特性的電極。
而且,熱處理時間可根據熱處理溫度等來適當選擇,例如可設為1秒~20秒。
作為熱處理裝置,只要可加熱至上述溫度者便可適當採用,例如,可列舉紅外線加熱爐及隧道爐(tunnel furnace)。紅外線加熱爐將電能以電磁波的形式直接投入至加熱材料而轉換成熱
能,因此效率高,而且可實現短時間內的急速加熱。進而,紅外線加熱爐無燃燒造成的生成物,而且由於是非接觸加熱,因此可抑制對所形成的電極的污染。隧道爐是將試料自動且連續地自入口搬送向出口而進行煅燒,因此藉由爐體的劃分與搬送速度(speed)的控制,可更均勻地進行煅燒。考慮到太陽電池元件的發電性能的觀點,較佳為藉由隧道爐來進行熱處理。
以下,參照附圖來說明太陽電池元件的具體例及其製造方法,但本發明並不限定於此。而且,各圖中的構件的大小是概念性的,構件間的大小的相對關係並不限定於此。
圖1~圖4示出表示代表性的太陽電池元件的一例的剖面圖、受光面及背面的概要。
如圖1中的概略剖面圖所示,在半導體基板1的一個面的表面附近,形成有n+型擴散層2,在n+型擴散層2上形成有受光面輸出導出電極4及抗反射膜3。而且,在另一面的表面附近形成有p+型擴散層7,在p+型擴散層7上形成有背面輸出導出電極6及背面集電用電極5。通常,太陽電池元件的半導體基板1使用單晶或多結晶矽。該半導體基板1中含有硼等,構成p型半導體。在受光面側,為了抑制太陽光的反射,藉由包含NaOH與異丙醇(isopropyl alcohol,IPA)的蝕刻(etching)溶液而形成有凹凸(亦稱作紋理,未圖示)。在該受光面側,擴散(摻雜(doping))有磷等,且以次微米級(submicron order)的厚度而設有n+擴散層2,並且在與p型塊狀部分的邊界形成有pn接面部。進而,在受光面
側,在n+型擴散層2上,藉由電漿加強化學氣相沈積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)等,以90nm左右的膜厚而設有氮化矽等抗反射膜3。
繼而,對在圖2中概略表示的受光面側所設的受光面輸出導出電極4及受光面集電用電極8、與在圖4中概略表示的背面所形成的背面集電用電極5及背面輸出導出電極6的形成方法進行說明。
受光面輸出導出電極4、受光面集電用電極8及背面輸出導出電極6是由上述電極用組成物而形成。而且,背面集電用電極5是由包含玻璃粉末的鋁電極用組成物而形成。作為形成受光面輸出導出電極4、受光面集電用電極8、背面輸出導出電極6及背面集電用電極5的第一方法,可列舉:藉由網版印刷等,將上述電極用組成物及鋁電極用組成物賦予成所期望的圖案(pattern)後,在乾燥之後,於大氣中以750℃~900℃左右統一進行煅燒而形成。
此時,在受光面側,形成上述受光面輸出導出電極4與上述受光面集電用電極8的上述電極用組成物中所含的玻璃粒子與抗反射膜3發生反應(燒穿),受光面輸出導出電極4及受光面集電用電極8與n+型擴散層2電性連接(歐姆接觸)。
在本發明中,藉由使用上述電極用組成物來形成受光面輸出導出電極4與受光面集電用電極8,從而不僅含有銅作為導電性金屬,而且可抑制銅的氧化,從而以良好的生產性形成低電阻率的含銅電極。
進而,上述含銅電極較佳為包含Cu-Sn合金相及/或Cu-Sn-Ni合金相與Sn-P-O玻璃相而構成,進而較佳為Sn-P-O玻璃相配置在Cu-Sn合金相或者Cu-Sn-Ni合金相與矽基板之間(未圖示)。藉此,可抑制銅與矽基板的反應,從而可形成電阻率低且密接性優異的電極。
而且,在背面側,於煅燒時,形成背面集電用電極5的鋁電極用組成物中的鋁擴散至半導體基板1的背面,從而形成p+型擴散層7,藉此,可在半導體基板1與背面集電用電極5及背面輸出導出電極6之間取得歐姆接觸。
作為形成受光面輸出導出電極4、受光面集電用電極8及背面輸出導出電極6的第二方法,可列舉如下方法:先印刷形成背面集電用電極5的鋁電極用組成物,在乾燥後,於大氣中以750℃~900℃左右進行煅燒而形成背面集電用電極5,之後,將上述電極用組成物賦予至受光面側及背面側,在乾燥後,於大氣中以450℃~650℃左右進行煅燒,從而形成受光面輸出導出電極4與受光面集電用電極8及背面輸出導出電極6。
該方法例如在以下情況下有效。即,當對形成背面集電用電極5的鋁電極用組成物進行煅燒時,在650℃以下的煅燒溫度時,視鋁電極用組成物的組成,鋁粒子的燒結及朝向半導體基板1的鋁擴散量有時會不足,從而無法充分地形成p+型擴散層。在此狀態下,有時無法在背面的半導體基板1與背面集電用電極5、背面輸出導出電極6之間充分地形成歐姆接觸,從而作為太陽電池
元件的發電性能下降。因此,較佳為,在以最適合於鋁電極用組成物的煅燒溫度(例如750℃~900℃)形成背面集電用電極5之後,賦予上述電極用組成物,在乾燥後,以相對較低的低溫(例如450℃~650℃)進行煅燒,從而形成受光面輸出導出電極4與受光面集電用電極8及背面輸出導出電極6。
無論是選擇哪種方法,煅燒後獲得的受光面集電用電極8及背面輸出導出電極6的膜厚例如均可設為3μm~50μm,較佳為5μm~30μm。再者,本發明中的層或積層體的膜厚,是對作為對象的層或積層體的5點的厚度進行測定,並作為其算術平均值而給出的值。層或積層體的膜厚是使用測微計(micrometer)來測定。
而且,上述太陽電池元件亦可如圖3的平面圖所示,採用不形成受光面輸出導出電極4的形態。圖3所示的太陽電池元件可與具有圖2及圖4所示的結構的太陽電池元件同樣地製造。其例如可考慮如下。
在本發明中,由於使用上述連接材料,因此如前所述連接配線構件的對象不需要對焊料的濡濕性。本發明中,藉由使用上述連接材料,可使形成在半導體基板1上的抗反射膜3與配線構件牢固地密接。而且,太陽電池元件的受光面上的受光面集電用電極8與配線構件的電性連接是藉由形成如下部分而達成,即:藉由連接材料的流動排除而受光面集電用電極8與配線構件直接接觸的部分;及在上述連接材料含有導電性粒子的情況下,受光面集電用電極8與配線構件藉由加熱壓接並經由導電性粒子而接
觸的部分。
(太陽電池的製造步驟)
使用以上述方式獲得的太陽電池元件,進而藉由上述積層步驟與加熱加壓處理步驟,可獲得包含太陽電池元件的太陽電池。
更具體而言,本發明的太陽電池具有導電層介隔在半導體基板與配線構件之間的結構,該導電層包括包含銅的金屬部、玻璃部及連接材料。上述導電層中,含有:包含上述金屬部及上述玻璃部的含銅電極與該含銅電極上的配線構件相接的結構;以及連接材料的一部分進入含銅電極的空隙部內的結構。藉由具有含銅電極與配線構件直接相接的結構,可使連接可靠性提高,藉由具有連接材料的一部分進入含銅電極的空隙部內的結構,從而含銅電極與配線構件的密接性提高。
繼而,參照圖5~圖7來說明本發明的太陽電池的具體例及其製造方法,本發明並不限定於此。而且,各圖中的構件的大小是概念性的,構件間的大小的相對關係並不限定於此。
如圖5~圖7所示,在受光面輸出導出電極4及背面輸出導出電極6上,依次設置連接材料10與配線構件9而獲得積層體(積層步驟),對所獲得的積層體進行加熱加壓處理(加熱壓接處理),藉此,將受光面輸出導出電極4與配線構件9予以壓接,並將背面輸出導出電極6與配線構件9予以壓接,從而形成太陽電池。當連接多個上述太陽電池時,多個上述太陽電池只要以分別經由配線構件9而連接的方式來排列即可,即:配線構件9的一端連
接於太陽電池元件的受光面輸出導出電極4,另一端連接於另一太陽電池元件的背面輸出導出電極6。再者,當製造太陽電池時,如圖3所示,亦可使用未形成受光面輸出導出電極4的太陽電池元件。
而且,當製造本發明的太陽電池時,作為使上述電極與配線構件加熱壓接的條件,可適用在該技術領域中通常所用的加熱加壓處理條件。
一般而言,作為加熱溫度,較佳為150℃以上且200℃以下,進而較佳為150℃以上且190℃以下。而且,壓接時的壓力較佳為0.1MPa以上且4.0MPa以下,進而較佳為0.5MPa以上且3.5MPa以下。加熱加壓的時間較佳為3秒以上且30秒以下,進而較佳為4秒以上且20秒以下。藉由在上述條件下進行加熱加壓處理,上述連接材料容易進入上述含銅電極的空隙,電極與配線構件的黏著力提高,而且,可效率良好地流動排除連接材料,藉此,電極與配線構件容易直接接觸,結果,可減小電極與配線構件的接觸電阻。作為加壓的方向,只要至少沿電極與配線構件的積層方向進行加壓而使電極與配線構件黏著,則為任何方向皆可。
作為加熱壓接裝置,只要是可賦予上述溫度與壓力的裝置,便可適當採用,例如,可較佳地使用具備壓接頭(head)的熱壓接機等,上述壓接頭具有加熱機構。此時,尤佳為可根據目標壓力與黏著面積來適當設定壓接頭的加壓力((目標壓力)×(黏著面積))的加熱壓接裝置。
[太陽電池的結構]
使用上述電極連接組而製造的太陽電池具備半導體基板、形成在半導體基板上的電極、及配置在電極上的配線構件,上述電極具有金屬部及玻璃部、與藉由電極形成時的煅燒而形成的相當於空隙部的部分。太陽電池具有在半導體基板上積層有導電層與配線構件的部分結構來作為配線連接部,上述導電層包含金屬部、玻璃部及連接材料。
藉由電極形成時的煅燒,以不規則且任意的形狀而產生含銅電極的空隙部,構成電極的金屬部的輪廓因空隙部的形成而呈不均勻的形狀。在此種電極與配線構件的加熱壓接時,上述連接材料自連接材料的賦予面即配線構件側侵入該空隙部。其結果,在上述配線連接部中的半導體基板與配線構件之間,形成有導電層,該導電層包含金屬部、玻璃部、及侵入至相當於上述空隙部的部分內的連接材料。在導電層中,連接材料侵入至上述空隙部內。
此種實施方式的太陽電池中,例如當觀察半導體基板、導電層及配線構件的積層方向上的剖面時,電極與連接材料的邊界線不規則地彎曲(參照圖8)。該呈不規則彎曲狀態的電極與連接材料的邊界線的存在,例如可使用與半導體基板、導電層及配線構件的積層方向平行的剖面(觀察剖面)來確認。
適用於確認導電層內部形狀的觀察剖面只要設定為矩形狀即可,該矩形狀是由沿著與半導體基板、導電層及配線構件
的積層方向平行的方向的兩邊、與沿著相對於半導體基板、導電層及配線構件的積層方向而垂直的方向的兩邊所圍成。在該觀察剖面上,將與半導體基板、導電層及配線構件的積層方向平行的方向的邊的長度設為「高度」,將相對於半導體基板、導電層及配線構件的積層方向而垂直的方向的長度設為「寬度」。在觀察剖面上,只要至少包含導電層、與夾著該導電層的配線構件及半導體基板各自的至少一部分即可。
該觀察剖面的大小視太陽電池的大小而不同,例如可將寬度設為100μm~500μm,將高度設為比導電層的厚度大的任意長度,例如設為50μm~500μm。而且,觀察剖面只要是配線連接部中的觀察剖面,則並無特別限制,較佳為,將太陽電池的端部、或者連接材料極少或極多的觀察剖面(例如,觀察剖面上的連接材料的面積相對於導電層的面積為2%以下或者98%以上)自確認對象中除外。
當使用此種觀察剖面時,配線連接部的含銅電極的形狀能以如下方式來確認。
可藉由如下情況來確認,即:在上述配線連接部的上述觀察剖面上,將電極與連接材料的邊界線的合計長度、及電極與配線構件的邊界線的合計長度加在一起的邊界線的總計長度長於該觀察剖面的寬度的長度L(圖8)。
而且,可藉由如下情況來確認,即:在上述配線連接部的上述觀察剖面上,沿與該觀察剖面的高度方向平行的方向,描
繪自配線構件與導電層的邊界線直至最初接觸的玻璃部或者金屬部為止的線段時,可獲得長度不同的多個線段(例如,於圖8中為線段D1與線段D2)。
而且,在上述配線連接部中,電極亦可具有與配線構件相接的部分(圖8、框C)。可認為,此種電極與配線構件相接的部分可藉由如下方式而獲得,即,藉由加熱加壓處理,連接材料自電極與配線構件之間被去除。在電極與配線構件直接接觸的部分,電極與配線構件成為良好的連接狀態,因此可將配線構件與電極設為電性連接狀態。
當存在電極與配線構件直接相接的部分時,較佳為,藉由對電極與連接材料或者配線構件的邊界線的合計長度、與觀察剖面的寬度方向的長度進行比較來確認電極的形狀。
再者,在本發明的太陽電池中,帶來電極與配線構件的良好的連接強度的、電極與樹脂部的邊界面的不規則的凹凸狀態亦可藉由電極的表面粗糙度來特定。
此時,電極表面的算術平均粗糙度Ra較佳為0.8以上且6.3以下。再者,上述算術平均粗糙度Ra可藉由利用JIS B 0601-2001中記載的方法來測定而獲得。具體而言,可藉由如下方式而獲得,即,使用表面形狀測定器(三豐股份有限公司(Mitutoyo Corporation),商品名:Formtracer SV-C3000等),對於形成在半導體基板上的電極的表面,在積層配線構件之前或者在去除積層的配線構件及樹脂部之後,直接測定算術平均粗糙度Ra。
[太陽電池模組]
本發明的太陽電池模組包括:太陽電池,使用上述電極連接組而獲得;以及密封材,使上述太陽電池中的上述配線構件的一部露出地密封上述太陽電池。
上述太陽電池模組例如包含如下所述者,即:視需要將多個上述太陽電池串聯及/或並聯連接,且為了環境耐受性而利用強化玻璃等予以包夾,並藉由具有透明性的樹脂來填埋間隙,且具備露出的配線構件作為外部端子。
作為太陽電池模組的製造方法,例如可較佳地使用一般的方法,該方法如圖9所示,依次設置玻璃板11、密封材12、具備配線構件9的太陽電池14、密封材12及後部片材13,且具備利用真空層壓機等來進行密封的密封步驟。作為層壓條件,是根據密封材的種類來決定,但較佳為以130℃~160℃保持3分鐘以上,進而較佳為以135℃~150℃保持3分鐘以上。
作為玻璃板11,可列舉附有太陽電池用凹洞(dimple)的白板強化玻璃等。作為密封材12,可列舉包含乙烯醋酸乙烯酯(EVA)的EVA片材。作為後部片材13,可列舉聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)系或者Tedlar-PET積層材料、金屬箔-PET積層材料等。
[實施例]
以下,藉由實施例來具體說明本發明,但本發明並不限定於該些實施方式。
<實施例1>
(a)電極用組成物的調製
藉由常規方法來調製含有7質量%的磷的含磷的銅合金,將該含磷的銅合金熔解並藉由水霧化法而粉末化之後,進行乾燥、分級。對分級的粉末進行混合(blend),進行脫氧及脫水處理,製作出含有7質量%的磷的含磷的銅合金粒子。再者,含磷的銅合金粒子的粒徑(D50%)為5.0μm,其形狀為大致球狀。
調製出包含二氧化矽(SiO2)3重量份、氧化鉛(PbO)60重量份、氧化硼(B2O3)18重量份、氧化鉍(Bi2O3)5重量份、氧化鋁(Al2O3)5重量份、氧化鋅(ZnO)9重量份的玻璃(以下,有時簡記為「G01」)。所獲得的玻璃G01的軟化溫度為420℃,結晶化開始溫度超過650℃。
使用所獲得的玻璃G01,獲得粒徑(D50%)為2.5μm的玻璃G01粒子。而且,其形狀為大致球狀。
再者,含磷的銅合金粒子及玻璃粒子的形狀是使用日立高新技術(股)製的TM-1000型掃描型電子顯微鏡來觀察而判定。含磷的銅合金粒子及玻璃粒子的粒徑是使用LS 13 320型雷射散射繞射法粒度分佈測定裝置(測定波長:630nm,貝克曼庫爾特股份有限公司(Beckman Coulter Inc.))而算出。玻璃的軟化溫度及結晶化開始溫度是使用島津製作所(股)製的DTG-60H型熱重-差熱同時測定裝置,藉由差熱分析(DTA)曲線而求出。
將以上述方式獲得的含磷的銅合金粒子33.3重量份、錫
粒子(Sn;粒徑(D50%)為5.0μm;純度99.9質量%)22.8重量份、鎳粒子(Ni;粒徑(D50%)為5.0μm:純度99.9質量%)22.2重量份、玻璃G01粒子7.8重量份、二乙二醇單丁醚(BC)11.7重量份、聚丙烯酸乙酯(EPA)2.2重量份予以混合,並使用自動研缽混煉裝置進行混合而膏化,調製出電極用組成物1。使用布氏HBT黏度計,以25℃的溫度及5.0rpm的轉速條件測定所獲得的電極用組成物1的黏度,結果為31Pa.s。
(b)連接材料的調製
將使丙烯酸丁酯(butyl acrylate)40重量份、丙烯酸乙酯(ethyl acrylate)30重量份、丙烯腈(acrylonitrile)30重量份及甲基丙烯酸縮水甘油酯(glycidyl methacrylate)3重量份共聚而成的丙烯酸橡膠(製品名:KS8200H,日立化成股份有限公司製,重量平均分子量:850,000)125g、與苯氧基樹脂(製品名:PKHC,聯合碳化物(Union Carbide)公司,重量平均分子量45,000)50g溶解於乙酸乙酯(ethyl acetate)400g中,獲得30質量%溶液。繼而,向該溶液中添加含有微膠囊型潛伏性硬化劑的液狀環氧樹脂(Novacure HX-3941HP,旭化成電子材料股份有限公司,環氧當量185)325g並進行攪拌,獲得黏著劑組成物。進而,向該黏著劑組成物中添加直徑10μm左右的鎳粒子(福田金屬箔粉工業股份有限公司)56g並進行攪拌。
使用敷料器(applicator)(吉光(YOSHIMITSU)公司製),將以上述方式獲得的黏著劑組成物塗佈於聚對苯二甲酸乙二
醇酯膜上,並在熱板(hot plate)上以70℃的溫度乾燥10分鐘,製作出作為連接材料的膜厚為25μm的連接材料1。再者,連接材料的膜厚是使用測微計(三豐公司(Mitsutoyo Corp)製,ID-C112)而測定。使用Rheometric公司製剪切黏彈測定裝置(ARES),以25℃、頻率10Hz的條件測定連接材料1的黏度,結果為9800Pa.s。
(c)太陽電池元件的製作
準備在上述(a)及(b)中獲得的電極用組成物1及連接材料1作為電極連接組。
而且,除了上述電極連接組以外,亦準備作為配線構件的太陽電池用焊料鍍敷方線(製品名:SSA-TPS L 0.2×1.5(10),在厚度0.2mm×寬度1.5mm的銅線上,在單面以10μm的厚度鍍敷有Sn-Ag-Cu系無鉛焊料的規格的方線,日立金屬股份有限公司)。
使用該些材料,以如下方式製作太陽電池元件。
首先,準備在受光面上形成有n+型擴散層、紋理及抗反射膜(氮化矽膜)且厚度190μm的p型矽基板,並切出2片125mm×125mm的大小。在該受光面上,使用網版印刷法,以成為圖2所示的電極圖案的方式印刷電極用組成物1。電極圖案包含150μm寬度的受光面集電用電極與1.5mm寬度的受光面輸出導出電極,適當調整印刷條件(網版的網眼(mesh)、印刷速度、印刷壓力),以使煅燒後的受光面集電用電極及受光面輸出導出電極各自的膜厚成為20μm。將其放入已加熱至150℃的烘箱(oven)中15分鐘,藉由蒸散來去除溶劑。
繼而,在與受光面為相反側的面(以下,亦稱作「背面」)上,與上述同樣地利用網版印刷,以成為圖4所示的電極圖案的方式,印刷作為電極用組成物的電極用組成物1與膏狀的鋁電極用組成物。
包含電極用組成物1的背面輸出導出電極的圖案由123mm×5mm構成,共計印刷兩處。再者,對於背面輸出導出電極,適當調整印刷條件(網版的網眼、印刷速度、印刷壓力),以使煅燒後的膜厚成為20μm。而且,將鋁電極用組成物印刷至背面輸出導出電極以外的整個面上,形成背面集電用電極圖案。而且,適當調整鋁電極用組成物的印刷條件,以使煅燒後的背面集電用電極的膜厚成為20μm。將其放入已加熱至150℃的烘箱中15分鐘,藉由蒸散來去除溶劑。
繼而,使用隧道爐(則武股份有限公司(Noritake Co.,Ltd.),單列搬送W/B隧道爐),在大氣環境下,以煅燒最高溫度800℃進行保持時間10秒的加熱處理(煅燒),製作出2片形成有所期望的電極的太陽電池元件1(剝離強度(peel strength)評價用的1片與發電性能評價用的1片)。
將連接材料1裁剪成太陽電池元件1的受光面輸出導出電極的寬度(1.5mm),將裁剪後的連接材料1分別配置於所準備的配線構件、與太陽電池元件1的受光面輸出導出電極及背面輸出導出電極之間。繼而,使用熱壓接機(裝置名:MB-200WH,日立化成股份有限公司),以180℃、2MPa、10秒的條件進行加
熱壓接,製作出2片具有上述電極與配線構件經由連接材料1而連接的結構的太陽電池1。
(d)太陽電池模組的製作
對於所獲得的太陽電池1中的1片(發電性能評價用的1片),使用強化玻璃(製品名:白板強化玻璃3KWE33,AGC公司製)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、後部片材,如圖9所示,依次積層玻璃(玻璃板11)/EVA(密封材12)/太陽電池1(太陽電池14)/EVA(密封材12)/後部片材(後部片材13),對於該積層體,使用真空層壓機(裝置名:LM-50×50,NPC股份有限公司(NPC,Inc)),使配線構件的一部分露出地以140℃的溫度進行5分鐘真空層壓,從而製作出太陽電池模組1。
(e)太陽電池的剖面形狀
使用RCO-961型金剛石切割器(Refinetech股份有限公司),相對於太陽電池元件1與配線構件的積層方向而平行地切斷所獲得的太陽電池1的連接有配線構件的部分(配線連接部)。使用SEM(日立高新技術股份有限公司,TM-1000型掃描型電子顯微鏡)來獲得所得剖面的SEM照片。
觀察剖面是將上述切斷方向的長度設為高度,與切斷方向平行的方向的長度設為寬度,而呈300μm×250μm的矩形狀,選擇配線連接部中的連接材料以面積比計並非2%以下或者98%以上的剖面來作為觀察剖面。
在觀察剖面上,使用Adobe illustrator CS6,測定連接材料與
金屬部或者玻璃部的邊界線的合計長度。放大至實際的剖面圖的約1萬倍來進行測定。利用「鉛筆工具」描繪出相當於上述邊界線的長度的線段,並藉由使用「對象工具」來測定長度。對於觀察剖面的寬度的長度,利用「直線工具」描繪出與觀察剖面的寬度為相同長度的直線,藉由使用「對象工具」來進行測定。對分別獲得的相當於邊界線的長度的線段、與相當於觀察剖面的寬度的線段的長度進行比較。
再者,電極用組成物1的組成如表1所示,太陽電池1及太陽電池模組1的結構如表2所示。以下同樣。
在表2中,在「適用的電極」一欄中記載的「○」表示使用作為對象的電極,「-」表示未使用作為對象的電極。其他欄中的「-」表示無相應項目。
<實施例2~實施例6>
在實施例1中,將含磷的銅合金粒子的磷含有率、粒徑(D50%)及其含量、含錫粒子的組成、粒徑(D50%)及其含量、含鎳粒子的組成、粒徑(D50%)及其含量、玻璃粒子的種類、粒徑(D50%)及其含量、溶劑的種類及其含量、樹脂的種類及其含量變更為表1所示,除此以外,與電極用組成物1同樣地分別調製出電極用組成物2~電極用組成物6。
再者,以包含氧化釩(V2O5)45重量份、氧化磷(P2O5)24.2重量份、氧化鋇(BaO)20.8重量份、氧化銻(Sb2O3)5重量份、氧化鎢(WO3)5重量份的方式調製出玻璃G02。該玻璃G02的軟
化溫度為492℃,結晶化開始溫度超過650℃。而且,表中的溶劑Ter表示萜品醇,樹脂EC表示乙基纖維素。
繼而,分別使用所獲得的電極用組成物2~電極用組成物6,並將煅燒條件(最高溫度及保持時間)變更為表2所示的條件,除此以外,與實施例1同樣地分別製作出太陽電池元件2~太陽電池元件6、太陽電池2~太陽電池6及太陽電池模組2~太陽電池模組6。
<實施例7>
在實施例1中,為了形成受光面集電用電極及受光面輸出導出用電極,適用了電極用組成物1,且為了形成背面輸出導出用電極,適用了下述所示的電極用組成物7,除此以外,與實施例1同樣地,分別製作太陽電池元件7、太陽電池7及太陽電池模組7。
將玻璃粒子的組成由玻璃G01變更為以下所示的玻璃G03,除此以外,與電極用組成物1同樣地調製出電極用組成物7。
再者,以包含二氧化矽(SiO2)13重量份、氧化硼(B2O3)58重量份、氧化鋅(ZnO)38重量份、氧化鋁(Al2O3)12重量份、氧化鋇(BaO)12重量份的方式調製出玻璃G03。所獲得的玻璃G03的軟化溫度為583℃,結晶化開始溫度超過650℃。
<實施例8>
在實施例7中,為了形成背面輸出導出用電極,適用了下述所示的電極用組成物8,除此以外,與實施例7同樣地,分別製作太陽電池元件8、太陽電池8及太陽電池模組8。
電極用組成物8是藉由如下方式而製作,即:將含磷的銅合金粒子(磷含有率為8質量%;粒徑(D50%)為5.0μm)40.9重量份、錫粒子(Sn;粒徑(D50%)為5.0μm)29.8重量份、Ni-6Cu-20Zn粒子(粒徑(D50%)為5.0μm)13.6重量份、玻璃G03粒子6.8重量份、二乙二醇單丁醚(BC)19.0重量份、聚丙烯酸乙酯(EPA)6.0重量份予以混合,並使用自動研缽混煉裝置進行混合而膏化。
<實施例9>
準備在受光面上形成有n+型擴散層、紋理及抗反射膜(氮化矽)且膜厚190μm的p型矽基板,並切出2片125mm×125mm的大小。隨後,在背面印刷鋁電極膏而形成背面集電用電極圖案。背面集電用電極圖案如圖4所示,印刷在背面輸出導出電極以外的整個面上。而且,適當調整鋁電極用組成物的印刷條件,以使煅燒後的背面集電用電極的膜厚成為30μm。將其放入已加熱至150℃的烘箱中15分鐘,藉由蒸散來去除溶劑。
繼而,使用隧道爐(則武股份有限公司,單列搬送W/B隧道爐),在大氣環境下,以煅燒最高溫度800℃進行保持時間10秒的加熱處理(煅燒),形成背面的集電用電極及p+型擴散層。
隨後,以成為圖2及圖4所示的受光面集電用電極、受光面輸出導出電極及背面輸出導出電極的圖案的方式,印刷以上述方式獲得的電極用組成物1。電極圖案包含寬度150μm的受光面集電用電極與寬度1.5mm的受光面輸出導出電極,適當調整印
刷條件(網版的網眼、印刷速度、印刷壓力),以使煅燒後的膜厚分別成為20μm。背面輸出導出電極的圖案構成為123mm×5mm,共計印刷兩處。適當調整印刷條件(網版的網眼、印刷速度、印刷壓力),以使煅燒後的膜厚成為20μm。將其放入已加熱至150℃的烘箱中,藉由蒸散來去除溶劑。
繼而,使用隧道爐(則武股份有限公司,單列搬送W/B隧道爐),在大氣環境下,以煅燒最高溫度650℃進行保持時間15秒的加熱處理(煅燒),製作出2片形成有所期望的電極的太陽電池元件9。隨後,與實施例1同樣地,製作出太陽電池9及太陽電池模組9。
<實施例10>
在實施例9中,如表1所示,將用於形成受光面集電用電極、受光面輸出導出電極及背面輸出導出電極的電極用組成物變更為電極用組成物9,除此以外,與實施例9同樣地,製作出2片太陽電池元件10。隨後,與實施例9同樣地,製作出太陽電池10及太陽電池模組10。
<實施例11>
在實施例1中,作為配線構件,使用太陽電池用焊料鍍敷方線(製品名:SSA-TPS 0.2×1.5(40),在厚度0.2mm×寬度1.5mm的銅線上,在單面以40μm的厚度鍍敷有Sn-Ag-Cu系無鉛焊料的規格的方線,日立金屬(股)製),除此以外,與實施例1同樣地,製作出太陽電池11及太陽電池模組11。
<實施例12>
在實施例1中,將加熱壓接條件變更為170℃、2MPa、20秒,除此以外,與實施例1同樣地,製作出太陽電池12及太陽電池模組12。
<實施例13>
在實施例1中,將加熱壓接條件變更為190℃、1.5MPa、10秒,除此以外,與實施例1同樣地製作出太陽電池13及太陽電池模組13。
<實施例14>
在實施例1中,將連接材料由連接材料1變更為連接材料2,除此以外,與實施例1同樣地製作出太陽電池14及太陽電池模組14。再者,連接材料2不含Ni粒子作為導電性粒子,除此以外,與連接材料1同樣地製作。與連接材料1同樣地測定連接材料2的黏度,結果為9500Pa.s。
<實施例15>
在實施例1中,不形成受光面輸出導出電極,而適用如圖3所示的受光面電極圖案,除此以外,與實施例1同樣地製作出太陽電池15及太陽電池模組15。
<實施例16>
在實施例14中,不形成受光面輸出導出電極,而適用如圖3所示的受光面電極圖案,除此以外,與實施例14同樣地製作出太陽電池16及太陽電池模組16。
<實施例17>
在實施例1中,將含磷的銅合金粒子的磷含有率、粒徑(D50%)及其含量、含錫粒子的組成、粒徑(D50%)及其含量、含鎳粒子的組成、粒徑(D50%)及其含量、溶劑的種類及其含量、樹脂的種類及其含量變更為表1所示,除此以外,與電極用組成物1同樣地調製出電極用組成物10。除了使用電極組成物10以外,與實施例1同樣地製作出3片太陽電池元件17。隨後,與實施例1同樣地製作出太陽電池17及太陽電池模組17。
再者,以包含氧化硼12.8重量份、二氧化矽8.7重量份、氧化鉍78.5重量份的方式調製出玻璃G04。該玻璃G04的軟化溫度為451℃,結晶化開始溫度超過650℃。
<比較例1>
在實施例1中的太陽電池的製作中,對於受光面輸出導出電極及背面輸出導出電極與配線構件的連接使用焊料熔融,除此以外,與實施例1同樣地製作出太陽電池C1及太陽電池模組C1。具體而言,對太陽電池元件1的電極表面賦予助熔劑(製品名:DELTALUX,千住金屬工業股份有限公司),在該助熔劑上使Sn-Ag-Cu系無鉛焊料以240℃的溫度而熔融,並設置配線構件而使其連接。
<比較例2>
在實施例1中的電極用組成物的調製中,不使用含磷的銅合金粒子、含錫粒子及含鎳粒子,而如表1所示,調製出使用銀粒
子的電極用組成物C2。除了使用電極用組成物C2以外,與實施例1同樣地製作出太陽電池元件C2、太陽電池C2及太陽電池模組C2。
<比較例3>
在實施例1中的太陽電池的製作中,對於受光面輸出導出電極及背面輸出導出電極與配線構件的連接使用以下的導電性膏,除此以外,與實施例1同樣地製作出太陽電池C3及太陽電池模組C3。
具體而言,將銀粒子(Ag;粒徑(D50%)為3.0μm;純度99.8質量%)78.0重量份、聚乙烯二氧噻吩(polyethylene dioxy thiophene)3.5重量份、環氧樹脂1.2重量份、N-甲基-2-吡咯啶酮(N-methyl-2-pyrrolidone,NMP)17.3重量份予以混合,並使用自動研缽混煉裝置來進行混合而膏化,以調製出導電性膏。繼而,將上述導電性膏賦予至太陽電池元件的電極表面,在該導電性膏上設置配線構件(SSA-TPS L 0.2×1.5(10)),將其以150℃的溫度加熱15分鐘而使導電性膏硬化,以連接太陽電池元件電極與配線構件。
<比較例4>
在實施例1中,不使用玻璃粒子,將含磷的銅合金粒子的磷含有率、粒徑(D50%)及其含量、含錫粒子的組成、粒徑(D50%)及其含量、含鎳粒子的組成、粒徑(D50%)及其含量、溶劑的種類及其含量、樹脂的種類及其含量變更為表1所示,除此以外,
與實施例1同樣地調製出電極用組成物C1。
繼而,使用所獲得的電極用組成物C1,與實施例1同樣地分別製作太陽電池元件C4、太陽電池C4及太陽電池模組C4。
<比較例5>
在實施例1中,不使用含錫粒子,將含磷的銅合金粒子的磷含有率、粒徑(D50%)及其含量、含鎳粒子的組成、粒徑(D50%)及其含量、玻璃粒子的種類、粒徑(D50%)及其含量、溶劑的種類及其含量、樹脂的種類及其含量變更為表1所示,除此以外,與實施例1同樣地調製出電極用組成物C3。
繼而,使用所獲得的電極用組成物C3,與實施例1同樣地分別製作太陽電池元件C5、太陽電池C5及太陽電池模組C5。
在表1中,「份」表示「重量份」。
<評價>
(剝離強度)
對於所製作的太陽電池中的1片,測定連接於受光面輸出導出電極及背面輸出導出電極的配線構件的剝離強度。再者,對於配線構件的剝離強度,是使用桌上剝離測試機(裝置名:EZ-S,島津製作所製),測定配線構件的90°剝離黏著強度。而且,測定是遵照JIS K 6854-1、黏著劑-剝離黏著強度測試方法而進行,將配線構件的拉伸速度設為50mm/min,將配線構件的拉伸距離設為100mm。對於各測試,繪製(plot)配線構件拉伸距離-測試力曲線,將拉伸距離為10mm、20mm、30mm、40mm及50mm處的測試力的平均值作為剝離黏著強度。將所得的值換算成設比較例1(太陽電池C1)的測定值為100.0時的相對值並示於表3。
(發電性能)
而且,對於所製作的太陽電池中的另一片,如上述所示製作太陽電池模組,對其發電性能進行評價。評價是將模擬太陽光(裝置名:WXS-155S-10,和冠(Wacom Electric)公司製)、電壓-電流(I-V)評價測定器(裝置名:I-V CURVE TRACER(I-V曲線描繪器)MP-160,EKO儀器(EKO INSTRUMENT)公司製)的測定裝置組合起來進行。表示作為太陽電池的發電性能的Jsc(短路電流)、Voc(開路電壓)、FF(填充因子(fill factor)),Eff(轉換效率)是分別遵照JIS-C-8913及JIS-C-8914進行測定所得。將所得的各測定值換算成設比較例1(太陽電池模組C1)的測定值
為100.0時的相對值並示於表3。
實施例1~實施例17中製作的太陽電池的配線構件的剝離強度與比較例1的測定值相比,呈現出較高的值。考慮這是因為,連接材料效率良好地進入本發明中形成的含銅電極的空隙部內,藉由增黏效果,力學黏著強度提高。另一方面,對於比較例2可知,配線構件的剝離強度低於比較例1的測定值。考慮這
是因為,所形成的電極幾乎不含空隙部,未能獲得由黏著劑帶來的充分的增黏效果。
而且,對於比較例3,配線構件的剝離強度亦低於比較例1的測定值。考慮這是因為,電極與配線構件間是以導電性膏而連接,而導電性膏中的導電性粒子的燒結不充分,因此未能確保機械強度。而且可認為,基於同樣的理由,由於較多地含有導電性粒子間的接觸電阻成分,因此配線連接部的電阻率亦增加,結果引起發電性能的下降。
而且,實施例1~實施例17中製作的太陽電池模組的發電性能與比較例1的測定值相比為大致等同。尤其是太陽電池模組15及太陽電池模組16,儘管未形成受光面輸出導出電極,但仍表現出高發電性能。由此可認為,黏著劑藉由加熱壓接而被流動排除,配線構件不僅具有與受光面及背面輸出導出電極直接接觸的部分,亦具有與受光面集電用電極直接接觸的部分,因而獲得高導電性。
而且,在實施例1中製作的太陽電池的配線連接部的作為與積層方向平行的剖面的觀察剖面上,在矽基板上,不規則地配置有不均勻的形狀的電極,連接材料與電極的邊界線對應於呈不均勻形狀的電極的輪廓而沿觀察剖面的寬度方向不規則地彎曲。該邊界線的合計長度比觀察剖面的寬度的長度長。實施例2~實施例17亦同樣。
再者,在比較例4及比較例5中,配線構件的剝離強度
及太陽電池模組的發電性能均低於實施例1的測定值。由此可知,無論對於哪種特性,作為電極用組成物而言,均需要含錫粒子及玻璃粒子。
1‧‧‧半導體基板
4‧‧‧受光面輸出導出電極
9‧‧‧配線構件
10‧‧‧連接材料
C‧‧‧框
D1、D2‧‧‧線段
L‧‧‧觀察剖面的寬度的長度
Claims (8)
- 一種電極連接組,其包括:電極用組成物,含有含磷的銅合金粒子、含錫粒子、玻璃粒子及分散劑;以及連接材料,含有黏著劑。
- 如申請專利範圍第1項所述的電極連接組,其中上述電極用組成物更含有鎳粒子。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電極連接組,其中上述連接材料更含有硬化劑及膜形成材。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的電極連接組,其中上述連接材料更含有導電性粒子。
- 一種太陽電池的製造方法,其使用如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的電極連接組來製造太陽電池,上述太陽電池的製造方法包括:將上述電極用組成物賦予至具有pn接面的半導體基板上的步驟;對賦予有上述電極用組成物的上述半導體基板進行熱處理,以形成含銅電極的步驟;在上述含銅電極上,依次積層上述連接材料及配線構件,獲得積層體的步驟;以及對上述積層體進行加熱加壓處理的步驟。
- 如申請專利範圍第5項所述的太陽電池的製造方法,其中以450℃~900℃進行上述熱處理。
- 一種太陽電池,藉由如申請專利範圍第5項或第6項所述的製造方法而獲得。
- 一種太陽電池模組,包括:藉由如申請專利範圍第5項或第6項所述的製造方法而獲得的太陽電池;以及密封材,使上述太陽電池中的上述配線構件的一部分露出地密封上述太陽電池。
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2013
- 2013-12-19 TW TW102147198A patent/TW201526270A/zh unknown
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