專利名稱：：糊漿組成物、電極和具有該電極的太陽電池元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般涉及糊漿組成物、電極和具有該電極的太陽電池元件，特別涉及在構(gòu)成結(jié)晶類硅太陽電池的硅半導(dǎo)體基板上形成電極時(shí)使用的糊漿組成物、電極和具有該電極的太陽電池元件。
背景技術(shù)：
：作為在硅半導(dǎo)體基板上形成了電極的電子部品，已知有太陽電池。圖1是示意性地表示太陽電池元件的一般性剖面結(jié)構(gòu)的圖。如圖l所示，太陽電池元件使用厚度為200300um的p型硅半導(dǎo)體基板1而構(gòu)成。在硅半導(dǎo)體基板1的受光面?zhèn)龋纬闪撕穸葹?.30.6iim的n型雜質(zhì)層2、其上的防反射膜3和柵電極4。另外，在p型硅半導(dǎo)體基板1的背面?zhèn)龋纬闪吮趁骐姌O層5。背面電極層5是將由鋁粉末、玻璃熔料和有機(jī)質(zhì)媒介物構(gòu)成的糊漿組成物經(jīng)絲網(wǎng)印刷等進(jìn)行涂敷、干燥后，在66(TC(鋁的熔點(diǎn))以上的溫度下進(jìn)行燒成而形成的。在該燒成時(shí)，鋁擴(kuò)散到p型硅半導(dǎo)體基板1的內(nèi)部，從而在背面電極層5和p型硅半導(dǎo)體基板1之間形成Al-Si合金層6，同時(shí)形成p+層7，作為因鋁原子的擴(kuò)散而導(dǎo)致的雜質(zhì)層。因該？+層7的存在，可防止電子的再結(jié)合，從而得到提高生成載流子的收集效率的BSF(BackSurfaceField)效果。電極8由背面電極層5和Al-Si合金層6構(gòu)成。另外，將背面電極層5和Al-Si合金層6用酸等去除，留下p+層7以確保BSF效果，并重新用銀糊漿等形成了電極層的太陽電池也得到了實(shí)用化。然而，最近為了降低太陽電池的成本，在研討將硅半導(dǎo)體基板減薄。但是，如果硅半導(dǎo)體基板變薄，因硅和鋁的熱膨脹系數(shù)的差異，在糊漿燒成后，硅半導(dǎo)體基板就會(huì)變形，產(chǎn)生翹曲，使得形成了背面電極層的背面?zhèn)瘸蔀榘紶睢Ｒ虼?，存在以下的問題在太陽電池的制造工序中產(chǎn)生裂紋等，結(jié)果，太陽電池的制造合格率降低。為了解決該問題，有減少糊漿組成物的涂敷量，將背面電極層減薄的方法。但是，如果減少糊漿組成物的涂敷量，從硅半導(dǎo)體基板的表面擴(kuò)散到內(nèi)部的鋁的量就會(huì)變得不充分。結(jié)果，因?yàn)椴荒軐?shí)現(xiàn)預(yù)期的BSF效果，所以存在太陽電池的特性低下的問題。在此，在例如特開2000-90734號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)l)中公開了在確保預(yù)期的太陽電池的特性的同時(shí)，可減少硅半導(dǎo)體基板的翹曲的導(dǎo)電性糊漿的組成。該導(dǎo)電性糊漿除了鋁粉末、玻璃熔料和有機(jī)質(zhì)媒介物以外，還含有含鋁有機(jī)化合物。但是，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，為了減少硅半導(dǎo)體基板產(chǎn)生的翹曲量，需要將背面電極層減薄。如果背面電極層變薄，則BSF效果有可能下降。另外，在特開2004-134775號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)中，公開了在現(xiàn)有糊漿組成中添加有機(jī)化合物粒子和碳粒子之中至少一種，來抑制燒成時(shí)的鋁電極的收縮，從而減少硅半導(dǎo)體基板的翹曲的方法。根據(jù)該方法，添加的有機(jī)化合物粒子或碳粒子在糊漿中以固體粒子狀態(tài)存在，在燒成時(shí)燃燒而消失，從而在電極內(nèi)形成多個(gè)微細(xì)的空孔，從而抑制基板的翹曲。但是，這些空孔的形成，會(huì)降低鋁電極的機(jī)械強(qiáng)度和密著性?，F(xiàn)在的狀況是，為了得到預(yù)期的BSF效果，在不降低電極的機(jī)械強(qiáng)度和密著性的前提下來降低硅半導(dǎo)體基板的翹曲量的方法和糊漿的組成還沒有被開發(fā)出來。專利文獻(xiàn)l..特開2000—90734號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:特開2004-134775號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明要解決的課題對(duì)此，本發(fā)明的目的在于解決上述課題，并提供一種糊漿組成物、使用該組成物而形成的電極、和具有使用該組成物而形成的電極的太陽電池元件，該糊漿組成物即使在減薄了硅半導(dǎo)體基板的情況下，也能夠不降低電極的機(jī)械強(qiáng)度和密著性，充分實(shí)現(xiàn)預(yù)期的BSF效果，并且能夠抑制燒成后的硅半導(dǎo)體基板的變形(翹曲)。用于解決課題的方案本發(fā)明者們?yōu)榱私鉀Q現(xiàn)有技術(shù)的問題點(diǎn)，經(jīng)過反復(fù)專心研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)通過使用具有特殊組成的糊漿組成物，能夠?qū)崿F(xiàn)上述的目的。根據(jù)該發(fā)現(xiàn)，基于本發(fā)明的糊漿組成物具有如下的特征?；诒景l(fā)明的糊漿組成物是一種用于在硅半導(dǎo)體基板上形成電極的糊漿組成物，含有鋁粉末、有機(jī)質(zhì)媒介物、和在該有機(jī)質(zhì)媒介物中呈不溶性或難溶性的晶須，該晶須預(yù)先與鋁粉末和有機(jī)質(zhì)媒介物進(jìn)行了混合。優(yōu)選的是，本發(fā)明的糊漿組成物還含有玻璃熔料。另外優(yōu)選的是，本發(fā)明的糊漿組成物含有晶須0.2質(zhì)量％以上、15.0質(zhì)量％以下。更為優(yōu)選的是，本發(fā)明的糊漿組成物含有鋁粉末60質(zhì)量％以上、80質(zhì)量％以下；含有有機(jī)質(zhì)媒介物20質(zhì)量％以上、40質(zhì)量％以下；含有晶須0.2質(zhì)量％以上、15.0質(zhì)量％以下。在含有玻璃熔料時(shí)，優(yōu)選的是，本發(fā)明的糊漿組成物含有鋁粉末60質(zhì)量％以上、80質(zhì)量％以下；含有有機(jī)質(zhì)媒介物20質(zhì)量％以上、40質(zhì)量％以下；含有晶須0.2質(zhì)量％以上、15.0質(zhì)量％以下；含有玻璃熔料7.0質(zhì)量％以下。在本發(fā)明的糊漿組成物中，晶須優(yōu)選的是由選自由金屬、無機(jī)物和有機(jī)物構(gòu)成的組中的至少一種構(gòu)成。而且，在本發(fā)明的糊槳組成物中，晶須優(yōu)選的是直徑為15um以下，長寬比為2以上?；诒景l(fā)明的電極是將具有上述任何一個(gè)特征的糊漿組成物涂敷在硅半導(dǎo)體基板上后進(jìn)行燒成而形成的?；诒景l(fā)明的太陽電池元件，具有將具有上述任何一個(gè)特征的糊漿組成物涂敷在硅半導(dǎo)體基板上后進(jìn)行燒成而形成的電極。發(fā)明的效果如上所述，根據(jù)本發(fā)明，將涂敷了含有晶須的糊槳組成物的硅半導(dǎo)體基板進(jìn)行燒成，從而，即使在減薄了硅半導(dǎo)體基板的情況下，不減少涂敷量也能夠保持提高生成載流子的收集效率的預(yù)期的BSF效果、以及鋁電極的機(jī)械強(qiáng)度和密著性，并且降低燒成后的硅半導(dǎo)體基板的變形。圖1是示意性地表示作為一種實(shí)施方式而適用了本發(fā)明的太陽電池元件的一般性剖面結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示意性地表示在實(shí)施例和比較例中測量形成了鋁電極層的燒成后的p型硅半導(dǎo)體基板的翹曲量的方法的圖。符號(hào)說明1…p型硅半導(dǎo)體基板2…n型雜質(zhì)層3…防反射膜4…柵電極5…背面電極層6…Al-Si合金層7…p+層8…電極具體實(shí)施方式本發(fā)明的糊漿組成物的特征在于，除了含有鋁粉末、有機(jī)質(zhì)媒介物以外，還含有晶須。使該晶須含在糊漿組成物中，從而能夠抑制涂敷了糊漿并燒成后的硅半導(dǎo)體基板的變形。以往為了抑制燒成后的硅半導(dǎo)體基板的變形，除了在糊漿中添加預(yù)定的粉末粒子，或者減薄糊漿的涂敷膜厚以外，沒有實(shí)質(zhì)上有效的手段。添加粉末粒子雖然對(duì)抑制基板變形有一定的效果，但是會(huì)產(chǎn)生電極的機(jī)械強(qiáng)度和密著性下降的問題。另一方面，如果減薄了糊漿的涂敷膜厚，雖然基板的變形量減少，但是鋁從硅半導(dǎo)體基板的表面向內(nèi)部的擴(kuò)散量會(huì)變得不充分，不能得到預(yù)期的BSF效果，所以太陽電池的特性降低。但是，在本發(fā)明中，因?yàn)榧词共粶p薄糊漿的涂敷膜厚，也能夠抑制燒成后的硅半導(dǎo)體基板的變形，所以能夠得到預(yù)期的BSF效果。雖然上述晶須與鋁粉末和有機(jī)質(zhì)媒介物預(yù)先混合后含在糊漿中就能夠抑制燒成后的硅半導(dǎo)體基板的變形的理由不明確，不過，可以認(rèn)為是因?yàn)樵诤凉{燒成時(shí)形成的鋁燒結(jié)層在燒成后冷卻時(shí)收縮的量因晶須的存在而得到了抑制。另外，因晶須分散在鋁粉末中，從而能夠防止鋁電極的機(jī)械強(qiáng)度和密著性的下降。作為本發(fā)明的糊漿組成物中含有的晶須，只要不溶于有機(jī)質(zhì)媒介物，并在燒成中不會(huì)熱分解，可以使用由選自由金屬、無機(jī)物和有機(jī)物組成的組中的至少一種構(gòu)成的物體，但是不限于這些化合物。本發(fā)明的糊漿組成物中含有的晶須的含量優(yōu)選的是在0.2質(zhì)量％以上、15.0質(zhì)量％以下。當(dāng)晶須的含量不到0.2質(zhì)量％時(shí)，不能得到足以抑制燒成后的硅半導(dǎo)體基板的變形的充分的添加效果。另一方面，如果晶須的含量超過15.0質(zhì)量％，則有可能糊漿的燒結(jié)性受到阻礙，而產(chǎn)生背面電極層的電阻增大的弊害。如果背面電極層的電阻增大，電極間的歐姆電阻增加，就不能有效地取出在太陽光的照射下產(chǎn)生的能量，而導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換效率的下降。本發(fā)明的糊漿組成物中含有的晶須的直徑優(yōu)選的是15um以下。因?yàn)槿绻ы毜闹睆匠^15um，在糊漿燒成時(shí)形成的鋁燒結(jié)層中分散的晶須的數(shù)量就會(huì)減少，所以就不能夠得到足以抑制燒成后的硅半導(dǎo)體基板的變形的充分的添加效果。另外，本發(fā)明的糊漿組成物中含有的鋁粉末的含量優(yōu)選的是在60質(zhì)量％以上、80質(zhì)量％以下。當(dāng)鋁粉末的含量不到60質(zhì)量％時(shí)，燒成后的背面電極層的表面電阻增高，有可能導(dǎo)致太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率下降。如果鋁粉末的含量超過80質(zhì)量％，則絲網(wǎng)印刷等中的糊槳的涂敷性就會(huì)降低。作為本發(fā)明的糊漿組成物中含有的有機(jī)質(zhì)媒介物，可使用將乙基纖維素、丙烯酸樹脂、和醇酸樹脂等溶解于乙二醇醚類、松油醇類等溶劑中所得的東西。有機(jī)質(zhì)媒介物的含量優(yōu)選的是20質(zhì)量％以上、40質(zhì)量％以下。如果有機(jī)質(zhì)媒介物的含量不到20質(zhì)量％,或者超過40質(zhì)量％，則糊漿的印刷性就會(huì)下降。而且，本發(fā)明的糊槳組成物也可以含有玻璃熔料。玻璃熔料的含量優(yōu)選的是7.0質(zhì)量。/。以下。玻璃熔料雖然與硅半導(dǎo)體基板的變形、BSF效果和能量轉(zhuǎn)換效率沒有直接關(guān)系，是為了提高燒成后的背面電極與硅半導(dǎo)體基板的密著性而添加的東西。玻璃熔料的含量如果超過7.0質(zhì)量％，則有可能產(chǎn)生玻璃的偏析。作為本發(fā)明的糊漿組成物中含有的玻璃熔料，除了Si02-Bi203-PbO類之外，可以列舉B2CVSi02-Bi203類、B203-Si02-ZnO類、B2OrSi02-PbO類等。實(shí)施例下面說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。首先，配制了在6080質(zhì)量％的范圍內(nèi)含有鋁粉末、在07.0質(zhì)量％的范圍內(nèi)含有玻璃熔料、在2040質(zhì)量％的范圍內(nèi)含有有機(jī)質(zhì)媒介物，同時(shí)按表2所示的比例含有具有表1所示的特性的晶須或粉末的各種糊漿組成物。具體地講，在將乙基纖維素溶解于乙二醇醚類有機(jī)溶劑所得的有機(jī)質(zhì)媒介物中，加入鋁粉末和B203-SiOrPbO類的玻璃熔料，并按表2所示的添加量加入表1所示的各種晶須，通過用眾所周知的混合機(jī)進(jìn)行混合，配制了糊漿組成物(實(shí)施例15)。另外，通過用和上述同樣的方法，按表2所示的添加量加入表1所示的各種粉末進(jìn)行混合，配制了糊漿組成物(比較例23)。而且，配制了既沒有添加表1所示的晶須也沒有添加表1所示的粉末的糊漿組成物(比較例l)。表2的"添加物種類"一欄中()內(nèi)的標(biāo)號(hào)W表示晶須，P表示粉末。在此，鋁粉末從確保與硅半導(dǎo)體基板的反應(yīng)性能、涂敷性以及涂敷膜的均勻性來看，使用了由具有平均粒徑為220i:m的球形或接近球形形狀的粒子構(gòu)成的粉末。將上述各種糊槳組成物用250目的絲網(wǎng)印刷板涂敷、印刷在厚度為200ym、大小為155mmX155mm的p型硅半導(dǎo)體基板上，并使之干燥。涂敷量設(shè)定為使燒成后的電極厚度為2530iim。使印刷了糊漿的p型硅半導(dǎo)體基板干燥后，在紅外線燒成爐中，以在空氣氣氛下以40(TC/分的加熱速度加熱，并在72(TC的溫度下保持30秒鐘的條件進(jìn)行了燒成。燒成后進(jìn)行冷卻，從而得到了如圖l所示在p型硅半導(dǎo)體基板1上形成了背面電極層5的結(jié)構(gòu)。用4探針式表面電阻測量器測量了影響電極間歐姆電阻的背面電極層的表面電阻。然后，將形成了背面電極層的p型硅半導(dǎo)體基板浸漬在鹽酸水溶液中，從而溶解去除背面電極層5和Al-Si合金層6，并用上述的表面電阻測量器測量了形成了p+層7的p型硅半導(dǎo)體基板的表面電阻。在p+層7的表面電阻和BSF效果之間具有相關(guān)關(guān)系，其表面電阻越小，BSF效果越高。在此，作為目標(biāo)的表面電阻的值對(duì)于背面電極層為24.0mQ/口以下，對(duì)于p+層為22.0Q/口以下。在燒成、冷卻后，如圖2所示，使背面電極層朝上，按住基板的四角的一端，測量位于其對(duì)角的一端的浮起量(包含基板的厚度)x，來對(duì)燒成后的硅半導(dǎo)體基板的變形量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。另外，x的目標(biāo)值為2.0mm以下。硅半導(dǎo)體基板上形成的鋁電極的機(jī)械強(qiáng)度和密著性，通過在鋁電極上粘透明膠帶后撕下，看有沒有鋁電極的剝離來進(jìn)行了評(píng)價(jià)。如上所述測量到的背面電極層的表面電阻、p+層的表面電阻、燒成后的硅(Si)基板的變形量、和背面(鋁)電極的剝離性如表2所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>〇不剝離X:剝離從表2所示的結(jié)果可知，在現(xiàn)有糊漿組成物(比較例1)中燒成后的硅基板的變形量超過了2.0mm，相比之下，如果使用在鋁粉末和有機(jī)質(zhì)媒介物中添加了0.2質(zhì)量％以上的晶須的本發(fā)明的糊漿組成物(實(shí)施例15)，就能夠使燒成后的硅基板的變形量降低到2.0mm以下。另外，在添加了粉末粒子所得的糊漿組成物(比較例23)中，可以看到在抑制硅基板的變形量上有一定程度的效果，但是鋁電極的機(jī)械強(qiáng)度和密著性下降了。在添加了晶須的本發(fā)明的糊漿組成物(實(shí)施例15)中，沒有發(fā)現(xiàn)鋁電極的機(jī)械強(qiáng)度和密著性的下降。應(yīng)該認(rèn)為，以上公開的實(shí)施方式和實(shí)施例在所有的方面都是例示，并非限制性的內(nèi)容。本發(fā)明的范圍不是以上實(shí)施方式和實(shí)施例，而是由權(quán)利要求來表示，應(yīng)該包含與權(quán)利要求等同的含義和范圍內(nèi)的所有修改、變形。工業(yè)實(shí)用性將涂敷了本發(fā)明的含有晶須的糊漿組成物的硅半導(dǎo)體基板進(jìn)行燒成，從而，即使在減薄了硅半導(dǎo)體基板的情況下，不減少涂敷量也能夠降低燒成后的硅半導(dǎo)體基板的變形，使用該組成物而形成的鋁電極能夠保持機(jī)械強(qiáng)度和密著性，同時(shí)在使用該組成物形成了電極的太陽電池元件中，能夠保持提高生成載流子的收集效率的預(yù)期的BSF效果。權(quán)利要求1.一種用于在硅半導(dǎo)體基板(1)上形成電極(8)的糊漿組成物，其中，含有鋁粉末、有機(jī)質(zhì)媒介物、和在該有機(jī)質(zhì)媒介物中呈不溶性或難溶性的晶須，該晶須預(yù)先與所述鋁粉末和所述有機(jī)質(zhì)媒介物進(jìn)行了混合。1.一種用于在硅半導(dǎo)體基板(1)上形成電極(8)的糊漿組成物，其中，含有鋁粉末、有機(jī)質(zhì)媒介物、和在該有機(jī)質(zhì)媒介物中呈不溶性或難溶性的晶須，該晶須預(yù)先與所述鋁粉末和所述有機(jī)質(zhì)媒介物進(jìn)行了混合。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的糊漿組成物，其中，還含有玻璃熔料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糊槳組成物，其中，含有所述晶須0.2質(zhì)量％以上、15.0質(zhì)量％以下。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的糊漿組成物，其中，含有所述鋁粉末60質(zhì)量°/。以上、80質(zhì)量％以下；含有所述有機(jī)質(zhì)媒介物20質(zhì)量％以上、40質(zhì)量％以下；含有所述晶須0.2質(zhì)量％以上、15.0質(zhì)量％以下。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的糊漿組成物，其中，含有所述鋁粉末60質(zhì)量％以上、80質(zhì)量°/。以下；含有所述有機(jī)質(zhì)媒介物20質(zhì)量°/。以上、40質(zhì)量％以下；含有所述晶須0.2質(zhì)量％以上、15.0質(zhì)量％以下；含有所述玻璃熔料7.0質(zhì)量％以下。6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的糊槳組成物，其中，所述晶須由選自由金屬、無機(jī)物和有機(jī)物構(gòu)成的組中的至少一種構(gòu)成。7.根據(jù)權(quán)利要求l所述的糊漿組成物，其中，所述晶須的直徑為15um以下，長寬比為2以上。8.—種將糊槳組成物涂敷在硅半導(dǎo)體基板(1)上后迸行燒成而形成的電極(8)，其中，該糊漿組成物含有鋁粉末、有機(jī)質(zhì)媒介物、和在該有機(jī)質(zhì)媒介物中呈不溶性或難溶性的晶須，該晶須預(yù)先與所述2鋁粉末和所述有機(jī)質(zhì)媒介物進(jìn)行了混合。9.一種太陽電池元件，其中，具有將糊槳組成物涂敷在硅半導(dǎo)體基板(1)上后進(jìn)行燒成而形成的電極(8)，該糊漿組成物含有鋁粉末、有機(jī)質(zhì)媒介物、和在該有機(jī)質(zhì)媒介物中呈不溶性或難溶性的晶須，該晶須預(yù)先與所述鋁粉末和所述有機(jī)質(zhì)媒介物進(jìn)行了混合。全文摘要本發(fā)明提供一種糊漿組成物、使用該組成物而形成的電極(8)、和具有該電極(8)的太陽電池元件，該糊漿組成物即使在減薄了硅半導(dǎo)體基板(1)的情況下，也能夠不降低電極(8)的機(jī)械強(qiáng)度和密著性，充分實(shí)現(xiàn)預(yù)期的BSF效果，并且能夠抑制燒成后的硅半導(dǎo)體基板(1)的變形(翹曲)。糊漿組成物用于在硅半導(dǎo)體基板(1)上形成電極，含有鋁粉末、有機(jī)質(zhì)媒介物、和在有機(jī)質(zhì)媒介物中呈不溶性或難溶性的晶須，晶須預(yù)先與鋁粉末和有機(jī)質(zhì)媒介物進(jìn)行了混合。太陽電池元件具有電極(8)，該電極(8)是在硅半導(dǎo)體基板(1)上涂敷了具有上述特征的糊漿組成物后進(jìn)行燒成而形成的。文檔編號(hào)H01B1/22GK101151681SQ200680010429公開日2008年3月26日申請(qǐng)日期2006年3月7日優(yōu)先權(quán)日2005年3月29日發(fā)明者中原潤,和辻隆,橫江一彥,菊地健,賴高潮申請(qǐng)人:東洋鋁株式會(huì)社