JP6325980B2 - SINxおよび良好なBSF形成のためのファイアスルーアルミニウムペースト - Google Patents
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Description
以下は、本発明のいくつかの態様の基本的な理解を示すための本発明の単純な要旨である。この要旨は、本発明の広範な概要ではない。これは、本発明の主要なまたは重要な要素を特定するのでもなく、本発明の範囲を描写するのでもないものとする。その唯一の目的は、本発明のいくつかの概念を、後に示すさらに詳細な説明の前置きとして、単純な形態で示すことである。
Si3N4裏面保護セル上の裏面接触は慣習的には、レーザーによって、またはHFおよび熱いH3PO4のような酸を用いる化学的エッチングによってパッシベーション層を通して穴を最初にエッチングすることによって、次いで、スクリーン印刷することおよびアルミニウム裏面接触ペーストを焼成することによって作製される。これは2つの工程、すなわち、パッシベーション層を通して穴をエッチングすること、ならびにスクリーン印刷することおよびAl裏面ペーストを焼成することを包含する。この穴をエッチングする過程は、時間がかかり、かつ費用がかさむ。本発明の1つの目的は、これを、ファイアスルーでが可能で、さらにシリコンと反応してウエハーシリコンの裏側にBSF層を創出できる、ペーストを用いる1工程にまで減らすことである。
導電性の金属構成要素としては、アルミニウムを挙げることができる。一実施形態では、ファイアスルーペーストの主要な金属構成要素は、アルミニウムである。アルミニウムは、n型シリコン上に低い接触抵抗のp+/p表面を形成し、太陽電池の能力を向上するBSFを提供するので用いられる。一実施形態では、本発明の裏側ファイアスルーペーストは、約40〜約80重量%のアルミニウム、好ましくは約60〜約80重量%のアルミニウム、そしてさらに好ましくは約65〜約75重量%のアルミニウムを含む。
このガラスは、1つ以上の適切なガラスフリットを含んでもよい。一実施形態では、本明細書において用いられるガラスは、リン酸塩ガラスである。初期の物質として、本明細書のペーストに用いられるガラスフリットは、意図的に、鉛および/もしくはカドミウムを含んでもよく、またはそれらは、意図的に添加された鉛および/もしくはカドミウムが無くてもよい。一実施形態では、このガラスフリットは、実質的に完全に鉛なしおよびカドミウムなしのガラスフリットである。このガラスは部分的に結晶化されてもよいし、または結晶化されなくてもよい。一実施形態では、部分的に結晶化しているガラスが好ましい。このガラスフリットの組成物および製造の詳細は、例えば、参照によって本明細書に援用される、同一出願人による、米国特許出願公開第2006/0289055号および同第2007/0215202号に見出され得る。
表5.アルカリ−B−Siガラスのガラス構成要素のモルパーセント
本発明のペーストは、1つ以上のリン化合物を含む。このリン化合物は、シリコン太陽電池中の裏側パッシベーション層のファイアスルーを達成するのを補助し得る。リン化合物は、アルミニウムよりもシリコン化合物(例えば、Si3N4およびSi)と優先的に反応し得、それによって裏側パッシベーション層のファイアスルーを達成すると考えられる。
本明細書のペーストは、ビヒクルまたは担体を含み、これは通常は、溶媒中に溶解された樹脂の溶液であり、および樹脂およびチキソトロピック剤の両方を含んでいる溶媒溶液である場合が多い。ガラスフリットは、ビヒクルと組み合わされて、プリント可能なペースト組成物を形成し得る。このビヒクルは、その最終用途に基づいて選択され得る。一実施形態では、このビヒクルは、十分に微粒子を懸濁し、基板上のペーストの焼成の際に完全に焼き払われる。ビヒクルは通常は有機である。有機ビヒクルの例としては、アルキルエステルアルコール、テルピネオールおよびジアルキルグリコールエーテル、パイン油、植物油、鉱油、低分子量石油画分、などが挙げられる。別の実施形態では、界面活性剤および/または他のフィルム形成モディファイアーもまた含まれてもよい。
他の無機添加物は、このペーストに対して、焼成の前にペーストの重量に対して約0.5〜約30重量%、好ましくは約2〜約25重量%、さらに好ましくは約5〜約20重量%という程度まで添加されてもよい。他の添加物、例えば、粘土、微細なシリコン、シリカもしくは炭素、またはそれらの組み合わせを添加して、アルミニウムとシリコンとの反応性を制御してもよい。か焼された通常の粘土は適切である。低融点金属添加物の微細な粒子(すなわち、金属酸化物とは別個としての元素の金属添加物)例えば、Pb、Bi、In、Zn、およびSb、ならびにそれぞれの合金を添加して、より低い焼成温度で接触を得てもよいし、または焼成ウインドウを広げてもよい。
本発明のペースト組成物を調製するために、必須のフリット(単数または複数)を、製粉(ミリング)を含めた従来の技術を用いて微細な粉末に挽く。次いで、このフリット構成要素を、アルミニウムを含む他の構成要素と組み合わせる。次いで、固体をビヒクルおよびリン化合物と混合して、ペーストを形成する。一実施形態では、このペーストを、遊星型ミキサーによって調製してもよい。
太陽電池裏面接触部を作製する本発明の方法は、シリコン基板およびその上のパッシベーション層を提供すること、パッシベーション層上にペースト組成物を適用すること、およびペーストを加熱して導電性の金属構成要素を焼成し、ガラスを溶融することを包含する。一実施形態では、この方法はさらに、AgまたはAg/Al裏面接触部を、シリコン基板の裏面表面上にAgまたはAg/Al裏面接触ペーストを適用すること、およびAgまたはAg/Al裏面接触ペーストを加熱することによって作製することを包含する。別の実施形態では、この方法はさらにAg前面接触を、シリコン基板の前面表面上にAg前面接触ペーストを適用すること、およびAg前面接触ペーストを加熱することによって作製することを包含する。
ここで図1〜5を参照、本発明による太陽電池Al裏面接触を作製する多くの例示的な方法の1つを図示する。本実施例では、この方法は、AgまたはAg/Al裏面接触およびAg前面接触も作製する工程を包含する。
以下の実施例は、本発明を例示する。以下の実施例および本明細書、ならびに特許請求の範囲の他の場所に示されない限り、全ての部および百分率は重量部および重量%であり、全ての温度は摂氏度であり、圧力は雰囲気圧または雰囲気圧に近い圧力である。
Claims (37)
- ペースト組成物であって、焼成の前に、
金属アルミニウムからなる導電性金属構成要素と、
リン酸塩ガラスを含むガラス構成要素と、
ビヒクルと、
リン化合物と
を含み、
前記リン化合物が、リン酸アンモニウム、有機リン酸塩、有機リン酸塩のアンモニウム塩、有機リン酸塩のアルカリ金属塩、有機リン酸塩のアルカリ土類金属塩、ホスホン酸アンモニウム、有機ホスホン酸塩、有機ホスホン酸塩のアンモニウム塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ金属塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ土類金属塩、次亜リン酸アンモニウム、有機次亜リン酸塩、有機次亜リン酸塩のアンモニウム塩、有機次亜リン酸塩のアルカリ金属塩、および有機次亜リン酸塩のアルカリ土類金属塩からなる群から選択される少なくとも1つである組成物。 - 前記次亜リン酸アンモニウムが、リン酸二水素アンモニウムおよびリン酸水素二アンモニウムからなる群から選択される、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記有機リン酸塩、有機ホスホン酸塩、または有機次亜リン酸塩が、式Yn(XO)3−nP=Oを有し、式中、n=0、1、または2であり、XおよびYが、それぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、アリール、アルカリル、アラルキル、および芳香族基からなるいずれかの基から選択される、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記有機リン酸塩が、C1〜C20アルキルリン酸塩、C3〜C8シクロアルキルリン酸塩、C6〜C12アリールリン酸塩、およびC7〜C20アラルキルリン酸塩からなる群から選択される内の少なくとも1つである、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記有機ホスホン酸塩が、C1〜C20アルキルホスホン酸塩、C3〜C8シクロアルキルホスホン酸塩、C6〜C12アリールホスホン酸塩、およびC7〜C20アラルキルホスホン酸塩からなる群から選択される内の少なくとも1つである、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記有機次亜リン酸塩が、C1〜C20アルキル次亜リン酸塩、C3〜C8シクロアルキル次亜リン酸塩、C6〜C12アリール次亜リン酸塩、およびC7〜C20アラルキル次亜リン酸塩からなる群から選択される内の少なくとも1つである、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記リン酸塩ガラスが、1モル%〜90モル%のP2O5、5モル%〜80モル%のPbO、および1モル%〜90モル%のV2O5を含む、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記リン酸塩ガラスが、5モル%〜80モル%のP2O5、10モル%〜70モル%のPbO、および10モル%〜70モル%のV2O5を含む、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記ペースト組成物が、焼成の前に、
40〜80重量%のアルミニウムと、
0.5〜10重量%のガラス構成要素と、
15〜40重量%のビヒクルと
を含む、請求項1に記載のペースト組成物。 - 前記ペースト組成物が、焼成の前に、
40〜80重量%のアルミニウムと、
0.5〜10重量%のガラス構成要素と、
15〜40重量%のビヒクルと、
1〜30重量%のリン化合物と
を含む、請求項1に記載のペースト組成物。 - 前記ガラス構成要素が、2つ以上のガラスを含む、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記ガラス構成要素の粒径が、2ミクロン〜20ミクロンである、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記導電性金属構成要素が、0.1ミクロン〜40ミクロンの範囲の粒径を有する、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記金属構成要素が、薄片および球状の粒子の形態の両方を含む、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記ガラス構成要素が、1モル%〜90モル%のP2O5を含むガラスを含む、請求項1に記載のペースト組成物。
- シリコンウエハーおよびその上の裏面接触を含む光電池であって、前記裏面接触が、焼成した裏面ペーストで少なくとも部分的にコーティングしたパッシベーション層を含み、前記裏面ペーストが、焼成の前に、
アルミニウムからなる導電性金属構成要素と、
リン酸塩ガラスを含むガラス構成要素と、
ビヒクルと、
リン化合物と
を含み、
前記リン化合物が、リン酸アンモニウム、有機リン酸塩、有機リン酸塩のアンモニウム塩、有機リン酸塩のアルカリ金属塩、有機リン酸塩のアルカリ土類金属塩、ホスホン酸アンモニウム、有機ホスホン酸塩、有機ホスホン酸塩のアンモニウム塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ金属塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ土類金属塩、次亜リン酸アンモニウム、有機次亜リン酸塩、有機次亜リン酸塩のアンモニウム塩、有機次亜リン酸塩のアルカリ金属塩、および有機次亜リン酸塩のアルカリ土類金属塩からなる群から選択される少なくとも1つである、光電池。 - 前記次亜リン酸アンモニウムが、リン酸二水素アンモニウムおよびリン酸水素二アンモニウムからなる群から選択される、請求項16に記載の光電池。
- 前記有機リン酸塩、有機ホスホン酸塩、または有機次亜リン酸塩が、式Yn(XO)3−nP=Oを有し、式中、n=0、1、または2であり、XおよびYが、それぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、アリール、アルカリル、アラルキル、および芳香族基からなるいずれかの基から選択される、請求項16に記載の光電池。
- ペースト組成物を作製する方法であって、
金属アルミニウムからなる導電性金属構成要素と、リン酸塩ガラスを含むガラス構成要素と、ビヒクルとを、少なくとも1つのリン化合物とを組み合わせることと、
前記ビヒクル中に前記導電性金属構成要素、前記ガラス構成要素および前記リン化合物を分散させることと
を含み、
前記少なくとも1つのリン化合物が、リン酸アンモニウム、有機リン酸塩、有機リン酸塩のアンモニウム塩、有機リン酸塩のアルカリ金属塩、有機リン酸塩のアルカリ土類金属塩、ホスホン酸アンモニウム、有機ホスホン酸塩、有機ホスホン酸塩のアンモニウム塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ金属塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ土類金属塩、次亜リン酸アンモニウム、有機次亜リン酸塩、有機次亜リン酸塩のアンモニウム塩、有機次亜リン酸塩のアルカリ金属塩、および有機次亜リン酸塩のアルカリ土類金属塩からなる群から選択される、方法。 - 前記有機リン酸塩、有機ホスホン酸塩、または有機次亜リン酸塩が、式Yn(XO)3−nP=Oを有し、式中、n=0、1、または2であり、XおよびYが、それぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、アリール、アルカリル、アラルキル、および芳香族基からなるいずれかの基から選択される、請求項19に記載の方法。
- 光電池接触部を作製する方法であって、
シリコン基板およびその上のパッシベーション層を提供することと、
前記パッシベーション層にペースト組成物を適用することであって、前記ペースト組成物が、アルミニウムからなる導電性金属構成要素と、リン酸塩ガラスを含むガラス構成要素と、ビヒクルと、リン化合物とを含むことと、
前記ペースト組成物を加熱して前記導電性金属構成要素を焼成し、前記ガラスを溶融させることであって、前記導電性金属構成要素が、前記パッシベーション層を介して焼成することにより、前記シリコン基板に電気的に接触することと
を含み、
前記リン化合物が、リン酸アンモニウム、有機リン酸塩、有機リン酸塩のアンモニウム塩、有機リン酸塩のアルカリ金属塩、有機リン酸塩のアルカリ土類金属塩、ホスホン酸アンモニウム、有機ホスホン酸塩、有機ホスホン酸塩のアンモニウム塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ金属塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ土類金属塩、次亜リン酸アンモニウム、有機次亜リン酸塩、有機次亜リン酸塩のアンモニウム塩、有機次亜リン酸塩のアルカリ金属塩、および有機次亜リン酸塩のアルカリ土類金属塩からなる群から選択される少なくとも1つである、方法。 - 前記方法が、ペースト組成物を適用するために、前記パッシベーション層を通過する穴を作製することを含まない、請求項21に記載の方法。
- 前記ガラス構成要素が、無鉛である、請求項21に記載の方法。
- 前記パッシベーション層が、SiNx、Al2O3、TiO2、Al2O3/SiNx、およびSiO2/SiNxからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記リン酸塩ガラスが、5モル%〜40モル%のP2O5、25モル%〜65モル%のPbO、および20モル%〜50モル%のV2O5を含む、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記ガラス構成要素が、25モル%〜65モル%のBi2O3、3モル%〜60モル%のZnO、および4モル%〜65モル%のB2O3を含むガラスフリットをさらに含む、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記ガラス構成要素が、25モル%〜65モル%のBi2O3、4モル%〜65モル%のB2O3、および5モル%〜35モル%のSiO2を含むガラスフリットをさらに含む、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記ガラス構成要素が、3モル%〜60モル%のZnO、4モル%〜65モル%のB2O3、および5モル%〜35モル%のSiO2を含むガラスフリットをさらに含む、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記ガラス構成要素が、5モル%〜55モル%のLi2O+Na2O+K2O、0.5モル%〜25モル%のTiO2、5モル%〜75モル%のB2O3+SiO2、0モル%〜30モル%のV2O5+SbO5+P2O5、0モル%〜20モル%のMgO+CaO+BaO+SrO、および0モル%〜20モル%のFを含むガラスフリットをさらに含む、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記ガラス構成要素が、5モル%〜85モル%のBi2O3、5モル%〜35モル%のSiO2、0モル%〜55モル%のZnO、および0モル%〜55モル%のV2O5を含むガラスフリットをさらに含む、請求項1に記載のペースト組成物。
- 前記ガラス構成要素が、30モル%〜70モル%のPbO、5モル%〜35モル%のB2O3+SiO2、および1モル%〜25モル%のAl2O3を含むガラスフリットをさらに含む、請求項1に記載の組成物。
- ペースト組成物であって、焼成の前に、
アルミニウムからなる導電性金属構成要素と、
25モル%〜65モル%のBi2O3、3モル%〜60モル%のZnO、および4モル%〜65モル%のB2O3を含むガラスフリットを含むガラス構成要素と、
ビヒクルと、
リン化合物と
を含み、
前記リン化合物が、リン酸アンモニウム、有機リン酸塩、有機リン酸塩のアンモニウム塩、有機リン酸塩のアルカリ金属塩、有機リン酸塩のアルカリ土類金属塩、ホスホン酸アンモニウム、有機ホスホン酸塩、有機ホスホン酸塩のアンモニウム塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ金属塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ土類金属塩、次亜リン酸アンモニウム、有機次亜リン酸塩、有機次亜リン酸塩のアンモニウム塩、有機次亜リン酸塩のアルカリ金属塩、および有機次亜リン酸塩のアルカリ土類金属塩からなる群から選択される少なくとも1つである、ペースト組成物。 - ペースト組成物であって、焼成の前に、
アルミニウムからなる導電性金属構成要素と、
25モル%〜65モル%のBi2O3、4モル%〜65モル%のB2O3、および5モル%〜35モル%のSiO2を含むガラスフリットを含むガラス構成要素と、
ビヒクルと、
リン化合物と
を含み、
前記リン化合物が、リン酸アンモニウム、有機リン酸塩、有機リン酸塩のアンモニウム塩、有機リン酸塩のアルカリ金属塩、有機リン酸塩のアルカリ土類金属塩、ホスホン酸アンモニウム、有機ホスホン酸塩、有機ホスホン酸塩のアンモニウム塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ金属塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ土類金属塩、次亜リン酸アンモニウム、有機次亜リン酸塩、有機次亜リン酸塩のアンモニウム塩、有機次亜リン酸塩のアルカリ金属塩、および有機次亜リン酸塩のアルカリ土類金属塩からなる群から選択される少なくとも1つである、ペースト組成物。 - ペースト組成物であって、焼成の前に、
アルミニウムからなる導電性金属構成要素と、
3モル%〜60モル%のZnO、4モル%〜65モル%のB2O3、および5モル%〜35モル%のSiO2を含むガラスフリットを含むガラス構成要素と、
ビヒクルと、
リン化合物と
を含み、
前記リン化合物が、リン酸アンモニウム、有機リン酸塩、有機リン酸塩のアンモニウム塩、有機リン酸塩のアルカリ金属塩、有機リン酸塩のアルカリ土類金属塩、ホスホン酸アンモニウム、有機ホスホン酸塩、有機ホスホン酸塩のアンモニウム塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ金属塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ土類金属塩、次亜リン酸アンモニウム、有機次亜リン酸塩、有機次亜リン酸塩のアンモニウム塩、有機次亜リン酸塩のアルカリ金属塩、および有機次亜リン酸塩のアルカリ土類金属塩からなる群から選択される少なくとも1つである、ペースト組成物。 - ペースト組成物であって、焼成の前に、
アルミニウムからなる導電性金属構成要素と、
5モル%〜55モル%のLi2O+Na2O+K2O、0.5モル%〜25モル%のTiO2、5モル%〜75モル%のB2O3+SiO2、0モル%〜30モル%のV2O5+SbO5+P2O5、0モル%〜20モル%のMgO+CaO+BaO+SrO、および0モル%〜20モル%のFを含むガラスフリットを含むガラス構成要素と、
ビヒクルと、
リン化合物と
を含み、
前記リン化合物が、リン酸アンモニウム、有機リン酸塩、有機リン酸塩のアンモニウム塩、有機リン酸塩のアルカリ金属塩、有機リン酸塩のアルカリ土類金属塩、ホスホン酸アンモニウム、有機ホスホン酸塩、有機ホスホン酸塩のアンモニウム塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ金属塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ土類金属塩、次亜リン酸アンモニウム、有機次亜リン酸塩、有機次亜リン酸塩のアンモニウム塩、有機次亜リン酸塩のアルカリ金属塩、および有機次亜リン酸塩のアルカリ土類金属塩からなる群から選択される少なくとも1つである、ペースト組成物。 - ペースト組成物であって、焼成の前に、
アルミニウムからなる導電性金属構成要素と、
5モル%〜85モル%のBi2O3、5モル%〜35モル%のSiO2、0モル%〜55モル%のZnO、および0モル%〜55モル%のV2O5を含むガラスフリットを含むガラス構成要素と、
ビヒクルと、
リン化合物と
を含み、
前記リン化合物が、リン酸アンモニウム、有機リン酸塩、有機リン酸塩のアンモニウム塩、有機リン酸塩のアルカリ金属塩、有機リン酸塩のアルカリ土類金属塩、ホスホン酸アンモニウム、有機ホスホン酸塩、有機ホスホン酸塩のアンモニウム塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ金属塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ土類金属塩、次亜リン酸アンモニウム、有機次亜リン酸塩、有機次亜リン酸塩のアンモニウム塩、有機次亜リン酸塩のアルカリ金属塩、および有機次亜リン酸塩のアルカリ土類金属塩からなる群から選択される少なくとも1つである、ペースト組成物。 - ペースト組成物であって、焼成の前に、
アルミニウムからなる導電性金属構成要素と、
30モル%〜70モル%のPbO、5モル%〜35モル%のB2O3+SiO2、および1モル%〜25モル%のAl2O3を含むガラスフリットを含むガラス構成要素と、
ビヒクルと、
リン化合物と
を含み、
前記リン化合物が、リン酸アンモニウム、有機リン酸塩、有機リン酸塩のアンモニウム塩、有機リン酸塩のアルカリ金属塩、有機リン酸塩のアルカリ土類金属塩、ホスホン酸アンモニウム、有機ホスホン酸塩、有機ホスホン酸塩のアンモニウム塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ金属塩、有機ホスホン酸塩のアルカリ土類金属塩、次亜リン酸アンモニウム、有機次亜リン酸塩、有機次亜リン酸塩のアンモニウム塩、有機次亜リン酸塩のアルカリ金属塩、および有機次亜リン酸塩のアルカリ土類金属塩からなる群から選択される少なくとも1つである、ペースト組成物。
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