(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型シリコン半導体基板の上に電極を形成するためのペースト組成物であって、
アルミニウム粉末と、有機質ビヒクルと、ガラスフリットと、無機ホウ素化合物および有機ホウ素化合物からなる群から選ばれた少なくとも１種とを含む、ペースト組成物。
【請求項２】
無機ホウ素化合物および有機ホウ素化合物からなる群から選ばれた少なくとも１種を、ホウ素換算で０．０１質量％以上５．０質量％以下含む、請求項１に記載のペースト組成物。
【請求項３】
アルミニウム粉末を６０質量％以上７５質量％以下、ガラスフリットを０．３質量％以上５．０質量％以下、有機質ビヒクルを２０質量％以上３０質量％以下、無機ホウ素化合物および有機ホウ素化合物からなる群から選ばれた少なくとも１種を、ホウ素換算で０．０１質量％以上５．０質量％以下含む、請求項１に記載のペースト組成物。
【請求項４】
前記無機ホウ素化合物は、炭化物、酸化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、弗化物、窒化物およびホウ酸から選ばれた少なくとも１種である、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のペースト組成物。
【請求項５】
前記有機ホウ素化合物は、トリメトキシボロン、トリエトキシボロン、トリプロポキシボロンおよびトリプトキシボロンからなる群から選ばれた少なくとも１種である、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のペースト組成物。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のペースト組成物をｐ型シリコン半導体基板の上に塗布した後、焼成することにより形成した電極を備えた、太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般的にはペースト組成物およびそれを用いた太陽電池に関し、特定的には、結晶系シリコン太陽電池を構成するｐ型シリコン半導体基板の上に電極を形成する際に用いられるペースト組成物、およびそれを用いた太陽電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ｐ型シリコン半導体基板の上に電極が形成された電子部品として、太陽電池が知られている。図１に示すように、太陽電池は、厚みが３００〜４００μｍのｐ型シリコン半導体基板１を用いて構成される。ｐ型シリコン半導体基板１の受光面側には、厚みが０．３〜０．５μｍのｎ型不純物層２と、その上に反射防止膜３とグリッド電極４が形成されている。
【０００３】
また、ｐ型シリコン半導体基板１の裏面側には、裏面電極層５が形成されている。裏面電極層５は、アルミニウム粉末、ガラスフリットおよび有機質ビヒクルからなるペースト組成物をスクリーン印刷等によって塗布し、乾燥した後、６６０℃（アルミニウムの融点）以上の温度にて焼成することによって形成されている。この焼成の際にアルミニウムがｐ型シリコン半導体基板１の内部に拡散することにより、裏面電極層５とｐ型シリコン半導体基板１との間にＡｌ−Ｓｉ合金層６が形成されると同時に、アルミニウム原子の拡散による拡散層としてｐ+層７が形成される。このｐ+層７の存在により、生成キャリアの収集効率が向上するＢＳＦ（Back Surface Field)効果が得られる。実際の裏面電極は、焼成後の裏面電極層５、Ａｌ−Ｓｉ合金層６およびｐ+層７の三層をそのままで使用する場合と、電気抵抗を低減させるために、焼成後の裏面電極層５、または焼成後の裏面電極層５とＡｌ−Ｓｉ合金層６を化学的方法等によって除去した後、銀や銅からなる電極層を形成して使用する場合がある。いずれの場合においても、ｐ+層７がＢＳＦ効果を発揮する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、太陽電池の出力を向上させることが強く要求されている。太陽電池の出力の向上を図るための一つの対策として、ＢＳＦ効果の向上や電極の電気抵抗の低減が望まれている。この目的のために、上記のｐ+層を形成するために用いられるペースト組成物について種々検討されている。
【０００５】
たとえば、特開２０００−９０７３４号公報には、アルミニウム粉末、ガラスフリット、有機質ビヒクルに加えて、さらにアルミニウム含有有機化合物を含有する導電性ペーストが開示されている。また、特開平８−１４８４４７号公報には、ペースト全体に対する配合比率が６０〜９０ｗｔ％の範囲内にある固形分と、１０〜４０ｗｔ％の範囲内にある有機質ビヒクルからなり、かつ、固形分は、固形分全体に対する配合比率が８５〜９８．５ｗｔ％の範囲内にある銀粉末と、０．５〜１０ｗｔ％の範囲内にあるアルミニウム粉末と、１〜１０ｗｔ％の範囲内にあるガラスフリットを含んだものであることを特徴とした導電性ペーストが開示されている。しかしながら、これらの公報で開示されたペーストを用いても、太陽電池の出力のさらなる向上という要求を充分満足するほど、ＢＳＦ効果の向上や電極の電気抵抗の低減を達成できていないのが現状である。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、ＢＳＦ効果をさらに向上させることが可能なペースト組成物と、その組成物を用いて形成された電極を備えた太陽電池を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、特定の組成を有するペースト組成物を使用することにより、上記の目的を達成できることを見出した。この知見に基づいて、本発明に従ったペースト組成物は、次のような特徴を備えている。
【０００８】
この発明に従ったペースト組成物は、ｐ型シリコン半導体基板の上に電極を形成するためのペースト組成物であって、アルミニウム粉末と、有機質ビヒクルと、ガラスフリットと、無機ホウ素化合物および有機ホウ素化合物からなる群から選ばれた少なくとも１種とを含む。
【０００９】
好ましくは、この発明のペースト組成物は、無機ホウ素化合物および有機ホウ素化合物からなる群から選ばれた少なくとも１種を、ホウ素換算で０．０１質量％以上５．０質量％以下含む。
【００１０】
さらに好ましくは、この発明のペースト組成物は、アルミニウム粉末を６０質量％以上７５質量％以下、ガラスフリットを０．３質量％以上５．０質量％以下、有機質ビヒクルを２０質量％以上３０質量％以下、無機ホウ素化合物および有機ホウ素化合物からなる群から選ばれた少なくとも１種を、ホウ素換算で０．０１質量％以上５．０質量％以下含む。
【００１１】
この発明のペースト組成物において、無機ホウ素化合物は、炭化物、酸化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、弗化物、窒化物およびホウ酸から選ばれた少なくとも１種であるのが好ましい。
【００１２】
また、この発明のペースト組成物において、有機ホウ素化合物は、トリメトキシボロン、トリエトキシボロン、トリプロポキシボロンおよびトリプトキシボロンからなる群から選ばれた少なくとも１種であるのが好ましい。
【００１３】
この発明に従った太陽電池は、上述の特徴を有するペースト組成物をｐ型シリコン半導体基板の上に塗布した後、焼成することにより形成した電極を備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明のペースト組成物は、アルミニウム粉末、ガラスフリット、有機質ビヒクルに加えて、さらに、無機ホウ素化合物および有機ホウ素化合物からなる群より選ばれた少なくとも１種のホウ素含有物を含有することを特徴としている。従来の組成にホウ素含有物を加えることにより、ＢＳＦ効果をさらに向上させることが可能な電極形成材料としてのペースト組成物が得られる。
【００１５】
上記のホウ素含有物を含有させることにより、ＢＳＦ効果が向上する理由は明らかではないが、次のように推測される。ホウ素原子の存在によって、ペーストの焼成時にアルミニウム原子がｐ型シリコン半導体基板の表面から内部に拡散しやすくなるので、ＢＳＦ効果が向上する。あるいは、ペーストの焼成時にホウ素原子そのものがｐ型シリコン半導体基板の内部に拡散することによって、ＢＳＦ効果が向上する。
【００１６】
本発明のペースト組成物に含められる無機ホウ素化合物としては、炭化物、酸化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、弗化物、窒化物またはホウ酸が挙げられるが、これらの化合物に限定されるものではない。また、本発明のペースト組成物に含められる有機ホウ素化合物としては、トリメトキシボロン、トリエトキシボロン、トリプロポキシボロンまたはトリプトキシボロンが挙げられるが、これらの化合物に限定されるものではない。
【００１７】
本発明のペースト組成物に含められる無機ホウ素化合物および有機ホウ素化合物からなる群より選ばれた少なくとも１種のホウ素含有物の含有量は、ホウ素換算で０．０１質量％以上５．０質量％以下であることが好ましい。ホウ素含有物の含有量が０．０１質量％未満では、ＢＳＦ効果を高めるほどの充分な添加効果を得ることができない。ホウ素含有物の含有量が５．０質量％を超えると、スクリーン印刷等におけるペーストの塗布性が低下する。
【００１８】
また、本発明のペースト組成物に含められるアルミニウム粉末の含有量は、６０質量％以上７５質量％以下であることが好ましい。アルミニウム粉末の含有量が６０質量％未満では、焼成後の裏面電極の電気抵抗が高くなり、太陽電池の特性低下を招くおそれがある。アルミニウム粉末の含有量が７５質量％を超えると、スクリーン印刷等におけるペーストの塗布性が低下する。
【００１９】
さらに、本発明のペースト組成物に含められるガラスフリットの含有量は、０．３質量％以上５．０質量％以下であることが好ましい。ガラスフリットは、焼成後の裏面電極とｐ型シリコン半導体基板との密着性を向上させるために添加されているものである。ガラスフリットの含有量が０．３質量％未満では、焼成後の裏面電極の接着強度が低下する。ガラスフリットの含有量が５．０質量％を超えれば、ガラスの偏析が生じるおそれがある。
【００２０】
本発明のペースト組成物に含まれるガラスフリットとしては、ＳｉＯ2-Ｂｉ2Ｏ3−ＰｂＯ系の他に、Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂｉ2Ｏ3系、Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＺｎＯ系、Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＰｂＯ系等のホウ素を含んだものも挙げられる。しかし、本発明のペースト組成物では、ガラスフリット中のホウ素の有無にかかわらず、上記のホウ素含有物を含有させることによって、ＢＳＦ効果を確実に向上させることができる。
【００２１】
本発明のペースト組成物に含められる有機質ビヒクルとしては、エチルセルロース、アクリル樹脂、アルキッド樹脂等を溶剤に溶解したものが使用される。有機質ビヒクルの含有量は２０質量％以上３０質量％以下であることが好ましい。有機質ビヒクルの含有量が２０質量％未満では、ペーストの印刷性が低下する。有機質ビヒクルの含有量が３０質量％を超えれば、焼成後の裏面電極の密度が低下し、電極の電気抵抗が増大する。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の一つの実施例について説明する。
【００２３】
まず、アルミニウム粉末を６０〜７５質量％、ガラスフリットを０．３〜５．０質量％、有機質ビヒクルを２０〜３０質量％の範囲内で含有するとともに、ホウ素粉末、無機ホウ素化合物または有機ホウ素化合物のホウ素（Ｂ）含有物を表１に示す割合（ホウ素（Ｂ）換算添加量）で含有する各種のペースト組成物を作製した。
【００２４】
具体的には、エチルセルロースをグリコールエーテル系有機溶剤に溶解した有機質ビヒクルに、アルミニウム粉末とＢ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＰｂＯ系のガラスフリットを加え、さらに表１に示す各種のホウ素含有物を加えて、周知の混合機にて混合し、ペースト組成物を得た。
【００２５】
ここで、アルミニウム粉末は、ｐ型シリコン半導体基板との反応性の確保、塗布性、および塗布膜の均一性の点から、平均粒径２〜２０μｍの球形、または球形に近い形状を有する粒子からなる粉末を用いるのが好ましい。上記のペースト組成物の作製で用いたアルミニウム（Ａｌ）粉末の平均粒径を表１に示す。
【００２６】
表１に示すホウ素（Ｂ）含有物として、ホウ素（Ｂ）粉末は試薬の２５０メッシュ通過品、ホウ酸は試薬の２５０メッシュ通過品、酸化ホウ素は試薬の２５０メッシュ通過品、炭化ホウ素は共立マテリアル株式会社製のＢ４Ｃ−Ｊ５、トリエトキシボロンは試薬を用いた。
【００２７】
上記の各種のペースト組成物を厚みが３００μｍ、大きさが２インチ（５０．８ｍｍ）×２インチ（５０．８ｍｍ）のｐ型シリコン半導体基板に１８０メッシュのスクリーン印刷版を用いて塗布・印刷し、乾燥させた。
【００２８】
塗布量は、焼成後の電極の厚みが４０〜６０μｍになるように設定した。スクリーン印刷の評価は、シリコン（Ｓｉ）基板に１００％印刷できれば○、スクリーン印刷版にペースト組成物が残留し、シリコン基板への印刷面積が１００％未満から９５％の範囲であれば△、９５％未満であれば×とした。この評価は表１のスクリーン印刷性で示している。
【００２９】
ペーストが印刷されたｐ型シリコン半導体基板を乾燥した後、赤外線焼成炉にて、空気雰囲気で４００℃／分の加熱速度で加熱し、７１０〜７２０℃の温度で３０秒間保持する条件で焼成した。焼成後、冷却することにより、図１に示すようにｐ型シリコン半導体基板１に裏面電極層５を形成した構造を得た。
【００３０】
その後、裏面電極層を形成したｐ型シリコン半導体基板を塩酸水溶液に浸漬することによって、裏面電極層５とＡｌ−Ｓｉ合金層６を溶解除去した後、ｐ+層７が形成されたｐ型シリコン半導体基板の表面抵抗を、４探針式表面抵抗測定器にて測定した。ｐ+層７の表面抵抗とＢＳＦ効果との間には相関関係があり、その表面抵抗が小さいほど、ＢＳＦ効果が高いとされている。シリコン（Ｓｉ）基板のｐ+層の表面抵抗を表１に示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１に示す結果から、アルミニウム粉末の平均粒径に関係なく、無添加の従来例においては焼成後のｐ+層の表面抵抗が１２．０Ω□以上であったのに対して、ホウ素含有物を０．０１質量％以上添加した場合にはｐ+層の表面抵抗を１０．０Ω□以下まで低減させることができる。また、ホウ素含有物は、ホウ酸、酸化ホウ素またはトリエトキシボロンのいずれの形態で添加しても上記の効果を達成できることがわかる。
【００３３】
以上に開示された実施の形態や実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態や実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ホウ素含有物を含む本発明のペースト組成物を塗布したｐ型シリコン半導体基板を焼成することにより、ｐ+層の表面抵抗を低減させることができるので、ＢＳＦ効果をより一層高めることができ、結果として太陽電池の出力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明が適用される太陽電池の断面構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１：ｐ型シリコン半導体基板、２：ｎ型不純物層、３：反射防止膜、４：グリッド電極、５：裏面電極層、６：Ａｌ−Ｓｉ合金層、７：ｐ+層。
【図１】
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