DE112012003168T5

DE112012003168T5 - Leitpastenzusammensetzung für Solarzellen

Info

Publication number: DE112012003168T5
Application number: DE112012003168.7T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Yoshino; Yusuke Kawamoto
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2014-05-22
Also published as: WO2013018408A1; WO2013018462A1; JPWO2013018462A1; CN103797584B; US20140225045A1; JP6027968B2; US9312045B2; KR20140054141A; TWI562169B; CN103797584A; TW201306053A

Abstract

Obwohl eine Solarzelle mit einer Lichtempfangsoberflächenelektrode unter Verwendung eines Durchbrennverfahrens ausgestattet ist, wird, da die Lichtempfangende Oberflächenelektrode aus Dickfilm-Silber-enthaltendem-Glas hergestellt ist, welches 0,05 bis 5,0 (Mol-%) an SO2 enthält, die Viskosität einer Dickfilmsilberpaste verringert, wenn das Glas erweicht wird, während bevorzugte Erodierbarkeit beibehalten wird, ohne eine Menge an Alkalimetall, wie etwa Li, Na und K, zu erhöhen oder eine Zusammensetzung zu verändern. Daher wird, da eine einheitlich dünne Glasschicht in der Kontaktstelle zwischen der Lichtempfangsoberflächenelektrode und einer n-Schicht gebildet ist, die Solarzelle mit exzellenten elektrischen Charakteristika erhalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leitpastenzusammensetzung, die für eine Solarzellenelektrode, die mit einem Durchbrennverfahren gebildet ist, bevorzugt ist.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Beispielsweise weist eine typische Silizium-basierte Solarzelle eine Struktur auf, die einen Antireflexionsfilm und eine Lichtempfangsoberflächenelektrode mittels einer n⁺-Schicht auf einer oberen Oberfläche eines Siliziumsubstrats, das ein p-Typ polykristalliner Halbleiter ist, beinhaltet und eine Rückseitenoberflächenelektrode (nachfolgend einfach als „Elektrode” bezeichnet, wenn keine Unterscheidung zwischen diesen Elektroden getroffen wird) mittels einer p⁺-Schicht auf einer unteren Oberfläche beinhaltet, und elektrische Leistung, die durch Empfangen von Licht bei dem p-n-Übergang des Halbleiters erzeugt wird, wird durch die Elektroden extrahiert. Der Antireflexionsfilm dient dem Zweck des Reduzierens eines Oberflächenreflektionsgrads, während eine ausreichende Durchgangsfähigkeit für sichtbares Licht beibehalten wird, um eine Lichtempfangseffizienz zu erhöhen, und ist aus einem Dünnfilm aus Siliziumnitrid, Titandioxid, Siliziumdioxid, etc. aufgebaut.
Der Antireflexionsfilm weist einen hohen elektrischen Widerstandswert auf und verhindert daher die effiziente Extraktion elektrischer Leistung, die bei dem p-n-Übergang des Halbleiters erzeugt wird. Daher wird die Lichtempfangsoberflächenelektrode der Solarzelle beispielsweise mit einem als Durchbrennen bezeichneten Verfahren gebildet. Bei diesem Elektrodenbildungsverfahren wird beispielsweise nachdem der Antireflexionsfilm auf der gesamten Oberfläche der n⁺-Schicht aufgebracht ist, eine Leitpaste, das heißt ein pastenartiges Elektrodenmaterial, in einer angemessenen Form auf den Antireflexionsfilm unter Verwendung beispielsweise eines Siebdruckverfahrens aufgebracht und einer Brennbehandlung unterzogen. Im Ergebnis wird das Elektrodenmaterial erwärmt und geschmolzen, während der Antireflexionsfilm, der damit in Kontakt steht, gleichzeitig geschmolzen wird, was die Lichtempfangsoberflächenelektrode und den Halbleiter in Kontakt bringt. Die Leitpaste besteht beispielsweise hauptsächlich aus Silberpulver, Glasfritte (flockenartiges oder pulverige Fragmente von Glas, die durch Schmelzen, Quenchen und bei Bedarf Zerschlagen von Glasrohmaterial erhalten sind), einer organischen Bindemittellösung (bzw. einem organischen Bindemittel) und einem organischen Lösungsmittel und, da ein Glasbestandteil in der Leitpaste den Antireflexionsfilm im Verlauf des Brennens aufbricht, wird ein Ohm'scher Kontakt durch einen leitfähigen Bestandteil in der Leitpaste und der n⁺-Schicht gebildet (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Die Leitpaste wurde mit verschiedenen Spurenbestandteilen, die aus Metallen, wie etwa Phosphor, Vanadium, Bismuth und Wolfram, oder einer Verbindung, etc., bestehen, formuliert, um Leitfähigkeit zu erhalten. Dieses Elektrodenbildungsverfahren vereinfacht den Prozess im Vergleich zu dem Fall des partiellen Entfernens des Antireflexionsfilms, um eine Elektrode in dem entfernten Abschnitt zu bilden, und weist einen Vorteil auf, dass es kein Problem eines Versatzes zwischen dem entfernten Abschnitt und der Elektrodenbildungsposition verursacht.
Verschiedene Vorschläge wurden bis dato bei solch einer Solarzellenlichtempfangsoberflächenelektrodenbildung für einen Zweck unterbreitet, wie etwa das Verbessern der Durchbrenneigenschaft, um den Ohm'schen Kontakt zu verbessern, und folglich den Füllfaktor (FF-Wert), die Energieumwandlungseffizienz, etc. zu erhöhen. Beispielsweise werden Gruppe-Fünf-Elemente, wie etwa Phosphor, Vanadium und Bismuth, der Leitpaste zugegeben, um den Oxidations-Reduktions-Effekt von Glas und Silber auf den Antireflexionsfilm zu fördern, was die Durchbrenneigenschaft verbessert (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Chlorid, Bromid oder Fluorid wird der Leitpaste zugegeben, um dem Effekt von Glas und Silber, den Antireflexionsfilm mit diesen Additiven aufzubrechen, beizustehen, was den Ohm'schen Kontakt verbessert (siehe beispielsweise Patentdokument 2). Das Fluorid ist als Lithiumfluorid, Nickelfluorid und Aluminiumfluorid beschrieben. Das Zugeben der Gruppe-Fünf-Elemente neben diesen Additiven ist ebenso beschrieben. Das Glas ist beispielsweise Borsilicatglas.
Es ist vorgeschlagen, 0,5 bis 5 Gewichtsteile an Silberphosphat pro 100 Gewichtsteilen an Silberpulver in die Leitpaste einzumengen, um den Effekt des Aufbrechens des Antireflexionsfilms beizustehen und den Ohm'schen Kontakt sicherzustellen (siehe beispielsweise Patentdokument 3). Es ist beschrieben, dass, wenn Glas, das Zinkoxid als einen Hauptbestandteil enthält, ohne Blei zu enthalten, zum Bilden der Paste verwendet wird, die Silber, Gold und Antimon enthält, das Aufbrechen einer Verbindung aufgrund der Abwesenheit von Penetration einer Elektrode nicht auftritt, wodurch ein geringer Kontaktwiderstand sichergestellt wird (siehe beispielsweise Patentdokument 4).
Es ist ebenso für eine Silber-enthaltende Paste, die 85 bis 99 (Gew.-%) Silber und 1 bis 15 (Gew.-%) Glas enthält, vorgeschlagen, dass das Glas eine Zusammensetzung aufweist, die 15 bis 75 (Mol-%) PbO und 5 bis 50 (Mol-%) SiO₂ enthält und kein B₂O₃ enthält (siehe beispielsweise Patentdokument 5). Diese Silber-enthaltende Paste wird für die Solarzellelektrodenbildung verwendet und der Ohm'sche Kontakt wird unter Verwendung des Glases mit der oben beschriebenen Zusammensetzung als verbessert angesehen. Das Glas kann 0,1 bis 8,0 (Mol-%) P₂O₅ oder 0,1 bis 10,0 (Mol-%) Sb₂O₅ enthalten und kann ferner 0,1 bis 15,0 (Mol-%) Alkalimetalloxid (Na₂O, K₂O, Li₂O) enthalten.
Der Anmelder der vorliegenden Erfindung hat zuvor eine Pastenzusammensetzung für eine Solarzellelektrode vorgeschlagen, die eine Glasfritte aufweist, die aus Glas besteht, das PbO, B₂O₃ und SiO₂ innerhalb von Bereichen von 46 bis 57 (Mol-%), 1 bis 7 (Mol-%) bzw. 38 bis 53 (Mol-%) enthält (siehe Patentdokument 6). Die Pastenzusammensetzung weist einen optimalen Brenntemperaturbereich auf, der zum Zeitpunkt der Solarzellelektrodenbildung durch Auswahl der Zusammensetzungsbereiche von PbO, B₂O₃ und SiO₂ wie oben beschrieben erweitert wurde. Obwohl ein optimaler Brenntemperaturbereich jedes Substrats aufgrund einer Variation eines Herstellungsvorgangs unterschiedlich sein kann, ist es wahrscheinlicher, dass eine Brenntemperatur innerhalb des Bereichs fällt, wenn der optimale Brenntemperaturbereich weiter gemacht ist, was den durchschnittlichen Ertrag pro Produktionscharge verbessert.
Der Anmelder der vorliegenden Erfindung hat zuvor eine Pastenzusammensetzung für eine Solarzellelektrode vorgeschlagen, die eine Glasfritte aufweist, die aus Glas besteht, das 0,6 bis 18 (Mol-%) LiO₂, 20 bis 65 (Mol-%) PbO, 1 bis 18 (Mol-%) B₂O₃ und 20 bis 65 (Mol-%) SiO₂ enthält (siehe Patentdokument 7). Die Pastenzusammensetzung ermöglicht das Verdünnen der Lichtempfangsoberflächenelektrode, ohne den Ohm'schen Kontakt und den Leitungswiderstand zu beeinträchtigen, und es ist beschrieben, dass das Beinhalten von 0,6 bis 18 (Mol-%) LiO₂ einen Erweichungspunkt ausreichend erniedrigt, um angemessene Erosionsfähigkeit zu erzielen. Obwohl Li allgemein wünschenswerter Weise in Halbleiteranwendungen vermieden wird und dazu neigt, exzessive Erosionsfähigkeit, insbesondere bezüglich Glas mit einer hohen Menge an Pb, zu ergeben, wird festgestellt, dass die Durchbrenneigenschaft bei Solarzellanwendung verbessert ist, wenn eine angemessene Menge enthalten ist. Li ist ein Donorelement und weist daher einen Effekt des Reduzierens des Kontaktwiderstands auf.
DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIK
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische veröffentlichte Patentpublikation Nr. 62-049676
Patentdokument 2: Japanische veröffentlichte Patentpublikation Nr. 11-213754
Patentdokument 3: Japanische veröffentlichte Patentpublikation Nr. 08-148446
Patentdokument 4: Japanische veröffentlichte Patentpublikation Nr. 55-103775
Patentdokument 5: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung (Übersetzung einer PCT Anmeldung) Publikation Nr. 2008-520094
Patentdokument 6: Japanische veröffentlichte Patentpublikation Nr. 2010-199334
Patentdokument 7: Japanische veröffentlichte Patentpublikation Nr. 2011-066354

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösende Aufgabenstellung
Es wird bei der Solarzelle versucht, eine Dicke (bzw. Stärke) einer n-Schicht, die auf der Lichtempfangsoberflächenseite gelegen ist, zu reduzieren, um eine Oberflächenrekombinationsrate zu verringern, so dass mehr elektrischer Strom extrahiert wird, d. h. einen flachen Emitter zu bilden. Das Bilden des flachen Emitters führt dazu, dass die kurzwellige Seite, insbesondere nahe 400 (nm) zur elektrischen Erzeugung beiträgt und daher wird dies als eine ideale Lösung bezüglich einer Verbesserung der Effektivität einer Solarzelle angenommen. Da der flache Emitter eine dünnere n-Schicht-Dicke von 70 bis 100 (nm) auf der Lichtempfangsoberflächenseite im Vergleich zu 100 bis 200 (nm) einer konventionellen Siliziumsolarzelle aufweist und einen Anteil von Elektrizität, die durch Empfangen von Licht erzeugt wird und aufgrund von Umwandlung in Wärme vor dem Erreichen des p-n-Übergangs nicht effektiv genutzt werden kann, reduziert, erhöht sich ein Kurzschlussstrom und folglich wird die elektrische Erzeugungseffizienz vorteilhaft verbessert.
Da allerdings eine Zelle einen höheren Flächenwiderstand aufweisen muss, reduziert der flachere Emitter die Konzentration eines Donorelements (z. B. Phosphor) in der Umgebung einer Oberfläche oder macht den p-n-Übergang flach. Die Reduktion der Donorelementkonzentration in der Umgebung der Oberfläche erhöht eine Barriere zwischen Ag und Si und erschwert es, einen Ohm'schen Kontakt einer Lichtempfangsoberflächenelektrode sicherzustellen. Der flache p-n-Übergang erschwert es sehr, eine Penetrationstiefensteuerung bereitzustellen, so dass ein Antireflexionsfilm ausreichend durch Durchbrennen aufgebrochen wird, während eine Elektrode davon abgehalten wird, in den p-n-Übergang einzudringen.
Um sicher einen Ohm'schen Kontakt durch das Durchbrennen zu erreichen muss die Viskosität von Glas bei einer Brenntemperatur verringert werden, so dass das Glas unverzüglich und einheitlich dem Elektrode-Silizium-Übergangsbereich zugeführt wird. Es wird angenommen, dass ein Verfahren des Reduzierens der Viskosität das Einstellen einer Menge an Alkali, etc., um den Erweichungspunkt zu verringern, oder das Ändern der Zusammensetzung, d. h. ein Bestandteilsverhältnis von Pb, Si, B und Zn, welche Bestandteile sind, die eine Grundstruktur von Glas aufbauen (nachfolgend als „Zusammensetzungsänderung” bezeichnet), ist. Da die Zusammensetzungsänderung einen signifikanten Effekt auf die Steuerung der Erosionsmenge aufweist, wird typischerweise eine Alkalimenge erhöht; dies erhöht allerdings während des Durchbrennens eine Erosionsrate und daher wird das Steuern der Brennbedingungen, wie etwa Temperatur, schwieriger. In jedem Fall ist es schwierig, sowohl den Ohm'schen Kontakt als auch die Erosionsmengensteuerung zu erfüllen.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die Situationen erdacht und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leitpastenzusammensetzung für eine Solarzelle bereitzustellen, die das Steuern einer Penetrationsmenge eines Elektrodenmaterials vereinfacht, während sie das Aufnehmen eines Ohm'schen Kontakts während des Durchbrennens vereinfacht. Mittel zum Lösen der Aufgabenstellung
Um die Aufgabenstellung zu bewältigen stellt die vorliegende Erfindung eine Leitpastenzusammensetzung für eine Solarzelle bereit, die ein leitfähiges Pulver, eine Glasfritte und eine Bindemittellösung enthält, wobei die Glasfritte Glas umfasst, das SO₂ innerhalb eines Bereichs von 0,05 bis 5,0 (Mol-%) bezogen auf Oxid enthält.
Effekte der Erfindung
Da dies zu 0,05 bis 5,0 (Mol-%) in der Glasfritte in der Leitpastenzusammensetzung für eine Solarzelle enthaltenem SO₂ führt, kann eine Viskosität verringert werden, wenn Glas erweicht wird, während eine Erosionsfähigkeit auf dem gleichen Niveau im Vergleich zu dem Fall, wo kein SO₂ enthalten ist, gehalten wird, ohne eine Alkalimenge zu erhöhen oder eine Zusammensetzung zu verändern. Daher wird ein Glasbestandteil unverzüglich einem Elektrode-Substrat-Übergangsbereich (bzw. einer Elektrode-Substrat-Kontaktstelle) zugeführt, da die Oberflächenspannung zum Zeitpunkt der Erweichung reduziert ist, und somit wird eine einheitlich dünne Glasschicht bei dem Übergangsbereich gebildet, was vorteilhafte elektrische Charakteristika bereitstellt. Daher wird die Leitpastenzusammensetzung für eine Solarzelle erhalten, die das Steuern einer Eindringmenge eines Elektrodenmaterials erleichtert, während es die Aufnahme eines Ohm'schen Kontakts während des Durchbrennens erleichtert. Insbesondere wird die Leitpastenzusammensetzung erhalten, die bevorzugt verwendbar ist, selbst wenn eine Elektrode durch das Durchbrennverfahren auf einer Solarzelle mit einer flachen Emitterstruktur mit einer dünnen n-Schicht unter Verwendung eines Substrats mit einem hohen Flächenwiderstand von beispielsweise etwa 80 bis 120 (Ω/Quadrat) gebildet wird.
Obwohl es als ein Bestandteil zum Reduzieren der Viskosität von Glas wohl bekannt ist, wird SO₂ für eine Leitpaste, die Ag enthält, aufgrund von Bedenken bezüglich einer Reaktion zwischen Ag und S nicht in Betracht gezogen. Als sie eine Zusammensetzung, die SO₂ enthält, als ein zusätzliches Evaluationsobjekt im Verlauf der Untersuchung verschiedener Zusammensetzungen in Betracht zogen, fanden die Erfinder der vorliegenden Erfindung heraus, dass, wenn eine Spurenmenge von bis zu mindestens etwa 5 (Mol-%) in Glas enthalten wird, eine Reaktion mit Ag nicht festgestellt wird, und man in den Genuss des Effekts des Verringerns der Viskosität kommen kann. Die vorliegende Erfindung wurde auf Grundlage solch einer Kenntnis fertig gestellt.
Wenn das Glas dem Elektrode-Substrat-Übergangsbereich wie oben beschrieben unverzüglich zugeführt wird, bleibt Glas kaum in der Elektrode zurück und daher tritt während des Lötens leicht Löterosion auf, was ein Problem der Unfähigkeit verursacht, eine ausreichende Adhäsionsfestigkeit zu erhalten. Allerdings enthält die Leitpastenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung SO₂ im Glas und verursacht daher kaum die Löterosion, selbst wenn eine geringere Menge an Glas in der Elektrode verbleibt. Somit kann sowohl den Ausgabecharakteristika als auch den Lötcharakteristika vorteilhaft genügt werden.
Durch Bereitstellen der Kontrolle, so dass das Elektrodenmaterial nicht in den p-n-Übergang wie oben beschrieben eindringt, kann eine Solarbatteriezelle angefertigt werden, die geringen Kriechstrom (d. h. hohen Rsh), einen hohen FF-Wert, einen hohen Stromwert und hohe photoelektrische Umwandlungseffizienz aufweist.
Vorzugsweise weist das Glas ein Pb/Si (Molverhältnis) innerhalb eines Bereichs von 0,8 bis 2,3 auf und enthält 0,6 bis 18 (Mol-%) an LiO₂, 18 bis 64 (Mol-%) an PbO, 1 bis 18 (Mol-%) an B₂O₃ und 15 bis 47 (Mol-%) an SiO₂ bezogen auf Oxid. Die Glaszusammensetzung der Glasfritte, die in der Leitpaste der vorliegenden Erfindung enthalten ist, ist nicht insbesondere limitiert und verschiedene Arten von Glas können verwendet werden, solange das Glas zum Bilden einer Oberflächenelektrode mit dem Durchbrennverfahren bei dem Herstellungsverfahren der Solarzelle verwendet werden kann. Beispielsweise hat Blei-basiertes Glas, das Li enthält, vorzugsweise die oben beschriebene Zusammensetzung. Das Glas weist stärker bevorzugt eine Zusammensetzung auf, die 0,1 bis 5,0 (Mol-%) an SO₂, 1 bis 15 (Mol-%) an LiO₂, 22 bis 62 (Mol-%) an PbO, 1 bis 15 (Mol-%) an B₂O₃ und 20 bis 41 (Mol-%) an SiO₂ bezogen auf Oxid enthält.
Vorzugsweise weist das Glas ein Pb/Si (Molverhältnis) innerhalb eines Bereichs von 1,4 bis 2,5 auf und enthält 50 bis 70 (Mol-%) an PbO, 1 bis 8 (Mol-%) an B₂O₃ und 20 bis 40 (Mol-%) an SiO₂ bezogen auf Oxid, ohne LiO₂. Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise auf Leitpastenzusammensetzung angewandt, die Glasfritte enthalten, die nicht nur aus dem Blei-basierten Glas, das Li enthält, besteht, sondern auch aus Blei-basiertem Glas ohne Li. Das Blei-basierte Glas ohne Li weist beispielsweise bevorzugt eine Zusammensetzung wie oben beschrieben auf. Das Glas weist stärker bevorzugt eine Zusammensetzung auf, die ein Pb/Si (Molverhältnis) innerhalb eines Bereichs von 1,7 bis 2,3 und 0,1 bis 3,0 (Mol-%) an SO₂, 55 bis 62 (Mol-%) an PbO, 3 bis 6 (Mol-%) an B₂O₃ und 28 bis 34 (Mol-%) an SiO₂ bezogen auf Oxid enthält.
Bei der Glasfrittenzusammensetzung ist PbO ein Bestandteil zum Erniedrigen des Erweichungspunkts von Glas, um Niedrigtemperaturbrennen zu ermöglichen. Um bevorzugte Brenneigenschaften zu erhalten, muss ein Li enthaltendes System 18 bis 64 (Mol-%) PbO enthalten und ein Li freies System muss 50 bis 70 (Mol-%) PbO enthalten. In jeglichem System wird, wenn die Menge an PbO geringer als der untere Grenzwert ist, da der Erweichungspunkt zu hoch wird, die Vitrifikation schwierig und der Antireflexionsfilm wird kaum erodiert, was es folglich schwierig macht, einen vorteilhaften Ohm'schen Kontakt zu erhalten. Wenn demgegenüber die Menge an PbO den oberen Grenzwert überschreitet, wird, da der Erweichungspunkt zu gering wird, die Erosionsfähigkeit zu stark und der p-n-Übergang wird leicht gebrochen, was folglich ein Problem eines geringeren FF-Werts etc. verursacht. In dem Li enthaltenden System ist die Menge an PbO stärker bevorzugt gleich oder größer als 22 (Mol-%) und stärker bevorzugt gleich oder weniger als 62 (Mol-%). In anderen Worten ist der Bereich von 22 bis 62 (Mol-%) stärker bevorzugt. Die Menge an PbO ist stärker bevorzugt gleich oder größer als 32 (Mol-%) und der Bereich von 32 bis 62 (Mol-%) ist insbesondere bevorzugt. Bei dem Li freien System ist die Menge an PbO stärker bevorzugt gleich oder größer als 55 (Mol-%) und stärker bevorzugt gleich oder weniger als 62 (Mol-%). In anderen Worten ist der Bereich von 55 bis 62 (Mol-%) insbesondere bevorzugt.
B₂O₃ ist ein Glas bildendes Oxid (d. h. ein Bestandteil, der eine Grundstruktur von Glas aufbaut) und ist ein Bestandteil zum Erniedrigen des Erweichungspunkts von Glas, und das Li enthaltende System muss 1 bis 18 (Mol-%) an B₂O₃ enthalten und das Li freie System muss 1 bis 8 (Mol-%) an B₂O₃ enthalten, um vorteilhafte Durchbrenneigenschaften zu erhalten. In jedem System wird, wenn die Menge an B₂O₃ geringer als der untere Grenzwert ist, da der Erweichungspunkt zu hoch wird, der Antireflexionsfilm kaum erodiert, was es folglich schwierig macht, einen vorteilhaften Ohm'schen Kontakt zu erhalten und die Feuchtigkeitsbeständigkeit verringert. Eine reduzierte Menge an B₂O₃ verursacht ebenfalls ein Problem, dass Kriechstrom dazu neigt, erhöht zu werden zusätzlich dazu, dass Voc dazu neigt, sich zu verringern. Demgegenüber wird, wenn die Menge an B₂O₃ den oberen Grenzwert überschreitet, Voc verringert, während sich der Kriechstrom erhöht, und da der Erweichungspunkt zu gering wird, wird die Erosionsfähigkeit zu stark, was das Problem eines leicht brechbaren p-n-Übergangs etc. verursacht. Bei dem Li enthaltenden System ist die Menge an B₂O₃ stärker bevorzugt gleich oder weniger als 15 (Mol-%). Die Menge an B₂O₃ ist stärker bevorzugt gleich oder größer als 3 (Mol-%) und stärker bevorzugt gleich oder weniger als 12 (Mol-%). In anderen Worten ist der Bereich von 3 bis 12 (Mol-%) insbesondere bevorzugt. In dem Li freien System ist die Menge an B₂O₃ stärker bevorzugt gleich oder größer als 3 (Mol-%) und stärker bevorzugt gleich oder geringer als 6 (Mol-%). In anderen Worten ist der Bereich von 3 bis 6 (Mol-%) insbesondere bevorzugt.
SiO₂ ist ein Glas bildendes Oxid und ein Bestandteil zum Erhöhen der chemischen Beständigkeit von Glas, und das Li enthaltende System muss 15 bis 47 (Mol-%) an SiO₂ enthalten und das Li freie System muss 20 bis 40 (Mol-%) an SiO₂ enthalten, um vorteilhafte Durchbrenneigenschaften zu erhalten. In jedem System macht eine Menge an SiO₂, die geringer ist als der untere Grenzwert, die chemische Beständigkeit unzureichend und die Glasbildung schwierig und wenn demgegenüber die Menge an SiO₂ den oberen Grenzwert überschreitet, wird, da der Erweichungspunkt zu hoch wird, die Vitrifikation schwierig und der Antireflexionsfilm wird kaum erodiert, was es folglich schwierig macht, einen vorteilhaften Ohm'schen Kontakt zu erhalten. Bei dem Li enthaltenden System ist die Menge an SiO₂ stärker bevorzugt gleich oder größer als 20 (Mol-%) und stärker bevorzugt gleich oder weniger als 41 (Mol-%). In anderen Worten ist der Bereich von 20 bis 41 (Mol-%) stärker bevorzugt. Die Menge an SiO₂ ist ferner bevorzugt gleich oder weniger als 35 (Mol-%) und der Bereich von 20 bis 35 (Mol-%) ist insbesondere bevorzugt. Bei dem Li freien System ist die Menge an SiO₂ stärker bevorzugt gleich oder größer als 28 (Mol-%) und stärker bevorzugt gleich oder weniger als 34 (Mol-%). In anderen Worten ist der Bereich von 28 bis 34 (Mol-%) insbesondere bevorzugt.
Nicht nur liegen PbO und SiO₂ innerhalb jeweiliger Bereiche, sondern auch ein Pb/Si (Molverhältnis) muss in dem Fall des Li enthaltenden Systems in dem Bereich von 0,8 bis 2,3 liegen oder in dem Fall des Li freien Systems 1,4 bis 2,5. In jedem System verschlechtert sich, wenn das Pb/Si Molverhältnis geringer als der untere Grenzwert ist, die Durchbrenneigenschaft und der Kontaktwiderstand zwischen der Lichtempfangsoberflächenelektrode und der n-Schicht erhöht sich. Wenn demgegenüber das Pb/Si Molverhältnis den oberen Grenzwert überschreitet, verringert sich, da ein Kriechstrom (Diodenstrom) Id sich signifikant erhöht, ein FF-Wert und jegliche Rate und ausreichende Ausgabecharakteristika können nicht erhalten werden. Das Pb/Si (Molverhältnis) ist stärker bevorzugt innerhalb des Bereichs von 1,7 bis 2,3 in dem Fall des Li freien Systems.
Li₂O ist ein Bestandteil, der den Erweichungspunkt von Glas erniedrigt, und ist in dem Bereich von gleich oder größer als 0,6 (Mol-%) und gleich oder weniger als 18 (Mol-%) enthalten, um vorteilhafte Durchbrenneigenschaft zu erhalten. Wenn Li₂O geringer als 0,6 (Mol-%) ist, wird der Erweichungspunkt zu hoch und folglich ist die Erosionsfähigkeit des Antireflexionsfilms unzureichend. Wenn andererseits Li₂O 18 (Mol-%) überschreitet, verschlechtern sich, da die Erosionsfähigkeit zu hoch wird, die elektrischen Charakteristika. Da die Diffusion gefördert wird, wird Li im Allgemeinen als eine Verunreinigung für Halbleiter angesehen und wird wünschenswerter Weise bei der Halbleiteranwendung aufgrund der Tendenz, die Charakteristika zu verschlechtern, vermieden. Insbesondere wenn die Menge an Pb groß ist, macht der Einschluss von Li die Erosionsfähigkeit zu stark und tendiert dazu, die Steuerung schwierig zu machen. Bei der oben beschriebenen Solarzellenanwendung wird allerdings eine Verschlechterung der Charakteristika aufgrund der Verwendung von Glas, das Li enthält, nicht festgestellt und im Gegenteil wird festgestellt, dass der Einschluss einer angemessenen Menge an Li die Durchbrenneigenschaft verbessert und die Charakteristika fördert. Li ist ein Donorelement und kann den Kontaktwiderstand verringern. Überdies wird festgestellt, dass einer Zusammensetzung, die Li enthält, einen Glaszusammensetzungsbereich verbreitert, der das Erhalten von favorisierbaren Durchbrenneigenschaften ermöglicht. Allerdings wird selbst bei der Solarzellanwendung, wenn Li exzessiv enthalten ist, die Erosionsfähigkeit zu stark und die elektrischen Charakteristika neigen dazu, sich zu verschlechtern. Die Menge an Li₂O ist stärker bevorzugt gleich oder größer als 1 (Mol-%) und stärker bevorzugt gleich oder weniger als 15 (Mol-%). In anderen Worten ist der Bereich von 1 bis 15 (Mol-%) ferner bevorzugt.
In der vorliegenden Erfindung mag Li₂O allerdings nicht wie oben beschrieben enthalten sein. Wenn Li in Si diffundiert, erhöht sich der Kriechstrom und daher ist es von diesem Standpunkt aus nicht wünschenswert, Li₂O zu enthalten. Li ist ein Donorelement und weist Effekte des Vereinfachens des Erhaltens des Ohm'schen Kontakts und des Verbreiterns des Glaszusammensetzungsbereichs auf; allerdings werden diese Effekte durch Einstellen einer Zusammensetzung nach Bedarf ausreichend verbessert.
Obwohl es nicht notwendigerweise einfach ist, zu identifizieren, in welcher Form die oben und später beschriebenen Bestandteile in Glas enthalten sind, werden alle Verhältnisse dieser Bestandteile als Oxid-umgewandelte (bzw. Oxid-konvertierte) Werte definiert.
Bevorzugt beinhaltet das Glas zumindest eines aus Al₂O₃, TiO₂ und ZnO. Eine Zusammensetzung, die eine angemessene Menge an Al, Ti und Zn enthält, verbessert einen Parallelwiderstand Rsh und verbessert somit die Leerlaufspannung Uoc (bzw. Voc) und den Kurzschlussstrom Isc und somit können höhere elektrische Charakteristika erhalten werden. In anderen Worten wird der FF-Wert höher und der Kriechstrom wird weiter verringert. Die Menge an PbO kann vorteilhaft verringert werden. Bezüglich der Gehalte der Bestandteile in dem Li enthaltenen System enthält das Glas 18 (Mol-%) oder weniger an Al₂O₃, 18 (Mol-%) oder weniger an TiO₂ und 30 (Mol-%) oder weniger an ZnO bezogen auf Oxid. Bei dem Li freien System enthält das Glas 5 (Mol-%) oder weniger an Al₂O₃, 10 (Mol-%) oder weniger an TiO₂ und 10 (Mol-%) oder weniger an ZnO bezogen auf Oxid. Wenn Al₂O₃, TiO₂ oder ZnO exzessiv wird, neigt der Kriechstrom dazu sich zu erhöhen, und daher werden die Werte bevorzugt als jeweilige Obergrenzen eingestellt.
Al₂O₃ ist ein effektiver Bestandteil zum Erhalten einer Stabilität von Glas und das Beinhalten von Al₂O₃ verringert die Viskosität von Glas und neigt dazu, den Längswiderstand Rs zu verringern, den FF-Wert zu erhöhen, und den Brenntemperaturbereich zu erweitern; da allerdings exzessives Al₂O₃ den Kriechstrom erhöht und die Voc wie oben beschrieben verringert, ist Al₂O₃ bevorzugt auf 18 (Mol-%) oder weniger in dem Li enthaltenen System und auf 5 (Mol-%) oder weniger in dem Li freien System beschränkt.
Obwohl TiO₂ dazu neigt, den FF-Wert zu erhöhen, ist TiO₂, da die exzessive Zugabe dazu neigt, den Erweichungspunkt zu erhöhen und den Kontaktwiderstand somit zu erhöhen und ebenso den Effekt hat, den Kriechstrom wie oben beschrieben zu erhöhen, bevorzugt auf 18 (Mol-%) oder weniger in dem Li enthaltenen System und auf 10 (Mol-%) oder weniger in dem Li freien System beschränkt.
Da eine exzessive enthaltene Menge an ZnO die Leerlaufspannung Voc verringert, ist ZnO bevorzugt auf 30 (Mol-%) oder weniger in dem Li enthaltenen System und auf 10 (Mol-%) oder weniger in dem Li freien System beschränkt.
Das Glas kann 0,1 bis 15 (Mol-%) an Bi₂O₃ bezogen auf Oxid enthalten. Insbesondere wird, obwohl die Festlösungsmenge an Ag in der Glasschicht des Elektroden-Silizium-Übergangsbereichs erhöht werden muss, um einen Ohm'schen Kontakt zu erhalten, die Festlösungsmenge an Ag erhöht, indem es ermöglicht wird, das Pb und Bi koexistieren, da die Erhöhung begrenzt ist, wenn Pb einzeln verwendet wird. Obwohl eine feste Lösung von Ag in Glas als feine Teilchen von Ag während einer Temperaturverringerung beim Zeitpunkt des Brennens präzipitiert wird, moderiert die Gegenwart von Bi die Präzipitation von Ag relativ zu einer Veränderung der Brenntemperatur, was einen Brennrahmen erweitert. Aufgrund der obigen Effekte werden elektrische Charakteristika verbessert. Allerdings macht, wie im Fall von Pb, aufgrund eines starken Effekts des Erodierens von Si, eine exzessive Zugabemenge von Bi die Erosion zu stark und hat nachteilige Effekte, wie etwa die Verschlechterung bei elektrischen Charakteristika und die Reduktion des Brennrahmens, und daher ist die angemessene Menge an Bi₂O₃ 15 (Mol-%) oder weniger und stärker bevorzugt 12 (Mol-%) oder weniger.
Bi₂O₃ kann unabhängig davon zugegeben werden, ob es sich um das Li enthaltende System oder das Li freie System handelt. Speziell weist das Glas ein Pb/Si (Molverhältnis) innerhalb des Bereichs von 0,8 bis 2,3 auf und ist so konFiguriert, dass es 0,05 bis 5,0 (Mol-%) SO₂, 0,6 bis 18 (Mol-%) Li₂O, 18 bis 64 (Mol-%) PbO, 1 bis 18 (Mol-%) B₂O₃, 15 bis 47 (Mol-%) SiO₂ und 0,1 bis 15 (Mol-%) Bi₂O₃ bezogen auf Oxid enthält und ist stärker bevorzugt so konFiguriert, dass es 0,1 bis 5,0 (Mol-%) SO₂, 1 bis 15 (Mol-%) Li₂O, 22 bis 62 (Mol-%) PbO, 1 bis 15 (Mol-%) B₂O₃, 20 bis 41 (Mol-%) SiO₂ und 0,1 bis 12 (Mol-%) Bi₂O₃ bezogen auf Oxid enthält. Diese Glasarten können ebenfalls zumindest eines aus 18 (Mol-%) oder weniger Al₂O₃, 18 (Mol-%) oder weniger TiO₂ und 30 (Mol-%) oder weniger ZnO bezogen auf Oxid enthalten. Das Glas weist ein Pb/Si (Molverhältnis) innerhalb des Bereichs von 1,4 bis 2,5 auf und ist so konFiguriert, dass es 0,05 bis 5,0 (Mol-%) SO₂, 50 bis 70 (Mol-%) PbO, 1 bis 8 (Mol-%) B₂O₃, 20 bis 40 (Mol-%) SiO₂ und 0,1 bis 15 (Mol-%) Bi₂O₃ bezogen auf Oxid enthält, ohne Li₂O zu enthalten, und weist stärker bevorzugt ein Pb/Si (Molverhältnis) innerhalb des Bereichs von 1,7 bis 2,3 auf und ist so konFiguriert, dass es 0,1 bis 3,0 (Mol-%) SO₂, 55 bis 62 (Mol-%) PbO, 3 bis 6 (Mol-%) B₂O₃, 28 bis 34 (Mol-%) SiO₂ und 0,1 bis 12 (Mol-%) Bi₂O₃ bezogen auf Oxid enthält, ohne Li₂O zu enthalten. Diese Glasarten können ebenfalls zumindest eines aus 5 (Mol-%) oder weniger Al₂O₃, 10 (Mol-%) oder weniger TiO₂ und 10 (Mol-%) oder weniger ZnO bezogen auf Oxid enthalten.
Bevorzugt enthält das Glas 6,0 (Mol-%) oder weniger an P₂O₅ bezogen auf Oxid. Im Ergebnis wird, da P in dem Glas in dem Elektroden-Substrat-Übergangsbereich diffundiert und die Donorkonzentration in dem Übergangsbereich erhöht wird, die unzureichende Donorelementkonzentration in dem flachen Emitter kompensiert und die Aufnahme des Ohm'schen Kontaktes wird vorteilhaft zwischen der Elektrode und dem Substrat vereinfacht.
Selbst wenn Li enthaltendes Glas verwendet wird, ist der kompensierende Effekt von Li alleine unzureichend für die unzureichende Donorelementkonzentration in dem flachen Emitter. Um einen ausreichenden Kompensierungseffekt zu erreichen, ist es wünschenswert, eine Mehrzahl von Arten von Donorelementen mit Verunreinigungslöslichkeit von 1 × 10^–19 (Atom/cm³) zu Si oder größer in der Umgebung der Durchbrenntemperatur von 760 bis 800 (Grad C) zu enthalten. Da P ein Donorelement ist, wie es beispielsweise bei Lithium der Fall ist, wird eine Zusammensetzung, die sowohl Li als auch P enthält, als bevorzugt angesehen. Alternativ können Sb, As, etc. verwendet werden.
Im Falle einer Zelle mit einem hohen Flächenwiderstand, der einen flachen Emitter aufbaut, ist es wünschenswert, die Dickrichtung des Antireflexionsfilms, der beispielsweise aus Si₃N₄ besteht, auf etwa 80 (nm) einzustellen, und eine Menge an Erosion durch eine Elektrode innerhalb eines Bereichs von 80 bis 90 (nm), d. h. mit einer Genauigkeit innerhalb von 10 (nm), zu steuern. Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Glas SO₂, die Erosionsmengensteuerung ist einfach und, wenn die Donorelementkonzentration wie oben beschrieben kompensiert wird, wird, obwohl die Erosion zum Sicherstellen einer Leitung geringfügig exzessiv wird, die Ausgabereduktion aufgrund der exzessiven Reduktion unterdrückt und daher die Aufnahme des Ohm'schen Kontakts vereinfacht.
Die Glasfritte weist einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser (D50) innerhalb des Bereichs von 0,3 bis 3,0 (nm) auf. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Glasfritte zu klein ist schmilzt das Glas zum Zeitpunkt des Brennens der Elektrode zu schnell und verschlechtert die elektrischen Charakteristika; wenn allerdings der durchschnittliche Teilchendurchmesser gleich oder größer als 0,3 (nm) ist, kann eine angemessene Schmelzbarkeit erhalten werden und die elektrischen Charakteristika werden weiter verbessert. Da eine Aggregation kaum auftritt kann eine vorteilhaftere Dispergierbarkeit ebenso erhalten werden, wenn die Paste angefertigt wird. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Glasfritte signifikant größer ist als der durchschnittliche Teilchendurchmesser des leitfähigen Pulvers wird die gesamte Dispergierbarkeit des Pulvers reduziert; allerdings kann stärker bevorzugte Dispergierbarkeit erhalten werden, wenn der Teilchendurchmesser gleich oder weniger als 3,0 (nm) ist. Eine höhere Verschmelzbarkeit von Glas kann ebenso erhalten werden. Daher ist der oben beschriebene durchschnittliche Teilchendurchmesser für das Erhalten vorteilhafteren Ohm'schen Kontakts bevorzugt.
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Glasfritte ist ein Wert aus einem Luftpermeabilitätsverfahren. Das Luftpermeabilitätsverfahren bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen einer spezifischen Oberfläche von Pulver aus der Permeabilität eines Fluids (z. B. Luft) durch eine Pulverschicht. Dieses Messverfahren basiert auf der Kozeny-Carmann-Gleichung, die eine Beziehung zwischen einer feuchten Oberfläche aller Teilchen, die eine Pulverschicht aufbauen, und einer Durchströmrate und einem Druckverlust des Fluids, das durch die Pulverschicht tritt, anzeigt, und beinhaltet das Erhalten einer spezifischen Oberfläche einer Probe durch Messen der Strömungsrate und eines Druckverlusts einer Pulverschicht, die unter den Bedingungen, die durch einen Apparat bestimmt sind, eingefüllt ist. Dieses Verfahren erhält einen feuchten Oberflächenwert von Teilchen, die gegen einen Luftstrom wirken, durch Ansehen von Lücken der eingefüllten Pulverteilchen als feine Poren und zeigt normalerweise einen Wert an, der geringer ist als eine spezifische Oberfläche, die durch ein Gasabsorptionsverfahren erhalten ist. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser auf der Annahme von Pulverteilchen kann aus der erhaltenen spezifischen Oberfläche und einer Teilchendichte berechnet werden.
Bevorzugt ist das leitfähige Pulver ein Silberpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser (D50) innerhalb des Bereichs von 0,3 bis 3,0 (μm).
Obwohl ein Kupferpulver, Nickelpulver, etc. als das leitfähige Pulver verwendet werden kann, ist das Silberpulver zum Erhalten höherer elektrischer Leitfähigkeit am meisten bevorzugt. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Silberpulvers gleich oder weniger als 3,0 (μm) ist, kann stärker bevorzugte Dispersibilität erreicht werden und daher höhere elektrische Leitfähigkeit erreicht werden. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser gleich oder größer als 0,3 (μm) ist, wird die Aggregation unterdrückt und stärker bevorzugte Dispergierbarkeit kann erhalten werden. Da Silberpulver weniger als 0,3 (μm) signifikant teuer ist, ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser bevorzugt gleich oder größer als 0,3 (μm) bezogen auf die Herstellungskosten. Wenn sowohl das leitfähige Pulver als auch die Glasfritte den durchschnittlichen Teilchendurchmesser von gleich oder weniger als 3,0 (μm) aufweisen, ist es vorteilhaft, das Clogging (Verstopfen) kaum auftritt, wenn eine Elektrode gedruckt wird und in einem schmalen Leitungsmuster gebildet wird.
Das Silberpulver ist nicht insbesondere begrenzt und das Pulver kann jegliche Form wie etwa eine sphärische Form oder eine schuppige Form (bzw. Plättchenform) kann verwendet werden, um in den Genuss des grundlegenden Effekts der vorliegenden Erfindung zu kommen, der schmalere Leitungen ermöglicht, während die elektrische Leitfähigkeit beibehalten wird. Wenn allerdings beispielsweise sphärisches Pulver verwendet wird, wird, da eine exzellente Druckbarkeit erreicht wird und eine Füllrate des Silberpulvers in einem aufgebrachten Film erhöht ist, und weil zusätzlich hoch leitfähiges Silber verwendet wird, die elektrische Leitfähigkeit der Elektrode, die aus dem aufgebrachten Film erzeugt wird, im Vergleich zu dem Fall des Verwendens des Silberpulvers einer anderen Form wie etwa einer Schuppenform erhöht. Im Ergebnis ist dies insbesondere bevorzugt, da eine Leitungsbreite schmaler gemacht wird, während die notwendige elektrische Leitfähigkeit sichergestellt wird.
Vorzugsweise weist die Leistpastenzusammensetzung für eine Solarzelle eine Viskosität bei 25 (Grad C) und 20 (rpm bzw. U/min) innerhalb des Bereichs von 150 bis 250 (Pa·s) und ein Viskositätsverhältnis (d. h. [Viskosität bei 10 (U/min)]/[Viskosität bei 100 (U/min)]) von 3 bis 8 auf. Wenn eine Paste mit solchen Viskositätscharakteristika verwendet wird, kann, da die Viskosität zum Zeitpunkt des Andrückens vorzugsweise verringert wird, um den Durchgang der Paste durch ein Maschensieb zu ermöglichen, und nach dem Durchtreten die Viskosität auf ein höheres Niveau zum Unterdrücken des Verbreiterns der Druckbreite zurückkehrt, ein schmales Leitungsmuster leicht erhalten werden, während die Druckbarkeit beibehalten wird, so dass die Paste leicht durch die Schablone durchtritt, ohne ein Verstopfen zu verursachen. Die Viskosität der Pastenzusammensetzung liegt stärker bevorzugt innerhalb des Bereichs von 200 bis 220 (Pa·s) und das Viskositätsverhältnis liegt stärker bevorzugt innerhalb des Bereichs von 3,2 bis 6,5. Wenn schmalere Leitungen mit einer Designleitungsbreite, die gleich oder weniger als 100 (μm) ist, erreicht werden, beträgt das Viskositätsverhältnis wünschenswerter Weise 4 bis 6.
Selbst wenn eine Leitungsbreite verschmälert wird, kann das Verdicken der Filmdicke zum Beibehalten einer Querschnittsfläche beispielsweise ebenfalls durch Erhöhen einer Emulsionsdicke einer Druckplatte, durch Erhöhen der Tension, und durch Verschmälern des Leitungsdurchmessers und Erweitern des Öffnungsdurchmessers erreicht werden. Wenn allerdings eine Emulsionsdicke erhöht wird, kann, da die Platte nicht leichtgängig abgetrennt werden kann, die Stabilität der Druckmusterform nicht erreicht werden. Wenn die Tension erhöht wird oder der Leitungsdurchmesser verschmälert wird, ist es, da die Siebmasche leicht streckbar wird, problematisch, dass die Abmessungs-/Formgenauigkeit kaum beibehalten wird, und dass die Beständigkeit der Druckplatte verringert wird. Da ein Sammelleiter ebenfalls verdickt wird, obwohl der Sammelleiter mit einer weiten Breite abgeschieden ist und kein Verdicken der Filmdicke erfordert, wird das verschwendete Material problematisch erhöht.
Vorzugsweise enthält die Leitpastenzusammensetzung für eine Solarzelle das leitfähige Pulver und die Bindemittellösung in Verhältnissen innerhalb von Bereichen von 64 bis 90 Gewichtsteile bzw. 3 bis 20 Gewichtsteile. Dies ermöglicht das Erhalten der Pastenzusammensetzung mit favorisierbarer Druckbarkeit und ermöglicht das Bilden einer Elektrode mit einer schmalen Leitungsbreite und hoher elektrischer Leitfähigkeit.
Vorzugsweise enthält die Leitpastenzusammensetzung die Glasfritte innerhalb des Bereichs von 1 bis 10 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des leitfähigen Pulvers. Wenn ein Gewichtsteil oder mehr der Glasfritte enthalten ist, kann eine ausreichende Erosionsfähigkeit (Durchbrenneigenschaft) erhalten werden, und daher kann stärker favorisierbarer Ohm'scher Kontakt erhalten werden. Wenn die Glasfritte auf 10 Gewichtsteile oder weniger limitiert ist, wird kaum eine Isolationsschicht gebildet und daher kann ausreichende elektrische Leitfähigkeit erreicht werden. Die Menge an Glas pro 100 Gewichtsteilen des leitfähigen Pulvers ist stärker bevorzugt 1 bis 8 Gewichtsteile und weiter bevorzugt 1 bis 7 Gewichtsteile.
Die leitfähige Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise die Diffusion von Silber zum Zeitpunkt der Bildung einer Elektrode mit Durchbrennen, wie oben beschrieben, steuern und kann so vorzugsweise für die Lichtempfangsoberflächenelektrode verwendet werden.
Obwohl die Glasfritte aus verschiedenen vitrifizierbaren Rohmaterialien innerhalb der Zusammensetzungsbereiche synthetisiert werden kann und beispielsweise Oxid, Carbonat und Nitrat beinhaltet sind, können beispielsweise Siliziumdioxid, SiO₂, Boroxid B₂O₃ oder Borsäure H₃BO₃, minimales Pb₃O₄ und Ammoniumsulfat (NH₄)₂SO₄ als Quellen von Si, B, Pb bzw. S verwendet werden.
Wenn die Zusammensetzung andere Bestandteile, wie etwa P, Al und Zr zusätzlich zu den Hauptbestandteilen Si, B und Pb enthält, können beispielsweise Oxid, Hydroxid, Carbonat, Nitrat etc. davon verwendet werden. Beispielsweise können Lithiumcarbonat Li₂CO₃, Ammoniumdihydrogenphosphat NH₄H₂PO₄, Bismuthoxid Bi₂O₃ als Quellen von Li, P bzw. Bi verwendet werden.
Das die Leitpaste der vorliegenden Erfindung aufbauende Glas kann andere verschiedene Glasaufbaubestandteile und Additive innerhalb von Bereichen, die die Charakteristika davon nicht verschlechtern, enthalten. Beispielsweise können Na, Ca, Mg, K, Ba, Sr etc. enthalten sein. Diese Bestandteile und Additive können beispielsweise innerhalb des Bereichs von gleich oder weniger als 30 (Mol-%) im Gesamten enthalten sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm einer Querschnittsstruktur einer Solarzelle, bei welcher eine Pastenzusammensetzung für eine Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Bildung einer Lichtempfangsoberflächenelektrode aufgebracht ist.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Musters einer Lichtempfangsoberflächenelektrode für eine Solarzelle in 1 verbildlicht.
MODI ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen detailliert beschrieben werden. Bei der folgenden Ausführungsform sind Diagramme nach Bedarf simplifiziert oder modifiziert und Abmessungsverhältnisse und Formen von Abschnitten sind nicht notwendiger Weise exakt verbildlicht.
1 ist ein Schema einer Querschnittsstruktur einer Siliziumsolarzelle 10, auf welche eine leitfähige Zusammensetzung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebracht ist. In 1 enthält die Solarzelle 10 beispielsweise ein Siliziumsubstrat 12, das ein p-Typ polykristalliner Halbleiter ist, eine n-Schicht 14 und eine p⁺-Schicht 16, die auf der oberen bzw. unteren Oberfläche davon gebildet sind, ein Antireflexionsfilm 18 und eine Lichtempfangsoberflächenelektrode 20, die auf der n-Schicht 14 gebildet sind, und eine Rückseitenoberflächenelektrode 22, die auf der p⁺-Schicht 16 gebildet ist. Die Dickeabmessung des Siliziumsubstrats 12 beträgt beispielsweise etwa 100 bis 200 (μm).
Die n-Schicht 14 und die p⁺-Schicht 16 sind durch Bilden von Schichten mit hohen Verunreinigungskonzentrationen auf der oberen und unteren Oberfläche des Siliziumsubstrats 12 angeordnet, und die Dickeabmessungen der Hochkonzentrationsschichten beträgt beispielsweise etwa 70 bis 100 (nm) für die n-Schicht 14 und beispielsweise etwa 500 (nm) für die p⁺-Schicht 16. Obwohl die n-Schicht 14 etwa 100 bis 200 (nm) in einer typischen Solarzelle ausmacht, weist die n-Schicht 14 dieser Ausführungsform eine dünnere Dicke auf und bildet eine Struktur, die als flacher Emitter bezeichnet wird, aus. Die in der n-Schicht 14 enthaltene Verunreinigung ist ein n-Typ-Dotierungsmittel, beispielsweise Phosphor (P), und die in der p⁺-Schicht 16 enthaltene Verunreinigung ist ein p-Typ-Dotierungsmittel, beispielsweise Aluminium (Al) oder Bor (B).
Der Antireflexionsfilm 18 ist beispielsweise ein Dünnfilm, der aus Siliziumnitrid Si₃N₄ etc. hergestellt ist und ist beispielsweise mit einer optischen Dichte von etwa ¼ der Wellenlänge sichtbaren Lichts, beispielsweise etwa 80 (nm) bereitgestellt, um einen extrem geringen Reflexionsgrad von gleich 10 (%) oder weniger, beispielsweise etwa 2 (%) aufzuweisen.
Die Lichtempfangsoberflächenelektrode 20 besteht aus einem Dickfilmleiter beispielsweise mit einer einheitlichen Dickeabmessung und ist in einer kammartigen planaren Form mit einer Vielzahl dünner Leitungsabschnitte im Wesentlichen auf einer gesamten Oberfläche einer Lichtempfangsoberfläche 24, wie in 2 verbildlicht, angeordnet.
Der Dickfilmleiter ist aus einem Dickfilmsilber hergestellt, das Glas innerhalb des Bereichs von 1 bis 10 Gewichtsteilen, beispielsweise bei 6,0 Gewichtsteilen, pro 100 Gewichtsteilen von Ag enthält, und das Glas ist Bleiglas, das bezogen auf Oxid PbO innerhalb des Bereichs von 18 bis 64 (Mol-%), beispielsweise bei etwa 45 (Mol-%), B₂O₃ innerhalb des Bereichs von 1 bis 18 (Mol-%), beispielsweise bei etwa 6,0 (Mol-%), SiO₂ innerhalb des Bereichs von 15 bis 47 (Mol-%), beispielsweise bei etwa 28,0 (Mol-%), Al₂O₃ innerhalb des Bereichs von 0 bis 18 (Mol-%), beispielsweise bei etwa 6,0 (Mol-%), Li₂O innerhalb des Bereichs von 0,6 bis 18 (Mol-%), beispielsweise bei etwa 6,0 (Mol-%), TiO₂ innerhalb des Bereichs von 0 bis 18 (Mol-%), beispielsweise bei 0 (Mol-%), ZnO innerhalb des Bereichs von 0 bis 30 (Mol-%), beispielsweise bei 5 (Mol-%), ZrO₂ innerhalb des Bereichs von 0 bis 0,5 (Mol-%), beispielsweise bei 0,5 (Mol-%), P₂O₅ innerhalb des Bereichs von 0 bis 6 (Mol-%), beispielsweise bei etwa 2,0 (Mol-%) und SO₂ innerhalb des Bereichs von 0,05 bis 5,0 (Mol-%), beispielsweise bei 1,5 (Mol-%) enthält. Das Bleiglas enthält PbO und SiO₂, so dass das Pb/Si Mol-Verhältnis innerhalb des Bereichs von 0,8 bis 2,3, beispielsweise bei einem Verhältnis von etwa 1,61 liegt. Das Glas kann ferner Bi₂O₃ innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 15 (Mol-%), vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 12 (Mol-%) bezogen auf Oxid enthalten.
Anstatt des oben beschriebenen Glases, ist Glas ohne Li verwendbar. Die Glaszusammensetzung in diesem Fall entspricht einem Bleiglas, das bezogen auf Oxid PbO innerhalb des Bereichs von 50 bis 70 (Mol-%), beispielsweise bei etwa 60 (Mol-%), B₂O₃ innerhalb des Bereichs von 1 bis 8 (Mol-%), beispielsweise bei etwa 6,0 (Mol-%), SiO₂ innerhalb des Bereichs von 20 bis 40 (Mol-%), beispielsweise bei etwa 28,0 (Mol-%), Al₂O₃ innerhalb des Bereichs von 0 bis 5 (Mol-%), beispielsweise bei etwa 1,0 (Mol-%), TiO₂ innerhalb des Bereichs von 0 bis 10 (Mol-%), beispielsweise bei etwa 2,0 (Mol-%), ZnO innerhalb des Bereichs von 0 bis 10 (Mol-%), beispielsweise bei 0 (Mol-%), ZrO₂ innerhalb des Bereichs von 0 bis 1,0 (Mol-%), beispielsweise bei 0 (Mol-%), P₂O₅ innerhalb des Bereichs von 0 bis 6 (Mol-%), beispielsweise bei etwa 2,0 (Mol-%) und SO₂ innerhalb des Bereichs von 0,05 bis 5,0 (Mol-%), beispielsweise bei 1,0 (Mol-%), enthält. Das Glas enthält PbO und SiO₂, so dass das Pb/Si Molverhältnis innerhalb des Bereichs von 1,4 bis 2,5, beispielsweise bei einem Verhältnis von etwa 2,14 liegt. Das Glas kann ferner Bi₂O₃ innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 15 (Mol-%), bevorzugt innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 12 (Mol-%) bezogen auf Oxid enthalten.
Die Dickeabmessung der leitfähigen Schicht liegt beispielsweise innerhalb des Bereichs von 20 bis 30 (μm), beispielsweise etwa 25 (μm), und jede der dünnen Leitungsabschnitte weist eine Breitenabmessung beispielsweise innerhalb des Bereichs von 80 bis 130 (μm), beispielsweise von etwa 100 (μm) auf, und weist ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit auf.
Die Rückseitenelektrode (bzw. Rückseitenoberflächenelektrode) 22 ist aus einer Vollflächenelektrode 26, die durch Aufbringen eines Dickfilmmaterials mit Aluminium als ein leitfähiger Bestandteil auf im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der p⁺-Schicht 16 gebildet ist, und einer bandartigen Elektrode 28, die aus einem Dickfilmsilber, das in einer Bandform auf die Vollflächenelektrode 26 aufgebracht ist, gemacht ist, aufgebaut. Die bandartige Elektrode 28 ist zum Zweck des Ermöglichens von Löten leitfähiger Drähte, etc. auf die Rückseitenelektrode 22 vorgesehen.
Die Lichtempfangsoberflächenelektrode 20, wie oben beschrieben, ist unter Verwendung einer Paste für eine Elektrode, die aus einem leitfähigen Pulver, einer Glasfritte, einer Bindemittellösung und einem Lösungsmittel besteht, beispielsweise mit einem wohl bekannten Durchbrennverfahren hergestellt. Ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens der Solarzelle 10, einschließlich der Lichtempfangsoberflächenelektrodenbildung, wird nachfolgend beschrieben werden.
Zunächst wird die Glasfritte angefertigt. Ammoniumsulfat (NH₄)₂SO₄, Lithiumcarbonat Li₂CO₃, Ammoniumdihydrogenphosphat NH₄H₂PO₄, Siliziumdioxid SiO₂, Boroxid B₂O₃, minimales Pb₃O₄, Aluminiumoxid Al₂O₃, Titanoxid TiO₂, Zinkoxid ZnO und Bismuthoxid Bi₂O₃ werden als Quellen von S, Li, P, Si, B, Pb, Al, Ti, Zn bzw. Bi vorbereitet und werden eingewogen und vermengt, um eine angemessene Zusammensetzung innerhalb der oben beschriebenen Bereiche zu erreichen. Borsäure H₃BO₃ kann als die Quelle von B anstatt von Boroxid verwendet werden. Diese werden in einen Tiegel gegeben für etwa 30 Minuten bis eine Stunde bei einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von 900 bis 1200 (Grad C) in Abhängigkeit von der Zusammensetzung geschmolzen und zur Vitrifikation abgeschreckt. Das Glas wird unter Verwendung einer geeigneten Brechvorrichtung, wie etwa einer Planetenwalzwerk oder einer Kugelmühle gebrochen. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser (D50) nach dem Brechen liegt beispielsweise innerhalb eines Bereichs von etwa 0,3 bis 3,0 (μm), beispielsweise etwa 1,5 (μm). Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Glaspulvers wird unter Verwendung des Luftpermeabilitätsverfahrens berechnet.
Demgegenüber wird das leitfähige Pulver als kommerziell erhältliches sphärisches Silberpulver mit beispielsweise einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser (D50) innerhalb des Bereichs von 0,3 bis 3,0 (μm), beispielsweise eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von etwa 1,6 (μm) vorbereitet. Durch Verwenden solch eines Silberpulvers mit einem ausreichend kleinen durchschnittlichen Teilchendurchmesser kann eine Füllrate des Silberpulvers in einem aufgebrachten Film erhöht werden und die elektrische Leitfähigkeit des Leiters kann folglich erhöht werden. Die Bindemittellösung wird durch Lösen eines organischen Bindemittels in einem organischen Lösungsmittel angefertigt; beispielsweise wird Butylcarbitolacetat als das organische Lösungsmittel verwendet; und beispielsweise wird Ethylcellulose als das organische Bindemittel verwendet. Der Anteil an Ethylcellulose in der Bindemittellösung beträgt beispielsweise etwa 15 (Gew.-%). Ein Lösungsmittel, das getrennt von der Bindemittellösung zugegeben wird, ist beispielsweise Butylcarbitolacetat. Obwohl dies keine Beschränkung ist, kann das Lösungsmittel das gleiche sein, wie das für die Bindemittellösung verwendete. Dieses Lösungsmittel wird zum Zweck des Einstellens der Viskosität der Paste zugegeben.
Nachdem die Pastenrohmaterialien vorbereitet sind und das leitfähige Pulver, die Glasfritte, die Bindemittellösung und das Lösungsmittel so abgewogen sind, dass sie innerhalb der Bereiche von beispielsweise 77 bis 90 (Gew.-%), 1 bis 8 (Gew.-%), 5 bis 14 (Gew.-%) bzw. 3 bis 5 (Gew.-%) liegen, und durch eine Rührmaschine, etc. gemischt sind, wird ein Dispersionsprozess beispielsweise mit einer Dreiwalzenmühle (bzw. Dreiwalzenmaschine) ausgeführt. Im Ergebnis wird die Paste für eine Elektrode erhalten.
Während die Paste für eine Elektrode, wie oben beschrieben, vorbereitet wird, wird eine Verunreinigung in einem angemessenen Siliziumsubstrat beispielsweise mit einem wohl bekannten Verfahren, wie etwa einem thermalen Diffusionsverfahren oder einem Ionenplantierungsverfahren dispergiert oder implantiert, um die n-Schicht 14 und die p⁺-Schicht 16 zu bilden, um das Siliziumsubstrat 12 herzustellen. Ein Siliziumnitriddünnfilm wird dann darauf mit einem geeigneten Verfahren, beispielsweise PE-CVD (Plasma CVD) gebildet, um den Antireflexionsfilm 18 abzuscheiden.
Die Paste für eine Elektrode wird dann mit Siebdruck in dem in 2 verbildlichten Muster auf den Antireflexionsfilm 18 gedruckt. Die Paste wird beispielsweise bei 150 (Grad C) getrocknet und wird einer Brennbehandlung bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 700 bis 900 (Grad C) in einem Nahinfrarotofen unterzogen. Im Ergebnis wird, da der Glasbestandteil in der Paste für eine Elektrode den Antireflexionsfilm 18 im Zuge des Brennens schmilzt und die Paste für eine Elektrode den Antireflexionsfilm 18 durchbricht, eine elektrische Verbindung zwischen dem leitfähigen Bestandteil, d. h. Silber, in der Paste für eine Elektrode und der n-Schicht 14 erreicht, und der Ohm'sche Kontakt wird zwischen dem Siliziumsubstrat 12 und der Lichtempfangsoberflächenelektrode 20, wie in 1 verbildlicht, erhalten. Die Lichtempfangsoberflächenelektrode 20 ist wie oben beschrieben gebildet.
Obwohl die Solarzelle 10 dieser Ausführungsform mit der Lichtempfangsoberflächenelektrode 20 unter Verwendung des Durchbrennverfahrens, wie oben beschrieben, ausgestattet ist, wird, da die Lichtempfangsoberflächenelektrode 20 aus dem Dickfilmsilber hergestellt ist, das Glas, welches 0,05 bis 5,0 (Mol-%) SO₂ enthält, innerhalb des Bereichs von 1 bis 10 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen von Silber, wie oben beschrieben, enthält, die Viskosität der Dickfilmsilberpaste verringert, wenn das Glas erweicht wird, während eine bevorzugte Erosionsfähigkeit ohne ein Erhöhen einer Menge an Alkalimetall, wie etwa Li, Na und K oder Verändern einer Zusammensetzung, wie durch die Zusammensetzung angezeigt, beibehalten wird. Daher wird, da eine einheitlich dünne Glasschicht (nicht verbildlicht) bei dem Übergangsbereich zwischen der Lichtempfangsoberflächenelektrode 20 und der n-Schicht 14 gebildet wird, die Solarzelle 10 mit exzellenten elektrischen Charakteristika erhalten.
Insbesondere wird, da das Glas SO₂ wie oben beschrieben in der Lichtempfangsoberflächenelektrode 20 dieser Ausführungsform enthält, wenn das Glas sich während der Brennbehandlung zum Durchbrennen erweicht, die Oberflächenspannung verringert und daher wird der Glasbestandteil prompt zu dem Übergangsbereich zwischen der Elektrode 20 und dem Substrat 12 zugeführt. Somit wird, da die dünne Glasschicht wie oben beschrieben bei dem Übergangsbereich davon gebildet wird, eine Penetrationsmenge des Dickfilmsilbers während des Durchbrennens leicht gesteuert und der Ohm'sche Kontakt wird leicht erhalten.
Zusätzlich ist, da die Lichtempfangsoberflächenelektrode 20 dieser Ausführungsform eine geringere Menge an Glas von etwa 6,0 Gewichtsteilen enthält und somit wie oben beschrieben eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, der Leitungswiderstand gering, obwohl sowohl die Filmdicke als auch die Linienbreite kleiner gemacht sind und daher wird, auch wegen geringen Kontaktwiderstands, die photoelektronische Umwandlungseffizienz der Solarzelle 10 verbessert.
Die Rückseitenelektrode 22 kann nach dem obigen Vorgang gebildet werden oder kann durch Brennen zur selben Zeit wie die Lichtempfangsoberflächenelektrode 20 gebildet werden. Wenn die Rückseitenelektrode 22 gebildet wird, wird beispielsweise eine Aluminiumpaste auf die gesamte hintere Oberfläche des Siliziumsubstrats 12 mit einem Siebdruckverfahren, etc. aufgebracht, und wird einer Brennbehandlung unterzogen, um die Vollflächenelektrode 26, die aus einem Aluminiumdickfilm besteht, zu bilden. Die Paste für eine Elektrode wird dann auf die Oberfläche der Vollflächenelektrode 26 in einer Bandform unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens, etc. aufgebracht, und wird der Brennbehandlung unterzogen, um die bandartige Elektrode 28 zu bilden. Im Ergebnis wird die Rückseitenelektrode 22 gebildet, die aus der Vollflächenelektrode 26, die die gesamte hintere Oberfläche bedeckt, und der bandartigen Elektrode 28, die auf einem Teil der Oberfläche davon in einer Bandform vorgesehen ist, gebildet und die Solarzelle 10 wird erhalten. Bei dem oben beschriebenen Vorgang wird der Druckprozess vor dem Brennen der Lichtempfangsoberflächenelektrode 20 ausgeführt, wenn das gleichzeitige Brennen für die Herstellung verwendet wird.
Es wird eine Beschreibung der Ergebnisse der Auswertung der Solarzellen 10, die gemäß dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren mit verschieden geänderten Glaszusammensetzungen hergestellt wurden, gegeben werden. Bezüglich der Solarzellencharakteristika wurden der Füllfaktor FF-Wert und der Kriechstrom Id durch Messen einer Ausgangsleistung, der unter Verwendung eines konventionell erhältlichen Sonnensimulators erhalten wurde. Eine Verbindungsleitung wurde auf die Lichtempfangoberflächenelektrode 20 aufgelötet, um die Adhäsionsfestigkeit davon zu messen. Die Adhäsionsfestigkeit wurde durch Ziehen und Abreißen der Verbindungsleitung in einen Winkel von 135 Grad unter Verwendung einer konventionell erhältlichen Zugfestigkeitsprüfmaschine gemessen und die Adhäsionsfestigkeit wurde als ein Durchschnittswert von Zugbeanspruchungen definiert, wenn eine Verbindungsleitung abgerissen wurde. Die Auswertungsergebnisse sind neben den Glaszusammensetzungen in den Tabellen 1 bis 3 beschrieben. Die Nr. 1 bis 74 von Tabellen 1 und 2 bezeichnen Glaszusammensetzungen, die Li enthalten, und die Nr. 75 bis 113 von Tabelle 3 bezeichnen Glaszusammensetzung ohne Li. In den Tabellen 1 bis 3 sind solche, bei denen der Zahl in dem „Nr.”-Feld ein Dreieck beigefügt ist, Vergleichsbeispiele außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung und andere sind Ausführungsformen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung. Daher sind bezüglich der Li enthaltenden Systeme, die Nr. 1, 8, 11 bis 14, 23, 24, 29, 51, 65, 69 und 74 Vergleichsbeispiele und die anderen sind Ausführungsformen und bezüglich der Li freien Systeme sind die Nr. 75, 82, 83, 86 bis 88, 91, 92, 94 und 95 Vergleichsbeispiele und die anderen sind Ausführungsformen. Unter diesen Ausführungsformen sind solche, bei denen der Zahl in dem „Nr.”-Feld ein Kreis beigefügt ist, optimale Zusammensetzungen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung, wie später beschrieben. Der FF-Wert ist ein Kriterium zum Bestimmen, ob ein favorisierbarer Ohm'scher Kontakt erhalten ist, und obwohl erachtet wird, dass eine Solarzelle verwendbar ist, wenn der FF-Wert gleich oder größer als 70 ist, ist ein höherer FF-Wert natürlich bevorzugter und die Ausführungsformen mit einem FF-Wert größer als 75 werden als bestehend erachtet. Ein geringerer Kriechstrom Id ist bevorzugter und der Kriechstrom ist ein Kriterium zum Bestimmen, ob die Elektrode in den p-n-Übergang eindringt. Der Kriechstrom Id wird durch einen Doppelkreis bezeichnet, wenn ein numerischer Wert bei 10 (V) gleich 0,1 (A) oder weniger beträgt, durch einen Kreis, wenn der Wert 0,2 (A) oder weniger beträgt, durch ein Dreieck, wenn der Wert 0,5 (A) oder weniger beträgt oder durch ein Kreuzzeichen wenn der Wert 0,5 (A) oder größer beträgt.
[Tabelle 1]
[Tabelle 2]
[Tabelle 3]
Die Proben wurden unter Verwendung sphärischen Ag Pulvers mit dem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1,6 (μm) und einer Glasfritte mit dem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1,5 (μm) fabriziert. Die Anfertigungsverhältnisse waren im Wesentlichen 83 (Gew.-%) Ag Pulver, 5 (Gew.-%) Glasfritte, 7 (Gew.-%) Bindemittellösung und 5 (Gew.-%) Lösungsmittel, und die Mengen der Bindemittellösung und des Lösungsmittels wurden nach Bedarf eingestellt, so dass die Viskosität bei 25 (Grad C) und 20 (U/min) auf 200 bis 220 (Pa·s) eingestellt ist, um gleiche Druckbarkeit zu erreichen. Eine Druckplatte zum Bilden der Lichtempfangsoberflächeelektrode war ein SUS325 Maschensieb mit einem Drahtdurchmesser von 23 (μm), ausgestattet mit 20 (μm) dicker Emulsion. Die Druckbedingung wurde so eingestellt, dass eine Breitenabmessung von Rasterlinien auf 80 (μm) eingestellt war. Der Flächenwiderstand eines Substrats wurde unter Verwendung von 90 ± 10 (Ω/Quadrat) ausgewertet.
Die Tabellen 1 und 2 beschreiben Gläser eines Zehn-Bestandteil-Systems PbO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃-Li₂O-TiO₂-ZnO-ZrO₂-P₂O₅-SO₂, die durch Zugeben von Al₂O₃, Li₂O, TiO₂, ZnO, ZrO₂, P₂O₅ zu SO₂ zu PbO-B₂O₃-SiO₂, das eine Grundstruktur ausmachte, erhalten wurden, und aus Sechs- bis Neun-Bestandteil-Systemen, die zumindest ein Element des Zehn-Bestandteil-Systems als Ausführungsformen vermissen ließen.
Die Nr. 1 bis 8 wurden bezüglich der Menge an S in dem Neun-Bestandteil-System, das Zn vermissen lässt, untersucht. Bei den Zusammensetzungen mit Pb/Si bei 1,27, PbO von 39,8 bis 40,8 (Mol-%) B₂O₃ von 4,0 bis 6,6 (Mol-%), SiO₂ von 31,4 bis 32,2 (Mol-%), Al₂O₃ von 1,7 bis 3,0 (Mol-%) Li₂O bei 12,0 (Mol-%), TiO₂ von 1,7 bis 3,0 (Mol-%), ZrO₂ bei 0,4 (Mol-%) und P₂O₅ bei 2,0 (Mol-%), wenn die Menge an SO₂ auf 0 bis 7,0 (Mol-%) eingestellt war, wurde der FF-Wert von 75 oder mehr und der Kriechstrom Id von 0,2 (A) oder weniger erhalten, wenn SO₂ in dem Bereich von 5,0 (Mol-%) oder weniger lag. Die Adhäsionsfestigkeit von 3 (N) oder mehr wurde erhalten, wenn SO₂ in dem Bereich von 0,05 (Mol-%) oder mehr lag. Dieses Auswertungsergebnis zeigt auf, dass die Lichtempfangoberflächenelektrode 20 mit exzellenten Ausgangsleistungscharakteristika und hoher Adhäsionsfestigkeit erhalten wird, indem SO₂ innerhalb des Bereichs von 0,05 bis 5,0 (Mol-%) eingestellt wird. Es wird aus diesen Charakteristika erachtet, dass die Menge an SO₂ bevorzugt innerhalb des Bereichs von 0,5 bis 2,5 (Mol-%) liegt.
Die Nr. 9 bis 11 wurden bezüglich der Menge an P in den Sechs- bis Acht-Bestandteil-Systemen, die Zr vermissen lassen, untersucht. In der Zusammensetzung mit Pb/Si von 1,27 bis 1,31, PbO von 38,0 bis 41,9 (Mol-%), B₂O₃ von 6,0 bis 8,1 (Mol-%), SiO₂ von 30,0 bis 32,1 (Mol-%), Al₂O₃ von 0 bis 3,0 (Mol-%), Li₂O bei 12,0 (Mol-%), TiO₂ von 0 bis 3,0 (Mol-%), ZnO von 0 bis 5,0 (Mol-%) und SO₂ von 0,5 bis 1,0 (Mol-%), wurden, wenn P₂O₅ auf 0 bis 7,5 (Mol-%) eingestellt war, der FF-Wert von 75 oder mehr und der Kriechstrom von 0,5 (A) oder weniger bei der Menge von P innerhalb des Bereichs von 6,0 (Mol-%) oder weniger erhalten. Wenn die Menge an P 7,5 (Mol-%) erreicht, verringert sich der FF-Wert auf 73 und der Kriechstrom Id erhöht sich auf 0,5 (A) oder mehr. P ist kein essentieller Bestandteil, weil ausreichende Charakteristika bei 0 (Mol-%) erhalten werden. Es wird aus diesem Auswertungsergebnis erachtet, das P innerhalb des Bereichs von 0 bis 6,0 (Mol-%) angemessen ist.
Die Nr. 12 bis 23 wurden bezüglich der Mengen an Pb und Si und des Pb/Si-Verhältnisses untersucht. Die Auswertung wurde innerhalb der Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si von 0,75 bis 2,32, PbO von 16,0 bis 65,0 (Mol-%), B₂O₃ von 4,0 bis 18,0 (Mol-%), SiO₂ von 17,0 bis 50,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 0 bis 3,0 (Mol-%), Li₂O von 1,0 bis 12,0 (Mol-%), TiO₂ von 0 bis 6,0 (Mol-%), ZnO von 0 bis 30,0 (Mol-%), ZrO₂ von 0 bis 0,5 (Mol-%), P₂O₅ von 0,5 bis 1,0 (Mol-%) und SO₂ von 0,5 bis 1,0 (Mol-%) durchgeführt. Wenn Pb/Si gleich 0,75 oder 2,32 beträgt, beträgt der FF-Wert 73 bis 74, und verbleibt somit bei unzureichenden Charakteristika. Der Kriechstrom Id beträgt 0,5 (A) oder weniger, was weniger bevorzugt ist. Wenn die Menge an Pb 16 (Mol-%) beträgt, nimmt der FF-Wert einen niedrigen Wert von 68 an und der Kriechstrom Id nimmt einen großen Wert von 0,5 (A) oder mehr an. Wenn die Menge an Pb 65 (Mol-%) beträgt, nimmt der FF-Wert einen niedrigen Wert von 73 an. Wenn die Menge an Si 50 (Mol-%) beträgt, nimmt der FF-Wert einen niedrigen Wert von 72 an und der Kriechstrom Id beträgt 0,5 (A) oder weniger, was weniger bevorzugt ist. Aus diesen Ergebnissen kann gesagt werden, dass die Menge an Pb, die Menge an Si und das Pb/Si-Verhältnis bevorzugt innerhalb der Bereiche von 18 bis 64 (Mol-%), 47 (Mol-%) oder weniger bzw. 0,8 bis 2,3 liegen.
Die Nr. 24 bis 29 wurden bezüglich der Menge an B untersucht. In den Zusammensetzungsbereichen von Pb/Si von 1,00 bis 1,89, PbO von 20,0 bis 64,0 (Mol-%), SiO₂ von 15,0 bis 36,4 (Mol-%), Al₂O₃ von 0 bis 3,0 (Mol-%), Li₂O von 1,0 bis 12,0 (Mol-%), TiO₂ von 0 bis 3,0 (Mol-%), ZnO von 0 bis 26,5 (Mol-%), ZrO₂ von 0 bis 0,5 (Mol-%), P₂O₅ von 0,5 bis 2,0 (Mol-%) und SO₂ von 0,1 bis 0,5 (Mol-%), wurde B₂O₃ auf 0 bis 21,0 (Mol-%) zur Auswertung eingestellt. Bei der Zusammensetzung ohne B nimmt der FF-Wert einen geringen Wert von 73 an und der Kriechstrom Id beträgt 0,5 (A) oder weniger, was bei unzureichenden Charakteristika verbleibt. Wenn die Menge an B 21 (Mol-%) erreicht, beträgt der FF-Wert 72 und der Kriechstrom Id beträgt 0,5 (A) oder weniger, was unzureichend ist. Aus diesem Ergebnis liegt die Menge an B bevorzugt innerhalb des Bereichs von 1 bis 18 (Mol-%). Selbst wenn die Menge an Si 15 (Mol-%) beträgt, nimmt der FF-Wert einen hohen Wert von 75 an und es wird erachtet, dass die Menge an Si von 15 (Mol-%) oder mehr ausreichend ist.
Die Nr. 30 bis 32 wurden bezüglich der akzeptablen Bereiche von Al, Ti und Zn untersucht und wurden innerhalb der Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si von 0,75 bis 2,18, PbO von 35,0 bis 48,0 (Mol-%), B₂O₃ bei 4,0 (Mol-%), SiO₂ von 20,0 bis 22,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 3,0 bis 18,0 (Mol-%), Li₂O von 6,0 bis 12,0 (Mol-%), TiO₂ von 0 bis 18,0 (Mol-%), ZnO von 0 bis 30,0 (Mol-%), ZrO₂ von 0 bis 0,5 (Mol-%), P₂O₅ bei 1,0 (Mol-%) und SO₂ von 0,5 bis 1,0 (Mol-%) ausgewertet. Selbst wenn die Mengen an Al, Ti und Zn 18 (Mol-%), 18 (Mol-%), beziehungsweise 30 (Mol-%) betragen, werden die Ergebnisse der FF-Werte als 75, 75 bzw. 76 erhalten. Wie ebenso durch andere Auswertungsergebnisse angezeigt wird erachtet, dass Al, Ti und Zn innerhalb der Bereiche von 18 (Mol-%) oder weniger, 18 (Mol-%) oder weniger bzw. 30 (Mol-%) oder weniger enthalten sein können, obwohl diese optionale Bestandteile sind.
Die Nr. 33 bis 44 sind ein Beispiel eines optimalen Zusammensetzungsbereichs. Die Nr. 33 bis 36 wurden innerhalb der Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si von 1,19 bis 2,27, PbO bei 38,0 (Mol-%), B₂O₃ von 6,0 bis 8,0 (Mol-%), SiO₂ von 30,0 bis 32,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 0 bis 3,0 (Mol-%), Li₂O bei 12,0 (Mol-%), TiO₂ bei 3,0 (Mol-%), ZnO von 2,5 bis 5,0 (Mol-%), ZrO₂ von 0 bis 0,5 (Mol-%), P₂O₅ von 0 bis 1,0 (Mol-%) und SO₂ bei 2,5 (Mol-%) ausgewertet. In anderen Worten wurde die optimale Zusammensetzung im Fall von 12,0 (Mol-%) Li untersucht. In einem System, das Ti bei 3,0 (Mol-%) und S bei 2,5 (Mol-%) enthält, erreicht selbst die Zusammensetzung, die P vermissen lässt, und die Zusammensetzung, die Al vermissen lässt, extrem hohe Charakteristika mit dem FF-Wert von 77 oder mehr, dem Kriechstrom Id von 0,2 (A) oder weniger und der Adhäsionsfestigkeit von 6 (N) oder mehr.
Die Nr. 37 bis 41 wurden in dem System, das Ti vermissen lässt, für die Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si von 1,65 bis 1,83, PbO von 38,0 bis 47,0 (Mol-%), B₂O₃ bei 6,0 (Mol-%), SiO₂ von 23,0 bis 28,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 6,0 bis 8,0 (Mol-%) Li₂O bei 6,0 (Mol-%), ZnO von 5 bis 15,0 (Mol-%), ZrO₂ bei 0,5 (Mol-%), P₂O₅ bei 2,0 (Mol-%) und SO₂ bei 1,5 (Mol-%) ausgewertet. In anderen Worten wurde die optimale Zusammensetzung in dem Fall von 6,0 (Mol-%) Li untersucht. Selbst die Zusammensetzung, Ti vermissen lässt, erreicht extrem hohe Charakteristika mit dem FF-Wert von 77 oder mehr, dem Kriechstrom Id von 0,2 (A) oder weniger und der Adhäsionsfestigkeit von 5 (N) oder mehr.
Die Nr. 42 bis 44 wurden in dem System, das Ti vermissen lässt, für die Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si von 1,69 bis 2,18, PbO von 44,0 bis 48,0 (Mol-%), B₂O₃ bei 6,0 (Mol-%), SiO₂ von 22,0 bis 26,0 (Mol-%), Al₂O₃ bei 6,0 (Mol-%), Li₂O bei 1,0 (Mol-%), ZnO bei 13,0 (Mol-%), ZrO₂ bei 0,5 (Mol-%), P₂O₅ bei 2,0 (Mol-%) und SO₂ bei 1,5 (Mol-%) ausgewertet. In anderen Worten wurde die optimale Zusammensetzung in Fall von 1,0 (Mol-%) Li untersucht. Selbst die Zusammensetzung, Ti vermissen lässt und Li bei 1.0 (Mol-%) enthält, erreicht extrem hohe Charakteristika mit dem FF-Wert von 77 oder mehr, dem Kriechstrom Id von 0,2 (A) oder weniger und der Adhäsionsfestigkeit von 5 (N) oder mehr.
Die Nr. 45 und 46 wurden bezüglich der Obergrenze der Menge an S bzw. einem System ohne P in der Zusammensetzung ausgewertet, die Li bei 1,0 (Mol-%) enthält. Die Nr. 45 zeigt auf, dass selbst wenn S einen hohen Wert von 5,0 (Mol-%) annimmt, hohe Charakteristika wie der FF-Wert von 75, der Kriechstrom Id von 0,2 (A) oder weniger und die Adhäsionsfestigkeit von 6 (N) erreicht werden. Die Nr. 46 zeigt auf, das das System, das sowohl Ti als auch P vermissen lässt, kein Problem hat, ausreichend hohe Charakteristika mit dem FF-Wert von 76, dem Kriechstrom Id von 0,2 (A) oder weniger und der Adhäsionsfestigkeit von 4 (N) zu erreichen.
Die Nr. 47 bis 51 von Tabelle 2 wurden bezüglich eines angemessenen Bereichs der Menge an Li in dem System, das Zr vermissen lässt, untersucht. Die Auswertung wurde innerhalb des Zusammensetzungsbereichs von Pb/Si von 1,27 bis 1,37, PbO von 38,0 bis 56,0 (Mol-%), B₂O₃ von 1,0 bis 6,0 (Mol-%), SiO₂ von 30,0 bis 41,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 0 bis 3,0 (Mol-%), Li₂O von 0,6 bis 21,0 (Mol-%), TiO₂ von 0 bis 3,0 (Mol-%), ZnO von 0 bis 7,4 (Mol-%), P₂O₅ von 0,5 bis 1,0 (Mol-%) und SO₂ von 0,5 bis 1,0 (Mol-%) durchgeführt. Wenn Li innerhalb des Bereichs von 0,6 bis 18 (Mol-%) liegt, werden ausreichende Charakteristika wie der FF-Wert von 75 oder mehr, der Kriechstrom Id von 0,5 (A) oder weniger und der Adhäsionsfestigkeit von 4 (N) oder mehr erreicht; wenn allerdings Li 21 (Mol-%) erreicht, verringert sich der FF-Wert auf 71 und die Ausgangsleistungscharakteristika werden unzureichend. Aus diesem Ergebnis ist Li innerhalb des Bereichs von 0,6 bis 18 (Mol-%) angemessen.
Die Nr. 52 bis 65 wurden ferner bezüglich der angemessenen Mengen der Bestandteile untersucht. Die Nr. 52 bis 54 wurden bezüglich der Obergrenze der Menge an B untersucht und in den Zusammensetzungsbereichen von Pb/Si von 1,43 bis 2,10, PbO von 40,0 bis 42,0 (Mol-%), B₂O₃ von 12,0 bis 15,0 (Mol-%), SiO₂ von 20,0 bis 28,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 1,0 bis 4,0 (Mol-%), Li₂O von 3,0 bis 12,0 (Mol-%), TiO₂ von 0 bis 3,0 (Mol-%), ZnO von 0 bis 14,5 (Mol-%), ZrO₂ bei 0,5 (Mol-%), P₂O₅ von 1,0 bis 2,0 (Mol-%) und SO₂ von 0,5 bis 1,5 (Mol-%), wurden favorisierbare Ergebnisse wie der Kriechstrom Id von gleich oder weniger von 0,2 (A) erreicht. Insbesondere ist, wenn die Menge an B 12 (Mol-%) beträgt, der FF-Wert 77 oder mehr und die Adhäsionsfestigkeit beträgt 5 (N), was stärker bevorzugt ist. Daher beträgt, obwohl bis zu 18,0 (Mol-%) akzeptabel, die Menge an B bevorzugt 15,0 (Mol-%) oder weniger und insbesondere 12,0 (Mol-%) oder weniger.
Die Nr. 55 bis 59 wurden bezüglich der optimalen Zusammensetzung im Fall der Menge an Li von 6,0 (Mol-%) wie im Falle der Nr. 37 bis 41 untersucht, und bei den Zusammensetzungsbereichen von Pb/Si von 1,46 bis 2,30, PbO von 38,0 bis 47,0 (Mol-%), B₂O₃ von 3,0 bis 6,0 (Mol-%), SiO₂ von 20,0 bis 28,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 3,0 bis 7,0 (Mol-%), Li₂O bei 6,0 (Mol-%), TiO₂ von 0 bis 3,0 (Mol-%), ZnO von 7,5 bis 13,0 (Mol-%), ZrO₂ von 0 bis 0,5 (Mol-%), P₂O₅ von 2,0 bis 3,0 (Mol-%) und SO₂ von 1,5 bis 3,0 (Mol-%), wurden extrem favorisierbare Ergebnisse wie der FF-Wert von 77 oder mehr, der Kriechstrom Id von 0,2 (A) oder weniger und die Adhäsionsfestigkeit von 5 (N) oder mehr erhalten. Unter diesen erreichten die Nr. 56 bis 59 mit der Menge an B von gleich oder größer als 4,0 (Mol-%) und der Menge an Al von gleich oder größer als 6,0 (Mol-%) höhere Ergebnisse mit dem FF-Wert von 78 und dem Kriechstrom Id von 0,1 (A) oder weniger.
Die Nr. 60 und 61 wurden bezüglich der Untergrenze des Wertes des Pb/Si-Verhältnisses untersucht. Bei den Zusammensetzungsbereichen von Pb/Si von 0,80 bis 0,81, PbO von 22,0 bis 28,0 (Mol-%), B₂O₃ von 6,0 bis 9,0 (Mol-%), SiO₂ von 27,0 bis 35,0 (Mol-%), Al₂O₃ bei 3,0 (Mol-%), Li₂O von 12,0 bis 15,0 (Mol-%), TiO₂ bei 3,0 (Mol-%), ZnO von 11,0 bis 15,5 (Mol-%), ZrO₂ bei 0,5 (Mol-%), P₂O₅ von 1,0 bis 4,0 (Mol-%) und SO₂ von 0,5 bis 1,0 (Mol-%), wurde bestätigt, dass favorisierbare Ergebnisse wie der FF-Wert von 77, der Kriechstrom von 0,2 (A) oder weniger und die Adhäsionsfestigkeit von 4 (N) oder mehr erhalten wurden.
Die Nr. 62 bis 65 wurden bezüglich der Obergrenze der Menge an Al in den Zusammensetzungen, die Ti vermissen lassen, untersucht. Bei der Auswertung innerhalb der Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si bei 1,65, PbO bei 38,0 (Mol-%), B₂O₃ von 4,0 bis 8,0 (Mol-%), SiO₂ bei 23,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 12,0 bis 21,0 (Mol-%), Li₂O bei 12,0 (Mol-%), ZnO von 0 bis 5,0 (Mol-%), ZrO₂ bei 0,5 (Mol-%), P₂O₅ bei 1,0 (Mol-%) und SO₂ bei 0,5 (Mol-%), erreichten die Nr. 62 bis 64 mit der Menge an Al von 12,0 bis 18,0 (Mol-%), ausreichende Ergebnisse mit dem FF-Wert von 75 oder mehr, dem Kriechstrom Id von 0,5 (A) oder weniger und der Adhäsionsfestigkeit von 6 (N). Nr. 65 mit der Menge an Al von 21,0 (Mol-%) verursachte ein unzureichendes Ergebnis mit dem FF-Wert von 73 und dem Kriechstrom Id von 0,5 (A) oder mehr. Daher muss die Menge an Al auf 18 (Mol-%) oder weniger begrenzt werden. Da eine größere Menge an Al dazu neigt, den FF-Wert geringer zu machen, wird erachtet, dass eine geringere Menge an Al stärker bevorzugt ist.
Die Nr. 66 bis 69 wurden bezüglich der Obergrenze der Menge an Ti untersucht. Bei der Auswertung innerhalb der Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si von 1,52 bis 1,54, PbO von 37,0 bis 38,0 (Mol-%), B₂O₃ von 4,0 bis 6,0 (Mol-%), SiO₂ von 24,0 bis 25,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 0 bis 3,0 (Mol-%), Li₂O bei 12,0 (Mol-%), TiO₂ von 12,0 bis 21,0 (Mol-%), ZnO von 0 bis 2,0 (Mol-%), ZrO₂ bei 0,5 (Mol-%), P₂O₅ bei 1,0 (Mol-%) und SO₂ bei 0,5 (Mol-%), wurde, wenn Ti innerhalb 18 (Mol-%) lag, der FF-Wert von 75 oder mehr erhalten; wenn allerdings Ti 21 (Mol-%) erreichte, war der FF-Wert auf 73 begrenzt. Daher ist die Menge an Ti von gleich oder weniger als 18 (Mol-%) angemessen. Da eine größere Menge an Ti dazu neigt, den FF-Wert geringer zu machen, wird erachtet, dass eine geringere Menge an Ti stärker bevorzugt ist.
Die Nr. 70 wurde zum Bestätigen des unteren Grenzwerts von S in dem System, das P vermissen lässt, verwendet, und es wurde bestätigt, dass der Gehalt von 0,1 (Mol-%) ausreichend war. Die Nr. 71 bis 73 sind optimale Zusammensetzungen in der Umgebung des unteren Grenzwerts der Menge an Li in dem System, das TiO₂ und ZnO vermissen lässt, und innerhalb der Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si von 1,98 bis 2,21, PbO von 59,5 bis 62,0 (Mol-%), B₂O₃ von 4,0 bis 5,0 (Mol-%), SiO₂ von 28,0 bis 30,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 0,5 bis 3,0 (Mol-%), Li₂O bei 1,0 (Mol-%), ZrO₂ von 0 bis 0,5 (Mol-%), P₂O₅ von 0 bis 2,0 (Mol-%) und SO₂ von 1,0 bis 2,0 (Mol-%), wurden favorisierbare Ergebnisse wie der FF-Wert von 77, der Kriechstrom Id von 0,2 (A) oder weniger und die Adhäsionsfestigkeit von 5 (N) oder mehr erhalten. Gemäß Nr. 74 verringert sich, wenn ZnO 35,0 (Mol-%) erreicht, der FF-Wert auf 74 und die Charakteristika können nicht erhalten werden. Gemeinsam mit dem oben beschriebenen Ergebnis von Nr. 30 betrachtet, muss die Menge an ZnO auf 30 (Mol-%) oder weniger begrenzt werden.
In dem Bereich der Ausführungsformen sind die optimalen Zusammensetzungen die Nr. 33 bis 44, Nr. 53 bis 62, etc., bei denen dem „Nr.”-Feld ein Kreis beigefügt ist, und liegen innerhalb der Bereiche von Pb/Si von 0,80 bis 2,30, Pb von 22,0 bis 48,0 (Mol-%), B von 3,0 bis 12,0 (Mol-%), Si von 22,0 bis 35,0 (Mol-%), Al von 0 bis 12,0 (Mol-%), Li von 1,0 bis 12,0 (Mol-%), Ti von 0 bis 3,0 (Mol-%), Zn von 0 bis 15,5 (Mol-%), Zr von 0 bis 0,5 (Mol-%), P von 0 bis 4,0 (Mol-%) und S von 0,5 bis 3,0 (Mol-%). In diesen Bereichen werden extrem hohe Charakteristika wie der FF-Wert von 77 oder mehr, der Kriechstrom Id von 0,5 (A) oder weniger und die Adhäsionsfestigkeit von 4 (N) oder mehr erreicht.
Aus den oben beschriebenen Ergebnissen wird das Li enthaltende System bevorzugt innerhalb der Bereiche des Pb/Si-Verhältnisses von 0,8 bis 2,3, Pb von 18 bis 64 (Mol-%), B von 1 bis 18 (Mol-%), Si von 15 bis 47 (Mol-%), Li von 0,6 bis 18 (Mol-%) und S von 0,05 bis 5,0 (Mol-%) eingestellt und bezüglich der beliebigen Bestandteile werden Al, Ti, Zn und Zr bevorzugt auf 18 (Mol-%) oder weniger, 18 (Mol-%) oder weniger, 30 (Mol-%) oder weniger bzw. 0,5 (Mol-%) oder weniger eingestellt.
In Tabelle 3 des Li freien Systems werden die Nr. 75 bis 82 bezüglich eines Bereichs der Menge an S in dem System, das Ti vermissen lässt, untersucht. Die Auswertung wurde innerhalb der Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si bei 1,93, PbO bei 58,0 (Mol-%), B₂O₃ von 3,0 bis 4,0 (Mol-%), SiO₂ bei 30,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 1,0 bis 3,0 (Mol-%), ZnO von 0 bis 3,0 (Mol-%), ZrO₂ von 0 bis 0,5 (Mol-%), P₂O₅ von 1,0 bis 2,0 (Mol-%) und SO₂ von 0 bis 7,0 (Mol-%) durchgeführt. Bei diesen Zusammensetzungsbereichen werden, wenn SO₂ gleich oder weniger als 5,0 (Mol-%) beträgt, favorisierbare Ausgangsleistungscharakteristika wie der FF-Wert von 75 oder mehr und der Kriechstrom Id von 0,2 (A) oder weniger erhalten, und, wenn SO₂ gleich oder größer als 0,05 (Mol-%) beträgt, wird die ausreichende Adhäsionsfestigkeit von 3 (N) oder mehr erhalten. Bei 7,0 (Mol-%) ist der FF-Wert auf 70 begrenzt, während bei 0 (Mol-%) die Adhäsionsfestigkeit auf 2 (N) begrenzt ist, und die beiden Fälle sind unzureichend. Daher genügt SO₂ innerhalb des Bereichs von 0,05 bis 5,0 sowohl den Ausgangsleistungscharakteristika als auch der Adhäsionsfestigkeit.
Die Nr. 83 bis 87 wurden bezüglich der Mengen an Pb und Si und des Pb/Si-Verhältnisses in dem System, das Al und Zr vermissen lässt, untersucht und wurden innerhalb der Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si von 1,35 bis 2,77, PbO von 48,0 bis 72,0 (Mol-%), B₂O₃ von 1,0 bis 4,0 (Mol-%), SiO₂ von 26,0 bis 37,0 (Mol-%), TiO₂ von 0 bis 3,0 (Mol-%), ZnO von 0 bis 8,0 (Mol-%), P₂O₅ von 0,5 bis 1,0 (Mol-%) und SO₂ von 0,5 bis 1,0 (Mol-%) ausgewertet. Die Nr. 83 enthält mit 72 (Mol-%) viel Pb und weist ein großes Pb/Si-Verhältnis von 2,77 auf und der FF-Wert ist auf 73 begrenzt. Der Kriechstrom Id ist gleich oder weniger als 0,5 (A). Die Nr. 76 weist ein kleines Pb/Si-Verhältnis von 1,35 auf und der FF-Wert ist auf 73 begrenzt. Die Nr. 87 enthält mit 48 (Mol-%) wenig Pb und weist ein kleines Pb/Si-Verhältnis von 1,37 auf und der FF-Wert ist auf 74 begrenzt. Die Nr. 84 und 85, die das Pb/Si-Verhältnis von 1,43 bis 2,50 und die Menge an Pb von 50 bis 70 (Mol-%) aufweisen, weisen den ausreichend großen FF-Wert von 75 auf. Aus diesen Ergebnissen sind die bevorzugten Bereiche des Pb/Si-Verhältnisses und der Menge an Pb 1,4 bis 2,5 bzw. 50 bis 70 (Mol-%).
Die Nr. 88 bis 91 wurden bezüglich der Menge an Si in dem System, das Zr vermissen lässt, untersucht und wurden innerhalb der Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si von 1,33 bis 2,78, PbO von 50,0 bis 58,0 (Mol-%), B₂O₃ von 1,0 bis 8,0 (Mol-%), SiO₂ von 18,0 bis 42,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 0 bis 3,0 (Mol-%), TiO₂ von 0 bis 9,0 (Mol-%), ZnO von 0 bis 10,0 (Mol-%), P₂O₅ von 0,5 bis 1,0 (Mol-%) und SO₂ von 0,5 bis 1,0 (Mol-%) ausgewertet. Obwohl die Nr. 88, die Si bei 42 (Mol-%) enthält, einen geringen FF-Wert von 70 aufweist und die Nr. 91, die Si bei 18 (Mol-%) enthält, einen kleinen FF-Wert von 72 aufweist, erreichen die Nr. 89 und 90, die Si bei 20 bis 40 (Mol-%) aufweisen, einen FF-Wert von 75, was ein ausreichender Wert ist. Aus diesen Ergebnissen ist der bevorzugte Bereich der Menge an Si 20 bis 40 (Mol-%).
Die Nr. 92 bis 94 wurden bezüglich der Menge an B in dem System, das Al und Zr vermissen lässt, untersucht und wurden innerhalb der Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si von 2,00 bis 2,41, PbO von 50,0 bis 70,0 (Mol-%), B₂O₃ von 0 bis 10,0 (Mol-%), SiO₂ von 25.0 bis 29,0 (Mol-%), TiO₂ von 0 bis 9,0 (Mol-%), ZnO von 0 bis 6,0 (Mol-%), P₂O₅ von 0,5 bis 1,0 (Mol-%) und SO₂ von 0,5 bis 1,0 (Mol-%) ausgewertet. Die Nr. 92 ohne B resultiert in einem geringen FF-Wert von 70 und einem hohen Kriechstrom Id von gleich oder größer als 0.5 (A). Die Nr. 94, die mir 10.0 (Mol-%) viel B enthält, weist einen geringen FF-Wert von 71 auf and die beiden Fälle sind unzureichend. Die Nr. 93, die B bei 8.0 (Mol-%) enthält, weist einen FF-Wert von 75 auf, was ausreichend hoch ist, und der Kriechstrom Id ist auf 0.2 (A) oder weniger begrenzt. Im Hinblick auf diese Ergebnisse und die Ergebnisse der Nr. 76 bis 90 wird erachtet, dass die Menge an B bevorzugt von 1 bis 8,0 (Mol-%) beträgt.
Die Nr. 95 bis 98 wurden bezüglich der Menge an P in dem System, das Ti und Zr vermissen lässt, untersucht und wurden innerhalb der Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si von 2,14 bis 2,21, PbO von 60,0 bis 62,0 (Mol-%), B₂O₃ bei 4,0 (Mol-%), SiO₂ bei 28,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 0 bis 1,0 (Mol-%), ZnO von 0 bis 3,5 (Mol-%), P₂O₅ von 0 bis 7,5 (Mol-%) und SO₂ von 0,5 bis 2,5 (Mol-%) ausgewertet. Die Nr. 97 und 98 ohne P resultieren in dem hohen FF-Wert von 76. Obwohl die Nr. 96, die die Menge an P von 6,0 (Mol-%) enthält, einen ausreichend hohen FF-Wert von 75 aufweist, weist die Nr. 95, die die hohe Menge an P von 7,5 (Mol-%) aufweist, einen signifikant verringerten FF-Wert, der auf 67 begrenzt ist, auf. Aus diesen Ergebnissen wird erachtet, dass P von 0 bis 6,0 (Mol-%) bevorzugt ist.
Die Nr. 99 bis 111 und 113 werden als optimale Zusammensetzungsbereiche angesehen. Unter diesen wurden die Nr. 99 bis 104 bezüglich des Pb/Si-Verhältnisses und der Mengen an Pb und Si untersucht und wurden innerhalb der Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si von 1,76 bis 2,18, PbO von 57,0 bis 61,0 (Mol-%), B₂O₃ von 3,0 bis 4,0 (Mol-%), SiO₂ von 28,0 bis 33,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 0 bis 1,0 (Mol-%), TiO₂ von 0 bis 5,0 (Mol-%), ZnO von 0 bis 2,0 (Mol-%), ZrO₂ von 0 bis 1,0 (Mol-%), P₂O₅ von 1,0 bis 2,0 (Mol-%) und SO₂ von 1,5 bis 3,0 (Mol-%) ausgewertet. Innerhalb dieser Zusammensetzungsbereiche werden extrem hohe Resultate wie der FF-Wert von 77 oder mehr, der Kriechstrom Id von 0,2 (A) oder weniger und die Adhäsionsfestigkeit von 5 (N) oder mehr erhalten. Daher können hohe Charakteristika erhalten werden, selbst wenn die Zusammensetzung eines oder zwei aus Al, Ti, Zn und Zr vermissen lässt. Aus diesen Ergebnissen ist die Menge an Pb, die Menge an Si und Pb/Si bevorzugt 57,0 bis 61,0 (Mol-%), 28,0 bis 33,0 (Mol-%) bzw. 2,18 oder weniger.
Die Nr. 105 bis 107 wurden bezüglich der Menge an B in dem System, das Zn und Zr vermissen lässt, untersucht und wurden innerhalb der Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si von 1,93 bis 2,07, PbO von 58,0 bis 60,0 (Mol-%), B₂O₃ bei 6,0 (Mol-%), SiO₂ von 28,0 bis 30,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 0 bis 1,0 (Mol-%), TiO₂ bei 2,0 (Mol-%), P₂O₅ bei 2,0 (Mol-%) und SO₂ bei 1,0 (Mol-%) ausgewertet. Innerhalb dieser Zusammensetzungsbereiche werden extrem hohe Ergebnisse wie der FF-Wert von 78, der Kriechstrom Id von 0,2 (A) oder weniger und die Adhäsionsfestigkeit von 5 (N) erhalten. Insbesondere die Nr. 105 und 106, die Al bei 1,0 (Mol-%) enthalten, unterdrücken den Kriechstrom Id auf 0,1 (A) oder weniger und daher wird erachtet, dass eine Zusammensetzung, die Al enthält, stärker bevorzugt ist. Aus diesen Ergebnissen beträgt die Menge an B bevorzugt 6,0 (Mol-%) oder weniger.
Die Nr. 108 bis 113 wurden bezüglich der Mengen an Al und P in dem System, das Ti vermissen lässt, untersucht und wurden innerhalb der Zusammensetzungsbereiche von Pb/Si von 1,79 bis 2,11, PbO von 58,0 bis 61,0 (Mol-%), B₂O₃ von 3,0 bis 4,0 (Mol-%), SiO₂ von 28,0 bis 31,0 (Mol-%), Al₂O₃ von 0,5 bis 5,0 (Mol-%), ZnO von 0 bis 2,0 (Mol-%), ZrO₂ von 0 bis 0,5 (Mol-%), P2O₅ von 1,0 bis 4,0 (Mol-%) und SO₂ von 1,0 bis 3,0 (Mol-%) ausgewertet. Mit Ausnahme von Nr. 112 werden extrem hohe Ergebnisse wie der FF-Wert von 77 oder mehr, der Kriechstrom Id von 0,2 (A) oder weniger und die Adhäsionsfestigkeit von 5 (N) oder mehr erhalten. Bezüglich der Nr. 112 wird, da 5,0 (Mol-%) an Al enthalten ist, angenommen, dass dies daran liegt, dass die Menge an Al in gewisser Weise hoch ist, obwohl sie innerhalb des akzeptablen Bereichs liegt; allerdings weist selbst diese Zusammensetzung den FF-Wert von 75 auf, was ausreichend hoch ist. Im Vergleich zu Nr. 111 ist die Menge an Al bevorzugt gleich oder weniger als 3,0 (Mol-%). Obwohl die Nr. 113 die Menge an P relativ auf 4 (Mol-%) erhöht hat, erreicht die Menge dieses Ausmaßes extrem hohe Charakteristika und liegt innerhalb des optimalen Zusammensetzungsbereichs.
Aus den oben beschriebenen Ergebnissen ist das Li freie System bevorzugt innerhalb der Bereiche des Pb/Si-Verhältnisses von 1,4 bis 2,5, Pb von 50 bis 70 (Mol-%), B von 1,0 bis 8,0 (Mol-%), Si von 20,0 bis 40,0 (Mol-%) und S von 0,05 bis 5,0 (Mol-%) eingestellt, und bezüglich der beliebigen Bestandteile sind Al, Ti, Zn, Zr und P bevorzugt auf 5,0 (Mol-%) oder weniger, 10,0 (Mol-%) oder weniger, 10,0 (Mol-%) oder weniger, 1,0 (Mol-%) oder weniger bzw. 6,0 (Mol-%) oder weniger begrenzt.
Die Proben der Nr. 114 bis 127 von Tabelle 1 entsprechen dem Fall des Enthaltens von Bi₂O₃ als Glaszusammensetzung in der Leitpastenzusammensetzung, wenn die Lichtempfangsoberflächenelektrode 20 gebildet wird, und unterscheiden sich lediglich in der Glaszusammensetzung im Vergleich zu den Proben der Tabellen 1 bis 3, und die anderen Bedingungen, wie etwa ein Teilchendurchmesser und ein Mischverhältnis der Glasfritte und ein Herstellungsverfahren sind gleich. Die Proben der Nr. 114 bis 120 sind vom Li enthaltenden System und sind speziell Gläser eines Acht-Bestandteil-Systems PbO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃-Li₂O-P₂O₅-Bi₂O₃-SO₂, das durch Zugeben von Al₂O₃, Li₂O, P₂O₅, Bi₂O₃ und SO₂ zu PbO-B₂O₃-SiO₂ erhalten ist, und sind bezüglich des Füllfaktor-FF-Werts ausgewertet. Die Proben Nr. 121 bis 127 sind Gläser eines Sieben-Bestandteil-Systems PbO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃-P₂O₅-Bi₂O₃-SO₂, das durch Zugeben von Al₂O₃, P₂O₅, Bi₂O₃ und SO₂ zu PbO-B₂O₃-SiO₂ erhalten ist, und sind bezüglich eines Füllfaktor-FF-Werts ausgewertet. In Tabelle 4 sind solche, bei denen der Zahl in dem „Nr.”-Feld ein Dreieck beigefügt ist, Vergleichsbeispiele außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung (Anspruch 8) und die anderen sind Ausführungsformen innerhalb des Bereichs der Erfindung. Solche, bei denen der Zahl in dem „Nr.”-Feld ein Kreis beigefügt ist, sind optimale Zusammensetzungen.
[Tabelle 4]
Die Nr. 114 bis 127 von Tabelle 4 wurden bezüglich eines akzeptablen Bereichs der Menge an Bi untersucht. Insbesondere wird, obwohl eine Festlösungsmenge an Ag in der Glasschicht des Elektroden-Silizium-Übergangsbereichs erhöht werden muss, um einen Ohm'schen Kontakt zu erhalten, der Festlösungsgehalt von Ag dadurch erhöht, dass es ermöglicht wird, dass Pb und Bi koexistieren, da die Erhöhung begrenzt ist, wenn Pb einzeln verwendet wird. Obwohl eine feste Lösung von Ag in Glas als feine Teilchen von Ag während einer Temperaturverringerung beim Brennen präzipitiert wird, moderiert die Gegenwart von Bi die Präzipitation von Ag relativ zu einer Veränderung der Brenntemperatur, was den Brennrahmen erweitert. Aufgrund der obigen Effekte sind die elektrischen Charakteristika verbessert und sowohl das Li enthaltende System als auch das Li freie System erreichen den FF-Wert von gleich oder größer als 75, was einen akzeptablen Bereich definiert. Allerdings macht, wie im Fall von Pb, eine exzessive Zugabe von Bi aufgrund eines starken Effekts des Erodierens von Si die Erosion zu stark und hat nachteilige Effekte wie etwa die Verschlechterung der elektrischen Charakteristika und eine Reduktion des Brennrahmens und daher ist die angemessene Menge an Bi₂O₃ 15 (Mol-%) oder weniger und stärker bevorzugt 12 (Mol-%) oder weniger.
Obwohl die vorliegende Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung auch in anderen Formen implementiert werden und kann verschiedenartig innerhalb eines Bereichs modifiziert werden, der nicht von deren Geiste abweicht.
NOMENKLATUR VON ELEMENTEN

10: Solarzelle 12: Silizium-Substrat 14: n-Schicht 16: p⁺-Schicht 18: Antireflexionsfilm 20: Lichtempfangsoberflächenelektrode 22: Rückseitenelektrode 24: Lichtempfangsoberfläche 26: Vollfächenelektrode 28: bandartige Elektrode

Claims

Leitpastenzusammensetzung für eine Solarzelle, die ein leitfähiges Pulver, eine Glasfritte und eine Bindemittellösung enthält, wobei die Glasfritte Glas umfasst, das SO₂ innerhalb eines Bereichs von 0,05 bis 5,0 (Mol-%) bezogen auf Oxid enthält.
Leitpastenzusammensetzung für eine Solarzelle nach Anspruch 1, wobei das Glas ein Pb/Si (Molverhältnis) innerhalb eines Bereichs von 0,8 bis 2,3 aufweist und 0,6 bis 18 (Mol-%) an Li₂O, 18 bis 64 (Mol-%) an PbO, 1 bis 18 (Mol-%) an B₂O₃ und 15 bis 47 (Mol-%) an SiO₂ bezogen auf Oxid enthält.
Leitpastenzusammensetzung für eine Solarzelle nach Anspruch 2, wobei das Glas 0,1 bis 5,0 (Mol-%) an SO₂, 1 bis 15 (Mol-%) an Li₂O, 22 bis 62 (Mol-%) an PbO, 1 bis 15 (Mol-%) an B₂O₃ und 20 bis 41 (Mol-%) an SiO₂ bezogen auf Oxid enthält.
Leitpastenzusammensetzung für eine Solarzelle nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Glas zumindest eines aus 18 (Mol-%) oder weniger an Al₂O₃, 18 (Mol-%) oder weniger an TiO₂ und 30 (Mol-%) oder weniger an ZnO bezogen auf Oxid enthält.
Leitpastenzusammensetzung für eine Solarzelle nach Anspruch 1, wobei das Glas ein Pb/Si (Molverhältnis) innerhalb eines Bereichs von 1,4 bis 2,5 aufweist und 50 bis 70 (Mol-%) an PbO, 1 bis 8 (Mol-%) an B₂O₃ und 20 bis 40 (Mol-%) an SiO₂ bezogen auf Oxid enthält, ohne Li₂O.
Leitpastenzusammensetzung für eine Solarzelle nach Anspruch 5, wobei das Glas ein Pb/Si (Molverhältnis) innerhalb eines Bereichs von 1,7 bis 2,3 aufweist und 0,1 bis 3,0 (Mol-%) an SO₂, 55 bis 62 (Mol-%) an PbO, 3 bis 6 (Mol-%) an B₂O₃ und 28 bis 34 (Mol-%) an SiO₂ bezogen auf Oxid enthält.
Leitpastenzusammensetzung für eine Solarzelle nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Glas zumindest eines aus 5 (Mol-%) oder weniger an Al₂O₃, 10 (Mol-%) oder weniger an TiO₂ und 10 (Mol-%) oder weniger an ZnO bezogen auf Oxid enthält.
Leitpastenzusammensetzung für eine Solarzelle nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Glas 0,1 bis 15 (Mol-%) an Bi₂O₃ bezogen auf Oxid enthält.
Leitpastenzusammensetzung für eine Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Glas 6,0 (Mol-%) oder weniger an P₂O₅ bezogen auf Oxid enthält.