JP7719697B2 - 導電性ペースト及びその硬化物からなる電極を備えた太陽電池セル - Google Patents
導電性ペースト及びその硬化物からなる電極を備えた太陽電池セルInfo
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2.前記銀コート酸化物粒子は、酸化物粒子の表面に銀コート層を備えており、前記酸化物粒子がシリカ粒子及び/又はアルミナ粒子である、上記項1に記載の導電性ペースト。
3.前記導電性粒子は、更に銀粒子、銅粒子及び銀コート金属粒子からなる群から選択される一種以上を含む、上記項1又は2に記載の導電性ペースト。
4.前記銀コート酸化物粒子は、体積平均粒子径D50が0.1μm以上10μm以下である、上記項1~3のいずれかに記載の導電性ペースト。
5.固形分として、前記銀コート酸化物粒子を0.5~90質量%、銀粒子、銅粒子及び銀コート金属粒子からなる群から選択される一種以上を0~95質量%、残部が前記エポキシ系硬化性樹脂及び前記硬化剤である、上記項1~4のいずれかに記載の導電性ペースト。
6.太陽電池セルの透明導電膜の表面の一部に上記項1~5のいずれかに記載の導電性ペーストの硬化物からなる電極を備えた太陽電池セル。
本発明の導電性ペーストは、(A)銀コート酸化物粒子を含む導電性粒子と、(B)エポキシ系硬化性樹脂と、(C)硬化剤と、を含有する。
本発明における導電性粒子は、銀コート酸化物粒子を必須成分として含む。銀コート酸化物粒子は、酸化物粒子の表面に銀コート層を備えた粒子であり、コアとなる酸化物粒子は酸化物材料で形成された粒子であれば特に限定されないが、具体的にはシリカ粒子及び/又はアルミナ粒子が挙げられる。このような銀コート酸化物粒子の製造方法は限定的ではなく公知の方法により製造でき、例えば、特開2015-230847号公報、国際公開第2015/107996号等に開示された製法を用いることができる。
酸性溶媒またはアルカリ性溶媒を用いて、前記粒子前駆体の表面を活性化処理することにより、活性化粒子を調製する工程と、
前記活性化粒子の表面に触媒を担持させて、触媒担持粒子を調製する工程と、
前記触媒担持粒子を無電解めっき処理することにより、前記触媒担持粒子の表面に金属層が設けられた金属被覆粒子を作製する工程と、を備える、金属被覆粒子の製造方法。」が開示されており、前駆体粒子としてシリカ粒子及び/又はアルミナ粒子を使用し、無電解メッキにより銀コートをはじめとする金属層を設ける方法が記載されている。
本発明におけるエポキシ系硬化性樹脂は、後述する(C)硬化剤と反応して本発明の導電性ペーストの硬化物を形成する。エポキシ系硬化性樹脂は、硬化性、硬化物の強度、接着性(硬化物である電極と透明導電膜との接着性)、太陽電池用途での信頼性の点で優れている。特に、ヘテロジャンクションシリコン太陽電池、ペロブスカイト太陽電池等は、太陽電池セルの厚さが極薄であるため、電極形成時に300℃以上の熱を加えると太陽電池構造が変化又は破壊されるおそれがある。他方、導電性ペーストが室温で硬化すると電極形成時に細線の印刷及びディスペンシングが困難となるとともに、熱収縮に基づく導電粒子間の接触改善効果が得られない。よって、導電性ペースト中の硬化性樹脂としては、室温で硬化せず、200℃以下の温度で硬化する樹脂を選定することが望ましい。この観点から、本発明では、硬化剤との組み合わせで硬化温度を200℃以下に制御することができるエポキシ系硬化性樹脂を用いることにより、太陽電池構造を変化又は破壊することなく太陽電池セルの電極を形成することができる。
フェノールノボラック型、オルソクレゾールノボラック型、トリスヒドロキシフェニルメタン型、テトラフェニロールエタン型等の多官能型のグリシジルエーテル系エポキシ樹脂;
ダイマー酸などの合成脂肪酸のグリシジルエステル系エポキシ樹脂;
N,N,N’,N’-テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(TGDDM)、テトラグリシジルジアミノジフェニルスルホン(TGDDS)、テトラグリシジル-m-キシリレンジアミン(TGMXDA)、トリグリシジル-p-アミノフェノール、トリグリシジル-m-アミノフェノール、N,N-ジグリシジルアニリン、テトラグリシジル1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン(TG1,3-BAC)、トリグリシジルイソシアヌレート(TGIC)等のグリシジルアミン系エポキシ樹脂;
トリシクロ〔5,2,1,02,6〕デカン環を有するエポキシ化合物、具体的には、例えば、ジシクロペンタジエンとメタクレゾール等のクレゾール類またはフェノール類を重合させた後、エピクロルヒドリンを反応させる公知の製造方法によって得ることができるエポキシ化合物;
ポリ(オキシアルキレン)ポリオールのグリシジルエーテル、及び、アルキレンポリオールのグリシジルエーテルのような多価アルコールグリシジル型エポキシ樹脂;
キレート変性エポキシ樹脂;
ベンゼンジオール(ジヒドロキシベンゼン)骨格を有するエポキシ樹脂及びその水素添加物;
フタル酸骨格を有するエポキシ樹脂及びその水素添加物;
ベンゼンジメタノール骨格を有するエポキシ樹脂;
シクロヘキサンジメタノール骨格を有するエポキシ樹脂;
ジシクロペンタジエンジメタノール骨格を有するエポキシ樹脂;
脂環型エポキシ樹脂;
東レチオコール社製のフレップ10に代表されるエポキシ樹脂主鎖に硫黄原子を有するエポキシ樹脂;
ウレタン結合を有するウレタン変性エポキシ樹脂;
ポリブタジエン、液状ポリアクリロニトリル-ブタジエンゴムまたはアクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)を含有するゴム変性エポキシ樹脂;
等が挙げられる。エポキシ系硬化性樹脂は1種又は2種以上を混合して使用できる。
本発明における硬化剤は、前記エポキシ系硬化性樹脂を望ましくは200℃以下で硬化させる硬化剤であれば特に制限されない。硬化剤としては、フッ化ホウ素類、イミダゾール類、アミン類、又は、アンモニウム、スルホニウム、若しくは、ホスホニウムを含むオニウム塩であることが好ましく、この中でもフッ化ホウ素類、イミダゾール類、又は、オニウム塩であることがより好ましい。
本発明の導電性ペーストは、上記(A)銀コート酸化物粒子を含む導電性粒子、(B)エポキシ系硬化性樹脂、(C)硬化剤に加えて、導電性ペーストの塗工性を勘案して更に(D)溶剤を含有していてもよい。
本発明の導電性ペーストの調製方法は限定されないが、上記(A)銀コート酸化物粒子を含む導電性粒子、(B)エポキシ系硬化性樹脂、(C)硬化剤、更には必要に応じて(D)溶剤その他導電性ペーストの分野で公知の添加剤を、ディスパー、万能撹拌機、自転公転ミキサー、3本ロール等により混合することにより調製することができる。
本発明の太陽電池セルは、太陽電池セルの透明導電膜の表面の一部に本発明の導電性ペーストの硬化物からなる電極を備えることを特徴とする。具体的には、1つ又は2つ以上の光発電層を有し、片面又は両面に透明導電膜を有し、透明導電膜の表面の一部に本発明の導電性ペーストの硬化物からなる電極を備えた太陽電池セルが挙げられる。
透明導電膜の材料は限定的ではなく、例えば酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン等の単一金属酸化物;酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛、酸化インジウムチタン、酸化スズカドミウム等の多種金属酸化物;ガリウム添加酸化亜鉛、アルミニウム添加酸化亜鉛(AZO)、硼素添加酸化亜鉛、チタン添加酸化亜鉛、チタン添加酸化インジウム、ジルコニウム添加酸化インジウム、フッ素添加酸化スズ等のドーピング型金属酸化物などが挙げられる。このような透明導電膜は、公知の方法により光発電層の表面に形成することができる。
本発明の太陽電池セルにおいて、導電性ペーストを用いて電極を形成する方法は限定的ではない。例えばスクリーン印刷、ディスペンシング等の公知の方法により透明導電膜の表面の一部に導電性ペーストを電極形状となるように線状に塗工した後、200℃以下の加熱により導電性ペーストの塗膜を硬化させることにより形成することができる。なお、前記塗工には塗布、印刷等の各種の方法が包含される。導電性ペーストに溶剤を含有する場合には、加熱処理に先立って溶剤を揮発させるために100℃程度で10分間程度乾燥処理することが好ましい。
・銀粒子:平均粒子径(D50)2μm
・銀コート銅粒子(TFM-C05P):平均粒子径(D50)6μm
・銀コートシリカ粒子(TFM-S02P):平均粒子径(D50)3μm
・銀コートシリカ粒子(TFM-S05P):平均粒子径(D50)6μm
・銀コートアルミナ粒子(TFM-L05B):平均粒子径(D50)7μm
・エポキシ系硬化性樹脂:ビスフェノールA型エポキシ樹脂+ジエチレングリコールジグリシジルエーテル
・硬化剤:サンエードSI60L(三新化学工業社製)
・溶剤:ブチルカルビトールアセテート。
銀粒子75質量部に対して、銀コートシリカ粒子TFM-S02P(東洋アルミニウム社製)6.9質量部、エポキシ系硬化性樹脂4質量部、有機溶媒4質量部、硬化剤0.3質量部を含有する導電性ペーストを調製した。
銀粒子50質量部に対して、銀コートシリカ粒子TFM-S02P(東洋アルミニウム社製)13.8質量部、エポキシ系硬化性樹脂4質量部と、有機溶媒4質量部、硬化剤0.3質量部を含有する導電性ペーストを調製した。実施例1と同様に電極を形成し接触抵抗を測定した。
銀粒子50質量部に対して、実施例2で使用した銀コートシリカ粒子TFM-S02Pと平均粒子径D50の異なる銀コートシリカ粒子TFM-S05P(東洋アルミニウム社製)13.8質量部、エポキシ系硬化性樹脂4質量部と、有機溶媒4質量部、硬化剤0.3質量部を含有する導電性ペーストを調製した。実施例1と同様に電極を形成し接触抵抗を測定した。
銀粒子25質量部に対して、銀コートシリカ粒子TFM-S02P(東洋アルミニウム社製)20.7質量部、エポキシ系硬化性樹脂4質量部、有機溶媒4質量部、硬化剤0.3質量部を含有する導電性ペーストを調製した。実施例1と同様に電極を形成し接触抵抗を測定した。
銀コートシリカ粒子TFM-S02P(東洋アルミニウム社製)27.6質量部に対して、エポキシ系硬化性樹脂4質量部、有機溶媒4質量部、硬化剤0.3質量部を含有する導電性ペーストを調製した。実施例1と同様に電極を形成し接触抵抗を測定した。
銀粒子50質量部に対して、銀コートアルミナ粒子TFM-L05B(東洋アルミニウム社製)22.9質量部、エポキシ系硬化性樹脂4質量部、有機溶媒4質量部、硬化剤0.3質量部を含有する導電性ペーストを調製した。実施例1と同様に電極を形成し接触抵抗を測定した。
銀粒子50質量部に対して、銀コート銅粒子TFM-C05P(東洋アルミニウム社製)9.9質量部、銀コートシリカ粒子TFM-S02P(東洋アルミニウム社製)11.2質量部、エポキシ系硬化性樹脂4質量部、有機溶媒4質量部、硬化剤0.3質量部を含有する導電性ペーストを調製した。実施例1と同様に電極を形成し接触抵抗を測定した。
銀粒子100質量部に対して、エポキシ系硬化性樹脂4質量部、有機溶媒4質量部、硬化剤0.3質量部を含有する導電性ペーストを調製した。実施例1と同様に電極を形成し接触抵抗を測定した。
銀粒子75質量部に対して、銀コート銅粒子TFM-C05P(東洋アルミニウム社製)43.3質量部、エポキシ系硬化性樹脂4質量部、有機溶媒4質量部、硬化剤0.3質量部を含有する導電性ペーストを作製した。実施例1と同様に電極を形成し接触抵抗を測定した。
2.i型アモルファスシリコン層
3-1.n型アモルファスシリコン層
3-2.p型アモルファスシリコン層
4.透明導電膜(ITO)
5.銀電極
Claims (6)
- 銀コート酸化物粒子を含む導電性粒子と、エポキシ系硬化性樹脂と、硬化剤と、を含有し、前記硬化剤が、下記硬化剤2~4の少なくとも一種である、
ことを特徴とする導電性ペースト。 - 前記銀コート酸化物粒子は、酸化物粒子の表面に銀コート層を備えており、前記酸化物粒子がシリカ粒子及び/又はアルミナ粒子である、請求項1に記載の導電性ペースト。
- 前記導電性粒子は、更に銀粒子、銅粒子及び銀コート金属粒子からなる群から選択される一種以上を含む、請求項1又は2に記載の導電性ペースト。
- 前記銀コート酸化物粒子は、体積平均粒子径D50が0.1μm以上10μm以下である、請求項1~3のいずれかに記載の導電性ペースト。
- 固形分として、前記銀コート酸化物粒子を0.5~90質量%、銀粒子、銅粒子及び銀コート金属粒子からなる群から選択される一種以上を0~95質量%、残部が前記エポキシ系硬化性樹脂及び前記硬化剤である、請求項1~4のいずれかに記載の導電性ペースト。
- 太陽電池セルの透明導電膜の表面の一部に請求項1~5のいずれかに記載の導電性ペーストの硬化物からなる電極を備えた太陽電池セル。
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