(57)【要約】【課題】焼成時反りの発生を抑制し、変換効率の向上に寄与するＢＳＦ効果を失うことがないアルミニウムペースト組成物を提供する。【解決手段】アルミニウム粉末、ガラスフリット、有機ビヒクルとを含む太陽電池シリコンウエハ用焼成ペースト組成物であって、金属酸化物のナノ粒子を含むこと、前記金属酸化物ナノ粒子の平均粒子径が１０〜５０ｎｍであることである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム粉末、ガラスフリット、有機ビヒクルとを含む太陽電池シリコンウエハ用焼成ペースト組成物であって、金属酸化物のナノ粒子を含むことを特徴とするアルミニウムペースト組成物。
【請求項２】
前記金属酸化物ナノ粒子の平均粒子径が１０〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウムペースト組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルに用いられるアルミニウムペースト組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池の低コスト化に向けて、シリコンウエハの薄膜化が進んでいる。この薄膜化に伴ってペースト焼成後の太陽用電池セルの反りが大きくなる。この反りが、次工程のモジュール製造において割れなどの原因となっていた。一方  太陽電池のシリコンウエハのアルミニウム電極は、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、６５０℃（ｐ型不純物層を得るため）以上の温度にて短時間焼成することによって形成され、焼成の際にアルミニウム原子がｐ型シリコンウエハの内部に拡散することにより、電子の再結合を防止し、変換効率を向上させるＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）効果が得られる。
【０００３】
特許文献１には、アルミニウム粉末がレーザー回折法に基づく粒度分布のＤ５０が３μｍ以下であり且つＤ１０とＤ９０との比（Ｄ１０／Ｄ９０）が０．２以上であることを特徴とする小粒径アルミニウム粉末と、Ｄ５０が小粒径アルミニウム粉末のＤ５０が２〜６倍であり且つＤ１０／Ｄ９０が０．２以上であることを特徴とする大粒径アルミニウム粉末とを混合することにより調整されたアルミニウム粉末を含むアルミニウムペーストが 裏面電極において少ない塗布量で高いＢＳＦ効果を保証しつつ、焼成時にシリコンウエハに反り等の変形を発生するのを防止し得ることが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、アルミニウム粉末と、有機質ビヒクルと、有機質ビヒクルに不溶解性または難溶解性のウィスカーとを含み、そのウィスカーがアルミニウム粉末および有機質ビヒクルと予め混合されるペースト組成物がシリコン半導体基板を薄くした場合でも、電極の機械的強度と密着性を低下させることがなく、所望のＢＳＦ効果を十分達成することができ、かつ焼成後のシリコン半導体基板の変形（反り）を抑制することが可能であることが開示されている。
【０００５】
しかしながら、これらのアルミニウムペーストだけではまだ十分に反りを抑制することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１４６５７８号公報
【特許文献２】特開２００６−２７８０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の課題は、焼成時反りの発生を抑制し、変換効率の向上に寄与するＢＳＦ効果を失うことがないアルミニウムペースト組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、アルミニウム粉末、ガラスフリット、有機ビヒクルとを含む太陽電池シリコンウエハ用焼成ペースト組成物であって、金属酸化物のナノ粒子を含むことを特徴とするアルミニウムペースト組成物で焼成後の反りを抑制し、変換効率の低下がない。
【０００９】
請求項２の発明は、前記金属酸化物ナノ粒子の平均粒子径が１０〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウムペースト組成物で焼成後の反りを抑制し、変換効率の低下がない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアルミニウムペースト組成物は焼成時の反りが少なく、ＢＳＦ効果を低下させない特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】太陽電池のウエハの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のアルミニウムペースト組成物は、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金属酸化物のナノ粒子を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明でナノ粒子は一般的にナノメートルオーダーの粒子（１〜１００ｎｍ）で量子領域、量子効果が支配的な大きさを言う。
本発明の効果発現は金属酸化物ナノ粒子であれば良く。平均粒子径１０〜５０ｎｍが好ましい。この範囲であれば、短時間焼成でも、反りの抑制効果を発現する。添加量はペースト組成物に対して０．０２〜０．１％が好ましい。この範囲であれば、反り抑制効果が得られ、ＢＳＦ効果を阻害することがない。
【００１４】
アルミニウム粉末は、ペースト組成物に普く使用されるものでよいが、平均粒子径０．５〜２０μｍが使うことができる。好ましくは、１〜１０μｍが好ましい。この範囲では比表面積が大きく、高充填できないこともなく、粉末の溶融が早く電極のふくれやアルミニウムの玉を発生促進させることもない。逆に粘性が低く、それに伴う電極の膜厚が大きくなることによる反りが生じることもない。
【００１５】
有機質ビヒクルはペースト組成物で普く使用されるもので良く、エチルセルロース樹脂やアクリル樹脂等の結合樹脂を、エステル系やグリコールエーテル系、ターピネオール系などの溶剤で溶解したものを使用することができる。有機質ビヒクル中の結合樹脂の全ペースト中の含有量はアルミニウム粉末配合量等によって適宜選択する。有機質ビヒクル成分が少ないと、概ね２重量％未満になるとペースト組成物の印刷性適性がなくなり、多すぎると、概ね５０重量％を超えるとペースト組成物の粘度が増大し、短時間焼成では電極中に樹脂が残って、抵抗率の悪化を引き起こす。
【００１６】
本発明に用いるガラスフリットは、溶融後にアルミニウム粒子を結合する無機バインダーとしての役割とアルミニウムとシリコンとの反応促進やアルミニウム粉末自身の焼結助剤として働く。一方、アルミニウムとシリコンとの反応により、局部的に多量のＡｌ−Ｓｉ合金が生じ、アルミニウムが溶融し、ふくれやアルミニウムの玉が発生し、不具合を生じ、前記効果と相反する。種類、配合部数を適宜選択する。ガラスフリットは、主成分としてＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ系、Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系、Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系およびＢｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系等の酸化物を含むものなどがある。これらの組成物に加えて、アルカリ金属が含まれているものが、前記効果が大きく、好ましい。また、このましくは、環境負荷を鑑みて鉛を含まないものが好ましい。
【００１７】
本発明のアルミニウムペースト組成物は、必要に応じて、分散剤、界面活性剤、可塑剤、カップリング剤、消泡剤、沈降防止剤、レベリング剤などを配合することができる。調製には、各種の混合、混練、分散機を使用することができる。例えば、２本ロールミル、３本ロールミル、ボールミル、サンドミル、プラネタリーミキサー、高速ミキサー、自公転撹拌機等が挙げられる。
【００１８】
焼成炉条件はアルミニウム粉末の形状、粒径やガラスフリット等の配合により条件は適宜選択し、反り、アルミニウムの玉状析出、膨れなどの欠点が少ない条件で行う。ピーク温度８００℃４〜５秒を含む焼成タクトを挙げることができる。
【００１９】
以下に実施例・比較例を記して詳細な説明をする。結果を表１に記した。
【実施例１】
【００２０】
ＫＦＡ−３２（互応化学工業(株)、商品名、アクリル樹脂系有機ビヒクル、固形分３０％、ブチルカルビトールアセテート溶液）を１５．６重量部、ブチルカルビトールアセテート（山一化学工業(株)）を８．２重量部、Ｈ−３（ＶＡＬＩＭＥＴ社、商品名、アルミニウム粉末、平均粒子径４．６μｍ、球形）７４．１重量部、ＱＰＺ−１９／５００（日本電気硝子(株)、商品名、シリカホウ酸系ガラスフリット、粒子径２．２μｍ）１．２重量部、ルナックＯ−ＬＬ−Ｖ（花王(株)、商品名、分散剤、オレイン酸）を０．７重量部、ＮＰＣ−ＳＴ（日産化学工業(株)、商品名、二酸化ケイ素Ｎ−プロピルセルソルブ分散体、平均粒子径１０〜２０ｎｍ、固形分３０％）０．２重量部を三本ロールミルを用いて均一に混合し、実施例１のペースト組成物とした。
【実施例２】
【００２１】
実施例１のＮＰＣ−ＳＴをＮＡＮＯＢＹＫ−３６５０（ビックケミー・ジャパン(株)、二酸化ケイ素、平均粒子径２０〜２５ｎｍ、固形分２５％、メトキシプロピルアセテート／メトキシプロパノール溶液）を０．２４重量部に、ブチルカルビトールアセテートを８．１６重量部に変えた以外実施例１と同じに行い、実施例２のペースト組成物とした。
【実施例３】
【００２２】
実施例１のＮＰＣ−ＳＴをＮＡＮＯＢＹＫ−３６１０（ビックケミー・ジャパン(株)、アルミナ、平均粒子径２０〜２５ｎｍ、固形分３０％、メトキシプロピルアセテート溶液）を０．２重量部に変えた以外実施例１と同じに行い、実施例３のペースト組成物とした。
【実施例４】
【００２３】
実施例１のＮＰＣ−ＳＴをＮＡＮＯＢＹＫ−３８２１（ビックケミー・ジャパン(株)、商品名、酸化亜鉛、平均粒子径２０ｎｍ、固形分４０％、溶剤メトキシプロピルアセテート）０．１５重量部に、ブチルカルビトールアセテートを８．２５重量部に変えた以外実施例１と同じに行い、実施例４のペースト組成物とした。
【実施例５】
【００２４】
実施例２のＮＡＮＯＢＹＫ−３６５０を０．４重量部、ブチルカルビトールアセテートを８．１重量部に変えた以外実施例２と同じに行い、実施例５のペースト組成物とした。
【実施例６】
【００２５】
実施例２のＮＡＮＯＢＹＫ−３６５０を０．１重量部に、ブチルカルビトールアセテートを８．３重量部に変えた以外実施例２と同じに行い、実施例６のペースト組成物とした。
【実施例７】
【００２６】
実施例４のＮＡＮＯＢＹＫ−３８２１をＮＡＮＯＢＹＫ−３８４１（ビックケミー・ジャパン(株)、商品名、酸化亜鉛、平均粒子径４０ｎｍ、固形分４０％、メトキシプロピルアセテート溶液）に変えた以外実施例４と同じに行い、実施例７のペースト組成物とした。
【００２７】
参考例１
実施例２のＮＡＮＯＢＹＫ−３６５０を０．８重量部に、ブチルカルビトールアセテートを７．７重量部に変えた以外実施例２と同じに行い、参考例１のペースト組成物とした。
【００２８】
比較例１
実施例１のＮＰＣ−ＳＴを溶融シリカ（日本フリット(株)、商品名、二酸化ケイ素、平均粒子径２．９μｍ、固形分１００％）０．０６重量部に、ブチルカルビトールアセテートを８．２重量部に変えた以外実施例１と同じに行い、比較例１のペースト組成物とした。
【００２９】
比較例２
実施例１のＮＰＣ−ＳＴを無添加に、ブチルカルビトールアセテートを８．２６重量部にした以外、実施例１と同じに行い比較例２のペースト組成物とした。
【００３０】
【表１】
2012212542.tif 000002
【００３１】
上記の実施例、参考例、比較例のペースト組成物を、厚みが２００μｍ、大きさが１５６ｍｍ×１５６ｍｍの多結晶Ｐ型シリコンウエハに、２００メッシュのスクリーン印刷版を用いて１５４ｍｍ×１５４ｍｍの面積になるように中央に印刷し、熱風乾燥機を使用して１５０℃３０分間で乾燥させた。焼成は、３ゾーンのワイヤー式ベルト炉を使用した。ゾーン１の温度は５９０℃、ゾーン２の温度は８００℃、ゾーン３の温度は３８０℃とし、タクト時間を約６０秒間とした。焼成後の電極層の膜厚は平均で３２μｍであった。
【００３２】
反り：
上記焼成（直後）後のシリコンウエハの凹面に金尺をあて、最も離れている距離をノギスで測定した。
【００３３】
表面抵抗率：
シリコンウエハに形成されたアルミニウム電極層の表面抵抗率をロレスターＥＰ  ＭＣＰ−Ｔ３６０（三菱化学(株)、商品名、四端子四探針方式抵抗率計）を用いて測定した。（表面抵抗率は剥離前の電極抵抗値）
【００３４】
ＢＳＦ抵抗率（Ω／□）：
シリコンウエハに形成されたアルミニウム電極層を１０％塩化水素水溶液に１５分間浸漬し、アルミニウムの電極部分を除去した。その除去されたウエハ表面のＢＳＦ層の表面抵抗率をロレスターＥＰ  ＭＣＰ−Ｔ３６０を用いて測定した。
【００３５】
評価結果の見解
実施例１〜７、参考例１、比較例１、２は表面抵抗率は全て良好である。金属酸化物のナノ粒子添加によるアルミニウム電極の表面抵抗率には影響ないものである。実施例１〜７、参考例１は金属酸化物のナノ粒子添加は反りを抑制し、ナノ粒子でない比較例１では効果は明確ではない。ＢＳＦ抵抗率に関しては１０〜４０Ω／□の範囲で太陽電池の変換効率が良く、実施例ではＢＳＦ効果を阻害していることはない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明のアルミニウムペースト組成物は太陽電池シリコンウエハの裏面電極を形成し、反りが少なく、変換効率も落とすことがないので、ウエハの薄膜化に寄与でき、有用である。
【符号の説明】
【００３７】
１    受光面銀電極
２    ｎ型不純物層
３    ウエハ
４    ｐ型不純物層（ＢＳＦ関与層）
５    アルミニウム電極層
６    裏面銀電極
【図１】
2012212542.tif 000003