JP5671067B2 - 太陽電池に全面裏面電界および銀バスバーを付与するための方法 - Google Patents
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Description
本願は、2010年2月12日出願の米国仮特許出願第61/304,030号の利益を主張する。この米国仮特許出願の開示は、参照によりその全体を本願明細書に援用したものとする。
(a)前面および裏面を有する太陽電池基板を準備する工程と;
(b)この太陽電池基板の裏面の上に全面アルミニウム裏打ち層を印刷する工程と;
(c)この印刷されたアルミニウム裏打ち層を乾燥して、全面アルミニウム層を得る工程と;
(d)銀バスバーが所望される領域の全面アルミニウム層の上に剥離ペーストを印刷し乾燥する工程と;
(e)この太陽電池基板の前面の上に前面接点銀ペーストを印刷し乾燥して、前面グリッド電極を生成する工程と;
(f)この太陽電池の前面および裏面を同時焼成し冷却する工程であって、焼成の間に当該剥離ペーストは、当該アルミニウム層の中の過剰のアルミニウム粉末を濡らし、そして、太陽電池の冷却の間に剥離ペーストは、収縮し、固化し、過剰のアルミニウム粉末とともに剥離して、空いた領域を有する全面アルミニウムBSFを残す工程と;
(g)このBSFの空いた領域に背面接点銀ペーストを印刷し、乾燥し、焼成して、銀バスバーを得る工程と
を含む方法によって成し遂げられる。
(a)前面および裏面を有する太陽電池基板を準備する工程と;
(b)この太陽電池基板の裏面の上に全面アルミニウム裏打ち層を印刷する工程と;
(c)この印刷されたアルミニウム裏打ち層を乾燥して、全面アルミニウム層を得る工程と;
(d)銀バスバーが所望される領域の全面アルミニウム層の上に剥離ペーストを印刷し乾燥する工程と;
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(g)このBSFの空いた領域に背面接点銀ペーストを印刷し、乾燥し、焼成して、銀バスバーを得る工程と
によって形成される。
当該方法の第1の工程では、全面アルミニウム裏打ち層が太陽電池基板の裏面に付与される。好ましくは、基板は、n型拡散層をp型シリコン基板上に付与することにより作製されるシリコン基板である。適切な基板は、単結晶性または多結晶性であってもよく、当該技術分野で周知である。
その後、剥離ペーストが、銀バスバーが所望される領域の全面アルミニウム層に付与される。剥離ペーストは金属ベースの組成物であり、これはこのあとより詳細に記載される。このペーストは公知の方法、例えばスクリーン印刷によって付与され、次いで約150℃〜200℃で乾燥される。剥離ペーストが全面アルミニウム層に付与された太陽電池基板の写真が図3に示される。
前面接点ペーストを印刷し乾燥した後、ウェーハは、金属化(メタライゼーション)工程および接点形成工程にかけられる。具体的には、アルミニウム層、剥離ペースト、および前面接点銀ペーストが付与された太陽電池は、ここで、前面および裏面が同時焼成されるように焼成される。好ましくは、太陽電池は、工業的に標準的な太陽電池加工の温度設定を使用して、赤外ランプで加熱される炉の中で同時焼成される。例えば、BTU 6ゾーン式赤外ランプ加熱炉が使用されてもよい。適切な温度およびベルト速度の設定は、日常的な実験によって決定されてもよいが、好ましくは約700〜800℃、より好ましくは約750〜800℃のピーク温度を伴う。例示的な温度プロファイルとしては、400、400、550、700、800および920℃のゾーン設定、ならびに5000mm/分のベルト速度が挙げられる。その後、太陽電池は、例えば約60〜80℃/秒で室温まで急速に冷却される。
最後に、背面接点銀ペーストが、例えばスクリーン印刷によって、BSFの空いた領域に付与され、次いで約150〜200℃で乾燥され、低温(約550℃未満、例えば約500℃)で数秒間焼成され、その結果、背面接点銀ペーストは焼結され、固体のアルミニウム−シリコン共晶表面に接着し、バスバーを形成する。適切な背面接点銀ペーストは、このあとより詳細に記載されるペーストなどの、低温(約550℃未満)焼成物質である。銀バスバーがアルミニウムBSFに付与されている太陽電池の写真が図5に示されている。
剥離ペーストは全面アルミニウム層の上に印刷され乾燥され、この剥離ペーストは、アルミニウム層の中のアルミニウム粉末と同時焼成し、融解してアルミニウム−シリコン共晶の形成後にアルミニウム層の中のアルミニウム粉末を濡らし、次いで過剰のアルミニウム粉末と一緒に剥離して共晶層を露出させるように設計される。従来の銀ペーストのように、このペーストは、当該組成物の総重量に基づき10〜30重量%を構成する溶媒および結合剤の有機系、および当該組成物の総重量に基づき70〜90重量%を構成する無機系を含有する。この無機系は、ガラス系(全体で3〜20重量%)および粉末系(全体で30〜80重量%)の2つの部を含む。この粉末系、ガラス系、および有機系は、当該剥離ペースト組成物の3つの必須の構成要素を構成する。当該剥離ペースト組成物の中の各構成要素は、これよりより詳細に記載される。
粉末系は、以下の粉末、
(a)0.1〜5.0ミクロン(0.1〜5.0μm)の粒子サイズを有する銀粉末;
(b)0.1〜5.0ミクロン(0.1〜5.0μm)の粒子サイズを有する金属粉末;および/または
(c)0.1〜5.0ミクロン(0.1〜5.0μm)の粒子サイズを有する金属酸化物(複数可)、
のうちの1以上を含有し、そして、この金属酸化物はアルミニウム粉末と結合し、焼成の間に収縮する。
ガラス系は、ガラスフリット(ガラス粒子)を含み、当該剥離ペースト組成物において無機結合剤として機能する。ガラスが当該ペースト組成物に所望の特性を与える限り、特定のタイプのガラスが特に重要というわけではない。好ましいガラスとしてはホウケイ酸鉛およびホウケイ酸ビスマスが挙げられるが、ホウケイ酸亜鉛などの他の無鉛ガラスも適切であろう。このガラス粒子は、好ましくは約0.1〜約4.5ミクロン(約0.1〜約4.5μm)の粒子サイズ、および300〜800℃、より好ましくは約300〜350℃のTgを有し、好ましくは当該ペースト組成物の総重量に基づき約3〜約20重量%、より好ましくは約3〜約10重量%の量で当該ペースト組成物の中に含有される。
有機系は溶媒および結合剤を含む。特定の溶媒および結合剤が特に重要というわけではなく、当該技術分野で公知の溶媒および結合剤であってもよいし、またはこのタイプの応用のために開発されるべき溶媒および結合剤であってもよい。例えば、好ましい有機ビヒクルは、セルロース樹脂および溶媒、例えばテルピネオールなどの溶媒中のエチルセルロースなど、を含有する。この有機ビヒクルは、好ましくは、当該ペースト組成物の総重量に基づき約10〜約30重量%の量で当該電気伝導性のペースト組成物の中に存在する。
本発明は、BSF上の剥離領域に付与されてもよい低温背面接点ペーストにも関する。このペーストは、剥離領域の上に印刷され、乾燥され、約550℃未満で、例えば約500℃で低温焼成されてもよい。この背面接点ペーストは、背面接点端子および表面のはんだ付け性を提供する。重要なことは、この背面接点ペーストが約550℃未満で焼成可能である必要があることである。
この粉末系は、当該技術分野で公知の従来の粉末系であり、以下の粉末:
(a)50〜80重量%の量の、0.1〜5.0ミクロン(0.1〜5.0μm)の粒子サイズを有する銀粉末;および
(b)0〜2.0重量%の量の、0.5〜3.0ミクロン(0.5〜3.0μm)の粒子サイズを有する金属酸化物
を含有する。当該粉末系は、好ましくは、十分なはんだ付け性を与えるために、大部分は銀を含有する。好ましい粉末は、銀、または酸化銅と組み合わせられた銀を含有する。
ガラス系は、ガラスフリット(ガラス粒子)を含み、当該剥離ペースト組成物において無機結合剤として機能する。ガラスが当該ペースト組成物に所望の特性を与える限り、特定のタイプのガラスが特に重要というわけではない。好ましいガラスとしてはホウケイ酸鉛およびホウケイ酸ビスマスが挙げられるが、ホウケイ酸亜鉛などの他の無鉛ガラスも適切であろう。このガラス粒子は、好ましくは約0.1〜約4.5ミクロン(約1.0〜約4.5μm)の粒子サイズ、および250〜600℃、より好ましくは約250〜350℃のTgを有し、好ましくは当該ペースト組成物の総重量に基づき約3〜約20重量%の量で当該ペースト組成物の中に含有される。この比較的低いTgは、得られた組成物に適切な低温焼結特性を与えるために非常に重要である。
当該有機系は当該技術分野で公知の従来の有機系であり、溶媒および結合剤を含む。特定の溶媒および結合剤が特に重要というわけではなく、当該技術分野で公知の溶媒および結合剤であってもよいし、またはこのタイプの応用のために開発されるべき溶媒および結合剤であってもよい。例えば、好ましい有機ビヒクルは、セルロース樹脂および溶媒、例えばテルピネオールなどの溶媒中のエチルセルロースなど、を含有する。この有機ビヒクルは、好ましくは、当該電気伝導性のペースト組成物の総重量に基づき約10〜約30重量%の量で当該電気伝導性のペースト組成物の中に存在する。
従来の銀ペーストの成分である、70%の銀、8%のガラス、および22%のビヒクルを合わせることにより剥離ペースト組成物を調製した。4つの同一の太陽電池を以下のとおりに調製した:55Ω/D(sc)の面積抵抗を有する金属化の準備が整っているP型の単結晶性の(sc)ソーラーウェーハの裏面に、アルミニウムペースト(RuXing 8252X)を印刷し、150℃で乾燥した。背面接点バスバーが望まれる乾燥したアルミニウムの上に剥離ペースト組成物を印刷し、次いでボックスオーブン(box oven)中、150℃で5分間乾燥した。市販の銀ペースト(CL80−9271、Heraeus Incorporated、ペンシルベニア州、ウエスト・コンショホッケン(W.Conshohocken)、から市販されている)をこのウェーハの前面に付与し、ボックスオーブン中、150℃で5分間乾燥した。得られたセルを図3に示す。次いでこのセルを、赤外ランプ加熱される6ゾーンのBTU炉の中で、400℃、400℃、550℃、700℃、800℃、および920℃のゾーン設定で5000mm/分のベルト速度を用いた同時焼成による金属化および接点形成にかけた。次いでこのセルを、60〜80℃/秒の速度で急速冷却した。過剰のアルミニウムが剥離された後の得られたセルを図4に示す。
背面接点銀を印刷して乾燥し、裏面アルミニウムを印刷して乾燥し、前面接点銀を印刷して乾燥することにより、6インチ×6インチ(約15.2cm×約15.2cm)の多結晶ウェーハ上および5インチ×5インチ(約12.7cm×約12.7cm)の単結晶ウェーハ上に従来の太陽電池を調製した。すべての付与した銀およびアルミニウムペーストは市販のペーストであり、すべての乾燥は、150℃で5分間実施した。本発明に係る太陽電池を、上記のようにして同一のウェーハ上に調製した。これら比較のセルおよび本発明のセルの電気性能を上記のようにして測定し、Vocについての結果を、図13および14にグラフによって示す。6インチ×6インチ(約15.2cm×約15.2cm)の多結晶ウェーハ上の本発明のセルにおいてVocの4.5mVのゲイン、および5インチ×5インチ(約12.7cm×約12.7cm)の単結晶ウェーハ上の本発明のセルにおいて6.5mVのゲインがあったことが理解できる。これらの結果は、全面BSFを有する太陽電池から得られる優れた結果を実証する。
Claims (9)
- 背面接点銀バスバーを太陽電池のアルミニウム裏面電界(BSF)に付与するための方法であって、
(a)前面および裏面を有する太陽電池基板を準備する工程と;
(b)前記太陽電池基板の前記裏面の上に全面アルミニウム裏打ち層を印刷する工程と;
(c)印刷された前記アルミニウム裏打ち層を乾燥して、全面アルミニウム層を得る工程と;
(d)銀バスバーが所望される領域の前記全面アルミニウム層の上に剥離ペーストを印刷し乾燥する工程と;
(e)前記太陽電池基板の前記前面の上に前面接点銀ペーストを印刷し乾燥して、前面グリッド電極を生成する工程と;
(f)前記太陽電池の前記前面および裏面を同時焼成し冷却する工程であって、焼成の間に前記剥離ペーストは、前記アルミニウム層の中の過剰のアルミニウム粉末を濡らし、そして、前記太陽電池の冷却の間、前記剥離ペーストは、収縮し、固化し、前記過剰のアルミニウム粉末とともに剥離して、空いた領域を有する全面アルミニウムBSFを残す工程と;
(g)前記BSFの前記空いた領域に背面接点銀ペーストを印刷し、乾燥し、焼成して、前記銀バスバーを得る工程と
を含む方法。 - 前記太陽電池基板は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンを含む、請求項1に記載の方法。
- 工程(f)の前記同時焼成は、少なくとも約700〜800℃のピーク温度で実施される、請求項1に記載の方法。
- 工程(f)の前記冷却は約60〜80℃/秒の速度で実施される、請求項1に記載の方法。
- 工程(g)の前記焼成は約500℃で実施される、請求項1に記載の方法。
- 前記剥離ペーストは、
(a)前記ペーストの30〜80重量%の量で、かつ約0.1〜5.0ミクロン(0.1〜5.0μm)の粒子サイズを有する粉末系;
(b)前記ペーストの3〜20重量%の量で、かつ約0.1〜4.5ミクロン(0.1〜4.5μm)の粒子サイズおよび300〜800℃のTgを有するガラス系;ならびに
(c)前記ペーストの10〜30重量%の量の有機系
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記粉末系は、銀粉末、銅粉末、および金属酸化物粉末からなる群から選択される少なくとも1つの成分を含み、前記金属酸化物粉末は、前記アルミニウム粉末と結合し、焼成の間に収縮する金属酸化物粉末である、請求項6に記載の方法。
- 前記背面接点銀ペーストは約550℃未満で焼成される、請求項1に記載の方法。
- 前記剥離ペーストは、
(a)銀粒子、銅粒子、および金属酸化物粒子からなる群から選択される少なくとも1つのタイプの粒子であって、前記粒子は0.1〜5.0ミクロン(0.1〜5.0μm)の粒子サイズを有する、粒子;
(b)0.1〜4.5ミクロン(0.1〜4.5μm)の粒子サイズおよび300〜800℃のTgを有するガラスフリット;ならびに
(c)有機ビヒクル
を含む、請求項1に記載の方法。
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