JP6564024B2 - 銅電極を有する太陽電池を製造する方法 - Google Patents
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Description
本明細書において開示されるCu含有導電性ペーストは、基板において塗布するための適切な粘度を有する「ペースト」を形成するために、Cu粒子、及び結晶性ゲルマニウム(Ge)粒子の粉末混合物、及び有機媒体に分散されたガラスフリットなどの無機粉末を含む。
本明細書において使用されるCu粒子は、純正なCu、或いは、ニッケル、銀、アルミニウム、亜鉛、スズ、シリコン、鉄、マンガン、ゲルマニウム、ホウ素、又はこれらの混合物とのCu合金であることができる。これらの中で、亜鉛、スズ、アルミニウム、シリコン、又はこれらの混合物とのCu合金が好ましい。純正なCuは、一実施形態においては少なくとも約80%のCu、別の実施形態においては少なくとも約90%のCu、又は更に別の実施形態においては少なくとも約95%のCuの純度を有することができる。
ガラスフリットは、導電性粉末を焼成することを補助し、及び基板への電極の接着を強化するように機能する。また、焼きにおいてガラスフリットのようにまさに挙動することができる複合酸化物が、ガラスフリットとして考えられることができる。
Cu粒子、及び結晶性Ge粒子の粉末混合物及びガラスフリットなどの無機粉末は、有機媒体に分散されて、所望のパターンを有する基板に塗布するための適切な粘度を有する、「ペースト」と称される粘性組成物を形成する。適切な有機媒体は、固体の安定な分散、ペーストを基板に塗布するための適切な粘度及びチキソトロピー、基板及びペースト固体における適切な湿潤性、良好な乾燥速度、並びに、良好な焼き特性を付与する流動特性を有さなければならない。
更なる無機粉末は、Cu含有導電性ペーストに場合により加えられることができる。更なる無機粉末は必須ではない。しかしながら、更なる無機粉末は、接着及び導電率などの電極の様々な特性を向上させることができる。
Cu電極を有する半導体基板を含む太陽電池が、本明細書において更に開示され、この場合に、Cu電極は、初めに、所定の形状で所定の位置において、半導体基板の表面に対してCu含有導電性ペースト(前述で開示されたように)を塗布する工程(例えば、分注、キャスティング、被覆、又は印刷)、特定の期間の間(例えば、約2〜20分)、高い温度(例えば、約70〜240℃)でCu含有導電性ペーストを乾燥させて、有機媒体を部分的に取り除く工程、次いで、Cu含有導電性ペーストを焼いて、残余の有機媒体を取り除き、ガラスフリット、及びペーストを含むその他の無機材料を有するCu粒子と結晶性Ge粒子の粉末混合物を焼成する工程によって形成される。
以下の無機粉末を、これらの実施例において使用した。
・Cu:三井金属鉱業株式会社(日本)から購入した銅(Cu)粉末(0.78μm、3.6μm、5.4μm、又は8.3μmの粒径(D50)を有する)、
・Ge:Forsman Scientific(Beijing)Co.,Ltd.(中国)から購入した結晶性ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子(粒径(D50)=70〜120ナノメートル)。
プラスチックテープを使用して、0.5グラムの結晶性Ge粒子をロールに包み、10〜90°の範囲でX線回折計(Bruker Corporation(独国)によって製造され、モデル名D8 Advanceを有する)においてそのX線回折パターンを記録した。図1に示すように、6つの鋭いピーク(A、B、C、D、E、及びF)が、X線回折スペクトルに観察され、これらはそれぞれ、平面(111)、(220)、(311)、(400)、(331)、(422)に対応した。これは、Ge粒子が高度に結晶化したことを示唆している。
CE1及びE1〜E5それぞれにおいて、厚膜ペーストを以下の通り調製した。8.3gのCu粒子(CE1)又はCu及び結晶性Ge粒子の粉末混合物(表1に列挙されるE1〜E5)、米国特許出願公開第2012/0312368号明細書の表1に開示されるビスマス系酸化物組成物に類似した0.29gのBi−Zn−B−Al−Ba−Si酸化物ガラスフリット(0.8μmのD50を有する)、0.02gの水素化ヒマシ油、テルピネオールに溶解した10〜20重量%のエチルセルロースからなる1.1gの溶液、及び、0.29gの2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレートを、ミキサー(Thinky USA Inc.(米国)によって製造され、モデル名ARE−310を有する)において、2000rpmで1分間、混合し、その後、5分間、手で粉砕した。
ρ(抵抗率)=シート抵抗×厚さ×幾何補正(geometry correction)=シート抵抗×厚さ×1.9475/4.5324
E1の場合に記載された同一の方法において、E6〜E11それぞれにおいて、厚膜ペーストを調製し、こうして調製した厚膜ペーストを、E1のシリコン基板全体に渡り焼いて電極を形成した。これらの実施例においては、5.4μmの粒径(D50)を有するCu粒子を使用した。焼きプロセスの間、温度プロファイルを、580−610−630−650−700−700℃に設定し、ベルト速度を、127cm/分又は280cm/分に設定した。電極の抵抗率を決定し、表2に一覧にした。ここで再度、Cu粒子に加えて、結晶性Ge粒子を厚膜ペーストにおいて加えた場合(E6〜E11)、Cu粒子のみを含むこうしたペーストと比較して、こうした厚膜ペーストから調製した電極の抵抗率は、劇的に減少したことが示される。
図2は、電極を有する太陽電池を例示する。図2(a)は、太陽電池(1)の前表面を示す。太陽電池(1)の前側電極は、互いに平行である複数の数のフィンガー(2)、及びフィンガー(2)に対して垂直である3つの前側バスバー(4)から形成される。更に、リボン(6)は、バスバー(4)に渡り後に電気的に結合される(例えば、ハンダ付けされる)ことができる。図2(b)は、電極を有する太陽電池(1)の断面である。図2(b)に示すように、裏側電極は、前側バスバー(4)のミラー位置にある3つの裏側バスバー(4’)から形成され、且つ、Alペースト(3)は、太陽電池(1)の裏表面のすべての領域を被覆する(3つの裏側バスバー(4’)によって被覆される領域を除く)。
本発明は以下の実施の態様を含むものである。
[1]半導体基板と、その前側又は裏側に取り付けられた少なくとも1つの銅(Cu)電極と、を含む太陽電池であって、前記少なくとも1つのCu電極は、(I)所定の形状で所定の位置において前記半導体基板の前記前側又は裏側に対してCu含有導電性ペーストを塗布する工程、(II)前記Cu含有導電性ペーストを乾燥させる工程、及び(III)前記Cu含有導電性ペーストを焼いて、前記少なくとも1つのCu電極を形成する工程によって形成され、
前記Cu含有導電性ペーストが、
(a)約10〜95重量%の、Cu及び結晶性ゲルマニウム(Ge)粒子の粉末混合物と、
(b)約0.1〜15重量%のガラスフリットと、これらが分散されている
(c)有機媒体と
を、すべての成分の重量%で総計100重量%になるように前記ペースト中に含み、且つ、(i)前記粉末混合物は、100重量部の前記Cu粒子に基づいて約0.01〜35重量部の前記結晶性Ge粒子を含み、且つ、(ii)前記有機媒体は、少なくとも1つの溶媒に溶解された少なくとも1つの有機ポリマーから構成されている、太陽電池。
[2]前記粉末混合物は、100重量部の前記Cu粒子に基づいて、約1〜30重量部の前記結晶性Ge粒子を含む、前記1に記載の太陽電池。
[3]前記粉末混合物は、100重量部の前記Cu粒子に基づいて、約3〜25重量部の前記結晶性Ge粒子を含む、前記2に記載の太陽電池。
[4]前記Cu粒子は、約1〜50μmの粒径(D50)を有する、前記1に記載の太陽電池。
[5]前記Cu粒子は、約1.5〜30μmの粒径(D50)を有する、前記4に記載の太陽電池。
[6]前記Cu粒子は、約1.5〜15μmの粒径(D50)を有する、前記5に記載の太陽電池。
[7]前記結晶性Ge粒子は、約1〜1000nmの粒径(D50)を有する、前記1に記載の太陽電池。
[8]前記半導体基板は、単結晶シリコン及び多結晶シリコンからなる群から選択される、前記1に記載の太陽電池。
[9]前記少なくとも1つのCu電極は、前記半導体基板の前側に、且つ、複数の数の平行した導電性フィンガー及び前記導電性フィンガーに対して垂直である1つ以上の前側バスバーの形態で形成されている、前記1に記載の太陽電池。
[10]前記少なくとも1つのCu電極は、前記半導体基板の裏側に、且つ、1つ以上の裏側バスバーの形態で形成されている、前記1に記載の太陽電池。
Claims (4)
- 半導体基板と、その前側又は裏側に取り付けられた少なくとも1つの銅(Cu)電極と、を含む太陽電池を製造する方法であって、前記方法が、
(I)所定の形状で所定の位置において前記半導体基板の前記前側又は裏側に対してCu含有導電性ペーストを塗布する工程、
(II)前記Cu含有導電性ペーストを乾燥させる工程、及び
(III)前記Cu含有導電性ペーストを焼いて、前記少なくとも1つのCu電極を形成する工程によって形成され、
前記Cu含有導電性ペーストが、
(a)10〜95重量%の、Cu粒子及び結晶性ゲルマニウム(Ge)粒子の粉末混合物であって、前記Cu粒子が1〜50μmの粒径(D50)を有するとともに前記結晶性ゲルマニウム(Ge)粒子が1〜1000nmの粒径(D50)を有する、粉末混合物と、
(b)0.1〜15重量%のガラスフリットと、これらが分散されている
(c)有機媒体と
を、すべての成分の重量%で総計100重量%になるように前記ペースト中に含み、且つ、(i)前記粉末混合物は、100重量部の前記Cu粒子に基づいて0.01〜35重量部の前記結晶性Ge粒子を含み、且つ、(ii)前記有機媒体は、少なくとも1つの溶媒に溶解された少なくとも1つの有機ポリマーから構成されている、方法。 - 前記粉末混合物は、100重量部の前記Cu粒子に基づいて、1〜30重量部の前記結晶性Ge粒子を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記半導体基板は、単結晶シリコン及び多結晶シリコンからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのCu電極は、前記半導体基板の裏側に、且つ、1つ以上の裏側バスバーの形態で形成されている、請求項1に記載の方法。
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