多機能性透明導電膜を用いた銅ペーストシリコン太陽電池の開発

使用多功能透明导电膜的铜浆料硅太阳能电池的开发

• 批准号: 17J03057
• 负责人: 齋藤 友大
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J03057/
• 关键词: 銅ペースト; 透明導電膜; シリコン太陽電池; 拡散バリア性; 界面接触抵抗; 密着性

本研究では、Al添加ZnO(AZO膜)に着目し、これまでの研究でAZO膜を用いたCuペーストセル特性は既存のAgセルを超える世界初の結果を得ている。一方で、実用化のためには、AZOのCu拡散バリア性、導通性、密着性を学術的観点から調査し、Cu/AZO/Si間での界面反応の解明及び伝導機構を理解する必要がある。AZO膜の膜厚、Cuペースト配線の焼成温度、雰囲気、時間を変化させた太陽電池セル試料を作製し、各パラメータに対する特性変化とその起因する原因究明を行った。C-V測定によりAZOのCu拡散バリア性はAZO膜の膜厚が5nm以上必要であることが分かったが、還元温度475℃以上ではCuのSiへの拡散が確認された。Cu/AZO、AZO/Si間における界面反応変化を組織観察し、各界面で形成された界面反応層の組成分析、化学結合状態を同定した。また、Cu/AZO/Si間の界面接触抵抗を算出することで、既存Agセルのそれと比較するとともに、エネルギーバンド構造を明確にした。スパッタ蒸着によってSi基板に成膜されたAZO膜は、膜厚の増加に伴って、結晶性が向上し、キャリア濃度が変化した。このことがCu/AZO間のバンド構造、特に空乏層幅が変化し界面接触抵抗率に大きく寄与することが明らかになった。また、銅ペーストの焼成条件はCu粒子の焼結性及び有機溶媒の除去を目的とした酸化雰囲気下での焼成、酸化したCuの還元のための還元雰囲気下で焼成から成る。これらの焼成雰囲気と温度に対するセル特性への影響は、いずれも焼成温度、時間に比例してセル特性が劣化した。これらの原因は、酸化焼成ではAZO/Si間の絶縁性の界面反応層の形成が界面接触抵抗の増加、還元焼成ではCu/AZO/Si間の密着性の低下が原因であることが分かった。

在这项研究中，我们专注于Al-Added ZnO（Azo膜），在先前的研究中，在超过现有的AG细胞的世界第一个结果中，已经获得了使用AZO膜的Cu糊细胞性能。另一方面，为了实际使用，有必要从学术角度研究CU扩散屏障的性能，电导率和粘附，以阐明Cu/Azo/Si之间的界面反应并了解传导机制。使用偶氮膜的膜厚度，Cu糊接线的烘烤温度，大气和时间以及每个参数的特征以及结果的原因进行了研究。 C-V测量结果表明，对于Cu扩散屏障的性能，偶氮膜的厚度必须为5 nm或更多，但是在降低温度为475°C或更高时，确认CU扩散到Si中。在组织中观察到Cu/Azo和Azo/Si之间的界面反应的变化，并鉴定了在每个界面形成的界面反应层的组成分析，并确定了化学键合态。此外，通过计算Cu/Azo/Si之间的界面接触电阻，它与现有AG细胞的接触电阻进行了比较，并阐明了能带结构。通过溅射蒸发在Si基板上形成的偶氮膜增加了结晶度，并且随着膜厚度的增加，载体浓度也会改变。已显示这对界面接触电阻率有很大的贡献，尤其是耗尽层的宽度，这会改变。铜糊的钙化条件由氧化大气下的钙化组成，目的是烧结Cu颗粒和去除有机溶剂，以及在还原大气下钙化以还原氧化Cu。对烘焙气氛和温度对细胞特性的影响均与烘焙温度和时间成比例地降解。发现这些因素是由于界面接触电阻的增加以及氧化钙化的还原钙化，在氧化钙化中形成了氧化钙化中的绝缘界面反应层引起的这些因素。

项目成果

Characterization of Metal oxide barrier layer in screen-printed Cu paste electrode / mono c-Si solar cell

丝网印刷铜浆电极/单晶硅太阳能电池中金属氧化物阻挡层的表征

• 发表时间: 2018
• 作者: Tomohiro Saito;Masatoshi Tanabe;Tetsuya Fukuda;Yuji Kurimoto;Hoang Tri Hai;Daisuke Ando;Yuji Sutou;Katsuhiko Shirasawa;Junichi Koike
• 通讯作者: Junichi Koike

銅ペースト/多機能性界面層を用いたAl-BSF単結晶Si太陽電池特性

使用铜浆料/多功能界面层的Al-BSF单晶硅太阳能电池的特性

• 发表时间: 2017
• 作者: 齋藤友大;福田哲也;Hoang Tri Hai;栗本祐司;安藤 大輔;須藤 祐司;白澤勝彦;小池 淳一
• 通讯作者: 小池 淳一

Formation of Low Resistance Emitter Contact Using Screen-Printed Etching Resist and Copper Paste

使用丝网印刷抗蚀剂和铜浆形成低电阻发射极触点

• 发表时间: 2017
• 期刊: Proceedings of the 44th-Photovoltaic Specialists Conference
• 作者: Yuji Kurimoto;Tetsuya Fukuda;Tomohiro Saito;Daisuke Ando;Yuji Sutou;Katsuhiko Shirasawa;Junichi Koike
• 通讯作者: Junichi Koike

Characterization of Metal oxide barrier layer in screen-printed Cu paste electrode / mono c-Si solar cell

丝网印刷铜浆电极/单晶硅太阳能电池中金属氧化物阻挡层的表征

• 发表时间: 2018
• 作者: Tomohiro Saito;Masatoshi Tanabe;Tetsuya Fukuda;Yuji Kurimoto;Hoang Tri Hai;Daisuke Ando;Yuji Sutou;Katsuhiko Shirasawa;Junichi Koike
• 通讯作者: Junichi Koike

Baking temperature dependence of Cu paste on Al-BSF cell properties

铜浆的烘烤温度对 Al-BSF 电池性能的依赖性

• 发表时间: 2017
• 期刊: Proceedings of the 44th-Photovoltaic Specialists Conference
• 作者: Tomohiro Saito;Tetsuya Fukuda;Yuji Kurimoto;Hoang Tri Hai;Daisuke Ando;Yuji Sutou;Katsuhiko Shirasawa;Junichi Koike
• 通讯作者: Junichi Koike