(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．３以上のアスペクト比を有する機能性材料と、前記機能性材料の少なくとも１面上の犠牲材料と、のリボン状物を押し出すことと、
０．３よりも大きいアスペクト比を有する前記機能性材料を所定の場所に残して、前記犠牲材料を前記リボン状物から除去することと、
を含む、基体上に導電性ラインを形成する方法であって、
前記犠牲材料が、有機ポリマー及び溶媒を含有し、
前記リボン状物が構造的原形を維持することを可能にするために、前記犠牲材料が、１００Ｐａよりも大きい降伏強度又は１０秒-1よりも小さい剪断速度で１０4ｃＰよりも大きい粘度を有する、
方法。
【請求項２】
基体と、前記基体上に形成された少なくとも１個のグリッドラインと、を含む太陽電池構造物であって、
前記少なくとも１個のグリッドラインが、少なくとも０．３のアスペクト比を有し、前記基体の上に、０．３以上のアスペクト比を有する機能性材料と、前記機能性材料の少なくとも１面上の犠牲材料と、のリボン状物を押し出すことと、０．３よりも大きいアスペクト比を有する前記機能性材料を所定の場所に残して、前記犠牲材料を前記リボン状物から除去することと、を含む方法によって形成され、
前記犠牲材料が、有機ポリマー及び溶媒を含有し、
前記リボン状物が構造的原形を維持することを可能にするために、前記犠牲材料が、１００Ｐａよりも大きい降伏強度又は１０秒-1よりも小さい剪断速度で１０4ｃＰよりも大きい粘度を有する、
太陽電池構造物。
【請求項３】
前記犠牲材料が１種以上の添加物を更に含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記犠牲材料が１種以上の添加物を更に含有する、請求項２に記載の太陽電池構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的に、比較的高いアスペクト比を有する、比較的微細な導電性の又はセラミックのライン又は構造物を製造するために使用することができるような、押出リボン状材料（extruded ribbons of material）、及び、そのような押出リボン状材料に使用することができる材料に関する。より具体的には、ある実施形態に於いて、本開示は、リボン状物（ribbons）の押出のための犠牲原料（sacrificial feedstock）に関する。前記犠牲原料は、有機ポリマー、溶媒、及び必要に応じて１種以上の添加物を含有する。前記リボン状物が構造的原形を維持することを可能にするために、前記犠牲原料は、約１００Ｐａよりも大きい降伏強度又は約１０秒-1よりも小さい剪断速度で約１０4ｃＰよりも大きい粘度を有し、前記犠牲原料は、約０．３よりも大きいアスペクト比を有する機能性材料を所定の場所に残して、前記リボン状物から除去され得る。他の実施形態は、押出リボン状材料、該押出リボン状材料の製造方法、そのために使用される材料、及び太陽電池の製造等に於けるそれらの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、典型的には、日光を直接的に電気に変換する光起電力デバイスである。太陽電池は、一般的に、光照射（例えば、日光）を、自由電子（これは、次いで、ビルトインフィールド（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ  ｆｉｅｌｄ）の存在下で流されて、直流（ＤＣ）電力を生成する）を生成するような方式で吸収する、半導体（例えば、シリコン）を含んでいる。数個の光起電力電池によって発生したＤＣ電力は、電池上に配置されたグリッド上に集めることができる。次いで、多数の光起電力電池からの電流は、直列及び並列の組み合わせによって、より高い電流及び電圧に組み合わせられる。このようにして集められたＤＣ電力は、次いで、電線、しばしば、数ダース又は数百本の電線を通して送ることができる。
【０００３】
地上配置用のシリコン太陽電池をメタライズするための現在の技術は、スクリーン印刷である。スクリーン印刷は、数十年間使用されてきたが、電池メーカーは、より薄いウエハーの方に進むことによって、電池効率を改良すること及びよりコストをより下げることに目を向けているので、スクリーン印刷プロセスは限界になりつつある。スクリーン印刷機は１時間当たり約１８００個のウエハーの速度で稼働し、スクリーンは約５０００個のウエハーに対して持ちこたえる。故障形態には、しばしばスクリーン及びウエハー破損が含まれる。これは、ツールが２、３時間毎に駄目になり、頻繁なオペレータによる処置を必要とすることを意味する。更に、印刷されるフィーチャーは、約１００ミクロン幅及び約１５ミクロン高さに限定され、材料セットは、フロント接点グリッドのため銀に多くは限定される。
【０００４】
太陽電池を製造するためのウエハー加工ツールに於ける、望ましいがほとんど利用できない特徴は、下記の通りである。即ち、（ａ）ウエハーを決して破損しない、例えば、非接触、（ｂ）１秒加工時間（即ち、３６００個のウエハー／時）、（ｃ）大きいプロセス窓、及び（ｄ）１週当たり１回未満の予定されたメンテナンス以外の２４／７運転である。太陽電池のための低コスト金属半導体接点に於ける、望ましいがほとんど利用できない特徴は、下記の通りである。即ち、（ａ）最小接触面積（表面再結合を回避するため）、（ｂ）浅い接点深さ（短絡（shunting）等によって電池のｐｎ接合を損傷することを回避するため）、（ｃ）僅かにドープされたシリコンに対する低い接触抵抗及び（ｄ）高アスペクト金属フィーチャー（電流に対して低い抵抗を与えながら、グリッドシェーディングを回避するためのフロント接点のため）である。
【０００５】
所望されるフィーチャーの上記のセットが与えられると、次世代太陽電池加工ラインのためのツールセットは、スクリーン印刷とは非常に異なって見えると予期される。スクリーン印刷は、元々低解像度の接触方式であるので、前記の規準の全てを満足させられそうもない。太陽電池製作は、本来、非常に大きいコストの制約を伴う単純なプロセスである。殆どの太陽電池でなされる印刷の全ては、電池のエミッタ部分及びベース部分を接触させ、メタライズすることに向けられている。メタライゼーション工程は、（１）表面パッシベーションを通る接点を開くこと、（２）太陽電池に対する強い機械的接点に沿って、下にあるシリコンに対する電気的接点を作ること、及び（３）この接点からの導電通路を設けることの３工程で表すことができる。
【０００６】
現在、太陽産業に於いて使用されている銀ペーストは、有機ビヒクル中の銀粒子及びガラスフリットの混合物からなる。加熱すると、有機ビヒクルは分解し、ガラスフリットが軟化し、次いで、基体上の表面パッシベーション層を溶解し、シリコンに到達するための銀用の通路ができる。反射防止被覆としても機能することができる表面パッシベーションは、電気接点領域以外の全てで電池を覆う、電池の一部である。開放接点へのガラスフリットの接近は、パッシベーションを開くための別のプロセス工程を必要としないという利点を有する。ペースト混合物はウエハーの上にふるい落とされ（screened）、ウエハーが焼成されるとき、多数のランダム点接点が、銀パターンの下に作られる。更に、ペーストの上部分は、電池から電流を運ぶ金属厚膜へと濃密化される。これらの膜は、ウエハーの表側にグリッドラインを形成し、ウエハーの裏側にベース接点を形成する。銀は、また、隣接する電池に接続するタブをはんだ付けすることができる表面でもある。
【０００７】
太陽電池をメタライズするための従来のスクリーン印刷によるアプローチに於いて、スキージは、ウエハーの上に保持されているエマルジョンパターンを有するメッシュを通して、ペーストを押し付ける。フィーチャー配置精度は、スクリーンのそり及び伸長のような要因によって制限される。フィーチャーサイズは、スクリーンのフィーチャーサイズ及びペーストのレオロジーによって制限される。１００ミクロン幅よりも小さいフィーチャーサイズは、達成することが困難であり、ウエハーがより大きくなるとき、正確なフィーチャー配置及び位置合わせは一層困難になる。１個のスクリーン印刷したパターンを、他のスクリーン印刷したパターンに、正確に位置合わせすることは困難であるので、殆どの太陽電池プロセスは、銀ペースト中のガラスフリットが窒化物パッシベーションを溶解するとき接点が開かれメタライズされる前述したような方法により、複数のプロセス工程の位置合わせを回避する。
【０００８】
今日の生産に於ける最も一般的な光起電力デバイス電池設計は、フロント表面接点電池であり、これは、下にある電池のエミッタとの接点を作る、基体のフロント表面上の一組のグリッドラインを含む。最初のシリコン太陽電池が５０年以上も前に製作された後、このような電池の最高の達成可能な変換効率を推定することは、一般的な楽しみであった。一つの地上における太陽で、この所謂限界効率は、現在、約２９％で確実に確立されている（Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｍ．Ｓｗａｎｓｏｎ、“Ａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇ  ｔｈｅ  ２９％  Ｌｉｍｉｔ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ”  ３１ｓ  ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００５参照）。実験室での電池は、２５％に達した。ごく最近、商業的電池が、２０％効率のレベルを達成した。２０％よりも高い効率を有する光起電力デバイスを製造するための一つの成功した取り組みは、裏側接点電池の開発であった。裏側接点電池は、電池からの電流を集めるために、デバイスウエハーの裏側表面（即ち、太陽から離れた方を向く側）上に形成されたｐ領域及びｎ領域全体に分布されている局在化した接点を利用する。ウエハー上に微細に分布された小さい接点開口は、再結合を制限しないのみならず、より良い導電性金属ラインに到達するためにキャリヤが比較的低い導電性の半導体内を移動しなくてはならない距離を制限するように機能することによって、抵抗損失を低減する。
【０００９】
更なる改良のための一つの方法は、局在化した接点内の金属半導体界面での、キャリヤ再結合の効果を減少させることである。これは、金属−半導体接点領域を、電流を引き出すために必要なもののみに制限することによって達成できる。都合の悪いことに、低コスト製造方法（例えば、スクリーン印刷）によって容易に製造される接点サイズは、必要なものよりも大きい。スクリーン印刷は、サイズが約１００ミクロン幅であるフィーチャーを製造することができる。しかしながら、金属と半導体との間に、十分に低い接触抵抗が存在するならば、約１０ミクロン以下のフィーチャーは、電流を引き出すために十分である。与えられた正孔の密度で、このようにサイズを減少させると、全金属−半導体界面面積及びその付随するキャリヤ再結合は１００倍ほど減少するであろう。
【００１０】
太陽電力の製造コストを低下させることへの絶え間のない欲求により、電池製作系列からできるだけ多くの加工工程を排除することが好まれる。ＳｕｎＰｏｗｅｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによる米国特許出願公開第２００４／０２００５２０Ａ１号明細書に記載されているように、典型的には、電流開口は、最初に、レジストマスクをウエハーの上に堆積し、このウエハーを、エッチング液、例えば、フッ化水素酸の中に浸漬して、ウエハー上の酸化物パッシベーションを通してエッチングし、ウエハーを洗浄し、ウエハーを乾燥し、レジストマスクを剥がし、ウエハーを洗浄し、そしてウエハーを乾燥することによって形成される。
【００１１】
現在、太陽電池の大部分は、スクリーンがフロント接点及びバック接点を印刷する、スクリーン印刷プロセスを使用して製造されている。バック接点は、一般的に、アルミニウムの層として設けられている。アルミニウム層は、シリコンウエハーのバック層の全部ではないとしても大部分を覆い、それによって、シリコーンウエハーのバック表面上に反射する光をブロックする。従って、これらの形式の太陽電池は、フロント露出表面からのみ、日光を受け取り、変換する。しかしながら、公知の太陽電池の他の形式は、二面太陽電池であり、これは、太陽電池の両表面から光を受け取り、その光を電気エネルギーに変換する。両表面で光を受け取ることができる太陽電池は、市場で入手できる。一つの例は、日本の三洋電機株式会社からのＨＩＴ太陽電池であり、日本の株式会社日立製作所によって販売されている二面太陽電池もそうである。
【００１２】
１００ミクロンよりも小さいフィーチャーサイズのために、高い正確度を有するフィーチャー配置を提供することが、特に望ましい。フィーチャーサイズを最小にすることによって、より多くの表面積が、太陽光の蓄積及び変換のために利用可能である。十分に低い接点抵抗が存在する限り、約１０ミクロン以下のフィーチャーが、電流を引き出すために十分である。与えられたフィーチャーの密度で、このようにサイズを減少させると、全金属−半導体界面面積及びその付随するキャリヤ再結合は１００倍ほど減少し得る。
【００１３】
しかしながら、厚さ対幅の高いアスペクト比を有する微細な構造物のスクリーン印刷は、よく文献に記載されている制限を有する。例えば、太陽電池上のスクリーン印刷されたグリッドメタライゼーションラインは、１００〜２００ミクロンのライン幅で、１０〜２０ミクロンの典型的な焼成厚さを有する。従って、このようなスクリーン印刷技術は、通常、約０．１又は０．２以下に過ぎないアスペクト比を有する導電性ラインに制限される。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０２００５２０号明細書
【非特許文献１】Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｍ．Ｓｗａｎｓｏｎ、“Ａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇ  ｔｈｅ  ２９％  Ｌｉｍｉｔ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ”  ３１ｓ  ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
要求されるものは、生産コスト及び複雑性を低減し、得られる光起電力デバイスの運転効率を改良することにより、前記の従来の取り組みの欠陥を克服する、光起電力デバイス（太陽電池）を製造するための方法及び加工システムである。また、要求されるものは、太陽電池、燃料電池などに於いて使用するための、望ましくは比較的高いアスペクト比を有する、比較的微細な導電性ライン又は構造物を製造するために使用できる組成物及び方法である。また、このような比較的高いアスペクト比を有する微細なライン又は構造物を製造するために適用できるが、セラミック材料、半導体ドーパント材料などに適用できる、このような組成物及び方法が要求される。これらの及びその他の要求は、本開示の実施形態によって対処される。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本開示の実施形態によれば、一般的に、０．３以上のアスペクト比を有する機能性材料及び機能性材料の少なくとも１面上の犠牲原料（この犠牲原料は、一般的に、有機ポリマー、溶媒、及び必要に応じて１種以上の添加物を含有する）を含む、押出リボン状材料であって、リボン状材料が構造的原形を維持することを可能にするために、犠牲原料が、約１００Ｐａよりも大きい降伏強度又は約１０秒-1よりも小さい剪断速度で約１０4ｃＰよりも大きい粘度を有し、そして前記犠牲原料が、約０．３よりも大きいアスペクト比を有する機能性材料を所定の場所に残して、リボン状材料から除去され得る、押出リボン状材料の組成、方法、製品及び使用が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
機能性材料は、例えば、導電性インク、セラミック材料又は半導体ドーパント組成物であってよい。機能性材料及び犠牲原料は、お互いに実質的に同じ１以上のレオロジー特性を有してよい。押出リボン状材料は、基体（例えば、シリコン基体）に、適切なアプリケーターによる材料の押出によって適用することができる。その後、押出リボン状材料を、加工（例えば、焼成）して、基体上に、例えば導電性の又はセラミックの、ライン又はリボン状物を設けることができる。押出リボン状材料は、高アスペクト比の例えば導電性の又はセラミックのラインが望ましい、太陽電池、燃料電池などを形成する際に有用である。
【００１７】
用語「リボン状物」は、例えば、犠牲原料が、機能性材料の構造を、少なくとも１個、必要に応じて２個以上の側面で支持することを助ける、少なくとも犠牲原料及び機能性材料が並んだ組み合わせを指す。リボン状材料は、所望により、正方形若しくは長方形の断面を有してよく又は三角形若しくは他の形状の断面を有してよい。一般的に、リボン状材料はまた、犠牲原料及び機能性材料それぞれの方向の縦方向に於いて、幅よりも長い。例えば、リボン状材料は、一般的に、幅及び高さ（または厚さ）のそれぞれに於けるよりも、長さに於いて、少なくとも２又は少なくとも５倍長い長さを有する、犠牲原料及び機能性材料の一片を指す。
【００１８】
本発明での実施形態に於いて、リボン材料（例えば、犠牲原料及び機能性材料）は、完全に又は実質的に混ざっていない。即ち、犠牲原料は、機能性材料の構造及び原形を支持することができるが、材料の一方からの成分は、他方の材料の中に混ざらないことが望ましい。このような混ざりは、例えば、熱力学的に（例えば、犠牲原料及び機能性材料は、お互いの中に不溶性である）又は動力学的に（例えば、粘度、拡散率などのために）、回避又は最小にすることができる。
【００１９】
用語「アスペクト比」は、例えば、構造物の厚さと構造物の幅との比較（ここで、構造物の厚さ又は高さは、基体に対して垂直である方向として取られる）を指す。この比は、比（例えば、厚さ：幅）として又は数値（例えば、幅で割った厚さ）として表すことができる。従って、１００ミクロンの厚さ又は高さ及び５０ミクロンの幅を有する導電性金属ラインを参照するとき、そのアスペクト比は、２：１又は２．０として表すことができる。
【００２０】
実施形態に於いて、プロセスの最終目的に依存して、適切な機能性材料を使用することができる。例えば、目的が、基体上に導電性ラインを形成することである場合、機能性材料は、導電性インクであってよい。しかしながら、機能性材料は、このような導電性インクに限定されない。従って、例えば、目的が、基体上にセラミックラインを形成することである場合、機能性材料は、押出リボン状機能性材料が焼成されたときの結果がセラミックラインのパターンであるような、セラミック材料を含んでよい。同様に、機能性材料は、押出リボン状機能性材料が焼成されたときの結果が所望の高アスペクト比のフォトレジストラインのパターンであるような、フォトレジスト材料を含んでよい。
【００２１】
更に別の実施形態に於いて、機能性材料は、半導体ドーパント材料（例えば、機能性材料から、その下にある半導体基体の中に移動できる材料）を含んでよい。従って、例えば、本開示のプロセスは、半導体ドーパント材料を含有する機能性材料を、微細な高アスペクト比ラインの形に適用するために使用することができる。焼成する際に、半導体ドーパント材料は、機能性材料ラインから、下にある半導体基体の中に移動して、基体自体の中にドープされた材料の微細なラインを形成することができる。
【００２２】
これらの及びその他の機能性材料の組成は、当業者に明らかである。従って、本開示は、機能性材料として導電性インクに限定されないが、本開示を、導電性インク機能性材料を参照して、更に詳細に例示する。更に、所望され、機能性材料によって与えられる機能、例えば、導電性などは、最初にリボン状材料中に存在している必要はなく、その代わりに、リボン状物の加工の際に出現又は増加してよい。従って、例えば、導電性ラインを形成するためである機能性材料インク組成物の場合に、機能性材料自体は導電性である必要はなく又は低コンダクタンスのものであってよく、これは、機能性材料を焼成した後に、より高い導電性のものになり得る。
【００２３】
機能性材料が導電性インクであるとき、特に、太陽電池用途のための導電性ラインを形成するための、当該技術分野で公知である広範囲の導電性インクを含む、適切な導電性インク（また、ときには、当該技術分野に於いて導電性「ペースト」と称される）を、実施形態に於いて使用することができる。他の適切なインク組成物には、例えば、フォトレジストなどを形成するための、厚膜形成のための当該技術分野で公知であるインク組成物が含まれる。このような導電性インクは、一般的に、金属粒子、電子ガラス及び有機成分を含有し、ここで、有機成分は、例えば、溶媒、組み合わせた可塑剤／溶媒材料、有機ポリマー、粘度調整剤又はビルダー、ゲル化剤などを含有してよい。一般的に、このような組成物は、インク組成物中に含有されている一次金属成分によって参照される。従って、主金属成分として主に銀を含有するインク組成物は、「銀インク」と称され、他方、主金属成分として主としてアルミニウムを含有するインク組成物は、「アルミニウムインク」と称される。適切なインク組成物の具体例は、例えば、米国特許第４，９５４，９２６号明細書（その全部の開示が参照してここに組み込まれる）に開示されているが、実施形態に於けるインク組成物は、これらに限定されない。
【００２４】
実施形態のインク中に使用できる導電性金属には、適切な形態で、適切な量で、当該技術分野で使用される適切な金属が含まれる。例えば、インク組成物中に含有されうる代表的な金属には、これらに限定されないが、Ａｌ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、必要に応じて他の金属と共に上記の金属の１種以上を含有する合金及びこれらの酸化物前駆体が含まれる。用語「酸化物前駆体」は、例えば、通常の厚膜焼成条件下で金属のゼロ価形（Ｍｅ0）に還元される金属酸化物を指す。
【００２５】
導電性金属粒子の、粒子形状、サイズ及び粒子サイズ分布は、インク組成物の有効性に関して、特に重要ではない。従って、例えば、実施形態に於いて、金属粒子は、適切な形状、例えば、球状粒子、非球状粒子（例えば、じゃがいも形状粒子など）、フレーク、スライバーなどで用意することができる。如何なる粒子サイズにも限定されないが、実施形態に於いて、金属粒子の、球状粒子の直径を意味する主寸法又は非球形状粒子の最大寸法が、約１０又は約２０ミクロンを超えない、例えば、約０．０５又は約０．１ミクロンから約１０又は約２０ミクロンまでであることが望ましい。従って、例えば、金属粒子が球状粒子である場合、平均粒子サイズ又は直径は、約０．０５又は約０．１ミクロンから約１０又は約２０ミクロンまで、例えば、約０．３又は約０．５又は約１ミクロンから約３又は約５ミクロンまでであることが望ましい。同様に、金属粒子が細長い（例えば、スライバー、フレークなど）場合、粒子の平均長さ又は主寸法は、約０．０５又は約０．１ミクロンから約１０又は約２０ミクロンまでであり、非球形状粒子の最小サイズ寸法を意味する副寸法は、約０．３又は約０．５又は約１ミクロンから約３又は約５ミクロンまでであることが望ましい。目的が達成できる限り、如何なる具体的な粒子サイズ分布も適している。例えば、粒子の主寸法が、インク組成物を適用するために使用される押出機のチャネルサイズを超えないか又はこれに近似している限り、如何なる粒子サイズも使用することができる。このようなより大きいサイズの粒子は、押出機チャネルを閉塞する傾向がある。
【００２６】
一つの具体的な実施形態に於いて、金属粒子が、全体的に球状粒子ではなくて、フレークの形状で用意されることが望ましい。このようなフレークは、商業的供給者から得ることができるか又は種々の方法で形成することができる。例えば、フレークは、銀粒子を平らにする、例えば、叩くことによって形成することができるか又はこれらは、最初に材料の薄い層を表面上に形成し、次いでこの層を小さい片に剥がし落とすことによって形成することができる。他の方法も、当業者に明らかである。
【００２７】
フレークは、焼結プロセスにおける増加した接着及び減少したラミネーションに関して、球状粒子を超える改良された結果をもたらすことが見出されたので、実施形態に於いてフレーク粒子形態が望ましい。例えば、匹敵するサイズの球状粒子ではなく、フレークの形状にある金属粒子を有するインク組成物は、より低い速度で、より低い密度構造に焼結する傾向があり、これは、インク組成物及びシリコン基体の熱膨張特性を合致させることを助ける。より近く合致した熱膨張特性は、焼結の際の剥離を回避することを助ける。
【００２８】
フレーク形状金属粒子を使用するとき、フレーク形状は、ときには、最終焼結材料中で目に見える又は検出可能なままであり得る。例えば、走査型電子顕微鏡によって、ときには、最終焼結生成物中のフレーク形状粒子が明らかになり得る。しかしながら、焼結結果及びインク組成物中の他の材料に依存して、フレーク形状は、ときには、最終生成物中で明らかではないかもしれない。
【００２９】
一つの実施形態に於いて、特に、フレーク形状粒子を使用する場合、インク組成物の金属粒子成分から、ナノメートルサイズの粒子、例えば、約２００ｎｍ以下、例えば、約５０又は約１００ｎｍから約２００ｎｍまでの粒子サイズを有する、球状又は実質的に球状の粒子を、完全に又は実質的に排除することが望ましい。このようなナノメートルサイズの粒子は、このような小さい粒子が、焼成プロセスの際の望ましくない剥離のより高い機会をもたらし得る、遙かに速い速度で焼結する傾向があるので、望ましくは排除される。例えば、実施形態に於いて、このようなナノメートルサイズの粒子が存在する場合、これらは、全金属粒子含有量の約３０又は約４０重量％以下の量で、例えば、約５重量％又は約１０重量％から約３０重量％又は約４０重量％までの量で存在することが望ましい。これらの量で、より小さいサイズの粒子は、より大きい粒子の間の隙間空間内を充填することを助け、充填密度及び焼結速度を増加させることができる。残りの金属粒子成分は、フレーク、より大きいサイズの球などであってよい。
【００３０】
金属フレークを使用する更に他の実施形態に於いて、金属粒子は、金属フレークのみならず、金属球状粒子を含有することが望ましい。これらの球状粒子、望ましくはナノメートルサイズの粒子よりも大きい球状粒子は、焼成プロセスの際に、金属フレークを離して保持することを助ける。合致していないサイズの球、即ち、異なった平均粒子サイズの球を使用することもできる。
【００３１】
フレークを金属粒子として使用する場合、金属フレークは、望ましくは、約１〜約１０ミクロン、例えば、約２〜約３ミクロンの主寸法を有する。金属粒子として球状粒子を使用する場合、球状粒子は、望ましくは、約１〜約１５ミクロン、例えば、約１又は約５〜約１０ミクロンの平均直径を有する。他の方法で記載しない限り、本願において表されるサイズは、Ｄ50値又は粒子サイズ分布の中間で表される。
【００３２】
小さいナノメートルサイズの粒子を排除することに関して、幾つかの具体的な実施形態に於いて、粒子の数に関して金属粒子の大部分は、約１ミクロンよりも大きいサイズ（主寸法）を有することが望ましい。従って、これらの実施形態に於いて、金属粒子の少なくとも５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％又は少なくとも約８０％は、約１ミクロンよりも大きいサイズ（主寸法）を有する。フレーク及び球形状粒子の両方が使用されるような更に他の実施形態に於いて、フレーク形状粒子の大部分が約１ミクロンよりも大きいサイズ（主寸法）を有し、球状粒子の大部分が約２ミクロンよりも大きいサイズ（主寸法）を有するように金属粒子を用意することができる。
【００３３】
金属粒子に加えて、インク組成物には、実施形態において、有機金属化合物が含有されていてもよい。含有されている場合、有機金属化合物は、一般的に、導電性金属及び／又は金属の酸化物中に不溶性であり、導電性金属の存在下で非還元性である金属又は金属酸化物を含有してよい。用語「有機金属化合物」及び「金属樹脂酸塩」は、同義語的に使用され、例えば、インクで使用するために適している種々の有機媒体中に可溶性である有機金属化合物を指す。
【００３４】
金属樹脂酸塩の一つの種類は、幾つかの有機化合物の何れかと金属塩との反応生成物である。得られる化合物は、本質的に、１つの部位が、広範囲の種々の金属の１種によって占められている長鎖有機分子である。金属樹脂酸塩の他の種類は、キレート型化合物、例えば、有機チタン酸塩である。
【００３５】
有機金属化合物の有機部位の組成は、インク組成物を酸化雰囲気又は非酸化雰囲気中で焼成するとき、それが熱分解性でなくてはならないこと以外は、重要ではない。これらの有機部位には、これらに限定されないが、カルボキシラート、ナフテナート、タラート（ｔａｌｌａｔｅ）、アルコラートなどが含まれる。
【００３６】
適切な有機金属化合物は、流動性の高い液体から非常に粘稠な液体まで及び固体までの範囲であってよい。実施形態のインク組成物に於ける使用の観点から、有機媒体中の樹脂酸塩の溶解度は、第一に重要なのものである。典型的には、金属樹脂酸塩は、有機溶媒、特に、極性溶媒、例えば、トルエン、塩化メチレン、酢酸ベンジルなどに可溶性である。これらは、また、非極性溶媒、例えば、ミネラルスピリット中に可溶性であってもよい。貴金属及び卑金属の両方の金属樹脂酸塩及び金属樹脂酸塩溶液が市販されている。適切な貴金属樹脂酸塩は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ及びこれらの混合物をベースにするものである。適切な卑金属樹脂酸塩は、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｔａ、Ｗ及びこれらの混合物をベースにするものである。
【００３７】
適切な有機チタン酸塩には、英国特許第７７２，６７５号明細書に開示されているもの、特に、有機チタン酸塩が、式（ＡＯ）4x-2yＴｉＯy（式中、Ａは、Ｃ1-8アルキル又はＣ1-8アルキル及びＣ1-8アシルの混合物であり、Ｏは、２個のチタン原子に共有結合している酸素原子であり、ｘは１〜１２の整数であり、ｙは１〜３ｘ／２の整数である）に相当するチタンの加水分解性金属アルコラートであるものが含まれる。このアルキル基は、直鎖又は分枝鎖であってよい。特に適している有機チタン酸塩には、チタンアセチルアセトナート及びテトラオクチレングリコールチタンキレートが含まれる。この種の他の有機チタン酸塩は、Ｋｅｎ−Ｒｅａｃｔ  Ｂｕｌ．Ｎｏ．ＫＲ−０２７８−７Ｒｅｖ．（Ｋｅｎｒｉｃｈ  Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．、ニュージャージー州Ｂａｙｏｎｎｅ）及びＤｕ  Ｐｏｎｔ  Ｂｕｌ．Ｎｏ．Ｅ−３８９６１標題  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｔｙｚｏｒ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｔｉｔａｎａｔｅｓに開示されている。
【００３８】
存在するとき、金属樹脂酸塩は、本発明の組成物中に、樹脂酸塩の金属又は金属酸化物含有量が、全組成物の０．０５〜５重量％、好ましくは０．１〜１重量％を構成するような濃度で使用される。
【００３９】
存在するとき、有機媒体中の化合物の完全で均一な分散を実施するために、有機金属化合物が有機媒体の残りの中に可溶性であることが特に望ましい。このような均一な分散が達成されるとき、有機金属化合物は導電性金属粒子の表面に到達し、次いで、焼成を続けるとき、分解して対応する金属又は金属酸化物を形成し、その後、導電性金属粒子が焼結し始めると考えられる。
【００４０】
有機媒体の第二成分は、上記の有機金属化合物に加えて又は有機金属化合物無しで、有機溶媒中のポリマー性バインダーの溶液である。有機媒体のこの部分の主な目的は、それがセラミック、シリコン又は他の基体に容易に適用され得るような形で、組成物の微細に分割された固体の分散のためのビヒクルとして機能することである。従って、有機媒体のこの部分は、一般的に、固体が、適切な程度の安定性を有して分散性であり、レオロジー特性が、これらが分散液に良好な適用特性を与えるようなものである。
【００４１】
殆どの厚膜組成物は、スクリーン印刷によって基体に適用される。しかしながら、本開示によれば、インク組成物は、押出機、例えば、マイクロ押出機によって適用される。従って、インク組成物は、一般的に、例えば、適切な正圧又は負圧によって、それが押出機ダイを通過できるような適切な粘度を有する。更に、インク組成物は、それが押し出された後、急速に固化し、それによって良好な解像度を与えることができるために、チキソトロピー性であってよい。あるいは、インク組成物には、光、例えば、高強度紫外光に露光されたとき、インクが、粘度を増加する又は硬化するようにする光硬化添加物が含有されていてよい。レオロジー特性は第一に重要なものであるが、有機媒体は、望ましくは、固体及び基体の適切な濡れ性、良好な乾燥速度、荒々しい取扱いに耐えるために十分な乾燥膜強度並びに良好な焼成特性を与えるようにも配合される。焼成された組成物の満足できる外観も重要である。
【００４２】
これらの規準を考慮して、広範囲の種々のポリマー及び溶媒を、主要分散媒体として使用することができる。殆どの厚膜組成物のための分散媒体は、典型的には、しばしば、１種以上のチキソトロピー剤、ゲル化剤、可塑剤、共溶媒、湿潤剤なども含有する、溶媒中の樹脂の溶液である。この溶媒は、通常、約１３０〜約３５０℃の範囲内で沸騰する。
【００４３】
この目的のために最もしばしば使用される樹脂は、エチルセルロースである。しかしながら、他の公知で後発の樹脂、例えば、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系樹脂との混合物、低級アルコール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（２種以上の異なった樹脂の組み合わせを含む）を、エチルセルロースと組み合わせて又はエチルセルロースの代わりに使用することができる。
【００４４】
適切な溶媒には、ケロセン、ミネラルスピリット、テルピネオール、フタル酸のエステル、例えば、フタル酸ジブチル、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセタート、ヘキシレングリコール、脂肪族ジエステル、例えば、アジピン酸及びセバシン酸のエチル及びブチルエステル並びに高沸点アルコール及びアルコールエステルが含まれる。これらの及びその他の溶媒の種々の組み合わせが、所望の粘度、揮発性及び相溶性特性を得るために配合される。水溶性溶媒系を使用することもできる。
【００４５】
一般的に使用されるチキソトロピー剤の中には、水素化ひまし油及びその誘導体並びにエチルセルロースがある。勿論、懸濁液中での固有の剪断減粘性をともなう溶媒／樹脂特性は、これに関して適しているので、チキソトロピー剤を含有させることが、必ずしも必要ではない。適切な湿潤剤には、リン酸エステル及びダイズレシチンが含まれる。
【００４６】
金属粒子及び有機媒体に加えて、インク組成物には、また一般的に、電子ガラス又はガラスフリットが含有されている。ガラスフリットは、焼成の際に軟化し、次いで、基体上の表面パッシベーション層を溶解し、金属粒子がシリコンに到達するための通路を作る。一般的に、電子ガラス又はガラスフリットは、電子コンポーネント製造のために典型的に使用されるような、高純度ガラス材料であり、このような組成物は当該技術分野で公知である。このガラスは、望ましくは、（少なくともシリコン基体を使用するとき、Ｎａ及び／又はＫが、シリコンの中に急速に移動する傾向があるので）Ｎａ及び／又はＫを完全に又は本質的に排除しなくてはならないが、実施形態に於いて使用するために適している典型的なガラス組成物には、ＰｂＯ／ＺｎＯガラス、ＳｉＯ2ガラス、ＴｉＯ2ガラス、Ｂ2Ｏ3ガラス、ＺｒＯ2ガラスなどが含まれる。実施形態に於いて使用されるガラスの他の適切な例には、ＳｉＯ2／Ｂｉ2Ｏ3／ＰｂＯ、Ｂ2Ｏ3／ＳｉＯ2／Ｂｉ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3／ＳｉＯ2／ＺｎＯ、Ｂｉ2Ｏ3／ＳｉＯ2／ＰｂＯなどが含まれる。幾つかの実施形態に於いて、環境及び健康理由のために、鉛ガラスの使用を最小にする又は排除することを含めて、鉛含有材料の使用を最小にする又は排除することも望ましい。適切なガラス材料は、例えば、Ｖｉｏｘ  Ｃｏｒｐ．（米国ワシントン州シアトル）から得ることができる。
【００４７】
インク組成物分散液中の有機媒体の固体に対する比は、著しく変化させることができ、分散液を適用する方式及び使用する有機媒体の種類に依存する。通常、良好な被覆を達成するために、分散液には、相補的に、重量基準で、４０〜９０％の固体及び６０〜１０％の有機媒体が含有されているであろう。例えば、実施形態の組成物には、４５〜６５重量％の金属固体及び５５〜３５重量％の有機媒体が含有されていてよく、ここで固体重量には、ガラス材料の重量が含まれる。
【００４８】
例えば、実施形態に於いて、インク組成物は、約５０〜約９０％、例えば、約６５〜約８５％の金属粒子、約１〜約１０％、例えば、約２〜約８％の電子ガラス及び約５〜約４０％、例えば、約１０〜約３０％の有機成分を有してよい。具体的な実施形態に於いて、インク組成物は、約７０〜約８０％、例えば、約７５％の金属粒子、約３〜約７％、例えば、約５％の電子ガラス及び約１５〜約２５％、例えば、約２０％の有機成分を有してよい。有機成分に関して、実施形態に於ける組成物は、約２５〜約９９％、例えば、約４０〜約９５％の溶媒、約０〜約４０％、例えば、約０〜約３５％の可塑剤又は共溶媒、約１〜約３０％、例えば、約５〜約２５％の樹脂（有機ポリマー）及び約０〜約１０％、例えば、約０〜約５％の他の添加物を含有してよい。具体的な実施形態に於いて、有機成分は、約５０〜約９０％の溶媒、約０〜約３０％の可塑剤又は共溶媒、約７〜約１５％の樹脂及び約０〜約２％の他の添加物を含有してよい。他の方法で記載しない限り、パーセントは重量パーセントである。勿論、インク組成物の含有量、例えば、金属粒子の含有量は、インク組成物のレオロジー特性を調節するように調節することができる。
【００４９】
実施形態のインク組成物に添加することができる他の添加物には、所望により、それらの公知の目的のために公知の量で含有させることができる、１種以上の焼結助剤が含まれる。例えば、適切な焼結助剤には、ＳｉＯ2、アルカリ土類金属酸化物、希土類元素酸化物を含む周期系の第ＩＩＩＢ族及び第ＩＶＢ族からの酸化物、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ及び／又はＮｉ酸化物が含まれ、該酸化物は、単独で又は混合して及び／又はＢ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3及び／又はＴｉＯ2と組み合わせで使用することが可能である。インク組成物中に焼結助剤を使用するとき、焼結助剤及び／又はその残渣は、しばしば、最終の焼結された材料中に存在しているままである。
【００５０】
なお更に、他の実施形態に於いて、所望により、焼結抑制剤をインク組成物に添加することができる。焼結抑制剤は、例えば、焼結プロセスの際の導電性金属ラインの剥離を防止することを助けるために使用することができる。即ち、これは、急速に高密度化する金属構造物の剥離が起こり得る、シリコン又は窒化シリコン表面への厚い（高アスペクト比）金属接点の急速な熱アニーリング又は焼結の際の問題であり得る。例えば、銀接点メタライゼーションのために太陽電池工業に於いて使用される典型的な焼結プロフィールは、室温からピーク温度、典型的には６００〜８５０℃まで、１秒当たり５０℃よりも大きい非常に速い加熱速度及び冷却速度を使用することである。分離している金属粒子の急速な焼結及び加工の際のシリコンと銀との間の熱膨張係数の基本的な食い違いは、共押出によって製造された実施形態のもののような高アスペクト比銀ラインの剥離に至り得る。従って、基体材料に対するより良い合致のために金属層の収縮を制御することを助け、それにより焼結の際の導電性金属ラインの剥離を防止することを助けるために、焼結抑制剤を使用することができる。
【００５１】
焼結抑制剤を使用するとき、そのような材料は、粒子形状、又は有機媒体中に可溶性である有機金属化合物の形状であってよい。しかしながら、所望により、焼結抑制剤は、インク組成物中の金属粒子上の皮膜として存在してよい。そのような皮膜は、導電性金属粒子を、焼結抑制剤の金属の樹脂酸塩の溶液中に分散させ、分散液から液体のバルクを除去し、次いで粒子を乾燥して、酸化物皮膜を形成させることによって製造することができる。
【００５２】
適切な焼結抑制剤には、ロジウム（Ｒｈ）及びルテニウム（Ｒｕ）の酸化物並びにロジウム−及びルテニウム系化合物（これらは、これらが付される焼成条件下で、金属の酸化物に変化させられる）が含まれる。例えば、適切なＲｕ系材料には、Ｒｕ金属、ＲｕＯ2、Ｒｕ系パイロクロア化合物、例えば、ビスマス鉛ルテナート（ｒｕｔｈｅｎａｔｅ）及び銅ビスマスルテナート、Ｒｕ樹脂酸塩並びにこれらの混合物が含まれる。適切なＲｈ含有材料には、Ｒｈ金属、ＲｈＯ2、Ｒｈ2Ｏ3、Ｒｈ樹脂酸塩及びこれらの混合物が含まれる。材料の両方のクラスは、Ｒｈ若しくはＲｕの酸化物又は適用される空気焼成条件下でのこれらの酸化物の前駆体である。特に適切な焼結抑制剤は、ＲｕＯ2、銅ビスマスルテナート及びＲｈ樹脂酸塩である。焼結抑制剤の使用の追加の詳細は、例えば、米国特許第５，１６２，０６２号明細書及び米国特許第４，９５４，９２６号明細書（これらの全部の開示は、参照してここに組み込まれる）中に記載されている。
【００５３】
インク組成物は、例えば、これらが所望の焼成パラメーターを示すように配合することができる。例えば、インク組成物は、溶媒及び可塑剤／共溶媒が、約１５０〜約２５０℃での焼成の際に除去されるか又は燃え尽き、他方、他の成分（樹脂及びその他の添加物）が、約３００〜約５００℃、例えば、約４００〜約５００℃での焼成の際に除去されるか又は燃え尽きるように配合することができる。従って、焼成によって、電子ガラス成分及び金属粒子が後に残る。
【００５４】
インク組成物又はペーストは、３本ロールミル上で便利に製造することができる。しかしながら、この組成物は、加熱及び撹拌しながら従来のホットプレートを使用するなどして製造することもできる。組成物の粘度は、典型的には、室温（約２０℃）で、ブルックフィールド粘度計で、低（１秒-1）、中（１５秒-1）及び高（２００秒-1）剪断速度で測定したとき、約０．１〜約３００Ｐａ・ｓである。使用される有機媒体（ビヒクル）の量及び種類は、主として、最終所望配合物粘度及びプリント厚さによって決定される。
【００５５】
例えば、ある適切な組成物には、銀粒子、テキサノール（ＴＥＸＡＮＯＬ）（登録商標）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ラート）、フタル酸ジブチル、エチルセルロース有機ポリマー及びひまし油、例えば、水素化ひまし油が含まれる。このような組成物の修正としては、例えば、フタル酸ジブチルを長鎖フタル酸エステル、例えば、フタル酸ジオクチル若しくはフタル酸ジエステルで置き換えることができ、又はひまし油を水素化ひまし油誘導体で置き換えることができる。
【００５６】
インク組成物は、犠牲原料と共に押し出される（例えば、共押出される）。実施形態に於いて、犠牲原料は、押し出されたインク組成物の片側面上に押し出すことができ、押し出されたインク組成物の両側面上に押し出すことができ、又はインク組成物の３個若しくは４個の側面上の全てに押し出すことができる。例えば、犠牲原料を、押し出されたインク組成物の３個の側面上に押し出して、インク組成物が第四（底）の側面上で基体となお接触しながら、インク組成物を包むようにすることができる。実施形態は、犠牲原料がインク組成物の下にあることを可能にするが、このような形状は、次の焼成工程の際に犠牲原料が燃え尽きることが望まれるので、実施形態に於いて望ましくない。両側面上への押出又は共押出が、実施形態に於いて望ましい。なぜなら、犠牲材料が、例えば、インクビヒクルのスランプ（ｓｌｕｍｐ）、流れなどを防止する又は最小にすることによって、インク組成物をその望ましい押し出された形状に維持することを助けるからである。犠牲原料は、加工、例えば、乾燥、硬化、焼成及び／又は焼結の前又は間に、基体上の押し出されたインク組成物の形状を維持することを助けることが必要である限り、インク組成物と接触した状態で所定の場所に維持される。犠牲原料の更なる利点は、添加された材料が、押出機のための全体的により大きい出力オリフィスをもたらし、従って、所定の材料流速のためのより低い圧力低下をもたらすことである。従って、より高いプロセス速度が達成可能である。押出機内で集束的な流れが使用されるときの更なる利点は、押し出されたインク組成物のフィーチャーサイズが、より小さくなり得ることである。
【００５７】
犠牲原料及び機能性材料は、犠牲原料が除去される前に、犠牲原料が、機能性材料を約０．３よりも大きいアスペクト比で所定の場所に維持するように、基体の上に押し出すことができるリボン状物を与える。更に、犠牲原料は、機能性材料の機能性特徴を維持するプロセスにより、リボン状物から除去可能である。
【００５８】
ある実施形態に於いて、犠牲原料は、望ましくは、下記の特性の幾つか又は全部を有する。（１）犠牲原料は、充填材を、完全に又は実質的に含有しない、（２）犠牲原料は、犠牲原料が基体から完全に又は実質的に除去されるように、接触するインク組成物の焼成又は焼結の際に完全に燃え尽きる、並びに（３）犠牲原料は、インク組成物のレオロジー特性と完全に又は実質的に合致するレオロジー特性、例えば粘度など、を有する。
【００５９】
一般的に言えば、犠牲原料は、金属粒子及び電子ガラス又はフリット（これらは、焼結の際に導電性構造物を形成するであろう）が、犠牲原料から排除されている以外は、前記詳述したインク組成物と同じ組成のものであってよい。即ち、犠牲原料は、インク組成物又は他の機能性材料の有機成分に対応するものであってよく、実施形態に於いて、インク組成物又は他の機能性材料の有機成分と同じ成分を有する。従って、例えば、犠牲原料は、一般的に、有機成分を含有し、この有機成分は、例えば、溶媒、組み合わせた可塑剤／溶媒材料、有機ポリマー、粘度調整剤又はビルダー、ゲル化剤、チキソトロピー剤などを含有してよい。インク組成物の有機成分を形成する際に使用することができる、従って、犠牲原料のベースを形成することができる、これらの材料及びその他のものの全ては、前に検討されている。勿論、焼結助剤及び焼結抑制剤は、機能性材料中に含有されていてよいが、このような添加物は、犠牲原料中には必要ではなく（特に、犠牲原料が焼結の際に燃え尽きることが望まれる場合）、従って、これらは、犠牲原料から完全に又は実質的に排除することができる。
【００６０】
前記のように、実施形態に於ける犠牲原料は、インク組成物の有機成分と同じ組成のものであってよく、又は、異なった組成のものであってよい。同じ組成物が使用される場合、犠牲原料の特性を、例えば、インク組成物自体の特性に近づける又は等しくするために、必要に応じて調節することができる。密接に合致したレオロジー特性、例えば、粘度が、一般的に、望ましく、それにより、２つの組成物で押出又は共押出プロセスを一層容易に実施できる。必要なとき、レオロジー特性、例えば、粘度は、当該技術分野で公知の幾つかの手段によって調節することができる。例えば、犠牲原料の粘度は、有機ポリマーの重量パーセント含有量を調節する（適切に増加又は減少する）ことにより、有機ポリマーの分子量を調節することにより、又はゲル化剤若しくは他の増粘剤を追加若しくはこれらの含有量を調節することにより調節することができる。このような調節は、例えば、インク組成物又は他の機能性材料の特性を密接に合致させるための日常的な実験により行うことができる。
【００６１】
実施形態に於いて、犠牲原料とインク組成物とは、１個以上のレオロジー特性に於いて、密接に合致しているか又は実質的に同じものであってよい。共押出プロセスには、「混合されている」、即ち伸長成分及び剪断成分の両方を有する流れが含まれているので、合致は、剪断レオロジー特性と伸長レオロジー特性の両方にあることが適切である。更に、流れには、何桁も変化し得る局所的剪断及び変形速度が含まれているので、「弱い流れ」及び「強い流れ」特性の両方を合致させることが考慮されるべきである。最後に、押し出しは自由表面流れであり、従って表面特性も考慮する必要がある。従って、例えば、合致は、（全ての関連する剪断及び伸長速度での）剪断及び伸長粘度、損失弾性率及び貯蔵弾性率、（全ての関連する剪断速度での）一次及び二次垂直応力係数、弾性流れ緩和時間、流れコンシステンシー指数（これは、べき乗則流体のための係数である）、流動性指数（これは、べき乗則流体のための指数である）、降伏応力、表面張力などの項目に於いてあってよい。望ましくは、犠牲原料及びインク組成物は、少なくとも剪断粘度及び望ましくは１個以上の他の特性に於いて、密接に合致しているか又は実質的に同じである。しかしながら、他の実施形態に於いて、犠牲原料及びインク組成物は、これらの特性の少なくとも２個、少なくとも３個又は少なくとも４個以上に於いて密接に合致している。
【００６２】
プリントヘッド内の流れについて、所定の位置での剪断速度は、最小横寸法（通常、その高さ）によって割った、プリントヘッド内の流れ速度によって近似される。関連する剪断速度は、犠牲原料と機能性インクとが出会うときのものである。同じことが、伸長速度に適用される。従って、剪断速度及び伸長速度は、プリントヘッドの設計及びそれが運転される印刷速度の両方に依存することが理解される。
【００６３】
実施形態に於いて、犠牲原料の剪断速度は、インク組成物の特性と正確に合致しているか又はそれよりも上であるのではなくて、直ぐ下であることが望ましい。即ち、犠牲ビヒクルの剪断粘度が、インク組成物の特性の直ぐ下であるとき、より良い結果が達成されることが見出された。これは、経験的に見出され、共押出についての現存する文献によって支持される。（例えば、Ｂ．Ｋｈｏｍａｍｉら、「ポリマー溶融物の多層圧力駆動流に於ける界面不安定性の実験的研究（Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ  ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｉｅｓ  ｉｎ  ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｄｒｉｖｅｎ  ｆｌｏｗ  ｏｆ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  ｍｅｌｔｓ）」、Ｒｈｅｏ．Ａｃｔａ  ３６，ｐｐ．３４５−３６６（１９９７）及びＨ．Ｋ．Ｇａｎｐｕｌｅら、「粘弾性流体の三層積層チャネル流に於ける界面不安定性の理論的研究（Ａ  ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ  ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｉｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｔｈｒｅｅ  ｌａｙｅｒ  ｓｕｐｅｒｐｏｓｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｆｌｏｗ  ｏｆ  ｖｉｓｃｏ−ｅｌａｓｔｉｃ  ｆｌｕｉｄｓ）」、Ｊ．ＮｏｎＮｅｗｔｏｎｉａｎ  Ｆｌｕｉｄ  Ｍｅｃｈ．７９，ｐｐ．３１５−３６０（１９９８）参照）。
【００６４】
例えば、犠牲原料及び機能性材料の両方に於ける弾性を、できるだけ多く減少することが、実施形態に於いて望ましい。これは、当該技術分野に於ける標準的手段により、例えば、特定材料中の有機ポリマーの分子量及び／又はローディングを減少すること、存在してよい可塑剤の分子量も減少すること並びにゲル化剤の使用を排除する又は最小にすることによって達成できる。勿論、犠牲原料及び機能性材料の弾性を減少することは、ゲル化が材料中に導入されない場合、材料の起こり得る増加したスランピングに対してバランスをとらせなくてはならない。弾性材料（及び特に高い弾性の材料、例えば、高いワイセンベルグ数を有する材料）での皮膜を望む場合、多層押出材料の有利な配置は、外側に最小の粘性及び最小の弾性の材料を有することである。即ち、犠牲原料は、機能性材料よりも低い粘性及び低い弾性でなくてはならない。より高い粘性及び弾性の外側により低い粘性／弾性とする配置が、表面張力安定化ショートモードで、長波長弾性不安定性（怒張した又は曲がりくねった）を殆ど制御することが示された。例えば、Ｂ．Ｋｈｏｍａｍｉら、「ポリマー溶融物の多層圧力駆動流に於ける界面不安定性の実験的研究」、Ｒｈｅｏ．Ａｃｔａ  ３６，ｐｐ．３４５−３６６（１９９７）及びＨ．Ｋ．Ｇａｎｐｕｌｅら、「粘弾性流体の三層積層チャネル流に於ける界面不安定性の理論的研究」、Ｊ．ＮｏｎＮｅｗｔｏｎｉａｎ  Ｆｌｕｉｄ  Ｍｅｃｈ．７９，ｐｐ．３１５−３６０（１９９８）参照。
【００６５】
例えば、実施形態に於いて、犠牲原料の粘度特性は、これらが、機能性材料、例えば、インク組成物の特性から約１０％以下ほど異なるように、選択され、調節される。これは、例えば、２種の材料の粘度を、例えば、ほぼ室温（約２０℃）から約６０℃以上まで変化する温度で計算するか又は測定し、犠牲原料粘度曲線とインク組成物粘度曲線との間のパーセント差を計算することによって比較することができる。しかしながら、他の実施形態に於いて、広い速度範囲（例えば、約１０００秒-1以下）に亘って、剪断粘度対剪断速度を表す剪断粘度曲線を、２種の組成物のお互いに対して合致させることができ、又は犠牲原料についての剪断粘度曲線を、インク組成物についてのものよりも低くすることができる。
【００６６】
犠牲原料についての他の計量には、実施形態に於いて、特定の降伏強度並びに特定の粘度及び剪断速度値が含まれる。例えば、ある実施形態に於いて、犠牲原料は、約１００Ｐａよりも大きい、例えば、約１２５Ｐａよりも大きい若しくは約１５０Ｐａよりも大きい降伏強度、又は約１０秒-1よりも小さい剪断速度で、例えば、約０．１〜約１．０秒-1の剪断速度で、約１０4ｃＰよりも大きい、例えば、約５×１０4ｃＰよりも大きい若しくは約１０5ｃＰよりも大きい粘度を有することができる。これらの特性は、リボン状物が、焼成を起こし、所望の最終結果を得ることを可能にするために十分な構造原形を維持することを可能にすることが見出された。
【００６７】
他の実施形態に於いて、犠牲原料の粘度は、約１００秒-1よりも大きい剪断速度で機能性材料の粘度の約５倍以下である。実施形態に於いて、犠牲原料の粘度は、約５０〜約５００秒-1、例えば、約１００〜約５００秒-1の剪断速度で機能性材料の粘度の約５倍以下である。
【００６８】
ある実施形態の犠牲原料は、充填材を含む犠牲原料であっても、充填材を含まない犠牲原料であってもよい。犠牲原料が充填材を含む犠牲原料である場合、この材料は、約５容積％以上の、例えば、約１０又は約１５容積％〜約３０又は約５０容積％以上の、分離した固体又はゲル状粒子を有していてよい。
【００６９】
しかしながら、他の実施形態に於いて、犠牲原料は充填材を含まない犠牲原料である。これらの実施形態に於いて、犠牲原料には、焼結プロセスの際に燃え尽きない追加の充填材材料、例えば、カーボンブラックなどが含有されていない。ここで、この材料は、約２容積％以下、例えば、約１容積％以下又は約０．５容積％以下の、分離した固体又はゲル状粒子を有していてよい。下記のように、太陽電池を製造するために使用するとき適用される押出材料の焼成は、約６００〜約８００℃で、僅か数十秒以内の時間、実施することができる。従って、例えば、実施形態に於ける犠牲原料には、約６００〜約８００℃で１分間未満の時間、焼成したとき燃え尽きない材料は含有されていない。従って、実施形態に於いて、それによって犠牲原料から完全に又は実質的に排除される代表的な充填材材料には、カーボンブラック、プラスチックビーズ、例えば、ナイロン球、セラミックなどが含まれる。これらの種類の充填材材料は、犠牲原料から完全に排除されるか又はこれらは、クリーンな基体表面を残すための焼成後処理によって容易に除去することができる少量でのみ存在することができる。
【００７０】
充填材材料の望ましい排除と同様に、犠牲原料の他の材料は、また、望ましくは、適用された導電性インク組成物を焼結する焼成プロセスの際に、犠牲原料全部が燃え尽きるように選択される。従って、例えば、犠牲原料の材料は、それらが、約６００〜約８００℃で１分間未満の時間、焼成する間に燃え尽きるように選択される。インク組成物に関して検討したように、犠牲原料の成分は、例えば、それらが所望の焼成パラメーターを示すように選択することができる。例えば、犠牲原料は、溶媒及び可塑剤／共溶媒が、約１５０〜約２５０℃での焼成の際に除去されるか又は燃え尽き、他方、他の成分（樹脂及びその他の添加物）が、約３００〜約５００℃、例えば、約４００〜約５００℃での焼成の際に除去されるか又は燃え尽きるように配合することができる。
【００７１】
従って、犠牲原料成分の適切な選択によって、焼成プロセスにより、犠牲原料を完全に燃え尽くすことが可能になる。その結果、犠牲原料成分は、その僅かが残るか又は全く残らず、下にある基体は影響を受けず、露出される。残り得る残渣も、必要な場合、従来の後処理又はクリーニング操作によって容易に除去することができる。
【００７２】
本開示の実施形態に於いて、犠牲原料を、続く焼成工程の前に、完全に又は部分的に乾燥させる。この原料が乾燥に付されるとき、押出犠牲原料の湿潤容積及び厚さよりも実質的に小さい容積及び厚さまで乾燥する。例えば、犠牲原料の湿潤押出厚さが、約１００ミクロンであるとき、展開及び乾燥の組み合わせによって、押出犠牲原料の最終厚さは、僅か数ミクロンになり得る。この比較的小さい体積の材料は、太陽電池の金属グリッドラインを焼成するために又は他の機能性材料を焼成するために必要な、熱プロセスサイクルの際に容易に燃え尽きる。
【００７３】
犠牲原料は、また、３本ロールミル上で便利に製造することができる。しかしながら、この組成物は、また、加熱及び撹拌しながら従来のホットプレートを使用するなどして製造することができる。この組成物の粘度は、典型的には、室温（約２０℃）で、ブルックフィールド粘度計で、低、中及び高剪断速度で測定したとき、約０．１〜約３００Ｐａ・ｓである。使用される有機媒体（ビヒクル）の量及び種類は、主として、最終所望配合物粘度及びプリント厚さによって決定される。
【００７４】
機能性材料、例えば、インク組成物、及び犠牲原料は、適切な又は所望の方法に於いて、基体に適用することができる。例えば、インク組成物及び犠牲原料を、太陽電池を製造するためのシリコン基体に、焼成して導電性構造物を形成するラインの形で適用することができる。そのように適用するとき、インク組成物は、インク組成物の形状又は他の特性を維持することを助けるために、インク組成物の片側又は両側の犠牲原料と共に適用することができる。次いで、インク組成物及び犠牲原料を焼成することができ、この焼成によって、インク組成物が焼結され、犠牲原料が燃え尽くされて、導電性構造物が形成される。実施形態に於いて、犠牲原料は、望ましくは、インク組成物の両側に適用され、両側でインク組成物を支持することを助け、均一な導電性構造物を与える。勿論、犠牲原料を、所望により、機能性材料の上に及び／又は、必要に応じて機能性材料の下に適用することもできる。
【００７５】
機能性材料、例えば、インク組成物、及び犠牲原料を基体に適用するために、多数の適用装置を使用することができる。望ましくは、インク組成物及び犠牲原料は、共押出装置を使用して基体に適用される。なぜなら、このような装置によって、インク組成物及び犠牲原料をそれらの境界に沿って相互に密接な接触状態にして、所望の支持特性を与えて、２種の材料を基体に確実に、均一に適用することが可能になるからである。適切な共押出装置は、米国特許公開第２００７−０１１０８３６Ａ１号明細書、同第２００７−０１０８２２９Ａ１号明細書及び同第２００７−０１０７７７３Ａ１号明細書並びに米国特許出願第１１／３３６，７１４号明細書、同第１１／５５５，４７９号明細書、同第１１／５５５，５１２号明細書、同第１１／５５５，４９６号明細書及び同第１１／６０９，８２５号明細書に開示されている。
【００７６】
共押出装置によってこのように適用されたとき、インク組成物は、所望の高アスペクト比を有するように与えられることができる。例えば、インク組成物を適用する一般的なスクリーン印刷技術が、約０．１〜約０．２のアスペクト比を、例えば、１０〜２０ミクロンの典型的な焼成された厚さ及び１００〜２００ミクロンの幅で与えるために適している。しかしながら、実施形態のインク組成物は、共押出によって開示された犠牲原料と共に適用されるとき、より高いアスペクト比及びより小さい寸法を有するインク組成物構造物を与えることができる。
【００７７】
実施形態に於いて、その未焼成状態でのインク組成物は、約１０〜約１００ミクロン、例えば、約１０〜約９０ミクロン又は約１０〜約７５ミクロンの幅、及び約２５〜約２００ミクロン、例えば、約２５〜約１００ミクロンの厚さを有することができる。例えば、この幅は、約１０〜約２５ミクロン、約２５〜約５０ミクロン、約５０〜約７５ミクロンなどであってよく、その厚さは、約２５〜約５０ミクロン、約５０〜約７５ミクロン、約７５〜約１００ミクロン、約１００〜約１５０ミクロンなどであってよい。
【００７８】
次いで、この構造物は、約０．２以上又は約０．３以上又は約０．４以上の最小アスペクト比、及び約１以下、約２以下又は約５以下の最大アスペクト比を有してよい。より高いアスペクト比も達成できるが、約２又は約３よりも大きいアスペクト比は、多くの用途に於いて（例えば、太陽電池）、より少ない利点が得られ、フィーチャーが一層脆くなるかまたは、加工することが一層困難になるという点で、利益が少なくなる傾向がある。実施形態に於いて、未焼成状態でのアスペクト比は、例えば、約０．２〜約１０、例えば、約０．３〜約５、又は約０．４若しくは約０．５〜約１若しくは約２若しくは約３であってよい。同様に、構造物は、特に厚さ寸法に於いて、焼結の際に収縮する傾向があることが理解されるが、実施形態に於いて、焼成後の構造物は、約０．２以上又は約０．３以上又は約０．４以上の最小アスペクト比、及び約１以下、約２以下、約３以下又は約５以下の最大アスペクト比を有してよい。実施形態に於いて、焼成された構造物は、より高いアスペクト比、例えば、約１０以上又は約２０以上のアスペクト比を有してよいが、これらは、多くの用途に於いて（例えば、太陽電池）、利益が少なくなる傾向がある。実施形態に於いて、焼成された状態に於けるアスペクト比は、例えば、約０．２から又は約０．３から又は約０．４から又は約０．５から、約１又は約２まで、例えば、約０．３〜約３又は約０．４若しくは約０．５〜約２であってよい。
【００７９】
焼成するとき、インク組成物のサイズ、特に厚さは、インク組成物が焼結し、凝縮するとき、減少する傾向がある。例えば、典型的なインク組成物は、焼成すると、アスペクト比に於いて、約０．６倍に減少する傾向がある。即ち、焼成されたインク組成物のアスペクト比は、未焼成インク組成物のアスペクト比の約６０％である。従って、焼成されたインク組成物又は導電性構造物のアスペクト比の適切な範囲は、未焼成インク組成物の前記のアスペクト比の約６０％である。
【００８０】
共押出によって適用された、インク組成物及び犠牲材料の実施形態の具体的な利点は、高いアスペクト比と小さいフィーチャーサイズとの組み合わせである。従って、例えば、実施形態に於ける開示は、約２５〜約７５ミクロン、例えば、約２５〜約５０ミクロンの幅、約５０〜約１５０ミクロン、例えば、約５０〜約１００ミクロンの厚さ、及び約０．３〜約３、例えば、約０．５〜約１又は約２のアスペクト比を有するフィーチャー（未焼成インク組成物構造物）を与えることができる。これらのフィーチャー寸法は、従来、スクリーン印刷技術によっては得ることができなかった。
【００８１】
インク組成物及び犠牲原料を基体に適用すると、犠牲原料を除去して、機能性材料を所定の場所に残すことができる。この除去は、例えば、熱分解、焼成、溶解、分散及び洗浄の１個以上を含むプロセスによって実施することができる。以下の検討は、焼成プロセスに関して示すが、修正は明らかであろう。従って、例えば、犠牲原料と機能性材料とを組み合わせた材料を焼成することができる。焼成は、インク組成物を焼結し、インク組成物の有機成分を燃え尽くし、犠牲原料を燃え尽くして、焼結した構造物、例えば、基体上の導電性ラインを得るために有効である。焼結は、種々の異なった加熱プロフィール下で実施することができる。しかしながら、セラミック工業に於ける焼結は、典型的には、１２００〜１６００℃の温度で約数時間であるが、例えば、太陽電池製造のための導電性インク組成物の焼結は、典型的には、より速い時間でより低い温度で、より鋭くとがったプロフィールを使用する。更に、焼結では、薄い構造物が一層容易に焼結され、剥離を回避することができるが、より厚い構造物は、材料が収縮するので、剥離を一層受けやすいという事実を考慮すべきである。
【００８２】
実施形態に於いて、インク組成物は、典型的には、約１０分以内の間、ピーク焼結温度に耐えるように設計される。従って、例えば、焼結は、ピーク温度が、約１分間以内、約２分間以内又は約５分間以内のみ維持されるように実施することができる。これらの時間は、インク組成物に焼結効果を与え、インク組成物の有機成分及び犠牲材料を燃え尽くすには十分である。具体的な実施形態に於いて、ピーク焼結温度は、約５００〜約１２００℃、例えば、約５００〜約１０００℃であり、一層望ましいピーク焼結温度は、約６００〜約８００℃、例えば、約６５０〜約７５０℃である。
【００８３】
一つの代表的な実施形態に於いて、犠牲原料及び機能性材料の押出リボン状物を有する基体を乾燥及び／又は焼成するために使用される炉は、一般的に、１０００℃のピーク温度、高いベルト速度、及び生成物が最終焼成帯域から出てくるときの急速な生成物冷却が可能である、ＩＲバルブ炉であってよい。生産炉は、一般的に、乾燥区画及び焼成区画を有する。例えば、ＲＴＣ生産炉は、乾燥区画と焼成区画との間に物理的分断を有する、同じベルト上の本質的に２個の炉である。同じベルト上に連続する乾燥及び焼成を有することは、炉の長さをほぼ２倍にする。従って、スペースが問題である場合、単一の炉を使用することができ、ここでは、被覆された基体が、炉内で最初に乾燥され、次いで炉が焼成温度にまで加熱され、次いで基体が焼成される。あるいは、乾燥をボックスオーブン内で実施し、続いて炉内で焼成することもできる。
【００８４】
適切な焼成雰囲気を、焼成プロセスの際に使用することができる。例えば、多くのインク組成物は、通常の雰囲気下で焼成できるが、幾つかのインク組成物、例えば、銅インクは、より不活性な雰囲気下、例えば、窒素又はアルゴン雰囲気下で、より良く焼成することができる。
【００８５】
焼成が完結した後、望ましい又は必要な後処理工程を実施することができる。例えば、焼成後クリーニングが、焼成残骸、例えば、犠牲材料又はインク組成物からの残骸を除去するために望ましい。他の工程、例えば、研磨などを使用することもできる。太陽電池製造の場合には、焼成後に電池を試験し、それらが光エネルギーを電気に変換する効率に従って、電池を分類することも、一般的な慣行である。
【００８６】
本開示の犠牲原料及び機能性材料組成物は、高アスペクト比導電性金属ラインが所望される、種々の用途に於いて使用することができる。例えば、具体的な用途には、太陽電池製作のための導電性ラインを形成する際の使用、プラズマディスプレイパネルに於けるバリヤーリブ（ピクセルセパレーター）を形成する際の使用、厚膜ヒーターのコンポーネントを形成する際の使用、燃料電池用途に於けるコンポーネントを形成する際の使用などが含まれる。本開示の犠牲原料及び機能性材料組成物は、これらの及びその他の用途のための、高アスペクト比ラインを形成すること及び高導電性ラインを形成することの両方のために使用することができる。
【００８７】
従って、本開示の組成物及び方法の具体的な有利な用途の一つは、太陽電池製造にある。
【００８８】
図１は、ある実施形態に従ってインク組成物及び犠牲材料の共押出を使用して作られた、高アスペクト比金属グリッドライン１２５を有する、光起電力電池３００、例えば、太陽電池、の代表的部分を示す。光起電力電池３００には、ｐ型領域３０６及びｎ型領域３０８を有する半導体基体３０１が含まれている。基体３０１の領域３０６及び３０８の一方又は両方は、半導体材料、例えば、ヒ化アルミニウム、ヒ化アルミニウムガリウム、窒化ホウ素、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、セレン化銅インジウムガリウム、ダイヤモンド、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、ゲルマニウム、リン化インジウム、シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、シリコンゲルマニウム、絶縁材上のシリコン、硫化亜鉛、セレン化亜鉛などから形成される。下接点３１０は、基体３０１の下表面３０２上に（即ち、ｐ型領域３０６の下端で）形成されている。金属グリッドライン１２５及び１個以上のバスバー３２０は、基体３０１の上表面３０４に（即ち、ｎ型領域３０８の下端で）形成されている。接点３１０及びバスバー３２０は、金属ペースト、例えば、銀系ペースト又はアルミニウム系ペースト（これらは、金属グリッドラインを形成するために有用であるとき、本明細書に記載したインク組成物と同じか又は異なっていてよい）を使用して形成することができる。
【００８９】
光起電力電池３００は、例えば、フラットワイヤー又は金属リボン状物によって、直列及び／又は並列で、他の光起電力電池（図示せず）と相互接続することができ、モジュール又はパネルに組み立てることができ、図示されるように負荷３４０に接続することができる。透明な材料のシート（図示せず）、例えば、ガラス（ガラスシート又はスピンオンガラス（ｓｐｉｎ−ｏｎ  ｇｌａｓｓ））、強化ガラス、プラスチックなどを、グリッドライン１２５の上に重層することができ、及び／又はポリマーカプセル（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）（図示せず）を、接点３１０の上に形成することができる。電池の中に吸収される光の量を増加させるために、上表面３０４は、模様付き表面を含んでいてよく、及び／又は反射防止材料（例えば、窒化シリコン、二酸化チタンなど）で被覆されていてよい。
【００９０】
操作の際に、光子３５０（広い矢印によって示される）が、上表面３０４を通って基体３０１の中に向けられるとき、それらのエネルギーは、その中に電子−正孔対を励起し、電子−正孔対は続いて自由に動く。特に、光子の吸収によって、ｐ−ｎ接合３０９を通る電流（移動する＋及び−電荷によって描かれている）を作る。電流は、ｎ型領域３０８内の励起した電子が、グリッドライン１２５、バスバー３２０及び電極を通って外部負荷３４０の方に移動し、下電極及び接点３１０を通ってｐ型領域３０６の方に戻るとき発生する。
【００９１】
例えば、表１に示される推定パラメーターを有する共押出ヘッドを、結晶性シリコン太陽電池上のグリッドライン１２５を作るための材料を与えるために使用することができる。
【００９２】
【表１】
0005276410.tif 000002
【００９３】
この設計で、集束チャネルが、約０．０１ｃｍの厚さ（これは、ノズルの高さ及びそれにより押し出されたラインの近似高さ又は厚さを決定する）を有する材料のシートにパターン形成される。ヘッド／ノズルの出口オリフィスは、０．１７５ｃｍのピッチで繰り返される。約２１０ＰＳＩのヘッド／ノズル圧力で、インク組成物（ペースト）及び犠牲材料は、１１ｃｍ／秒の速度で放出される。銀の中央ストライプは、２：１のアスペクト比で約５０ミクロン幅である。剪断速度
【００９４】
【数１】
0005276410.tif 000003
【００９５】
の関数としてのペースト粘度μeffは、幾つかの剪断減粘性材料について、オストワルドデウィール（Ｏｓｔｗａｌｄ−ｄｅ  Ｗａｅｌｅ）べき乗則に従って、コンシステンシーＫ及びべき乗則指数ｎによって記載することができる。
【００９６】
【数２】
0005276410.tif 000004
【００９７】
高アスペクト比ライン及びフィーチャーを生じるための迅速で経済的な手段から利益を得る、本開示の材料及びプロセスの他の代表的な用途は、プラズマディスプレイパネルの製作にある。例えば、図２は、高アスペクト比バリヤーリブがディスプレイ内のサブピクセルを規定する、プラズマディスプレイパネルを示す。このバリヤーリブは、電気絶縁構造物であり、好ましくは高アスペクト比構造物である。なぜなら、これが、ディスプレイのインチあたりのドット解像度及び充填係数を改良するからである。
【００９８】
本発明の開示は、実施形態に於いて、先行技術を超えた利点及び有利性の範囲を提供する。例えば、より小さいフィーチャーサイズ及びより高いアスペクト比を提供するために、スクリーン印刷技術ではなくてインク組成物の共押出が、太陽電池に於けるエネルギー生産の効率を改良することができる。従って、太陽電池の従来の商業的設計は、約１５％の効率をもたらす（理論的最大効率は２９％である）のに対して、本発明の開示によって製造された実施形態は、効率を約１６％まで上昇させることができる。効率に於ける１％の変化は、表面上は顕著であるとは見えないかもしれないが、１％変化は、実際には、従来の設計を超えた効率に於ける６．７％増加に相当し、これは顕著なエネルギー製造節約になる。
【００９９】
本開示の他の利点は、顕著なコスト及び材料節約が達成できることである。例えば、より小さい導電性構造物を形成できるので、より少ない導電性金属及びその他の材料が必要である。更に、共押出プロセスは、従来のスクリーン印刷技術に比較して、より少ないメンテナンス及び停止時間で、より速い速度で実施することができる。
【０１００】
共押出技術によって適用できる、本開示のインク組成物及び犠牲材料は、また、高アスペクト比構造の正確なパターン形成を可能にする。当該材料及びプロセスは、一般的に、スクリーン印刷が使用されてきたどのような用途に於いても使用できるが、本開示の材料及びプロセスは、一般的にスクリーン印刷を使用して可能であったものよりも小さい全体サイズ（特に、より小さい幅）のより高いアスペクト比構造を可能にする。
【０１０１】
更に、共押出は、プロセス時間に関して、スクリーン印刷を超えた重要な利点をもたらす。例えば、共押出プリンタは、特に、押出機ダイの閉塞を回避するように材料が選択された場合、より長いメンテナンス無し期間を有するので、スクリーンを交換するか又は修理する必要なしに、加工装置を、連続してより長い時間、運転することができる。更に、共押出のための加工時間は、一般的に、スクリーン印刷プロセスよりも速く、加工処理量に於ける顕著な増加が可能である。
【実施例】
【０１０２】
［実施例１］犠牲材料の製造
下記の成分を使用して、犠牲原料を形成した。
【０１０３】
【表２】
0005276410.tif 000005
【０１０４】
1テキサノールは、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオール  １−モノイソブチラートである。
2エチルセルロース標準４５は、４８．０〜４９．５％のエトキシル含有量を有する標準エチルセルロースポリマーであり、８０％トルエン／２０％エタノール溶媒ブレンド中のこのポリマーの５％溶液は、約４５センチポイズ（ミリパスカル−秒）の粘度を有する。
【０１０５】
犠牲原料を、樹脂を溶媒及び可塑剤と、上昇した温度で、樹脂を十分に分散させるように剪断しながらブレンドすることによって形成する。このブレンドのために、プロペラ攪拌機又は遠心ミキサーを使用することができる。樹脂が溶解したら、溶液が特定温度範囲内にあるとき、ひましワックスゲル化剤（チキサトロールＳＴ）を添加し、高剪断（例えば、高速度プロペラ）でブレンドする。次に、溶液を、撹拌しながら冷却する。
［比較例１］犠牲材料の製造
下記の成分を使用して、犠牲原料を形成した。
【０１０６】
【表３】
0005276410.tif 000006
【０１０７】
犠牲原料を、樹脂を溶媒及び充填材と、上昇した温度で、樹脂を十分に分散させるように剪断しながらブレンドすることによって形成する。このブレンドのために、プロペラ攪拌機又は遠心ミキサーを使用することができる。樹脂が溶解したら、溶液が特定温度範囲内にあるとき、ひましワックスゲル化剤（チキサトロールＳＴ）を添加し、高剪断（例えば、高速度プロペラ）でブレンドする。次に、溶液を、撹拌しながら冷却する。
［比較例２］犠牲材料の製造
下記の成分を使用して、犠牲原料を形成した。
【０１０８】
【表４】
0005276410.tif 000007
【０１０９】
犠牲原料を、樹脂を溶媒及び充填材と、上昇した温度で、樹脂を十分に分散させるように剪断しながらブレンドすることによって形成する。このブレンドのために、プロペラ攪拌機又は遠心ミキサーを使用することができる。樹脂が溶解したら、溶液が特定温度範囲内にあるとき、ひましワックスゲル化剤（チキサトロールＳＴ）を添加し、高剪断（例えば、高速度プロペラ）でブレンドする。次に、溶液を、撹拌しながら冷却する。
［実施例２］インク材料の製造
下記の成分を使用して、導電性インク組成物を製造する。
【０１１０】
【表５】
0005276410.tif 000008
【０１１１】
このインクは、銀粒子を他のインク成分と、従来のブレンド装置、例えば、プロペラ攪拌機又は３本ロールミルを使用して、ブレンドすることによって形成する。
［実施例３］インク及び犠牲材料の共押出
適切な銀インクとして、犠牲原料と密接に合致した、レオロジー特性、特に剪断粘度対剪断速度を有する銀インク組成物を、上記の犠牲原料との共押出のために選択する。インク材料と犠牲原料材料との剪断粘度特性の比較の目的のために、これらの材料についての剪断粘度（Ｐａ−ｓ）対剪断速度（１／秒）のプロットを、図３に示す。
【０１１２】
そのレオロジー特性が、銀インクのものと密接に合致しているので、実施例１の犠牲材料を共押出のために使用する。インク及び犠牲原料を、それぞれの材料を、別個の分配装置、例えば、容量形ポンプ又は空気圧式注入器ポンプの中に入れることによって、太陽電池基体の上に共押出する。これらのポンプを、次いで、共押出プリントヘッドの入口部に連結する。それぞれのポンプによって、圧力を犠牲原料及びインクに掛けて、流体がプリントヘッドの中に流れるようにする。プリントヘッドの内部で、流体は、犠牲原料及びインクを、それらのそれぞれのチャネルの配列に分配する、別個のプレナムによって別個のチャネルの配列に分配される。チャネルから、流体は、ノズルの配列に入り、そこで、犠牲原料及びインクの層流が、共通の層流に組み合わせられ、これがプリントヘッドの出口ノズルオリフィスから共押出される。基体は、制御された速度で、基体とプリントヘッドとの間の制御された分離距離で、プリントヘッドに対して移動される。これにより、０．３よりも大きいアスペクト比及び犠牲材料の取り巻き部分を有するリボン状のインクを含む、基体の上に堆積された流体のビードになる。
【０１１３】
共押出犠牲原料及び銀インクの焼成は、犠牲原料を完全に燃え尽くし、導電性インクを焼結し、太陽電池基体上に導電性銀トレース又はラインを残す。
［比較例３−４］
インク及び充填材含有犠牲材料の共押出
比較例１及び２の充填材を含む犠牲原料を、実施例１の犠牲原料の代わりに使用する以外は、実施例４の手順を繰り返す。犠牲原料及び銀インクのそれぞれの共押出リボン状物の焼成は、犠牲原料の不完全な燃え尽くしを生じ、焼結した導電性インクと並んで犠牲原料残渣を残す。この犠牲原料残渣は、太陽電池基体を部分的に覆い、太陽電池の低下した効率を引き起こす。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の開示に従って形成されたグリッドラインを含む、光起電力（太陽）電池を示す。
【図２】代表的なプラズマディスプレイパネルの一部を示す、単純化した断面側面図を示す。
【図３】実施例３の材料に関する、剪断粘度（Ｐａ−ｓ）対剪断速度（１／秒）のプロットを示す。
【図１】
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【図２】
0005276410.tif 000010
【図３】
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