太阳能电池的新改进，铜布线平衡了高效率和低成本

“在日本东北地区创造全球产业”。

日本东北大学教授，开发太阳能电池新材料的小池淳一表示有信心。

小池开发的技术可以用更便宜的铜布线代替用作太阳能电池光接收表面电极的标准银布线。

小池公司过去已开发出铜镁合金材料作为半导体的阻挡金属，并已被半导体制造商所采用。

小池的目标是利用这种经验建立一家铜浆材料制造公司，并将其培养成世界一流的企业。

印刷在硅晶片上的铜布线用于形成银布线的银浆约占太阳能电池单元材料成本的1/4。

通过用便宜的铜浆代替银浆，材料成本可以立即降低20％。

研究小组获得的数据表明，铜浆的布线电阻值低于银浆的布线电阻值，并且该技术与布线宽度减小技术的结合还可以提高电池转换效率。

“海外研究机构认为可以将其提高3-4个百分点”。

（小池）因此，用铜布线代替银布线一直引起全球太阳能电池制造商的关注。

然而，在该领域中，存在诸如铜扩散到硅中从而导致太阳能电池单元的性能下降以及烧结期间铜的氧化之类的问题，这导致电阻值增大。

东北大学通过（1）在硅晶片和铜布线之间形成扩散阻挡层以防止铜扩散，以及（2）改善铜浆的烧结条件以防止氧化来解决了上述问题。

“同时氧化和还原”是指“同时氧化和还原”。

（1）（1）中的扩散阻挡层由厚度为5-10nm的氧化物组成。

它不仅可以防止铜的扩散，而且具有导电性和对铜浆的高附着力（图1）。

因为它很薄，所以几乎对日光的透射率没有影响。

通过将硅晶片浸入溶液状材料中然后在约500℃的温度下对其进行烧结来形成电流扩散阻挡层。

图1：涂覆扩散阻挡层后，印刷了铜浆。

东北大学已经开发出一种用于太阳能电池的铜浆材料。

在硅晶片上涂覆扩散阻挡层之后，印刷铜浆以形成布线。

（东北大学提供的照片）（2）铜浆的烧结条件部分置于还原性气体中。

银浆在大气中烧结，并且浆中的树脂将变成易挥发的氧化物，可以轻松去除。

然而，铜浆被置于氮气中以防止氧化，这使得难以除去树脂。

如果增加氧气浓度以除去树脂，铜表面将被氧化。

尽管尚未公开相关工艺的细节，但是据说已经开发了在烧结炉中同时进行氧化和还原的工艺。

在500℃下烧结1分钟后，铜布线的电阻率在大约5cm＆amp; amp; 5cm处变得与Ag布线的电阻率相同或更小。

亩; ＆amp;欧米茄厘米。

即使延长烧结时间，电阻率也不会增加，因此可以在充分防止铜氧化的同时进行烧结（图2）。

另外，已经证实电阻率可以减小到约3cm＆amp; A。

亩; ＆amp;欧米茄通过调节烧结气体的厘米。

图2：烧结条件为500°C 1分钟。

印刷铜浆后，如果在高于500°C的温度下进行烧结，电阻率将降低。

如果将烧结时间延长到1分钟以上，电阻率将不会有太大变化。

（东北大学提供图片）新公司也有机会目前，关键技术的开发已经完成，太阳能电池的特性已在2012年得到确认，大规模生产技术的开发计划于2012年完成2013（图3）。

在此期间，将成立一家铜浆材料制造公司，并向材料制造商，制造设备制造商和太阳能电池制造商颁发技术授权，以促进实际应用注释1）。

图3：目标是尽快实现业务运营。

关键技术的开发和概念验证计划于2012年完成（a）。

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