(57)【要約】【課題】導電性アルミニウムペースト及びその製造方法、太陽電池及びそのモジュールを提供する。【解決手段】シリコン基材である太陽電池用導電性アルミニウムペーストにおいて、該導電性アルミニウムペーストが有機キャリア、アルミニウム粉末、ガラスフリット及び金属ナノ粒子からなり、該金属ナノ粒子のＤ５０粒径範囲が１０〜１０００ｎｍであり、含有量が０．１〜１０重量％である。この導電性アルミニウムペーストは、導電電極を低減可能なシート抵抗値を有し、太陽電池がモジュールとしてパッケージされた後の引張強度を強化させることができるとともに、太陽電池の変換効率等の特性を向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機キャリアと、アルミニウム粉末と、ガラスフリットと、を備える導電性アルミニウムペーストであって、さらに、
前記有機キャリア、前記アルミニウム粉末及び前記ガラスフリットと混合することでペースト状の前記導電性アルミニウムペーストを形成する金属ナノ粒子であって、前記金属ナノ粒子の添加により前記導電性アルミニウムペーストのシート抵抗値が低下し、前記導電性アルミニウムペーストの接着引張強度が向上する特性を有する金属ナノ粒子を備え、
前記有機キャリアは、有機溶剤、樹脂及びチキソトロープ添加剤（thixotropic additive）からなることを特徴とする導電性アルミニウムペースト。
【請求項２】
前記金属ナノ粒子は、金、銀、銅、亜鉛及び鉛のいずれか１種であり、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が０．１〜１０重量％であり、そのＤ５０粒径範囲が１０〜１００ｎｍであり、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が２重量％であるのが好ましく、その粒径が３０ｎｍであるのが好ましく、前記アルミニウム粉末は、前記金属導電ペーストに対する占有率が６５〜８５重量％であり、銀粉末に置換可能であり、前記有機溶剤は、アルコールエーテル類有機溶剤を含み、前記アルコールエーテル類有機溶剤は、ジエチレングリコールエーテルを含み、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が１５〜２５重量％であり、前記ガラスフリットは、Ｐｂ系ガラスフリットであり、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が０．１〜６重量％であることを特徴とする請求項１に記載の導電性アルミニウムペースト。
【請求項３】
有機溶剤、樹脂及びチキソトロープ添加剤を有機キャリアとして混合する工程と、
アルミニウム粉末、金属ナノ粒子及びガラスフリットを前記有機キャリアと混合することでペースト状の前記導電性アルミニウムペーストを形成する工程と、
を備えることを特徴とする導電性アルミニウムペーストの製造方法。
【請求項４】
前記金属ナノ粒子は、金、銀、銅、亜鉛及び鉛のいずれか１種であり、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が０．１〜１０重量％であり、そのＤ５０粒径範囲が１０〜１００ｎｍであり、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が２重量％であるのが好ましく、その粒径が３０ｎｍであるのが好ましく、前記アルミニウム粉末は、前記金属導電ペーストに対する占有率が６５〜８５重量％であり、銀粉末に置換可能であり、前記有機溶剤は、アルコールエーテル類有機溶剤を含み、前記アルコールエーテル類有機溶剤は、ジエチレングリコールエーテルを含み、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が１５〜２５重量％であり、前記ガラスフリットは、Ｐｂ系ガラスフリットであり、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が０．１〜６重量％であることを特徴とする請求項３に記載の導電性アルミニウムペーストの製造方法。
【請求項５】
基板と、
前記基板上に載置された被覆板と、
エチレン−酢酸ビニル共重合体材料に被覆され、前記基板と前記被覆板との間に載置された太陽電池と、
を備え、
前記太陽電池は、光入射側電極及び裏面電極を有し、前記裏面電極が導電性アルミニウムペーストにより形成され、前記導電性アルミニウムペーストには金属ナノ粒子が混合されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記金属ナノ粒子は、金、銀、銅、亜鉛及び鉛のいずれか１種であり、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が０．１〜１０重量％であり、その平均粒径範囲が１０〜１００ｎｍであり、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が２重量％であるのが好ましく、その粒径が３０ｎｍであるのが好ましく、前記アルミニウム粉末は、前記金属導電ペーストに対する占有率が６５〜８５重量％であり、銀粉末に置換可能であり、前記有機溶剤は、アルコールエーテル類有機溶剤を含み、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が１５〜２５重量％であり、前記アルコールエーテル類有機溶剤は、ジエチレングリコールエーテルを含み、前記ガラスフリットは、Ｐｂ系ガラスフリットであり、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が０．１〜６重量％であることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記基板は、非光透過基板、又は透明基板と非光透過層との組み合わせであり、金属基板、ガラス基板及びプラスチック基板のいずれか１種であり、前記被覆板は、透明材料からなり、アクリル板、金属シート、ガラス、強化ガラス及びプラスチックシートのいずれか１種であることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
Ｎ型拡散層及びＰ型拡散層が設けられた半導体基板と、
前記Ｎ型拡散層の表面に形成された抗反射層及び光入射側電極と、
前記Ｐ型拡散層の表面に形成された裏面電極と、
を備え、
前記裏面電極は、導電性アルミニウムペーストにより形成され、前記導電性アルミニウムペーストには金属ナノ粒子が混合されていることを特徴とする太陽電池。
【請求項９】
前記金属ナノ粒子は、金、銀、銅、亜鉛及び鉛のいずれか１種であり、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が０．１〜１０重量％であり、その平均粒径範囲が１０〜１００ｎｍであり、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が２重量％であるのが好ましく、その粒径が３０ｎｍであるのが好ましく、前記アルミニウム粉末は、前記金属導電ペーストに対する占有率が６５〜８５重量％であり、銀粉末に置換可能であり、前記有機溶剤は、アルコールエーテル類有機溶剤を含み、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が１５〜２５重量％であり、前記アルコールエーテル類有機溶剤は、ジエチレングリコールエーテルを含み、前記ガラスフリットは、Ｐｂ系ガラスフリットであり、前記導電性アルミニウムペーストに対する占有率が０．１〜６重量％であることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ペーストに関し、特に光電装置に適用される導電性アルミニウムペーストに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギーの不足や環境保護に対する意識の高まりに伴い、クリーンエネルギーに対する需要もますます増大し、ますます切実になっている。現在、潜在力を有するクリーンエネルギーとしては、例えば風力、水力、海洋エネルギー、地熱、生物エネルギー、燃料電池及び太陽電池等が挙げられ、これらのうち、太陽電池がエネルギーとして無尽蔵でかつ全く汚染のない特性を有するため、将来のエネルギーの主流となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２３５０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的には、太陽電池は、単結晶シリコン又はポリシリコン等のシリコン基材を半導体基板材料とするが、近年、化合物半導体又はガラス基板等の基板材料も発展してきている。太陽電池としては、半導体基板上に１層のＰ型拡散層及び１層のＮ型拡散層を形成するとともに、Ｐ型拡散層とＮ型拡散層との接合面上にＰ／Ｎ接合面を形成する。Ｐ／Ｎ接合面には内蔵の電界を有しており、入射された太陽光のエネルギーによりＰ／Ｎ接合面の電子と正孔が分離され、さらにＰ型拡散層及びＮ型拡散層上にそれぞれオーム接触電極を導電電極として形成することにより、分離された電子・正孔対をそれぞれ半導体基板の外部へ導出し、太陽光の電力への変換工程が完成する。
【０００５】
太陽電池の製造上においては、リン原子（Ｎ型拡散層を形成するための元素）又はホウ素原子（Ｐ型拡散層を形成するための元素）の拡散によりＮ型及びＰ型の拡散層を製造し、Ｐ／Ｎ接合面を形成するのが一般的である。さらに、特殊な表面処理によりテキスチャ（texture）構造を有する抗反射層を形成し、太陽光の反射を低減させることにより太陽光の入射光の強度を増加させる。
【０００６】
導電電極は、通常、スクリーン印刷、塗布又は真空コーティングにより半導体基板の両側にそれぞれ電極、即ち光入射側電極及び裏面電極を形成する。ここで、光入射側電極は、バス電極（bus electrode）とフィンガー電極（finger electrode）とを備えており、銀ペーストを利用して製造されるのが一般的である。光入射の面積をできるだけ大きくし、太陽電池の光電変換効率を向上させるためには、光入射側の電極をできるだけ小さくし、太陽光入射の面積を大きくする必要がある。裏面電極については、光が半導体基板の裏面に照射することがないため、半導体基板の裏面全体に分布することができ、また、通常、アルミニウムペースト又は銀アルミニウムペーストを利用して製造される。光入射側電極及び裏面電極に塗布を終了した後、焼結工程を行うことができる。高温で焼結（通常は６００〜１０００℃である）を行うことにより、アルミニウムペーストにおけるアルミニウム原子がＰ型半導体に拡散進入し、Ｐ＋層が形成され、回路中のオープン電圧Ｖｏｃの値が増加するとともに、裏面電界効果（ＢＳＦ）が生成され、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。ここで注意すべき点は、導電電極と半導体基板との間は、太陽電池の光電変換効率が向上できるように、オーム接触を良好に保つともに、それ自体も低抵抗値に維持される必要があることである。
【０００７】
導電電極は、太陽電池の変換効率の安定性に大きく影響を及ぼしている。電極性能の標準としては、例えば太陽電池の充填係数（fill factor、ＦＦ）が挙げられる。太陽電池の並列接続抵抗が高いと、ＦＦが小さくなる傾向がある。並列接続抵抗の構成要素は、Ｐ型拡散層及びＮ型拡散層のそれぞれが導電電極のオーム接触に対応する抵抗値及び導電電極自体の抵抗値である。
【０００８】
従って、より高い太陽電池の変換効率及びその安定性を得るためには、電極の原料、即ち銀ペースト及び銀アルミニウムペーストに対するさらなる改善が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る導電性アルミニウムペーストは、有機キャリアと、アルミニウム粉末と、ガラスフリットと、を備え、さらに、金属ナノ粒子との混合により、ペースト状の導電性アルミニウムペーストを形成し、また、前記金属ナノ粒子の添加により、前記導電性アルミニウムペーストのシート抵抗値が低下し、前記導電性アルミニウムペーストの接着引張強度が向上する特性を有する。ここで、前記有機キャリアは、有機溶剤、樹脂及びチキソトロープ添加剤（thixotropic additive）からなる。
【００１０】
また、本発明に係る導電性アルミニウムペーストの製造方法は、有機溶剤、樹脂及びチキソトロープ添加剤を有機キャリアとして混合する工程と、アルミニウム粉末、金属ナノ粒子及びガラスフリットを前記有機キャリアと混合することでペースト状の前記導電性アルミニウムペーストを形成する工程と、を備える。
【００１１】
また、本発明に係る太陽電池モジュールは、基板と、前記基板の上に載置された被覆板と、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）材料に被覆され、前記基板と前記被覆板との間に載置された太陽電池と、を備え、前記太陽電池は、光入射側電極及び裏面電極を有し、前記裏面電極が導電性アルミニウムペーストにより形成され、前記導電性アルミニウムペーストには金属ナノ粒子が混合されている。
【００１２】
また、本発明に係る太陽電池は、その上にＮ型拡散層及びＰ型拡散層が設けられた半導体基板と、前記Ｎ型拡散層の表面に形成された抗反射層及び光入射側電極と、前記Ｐ型拡散層の表面に形成された裏面電極と、を備え、前記裏面電極は、導電性アルミニウムペーストにより形成され、前記導電性アルミニウムペーストには金属ナノ粒子が混合されている。
【００１３】
本発明者から提出された本発明の発明概念によれば、本発明の構成は、金属ナノ粒子が混合された導電性アルミニウムペーストをシリコン基材の太陽電池に適用することにより、太陽電池の特性を大幅に向上させ、産業のレベルアップを促進させることができるため、従来の技術と全く異なっている。
【００１４】
上述の説明及び以下の詳細な説明及び図面は、いずれも本発明が所定の目的を達成するために採用される方法、手段及び効果をさらに説明するためのものである。本発明のその他の目的及び利点は、以下の説明及び図面において詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係る太陽電池の構造断面図を示す。
【図２】本発明の実施例に係る導電性アルミニウムペーストの製造フローを示す。
【図３Ａ】本発明の実施例に係る太陽電池のパッケージモジュールの模式図を示す。
【図３Ｂ】本発明の実施例に係る太陽電池のパッケージモジュールの模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施例に係る太陽電池の構造断面図を示す。
【００１７】
太陽電池１は、半導体基板上にＮ型拡散層１３及びＰ型拡散層１４を形成し、Ｎ型拡散層１３とＰ型拡散層１４とが互いに接触しているため、Ｎ型拡散層１３とＰ型拡散層１４との境界にＰ／Ｎ接合面が形成されることとなる。
【００１８】
太陽電池１の光入射側（本実施例においてはＮ型拡散層１３の表面である）には、通常、窒化シリコン（ＳｉＮ）により抗反射層１２を形成することにより、入射光の反射を効果的に低減することができるとともに、保護及び表面鈍化の作用、及びスクラッチ傷、湿気等を防止できる機能を有する。さらに、抗反射層１２の表面に対してテキスチャ処理を行い、表面に寸法の異なるピラミッド（ｐｙｒａｍｉｄ）構造を複数形成することによって、入射光が少なくともチップ表面による二次反射を経由しなければならないため、入射光が一次反射を経由したら戻る確率が大幅に低減することとなる。このように、太陽電池１の光入射面による入射太陽光の反射を低減させ、太陽電池１の光電変換効率を向上させることができる。
【００１９】
半導体基板上におけるＮ型拡散層１３、Ｐ型拡散層１４及び抗反射層１２等の形成工程を終了した後、太陽電池１は、外部の回路と接続するための導電電極を製造するとともに、太陽光入射の光電効果による電子及び正孔をそれぞれ太陽電池１の外部へ導出する必要がある。一般的には、太陽電池１の非光照射側及び光入射側のそれぞれの表面に、外部と接続するための半田箇所として平行ストリップ状の導電電極が２つ設けられている。非光照射側には、通常、裏面電極１５が形成され、裏面電極１５は、通常、非光照射側全体にわたって分布され、いわゆる裏面電界（back surface field、ＢＳＦ）電極層が形成される。光入射側の表面には、バス電極（bus electrode）及びフィンガー電極（finger electrode）を備えた光入射側電極１１が作成され、バス電極及びフィンガー電極のそれぞれは、極めて微細の線幅を有し、太陽光の入射面積が遮断されないように回避する。
【００２０】
裏面電極１５により、キャリアの収集を増加するとともに、吸収されていない光子をも回収することができる。光入射側電極１１が通常、３〜５％の入射光を遮断するため、光入射側電極１１のバス電極及びフィンガー電極は、キャリアを効果的に収集できるのみならず、光入射側電極１１が入射光を遮断する割合をできるだけ低減させるように構成されている。この実施例において、光入射側電極１１は通常、導電性アルミニウムペーストの銀ペーストを利用して製造され、裏面電極１５は、導電性アルミニウムペーストの銀ペースト、アルミニウムペースト又は両者を利用して製造される。また、太陽光の入射面積に影響を及ぼさないように、スクリーン印刷の技術により太陽電池１の光入射側に線幅が極めて微細のバス電極及びフィンガー電極を形成することができる。
【００２１】
光入射側電極１１及び裏面電極１５の形成工程を終了した後、６８０℃〜８５０℃の焼結温度で焼結工程を行うことができる。本実施例においては、チェーン搬送を利用して焼結工程を行い、チェーン搬送の速度が４〜６ｍ／ｍｉｎであり、形成された導電電極の厚さが３０〜５０ｕｍである。焼結工程により、光入射側電極１１及び裏面電極１５の導電性アルミニウムペースト内に含まれた有機溶剤等の媒体を揮発させるとともに、裏面電極１５のアルミニウム粉末の原子を半導体基板内に拡散進入させることができ、裏面電極１５（ＢＳＦ）がより好ましい効果を有し、太陽電池１の光電変換効率がさらに向上することとなる。
【００２２】
単一の太陽電池１の光電変換効率が低いため、導電電極としての光入射側電極１１及び裏面電極１５の製造工程及び材料特性は、極めて重要となり、そのシート抵抗値、電流値、電圧値、オーム接触値等のパラメータの差異が僅かであっても、太陽電池１の光電変換効率に大きく影響を及ぼすため、本発明に係る導電性アルミニウムペーストによれば、太陽電池の光電変換効率を効果的に向上させることができる。
【００２３】
図２は、本発明の実施例に係る導電性アルミニウムペーストの製造工程図を示す。
【００２４】
本発明の実施例の導電性アルミニウムペーストは、有機溶剤、樹脂（又は繊維素）、チキソトロープ添加剤、アルミニウム粉末、金属ナノ粒子及びガラスフリット等の組み合わせにより構成される。ここで、下記表１に示すように、有機溶剤の含有量は、約１５〜２５重量％であり、樹脂（又は繊維素）の含有量は、約１〜３重量％であり、チキソトロープ添加剤の含有量は、約０．２〜０．５重量％であり、アルミニウム粉末の含有量は、約６５〜８５重量％であり、金属ナノ粒子の含有量は、約０．１〜１０重量％であり、ガラスフリットの含有量は、約０．１〜６重量％である。また、金属ナノ粒子の含有量は、１０重量％であってもよいが、好ましくは約２重量％である。本実施例において、金属ナノ粒子は、銀ナノ粒子であり、導電性アルミニウムペーストにおける銀ペーストは、アルミニウム粉末の代わりに銀粉末を利用する。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
この実施例において、下記表２に示すように、有機溶剤は、アルコールエーテル類有機溶剤又はその他の溶剤を含み、アルコールエーテル類有機溶剤は、ジエチレングリコールエーテルを含み、樹脂（又は繊維素）は、エチル基又はその他の材料であり、チキソトロープ添加剤は、水素化ひまし油又はその他の材料を含み、金属ナノ粒子は、金、銀、銅、亜鉛及び鉛等の金属であり、ガラスフリットは、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２等のＰｂ系ガラスフリット又はその他の系のガラスフリットから選択される。上述の各材料は、本発明に係る導電性アルミニウムペーストの成分を例示するためのものであり、本発明がこれらに限定されるものではない。ここで、金属ナノ粒子の平均粒径（粒径の分布割合は５０％に達している。Ｄ５０）の範囲は、１０〜１０００ｎｍであるが、好ましくは３０ｎｍである。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
ステップＳ２１に示すように、本実施例の導電性アルミニウムペーストは、まず有機溶剤、樹脂（又は繊維素）、チキソトロープ添加剤を混合攪拌及び溶解させ、これらの材料を均一に混合させるとともに、ステップＳ２２に示すように、その占有割合を適当に調整することにより有機キャリアを形成する。次に、ステップＳ２３に示すように、本実施例の導電性アルミニウムペーストが好ましい粘度を有するとともに導電性アルミニウムペーストの関連製造工程への適用及びその貼り付け効果の調整を図るためには、この有機キャリアに対して粘度の測定を行う必要がある。そして、ステップＳ２４に示すように、攪拌及び混合を充分に行うことにより、ステップＳ２５に示すように、本発明の実施例に係るペースト状の導電性アルミニウムペーストの導電ペーストを形成することができる。
【００２９】
図１に示す太陽電池は、本発明に係る導電性アルミニウムペーストを利用して裏面電極１５を製造するとともに、塗布又はスクリーン印刷の技術により太陽電池１の非光照射側に裏面電極１５を形成することができる。さらに、６８０℃〜８５０℃の焼結温度で焼結工程を行い、裏面電極１５のアルミニウム原子をシリコン半導体基板内に拡散進入させ、裏面電極を形成することにより、太陽電池がより好ましい変換効率を有する。
【００３０】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の実施例に係る太陽電池のパッケージモジュール模式図を示す。
【００３１】
太陽電池モジュール２の製造工程において、単一の太陽電池１の電気エネルギーの出力パワーが低いため、数十個の太陽電池１を直列又は並列接続することにより充分な電気エネルギー出力を得る必要がある。また、太陽電池モジュール２は、通常、室外の環境に置かれており、太陽電池１を機械応力、日照及び湿気から保護するために、直列又は並列接続された数十個の太陽電池１を透明のパッケージ材料内に入れ、太陽電池１を電気的に絶縁させ、これにより抗紫外線、耐湿気及び耐機械衝撃等の機能を有する。
【００３２】
構造上の安定性及び信頼性のために、太陽電池モジュール２のパッケージは、被覆板３を太陽電池１の上に被覆するように構成される。被覆板３１は、ガラス又は強化ガラスを使用するが、アクリル板、金属シート又はプラスチックシートを使用してもよい。本実施例においては、ガラスを例とする。太陽電池１の光入射面上の被覆物は、透明材料で製造されるのが好ましい。これは、材料が透明であるほど、より多くの太陽光が太陽電池１に照射されるからである。このことから、低鉄ガラスは、９１％の光が通過できるため、被覆板３１としてよく用いられる。この低鉄ガラスは、耐高熱応力の特性を強化させるためにアニールが施されている。また、太陽電池モジュール２の被覆板３１として、焼結工程又は浸漬塗布による抗反射層を使用し、９６％の光透過率を達成できる新規な抗反射ガラスが知られている。この抗反射ガラスを使用した太陽電池モジュールが吸収したエネルギーは、一般のガラスを使用したものよりも約３．５％多くなっている。
【００３３】
次に、被覆板３１の下方における太陽電池１の上下側にそれぞれＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体、Ethylene Vinyl Acetate）材料３２を載置する。ＥＶＡ材料３２は、熱塑性のプラスチック材料であり、良好な透明性を有し、高温度の条件下で溶融され所定の粘度の液体となり、常温下で固体形態に回復、維持され、さらに抗紫外線の特性を有しているため、太陽電池１のパッケージに適用することが可能である。また、非透明基板３３を底部に載置することにより、太陽電池モジュール２全体として組み立てることができる。この非透明基板３３は、太陽電池１を搭載できるように、金属基板、ガラス基板、プラスチック基板又はその他の種類の基板、若しくは透明基板と非透明層との組み合わせにより形成される。
【００３４】
最後に、被覆板３１、ＥＶＡ材料３２、太陽電池１、及び非透明基板３３を重ね合わせ、位置合わせさせた後、真空環境において高温高圧工程によりＥＶＡ材料３２を溶融させ、太陽電池１を全体的にパッケージさせ、太陽電池モジュール２が完成する。パッケージされた太陽電池モジュール２は、耐機械応力、耐日光及び耐湿気等の特性を有するとともに良好な信頼性及び安定性を有するため、室外環境の設置及び応用に有利である。
【００３５】
太陽電池１の性能の高低は、光電変換効率によって決まる。変換効率に影響を与える原因は、例えば太陽光強度及び角度、環境温度、光入射側電極１１及び裏面電極１５のシート抵抗値、線高、線幅、オーム接触の抵抗値、太陽電池の半導体基板の品質、Ｐ型拡散層及びＮ型拡散層の濃度、表面抗反射層１２の抗反射率等が挙げられ、いずれも光電変換効率に大きく影響を与える。本発明の実施例は、裏面電極１５のシート抵抗値及びそれが太陽電池１の基板の引張り及び反りに対して与える影響が新規な配合組成である導電性アルミニウムペーストを提供する。
【００３６】
上述製造フロー及び配合組成に基づいて製造された導電性アルミニウムペーストをグループに分けて対比し、対比例、比較例１及び比較例２に区分し、その配合組成の割合を表３に示す。ここで、対比例、比較例１及び比較例２の相違点は、アルミニウム粉末及び金属ナノ粒子の重量％の割合の相違にある。対比例は従来の配合の導電性アルミニウムペーストであり、その中には金属ナノ粒子が添加されていない。比較例１は、導電性アルミニウムペーストに金属ナノ粒子が１重量％添加され、そのアルミニウム粉末の占有重量％が対比例よりも１重量％少なくなっている。比較例２は、導電性アルミニウムペーストに金属ナノ粒子が２重量％添加され、そのアルミニウム粉末の占有重量％が対比例よりも２重量％少なくなっている。本発明では、異なる金属ナノ粒子の占有重量％の相違により、対比例の従来の導電性アルミニウムペーストの組成重量％と対比すると、本発明の実施例において金属ナノ粒子が添加された導電性アルミニウムペーストと従来の導電性アルミニウムペーストとでデータの差異があることが分かる。
【００３７】
【表３】
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【００３８】
対比例、比較例１及び比較例２の関連テスト結果を表４に示す。対比例の従来の配合の導電性アルミニウムペーストが有する光電変換効率は１６．４３４３％であるのに対し、本発明の実施例に係る比較例１によれば、１６．５１４２％に、比較例２によれば、１６．４４６５％にそれぞれ向上する。従って、本発明の導電性アルミニウムペーストによれば、太陽電池の光電変換効率を向上することができる。また、対比例のシート抵抗値が１．５８〜２．２２ｍΩであるのに対し、比較例１のシート抵抗値が１．３３〜１．６３ｍΩであり、比較例２のシート抵抗値が１．１５〜１．５２ｍΩであることから、比較例１及び比較例２は、シート抵抗値が対比例の従来の配合の導電性アルミニウムペーストよりも低いことが分かる。従って、電力伝送過程における損失はさらに低下することとなる。
【００３９】
単一の太陽電池１の電気エネルギー出力が低いため、複数の太陽電池１を直列又は並列接続させることにより太陽電池モジュール２を形成するのが一般的である。これらの太陽電池１が半田により接続されるため、導電性アルミニウムペーストによって形成された裏面電極１５及び太陽電池１の基板の接着強度は、極めて重要となっている。裏面電極１５と太陽電池１の基板との接着性が不良であれば、裏面電極１５は電圧又は電流が不安定になる虞があり、さらには、電極が剥離し、太陽電池モジュール２がショートして破損してしまう虞もある。従って、表４に示すように、本発明の実施例に係る導電性アルミニウムペーストは、比較例１において少なくとも３Ｎ／ｃｍの引張りに耐えることができ、従来の配合の対比例と同様であり、比較例２において５Ｎ／ｃｍの引張りに耐えることができ、従来の配合の対比例よりも明らかに優れている。従って、本実施例において金属ナノ粒子が２重量％添加された導電性アルミニウムペーストはより好ましい接着強度を有する。
【００４０】
裏面電極１５が太陽電池１の非光照射側の表面に形成され、導電性アルミニウムペーストの膨張係数が半導体基板と異なっており、焼結工程後の半導体基板の反りがよく発生しているため、導電性アルミニウムペーストによって形成された裏面電極１５による太陽電池１の反りが発生すると、後続のモジュールパッケージ製造工程において、太陽電池１の反り程度によって破片が生じ、製造工程の歩留まりに影響を及ぼす問題がある。表４に示すように、金属ナノ粒子が１重量％添加された比較例１又は金属ナノ粒子が２重量％添加された比較例２のいずれによっても、太陽電池１の反り程度は、対比例の従来の配合の導電性アルミニウムペーストに近い。このことから、本実施例に係る導電性アルミニウムペーストによれば、太陽電池１がひどく反ることはなく、少なくとも従来の配合の導電性アルミニウムペーストの反り具合に維持されるため、後続のモジュールパッケージ製造工程における歩留まりに影響を与えずに済む。
【００４１】
【表４】
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【００４２】
上述のように、本発明の実施例に係る金属ナノ粒子が所定の割合で添加された導電性アルミニウムペーストは、優れたシート抵抗値、及び半導体基板との高接着性を有するため、半導体基板の反りが発生することはなく、太陽電池１の光電変換効率を向上させるのみならず、太陽電池モジュール２のパッケージ安定性及び歩留まりを効果的に向上させることができる。
【００４３】
しかし、上述したものは、本発明の具体的な実施例の詳細説明及び図面に過ぎず、本発明の実施の範囲を限定するためのものではなく、本発明の全ての範囲は下記の特許請求の範囲に基づくべきであり、当該技術技芸において通常知識を有する者が容易に想到し得る変化又は変更は、いずれも本発明の特許請求の範囲内に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００４４】
１  太陽電池
２  太陽電池モジュール
１１  光入射側電極
１２  抗反射層
１３  Ｎ型拡散層
１４  Ｐ型拡散層
１５  裏面電極
３１  被覆板
３２  ＥＶＡ材料
３３  非光透過基板
Ｓ２１〜Ｓ２５  導電性アルミニウムペーストの製造フロー
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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