(57)【要約】【課題】本発明の技術的課題は、ファイアスルー性が良好であり、またファイアスルーの際にシリコン太陽電池の光電変換効率を低下させ難く、しかも低温で焼結可能な鉛系ガラスを創案することにより、シリコン太陽電池の光電変換効率を高めることである。【解決手段】本発明の電極形成用ガラスは、ガラス組成として、質量％で、ＰｂＯ  ６０〜９５％、Ｂ２Ｏ３  ０〜１０％、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３  １〜３０％を含有することを特徴とする。【選択図】図１
2013155102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス組成として、質量％で、ＰｂＯ  ６０〜９５％、Ｂ２Ｏ３  ０〜１０％、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３  １〜３０％を含有することを特徴とする電極形成用ガラス。
【請求項２】
ガラス組成として、質量％で、ＰｂＯ  ７６〜９５％、Ｂ２Ｏ３  ０〜１０％、ＳｉＯ２  １〜１７％、Ａｌ２Ｏ３  ０．１〜１０．０％未満、Ｐ２Ｏ５  ０〜２．５％を含有することを特徴とする電極形成用ガラス。
【請求項３】
Ｂ２Ｏ３の含有量が５．０質量％未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電極形成用ガラス。
【請求項４】
実質的にＢ２Ｏ３を含有しないことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電極形成用ガラス。
【請求項５】
質量比ＰｂＯ／ＳｉＯ２が６以上であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電極形成用ガラス。
【請求項６】
ＰｂＯ＋ＳｉＯ２の含有量が９４質量％以上であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の電極形成用ガラス。
【請求項７】
質量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３が１．０超であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の電極形成用ガラス。
【請求項８】
ＺｒＯ２の含有量が０．１〜１５質量％であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の電極形成用ガラス。
【請求項９】
Ｎｄ２Ｏ３の含有量が０．０１〜１５質量％であることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の電極形成用ガラス。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の電極形成用ガラスからなるガラス粉末と、金属粉末と、ビークルとを含むことを特徴とする電極形成材料。
【請求項１１】
ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０が５．０μｍ未満であることを特徴とする請求項１０に記載の電極形成材料。
【請求項１２】
ガラス粉末の軟化点が５５０℃以下であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の電極形成材料。
【請求項１３】
ガラス粉末の含有量が０．２〜１０質量％であることを特徴とする請求項１０〜１２の何れか一項に記載の電極形成材料。
【請求項１４】
金属粉末がＡｇ又はその合金であることを特徴とする請求項１０〜１３の何れか一項に記載の電極形成材料。
【請求項１５】
シリコン太陽電池の電極に用いることを特徴とする請求項１０〜１４の何れか一項に記載の電極形成材料。
【請求項１６】
反射防止膜を有するシリコン太陽電池の受光面電極に用いることを特徴とする請求項１０〜１５の何れか一項に記載の電極形成材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極形成用ガラス及び電極形成材料に関し、特に反射防止膜を有するシリコン太陽電池（単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池を含む）の受光面電極の形成に好適な電極形成用ガラス及び電極形成材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン太陽電池は、半導体基板、受光面電極、裏面電極、反射防止膜を備えており、半導体基板は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層を有している。受光面電極や裏面電極は、電極形成材料（金属粉末と、ガラス粉末と、ビークルとを含む）を焼結させることにより形成される。一般的に、受光面電極にはＡｇ粉末、裏面電極にはＡｌ粉末が使用される。反射防止膜は、窒化ケイ素膜、酸化シリコン膜、酸化チタン膜、酸化アルミニウム膜等が使用されており、現在では、主に窒化ケイ素膜が使用されている。
【０００３】
シリコン太陽電池に受光面電極を形成する方法には、蒸着法、めっき法、印刷法等があるが、最近では、印刷法が主流になっている。印刷法は、スクリーン印刷により、電極形成材料を反射防止膜等の上に塗布した後、６５０〜９５０℃で短時間焼成し、受光面電極を形成する方法である。
【０００４】
印刷法の場合、焼成時に電極形成材料が反射防止膜を貫通する現象が利用され、この現象により受光面電極と半導体層が電気的に接続される。この現象は、一般的にファイアスルーと称されている。ファイアスルーを利用すれば、受光面電極の形成に際し、反射防止膜のエッチングが不要になると共に、反射防止膜のエッチングと電極パターンの位置合わせが不要になり、シリコン太陽電池の生産効率が飛躍的に向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８７９５１号公報
【特許文献２】特開２００５−５６８７５号公報
【特許文献３】特表２００８−５２７６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電極形成材料が反射防止膜を貫通する度合（以下、ファイアスルー性）は、電極形成材料の組成、焼成条件で変動し、特にガラス粉末のガラス組成の影響が最も大きい。これは、ファイアスルーが、主にガラス粉末が金属粉末を溶かし、その溶解物が反射防止膜を侵食することにより生じるからである。また、シリコン太陽電池の光電変換効率は、電極形成材料のファイアスルー性と相関がある。ファイアスルー性が不十分であると、シリコン太陽電池の光電変換効率が低下し、シリコン太陽電池の基本性能が低下する。
【０００７】
また、特定のガラス組成を有する鉛系ガラスは、概ね、良好なファイアスルー性を示すが、このような鉛系ガラスを用いても、ファイアスルーの際に、シリコン太陽電池の光電変換効率を低下させる不具合が発生する場合があった。このため、鉛系ガラスは、シリコン太陽電池の光電変換効率を高める観点から、未だ改善の余地があった。
【０００８】
更に、電極形成材料に含まれるガラス粉末には、低温で焼結可能であること等の特性が要求される。
【０００９】
そこで、本発明は、ファイアスルー性が良好であり、またファイアスルーの際にシリコン太陽電池の光電変換効率を低下させ難く、しかも低温で焼結可能な鉛系ガラスを創案することにより、シリコン太陽電池の光電変換効率を高めることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、鋭意検討の結果、鉛系ガラスのガラス組成を所定範囲に規制、特にＰｂＯとＢ２Ｏ３の含有量を所定範囲に規制することにより、上記技術的課題を解決できることを見出し、本発明として、提案するものである。すなわち、本発明の電極形成用ガラスは、ガラス組成として、質量％で、ＰｂＯ  ６０〜９５％、Ｂ２Ｏ３  ０〜１０％、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３  １〜３０％を含有することを特徴とする。ここで、「ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３」は、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の合量である。
【００１１】
本発明の電極形成用ガラスでは、ＰｂＯの含有量が６０質量％以上に規制されている。このようにすれば、ガラス粉末の反応性が高まり、ファイアスルー性が向上すると共に、軟化点が低下し、低温で電極形成材料の焼結が可能になる。なお、低温で電極を形成すれば、シリコン太陽電池の生産性が向上し、また半導体基板の結晶粒界の水素が放出され難くなり、シリコン太陽電池の光電変換効率が向上する。一方、本発明の電極形成用ガラスでは、ＰｂＯの含有量が９５質量％以下に規制されている。このようにすれば、焼成時にガラスが失透し難くなるため、ガラス粉末の反応性が低下し難くなると共に、電極形成材料の焼結性が低下し難くなる。
【００１２】
また、本発明の電極形成用ガラスでは、Ｂ２Ｏ３の含有量が１０質量％以下に規制されている。本発明者は、鋭意検討の結果、ガラス組成中のＢ２Ｏ３が、ファイアスルーの際にシリコン太陽電池の光電変換効率を低下させる原因であること、特にこのＢ２Ｏ３がファイアスルーの際に受光面側の半導体層中にホウ素含有異種層を形成させて、半導体基板のｐ型半導体層又はｎ型半導体層の機能を低下させることを見出すと共に、ガラス組成中のＢ２Ｏ３の含有量を１０質量％以下に規制すれば、このような不具合を抑制し得ることを見出した。また、Ｂ２Ｏ３の含有量を１０質量％以下に規制すれば、軟化点が低下し、低温で電極形成材料を焼結できると共に、耐水性が向上して、シリコン太陽電池の長期信頼性も高めることができる。
【００１３】
一方、上記のようにＢ２Ｏ３の含有量を規制すれば、ガラス骨格成分の含有量が低下するため、焼成時にガラスが失透し易くなる。そこで、本発明の電極形成用ガラスでは、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の含有量が１質量％以上に規制されている。このようにすれば、焼成時にガラスが失透し難くなるため、ガラス粉末の反応性が低下し難くなると共に、電極形成材料の焼結性が低下し難くなる。一方、本発明の電極形成用ガラスでは、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の含有量が３０質量％以下に規制されている。このようにすれば、軟化点の不当な上昇を抑制できるため、低温で電極形成材料の焼結が可能になる。
【００１４】
第二に、本発明の電極形成用ガラスは、ガラス組成として、質量％で、ＰｂＯ  ７６〜９５％、Ｂ２Ｏ３  ０〜１０％、ＳｉＯ２  １〜１７％、Ａｌ２Ｏ３  ０．１〜１０％未満、Ｐ２Ｏ５  ０〜２．５％を含有することが好ましい。
【００１５】
ＳｉＯ２の含有量を１質量％以上に規制すれば、焼成時にガラスが失透し難くなるため、ガラス粉末の反応性が低下し難くなると共に、電極形成材料の焼結性が低下し難くなる。一方、ＳｉＯ２の含有量を１７質量％以下に規制すれば、軟化点の不当な上昇を抑制できるため、低温で電極形成材料の焼結が可能になる。
【００１６】
Ａｌ２Ｏ３は、耐水性を高めつつ、シリコン太陽電池の光電変換効率を高める成分である。Ａｌ２Ｏ３の含有量は０．１〜１０．０質量％未満が好ましい。Ａｌ２Ｏ３の添加により、シリコン太陽電池の光電変換効率が向上する理由は不明である。本発明者は、現時点では、Ａｌ２Ｏ３を添加すると、ファイアスルーの際に受光面側の半導体層中に異種層が形成され難くなると推定している。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が１０質量％以上であると、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなることに加えて、ファイアスルー性が低下する傾向がある。
【００１７】
Ｐ２Ｏ５は、溶融時にガラスの失透を抑制する成分であるが、その含有量が多いと、溶融時にガラスが分相してしまう。よって、Ｐ２Ｏ５の含有量は２．５質量％以下が好ましい。
【００１８】
第三に、本発明の電極形成用ガラスは、Ｂ２Ｏ３の含有量が５．０質量％未満であることが好ましい。
【００１９】
第四に、本発明の電極形成用ガラスは、実質的にＢ２Ｏ３を含有しないことが好ましい。ここで、「実質的にＢ２Ｏ３を含有しない」とは、Ｂ２Ｏ３の含有量が０．１０質量％未満の場合を指す。
【００２０】
第五に、本発明の電極形成用ガラスは、質量比ＰｂＯ／ＳｉＯ２が６以上であることが好ましい。
【００２１】
第六に、本発明の電極形成用ガラスは、ＰｂＯ＋ＳｉＯ２の含有量が９４質量％以上であることが好ましい。ここで、「ＰｂＯ＋ＳｉＯ２」は、ＰｂＯとＳｉＯ２の合量である。
【００２２】
第七に、本発明の電極形成用ガラスは、質量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３が１．０超であることが好ましい。
【００２３】
第八に、本発明の電極形成用ガラスは、ＺｒＯ２の含有量が０．１〜１５質量％であることが好ましい。
【００２４】
シリコン太陽電池は、２枚のガラス基板で太陽電池セルを挟み込んだ構造を有している。そして、２枚のガラス基板は、エチレンビニルアセテート（以下、ＥＶＡ）により接着されている。しかし、このようなシリコン太陽電池を長期間使用すると、ＥＶＡ中に含まれる未反応物（酢酸）が、電極形成用ガラスを侵食し、結果として、電極が損傷されて、電池特性が低下するという問題が生じる。
【００２５】
本発明者の調査によると、ガラス組成中にＺｒＯ２を０．０１質量％以上添加すれば、耐酢酸性が向上して、ＥＶＡ中に含まれる未反応物（酢酸）により侵食され難くなり、結果として、シリコン太陽電池の長期信頼性が向上する。一方、本発明の電極形成用ガラスでは、ＺｒＯ２の含有量が１５質量％以下に規制されている。このようにすれば、焼成時にガラスが失透する事態を防止し易くなる。なお、ＴｉＯ２もＺｒＯ２と同様の効果を享受することができる。
【００２６】
第九に、本発明の電極形成用ガラスは、Ｎｄ２Ｏ３の含有量が０．０１〜１５質量％であることが好ましい。
【００２７】
第十に、本発明の電極形成材料は、上記の電極形成用ガラスからなるガラス粉末と、金属粉末と、ビークルとを含むことを特徴とする。このようにすれば、印刷法により、電極パターンを形成できるため、シリコン太陽電池の生産効率を高めることができる。ここで、「ビークル」は、一般的に、有機溶媒中に樹脂を溶解させたものを指すが、本発明では、樹脂を含有せず、高粘性の有機溶媒（例えば、イソトリデシルアルコール等の高級アルコール）のみで構成される態様を含む。
【００２８】
第十一に、本発明の電極形成材料は、ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０が５．０μｍ未満であることが好ましい。このようにすれば、ガラス粉末の反応性が高まり、ファイアスルー性が向上すると共に、ガラス粉末の軟化点が低下して、低温で電極形成材料を焼結可能になり、更には電極パターンを高精細化することができる。なお、電極パターンを高精細化すれば、太陽光の入射量等が増加して、シリコン太陽電池の光電変換効率が向上する。ここで、「平均粒子径Ｄ５０」は、レーザー回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して５０％である粒子径を表す。
【００２９】
第十二に、本発明の電極形成材料は、ガラス粉末の軟化点が５５０℃以下であることが好ましい。なお、軟化点は、マクロ型示差熱分析（ＤＴＡ）装置で測定可能である。マクロ型ＤＴＡで軟化点を測定する場合、室温から測定を開始し、昇温速度を１０℃／分とすればよい。なお、マクロ型ＤＴＡにおいて、軟化点は、図１に示す第四屈曲点（Ｔｓ）に相当する。
【００３０】
第十三に、本発明の電極形成材料は、ガラス粉末の含有量が０．２〜１０質量％であることが好ましい。このようにすれば、電極形成材料の焼結性を維持した上で、電極の導電性を高めることができる。
【００３１】
第十四に、本発明の電極形成材料は、金属粉末がＡｇ又はその合金であることが好ましい。本発明に係る鉛系ガラスは、Ａｇ又はその合金粉末との適合性が良好であり、焼成時にガラスの発泡が生じ難い性質を有している。
【００３２】
第十五に、本発明の電極形成材料は、シリコン太陽電池の電極に用いることが好ましい。
【００３３】
第十六に、本発明の電極形成材料は、反射防止膜を有するシリコン太陽電池の受光面電極に用いることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】マクロ型ＤＴＡで測定した際の軟化点Ｔｓを示す模式図である。なお、図中のＴｇは、ガラス転移点を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の電極形成用ガラスにおいて、上記のように各成分の含有範囲を限定した理由を以下に説明する。なお、ガラス組成に関する説明において、％表示は質量％を指す。
【００３６】
ＰｂＯは、ファイアスルー性を高める成分であると共に、軟化点を低下させる成分であり、その含有量は６０〜９５％、好ましくは７２〜９５％、より好ましくは７６〜９５％、更に好ましくは８０〜９３％、更に好ましくは８２〜９２％、特に好ましくは８４〜８９％である。ＰｂＯの含有量が少な過ぎると、ファイアスルー性が低下することに加えて、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなる。一方、ＰｂＯの含有量が多過ぎると、焼成時にガラスが失透し易くなり、この失透に起因して、ガラス粉末の反応性及び電極形成材料の焼結性が低下し易くなる。
【００３７】
Ｂ２Ｏ３は、ガラス形成成分であるが、ファイアスルーの際にシリコン太陽電池の光電変換効率を低下させる成分であり、その含有量は１０％以下であり、好ましくは５．０％未満、３％以下、２．０％未満、１％以下、１．０％未満、０．５％以下、特に０．３％以下であり、実質的に含有しないことが望ましい。Ｂ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、ファイアスルーの際に受光面側の半導体層にホウ素がドープされることにより、ホウ素含有異種層が形成されて、半導体基板のｐ型半導体層又はｎ型半導体層の機能が低下し易くなり、結果として、シリコン太陽電池の光電変換効率が低下し易くなる。また、Ｂ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、ガラスの粘性が高くなる傾向があり、低温で電極形成材料を焼結し難くなることに加えて、耐水性が低下し易くなり、シリコン太陽電池の長期信頼性が低下し易くなる。なお、熱的安定性（耐失透性）の観点からは、Ｂ２Ｏ３を０．００１質量％以上添加した方が良い場合もある。
【００３８】
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３は、熱的安定性、耐水性を高める成分であり、更には半導体基板と電極の接着強度を高める成分であり、その含有量は１〜３０％であり、１〜１７％、３〜１４％、特に７〜１１％が好ましい。ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の含有量が少な過ぎると、上記効果（特に熱的安定性を高める効果）を享受し難くなる。一方、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなることに加えて、ファイアスルー性が低下する傾向がある。
【００３９】
ＰｂＯの含有量を増加させつつ、Ｂ２Ｏ３の含有量を低下させた上で、ＰｂＯ＋ＳｉＯ２の含有量を多くすれば、熱的安定性の低下を抑制しつつ、ファイアスルー性を的確に高めることができる。ＰｂＯ＋ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは９４％以上、９４．５％以上、９５％以上、９６％以上、９６．４％以上、特に９７％以上である。
【００４０】
ＰｂＯの含有量を増加させつつ、Ｂ２Ｏ３の含有量を低下させた上で、ＰｂＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の含有量を多くすれば、熱的安定性の低下を抑制しつつ、ファイアスルー性、耐水性、シリコン太陽電池の光電変換効率を的確に高めることができる。ＰｂＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の含有量は、好ましくは９６％以上、９６．５％以上、９７％以上、９７．４％以上、特に９８％以上である。ここで、「ＰｂＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３」は、ＰｂＯ、ＳｉＯ２、及びＡｌ２Ｏ３の合量である。
【００４１】
ＳｉＯ２は、ガラス骨格成分であり、また耐水性を高める成分であり、更には半導体基板と電極の接着強度を高める成分であり、その含有量は１〜１７％、３〜１４％、特に７〜１１％が好ましい。ＳｉＯ２の含有量が少な過ぎると、上記効果（特に熱的安定性を高める効果）を享受し難くなる。一方、ＳｉＯ２の含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなることに加えて、ファイアスルー性が低下する傾向がある。
【００４２】
軟化点を低下させつつ、ファイアスルー性を高めるためには、ガラス組成中にＰｂＯを多量に添加する必要があるが、ＰｂＯの含有量を増加させると、焼成時にガラスが失透し易くなり、この失透に起因して、ガラス粉末の反応性が低下し易くなる。特に、ＰｂＯの含有量が８４％以上になると、その傾向が顕著になる。そこで、ガラス組成中にＳｉＯ２を適量添加すれば、ＰｂＯの含有量が８４％以上であっても、ガラスの失透を抑制することができる。
【００４３】
Ａｌ２Ｏ３は、耐水性を高める成分であり、またシリコン太陽電池の光電変換効率を高める成分であり、その含有量は、好ましくは０．１〜１０％未満、より好ましくは０．５〜９％、更に好ましくは１〜５％である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が少な過ぎると、シリコン太陽電池の光電変換効率を高め難くなる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなることに加えて、ファイアスルー性が低下する傾向がある。
【００４４】
質量比ＰｂＯ／ＳｉＯ２は、好ましくは６．０〜２０、７．０〜２０、７．６〜２０、７．９〜１５、８．０〜１２、８．１〜１０、８．２〜９．０、特に８．３〜８．７である。このようにすれば、軟化点の上昇を抑制しつつ、ファイアスルー性を的確に高めることができる。
【００４５】
質量比ＰｂＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）は、好ましくは６．４以上、６．４２以上、６．４３以上、６．４４以上、特に６．４５〜７．０である。このようにすれば、軟化点の上昇を抑制しつつ、ファイアスルー性を的確に高めることができる。
【００４６】
質量比Ｂ２Ｏ３／ＰｂＯは、好ましくは０〜０．１、０〜０．０５、０〜０．０３、特に０〜０．０１である。このようにすれば、ファイアスルー性を維持した上で、半導体中のホウ素含有異種層の形成を抑制することができる。
【００４７】
質量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３は、１．０超、３．０超、５．０超、７以上、１０．０超が好ましい。このようにすれば、熱的安定性を維持した上で、半導体中のホウ素含有異種層の形成を抑制することができる。
【００４８】
質量比Ａｌ２Ｏ３／Ｂ２Ｏ３は、１．０超、３．０超、５．０超、７以上、１０．０超が好ましい。このようにすれば、半導体中のホウ素含有異種層の形成を顕著に抑制することができる。
【００４９】
上記成分以外にも、例えば、以下の成分を添加してもよい。なお、上記成分以外の成分は、種々の特性のバランスの関係上、合量で２０％以下、１５％以下、１０％以下、７％以下、５％以下、特に３％以下が好ましい。
【００５０】
Ｐ２Ｏ５は、溶融時にガラスの失透を抑制する成分であるが、その含有量が多いと、溶融時にガラスが分相し易くなる。このため、Ｐ２Ｏ５の含有量は２．５％以下、特に１％以下が好ましい。
【００５１】
ＺｒＯ２は、耐酢酸性を高める成分である。ＺｒＯ２の含有量は、好ましくは０〜１５％、０．０１〜１５％、０．１〜８％、特に０．２〜６％である。ＺｒＯ２の含有量が多過ぎると、耐失透性が低下し易くなる。なお、ＺｒＯ２の含有量が少な過ぎると、上記効果を享受し難くなる。
【００５２】
ＴｉＯ２は、耐酢酸性を高める成分である。ＴｉＯ２の含有量は、好ましくは０〜１５％、０．０１〜１５％、０．１〜８％、特に０．２〜６％である。ＴｉＯ２の含有量が多過ぎると、耐失透性が低下し易くなる。なお、ＴｉＯ２の含有量が少な過ぎると、上記効果を享受し難くなる。
【００５３】
ＭｇＯは、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は０〜５％、特に０〜２％が好ましい。ＭｇＯの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなる。
【００５４】
ＣａＯは、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は０〜５％、特に０〜２％が好ましい。ＣａＯの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなる。
【００５５】
ＳｒＯは、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は０〜５％、特に０〜２％が好ましい。ＳｒＯの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなる。
【００５６】
ＢａＯは、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は０〜５％、特に０〜２％が好ましい。ＢａＯの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、低温で電極形成材料を焼結し難くなる。
【００５７】
ＺｎＯは、熱的安定性を高める成分であると共に、熱膨張係数を低下させずに、軟化点を低下させる成分であり、その含有量は０〜１０％、０〜５％、特に０〜２％が好ましい。ＺｎＯの含有量が多過ぎると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆にガラスに結晶が析出し易くなる。
【００５８】
ＣｕＯは、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は０〜５％、特に０〜２％が好ましい。ＣｕＯの含有量が多過ぎると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆に結晶の析出速度が速くなり、すなわち熱的安定性が低下する傾向がある。
【００５９】
Ｆｅ２Ｏ３は、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は０〜５％、特に０〜２％が好ましい。Ｆｅ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆に結晶の析出速度が速くなり、すなわち熱的安定性が低下する傾向がある。
【００６０】
Ｎｄ２Ｏ３は、熱的安定性を顕著に高める成分であり、特に、低Ｂ２Ｏ３のＰｂＯ−ＳｉＯ２系ガラスに対して、熱的安定性を顕著に高める成分である。Ｎｄ２Ｏ３の含有量は０．０１〜１５％、０．１〜１０％、０．５〜８％、特に１〜５％が好ましい。Ｎｄ２Ｏ３の含有量が少な過ぎると、上記効果を享受し難くなる。一方、Ｎｄ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、バッチコストが高騰する。
【００６１】
質量比Ｂ２Ｏ３／Ｎｄ２Ｏ３は、３５以下、２５以下、２０以下、１５以下、８以下、５以下、３以下、２以下、１以下、０．１以下、特に０．１０未満が好ましい。このようにすれば、半導体層の機能維持と熱的安定性を高いレベルで両立することが可能になる。
【００６２】
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＣｓ２Ｏは、軟化点を低下させる成分であるが、溶融時にガラスの失透を促進する作用を有するため、これらの成分の含有量は、各々１％以下が好ましい。
【００６３】
Ｂｉ２Ｏ３は、耐水性を高める成分であり、その含有量は０〜５％、特に０〜２％が好ましい。Ｂｉ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、バッチコストが高騰する。
【００６４】
ランタノイド酸化物、例えばＬａ２Ｏ３やＮｄ２Ｏ３は、熱的安定性を高める成分であり、その含有量は０〜５％、特に０〜２％が好ましい。ランタノイド酸化物の含有量が多過ぎると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆に結晶の析出速度が速くなり、すなわち熱的安定性が低下する傾向がある。
【００６５】
本発明では、各成分の好適な範囲を組み合わせて、好適なガラス組成範囲とすることができる。その中でも、特に好ましいガラス組成範囲は以下の通りである。
（１）ガラス組成として、質量％で、ＰｂＯ  ７６〜９５％、Ｂ２Ｏ３  ０〜１０％、ＳｉＯ２  １〜１７％、Ａｌ２Ｏ３  ０．１〜１０．０％未満、Ｐ２Ｏ５  ０〜２．５％を含有、
（２）ガラス組成として、質量％で、ＰｂＯ  ７６〜９５％、Ｂ２Ｏ３  ０〜３％、ＳｉＯ２  ３〜１７％、Ａｌ２Ｏ３  ０．１〜１０．０％未満、Ｐ２Ｏ５  ０〜２．５％を含有、
（３）ガラス組成として、質量％で、ＰｂＯ  ８０〜９２％、Ｂ２Ｏ３  ０〜１．０％未満、ＳｉＯ２  ３〜１７％、Ａｌ２Ｏ３  ０．１〜１０．０％未満、Ｐ２Ｏ５  ０〜２．５％を含有、質量比Ｂ２Ｏ３／ＰｂＯが０〜０．０５、
（４）ガラス組成として、質量％で、ＰｂＯ  ８０〜９２％、Ｂ２Ｏ３  ０〜１．０％未満、ＳｉＯ２  ３〜１４％、Ａｌ２Ｏ３  １〜５％、Ｐ２Ｏ５  ０〜２．５％を含有、質量比Ｂ２Ｏ３／ＰｂＯが０〜０．０３、質量比Ａｌ２Ｏ３／Ｂ２Ｏ３  ５．０超、
（５）ガラス組成として、質量％で、ＰｂＯ  ８２〜８９％、Ｂ２Ｏ３  ０〜０．５％、ＳｉＯ２  ７〜１４％、Ａｌ２Ｏ３  １〜５％、Ｐ２Ｏ５  ０〜２．５％を含有、質量比Ｂ２Ｏ３／ＰｂＯが０〜０．０１、質量比Ａｌ２Ｏ３／Ｂ２Ｏ３  ７以上。
【００６６】
本発明の電極形成材料は、上記の電極形成用ガラスからなるガラス粉末と、金属粉末と、ビークルとを含む。ガラス粉末は、焼成時に、反射防止膜を侵食することにより、電極形成材料をファイアスルーさせる成分であると共に、電極と半導体基板を接着させる成分である。金属粉末は、電極を形成する主要成分であり、導電性を確保するための成分である。ビークルは、ペースト化するための成分であり、印刷に適した粘度を付与するための成分である。
【００６７】
本発明の電極形成材料において、ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０は５．０μｍ未満、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、特に１．５μｍ以下が好ましい。ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０が５μｍ以上であると、ガラス粉末の表面積が小さくなることに起因して、ガラス粉末の反応性が低下し、ファイアスルー性が低下し易くなる。また、ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０が５μｍ以上であると、ガラス粉末の軟化点が上昇し、電極の形成に必要な温度域が上昇する。さらに、ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０が５μｍ以上であると、微細な電極パターンを形成し難くなり、シリコン太陽電池の光電変換効率が低下し易くなる。一方、ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０の下限は特に限定されないが、ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０が小さ過ぎると、ガラス粉末のハンドリング性が低下し、ガラス粉末の材料収率が低下することに加えて、ガラス粉末が凝集し易くなり、シリコン太陽電池の特性が変動し易くなる。このような状況を考慮すれば、ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０は０．５μｍ以上が好ましい。なお、（１）ガラスフィルムをボールミルで粉砕した後、得られたガラス粉末を空気分級、或いは（２）ガラスフィルムをボールミル等で粗粉砕した後、ビーズミル等で湿式粉砕すれば、上記平均粒子径Ｄ５０を有するガラス粉末を得ることができる。
【００６８】
本発明の電極形成材料において、ガラス粉末の最大粒子径Ｄｍａｘは２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、特に１０μｍ以下が好ましい。ガラス粉末の最大粒子径Ｄｍａｘが２５μｍより大きいと、微細な電極パターンを形成し難くなり、シリコン太陽電池の光電変換効率が低下し易くなる。ここで、「最大粒子径Ｄｍａｘ」は、レーザー回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して９９％である粒子径を表す。
【００６９】
本発明の電極形成材料において、ガラス粉末の軟化点は５５０℃以下、５３０℃以下、５００℃以下、４８０℃以下、特に３８０〜４６０℃が好ましい。ガラス粉末の軟化点が５５０℃より高いと、電極の形成に必要な温度域が上昇する。なお、ガラス粉末の軟化点が３８０℃より低いと、反射防止膜の反応が進行し過ぎて、半導体基板も侵食するため、空乏層が損傷されて、シリコン太陽電池の電池特性が低下するおそれがある。
【００７０】
本発明の電極形成材料において、ガラス粉末の含有量は０．２〜１０質量％、１〜６質量％、特に１．５〜４質量％が好ましい。ガラス粉末の含有量が０．２質量％より少ないと、電極形成材料の焼結性が低下し易くなる。一方、ガラス粉末の含有量が１０質量％より多いと、形成される電極の導電性が低下し易くなるため、発生した電気を取り出し難くなる。また、ガラス粉末の含有量と金属粉末の含有比は、上記と同様の理由により、質量比で０．３：９９．７〜１３：８７、１．５：９８．５〜７．５：９２．５、特に２：９８〜５：９５が好ましい。
【００７１】
本発明の電極形成材料において、金属粉末の含有量は５０〜９４．８質量％、６５〜９３質量％、特に７０〜９２質量％が好ましい。金属粉末の含有量が５０質量％より少ないと、形成される電極の導電性が低下して、シリコン太陽電池の光電変換効率が低下し易くなる。一方、金属粉末の含有量が９４．８質量％より多いと、相対的にガラス粉末の含有量が低下するため、電極形成材料の焼結性が低下し易くなる。
【００７２】
本発明の電極形成材料において、金属粉末はＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ及びこれらの合金の一種又は二種以上が好ましく、特にＡｇ及びその合金、Ａｌ及びその合金、或いはＣｕ及びその合金が好ましい。これらの金属粉末は、導電性が良好であると共に、本発明に係るガラス粉末と適合性が良好である。このため、これらの金属粉末を用いると、焼成時にガラスが失透し難くなると共に、ガラスが発泡し難くなる。また、微細な電極パターンを形成するために、金属粉末の平均粒子径Ｄ５０は２μｍ以下、特に１μｍ以下が好ましい。
【００７３】
本発明の電極形成材料において、ビークルの含有量は５〜４０質量％、特に１０〜２５質量％が好ましい。ビークルの含有量が５質量％より少ないと、ペースト化が困難になり、印刷法で電極を形成し難くなる。一方、ビークルの含有量が４０質量％より多いと、焼成前後で膜厚や膜幅が変動し易くなり、結果として、所望の電極パターンを形成し難くなる。
【００７４】
上記の通り、ビークルは、一般的に、有機溶媒中に樹脂を溶解させたものを指す。樹脂としては、アクリル酸エステル（アクリル樹脂）、エチルセルロース、ポリエチレングリコール誘導体、ニトロセルロース、ポリメチルスチレン、ポリエチレンカーボネート、メタクリル酸エステル等が使用可能である。特に、アクリル酸エステル、ニトロセルロース、エチルセルロースは、熱分解性が良好であるため、好ましい。有機溶媒としては、Ｎ、Ｎ’−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、α−ターピネオール、高級アルコール、γ−ブチルラクトン（γ−ＢＬ）、テトラリン、ブチルカルビトールアセテート、酢酸エチル、酢酸イソアミル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ベンジルアルコール、トルエン、３−メトキシ−３−メチルブタノール、水、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等が使用可能である。特に、α−ターピネオールは、高粘性であり、樹脂等の溶解性も良好であるため、好ましい。
【００７５】
本発明の電極形成材料は、上記成分以外にも、熱膨張係数を調整するためにコーディエライト等のセラミックフィラー粉末、電極の抵抗を調整するためにＮｉＯ等の酸化物粉末、ペースト特性を調整するために界面活性剤や増粘剤、外観品位を調整するために顔料等を含有してもよい。
【００７６】
本発明の電極形成材料は、窒化ケイ素膜、酸化シリコン膜、酸化チタン膜、酸化アルミニウム膜との反応性、特に窒化ケイ素膜との反応性が適正であり、ファイアスルー性に優れている。その結果、焼成時に反射防止膜を貫通可能であり、シリコン太陽電池の受光面電極を効率良く形成することができる。また、本発明の電極形成材料を用いると、ファイアスルーの際に受光面側の半導体層へのホウ素のドープを抑制することができる。これにより、ホウ素含有異種層が形成されて、半導体基板のｐ型半導体層又はｎ型半導体層の機能が低下する事態を防止でき、結果として、シリコン太陽電池の光電変換効率が低下し難くなる。
【００７７】
本発明の電極形成材料は、シリコン太陽電池の裏面電極の形成にも使用可能である。裏面電極を形成するための電極形成材料は、通常、Ａｌ粉末と、ガラス粉末と、ビークル等とを含有している。そして裏面電極は、通常、上記の印刷法で形成される。
【実施例】
【００７８】
以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例は単なる例示である。本発明は以下の実施例に何ら限定されない。
【００７９】
表１、２は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜１４）及び比較例（試料Ｎｏ．１５、１６）を示している。
【００８０】
【表１】
2013155102.tif 000003
【００８１】
【表２】
2013155102.tif 000004
【００８２】
次のようにして、各試料を調製した。まず、表中に示したガラス組成となるように各種酸化物、炭酸塩等のガラス原料を調合し、ガラスバッチを準備した後、このガラスバッチを白金坩堝に入れて、９００〜１１００℃で１〜２時間溶融した。次に、溶融ガラスを水冷ローラーでフィルム状に成形し、得られたガラスフィルムをボールミルで粉砕した後、目開き２００メッシュの篩を通過させた上で、空気分級し、表中に記載の平均粒子径Ｄ５０を有するガラス粉末を得た。
【００８３】
各試料につき、軟化点を測定した。軟化点は、マクロ型ＤＴＡ装置で測定した値である。なお、測定温度域を室温〜７００℃とし、昇温速度を１０℃／分とした。
【００８４】
得られたガラス粉末３質量％と、表中に示す金属粉末（平均粒子径Ｄ５０＝０．５μｍ）７７質量％と、ビークル（α−ターピネオールにアクリル酸エステルを溶解させたもの）２０質量％とを三本ローラーで混練し、ペースト状の試料を得た。この試料につき、ファイアスルー性と電池特性を評価した。
【００８５】
次のようにして、ファイアスルー性を評価した。シリコン半導体基板に形成されたＳｉＮ膜（膜厚１００ｎｍ）上に、長さ２００ｍｍ、１００μｍ幅になるようにペースト状の試料を線状にスクリーン印刷し、乾燥した後、電気炉で９００℃１分間焼成した。次に、得られた焼成基板を塩酸水溶液（１０質量％濃度）に浸漬し、１２時間超音波にかけて、エッチング処理を行った。続いて、エッチング処理後の焼成基板を光学顕微鏡（１００倍）で観察し、ファイアスルー性を評価した。ＳｉＮ膜を貫通し、焼成基板上に線状の電極パターンが形成されていたものを「○」、焼成基板上に線状の電極パターンが概ね形成されていたが、ＳｉＮ膜を貫通していない箇所が存在し、電気的接続が一部途切れていたものを「△」、ＳｉＮ膜を貫通していなかったものを「×」として評価した。
【００８６】
次のようにして、電池特性を評価した。上記のペースト状の試料を用いて、常法に従い、受光面電極を形成した上で、単結晶シリコン太陽電池を作製した。次に、常法に従い、得られた単結晶シリコン太陽電池の光電変換効率を測定し、光電変換効率が１７．８％以上である場合を「○」、１５％以上１７．８％未満である場合を「△」、１５％未満である場合を「×」として、評価した。
【００８７】
表１、２から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜１４は、ファイアスルー性と電池特性の評価が良好であった。一方、試料Ｎｏ．１５は、ガラス組成が所定範囲外であり、ファイアスルー性と電池特性の評価が不良であった。なお、試料Ｎｏ．１６は、ファイアスルー性が良好であったものの、ガラス組成が所定範囲外であったため、電池特性の評価が不良であった。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の電極形成用ガラス及び電極形成材料は、シリコン太陽電池の電極、特に反射防止膜を有するシリコン太陽電池の受光面電極に好適に使用可能である。また、本発明の電極形成用ガラス及び電極形成材料は、シリコン太陽電池以外の用途、例えばセラミックコンデンサ等のセラミック電子部品、フォトダイオード等の光学部品に応用することもできる。
【図１】
2013155102.tif 000005