电极用糊剂组合物、太阳能电池元件以及太阳能电池的制作方法
【专利说明】电极用糊剂组合物、太阳能电池元件从及太阳能电池
[0001] 本申请是【申请号】201180070033. 8,PCT【申请号】PCT/JP2011/060471，申请日： 2011. 04. 28,发明名称："电极用糊剂组合物、太阳能电池元件W及太阳能电池"的申请的分 案申请。
技术领域
[0002] 本发明设及电极用糊剂组合物、太阳能电池元件W及太阳能电池。
【背景技术】
[0003] 通常，在娃系太阳能电池的受光面及背面形成有电极。为了将通过光的入射而在 太阳能电池内转换而成的电能高效地输出至外部，需要使上述电极的体积电阻率充分低、 W及与Si基板形成良好的欧姆接触。尤其对受光面的电极而言，为了将太阳光的入射量损 失抑制至最低限度，而存在减小布线宽度、且提高电极的纵横比的倾向。
[0004] 用于太阳能电池的受光面的电极通常W如下方式形成。目P，在P型娃基板的受光 面侧形成纹理（凹凸），接着使憐等在高溫下热扩散而形成n型娃层，再通过丝网印刷等在 该n型娃层上涂布导电性组合物，然后在大气中W800°C~900°C对其进行烧成，由此形成 受光面电极。形成该受光面电极的导电性组合物中包含导电性金属粉末、玻璃粒子及各种 添加剂等。 阳0化]作为上述导电性金属粉末，通常使用银粉末。作为其原因，可列举：银粒子的体积 电阻率低至1. 6X106Q?cm;在上述烧成条件下银粒子自还原并发生烧结；可与娃基板形 成良好的欧姆接触；W及焊料材料对于包含银粒子的电极的润湿性优异，在利用玻璃基板 等密封太阳能电池元件的所谓模块化中，可适宜地粘接将太阳能电池元件间电连接的极耳 线（tabline)。
[0006] 如上述所示，含有银粒子的导电性组合物作为太阳能电池的电极表现出优异的特 性。另一方面，由于银为贵金属且原料金属本身的价格高，因此期望提出一种代替含有银的 导电性组合物的糊剂材料，另外，就资源的问题而言，也期望提出一种代替含有银的导电性 组合物的糊剂材料。作为有希望代替银的材料，可列举应用于半导体布线材料的铜。铜不 仅资源丰富，而且原料金属成本低廉至银的约百分之一。但是，铜是在大气中在200°CW上 的高溫下容易被氧化的材料，难W通过上述工序来形成电极。
[0007] 为了解决铜存在的上述课题，例如在日本特开2005-314755号公报及日本特开 2004-217952号公报等中报道了利用各种方法对铜赋予耐氧化性、并且即使进行高溫烧成 也不会被氧化的铜粒子。
【发明内容】
[000引发明所要解决的课题
[0009] 但是，即使是上述铜粒子，其具有的耐氧化性至多达到300°C为止，在800°C~ 900°C的高溫下大多会被氧化，因此作为太阳能电池用电极尚未达到实用水平。此外，还存 在如下等课题：为了赋予耐氧化性而应用的添加剂等阻碍烧成中的铜粒子的烧结，结果无 法获得如银那样的低电阻的电极。
[0010] 另外，作为抑制铜的氧化的其它方法，可列举在氮气等环境下对将铜用于导电性 金属粉末的导电性组合物进行烧成运一特殊的工序。
[0011] 但是，在使用上述方法时，为了完全地抑制铜粒子的氧化而需要利用上述环境气 体进行完全密封的环境，在工序成本方面不适合太阳能电池元件的批量生产。
[0012] 作为用来将铜应用于太阳能电池电极的另一个课题，可列举与娃基板的欧姆接触 性。目P，即使在高溫烧成中能够不使包含铜的电极氧化而形成该电极，有时也会因铜与娃基 板直接接触而产生铜与娃的相互扩散、并在电极与娃基板的界面形成包含铜和娃的反应物 相（CusSD。
[0013] 该化sSi的形成会自娃基板的界面开始延及至数ym为止，有时会在Si基板侧产 生龟裂。另外，还存在如下的情况：贯穿事先形成于娃基板上的n型娃层，使太阳能电池所 具有的半导体性能（pn结特性）劣化。另外，还存在如下的可能性：所形成的化sSi抬高包 含铜的电极等，而阻碍该电极与娃基板的密接性，导致电极的机械强度降低。
[0014] 本发明是鉴于上述课题而完成的发明，其目的在于提供电极用糊剂组合物、W及 具有使用该电极用糊剂组合物而形成的电极的太阳能电池元件及太阳能电池，上述电极用 糊剂组合物是如下的组合物：烧成时的铜的氧化得到抑制，可形成电阻率低的电极，进而铜 与娃基板的反应物相的形成得到抑制，可形成具有良好的欧姆接触的含有铜的电极。
[0015] 用于解决上述课题的手段
[0016] 本发明人等为了解决上述课题而进行了努力研究，结果完成了本发明。目P，本发明 包括W下方案。
[0017] 本发明的第一方案是一种电极用糊剂组合物，其包含：含有憐的铜合金粒子、含有 锡的粒子、玻璃粒子、溶剂W及树脂。
[0018] 上述电极用糊剂组合物优选使上述含有憐的铜合金粒子中的憐含有率为6质 量％^上且8质量下。
[0019] 另外，上述含有锡的粒子优选为选自锡粒子及锡含有率为1质量％W上的锡合金 粒子中的至少1种。
[0020] 另外，优选使上述玻璃粒子的玻璃软化点为650°CW下、结晶化起始溫度超过 650 °C。
[0021] 上述电极用糊剂组合物优选使将上述含有憐的铜合金粒子及上述含有锡的粒子 的总含有率设为100质量％时的上述含有锡的粒子的含有率为5质量％W上且70质量％ W下。
[0022] 上述电极用糊剂组合物优选还包含银粒子，更优选使将上述含有憐的铜合金粒 子、上述含有锡的粒子及银粒子的总含有率设为100质量％时的上述银粒子的含有率为 0. 1质量％W上且10质量％W下。
[0023] 上述电极用糊剂组合物优选使上述含有憐的铜合金粒子、上述含有锡的粒子及上 述银粒子的总含有率为70质量％W上且94质量％W下；上述玻璃粒子的含有率为0. 1质 量％W上且10质量％W下；上述溶剂及上述树脂的总含有率为3质量％W上且29. 9质 量％^下。
[0024]本发明的第二方案是一种太阳能电池元件，其具有电极，该电极通过将赋予在娃 基板上的上述电极用糊剂组合物烧成来形成。 阳0巧]上述电极优选包含化-Sn合金相及Sn-P-O玻璃相，更优选使上述Sn-P-O玻璃相 配置于上述化-Sn合金相与娃基板之间。
[0026] 本发明的第S方案是一种太阳能电池，其具有上述太阳能电池元件及配置于上述 太阳能电池元件的电极上的极耳线。
[0027] 发明效果
[0028] 根据本发明，可提供电极用糊剂组合物、W及具有使用该电极用糊剂组合物而形 成的电极的太阳能电池元件及太阳能电池，上述电极用糊剂组合物是如下组合物：烧成时 的铜的氧化得到抑制，可形成电阻率低的电极，进而铜与娃基板的反应物相的形成得到抑 审IJ，可形成具有良好的欧姆接触的含有铜的电极。
【附图说明】
[0029]图1是表示本发明的娃系太阳能电池元件的一例的示意剖面图。
[0030] 图2是表示本发明的娃系太阳能电池元件的受光面的一例的示意平面图。
[0031] 图3是表示本发明的娃系太阳能电池元件的背面的一例的示意平面图。
[0032] 图4是表示本发明的背面接触型太阳能电池元件的背面侧电极结构的一例的示 意平面图。
[003引图5是表示本发明的背面接触型太阳能电池元件的图4中的AA剖面构成的一例 的示意立体图。
[0034]图6是表示本发明的背面接触型太阳能电池元件的图4中的AA剖面构成的一例 的示意立体图。
[003引图7是表示本发明的背面接触型太阳能电池元件的图4中的AA剖面构成的一例 的示意立体图。
【具体实施方式】
[0036] 在本说明书中，"工序"运一用语不仅是指独立的工序，即使在无法与其它工序明 确地加W区分的情况下，只要实现该工序的预期的作用，则也包含于本用语中。另外，在本 说明书中，使用"~"所示的数值范围表示分别包括"~"前后所记载的数值作为最小值及 最大值的范围。进而，在本说明书中，当提及组合物中的各成分的量时，在组合物中存在多 种属于各成分的物质的情况下，只要事先无特别说明，则表示组合物中存在的该多种物质 的总量。
[0037]〈电极用糊剂组合物〉
[0038] 本发明的电极用糊剂组合物包含至少1种含有憐的铜合金粒子、至少1种含有锡 的粒子、至少1种玻璃粒子、至少1种溶剂、W及至少1种树脂。通过该构成，使在大气中烧 成时的铜的氧化得到抑制，可形成电阻率低的电极。进而，铜与娃基板的反应物相的形成得 到抑制，所形成的电极与娃基板可形成良好的欧姆接触。
[0039](含有憐的铜合金粒子）
[0040] 电极糊剂组合物包含至少1种含有憐的铜合金粒子。作为含有憐的铜合金，已知 有被称为憐铜针料（憐浓度：7质量％左右W下）的针焊材料。憐铜针料也可用作铜与铜的 接合剂，通过将含有憐的铜合金粒子用于本发明的电极用糊剂组合物中，从而可利用憐对 于铜氧化物的还原性而形成耐氧化性优异、体积电阻率低的电极。进而，可获得W下效果： 能够实现电极的低溫烧成、能够削减工艺成本等。
[0041] 作为本发明中的含有憐的铜合金中所含有的憐的含有率，从耐氧化性和低电阻率 的观点出发，憐含有率优选为6质量％W上且8质量％ ^下，更优选6. 3质量％W上且7. 8 质量％ ^下，进一步优选6. 5质量％W上且7. 5质量％ ^下。通过使含有憐的铜合金中所 含有的憐的含有率为8质量％ ^下，从而可实现更低的电阻率，并且使含有憐的铜合金粒 子的生产率优异。另外，通过使憐含有率为6质量％ ^上，从而可实现更优异的耐氧化性。
[0042] 上述含有憐的铜合金粒子虽然是包含铜和憐的合金，但也可进一步包含其它原 子。作为其它原子，例如可列举：Ag、Mn、Sb、Si、K、rfe、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Be、ZnJb、Cd、Tl、 V、Sn、A1、Zr、W、Mo、Ti、Co、Ni、及Au等。
[0043] 另外，关于上述含有憐的铜合金粒子中所含有的其它原子的含有率，例如在上述 含有憐的铜合金粒子中可W设为3质量％ ^下，从耐氧化性和低电阻率的观点出发，优选 为1质量下。
[0044] 另外，在本发明中，上述含有憐的铜合金粒子可单独使用1种或者组合使用两种 W上。
[0045] 上述含有憐的铜合金粒子的粒径并无特别限制，作为累计的重量为50%时的粒径 (W下，有时简称为"D50% ")，优选为0. 4Jim~10Jim，更优选1Jim~7Jim。通过使该粒 径为0. 4ymW上，从而使耐氧化性更有效地提高。另外，通过使该粒径为10ymW下，从而 使电极中的含有憐的铜合金粒子之间、或者含有憐的铜合金粒子与后述的含有锡的粒子之 间的接触面积变大，使电阻率更有效地降低。需要说明的是，含有憐的铜合金粒子的粒径通 过Microtrac粒度分布测定装置（日机装公司制造，MT3300型）来测定。
[0046] 另外，上述含有憐的铜合金粒子的形状并无特别限制，可为近似球状、扁平状、块 状、板状、及鱗片状等中的任一种，从耐氧化性和低电阻率的观点出发，优选为近似球状、扁 平状、或板状。
[0047] 电极用糊剂组合物中的含有憐的铜合金粒子的含有率并无特别限制。从低电阻率 的观点出发，优选在电极用糊剂组合物中为20质量％W上且85质量％ ^下，更优选为25 质量％W上且80质量％ ^下，进一步优选为30质量％W上且75质量％W下。
[0048] 含有憐的铜合金可利用通常所使用的方法来制造。另外，含有憐的铜合金粒子可 使用按照成为所需的憐含有率的方式制备而成的含有憐的铜合金，并利用制备金属粉末的