TWI578334B

TWI578334B - 糊膏狀組成物

Info

Publication number: TWI578334B
Application number: TW102104040A
Authority: TW
Inventors: 中原正博; 和辻隆; 丸灣達哈姆林
Original assignee: 東洋鋁股份有限公司
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2017-04-11
Also published as: JP6214400B2; WO2013115076A1; TW201337958A; JPWO2013115076A1

Description

糊膏狀組成物

本發明廣泛而言係關於一種糊膏狀組成物，特定而言，係關於一種用以形成與太陽電池單元中之p型擴散區域及n型擴散區域電性接觸之電極的糊膏狀組成物。

先前，結晶系太陽電池中，p型矽基板之受光面上介隔n型雜質層形成抗反射膜及柵電極，並且於與受光面相反側之背面形成有p型擴散區域及電極。業界對為形成此種電極而含有鋁作為導電成分之鋁糊膏之組成進行各種研究，例如，日本專利特開2011-66353號公報(專利文獻1)中揭示有太陽電池用鋁糊膏。

又，作為轉換效率較高之結晶系太陽電池，例如，如日本專利特開2011-233657號公報(專利文獻2)中所揭示般，開發有僅於與n型矽基板之受光面相反側之背面上形成有n型擴散區域及與其接觸之n型用電極、及p型擴散區域及與其接觸之p型用電極的太陽電池。

具有此種構造之太陽電池單元例如如日本專利特表2007-525008號公報(專利文獻3)中所揭示般，通常為充分地減小與矽基板之接觸電阻，而使用含有比鋁導電性優異之銀之銀糊膏作為電極之導電成分。

太陽電池設置於室外，故而於其使用環境下大多暴露於濕度較高之環境中。因此，於在具有如專利文獻2所揭示之構造之太陽電池中為形成p型用電極及n型用電極而使用銀糊膏之情形時，藉由p型用電極與n型用電極之間之微弱之電位差而產生銀之遷移。其結果為，經由p型擴散區域及n型擴散區域而於p型用電極與n型用電極之間產生短路，容易引起自太陽電池之電能之擷取不良。又，就製造成本及資源風險之觀點而言，使用銀亦欠佳。

因此，本發明之目的在於提供一種糊膏狀組成物，其可不使用銀作為用以形成與太陽電池中之p型擴散區域及n型擴散區域電性接觸之電極的導電成分，而耐環境性優異，並且防止導電成分向矽基板之擴散，且降低與矽基板之接觸電阻。

本發明者等人針對用以形成與太陽電池中之p型擴散區域及n型擴散區域電性接觸之電極的導電性糊膏之組成進行各種研究。其結果為，發現可藉由使用鋁-矽合金粉末作為導電成分，而使耐環境性優異，並且防止導電成分向矽基板之擴散，降低與矽基板之接觸電阻。基於該見解，依據本發明之糊膏狀組成物具備下述特徵。

依據本發明之糊膏狀組成物係用以形成與太陽電池中之p型擴散區域及n型擴散區域電性接觸之電極者，且其含有鋁-矽合金粉末、玻璃粉末及有機媒劑，鋁-矽合金粉末含有矽12質量%以上且30質量%以下。

於本發明之糊膏狀組成物中，較佳為構成鋁-矽合金粉末之粒子具有鱗片狀之形狀。

又，於本發明之糊膏狀組成物中，較佳為構成鋁-矽合金粉末之粒子具有短徑與長徑，且長徑相對於短徑之比率為1以上且100以下。

進而，於本發明之糊膏狀組成物中，較佳為相對於鋁-矽合金粉末100質量份，含有玻璃粉末0.5質量份以上且40質量份以下、及有機媒劑30質量份以上且100質量份以下。

如上所述，藉由使用本發明之糊膏狀組成物，可不使用銀作為用以形成與太陽電池中之p型擴散區域及n型擴散區域電性接觸之電極的導電成分，而使電極之耐環境性優異，並且防止導電成分向矽基板之擴散，且降低與矽基板之接觸電阻。

1‧‧‧n型矽半導體基板

2‧‧‧受光面鈍化膜

3‧‧‧背面鈍化膜

4‧‧‧n⁺擴散區域

5‧‧‧p⁺擴散區域

6‧‧‧n型用電極

7‧‧‧p型用電極

8‧‧‧線狀圖案

圖1係示意性地表示作為一實施形態之本發明所應用之太陽電池元件之通常之剖面構造的剖面圖。

圖2係表示本發明之實施例與比較例中所製作之電極圖案的平面圖。

圖3係示意性地表示本發明之實施例與比較例中所製作之電極構造之剖面的剖面圖。

<太陽電池元件>

如圖1所示，太陽電池元件係例如使用厚度為180~250 μm之n型矽半導體基板1而構成。於n型矽半導體基板1之受光面側例如形成有包含氮化矽膜之受光面鈍化膜2。

於與n型矽半導體基板1之受光面相反側之背面，例如形成有包含氮化矽膜之背面鈍化膜3。又，n型矽半導體基板1之背面側交替鄰接形成有n⁺擴散區域4與p⁺擴散區域5。貫通背面鈍化膜3形成有到達n型矽半導體基板1之表面之數個接觸孔，經由各接觸孔以與n⁺擴散區域4與p⁺擴散區域5各者之表面接觸之方式，形成有依據既定之圖案形狀的n型用電極6與p型用電極7。n型用電極6與p型用電極7分別藉由如下方式而形成：藉由網版印刷等塗佈糊膏狀組成物並使其乾燥後，以577℃以下(鋁與矽之固相線溫度以下)之溫度進行焙燒，該糊膏狀組成物含有：過共晶組成之鋁-矽(Al-Si)合金粉末、具體而言為含有矽12質量%以上且30質量%以下之鋁-矽(Al-Si)合金粉末、玻璃粉末及有機媒劑。藉由將具有上述組成之糊膏狀組成物用於以與交替形成於太陽電池單元之一面之n⁺擴散區域4及p⁺擴散區域5電性接觸之方式形成n型用電極6與p型用電極7，可使n型用電極6與p型用電極7耐環境性優異，並且防止導電成分向n型矽半導體基板1之擴散，且降低與n型矽半導體基板1之接觸電阻。

<糊膏狀組成物>

糊膏狀組成物為導電性之糊膏狀組成物，該導電性之糊膏狀組成物為形成上述n型用電極6與p型用電極7而塗敷於背面鈍化膜3上，且以經由形成於背面鈍化膜3上之接觸孔與n型矽半導體基板1之表面、即n⁺擴散區域4與p⁺擴散區域5之各表面電性接觸(歐姆接觸)之方式進行塗敷；其含有鋁-矽合金粉末、玻璃粉末及有機媒劑。

<鋁-矽合金粉末>

糊膏狀組成物中所含之鋁-矽合金粉末於藉由對糊膏狀組成物進行焙燒而形成之n型用電極6與p型用電極7中發揮導電性。又，藉由使糊膏狀組成物中含有鋁-矽合金粉末，可防止鋁向n型矽半導體基板1內之擴散。

構成鋁-矽合金粉末之鋁-矽合金粒子之形狀並無特別限定。構成鋁-矽合金粉末之鋁-矽合金粒子之平均粒徑較佳為1 μm以上且10 μm以下。若平均粒徑未滿1 μm，則有鋁-矽合金粒子彼此凝集之虞，因此於糊膏中之分散性惡化。若平均粒徑超過10 μm，則反應性降低。

又，鋁-矽合金粉末較佳為包含過共晶組成之鋁-矽合金，具體而言，含有矽12質量%以上且30質量%以下。若鋁-矽合金粉末中之矽含量未滿12質量%，則鋁自焙燒後所形成之n型用電極6與p型用電極7擴散至n型矽半導體基板1中，破壞p-n接面。又，若矽含量超過30質量%，則n型用電極6與p型用電極7之電阻增加。

進而，構成鋁-矽合金粉末之粒子較佳為具有球狀或鱗片狀之形狀，尤佳為具有鱗片狀之形狀。藉由構成鋁-矽合金粉末之粒子具有鱗片狀之形狀，其與n型矽半導體基板1之接觸面積變大，可進一步降低接觸電阻。於此情形時，構成鋁-矽合金粉末之粒子較佳為具有短徑與長徑，且長徑相對於短徑之比率為1以上且100以下。

<玻璃粉末>

玻璃粉末可視為具有有助於鋁粉末與矽之反應、及鋁粉末本身之燒結的作用。

作為玻璃粉末，可含有選自由鉛(Pb)、鉍(Bi)、釩(V)、硼(B)、矽(Si)、錫(Sn)、磷(P)、及鋅(Zn)所組成之群中之一種或兩種以上。又，可使用含鉛之玻璃粉末，或鉍系、釩系、錫-磷系、硼矽酸鋅系、鹼性硼矽酸系等之無鉛玻璃粉末。尤其若考慮對人體之影響，則較理想為使用無鉛之玻璃粉末。

又，玻璃粉末之軟化點較佳為750℃以下。

進而，構成玻璃粉末之玻璃粒子之平均粒徑較佳為1μm以上且3μm以下。

再者，本發明之糊膏狀組成物中所含之玻璃粉末的含有比率並無特別限定，相對於鋁-矽合金粉末100質量份，較佳為0.5質量份以上且40質量份以下。若玻璃粉末之含有比率相對於鋁-矽合金粉末100質量份未滿0.5質量份，則與n型矽半導體基板1及背面鈍化膜3之密接性降低，若超過40質量份，則n型用電極6與p型用電極7之電阻增加。

<有機媒劑>

作為有機媒劑，使用溶劑中可視需要溶解有各種添加劑及樹脂者。作為溶劑，可使用公知者，具體而言，可列舉：二乙二醇單丁醚、二乙二醇單丁醚乙酸酯、二丙二醇單甲醚等。作為各種添加劑，例如可使用：抗氧化劑、腐蝕抑制劑、消泡劑、增黏劑(tackifier)、偶合劑、靜電賦予劑、聚合抑制劑、觸變劑、防沈澱劑等。具體而言，例如可使用：聚乙二醇酯化合物、聚乙二醇醚化合物、聚氧乙烯山梨醇酐酯化合物、山梨醇酐烷基酯化合物、脂肪族多元羧酸化合物、磷酸酯化合物、聚酯酸之醯胺胺鹽、氧化聚乙烯系化合物、脂肪酸醯胺蠟等。作為樹脂，可使用公知者，可將乙基纖維素、硝化纖維素、聚乙烯丁醛、酚系樹脂、黑色素樹脂、脲樹脂、二甲苯樹脂、醇酸樹脂、不飽和聚酯樹脂、丙烯酸系樹脂、聚醯亞胺樹脂、呋喃樹脂、胺基甲酸乙酯樹脂、異氰酸酯化合物、氰酸酯化合物等熱硬化樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚縮醛、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚苯醚、聚碸、聚醯亞胺、聚醚碸、聚芳酯、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、矽樹脂等之兩種以上組合使用。作為本發明之糊膏狀組成物中所含之有機媒劑，亦可不溶解於溶劑中而使用樹脂。

再者，本發明之糊膏狀組成物中所含之有機媒劑的含有比率並無特別限定，相對於鋁-矽合金粉末100質量份，較佳為30質量份以上且100質量份以下。若有機媒劑之含有比率相對於鋁-矽合金粉末100質量份未滿30質量份或超過100質量份，則有糊膏狀組成物之印刷性降低之虞。

[實施例]

以下，對本發明之實施例及比較例進行說明。

(糊膏狀組成物之準備)

以如下方式準備實施例1~3及比較例1~3之糊膏狀組成物。

(實施例1)

相對於球狀之鋁-15質量%矽合金粉末100質量份，添加玻璃粉末7.5質量份、及有機媒劑70質量份，利用周知之混合機進行混合。

(實施例2)

相對於鱗片狀之鋁-15質量%矽合金粉末100質量份，添加玻璃粉末7.5質量份、及有機媒劑70質量份，利用周知之混合機進行混合。

(實施例3)

相對於球狀之鋁-25質量%矽合金粉末100質量份，添加玻璃粉末7.5質量份、及有機媒劑70質量份，利用周知之混合機進行混合。

(比較例1)

相對於球狀之鋁-10質量%矽合金粉末100質量份，添加玻璃粉末7.5質量份、及有機媒劑70質量份，利用周知之混合機進行混合。

(比較例2)

相對於球狀之鋁-32質量%矽合金粉末100質量份，添加玻璃粉末7.5質量份、及有機媒劑70質量份，利用周知之混合機進行混合。

(比較例3)

相對於矽之含量為0質量%之球狀之鋁粉末100質量份，添加玻璃粉末7.5質量份、及有機媒劑70質量份，利用周知之混合機進行混合。

(電極之形成)

如圖2與圖3所示，首先，於預先形成有n⁺擴散區域4之厚度為180 μm之n型矽半導體基板1上，使用網版印刷機，按厚度20 μm、寬度500 μm、長度30 mm之線狀圖案8以線間隔成為1 mm之方式等間隔地塗佈上述中所得之實施例1~3及比較例1~3的各糊膏狀組成物。並且，將塗佈有糊膏狀組成物之n型矽半導體基板1於100℃之溫度下乾燥10分鐘之後，將聚焦爐(image furnace)(ULVAC股份有限公司製造，型號：VHC-610CP)之爐內溫度設定為560℃，進行焙燒。藉由該焙燒，如圖3所示般形成n型用電極6。

以上述方式製作實施例1~3及比較例1~3之焙燒基板之試樣。

(接觸電阻之評價)

使用日置電機股份有限公司製造之電阻測定器(製品名：mΩ HiTESTER 3540)測定所獲得之焙燒基板之各試樣的電阻，藉由TLM(Transmission Line method，傳輸線法)法算出n型用電極6與n型矽半導體基板1之接觸電阻。

(鋁向矽基板之擴散之評價)

又，利用光學顯微鏡(200倍)觀察各試樣之剖面，對n型矽半導體基板1上是否形成有鋁-矽合金層進行評價。將n型矽半導體基板1之表面上未形成鋁-矽合金層者評價為「○」，將形成有鋁-矽合金層者評價為「△」，將整體地形成有鋁-矽合金層者評價為「×」。

將以上之評價結果示於表1。

根據表1可知，若使用以鋁粉末中含有矽12質量%以上且30質量%以下之鋁-矽合金粉末為主成分的實施例1~3之糊膏狀組成物形成n型用電極6，則鋁不於n型矽半導體基板1中擴散，且可降低與n型矽半導體基板1之接觸電阻。尤其可知，若使用以包含具有鱗片狀之形狀之粒子之鋁-矽合金粉末為主成分的實施例3之糊膏狀組成物形成n型用電極6，則可進一步降低與n型矽半導體基板1之接觸電阻。

應認為，以上所揭示之實施形態及實施例於所有方面均為例示而並非限制。本發明之範圍並非以上之實施形態及實施例，而意指由申請專利範圍所表示，並包括與申請專利範圍均等之含義及範圍內之所有修正及變形。

(產業上之可利用性)

藉由使用本發明之糊膏狀組成物，可不使用銀作為用以形成與太陽電池中之p型擴散區域及n型擴散區域電性接觸之電極的導電成分，而使電極之耐環境性優異，並且防止導電成分向矽基板之擴散，且降低與矽基板之接觸電阻。