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JP5888493B2 - Conductive paste and solar cell element using the conductive paste - Google Patents

Conductive paste and solar cell element using the conductive paste Download PDF

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JP5888493B2 JP2011270958A JP2011270958A JP5888493B2 JP 5888493 B2 JP5888493 B2 JP 5888493B2 JP 2011270958 A JP2011270958 A JP 2011270958A JP 2011270958 A JP2011270958 A JP 2011270958A JP 5888493 B2 JP5888493 B2 JP 5888493B2
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Description

本発明は、半導体シリコン太陽電池に形成される電極として使用可能な鉛を含まない導電性ペーストに関する。   The present invention relates to a lead-free conductive paste that can be used as an electrode formed in a semiconductor silicon solar cell.

半導体シリコン基板を用いた電子部品として、図1に示すような太陽電池素子が知られている。図1に示すように、太陽電池素子は、厚みが200μm程度のp型半導体シリコン基板1の受光面側にn型半導体シリコン層2を形成し、受光面側表面に受光効率をあげるための窒化珪素膜などの反射防止膜3、さらにその反射防止膜3上に半導体と接続した表面電極4が形成されている。   As an electronic component using a semiconductor silicon substrate, a solar cell element as shown in FIG. 1 is known. As shown in FIG. 1, the solar cell element is formed by forming an n-type semiconductor silicon layer 2 on the light-receiving surface side of a p-type semiconductor silicon substrate 1 having a thickness of about 200 μm, and nitriding to increase the light-receiving efficiency on the light-receiving surface side surface. An antireflection film 3 such as a silicon film, and a surface electrode 4 connected to the semiconductor are formed on the antireflection film 3.

また、p型半導体シリコン基板1の裏側には、アルミニウム電極層5が一様に形成されている。このアルミニウム電極層5は、一般に、アルミニウム粉末、ガラスフリット、エチルセルロースやアクリル樹脂などのバインダーを含む有機ビヒクルとからなるアルミニウムペースト材料を、スクリーン印刷などを用いて塗布し、600〜900℃程度の温度で短時間焼成することで形成される。   An aluminum electrode layer 5 is uniformly formed on the back side of the p-type semiconductor silicon substrate 1. The aluminum electrode layer 5 is generally formed by applying an aluminum paste material made of an aluminum powder, glass frit, an organic vehicle containing a binder such as ethyl cellulose or acrylic resin, using screen printing or the like, and having a temperature of about 600 to 900 ° C. It is formed by baking for a short time.

このアルミニウムペースト材料の焼成において、アルミニウムがp型半導体シリコン基板1に拡散することで、アルミニウム電極層5とp型半導体シリコン基板1との間にBSF(Back Surface Field)層6と呼ばれるSi−Al共晶層が形成され、さらにはアルミニウムの拡散による不純物層p層7が形成される。このp層7は、pn接合の光起電力効果によって生成したキャリアの再結合による損失を抑制する効果をもたらし、太陽電池素子の変換効率向上に寄与する。このBSF効果に関しては、例えば特許文献1や特許文献2などに開示されているように、アルミニウムペースト材料に含まれるガラスフリットとして、鉛を含有するガラスを用いることにより、高い効果を得ることが可能であると開示されている。 In the baking of the aluminum paste material, aluminum diffuses into the p-type semiconductor silicon substrate 1, so that an Si-Al called BSF (Back Surface Field) layer 6 is formed between the aluminum electrode layer 5 and the p-type semiconductor silicon substrate 1. A eutectic layer is formed, and an impurity layer p + layer 7 is formed by diffusion of aluminum. The p + layer 7 has an effect of suppressing loss due to recombination of carriers generated by the photovoltaic effect of the pn junction, and contributes to improvement in conversion efficiency of the solar cell element. As for the BSF effect, as disclosed in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2, it is possible to obtain a high effect by using glass containing lead as a glass frit contained in an aluminum paste material. It is disclosed that.

特開2007−59380号公報JP 2007-59380 A 特開2003−165744号公報JP 2003-165744 A

一般的に、p層の表面抵抗とBSF効果には相関があり、p層の表面抵抗が低いほどBSF効果が高く、太陽電池素子としての変換効率が高いとされている。 In general, there is a correlation between the surface resistance of the p + layer and the BSF effect, and the lower the surface resistance of the p + layer, the higher the BSF effect and the higher the conversion efficiency as a solar cell element.

前述した鉛成分を含むガラスフリットは、アルミニウムペースト材料のような導電性ペーストに使用することにより、高いBSF効果を得ることができ、さらに上記導電性ペーストを低融点とする上で重要な成分であるものの、人体や環境に与える弊害が大きい。前述した特許文献1及び特許文献2は導電性ペーストに鉛成分を含むという問題がある。   The glass frit containing the lead component described above can be used for a conductive paste such as an aluminum paste material to obtain a high BSF effect, and is an important component for making the conductive paste have a low melting point. However, it has a great negative effect on the human body and the environment. Patent Document 1 and Patent Document 2 described above have a problem that the conductive paste contains a lead component.

そこで本発明は、半導体シリコン太陽電池に形成される電極として使用可能な鉛を含まない導電性ペーストを得ることを目的とした。   Therefore, an object of the present invention is to obtain a lead-free conductive paste that can be used as an electrode formed in a semiconductor silicon solar cell.

本発明は、半導体シリコン基板を用いる太陽電池用の導電性ペーストであって、該導電性ペーストに含まれるガラスフリットの組成は、実質的に鉛成分を含まず、質量%でSiOを1〜20、Bを5〜30、Alを0〜10、ZnOを5〜35、RO(MgO、CaO、SrO、及びBaOからなる群から選ばれる少なくとも1種の合計)を5〜30、RO(LiO、NaO、及びKOからなる群から選ばれる少なくとも1種の合計)を0.1〜6、Biを10〜60を含むことを特徴とする導電性ペーストである。 The present invention is an electrically conductive paste for solar cells using a semiconductor silicon substrate, and the composition of the glass frit contained in the electrically conductive paste is substantially free of lead components and contains 1 to 2 SiO 2 by mass%. 20, B 2 O 3 of 5 to 30, Al 2 O 3 0-10, 5-35 and ZnO, RO (MgO, CaO, SrO, and at least one total selected from the group consisting of BaO) 5 a 30 to 0.1, R 2 O (total of at least one selected from the group consisting of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O) 0.1 to 6 and Bi 2 O 3 to 10 to 60 The conductive paste is characterized.

鉛を含有するガラスフリットを使用した導電性ペーストを用いた場合、p層の表面抵抗は20〜30Ω/□程度を示すことから、本発明の導電性ペーストを用いた際のp層の表面抵抗は、30Ω/□以下とすることが好ましい。該表面抵抗が低いほど太陽電池素子として用いた場合、変換効率が向上する。 When the conductive paste using the lead-containing glass frit is used, the surface resistance of the p + layer shows about 20 to 30 Ω / □, and therefore the p + layer of the p + layer when using the conductive paste of the present invention is used. The surface resistance is preferably 30 Ω / □ or less. When the surface resistance is lower, conversion efficiency is improved when used as a solar cell element.

また本発明の前記ガラスフリットは、30℃〜300℃における熱膨張係数が(70〜110)×10−7/℃、軟化点が450℃以上600℃以下であることを特徴とする。本発明において上記の熱膨張係数は線膨張係数を意味するものである。 The glass frit of the present invention is characterized in that the coefficient of thermal expansion at 30 ° C. to 300 ° C. is (70 to 110) × 10 −7 / ° C. and the softening point is 450 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. In the present invention, the above thermal expansion coefficient means a linear expansion coefficient.

また、本発明の導電性ペーストは、アルミニウム粉末を有するアルミニウムペースト材料であることを特徴とする。   Moreover, the conductive paste of the present invention is an aluminum paste material having aluminum powder.

また、本発明の導電性ペーストは、前記ガラスフリットの組成において、ROとして少なくともKOを含むことを特徴とする。 The conductive paste of the present invention is characterized in that the composition of the glass frit contains at least K 2 O as R 2 O.

また、本発明の導電性ペーストは、前記ガラスフリットの組成において、ROとして少なくともBaOを含むことを特徴とする。   The conductive paste of the present invention is characterized in that the composition of the glass frit contains at least BaO as RO.

本発明により、鉛を含まないガラスフリットを含む導電性ペーストを得ることが可能である。本発明の導電性ペーストを太陽電池素子として使用することにより、高いBSF効果を得ることができる。また、半導体シリコン基板と良好な密着性を得ることができる。さらに、実質的に鉛成分を含まないため人体や環境に与える弊害がない。   According to the present invention, it is possible to obtain a conductive paste containing glass frit that does not contain lead. By using the conductive paste of the present invention as a solar cell element, a high BSF effect can be obtained. Also, good adhesion to the semiconductor silicon substrate can be obtained. Furthermore, since it does not substantially contain a lead component, there is no harmful effect on the human body and the environment.

一般的な半導体シリコン太陽電池セルの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of a common semiconductor silicon photovoltaic cell.

本発明の導電性ペーストは、アルミニウム粉末とエチルセルロースやアクリル樹脂などのバインダーを含む有機ビヒクルに加えて、ガラスフリットを含み(1〜5質量%)、該ガラスフリットが実質的に鉛成分を含まず、質量%でSiOを1〜20、Bを5〜30、Alを0〜10、ZnOを5〜35、RO(MgO、CaO、SrO、及びBaOからなる群から選ばれる少なくとも1種の合計)を5〜30、RO(LiO、NaO、及びKOからなる群から選ばれる少なくとも1種の合計)を0.1〜6、Biを10〜60を含むことを特徴とする導電性ペーストである。 The conductive paste of the present invention contains glass frit (1 to 5% by mass) in addition to an organic vehicle containing aluminum powder and a binder such as ethyl cellulose or acrylic resin, and the glass frit is substantially free of a lead component. And selected from the group consisting of SiO 2 in mass% 1-20, B 2 O 3 5-30, Al 2 O 3 0-10, ZnO 5-35, RO (MgO, CaO, SrO, and BaO). 5 to 30, and R 2 O (total of at least one selected from the group consisting of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O) 0.1 to 6, Bi 2 O 3 is a conductive paste characterized by containing 10 to 60.

本発明のガラスフリットにおいて、SiOはガラス形成成分であり、別のガラス形成成分であるBと共存させることにより、安定したガラスを形成することが可能であり、1〜20%(質量%、以下においても同様である)含有させる。20%を越えると、ガラスの軟化点が上昇し導電性ペーストとして使用し難くなる。より好ましくは5〜17%、さらに好ましくは8〜15%の範囲である。 In the glass frit of the present invention, SiO 2 is a glass forming component, and by coexisting with B 2 O 3 which is another glass forming component, a stable glass can be formed, and 1 to 20% ( (The same applies to the mass% below). If it exceeds 20%, the softening point of the glass will rise, making it difficult to use as a conductive paste. More preferably, it is 5 to 17%, and further preferably 8 to 15%.

はガラス形成成分であり、ガラス溶融を容易とし、ガラスの熱膨張係数の過度の上昇を抑え、かつ、焼成時にガラスに流動性を与え、ガラスの誘電率を低下させるものであり、ガラス中に5〜30%含有させる。5未満ではガラスの流動性が不充分となることにより焼結性が損なわれ、一方で30%を越えるとガラスの安定性が低下する。また、より好ましくは10〜25%、さらに好ましくは15〜25%の範囲である。 B 2 O 3 is a glass forming component, facilitates glass melting, suppresses an excessive increase in the thermal expansion coefficient of glass, imparts fluidity to glass during firing, and lowers the dielectric constant of glass. And 5 to 30% in the glass. If it is less than 5, the fluidity of the glass becomes insufficient and the sinterability is impaired. On the other hand, if it exceeds 30%, the stability of the glass decreases. Moreover, More preferably, it is 10 to 25%, More preferably, it is 15 to 25% of range.

Alは、ガラスの結晶化を抑制する任意成分である。ガラス中に0〜10%含有させるが、10%を超えるとガラスの軟化点が上昇し導電性ペーストとして使用し難くなる。また、より好ましくは0〜5%としてもよい。 Al 2 O 3 is an optional component that suppresses crystallization of glass. Although it is made to contain 0 to 10% in glass, when it exceeds 10%, the softening point of glass will rise and it will become difficult to use as an electrically conductive paste. More preferably, it may be 0 to 5%.

ZnOはガラスの軟化点を下げる成分で、ガラス中に5〜35%含有させる。5%未満では上記作用を発揮し得ず、35%を超えるとガラスが不安定となり結晶を生じ易くなる。また、より好ましくは8〜30%、さらに好ましくは10〜20%の範囲である。   ZnO is a component that lowers the softening point of glass and is contained in the glass in an amount of 5 to 35%. If it is less than 5%, the above-mentioned action cannot be exhibited. If it exceeds 35%, the glass becomes unstable and crystals are likely to be formed. Further, it is more preferably 8 to 30%, and further preferably 10 to 20%.

RO(MgO、CaO、SrO、及びBaOからなる群から選ばれる少なくとも1種の合計)はガラスの軟化点を下げるものであり、ガラス中に5〜30%含有させる。5%未満ではガラスの軟化点の低下が不十分となり焼結性が損なわれる。一方で30%を越えるとガラスの熱膨張係数が高くなりすぎることがある。好ましくは10〜30%、より好ましくは10〜20%の範囲である。また、ROは1成分でも、複数成分を混合して用いても良いが、BaOを含むのがさらに好ましい。   RO (total of at least one selected from the group consisting of MgO, CaO, SrO and BaO) lowers the softening point of the glass and is contained in the glass in an amount of 5 to 30%. If it is less than 5%, the softening point of the glass is not sufficiently lowered, and the sinterability is impaired. On the other hand, if it exceeds 30%, the thermal expansion coefficient of the glass may become too high. Preferably it is 10 to 30%, More preferably, it is 10 to 20% of range. In addition, RO may be a single component or a mixture of a plurality of components, but more preferably contains BaO.

O(LiO、NaO、及びKOからなる群から選ばれる少なくとも1種の合計)はガラスの軟化点を下げ熱膨張係数を適宜範囲に調整するものであり、0.1〜6%の範囲で含有させる。0.1%未満ではガラスの軟化点の低下が不十分となり焼結性が損なわれる。一方で6%を越えると熱膨張係数を過度に上昇させることがある。より好ましくは1〜6%、さらに好ましくは1〜3%の範囲である。 R 2 O (total of at least one selected from the group consisting of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O) lowers the softening point of the glass and adjusts the thermal expansion coefficient to an appropriate range. It is made to contain in 1 to 6% of range. If it is less than 0.1%, the softening point of the glass is not sufficiently lowered and the sinterability is impaired. On the other hand, if it exceeds 6%, the thermal expansion coefficient may be excessively increased. More preferably, it is 1-6%, More preferably, it is 1-3% of range.

本発明において、ガラスフリットに含有するRO量を増加させることにより、p層の表面抵抗を30Ω/□より低い値にすることが可能であるが、該ROを6質量%越えて含む場合、該ROのアルカリ成分が多くなることにより潮解性を呈することがあるため、本発明では該ROを6質量%以下とする。 In the present invention, it is possible to make the surface resistance of the p + layer lower than 30 Ω / □ by increasing the amount of R 2 O contained in the glass frit, but the R 2 O exceeds 6% by mass. If containing Te, the order by R 2 O alkali component increases sometimes exhibit deliquescence, in the present invention to 6% by mass or less the R 2 O.

また、ROは1成分でも、複数成分を混合して用いても良いが、特にRO成分中のKO量を主成分にする、又はKO成分のみを用いると、外観や基板との密着性が良好となるため好ましい。なお、上記の「主成分」とは、RO成分の質量の合計値に対するKOの質量が50質量%以上であればよく、好ましくは70質量%以上としてもよい。 R 2 O may be a single component or a mixture of a plurality of components. In particular, when the amount of K 2 O in the R 2 O component is the main component or only the K 2 O component is used, the appearance And the adhesion to the substrate is favorable. Here, the "main component" described above may be any K 2 O mass to the total of the weight of R 2 O component is more than 50 wt%, preferably may be more than 70 wt%.

Biはガラスの軟化点を下げ、熱膨張係数を調整するものであり、10〜60%の範囲で含有させる。10%未満ではガラスの軟化点の低下が不十分で、焼結性が損なわれる。他方60%を越えると熱膨張係数を過度に上昇させる。より好ましくは15〜55%の範囲である。 Bi 2 O 3 lowers the softening point of the glass and adjusts the thermal expansion coefficient, and is contained in the range of 10 to 60%. If it is less than 10%, the softening point of the glass is not sufficiently lowered, and the sinterability is impaired. On the other hand, if it exceeds 60%, the thermal expansion coefficient is excessively increased. More preferably, it is 15 to 55% of range.

上記の他にも、一般的な酸化物で表すCuO、TiO、In、SnO、TeOなどを加えてもよい。 In addition to the above, CuO, TiO 2 , In 2 O 3 , SnO 2 , TeO 2 or the like represented by a general oxide may be added.

実質的に鉛(以下PbOと記載することもある)を含まないことにより、人体や環境に与える影響を皆無とすることができる。ここで、実質的にPbOを含まないとは、PbOがガラス原料中に不純物として混入する程度の量を意味する。例えば、低融点ガラス中における0.3%以下の範囲であれば、先述した弊害、すなわち人体、環境に対する影響、絶縁特性等に与える影響は殆どなく、実質的にPbOの影響を受けないことになる。   By substantially not containing lead (hereinafter also referred to as PbO), it is possible to eliminate the influence on the human body and the environment. Here, “substantially free of PbO” means an amount of PbO mixed as an impurity in the glass raw material. For example, if it is in the range of 0.3% or less in the low-melting glass, there is almost no influence on the adverse effects described above, that is, the influence on the human body and the environment, the insulation characteristics, etc. Become.

前記ガラスフリットを用いることにより、30℃〜300℃における熱膨張係数が(70〜110)×10−7/℃、軟化点が450℃以上600℃以下の導電性ペーストを得ることが可能となる。熱膨張係数が(70〜110)×10−7/℃を外れると電極形成時に剥離、基板の反り等の問題が発生する。好ましくは、(75〜100)×10−7/℃の範囲である。また、軟化点が600℃を越えると焼成時に十分に流動しないため、半導体シリコン基板との密着性が悪くなる等の問題が発生する。好ましくは上記軟化点が480℃以上580℃以下である。 By using the glass frit, it is possible to obtain a conductive paste having a thermal expansion coefficient of (70 to 110) × 10 −7 / ° C. and a softening point of 450 to 600 ° C. at 30 to 300 ° C. . When the coefficient of thermal expansion deviates from (70 to 110) × 10 −7 / ° C., problems such as peeling and warping of the substrate occur during electrode formation. Preferably, it is in the range of (75-100) × 10 −7 / ° C. Further, when the softening point exceeds 600 ° C., it does not flow sufficiently at the time of firing, so that problems such as poor adhesion to the semiconductor silicon substrate occur. The softening point is preferably 480 ° C or higher and 580 ° C or lower.

本発明の導電性ペーストは、前述したように太陽電池素子に使用することが可能である。またさらに、該導電性ペーストは低温で焼成が可能であることから、銀やアルミ等を用いた配線パターンの形成材料や各種電極等、電子材料用基板としても使用できる。   The conductive paste of the present invention can be used for a solar cell element as described above. Furthermore, since the conductive paste can be baked at a low temperature, it can be used as a substrate for electronic materials such as a wiring pattern forming material using silver or aluminum or various electrodes.

本発明の導電性ペーストの好適な実施形態のひとつは、ガラスフリット、アルミニウム粉末、有機ビヒクルを含有する導電性ペーストであり、該導電性ペーストの粘度を200Pa・s以下とするのが好ましい。該導電性ペーストは、半導体シリコン基板上に塗布・焼成しアルミニウム電極層を形成するものであるが、粘度が上記範囲を外れると、成形性や加工性が悪くなることがある。   One preferred embodiment of the conductive paste of the present invention is a conductive paste containing glass frit, aluminum powder, and an organic vehicle, and the viscosity of the conductive paste is preferably 200 Pa · s or less. The conductive paste is applied and baked on a semiconductor silicon substrate to form an aluminum electrode layer. If the viscosity is out of the above range, the moldability and workability may be deteriorated.

上記導電体ペーストに含まれるガラスフリットの粒径は、平均粒径を1〜10μm、最大粒径を30μm以下とするのが好ましい。ガラスフリットの粒径は、レーザー回折・散乱式 粒子径・粒度分布測定装置(日機装(株)製)を用いて測定した。ガラスフリットの平均粒子径が10μmを超え、更に最大粒子径が30μmを超えると半導体シリコン基板上にアルミニウム電極層を形成した際に半導体シリコン基板とアルミニウム電極層との密着性が低下することがある。   The glass frit contained in the conductor paste preferably has an average particle size of 1 to 10 μm and a maximum particle size of 30 μm or less. The particle size of the glass frit was measured using a laser diffraction / scattering particle size / particle size distribution measuring device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). If the average particle size of the glass frit exceeds 10 μm and the maximum particle size exceeds 30 μm, the adhesion between the semiconductor silicon substrate and the aluminum electrode layer may be reduced when the aluminum electrode layer is formed on the semiconductor silicon substrate. .

また、アルミニウム粉末は導電性を有するものであり、アルミニウム電極層として利用可能な導電性を示すために、導電性ペーストに対して50〜80質量%有するのが好ましい。   In addition, the aluminum powder has conductivity, and it is preferable to have 50 to 80% by mass with respect to the conductive paste in order to exhibit conductivity that can be used as the aluminum electrode layer.

また、有機ビヒクルは有機溶剤とバインダーとからなるものであり、焼成してアルミニウム電極層を形成する際、揮発するものである。該有機溶剤とバインダーは、粘度が前述した範囲となり、焼成過程で揮発するように含有量や種類等、適宜調整されればよいが、例えば、導電性ペーストに対して有機溶剤を10〜40質量%、バインダーを1〜10質量%含むものとしてもよい。   The organic vehicle is composed of an organic solvent and a binder, and volatilizes when fired to form the aluminum electrode layer. The viscosity of the organic solvent and the binder may be adjusted as appropriate so that the viscosity is in the above-described range and volatilizes during the firing process. For example, the organic solvent is 10 to 40 mass with respect to the conductive paste. %, And the binder may be contained in an amount of 1 to 10% by mass.

有機溶剤は、例えば、N、N’−ジメチルホルムアミド(DMF)、α−テルピネオール、高級アルコール、γ−ブチルラクトン(γ−BL)、テトラリン、ブチルカルビトールアセテート、酢酸エチル、酢酸イソアミル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ベンジルアルコール、トルエン、3−メトキシ−3−メチルブタノール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N−メチル−2−ピロリドン等が使用可能である。特に、α−テルピネオールは、高粘性であり、樹脂等の溶解性も良好であるため、好ましい。   Examples of the organic solvent include N, N′-dimethylformamide (DMF), α-terpineol, higher alcohol, γ-butyllactone (γ-BL), tetralin, butyl carbitol acetate, ethyl acetate, isoamyl acetate, diethylene glycol monoethyl. Ether, diethylene glycol monoethyl ether acetate, benzyl alcohol, toluene, 3-methoxy-3-methylbutanol, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether , Tripropylene glycol monobutyl ether, propylene carbonate, dimethyl sulfoxide (DMSO), - methyl-2-pyrrolidone or the like can be used. In particular, α-terpineol is preferable because it is highly viscous and has good solubility in resins and the like.

バインダーは、例えば、アクリル酸エステル(アクリル樹脂)、エチルセルロース、ポリエチレングリコール誘導体、ニトロセルロース、ポリメチルスチレン、ポリエチレンカーボネート、メタクリル酸エステル等が使用可能である。特に、アクリル酸エステル、ニトロセルロース、エチルセルロースは、熱分解性が良好であるため、好ましい。   As the binder, for example, acrylic acid ester (acrylic resin), ethyl cellulose, polyethylene glycol derivative, nitrocellulose, polymethylstyrene, polyethylene carbonate, methacrylic acid ester and the like can be used. In particular, acrylic acid ester, nitrocellulose, and ethylcellulose are preferable because of their good thermal decomposability.

以下、実施例に基づき、説明する。   Hereinafter, a description will be given based on examples.

(導電性ペースト)
まず、ガラス粉末は、実施例に記載した所定組成となるように各種無機原料を秤量、混合して原料バッチを作製した。この原料バッチを白金ルツボに投入し、電気加熱炉内で1000〜1300℃、1〜2時間で加熱溶融して表1の実施例1〜6、表2の比較例1〜5に示す組成のガラスを得た。ガラスの一部は型に流し込み、ブロック状にして熱膨張係数測定用に供した。残余のガラスは急冷双ロール成形機にてフレーク状とし、粉砕装置で平均粒径1〜10μm、最大粒径30μm未満の粉末状に整粒した。
(Conductive paste)
First, various inorganic raw materials were weighed and mixed so that the glass powder had a predetermined composition described in the examples to prepare a raw material batch. This raw material batch was put into a platinum crucible, heated and melted at 1000 to 1300 ° C. for 1 to 2 hours in an electric heating furnace, and the compositions shown in Examples 1 to 6 in Table 1 and Comparative Examples 1 to 5 in Table 2 were used. Glass was obtained. A part of the glass was poured into a mold and made into a block shape for use in measuring the thermal expansion coefficient. The remaining glass was formed into flakes with a rapid cooling twin roll molding machine, and sized with a pulverizer into a powder having an average particle size of 1 to 10 μm and a maximum particle size of less than 30 μm.

なお、軟化点は、熱分析装置TG―DTA(リガク(株)製)を用いて測定した。また、上記の熱膨張係数は熱膨張計を用い、5℃/分で昇温したときの30〜300℃での伸び量から線膨張係数を求めた。   The softening point was measured using a thermal analyzer TG-DTA (manufactured by Rigaku Corporation). Moreover, the said thermal expansion coefficient calculated | required the linear expansion coefficient from the amount of elongation at 30-300 degreeC when it heated up at 5 degree-C / min using the thermal dilatometer.

次いで、αテルピネオールとブチルカルビトールアセテートの混合物からなるペーストオイル39質量%にバインダーとしてのエチルセルロース1質量%と上記ガラス粉3質量%、また導電性粉末としてアルミニウム粉末を57質量%で混合し、粘度100±50Pa・s程度の導電性ペーストを調製した。   Next, 39% by mass of paste oil composed of a mixture of α-terpineol and butyl carbitol acetate was mixed with 1% by mass of ethyl cellulose as a binder and 3% by mass of the above glass powder, and 57% by mass of aluminum powder as a conductive powder. A conductive paste of about 100 ± 50 Pa · s was prepared.

次に、p型半導体シリコン基板1を準備し、その上部に上記で作製した導電性ペーストをスクリーン印刷した。これらの試験片を、140℃のオーブンで10分間乾燥させ、次に電気炉にて800℃条件下で1分間焼成し、p型半導体シリコン基板1にアルミニウム電極層5とBSF層6を形成した構造を得た。   Next, the p-type semiconductor silicon substrate 1 was prepared, and the conductive paste produced above was screen-printed thereon. These test pieces were dried in an oven at 140 ° C. for 10 minutes and then baked in an electric furnace at 800 ° C. for 1 minute to form an aluminum electrode layer 5 and a BSF layer 6 on the p-type semiconductor silicon substrate 1. A structure was obtained.

次に、アルミニウム電極層5のp型半導体シリコン基板1との密着性を調べるために、メンディングテープ(ニチバン製)をアルミニウム電極層5に貼り付け、剥離したときのアルミニウム電極層5の剥がれ状態を目視にて評価した。   Next, in order to examine the adhesiveness of the aluminum electrode layer 5 to the p-type semiconductor silicon substrate 1, a peeling tape of the aluminum electrode layer 5 when a mending tape (manufactured by Nichiban) is applied to the aluminum electrode layer 5 and peeled off is applied. Was visually evaluated.

その後、アルミニウム電極層5を形成したp型半導体シリコン基板1を水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して、アルミニウム電極層5およびBSF層6をエッチングすることでp層7を表面に露出させ、p層7の表面抵抗を4探針式表面抵抗測定器で測定した。 Thereafter, a p-type semiconductor silicon substrate 1 formed with the aluminum electrode layer 5 was immersed in an aqueous solution of sodium hydroxide, the p + layer 7 by an aluminum electrode layer 5 and the BSF layer 6 is etched to expose the surface, p + The surface resistance of the layer 7 was measured with a four-probe type surface resistance measuring instrument.

(結果)
無鉛低融点ガラス組成および、各種試験結果を表に示す。
(result)
The lead-free low melting point glass composition and various test results are shown in the table.

Figure 0005888493
Figure 0005888493

Figure 0005888493
Figure 0005888493

表1における実施例1〜6に示すように、本発明の組成範囲内においては、軟化点が450℃〜600℃であり、好適な熱膨張係数(70〜110)×10−7/℃を有しており、p型半導体シリコン基板1との密着性も良好であった。更には、太陽電池素子の変換効率に関係するp層7の抵抗値も26Ω/□以下となり、半導体シリコン太陽電池用の導電性ペーストとして用いることが可能である。 As shown in Examples 1 to 6 in Table 1, within the composition range of the present invention, the softening point is 450 ° C. to 600 ° C., and a suitable thermal expansion coefficient (70 to 110) × 10 −7 / ° C. And had good adhesion to the p-type semiconductor silicon substrate 1. Furthermore, the resistance value of the p + layer 7 related to the conversion efficiency of the solar cell element is also 26Ω / □ or less, and can be used as a conductive paste for semiconductor silicon solar cells.

他方、本発明の組成範囲を外れる表2における比較例1〜5は、p型半導体シリコン基板1との良好な密着性が得られない、p層7の抵抗値が高い、または溶解後にガラスが潮解性を示すなど、半導体シリコン太陽電池用の導電性ペーストとしては適用し得ないものであった。 On the other hand, in Comparative Examples 1 to 5 in Table 2 outside the composition range of the present invention, good adhesion to the p-type semiconductor silicon substrate 1 is not obtained, the resistance value of the p + layer 7 is high, or glass after melting Since it exhibits deliquescence, it cannot be applied as a conductive paste for semiconductor silicon solar cells.

1 p型半導体シリコン基板
2 n型半導体シリコン層
3 反射防止膜
4 表面電極
5 アルミニウム電極層
6 BSF層
7 P
1 p-type semiconductor silicon substrate 2 n-type semiconductor silicon layer 3 antireflection film 4 surface electrode 5 aluminum electrode layer 6 BSF layer 7 P + layer

Claims (6)

半導体シリコン基板を用いる太陽電池用の導電性ペーストであって、該導電性ペーストはガラスフリットを含み、該ガラスフリットの組成は、実質的に鉛成分を含まず、質量%で
SiOを1〜20、
を5〜30、
Alを0〜10、
ZnOを〜35、
RO(MgO、CaO、SrO、及びBaOからなる群から選ばれる少なくとも1種の合計)を5〜30、
O(LiO、NaO、及びKOからなる群から選ばれる少なくとも1種の合計)を0.1〜6、
Biを10〜60、
を含むことを特徴とする導電性ペースト。
A conductive paste for a solar cell using a semiconductor silicon substrate, wherein the conductive paste contains glass frit, and the composition of the glass frit is substantially free of a lead component, and SiO 2 is contained in 1% by mass. 20,
B 2 O 3 5 to 30,
Al 2 O 3 from 0 to 10,
ZnO 8 to 35,
RO (total of at least one selected from the group consisting of MgO, CaO, SrO, and BaO) is 5 to 30,
0.1 to 6, R 2 O (total of at least one selected from the group consisting of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O),
Bi 2 O 3 10-60,
A conductive paste comprising:
前記ガラスフリットは、30℃〜300℃における熱膨張係数が(70〜110)×10−7/℃、軟化点が450℃以上600℃以下であることを特徴とする請求項1に記載の導電性ペースト。 2. The conductive glass according to claim 1, wherein the glass frit has a coefficient of thermal expansion at 30 ° C. to 300 ° C. of (70 to 110) × 10 −7 / ° C. and a softening point of 450 ° C. or more and 600 ° C. or less. Sex paste. 前記導電性ペーストはアルミニウム粉末を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の導電性ペースト。 The conductive paste according to claim 1, wherein the conductive paste includes aluminum powder. 前記ガラスフリットの組成において、ROとして少なくともKOを含むことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の導電性ペースト。 Wherein the composition of the glass frit, R 2 O, characterized in that it comprises at least K 2 O as claims 1 to 3 of any one in the conductive paste according. 前記ガラスフリットの組成において、ROとして少なくともBaOを含むことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の導電性ペースト。 The conductive paste according to any one of claims 1 to 4, wherein the composition of the glass frit includes at least BaO as RO. 請求項乃至請求項5のいずれか1項に記載の導電性ペーストを、p型シリコン基板上に塗布し、焼成することを特徴とするアルミニウム電極層の製造方法
The claims 3 to conductive paste according to any one of claims 5, applied to the p-type silicon substrate, the manufacturing method of the aluminum electrode layer and firing.
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