(57)【要約】  シリコン系太陽電池セルの背面タブ層、前面バスバー層、および微細なグリッド線層を製造する材料および方法を開示する。材料は、コアシェルニッケル系粒子を含有する導電性メタライズペーストを含む。
2016523451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面と裏面とを有するシリコン基板と；
前記シリコン基板の前面の複数の微細なグリッド線と；
前記シリコン基板の前面の少なくとも１つの前面バスバー層であって、前記複数の微細なグリッド線と電気的に接触している前面バスバー層と；
前記シリコン基板の裏面のアルミニウム層と；
前記シリコン基板の裏面の少なくとも１つの背面タブ層と；
を備える太陽電池であって、
前記複数の微細なグリッド線、前記前面バスバー層、または前記背面タブ層の少なくとも１つが、
前記銀とコアシェルニッケル粒子との重量比が１：９〜４：１となるように、銀マトリックス中に分散したコアシェルニッケル粒子からなる凝縮した粒子形態、
を備え；
前記コアシェルニッケル粒子が：
ニッケルコアと；
前記コアを取り囲む第１のシェルであって、１〜８重量％のホウ素を含むニッケル合金からなる第１のシェルと；
を含む太陽電池。
【請求項２】
前記背面タブ層が、凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
錫系半田とフラックスとを使用して錫被覆銅タブリボンに半田付けされたとき、前記背面タブ層の剥離強度が１Ｎ／ｍｍ超である、請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記背面タブ層の厚みが４〜１５μｍである、請求項２に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記背面タブ層の導電率がバルク状の銀の導電率より２〜１０倍低い、請求項２に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記前面バスバー層が、凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
錫系半田とフラックスとを使用して錫被覆銅タブリボンに半田付けされたとき、前記前面バスバー層の剥離強度が１Ｎ／ｍｍ超である、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記前面バスバー層の厚みが４μｍ〜５０μｍである、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記前面バスバー層の導電率がバルク状の銀の導電率より２〜１０倍低い、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記シリコン基板の前面が反射防止膜を有し、前記前面バスバー層が前記反射防止膜を貫通せず、前記シリコン基板に電気的に接触しない、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記シリコン基板の前面がシリコンエミッタ層を有し、前記前面バスバー層が前記シリコンエミッタ層に電気的に接触する、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記微細なグリッド線が、凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記前面バスバー層が互いに平行であり、前記前面バスバー層間の距離が４ｃｍ未満である、請求項１２に記載の太陽電池。
【請求項１４】
前記微細なグリッド線の厚みが２０μｍ〜５０μｍである、請求項１２に記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記微細なグリッド線の導電率がバルク状の銀の導電率より１．５〜７倍低い、請求項１２に記載の太陽電池。
【請求項１６】
前記シリコン基板の前面がシリコンエミッタ層を有し、前記微細なグリッド線が前記シリコンエミッタ層に電気的に接触し、その接触抵抗が１００ｍΩ・ｃｍ２未満である、請求項１２に記載の太陽電池。
【請求項１７】
前記微細なグリッド線が、前記凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する焼結し緻密化した銀マトリックスと、前記シリコン基板との間に追加の金属層をさらに含み、前記追加の金属層が銀からなる、請求項１２に記載の太陽電池。
【請求項１８】
前記微細なグリッド線が、前記凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する焼結し緻密化した銀マトリックス上に追加の金属層をさらに含み、前記追加の金属層が銀からなる、請求項１２に記載の太陽電池。
【請求項１９】
前面と裏面とを有するシリコン基板と；
前記シリコン基板の前面の複数の微細なグリッド線と；
前記シリコン基板の前面の少なくとも１つの前面バスバー層であって、前記複数の微細なグリッド線と電気的に接触している前面バスバー層と；
前記シリコン基板の裏面のアルミニウム層と；
前記シリコン基板の裏面の少なくとも１つの背面タブ層と；
を備える太陽電池であって、
前記複数の微細なグリッド線、前記前面バスバー層、または前記背面タブ層の少なくとも１つが、
銀とコアシェルニッケル合金粒子との重量比が１：９〜４：１となるように、銀マトリックス中に分散したコアシェルニッケル合金粒子からなる凝縮した粒子形態、
を備え；
前記コアシェルニッケル合金粒子が：
ニッケルまたはニッケル合金コアと；
前記コアを取り囲む第１のシェルであって、前記コアとは異なる材料からなり、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、ニッケル合金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される１種以上の材料を含む第１のシェルと；
を含む太陽電池。
【請求項２０】
前記背面タブ層が、凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを含む、請求項１９に記載の太陽電池。
【請求項２１】
錫系半田とフラックスとを使用して錫被覆銅タブリボンに半田付けされたとき、前記背面タブ層の剥離強度が１Ｎ／ｍｍ超である、請求項２０に記載の太陽電池。
【請求項２２】
前記背面タブ層の厚みが４〜１５μｍである、請求項２０に記載の太陽電池。
【請求項２３】
前記背面タブ層の導電率がバルク状の銀の導電率より２〜１０倍低い、請求項２０に記載の太陽電池。
【請求項２４】
前記前面バスバー層が、凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを含む、請求項１９に記載の太陽電池。
【請求項２５】
錫系半田とフラックスとを使用して錫被覆銅タブリボンに半田付けされたとき、前記前面バスバー層の剥離強度が１Ｎ／ｍｍ超である、請求項２４に記載の太陽電池。
【請求項２６】
前記前面バスバー層の厚みが４μｍ〜５０μｍである、請求項２４に記載の太陽電池。
【請求項２７】
前記前面バスバー層の導電率がバルク状の銀の導電率より２〜１０倍低い、請求項２４に記載の太陽電池。
【請求項２８】
前記シリコン基板の前面が反射防止膜を有し、前記前面バスバー層が前記反射防止膜を貫通せず、前記シリコン基板に電気的に接触しない、請求項２４に記載の太陽電池。
【請求項２９】
前記シリコン基板の前面がシリコンエミッタ層を有し、前記前面バスバー層が前記シリコンエミッタ層に電気的に接触する、請求項２４に記載の太陽電池。
【請求項３０】
前記微細なグリッド線が、凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを含む、請求項１９に記載の太陽電池。
【請求項３１】
２つ以上の前面バスバー層があり、前記前面バスバー層が互いに平行であり、前記前面バスバー層間の距離が４ｃｍ未満である、請求項３０に記載の太陽電池。
【請求項３２】
前記微細なグリッド線の厚みが２０μｍ〜５０μｍである、請求項３０に記載の太陽電池。
【請求項３３】
前記微細なグリッド線の導電率がバルク状の銀の導電率より１．５〜７倍低い、請求項３０に記載の太陽電池。
【請求項３４】
前記シリコン基板の前面がシリコンエミッタ層を有し、前記微細なグリッド線が前記シリコンエミッタ層に電気的に接触し、その接触抵抗が１００ｍΩ・ｃｍ２未満である、請求項３０に記載の太陽電池。
【請求項３５】
前記微細なグリッド線が、前記凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する焼結し緻密化した銀マトリックスと、前記シリコン基板との間に追加の金属層をさらに含み、前記追加の金属層が銀からなる、請求項３０に記載の太陽電池。
【請求項３６】
前記微細なグリッド線が、前記凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する焼結し緻密化した銀マトリックス上に追加の金属層をさらに含み、前記追加の金属層が銀からなる、請求項３０に記載の太陽電池。
【請求項３７】
前面と裏面とを有するシリコン基板と；
前記シリコン基板の前面の複数の微細なグリッド線と
前記シリコン基板の前面の少なくとも１つの前面バスバー層であって、前記複数の微細なグリッド線と電気的に接触している前面バスバー層と
前記シリコン基板の裏面のアルミニウム層と；
前記シリコン基板の裏面の少なくとも１つの背面タブ層と；
を備える太陽電池であって、
前記複数の微細なグリッド線、前記前面バスバー層、または前記背面タブ層の少なくとも１つが：
前記銀とコアシェルニッケル粒子との重量比が１：９〜４：１となるように、銀マトリックス中に分散したコアシェルニッケル粒子からなる凝縮した粒子形態、
を備え、
前記コアシェルニッケル合金粒子が：
ニッケルコアと；
前記コアを取り囲む第１のシェルであって、１〜８重量％のホウ素を含むニッケル合金からなる第１のシェルと；
前記第１のシェルを取り囲む第２のシェルであって、前記第１のシェルとも前記コアとも異なる材料からなり、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、およびニッケル合金、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選択される１種以上の材料を含む第２のシェルと；
を含む太陽電池。
【請求項３８】
前記背面タブ層が、凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを含む、請求項３７に記載の太陽電池。
【請求項３９】
錫系半田とフラックスとを使用して錫被覆銅タブリボンに半田付けされたとき、前記背面タブ層の剥離強度が１Ｎ／ｍｍ超である、請求項３８に記載の太陽電池。
【請求項４０】
前記背面タブ層の厚みが４〜１５μｍである、請求項３８に記載の太陽電池。
【請求項４１】
前記背面タブ層の導電率がバルク状の銀の導電率より２〜１０倍低い、請求項３８に記載の太陽電池。
【請求項４２】
前記前面バスバー層が、凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを含む、請求項３７に記載の太陽電池。
【請求項４３】
錫系半田とフラックスとを使用して錫被覆銅タブリボンに半田付けされたとき、前記前面バスバー層の剥離強度が１Ｎ／ｍｍ超である、請求項４２に記載の太陽電池。
【請求項４４】
前記前面バスバー層の厚みが４μｍ〜５０μｍである、請求項４２に記載の太陽電池。
【請求項４５】
前記前面バスバー層の導電率がバルク状の銀の導電率より２〜１０倍低い、請求項４２に記載の太陽電池。
【請求項４６】
前記シリコン基板の前面が反射防止膜を有し、前記前面バスバー層が前記反射防止膜を貫通せず、前記シリコン基板に電気的に接触しない、請求項４２に記載の太陽電池。
【請求項４７】
前記シリコン基板の前面がシリコンエミッタ層を有し、前記前面バスバー層が前記シリコンエミッタ層に電気的に接触する、請求項４２に記載の太陽電池。
【請求項４８】
前記微細なグリッド線が、凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを含む、請求項３７に記載の太陽電池。
【請求項４９】
２つ以上の前面バスバー層があり、前面バスバー層が互いに平行であり、前面バスバー層間の距離が４ｃｍ未満である、請求項４８に記載の太陽電池。
【請求項５０】
前記微細なグリッド線の厚みが２０μｍ〜５０μｍである、請求項４８に記載の太陽電池。
【請求項５１】
前記微細なグリッド線の導電率がバルク状の銀の導電率より１．５〜７倍低い、請求項４８に記載の太陽電池。
【請求項５２】
前記シリコン基板の前面がシリコンエミッタ層を有し、前記微細なグリッド線が前記シリコンエミッタ層に電気的に接触し、その接触抵抗が１００ｍΩ・ｃｍ２未満である、請求項４８に記載の太陽電池。
【請求項５３】
前記微細なグリッド線が、前記凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する焼結し緻密化した銀マトリックスと、前記シリコン基板との間に追加の金属層をさらに含み、前記追加の金属層が銀からなる、請求項４８に記載の太陽電池。
【請求項５４】
前記微細なグリッド線が、前記凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する焼結し緻密化した銀マトリックス上に追加の金属層をさらに含み、前記追加の金属層が銀からなる、請求項４８に記載の太陽電池。
【請求項５５】
前面と裏面とを有するシリコン基板と；
前記シリコン基板の前面の複数の微細なグリッド線と；
前記基板の前面の少なくとも１つの前面バスバー層であって、前記複数の微細なグリッド線と電気的に接触している前面バスバー層と；
前記基板の裏面のアルミニウム層と；
前記基板の裏面の少なくとも１つの背面タブ層と；
を備える太陽電池であって、
前記複数の微細なグリッド線、前記前面バスバー層、または前記背面タブ層の少なくとも１つが、
凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックス；
を含み、
前記コアシェルニッケル合金粒子が：
ニッケルまたはニッケル合金コアと；
前記コアを取り囲む第１のシェルであって、前記コアとは異なる材料からなり、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、ニッケル合金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される１種以上の材料を含む第１のシェルと；
前記第１のシェルを取り囲む第２のシェルであって、前記第１のシェルとも前記コアとも異なる材料からなり、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、およびニッケル合金、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選択される１種以上の材料を含む第２のシェルと；
を含む太陽電池。
【請求項５６】
前記背面タブ層が、凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを含む、請求項５５に記載の太陽電池。
【請求項５７】
錫系半田とフラックスとを使用して錫被覆銅タブリボンに半田付けされたとき、前記背面タブ層の剥離強度が１Ｎ／ｍｍ超である、請求項５６に記載の太陽電池。
【請求項５８】
前記背面タブ層の厚みが４〜１５μｍである、請求項５６に記載の太陽電池。
【請求項５９】
前記背面タブ層の導電率がバルク状の銀の導電率より２〜１０倍低い、請求項５６に記載の太陽電池。
【請求項６０】
前記前面バスバー層が、凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを含む、請求項５５に記載の太陽電池。
【請求項６１】
錫系半田とフラックスとを使用して錫被覆銅タブリボンに半田付けされたとき、前記前面バスバー層の剥離強度が１Ｎ／ｍｍ超である、請求項６０に記載の太陽電池。
【請求項６２】
前記前面バスバー層の厚みが４μｍ〜５０μｍである、請求項６０に記載の太陽電池。
【請求項６３】
前記前面バスバー層の導電率がバルク状の銀の導電率より２〜１０倍低い、請求項６０に記載の太陽電池。
【請求項６４】
前記シリコン基板の前面が反射防止膜を有し、前記前面バスバー層が前記反射防止膜を貫通せず、前記シリコン基板に電気的に接触しない、請求項６０に記載の太陽電池。
【請求項６５】
前記シリコン基板の前面がシリコンエミッタ層を有し、前記前面バスバー層が前記シリコンエミッタ層に電気的に接触する、請求項６０に記載の太陽電池。
【請求項６６】
前記微細なグリッド線が、凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを含む、請求項５５に記載の太陽電池。
【請求項６７】
２つ以上の前面バスバー層があり、前記前面バスバー層が互いに平行であり、前記前面バスバー層間の距離が４ｃｍ未満である、請求項６６に記載の太陽電池。
【請求項６８】
前記微細なグリッド線の厚みが２０μｍ〜５０μｍである、請求項６６に記載の太陽電池。
【請求項６９】
前記微細なグリッド線の導電率がバルク状の銀の導電率より１．５〜７倍低い、請求項６６に記載の太陽電池。
【請求項７０】
前記シリコン基板の前面がシリコンエミッタ層を有し、前記微細なグリッド線が前記シリコンエミッタ層に電気的に接触し、その接触抵抗が１００ｍΩ・ｃｍ２未満である、請求項６６に記載の太陽電池。
【請求項７１】
前記微細なグリッド線が、前記凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する焼結し緻密化した銀マトリックスと、前記シリコン基板との間に追加の金属層をさらに含み、前記追加の金属層が銀からなる、請求項６６に記載の太陽電池。
【請求項７２】
前記微細なグリッド線が、前記凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する焼結し緻密化した銀マトリックス上に追加の金属層をさらに含み、前記追加の金属層が銀からなる、請求項６６に記載の太陽電池。
【請求項７３】
複数のコアシェルニッケル粒子であって、各コアシェルニッケル粒子が：
ニッケルコアと；
前記コアを取り囲む第１のシェルであって、１〜８重量％のホウ素を含むナノ結晶性ニッケルホウ素合金からなる第１のシェルと；
を含む複数のコアシェルニッケル粒子と；
銀粒子と；
ガラスフリットと；
を含むメタライズペーストであって、
前記コアシェルニッケル粒子、前記銀粒子、および前記ガラスフリットが全て有機ビヒクル中で互いに混合されている、メタライズペースト。
【請求項７４】
前記コアシェルニッケル粒子がそれぞれ、前記第１のシェルを内包する第２のシェルであって、前記第１のシェルとは異なる材料からなり、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、およびニッケル合金からなる群から選択される１種以上の材料を含む第２のシェルをさらに含む、請求項７３に記載のメタライズペースト。
【請求項７５】
前記ペーストがコアシェルニッケル粒子を２０重量％以上含む、請求項７３に記載のメタライズペースト。
【請求項７６】
ペーストが銀粒子を１０重量％以上含む、請求項７３に記載のメタライズペースト。
【請求項７７】
前記メタライズペーストが、コアシェルＮｉ粒子３０重量％、銀粒子５０重量％、ガラスフリット４重量％、および有機ビヒクル１６重量％を含む、請求項７３に記載のメタライズペースト。
【請求項７８】
前記メタライズペーストが、コアシェルＮｉ粒子３０重量％、銀粒子３０重量％、ガラスフリット４重量％、および有機ビヒクル３６重量％を含む、請求項７３に記載のメタライズペースト。
【請求項７９】
前記メタライズペーストが、コアシェルＮｉ粒子４０重量％、銀粒子２０重量％、ガラスフリット２重量％、および有機ビヒクル３８重量％を含む、請求項７３に記載のメタライズペースト。
【請求項８０】
前記メタライズペーストが、コアシェルＮｉ粒子３０重量％、銀粒子３０重量％、ガラスフリット５重量％、および有機ビヒクル３５重量％を含む、請求項７３に記載のメタライズペースト。
【請求項８１】
前記銀とコアシェルニッケル粒子との重量比が１：９である、請求項７３に記載のメタライズペースト。
【請求項８２】
前記銀とコアシェルニッケル粒子との重量比が１：１である、請求項７３に記載のメタライズペースト。
【請求項８３】
前記銀とコアシェルニッケル粒子との重量比が４：１である、請求項７３に記載のメタライズペースト。
【請求項８４】
複数のコアシェルニッケル粒子であって、各コアシェルニッケル粒子が：
ニッケル合金コアと；
前記コアを取り囲む第１のシェルであって、前記コアとは異なる材料からなり、ニッケル合金からなる第１のシェルと；
を含む複数のコアシェルニッケル粒子と；
銀粒子と；
ガラスフリットと；
を含むメタライズペーストであって；
前記コアシェルニッケル粒子、前記銀粒子、および前記ガラスフリットが全て有機ビヒクル中で互いに混合されている、メタライズペースト。
【請求項８５】
前記コアシェルニッケル粒子がそれぞれ、前記第１のシェルを内包する第２のシェルであって、前記第１のシェルとは異なる材料からなり、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、およびニッケル合金からなる群から選択される１種以上の材料を含む第２のシェルをさらに含む、請求項８４に記載のメタライズペースト。
【請求項８６】
前記ペーストがコアシェルニッケル粒子を２０重量％以上含む、請求項８４に記載のメタライズペースト。
【請求項８７】
ペーストが銀粒子を１０重量％以上含む、請求項８４に記載のメタライズペースト。
【請求項８８】
前記メタライズペーストが、コアシェルＮｉ粒子３０重量％、銀粒子５０重量％、ガラスフリット４重量％、および有機ビヒクル１６重量％を含む、請求項８４に記載のメタライズペースト。
【請求項８９】
前記メタライズペーストが、コアシェルＮｉ粒子３０重量％、銀粒子３０重量％、ガラスフリット４重量％、および有機ビヒクル３６重量％を含む、請求項８４に記載のメタライズペースト。
【請求項９０】
前記メタライズペーストが、コアシェルＮｉ粒子４０重量％、銀粒子２０重量％、ガラスフリット２重量％、および有機ビヒクル３８重量％を含む、請求項８４に記載のメタライズペースト。
【請求項９１】
前記メタライズペーストが、コアシェルＮｉ粒子３０重量％、銀粒子３０重量％、ガラスフリット５重量％、および有機ビヒクル３５重量％を含む、請求項８４に記載のメタライズペースト。
【請求項９２】
前記銀とコアシェルニッケル粒子との重量比が１：９である、請求項８４に記載のメタライズペースト。
【請求項９３】
前記銀とコアシェルニッケル粒子との重量比が１：１である、請求項８４に記載のメタライズペースト。
【請求項９４】
前記銀とコアシェルニッケル粒子との重量比が４：１である、請求項８４に記載のメタライズペースト。
【請求項９５】
複数のコアシェルニッケル粒子であって、各コアシェルニッケル粒子が：
ニッケル合金コアと；
前記コアを取り囲む第１のシェルであって、前記コアとは異なる材料からなり、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、ニッケル合金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される１種以上の材料を含む第１のシェルと；
を含む複数のコアシェルニッケル粒子と；
銀粒子と；
ガラスフリットと；
を含むメタライズペーストであって、
前記コアシェルニッケル粒子、前記銀粒子、および前記ガラスフリットが全て有機ビヒクル中で互いに混合されている、メタライズペースト。
【請求項９６】
前記ニッケル合金コアが純ニッケルである、請求項９５に記載のメタライズペースト。
【請求項９７】
前記コアシェルニッケル粒子の第１のシェルが、ニッケル５０〜１００重量％と、以下の元素：コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）の１種以上０〜５０重量％とを含有するニッケル合金を含む、請求項９５に記載のメタライズペースト。
【請求項９８】
前記コアシェルニッケル粒子がそれぞれ、前記第１のシェルを内包する第２のシェルであって、前記第１のシェルとは異なる材料からなり、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、およびニッケル合金からなる群から選択される１種以上の材料を含む第２のシェルをさらに含む、請求項９５に記載のメタライズペースト。
【請求項９９】
前記ペーストがコアシェルニッケル粒子を２０重量％以上含む、請求項９５に記載のメタライズペースト。
【請求項１００】
ペーストが銀粒子を１０重量％以上含む、請求項９５に記載のメタライズペースト。
【請求項１０１】
前記メタライズペーストが、コアシェルＮｉ粒子３０重量％、銀粒子５０重量％、ガラスフリット４重量％、および有機ビヒクル１６重量％を含む、請求項９５に記載のメタライズペースト。
【請求項１０２】
前記メタライズペーストが、コアシェルＮｉ粒子３０重量％、銀粒子３０重量％、ガラスフリット４重量％、および有機ビヒクル３６重量％を含む、請求項９５に記載のメタライズペースト。
【請求項１０３】
前記メタライズペーストが、コアシェルＮｉ粒子４０重量％、銀粒子２０重量％、ガラスフリット２重量％、および有機ビヒクル３８重量％を含む、請求項９５に記載のメタライズペースト。
【請求項１０４】
前記メタライズペーストが、コアシェルＮｉ粒子３０重量％、銀粒子３０重量％、ガラスフリット５重量％、および有機ビヒクル３５重量％を含む、請求項９５に記載のメタライズペースト。
【請求項１０５】
前記銀とコアシェルニッケル粒子との重量比が１：９である、請求項９５に記載のメタライズペースト。
【請求項１０６】
前記銀とコアシェルニッケル粒子との重量比が１：１である、請求項９５に記載のメタライズペースト。
【請求項１０７】
前記銀とコアシェルニッケル粒子との重量比が４：１である、請求項９５に記載のメタライズペースト。
【請求項１０８】
ニッケルを含むコアと；
前記コアを取り囲む第１のシェルであって、１〜８重量％のホウ素を含むニッケルホウ素合金からなる第１のシェルと；
を含む、コアシェル粒子。
【請求項１０９】
前記コアシェルニッケル粒子が球状の形状を有する、請求項１０８に記載の粒子。
【請求項１１０】
前記コアシェルニッケル粒子の平均直径が約３００ｎｍ〜３μｍである、請求項１０８に記載の粒子。
【請求項１１１】
前記第１のシェルの厚みが０．００５μｍ〜１μｍである、請求項１０８に記載の粒子。
【請求項１１２】
前記第１のシェルの厚みが０．００５μｍ〜０．３μｍである、請求項１０８に記載の粒子。
【請求項１１３】
前記第１のシェルの厚みが０．００５μｍ〜０．１μｍである、請求項１０８に記載の粒子。
【請求項１１４】
前記第１のシェルを取り囲む第２のシェルであって、前記第１のシェルとも前記コアとも異なる材料からなり、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、およびニッケル合金、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選択される１種以上の材料を含む第２のシェルをさらに含む、請求項１０８に記載の粒子。
【請求項１１５】
前記第２のシェルの厚みが約０．００５μｍ〜１μｍである、請求項１１４に記載の粒子。
【請求項１１６】
前記第２のシェルの厚みが約０．００５μｍ〜０．１μｍである、請求項１１４に記載の粒子。
【請求項１１７】
前記粒子が、フレーク、デンドライト、およびフィラメントからなる群から選択される形状を有する、請求項１０８に記載の粒子。
【請求項１１８】
前記フレークが直径１〜１０μｍ、厚み１００ｎｍ〜５００ｎｍである、請求項１１７に記載の粒子。
【請求項１１９】
前記フィラメントが直径２００μｍ〜１０００ｎｍ、長さ１μｍ超である、請求項１１７に記載の粒子。
【請求項１２０】
ニッケルまたはニッケル合金を含むコアと；
前記コアを取り囲む第１のシェルであって、前記コアとは異なる材料からなり、ニッケル合金からなる第１のシェルと；
を含む、コアシェル粒子。
【請求項１２１】
前記コアシェルニッケル粒子が球状の形状を有する、請求項１２０に記載の粒子。
【請求項１２２】
前記コアシェルニッケル粒子の平均直径が約３００ｎｍ〜３μｍである、請求項１２０に記載の粒子。
【請求項１２３】
前記第１のシェルの厚みが０．００５μｍ〜１μｍである、請求項１２０に記載の粒子。
【請求項１２４】
前記第１のシェルの厚みが０．００５μｍ〜０．３μｍである、請求項１２０に記載の粒子。
【請求項１２５】
前記第１のシェルの厚みが０．００５μｍ〜０．１μｍである、請求項１２０に記載の粒子。
【請求項１２６】
前記第１のシェルを取り囲む第２のシェルであって、前記第１のシェルとも前記コアとも異なる材料からなり、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、およびニッケル合金、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選択される１種以上の材料を含む第２のシェルをさらに含む、請求項１２０に記載の粒子。
【請求項１２７】
前記第２のシェルの厚みが約０．００５μｍ〜１μｍである、請求項１２６に記載の粒子。
【請求項１２８】
前記第２のシェルの厚みが約０．００５μｍ〜０．１μｍである、請求項１２６に記載の粒子。
【請求項１２９】
前記粒子が、フレーク、デンドライト、およびフィラメントからなる群から選択される形状を有する、請求項１２０に記載の粒子。
【請求項１３０】
前記フレークが直径１〜１０μｍ、厚み１００ｎｍ〜５００ｎｍである、請求項１２９に記載の粒子。
【請求項１３１】
前記フィラメントが直径２００μｍ〜１０００ｎｍ、長さ１μｍ超である、請求項１２９に記載の粒子。
【請求項１３２】
ニッケルまたはニッケル合金を含むコアと；
前記コアを取り囲む第１のシェルであって、前記コアとは異なる材料からなり、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、ニッケル合金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される１種以上の材料を含む第１のシェルと；
を含む、コアシェル粒子。
【請求項１３３】
前記コアが純ニッケルである、請求項１３２に記載の粒子。
【請求項１３４】
前記コアが、ニッケルと、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）からなる群から選択される１種以上の材料とを含むニッケル合金である、請求項１３２に記載の粒子。
【請求項１３５】
前記シェルがＮｉ：Ｂを含む、請求項１３２に記載の粒子。
【請求項１３６】
前記第１のシェルがナノ結晶形態を有する、請求項１３２に記載の粒子。
【請求項１３７】
前記第１のシェルが、ニッケル５０〜１００重量％と、以下の元素：コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）の１種以上０〜５０重量％とを含有するニッケル合金を含む、請求項１３２に記載の粒子。
【請求項１３８】
前記粒子が球状の形状を有する、請求項１３２に記載の粒子。
【請求項１３９】
前記粒子の平均直径が約３００ｎｍ〜３μｍである、請求項１３２に記載の粒子。
【請求項１４０】
前記第１のシェルの厚みが０．００５μｍ〜１μｍである、請求項１３２に記載の粒子。
【請求項１４１】
前記第１のシェルの厚みが０．００５μｍ〜０．３μｍである、請求項１３２に記載の粒子。
【請求項１４２】
前記第１のシェルの厚みが０．００５μｍ〜０．１μｍである、請求項１３２に記載の粒子。
【請求項１４３】
前記第１のシェルを取り囲む第２のシェルであって、前記第１のシェルとも前記コアとも異なる材料からなり、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、およびニッケル合金、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選択される１種以上の材料を含む第２のシェルをさらに含む、請求項１３２に記載の粒子。
【請求項１４４】
前記第２のシェルの厚みが約０．００５μｍ〜１μｍである、請求項１４４に記載の粒子。
【請求項１４５】
前記第２のシェルの厚みが約０．００５μｍ〜０．１μｍである、請求項１４４に記載の粒子。
【請求項１４６】
前記粒子が、フレーク、デンドライト、およびフィラメントからなる群から選択される形状を有する、請求項１３４に記載の粒子。
【請求項１４７】
前記フレークが直径１〜１０μｍ、厚み１００ｎｍ〜５００ｎｍである、請求項１４７に記載の粒子。
【請求項１４８】
前記フィラメントが直径２００μｍ〜１０００ｎｍ、長さ１μｍ超である、請求項１４７に記載の粒子。
【請求項１４９】
ニッケルを含むコアと；
前記コアを取り囲む第１のシェルであって、１重量％〜８重量％のホウ素を含むニッケルホウ素合金からなる第１のシェルと；
前記第１のシェルを取り囲む第２のシェルであって、前記第１のシェルとも前記コアとも異なる材料からなり、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、およびニッケル合金、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選択される１種以上の材料を含む第２のシェルと；
を含む、コアシェル粒子。
【請求項１５０】
前記コアシェルニッケル粒子が球状の形状を有する、請求項１４９に記載の粒子。
【請求項１５１】
前記コアシェルニッケル粒子の平均直径が約３００ｎｍ〜３μｍである、請求項１４９に記載の粒子。
【請求項１５２】
前記第１のシェルの厚みが０．００５μｍ〜１μｍである、請求項１４９に記載の粒子。
【請求項１５３】
前記第１のシェルの厚みが０．００５μｍ〜０．３μｍである、請求項１４９に記載の粒子。
【請求項１５４】
前記第１のシェルの厚みが０．００５μｍ〜０．１μｍである、請求項１４９に記載の粒子。
【請求項１５５】
前記粒子が、フレーク、デンドライト、およびフィラメントからなる群から選択される形状を有する、請求項１４９に記載の粒子。
【請求項１５６】
前記フレークが直径１〜１０μｍ、厚み１００ｎｍ〜５００ｎｍである、請求項１５５に記載の粒子。
【請求項１５７】
前記フィラメントが直径２００μｍ〜１０００ｎｍ、長さ１μｍ超である、請求項１５５に記載の粒子。
【請求項１５８】
前記第２のシェルの厚みが約０．００５μｍ〜１μｍである、請求項１５５に記載の粒子。
【請求項１５９】
前記第２のシェルの厚みが約０．００５μｍ〜０．１μｍである、請求項１５５に記載の粒子。
【請求項１６０】
太陽電池電極の製造方法であって、
ａ）シリコン基板を提供する工程と；
ｂ）前記シリコン基板の表面の少なくとも一部にメタライズペーストを塗布する工程であって、前記メタライズペーストが：
コアシェルニッケル合金粒子であって、
ニッケル合金コアと；
前記コアを取り囲む第１のシェルであって、前記コアとは異なる材料からなり、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、ニッケル合金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される１種以上の材料を含む第１のシェルと；
を含むコアシェルニッケル合金粒子と；
銀粒子と；
ガラスフリットと；
を含み、
前記コアシェルニッケル粒子、前記銀粒子、および前記ガラスフリットが全て有機ビヒクル中で互いに混合されている工程と；
ｃ）前記シリコン基板を７５０Ｃに０．５〜３秒間加熱して、コアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを形成する工程と；
を含む、方法。
【請求項１６１】
前記太陽電池の前面に前記メタライズペーストを塗布する、請求項１６０に記載の方法。
【請求項１６２】
前記メタライズペーストが微細なグリッド線を形成する、請求項１６１に記載の方法。
【請求項１６３】
前記メタライズペーストが前面バスバーを形成する、請求項１６１に記載の方法。
【請求項１６４】
前記メタライズペーストがフローティングバスバーを形成する、請求項１６１に記載の方法。
【請求項１６５】
前記太陽電池の背面の少なくとも一部に前記メタライズペーストを塗布し、背面タブ構造を形成する、請求項１６０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１３年６月２０日に出願された米国仮特許出願第６１／８３７，５７５号明細書、２０１３年９月２３日に出願された米国仮特許出願第６１／８８１，３９４号明細書、２０１３年４月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／９８６，０２０号明細書、２０１３年４月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／９８６，０２５号明細書、および２０１３年６月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／０１１，４９６号明細書に関し、これらは全て参照により本明細書に援用される。
【０００２】
政府の支援に関する陳述
本明細書に記載し、特許請求される本発明は、一部、ＳＢＩＲ契約番号ＩＩＰ−１３１５２８４の米国科学財団により支給される基金を使用して行われた。政府は本発明に一定の権利を有する。
【０００３】
本発明は、太陽電池、より具体的には、メタライズペーストおよび同時焼成プロセスを使用して電極を形成する太陽電池に関する。本開示の実施形態は、シリコン系太陽電池用の導電性メタライズペーストおよびインクに関する。
【背景技術】
【０００４】
スクリーン印刷可能なメタライズペーストを使用してシリコン太陽電池（ＰＶ）セルに電気的に接触し、ＰＶセルを一緒に接続する。メタライズ層と半田被覆Ｃｕタブリボンとの間を電気的に接触させることにより、セルを直列に接続する。シリコン系ＰＶセルには３種の主要なペースト配合物、即ち、１）背面アルミニウムペースト、２）背面銀タブペースト、および３）前面銀ペーストが使用されている。図１は、銀系メタライズペースト１００の一例を示す略図である。ペースト１００は、銀粒子１１０、ガラスフリット１２０、および有機バインダ１３０が溶剤と混合されている。ＤｕＰｏｎｔ（商標）製（Ｓｏｌａｍｅｔ（登録商標）ＰＶ５０５）およびＨｅｒａｅｕｓ製（ＳＯＬ２３０Ｈ）の純銀の背面タブペーストの例は導電性粒子を４５〜６６重量％含有し、銀の添加量が低減し、スクリーン印刷、乾燥、および同時焼成後に得られる厚みが４〜１０μｍとなるように設計されている。幾つかの例では、銀粒子は、直径が１〜３μｍのフレーク状銀粒子と、直径が１００ｎｍ〜５μｍの範囲の粒度分布を有する球状銀粒子との混合物である。ＤｕＰｏｎｔ（商標）（Ｓｏｌａｍｅｔ（登録商標）製（ＰＶ１７ｘ）およびＨｅｒａｅｕｓ製（ＳＯＬ９２３５Ｈ）の純銀の前面メタライズペーストの例は、導電性粒子を９０重量％超含有する。このような前面メタライズペーストは、粒度が３００ｎｍ〜５μｍの範囲の球状銀粒子を含有する。このようなペーストは、高アスペクト比を有する線を印刷し、高密度に緻密化してバルク導電率を改善し、シリコン太陽電池のエミッタ層にオーミック接触するように配合されている。
【０００５】
最も広く商業化されているＳｉ太陽電池アーキテクチャでは、アルミニウムペーストは、ｐ型Ｓｉへのオーミック接触を形成して裏面電界を形成しＰＶ性能を改善するために、裏面の＞９０％に使用される。アルミニウムペーストに直接半田付けすることは困難であるため、背面銀タブペーストがアルミニウムペーストで被覆されていない領域を占め、Ｓｉへの強力な接着ならびに半田被覆Ｃｕタブリボンへの半田付け性を促進するのに使用される。前面銀ペーストは、反射防止膜を貫通して前面のｎ型シリコンにオーミック接触するように配合されている。シリコンＰＶセルの加工中、各ペースト層を連続的にスクリーン印刷し、低温（例えば、約１５０℃）で乾燥させる。３層を印刷した後、ウエハ全体を空気中で７５０℃より高温に約１秒間同時焼成して、オーミック接触を形成し、シリコンへのペーストの接着を促進する。
【０００６】
銀系メタライズペーストは、必要なＡｇの量や、２０１４年には＄６２５／ｋｇに近いＡｇの商品価格のため本質的に高価である。銀系メタライズペーストは、Ｓｉ  ＰＶモジュールの２番目に大きい原材料費となっており、ＰＶ産業は現在、１年間の銀生産全体の５％超を使用していると推定される。ＰＶセルの生産は大幅に増加し続けているため、さらに多くの銀が使用されることになり、そのため銀は法外に高価になり、長期にわたり持続可能でなくなる可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
コアシェル粒子を開示する。粒子は、ニッケル合金コアと、コアを取り囲む少なくとも第１のシェルとを有する。第１のシェルは、コアとは異なる材料からなる。第１のシェルは、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、ニッケル合金、およびこれらの組み合わせの１種以上を含んでもよい。一構成では、粒子コアは純ニッケルである。別の構成では、粒子コアは、ニッケルと、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）の１種以上とを含むニッケル合金である。
【０００８】
本発明の一実施形態では、第１のシェルはＮｉ：Ｂ合金を含む。Ｎｉ：Ｂ合金は１重量％超のホウ素を有してもよい。第１のシェルはナノ結晶形態を有してもよい。第１のシェルは、ニッケル５０〜１００重量％と、以下の元素：コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）の１種以上０〜５０重量％とを含有するニッケル合金を含んでもよい。
【０００９】
一構成では、粒子は球状の形状を有し、平均直径約３００ｎｍ〜３μｍであってもよい。第１のシェルの厚みは０．００５μｍ〜１μｍ、または０．００５μｍ〜０．３μｍ、または０．００５μｍ〜０．１μｍであってもよい。
【００１０】
別の構成では、粒子はフレーク状、デンドライト状、またはフィラメント状の形状を有する。フレークは直径１〜１０μｍ、厚み１００ｎｍ〜５００ｎｍであってもよい。フィラメントは直径２００μｍ〜１０００ｎｍ、長さ１μｍ超であってもよい。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、コアシェル粒子は、第１のシェルを取り囲む第２のシェルを有する。第２のシェルは、第１のシェルともコアとも異なる材料からなる。第２のシェルは、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、およびニッケル合金、ならびにこれらの組み合わせの１種以上を含んでもよい。第２のシェルの厚みは約０．００５μｍ〜１μｍ、または約０．００５μｍ〜０．１μｍであってもよい。
【００１２】
メタライズペーストを開示する。ペーストは、前述の複数のコアシェルニッケル粒子、銀粒子、およびガラスフリットを含有し、これらが全て有機ビヒクル中で互いに混合されている。ペーストはコアシェルニッケル粒子を２０重量％以上有してもよい。ペーストは銀粒子を１０重量％以上有してもよい。一構成では、メタライズペーストは、コアシェルＮｉ粒子３０重量％、銀粒子５０重量％、ガラスフリット４重量％、および有機ビヒクル１６重量％を含む。別の構成では、メタライズペーストは、コアシェルＮｉ粒子３０重量％、銀粒子３０重量％、ガラスフリット４重量％、および有機ビヒクル３６重量％を含む。別の構成では、メタライズペーストは、コアシェルＮｉ粒子４０重量％、銀粒子２０重量％、ガラスフリット２重量％、および有機ビヒクル３８重量％を含む。さらに別の構成では、メタライズペーストは、コアシェルＮｉ粒子３０重量％、銀粒子３０重量％、ガラスフリット５重量％、および有機ビヒクル３５重量％を含む。銀とコアシェルニッケル粒子との重量比は１：９または１：１または４：１であってもよい。
【００１３】
太陽電池を開示する。太陽電池は、前面に複数の微細なグリッド線を設けたシリコン基板を有する。前面に少なくとも１つの前面バスバー層があり、前面バスバー層は複数の微細なグリッド線と電気的に接触している。基板の背面にアルミニウム層と少なくとも１つの背面タブ層がある。微細なグリッド線、前面バスバー、および背面タブ層の少なくとも１つは、凝縮した（ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ）粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを有する。焼結し緻密化した銀マトリックスは、銀とコアシェルニッケルとの重量比が１：９または１：１または４：１であってもよい。
【００１４】
凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを有する背面タブ層は、錫系半田とフラックスとを使用して錫被覆銅タブリボンに半田付けされたとき、剥離強度が１Ｎ／ｍｍ超となり得る。背面タブ層は厚みが４〜１５μｍであり、導電率がバルク状の銀の導電率より２〜１０倍低くてもよい。
【００１５】
凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを有する前面バスバー層は、錫系半田とフラックスとを使用して錫被覆銅タブリボンに半田付けされたとき、剥離強度が１Ｎ／ｍｍ超となり得る。前面バスバー層は厚みが４μｍ〜５０μｍであり、導電率がバルク状の銀の導電率より２〜１０倍低くてもよい。前面バスバーは互いに平行であってもよく、それらの間の距離が４ｃｍ未満であってもよい。
【００１６】
シリコン基板の前面は反射防止膜を有してもよい。一構成では、前面バスバー層は反射防止膜を貫通せず、シリコン基板に電気的に接触しない。
【００１７】
一構成では、前面バスバー層はシリコンエミッタ層に電気的に接触する。
【００１８】
凝縮した粒子形態のコアシェルニッケル粒子を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスを有する微細なグリッド線は、厚みが２０μｍ〜５０μｍであり、導電率がバルク状の銀の導電率より１．５〜７倍低くてもよい。微細なグリッド線はシリコンエミッタ層に電気的に接触し、その接触抵抗が１００ｍΩ・ｃｍ２未満であってもよい。
【００１９】
一構成では、微細なグリッド線とシリコン基板との間に、および／または微細なグリッド線上に追加の金属層がある。追加の金属層は銀からなってもよい。
【００２０】
前述の態様および他のものは、添付の図面を参照して以下の例示的実施形態の説明を読めば当業者には容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】銀メタライズペースト（従来技術）の略図である。
【図２】本発明の一実施形態の、１つの被覆層を有する金属粒子の略図である。
【図３】本発明の一実施形態のコアシェル粒子の走査型電子顕微鏡画像である。
【図４】本発明の一実施形態の、２つの被覆層を有する金属粒子の略図である。
【図５】本発明の別の実施形態の、メタライズペーストを示す略図である。
【図６】シリコン太陽電池の前面（または受光面）を示す略図である。
【図７】シリコン太陽電池の背面を示す略図である。
【図８】本発明の一実施形態のＮｉ系層の凝縮した粒子形態の走査型電子顕微鏡画像である。
【図９】太陽電池の前面のメタライズ層の一実施形態を示す略断面図である。
【図１０】太陽電池の前面のメタライズ層の別の実施形態を示す略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本明細書に記載の実施形態を完全に理解できるように、多くの具体的詳細を記載していることが分かるであろう。しかし、当業者には、本明細書に記載の実施形態がこれらの具体的詳細なしでも実施できることが分かるであろう。他の場合、本明細書に記載の実施形態が不明瞭にならないように、公知の方法、手順、および成分については詳細に説明しなかった。さらに、この説明は、決して本明細書に記載の実施形態の範囲を限定するものと見なされるべきではなく、本明細書に記載の様々な実施形態の実施を説明するに過ぎない。
【００２３】
メタライズペーストは、太陽電池の３つの異なる層、即ち、背面タブ、微細なグリッド線、および前面バスバーを形成するのに使用される。これらの層は、４つの主要な部類に入る異なる材料特性、即ち、
・半田付け性
・剥離強度、
・シリコンに対するオーミック接触抵抗率、および
・導電率
を有する。
【００２４】
半田付け性は、４００℃未満の温度で２つの金属表面間に溶融金属半田が流動することにより、それらの間に強力な物理的結合を形成する能力である。太陽電池での全ての半田付けは、空気中で７５０Ｃより高温に約１秒間加熱した後に行われ、「高温半田付け性」という用語は、本明細書では、空気中で７５０Ｃより高温に加熱した後、半田付けされる能力を意味するために使用される。高温半田付け性は半田付け性よりも厳しい基準を有し、７５０Ｃに加熱した時、厚い酸化物層を形成する金属の使用を排除する。高温半田付け性は、溶融半田をリフローさせる前に表面の一方または両方を清浄化またはエッチングする任意の化学薬品であるフラックスの使用を必要とする。これは、多くの金属酸化物が、７５０Ｃより高温で酸化した後、一般的に使用されているフラックスに対して耐性となるため、更に困難となる。
【００２５】
タブリボンに直接接触する層では、剥離強度が１Ｎ／ｍｍ（１ミリメートル当たり１ニュートン）より大きいことが有用である。剥離強度は、半田付けされたリボンを半田付け方向から１８０°の角度で剥離するのに必要な力を半田付けされたリボンの幅で割ったものと定義される。一般的に、剥離強度は、市販の太陽電池のタブリボンへの接触部では、２〜４Ｎ／ｍｍである。剥離強度は、太陽電池の半田接合強度の測定基準である。
【００２６】
太陽電池の導電率は、太陽電池の個々の層の抵抗を直接測定することにより求められる。Ｍｅｉｅｒらは、４点プローブ法による電気的測定を使用して各メタライズ層の抵抗率を求める方法を記載している（参考文献：Ｍｅｉｅｒ  ｅｔ  ａｌ．“Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ｏｆ  ｓｅｒｉｅｓ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｆｒｏｍ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｎ  ａ  ｆｉｎｉｓｈｅｄ  ｃｅｌｌ”，ＩＥＥＥ（２００６）ｐｐｌ３１５）。Ａｇ系メタライズ層は比較的緻密である（即ち、空隙率が低い）ため、メタライズ層の体積抵抗率は、メタライズ層自体の実際の抵抗率より有用な測定基準であると考えられることが多い。しかし、幾つかの種類のメタライズペーストでは、皮膜は完全に緻密ではない。従って、体積抵抗率では、異なる種類のメタライズペーストを同じ印刷厚みで正確に比較することができず、正確に比較するためにはＭｅｉｅｒらにより記載された方法で個々の層の抵抗を測定することが最良である。ニッケル系メタライズ層と銀系メタライズ層との抵抗率の差について記載する場合、Ｍｅｉｅｒらによって記載された４点プローブ法を用いて測定した、個々の層の体積抵抗率の比較であれまたは全抵抗率測定値の比較であれ、最も低い絶対比を含意する。オーミック接触抵抗率は、焼成された金属膜とシリコン表面との接触抵抗率の尺度である。接触抵抗率は、ＴＬＭ（伝送長法）により測定することができ、１〜１００ｍΩ・ｃｍ２の範囲である。
【００２７】
現在、太陽電池に使用される銀全体の約７５％は、微細なグリッド線やバスバーとしてシリコン基板の前面（太陽光に曝される側）の銀ペースト中にあり；残りの２５％は裏面に背面タブ層として使用される。最新技術の前面メタライズペーストは、銀、ガラスフリット、バインダ、および溶剤を含有する。幾つかの例示的なペーストは純銀粒子を８０重量％超含有する。比較的高い電気伝導率が達成されるように、ペースト混合物は、スクリーン印刷により太陽電池に直接印刷した後、乾燥し、次いで酸化雰囲気中で焼成して有機分子が蒸発し、酸化するように配合されている。幾つかの例では、前面バスバー層と微細なグリッド線層を同じスクリーン印刷工程で堆積させる。
【００２８】
微細なグリッド線の目的は、太陽電池の前面から集電し、それをバスバーに輸送することである。従って、導電性の高い材料（例えば、銀）を微細なグリッド線に使用することが重要である。２本または３本バスバーアーキテクチャを使用する場合、バスバーに到達する前に電流が微細なグリッド線内を移動する距離が１ｃｍより大きくなり得るため、それはとりわけ重要である。微細なグリッド線が銀である場合でも、２本バスバーアーキテクチャを有する太陽電池の全直列抵抗の約７５％は微細なグリッド線を通って流れる電流から生じる。
【００２９】
前面の焼成時に、銀ペーストは、空隙の量が最小限になるように凝縮し、純銀の体積抵抗率（１．５Ｅ−８Ω・ｍ）の１．２〜１．５倍の体積抵抗率が達成されるように設計されている。前面銀ペーストはまた、高アスペクト比で印刷され、幅２０〜６０μｍおよび高さ２０〜５０μｍの微細なグリッド線を形成するように設計されている。グリッド線の幅を小さくすると、より多くのシリコンが太陽光に曝されることによりＰＶセルの光吸収を改善することができる。微細なグリッド線の高さを大きくすると、直列抵抗をさらに小さくすることができる。微細なグリッド線はまた、シリコンとのオーミック接触も形成し；オーミック接触の抵抗が約１００ｍΩ・ｃｍ２未満であることが有用である。微細なグリッド線はタブリボンに物理的に接続しておらず、従って、半田付け性および剥離強度は微細なグリッド線に関して重要な測定基準ではないことに留意されたい。
【００３０】
バスバーの目的はかなり異なる。バスバーは微細なグリッド線とタブリボンの両方にオーミック接触する。前面バスバー層が高温半田付け可能であり、太陽電池の前面に十分に接着することが重要である。前面バスバーは、微細なグリッド線から銅タブリボンに電流を伝送し、モジュール内の複数の太陽電池を接続する。重要なことには、電流輸送は、厚み１０〜２０μｍの連続的にタブ付けされたバスバー層の厚みを垂直方向に通って起こり、微細なグリッド線の場合のように横方向では起こらない。従って、それは自明ではない場合があるが、バスバーのバルク導電率は銀のバルク導電率の１００倍未満となり、太陽電池の性能にあまり影響を及ぼさない可能性がある。タブリボンに半田付けした後、前面バスバー層の剥離強度が１Ｎ／ｍｍより大きいことが有用である。
【００３１】
現在のＰＶセルアーキテクチャでは、同じ前面メタライズペーストを使用してバスバーと微細なグリッド線を同時に印刷する。この２つの層を乾燥させた後、それらを前述と同じ条件で焼成し、この時、それらは窒化ケイ素（反射防止）層を部分的に分解し、下にあるシリコンに電気的に接触する。バスバーはシリコンにオーミック接触し、その接触抵抗は１００ｍΩ・ｃｍ２未満である。
【００３２】
フローティングバスバーが望ましい場合もある。フローティングバスバーとは、シリコンにあまり直接電気的に接触せず、シリコン太陽電池の前面の微細な電気グリッド線にだけ電気的に接触するバスバーである。これは、焼成されたフローティング金属バスバーとシリコン表面との間の接触抵抗率が０．１Ω・ｃｍ２を超えることを意味する。このようなバスバーでは、焼成後に反射防止膜を完全に貫通しない金属ペーストが配合される。
【００３３】
今日まで、シリコン太陽電池の前面での銀の使用を低減しようとする試みは、フロントコンタクト型堆積法を完全に設計し直し、プロセスフローを変更することを必要とした。最近実施された方法の１つでは、ニッケル、銅、および銀の層を順次電気めっきして多層グリッドを形成する。このプロセスは、窒化ケイ素反射防止膜をレーザースクライビングして、シリコンエミッタ領域の表面を露出させた後、卑金属を電気めっきして微細なグリッド線とバスバーを形成することを必要とする。まず、ニッケル薄層を電気めっきしてシリコンへの接着を促進する。次いで、比較的厚い導電性銅層をニッケル層上に電気めっきする。次いで、銅タブリボンに半田付けするために、この積層体を銀薄層でキャッピングする。この方法は、新規な非標準型の処理工程および設備を必要とする。さらに、このような積層体は、太陽電池の通常の使用中の温度変動に対して弾性がない場合があり、それにより銅の酸化やシリコン中への銅の拡散が起こる可能性がある。銅の拡散は、エミッタ領域を通る局所的なシャントを引き起こし得るため、とりわけ問題である。この方法に関する他の問題の１つは、ニッケルがシリコンと反応するため、ニッケルシリサイドが生成することがあるということである。太陽電池のエミッタ領域は薄く（例えば、５０〜５００ｎｍ）、ニッケルシリサイドがエミッタ層全体を消耗し、太陽電池をシャントし得るというリスクがある。設備投資および廃棄物処理の必要に加えて、これらの問題により、シリコン太陽電池の製造における電気めっき法の採用が制限されてきた。
【００３４】
背面タブ層の目的は、シリコンの裏面のＡｌ層にオーミック接触することである。Ａｌ層は太陽電池の背面から集電する。背面タブ層が高温半田付け可能であり、シリコンに十分に接着することが有用である。太陽電池の背面からタブリボンに電流を輸送するために、背面タブ層を銅タブリボンに半田付けする。重要なことには、電流輸送は、厚み４〜１０μｍの背面タブ層の厚みを垂直方向に通って起こり、前述の微細なグリッド線の場合のように横方向では起こらない。従って、それは自明ではない場合があるが、背面タブ層のバルク導電率は銀のバルク導電率の１００倍未満となり、太陽電池性能にあまり影響を及ぼさない可能性がある。一般に、背面タブ層は太陽電池の背面にオーミック接触しない。それをタブリボンに半田付けした後、背面タブ層の剥離強度が１Ｎ／ｍｍより大きいことが有用である。
【００３５】
ニッケルは銀よりかなり安価であり、且つより豊富に存在するため；Ｎｉ系メタライズペーストの開発により、ＰＶモジュールの費用を削減し、且つ成長し続けているＰＶ産業に十分に供給できる可能性がある。ニッケルは低費用の卑金属であるが、残念ながら、シリコン系ＰＶセルを加工するときに典型的な酸素リッチの条件で酸化する傾向がある。今日まで、純ニッケル粒子は、同時焼成中に酸化する傾向があり、これによりそれらの剥離強度の低下や高温半田付け性の低下が起こるため、比較的低濃度（例えば、５〜１０重量％）で太陽電池用のメタライズペーストに混入されてきた。性能や信頼性を損なうことなく、Ａｇ系メタライズペースト中のニッケル添加量を大幅に増加することは可能ではなかった。
【００３６】
銀被覆ニッケル粒子は市販されており、電磁波干渉膜（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｃｏａｔｉｎｇｓ）、接着剤、ガスケット、およびシーラントなどの比較的低温での用途に使用されている。残念ながら、空気中、高温では、ＡｇはＮｉをガルバニック作用により攻撃し、それによりＮｉの酸化速度が増加するすることが知られている。Ａｇ膜を極端に厚くすれば７５０Ｃなどの温度でこの反応は低減するが、これはメタライズペースト中の銀の量を実質的に低減することにはならないであろう。高い導電率を有する、銅および銀被覆銅系メタライズペーストの研究を行った研究者もいる。残念ながら、ＣｕはＳｉ中での移動性が高い不純物であり、Ｃｕがシリコン中に拡散するとセルの信頼性や歩留まりの問題が生じる可能性がある。代替のメタライズペーストでデバイスの性能、製造歩留まり、または信頼性が低下しないことは極めて重要である。
【００３７】
シリコン太陽電池の前面の微細なグリッド線、前面バスバー、および背面タブメタライズ層に使用されるニッケル系メタライズペーストが本発明の実施形態に開示されている。様々な実施形態の目的は、スクリーン印刷される銀系電極の代わりに低費用で容易に用いられる代替品となることである。
【００３８】
この開示の目的では、「標準的な焼成条件」という用語は、ＩＲベルト炉または類似の手段を用いて７５０Ｃ〜９００Ｃに約０．５〜３秒間、周囲空気条件で加熱することを意味するために使用される。
【００３９】
球状粒子の「平均粒子径」という用語は、粒子の最小寸法の算術平均と定義される。この測定は典型的には、Ｈｏｒｉｂａ  ＬＡ−３００などのレーザー粒度分析装置を用いて行われる。粒子が十分に分離される溶剤に粒子を分散させ、透過光の散乱は平均粒子径に相関する。
【００４０】
本発明の一実施形態では、ニッケル系メタライズペーストを提供する。ペーストは、標準的なＰＶセル焼成条件に耐えることができるコアシェルニッケル粒子を有する。ペーストはシリコンに強力に接着し、高温半田付け性を有する。これに関して、高温半田付け性は、ＰＶセルが標準的な焼成条件を経た後、ソーラー製造業者が使用する方法で金属表面を半田付けできることを意味する。
【００４１】
図２は、本発明の一実施形態のコアシェルまたは被覆金属粒子２００の略図である。コア粒子２１０は第１のシェル２２０に取り囲まれている。シェル２２０の外面２２５も示されている。コア粒子２１０はニッケルまたはニッケル合金からなってもよい。第１のシェル２２０は、コアと異なる組成を有するように、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、ニッケル合金、またはこれらの組み合わせからなってもよい。ニッケル合金は、ニッケル５０〜１００重量％と、以下の元素：コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）の１種以上０〜５０重量％とからなる金属と定義される。
【００４２】
一実施形態では、このシェルはＳｎを＞５％含有する。別の実施形態では、このシェルはＺｎを＞５％含有する。別の実施形態では、このシェルはＰｂを＞５％含有する。コア粒子２１０は、平均粒子径が約０．０１〜５０μｍ、または約０．１〜１０μｍ、または約０．３〜３μｍであってもよい。第１のシェル２２０は平均厚みが約５〜１０００ｎｍ、または５〜３００ｎｍ、または５〜１００ｎｍであってもよい。
【００４３】
幾つかの実施形態では、粒子は公称球状であるが、いずれか１個の特定の粒子で、および粒子間で直径のばらつきがあってもよい。他の実施形態では、コアシェル粒子は球状ではない。可能な粒子形状としては、デンドライト、フレーク、およびフィラメントが挙げられるが、これらに限定されるものではない。Ｎｉフレークは直径約１〜３μｍ、厚み約５０〜５００ｎｍであってもよい。Ｎｉデンドライトおよびフィラメントは直径が約１００〜１０００ｎｍの範囲であり、長さが約１μｍ超であってもよい。デンドライト状およびフィラメント状の材料は、所定の質量当たりの粒子間の結合性が比較的高く、機械的強度と電気伝導率が高いことが有利であるソーラー用途にとりわけ有用となり得る。
【００４４】
本発明の一実施形態では、第１のシェル２２０は、ホウ素１〜８重量％と、ニッケル９２〜９９重量％とを含有する。その形態は、ＳＥＭ、エネルギー分散Ｘ線分光法、およびオージェ電子分光法で分かるように、一部非晶質領域を有するナノ結晶性である。ナノ結晶性微細構造は、結晶性材料が最小寸法２０ｎｍ未満のドメインまたは結晶粒になり、個々の結晶粒間に粒界が見られる配置と定義される。ナノ結晶形態はさらに、共に最小寸法２０ｎｍ未満の結晶相ドメインと非晶質相ドメインとの均質混合物を含むものと定義される。特定の理論に拘泥されることを望むものではないが、このようなナノ結晶形態により第１のニッケル：ホウ素（Ｎｉ：Ｂ）シェル内でのホウ素の移動性がとりわけ高くなる可能性がある。「Ｎｉ：Ｂ」という用語は、本明細書では、Ｎｉ９２〜９９重量％とＢ１〜８重量％とを含む金属合金である（且つＮｉ−Ｂ金属間化合物ではない）ことを意味するために使用される。これらの合金は金属特性を有する。図３は、ナノ結晶性Ｎｉ：Ｂシェルに被覆されたニッケル粒子の走査型電子顕微鏡画像である。ナノ結晶微細構造の結晶粒度が小さいと、粒界の体積分率が大きくなり、非晶質ドメインと結晶性ドメインとの微細な相互混合が可能になる。ナノ結晶微細構造は、結晶粒の粗大化、低い酸素拡散、および粒界に沿った選択的拡散などの作用によりそれらのバルク結晶微細構造とは異なる特性を有するように設計できることが理解される。
【００４５】
加熱時、ホウ素は第１のシェルの外面２２５に拡散して酸化し、酸素がシェルを通って、コア粒子の中に拡散することを防止することができる。このようなシェルは、急速焼成中の酸化を防止するのに特に有効である。ナノ結晶形態を有するニッケル合金で金属粒子を被覆することにより、酸化を著しく低減し、高温半田付け性を付与することが可能となる。ニッケル中のホウ素の濃度は、シェルの形態と表面に形成する酸化ホウ素相の形態の両方を決定するのに重要であることに留意されたい。例えば、ホウ素濃度が比較的低いと、結晶粒がずっと大きい非ナノ結晶性形態が得られる。ホウ素濃度が比較的高いと、幾らか酸化ホウ素相が生成し、一般的なＲフラックスやＲＭフラックスには容易に溶解せず、これは半田付け性に不利になるおそれがある。
【００４６】
無電解ニッケルまたはガルバニック置換を用いて、コア粒子２１０の周囲の第１のシェル２２０を製造することができる。一例では、水溶液中で無電解めっきすることにより純ニッケル粒子上にニッケルホウ素（Ｎｉ：Ｂ）をコンフォーマルコーティングすることができる。「Ｎｉ：Ｂ」という用語は、本明細書では、Ｎｉ９２〜９９重量％とＢ１〜８重量％とを含む金属合金である（且つＮｉ−Ｂ金属間化合物ではない）ことを意味するために使用される。これらの合金は金属特性を有する。第２のシェル５３０は、以下：銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、およびニッケル合金（第１のシェルとは異なる）の１種以上を含んでもよい。無電解めっきとは、水性媒体中、金属塩（例えば、塩化ニッケル、硫酸ニッケル）上での還元剤（例えば、次亜リン酸カリウム、水素化ホウ素ナトリウム、ジメチルアミンボラン錯体）の反応により表面に金属または金属合金が析出することである。金属合金で被覆することが望ましい場合、金属塩の混合溶液（例えば、ニッケル合金には塩化ニッケルと塩化鉛）を還元剤と共に使用する。Ｚｈｕらは、平均粒度２ｕｍのＢ４Ｃ粉末をＮｉ：Ｂ合金約５ｎｍで被覆する方法を教示した。当業者には、適切な試薬濃度および反応時間を使用して同様に特定の金属粒子上に所望のシェル厚みを形成する方法が分かるであろう。
【００４７】
図４は、本発明の一実施形態の、２つの被覆層を有する金属粒子４００の略図である。コア粒子４１０は、第１のシェル４２０と第２のシェル４３０とに取り囲まれている。コア粒子４１０の表面４２５も示されている。コア粒子４１０は、ニッケルまたはニッケル合金からなる。第１のシェル４２０は、その組成がコアの組成とは異なるように、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、ニッケル合金、またはこれらの組み合わせからなってもよい。一例では、第１のシェル４２０はナノ結晶性Ｎｉ：Ｂである。「Ｎｉ：Ｂ」および「ニッケルホウ素」という用語は、本明細書では、Ｎｉ９２〜９９重量％とＢ１〜８重量％とを含む金属合金である（且つＮｉ−Ｂ金属間化合物ではない）ことを意味するために使用される。これらの合金は金属特性を有する。第２のシェル４３０は、以下：銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、およびニッケル合金（第１のシェルとは異なる）の１種以上を含んでもよい。第２のシェル４３０は、コアとも第１のシェルとも異なる材料で構成されている。一例では、第２のシェル４３０は銀である。コア粒子４１０の平均粒子径は、約０．０１〜５０μｍ、または約０．１〜１０μｍ、または約０．３〜３μｍであってもよい。第１のシェル４２０の平均厚みは、約５〜１０００ｎｍ、または５〜３００ｎｍ、または５〜１００ｎｍであってもよい。第２のシェル５３０の平均厚みもまた、約５〜１０００ｎｍ、または５〜３００ｎｍ、または５〜１００ｎｍであってもよい。
【００４８】
幾つかの実施形態では、ナノ結晶性Ｎｉ：Ｂからなる第１のシェルだけを有するコアシェルニッケル粒子は、ガラスフリットの存在下で焼成する時、変形しない。コア／シェル（Ｎｉ／Ｎｉ：Ｂ）粒子からなるペーストを、粒子が互いにまたはシリコンに対して強力な接着を維持するように処理することは困難な可能性がある。Ｎｉ：Ｂ上にＡｇからなる第２のシェルを追加することにより、複合粒子の周囲でのＡｇの表面拡散を促進することができ、複合粒子間の焼結を強化することができる。
【００４９】
前述のように、Ａｇは高温でガルバニック作用によりＮｉを攻撃し、Ｎｉの酸化速度を増加することが知られている。従来は、極端に厚いＡｇ膜を使用することによりこの作用を軽減してきた。しかし、幾つかの実施形態では、Ｎｉ：ＢはＡｇのガルバニック作用による攻撃を受けない。従って、幾つかの実施形態では、第２のシェル４３０材料として極薄いＡｇ層だけを使用することが可能である。この重要な作用により、コア粒子上に極少量の銀だけを使用して、メタライズペースト中の全Ａｇ添加量をさらに低減することが可能となる。
【００５０】
一実施形態では、第２のシェルは銀であり、第１のシェルはニッケル合金コアと銀シェルとの間の腐食に対するバリアとなる。この実施形態では、第１のシェル材料は、Ｂ１重量％超、Ｐ１重量％超、Ｓｎ１重量％超、またはＣｒ１重量％超、またはこれらの組み合わせを含むニッケル合金などの、腐食に対する耐食性が高い合金組成を有するように選択される。
【００５１】
説明として、シェルはそれぞれ金属であってもまたは合金であってもよく、コア／シェル粒子の形態全体は複合体と称される。このような複合粒子からなるメタライズペーストを焼成した後、得られる形態も複合体と称される。
【００５２】
ガルバニック置換は、粒子を銀からなる第２のシェルで被覆するのに使用され得る方法である。一例では、Ｎｉ：Ｂシェルに取り囲まれているニッケルコア粒子を銀塩（例えば、硝酸銀またはシアン化銀）の水溶液中に分散させることができる。十分な時間が経過した後、銀溶液を除去すると、得られる粒子は表面Ｎｉ：Ｂシェルの数ナノメートルが銀シェルで置換されているであろう。この反応は銀イオン還元とニッケル金属酸化との電位差が駆動力となり、このようなものとしてほとんどの条件下で自発的に起こるであろう。
【００５３】
３層以上を使用してＮｉ粒子を被覆してもよいことが分かる。噴霧熱分解、ゾルゲルコーティング、および化学蒸着を含むがこれらに限定されるものではない、代替の溶液法または乾式合成法を使用して図２および図４に示すのと同じコアシェル構造を形成することができる。
【００５４】
一構成では、メタライズ層は主として、凝縮した粒子形態で銀マトリックス中に存在するコアシェルニッケル粒子で構成されている。コアシェルＮｉ粒子系ペーストを塗布し、次いでそれを標準的な焼成条件で焼成した後、皮膜が構成成分の粒子を凝縮させ、それにより空隙率が低下する。例示的な実施形態では、コアシェルＮｉ粒子は焼成中に溶融または変形せず、２相（例えば、ＡｇおよびＮｉ）が皮膜内で相互混合したままとなる。アニール工程により粒子が焼結または凝縮し、メタライズの空隙率が低下する。Ｎｉ合金複合粒子は焼成中に溶融しない。
【００５５】
コアシェル粒子系メタライズペースト
図１と対照的に、図５は本発明の一実施形態のニッケル系メタライズペースト５００の略図である。メタライズペースト５００は、コアシェルＮｉ粒子５１０と、銀粒子５２０と、ガラスフリット５３０と、有機ビヒクル５４０とを含有する。コアシェルＮｉ粒子５１０は、ペースト中２０％〜８０重量％の範囲であってもよい。さらに別の構成では、ペーストはコアシェルＮｉ粒子を約３０重量％〜５５重量％有してもよい。別の構成では、ペーストはコアシェルＮｉ粒子を約４０重量％〜５０重量％有してもよい。全金属添加量（即ち、コアシェルニッケル粒子と銀粒子の両方は全ペースト重量の約４５〜９０％である。銀粒子５２０とコアシェルニッケル粒子５１０との重量比は、所望の接着強度および高温半田付け性に応じて、１：９（即ち、Ａｇ粒子１０％とＮｉ系粒子９０％）〜５：１（即ち、Ａｇ粒子８０％とＮｉ系粒子２０％）の範囲であってもよい。別の実施形態では、銀粒子５２０とコアシェルニッケル粒子５１０との重量比は、１：１（即ち、Ａｇ粒子５０％とＮｉ系粒子５０％）からの範囲であってもよい。
【００５６】
メタライズペーストの残りの銀以外の部分は、有機ビヒクルとガラスフリットとからなる。市販のガラスフリット（例えば、Ｃｅｒａｄｙｎｅ製品♯Ｖ２０７９）および他の添加剤は、反射防止膜を貫通し、銀の焼結を改善し、ドープシリコンにオーミック接触するように、前面メタライズペーストに使用することができる。ガラスフリットは、ビスマス、亜鉛、鉛、およびケイ素の酸化物の混合物であってもよく、５００〜８００Ｃの融点が達成されるように最終的な比や組成を変えてもよい。シリコン中のエミッタ領域のドープ密度とメタライズペースト中の添加剤を互いに調整して、電気的接触を最適化することができる。有機ビヒクルは有機溶剤とバインダとの混合物である。厳密なペースト堆積条件に応じて有機ビヒクルを調整することができる。メタライズペーストの粘度は、有機ビヒクル中の有機バインダと溶剤の量を調整することにより、およびチキソトロピー添加剤、有機バインダ、および溶剤を含むことにより調節することができる。このようにして、様々なペーストを製造し、焼成厚みが約４〜１５μｍ（例えば、背面タブ層の場合）および約２０〜５０μｍ（例えば、前面バスバーおよび微細なグリッド線の場合）の範囲となり得る膜を塗布することができる。予め印刷された線上に何度も印刷することにより、膜厚を厚くすることが可能であることに留意されたい。一般的な塗布溶剤としては、テルピネオール、およびグリコールエーテル系化合物（ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、およびテキサノール）が挙げられる。一般的な有機バインダとしては、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（ビニルブチラール）、およびポリ（ビニルピロリジノン）が挙げられる。一実施形態では、Ｎｉ系ペーストは、ガラスフリット５３０を約２重量％〜１０重量％有してもよい。別の構成では、Ｎｉ系ペーストはガラスフリット５３０を約３重量％および６重量％有してもよい。タブペーストの残りは有機ビヒクル５４０である。
【００５７】
本発明の幾つかの実施形態によれば、ＰＶセル用のメタライズペーストは、同じ基本成分、即ち、コアシェルＮｉ粒子、銀粒子、ガラスフリット、有機ビヒクルを有する。しかし、これらの成分の割合は、セルアーキテクチャ、およびセル中でペーストを使用する場所に応じて変わる。様々な目的の個々の成分の例示的実施形態を表Ｉに示す。これらは例示的実施形態であり、金属粒子、フリット、および有機ビヒクルの濃度範囲を限定するものではない。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
Ｎｉ系の微細なグリッド線ペースト
図５を参照して、様々な実施形態では、微細なグリッド線ペースト中のコアシェルニッケル粒子５１０の分率は、約８０重量％〜２０重量％、約７０重量％〜３０重量％、約６０重量％〜４０重量％、または約６０重量％〜５０重量％である。全金属添加量（即ち、コアシェルニッケル粒子と銀粒子の両方）は微細なグリッド線用の全ペースト重量の７０〜９０％である。様々な実施形態では、ニッケル系の微細なグリッドメタライズペーストをスクリーン印刷し、同時焼成することにより製造される層の抵抗率は、ファンデルポー型の方法を用いて４点プローブにより測定した場合、バルク状の銀（１．５Ｅ−８Ω・ｍ）より１．５〜７倍大きい。ニッケル系の微細なグリッド線ペーストは、約３０〜８０μｍの印刷厚みが達成され、それにより焼成膜厚が２０〜５０μｍになるように配合される。銀粒子５２０とコアシェルニッケル粒子５１０との重量比は、所望の導電率に応じて、および所与のアーキテクチャ中のバスバーの数に基づいて、１：９（即ち、銀粒子１０％とコアシェルニッケル粒子９０％）から４：１（即ち、Ａｇ粒子８０重量％とＮｉ合金系粒子２０重量％）の範囲であってもよい。微細なグリッド線に使用されるＮｉ系ペーストを前面バスバーに使用して、前述のＡｇ前面ペーストの代わりに直接代用することもできることに留意されたい。
【００６０】
例示的な実施形態では、Ｎｉ系の微細なグリッド線ペーストは、以下の組成：１μｍのニッケルコアをナノ結晶性Ｎｉ：Ｂシェルで被覆した構成のコアシェルニッケル粒子３０重量％、Ａｇ粒子５０重量％、ガラスフリット４重量％を有し、残りの重量は有機ビヒクルからなる。別の例示的な実施形態では、Ｎｉ系の微細なグリッド線ペーストは、以下の組成：１μｍのニッケルコアをナノ結晶性Ｎｉ：Ｂからなる第１のシェルと厚み０．５μｍの銀である第２のシェルとで被覆した構成のコアシェルニッケル粒子５５重量％、導電性Ａｇ粒子３５重量％、ガラスフリット４重量％を有し、残りの重量は有機ビヒクルからなる。
【００６１】
Ｎｉ系前面バスバーペースト
図５を参照して、様々な実施形態では、前面バスバーペースト中のコアシェルニッケル粒子５１０の分率は、約８０重量％〜２０重量％、約７０重量％〜３０重量％、約６０重量％〜４０重量％、または約６０重量％〜５０重量％である。全金属添加量（即ち、コアシェルニッケル粒子と銀粒子の両方）は微細なグリッド線用の全ペースト重量の５０％〜９０％である。銀粒子５２０とコアシェルニッケル粒子５１０との重量比は、所望の導電率剥離強度に応じて、１：９（即ち、銀粒子１０％とコアシェルニッケル粒子９０％）〜４：１（即ち、Ａｇ粒子８０重量％とＮｉ合金系粒子２０重量％）の範囲であってもよい。様々な実施形態では、ニッケル系前面バスバーメタライズペーストをスクリーン印刷し、同時焼成することにより製造される層の抵抗率は、ファンデルポー型の方法を用いて４点プローブにより測定した場合、バルク状の銀（１．５Ｅ−８Ω・ｍ）より２〜１０倍大きい。Ｎｉ系前面バスバーペーストは、約８〜２５μｍの印刷厚みが達成され、それにより焼成膜厚が４〜１５μｍになるように配合される。
【００６２】
例示的な実施形態では、Ｎｉ系前面タブペーストは、以下の組成：１μｍのニッケルコアをナノ結晶性Ｎｉ：Ｂシェルで被覆した構成のコアシェルニッケル粒子３０重量％、導電性Ａｇ粒子３０重量％、ガラスフリット４重量％を有し、残りの重量は有機ビヒクルからなる。別の例示的実施形態では、前面バスバーペーストは、以下の組成：１μｍのニッケルコアをナノ結晶性Ｎｉ：Ｂからなる第１のシェルと銀で構成される第２のシェルとで被覆した構成のコアシェルニッケル粒子４０重量％、Ａｇ粒子２０重量％、ガラスフリット４％を有し、残りの重量は有機ビヒクルからなる。別の実施形態では、米国特許第５，２７９，６８２号明細書（この文献は参照により本明細書に援用される）でＷａｌｅらにより教示されるように、バスバーとシリコン基板とのオーミック接触を防止するために、Ｎｉ系前面バスバーペースト中の標準的なガラスフリットの代わりに低活性ガラスフリットを使用する。フローティングバスバーペーストは、従来の前面ペーストより銀の含有量が少なくてもよい。
【００６３】
Ｎｉ系背面タブペースト
図５を参照して、様々な実施形態では、背面タブペースト中のコアシェルニッケル粒子５１０の分率は約６０重量％〜２０重量％、約６０重量％〜３０重量％、約５０重量％〜３０重量％、または約５０重量％〜４０重量％である。全金属添加量（即ち、コアシェルニッケル粒子と銀粒子の両方）は、微細なグリッド線用の全ペースト重量の４５％〜６０％である。銀粒子５２０とコアシェルニッケル粒子５１０との重量比は、所望の導電率に応じて、および所与のアーキテクチャ中のバスバーの数に基づいて、１：９（即ち、銀粒子１０％とコアシェルニッケル粒子９０％）〜５：１（即ち、Ａｇ粒子８０重量％とＮｉ合金系粒子２０重量％）の範囲であってもよい。様々な実施形態では、ニッケル系背面タブメタライズペーストをスクリーン印刷し、同時焼成することにより製造される層の抵抗率は、ファンデルポー型の方法を用いて４点プローブにより測定した場合、バルク状の銀（１．５Ｅ−８Ω・ｍ）より２〜１０倍大きい。Ｎｉ系背面タブペーストは、約８〜２５μｍの印刷厚みが達成され、それにより焼成膜厚が４〜１５μｍになるように配合される。
【００６４】
例示的な実施形態では、Ｎｉ系背面タブペーストは、以下の組成：コアシェルＮｉ粒子（１μｍのニッケルコアをナノ結晶性Ｎｉ：Ｂシェルで被覆したもの）３０重量％、Ａｇ粒子３０重量％、ガラスフリット５重量％を有し、残りの重量は有機ビヒクルからなる。別の例示的な実施形態では、Ｎｉ系背面タブペーストは、以下の組成：コアシェルニッケル粒子（１ｕｍのニッケルコアをナノ結晶性Ｎｉ：Ｂからなる第１のシェルと銀からなる第２のシェルとで被覆したもの）５０重量％、導電性Ａｇ粒子１０重量％、ガラスフリット５重量％を有し、残りの重量は有機ビヒクルからなる。マルチシェルＮｉ粒子アーキテクチャを使用すると、Ａｇの表面拡散やＮｉ系粒子間の焼結を改善し、Ａｇの全重量添加量を低くすることができる。
【００６５】
Ｎｉ系背面タブペーストを用いた太陽電池の製造
太陽電池用のメタライズ層に関する以下の記述で参照するために、以下の図を記載している。図６は、シリコン太陽電池６００の前面（または受光面）を示す略図である。シリコン太陽電池６００は、微細なグリッド線６２０と幅広の前面バスバー線６３０とを有する反射防止膜（図示せず）を備えるシリコンウエハ６１０を有する。図７は、シリコン太陽電池７００の背面を示す略図である。背面は、アルミニウム背面電極７３０で被覆されており、シリコンウエハ７１０上に背面タブ層７４０が分布している。太陽電池上のメタライズ層は、まず前面銀ペースト、続いて銀背面タブペースト、次いでアルミニウムペーストを印刷することにより製造される。各ペーストを１５０Ｃで個々に数分間乾燥させた後、７５０Ｃより高温で約１秒間同時焼成する。
【００６６】
幾つかの実施形態では、錫半田被覆銅タブリボンを前面バスバーおよび背面タブ層に半田付けすることにより、シリコン太陽電池を互いに接続する。ＲＭＡ（例えば、Ｋｅｓｔｅｒ（登録商標）１８６）またはＲ（例えば、Ｋｅｓｔｅｒ（登録商標）９５２）の商品名の半田フラックスを前面バスバーおよび背面タブ層上に堆積させる。次いで、幅１．３〜３ｍｍおよび厚み１００〜３００ｕｍの錫めっきした銅リボンを太陽電池上に配置し、２００〜４００Ｃの温度の半田ごてで前面バスバーと背面タブ層に接触させる。このプロセス中に形成される半田接合の平均剥離強度は１Ｎ／ｍｍより大きい（例えば、２ｍｍのタブリボンは、タブリボンを除去するのに２Ｎより大きい剥離力を必要とするであろう）。
【００６７】
ニッケル系背面タブペーストは、市販のＡｇ系ペーストの代わりに容易に用いられる代替品として使用され、背面タブ層を形成することができる。一実施形態では、市販の前面メタライズペーストをスクリーン印刷し、１５０℃で乾燥して、微細なグリッド線６１０およびバスバー６２０層を形成する。次いで、Ｎｉ系背面タブペーストをスクリーン印刷し、１５０℃で乾燥して、背面タブ層７２０を形成する。その後、背面アルミニウムペーストを印刷し、乾燥して、ウエハ全体を空気中で７５０℃より高温に約１秒間同時焼成する。
【００６８】
銀とコアシェルニッケルとの混合メタライズ層の形態は、どのような処理も行わないとき、分散したニッケル、ガラスフリットからの元素、および／またはガラスフリットとＮｉ複合粒子シェルとからの反応生成物（例えば、ホウ素）、ならびにケイ素を含有する、焼結し、緻密化した銀マトリックスと定義される凝縮した粒子形態と記載することができる。焼結し、緻密化した銀膜は、不規則に充填された剛体球より空隙率が小さい、密充填された球状のまたは歪んだ球状の銀領域を有するものと定義され、銀の領域間の接触面積は密充填された剛体球の場合よりも大きい。幾つかの実施形態の形態も、コアシェルニッケル粒子が分散した、焼結し、緻密化した銀マトリックスと記載することができる。これらの場合、コアシェルニッケル粒子は容易に区別されるコアとシェル層を有する。他の実施形態では、ニッケルと銀とを含むメタライズ層も、ニッケル粒子が分散した、焼結し、緻密化した銀マトリックスと記載することができる。これらの場合、標準的な焼成中、拡散および反応によりコアとシェル層との区別がなくなる。
【００６９】
このような材料および相組成はｘ線回折を用いて同定することができ、エネルギー分散ｘ線分光法により個々の元素組成を決定することができる。ニッケルと銀は互いに混和せず、合金を形成しない。図８は、銀マトリックス中に分散したコアシェルＮｉ粒子からなる凝縮した粒子形態の走査型電子顕微鏡画像である。得られる皮膜形態は、銀／ニッケル複合体である。得られる背面タブ層の銀とニッケルとの重量比（Ａｇ：Ｎｉ）は、所望の導電率および剥離強度に応じて１：９、または１：１、または４：１であってもよい。
【００７０】
幾つかの実施形態では、Ｎｉ系背面タブ層のバルク導電率は、体積抵抗率が約１．５Ｅ−８Ω・ｍであるバルク状の銀より導電性が２〜１０倍低い。半田被覆Ｃｕ系タブリボンにＳｎ系半田、およびアルコール系フラックスを含有するロジンを用いて２００Ｃ〜４００Ｃで半田付けされたとき、背面タブ層は厚みが４〜１５μｍであり、剥離強度が１〜６Ｎ／ｍｍである。剥離強度は、１ｍｍ／秒、１８０°の角度で一定して引っ張り、その結果として得られる、タブリボンを除去するのに必要な力を測定することにより求められる。別の実施形態では、得られるＮｉ系背面タブ層の剥離強度は１Ｎ／ｍｍより大きい。
【００７１】
Ｎｉ系前面バスバーペーストを用いた太陽電池の製造
ニッケル系前面バスバーペーストは、市販のＡｇ系ペーストの代わりに容易に用いられる代替品として使用され、前面バスバー層を形成することができる。図６は、本発明の一実施形態のシリコン太陽電池の前面（または受光面）を示す略図である。一実施形態では、市販の前面メタライズペーストをスクリーン印刷し、１５０℃で乾燥して、微細なグリッド線６１０を形成する。次いで、Ｎｉ系前面バスバーペーストをスクリーン印刷し、１５０℃で乾燥して、前面バスバー層６２０を形成する。その後、背面タブペーストおよび背面アルミニウムペーストを前述のように印刷し、乾燥して、ウエハ全体を空気中で７５０℃より高温に約１秒間同時焼成する。一構成では、スクリーン印刷された前面バスバー膜は、同時焼成後、厚みが約４〜１５μｍの範囲である。前面バスバー層のバルク導電率は、体積抵抗率が約１．５Ｅ−８Ω・ｍであるバルク状の銀より導電性が２〜１０倍低い。得られる前面バスバー層の形態は、前述の凝縮した粒子形態である。得られる前面バスバー層の銀とニッケルとの重量比（Ａｇ：Ｎｉ）は、所望の導電率および剥離強度に応じて、１：９、または１：１、または５：１であってもよい。
【００７２】
図９は、本発明の一実施形態の太陽電池の前面のメタライズを示す略断面図である。図９は、前面が反射防止膜９１０で被覆されている太陽電池９００を示す。銀ペーストを反射防止膜９１０に塗布し、反射防止膜をファイアスルーする微細なグリッド線９２０を形成する。このようなグリッド線は、厚みが約１０μｍ〜５０μｍであってもよい。微細なグリッド層９２０が横断面図で示されており、図面に垂直に上下に延びている。次いで、Ｎｉ系前面バスバーペーストをスクリーン印刷し、１５０℃で乾燥して、微細なグリッド線層９２０上に第２の微細なグリッド線層９３０を形成し、さらに前面バスバー層（図示せず）を形成する。従って、２層は、太陽電池の前面９１０上に積層された微細なグリッド層を構成する。積層された微細なグリッド層は、反射防止膜の表面のＡｇ膜９２０と、タブリボンに接触するのに使用可能なＮｉ合金複合膜９３０とを有する。銀からなる微細なグリッド線９２０上の適度な導電性があるＮｉ層９３０は、電流が層間を並行に移動するため、微細なグリッド線の全直列抵抗をさらに低減することができる。例示的な実施形態では、純Ａｇの体積抵抗となる体積抵抗を有する厚み２０μｍのＡｇ層と、純Ａｇの体積抵抗の２倍の体積抵抗を有する厚み２０μｍのＮｉ複合層とを有する積層された微細なグリッド層の全抵抗は、単一のＡｇ層単独の場合の抵抗より６７％低い。
【００７３】
図１０は、堆積順が逆になっている、本発明の別の実施形態の太陽電池１０００の前面のメタライズ層とウエハとを示す略断面図である。Ｎｉ系前面バスバーペーストを太陽電池１０００上にスクリーン印刷した後、１５０℃で乾燥して、前面バスバー層（図示せず）を形成し、積層された微細なグリッド線構造の第１の微細なグリッド線層１０３０を形成する。その後、銀ペーストを微細なグリッド線層１０３０上に塗布して、第２の層１０２０を形成する。従って、得られる積層された微細なグリッド線層は、太陽電池１０００の表面のＮｉ複合膜と、タブリボンに接触するのに使用可能な銀膜とを有する。ここでも、適度な導電性があるＮｉ層１０３０は、電流が層間を並行に移動するため、微細なグリッド線の全直列抵抗を低減する。
【００７４】
他のＰＶセルアーキテクチャ
ニッケル合金系ペーストは、他のより複雑なＳｉ  ＰＶアーキテクチャ、例えば、エミッタラップスルー（ｗｒａｐ  ｔｈｒｏｕｇｈ）および選択的エミッタセルアーキテクチャに使用することもできる。他の例としては、微細なグリッド線だけが印刷され、バスバーがないアーキテクチャ、および、ファイン・ワイヤ・ネットワーク（ｗｉｒｅ  ｎｅｔｗｏｒｋ）技術を使用してモジュール内のセルを接続するものが挙げられる。前述のメタライズペーストを金属ラップスルーならびに不活性化エミッタ裏面電極（ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ  ｅｍｉｔｔｅｒ  ｒｅａｒ  ｃｏｎｔａｃｔ）（ＰＥＲＣ）型太陽電池に使用することもできる。現在、Ａｇペーストを使用しているいずれの場合でも、本明細書に記載のニッケル合金系ペーストは、Ａｇ系ペーストの代わりに容易に用いられる代替品として使用することができる。
【００７５】
太陽電池上の微細なグリッド線は、シリコンエミッタ層に良好に電気的に接触し、エミッタから太陽電池のバスバーまで何センチメートルかの距離にわたり電流を輸送する役割を担う。２つの重要な材料特性、即ち、体積抵抗率、および微細なグリッド線とエミッタ層との間の接触抵抗は、太陽電池の微細なグリッド線の設計に影響を及ぼす。微細なグリッド線の導電性が高い（例えば、最も導電性の高い元素であるバルク状のＡｇの２倍以内である）場合、グリッド線をさらに細線化して、シャドーロス（ｓｈａｄｉｎｇ  ｌｏｓｓｅｓ）を低減することができる。反射防止膜をファイアスルーし、ドープシリコンにオーミック接触するように、フリットおよび他の添加剤をメタライズペーストに使用することができる。メタライズペースト中の添加剤により、良好に電気的に接触するのに必要な最小限のエミッタドープ密度が決まる。エミッタのドープ密度はまた、シリコン太陽電池の最適グリッド間隔にも影響を及ぼす。
【００７６】
現在標準的な２本および３本バスバーシリコン太陽電池では、個々の微細なグリッド線の直列抵抗が太陽電池の全直列抵抗の大部分を占める可能性がある。一例として、１５％多結晶性ＰＶセルの２本バスバーセルでは、微細なグリッド線からの直列抵抗が全直列抵抗の７３％を占める（Ｄ．Ｌ．Ｍｅｉｅｒ“Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ｏｆ  ｓｅｒｉｅｓ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｆｒｏｍ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｎ  ａ  ｆｉｎｉｓｈｅｄ  ｃｅｌｌ”，ＩＥＥＥ（２００６）ｐ１３１５）。微細なグリッド層はこれまで純Ａｇ粒子からなり、そのバルク導電率は体積抵抗率が約１．５Ｅ−８Ω・ｍであるバルク状の銀よりも導電性が１．１〜２倍低い。微細なグリッド線の直列抵抗は、式（１）に示すように、バスバー間の間隔（ａ）、体積抵抗率（ｐｆ）、微細なグリッド線の厚み（ｔ）、および微細なグリッド線の幅（ｗ）に比例する。バスバーの数が２倍増加すると、微細なグリッド線の直列抵抗が４倍低減することに留意されたい。
【数１】
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【００７７】
下記の表から、微細なグリッド線の直列抵抗に対するバスバーの数の影響が明らかである。バスバーの数が多い（例えば、＞４）場合、直列抵抗が著しく低下する。６インチの太陽電池が４本以上のバスバーを有する場合、バスバー間の間隔は４ｃｍ未満または２ｃｍ未満である。
【００７８】
【表２】
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【００７９】
太陽電池に追加のバスバーを加えることにより、タブリボン当たりの電流を低減し、従ってモジュールの全電力損失を低減することができる。太陽電池のバスバー密度を増加することにより、微細なグリッド線に沿って電流が移動しなければならない平均距離を劇的に短縮することができ、それにより太陽電池の全直列抵抗を低下することができる。これにより、銀よりも導電性が低い微細なグリッド線用のメタライズ層を使用することも可能となる。銀より体積抵抗率が僅かに高い微細なグリッド線を使用する場合、比較的高いバスバー密度を加えることにより、それらの損失を相殺することが可能な場合がある。
【００８０】
Ｎｉ系の微細なグリッド線を用いた太陽電池の製造
一実施形態では、Ｎｉ系ペーストをスクリーン印刷し、１５０Ｃで乾燥し、微細なグリッド線と前面バスバー層を形成する。その後、背面Ａｇペーストと背面アルミニウムペースト層を印刷し、乾燥して、ウエハ全体を空気中で７５０℃より高温に約１秒間焼成して、オーミック接触を形成し、接着を促進する。得られる微細なグリッド線層の形態は、ガラスフリットからの元素とシェルからの幾つかの元素（例えば、ホウ素）とを含有し得る銀相と、純ニッケル相とを含む凝縮した粒子形態である。これらの相はｘ線回折を用いて測定することができ、個々の元素組成はエネルギー分散ｘ線分光法を用いて確認することができる。得られる微細なグリッド線層の銀とニッケルとの重量比（Ａｇ：Ｎｉ）は、所望の導電率および剥離強度に応じて、１：９、または１：１、または４：１であってもよい。
【００８１】
一構成では、スクリーン印刷された膜の厚みは約２０〜５０μｍの範囲であり、それを１５０℃で乾燥させる。連続印刷工程を用いることにより、膜厚を厚くすることも可能であることに留意されたい。得られる微細なグリッド線層の導電率は純銀の体積抵抗率より１．５〜７倍低い。
【００８２】
メタライズペーストの主成分については前述した。銀粒子とコアシェルニッケル粒子との重量比は、様々な用途に望ましい導電率に応じて、１：９（即ち、Ａｇ粒子１０重量％対コアシェルＮｉ粒子９０重量％）〜４：１（即ち、Ａｇ粒子８０重量％対Ｎｉ合金系粒子２０重量％）の範囲であってもよい。様々な実施形態では、コアシェルニッケル粒子の分率は約８０重量％〜２０重量％、約７０重量％３０重量％、または約６０重量％〜４０重量％である。様々な実施形態では、銀粒子とコアシェルニッケル粒子との重量比は、約１：９〜４：１、約１：５〜４：１、約３：７〜７：３、約２：３〜３：２、または約１：１である。スクリーン印刷され、１５０℃で約３分間乾燥されて、空気中で７５０℃より高温に急速に焼成されると、これらのペーストは基板上に凝縮した粒子のネットワークを形成する、即ち、それらの体積が焼成中の１つ以上のプロセス、例えば、担体の蒸発、焼結等により低減する。幾つかの実施形態では、膜厚は約４〜５０μｍであり、絶縁基板上で４点ファンデルポー測定を用いた場合、体積抵抗率が純Ａｇのものより１．５〜１０倍高い。体積抵抗率はＮｉ：Ａｇの重量比およびガラスフリットの選択に依存する。別の構成では、皮膜の体積抵抗率は、１．５Ｅ−８Ω・ｍである銀の体積抵抗率より１．５〜７倍大きい。別の構成では、皮膜の体積抵抗率は約２Ｅ−８〜１０Ｅ−８Ω・ｍである。
【００８３】
別の実施形態では、どちらの前面層にも同じペースト組成物を同時に印刷し、それは技術的に前面ペーストと見なされる。ＮｉおよびＡｇ系ペーストの多くの異なる組み合わせもシリコン太陽電池上に堆積させることができる。一例では、Ｎｉ系ペーストを使用して前面バスバー電極と背面タブ電極の両方を形成すると共に、Ａｇペーストを用いて微細なグリッド線を形成する。前述の３種類のＮｉ系メタライズペーストを用いて、多くの異なるアーキテクチャを製造することができる。
【００８４】
原理の応用、ならびに必要な特定の構成要素の構成および使用に関する情報を当業者に提供するために、本発明について本明細書でかなり詳細に説明してきた。しかし、異なる設備、材料、およびデバイスでも本発明を実施することができ、設備と操作手順の両方に関して本発明自体の範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことができることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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