(57)【要約】【課題】導電性ペースト組成物及びそれを用いて製造される半導体デバイスを提供する。【解決手段】本発明は、１つ以上の絶縁層を有する太陽電池デバイスの表側に印刷するための厚膜ペースト組成物を提供する。厚膜ペーストは、オルガノポリシロキサンと含フッ素分解剤とを含む有機媒体中に分散されている導電性金属及び酸化物組成物を含む。【選択図】図１
2018067547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機固体部分であって、
（ａ）導電性金属供給源と、
（ｂ）無機酸化物系成分と
を含む無機固体部分；及び
前記無機固体部分の構成要素が分散されているビヒクルであって、
（ｃ）オルガノポリシロキサンと、
（ｄ）含フッ素分解剤と、
（ｅ）溶媒と
を含むビヒクル
を含むペースト組成物。
【請求項２】
前記含フッ素分解剤が、式［Ｍk+］［Ｘ-］k（式中、Ｍk+は、正電荷ｋを有するカチオンであり、及びＸ-は、Ｆ-又は（ＨＦ2）-である）を有する物質を含む、請求項１に記載のペースト組成物。
【請求項３】
前記含フッ素分解剤が、式Ｍ+Ｘ-（式中、Ｍ+は、一価のカチオンであり、及びＸ-は、Ｆ-又は（ＨＦ2）-である）を有する物質を含む、請求項２に記載のペースト組成物。
【請求項４】
Ｍ+が式
【化１】
2018067547.tif 000012
（式中、Ｎは、窒素であり、及びＲ1〜Ｒ4のそれぞれは、独立に水素、又は１〜１５個の炭素を有する任意のアルキル若しくはアリール基である）を有する、請求項３に記載のペースト組成物。
【請求項５】
前記含フッ素分解剤がフッ化テトラブチルアンモニウムを含む、請求項４に記載のペースト組成物。
【請求項６】
前記オルガノポリシロキサンが、式（ＩＩ）
【化２】
2018067547.tif 000013
（式中、Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3基のそれぞれは、Ｃ１〜Ｃ８アルキル、Ｃ２〜Ｃ８アルケニル、Ｃ２〜Ｃ８アルキニル、又はＣ６〜Ｃ１０アリール基から独立に選択され、前記Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3基のうちのいずれかは、アルコキシ、ヒドロキシ、カルボニル、カルボキシル、アミノ、エポキシ、メタクリル、グリシドキシ、ウレイド、スルフィド、メタクリルオキシ、スルフヒドリル、及びハロゲン基から選択される１つ以上の置換基を任意選択的に含み、且つｎは、５０〜１００，０００の範囲の整数である）
によって表される構造を有するポリマーを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のペースト組成物。
【請求項７】
前記オルガノポリシロキサンがポリジメチルシロキサンを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のペースト組成物。
【請求項８】
前記オルガノポリシロキサンが、式（ＩＩＩ）
【化３】
2018067547.tif 000014
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、及びＲ4基のそれぞれは、前記Ｒ1及びＲ4基が異なることを条件として、Ｃ１〜Ｃ８アルキル、Ｃ２〜Ｃ８アルケニル、Ｃ２〜Ｃ８アルキニル、又はＣ６〜Ｃ１０アリール基から独立に選択され、前記Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、及びＲ4基のうちのいずれかは、アルコキシ、ヒドロキシ、カルボニル、カルボキシル、アミノ、エポキシ、メタクリル、グリシドキシ、ウレイド、スルフィド、メタクリルオキシ、スルフヒドリル、及びハロゲン基から選択される１つ以上の置換基を任意選択的に含み、且つｍ及びｎは、前記Ｒ1及びＲ4基が異なることを条件として、それぞれ独立に５０〜１００，０００の範囲であり得る整数である）
によって表される構造を有するコポリマーを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のペースト組成物。
【請求項９】
（ａ）半導体基板であって、対向する第１及び第２の主面を有し、且つ前記半導体基板の前記第１の主面上に位置する絶縁層を含む半導体基板を準備することと；
（ｂ）請求項１〜８のいずれか一項に記載のペースト組成物を前記第１の主面の少なくとも一部上に塗布することと；
（ｃ）前記ペースト組成物が前記絶縁層を貫通し、且つ前記半導体基板と電気的に接触する電極を形成するのに十分な条件下で、前記半導体基板及び前記ペースト組成物を焼成することと
を含む方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法によって製造される物品。
【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、２０１６年１０月２１日に出願された“Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｍａｄｅ  Ｔｈｅｒｅｗｉｔｈ”という名称の米国仮特許出願第６２／４１０，９６９号明細書の利益を主張するものであり、この出願は、その参照によりあらゆる目的のためにその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、様々な電気及び電子デバイスの組み立てに有用な導電性ペースト組成物、より詳しくは、光起電デバイス用の電極などの導電構造体の作成に有用なペースト組成物、そのようなペースト組成物を用いて組み立てられるデバイス、及びこれらのデバイスを組み立てる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光起電（ＰＶ）デバイス（太陽電池とも呼ばれる）は、入射太陽光を利用可能な電気エネルギーに変換するために現在広く利用されており、これは任意の望ましいタイプの外部負荷を供給することができる。電池には、ワイヤーに接続するように構成されている電極が設けられており、これを通して発生した電気が負荷に流れる。当然のことながら、捕捉して利用可能な電気エネルギーに変換することができる入射太陽エネルギーの量を最大にするために、エネルギーの生成及び伝送はできるだけ効率よく行われることが望ましい。技術者らは、近年、その効率を向上させるための多くの方法に関心を向けてきた。太陽光による光起電システムは、これらが従来の発電所における化石燃料の燃焼などの古い形態の発電の必要性を減らすという点で環境に有益であるとみなされている。
【０００４】
従来の太陽電池は、ｎ型半導体とｐ型半導体との間に形成されるｐ−ｎ接合など、異なる多数キャリア導電型を用いた半導体材料間の接合を含む構造体を基本とする。より具体的には、結晶Ｓｉ光電池は、典型的には真性半導体である精製されたシリコンに、制御された不純物（ドーパントと呼ばれる）を添加することによって製造される。ＩＵＰＡＣの１３族（例えば、Ｂ）由来のドーパントは「アクセプター性ドーパント」と呼ばれ、ｐ型材料を生成し、この中の多数電荷キャリアは正「孔」又は電子の空孔である。ＩＵＰＡＣの１５族（例えば、Ｐ）由来のドーパントは「ドナー性ドーパント」と呼ばれ、ｎ型材料を生成し、この中の多数電荷キャリアは負の電子である。ドーパントは、シリコン結晶の成長時の融液に直接取り込ませることによってバルク材料に添加することができる。表面のドーピングは、多くの場合、表面にドーパントを液体又は気体の形態のいずれかで付与し、その後、母体の半導体を熱処理してドーパントを内部に拡散させることによって行われる。追加的な熱処理を用いる場合があるイオン注入も表面ドーピングのために使用される。
【０００５】
電池構造体は、ｐ型及びｎ型のＳｉ間の境界又は接合を含む。電池が太陽光などの適切な波長の電磁放射で照射されると、電子−正孔対の電荷キャリアがｐ−ｎ接合の電場領域中に移動して分離するにつれて、接合面を横切るように電位（電圧）差が生じる。空間的に分離された電荷キャリアは、半導体表面と接触している電極によって集められる。その結果、電池は、接続されている電気的な負荷に電流を供給するように構成される。太陽光は略常に光源であることから、光電池は「太陽電池」として一般的に知られている。
【０００６】
一般的に使用されている平面状のｐベースの構成では、負極は光源に曝される電池の片側に位置し（「表」、「受光」、又は「太陽」側）、正極は電池の反対側に位置している（「裏面」又は「非照射」側）。ｐベースの構成からｐ型領域とｎ型領域が交換された、平面状のｎベースの構成を有する電池も公知である。
【０００７】
両方の電極は、通常、適切なメタライゼーションにより、すなわち電池の片面又は両面の一部又は全部の上に位置する導電性金属の薄層により得られる。ほとんどの場合、これらの電極は略平面状の電池構造体の両側に設けられる。慣例的には、これらは、半導体本体のそれぞれの表面に適切な導電性金属ペーストを塗布し、その後、ペーストを焼成することによって製造される。例えば、（特許文献１）には、（ｉ）Ａｇなどの導電性粉末、（ｉｉ）鉛−テルル−酸化物系ガラスフリット、（ｉｉｉ）有機ポリマーとしてのエチルセルロース、（ｉｖ）適切なチクソ性付与剤及び界面活性剤、及び（ｖ）主に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を含む溶媒を含む導電性ペーストを半導体基板上に塗布する工程と；導電性ペーストを焼成して太陽電池などのデバイスに好適な電極を製造する工程とを含む、太陽電池電極を製造する方法が開示されている。
【０００８】
ほとんどの光電池は、入射光の利用を最大限にする反射防止特性を付与するために、その表側に絶縁層を用いて作製される。しかし、この構成では、積層された表側の電極のメタライゼーションを下の半導体表面と接触させるために、通常、絶縁層を除去しなくてはならない。表側の電極を作製するために選択される導電性金属のペーストは、典型的には、ガラスフリットと、印刷用のビヒクルとして機能する有機媒体中に保持されている導電種（例えば、銀粒子）とを含む。電極は、適切なパターンでペースト組成物を堆積させ（例えば、スクリーン印刷により）、その後、ペースト組成物及び基板を焼成することにより形成することができる。
【０００９】
ペースト組成物の特定の配合物は、これを用いて組み立てられた電極の電気的及び機械的な特性の両方に対して、強いが非常に予測できない影響を生じさせる。完成した電池が良好な電気的特性（例えば、高い光変換効率及び低い抵抗）を得るには、組成物は、下の半導体にダメージを与えることなく良好な電気的接触が構築されるように、焼成時に反射防止層を貫通するか又は完全にエッチングしなければならない。
【００１０】
理想的には、電池内のオーム加熱による効率の損失を最小限にするために、電極は高い電気伝導度及び下のデバイスへの低抵抗の接続を有する。また、受光面上への入射光が遮られることで生じる効率の損失を回避するために、電極の総面積はできるだけ小さいことが望ましい。通常、これらの要件は、複数の微細な導電性の線を含む構造体を必要とする。線の導電率は、これらの長さに垂直な平面におけるこれらの断面積を増加させることによって改善される。しかし、遮光を最小限にするために、焼成された線は、高いが狭い必要がある。しかしながら、既存のペースト組成物では、スクリーン印刷によってそのような線を形成することと、焼成時の過剰な線の拡がりを防止することとの両方が困難であることが明らかになった。更に、焼成時に電極と基板との間に強い接着結合が形成されることが望ましい。加えて、焼成時にビヒクルが完全に除去されることで、電極の導電率を低下させる残留物が存在しないことも望ましい。したがって、多くの従来のペースト組成物を用いると、印刷されたウエハーを確実に焼成することで良好な接着性と電気特性とを一緒に得ることが不可能であることが明らかになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第８，４９７，４２０号明細書
【特許文献２】米国特許第８，４９７，４２０号明細書
【特許文献３】米国特許第８，８９５，８４３号明細書
【特許文献４】米国特許第８，８８９，９７９号明細書
【特許文献５】米国特許第８，８０８，５８１号明細書
【特許文献６】米国特許第７，４９４，６０７号明細書
【特許文献７】国際公開第２０１０／１２３９６７Ａ２号パンフレット
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】“Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，”Ｖｏｌ．３１，ｐ９９−１０３（１９９７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
光電池などのデバイスの形成に有用な様々な方法及び組成物が公知であるものの、全体として向上したデバイス電気特性を付与し、従来の構造体及び新規な構造体の両方でのそのようなデバイスの迅速且つ効率的な製造を容易にする、パターン化された導電構造体の作製を可能にする組成物が依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本開示のある態様は、無機固体部分であって、
（ａ）導電性金属供給源と、
（ｂ）無機酸化物系成分（inorganic oxide-based component）と
を含む無機固体部分；及び
無機固体部分の構成要素が分散されているビヒクルであって、
（ｃ）オルガノポリシロキサンと、
（ｄ）含フッ素分解剤と、
（ｅ）溶媒と
を含むビヒクル
を含むペースト組成物を提供する。
【００１５】
ある実施形態では、含フッ素分解剤は、式Ｍ+Ｘ-（式中、Ｍ+は、一価のカチオンであり、及びＸ-は、Ｆ-又は（ＨＦ2）-である）を有するものなどの一価のカチオンを含む物質、又は式［Ｍk+］［Ｘ-］k（式中、Ｍk+は、正電荷ｋを有するカチオンであり、及びＸ-は、Ｆ-又は（ＨＦ2）-である）を有するものなどの２＋以上の価数を有するカチオンを含む物質を含む。
【００１６】
別の態様は、方法であって、
（ａ）半導体基板であって、対向する第１及び第２の主面を有し、且つ半導体基板の第１の主面上に位置する絶縁層を含む半導体基板を準備することと；
（ｂ）本明細書に記載の通りのペースト組成物を第１の主面の少なくとも一部上に塗布することと；
（ｃ）半導体基板と電気的に接触する電極を形成するのに十分な条件下で、半導体基板及びペースト組成物を焼成することと
を含む方法を提供する。
【００１７】
前述の方法の実施において本発明のペースト組成物を使用して形成される物品も開示される。そのような物品としては、半導体デバイス及び光電池が挙げられる。本方法は、シリコン半導体と接触する電極を形成するために使用することができ、電極は、本明細書に記載の方法のいずれかによって形成される導電構造体を含む。
【００１８】
本開示の別の態様は、光電池前駆体であって、
（ａ）対向する第１及び第２の主面を有する半導体基板と；
（ｂ）第１の主面の予め選択された部分に塗布され、且つ焼成作業により、基板と電気的に接触する電極を含む導電構造体へと形成されるように構成される、本明細書に記載のペースト組成物と
を含む光電池前駆体を提供する。
【００１９】
本発明は、以下の本発明の好ましい実施形態の詳細な説明及び添付の図面を参照する場合により十分に理解され、更なる利点が明らかになるであろう。複数の図面全体を通じて、同様の参照符号は同様の要素を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＡからＦは、太陽電池電極の製造方法を説明する断面図である。
【図２】２種のそのままのＰＤＭＳ部分及びＰＤＭＳとＴＢＡＦとの混合物について取得した熱重量分析データのプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本開示の様々な態様は、機械的に頑丈で耐久性のある高伝導度の電極を有する高性能の半導体デバイス、光起電デバイス、及び他の電子デバイス、並びにこれらの製造に好適な方法の必要性に関する。
【００２２】
ある態様は、溶媒及び他の任意選択的な機能性剤（ポリマー、界面活性剤、増粘剤、チクソ性付与剤、及びバインダー等）と共にオルガノポリシロキサン及び分解剤を含む主に有機ビヒクル中に分散されている、機能性無機材料としての導電性金属の供給源などの導電性成分と、ガラスフリットなどの酸化物系成分とを含むペースト組成物を提供する。別の態様では、ペースト組成物は光起電デバイスの高品質電極の作製において有利に用いられる。理想的には、ペースト組成物は、（ａ）基板との比較的低い抵抗接触を与え。（ｂ）下の基板の電気的特性を保ち、（ｃ）下の半導体基板に強固に接着するメタライゼーションの形成を促進する。その１つ又は両方の電極としてのそのようなメタライゼーションを用いるＰＶ電池は、理想的には、高い光電変換効率、高い曲線因子、低い直列抵抗、高い並列抵抗、及び電極と基板との間の良好な機械的接着のうちの１つ以上を含む、良好な電気的及び機械的な特性を示す。適切なペースト組成物は、導電性電極と下の半導体層との間の良好な接触を形成するために必要とされる、光電池などの半導体構造体中に通常組み込まれる表面絶縁層のエッチングを促進すると考えられている。
【００２３】
下で詳述するように、ペースト組成物のビヒクルは、この中に分散されている無機固体構成要素の担体として機能する。溶媒と共に、ビヒクルは、堆積工程及び電極形成工程において望ましいものを含む（これらに限らない）、望ましい機能特性を付与し得るポリマー、界面活性剤、増粘剤、チクソ性付与剤、及びバインダーなどの１種以上の成分を含んでいてもよい。ビヒクルは、主に有機物質から構成されるが、ビヒクルの機能性を高める少量の無機物質が任意選択的に含まれる。
【００２４】
電極又は他の類似の導電配線は、めっき、押出又は共押出、シリンジからの分注、インクジェット、成形、多重又はリボン印刷などの他の形態の堆積も代わりに使用できるものの（これらに限定されない）、典型的には基板上にペースト組成物をスクリーン印刷することによって設けられる。堆積後、組成物は高温で焼成される。実際の焼成前に、独立した乾燥工程が任意選択的に行われる。
【００２５】
本発明の組成物は、電気又は電子デバイス中に組み込まれる半導体モジュールで用いられるものなど、他の目的のための導電配線を形成するためにも使用することができる。当業者によって認識されると考えられるように、本明細書に記載のペースト組成物は、「導電性」と呼ばれる場合があり、これは組成物が構造体中に成形され、その後、処理されることでデバイスとそれに接続される電気回路との間に電流を通じさせるのに十分な電気伝導度を示し得ることを意味する。
【００２６】
Ｉ．無機成分
Ａ．導電性金属
本発明のペースト組成物は、導電性金属の供給源を含む。例示的な金属としては、銀、金、銅、ニッケル、パラジウム、白金、アルミニウム、並びにこれらの合金及び混合物が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、導電性金属はＡｇ、Ｃｕ、及びＰｄからなる群から選択される。或いは、導電性金属は、加工性及び高い導電率の点で有利な銀から本質的になる。しかし、コストの低減又は他の特性の修正のために、少なくとも少量の卑金属を含む組成物が使用されてもよい。
【００２７】
導電性金属は、金属粉末として本発明のペースト組成物に直接組み込まれてもよい。別の実施形態では、２種以上のそのような金属の混合物又は合金が直接組み込まれる。或いは、金属は、金属酸化物又は焼成の熱に曝されると分解して金属を形成する塩により供給される。本明細書において、用語「銀」は、銀単体の金属、銀合金、及びこれらの混合物を指すものとして理解され、更には、銀酸化物（Ａｇ2Ｏ若しくはＡｇＯ）若しくは銀塩（ＡｇＣｌ、ＡｇＮＯ3、ＡｇＯＯＣＣＨ3（酢酸銀）、ＡｇＯＯＣＦ3（トリフルオロ酢酸銀）、Ａｇ3ＰＯ4（オルトリン酸銀）、又はこれらの混合物など）由来の銀も含まれ得る。特定の実施形態では、ペースト組成物の他の成分と相性がよい任意の他の形態の導電性金属も使用することができる。機能性導電性材料のための本発明のペースト中で使用される他の金属も同様の由来とすることができる。
【００２８】
本発明のペースト組成物中で使用される導電性金属粉末は、限定するものではないが、粉末形態、フレーク形態、球形態、棒形態、顆粒形態、結節形態、層状若しくは被覆形態、他の不規則な形態、又はこれらの混合物のうちの任意の１つ以上などの任意の形態を有する微粉化された粒子として供給されてもよい。導電性金属又はその供給源は、コロイド懸濁液中で供給されてもよく、この場合、コロイド担体は、コロイド物質がその一部となる固体の重量パーセンテージのいずれの計算にも含められないであろう。
【００２９】
金属の粒径は、いかなる具体的な制限も受けない。本明細書において、「粒径」は、「メジアン径」又はｄ50（５０％体積分布径を意味する）を指すことが意図されている。粒径分布はｄ90によっても特徴付けることができ、これは粒子の９０体積％がｄ90よりも小さいことを意味する。体積分布径は、Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ粒度分布計（Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙｖｉｌｌｅ，ＰＡ）により用いられるレーザー回折及び分散法を含む（ただし、これらに限定されない）、当業者によって理解される多数の方法によって測定することができる。例えば、Ｈｏｒｉｂａ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．（Ｉｒｖｉｎｅ，ＣＡ）から市販されているＬＡ−９１０型粒度分析計を使用するレーザー光散乱も使用することができる。様々な実施形態では、Ｈｏｒｉｂａ  ＬＡ−９１０又はＭｉｃｒｏｔｒａｋの分析計を使用して測定される金属粒子のメジアン径は、０．０１、０．２、０．３、若しくは０．５μｍ〜１０μｍ；又は０．３、０．４、若しくは０．５μｍ〜５若しくは８μｍの範囲である。これらの範囲内の直径を有する粒子はよく焼結することが分かっている。更に、粒径は、例えばスクリーン印刷など、導電性ペーストを半導体基板上に塗布するために使用される方法の機能に見合う必要がある。ある実施形態では、２種以上のタイプの異なる直径及び／又は形態の導電性粉末を混合することができる。
【００３０】
ある実施形態では、導電性粉末は通常の高純度のものである（９９％）。しかし、電極パターンの電気的な要求に応じて、より高い又はより低い純度の導電性粉末も使用することができる。
【００３１】
下で詳述するように、導電性金属又はその供給源は、配合物中に存在する金属相及び他の構成要素の担体として機能するビヒクル中に分散される。導電性金属は、ペースト組成物の組成の任意の様々なパーセンテージを占めていてもよい。完成した導電構造体中で高い導電率を得るために、均一で機械的に頑丈で接着性の接触、並びにあらゆる表面不動態及び／又は基板上に存在する反射防止コーティングの十分な貫通の必要性など、処理又は最終用途のいずれかに関するペースト組成物の他の必要とされる特性を維持しながら、導電性金属の濃度ができるだけ高いことが通常好ましい。バルク抵抗率及び導電構造体とその下のデバイスとの間の接触抵抗を最小限にすると、有益には、デバイスのソース抵抗が減少する傾向がある。
【００３２】
ある実施形態では、導電性粉末は、導電性ペーストの総重量の５０重量パーセント（重量％）以上を占める。別の実施形態では、導電性粉末は、５０、６０、７０、７５、８０、又は８５重量％の下限と、８０、８２．５、８５、８７．５、９０、９２．５、又は９５重量％の上限との間の導電性ペーストの量を占める。別の実施形態では、銀又は他の導電性金属は、ペースト組成物の無機固体成分の約７５重量％〜約９９．７５重量％、又は約８５重量％〜約９９．５重量％、又は約９５重量％〜約９９重量％を占めていてもよい。別の実施形態では、ペースト組成物の固体部分は、約８０重量％〜約９０重量％の銀粒子及び約１重量％〜約９重量％の銀フレークを含んでいてもよい。ある実施形態では、ペースト組成物の固体部分は、約７０重量％〜約９０重量％の銀粒子及び約１重量％〜約９重量％の銀フレークを含んでいてもよい。別の実施形態では、ペースト組成物の固体部分は、約７０重量％〜約９０重量％の銀フレーク及び約１重量％〜約９重量％の銀コロイドを含んでいてもよい。更に別の実施形態では、ペースト組成物の固体部分は、約６０重量％〜約９０重量％の銀粒子又は銀フレーク、及び約０．１重量％〜約２０重量％の銀コロイドを含んでいてもよい。
【００３３】
本明細書で使用される導電性金属は、特に粉末形態の場合、被覆されていても被覆されていなくてもよく、例えば、処理し易くするために界面活性剤で少なくとも部分的に被覆されていてもよい。好適なコーティング界面活性剤としては、例えばステアリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸の塩、パルミチン酸の塩、及びこれらの混合物が挙げられる。同様に利用し得る他の界面活性剤としては、ラウリル酸、オレイン酸、カプリン酸、ミリスチン酸、リノレン酸、及びこれらの混合物が挙げられる。同様に利用し得る更に別の界面活性剤としては、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（エチレングリコール）酢酸、及び他の同様の有機分子が挙げられる。コーティング界面活性剤で使用するための好適なカウンターイオンとしては、水素、アンモニウム、ナトリウム、カリウム、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。導電性金属が銀である場合、これは、例えばリン含有化合物で被覆されていてもよい。ペースト組成物は、導電性金属粉末のコーティングとして存在する任意の界面活性剤とは別に、１種以上の界面活性剤を別に含んでいてもよいことが理解される。
【００３４】
Ｂ．酸化物成分
本発明のペースト組成物は可融性の無機酸化物材料を含む。本明細書において、用語「可融性」とは、焼成作業中に用いられる加熱などの加熱によって流体になる物質の能力を指す。いくつかの実施形態では、可融性材料は１種以上の可融性の下位区分の成分からなる。例えば、可融性材料は、ガラス材料、又は異なる軟化特性及び／又は溶融特性を有し得る２種以上のガラス材料の混合物を含んでいてもよい。例えば、粉砕作業の結果としての微粉末の形態のガラス材料は、多くの場合に「フリット」と呼ばれ、本発明のペースト組成物のいくつかの実施形態の酸化物材料として有利に用いられる。
【００３５】
本発明は、作用のいかなる特定の理論によっても限定されるものではないが、いくつかの実施形態では、ガラスフリット（又は他の同様の酸化物材料）及びフリット添加剤（存在する場合）が、焼成時にウエハー上に通常存在する絶縁層（自然に生じる又は意図的に形成される不動態層及び／又は反射防止膜等）を効率的に貫通するために協働して作用すると考えられる。このような結果は、多くの場合に「ファイヤースルー」と呼ばれる。ガラスフリット及びフリット添加剤は、いくつかの実施形態で電極を形成する、例えば銀などの導電性金属粉末の焼結を促進するとも考えられている。
【００３６】
本明細書において、用語「ガラス」とは、少なくとも大部分がアモルファス、すなわち任意の選択された原子のごく近傍（すなわち、第一配位殻）では狭い範囲の原子秩序が保存されているが、より大きい原子レベルの距離ではなくなる（すなわち、長距離の周期的秩序が存在しない）、酸化物及び酸化フッ化物などの微粒子状固体を指す。したがって、完全にアモルファスの物質のＸ線回折パターンは幅広い拡散したピークを示し、結晶質材料の明確な狭いピークを示さない。後者では、特徴的な結晶面の規則的な間隔が狭いピークを生じさせ、逆格子空間におけるその位置はブラッグの法則に従う。
【００３７】
最初に加熱されると、ガラス材料は、典型的にはガラス転移と呼ばれる特定の構造変化を受ける。一般的に、何らかの理論に拘束されるものではないが、これは構成原子が固く結合している低温状態から、熱エネルギーによって原子がより動き易くなる半粘稠状態への転移が存在すると理解される。ガラス転移は、熱量及び機械的な測定など（これらに限定されない）、様々な物理現象の測定中に見ることができる変化により示される。
【００３８】
ガラス化学の分野における典型的な用法によれば、用語「ガラス転移温度」又は「Ｔg」は、本明細書では熱量分析により測定されるこの転移の開始温度を指すために使用される。ＡＳＴＭ規格試験方法Ｅ−１３５６−０８に記載されている通り、Ｔgは、熱量曲線に引かれた２つの接線（１つは転移領域より下のベースライン領域であり、１つは転移領域の曲線の最も急勾配の位置である）の交点の温度として、簡便には従来のＤＳＣ及びＤＴＡ測定を使用して実験的に決定される。ＤＳＣ及びＤＴＡのデータは、多くの場合、１０℃／分の一定の加熱速度で集められる。（ＡＳＴＭ規格試験方法は、ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ  Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡにより公表されている。本明細書で参照されるこのようなＡＳＴＭ規格のそれぞれは、その参照によりあらゆる目的のためにその全体が組み込まれる。）
【００３９】
本明細書における可融性材料の軟化点は、例えば、（非特許文献１）及びＡＳＴＭ規格試験方法Ｃ１３５１Ｍ−９６で説明されているように、従来の慣例に従い、その温度を超えると材料の粘度η（Ｐａ・ｓで測定）の対数が６．６未満まで低下する温度（Ｔs）を表すとして理解される。
【００４０】
ある実施形態では、本発明のペースト組成物中で使用されるガラス材料の軟化点は３００〜８００℃の範囲である。別の実施形態では、軟化点は２５０〜６５０℃、又は３００〜５００℃、又は３００〜４００℃、又は３９０〜６００℃、又は４００〜５５０℃、又は４１０〜４６０℃の範囲である。このような軟化点を有するガラスフリットは、適切に溶融して上述したような効果を得ることができる。或いは、「軟化点」はＡＳＴＭ  Ｃ３３８−９３の繊維伸度法によって得ることができる。
【００４１】
可融性酸化物材料のいくつか又は全てが、ある程度の結晶性を示す物質からなっていてもよいことも想定される。例えば、いくつかの実施形態では、複数の酸化物が一緒に溶融することで部分的にアモルファスであり部分的に結晶である物質が得られる。当業者によって理解されると考えられるように、そのような物質は、幅広い拡散ピークのパターンの上に重ね合わされた狭い結晶性のピークを有するＸ線回折パターンを生じるであろう。或いは、可融性材料の１種以上の構成要素、更に実質的に全ては、大部分が更に実質的に完全に結晶であってもよい。ある実施形態では、本発明のペースト組成物の可融性材料で有用な結晶質材料は、最大７００℃、７５０℃、又は８００℃の融点を有し得る。
【００４２】
通常、ペーストを均一に調製して堆積させることができる限り、酸化物材料の粒径は重要ではない。ある実施形態では、酸化物材料のメジアン粒径は、０．１、０．３、０．４、０．５、０．６、又は０．８μｍの下限から、１、３、５、７、又は１０μｍの上限までの範囲であってもよい。そのような粒径では、酸化物材料はペースト中に均一に分散することができる。粒径（ｄ50）は、導電性粉末について上述したものと同じ方法で得ることができる。
【００４３】
本発明のペースト組成物の酸化物材料又はガラスフリットの化学組成は限定されない。電子材料のための導電性ペーストでの使用に好適な任意のガラスフリットが許容可能である。例えば、限定するものではないが、ホウケイ酸鉛、ケイ酸鉛、及び鉛テルルガラスフリットを使用することができる。例えば、本発明のペースト組成物で有用な鉛テルル酸化物含有ガラスフリットとしては、限定するものではないが、（特許文献２）、（特許文献３）、及び（特許文献４）により示されているものが挙げられ、これらは、全てその参照によりあらゆる目的のために本明細書に組み込まれる。ある実施形態では、ガラスフリットは、５／９５〜９５／５である酸化物の鉛対テルルのモル比でＰｂＯ及びＴｅＯ2を含むものなどの鉛テルル酸化物を含む。別の実施形態では、ガラスフリットは鉛テルルホウ素酸化物又は鉛テルルリチウム酸化物を含む。これらのガラスフリットのいずれも、１０〜７５、２５〜６０、若しくは３０〜５０重量％のＰｂＯ；１０〜７０、２５〜６５、若しくは４０〜６０重量％のＴｅＯ2；０．１〜１５、０．２５〜５、若しくは０．４〜２重量％のＢ2Ｏ3；又は０．１〜７．５、０．２〜５、０．２〜３、若しくは０．３〜１重量％のＬｉ2Ｏのうちのいずれかを含んでいてもよい。更に、ホウケイ酸亜鉛、又は他の鉛含有ガラス若しくは鉛フリーのガラスも使用することができる。
【００４４】
様々な実施形態では、ガラスフリットは導電性ペーストの総重量基準で０．２５〜１２重量％、０．２５〜８重量％、０．５〜６重量％、０．５〜４重量％、又は１．０〜３重量％であってもよい。
【００４５】
本明細書に記載のガラスフリット又は同様の材料の実施形態は限定されない。ガラス化学分野の当業者であれば、追加的な成分で若干置換することができ、基板及びその上の任意の絶縁層とのその相互作用など、所定の組成物の望ましい特性を実質的に変えないであろうと考えられる。
【００４６】
本発明のペースト組成物の酸化物成分は、その少なくとも８０％が酸素アニオンである１種以上のアニオンと、カチオンとを含む組成物であると理解される。様々な実施形態では、酸化物成分の少なくとも９０％、９５％、９８％、又は実質的に全てのアニオンが酸素アニオンである。
【００４７】
いくつかの実施形態では、酸化物成分は、明確に区別される化学成分を有する少なくとも２種の独立した可融性材料の微細化粉末の混合物を含む。それぞれの可融性材料は、独立に、結晶質であってもよく、又は部分的に若しくは完全にガラス質若しくはアモルファスであってもよい。ほとんどの実施形態では、少なくとも第１の可融性材料はガラスフリット材料である。少なくとも２種の可融性材料は、異なる軟化特性及び／又は溶融特性を有する。ある実施形態では、太陽電池前駆体の焼成後に得られる電気的及び機械的な特性を高めるために異なる挙動が作用する。
【００４８】
Ｈｏｒｉｂａ  ＬＡ−９１０分析計を使用して測定される、本発明の組成物中の可融性材料のメジアン粒径は、約０．５〜１０μｍ、又は約０．８〜５μｍ、又は約１〜３μｍの範囲であってもよい。
【００４９】
ある実施形態では、厚膜ペーストは、固形分の重量基準で０．２５〜１５％、０．２５〜８％、０．５〜５％、又は１〜３％の量で酸化物組成物を含んでもよい。
【００５０】
ガラス化学分野の当業者は、本明細書の可融性材料が特定の成分の割合を含むものとして一般的に述べられることを認識するであろう。具体的には、可融性材料の組成は、ガラス及び他の可融性材料を形成するための出発物質（例えば、本明細書に述べられているように引き続き処理される）を形成するために規定の割合で混ぜられ得る個々の成分の名称を挙げることによって規定することができる。そのような用語体系は当業者に慣習的である。すなわち、可融性材料は特定の成分を含み、それらの成分の割合は対応する酸化物及び他の形態の重量パーセントとして表現することができる。
【００５１】
或いは、本明細書に記載の可融性材料の組成はカチオンの割合で表現されてもよく、文脈による特段の指示がない限り、具体的な材料中に含まれるカチオンの合計を基準とする。当然のことながら、そのように規定される組成物は、電荷のバランスに必要とされる量の様々なカチオンに関連する酸素又は他のアニオンを含む。当業者は、組成が構成要素の重量パーセントによって等しく規定され、必要とされる数値変換を行えることを認識するであろう。
【００５２】
当業者は、本明細書の任意の可融性材料が、例えば構成酸化物の重量パーセント、モルパーセント、又はカチオンパーセントのいずれによって規定されていたとしても、混合して加熱すると全体として同じ組成が得られる異なる成分から、必要量の必要とされるアニオン及びカチオンを供給することによって代わりに製造され得ることも更に認識するであろう。例えば、様々な実施形態では、化合物Ｌｉ2Ｏのためのリチウムは、酸化物から直接供給することもでき、又は加熱すると分解してＬｉ2Ｏが得られる適切な有機若しくは無機のリチウム含有化合物（Ｌｉ2ＣＯ3等）から供給することもできるであろう。当業者は、例えば、二酸化炭素などの揮発性種の一定部分が可融性材料の製造工程時に放出され得ることも認識するであろう。
【００５３】
本明細書に記載の酸化物のいくつかのカチオンが２つ以上の安定価数又は酸化状態で存在することは当業者に公知である。例えば、コバルトは複数の可能な酸化状態が知られており、それぞれ式ＣｏＯ、Ｃｏ2Ｏ3、及びＣｏ3Ｏ4を有するコバルト（ＩＩ）、コバルト（ＩＩＩ）、及びコバルト（ＩＩ，ＩＩＩ）の酸化物が報告されている。そのようなカチオンを含む本明細書の可融性材料は、任意の公知の酸化物、又は空気中で加熱すると酸化物を形成する化合物を使用して製造することができる。
【００５４】
当業者は、本明細書に記載の溶融技術によって製造されるものなどの可融性材料が、誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ−ＥＳ）、誘導結合プラズマ原子発光分析（ＩＣＰ−ＡＥＳ）等など（ただし、これらに限定されない）、公知の分析方法によって同定され得ることも認識するであろう。更に、次の例示的な技術が用いられてもよい：Ｘ線蛍光分光法（ＸＲＦ）、核磁気共鳴分光法（ＮＭＲ）、電子常磁性共鳴分光法（ＥＰＲ）、メスバウアー分光法、電子マイクロプローブエネルギー分散分光法（ＥＤＳ）、電子マイクロプローブ波長分散分光法（ＷＤＳ）、及びカソードルミネッセンス（ＣＬ）。当業者は、そのような分析方法を用いて得た結果に基づいて、具体的な可融性材料を得るために処理され得る出発成分の割合を計算できるであろう。
【００５５】
当業者は、原材料の選択が処理中にガラスへ組み込まれる可能性がある不純物を非意図的に含み得ることを認めるであろう。例えば、不純物は、数百〜数千ｐｐｍの範囲で存在し得る。不純物の存在は、ガラス、厚膜組成物、又は焼成デバイスの特性を変えないであろう。例えば、厚膜組成物を含有する太陽電池は、たとえ厚膜組成物が不純物を含んだとしても、本明細書に記載される効率を有し得る。
【００５６】
可融性材料の製造
ある実施形態では、本発明の酸化物組成物中に含まれる可融性材料は、ガラス製造分野で従来採用されているものなどの任意の好適な技術及び装置を使用して製造することができる。例えば、原料は、必要とされる比率で秤量及び混合された後、構成要素を一緒に溶融させるのに十分な温度の炉内の白金合金るつぼ中で加熱されてもよい。成分は、ピーク温度（例えば、８００℃〜１４００℃、又は１０００℃〜１２００℃、又は９００℃〜１０５０℃）まで加熱され、材料が実質的に液体で均一な溶融物を形成するような時間（例えば、２０分〜２時間）保持されてもよい。溶融物は、任意選択的に断続的又は連続的のいずれかで撹拌される。ある実施形態では、溶融工程により、構成要素の化学元素が原子レベルで均一且つ均質に混合された材料が得られる。溶融材料は、その後、典型的には、これを逆方向に回転するステンレス鋼製ローラーを通過させて、これを厚いステンレス鋼板の上に注ぐことによるか、又はこれを適切な急冷流体中に注ぐことによって０．２５〜０．５０ｍｍの厚さの小平板を形成するなど（これらに限定されない）、任意の適切な方法で急冷される。得られた粒子は、その後、粉砕されて粉末又はフリットを形成し、これは、典型的には０．２〜３．０μｍのｄ50（例えば、Ｈｏｒｉｂａ  ＬＡ−９１０分析計で測定）を有し得る。例えば、粉砕は、ジルコニア媒体と、任意選択的に０．５重量％のＴＲＩＴＯＮTM  Ｘ−１００オクチルフェノールエトキシレート界面活性剤（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩから入手可能）を含んでいてもよいイソプロピルアルコール又は水とが入ったポリエチレン容器内で行うことができる。粉砕された粉末は、遠心分離又は濾過を行ってから乾燥することによって回収することができる。
【００５７】
本発明の可融性材料及び他の酸化物系材料について、他の製造技術も使用することができる。そのため、そのような材料を製造する分野の当業者は、卑金属るつぼ中での溶融、セラミックるつぼ中での溶融、ゾル−ゲル、噴霧熱分解、又はガラスの粉末形態を作製するための他の適切なものなど（ただし、これらに限定されない）、別の合成技術を採用することができるであろう。
【００５８】
本発明のペースト組成物の構成要素の粒径を望ましいレベルまで小さくするために、当業者に公知の任意のサイズを小さくするための方法を採用することができる。そのような方法としては、限定するものではないが、溶媒の存在あり又はなしでのボールミル、媒体ミル、ジェットミル、振動ミル等が挙げられる。溶媒が使用される場合、水が好ましい溶媒であるが、アルコール、ケトン、及び芳香族などの他の溶媒も用いることができる。必要に応じて、粒子の分散を補助するために界面活性剤を溶媒に添加してもよい。
【００５９】
Ｃ．任意選択的な酸化物添加剤
本発明のペースト組成物中の無機酸化物材料は、任意選択的に、１種以上のフリット、又は別の結晶質フリット添加剤物質を含むフリット、又は少量の公知の無機添加剤などの複数の別の可融性物質を含んでいてもよい。限定するものではないが、有用であることが見出されたそのような添加剤の１つは、ＶｅｒＮｏｏｙらの（特許文献５）（その参照によりあらゆる目的のために本明細書に組み込まれる）に示されているようなリチウムルテニウム酸化物である。様々な実施形態では、フリット添加剤は、導電性ペーストの総重量基準で０．０１〜２％、０．０５〜１．５％、又は０．１〜１％含まれていてもよい。
【００６０】
ＩＩ．ビヒクル
本発明の組成物の無機成分は、典型的にはビヒクルと混合されて、スクリーン印刷など（これに限定されない）の印刷工程に適した稠度及びレオロジーを有する「ペースト」又は「インク」と呼ばれる比較的粘稠な物質を形成する。何らかの作用の理論に拘束されるものではないが、ビヒクルは、ペースト組成物のレオロジーの決定及びその結果これを焼成後に高く狭いままの細線として印刷できる能力において重要な役割を果たし、そのため、遮光が最小化されて導電性が向上すると考えられる。オルガノポリシロキサンと含フッ素分解剤とを組み合わせて添加すると、これらの特性の向上に有益であると考えられる。
【００６１】
本発明のペースト組成物は、典型的には機械的な混合システムを用いて配合され、構成要素が均一に分散されて最終的な配合物が最終使用時に良好に塗布できるような特性を有する限り、構成要素は任意の順序で混合することができる。いくつかの配合物について、高せん断を付与する混合方法が特に有用である。
【００６２】
ビヒクルは、典型的には、ペースト組成物の化学的及び機能的な特性をよく安定させる状態で無機成分をその中に分散できる媒体を与える。特に、ペースト組成物は、好ましくは必要とされる製造、運搬、及び貯蔵のみならず、例えばスクリーン印刷工程によって堆積させる際に直面する条件にも対応できる安定性を有する。理想的には、ビヒクルのレオロジー特性は、固体の安定且つ均一な分散、印刷のための適切な粘度及びチクソ性、ペースト固体及び印刷が行われる基板の適切な濡れ性、堆積後の速い乾燥速度、並びに安定な焼成特性など、良好な塗布特性をペースト組成物に付与するようなものである。本明細書で定義される通り、ビヒクルは厚膜ペースト組成物中に含まれる無機固体の一部とみなされない。
【００６３】
理想的には、焼成作業により、完成した導電構造体又は基板の電気的又は機械的な特性に悪影響を及ぼす残留物を残さずにビヒクル中に含まれる物質が取り除かれる。
【００６４】
本発明のペースト組成物中のビヒクルと無機固体成分との比率は、ペーストの塗布方法及びビヒクルの具体的な組成に応じて変動し得る。ある実施形態では、本発明のペースト組成物は、典型的には約５０〜９５重量％、７６〜９５重量％、又は８５〜９５重量％の無機成分、及び約５〜５０重量％、５〜２４重量％、又は５〜１５重量％のビヒクル、並びにこれらに関連する物質を含有する。
【００６５】
Ａ．オルガノポリシロキサン潤滑剤
本発明の導電性ペースト組成物のビヒクルは、少なくとも１種のオルガノポリシロキサンを含む。何らかの理論に拘束されるものではないが、オルガノポリシロキサンは、導電構造体の細線又は他の規定の特徴の印刷時にスクリーンをペーストが通過し易くする潤滑剤として機能すると考えられる。用語「オルガノポリシロキサン」とは、通常、式（Ｉ）の構造で示されているようなＳｉ−Ｏ−Ｓｉ主鎖を含む混成有機−無機ポリマーを指す：
【００６６】
【化１】
2018067547.tif 000003
【００６７】
（式中、各ＲJは、各存在において独立に有機側基である）。各ＲJ基は、低級アルキル基又はアリール基（例えば、メチル基、エチル基、又はフェニル基）のように単純であってもよく、又は別の種類の有機基若しくはより大きい基であってもよく、いずれも任意選択的に置換基を含んでいてもよく、ｎは１より大きい整数である。例えば、Ｇｅｌｅｓｔ，Ｉｎｃ，，Ｍｏｒｒｉｓｖｉｌｌｅ，ＰＡ及びＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ａｕｂｕｒｎ  ＭＩなどから、様々なこのようなオルガノポリシロキサンが市販されている。
【００６８】
好適なオルガノポリシロキサンとしては、限定するものではないが、ポリジメチルシロキサン、ポリジエチルシロキサン、及びポリオクチルメチルシロキサンなどのポリアルキルシロキサン；並びにポリジフェニルシロキサン及びポリメチルフェニルシロキサンなどのポリアリールシロキサンが挙げられる。ある実施形態では、シロキサンは式（ＩＩ）により示される一般構造を有する
【００６９】
【化２】
2018067547.tif 000004
【００７０】
（式中、Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3基のそれぞれは、Ｃ１〜Ｃ８アルキル、Ｃ２〜Ｃ８アルケニル、Ｃ２〜Ｃ８アルキニル、又はＣ６〜Ｃ１０アリール基から独立に選択され、ｎは、５０〜１００，０００（両端値を含む）の範囲の整数である）。Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3基のうちのいずれか１つ、２つ、又は３つは同じであってもよく、これらのうちのいずれかは、アルコキシ、ヒドロキシ、カルボニル、カルボキシル、アミノ、エポキシ、メタクリル、グリシドキシ、ウレイド、スルフィド、メタクリルオキシ、スルフヒドリル、及びハロゲン（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ）基から選択される１つ以上の置換基を任意選択的に含んでいてもよい。
【００７１】
ある実施形態では、Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3基は全て同じであり、例えば全てメチル基である。別の実施形態では、Ｒ1及びＲ2はメチル基などの同じ基であり、Ｒ3はヒドロキシ基などの上で詳述したような別の官能基である。また別の実施形態では、Ｒ1が例えばメチル基などの１つの種類の基であり、Ｒ2及びＲ3の両方が別の異なる基であり、一方又は両方は、任意選択的に、上で定義したような官能基である。
【００７２】
好適な潤滑剤には、式（ＩＩＩ）で示される化学構造のランダムコポリマー又はブロックコポリマーなどのオルガノシロキサンコポリマーも含まれる
【００７３】
【化３】
2018067547.tif 000005
【００７４】
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、及びＲ4基のそれぞれは、Ｃ１〜Ｃ８アルキル、Ｃ２〜Ｃ８アルケニル、Ｃ２〜Ｃ８アルキニル、又はＣ６〜Ｃ１０アリール基から独立に選択され、これらのうちのいずれかは、アルコキシ、ヒドロキシ、カルボニル、カルボキシル、アミノ、エポキシ、メタクリル、グリシドキシ、ウレイド、スルフィド、メタクリルオキシ、スルフヒドリル、及びハロゲン（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ）基から選択される１つ以上の置換基を任意選択的に含んでいてもよく、且つｍ及びｎは、それぞれ独立に５０〜１００，０００（両端値界を含む）の範囲であり得る整数である）。Ｒ1及びＲ4基は互いに異なる。例えば、限定するものではないが、ペースト組成物は、エチルメチルシロキサン−ｃｏ−２−フェニルプロピルメチルシロキサンコポリマーなどのアルキルメチルシロキサン−アリールアルキルメチルシロキサンコポリマーを含有していてもよい。
【００７５】
本発明のペースト組成物の別の実施形態では、オルガノポリシロキサンには、上述したポリマー又はコポリマーの２種以上の任意の比率の混合物が含まれる。
【００７６】
ある実施形態では、本発明のペースト組成物で使用されるオルガノポリシロキサンは、本明細書に記載のビヒクル担体の残りと混合されると相分離した混合物を形成する。「相分離した混合物」という表現は、本明細書では、長時間の遠心混合及び６０℃で１時間の加熱によって与えられるものなどの激しい混合又は加熱後であっても、０．１μｍより大きい平均径を有する目に見える液体領域が室温で存在する液体混合物を指す。適切な混合は、２０００ｒｐｍで３０秒、ＴＨＩＮＫＹ（登録商標）ミキサー（Ｔｈｉｎｋｙ（登録商標）ＵＳＡ，Ｉｎｃ．，Ｌａｇｕｎａ  Ｈｉｌｌｓ，ＣＡ）内で行うことができる。そのような領域は、光学顕微鏡を使用して透過モード及び反射モードのうちのいずれかで撮像することができる。
【００７７】
ある実施形態では、本発明のペースト組成物は、５、７．５、１０、５０、７５、又は１００キロダルトン（ｋＤａ）の下限から１２０、１５０、２００、２５０、５００、又は１，０００ｋＤａの上限までの範囲の数平均分子量（Ｍn）を有する、トリメチル−又はヒドロキシ−末端ＰＤＭＳなどのオルガノポリシロキサンを含む。通常、低すぎる分子量のオルガノポリシロキサンは、ペースト組成物の溶媒に部分的に又は完全に溶解し、そのため、達成すべき印刷レオロジーの望ましい改善のための十分な相分離を示さない。分子量が高すぎるオルガノポリシロキサンは、典型的にはそれ自体が粘稠であり、最終的なペースト組成物を粘性が高すぎて容易に印刷できない状態にせずに添加できる量が制限され、その結果、最終用途の利益が実現できない。適切な分子量は、存在する具体的な末端基にも依存する。いくつかの実施形態では、オルガノポリシロキサンの官能化された末端は、同じ分子量の官能化されていないオルガノポリシロキサンの同じ添加量で観察されるよりも低いペースト粘度及び優れた印刷性をもたらす。これは、したがって、望ましいレオロジーを示すペースト中でオルガノポリシロキサンの添加量及び／又はその分子量を増加させることを可能にする。限定するものではないが、オルガノポリシロキサンは、約５０又は１００〜約１００，０００、２００，０００、又は５００，０００センチストーク（ｃＳｔ）の範囲の動粘度を有していてもよい。
【００７８】
本発明のペースト組成物の複数の実施形態は、ペースト組成物全体の０．０５重量％、０．１重量％、０．２重量％、又は０．３重量％の下限から０．７５重量％、１重量％、又は２重量％の上限までの範囲のオルガノポリシロキサンの量であるものを含む。
【００７９】
Ｂ．分解剤
導電性ペースト組成物中にオルガノポリシロキサンが存在すると、導電構造体中の細線又は他の同様の特徴が印刷し易くなることが見出された。しかし、細線の印刷で見込まれる効率及び他のＰＶ電池の電気特性の向上は、通常、完全には実現されない。オルガノポリシロキサン、特により高分子量の形態のオルガノポリシロキサンに関し、焼成作業時に完全に除去されないと考えられる。
【００８０】
本発明者らは、ペースト組成物中に熱的に活性化される含フッ素分解剤を更に添加すると、最終的な電池の向上した電気的特性と併せて、細線印刷の利益がより実現されることを見出した。何らかの作用の理論に拘束されるものではないが、焼成作業時及び導電構造体を印刷及び乾燥した後、分解剤によってオルガノポリシロキサンをより完全に除去できると考えられる。
【００８１】
そのため、本発明のペースト組成物の有機ビヒクルは、オルガノポリシロキサンのための少なくとも１種の分解剤を更に含む。本明細書において、「分解剤」という表現は、オルガノポリシロキサン自体についての温度よりも低い温度でのオルガノポリシロキサンの熱分解を促進する任意の物質を指す。分解の増加は、そのままのオルガノポリシロキサンの挙動を、オルガノポリシロキサンと分解剤との混合物の挙動と比較するための熱重量分析（ＴＧＡ）を用いて確認することができる。分解は、そのままのオルガノポリシロキサンに関してよりも混合物に関して低い温度で生じる重量損失で示される。
【００８２】
オルガノポリシロキサンの分解は、Ｔ50、すなわち空気中、１０℃／分の一定の加熱速度で、ＴＧＡで観察される５０％の重量変化が生じた温度によって特徴付けることができる。いくつかの実施形態では、ペースト組成物中に存在する分解剤とオルガノポリシロキサンの量との比率は、混合物についてのＴ50が、そのままのオルガノポリシロキサンよりも少なくとも１００、２００、２５０、又は３００℃下まで下げられるようにされる。
【００８３】
ある実施形態では、分解剤はフッ素を含み、これは、オルガノポリシロキサンのＳｉ−Ｏ−Ｓｉ主鎖中の結合の開裂による脱重合を生じさせると考えらえる。
【００８４】
ある実施形態では、分解剤は、一般式Ｍ+Ｘ-を有する物質などの一価のカチオンを含む物質を含む。ある実施形態では、Ｘ-は、Ｆ-又は（ＨＦ2）-であり、及びＭ+は、一価のカチオンである。１つのそのような実施形態では、Ｍ+は、式（ＩＶ）
【００８５】
【化４】
2018067547.tif 000006
【００８６】
の構造、又は
【００８７】
【化５】
2018067547.tif 000007
【００８８】
（式中、Ｒ1〜Ｒ4のそれぞれは、独立にＨ、又は少なくとも１若しくは３個、且つ最大４、５、７、１５、２０、３０、若しくは１００個の炭素を有する任意のアルキル基又はアリール基である）によって示される構造を有する。限定するものではないが、アリール基のいずれかは、環状、多環式、又は複素環式の芳香族炭化水素であってもよく、アルキル基のいずれかは直鎖又は分岐又は環状、多環式、又は複素環式の炭化水素であってもよく、ハロアルキル（Ｃｌ又はＢｒ）、ヒドロキシアルキル、チオアルキル、又はエーテル基で１つ以上の箇所が置換されていてもよい。本発明のペースト組成物中の含フッ素分解剤として有用な例示的な材料としては、フッ化テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＦ）、フッ化テトラメチルアンモニウム（ＮＭｅ4Ｆ）、及びフッ化トリメチルベンジルアンモニウムが挙げられる。
【００８９】
別のそのような実施形態では、分解剤は、式Ｍ+Ｘ-を有する塩などの無機フッ化物塩であり、式中、Ｍ+は、一価の金属カチオンであり、限定するものではないが、Ａｇ+及びアルカリ金属カチオン（Ｌｉ+、Ｎａ+、Ｋ+、Ｒｂ+、Ｃｓ+）又はこれらの混合である。分解剤は、限定するものではないが、フッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）、二フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）、フッ化ヒドラジニウム（ＮＨ2ＮＨ3Ｆ）、又は二フッ化水素ヒドラジニウム（ＮＨ2ＮＨ3ＨＦ2）などのアンモニウム−フッ化物塩であってもよい。或いは、式［Ｍk+］［Ｘ-］k（式中、Ｍk+は、正電荷ｋを有するカチオンであり、及びＸ-は、Ｆ-又は（ＨＦ2）-である）を有する塩又は他の物質など、一価より大きいカチオンを含むフッ化物を使用することもできる。
【００９０】
また別の実施形態では、分解剤は、ヘキサフルオロケイ酸（Ｈ2ＳｉＦ6）、又はヘキサフルオロケイ酸塩（ヘキサフルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ4）2ＳｉＦ6）又はヘキサフルオロケイ酸ナトリウム（Ｎａ2ＳｉＦ6）が挙げられるが、これらに限定されない）である。
【００９１】
図２は、ＰＤＭＳのメチル末端及びヒドロキシ末端の形態に対する（共に約１１０ｋＤａのＭＷを有する）、代表的な含フッ素分解剤（ＴＢＡＦ）の影響を示す。１０℃／分の加熱速度で空気中で運転したＴＡ  Ｑ５００分析計（ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｎｅｗ  Ｃａｓｔｌｅ，ＤＥから入手可能）で得た熱重量（ＴＧＡ）トレースは、２種のＰＤＭＳ部分及び７．３重量％のＴＢＡＦを有するメチル末端ＰＤＭＳの混合物について示す。両方のそのままのＰＤＭＳ材料についての実質的な重量損失（分解を示す）は、それぞれトレース１００、１１０であるＰＤＭＳのメチル末端及びヒドロキシ末端の形態について、約５００〜６００℃及び４００〜５００℃にわたって生じたことが分かる。対照的に、メチル末端ＰＤＭＳと７．３重量％のＴＢＡＦとの混合物では、約１５０℃で完結する分解になった（トレース１２０）。７．３％のＴＢＡＦを有するヒドロキシ末端ＰＤＭＳについてのＴＧＡデータは、事実上、トレース１２０と同じであった。これは、ＴＢＡＦが両方の形態のＰＤＭＳの熱分解を強力に促進することを示し、Ｔ50の値はそれぞれ約３９０℃及び２９０℃低下した。
【００９２】
本発明のペースト組成物は、導電性ペースト中に含まれるオルガノポリシロキサンの熱分解を促進するのに有効な任意の量の分解剤を含んでいてもよい。ある実施形態では、分解剤の量は、ペースト組成物の合計基準で０．００１％、０．００５％、又は０．０１％の下限から０．１％、０．３％、０．６％、又は１％の上限までの範囲である。分解剤が多すぎると、いくつかの場合、望ましくないことにペースト組成物が薄くなるであろう。別の実施形態では、この量は、オルガノポリシロキサン中に存在するＳｉ原子の数に対する分解剤中に存在するＦ原子の数の比率が、０．０００２、０．００１、０．００２、０．００５、又は０．０１の下限から０．０５、０．１、又は０．２の上限までの範囲となるような量である。
【００９３】
Ｃ．他のポリマー材料
前述のオルガノポリシロキサンポリマーに加えて、本発明のペースト組成物は１種以上の追加的なポリマー材料を含んでいてもよい。そのような材料としては、限定するものではないが、（特許文献６）及び国際出願公開（特許文献７）（これらは共にその参照によりあらゆる目的のためにその全体が本明細書に組み込まれる）に開示されている物質のうちのいずれか１種以上が挙げられる。これらとしては、エチルベース及びエチルヒドロキシエチルベースセルロースポリマー、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、ウッドロジン及びその誘導体、エチルセルロースとフェノール樹脂との混合物、低級アルコールのポリメタクリレート、並びにエチレングリコールモノアセテートのモノブチルエーテルが挙げられる。例えば、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩから、ＥｔｈｏｃｅｌTM  ＳＴＤ４、ＳＴＤ１０、及びＳＴＤ２００という商品名で様々な粘度で供給されているエチルセルロースを使用することができる。これらの材料は、メーカーによれば、４８．０〜４９．５％のエトキシ含有率を有しており、レオロジー調整剤及びバインダーとして機能するとされている。Ｖａｍａｃ（登録商標）Ｇ（エチレンとメチルアクリレートと硬化部位モノマーとのジアミン硬化ターポリマー）エラストマー（Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ  ＤＥ）；及びＦｏｒａｌｙｎTM  １１０（水素化ロジンのペンタエリスリトールエステル）（Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ，ＴＮ）も可能である。上述のポリマー又は他の適切なポリマーのいずれも任意の有効量でビヒクル中に存在し得る。
【００９４】
いくつかの可能な実施形態では、有機ポリマー（オルガノポリシロキサン以外であり、溶媒を除いて）は、スクリーン印刷等による堆積が可能な粘度に維持される限り、ペースト組成物の０．０１重量％又は０．０５重量％〜１、２、３、又は５．０重量％であってもよい。
【００９５】
Ｄ．他のビヒクル構成要素
ビヒクルは、界面活性剤、湿潤剤、分散剤、増粘剤、チクソ性付与剤、他のレオロジー若しくは粘度の調整剤、安定化剤、バインダー、又は当業者に公知の他の一般的な添加剤など（ただし、これらに限定されない）、１種以上の非水性有機物質も更に含んでいてよい。有機ビヒクルは、様々な植物由来のオイル、樹液、樹脂、又はゴムなどの天然由来の成分も含んでいてよい。追加的な有機物質は、通常、非水性且つ不活性である。すなわち、これらは、実質的な残留物を全く残さないで、又はペースト若しくは最終的な導電性の線の特性に他の悪影響を生じさせないで焼成作業によって除去することができる。
【００９６】
本発明のペースト組成物中で有用であることが見出された界面活性剤としては、Ｄｕｏｍｅｅｎ（登録商標）ＴＤＯ界面活性剤（Ａｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＬＬＣ，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）；Ｔｗｅｅｎ（登録商標）界面活性剤（Ａｌｄｒｉｃｈ）（エチレンオキシド単位、１ソルビトール、及び１級脂肪酸としての１ラウリン酸が想定されており、１，２２５Ｄａの計算分子量を有するとしてメーカーにより表示されている、ポリオキシエチレンソルビトールエステル）；並びにドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）が挙げられるが、これらに限定されない。好適な湿潤剤としては、リン酸エステル及び大豆レシチンが挙げられる。
【００９７】
ヒマシ油（水素化されていてもよい）又はこれらの誘導体などの天然の原料由来のゲル、有機物、及び薬剤を含む様々な無機及び有機のチクソ性付与剤が有用である。そのような物質は、いくつかの実施形態では、ずり流動化挙動を促進する。Ｔｈｉｘａｔｒｏｌ（登録商標）ＭＡＸ及びＴｈｉｘａｔｒｏｌ（登録商標）ＰＬＵＳアミド（Ｅｌｅｍｅｎｔｉｓ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｈｉｇｈｔｓｔｏｗｎ，ＮＪ）が典型的なチクソ性レオロジー調整剤である。他の低分子量アミド又はアミド−オレフィンオリゴマーも好適な場合がある。当然のことながら、懸濁液がもともと有するずり流動化と結びついた溶媒及び樹脂の特性が、この点に関して単独で適切な場合があることから、チクソ性付与剤を添加することは必ずしも必要ではない。
【００９８】
Ｅ．溶媒
本発明のペースト組成物のビヒクルは、通常、その中に組成物の他の有機及び無機物質が分散される１種以上の溶媒を含む。溶媒の割合は、多くの場合、ペースト組成物が望ましい印刷又は他の塗布方法に適合する粘度を有するように、製造の終わり又は使用の直前に調節される。溶媒の追加的な有益な効果には、ペースト中に含まれるあらゆる有機樹脂を溶解させること；及び存在する無機固体の高濃度懸濁液を安定化させることのうちのいずれか１つ以上が含まれる。理想的には、溶媒及び他の有機物は焼成作業時に完全に除去することができる。溶媒のいくつかは、ペースト組成物が基板に塗布された後の迅速な固化を促進するために十分に揮発性であってもよい。
【００９９】
ペースト組成物中での使用に関して公知の溶媒としては、ＴｅｘａｎｏｌTM溶媒（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）などのエステルアルコール；α−若しくはβ−テルピネオールなどのテルペン、又はこれらの、ケロセン、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（ジエチレングリコールｎ−ブチルエーテルアセテート）、ヘキシレングリコール、ジベンジルエーテルなどの他の溶媒との混合物；ベンジルアルコール又は他のより大きいアルコール及びアルコールエステル、安息香酸ベンジル、２−ピロリドン、二塩基酸エステル（ＤＢＥ）、又はこれらの任意の混合物が挙げられる。基板上への塗布後の迅速な固化を促進するための揮発性液体を包含するいくつかの実施形態は、ビヒクル中に含めることができる。これら及び他の溶媒の様々な組み合わせを配合することで、他の有益なペースト特性と共に、望まれる粘度及び揮発性の要件が得られる。本発明のペースト組成物は、例えば追加的な溶媒を添加することにより、必要に応じて所定のスクリーン印刷可能な粘度に調節されてもよい。
【０１００】
ある実施形態では、ビヒクルは、アジピン酸ビス（２−（２−ブトキシエトキシ）エチル）、二塩基酸エステル、オクチルエポキシタレート、及びイソテトラデカノールからなる群から選択される１種以上の成分を含んでいてもよい。ペースト組成物は、追加的な添加剤又は成分も含んでいてよい。
【０１０１】
本発明のペースト組成物に有用な二塩基酸エステルは、アジピン酸のジメチルエステル、グルタル酸のジメチルエステル、及びコハク酸のジメチルエステルからなる群から選択される１種以上のジメチルエステルを含んでいてもよい。ジメチルエステルを様々な比率で含むこのような材料の様々な形態は、ＤＢＥ（登録商標）という商品名でＩｎｖｉｓｔａ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）から入手可能である。本発明のペースト組成物について、好ましい型番はＤＢＥ−３として販売されているものであり、これは、メーカーによれば、二塩基酸エステルの総重量基準で８５〜９５重量％のアジピン酸ジメチルと、５〜１５重量％のグルタル酸ジメチルと、０〜１．０重量％のコハク酸ジメチルを含むとされている。
【０１０２】
溶媒は、導電性ペーストの重量基準で、ある実施形態では２〜１０重量％、別の実施形態では４〜９重量％、別の実施形態では５〜８重量％であってもよい。そのような量の溶媒を有することで、導電性ペーストは、堆積（例えば、スクリーン印刷による）に好適な粘度及び他のレオロジー特性を示すことができる。
【０１０３】
導電性ペースト組成物は、望ましい堆積方法に適合する任意の粘度を有していてもよい。当業者は、最も優れた印刷性に必要とされる粘度が、使用されるスクリーンメッシュ、フィンガーラインのサイズ、及び印刷される他の構造など（ただし、これらに限定されない）、多くの因子に依存することを認識するであろう。多くの場合、ペースト組成物は、少量の溶媒の添加によって堆積前に調節される。いくつかの実施では、５０ｒｐｍにおいて約１００±５０Ｐａ・ｓ以上の２５℃での最終的な粘度が微細電極線のスクリーン印刷にとって好都合であることが分かった。別の実施形態では、２５℃での粘度は、５０ｒｐｍで３分後に８０〜１００±２０Ｐａ・ｓ又は１００〜１１０±２０Ｐａ・ｓである。導電性ペーストの粘度は、♯１４スピンドル又は他の同様の装置を使用して、ユーティリティ―カップを用いたＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ＨＢＴ粘度計で測定することができ、値は５０ｒｐｍで３分後に取得される。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、ビヒクルの成分のうちの１種以上がチクソ性又はずり流動化を促進する。ずり流動化の程度は、例えば０．５ｒｐｍ（３分）、１０ｒｐｍ（３分）、２０ｒｐｍ（３分）、及び／又は５０ｒｐｍ（３分）で得られる値を比較することにより、異なる回転時間及び速度で行われる粘度測定間でみられる差から確認することができる。
【０１０５】
ＩＩＩ．導電構造体の形成
Ａ．基板
本開示のある態様は、基板上に導電構造体を形成するために使用できる方法を提供する。通常、方法は、最初に、一般的に基板を準備する工程と、これに望ましい最終的な構成で導電構造体を製造するのに適した予め選択されたパターンでペースト組成物を塗布する工程とを含む、前駆体構造体の作製を必要とする。その後、前駆体は導電構造を製造するために焼成され、これは、多くの場合に「メタライゼーション」と呼ばれる。最も一般的には、基板は平面状で比較的薄く、そのため、その各面において、対向する第１及び第２の主面が画定される。本発明のペースト組成物は、これらの主面の一方又は両方に電極を形成するために使用することができる。
【０１０６】
光電池を製造するために選択される基板は、通常、目的とする多数キャリア導電型を製造するために必要とされる型のドーパントで表側をドーピングすることによって形成されるエミッタ領域を含む。このドーピングは、典型的には、キャリア濃度対深さの望ましいドーピングプロファイルを達成するために設計された加熱サイクルでウエハーを高温に曝すことを含む。いくつかのそのようなサイクルは、環境雰囲気中で加熱することを含み、これによりシリコン基板材料の表面をある程度酸化することができる。
【０１０７】
Ｂ．絶縁層
いくつかの実施形態では、本発明のペースト組成物は、基板の主面の片面又は両面に存在する絶縁層又は不動態層を有する半導体基板などの基板と共に使用される。層は、限定するものでないが、酸化アルミニウム；酸化チタン；窒化ケイ素；ＳｉＮx：Ｈ（後続の焼成処理時の不動態化のための水素含有窒化ケイ素）；酸化ケイ素；炭素を含有する窒化、酸化、又は酸化窒化ケイ素；及び酸化ケイ素／酸化チタンから選択される１種以上の成分を含んでいてもよい。単一の均一な層が存在してもよく、或いはそれぞれ独立にこれらの材料のいずれかであってもよい複数の一連のサブレイヤーが存在していてもよい。窒化ケイ素及びＳｉＮx：Ｈが広く使用されている。典型的な用途には１〜２００ｎｍの厚さの絶縁層が好適である。
【０１０８】
光電池の作製の実施では、絶縁層は、典型的には電池表面から反射される入射光の量を減らすために反射防止特性が付与されるように構成される。反射によって失われる光の量を減らすと、電池の入射光の利用が向上し、これが生じさせることができる電流が増加する。そのため、絶縁層は、多くの場合、反射防止膜（ＡＲＣ）を意味する。層の構成（１つの材料の単層であるか、組成が異なっていてもよい複数の別個に作製されたサブレイヤーであるかに関わらず）は、好ましくは、層の材料の組成及び屈折率に応じて反射防止特性が最大になるように選択される。例えば、絶縁ＡＲＣ層は、１〜２００ｎｍの厚さを有していてもよい。１つの方法では、堆積処理条件を調整することで層の化学量論量が変更され、それにより屈折率などの特性が望ましい値に変更される。約１．９〜２．０の屈折率を有する単一の窒化ケイ素層については、約７００〜９００Å（７０〜９０ｎｍ）の厚さが適切であるが、他の選択肢も使用することができる。
【０１０９】
絶縁層は、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）及び熱ＣＶＤなどの任意の形態の化学蒸着（ＣＶＤ）、熱酸化、又はスパッタリングのうちのいずれかの形態など、マイクロエレクトロニクス分野で公知の方法によって基板上に堆積させることができる。別の実施形態では、基板は、熱処理下で分解するか基板と反応して絶縁層を形成する液体材料で被覆される。また別の実施形態では、基板は酸素又は窒素を含む雰囲気の存在下で熱処理されて絶縁層を形成する。或いは、基板に絶縁層は特に設けられないが、シリコンウエハー上の酸化ケイ素などの自然に形成される物質が絶縁層として機能する場合もある。
【０１１０】
本方法は、任意選択的に、ペースト組成物を塗布する前に半導体基板上に絶縁層を形成する工程を含む。
【０１１１】
本方法のいくつかの実施では、絶縁層又はその任意の構成サブレイヤーが具体的に設けられるものであるか自然に生じるものであるかに関わらず、ペースト組成物は有用である。ペーストの酸化物成分及び非酸化物成分は、焼成時に任意の絶縁層の材料の厚さの一部又は全部と結合するか、それを溶解させるか、又はそれを貫通するために、協働して機能することができる。
【０１１２】
Ｃ．塗布
本発明の組成物は、デバイスの構造及び使用される具体的な基板材料に応じて様々な異なる構成又はパターンで、半導体基板の主面の予め選択された部分にペーストとして塗布することができる。予め選択された部分は、主面の総面積の任意の割合を含んでいてもよい。被覆される面積は、小さい割合から実質的に全ての面積までの範囲であってもよい。ある実施形態では、ペーストは半導体基板上に塗布され、これは単結晶、キャストモノ、多結晶、ポリ結晶、又はリボンシリコン、又は任意の他の半導体材料であってもよい。
【０１１３】
塗布は、スクリーン印刷及び上述した他の典型的な堆積方法などの様々な堆積方法を使用して行うことができる。ある実施形態では、ペースト組成物は、基板の適切な主面上に存在するいずれかの絶縁層の上に塗布することができる。
【０１１４】
導電性組成物は、任意の有用なパターンで印刷することができる。例えば、導電性ペーストの塗布は光電池前駆体を形成するために使用されてもよく、その場合、ペーストは、焼成作業によって基板と電気的に接触する少なくとも１つの電極を含む導電構造体へ変換されることが定められる形状で、半導体基板の予め選択された部分に堆積される。ある実施では、少なくとも１つの電極は、電気エネルギーが供給される外部電気回路と接続されるように構成される。
【０１１５】
光電池の表側の電極に使用される電極パターンは、一般的には１つ以上のより大きいバスバーから延びる複数の狭い格子線又はフィンガーを含む。そのようなパターンとすることで、電気エネルギーへ変換できる入射光エネルギーの量を本質的に減少させるメタライゼーションによって覆い隠される面積を最小限にしながら、過度の抵抗損失なく電池内で発生する電流を表側から取り出すことができる。理想的には、電極パターンの特徴は、予め選択された均一の厚さ及び形状でよく画定されている必要があり、また高い電気伝導度及び下の構造体との低い接触抵抗が得られる必要がある。高さ及び幅が均一であり高さ対幅が高い比率であるフィンガーは、覆い隠される面積を最小限にしながら、有効導体断面積を増加させる（その結果、電気抵抗を減少させる）点で有益である。そのため、ペースト組成物は、理想的にはフィンガーラインを最初の印刷でうねり又は幅若しくは高さ方向の他の不規則性なく均一に堆積でき、後の乾燥工程又は焼成工程の際に更なる拡がり又は他の歪みが生じないようなレオロジーを有する。
【０１１６】
ある実施形態では、導電性フィンガーの線の幅は、２０〜２００μｍ；２５〜１００μｍ；又は２５〜５０μｍであってもよい。ある実施形態では、導電性フィンガーの線の厚さは、５〜５０μｍ；１０〜３５μｍ；又は１０〜２５μｍであってもよい。
【０１１７】
Ｄ．焼成
多くの場合に「焼成」と呼ばれている熱処理作業は、本方法では、ＰＶ（光起電）電池中の半導体ウエハーなど、下にある基板との高品質な電気的な接触を与える電極を含む導電構造体の生成を促進するために使用される。ペースト組成物を固化させるための焼成作業に先行して乾燥作業が任意選択的に行われ、これにはそのほとんどの揮発性有機物を除去することが含まれ得る。これは、比較的控えめな高温（例えば、最大約１５０〜１７５℃の温度）に長時間曝すこと、又はより高い温度に短時間曝すことのいずれかによって行うことができる。ある実施形態では、焼成作業の条件（例えば、前駆体によって達成される温度及び曝露時間）は、関係する半導体基板とのその電気的な接触の点で望ましい特性を示す電極を形成するのに十分な条件である。
【０１１８】
焼成作業は、構成要素であるビヒクル材料の蒸発及び／又は熱分解によって堆積されたペーストからビヒクルを実質的に完全に焼き切るのに有効であると考えられる。本発明は作用のいかなる特定の理論によっても限定されるものではないが、適切な焼成時に、可融性材料が、自然に生じる又は意図的に形成される不動態層及び／又は反射防止膜などのウエハー上に通常存在する絶縁層を効率的に貫通するために機能すると考えられる。このような結果は、多くの場合に「ファイヤースルー」と呼ばれる。様々なペースト成分は、電極を形成する、例えば銀などの導電性金属粉末の焼結を促進するとも考えられている。
【０１１９】
理想的には、焼成により、高いバルク導電率及び下の半導体材料への低い表面抵抗接続などの良好な電気特性を有する電極が形成され、その結果、電池の信号源インピーダンスが減少する。いくつかの実施形態は印刷領域内に分散される導電性領域に限定される電気的な接触により機能し得るものの、接触は実質的に印刷領域全体にわたって均一であることが好ましい。導電金属構造体が機械的に頑丈であり、基板に確実に付着していることも有益であり、金属結合は導電性要素によって覆われている基板の実質的に全ての領域にわたって形成される。
【０１２０】
そのようなペーストにより、スクリーン印刷された結晶シリコン太陽電池は、表側での減少した飽和電流密度（Ｊ０ｅ）及びそれに伴う増加したＶｏｃ及びＪｓｃを更に有することができ、その結果、向上した太陽電池性能を有することができるであろう。ペーストの他の望ましい特性としては、高いバルク導電率、直列抵抗を更に減らし、電極による入射光の遮光を最小限にするための、メタライゼーションパターン中の狭くて高アスペクト比の接触ラインを形成する能力、並びに基板に対する良好な接着性が挙げられるであろう。高い並列抵抗も望ましく、これは、焼成が半導体の特性に悪影響を及ぼさないことを示す。
【０１２１】
ある実施形態では、焼成のためのオーブン又は炉の設定点温度は、約３００℃〜約１０００℃、又は約３００℃〜約５２５℃、又は約３００℃〜約６５０℃、又は約６５０℃〜約９５０℃の範囲であってもよい。焼成は、任意の好適な熱源を使用して行われてもよく、また空気、窒素、不活性ガス、又は酸素を含む混合物（酸素と窒素との混合気体等）で構成される雰囲気中で行われてもよい。
【０１２２】
ある実施形態では、焼成はベルト炉を使用して行われる。印刷されたペースト組成物のパターンを有する基板は、例えば、約０．０５分〜約５分となる保持時間が得られる毎分約１００〜約５００ｃｍの高い輸送速度で炉のホットゾーンを通して搬送されるベルトの上に置かれる。炉内での望ましい熱プロファイルを制御するために、複数の温度ゾーンを使用することができ、ゾーンの数は、例えば３〜１１個のゾーンなど、様々であってもよい。ベルト炉を使用して行われる焼成作業の温度は、通常、炉の最も熱いゾーンの炉設定点によって特定されるが、そのようなプロセスに基板を通過させることによって実際に得られる最も高い温度は、最も高い設定点よりも若干低いことが知られている。当業者に公知の他のバッチ式及び連続式の高速焼成炉設計も想定される。
【０１２３】
Ｅ．半導体デバイスの製造
本開示のある実施形態は、基板と導電性電極とを含むデバイス構造体に関し、これは上述の方法によって形成することができる。
【０１２４】
本明細書で示される導電構造体は、多様な電気、電子、及び半導体デバイスで有益に利用することができる。限定するものではないが、そのようなデバイスとしては、フォトダイオード、光電池、及びソーラーパネル又は他の同様の物品が挙げられ、この中で１つ以上の導電構造体が、デバイスがこれを通じて他の電気回路と接続することが可能な電極として機能する。本明細書に開示の方法を使用して別個に又は集合的に組み立てられるデバイスは、複数の相互に接続された光電池を含むソーラーパネルなどのより大きい構造体に組み込まれてもよい。通常、本明細書に開示の方法又は他の適切な方法を使用して形成される前駆体は、本明細書に記載したように、堆積されたペースト組成物を、半導体と電気的に通じる電極を与える適切に構成された導電構造体へと変換する焼成作業を使用して、完成品の半導体デバイスに変換される。
【０１２５】
光電池デバイスの本発明の製造方法を実施する工程のある考えられる手順が図１Ａ〜１Ｆに示されている。方法は、平面構造を有する従来のｐベース（p-base）電池を参照しつつ説明されているが、平面状ｎベース（n-base）電池又は櫛型裏面電極型電池などの他の構造を有する電池の作製において有用な同等の工程も明らかになるであろう。
【０１２６】
図１Ａはｐ型基板１０を示し、これは、限定するものではないが、単一結晶、多結晶、単結晶又はポリ結晶のシリコンなどの任意の公知のタイプのＳｉであってもよい。例えば、基板１０は、引き上げ法又はキャスティング法で形成されたインゴットから薄いウエハーをスライスすることによって得ることができる。ある実施では、ＳｉインゴットはＢでドープされてｐ型にされる。表面の傷及び汚れ（例えば、ワイヤーソーでのスライス由来）は、水酸化カリウム水溶液若しくは水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ水溶液を使用して、又はフッ化水素酸と硝酸との混合物を使用して、基板表面を約１０〜２０μｍエッチングすることで取り除くことができる。更に、基板を塩酸と任意選択的な過酸化水素との混合物で洗浄して、基板表面に付着している鉄などの重金属を除去してもよい。具体的に示されていないものの、基板１０は、光の反射を減らすためにテクスチャーが形成されている第１の主面１２を有していてもよい。テクスチャーは、水酸化カリウム水溶液又は水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ水溶液で主面をエッチングすることによって生じさせることができる。基板１０はシリコンリボンから形成されてもよい。
【０１２７】
図１Ｂにおいて、ｎ型の拡散層２０が第１の主面１２上に形成されることで、下のｐ型材料とｐ−ｎ接合とが形成される。ｎ型の拡散層２０は、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）から供給されるリン（Ｐ）の熱拡散又はイオン注入などの任意の適切なドーピング方法によって形成することができる。ドーパント濃度対表面からの深さのプロファイルは、堆積される材料の量並びに使用される注入及び／又は熱的条件に依存する。利用する具体的な熱処理も、どの程度の量の酸化ケイ素（存在する場合）がウエハー表面に形成されるかに影響を与え得る。図示のように、ｎ型拡散層２０は、シリコンのｐ型基板の表面全体にわたって形成される。別の実施では、拡散層は、除去工程を必要としないように主面の上面に制限される。拡散層の深さは、拡散温度及び時間を制御することによって変えることができ、約０．３〜０．５μｍの厚さ範囲で一般に形成される。ｎ型拡散層は、数十オーム毎スクウェア〜最大約１２０オーム毎スクウェアまでの範囲のシート抵抗率を有していてもよい。いくつかの代替的な実施（図示せず）では、バルクよりも高いレベルでのＢを用いた追加的なドーピングが、対向する第２（裏側）の主面１４上の層中に付加される。
【０１２８】
ｎ型拡散層２０の１つの面をレジスト等で保護した後、図１Ｃに示されるように、ｎ型拡散層２０が基板１０の第１の主面１２上のみに残るように、ｎ型拡散層２０がエッチングによってほとんどの表面から除去される。レジストは、その後、有機溶媒などを使用して除去される。
【０１２９】
次に、図１Ｄに示されるように、反射防止コーティングとしても機能する絶縁層３０がｎ型拡散層２０上に形成される。絶縁層は、一般的には窒化ケイ素であるが、ＳｉＮx：Ｈ（すなわち、後続の焼成処理中の不動態化のための水素を含む絶縁層）、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ケイ素／酸化チタンの混合物、酸化アルミニウム、又は別の適切な絶縁材料などの別の材料の層であってもよい。絶縁層は、単層の形態であってもよく、同じ又は異なる材料の複数のサブレイヤーの形態であってもよい。いくつかの実施形態では、図１Ｂに示されている拡散層の製造は、基板表面上である程度の量の二酸化ケイ素を形成し得る空気中での熱処理を含む（図示せず）。
【０１３０】
次に、基板の両方の主面１２及び１４に電極が形成される。図１Ｅに示されているように、本明細書に規定されているペースト組成物９０が第１の主面１２の絶縁層３０の上にスクリーン印刷され、その後、乾燥される。光電池に関して、ペースト組成物９０は、典型的には表面の所定の位置を占める１つ以上のバスバーから垂直に延びる導電性の線の所定のパターンで塗布される。更に、アルミニウムペースト６０及び裏面銀ペースト７０が裏面（基板の第２の主面１４）上へスクリーン印刷され、引き続き乾燥される。スクリーン印刷作業は、任意の順序で行うことができる。生産効率のために、全てのこれらのペーストは、典型的には約７００℃〜約９７５℃の範囲の温度で、空気又は酸素を含む雰囲気中で数秒から数十分の時間、典型的にはこれらを同時焼成することによって処理される。速い処理速度のために、赤外加熱式ベルト炉が好都合に使用される。
【０１３１】
図１Ｆに示されているように、焼成は、表側上に描かれたペースト組成物９０を焼結させて絶縁層３０を貫通させるのに十分な時間及び温度への曝露の条件（「ファイヤースルー」として知られる条件）下で行われ、それによりｎ型拡散層２０と接触する電極を得ることができる。このファイヤースルー状態、すなわち、ペーストが反応して絶縁層３０を通過する程度は、絶縁層３０の組成、品質及び厚さ、ペーストの組成、並びに焼成条件に依存する。高品質のファイヤースルー状態は、光電池の高い変換効率を得るための重要な因子であると考えられる。その結果、図１Ｆに示されるように、焼成によってペースト９０は電極９１へと変換される。
【０１３２】
焼成は、更に、アルミニウムを裏面のアルミニウムペースト６０からシリコン基板中へと拡散させ、それにより高濃度のアルミニウムドーパントを含むｐ＋層４０が形成される。この層は、一般に裏面電界（ＢＳＦ）層と呼ばれ、太陽電池のエネルギー変換効率を向上させるのに役立つ。焼成は、乾燥アルミニウムペースト６０をアルミニウム裏面電極６１に変換する。裏面銀ペースト７０は、同時に焼成され、銀又は銀／アルミニウム裏面電極７１になる。焼成時、裏面アルミニウムと裏面銀との間の境界は合金の状態とみなされ、それによって電気接続が達成されると考えられる。裏面電極のほとんどの領域は、一部にはｐ＋層４０を形成する必要性のため、アルミニウム電極によって占有されている。入射光は裏面を突き抜ける必要がないことから、実質的に表面全体が被覆されてもよい。同時に、アルミニウム電極へのはんだ付けは実行不可能であることから、相互接続する銅リボン等をはんだによって取り付けできる電極として、銀又は銀／アルミニウム裏面電極７１が裏面に形成される。銀ペースト７０はアルミニウムペースト６０と同じ領域を覆うものとして描かれているものの、電極７１は、このはんだによる取り付けになお対応できる限定的な領域を被覆すれば十分である。
【０１３３】
上述したように作製された半導体デバイスは、光電池内に組み込むことができる。別の実施形態では、光電池のアレイは、記載した通りの複数の上述した半導体デバイスを含む。アレイのデバイスは、本明細書に記載の方法を使用して製造することができる。
【０１３４】
他の構造体を有する光電池、又は他の電気、電子、及び半導体デバイスの導電構造体を作製するために同様の方法が使用でき、それらは全て本発明の範囲内にあると想定されることは明らかであろう。
【実施例】
【０１３５】
本発明の特定の実施形態の工程及び効果は、以下に記載する一連の実施例（実施例１〜１１）から、及びこれらの実施例と比較例１〜３との比較からより詳細に理解することができる。これらの実施例が基づく実施形態は、単に代表的なものであり、本発明の態様を例証する実施形態の選択は、実施例に記載されない材料、成分、反応物質、条件、技術及び／又は構成が本明細書での使用に適さないこと、又は実施例に記載されない主題が添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲から排除されることを示さない。
【０１３６】
成分
本発明のペースト組成物の調製において有用な成分は以下のものを含む。特段の記載がない限り、これらの成分は以下の実施例の準備で使用される。
【０１３７】
ガラスフリット：
ガラスフリットＡ及びＢは、０．５〜０．７μｍのｄ50値を有するＰｂ−Ｔｅ−Ｏ含有ガラスである。
【０１３８】
銀粉末
下の例示的なペースト組成物中で使用されるＡｇ粉末は微粉化されており、大部分は約１．８〜２μｍのｄ50値の粒径分布を有する（Ｈｏｒｉｂａ  ＬＡ−９１０分析計を使用したイソプロピルアルコールの分散液中で測定）球形である。
【０１３９】
オルガノポリシロキサン：
ＤＭＳ−Ｔ４６：ポリジメチルシロキサン、トリメチルシロキシ末端（粘度約６０，０００ｃＳｔ、Ｇｅｌｅｓｔ，Ｉｎｃ．，Ｍｏｒｒｉｓｖｉｌｌｅ，ＰＡ）。
【０１４０】
分解剤：
ＴＢＡＦ水和物：テトラブチルアンモニウムフルオリド水和物（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｏ．ＬＬＣ）、式（Ｃ4Ｈ9）4Ｎ+Ｆ-のユニット当たり３つのＨ2Ｏを含む計算と推定。
【０１４１】
他のポリマー：
Ｅｔｈｏｃｅｌ（登録商標）ＳＴＤ４及びＳＴＤ１０は、メーカーによれば、エトキシル含有率が５８．０〜４９．５％であり、レオロジー調整剤及びバインダーとして機能するとされている、エチルセルロースベースのポリマー（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）である。
【０１４２】
溶媒：
ＴＥＸ：ＴｅｘａｎｏｌTMエステルアルコール溶媒（２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタジオールモノイソブチレート）（Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ，ＴＮ）。
【０１４３】
ＢＣＡ：Ｂｕｔｙｌ  ＣＡＲＢＩＴＯＬTM溶媒（ジエチレングリコールｎ−ブチルエーテルアセテート）（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）。
【０１４４】
ＤＢＣ：ジエチレングリコールジブチルエーテル溶媒（Ａｌｄｒｉｃｈ）。
【０１４５】
他の有機物：
Ｔｈｉｘａｔｒｏｌ（登録商標）ＰＬＵＳアミドであるチクソトロープレオロジー調整剤（Ｅｌｅｍｅｎｔｉｓ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｈｉｇｈｔｓｔｏｗｎ，ＮＪ）。
【０１４６】
Ｄｕｏｍｅｅｎ（登録商標）ＴＤＯ界面活性剤（Ａｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＬＬＣ，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）。
【０１４７】
ＢｒｉｊTMＬ４：界面活性剤（Ｃｒｏｄａ，Ｉｎｃ．，ＮｅｗＣａｓｔｌｅ，ＤＥ），Ｍnが約３６２Ｄａの非イオン性界面活性剤であるとされている、ポリエチレングリコールドデシルエーテル。
【０１４８】
実施例ＥＸ−１〜実施例ＥＸ−９
比較例ＣＥ−１〜ＣＥ−３
オルガノポリシロキサン及び含フッ素分解剤を含有する導電性ペースト組成物の調製
特段の規定がない限り、実施例ＥＸ−１〜実施例ＥＸ−９及び比較例ＣＥ−１〜ＣＥ−３のものを含む本明細書のペースト組成物の導電性ペースト組成物は、次の基本手順で調製する。
【０１４９】
表１に示されている量（ｇ）のＰＤＭＳ及びＴＢＡＦを秤量し、その後、混合してＰＤＭＳ／ＴＢＡＦ混合物を形成する。撹拌しながら若干高い温度まで加熱することでエチルセルロースポリマーをＢＣＡ溶媒中に予め分散させ、その後、室温まで冷却する。表Ｉ中の各実施例について示されているエチルセルロースポリマー分散液、並びに残りのチクソ性付与剤、界面活性剤、及び溶媒の量（ｇ）を秤量し、その後、ＰＤＭＳ／ＴＢＡＦ混合物と混合してビヒクルを形成する。無機固体、すなわちガラスフリット、銀粉末、及びフリット添加剤（存在する場合）を指示された量で添加し、更に混合してペースト組成物を形成する。使用されるガラスフリットはＰｂ−Ｔｅ−Ｏ系フリットであるが、他の鉛系及び鉛フリーのフリットも使用することができる。銀粉末がペースト組成物の固形分の大部分であることから、これは、通常、より優れた濡れ性を確保するために、各添加後に混合しながら徐々に添加する。それぞれの前述の混合工程は、自転公転ミキサー中で行うことができるであろう。例えば、２０００ｒｐｍで３０秒運転するＴｈｉｎｋｙ（登録商標）ミキサー（Ｔｈｉｎｋｙ（登録商標）ＵＳＡ，Ｉｎｃ．，ＬａｇｕｎａＨｉｌｌｓ，ＣＡから入手可能）が好適であろう。最後の添加後、ペーストを冷却し、少量の添加された溶媒中で混合することにより粘度を８０〜１２０Ｐａ・ｓに調節する。粘度の値は、♯１４スピンドル及び♯６カップを用いたＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度計（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  Ｉｎｃ．，Ｍｉｄｄｌｅｂｏｒｏ，ＭＡ）を使用することで得ることができ、５０ｒｐｍでの回転の３分後に測定される。その後、ペースト組成物を、０〜４００ｐｓｉ（約２．８ＭＰａ）まで徐々に増加する圧力で、２５μｍのギャップの３本ロールミルを繰り返し通過させる。適切なミルは、Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｒｏｓｓ  ａｎｄ  Ｓｏｎ，Ｈａｕｐｐａｕｇｅ，ＮＹから入手することができる。表Ｉには、配合された固体についての値も列挙されており、これは、銀粉末及びガラスフリットの合計から計算するか、配合されたペースト組成物を灰化することにより測定することができる。
【０１５０】
各ペースト組成物の分散度は、ＡＳＴＭ規格試験方法Ｄ１２１０−０５（これはＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ  Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡにより公表されており、参照により本明細書に組み込まれる）に従って、市販の分散度（ＦＯＧ）ゲージ（例えば、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｇａｇｅ  ａｎｄ  Ｔｏｏｌ，Ｄａｙｔｏｎ，Ｏｈｉｏから入手可能なゲージ）を使用して測定することができる。得られるデータは、通常、Ｘ／Ｙとして表されるＦＯＧ値として表現され、検出される最も大きい粒子の大きさがＸμｍであり、メジアン径がＹμｍであることを意味する。ある実施形態では、本発明のペースト組成物のＦＯＧ値は典型的には２０／１０以下であり、これは典型的には良好な印刷性に十分であることが見出された。
【０１５１】
それぞれの処理されたペースト組成物をロールミルによって粉砕した後、少なくとも１６時間置いてから、スクリーン印刷に適したものとするために必要に応じて追加的なＴＥＸＡＮＯＬTM溶媒で８０〜１２０Ｐａ・ｓまでその粘度を調節する。通常、細線をスクリーン印刷するために適切な粘度を得るために必要とされる少量の溶媒を添加することにより、印刷前にペースト組成物を再度調節する。典型的には、約８０〜１２０Ｐａ・ｓの最終粘度（５０ｒｐｍ／３分で測定）で良好なスクリーン印刷の結果が得られることが分かっているが、いくつかの変形形態では、具体的な印刷装置及びパラメーター次第では例えば±３０Ｐａ・ｓ以上も許容可能であろう。上述の方法は、再現可能な太陽電池の性能を得るために十分均一なペースト組成物材料を製造するために決定される。
【０１５２】
【表１】
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【０１５３】
実施例１０
ライン寸法の特性評価
実施例ＥＸ−４及び比較例ＣＥ−２のペースト組成物を６インチの疑似正方形の単結晶ｐ型シリコンウエハーの表側の主面にスクリーン印刷して、表側に導電構造体を有する太陽電池前駆体を形成する。得たままの状態のウエハーは、表側にｎ型エミッタ層及び反射防止層を有する。ペースト組成物は、約７．３重量％のＰＤＭＳがＥＸ−４においてＴＢＡＦ水和物で置換されている点のみ異なる。
【０１５４】
導電構造体は、Ｍｕｒａｋａｍｉ３２５．１６スクリーンなどのスクリーンを使用して必要とされるペースト組成物をスクリーン印刷することにより形成される。（「３２５．１６」という呼称は、スクリーンメッシュが１リニアインチ当たり３２５個の開口を有しており、スクリーンワイヤー径が１６μｍであることを示す）。使用されるＭｕｒａｋａｍｉ３２５．１６スクリーンは、２０μｍのメッシュ厚を有しており、４つのより広いバスバーから延びる１０５個のフィンガーライン（３８μｍ幅）の櫛形配置で１５μｍのエマルション厚さを与える。裏面電極は、Ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌ  ＰＡＳＥ  １２０６アルミニウムベースのメタライゼーションペースト（Ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌ，Ｓｔａｖｒｏｐｏｌ，Ｒｕｓｓｉａから市販）をスクリーン印刷することで、焼成後に完全に平面状のＡｌ−Ｓｉ共晶裏面接触を生じさせることにより形成される。
【０１５５】
印刷されたままの状態のウエハーを３５０℃のピーク温度設定点のマルチゾーン型ベルト炉を通過させることにより、印刷されたペースト組成物を急速に乾燥させる。この作業時、ウエハーが到達する温度は、ペーストの揮発性成分の少なくともほとんどを除去するのに十分な温度である。乾燥後、ウエハーを、最も高いゾーンが８８５℃〜９３０℃のピーク温度設定点であるマルチゾーンベルト炉を通過させることによって焼成する。このような処理で焼成炉を通過する際の各電池が経るピーク温度は、最も高いゾーンの設定温度よりも約１４０〜１５０℃低い場合があることが理解される。加熱工程が完了した後、ペースト組成物の有機成分は実質的に熱分解されるか除去され、銀粉末が焼結して下にあるシリコン基板に接着し、これにより完成した導電構造体が製造される。
【０１５６】
導電構造体のフィンガー部のライン寸法は、ＬａｓｅｒＴｅｃ  Ｈ１２００  Ｃｏｎｆｏｃａｌ顕微鏡を用いて決定する。ウエハーの領域を横切る印刷されたフィンガーの寸法の３０回の各測定を得るために、ステップ及び繰り返しプログラムを使用する。全体の平均は、各具体的な試験条件についての平均ライン寸法を得るために、これらの測定から計算する。フィンガーのライン寸法は、ペースト乾燥工程後及び焼成工程後の印刷されたままの状態のウエハーで得られる。ライン高さは、測定点でのウエハー表面からラインの最大の高さまでを測定する。その後、個々の測定から平均の高さを決定する。このように測定されるライン寸法は、実施例ＥＸ−４及び比較例ＣＥ−２のウエハーについての表ＩＩに示されている。
【０１５７】
【表２】
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【０１５８】
実施例ＥＸ−４のペーストの粘度は比較例ＣＥ−２のペーストよりも低く、組成はＥＸ−４中のＴＢＡＦの組み込みのみが異なるものの、焼成後のライン寸法及びラインのアスペクト比は類似している。
【０１５９】
実施例１１
太陽電池の電気的な特性の評価
実施例１０に記載の方法で作製した表側の電極を採用した太陽電池の電気的な性能を特性評価する。光変換効率の測定結果は、Ｂｅｒｇｅｒ光電池テスター（Ｌｉｃｈｔｔｅｃｈｉｎｋ  ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧ）などの適切な試験装置を使用して得る。テスター中のＸｅアーク灯は、既知強度の１つの太陽の太陽光をシミュレートし、電池の表側を照らす。テスターは４つの接触方法を使用して約４００の負荷抵抗設定での電流（Ｉ）及び電圧（Ｖ）を測定することで、電池のＩ−Ｖ曲線を決定する。光エネルギー変換効率（Ｅｆｆ）、曲線因子（ＦＦ）、及び直列抵抗（Ｒs）は、各電池についてのＩ−Ｖ曲線から得られる。
【０１６０】
実施例４及び比較例２の各ペースト組成物について、１５〜２０個の試験電池のセットを、３８μｍ幅の１０５個のフィンガーを含むＭｕｒａｋａｍｉ  ３２５．１６スクリーンを使用して印刷する。電池を従来のピーク設定点温度で焼成する。実験を繰り返して再現性のある結果を確実に得る。表ＩＩＩに、試験試料について平均化した各セットの電気的なデータが示されている。
【０１６１】
【表３】
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【０１６２】
表ＩＩＩのデータから、実施例ＥＸ−４のペーストを用いて作製された電極を有する電池は、比較例ＣＥ−２のペーストを用いて印刷された電極を有する電池によって示されるものと比較して、短絡電流（Ｊｓｃ）、曲線因子、開放電圧（Ｖｏｃ）、Ｒｓｈｕｎｔ、及び効率の望ましい増加を示すことが明らかにされる。ＴＢＡＦを含む実施例４のペースト組成物でのＲｓｈｕｎｔの増加は特に有益であり、焼成時のエミッタの損傷が少ないことの指標となるであろう。
【０１６３】
実施例１２
太陽電池の電気的な特性の評価
実施例１１の実験を、実施例４〜９及び比較例３のペースト組成物で追加的な電池を印刷することにより拡張する。電池を実施例１１の通りに印刷、焼成、及び試験したところ、同様にＪｓｃ、曲線因子、Ｖｏｃ、及び効率における望ましい増加を示す。ここでも同様に、Ｒｓｈｕｎｔは、ＴＢＡＦを含有するペースト組成物を用いて作製した電池ではるかに大きい値を示す。
【０１６４】
【表４】
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【０１６５】
このように本発明をかなり詳細に詳細に説明してきたが、この詳細に厳格に忠実である必要はなく、追加的な変更形態及び修正形態が当業者にとって想到される場合があり、全て添付の特許請求の範囲に定義される通りの本発明の範囲に入ることが理解されるであろう。
【０１６６】
例えば、当業者は、意図的な添加か否かに関わらず、選択した原材料が、処理中に酸化物組成物又は他のペースト構成要素に取り込まれ得る不純物又は他の同様の物質を含んでいる場合があることを認識するであろう。例えば、不可避的な不純物が数百〜数千ｐｐｍの範囲で存在する場合がある。本明細書で使用される工業材料中に一般的に存在する不純物は当業者に公知である。
【０１６７】
不純物又は他のそのような物質の存在は、酸化物成分、その中の可融性材料、酸化物で作られるペースト組成物の化学的及びレオロジー的な特性、又はペースト組成物を使用して製造される焼成されたデバイスの電気的な特性を実質的に変更しないであろう。例えば、本発明のペースト組成物を使用して製造される導電構造体を用いる太陽電池は、ペースト組成物が不純物を含んでいたとしても、本明細書に記載の効率及び他の電気的な特性を有することができる。
【０１６８】
数値の範囲が本明細書で列挙又は規定されるが、その範囲は、その端点及びその範囲内の個別の整数及び分数の全てを含み、並びにまた、あたかもより狭い範囲のそれぞれが明示的に列挙されるのと同じ程度に、記載された範囲内の値のより大きい群の下位群を形成する、端点並びに内側の整数及び分数の様々な可能な組合せの全てによって形成されるその中のより狭い範囲のそれぞれを含む。数値の範囲が述べられた値よりも大きいと本明細書で述べられる場合、その範囲は、それにもかかわらず、有限であり、本明細書で記載される通り、本発明に関連して操作可能である値によってその上側端で拘束される。数値の範囲が、述べられた値よりも小さいと本明細書で述べられる場合、その範囲は、それにもかかわらず、ゼロでない値によってその下側端で拘束される。
【０１６９】
本明細書において、特に明示的に述べられないか、又は使用に関連して反対に示されない限り、本明細書の主題の実施形態が、ある特定の特徴又は要素を含む、包含する、含有する、有する、それらからなる、又はそれらによって若しくはそれらから構成されると述べられ又は記載される場合、明示的に述べられた又は記載されたものに加えて１つ以上の特徴又は要素が実施形態で存在してもよい。しかしながら、本明細書の主題の代わりの実施形態が、ある特定の特徴又は要素から本質的になると述べられ又は記載されてもよく、この実施形態では、操作の原理又は実施形態の際立った特性を実質的に変更する特徴及び要素はそこに存在しない。本明細書の主題の更なる代わりの実施形態が、ある特定の特徴又は要素からなると述べられ又は記載されてもよく、この実施形態において、又はその実態のない変形形態では、具体的に述べられ又は記載された特徴又は要素のみが存在する。更に、用語「含む」は、用語「から本質的になる」及び「からなる」によって包含される例を含むことが意図される。同様に、用語「から本質的になる」は、用語「からなる」によって包含される例を含むことが意図される。
【０１７０】
量、濃度、又は他の値若しくはパラメーターが、範囲、好ましい範囲、又は上側の好ましい値及び下側の好ましい値のリストとして与えられる場合、これは、範囲が別個に開示されるかどうかにかかわらず、任意の上側範囲限界又は好ましい値、並びに任意の下側範囲限界又は好ましい値の任意の対から形成された範囲の全てを具体的に開示すると理解されるべきである。ある範囲の数値が本明細書において列挙される場合、特に明記しない限り、その範囲は、その終点、並びにその範囲内の全ての整数及び分数を包含することを意図している。範囲を規定する際に記載された特定の値に本発明の範囲を限定することは意図しない。
【０１７１】
本明細書において、特に別に述べられないか、又は使用に関連して反対に示されない限り、本明細書で列挙される量、サイズ、範囲、処方、パラメーター、並びに他の量及び特性は、特に用語「約」によって修飾される場合、必要としないが正確であってもよく、又は許容範囲、変換係数、四捨五入、測定誤差、及び同様のもの、並びに本発明に関連して、述べられた値に機能的及び／又は操作可能な均等性を有する、その外側の値の述べられた値内の内包を反映して、（必要に応じて）述べられたものに近似していても及び／又はそれより大きくても小さくてもよい。
【符号の説明】
【０１７２】
１０  基板
１２  第１の主面
１４  第２の主面
２０  拡散層
３０  絶縁層
４０  層
６０  アルミニウムペースト
６１  アルミニウム裏面電極
７０  銀ペースト
７１  電極
９０  ペースト組成物
９１  電極
１００  トレース
１１０  トレース
１２０  トレース
【図１】
2018067547.tif 000015
【図２】
2018067547.tif 000016
【外国語明細書】
2018067547000001.pdf