专利名称：太阳能电池用铝膏的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合于太阳能电池的背面电极用的铝膏(铝浆糊)。
背景技术：
例如，一般的硅系太阳能电池具有如下结构在作为P型多晶半导体的硅基板 的上面隔着η+层而设有防反射膜和受光面电极，并且，在其下面隔着P+层而设有背面电 极。通过受光，在半导体的ρ-η结(ρ-η接合)产生电力，通过电极将该电力取出。上述η+层是将作为η型的掺杂物的P (磷)等扩散到硅基板而形成的η+层，例如 在厚度为160 300 μ m的硅基板中以0.2 0.6 μ m程度的厚度设置。另外，防反射膜 是由氮化硅、二氧化钛、二氧化硅等的薄膜构成的膜，为了确保充分的可见光透过率并 且降低表面反射率从而提高受光效率而设置。受光面电极是由含有银等来作为导体成分 的厚膜材料形成的电极，采用所谓的烧成贯通法(fire through method)等形成于该防反射 膜上。另一方面，背面电极由设置成带状的例如2条带状电极和设置在除了该带状电 极上以外的大致整个面的整面电极构成。整面电极是由以铝为导体成分的厚膜材料形成 的电极，带状电极是由以银为导体成分的厚膜材料形成的电极。该带状电极是出于能够 将导线等钎焊于背面电极的目的而设置的。在形成上述整面电极时，使用丝网印刷法等将铝膏涂布于背面，干燥后，在与 膏组成相应的温度下实施烧成处理。此时，膏中的铝扩散到硅基板而形成上述P+层，在 背面侧形成由PP+层之间的费米能级的差所引起的电场，可得到生成载流子的收集效率提 高的BSFr^g; BackSurfaceField)效果。对于上述的铝膏而言，例如，在铝粉末中添 加了有机质载色剂和用于提高铝电极强度的玻璃料(玻璃粉；glass frit)。
日本特开2000-090734号公报 日本特开2003-223813号公报 日本特开2001-313402号公报 日本特开2008-166344号公报 日本特开2007-234625号公报 日本特公平06-105792号公报 日本特开2007-273760号公报专利文献1
专利文献2
专利文献3
专利文献4
专利文献5
专利文献6
专利文献
发明内容
然而，在上述的太阳能电池中，近年来以谋求成本降低为目的，正在研究使硅 基板厚度减薄到200 μ m以下。但是，若使硅基板变薄，则在用于电极形成的烧成时，起 因于硅和铝的热膨胀率的差，基板产生应力，因此存在硅基板翘曲，进而在制造工序发 生开裂等等的问题。与此相对，曾提出了各种的降低使基板厚度减薄了的情况下的翘曲的技术。例如，有使铝电极的厚度尺寸变薄的技术(例如参照专利文献1。)。根据该技术，烧成时 的应力变小，因此可抑制翘曲，但由于向背面的铝扩散量变少，进而使BSF效果减弱， 因此存在电特性降低，并且容易产生泡疤(blister)和/或圆球儿，从而膜外观也变差的问题。另外，还曾提出了下述方案在铝膏中添加二氧化硅和/或氧化铝等的热膨胀 率比铝小且熔点比铝高的无机化合物粉末(例如参照专利文献2。)。根据该技术，铝电 极的热膨胀率因添加的无机化合物粉末而变小，因此烧成时的应力变小，进而可抑制翘 曲，但由于绝缘材料比例变多，因此电特性降低。而且，由于铝的烧结受到无机化合物 粉末阻碍，因此具有膜强度也降低的问题。另外，曾提出了在铝膏中添加硅粉末的方案(例如参照专利文献3。)。出于使 铝电极的热膨胀率降低进而抑制翘曲的目的而添加硅粉末，但Al-Si共晶点为577°C，比 铝的熔点660°C低，因此膜中的液相量变多，进而形成于背面的合金层的厚度也增加。因 此，与上述目的相反，反而翘曲会增大。还曾提出了添加Al-Mg合金粉末或Mg粉末的 方案(例如参照专利文献4。)。若Al比例处于高的范围，则Al-Mg共晶点低为450°C， 因此，与添加了硅粉末的情况同样，反而翘曲增大。另外，有将熔点比铝高的含有铝的合金粉末添加到铝膏中的技术(例如参考专 利文献5。)。作为合金的构成元素，可举出钛和钒等。根据该技术，通过添加合金粉 末，固相的析出温度上升，因此液相量降低，进而可抑制翘曲。但是，存在由高熔点合 金粉末导致铝电极的导电性降低的问题。在这些专利文献1 5中记载的技术中，不能 抑制翘曲，或者电特性、抗拉强度、膜外观等其他特性降低，因此不能得到太阳能电池 特性。本发明是以上述的情况为背景而完成的，其目的在于提供一种能够确保电特 性、膜强度和膜外观，并且能够抑制背面电极翘曲的太阳能电池用铝膏。为了达到该目的，本发明的要旨是涉及一种太阳能电池用铝膏，该铝膏是包含 Al粉末、玻璃料、载色剂(展色料；vehicle)的太阳能电池用铝膏，相对于上述Al粉末 100质量份，以0.3 5.0质量份的范围内的比例含有Sn粉末。根据本发明，由于在铝膏中含有少量的Sn粉末，因此若使用该膏通过印刷、干 燥和烧成在硅基板上形成背面电极，则可降低该硅基板的翘曲。尽管Al-Sn共晶点为 228比Al的熔点显著低，也不清楚是由于怎样的作用所致，但与添加了 Si和/或Mg 粉末等的情况不同，是能够抑制翘曲的。而且，若添加Sn，则铝电极的耐水性提高，而 且，由于添加量为0.3 5.0质量份，为极少量，因此，对铝电极的导电性、膜强度和外 观完全不造成影响。另外，由于可以不减薄膜厚而抑制翘曲，因此可以充分获得BSF效 果。因此，可以得到如下太阳能电池用铝膏在用于背面电极的情况下可抑制翘曲，并 且电特性、膜强度、耐水性和外观均优异。另外，若Sn添加量低于0.3质量份，则不能充分得到抑制硅基板翘曲的效果。 另一方面，即使超过5.0质量份，降低翘曲效果也基本没有变化，泡疤和/或圆球儿大量 发生，膜外观显著降低。因此，必须将Sn粉末量设为相对于Al粉末100质量份为0.3 5.0质量份的范围。附带说明一下，在上述专利文献6中记载了相对于Al粉末100质量份含有5 50质量份的Sn粉末的铝膏，但如上所述，若添加超过5.0质量份的多量的Sn粉末，会大 量产生泡疤和/或圆球儿。上述专利文献6，是出于能够进行铝电极的镀覆进而能够钎焊 引线的目的而添加Sn粉末，因此，完全没有考虑翘曲的抑制和膜外观等。另外，在上述专利文献7中记载了一种使用了由低熔点的焊锡合金(即Sn合金) 被覆的铝粉末的铝膏。该铝膏，设为铝不熔融的程度的低温烧成，抑制基板的翘曲，由 焊锡合金使铝粉末相互粘着，并且，背面电极固着于基板。因此，即使用该铝膏形成背 面电极，铝也不会扩散到硅基板，因此不会形成P+层，因此不能得到BSF效果。说明 了如下要旨通过形成为在基板侧设置使用了没有由焊锡合金被覆的铝粉末的第1电极 层，且在该第1电极层上设置了使用了由焊锡合金被覆的铝粉末的第2电极层的2层结 构，可实现BSF效果和抑制翘曲，但是，形成为这样的2层结构，工序变得烦杂，造成 制造成本上升，为了抑制形成第1电极层时的翘曲，要求将其减薄，因此，抑制翘曲并 且得到充分的BSF效果是较困难的。在此，优选上述Sn粉末其平均粒径在2 10 μ m的范围内。若Sn粉末的粒径 为2μιη以上，则难以产生凝聚，因此在调制膏时可得到更加良好的分散性。另外，若粒 径为10 μ m以下，则能够以更少的添加量得到良好的分散性。平均粒径更优选是2.5 5.0μιη。另外，Sn粉末的添加量更优选为1.0 5.0质量份的范围。另外，优选上述铝膏是在膏整体100质量份中含有60质量份 80质量份的范 围的铝粉末和5质量份以下的范围的玻璃粉末的铝膏。在膏100质量份中含有0.21 3.5 质量份的范围的Sn粉末。若将铝粉末设为60质量份以上，则电极的导电性进一步提高， 并且向基板的Al扩散量进一步变多。另外，若将铝粉末限制在80质量份以下，则可以 使载色剂量充分多，因此可得到印刷性更加优异的膏。玻璃粉末是为了提高电极对基板 的粘附强度而必须添加的，但为了得到充分高的导电性，优选限制在5质量份以下。另 外，有机质载色剂例如占膏的除了上述铝粉末、玻璃粉末和Sn粉末以外的其余部分。另外，优选上述铝粉末其平均粒径在2 9μιη的范围内。若粒径变大，则有分 散性变差的倾向，另外，即使粒径显著变小，也会起因于凝聚等而产生分散性变差的倾 向，因此，优选为上述粒径范围。根据上述观点，铝粉末的平均粒径更优选为5 7μιη 的范围。另外，上述有机质载色剂没有特别限定。例如，可以使用采用萜品醇和/或 丁基卡必醇(butyl carbitol)等溶解纤维素系高分子、丙烯酸树脂等的适当的树脂而成的载 色剂。另外，玻璃粉末也没有特别的限定。可使用铅系、铋系、硼硅酸系等各种的玻 璃粉末。但是，若考虑对环境影响性，优选是非铅系。另外，玻璃粉末的平均粒径例如 优选为1 IOym的范围内。另外，上述铝膏，除了含有上述各成分以外，还可以在不妨碍其特性的范围适 当含有其他的添加物。作为添加物，例如可以举出在膏中一般所使用的邻苯二甲酸酯 和己二酸酯等的增塑剂、以乙烯基聚合物和聚羧酸等为代表的分散剂等等。
图1是表示将本发明的一实施例的铝膏应用于背面电极的形成的太阳能电池的截面结构的示意图。图2是表示图1的太阳能电池的背面电极的3是Sn添加量与硅基板的翘曲的关系的评价结果。附图标记说明10 太阳能电池；12 硅基板；14 n+层；16 p+层；18 防反射膜；20 受光面电极；22 背面电极；24 受光面；26 整面电极；28 带状电极
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明的一实施例进行详细说明。另外，在以下的实施例 中，附图被适当简化或变形，各部分的尺寸和形状等未必被准确描绘。图1是示意地表示应用了本发明的一实施例的太阳能电池用铝膏的硅系太阳能 电池10的截面结构的图。在图1中，太阳能电池10具备例如作为ρ型多晶半导体的 硅基板12、在其上下面分别形成的η+层14和ρ+层16、在该η+层14上形成的防反射膜 18和受光面电极20、以及在该ρ+层16上形成的背面电极22。上述硅基板12其厚度尺 寸例如在100 200 μ m的范围内，例如为180 μ m左右，并构成125 X 125mm左右的矩 形薄板状或直径125mm左右的圆板状。上述的η+层14和ρ+层16是通过在硅基板12的上下面形成杂质浓度高的层来 设置的层，该高浓度层的厚度尺寸，η+层14例如为70 IOOnm左右，ρ+层16例如为 500nm左右。n+层14在一般的硅系太阳能电池中为100 200nm左右，但在本实施例 中，比该厚度薄，构成被称为浅结发射极(shallow emitter)的结构。另外，在η+层14中 含有的杂质为η型掺杂物，例如为磷(P)，在ρ+层16中含有的杂质为ρ型掺杂物，例如 为铝(Al)。另外，上述的防反射膜18，例如为包含氮化硅Si3N4等的薄膜，通过以例如可见 光波长的1/4左右的光学厚度、例如SOnm左右来设置，可构成为10%以下、例如2%左 右的极低的反射率。另外，上述的受光面电极20，例如是由一样的厚度尺寸的厚膜导体形成的，在 受光面24的大致整个面以具有多条的细线部的梳子状的平面形状进行设置。上述的厚膜 导体是由下述厚膜银形成的厚膜导体，所述厚膜银含有67 98重量％范围内、例如94.3 重量％左右的Ag以及2 33重量％范围内、例如5.7重量％左右的玻璃。上述玻璃例 如为硼硅酸玻璃和/或铅玻璃。另外，上述的背面电极22，如图2示意所示，由在ρ+层16上设置成带状的厚膜 银制成的带状电极28、和整面电极26构成，该整面电极26是在将该带状电极28上除外 的大致整面以一部分与该带状电极28重叠的方式设置的以铝为导体成分的厚膜构成的电 极。构成整面电极26的厚膜包含铝、微量的Sn、以及玻璃，例如，相对于铝100质量 份，含有0.3 5质量份左右的Sn、2.9质量份左右的玻璃。另外，上述的带状电极28 是为了能够将导线等钎焊于背面电极22上而设置的。本实施例的太阳能电池10，如上述那样具有从受光面24侧起具备η+层14、ρ型 硅基板12、ρ+层16的η+ρρ+结构，因此，可以很好地得到BSF效果。因此，具备具有 高的集电效率的优点。
上述的太阳能电池10，例如可通过如以下那样地调制铝膏，并且使用该铝膏形 成背面的整面电极26来制造。首先，混合铝粉末100质量份、有机质载色剂32 40质 量份、玻璃粉末2.9质量份、Sn粉末0.3 5.0质量份。若将膏整体设为100重量％， 则铝粉末为70重量％，玻璃粉末为2.0重量％，Sn粉末为0.21 3.5重量％，载色剂为 24.5 27.79重量％。铝粉末例如为平均粒径为6 μ m左右的球状或者接近于球状的粉 末。另外，玻璃粉末例如为SiO2-B2O3-ZnO系玻璃，例如平均粒径为5ym左右。另 外，Sn粉末是由水雾化法制造出的球状粒子，如表1所示使用了平均粒径为2.5 10 μ m 的Sn粉末。采用例如三辊磨机混炼采用这样的组成调合出的试样，得到铝膏。表 权利要求
1.一种太阳能电池用铝膏，是含有Al粉末、玻璃料和载色剂的太阳能电池用铝膏， 其特征在于，以相对于所述Al粉末100质量份为0.3 5.0质量份的范围内的比例含有Sn 粉末。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池用铝膏，其中，所述Sn粉末平均粒径为2 10 μ m的范围内。
全文摘要
本发明提供一种能确保电特性、膜强度和膜外观并且能抑制背面电极翘曲的太阳能电池用铝膏。本发明由于在铝膏中含有少量的Sn粉末，因此，当使用该膏通过印刷、干燥和烧成在硅基板(12)的背面形成整面电极(26)时，能够降低该硅基板(12)的翘曲。而且，若添加Sn，则包含铝的整面电极(26)的耐水性提高，此外，由于其添加量相对于Al 100质量份为0.3～5.0质量份，即，在膏100质量份中为0.21～3.5质量份的极少量，因此，对整面电极(26)的导电性、膜强度和外观完全不造成影响。另外，由于能够不使膜厚减薄而抑制翘曲，因此能够充分获得BSF效果。
文档编号H01L31/0224GK102024506SQ20101028733
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月17日 优先权日2009年9月18日
发明者山岸正生, 角田航介, 越智浩辅 申请人:诺利塔克股份有限公司