(57)【要約】  本発明は直列抵抗が低くシャント抵抗が高い太陽光装置で使用するためのビアフィル材を提供する。本発明による前記ビアフィル材は銀粉末と、ガラス・フリットと賦形剤を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ：  ６５−９０重量％の銀粉末と、
ｂ：  ０．１−１０重量％の少なくとも１種類のガラス・フリットと、
ｃ：  ジルコニウム、ビスマス、アルミニウム、及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される金属の少なくとも１つの酸化物あるいは粘土の個別的部分と、そして
ｄ：  バリウム、カルシウム、マグネシウム、シリコン、及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される金属の少なくとも１つの酸化物あるいは粘土の個別的部分
とで構成される電導性ペースト。
【請求項２】
前記銀粉末が第１のＤ５０平均粒子サイズと第２のＤ５０平均粒子サイズを有する少なくとも二様の粒子サイズ分布を有していることを特徴とする、請求項１記載のペースト。
【請求項３】
前記銀粉末が第１のＤ５０平均粒子サイズを有する銀の第１の部分と、第２のＤ５０平均粒子サイズを有する銀の第２の部分と、第３のＤ５０平均粒子サイズを有する銀の第３の部分を有する少なくとも三様の粒子サイズ分布を有していることを特徴とする、請求項１記載のペースト。
【請求項４】
前記第１のＤ５０サイズが０．５−５ミクロンの範囲であり、前記第２のＤ５０サイズが０．５−２．５ミクロンの範囲であり、前記第３のＤ５０サイズが０．１−１．５ミクロンの範囲であり、これらＤ５０サイズが相互に少なくとも０．１ミクロンは違っていることを特徴とする、請求項３記載のペースト。
【請求項５】
前記第１のＤ５０サイズが１−４．５ミクロンの範囲であり、前記第２のＤ５０サイズが０．７５−２．２５ミクロンの範囲であり、前記第３のＤ５０サイズが０．３−１．３ミクロンの範囲であることを特徴とする、請求項４記載のペースト。
【請求項６】
前記第１のＤ５０サイズが１．５−３．５ミクロンの範囲であり、前記第２のＤ５０サイズが１−２ミクロンの範囲であり、前記第３のＤ５０サイズが０．５−１．０ミクロンの範囲であることを特徴とする、請求項５記載のペースト。
【請求項７】
前記第１のＤ５０サイズが２−３ミクロンの範囲であり、前記第２のＤ５０サイズが１．２５−１．７５ミクロンの範囲であり、前記第３のＤ５０サイズが０．６−０．９ミクロンの範囲であることを特徴とする請求項６記載のペースト。
【請求項８】
前記銀粉末が２０−５０重量％の第１の部分と、３０−５０重量％の第２の部分と、０．１−１０重量％の第３の部分で構成されていることを特徴とする、請求項４〜７のいずれか１項記載のペースト。
【請求項９】
前記銀粉末が２５−４５重量％の第１の部分と、３５−４５重量％の第２の部分と、２−８重量％の第３の部分で構成されていることを特徴とする、請求項４〜７のいずれか１項記載のペースト。
【請求項１０】
前記銀粉末が３０−４０重量％の第１の部分と、３０−４０重量％の第２の部分と、３−７重量％の第３の部分で構成されていることを特徴とする、請求項４〜７のいずれか１項記載のペースト。
【請求項１１】
前記第１のＤ５０サイズが２−２０ミクロンの範囲であり、前記第２のＤ５０サイズが０．５−２．５ミクロンの範囲であり、前記第３のＤ５０サイズが０．１−１．５ミクロンの範囲であり、これらＤ５０サイズが相互に少なくとも０．１ミクロンは違っていることを特徴とする、請求項３記載のペースト。
【請求項１２】
前記第１のＤ５０サイズが３−１５ミクロンの範囲であり、前記第２のＤ５０サイズが０．７５−２．２５ミクロンの範囲であり、前記第３のＤ５０サイズが０．３−１．３ミクロンの範囲であることを特徴とする、請求項１１記載のペースト。
【請求項１３】
前記第１のＤ５０サイズが４−１０ミクロンの範囲であり、前記第２のＤ５０サイズが１−２ミクロンの範囲であり、前記第３のＤ５０サイズが０．５−１．０ミクロンの範囲であることを特徴とする、請求項１１記載のペースト。
【請求項１４】
前記第１のＤ５０サイズが５−９ミクロンの範囲であり、前記第２のＤ５０サイズが１．２５−１．７５ミクロンの範囲であり、前記第３のＤ５０サイズが０．６−０．９ミクロンの範囲であることを特徴とする、請求項１１記載のペースト。
【請求項１５】
前記銀粉末が４０−７０重量％の第１の部分と、５−２５重量％の第２の部分と、１−２０重量％の第３の部分で構成されていることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか１項記載のペースト。
【請求項１６】
前記銀粉末が４５−６５重量％の第１の部分と、１０−２０重量％の第２の部分と、５−１５重量％の第３の部分で構成されていることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか１項記載のペースト。
【請求項１７】
前記銀粉末が５０−６０重量％の第１の部分と、１２−１８重量％の第２の部分と、６−１０重量％の第３の部分で構成されていることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか１項記載のペースト。
【請求項１８】
前記銀粉末が３−１５ミクロンの範囲の第１のＤ５０平均粒子サイズと、０．７−１．５ミクロンの範囲の第２のＤ５０平均粒子サイズと、１−３ミクロンの範囲の第１のＤ５０平均粒子サイズとを有していることを特徴とする、請求項３記載のペースト。
【請求項１９】
（ｃ）及び（ｄ）の合計がペーストの０．０１−１０重量％を構成していることを特徴とする、請求項１記載のペースト。
【請求項２０】
（ｃ）の前記粘土または酸化物が前記ペーストの０．１−５重量％を構成していることを特徴とする、請求項１記載のペースト。
【請求項２１】
（ｄ）の前記粘土または酸化物が前記ペーストの０．０１−２重量％を構成していることを特徴とする、請求項１記載のペースト。
【請求項２２】
（ｃ）構成成分の前記粘土または酸化物が、ジルコニウム、ビスマス、アルミニウム、及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される金属の単純な酸化物であることを特徴とする、請求項１記載のペースト。
【請求項２３】
（ｄ）構成成分の前記粘土または酸化物が、バリウム、カルシウム、マグネシウム、シリコン、及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される金属の粘土であることを特徴とする、請求項１記載のペースト。
【請求項２４】
（ｃ）構成成分の前記粘土または酸化物がジルコニアを含んでいることを特徴とする、請求項５記載のペースト。
【請求項２５】
（ｃ）構成成分の前記粘土または酸化物がさらにアルミナを含んでいることを特徴とする請求項２４記載のペースト。
【請求項２６】
（ｃ）構成成分の前記粘土または酸化物がＢｉ２Ｏ３を含んでいることを特徴とする、請求項２４記載のペースト。
【請求項２７】
（ｃ）構成成分の粘土あるいは酸化物がさらにベントナイトを含んでいることを特徴とする、請求項２４記載のペースト。
【請求項２８】
（ｄ）の前記粘土または酸化物がさらにベントナイトを含んでいることを特徴とする、請求項２７記載のペースト。
【請求項２９】
（ｃ）の前記粘土または酸化物がＢｉ２Ｏ３を含んでいることを特徴とする、請求項１１記載のペースト。
【請求項３０】
前記ペーストが７４−８７重量％の銀粉末を含んでいることを特徴とする、請求項１記載のペースト。
【請求項３１】
少なくとも１種類のガラス・フリットがＰｂＯ、Ｐ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ及びＴａ２Ｏ５で構成される群から選択される少なくとも１つの酸化物で構成されることを特徴とする、請求項１記載のペースト。
【請求項３２】
前記少なくとも１種類のガラス・フリットがＰｂＯ、Ｐ２Ｏ５、及びＶ２Ｏ５を含んでいることを特徴とする、請求項１記載のペースト。
【請求項３３】
前記ガラス・フリットが２０−４０重量％のＰｂＯ、５−２０重量％のＰ２Ｏ５、及び４５−７０重量％のＶ２Ｏ５を含んでいることを特徴とする、請求項３２記載のペースト。
【請求項３４】
少なくとも１種類のガラス・フリットがＰｂＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＴａ２Ｏ３を含んでいることを特徴とする、請求項１記載のペースト。
【請求項３５】
前記少なくとも１種類のガラス・フリットが４５−７０重量％のＰｂＯ、１０−３０重量％のＺｎＯ、５−２５重量％のＳｉＯ２、１−１５重量％のＡｌ２Ｏ３及び１−１０重量％のＴａ２Ｏ３を含んでいることを特徴とする、請求項３４記載のペースト。
【請求項３６】
前記少なくとも１種類のガラス・フリットが２５０−６５０℃の範囲の軟化温度を有していることを特徴とする、請求項１記載のペースト。
【請求項３７】
前記少なくとも１種類のガラス・フリットのＴｇが３００−５５０℃の範囲であることを特徴とする、請求項１記載のペースト。
【請求項３８】
前記少なくとも１種類のガラス・フリットが加熱すると少なくとも部分的に結晶化することを特徴とする、請求項１記載のペースト。
【請求項３９】
第１の主表面と第２の主表面と、そして前記第１の主表面から前記第２の主表面に延びる側壁を有するビアを含んでおり、前記ビアが前記第１の主表面と前記第２の主表面間で電気を伝導することができる熱処理された電導性物質によって満たされており、前記電導性物質が前記電導性物質の熱処理中に形成される絶縁層によって前記ビアの側壁から電気的に絶縁されていることを特徴とする、電子装置。
【請求項４０】
ａ：  第１の面とそれに向き合った第２の面と前記第１の面と第２の面との間に延びているビアを有する基板を設けるステップで、前記ビアが前記基板に沿って形成される側壁を有しているステップと、
ｂ：  前記ビアに電導性の充填材を塗布するステップと、そして
ｃ：  前記基板を熱処理して、前記電導性充填材が前記電導性充填材と前記側壁との間に絶縁層を形成し、さらに、前記第１の表面から前記第２の面に延びる電導性経路を形成するステップ
を含んでいる、電子装置を製造する方法。
【請求項４１】
前記電導性の充填材が熱処理中に前記側壁とは反応しないことを特徴とする、請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
ａ：  ６５−９０重量％の銀粉末と、
ｂ：  ０．１−１０重量％の少なくとも１種類のガラス・フリットと、
ｃ：  ジルコニウム、ビスマス、アルミニウム、及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される金属の少なくとも１つの酸化物あるいは粘土の個別的部分と
で構成される電導性ペースト。
【請求項４３】
さらに、バリウム、カルシウム、マグネシウム、シリコン、及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される金属の少なくとも１つの酸化物あるいは粘土の個別的な部分（ｄ）を含んでいる、請求項４２記載の電導性ペースト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低い直列抵抗と高いシャント抵抗を示す太陽光装置で用いるためのビアフィル材（ｖｉａ  ｆｉｌｌ）に関する。この新しい太陽電池構造はバック接点太陽電池装置である。この装置では、ｐ及びｎ面に対する接点がその太陽電池の裏側につくられている。こうした構造は、陰影損を減らし太陽光効率を増大させるという利点を有している。本発明は特に太陽電池の前面を図１に示すような孔を通じて裏側に接続させるキー金属化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この技術領域では太陽光電池と呼ばれることもある太陽電池は、光電効果を利用して太陽光エネルギーを電気に変換する。最もよく知られている太陽電池は大面積Ｐ−Ｎ接合装置で構成されている。こうした太陽電池は、通常、Ｎ極側にリン、Ｐ極側にボロンをドープしたシリコン・ウエハーで構成されている。金属接点グリッドはそのシリコン・ウエハーのＮ極側に（一般的には反射防止被膜上に）形成される。バック接点はそのシリコン・ウエハーのＰ極側に形成される。光子が太陽電池に衝突すると、そのシリコン・ウエハーのＮ極側から電子が放出される。放出された電子はＰ−Ｎ接合を通過することはできず、従って、バック接点の絶縁層状に形成されているコレクター・グリッドと電気的に接続されている接点グリッド内を流れる。接点グリッドとコレクター・グリッド間の電気的接続は上記シリコン・ウエハーを通じるビアを満たす電導性のビアフィル材を用いることによっても設置される。電子はコレクター・グリッドから外部回路（図示せず）を通じてバック接点に流れ、そこでそれら電子はそのシリコン・ウエハーのＰ極側の空いている「ホール」を満たす。外部回路を通じての電子の流れは電流（Ｉ）をもたらし、太陽電池の電場が電圧（Ｖ）を発生させ、その電圧が作り出すのが電力（Ｐ）である。
【０００３】
太陽電池が作り出す電力は直列抵抗（Ｒｓ）とシャント抵抗（Ｒｓｈ）と呼ばれる２つの寄生的な抵抗によって消費されてしまうことが知られている。直列抵抗は、その太陽電池がつくられている材料上での電流（特にそのシリコン・ウエハーのＮ極側から接点グリッドへの電子の流れ）に対する内在的な抵抗と抵抗性接点とから生じる。シャント抵抗はその太陽電池内部に形成されるＰ−Ｎ接合を通じての電流の漏出を防ぐために発生する。太陽電池の効率を最大限にするためには、直列抵抗をできるだけ少なくして、シャント抵抗をできるだけ大きくすることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ビアを通じての電導性経路を形成することは太陽電池における寄生的抵抗の制御という面で困難な問題を提出する。一方では、直列抵抗をできるだけ小さくするためにビアフィル材が低い内在的抵抗を示すことが望ましい。しかし、ビアフィル材はビア内でシリコン・ウエハーと接触するので、ビアフィル材もＰ−Ｎ接合を通じて電導性経路（シャント）を形成する場合があり、不都合にもシャント抵抗を低くしてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上に述べたことを視野に入れて、本発明は低い直列抵抗と高いシャント抵抗を示す太陽光装置で用いるためのビアフィル材の開発に向けられている。本発明によるビアフィル材は銀粉末、特殊な酸化物、ガラス・フリット及び賦形剤で構成されている。別のタイプの太陽電池はエミッタラップスルー（ＥＷＴ）電池と呼ばれるもので、この電池でシリコン・ウエハーがその内部に形成されたビア孔を有していて、このビア孔がｎ側（主表面）をｐ側（主表面）と接続している。これらの孔は、例えば、化学的エッチング、機械的孔開け、あるいはレーザーを用いて形成することができる。そしてビア孔は次に電気絶縁性物質によって覆われる。絶縁されたビア孔は、次に、通常は銀やガラス・フリットなどの電導性物質を含むペーストで満たされる。ペーストで満たされたシリコン・ウエハーはその金属を焼成しガラス・フリットを溶融するために熱処理される。従って、電導性経路がそのｎ側からｐ側に、そのウエハーの厚み全体にわたって形成される。側面への電気伝導はそれらビア孔に予め塗布してある絶縁性材料のおかげでシリコン・ウエハーを通じて防がれる。エミッタラップスルー太陽電池の製造方法は米国特許出願公開第２０１１／０１９２８２６号明細書に教示されており、この特許はここで触れたことによりその全体が本明細書に組み入れられる。
【０００６】
特に、ＥＷＴ太陽電池を一般化・様式化して示してある図１を参照して説明すると、シリコン・ウエハー１０はｎ側とｐ側を有している。シリコン・ウエハー１０にはビア孔（図示せず）が形成されており、ｎ側とｐ側の間の通路を提供している。。ビア孔の内面とシリコン・ウエハー１０のｎ側の表面の少なくとも一部には絶縁層５０が塗布されている。このビア孔は金属及びガラス・フリットを含むペースト６０が満たされている。ウエハー１０のｎ側の絶縁層５０の少なくとも一部にはＳｉＮｘあるいはＳｉＯ２などの不働態化層７０が塗布されている。それはペースト６０の露出部分を覆っている場合もある。
【０００７】
次に、ビア孔にペースト６０を満たしたウエハー１０はペースト中の金属を焼成しガラスを溶融するために熱処理にかけられ、プラグが形成される。又はビア孔ペースト６０だけを熱処理する代わりに、別のペーストから接点をウエハーのｎ側（８０）及びｐ側（９０）の両方のうえにプリントすることも可能である。ペースト８０とペースト９０はそれぞれペースト６０の露出された部分の少なくとも一部は覆っている。ｎ側接点８０は上記不働態化層７０の一部を覆っていてもよい。ビア・ペースト６０が事前に熱処理されているのであれば、接点８０と接点９０をプラグの熱処理された端部上にプリントして、別々に熱処理してもよい。
【０００８】
本発明で開発されたペースト組成物はビア孔を満たし、熱処理されると固形プラグを形成する。この固形プラグの抵抗は低く、エミッタと反応してシャンティングを起こしたりすることはない。エミッタはシリコン・ウエハー内にリンを分散させることで形成されるｐ−ｎ接合である。ペーストもメッキ可能で、高い粘着力を有している。いくつかの例では、このビアフィル・ペーストを別のペーストで覆って、接合性が高い接点を形成することもできる。
【０００９】
本発明には３つの主要な特徴がある。第１の特徴は熱処理中の焼成の制御に関するものである。これはある粒子サイズを有する金属粉末の慎重な選択と、ある融点を持つガラス、そして、焼成挙動に影響を及ぼす酸化物の使用によって達成される。第２の特徴はシャンティング挙動に関するものである。優れたシャント性能はビアフィル材とそれを取り囲む孔との間の反応を制御することによって達成される。これはガラスの選択と酸化物の比率によって制御される。第３の特徴は熱処理される薄膜のはんだ付け性と接着に関係している。これはシリコン・ウエハーに対する反応性を有するガラスの選択と焼成プロセス中にガラスを表面に押し出さない金属粉末の選択によって達成される。上記に加えて、有機性樹脂の選択を通じて優れたビア充填効果を達成するために、ペーストのレオロジー（流動及び変形特性）が制御される。
【００１０】
本発明の上に述べた、あるいはその他の特徴を以下にさらに詳しく述べ、請求項において具体的に指摘するが、これらは本発明のいくつかの実施の形態を詳細に述べることを目的としていて、本発明の原理を採用するさまざまな方法のうちのごく少数の例を述べるものに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】太陽電池の様式化した断面図を示す図である。
【図２】上記実施例で形成されるビアの断面図を示す顕微鏡写真である。
【図３】上記実施例で形成されるビアの断面図を示す顕微鏡写真である。
【図４】上記実施例で形成されるビアの断面図を示す顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明によるビアフィル材は、熱処理する前の段階で、銀粉末とガラス・フリットを含んでいる。これら銀粉末とガラス・フリットの特殊な特性が本発明の発明によるビアフィル材でつくられるプラグを用いた太陽電池の挙動を決定する。
【００１３】
本発明によるビアフィル材は好ましくは約６５重量％から約９０重量％の銀粉末を含んでいる。より好ましくは、本発明によるビアフィル材は約７４重量％から約重量８７％の銀粉末を含んでいる。銀粉末は通常の高い純度（９９％＋）を有しているべきである。
【００１４】
２種あるいはそれ以上のＤ５０の粒子サイズの（つまり、２モード、３モード、あるいは多重粒子サイズ分布を有する）銀粉末を用いると、パッキング密度が改善させると考えられている。銀粉末は、好ましくは、約０．２５ミクロンから約３０ミクロンの範囲のＤ５０平均粒子サイズを有している。
【００１５】
銀粉末の第１の部分に関しては、Ｄ５０粒子サイズは０．５−５ミクロンの範囲、好ましくは１−４．５ミクロンの範囲、より好ましくは１．５−３．５の範囲、例えば、２−３ミクロンの範囲である。銀粉末の第２の部分に関しては、Ｄ５０粒子サイズは０．５−２．５ミクロンの範囲、好ましくは０．７５−２．２５ミクロンの範囲、より好ましくは１−２ミクロンの範囲、例えば、１．２５−１．７５ミクロンの範囲である。銀粉末の第３の部分に関しては、Ｄ５０粒子サイズは０．１−１．５ミクロンの範囲、好ましくは０．３−１．３ミクロンの範囲、より好ましくは０．５−１．０ミクロンの範囲、例えば、０．６−０．９ミクロンの範囲である。
【００１６】
第２、第３、あるいは文脈によってその他の名称で呼ばれてもいい別の銀粉末は、Ｄ５０粒子サイズが２−２０ミクロンの範囲、好ましくは３−１５ミクロンの範囲、そして、より好ましくは４−１０ミクロンの範囲、そして、さらに好ましくは５−９ミクロンの範囲、例えば、６−８ミクロンの範囲である。
【００１７】
本発明の発明的実施の形態においては、これら第１、第２、第３、あるいはその他の銀粉末のいろいろな比率での組み合わせが考えられる。
【００１８】
例えば、ペーストが２０−５０重量％の銀粉末の第１の部分、３０−５０重量％の銀粉末の第２の部分、そして、０．１−１０重量％の第３の部分を含んでいる構成もあり得る。好ましくは、このペーストは２５−４５重量％の銀粉末の第１の部分、３５−４５重量％の銀粉末の第２の部分、そして、２−８重量パーセントの銀粉末の第３の部分を含んでいる。あるいは、このペーストは３０−４０重量％の銀粉末の第１の部分、３０−４０重量％の銀粉末の第２の部分、そして、３−７重量パーセントの銀粉末の第３の部分を含んでいる構成もあり得る。
【００１９】
本発明の別の実施の形態で、このペーストは４０−７０重量％の銀粉末の別の部分、５−２５重量％の銀粉末の第２の部分、そして、１−２０重量パーセントの銀粉末の第３の部分を含んでいる。好ましくは、このペーストは４５−６５重量％の銀粉末の別の部分、１０−２０重量％の銀粉末の第２の部分、そして、５−１５重量パーセントの銀粉末の第３の部分を含んでいる。より好ましくは、このペーストは５０−６０重量％の銀粉末の別の部分、１２−１８重量％の銀粉末の第２の部分、そして、６−１０重量パーセントの銀粉末の第３の部分を含んでいる。
【００２０】
本発明においては、いろいろな銀粒子表面積（ＳＳＡ、ＢＥＴ法で測定）が実用性を持つ。例えば、０．０１−１．０ｍ２／ｇｍ、あるいは０．１−０．５ｍ２／ｇｍあるいは０．２−０．６ｍ２／ｇｍ、あるいは０．３−０．８ｍ２／ｇｍ、例えば、０．２２ｍ２／ｇｍあるいは０．８４ｍ２／ｇｍなどの表面積である。
【００２１】
Ａｇ粉末については２つの形態が考えられる。つまり、平たいフレーク状と球状のものである。好ましい銀は球状粉末とフレーク化された粉末の組み合わせである。異なったサイズと形状を有する２つあるいは３つのタイプのＡｇ粉末をブレンドして、焼成処理後の収縮を制御するために用いられた。これらのＡｇ粒子は望ましいレオロジーを達成するために脂肪酸とその石鹸で被覆された。
【００２２】
本発明によるビアフィル材は１種類以上のガラス・フリットを約０．０１重量％から約１０重量％の範囲、あるいは１−１０重量％の範囲で含んでいる。本発明で用いられるガラス・フリットはラビノ軟化点測定装置で測定して、約２５０℃から６５０℃の範囲、好ましくは約３００℃から約６００℃の範囲の軟化点を有している。ファイヤースルー（貫通焼成）が起きないようにするためには、そのガラス・フリットの化学組成が重要な意味を持つ。例えば、表１に示すような組成を有する鉛リン酸バナジウム・ガラス（Ｐｂ−Ｖ−Ｐ）あるいは鉛亜鉛アルミノシリケート・ガラス（Ｐｂ−Ｚｎ−Ａｌ−Ｓｉ）を用いることができる。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
ガラス・フリットは平均粒子サイズ（Ｄ５０）が約２−約５ミクロンとなるように破砕しておくべきである。粒子サイズは光散乱、例えばマイクロトラックＸ−１００粒子装置分析装置を用いてレーザー光散乱によって測定される。好ましいガラスのガラス遷移温度（Ｔｇ）は好ましくは２５０−６５０℃の範囲であり、最も好ましくは３００−５５０℃の範囲である。
【００２５】
例えば、シリコンに対する抵抗性や接着性を制御するためにこの発明で用いて有用なガラス・フリットは圧倒的に結晶化タイプのものか、あるいは、結晶化タイプと非結晶化タイプのフリットの組み合わせか、あるいは非結晶化フリットと接点形成中にガラス内で溶解する反応性結晶化素材の組み合わせであってもよい。好ましいフリットは部分的に結晶性のものであると考えられている。
【００２６】
酸化銅、酸化マグネシウム、酸化コバルト、酸化バナジウム、酸化亜鉛、及びそれらの組み合わせと、アルミン酸コバルトなどのそれらと酸化アルミニウムとの反応生成物等の添加剤を用いてシリコンへの接着性を高めることも考えられる。
【００２７】
上記ビアフィル材はオプションとして、例えば、ジルコニア、酸化ビスマス、アルミナ、チタニア、ジルコンなどのジルコニウム・ケイ酸塩、ウィレマイトなどの亜鉛ケイ酸塩，結晶性シリカ、コルジエライト、ベントナイト及び／又はヘクトライトで、総量は最大で約１０重量％程度である。これらの無機性充填材のＤ５０平均粒子サイズは約２０ナノメートルから約１０ミクロンの範囲、好ましくは５０ナノメートルから５ミクロン、より好ましくは１００ナノメートルから１ミクロンの範囲とすべきである。
【００２８】
銀粉末、ガラス・フリット、及びオプションとしての無機充填材は好ましくは上に述べた範囲で、約５重量％から約２０重量％の１つ以上の有機性賦形剤あるいは基質組成物と混合されている。この有機性賦形剤あるいは担体組成物は好ましくは１つ以上の溶剤に溶解された１つ以上の樹脂を含んでおり、オプションとしては１つ以上のチキソトロープ剤を含んでいる。好ましい実施の形態では、上記有機性賦形剤組成物は少なくとも約８０重量％の１つ以上の有機性溶剤、最大約重量１５％までの１つ以上の熱可塑性樹脂、最大約４％までの１つ以上のチキソトロープ剤、そして最大約２重量％の１つ以上の加湿剤を含んでいる。
【００２９】
エチル・セルロースは本発明での使用に適した好ましい樹脂であるが、エチル・ヒドロキシエチル・セルロース、ウッドロジン、エチル・セルロースとフェノール性樹脂の混合物、低級アルコール類のポリメタクリレート、及びエチレン・グリコール・モノアセテートのモノブチル・エーテル等の樹脂も用いることができる。沸点（１気圧で）が約１３０℃から約３５０℃の範囲の溶剤が適している。適切な溶剤にはアルファ又はベータ・テルピネオルなどのテルペン類、Ｄｏｗａｎｏｌ（登録商標）（ジエチレン・グリコール・モノエチル・エーテル）などの高沸点アルコール類、あるいはそれらとブチル・カルビトール（Ｃａｒｂｉｔｏｌ）（登録商標）（ジエチレン・グリコール・モノエチル・エーテル）、ジブチル・カルビトール（Ｃａｒｂｉｔｏｌ）（登録商標）（ジエチレン・グリコール・ジブチル・エーテル）、ブチル・カルビトール（Ｃａｒｂｉｔｏｌ）（登録商標）アセテート（ジエチレン・グリコール・モノエチル・エーテル・アセテート）ヘキシレン・グリコール、テキサノール（Ｔｅｘａｎｏｌ）（登録商標）（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）、及びその他のアルコール・エステル、ケロシン、及びジブチル・フタレートなどとの混合物などがある。これら及びその他の溶剤のいろいろな組み合わせを調合して、それぞれの適用目的に適した粘度と蒸発性要件を達成することができる。他の分散剤、界面活性剤、及びレオロジー修正剤など、通常の薄膜ペースト製剤に一般的に用いられているものを含めることも可能である。そうした製品の市販品の例としては、以下の商品名で売られているものがある。テキサノール（Ｔｅｘａｎｏｌ）（登録商標）（Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ，  Ｔｅｎｎ．）；  ダワノール（Ｄｏｗａｎｏｌ）（登録商標）及びカルビトール（登録商標）（Ｃａｒｂｉｔｏｌ）（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈ）；トリトン（Ｔｒｉｔｏｎ）（登録商標）（Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣＯ．，Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈｉ．），チキサトロール（Ｔｈｉｘａｔｒｏｌ）（登録商標）（Ｅｌｅｍｅｎｔｉｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ，  Ｈｉｇｈｔｓｔｏｗｎ  Ｎ．Ｊ．），及びディヒュソール（Ｄｉｆｆｉｓｏｌ）（登録商標）（Ｔｒａｎｓｅｎｅ  Ｃｏ．，Ｉｎｃ，Ｄａｎｖｅｒｓ，Ｍａｓｓ．）．
【００３０】
一般的に使われている有機性チキソトロープ剤には水素処理したひまし油及びその変性体がある。どんな懸濁液内にも存在しているシヤスィニングと結合した溶剤はそれだけでもこの点では適しているので、チキソトロープは必ずしも常に必要ではない。さらに、Ｎ−タロウ−１，３−ジアミノプロパン・ジオレエート、Ｎ−タロウ・トリメチレン・ジアミン・ジアセテート、Ｎ−ココ・トリメチレン・ジアミン、ベータ・ジアミン、Ｎ−オレイル・トリメチレン・ジアミン、Ｎ−タロウ・トリメチレン・ジアミン、Ｎ−タロウ・トリメチレン・ジアミン・ジオレエート、及びそれらの組み合わせなどの脂肪酸エステルなどの加湿剤を用いることもできる。
【００３１】
本発明によるビアフィル材は３ロール式ミルを用いてつくるのが便利である。用いる賦形剤のタイプと量は主として最終的な望ましい製剤の粘度及びその材料のひきの細かさによって決められる。太陽光装置の場合、粘度は、ブルックフィールド粘度計ＨＢＴ、スピンドル１４を用いて２５℃の温度で測定した場合に、毎秒９．６のせん断速度で、約１００−約５００ｐｃｐｓの範囲内、好ましくは約３００−約４００ｋｃｐｓの範囲内となるように調節される。
【００３２】
本発明によるビアフィル材は好ましくはシリコン・ウエハーのＮ側に形成される接点グリッドからバック接点上の絶縁層上に形成されるコレクタ・グリッドへの電導性経路を提供するために、太陽電池のビアへの充填に使用するのに適している。ビアフィル材は通常の薄膜塗布法を用いて塗布され、乾燥・熱処理される。熱処理中に、ビアフィル材が焼成し高密度化される。熱処理は空気中で通常の熱処理設備を用いて約５５０℃から約８５０℃のウエハー温度で行うことができる。
【００３３】
特定の理論に拘束されることなく、出願人らはビアフィル材内のガラス・フリットの少なくとも一部が熱処理中にビアを形成しているシリコン・ウエハーに移行する、及び／又はシリコン・ウエハーを被覆するのに対して、本発明によるビアフィル材内の銀粉末は焼成及び／又は溶融して、フロント接点グリッドとバック接点グリッドの間に金属製プラグを形成すると考えている。従って、電子は低い直列抵抗（Ｒｓ）で金属性微量成分を通じて流れることができるが、シリコン・ウエハー上のガラス被覆はシリコンへの接着性をもたらし、もっと正確に言えば、シリコン上の不働態化層に対する接着性を提供する。しかしながら、シリコンとガラスとの間の反応を制御して、ガラスＴｇの最善の選択を行うと同時に、異なった酸化物を使うことでシャンティングを防ぐことができる。
【００３４】
ビアフィルのシャンティング特性は太陽電池の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）応答を通じての尺度として用いることができる。優れた太陽性能を実現するためには、シャント抵抗は１Ｋオームより大きい必要性がある。本発明での好ましいペーストは２０Ｋオームより大きなシャント抵抗をもたらした。
【００３５】
以下の実施例は発明を説明することだけを目的としており、請求項に限定を課すものと解釈されるべきではない。
【実施例】
【００３６】
サイズが１２．５ｃｍ×１２．５ｃｍで厚みが２５０−３００μｍの多結晶シリコン・ウエハーをそのウエハーのＮ側の窒化シリコン反射防止被膜を用いて被覆した。これらのウエハーのシート抵抗性は約１Ω−ｃｍであった。接点グリッドはＦｅｒｒｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｖｉｓｔａ，Ｃａｌｆｏｒｎｉａ）から市販されているＮＳ３３−５０２及びＮＳ３３−５０３ペーストを用いて、スクリーン印刷で形成した。
【００３７】
直径が２００ミクロン程度のビアを拡散プロセス前にレーザー・ドリリングを用いてウエハーを通じて形成した。
【００３８】
表２に重量％で示す組成物をつくるために、通常のガラス作成技術を用いて、２つのタイプのガラス・フリットを個別に作成した。
【００３９】
【表２】
2013545215.tif 000004
【００４０】
それぞれのガラス・フリットを２−５ミクロンＤ５０の細かさに個別に破砕した。本発明による３つのタイプのビアフィル材を、表３に重量％で示してある成分を３式ロールを用いて混合することにより作成した。
【００４１】
【表３】
2013545215.tif 000005
【００４２】
銀粉末Ｉ−ＩＶはＦｅｒｒｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓｏｕｔｈ  Ｐｌａｉｎｆｉｅｌｄ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）から発売されている銀粉末、Ｓｉｌｖｅｒ  Ｆｌａｋｅ＃１２５、Ｓｉｌｖｅｒ  Ｐｏｗｄｅｒ  １１０００−０４、Ｓｉｌｖｅｒ  Ｐｏｗｄｅｒ７０００−０７、及びＳｉｌｅｒ  Ｐｏｗｄｅｒ１４０００−０６とそれぞれ対応する。
【００４３】
賦形剤Ａ３０８−５ＶＡ、賦形剤６２６、賦形剤１３１、賦形剤１３２、賦形剤４７３は有機性賦形剤で、これらは種々のグレートのエチル・セルロースあるいはアクリル性樹脂を溶剤に溶かした樹脂溶液で、Ｆｅｒｒｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから発売されている。ビアフィル材組成物Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは次にステンシルを通じてプリントされ、シリコン・ウエハーのビアを充填する。ビアフィル材を塗布した後、それらの組成物を３０秒間２５０℃で、あるいは５−７分間１４０℃から１８０℃の温度で乾燥してから、次に、赤外線加熱炉内で１−２秒間６８０℃から８２０℃の範囲の温度下で熱処理される。図２は、はんだ付けされたプラグ（つまり、ビアフィル材で充填されたビア）を示す顕微鏡写真で、この図でビアフィル材は組成物Ａである。図３と４は、はんだ付けプラグ（つまり、ビアフィル材で充填されたビア）の断面図を示す顕微鏡写真で、この例ではビアフィル材は組成物Ｃである。
【００４４】
直列抵抗（Ｒｓ）及びシャント抵抗（Ｒｓｈ）は太陽電池Ｉ−Ｖテスターを用いて測定された。組成物Ｄに関するデータを以下の表４に示す。
【００４５】
【表４】
2013545215.tif 000006
【００４６】
さらなる利点や修正可能性は当業者には容易に想起できるであろう。従って、本発明はそのより広い態様においては、ここに述べられ、あるいは図示されている具体的な詳細事項や例示的な実施例に限定されるものではない。従って添付請求項に述べられている一般的な発明的概念及びそれらと同等のものの精神や範囲から逸脱せずに、種々の修正は可能であろう。
【図１】
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【図２】
2013545215.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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