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WO2019069765A1 - 太陽電池電極形成用導電性ペースト - Google Patents

太陽電池電極形成用導電性ペースト Download PDF

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WO2019069765A1
WO2019069765A1 PCT/JP2018/035716 JP2018035716W WO2019069765A1 WO 2019069765 A1 WO2019069765 A1 WO 2019069765A1 JP 2018035716 W JP2018035716 W JP 2018035716W WO 2019069765 A1 WO2019069765 A1 WO 2019069765A1
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WO
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mol
glass frit
solar cell
terms
conductive paste
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PCT/JP2018/035716
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昌幸 倉橋
直人 新藤
浩輔 西村
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Shoei Chemical Inc
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Shoei Chemical Inc
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Publication date
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Priority to JP2019546651A priority patent/JP7103366B2/ja
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a fired conductive paste which contains a conductive powder and a glass frit and is used to form an electrode of a solar cell.
  • a general solar cell element is provided with a silicon-based semiconductor substrate, a diffusion layer, an antireflective film, a back electrode, and a surface electrode (hereinafter sometimes referred to as "light receiving surface electrode").
  • a surface electrode hereinafter sometimes referred to as "light receiving surface electrode”
  • the electrodes are formed by printing or stencil printing.
  • the diffusion layer 3 is formed on the surface (light receiving surface) of the p-type crystalline silicon substrate 4 in which a concavo-convex shape generally called texture structure is formed.
  • the diffusion layer 3 is formed by diffusing an impurity such as phosphorus (P) on the light receiving surface of the semiconductor substrate 4, and is a region exhibiting a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 4.
  • P phosphorus
  • the n-type diffusion layer 3 is formed, for example, by arranging the semiconductor substrate 4 in a diffusion furnace and heating it in phosphorus oxychloride (POCl 3 ) or the like.
  • An insulating antireflective film 2 made of silicon nitride, silicon oxide, titanium oxide or the like is formed on the diffusion layer 3 to protect the solar cell element as well as the antireflective function.
  • silicon nitride hereinafter referred to as “SiN”
  • SiH 4 silane
  • NH 3 ammonia
  • the antireflective film 2 is formed to have a thickness of, for example, about 5 to 100 nm and a refractive index of about 1.8 to 2.3, in consideration of the difference in refractive index with the semiconductor substrate 4 and the like.
  • the conductive paste described above is printed and applied in a grid shape by a screen printing method or the like, and the surface electrode 1 is formed by baking at a temperature of about 500 to 900 ° C.
  • the antireflective film 2 is usually dissolved and removed by the action of the glass frit contained in the conductive paste, whereby the electrical contact between the surface electrode 1 and the n-type diffusion layer 3 is achieved. This is generally referred to as fire through.
  • a high concentration p-type BSF layer in which, for example, aluminum or the like is diffused is formed, and a back electrode 5 is formed.
  • a glass having a good solubility with the antireflective film 2 as a glass frit in the conductive paste.
  • the softening point of the glass can be easily adjusted, the adhesion (adhesive strength) with the substrate is excellent, and the fire through is relatively good.
  • Many glasses containing lead oxide have been used because they can be performed and solar cells with excellent electrical properties can be obtained.
  • the surface electrode 1 does not penetrate the antireflective film 2 due to the variation of the action of the glass frit or the like, and is formed on the surface electrode 1 and the surface of the semiconductor substrate 4
  • the adhesive strength also varies. If the ohmic contact is insufficient, a loss occurs at the time of taking out the output, and there is a problem that the conversion efficiency of the solar cell is lowered or the current-voltage characteristic is deteriorated.
  • the thickness of the antireflective film 2 is at most about 5 to 100 nm, and the surface electrode 1 penetrates the antireflective film 2 and further penetrates the n-type diffusion layer 3 which is the lower layer thereof. Also, if it erodes, the pn connection may be broken, which may adversely affect the fill factor (hereinafter referred to as "FF") obtained from the measurement of the current-voltage characteristics.
  • FF fill factor
  • FIG. 2 shows the interface between the surface electrode of a commercially available solar cell substrate and the semiconductor substrate as observed with a transmission electron microscope (TEM).
  • TEM transmission electron microscope
  • lead-based glass is used in the surface electrode.
  • a lead-based glass layer 6 containing a silver component in the conductive paste is present between the surface electrode 1 and the SiN layer 2 which is an anti-reflection film, and this part 7 is the SiN layer 2
  • the silicon substrate 4 or the n-type diffusion layer 3
  • the fire through progresses too much in a part 8 of the silicon substrate 4 and the inside of the semiconductor substrate 4 is eroded deeply into a projection.
  • Patent Document 3 a zinc borosilicate glass frit, in Patent Document 4, a bismuth borosilicate glass and a zinc borosilicate glass frit, in Patent Document 6, a bismuth silicate glass frit, and in Patent Document 7, A zinc borate based glass frit is used to form a surface electrode.
  • Patent Document 4 a zinc borosilicate glass frit, in Patent Document 4, a bismuth borosilicate glass and a zinc borosilicate glass frit, in Patent Document 6, a bismuth silicate glass frit, and in Patent Document 7,
  • a zinc borate based glass frit is used to form a surface electrode.
  • Patent Document 8 filed by the present applicant discloses that a tellurium-based glass containing 25 to 90 mol% of tellurium oxide is blended in a conductive paste, and this paste is used to form a solar cell electrode. .
  • Many tellurium-based glasses are studied in Patent Document 8 and all show that sufficient ohmic contact can be obtained while controlling the fire through.
  • Patent Document 9 filed by the present applicant, a conductive powder mainly composed of silver and having a specific surface area of 0.4 m 2 / g or more, and a glass frit containing tellurium-tungsten-zinc-boron and / or zirconium are used. When combined, it is shown that an adhesive strength to a solar cell substrate is large, and an electrode having particularly excellent electrical characteristics can be obtained.
  • the conductive paste for forming a solar cell electrode using a glass frit containing tellurium-tungsten-zinc-boron and / or zirconium has a wide process window with respect to the firing temperature, for example, from 750 ° C. Good electrical properties can be obtained at firing peak temperatures between 850 ° C.
  • the conductive paste for forming a solar cell electrode described in Patent Document 9 is stable and good when the firing peak temperature is 780 ° C. or higher, as described later. Electrical properties are obtained, but if the firing peak temperature is lower (for example, 760 ° C.), good electrical properties may be obtained, but on the other hand, the properties may not be sufficient, and the properties may be obtained. It became clear that the variation of
  • Table 1 shows 39.6 mol% of tellurium, 24.1 mol% of tungsten, 21.8 mol% of zinc, 8.5 mol% of boron, and zirconium of 49.6 mol% in terms of oxide as glass frits used.
  • a conductive paste is prepared in the same manner as the experimental example described later, except that one containing 3 mol% and 1.7 mol% of aluminum is used, and then printed / dried on a substrate, and only the baking peak temperature is 800 ° C. It is a reference example which measured FF about the electrode obtained by changing to 780 ° C and 760 ° C.
  • Such variations may be eliminated by adding an additive to the conductive paste or by strictly controlling the firing conditions. However, it is desirable to avoid, as much as possible, the addition of additives that may affect other solar cell characteristics, and the refinement / complication of manufacturing conditions that may become a negative factor in industrial and commercial mass production. .
  • an object of the present invention is to provide a conductive paste for forming a solar cell electrode which can obtain good electrical characteristics and a small variation even at a relatively low temperature (eg, 760 ° C.) baking temperature. It is in.
  • the present invention (1) is a conductive paste for forming a solar cell electrode, which contains the conductive powder (I), the glass frit (II), and the organic vehicle component (III),
  • the glass frit (II) contains at least a glass frit component (A),
  • the content ratio of the glass frit component (A) to the total number of moles in the following oxide conversion is: (A) 30 to 70 mol% of tellurium element in terms of TeO 2 conversion, (B) 18 to 30 mol% of tungsten element in WO 3 conversion, (C) 5 to 30 mol% of zinc element in terms of ZnO, (D) 1 to 15 mol% of boron element in B 2 O 3 conversion, (E) 0.3 to 5 mol% of the aluminum element in terms of Al 2 O 3 , (F) 0.3 to 7 mol% of one selected from rare earth elements excluding scandium and promethium in terms of oxide, or 2 or more selected from rare earth elements other than scandium and
  • the (f) rare earth element is one or more selected from the group consisting of yttrium, lanthanum, cerium, psueodymium, neodymium, samarium, gadolinium, dysprosium, erbium and ytterbium It provides the electrically conductive paste for solar cell electrode formation of (1) characterized by one.
  • the content ratio of the glass frit component (A) to the total number of moles in terms of the following oxides is 30% to 50% by mole of (a) tellurium element in terms of TeO 2 (b) 18 to 27 mol% of tungsten element in WO 3 conversion, (c) 10 to 25 mol% of zinc element in ZnO conversion, (d) 5 to 15 mol% of boron element in B 2 O 3 conversion, (e) aluminum 0.3 to 3 mol% of the element in terms of Al 2 O 3 , (f) 0.5 to 7 mol%, in terms of oxide, of one selected from rare earth elements excluding scandium and promethium, or scandium and promethium Selected from the group consisting of tin element, lithium element and barium element (g) at 0.5 to 7 mole% in total, at a total of 10 mole% or less in total of two or more elements selected from rare earth elements excluding One kind of Terms of SnO 2, with Li 2 O in terms or terms of
  • the present invention (5) provides the conductive paste for forming a solar cell electrode according to any one of (1) to (4), characterized in that the conductive powder (I) is a metal powder containing silver. It is a thing.
  • the present invention (6) is characterized in that the content of the glass frit (A) is 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the conductive powder (I).
  • the content of the glass frit (A) is 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the conductive powder (I).
  • a conductive paste for forming a solar cell electrode having good electrical characteristics and small variations even at a relatively low temperature (for example, 760 ° C.) firing temperature. .
  • the symbol “to” indicating a numerical range indicates a range including the numerical values described before and after the symbol “to” unless otherwise specified. That is, ⁇ to ⁇ ⁇ represent ⁇ or more and ⁇ or less.
  • not substantially containing lead not only includes not only an aspect containing no lead component but also an aspect containing lead as an unavoidable impurity in a slight amount (for example, 1000 ppm or less).
  • the "main component” refers to a component contained in 51% by mass or more in the object.
  • the element (f) does not include scandium and promethium, and specifically, yttrium, lanthanum, cerium, pheroodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium And at least one element selected from the group consisting of ytterbium and lutetium.
  • the conductive paste for solar cell electrode formation of the present invention is obtained by dispersing at least conductive powder (I) and glass frit (II) in an organic vehicle.
  • the conductive paste for forming a solar cell electrode of the present invention is suitably used for forming a surface (light receiving surface) electrode of a solar cell, and specifically, an antireflection film such as boron nitride or silicon oxide on the surface of the solar cell.
  • the conductive powder (I) according to the conductive paste for forming a solar cell electrode of the present invention is preferably a metal powder containing silver, and more preferably a silver-based conductive powder containing silver as a main component.
  • the specific surface area measured by BET method of electroconductive powder (I) is not specifically limited, Preferably it is 0.4 m ⁇ 2 > / g or more.
  • the specific surface area of the conductive powder (I) is preferably 1.0 m 2 / g or less.
  • electroconductive powder (I) As a shape of electroconductive powder (I), what is conventionally used, such as spherical shape, flake shape, dendritic shape, is mentioned.
  • examples of the conductive powder (I) include a silver-coated composite powder in which at least the surface is a silver layer, an alloy containing silver as a main component, and the like.
  • the conductive powder (I) may be a combination of two or more types of silver powder different in average particle diameter, particle size distribution, shape, etc. Even if silver powder and conductive powder other than silver are used in combination. Good.
  • the metal to be mixed with silver powder, alloyed with silver, or mixed with silver powder is not particularly limited as long as the function and effect of the present invention are not impaired, but, for example, aluminum, gold, palladium, copper, nickel, etc. Can be mentioned.
  • a conductive powder (I) a pure silver powder is preferable from an electroconductive viewpoint.
  • Glass frit (II) which concerns on the electrically conductive paste for solar cell electrode formation of this invention consists of 1 type, or 2 or more types of glass frit components.
  • the electroconductive paste for solar cell electrode formation of this invention contains a glass frit component (A) at least as glass frit (II). That is, the conductive paste for forming a solar cell electrode of the present invention may contain only the glass frit component (A) as the glass frit (II), or the glass frit component (the glass frit (II)) You may contain A) and 1 or more types of glass frit components other than a glass frit component (A).
  • the glass frit component (A) is a content ratio to the total number of moles of the following oxide conversion, (A) 30 to 70 mol% of tellurium element in terms of TeO 2 conversion, (B) 18 to 30 mol% of tungsten element in WO 3 conversion, (C) 5 to 30 mol% of zinc element in terms of ZnO, (D) 1 to 15 mol% of boron element in B 2 O 3 conversion, (E) 0.3 to 5 mol% of the aluminum element in terms of Al 2 O 3 , (F) 0.3 to 7 mol% of one selected from rare earth elements excluding scandium and promethium in terms of oxide, or 2 or more selected from rare earth elements other than scandium and promethium from oxide conversion 0.3 to 7 mol% each and 10 mol% or less in total, (G) 0.1 to 7 mol% of SnO 2 converted, Li 2 O converted or BaO converted, or one selected from the group consisting of tin element, lithium element and barium element, or tin element,
  • the glass frit component (A) contains (a) element, (b) element, (c) element, (d) element, (e) element, (f) element and (g) element as essential components.
  • the content ratio of the (a) to (g) elements in the glass frit component (A) is a ratio in the glass frit component (A) when converted to the above oxide, and it is converted to the above oxide It is the content ratio to the total number of moles of the (a) to (g) elements at that time. That is, the content ratio of each element of (a) to (g) can be obtained, where the total of the (a) to (g) elements when converted to the above oxides is 100 mol%.
  • the glass frit component (A) is (a) tellurium element in an amount of 30 to 70 mol%, preferably 30 to 50, in terms of TeO 2 based on the total number of moles of elements (a) to (g) in terms of oxide.
  • the molar content is particularly preferably 35 to 45 molar%.
  • Tellurium is a network-forming component that does not vitrify by itself but forms the main structure of glass.
  • the tellurium-based glass frit component has such a characteristic that the reactivity with silicon is low, even if the surface electrode breaks through the antireflective film, it does not penetrate deeply into the silicon substrate. Therefore, the conductive paste for forming a solar cell electrode according to the present invention is easier to control the fire through as compared with the conventional conductive paste for forming a solar cell electrode, and the thickness of the solar cell can be further reduced. It is also possible to cope with thinning of the n-type diffusion layer.
  • the glass frit component (A) contains tungsten as a component to compensate for the formation of the glass network in addition to tellurium. Tungsten contributes to the expansion and stabilization of the vitrification range in tellurium-based glass frit components.
  • the tungsten element (b) is 18 to 30 mol%, preferably 18 to 27 in terms of WO 3 based on the total mole number of the elements (a) to (g) in terms of oxide.
  • the molar content is particularly preferably 19 to 25 molar%.
  • the glass frit component (A) is 5 to 30 mol%, preferably 10 to 25 mol, in terms of ZnO, based on the total number of moles of the elements (a) to (g) as oxide (c). %, Particularly preferably 15 to 23 mol%.
  • the glass frit component (A) is (d) a boron element in an amount of 1 to 15% by mole, preferably 5 to 5 in terms of B 2 O 3 based on the total number of moles of the elements (a) to (g) in terms of oxide. It is contained in an amount of up to 15 mol%, particularly preferably 7 to 13 mol%.
  • the glass frit component (A) is (e) aluminum in an amount of 0.3 to 5 mol%, preferably Al 2 O 3 , based on the total number of moles of (a) to (g) elements as oxide.
  • the content is 0.3 to 3 mol%, particularly preferably 0.5 to 3 mol%.
  • the glass frit component (A) is one selected from the rare earth elements excluding (f) scandium and promethium in terms of oxide relative to the total number of moles of the elements (a) to (g) in terms of oxide. 0.3 to 7 mol%, preferably 0.5 to 7 mol%, particularly preferably 0.8 to 7 mol%, or (f) at least two selected from rare earth elements other than scandium and promethium Is 0.3 to 7 mole%, preferably 0.5 to 7 mole%, particularly preferably 0 to 7 mole%, in terms of oxide, with respect to the total number of moles of (a) to (g) elements in terms of oxide. It is contained in an amount of 8 to 7 mol%, and 10 mol% or less in total.
  • the glass frit component (A) contains (i) (f) one selected from the rare earth elements, or (ii) (f) contains two or more selected from the rare earth elements. And, when the glass frit component (A) contains one selected from (i) (f) rare earth elements, the content ratio of the (f) rare earth elements is (a) to (g) in terms of oxide.
  • the content ratio of each of the (f) rare earth elements is the oxide conversion relative to the total number of moles of the (a) to (g) elements in oxide conversion.
  • 0.3 to 7 mol%, preferably 0.5 to 7 mol%, particularly preferably 0.8 to 7 mol%, and the total content of the two or more (f) rare earth elements is 10 mol. % Or less.
  • each element is Y 2 O 3 for yttrium, La 2 O 3 for lanthanum, Ce 2 O 4 for cerium, Pr 2 O 11/3 for puroedium, Nd 2 O 3 for neodymium, and Sm 2 for samarium.
  • O 3 and gadolinium are Gd 2 O 3
  • dysprosium is Dy 2 O 3
  • erbium is Er 2 O 3
  • ytterbium is Yb 2 O 3
  • the form of the stable oxide of cerium is CeO 2 , but in the case of calculating the number of moles in oxide conversion in the present invention, Ce 2 O 4 is treated in the same manner as other rare earth elements. Calculate as.
  • the stable oxide form of prosedium is Pr 6 O 11 , in the case of calculating the number of moles in oxide conversion in the present invention, Pr 2 O is treated in the same manner as other rare earth elements. Calculated as 11/3 .
  • the rare earth element is preferably one or more selected from the group consisting of yttrium, lanthanum, cerium, pheroodymium, neodymium, samarium, gadolinium, dysprosium, erbium and ytterbium.
  • the glass frit component (A) one kind selected from the group consisting of (g) tin element, lithium element and barium element is used relative to the total number of moles of (a) to (g) elements in terms of oxide.
  • 0.1 to 7 mole% preferably 0.3 to 6 mole%, particularly preferably 0.5 to 6 mole%, and 10 mole% or less in total.
  • the glass frit component (A) contains (i) (g) one selected from the group consisting of tin element, lithium element and barium element, or (ii) (g) tin element, lithium element And 2 or more selected from the group consisting of barium elements.
  • the content ratio of the (g) element is an oxide 0.1 to 7 mole%, preferably 0.3 to 6 mole%, particularly SnO 2 equivalent, Li 2 O equivalent or BaO equivalent based on the total number of moles of (a) to (g) elements converted
  • % Particularly preferably 0.5 to 6 mol%, and two or more of them (G) the total content of the element is 10 mol% or less.
  • the content ratio of the elements (a) to (g) is the content ratio of the internal ratio to the total of the elements (a) to (g).
  • the conductive paste for forming a solar cell electrode of the present invention comprises (a) tellurium, (b) tungsten, (c) zinc and (d) boron, and further (e) aluminum and (f) one of the rare earth elements.
  • a glass frit (II) a glass frit component (A) containing, as an essential component, a species or two or more species, and (g) one or more species selected from the group consisting of tin, lithium and barium By containing, it is possible to obtain a solar cell electrode which is excellent in the electrical characteristics even when firing at a low temperature (for example, 760 ° C. or less) and in which the variation of the characteristics is small.
  • the present inventors have found that (1) when firing a conductive paste containing a tellurium-based glass frit component, crystals containing tungsten and zinc may be precipitated depending on environmental conditions including the firing conditions, (2 2.) In that case, the viscosity behavior of the glass becomes unstable and the adhesion strength to the substrate also adversely affects the electrical properties of the solar cell, (3) and, in addition to tellurium, tungsten, zinc and boron, additionally The reason is not clear by simultaneously including aluminum, one or more of rare earth elements, and one or more selected from the group consisting of tin, lithium and barium, although the reason is not clear. It is found that not only the precipitation of crystals is suppressed and the viscous behavior is stabilized, but also it has a positive effect on the electrical characteristics such as the curve factor of the finally obtained solar cell. It was.
  • the firing peak temperature is relatively low (eg, around 760 ° C., for example) when the firing peak temperature is high as before. Also, excellent in electrical characteristics can be obtained, and variations in electrical characteristics can be reduced.
  • the glass frit component (A) may optionally be used.
  • it may further contain an element other than the elements (a) to (g) such as silver, zirconium, titanium, phosphorus, tantalum and the like.
  • a glass frit component (A) does not contain a lead component substantially, and it is preferable that the lead content of a glass frit component (A) is 1000 ppm or less in detail.
  • the content ratio of the elements other than the elements (a) to (g) is (a) to (g) in terms of oxide. 15 mol% or less, preferably 10 mol% or less, in terms of oxide, with respect to the total number of moles of the element).
  • the content ratio of elements other than the (a) to (g) elements is the content ratio of the external ratio to the total of the (a) to (g) elements.
  • the average particle size of the glass frit component (A) is preferably 0.5 to 5.0 ⁇ m.
  • the softening point of the glass frit component (A) is preferably 300 to 550 ° C.
  • the glass frit (II) in addition to the glass frit component (A), in order to control the firing temperature, the reactivity to the antireflective film, etc. You may contain glass frit components other than glass frit component (A).
  • the softening point of the glass frit (II) is preferably 300 to 550.degree.
  • the softening point of glass frit (II) is a softening point in the mixed state of those 2 or more types of glass frit components.
  • the average particle size of the glass frit (II) is preferably 0.5 to 5.0 ⁇ m.
  • the average particle diameter of glass frit (II) is an average particle diameter in the mixed state of those 2 or more types of glass frit components.
  • the content of the glass frit (II) in the conductive paste for forming a solar cell electrode of the present invention is not particularly limited as long as it is an amount usually contained in the conductive paste for forming a solar cell electrode.
  • the content of (II) is preferably 0.1 to 10 parts by weight and particularly preferably 0.1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the conductive particles (I).
  • the conductive paste for solar cell electrode formation of this invention contains glass frit component (A) and glass frit components other than glass frit component (A) as glass frit (II), glass frit
  • the content of the glass frit component (A) with respect to (II) is preferably 70% by weight or more, particularly preferably 80% by weight or more, and more preferably 90% by weight or more.
  • the conductive paste for forming a solar cell electrode of the present invention preferably contains substantially no lead component, and in particular, the content of lead in the conductive paste for forming a solar cell electrode is preferably 1000 ppm or less .
  • the conductive paste for forming a solar cell electrode of the present invention may be added as a plasticizer, a viscosity modifier, a surfactant, an oxidizing agent, a metal oxide or the like which can be generally added as an additive as long as the effects of the present invention are not impaired. And metal organic compounds may be contained.
  • the conductive paste for forming a solar cell electrode of the present invention may also contain a silver compound such as silver carbonate, silver oxide or silver acetate described in JP-A-2007-242912, and in addition, the baking temperature Copper oxide, zinc oxide, titanium oxide and the like may be suitably contained to improve the solar cell characteristics and the like.
  • a silver compound such as silver carbonate, silver oxide or silver acetate described in JP-A-2007-242912
  • the baking temperature Copper oxide, zinc oxide, titanium oxide and the like may be suitably contained to improve the solar cell characteristics and the like.
  • the conductive paste for forming a solar cell electrode of the present invention is mixed with the organic vehicle (III) together with the conductive powder (I), the glass frit (II), and the additives appropriately added as needed, and screen printing Rheological pastes, paints or inks suitable for other printing methods are prepared.
  • organic vehicle (III) which concerns on the electrically conductive paste for solar cell electrode formation of this invention
  • the organic binder normally used as a vehicle of an electrically conductive paste, a solvent, etc. are selected suitably.
  • organic binder celluloses, an acrylic resin, a phenol resin, an alkyd resin, a rosin ester etc.
  • organic solvents such as alcohol type, ether type, ester type, hydrocarbon type, water, and these mixed solvents are mentioned.
  • the content of the organic vehicle (III) in the conductive paste for forming a solar cell electrode of the present invention is not particularly limited, and inorganic components such as conductive powder (I) and glass frit (II) may be contained in the paste The amount is appropriately adjusted according to the coating method and the like by an appropriate amount that can be maintained. Usually, the content of the organic vehicle (III) in the conductive paste for forming a solar cell electrode of the present invention is about 5 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the conductive powder (I).
  • the solar cell element to which the conductive paste for solar cell electrode formation of this invention is applied is manufactured as follows as an example.
  • the semiconductor substrate is preferably made of single crystal silicon or polycrystalline silicon and, for example, is made to exhibit one conductivity type (for example, p type) by containing boron or the like.
  • a diffusion layer is formed by diffusing phosphorus atoms or the like on the light receiving surface side of the semiconductor substrate to form a region exhibiting an opposite conductivity type (for example, n-type), and silicon nitride or silicon oxide is further formed thereon.
  • an anti-reflection film is preferably made of single crystal silicon or polycrystalline silicon and, for example, is made to exhibit one conductivity type (for example, p type) by containing boron or the like.
  • a diffusion layer is formed by diffusing phosphorus atoms or the like on the light receiving surface side of the semiconductor substrate to form a region exhibiting an opposite conductivity type (for example, n-type), and silicon nitride or silicon oxide
  • an aluminum paste and a silver paste or a silver-aluminum paste are applied to the surface of the substrate opposite to the light receiving surface to form a back electrode and a high concentration p-type BSF layer, and then dried.
  • the conductive paste for forming a solar electric electrode according to the present invention is applied onto the antireflective film by a usual method such as a screen printing method and dried. Thereafter, firing is performed under conditions of a peak temperature of 500 to 900 ° C. and a total firing time of several tens of seconds to several tens of minutes to decompose and volatilize the organic vehicle component to simultaneously form a front electrode, a back electrode, and a BSF layer.
  • the front surface electrode and the back surface electrode do not necessarily have to be formed simultaneously.
  • the front surface electrode may be formed after firing the back surface electrode, or the back surface electrode may be formed after the front surface electrode is formed.
  • the surface on the light receiving surface side of the semiconductor substrate preferably has a textured (or pyramidal) texture structure.
  • the present invention it goes without saying that when the firing conditions are high as in conventional peak temperatures, even if the peak temperatures are around 760 ° C. and below and the total firing time is short (for example, about 30 seconds to 5 minutes), A solar cell electrode having excellent electrical characteristics can be obtained, and the effects and advantages of the present invention can be particularly enjoyed.
  • each component of the glass composition is indicated by mol% with respect to the total number of moles of (a) to (g) elements in terms of oxides ((a) to (g) The total is 100 mol%.
  • phosphorus is diffused on a p-type silicon substrate having a pyramidal texture structure on the surface on the light receiving surface side, and the sheet resistance value is 95 to 115 ⁇ / sq.
  • a silicon substrate (commercially available) of approximately 156.75 mm ⁇ 156.75 mm on which a SiN layer was formed after adjustment to the above was prepared by the number of the samples.
  • a plurality of thin-line shaped surface electrodes 50 ⁇ m wide and 20 ⁇ m thick are formed at 1.6 mm pitch using each sample, and an aluminum paste (commercially available) is applied to the back surface of the semiconductor substrate. Then let dry. Thereafter, these semiconductor substrates were co-fired at a total firing time of 50 seconds and a peak temperature of 760 ° C. to obtain semiconductor substrates respectively corresponding to samples 1 to 46.
  • the firing peak temperature is Even at 760 ° C., excellent electrical characteristics can be obtained, and the variation thereof is small.
  • a conductive paste for forming a solar cell electrode which has a wide window with respect to the firing temperature, good electrical characteristics, and stronger adhesive strength to the substrate.

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Abstract

ガラスフリット(II)として、少なくともガラスフリット成分(A)を含有し、前記ガラスフリット成分(A)は、下記酸化物換算の合計モル数に対する含有割合で、(a)テルル元素を30~70モル%、(b)タングステン元素を18~30モル%、(c)亜鉛元素を5~30モル%、(d)硼素元素を1~15モル%、(e)アルミニウム元素を0.3~5モル%、(f)希土類元素から選択される1種又は2種以上を、酸化物換算で0.3~7モル%、(g)錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される1種又は2種以上を、酸化物換算で、0.1~7モル%、を必須成分として含むガラスフリット成分であること、を特徴とする太陽電池電極形成用導電性ペースト。 本発明によれば、比較的低温(例えば760℃)での焼成温度でも、良好な電気的特性が得られ、且つ、そのバラツキが小さい太陽電池電極形成用の導電性ペーストを提供することができる。

Description

太陽電池電極形成用導電性ペースト
 本発明は、導電性粉末とガラスフリットを含み、太陽電池の電極形成に用いられる焼成型の導電性ペーストに関する。
 従来、一般的な太陽電池素子は、シリコン系の半導体基板、拡散層、反射防止膜、裏面電極、表面電極(以下、「受光面電極」と称することもある)を備えている。このうち、特に表面電極の形成に際しては、銀等の金属を主成分とする導電性粒子、ガラスフリット、有機ビヒクルおよび必要に応じて添加される添加物等を混合した導電性ペーストを用い、スクリーン印刷や孔版印刷等によって電極形成を行っている。
 一例として図1に示される結晶系シリコン太陽電池においては、一般にテクスチャ構造と呼ばれる凹凸形状を形成したp型結晶系シリコン基板4の表面(受光面)に拡散層3を形成する。ここで拡散層3は、半導体基板4の受光面にリン(P)等の不純物を拡散させることによって形成され、半導体基板4とは逆の導電型を呈する領域であり、本例ではn型で説明する。n型拡散層3は、例えば半導体基板4を拡散炉中に配置してオキシ塩化リン(POCl)などの中で加熱することによって形成される。この拡散層3の上には、反射防止機能と併せて太陽電池素子の保護のため、窒化珪素、酸化珪素、酸化チタン等からなる絶縁性の反射防止膜2を形成する。例えば窒化珪素(以下「SiN」と称する)の場合には、シラン(SiH)とアンモニア(NH3)との混合ガスを用いたプラズマCVD法などで形成される。反射防止膜2は、半導体基板4との屈折率差等を考慮して、例えば屈折率が1.8~2.3程度で5~100nm程度の厚みに形成される。
 その後、反射防止膜2上に、スクリーン印刷法等により、前述した導電性ペーストを用いてグリッド状に印刷・塗布し、500~900℃程度の温度で焼成することにより表面電極1を形成する。この焼成の際、通常、導電性ペーストに含まれるガラスフリットの作用により、反射防止膜2を溶解・除去することによって、表面電極1とn型拡散層3との電気的接触が達成される。これは一般的にはファイアースルーと称されている。
 一方、半導体基板4の裏面側には、例えばアルミニウムなどが拡散した高濃度p型のBSF層が形成されると共に裏面電極5が形成される。
 ファイアースルーが良好に行われるためには、導電性ペースト中のガラスフリットとして、反射防止膜2との溶解性の良いガラスを使用することが望まれる。その中でも、従来、表面電極形成の導電性ペーストに含まれるガラスフリットとしては、ガラスの軟化点の調整がし易く、基板との密着性(接着強度)にも優れ、比較的ファイアースルーを良好に行うことができ、優れた電気的特性の太陽電池が得られるという理由から、酸化鉛を含むガラスが多く使用されてきた。
 例えば特許文献1、2、4に記載されている太陽電池電極形成用銀ペーストにおいては、硼珪酸鉛ガラスフリットが使用され、特許文献3においては硼珪酸鉛系の他、硼酸鉛系のガラスフリットが記載されている。
 ところで、前述したファイアースルーにおいて、表面電極1の焼成の際、ガラスフリットの作用のバラツキ等により表面電極1が反射防止膜2を貫通せず、表面電極1と半導体基板4の表面に形成されたn型拡散層3との間で安定なオーミックコンタクトが得られなかったり、接着強度もばらついたりするといった問題があった。オーミックコンタクトが不充分になると出力の取り出しに際して損失が生じ、太陽電池の変換効率が低下したり、また電流電圧特性が悪化したりするといった問題があった。
 一方、特許文献4の段落番号0004や特許文献5の段落番号0017等に記載されているように、ファイアースルーが過剰である場合にも電圧特性が劣化するという問題が知られている。前述したように反射防止膜2の厚みはせいぜい5~100nm程度であり、表面電極1が反射防止膜2を突き抜け、更にその下層であるn型拡散層3をも突き抜けて半導体基板4内部までをも侵食してしまった場合には、pn接続が破壊され、電流-電圧特性の測定から得られる曲線因子(フィルファクター、以下「FF」)に悪影響を与えることに成りかねない。また、今後、高効率化を図るためにn型拡散層3を更に薄層化しようとする場合、突き抜けがより起こり易くなるため、その制御が一層困難となる。
 図2は、市販の太陽電池基板の表面電極と半導体基板との界面を、透過型電子顕微鏡(TEM)で観察したものである。なお、この市販の太陽電池においては、表面電極中に鉛系のガラスが使用されている。図2において表面電極1と、反射防止膜であるSiN層2との間には、導電性ペースト中の銀成分を含んだ鉛系ガラス層6が存在し、この一部7がSiN層2を突き破ってシリコン基板4(又はn型拡散層3)とコンタクトしているが、その一部8においてファイアースルーが進みすぎ、突起状に深く半導体基板4の内部にまで侵食している様子が窺える。
 これとは別に、近年、環境問題に対する意識の高まりから、太陽電池に対しても鉛を使用しない材料・部品への切り換えが望まれている。それ故、従来は鉛系ガラスと同様に、ガラスの軟化点の調整がし易く、基板との密着性(接着強度)にも優れ、ファイアースルーを良好に行うことができ、電気的特性の優れた太陽電池を得ることを目指して、代替材料・部品の開発が進められてきた。
 一例として、特許文献3では硼珪酸亜鉛系のガラスフリット、特許文献4では硼珪酸ビスマス系及び硼珪酸亜鉛系のガラスフリット、特許文献6には珪酸ビスマス系のガラスフリット、そして特許文献7には硼酸亜鉛系のガラスフリットを用いて、表面電極を形成しようとしている。しかしながら、発明者等の研究によれば、これらの鉛フリーガラスを使用した場合にあっても、ファイアースルーが充分でなく、オーミックコンタクトが得られなかったり、或いは、図2と同様、ファイアースルーが進みすぎて表面電極の一部が深く半導体基板に侵食しているケースが度々見られるなど、ファイアースルーのコントロールが難しかった。
 そこで特に近年、太陽電池の電極形成にテルル系ガラスを用いる技術が着目されてきている。例えば本願出願人による特許文献8には、酸化テルルを25~90モル%含むテルル系ガラスを導電性ペースト中に配合し、このペーストを用いて太陽電池の電極を形成することが開示されている。特許文献8には数多くのテルル系ガラスが検討されており、何れもファイアースルーをコントロールしながら、十分なオーミックコンタクトが得られることを示している。
 更に本願出願人による特許文献9には、比表面積が0.4m/g以上で銀を主成分とする導電性粉末と、テルル-タングステン-亜鉛-硼素及び/又はジルコニウムを含むガラスフリットとを組み合わせた場合には、太陽電池基板への接着強度が大きく、特に優れた電気的特性が得られる電極が得られることが示されている。
特開平11-213754号公報 特開2001-093326号公報 特開2001-118425号公報 特開平10-326522号公報 特開2004-207493号公報 特表2008-543080号公報 特開2009-194121号公報 特開2011-96747号公報 国際公開第2016/147867号公報
 特許文献9に記載されている通り、テルル-タングステン-亜鉛-硼素及び/又はジルコニウムを含むガラスフリットを用いた太陽電池電極形成用導電性ペーストは、焼成温度に対するプロセスウィンドウが広く、例えば750℃から850℃の間の焼成ピーク温度で良好な電気的特性を得ることができる。
 ところで本発明者等による更なる試験研究によれば、特許文献9に記載されている太陽電池電極形成用導電性ペーストは、後述する通り、焼成ピーク温度が780℃以上のときには安定して良好な電気的特性が得られるが、焼成ピーク温度がそれよりも低くなると(例えば760℃)、良好な電気的特性が得られる場合もあるが、その一方で、当該特性が十分でない場合もあり、特性のバラツキが生じ易くなることが判明した。
 表1は、使用するガラスフリットとして、酸化物換算でテルルを39.6モル%、タングステンを24.1モル%、亜鉛を21.8モル%、硼素を8.5モル%、ジルコニウムを4.3モル%、アルミニウムを1.7モル%からなるものを使用する以外は、後述する実験例と同様にして導電ペーストを調製した後、基板上に印刷/乾燥し、焼成ピーク温度のみを800℃、780℃、760℃に変えて得た電極についてFFを測定した参考例である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1から明らかなように、この組成のガラスフリットを用いた場合、焼成ピーク温度が800℃、780℃の場合はFFの数値が高く、そのバラツキも小さいが、760℃になると、FFの数値が高い場合もあるが、低い場合もあって数値のバラツキが大きくなる。この理由は定かではないが、焼成ピーク温度が下がったことにより、焼成炉内における温度等の環境条件の不均一性が、上記特性に対し、より大きく影響するようになったのではないかと推測している。
 こうしたバラツキは、導電性ペーストに対して添加物を加えたり、或いは焼成条件を厳密にコントロールすることによって解消できることもある。しかしながら、他の太陽電池特性に影響を及ぼす可能性のある添加物を加えることや、工業的・商業的大量生産においてマイナス因子となり得る製造条件の厳密化/複雑化は、できるだけ避けることが望まれる。
 従って、本発明の目的は、比較的低温(例えば760℃)での焼成温度でも、良好な電気的特性が得られ、且つ、そのバラツキが小さい太陽電池電極形成用の導電性ペーストを提供することにある。
 上記課題は、以下の本発明により解決される。
 すなわち、本発明(1)は、導電性粉末(I)と、ガラスフリット(II)と、有機ビヒクル分(III)と、を含有する太陽電池電極形成用導電性ペーストであって、
 前記ガラスフリット(II)として、少なくともガラスフリット成分(A)を含有し、
 前記ガラスフリット成分(A)は、下記酸化物換算の合計モル数に対する含有割合で、
(a)テルル元素をTeO換算で30~70モル%、
(b)タングステン元素をWO換算で18~30モル%、
(c)亜鉛元素をZnO換算で5~30モル%、
(d)硼素元素をB換算で1~15モル%、
(e)アルミニウム元素をAl換算で0.3~5モル%、
(f)スカンジウム及びプロメチウムを除く希土類元素から選択される1種を、酸化物換算で0.3~7モル%、又はスカンジウム及びプロメチウムを除く希土類元素から選択される2種以上を、酸化物換算で各々0.3~7モル%且つ合計で10モル%以下、
(g)錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される1種を、SnO換算、LiO換算又はBaO換算で、0.1~7モル%、又は錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される2種以上を、SnO換算、LiO換算又はBaO換算で、各々0.1~7モル%且つ合計で10モル%以下、
を必須成分として含むガラスフリット成分であること、
を特徴とする太陽電池電極形成用導電性ペーストを提供するものである。
 また、本発明(2)は、前記(f)希土類元素が、イットリウム、ランタン、セリウム、プロセオジム、ネオジム、サマリウム、ガドリニウム、ジスプロシウム、エルビウム及びイッテルビウムからなる群から選択される1種又は2種以上であることを特徴とする(1)の太陽電池電極形成用導電性ペーストを提供するものである。
 また、本発明(3)は、前記ガラスフリット(A)が、鉛を実質的に含まないガラスフリット成分からなることを特徴とする(1)又は(2)の太陽電池電極形成用導電性ペーストを提供するものである。
 また、本発明(4)は、前記ガラスフリット成分(A)が、下記酸化物換算の合計モル数に対する含有割合で、(a)テルル元素をTeO換算で30~50モル%、(b)タングステン元素をWO換算で18~27モル%、(c)亜鉛元素をZnO換算で10~25モル%、(d)硼素元素をB換算で5~15モル%、(e)アルミニウム元素をAl換算で0.3~3モル%、(f)スカンジウム及びプロメチウムを除く希土類元素から選択される1種を、酸化物換算で0.5~7モル%、又はスカンジウム及びプロメチウムを除く希土類元素から選択される2種以上を、酸化物換算で各々0.5~7モル%且つ合計で10モル%以下、(g)錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される1種を、SnO換算、LiO換算又はBaO換算で、0.3~7モル%、又は錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される2種以上を、SnO換算、LiO換算又はBaO換算で、各々0.3~7モル%且つ合計で10モル%以下を、必須元素として含むガラスフリット成分であることを特徴とする(1)~(3)いずれかの太陽電池形成用導電性ペーストを提供するものである。
 また、本発明(5)は、前記導電性粉末(I)が銀を含む金属粉末であることを特徴とする(1)~(4)いずれかの太陽電池電極形成用導電性ペーストを提供するものである。
 また、本発明(6)は、前記ガラスフリット(A)の含有量が、前記導電性粉末(I)100重量部に対して0.1~10重量部であることを特徴とする(1)~(5)いずれかの太陽電池電極形成用導電性ペーストを提供するものである。
 本発明によれば、比較的低温(例えば760℃)での焼成温度でも、良好な電気的特性が得られ、且つ、そのバラツキが小さい太陽電池電極形成用の導電性ペーストを提供することができる。
太陽電池素子の模式図である。 従来の鉛系ガラスを用いた表面電極と基板との界面のTEM写真である。
 以下に、本発明に係る導電性ペースト及び太陽電池素子の一実施形態について説明するが、本発明の範囲は以下に限定されるものではない。
 なお、以下において数値範囲を示す符号「~」は、特に断らない限り、符号「~」の前後に記載された数値を含む範囲を示す。つまり、〇~△とは、〇以上且つ△以下を表す。
 また、本発明において、鉛を実質的に含まないとは、鉛成分を全く含有しない態様だけでなく、不可避不純物として鉛を僅か(例えば1000ppm以下)の範囲で含有する態様も含まれる。
 更に「主成分」とは、その対象物において51質量%以上含まれる成分を言う。
 また、本発明において、(f)元素には、スカンジウム及びプロメチウムは含まれず、具体的には、イットリウム、ランタン、セリウム、プロセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム及びルテチウムからなる群から選択される1種又は2種以上の元素である。
 本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストは、少なくとも導電性粉末(I)とガラスフリット(II)とを、有機ビヒクルに分散させたものである。本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストは、太陽電池の表面(受光面)電極形成に好適に用いられ、具体的には、太陽電池表面の窒化硅素や酸化珪素等の反射防止膜に、本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストが印刷され、焼成されることによって、優れた太陽電池特性を発揮する電極が得られる。
 本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストに係る導電性粉末(I)は、銀を含む金属粉末が好ましく、銀を主成分とする銀系導電性粉末がより好ましい。導電性粉末(I)のBET法で測定される比表面積は、特に限定されるものではないが、好ましくは0.4m/g以上である。導電性粉末(I)の比表面積に特に上限は無いが、大き過ぎると、導電性粉末(I)が低温で焼結し易くなり、ペースト中の他の成分(ガラスや有機ビヒクル等)が焼成するタイミングとの調整が難しくなってくる。それ故、導電性粉末(I)の比表面積は、1.0m/g以下が好ましい。
 導電性粉末(I)の形状としては、球状、フレーク状、樹枝状等、従来用いられているものが挙げられる。また、導電性粉末(I)としては、純銀粉末のほか、少なくとも表面が銀層からなる銀被覆複合粉末や、銀を主成分とする合金等が挙げられる。導電性粉末(I)としては、平均粒径、粒度分布、形状等が異なる2種以上の銀粉末の併用であってもよく、銀粉末と銀以外の導電性粉末との併用であってもよい。銀粉末と複合化、銀と合金化、あるいは、銀粉末と混合される金属としては、本発明の作用効果が損なわれない限り特に制限されないが、例えば、アルミニウム、金、パラジウム、銅、ニッケル等が挙げられる。そして、導電性の観点から、導電性粉末(I)としては、純銀粉末が好ましい。
 本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストに係るガラスフリット(II)は、1種又は2種以上のガラスフリット成分からなる。そして、本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストは、ガラスフリット(II)として、少なくともガラスフリット成分(A)を含有する。つまり、本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストは、ガラスフリット(II)として、ガラスフリット成分(A)のみを含有してもよいし、あるいは、ガラスフリット(II)として、ガラスフリット成分(A)と、ガラスフリット成分(A)以外のガラスフリット成分1種以上と、を含有してもよい。
 ガラスフリット成分(A)は、下記酸化物換算の合計モル数に対する含有割合で、
(a)テルル元素をTeO換算で30~70モル%、
(b)タングステン元素をWO換算で18~30モル%、
(c)亜鉛元素をZnO換算で5~30モル%、
(d)硼素元素をB換算で1~15モル%、
(e)アルミニウム元素をAl換算で0.3~5モル%、
(f)スカンジウム及びプロメチウムを除く希土類元素から選択される1種を、酸化物換算で0.3~7モル%、又はスカンジウム及びプロメチウムを除く希土類元素から選択される2種以上を、酸化物換算で各々0.3~7モル%且つ合計で10モル%以下、
(g)錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される1種を、SnO換算、LiO換算又はBaO換算で、0.1~7モル%、又は錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される2種以上を、SnO換算、LiO換算又はBaO換算で、各々0.1~7モル%且つ合計で10モル%以下、
を必須成分として含むガラスフリット成分である。
 ガラスフリット成分(A)は、(a)元素、(b)元素、(c)元素、(d)元素、(e)元素、(f)元素及び(g)元素を、必須成分として含有する。なお、ガラスフリット成分(A)中の(a)~(g)元素の含有割合は、上記酸化物に換算したときのガラスフリット成分(A)中に占める割合であり、上記酸化物に換算したときの(a)~(g)元素の合計mol数に対する含有割合である。つまり、上記酸化物に換算したときの(a)~(g)元素の合計を100モル%として、(a)~(g)の各元素の含有割合が求められる。
 ガラスフリット成分(A)は、(a)テルル元素を、酸化物換算の(a)~(g)元素の合計モル数に対して、TeO換算で30~70モル%、好ましくは30~50モル%、特に好ましくは35~45モル%含有する。テルルは、単独ではガラス化しないが、ガラスの主要構造を形成する網目形成成分である。テルル系のガラスフリット成分を含有する導電性ペーストを太陽電池の表面電極形成用途として用いる場合には、図2で述べたような、表面電極が半導体基板内部への深い侵食が殆ど生じず、ファイアースルーのコントロールが容易であり、充分なオーミックコンタクトを得ることができる。すなわち、テルル系のガラスフリット成分は、珪素との反応性が低いという特性を備えることから、万一、表面電極が反射防止膜を突き破った場合でも、シリコン基板に対して深く侵入しない。それ故、本発明に係る太陽電池電極形成用導電性ペーストは、従来の太陽電池電極形成用導電性ペーストに比べ、ファイアースルーのコントロールが容易であり、太陽電池の更なる薄層化、ひいては、より一層のn型拡散層の薄層化に対しても対応が可能である。
 ガラスフリット成分(A)は、テルル以外にガラスネットワークの形成を補う成分として、タングステンを含む。タングステンはテルル系のガラスフリット成分において、ガラス化範囲の拡大と安定化に寄与する。ガラスフリット成分(A)は、(b)タングステン元素を、酸化物換算の(a)~(g)元素の合計モル数に対して、WO換算で18~30モル%、好ましくは18~27モル%、特に好ましくは19~25モル%含有する。
 亜鉛は、ガラス化範囲の拡大と安定化に寄与する。ガラスフリット成分(A)は、(c)亜鉛元素を、酸化物換算の(a)~(g)元素の合計モル数に対して、ZnO換算で5~30モル%、好ましくは10~25モル%、特に好ましくは15~23モル%含有する。
 硼素は、ガラスの流動性を制御し、基板上の反射防止膜と適度に反応することにより、接着強度の向上に寄与していると考えられる。ガラスフリット成分(A)は、(d)ホウ素元素を、酸化物換算の(a)~(g)元素の合計モル数に対して、B換算で1~15モル%、好ましくは5~15モル%、特に好ましくは7~13モル%含有する。
 ガラスフリット成分(A)は、(e)アルミニウムを、酸化物換算の(a)~(g)元素の合計モル数に対して、Al換算で0.3~5モル%、好ましくは0.3~3モル%、特に好ましくは0.5~3モル%含有する。
 ガラスフリット成分(A)は、(f)スカンジウム及びプロメチウムを除く希土類元素から選択される1種を、酸化物換算の(a)~(g)元素の合計モル数に対して、酸化物換算で0.3~7モル%、好ましくは0.5~7モル%、特に好ましくは0.8~7モル%含有するか、又は(f)スカンジウム及びプロメチウムを除く希土類元素から選択される2種以上を、酸化物換算の(a)~(g)元素の合計モル数に対して、酸化物換算で各々0.3~7モル%、好ましくは0.5~7モル%、特に好ましくは0.8~7モル%、且つ合計で10モル%以下含有する。つまり、ガラスフリット成分(A)は、(i)(f)希土類元素から選択される1種を含有するか、又は(ii)(f)希土類元素から選択される2種以上を含有する。そして、ガラスフリット成分(A)が(i)(f)希土類元素から選択される1種を含有する場合は、その(f)希土類元素の含有割合が、酸化物換算の(a)~(g)元素の合計モル数に対して、酸化物換算で0.3~7モル%、好ましくは0.5~7モル%、特に好ましくは0.8~7モル%であり、(ii)(f)希土類元素から選択される2種以上含有する場合は、各々の(f)希土類元素の含有割合が、酸化物換算の(a)~(g)元素の合計モル数に対して、酸化物換算で0.3~7モル%、好ましくは0.5~7モル%、特に好ましくは0.8~7モル%であり、且つそれら2種以上の(f)希土類元素の合計含有割合が10モル%以下である。なお、各元素の含有量は、イットリウムはY、ランタンはLa、セリウムはCe、プロセオジムはPr11/3、ネオジムはNd、サマリウムはSm、ガドリニウムはGd、ジスプロシウムはDy、エルビウムはEr、イッテルビウムはYbに換算した値である。ここで、セリウムの安定な酸化物の形態は、CeOであるが、本発明において酸化物換算のモル数を算出する場合においては、他の希土類元素と同様に扱うために、Ceとして計算する。また、プロセオジムの安定な酸化物の形態は、Pr11であるが、本発明において酸化物換算のモル数を算出する場合においては、他の希土類元素と同様に扱うために、Pr11/3として計算する。
 本発明において、(f)希土類元素としては、イットリウム、ランタン、セリウム、プロセオジム、ネオジム、サマリウム、ガドリニウム、ジスプロシウム、エルビウム及びイッテルビウムからなる群から選択される1種又は2種以上が好ましい。
 ガラスフリット成分(A)は、(g)錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される1種を、酸化物換算の(a)~(g)元素の合計モル数に対して、SnO換算、LiO換算又はBaO換算で、0.1~7モル%、好ましくは0.3~6モル%、特に好ましくは0.5~6モル%含有するか、又は(g)錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される2種以上を、酸化物換算の(a)~(g)元素の合計モル数に対して、SnO換算、LiO換算又はBaO換算で、各々0.1~7モル%、好ましくは0.3~6モル%、特に好ましくは0.5~6モル%、且つ合計で10モル%以下含有する。つまり、ガラスフリット成分(A)は、(i)(g)錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される1種を含有するか、又は(ii)(g)錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される2種以上を含有する。そして、ガラスフリット成分(A)が(i)(g)錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される1種を含有する場合は、その(g)元素の含有割合が、酸化物換算の(a)~(g)元素の合計モル数に対して、SnO換算、LiO換算又はBaO換算で、0.1~7モル%、好ましくは0.3~6モル%、特に好ましくは0.5~6モル%であり、(ii)(g)錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される2種以上含有する場合は、各々の(g)元素の含有割合が、酸化物換算の(a)~(g)元素の合計モル数に対して、SnO換算、LiO換算又はBaO換算で、0.1~7モル%、好ましくは0.3~6モル%、特に好ましくは0.5~6モル%であり、且つそれら2種以上の(g)元素の合計含有割合が10モル%以下である。
 なお、(a)~(g)元素の含有割合は、(a)~(g)元素の合計に対する内割の含有割合である。
 本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストは、(a)テルル、(b)タングステン、(c)亜鉛及び(d)硼素に加え、更に、(e)アルミニウムと、(f)希土類元素の1種又は2種以上と、(g)錫、リチウム及びバリウムからなる群から選択される1種又は2種以上と、を必須成分として含有するガラスフリット成分(A)を、ガラスフリット(II)として含有することにより、低温(例えば760℃以下)で焼成する際にも電気的特性に優れ、且つ当該特性のバラツキが少ない太陽電池電極が得られる。
 本発明者等は、(1)テルル系のガラスフリット成分を含む導電性ペーストを焼成する際、焼成条件を含む環境条件によっては、タングステンと亜鉛を含む結晶が析出する場合があること、(2)その場合、ガラスの粘性挙動が不安定になり、ひいては基板に対する接着強度は太陽電池の電気的特性にも悪影響を与えること、(3)そして、テルル、タングステン、亜鉛及び硼素に加え、更に、アルミニウムと、希土類元素の1種又は2種以上と、錫、リチウム及びバリウムからなる群から選択される1種又は2種以上と、を同時に含むことにより、その理由は定かではないが、上述した結晶の析出が抑制され、粘性挙動が安定するだけでなく、最終的に得られる太陽電池の曲線因子等の電気的特性に対しても良い影響を及ぼすことを見出した。
 このようなことにより、本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストによれば、従来通りの焼成ピーク温度が高い場合は勿論、比較的焼成ピーク温度が低い場合(例えば760℃前後)であっても、電気的特性に優れたものが得られ、且つ電気的特性のバラツキを少なくすることができる。
 なお、テルル、タングステン、亜鉛及び硼素に加え、アルミニウムのみが添加されているガラスフリット成分や希土類元素のみが添加されているガラスフリット成分や錫、リチウム及びバリウムの1種又は2種以上のみが添加されているガラスフリット成分を用いたのでは、このような効果は得られない。
 また、ガラスフリット成分(A)は、(a)元素、(b)元素、(c)元素、(d)元素、(e)元素、(f)元素及び(g)元素以外に、必要に応じて、反射防止膜との反応性や銀の固溶量を調整するめに、更に、銀、ジルコニウム、チタン、リン、タンタル等の(a)~(g)元素以外の元素を含んでいても良い。なお、ガラスフリット成分(A)は、実質的に鉛成分を含まないことが好ましく、詳細には、ガラスフリット成分(A)の鉛含有量は、1000ppm以下であることが好ましい。
 ガラスフリット成分(A)が、(a)~(g)元素以外の元素を含有する場合、(a)~(g)元素以外の元素の含有割合は、酸化物換算の(a)~(g)元素の合計モル数に対して、酸化物換算で15モル%以下、好ましくは10モル%以下である。なお、(a)~(g)元素以外の元素の含有割合は、(a)~(g)元素の合計に対する外割の含有割合である。
 ガラスフリット成分(A)の平均粒径は、好ましくは0.5~5.0μmである。また、ガラスフリット成分(A)の軟化点は、好ましくは300~550℃である。
 本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストは、ガラスフリット(II)として、ガラスフリット成分(A)以外に、必要に応じて、焼成温度や反射防止膜に対する反応性等を制御するために、ガラスフリット成分(A)以外のガラスフリット成分を含有してもよい。このようなガラスフリット成分(A)以外のガラスフリット成分としては、SiO-B系、SiO-B-ZnO系、SiO-Bi系、B-ZnO系等の公知のガラスフリット成分が挙げられ、これらのうち、SiO-B系、SiO-B-ZnO系のガラスフリット成分が好ましい。
 ガラスフリット(II)の軟化点は、好ましくは300~550℃である。なお、ガラスフリット(II)が2種以上のガラスフリット成分からなるときは、ガラスフリット(II)の軟化点は、それらの2種以上のガラスフリット成分の混合状態での軟化点である。また、ガラスフリット(II)の平均粒径は、好ましくは0.5~5.0μmである。ガラスフリット(II)が2種以上のガラスフリット成分からなるときは、ガラスフリット(II)の平均粒径は、それらの2種以上のガラスフリット成分の混合状態での平均粒径である。
 本発明の太陽電池電極形成用導電性ペースト中、ガラスフリット(II)の含有量は、太陽電池電極形成用の導電性ペーストにおいて通常含まれる量であれば特に制限されないが、一例として、ガラスフリット(II)の含有量は、導電性粒子(I)100重量部に対し、0.1~10重量部であることが好ましく、0.1~5重量部であることが特に好ましい。
 また、本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストが、ガラスフリット(II)として、ガラスフリット成分(A)と、ガラスフリット成分(A)以外のガラスフリット成分と、を含有する場合、ガラスフリット(II)に対するガラスフリット成分(A)の含有量は、好ましくは70重量%以上、特に好ましくは80重量%以上、より好ましくは90重量%以上である。
 従来の太陽電池電極形成用導電性ペーストにおいては、ファイアースルーを良好に行うために、或る程度の量のガラスフリットを配合しなければならなかったが、本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストは、ガラスフリットの配合量を抑えた場合でも充分なオーミックコンタクトが得られるため、導電性の高い電極が得られる。
 本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストは、実質的に鉛成分を含まないことが好ましく、詳細には、太陽電池電極形成用導電性ペースト中の鉛含有量は1000ppm以下であることが好ましい。
 本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストは、その他必要により、本発明の効果を損なわない範囲で、添加物として通常添加され得る可塑剤、粘度調整剤、界面活性剤、酸化剤、金属酸化物、金属有機化合物等を含有しても良い。
 また、本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストは、特開2007-242912号公報に記載されている炭酸銀、酸化銀、酢酸銀といった銀化合物を含有してもよく、その他、焼成温度や太陽電池特性等の改善のため、酸化銅、酸化亜鉛、酸化チタン等を適宜含有してもよい。
 本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストは、前記導電性粉末(I)、ガラスフリット(II)、必要に応じて適宜添加される添加物と共に、有機ビヒクル(III)と混合され、スクリーン印刷その他の印刷方法に適したレオロジーのペースト、塗料、またはインク状とされ、調製される。
 本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストに係る有機ビヒクル(III)としては、特に限定はなく、導電性ペーストのビヒクルとして通常使用されている有機バインダー、溶剤等が適宜選択される。例えば、有機バインダーとしては、セルロース類、アクリル樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、ロジンエステル等が挙げられる。また、溶剤としては、アルコール系、エーテル系、エステル系、炭化水素系等の有機溶剤、水、これらの混合溶剤が挙げられる。本発明の太陽電池電極形成用導電性ペースト中の有機ビヒクル(III)の含有量は、特に限定されるものではなく、導電性粉末(I)、ガラスフリット(II)などの無機成分をペースト中に保持し得る適切な量で、塗布方法等に応じて適宜調整される。通常、本発明の太陽電池電極形成用導電性ペースト中の有機ビヒクル(III)の含有量は、導電性粉末(I)100重量部に対して、5~40重量部程度である。
 本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストが適用される太陽電池素子は、一例として以下のように製造される。太陽電池素子は、半導体基板は、好ましくは単結晶シリコンまたは多結晶シリコンからなり、例えば、硼素などを含有させることにより一導電型(例えばp型)を呈するようにしたものである。半導体基板の受光面側の表面に、リン原子などを拡散させて拡散層を形成させることにより、逆導電型(例えばn型)を呈する領域を形成させ、さらにその上に窒化珪素や酸化珪素等の反射防止膜を設ける。また、受光面と反対側の基板表面には、裏面電極並びに高濃度のp型のBSF層を形成させるために、アルミニウムペーストおよび銀ペースト、または銀-アルミニウムペーストを塗布し、乾燥させる。そして、前記反射防止膜上に、本発明に係る太陽電気電極形成用導電性ペーストを、スクリーン印刷法など通常の方法で塗布し、乾燥させる。その後、ピーク温度が500~900℃、総焼成時間が数十秒間~数十分間程度の条件で焼成し、有機ビヒクル成分を分解及び揮散させて、表面電極、裏面電極、BSF層を同時に形成させる。
 なお、表面電極、裏面電極を、必ずしも同時に形成させる必要はなく、裏面電極の焼成後に表面電極を形成させても良く、また表面電極形成後に裏面電極を形成させてもよい。
 また、高い光電変換効率を得るために、半導体基板の受光面側の表面は、凹凸状(或いはピラミッド状)のテクスチャ構造を有することが好ましい。
 本発明によれば、焼成条件が従来通りのピーク温度が高い場合は勿論、ピーク温度が760℃前後及びそれ以下で、総焼成時間が短時間(例えば30秒~5分程度)の場合でも、優れた電気特性を有する太陽電池電極が得られ、本発明の作用効果を特に享受することができる。
 以下、本発明を具体的な実験例に基づき説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
 BET法で測定した比表面積が0.60m/gの銀粉末100重量部に対し、平均粒径が1~2μmの表2に示す組成のガラスフリット2.0重量部を、エチルセルロース0.5重量部及びグリコール系溶剤6.0重量部からなる有機ビヒクル中に分散させ、太陽電池電極形成用導電性ペースト(試料1~46)を作製した。なお、表2及び表3中、試料番号に符号*が付されている試料は比較例である。また、ガラス組成の各成分は、いずれも、(a)~(g)元素の酸化物換算の合計モル数に対するモル%で示されている((a)~(g)元素の酸化物換算の合計を100モル%とする。)。
 半導体基板として、その受光面側の表面にピラミッド型テクスチャ構造を有するp型シリコン基板の上にリンを拡散し、シート抵抗値を95~115Ω/sq.に調整した後にSiN層を形成した156.75mm×156.75mmの略正方形状のシリコン基板(市販品)を上記試料の数だけ準備した。準備した各半導体基板に対し、各試料を用いて幅50μm、厚さ20μmの細線形状の表面電極を1.6mmピッチで複数本形成し、更に半導体基板の裏面にアルミニウムペースト(市販品)を塗布し、乾燥させた。その後、これらの半導体基板を総焼成時間50秒、ピーク到達温度760℃で同時焼成し、試料1~46にそれぞれ対応する半導体基板を得た。
 得られた半導体基板に対し、ソーラーシュミレータ〔WXS-156S-10, SP,AM1.5G〕、I-V計測装置〔IV15040〕及び温調試料台〔STG-250VPZ〕(以上、全てワコム電創社製)を用い、大気温度(セル温度)=25℃、分光分布=AM1.5、放射強度=1000W/mの条件でI-V特性を求め、これからFFを算出した。
 FFの算出については、半導体基板上の測定点を変えて三回行い、その平均値を表3に記した。更に「((最大値-平均値)/平均値)×100」及び「((平均値-最小値)/平均値)×100」の数値をそれぞれ求め、大きい方の数値を「バラツキ」として表3に併記した。
 表2及び3に示される通り、本発明の太陽電池電極形成用導電性ペーストに規定されている組成範囲内のガラスフリット成分、すなわち、ガラスフリット成分(A)を用いる試料は、焼成ピーク温度が760℃の場合でも、優れた電気特性が得られ、且つ、そのバラツキが小さい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 以上に示されるように、本発明により、焼成温度に対するウィンドウが広く、電気的特性も良好であり、基板に対する接着強度がより強固な太陽電池電極形成用の導電性ペーストを得ることができる。
1  表面電極
2  反射防止膜
3  拡散層
4  基板
5  裏面電極
6  ガラス層

Claims (6)

  1.  導電性粉末(I)と、ガラスフリット(II)と、有機ビヒクル(III)と、を含有する太陽電池電極形成用導電性ペーストであって、
     前記ガラスフリット(II)として、少なくともガラスフリット成分(A)を含有し、
     前記ガラスフリット成分(A)は、下記酸化物換算の合計モル数に対する含有割合で、
    (a)テルル元素をTeO換算で30~70モル%、
    (b)タングステン元素をWO換算で18~30モル%、
    (c)亜鉛元素をZnO換算で5~30モル%、
    (d)硼素元素をB換算で1~15モル%、
    (e)アルミニウム元素をAl換算で0.3~5モル%、
    (f)スカンジウム及びプロメチウムを除く希土類元素から選択される1種を、酸化物換算で0.3~7モル%、又はスカンジウム及びプロメチウムを除く希土類元素から選択される2種以上を、酸化物換算で各々0.3~7モル%且つ合計で10モル%以下、
    (g)錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される1種を、SnO換算、LiO換算又はBaO換算で、0.1~7モル%、又は錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される2種以上を、SnO換算、LiO換算又はBaO換算で、各々0.1~7モル%且つ合計で10モル%以下、
    を必須成分として含むガラスフリット成分であること、
    を特徴とする太陽電池電極形成用導電性ペースト。
  2.  前記(f)希土類元素が、イットリウム、ランタン、セリウム、プロセオジム、ネオジム、サマリウム、ガドリニウム、ジスプロシウム、エルビウム及びイッテルビウムからなる群から選択される1種又は2種以上であることを特徴とする請求項1記載の太陽電池電極形成用導電性ペースト。
  3.  前記ガラスフリット(A)が、鉛を実質的に含まないガラスフリット成分からなることを特徴とする請求項1又は2記載の太陽電池電極形成用導電性ペースト。
  4.  前記ガラスフリット成分(A)が、下記酸化物換算の合計モル数に対する含有割合で、(a)テルル元素をTeO換算で30~50モル%、(b)タングステン元素をWO換算で18~27モル%、(c)亜鉛元素をZnO換算で10~25モル%、(d)硼素元素をB換算で5~15モル%、(e)アルミニウム元素をAl換算で0.3~3モル%、(f)スカンジウム及びプロメチウムを除く希土類元素から選択される1種を、酸化物換算で0.5~7モル%、又はスカンジウム及びプロメチウムを除く希土類元素から選択される2種以上を、酸化物換算で各々0.5~7モル%且つ合計で10モル%以下、(g)錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される1種を、SnO換算、LiO換算又はBaO換算で、0.3~7モル%、又は錫元素、リチウム元素及びバリウム元素からなる群から選択される2種以上を、SnO換算、LiO換算又はBaO換算で、各々0.3~7モル%且つ合計で10モル%以下、を必須元素として含むガラスフリット成分であることを特徴とする請求項1~3いずれか1項記載の太陽電池形成用導電性ペースト。
  5.  前記導電性粉末(I)が銀を含む金属粉末であることを特徴とする請求項1~4いずれか1項記載の太陽電池電極形成用導電性ペースト。
  6.  前記ガラスフリット(A)の含有量が、前記導電性粉末(I)100重量部に対して0.1~10重量部であることを特徴とする請求項1~5いずれか1項記載の太陽電池電極形成用導電性ペースト。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7078195B2 (ja) * 2020-05-01 2022-05-31 昭栄化学工業株式会社 電子部品の製造方法
CN115516589B (zh) * 2020-05-01 2025-05-30 昭荣化学工业株式会社 导电性树脂组合物和电子部件的制造方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011096747A (ja) * 2009-10-28 2011-05-12 Shoei Chem Ind Co 太陽電池電極形成用導電性ペースト
JP2013534023A (ja) * 2010-05-04 2013-08-29 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 鉛−テルル−ホウ素−酸化物を含有する厚膜ペーストと半導体デバイスの製造においてのそれらの使用
CN104751942A (zh) * 2015-04-23 2015-07-01 江苏欧耐尔新型材料有限公司 太阳能电池细线丝网印刷用无铅导电浆料及其制备方法
JP2015122177A (ja) * 2013-12-21 2015-07-02 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 太陽電池用導電性ペースト組成物およびその製造方法
US20150191609A1 (en) * 2014-01-09 2015-07-09 Samsung Sdi Co., Ltd. Composition for solar cell electrodes and electrode fabricated using the same
JP2016103627A (ja) * 2015-09-17 2016-06-02 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 導電性組成物
WO2016147867A1 (ja) * 2015-03-13 2016-09-22 昭栄化学工業株式会社 太陽電池電極形成用導電性ペースト
JP2017010628A (ja) * 2015-06-17 2017-01-12 ナミックス株式会社 導電性ペースト、太陽電池及び太陽電池の製造方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3760361B2 (ja) 1997-03-24 2006-03-29 株式会社村田製作所 太陽電池用導電性組成物
JP3707715B2 (ja) 1998-01-30 2005-10-19 シャープ株式会社 導電性ペースト
JP4153628B2 (ja) 1999-09-27 2008-09-24 ナミックス株式会社 導電性組成物
JP2001118425A (ja) 1999-10-21 2001-04-27 Murata Mfg Co Ltd 導電性ペースト
US20100210745A1 (en) 2002-09-09 2010-08-19 Reactive Surfaces, Ltd. Molecular Healing of Polymeric Materials, Coatings, Plastics, Elastomers, Composites, Laminates, Adhesives, and Sealants by Active Enzymes
JP2004207493A (ja) 2002-12-25 2004-07-22 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置、その製造方法および太陽電池
US8093491B2 (en) 2005-06-03 2012-01-10 Ferro Corporation Lead free solar cell contacts
JP5525714B2 (ja) * 2008-02-08 2014-06-18 日立粉末冶金株式会社 ガラス組成物
JP2009194121A (ja) 2008-02-14 2009-08-27 Namics Corp 結晶系シリコン太陽電池電極形成用導電性ペースト
JP2011233548A (ja) * 2010-04-23 2011-11-17 Murata Mfg Co Ltd 導電性ペースト及び太陽電池
KR101765986B1 (ko) * 2011-04-21 2017-08-07 소에이 가가쿠 고교 가부시키가이샤 도전성 페이스트
KR20130117345A (ko) * 2012-04-17 2013-10-25 헤레우스 프레셔스 메탈즈 노스 아메리카 콘쇼호켄 엘엘씨 태양 전지 접촉을 위한 전도성 후막 페이스트용 텔루륨 무기 반응 시스템
US8900488B2 (en) * 2012-09-06 2014-12-02 E I Du Pont De Nemours And Company Conductive paste composition and semiconductor devices made therewith
KR101452962B1 (ko) * 2014-04-15 2014-10-23 덕산하이메탈(주) 전도성 페이스트 조성물 및 이를 포함하는 반도체 장치
KR101888933B1 (ko) * 2015-08-25 2018-08-16 삼성에스디아이 주식회사 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극과 태양전지
KR101940170B1 (ko) * 2015-10-22 2019-01-18 삼성에스디아이 주식회사 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극과 태양전지

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011096747A (ja) * 2009-10-28 2011-05-12 Shoei Chem Ind Co 太陽電池電極形成用導電性ペースト
JP2013534023A (ja) * 2010-05-04 2013-08-29 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 鉛−テルル−ホウ素−酸化物を含有する厚膜ペーストと半導体デバイスの製造においてのそれらの使用
JP2015122177A (ja) * 2013-12-21 2015-07-02 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 太陽電池用導電性ペースト組成物およびその製造方法
US20150191609A1 (en) * 2014-01-09 2015-07-09 Samsung Sdi Co., Ltd. Composition for solar cell electrodes and electrode fabricated using the same
WO2016147867A1 (ja) * 2015-03-13 2016-09-22 昭栄化学工業株式会社 太陽電池電極形成用導電性ペースト
CN104751942A (zh) * 2015-04-23 2015-07-01 江苏欧耐尔新型材料有限公司 太阳能电池细线丝网印刷用无铅导电浆料及其制备方法
JP2017010628A (ja) * 2015-06-17 2017-01-12 ナミックス株式会社 導電性ペースト、太陽電池及び太陽電池の製造方法
JP2016103627A (ja) * 2015-09-17 2016-06-02 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 導電性組成物

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Publication number Publication date
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