(57)【要約】【課題】厚膜電極の製造方法を提供する。【解決手段】導電性粉末と、ガラスフリットと、有機ポリマー３．５〜１２．５重量パーセントと、溶剤とを含む導電性ペーストを基材上に適用する工程であって、重量パーセントが導電性粉末、ガラスフリット、および有機ポリマーの全重量に基づいている工程と、適用された導電性ペーストを焼成して、厚さが１〜１０μｍである厚膜電極を形成する工程と、電線を厚膜電極にはんだ付けする工程とを含む、厚膜電極を製造する方法。【選択図】図１Ｄ
2014053287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚膜電極を製造する方法であって、
導電性粉末と、ガラスフリットと、有機ポリマー３．５〜１２．５重量パーセント（ｗｔ％）と、溶剤とを含む導電性ペーストを基材上に適用する工程であって、前記ｗｔ％が前記導電性粉末、前記ガラスフリット、および前記有機ポリマーの全重量に基づいている工程と、
適用された前記導電性ペーストを焼成して、厚さが１〜１０μｍである厚膜電極を形成する工程と、
電線を前記厚膜電極にはんだ付けする工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記導電性ペーストが、前記導電性ペーストの全重量に基づいて１９〜６８ｗｔ％の導電性粉末、０．１〜８ｗｔ％のガラスフリット、２〜１０ｗｔ％の有機ポリマーおよび２８〜７２ｗｔ％の溶剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記導電性粉末が、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）およびそれらの混合物からなる群から選択された金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記導電性粉末が球状粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記導電性粉末が０．５〜５μｍの直径を有する粒子から構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基材が半導体基材である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記半導体基材が半導体層と、前記半導体層の少なくとも一方の面の表面上の絶縁層とを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記厚膜電極が太陽電池電極である、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
太陽電池を製造する方法であって、
前面および裏面を有するシリコンウエハを作製する工程であって、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を含む絶縁層が前記前面上に形成される工程と、
導電性粉末と、ガラスフリットと、有機ポリマー３．５〜１２．５ｗｔ％と、溶剤とを含む導電性ペーストを少なくとも前記前面または前記裏面のどちらかの上に適用する工程であって、ｗｔ％が前記導電性粉末、前記ガラスフリット、および前記有機ポリマーの全重量に基づいている工程と、
適用された前記導電性ペーストを焼成して、太陽電池のバス電極として厚さが１〜１０μｍである厚膜電極を形成する工程と、
電線を前記厚膜電極にはんだ付けして、太陽電池を別の太陽電池に電気的に接続する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
１〜１０μｍの厚さを有する厚膜電極を形成するための導電性ペーストであって、
導電性粉末と、ガラスフリットと、有機ポリマー３．５〜１２．５ｗｔ％と、溶剤とを含み、
前記ｗｔ％が、前記導電性粉末、前記ガラスフリットおよび前記有機ポリマーの全重量に基づいている、
ことを特徴とする導電性ペースト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国仮特許出願第６１／６６１５０９号（２０１２年６月１９日出願）の利益を請求する。
【０００２】
本発明は、厚膜電極を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気デバイスは寸法を縮小されるかまたは材料消費が低減される必要があるので、慣例的に数十ミクロンの厚さを有する厚膜電極はより薄くなる必要がある。しかしながら、厚さが十分にない厚膜電極ははんだ付着性が不十分であることが公知である。
【０００４】
（特許文献１）には、太陽電池の裏面上に厚さ２０〜３０μｍのバス電極を形成するための導電性ペーストが開示されている。導電性ペーストは、有機ビヒクル５〜５０重量パーセント（ｗｔ％）中に分散された、３．０〜１５．０μｍの粒径を有するＡｇ粒子４０〜９３ｗｔ％、およびガラス粒子２〜１０ｗｔ％を含有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８０１７８９３０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
目的は、１〜１０μｍの厚さならびに十分なはんだ付着性を有する電極を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様は、導電性粉末と、ガラスフリットと、有機ポリマー３．５〜１２．５重量パーセント（ｗｔ％）と、溶剤とを含む導電性ペーストを基材上に適用する工程であって、ｗｔ％が導電性粉末、ガラスフリット、および有機ポリマーの全重量に基づいている工程と、適用された導電性ペーストを焼成して、厚さが１〜１０μｍである厚膜電極を形成する工程と、厚膜電極をはんだ付けする工程とを含む厚膜電極を製造する方法に関する。
【０００８】
別の態様は、前面および裏面を有するシリコンウエハを作製する工程であって、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を含む絶縁層が前面上に形成される工程と、導電性粉末と、ガラスフリットと、有機ポリマー３．５〜１２．５ｗｔ％と、溶剤とを含む導電性ペーストを少なくとも前面または裏面のどちらかの上に適用する工程であって、ｗｔ％が導電性粉末、ガラスフリット、および有機ポリマーの全重量に基づいている工程と、適用された導電性ペーストを焼成して、太陽電池のバス電極として厚さが１〜１０μｍである厚膜電極を形成する工程と、厚膜電極に電線をはんだ付けして、太陽電池を別の太陽電池に電気的に接続する工程とを含む、太陽電池を製造する方法に関する。
【０００９】
別の態様は、導電性粉末と、ガラスフリットと、有機ポリマー３．５〜１２．５ｗｔ％と、溶剤とを含む、１〜１０μｍの厚さを有する厚膜電極を形成するための導電性ペーストに関し、ｗｔ％が導電性粉末、ガラスフリットおよび有機ポリマーの全重量に基づいている。
【００１０】
１〜１０μｍの厚さを有する厚膜電極のはんだ付着性を本発明によって改良することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】太陽電池電極を製造する方法を説明する。
【図１Ｂ】太陽電池電極を製造する方法を説明する。
【図１Ｃ】太陽電池電極を製造する方法を説明する。
【図１Ｄ】太陽電池電極を製造する方法を説明する。
【図２】太陽電池の前面の略図である。
【図３】太陽電池の裏面の略図である。
【図４】太陽電池モジュールの略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
厚膜電極は導電性ペーストを用いて形成される。導電性ペーストは、基材上に適用するために適した粘度を有する「ペースト」を形成するための、有機媒体中に分散された無機粉末を含有する。厚膜電極および厚膜電極を形成するための導電性ペーストを製造する方法がそれぞれ以下に説明される。
【００１３】
厚膜電極を製造する方法
厚膜電極は、導電性ペーストを基材上に適用する工程と、任意選択により、適用された導電性ペースト乾燥させる工程と、乾燥された導電性ペーストを焼成する工程とによって形成される。
【００１４】
導電性ペーストを基材上に適用する方法は、スクリーン印刷、ノズル放出、またはオフセット印刷であり得る。
【００１５】
導電性ペーストを上に適用することができる任意のタイプの基材を使用することができる。例えば、金属基材、セラミック基材、ガラス基材、または半導体基材を基材として使用することができる。基材は、基材の少なくとも一方の面の表面上に形成された絶縁層を含むことができる。
【００１６】
特に、基材が金属層を含有する金属基材であるとき、厚膜電極が上に形成される、金属層の面上に絶縁層を含むことができる。
【００１７】
基材が、半導体層を含有する半導体基材であるとき、絶縁層が半導体層上に形成されることは必ずしも必要ではない。厚膜電極を半導体層上に直接に形成することができ、または厚膜電極を半導体基材の絶縁層上に形成することができる。実施形態において、半導体基材は、半導体層と、半導体層の少なくとも一方の面の表面上の絶縁層とを含むことができる。
【００１８】
基材上に適用された導電性ペーストを任意選択により乾燥させることができる。適用された導電性ペーストが乾燥されるとき、導電性ペーストを固化して基材上に強固に定着させることができるように導電性ペースト中の溶剤が蒸発される。しかしながら、適用された導電性ペーストはまた、乾燥工程を行なわずに直接に焼成されてもよい。
【００１９】
溶剤の蒸発特性に応じて乾燥条件を調節することができる。実施形態において、乾燥温度は実施形態において６０〜３５０℃、別の実施形態において１００〜２６０℃、別の実施形態において１２０〜２００℃であり得る。乾燥時間は、実施形態において１０秒〜３０分、別の実施形態において１分〜１５分であり得る。
【００２０】
焼成条件に制限はない。焼成プロセスを炉内で行なうことができる。焼成条件は、基材のタイプまたは導電性ペーストの性質に応じて変化することができる。しかしながら、厚膜電極は一般に、導電性ペーストを実施形態において４００〜１０００℃、別の実施形態において５２０〜９８０℃、またはさらに別の実施形態において６００〜９００℃の設定ピーク温度において焼成することによって得られる。焼成時間は、一実施形態において１０秒〜１時間および別の実施形態において３０秒〜４０分であり得る。
【００２１】
焼成後に得られた厚膜電極は１〜１０μｍの厚さである。別の実施形態において、電極は１．５〜８．５μｍの厚さ、さらに別の実施形態において２〜６．９μｍの厚さ、さらに別の実施形態において２．５〜６μｍの厚さであり得る。このような厚さを有する厚膜電極は、薄くて小さな電気デバイスで使用可能なほど十分薄くなり得るか、または材料の使用の低減に寄与し得る。
【００２２】
厚膜電極は、別の電気デバイスと電気的に相互接続するためにはんだ付けされる。はんだリボン、例えばＳｎ／Ｐｂ／Ａｇ、Ｓｎ／ＰｂまたはＰｂを含有しないＳｎ／Ｂｉのはんだでコートされた銅を使用することができる。はんだ条件は典型的に、中程度に活性化されるかまたは活性化されていない融剤で５秒間２００〜３５０℃であり得る。
【００２３】
厚膜電極は、基材からほとんど外れないように十分なはんだ付着性を有する。はんだ付着性を装置、例えばＰｅｅｌ  Ｆｏｒｃｅ  ６０６（ＭＯＧＲＬ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）によって測定することができる。
【００２４】
厚膜電極を任意の電気デバイス、例えば抵抗器、キャパシタ、基板上の回路、半導体デバイス、例えばＬＥＤデバイスまたは太陽電池において使用することができる。
【００２５】
厚膜電極を使用する電気デバイスの例の１つは太陽電池であり得る。太陽電池は、はんだリボンなどの金属線をはんだ付けすることによって太陽電池を電気的に相互接続するバス電極を有する。実施形態において、図４に示されるように太陽電池の前面上のバス電極２４ａは、金属線３１をはんだ付けすることによって隣接する太陽電池の裏面上の別のバス電極２４ｂに接続され、それによって太陽電池モジュール４００を形成する。
【００２６】
図１Ａ〜１Ｄを参照して太陽電池を製造する実施例が説明される。実施例の太陽電池は、半導体層の裏面表面および前面表面上の絶縁層を特徴とする不動態化エミッターおよび背面電池（ＰＥＲＣ：Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ  Ｅｍｉｔｔｅｒ  ａｎｄ  Ｒｅａｒ  Ｃｅｌｌ）である。しかしながら、本発明はこの実施例に限定されない。
【００２７】
半導体基材１００は半導体層１０、例えば、シリコンウエハを含む（図１Ａ）。半導体基材１００はさらに、半導体層１０の前面表面上の第１の絶縁層１１ａおよび裏面表面上の第２の絶縁層１１ｂを含むことができる。絶縁層は、それが前面上に形成されるとき、不動態化層として、さらに反射防止コーティング（ＡＲＣ）として機能する。
【００２８】
本明細書において、「前面」は電気を発生させるために太陽電池を実際に設置する時に受光する面であり、「裏面」は前面の反対側の面である。
【００２９】
窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を絶縁層１１ａおよび１１ｂの材料として使用することができる。絶縁層をスパッタリング、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、または熱ＣＶＤまたはプラズマＣＶＤによって形成することができる。また、複数層構造、例えば、窒化シリコン／酸化シリコンまたは窒化シリコン／酸化アルミニウムの２層が利用可能である。絶縁層１１ａおよび１１ｂの厚さは１０〜５００ｎｍであり得る。
【００３０】
ＰＥＲＣにおいて、裏面上の絶縁層１１ｂは、裏面上の電極が開口において半導体層と電気的に接触することができるように半導体層の表面が露出される開口１２を有することができる。開口１２を作製するために、絶縁層１１ｂを裏面の表面全体に形成し、次に、例えばレーザー融蝕によって部分的に除去することができる。実施形態において開口１２の面積は半導体領域の裏面表面の面積の０．１〜５０％であり得る。
【００３１】
しかしながら、開口１２は必須ではない。絶縁層１１ｂをファイアスルーする（ｆｉｒｉｎｇ  ｔｈｒｏｕｇｈ）ことができる導電性ペーストを部分的に適用するとき、またはレーザーパルスによって電極が絶縁体を貫通し、半導体層にまで達するレーザー焼成コンタクト（ＬＦＣ：Ｌａｓｅｒ  Ｆｉｒｅｄ  Ｃｏｎｔａｃｔ）の場合、開口は必要ではない。
【００３２】
前面上に、指線を形成する第１の導電性ペースト１３およびバス電極を形成する第２の導電性ペースト１４ａを半導体基材１００の前面上に適用することができる（図１Ｂ）。第１の導電性ペーストおよび第２の導電性ペーストを適用する順序に制限はない。実施形態において、最初に第１の導電性ペースト１３を適用することができ、次に、第２の導電性ペースト１４ａを第１の導電性ペースト１３の上に適用することができる。実施形態において第２の導電性ペーストは第１の導電性ペーストと同じであってもよく、同時に適用されてもよい。
【００３３】
絶縁層１１ａが前面上に形成されるとき、第１の導電性ペースト１３は、半導体層１０と電気的に接触するために焼成の間に第１の絶縁層１１ａをファイアスルーすることができる場合がある。バス電極の主な役割は半導体基材１００において発生されて指線によって取り出される電気を変換することであるので、第２の導電性ペースト１４ａは、必ずしも第１の絶縁層１１ａを常にファイアスルーすることができる必要はない。しかしながら、第２の導電性ペースト１４ａならびに第１の導電性ペースト１３はファイアスルーすることができる場合がある。
【００３４】
図１Ｃに示されるように、裏面上に、バス電極を形成する第３の導電性ペースト１４ｂおよびＡｌ電極を形成するアルミニウム（Ａｌ）ペースト１５を半導体基材１００の裏面上に適用することができる。また、第３の導電性ペースト１４ｂおよびＡｌペースト１５を適用する順序に制限はない。実施形態において、最初に第３の導電性ペースト１４ｂを半導体基材上に適用することができ、次に、Ａｌ導電性ペースト１５を裏面表面の面積の残部に適用することができる。
【００３５】
図１Ｃに示されるように、Ａｌペースト１５を絶縁層１１ｂ上に適用して開口１２を被覆し、その結果、図１Ｄに示されるように、Ａｌペースト１５のアルミニウムが半導体層１０中に分散して焼成の間に裏面電界（ＢＳＦ）１６を形成する。
【００３６】
半導体基材１００上のペースト１３、１４ａ、１４ｂおよび１５を乾燥させることができる。実施形態において、乾燥条件は、ペースト中に含有された溶剤を完全に乾燥させるために０．１〜２０分間７０〜３８０℃であり得る。しかしながら、乾燥工程を行なわずに、適用された導電性ペーストを直接に焼成することができる。
【００３７】
乾燥された第１の導電性ペースト１３は指線を形成し、３０〜５０μｍの厚さであり得る。乾燥された第２および第３の導電性ペースト１４ａおよび１４ｂは、前面および裏面それぞれの上にバス電極を形成し、２〜２０μｍの厚さであり得る。
【００３８】
乾燥されたＡｌペースト１５は２０〜４０μｍの厚さであり得る。
【００３９】
乾燥された第２の導電性ペースト１４ａは、乾燥された第２の導電性ペーストの重量に基づいて一実施形態において導電性粉末８６〜９８ｗｔ％を含み、乾燥された第２の導電性ペーストの重量に基づいて別の実施形態において８６．５〜９７ｗｔ％、さらに別の実施形態において８７．５〜９６ｗｔ％およびさらに別の実施形態において８８〜９４ｗｔ％を含む。
【００４０】
乾燥された第３の導電性ペースト１４ｂは、乾燥された第３の導電性ペースト１４ｂの重量に基づいて一実施形態において導電性粉末８６〜９８ｗｔ％、別の実施形態において８６．５〜９７ｗｔ％、さらなる実施形態において８７．５〜９６ｗｔ％、さらに別の実施形態において８８〜９４ｗｔ％、およびさらに別の実施形態において８９〜９３ｗｔ％を含む。
【００４１】
乾燥された第２および第３の導電性ペースト１４ａおよび１４ｂが示された範囲の導電性粉末を含有するとき、バス電極の付着性は以下の実施例に示されるように増加し得る。
【００４２】
図１Ｄに示されるように、指線２３、前面バス電極２４ａ、裏面バス電極２４ｂおよびＡｌ電極２５は、乾燥された第１の導電性ペースト１３、乾燥された第２の導電性ペースト１４ａ、乾燥された第３の導電性ペースト１４ｂおよび乾燥されたＡｌペースト１５をそれぞれ、焼成することによって得られる。
【００４３】
指線２３が半導体層１０と電気的に接触することができるように第１の導電性ペースト１３は焼成の間に第１の絶縁層１１ａをファイアスルーすることができる場合がある。第２の導電性ペースト１４ａおよび第３の導電性ペースト１４ｂは、図１Ｄにおいて、Ａｌペースト１５と同様、第１の絶縁層１１ａおよび第２の絶縁層１１ｂをそれぞれファイアスルーしない。しかしながら、別の実施形態において、バス電極２４ａおよび２４ｂが半導体層１０と接触することができるように第２の導電性ペースト１４ａおよび第３の導電性ペースト１４ｂは絶縁層１１ａおよび１１ｂをそれぞれファイアスルーすることができる場合がある。
【００４４】
焼成は、１秒〜１５分間６００〜１０００℃のピーク設定温度によって炉を使用して実施されてもよい。別の実施形態において、ピーク設定温度は、５秒〜２３分間４００〜６００℃、および３秒〜１９分間６００℃超であってもよい。全焼成時間は、一実施形態において１０秒〜３０分、別の実施形態において２０秒〜１５分、さらに別の実施形態において３０秒〜５分であってもよい。このような条件で焼成するとき、半導体層に対する損傷を抑えながら電極を形成することができる。焼成時間は、例えば炉の入口から出口まで計算されてもよい。
【００４５】
指線２３は１５〜４０μｍの厚さであり得る。Ａｌ電極２５は２０〜３０μｍの厚さであり得る。バス電極の厚さは、上に記載された厚さと同じ厚さである。
【００４６】
上の説明において、前面および裏面上のペーストが同時に焼成され、それは同時焼成と呼ばれる。同時焼成によって、プロセスはより短くかつ簡単になり、製造費を低減することができる。あるいは、前面上のペースト、第１の導電性ペースト１３および第２の導電性ペースト１４ａおよび裏面上のペースト、第３の導電性ペースト１４ｂおよびＡｌペースト１５を別々に焼成することができ、例えば最初に裏面上にペースト１４ｂおよび１５を適用して焼成し、次に、異なった焼成プロファイルで前面上にペースト１３および１４ａを適用して焼成することができる。特に、適した焼成条件が各々のペーストについて異なっているとき、別々に焼成するのが有効である。
【００４７】
実施形態において、前面バス電極２４ａおよび裏面バス電極２４ｂを本発明によって形成することができる。
【００４８】
別の実施形態において、裏面バス電極２４ｂを本発明によって形成することができ、および前面バス電極２４ａを指線２３と同じ導電性ペーストで形成することができる。同じ導電性ペーストによって指線２３および前面バス電極２４ａを形成するとき、製造プロセスは簡単になり得る。
【００４９】
図２に示されるように、指線２３および前面バス電極２４ａのパターンの実施例は、前面バス電極２４ａの２本の線とバス電極２４ａの両側に形成された指線２３とによる櫛形であり得る。
【００５０】
図３に示されるように、裏面上の電極のパターンは裏面バス電極２４ｂの２本の線とすることもでき、Ａｌ電極２５が基材１００の裏面表面の残部を被覆する。裏面バス電極２４ｂとＡｌ電極２５とをこれらの電極の境界において部分的に重なり合わせることができる。
【００５１】
ＰＥＲＣの実施例が上に説明されるが、本発明は、他のタイプの太陽電池、例えば不動態化層だけが前面上にある半導体基材を有する太陽電池、および単に前面の不動態化層と裏面上の電極とを有するバックコンタクトタイプの太陽電池において利用することができる。
【００５２】
半導体基材１００が裏面上に絶縁層１１ｂを有しないとき、裏面バス電極２４ｂが半導体層１０上に直接に形成される。
【００５３】
厚膜電極を製造するための導電性ペーストを以下に詳細に説明する。
【００５４】
導電性ペースト
導電性ペーストは、導電性粉末、ガラスフリット、有機ポリマー、および溶剤を含有する。
【００５５】
導電性粉末
導電性粉末は、厚膜電極が電流を送ることを可能にする任意の粉末である。導電性粉末は、実施形態において銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）およびそれらの混合物からなる群から選択された金属を含むことができる。この導電性粉末によって、厚膜電極は十分な電気的性質を有することができる。
【００５６】
導電性粉末は、別の実施形態においてＡｇ元素の粉末、Ｎｉ元素の粉末、Ｃｕ元素の粉末、Ａｕ元素の粉末、Ｐｔ元素の粉末、Ｐｄ元素の粉末、Ａｌ元素の粉末およびそれらの混合物からなる群から選択された金属粉末を含むことができる。金属元素の粉末の純度は実施形態において９５ｗｔ％超、別の実施形態において９７ｗｔ％超、およびさらに別の実施形態において９９ｗｔ％超である。
【００５７】
別の実施形態において、導電性粉末はＡｇを含有する金属粉末、例えばＡｇ−Ｎｉ合金、Ａｇ−Ｃｕ合金、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ａｇ−Ａｌ合金であり得る。銀ははんだ付けできることが公知である。アルミニウム（Ａｌ）は十分にはんだ付けできず、その結果、導電性粉末はＡｌをあまり含有できず、例えば導電性粉末の全重量に基づいて最大で３０ｗｔ％含有することができる。
【００５８】
実施形態において、導電性粉末粒子は形状において球状であり得る。球状粉末は、以下の実施例において示されるようにバス電極に対するすぐれた付着性を示すことができる。
【００５９】
導電粉末粒子の粒径に制限はない。導電性粉末粒子の粒径は、実施形態において０．５〜５μｍ、別の実施形態において０．６〜３．５μｍ、さらに別の実施形態において０．７〜２．５μｍ、さらに別の実施形態において０．９〜１．９μｍであり得る。これらの範囲の粒径を有する導電性粉末を含有する導電性ペーストは、１〜１０μｍの厚さの厚膜電極を形成することができる。
【００６０】
粒径は、レーザー回折散乱法を使用して粒径の分布を測定することによって得られる。体積によって測定された時の粒度分布の第５０百分位数である中央値は、Ｄ５０として定義され、粒径を表わす。ＭｉｃｒｏｔｒａｃモデルＸ−１００は、この測定のために使用できる市販の装置の例である。
【００６１】
導電性粉末は、導電性粉末、ガラスフリットおよび有機ポリマーの全重量に基づいて９６ｗｔ％以下であり得る。導電性粉末は、導電性粉末、ガラスフリットおよび有機ポリマーの全重量に基づいて一実施形態において少なくとも７５ｗｔ％、第２の実施形態において少なくとも７８ｗｔ％、さらに別の実施形態において少なくとも８４ｗｔ％およびさらに別の実施形態において少なくとも８９ｗｔ％であり得る。
【００６２】
導電性粉末は、導電性ペーストの全重量に基づいて実施形態において１９〜６８ｗｔ％、別の実施形態において３１〜６５ｗｔ％およびさらに別の実施形態において３９〜６１ｗｔ％であり得る。
【００６３】
ガラスフリット
ガラスフリットは、導電性粉末を焼結するのを助けるように機能するかまたは基材に対する厚膜電極の付着性を増加させるように機能する。
【００６４】
ここでガラスフリットの化学組成は限定されない。いかなるガラスフリットも、導電性ペーストにおいて使用するために適し得る。例えば、鉛−ホウ素−シリコンガラスまたは鉛を含有しないビスマスガラスフリットを使用することができる。
【００６５】
ガラスフリットは、導電性ペーストの全重量に基づいて実施形態において０．１〜８ｗｔ％、別の実施形態において０．２〜５ｗｔ％およびさらに別の実施形態において０．３〜３ｗｔ％であり得る。ガラスフリットのこのような量によって、導電性粉末の焼結および厚膜電極と基材との間の付着性は十分であり得る。
【００６６】
ガラスフリットは、導電性粉末、ガラスフリットおよび有機ポリマーの全重量に基づいて実施形態において０．２〜１０ｗｔ％、別の実施形態において０．５〜６．２ｗｔ％およびさらに別の実施形態において１．０〜３．５ｗｔ％であり得る。ガラスフリットのこのような量によって、導電性粉末の焼結および厚膜電極と基材との間の付着性は十分であり得る。
【００６７】
実施形態において、ガラスフリットの軟化点は３９０〜６００℃であり得る。軟化点が範囲内であるとき、ガラスフリットは適切に溶融して上述の効果を得るであろう。
【００６８】
有機ポリマー
有機ポリマーを溶剤と組合せてバインダーとして使用して、所望のパターンを有する基材上に適用するために適した粘度を有する「ペースト」を形成する。有機ポリマーは、焼尽または炭化されることによって焼成の間に大部分は除去され得る。
【００６９】
有機ポリマーのタイプに制限はない。多種多様な不活性粘稠材料を有機ポリマーとして使用することができる。実施形態において、有機ポリマーは、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ウッドロジン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂またはそれらの混合物を含むことができる。別の実施形態において、有機ポリマーはエチルセルロースであり得る。
【００７０】
有機ポリマーは、導電性粉末、ガラスフリットおよび有機ポリマーの全重量に基づいて３．５〜１２．５ｗｔ％である。有機ポリマーは、導電性粉末、ガラスフリットおよび有機ポリマーの全重量に基づいて少なくとも３．６ｗｔ％、さらに別の実施形態において少なくとも３．９ｗｔ％およびさらに別の実施形態において少なくとも４．０ｗｔ％であり得る。有機ポリマーは、導電性粉末、ガラスフリットおよび有機ポリマーの全重量に基づいて別の実施形態において１０ｗｔ％以下、さらに別の実施形態において９．２ｗｔ％以下およびさらに別の実施形態において７．５ｗｔ％以下であり得る。有機ポリマーがこれらの範囲内であるとき、薄い電極のはんだ付着性は以下の実施例に示されるように増加し得る。
【００７１】
有機ポリマーは、導電性ペーストの全重量に基づいて実施形態において２〜１０ｗｔ％、別の実施形態において２．５〜８ｗｔ％およびさらに別の実施形態において３〜６ｗｔ％であり得る。有機ポリマーがこれらの範囲内であるとき、導電性ペーストは、適用方法に適した粘度を有する。
【００７２】
溶剤
溶剤は、導電性ペーストの粘度を調節するために主に使用される。溶剤は焼成の間に蒸発されるかまたは焼成の前に乾燥が行われる時には乾燥の間に蒸発される。
【００７３】
溶剤は、有機ポリマーの沸点および溶解度を考慮して選択される。実施形態において溶剤の沸騰温度は５０〜２５０℃であり得る。実施形態において、溶剤は、テキサノール、エステルアルコール、テルピネオール、ケロシン、ジブチルフタレート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、またはヘキシレングリコールを含むことができる。別の実施形態において溶剤は、一般に使用されるテルピネオールであり得る。
【００７４】
溶剤は、導電性ペーストの全重量に基づいて実施形態において２８〜７２ｗｔ％、別の実施形態において３１〜６１ｗｔ％、別の実施形態において３３〜５６ｗｔ％であり得る。溶剤が範囲内にあるとき、導電性ペーストは、薄い電極を形成するための適用方法に適した粘度を有するであろう。
【００７５】
添加剤
上述の材料の他に、増粘剤、安定剤、乳化剤、および粘度調整剤などの有機添加剤または金属酸化物、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）の粉末などの無機添加剤を導電性ペーストに添加することができる。複数のタイプの添加剤を使用することができる。添加剤のタイプおよび量は、保存安定性、印刷適性、または得られた電気的性質などの所望の特性を考慮して、当業者によって選択され得る。
【実施例】
【００７６】
本発明は、以下の実施例によって説明されるがそれらに限定されない。絶縁層を有する半導体基材上に厚膜電極が形成された。実施例の厚膜電極は、仮定された太陽電池バス電極であった。
【００７７】
厚膜電極の作製
導電性粉末、ガラスフリット、および有機媒体を含有する導電性ペーストは、以下の材料および手順を使用して調製された。材料の量を表１に示す。別記しない限り、重量パーセント（ｗｔ％）はここにおいて導電性ペーストの全重量に基づいている。
−導電性粉末：平均１．１μｍの粒径（Ｄ５０）を有する球状銀（Ａｇ）粉末。
−ガラスフリット：軟化点（Ｔｓ）４６５℃を有するＰｂ−Ｂ−Ｓｉガラスフリット
−有機ポリマー：エチルセルロース
−溶剤：テルピネオール
【００７８】
Ａｇ粉末とガラスフリットとをエチルセルロースとテルピネオールとの混合物中に分散させ、１５分間混合して導電性ペーストを形成した。十分に混合したとき、導電性ペーストを０〜４００ｐｓｉの徐々に増加する圧力において３本ロール練り機を繰り返し通過させた。分散度を磨砕度（ＦＯＧ）によって測定した。典型的なＦＯＧ値を２０／１０以下に調節した。
【００７９】
上に得られた導電性ペーストは、シリコンの半導体基材上に形成された窒化シリコン（ＳｉＮｘ）の絶縁層上に厚膜プリンタ（ＭＣ２１２，Ｃ．Ｗ．Ｐｒｉｃｅ  Ｃｏ．Ｉｎｃ．）によって２５０メッシュのスクリーンマスクを通して幅２ｍｍ、長さ３４ｍｍおよび厚さ８０μｍの線パターンでスクリーン印刷された。半導体基材は一辺３８ｍｍの四角形であった。印刷圧力は１０ｐｓｉであり、ダウンストップは、印刷厚さを制御するために０〜１００μｍに変化させられた。
【００８０】
印刷された導電性ペーストを炉内で５分間１５０℃において乾燥させた。
【００８１】
厚膜電極は、乾燥された導電性ペーストを炉（ＣＦ−７２１０、Ｄｅｓｐａｔｃｈ  ｉｎｄｕｓｔｒｙ）内で９４５℃のピーク温度設定で焼成することによって得られた。９４５℃の炉の設定ピーク温度は、シリコン基材の上面の測定された温度７５０℃に相当する。炉の入口から出口までの焼成時間は６０秒であった。焼成設定条件は１２秒間４００〜６００℃、６秒間６００℃超であった。炉のベルト速度は５５０ｃｐｍであった。
【００８２】
焼成後の厚膜電極の厚さは５．０±０．２μｍであった。
【００８３】
はんだ付着性の測定
厚膜電極の付着性を以下の手順によって測定した。Ｓｎ／Ｐｂはんだでコートされた銅リボン（Ｕｌｂｒｉｃｈ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  Ｓｔｅｅｌｓ  ＆  Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ，Ｉｎｃ．）をはんだ付け用フラックス（Ｋｅｓｔｅｒ−９５２ｓ，  Ｋｅｓｔｅｒ，Ｉｎｃ．）に浸し、次に、空気中で５秒間乾燥させた。はんだでコートされた銅リボンの半分を電極上に置き、はんだ付けをはんだ付け装置（ＳＣＢ−１６０，ＳＥＭＴＥＫ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）で行なった。はんだこての設定温度は２２０〜２４０℃であり、はんだこての先端の実際の温度は、Ｋ型熱電対によって測定されたとき１９５℃〜２１５℃であった。
【００８４】
厚膜電極に付着しなかった銅リボンの残部を水平に折り、装置（Ｐｅｅｌ  Ｆｏｒｃｅ  ６０６，ＭＯＧＲＬ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）によって１２０ｍｍ／分で引っ張った。銅リボンが外れる強度（ニュートン、Ｎ）を厚膜電極のはんだ付着性として記録した。
【００８５】
結果
実施例１〜３の付着性は、表１に示されるようにちょうど０．５Ｎであった比較例１〜３の付着性の３倍超であった。Ａｇ粉末がＡｇ粉末、ガラスフリットおよび有機ポリマーの全重量の８７．４〜９０．１ｗｔ％であるとき、５μｍの厚さを有する厚膜電極の付着性は十分に高かった。
【００８６】
【表１】
2014053287.tif 000003
【００８７】
そして次に、導電性粉末の粒径の効果を検査した。表２に示された導電性ペースト組成物によって４μｍの厚さの厚膜電極をＳｉＮｘ層を有しないシリコンウエハ上ならびにＳｉＮｘ層上に形成した。ここでＡｇ粉末の粒径はそれぞれ１．０、１．１、１．９および３．０μｍであった。導電性ペーストの組成は導電性ペーストの全重量に基づいてＡｇ粉末５９ｗｔ％、ガラスフリット１．０ｗｔ％、有機ポリマー３．６ｗｔ％、および溶剤３６．４ｗｔ％であった。有機ポリマーはＡｇ粉末、ガラスフリットおよび有機ポリマーの全重量に基づいて５．６ｗｔ％であった。
【００８８】
厚膜電極の形成方法および付着性の測定方法は実施例１と同じであった。
【００８９】
ＳｉウエハおよびＳｉＮｘそれぞれの上に形成された厚膜電極の付着性は表２に示されるように実施例４〜７の範囲において優れていた。
【００９０】
【表２】
2014053287.tif 000004
【符号の説明】
【００９１】
１０  半導体層
１１ａ  第１の絶縁層
１１ｂ  第２の絶縁層
１２  開口
１３  第１の導電性ペースト
１４ａ  第２の導電性ペースト
１４ｂ  第３の導電性ペースト
１５  Ａｌペースト
１６  裏面電界
２３  指線
２４ａ  前面バス電極
２４ｂ  裏面バス電極
２５  Ａｌ電極
３１  金属線
１００  半導体基材
４００  太陽電池モジュール
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
2014053287.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2014053287000001.pdf