(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、導電性ペーストを製造する際に使用される無機反応系、金属粒子と、開示されているような無機反応系と、有機媒剤とを含む導電性ペースト組成物、バインダーと、界面活性剤と、溶媒と、チキソトロープ剤とを含む有機媒剤を提供する。【解決手段】無機反応系は、鉛含有組成物と、テルル元素とを含み、鉛含有組成物は、無機反応系の５〜９５重量％であり、テルル元素は、無機反応系の５〜９５重量％である。さらに好ましくは、鉛含有組成物は、無機反応系の４０〜９０重量％であり、テルル元素は、無機反応系の１０〜４０重量％である。鉛含有組成物は、ガラスフリットであってもよく、さらに酸化鉛を含んでいてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機反応系であって、鉛含有組成物とテルル元素とを含み、鉛含有組成物が、無機反応系の５〜９５重量％であり、テルル元素が、無機反応系の５〜９５重量％である、無機反応系。
【請求項２】
鉛含有組成物が、無機反応系の４０〜９０重量％であり、テルル元素が、無機反応系の１０〜４０重量％である、請求項１に記載の無機反応系。
【請求項３】
鉛含有組成物が、ガラスフリット、好ましくは、アモルファス構造または部分的に結晶性の構造を有するガラスフリットである、請求項１〜２に記載の無機反応系。
【請求項４】
鉛含有組成物が、酸化鉛を含む、請求項１〜３に記載の無機反応系。
【請求項５】
鉛含有組成物が、約１０〜９０重量％、好ましくは、約４５〜７５重量％の酸化鉛を含む、
請求項１〜４に記載の無機反応系。
【請求項６】
金属粒子と；
請求項１〜５に記載の無機反応系と；
有機媒剤と、を含む、導電性ペースト組成物。
【請求項７】
金属粒子が、銀、金、銅、ニッケルのうち、少なくとも１つである、請求項６に記載の導電性ペースト。
【請求項８】
金属粒子が、銀である、請求項６〜７に記載の導電性ペースト。
【請求項９】
金属粒子が、ペーストの固形含有量の約７５〜９５重量％である、請求項６〜８に記載の導電性ペースト。
【請求項１０】
有機媒剤が、バインダーと、界面活性剤と、有機溶媒と、チキソトロープ剤とを含む、請求項６〜９に記載の導電性ペースト。
【請求項１１】
有機媒剤が、エチルセルロースまたはフェノール樹脂、アクリル、ポリビニルブチラールまたはポリエステル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンまたはポリウレタン樹脂、またはロジン誘導体のうち、少なくとも１つを含むバインダーを含む、請求項１０に記載の導電性ペースト。
【請求項１２】
有機媒剤が、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ベンゾトリアゾール、ポリ（エチレングリコール）酢酸、ラウリン酸、オレイン酸、カプリン酸、ミリスチン酸、リノール酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸塩、パルミチン酸塩、およびこれらの混合物のうち少なくとも１つを含む界面活性剤を含む、請求項１０〜１１に記載の導電性ペースト。
【請求項１３】
有機媒剤が、カルビトール、テルピネオール、ヘキシルカルビトール、テキサノール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテートまたはジメチルアジペート、またはグリコールエーテルのうち少なくとも１つを含む溶媒を含む、請求項１０〜１２に記載の導電性ペースト。
【請求項１４】
バインダーが、有機媒剤の約１〜１０重量％である、請求項１０〜１３に記載の導電性ペースト。
【請求項１５】
界面活性剤が、有機媒剤の約１〜１０重量％である、請求項１０〜１４に記載の導電性ペースト。
【請求項１６】
有機溶媒が、有機媒剤の約５０〜７０％重量％である、請求項１０〜１５に記載の導電性ペースト。
【請求項１７】
チキソトロープが、有機媒剤の約０．１〜５重量％である、請求項１０〜１６に記載の導電性ペースト。
【請求項１８】
請求項６〜１７に記載の導電性ペーストをシリコンウエハに塗布し、適切なプロフィールに従ってシリコンウエハを焼成することによって製造される太陽電池。
【請求項１９】
電気的に接続した請求項１８に記載の太陽電池を備える、太陽電池モジュール。
【請求項２０】
太陽電池を製造する方法であって、
シリコンウエハを提供する工程と、
請求項６〜１７に記載の導電性ペーストをシリコンウエハに塗布する工程と、
適切なプロフィールに従ってシリコンウエハを焼成する工程と、を含む、方法。
【請求項２１】
シリコンウエハが反射防止コーティングを備えている、請求項２０に記載の太陽電池を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１２年１月２３日に出願された米国仮出願第６１／５８９，７２７号の優先権を主張し、この開示内容は、全体的に参照により組み込まれる。
【０００２】
本発明は、ソーラーパネル技術で利用されるような導電性ペーストに関する。具体的には、１つの態様では、本発明は、導電性ペーストに使用するための無機反応系に関する。本発明の別の態様は、導電性金属成分と、無機反応系と、有機媒剤とを含む導電性ペースト組成物に関する。本発明の別の態様は、導電性金属と、無機反応系と、有機媒剤とを含む導電性ペーストをシリコンウエハに塗布することによって製造される太陽電池に関する。本発明のさらに別の態様は、導電性ペーストをシリコンウエハに塗布することによって製造された太陽電池を用いて組み立てられた太陽電池モジュールに関し、ここで、導電性ペーストは、導電性金属と、無機反応系と、有機媒剤とを含む。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池は、光起電力効果を用い、光のエネルギーを電気に変換するデバイスである。ソーラーパワーは、維持利用可能であり、公害のない副生成物しか生み出さないため、魅力的な環境に優しいエネルギー源である。従って、研究の大きな関心は、現在は、材料および製造にかかる費用を継続的に低く抑えつつ、効率を高めた太陽電池を開発することに向けられている。
【０００４】
光が太陽電池に当たると、入射光の一部が表面で反射し、残りの光は太陽電池内部へと透過する。透過した光／光子は、太陽電池によって吸収され、ここで、太陽電池は、通常は、シリコンのような半導体材料で作られている。吸収された光子エネルギーは、半導体材料の原子から電子を励起させ、電子−正孔対を発生させる。次いで、これらの電子−正孔対は、ｐ−ｎ接合部で分離され、太陽電池表面に塗布された導電性電極に集められる。これらの導電性電極は、典型的には、導電性ペースト組成物を含む。
【０００５】
典型的な導電性ペーストは、金属粒子と、ガラスフリットと、有機媒剤とを含む。これらの成分は、通常は、得られる太陽電池の理論電位を完全に利用するように選択される。金属粒子は、表面電極の導電性成分として働く。有機媒剤は、全ての成分を混合する媒体となる。ガラスフリット成分には多くの目的があり、その１つは、電極とその下にあるシリコン表面との接触をよくすることである。導電性ペーストとシリコン表面との接点、および金属粒子自体との接点を最大にすることが望ましく、そうすれば、電荷キャリアを、この界面を通って、次いで表面電極を通って流すことができる。導電性ペースト中のガラス粒子は、金属とその下にあるシリコン基材との接点をペーストが作り出すことによって、媒体を与える。ガラス成分は、最適な接点を達成するために特殊な性質をもっていなければならない。従って、その目的は、太陽電池の効率を高めつつ、接触抵抗をできるだけ小さくすることである。既知のガラス組成物は、電極とシリコンウエハとの接点でガラスが絶縁効果をもつため、高い接触抵抗を有する。さらに、ガラスフリットは、幅広い融点範囲を有することが知られており、処理パラメータによっては、その挙動が強くなる。従って、電気特性を改良した導電性ペースト組成物が望ましい。具体的には、改良したガラスフリット成分を含む導電性ペースト組成物が必要である。
【０００６】
米国特許出願公開第２０１１／０３０８５９５  Ａ１号には、１つ以上の絶縁層を有する太陽電池デバイスの前面に印刷するための厚膜ペーストが開示されている。厚膜ペーストは、有機媒体に分散した導電性金属と鉛テルル酸化物とを含む。鉛テルル酸化物は、ペーストの固形分の０．５〜１５重量％の量で存在し、鉛とテルルのモル比は、５／９５〜９５／５である。鉛テルル酸化物（Ｐｂ−Ｔｅ−Ｏ）は、ＴｅＯ２と酸化鉛の粉末を混合し、この粉末混合物を空気中または酸素を含有する雰囲気下で加熱して溶融物を作成し、この溶融物を急冷し、急冷した材料を研磨し、ボールミルで粉砕し、粉砕した材料をふるい分けし、所望の粒径の粉末を得ることによって調製される。
【０００７】
米国特許第５，０６６，６２１号（「６２１号特許」）には、重量％で１３〜５０％の酸化鉛と、２０〜５０％の酸化バナジウムと、２〜４０％の酸化テルルと、４０％までの酸化セレンと、１０％までの酸化リンと、５％までの酸化ニオブと、２０％までの酸化ビスマスと、５％までの酸化銅と、１０％までの酸化ホウ素を含むシーリングガラス組成物、および重量％で５０〜７７％の銀と、８〜３４％の上に記載したシーリングガラス組成物と、０．２〜１．５％の樹脂およびチキソトロープと、１０〜２０％の有機溶媒とを含む導電性配合物が開示されている。６２１号特許は、酸化テルルの好ましい範囲が９〜３０重量％であることを開示している。
【０００８】
米国特許出願公開第２０１１／０１９２４５７号（「４５７号公開公報」）には、導電性粒子と、有機バインダーと、溶媒と、ガラスフリットと、アルカリ土類金属を含む有機化合物と、低融点金属または低融点金属と関連する化合物とを含む導電性ペーストが開示されている。４５７号公開公報は、ビスマス（Ｂｉ）を含有するガラスフリットおよびバリウム（Ｂａ）を含有するガラスフリットの使用を教示している。
【０００９】
米国特許出願公開第２０１０／００３７９５１号には、１つ以上の反応性金属と１つ以上の非反応性金属とを含有する精密に分割された多元素の金属粉末を作る方法が開示されている。反応性金属としては、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）といった金属またはこれらの混合物が挙げられる。非反応性金属としては、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、金（Ａｕ）、カドミウム（Ｃｄ）、ベリリウム（Ｂｅ）、テルル（Ｔｅ）といった金属または混合物が挙げられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、鉛含有組成物とテルル元素とを含み、鉛含有組成物が、無機反応系の５〜９５重量％であり、テルル元素が、無機反応系の５〜９５重量％である、無機反応系を提供する。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、無機反応系は、無機反応系の４０〜９０重量％の鉛含有組成物と、無機反応系の１０〜４０重量％のテルル元素とを含む。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、鉛含有組成物は、アモルファス構造または部分的に結晶性の構造を有するガラスフリットである。本発明の別の態様によれば、鉛含有組成物は、酸化鉛を含む。本発明のさらに別の態様によれば、鉛含有組成物は、約５〜９５重量％、好ましくは、約１０〜９０重量％、さらに好ましくは、約４０〜８０重量％、さらになお好ましくは、約４５〜７５重量％の酸化鉛を含む。別の実施形態では、鉛含有組成物は、約１０〜４５重量％、好ましくは、約１０〜４０重量％、さらに好ましくは、約１０〜１５重量％の酸化鉛を含む、低鉛組成物である。
【００１３】
本発明はまた、金属粒子と、無機反応系と、有機媒剤とを含む導電性ペースト組成物を提供する。
【００１４】
本発明の１つの態様によれば、導電性ペースト中の金属粒子は、銀、金、銅、ニッケルのうち、少なくとも１つである。本発明の別の態様によれば、導電性ペースト中の金属粒子は、銀である。本発明の別の態様によれば、導電性ペースト中の金属粒子は、ペーストの約７５〜９５重量％である。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、有機媒剤は、バインダーと、界面活性剤と、有機溶媒と、チキソトロープ剤とを含む。本発明の別の態様によれば、バインダーは、有機媒剤の約１〜１０重量％であり、エチルセルロースまたはフェノール樹脂、アクリル、ポリビニルブチラールまたはポリエステル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンまたはポリウレタン樹脂、またはロジン誘導体のうち、少なくとも１つを含む。界面活性剤は、有機媒剤の約１〜１０重量％であり、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、ラウリン酸、オレイン酸、カプリン酸、ミリスチン酸、リノール酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸塩、パルミチン酸塩、およびこれらの混合物のうち少なくとも１つを含む。有機溶媒は有機媒剤の約５０〜７０％重量％であり、カルビトール、テルピネオール、ヘキシルカルビトール、テキサノール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテートまたはジメチルアジペート、またはグリコールエーテルのうち少なくとも１つを含む。チキソトロープ剤は、有機媒剤の約０．１〜５重量％である。
【００１６】
本発明は、さらに、本発明の導電性ペーストをシリコンウエハに塗布し、シリコンウエハを焼成することによって製造される太陽電池を提供する
【００１７】
本発明は、さらに、本発明の導電性ペーストを用いて作られた本発明の太陽電池が電気的に接続したものを備える、太陽電池モジュールを提供する。
【００１８】
本発明は、さらに、反射防止コーティングを有するシリコンウエハを提供する工程と、本発明の導電性ペーストをシリコンウエハに塗布する工程と、シリコンウエハを焼成する工程とを含む、太陽電池を製造する方法を提供する。
【００１９】
添付の図面と併せて考慮しつつ、以下の詳細な記載を参照することによって本発明をよりよく理解すれば、本発明および付随する多くの利点のさらに完全な理解は、簡単に得られるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態に従って組み立てられた太陽電池の断面図である。
【図２】図２は、本発明の例示的な実施形態に従って、表面に印刷された保護層を有する図１の太陽電池の断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の例示的な実施形態の太陽電池を製造するために用いられる、ドープされたシリコンウエハの断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の例示的な実施形態の導電性ペーストが表面に印刷された図３Ａのドープされたシリコンウエハの断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の例示的な実施形態に従って塗布された前面電極を有する図３Ｂのドープされたシリコンウエハの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、太陽電池を製造する際に使用される導電性ペースト組成物に関する。導電性ペーストは、典型的には、金属粒子と、ガラスフリットと、有機媒剤とを含む。このような用途に限定されないが、このペーストは、太陽電池の上に電気接触層または電極を作成するために使用されてもよい。具体的には、このペーストは、太陽電池の前面または背面に塗布され、電池間に導電性を生じさせる経路を与えてもよい。
【００２２】
（無機反応系（ＩＲＳ））
１つの態様において、本発明は、例えば、導電性ペースト組成物に使用するための無機反応系に関する。
【００２３】
本発明のＩＲＳは、従来のガラスフリット成分の役割に代わるものである。第１に、ＩＲＳは、金属粒子を運ぶ媒体を与え、ペーストから金属導電体と半導体基材との界面に金属粒子を移動させることができる。また、ＩＲＳは、その界面でペースト成分が物理的および化学的な反応を受ける反応媒体を与える。物理的な反応としては、限定されないが、溶融、溶解、拡散、焼結、沈殿、結晶化が挙げられる。化学的な反応としては、限定されないが、合成（新しい化学結合を作ること）および分解、還元および酸化、および相転移が挙げられる。最後に、ＩＲＳは、金属導電体と半導体基材との結合を与える接着媒体として作用することによって、ソーラーデバイスの寿命の間に信頼性の高い電気接点性能を確保する。同じ効果を達成することを意図しているものの、既存のガラスフリット組成物は、金属層とシリコンウエハの界面におけるガラスの絶縁効果のため、高い接触抵抗を生じてしまうことがある。本発明のＩＲＳは、運ぶ媒体、反応媒体および接着媒体として作用するが、かなり低い接触抵抗を与え、全体的な電池効率が高い。本発明によれば、ＩＲＳは、ペーストの約１〜１５重量％、好ましくは、約２〜８重量％、さらになお好ましくは、ペーストの約３〜５重量％である。
【００２４】
さらに具体的には、本発明のＩＲＳは、太陽電池中の金属導電体（例えば、銀）と半導体のエミッタ（例えば、シリコン基材）の間の改良されたオーミック接触およびショットキー接触を提供する。本発明のＩＲＳは、シリコンに対する反応媒体であり、例えば、直接的な接触またはトネリングのような、全体的な接触機構を改善するシリコンエミッタ上に、活性な領域を作り出す。この改善された接触特性によって、良好なオーミック接触およびショットキー接触が得られ、従って、全体的な太陽電池の性能が良くなる。
【００２５】
本発明のＩＲＳは、結晶性または部分的に結晶性の材料を含んでいてもよい。ＩＲＳは、ガラス、セラミック、または高温でマトリックスを生成し得る当該技術分野で既知の任意の材料を含んでいてもよい。導電性ペーストで従来から使用されているガラスフリットは、使用可能なこの種の材料のほんの一例である。別の例は、アモルファス、結晶性、または半結晶性の材料、例えば、ＩＲＳおよび導電性ペーストを焼成する温度でマトリックスを形成し得る酸化物の混合物である。本発明のＩＲＳは、さらに、限定されないが、酸化物、塩、フッ化物および硫化物、およびアロイおよび電気材料のような種々の化合物を含んでいてもよい。
【００２６】
さらに、ＩＲＳは、さらに、ガラス転移温度のような処理パラメータを調節すること、または、シリコン基材との接触特性を最適化するといったＩＲＳ性能を高めることが当業者に知られている酸化物または化合物を含んでいてもよい。例えば、ＩＲＳは、ケイ素、ホウ素、アルミニウム、ビスマス、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、亜鉛、チタン、ジルコニウムまたはリンの酸化物または他の化合物を含んでいてもよい。他のマトリックス形成剤または調節剤、例えば、酸化ゲルマニウム、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化インジウム、他のアルカリ金属およびアルカリ土類金属（例えば、Ｋ、Ｒｂ、ＣｓおよびＢｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）の化合物、希土類酸化物（例えば、Ｌａ２Ｏ３、酸化セリウム）、酸化リンまたは金属リン酸化物、遷移金属酸化物（例えば、酸化銅および酸化クロム）、金属ハロゲン化物（例えば、フッ化鉛およびフッ化亜鉛）が、ＩＲＳ組成物の一部であってもよい。本明細書に開示される特定の実施形態によれば、ＩＲＳは、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ、ＡｇＯ、ＭｏＯ３、ＴｉＯ２、ＴｅＯ２、ＣｏＯ、Ｃｏ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣｅＦ４、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＰｂＯ、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、Ａｇ３ＰＯ４、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、Ｎｉ３（ＰＯ４）２、ＮｉＯ、またはリン酸リチウムからなる群から選択される少なくとも１つの添加剤を含んでいてもよい。
【００２７】
ＩＲＳ材料が、種々の形状、表面の性質、大きさ、表面積対体積比、およびコーティング層を示してもよいことは、当業者にはよく知られている。多くの形状のＩＲＳ材料粒子が当業者には知られている。例としては、球状、角のある形状、細長い形状（棒状または針状）、平坦形状（シート状）がある。また、ＩＲＳ粒子は、異なる形状の粒子の組み合わせとして存在していてもよい。有利な焼結、接着、製造される電極の電気的接触および導電性を与える形状を有するＩＲＳ粒子、または形状の組み合わせを有するＩＲＳ粒子が、本発明で好ましい。
【００２８】
粒子表面の形状および表面を特性決定する方法は、表面積対体積比によるものがある。粒子の最も小さな表面積対体積比は、平坦な表面を有する球によって具現化される。形状が均一ではなく、平らではないほど、表面積対体積比は大きくなるだろう。本発明の１つの実施形態では、高い表面積対体積比を有するＩＲＳ粒子が好ましく、好ましくは、約１．０×１０７〜約１．０×１０９ｍ−１、さらに好ましくは、約５．０×１０７〜約５．０×１０８ｍ−１、最も好ましくは、約１．０×１０８〜５．０×１０８ｍ−１の範囲である。本発明の別の実施形態では、低い表面積対体積比を有するＩＲＳ粒子が好ましく、好ましくは、約６×１０５〜約８．０×１０６ｍ−１、さらに好ましくは、約１．０×１０６〜約６．０×１０６ｍ−１、最も好ましくは、約２．０×１０６〜約４．０×１０６ｍ−１の範囲である。
【００２９】
平均粒子直径ｄ５０、および関連するパラメータであるｄ１０およびｄ９０は、当業者ならよく知っている粒子の特徴である。本発明によれば、ＩＲＳ粒子の平均粒子直径ｄ５０が、約０．５〜約１０μｍ、さらに好ましくは、約１〜約７μｍ、最も好ましくは、約１〜約５μｍの範囲であることが好ましい。粒子直径ｄ５０の決定は、当業者にはよく知られている。
【００３０】
ＩＲＳ粒子は、表面コーティングを有する状態で存在してもよい。当業者に知られており、本発明の内容に適していると考えられる任意のコーティングを、ＩＲＳ粒子に使用してもよい。本発明の好ましいコーティングは、導電性ペーストの印刷特性、焼結特性、エッチング特性の向上を促進するコーティングである。このようなコーティングが存在する場合、本発明によれば、それぞれ、ＩＲＳ粒子の合計重量を基準として、コーティングが、約１０重量％以下、好ましくは、約８重量％以下、最も好ましくは、約５重量％以下に対応することが好ましい。
【００３１】
（テルルを含有するＩＲＳ）
本発明の好ましい実施形態は、鉛含有組成物とテルル元素添加剤とを含み、鉛含有組成物が、酸化鉛を含むガラスフリットであるような、導電性ペーストに使用されるＩＲＳに関する。テルル元素が含まれると、半導体のエミッタとの接点が非常に向上する。鉛含有組成物は、ＩＲＳの５〜９５重量％であり、さらに好ましくは、ＩＲＳの４０〜９０重量％である。テルル元素は、ＩＲＳの５〜９５重量％であり、さらに好ましくは、ＩＲＳの１０〜４０重量％である。
【００３２】
テルル元素は、脆い銀白色の外観を有することを特徴とする化学元素である。テルルは、原子番号が５２であり、元素記号はＴｅである。標準的な原子量は１２７．６０であり、融点は４４９．５１℃である。本来、テルル元素は、六方晶型の結晶構造を有するが、テルルは、テルル酸溶液のような溶液から析出されることによってアモルファス形態で作ることができる。テルル元素は、半金属であり、金属と非金属両方の性質を有する。半導体と似た導電性挙動を示し、光にあてると、導電性がわずかに増加する。テルル元素の純度は、通常は９９％を超えており、純度は、典型的には、９９．５〜９９．９％の範囲である。本発明の目的で、テルル元素は、９９％を超える純度を有することは必要ではなく、９０〜９９％の範囲の純度で使用することができる。
【００３３】
１つの実施形態では、鉛含有組成物は、実質的にアモルファスである。別の実施形態では、鉛含有組成物は、結晶相または化合物を包含している。さらなる実施形態では、鉛含有組成物は、当業者に知られている結晶性またはアモルファスの酸化鉛または化合物の混合物であってもよい。
【００３４】
好ましい実施形態では、鉛含有組成物は、出発物質として、鉛を含有する化合物を含む、（アモルファス構造または部分的に結晶性の構造を有する）ガラスフリットの一種である。ガラスフリット中の鉛の量が多いほど、ガラスのガラス転移点が低くなる。しかし、鉛の量が多いと、半導体基材の短絡が生じ、それによって、太陽電池の効率が低下することがある。好ましい実施形態では、酸化鉛を使用する。さらに好ましくは、ガラスフリットは、約５〜９５重量％、好ましくは、約１０〜９０重量％、さらに好ましくは、４０〜８０重量％、さらになお好ましくは、約４５〜７５重量％の酸化鉛を含む。別の実施形態では、ガラスフリットは、鉛の含有量が比較的低くてもよく、例えば、約５〜４５重量％、好ましくは、約１０〜４０重量％、さらに好ましくは、約１０〜１５重量％の酸化鉛を含んでいてもよい。
【００３５】
鉛を含有するガラスフリットは、当業者に既知の任意のプロセスによって作ることができる。例えば、粉末形態のガラスフリット成分を、Ｖ型ブレンダー（Ｖ−ｃｏｍｂ  ｂｌｅｎｄｅｒ）中で一緒に混合してもよい。次いで、この混合物を非常に高温になるまで（１２００℃付近）３０〜４０分間かけて加熱する。次いで、このガラスを急冷し、砂状の稠度にする。次いで、この粗いガラス粉末を、例えば、ボールミルまたはジェットミルで微細な粉末が得られるまで粉砕する。または、鉛を含有するガラスフリットは、酸化鉛、ハロゲン化鉛の塩、鉛カルコゲニド、炭酸鉛、硫酸鉛、リン酸鉛、硝酸鉛および有機金属鉛化合物、または熱分解中に酸化鉛または塩を形成し得る化合物を含んでいてもよい。別の実施形態では、酸化鉛をガラスフリットの形態にする第１のプロセスを必要とせず、酸化鉛を、本発明のＩＲＳの他の成分と直接混合してもよい。
【００３６】
（無機反応系の形成）
本明細書に記載のＩＲＳは、適切な量の個々の成分の粉末を混合し、粉末混合物を空気中または酸素を含有する雰囲気下で混合して溶融物を作成し、この溶融物を急冷し、急冷した材料を研磨し、ボールミルで粉砕し、粉砕した材料をふるい分けし、所望の粒径の粉末を得ることによって、当業者が知っている任意のプロセスによって製造することができる。例えば、粉末形態のガラスフリット成分を、Ｖ型ブレンダー中で一緒に混合してもよい。次いで、この混合物を３０〜４０分間かけて加熱する（例えば、８００〜１２００℃付近）。次いで、このガラスを急冷し、砂状の稠度にする。次いで、この粗いガラス粉末を、例えば、ボールミルまたはジェットミルで微細な粉末が得られるまで粉砕する。典型的には、無機反応系を、平均粒径が０．０１〜１０μｍ、好ましくは、０．１〜５μｍになるまで粉砕してもよい。
【００３７】
別の例では、従来の固相合成を用い、本明細書に記載されるＩＲＳを調製してもよい。この場合、原材料を溶融石英管またはタンタルまたは白金の管に減圧下で密閉し、次いで、約７００〜１２００℃まで加熱する。この材料をこの高温で約１２〜４８時間置き、次いで、ゆっくりと（約０．１℃／分で）室温まで冷却する。ある場合には、アルミナるつぼ中、空気中で固相反応を行ってもよい。
【００３８】
別の例では、共沈を用いてＩＲＳを作成してもよい。このプロセスでは、金属原子を還元し、ｐＨ値を調節することによって、または還元剤を組み込むことによって、金属カチオンを含有する溶液から、他の金属酸化物または水酸化物と共に沈殿させる。次いで、金属、金属酸化物または水酸化物の沈殿を乾燥させ、減圧下、約４００〜６００℃で焼成し、微粉末を作成する。
【００３９】
（導電性ペースト）
本発明はまた、導電性ペースト組成物に関する。本発明の好ましい導電性ペーストは、表面に塗布することができ、焼成すると、その表面と電気的に接触する固体電極体を生成することができるペーストである。ペーストの構成要素およびその比率は、ペーストが所望の特性を有するように当業者が選択することができる。
【００４０】
１つの実施形態では、導電性ペースト組成物は、導電性金属成分と、無機反応系（上に記載したいずれかの実施形態による）と、有機媒剤とを含む。
【００４１】
（導電性金属成分）
本発明の内容で、好ましい金属粒子は、金属の導電性を示す粒子、または焼成すると金属の導電性を示す物質を生じる粒子である。導電性ペースト中に存在する金属粒子は、焼成して導電性ペーストが焼結するときに作られる固体電極に金属の導電性を与える。有効に焼結し、高い導電性および低い接触抵抗を有する電極を与える金属粒子が好ましい。金属粒子は、当業者にはよく知られている。当業者に知られており、本発明の内容に適していると考えられるあらゆる金属粒子を、導電性ペーストの金属粒子として使用してもよい。本発明の好ましい金属粒子は、金属、アロイ、少なくとも２つの金属の混合物、少なくとも２つのアロイの混合物、または少なくとも１つの金属と少なくとも１つのアロイの混合物である。
【００４２】
本発明の金属粒子として使用可能な好ましい金属は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｄ、ＮｉまたはＰｂ、およびこれらの少なくとも２つの混合物であり、好ましくはＡｇである。本発明の金属粒子として使用可能な好ましいアロイは、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｗ、ＰｂおよびＰｄのリストから選択される少なくとも１つの金属、またはこれらの混合物を含むアロイ、またはこれらのアロイの２つ以上である。
【００４３】
本発明の１つの実施形態では、金属粒子は、１つ以上の異なる金属またはアロイでコーティングされた金属またはアロイを含み、例えば、銀でコーティングされた銅を含む。
【００４４】
好ましい実施形態では、金属粒子は、Ａｇを含む。別の実施形態では、金属粒子は、ＡｇとＡｌの混合物を含む。金属粒子は、金属原子、１つ以上の金属誘導体、またはこれらの混合物として存在していてもよい。適切な銀誘導体としては、例えば、銀アロイおよび／または銀塩、例えば、ハロゲン化銀（例えば、塩化銀）、硝酸銀、酢酸銀、トリフルオロ酢酸銀、オルトギ酸銀、およびこれらの組み合わせが挙げられる。
【００４５】
金属粒子のさらなる構成要素として、上述の構成要素に付け加えて、焼結特性、電気接触、作成した電極の接着および導電性をもっと好都合な状態にすることに関与する構成要素が本発明で好ましい。当業者が知っており、本発明の内容で適していると考えられる全てのさらなる構成要素を、金属粒子に使用してもよい。導電性ペーストが塗布される面に対して相補的なドーパントを表すさらなる構成要素が、本発明で好ましい。ｐ型のドープされたＳｉ層と接する電極を作成するとき、Ｓｉ中でｐ型ドーパントとして作用することが可能な添加剤が好ましい。好ましいｐ型ドーパントは、１３族元素、または焼成したときにこのような元素を与える化合物である。本発明のこの内容で好ましい１３族元素は、ＢおよびＡｌである。
【００４６】
金属粒子が、種々の形状、表面、大きさ、表面積対体積比、酸素含有量および酸化物層を示してもよいことは、当業者にはよく知られている。きわめて多くの形状が当業者には知られている。例としては、球状、角のある形状、細長い形状（棒状または針状）、平坦形状（シート状）がある。また、金属粒子は、異なる形状の粒子の組み合わせとして存在していてもよい。製造される電極に有利な焼結、電気的接触、接着および導電性を与える形状を有する金属粒子、または形状の組み合わせを有する金属粒子が、本発明で好ましい。表面の性質を考慮せずにこのような形状を特性決定する方法は、長さ、幅および厚みといったパラメータによる方法である。本発明の内容において、粒子の長さは、最も長い空間配置ベクトルの長さによって与えられ、その両方の終点が、粒子の中に含まれる。粒子の幅は、上に定義した長さベクトルに対して垂直の最も長い空間配置ベクトルの長さによって与えられ、その両方の終点が、粒子の中に含まれる。粒子の厚みは、上に定義した長さベクトルおよび幅ベクトルの両方に対して垂直の最も長い空間配置ベクトルの長さによって与えられ、その両方の終点が、粒子の中に含まれる。
【００４７】
本発明の１つの実施形態では、可能な限り均一な形状を有する金属粒子が好ましい（すなわち、長さ、幅および厚みに関する比率が、可能な限り１に近く、好ましくは、全ての比が約０．７〜約１．５、さらに好ましくは、約０．８〜約１．３、最も好ましくは、約０．９〜約１．２の範囲にある形状）。この実施形態において、金属粒子にとって好ましい形状の例は、球および立方体、またはこれらの組み合わせ、または１つ以上のこれらの形状と他の形状の組み合わせである。本発明の別の実施形態では、金属粒子は、均一性の低い形状、好ましくは、長さ、幅および厚みに関する比率のうち、少なくとも１つが、約１．５より大きく、さらに好ましくは、約３より大きく、最も好ましくは、約５より大きい形状を有することが好ましい。この実施形態の好ましい形状は、フレーク状、棒状または針状、またはフレーク状、棒状または針状と他の形状との組み合わせである。
【００４８】
種々の種類の表面が当業者に知られている。有効な焼結を容易にし、製造された電極の有利な電気接触および導電性を得るような表面の種類が、本発明の金属粒子の表面の種類にとって好ましい。
【００４９】
金属粒子の形状および表面を特性決定する別の方法は、表面積対体積比によるものである。粒子の最も小さな表面積対体積比は、平坦な表面を有する球によって具現化される。形状が均一ではなく、平らではないほど、表面積対体積比は大きくなるだろう。本発明の１つの実施形態では、高い表面積対体積比を有する金属粒子が好ましく、好ましくは、約１．０×１０７〜約１．０×１０９ｍ−１、さらに好ましくは、約５．０×１０７〜約５．０×１０８ｍ−１、最も好ましくは、約１．０×１０８〜５．０×１０８ｍ−１の範囲である。本発明の別の実施形態では、低い表面積対体積比を有する金属粒子が好ましく、好ましくは、約６×１０５〜約８．０×１０６ｍ−１、さらに好ましくは、約１．０×１０６〜約６．０×１０６ｍ−１、最も好ましくは、約２．０×１０６〜約４．０×１０６ｍ−１の範囲である。
【００５０】
平均粒子直径ｄ５０、および関連するパラメータであるｄ１０およびｄ９０は、当業者ならよく知っている粒子の特徴である。本発明によれば、金属粒子の平均粒子直径ｄ５０が、約２〜約４μｍ、さｒさに好ましくは、約２．５〜約３．５μｍ、最も好ましくは、約２．８〜約３．２μｍの範囲であることが好ましい。粒子直径ｄ５０の決定は、当業者にはよく知られている。
【００５１】
本発明の１つの実施形態では、金属粒子は、ｄ１０が約１．５μｍより大きく、好ましくは、約１．７μｍより大きく、さらに好ましくは、約１．９μｍより大きい。ｄ１０の値は、ｄ５０の値を超えないはずである。
【００５２】
本発明の１つの実施形態では、金属粒子は、ｄ９０が約６μｍ未満、好ましくは、約５μｍ未満、さらに好ましくは、約４．５μｍ未満である。ｄ９０の値は、ｄ５０より小さくはないはずである。
【００５３】
金属粒子は、表面コーティングを有する状態で存在してもよい。当業者に知られており、本発明の内容に適していると考えられる任意のコーティングを、金属粒子に使用してもよい。本発明の好ましいコーティングは、導電性ペーストの印刷特性、焼結特性、エッチング特性の向上を促進するコーティングである。このようなコーティングが存在する場合、本発明によれば、それぞれ、金属粒子の合計重量を基準として、コーティングが、約１０重量％以下、好ましくは、約８重量％以下、最も好ましくは、約５重量％以下に対応することが好ましい。
【００５４】
１つの実施形態では、金属粒子は、（ペーストの）約５０重量％より多く、好ましくは、約７０重量％より多く、最も好ましくは、約８０重量％より多い。
【００５５】
（有機媒剤）
本発明の内容で好ましい有機媒剤は、導電性ペーストの構成要素が、溶解した形態、乳化した形態または分散した形態で存在することを確保するような、１つ以上の溶媒、好ましくは、有機溶媒に基づく溶液、エマルションまたは分散物である。好ましい有機媒剤は、導電性ペースト中で構成要素の最適な安定を与え、有効な線印刷適性を可能にする導電性ペーストを与えるような有機媒剤である。
【００５６】
１つの実施形態では、有機媒剤は、有機溶媒と、バインダー（例えば、ポリマー）、界面活性剤またはチキソトロープ剤、またはこれらの任意の組み合わせのうち、１つ以上とを含む。例えば、１つの実施形態では、有機媒剤は、有機溶媒中に１つ以上のバインダーを含む。
【００５７】
本発明の内容で好ましいバインダーは、好都合な安定性、印刷特性、粘度、焼結特性およびエッチング特性を有する導電性ペーストの生成に貢献するバインダーである。バインダーは、当業者にはよく知られている。当業者に知られており、本発明の内容で適切であると考えられる全てのバインダーを、有機媒剤のバインダーとして使用してもよい。本発明の好ましいバインダー（「樹脂」と呼ばれるカテゴリーに含まれることが多い）は、ポリマーバインダー、モノマーバインダー、ポリマーとモノマーの組み合わせであるバインダーである。ポリマーバインダーは、少なくとも２つの異なるモノマー単位が１個の分子内に含まれるコポリマーであってもよい。好ましいポリマーバインダーは、ポリマー主鎖に官能基を有するポリマーバインダー、主鎖からはずれたところに官能基を有するポリマーバインダー、主鎖の中および主鎖からはずれたところの両方に官能基を有するポリマーバインダーである。主鎖に官能基を有する好ましいポリマーは、例えば、ポリエステル、置換ポリエステル、ポリカーボネート、置換ポリカーボネート、主鎖に官能基を有するポリマー、高分子の糖（ｐｏｌｙ−ｓｕｇａｒ）、置換された高分子の糖、ポリウレタン、置換ポリウレタン、ポリアミド、置換ポリアミド、フェノール樹脂、置換フェノール樹脂、上述の１つ以上のポリマーのモノマーと場合により他のモノマーとのコポリマー、またはこれらの２つ以上の組み合わせである。主鎖に環状基を有する好ましいポリマーは、例えば、ポリビニルブチラート（ＰＶＢ）およびその誘導体、およびポリ−テルピネオールおよびその誘導体、またはこれらの混合物である。好ましい高分子の糖は、例えば、セルロースおよびそのアルキル誘導体、好ましくは、メチルセルロース、エチルセルロース、プロピルセルロース、ブチルセルロース、およびこれらの誘導体、およびこれらの少なくとも２つの混合物である。主鎖からはずれたところに官能基を有する好ましいポリマーは、アミド基を有するポリマー、多くはアクリル樹脂と呼ばれる、酸および／またはエステル基を有するポリマー、または上述の官能基の組み合わせを有するポリマー、またはこれらの組み合わせである。主鎖からはずれたところに環状基を有する好ましいポリマーは、例えば、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）およびその誘導体である。主鎖からはずれたところに酸および／またはエステル基を有する好ましいポリマーは、例えば、ポリアクリル酸およびその誘導体、ポリメタクリレート（ＰＭＡ）およびその誘導体、またはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）およびその誘導体、またはこれらの混合物である。本発明の好ましいモノマーバインダーは、エチレングリコール系モノマー、テルピネオール樹脂またはロジン誘導体、またはこれらの混合物である。エチレングリコールに基づく好ましいモノマーバインダーは、エーテル基を有するものまたはエステル基を有するもの、または、エーテル基およびエステル基を有するものであり、好ましいエーテル基は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチルヘキシルおよびそれより高級のアルキルエーテルであり、好ましいエステル基は、酢酸エステルおよびそのアルキル誘導体、好ましくは、エチレングリコールモノブチルエーテルモノアセテートまたはその混合物である。アルキルセルロースは、好ましくは、エチルセルロース、その誘導体、および上のバインダーリストからの他のバインダーまたはその他とのこれらの混合物が、本発明の内容で最も好ましいバインダーである。バインダーは、有機媒剤の約１〜１０重量％、好ましくは、約２〜８重量％、さらに好ましくは、約３〜７重量％の量で存在していてもよい。
【００５８】
本発明の好ましい溶媒は、焼成中にペーストからかなりの程度まで除去され、好ましくは、焼成後に、焼成前と比較して少なくとも約８０％まで絶対量が減少した状態で存在し、好ましくは、焼成前と比較して少なくとも約９５％まで減少した状態で存在する導電性ペーストの構成要素である。本発明の好ましい溶媒は、好都合な粘度、印刷適性、安定性および焼結特性を有し、好都合な導電性および基材に対する電気接触を有する電極が得られるような、導電性ペーストを作成することができる溶媒である。溶媒は、当業者にはよく知られている。当業者に知られており、本発明の内容で適していると考えられる全ての溶媒を、有機媒剤の溶媒として使用してもよい。本発明によれば、好ましい溶媒は、上述のような導電性ペーストの好ましい高レベルな印刷適性を達成することができる溶媒である。本発明の好ましい溶媒は、標準的な周囲温度および周囲圧力（ＳＡＴＰ）（２９８．１５Ｋ、２５℃、７７°Ｆ）、１００ｋＰａ（１４．５０４ｐｓｉ、０．９８６ａｔｍ）で液体として存在する溶媒であり、好ましくは、沸点が約９０℃より高く、融点が約−２０℃より高い溶媒である。本発明の好ましい溶媒は、極性または非極性であり、プロトン性または非プロトン性であり、芳香族または非芳香族である。本発明の好ましい溶媒は、モノアルコール、ジアルコール、ポリアルコール、モノエステル、ジエステル、ポリエステル、モノエーテル、ジエーテル、ポリエーテル、これらのカテゴリーの官能基を少なくとも１個以上と、場合により、好ましくは、環状基、芳香族基、不飽和結合、１個以上のＯ原子がヘテロ原子でと置き換わっているアルコール基、１個以上のＯ原子がヘテロ原子でと置き換わっているエーテル基、１個以上のＯ原子がヘテロ原子でと置き換わっているエステルを含む他の官能基のカテゴリーも含む溶媒、および上述の溶媒の２つ以上の混合物である。この内容で好ましいエステルは、アジピン酸のジアルキルエステルであり、好ましいアルキル構成部分は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシルおよびこれより高級のアルキル基、またはこのようなアルキル基の２つ以上の組み合わせ、好ましくは、アジピン酸ジメチル、および２つ以上のアジピン酸エステルの混合物である。この内容で好ましいエーテルは、ジエーテル、好ましくは、エチレングリコールのジアルキルエーテルであり、好ましいアルキル構成部分は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシルおよびこれより高級のアルキル基、またはこのようなアルキル基の２つ以上の組み合わせ、および２つのジエーテルの混合物である。この内容で好ましいアルコールは、一級、二級および三級のアルコール、好ましくは、三級アルコールであり、テルピネオールおよびその誘導体が好ましく、または２つ以上のアルコールの混合物が好ましい。１個より多い異なる官能基を組み合わせた好ましい溶媒は、テキサノールと呼ばれることが多い２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレートおよびその誘導体、カルビトールとして知られることが多い２−（２−エトキシエトキシ）エタノール、そのアルキル誘導体、好ましくは、メチルカルビトール、エチルカルビトール、プロ���ルカルビトール、ブチルカルビトール、ペンチルカルビトール、ヘキシルカルビトール、好ましくは、ヘキシルカルビトールまたはブチルカルビトール、これらの酢酸誘導体、好ましくは、ブチルカルビトールアセテート、または上述の少なくとも２つ以上の混合物である。有機溶媒は、有機媒剤の約３０〜約９０重量％、さらに好ましくは、約５０〜７０重量％の量で存在していてもよい。
【００５９】
有機媒剤はまた、界面活性剤および／または添加剤を含んでいてもよい。本発明の内容で好ましい界面活性剤は、好都合な安定性、印刷特性、粘度、焼結特性およびエッチング特性を有する導電性ペースト作成に貢献する界面活性剤である。界面活性剤は、当業者にはよく知られている。当業者に知られており、本発明の内容で適していると考えられる全ての界面活性剤を、有機媒剤の界面活性剤として使用してもよい。本発明の内容で好ましい界面活性剤は、直鎖、分枝鎖、芳香族鎖、フッ素化鎖、シロキサン鎖、ポリエーテル鎖およびこれらの組み合わせに基づく界面活性剤である。好ましい界面活性剤は、一本鎖、二本鎖、または多くの鎖を有する。本発明の好ましい界面活性剤は、非イオン性、アニオン性、カチオン性、または双性イオン性の頭部を有する。好ましい界面活性剤は、ポリマーおよびモノマー、またはこれらの混合物である。本発明の好ましい界面活性剤は、顔料親和性基を有していてもよく、好ましくは、顔料親和性基を有するヒドロキシ官能性カルボン酸エステル（例えば、ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ（登録商標）−１０８、ＢＹＫ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ．製）、顔料親和性基を有するアクリレートコポリマー（例えば、ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ（登録商標）−１１６、ＢＹＫ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ．製）、顔料親和性基を有する改質ポリエーテル（例えば、ＴＥＧＯ（登録商標）  ＤＩＳＰＥＲＳ  ６５５、Ｅｖｏｎｉｋ  Ｔｅｇｏ  Ｃｈｅｍｉｅ  ＧｍｂＨ製）、顔料親和性基を有する他の界面活性剤（例えば、ＴＥＧＯ（登録商標）ＤＩＳＰＥＲＳ  ６６２  Ｃ、Ｅｖｏｎｉｋ  Ｔｅｇｏ  Ｃｈｅｍｉｅ  ＧｍｂＨ製）であってもよい。上のリストにない本発明の他の好ましいポリマーは、ポリエチレングリコールおよびその誘導体、およびアルキルカルボン酸およびその誘導体または塩、またはこれらの混合物である。本発明の好ましいポリエチレングリコール誘導体は、ポリ（エチレングリコール）酢酸である。好ましいアルキルカルボン酸は、完全に飽和であり、１個または複数の不飽和アルキル鎖を有するもの、またはこれらの混合物である。飽和アルキル鎖を有する好ましいカルボン酸は、炭素原子が約８〜約２０個の範囲のアルキル鎖を有するもの、好ましくは、Ｃ９Ｈ１９ＣＯＯＨ（カプリン酸）、Ｃ１１Ｈ２３ＣＯＯＨ（ラウリン酸）、Ｃ１３Ｈ２７ＣＯＯＨ（ミリスチン酸）、Ｃ１５Ｈ３１ＣＯＯＨ（パルミチン酸）、Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯＨ（ステアリン酸）またはこれらの混合物である。不飽和アルキル鎖を有する好ましいカルボン酸は、Ｃ１８Ｈ３４Ｏ２（オレイン酸）およびＣ１８Ｈ３２Ｏ２（リノール酸）である。本発明の好ましいモノマー界面活性剤は、ベンゾトリアゾールおよびその誘導体である。界面活性剤は、有機媒剤の約０〜１０重量％、好ましくは、約０〜８重量％、さらに好ましくは、約０．０１〜６重量％の量で存在していてもよい。
【００６０】
有機媒剤の好ましい添加剤は、上述の媒剤成分とは区別され、例えば、有利な粘度、焼結、製造した電極導電性および基材との良好な電気接触のような導電性ペーストの好都合な特性に貢献する添加剤である。当業者に知られており、本発明の内容で適していると考えられる全ての添加剤を、有機媒剤の添加剤として使用してもよい。本発明の好ましい添加剤は、チキソトロープ剤、粘度調整剤、安定化剤、無機添加剤、増粘剤、乳化剤、分散剤またはｐＨ調整剤である。この内容で好ましいチキソトロープ剤は、カルボン酸誘導体、好ましくは、脂肪酸誘導体、またはこれらの組み合わせである。好ましい脂肪酸誘導体は、Ｃ９Ｈ１９ＣＯＯＨ（カプリン酸）、Ｃ１１Ｈ２３ＣＯＯＨ（ラウリン酸）、Ｃ１３Ｈ２７ＣＯＯＨ（ミリスチン酸）、Ｃ１５Ｈ３１ＣＯＯＨ（パルミチン酸）、Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯＨ（ステアリン酸）、Ｃ１８Ｈ３４Ｏ２（オレイン酸）、Ｃ１８Ｈ３２Ｏ２（リノール酸）、ヒマシ油、またはこれらの組み合わせである。この内容で脂肪酸を含む好ましい組み合わせは、ヒマシ油である。導電性ペーストの印刷適性を促進するために、本発明によれば、導電性ペーストの粘度が約１０〜約３０Ｐａ・ｓ、好ましくは、約１２〜約２５Ｐａ・ｓ、最も好ましくは、約１５〜約２２Ｐａ・ｓの範囲にあることが好ましい。
【００６１】
１つの実施形態では、有機媒剤は、ペーストの約５〜４０重量％、さらに好ましくは、約５〜３０重量％、最も好ましくは、約５〜１５重量％の量で存在する。
【００６２】
（添加剤）
本発明の内容で好ましい添加剤は、上に明確に述べた他の構成要素に加え、導電性ペースト、このペーストから製造される電極、または得られる太陽電池の性能を高めることに貢献する、導電性ペーストに添加される構成要素である。当業者に知られており、本発明の内容で適していると考えられる全ての添加剤を、導電性ペーストに添加剤として使用してもよい。ＩＲＳ中および媒剤中に存在する添加剤に加え、導電性ペースト中にも添加剤が存在してもよい。本発明の好ましい添加剤は、チキソトロープ剤、粘度調整剤、乳化剤、安定化剤またはｐＨ調整剤、無機添加剤、増粘剤および分散剤、またはこれら少なくとも２つ以上の組み合わせであり、無機添加剤が最も好ましい。本発明のこの内容で好ましい無機添加剤は、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｅ、Ｗ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｕおよびＣｒ、またはこれら２つ以上の組み合わせであり、好ましくは、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｗ、ＴｅおよびＲｕ、またはこれら２つ以上の組み合わせ、これらの酸化物、焼成すると金属酸化物を生成し得る化合物、または上述の金属の少なくとも２つ以上の混合物、上述の酸化物の少なくとも２つ以上の混合物、焼成すると金属酸化物を生成し得る上述の化合物の少なくとも２つ以上の混合物、または上述の任意の２つ以上の混合物である。
【００６３】
（導電性ペースト組成物を作成すること）
導電性ペースト組成物を作成するために、ペースト組成物を調製する分野で既知の任意の方法を用い、ＩＲＳ材料を導電性金属成分（例えば、銀）および有機媒剤と組み合わせてもよい。調製方法は、均一に分散したペーストが得られるのであれば、重要ではない。成分を例えばミキサーで混合し、次いで、例えば３ロール式のミルに通し、分散した均一なペーストを作る。全ての成分を同時に混合することに加え、ボールミル中、無機反応系材料を導電性金属成分と一緒に２〜２４時間粉砕し、無機反応系および導電性金属成分粒子の均一な混合物を得ることができ、次いで、これをミキサーで有機媒剤と合わせてもよい。
【００６４】
（太陽電池）
別の態様では、本発明は、太陽電池に関する。１つの実施形態では、太陽電池は、半導体基材（例えば、シリコンウエハ）と、本明細書に記載する任意の実施形態の導電性ペースト組成物とを含む。
【００６５】
別の態様では、本発明は、本明細書に記載する任意の実施形態の導電性ペースト組成物を半導体基材（例えば、シリコンウエハ）に塗布することと、半導体基材を焼成することとを含むプロセスによって調製される太陽電池に関する。
【００６６】
（シリコンウエハ）
本発明の好ましいウエハは、太陽電池の他の領域の中でも、高い効率で光を吸収し、電子−正孔対を生じ、高い効率で境界を通って、好ましくは、いわゆるｐ−ｎ接合境界を通って正孔と電子を分離することができる領域である。本発明の好ましいウエハは、前面のドープされた層および背面のドープされた層で構成される一体的な部分を含むウエハである。
【００６７】
ウエハが、適切にドープされた四価元素の二元系化合物、三元系化合物またはアロイからなることが好ましい。この内容で好ましい四価元素は、Ｓｉ、ＧｅまたはＳｎ、好ましくは、Ｓｉである。好ましい二元系化合物は、２つ以上の四価元素の組み合わせであり、ＩＩＩ族元素とＶ族元素の二元系化合物、ＩＩ族元素とＶＩ族元素の二元系化合物、または、ＩＶ族元素とＶＩ元素の二元系化合物である。四価元素の好ましい組み合わせは、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎまたはＣから選択される２個以上の元素の組み合わせであり、好ましくは、ＳｉＣである。ＩＩＩ族元素とＶ族元素の好ましい二元系化合物は、ＧａＡｓである。本発明によれば、Ｓｉに基づくウエハが最も好ましい。Ｓｉは、ウエハとして最も好ましい材料であるため、本明細書の残りの部分では、明確に述べる。Ｓｉを明確に述べている以下の文章部分は、上述の他のウエハ組成物にも適用する。
【００６８】
ウエハの前面のドープされた層および背面のドープされた層が出会うと、ｐ−ｎ接合境界となる。ｎ型太陽電池において、背面のドープされた層は、電子供与性のｎ型ドーパントでドープされ、前面のドープされた層は、電子受容性または正孔供与性のｐ型ドーパントでドープされる。ｐ型太陽電池において、背面のドープされた層は、ｐ型ドーパントでドープされ、前面のドープされた層は、ｎ型ドーパントでドープされる。本発明によれば、まず、ドープされたＳｉ基材を提供し、次いで、基材の片側に、反対にドープされた層を塗布することによって、ｐ−ｎ接合境界を有するウエハを調製することが好ましい。
【００６９】
ドープされたＳｉ基材は、当業者によく知られている。ドープされたＳｉ基材は、当業者が知っており、本発明の内容で適していると考えられる任意の様式で調製することができる。本発明のＳｉ基材の好ましい供給源は、単結晶性Ｓｉ、多結晶性Ｓｉ、アモルファスＳｉおよび改良された冶金Ｓｉであり、単結晶性Ｓｉまたは多結晶性Ｓｉが最も好ましい。ドープされたＳｉ基材を作成するためのドーピングは、Ｓｉ基材調製中にドーパントを加えることによって同時に行うことができ、または、その後の工程で行うことができる。Ｓｉ基材の調製後のドーピングは、例えば、気体拡散エピタキシによって行うことができる。ドープされたＳｉ基材は、簡単に商業的に入手可能でもある。本発明によれば、Ｓｉ混合物にドーパントを加えることによって、Ｓｉ基材の生成に対し、Ｓｉ基材の初期ドーピングを同時に行うことが１つの選択肢である。本発明によれば、存在する場合、前面のドープされた層および高度にドープされた背面層の塗布を気相エピタキシによって行うことが１つの選択肢である。この気相エピタキシは、好ましくは、約５００℃〜約９００℃、さらに好ましくは、約６００℃〜約８００℃、最も好ましくは、約６５０℃〜約７５０℃の温度で、約２ｋＰａ〜約１００ｋＰａ、好ましくは、約１０〜約８０ｋＰａ、最も好ましくは、約３０〜約７０ｋＰａの圧力で行われる。
【００７０】
Ｓｉ基材が多くの形状、表面の質感および大きさを示し得ることが当業者には知られている。形状は、他の形状の中でも特に、立方体状、円板状、ウエハおよび不規則な多面体のような多くの異なる形状の１つであってもよい。本発明の好ましい形状は、ウエハが、ほぼ同じ、好ましくは、等しい２つの寸法を有し、他の２つの寸法よりも顕著に短い第３の寸法を有する立方体状であるようなウエハ型である。本発明で顕著に短いとは、好ましくは、ある因子が約１００小さいことである。
【００７１】
さまざまな表面の種類は、当業者に知られている。本発明によれば、粗い表面を有するＳｉ基材が好ましい。基材の粗さを評価する１つの方法は、基材の全表面積と比較して、基材の表面より下の部分が小さく、好ましくは、全表面積の約１００分の１未満であり、本質的に平面である表面粗さパラメータを評価することである。表面粗さパラメータの値は、平均二乗変位を最小限にすることによって上側表面に一番適合するように、平坦な表面の上に上側表面が突出することによって作られる、理論的な表面の面積に対する上側表面の面積の比率によって与えられる。表面粗さパラメータが大きい値ということは、粗く、より不規則な表面であることを示し、表面粗さパラメータが小さい値ということは、平滑で均一な表面であることを示す。本発明によれば、Ｓｉ基材の表面粗さは、好ましくは、限定されないが、吸光度および表面へのフィンガーの接着のような多くの因子のバランスが最適になるように改質される。
【００７２】
Ｓｉ基材の２つの大きい方の寸法は、得られる太陽電池で必要とされる用途に合うように変えることができる。本発明によれば、Ｓｉウエハの厚みは、約０．５ｍｍ未満、さらに好ましくは、約０．３ｍｍ未満、最も好ましくは、約０．２ｍｍ未満であることが好ましい。ある種のウエハは、最小の大きさが０．０１ｍｍ以下である。
【００７３】
本発明によれば、前面のドープされた層は、背面のドープされた層よりも薄いことが好ましい。本発明によれば、前面のドープされた層は、約０．１〜約１０μｍ、好ましくは、約０．１〜約５μｍ、最も好ましくは、約０．１〜約２μｍの厚みを有することが好ましい。
【００７４】
高度にドープされた層を、Ｓｉ基材の背面に、背面のドープされた層と任意のさらなる層との間に塗布してもよい。このように高度にドープされた層は、背面のドープされた層と同じドーピング型であり、このような層は、一般的に＋で示される＋（ｎ＋型の層は、ｎ型の背面のドープされた層に塗布され、ｐ＋型の層は、ｐ型の背面のドープされた層に塗布される）。この高度にドープされた背面層は、金属化を助け、基材／電極界面領域での導電性を高めるように働く。本発明によれば、高度にドープされた背面層は、存在する場合、厚みが約１〜約１００μｍ、好ましくは、約１〜約５０μｍ、最も好ましくは、約１〜約１５μｍの範囲であることが好ましい。
【００７５】
（ドーパント）
好ましいドーパントは、Ｓｉウエハに加えられるとき、電子または正孔をバンド構造に導入することによってｐ−ｎ接合境界を形成するドーパントである。本発明によれば、これらのドーパントの同一性および濃度は、ｐ−ｎ接合部のバンド構造のプロフィールを調節し、光の吸収および導電性プロフィールを所望なように設定するように特定的に選択されることが好ましい。好ましい本発明のｐ型ドーパントは、Ｓｉウエハのバンド構造に正孔を加えるドーパントである。これらのドーパントは、当業者には十分に知られている。当業者に知られており、本発明の内容で適していると考えられる全てのドーパントを、ｐ型ドーパントとして使用してもよい。好ましい本発明のｐ型ドーパントは、三価元素であり、特に、周期表の第１３族元素である。この内容で、好ましい周期表の第１３族元素としては、限定されないが、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌまたはこれら少なくとも２つの組み合わせが挙げられ、Ｂが特に好ましい。
【００７６】
本発明の好ましいｎ型ドーパントは、Ｓｉウエハ構造に電子を加えるドーパントである。これらのドーパントは、当業者に十分に知られている。当業者に知られており、本発明の内容で適していると考えられる全てのドーパントを、ｎ型ドーパントとして使用してもよい。本発明の好ましいｎ型ドーパントは、周期表の第１５族元素である。この内容で好ましい周期表の第１５族元素としては、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、またはこれら少なくとも２つの組み合わせが挙げられ、Ｐが特に好ましい。
【００７７】
上述のように、ｐ−ｎ接合部のさまざまなドーピングレベルを、得られる太陽電池の所望な特性を調節するように変えることができる。
【００７８】
特定の実施形態では、半導体基材（すなわち、シリコンウエハ）は、約６０Ω／スクエアより大きい、例えば、約６５Ω／スクエアより大きい、約７０Ω／スクエアより大きい、約９０Ω／スクエアより大きい、または約９５Ω／スクエアより大きいシート抵抗を示す。
【００７９】
上述の目的の少なくとも１つを達成するための寄与は、本発明のプロセスによって得ることができる太陽電池によってなされる。本発明の好ましい太陽電池は、入射光の全エネルギーから電気エネルギーの出力に変換される割合という観点で効率が高く、軽量で丈夫な太陽電池である。
【００８０】
本発明の太陽電池の共通の構造（純粋に化学的および機械的に保護するための層を除く）は、図２に示すとおりである。図２に示されているように、太陽電池２００は、背面電極１０４、背面保護層２０８、高度にドープされた背面層２１０、背面のドープされた層１０６、ｐ−ｎ接合境界１０２、前面のドープされた層１０５、前面保護層２０７、反射防止層２０９、前面電極フィンガー２１４、前面電極バスバー２１５を備えており、前面電極フィンガーは、反射防止層２０９および前面保護層２０７を貫通して前面のドープされた層１０５内まで通っており、前面のドープされた層１０５との電気接触を形成するには十分離れているが、ｐ−ｎ接合境界１０２を短絡するのに十分なほどは離れていない。個々の層は、この共通の層構造から省かれてもよく、個々の層は、上に概要を説明した共通の実施形態に記載される層のうち、１つより多い機能を実際に発揮してもよい。本発明の１つの実施形態では、１つの層が反射防止層および保護層の両方として働く。
【００８１】
最低限必要な層構造は、図１に与えられている。太陽電池１００は、最低限、背面電極１０４と、背面のドープされた層１０６と、ｐ−ｎ接合境界１０２と、前面のドープされた層１０５と、前面電極１０３とを備え、前面電極は、前面のドープされた層１０５と電気接触を形成するのに十分なほど、前面のドープされた層１０５内まで通っている。背面のドープされた層１０６および前面のドープされた層１０５は、一緒に１個のドープされたＳｉウエハ１０１を構築する。太陽電池１００がｐ型電池を表す場合、背面電極１０４は、好ましくは、銀とアルミニウムを混合した電極であり、背面のドープされた層１０６は、好ましくは、ホウ素が軽くドープされたＳｉであり、前面のドープされた層１０５は、好ましくは、リンで高度にドープされたＳｉであり、前面電極１０３は、好ましくは、銀電極である。前面電極１０３は、前面電極１０３が全体的に前面を覆っていないという事実を模式的に示すために、３つの部分から純粋になるものとして図１に表されている。本発明は、前面電極１０３を３つの部分からなるものに限定しない。
【００８２】
（反射防止層）
本発明によれば、電極を太陽電池の前面に塗布する前に、反射防止層を外側層として塗布してもよい。本発明の好ましい反射防止層は、前面によって反射する入射光の割合を減らし、前面を通り、ウエハで吸収される入射光の割合を増やすような反射防止層である。都合の良い吸収／反射比を生じる反射防止層は、使用される導電性ペーストによってエッチングされやすいが、導電性ペーストを焼成するのに必要な温度へのその他の耐性はあり、電極界面近傍で電子および正孔の再結合を増加させる原因とならないものが好都合である。当業者に知られており、本発明の内容で適していると考えられる全ての反射防止層を使用してもよい。本発明の好ましい反射防止層は、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、またはこれら少なくとも２つの混合物、および／またはこれら少なくとも２つの組み合わせであり、特に、Ｓｉウエハが使用されるとき、ＳｉＮｘが特に好ましい。
【００８３】
反射防止層の厚みは、適切な光の波長に適している。本発明によれば、反射防止層が、約２０〜約３００ｎｍ、さらに好ましくは、約４０〜約２００ｎｍ、最も好ましくは、約６０〜約９０ｎｍの範囲の波長を有することが好ましい。
【００８４】
（保護層）
本発明によれば、シリコンウエハの前面および／または背面に、外側層として、電極を塗布する前に、または存在する場合には反射防止層を塗布する前に、１つ以上の保護層を塗布してもよい。好ましい保護層は、電極界面近傍で電子および正孔の再結合の速度を低下させるような保護層である。当業者に知られており、本発明の内容で適していると考えられる任意の保護層を使用してもよい。本発明の好ましい保護層は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素および二酸化チタンであり、窒化ケイ素が最も好ましい。本発明によれば、保護層が、約０．１ｎｍ〜約２μｍ、さらに好ましくは、約１０ｎｍ〜約１μｍ、最も好ましくは、約３０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有することが好ましい。
【００８５】
（さらなる保護層）
太陽電池の主な機能に直接貢献する上述の層に加え、機械的および化学的な保護のために、さらなる層を加えてもよい。
【００８６】
電池は、化学的に保護するようにカプセル化されていてもよい。カプセル化は、当業者によく知られており、当業者に知られており、本発明の内容に適していると考える任意のカプセル化を使用してもよい。本発明によれば、このようなカプセル化が存在する場合、多くは透明熱可塑性樹脂と呼ばれる透明ポリマーが、カプセル化材料として好ましい。この内容で好ましい透明ポリマーは、例えば、シリコンゴムおよびポリエチレン酢酸ビニル（ＰＶＡ）である。
【００８７】
太陽電池の前面を機械的に保護するために、太陽電池の前面に透明ガラスシートを加えてもよい。透明ガラスシートは、当業者によく知られており、当業者に知られており、本発明の内容に適していると考える任意の透明ガラスシートを、太陽電池の前面の保護として使用してもよい。
【００８８】
機械的に保護するために、太陽電池の背面に背面保護材料を加えてもよい。背面保護材料は、当業者によく知られており、当業者に知られており、本発明の内容に適していると考える背面保護材料を、太陽電池の背面の保護として使用してもよい。本発明の好ましい背面保護材料は、良好な機械特性および耐候性を有するような背面保護材料である。本発明の好ましい背面保護材料は、ポリフッ化ビニルの層を有するポリエチレンテレフタラートである。本発明によれば、背面保護材料が、カプセル化層の下に存在することが好ましい（背面保護層とカプセル化層の両方が存在する場合）。
【００８９】
機械的に支えるために、太陽電池の外側にフレーム材料を加えてもよい。フレーム材料は、当業者によく知られており、当業者に知られており、本発明の内容に適していると考える任意のフレーム材料を、フレーム材料として使用してもよい。本発明の好ましいフレーム材料は、アルミニウムである。
【００９０】
（太陽電池を調製する方法）
１つの実施形態では、太陽電池は、導電性ペースト組成物を、半導体基材、例えば、シリコンウエハの上にある反射防止コーティング（ＡＲＣ）、例えば、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化チタンまたは酸化アルミニウムに塗布し（例えば、スクリーン印刷プロセスによって）、次いで、半導体材料を焼成し、基材の上に電極を作成することによって調製されてもよい。
【００９１】
１つの実施形態では、導電性ペーストを、半導体基材（例えば、シリコンウエハ）の光受容表面に塗布する。しかし、このことは、シリコンウエハの背面用の導電性ペースト組成物に無機反応系を組み込むことを妨げない。導電性ペーストを、限定されないが、含浸、浸漬、注入、滴下、射出、噴霧、ナイフコーティング、カーテンコーティング、はけ塗りまたは印刷、またはこれら少なくとも２つの組み合わせを含め、当業者に知られており、本発明の内容で適していると考える任意の様式で塗布してもよく、好ましい印刷技術は、インクジェット印刷、スクリーン印刷、タンポン印刷、オフセット印刷、凸版印刷、またはステンシル印刷、またはこれら少なくとも２つの組み合わせである。本発明によれば、導電性ペーストを印刷によって、好ましくはスクリーン印刷によって塗布することが好ましい。本発明によれば、スクリーンは、メッシュ開口部の直径が約２０〜約１００μｍ、さらに好ましくは、約３０〜約８０μｍ、最も好ましくは、約４０〜約７０μｍの範囲であることが好ましい。
【００９２】
本発明によれば、電極が、第１に、導電性ペーストを塗布し、次いで、前記導電性ペーストを焼成して固体電極体を得ることによって作られることが好ましい。焼成は、当業者によく知られており、既知の本発明の内容で適切であると考えられる任意の様式で行われてもよい。本発明の内容で、焼成が、ＩＲＳ材料のガラス転移温度よりも高い温度で行われることが好ましい。
【００９３】
本発明によれば、焼成のための最大設定温度は、約９００℃未満、好ましくは、約８６０℃未満である。太陽電池を得るために、約８２０℃程度の低い焼成温度が使用されてきた。焼成温度のプロフィールは、典型的には、導電性ペースト組成物から、有機バインダー材料および任意の他の存在する有機材料を燃焼させることができるように設定される。焼成する工程は、典型的には、ベルト炉中、空気中または酸素を含有する雰囲気下で行われる。本発明によれば、焼成は、合計焼成時間が約３０秒〜約３分、さらに好ましくは、約３０秒〜約２分、最も好ましくは、約４０秒〜約１分の範囲になるように、迅速な焼成プロセスで行われることが好ましい。６００℃を超える時間は、最も好ましくは、約３〜７秒の範囲である。基材は、約１〜５秒間で約７００〜９００℃の範囲のピーク温度に達するだろう。また、焼成は、例えば、約１００〜５００ｃｍ／分の高い移動速度で行われてもよく、その結果、持続時間は約０．０５〜５分間になる。複数の温度領域、例えば、３〜１１の領域を用い、望ましい熱プロフィールを制御することができる。
【００９４】
前面および背面での導電性ペーストの焼成は、同時または連続して行われてもよい。同時焼成は、両面に塗布される導電性ペーストの最適焼成条件が類似している場合、好ましくは、同一の場合に適している。適切な場合、本発明によれば、焼成が同時に行われることが好ましい。焼成が連続して行われる場合、本発明によれば、背面の導電性ペーストがまず塗布され、焼成され、次いで、前面に導電性ペーストが塗布され、焼成されることが好ましい。
【００９５】
図３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、いずれも前面のペーストを焼成し、前面の電極を得るプロセスを示している。図３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、模式図であり、概略図であり、ｐ−ｎ接合部を構成するものに加え、さらなる層は、さらに詳細に検討することなく、単に任意要素のさらなる層とされている。
【００９６】
図３Ａは、前面電極を塗布する前のウエハ３００ａを示す。背面から始まり、前面へと続き、前面電極を塗布する前のウエハ３００ａは、場合により、背面３１１、背面のドープされた層１０６、ｐ−ｎ接合境界１０２、前面のドープされた層１０５の上にさらなる層を含み、また、前面３１２の上にさらなる層を含む。背面３１１のさらなる層は、背面の電極、背面保護層、高度にドープされた背面層のいずれかを含んでいてもよく、上のものをいずれも含んでいなくてもよい。前面３１２の上のさらなる層は、前面の保護層、反射防止層を含んでいてもよく、また、上のものをいずれも含んでいなくてもよい。
【００９７】
図３Ｂは、焼成する前に、前面に導電性ペーストが塗布されたウエハ３００ｂを示す。上に記載した３００ａに存在する層に加え、導電性ペースト３１３が前面の表面に存在する。
【００９８】
図３Ｃは、塗布された前面電極を含むウエハ３００ｃを示す。上に記載した３００ａに存在する層に加え、前面の表面からさらなる層３１２を通り、前面のドープされた層１０５内を通る前面電極１０３が存在し、図３Ｂの導電性ペースト３１３から作られている。
【００９９】
図３Ｂおよび３Ｃにおいて、塗布された導電性ペースト３１３および前面電極１０３は、３つの部分として存在するように模式的に示されている。これは、単に、ペースト／電極によって前面が完全に覆われていないことを模式的に表す一様式であり、本発明は、３つの部分として存在するペースト／電極に限定されない。
【０１００】
（太陽電池モジュール）
上述の目的の少なくとも１つを達成するための寄与は、上述のようにして、特に、上述の実施形態の少なくとも１つに従って得られる少なくとも１つの太陽電池を含むモジュールによってなされる。本発明の多様な太陽電池を、空間的および電気的に接続した状態で配置し、モジュールと呼ばれる集合的な配置を作成することができる。本発明の好ましいモジュールは、多くの形態をとることができ、好ましくは、ソーラーパネルとして知られる長方形の表面をとることができる。太陽電池を電気的に接続するためのさまざまな様式、およびこのような電池を機械的に整列させ、固定し、集合的な配置を作成するためのさまざまな様式は、当業者によく知られている。当業者によって知られており、本発明の内容に適していると考えられる任意のこのような方法を使用してもよい。本発明の好ましい方法は、電力出力に対する質量の比率が低く、電力出力に対する容積の比率が低く、耐久性が高くなる方法である。アルミニウムは、本発明の太陽電池を機械的に固定するのに好ましい材料である。
【実施例】
【０１０１】
（実施例１）
表１に示されるように、全体として６７．４％のＰｂＯを含む（ペーストの）４．６重量％の第１の鉛含有ガラスフリットと、（ペーストの）０．５重量％のテルル元素添加剤とを含むＩＲＳを用い、第１の例示的なペースト（３５Ｃと称される）を調製した。（ペーストの）約８５重量％の量の銀粒子と、ガラスフリットの約１〜１５重量％の有機媒剤とを含むが、テルル元素を含まないものをコントロールとして調製した。
【０１０２】
上に引用したプロセスによって、得られた例示的な太陽電池およびリファレンスの太陽電池を調製した。このペーストを、速度１５０ｍｍ／ｓで、３２５（メッシュ）×０．９（ｍｉｌ、ワイヤ直径）×０．６（ｍｉｌ、エマルションの厚み）×７０μｍ（フィンガー線の開口部）のカレンダースクリーンを用い、太陽電池ウエハの上にスクリーン印刷した。印刷されたウエハを１５０℃で乾燥させ、次いで、リニアマルチゾーン赤外炉中、ピーク温度約７５０〜９００℃、数秒間のプロフィールで焼成した。
【０１０３】
（実施例２）
表１に示されるように、全体として６４．０４％のＰｂＯを含む（ペーストの）４．７重量％の第２の鉛含有ガラスフリットと、（ペーストの）０．５重量％のテルル元素添加剤とを含むＩＲＳを用い、第２の例示的なペースト（３５Ｄと称される）を調製した。（ペーストの）約８５重量％の量の銀粒子と、（ペーストの）約１〜１５重量％の有機媒剤とを加え、３５Ｄの例示的なペーストを作成した。同じガラスフリットを含むが、テルル元素を含まないリファレンスペースト２をコントロールとして調製した。得られた例示的な太陽電池およびリファレンスの太陽電池を、上の実施例１に記載したプロセスを用いて調製した。
【０１０４】
（実施例３）
全体としてＩＲＳの４６．５１％のＰｂＯを含む（ペーストの）３．１重量％の第１の鉛含有ガラスフリットと、（ペーストの）１．２重量％のテルル元素添加剤とを含むＩＲＳを用い、第３の例示的なペースト（３７Ｂと称される）を調製した。ＩＲＳの全体的に６４．５２％のＰｂＯを含む（ペーストの）３．１重量％の鉛含有ガラスフリットを用い、比較例のペースト（３３ｉと称される）を調製した。比較例のペースト３３ｉは、テルル元素を含有していない。（ペーストの）約８５重量％の量の銀粒子と、（ペーストの）約１〜１５重量％の有機媒剤を加え、３７Ｂおよび３３ｉのペーストを作成した。得られた例示的な太陽電池およびリファレンスの太陽電池を、上の実施例１に記載したプロセスを用いて調製した。
【０１０５】
（実施例４）
全体としてＩＲＳの５８．８２％のＰｂＯを含む（ペーストの）３．１重量％の鉛含有ガラスフリットと、（ペーストの）０．３重量％のテルル元素添加剤とを含むＩＲＳを用い、別の例示的なペースト（表１で３３Ａと称される）を調製した。比較例のペースト（表１で３３Ｊと称される）を、全体としてＩＲＳの５７．５５％のＰｂＯを含む（ペーストの）３．１重量％の鉛含有ガラスフリットと、（ペーストの）０．３７５重量％の二酸化テルル添加剤とを含むＩＲＳを用いて調製した。二酸化テルルを添加剤として用いる場合と比較して、テルル元素を添加剤として含むときの効果を示すために、３３Ａおよび３３Ｊのペーストを調製した。さらに、比較例の３３Ｊペーストで使用される二酸化テルルの量（０．３７５重量％）は、３３Ａペーストで使用されるテルル元素（０．３重量％）のテルルの数（モル）と同じにしている。
【０１０６】
（ペーストの）約８５重量％の量の銀粒子と、（ペーストの）約１〜１５重量％の有機媒剤とを加え、３３Ａおよび３３Ｊの例示的なペーストおよび比較例のペーストを作成した。得られた例示的な太陽電池およびリファレンスの太陽電池を、上の実施例１に記載したプロセスを用いて調製した。
【０１０７】
（実施例５）
次いで、全ての例示的な太陽電池用ペーストを、シート抵抗が９０Ω／スクエアの軽くドープされたｐ型シリコンウエハの前面に印刷し、このシリコンウエハの背面にも、アルミニウム背面ペーストを塗布し、次いで、上の実施例１に概要を説明したプロセスに従って乾燥させ、焼成した。次いで、全ての太陽電池を、Ｉ−Ｖ試験器を用いて試験した。Ｉ−Ｖ試験器中のキセノンアークランプを用い、既知の強度で日光を模倣し、太陽電池の前面に照射し、Ｉ−Ｖ曲線を作成した。この曲線を用い、効率（Ｅｆｆ）、曲線因子（ＦＦ）、直列抵抗（Ｒｓ）、３種類の標準的な光強度での直列抵抗（Ｒｓ３）、接触抵抗（Ｒｃ）を含め、電気特性の比較をするこの測定方法に共通の種々のパラメータを決定した。リファレンスペーストおよびコントロールペーストに関する全てのデータを１に正規化した。実験例のペーストの関連データは、適切な測定値を正規化したリファレンスセルデータで割ることによって算出した。全てのデータを表２および表３にまとめている。
【０１０８】
次いで、３５Ｃおよび３５Ｄのペーストから作成した太陽電池から得た電気特性データを、リファレンスペースト１および２を用いて作成した太陽電池から得た電気特性データとそれぞれ比較した。さらに、３３ｉ、３７Ｂ、３３Ｊのペーストを用いて作成した太陽電池から得た特性データを、３３Ａのペーストを用いて作成した太陽電池から得た特性と比較した。テルル元素添加剤を除去した（３３ｉのペーストの場合）影響、テルル元素添加剤の量を増やした（３７Ｂのペーストの場合）影響、またはテルル元素添加剤を二酸化テルルと置き換えた（３３Ｊのペーストの場合）影響を確認するために、３３Ａのペーストをリファレンスペーストとして使用した。
【０１０９】
【表１】
2013254726.tif 000003
【０１１０】
【表２】
2013254726.tif 000004
【０１１１】
【表３】
2013254726.tif 000005
【０１１２】
リファレンスペースト１は、６７．４０％のＰｂＯを含有する鉛含有ガラスフリットを含む。リファレンスペースト２は、７０．８５％のＰｂＯを含有する鉛含有ガラスフリットを含む。３３ｉのペーストは、６４．５２％のＰｂＯを含有する鉛含有ガラスフリットを含む。表２および表３に列挙された結果から示されるように、実施例のペースト（３５Ｃおよび３５Ｄ）は、ＥｆｆおよびＦＦの顕著な増加と、ＲｓおよびＲｓ３のかなりの低下を示していた。リファレンスペーストは、導電性と全体的な太陽電池の効率が優れていることが知られている。従って、実施例のペーストは、リファレンスペーストよりも優れた電気特性を示すため、太陽電池技術で使用するのにさらに好都合である。
【０１１３】
さらに、酸化鉛と二酸化テルルとを含む３３Ｊのペーストを、酸化鉛とテルル元素とを含む３３Ａのペーストと比較した。テルル元素添加剤を除去し、二酸化テルルと置き換えた影響を示すために、３３Ａのペーストの電気特性データを１に正規化した。３３Ｊのペーストは、３３Ａのペーストと比較して、ＥｆｆおよびＦＦの減少と、Ｒｓ、Ｒｓ３およびＲｃの増加を示した。従って、二酸化テルルを含むと（テルル元素とは対照的に）、電気特性が低下したペーストが得られた。このことは、テルル元素が、二酸化テルルの等価物または前駆体として導入されているわけではなく、新しい金属−半導体の接触形成機構によって機能していることを示している。また、さらなる分析から、焼成したペーストにも乾燥させたペーストにも、Ｘ線回折分析によって酸化テルルが検出されないことも示されている。従って、テルル元素添加剤の有益な効果は、酸化テルルを用いることによって再現することができないことは明らかである。
【０１１４】
さらに、テルル元素添加剤を含んでいなかった３３ｉのペーストは、最も極端な結果を示した。ＥｆｆおよびＦＦは、３３Ａのペーストよりも著しく低く、ＲｓおよびＲｓ３は、３３Ａのペーストよりも極端に高かった。従って、テルル元素の添加は、ペーストの電気特性を顕著に高めた。
【０１１５】
（実施例６）
乾燥中および焼成中にテルル元素添加剤が原子状態で存在していることを確認するために、テルル元素を含む２種類のＩＲＳ組成物を調製し、Ｘ線回折試験を行った。
【０１１６】
表４に示されているように、６４．５２％のＰｂＯをＩＲＳ中に含有する鉛含有ガラスフリットを含み、テルル元素添加剤を含まない第１のＩＲＳ組成物（６５Ａと称される）を調製した。５８．８２％のＰｂＯをＩＲＳ中に含有する鉛含有ガラスフリットと、（ペーストの）０．３重量％のテルル元素添加剤とを含む第２のＩＲＳ組成物（６５Ｂと称される）を調製した。４６．５１％のＰｂＯをＩＲＳ中に含有する鉛含有ガラスフリットを含むが、テルル元素添加剤を（ペーストの）１．２重量％まで増やした第３のＩＲＳ組成物（６５Ｃと称される）も調製した。比較のために、全体として４３．４８％のＰｂＯを含有する鉛含有ガラスフリットと、（ペーストの）１．５重量％の二酸化テルルとを含む、あるＩＲＳ組成物（６５Ｄと称される）を調製した。
【０１１７】
【表４】
2013254726.tif 000006
【０１１８】
ＩＲＳ組成物（６５Ａ〜Ｄ）を乾燥させ、太陽電池を製造するために典型的に使用される温度および持続時間（実施例１）で焼成させた。次いで、乾燥させ、焼成したＩＲＳ組成物に対し、ｘ線粉末回折分析を行う。ＩＲＳの原料成分を本明細書に記載の有機媒剤と重量比２：１（ＩＲＳ：媒剤）で混合し、ＩＲＳペーストを作成した。全てのＩＲＳペーストサンプルを、規則的なｃ−シリコンウエハに２×２ｃｍ２の領域として印刷した。実施例１で使用したのと同じ焼成プロフィールを用い、ベルト炉によってウエハを乾燥させ、焼成した。次いで、ＩＲＳ膜を有するウエハをＸＲＤ分析に適した大きさに切断した。
【０１１９】
Ｒｉｇａｋｕ  ＭｉｎｉＦｌｕｘ装置を用い、Ｃｕの波長κＢ  λ＝１．５４１８Å、走査速度０．４５°／分、０．０２°／ｓｔｅ、１０°から６０°まで、全てのＩＲＳサンプル組成物のＸ線回折分析を行った。標準誤差は２θ±０．２°であり、回折計およびサンプル調製からの誤差も含む。試験したＩＲＳ組成物は非常に複雑であるため、無機結晶構造データベース（ＩＣＳＤ）では、得られたパターンは既知の結晶構造と一致しなかった。しかし、組成が完全にわかっているため、そのｘ線回折パターンは、手動で作成することができた。ＩＲＳ組成物は、アモルファスガラスと、テルル元素または酸化テルルのような無機添加剤とを含む。これらの添加剤は、全て既知の結晶構造をもつ。従って、これらの結晶構造に基づき、ＩＣＳＤの一部である視覚化ソフトウエアを用い、ＸＲＤパターンを手動で作成した。次いで、これらの手動によるパターンを実際のＸ線回折結果と比較し、乾燥させ、焼成したＩＲＳ組成物に二酸化テルルが存在するかどうかを決定した。表５は、この試験から得られたＸ線回折データをまとめている。
【０１２０】
【表５−１】
2013254726.tif 000007
【表５−２】
2013254726.tif 000008
【０１２１】
表６において、テルル元素の特徴的なＸ線回折ピークが記載されており、乾燥させたペーストおよび焼成したペーストそれぞれについて、このピークを比較する。表７において、二酸化テルルの特徴的なＸ線回折ピークが記載されており、乾燥させたペーストおよび焼成したペーストそれぞれについて、このピークを比較した。ペーストサンプルに特徴的なピークが観察された場合、「＋」と記している。そのピークが存在しない場合、「−」と記している。全ての比較を±０．３°  ２θで行う。
【０１２２】
ＩＲＳ組成物６５Ａは、テルル元素も酸化テルル添加剤も含んでいない。従って、乾燥させた６５Ａサンプルおよび焼成した６５Ａサンプルにおいて、テルル元素および酸化テルルの特徴的なピークは観察されるはずがない。ＩＲＳ組成物６５Ｂおよび６５Ｃは、テルル元素を含む。６５Ｂおよび６５Ｃの乾燥させたサンプルにおいて、テルル元素の特徴的なピークのほとんどを観察することができる。焼成した後、ＩＲＳ組成物６５Ｂおよび６５Ｃは、まだテルル元素の指標となるピークをある程度示している。ＩＲＳ組成物６５Ｄは、酸化テルルを含む。６５Ｂの乾燥させたサンプルでは、酸化テルルの特徴的なピークは、容易に観察することができる。焼成した後、酸化テルルの特徴的なピークは、もはや観察できない。一般的に、乾燥させた６５Ｄサンプルは、まったく特徴がなく、焼成させた６５Ｄ  ＩＲＳ組成物の結晶性が失われていることを示す。対照的に、テルル元素添加物を含むＩＲＳ組成物（６５Ｂおよび６５Ｃ）は、焼成した６５Ｄ  ＩＲＳサンプル（表５）にはない特徴的なピークを示し、テルル元素添加剤を含むＩＲＳ組成物は、酸化テルル添加剤とは異なる結果を導いている。
【０１２３】
【表６】
2013254726.tif 000009
【０１２４】
【表７】
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【０１２５】
（実施例７）
鉛含有ガラスフリットの量を変え、全て異なる量のＰｂＯを含み、さまざまな量のテルル元素添加剤から作られるさらなる例示的なペーストを調製した。上の実施例１に記載したプロセスを用い、太陽電池を調製した。次いで、上の実施例５に記載したプロセスに従って、電池の電気特性を試験した。表８および表１０には、種々の例示的なペーストの組成物を記載している。表９および１１には、これらの例示的なペーストの電気特性を、１に正規化した参照ペーストの電気性能と比較した。表９では、電気特性のデータを３３Ａに対して正規化し、表１１では、電気特性データをリファレンスペースト１（実施例１から）に対して正規化する。テルル元素添加剤を含まないペースト３３ｉと比較し、表８のテルル元素添加剤を含むペーストは、全て、Ｅｆｆ、ＦＦ、Ｒｓ、Ｒｓ３、Ｒｃの測定値が顕著に向上した。これらの特性の向上は、リファレンスペースト１と比較して表１０に示されたペーストでも観察することができる。
【０１２６】
【表８】
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【０１２７】
【表９】
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【０１２８】
【表１０】
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【０１２９】
【表１１】
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【０１３０】
本発明のこれらの利点および他の利点は、上の明細書の記載から当業者には明らかであろう。従って、本発明の広範囲な概念から逸脱することなく、上述の実施形態に対し、変更または改変を行ってもよいことが当業者には理解されるだろう。任意の具体的な実施形態の具体的な寸法は、単に説明するためだけに記載されている。従って、本発明は、本明細書に記載した具体的な実施形態に限定されず、本発明の範囲および精神の範囲内にあるあらゆる変更および改変を含むことを意図していることが理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【外国語明細書】
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