TW202345171A - TOPCon型太陽電池電極用導電性鋁糊組成物、及積層有其燒成物即背面電極的TOPCon型太陽電池 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種導電性鋁糊組成物，其在TOPCon型太陽電池之背面電極之形成當中，糊本身具有鈍化膜之燒穿性而不必形成LCO，且還不會與n型矽基板形成合金層而能獲得良好歐姆接觸。具體來說，本發明提供一種TOPCon型太陽電池電極用導電性鋁糊組成物，其特徵在於：其為含有鋁-矽合金粉末、有機載體、及玻璃粉末之導電性鋁糊組成物，並且(1)前述鋁-矽合金粉末之矽濃度在30質量%以上且40質量%以下；(2)前述玻璃粉末含有第一玻璃粉末與第二玻璃粉末；前述第一玻璃粉末以氧化物莫耳%計含有：45%以上且71%以下之PbO、5%以上且35%以下之B
2O
3、及0.1%以上且25.0%以下之SiO
2，且前述B
2O
3之含量設為x莫耳%、前述SiO
2之含量設為y莫耳%、前述PbO之含量設為z莫耳%時，[(x+y)/z]之值在0.40以上且1.00以下之範圍；前述第二玻璃粉末以氧化物莫耳%計含有：35.0%以上且55.0%以下之B
2O
3、5.0%以上且10.0%以下之SiO
2、1.0%以上且20.0%以下之BaO、5.0%以上且25.0%以下之CaO、及3.0%以上且30.0%以下之K
2O，且實質上不含PbO。
Description
發明領域
本發明是有關於一種TOPCon型太陽電池電極用導電性鋁糊組成物、及積層有其燒成物即背面電極的TOPCon型太陽電池。
發明背景
以往，作為提升太陽電池之效率、信賴性等的技術之一，已研究出採用TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact)構造之太陽電池元件。以下，在本說明書中，將採用該構造之太陽電池稱為「TOPCon型太陽電池」。
以TOPCon構造來說，為了減少作為基礎基板之n型矽基板與使用了銀、鋁等之背面電極之間的復合損失，會在基礎基板與背面電極之間形成穿隧氧化物層、半導體層(微晶n
+矽層)、及鈍化膜，該穿隧氧化物層由氧化矽構成且其薄薄的而為數nm左右，該半導體層摻雜了高濃度磷、硼等，鈍化膜由Si
3N
4、Al
2O
3等構成。此構造之特徵在於藉由氧化物層產生穿隧效應，能抑制n型矽基板與微晶n
+矽層之界面的載子損失。
TOPCon型太陽電池當中，當使用銀糊形成背面電極時，藉由在鈍化膜塗布銀糊後進行熱處理，會燒穿而導致鈍化膜被部分貫穿而能形成背面電極。相對於此，當使用鋁糊形成背面電極時，因為無法燒穿鈍化膜，故會在與n型矽基板之接觸部分預先以雷射處理等形成使n型矽基板露出之開口部(LCO：Laser contact opening)，塗布鋁糊以使其與開口部重疊，之後進行熱處理，藉此形成背面電極(專利文獻1)。專利文獻1當中，已有研討關於使用含有鋁-矽合金粒子、有機載體、及玻璃粉末之導電性鋁糊組成物。
TOPCon型太陽電池之外，針對不形成LCO就能形成背面電極之具有燒穿性的鋁糊而言，已知有一種適用於p型矽基板且含有鋁粉末、鉛玻璃粉末、及有機載體之用於背面電極之糊(專利文獻2)；另外，作為無鉛態樣，已知有一種含有鋁粉末、無鉛玻璃粉末、及有機載體之用於背面電極之糊(專利文獻3)。
先行技術文獻
專利文獻
[專利文獻1]日本特開2021-2460號公報
[專利文獻2]日本特開2019-127404號公報
[專利文獻3]日本特開2020-198380號公報
發明概要
發明欲解決之課題
然而，在TOPCon型太陽電池當中，使用鋁糊來形成背面電極時，因為必須形成LCO(開口部)，並塗布(印刷)成使鋁糊與LCO重疊，故需要高度的對齊技術，而且相較於使用銀糊，在必須形成LCO這點上難以達成降低成本的需求。另一方面，若是沒有形成LCO而僅使用如專利文獻1之鋁糊時，如前所述，在將鋁糊之塗膜燒成時無法燒穿(貫穿)鈍化膜，故無法到達微晶n
+矽層，因此電池單元的轉換效率會大幅降低。
又，若將如專利文獻2、3般適用於p型矽基板的鋁糊使用於TOPCon型太陽電池時，即使能燒穿，但n型矽基板與鋁之反應會產生合金層(鋁-矽合金層)，導致所形成之p
+層與微晶n
+矽層發生分流，仍使得電池單元的轉換效率大幅降低。
因此，本發明之目的在於提供一種導電性鋁糊組成物，其在TOPCon型太陽電池之背面電極之形成當中，糊本身具有鈍化膜之燒穿性而不必形成LCO，且還不會與n型矽基板形成合金層而能獲得良好歐姆接觸。此外，本發明之目的亦在於提供一種積層有其燒成物即背面電極的TOPCon型太陽電池。
用以解決課題之手段
本發明人等為達成上述目的而進行深入研究，結果發現藉由使用含有特定組成的鋁-矽合金粉末及玻璃粉末之導電性鋁糊組成物就能達成上述目的，進而完成本發明。
亦即，本發明係有關於下記之TOPCon型太陽電池電極用導電性鋁糊組成物、及使用其之TOPCon型太陽電池。
1.一種TOPCon型太陽電池電極用導電性鋁糊組成物，其特徵在於：
其為含有鋁-矽合金粉末、有機載體、及玻璃粉末之導電性鋁糊組成物，並且
(1)前述鋁-矽合金粉末之矽濃度在30質量%以上且40質量%以下；及
(2)前述玻璃粉末含有第一玻璃粉末與第二玻璃粉末；
前述第一玻璃粉末以氧化物莫耳%計含有：45%以上且71%以下之PbO、5%以上且35%以下之B
2O
3、及0.1%以上且25.0%以下之SiO
2，且前述B
2O
3之含量設為x莫耳%、前述SiO
2之含量設為y莫耳%、前述PbO之含量設為z莫耳%時，[(x+y)/z]之值在0.40以上且1.00以下之範圍；
前述第二玻璃粉末以氧化物莫耳%計含有：35.0%以上且55.0%以下之B
2O
3、5.0%以上且10.0%以下之SiO
2、1.0%以上且20.0%以下之BaO、5.0%以上且25.0%以下之CaO、及3.0%以上且30.0%以下之K
2O，且實質上不含PbO。
2.如前述項1之導電性鋁糊組成物，其中前述第一玻璃粉末以氧化物莫耳%計含有：合計1%以上且10%以下之Al
2O
3及/或ZnO。
3.如前述項1或2之導電性鋁糊組成物，其中前述第二玻璃粉末以氧化物莫耳%計含有：1.0%以上且10.0%以下之SrO。
4.一種TOPCon型太陽電池，其係在矽半導體基板積層有背面電極，該背面電極是如前述項1~3中任一項之導電性鋁糊組成物的燒成物。
發明效果
本發明之導電性鋁糊組成物因為含有特定組成之鋁-矽合金粉末及玻璃粉末，藉此在TOPCon型太陽電池之背面電極之形成當中，糊本身具有鈍化膜之燒穿性而不必形成LCO，且還不會與n型矽基板形成合金層而能獲得良好歐姆接觸。此外，不會與n型矽基板形成合金層意指：微晶n
+矽層沒有發生侵蝕；能獲得良好歐姆接觸意指：作為高轉換效率指標之接觸阻抗在10mΩ・cm
2以下。
用以實施發明之形態
以下將詳細說明本發明之TOPCon型太陽電池電極用導電性鋁糊組成物及使用其之TOPCon型太陽電池。此外，在本說明書中，「~」所示之數值範圍若無特別聲明，則是表示「以上、以下」。亦即，「A~B」表示A以上且B以下之範圍。
1.TOPCon型太陽電池
本發明之導電性鋁糊組成物是用於TOPCon型太陽電池電極，然而只要是導電性鋁糊組成物含有鋁-矽合金粉末、有機載體、及玻璃粉末，特別是鋁-矽合金粉末及玻璃粉末具有既定的特定組成，其他要件可使用周知TOPCon型太陽電池之要件。
圖1是截面示意圖，展示TOPCon型太陽電池之構造的一例。圖1所示之TOPCon型太陽電池在基礎基板之n型矽半導體基板1之受光面側形成有p型雜質層2，且n型矽半導體基板1之背面側具備背面電極6，而n型矽半導體基板1與背面電極6之間具備極薄的氧化物層3、以及高濃度地摻雜了摻雜劑之微晶n
+矽層4。詳細來說，n型矽半導體基板1與背面電極6之間，在n型矽半導體基板1之側具備氧化層3，而在背面電極6之側具備微晶n
+矽層4。因具有此構造，TOPCon型太陽電池藉由氧化物層3產生穿隧效應而能夠抑制n型矽半導體基板1(n
-矽層)與微晶n
+矽層4(n
+矽層)界面的載子損失。
作為氧化物層3，可使用例如氧化矽。氧化物層3之厚度並無限定，可設為例如1~10nm，較佳為設為3~8nm。因為氧化物3之厚度為1~10nm，容易引發前述穿隧效應，載子容易移動至太陽電池的背面側，能使轉換效率增大。又，若氧化物3之厚度為1~10nm，也易於抑制n
-矽層與n
+矽層之界面的載子損失，故不易發生轉換效率降低。
作為n型矽半導體基板1，可廣泛地利用例如使用於半導體用途或太陽電池用途之矽半導體基板。
本發明之TOPCon型太陽電池在微晶n
+矽層4與背面電極6之間具備鈍化膜5。本發明之導電性鋁糊組成物具有鈍化膜5燒穿性，故在形成背面電極6當中不需要在鈍化膜5形成LCO(開口部)。n型矽半導體基板1的與背面電極6呈相反側之面隔著p型雜質層形成有指狀電極(圖1中未展示)。指狀電極是由例如銀或鋁所形成。
背面電極6是由本發明之導電性鋁糊組成物所形成。詳細將於後敘述，本發明之導電性鋁糊組成物因為含有特定組成的鋁-矽合金粉末及玻璃粉末，在TOPCon型太陽電池之背面電極6之形成當中，糊本身具有鈍化膜5之燒穿性而不必形成LCO，且還不會與n型矽基板1形成合金層而能獲得良好歐姆接觸。又，因為是導電性鋁糊組成物，能採用網版印刷法等周知之印刷法這點使得背面電極6之燒成前塗膜能夠簡便地形成。
2.導電性鋁糊組成物
本發明之導電性鋁糊組成物是用於TOPCon型太陽電池，詳細地說，是使用於形成背面電極。該糊組成物之特徵在於：其含有鋁-矽合金粉末、有機載體、及玻璃粉末，並且
(1)前述鋁-矽合金粉末之矽濃度在30質量%以上且40質量%以下；及
(2)前述玻璃粉末含有第一玻璃粉末與第二玻璃粉末；
前述第一玻璃粉末以氧化物莫耳%計含有：45%以上且71%以下之PbO、5%以上且35%以下之B
2O
3、及0.1%以上且25.0%以下之SiO
2，且前述B
2O
3之含量設為x莫耳%、前述SiO
2之含量設為y莫耳%、前述PbO之含量設為z莫耳%時，[(x+y)/z]之值在0.40以上且1.00以下之範圍；
前述第二玻璃粉末以氧化物莫耳%計含有：35.0%以上且55.0%以下之B
2O
3、5.0%以上且10.0%以下之SiO
2、1.0%以上且20.0%以下之BaO、5.0%以上且25.0%以下之CaO、及3.0%以上且30.0%以下之K
2O，且實質上不含PbO。
依據具有上述特徵之本發明之導電性鋁糊組成物，在TOPCon型太陽電池之背面電極之形成當中，糊本身具有鈍化膜之燒穿性而不必形成LCO，且還不會與n型矽基板形成合金層而能獲得良好歐姆接觸。此外，不會與n型矽基板形成合金層意指：微晶n
+矽層沒有發生侵蝕；能獲得良好歐姆接觸意指：作為高轉換效率指標之接觸阻抗在10mΩ・cm
2以下。
以下，將詳細敘述本發明之導電性鋁糊組成物之各成分。
＜鋁-矽合金粉末＞
導電性鋁糊組成物當中，鋁-矽合金粉末是發揮導電性效果之成分。本發明之導電性鋁糊組成物當中，作為鋁-矽合金粉末，是使用矽濃度為30質量%以上且40質量%以下(較佳為35質量%以上且40質量%以下)之物。本發明中，藉由使用鋁-矽合金粉末作為導電性成分，與銀相比不會發生電極材料遷移而能降低短路的風險。
因為矽濃度為30質量%以上且40質量%以下，在燒成步驟中，導電性鋁糊組成物更難與微晶n
+矽層熔融，因此導電性鋁糊組成物與微晶n
+矽層更難形成鋁-矽合金層。結果是會抑制起因於載子損失的轉換效率低落。矽濃度若低於30質量%，會形成p
+層而有引發轉換效率低落之虞。矽濃度若超過40質量%則阻抗變高且有更難製造鋁-矽合金粉末之虞。因此，本發明使用矽濃度為30質量%以上且40質量%以下之物。
鋁-矽合金粉末之粒子大小並無特別限定。例如，鋁-矽合金粉末(粒子)之體積平均粒徑D50可設為1~10μm。其中，體積平均粒徑D50較佳為5~8μm。此外，本說明書中鋁-矽合金粉末之體積平均粒徑D50是以雷射繞射法所測定之值。
又，鋁-矽合金粉末亦可含有鍶作為第3成分。亦即，作為含有鍶之導電性粉末，除了鋁-矽-鍶(Al-Si-Sr)合金粉末之外，亦可併用鋁-矽合金粉末及鋁-矽-鍶合金粉末。
含有鍶之導電性粉末中所含的鍶之量並無特別限定，可設為0.01~1質量%。藉由在導電性粉末添加鍶，若矽濃度高則燒成中的液相組成量會增加，具有促進燒結且降低表面阻抗之效果。
＜有機載體＞
本發明之導電性鋁糊組成物當中，有機載體之種類並無特別限定，例如，可廣泛利用使用於形成太陽電池之背面電極的周知有機載體。作為有機載體，可舉溶劑中溶解有樹脂之材料。又，有機載體可不含溶劑而使用樹脂本身。
溶劑種類並非限定，可舉例如二乙二醇單丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、二丙二醇單甲醚等。有機載體所含的溶劑可為1種或2種以上。
作為樹脂，可舉例如周知之各種樹脂，具體而言，可舉乙基纖維素樹脂、硝化纖維素樹脂、聚乙烯醇縮丁醛樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、脲樹脂、二甲苯樹脂、醇酸樹脂、不飽和聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚醯胺樹脂、呋喃樹脂、聚氨基甲酸酯樹脂、異氰酸酯化合物、氰酸酯化合物、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚苯乙烯樹脂、ABS樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、聚氯乙烯樹脂、聚偏二氯乙烯樹脂、聚醋酸乙烯酯樹脂、聚乙烯醇樹脂、聚縮醛樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚對酞酸乙二酯樹脂、聚對酞酸丁二酯樹脂、聚伸苯醚樹脂、聚碸樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醚碸樹脂、芳香族聚酯樹脂、聚醚醚酮樹脂、聚四氟乙烯樹脂、矽樹脂等。有機載體所含的樹脂可為1種或2種以上。
有機載體亦可因應需要而含有各種添加劑。作為添加劑，可舉例如抗氧化劑、腐蝕抑制劑、消泡劑、增黏劑、分散劑、賦黏劑、耦合劑、靜電賦予劑、聚合抑制劑、搖變劑、防沉澱劑等。具體而言，可舉聚乙二醇酯化合物、聚乙二醇醚化合物、聚氧乙烯山梨醇酯化合物、山梨醇烷基酯化合物、脂肪族多價羧酸化合物、磷酸酯化合物、聚酯酸之醯胺基胺鹽、氧化聚乙烯系化合物、脂肪酸醯胺蠟、硬脂酸之鹼土金屬鹽等。
有機載體所含的樹脂、溶劑及各種添加劑的比例可任意調整，例如可調整成與周知有機載體相同的成分比。
有機載體之含量並無特別限定，例如，從具有良好塗布性(印刷性)之觀點來看，相對於前述鋁-矽合金粉末100質量份，較佳為10質量份以上且500質量份以下，更佳為20質量份以上且45質量份以下。
＜玻璃粉末＞
本發明之導電性鋁糊組成物所含的玻璃粉末是玻璃質的熔塊(粉末)。特別是本發明中，特徵在於採用下述特定組成之玻璃粉末：
玻璃粉末含有第一玻璃粉末(含鉛玻璃)及第二玻璃粉末(實質上不含鉛的硼矽酸玻璃)，並且
前述第一玻璃粉末以氧化物莫耳%計含有：45%以上且71%以下之PbO、5%以上且35%以下之B
2O
3、及0.1%以上且25.0%以下之SiO
2，且前述B
2O
3之含量設為x莫耳%、前述SiO
2之含量設為y莫耳%、前述PbO之含量設為z莫耳%時，[(x+y)/z]之值在0.40以上且1.00以下之範圍；
前述第二玻璃粉末以氧化物莫耳%計含有：35.0%以上且55.0%以下之B
2O
3、5.0%以上且10.0%以下之SiO
2、1.0%以上且20.0%以下之BaO、5.0%以上且25.0%以下之CaO、及3.0%以上且30.0%以下之K
2O，且實質上不含PbO。
本發明中，藉由將第一玻璃粉末與第二玻璃粉末這兩種類進行組合，使得鈍化膜之燒穿性優異，且不會與n型矽半導體基板形成合金層(鋁-矽合金層)(亦即，燒成過程中對於微晶n
+矽層之侵蝕受到抑制)，可獲得良好的歐姆接觸。結果，就能提高太陽電池的電池單元之轉換效率。
第一玻璃粉末是含鉛玻璃，以氧化物莫耳%計含有：45%以上且71%以下之PbO、5%以上且35%以下之B
2O
3、及0.1%以上且25.0%以下之SiO
2，且前述B
2O
3之含量設為x莫耳%、前述SiO
2之含量設為y莫耳%、前述PbO之含量設為z莫耳%時，[(x+y)/z]之值在0.40以上且1.00以下之範圍。
第一玻璃粉末可將PbO含量設定為50%以上且71%以下、或設定為60%以上且71%以上。B
2O
3之含量可設定為10%以上且32%以下、或設定為20%以上且32%以下。SiO
2之含量可設定為1.0%以上且23.0%以下、或設定為8.0%以上且23.0%以下。又，[(x+y)/z]之值可設定為0.40以上且0.90以下、或設定為0.43以上且0.86以下。
第一玻璃粉末亦可以氧化物莫耳%計含有：合計1%以上且10%以下之Al
2O
3及/或ZnO。藉由含有該等成分，可提升第一玻璃粉末之耐候性且使糊之黏度安定化。Al
2O
3之含量可設定為例如1%以上且7%以下。又，ZnO之含量可設定為例如2%以上且5%以下、或是3%以上且4%以下。
第二玻璃粉末為實質上不含鉛之硼矽酸玻璃，以氧化物莫耳%計含有：35.0%以上且55.0%以下之B
2O
3、5.0%以上且10.0%以下之SiO
2、1.0%以上且20.0%以下之BaO、5.0%以上且25.0%以下之CaO、及3.0%以上且30.0%以下之K
2O，且實質上不含PbO。
第二玻璃粉末可將B
2O
3之含量設定為40.0%以上且53.0%以下、或設定為41.2%以上且45.5%以下。SiO
2之含量可設定為6.5%以上且9.0%以下、或設定為6.9%以上且7.6%以下。BaO之含量可設定為10.0%以上且20.0%以下、或設定為15.1%以上且18.4%以下。CaO之含量可設定為6.0%以上且20.0%以下、或設定為6.4%以上且19.0%以下。又，K
2O之含量可設定為10.0%以上且30.0%以下、或設定為11.4%以上且20.1%以下。此外，第二玻璃粉末實質上不含鉛成分(PbO)，這是指：經過成分分析之鉛成分小於檢測界限，或者是含量可視為無法避免之雜質。
第二玻璃粉末亦可以氧化物莫耳%計含有：1.0%以上且10.0%以下之SrO。SrO之含量可設定為3.0%以上且6.0%以下。藉由含有SrO，可提升第二玻璃粉末之耐候性且使糊之黏度安定化。又，第二玻璃粉末亦可以氧化物莫耳%計含有：0.0%(包含實質上不含之態樣)以上且25.0%以下之ZnO。ZnO之含量可設定為1.0%以上且25.0%以下、或設定為5.0%以上且25.0%以下。第二玻璃粉末藉由含有上述範圍之ZnO，可提升玻璃之耐候性且使糊之黏度安定化。
玻璃粉末之含量並無特別限定，例如，從對於n型矽半導體基板之密合性與背面電極之電阻抗的平衡之觀點來看，相對於前述鋁-矽合金粉末100質量份，第一玻璃粉末與第二玻璃粉末之合計較佳為0.5質量份以上且40質量份以下，更佳為4質量份以上且15質量份以下。又，作為第一玻璃粉末與第二玻璃粉末之混合比率，較佳為第二玻璃粉：第二玻璃粉末(質量比)=1：3~3：1之範圍內。此外，各玻璃粉末之軟化點較佳為650℃以下，而構成各玻璃粉末之玻璃粒子的體積平均粒徑D50較佳為1~3μm。
本發明之導電性鋁糊組成物作為開頭說明的TOPCon型太陽電池之背面電極用糊組成物實屬有用。本發明除了導電性鋁糊組成物之發明以外，還包含TOPCon型太陽電池之發明，其特徵在於積層有背面電極，該背面電極是導電性鋁糊組成物之燒成物。
在導電性鋁糊組成物之塗膜進行燒成時的燒成溫度，只要能形成所欲之背面電極則無限定，然而燒成溫度較佳為700℃以上。藉此，能抑制導電性鋁糊組成物與微晶n
+矽層產生合金層(鋁-矽合金層)而容易形成所欲之背面電極。燒成溫度之上限較佳為例如比導電性鋁糊組成物所含的鋁-矽合金粉末之融點更低，在此狀況之下，導電性鋁糊組成物與微晶n
+矽層會更難產生合金層。根據此點，燒成溫度較佳為900℃以下，更佳為850℃以下，特佳為800℃以下。
塗膜之燒成時間可因應燒成溫度作適當的決定。例如可設為1分鐘以上且300分鐘以下，較佳為1分鐘以上且5分鐘以下。燒成可在空氣氣體環境、氮氣氣體環境之任一者進行。燒成方法亦無特別限定，例如可使用周知之加熱爐進行燒成處理。
[實施例]
以下將出示實施例及比較例並具體說明本發明。然而本發明不受實施例所限定。
實施例1
藉由氣體霧化法製造出鋁-矽合金粉末。鋁-矽合金粉末是製造成矽濃度為36質量%、體積平均粒徑D50為6.0μm。第一玻璃粉末是由PbO：50.00mol%、SiO
2：23.00mol%、B
2O
3：20.00mol%、Al
2O
3：7.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(略稱P1)；第二玻璃粉末是由B
2O
3：45.50mol%、SiO
2：7.60mol%、CaO：19.00mol%、BaO：15.90mol%、K
2O：12.00mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(略稱B1)，製備將兩個玻璃粉末以質量比1：1混合而成之混合玻璃粉末。又，作為有機載體，製備將乙基纖維素溶解於丁基二甘醇而成之10質量%濃度之樹脂溶液。
其次將鋁-矽合金粒子100質量份、及混合玻璃粉末5質量份以分散裝置(分散機)分散於有機載體30質量份，獲得導電性鋁糊組成物。
實施例2
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：54.40mol%、SiO
2：12.80mol%、B
2O
3：23.50mol%、Al
2O
3：5.70mol%、ZnO：3.60mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P2)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
實施例3
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：45.00mol%、SiO
2：15.00mol%、B
2O
3：30.00mol%、Al
2O
3：7.00mol%、ZnO：3.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P3)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
實施例4
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：60.00mol%、SiO
2：14.00mol%、B
2O
3：22.00mol%、Al
2O
3：4.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P4)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
實施例5
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：63.00mol%、SiO
2：8.00mol%、B
2O
3：22.00mol%、Al
2O
3：3.00mol%、ZnO：4.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P5)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
實施例6
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：66.00mol%、SiO
2：1.00mol%、B
2O
3：32.00mol%、Al
2O
3：1.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P6)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
實施例7
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：71.00mol%、SiO
2：16.00mol%、B
2O
3：13.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P7)，而第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：43.70mol%、SiO
2：7.10mol%、CaO：18.00mol%、BaO：15.10mol%、SrO：4.70mol%、K
2O：11.40mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B2)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
實施例8
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：52.60mol%、SiO
2：8.70mol%、CaO：6.40mol%、BaO：18.40mol%、K
2O：13.90mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B3)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
實施例9
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：41.20mol%、SiO
2：6.90mol%、CaO：17.30mol%、BaO：14.50mol%、K
2O：20.10mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B4)以外，以與實施例5相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
實施例10
除了使用以氣體霧化法製造出D50為6.0μm、矽濃度為30質量%之鋁-矽合金粉末以外，以與實施例3相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
實施例11
除了使用以氣體霧化法製造出D50為6.0μm、矽濃度為40質量%之鋁-矽合金粉末以外，以與實施例3相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例1
除了使用以氣體霧化法製造出D50為6.0μm之鋁粉末(矽濃度為0質量%)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例2
除了使用以氣體霧化法製造出D50為6.0μm、矽濃度為25質量%之鋁-矽合金粉末以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例3
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：13.00mol%、SiO
2：5.00mol%、B
2O
3：28.00mol%、ZnO：54.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P8)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例4
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：34.00mol%、SiO
2：57.00mol%、B
2O
3：5.00mol%、Al
2O
3：2.00mol%、ZnO：2.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P9)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例5
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：40.00mol%、B
2O
3：60.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P10)以外，以與實施例8相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例6
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：47.00mol%、SiO
2：42.00mol%、B
2O
3：8.00mol%、Al
2O
3 ：3.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P11)以外，以與實施例8相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例7
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：54.00mol%、SiO
2：15.00mol%、B
2O
3：4.00mol%、Al
2O
3：6.00mol%、ZnO：21.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P12)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例8
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：74.00mol%、SiO
2：16.00mol%、B
2O
3：10.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P13)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例9
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：76.00mol%、SiO
2：16.00mol%、B
2O
3：4.00mol%、Al
2O
3：4.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P14)以外，以與實施例8相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例10
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：80.00mol%、B
2O
3：20.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P15)以外，以與實施例8相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例11
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：52.10mol%、SiO
2：8.50mol%、CaO：21.50mol%、BaO：17.90mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B5)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例12
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：47.40mol%、SiO
2：7.70mol%、CaO：19.50mol%、BaO：16.30mol%、PbO：9.10mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B6)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例13
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：22.10mol%、SiO
2：8.60mol%、CaO：11.40mol%、BaO：19.60mol%、K
2O：6.70mol%、ZnO：31.60mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B7)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例14
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：55.20mol%、SiO
2：8.80mol%、CaO：5.30mol%、BaO：15.90mol%、K
2O：9.00mol%、ZnO：5.80mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B8)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例15
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：54.10mol%、SiO
2：4.50mol%、CaO：6.00mol%、BaO：18.40mol%、SrO：4.80mol%、K
2O：5.50mol%、ZnO：6.70mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B9)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例16
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：38.90mol%、SiO
2：30.70mol%、CaO：6.40mol%、BaO：12.80mol%、K
2O：11.20mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B10)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例17
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：45.50mol%、SiO
2：8.90mol%、CaO：20.00mol%、BaO：0.40mol%、SrO：4.20mol%、K
2O：14.50mol%、ZnO：6.50mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B11)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例18
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：43.40mol%、SiO
2：8.70mol%、CaO：7.90mol%、BaO：30.00mol%、K
2O：10.00mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B12)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例19
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：45.50mol%、SiO
2：9.90mol%、BaO：18.40mol%、K
2O：26.20mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B13)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例20
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：32.00mol%、SiO
2：7.60mol%、CaO：35.10mol%、BaO：10.00mol%、SrO：3.30mol%、K
2O：2.00mol%、ZnO：10.00mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B14)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例21
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：39.50mol%、SiO
2：7.60mol%、CaO：5.50mol%、BaO：9.80mol%、K
2O：35.60mol%、ZnO：2.09mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B15)以外，以與實施例1相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
實施例12
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：36.00mol%、SiO
2：10.00mol%、CaO：19.00mol%、BaO：15.00mol%、K
2O：20.00mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B16)以外，以與實施例4相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
實施例13
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：43.50mol%、SiO
2：7.10mol%、CaO：23.00mol%、BaO：15.00mol%、K
2O：11.40mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B18)以外，以與實施例4相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
實施例14
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：48.50mol%、SiO
2：7.50mol%、CaO：18.90mol%、BaO：3.20mol%、K
2O：21.90mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B20)以外，以與實施例4相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
實施例15
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：43.70mol%、SiO
2：9.90mol%、CaO：9.00mol%、BaO：4.70mol%、SrO：5.30mol%、K
2O：3.10mol%、ZnO：24.30mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B22)以外，以與實施例4相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
實施例16
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：40.20mol%、SiO
2：9.50mol%、CaO：5.00mol%、BaO：5.80mol%、SrO：3.30mol%、K
2O：28.50mol%、ZnO：7.70mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B23)以外，以與實施例4相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例22
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：45.00mol%、SiO
2：27.00mol%、B
2O
3：20.00mol%、Al
2O
3：2.00mol%、ZnO：6.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P16)以外，以與實施例8相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例23
除了第一玻璃粉末是使用由PbO：45.00mol%、SiO
2：16.00mol%、B
2O
3：38.00mol%、Al
2O
3：1.00mol%所構成之含鉛玻璃粉末(P17)以外，以與實施例8相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例24
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：40.00mol%、SiO
2：11.00mol%、CaO：15.00mol%、BaO：20.00mol%、K
2O：4.00mol%、ZnO：10.00mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B17)以外，以與實施例4相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例25
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：36.10mol%、SiO
2：8.70mol%、CaO：27.10mol%、BaO：8.90mol%、K
2O：9.80mol%、ZnO：9.40mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B19)以外，以與實施例4相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
比較例26
除了第二玻璃粉末是使用由B
2O
3：38.70mol%、SiO
2：9.70mol%、CaO：8.80mol%、BaO：22.20mol%、K
2O：9.50mol%、ZnO：11.10mol%所構成之硼矽酸玻璃粉末(B21)以外，以與實施例4相同方法獲得導電性鋁糊組成物。
(用於評價接觸阻抗之燒成基板的製作)
如圖1、圖2所示，製備一種晶圓，其在n型矽半導體基板1的與設有p型雜質層2呈相反側之面，從內側起依序積層：厚度5nm之氧化物(氧化矽)層3、厚度200nm之微晶n
+矽層4、以及鈍化膜5。於該晶圓的背面，將實施例及比較例所調製之導電性鋁糊組成物以下述方式來設定並進行網版印刷：印刷後的厚度20~30μm、寬度1mm、長度10mm，印刷間隔是以1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm及2.0mm之條件下並列。接著將印刷後的積層體設置於設定在700℃之紅外線帶式爐，藉由在該溫度進行燒成而形成了背面電極6。藉此製作出用於評價的燒成基板。
(接觸阻抗之設定及評價)
使用日置電機股份有限公司製之阻抗測定器(製品名：Milliohm HiTester HiTESTER 3540)，對於所獲得的評價用燒成基板之電阻抗進行測定，藉由TLM(Transmission line method)法算出背面電極6與微晶n
+矽層4之接觸阻抗。能獲得良好歐姆接觸之接觸阻抗是在10mΩ・cm
2以下。
(太陽電池電池單元之製作)
在前述晶圓之背面，將實施例及比較例所調製之導電性鋁糊組成物以0.2~0.3g/1電池單元之方式印刷成梳齒圖案，接著將用於形成指狀電極之銀糊印刷至前述晶圓之受光面，使用設定成800℃之紅外線帶式爐形成了背面電極及指狀電極。藉此，製作出太陽電池電池單元。
(鈍化膜有無貫穿及對於微晶n
+矽層4侵蝕之評價)
將形成於太陽電池電池單元之背面電極6浸於常溫之鹽酸水溶液60分鐘以除去之後，用光學顯微鏡觀察，確認鈍化膜5有無貫穿。鈍化膜5有貫穿(有燒穿)者評價為「A」，而鈍化膜5無貫穿者評價為「B」。又，對於鈍化膜5有貫穿者以掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察，確認有無微晶n
+矽層4之侵蝕。微晶n
+矽層4無侵蝕者評價為「A」，而有侵蝕者評價為「B」。鈍化膜5無貫穿者因為無法確認有無微晶n
+矽層4之侵蝕，故標記為「-」。
將以上結果標示於表1。
[表1]
如表1所示，可確認到本發明因為含有既定的特定組成之鋁-矽合金粉末及玻璃粉末，在TOPCon型太陽電池之背面電極之形成當中，糊本身具有鈍化膜之燒穿性而不必形成LCO，且還不會與n型矽基板形成合金層而能獲得良好歐姆接觸。
1:n型矽半導體基板
2:p型雜質層
3:氧化物層
4:微晶n
+矽層
5:鈍化膜
6:導電性鋁糊組成物之燒成物(背面電極)
圖1是截面示意圖，展示TOPCon型太陽電池之構造的一例。
圖2是展示印刷寬度之圖，該印刷寬度是在實施例及比較例當中將導電性鋁糊組成物以網版印刷至微晶n
+矽層表面時的印刷寬度。具體而言，展示了印刷寬度1mm、長度10mm，印刷間隔是以1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm及2.0mm之條件下並列之方式來設定。
(無)
Claims (4)
- 一種TOPCon型太陽電池電極用導電性鋁糊組成物，其特徵在於： 其為含有鋁-矽合金粉末、有機載體、及玻璃粉末之導電性鋁糊組成物；並且 (1)前述鋁-矽合金粉末之矽濃度在30質量%以上且40質量%以下；及 (2)前述玻璃粉末含有第一玻璃粉末與第二玻璃粉末； 前述第一玻璃粉末以氧化物莫耳%計含有：45%以上且71%以下之PbO、5%以上且35%以下之B 2O 3、及0.1%以上且25.0%以下之SiO 2，且前述B 2O 3之含量設為x莫耳%、前述SiO 2之含量設為y莫耳%、前述PbO之含量設為z莫耳%時，[(x+y)/z]之值在0.40以上且1.00以下之範圍； 前述第二玻璃粉末以氧化物莫耳%計含有：35.0%以上且55.0%以下之B 2O 3、5.0%以上且10.0%以下之SiO 2、1.0%以上且20.0%以下之BaO、5.0%以上且25.0%以下之CaO、及3.0%以上且30.0%以下之K 2O，且實質上不含PbO。
- 如請求項1之導電性鋁糊組成物，其中前述第一玻璃粉末以氧化物莫耳%計含有：合計1%以上且10%以下之Al 2O 3及/或ZnO。
- 如請求項1之導電性鋁糊組成物，其中前述第二玻璃粉末以氧化物莫耳%計含有：1.0%以上且10.0%以下之SrO。
- 一種TOPCon型太陽電池，其係在矽半導體基板積層有背面電極，該背面電極是如請求項1至3中任一項之導電性鋁糊組成物的燒成物。
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