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。

In this study, Al doped ZnO(AZO film) was studied. The results of this study showed that AZO film had good Cu properties and Ag properties. On the one hand, it is necessary to investigate the academic points of Cu dispersion, conductivity and adhesion of AZO, and to understand the interface reaction and conduction mechanism between Cu/AZO/Si. The causes of the changes in AZO film thickness, Cu composition, firing temperature, temperature, and time were investigated. During C-V measurement, the Cu dispersion characteristics of AZO are consistent with the film thickness of AZO film being more than 5nm, and the Cu dispersion of AZO film is consistent with the reduction temperature of 475 ° C or more. The microstructure of Cu/AZO and AZO/Si interface was observed, and the composition and chemical bonding state of each interface were analyzed. The interface contact resistance between Cu/AZO/Si was calculated and compared with that of existing Ag layers. The film thickness of AZO film on Si substrate increases, the crystallinity increases, and the concentration decreases. The structure of Cu/AZO interface, the amplitude of depletion layer and the contact resistivity of Cu/AZO interface are changed. The sintering conditions of Cu particles and the removal of organic solvents are: sintering under acidizing conditions, sintering under acidizing conditions, and sintering under acidizing conditions. The effect of the firing temperature on the individual characteristics is that the firing temperature and the proportion of the firing time degrade the individual characteristics. The reason for this is that the formation of the interfacial reflection layer between AZO/Si and the increase of the interfacial contact resistance and the decrease of the adhesion between Cu/AZO/Si due to the acidification firing.

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