WO2015025799A1 - ペースト組成物と太陽電池素子 - Google Patents

ペースト組成物と太陽電池素子 Download PDF

Info

Publication number
WO2015025799A1
WO2015025799A1 PCT/JP2014/071462 JP2014071462W WO2015025799A1 WO 2015025799 A1 WO2015025799 A1 WO 2015025799A1 JP 2014071462 W JP2014071462 W JP 2014071462W WO 2015025799 A1 WO2015025799 A1 WO 2015025799A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
paste composition
powder
aluminum
mass
semiconductor substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2014/071462
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孝輔 辻
マルワン ダムリン
萌子 松原
正博 中原
隆 和辻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyo Aluminum KK
Original Assignee
Toyo Aluminum KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Aluminum KK filed Critical Toyo Aluminum KK
Priority to CN201480046204.7A priority Critical patent/CN105474409B/zh
Priority to KR1020167004597A priority patent/KR102217722B1/ko
Publication of WO2015025799A1 publication Critical patent/WO2015025799A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/12—Active materials
    • H10F77/122—Active materials comprising only Group IV materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/12—Active materials
    • H10F77/122—Active materials comprising only Group IV materials
    • H10F77/1223—Active materials comprising only Group IV materials characterised by the dopants
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30—Coatings
    • H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
    • H10F77/311—Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Definitions

  • the present invention generally relates to a paste composition and a solar cell element, and specifically, a paste composition used when forming an electrode on the back surface of a silicon semiconductor substrate constituting a crystalline silicon solar cell, and It is related with the solar cell element in which the back surface electrode was formed using it.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-69056
  • Patent Document 2 Japanese Translation of PCT International Publication No. 2009-530845
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a general cross-sectional structure of a solar cell element.
  • the solar cell element is configured using a p-type silicon semiconductor substrate 1 having a thickness of about 200 ⁇ m.
  • an n + layer 2 is formed as an n-type impurity layer having a thickness of 0.3 to 0.6 ⁇ m, and an antireflection film 3 and a grid electrode 4 are formed thereon. .
  • An aluminum electrode layer 5 is formed on the back side of the p-type silicon semiconductor substrate 1.
  • the aluminum electrode layer 5 is formed by applying a paste composition made of aluminum powder, glass frit, and organic vehicle by screen printing or the like, drying, and baking for a short time at a temperature of 660 ° C. (melting point of aluminum) or higher. Has been.
  • a paste composition made of aluminum powder, glass frit, and organic vehicle by screen printing or the like, drying, and baking for a short time at a temperature of 660 ° C. (melting point of aluminum) or higher.
  • a p + layer 7 is formed as an impurity layer by atomic diffusion. Due to the presence of the p + layer 7, a BSF (Back Surface Field) effect that prevents recombination of electrons and improves the collection efficiency of generated carriers can be obtained.
  • BSF Back Surface Field
  • the mechanism by which the BSF layer as the p + layer 7 is formed can be roughly described as follows. First, when the p-type silicon semiconductor substrate 1 coated with the paste composition is heat-treated at a high temperature (generally 700 to 900 ° C.) higher than the temperature of the solidus of the Al—Si alloy (577 ° C.) in the phase diagram. In addition, the Al-Si alloy melt is formed by melting Al contained in the paste and cell-derived Si. Thereafter, the Al-Si melt is solidified again by rapidly cooling the p-type silicon semiconductor substrate 1 on which the Al-Si alloy melt is formed to near room temperature.
  • a high temperature generally 700 to 900 ° C.
  • the Al-Si alloy melt is formed by melting Al contained in the paste and cell-derived Si.
  • the Al-Si melt is solidified again by rapidly cooling the p-type silicon semiconductor substrate 1 on which the Al-Si alloy melt is formed to near room temperature.
  • the p + layer 7 (that is, the BSF layer) is formed as a silicon layer containing a high concentration of aluminum.
  • Patent Document 1 At least one boron-containing material selected from the group consisting of boron powder, inorganic boron compounds and organic boron compounds is used as a paste composition.
  • the BSF effect is improved by adding to the above.
  • Patent Document 2 a paste composition containing an Al—B alloy is used in order to increase the concentration of impurities in the BSF layer.
  • a method for increasing the concentration of impurities in the BSF layer by adding a boron-containing material having the same trivalent valence as aluminum to the paste composition has been conventionally studied.
  • Patent Document 1 since the boron-containing material is distributed alone in the paste composition, considering the mechanism by which the BSF layer is formed, It is believed that boron atoms diffuse unevenly into the BSF layer. Then, the non-uniform diffusion of boron in the BSF layer becomes an obstacle to increasing the open circuit voltage.
  • Patent Document 2 Regarding an Al-0.2 mass% B alloy containing 0.2 mass% of boron used in an example of a solar cell described in JP-T-2009-530845 (Patent Document 2), The position where the liquidus is shown is around 1000 ° C., and at the temperature at which the solar cell element is actually fired (that is, generally 700 to 900 ° C.), the intermetallic compound AlB 2 remains as boron. Since an aluminum liquid phase coexists, boron atoms cannot be diffused into the BSF layer.
  • the paste composition when the paste composition is applied to the back surface of the solar cell element, if the amount of boron in the paste composition is large, an excessive concentration of impurities contained in the BSF layer may cause a decrease in light reflectance on the back surface. There is. The decrease in the light reflectance on the back surface causes a decrease in current density.
  • an object of the present invention is to solve the above-described problem, and is a paste composition used for forming an electrode on the back surface of a silicon semiconductor substrate, which increases an open-circuit voltage and has a current density. It is providing the solar cell element provided with the paste composition which can suppress a reduction
  • the inventors of the present invention have conducted extensive research to solve the problems of the prior art, and as a result, in order to form an electrode on the back surface of the silicon semiconductor substrate, a mixture of aluminum powder and Al—B alloy powder is used. It has been found that the above object can be achieved by using a paste composition containing a powder and containing a specific amount of boron. Based on this finding, the paste composition according to the present invention has the following characteristics.
  • a paste composition according to the present invention is a paste composition used for forming an electrode on the back surface of a silicon semiconductor substrate constituting a crystalline silicon solar cell, and comprises an aluminum powder, an Al—B alloy powder, glass Contains powder and organic vehicle.
  • the concentration of boron in the paste composition is 0.005% by mass or more and 0.05% by mass or less.
  • the Al-B alloy powder contains 0.01 mass% or more and 0.07 mass% or less of boron.
  • the solar cell element according to the present invention includes an electrode formed by applying a paste composition having any one of the above-described characteristics on the back surface of a silicon semiconductor substrate and then baking the paste composition.
  • a mixed powder of aluminum powder and Al—B alloy powder is included, and a specific amount of boron is included.
  • a paste composition capable of increasing an open-circuit voltage and suppressing a decrease in current density by using a paste composition to be used, and a solar cell element including a back electrode formed using the composition Can be provided.
  • the present inventors have developed an aluminum powder and an Al-B alloy into a paste composition used for forming an electrode on the back surface of a silicon semiconductor substrate. It has been found that the above object can be achieved by including a powder mixed with the powder and including a specific amount of boron. Based on this finding, the paste composition according to the present invention has the following characteristics.
  • a paste composition according to the present invention is a paste composition used for forming an electrode on the back surface of a silicon semiconductor substrate constituting a crystalline silicon solar cell, and comprises an aluminum powder, an Al—B alloy powder, glass Contains powder and organic vehicle.
  • concentration of the boron in the paste composition of this invention is 0.005 mass% or more and 0.05 mass% or less.
  • the Al—B alloy powder used in the paste composition of the present invention preferably contains 0.01% by mass or more and 0.07% by mass or less of boron.
  • the paste composition according to the present invention containing an aluminum powder and an Al-B alloy powder and containing a specific amount of boron as a paste composition used for forming an electrode on the back surface of a silicon semiconductor substrate
  • a p-type solar cell element as an embodiment of a solar cell element according to the present invention is configured using, for example, a p-type silicon semiconductor substrate 1 having a thickness of 180 to 250 ⁇ m. Is done.
  • An n + layer 2 as an n-type impurity layer having a thickness of 0.3 to 0.6 ⁇ m is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 1 on the light receiving surface side, and an antireflection film (passivation film) made of, for example, a silicon nitride film is formed thereon.
  • Film) 3 and grid electrode 4 are formed.
  • the grid electrode 4 as the surface electrode is formed, for example, by screen-printing a silver paste and firing it.
  • An aluminum electrode layer 5 is formed on the back surface of the silicon semiconductor substrate 1 opposite to the light receiving surface.
  • the aluminum electrode layer 5 is formed by applying the paste composition of the present invention by screen printing or the like, drying it, and baking it at a temperature exceeding 660 ° C. (melting point of aluminum) for a short time (fire-through method). ing.
  • the paste composition of the present invention includes aluminum powder, Al—B alloy powder, glass powder, and an organic vehicle. During the firing, aluminum diffuses into the silicon semiconductor substrate 1, whereby an Al—Si alloy layer 6 is formed between the aluminum electrode layer 5 and the silicon semiconductor substrate 1, and at the same time, due to the diffusion of aluminum atoms.
  • a p + layer (BSF layer) 7 as an impurity layer is formed.
  • the back electrode 8 composed of the aluminum electrode layer 5 and the Al—Si alloy layer 6 is formed on the back surface side of the silicon semiconductor substrate 1, and the silicon semiconductor substrate 1 facing the aluminum electrode layer 5 is further formed.
  • a BSF layer 7 is formed in the region.
  • the paste composition of the present invention is a paste composition that is applied to the back surface opposite to the light receiving surface of the silicon semiconductor substrate 1 in order to form the aluminum electrode layer 5 described above.
  • An alloy powder is contained, and a glass powder and an organic vehicle are contained as a binder.
  • the concentration of boron in the paste composition is 0.005 mass% or more and 0.05 mass% or less.
  • the Al-B alloy powder used for a paste composition contains 0.01 mass% or more and 0.07 mass% or less of boron.
  • the aluminum powder contained in the paste composition exhibits an effect as an electrode due to its conductivity. Also, the aluminum powder forms the Al—Si alloy layer 6 and the p + layer (BSF layer) 7 between the aluminum powder and the silicon semiconductor substrate 1 when the paste composition is baked. A + layer is obtained.
  • the shape of the aluminum powder is not particularly limited.
  • the shape of the aluminum powder is preferably spherical.
  • the ratio of the major axis to the minor axis of the aluminum particles constituting the aluminum powder is preferably 1 or more and 1.5 or less.
  • the average particle diameter of the aluminum particles constituting the aluminum powder is preferably 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. If the average particle diameter of the aluminum particles is in the range of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, good dispersibility can be obtained. There exists a possibility that aluminum particles may aggregate that an average particle diameter is less than 1 micrometer. If the average particle diameter exceeds 10 ⁇ m, the dispersibility of the aluminum particles may be deteriorated.
  • the aluminum purity in the aluminum powder is preferably 99.7% or more. Even if impurities are mixed in the aluminum powder, mixing of impurities is allowed if the total amount of Fe and Si in the aluminum powder is less than 0.1%.
  • ⁇ Al-B alloy powder> By including the Al—B alloy powder in the paste composition of the present invention, the concentration of impurities in the BSF layer can be increased by boron. Moreover, if the content of boron in the Al—B alloy powder in the paste composition is 0.01% by mass or more and 0.07% by mass or less, a liquid phase is sufficiently formed when the solar cell element is fired. Therefore, a good BSF layer can be formed.
  • the shape of the Al—B alloy powder is not particularly limited.
  • the shape of the Al—B alloy powder is preferably spherical.
  • the sphericity is 0.5 or more as the shape of the Al—B alloy powder, the filling performance in the aluminum electrode layer 5 can be increased, so that a decrease in electrical resistance can be suppressed.
  • the sphericity referred to here can be obtained, for example, by observing spherical Al—B alloy powder particles with a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscopy: SEM).
  • SEM scanning Electron Microscopy: SEM
  • the minimum diameter of each particle this diameter is determined based on the observation field in the microscope or the photograph in which the range of the field is photographed
  • the shortest distance between the two line segments obtained by sandwiching the two line segments, and the maximum diameter Is the longest distance among the distances between two line segments obtained by sandwiching each particle between two parallel line segments).
  • the average of the minimum diameter and the maximum diameter is calculated for each particle.
  • the average value of the minimum and maximum diameters of a plurality of arbitrarily selected particles is calculated (that is, the average of the shortest and maximum diameters of a plurality of arbitrarily selected particles is added). Divide the value by the number of particles used).
  • the average particle diameter of the Al—B alloy powder in the paste composition of the present invention is preferably greater than 1 ⁇ m and less than 10 ⁇ m. When the average particle size is 1 ⁇ m or less, the dispersibility in the paste is deteriorated, and when it is 10 ⁇ m or more, the reactivity is lowered.
  • the glass powder is said to have an effect of assisting the reaction between the aluminum powder and the silicon semiconductor substrate and the sintering of the aluminum powder itself.
  • the glass powder is selected from the group consisting of lead (Pb), bismuth (Bi), vanadium (V), boron (B), silicon (Si), tin (Sn), phosphorus (P), and zinc (Zn). You may contain 1 type, or 2 or more types.
  • lead-containing glass powder or lead-free glass powder such as bismuth, vanadium, tin-phosphorus, zinc borosilicate, alkali borosilicate, or the like can be used.
  • lead-free glass powder in view of the influence on the human body or environmental resistance, it is desirable to use lead-free glass powder.
  • the softening point of the glass powder is preferably 750 ° C. or lower. If the glass powder has a softening point exceeding 750 ° C., the performance of the passivation film may be significantly impaired when a specific passivation film is used.
  • the average particle size of the glass particles constituting the glass powder is preferably 1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less.
  • the content of the glass powder contained in the paste composition of the present invention is not particularly limited, but it is preferably 0.1 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the aluminum powder. There exists a possibility that adhesiveness with the silicon semiconductor substrate 1 may fall that content of glass powder is less than 0.1 weight part. There exists a possibility that the electrical resistance of the aluminum electrode layer 5 formed as content of glass powder is 15 weight part or more may increase.
  • Organic vehicle a solvent in which various additives and a resin are dissolved as necessary is used.
  • solvent known solvents can be used, and specific examples include diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate, dipropylene glycol monomethyl ether and the like.
  • additives for example, an antioxidant, a corrosion inhibitor, an antifoaming agent, a thickener, a coupling agent, an electrostatic imparting agent, a polymerization inhibitor, a thixotropic agent, an anti-settling agent and the like can be used. .
  • 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 Series compounds, fatty acid amide waxes and the like can be used.
  • Known resins can be used, such as ethyl cellulose, nitrocellulose, polyvinyl butyral, phenol resin, melanin resin, urea resin, xylene resin, alkyd resin, unsaturated polyester resin, acrylic resin, polyimide resin, furan resin, Thermosetting resin such as urethane resin, isocyanate compound, 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, polyetheretherke Emissions, polytetrafluoroethylene, can be used in combination of two or more kinds of such as silicon resin.
  • a resin included in the paste composition of the present invention,
  • the content of the organic vehicle contained in the paste composition of the present invention is not particularly limited, but is preferably 30 parts by weight or more and 100 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the aluminum powder. If the content of the organic vehicle is less than 30 parts by weight or exceeds 100 parts by weight, the printability of the paste composition may be lowered.
  • Example 1 A spherical aluminum powder having a particle size of about 3 to 6 ⁇ m and an Al-0.011 mass% B alloy powder are prepared. A total of 100 parts by weight of aluminum powder and Al-0.011 mass% B alloy powder are mixed with 1.5 parts by weight of glass powder and 40 parts by weight of an organic vehicle using a known mixer, and paste An aluminum paste having a boron content of 0.005% by mass in the composition was obtained.
  • Example 2 An aluminum powder having a spherical shape with a particle size of about 3 to 6 ⁇ m and an Al-0.032 mass% B alloy powder were prepared, respectively, and a total of 100 parts by weight of the aluminum powder and the Al— An aluminum paste having a boron content of 0.02 mass% in a paste composition, in which 1.5 parts by weight of glass powder and 40 parts by weight of an organic vehicle are mixed with 0.032 mass% B alloy powder.
  • Example 3 An aluminum powder having a spherical shape with a particle size of about 3 to 6 ⁇ m and an Al-0.051 mass% B alloy powder were prepared, respectively, and a total of 100 parts by weight of aluminum powder and 1.5 parts by weight of glass powder and 40 parts by weight of organic vehicle are mixed with Al-0.051% by mass B alloy powder, and the boron content in the paste composition is 0.034% by mass. An aluminum paste was obtained.
  • Example 4 A spherical aluminum powder having a particle size of about 3 to 6 ⁇ m and an Al-0.070 mass% B alloy powder were prepared, respectively, and a total of 100 parts by weight of aluminum was prepared by the same method as in Examples 1, 2, and 3. 1.5 parts by weight of glass powder and 40 parts by weight of organic vehicle are mixed with the powder and Al-0.070 mass% B alloy powder, and the boron content in the paste composition is 0.05 mass. % Aluminum paste was obtained.
  • Example 2 A spherical aluminum powder having a particle size of about 3 to 6 ⁇ m and an Al-0.006 mass% B alloy powder are prepared. For a total of 100 parts by weight of aluminum powder and Al-0.006 mass% B alloy powder, 1.5 parts by weight of glass powder and 40 parts by weight of organic vehicle are mixed in a known mixer, An aluminum paste having a boron content of 0.002% by mass in the paste composition was obtained.
  • Comparative Example 3 A spherical aluminum powder having a particle size of about 3 to 6 ⁇ m and an Al-0.083 mass% B alloy powder were prepared, respectively, and in the same manner as in Comparative Example 2, a total of 100 parts by weight of aluminum powder and Al— An aluminum paste having a boron content of 0.06 mass% in a paste composition, in which 1.5 parts by weight of glass powder and 40 parts by weight of an organic vehicle are mixed with 0.083 mass% B alloy powder. Got.
  • the conversion efficiency of the solar cell element can be further improved by using the silicon semiconductor substrate 1 coated with the paste composition of the present invention (Examples 1 to 4). Recognize.
  • 1 p-type silicon semiconductor substrate, 2: n-type impurity layer, 3: antireflection film, 4: grid electrode, 5: aluminum electrode layer, 6: Al—Si alloy layer, 7: p + layer, 8: back electrode .

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

　シリコン半導体基板の裏面上に電極を形成するために用いられるペースト組成物であって、開放電圧を増大させるとともに、電流密度の減少を抑制することが可能なペースト組成物と、その組成物を用いて形成された裏面電極を備えた太陽電池素子を提供する。　当該ペースト組成物は、結晶系シリコン太陽電池を構成するシリコン半導体基板の裏面上に電極を形成するために用いられるペースト組成物であって、アルミニウム粉末、Ａｌ-Ｂ合金粉末、ガラス粉末、および、有機ビヒクルを含有する。当該ペースト組成物におけるホウ素の濃度は、０．００５質量％以上０．０５質量％以下である。

Description

ペースト組成物と太陽電池素子
　この発明は、一般的にはペースト組成物と太陽電池素子に関し、特定的には、結晶系シリコン太陽電池を構成するシリコン半導体基板の裏面上に電極を形成する際に用いられるペースト組成物、およびそれを用いて裏面電極が形成された太陽電池素子に関するものである。
　シリコン半導体基板の裏面上に電極が形成された電子部品として、特開２００３－６９０５６号公報（特許文献１）、特表２００９－５３０８４５号公報（特許文献２）に開示されているような太陽電池素子が知られている。
　図１は、太陽電池素子の一般的な断面構造を模式的に示す図である。
　図１に示すように、太陽電池素子は、厚みが２００μｍ程度のｐ型シリコン半導体基板１を用いて構成される。ｐ型シリコン半導体基板１の受光面側には、厚みが０．３～０．６μｍのｎ型不純物層としてｎ＋層２と、その上に反射防止膜３とグリッド電極４が形成されている。
　また、ｐ型シリコン半導体基板１の裏面側には、アルミニウム電極層５が形成されている。アルミニウム電極層５は、アルミニウム粉末、ガラスフリットおよび有機質ビヒクルからなるペースト組成物をスクリーン印刷等によって塗布し、乾燥した後、６６０℃（アルミニウムの融点）以上の温度にて短時間焼成することによって形成されている。この焼成の際にアルミニウムがｐ型シリコン半導体基板１の内部に拡散することにより、アルミニウム電極層５とｐ型シリコン半導体基板１との間にＡｌ-Ｓｉ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７が形成される。このｐ+層７の存在により、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ＢＳＦ（Back Surface Field）効果が得られる。
　ｐ+層７としてのＢＳＦ層が形成される仕組みについては、概略的に以下のように説明することができる。まず、ペースト組成物が塗布されたｐ型シリコン半導体基板１を状態図におけるＡｌ-Ｓｉ合金の固相線の温度（５７７℃）以上の高温（一般的には７００～９００℃）で熱処理するときに、ペーストに含まれるＡｌとセル由来のＳｉとが溶融することによってＡｌ-Ｓｉ合金の溶融物が形成される。その後、Ａｌ-Ｓｉ合金の溶融物が形成されたｐ型シリコン半導体基板１を室温付近まで急冷することによって、Ａｌ-Ｓｉ溶融物が再び固化される。このときに、シリコンへのアルミニウム原子の拡散がアルミニウムへのケイ素原子の拡散に比べて遅いことによってＡｌ-Ｓｉ合金の溶融物のうちのアルミニウム原子の一部がケイ素中に取り残されるため、Ａｌ-Ｓｉ合金層６が形成されると同時に、高濃度のアルミニウムを含むケイ素の層として、ｐ+層７（つまりＢＳＦ層）が形成される。
　一方、太陽電池の変換効率をより向上させる目的として、均一のＢＳＦ層を形成する方法、または、ＢＳＦ層に含まれる不純物の濃度を増加する方法等が従来から多く検討されている。たとえば、特開２００３－６９０５６号公報（特許文献１）に記載の太陽電池においては、ホウ素粉末、無機ホウ素化合物および有機ホウ素化合物からなる群より選ばれた少なくとも１種のホウ素含有物をペースト組成物に添加することによって、ＢＳＦ効果の向上が図られている。
　特表２００９－５３０８４５号公報（特許文献２）に記載の太陽電池においては、ＢＳＦ層の不純物の濃度を増加させるために、Ａｌ-Ｂ合金を含むペースト組成物が用いられている。これらのように、アルミニウムと同じ３価の価数を持つホウ素含有物をペースト組成物に添加することによって、ＢＳＦ層における不純物の濃度を増加させる方法が従来から検討されている。
特開２００３－６９０５６号公報 特表２００９－５３０８４５号公報
　しかしながら、特開２００３－６９０５６号公報（特許文献１）に記載される方法によれば、ホウ素含有物がペースト組成物において単体で分布しているため、ＢＳＦ層が形成される仕組みを考慮すると、ホウ素原子がＢＳＦ層に不均一に拡散すると考えられる。そして、ＢＳＦ層におけるホウ素の不均一な拡散は、開放電圧の増大の障害となる。
　特表２００９－５３０８４５号公報（特許文献２）に記載される太陽電池の実施例において用いられるホウ素を０．２質量％含むＡｌ-０．２質量％Ｂ合金については、状態図においてこの合金の液相線が示される位置が１０００℃付近であって、太陽電池素子を実際に焼成する温度（つまり、一般的に７００～９００℃）においては、金属間化合物であるＡｌＢ２のままでホウ素とアルミニウムの液相とが混在するため、ＢＳＦ層にホウ素原子を拡散させることができない。
　さらに、ペースト組成物を太陽電池素子の裏面に塗布した場合にペースト組成物のホウ素の量が多いときには、ＢＳＦ層に含まれる不純物の濃度の過多によって、裏面における光の反射率の低下を招くおそれがある。裏面における光の反射率の低下によれば、電流密度の減少を招く。
　そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決することであり、シリコン半導体基板の裏面上に電極を形成するために用いられるペースト組成物であって、開放電圧を増大させるとともに、電流密度の減少を抑制することが可能なペースト組成物と、その組成物を用いて形成された裏面電極を備えた太陽電池素子を提供することである。
　本願発明の発明者らは、従来技術の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、シリコン半導体基板の裏面上に電極を形成するために、アルミニウム粉末とＡｌ-Ｂ合金粉末との混合粉末が含まれ、かつ、特定の量のホウ素を含有するペースト組成物を用いることにより、上記の目的を達成できることを見出した。この知見に基づいて、本発明に従ったペースト組成物は、次のような特徴を備えている。
　本発明に従ったペースト組成物は、結晶系シリコン太陽電池を構成するシリコン半導体基板の裏面上に電極を形成するために用いられるペースト組成物であって、アルミニウム粉末、Ａｌ-Ｂ合金粉末、ガラス粉末、および、有機ビヒクルを含有する。当該ペースト組成物におけるホウ素の濃度は、０．００５質量％以上０．０５質量％以下である。
　好ましくは、Ａｌ-Ｂ合金粉末が０．０１質量％以上０．０７質量％以下のホウ素を含有する。
　本発明に従った太陽電池素子は、上述のいずれかの特徴を有するペースト組成物をシリコン半導体基板の裏面上に塗布した後、焼成することにより形成した電極を備える。
　以上のように、本発明によれば、シリコン半導体基板の裏面上に電極を形成するために、アルミニウム粉末とＡｌ-Ｂ合金粉末との混合粉末が含まれ、かつ、特定の量のホウ素を含有するペースト組成物を用いることにより、開放電圧を増大させるとともに、電流密度の減少を抑制することが可能なペースト組成物と、その組成物を用いて形成された裏面電極を備えた太陽電池素子を提供することができる。
一つの実施の形態として本発明が適用される太陽電池素子の一般的な断面構造を模式的に示す図である。
　本発明者らは、従来技術の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、シリコン半導体基板の裏面上に電極を形成するために用いられるペースト組成物に、アルミニウム粉末とＡｌ-Ｂ合金粉末との混合粉末を含ませ、かつ、特定の量のホウ素を含ませることにより、上記の目的を達成できることを見出した。この知見に基づいて、本発明に従ったペースト組成物は、次のような特徴を備えている。
　本発明に従ったペースト組成物は、結晶系シリコン太陽電池を構成するシリコン半導体基板の裏面上に電極を形成するために用いられるペースト組成物であって、アルミニウム粉末、Ａｌ-Ｂ合金粉末、ガラス粉末、および、有機ビヒクルを含有する。本発明のペースト組成物におけるホウ素の濃度は、０．００５質量％以上０．０５質量％以下である。
　本発明のペースト組成物に用いられるＡｌ-Ｂ合金粉末は、０．０１質量％以上０．０７質量％以下のホウ素を含有することが好ましい。
　シリコン半導体基板の裏面上に電極を形成するために用いられるペースト組成物として、アルミニウム粉末およびＡｌ-Ｂ合金粉末を含有するとともに、特定の量のホウ素を含む本発明に従ったペースト組成物によれば、ＢＳＦ層へのホウ素の拡散を均一化させることによって開放電圧の増大を図ることができるとともに、太陽電池素子の裏面における光の反射率の悪化による電流密度の減少を抑制することができる。
　＜太陽電池素子＞
　図１に示すように、本発明に従った太陽電池素子の一つの実施の形態としてのｐ型の太陽電池素子は、たとえば、厚みが１８０～２５０μｍのｐ型のシリコン半導体基板１を用いて構成される。シリコン半導体基板１の受光面側の表面には、厚みが０．３～０．６μｍのｎ型不純物層としてｎ＋層２と、その上に、たとえば、窒化シリコン膜からなる反射防止膜（パッシベーション膜）３と、グリッド電極４とが形成されている。表面電極としてのグリッド電極４は、たとえば、銀ペーストをスクリーン印刷したうえで焼成することによって形成される。
　また、シリコン半導体基板１の受光面と反対側の裏面には、アルミニウム電極層５が形成されている。アルミニウム電極層５は、本発明のペースト組成物をスクリーン印刷等によって塗布し、乾燥させた後、６６０℃（アルミニウムの融点）を超える温度にて短時間焼成すること（ファイヤースルー法）によって形成されている。本発明のペースト組成物は、アルミニウム粉末と、Ａｌ-Ｂ合金粉末と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとを含む。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、アルミニウム電極層５とシリコン半導体基板１との間にＡｌ-Ｓｉ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のｐ+層（ＢＳＦ層）７が形成される。このｐ+層７の存在により、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ＢＳＦ（Back Surface Field）効果が得られる。このようにして、シリコン半導体基板１の裏面側には、アルミニウム電極層５とＡｌ-Ｓｉ合金層６とからなる裏面電極８が形成され、さらに、アルミニウム電極層５に対面するシリコン半導体基板１の領域にはＢＳＦ層７が形成されている。
　＜ペースト組成物＞
　本発明のペースト組成物は、上記のアルミニウム電極層５を形成するためにシリコン半導体基板１の受光面と反対側の裏面に塗工されるペースト組成物であって、アルミニウム粉末と、Ａｌ-Ｂ合金粉末とを含有し、バインダーとして、ガラス粉末と、有機ビヒクルとを含有する。ペースト組成物におけるホウ素の濃度は、０．００５質量％以上０．０５質量％以下である。さらに、好ましくは、ペースト組成物に用いられるＡｌ-Ｂ合金粉末が０．０１質量％以上０．０７質量％以下のホウ素を含有する。
　＜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、その導電性から電極としての効果を発揮する。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Ａｌ‐Ｓｉ合金層６とｐ+層（ＢＳＦ層）７を形成するので、上述のＢＳＦ効果または所望のｐ＋層が得られる。
　アルミニウム粉末の形状は、特に限定されない。アルミニウム粉末の形状は、球状であることが好ましい。アルミニウム粉末を構成するアルミニウム粒子の短径に対する長径の比率は、１以上１．５以下であることが好ましい。このような形状のアルミニウム粒子を含む粉末を用いることによって、アルミニウム電極層５におけるアルミニウム粒子の充填性が増し、電極としての電気抵抗を効果的に低下させることができる。また、シリコン半導体基板１とアルミニウム粒子との接点が増え、良好なＡｌ‐Ｓｉ合金層６を形成することができる。
　アルミニウム粉末を構成するアルミニウム粒子の平均粒径は、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。アルミニウム粒子の平均粒径が１μｍ以上１０μｍ以下の範囲内であれば、良好な分散性を得ることができる。平均粒子径が１μｍ未満であると、アルミニウム粒子同士が凝集するおそれがある。平均粒子径が１０μｍを越えると、アルミニウム粒子の分散性が悪くなるおそれがある。
　アルミニウム粉末におけるアルミニウムの純度は、９９．７％以上であることが好ましい。アルミニウム粉末に不純物が混入されているとしても、アルミニウム粉末においてＦｅとＳｉとを合わせて０．１％未満であれば、不純物の混入は許容される。
　＜Ａｌ-Ｂ合金粉末＞
　本発明のペースト組成物がＡｌ-Ｂ合金粉末を含むことによって、ＢＳＦ層における不純物の濃度をホウ素によって増加させることができる。また、ペースト組成物におけるＡｌ-Ｂ合金粉末中のホウ素の含有量が０．０１質量％以上０．０７質量％以下であれば、太陽電池素子を焼成するときに液相を十分に形成することができるので、良好なＢＳＦ層を形成することができる。
　Ａｌ-Ｂ合金粉末の形状は、特に限定されない。Ａｌ-Ｂ合金粉末の形状は、球状であることが好ましい。Ａｌ-Ｂ合金粉末の形状として、真球度が０．５以上であると、アルミニウム電極層５における充填の性能を増大させることができるので、電気抵抗の低下を抑制することができる。
　なお、ここでいう真球度としては、たとえば、球状のＡｌ-Ｂ合金粉末の粒子を走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscopy：ＳＥＭ）で観察することによって得ることができる。任意に選んだ複数個（たとえば２０個）の粒子において、各粒子の最小径（この直径は、顕微鏡における観察用の視野上または当該視野の範囲が撮影された写真上で、各粒子を平行な２本の線分で挟むことによって得られる２本の線分の間の距離のうち、最短の距離のことである）と、最大径（この直径は、顕微鏡における観察用の視野上または当該視野の範囲が撮影された写真上で、各粒子を平行な２本の線分で挟むことによって得られる２本の線分の間の距離のうち、最長の距離のことである）とを測定する。この最小径と最大径との平均を粒子ごとに算出する。さらに、任意に選んだ複数個の粒子における最小径と最大径との各平均の平均値を算出する（つまり、任意で選んだ複数個の粒子における最短径と最長径との各平均を加算した値を、用いられた粒子の個数で除算する）。
　なお、本発明のペースト組成物におけるＡｌ-Ｂ合金粉末の平均粒子径は、好ましくは、１μｍよりも大きく１０μｍ未満である。平均粒子径が１μｍ以下であると、ペースト中における分散性が悪化し、１０μｍ以上であると、反応性が低下してしまう。
　＜ガラス粉末＞
　ガラス粉末は、アルミニウム粉末とシリコン半導体基板との反応と、アルミニウム粉末自身の焼結とを助ける作用があるとされている。ガラス粉末は、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）、亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選択される１種または２種以上を含有していてもよい。
　さらに、ガラス粉末には、鉛を含むガラス粉末、もしくは、ビスマス系、バナジウム系、錫-燐系、ホウ珪酸亜鉛系、アルカリホウ珪酸系等の無鉛のガラス粉末を用いることができる。特に人体への影響、または、耐環境性能を鑑みると、無鉛のガラス粉末の利用が望ましい。
　また、ガラス粉末の軟化点は７５０℃以下であることが好ましい。軟化点が７５０℃を超えるガラス粉末であると、特定のパッシベーション膜を用いた際にパッシベーション膜の性能を著しく損なわせてしまうおそれがある。
　さらに、ガラス粉末を構成するガラス粒子の平均粒径は、１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。
　なお、本発明のペースト組成物に含まれるガラス粉末の含有量は、特に限定されないが、アルミニウム粉末１００重量部に対して、０．１重量部以上１５重量部以下であることが好ましい。ガラス粉末の含有量が０．１重量部未満であると、シリコン半導体基板１との密着性が低下するおそれがある。ガラス粉末の含有量が１５重量部以上であると、形成されるアルミニウム電極層５の電気抵抗が増加してしまうおそれがある。
　＜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および樹脂を溶解したものが使用される。溶剤としては公知のものが使用可能であり、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。各種添加剤としては、たとえば、酸化防止剤、腐食抑制剤、消泡剤、増粘剤、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、たとえば、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。樹脂としては公知のものが使用可能であり、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。本発明のペースト組成物に含められる有機ビヒクルとして、溶剤に溶解させないで樹脂を用いてもよい。
　なお、本発明のペースト組成物中に含まれる有機ビヒクルの含有量は、特に限定されないが、アルミニウム粉末１００重量部に対して、３０重量部以上１００重量部以下であることが好ましい。有機ビヒクルの含有量が３０重量部未満、または、１００重量部を越えると、ペースト組成物の印刷性が低下するおそれがある。
　以下、本発明の実施例と比較例について説明する。
　（ペースト組成物の準備）
　実施例１～４と比較例１～４のペースト組成物を次のようにして準備した。
　（実施例１）
　粒径が約３～６μｍの球状を有するアルミニウム粉末とＡｌ-０．０１１質量％Ｂ合金粉末とをそれぞれ用意する。合計で１００重量部のアルミニウム粉末およびＡｌ-０．０１１質量％Ｂ合金粉末に対して、１．５重量部のガラス粉末と、４０重量部の有機ビヒクルとを周知の混合機で混合し、ペースト組成物におけるホウ素の含有量が０．００５質量％のアルミニウムペーストを得た。
　（実施例２）
　粒径が約３～６μｍの球状を有するアルミニウム粉末とＡｌ-０．０３２質量％Ｂ合金粉末とをそれぞれ用意し、実施例１と同様の方法によって、合計で１００重量部のアルミニウム粉末およびＡｌ-０．０３２質量％Ｂ合金粉末に対して、１．５重量部のガラス粉末と、４０重量部の有機ビヒクルとを混合し、ペースト組成物におけるホウ素の含有量が０．０２質量％のアルミニウムペーストを得た。
　（実施例３）
　粒径が約３～６μｍの球状を有するアルミニウム粉末とＡｌ-０．０５１質量％Ｂ合金粉末とをそれぞれ用意し、実施例１，２と同様の方法によって、合計で１００重量部のアルミニウム粉末およびＡｌ-０．０５１質量％Ｂ合金粉末に対して、１．５重量部のガラス粉末と、４０重量部の有機ビヒクルとを混合し、ペースト組成物におけるホウ素の含有量が０．０３４質量％のアルミニウムペーストを得た。
　（実施例４）
　粒径が約３～６μｍの球状を有するアルミニウム粉末とＡｌ-０．０７０質量％Ｂ合金粉末とをそれぞれ用意し、実施例１，２，３と同様の方法によって、合計で１００重量部のアルミニウム粉末およびＡｌ-０．０７０質量％Ｂ合金粉末に対して、１．５重量部のガラス粉末と、４０重量部の有機ビヒクルとを混合し、ペースト組成物におけるホウ素の含有量が０．０５質量％のアルミニウムペーストを得た。
　（比較例１）
　粒径が約３～６μｍの球状を有するアルミニウム粉末を用意する。１００重量部のアルミニウム粉末に対して、１．５重量部のガラス粉末と、４０重量部の有機ビヒクルとを周知の混合機で混合することにより、アルミニウムペーストを得た。
　（比較例２）
　粒径が約３～６μｍの球状を有するアルミニウム粉末とＡｌ-０．００６質量％Ｂ合金粉末とをそれぞれ用意する。合計で１００重量部のアルミニウム粉末およびＡｌ-０．００６質量％Ｂ合金粉末に対して、１．５重量部のガラス粉末と、４０重量部の有機ビヒクルとを周知の混合機にて混合し、ペースト組成物におけるホウ素の含有量が０．００２質量％のアルミニウムペーストを得た。
　（比較例３）
　粒径が約３～６μｍの球状を有するアルミニウム粉末とＡｌ-０．０８３質量％Ｂ合金粉末とをそれぞれ用意し、比較例２と同様の方法で、合計で１００重量部のアルミニウム粉末およびＡｌ-０．０８３質量％Ｂ合金粉末に対して、１．５重量部のガラス粉末と、４０重量部の有機ビヒクルとを混合し、ペースト組成物におけるホウ素の含有量が０．０６質量％のアルミニウムペーストを得た。
　（比較例４）
　粒径が約５～８μｍの球状を有するアルミニウム粉末とＡｌ-０．２４０質量％Ｂ合金粉末とをそれぞれ用意し、比較例２，３と同様の方法で、合計で１００重量部のアルミニウム粉末およびＡｌ-０．２４０質量％Ｂ合金粉末に対して、１．５重量部のガラス粉末と、４０重量部の有機ビヒクルとを混合し、ペースト組成物におけるホウ素の含有量が０．２質量％のアルミニウムペーストを得た。
　（アルミニウム電極層の形成）
　５インチの単結晶セルにおいて、シリコン半導体基板１の表面（受光面）に予め銀ペーストが印刷されたシリコン半導体基板１の裏面上の全体に、スクリーン印刷機を用いて、上記で得られた実施例１～４と比較例１～４のペースト組成物を厚さ４０μｍで塗布した。スクリーンメッシュには、２５０Ｍｅｓｈを使用した。そして、各ペースト組成物が塗布されたセルのそれぞれを、１００℃の温度で１０分間乾燥させた後、赤外線焼成炉にて、空気雰囲気中で焼成した。焼成では、赤外線焼成炉の焼成ゾーンの温度を７５０～８００℃に設定した。この焼成により、各セルのシリコン半導体基板１に、図１に示すようにアルミニウム電極層５が形成された。このようにして、それぞれ異なるｐ+層（ＢＳＦ層）７を有する８種の単結晶セルを得た。
　（変換効率の評価）
　上記のようにして得られた各セルのＩ－Ｖ特性を、株式会社ワコム電創製のソーラシミュレータを用いて測定した。当該ソーラシミュレータをＡＭ１．５の条件に設定した。各セルのＩ－Ｖ特性については、当該ソーラシミュレータに表示されたものを用いた。なお、変換効率Ｅｆｆ（％）は下記式によって算出する。
　
　　変換効率Ｅｆｆ（％）＝（電流密度Ｉ×開放電圧Ｖ）×フィルファクタ値Ｆ．Ｆ．
 
　実施例１～４と比較例１～４の評価結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　変換効率Ｅｆｆの向上を考える場合には、電流密度と開放電圧との積である電力値Ｗ（＝Ｉ・Ｖ）に着目すべきであるから、ペースト組成物においてホウ素を含有しない比較例１に比べて、実施例１～４と比較例２，３とのペースト組成物のようにＡｌ-Ｂ合金粉末またはアルミニウム粉末およびＡｌ-Ｂ粉末の混合物を用いることによって、電流密度の減少の抑制と開放電圧の増大との両立（つまり、電力値Ｉ・Ｖの増大）が可能であることが表１からわかる。
　さらに、表１から、上記の実施例１～４のペースト組成物によれば、ペースト組成物におけるホウ素含有量の増大に従って電流密度の減少の抑制および開放電圧の増大が可能であることがわかる。一方、ペースト組成物におけるホウ素含有量が０．００５質量％未満であると、開放電圧の増大が顕著に現れないことがわかる（比較例２参照）。また、比較例１の変換効率Ｅｆｆと比較例２の変換効率Ｅｆｆとの間には殆ど差が無いことがわかる。また一方、ペースト組成物におけるホウ素含有量が０．０５質量％よりも多い場合（比較例３参照）には、ホウ素含有量の増大に伴って電流密度が著しく減少した。また、比較例３のペースト組成物においては、ホウ素を含有しない比較例１のペースト組成物に比べて、変換効率Ｅｆｆが同等以下であることが確認された。さらに、ホウ素を過多に含有する比較例４のペースト組成物においては、ホウ素を含有しない比較例１のペースト組成物に比べて、開放電圧が著しく低下し、変換効率Ｅｆｆも著しく低下した。
　以上、表１に示す結果から、本発明のペースト組成物（実施例１～４）が塗布されたシリコン半導体基板１を用いることによって、太陽電池素子の変換効率のさらなる向上を図ることができることがわかる。
　以上に開示された実施の形態や実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態や実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
　１：ｐ型シリコン半導体基板、２：ｎ型不純物層、３：反射防止膜、４：グリッド電極、５：アルミニウム電極層、６：Ａｌ-Ｓｉ合金層、７：ｐ+層、８：裏面電極。

Claims (3)

  1. 　結晶系シリコン太陽電池を構成するシリコン半導体基板の裏面上に電極を形成するために用いられるペースト組成物であって、
    　アルミニウム粉末、Ａｌ-Ｂ合金粉末、ガラス粉末、および、有機ビヒクルを含有し、
    　当該ペースト組成物におけるホウ素の濃度が０．００５質量％以上０．０５質量％以下である、ペースト組成物。
  2. 　前記Ａｌ-Ｂ合金粉末が０．０１質量％以上０．０７質量％以下のホウ素を含有する、請求項１に記載のペースト組成物。
  3. 　請求項１または請求項２に記載のペースト組成物をシリコン半導体基板の裏面上に塗布した後、焼成することにより形成した電極を備えた、太陽電池素子。
PCT/JP2014/071462 2013-08-23 2014-08-15 ペースト組成物と太陽電池素子 Ceased WO2015025799A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201480046204.7A CN105474409B (zh) 2013-08-23 2014-08-15 糊状组合物及太阳能电池元件
KR1020167004597A KR102217722B1 (ko) 2013-08-23 2014-08-15 페이스트 조성물 및 태양 전지 소자

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013172808A JP6202939B2 (ja) 2013-08-23 2013-08-23 ペースト組成物と太陽電池素子
JP2013-172808 2013-08-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015025799A1 true WO2015025799A1 (ja) 2015-02-26

Family

ID=52483575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/071462 Ceased WO2015025799A1 (ja) 2013-08-23 2014-08-15 ペースト組成物と太陽電池素子

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP6202939B2 (ja)
KR (1) KR102217722B1 (ja)
CN (1) CN105474409B (ja)
TW (1) TWI632562B (ja)
WO (1) WO2015025799A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104835552A (zh) * 2015-04-28 2015-08-12 华东理工大学 一种n型太阳能电池金属化用掺杂浆料
US10373726B2 (en) * 2016-08-30 2019-08-06 Nantong T-Sun New Energy Co., Ltd. Highly filled back surface field aluminum paste for point contacts in PERC cells and preparation method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0468382A1 (de) * 1990-07-24 1992-01-29 Nukem GmbH Elektrisch leitfähiges Material für Solarzelle
JP2003069056A (ja) * 2001-08-22 2003-03-07 Toyo Aluminium Kk ペースト組成物およびそれを用いた太陽電池
JP2009530845A (ja) * 2006-03-20 2009-08-27 フエロ コーポレーション アルミニウム−ボロン太陽電池コンタクト

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100825880B1 (ko) * 2004-07-01 2008-04-28 도요 알루미늄 가부시키가이샤 페이스트 조성물 및 그것을 이용한 태양 전지 소자
JP4843291B2 (ja) 2005-10-18 2011-12-21 東洋アルミニウム株式会社 アルミニウムペースト組成物およびそれを用いた太陽電池素子
KR20120002257A (ko) * 2010-06-30 2012-01-05 동우 화인켐 주식회사 태양전지 후면 전극용 알루미늄 페이스트 조성물
CN101937947A (zh) * 2010-09-16 2011-01-05 浙江大学 一种铝硼共掺的硅太阳电池背场及其制作方法
CN101944555A (zh) * 2010-09-16 2011-01-12 浙江大学 铝硼共掺的硅太阳电池背场及其制作方法
CN102522156A (zh) * 2011-12-06 2012-06-27 南昌大学 一种晶体硅太阳能电池铝硼浆的制备方法
CN102543253A (zh) * 2012-02-17 2012-07-04 杜国平 铝硅硼浆料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0468382A1 (de) * 1990-07-24 1992-01-29 Nukem GmbH Elektrisch leitfähiges Material für Solarzelle
JP2003069056A (ja) * 2001-08-22 2003-03-07 Toyo Aluminium Kk ペースト組成物およびそれを用いた太陽電池
JP2009530845A (ja) * 2006-03-20 2009-08-27 フエロ コーポレーション アルミニウム−ボロン太陽電池コンタクト

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G.DU: "Efficient Boron Doping in the Back Surface Field of Crystalline Silicon Solar Cells via Alloyed-Aluminum-Boron Paste", IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, vol. 33, no. 4, 2012, pages 573 - 575, XP011437289, DOI: doi:10.1109/LED.2012.2186114 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104835552A (zh) * 2015-04-28 2015-08-12 华东理工大学 一种n型太阳能电池金属化用掺杂浆料
US10373726B2 (en) * 2016-08-30 2019-08-06 Nantong T-Sun New Energy Co., Ltd. Highly filled back surface field aluminum paste for point contacts in PERC cells and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015041713A (ja) 2015-03-02
TW201519259A (zh) 2015-05-16
JP6202939B2 (ja) 2017-09-27
KR102217722B1 (ko) 2021-02-18
KR20160045716A (ko) 2016-04-27
CN105474409A (zh) 2016-04-06
CN105474409B (zh) 2018-02-13
TWI632562B (zh) 2018-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5924945B2 (ja) ペースト組成物
WO2016178386A1 (ja) Ｐｅｒｃ型太陽電池用アルミニウムペースト組成物
JP5542212B2 (ja) 銀ペースト組成物及びそれを用いた太陽電池
JP6214400B2 (ja) ペースト組成物
JP5853541B2 (ja) 太陽電池集電電極形成用導電性組成物および太陽電池セル
TWI556457B (zh) 銀膠組合物、使用彼形成之用於太陽能電池的前電極、以及利用彼之太陽能電池
CN108022672B (zh) 膏状组合物
TWI651289B (zh) 用於太陽電池電極的組合物以及使用其製作的電極
CN105190780B (zh) 导电浆料中的含Al和Ag的颗粒以及太阳能电池的制备
JP7173960B2 (ja) 太陽電池用ペースト組成物
JP6896506B2 (ja) 太陽電池用ペースト組成物
JP5338846B2 (ja) 太陽電池集電電極形成方法、太陽電池セルおよび太陽電池モジュール
JP6202939B2 (ja) ペースト組成物と太陽電池素子
KR101317228B1 (ko) 실리콘 태양전지의 저 휨 고특성 구현용 알루미늄 페이스트 조성물
JPWO2018221578A1 (ja) 太陽電池用ペースト組成物
KR20190073210A (ko) 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
CN105229751B (zh) 导电浆料中的含Al、Si和Mg的颗粒以及太阳能电池的制备
JP5327069B2 (ja) 太陽電池電極用ペーストおよび太陽電池セル
JP6403963B2 (ja) 太陽電池電極用焼成型ペースト、太陽電池および銀粉
JP2013008759A (ja) ペースト組成物、太陽電池素子の製造方法および太陽電池素子
JP2012248790A (ja) 太陽電池集電電極形成用導電性組成物および太陽電池セル
KR20190050877A (ko) 태양전지 전극용 도전성 페이스트 및 이를 사용하여 제조된 태양전지
KR20180018209A (ko) 태양전지용 전면 전극 및 이를 포함하는 태양전지
KR20150108710A (ko) 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
JP2015115400A (ja) 導電性アルミニウムペースト

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480046204.7

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14838375

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20167004597

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14838375

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1