成果報告書詳細
管理番号20160000000134
タイトル平成24年度ー平成26年度成果報告書 「太陽エネルギー技術研究開発/太陽光発電システム次世代高性能技術の開発/銅ペースト量産化技術と試験・評価方法に関する研究開発」
公開日2016/12/10
報告書年度2012 - 2014
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約結晶シリコン太陽電池の低コスト化のための銅ペースト事業化を目的に、ナミックス株式会社と共同で銅ペーストの試験・評価方法の開発を実施した。
プロジェクト期間中は、最終目標として以下の3つを掲げて研究開発を進めた。1)既存熱硬化型銀ペーストと同等以上の性能であることを確認する。2)ライン抵抗率:5ー10×10^-6Ω・cm、接触抵抗率:<1 mΩ・cm^2を達成する。3)開発した評価方法をもとに、ナミックス株式会社の事業化を支援する。以下に特筆すべき成果を挙げる。
(1)結晶シリコン太陽電池のバスバー電極としての信頼性試験の実施
バスバー電極としてナミックス社で開発された銅ペーストを利用した結晶シリコン太陽電池に対して、IEC国際規格より厳しい条件でダンプヒート試験及び熱サイクル試験を行った。その結果、ガラス、EVAのラミネート化なしのセルにおいて、太陽電池性能を示すパラメーター(Voc, Jsc, FF, Pmax)が5%以上劣化しないことを確認した。また、タブ線をはんだ付けしたミニモジュールにおいても同様に検討したところ太陽電池性能の5%以上の劣化はなかった。モジュール表面の視覚的に確認できる劣化はなく、また懸念されたはんだ付けしたタブ線の剥離もほとんどなかった。これらの結果より、既存熱硬化型銀ペーストと同等の性能であり、銅バスバー電極作製のための新たなプロセス工程を低コストで導入できれば、銅ペーストの事業化が可能なレベルまで達したと考える。
(2)銅のシリコン基板拡散の評価法の確立
銅をシリコン基板上で扱う上で、もっとも懸念される銅拡散を評価する手法の開発を行った。一つの結果として、Suns-Voc測定により得られるpFF値の熱処理前後の変化を追跡することにより、銅のシリコンへの拡散評価が可能であることが分かった。この手法を用いて、種々検討したところ、銅バスバー電極が接触する銀フィンガー電極を通して、銅がシリコン基板へ拡散することを明らかにした。また、開発した銅ペーストに含まれる樹脂が銅の拡散バリア層となり銅バスバー電極に非常に高い耐拡散性を付与していることが分かった。この手法により、より耐久性のある樹脂選択が可能となり、ナミックスでの事業化に貢献できると考えられる。
(3)低抵抗銅ペーストの開発
ナミックス社において、ライン抵抗率<10×10^-6Ωcmを達成し、銀との接触抵抗率が、1 mΩ・cm^2より2ケタ以上低く、バスバー電極として用いると、ほぼ銀と同程度の太陽電池性能を示すことを確認できた。また、高アスペクト比の銅電極のためのスクリーン印刷技術の開発にも成功した。
英文要約With the aim of industrialization of Cu pastes for lowering the cost of crystalline silicon solar cells, we, collaborating with NAMICS Corporation, developed testing and evaluation techniques for Cu pastes.
During this project, three final goals were targeted: 1)it should be confirmed that the developed Cu pastes have as good solar cell performances as the conventional silver pastes do; 2)the line resistivity should be 5 to 10 μΩcm, the contact one, <1mΩcm^2; 3)the industrialization of Cu pastes developed by NAMICS Corporation should be helped using the developed testing and evaluation techniques.
(1)Reliability tests of Cu pastes as the busbar electrodes in a crystalline silicon solar cell
Severer Damp heat tests and thermal cycle tests of solar cells where Cu pastes developed by NAMICS Corporation were introduced as the busbar electrodes were performed compared to IEC standards. As a result, no more than 5% degradation in solar cell parameters (Voc, Jsc, FF, Pmax) were observed even in the case of solar cells without any encapsulation. Mini-module where solar cells were soldered with tab lines and encapsulated with glass and EVA did not show more than 5% degradation either after the exposure to the harsh tests. No visible degradation on the module surfaces, and no detachment of the tab lines were observed. These results indicated that the Cu pastes have as great solar cell performances as the conventional thermosetting silver pastes. If introduction of the Cu busbar electrodes is realized at a low cost, industrialization of the Cu paste is in the reachable level.
(2)Development of evaluation techniques for Cu diffusion into silicon substrate
Evaluation techniques for Cu diffusion into silicon substrate, which is one of the most concerning issues when dealing with Cu on silicon substrates, were developed. As a result, it was found that degradation of pFF, which is obtained by Suns-Voc measurements after a heat treatment has a strong relationship with Cu diffusion into silicon. It was made clear that Cu diffused through Ag electrodes, which were contacted with Cu busbar electrodes. The resin in Cu pastes served as the diffusion barrier layer. This technique provides an easy filtration method to find more resistive resin against Cu diffusion, and in the way the industrialization of Cu pastes developed by NAMICS Corporation can be helped.
(3)Development of Cu pastes with a low resistivity
In NAMICS Corporation, a Cu paste showing <10x10^-6Ωcm of the line resistivity was developed. It had a lower contact resistivity with a Ag finger electrode by more than two digit than 1 mΩ・cm^2. Development of a screen-printing technique, which could provide a Cu electrode with a high aspect ratio was succeeded.
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