ПАСТООБРАЗНЫЙ СОСТАВ И СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2012 года по МПК H01L31/224 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к пастообразным составам и солнечным элементам и, более конкретно, к пастообразному составу, используемому при формировании электрода на тыльной поверхности кремниевой полупроводниковой подложки, являющейся частью кристаллического кремниевого солнечного элемента, и к солнечному элементу, в котором электрод на тыльной поверхности сформирован с использованием этого пастообразного состава.

Уровень техники

[0002] В качестве электронного компонента, имеющего электрод, сформированный на тыльной поверхности кремниевой полупроводниковой подложки р-типа, известны солнечные элементы, раскрытые в выложенной публикации заявки на японский патент № 2000-90734 (патентный документ 1) и выложенной публикации заявки на японский патент № 2004-134775 (патентный документ 2).

[0003] Фиг.1 представляет собой схематическое изображение, показывающее общую конструкцию солнечного элемента в разрезе.

[0004] Как показано на фиг.1, солнечный элемент выполнен с использованием кремниевой полупроводниковой подложки р-типа толщиной от 200 до 300 мкм. На стороне принимающей свет поверхности кремниевой полупроводниковой подложки 1 р-типа сформированы примесный слой 2 n-типа толщиной от 0,3 до 0,6 мкм, а также противоотражающая пленка 3 и сетчатые электроды 4, расположенные на примесном слое 2 n-типа.

[0005] На стороне тыльной поверхности кремниевой полупроводниковой подложки 1 р-типа сформирован алюминиевый электродный слой 5. Формирование алюминиевого электродного слоя 5 проводят нанесением пастообразного состава, включающего порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых обладает по существу сферической формой, стеклообразную фритту и органическую основу, с помощью трафаретной печати или т.п.; сушкой; а затем обжигом полученного продукта в течение короткого периода времени при температуре, большей или равной 660°C (точка плавления алюминия). Во время обжига алюминий диффундирует в кремниевую полупроводниковую подложку 1 р-типа, при этом между алюминиевым электродным слоем 5 и кремниевой полупроводниковой подложкой 1 р-типа образуется слой 6 Al-Si сплава и одновременно образуется р⁺-слой 7 в качестве примесного слоя, возникающего в результате диффузии атомов алюминия. Присутствие р⁺-слоя 7 предотвращает рекомбинацию электронов и, следовательно, может быть получен эффект поля на тыльной поверхности (ПТП), усиливающий эффективность сбора образующихся носителей.

[0006] Например, как раскрыто в выложенной публикации заявки на японский патент № 5-129640 (патентный документ 3), до практического применения был доведен солнечный элемент, в котором электрод 8 тыльной поверхности, включающий алюминиевый электродный слой 5 и слой 6 Al-Si сплава, удаляют при помощи кислоты или т.п. и заново формируют слой коллекторного электрода при помощи серебряной пасты или т.п. Однако поскольку требуется переработка кислоты, использованной для удаления электрода 8 тыльной поверхности, возникает, например, проблема, состоящая в том, что такая переработка делает процесс усложненным. В последние годы, для того чтобы избежать такой проблемы, многие солнечные элементы выполняли с электродом 8 тыльной поверхности, оставленным как он есть и используемым в качестве коллекторного электрода.

[0007] Несмотря на то что в солнечном элементе, в котором электрод тыльной поверхности формируют нанесением традиционного пастообразного состава, включающего порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, на тыльную поверхность кремниевой полупроводниковой подложки р-типа и обжигом полученного продукта, была достигнута определенная эффективность сбора образующихся носителей, потребовалось еще больше усилить желаемый эффект ПТП c целью повышения эффективности преобразования.

Патентный документ 1: выложенная публикация заявки на японский патент № 2000-90734

Патентный документ 2: выложенная публикация заявки на японский патент № 2004-134775

Патентный документ 3: выложенная публикация заявки на японский патент № 5-129640

Раскрытие изобретения

Задачи, решаемые изобретением

[0008] Тем временем, с целью решения проблемы нехватки кремниевого материала и снижения стоимости производства солнечных элементов в наши дни изучалось выполнение кремниевой полупроводниковой подложки р-типа более тонкой.

[0009] В частности, в последние годы растет озабоченность по поводу сохранения глобальной окружающей среды, важность фотоэлектрической выработки электроэнергии была признана во всем мире, в сферу фотоэлектрической выработки электроэнергии пришло большое число фирм, и подъемы в производстве солнечных элементов следуют один за другим. Поэтому изготовление кремниевых полупроводниковых подложек р-типа, которые являются материалами солнечных элементов, стало затруднительным. Для того чтобы справиться с вышеупомянутой проблемой и обеспечить нужные объемы производства солнечных батарей, были предприняты попытки сделать кремниевую полупроводниковую подложку р-типа еще более тонкой, т.е. с толщиной 160 мкм, чем традиционная толщина в диапазоне от 200 мкм до 220 мкм, что до сих пор было господствующей тенденцией.

[0010] Однако в том случае, когда традиционный пастообразный состав, включающий порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, наносят на кремниевую полупроводниковую подложку р-типа с меньшей толщиной и полученный продукт обжигают, после обжига пастообразного состава сторона тыльной поверхности со сформированным на ней электродным слоем деформируется, становясь вогнутой, из-за разницы между коэффициентом теплового расширения кремния кремниевой полупроводниковой подложки р-типа и коэффициентом теплового расширения алюминия, в результате деформируя и выгибая кремниевую полупроводниковую подложку р-типа. Кроме того, также в случае, когда пастообразный состав наносят на кремниевую полупроводниковую подложку р-типа с меньшей толщиной при наносимом количестве пастообразного состава, увеличенном с целью усиления эффекта ПТП, и полученный продукт обжигают, после обжига пастообразного состава сторона тыльной поверхности со сформированным на ней электродным слоем деформируется, становясь вогнутой, из-за разницы между коэффициентом теплового расширения кремния кремниевой полупроводниковой подложки р-типа и коэффициентом теплового расширения алюминия, в результате деформируя и выгибая кремниевую полупроводниковую подложку р-типа. Следовательно, в процессе изготовления солнечных элементов возникают трещины или т.п., что приводит к той проблеме, что снижаются выходы годных при производстве солнечных элементов.

[0011] Существует способ решения этой проблемы выгибания, при котором наносимое количество пастообразного состава снижают и делают электродный слой тыльной поверхности тоньше. Однако при снижении наносимого количества пастообразного состава количество алюминия, продиффундировавшего от тыльной поверхности кремниевой полупроводниковой подложки р-типа внутрь нее, становится недостаточным. В результате не может быть достигнут желаемый эффект ПТП, что вызывает ту проблему, что свойства солнечного элемента снижаются.

[0012] Кроме того, в том случае, когда толщина кремниевой полупроводниковой подложки р-типа является чрезвычайно малой, даже при сильном уменьшении наносимого количества пастообразного состава также возникает проблема того, что вызывается некоторая степень выгибания кремниевой полупроводниковой подложки р-типа.

[0013] Более того, в том случае, когда содержание порошка алюминия, входящего в пастообразный состав, понижают без уменьшения наносимого количества пастообразного состава, электрическое сопротивление электрода тыльной поверхности после обжига повышается, эффективность преобразования снижается, и также возникает проблема того, что вызывается некоторая степень его выгибания.

[0014] Поэтому одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы решить вышеупомянутые проблемы и предложить пастообразный состав, способный, при использовании для формирования тонкого электродного слоя тыльной поверхности на сравнительно толстой кремниевой полупроводниковой подложке традиционным образом, обеспечить достаточное достижение эффекта ПТП, который приблизительно эквивалентен или более чем эквивалентен достигаемому в случае использования традиционного пастообразного состава, включающего порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, для формирования толстого электродного слоя тыльной поверхности.

[0015] Кроме того, другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить пастообразный состав, не только способный при использовании для формирования тонкого электродного слоя тыльной поверхности на тонкой кремниевой полупроводниковой подложке обеспечить достижение эффекта ПТП, который приблизительно эквивалентен или более чем эквивалентен достигаемому в случае использования традиционного пастообразного состава, включающего порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, для формирования толстого электродного слоя тыльной поверхности, но и способный сильнее подавлять деформацию кремниевой полупроводниковой подложки после обжига, чем в случае использования для формирования тонкого электродного слоя тыльной поверхности традиционного пастообразного состава, включающего порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму.

[0016] Еще одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить солнечный элемент, содержащий электродный слой тыльной поверхности, сформированный с использованием вышеупомянутого пастообразного состава.

Средства решения поставленных задач

[0017] Для того чтобы решить имеющиеся в данной области техники проблемы, авторы настоящего изобретения провели многократные тщательные исследования. В результате авторы настоящего изобретения обнаружили, что вышеупомянутые задачи могут быть решены использованием в качестве порошка алюминия, входящего в пастообразный состав, порошка алюминия, содержащего чешуйчатые алюминиевые частицы. Исходя из сделанных открытий, пастообразный состав согласно настоящему изобретению имеет следующие признаки.

[0018] Пастообразный состав согласно настоящему изобретению используется для формирования электрода на тыльной поверхности кремниевой полупроводниковой подложки р-типа, являющейся частью кристаллического кремниевого солнечного элемента, и содержит порошок алюминия в качестве электропроводящего порошка, причем этот порошок алюминия включает чешуйчатые алюминиевые частицы. При этом чешуйчатые алюминиевые частицы представляют собой частицы, каждая из которых имеет пластинчатый, чешуйчатый или плоский контур, либо включает по меньшей мере часть с пластинчатым контуром или по меньшей мере часть с плоским контуром.

[0019] Предпочтительно в пастообразном составе согласно настоящему изобретению содержание чешуйчатых алюминиевых частиц больше или равно 10% по массе и меньше или равно 50% по массе.

[0020] Кроме того, предпочтительно в пастообразном составе согласно настоящему изобретению средний размер частиц у чешуйчатых алюминиевых частиц больше или равен 3 мкм и меньше или равен 60 мкм.

[0021] Более предпочтительно в пастообразном составе согласно настоящему изобретению среднее отношение размеров больше или равно 30 и меньше или равно 600, причем это отношение размеров представляет собой отношение среднего размера частиц у чешуйчатых алюминиевых частиц к средней толщине чешуйчатых алюминиевых частиц.

[0022] Кроме того, предпочтительно пастообразный состав согласно настоящему изобретению дополнительно содержит органическую основу и/или стеклообразную фритту.

[0023] Солнечный элемент согласно настоящему изобретению содержит электрод, сформированный нанесением пастообразного состава, имеющего любой из вышеописанных признаков, на тыльную поверхность кремниевой полупроводниковой подложки р-типа, а затем обжигом полученного продукта.

Результаты изобретения

[0024] Как описано выше, согласно настоящему изобретению, используя содержащий чешуйчатые алюминиевые частицы порошок алюминия в качестве порошка алюминия, входящего в пастообразный состав, даже при использовании пастообразного состава по настоящему изобретению в любом случае, когда тонкий электродный слой тыльной поверхности формируют на сравнительно толстой кремниевой полупроводниковой подложке и тонкий электродный слой тыльной поверхности формируют на тонкой кремниевой полупроводниковой подложке, возможно достаточное достижение по меньшей мере эффекта ПТП, который приблизительно эквивалентен или более чем эквивалентен достигаемому в случае использования традиционного пастообразного состава, включающего порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, для формирования толстого электродного слоя тыльной поверхности. Кроме того, при использовании пастообразного состава по настоящему изобретению для формирования тонкого электродного слоя тыльной поверхности на тонкой кремниевой полупроводниковой подложке возможно не только достижение эффекта ПТП, который приблизительно эквивалентен или более чем эквивалентен достигаемому в случае использования традиционного пастообразного состава, включающего порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, для формирования толстого электродного слоя тыльной поверхности, но также и более сильное подавление деформации кремниевой полупроводниковой подложки после обжига, чем в случае использования традиционного пастообразного состава, включающего порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, для формирования тонкого электродного слоя тыльной поверхности.

Краткое описание чертежей

[0025] Фиг.1 представляет собой схематическое изображение, показывающее общую конструкцию в разрезе солнечного элемента, в котором применено настоящее изобретение согласно одному варианту реализации.

Фиг.2 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее способ измерения величин выгиба кремниевых полупроводниковых подложек р-типа в примерах и сравнительных примерах, каждая из которых имеет алюминиевый электродный слой, сформированный на ней в качестве электродного слоя тыльной поверхности и подвергнутый обжигу.

Пояснение цифровых обозначений

[0026] 1: кремниевая полупроводниковая подложка р-типа, 2: примесный слой n-типа, 3: противоотражающая пленка, 4: сетчатый электрод, 5: алюминиевый электродный слой, 6: слой Al-Si сплава, 7: р⁺-слой, 8: электрод тыльной поверхности.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

[0027] Авторы настоящего изобретения сосредоточили свое внимание на зависимости между свойствами солнечного элемента и порошком алюминия, входящим в пастообразный состав, и, в частности, на форме каждой алюминиевой частицы и обнаружили, что свойства солнечного элемента могут быть улучшены благодаря использованию порошка алюминия, включающего алюминиевые частицы, каждая из которых имеет специальный контур, в качестве порошка алюминия, входящего в пастообразный состав.

[0028] Пастообразный состав согласно настоящему изобретению содержит порошок алюминия в качестве электропроводящего порошка, причем этот порошок алюминия включает чешуйчатые алюминиевые частицы. Традиционно в пастообразном составе, используемом для формирования алюминиевого электродного слоя на тыльной поверхности кремниевой полупроводниковой подложки, в качестве порошка алюминия, входящего в пастообразный состав, используют порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет сферическую или почти сферическую форму.

[0029] В настоящем изобретении за счет использования порошка алюминия, состоящего из чешуйчатых алюминиевых частиц, даже при формировании тонкого электродного слоя тыльной поверхности на кремниевой полупроводниковой подложке р-типа возможно достижение эффекта ПТП, который приблизительно эквивалентен или более чем эквивалентен достигаемому в случае формирования толстого электродного слоя тыльной поверхности с использованием традиционного пастообразного состава, включающего порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму.

[0030] Как раскрыто в выложенной публикации заявки на японский патент № 2000-90734 (патентный документ 1), общеизвестно, что при утончении электродного слоя тыльной поверхности величина возникающего выгиба кремниевой полупроводниковой подложки р-типа уменьшается. Однако эффективность преобразования понижается.

[0031] В отличие от этого, в случае использования пастообразного состава согласно настоящему изобретению для формирования тонкого электродного слоя тыльной поверхности на тонкой кремниевой полупроводниковой подложке возможно не только достижение эффекта ПТП, который приблизительно эквивалентен или более чем эквивалентен достигаемому в случае использования традиционного пастообразного состава, включающего порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, для формирования толстого электродного слоя тыльной поверхности, но также и более сильное подавление деформации кремниевой полупроводниковой подложки после обжига, чем в случае использования традиционного пастообразного состава, включающего порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, для формирования тонкого электродного слоя тыльной поверхности.

[0032] Сделан вывод о том, в случае использования пастообразного состава согласно настоящему изобретению оказывается действие по улавливанию световой энергии, хотя причина такого действия точно неизвестна. В случае формирования электродного слоя тыльной поверхности с использованием традиционного пастообразного состава электродный слой тыльной поверхности после обжига имеет матированный, сероватый внешний вид. И, напротив, в случае формирования электродного слоя тыльной поверхности с использованием пастообразного состава согласно настоящему изобретению электродный слой тыльной поверхности после обжига имеет светоотражающий, серебристый внешний вид. Поэтому сделан вывод о том, что в настоящем изобретении электродный слой тыльной поверхности после обжига служит в качестве отражающего слоя, который отражает свет, попадающий внутрь кремниевой полупроводниковой подложки с ее поверхности, тем самым оказывая действие по улавливанию световой энергии внутри кремниевой полупроводниковой подложки. Соответственно, сделан вывод о том, что, поскольку благодаря такому действию потеря световой энергии снижается, даже в случае формирования тонкого электродного слоя тыльной поверхности возможно сохранить эффективность преобразования, которая приблизительно эквивалентна или более чем эквивалентна сохраняемой в случае использования традиционного пастообразного состава, включающего порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, для формирования толстого электродного слоя тыльной поверхности.

[0033] Нет необходимости в том, чтобы все алюминиевые частицы, из которых состоит порошок алюминия, входящий в пастообразный состав согласно настоящему изобретению, были чешуйчатыми. Вышеописанный эффект может быть достигнут и в том случае, когда порошок алюминия, содержащийся в пастообразном составе, включает чешуйчатые алюминиевые частицы. Вышеописанный эффект также может быть достигнут в том случае, когда в пастообразный состав включен порошок алюминия, состоящий из смеси чешуйчатых алюминиевых частиц и традиционно используемых алюминиевых частиц, каждая из которых имеет сферическую форму или почти сферическую форму.

[0034] Чешуйчатые алюминиевые частицы могут быть изготовлены с применением любого способа. Например, тонкую алюминиевую пленку формируют на поверхности пластмассовой пленки осаждением, отслаивают от поверхности пластмассовой пленки, а затем размалывают; либо алюминиевые частицы получают с применением известного ранее традиционного способа распыления и размалывают в присутствии органического растворителя с помощью шаровой мельницы, в результате чего могут быть получены чешуйчатые алюминиевые частицы.

[0035] Обычно на поверхности чешуйчатых алюминиевых частиц, полученных посредством размалывания с использованием вышеупомянутой шаровой мельницы, прилипает интенсифицирующая помол добавка, такая как, например, высшая жирная кислота. В настоящем изобретении могут быть использованы чешуйчатые алюминиевые частицы с поверхностями, на которые прилипла такая интенсифицирующая помол добавка, и могут быть использованы чешуйчатые алюминиевые частицы с поверхностями, с которых такая интенсифицирующая помол добавка была удалена. Вышеописанный эффект может быть достигнут даже при использовании любых из вышеупомянутых чешуйчатых алюминиевых частиц.

[0036] Кроме того, предпочтительно, чтобы содержание чешуйчатых алюминиевых частиц, входящих в пастообразный состав, было больше или равно 10% по массе и меньше или равно 50% по массе, а более предпочтительно, чтобы содержание чешуйчатых алюминиевых частиц, входящих в пастообразный состав, было больше или равно 15% по массе и меньше или равно 30% по массе. Если содержание чешуйчатых алюминиевых частиц находится в пределах вышеупомянутого диапазона, включающий чешуйчатые алюминиевые частицы пастообразный состав является превосходным по свойствам нанесения и свойствам печати при его нанесении на кремниевую полупроводниковую подложку р-типа.

[0037] Из-за того, что традиционный пастообразный состав имеет чрезвычайно высокое содержание порошка алюминия, состоящего из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, нанесение пастообразного состава обычно проводят методом трафаретной печати. Однако поскольку пастообразный состав согласно настоящему изобретению позволяет снизить содержание включающего чешуйчатые алюминиевые частицы порошка алюминия, содержащегося в пастообразном составе, метод нанесения не ограничивается методом трафаретной печати, и поэтому его нанесение может быть проведено, например, методом напыления. В том случае, если его нанесение может быть проведено методом напыления, становится возможным массовое производство по сравнению со случаем, когда нанесение проводят методом трафаретной печати, что, вероятно, обеспечит резкое снижение трудозатрат по нанесению.

[0038] Кроме того, содержание порошка алюминия, входящего в традиционный пастообразный состав, составляет приблизительно 70% по массе, что, как упомянуто выше, является существенно высоким процентным содержанием в пастообразном составе. Это объясняется тем, что в том случае, когда содержание порошка алюминия составляет, например, менее 60% по массе или равно этому значению, электрическое сопротивление электродного слоя тыльной поверхности, сформированного в результате нанесения пастообразного состава на тыльную поверхность кремниевой полупроводниковой подложки р-типа и обжига полученного продукта, повышается, тем самым вызывая снижение свойств солнечного элемента и, в частности, снижение эффективности преобразования.

[0039] В отличие от этого, в настоящем изобретении, несмотря на содержание чешуйчатых алюминиевых частиц в пастообразном составе, составляющее менее 60% по массе или равное этому значению, вышеупомянутая проблема не возникает.

[0040] Хотя причина этого точно неизвестна, сделан вывод о том, что толщина каждой чешуйчатой алюминиевой частицы меньше, чем у каждой из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, чешуйчатые алюминиевые частицы подвержены тепловому воздействию при обжиге, и в результате способность к реакции с кремниевой подложкой улучшается и облегчается диффузия алюминия.

[0041] Предпочтительно, чтобы средний размер частиц у чешуйчатых алюминиевых частиц был больше или равен 3 мкм и меньше или равен 60 мкм, а более предпочтительно, чтобы средний размер частиц у чешуйчатых алюминиевых частиц был больше или равен 7 мкм и меньше или равен 30 мкм. Если средний размер частиц у чешуйчатых алюминиевых частиц находится в пределах вышеупомянутого диапазона, пастообразный состав, включающий чешуйчатые алюминиевые частицы, является превосходным по свойствам нанесения и свойствам печати при его нанесении на кремниевую полупроводниковую подложку р-типа. Следует отметить, что средний размер частиц у чешуйчатых алюминиевых частиц может быть измерен с помощью лазерной дифрактометрии.

[0042] Кроме того, предпочтительно, чтобы среднее отношение размеров, которое представляет собой отношение среднего размера частиц у чешуйчатых алюминиевых частиц к их средней толщине, было больше или равно 30 и меньше или равно 600, а более предпочтительно, чтобы среднее отношение размеров было больше или равно 70 и меньше или равно 300. Если среднее отношение размеров чешуйчатых алюминиевых частиц находится в пределах вышеупомянутого диапазона, пастообразный состав, включающий чешуйчатые алюминиевые частицы, является превосходным по свойствам нанесения и свойствам печати при его нанесении на кремниевую полупроводниковую подложку р-типа. Следует отметить, что среднее отношение размеров рассчитывают как отношение между средним размером частиц, измеренным с помощью лазерной дифрактометрии, и средней толщиной (средний размер частиц [мкм]/средняя толщина [мкм]).

[0043] Среднюю толщину получают, как описано в выложенной публикации заявки на японский патент № 06-200191 и WO2004/026970, методом расчета, при котором измеряют площадь диффузии по водной поверхности чешуйчатых алюминиевых частиц и подставляют ее в специальные уравнения, и, в частности, используют описанный ниже метод расчета.

[0044] Измеряют массу w (г) чешуйчатых алюминиевых частиц после их очистки ацетоном и сушки, а также площадь покрытия А (см²), образующуюся при равномерном растекании чешуйчатых алюминиевых частиц на поверхности воды, и рассчитывают WCA (площадь покрытия воды), используя следующее уравнение 1. Затем величину WCA подставляют в следующее уравнение 2, тем самым вычисляя среднюю толщину чешуйчатых алюминиевых частиц.

[0045] Уравнение 1: WCA (см²/г) = А(см²)/w(г)

Уравнение 2: средняя толщина (мкм) = 10⁴/(2,5(г/см³)×WCA)

Вышеописанный способ вычисления средней толщины описан, например, в книге Aluminum Paint and Powder, 3^rd Edition, pp. 16-22, написанной J.D Edears, R.I. Wray и опубликованной Reinold Publishing Corp., New York (1955), и т.п.

[0046] В том случае, если насыщенная высшая жирная кислота, такая как стеариновая кислота, не прилипла к поверхностям чешуйчатых алюминиевых частиц, либо к поверхностям чешуйчатых алюминиевых частиц прилипла ненасыщенная высшая жирная кислота, а не насыщенная высшая жирная кислота, проводят процесс лессировки, измеряют площадь покрытия А и рассчитывают WCA, как описано в выложенной публикации заявки на японский патент № 06-200191.

[0047] Предпочтительно, чтобы пастообразный состав согласно настоящему изобретению дополнительно включал органическую основу. Компоненты включаемой в состав органической основы конкретно не ограничены, и могут быть использованы смола, такая как смола на основе этилцеллюлозы и смола на основе алкида, и растворитель, такой как растворитель на основе простого гликолевого эфира и растворитель на основе терпинеола. Предпочтительно, чтобы содержание органической основы было больше или равно 5% по массе и меньше или равно 20% по массе. Если содержание органической основы находится в пределах вышеупомянутого диапазона, пастообразный состав, включающий чешуйчатые алюминиевые частицы, является превосходным по свойствам нанесения и свойствам печати при его нанесении на кремниевую полупроводниковую подложку р-типа.

[0048] Кроме того, пастообразный состав согласно настоящему изобретению может включать стеклообразную фритту. Предпочтительно, чтобы содержание стеклообразной фритты было больше или равно 0,5% по массе и меньше или равно 5% по массе. Стеклообразная фритта обладает эффектом усиления адгезионных свойств алюминиевого электродного слоя после обжига. Однако, если содержание стеклообразной фритты превышает 5% по массе, происходит сегрегация стекла, в результате чего сопротивление алюминиевого электродного слоя в качестве электродного слоя тыльной поверхности склонно снижаться. Хотя единственное требование к среднему размеру частиц стеклообразной фритты заключается в отсутствии негативного воздействия на результаты настоящего изобретения и средний размер частиц стеклообразной фритты конкретно не ограничен, обычно можно выгодно использовать стеклообразную фритту, средний размер частиц которой составляет приблизительно от 1 до 4 мкм.

[0049] Стеклообразная фритта, содержащаяся в пастообразном составе согласно настоящему изобретению, и, в частности, состав и содержания ее компонентов, не ограничены, и обычно используют стеклообразную фритту, точка размягчения которой ниже или равна температуре обжига. Обычно в качестве стеклообразной фритты может быть использована стеклообразная фритта на основе B₂O₃-SiO₂-Bi₂O₃, стеклообразная фритта на основе B₂O₃-SiO₂-ZnO, стеклообразная фритта на основе B₂O₃-SiO₂-PbO или т.п., в дополнение к стеклообразной фритте на основе SiO₂-Bi₂O₃-PbO.

[0050] Помимо этого, пастообразный состав согласно настоящему изобретению может включать различные вещества при условии, что такие вещества не препятствуют результатам настоящего изобретения. Например, пастообразный состав согласно настоящему изобретению соответствующим образом смешивают с другими компонентами, такими как известная ранее смола, модификатор вязкости, кондиционер поверхности, предохраняющее от осаждения вещество и пеногаситель, и получают в виде пастообразного состава.

[0051] В качестве способа получения пастообразного состава согласно настоящему изобретению может быть использован, например, способ, при котором соответствующие компоненты размешивают и перемешивают с помощью известной ранее мешалки, способ, при котором соответствующие компоненты замешивают с помощью месильной машины, такой как роликовая мельница, или т.п. Однако способ получения пастообразного состава согласно настоящему изобретению не ограничивается вышеупомянутыми способами.

ПРИМЕРЫ

[0052] Далее будут описаны примеры настоящего изобретения.

[0053] Приготовили приведенные в таблице 1 марки порошка алюминия А и В и приведенную в таблице 2 стеклообразную фритту и использовали их в качестве исходных порошковых материалов в примерах 1-4 и сравнительных примерах 1-4. Порошок алюминия А приготовили размалыванием распыленного порошка при помощи шаровой мельницы таким образом, чтобы алюминиевые частицы имели заданные средний размер частиц и среднее отношение размеров. В качестве порошка алюминия В использовали распыленный порошок как он есть. Значения среднего размера частиц у чешуйчатых алюминиевых частиц, составляющих порошок алюминия А (средний размер частиц порошка алюминия А приведен в таблице 1), среднего размера частиц порошка алюминия В (средний размер частиц порошка алюминия В приведен в таблице 1), каждая из которых имеет по существу сферическую форму, и средний размер частиц стеклообразной фритты (средний размер частиц приведен в таблице 2) измеряли с помощью лазерной дифрактометрии. Средний размер частиц приведенных в таблице 1 марок А и В алюминиевого порошка измеряли с помощью лазерной дифрактометрии, используя Microtrac X100 (измерительный прибор, выпускаемый NIKKISO CO., LTD.). Кроме того, среднюю толщину чешуйчатых алюминиевых частиц, составляющих порошок алюминия А, измеряли описанным выше способом, применяя метод вычисления, в котором измеряли площадь покрытия диффузией по водной поверхности чешуйчатых алюминиевых частиц и подставляли ее в специальные уравнения. Используя эти измеренные значения, как показано в таблице 1, рассчитывали среднее отношение размеров частиц порошка алюминия А.

[0054] Затем каждую из приведенных в таблице 1 марок порошка алюминия А и В смешивали с приведенной в таблице 2 стеклообразной фриттой в каждой из пропорций, указанных в таблице 3, и далее добавляли в них органическую основу, в которой этилцеллюлоза, содержание которой в каждом из пастообразных составов составляло 8% по массе, была растворена в органическом растворителе на основе простого гликолевого эфира, и тем самым приготовили различные пастообразные составы (общее содержание каждого 100% по массе).

[0055] Конкретно, в результате добавления каждой из марок порошка алюминия А и В и стеклообразной фритты к органической основе, в которой этилцеллюлоза растворена в органическом растворителе на основе простого гликолевого эфира, и их смешивания посредством хорошо известного миксера, приготовили пастообразные составы примеров 1-4 и сравнительных примеров 1-4.

[0056] С другой стороны, как показано на фиг.1, на принимающей свет поверхности кремниевой пластины в качестве кремниевой полупроводниковой подложки р-типа 1, которая имеет сформированный в ней pn-переход, толщину 160 мкм или 200 мкм и размеры 125 мм × 125 мм, формировали сетчатый электрод 4, выполненный из Ag.

[0057] Используя метод трафаретной печати, пастообразный состав каждого из примеров 1-4 и сравнительных примеров 1-4 наносили на тыльную поверхность вышеупомянутой кремниевой пластины под давлением печати 0,1 кг/см², при этом наносимое количество после сушки регулировали на уровне 0,2 г/пластину (используя растрированную печатную форму с размером 250 меш) или 1,5 г/пластину (используя растрированную печатную форму с размером 250 меш), тем самым формируя нанесенные слои из соответствующих пастообразных составов.

[0058] Нанесенные слои, сформированные вышеописанным способом, сушили при температуре 100°C, а затем обжигали в инфракрасной печи для обжига при максимальной температуре 830°C и тем самым формировали электродные слои тыльной поверхности, таким образом получив испытываемые образцы из примеров 1-4 и сравнительных примеров 1-4.

[0059] Величину выгиба (деформации) каждого из испытываемых образцов, полученных вышеописанным способом, измеряли с помощью лазерного измерителя смещений (блок отображения: LK-GD500 и датчик: LK-G85, оба выпускаемые KEYENCE Corporation). Способ измерения выгиба описывается следующим образом.

[0060] Прежде всего, каждую из кремниевых пластин помещали на плоскую поверхность так, что тыльная поверхность (вогнутая поверхность) каждого из испытываемых образцов, т.е. поверхность каждой из кремниевых пластин, на которую был нанесен каждый из пастообразных составов, обращена вниз. Как показано на фиг.2, боковая сторона между точками Р1 и Р4 каждой кремниевой пластины, находящейся на плоской поверхности, и боковая сторона между ее точками Р2 и Р3 находятся в контакте с плоской поверхностью, в то время как боковая сторона между ее точками Р1 и Р2 и боковая сторона между ее точками Р3 и Р4 вспучиваются вверх над плоской поверхностью из-за деформации, вызываемой выгибом.

[0061] С учетом этого измерение проводили, продвигая лазерный измеритель смещений по боковой стороне между точками Р1 и Р2. Что касается значений, измеренных с использованием лазерного измерителя смещений, то минимальное значение смещения (Х1) означает толщину каждой кремниевой пластины (включая толщину электродного слоя тыльной поверхности), поскольку точка Р2 (или Р1) находится в контакте с плоской поверхностью, а максимальное значение смещения (Х2) означает суммарное значение толщины каждой кремниевой пластины и величины выгиба (деформации). Исходя из этого, величину выгиба каждого из испытываемых образцов рассчитывали по максимальному значению смещения (Х2) и минимальному значению смещения (Х1) из значений, измеренных лазерным измерителем смещений, используя следующее уравнение.

Величина выгиба (мм) = максимальное значение смещения (Х2) - минимальное значение смещения (Х1)

[0062] Затем таким же образом, как и описано выше, проводили измерение, продвигая лазерный измеритель смещений по боковой стороне между точками Р3 и Р4, противоположной боковой стороне между точками Р1 и Р2, после чего рассчитывали величину выгиба каждого из испытываемых образцов, используя вышеуказанное уравнение.

[0063] Как описано выше, вычисляли среднее значение из значения величины выгиба, полученной при измерении боковой стороны между точками Р1 и Р2, и значения величины выгиба, полученной при измерении боковой стороны между точками Р3 и Р4, в качестве значения величины выгиба каждого из испытываемых образцов.

[0064] Кроме того, соответственно измеряли эффективности преобразования (Eff) солнечных элементов из испытываемых образцов примеров 1-4 и сравнительных примеров 1-4, полученных согласно описанному выше, используя солнечный имитатор (WXS-155S-10, выпускаемый WACOM ELECTRIC CO., LTD.) при условиях температуры 25°C и спектре AM1.5G.

[0065] Результаты вышеописанных измерений приведены в таблице 3.

[0066]

Таблица 1 Порошок алюминия Средний размер частиц (мкм) Среднее отношение размеров А 20 200 В 5 -

[0067]

Таблица 2   Компоненты Средний размер частиц (мкм) Стеклообразная фритта На основе SiO₂-B₂O₃-PbO 2

[0068]

Таблица 3   Порошок алюминия Стеклообразная фритта
(% по массе) Органическая основа
(% по массе) Толщина пластины (мкм) Наносимое количество (г/пластину) Выгиб (мм) Эффективность преобразования (%) А (% по массе) В (% по массе) Пример 1 20 - 3 8 200 0,2 0,1 15,0 Пример 2 20 - 3 8 160 0,2 0,2 14,5 Пример 3 15 - 3 8 160 0,2 0,2 13,5 Пример 4 30 - 3 8 160 0,2 0,2 14,5 Сравнительный пример 1 - 70 3 8 200 1,5 1,5 15,0 Сравнительный пример 2 - 70 3 8 160 1,5 3,0 14,5 Сравнительный пример 3 - 70 3 8 200 0,2 1,0 7,0 Сравнительный пример 4 - 20 3 8 200 1,5 0,8 8,0

[0069] Из приведенных в таблице 3 результатов видно, что в том случае, когда использовали пастообразный состав согласно настоящему изобретению для формирования тонкого электродного слоя тыльной поверхности на сравнительно толстой кремниевой полупроводниковой подложке (имеющей толщину 200 мкм) (пример 1), было возможно достаточное достижение эффекта ПТП (эффективность преобразования), который был по существу эквивалентен достигаемому в случае использования традиционного пастообразного состава для формирования толстого электродного слоя тыльной поверхности (сравнительный пример 1); а в том случае, когда пастообразный состав согласно настоящему изобретению использовали для формирования тонкого электродного слоя тыльной поверхности на сравнительно тонкой кремниевой полупроводниковой подложке (имеющей толщину 160 мкм) (примеры 2-4), было возможно не только достичь эффекта ПТП, который был приблизительно эквивалентен или по существу эквивалентен достигаемому в случае использования традиционного пастообразного состава для формирования толстого электродного слоя тыльной поверхности на сравнительно тонкой кремниевой полупроводниковой подложке (имеющей толщину 160 мкм) (сравнительный пример 2), но и более сильно подавить деформацию кремниевой полупроводниковой подложки после обжига, чем в случае использования традиционного пастообразного состава для формирования тонкого электродного слоя тыльной поверхности на сравнительно толстой кремниевой полупроводниковой подложке (имеющей толщину 200 мкм) (сравнительный пример 3). Кроме того, в случае использования традиционного пастообразного состава для формирования тонкого электродного слоя тыльной поверхности (сравнительный пример 3) и в случае использования традиционного пастообразного состава, включающего небольшое количество порошка алюминия, состоящего из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, для формирования толстого электродного слоя тыльной поверхности (сравнительный пример 4) получен лишь низкий эффект ПТП.

[0070] Описанные вариант реализации и примеры должны рассматриваться во всех отношениях только как иллюстративные, а не ограничивающие. Поэтому предполагается, что объем изобретения определен прилагаемой формулой изобретения, а не приведенным выше описанием варианта реализации и примеров, и что все модификации и вариации, подпадающие под смысловое значение и диапазон эквивалентности прилагаемой формулы изобретения, входят в ее объем.

Промышленная применимость

[0071] Согласно настоящему изобретению даже при использовании пастообразного состава согласно настоящему изобретению с применением порошка алюминия в качестве порошка алюминия, входящего в пастообразный состав, включающего чешуйчатые алюминиевые частицы, в любом из случаев, когда тонкий электродный слой тыльной поверхности формируют на сравнительно толстой кремниевой полупроводниковой подложке и тонкий электродный слой тыльной поверхности формируют на тонкой кремниевой полупроводниковой подложке, возможно достаточное достижение по меньшей мере эффекта ПТП, который приблизительно эквивалентен или более чем эквивалентен достигаемому в случае использования традиционного пастообразного состава, включающего порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, для формирования толстого электродного слоя тыльной поверхности. Кроме того, при использовании пастообразного состава согласно настоящему изобретению для формирования тонкого электродного слоя тыльной поверхности на тонкой кремниевой полупроводниковой подложке возможно не только достичь эффекта ПТП, который приблизительно эквивалентен или более чем эквивалентен достигаемому в случае использования традиционного пастообразного состава, включающего порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, для формирования толстого электродного слоя тыльной поверхности, но и более сильно подавить деформацию кремниевой полупроводниковой подложки после обжига, чем в случае использования традиционного пастообразного состава, включающего порошок алюминия, состоящий из алюминиевых частиц, каждая из которых имеет по существу сферическую форму, для формирования тонкого электродного слоя тыльной поверхности.

Пастообразный состав, используемый для формирования электрода (8) на тыльной поверхности кремниевой полупроводниковой подложки (1) p-типа, являющейся частью кристаллического кремниевого солнечного элемента, согласно изобретению пастообразный состав содержит порошок алюминия в качестве электропроводящего порошка, причем этот порошок алюминия включает чешуйчатые алюминиевые частицы, при этом среднее отношение размеров больше или равно 30 и меньше или равно 600, причем это отношение размеров представляет собой отношение среднего размера чешуйчатых алюминиевых частиц к средней толщине чешуйчатых алюминиевых частиц. Также предложен солнечный элемент, выполненный на основе этого пастообразного состава. Изобретение обеспечивает достижение эффекта поля на тыльной поверхности (ПТП), который эквивалентен или превышает традиционно достигаемый эффект ПТП, даже при использовании в случае, когда тонкий электродный слой тыльной поверхности формируют на толстой кремниевой полупроводниковой подложке, либо случае, когда тонкий электродный слой тыльной поверхности формируют на тонкой кремниевой полупроводниковой подложке, и, при использовании в случае, когда тонкий электродный слой тыльной поверхности формируют на тонкой кремниевой полупроводниковой подложке, не только способного обеспечить достижение эффекта ПТП, который эквивалентен или превышает традиционно достигаемый эффект ПТП, но и способного более сильно подавлять деформацию кремниевой полупроводниковой подложки после обжига. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

1. Пастообразный состав, используемый для формирования электрода (8) на тыльной поверхности кремниевой полупроводниковой подложки (1) p-типа, являющейся частью кристаллического кремниевого солнечного элемента, при этом пастообразный состав содержит порошок алюминия в качестве электропроводящего порошка, причем этот порошок алюминия включает чешуйчатые алюминиевые частицы, при этом среднее отношение размеров больше или равно 30 и меньше или равно 600, причем это отношение размеров представляет собой отношение среднего размера чешуйчатых алюминиевых частиц к средней толщине чешуйчатых алюминиевых частиц.

2. Пастообразный состав по п.1, в котором содержание чешуйчатых алюминиевых частиц больше или равно 10% по массе и меньше или равно 50% по массе.

3. Пастообразный состав по п.1, в котором средний размер частиц у чешуйчатых алюминиевых частиц больше или равен 3 мкм и меньше или равен 60 мкм.

4. Пастообразный состав по п.1, дополнительно содержащий органическую основу и/или стеклообразную фритту.

5. Солнечный элемент, содержащий электрод (8), сформированный нанесением пастообразного состава по п.1 на тыльную поверхность кремниевой полупроводниковой подложки (1) p-типа, а затем обжигом полученного продукта.