(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
式（Ｉ）：
Ｐｂａ−Ｂｉｂ−Ｔｅｃ−Ｓｉｇ−Ｍｄ−Ｏｅ
（式中、０≦ｅ≦１であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｇの合計は１であり、０＜ａ≦０．０５、０．２＜ｂ≦０．９５、０＜ｃ≦０．５、０＜ｄ≦０．２、０＜ｇ≦０．５であり、ａ：ｂは０．１：９９．９〜５：９５であり、ｂ：ｃは５０：５０〜９９：１であり、ａ：ｃは１：９９〜１０：９０であり、ｂ：ｇは５０：５０〜９８：２であり、Ｍは亜鉛、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、ゲルマニウム、スズ、リン、アンチモン、ニオブ、タンタル、バナジウム、チタン、モリブデン、タングステン、クロム、銀、ハロゲン、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および希土類金属からなる群から選択される１以上の元素であり、ｅは、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、ＳｉおよびＭの成分の平衡を保つのに十分な数である）
の鉛−ビスマス−テルル−ケイ酸塩組成物を含む、無機反応系。
【請求項２】
ａが、０．０３以下である、請求項１に記載の無機反応系。
【請求項３】
ｂが、０．５超である、請求項１または２に記載の無機反応系。
【請求項４】
ｃが、少なくとも０．０５かつ０．３以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の無機反応系。
【請求項５】
ｄが、少なくとも０．００２、かつ０．１以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の無機反応系。
【請求項６】
ｇが、少なくとも０．０５、かつ０．３以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の無機反応系。
【請求項７】
ｂ：ｃは、７０：３０〜９５：５である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の無機反応系。
【請求項８】
ｂ：ｇは、６０：４０〜９０：１０である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の無機反応系。
【請求項９】
Ｍが、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、ゲルマニウム、スズ、リン、アンチモン、ニオブ、タンタル、バナジウム、チタン、モリブデン、タングステン、クロム、銀、ハロゲン、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および希土類金属からなる群から選択される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の無機反応系。
【請求項１０】
鉛−ビスマス−テルル−ケイ酸塩組成物が、無機反応系の全重量を１００％として、少なくとも０．０５ｗｔ％、かつ１ｗｔ％以下の鉛含有化合物から形成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の無機反応系。
【請求項１１】
鉛−ビスマス−テルル−ケイ酸塩組成物が、無機反応系の全重量を１００％として、少なくとも３０ｗｔ％、かつ９０ｗｔ％以下のビスマス含有化合物から形成される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の無機反応系。
【請求項１２】
鉛−ビスマス−テルル−ケイ酸塩組成物が、無機反応系の全重量を１００％として、少なくとも２ｗｔ％、かつ１５ｗｔ％以下のテルル含有化合物から形成される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の無機反応系。
【請求項１３】
鉛−ビスマス−テルル−ケイ酸塩組成物が、無機反応系の全重量を１００％として、少なくとも５ｗｔ％、かつ５５ｗｔ％以下のケイ素含有化合物から形成される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の無機反応系。
【請求項１４】
金属粒子と、
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の少なくとも１つの無機反応系と、
有機ビヒクルと、
を含む、導電性ペースト組成物。
【請求項１５】
接触促進無機反応系をさらに含む、請求項１４に記載の導電性ペースト組成物。
【請求項１６】
前記接触促進無機反応系が、鉛−ビスマス−テルル無機反応系である、請求項１５に記載の導電性ペースト組成物。
【請求項１７】
導電性ペースト組成物が、ペーストの全重量を１００％として、少なくとも５０ｗｔ％、かつ９５ｗｔ％以下の金属粒子を含む、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の導電性ペースト組成物。
【請求項１８】
前記金属粒子が、銀、アルミニウム、金、ニッケル、銅、およびそれらの合金または混合物からなる群から選択される、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の導電性ペースト組成物。
【請求項１９】
導電性ペースト組成物が、ペーストの全重量を１００％として、少なくとも１ｗｔ％、かつ１０ｗｔ％以下の無機反応系を含む、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の導電性ペースト組成物。
【請求項２０】
導電性ペースト組成物が、ペーストの全重量を１００％として、少なくとも０．０１ｗｔ％、かつ５０ｗｔ％以下の有機ビヒクルを含む、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の導電性ペースト組成物。
【請求項２１】
前記有機ビヒクルが、
有機溶媒と、
結合剤、界面活性剤、およびチキソトロピック剤、またはそれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上と、
を含む、請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の導電性ペースト組成物。
【請求項２２】
前記有機溶媒が、カルビトール、テルピネオール、ヘキシルカルビトール、テキサノール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ジメチルアジペートグリコールエーテル、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項２１に記載の導電性ペースト組成物。
【請求項２３】
前記結合剤が、エチルセルロース、フェノール樹脂、ポリアクリル酸、ポリビニルブチラール、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ロジン誘導体、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項２１または２２に記載の導電性ペースト組成物。
【請求項２４】
前記界面活性剤が、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ベンゾトリアゾール、ポリ（エチレングルコール）酢酸、ラウリン酸、オレイン酸、カプリン酸、ミリスチン酸、リノール酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸塩、パルミチン酸塩、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の導電性ペースト組成物。
【請求項２５】
請求項１４〜２４のいずれか一項に記載の導電性ペースト組成物の焼成体がシリコンウエハに形成されている太陽電池。
【請求項２６】
前記導電性ペースト組成物の焼成体が、前記シリコンウエハの表面上の反射防止コーティングに形成されている、請求項２５に記載の太陽電池。
【請求項２７】
請求項２５または２６に記載の電気的に相互接続した太陽電池を含む太陽電池モジュール。
【請求項２８】
前面および背面を有するシリコンウエハを準備する工程と、
請求項１４〜２４のいずれか一項に記載の導電性ペーストを前記シリコンウエハに塗布する工程と、
前記シリコンウエハを焼成する工程と、
を含む、太陽電池を製造する方法。
【請求項２９】
前記導電性ペーストが、前記シリコンウエハの前面に塗布される、請求項２８に記載の太陽電池を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機反応系を含有する導電性ペーストの接着特性を改良する鉛−ビスマス−テルル−ケイ酸塩（ＰＢＴＳ）無機反応系（ＩＲＳ）に関する。本発明の一態様において、太陽電池パネル技術に利用され、特に前面電気接点を形成するための導電性ペースト組成物は、導電性粒子、有機ビヒクル、および鉛−ビスマス−テルル−ケイ酸塩無機反応系を含む。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は光起電力効果を使用して光エネルギーを電気に変換する装置である。太陽光発電は、持続可能で、非汚染副産物のみを生成するため、魅力的なグリーンエネルギー源である。したがって、多くの研究が現在、材料および製造コストを連続的に低下させながら、向上した効率を有する太陽電池を開発するのに費やされている。作動中、光が太陽電池に衝突すると、入射光の一部が表面により反射され、残りが太陽電池内に伝送される。透過光の光子は、通常、シリコンなどの半導体材料から作製される太陽電池によって吸収される。吸収された光子からのエネルギーは、それらの原子から半導体材料の電子を励起し、電子−ホール対を生成する。これらの電子−ホール対は、次いで、ｐ−ｎ接合によって分離され、太陽電池表面に印加される導電性電極によって回収される。
【０００３】
太陽電池は典型的に、それらの前面および後面の両方に塗布される導電性ペーストを有する。典型的に銀を含む、前面ペーストは、前面電極として機能するように基板の前面にスクリーンプリントされる。典型的な導電性ペーストは、導電性金属粒子、ガラスフリットおよび有機ビヒクルを含有する。一部の場合、ガラスフリットは、焼成時のシリコン基板の表面上の、窒化ケイ素コーティングなどの反射防止コーティングによってエッチングし、導電性粒子とシリコン基板との間の電気接点を構築するのに役立つ。同時に、電気接点を構築するのに役立ついくつかの公知のガラスフリットはまた、シリコン基板へのペーストの劣化した接着の原因となる。結果として、接着性能および太陽電池の信頼性が低下し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、向上した太陽電池効率を達成するように導電性ペーストと下層の基板との間の改良された接着を提供するＩＲＳが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、導電性ペーストに使用される場合、下層のシリコン基板とのペーストの接着を改良する無機反応系を提供する。
【０００６】
本発明はまた、式（Ｉ）：Ｐｂａ−Ｂｉｂ−Ｔｅｃ−Ｓｉｇ−Ｍｄ−Ｏｅ（式中、０＜ａ、ｂ、ｃ、ｄまたはｇ≦１、０≦ｄ、ｅ≦１であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｇの合計は１であり、０＜ａ≦０．０５、０．２＜ｂ≦０．９５、０＜ｃ≦０．５、０＜ｄ≦０．２、０＜ｇ≦０．５であり、ａ：ｂは約０．１：９９．９〜約５：９５であり、ｂ：ｃは約５０：５０〜９９：１であり、ａ：ｃは約１：９９〜約１０：９０であり、ｂ：ｇは約５０：５０〜約９８：２であり、Ｍは１個以上の元素であり、ｅは、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、ＳｉおよびＭの成分の平衡を保つのに十分な数である）の鉛−ビスマス−テルル−ケイ酸塩組成物を含む無機反応系を提供する。
【０００７】
本発明の別の態様は、金属粒子、本発明の少なくとも１つの無機反応系および有機ビヒクルを含む導電性ペーストに関する。
【０００８】
本発明の別の態様は、本発明の導電性ペーストをシリコンウエハに塗布し、シリコンウエハを焼成することによって製造される太陽電池である。
【０００９】
本発明はまた、本発明に係る電気的に相互接続された太陽電池を含む太陽電池モジュールを提供する。
【００１０】
本発明の別の態様は、前面および背面を有するシリコンウエハを準備する工程、本発明の導電性ペーストをシリコンウエハに塗布する工程、およびシリコンウエハを焼成する工程を含む、太陽電池を製造する方法である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明はＰＢＴＳ無機反応系に関する。このような用途に限定されないが、ＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物は、単独でまたは他のＩＲＳ組成物と組み合わせてシリコン太陽電池に使用されるものなどの導電性ペースト組成物に使用され得る。導電性ペースト組成物は、好ましくは、導電性金属粒子、有機ビヒクル、ＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物、および１種以上の他の無機反応系、例えば、導電性ペーストと下層シリコン基板との接触を改良する無機反応系（本明細書において接触促進無機反応系と称される）を含む。導電性ペースト組成物は１種以上の追加の添加剤をさらに含んでもよい。シリコン太陽電池に塗布される場合、このようなペーストは、シリコンウエハの前面または後面のいずれかで電気接触層または電極を形成するために使用されてもよい。
【００１２】
好ましい実施形態において、導電性ペーストは、太陽電池についてシリコンウエハの前面に使用され、銀導電性粒子、ＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物、有機ビヒクル、および任意に接触促進ＩＲＳを含む。他の実施形態において、ＩＲＳは、複数のＰＢＴ（鉛−ビスマス−テルル）ガラス組成物、ケイ酸鉛ガラス組成物、ホウケイ酸鉛ガラス組成物、亜テルル酸ビスマスガラス組成物、ＰＢＴＳガラス組成物と、ＰＢＴＳ含有化合物または物理的処理（例えば、メカノケミカル処理、フライス加工、研削）もしくは化学的処理（例えば、焼成、熱分解、光化学的分解または放射化学的分解）の間、ＰＢＴＳ  ＩＲＳを形成するＰＢＴＳ含有化合物（例えば、有機金属化合物、塩）との組み合わせを含んでもよい。他の実施形態において、ＩＲＳを形成する元素は、単一成分中に存在してもよいか、または非結晶質もしくは結晶質もしくは部分的に結晶質であってもよい２種以上の成分の間に分散してもよい。
【００１３】
無機反応系
本発明は、例えば、導電性ペースト組成物に使用するためのＩＲＳに関する。ＩＲＳは、導電性ペースト組成物に使用される場合、複数の機能を果たす。まず、ＩＲＳは、導電性粒子を焼結し、ペーストから半導体基板の接触面まで移動させることができる、導電性粒子のための送達媒体を提供する。ＩＲＳ系はまた、高温に供される場合、接触面で物理および化学反応を受けるペースト成分のための反応媒体を提供する。物理反応としては、限定されないが、融解、溶解、拡散、焼結、沈殿および結晶化が挙げられる。化学反応としては、限定されないが、合成（新たな化学結合を形成する）および分解、還元および酸化ならびに相転移が挙げられる。
【００１４】
さらに、ＩＲＳはまた、導電性粒子と半導体基板との間の結合を提供する接着媒体として作用するので、太陽装置の寿命の間、電気接触機能を改良する。任意の特定の理論によって束縛されないが、ＰＢＴＳ  ＩＲＳの存在は、ペーストの接着特性を改良すると考えられる。
【００１５】
ＩＲＳは、高温で反応マトリクスを形成するために当該分野において知られているガラス材料、セラミック材料、任意の他の化合物を含んでもよい。一実施形態において、ＩＲＳは、少なくとも１つの実質的に非結晶質ガラスフリットを含んでもよい。別の実施形態において、ＩＲＳは、結晶相もしくは化合物、または非結晶質、部分的に結晶質および／もしくは結晶質の物質の混合物を組み込んでもよい。ＩＲＳはまた、当該分野において知られている他の酸化物または化合物を含んでもよい。例えば、マグネシウム、ニッケル、テルル、タングステン、亜鉛、ガドリニウム、アンチモン、セリウム、ジルコニウム、チタン、マンガン、スズ、ルテニウム、コバルト、鉄、銅およびクロムの酸化物、またはそれらの少なくとも２つの任意の組み合わせ、好ましくは、亜鉛、アンチモン、マンガン、ニッケル、タングステン、テルルおよびルテニウム、もしくはそれらの少なくとも２つの組み合わせ、焼成するとこれらの金属酸化物を生成できる化合物、または上述の金属の少なくとも２つの混合物、上述の酸化物の少なくとも２つの混合物、焼成するとこれらの金属酸化物を生成できる上述の化合物の少なくとも２つの混合物、または上述のいずれかの２つ以上の混合物が使用されてもよい。酸化ゲルマニウム、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ニオブ、酸化インジウム、他のアルカリおよびアルカリ土類金属（例えば、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｓｒ、およびＢａ）化合物、希土類酸化物（例えば、Ｌａ２Ｏ３、酸化セリウム）、酸化リンまたは金属リン酸塩、および金属ハロゲン化物（例えば、フッ化鉛およびフッ化亜鉛）などの他のガラスマトリクス生成物質またはガラス調整剤が、ＩＲＳのガラス転移温度などの特性を調整するための添加剤として使用されてもよい。一実施形態において、ＩＲＳは、少なくとも１つのガラスと少なくとも１つの酸化物または添加物の組み合わせを含有してもよい。
【００１６】
ＰＢＴＳ無機反応系
一実施形態によれば、ＰＢＴＳ  ＩＲＳは以下の式によって表すことができる：
Ｐｂａ−Ｂｉｂ−Ｔｅｃ−Ｓｉｇ−Ｍｄ−Ｏｅ  （式Ｉ）
式中、０＜ａ、ｂ、ｄ、またはｇ≦１、０≦ｃ≦０．５、０≦ｄ、ｅ≦１であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｇの合計は１である。Ｍはガラス生成物質として作用できる１種以上の元素である。変数「ｅ」はＰｂａ−Ｂｉｂ−Ｔｅｃ−Ｍｄの成分の荷電の平衡を保つ。
【００１７】
好ましくは、変数「ａ」は、０．０５以下、好ましくは０．０３以下、好ましくは０．０２以下、最も好ましくは０．０１以下である。比較的少量のみの鉛がＰＢＴＳ  ＩＲＳに含まれることが好ましい。変数「ｂ」は、好ましくは０．２超、より好ましくは０．５超である。同時に、変数「ｂ」は、好ましくは０．９５以下である。変数「ｃ」は、好ましくは少なくとも０．０５、より好ましくは少なくとも０．１である。同時に、変数「ｃ」は、好ましくは約０．５以下、好ましくは約０．３以下である。変数「ｄ」は、好ましくは少なくとも約０．００２、より好ましくは少なくとも約０．０１である。同時に、変数「ｄ」は、好ましくは約０．３以下、好ましくは約０．１以下である。変数「ｇ」は、好ましくは少なくとも０．０５、より好ましくは少なくとも０．１である。同時に、変数「ｇ」は、好ましくは約０．５以下、好ましくは約０．３以下である。ＰＢＴＳ  ＩＲＳは、好ましくはビスマスおよび追加の金属中に豊富にあるが、鉛およびテルル中に比較的少ない。
【００１８】
鉛対ビスマス、すなわちａ：ｂの比は、好ましくは約０．１：９９．９〜約５：９５である。より好ましくは、ａ：ｂの比は、約１：９９〜約８：９２である。ビスマス対テルル、すなわちｂ：ｃの比は、好ましくは約５０：５０〜約９９：１である。より好ましくは、ｂ：ｃの比は、約７０：３０〜約９５：５である。鉛対テルル、すなわちａ：ｃの比は、好ましくは約１：９９〜約１０：９０である。より好ましくは、ａ：ｃの比は、約１：９９〜約５０：５０、より好ましくは、ａ：ｃは、約２０：８０〜約３０：７０未満である。ビスマス対シリコンの比、すなわちｂ：ｇは、約５０：５０〜約９８：２、好ましくは約６０：４０〜９０：１０である。
【００１９】
式Ｉの「Ｍ」によって設計されている、他のガラスマトリクス生成物質もまた、ＰＢＴ  ＩＲＳを形成するために使用されてもよい。好適な化合物としては、限定されないが、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、ゲルマニウム、スズ、リン、アンチモン、ニオブ、タンタル、バナジウム、チタン、モリブデン、タングステン、クロム、銀の化合物、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられる。好ましくは、これらの元素を含有する出発物質は、例えば、ＺｎＯ、ＷＯ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｏＯ３、ＭｇＯ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｖ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、およびＡｇ２Ｏなどの酸化物である。ＡｇＩまたはＰｂＦ２などの金属ハロゲン化物もまた、使用されてもよい。
【００２０】
式Ｉは、好ましくは、１つのガラス組成物として配合され、ＩＲＳの出発成分（すなわちＰｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｉおよび追加の元素）は、種々の酸化物の物理的混合物を有するガラスの代わりに、１つの錯体化合物または複合体を形成するために全て化学的に反応する。あるいは、追加の元素成分がＩＲＳへの添加物質として式Ｉ以外に含まれてもよい。
【００２１】
ＰＢＴＳ  ＩＲＳは、非結晶質、結晶質または部分的に結晶質の出発物質から形成されてもよい。ＩＲＳを形成する元素は、単一成分中に存在してもよいか、または２種以上の成分の中から分散されてもよい。好ましくは、ＩＲＳ組成物を調製するために使用される出発物質は、酸化鉛（例えば、ＰｂＯ）、酸化ビスマス（例えば、Ｂｉ２Ｏ３）、酸化テルル（例えば、ＴｅＯ２）、および酸化ケイ素（例えば、ＳｉＯ２）、ならびに上記の金属酸化物のいずれかである。しかしながら、式ＩによるＰＢＴＳ系を配合するために使用され得る任意の公知の鉛、ビスマス、テルルおよびケイ素含有組成物が使用されてもよい。一実施形態によれば、ＰＢＴＳ組成物を調製するために使用される出発物質は、ＩＲＳの全重量を１００％として、約１ｗｔ％以下の鉛含有化合物、好ましくは約０．５ｗｔ％以下の鉛含有化合物を含む。存在する場合、出発物質は少なくとも約０．０５ｗｔ％の鉛含有化合物を含む。別の実施形態によれば、出発物質は、好ましくは、ＩＲＳの全重量を１００％として、少なくとも約３０ｗｔ％のビスマス含有化合物、好ましくは少なくとも約４０ｗｔ％、より好ましくは少なくとも約５０ｗｔ％、最も好ましくは少なくとも約６０ｗｔ％を含む。同時に、出発物質は、好ましくは、約９５ｗｔ％以下のビスマス含有化合物、好ましくは約８５ｗｔ％以下を含む。別の実施形態によれば、出発物質は、ＩＲＳの全重量を１００％として、好ましくは、約２０ｗｔ％以下のテルル含有化合物、好ましくは、約１５ｗｔ％以下を含む。存在する場合、出発物質は、少なくとも約２ｗｔ％のテルル含有化合物、好ましくは、少なくとも約３ｗｔ％、最も好ましくは少なくとも約４ｗｔ％を含む。さらに別の実施形態によれば、ＰＢＴＳ  ＩＲＳを形成するために使用される出発物質は、ＩＲＳの全重量を１００％として、好ましくは、少なくとも約５ｗｔ％のケイ素含有化合物、好ましくは、少なくとも約６ｗｔ％、より好ましくは、少なくとも約７ｗｔ％、最も好ましくは、少なくとも約８ｗｔ％を含む。同時に、出発物質は、好ましくは、約５５ｗｔ％以下のケイ素含有化合物、好ましくは、約４５ｗｔ％以下、最も好ましくは、約３５ｗｔ％以下を含む。別の実施形態において、出発物質は、好ましくは、約１０ｗｔ％以下のケイ素含有化合物を含む。
【００２２】
他の実施形態において、ＩＲＳは、ＰＢＴＳガラスなどの複数のガラス組成物と、他のガラス組成物との組み合わせ、複数のＰＢＴガラス組成物（上記に定義した）、ケイ酸鉛ガラス組成物、ホウケイ酸鉛ガラス組成物、亜テルル酸ビスマスガラス組成物、ＰＢＴＳガラス組成物と、ＰＢＴＳ含有化合物、または物理的処理（例えば、メカノケミカル処理、フライス加工、研削）もしくは化学的処理（例えば、焼成、熱分解、光化学的分解または放射化学的分解）の間、ＰＢＴＳ  ＩＲＳを形成する化合物（例えば、有機金属化合物、塩）との組み合わせを含んでもよい。他の実施形態において、ＩＲＳを形成する元素は、単一成分中に存在してもよいか、または非晶質または結晶質もしくは部分的に結晶質であってもよい２種以上の成分の間に分散されてもよい。
【００２３】
好ましい実施形態において、ＩＲＳは、得られる導電性ペーストの接触特性を改良するために含まれる少なくとも１つの他のＩＲＳ組成物（接触促進ＩＲＳ）を有するＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物を含む。
【００２４】
接触促進ＩＲＳ
一実施形態において、接触促進ＩＲＳは、以下の式によって表される鉛−ビスマス−テルル（ＰＢＴ）ＩＲＳから生成されてもよい：
Ｐｂａ−Ｂｉｂ−Ｔｅｃ−Ｍｄ−Ｏｅ  （式ＩＩ）
式中、０＜ａ、ｂ、ｃおよびｄ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０≦ｄ≦０．５であり、Ｍは、ガラス生成物質として作用できる１種以上の追加の元素であり、変数「ｅ」は、Ｐｂａ−Ｂｉｂ−Ｔｅｃ−Ｍｄの成分の電荷の平衡を保つ。好ましい実施形態において、０≦ｄ≦０．１である。鉛対ビスマス、すなわちａ：ｂの比は、５：９５〜９５：５である。好ましくは、ａ：ｂの比は、１０：９０〜９０：１０である。鉛対テルル、すなわちａ：ｃの比は、１０：９０〜９０：１０である。より好ましくは、ａ：ｃの比は、１５：８５〜約３０：７０未満である。ビスマス対テルル、すなわちｂ：ｃの比は、好ましくは、５：９５〜９５：５である。より好ましくは、ｂ：ｃの比は、１０：９０〜８０：２０である。さらに、鉛およびビスマス対テルル、すなわち（ａ＋ｂ）／ｃの比は、好ましくは、１０：９０〜９０：１０、より好ましくは、２０：８０〜８０：２０である。
【００２５】
ＰＢＴ  ＩＲＳは、結晶性または部分的に結晶性の物質から形成されてもよい。好ましくは、ＰＢＴ  ＩＲＳを調製するために使用される出発物質は、酸化鉛（例えば、ＰｂＯ）、酸化ビスマス（例えば、Ｂｉ２Ｏ３）、および酸化テルル（例えば、ＴｅＯ２）である。しかしながら、式ＩＩによるＰＢＴ  ＩＲＳを配合するために使用され得る任意の公知の鉛、ビスマス、またはテルル含有組成が使用されてもよい。一実施形態によれば、ＰＢＴ組成物を調製するために使用される出発物質は、ＩＲＳの全重量を１００％として、約４５ｗｔ％以下の鉛含有化合物（例えば、ＰｂＯ）、好ましくは約４０ｗｔ％以下、最も好ましくは約３８ｗｔ％以下を含む。同時に、この物質は、好ましくは少なくとも約５ｗｔ％の鉛含有化合物、好ましくは少なくとも約８ｗｔ％を含む。別の実施形態によれば、出発物質は、好ましくは少なくとも約１０ｗｔ％のビスマス含有化合物（例えば、Ｂｉ２Ｏ３）、好ましくは少なくとも約１７ｗｔ％を含む。同時に、出発物質は、好ましくは約５０ｗｔ％以下のビスマス含有化合物、好ましくは約４０ｗｔ％以下、最も好ましくは約３８ｗｔ％以下を含む。別の実施形態によれば、出発物質は、少なくとも約１０ｗｔ％のテルル含有化合物、好ましくは少なくとも約１５ｗｔ％、最も好ましくは少なくとも２０ｗｔ％を含む。同時に、この物質は、好ましくは約７０ｗｔ％以下のテルル含有化合物、好ましくは約６０ｗｔ％以下、最も好ましくは約５５ｗｔ％以下を含む。
【００２６】
他のガラスマトリクス生成物質もまた、式ＩＩの「Ｍ」によって設計されている、ＰＢＴ  ＩＲＳを形成するために使用されてもよい。好適な化合物としては、限定されないが、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、リン、アンチモン、ニオブ、タンタル、バナジウム、チタン、モリブデン、タングステン、クロム、銀、鉛およびそれらの任意の組み合わせが挙げられる。好ましくは、これらの金属を含有する出発物質は金属酸化物である。ＡｇＩまたはＰｂＦ２などの金属ハロゲン化物もまた、使用されてもよい。
【００２７】
一つの好ましい実施形態において、ＰＢＴ  ＩＲＳとしては、リチウム、ホウ素、ケイ素、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられる。存在する場合、ＩＲＳの出発物質は、少なくとも約０．１ｗｔ％の上記に参照した元素を含む。同時に、それらは、出発物質の全重量を１００％として、約３０ｗｔ％以下のこれらの元素、好ましくは約２０ｗｔ％以下を含む。
【００２８】
接触促進ＩＲＳはまた、例えば、鉛−ビスマス−テルル−亜鉛ＩＲＳ、鉛−ビスマス−テルル−マグネシウムＩＲＳ、ケイ酸鉛ガラス、ホウケイ酸ガラス、無鉛のビスマスホウケイ酸ガラス、ケイ酸ガラス、およびテルル化ビスマスガラスなどの他のＩＲＳ組成物から形成されてもよい。接触促進ＩＲＳは、ＰＢＴガラスなどの複数のガラス組成物と、他のガラス組成物との組み合わせ、ガラス組成物と、ＰＢＴ含有化合物または物理的処理（例えば、メカノケミカル処理、フライス加工、研削）もしくは化学的処理（例えば、焼成、熱分解、光化学的分解もしくは放射化学的分解）の間、ＰＢＴ  ＩＲＳを形成する化合物（例えば、有機金属化合物、塩）との組み合わせを含んでもよい。接触促進ＩＲＳは、非結晶質、結晶質または部分的に結晶質の出発物質から形成されてもよく、接触促進ＩＲＳを形成する元素は、単一成分中に存在してもよいか、または２種以上の成分の間に分散してもよい。
【００２９】
ＩＲＳの形成
ＰＢＴＳ  ＩＲＳは、固体状態合成、融解およびクエンチ、または他のＣｈｉｍｉｅ  Ｄｏｕｃｅ（ソフト化学）プロセスを含む、当該分野において公知の任意の方法によって形成され得る。典型的な融解およびクエンチプロセスにおいて、第１の工程は適切な量の出発物質（通常、粉末形態）を混合することである。この混合物は、次いで、融解物を形成するために空気中または酸素含有雰囲気中で加熱される。融解物は、次いで、クエンチされ、次いでそれは、所望の粒径を有する混合物を提供するために、粉砕され、ボールミル加工され、スクリーニングされる。例えば、粉末形態の成分はＶ−ｃｏｍｂブレンダー中で一緒に混合されてもよい。混合物は、次いで、約３０〜４０分間、加熱（例えば約８００〜１２００℃）され、出発物質は１つのガラス系を形成するように反応できる。ＩＲＳは、次いで、クエンチされ、砂状の粘度が得られる。この粗粉末は、微粉が得られるまでボールミルまたはジェットミルのように粉砕される。ＩＲＳ粒子は、約０．０１〜２０μｍ、好ましくは約０．１〜５μｍの平均粒径（ｄ５０）に粉砕されてもよい。一実施形態において、ＩＲＳ粒子は、約５〜約１００ｎｍの範囲のｄ５０を有するナノサイズの粒子として形成されてもよい。
【００３０】
Ｃｈｉｍｉｅ  Ｄｏｕｃｅ（ソフト化学）プロセスは約２０℃〜約５００℃の温度で実施される。Ｃｈｉｍｉｅ  Ｄｏｕｃｅ反応はトポタクティックであり、反応物の構造元素が生成物中で保存されるが、組成は変化することを意味する。このようなプロセスは、限定されないが、ゾル・ゲルプロセス、沈殿、熱水／ソルボサーマルプロセス、および熱分解を含む。
【００３１】
従来の固体状態合成もまた、本明細書に記載されるＩＲＳ系を調製するために使用されてもよい。このプロセスにおいて、出発原料は、真空下で、融合した石英管またはタンタルもしくは白金管中で密閉され、次いで約７００〜１２００℃に加熱される。その物質は約１２〜４８時間、この高温にあり、次いで、室温までゆっくり冷却（０．１℃／分）される。一部の場合、固体状態反応が空気中でアルミナるつぼ中で実施され得る。
【００３２】
ＩＲＳシステムを調製するためのさらに別のプロセスは共沈である。このプロセスにおいて、金属元素は減少し、他の金属酸化物または水酸化物と共沈し、ｐＨレベルを調整することによって、または還元剤を組み込むことによって金属カチオンを含有する溶液を形成する。これらの金属、金属酸化物または水酸化物の沈殿物は、次いで、乾燥され、約４００〜８００℃にて真空下で焼成されて微粉を形成する。
【００３３】
導電性ペースト組成物
本発明の１つの態様は導電性ペースト組成物に関する。所望の導電性ペーストは、得られる太陽電池の電気性能を最適化するように高い導電性であるものである。導電性ペースト組成物は一般に、金属粒子、有機ビヒクル、および本明細書に説明されているＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物からなる。一実施形態によれば、導電性ペーストは、ペーストの全重量を１００％として、（ｉ）少なくとも約５０ｗｔ％かつ約９５ｗｔ％以下の金属粒子；（ｉｉ）少なくとも約０．０５ｗｔ％かつ約１０ｗｔ％以下のＩＲＳ；および（ｉｉｉ）少なくとも約１ｗｔ％かつ約２５ｗｔ％以下の有機ビヒクルを含む。好ましい実施形態において、ペーストは、ペーストの全重量を１００％として、少なくとも約０．１ｗｔ％のＰＢＴＳ  ＩＲＳを含む。同時に、ペーストは、好ましくは約５ｗｔ％以下のＰＢＴＳ  ＩＲＳ、好ましくは約３ｗｔ％以下のＰＢＴＳ  ＩＲＳを含む。
【００３４】
別の実施形態において、ペーストが浮動している母線を形成するために使用される場合、またはペーストが二重印刷用途で導電性物質の第２の層を印刷するために使用される場合、ペーストは、ペーストの全重量を１００％として、少なくとも約０．０５ｗｔ％のＰＢＴＳ  ＩＲＳ、好ましくは少なくとも約０．１ｗｔ％を含んでもよい。同時に、ペーストは、好ましくは約１０ｗｔ％以下のＰＢＴＳ  ＩＲＳ、好ましくは約５ｗｔ％以下のＰＢＴＳ  ＩＲＳを含む。
【００３５】
本発明の一実施形態によれば、ＩＲＳは導電性ペーストの所望の焼成温度未満のガラス転移温度（Ｔｇ）を有すべきである。好ましいＩＲＳ成分は、少なくとも約２５０℃、好ましくは少なくとも３００℃、最も好ましくは少なくとも３５０℃のＴｇを有する。同時に、好ましいＩＲＳ材料は、熱機械分析を使用して測定した場合、約７５０℃以下、好ましくは約７００℃以下、より好ましくは約６５０℃以下のＴｇを有する。具体的には、Ｔｇは、ＤＳＣ装置、ＴＡ機器ＳＤＴ  Ｑ６００  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  ＴＧＡ／ＤＳＣ（ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）を使用して求められ得る。測定およびデータ評価のために、測定ソフトウェアＴＡ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ２０００、Ｖ４．５Ａが適用される。参照および試料についての皿として、６．８ｍｍの直径および約９０μｌの体積を有するアルミナ試料カップ（ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから市販されている）が使用される。約２０〜５０ｍｇの試料の量を０．０１ｍｇの精度で試料皿中で秤量する。空の参照皿および試料皿を装置に入れ、オーブンを閉じ、測定を開始する。１０〜５０℃／分の加熱速度を２５℃の開始温度から１０００℃の最終温度まで利用する。機器の残りは常に窒素（Ｎ２  ５．０）でパージし、オーブンを５０ｍｌ／分の流速により合成空気（Ｌｉｎｄｅ製の８０％Ｎ２および２０％Ｏ２）でパージする。ＤＳＣ信号における最初の工程を、上記のソフトウェアを使用してガラス転移として評価し、求めた開始値をＴｇについての温度として得る。
【００３６】
ＩＲＳ粒子は、種々の形状、サイズおよびコーティング層を示し得ることは当該分野において周知である。例えば、ガラス粒子の多くの形状は当業者に公知である。いくつかの例としては、球形、角がある、細長い（棒または針状）、および平坦（シート状、フレーク）が挙げられる。ガラス粒子はまた、異なる形状（例えば、球形およびフレーク）の粒子の組み合わせとして存在してもよい。生成された電極の有益な接着を支持する、ある形状、または形状の組み合わせを有するガラス粒子が好ましい。
【００３７】
中央粒径ｄ５０は当業者に周知の粒子の特徴である。Ｄ５０は粒径分布の中央径または中央値である。それは累積分布における５０％での粒径の値である。粒径分布は、レーザー回折、動的光散乱、イメージング、電気泳動光散乱、または当該分野において公知の任意の他の方法により測定され得る。ＬＡ−９１０ソフトウェアプログラムを備えるコンピューターに接続されるＨｏｒｉｂａ  ＬＡ−９１０レーザー回折粒径分析器が、ガラスフリットの粒径分布を決定するために使用される。ガラスフリット粒子の相対屈折率は、ＬＡ−９０１マニュアルから選択され、ソフトウェアプログラムに入力される。試験チャンバはタンクにおけるラインを適切に充填するために脱イオン水で充填される。次いで溶液は、ソフトウェアプログラムにおける循環および撹拌機能を使用することによって循環される。１分後、溶液は排出される。これは、チャンバが残留物質を除去することを確実にするために数回反復される。次いでチャンバは、３回、脱イオン水で充填され、１分間、循環および撹拌される。溶液中のあらゆるバックグラウンド粒子はソフトウェアにおけるブランク機能を使用することによって除去される。次いで超音波撹拌が開始され、透過バーがソフトウェアプログラムにおける適切な領域に存在するまで、ガラスフリットが試験チャンバ内で溶液にゆっくり加えられる。透過が正確なレベルになると、レーザー回折分析が実施され、ガラスの粒径分布が測定され、ｄ５０として与えられる。
【００３８】
好ましい実施形態において、ＩＲＳ粒子の中央粒径ｄ５０は、少なくとも約０．１μｍ、好ましくは約２０μｍ以下、より好ましくは約５μｍ以下、より好ましくは約２μｍ以下、最も好ましくは約１μｍ以下である。
【００３９】
ＩＲＳ粒子は表面コーティングを有して存在してもよい。当該分野において公知で、本発明に関して好適である任意のこのようなコーティングがＩＲＳ粒子上に利用されてもよい。好ましいコーティングは導電性ペーストの改良された接着特性を促すこれらのコーティングである。このようなコーティングが存在する場合、コーティングは、各場合、ＩＲＳ成分の全重量に基づいて、１０ｗｔ％以下、好ましくは約８ｗｔ％以下、より好ましくは約５ｗｔ％以下、より好ましくは約３ｗｔ％以下、最も好ましくは約１ｗｔ％以下の量で存在することが好ましい。
【００４０】
好ましくは、ＩＲＳ粒子は、少なくとも約０．１ｍ２／ｇおよび約１５ｍ２／ｇ以下、好ましくは少なくとも１ｍ２／ｇおよび約１０ｍ２／ｇ以下の特別な表面積を有する。特別な表面積を測定する方法は当該分野において公知である。本明細書に記載されるように、全ての表面積測定は、ＳＭＡＲＴ法に従って作動するＭｏｎｏｓｏｒｂ  ＭＳ−２２分析器（Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｂｏｙｎｔｏｎ  Ｂｅａｃｈ、Ｆｌｏｒｉｄａによって製造された）によりＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ）法を使用して実施された。試料は内蔵式の脱気ステーションにおいて分析のために調製される。ガスが不純物を洗い流した後、吸収が行われ得るきれいな表面が得られる。試料は、備えられている加熱マントルを用いて使用者が選択可能な温度まで加熱され得る。デジタル温度制御装置およびディスプレイが機器の前面パネルに搭載される。脱気が完了した後、試料セルを分析ステーションに移す。移している間、迅速な接続フィッティングが試料セルを自動的に密閉する。単一のボタンを押すと、分析が開始する。冷却剤で充填されたデュワーフラスコが自動的に上昇し、試料セルを浸し、吸着を引き起こす。機器は吸着が完了した時（２〜３分）を検出し、デュワーフラスコを自動的に低下させ、内蔵式の温風ブロワーを使用して試料セルを室温まで徐々に加熱する。結果として、脱着ガス信号がデジタルメーターに表示され、表面領域が前面パネルディスプレイに直接提示される。全測定（吸着および脱着）サイクルは、典型的に、６分未満を必要とする。この技術は、吸着および脱着が開始すると、吸着／不活性キャリアガス混合物の濃度の変化を測定するために高感度の熱伝導性検出器を使用する。オンボード電子機器と一体化され、較正と比較して、検出器は吸着または脱着したガスの体積を提供する。内蔵式のマイクロプロセッサにより、試料のＢＥＴ表面積（ｍ２／ｇ）を線形および自動的に計算することが確実にされる。
【００４１】
導電性金属粒子
導電性ペーストはまた、導電性金属粒子も含む。導電性ペーストは、ペーストの全重量を１００％として、少なくとも約５０ｗｔ％の金属粒子、好ましくは少なくとも約６０ｗｔ％、より好ましくは少なくとも約７０ｗｔ％、最も好ましくは少なくとも約８０ｗｔ％を含んでもよい。同時に、ペーストは好ましくは、ペーストの全重量を１００％として、約９５ｗｔ％以下の金属粒子を含む。
【００４２】
当該分野において公知であり、本発明に関して好適とみなされる全ての金属粒子が、導電性ペーストにおける金属粒子として利用されてもよい。好ましい金属粒子は、導電性を示し、高い効率および充填率、ならびに低シリーズおよびグリッド抵抗を有する電極を生じるものである。好ましい金属粒子は、元素金属、合金、金属誘導体、少なくとも２つの金属の混合物、少なくとも２つの合金の混合物または少なくとも１つの金属と少なくとも１つの合金の混合物である。
【００４３】
好ましい金属としては、銀、アルミニウム、金、ニッケル、および銅、ならびにこれらの合金または混合物のうちの少なくとも１つが挙げられる。好ましい実施形態において、金属粒子は銀を含む。別の好ましい実施形態において、金属粒子は銀およびアルミニウムを含む。好適な銀誘導体としては、例えば、銀合金および／または銀塩、例えばハロゲン化銀（例えば、塩化銀）、硝酸銀、酢酸銀、トリフルオロ酢酸銀、オルトリン酸銀、およびこれらの混合物が挙げられる。一実施形態において、金属粒子は、１種以上の異なる金属または合金でコーティングされた金属または合金、例えば、アルミニウムでコーティングされた銀粒子を含む。
【００４４】
ＩＲＳ粒子と同様に、金属粒子は、様々な形状、サイズおよびコーティング層を示すことができる。多数の形状が当該分野において公知である。いくつかの例は、球形、角度がある、細長い（棒または針状）および平坦（シート状、フレーク）である。金属粒子はまた、異なる形状（例えば、球形およびフレーク）の粒子の組み合わせとして存在してもよい。改良された導電性に好適な形状、または形状の組み合わせを有する金属粒子が好ましい。粒子の表面の性質を考慮せずにこのような形状を特徴付ける１つの方法は、以下のパラメータ：長さ、幅および厚さによる。本発明に関して、粒子の長さは、最も長い空間変位ベクトルの長さによって与えられ、その両方のエンドポイントは粒子内に含まれる。粒子の幅は、上記に定義した長さベクトルに垂直な最も長い空間変位ベクトルの長さによって与えられ、その両方のエンドポイントは粒子内に含まれる。粒子の厚さは、長さベクトルおよび幅ベクトルの両方（両方とも上記に定義される）に垂直な最も長い空間変位ベクトルの長さによって与えられ、その両方のエンドポイントは粒子内に含まれる。一実施形態において、可能な限り均一な形状を有する金属粒子が好ましい（すなわち、長さ、幅および厚さに関する比が可能な限り１に近い、好ましくは少なくとも０．７、より好ましくは少なくとも０．８、最も好ましくは少なくとも０．９および好ましくは約１．５以下、好ましくは約１．３以下、最も好ましくは約１．２以下である）。この実施形態における金属粒子の好ましい形状の例は、球形、立方体、もしくはこれらの組み合わせ、またはこれらの１つ以上と他の形状との組み合わせである。別の実施形態において、低い均一性の形状を有する、好ましくは長さ、幅および厚さの寸法に関する比が、約１．５超、より好ましくは約３超、最も好ましくは約５超のうちの少なくとも１つを有する金属粒子が好ましい。この実施形態に係る好ましい形状は、フレーク形状、棒もしくは針形状、またはフレーク形状、棒もしくは針形状と他の形状の組み合わせである。
【００４５】
本明細書に記載される金属粒子の中央粒径ｄ５０は、少なくとも約０．１μｍ、好ましくは約１０μｍ以下、好ましくは約８μｍ以下、より好ましくは約７μｍ以下、最も好ましくは約５μｍ以下であることが好ましい。
【００４６】
さらに、好ましい金属粒子は、少なくとも約０．１ｍ２／ｇおよび１０ｍ２／ｇ以下の特定の表面積を有する。好ましい実施形態によれば、少なくとも約０．２ｍ２／ｇおよび約５ｍ２／ｇ以下の特定の表面積を有する銀粉が使用される。特定の表面積は本明細書に記載されるパラメータに従って測定される。
【００４７】
より好適な接触特性および導電性に寄与するさらなる成分が好ましい。例えば、金属粒子は表面コーティングを有して存在してもよい。当該分野において公知で、本発明に関して好適であるとみなされる任意のこのようなコーティングが金属粒子に利用されてもよい。好ましいコーティングは、得られる導電性ペーストの接着特性を促進するこれらのコーティングである。このようなコーティングが存在する場合、コーティングは、金属粒子の全重量を１００％として、約１０ｗｔ％以下、好ましくは約８ｗｔ％以下、最も好ましくは約５ｗｔ％以下であることが好ましい。
【００４８】
有機ビヒクル
本発明の導電性ペーストはまた、有機ビヒクルを含む。一実施形態において、有機ビヒクルは、ペーストの全重量を１００％として、少なくとも約０．０１ｗｔ％および約５０ｗｔ％以下、好ましくは約３０ｗｔ％以下、最も好ましくは約２０ｗｔ％以下の量で導電性ペースト中に存在する。
【００４９】
本発明に関して好ましい有機ビヒクルは、１以上の溶媒、好ましくは有機溶媒に基づく溶液、エマルションまたは分散体であり、導電性ペーストの成分が、溶解、エマルションまたは分散形態で存在することを確実にする。好ましい有機ビヒクルは、導電性ペーストの成分の最適な安定性を提供し、効果的な印刷特性を可能とする粘度を有するペーストを与えるものである。
【００５０】
一実施形態において、有機ビヒクルは、有機溶媒および１以上の結合剤（例えば、ポリマー）、界面活性剤およびチキソトロピック剤、またはこれらの任意の組み合わせを含む。例えば、一実施形態において、有機ビヒクルは、有機溶媒に１以上の結合剤を含む。
【００５１】
本発明に関して好ましい結合剤は、有利な安定性、印刷適性、粘度、および焼結特性を有する導電性ペーストの形成に寄与するものである。当業者にとって周知であり、本発明に関して好ましいと考えられている全ての結合剤が、有機ビヒクル中の結合剤として用いられ得る。好ましい結合剤（「樹脂」と呼ばれるカテゴリーにしばしば属する）は、高分子結合剤、単量体の結合剤、ならびにポリマーおよび単量体の組み合わせの結合剤である。高分子結合剤はまた、少なくとも２つの異なる単量体のユニットが単分子に含まれるコポリマーであってもよい。好ましい高分子結合剤は、そのポリマー主鎖に官能基を有するもの、その主鎖以外に官能基を有するものならびにその主鎖内およびその主鎖以外の両方に官能基を有するものである。主鎖に官能基を有する好ましいポリマーは、例えばポリエステル、置換ポリエステル、ポリカーボネート、置換ポリカーボネート、主鎖に環状基を有するポリマー、多糖、置換多糖、ポリウレタン、置換ポリウレタン、ポリアミド、置換ポリアミド、フェノール樹脂、置換フェノール樹脂、上記ポリマーの１以上の単量体のコポリマー、他のコモノマーとの任意なコポリマー、または少なくともそれらの２つの組み合わせである。一実施形態によれば、結合剤は、ポリビニルブチラールまたはポリエチレンであってもよい。その主鎖に環状基を有する好ましいポリマーは、例えばポリビニルプチレート（ＰＶＢ）およびその誘導体ならびにポリテルピネオールおよびその誘導体またはこれらの混合物である。好ましい多糖は、例えばセルロースおよびそれらのアルキル誘導体、好ましくはメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、プロピルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ブチルセルロースおよびそれらの誘導体ならびにそれらの少なくとも２つの混合物である。他の好ましいポリマーは、セルロースエステル樹脂、例えば、酢酸プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、およびそれらの任意の組合せである。ポリマーの主鎖以外に官能基を有する好ましいポリマーは、アミド基を有するもの、酸および／またはエステル基を有し、しばしばアクリル樹脂と呼ばれるもの、あるいは上述の官能基の組み合わせを有するポリマー、またはこれらの組み合わせである。主鎖以外にアミドを有する好ましいポリマーは、例えばポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）およびその誘導体である。主鎖以外に酸および／またはエステル基を有する好ましいポリマーは、例えばポリアクリル酸およびその誘導体、ポリメタクリレート（ＰＭＡ）およびその誘導体またはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）およびその誘導体、またはそれらの混合物である。好ましい単量体の結合剤は、エチレングリコールに基づく単量体、テルピネオール樹脂もしくはロジン誘導体、またはそれらの混合物である。エチレングリコールに基づく好ましい単量体の結合剤は、エーテル基、エステル基またはエーテル基とエステル基とを有するものであり、好ましいエーテル基は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシルおよび高級アルキルのエーテルであり、好ましいエステル基は酢酸エステルおよびそのアルキル誘導体、好ましくはエチレングリコールモノブチルエーテルモノアセテートまたはそれらの混合物である。アルキルセルロース、好ましくはエチルセルロース、その誘導体および上述した結合剤からの他の結合剤または他のものとのこれらの混合物は、本発明に関しては最も好ましい結合剤である。結合剤は、有機ビヒクルの全重量を１００％として、少なくとも約０．１ｗｔ．％、好ましくは少なくとも約０．５ｗｔ．％の量で存在していてもよい。同時に、結合剤は、有機ビヒクルの全重量を１００％として、約１０ｗｔ％以下、好ましくは約８ｗｔ％以下、より好ましくは約７ｗｔ％以下の量で存在していてもよい
【００５２】
好ましい溶媒は、ペーストから焼成中かなりの程度に減少させられる成分である。好ましくはそれらは、絶対重量が焼成前と比べて少なくとも約８０％減少されて焼成後に存在し、好ましくは焼成前と比べて少なくとも約９５％減少される。好ましい溶媒は、有利な粘度、印刷適性、安定性および焼結特性に寄与するものである。当該分野において公知であり、本発明に関して適切と考えられる全ての溶媒は、有機ビヒクル中に溶媒として用いられ得る。好ましい溶媒は、標準の周囲温度および圧力（ＳＡＴＰ）（２９８．１５Ｋ、２５℃、７７°Ｆ）、１００ｋＰａ（１４．５０４ｐｓｉ、０．９８６ａｔｍ）下で液体として存在し、好ましくは約９０℃超の沸点および約−２０℃超の融点を有するものである。好ましい溶媒は、極性または非極性、プロトン性または非プロトン性、芳香族または非芳香族である。好ましい溶媒は、モノアルコール、ジアルコール、ポリアルコール、モノエステル、ジエステル、ポリエステル、モノエーテル、ジエーテル、ポリエーテル、これらのカテゴリーの官能基の少なくとも１つを含む溶媒、任意に他のカテゴリーの官能基、好ましくは環状基、芳香族基、不飽和結合、ヘテロ原子で置換された１以上のＯ原子を有するアルコール基、ヘテロ原子で置換された１以上のＯ原子を有するエーテル基、ヘテロ原子で置換された１以上のＯ原子を有するエステル基を含む溶媒、および上述の溶媒の２以上の混合物である。本発明に関して好ましいエステルは、アジピン酸のジアルキルエステルであり、好ましいアルキル要素はメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシルおよび高級のアルキル基または２つの異なるこのようなアルキル基の組み合せであり、好ましくはアジピン酸ジメチル、および２以上のアジピン酸エステルの混合物である。本発明に関して好ましいエーテルは、ジエーテル、好ましくはエチレングリコールのジアルキルエーテル（好ましいアルキル成分は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシルおよび高級アルキル基または２つの異なるこのようなアルキル基の組み合せである）、および２つのジエーテルの混合物である。本発明に関して好ましいアルコールは、第一級、第二級および第三級アルコール、好ましくは第三級アルコール（テルピネオールおよびその誘導体が好ましい）、または２以上のアルコールの混合物である。２以上の異なる官能基をあわせ持つ好ましい溶媒は、テキサノールと呼ばれることが多い２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート、およびその誘導体、カルビトールとして知られていることが多い２−（２−エトキシエトキシ）エタノール、そのアルキル誘導体（好ましくはメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、およびヘキシルカルビトール、好ましくはヘキシルカルビトールまたはブチルカルビトール、およびそれらの酢酸エステル誘導体、好ましくはブチルカルビトールアセテート）、または上述の少なくとも２つの混合物である。有機溶媒は、有機ビヒクルの全重量を１００％として、少なくとも約６０ｗｔ％、より好ましくは少なくとも約７０ｗｔ％、最も好ましくは少なくとも約８０ｗｔ％の量で存在していてよい。同時に、有機溶媒は、有機ビヒクルの全重量���１００％として、約９９ｗｔ％以下、より好ましくは約９５ｗｔ％以下の量で存在していてもよい。
【００５３】
有機ビヒクルは界面活性剤および／または添加剤も含んでいてよい。好ましい界面活性剤は、有利な安定性、印刷適性、粘度、および焼結特性を有する導電性ペーストの形成に寄与するものである。当該分野において公知であり、本発明において適切と考えられる全ての界面活性剤は、有機ビヒクル中の界面活性剤として用いられてもよい。好ましい界面活性剤は、直鎖、分枝鎖、芳香族鎖、フッ素化された鎖、シロキサン鎖、ポリエーテル鎖およびこれらの組み合わせに基づくものである。好ましい界面活性剤は、限定されないが、単鎖、二重鎖またはポリ鎖ポリマーを含む。好ましい界面活性剤は、非イオン性、アニオン性、カチオン性、両親媒性のまたは双性イオンのヘッドを有していてよい。好ましい界面活性剤は、重合体および単量体またはそれらの混合物である。好ましい界面活性剤は顔料親和性基を有し得、好ましくは顔料親和性基を有するヒドロキシ官能化カルボン酸エステル（例えば、ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ（登録商標）−１０８、ＢＹＫ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ．製）、顔料親和性基を有するアクリレートコポリマー（例えば、ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ（登録商標）−１１６、ＢＹＫ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ．製）、顔料親和性基を有する修飾されたポリエーテル（例えば、ＴＥＧＯ（登録商標）ＤＩＳＰＥＲＳ  ６５５、Ｅｖｏｎｉｋ  Ｔｅｇｏ  Ｃｈｅｍｉｅ  ＧｍｂＨ製）、高い顔料親和性基を有する他の界面活性剤（例えば、ＴＥＧＯ（登録商標）ＤＩＳＰＥＲＳ  ６６２  Ｃ、Ｅｖｏｎｉｋ  Ｔｅｇｏ  Ｃｈｅｍｉｅ  ＧｍｂＨ製）である。上記されない他の好ましいポリマーは、限定されないが、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコールおよびその誘導体、ならびにアルキルカルボン酸およびそれらの誘導体または塩、あるいはこれらの混合物である。好ましいポリエチレングリコール誘導体は、ポリ（エチレングリコール）酢酸である。好ましいアルキルカルボン酸は、完全に飽和したものおよび１つ以上の不飽和のアルキル鎖を有するものまたはこれらの混合物である。飽和アルキル鎖を有する好ましいカルボン酸は、約８〜約２０の炭素原子のアルキル鎖長を有するものであり、好ましくはＣ９Ｈ１９ＣＯＯＨ（カプリン酸）、Ｃ１１Ｈ２３ＣＯＯＨ（ラウリン酸）、Ｃ１３Ｈ２７ＣＯＯＨ（ミリスチン酸）、Ｃ１５Ｈ３１ＣＯＯＨ（パルミチン酸）、Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯＨ（ステアリン酸）またはこれらの塩もしくは混合物である。不飽和アルキル鎖を有する好ましいカルボン酸は、Ｃ１８Ｈ３４Ｏ２（オレイン酸）およびＣ１８Ｈ３２Ｏ２（リノール酸）である。好ましい単量体の界面活性剤は、ベンゾトリアゾールおよびその誘導体である。存在する場合、界面活性剤は、有機ビヒクルの全重量を１００％として、少なくとも約０．０１ｗｔ％であってもよい。同時に、界面活性剤は、有機ビヒクルの全重量を１００％として、好ましくは約１０ｗｔ％以下、好ましくは約８ｗｔ％以下、より好ましくは約６ｗｔ％以下である。
【００５４】
有機ビヒクル中の好ましい添加剤は、上述の成分から区別され、有利な粘度、印刷特性、安定性および焼結特性などの導電性ペーストの有利な特性に寄与するそれらの物質である。当該分野において公知で、本発明に関して適切と考えられる添加剤が用いられてもよい。好ましい添加剤は、限定されないが、チキソトロピック剤、粘度調整剤、安定化剤、無機添加剤、増粘剤、乳化剤、分散剤またはｐＨ調整剤を含む。好ましいチキソトロピック剤は、限定されないが、カルボン酸誘導体、好ましくは脂肪酸誘導体またはこれらの組み合わせを含む。好ましい脂肪酸誘導体は、限定されないが、Ｃ９Ｈ１９ＣＯＯＨ（カプリン酸）、Ｃ１１Ｈ２３ＣＯＯＨ（ラウリン酸）、Ｃ１３Ｈ２７ＣＯＯＨ（ミリスチン酸）、Ｃ１５Ｈ３１ＣＯＯＨ（パルミチン酸）、Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯＨ（ステアリン酸）、Ｃ１８Ｈ３４Ｏ２（オレイン酸）、Ｃ１８Ｈ３２Ｏ２（リノール酸）およびこれらの組み合わせである。これに関して脂肪酸を含む好ましい組み合わせは、ヒマシ油である。
【００５５】
添加剤
別の実施形態によれば、導電性ペーストは、導電性粒子、ＰＢＴ  ＩＲＳおよび有機ビヒクルと異なる添加剤を含んでもよい。好ましい添加剤は、導電性ペースト、それらの製造された電極、または得られた太陽電池の向上された性能に寄与する。当業者にとって公知であり、本発明に関して好適と考えられる全ての添加剤は、導電性ペースト中の添加剤として用いられてもよい。好ましい添加剤は、限定されないが、チキソトロピック剤、粘度調整剤、乳化剤、安定剤またはｐＨ調整剤、無機添加剤、増粘剤および分散剤、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせであり、無機添加剤が最も好ましい。好ましい無機添加剤は、限定されないが、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、例えば、ニッケル、ジルコニウム、チタン、マンガン、スズ、ルテニウム、コバルト、鉄、銅およびクロムタングステン、モリブデン、亜鉛；ポスト遷移（ｐｏｓｔ−ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）金属、例えば、ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、テルル、ガドリニウム、鉛、ビスマス、アンチモン、希土類金属、例えば、ランタン、セリウム、酸化物、混合金属酸化物、錯体化合物、またはこれらの酸化物から形成される非晶質もしくは部分的に結晶化されたガラス、またはこれらの少なくとも２つの任意の組み合わせ、好ましくは亜鉛、アンチモン、マンガン、ニッケル、タングステン、テルルおよびルテニウム、またはこれらの少なくとも２つの組み合わせ、これらの酸化物、焼結するとこれらの金属酸化物もしくはガラスを生成できる化合物、または上述の金属の少なくとも２つの混合物、上述の酸化物の少なくとも２つの混合物、これらの金属酸化物を生成できる上述の化合物の少なくとも２つの混合物、混合金属酸化物、化合物、または焼結による非晶質もしくは部分的なガラス、または上記の任意の２つ以上の混合物を含む。
【００５６】
存在する場合、導電性ペースト組成物は、ペーストの全重量を１００％として、少なくとも約０．１ｗｔ％の添加剤を含んでもよい。同時に、ペーストは、ペーストの全重量を１００％として、好ましくは約１０ｗｔ％以下、好ましくは約５ｗｔ％以下、より好ましくは約２ｗｔ％以下の添加剤を含む。
【００５７】
導電性ペースト組成物の形成
導電性ペースト組成物を形成するために、ＩＲＳは、ペースト組成物を調製するための当該分野において公知の任意の方法を使用して導電性金属粒子および有機ビヒクルと組み合わされてもよい。調製方法は、均一に分散されたペーストを生じる限り、重要ではない。組成物はミキサーなどで混合されてもよく、次いで例えば、分散された均一なペーストを生成するために３本ロールミルを通過する。
【００５８】
太陽電池
別の態様において、本発明は、太陽電池に関する。一実施形態において、太陽電池は半導体基板（例えば、シリコンウエハー）と本明細書に記載された実施形態の何れかに係る導電性ペースト組成物を含から形成される。
【００５９】
別の態様において、本発明は、本明細書に記載される実施形態の何れかに係る導電性ペースト組成物を、半導体基板に塗布し、半導体基板を焼成することを含むプロセスによって調製された太陽電池に関する。
【００６０】
シリコンウエハ
好ましいウエハは、太陽電池の領域の中でもとりわけ、高効率で光を吸収し、電子正孔対を生成し、正孔と電子を高効率で境界面、好ましくはｐ−ｎ接合境界を越えて分離することができる領域である。好ましいウエハは、正面ドープ層と背面ドープ層から作製された単体を含むものである。
【００６１】
そのウエハは、適切にドープされた四価の元素、二元化合物、三元化合物または合金からなるものであるのが好ましい。本発明に関して好ましい四価の元素は、Ｓｉ、ＧｅまたはＳｎであり、好ましくはＳｉである。好ましい二元化合物は、２以上の四価の元素の組み合わせ、ＩＩＩ族の元素とＶ族の元素の二元化合物、ＩＩ族の元素とＶＩ族の元素の二元化合物、またはＩＶ族の元素とＶＩ族の元素の二元化合物である。四価の元素の好ましい組み合わせは、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎまたはＣから選択される２以上の元素の組み合わせであり、好ましくはＳｉＣである。ＩＩＩ族の元素とＶ族の元素の好ましい二元化合物はＧａＡｓである。好ましい実施形態によれば、ウエハはＳｉである。Ｓｉが明示的に言及されている上述の部分は、また上記の他のウエハ組成物に適用される。
【００６２】
ウエハの前面ドープ層と背面ドープ層が対面する部分がｐ−ｎ接合境界である。ｎ型太陽電池では、その背面ドープ層は、電子供与のｎ型ドーパントでドープされ、その前面ドープ層は電子受容または正孔供与のｐ型ドーパントでドープされる。ｐ型太陽電池では、その背面ドープ層はｐ型ドーパントでドープされ、およびその前面ドープ層はｎ型ドーパントでドープされる。好ましい実施形態によれば、第１にドープされたＳｉ基板を準備してｐ−ｎ接合境界を有するウエハを調製し、次いでその基板の一面に反対型のドープ層を塗布する。
【００６３】
ドープされたＳｉ基板は、当業者にとっては周知である。ドープされたＳｉ基板は、当業者にとって公知であり、本発明に関して適切であると考えられる任意の方法で準備され得る。Ｓｉ基板の好ましい原料は、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、非晶質Ｓｉであり、そして改良された冶金Ｓｉ、単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓが最も好ましい。ドープされたＳｉ基板を形成するためのドーピングは、Ｓｉ基板の調製の間にドーパントを添加することで同時に実施されてもよいしまたはその後の工程で実施されてもよい。Ｓｉ基板の調製に続くドープ手順は、例えば、ガス拡散エピタキシーにより実施され得る。ドープされたＳｉ基板は、また容易に入手可能である。一実施形態によれば、最初のＳｉ基板のドーピングは、Ｓｉ混合物にドーパントを添加することによってＳｉ基板の形成と同時に実施するのが１つの選択肢である。別の実施形態によれば、前面ドープ層と極めて高度にドープされた後ろの層の塗布は、存在する場合、ガス相エピタキシーで実施されることが１つの選択肢である。このガス相エピタキシーは、好ましくは少なくとも約５００℃、好ましくは少なくとも約６００℃、最も好ましくは少なくとも約６５０℃の温度で実施される。同時に、このガス相エピキタシーは、好ましくは約９００℃以下、より好ましくは約８００℃以下、最も好ましくは約７５０℃以下の温度で実施される。このエピキタシーはまた、少なくとも２ｋＰａ、好ましくは少なくとも約１０ｋＰａ、最も好ましくは少なくとも約３０ｋＰａの存在下で実施される。同時に、このエピキタシーは、約１００ｋｐａ以下、好ましくは約８０ｋＰａ以下、最も好ましくは約７０ｋＰａ以下の圧力で実施される。
【００６４】
Ｓｉ基板はいくつかの形状、表面組織および大きさを示し得ることが当業者に公知である。その形状は、立方体、円盤、ウエハおよび不定の多角体などのいくつかの異なる形状の１つであり得る。好ましい実施形態によれば、ウエハは、同じ、好ましくは等価である二つの寸法、および他の二つの寸法よりかなり小さい第３の寸法を有する立方体である。第３の寸法は、第１の二つの寸法より少なくとも１００倍小さくてもよい。
いことである。
【００６５】
さらに、様々な表面の型は当業者に公知である。一実施形態において、粗い表面を有するＳｉ基板は好ましい。基板の粗さを評価する１つの方法は、その基板の全表面積と比較して小さい基板の側面の表面粗さパラメータを評価することであり、好ましくはその全表面積の約１００分の１未満であり、かつ本質的に平面である基板の側面の表面粗さパラメータを評価することである。表面粗さパラメータの値は、平均二乗変位を最小化することによって、側面にぴったりな平面にその側面を投影することによって形成される理論的な表面の面積に対するその側面の面積の割合によって与えられる。本発明の表面粗さパラメータの値が高ければ高いほど、粗く、より不規則な表面であることを示し、その表面粗さパラメータの値が小さければ小さいほど、より滑らかであり、より平らな表面であることを示す。Ｓｉ基板の表面粗さは、限定されないが、光吸収とその表面への接着を含むいくつかの因子の間の最適バランスを作り出すために好ましく改良される。
【００６６】
Ｓｉ基板の二つの大きな寸法は、結果としての太陽電池の必要とされる用途を適合させるために変更され得る。Ｓｉウエハの厚さは、少なくとも約０．０１ｍｍであることが好ましい。同時に、厚さは、好ましくは約０．５ｍｍ以下、より好ましくは約０．３ｍｍ以下、最も好ましくは約０．２ｍｍ以下である。一実施形態によれば、Ｓｉウエハは、０．０１ｍｍの最小厚さを有してもよい。
【００６７】
前面ドープ層は、背面ドープ層と比較して薄いのが好ましい。また、前面ドープ層は、少なくとも約０．１μｍ、かつ約１０μｍ以下、好ましくは約５μｍ以下、最も好ましくは約２μｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【００６８】
高度のドープ層は、背面ドープ層と任意の更なる層との間にあるＳｉ基板の背面に塗布され得る。そのような高度のドープ層は、背面ドープ層と同じドープ型のものであり、そのような層は、通常、＋（ｎ＋型層は、ｎ型の背面ドープ層に塗布され、ｐ＋型層は、ｐ型の背面ドープ層に塗布される）で示される。この高度にドープされた背面の層は、金属化を補助し、導電性を改良する。高度にドープされた背面の層は、存在する場合、少なくとも約１μｍ、かつ約１００μｍ以下、好ましくは約５０μｍ以下、最も好ましくは約１５μｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【００６９】
ドーパント
好ましいドーパントは、Ｓｉウエハに添加されたとき、電子または正孔をそのバンド構造に導入してｐ−ｎ接合境界を形成するものである。これらのドーパントの同定および濃度は、そのｐ−ｎ接合のバンド構造のプロファイルを調整し、その光吸収と導電性プロファイルとを要求どおりにセットするように具体的に選択されることが好ましい。好ましいｐ型ドーパントは、Ｓｉウエハバンド構造に正孔を追加するものである。本発明の当業者に公知であり、本発明に関して適していると考えられる全てのドーパントは、ｐ型ドーパントとして用いられてよい。好ましいｐ型ドーパントは、限定されないが、三価の元素、特に周期表の１３族の元素を含む。好ましい周期表の１３族の元素は、限定されないが、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌまたはそれらの少なくとも二つの組み合わせを含み、Ｂが特に好ましい。
【００７０】
好ましいｎ型ドーパントは、Ｓｉウエハバンド構造に電子を加えるものである。当業者に公知であって、本発明において好ましいと考えられる全てのドーパントは、ｎ型ドーパントとして用いられてもよい。好ましいｎ型ドーパントは、限定されないが、周期表の１５族の元素を含む。好ましい周期表の１５族の元素は、限定されないが、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉまたはそれらの少なくとも二つの組み合わせを含み、Ｐが特に好ましい。
【００７１】
上記のとおり、ｐ−ｎ接合の様々なドーピングレベルは、得られた太陽電池の所望の性質を調整するために変更され得る。
【００７２】
特定の実施形態によれば、半導体基板（すなわち、シリコンウエハ）は、面積抵抗約６０Ω／□超、例えば約６５Ω／□超、約７０Ω／□超、約９０Ω／□超または約９５Ω／□超または１００Ω／□の面積抵抗を示す。
【００７３】
太陽電池構造
本発明の一態様は本発明の方法から得られる太陽電池である。好ましい太陽電池は、電気エネルギー出力に変換される入射光の全エネルギーの割合に関して、高い効率を有するものである。軽量で耐久性のある太陽電池も好ましい。最低でも、太陽電池は典型的に、（ｉ）：前面電極、（ｉｉ）前面ドープ層、（ｉｉｉ）ｐ−ｎ接合境界、（ｉｖ）背面ドープ層、および（ｖ）はんだ付けパッドを含む。太陽電池はまた、化学／機械的保護のための追加の層を含んでもよい。
【００７４】
反射防止層
反射防止層は、電極が太陽電池の前面に塗布される前に外層として塗布され得る。好ましい反射防止層は、前面で反射された入射光の割合を減少させ、前面を横切りウエハに吸収される入射光の割合を増加させるものである。好ましい吸収／反射比は、用いられる導電性ペーストによってエッチングすることで影響を受ける一方で導電性ペーストの焼成に必要とされる温度に耐久性があり、その電極界面の近くで電子と正孔の増加した再結合の原因にならない反射防止層が好ましい。当業者に公知で、本発明において適切と考えられる全ての反射防止層が用いられてもよい。好ましい反射防止層は、限定されないが、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２またはそれらの少なくとも２つの混合物および／またはそれらの少なくとも２つの層の組み合わせ含む。好ましい実施形態によれば、反射防止層は、特にＳｉウエハが用いられる場合にはＳｉＮｘである。
【００７５】
反射防止層の厚さは、適切な光の波長に適合される。本発明の好ましい実施形態によれば、反射防止層は、少なくとも約２０ｎｍ、好ましくは少なくとも約４０ｎｍ、最も好ましくは少なくとも約６０ｎｍの厚さを有する。同時に、厚さは、好ましくは約３００ｎｍ以下、好ましくは約２００ｎｍ以下、最も好ましくは約９０ｎｍ以下である。
【００７６】
保護層
１以上の保護層が、外層としてシリコンウエハの前面および／または背面に塗布され得る。保護層は、前面電極が形成される前に塗布されてもよく、または存在するなら、反射防止層が塗布される前に塗布されてもよい。好ましい保護層は、電極界面の近くで電子／正孔の再結合の割合を減少させるものである。当業者に公知で、本発明において適切と考えられる任意の保護層が用いられ得る。好ましい保護層は、限定されないが、窒化ケイ素、二酸化ケイ素および二酸化チタンを含む。好ましい実施形態によれば、窒化ケイ素が使用される。少なくとも０．１ｎｍ、好ましくは少なくとも約１０ｎｍ、最も好ましくは少なくとも約３０ｎｍの厚さを有する保護層が好ましい。同時に、保護層は、好ましくは約２μｍ以下、より好ましくは約１μｍ以下、最も好ましくは約２００ｎｍ以下である。
【００７７】
追加の保護材
太陽電池の主な機能に直接的に寄与する上記の層に加えて、さらなる層は機械的および化学的な保護のために追加され得る。
【００７８】
セルは、化学的な保護を提供するためにカプセル化され得る。カプセル化は当業者にとっては周知で、本発明において適切と考えられている任意のカプセル化が用いられてもよい。好ましい実施形態によれば、このようなカプセル化が存在するならば、透明なポリマー（しばしば透明な熱可塑性樹脂と言及される）が封入材料として使用される。好ましい透明なポリマーは、限定されないが、例えばシリコンゴムおよびポリエチレン酢酸ビニル（ＰＶＡ）を含む。
【００７９】
透明ガラスシートもまた、太陽電池の前面に追加されてもよく、そのセルの前面の機械的な保護を提供する。透明ガラスシートは、当業者にとっては周知であり、任意の適切な透明ガラスシートが用いられてもよい。
【００８０】
背面の保護材料は、太陽電池の背面に加えられてもよく、機械的な保護を提供する。背面の保護材料は、当業者にとっては周知であり、任意の適切な背面の保護材料が用いられてもよい。好ましい背面の保護材料は、良好な機械特性および耐候性を有するものである。好ましい背面の保護材料はポリフッ化ビニルの層を有するポリエチレンテレフタレートである。（背面の保護層とカプセル化の両方が存在する場合）背面の保護材料は、カプセル化層の下部に存在するのが好ましい。
【００８１】
フレーム材料は、太陽電池の外層に添加され得、機械的なサポートを与える。フレーム材料は、当業者にとっては周知であり、本発明において適切と考えられる任意のフレーム材料が用いられてもよい。好ましいフレーム材料はアルミニウムである。
【００８２】
太陽電池の調製方法
太陽電池は、前面電極を形成するために、導電性ペースト組成物を、シリコンウエハなどの半導体基板の前面上の窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化チタンまたは酸化アルミニウムなどの反射防止コーティングに塗布することによって調製され得る。本発明の背面導電性ペーストが次いで、はんだ付けパッドを形成するために太陽電池の背面に塗布されてもよい。導電性ペーストは、当業者に公知であり、本発明に関して適していると考えられる任意の方法で塗布されてもよい。例としては、限定されないが、含浸、浸漬、鋳込み、滴下、注入、噴霧、ナイフコーティング、カーテンコーティング、ブラッシングまたは印刷またはそれらの少なくとも二つの組み合わせを含む。好ましい印刷技術はインクジェット印刷、スクリーン印刷、タンポン印刷、オフセット印刷、凸版印刷もしくはステンシル印刷またはそれらの少なくとも二つの組み合わせである。導電性ペーストが印刷により、好ましくはスクリーン印刷により塗布されるのが好ましい。特に、スクリーンは、好ましくは少なくとも約１０μｍ、より好ましくは少なくとも約２０μｍ、最も好ましくは少なくとも約３５μｍの直径で開口するフィンガラインを有する。同時に、フィンガライン開口直径は、好ましくは約１００μｍ以下、より好ましくは約８０μｍ以下、最も好ましくは約７０μｍ以下である。
【００８３】
次いでアルミニウムペーストが、ＢＳＦを形成するために背面導電性ペーストから形成されるはんだ付けパッドの端部を覆って基板の背面に塗布される。次いで基板は、基板および導電性ペーストの組成物によって決定される適切なプロファイルに従って焼成される。
【００８４】
焼成が、固体電極体を形成するためにプリントされた電極およびはんだ付けパッドを焼成するために必要とされる。焼成は当業者に周知であり、本発明に関して適切と考えられる任意の方法で行われてもよい。ＩＲＳ材料のＴｇより高い温度で焼成が実施されることが好ましい。
【００８５】
焼成のために設定される最大温度は、約９００℃未満、好ましくは約８６０℃未満である。約８２０℃ほどの焼成温度が、太陽電池を得るために用いられている。焼成温度プロファイルは、典型的には、導電性ペースト組成物、および存在する任意の他の有機材料から有機結合剤材料の燃焼を可能にするように設定される。焼成段階は、典型的には、ベルト炉内で、空気中または酸素を含む大気中で実施される。焼成は、約３０秒〜約３分間、より好ましくは約３０秒〜約２分間、最も好ましくは約４０秒〜約１分間の範囲の全焼成時間の高速焼成プロセスで実施されるのが好ましい。６００℃超の時間は、約３〜７秒の範囲にあるのが最も好ましい。基板は、約１〜５秒間、約７００〜９００℃の範囲のピーク温度に達していてもよい。焼成はまた、高い輸送速度、例えば、約１００〜５００ｃｍ／分で、結果的に約０．０５〜５分間維持して実施されてもよい。多数の温度領域、例えば３〜１２の領域を、所望の温度プロファイルを制御するために使用することができる。
【００８６】
前面および背面上の導電性ペーストの焼成は、同時にまたは連続的に実施され得る。同時焼成は、もし両面に塗布される導電性ペーストの最適の焼成条件が同様、好ましくは同一であれば、適切である。適切な場合、焼成は同時に実施されるのが好ましい。焼成が連続して実施される場合、導電性ペーストは、最初に背面で塗布され、焼成され、続いて、その前面で導電性ペーストを塗布して焼成するのが好ましい。
【００８７】
導電性ペーストの性能の測定
引張力試験
得られた導電性ペーストの、引張力としても知られている、接着強度を測定するために使用される１つの方法は、シリコン太陽電池に印刷される導電性ペースト層にはんだワイヤを適用することである。標準的なはんだワイヤは、Ｓｏｍｏｎｔ  Ｃｅｌｌ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ自動はんだ付け機械（Ｍｅｙｅｒ  Ｂｕｒｇｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｔｄ．によって製造される）などの自動機械によって、または当該分野において公知の方法によるハンドヘルドはんだガンを用いて手動で電極に適用される。本発明において、約２０μｍ  ６２／３６／２はんだコーティングを有する０．２０×０．２０ｍｍの銅リボンを使用したが、当該分野の工業で一般的で、公知の他の方法が使用されてもよい。具体的には、太陽電池の長さの約２．５倍のリボンの長さが切断される。はんだフラックスは切断リボン上にコーティングされ、１〜５分間乾燥される。次いでセルがはんだ付け固定具に取り付けられ、リボンが電極の上部に並べられる。はんだ付け固定具は予熱ステージにロードされ、セルは１５０〜１８０℃にて１５秒間予熱される。予熱後、はんだ付けピンが下げられ、リボンが２２０〜２５０℃にて０．８〜１．８秒間電極にはんだ付けされる。銅ワイヤを電極の長さにはんだ付けして、ＧＰ  Ｓｏｌａｒ  ＧＰ  ＰＵＬＬ−ＴＥＳＴ  Ａｄｖａｎｃｅｄなどの引張試験器を使用して接着力を測定する。はんだ付けしたリボンの尾端部は、引張試験器における力測定器に取り付けられ、６ｍｍ／ｓの一定の速度にて約１８０℃で剥ぎ取られる。力測定器は、１００ｓ−１のサンプリングレートで接着力（ニュートン）を記録する。
【００８８】
例示的なペーストを評価する場合、このはんだおよび引張プロセスは、典型的に、はんだ付けプロセスから通常得られるデータのばらつきを最小化するために４つの別々の電極で４回完了する。１つの実験からの１つの個々の測定は、はんだ付けプロセスにおける個別の変化が結果に影響を与え得るので信頼性は低い。したがって、４回の引張から全体の平均を得て、平均引張力をペースト間で比較する。最低でも１ニュートンの引張力が望ましい。接着強度についての許容可能な業界基準は典型的に２ニュートン超である。少なくとも３、少なくとも４、少なくとも５、または少なくとも６ニュートンの引張力を有する、より強い接着が最も望ましい。
【００８９】
太陽電池モジュール
本発明の別の態様は本発明の太陽電池から形成される太陽電池モジュールである。複数の太陽電池は、モジュールと呼ばれる集合的構成を形成するために空間的に配置され、電気的に接続され得る。好ましいモジュールは、多くの構成、好ましくはソーラーパネルとして知られている矩形の構成を有してもよい。太陽電池を電気的に接触する様々な方法、および集合的構成を形成するためにこのようなセルを機械的に配置し、固定する様々な方法は当該分野において周知である。当該分野において公知であり、本発明に関して好適とみなされる任意のこのような方法が利用されてもよい。好ましい方法は、低い質量対出力比、低い体積対出力比、および高い耐久性を生じるものである。アルミニウムが太陽電池を機械的に固定するための好ましい材料である。
【実施例】
【００９０】
実施例１
ＰＢＴＳ  ＩＲＳ（Ｇ１−Ｇ６）を含むＩＲＳ組成物のセットを、以下の表１に記載した成分を用いて調製した。表１に記載されるように、接触促進ＩＲＳのみを含む対照も調製した。サンプルを、表１に指定した量で個々の酸化物成分を混合することによって１００ｇバッチ中で調製した。酸化物混合物を８．３４ｉｎ３体積のＣｏｌｏｒａｄｏるつぼに充填した。次いでるつぼを８００℃にて４０分間オーブンに入れ、酸化物混合物を予熱した。予熱後、るつぼを１５分間１３００℃にて耐火性オーブン内に動かし、ガラス混合物中に個々の成分を溶解した。次いで溶解したガラスをオーブンから取り除き、急速にクエンチするために脱イオン水を含有するバケツに注いだ。このガラス物質を１Ｌセラミックボールミル中でさらに処理した。ボールミルを、１／２インチの円筒形アルミナ媒体、または２ｍｍ直径のイットリウム安定化ジルコニア（ＹＴＺ）粉砕媒体、および脱イオン水でほぼ半分に満たした。ガラスをボールミルに加え、６０〜８０ＲＰＭにて８時間回転させた。フライス加工後、ガラスを３２５メッシュ篩で濾過し、１２５℃にて２４時間乾燥させた。全ての量はＩＲＳの全重量１００％に基づく。
【００９１】
表１．例示的なＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物（Ｇ１−Ｇ６）
【表１】
0006046753.tif 000002
【００９２】
各々の例示的なペースト（Ｐ１−Ｐ６）を形成するために、ペーストの全重量を１００％として、約８８ｗｔ％の銀粒子、約１０．３ｗｔ％の有機ビヒクル、約１．５ｗｔ％の接触促進ＩＲＳ（接触ＩＲＳ）、および約０．２ｗｔ％の各ＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物を、各々混合した。約１．７ｗｔ％の接触ＩＲＳを有し、ＰＢＴＳ  ＩＲＳを有さない対照ペースト（対照１）も調製した。
【００９３】
一旦、ペーストを一貫して均一に混合した後、それらを各々、約３０μｍのワイヤ直径にて、２５０メッシュのステンレス鋼、５μｍのＥＯＭを使用してブランク単結晶（ＭＮ）および多結晶（ＭＣ）シリコンウエハの前面にスクリーンプリントした。次いでセルを適切な温度にて乾燥させた。プリントされた前面ペーストを有するシリコン基板を次いで、約７００〜９７５℃のピーク温度で焼成した。
【００９４】
次いで接着性能（ニュートン）を本明細書に記載されるパラメータに従って測定した（引張試験を参照のこと）。以下の表２に記載されるようにデータを対照１に対して１に正規化した。全ての例示的なペーストは、接触促進ＰＢＴＳ  ＩＲＳ成分を有さない対照ペーストより性能が優れていた。
【００９５】
表２．対照１ペーストおよびペーストＰ１−Ｐ６の接着性能
【表２】
0006046753.tif 000003
【００９６】
実施例２Ａ
ＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物（Ｇ７−Ｇ１２）の第２のセットを、実施例１に記載されるパラメータに従って、以下の表３に記載される開始物質を用いて調製した。全ての量はＩＲＳの全重量を１００％として表す。
【００９７】
表３．例示的なＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物（Ｇ７−Ｇ１２）
【表３】
0006046753.tif 000004
【００９８】
次いでペーストＰ７−Ｐ１２を形成するために実施例１に記載されるパラメータに従って、約０．５ｗｔ％のＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物を、約８８ｗｔ％の銀、約１．５ｗｔ％の実施例１の接触ＩＲＳ、および約１０ｗｔ％の有機ビヒクルと混合した。約２ｗｔ％の実施例１の接触ＩＲＳを有し、ＰＢＴＳ  ＩＲＳを有さない異なる対照ペースト（対照２）も調製した。次いで例示的なペーストを実施例１のパラメータに従ってＭＣシリコンウエハにスクリーンプリントした。（対照２と比較して）ペーストの正規化した接着性能を以下の表４に記載する。全ての例示的なペーストは対照２のペーストより優れていた。
【００９９】
表４．対照２ペーストおよびペーストＰ７−Ｐ１２の接着性能
【表４】
0006046753.tif 000005
【０１００】
実施例２Ｂ
別のセットの例示的なペーストを、以下の表５に記載されている異なる接触促進ＩＲＳを使用したことを除いて、実施例２Ａ（Ｇ７−Ｇ１２）の同じＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物を用いて調製した。接触ＩＲＳ２はＭ−酸化物として酸化亜鉛を含有した。
【０１０１】
表５．接触促進ＩＲＳ組成物
【表５】
0006046753.tif 000006
【０１０２】
これらの例示的なペーストは、約８８ｗｔ％の銀、約１．５ｗｔ％の接触ＩＲＳ２、約０．５ｗｔ％のＧ７−Ｇ１２、および約１０ｗｔ％の有機ビヒクルを含んだ。約２ｗｔ％の接触ＩＲＳ２を含み、ＰＢＴ  ＩＲＳ組成物を含まない対照ペースト（対照３）を調製した。（対照３と比較して）これらのペーストの正規化した接着性能を以下の表６に記載する。見られ得るように、異なる接触促進ＩＲＳを使用した場合でさえ、ＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物は依然として接着性能を改良している。
【０１０３】
表６．異なる接触促進ＩＲＳ（接触ＩＲＳ２）を用いた接着性能
【表６】
0006046753.tif 000007
【０１０４】
実施例３
第３のセットのＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物（Ｇ１３−Ｇ１８）を、実施例１に記載されるパラメータに従って以下の表７に記載される開始物質を用いて調製した。全ての量はＩＲＳの全重量を１００％として表す。
【０１０５】
表７．例示的なＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物（Ｇ１３−Ｇ１８）
【表７】
0006046753.tif 000008
【０１０６】
次いで各々のＩＲＳ組成物（約０．２ｗｔ％）を、実施例１に記載されるパラメータに従って、約８８ｗｔ％の銀、約１．５ｗｔ％の実施例１の接触ＩＲＳ、および約１０．３ｗｔ％の有機ビヒクルと混合した。次いで例示的なペーストを、実施例１のパラメータに従ってＭＣおよびＭＮシリコンウエハにスクリーンプリントした。（実施例１の対照１と比較して）ペーストの正規化した接着性能を以下の表８に記載する。全ての例示的なペーストは実施例１の対照１より優れていた。
【０１０７】
表８．ペーストＰ１３−Ｐ１８の接着性能
【表８】
0006046753.tif 000009
【０１０８】
実施例４
第４のセットのＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物（Ｇ１９−Ｇ２２）を、実施例１に記載されるパラメータに従って以下の表９に記載される開始物質を用いて調製した。全ての量はＩＲＳの全重量を１００％として表す。
【０１０９】
表９．例示的なＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物（Ｇ１９−Ｇ２２）
【表９】
0006046753.tif 000010
【０１１０】
次いで各々のＩＲＳ組成物（約０．２ｗｔ％）を、実施例１に記載されるパラメータに従って約８８ｗｔ％の銀、約１．５ｗｔ％の実施例１の接触ＩＲＳ、および約１０．３ｗｔ％の有機ビヒクルと混合した。次いで例示的なペーストを、実施例１のパラメータに従ってＭＣシリコンウエハにスクリーンプリントした。（実施例１の対照１と比較して）例示的なペーストの正規化した接着性能を以下の表１０に記載する。全ての例示的なペーストは実施例１の対照１より優れていた。
【０１１１】
表１０．ペーストＰ７−Ｐ１２の接着性能
【表１０】
0006046753.tif 000011
【０１１２】
実施例５
第５のセットのＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物（Ｇ２３−Ｇ２５）を、実施例１に記載されるパラメータに従って以下の表１１に記載される開始物質を用いて調製した。全ての量はＩＲＳの全重量を１００％として表す。
【０１１３】
表１１．例示的なＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物（Ｇ２３−Ｇ２５）
【表１１】
0006046753.tif 000012
【０１１４】
次いで各々のＩＲＳ組成物（約０．２ｗｔ％）を、実施例１に記載されるパラメータに従って約８８ｗｔ％の銀、約１．３ｗｔ％の実施例１の接触ＩＲＳ、および約１０．５ｗｔ％の有機ビヒクルと混合した。次いで例示的なペーストを、実施例１のパラメータに従ってＭＣシリコンウエハにスクリーンプリントした。（実施例１の対照１と比較して）例示的なペーストの正規化した接着性能を以下の表１２に記載する。全ての例示的なペーストは実施例１の対照ペーストより優れていた。
【０１１５】
表１２．ペーストＰ７−Ｐ１２の接着性能
【表１２】
0006046753.tif 000013
【０１１６】
実施例６
別のセットのＰＢＴＳ  ＩＲ組成物は、実施例１に記載されるパラメータセットに従って以下の表１３に記載される開始物質を用いて調製できる。これらの組成物はＬｉ２Ｏおよび／またはＢ２Ｏ３をさらに含む。全ての量はＩＲＳの全重量１００％に基づく。接触促進ＩＲＳのみを含有する対照ペーストと比較して、予測的ＩＲＳ組成物を用いて調製したペーストの予想される接着性能を以下の表１４に記載する。
【０１１７】
表１３．予測的ＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物（Ｘ１−Ｘ４）
【表１３】
0006046753.tif 000014
【０１１８】
表１４．Ｘ１−Ｘ７を用いた予測的ペーストの接着性能
【表１４】
0006046753.tif 000015
【０１１９】
実施例７
別のセットのＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物は、実施例１に記載されるパラメータに従って以下の表１５に記載される開始物質を用いて調製できる。これらの組成物の全てはＰＢＴＳ系のみを含有する。全ての量はＩＲＳの全重量１００％に基づく。接触促進ＩＲＳのみを含有する対照ペーストと比較して予測的ＩＲＳ組成物を用いて調製されるペーストの予想される接着性能を以下の表１６に記載する。
【０１２０】
表１５．予測的ＰＢＴＳ  ＩＲＳ組成物（Ｘ８−Ｘ１４）
【表１５】
0006046753.tif 000016
【０１２１】
表１６．Ｘ８−Ｘ１４を用いた予測的ペーストの接着性能
【表１６】
0006046753.tif 000017
【０１２２】
本発明のこれらおよび他の利点は前述の明細書から当業者に明らかになるであろう。したがって、本発明の広範な概念から逸脱せずに、変化または修飾が上記の実施形態に対してなされてもよいことは当業者により認識される。任意の特定の実施形態の特定の寸法は例示目的のためだけである。したがって、本発明は、特定の実施形態に限定されないが、本発明の範囲および趣旨内である全ての変更および修飾を含むことを意図すると理解されるべきである。