JP6014847B2 - Solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents
Solar cell and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP6014847B2 JP6014847B2 JP2012214809A JP2012214809A JP6014847B2 JP 6014847 B2 JP6014847 B2 JP 6014847B2 JP 2012214809 A JP2012214809 A JP 2012214809A JP 2012214809 A JP2012214809 A JP 2012214809A JP 6014847 B2 JP6014847 B2 JP 6014847B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- polyimide
- film
- copper
- insulating layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本発明は、太陽電池およびその製造方法に関し、特にシリコン基板などの半導体基板を用いた太陽電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solar cell using a semiconductor substrate such as a silicon substrate and a manufacturing method thereof.
近年、エネルギー資源の枯渇の問題や大気中のCO2の増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギーの開発が望まれている。資源の有効利用や環境汚染の防止等の面から、太陽光を電気エネルギーに直接変換する太陽電池が広く使用されており、またさらなる高機能化を目指して開発が進められている。そのため、特に太陽電池を用いた太陽光発電が新しいエネルギー源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。 In recent years, development of clean energy has been desired due to the problem of depletion of energy resources and global environmental problems such as an increase in CO2 in the atmosphere. In view of effective use of resources and prevention of environmental pollution, solar cells that directly convert sunlight into electric energy are widely used, and development is progressing with the aim of further enhancement of functionality. Therefore, solar power generation using solar cells has been developed and put into practical use as a new energy source, and is on the path of development.
太陽電池(ソーラーセル)は、太陽放射を電気的エネルギーに変換するための周知のデバイスである。太陽電池は、従来から、たとえば単結晶または多結晶のシリコン基板の受光面にシリコン基板の導電型と反対の導電型となる不純物を拡散することによってpn接合を形成し、シリコン基板の受光面とその反対側にある裏面とにそれぞれ電極を形成して製造されたものが主流となっている。また、原材料費低減のため、シリコン基板の薄型化が進んでいる。 Solar cells (solar cells) are well-known devices for converting solar radiation into electrical energy. Conventionally, a solar cell forms a pn junction by diffusing an impurity having a conductivity type opposite to that of a silicon substrate, for example, on a light receiving surface of a monocrystalline or polycrystalline silicon substrate, Products manufactured by forming electrodes on the back side on the opposite side are mainly used. In addition, in order to reduce raw material costs, silicon substrates are becoming thinner.
近年、太陽の小型化、薄型化、高集積化に伴い、小面積の絶縁、保護が必要となり、パターン状の緻密な保護層等の形成が要求されている。すなわち、より精密となり半導体として大敵となったα線、樹脂モールドの際に加わる圧力等の外部応力、などから保護する層の形成が必要となった。 In recent years, with the miniaturization, thinning, and high integration of the sun, it is necessary to insulate and protect a small area, and formation of a dense patterned protective layer and the like is required. In other words, it has become necessary to form a layer that protects against α-rays that have become more precise and have become the enemy of semiconductors, and external stresses such as pressure applied during resin molding.
従来の製造技術では太陽電池に保護層を形成する手法として、ウエハにポリアミック酸又は保護膜用ポリイミド樹脂ワニスをスピンコートして薄膜を得ることが実用化されている。しかしながら、ウエハに必要な部分にのみ薄膜を形成することができないという問題があるため、さらに所望のパターンを形成する工程、例えばフォトリソグラフィ技術等が必要であり、煩雑であった。 In a conventional manufacturing technique, as a method for forming a protective layer on a solar cell, it is practical to obtain a thin film by spin-coating a polyamic acid or a polyimide resin varnish for a protective film on a wafer. However, since there is a problem that a thin film cannot be formed only on a necessary portion of the wafer, a process for forming a desired pattern, for example, a photolithography technique or the like is necessary, which is complicated.
また、前記ポリイミド層に使用されるポリイミド樹脂の形態は、ポリアミック酸である場合が多く、ポリイミドに加工するためには加熱して閉環(イミド化)する工程(350〜500℃)が必要であった。そのため、イミド化反応時には樹脂の収縮が大きいなど、加工性の問題があり、特に薄いウエハ等に緻密なパターンとして樹脂保護層を成形することは困難であった。 In addition, the polyimide resin used for the polyimide layer is often a polyamic acid, and in order to process it into a polyimide, a step of heating and ring closure (imidization) (350 to 500 ° C.) is necessary. It was. Therefore, there is a problem of workability such as a large shrinkage of the resin during the imidization reaction, and it has been difficult to form the resin protective layer as a dense pattern on a thin wafer or the like.
また、感光性を付与したポリイミド樹脂を用いて露光により樹脂パターンを形成する方法も提案されているが、感光性付与材料が制約される上に、高価である、湿式では適用できない場合もある、等の問題があった。また、構成要素においては発生したアウトガス成分が、電極と接合される金属層に付着し、製品の信頼性を低下させる恐れが生じ、感光性付与材料が使用できないという制約がある場合が多い。 In addition, a method of forming a resin pattern by exposure using a polyimide resin imparted with photosensitivity has also been proposed, but the photosensitivity imparting material is limited and is expensive and may not be applied in a wet manner. There was a problem such as. Further, in the component, the generated outgas component adheres to the metal layer bonded to the electrode, which may reduce the reliability of the product, and there is often a restriction that the photosensitizing material cannot be used.
また、単結晶シリコン太陽電池や多結晶シリコン太陽電池の高効率化および低価格化は重要な課題である。セルの高効率化には、裏面の一部分に電極を形成し、そのほかの部分をシリコン酸化膜やシリコン窒化膜といった表面パッシベーション膜で覆うようにした構造の裏面ポイントコンタクトセルが有望である。この構造を低コストで実現するために、裏面側において電極がない領域にポリイミド層にスクリーン印刷法を用いて形成した太陽電池が提案されている(特許文献1)。一方、ポリイミド層は、有機材料なので、一定以上の高温(約500℃以上)を長時間かけると、特性が劣化してしまうという問題があり、裏面の電極をより低温で形成することが求められている。 Further, high efficiency and low price of single crystal silicon solar cells and polycrystalline silicon solar cells are important issues. In order to increase the efficiency of the cell, a back surface point contact cell having a structure in which an electrode is formed on a part of the back surface and the other part is covered with a surface passivation film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is promising. In order to realize this structure at low cost, a solar cell formed by using a screen printing method on a polyimide layer in a region where no electrode is provided on the back side has been proposed (Patent Document 1). On the other hand, since the polyimide layer is an organic material, there is a problem that the characteristics deteriorate when a high temperature above a certain level (about 500 ° C. or higher) is applied for a long time, and it is required to form the back electrode at a lower temperature. ing.
また、電極を形成するために、銀ペーストを用いたスクリーン印刷法を用いて銀のシード層形成した後、電解メッキ法によってニッケルや銅を堆積する方法が用いられているが、シード層を別途スクリーン印刷で作製しなければならないため、製造コストが高くなるという問題がある(特許文献2)。 In order to form an electrode, a method of depositing nickel or copper by electrolytic plating after forming a silver seed layer using a screen printing method using a silver paste is used. Since it must produce by screen printing, there exists a problem that manufacturing cost becomes high (patent document 2).
また、非熱可塑性ポリイミドに熱可塑性ポリイミド層を設け、その面上に銅をスパッタリングした後、電解メッキ法により金属層を形成するフレキシブルプリント配線板も知られているが( 例えば特許文献5)、微細配線における密着力が低くなる問題があった。 Further, a flexible printed wiring board is also known in which a thermoplastic polyimide layer is provided on a non-thermoplastic polyimide, copper is sputtered on the surface, and then a metal layer is formed by electrolytic plating (for example, Patent Document 5). There was a problem that the adhesion strength in the fine wiring was lowered.
以上の問題点を鑑み、本発明が解決しようとする課題は、結晶シリコン基板の受光面と反対側の面上に電極が形成された結晶シリコン太陽電池として、より低コストの作製工程を用いて作製可能な結晶シリコン太陽電池の構造および製造方法を提示することにある。 In view of the above problems, the problem to be solved by the present invention is to use a lower cost manufacturing process as a crystalline silicon solar cell in which an electrode is formed on the surface opposite to the light receiving surface of the crystalline silicon substrate. It is to present a structure and manufacturing method of a crystalline silicon solar cell that can be manufactured.
本発明の太陽電池は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用する。
(1) 単結晶シリコンまたは多結晶シリコンからなる結晶シリコン基板と、該結晶シリコン基板の受光面と反対の面に、複数の開口部を有するポリイミドからなる絶縁層、又は無機材料からなる絶縁層とポリイミドからなる絶縁層とを積層した複数の開口部を有する絶縁層が形成された構造体を準備する工程であって、前記ポリイミドからなる絶縁層が、テトラカルボン酸二無水物とカルボキシル基を有するジアミンを反応させて得られたポリイミドを塗布、乾燥して形成されたものである工程と、前記開口部とポリイミドからなる絶縁層上の両方に同時に、無電解メッキ法により電極となるニッケル層又はニッケル含有金属層を形成する工程とを含む、太陽電池の製造方法。
(2) 前記ニッケル層又はニッケル含有金属層上に、電解メッキ法により銅層又は銅含有金属層を形成する方法をさらに含む(1)に記載の方法。
(3) 前記銅層又は銅含有金属層を形成後、100℃〜300℃で熱処理する工程をさらに含む(2)に記載の方法。
(4) 前記無機材料からなる絶縁膜が、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、酸化アルミニウム膜、シリコン酸窒化膜、酸化チタン膜のうち1つ以上を含む(1)〜(3)のいずれかに記載の方法。
(5) 前記カルボキシル基含有ジアミンが、3,3’−ジカルボキシ−4,4’−ジアミノジフェニルメタンである(1)〜(4)のいずれかに記載の方法。
The solar cell of the present invention employs the following configuration in order to solve the above problems.
(1) A crystalline silicon substrate made of single crystal silicon or polycrystalline silicon, and an insulating layer made of polyimide having a plurality of openings on the surface opposite to the light receiving surface of the crystalline silicon substrate, or an insulating layer made of an inorganic material A step of preparing a structure in which an insulating layer having a plurality of openings laminated with an insulating layer made of polyimide is formed, the insulating layer made of polyimide having a tetracarboxylic dianhydride and a carboxyl group Applying and drying a polyimide obtained by reacting diamine, and a nickel layer that becomes an electrode by an electroless plating method simultaneously on both the opening and the insulating layer made of polyimide. And a step of forming a nickel-containing metal layer.
(2) The method according to (1) , further comprising a method of forming a copper layer or a copper-containing metal layer on the nickel layer or the nickel-containing metal layer by electrolytic plating.
(3) The method according to (2) , further comprising a step of heat-treating at 100 ° C. to 300 ° C. after forming the copper layer or the copper-containing metal layer .
(4) The insulating film made of an inorganic material includes one or more of a silicon nitride film, a silicon oxide film, an aluminum oxide film, a silicon oxynitride film, and a titanium oxide film. The method described .
(5) The method according to any one of (1) to (4), wherein the carboxyl group-containing diamine is 3,3′-dicarboxy-4,4′-diaminodiphenylmethane .
本発明によれば、カルボキシル基を有する可溶性ポリイミドからなる絶縁層、あるいは、無機材料からなる絶縁層と、カルボキシル基を有する可溶性ポリイミドからなる絶縁層との積層による絶縁層を有する結晶シリコン太陽電池において、無電解メッキ法が適用可能な可溶性ポリイミドを用いることで、非受光面側の電極を銀に比べてより低コスト材料である銅を用いることができ、さらに、該電極を無電解メッキ法のみにより、該コンタクト部分と該ポリイミドからなる絶縁層上の両方に同時に形成できため、作製工程の簡略化を図りながら、高効率の結晶シリコン太陽電池実現することができる。 According to the present invention, in a crystalline silicon solar cell having an insulating layer made of a soluble polyimide having a carboxyl group or an insulating layer made of an inorganic material and an insulating layer made of a soluble polyimide having a carboxyl group. By using soluble polyimide to which electroless plating can be applied, it is possible to use copper, which is a lower cost material than silver, for the electrode on the non-light-receiving surface side. Thus, since it can be simultaneously formed on both the contact portion and the insulating layer made of polyimide, a highly efficient crystalline silicon solar cell can be realized while simplifying the manufacturing process.
本発明の太陽電池の製造方法において、絶縁層に使用するポリイミドは、テトラカルボン酸二無水物とカルボキシル基を有するジアミンを有機溶媒に溶解させて、酸触媒の存在下、直接イミド化する(すなわち、ポリアミック酸を経由せずに)ことによって製造することができるものである。また、分子鎖中又は/及び分子鎖末端にエチニル基のような三重結合を導入させたイミドオリゴマーを作製し、太陽電池製造時の熱処理反応で良好な有機絶縁層を形成することも可能である(製造方法は後述する)。 In the method for producing a solar cell of the present invention, the polyimide used for the insulating layer is directly imidized in the presence of an acid catalyst by dissolving tetracarboxylic dianhydride and a diamine having a carboxyl group in an organic solvent (that is, , Without going through a polyamic acid). It is also possible to produce an imide oligomer in which a triple bond such as an ethynyl group is introduced into the molecular chain or / and at the molecular chain end, and to form a good organic insulating layer by a heat treatment reaction during solar cell production. (The manufacturing method will be described later).
本発明においては、メッキ法によりポリイミド絶縁層上に金属層を形成できることを特徴としているため、ポリイミド構造中にカルボキシル基を含有していることが必須である。すなわち、前記ポリイミド樹脂組成物を製造するためのジアミン原料として3,5−ジアミノ安息香酸及び/又は3,3’−ジカルボキシ−4,4’−ジアミノジフェニルメタンを用いることが、各種特性面やコスト面で最も好適である。 In the present invention, since a metal layer can be formed on a polyimide insulating layer by a plating method, it is essential that the polyimide structure contains a carboxyl group. That is, using 3,5-diaminobenzoic acid and / or 3,3′-dicarboxy-4,4′-diaminodiphenylmethane as a diamine raw material for producing the polyimide resin composition has various characteristics and costs. In terms of surface.
この他、市販品として入手できないものの3,3’−ジカルボキシベンジジン、3,5−ビス(4−アミノフェノキシ)安息香酸等の芳香族ジアミンも各種特性面から好適である。また、ジアミノシクロヘキサンカルボン酸や2,3−ジアミノプロパン酸のような脂肪族のジアミン化合物を用いてもカルボキシル基を含有したポリイミドを合成することが可能であるが、耐熱性が落ちる傾向がある。これらの化合物は、単独又は2種類以上を組み合わせて用いられる。 In addition, aromatic diamines such as 3,3'-dicarboxybenzidine and 3,5-bis (4-aminophenoxy) benzoic acid, which are not available as commercial products, are also preferable in terms of various characteristics. Moreover, although it is possible to synthesize a polyimide containing a carboxyl group by using an aliphatic diamine compound such as diaminocyclohexanecarboxylic acid or 2,3-diaminopropanoic acid, the heat resistance tends to decrease. These compounds are used alone or in combination of two or more.
ポリイミド中に含まれるカルボキシル基の量、すなわち、ポリイミド樹脂のカルボン酸当量は、300−3000g/molが好適であり、500−2000g/molがより好適である。300g/mol以下となるとカルボキシル基の量が多くなりすぎ、高温処理時のカルボキシル基の脱炭酸反応による重量減少が無視できなくなり、3000g/mol以上になるとメッキ時の金属層形成不良や金属層との密着性の減少等が発生する傾向が見られる。なお、本件のカルボン酸当量はカルボン酸1molあたりのポリイミド樹脂の重量(単位:g/mol)で記述しているため、数字が小さいほどカルボキシル基を多く含んでいることになる。 300-3000 g / mol is suitable for the quantity of the carboxyl group contained in a polyimide, ie, the carboxylic acid equivalent of a polyimide resin, and 500-2000 g / mol is more suitable. When the amount is 300 g / mol or less, the amount of carboxyl groups becomes too large, and the weight reduction due to the decarboxylation reaction of the carboxyl groups during high-temperature treatment cannot be ignored. There is a tendency that a decrease in the adhesiveness occurs. In addition, since the carboxylic acid equivalent of this case is described by the weight (unit: g / mol) of the polyimide resin per 1 mol of carboxylic acid, the smaller the number, the more carboxyl groups are included.
また、粘度や固形分などの制約からポリイミドの分子量を高くすることができない場合には、ポリマー鎖中及び/又はポリマー鎖末端に反応性基を導入すれば、初期の分子量が低くても熱硬化させることで良好な各種物性を得ることも可能である。 If the molecular weight of the polyimide cannot be increased due to restrictions such as viscosity or solid content, heat curing can be achieved even if the initial molecular weight is low by introducing a reactive group in the polymer chain and / or at the end of the polymer chain. It is also possible to obtain various favorable physical properties.
反応性基としては、熱硬化により水等を脱離(縮合反応)しないエチニル基が最も好適である。エチニル基は、200℃以上、できれば300℃以上の加熱によりエチニル結合同士が反応し、耐熱性が優れた二重結合構造、高濃度の場合にはベンゼン環構造(3つのエチニル基が反応)を形成することができる。エチニル基を含有するポリイミド原料の具体例としては、ポリマー鎖中の場合には4,4’−(1,2−エチニル)ビスフタル酸二無水物、ポリマー末端の場合には3−エチニルアニリン、4−エチニルアニリン等のアミノ化合物、4−エチニル無水フタル酸、4−(フェニルエチニル)無水フタル酸、(フェニルエチニル)トリメリット酸無水物等の酸無水物を挙げることができる。これらの化合物は、単独又は2種類以上を組み合わせて用いられる。 As the reactive group, an ethynyl group that does not remove water (condensation reaction) by thermosetting is most preferable. The ethynyl group reacts with ethynyl bonds by heating at 200 ° C. or higher, preferably 300 ° C. or higher, resulting in a double bond structure with excellent heat resistance, and a benzene ring structure (three ethynyl groups react) at high concentrations. Can be formed. Specific examples of the polyimide raw material containing an ethynyl group include 4,4 ′-(1,2-ethynyl) bisphthalic dianhydride in the case of a polymer chain, and 3-ethynylaniline in the case of a polymer end. Examples include amino compounds such as -ethynylaniline, and acid anhydrides such as 4-ethynylphthalic anhydride, 4- (phenylethynyl) phthalic anhydride, and (phenylethynyl) trimellitic anhydride. These compounds are used alone or in combination of two or more.
また、エチニル結合のような三重結合による熱硬化反応の他にも無水マレイン酸による二重結合を用いた反応、水酸基やカルボキシル基と反応するような1,3−ジオキサゾリンベンゼンを用いた反応によっても熱硬化反応をさせることが可能である。特に本件の場合には、すでにイミド構造中にカルボキシル基を含むため手軽に用いることができる。ただし、熱硬化反応によりカルボキシル基が多量に消費されてしまうとメッキ時の金属層形成不良や金属層との密着性の減少等が発生する傾向が見られる。 In addition to thermosetting reaction by triple bond such as ethynyl bond, reaction using double bond by maleic anhydride, reaction using 1,3-dioxazolinebenzene that reacts with hydroxyl group or carboxyl group It is also possible to cause a thermosetting reaction. In particular, in the present case, since the carboxyl group is already included in the imide structure, it can be easily used. However, if a large amount of carboxyl groups are consumed by the thermosetting reaction, there is a tendency that poor formation of the metal layer at the time of plating or a decrease in adhesion with the metal layer occurs.
他方、本発明で用いられるポリイミドを構成するテトラカルボン酸二無水物及びジアミンとしては、通常、上記のカルボキシル基を有するジアミンと共に、他のジアミン及び/又はテトラカルボン酸二無水物が併用される。これにより適切なカルボン酸当量に調整することができ、加えて、耐熱性、電気的特性、膜物性、密着性など様々な機能性を付与することができる。 On the other hand, as the tetracarboxylic dianhydride and diamine constituting the polyimide used in the present invention, other diamines and / or tetracarboxylic dianhydrides are usually used together with the diamine having the carboxyl group. Thereby, it can adjust to an appropriate carboxylic acid equivalent, and in addition, various functions, such as heat resistance, an electrical property, film | membrane physical property, and adhesiveness, can be provided.
このようなジアミンとしては、2,4−ジアミノトルエン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジメチル−1,1’−ビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジトリフルオロメチル−1,1’−ビフェニル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジトリフルオロメチル−1,1’−ビフェニル、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジヒドロキシ−1,1’−ビフェニル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチル−1,1’−ビフェニル、9,9’−ビス(3−メチル−4−アミノフェニル)フルオレン、3,7−ジアミノ−ジメチルジベンゾチオフェン 5,5−ジオキシド、2,2−ビス(3−ヒドロキシ−4−アミノフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−メチル−4−アミノフェニル)プロパン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、2,6−ジアミノピリジン、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジアニリン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−メチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’−(9−フルオレニリデン)ジアニリン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1、3−ビス(3−ヒドロキシ−4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、α,α−ビス(4−アミノフェニル)−1,3−ジイソプロピルベンゼン、α,α−ビス(4−アミノフェニル)−1,3−ジヘキサフルオロイソプロピリデンベンゼン、α,α−ビス(4−アミノフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、α,α−ビス(4−アミノフェニル)−1,4−ジヘキサフルオロイソプロピリデンベンゼン、α,α−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,3−ジイソプロピルベンゼン、α,α−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,4−ジイソプロピルベンゼン等を挙げることができる。これらのジアミンは、単独又は2種類以上を組み合わせて用いられる。 Such diamines include 2,4-diaminotoluene, 4,4′-diamino-2,2′-dimethyl-1,1′-biphenyl, 4,4′-diamino-2,2′-ditrifluoromethyl. -1,1'-biphenyl, 4,4'-diamino-3,3'-ditrifluoromethyl-1,1'-biphenyl, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 4,4'-diamino-3, 3′-dihydroxy-1,1′-biphenyl, 4,4′-diamino-3,3′-dimethyl-1,1′-biphenyl, 9,9′-bis (3-methyl-4-aminophenyl) fluorene 3,7-diamino-dimethyldibenzothiophene 5,5-dioxide, 2,2-bis (3-hydroxy-4-aminophenyl) propane, 2,2-bis (4-aminophenyl) propa 2,2-bis (3-methyl-4-aminophenyl) propane, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl Sulfone, 4,4′-diaminodiphenyl sulfide, 2,6-diaminopyridine, 4,4 ′-(hexafluoroisopropylidene) dianiline, 2,2-bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (3-amino-4-methylphenyl) hexafluoropropane, 4,4 ′-(9-fluorenylidene) dianiline, 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis ( 3-hydroxy-4-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (4-aminophenoxy) Benzene, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] hexa Fluoropropane, α, α-bis (4-aminophenyl) -1,3-diisopropylbenzene, α, α-bis (4-aminophenyl) -1,3-dihexafluoroisopropylidenebenzene, α, α-bis (4-aminophenyl) -1,4-diisopropylbenzene, α, α-bis (4-aminophenyl) -1,4-dihexafluoroisopropylidenebenzene, α, α-bis [4- (4-aminophenoxy) ) Phenyl] -1,3-diisopropylbenzene, α, α-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] -1,4-diisopropylbenzene, etc. Can. These diamines are used alone or in combination of two or more.
テトラカルボン酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物及び4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシ)ビスフタル酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、4,4’−(1,2−エチニル)ビスフタル酸二無水物、1,4−ビス(3,4−ジカルボキシトリフルオロフェノキシ)テトラフルオロベンゼン二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物等が挙げられ、特に溶解性の問題からビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物を好適に用いることができる。これらのテトラカルボン酸二無水物は、単独又は2種類以上を組み合わせて用いられる。 Examples of tetracarboxylic dianhydrides include pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) ether dianhydride, 3 , 3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) Propane dianhydride and 4,4 ′-(4,4′-isopropylidenediphenoxy) bisphthalic dianhydride, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride, 4, 4 ′-(1,2-ethynyl) bisphthalic dianhydride, 1,4-bis (3,4-dicarboxytrifluorophenoxy) tetrafluorobenzene dianhydride, bicyclo [2.2.2 Oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, etc., and bis (3,4-dicarboxyphenyl) ether dianhydride, ', 4,4'-biphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride can be suitably used. These tetracarboxylic dianhydrides may be used alone or in combination of two or more.
本発明のポリイミド樹脂組成物に含まれるポリイミドは、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを有機溶媒に溶解させて、酸触媒の存在下で直接イミド化する、公知の合成法により製造することができる。各種原料は、一度に全量添加しても、逐次添加してもどちらでも構わない。使用原料、各種特性に応じて適宜用いることができる。テトラカルボン酸二無水物とジアミンとの混合比は、酸二無水物の合計量1モル%に対して、ジアミンの合計量0.9〜1.1モル%とするのが好ましい。ここで、酸触媒としては、無水酢酸/トリエチルアミン系、バレロラクトン/ピリジン系などの触媒を用いた化学的イミド化が好適に用いることができる。反応温度は、80〜250℃とすることが好ましく、反応時間は、バッチの規模、採用される反応条件などにより適宜選択することができる。 The polyimide contained in the polyimide resin composition of the present invention can be produced by a known synthesis method in which tetracarboxylic dianhydride and diamine are dissolved in an organic solvent and imidized directly in the presence of an acid catalyst. . Various raw materials may be added all at once or sequentially. It can be suitably used depending on the raw materials used and various characteristics. The mixing ratio of tetracarboxylic dianhydride and diamine is preferably 0.9 to 1.1 mol% of the total amount of diamine with respect to 1 mol% of the total amount of acid dianhydride. Here, as the acid catalyst, chemical imidation using a catalyst such as acetic anhydride / triethylamine or valerolactone / pyridine can be suitably used. The reaction temperature is preferably 80 to 250 ° C., and the reaction time can be appropriately selected depending on the scale of the batch, the reaction conditions employed, and the like.
このようにして得られたポリイミド樹脂の数平均分子量は、6000〜60000であることが好ましく、7000〜40000であることがより好ましい。数平均分子量が6000未満であると、破断強度などの膜物性が低下する傾向があり、60000を超えると粘度が高くなり、糸引きの問題が発生し、印刷、塗布に適したワニスが得がたくなる。ここで、数平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)装置により標準ポリスチレンを用いて作成した検量線を基礎としたポリスチレン換算値である。 The number average molecular weight of the polyimide resin thus obtained is preferably 6000 to 60000, and more preferably 7000 to 40000. If the number average molecular weight is less than 6000, film properties such as breaking strength tend to decrease. If the number average molecular weight exceeds 60000, the viscosity increases, causing stringing problems, and a varnish suitable for printing and coating can be obtained. I want to. Here, the number average molecular weight is a polystyrene equivalent value based on a calibration curve prepared using standard polystyrene by a gel permeation chromatography (GPC) apparatus.
また、反応性基を有するイミドオリゴマーの場合の数平均分子量は、1000〜10000であることが好ましく、2000〜8000であることがより好ましい。数平均分子量が1000未満であると、熱硬化時間を長くしなければならないなど硬化条件が問題となってくる傾向があり、10000を超えるとポリマー末端の数が減少し硬化反応自身が起こりにくくなってしまう傾向がある。 Moreover, it is preferable that it is 1000-10000, and, as for the number average molecular weight in the case of the imide oligomer which has a reactive group, it is more preferable that it is 2000-8000. If the number average molecular weight is less than 1000, the curing conditions tend to be problematic, for example, the heat curing time must be lengthened. If it exceeds 10,000, the number of polymer ends decreases and the curing reaction itself is less likely to occur. There is a tendency to end up.
本発明の組成物に含まれる溶媒は、安価で手軽に直接パターン形成が可能なスクリーン印刷法を基としているため室温における蒸気圧が1mmHg以下の溶剤を用いることが好ましい。また、印刷時の環境湿度の影響がないように一部以上疎水性の溶剤を含むことが望ましい。ちなみに、インク中の溶媒の蒸発速度は、市販の示差熱・熱重量同時測定装置を使用し、減少した重量を観察することで測定することができる。なお、下記実施例ではMAC. Science Co., Ltd.製TG-DTA 2000Sを使用し、N2流量150ml/min、温度40度、サンプル量20μlを開口部が5mmφのカップに滴下した条件で測定を行なっている。 Since the solvent contained in the composition of the present invention is based on a screen printing method capable of forming a pattern directly at low cost, it is preferable to use a solvent having a vapor pressure of 1 mmHg or less at room temperature. Further, it is desirable that a part or more of a hydrophobic solvent is included so as not to be affected by environmental humidity during printing. Incidentally, the evaporation rate of the solvent in the ink can be measured by using a commercially available differential thermal / thermogravimetric simultaneous measuring device and observing the reduced weight. In the following examples, TG-DTA 2000S manufactured by MAC. Science Co., Ltd. was used, and measurement was performed under the condition that an N 2 flow rate of 150 ml / min, a temperature of 40 degrees, and a sample amount of 20 μl were dropped onto a cup having an opening of 5 mmφ. Is doing.
本発明で使用できる溶媒は、具体的には、安息香酸メチル、安息香酸エチル等の安息香酸エステル類やベンジルアセテート、ブチルカルビトールアセテート等の酢酸エステル類やジエチレングリコールジブチルエーテル等のエーテル類が挙げられる。水に難溶な溶媒を用いることにより、特にスクリーン印刷において吸湿により、白化(ポリイミドの析出現象)や粘度変化を起こりにくくすることができる。また、室温における蒸気圧が1mmHg以上となってくると、スクリーン印刷において版渇き等が起こりやすくなり、連続印刷性が劣る傾向にある。 Specific examples of the solvent that can be used in the present invention include benzoic acid esters such as methyl benzoate and ethyl benzoate, acetates such as benzyl acetate and butyl carbitol acetate, and ethers such as diethylene glycol dibutyl ether. . By using a solvent that is hardly soluble in water, whitening (polyimide precipitation phenomenon) and viscosity change are less likely to occur due to moisture absorption particularly in screen printing. Further, when the vapor pressure at room temperature becomes 1 mmHg or more, plate thirst tends to occur in screen printing, and continuous printability tends to be inferior.
また、疎水性溶媒だけでなく、親水性溶媒(すなわち、水と混和可能な溶媒)も併せて使用することができ、インクの蒸発速度をコントロールすることができる。具体的には、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等の酢酸エステル類やトリグライム、テトラグライム等のグライム類やトリプロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルエーテル等のエーテル類、スルホラン等が挙げられる。なお、水に混和可能であるとの記載は、おのおの異なる蒸気圧、性質を持っている溶剤を併用するということを明確に示すためであり、必ず水と混和しなければならないわけではない。ただし、使用する各種原料、合成したポリイミド組成により、それぞれ良溶媒は異なることから水に難溶な有機溶媒と組み合わせるのは、水に混和できる溶媒の方が、選択肢が広がるという点で好ましい。また、室温における蒸気圧が1mmHg以下である理由は疎水性溶媒の時と同じ理由であり、ポリイミドの各溶媒に対する溶解性と各溶媒の蒸発速度差を利用することで、乾燥時のパターンダレ等の印刷パターン不良を回避することが可能である。 Further, not only the hydrophobic solvent but also a hydrophilic solvent (that is, a solvent miscible with water) can be used in combination, and the evaporation rate of the ink can be controlled. Specific examples include acetic esters such as diethylene glycol monoethyl ether acetate, glymes such as triglyme and tetraglyme, ethers such as tripropylene glycol dimethyl ether and diethylene glycol diethyl ether ether, and sulfolane. In addition, the description that it is miscible with water is to clearly indicate that solvents having different vapor pressures and properties are used in combination, and is not necessarily miscible with water. However, the good solvent differs depending on the various raw materials used and the synthesized polyimide composition, and therefore, combining with an organic solvent that is hardly soluble in water is preferable because a solvent that is miscible with water has a wider range of options. Moreover, the reason why the vapor pressure at room temperature is 1 mmHg or less is the same reason as in the case of a hydrophobic solvent. By using the solubility of polyimide in each solvent and the difference in the evaporation rate of each solvent, pattern sagging during drying, etc. It is possible to avoid printing pattern defects.
このように2種類以上の溶剤を混合することは有用であり、その混合割合は、混合溶媒全体に対し、疎水性溶媒が30重量%〜80重量%であることが好ましい。疎水性溶媒の割合が30重量%未満になると溶剤の疎水性が十分に発揮されず、スクリーン印刷時の白化や粘度変化を引き起こす原因となりやすい。 It is useful to mix two or more kinds of solvents as described above, and the mixing ratio is preferably 30% by weight to 80% by weight of the hydrophobic solvent with respect to the whole mixed solvent. If the proportion of the hydrophobic solvent is less than 30% by weight, the hydrophobicity of the solvent is not sufficiently exhibited, and this tends to cause whitening and a change in viscosity during screen printing.
また、蒸発速度の調整のためや樹脂組成物作製時の粘度調整のために希釈剤として、γ−ブチロラクトンのようなラクトン系溶剤、シクロヘキサノンのようなケトン系溶剤、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートのようなカーボネート系溶剤を用いることもできる。特に形成するパターンが十分大きいときや連続印刷性がそれ程必要ない場合には、ポリイミドの溶解性が増し、保存安定性が向上するという点で有効な方法である。最も推奨される溶剤はγ−ブチロラクトンであり、ポリイミド合成の時にも使用できる。 In addition, as a diluent for adjusting the evaporation rate or adjusting the viscosity at the time of preparing the resin composition, a lactone solvent such as γ-butyrolactone, a ketone solvent such as cyclohexanone, ethylene carbonate, propylene carbonate, etc. A carbonate solvent can also be used. In particular, when the pattern to be formed is sufficiently large or when continuous printability is not so much required, this is an effective method in that the solubility of polyimide is increased and the storage stability is improved. The most recommended solvent is γ-butyrolactone, which can also be used during polyimide synthesis.
本発明の組成物中のポリイミド樹脂固形分の割合は、15〜60重量%であることが好ましく、25〜50重量%であることが更に好ましい。15重量%未満であると1回の印刷、塗布で生成できる膜厚が薄くなり複数回の印刷、塗布が必要となる傾向があり、60重量%を超えると樹脂組成物の粘度が高すぎてしまう傾向がある。 The proportion of the solid content of the polyimide resin in the composition of the present invention is preferably 15 to 60% by weight, and more preferably 25 to 50% by weight. If it is less than 15% by weight, the film thickness that can be generated by one printing and coating tends to be thin, and multiple printings and coatings tend to be required. If it exceeds 60% by weight, the viscosity of the resin composition is too high. There is a tendency to end up.
本発明の樹脂組成物は、後述のとおりチクソトロピー性を有する。チクソトロピー性は、無機フィラーを添加することにより付与することができるので、本発明の樹脂組成物に無機フィラーを含有させることも有効な手段である。チクソトロピー性を付与するための無機フィラーとしては、シリカ、アルミナ、チタニアのうち、少なくとも1種類からなる無機フィラーを挙げることができる。具体的には、0.01〜0.03μmの無定形シリカ及び/又は粒径0.1〜0.3μmの球状シリカ又はアルミナ又はチタニアを挙げることができる。また、保存安定性などを高める目的でトリメチルシリル化剤などにより表面処理された無機フィラーを使用することがより好ましい。組成物中の無機フィラーの含有量は、通常、0〜50重量%、好ましくは2〜30重量%である。無機フィラーの含有量がこの範囲にあると、適切なチクソトロピー性が付与される。 The resin composition of the present invention has thixotropic properties as described later. Since the thixotropic property can be imparted by adding an inorganic filler, it is also an effective means to contain the inorganic filler in the resin composition of the present invention. Examples of the inorganic filler for imparting thixotropy include inorganic fillers composed of at least one of silica, alumina, and titania. Specific examples include amorphous silica of 0.01 to 0.03 μm and / or spherical silica, alumina, or titania having a particle size of 0.1 to 0.3 μm. Moreover, it is more preferable to use an inorganic filler surface-treated with a trimethylsilylating agent or the like for the purpose of enhancing storage stability. The content of the inorganic filler in the composition is usually 0 to 50% by weight, preferably 2 to 30% by weight. When the content of the inorganic filler is within this range, appropriate thixotropy is imparted.
また、本発明のポリイミド樹脂組成物には、製品に影響がなければ必要に応じて、着色剤、消泡剤、レベリング剤、密着性付与剤等の添加剤を添加することができる。着色剤としては、フタロシアニン・ブルー、フタロシアニン・グリーン、アイオジン・グリーン、ジスアゾイエロー、クリスタルバイオレット、酸化チタン、カーボンブラック、ナフタレンブラック等が挙げられる。消泡剤は、印刷、塗工時及び硬化時に生じる泡を消すために用いられ、アクリル系、シリコーン系等の界面活性剤が適宜用いられる。具体的には、BYK Chemi社のBYK−A501、ダウコーニング社のDC−1400、シリコーン系泡消剤として、日本ユニカー社のSAG−30、FZ−328、FZ−2191、FZ−5609等が挙げられる。レベリング剤は、印刷、塗工時に生じる皮膜表面の凹凸を失くすために用いられる。具体的には、約100ppm〜約2重量%の界面活性剤成分を含有させることが好ましく、アクリル系、シリコーン系等のレベリング剤により、発泡を抑えるとともに、塗膜を平滑にすることができる。好ましくは、イオン性不純物を含まない非イオン性のものである。適当な界面活性剤としては、例えば、3M社のFC−430、BYK Chemi社のBYK−051、日本ユニカー社のY-5187、A−1310、SS−2801〜2805が挙げられる。密着性付与剤としては、イミダゾール系化合物、チアゾール系化合物、トリアゾール系化合物、有機アルミニウム化合物、有機チタン化合物、シランカップリング剤等が挙げられる。これら上記の添加剤は、ポリイミド樹脂成分100重量部に対して、10重量部以下の配合量にすることが好ましい。上記添加剤の配合量が10重量部を超えると、得られる塗膜物性が低下する傾向があると共に揮発成分による汚染の問題も生じるようになる。このため、上記の添加剤を添加しないことが最も好ましい。 Moreover, if there is no influence on a product, additives, such as a coloring agent, an antifoamer, a leveling agent, an adhesiveness imparting agent, can be added to the polyimide resin composition of this invention as needed. Examples of the colorant include phthalocyanine blue, phthalocyanine green, iodine green, disazo yellow, crystal violet, titanium oxide, carbon black, naphthalene black and the like. The antifoaming agent is used to eliminate bubbles generated during printing, coating, and curing, and an acrylic or silicone surfactant is appropriately used. Specifically, BYK-A501 from BYK Chemi, DC-1400 from Dow Corning, SAG-30, FZ-328, FZ-2191, FZ-5609 from Nihon Unicar, etc. are listed as silicone-based defoamers. It is done. The leveling agent is used to lose unevenness on the surface of the film that occurs during printing and coating. Specifically, it is preferable to contain about 100 ppm to about 2% by weight of a surfactant component, and an acrylic or silicone leveling agent can suppress foaming and make the coating film smooth. Preferably, it is non-ionic without ionic impurities. Examples of suitable surfactants include FC-430 from 3M, BYK-051 from BYK Chemi, Y-5187, A-1310, and SS-2801 to 2805 from Nippon Unicar. Examples of the adhesion-imparting agent include imidazole compounds, thiazole compounds, triazole compounds, organoaluminum compounds, organotitanium compounds, and silane coupling agents. These additives are preferably blended in an amount of 10 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the polyimide resin component. When the compounding amount of the additive exceeds 10 parts by weight, the physical properties of the obtained coating film tend to be lowered and the problem of contamination by volatile components also occurs. For this reason, it is most preferable not to add said additive.
本発明のポリイミド樹脂組成物の25℃における粘度は、3500〜30000mPa・sが好ましく、4000mPa・s〜20000mPa・sがより好ましく、6000〜18000mPa・sが特に好ましい。これは、3500mPa・s未満となるとダレ等が起こりやすくなり充分な膜厚と解像度を得ることができず、40000mPa・sを超えると転写性、印刷作業性が劣る傾向がある。なお、本発明の粘度数値はレオメーターを用いて回転数333rad/sの条件で得られる、みかけ粘度で表すこととする。 The viscosity at 25 ° C. of the polyimide resin composition of the present invention is preferably 3500 to 30000 mPa · s, more preferably 4000 mPa · s to 20000 mPa · s, and particularly preferably 6000 to 18000 mPa · s. If it is less than 3500 mPa · s, sagging or the like is likely to occur, and a sufficient film thickness and resolution cannot be obtained, and if it exceeds 40000 mPa · s, transferability and printing workability tend to be inferior. The numerical value of the viscosity of the present invention is expressed as an apparent viscosity obtained using a rheometer under the condition of a rotational speed of 333 rad / s.
この粘度数値は、塗布直後の形状保持性と共に、スクリーン印刷時にスキージにより容易に変形して流動するという流動性についても重要な因子である。スクリーン印刷においては、粘度が高くなると樹脂組成物のローリングが悪くなるため、スクレッパーでのコートが不十分になり、塗布ムラ又はクズレ等が発生し易くなる傾向がある。 This viscosity value is an important factor not only for the shape retention immediately after coating, but also for the fluidity that easily deforms and flows with a squeegee during screen printing. In screen printing, when the viscosity is high, rolling of the resin composition is deteriorated, so that coating with a scraper becomes insufficient, and coating unevenness or scratches tend to occur.
また、インクにおいてスクリーン印刷等で所望のパターン形状に塗布した直後に印刷された形状を保持しようとする形状保持性がないと、パターン外周部ににじみやダレが発生するため、解像度良く厚膜を得ることができない。単純に粘度を高くすればダレ等は抑えられるが、スクリーン印刷において版離れの問題や塗布膜の平坦性の問題が生じてしまう。従って、にじみやダレが発生しないようにするためには、チクソトロピー係数が重要である。通常、レオメーターによる測定ではヒステリシスカーブ(粘度の回転数依存性の測定)により得られた面積から定量化及び評価が可能であるが、より一般的な粘度計を用いたTI値で評価する方法が最も簡便である。本発明においてチクソトロピー係数は、せん断速度が33(rad/s)と333(rad/s)における樹脂組成物のみかけ粘度、η33とη333の比η33/η333として表すこととする。 In addition, if the ink does not have shape retention ability to maintain the printed shape immediately after being applied to the desired pattern shape by screen printing or the like, bleeding and sagging occur in the outer periphery of the pattern, so a thick film with high resolution can be obtained. Can't get. If the viscosity is simply increased, sagging and the like can be suppressed, but a problem of plate separation and a problem of flatness of the coating film occur in screen printing. Accordingly, the thixotropy coefficient is important in order to prevent bleeding and sagging. Usually, rheometer measurement can be quantified and evaluated from the area obtained by hysteresis curve (measurement of viscosity rotation speed dependence), but it is a method of evaluating with a TI value using a more general viscometer. Is the simplest. In the present invention, the thixotropy coefficient is expressed as the apparent viscosity of the resin composition at shear rates of 33 (rad / s) and 333 (rad / s), and the ratio η33 / η333 between η33 and η333.
周波数33rad/sで測定した樹脂ワニスの複素粘度としては、14000〜120000mPa・sであることが好ましい。120000mPa・sを超えると、スクリーン印刷した場合に版のメッシュ部分にペーストが残ってしまい、版離れが悪くなる傾向がある。 The complex viscosity of the resin varnish measured at a frequency of 33 rad / s is preferably 14,000 to 120,000 mPa · s. If it exceeds 120,000 mPa · s, the paste remains in the mesh portion of the plate when screen printing is performed, and the separation of the plate tends to deteriorate.
従って、本発明のポリイミド樹脂組成物は、25℃におけるチクソトロピー係数(η33/η333)が1.5〜4.0の範囲になるようにすることが好ましく、1.8〜3.5がより好ましく、2.5〜3.2が特に好ましい。チクソトロピー係数が1.5以上であれば、スクリーン印刷により充分な解像性が得られやすく、一方、4.0以下であれば、印刷時の作業性が向上するためである。 Therefore, the polyimide resin composition of the present invention preferably has a thixotropy coefficient (η33 / η333) at 25 ° C. in the range of 1.5 to 4.0, more preferably 1.8 to 3.5. 2.5 to 3.2 is particularly preferable. If the thixotropy coefficient is 1.5 or more, sufficient resolution can be easily obtained by screen printing. On the other hand, if the thixotropy coefficient is 4.0 or less, workability during printing is improved.
本発明のポリイミド樹脂組成物は、シリコンウェハ、セラミック基板、ガラス基板、ガラスエポキシ基板、Ni、Cu、Al基板を代表とする金属基板、PIコーティング基板との濡れ性が高いことが好ましい。すなわち、シリコン、SiO2膜、ポリイミド系樹脂、セラミック、金属表面上のいずれにおいても室温での接触角が20〜90°であることが好ましい。90°以下であれば、ワキ、ハジキ、ピンホールがなく均一な塗膜が得られる。90°を超えると基板上で樹脂ペーストが弾いてしまい、ピンホール、パターニング不良等が発生する。逆に、20°以下になると塗布後のレベリング時にダレが発生してしまい、パターン精度が低下する傾向があるため好ましくない。なお、上記の接触角度は、耐熱性樹脂ペーストの液滴を各種基板上に落とした際、液滴と基板の接点から接線を引き、この接線と基板との角度を接触角とする。なお「室温」とは、主に25℃前後の温度を指す。なお、組成物の接触角は、ポリイミド樹脂組成、溶剤、界面活性剤、消泡剤、レベリング剤により調整することができる。 The polyimide resin composition of the present invention preferably has high wettability with silicon substrates, ceramic substrates, glass substrates, glass epoxy substrates, metal substrates typified by Ni, Cu, and Al substrates, and PI coating substrates. That is, the contact angle at room temperature is preferably 20 to 90 ° in any of silicon, SiO 2 film, polyimide resin, ceramic, and metal surface. If it is 90 ° or less, a uniform coating film can be obtained without flares, repellencies and pinholes. If it exceeds 90 °, the resin paste will bounce on the substrate, and pinholes, patterning defects, etc. will occur. Conversely, if it is 20 ° or less, sagging occurs during leveling after coating, and the pattern accuracy tends to decrease, which is not preferable. The contact angle is such that when a droplet of the heat-resistant resin paste is dropped on various substrates, a tangent is drawn from the contact point between the droplet and the substrate, and the angle between the tangent and the substrate is defined as the contact angle. The “room temperature” mainly refers to a temperature around 25 ° C. In addition, the contact angle of a composition can be adjusted with a polyimide resin composition, a solvent, surfactant, an antifoamer, and a leveling agent.
上記本発明のポリイミド組成物を、太陽電池内の基層上に塗布、乾燥することにより、太陽電池内の絶縁膜を形成することができる。本発明のポリイミド樹脂組成物の塗布方法は、スクリーン印刷法、ディスペンス法、インクジェット法が好適であり、特に大面積を短時間で塗布できるという点でスクリーン印刷法が最適である。1回の塗布で、乾燥後の厚みが1μm以上、好ましくは2μm以上の膜を安定して形成することが可能である。絶縁信頼性を考慮すると1回の塗布で少なくとも5μm厚を得ることが望ましいため、スクリーン印刷法においては、線径50μm以下かつ420メッシュ以上のメッシュ版及びゴム硬度70度以上90度以下の樹脂製スキージを用いてスクリーン印刷することが望ましい。メッシュ径、メッシュ数などのスクリーン版の仕様は、所望の膜厚、パターンサイズにより適宜選択することができる。また、ディスペンス法にて細線描写が可能であり、塗布直後の線幅と比較してウェット塗膜の線幅が1日室温放置しても+20%以内であることを達成することが可能である。さらに、インクジェット法にて細線描写が可能であり、塗布直後の線幅と比較してウェット塗膜の線幅が1日室温放置しても+100%以内であることを達成することが可能である。 The insulating film in the solar cell can be formed by applying and drying the polyimide composition of the present invention on the base layer in the solar cell. As a method for applying the polyimide resin composition of the present invention, a screen printing method, a dispensing method, and an ink jet method are preferable. Particularly, the screen printing method is optimal in that a large area can be applied in a short time. With a single application, it is possible to stably form a film having a thickness after drying of 1 μm or more, preferably 2 μm or more. Considering the insulation reliability, it is desirable to obtain a thickness of at least 5 μm by one application. Therefore, in the screen printing method, a mesh plate having a wire diameter of 50 μm or less and 420 mesh or more and a resin having a rubber hardness of 70 to 90 degrees are used. It is desirable to screen print using a squeegee. The specifications of the screen plate such as the mesh diameter and the number of meshes can be appropriately selected depending on the desired film thickness and pattern size. In addition, fine lines can be drawn by the dispensing method, and it is possible to achieve that the line width of the wet coating film is within + 20% even when left at room temperature for one day as compared with the line width immediately after application. . Furthermore, it is possible to draw fine lines by the ink jet method, and it is possible to achieve that the line width of the wet coating film is within + 100% even when left at room temperature for one day as compared with the line width immediately after coating. .
上記ポリイミド樹脂組成物は、印刷後にレベリング、真空乾燥、最終のキュアプロセスを行なうことで、電気的特性、耐熱性、耐薬品性の優れた絶縁膜、保護膜を得ることができる。レベリングは、10分以上行なうことが好ましい。真空乾燥は、塗膜の仕上がりが良くなるため行なうことが好ましいが、レベリング剤や消泡剤を添加している場合には必ずしも必要とはしない場合がある。最終のキュア温度や時間は、ポリイミド樹脂組成物の溶剤や塗布した膜厚により適宜選択することができる。 The polyimide resin composition can obtain an insulating film and a protective film having excellent electrical characteristics, heat resistance, and chemical resistance by performing leveling, vacuum drying, and final curing process after printing. The leveling is preferably performed for 10 minutes or more. The vacuum drying is preferably performed because the finish of the coating film is improved, but may not always be necessary when a leveling agent or an antifoaming agent is added. The final curing temperature and time can be appropriately selected depending on the solvent of the polyimide resin composition and the applied film thickness.
上記の通り、結晶シリコン基板の受光面と反対の面に、ポリイミドからなる複数の開口部を有する絶縁層、又は無機材料からなる絶縁層とポリイミドからなる絶縁層とを積層した複数の開口部を有する絶縁層を形成した後、該複数の開口部を通して、該シリコン基板とコンタクトを有している電極をメッキ法により形成する。特に、電極は、ニッケルまたはニッケル含有金属からなるシード層と銅または銅含有金属との積層構造を含むことが好ましく、該コンタクト部分とポリイミドからなる前記絶縁層上の両方に同時に無電解メッキ法を用いてニッケル層又はニッケル含有金属層を形成する。この場合、シード層を無電解メッキ法で、銅または銅含有金属を電解メッキ法で形成することが好ましい。無電解メッキ法及び電解メッキ法により金属層を形成する方法自体は周知であり、無電解メッキ法は、市販の無電解メッキ液を用いて常法により行うことができる。下記実施例にも具体的にその方法が記載されている。また、電極形成後、構造全体を100℃〜300℃で10分間〜60分間程度熱処理することが好ましい。この熱処理により、該シリコン基板と該電極とのコンタクト抵抗の低減、および該ポリイミト層と該電極との密着性の向上が達成される。 As described above, an insulating layer having a plurality of openings made of polyimide or a plurality of openings in which an insulating layer made of an inorganic material and an insulating layer made of polyimide are laminated on the surface opposite to the light receiving surface of the crystalline silicon substrate. After forming the insulating layer, an electrode having a contact with the silicon substrate is formed by plating through the plurality of openings . In particular , the electrode preferably includes a laminated structure of a seed layer made of nickel or a nickel-containing metal and copper or a copper-containing metal, and an electroless plating method is simultaneously applied to both the contact portion and the insulating layer made of polyimide. A nickel layer or a nickel-containing metal layer is formed using the same . In this case, it is preferable to form the seed layer by an electroless plating method and copper or a copper-containing metal by an electrolytic plating method. The electroless plating method and the method itself for forming a metal layer by an electrolytic plating method are well known, and the electroless plating method can be performed by a conventional method using a commercially available electroless plating solution. The method is specifically described in the following examples. In addition, it is preferable to heat-treat the entire structure at 100 ° C. to 300 ° C. for about 10 minutes to 60 minutes after electrode formation. By this heat treatment, the contact resistance between the silicon substrate and the electrode is reduced, and the adhesion between the polyimide layer and the electrode is improved.
以下、図面に基づき、本発明の好ましい具体例をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, preferred specific examples of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
本発明で用いる結晶シリコン基板1は、単結晶シリコン、多結晶シリコンのどちらを用いてもよい。また、本発明で用いる結晶シリコン基板1は、導電型がp型の結晶シリコンまたは、導電型がn型の結晶シリコンのどちらを用いてもよい。なお、当該結晶シリコン基板1に用いる単結晶シリコンまたは多結晶シリコンは、任意のものでよいが、抵抗率が、0.5−10Ω・cmである単結晶シリコンまたは多結晶シリコンが望ましい。 The crystalline silicon substrate 1 used in the present invention may be either single crystal silicon or polycrystalline silicon. The crystalline silicon substrate 1 used in the present invention may use either p-type crystalline silicon or n-type crystalline silicon. The single crystal silicon or polycrystalline silicon used for the crystalline silicon substrate 1 may be any material, but single crystal silicon or polycrystalline silicon having a resistivity of 0.5-10 Ω · cm is desirable.
本発明の太陽電池の第一の実施形態について述べる。ただし、本発明は、以下に述べる方法で作製した太陽電池に限るものではない。 A first embodiment of the solar cell of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the solar cell manufactured by the method described below.
まず、結晶シリコン基板1(p型単結晶シリコン基板)の表面にテクスチャ構造を形成する。テクスチャ構造の形成は、基板1の両面に形成しても片面(受光面側)に形成してもかまわない。テクスチャ構造を形成するためまず、アズスライス基板を加熱した、水酸化カリウムあるいは水酸化ナトリウム溶液に浸して、基板のダメージ層を除去する。その後、加熱した水酸化カリウム/イソプロピルアルコールを主成分とする溶液に浸すことで、基板表面にテクスチャ構造を形成する。または、アズスライス基板を直接、加熱した水酸化カリウム/イソプロピルアルコールを主成分とする溶液に浸すことで、基板のダメージ層の除去と表面テクスチャを同時に行ってもよい。または、アズスライス基板を、フッ酸と硝酸を含む溶液に浸すことで表面テクスチャを形成してもよい。 First, a texture structure is formed on the surface of the crystalline silicon substrate 1 (p-type single crystal silicon substrate). The texture structure may be formed on both surfaces of the substrate 1 or on one surface (light receiving surface side). In order to form the texture structure, first, the as-sliced substrate is immersed in a heated potassium hydroxide or sodium hydroxide solution to remove the damaged layer of the substrate. Then, a texture structure is formed on the surface of the substrate by dipping in a heated potassium hydroxide / isopropyl alcohol-based solution. Alternatively, the damage layer of the substrate may be removed and the surface texture may be simultaneously performed by immersing the as-sliced substrate directly in a heated potassium hydroxide / isopropyl alcohol-based solution. Alternatively, the surface texture may be formed by immersing the as-sliced substrate in a solution containing hydrofluoric acid and nitric acid.
続いて、上記の基板1を塩酸、フッ酸などの溶液で洗浄後、結晶シリコン基板1にPOCl3などの熱拡散により、リン拡散層(n+層)2を形成する。リン拡散層2は、リンを含んだ溶液を塗布し、熱処理をすることによっても形成できる。このリン拡散層2の深さは、0.2−1μm 、シート抵抗は、50−100Ω/□が望ましい。その後、反射防止膜3として、拡散層2の上に、窒化シリコン膜を厚さ60−100nmの範囲で形成する。反射防止膜3は、窒化シリコン膜に限らず、酸化シリコン、酸化アルミニウム、シリコン窒酸化膜、酸化チタンのうち選択される1種類または2種類のものが用いられる。窒化シリコン膜は、プラズマCVD法, 熱CVD法、スパッタ法などの方法で作製できるが、350−500℃の温度範囲で形成できるプラズマCVD法が望ましい。 Subsequently, after washing the substrate 1 with a solution such as hydrochloric acid or hydrofluoric acid, a phosphorus diffusion layer (n + layer) 2 is formed on the crystalline silicon substrate 1 by thermal diffusion of POCl 3 or the like. The phosphorus diffusion layer 2 can also be formed by applying a solution containing phosphorus and performing heat treatment. The depth of the phosphorus diffusion layer 2 is preferably 0.2-1 μm, and the sheet resistance is preferably 50-100 Ω / □. Thereafter, a silicon nitride film is formed as the antireflection film 3 on the diffusion layer 2 in a thickness range of 60-100 nm. The antireflection film 3 is not limited to a silicon nitride film, and one or two types selected from silicon oxide, aluminum oxide, silicon oxynitride film, and titanium oxide are used. The silicon nitride film can be formed by a plasma CVD method, a thermal CVD method, a sputtering method, or the like, but a plasma CVD method that can be formed in a temperature range of 350 to 500 ° C. is desirable.
一方、結晶シリコン基板1の非受光面側には、結晶シリコン基板1と同じ導電型のアルミニウムやボロンなどのIII族の元素を結晶シリコン基板1より高濃度にドーピングした層であるBSF(back surface field)層4が形成される。BSF層4は、裏面側にアルミニウムあるいは、ボロンを主成分とするペーストを所定の形状に塗布し、熱処理を行った後、表面のアルミニウムの金属層あるいは、ボロンガラス層を除去することで形成される。該アルミニウムペーストや該ボロンを主成分とするペーストの塗布には、スクリーン印刷、インクジェット、スピンコートなどの方法を用いることができる。また、受光面側の電極5は、反射防止膜3上に銀を主成分とするペーストをスクリーン印刷により形成し、熱処理(ファイアースルー)を行うことで形成される。なお、BSF層4と表面電極5とを作製するための熱処理は、同時に行ってもかまわない。BSF層4は、裏面の全面または、ドット状、ライン状に形成できる。図2では、BSF層4は、シリコン基板1の非受光面側の一部に形成されているが、非受光面側全面に形成されていてもよい。 On the other hand, on the non-light-receiving surface side of the crystalline silicon substrate 1, a BSF (back surface) which is a layer doped with a group III element such as aluminum or boron having the same conductivity type as the crystalline silicon substrate 1 at a higher concentration than the crystalline silicon substrate 1. field) layer 4 is formed. The BSF layer 4 is formed by applying aluminum or a paste containing boron as a main component in a predetermined shape on the back side, performing a heat treatment, and then removing the aluminum metal layer or the boron glass layer on the surface. The For the application of the aluminum paste or the paste containing boron as a main component, methods such as screen printing, ink jetting, and spin coating can be used. The electrode 5 on the light receiving surface side is formed by forming a paste mainly composed of silver on the antireflection film 3 by screen printing and performing a heat treatment (fire through). The heat treatment for producing the BSF layer 4 and the surface electrode 5 may be performed simultaneously. The BSF layer 4 can be formed on the entire back surface, or in the form of dots or lines. In FIG. 2, the BSF layer 4 is formed on a part of the silicon substrate 1 on the non-light receiving surface side, but may be formed on the entire surface of the non-light receiving surface side.
さらに、ポリイミド層7の複数の開口部分を通して、裏面電極6(非受光面側の電極)とBSF層4とのコンタクトが形成されている。ポリイミド層7は、スクリーン印刷などにより開口部を有する所定のパターンに印刷することによって形成できるが、開口部は、ドット状でもライン状でも構わない。該裏面電極6は、非受光面側のコンタクト部と、ポリイミド層7の上の両方に同時に形成される。 Further, a contact between the back electrode 6 (non-light receiving surface side electrode) and the BSF layer 4 is formed through a plurality of openings of the polyimide layer 7. The polyimide layer 7 can be formed by printing in a predetermined pattern having openings by screen printing or the like, but the openings may be in the form of dots or lines. The back electrode 6 is simultaneously formed on both the contact portion on the non-light-receiving surface side and the polyimide layer 7.
ここで、裏面電極のコンタクト部周辺の拡大図(図1のAの部分)を図2に示す。シリコン基板1とオーミックコンタクトを形成しているシード層61と、その上に形成された銅または銅を含んだ金属層62との積層構造になっている。該シード層は、銅がシリコン基板中に拡散しないようにするためのバリア層としも機能している。裏面電極6は、シード層61として、シリコン基板1(BSF層4)上に無電解メッキ法により、ニッケルまたはニッケルを含む金属を該コンタクト部分と該ポリイミドからなる絶縁層上の両方に同時に形成し、さらに、該銅または銅を含む金属を、該シード層上に、電解メッキ法あるいは無電解メッキ法を用いて同時に積層する。その後、熱処理をおこなうことによって、ニッケルまたはニッケルを含む金属からなるシード層とシリコン基板1(BSF層4)とのオーミックコンタクトを得る。この場合、ニッケルまたはニッケルを含む金属層61の一部は、BSF層4とシリサイドを形成することが望ましい。
Here, FIG. 2 shows an enlarged view around the contact portion of the back electrode (part A in FIG. 1). It has a laminated structure of a seed layer 61 forming an ohmic contact with the silicon substrate 1 and copper or a metal layer 62 containing copper formed thereon. The seed layer also functions as a barrier layer for preventing copper from diffusing into the silicon substrate. The back electrode 6 is formed as a seed layer 61 by simultaneously forming nickel or a metal containing nickel on the silicon substrate 1 (BSF layer 4) on both the contact portion and the insulating layer made of polyimide by electroless plating. Further, the copper or a metal containing copper is simultaneously laminated on the seed layer by using an electrolytic plating method or an electroless plating method. Thereafter, heat treatment is performed to obtain ohmic contact between the seed layer made of nickel or a metal containing nickel and the silicon substrate 1 (BSF layer 4). In this case, it is desirable that nickel or a part of the metal layer 61 containing nickel forms silicide with the BSF layer 4.
本裏面電極の構成では、シード層であるニッケルまたはニッケルを含む金属層61と銅または銅を含む金属層62とを共にメッキ法で作製し、堆積後500℃以下の熱処理温度で低抵抗の電極を作製することができる。このため、ポリイミド層7を劣化させることなく裏面電極6を形成することができる。 In this backside electrode configuration, nickel or nickel-containing metal layer 61 and copper or copper-containing metal layer 62 are both produced by plating, and after deposition, a low-resistance electrode at a heat treatment temperature of 500 ° C. or less. Can be produced. For this reason, the back electrode 6 can be formed without deteriorating the polyimide layer 7.
さらに、ポリイミド層7とシリコン基板1との間に、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、酸化アルミニウム膜、酸化チタン膜、のうちの1つあるいは2つが積層された絶縁層8が形成されていても良い(図3、4)。この場合、絶縁層8を形成後、その上に所定のパターンを有するポリイミド層7を形成し、ポリイミド層7をマスクとしてフッ酸等により絶縁層8をエッチングして、コンタクト部分のパターンを形成することができる。本構造では、シリコン基板1と絶縁層8との界面での表面パッシベーション効果をより高めることが期待できる。また、本構造では、ポリイミド層7とシリコン基板1との間に、絶縁層8を形成しているが、これを除けば、上記ポリイミド層7のみを有する太陽電池を例示したように、裏面電極6およびBSF層4の構造を変更してもかまわない。 Further, an insulating layer 8 in which one or two of a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film, and a titanium oxide film is laminated between the polyimide layer 7 and the silicon substrate 1 is provided. It may be formed (FIGS. 3 and 4). In this case, after the insulating layer 8 is formed, a polyimide layer 7 having a predetermined pattern is formed thereon, and the insulating layer 8 is etched with hydrofluoric acid or the like using the polyimide layer 7 as a mask to form a contact portion pattern. be able to. In this structure, it can be expected that the surface passivation effect at the interface between the silicon substrate 1 and the insulating layer 8 is further enhanced. Moreover, in this structure, although the insulating layer 8 is formed between the polyimide layer 7 and the silicon substrate 1, except for this, as illustrated in the solar cell having only the polyimide layer 7, the back electrode 6 and the structure of the BSF layer 4 may be changed.
また、裏面電極6を形成するときに同時に、表面電極5の銀電極上に、該ニッケルまたはニッケルを含む金属と、その上に銅または銅を含んだ金属とを積層し、3層の積層をもつ電極構造を形成してもよい。さらに、銅の酸化防止ために、銅または銅を含む金属の上に錫を含む金属をメッキ法により積層してもよい。 Further, at the same time when the back electrode 6 is formed, the nickel or nickel-containing metal and the copper or copper-containing metal are laminated on the silver electrode of the front electrode 5 to form a three-layer laminate. An electrode structure may be formed. Furthermore, in order to prevent copper oxidation, a metal containing tin may be laminated on the metal containing copper or copper by a plating method.
次に、本実施形態の第二の実施形態について説明する。図5は、本発明の太陽電池の断面構造の一例を示す図面である。受光面側の構造が異なっているのみで、結晶シリコン基板1の裏面側には、第一の実施形態と同じ構造が形成されてかまわない。 Next, a second embodiment of this embodiment will be described. FIG. 5 is a drawing showing an example of a cross-sectional structure of the solar cell of the present invention. Only the structure on the light receiving surface side is different, and the same structure as that of the first embodiment may be formed on the back surface side of the crystalline silicon substrate 1.
本実施形態における結晶シリコン基板1は、n型の単結晶シリコンを用いた例について説明する。まず、受光面に入射光の反射を低減するため、結晶シリコン基板1の表面(受光面側のみでもよい)にテクスチャ構造が形成される。結晶シリコン基板1の非受光面側には、リンなどのV族の不純物を拡散することで、n型のBSF層4が形成される。反対に、受光面側の表面には、化学気相成長法(CVD法)により、アモルファスシリコン層が形成される。このアモルファスシリコン層9と結晶シリコン基板1との間にヘテロ接合が形成される。該アモルファスシリコン層9は、シリコン基板1上に、ドーピングをしていない層(i層)91とボロンをドーピングした層(p層)92とを積層したアモルファス層を形成することが望ましいが、ボロンをドーピングした層(p層)92を形成するのみでもかまわない。アモルファスシリコン層92上には、スパッタ法や蒸着法により、酸化インジウム(ITO)や酸化亜鉛(ZnO)などの透明導電膜10が形成される。さらに、透明導電膜上には、表面電極5(受光面側電極)が形成される。表面電極は、銅または銅を含む金属あるいは、銀または銀を含む金属を印刷法やメッキ法により形成する。裏面電極6(非受光面側の電極)は、第一の実施形態で示した構造のうちの1つを選択することができる。本実施形態は、第一の実施形態のシリコン基板1と拡散層2とのpn接合の代わりに、シリコン基板1とアモルファスシリコン層91,91とのヘテロ接合を用いた太陽電池構造になっている。 An example in which n-type single crystal silicon is used as the crystalline silicon substrate 1 in this embodiment will be described. First, in order to reduce reflection of incident light on the light receiving surface, a texture structure is formed on the surface of the crystalline silicon substrate 1 (only on the light receiving surface side). On the non-light-receiving surface side of the crystalline silicon substrate 1, an n-type BSF layer 4 is formed by diffusing Group V impurities such as phosphorus. On the contrary, an amorphous silicon layer is formed on the surface on the light receiving surface side by chemical vapor deposition (CVD). A heterojunction is formed between the amorphous silicon layer 9 and the crystalline silicon substrate 1. The amorphous silicon layer 9 is preferably formed on the silicon substrate 1 by forming an amorphous layer in which an undoped layer (i layer) 91 and a boron doped layer (p layer) 92 are laminated. Alternatively, the layer (p layer) 92 doped with may be formed. A transparent conductive film 10 such as indium oxide (ITO) or zinc oxide (ZnO) is formed on the amorphous silicon layer 92 by sputtering or vapor deposition. Furthermore, the surface electrode 5 (light-receiving surface side electrode) is formed on the transparent conductive film. The surface electrode is formed by printing or plating a copper or a metal containing copper or silver or a metal containing silver. As the back electrode 6 (electrode on the non-light-receiving surface side), one of the structures shown in the first embodiment can be selected. This embodiment has a solar cell structure using a heterojunction between the silicon substrate 1 and the amorphous silicon layers 91 and 91 instead of the pn junction between the silicon substrate 1 and the diffusion layer 2 of the first embodiment. .
さらに、本発明による太陽電池の第三の実施形態について説明する。図6は、本発明の太陽電池の断面構造の一例を示す図面である。 Furthermore, a third embodiment of the solar cell according to the present invention will be described. FIG. 6 is a drawing showing an example of a cross-sectional structure of the solar cell of the present invention.
本実施形態における結晶シリコン基板1として、n型の単結晶シリコンを用いた例について説明する。結晶シリコン基板1の受光面側のみにはテクスチャ構造が形成されている。結晶シリコン基板1の受光面側に、リンなどのV族の元素をドーピングしたn型のFSF(front surface field)層11が形成される。SFS層11の表面には、SiNなどの反射防止膜3(表面パッシベーション膜の効果を兼ねてもよい)が形成される。なお、該拡散層11を除いて、反射防止膜3のみが形成されているだけでもかまわない。 An example in which n-type single crystal silicon is used as the crystalline silicon substrate 1 in this embodiment will be described. A texture structure is formed only on the light receiving surface side of the crystalline silicon substrate 1. An n-type front surface field (FSF) layer 11 doped with a group V element such as phosphorus is formed on the light receiving surface side of the crystalline silicon substrate 1. On the surface of the SFS layer 11, an antireflection film 3 such as SiN (which may also serve as a surface passivation film) is formed. Note that only the antireflection film 3 may be formed except for the diffusion layer 11.
一方、非受光面側には、所定の部分にボロンまたはアルミニウムが拡散されたp型の拡散層(p+層)2が形成される。p型の拡散層2と、n型の単結晶シリコン基板1との間でpn接合が形成される。さらに、リンの拡散により、所定の部分にn型のBSF層(n+層)4が形成される。ここで拡散層2と第一の裏面電極63がコンタクト部分により接続され、BSF層4と第二の裏面電極64とがコンタクト部分で接続されている。コンタクト部分を除いた場所に、ポリイミド層7、あるいは、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、酸化アルミニウム膜、シリコン酸窒化膜、酸化チタン膜のうち1つか2つからなる絶縁膜8とポリイミド層7とが積層された絶縁層が形成されている。第一裏面電極63と第二裏面電極64は、シリコン基板1とコンタクトを形成しているシード層61と、その上に形成された銅または銅を含む金属62との積層構造になっている。シード層61は、ニッケルまたはニッケルを含む金属をメッキ法で形成できる。図7に示すように、第一電極63と第二電極64は、互いに接続されないようにコンタクト部とポリイミドからなる絶縁層7の上の一部に形成されている。本第三の実施形態の構成では、裏面電極型の結晶シリコン太陽電池においても、本実施形態の構成を用いることで、低コストで作製が可能な太陽電池構造を実現できる。 On the other hand, a p-type diffusion layer (p + layer) 2 in which boron or aluminum is diffused in a predetermined portion is formed on the non-light-receiving surface side. A pn junction is formed between the p-type diffusion layer 2 and the n-type single crystal silicon substrate 1. Further, an n-type BSF layer (n + layer) 4 is formed in a predetermined portion by diffusion of phosphorus. Here, the diffusion layer 2 and the first back electrode 63 are connected by a contact portion, and the BSF layer 4 and the second back electrode 64 are connected by a contact portion. In the place excluding the contact portion, the polyimide layer 7, or the insulating film 8 made of one or two of the silicon nitride film, silicon oxide film, aluminum oxide film, silicon oxynitride film, and titanium oxide film, and the polyimide layer 7 Is formed. The first back electrode 63 and the second back electrode 64 have a laminated structure of a seed layer 61 forming a contact with the silicon substrate 1 and copper or a metal 62 containing copper formed thereon. The seed layer 61 can be formed by plating nickel or a metal containing nickel. As shown in FIG. 7, the first electrode 63 and the second electrode 64 are formed on part of the contact portion and the insulating layer 7 made of polyimide so as not to be connected to each other. In the configuration of the third embodiment, a solar cell structure that can be manufactured at low cost can be realized by using the configuration of the present embodiment even in a back electrode type crystalline silicon solar cell.
以下、本発明を実施例に基づきより具体的に説明する。もっとも、本発明は下記実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
実施例1
1. ポリイミドの合成
合成実施例1
ステンレス製の碇型攪拌器を取り付けた2リットルのセパラブル3つ口フラスコに、水分分離トラップを備えた玉付冷却管を取り付けた。ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物(ODPA)148.91g(480ミリモル)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(PAM−E)23.86g(96ミリモル)、3,3’−ジカルボキシ−4,4'−ジアミノジフェニルメタン(MBAA)41.22g(144ミリモル)、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(BAPP)98.52g(240ミリモル)、γ−バレロラクトン4.8g、ピリジン7.6g、安息香酸メチル(BAME)385g、γ−ブチロラクトン385g、トルエン100gを仕込んだ。室温、窒素雰囲気下、180rpmで30分攪拌した後、180℃に昇温して5時間攪拌した。反応中、トルエン−水の共沸分を除いた。還流物を系外に除くことにより28%濃度のポリイミド溶液を得た。なお、本ポリイミド樹脂の理論的なカルボン酸当量は1025g/molである。
Example 1
1. Synthesis and synthesis of polyimide Example 1
A 2-liter separable three-necked flask equipped with a stainless steel vertical stirrer was equipped with a ball condenser equipped with a water separation trap. 148.91 g (480 mmol) of bis- (3,4-dicarboxyphenyl) ether dianhydride (ODPA), 23.86 g of 1,3-bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane (PAM-E) 96 mmol), 3,3′-dicarboxy-4,4′-diaminodiphenylmethane (MBAA) 41.22 g (144 mmol), 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane (BAPP) 98.52 g (240 mmol), γ-valerolactone 4.8 g, pyridine 7.6 g, methyl benzoate (BAME) 385 g, γ-butyrolactone 385 g, and toluene 100 g were charged. After stirring for 30 minutes at 180 rpm in a nitrogen atmosphere at room temperature, the mixture was heated to 180 ° C. and stirred for 5 hours. During the reaction, toluene-water azeotrope was removed. By removing the reflux from the system, a 28% concentration polyimide solution was obtained. In addition, the theoretical carboxylic acid equivalent of this polyimide resin is 1025 g / mol.
合成比較例1
合成実施例1と同様の装置を用いた。ODPA148.91g(480ミリモル)、PAM−E23.86g(96ミリモル)、4,4'−(1,3−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン(Bisaniline−M)70.28g(204ミリモル)、BAPP73.89g(180ミリモル)、γ−バレロラクトン4.8g、ピリジン7.6g、BAME385g、テトラグライム385gトルエン100gを仕込んだ。室温、窒素雰囲気下、180rpmで30分攪拌した後、180℃に昇温して5時間攪拌した。反応中、トルエン−水の共沸分を除いた。還流物を系外に除くことにより28%濃度のポリイミド溶液を得た。
Synthesis Comparative Example 1
The same apparatus as in Synthesis Example 1 was used. ODPA 148.91 g (480 mmol), PAM-E 23.86 g (96 mmol), 4,4 ′-(1,3-phenylenediisopropylidene) bisaniline (Bisaniline-M) 70.28 g (204 mmol), BAPP 73.89 g (180 mmol), 4.8 g of γ-valerolactone, 7.6 g of pyridine, 385 g of BAME, 385 g of tetraglyme, and 100 g of toluene were charged. After stirring for 30 minutes at 180 rpm in a nitrogen atmosphere at room temperature, the mixture was heated to 180 ° C. and stirred for 5 hours. During the reaction, toluene-water azeotrope was removed. By removing the reflux from the system, a 28% concentration polyimide solution was obtained.
今回、結晶系Si太陽電池の電極形成及びBSF層に形成する金属の無電解Ni+Cuメッキの前処理法、無電解Ni+Cuメッキ及びメッキ組成は下記の記載である。 In this time, the electrode forming of the crystalline Si solar cell and the pretreatment method of the electroless Ni + Cu plating of the metal formed on the BSF layer, the electroless Ni + Cu plating and the plating composition are as follows.
前処理方法
UV処理 30mm,2分間
↓
アルカリ脱脂(45℃, 2分間)
NaOH 8g/dm3、クエン酸ナトリウム 10g/dm3、界面活性剤 2g/dm3
↓
エッチング(20℃,1分間)
リン酸 5vol%、硝酸 5vol%
↓
コンディショニグ(45℃,1分間)
↓
Pretreatment method UV treatment 30mm, 2 minutes
↓
Alkaline degreasing (45 ° C, 2 minutes)
NaOH 8 g / dm 3 , sodium citrate 10 g / dm 3 , surfactant 2 g / dm 3
↓
Etching (20 ° C, 1 minute)
Phosphoric acid 5vol%, nitric acid 5vol%
↓
Conditioning (45 ° C, 1 minute)
↓
無電解メッキ及び電解メッキ法
触媒化処理(45℃,3分間)
PdCl2 0.3g/dm3、HCl 0.3%
↓
還元処理
次亜リン酸 30g/dm3
↓
無電解Niメッキ
45℃ 10分間(0.7μm)
↓
電気Cuメッキ
室温 3A/dm2
3μm
↓
炉120℃ 1時間
Electroless plating and electrolytic plating method Catalytic treatment (45 ° C, 3 minutes)
PdCl 2 0.3 g / dm 3 , HCl 0.3%
↓
Reduction-treated hypophosphorous acid 30 g / dm 3
↓
Electroless Ni plating 45 ℃ for 10 minutes (0.7μm)
↓
Electric Cu plating room temperature 3A / dm 2
3 μm
↓
Furnace 120 ℃ 1 hour
実施例2
ボロンをドーパンとしたp型の単結晶シリコン基板(結晶シリコン基板1)を用いて、図2の構造の単結晶シリコン太陽電池を作製した。
Example 2
A single crystal silicon solar cell having the structure shown in FIG. 2 was fabricated using a p-type single crystal silicon substrate (crystalline silicon substrate 1) using boron as a dopant.
単結晶シリコン基板1の表面をテクスチャ処理した後、POCl3を用いたリン拡散層(拡散層2)を形成した。次に、反射防止膜3として、プラズマCVDで、厚さ80nmのSiN膜を形成した。次に、スクリーン印刷法により、銀ペーストによるパターンをSiN膜上に、アルミニウムペーストを裏面側に全面に印刷し、750℃で焼成を行った。これにより、表面の銀ペーストによる表面電極5とシリコン基板1(拡散層2)とのコンタクトと形成された。同時に、裏面側アルミニウムペーストによるBSF層4と裏面アルミニウム層が形成された。次に、裏面側のアルミニウム金属層を塩酸により除去し、BSF層4のみを残した。その後、本発明のメッキが可能なポリイミドインク(実施合成例1)をスクリーン印刷により所定のパターンに印刷し、裏面の絶縁膜層8を形成した。次に、第0067段落及び第0068段落記載の前処理及び無電解メッキによりニッケルを、電解メッキにより銅を連続して作製し、200℃の熱処理を加えることによって、裏面電極6を形成した。同時に、受光面側に形成した銀電極上にもニッケルおよび銅が形成され、銀/ニッケル/銅の積層からなる表面電極5が形成された。 After the texture of the surface of the single crystal silicon substrate 1, a phosphorus diffusion layer (diffusion layer 2) using POCl 3 was formed. Next, as the antireflection film 3, an SiN film having a thickness of 80 nm was formed by plasma CVD. Next, a pattern made of silver paste was printed on the entire surface of the SiN film and an aluminum paste was printed on the entire back surface by screen printing, and baked at 750 ° C. As a result, a contact between the surface electrode 5 and the silicon substrate 1 (diffusion layer 2) by the silver paste on the surface was formed. At the same time, the BSF layer 4 and the back surface aluminum layer were formed from the back surface side aluminum paste. Next, the aluminum metal layer on the back side was removed with hydrochloric acid, leaving only the BSF layer 4. Thereafter, the polyimide ink capable of plating according to the present invention (Example Synthesis Example 1) was printed in a predetermined pattern by screen printing to form an insulating film layer 8 on the back surface. Next, nickel was continuously produced by pre-treatment and electroless plating described in the paragraphs 0067 and 0068, and copper was produced by electrolytic plating, and a heat treatment at 200 ° C. was applied to form the back electrode 6. At the same time, nickel and copper were formed on the silver electrode formed on the light receiving surface side, and the surface electrode 5 made of a silver / nickel / copper laminate was formed.
上記プロセスにより単結晶シリコン太陽電池を作製した結果、短絡電流34.3mA/cm2、開放電圧 0.612V、曲線因子0.723、変換効率 15.2% が得られた。この結果、本発明の効果が明らかとなった。 As a result of fabricating a single crystal silicon solar cell by the above process, a short-circuit current of 34.3 mA / cm 2 , an open-circuit voltage of 0.612 V, a fill factor of 0.723, and a conversion efficiency of 15.2% were obtained. As a result, the effect of the present invention became clear.
比較例1
上記記載の同様なプロセスにてポリイミドインク(比較合成例1)をスクリーン印刷により所定のパターンに印刷し、裏面の絶縁膜層8を形成した。次に、上記前処理及び無電解メッキによりニッケルメッキを実施したがめっきが出来なかった。
Comparative Example 1
In the same process as described above, polyimide ink (Comparative Synthesis Example 1) was printed in a predetermined pattern by screen printing to form an insulating film layer 8 on the back surface. Next, although nickel plating was performed by the pretreatment and electroless plating, plating could not be performed.
1 第一導電型のシリコン基板
2 第二導電型の不純物拡散層
3 表面反射防止膜
4 BSF層
5 表面電極
6 裏面電極
7 ポリイミドからなる絶縁層
8 無機材料からなる絶縁層
9 アモルファスシリコン層
10 透明導電膜
11 FSF層
61 第一裏面電極または第二裏面電極のうちシード層
62 第一裏面電極または第二裏面電極のうち銅または銅を含む金属
63 第一裏面電極
64 第二裏面電極
91 ノンドープのアモルファスシリコン層(i層)
92 第二導電型のアモルファスシリコン層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st conductivity type silicon substrate 2 2nd conductivity type impurity diffusion layer 3 Surface reflection preventing film 4 BSF layer 5 Front surface electrode 6 Back surface electrode 7 Insulating layer made of polyimide 8 Insulating layer made of inorganic material 9 Amorphous silicon layer 10 Transparent Conductive film 11 FSF layer 61 Seed layer of first back electrode or second back electrode 62 Metal of copper or copper of first back electrode or second back electrode 63 First back electrode 64 Second back electrode 91 Non-doped Amorphous silicon layer (i layer)
92 Second conductivity type amorphous silicon layer
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012214809A JP6014847B2 (en) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | Solar cell and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012214809A JP6014847B2 (en) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | Solar cell and method for manufacturing the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014072222A JP2014072222A (en) | 2014-04-21 |
JP6014847B2 true JP6014847B2 (en) | 2016-10-26 |
Family
ID=50747207
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012214809A Active JP6014847B2 (en) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | Solar cell and method for manufacturing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6014847B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018079907A1 (en) * | 2016-10-27 | 2018-05-03 | 주식회사 엘에스텍 | Method for manufacturing flexible solar cell module and solar cell module thereof |
KR101937308B1 (en) | 2018-04-02 | 2019-01-11 | 주식회사 엘에스텍 | a production method of flexible solar cell module and the flexible solar cell module using thereof |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6667215B2 (en) * | 2014-07-24 | 2020-03-18 | キヤノン株式会社 | X-ray shielding grating, structure, Talbot interferometer, and method of manufacturing X-ray shielding grating |
TW201705239A (en) * | 2015-06-04 | 2017-02-01 | 愛美科公司 | Method for forming a metal electrode on a reverse polarity surface of tantalum |
WO2019003818A1 (en) * | 2017-06-26 | 2019-01-03 | 株式会社カネカ | Solar cell, method for producing same, and solar cell module |
TWI630727B (en) * | 2017-10-13 | 2018-07-21 | 茂迪股份有限公司 | Method for manufacturing a solar cell |
TWI671914B (en) * | 2018-01-23 | 2019-09-11 | 茂迪股份有限公司 | Solar cell and method for manufacturing the same |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6337283B1 (en) * | 1999-12-30 | 2002-01-08 | Sunpower Corporation | Method of fabricating a silicon solar cell |
JP5110242B2 (en) * | 2004-12-03 | 2012-12-26 | 宇部興産株式会社 | Polyimide, polyimide film and laminate |
US20110192316A1 (en) * | 2010-02-05 | 2011-08-11 | E-Chem Enterprise Corp. | Electroless plating solution for providing solar cell electrode |
TWI560215B (en) * | 2010-02-10 | 2016-12-01 | Ube Industries | Polyimide metal laminate and manufacturing process thereof |
WO2011151898A1 (en) * | 2010-06-02 | 2011-12-08 | ソルピー工業株式会社 | Polyimide which is soluble in organic solvent and configured at component ratio of (pmda)2(dade)2(bpda)2(aromatic diamine other than dade)2 |
JP2012038915A (en) * | 2010-08-06 | 2012-02-23 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Solar battery and method of manufacturing the same |
-
2012
- 2012-09-27 JP JP2012214809A patent/JP6014847B2/en active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018079907A1 (en) * | 2016-10-27 | 2018-05-03 | 주식회사 엘에스텍 | Method for manufacturing flexible solar cell module and solar cell module thereof |
KR101937308B1 (en) | 2018-04-02 | 2019-01-11 | 주식회사 엘에스텍 | a production method of flexible solar cell module and the flexible solar cell module using thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014072222A (en) | 2014-04-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6014847B2 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
US9287424B2 (en) | Polyimide resin composition for use in forming reverse reflecting layer in photovoltaic cell and method of forming reverse reflecting layer in photovoltaic cell used therewith | |
US20130233381A1 (en) | Polyimide resin composition for use in forming insulation film in photovoltaic cell and method of forming insulation film in photovoltaic cell used therewith | |
CN113136103B (en) | Polyimide precursor resin composition | |
CN102167905B (en) | Polyimide resin composition for semiconductor devices and the film formation method in using its semiconductor device and semiconductor device | |
JP2011011455A (en) | Laminate and method for manufacturing the same | |
CN111480206B (en) | Conductive paste | |
US10693021B2 (en) | Method of passivating a silicon substrate for use in a photovoltaic device | |
CN102533101A (en) | Paintable diffusing agent composition | |
JP5891693B2 (en) | Substrate manufacturing method and substrate | |
CN102617875B (en) | Preparation method for transparent polyimide/silicon dioxide hybrid film | |
CN102479569A (en) | Conductive paste for solar cell | |
CN104302723A (en) | Adhesive sheet for production of semiconductor device having bump electrodes and production method for semiconductor device | |
JP2016160415A (en) | Conductive composition, solar cell, and solar cell module | |
CN104619489B (en) | Laminate and the thin-film solar cells comprising which | |
CN113474156B (en) | Polyamic acid resin composition, polyimide resin film and method for producing same, laminate, and electronic device and method for producing same | |
WO2020015665A1 (en) | Semiconductor device and solar cell | |
CN103378201B (en) | Flexible substrate, application of composite layer in solar cell and solar cell | |
WO2024204181A1 (en) | Resin composition, cured product, laminate, semiconductor device, and method for producing semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150527 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150514 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160127 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160202 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160401 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160816 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160826 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6014847 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |