説明

太陽電池におけるファイヤースルー用の厚膜ペースト

太陽電池コンタクト及びそれを含む電池の製造処方及び方法が開示される。本発明は、前面コンタクト、裏面コンタクト、及びリアコンタクトを含む光電池を提供する。裏面コンタクトは、アルミニウム及びガラス成分を含むペーストを塗布したパッシベーション層を焼成に先立ち含み、前記アルミニウムペーストは、アルミニウム、その他任意の金属、ガラス成分、及びビヒクルを含む。裏面コンタクトは、アルミニウムペーストを塗布したパッシベーション層を焼成に先立ち含み、前記アルミニウムペーストは、アルミニウム、ガラス成分、及びビヒクルを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アルミニウム源、少なくとも1種のその他の金属原料、及び有機系に分散したガラスフリットからなるアルミニウム導体処方に関する。前記処方は、パッシベーション層をファイヤースルー(fire through)することができ、それにより、シリコンウェハベース光電池裏面上でのパッシベーション層の使用が可能となる。前記処方はスクリーン印刷することができ、光起電装置(特に、太陽電池の裏面コンタクト)製造用に適している。
【背景技術】
【0002】
太陽電池は、通常、太陽光を有用な電気エネルギーに変換するシリコン(Si)のような半導体材料から製造される。太陽電池コンタクトは一般的にSiの薄ウェハから作られ、このウェハでは、リン(P)を好適なリン源からP型Siウェハへと拡散させることによって、必要とされるPN接合を形成する。太陽光の反射損失を防ぐため、通常、シリコンウェハの太陽光が入射する側は、反射防止膜(ARC)で覆われている。このARCが太陽電池効率を増大させる。前面コンタクト(front contact)として知られる二次元の電極グリッドパターンは、シリコンのN側に接合し、主にアルミニウム(Al)からなるコーティングは、前記シリコンのP側(裏面コンタクト;back contact)へ接合している。さらに、太陽電池モジュール内の1つの電池を隣接する電池に電気的に接続するタブを固く結合できるよう、銀もしくは銀−アルミニウムペーストから作られた銀のリアコンタクト(rear contact)として知られるコンタクトを、シリコンのP側で印刷及び焼成する。これらのコンタクトは、PN接合部から外部へと出力するための電気的な出力路である。
【0003】
シリコンウェハの裏面は、一般的にAlペーストを含んでいるが、通常は、ARCが十分でない。従来の裏面Alペーストは、SiN、SiO、及びTiOなどの典型的なARC材料をファイヤースルーしない。逆に、シリコンの前面上でよくファイヤースルーするペーストは、裏面電解(BSF)層を形成せず、ゆえに、太陽電池裏面コンタクトでの使用に適さない。
【0004】
ゆえに、当該分野では、(1)パッシベーション層(SiNもしくはSiOもしくはTiO)をファイヤースルーでき、且つ(2)同時に、シリコンの裏面上に優れたBSFを形成できる裏面ペーストへの余地がある。
【0005】
現在、典型的な太陽電池シリコンウェハは、約200〜300ミクロンの厚さを有するが、より薄くなる傾向にある。ウェハの値段は電池製作費用の約60%を占めるため、業界ではさらに薄いウェハが求められており、その厚さは150ミクロンへと近づいている。ウェハ厚さが薄くなるにつれ、アルミニウム(232×10−7/℃@20〜300℃)及びシリコン(26×10−7/℃@20〜300℃)間の熱膨張係数(TCE)の大差によって生じる焼結圧力によって電池が湾曲(屈曲)する傾向が強くなる。
【0006】
シリコンウェハの湾曲を軽減する周知の方法としては、スクリーン印刷の際にアルミニウム含有量を減少させることが挙げられるが、この方法では、BSF層の不完全形成が生じ、同じ成果を得るためにはより高い焼成温度が必要とされる。アルミニウムペーストの焼成後に形成されるAl−Si合金を除去するため、化学エッチング(酸腐食)が用いられてきたが、これも、製造工程でさらなる費用が発生する方法であるにすぎない。
【0007】
その他、Al層及びシリコンウェハ間の熱膨張ミスマッチを低減させるため、添加剤を用いる方法がある。しかしながら、裏面のパッシベーション品質の低下及び太陽電池性能の同時低下という欠点がある。BSFを形成し湾曲を防ぐために、ウェハ裏面の一部だけがアルミニウムで被覆された部分カバーが用いられてきたが、前記カバーにより電池性能が悪化する。
【0008】
また、湾曲を低減もしくは排除する他の従来の方法として、焼成後に、完成した太陽電池を数秒間で室温から約−50℃まで冷却するものが挙げられる。Al−Siペースト母材のそのような塑性変形によって、湾曲はほとんど排除されるが、これは付加的な製造工程であり、熱応力による破損の危険性が高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
このため、太陽電池産業では、太陽電池コンタクトにおいて十分なBSF層を形成する、低湾曲で高性能のアルミニウムペースト、そのようなコンタクトの製造方法、及びパッシベーション層をファイヤースルーすることもできるAlペーストが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、裏面コンタクトを有するシリコンウェハを含む光電池を提供するものであり、前記裏面コンタクトは、アルミニウム及びガラス成分を含む焼成裏面ペーストで少なくとも部分的に被覆されたパッシベーション層を含む。
【0011】
本発明のさらなる実施形態は、
(a)パッシベーション層を含む前面コンタクトであり、前記パッシベーション層の上には、銀、ガラス成分、及びビヒクルを焼成に先立って含む銀ペーストが塗布されることを特徴とする前面コンタクトと、
(b)パッシベーション層を含む裏面コンタクトであり、前記パッシベーション層の上には、アルミニウム、ガラス成分、及びビヒクルを焼成に先立って含むアルミニウムペーストが塗布されることを特徴とする裏面コンタクトと
を含む光電池である。
【0012】
また、本発明の別の実施形態は、下記(a)〜(i)の工程を含む光電池の製造方法であるが、(g)及び(h)は、任意の順序で行うことができる。
(a)第一面及び第二面を有するシリコンウェハを提供する工程、
(b)前記シリコンウェハの第一面にリン源を塗布する工程、
(c)前記ウェハを焼成し、シリコンウェハの第一面上にリンガラス層を形成する工程、
(d)前記シリコンウェハの第一面から、少なくとも一部のリンガラス層を取り除く工程、
(e)前記シリコンウェハの第二面を研磨する工程、
(f)前記ウェハの第一面及び第二面にパッシベーション層を塗布する工程、
(g)銀、ガラス成分、及びビヒクルを焼成に先立ち含む銀ペーストを、第一面に塗布する工程、
(h)アルミニウム、ガラス成分、及びビヒクルを焼成に先立ち含むアルミニウムペーストを、第二面に塗布する工程、及び、
(i)前記銀が前面に付着し、且つ、前記アルミニウムが裏面に付着するのに十分な時間及び温度にて前記ウェハを焼成し、それによって、前面コンタクト及び裏面コンタクトが形成される工程。
【0013】
本発明の実施形態は、約40〜約80重量%のアルミニウム、及び約0.1〜約50重量%の銀を含む厚膜ペースト組成物である。
【0014】
また、本発明の実施形態は、裏面コンタクトを含む太陽電池であり、前記裏面コンタクトは、焼成に先立ち、約40〜約80重量%のアルミニウム、及び約0.1〜約50重量%の銀を含む厚膜ペースト組成物を含む。
【0015】
本願のペーストは、太陽電池以外の用途における導体の形成に使用することができ、例えば、ガラス基板、セラミック基板、エナメル基板、アルミナ基板、及びメタルコア基板などのその他基板を用いることができる。例えば、本発明の実施形態は、アルミニウムと、ガラス成分と、パラジウム、銀、白金、金、ホウ素、ガリウム、インジウム、亜鉛、錫、アンチモン、マグネシウム、カリウム、チタン、バナジウム、ニッケル、銅、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種のその他金属とを含む電子回路などの装置であり、該装置は、MCSヒーター、LEDライト、厚膜ハイブリッド、燃料電池システム、及び自動車エレクトロニクスからなる群から選択される。
【0016】
本発明の組成物及び方法は、裏面コンタクト成分(典型的にはシリコン及びアルミニウム)間における、相互作用、結合、及び接触形成を最適化し、且つ、裏面コンタクトパッシベーション層の使用を可能にすることで太陽電池の効率をさらに向上することにより、従来技術の欠点を克服するものである。
【0017】
以下、本発明の前記及びその他の特徴をより詳細に説明し、特に請求の範囲に挙げる。下記の説明では、本発明の実例となる複数の実施態様を詳細に記載するが、これらは本発明の原理が使用される様々な方法の一部を示しているにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】図1A〜1Eは、半導体装置の製造を概略的に図示したプロセスフロー図である。図1A〜1E中の符号は下記に説明する。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明は、通常、アルミニウム及びガラス、もしくはアルミニウム、ガラス及び少なくとも1種のその他金属を含む導体ペースト処方を対象とするものであり、太陽電池として一般的に知られる光(PV)電池などのシリコン半導体装置を含む様々な用途で有用である。特に、太陽電池の厚膜電極の形成において使用される導電性組成物、すなわち、ペーストに関連する。本発明は、さらに、シリコン太陽電池において、裏面ARCのファイヤースルーを実現するためのAl導電性厚膜組成物を対象とする。前記ARCは、SiN、SiO、もしくはTiOのいずれか、もしくはそれら全てを含むことができ、パッシベーション層としても機能する。「ARC」及び「パッシベーション層」という用語は、本願では、同様の意味で用いられる。前記処方は、通常、スクリーン印刷可能であり、光起電装置での使用に適しているが、散布、ホットメルト印刷、パッド印刷、インクジェット印刷、及び適切な有機修飾を用いたテープラミネート加工技術などのその他塗布方法を使用してもよい。本発明により、太陽電池製造業者は、新規の太陽電池設計が可能となり、高効率を達成でき、さらに、大規模製造における実質的費用削減につながる、より薄いウェハの使用も可能となる。また、本発明は、従来の太陽電池に比べ、特定の電池設計における裏面Alペーストの使用をより少なくすることができ、さらなる費用削減につなげることができる。
【0020】
本願の導電性厚膜組成物により、Alペーストによる裏面パッシベーション層の良好なファイヤースルーが可能となり、シリコン−アルミニウム界面における2〜10ミクロンのBSF層を効果的に形成させることができる。シリコンウェハの裏面上でSiNなどのパッシベーション層を用いることにより、不十分なパッシベーションが薄い大面積ウェハ上での太陽電池効率を制限する要因にならないと考えられる。また、本発明のペーストは、制御BSF領域を必要とする、ファイヤースルーでない特定の用途でも使用可能である。裏面コンタクトでのアルミニウム使用により、銀移動の低減を促進すると考えられる。
【0021】
また、本願のペーストは、シリコンウェハ前面に塗布されたパッシベーション層により裏面が汚染される(すなわち、裏面パッシベーションは意図しない)場合においても、そのような汚染された裏面パッシベーション層をファイヤースルーするため、有用である。
【0022】
本発明は、シリコン−アルミニウム界面において効果的なBSF層を得るため、導電性厚膜ペーストを提供するものであり、該ペーストは、焼成に先立ち、アルミニウム粒子と、シリコンドーパントとしての銀、銅、ニッケル、及びその他などの金属粒子と、ガラス粒子と、有機ビヒクルとを含む。前記ペーストは、通常、SiNもしくはSiOもしくはTiOなどのパッシベーション層で被覆される前の、p型シリコン基板の裏面に塗布される。
【0023】
本発明は、裏面コンタクトを有するシリコンウェハを含む光電池を提供するものであり、前記裏面コンタクトは、アルミニウム及びガラス成分を含む焼成された裏面ペーストで少なくとも部分的に被覆されているパッシベーション層を含む。
【0024】
本発明の別の実施形態は、
(c)パッシベーション層を含む前面コンタクトであり、前記パッシベーション層の上には、銀、ガラス成分、及びビヒクルを焼成に先立って含む銀ペーストが塗布されることを特徴とする前面コンタクトと、
(d)パッシベーション層を含む裏面コンタクトであり、前記パッシベーション層の上には、アルミニウム、ガラス成分、及びビヒクルを焼成に先立って含むアルミニウムペーストが塗布されることを特徴とする裏面コンタクトと
を含む光電池である。
【0025】
また、本発明の別の実施形態は、下記(a)〜(i)の工程を含む光電池の製造方法であるが、(g)及び(h)は、任意の順序で行うことができる。
(a)第一面及び第二面を有するシリコンウェハを提供する工程、
(b)前記シリコンウェハの第一面にリン源を塗布する工程、
(c)前記ウェハを焼成し、シリコンウェハの第一面上にリンガラス層を形成する工程、
(d)前記シリコンウェハの第一面から、少なくとも一部のリンガラス層を取り除く工程、
(e)前記シリコンウェハの第二面を研磨する工程、
(f)前記ウェハの第一面及び第二面にパッシベーション層を塗布する工程、
(g)銀、ガラス成分、及びビヒクルを焼成に先立ち含む銀ペーストを、第一面に塗布する工程、
(h)アルミニウム、ガラス成分、及びビヒクルを焼成に先立ち含むアルミニウムペーストを、第二面に塗布する工程、
(i)前記銀が前面に付着し、且つ、前記アルミニウムが裏面に付着するのに十分な時間及び温度にて前記ウェハを焼成し、それによって、前面コンタクト及び裏面コンタクトが形成される工程。
【0026】
本発明の実施形態は、約40〜約80重量%のアルミニウム、及び約0.1〜約50重量%の銀を含む厚膜ペースト組成物である。
【0027】
本発明の別の実施形態は、裏面コンタクトを含む太陽電池であり、前記裏面コンタクトは、約40〜約80重量%のアルミニウム、及び約0.1〜約50重量%の銀を含む厚膜ペースト組成物を焼成に先立ち含む。銀に替えてもしくは銀に追加して、パラジウム、白金、金、ホウ素、ガリウム、インジウム、亜鉛、錫、アンチモン、マグネシウム、チタン、カリウム、バナジウム、ニッケル、銅、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるその他金属を、アルミニウムとともに含めることもできる。
【0028】
本願のペーストは、太陽電池以外の用途における導体の形成に使用することができ、例えば、ガラス基板、セラミック基板、エナメル基板、アルミナ基板、及びメタルコア基板などのその他基板を用いることができる。例えば、本発明の実施形態は、アルミニウムと、ガラス成分と、パラジウム、銀、白金、金、ホウ素、ガリウム、インジウム、亜鉛、錫、アンチモン、マグネシウム、カリウム、チタン、バナジウム、ニッケル、銅、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種のその他金属とを含む電子回路などの装置であり、該装置は、MCSヒーター、LEDライト、厚膜ハイブリッド、燃料電池システム、及び自動車エレクトロニクスからなる群から選択される。
【0029】
また、本発明の別の実施形態は、厚膜ペースト組成物であり、該組成物は、約40〜約80重量%のアルミニウム、及び約0.5重量%〜約10重量%のガラスを含み、前記パッシベーション層をファイヤースルーすることができる。
【0030】
また、本発明の別の実施形態は、本願開示の裏面アルミニウムペーストを含む本願開示の太陽電池を含む太陽電池アレイもしくはパネルである。
【0031】
本発明の好適な実施形態には、下記のような金属の群が含まれる:パラジウム、銀、白金、金、及びそれらの組み合わせ(高伝導性もしくは電気伝導改良剤);ホウ素、ガリウム、インジウム、及びそれらの組み合わせ(P型シリコンのための三価のドーパント);亜鉛、錫、アンチモン、及びそれらの組み合わせ(低融点金属);及び、マグネシウム、チタン、カリウム、バナジウム、ニッケル、銅、及びそれらの組み合わせ(結晶成長改質剤/抑制剤)。
【0032】
概して、アルミニウム及びガラスフリットを含有する厚膜ペーストは、光照射によって発生する電流を外部へ伝導させるための、シリコン系太陽電池用裏面コンタクトの製造に用いられる。スクリーン印刷されたアルミニウム裏面コンタクトを有する太陽電池は、比較的低温(ウェハ温度550℃〜850℃、炉設定温度650℃〜1000℃)で焼成され、ホウ素をドープしたシリコンウェハのP側と、アルミニウムベースペーストとの間に低抵抗の接触を形成する。太陽電池の製造方法も本願に想定される。
【0033】
Alドープの(p)エピタキシャルに成長したSi層は、BSFを向上させることにより太陽電池性能を高めるが、この層は広範囲で溶融及び再固化するため、アルミニウムとガラスとを含有するペーストが、太陽電池裏面の低抵抗オーム性接触の形成に使用される。最適性能の点において、厚いp再成長領域が望ましいと考えられる。焼成の間、アルミニウム−シリコン(Al−Si)融解からのシリコンの液相エピタキシャル成長により、p層がシリコンの上に形成される。また、エピタキシャルに成長するp層からの金属不純物の排除が、高キャリア寿命をもたらすとも考えられる。これら2つの因子は開路電圧を増大すると考えられ、さらに重要なことに、バルク抵抗が増加するにつれ、開路電圧はわずかしか降下しない。したがって、太陽電池の性能は、Al裏面コンタクトでの実質的にエピタキシャルに再成長したp層の形成により向上する。
【0034】
鉛含有ガラスは、良好な湿潤特性に加え、優れた低融点特性を有するため、通常、ペーストに用いられる。環境上の理由のため、鉛フリー及びカドミウムフリーのガラス、もしくは、少なくとも実質的には鉛及びカドミウムを含有しないガラスを用いることが望ましい。高ビスマスの鉛フリー及びカドミウムフリーのガラスは、比較的低温で優れたフロー特性を示すことから、前面コンタクト製造において低温での焼成を可能にする。アルカリチタンケイ酸塩ガラスは、低温での焼成を可能にするもう一つの方法である。
【0035】
前記ペーストは、個々の成分(すなわち、金属、ガラスフリット、及び有機ビヒクル)を混合することによって、もしくは、Alベースペースト(主要成分)と、銀もしくはその他金属もしくは所望する目的を達成する金属の合金(微量成分)とを混ぜることによって調製できる。広い解釈として、本発明のペーストは、少なくともアルミニウムと、ガラスと、ビヒクルとを含む導電性金属を含む。各原料は本願下記に詳述される。
【0036】
金属成分。本ファイヤースルーペーストの主要な金属成分はアルミニウムである。アルミニウムは、p/p面を形成し、太陽電池性能を向上させるBSFを生じさせるため、使用される。本発明の裏面ファイヤースルーペーストは、アルミニウムを約40〜約80重量%、好適には約60〜約80重量%、より好適には約65〜約75重量%含む。しかしながら、Al自体は、パッシベーション層をファイヤースルーできず、非伝導性のパッシベーション層を貫通するためにはその他の金属を必要とする。
【0037】
ペースト中の約0.5〜約50重量%のその他金属もしくは合金は、パッシベーション層へのアルミニウムのファイヤースルーを促進する。前記金属ペーストが、例えば、全裏面コンタクト表面積の約10%未満を被覆するような局所的な塗布の場合は、湾曲は深刻でなく、球状粉末形態の銀及びアルミニウムを使用できる。しかしながら、Alペーストで裏面コンタクト全体を完全に被覆する場合は、収縮を最小限にとどめる形態(例えば、フレーク状)が好ましい。Al粒子は、通常、約2〜約20ミクロンであり、好適には約3〜約10ミクロンである。その他金属の粒子は、約2〜約20ミクロンであり、より好適には約2〜約8ミクロンである。太陽電池の電気的性能を最適化するため、99+%の純度のAl及びその他金属/合金が好ましい。
【0038】
金属の物理的及び化学的形態。本願の金属全ては、複数の物理的及び化学的形態のうちの1種以上で供給してもよい。概して、金属粉、フレーク、塩、酸化物、ガラス、コロイド、及び有機金属が適している。通常、金属粉の大きさは、約0.1〜約40ミクロンであり、好適には最大約10ミクロンである。より好適には、金属の粒径は、裏面コンタクトにおける本願のアルミニウム及び銀粒子の大きさと一致している。さらに、16種の金属は、通常、対象金属のイオン性塩(例えば、ハロゲン化物、炭酸塩、水酸化物、リン酸塩、硝酸塩、硫酸塩、及び亜硫酸塩)の形態で供給してもよい。前記金属の有機金属化合物を使用してもよく、その例として、酢酸塩、ギ酸塩、カルボン酸塩、フタル酸塩、イソフタル酸塩、テレフタル酸塩、フマル酸塩、サリチル酸塩、酒石酸塩、グルコン酸塩、もしくはエチレンジアミン(en)もしくはエチレンジアミン四酢酸(EDTA)を用いたキレートが挙げられるが、これらに限られるものではない。前記16種の金属のうち少なくとも1種を含有するその他の適切な粉末、塩、酸化物、ガラス、コロイド、及び有機金属は、当業者に明白である。通常、アルミニウム及び16種の金属は、金属粉もしくはフレークとして供給される。
【0039】
例えば、前記ペーストは、約80〜約99重量%の球状金属粒子、もしくは、約35〜約70重量%の金属粒子及び約29〜約55重量%の金属フレークを含んでもよい。また、前記ペーストは、約75〜約90重量%の金属フレーク及び約5〜約9重量%のコロイド金属、もしくは、約60〜約95重量%の金属粉もしくはフレーク及び約4〜約20重量%のコロイド金属を含んでもよい。
【0040】
前述した、粒子状、フレーク状、及びコロイド状の前記金属の組み合わせは限定することを意図するものでなく、その他組み合わせが可能であることは、当業者に周知である。適した市販アルミニウム粒子の例として、Alcoa,Inc.(ペンシルバニア州ピッツバーグ);Ampal Inc.(ニュージャージー州フレミントン);及び、ECKA Granulate GmbH&Co.KG(ドイツ国フュルト)から市販されているものが挙げられる。
【0041】
アルミニウム以外の導電性金属の含有量は、本発明の目的を達成できる量であれば特に限られないが、好適には、本願のペースト組成物は、所望する特性を得るために、銀、銅、ニッケル、もしくはマグネシウムなどのアルミニウム以外の金属もしくは合金を約0.1〜約50重量%含む。特に、ある実施形態では、約0.1〜約50重量%、好適には約1〜約25重量%、より好適には約2〜約10重量%の銀を含む。別の実施形態では、約3〜約50重量%、好適には約3〜約15重量%、より好適には約3〜約10重量%の銅を含む。また別の実施形態では、約1〜約50重量%、好適には約5〜約25重量%、より好適には約5〜約15重量%のニッケルを含む。また別の実施形態において、前記ペーストは、約1〜約50重量%、好適には約3〜約25重量%、より好適には約5〜約15重量%のマグネシウムを含む。また、前記ペーストは、約1〜約50重量%、好適には約5〜約25重量%のホウ素を含んでもよい。上記金属を含むコンタクト及び太陽電池が本願で想定される。
【0042】
シリコンの銀ドーピングは、本発明における好適な方法の一つであるが、(a)パラジウム、銀、白金、金、及びそれらの組み合わせ(高伝導性もしくは電気伝導改良剤);(b)ホウ素、ガリウム、インジウム、及びそれらの組み合わせ(P型シリコンのための三価のドーパント);(c)亜鉛、錫、アンチモン、及びそれらの組み合わせ(低融点金属);及び、(d)マグネシウム、チタン、カリウム、バナジウム、ニッケル、銅、及びそれらの組み合わせ(結晶成長改質剤/抑制剤)などの群のその他導電性金属も可能である。さらに、Al−Cu、Al−Mg、Al−Si、Al−Zn、及びAl−Ag、及びAg−Pd、Pt−Au、Ag−Ptなどの合金をシリコンドーピングに使用してもよい。16種の金属の混合物もまた、本願のペースト、コンタクト、及び太陽電池に用いることができる。
【0043】
ペーストガラス。前記ペーストは、約0.5〜約10重量%、好適には0.5〜約8重量%、より好適には約0.5〜約5重量%、さらにより好適には約0.5〜約2.5重量%の粉状ガラス成分を含む。ガラス成分は、焼成に先立ち、1種以上のガラス組成物を含む。ある実施形態において、各ガラス組成物は、Bi、アルカリ酸化物、B、及びSiOといった酸化物フリットを含む。別の実施形態において、ガラス組成物は、アルカリ酸化物、TiO、及びSiOを含む。また別の実施形態において、ガラス組成物はPbOを含む。具体的には、本発明の様々な実施形態における裏面コンタクト用のガラス組成物は、表1〜3に示されているものがあり得る。表内の「20の三価の酸化物」とは、Al、Ga、In、Sc、Y、及び原子番号57〜71の元素からなる群から選択される元素の1種以上の三価の酸化物を意味する。前記ペーストの処方において、ガラスフリットは、通常、約0.2〜約10ミクロンの粒径を有するが、当該分野ではその他の粒径が周知である。前記ペースト処方で使用されるガラス粉末は、300℃〜700℃、好適には400〜550℃のTgを有することが好ましい。
【0044】
表1〜3より、2種以上のガラス組成物を使用することができ、また、同じ表の異なる列の量を含む組成物もまた想定される。第二のガラス組成物を用いる場合、シリコンとペーストとの相互作用の程度、及びこの結果得られる太陽電池の特性を制御するため、また、シリコンウェハの湾曲を制御するため、ガラス組成物の比率を変えることができる。例えば、ガラス成分中、第一及び第二のガラス組成物は、約1:20〜約20:1、好適には、約1:5〜約5:1の重量比で存在してもよい。ガラス成分は、好適には、鉛もしくは鉛の酸化物、及び、カドミウムもしくはカドミウムの酸化物を含有しないが、PbOの特性が再現されない用途においては、有利にPbOを含む。「LiO+NaO+KO」といった記載は、LiO、NaO、及びKOの総含有量が指定された範囲内であることを意味する。下限が0である各範囲では、その好適な実施形態は、下限が0.1%である同じ範囲を示す。
【0045】
【表1】

【0046】
【表2】

【0047】
【表3】

【0048】
好適な実施形態において、前記ガラス成分は、約12〜約50モル%のBi;約25〜約65モル%のSiO;約5〜約15モル%のB;約4〜約26モル%のKO;TiO(TiOの含有量は約10モル%を超えない);及び、Li、Na、K、Rb、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される元素の酸化物を含むが、前記酸化物の合計量は、約40モル%を超えないものとし、好適には、少なくとも約1モル%である。アルカリ酸化物を含有する好適な実施形態において、ガラス成分は、約1〜約15モル%のLiO、約8〜約25モル%のNaO、約3〜約25モル%のKO、約8〜約22モル%のTiO、約25〜約50モル%のSiO、約2〜約18モル%のV、及び約0.25〜約5モル%のPを含み、さらに、約20モル%を超えない範囲でフッ化物を含んでもよい。
【0049】
別の好適な実施形態において、前記組成物は、次のうち1種以上を含んでもよいが、酸化物の含有量は、示されたモル%の量を超えないものとする;LiO(15%)、NaO(25%)、KO(25%)、RbO(25%)、TiO(22%)、SiO(60%)、V(18%)、(Sb+V+P)の合計(25%)、及びF(15%)。
【0050】
最も好適な実施形態は、上述の鉛フリー及びカドミウムフリーガラスを用いたものである。しかし、鉛ガラス以外では達成できない特性を必要とする場合は、ガラス成分は、下記の酸化物のうち1種以上を含んでもよいが、その含有量は、モル%で示された量を超えず、(B+SiO)の合計は45%を超えないものとする:PbO(75%)、SiO(55%)、B(55%)、ZnO(25%)、及びAl、Ga、In、Sc、Y、Laからなる群から選択される元素の三価酸化物(25%)、及び(TiO+ZrO)(5%)。鉛含有ガラス成分は、さらに、約0.1〜約10モル%のAlを含んでもよい。
【0051】
ビヒクル。本願のペーストは、ビヒクル又はキャリアを含み、これは、一般に、溶媒に溶解した樹脂溶液であり、その多くは樹脂とチキソトロピー剤両方を含有する溶媒溶液である。ペーストの有機部は、(a)少なくとも約80重量%の有機溶媒;(b)約15重量%までの熱可塑性樹脂;(c)約4重量%までのチキソトロピー剤;及び(d)約2重量%までの湿潤剤を含む。2種以上の溶媒、樹脂、チキソトロープ、及び/又は湿潤剤の使用も想定される。
【0052】
エチルセルロースは、一般的に用いられる樹脂であるが、エチルヒドロキシエチルセルロース、ウッドロジン、エチルセルロース及びフェノール樹脂、低級アルコールのポリメタクリル樹脂、及びエチレングリコールモノアセテートのモノブチルエーテルの混合物などの樹脂も使用可能である。約130℃〜約350℃の沸点(1atm)を有する溶媒が好ましい。広く使用される溶媒としては、α又はβテルピネオールのようなテルペン、もしくは、Dowanol(登録商標;ジエチレングリコールモノエチルエーテル)のような高沸点アルコール、又はそれらと、butyl Carbitol(登録商標)(ジエチレングリコールモノブチルエーテル)、dibutyl Carbitol(登録商標)(ジエチレングリコールジブチルエーテル)、butyl Carbitol(登録商標) acetate(ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート)、ヘキシレングリコール、Texanol(登録商標)(2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート)のような他の溶媒との混合物、並びにその他のアルコールエステル、ケロシン、フタル酸ジブチルが挙げられる。ビヒクルは、接触を改善するために、例えば、アルミニウムもしくはホウ素をベースとする有機金属化合物を含有することができる。N−Diffusol(登録商標)は、リン元素と同程度の拡散係数を持つn型拡散剤を含有する安定な液体製剤である。各用途に求められる所望の粘度や揮発性を得るため、これらと他の溶媒との様々な組み合わせが処方可能である。厚膜ペースト処方で一般的に使用される他の分散剤、界面活性剤及び流動性改質剤を含んでいてもよい。このような製品の市販例としては、以下の商標にて販売されているものが挙げられる:Texanol(登録商標;Eastman Chemical Company、テネシー州キングスポート);Dowanol及びCarbitol(登録商標;Dow Chemical Co.、ミシシッピ州ミッドランド);Triton(登録商標;Union Carbide Division of Dow Chemical Co.、ミシシッピ州ミッドランド)、Thixatrol(登録商標;Elementis Company、ニュージャージー州ハイツタウン)、及びDiffusol(登録商標;Transene Co.Inc.、マサチューセッツ州ダンバー)。
【0053】
一般的に使用される有機チキソトロピー剤は、硬化ヒマシ油及びそれらの誘導体である。チキソトロープは、懸濁液のせん断流動化能を有する溶媒においてのみ好適であるため、常に必要とされるものではない。さらに、湿潤剤として、例えば、N−タロー−1,3−ジアミノプロパンジオレート、N−タロートリメチレンジアミンジアセテート、N−ココトリメチレンジアミン、ベータジアミン、N−オレイルトリメチレンジアミン、N−タロートリメチレンジアミン、N−タロートリメチレンジアミンジオレアート、及びそれらの組み合わせなどの脂肪酸エステルが用いられる。
【0054】
その他添加剤。その他の無機添加剤は、焼成に先立ち、ペーストの重量に対して約1〜約30重量%、好適には約2〜約25重量%、より好適には約5〜約20重量%の範囲でペーストに添加してもよい。アルミニウムとシリコンとの反応を制御するため、粘土、微粒子シリコン、シリカ、炭素、もしくはそれらの組み合わせのようなその他添加剤を添加することができる。か焼された一般的な粘土が使用に適している。低い焼成温度でコンタクトを提供するため、あるいは焼成温度範囲を拡大するため、Pb、Bi、In、Zn、Sb、及びその各合金などの低融点の金属添加剤(すなわち、金属酸化物を除く元素金属添加剤)の微粒子を添加することができる。
【0055】
所望の組成範囲でガラス成分を処方するため、(a)ガラスの混合物、(b)結晶性添加剤とガラスとの混合物、あるいは(c)1種以上の結晶性添加剤の混合物を用いることができる。その目的は、湾曲を低減し、太陽電池の電気的性能を向上することにある。接触特性を調整するため、例えば、SiO、ZnO、MgO、ZrO、TiO、Al、PbO、Bi、V、MoO、WO、Sb、SnO、及びInなどの第二相の結晶性セラミック材料、これらの反応生成物、及びこれらの組み合わせをガラス成分に添加してもよい。しかしながら、上記酸化物の総量は、本願に記載された各種実施態様に沿った範囲内としなければならない。セラミック添加剤としては、ヘクトライト、タルク、カオリン、アタパルジャイト、ベントナイト、スメクタイト、石英、マイカ、長石、アルバイト、正長石、灰長石、シリカ、及びそれらの組み合わせなどの粒子が挙げられる。結晶シリカ及び非晶質シリカの両方とも適している。
【0056】
ペースト調製。本発明にかかるペーストは、プラネタリーミキサーによって調製することができる。使用される有機ビヒクルの量及び種類は、主に、最終的に必要とされる処方の粘度、ペーストの粉の細かさ、及び所望されるウェット印刷の厚さによって決定される。通常、前記ウェットペーストは、約15〜約40重量%、好適には約20〜約35重量%の有機ビヒクルを含む。有機ビヒクルとしては、例えば、下記表4にあるような、アルキルエステルアルコール、テルピネオール、及び、ジアルキルグリコールエーテル、及び/又は本願記載のその他有機物が挙げられる。
【0057】
本発明の裏面厚膜ペースト組成物の調製においては、微粒子無機固体をビヒクルと混合し、プラネタリーミキサーのような適当な装置によって分散させ、懸濁液を生成する。この結果得られた組成物は、ブルックフィールドHBT型粘度計を用い、スピンドル14、25℃で測定したせん断速度9.6sec−1での粘度が、約200〜約4000ポアズ、好適には約500〜1500ポアズ、より好適には800〜1200ポアズの範囲となる。裏面コンタクトが、前記ペーストで部分的にしか被覆されていない場合、通常、その粘度はより高くなる。本発明にかかるペーストの一般的な組成範囲を表4に示す。
【0058】
【表4】

【0059】
ペーストの印刷及び焼成。本発明の太陽電池裏面コンタクトの製造方法は、(1)AgもしくはAg/Al裏面コンタクトペーストを塗布する工程と、(2)前記ペーストを乾燥する工程と、(3)前もってパッシベーション層を塗布したシリコンウェハのP側にAl含有ペーストを塗布する工程と、(4)前記ペーストを乾燥する工程と、(5)前面コンタクト銀ペーストを塗布する工程と、(6)前記ペーストを乾燥する工程と、(7)前記ペーストを共焼成しシリコンへ接触させる工程とを含む。
【0060】
Alペーストは、特定のガラスが存在すれば、16種の金属のいくつかもしくは全てを含有していてもよく、又は、それらを含有していなくてもよい。特に、Alは、ガラスが鉛を含有する場合は、単独で有用である。銀リアコンタクトAg−ペースト、Al−裏面コンタクトペースト、及びAg−前面コンタクトペーストを用いて印刷された太陽電池は、炉設定温度約650〜1000℃、又はウェハ温度約550〜850℃などの適切な温度で焼成される。焼成中、ARCには、ガラス及びAl/Agペーストの混合物により攻撃され、腐食される(すなわち、ファイヤースルーされる)。また、焼成中、ウェハ温度が、Al−Siの共晶温度である577℃を超えて上昇すると、裏面コンタクトAl及び(16種の金属)が基板からSiを溶解し、Al−Siと(16種の金属)との液体の層が形成される。
【0061】
また、焼成中、ウェハ温度が、Alとその他各金属との様々な共晶温度を超えて上昇すると、裏面コンタクトのAl及び(16種の金属)が基板からSiを溶解し、液体のAl−(16種の金属)−Siの層が形成される。さらにピーク温度まで加熱する間、このAl−(16種の金属)−Siの液体は基板Siを溶解し続ける。冷却期間中、Al−(16種の金属)−Si溶解物からSiが再析出する。この析出したSiが、下層のSi基板上にエピタキシャル層を成長させ、p層を形成する。冷却されている溶融物が、Al−Si−金属溶融物の最も低い共晶温度に達すると、残りの液体はAl−Si−金属共晶層として凝固する。p層によってBSFが得られ、これにより太陽電池性能が向上すると考えられる。Al−(16種の金属)裏面コンタクト中のガラスは、効果的なBSF層の形成に過度な悪影響を与えることなく、Al及びSiの両方と最適に相互作用するはずである。
【0062】
前面及び裏面コンタクト製造方法。図1A〜1Eを参照すると、本発明にかかる太陽電池前面コンタクトは、通常、任意の銀ベースペーストをソーラーグレードのSiウェハへ塗布することによって製造され得る。特に、図1Aは、一般的な光反射を減少させるテクスチャ加工を施した表面を持つ単結晶シリコンもしくは多結晶シリコンの基板を用意する段階を概略的に示したものである。太陽電池の場合、基板は、延伸もしくは鋳造工程で形成されたインゴットをスライスしたものがよく使用される。スライスに使用する線鋸のような道具による基板表面の損傷や、ウェハのスライス工程における汚染は、通常、KOHもしくはNaOHのようなアルカリ性水溶液、もしくはHF及びHNOの混合物を用い、基板表面を約10〜20ミクロンエッチングすることによって除かれる。基板表面に付着している鉄などの重金属を除去するために、HCl及びHの混合物で基板を任意的に洗浄してもよい。その後、例えば、水酸化カリウム水溶液もしくは水酸化ナトリウム水溶液のようなアルカリ性水溶液を用いて、反射防止テクスチャ構造を施した表面を形成する場合がある。この結果得られる基板は図中10で示され、誇張された厚さ寸法で描かれているが、典型的なシリコンウェハは、おおよそ200ミクロンの厚さである。
【0063】
図1Bは、p型基板を用いた場合に、n型層20を形成してp−n接合を築く工程を概略的に示したものである。リン拡散層は、オキシ塩化リン(POCl)、有機リン酸化合物、及びその他本願に記載されているものなど、各種適切な形態の任意のうちのいずれかで供給される。リン源は、選択的に、シリコンウェハの片側のみに塗布してもよい。拡散層の深さは、拡散温度及び時間の制御によって様々に変えることができ、通常は、約0.3〜0.5ミクロンであり、約40〜約100オーム/スクエアのシート抵抗を有する。リン源としては、リンケイ酸ガラス(PSG)などのリン含有液状コーティング物質などがあり、スピンコーティングなどの工程によって基板の片面上のみに塗布され、適当な条件下で焼きなましを行うことによって拡散が達成される。
【0064】
次に、図1Cでは、SiN、TiOもしくはSiO等の反射防止膜(ARC)30(通常、パッシベーション膜としても機能する)が、上記n型拡散層20の上に形成されている。同様に、パッシベーション膜35がシリコンウェハ10の裏面に塗布される。水素によるパッシベーションを強調するため、窒化ケイ素をSiN:Hで表すことがある。ARC30は、入射光に対する太陽電池の表面反射率を減少させて光吸収量を増加させ、その結果、発生する電流を増加させる。パッシベーション層30及び35の厚さは塗布される材料の屈折率によって決まるが、約700〜900オングストロームの厚さは、約1.9〜2.0の屈折率に適合する。パッシベーション層は、低圧CVD、プラズマCVD、もしくは熱CVDなどの様々な手段で形成し得る。熱CVDを用いてSiNコーティングを形成する場合、出発物質としてジクロロシラン(SiCl)とアンモニア(NH)ガスがよく用いられ、膜形成は少なくとも700℃の温度で行われる。熱CVDを用いる場合、高温で出発原料ガスを熱分解すると、窒化ケイ素膜中には水素が実質的に存在せず、シリコン及び窒素間の実質的な化学量論的組成割合を示すSiが生じる。パッシベーション層を形成するその他の方法は当技術分野で周知である。
【0065】
図1Dに示すように、裏面銀もしくはアルミニウムペースト70及びAl−(16種の金属)ぺースト60を選択的にスクリーン印刷し、続いて、基板の裏面上で乾燥させる。個々に表示してはいないが、図1Dは、シリコンウェハ10の裏面に塗布されたペースト60の6つの断片を示している。ペースト60の断片間の間隙80は、裏面パッシベーション層35の被覆されてない部分である。前記Al−(16種の金属)ペーストは、表1、2、もしくは3の1種以上のガラスフリットを含んでもよい。次に、前面電極用の銀ペースト500をスクリーン印刷し、ARC30上で乾燥させる。その後、赤外線ベルト炉にて、約700℃〜1000℃の温度範囲で、約1〜数分間焼成を行う。
【0066】
続いて、図1Eに概略的に示すように、焼成中に、Al−(16種の金属)ペーストからアルミニウムを溶解し、シリコン基板10と反応させ、その後凝固させて、高濃度のアルミニウムドーパントを含有する部分的なp層40を形成する。この層は、通常、裏面電界(BSF)層と呼ばれ、太陽電池のエネルギー変換効率向上に役立つ。図1Eは、図1Dで塗布されたアルミニウムペースト60の6つの断片に相当する層40の6つの断片を示したものである。パッシベーション層35は、焼成後(図1E)、図1Dのアルミニウムペースト60で被覆されていない領域で、本質的に変化せずに残る。
【0067】
Al−(16種の金属)ペーストは、焼成によって、乾燥状態のもの60から、16種の金属のうち少なくとも1種を含むアルミニウム裏面コンタクト61へと変化させる。同時に、裏面銀もしくはアルミニウムペースト70を焼成し、銀もしくはアルミニウム裏面コンタクト71とする。焼成中、裏面Al−(16種の金属)及び裏面銀もしくはアルミニウム間の境界は、合金状態であると推測され、また、電気的に接続されている。より厚いp層40を形成させる必要がある程度あるため、裏面コンタクトは、Al−(16種の金属)ペーストによって、約30〜50ミクロンのウェット厚さまでその大部分が覆われる。裏面銀ペースト領域は、モジュール製造の際に、タブ装着のために使用される。さらに、前面電極を形成する銀ペースト500をか焼して、焼成中に窒化ケイ素膜30に侵入させ(すなわち、窒化ケイ素膜30をファイヤースルーし)、それによって、図1Eの前面電極501で示されているように、n型層20と電気的に接触可能となる。
【0068】
本発明にかかる太陽電池裏面コンタクトは、アルミニウム粉末と、表1、2、もしくは3のガラス組成物とを混合して調製した本願開示のいずれかのAlペーストを、銀リアコンタクトペーストで予め被覆されたシリコン基板のP側に、例えば、スクリーン印刷によって、所望のウエット厚さ(例えば、約30〜50ミクロン)で塗布することで製造することができる。前面コンタクト製造のため、前面コンタクト銀ペーストを前面に印刷する。
【0069】
前面コンタクト、裏面コンタクト、及びリアコンタクトの製造の共通事項は下記の通りである。200〜325メッシュスクリーンを使用して自動スクリーン印刷技術を用いることができる。印刷されたパターンは、その後、焼成に先立って、200℃以下、好適には約120℃で約5〜15分間乾燥される。乾燥した印刷された本発明のAl−(16種の金属)裏面コンタクトペーストは、銀リアコンタクト及び前面コンタクト銀ペーストとともに、ベルトコンベヤー式の炉において、空気中で、わずか1秒から最大約5分間、ピーク温度で共焼成することができる。
【0070】
必要に応じ、窒素(N)もしくはその他の不活性雰囲気を用いてもよいが、必須ではない。焼成は、通常、約300℃〜約550℃で有機物質が完全燃焼される温度プロファイルで行われ、約650℃〜約1000℃のピーク炉設定温度は、わずか1秒間しか持続しない。しかしながら、低温で焼成した場合には、1、3、もしくは5分程度のより長い焼成時間が可能となる。例えば、3ゾーン焼成プロファイルを、ベルト速度約1〜約4m(40〜160インチ)/分で使用してもよい。当然、4、5、6、又は7ゾーンもしくはそれ以上などの、3ゾーンより多い焼成のアレンジも本発明により想定され、それぞれのゾーンの長さは約5〜約20インチ、焼成温度は650〜1000℃である。
【実施例1】
【0071】
試験例。処方及び試験を行ったペースト組成物の例を表5に示す。表6は、標準的なリアコンタクト及び前面コンタクトペーストを印刷し、さらに、ウェハの保護された裏面上において、裏面Alファイヤースルーペーストでウェハを印刷及び焼成(780−830−930℃の炉設定温度での3ゾーン焼成プロファイル使用)した後の太陽電池性能を示したものである。下記の試験例では、面積243cm、厚さ約180ミクロン、及びシート抵抗60オーム/スクウェアの多結晶シリコンウェハを用いた。裏面Alファイヤースルーペーストを、ウェハの保護された裏面上に印刷し、乾燥させ、780、830、及び930℃に設定された3ゾーン炉で焼成した。BSFのSun Voc測定及び横断面のSEM試験によって電気特性評価を行った。ペーストの調製、印刷、乾燥、及び焼成の詳細については、同出願人による米国特許出願公開番号2006/0102228及び2006/0289055に記載されており、それらの開示内容は、引用することにより本願に組み込まれる。
【0072】
表5のアルミニウムベースの処方例は、示された市販のガラスに加え、市販の4〜10ミクロンのアルミニウム粉末、及び市販の2〜5ミクロンの銀粉末もしくはフレークを用いて調製した。付加的なペースト原料としては、Cabosil(登録商標)、Min−U−Sil(登録商標)、ホウ素エトキシド及び/又はオルトチタン酸テトラエチル、Anti−Terra(登録商標)204、有機ビヒクル、及びTexanol(登録商標)が挙げられる。粘土は、Na0.3(Mg,Li)Si10(OH)であり、か焼して水分を除去し、その後、従来の手段を用いて粉砕(ボールミル)し、40重量%のか焼粘土、59重量%のテルピネオール、及び1重量%のAnti−Terra(登録商標)204という割合で湿潤させる。Anti−Terra(登録商標)は、BYK−Chemie GmbH(ドイツ国ウェーゼル)より市販されている湿潤剤である。Cabosil(登録商標)は、Cabot Corporation(マサチューセッツ州ビルリカ)より市販されているヒュームドシリカである。Min−U−Sil(登録商標)は、U.S. Silica Company(ウェストバージニア州バークリースプリングス)より市販されている結晶シリカである。ホウ素エトキシド及びオルトチタン酸テトラエチルは、Sigma−Aldrich(テキサス州ダラス)から市販されている。Vehicle 131、132、205、402、450、及び473、並びに記載された(EG、GL、IPの文字から始まる)全ガラス組成物は、Ferro Corporation(オハイオ州 クリーブランド)から市販されている。
【0073】
【表5】

【0074】
Ferro Corporation(オハイオ州 クリーブランド)から市販されている裏面銀/アルミニウムペーストCN33−451を用いて予め被覆したシリコン太陽電池上に、表5のアルミニウムペーストを印刷した。前記アルミニウムは、Ampal ULT 3510粉末であった。約1.7グラムの各ペーストを、200メッシュスクリーンを用いてシリコンウェハ上に印刷した。裏面コンタクトペーストを乾燥させた後、Ferro Corporation(オハイオ州クリーブランド)から市販されている前面コンタクトペーストCN33−455を、280メッシュスクリーンを用い、フィンガーラインのオープニング100ミクロン、ライン間のスペース約2.8mmで印刷した。印刷したウェハは、3ゾーン赤外線(IR)ベルト炉を使用し、約3m(120”)/分のベルト速度で、3つのゾーンの設定温度がそれぞれ780℃、830℃、及び920℃の条件で、共焼成した。ゾーンは、それぞれ長さ7”、16”、7”であった。
【0075】
【表6】

【0076】
これら太陽電池の電気的性能を、Oriel Instrument Co.(コネチカット州ストラットフォード)のソーラー試験器である、Model 91193−1000を用い、AM1.5の太陽光条件で、ASTM G−173−03に準じて測定した。表6は、結果として得られた太陽電池の電気特性を示したものであり、従来技術の低湾曲Alペースト、及び本発明のAl−Ag裏面コンタクトペーストを含む本発明のペーストの比較のために、同様のウェハにおける、典型的な太陽電池の電気特性及び湾曲を示している。Jscは電流密度、Iscは短絡回路電流、Vocはゼロ出力電流で測定された開路電圧を意味し、効率(Eff)及び曲線因子(FF)は、当技術分野で周知である。ウェハ湾曲はミリメートル単位で計測される。4つの全試験例において、良好なBSFが形成された。
【0077】
付加的な利点及び変更は当業者に容易であろう。よって、その広範な態様において本発明はここに示され記載される特定の詳細や例示された実施例に限定されるものではない。従って、添付のクレーム及びその均等物により定義される発明の概念全般の精神あるいは範囲から逸脱せずに、多様な変更を行ってよい。
【符号の説明】
【0078】
10 p型シリコン基板
20 n型拡散層
30 前面パッシベーション層/反射防止膜(例えば、SiN、TiO、SiO膜)
35 裏面パッシベーション層(例えば、SiN、TiO、SiO膜)
40 p層(裏面電界:BSF)
60 裏面に形成された、アルミニウム−(16種の金属)ペースト
61 パッシベーション層のファイヤースルー及びBSF形成をした焼成後のアルミニウム−(16種の金属)裏面電極
70 裏面に形成された、銀もしくは銀/アルミニウムペースト
71 裏面銀ペーストの焼成によって得られた、銀もしくは銀/アルミニウム裏面電極
80 銀アルミニウム裏面ペーストもしくは電極の間隙
500 前面に形成された銀ペースト
501 ARCをファイヤースルーした後の銀前面電極
【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
裏面コンタクトを有するシリコンウェハを含む光電池であり、前記裏面コンタクトは、焼成された裏面ペーストで少なくとも部分的に被覆されたパッシベーション層を含み、前記ペーストは、焼成に先立って、アルミニウム及びガラス成分を含むことを特徴とする光電池。
【請求項2】
請求項1の光電池であり、前記アルミニウムペーストが、さらに、パラジウム、銀、白金、金、ホウ素、ガリウム、インジウム、亜鉛、錫、アンチモン、マグネシウム、カリウム、チタン、バナジウム、ニッケル、銅、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種のその他の金属を含むことを特徴とする光電池。
【請求項3】
請求項1の光電池であり、前記裏面コンタクトの面積の約10%以下が前記焼成アルミニウムペーストで被覆されていることを特徴とする光電池。
【請求項4】
請求項1の光電池であり、前記裏面ペーストが、焼成に先立ち、
a.約40〜約80重量%のアルミニウム、
b.約0.5〜約10重量%のガラス、及び
c.約15〜約40重量%の有機ビヒクル
を含むことを特徴とする光電池。
【請求項5】
請求項4の光電池であり、前記裏面ペーストが、さらに、約0.1〜約50重量%の銀を含むことを特徴とする光電池。
【請求項6】
請求項5の光電池であり、前記裏面ペーストが、焼成に先立ち、
a.約60〜約80重量%のアルミニウム、
b.約0.5〜約8重量%のガラス、
c.約1〜約25重量%の銀、及び
d.約15〜約40重量%の有機ビヒクル
を含むことを特徴とする光電池。
【請求項7】
請求項4の光電池であり、前記裏面ペーストが、さらに、約1〜約50重量%の銅を含むことを特徴とする光電池。
【請求項8】
請求項7の光電池であり、前記裏面ペーストが、焼成に先立ち、
a.約60〜約80重量%のアルミニウム、
b.約0.5〜約8重量%のガラス、
c.約3〜約15重量%の銅、及び
d.約15〜約40重量%の有機ビヒクル
を含むことを特徴とする光電池。
【請求項9】
請求項4の光電池であり、前記裏面ペーストが、さらに、約1〜約50重量%のニッケルを含むことを特徴とする光電池。
【請求項10】
請求項4の光電池であり、前記裏面ペーストが、さらに、約1〜約50重量%のマグネシウムを含むことを特徴とする光電池。
【請求項11】
請求項1の光電池であり、前記ガラス成分が、鉛及びカドミウムのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする光電池。
【請求項12】
請求項1の光電池であり、前記ガラス成分が、実質的に鉛及びカドミウムを含まないことを特徴とする光電池。
【請求項13】
請求項1の光電池であり、前記アルミニウムペーストが、さらに、SiO、ZnO、MgO、ZrO、TiO、Al、PbO、Bi、V、MoO、WO、Sb、SnO、In、ヘクトライト、タルク、カオリン、アタパルジャイト、ベントナイト、スメクタイト、石英、マイカ、長石、アルバイト、正長石、灰長石、シリカ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるセラミック粒子を含むことを特徴とする光電池。
【請求項14】
光電池であり、前記光電池は、
a.前面コンタクトと、
b.裏面コンタクトとを含み、
前記前面コンタクトは、焼成に先立ち、
i.パッシベーション層と、
ii.前記パッシベーション層の上に塗布される銀ペーストとを含み、前記銀ペーストは、
1.銀、
2.ガラス成分、及び
3.ビヒクルを含むことを特徴とし、且つ、
前記裏面コンタクトは、焼成に先立ち、
i.パッシベーション層と、
ii.前記パッシベーション層の上に塗布されるアルミニウムペーストとを含み、前記アルミニウムペーストは、
1.アルミニウム、
2.ガラス成分、及び
3.ビヒクルを含む
ことを特徴とする光電池。
【請求項15】
光電池の製造方法であり、前記方法は、
(a)第一面及び第二面を有するシリコンウェハを提供する工程、
(b)前記シリコンウェハの第一面にリン源を塗布する工程、
(c)前記ウェハを焼成し、シリコンウェハの第一面上にリンガラス層を形成する工程、
(d)前記シリコンウェハの第一面から、少なくとも一部のリンガラス層を取り除く工程、
(e)前記シリコンウェハの第二面を研磨する工程、
(f)前記ウェハの第一面及び第二面にパッシベーション層を塗布する工程、
(g)次の(i)〜(iii)を焼成に先立ち含む銀ペーストを、第一面に塗布する工程、
(i)銀、
(ii)ガラス成分、及び
(iii)ビヒクル
(h)次の(i)〜(iii)を焼成に先立ち含むアルミニウムペーストを、第二面に塗布する工程、
(i)アルミニウム、
(ii)ガラス成分、及び
(iii)ビヒクル
(i)前記銀が前面に付着し、且つ、前記アルミニウムが裏面に付着するのに十分な時間及び温度にて前記ウェハを焼成し、それによって、前面コンタクト及び裏面コンタクトが形成される工程を含み、
且つ、(g)及び(h)は、任意の順序で行うことができることを特徴とする方法。
【請求項16】
請求項15の方法であり、前記アルミニウムペーストが、さらに、マグネシウム、ニッケル、チタン、カリウム、バナジウム、銅、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含むことを特徴とする方法。
【請求項17】
請求項15の方法であり、前記アルミニウムペーストが、さらに、パラジウム、銀、白金、金、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含むことを特徴とする方法。
【請求項18】
請求項15の方法であり、前記アルミニウムペーストが、さらに、ホウ素、ガリウム、インジウム、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含むことを特徴とする方法。
【請求項19】
請求項15の方法であり、前記アルミニウムペーストが、さらに、亜鉛、錫、アンチモン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含むことを特徴とする方法。
【請求項20】
請求項16の方法であり、前記アルミニウムペーストが、約40〜約80重量%のアルミニウム、及び約1〜約50重量%のニッケルを含むことを特徴とする方法。
【請求項21】
請求項16の方法であり、前記アルミニウムペーストが、約40〜約80重量%のアルミニウム、及び約1〜約50重量%のマグネシウムを含むことを特徴とする方法。
【請求項22】
請求項17の方法であり、前記アルミニウムペーストが、約40〜約80重量%のアルミニウム、及び約0.1〜約50重量%の銀を含むことを特徴とする方法。
【請求項23】
請求項18の方法であり、前記アルミニウムペーストが、約40〜約80重量%のアルミニウム、及び約0.5〜約50重量%のホウ素を含むことを特徴とする方法。
【請求項24】
裏面コンタクトを有する太陽電池であり、前記裏面コンタクトは、約40〜約80重量%のアルミニウム、及び約0.1〜約50重量%の銀を含む厚膜ペースト組成物を焼成に先立ち含むことを特徴とする太陽電池。
【請求項25】
アルミニウムと、ガラス成分と、パラジウム、銀、白金、金、ホウ素、ガリウム、インジウム、亜鉛、錫、アンチモン、マグネシウム、カリウム、チタン、バナジウム、ニッケル、銅、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種のその他の金属とを含む電子回路を含む装置であり、前記装置は、MCSヒーター、LEDライト、厚膜ハイブリッド、燃料電池システム、及び自動車エレクトロニクスからなる群から選択されることを特徴とする装置。

【公表番号】特表2010−538466(P2010−538466A)
【公表日】平成22年12月9日(2010.12.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−523009(P2010−523009)
【出願日】平成20年7月30日(2008.7.30)
【国際出願番号】PCT/US2008/071512
【国際公開番号】WO2009/032429
【国際公開日】平成21年3月12日(2009.3.12)
【出願人】(503468695)フエロ コーポレーション (26)
【Fターム(参考)】