JP2013189372A

JP2013189372A - 導電性ペースト材料

Info

Publication number: JP2013189372A
Application number: JP2013090284A
Authority: JP
Inventors: Jun Hamada; 潤濱田; Naoya Hayakawa; 直也早川; Kazutoshi Nakaya; 和敏中屋
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2013-09-26

Abstract

【課題】多結晶Ｓｉ太陽電池用の導電性ペーストにおいて、高い集電効率を得るために、良好なオーミック接触が得られる導電性ペースト材料が望まれている。
【解決手段】ペーストに含まれる低融点ガラスの組成が、質量％でＳｉＯ_２を１〜１０、Ｂ_２Ｏ_３を５〜１５、Ａｌ_２Ｏ_３を１〜１５、ＰｂＯを６８〜８９、ＣｕＯを０〜１０、ＴｉＯ_２を０〜１０含むＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＰｂＯ系低融点ガラスであることを特徴とする導電性ペースト。前記低融点ガラスの３０℃〜３００℃における熱膨張係数が（８０〜１１０）×１０^−７／℃、軟化点が３５０℃以上５００℃以下である特徴も有す。
【選択図】なし

Description

本発明は、特に多結晶Ｓｉ太陽電池に形成される受光面電極において、良好なオーミック接触が得られる導電性ペースト材料を用いた太陽電池に関する。

従来、多結晶Ｓｉ太陽電池はｐ型シリコン基板の一方の面にｎ型シリコン基板層を設けた構造となっており、そのｎ型シリコン層側を受光面とし、受光面側表面に受光効率をあげるための窒化珪素膜などの反射防止膜を設け、さらにその反射防止膜側に半導体と接続した表面電極と、その裏面に裏面電極を設けることで受光により半導体のｐｎ接合に生じた電力を取り出していた。

このとき、表面電極を形成する場合、受光効率をあげるために形成された窒化珪素膜などの反射防止膜が比較的高い電気抵抗値を持つことから、これら反射防止膜をあらかじめエッチングし、そこへ導電性ペーストなどの電極材料を印刷・焼成することで半導体と電極とを接続していた。

しかしこのようなエッチングによる方法は工程増によるコストアップなどの理由から、このようなエッチングは行わず、電極材料を直接反射防止膜上に印刷・焼成することで同時に反射防止膜を熔融・除去し電極と半導体とを接続する方法がとられるようになってきた。このとき、表面電極材料の導電性ペーストにリン等の周期表第Ｖ族に属する元素を含有したり（特許文献１参照）、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｒ成分を含有したり（特許文献２参照）、様々な添加剤を種々配合し高いオーミック接触を得ようとする方法が提案されている。
特開昭６２−４９６７６号公報特開２００１−３１３４００号公報

しかしながら、上記のように表面電極材料に種々金属を含有する添加剤を配合して焼成した場合、半導体と表面電極の間に安定したオーミック接触をえることができなかった。

そこで本発明は、上述の問題点を解決すべくなされたもので、反射防止膜をファイアースルーして半導体基板と表面電極との良好なオーミック接触をえることのできる導電性ペーストを用いた多結晶Ｓｉ太陽電池を提供することにある。

本発明は、ｐ型シリコン基板の一方の面に受光面となるｎ型シリコン基板層を設け、該受光面側表面に設けた反射防止膜上に導電性ペーストを印刷・焼成することで同時に反射防止膜を熔融・除去して表面電極が形成されている多結晶Ｓｉ太陽電池において、該ペーストに含まれる低融点ガラスの組成が、質量％でＳｉＯ_２１〜１０、Ｂ_２Ｏ_３５〜１５、Ａｌ_２Ｏ_３１〜１５、ＰｂＯ６８〜８９、ＣｕＯ０〜１０、ＴｉＯ_２０〜１０含むＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＰｂＯ系低融点ガラスであり、該表面電極とｐ型シリコン基板面に形成されたｎ型シリコン半導体とがオーミック接触していることを特徴とする。

また、前記低融点ガラスの３０℃〜３００℃における熱膨張係数が（８０〜１１０）×１０^−７／℃、軟化点が３５０℃以上５００℃以下であることを特徴とする。

さらに、上記の導電性ペーストを使用することを特徴とする電子材料用基板である。

本発明はｐ型シリコン基板の一方の面に受光面となるｎ型シリコン基板層を設け、該受光面側表面に設けた反射防止膜上に導電性ペーストを印刷・焼成することで同時に反射防止膜を熔融・除去して表面電極が形成されている多結晶Ｓｉ太陽電池であり、該表面電極とｐ型シリコン基板面に形成されたｎ型シリコン半導体とがオーミック接触しているものである。

ＳｉＯ_２はガラス形成成分であり、別のガラス形成成分であるＢ_２Ｏ_３と共存させることにより、安定したガラスを形成することができるもので、質量％で１〜１０％の範囲で含有させる。１０％を越えると、ガラスの軟化点が上昇し、成形性、作業性が困難となる。より好ましくは、４〜７％の範囲である。

Ｂ_２Ｏ_３はガラス形成成分であり、ガラス溶融を容易とし、ガラスの熱膨張係数において過度の上昇を抑え、かつ、焼付け時にガラスに適度の流動性を与え、ガラスの誘電率を低下させるものである。ガラス中に５〜１５％（質量％、以下においても同様である）の範囲で含有させるのが好ましい。２％未満ではガラスの流動性が不充分となり、焼結性が損なわれる。他方１５％を越えるとガラスの安定性を低下させる。より好ましくは８〜１２％の範囲である。

Ａｌ_２Ｏ_３はガラスを安定化させ、またその導入により半導体と表面電極とのオーミック接触を上げる効果を持つ。ガラス中に１〜１５％の範囲で含有させることが好ましい。１未満では上記作用を発揮しえず、１５％を超えるとガラスが不安定となる。より好ましくは３〜１０％の範囲である。

ＰｂＯはガラスを低融点化し、流動性を与え、反射防止膜をファイアースルーし半導体と表面電極との接触面を大きくする効果を持つ成分である。ガラス中に６８〜８９％で含有させるのが好ましい。６８％未満ではその作用を発揮し得ず、他方８９％を超えると熱膨張係数が過大となる。より好ましくは７５〜８５％である。

ＣｕＯはその導入により半導体と表面電極とのオーミック接触を上げる効果があり、０〜１０％の範囲で含有させるのが好ましい。１０％を超えると熔融時においてガラスが結晶化しやすくなる。より好ましくは０〜５％である。

ＴｉＯ_２はその導入により半導体と表面電極とのオーミック接触を上げる効果があり、０〜１０％の範囲で含有させるのが好ましい。１０％を超えると熔融時においてガラスが結晶化しやすくなる。より好ましくは０〜５％である。

この他にも、一般的な酸化物で表すＲＯ（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）、Ｒ_２Ｏ（Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ）、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＴｅＯ_２などを加えてもよい。

３０℃〜３００℃における熱膨張係数が（８０〜１１０）×１０^−７／℃、軟化点が３５０℃以上５００℃以下である上記の無鉛低融点ガラスを導電性ペーストに含有させ、多結晶Ｓｉ太陽電池に用いる。熱膨張係数が（８０〜１１０）×１０^−７／℃を外れると表面電極形成時に剥離、基板の反り等の問題が発生する。好ましくは、（８５〜１１０）×１０^−７／℃の範囲である。また、軟化点が５００℃を越えると基板の軟化変形などの問題が発生する。好ましくは、３６０℃以上４９０℃以下である。

以下、実施例に基づき、説明する。

（導電性ペースト材料）
まず、ガラス粉末は、実施例に記載した所定組成となるように各種無機原料を秤量、混合して原料バッチを作製する。この原料バッチを白金ルツボに投入し、電気加熱炉内で１０００〜１３００℃、１〜２時間で加熱溶融して表１の実施例１〜５、表２の比較例１〜４に示す組成のガラスを得た。

ガラスの一部は型に流し込み、ブロック状にして熱物性(熱膨張係数、軟化点)測定用に供した。残余のガラスは急冷双ロール成形機にてフレーク状とし、粉砕装置で平均粒径１〜４μｍ、最大粒径１０μｍ未満の粉末状に整粒した。

次いで、αテルピネオールとブチルカルビトールアセテートからなるペーストオイルにバインダーとしてのエチルセルロースと上記ガラス粉、また導電性粉末として銀粉末を所定比で混合し、粘度、５００±５０ポイズ程度の導電性ペーストを調製した。

なお、軟化点は、リトルトン粘度計を用い、粘度係数η＝10^7.6に達したときの温度とした。また、熱膨張係数は、熱膨張計を用い、５℃/分で昇温したときの３０〜３００℃での伸び量から求めた。

次に、表面に窒化珪素層、また裏面にアルミ電極層が形成された１辺３０ｍｍの多結晶シリコンを準備し、その窒化珪素層上部に上記で作製した導電性ペーストをスクリーン印刷した。これらの試験片を、１４０℃のオーブンで１０分間乾燥させ、次に電気炉で８００℃条件下で焼成し、サンプルを得た。

このようにして得られたデバイスについて、太陽電池としての集電効率（０〜１．０）を測定し、その効率が０．７以上のものを○、０．７未満のものを×とした。

（結果）
低融点ガラス組成および、各種試験結果を表に示す。

表１における実施例１〜５に示すように、本発明の多結晶Ｓｉ太陽電池に用いる低融点ガラスの組成範囲内においては、軟化点が３５０℃〜５００℃であり、好適な熱膨張係数（８０〜１１０）×１０^−７／℃を有しており、更には、集電効率が０．７以上と良好であり、多結晶Ｓｉ太陽電池用として好適である。

他方、上記組成範囲を外れる表２における比較例１〜４は、良好な集電特性が得られない、または熔融時に結晶化するなど、多結晶Ｓｉ太陽電池として適用し得ない。

Claims

導電性ペーストに含まれる３０℃〜３００℃における熱膨張係数が（８０〜１１０）×１０^−７／℃、軟化点が３５０℃以上５００℃以下である低融点ガラスの組成が、質量％で
ＳｉＯ_２１〜１０、
Ｂ_２Ｏ_３５〜１５、
Ａｌ_２Ｏ_３１〜１５、
ＰｂＯ６８〜８９、
ＣｕＯ０（ただし、０を含まず）〜５、
ＴｉＯ_２０〜１０であるＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＰｂＯ−ＣｕＯ系ガラスであることを特徴とする導電性ペースト材料。
導電性ペーストに含まれる３０℃〜３００℃における熱膨張係数が（８０〜１１０）×１０^−７／℃、軟化点が３５０℃以上５００℃以下である低融点ガラスの組成が、質量％で
ＳｉＯ_２１〜１０、
Ｂ_２Ｏ_３５〜１５、
Ａｌ_２Ｏ_３３〜１０、
ＰｂＯ６８〜８９、
ＣｕＯ０〜１０、
ＴｉＯ_２０〜１０であるＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＰｂＯ系ガラスであることを特徴とする導電性ペースト材料。
前記低融点ガラスの組成中に、ＲＯ（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）、Ｒ_２Ｏ（Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ）、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、又はＴｅＯ_２を加えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導電性ペースト材料。
ｐ型シリコン基板の一方の面に受光面となるｎ型シリコン基板層を設け、該受光面側表面に設けた反射防止膜上に導電性ペーストを印刷・焼成することで同時に反射防止膜を熔融・除去して表面電極が形成されている多結晶Ｓｉ太陽電池に用いられる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の導電性ペースト材料。