TWI387112B - 糊狀組成物及使用其之太陽電池元件 - Google Patents

Description

糊狀組成物及使用其之太陽電池元件

本發明係關於一般糊狀組成物及使用其之太陽電池元件；特定而言，係關於在構成結晶系矽太陽電池的矽半導體基板上形成電極時所用之糊狀組成物，及使用具之太陽電池元件。

於矽半導體基板上形成有電極之電子零件，已知有如揭示於日本專利特開2000－90734號公報、特開2004－134775號公報中之太陽電池元件。

圖1為太陽電池元件之一般性截面構造之示意圖。

如圖1所示般，太陽電池元件係用厚度為200~300 μ m的p型矽半導體基板1所構成。於矽半導體基板1的受光面側，形成有厚度為0.3~0.6 μ m的n型雜質層2、與其上之反射防止膜3與柵電極4。

又，於p型矽半導體基板1的背面側形成有鋁電極層5。鋁電極層5係藉由網版印刷等塗佈由鋁粉末、玻璃熔料(glass frit)及有機質載體所構成之糊狀組成物，經乾燥後於660℃(鋁之熔點)以上的溫度進行短時間燒成而形成。藉由於此燒成之時使鋁擴散於p型矽半導體基板1的內部，可於鋁電極層5與p型矽半導體基板1之間形成Al－Si合金層6，並同時形成因鋁原子的擴散所造成之作為雜質層的p^＋ 層7。藉由此p^＋ 層7之存在，可得到防止電子之再結合，並提高生成載體之收集效率之BSF(Back Surface Field)效果。

例如，如於日本專利特開平5－129640號公報中所揭示般，藉由將由鋁電極層5與Al－Si合金層6所構成的背面電極8用酸等除去，並另以銀糊等形成集電極層所成之太陽電池元件已被實用化。然而，用以除去背面電極8所用的酸須進行廢棄處理，故有由於該除去步驟而步驟較為繁複等問題。為避免此等問題，最近多採用留下背面電極8，以其直接利用作為集電極而構成太陽電池元件之方法。

然而，依於矽半導體基板的表面狀態，將有背面電極8之密接性降低之情況發生。此情況下，會發生鋁電極層5剝離之問題。

因此，本發明之目的在於解決上述課題，提供可提高背面電極之密接性、抑制鋁電極層之剝離的糊狀組成物，與具備使用了該組成物所形成的電極之太陽電池元件。

本發明者等，為解決先前技術的問題點而深入一再研究，結果發現：藉由使用具有特定組成之糊狀組成物，則可達成上述目的。基於此發現，本發明之糊狀組成物係具備下述特徵。

本發明之糊狀組成物，為用以在矽半導體基板上形成電極之糊狀組成物，含有鋁粉末、有機質載體(organic vehicle)與黏著賦予劑。

較佳者為於本發明之糊狀組成物中，黏著賦予劑含有選自由聚丙烯系樹脂、聚氯乙烯系樹脂、聚胺基甲酸乙酯系樹脂、松香系樹脂、萜烯系樹脂、苯酚系樹脂、脂肪族系石油樹脂、丙烯酸酯系樹脂、二甲苯系樹脂、香豆酮茚系樹脂、苯乙烯系樹脂、二環戊二烯系樹脂、聚丁烯系樹脂、聚醚系樹脂、尿素系樹脂、三聚氰胺系樹脂、醋酸乙烯酯系樹脂、聚異丁基系樹脂、異戊二烯系橡膠、丁基系橡膠、苯乙烯－丁二烯橡膠及腈系橡膠所構成的群中之至少1種。

又，較佳者為，本發明之糊狀組成物含有黏著賦予劑0.05質量%以上、5質量%以下。

更佳者為，本發明之糊狀組成物更進一步含有玻璃熔料。

依據本發明之太陽電池元件具備有將具有上述任一特徵之糊狀組成物塗佈於矽半導體基板上之後，進行燒成而形成之電極。

如上述般，依據本發明，藉由使用含有黏著賦予劑之糊狀組成物，可提高形成於矽半導體基板背面之鋁電極層之密接性，可提高太陽電池元件之製造良率。

本發明之糊狀組成物之特徵為含有鋁粉末、有機質載體以及黏著賦予劑。藉由在糊狀組成物中含有此黏著賦予劑，則於塗佈糊狀物、並燒成後可提高形成於矽半導體基板背面之鋁電極層的密接性，可抑制鋁電極層之剝離。

習知，依於矽半導體基板的表面狀態，形成於背面之鋁電極層的密接性降低，鋁電極層自矽半導體基板背面剝離之現象屢屢發生。為了抑制鋁電極層之剝離，亦有增加糊狀組成物中的有機質載體之含有量之想法。然而，若增加有機質載體之含有量，則不僅糊狀物的黏度增大，且會產生因過剩的有機質載體之存在而妨礙鋁燒成的問題。

於本發明中，藉由使用黏著性優異之黏著賦予劑，可不須過剩地增加糊狀物中之有機質載體的含有量，而提高形成於矽半導體基板背面之鋁電極層之密接性。

本發明之糊狀組成物中所含有之有機質載體的成分並無特別限定，可使用乙基纖維素、醇酸等樹脂與二醇醚系、萜品醇系等之溶劑。有機質載體之含有量以20質量%以上、40質量%以下為佳。有機質載體之含有量若未滿20質量%或超過40質量%，則糊狀物之印刷性降低。

本發明之糊狀組成物中所含有之鋁粉末的含有量，以60質量%以上、80質量%以下為佳。鋁粉末之含有量若未滿60質量%，燒成後之鋁電極層的電阻會增高，而有導致太陽電池的能量轉換效率降低之顧慮。鋁粉末之含有量若超過80質量%，則於網版印刷等中之塗佈性降低。

本發明之糊狀組成物中所含有之黏著賦予劑並無特別限定，只要為具有優異的黏著性之有機物即可。較佳之黏著賦予劑可舉例如：聚丙烯系樹脂、聚氯乙烯系樹脂、聚胺基甲酸乙酯系樹脂、松香系樹脂、萜烯系樹脂、苯酚系樹脂、脂肪族系石油樹脂、丙烯酸酯系樹脂、二甲苯系樹脂、香豆酮茚系樹脂、苯乙烯系樹脂、二環戊二烯系樹脂、聚丁烯系樹脂、聚醚系樹脂、尿素系樹脂、三聚氰胺系樹脂、醋酸乙烯系樹脂、聚異丁基系樹脂、異戊二烯系橡膠、丁基系橡膠、苯乙烯－丁二烯橡膠及腈系橡膠等物質。可視需要使用選自上述物質之群中之1種或多種作為黏著賦予劑。

由於本發明中所使用之黏著賦予劑的構成物質之全部之分解溫度為用以形成p^＋ 層的燒成溫度(660℃以上)以下，且燒成時間短(通常為30秒以下)，故黏著賦予劑不會完全分解，藉此可提高鋁電極層之密接性。

本發明之糊狀組成物中所含有的黏著賦予劑之含有量係以0.05重量%以上、5質量%以下為佳。黏著賦予劑之含有量若未滿0.05質量%，於燒成後則無法得到抑制鋁電極層剝離之效果，若超過5質量%，則糊狀物之黏度上昇而導致印刷性降低。

再者，本發明之糊狀組成物中亦可含有玻璃熔料。玻璃熔料之含有量以6質量%以下為佳。玻璃熔料亦有提高燒成後之鋁電極層密接性之作用。玻璃熔料之含有量若超過6質量%，則玻璃會發生析離，而有鋁電極層之電阻增大的顧慮。

本發明之糊狀組成物中所含有之玻璃熔料，其組成與各成分之含有量並無特別限定，只要其軟化點為燒成溫度以下即可。通常玻璃熔料除了SiO₂ －Bi₂ O₃ －PbO系之外，亦可使用B₂ O₃ －SiO₂ －Bi₂ O3系、B₂ O₃ －SiO₂ －ZnO系、B₂ O₃ －SiO₂ －PbO系等。

(實施例)

以下，就本發明之一實施例加以說明。

首先，作成含有鋁粉末60~80質量%、玻璃熔料0~6質量%、將乙基纖維素溶解於二醇醚系有機溶劑所成之有機質載體20~40質量%的範圍，並以表1所示之比例添加各種黏著賦予劑之成糊狀組成物。

具體而言，係於乙基纖維素溶解於二醇醚系有機溶劑所成之有機質載體中，加入鋁粉末與B₂ O₃ －SiO₂ －PbO系之玻璃熔料，再以表1所示之添加量加入各種黏著賦予劑，以周知的混合機混合，藉此製作成糊狀組成物(實施例1~4)。並以與上述同樣的方法，製作成表1所示之未添加黏著賦予劑之習知糊狀組成物(比較例1)與黏著賦予劑添加量較少的糊狀組成物(比較例2)。

此處，由確保與矽半導體基板的反應性、塗佈性、及塗膜均一性的觀點而言，鋁粉末係使用平均粒徑為2~20 μ m的球形、或具有近似球形形狀的粒子所構成的粉末。又，表1所示之黏著賦予劑係使用將該黏著賦予劑預先以既定有機溶劑溶解者(表1所示之「添加量」為相當於各自的固體成分之比例)。

將上述各種糊狀組成物，用250網目之網版印刷塗佈、印刷於厚度為220 μ m、尺寸為150mm×150mm的p型矽半導體基板上，並使其乾燥。塗佈量係設定為燒成後之厚度成為30~35 μ m。

使印刷有糊狀組成物之p型矽半導體基板乾燥後，以紅外線燒成爐，於空氣環境下以400℃/分的加熱速度加熱，於700℃的溫度保持15秒而燒成。燒成後，藉由冷卻，得到圖1所示般之於p型矽半導體基板1上形成有鋁電極層5與Al－Si合金層6之構造。

以4探針式表面電阻測定器測定對於電極間的電阻造成影響的背面電極層之表面電阻。

其後，藉由將形成有背面電極層之p型矽半導體基板浸漬於鹽酸水溶液中，將鋁電極層5與Al－Si合金層6溶解除去，對形成有p^＋ 層7之p型矽半導體基板的表面電阻以上述表面電阻測定器進行測定。

P^＋ 層7之表面電阻與BSF效果之間有相關關係，其表面電阻愈小，BSF效果愈高。因此，目標之表面電阻值係於背面電極8為24m Ω/□以下，於p^＋ 層7為22 Ω/□以下。

形成於矽半導體基板上之鋁電極層5之機械強度與密接性，係藉由在鋁電極層5表面黏著賽珞玢膠帶後予以剝離，以鋁電極層5之是否剝離進行評估。

如上述般測定之背面電極8的表面電阻、p^＋ 層7之表面電阻及鋁電極層5之剝離性係示於表1。

由表1所示之結果可知：與習知糊狀組成物(比較例1)和黏著賦予劑添加量較少的糊狀組成物(比較例2)相比，藉由使用本發明之糊狀組成物(實施例1~4)將可提高鋁電極層之密接性。

以上揭示之實施形態與實施例，其內容皆為用以例示者，並非用以限定者。本發明之範圍，並非為上述實施形態與實施例，係藉由申請專利範圍而表示，與申請專利範圍同等之意義及範圍內之修正與變形皆屬本發明之範圍。

(產業上之可利用性)

藉由使用含有本發明之黏著賦予劑之糊狀組成物，可提高形成於矽半導體基板背面之鋁電極層之密接性，並可提高太陽電池元件的製造良率。

1．．．p型矽半導體基板

2．．．n型雜質層

3．．．反射防止膜

4．．．柵電極

5．．．鋁電極層

6．．．Al－Si合金層

7．．．p^＋ 層

8．．．背面電極

圖1為實施形態之一的應用本發明之太陽電池元件的一般性截面構造之示意圖。

1．．．p型矽半導體基板

2．．．n型雜質層

3．．．反射防止膜

4．．．柵電極

5．．．鋁電極層

6．．．Al－Si合金層

7．．．p^＋ 層

8．．．背面電極

Claims (4)

1. 一種糊狀組成物，係用以在矽半導體基板上形成電極者，其特徵在於，含有鋁粉末、有機質載體與黏著賦予劑，前述黏著賦予劑係含有0.05質量%以上、5質量%以下。
2. 如申請專利範圍第1項之糊狀組成物，其中，前述黏著賦予劑係含有選自由聚丙烯系樹脂、聚氯乙烯系樹脂、聚胺基甲酸乙酯系樹脂、松香系樹脂、萜烯系樹脂、苯酚系樹脂、脂肪族系石油樹脂、丙烯酸酯系樹脂、二甲苯系樹脂、香豆酮茚系樹脂、苯乙烯系樹脂、二環戊二烯系樹脂、聚丁烯系樹脂、聚醚系樹脂、尿素系樹脂、三聚氰胺系樹脂、醋酸乙烯酯系樹脂、聚異丁基系樹脂、異戊二烯系橡膠、丁基系橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠及腈系橡膠所構成群中之至少1種。
3. 如申請專利範圍第1項之糊狀組成物，其中，進一步含有玻璃熔料(glass frit)。
4. 一種太陽電池元件，其特徵在於，具備有將含有鋁粉末、有機質載體、與黏著賦予劑之糊狀組成物塗佈於矽半導體基板上之後，進行燒成所形成之電極，前述黏著賦予劑係含有0.05質量%以上、5質量%以下。