(57)【要約】【課題】界面活性剤を含む導電性ペーストを提供する。【解決手段】少なくとも１つの金属粉末と；有機担体と；ガラスと；次式（１）で表される界面活性剤とを含み、Mx（R）y（Q）z              （１）Ｍは、金属元素および半導体金属金属元素からなる群から選択され、Ｒは親水性基であり、Ｍと化学的に結合され、水で加水分解されて親水性官能基を形成することができ、Ｑは疎水性基であり、Ｘは１〜６、Ｙは１〜２０、Ｚは１〜２０を表す、導電性ペースト。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの金属粉末と；
有機担体と；
ガラスと；
次式（１）で表される界面活性剤とを含み、
Mx（R）y（Q）z              （１）
Ｍは、金属元素および半導体金属金属元素からなる群から選択され、
Ｒは親水性基であり、Ｍと化学的に結合され、水で加水分解されて親水性官能基を形成することができ、
Ｑは疎水性基であり、Ｘは１〜６、Ｙは１〜２０、Ｚは１〜２０を表す、導電性ペースト。
【請求項２】
Ｑが、Ｍの配位子となる長さの一対である、請求項１に記載の導電性ペースト。
【請求項３】
Ｍが、Al、Ti、Zr、Siのうち少なくとも１つである、請求項１に記載の導電性ペースト。
【請求項４】
Ｒが、アルキルオキシド基（−O−CmＨｎ）、カルボニル基（−（Ｃ＝Ｏ）−ＣｍＨｎ）、カルボキシル基（−Ｏ−（Ｃ＝Ｏ）−ＣｍＨｎ）、カルボニルオキシ基（−（Ｃ＝Ｏ）Ｏ−ＣｍＨｎ）、アミド基（−（Ｃ＝Ｏ）ＮＨ−ＣｍＨｎ）、アルコキシレン基（−Ｏ−ＣｍＨｎ−Ｏ−）およびカルボン酸エステル基（−Ｏ−（Ｃ＝Ｏ）−ＣｍＨｎ−Ｏ−）からなる群から選ばれる、請求項１に記載の導電性ペースト。
【請求項５】
ｍが１〜６である、請求項４に記載の導電性ペースト。
【請求項６】
ｎが３〜１３である、請求項４に記載の導電性ペースト。
【請求項７】
Ｑが、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｓの少なくとも１つを有する、請求項４に記載の導電性ペースト。
【請求項８】
Ｑが、ビニル基、脂肪族エポキシ基、スチリル基、メタクリルオキシ基、アクリロオキシ基、脂肪族アミノ基、クロロプロピル基、脂肪族メルカプト基、脂肪族スルフィド基、イソシアナート基、脂肪族ウレイド基、脂肪族カルボキシル基、脂肪族ヒドロキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、脂肪族フォルミル基、アセチル基、又はベンゾイル基からなる群から選択される、請求項１に記載の導電性ペースト。
【請求項９】
脂肪族基が、１〜２４の炭素原子を有する、請求項１に記載の導電性ペースト。
【請求項１０】
Ｑが、化学反応により、重合体鎖の側鎖又は末端に化学的に結合しうる、請求項１に記載の導電性ペースト。
【請求項１１】
重合体鎖が、１〜１００００の重合単位を有する、請求項１０に記載の導電性ペースト。
【請求項１２】
界面活性剤を１０％以下含む、請求項１に記載の導電性ペースト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に導電性ペーストに関する。特に本発明は界面活性剤を含む導電性ペーストに関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット関連、電子関連技術はますます急速に発展しており、種々の古い電子製品は、他の新しいものと置き換えられてきている。そしてそれらのサイズは急速に小さくなってきており、電子回路同士や電子回路と他の部品との結合のサイズもまた急激に小さくなってきている。導電性ペーストは、瞬間的にまたは迅速に硬化でき、簡便に取り扱うことが可能であり、通常、ピンのような従来の結合部品よりもより小さい層を形成するものであることから、しばしば電子製品に使用される。
【０００３】
さらに、単結晶Ｓｉ又は多結晶Ｓｉを主半導体基板として用いる太陽電池は複数の電極を有する。電極は、スクリーン印刷でＳｉウエーハ上に供された金属と有機担体の混合物を焼結炉で焼結した導電性ペーストを用いる。従って、導電性ペーストの組成および焼結条件は特に太陽電池において決定的となる。
【０００４】
一般的に、導電性ペーストは、有機担体、導電性粉末、ガラスフリット、および場合により添加物を含む。導電性ペーストの成分は、印刷後の形状、電極の導電性、半導体基板への接着性、および反射防止層のエッチング性について支配的である。
【０００５】
上記ガラスフリットは、通常、反射防止層をエッチングするため、および熱焼成工程で焼成を補助するための成分を含む。しかし、そのような成分およびガラス自体は汚染物であり、製造および使用の際、環境を害するものである。
【０００６】
そこで、太陽電池を安定に保ち、高変換効率を維持し、さらに環境に対してより害を少なくするために、新規なそして環境に優しい導電性ペーストがいまだ必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、電子製品に使用する導電性ペーストを提供することを課題とする。特に本発明の導電性ペーストは、太陽電池の電極に特に有用な導電性ペーストを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、粉末状の少なくともひとつの金属と、有機担体と、ガラスフリットと、界面活性剤とを含む導電性ペーストを提供する。前記界面活性剤は、次式で表される：
Ｍｘ（Ｒ）ｙ（Ｑ）ｚ
ここで、
Ｍは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ又はＳｉ等の金属又は半導体元素であり、Ｒは、アルキルオキシド基、カルボニル基、カルボキシル基、カルボニルオキシ基又はアミド基のような、Ｍに直接結合する疎水性基であり、また水で加水分解されて対応する親水性基を形成する基であり；Ｑは、１−２４の炭素原子をもつ疎水性基であり、およびＱは、安定、および反応性のより低い、アルキル基又はアルコキシ基であり、又はＱは、ビニル基、脂肪族エポキシ基、スチリル基、メタクリルオキシ基、アクリロオキシ基、脂肪族アミノ基、クロロプロピル基、脂肪族メルカプト基、脂肪族スルフィド基、イソシアナート基、脂肪族ウレイド基、脂肪族カルボキシル基、脂肪族ヒドロキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、脂肪族フォルミル基、アセチル基、又はベンゾイル基のような、他の重合体単位や重合体部分と反応可能な官能基を含む基である。他の重合体単位と反応可能な官能基により、Mx（R）ｙ（Q）ｚのような一つの重合体鎖に連結された一又は二以上の本発明の界面活性剤でもよい。重合体鎖に付された界面活性剤は１又は２以上であってもよい。
【０００９】
本発明の界面活性剤は、次の式で表される：
Mx(R)y(Q)z
ここで、X、Y、Zはすべて自然数である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の導電性ペーストは特別にデザインされた界面活性剤を用いるものであることから、界面活性剤の疎水性基Rは、水で加水分解された後、他の親水性官能基に変化し得るが、疎水性基Qは有機溶媒に対しより大きい親和性を有するか、又は重合体と容易に反応するものである。界面活性剤の親水性基は金属表面に容易に付着しやすく、他の疎水性基Qは有機溶媒への親和性がより大きい。従って、そのようにして、金属粉末は十分分散される。さらに界面活性剤が、導電性ペーストに添加されると、ガラスは従来の導電性ペーストと比べてより少ない量でよく、環境への汚染をより少なくする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の界面活性剤が重合体の側鎖と結合する反応を示す。
【図２】図２は、式１の界面活性剤の加水分解反応を示す。
【図３】図３は、式２の界面活性剤の加水分解反応を示す。
【図４】図４（表１から表３）は、本発明の式１の界面活性剤が添加された導電性ペースト組成を示す。
【図５】図５（表４）は、表１から表３の実施例と比較例について、電気的性質、張力、反り抑制の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、少なくとも１つの粉末状金属、有機担体(organic  vehicle)、界面活性剤と、場合によりガラスとを含む導電性ペーストを提供する。金属はAl粉末、又はAg粉末であってよい。有機担体(organic  carrier)は、有機溶媒を含み、脂肪酸やほかの添加物を選択的に含む有機溶媒に溶解した樹脂である。ガラスは、主に焼成工程の間、太陽電池の反射防止層をエッチングし、焼成を補助するために、種々の酸化物の形の金属を含む、非結晶性物でよい。種々異なる要求に合わせるため、異なるガラスを加えることも、あるいはまったくガラスを加えなくてもよい。
【００１３】
本発明により提供される界面活性剤は次の式（１）で表される：
Mx（R）y（Q）z              （１）
ここでXは,１〜６、Yは１〜２０、Zは１〜２０を表す。Mは、Al、Ti、Zr、Si、Ge又は他の金属元素および半導体金属金属元素のような、金属元素又は半導体金属金属元素を表す。Rは、直接Mに結合し、そして水で加水分解可能されて対応する親水性官能基を形成することの可能な親水性基を表す。本発明によれば、Rは、独立に、アルキルオキシド基（−O−CmＨｎ）、カルボニル基（−（Ｃ＝Ｏ）−ＣｍＨｎ）、カルボキシル基（−Ｏ−（Ｃ＝Ｏ）−ＣｍＨｎ）、カルボニルオキシ基（−（Ｃ＝Ｏ）Ｏ−ＣｍＨｎ）、アミド基（−（Ｃ＝Ｏ）ＮＨ−ＣｍＨｎ）、アルコキシレン基（−Ｏ−ＣｍＨｎ−Ｏ−）およびカルボン酸エステル基（−Ｏ−（Ｃ＝Ｏ）−ＣｍＨｎ−Ｏ−）を表す。一般的に、ｍは１〜６、ｎは３〜１３、ＣｍＨｎは、分枝又は非分枝アルキル又はシクロアルキル基を表す。アルコキシレン基は、エトキシレン（−Ｏ−ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ−）、およびカルボン酸エステル基は、（−Ｏ−（Ｃ＝Ｏ）−ＣＨ２−Ｏ−）であってよい。
【００１４】
Ｑは、１〜２４の炭素を有する。Ｑは、安定、および反応性のより低い、アルキル基又はアルコキシ基であり、又はＱは、ビニル基、脂肪族エポキシ基、スチリル基、メタクリルオキシ基、アクリロオキシ基、脂肪族アミノ基、クロロプロピル基、脂肪族メルカプト基、脂肪族スルフィド基、イソシアナート基、脂肪族ウレイド基、脂肪族カルボキシル基、脂肪族ヒドロキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、脂肪族フォルミル基、アセチル基、又はベンゾイル基のような、他の重合体単位や重合体部分と反応可能な官能基を含む基である。脂肪族基は、分枝、又は非分枝のアルキル基のように、１〜２４の炭素数を有する。
【００１５】
加えて、Ｑは、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｓ又はそれらの組み合わせを有する化合物であってよい。また場合により、Ｑは、Ｍが金属の場合に、Ｍの配位子となるような長さの１対を有してよい。さらにＱは、官能基での化学反応により化学的に結合して、重合体の側鎖又は末端になりうるが、これは重合体鎖が、界面活性剤Ｍｘ（Ｒ）ｙの１又は２以上の官能基と結合することができることを意味する。言い換えると、重合体鎖に付着した界面活性剤は単一の型には限定されない。重合体鎖が、Ｑと反応できるかぎり重合体鎖は好適である。重合体鎖は１〜１００００の重合単位を有していてよい。
【００１６】
図１は、本発明の界面活性剤が重合体の側鎖と結合する反応を示す。図１に示されるように、重合体の側鎖はヒドロキシ基ーＯＨを有する。重合体は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）又はポリビニルブチラール（ＰＶＢ）であってよい。
【００１７】
図１に示される例としてＰＶＢの場合、重合体はイソシアナート基を有するＱと反応し、ウレタン其―ＮＨ―ＣＯ―Ｏ―を形成し、Ｍｘ（Ｒ）ｙを重合体に付着させる。
【００１８】
本発明を代表するものとしての式１についての好ましい実施態様には式１、式２、式３又は式４で表される化合物であってよい。しかしながらこれらの実施態様は説明のためのだけのものであり本発明がこれらによりなんら制限されるものではない。
【００１９】
【化１】
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式１では、ＭはＡｌとして説明される。従ってＸは１である。Ｒはイソプロピル基すなわち（ＣＨ３）２ＣＨＯ−でありこれはＡｌに結合している。２つのイソプロピル基があるので、Ｙは２である。Ｑは、（Ｏ−Ｃ（ＣＨ３）−ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−Ｃ１８Ｈ３５）であるので、Ｚは１である。式１では、Ｑのひとつの手でＭに結合する。一方、Ｑはまた、例えば２座の配位子として作用して、ＱとＭはお互いが配位結合を有する。加えて、異なる生成物の要求に合わせて、Ｒは異なる親水性基から選択されうる。例えば、Ｒのひとつとしてイソプロピル基を、他のＲとして、カルボニル基又はカルボキシル基のような他の基であってよい。
【００２０】
【化２】
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式２においては、ＭはＳｉとして説明されていることから、Ｘは２である。Ｒはエトキシ基即ちーＯ−Ｃ２Ｈ５、であるのでＹは６である。ＱはＣ３Ｈ６Ｓ２であるのでＺは２である。式２では、Ｑは２価の基であり、２つの独立したＭに結合することができる。またＱには、ヘテロ元素、例えばＳが存在する。
【００２１】
【化３】
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式３では、ＭがＴｉとして示されているから、Ｘは１となる。Ｒはイソプロポシキ其即ち（ＣＨ３）２ＣＨＯ−であり、Ｙは１となる。Ｑは、−ＯＣＨ２Ｈ４ＮＨＣ２Ｈ４ＮＨ２であり、Ｚは３となる。
【００２２】
【化４】
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式４は、ＭはＴｉで説明されており、Ｘは１である。Ｒはイソプロピル基即ち
（ＣＨ３）２ＣＨＯ−でありＹは１となる。ＱはーＰ２Ｏ５Ｈ−（ＯＣＨ８Ｈ１７）２であり、Ｚは３となる。
【００２３】
図２は、式１の界面活性剤の加水分解を説明する。図２には式１界面活性剤が例とされているように、式１の界面活性剤が有機担体と接触すると、有機担体中の水が式１の界面活性剤を加水分解する。Ｒの元の（（ＣＨ３）２ＣＨＯ−）２基は水分子と反応して、元の（（ＣＨ３）２ＣＨＯ−）２に対応して（ＯＨ−）２基となる。この際、（ＯＨ−）２基は金属粉末表面に吸着され、疎水性基Ｑは有機担体に溶解する。
【００２４】
図３は、式２の界面活性剤の加水分解を説明する。図３に示されるように、式２の界面活性剤のＲはエトキシ基即ち−Ｏ−Ｃ２Ｈ５である。水分子と反応した後、元のエトキシ基に対応して（ＯＨ−）２基となる。この際、（ＯＨ−）２基は金属粉末表面に吸着され、疎水性基Ｑ（Ｃ３Ｈ６Ｓ２）は有機担体に溶解する。
【００２５】
図４の表１から３には本発明の式１の界面活性剤が添加された導電性ペーストが示されている。図５の表４は、表１から表３の実施例と比較例について、電気的性質、張力、反り抑制の結果を示す。表４に示されるように、より高いガラス量（４％）の条件下で、界面活性剤の添加は張力の増加をもたらす。より少ないガラス量（１％−２％）の条件下でも、界面活性剤の添加はまた、電気的性質に影響を与えずにこの分野の要求に合う、許容される程度の張力の増加をもたらす。
【００２６】
従って、本発明の界面活性剤は、効果的に金属粉末を分散させるだけでなく、導電性ペースト中の、１０％（重量％）以下、好ましくは０．１％〜５％（重量％）の界面活性剤で十分効果的である。従来、太陽電池の電極と半導体基板との結合を強めるために、導電性ペーストにガラスを添加する方法以外のいかなる方法もなかった。しかしながら本発明の導電性ペーストにおいては、ガラスはより少ない量必要とされる。ガラスがより少ないほど、環境に害することが少なくなり、太陽電池の電極と半導体基板との結合に害とならない。さらに太陽電池の効率は実質的に変化しない。
【００２７】
さらに本発明の導電性ペーストは太陽電池にのみ使用されるものではなく、セラミックキャパシタ、半導体パッケージ又はプリント回路基板のような他の電子部品にも使用できる。
【００２８】
本技術分野に熟練した人であれば、本発明の教示の範囲内で、装置および方法につき種々の改良と改変を容易に認識するであろう。
【００２９】
これらのおよび他の本発明の目的は、当技術分野の通常の知識を有する人には、種々の式や図面を用いて説明される以下の本発明の好ましい実施態様についての詳細な説明を読んだ後は、疑うことなく明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、電子製品に使用する導電性ペーストの技術分野において利用可能であり、特に太陽電池の電極の技術分野において利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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