JP2015079975A - Element, solar cell, and paste composition for electrode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、素子及び太陽電池並びに電極用ペースト組成物に関する。 The present invention relates to a device, a solar cell, and an electrode paste composition.
一般にシリコン系太陽電池の受光面及び裏面には電極が形成されている。光の入射により太陽電池内で変換された電気エネルギーを効率よく外部に取出すためには、前記電極の体積抵抗率が充分に低いことと、Si基板と良好なオーミックコンタクトを形成することが必要である。特に受光面の電極は、太陽光の入射量損失を最低限に抑えるために、配線幅を小さく、また電極のアスペクト比を高くする傾向にある。 In general, electrodes are formed on the light receiving surface and the back surface of a silicon-based solar cell. In order to efficiently extract the electrical energy converted in the solar cell by the incidence of light to the outside, it is necessary that the volume resistivity of the electrode is sufficiently low and that a good ohmic contact is formed with the Si substrate. is there. In particular, the electrode on the light receiving surface tends to have a small wiring width and a high aspect ratio in order to minimize the amount of incident light loss of sunlight.
太陽電池の受光面に用いられる電極は、通常以下のようにして形成される。すなわち、p型シリコン基板の受光面側にテクスチャ(凹凸)形成を施し、次いでリン等を高温で熱的に拡散させることにより形成されたn型シリコン層上に、導電性組成物をスクリーン印刷等により塗布し、これを大気中800〜900℃で焼成することで受光面電極が形成される。この受光面電極を形成する導電性組成物には、導電性金属粉末、ガラス粒子及び種々の添加剤等が含まれる。 The electrode used for the light-receiving surface of the solar cell is usually formed as follows. That is, a texture (unevenness) is formed on the light-receiving surface side of a p-type silicon substrate, and then a conductive composition is screen-printed on an n-type silicon layer formed by thermally diffusing phosphorus or the like at a high temperature. The light-receiving surface electrode is formed by applying this and baking it at 800 to 900 ° C. in the atmosphere. The conductive composition forming the light-receiving surface electrode includes conductive metal powder, glass particles, various additives, and the like.
前記導電性金属粉末としては、銀粉末が一般的に用いられている。これは、銀粒子の体積抵抗率が1.6×10−6Ω・cmと低いことと、上記焼成条件において銀粒子が自己還元して焼結すること、シリコン基板と良好なオーミックコンタクトを形成できること、また、銀粒子からなる電極に対する半田材料の濡れ性が優れ、太陽電池素子をガラス基板などで封止する、所謂モジュール化において、太陽電池素子間を電気的に接続するタブ線を好適に接着することができることが理由として挙げられる。 As the conductive metal powder, silver powder is generally used. This is because the volume resistivity of the silver particles is as low as 1.6 × 10 −6 Ω · cm, the silver particles are self-reduced and sintered under the above firing conditions, and a good ohmic contact is formed with the silicon substrate. In addition, the tab material for electrically connecting the solar cell elements is preferably used in so-called modularization in which the solder material has excellent wettability with respect to the electrode made of silver particles and the solar cell element is sealed with a glass substrate or the like. The reason is that it can be bonded.
上記に示すように、銀粒子を含む導電性組成物は、太陽電池の電極として優れた特性を発現する。一方で銀が貴金属で地金自体が高価であるため、また資源の問題からも、銀含有導電性組成物に代わるペースト材料の提案が望まれている。銀に代わる有望な材料としては、半導体配線材料に適用されている銅が挙げられる。銅は資源的にも豊富で、地金コストも銀の約100分の1と安価である。しかしながら、銅は大気中200℃以上の高温で容易に酸化される材料であり、上記工程で電極を形成することは困難である。 As described above, the conductive composition containing silver particles exhibits excellent characteristics as an electrode of a solar cell. On the other hand, since silver is a noble metal and the bullion itself is expensive, and also from the problem of resources, a proposal of a paste material that replaces the silver-containing conductive composition is desired. A promising material that can replace silver is copper that is applied to semiconductor wiring materials. Copper is abundant in terms of resources, and the cost of bullion is as low as about 1/100 of silver. However, copper is a material that is easily oxidized at a high temperature of 200 ° C. or higher in the atmosphere, and it is difficult to form an electrode in the above process.
銅が有する上記課題を解決するために、銅に種々の手法を用いて耐酸化性を付与し、高温焼成でも酸化されない銅粒子が報告されている(例えば、特許文献1及び特許文献2)。 In order to solve the above-mentioned problems of copper, copper particles that have been given oxidation resistance using various techniques and are not oxidized even by high-temperature firing have been reported (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
しかしながら、上記銅粒子でも、耐酸化性を有するのは高々300℃までで、800〜900℃の高温ではほとんど酸化されてしまうため、太陽電池用電極として実用に至っていない。さらに耐酸化性を付与するために適用した添加剤等が焼成中の銅粒子の焼結を阻害し、結果として銀のような低抵抗の電極が得られないという課題がある。 However, even the above copper particles have oxidation resistance up to 300 ° C. and are almost oxidized at a high temperature of 800 to 900 ° C., so that they have not been put into practical use as solar cell electrodes. Furthermore, the additive applied in order to provide oxidation resistance inhibits sintering of the copper particles during firing, and as a result, there is a problem that a low resistance electrode such as silver cannot be obtained.
また銅の酸化を抑える別の手法として、導電性金属粉末に銅を用いた導電性組成物を、窒素等の雰囲気下で焼成するという特殊な工程が挙げられる。 Another method for suppressing copper oxidation is a special process in which a conductive composition using copper as a conductive metal powder is fired in an atmosphere of nitrogen or the like.
しかしながら、上記手法を用いる場合、銅粒子の酸化を完全に抑えるためには上記雰囲気ガスで完全密封した環境が必要となり、工程コストの面で太陽電池セルの量産には不向きである。 However, when the above method is used, an environment completely sealed with the above atmospheric gas is required to completely suppress the oxidation of the copper particles, which is not suitable for mass production of solar cells in terms of process costs.
銅を太陽電池電極に適用するためのもう一つの課題として、シリコン基板とのオーミックコンタクト性が挙げられる。すなわち、銅からなる電極を高温焼成中に酸化させずに形成できたとしても、銅がシリコン基板と直に接触することで、銅とシリコンの相互拡散が生じ、電極とシリコン基板の界面に銅とシリコンからなる反応物相(Cu3Si)が形成されることがある。 Another problem for applying copper to solar cell electrodes is ohmic contact with a silicon substrate. That is, even if an electrode made of copper can be formed without being oxidized during high-temperature firing, copper and silicon are in direct contact with each other, thereby causing mutual diffusion of copper and silicon, and copper at the interface between the electrode and the silicon substrate. In some cases, a reactant phase (Cu 3 Si) composed of silicon and silicon is formed.
このCu3Siの形成はシリコン基板の界面から数μmにまで及ぶことがあり、Si基板側に亀裂を生じる場合がある。またシリコン基板上に予め形成されたn型シリコン層を貫通し、太陽電池が持つ半導体性能(pn接合特性)を劣化させる場合がある。また形成したCu3Siが銅からなる電極を持ち上げるなどして、シリコン基板との密着性を阻害し、電極の機械的強度低下をもたらす恐れがある。 The formation of Cu 3 Si may extend to several μm from the interface of the silicon substrate, and may crack on the Si substrate side. In some cases, the semiconductor performance (pn junction characteristics) of the solar cell is deteriorated by penetrating an n-type silicon layer formed in advance on the silicon substrate. In addition, the formed Cu 3 Si lifts the electrode made of copper, which may hinder the adhesion with the silicon substrate and cause a decrease in the mechanical strength of the electrode.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、焼成時における銅の酸化が抑制され、良好なオーミックコンタクトを有する銅含有電極がシリコンを含む基板上に形成された素子、該素子を有する太陽電池、及び、該素子を構成するのに好適な電極用ペースト組成物を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and includes an element in which copper-containing electrodes having good ohmic contact are formed on a substrate containing silicon, the oxidation of copper during firing being suppressed, and the element It aims at providing the paste composition for electrodes suitable for comprising a solar cell and this element.
本発明者等は上記課題を解決するために鋭意研究した結果、本発明を完成した。すなわち本発明は以下の通りである。 The present inventors completed the present invention as a result of intensive studies in order to solve the above problems. That is, the present invention is as follows.
本発明の第一の態様は、シリコンを含む基板と、前記基板上に配置された電極とを有し、前記電極は、銅含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含む電極用ペースト組成物の焼成物であり、体積抵抗率が1×10−4Ω・cm以下の素子である。 1st aspect of this invention has a board | substrate containing silicon, and the electrode arrange | positioned on the said board | substrate, The said electrode is a paste composition for electrodes containing copper containing particle | grains, glass particle | grains, a solvent, and resin. It is a fired product and an element having a volume resistivity of 1 × 10 −4 Ω · cm or less.
前記銅含有粒子が、リン含有銅合金粒子であることが好ましく、前記リン含有銅合金粒子のリン含有率が6質量%以上8質量%以下であることがより好ましい。 The copper-containing particles are preferably phosphorus-containing copper alloy particles, and the phosphorus content of the phosphorus-containing copper alloy particles is more preferably 6% by mass or more and 8% by mass or less.
前記電極用ペースト組成物は、錫含有粒子を更に含むことが好ましく、前記錫含有粒子は、錫粒子及び錫含有率が1質量%以上である錫合金粒子から選ばれる少なくとも1種であることがより好ましい。 The electrode paste composition preferably further includes tin-containing particles, and the tin-containing particles are at least one selected from tin particles and tin alloy particles having a tin content of 1% by mass or more. More preferred.
前記ガラス粒子は、ガラス軟化点が650℃以下であって、結晶化開始温度が650℃を超えることが好ましい。 The glass particles preferably have a glass softening point of 650 ° C. or lower and a crystallization start temperature exceeding 650 ° C.
前記電極用ペースト組成物がリン含有銅合金粒子及び錫含有粒子を含む場合、前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子の総含有率を100質量%としたときの前記錫含有粒子の含有率が、5質量%以上70質量%以下であることが好ましい。 When the paste composition for an electrode includes phosphorus-containing copper alloy particles and tin-containing particles, the content of the tin-containing particles when the total content of the phosphorus-containing copper alloy particles and the tin-containing particles is 100% by mass. However, it is preferable that they are 5 mass% or more and 70 mass% or less.
前記電極用ペースト組成物は、銀粒子を更に含むことが好ましく、前記リン含有銅合金粒子、前記錫含有粒子及び前記銀粒子の総含有率を100質量%としたときの前記銀粒子の含有率が0.1質量%以上10質量%以下であることがより好ましく、前記リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が70質量%以上94質量%以下であって、前記ガラス粒子の含有率が0.1質量%以上10質量%以下であって、前記溶剤及び前記樹脂の総含有率が3質量%以上29.9質量%以下であることが更に好ましい。 The electrode paste composition preferably further includes silver particles, and the content of the silver particles when the total content of the phosphorus-containing copper alloy particles, the tin-containing particles, and the silver particles is 100% by mass. Is more preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, and the total content of the phosphorus-containing copper alloy particles, tin-containing particles and silver particles is 70% by mass or more and 94% by mass or less, and the glass More preferably, the content of the particles is 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, and the total content of the solvent and the resin is 3% by mass or more and 29.9% by mass or less.
前記電極は、Cu−Sn合金相及びSn−P−Oガラス相を含むことが好ましく、前記Sn−P−Oガラス相は、前記Cu−Sn合金相と前記シリコンを含む基板との間に配置されていることがより好ましい。 The electrode preferably includes a Cu-Sn alloy phase and a Sn-PO glass phase, and the Sn-PO glass phase is disposed between the Cu-Sn alloy phase and the silicon-containing substrate. More preferably.
前記素子は太陽電池素子であることが好ましい。 The element is preferably a solar cell element.
本発明の第二の態様は、前記素子と、前記素子の電極上に配置されたタブ線とを有する太陽電池である。 The 2nd aspect of this invention is a solar cell which has the said element and the tab wire arrange | positioned on the electrode of the said element.
本発明の第三の態様は、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み、25℃における粘度が80Pa・s〜1000Pa・sの範囲である電極用ペースト組成物である。 A third aspect of the present invention is an electrode paste composition containing phosphorus-containing copper alloy particles, tin-containing particles, glass particles, a solvent and a resin, and having a viscosity at 25 ° C. in the range of 80 Pa · s to 1000 Pa · s. is there.
本発明の第四の態様は、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み、固形分濃度が70質量%〜98質量%の範囲である電極用ペースト組成物である。 A fourth aspect of the present invention is an electrode paste composition containing phosphorus-containing copper alloy particles, tin-containing particles, glass particles, a solvent and a resin, and having a solid content in the range of 70% by mass to 98% by mass. .
本発明によれば、焼成時における銅の酸化が抑制され、良好なオーミックコンタクトを有する銅含有電極がシリコンを含む基板上に形成された素子、該素子を有する太陽電池、及び、該素子を構成するのに好適な電極用ペースト組成物を提供することができる。 According to the present invention, the oxidation of copper during firing is suppressed, and an element in which a copper-containing electrode having a good ohmic contact is formed on a substrate containing silicon, a solar cell having the element, and the element Therefore, a suitable electrode paste composition can be provided.
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
また本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
さらに本明細書において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
In this specification, the term “process” is not limited to an independent process, and is included in the term if the intended action of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes. .
In the present specification, a numerical range indicated by using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.
Further, when referring to the amount of each component in the composition in the present specification, when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition, the plurality of the components present in the composition unless otherwise specified. It means the total amount of substance.
<素子>
本発明の素子は、シリコンを含む基板と、前記基板上に配置された電極とを有するものであって、前記電極は、銅含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含む電極用ペースト組成物の焼成物であり、体積抵抗率が1×10−4Ω・cm以下であることを特徴とする。
前記電極が、特定の構成を有する電極用ペースト組成物の焼成物であることで、体積抵抗率が低く、焼成時における銅の酸化が抑制され、良好なオーミックコンタクトを有する銅含有電極がシリコンを含む基板上に形成された素子を構成することができる。
<Element>
The element of the present invention has a substrate containing silicon and an electrode disposed on the substrate, and the electrode is made of an electrode paste composition containing copper-containing particles, glass particles, a solvent and a resin. It is a fired product and has a volume resistivity of 1 × 10 −4 Ω · cm or less.
The electrode is a fired product of an electrode paste composition having a specific configuration, so that the volume resistivity is low, oxidation of copper during firing is suppressed, and a copper-containing electrode having a good ohmic contact is made of silicon. An element formed on a substrate including the substrate can be formed.
前記電極は、体積抵抗率が1×10−4Ω・cm以下であるが、8×10−5Ω・cm以下であることがより好ましく、1×10−6Ω・cm以上6×10−6Ω・cm以下であることがさらに好ましい。
尚、電極の体積抵抗率は、以下のようにして測定される。
本発明の電極用ペースト組成物を所望の基板上に塗布し、これを所定の条件で焼成することで焼成物を得る。次いで、得られた焼成物について、4探針4端子法を用いた抵抗率計(例えば、三菱化学(株)製Loresta−EP MCP−T360型抵抗率計)によって体積抵抗率を測定する。
The electrode has a volume resistivity of 1 × 10 −4 Ω · cm or less, more preferably 8 × 10 −5 Ω · cm or less, and more preferably 1 × 10 −6 Ω · cm to 6 × 10 − More preferably, it is 6 Ω · cm or less.
The volume resistivity of the electrode is measured as follows.
The electrode paste composition of the present invention is applied on a desired substrate and fired under predetermined conditions to obtain a fired product. Subsequently, volume resistivity is measured by the resistivity meter (For example, Mitsubishi Chemical Corporation Loresta-EP MCP-T360 type resistivity meter) about the obtained baked product.
本発明において電極の体積抵抗率を前記範囲とする方法としては、例えば、焼成処理の条件を適宜選択する方法、電極用ペースト組成物の構成を後述する構成とする方法等を挙げることができる。
特に前記電極用ペースト組成物として後述するように、銅含有粒子として耐酸化性を有する銅含有粒子(好ましくは、リン含有銅合金粒子)を用い、これに錫含有粒子を組み合わせることで焼成処理の温度を低下させることができ、酸素の存在下(例えば、大気中)で焼成処理を行っても、より体積抵抗率が低い電極を形成することができる。さらにこれに後述する特定の構成を有する軟化点の低いガラス粒子を組み合わせることでより優れたオーミックコンタクトを達成することができる。
In the present invention, examples of the method of setting the volume resistivity of the electrode in the above range include a method of appropriately selecting the conditions for the firing treatment, and a method of configuring the electrode paste composition to be described later.
In particular, as will be described later as the electrode paste composition, copper-containing particles having oxidation resistance (preferably phosphorus-containing copper alloy particles) are used as the copper-containing particles, and tin-containing particles are combined with the copper-containing particles. The temperature can be lowered, and an electrode having a lower volume resistivity can be formed even if the baking treatment is performed in the presence of oxygen (for example, in the air). Furthermore, a more excellent ohmic contact can be achieved by combining glass particles having a specific structure described later with a low softening point.
前記シリコンを含む基板としては特に制限されず、太陽電池形成用のシリコン基板、太陽電池以外の半導体デバイスの製造に用いるシリコン基板等を挙げることができ、太陽電池形成用のシリコン基板であることが好ましい。
具体的には本発明の素子は、太陽電池素子、プラズマディスプレイの電極配線及びシールド配線、セラミックスコンデンサ、アンテナ回路、各種センサー回路、半導体デバイスの放熱材料等を構成することができる。
これらの中でも、前記素子は太陽電池素子であることが好ましい。
The substrate containing silicon is not particularly limited, and examples include a silicon substrate for forming a solar cell, a silicon substrate used for manufacturing a semiconductor device other than a solar cell, and the like, and is a silicon substrate for forming a solar cell. preferable.
Specifically, the element of the present invention can constitute a solar cell element, an electrode wiring and a shield wiring of a plasma display, a ceramic capacitor, an antenna circuit, various sensor circuits, a heat dissipation material for a semiconductor device, and the like.
Among these, it is preferable that the said element is a solar cell element.
前記素子は例えば、銅含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含む電極用ペースト組成物を、シリコンを含む基板上に付与して、これを焼成処理することで、シリコンを含む基板上に電極を形成して構成することができる。尚、電極ペースト組成物の詳細については後述する。
またシリコンを含む基板上に付与される電極ペースト組成物の形状は特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。
For example, the device includes applying an electrode paste composition containing copper-containing particles, glass particles, a solvent, and a resin onto a substrate containing silicon, and baking the resultant to form an electrode on the substrate containing silicon. It can be formed and configured. The details of the electrode paste composition will be described later.
Moreover, the shape of the electrode paste composition provided on the substrate containing silicon is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose.
電極用ペースト組成物を、シリコンを含む基板上に付与する方法は特に制限されない。例えば、スクリーン印刷、インクジェット法、ディスペンサー法等を挙げることができるが、生産性の観点から、スクリーン印刷による塗布であることが好ましい。 The method for applying the electrode paste composition onto the substrate containing silicon is not particularly limited. For example, screen printing, an ink jet method, a dispenser method, and the like can be mentioned. From the viewpoint of productivity, application by screen printing is preferable.
前記電極用ペースト組成物の付与量は、形成する電極の大きさに応じて適宜選択することができる。例えば、電極用ペースト組成物付与量として2g/m2〜10g/m2とすることができ、4g/m2〜8g/m2であることが好ましい。 The application amount of the electrode paste composition can be appropriately selected according to the size of the electrode to be formed. For example, it is possible to 2g / m 2 ~10g / m 2 as an electrode paste composition for application amount is preferably 4g / m 2 ~8g / m 2 .
またシリコンを含む基板上に付与された電極用ペースト組成物を焼成処理する条件としては、当該技術分野で通常用いられる熱処理条件を適用することができる。
一般に、熱処理温度(焼成温度)としては800〜900℃であるが、後述する電極用ペースト組成物を用いる場合には、より低温での熱処理条件を適用することができ、例えば、450〜850℃の熱処理温度で良好な特性を有する電極を形成することができる。
また熱処理時間は、熱処理温度等に応じて適宜選択することができ、例えば、1秒〜20秒とすることができる。
また焼成処理の雰囲気は特に制限されない。窒素等の不活性ガス雰囲気下であっても、大気中等の酸素の存在する雰囲気下であってもよい。本発明においては生産性の観点から、大気雰囲気下で焼成処理することが好ましい。
Moreover, as conditions for baking the electrode paste composition applied on the substrate containing silicon, heat treatment conditions that are usually used in this technical field can be applied.
Generally, the heat treatment temperature (firing temperature) is 800 to 900 ° C., but when using the electrode paste composition described later, heat treatment conditions at a lower temperature can be applied, for example, 450 to 850 ° C. It is possible to form an electrode having good characteristics at the heat treatment temperature.
The heat treatment time can be appropriately selected according to the heat treatment temperature or the like, and can be set to, for example, 1 second to 20 seconds.
Moreover, the atmosphere of a baking process is not restrict | limited in particular. It may be in an inert gas atmosphere such as nitrogen or in an atmosphere in which oxygen exists such as in the air. In the present invention, from the viewpoint of productivity, the baking treatment is preferably performed in an air atmosphere.
熱処理装置としては、上記温度に加熱できるものであれば適宜採用することができ、例えば、赤外線加熱炉、トンネル炉、などを挙げることができる。赤外線加熱炉は、電気エネルギーを電磁波の形で加熱材料に直接投入し、熱エネルギーに変換されるため高効率であり、また短時間での急速加熱が可能である。更に、燃焼による生成物がなく、また非接触加熱であるため、生成する電極の汚染を抑えることが可能である。トンネル炉は、試料を自動で連続的に入り口から出口へ搬送し、焼成するため、炉体の区分けと搬送スピードの制御により、均一に焼成することが可能である。太陽電池セルの発電性能の観点からは、トンネル炉により熱処理することが好適である。 Any heat treatment apparatus can be used as long as it can be heated to the above temperature, and examples thereof include an infrared heating furnace and a tunnel furnace. An infrared heating furnace is highly efficient because electric energy is directly input to a heating material in the form of electromagnetic waves and is converted into heat energy, and rapid heating is possible in a short time. Further, since there is no product due to combustion and non-contact heating, it is possible to suppress contamination of the generated electrode. Since the tunnel furnace automatically and continuously conveys the sample from the entrance to the exit and fires it, it can be fired uniformly by dividing the furnace body and controlling the transport speed. From the viewpoint of the power generation performance of the solar battery cell, it is preferable to perform heat treatment with a tunnel furnace.
<太陽電池素子及びその製造方法>
本発明の素子は、太陽電池素子であることが好ましい。
前記太陽電池素子は、シリコン基板上に付与された電極用ペースト組成物を、焼成して形成された電極を有して構成される。これにより、良好な特性を有する太陽電池素子が得られ、該太陽電池素子の生産性に優れる。
尚、本明細書において太陽電池素子とは、pn接合が形成されたシリコン基板と、シリコン基板上に形成された電極とを有するものを意味する。また太陽電池とは、太陽電池素子の電極上にタブ線が設けられ、必要に応じて複数の太陽電池素子がタブ線を介して接続されて構成され、封止樹脂等で封止された状態のものを意味する。
<Solar cell element and manufacturing method thereof>
The element of the present invention is preferably a solar cell element.
The solar cell element has an electrode formed by firing an electrode paste composition applied on a silicon substrate. Thereby, the solar cell element which has a favorable characteristic is obtained, and it is excellent in productivity of this solar cell element.
In this specification, the solar cell element means one having a silicon substrate on which a pn junction is formed and an electrode formed on the silicon substrate. In addition, the solar cell is a state in which a tab wire is provided on the electrode of the solar cell element, and a plurality of solar cell elements are connected via the tab line as necessary and sealed with a sealing resin or the like. Means things.
以下、本発明の太陽電池素子の具体例を、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
代表的な太陽電池素子の一例を示す断面図、受光面及び裏面の概要を図1、図2及び図3に示す。
図1に概略を示すように、通常、太陽電池素子の半導体基板1には、単結晶または多結晶シリコンなどが使用される。この半導体基板1には、ホウ素などが含有され、p型半導体を構成している。受光面側は太陽光の反射を抑制するために、NaOHとIPA(イソプロピルアルコール)からなるエッチング溶液により凹凸(テクスチャともいう、図示せず)が形成されている。その受光面側にはリンなどがドーピングされ、n+拡散層2がサブミクロンオーダーの厚さで設けられているとともに、p型バルク部分との境界にpn接合部が形成されている。さらに受光面側には、n+拡散層2上に窒化ケイ素などの反射防止膜3が、PECVDなどによって膜厚90nm前後で設けられている。
Hereinafter, although the specific example of the solar cell element of this invention is demonstrated, referring drawings, this invention is not limited to this.
A sectional view showing an example of a typical solar cell element, and outlines of a light receiving surface and a back surface are shown in FIGS.
As schematically shown in FIG. 1, single crystal or polycrystalline silicon is usually used for the semiconductor substrate 1 of the solar cell element. The semiconductor substrate 1 contains boron and constitutes a p-type semiconductor. In order to suppress reflection of sunlight on the light receiving surface side, irregularities (also referred to as texture, not shown) are formed by an etching solution made of NaOH and IPA (isopropyl alcohol). Phosphorus or the like is doped on the light receiving surface side, the n + diffusion layer 2 is provided with a thickness of the order of submicron, and a pn junction is formed at the boundary with the p-type bulk portion. Further, on the light receiving surface side, an antireflection film 3 such as silicon nitride is provided on the n + diffusion layer 2 with a film thickness of about 90 nm by PECVD or the like.
次に、図2に概略を示す受光面側に設けられた受光面電極4と、図3に概略を示す裏面に形成される集電用電極5及び出力取出し電極6の形成方法について説明する。
受光面電極4と裏面出力取出し電極6は、本発明の前記電極用ペースト組成物から形成される。また裏面集電用電極5はガラス粉末を含むアルミニウム電極ペースト組成物から形成されている。受光面電極4と、裏面集電用電極5及び裏面出力取出し電極6を形成する第一の方法として、前記ペースト組成物をスクリーン印刷等にて所望のパターンに塗布した後、乾燥後に、大気中450〜850℃程度で同時に焼成して形成することが挙げられる。本発明においては前記電極用ペースト組成物を用いることで、比較的低温で焼成しても、抵抗率及び接触抵抗率に優れる電極を形成することができる。
Next, a method of forming the light receiving surface electrode 4 provided on the light receiving surface side schematically shown in FIG. 2, and the current collecting electrode 5 and the output extraction electrode 6 formed on the back surface schematically shown in FIG.
The light-receiving surface electrode 4 and the back surface output extraction electrode 6 are formed from the electrode paste composition of the present invention. The back current collecting electrode 5 is formed of an aluminum electrode paste composition containing glass powder. As a first method for forming the light-receiving surface electrode 4, the back surface collecting electrode 5 and the back surface output extraction electrode 6, the paste composition is applied to a desired pattern by screen printing or the like, then dried, and then in the atmosphere. It may be formed by firing at about 450 to 850 ° C. at the same time. In the present invention, by using the electrode paste composition, an electrode having excellent resistivity and contact resistivity can be formed even when fired at a relatively low temperature.
その際に、受光面側では、受光面電極4を形成する前記電極用ペースト組成物に含まれるガラス粒子と、反射防止層3とが反応(ファイアースルー)して、受光面電極4とn+拡散層2が電気的に接続(オーミックコンタクト)される。
本発明においては、前記電極用ペースト組成物を用いて受光面電極4が形成されることで、導電性金属として銅を含みながら、銅の酸化が抑制され、低抵抗率の受光面電極4が、良好な生産性で形成される。
さらに本発明においては形成される電極がCu−Sn合金相とSn−P−Oガラス相とを含んで構成されることが好ましく、Sn−P−Oガラス相がCu−Sn合金相とシリコン基板との間に配置される(不図示)ことがより好ましい。これにより銅とシリコン基板との反応が抑制され、低抵抗で密着性に優れる電極を形成することができる。
At that time, on the light receiving surface side, the glass particles contained in the electrode paste composition forming the light receiving surface electrode 4 react with the antireflection layer 3 (fire-through), and the light receiving surface electrode 4 and the n + The diffusion layer 2 is electrically connected (ohmic contact).
In the present invention, the light-receiving surface electrode 4 is formed using the electrode paste composition, so that copper is suppressed as a conductive metal, and copper oxidation is suppressed. , Formed with good productivity.
Furthermore, in the present invention, it is preferable that the formed electrode includes a Cu—Sn alloy phase and a Sn—P—O glass phase, and the Sn—P—O glass phase includes a Cu—Sn alloy phase and a silicon substrate. (Not shown) is more preferable. As a result, the reaction between copper and the silicon substrate is suppressed, and an electrode having low resistance and excellent adhesion can be formed.
また、裏面側では、焼成の際に裏面集電用電極5を形成するアルミニウム電極ペースト組成物中のアルミニウムがp型シリコン基板1の裏面に拡散して、p+拡散層7を形成することによって、p型シリコン基板1と裏面集電用電極5、裏面出力取出し電極6との間にオーミックコンタクトを得ることができる。 Further, on the back surface side, aluminum in the aluminum electrode paste composition that forms the back surface collecting electrode 5 at the time of firing diffuses to the back surface of the p-type silicon substrate 1 to form the p + diffusion layer 7. Thus, ohmic contact can be obtained between the p-type silicon substrate 1, the back surface collecting electrode 5, and the back surface output extraction electrode 6.
受光面電極4と、裏面集電用電極5及び裏面出力取出し電極6を形成する第二の方法として、裏面集電用電極5を形成するアルミニウム電極ペースト組成物を先に印刷し、乾燥後に大気中750〜850℃程度で焼成して裏面集電用電極5を形成した後に、本発明の電極用ペースト組成物を受光面側及び裏面側に印刷し、乾燥後に大気中450〜650℃程度で焼成して、受光面電極4と裏面出力取出し電極6を形成する方法が挙げられる。 As a second method for forming the light-receiving surface electrode 4, the back surface collecting electrode 5 and the back surface output extraction electrode 6, the aluminum electrode paste composition for forming the back surface collecting electrode 5 is first printed, and after drying, the atmosphere After baking at about 750 to 850 ° C. to form the back surface collecting electrode 5, the electrode paste composition of the present invention is printed on the light receiving surface side and the back surface side, and after drying at about 450 to 650 ° C. in the atmosphere. There is a method in which the light receiving surface electrode 4 and the back surface output extraction electrode 6 are formed by baking.
この方法は、例えば以下の場合に有効である。すなわち、裏面集電用電極5を形成するアルミニウム電極ペーストを焼成する際に、650℃以下の焼成温度では、アルミニウムペーストの組成によっては、アルミニウム粒子の焼結及びp型シリコン基板1へのアルミニウム拡散量が不足して、p+拡散層を充分に形成できない場合がある。この状態では裏面におけるp型シリコン基板1と裏面集電用電極5、裏面出力取出し電極6との間にオーミックコンタクトが十分に形成できなくなり、太陽電池素子としての発電性能が低下する場合がある。そこで、アルミニウム電極ペースト組成物に最適な焼成温度(例えば750〜850℃)で裏面集電用電極5を形成した後、本発明の電極用ペースト組成物を印刷し、乾燥後に比較的低温(450〜650℃)で焼成して、受光面電極4と裏面出力取出し電極6を形成することが好ましい。 This method is effective in the following cases, for example. That is, when the aluminum electrode paste forming the back surface collecting electrode 5 is fired, at a firing temperature of 650 ° C. or less, depending on the composition of the aluminum paste, the aluminum particles may be sintered and diffused into the p-type silicon substrate 1. In some cases, the amount of the p + diffusion layer cannot be sufficiently formed due to an insufficient amount. In this state, a sufficient ohmic contact cannot be formed between the p-type silicon substrate 1 on the back surface, the back surface collecting electrode 5 and the back surface output extraction electrode 6, and the power generation performance as a solar cell element may be reduced. Therefore, after forming the back surface collecting electrode 5 at an optimum firing temperature (for example, 750 to 850 ° C.) for the aluminum electrode paste composition, the electrode paste composition of the present invention is printed and dried at a relatively low temperature (450 It is preferable to form the light receiving surface electrode 4 and the back surface output extraction electrode 6 by baking at ˜650 ° C.).
また本発明の別の態様であるいわゆるバックコンタクト型太陽電池素子に共通する裏面側電極構造の概略平面図を図4に、それぞれ別の態様のバックコンタクト型太陽電池素子である太陽電池素子の概略構造を示す斜視図を図5、図6及び図7にそれぞれ示す。尚、図5、図6及び図7は、それぞれ図4におけるAA断面における斜視図である。 FIG. 4 is a schematic plan view of a back-side electrode structure common to a so-called back contact solar cell element according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows an outline of a solar cell element which is a back contact solar cell element according to another embodiment. The perspective view which shows a structure is shown in FIG.5, FIG6 and FIG.7, respectively. 5, 6, and 7 are perspective views taken along a section AA in FIG. 4.
図5の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子は、p型シリコン基板1には、レーザードリルまたはエッチング等によって、受光面側及び裏面側の両面を貫通したスルーホールが形成されている。また受光面側には光入射効率を向上させるテクスチャー(図示せず)が形成されている。さらに受光面側にはn型化拡散処理によるn+拡散層2と、n+拡散層2上に反射防止膜(図示せず)が形成されている。これらは従来の結晶Si型太陽電池セルと同一の工程により製造される。 In the solar cell element having the structure shown in the perspective view of FIG. 5, the p-type silicon substrate 1 is formed with through holes penetrating both the light receiving surface side and the back surface side by laser drilling or etching. Further, a texture (not shown) for improving the light incident efficiency is formed on the light receiving surface side. Further, an n + diffusion layer 2 by n-type diffusion treatment is formed on the light receiving surface side, and an antireflection film (not shown) is formed on the n + diffusion layer 2. These are manufactured by the same process as a conventional crystalline Si type solar battery cell.
次に、先に形成されたスルーホール内部に、電極用ペースト組成物が印刷法やインクジェット法により充填され、さらに受光面側には同じく本発明の電極用ペースト組成物がグリッド状に印刷され、スルーホール電極9及び受光面集電用電極8を形成する組成物層が形成される。
ここで、充填用と印刷用に用いるペーストでは、粘度を始めとして、それぞれのプロセスに最適な組成のペーストを使用するのが望ましいが、同じ組成のペーストで充填、印刷を一括で行ってもよい。
Next, the electrode paste composition is filled in the previously formed through hole by a printing method or an inkjet method, and the electrode paste composition of the present invention is similarly printed in a grid on the light receiving surface side, A composition layer for forming the through-hole electrode 9 and the light receiving surface collecting electrode 8 is formed.
Here, in the paste used for filling and printing, it is desirable to use a paste having an optimum composition for each process including viscosity, but filling and printing may be performed collectively with the paste having the same composition. .
一方、裏面側には、キャリア再結合を防止するためのn+拡散層2及びp+拡散層7が形成される。ここでp+拡散層7を形成する不純物元素として、ボロン(B)やアルミニウム(Al)が用いられる。このp+拡散層7は、例えばBを拡散源とした熱拡散処理が、前記反射防止膜形成前のセル製造工程において実施されることで形成されていてもよく、あるいは、Alを用いる場合には、前記印刷工程において、反対面側にアルミニウムペーストを印刷、焼成することで形成されていてもよい。 On the other hand, an n + diffusion layer 2 and a p + diffusion layer 7 for preventing carrier recombination are formed on the back surface side. Here, boron (B) or aluminum (Al) is used as an impurity element for forming the p + diffusion layer 7. The p + diffusion layer 7 may be formed by, for example, performing a thermal diffusion process using B as a diffusion source in a cell manufacturing process before forming the antireflection film, or when using Al. May be formed by printing and baking an aluminum paste on the opposite surface side in the printing step.
裏面側には図4の平面図で示すように、電極用ペースト組成物をそれぞれn+拡散層2上及びp+拡散層7上にストライプ状に印刷することによって、裏面電極10及び11が形成される。ここで、p+拡散層7をアルミニウムペーストを用いて形成する場合は、n+拡散層2側についてのみ電極用ペースト組成物を用い、裏面電極を形成すればよい。 On the back side, as shown in the plan view of FIG. 4, the back electrode 10 and 11 are formed by printing the electrode paste composition on the n + diffusion layer 2 and the p + diffusion layer 7 in stripes, respectively. Is done. Here, when the p + diffusion layer 7 is formed using an aluminum paste, the back electrode may be formed using the electrode paste composition only on the n + diffusion layer 2 side.
その後乾燥して大気中450〜850℃程度で焼成して、受光面集電用電極8とスルーホール電極9、及び裏面電極10、11が形成される。また先述したように、裏面電極の一方にアルミニウム電極を用いる場合は、アルミニウムの焼結性と裏面電極とp+拡散層7とのオーミックコンタクト性の観点から、先にアルミニウムペーストを印刷、焼成するによって裏面電極の一方を形成し、その後、電極用ペースト組成物を印刷、充填し、焼成することで受光面集電用電極8とスルーホール電極9、及び裏面電極の他方を形成しても良い。 Thereafter, it is dried and fired at about 450 to 850 ° C. in the atmosphere, whereby the light receiving surface collecting electrode 8, the through-hole electrode 9, and the back surface electrodes 10 and 11 are formed. As described above, when an aluminum electrode is used for one of the back electrodes, the aluminum paste is first printed and fired from the viewpoint of aluminum sinterability and ohmic contact between the back electrode and the p + diffusion layer 7. One of the back electrodes may be formed by, and then the electrode paste composition for electrode, the through-hole electrode 9 and the other of the back electrodes may be formed by printing, filling, and baking the electrode paste composition. .
また図6の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子は、受光面集電用電極を形成しないこと以外は、図5の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子と同様にして製造することができる。すなわち図6の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子において、電極用ペースト組成物は、スルーホール電極9と裏面電極10、11に用いることができる。 Further, the solar cell element having the structure shown in the perspective view of FIG. 6 can be manufactured in the same manner as the solar cell element having the structure shown in the perspective view of FIG. 5 except that the light receiving surface collecting electrode is not formed. it can. That is, in the solar cell element having the structure shown in the perspective view of FIG. 6, the electrode paste composition can be used for the through-hole electrode 9 and the back surface electrodes 10 and 11.
また、図7の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子は、ベースとなる基板にn型シリコン基板を用いたことと、スルーホールを形成しないこと以外は、図5の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子と同様にして製造することができる。すなわち図7の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子において、電極用ペースト組成物は、裏面電極10、11に用いることができる。 Further, the solar cell element having the structure shown in the perspective view of FIG. 7 has the structure shown in the perspective view of FIG. 5 except that an n-type silicon substrate is used as the base substrate and no through hole is formed. It can be manufactured in the same manner as the solar cell element. That is, in the solar cell element having the structure shown in the perspective view of FIG. 7, the electrode paste composition can be used for the back electrodes 10 and 11.
<太陽電池>
本発明の太陽電池は、前記太陽電池素子の少なくとも1つを含み、太陽電池素子の電極上にタブ線が配置されて構成される。太陽電池はさらに必要に応じて、タブ線を介して複数の太陽電池素子が連結され、さらに封止材で封止されて構成されていてもよい。
前記タブ線及び封止材としては特に制限されず、当業界で通常用いられているものから適宜選択することができる。
<Solar cell>
The solar cell of the present invention includes at least one of the solar cell elements, and is configured by arranging tab wires on the electrodes of the solar cell element. If necessary, the solar cell may be configured by connecting a plurality of solar cell elements via tab wires and further sealing with a sealing material.
The tab wire and the sealing material are not particularly limited, and can be appropriately selected from those usually used in the art.
<電極用ペースト組成物>
前記電極用ペースト組成物は、銅含有粒子の少なくとも1種と、ガラス粒子の少なくとも1種と、溶剤の少なくとも1種と、樹脂の少なくとも1種とを含み、必要に応じて、錫含有粒子、銀粒子等を更に含んで構成される。
かかる構成であることにより、大気中焼成時における銅の酸化が抑制され、抵抗率の低い電極を形成できる。さらに銅とシリコンを含む基板との反応物相の形成が抑制され、形成される電極とシリコン基板とが良好なオーミックコンタクトを形成できる。
<Paste composition for electrodes>
The electrode paste composition includes at least one kind of copper-containing particles, at least one kind of glass particles, at least one kind of solvent, and at least one kind of resin, and if necessary, tin-containing particles, It further comprises silver particles and the like.
With such a configuration, oxidation of copper during firing in the atmosphere is suppressed, and an electrode with low resistivity can be formed. Furthermore, formation of a reactant phase between the substrate containing copper and silicon is suppressed, and a good ohmic contact can be formed between the formed electrode and the silicon substrate.
(リン含有銅合金粒子)
前記電極ペースト組成物は、銅含有粒子としてリン含有銅合金粒子の少なくとも1種を含むことが好ましい。リン含有銅合金としては、リン銅ろう(リン濃度:7質量%程度以下)と呼ばれるろう付け材料が知られている。リン銅ろうは、銅と銅との接合剤としても用いられるものであるが、本発明の電極用ペースト組成物にリン含有銅合金粒子を用いることで、リンの銅酸化物に対する還元性を利用し、耐酸化性に優れ、体積抵抗率の低い電極を形成することができる。さらに電極の低温焼成が可能となり、プロセスコストを削減できるという効果を得ることができる。
(Phosphorus-containing copper alloy particles)
The electrode paste composition preferably includes at least one phosphorus-containing copper alloy particle as the copper-containing particle. As a phosphorus-containing copper alloy, a brazing material called phosphorus copper brazing (phosphorus concentration: about 7% by mass or less) is known. Phosphorus copper brazing is also used as a bonding agent between copper and copper, but by using phosphorus-containing copper alloy particles in the electrode paste composition of the present invention, the reductivity of phosphorus to copper oxide is utilized. In addition, an electrode having excellent oxidation resistance and low volume resistivity can be formed. Further, the electrode can be fired at a low temperature, and the effect that the process cost can be reduced can be obtained.
本発明におけるリン含有銅合金に含まれるリン含有率としては、耐酸化性と低抵抗率の観点から、リン含有率が6質量%以上8質量%以下であることが好ましく、6.3質量%以上7.8質量%以下であることがより好ましく、6.5質量%以上7.5質量%以下であることがより好ましい。リン含有銅合金に含まれるリン含有率が8質量%以下であることで、より低い抵抗率を達成可能であり、また、リン含有銅合金粒子の生産性に優れる。また6質量%以上であることで、より優れた耐酸化性を達成できる。 As the phosphorus content contained in the phosphorus-containing copper alloy in the present invention, the phosphorus content is preferably 6% by mass or more and 8% by mass or less from the viewpoint of oxidation resistance and low resistivity, and 6.3% by mass. The content is more preferably 7.8% by mass or less and more preferably 6.5% by mass or more and 7.5% by mass or less. When the phosphorus content contained in the phosphorus-containing copper alloy is 8% by mass or less, a lower resistivity can be achieved, and the productivity of the phosphorus-containing copper alloy particles is excellent. Moreover, the more outstanding oxidation resistance can be achieved because it is 6 mass% or more.
前記リン含有銅合金粒子は、銅とリンを含む合金であるが、他の原子をさらに含んでいてもよい。他の原子としては、例えば、Ag、Mn、Sb、Si、K、Na、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Be、Zn、Pb、Cd、Tl、V、Sn、Al、Zr、W、Mo、Ti、Co、Ni、及びAu等を挙げることができる。
また前記リン含有銅合金粒子に含まれる他の原子の含有率は、例えば、前記リン含有銅合金粒子中に3質量%以下とすることができ、耐酸化性と低抵抗率の観点から、1質量%以下であることが好ましい。
The phosphorus-containing copper alloy particles are an alloy containing copper and phosphorus, but may further contain other atoms. Examples of other atoms include Ag, Mn, Sb, Si, K, Na, Li, Ba, Sr, Ca, Mg, Be, Zn, Pb, Cd, Tl, V, Sn, Al, Zr, W, Examples include Mo, Ti, Co, Ni, and Au.
Moreover, the content rate of the other atom contained in the said phosphorus containing copper alloy particle can be 3 mass% or less in the said phosphorus containing copper alloy particle, for example, from a viewpoint of oxidation resistance and a low resistivity, it is 1 It is preferable that it is below mass%.
また本発明において、前記リン含有銅合金粒子は、1種単独でも又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。 In the present invention, the phosphorus-containing copper alloy particles may be used singly or in combination of two or more.
前記リン含有銅合金粒子の粒子径としては特に制限はないが、積算した重量が50%の場合における粒子径(以下、「D50%」と略記することがある)として、0.4μm〜10μmであることが好ましく、1μm〜7μmであることがより好ましい。0.4μm以上とすることで耐酸化性がより効果的に向上する。また10μm以下であることで電極中におけるリン含有銅合金粒子同士、または後述する錫含有粒子との接触面積が大きくなり、抵抗率がより効果的に低下する。尚、リン含有銅合金粒子の粒子径は、マイクロトラック粒度分布測定装置(日機装社製、MT3300型)によって測定される。
また前記リン含有銅合金粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
The particle diameter of the phosphorus-containing copper alloy particles is not particularly limited, but the particle diameter when the accumulated weight is 50% (hereinafter sometimes abbreviated as “D50%”) is 0.4 μm to 10 μm. It is preferable that the thickness is 1 μm to 7 μm. When the thickness is 0.4 μm or more, the oxidation resistance is more effectively improved. Moreover, the contact area with the phosphorus containing copper alloy particle | grains in an electrode or the tin containing particle | grains mentioned later becomes large because it is 10 micrometers or less, and a resistivity falls more effectively. The particle size of the phosphorus-containing copper alloy particles is measured by a microtrack particle size distribution measuring device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., MT3300 type).
Further, the shape of the phosphorus-containing copper alloy particles is not particularly limited, and may be any of a substantially spherical shape, a flat shape, a block shape, a plate shape, a scale shape, and the like, from the viewpoint of oxidation resistance and low resistivity. Therefore, it is preferably substantially spherical, flat, or plate-shaped.
電極用ペースト組成物におけるリン含有銅合金粒子の含有率は特に制限されない。低抵抗率の観点から、電極用ペースト組成物中に20質量%以上85質量%以下であることが好ましく、25質量%以上80質量%以下であることがより好ましく、30質量%以上75質量%以下であることがさらに好ましい。 The content rate of the phosphorus-containing copper alloy particles in the electrode paste composition is not particularly limited. From the viewpoint of low resistivity, it is preferably 20% by mass to 85% by mass in the electrode paste composition, more preferably 25% by mass to 80% by mass, and more preferably 30% by mass to 75% by mass. More preferably, it is as follows.
リン含有銅合金は、通常用いられる方法で製造することができる。また、リン含有銅合金粒子は、所望のリン含有率となるように調製したリン含有銅合金を用いて、金属粉末を調製する通常の方法を用いて調製することができ、例えば、水アトマイズ法を用いて定法により製造することができる。尚、水アトマイズ法の詳細については金属便覧(丸善(株)出版事業部)等の記載を参照することができる。
具体的には、リン含有銅合金を溶解し、これをノズル噴霧によって粉末化した後、得られた粉末を乾燥、分級することで、所望のリン含有銅合金粒子を製造することができる。また、分級条件を適宜選択することで所望の粒子径を有するリン含有銅合金粒子を製造することができる
The phosphorus-containing copper alloy can be produced by a commonly used method. Also, the phosphorus-containing copper alloy particles can be prepared using a normal method of preparing metal powder using a phosphorus-containing copper alloy prepared so as to have a desired phosphorus content, for example, a water atomization method Can be produced by a conventional method. For details of the water atomization method, the description of Metal Handbook (Maruzen Co., Ltd. Publishing Division) can be referred to.
Specifically, the desired phosphorus-containing copper alloy particles can be produced by dissolving the phosphorus-containing copper alloy, pulverizing this by nozzle spraying, and drying and classifying the obtained powder. Moreover, the phosphorus containing copper alloy particle | grains which have a desired particle diameter can be manufactured by selecting classification conditions suitably.
(錫含有粒子)
電極用ペースト組成物は、錫含有粒子の少なくとも1種を更に含むことが好ましい。銅含有粒子(好ましくは、リン含有銅合金粒子)に加えて、錫含有粒子を含むことにより、焼成処理において、抵抗率の低い電極を形成できる。
これは例えば以下のように考えることができる。リン含有銅合金粒子及び錫含有粒子を含む電極用ペースト組成物を用いて電極を形成する場合、リン含有銅合金粒子と錫含有粒子とが、焼成処理の際に互いに反応して、Cu−Sn合金相とSn−P−Oガラス相からなる電極を形成する。ここで前記Cu−Sn合金相は、電極内で緻密なバルク体を形成し、これが導電層として機能することで抵抗率の低い電極を形成できると考えられる。
尚、ここでいう緻密なバルク体とは、塊状のCu−Sn合金相が互いに密に接触し、三次元的に連続している構造を形成していることを意味する。
(Tin-containing particles)
The electrode paste composition preferably further contains at least one tin-containing particle. By including tin-containing particles in addition to copper-containing particles (preferably phosphorus-containing copper alloy particles), an electrode having a low resistivity can be formed in the firing treatment.
This can be considered as follows, for example. When forming an electrode using the paste composition for an electrode containing phosphorus-containing copper alloy particles and tin-containing particles, the phosphorus-containing copper alloy particles and the tin-containing particles react with each other during the firing treatment, and Cu-Sn An electrode composed of an alloy phase and a Sn—PO glass phase is formed. Here, it is considered that the Cu—Sn alloy phase forms a dense bulk body in the electrode and can function as a conductive layer to form an electrode with low resistivity.
Note that the term “dense bulk body” as used herein means that the massive Cu—Sn alloy phases are in close contact with each other to form a three-dimensional continuous structure.
またリン含有銅合金粒子及び錫含有粒子を含む電極用ペースト組成物を用いてシリコンを含む基板(以下、単に「シリコン基板」ともいう)上に電極を形成する場合、シリコン基板に対する密着性が高い電極を形成することができ、さらに電極とシリコン基板との良好なオーミックコンタクトを達成することができる。
これは例えば以下のように考えることができる。リン含有銅合金粒子と錫含有粒子とが、焼成工程で互いに反応して、Cu−Sn合金相とSn−P−Oガラス相からなる電極を形成する。上記Cu−Sn合金相が緻密なバルク体であるために、このSn−P−Oガラス相は、Cu−Sn合金相とシリコン基板との間に形成される。これによりCu−Sn合金相のシリコン基板に対する密着性が向上すると考えることができる。またSn−P−Oガラス相が、銅とシリコンとの相互拡散を防止するためのバリア層として機能することで、焼成して形成される電極とシリコン基板との良好なオーミックコンタクトが達成できると考えることができる。すなわち銅を含む電極とシリコンを直に接触して加熱したときに形成される反応相(Cu3Si)の形成を抑制し、半導体性能(例えば、pn接合特性)を劣化することなくシリコン基板との密着性を保ちながら、良好なオーミックコンタクトを発現することができると考えられる。
In addition, when an electrode is formed on a substrate containing silicon (hereinafter also simply referred to as “silicon substrate”) using an electrode paste composition containing phosphorus-containing copper alloy particles and tin-containing particles, the adhesion to the silicon substrate is high. An electrode can be formed, and a good ohmic contact between the electrode and the silicon substrate can be achieved.
This can be considered as follows, for example. The phosphorus-containing copper alloy particles and the tin-containing particles react with each other in the firing step to form an electrode composed of a Cu—Sn alloy phase and a Sn—P—O glass phase. Since the Cu—Sn alloy phase is a dense bulk body, this Sn—PO glass phase is formed between the Cu—Sn alloy phase and the silicon substrate. Thereby, it can be considered that the adhesion of the Cu—Sn alloy phase to the silicon substrate is improved. When the Sn—PO glass phase functions as a barrier layer for preventing mutual diffusion between copper and silicon, a good ohmic contact between the electrode formed by baking and the silicon substrate can be achieved. Can think. In other words, the formation of a reaction phase (Cu 3 Si) formed when an electrode containing copper and silicon are directly contacted and heated is suppressed, and the silicon substrate and the silicon substrate are not degraded without deteriorating semiconductor performance (for example, pn junction characteristics). It is considered that a good ohmic contact can be expressed while maintaining the adhesiveness.
このような効果は、シリコンを含む基板上にリン含有銅合金粒子及び錫含有粒子を含む電極用ペースト組成物を用いて電極を形成する場合であれば、一般的に発現するものであり、シリコンを含む基板の種類は特に制限されるものではない。 Such an effect is generally manifested when an electrode is formed using an electrode paste composition containing phosphorus-containing copper alloy particles and tin-containing particles on a substrate containing silicon. There are no particular restrictions on the type of substrate that contains.
すなわち本発明の好ましい態様においては、電極用ペースト組成物中にリン含有銅合金粒子と錫含有粒子を組み合わせることで、まずリン含有銅合金粒子中のリン原子の銅酸化物に対する還元性を利用し、耐酸化性に優れ、体積抵抗率の低い電極が形成される。次いでリン含有銅合金粒子と錫含有粒子との反応により、体積抵抗率を低く保ったままCu−Sn合金相からなる導電層とSn−P−Oガラス相とが形成される。そして例えば、Sn−P−Oガラス相が銅とシリコンの相互拡散を防止するためのバリア層として機能することで電極とシリコン基板との間に反応物相が形成されることを抑制し、銅電極との良好なオーミックコンタクトが形成されるという2つの特徴的な機構を、焼成処理で同時に実現できると考えることができる。 That is, in a preferred embodiment of the present invention, by combining the phosphorus-containing copper alloy particles and the tin-containing particles in the electrode paste composition, first, the reducibility of the phosphorus atoms in the phosphorus-containing copper alloy particles to the copper oxide is utilized. An electrode having excellent oxidation resistance and low volume resistivity is formed. Next, a reaction between the phosphorus-containing copper alloy particles and the tin-containing particles forms a conductive layer composed of a Cu—Sn alloy phase and a Sn—P—O glass phase while keeping the volume resistivity low. And, for example, the Sn—P—O glass phase functions as a barrier layer for preventing the mutual diffusion of copper and silicon, thereby suppressing the formation of a reactant phase between the electrode and the silicon substrate. It can be considered that two characteristic mechanisms that a good ohmic contact with the electrode is formed can be realized simultaneously by the baking treatment.
前記錫含有粒子としては、錫を含む粒子であれば特に制限はない。中でも、錫粒子及び錫合金粒子から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、錫粒子及び錫含有率が1質量%以上である錫合金粒子から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
錫粒子における錫の純度は特に制限されない。例えば錫粒子の純度は、95質量%以上とすることができ、97質量%以上であることが好ましく、99質量%以上であることが好ましい。
The tin-containing particles are not particularly limited as long as they contain tin. Among them, at least one selected from tin particles and tin alloy particles is preferable, and at least one selected from tin alloy particles having a tin content of 1% by mass or more is preferable.
The purity of tin in the tin particles is not particularly limited. For example, the purity of the tin particles can be 95% by mass or more, preferably 97% by mass or more, and preferably 99% by mass or more.
また錫合金粒子は、錫を含む合金粒子であれば合金の種類は特に制限されない。中でも、錫合金粒子の融点、及びリン含有銅合金粒子との反応性の観点から、錫の含有率が1質量%以上である錫合金粒子であることが好ましく、錫の含有率が3質量%以上である錫合金粒子であることがより好ましく、錫の含有率が5質量%以上である錫合金粒子であることがさらに好ましい。 The type of alloy is not particularly limited as long as the tin alloy particles are alloy particles containing tin. Among these, from the viewpoint of the melting point of the tin alloy particles and the reactivity with the phosphorus-containing copper alloy particles, the tin alloy particles preferably have a tin content of 1% by mass or more, and the tin content is 3% by mass. The tin alloy particles are more preferable, and tin alloy particles having a tin content of 5% by mass or more are more preferable.
錫合金粒子としては、例えば、Sn−Ag系合金、Sn−Cu系合金、Sn−Ag−Cu系合金、Sn−Ag−Sb系合金、Sn−Ag−Sb−Zn系合金、Sn−Ag−Cu−Zn系合金、Sn−Ag−Cu−Sb系合金、Sn−Ag−Bi系合金、Sn−Bi系合金、Sn−Ag−Cu−Bi系合金、Sn−Ag−In−Bi系合金、Sn−Sb系合金、Sn−Bi−Cu系合金、Sn−Bi−Cu−Zn系合金、Sn−Bi−Zn系合金、Sn−Bi−Sb−Zn系合金、Sn−Zn系合金、Sn−In系合金、SnーZn−In系合金、Sn−Pb系合金等が挙げられる。 Examples of the tin alloy particles include Sn-Ag alloys, Sn-Cu alloys, Sn-Ag-Cu alloys, Sn-Ag-Sb alloys, Sn-Ag-Sb-Zn alloys, Sn-Ag- Cu-Zn alloy, Sn-Ag-Cu-Sb alloy, Sn-Ag-Bi alloy, Sn-Bi alloy, Sn-Ag-Cu-Bi alloy, Sn-Ag-In-Bi alloy, Sn—Sb alloy, Sn—Bi—Cu alloy, Sn—Bi—Cu—Zn alloy, Sn—Bi—Zn alloy, Sn—Bi—Sb—Zn alloy, Sn—Zn alloy, Sn— In-based alloys, Sn-Zn-In-based alloys, Sn-Pb-based alloys, and the like can be given.
前記錫合金粒子のうち、特に、Sn−3.5Ag、Sn−0.7Cu、Sn−3.2Ag−0.5Cu、Sn−4Ag−0.5Cu、Sn−2.5Ag−0.8Cu−0.5Sb、Sn−2Ag−7.5Bi、Sn−3Ag−5Bi、Sn−58Bi、Sn−3.5Ag−3In−0.5Bi、Sn−3Bi−8Zn、Sn−9Zn、Sn−52In、Sn−40Pb等の錫合金粒子は、Snのもつ融点(232℃)と同じ、もしくはより低い融点をもつ。そのため、これら錫合金粒子は焼成の初期段階で溶融することで、リン含有銅合金粒子の表面を覆い、リン含有銅合金粒子と均一に反応することができるという点で、好適に用いることができる。尚、錫合金粒子における表記は、例えばSn−AX−BY−CZの場合は、錫合金粒子の中に、元素XがA質量%、元素YがB質量%、元素ZがC質量%含まれていることを示す。
本発明において、これらの錫含有粒子は1種単独で使用してもよく、又2種類以上を組み合わせて使用することもできる。
Among the tin alloy particles, in particular, Sn-3.5Ag, Sn-0.7Cu, Sn-3.2Ag-0.5Cu, Sn-4Ag-0.5Cu, Sn-2.5Ag-0.8Cu-0 .5Sb, Sn-2Ag-7.5Bi, Sn-3Ag-5Bi, Sn-58Bi, Sn-3.5Ag-3In-0.5Bi, Sn-3Bi-8Zn, Sn-9Zn, Sn-52In, Sn-40Pb Such tin alloy particles have the same or lower melting point as Sn (232 ° C.). Therefore, these tin alloy particles can be suitably used in that they can melt at the initial stage of firing to cover the surface of the phosphorus-containing copper alloy particles and react uniformly with the phosphorus-containing copper alloy particles. . For example, in the case of Sn-AX-BY-CZ, the notation in the tin alloy particle includes A mass% of element X, B mass% of element Y, and C mass% of element Z in the tin alloy particle. Indicates that
In the present invention, these tin-containing particles may be used alone or in combination of two or more.
前記錫含有粒子は、不可避的に混入する他の原子をさらに含んでいてもよい。不可避的に混入する他の原子としては、例えば、Ag、Mn、Sb、Si、K、Na、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Be、Zn、Pb、Cd、Tl、V、Al、Zr、W、Mo、Ti、Co、Ni、及びAu等を挙げることができる。
また前記錫含有粒子に含まれる他の原子の含有率は、例えば前記錫含有粒子中に3質量%以下とすることができ、融点及びリン含有銅合金粒子との反応性の観点から、1質量%以下であることが好ましい。
The tin-containing particles may further contain other atoms that are inevitably mixed. Examples of other atoms inevitably mixed include Ag, Mn, Sb, Si, K, Na, Li, Ba, Sr, Ca, Mg, Be, Zn, Pb, Cd, Tl, V, Al, and Zr. , W, Mo, Ti, Co, Ni, Au, and the like.
Moreover, the content rate of the other atom contained in the said tin containing particle | grain can be 3 mass% or less in the said tin containing particle | grain, for example, 1 mass from the viewpoint of melting | fusing point and the reactivity with phosphorus containing copper alloy particle | grains. % Or less is preferable.
前記錫含有粒子の粒子径としては特に制限はないが、積算した重量が50%の場合における粒子径(以下、「D50%」と略記することがある)として、0.5μm〜20μmであることが好ましく、1μm〜15μmであることがより好ましく、5μm〜15μmであることがさらに好ましい。0.5μm以上とすることで錫含有粒子自身の耐酸化性が向上する。また20μm以下であることで電極中におけるリン含有銅合金粒子との接触面積が大きくなり、リン含有銅合金粒子との反応が効果的に進む。
また前記錫含有粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
Although there is no restriction | limiting in particular as a particle diameter of the said tin content particle | grains, It is 0.5 micrometer-20 micrometers as a particle diameter (henceforth "D50%" may be abbreviated as "D50%") in case the accumulated weight is 50%. Is preferably 1 μm to 15 μm, more preferably 5 μm to 15 μm. When the thickness is 0.5 μm or more, the oxidation resistance of the tin-containing particles themselves is improved. Moreover, the contact area with the phosphorus containing copper alloy particle in an electrode becomes large because it is 20 micrometers or less, and reaction with phosphorus containing copper alloy particle advances effectively.
The shape of the tin-containing particles is not particularly limited, and may be any of a substantially spherical shape, a flat shape, a block shape, a plate shape, a scale shape, and the like, from the viewpoint of oxidation resistance and low resistivity. It is preferably substantially spherical, flat, or plate-shaped.
また電極用ペースト組成物が錫含有粒子を含む場合における錫含有粒子の含有率は特に制限されない。中でも、前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子及びの総含有率を100質量%としたときの錫含有粒子の含有率が、5質量%以上70質量%以下であることが好ましく、7質量%以上65質量%以下であることがより好ましく、9質量%以上60質量%以下であることがさらに好ましい。
錫含有粒子の含有率を5質量%以上とすることで、リン含有銅合金粒子との反応をより均一に生じさせることができる。また錫含有粒子を70質量%以下とすることで、充分な体積のCu−Sn合金相を形成することができ、電極の体積抵抗率がより低下する。
Moreover, the content rate of the tin-containing particles in the case where the electrode paste composition contains tin-containing particles is not particularly limited. Especially, it is preferable that the content rate of the tin containing particle when the total content rate of the said phosphorus containing copper alloy particle and the said tin containing particle | grain is 100 mass% is 5 mass% or more and 70 mass% or less, 7 mass % To 65% by mass, more preferably 9% to 60% by mass.
By making the content rate of a tin containing particle | grain 5 mass% or more, reaction with phosphorus containing copper alloy particle | grains can be produced more uniformly. Moreover, by setting the tin-containing particles to 70% by mass or less, a sufficient volume of the Cu—Sn alloy phase can be formed, and the volume resistivity of the electrode is further reduced.
(ガラス粒子)
電極用ペースト組成物は、ガラス粒子の少なくとも1種を含む。電極用ペースト組成物がガラス粒子を含むことにより、焼成時に電極部と基板との密着性が向上する。また。特に太陽電池受光面側の電極形成において、焼成時にいわゆるファイアースルーによって反射防止膜である窒化ケイ素膜が取り除かれ、電極とシリコン基板とのオーミックコンタクトが形成される。
(Glass particles)
The electrode paste composition includes at least one kind of glass particles. When the electrode paste composition contains glass particles, the adhesion between the electrode portion and the substrate is improved during firing. Also. In particular, in forming the electrode on the light-receiving surface side of the solar cell, the silicon nitride film as the antireflection film is removed by so-called fire-through during firing, and an ohmic contact between the electrode and the silicon substrate is formed.
前記ガラス粒子は、基板との密着性と電極の低抵抗率化の観点から、ガラス軟化点が650℃以下であって、結晶化開始温度が650℃を超えるガラスを含むガラス粒子であることが好ましい。尚、前記ガラス軟化点は、熱機械分析装置(TMA)を用いて通常の方法によって測定され、また前記結晶化開始温度は、示差熱−熱重量分析装置(TG−DTA)を用いて通常の方法によって測定される。 The glass particles are glass particles containing glass having a glass softening point of 650 ° C. or lower and a crystallization start temperature exceeding 650 ° C. from the viewpoint of adhesion to the substrate and reduction in resistivity of the electrode. preferable. The glass softening point is measured by a normal method using a thermomechanical analyzer (TMA), and the crystallization start temperature is measured using a differential thermal-thermogravimetric analyzer (TG-DTA). Measured by method.
電極用ペースト組成物を太陽電池受光面側の電極として使用する場合は、前記ガラス粒子は、電極形成温度で軟化・溶融し、接触した窒化ケイ素膜を酸化し、酸化された二酸化ケイ素を取り込むことで、反射防止膜を除去可能なものであれば、当該技術分野において通常用いられるガラス粒子を特に制限なく用いることができる。 When the electrode paste composition is used as an electrode on the solar cell light-receiving surface side, the glass particles soften and melt at the electrode formation temperature, oxidize the contacted silicon nitride film, and incorporate the oxidized silicon dioxide. As long as the antireflection film can be removed, glass particles usually used in the technical field can be used without particular limitation.
一般に電極用ペースト組成物に含まれるガラス粒子は、二酸化ケイ素を効率よく取り込み可能であることから鉛を含むガラスから構成される。このような鉛を含むガラスとしては、例えば、特許第03050064号公報等に記載のものを挙げることができ、本発明においてもこれらを好適に使用することができる。
また本発明においては、環境に対する影響を考慮すると、鉛を実質的に含まない鉛フリーガラスを用いることが好ましい。鉛フリーガラスとしては、例えば、特開2006−313744号公報の段落番号0024〜0025に記載の鉛フリーガラスや、特開2009−188281号公報等に記載の鉛フリーガラスを挙げることができ、これらの鉛フリーガラスから適宜選択して本発明に適用することもまた好ましい。
Generally, the glass particles contained in the electrode paste composition are composed of glass containing lead because silicon dioxide can be efficiently taken up. Examples of such glass containing lead include those described in Japanese Patent No. 03050064, and these can also be suitably used in the present invention.
In the present invention, it is preferable to use lead-free glass that does not substantially contain lead in consideration of the influence on the environment. Examples of the lead-free glass include lead-free glass described in paragraph numbers 0024 to 0025 of JP-A-2006-313744 and lead-free glass described in JP-A 2009-188281. It is also preferable that the lead-free glass is appropriately selected and applied to the present invention.
また、電極用ペースト組成物を太陽電池受光面側の電極以外、例えば裏面取出し電極、バックコンタクト型太陽電池セルにおけるスルーホール電極及び裏面電極として用いる場合には、ガラス軟化点が650℃以下であって、結晶化開始温度が650℃を超えるガラスを含むガラス粒子であれば、上記鉛のようなファイアースルーに必要な成分を含むことなく用いることができる。 In addition, when the electrode paste composition is used as an electrode other than the electrode on the light-receiving surface side of the solar cell, for example, a back surface extraction electrode, a through-hole electrode or a back electrode in a back contact solar cell, the glass softening point is 650 ° C. or lower. Any glass particles containing glass having a crystallization start temperature exceeding 650 ° C. can be used without including components necessary for fire-through such as lead.
電極用ペースト組成物に用いられるガラス粒子を構成するガラス成分としては、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化リン(P2O5)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ホウ素(B2O3)、酸化バナジウム(V2O5)、酸化カリウム(K2O)、酸化ビスマス(Bi2O3)、酸化ナトリウム(Na2O)、酸化リチウム(Li2O)、酸化バリウム(BaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ベリリウム(BeO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化鉛(PbO)、酸化カドミウム(CdO)、酸化スズ(SnO)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化タングステン(WO3)、酸化モリブデン(MoO3)、酸化ランタン(La2O3)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化チタン(TiO2)、酸化ゲルマニウム(GeO2)、酸化テルル(TeO2)、酸化ルテチウム(Lu2O3)、酸化アンチモン(Sb2O3)、酸化銅(CuO)、酸化鉄(FeO)、酸化銀(AgO)及び酸化マンガン(MnO)が挙げられる。 As the glass component constituting the glass particles used in the electrode paste composition, silicon dioxide (SiO 2), phosphorus oxide (P 2 O 5), aluminum oxide (Al 2 O 3), boron oxide (B 2 O 3 ), Vanadium oxide (V 2 O 5 ), potassium oxide (K 2 O), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), sodium oxide (Na 2 O), lithium oxide (Li 2 O), barium oxide (BaO), Strontium oxide (SrO), calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), beryllium oxide (BeO), zinc oxide (ZnO), lead oxide (PbO), cadmium oxide (CdO), tin oxide (SnO), zirconium oxide (ZrO 2), tungsten oxide (WO 3), molybdenum oxide (MoO 3), lanthanum oxide (La 2 O 3) Niobium oxide (Nb 2 O 5), tantalum oxide (Ta 2 O 5), yttrium oxide (Y 2 O 3), titanium oxide (TiO 2), germanium oxide (GeO 2), tellurium oxide (TeO 2), lutetium oxide (Lu 2 O 3 ), antimony oxide (Sb 2 O 3 ), copper oxide (CuO), iron oxide (FeO), silver oxide (AgO), and manganese oxide (MnO).
中でも、SiO2、P2O5、Al2O3、B2O3、V2O5、Bi2O3、ZnO、及びPbOから選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。具体的には、ガラス成分として、SiO2、PbO、B2O3、Bi2O3及びAl2O3を含むものが挙げられる。このようなガラス粒子の場合には、軟化点が効果的に低下し、さらにリン含有銅合金粒子及び必要に応じて添加された銀粒子との濡れ性が向上するため、焼成過程での前記粒子間の焼結が進み、抵抗率の低い電極を形成することができる。 Among these, it is preferable to use at least one selected from SiO 2 , P 2 O 5 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , V 2 O 5 , Bi 2 O 3 , ZnO, and PbO. Specifically, as a glass component, include those containing SiO 2, PbO, B 2 O 3, Bi 2 O 3 and Al 2 O 3. In the case of such glass particles, the softening point is effectively reduced, and the wettability with the phosphorus-containing copper alloy particles and the silver particles added as necessary is improved. Sintering progresses, and an electrode with low resistivity can be formed.
他方、低接触抵抗率の観点からは、五酸化二リンを含むガラス粒子(リン酸ガラス、P2O5系ガラス粒子)であることが好ましく、五酸化二リンに加えて五酸化二バナジウムを更に含むガラス粒子(P2O5−V2O5系ガラス粒子)であることがより好ましい。五酸化二バナジウムを更に含むことで、耐酸化性がより向上し、電極の抵抗率がより低下する。これは、例えば、五酸化二バナジウムを更に含むことでガラスの軟化点が低下することに起因すると考えることができる。五酸化二リン−五酸化二バナジウム系ガラス粒子(P2O5−V2O5系ガラス粒子)を用いる場合、五酸化二バナジウムの含有率としては、ガラスの全質量中に1質量%以上であることが好ましく、1質量%〜70質量%であることがより好ましい。 On the other hand, from the viewpoint of low contact resistivity, glass particles containing phosphorous pentoxide (phosphate glass, P 2 O 5 glass particles) are preferable. In addition to diphosphorus pentoxide, divanadium pentoxide is used. and more preferably further comprises glass particles (P 2 O 5 -V 2 O 5 -based glass particles). By further containing divanadium pentoxide, the oxidation resistance is further improved, and the resistivity of the electrode is further reduced. This can be attributed to, for example, that the softening point of the glass is lowered by further containing divanadium pentoxide. When diphosphorus pentoxide-divanadium pentoxide glass particles (P 2 O 5 —V 2 O 5 glass particles) are used, the content of divanadium pentoxide is 1% by mass or more in the total mass of the glass. It is preferable that it is 1 mass%-70 mass%.
前記ガラス粒子の粒子径としては特に制限はないが、積算した重量が50%である場合における粒子径(D50%)が、0.5μm以上10μm以下であることが好ましく、0.8μm以上8μm以下であることがより好ましい。0.5μm以上とすることで電極用ペースト組成物作製時の作業性が向上する。また10μm以下であることで、電極用ペースト組成物中に均一に分散し、焼成工程で効率よくファイアースルーを生じることができ、さらにシリコン基板との密着性も向上する。
また前記ガラス粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
The particle diameter of the glass particles is not particularly limited, but the particle diameter (D50%) when the integrated weight is 50% is preferably 0.5 μm or more and 10 μm or less, and 0.8 μm or more and 8 μm or less. It is more preferable that When the thickness is 0.5 μm or more, workability at the time of preparing the electrode paste composition is improved. Moreover, when it is 10 μm or less, it can be uniformly dispersed in the electrode paste composition, fire-through can be efficiently generated in the firing step, and adhesion to the silicon substrate is also improved.
Further, the shape of the glass particles is not particularly limited, and may be any of a substantially spherical shape, a flat shape, a block shape, a plate shape, a scale shape, and the like, from the viewpoint of oxidation resistance and low resistivity. A spherical shape, a flat shape, or a plate shape is preferable.
前記ガラス粒子の含有率としては電極用ペースト組成物の全質量中に0.1質量%〜10質量%であることが好ましく、0.5質量%〜8質量%であることがより好ましく、1質量%〜8質量%であることがさらに好ましい。かかる範囲の含有率でガラス粒子を含むことで、より効果的に耐酸化性、電極の低抵抗率化、及び低接触抵抗化が達成され、また前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子との反応を促進させることができる。 The content of the glass particles is preferably 0.1% by mass to 10% by mass, more preferably 0.5% by mass to 8% by mass, based on the total mass of the electrode paste composition. More preferably, the content is from 8% by mass to 8% by mass. By including glass particles in such a content ratio, oxidation resistance, lower electrode resistivity, and lower contact resistance can be achieved more effectively, and the phosphorus-containing copper alloy particles and the tin-containing particles The reaction of can be promoted.
(溶剤及び樹脂)
電極用ペースト組成物は、溶剤の少なくとも1種と樹脂の少なくとも1種とを含む。これにより電極用ペースト組成物の液物性(例えば、粘度、表面張力等)を、シリコン基板等に付与する際の付与方法に応じて必要とされる液物性に調整することができる。
(Solvent and resin)
The electrode paste composition includes at least one solvent and at least one resin. Thereby, the liquid physical property (for example, a viscosity, surface tension, etc.) of the paste composition for electrodes can be adjusted to the required liquid physical property according to the application | coating method at the time of providing to a silicon substrate etc.
前記溶剤としては特に制限はない。例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエンなどの炭化水素系溶剤;ジクロロエチレン、ジクロロエタン、ジクロロベンゼンなどの塩素化炭化水素系溶剤;テトラヒドロフラン、フラン、テトラヒドロピラン、ピラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、トリオキサンなどの環状エーテル系溶剤;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶剤;ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶剤;エタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、ジアセトンアルコールなどのアルコール系化合物;2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノアセテート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノプロピオレート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノブチレート、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、2,2,4−トリエチル−1,3−ペンタンジオールモノアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどの多価アルコールのエステル系溶剤;ブチルセロソルブ、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルなとの多価アルコールのエーテル系溶剤;α−テルピネン、α−テルピネオール、ミルセン、アロオシメン、リモネン、ジペンテン、α−ピネン、β−ピネン、ターピネオール、カルボン、オシメン、フェランドレンなどのテルペン系溶剤、及びこれらの混合物が挙げられる。 There is no restriction | limiting in particular as said solvent. For example, hydrocarbon solvents such as hexane, cyclohexane and toluene; chlorinated hydrocarbon solvents such as dichloroethylene, dichloroethane and dichlorobenzene; cyclics such as tetrahydrofuran, furan, tetrahydropyran, pyran, dioxane, 1,3-dioxolane and trioxane Ether solvents; amide solvents such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide; sulfoxide solvents such as dimethyl sulfoxide and diethyl sulfoxide; ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone and cyclohexanone; ethanol; Alcohol compounds such as 2-propanol, 1-butanol, diacetone alcohol; 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoacetate, 2,2,4- Limethyl-1,3-pentanediol monopropiolate, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monobutyrate, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate, Ester solvents of polyhydric alcohols such as 2,2,4-triethyl-1,3-pentanediol monoacetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate; butyl cellosolve, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol diethyl ether Ether solvents of dihydric alcohols: α-terpinene, α-terpineol, myrcene, alloocimene, limonene, dipentene, α-pinene, β-pinene, terpineol, carvone, osimene, ferrand And terpene solvents such as len and mixtures thereof.
前記溶剤としては、電極用ペースト組成物をシリコン基板に形成する際の塗布性、印刷性の観点から、多価アルコールのエステル系溶剤、テルペン系溶剤、及び多価アルコールのエーテル系溶剤から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、多価アルコールのエステル系溶剤及びテルペン系溶剤から選ばれる少なくとも1種であることがより好ましい。
また前記溶剤は1種単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The solvent is selected from polyhydric alcohol ester solvents, terpene solvents, and polyhydric alcohol ether solvents from the viewpoints of coatability and printability when forming an electrode paste composition on a silicon substrate. It is preferably at least one, more preferably at least one selected from polyhydric alcohol ester solvents and terpene solvents.
Moreover, the said solvent may be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
また前記樹脂としては焼成によって熱分解されうる樹脂であれば、当該技術分野において通常用いられる樹脂を特に制限なく用いることができる。具体的には例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ニトロセルロースなどのセルロース系樹脂;ポリビニルアルコール類;ポリビニルピロリドン類;アクリル樹脂;酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体;ポリビニルブチラール等のブチラール樹脂;フェノール変性アルキド樹脂、ひまし油脂肪酸変性アルキド樹脂のようなアルキド樹脂;エポキシ樹脂;フェノール樹脂;ロジンエステル樹脂等を挙げることができる。 As the resin, any resin that is usually used in the technical field can be used without particular limitation as long as it can be thermally decomposed by firing. Specifically, for example, cellulose resins such as methylcellulose, ethylcellulose, carboxymethylcellulose, and nitrocellulose; polyvinyl alcohols; polyvinylpyrrolidones; acrylic resins; vinyl acetate-acrylic acid ester copolymers; butyral resins such as polyvinyl butyral; phenol Examples thereof include alkyd resins such as modified alkyd resins and castor oil fatty acid modified alkyd resins; epoxy resins; phenol resins; rosin ester resins.
前記樹脂としては、焼成時における消失性の観点から、セルロース系樹脂、及びアクリル樹脂から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
また本発明において前記樹脂は1種単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The resin is preferably at least one selected from cellulosic resins and acrylic resins from the viewpoint of disappearance during firing.
In the present invention, the resins may be used alone or in combination of two or more.
また前記樹脂の重量平均分子量は特に制限されない。中でも重量平均分子量は5000以上500000以上が好ましく、10000以上300000以下であることがより好ましい。前記樹脂の重量平均分子量が5000以上であると、電極用ペースト組成物の粘度が増加することを抑制できる。これは例えばリン含有銅合金粒子及び錫含有粒子に吸着させたときの立体的な反発作用が不足し、粒子同士が凝集してしまうためと考えることができる。一方、樹脂の重量平均分子量が500000以下であると、樹脂同士が溶剤中で凝集することが抑制され、電極用ペースト組成物の粘度が増加することを抑制できる。
またこれに加え樹脂の重量平均分子量が500000以下であると、樹脂の燃焼温度が高くなることが抑制され、電極用ペースト組成物を焼成する際に樹脂が完全に燃焼されず異物として残存することが抑制され、電極をより低抵抗に構成することができる。
The weight average molecular weight of the resin is not particularly limited. Among these, the weight average molecular weight is preferably from 5,000 to 500,000, and more preferably from 10,000 to 300,000. It can suppress that the viscosity of the paste composition for electrodes increases that the weight average molecular weight of the said resin is 5000 or more. This may be because, for example, the three-dimensional repulsion when adsorbed to phosphorus-containing copper alloy particles and tin-containing particles is insufficient, and the particles aggregate. On the other hand, when the weight average molecular weight of the resin is 500000 or less, aggregation of the resins in the solvent is suppressed, and increase in the viscosity of the electrode paste composition can be suppressed.
In addition, if the weight average molecular weight of the resin is 500,000 or less, it is suppressed that the resin combustion temperature becomes high, and the resin is not completely burned when the electrode paste composition is fired, and remains as a foreign substance. Is suppressed, and the electrode can be configured to have a lower resistance.
電極用ペースト組成物において、前記溶剤と前記樹脂の含有率は、所望の液物性と使用する溶剤及び樹脂の種類に応じて適宜選択することができる。例えば、溶剤と樹脂の総含有率が、電極用ペースト組成物の全質量中に3質量%以上29.9質量%以下であることが好ましく、5質量%以上25質量%以下であることがより好ましく、7質量%以上20質量%以下であることがさらに好ましい。
溶剤と樹脂の総含有率が前記範囲内であることにより、電極用ペースト組成物をシリコン基板に付与する際の付与適性が良好になり、所望の幅及び高さを有する電極をより容易に形成することができる。
In the electrode paste composition, the content of the solvent and the resin can be appropriately selected according to the desired liquid physical properties and the type of solvent and resin used. For example, the total content of the solvent and the resin is preferably 3% by mass or more and 29.9% by mass or less, and more preferably 5% by mass or more and 25% by mass or less, based on the total mass of the electrode paste composition. Preferably, it is 7 mass% or more and 20 mass% or less.
When the total content of the solvent and the resin is within the above range, the application suitability when applying the electrode paste composition to the silicon substrate is improved, and an electrode having a desired width and height is more easily formed. can do.
さらに電極用ペースト組成物においては、耐酸化性と電極の低抵抗率の観点から、リン含有銅合金粒子及び錫含有粒子の総含有率が70質量%以上94質量%以下であって、ガラス粒子の含有率が0.1質量%以上10質量%以下であって、溶剤及び樹脂の総含有率が3質量%以上29.9質量%以下であることが好ましく、リン含有銅合金粒子及び錫含有粒子の総含有率が74質量%以上88質量%以下であって、ガラス粒子の含有率が0.5質量%以上8質量%以下であって、溶剤及び樹脂の総含有率が7質量%以上20質量%以下であることがより好ましく、リン含有銅合金粒子及び錫含有粒子の総含有率が74質量%以上88質量%以下であって、ガラス粒子の含有率が1質量%以上8質量%以下であって、溶剤及び樹脂の総含有率が7質量%以上20質量%以下であることがさらに好ましい。 Further, in the electrode paste composition, from the viewpoint of oxidation resistance and low resistivity of the electrode, the total content of the phosphorus-containing copper alloy particles and the tin-containing particles is 70% by mass or more and 94% by mass or less, and the glass particles Is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, and the total content of the solvent and the resin is preferably 3% by mass or more and 29.9% by mass or less. The total particle content is 74% by mass or more and 88% by mass or less, the glass particle content is 0.5% by mass or more and 8% by mass or less, and the total content of the solvent and the resin is 7% by mass or more. More preferably, the total content of the phosphorus-containing copper alloy particles and the tin-containing particles is 74 mass% or more and 88 mass% or less, and the glass particle content is 1 mass% or more and 8 mass% or less. The total content of solvent and resin It is more preferably 7% by mass or more to 20% by weight.
(銀粒子)
電極用ペースト組成物は、銀粒子を更に含むことが好ましい。銀粒子を含むことで耐酸化性がより向上し、電極としての抵抗率がより低下する。また、電極用ペースト組成物がリン含有銅合金粒子及び錫含有粒子を含む場合、リン含有銅合金粒子と錫含有粒子との反応によって生成したSn−P−O系ガラス相の中にAg粒子が析出することで、電極層の中のCu−Sn合金相とシリコン基板間のオーミックコンタクト性がより向上する。さらに太陽電池モジュールとした場合のはんだ接続性が向上するという効果も得られる。
(Silver particles)
The electrode paste composition preferably further contains silver particles. By containing silver particles, the oxidation resistance is further improved, and the resistivity as an electrode is further reduced. In addition, when the electrode paste composition includes phosphorus-containing copper alloy particles and tin-containing particles, Ag particles are contained in the Sn—PO system glass phase generated by the reaction between the phosphorus-containing copper alloy particles and the tin-containing particles. By precipitating, the ohmic contact property between the Cu—Sn alloy phase in the electrode layer and the silicon substrate is further improved. Furthermore, the effect that the solder connection property at the time of setting it as a solar cell module improves is also acquired.
前記銀粒子を構成する銀は、不可避的に混入する他の原子を含んでいてもよい。不可避的に混入する他の原子としては、例えば、Sb、Si、K、Na、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Be、Zn、Pb、Cd、Tl、V、Sn、Al、Zr、W、Mo、Ti、Co、Ni、及びAu等を挙げることができる。
また前記銀粒子に含まれる他の原子の含有率は、例えば銀粒子中に3質量%以下とすることができ、融点及び電極の低抵抗率化の観点から、1質量%以下であることが好ましい。
The silver which comprises the said silver particle may contain the other atom mixed unavoidable. As other atoms inevitably mixed, for example, Sb, Si, K, Na, Li, Ba, Sr, Ca, Mg, Be, Zn, Pb, Cd, Tl, V, Sn, Al, Zr, W , Mo, Ti, Co, Ni, Au, and the like.
Moreover, the content rate of the other atom contained in the said silver particle can be 3 mass% or less in a silver particle, for example, and it is 1 mass% or less from a viewpoint of melting | fusing point and the low resistivity of an electrode. preferable.
前記銀粒子の粒子径としては特に制限はないが、積算した重量が50%である場合における粒子径(D50%)が、0.4μm以上10μm以下であることが好ましく、1μm以上7μm以下であることがより好ましい。0.4μm以上とすることでより効果的に耐酸化性が向上する。また10μm以下であることで電極中における銀粒子とリン含有銅合金粒子及び錫含有粒子との接触面積が大きくなり、抵抗率がより効果的に低下する。
また前記銀粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
The particle diameter of the silver particles is not particularly limited, but the particle diameter (D50%) when the accumulated weight is 50% is preferably 0.4 μm or more and 10 μm or less, and is 1 μm or more and 7 μm or less. It is more preferable. When the thickness is 0.4 μm or more, the oxidation resistance is more effectively improved. Moreover, the contact area of the silver particle, phosphorus containing copper alloy particle | grains, and tin containing particle | grains in an electrode becomes large because it is 10 micrometers or less, and resistivity falls more effectively.
Further, the shape of the silver particles is not particularly limited, and may be any of a substantially spherical shape, a flat shape, a block shape, a plate shape, a scale shape, and the like, from the viewpoint of oxidation resistance and low resistivity. A spherical shape, a flat shape, or a plate shape is preferable.
また電極用ペースト組成物が銀粒子を含む場合における銀粒子の含有率としては、前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子及び前記銀粒子の総含有率を100質量%としたときの銀粒子の含有率が0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上8質量%以下であることがより好ましい。 Moreover, as a content rate of the silver particle in the case where the paste composition for an electrode contains silver particles, the silver particles when the total content rate of the phosphorus-containing copper alloy particles, the tin-containing particles, and the silver particles is 100% by mass Is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or more and 8% by mass or less.
また電極用ペースト組成物は、耐酸化性、電極の低抵抗率化、シリコン基板への塗布性の観点から、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子を含み、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が70質量%以上94質量%以下であることが好ましく、74質量%以上88質量%以下であることがより好ましい。リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が70質量%以上であることで、電極用ペースト組成物を付与する際に好適な粘度を容易に達成することができる。またリン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が94質量%以下であることで、電極用ペースト組成物を付与する際のかすれの発生をより効果的に抑制することができる。 Further, the electrode paste composition includes phosphorus-containing copper alloy particles, tin-containing particles and silver particles, from the viewpoint of oxidation resistance, low resistivity of the electrode, and applicability to a silicon substrate, and includes phosphorus-containing copper alloy particles, The total content of tin-containing particles and silver particles is preferably 70% by mass or more and 94% by mass or less, and more preferably 74% by mass or more and 88% by mass or less. When the total content of the phosphorus-containing copper alloy particles, tin-containing particles, and silver particles is 70% by mass or more, a suitable viscosity can be easily achieved when the electrode paste composition is applied. Moreover, generation | occurrence | production of the glaze at the time of providing the paste composition for electrodes can be suppressed more effectively because the total content rate of phosphorus containing copper alloy particle | grains, tin containing particle | grains, and silver particle | grains is 94 mass% or less. .
さらに電極用ペースト組成物がリン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子を含む場合、耐酸化性と電極の低抵抗率の観点から、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が70質量%以上94質量%以下であって、ガラス粒子の含有率が0.1質量%以上10質量%以下であって、溶剤及び樹脂の総含有率が3質量%以上29.9質量%以下であることが好ましく、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が74質量%以上88質量%以下であって、ガラス粒子の含有率が0.5質量%以上8質量%以下であって、溶剤及び樹脂の総含有率が7質量%以上20質量%以下であることがより好ましく、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が74質量%以上88質量%以下であって、ガラス粒子の含有率が1質量%以上8質量%以下であって、溶剤及び樹脂の総含有率が7質量%以上20質量%以下であることがさらに好ましい。 Furthermore, when the electrode paste composition contains phosphorus-containing copper alloy particles, tin-containing particles and silver particles, from the viewpoint of oxidation resistance and low resistivity of the electrode, the total of phosphorus-containing copper alloy particles, tin-containing particles and silver particles The content is 70% by mass to 94% by mass, the glass particle content is 0.1% by mass to 10% by mass, and the total content of the solvent and the resin is 3% by mass to 29.9%. The total content of phosphorus-containing copper alloy particles, tin-containing particles and silver particles is preferably 74% by mass or more and 88% by mass or less, and the glass particle content is 0.5% by mass or more. More preferably, the total content of the solvent and the resin is 7% by mass or more and 20% by mass or less, and the total content of the phosphorus-containing copper alloy particles, the tin-containing particles, and the silver particles is 74% by mass. % To 88% by mass of glass particles Content is not more than 8 mass% to 1 mass%, it is more preferable that the total content of the solvent and the resin is 20 mass% or less 7 mass% or more.
(フラックス)
電極用ペースト組成物は、フラックスの少なくとも1種をさらに含むことができる。フラックスを含むことでリン含有銅合金粒子の表面に形成された酸化膜を除去し、焼成中のリン含有銅合金粒子の還元反応を促進させることができる。また焼成中の錫含有粒子の溶融も進むためリン含有銅合金粒子との反応が進み、結果として耐酸化性がより向上し、形成される電極の抵抗率がより低下する。さらに電極材とシリコン基板の密着性が向上するという効果も得られる。
(flux)
The electrode paste composition may further include at least one flux. By including the flux, the oxide film formed on the surface of the phosphorus-containing copper alloy particles can be removed, and the reduction reaction of the phosphorus-containing copper alloy particles during firing can be promoted. Further, since the melting of the tin-containing particles during firing proceeds, the reaction with the phosphorus-containing copper alloy particles proceeds, and as a result, the oxidation resistance is further improved and the resistivity of the formed electrode is further decreased. Furthermore, the effect that the adhesiveness of an electrode material and a silicon substrate improves is also acquired.
本発明におけるフラックスとしては、リン含有銅合金粒子の表面に形成された酸化膜を除去可能で、錫含有粒子の溶融を促進するものであれば特に制限はない。具体的には例えば、脂肪酸、ホウ酸化合物、フッ化化合物、及びホウフッ化化合物等を好ましいフラックスとして挙げることができる。 The flux in the present invention is not particularly limited as long as it can remove the oxide film formed on the surface of the phosphorus-containing copper alloy particles and promote the melting of the tin-containing particles. Specifically, for example, fatty acids, boric acid compounds, fluorinated compounds, borofluorinated compounds and the like can be mentioned as preferred fluxes.
フラックスとしてより具体的には、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ソルビン酸、ステアロール酸、プロピオン酸、酸化ホウ素、ホウ酸カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸リチウム、ホウフッ化カリウム、ホウフッ化ナトリウム、ホウフッ化リチウム、酸性フッ化カリウム、酸性フッ化ナトリウム、酸性フッ化リチウム、フッ化カリウム、フッ化ナトリウム、フッ化リチウム等が挙げられる。
中でも、電極材焼成時の耐熱性(フラックスが焼成の低温時に揮発しない特性)及びリン含有銅合金粒子の耐酸化性補完の観点から、ホウ酸カリウム及びホウフッ化カリウムが特に好ましいフラックスとして挙げられる。
本発明においてこれらのフラックスは、それぞれ1種単独で使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用することもできる。
More specifically, the flux includes lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, sorbic acid, stearic acid, propionic acid, boron oxide, potassium borate, sodium borate, lithium borate, potassium borofluoride, borofluoride. Sodium fluoride, lithium borofluoride, acidic potassium fluoride, acidic sodium fluoride, acidic lithium fluoride, potassium fluoride, sodium fluoride, lithium fluoride and the like can be mentioned.
Among these, potassium borate and potassium borofluoride are particularly preferable fluxes from the viewpoints of heat resistance at the time of firing the electrode material (characteristic that the flux does not volatilize at low temperatures during firing) and supplementing the oxidation resistance of the phosphorus-containing copper alloy particles.
In the present invention, each of these fluxes may be used alone or in combination of two or more.
本発明の電極用ペースト組成物がフラックスを含む場合におけるフラックスの含有率としては、リン含有銅合金粒子の耐酸化性を効果的に発現させ、錫含有粒子の溶融を促進させる観点及び電極材の焼成完了時にフラックスが除去された部分の空隙率低減の観点から、電極用ペースト組成物の全質量中に、0.1質量%〜5質量%であることが好ましく、0.3質量%〜4質量%であることがより好ましく、0.5質量%〜3.5質量%であることがさらに好ましく、0.7〜3質量%であることが特に好ましく、1質量%〜2.5質量%であることが極めて好ましい。 In the case where the electrode paste composition of the present invention contains a flux, the flux content is such that the oxidation resistance of the phosphorus-containing copper alloy particles is effectively expressed and the melting of the tin-containing particles is promoted and the electrode material From the viewpoint of reducing the porosity of the part from which the flux has been removed upon completion of firing, it is preferably 0.1% by mass to 5% by mass in the total mass of the electrode paste composition, and 0.3% by mass to 4%. More preferably, it is more preferably 0.5% by mass to 3.5% by mass, particularly preferably 0.7% by mass to 3% by mass, and 1% by mass to 2.5% by mass. It is very preferable that
(その他の成分)
本発明の電極用ペースト組成物は、上述した成分に加え、必要に応じて、当該技術分野で通常用いられるその他の成分をさらに含むことができる。その他の成分としては、例えば、可塑剤、分散剤、界面活性剤、無機結合剤、金属酸化物、セラミック、有機金属化合物等を挙げることができる。
(Other ingredients)
In addition to the components described above, the electrode paste composition of the present invention can further contain other components that are usually used in the technical field, if necessary. Examples of other components include a plasticizer, a dispersant, a surfactant, an inorganic binder, a metal oxide, a ceramic, and an organometallic compound.
本発明の電極用ペースト組成物の製造方法としては特に制限はない。前記リン含有銅合金粒子、前記錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤、樹脂、及び必要に応じて含まれる銀粒子等を、通常用いられる分散・混合方法を用いて、分散・混合することで製造することができる。
分散・混合方法は特に制限されず、通常用いられる分散・混合方法から適宜選択して適用することができる。
There is no restriction | limiting in particular as a manufacturing method of the paste composition for electrodes of this invention. Produced by dispersing and mixing the phosphorus-containing copper alloy particles, the tin-containing particles, the glass particles, the solvent, the resin, and the silver particles contained as required, using a commonly used dispersion / mixing method. be able to.
The dispersion / mixing method is not particularly limited, and can be appropriately selected and applied from commonly used dispersion / mixing methods.
前記電極用ペースト組成物は、表面塗布性及び成形性の観点から、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み、25℃における粘度が20Pa・s〜1000Pa・sの範囲であることが好ましく、前記粘度が、25Pa・s〜800Pa・sの範囲であることがより好ましく、30Pa・s〜600Pa・sの範囲であることがさらに好ましい。
前記粘度が20Pa・s未満では電極ペースト付与時にダレが発生するなどして、所望の形状に付与することができない場合がある。また1000Pa・sを超えると流動性が不十分で、付与をスクリーン印刷で行う場合には印刷マスクの目詰まりが発生したり、付与をインクジェットで行う場合にはノズルの目詰まりなどが発生したりして、付与が困難になる場合がある。
尚、電極用ペースト組成物の粘度は、ブルックフィールドHBT粘度計を用いて25℃で測定される。
The electrode paste composition contains phosphorus-containing copper alloy particles, tin-containing particles, glass particles, a solvent and a resin, and has a viscosity at 25 ° C. of 20 Pa · s to 1000 Pa · s from the viewpoint of surface coating properties and moldability. The viscosity is preferably in the range, more preferably in the range of 25 Pa · s to 800 Pa · s, and still more preferably in the range of 30 Pa · s to 600 Pa · s.
If the viscosity is less than 20 Pa · s, sagging may occur when the electrode paste is applied, and the desired shape may not be applied. In addition, when it exceeds 1000 Pa · s, the fluidity is insufficient, and clogging of the printing mask occurs when the application is performed by screen printing, or nozzle clogging occurs when the application is performed by inkjet. Thus, it may be difficult to grant.
The viscosity of the electrode paste composition is measured at 25 ° C. using a Brookfield HBT viscometer.
また前記電極用ペースト組成物は、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み、固形分濃度が70質量%〜98質量%の範囲であることが好ましく、前記固形分濃度が75質量%〜96質量%の範囲であることがより好ましく、80質量%〜95質量%の範囲であることがさらに好ましい。
前記固形分濃度が70質量%未満ではリン含有銅合金及び錫含有粒子の反応又は焼結が不十分になり抵抗率が上昇する場合がある。また98質量%を超えると電極用ペースト組成物の流動性が低下したり、分散性が低下したりして電極用ペースト組成物の付与の際にムラが発生する場合がある。
尚、電極用ペースト組成物の固形分濃度は、電極用ペースト組成物を構成する成分から揮発性成分を除いた残分を意味する。具体的には電極用ペースト組成物を25℃、1気圧の環境下に10時間放置して揮発性成分を除去した後の残分を基準にして測定される。
The electrode paste composition includes phosphorus-containing copper alloy particles, tin-containing particles, glass particles, a solvent and a resin, and preferably has a solid content in the range of 70% by mass to 98% by mass. The concentration is more preferably in the range of 75% by mass to 96% by mass, and further preferably in the range of 80% by mass to 95% by mass.
If the solid content concentration is less than 70% by mass, the reaction or sintering of the phosphorus-containing copper alloy and tin-containing particles may be insufficient and the resistivity may increase. Moreover, when it exceeds 98 mass%, the fluidity | liquidity of an electrode paste composition falls or a dispersibility falls, and when a paste composition for electrodes is provided, a nonuniformity may generate | occur | produce.
In addition, solid content concentration of the paste composition for electrodes means the residue which remove | excluded the volatile component from the component which comprises the paste composition for electrodes. Specifically, the measurement is performed on the basis of the residue after the electrode paste composition is left in an environment of 25 ° C. and 1 atm for 10 hours to remove volatile components.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない、尚、特に断りのない限り、「部」及び「%」は質量基準である。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples, and “parts” and “%” are based on mass unless otherwise specified. .
<実施例1>
(a)電極用ペースト組成物の調製
7質量%のリンを含むリン含有銅合金粒子を定法により調製し、これを溶解して水アトマイズ法により粉末化した後、乾燥、分級した。分級した粉末をブレンドして、脱酸素・脱水処理し、7質量%のリンを含むリン含有銅合金粒子を作製した。尚、リン含有銅合金粒子の粒子径(D50%)は5.0μmであり、その形状は略球状であった。
<Example 1>
(A) Preparation of electrode paste composition Phosphorus-containing copper alloy particles containing 7% by mass of phosphorus were prepared by a conventional method, dissolved and powdered by a water atomization method, and then dried and classified. The classified powders were blended and subjected to deoxygenation / dehydration treatment to produce phosphorus-containing copper alloy particles containing 7% by mass of phosphorus. The phosphorus-containing copper alloy particles had a particle size (D50%) of 5.0 μm and a substantially spherical shape.
二酸化ケイ素(SiO2)3部、酸化鉛(PbO)60部、酸化ホウ素(B2O3)18部、酸化ビスマス(Bi2O3)5部、酸化アルミニウム(Al2O3)5部、酸化亜鉛(ZnO)9部からなるガラス(以下、「G01」と略記することがある)を調製した。得られたガラスG01の軟化点は、420℃、結晶化温度は650℃を超えていた。
得られたガラスG01を用いて、粒子径(D50%)が2.5μmであるガラスG01粒子を得た。またその形状は略球状であった。
3 parts of silicon dioxide (SiO 2 ), 60 parts of lead oxide (PbO), 18 parts of boron oxide (B 2 O 3 ), 5 parts of bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), 5 parts of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), A glass composed of 9 parts of zinc oxide (ZnO) (hereinafter sometimes abbreviated as “G01”) was prepared. The obtained glass G01 had a softening point of 420 ° C. and a crystallization temperature of over 650 ° C.
By using the obtained glass G01, glass G01 particles having a particle diameter (D50%) of 2.5 μm were obtained. The shape was substantially spherical.
上記で得られたリン含有銅合金粒子を39.9部、錫粒子(Sn;粒子径(D50%)は10.0μm;純度99.9%)を41.5部、ガラスG01粒子を4.1部、テルピネオール(Ter)を14.1部、エチルセルロース(EC)を0.4部混ぜ合わせ、メノウ乳鉢の中で20分間かき混ぜ、電極用ペースト組成物1を調製した。
得られた電極用ペースト組成物について、その粘度をブルックフィールドHBT粘度計(東京計器社製)を用いて25℃で測定したところ、35.3Pa・sであった。
また得られた電極用ペースト組成物を25℃、1気圧の環境下に10時間放置して揮発性成分を除去して固形分濃度を算出したところ、85.9質量%であった。
39.9 parts of the phosphorus-containing copper alloy particles obtained above, 41.5 parts of tin particles (Sn; particle diameter (D50%) 10.0 μm; purity 99.9%), and glass G01 particles 4. 1 part, 14.1 parts of terpineol (Ter) and 0.4 parts of ethyl cellulose (EC) were mixed and stirred in an agate mortar for 20 minutes to prepare an electrode paste composition 1.
The viscosity of the obtained electrode paste composition measured at 25 ° C. using a Brookfield HBT viscometer (manufactured by Tokyo Keiki Co., Ltd.) was 35.3 Pa · s.
The obtained electrode paste composition was allowed to stand in an environment of 25 ° C. and 1 atm for 10 hours to remove volatile components, and the solid content concentration was calculated to be 85.9% by mass.
(b)素子の作製
受光面にn+拡散層、テクスチャ及び反射防止膜(窒化ケイ素膜)が形成された膜厚190μmのp型半導体基板を用意し、125mm×125mmの大きさに切り出した。その受光面にスクリーン印刷法を用い、上記で得られた電極用ペースト組成物1を図2に示すような電極パターンとなるように印刷した。電極のパターンは150μm幅のフィンガーラインと1.5mm幅のバスバーで構成され、焼成後の膜厚が20μmとなるよう、印刷条件(スクリーン版のメッシュ、印刷速度、印圧)を適宜調整した。これを150℃に加熱したオーブンの中に15分間いれ、溶剤を蒸散により取り除いた。
続いてトンネル炉(ノリタケ社製、1列搬送W/Bトンネル炉)を用いて大気雰囲気下、焼成最高温度800℃で保持時間10秒の加熱処理(焼成)を行って、所望の電極が形成された素子を作製した。
形成された電極について、三菱化学(株)製Loresta−EP MCP−T360型抵抗率計を用いて、4探針4端子法によって体積抵抗率を測定したところ、1×10−4Ω・cm以下であった。
(B) Fabrication of element A p-type semiconductor substrate having a film thickness of 190 μm having an n + diffusion layer, a texture, and an antireflection film (silicon nitride film) formed on the light receiving surface was prepared and cut into a size of 125 mm × 125 mm. Using the screen printing method on the light receiving surface, the electrode paste composition 1 obtained above was printed so as to have an electrode pattern as shown in FIG. The electrode pattern was composed of a finger line with a width of 150 μm and a bus bar with a width of 1.5 mm, and the printing conditions (screen plate mesh, printing speed, printing pressure) were appropriately adjusted so that the film thickness after firing was 20 μm. This was placed in an oven heated to 150 ° C. for 15 minutes, and the solvent was removed by evaporation.
Subsequently, using a tunnel furnace (manufactured by Noritake Co., Ltd., one-row transport W / B tunnel furnace), a heat treatment (firing) is performed at a firing maximum temperature of 800 ° C. and a holding time of 10 seconds in an air atmosphere to form a desired electrode. A device was fabricated.
When the volume resistivity of the formed electrode was measured by a four-probe, four-terminal method using a Loresta-EP MCP-T360 type resistivity meter manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, it was 1 × 10 −4 Ω · cm or less. Met.
1 p型シリコン基板
2 n+拡散層
3 反射防止膜
4 受光面集電用電極及び出力取出し電極
5 裏面集電用電極
6 裏面出力取出し電極
7 p+拡散層
8 受光面集電用電極
9 スルーホール電極
10 裏面電極
11 裏面電極
12 n型シリコン基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 p-type silicon substrate 2 n + Diffusion layer 3 Antireflection film 4 Light-receiving surface collection electrode and output extraction electrode 5 Back surface collection electrode 6 Back surface output extraction electrode 7 p + Diffusion layer 8 Light-receiving surface collection electrode 9 Through Hall electrode 10 Back surface electrode 11 Back surface electrode 12 n-type silicon substrate
Claims (16)
前記電極は、銅含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含む電極用ペースト組成物の焼成物であり、体積抵抗率が1×10−4Ω・cm以下である素子。 A substrate comprising silicon and an electrode disposed on the substrate;
The electrode is a fired product of an electrode paste composition containing copper-containing particles, glass particles, a solvent, and a resin, and has a volume resistivity of 1 × 10 −4 Ω · cm or less.
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JP2014239119A JP2015079975A (en) | 2014-11-26 | 2014-11-26 | Element, solar cell, and paste composition for electrode |
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