DE69330925T2

DE69330925T2 - Photovoltaische Vorrichtung und deren Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69330925T2
Application number: DE69330925T
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Fujisaki; Yoshihiko Hyosu; Toshihiko Mimura; Ippei Sawayama; Hitoshi Toma
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1993-07-14
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2013-07-15
Also published as: US5428249A; KR100190800B1; EP0579199B1; DE69332933D1; US6214636B1; EP0778624B1; KR940006293A; EP0579199A1; DE69330925D1; ATE239303T1; AU671639B2; ATE207244T1; EP0778624A2; AU4195993A; EP0778624A3; DE69332933T2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode einer Halbleitervorrichtung und insbesondere auf eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, die eine Sammelelektrode aufweist, die mit der Zeit weniger Beeinträchtigung verursacht, einen niedrigen Widerstand aufweist und dick gemacht werden kann.

Stand der Technik

Eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung ist eine Halbleiter-Vorrichtung, die als Photosensor, eine photoelektrische Zelle oder eine Solarzelle bekannt ist, die eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie ist, die einen photovoltaischen Strom eines Halbleiters verwendet.
Um eine Einergiekrise zu mildern, die durch eine ungenügende Zufuhr an Energie durch eine Stromversorgung verursacht wird, aufgrund einer kürzlich abrupt angestiegenen Nachfrage nach Energie oder um eine globale Umweltzerstörung zu mildern, aufgrund eines Phänomens der Erwärmung, das aus einem Treibhauseffekt resultiert, der durch einen Anstieg der Menge an Kohlendioxid verursacht wird, wobei eine Quelle der Energiezufuhr erwünscht wird, die weniger schädlich gegenüber der Umwelt ist.
Insbesondere eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung (die eine photovoltaische Vorrichtung und eine Solarzelle hierin im folgenden einschließen wird), die rein ist, eine hohe Sicherheit aufweist und Energie permanent für eine ausgedehnte Zeitdauer liefert, wird als sehr hervorragend als eine neue Quelle der Energiezufuhr angesehen, die die obigen Anforderungen erfüllt.
Bekannte Beispiele einer photovoltaischen Vorrichtung sind die folgenden:

(1) Auf Kristall basierende, Solarzelle

Eine auf Kristall basierende Solarzelle wird hergestellt, indem eine p-n Verbindung mittels Dotierens einer Verunreinigung vom n-Typ oder p-Typ in einem Einkristall vom p-Typ oder n-Typ oder polykristallinen Wafer hergestellt wird.

(2) Amorphe auf Silicium basierend Solarzelle

Eine amorphe auf Silicium basierende Solarzelle wird hergestellt, indem Monosilangas oder Disilangas zersetzt wird, zum Beispiel indem Wärme, ein RF elektrisches Feld oder Licht verwendet wird, wodurch a-Si oder ähnliches hergestellt und abgeschieden wird.
In diesem Fall wird eine amorphe auf Silicium basierende Solarzelle mit einer Pin-Struktur gebildet, indem ein Halbleiter vom p-Typ und ein Halbleiter vom n-Typ mittels Dotierens eines Gases gebildet wird, wie B&sub2;H&sub6; oder BF&sub3;, wie ein Dotierstoff vom p-Typ und PH&sub3; als Dotierstoff vom n-Typ gleichzeitig mit einem Monosilan oder Disilan.

(3) Verbundhalbleiter- Solarzelle

Eine Verbundhalbleiter- Solarzelle ist eine GaAs Solarzelle, die hergestellt, wird, indem eine p-n Struktur mittels Ziehens eines p-Typ GaAs auf einem n-Typ GeAs mittels epitaxialem Wachstums in der Flüssigphase gebildet wird. Eine Solarzelle, bei der eine p-n Struktur, indem n- Typ CdS und p-Typ CdTe geschichtet und calziniert wird, ist auch eine Verbundhalbleiter- Solarzelle.
Zusätzlich zu den obigen Solarzellen sind ein CuInSe&sub2; Solarzelle und ein n-Typ CdS/p-Typ CuInS&sub2;- Solarzelle als photovoltaische Vorrichtungen verwendbar. Diese photovoltaischen Vorrichtungen zielen auf ein effizientes Herausziehen an auffallender optischer Energie als eine elektrische Energie über eine Sammelektorelektrode.
Um eine photovoltaische Vorrichtung mit hoher Umwandlungseffizienz zu erhalten, sind daher die folgenden zwei Punkte wichtig.
(1) Die Effizienz der Umwandlung aus optischer Energie in elektrische Energie zu steigern.
(2) Eine Sammelelektrode mit niedrigem elektrischen Widerstand zu Zwecken des Verminderns eines Jouleverlust zu bilden, indem der elektrische Widerstand an der Sammelelektrode vermindert wird, indem eine elektrische Energie über die Sammelelektrode gesammelt wird und indem das Abschirmen des Lichts durch die Sammelelektrode reduziert wird.
Die folgenden zwei Verfahren sind als ein Verfahren der Bildung einer Sammelelektrode bekannt.
Eines ist ein Verfahren zur Bildung einer Sammelelektrode mittels Dampfabscheidung eines leitenden Metalls, wie in der japanischen Pantentveröffentlichung Nr. 57-5066 offenbart.
Das andere ist ein Verfahren der Bildung einer Sammelelektrode mittels Druckens und calzinieren einer leitenden Paste, die hergestellt wird, indem ein leitendes Pulver gebunden wird, indem Glas oder ein Polymer verwendet wird.
Insbesondere ist das Verfahren, das eine leitende Paste als Sammelelektrode verwendet, eine der Techniken, die leicht großflächige Vorrichtungen über ein einfaches Herstellungsverfahren bildet und es wird daher erwartet einen überraschenden Effekt der Reduzierung der Herstellungskosten aufzuweisen.
Gegenwärtig jedoch weisen die Sammelelektroden, die mittels dieser üblichen Verfahren hergestellt werden, ein Problem der Abnahme bei der Umwandlungseffizienz oder ein Unfähigkeit ausreichend einen stabilen Betrieb über eine lange Zeitdauer an Zeit zu erreichen, was aus den folgenden Betrachtungen resultiert.
(1) Der elektrische Widerstand einer Sammelelektrode selbst ist realtiv hoch, was zu einem Anstieg bei dem Joule- Verlust führt und dies steigert den Verlust an Umwandlungseffizienz.
(2) Da eine Sammelelektrode mit einer langen Zeitdauer der Verwendung oxidiert, steigt ihr elektrischer Widerstand weiter von einem anfänglichen elektrischen Widerstand, was den Verlust der Umwandlungseffizienz steigert.
(3) Eine Sammelelektrode schält sich von einem Halbleiter oder einer durchsichtigen Elektrode unter dem Einfluß von Feuchtigkeit, um teilweise die Funktion als Sammelelektrode zu verschlechtern.
(4) Einige Materialien, wie ein Polymerbindemittel, verschlechtern sich optisch durch Bestrahlung mit Licht, um feine Risse zu bilden oder verursachen ein Brechen der Sammelelektrode, was die Sammelelektrode veranlaßt ihre Funktion zu verlieren.
Bei diesen Betrachtungen sind einige Verbesserungen vorgenommen worden, um den elektrischen Widerstand einer Sammelelektrode zu vermindern oder den Betrieb einer Sammelelektrode für eine lange Zeitdauer zu stabilisieren. Ein Beispiel ist ein Verfahren zur Bindung leitender Pulver aus Gold und Silber mit niedrig schmelzendem Glas, wie in der japanischen Pantentveröffentlichung Nr. 61-59549 offenbart.
Andere Beispiele sind ein Verfahren zum Binden von Gold, Silber und Aluminium mit niedrig schmelzenden Glas, wie in der japanischen Pantentveröffentlichung Nr. 61-59551 (U.S. Patent Nr. 4,256,513) offenbart und ein Verfahren zum Binden eines leitenden Pulvers, das aus einer Nickel-Antimon- Legierung besteht, indem ein Bindemittel verwendet wird, wie in der japanischen Pantentveröffentlichung Nr. 62-8958 (US Patent Nr. 4,342,796) offenbart.
Die japanischen Pantentveröffentlichungen Nr. 63- 11791, 2-3553, 2-3554 (US Patent Nr. 4,486,232), oder 2-3555 offenbaren auch ein Verfahren zur Zugabe verschiedener Metalle, wie Wismuth und ein seltenes Erdenelement zu Silber und Binden des resultierenden Materials, indem ein Bindemittel verwendet wird.
Bei einigen der obigen Verfahren jedoch beträgt der spezifische Volumen-Widerstand einer Sammelelektrode ungefähr 30 bis 50 u ohm·cm, das heißt, er ist nicht ausreichend erniedrigt, wie der der Sammelelektrode einer photovoltaischen Vorrichtung und dies steigert den Verlust der Umwandlungseffizienz. Zusätzlich sind keine befriedigenden Lösungen bei Langzeitstabilität, Widerstand gegenüber Feuchtigkeit und Widerstand gegenüber Licht erhalten worden.
Wie in Fig. 9 gezeigt, wird eine übliche Sammelelektrode einer photovoltaischen Vorrichtung oft hergestellt, indem ein leitendes Pastenmaterial gedruckt wurde, das durch Monodispergieren von feinen Silberteilchen von ungefähr 1 bis 10 um im Durchmesser in einem auf Polyester basierenden, auf Polyimid basierenden, auf Epoxy basierenden oder Phenol basierenden wärmehärtbarem Harz oder in einer Glasurmasse erhalten wird und dem Mischen des Dispergiermittels mit einem organischen Lösungsmittel, wie Cellosolve zur Kontrolle der Viskosität auf einer transparenten Elektrodenschicht 71, wie einer Oberfläche einer Elektrodenformation einer photovoltaischen Vorrichtung, indem ein Schablonenschirm oder ähnliches verwendet wird, und dem thermischen Härten der resultierenden Struktur. Diese Struktur macht es möglich eine Elektrode bei hoher Produktivität und einer hohen Materialausbeute zu bilden, indem ein Material mit sehr großer Fläche verwendet wird, was sehr viel zu einer Reduktion bei den Herstellungskosten beiträgt, was gegenwärtig ein großes Problem der photovoltaischen Vorrichtungen ist.
Bei dem Fall einer Sammelelektrode 74, die aus der leitenden Paste gemacht ist, die eine Linienbreite d von 100 bis 150 um und eine Dicke h von 10 bis 20 um aufweist, was üblich für die den Zweck der Massenproduktion ist.
Verschiedene Substanzen können als Material für die leitende Paste verwendet werden. Bei einer auf amorphen Silicium basierenden Solarzelle, die geeignet ist, leicht durch Behandlungen mit hoher Temperatur beschädigt zu werden, ist es jedoch üblich eine Polymerpaste zu verwenden, die durch monodispergieren von feinen Kupfer- oder Silberteilchen von ungefähr 1 bis 5 um im Durchmesser in einem auf Polyester basierenden, auf Polyimid basierendem, Epoxy-basierendem oder Phenol basierendem wärmehärtbarem Harz hergestellt wird.
Kürzlich jedoch mit der Verbesserung der Wirkungsgrade der photoelektrischen Umwandlungeffizienz oder dem Anstieg der Flächen der photovoltaischen Vorrichtungen entstand eine Nachfrage nach einer Sammelelektrode mit einem.geringeren Verlust als dem der üblichen Sammelelektroden und so wurden Sammelelektroden, die gebildet werden, indem nur eine leitende Paste verwendet wird, unfähig diese Anforderungen zu erfüllen. Als ein Beispiel weist die Sammelelektrode 74, die aus der leitenden Paste gebildet wird, die aus einem wärmehärtbaren Harz besteht, einen spezifischen Widerstand von 3 · 10&supmin;&sup5; bis 5 · 10&supmin;&sup5; ohmcm auf. Zusätzlich, falls feines Drucken mit einer schmäleren Linienbreite durchgeführt wird, um einen Verlust zu reduzieren, der durch das Abschirmen von Licht durch die Sammelelektrode entsteht, eine Druckveränderung ansteigt oder die Schichtdicke verringert sich demgemäß und ein Erzeugungsverlust, der auf den Widerstand der Sammelelektrode zurückzuführen ist, steigt stark. Des weiteren ist ein Erwärmen für eine lange Zeitdauer erforderlich, um eine derartige leitende Paste zu härten, so ist es praktisch schwierig, eine dicke Elektrode durch Beschichtungsschichten der Paste eine zu oberst auf der nächsten zu erhalten.
Wie in Fig. 10 gezeigt, weist daher eine erfindungsgemäße Sammelelektrode eine Struktur auf, bei der ein Material 87 mit einem niedrigen spezifischen Widerstand, wie Lot, auf der leitenden Paste 84, wie oben beschrieben, aufgebracht wird. Diese Sammelelektrode verursacht eine geringere Beeinträchtigung mit der Zeit und hat einen niedrigen spezifischen Widerstand.
Zusätzlich ist es wünschenswert die Schichtdicke zu steigern, um den Wirkungsgrad der Sammelfunktion zu verbessern. Falls jedoch ein Material mit einer hohen Benetzbarkeit, in bezug auf das Lot, einfach als leitende Paste verwendet wird, um die Bindungseigenschaften in bezug auf das Lot zu verbessern, nimmt die Krümmung des Lotmaterial ab und keine ausreichende Schichtdicke kann erhalten werden.
Verfahren, die die Dampfabscheidung oder das Sputtern verwenden, sind auch als Bildungsverfahren für die Elektrode bekannt. Diese Verfahren jedoch werden fast nicht mehr bei der Herstellung von großflächigen Vorrichtungen verwendet, da die Herstellungskosten ansteigen.
Beachtung verdient, dass Verluste, die durch eine Sammelelektrode bei einer photovoltaischen Vorrichtung entstehen, grob in einen Verlust eingeteilt werden, der durch ein Abschirmen des Lichts durch ein Elektrodenmaterial und einen Widerstandsverlust verursacht wird, der auf einen Widerstand zurückzuführen ist, den das Elektrodenmaterial aufweist. Um den Verlust zu, reduzieren, der aus dem Abschirmen des Lichts resultiert, muß die Linienbreite der Elektrode abnehmen.
Falls jedoch die Linienbreit abnimmt, um den Verlust aus der Abschirmung des Lichts zu reduzieren, wird es schwierig, eine große Dicke beim Siebdrucken zu erhalten und der Widerstand steigt verglichen mit der Abnahme der Linienbreite unter dem Einfluß von Druckveränderungen.
Zum Beispiel, die Sammelelektrode, die aus der leitenden Paste gebildet wird, besteht aus einem wärmehärtbaren Harz, das vorher in dem konventionellem Beispiel erwähnt wurde, hat einen Volumenwiderstand von 3 · 10&supmin;&sup5; bis 5 · 10&supmin;&sup5; ohmcm. Zusätzlich, falls feines Drucken durchgeführt wird, um den Verlust zu reduzieren, der auf das Abschirmen des Lichts durch die Elektrode zurückzuführen ist, steigt eine Druckveränderungen an oder die Schichtdicke nimmt demgemäß ab, was zu einem großen Anstieg bei dem Widerstandsverlust der Sammelelektrode führt. Des weiteren, da eine leitende Paste der obigen Sorte für eine lange Zeitdauer erwärmt werden muß, um zu härten, ist es schwierig eine große Dicke bei den Beschichtungsschichten der Paste eine oben auf die andere zu erhalten.
Fig. 29 zeigt die Struktur einer Sammelelektrode, bei der ein Material mit einem niedrigen Volumenwiderstand auf einem leitenden Verbundelement angeordnet ist, das aus der leitenden Paste besteht, die oben beschrieben ist.
Die Fig. 28A bis 28F stellen ein praktisches Beispiel der Schritte der Herstellung dieser Struktur dar. Zuerst wird eine leitende Paste 20202 von der obigen Sorte auf eine durchsichtige Elektrode (SnO&sub2;, InO&sub3; oder ITO) 20201 der photovoltaischen Vorrichtung (Fig. 28 A) gedruckt und die resultierende Struktur wird thermisch in einem Thermotrocken- Ofen gehärtet (Fig. 28B).
Es ist jedoch gefunden worden, dass falls eine Lotschicht 20203 auf der leitenden Paste 20202 gebildet wird, indem ein geschmolzenes Lot verwendet wird, wobei diese Lotschicht 20203 sehr dünn war und daher unbefriedigend den Widerstandsverlust verbessert, obwohl die Schicht einen Effekt der Steigerung der Widerstandsfähigkeit gegenüber der Umwelt hatte. Fig. 27 ist eine Darstellung, die die Dicke einer Sammelelektrode mit Lot zeigt, die gebildet wird, wenn geschmolzenes Lot auf einem verbundenen leitenden Element tauchgelötet wird, das aus einer leitenden Paste vom Polymertyp besteht.
Der Erfinder druckte daher eine Lotpaste, die gebildet wird, indem feine Lotteilchen 30 bis 50 um im Durchmesser mit einem dickflüssigem Flußmittel gemischt werden, indem eine Metallplatte verwendet wird, und indem thermisch die resultierende Struktur in einem Heißluft-Trockenofen geschmolzen wird. Mit dem Ergebnis, dass eine dicke Elektrode mit einer durchschnittlichen Schichtdicke von 30 um über eine Breite von 300 um realisiert wurde, die eine beachtliche Verbesserung anzeigte, verglichen mit der Elektrode, die durch Tauchlöten gebildet wird.
Falls jedoch die Menge an Lötpaste, die angeordnet werden soll, einfach ansteigt, indem die Schichtdicke einer Metallplatte ansteigt, um eine größere Dicke als die, die mittels des obigen Verfahrens erhalten wird, zu realisieren, erreicht das Lot auf dem verbundenen leitenden Element manchmal eine gesättigte kritische Menge. In einem derartigen Fall konzentriert sich das Lot auf einen besonderen Teil des verbundenen leitenden Elements, das eine große Lötkugel bildet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Halbleiter- Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine Sammelelektrode einschließt, die ausgezeichnete Eigenschaften aufweist, die unten beschrieben werden, die eine hohe Umwandlungseffizienz aufweist und die stabil über einen langen Zeitraum arbeiten. Spezieller die erfindungsgemäßen Halbleiter- Vorrichtungen sind wie folgt.
(1) Eine photovoltaische Vorrichtung, in der der elektrische Widerstand der Sammelelektrode gering genug ist, um den Joulschenverlust zu vermindern, wodurch der Verlust an Umwandlungseffizienz vermindert wird.
(2) Eine photovoltaische Vorrichtung, die eine anfängliche Umwandlungseffizienz der Vorrichtung auf einem hohen Niveau erhält und daher stabil über einen lange dauernden Gebrauch arbeiten kann.
(3) Eine photovoltaische Vorrichtung, bei der kein Abschälen einer Sammelelektrode von einem Halbleiter oder einer durchsichtigen Elektrode gegenüber verschiedenen Umweltfaktoren geschieht, wie einen Zustand einer hohen Feuchtigkeit, einen Zustand einer hohen Temperatur, eine Zustand einer niedrigen Temperatur und einer Wiederholung von diesen Zuständen und die daher die anfängliche Funktion der Sammelelektrode auf einem hohen Niveau erhalten kann.
(4) Eine photovoltaische Vorrichtung, bei der eine Sammelelektrode kaum optische Beeinträchtigungen, wie feine Risse oder Brechen nach Bestrahlung mit Licht verursacht und die daher die Anfangsfunktion der Sammelelektrode auf hohem Niveau halten kann.
(5) Eine photovoltaische Vorrichtung, die eine Elektrodenstruktur aufweist, die einen Verlustes vermindern kann, der durch eine Abschirmung des Lichts verursacht wird, während ein niedriger Verlust des Widerstands und eine hohe Umwandlungseffizienz erhalten bleibt und mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dieser photovoltaischen Vorrichtung werden auch zur Verfügung gestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, die einen Halbleiter zur Durchführung der photoelektrischen Umwandlung und eine Sammelelektrode aufweist, wie sowohl im Anspruch 1 (erste Alternative) oder Anspruch 2 (zweite Alternative) definiert wird.
In der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung (zweite Alternative) bedeckt das Metallelement einen Teil des verbundenen leitenden Elements, mit der Ausnahme einer Verbindungs-Oberfläche zwischen dem verbundenen leitenden Element und dem Halbleiter.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung bestehen die leitenden Teilchen aus zwei oder mehr Typen von Metallmaterialien.
Bei der obigen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ist zumindest ein Typ von Metallmaterial der leitenden Teilchen, das aus zwei oder mehr Typen von Metallmaterialien besteht, auf der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche von jedem leitenden Teilchen angeordnet.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung besteht das Metallelement aus einem niedrig schmelzenden Metall, das ein Metall, eine Legierung oder eine Mischung davon ist und ein leitendes Pulver, das in dem niedrig schmelzenden Metall enthalten ist und einen höheren Schmelzpunkt aufweist, als das niedrig schmelzende Metall.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung besteht das leitende Pulver aus zumindest einem von Zinn, Blei, Palladium, Zink, Silber, Kupfer, einer Kupferlegierung, Gold und Nickel.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung (zweite Alternative), ist das leitende Pulver an der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche des niedrig schmelzenden Metalls anwesend.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ist der Schmelzpunkt des leitenden Pulvers höher als 100ºC oder mehr als der des niedrig schmelzenden Metalls.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung (erste Alternative) ist das leitende Pulver auf der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche des verbundenen leitenden Element anwesend:
Bei der obigen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ist das niedrig schmelzende Metall eine eutektische Legierung.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung haben die leitenden Teilchen eine Benetzbarkeit in bezug auf die eutektische Legierung.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ist das Metall, das eine Benetzbarkeit aufweist, ein ferromagnetisches Metall.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ist die Menge des Metallmaterials, die auf der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche der leitenden Teilchen angeordnet ist, reduziert auf das Innere der leitenden Teilchen hin.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ist das Metallelement ein Lot, das primär aus Sn, Pb oder In besteht.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung besteht das Metallelement primär aus Cu.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung bestehen die leitenden Teilchen primär aus Cu, Sn, Pb, Ni, Ag, Pb oder Au und das Metallelement ist ein Lot, das primär aus Sn, Pb oder In besteht.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ist weiter eine durchsichtige Schicht zwischen dem Halbleiter und der Sammelelektrode enthalten.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ist der Halbleiter amorphes Silicium.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung weist das leitende Pulver Benetzbarkeit in bezug auf die eutektische Legierung auf.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung besteht das leitende Pulver aus Silber, Kupfer, Gold, Palladium oder Zinn.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung besteht das ferromagnetische Metall zumindest aus einem von Nickel oder Eisen.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung besteht das leitende Pulver aus einem hoch leitenden Metall und einem ferromagnetischen Metall.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ist das leitende Pulver auf der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche des niedrig schmelzenden Metalls anwesend.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ist der Schmelzpunkt des leitenden Pulvers höher bei 100ºC oder mehr als der des niedrig schmelzenden Metalls.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ist das leitende Pulver auf der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche der Oberfläche des verbundenen leitenden Elements.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ist weiter eine durchsichtige leitende Schicht zwischen dem Halbleiter und der Sammelelektrode vorhanden.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ist der Halbleiter amorphes Silicium.
Gemäß zu noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird hier auch ein Verfahren zur Herstellung einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 17 zur Verfügung gestellt.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 18 und 19 dargelegt. Die üblichen Probleme, die vorher erwähnt wurden, können mittels der erfindungsgemäßen Mittel gelöst werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine photovoltaische Vorrichtung gemäß dem Referenzbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine photovoltaische Vorrichtung gemäß dem Referenzbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht, die eine erfindungsgemäße photovoltaische Vorrichtung zeigt.
Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht, die eine erfindungsgemäße photovoltaische Vorrichtung zeigt.
Die Fig. 5A bis 5G sind schematische Schnittansichten zur Erklärung eines Verfahrens zur Herstellung der photovoltaischen Vorrichtungen gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen 7 und 21;
Die Fig. 6A bis 6G sind schematische Schnittansichten zur Erklärung eines Verfahrens zur Herstellung der photovoltaischen Vorrichtungen gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen 10 und 22;
Die Fig. 7A bis 7G sind schematische Schnittansichten zur Erklärung eines Verfahrens zur Herstellung der photovoltaischen Vorrichtungen gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel 13;
Die Fig. 8A bis 8F sind schematische Schnittansichten zur Erklärung eines Verfahrens zur Herstellung der photovoltaischen Vorrichtungen gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel 17;
Fig. 9 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel einer üblichen photovoltaischen Vorrichtung zeigt;
Fig. 10 ist eine schematische Schnittansicht, die ein praktisches Beispiel einer photovoltaischen Vorrichtung zeigt;
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht, die den Hauptteil einer photovoltaischen Vorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel 23 zeigt;
Fig. 12 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Lötpaste zeigt, die in Fig. 11 gezeigt wird;
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die den Hauptteil des Beispiels 24 zeigt;
Fig. 14 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Lötpaste zeigt, die in Fig. 13 gezeigt wird;
Fig. 15 ist eine perspektivische Ansicht, die den Hauptteil des Beispiels 25 zeigt;
Fig. 16 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Lötpaste zeigt, die in Fig. 15 gezeigt wird;
Fig. 17 ist eine Seitenansicht zur Erklärung eines Heizschritts, der in einem magnetischen Feld, gemäß Beispiel 25, durchgeführt wird.
Fig. 18 ist eine perspektivische Ansicht, die den Hauptteil des Beispiels 26 zeigt;
Fig. 19 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Lötpaste zeigt, die in Fig. 18 gezeigt wird;
Fig. 20 ist eine perspektivische Ansicht, die den Hauptteil des Beispiels 27 zeigt;
Fig. 21 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Lötpaste zeigt, die in Fig. 20 gezeigt wird;
Fig. 22 ist eine perspektivische Ansicht, die den Hauptteil des Beispiels 28 zeigt;
Fig. 23 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Lötpaste zeigt, die in Fig. 22 gezeigt wird;
Die Fig. 24A bis 24F sind Schnittansichten, die die Herstellungsschritte des Beispiels 29 zeigen.
Die Fig. 25A, 25B und 25C sind schematische Schnittansichten, die Lötpasten jeweils gemäß den Beispielen 29, 30 und 31 zeigen.
Die Fig. 26A bis 26G sind Schnittansichten, die Herstellungsschritte gemäß Beispiel 32 zeigen.
Fig. 27 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Linienbreite und der Dicke der Sammelelektrode zeigt;
Die Fig. 28A bis 28F sind schematische perspektivische Ansichten zu Erklärungsschritten der Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung; und
Fig. 29 ist eine perspektivische Ansicht, die den Hauptteil der photovoltaischen Vorrichtung zeigt, die in den Fig. 28A bis 28F gezeigt wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die erste Wirkung der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit den elektrischen Widerstand der Sammelelektrode wirksam zu vermindern.
Ein verbundenes leitendes Element wird gebildet, indem zum Beispiel eine pastenförmige Substanz (auf die manchmal als leitende Paste hierin bezug genommen wird) calziniert wird, die aus einem leitenden Pulver und Glas oder einem Polymer (Bindemittel) besteht, weist einen spezifischen Volumenwiderstand von 30 bis 50 u ohmcm oder mehr auf.
Falls eine Sammelelektrode mit einer Linienbreite von 200 um und einer durchschnittlichen Schichtdicke von 10 um gebildet wird, indem nur die leitende Paste von diesem Typ verwendet wird, betrug ein linearer Widerstand 1,5 ohm/cm oder mehr, was zu einer Sammelelektrode mit einem hohen elektrischen Widerstand führt. Demzufolge stieg der Sammel- Verlust extrem an, um die Effizienz der Umwandlung signifikant zu vermindern.
Bei der erfindungsgemäßen Sammelelektrode, auf der anderen Seite, kann der elektrische Widerstand der Sammelelektrode beträchtlich reduziert werden, indem ein verbundenes leitendes Element (ein Element, das gebildet wird, indem die leitende Paste gehärtet wird, wird manchmal hierin im folgenden bezug genommen als verbundenes leitendes Element) gebildet wird, das ein leitendes Pulver zusammen mit einem Metallelement (auf das manchmal als Metallschicht hierin im folgenden bezug genommen wird) enthält, das dieses verbundene leitende Element bedeckt. Als ein Beispiel, falls ein verbundenes leitendes Element gebildet wird, indem die leitende Paste der obigen Sorte verwendet wird und ein 2 um dickes, 200 um breites Kupferelement auf der Oberseite des verbundenen leitenden Elements gebildet wird, wobei das verbundene leitende Element, das aus der leitenden Paste und dem Metallelement (Kupfer) besteht, elektrisch parallel miteinander verbunden sind. Der gesamte lineare Widerstand dieser erfindungsgemäßen Struktur beträgt 0,21 ohm/cm, obwohl der lineare Widerstand des Kupfers allein 0,25 ohm/cm beträgt, weil die parallele Verbindung zwischen dem verbundenen leitenden Element und dem Metallelement (Kupfer) gebildet ist. Dieser große Abfall vermindert den elektrischen Widerstands der Sammelelektrode auf 1/7.
Desgleichen, falls ein 10 um dickes, 200 um breites Lotelement (Metallelement) auf der Oberseite eines verbundenen leitenden Elements gebildet wird, das aus der obigen leitenden Paste besteht, wobei der gesamte lineare Widerstand 0,4 ohm/cm beträgt, obwohl der lineare Widerstand des Lots (Metallelement) allein 0,5 ohm/cm beträgt, weil das verbundene leitende Element und das Metallelement elektrisch parallel miteinander verbunden sind. Als Ergebnis wird der elektrische Widerstand einer Sammelelektrode beträchtlich auf 1/4 reduziert.
Wie in diesen Beispiele gesehen werden kann, vermindert die vorliegenden Erfindung den Widerstand einer Sammelelektrode signifikant, wobei eine photovoltaisch Vorrichtung mit einer hohen Umwandlungseffizienz realisiert wird.
Beachtenswert ist, dass die obige Wirkung nicht auf verbundene leitende Elemente mit einem spezifischen Volumen- Widerstand von 30 bis 50 u ohmcm oder mehr beschränkt ist, sondern kann ähnlich bei verbundenen leitenden Elementen mit niedrigeren spezifischen Volumen- Widerstand erhalten werden.
Der zweite und am meisten signifikante Effekt der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit ein verbundenes leitendes Element zu schützen, das leitende Teilchen enthält, indem extrem überlegene Eigenschaften einer Feuchtigkeitsbarriere und Eigenschaften der Lichtabschirmung eines Metallelements verwendet werden, indem das Metallelement auf der Seite des verbundenen leitenden Elements gebildet wird, dass das leitende Pulver weg vom Halbleiter enthält (in diesem Fall ist es bevorzugt das Metallelement über im wesentlichen die ganze Länge zu bilden). Insbesondere kann ein überraschender schützender Effekt erreicht werden, indem die gesamte Oberfläche des verbundenen leitenden Elements bedeckt wird, das das leitende Pulver weg von dem Halbleiter mit dem Metall enthält.
Falls das verbundenen leitenden Element, dass die leitenden Teilchen enthält, ausgesetzt wird oder falls die Bedeckung ungenügend ist, selbst wenn das verbundenen leitende Element mit einem Polymer bedeckt ist, wird das verbundenen leitende Element sehr ungünstig durch die Feuchtigkeit beeinflußt, weil die leitenden Teilchen, die leicht eine Ionenmigration verursachen, enthalten sind.
Als Ergebnis wächst ein Dendrit durch defekte Bereiche eines Halbleiters, was auf die Ionenmigration zurückzuführen ist, was zu einem instabilen Betrieb führt, der durch einen Kurzschluß des Halbleiter oder ähnliches verursacht wird. Zusätzlich wird eine Oxidation extrem beschleunigt, weil zum Beispiel die Oberflächenfläche der leitenden Teilchen groß ist und so ein Anstieg beim elektrischen Widerstand oft beobachtet wird.
Alternativ führt die Feuchtigkeitsabsorption durch das Bindemittel zu einem Abschälen der verbundenen Oberfläche und dies erhöht den Kontaktwiderstand, was zu einer großen Abnahme bei der Sammelfunktion führt.
Da die Bildung des Metallelements verhindern kann, dass Feuchtigkeit in das verbundene leitende Element eintritt, können alle Beeinträchtigungen, die mit Feuchtigkeit verbunden sind und oben beschrieben wurden, signifikant reduziert werden.
Das verbundenen leitenden Element, das die leitenden Teilchen enthält wird sehr Licht aufgrund von Bestrahlung mit Licht beeinflußt.
Das Bindemittel, das in dem verbundenen leitenden Element enthalten ist, das die leitenden Teilchen enthält, zersetzt sich optisch, um brüchig durch die Bestrahlung mit Licht zu werden, wodurch feine Riße (Haarriße) oder Abschaltungen entstehen oder ein Abschälen von der verbundenen Oberfläche bewirkt wird. Demgemäß wird oft ein Anstieg beim elektrischen Widerstand beobachtet, was eine große Beeinträchtigung bei der Sammelfunktion anzeigt.
Da Licht abgeschirmt werden kann, indem das Metallelement gebildet wird, kann ein Effekt der signifikanten Abnahme aller Beeinträchtigungen, die durch Licht verursacht werden, erwartet werden, wie der Effekt der Verhinderung der oben beschriebenen optischen Zersetzung.
Zusätzlich, falls eine durchsichtige leitende Schicht oder ähnliches auf einer Halbleiterschicht gebildet wird, kann eine Sammelelektrode mit einer Anordnung, bei der ein Metallelement auf einem verbundenen leitenden Element gebildet ist, das aus leitenden Teilchen besteht, Eigenschaften der Haftung verbessern, wie verglichen mit einer Sammelelektrode mit einer Anordnung, bei der ein Metallelement direkt auf der durchsichtigen leitenden Schicht gebildet wird.
Erfindungsgemäß, indem die oben erwähnten Effekte berücksichtigt werden, wird, eine Sammelelektrode, die Strom sammelt, der von einer Halbleiterschicht erzeugt wird, die eine photovoltaische Leistung aufweist und auf der ein Metallelement auf einem verbundenen leitenden Element gebildet ist, das auf der Halbleiterschicht gebildet wird. Die photovoltaische Vorrichtung, die diese erfindungsgemäße Struktur aufweist, kann eine extrem überlegene Leistungsfähigkeit erreichen, wie eine hohe Umwandlungseffizienz und die Fähigkeit den anfangs stabilen Betrieb über eine lange Zeitdauer zu erhalten.

(Leitende Teilchen)

Bevorzugte Beispiele von leitenden Teilchen sind Teilchen aus Kupfer, Nickel, Zinn, Blei, Zink, Aluminium, Eisen, Chrom und Titan zusätzlich zu Gold, Silber, Platin und Palladium; Teilchen aus Legierungen von diesen Metallen und andere Metalle: Teilchen von dotierten Metallen; Teilchen von diesen Metallen oder anderen Metallen, die mit einer speziellen Verteilung versehen sind, Oberfläche n beschichtete Teilchen aus diesen Metallen oder anderen Metallen und Teilchen aus Oxiden, wie ITO, ZnO und SnO. Diese leitenden Teilchen können auch Mischungen von diesen Teilchen sein.
Das charakteristische Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass selbst Strukturen, die hauptsächlich aus Metallen, wie Kupfer, Nickel, Zinn, Zink, Aluminium und Eisen bestehen, die üblicherweise als schwierig zu verwenden angesehen werden, aufgrund eines Problems der Oxidation und ähnlichem, sehr schwer oxidiern und können daher stabil verwendet werden.
Zusätzlich können erfindungsgemäß selbst Strukturen, die hauptsächlich aus Metallen, wie Indium, Palladium, Chrom, Titan, Zinn, Blei, Eisen, Kobalt und Nickel oder aus feinen Teilchen von Metalloxiden, wie ITO, ZnO und SnO bestehen, die üblicherweise, aufgrund ihrer hohen elektrischen Widerstände als schwierig zu verwenden angesehen werden, können mit erniedrigten elektrischen Widerständen verwendet werden.
Speziell, falls leitende Teilchen, die aus einer Vielzahl an Metallen bestehen, verwendet werden, indem die leitenden Teilchen mit einem Metall bedeckt werden, um auf ihnen geschichtet zu werden, wobei das Bedeckungsverhältnis des Metalls gesteigert werden kann, wobei Defekte wie Pinholes des Metallelements in der Anzahl gering sind und die Haftungskraft des Metallelements steigt, wobei mehr erfindungsgemäße überraschende Effekte gezeigt werden.
Beispiele der Strukturen der leitenden Teilchen, die die obigen Wirkungen zur Verfügung stellen, sind wie folgt.
(1) Ein sogenanntes sortiertes Legierungsteilchen, das aus einer Vielzahl an Metallen besteht und bei denen die Verteilung von einem der Metalle graduell von der Oberfläche zum Inneren des Teilchens abnimmt. Beispiele sind eine Kupferlegierung, bei der die Verteilung von Silber einen Gradient aufweist, eine Kupferlegierung, bei der die Verteilung von Zinn einen Gradient aufweist, eine Kupferlegierung bei der die Verteilung von Blei einen Gradient aufweist, eine Silberlegierung, bei der die Verteilung von Kupfer einen Gradient aufweist, eine Silberlegierung, bei der die Verteilung von Zinn einen Gradient aufweist, eine Silberlegierung, bei der die Verteilung von Palladium einen Gradient aufweist und eine Aluminiumlegierung, bei der die Verteilung von. Kupfer einen Gradient aufweist. Dieselben überraschenden Effekte können durch ein tertiäres Metallsystem und ein quaternäres Metallsystem wie auch durch ein binäres Metallsystem erhalten werden.
Beispiele von diesem Verfahren zur Bildung dieser Teilchen sind ein Verfahren zur Erhaltung eines Gradienten, indem die Mengen der Metallzuführung aus einer Vielzahl von Metallquellen über ein Vakuumerwärmen oder Sputtern kontrolliert wird; ein Verfahren zur Erhaltung eines Gradienten, indem Gebrauch von dem Unterschied zwischen den Tendenzen der Ionenfällung bei einem Verfahren der Reduktionsfällung in einer Lösung gemacht wird; und einem Verfahren des Erhaltens eines Gradienten, indem der Unterschied am Schmelzpunkt verwendet wird, wenn eine geschmolzene Legierung zerstäubt wird. Die abgestufte Verteilung kann auch kontrolliert werden, indem weiter eine Wärmebehandlung für diese Teilchen durchgeführt wird.
(2) Ein Teilchen, das aus einer bestimmten Art von einem Metall besteht, wird mit einem verschiedenen Metall Oberflächen- beschichtet. Beispiele sind ein Kupferteilchen, das mit Silber Oberflächen- beschichtet ist, ein Kupferteilchen, das mit Zinn Oberflächen- beschichtet ist, ein Kupferteilchen, das mit Blei Oberflächen- beschichtet ist, ein Silberteilchen, das mit Kupfer Oberflächen- beschichtet ist, ein Silberteilchen, das mit Zinn Oberflächen- beschichtet ist, ein Silberteilchen, das mit Palladium Oberflächen- beschichtet ist, ein Aluminiumteilchen, das mit Kupfer Oberflächenbeschichtet ist und ein Eisenteilchen, das Kohlenstoffbeschichtet ist.
Teilchen von diesem Typ können mit einem Verfahren gebildet werden, bei dem Metallionen in verschiedenen Metallteilchen eingesetzt werden, einem Verfahren der Durchführung einer Naß-Plattierung oder einem Verfahren der Behandlung einer Vielzahl von Arten der Metallteilchen unter verstärktem Rühren.
(3) Ein sogenanntes Legierungsteilchen, das aus einer Vielzahl von Metallen besteht und indem die Verteilung relativ ausgeglichen ist. Beispiele sind ein Messingteilchen, ein Bronzeteilchen, ein Gold-Kupfer- Legierungsteilchen, ein Phosphor-Bronzeteilchen, ein gereinigtes Silberteilchen und ein Zinn-Blei- Legierungsteilchen.
(4) Ein Teilchen, das gebildet wird, indem verschiedene Metallteilchen gemischt werden. Beispiele sind eine Kupfer-Silber- Mischungsteilchen, ein Kupfer-Zinn- Mischungsteilchen und ein Palladium-Silber- Mischungsteilchen.
Obwohl verschiedene Teilchengrößen als Teilchengröße der leitenden Teilchen verwendbar sind, beträgt die durchschnittliche Teilchengröße der Anzahl nach vorzugsweise 0,01 bis 100 um in bezug auf den elektrischen Widerstand oder eine Stabilität des langdauernden Betriebs (die durchschnittliche Teilchengröße der Anzahl nach ist ein Durchschnittswert der Durchmesser der Teilchen, die durch ein Sedimentationsverfahren oder einen durchschnittlichen Wert der Durchmesser der wahren Kreise, die äquivalent zu den sektionalen Flächen der individuellen Teilchen sind, gemessen wird).
Als Bindemittel zum Binden der leitenden Teilchen können sowohl anorganische als auch organische Materialien, die allgemein als Bindemittel bekannt sind, verwendet werden.
Zum Beispiel sind verschiedene Glasmaterialien als anorganische Bindemittel verwendbar und ein thermoplastisches Polymer und ein härtbares Polymer sind als organische Bindemittel verwendbar.
Verwendbare Beispiele des thermoplastischen polymeren Bindemittels sind ein gesättigtes Polyester Harz, ein phenolisches Harz, ein acrylisches Harz, ein Styrolharz, ein Epoxyharz, ein Urethanharz, ein Vinylacetatharz, ein Vinylchloridharz, ein Vinylalkoholharz, ein Acetalharz, ein Amidharz und modifizierte Harze und Copolymerharze von diesen Harzen.
Verwendbare Beispiele des härtbaren polymeren Bindemittels sind ein Imidharz, ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Phenolharz, ein Alkydharz, ein ungesättigtes acrylisches Harz, ein Epoxyharz, ein Polyurethanharz, ein Melaminharz, ein Diallylphthalatharz und Oligomere und modifizierte Harze von diesen Harzen.
Insbesondere können die härtbaren polymeren Bindemittel einen überlegenen Effekt in bezug auf die langdauernde Betriebsstabilität zur Verfügung stellen.
Speziell falls ein durchschnittliches Molekulargewicht der Anzahl nach 5000 oder weniger betrug, wurde ein adhäsives Pulver eines Metalls, das geschichtet wird, weiter verstärkt, um noch überraschendere Effekte zu erreichen.
In einigen Fällen können die erfindungsgemäßen Effekte weiter verbessert werden, indem eine geringe Menge eines thermoplastischen Polymers zu dem härtbaren Polymer hinzugefügt wird oder indem verschiedene Additive hinzugefügt werden, wie Kupplungsmittel oder Dispersionsmittel für den Zweck der Kontrolle des Dispersionsvermögens der leitenden Teilchen oder Benetzbarkeit, in bezug auf das Bindemittel.
Das Mischungsverhältnis der leitenden Teilchen zu dem Bindemittel wird wiedergegeben durch:
Das Mischungsverhältnis beträgt bevorzugt 3% bis 50% falls der elektrische Widerstand und die Betriebsstabilität über einen langen Zeitraum in Betracht gezogen werden.
Als Mischmittel, wird Rühren oder Mahlen verwendet, während eine richtige Menge eines verdünnenden Lösungsmittels, wie benötigt, hinzugefügt wird.
Als Vorrichtung zum Mahlen, ist es möglich verschiedene übliche verwendete Mahlvorrichtunge zu verwenden, wie eine Walzenmühle, eine Perlenmühle (bead mill), eine Sandmühle, eine Ultraschallmühle, eine Injektionskollisionsmühle (injection collision mill) und eine Kugelmühle.
Das verbundene leitende Element, das die leitenden Teilchen aufweist, kann mittels Mittel zum Drucken gebildet werden, wie Siebdruck, Flachdruckverfahren, Tiefdruckverfahren, Reliefdruck, falls das Element in der Form einer Tinte ist. Das verbundene leitende Element kann auch auf einer Halbleiterschicht mittels Zuführung, indem Zuführmittel verwendet werden, gebildet werden, wie eine Ausgabevorrichtung und Härtens mittels Wärmetrocknung oder thermischen Härtens oder indem Licht- oder Elektronenstrahlen verwendet werden. Die Schichtdicke des verbundenen leitenden Elements bewegt sich vorzugsweise zwischen 0,1 und 500 um in bezug auf den elektrischen Widerstand und langdauernde Betriebsstabilität.
Die erfindungsgemäßen Effekte wurden überhaupt nicht vermindert, selbst wenn eine durchsichtige leitende Schicht, eine Antireflexionsschicht, eine Schutzschicht und ähnliches zwischen der Halbleiterschicht und dem verbundenen leitenden Element gebildet wurde, das die leitenden Teilchen aufweist.

(Metallelement)

Das Metall zur Bedeckung der Oberfläche des verbundenen leitenden Elements, das die leitenden Teilchen weg von der Halbleiterschicht aufweist, über im wesentlichen die gesamte Länge der Oberfläche, weist vorzugsweise einen spezifischen Volumenwiderstand von 50 m ohm·cm oder weniger auf, falls der elektrische Widerstand in Betracht gezogen wird. Dieses Metall wird gebildet, um eine geplante Form, eine ausgesparte Form, eine kreisförmige Form, eine elliptische Form, eine rechteckige Form oder ähnliches aufzuweisen. Beispiele von dem Metall sind Gold, Silber, Platin, Palladium, Kupfer, Nickel, Zinn, Blei, Zink, Aluminium, Indium, Eisen, Chrom, Titan, Metalle, die hauptsächlich aus diesen Metallen und Legierungen von diesen Metallen.
Ein Metall mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 30 u ohm·cm oder weniger ist besonders bevorzugt. Beispiele sind Gold, Silber, Platin, Palladium, Kupfer, Nickel, Zinn, Blei, Zink, Aluminium, Indium, Eisen, Chrom, Titan, Metalle, die hauptsächlich aus diesen Metallen und Legierungen von diesen Metallen.
Beispiele von einem Metall, das sehr ausgezeichnet bei den Eigenschaften der partikulären Adhäsion und der Betriebsstabilität ist, sind verschiedene niedrig schmelzende Lote, die hauptsächlich aus Zinn und Blei bestehen, eine niedrig schmelzende Legierung, die Indium, ein Metall mit einer relativ hohen Verstreckbarkeit enthält, wie Kupfer, Zinn, Blei, Zink, Aluminium, Indium, Gold, Silber und Palladium und Legierungen, die diese Metalle enthalten.
Beispiele von Mitteln, die das Metallelement bilden, sind Mittel, die Vakuumdampfabscheidung oder Sputtern verwenden, Mittel zur Naßbildung, die Plattieren verwenden, Mittel zum Tauchbeschichten in einem geschmolzenen Metall und Mittel zum pulvrigen Metallschmelzen. Es ist auch möglich andere allgemeine Metallelemente bildende Mittel zu verwenden.
Die Schichtdicke beträgt vorzugsweise 0,01 bis 500 um hinsichtlich des elektrischen Widerstands und der Betriebsstabiliät über einen langern Zeitraum.
Das erfindungsgemäße leitende Pulver hat eine Wirkung der Adsorbtion eines niedrig schmelzenden Metalls, wie ein Lotmaterial, eine Legierung oder eine Mischung (auf die hierin im folgenden als niedrig schmelzendes Metall bezug genommen wird). Bei der Bildung einer Elektrodenschicht, die aus einem niedrig schmelzenden Metall besteht, unterdrückt das leitende Pulver die Fließfähigkeit eines geschmolzenen Metalls, um eine große Menge des niedrig schmelzenden Metalls auf der Halbleiterschicht (oder einer durchsichtigen leitenden Schicht) zu fixieren. Dies macht die Bildung einer niedrig schmelzenden Metallschicht mit einer großen Dicke möglich.
Der Widerstand der Sammelelektrode kann weiter abnehmen, indem Aggregate nahe zu einander in der Nähe der Oberfläche des niedrig schmelzenden Metalls gebildet werden.
Dies kann demgemäß den Widerstand der Elektrode vermindern und dadurch die Effizenz der photovoltaischen Vorrichtung steigern. Zusätzlich, indem die Linienbreite in Übereinstimmung mit der Abnahme des Widerstands vermindert wird, was durch die große Dicke erreicht wird, kann der Verlust, der durch die Abschirmung des Lichts durch die Sammelelektrode verursacht wird, reduziert werden, um weiter die Erzeugungseffizienz der photovoltaischen Vorrichtung zu steigern.
Die Anordnungen der erfindungsgemäßen photovoltaischen Vorrichtungen werden im Detail unten unter Bezug auf die Fig. 3 und 4 gemacht.
Bezugnehmend auf Fig. 3 weist diese photovoltaische Vorrichtung eine durchsichtige leitende Schicht 11, eine Halbleiterschicht 12, ein Substrat 13, ein leitendes Element 15 zur Fixierung eines leitenden Pulvers 14 und eine Schicht eines niedrig schmelzenden Metalls 17 auf.
Bezugnehmend auf Fig. 4 weist diese photovoltaische Vorrichtung eine durchsichtige leitende Schicht 51, eine Halbleiterschicht 58, ein verbundenes leitendes Element 54, ein leitendes Pulver 55 und eine niedrig schmelzende Metallschicht 57 auf.

(Niedrig schmelzendes Metall)

Jedes Metall oder jede Legierung kann als erfindungsgemäßes niedrig schmelzendes Metall verwendet werden, so lange wie der Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung niedriger ist als der des leitenden Pulvers über einem Temperaturbereich liegt, innerhalb dem der Halbleiter nicht beschädigt wird. Jedoch weist das niedrig schmelzende Metall vorzugsweise einen Schmelzpunkt auf, der verschieden bei 100ºC oder mehr von dem des leitenden Pulvers ist, weil eine Elektrodenschicht mit einer größeren Dicke dann gebildet werden kann. Ein praktisches Beispiel des niedrig schmelzenden Metalls ist Lot und Beispiele des Lotmaterials sind auf Sn-Pb basierendes Lot, Sn-Ag basierendes Lot, Pb-Gruppen Lot und In- Gruppen Lot. Es ist auch möglich Cremlot zu verwenden und die Verwendung von Cremlot ist besonders bevorzugt, da die Dicke von dem Lot kontrolliert werden kann.

(Leitendes Pulver)

Als leitendes Pulver 14, das an der Seite der Halbleiterschicht in der vorliegenden Erfindung fixiert wird, kann ein Pulver, das aus Palladium, Gold, Silber, Kupfer, einer Kupferlegierung, Nickel oder Zink oder einem Pulver besteht, das diese Metalle enthält, bevorzugt verwendet werden. Die Verwendung von diesen Metallen unterdrückt die Fließfähigkeit des Lots, weil die Adsorptionsfunktion, die das leitende Pulver beim Wärmeschmelzen hat, indem die Lotmenge pro Flächeneinheit gesteigert wird und weiter indem der elektrische Widerstand der Sammelelektrode abnimmt.
Als das leitende Pulver 55, das auf und/oder in der Nähe der Oberfläche der niedrig schmelzenden Metallschicht gebildet wird, kann ein Pulver, das aus Palladium, Gold, Silber, Kupfer, einer Kupferlegierung, Zink oder Nickel oder einem Pulver besteht, das diese Metalle enthält, bevorzugt verwendet werden. Diese Metalle sind anderen in dem spezifischen Widerstand und Eigenschaften der Bindung mit den Lotmaterialien überlegen und können daher weiter den Widerstand einer Sammelelektrode erniedrigen.
Die erfindungsgemäßen leitenden Pulverteilchen sind nicht auf kugelförmige Teilchen beschränkt, sondern können schuppige Teilchen oder Nadel-förmiger Teilchen sein. Obwohl die Größe der Teilchen von der Breite der Sammelelektrode abhängt, die gebildet wird, beträgt sie bevorzugt ungefähr 0,1 bis 100 um.
Jedes Material kann als Material der erfindungsgemäßen leitenden Elemente 15 und 54 verwendet werden, vorausgesetzt, dass das Material eine hohe Bindungsenergie (hohe Benetzbarkeit) im Hinblick auf die Halbleiterschicht (oder die durchsichtige leitende Schicht) und das niedrig schmelzende Metall aufweist. Zum Beispiel ist es bevorzugt ein verbundenes leitendes Element zu verwenden, das gebildet wird, indem Teilchen aus Metall, wie Gold, Silber, Kupfer, Nickel, oder Eisen in einem Bindemittel, das aus einem organischen Harz, wie einem Epoxyharz, einem phenolischen Harz, einem Polyesterharz oder einem Polyimidharz besteht, dispergiert werden. In Situationen, in denen eine Behandlung bei einer relativ hohen Temperatur möglich ist, ist auch eine calzinierte Paste verwendbar, die gebildet wird, indem das obige Metallmaterial mit einer Glasurmasse gemischt wird.
Indem feine Teilchen von zumindest einem Typ von Metall mit einer Lotbenetzbarkeit oder feine Teilchen von zwei oder mehreren verschiedenen Typen von Metallen mit einer Lotbenetzbarkeit in einem Lot einer eutektischen Legierung als niedrig schmelzendes Metall auf dem verbundenen leitenden Element codispergiert werden, ist es möglich die Fließfähigkeit des Lots beim Heißschmelzen zu unterdrücken, um dadurch die gesättigte kritische Menge des Lots auf dem verbundenen leitenden Element um das zweifache oder mehr dieser der Vergleichsbeispiele zu steigern. In diesem Fall kann jedes Metallteilchen in dem niedrig schmelzenden Metall dispergiert werden, solange die Teilchen eine Benetzbarkeit in bezug auf das Lot haben. Beispiele des Metalls sind Silber, Zinn, Gold, Kupfer, Messing, Bronze, Blei, Nickel, Monelmetall, Zink, Eisen, rostfreier Stahl, Nichrom, Aluminium und Palladium. Zusätzlich ist das Lot als niedrig schmelzendes Metall nicht auf das auf dem sogenannten Sn-Pb-basierenden Lot beschränkt, sondern kann auch jedes aus dem Sn-Gruppen Lot, Blei-Gruppen Lot und In-Gruppen Lot sein.
Die vorliegende Erfindung wird nun detaillierter mittels dieser Beispiele beschrieben.

(Referenz- Beispiel 1)

Cr wurde bis zu einer Dicke von 2000 Å auf einem 1 mm dicken rostfreien Stahlsubstrat (SUS430) 1 mittels eines DC Sputteringverfahrens abgeschieden und die folgenden Schritte wurden mittels eines RF Plasma CVD Verfahrens durchgeführt.
Im Schritt 1 wurde ein 500 Å dicker Halbleiter vom n- Typ gebildet, indem eine Gasmischung aus SiH&sub4;/PH&sub3; (99,98/0,02) bei 1 Torr und einer RF Leistung von 100 W zugeführt wurde. Darauffolgend wurde in Schritt 2 ein 5000 Å dicker Halbleiter vom i-Typ gebildet, indem eine Gasmischung von SiH&sub4;/H&sub2; (30/70) bei 1,5 Torr und eine RF Leistung von 50 W zugeführt wurde.
Im Schritt 3 wurde ein 200 Å dicker Halbleiter vom p- Typ gebildet, indem eine Gasmischung von SiH&sub4;/H&sub2;/BF&sub3; (3/96,7/0,3) bei 1, 2 Torr und einer RF Leistung von 1 kW zugeführt wurde.
Das obige Verfahren wurde zweimal wiederholt, um eine Halbleiterschicht 2 zu bilden, die eine Berührungs-Berührungs Verbindung (nipnip junction) aufweist, eine sogenannte Tandemzelle
In wurde auf der Oberfläche der resultierenden Struktur dampfabgeschieden, indem O&sub2; Gas bei 0,5 Torr eingeführt wurde, wobei eine 700-Ä dicke durchsichtige leitende Schicht gebildet wurde.
Darauf folgend wurde eine leitende Paste 7, die aus 75 Gewichtsteilen an größensortierten Legierungsteilchen 6 mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 um, bei denen der gesamte Silbergehalt 5 Gew.-% betrug, der Silbergehalt auf der Oberfläche von jedem Teilchen 75 Gew.-% betrug und der Gehalt an Silber schrittweise auf das Innere von jedem Teilchen abnimmt, 20 Gewichtsteilen an Epoxyharz mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 500 und 5 Gewichtsteilen an Ethoxyethanol besteht, wurde siebgedruckt und thermisch bei 180ºC für 60 Minuten gehärtet, um eine als Dispersions-System verbundene leitende Schicht 5 mit einer Breite von 200 um und einer durchschnittlichen Schichtdicke von 20 mm zu bilden. Der spezifische Volumenwiderstand der verbundenen leitenden Schicht betrug 5 u ohm·cm.
Zusätzlich wurde ein Zinn-Blei (Legierungsverhältnis: Zinn 60%, spezifischer Volumenwiderstand 17 u ohm·cm) Cremlot (durchschnittliche Teilchengröße 30 um, Flußmittelgehalt 15%) mittels Siebdrucken auf einander geschichtet, um eine Breite von 500 um über die gesamte Länge der als Dispersionssystem verbundenen leitenden Schicht 5 aufzuweisen und wurde bei 230ºC für fünf Minuten wärmegeschmolzen, um eine Metallschicht 8 mit einer durchschnittlichen Schichtdicke von 30 um zu bilden, um dadurch eine Sammelelektrode 4 zu vervollständigen (siehe Fig. 1).

(Referenzbeispiel 2)

Dasselbe Verfahren wie in Referenzbeispiel 1 wurde durchgeführt, mit der Ausnahme, dass Kupferteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 um anstelle von größensortierten Legierungsteilchen verwendet wurden. Der spezifische Volumenwiderstand des resultierenden als Dispersionssystem verbundenen leitenden Schicht betrug 70 u ohm·cm.

(Vergleichsbeispiel 1 & 2)

Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurden gemacht, indem denselben Verfahren gefolgt wurde wie in den Beispielen 1 und 2, mit der Ausnahme, dass keine Metallschichten gebildet wurden.
Die Anfangseigenschaften und die Eigenschaften, die unter den folgenden Bedingungen der Referenzbeispiele 1 und 2 verschlechtert wurden und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 werden unten zusammengefaßt. Anfangseigenschaften
Eigenschaften nach der Bestrahlung bei 65ºC, 90% Raumfeuchtigkeit (relative Feuchtigkeit, AM 1,5 und Strahlungsintensität von 1 kW/cm² für 550 Stunden.
Die obigen Ergebnisse demonstrieren, dass die Referenzbeispiele 1 und 2 eine sehr hohe Leistungsfähigkeit aufweisen.

(Referenzbeispiel 3)

Eine leitende Paste, die aus 90 Gewichtsteilen an Ag- plattiertem Nickelpulver, das mittels Oberflächenbeschichteter Nickelteilchen mit 5 um einer durchschnittlichen Teilchengröße mit 0,5 um dicken Ag über Ag chemisches Plattieren (indem eine allgemein bekannte Ag chemische Plattierungslösung verwendet wird) erhalten wurden, 7 Gewichtsteilen an wärmehärtbaren Acrylharz mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht der Anzahl nach von 800 und 3 Gewichtsteilen an Ethoxyethanol besteht, wurden auf die Halbleiterschicht 2 siebgedruckt, die in Beispiel 1 verwendet wurde und thermisch bei 200ºC für 60 Minuten gehärtet wurde, wodurch eine als Dispersionssystem verbundene leitende Schicht 5 gebildet wurde, die 200 um in der Breite und 25 um in der durchschnittlichen Schichtdicke betrug. Der spezifische Volumenwiderstand der verbundenen leitenden Schicht 5 betrug 100 u ohmcm.
Zusätzlich wurde ein Zinn-Blei-Silber (Legierunsverhältnis: Zinn 30, Blei 65 und Silber 5, spezifischer Volumenwiderstand 113 u ohm·cm) Cremlot (durchschnittliche Teilchengröße 30 um, Flußmittelgehalt 10%) mittels Siebdrucken aufeinander geschichtet, um eine Breite von 500 um über die gesamte Länge der als Dispersionssystem gebundenen leitenden Schicht 5 aufzuweisen und wurde bei 230 ºC für fünf Minuten heißgeschmolzen, um eine Metallschicht 9 mit einer durchschnittlichen Schichtdicke von 30 um zu bilden, um dadurch eine Sammelelektrode 4 zu vervollständigen.

(Referenzbeispiel 4)

Eine als Dispersionssystem verbundene leitende Schicht 5 wurde gebildet, indem denselben Verfahren gefolgt wurde, wie in Referenzbeispiel 3 und Kupfer-Elektroplattieren (mit einer angelegten Spannung von 1,3 V für 30 Minuten in einem üblichen Schwefelsäure-Plattierbad) wurde auf der Schicht 5 durchgeführt, um dadurch eine 260 um breit, 30 um dicke Metallschicht 9 mit einem Kupfer- Spezifischenvolumenwiderstand von 1,7 u ohmcm über die gesamte Länge der als Dispersionssystem verbundenen leitenden Schicht 5 abzuscheiden.
(Siehe Fig. 2, in der dieselben Referenzzahlen wie in Fig. 1 dieselben Teile bezeichnen.)

(Vergleichsbeispiel 3)

Vergleichsbeispiel 3 wurde durchgeführt, indem denselben Verfahren wie in Referenzbeispiel 3 gefolgt wurde, mit der Ausnahme, dass keine Metallschicht 9 gebildet wurde.
Die Ergebnisse waren wie folgt. Anfangseigenschaften
Eigenschaften nach Bestrahlung bei 65ºC, 90% Raumfeuchtigkeit (relative Feuchtigkeit), AM 1,5 und Bestrahlungsintensität von 1 kW/cm² für 550 Stunden
Die obigen Ergebnisse zeigen, dass die Referenzbeispiel 3 und 4 eine sehr hohe Leistungsfähigkeit aufweisen.

(Referenzbeispiele 5 & 6)

Eine p-n Verbindung wurde gebildet, indem eine Dampfphasen-Diffusion von POCl&sub3; auf einem 0,2 mm dicken Si- Wafer vom p-Typ durchgeführt wurde und Aluminium wurde auf der gesamten Oberfläche der Schichtseite vom p-Typ Dampfbeschichtet. Eine Sammelelektrode wurde auf der Schichtseite vom n-Typ gebildet und eine Antireflexionsschicht wurde auch gebildet.
Im Referenzbeispiel 5 wurde die Sammelelektrode gebildet, indem denselben Verfahren wie in Referenzbeispiel 1 gefolgt wurde. In Referenzbeispiel 6 wurde die Sammelelektrode gebildet, indem denselben Verfahren wie in Referenzbeispiel 2 gefolgt wurde.

(Vergleichsbeispiele 4 & 5)

Ähnlich wurden die Vergleichsbeispiele 4 und 5 durchgeführt, indem denselben Verfahren wie in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 gefolgt wurde.
Die Ergebnisse waren wie folgt. Anfangseigenschaften
Eigenschaften nach der Bestrahlung bei 65ºC, 90% Raumfeuchtigkeit (relative Feuchtigkeit), AM 1,5 und Bestrahlungsintensiät von 1 kW/cm² für 550 Stunden.
Die obigen Ergebnisse demonstrieren, dass die Referenzbeispiele 5 und 6 eine sehr hohe Leistungsfähigkeit aufweisen.

(Beispiel 7)

Ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung mit der Anordnung, die in Fig. 3 gezeigt wird, wird unten mit bezug auf die Fig. 5A bis 5G beschrieben.
Fig. 5A zeigt eine amorph-basierende photovoltaische Vorrichtung, die als Oberfläche zur Elektrodenformation dient, auf der ein amorpher Silicium-basierender Halbleiter 32 und eine durchsichtige leitende Schicht 31 auf einem rostfreien Stahlsubstrat 33 gebildet wurde. Die durchsichtige leitende Schicht in diesem Beispiel ist ITO, die 640 bis 700 Å dick ist.
Da der spezifische Widerstand von ITO hoch ist, annähernd 1 · 10&supmin;³ ohmcm, verglichen mit denen der Metalle, wird eine Sammelelektrode darauf gebildet, indem ein Polymerpastenmaterial verwendet wird, das aus Silber mit einem relativ niedrigen spezifischen Widerstand besteht. Die Silberpolymerpaste, die in diesem Beispiel verwendet wird, wurde hergestellt, indem schuppenförmige Silberteilchen mit einer Teilchengröße von 3 bis 5 um und kugelförmige Silberteilchen mit einer Teilchengröße von 1 bis 2 um in ein Epoxyharz gemischt wurden, indem eine Vorrichtung einer Walzenmühle verwendet wurde. Diese Teilchengrößen wurden durch das Sedimentationsverfahren erhalten.
Beispiele des Verfahrens der Teilchenbildung sind ein Verfahren (elektrolytisches Verfahren) der Fällung von Teilchen an einer Kathode mittels Elektrolyse, ein Verfahren (Pulverisierungsverfahren) der Pulverisierung eines Metalls, indem eine Feinstmahlanlage oder Mühle, wie eine Kugelmühle oder ein Brecher und ein Verfahren (Zerstäuberverfahren) des Einspritzen eines geschmolzenen Metalls über eine enge Düse und das Einblasen eines komprimierten Gases oder eines Wasserstrahls gegen das geschmolzene Metall verwendet wurde, wodurch das geschmolzene Metall in der Form eines Nebels weggeblasen wurde und zur selben Zeit wurde das zerstäubte geschmolzene Metall gekühlt. Die schuppenförmigen und kugelförmigen Silberteilchen in diesem Beispiel wurden mittels des Zerstäuberverfahrens gebildet.
Wie in Fig. 5B gezeigt (Polymerpastendruck), wurde ein Muster einer Silberpolymerpaste 34 auf eine durchsichtige leitende Schicht 31 siebgedruckt, indem eine Druckplatte verwendet wird, die aus einem 400 -Mesh rostfreiem Stahlgewebe besteht und eine Emulsionsdicke von 30 um aufweist. Unter diesen Bedingungen wurde ein Muster mit einer Linenbreite von 100 um und einer Dicke von ungefähr 30 um gebildet. Beachtenswert ist, dass die Silberpolymerpaste keine Leitfähigkeit aufwies und eine Viskosität an diesem Punkt aufwies. Beachtenswert ist auch, dass die Dicke ungefähr 20 um nach dem thermischen Härten betrug.
Anschließend wurde eine Bedeckung durchgeführt, indem Ni-Teilchen 35 mit einer Teilchengröße von 30 bis 70 um gesprüht wurden, die mittels des Zerstäuberverfahrens auf der Polymerpaste mittels eines Pulversprühverfahrens, indem komprimierte Luft verwendet wurde, gebildet wurden. Vor dieser Bedeckung, wurde die Oberfläche des ITO ausreichend getrocknet. Fig. 5C (Sprühen der Metallteilchen) stellt diesen Zustand dar. Die Ni-Teilchen 35, die so gesprüht wurden, haften nicht nur an der Polymerpaste 34, sondern auch an der durchsichtigen leitenden Schicht 31. Obwohl die Ni- Teilchen auf die Paste mittels des Pulversprühverfahrens, indem komprimierte Luft in diesem Beispiel verwendet wurde, gesprüht wurden, können sie auch mittels zum Beispiel eines Mikroausgabegeräts beschichtet werden.
Ein Luftstrom oder ähnliches wurde geblasen, um die Ni- Teilchen wegzublasen, mit der Ausnahme derer auf der Polymerpaste. Danach wurde die resultierende Struktur bei 160 ºC getrocknet, indem ein Infrarotofen für Wärmetrocknung verwendet wurde, wobei die Polymerpaste gehärtet wurde. Die Polymerpaste schrumpfte zusammen und härtete auf die Erwärmung, wobei sie Ni Teilchen enthält. Fig. 5D (Entfernung der überschüssigen Teilchen) stellt diesen Zutand dar. Bezugnehmend auf Fig. 5 D härteten die Ni Teilchen mit relativ großen Teilchengrößen auf der Oberfläche der Paste, während sie in den feinen Silberteilchen enthalten sind. Diese Ni- Teilchen dienten als eine Basis zur Bildung einer Lotschicht.
Daraufhin wurde ein Flußmittel 36 auf die Oberfläche der gesamten Elektrodenformation mittels des Sprühverfahrens (Fig. 5E) geschichtet. Zusätzlich zu dem Sprühverfahren kann als Flußmittelbeschichtungsverfahren eine Beschichtung, indem eine Bürste, Tauchen in einer Flußmittellösung, einem Düsenverfahren oder einem Tropfverfahren verwendet wurde.
Danach wurde eine Lotschicht auf der Oberfläche der flußmittel-beschichteten Elektrodenformation gebildet, indem ein Düsenlottank (jet solder tank) verwendet wurde. In diesem Fall wurde ein Sn 60% Pb 38% Ag 2% geschmolzener Lotfluß, der in eine Richtung floß, gebildet und in Kontakt mit der Oberfläche der Elektrodenformation gebracht wurde. Die photovoltaische Vorrichtung selbst wurde zuvor erwärmt und nachdem sie mit dem Lotfluß in Kontakt gebracht wurde, so dass das Lot nicht härtete, um an Bereichen zu haften mit Ausnahme der Elektrode. Eine Zeit, in der die Vorrichtung durch den Lotfluß passierte, wurde auf ungefähr zwei bis dreißig Sekunden gesetzt. Eine Beschichtung des Flußmittels kann die Benetzbarkeit der Polymerpaste und der Metallteilchen in bezug auf das Lot verbessern und kann weiter die Haftung des Lots an die Oberfläche der Elektrodenformation, an der keine Polymerpaste anwesend ist, verhindern.
Fig. 5F zeigt die Oberfläche der Elektrodenformation nach der Bildung der Lotschicht, in welchem Zustand eine Lotschicht 37 auf der Polymerpaste 34 gebildet wurde und eine große Menge des Flußmittles 36 blieb an Oberfläche der Elektrodenformation. Das restliche Flußmittel wurde mittels eines Brausewaschens abgewaschen, indem heißes Wasser verwendet wurde. Nach dem Waschen wurde die resultierende Struktur getrocknet, um die Bildung der Sammelelektrode zu vollenden (Fig. 5G).
Es ist bevorzugt das Waschen zu vollenden, weil das Flußmittel auch die restlichen Metallteilchen enthält, die nicht vom Luftfluß entfernt wurden und falls das Flußmittel entweder sauer oder alkalisch ist, kann es die durchsichtige leitende Schicht korrodieren oder auffallendes Licht abschirmen, falls es zurückgelassen wird.
Es wurde bestätigt, dass eine Sammelelektrode von niedrigem Widerstand, die eine zentrale Höhe von 50 um und eine durchschnittliche Dicke von 40 um aufweist, konnte ohne Rücksicht auf ihre geringe Linienbreite von 100 um mit einer hohen Präzision über die obigen Verfahren hergestellt werden.

(Beispiel 8)

In diesem Beispiel wurde eine Sammelelektrode hergestellt, indem den obigen Verfahren wie in Beispiel 7 gefolgt wurde, mit der Ausnahme, dass Silberteilchen (Reinheit 99,9%) mit einer Teilchengröße von 30 bis 100 um als leitendes Pulver verwendet wurden.
Wie in Beispiel 7 wurde auch in diesem Beispiel bestätigt, dass eine Sammelelektrode von niedrigem Widerstand, die eine durchschnittliche Dicke von 40 um aufweist, ohne Rücksicht auf ihre geringe Linienbreite von 100 um mit einer hohen Präzision hergestellt werden konnte.

(Beispiel 9)

In diesem Beispiel wurde eine Sammelelektrode hergestellt, indem den obigen Verfahren wie in Beispiel 7 gefolgt wurde, mit der Ausnahme, dass Kupferteilchen mit einer Teilchengröße von 30 bis 60 um als leitendes Pulver verwendet wurden.
Wie in Beispiel 7 wurde auch in diesem Beispiel bestätigt, dass eine Sammelelektrode von niedrigem Widerstand, die eine durchschnittliche Dicke von 40 um aufweist, ohne Rücksicht auf ihre geringe Linienbreite von 100 um mit einer hohen Präzision hergestellt werden konnte.

(Beispiel 10)

Ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung mit der Anordnung, die in Fig. 3 gezeigt wird, wird unten unter Bezugnahme auf die Fig. 6A bis 6G beschrieben.
Die Fig. 6A bis 6G zeigen Schritte der Elektrodenformation, indem eine Cremlotpaste verwendet wurde. Unter Bezugnahme auf Fig. 6A (Bildung der leitenden Paste) wurde ein Muster 44 gebildet, indem eine Kupferpaste verwendet wurde, die hergestellt wurde, indem Kupferteilchen von 10 bis 20 um in der Teilchengröße in einem phenolischen Harz monodispergiert wurden. Fig. 6A stellt eine durchsichtige leitende Schicht ITO 41 und eine amorphe auf Siliciumbasierende Halbleiterschicht 42 dar, die als photovoltaische Schicht dient. Bei dieser Struktur ist die Oberfläche der Elektrodenformation die Oberfläche der ITO-Schicht 41.
Zuerst wurde eine Kupferpastenlinie mit einer Linienbreite von ungefähr 100 um auf der Oberfläche gebildet, gewaschen und gut getrocknet, indem eine Siebdruckmaschine verwendet wurde.
Anschließend, wie in Fig. 6B gezeigt (nach dem Sprühen der leitende Pulverteilchen), wurden Zinkteilchen 45 mit einer Teilchengröße von 30 bis 70 um auf die Oberfläche der Elektrodenformation gesprüht. In diesem Fall wurden die Zinkteilchen versprüht, während sie auf der gesamten Oberfläche der Elektrodenformation verstreut wurden.
Ein Luftfluß floß horizontal in bezug auf die Oberfläche der Elektrodenformation, auf der die Zinkteilchen verstreut wurden, indem die Zinkteilchen entfernt wurden, mit der Ausnahme derer auf der Polymerpaste, so dass die Zinkteilchen nur auf der Polymerpaste verblieben. Fig. 6C (nach der Luftreinigung) zeigt diesen Zustand.
Anschließend wurde die resultierende Struktur in einem Ofen zum Thermotrocknen erwärmt. Als Ergebnis schrumpfte die Kupferpaste und härtete, während sie die Zinkteilchen enthielt. Die Härtungsbedingungen waren eine Temperatur von 160ºC und eine Behandlungszeit von 30 Minuten. Fig. 6D (Härtung) stellt den Zustand nach dem Härten dar.
Eine Cremlotpaste 47' wurde mittels Siebdrucks an die Sammelelektrode angehaftet, auf der die Zinkteilchen verstreut wurden (Fig. 6E).
In diesem Fall enthielt die Cremlotpaste 47' auch ein Flußmittel 46 und ITO als die Oberfläche der Elektrodenformation hatte eine schlechte Benetzbarkeit in bezug auf das Lot. Daher, falls die Struktur auf bis zu 220ºC in einem Infrarotheizofen erwärmt wurde, wie in Fig. 6F (Wärmeschmelzen) gezeigt, konzentrierte sich ein Lot 47 auf die leitende Paste hin, mit einer hohen Benetzbarkeit des Lots, und Zinkteilchen 45 auf der leitenden Paste adsorbierten das Lotmaterial 47, indem eine dicke Lotschicht auf der leitenden Paste gebildet wurde.
Zuletzt wurde das Flußmittel 46, das heraussickerte, mit heißem Wasser abgewaschen und die resultierende Struktur wurde getrocknet, um die Herstellungsschritte zu vervollständigen (Fig. 6G).
Es wurde bestätigt, dass eine Sammelelektrode 100 um in der Breite und 40 um bei der durchschnittlichen Dicke konnte mit einer hohen Präzision mittels der obigen Verfahren hergestellt wurde. Es wurde auch bestätigt, dass der Gebrauch der Cremlotpaste weiter die Ebenheit der Dicke der Lotschicht verbesserte.

(Beispiel 11)

In diesem Beispiel wurde eine Sammelelektrode gebildet, indem den selben Verfahrensweisen gefolgt wurde wie in Beispiel 10, mit der Ausnahme, dass Silberteilchen mit einer Teilchengröße von 30 bis 70 um als leitenden Pulver verwendet wurden.
Wie in Beispiel 10 wurde auch in diesem Beispiel bestätigt, dass eine Sammelelektrode 100 um in der Breite und einer durchschnittlichen Dicke von 40 um, mit einer hohen Präzision hergestellt werden konnte.

(Beispiel 12)

In diesem Beispiel wurde eine Sammelelektrode gebildet, indem denselben Verfahrensweisen gefolgt wurde wie in Beispiel 10, mit der Ausnahme, dass Kupferteilchen mit einer Teilchengröße von 30 bis 70 um als leitendes Pulver verwendet wurde und ein Material wurde hergestellt, indem schuppenartige Silberteilchen mit einer Teilchengröße von 3 bis 5 um und kugelförmige Silberteilchen mit einer Teilchengröße von 1 bis 2 um in ein Epoxyharz gemischt wurden, das als leitende Paste verwendet wurde.
Wie in Beispiel 10 wurde auch in diesem Beispiel bestätigt, dass eine Sammelelektrode mit 100 um in der Breite und einer durchschnittlichen Dicke von 40 um, mit einer hohen Präzision hergestellt werden konnte.

(Beispiel 13)

Ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung mit der Anordnung, die in Fig. 4 gezeigt wird, wird nun mit bezug auf die Fig. 7A bis 7G beschrieben.
Fig. 7A zeigt einen Schritt des Siedrucks bei dem eine leitende Paste 54 auf die Oberfläche der Elektrodenformation der photovoltaischen Vorrichtung gehaftet wurde. In diesem Beispiel wurde ein Material hergestellt, indem Silberteilchen mit einer Teilchengröße von 3 bis 5 um in einem Epoxyharz dispergiert wurden, das als leitende Paste verwendet wurde und eine Metallplatte, die aus einem 300-Mesh rostfreiem Stahlgewebe besteht, das eine relative Öffnung von 60% und eine Emulsionsdicke von 15 um aufweist, wurde als Siebplatte verwendet. Das Ergebnis war ein Muster der leitenden Paste mit einer Breite der Linie von 100 um und einer Dicke von 20 bis 30 um.
Fig. 7B zeigt einen Härtungsschritt einer leitenden Paste, bei dem die leitende Paste 54 bei 160ºC für 30 Minuten in deinem Ofen der Thermotrocknung von einem verstärkten Zirkulationstyp (thermodrying oven of a forced ciculation type) erwärmt wurde. Mittels dieser Behandlung der Erwärmung schrumpfte die leitende Paste, um eine Dicke von 15 bis 20 um aufzuweisen.
Fig. 7C zeigt einen Schritt eines Druckens einer Cremlotpaste. In diesem Beispiel wurde eine Lotpaste, die aus feinen Lotteilchen aus einer Sn 63% Pb 35% Ag 2% eutektischen Legierung besteht, gedruckt, indem eine Metallplate verwendet wurde. Die verwendete Metallplatte wurde gebildet, indem ein Druckmuster auf eine 100 um dicke Metallplatte geätzt wurde. Eine Cremlotschicht 57' mit einer Breite von 150 bis 200 um wurde so gebildet, um die gehärtete leitende Paste zu bedecken, indem eine Cremlotpaste verwendet wurde, die feine Lotteilchen von 1 bis 50 um in der Teilchengröße enthält.
Fig. 7D zeigt einen Schritt des Sprühens der leitenden Teilchen 55, bei dem Goldteilchen 55 mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 100 um verstreut wurden, um an der Cremlotschicht 57' zu haften, indem mit einem Luftstrom getrocknet wird. Ein Flußmittelmaterial oder ein thixotropes Material, wurde zum Beispiel zu der Cremlotpaste hinzugefügt, um die Goldteilchen an dem Cremlotschicht, wie in Fig. 7D gezeigt, haften zu lassen.
Fig. 7E stellt einen Schritt der Entfernung der überschüssigen Goldteilchen, die in Bereichen verblieben, mit der Ausnahme der Cremlotschicht, dar, das wurde bei dem Sprühschritt der leitenden Pulverteilchen durchgeführt. Bei diesem Schritt wurde der Luftfluß oder ähnliches verwendet, der bei dem Sprühschritt verwendet wurde, um die überschüssigen Teilchen wegzublasen. Um die überschüssigen Teilchen perfekt zu entfernen, muß Sorge getragen werden, dass eine Verunreinigung, wie ein Lösungsmittel, nicht an der Oberfläche der Elektrodenformation bei dem vorangegangenen Druckschritt haftet. Es ist auch wichtig, die Oberfläche der Elektrodenformation und die Sprühatmoshäre beim Sprühen der leitenden Pulverteilchen ausreichend zu trocknen.
Fig. 7F (Entfernungsverfahren der überschüssigen Teilchen) zeigt einen Wärmeschmelz- Schritt bei der Cremlotpaste, bei dem die Lotpaste erwärmt wurde, indem ein Infrarot- Heizofen verwendet wurde. Die Lotpaste schmolz und ballte sich auf der leitenden Paste, mit einer hohen Lotbenetzbarkeit, zusammen. Die Goldteilchen auf der anderen Seite wurden zuerst durch die Oberflächenspannung abgestoßen und dann in einem zentralen Teil gesammelt. Dannach paßten sich die Goldteilchen selbst an das Lot an und wurden auf der Oberflächenschicht des Lot mit der Verfestigung des Lots fixiert. Ein Flußmittelmaterial 56, das in der Lotpaste enthalten ist, verblieb rund um ein Lot 57.
Fig. 7G stellt einen Schritt des Wegwaschens des Flußmittels dar, bei dem das Flußmittel, das auf der Elektrodenoberfläche zurückgeblieben war, mittels der Verwendung von Brausewaschens weggewaschen wurde, zum Beispiel ein Lösungsmittel und die resultierende Struktur wurde getrocknet, um die Bildung der Sammelelektrode zu vollenden.
Die obigen Verfahren bildeten die Sammelelektrode mit einer Linienbreite von 100 um und einer durchschnittlichen Dicke von 40 um, bei der die Goldteilchen 55 auf der Schicht der Oberfläche der Lotschicht 57 fixiert wurden.

(Beispiel 14)

In diesem Beispiel wurde eine Sammelelektrode hergestellt, indem denselben Verfahren wie in Beispiel 13 gefolgt wurde, mit der Ausnahme, dass die Silberteilchen als leitendes Pulver anstelle von Goldteilchen verwendet wurden.
Wie in Beispiel 13 wurde eine Sammelelektrode mit einer Linienbreite von 100 um und einer durchschnittlichen Dicke von 40 um gebildet, bei der die Silberteilchen auf der Oberfläche der Lotschicht fixiert wurden.

(Beispiel 15)

In diesem Beispiel wurde eine Sammelelektrode hergestellt, indem denselben Verfahren wie in Beispiel 13 gefolgt wurde, mit der Ausnahme, dass Kupferteilchen als leitendes Pulver anstelle von Goldteilchen verwendet wurden.
Wie in Beispiel 13 wurde eine Sammelelektrode mit einer Linienbreite von 100 um und einer durchschnittlichen Dicke von 40 um gebildet, bei der die Kupferteilchen auf der Oberfläche der Lotschicht fixiert wurden.

(Beispiel 16)

In diesem Beispiel wurde eine Sammelelektrode hergestellt, indem denselben Verfahren wie in Beispiel 13 gefolgt wurde, mit der Ausnahme, dass Nickelteilchen als leitendes Pulver anstelle von Goldteilchen verwendet wurden.
Wie in Beispiel 13 wurde eine Sammelelektrode mit einer Linienbreite von 100 um und einer durchschnittlichen Dicke von 40 um gebildet, bei der die Nickelteilchen auf der Oberfläche der Lotschicht fixiert wurden.

(Beispiel 17)

Ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung mit der Anordnung, wie in Fig. 4 gezeigt, wird unten unter bezug auf die Fig. 8A bis 8F beschrieben.
Fig. 8 zeigt einen Schritt des Siedrucks bei dem eine leitende Paste 64 auf die Oberfläche der Elektrodenformation der photovoltaischen Vorrichtung gehaftet wurde. In diesem Beispiel wurde ein Material hergestellt, indem Kupferteilchen mit einer Teilchengröße von 5 bis 8 um in einem Phenolharz dispergiert wurden, das als leitende Paste 64 verwendet wurde und eine Metallplatte, die aus einem 300-Mesh rostfreiem Stahlgewebe besteht, das eine relative Öffnung von 60% aufweist, wurde als Siebplatte verwendet. Das Ergebnis war ein Muster der leitenden Paste mit einer Breite der Linie von 100 um und einer Dicke von ungefähr 30 um.
Die leitende Paste 64 wurde thermisch in einer Stickstoffatmosphäre bei 160ºC für 30 Minuten gehärtet. Mittels dieser Behandlung der Erwärmung schrumpft die leitende Paste, um eine Dicke von ungefähr 20 um aufzuweisen. Als Verfahren des Härtens konnte auch ein Dampfphasenofen verwendet werden, in dem das Härten in einem fluorinierten kochenden Gas durchgeführt wurde.
Fig. 8C zeigt einen Schritt eines Druckens einer Cremlotpaste 67'. In diesem Beispiel wurde ein Siebdruck durchgeführt, indem eine Lotpaste 67', die aus feinen Lotteilchen von 20 bis 30 um Teilchengröße aus einer Sn 60% Pb 40% eutektischen Legierung besteht, verwendet wurde. Eine Metallplatte, die aus einem 200-Mesh rostfreiem Stahlgewebe besteht, wurde verwendet, um eine Cremlotschicht 67' mit einer Breite von 150 um zu bilden, um die gehärtete leitende Schicht zu bedecken.
Fig. 8D zeigt einen Schritt des Sprühens der leitenden Teilchen, bei dem ein Material, das hergestellt wurde, indem Goldteilchen 65 mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 100 um in einem Flußmittel 66 monodisperspergiert wurden, auf die Cremlotschicht 67' gesprüht wurde, indem ein Ausgabegerät verwendet wurde.
Fig. 8E stellt einen Schritt des Heißschmelzens der Cremlotpaste dar. Die Cremlotpaste wurde erwärmt, indem ein Infrarotheiz- Schmelzofen verwendet wurde. Die geschmozene Lotpaste absorbierte die Goldteilchen 65, die in das Flußmittel gemischt wurden und erstarrte. Das überschüssige Flußmittel, das die überschüssigen Goldteilchen enthält, floß um die Elektrode herum heraus.
Fig. 8F stellt einen Schritt des Wegwaschens des Flußmittels dar, bei dem das Flußmittel, das auf der Elektrodenoberfläche zurückgeblieben war, mittels der Verwendung von Brausewaschens weggewaschen wurde, zum Beispiel ein Lösungsmittel und die resultierende Struktur wurde getrocknet, um die Bildung der Sammelelektrode zu vollenden.
Die obigen Verfahren bildeten die Sammelelektrode mit einer Linienbreite von 100 um und einer durchschnittlichen Dicke von 40 um, bei der die Goldteilchen 65 auf der Oberfläche der Lotschicht 67 fixiert wurden.

(Beispiel 18)

In diesem Beispiel wurde eine Sammelelektrode hergestellt, indem denselben Verfahren wie in Beispiel 17 gefolgt wurde, mit der Ausnähme, dass die Silberteilchen als leitendes Pulver anstelle von Goldteilchen verwendet wurden.
Wie in Beispiel 17 wurde eine Sammelelektrode mit einer Linienbreite von 100 um und einer durchschnittlichen Dicke von 40 um gebildet, bei der die Silberteilchen auf der Oberfläche der Lotschicht fixiert wurden.

(Beispiel 19)

In diesem Beispiel wurde eine Sammelelektrode hergestellt, indem denselben Verfahren wie in Beispiel 17 gefolgt wurde, mit der Ausnahme, dass Kupferteilchen als leitendes Pulver anstelle von Goldteilchen verwendet wurden.
Wie in Beispiel 17 wurde eine Sammelelektrode mit einer Linienbreite von 100 um und einer durchschnittlichen Dicke von 40 um gebildet, bei der die Kupferteilchen auf der Oberfläche der Lotschicht fixiert wurden.

(Beispiel 20)

In diesem Beispiel wurde eine Sammelelektrode hergestellt, indem denselben Verfahren wie in Beispiel 17 gefolgt wurde, mit der Ausnahme, dass Zinkteilchen als leitendes Pulver anstelle von Goldteilchen verwendet wurden.
Wie in Beispiel 17 wurde eine Sammelelektrode mit einer Linienbreite von 100 um und einer durchschnittlichen Dicke von 40 um gebildet, bei der die Zinkteilchen auf der Oberfläche der Lotschicht fixiert wurden.

(Beispiel 21)

Ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung mit der Anordnung, die in Fig. 3 gezeigt wird, wird unten mit bezug auf die Fig. 5A bis 5G beschrieben.
Fig. 5A zeigt eine amorph-basierende photovoltaische Vorrichtung, die als Oberfläche zur Elektrodenformation dient, auf der ein amorpher Silicium-basierender Halbleiter 32 und eine durchsichtige leitende Schicht 31 auf einem rostfreien Stahlsubstrat 33 gebildet wurden. Die durchsichtige leitende Schicht in diesem Beispiel ist 64-nm dickes ITO.
Da der spezifische Widerstand von ITO hoch ist, annähernd 1 · 10&supmin;³ ohm·cm, verglichen mit denen der Metalle, wird eine Sammelelektrode darauf gebildet, indem ein Polymerpastenmaterial verwendet wurde, das aus Silber mit einem relativ niedrigen spezifischen Widerstand besteht.
Wie in Fig. 5B gezeigt, wurde ein Muster einer Silberpolymerpaste 34, die Silberteilchen 1 bis 5 um in der Teilchengröße enthält, wurde auf eine durchsichtige leitende Schicht 31 siebgedruckt, indem eine Druckplatte verwendet wurde, die aus einem 400 -Mesh rostfreiem Stahlgewebe besteht und eine Emulsionsdicke von 30 um aufweist. Unter diesen Bedingungen wurde ein Muster mit einer Linenbreite von 100 um und einer Dicke von 30 um gebildet. Beachte, dass die Dicke ungefähr 20 um nach dem thermischen Härten betrug.
Daraufhin wurden Metallteilchen 35, die Gold mit einer Teilchengröße von ungefähr 0,1 bis 100 um enthalten, auf die Oberfläche der Elektrodenformation gesprüht. Fig. 5C zeigt diesen Zustand. Die Metallteilchen 35, die so gesprüht wurden, haften nicht nur auf der Polymerpaste 34, sondern auch auf der durchsichtigen leitenden Schicht 31, so dass ein Luftfluß geblasen wurde, um die Metallteilchen wegzublasen, mit Ausnahme derer auf der Polymerpaste. Danach wurde die resultierende Struktur in der Luft bei 160ºC getrocknet. Die Polymerpaste schrumpfte zusammen und härtete, während sie die Metallteilchen enthält. Fig. 5D stellt diesen Zutand dar.
Daraufhin wurde ein Flußmittel 36 auf die Oberfläche der Gesamtelektrodenformation geschichtet (Fig. 5E).
Die Oberfläche der Elektrodenformation, die mit dem Flußmittel beschichtet ist, wurde nach und nach in einen Tank aus geschmolzenen Lot getaucht, während erwärmt wurde und wurde in dem Tank für 10 bis 30 Sekunden getaucht gehalten. Danach wurde die Oberfläche der Elektrodenformation langsam abgeschällt, während erwärmt wurde und wurde nach und nach gekühlt, um dadurch eine Lotschicht auf der Polymerpaste zu bilden. Beschichtetes Flußmittels kann die Benetzbarkeit der Polymerpaste und der Metallteilchen in bezug auf das Lot verbessern und kann weiter die Haftung des Lots an die Oberfläche der Elektrodenformation, an der keine Polymerpaste anwesend ist, verhindern.
Fig. 5F zeigt die. Oberfläche der Elektrodenformation nach dem Eintauchen in den Lottank, in welchem Zustand eine Lotschicht 37 auf der Polymerpaste 34 gebildet wurde und eine große Menge des Flußmittles 36 blieb an der Oberfläche der Elektrodenformation. Das restliche Flußmittel wurde mittels eines Brausewaschens abgewaschen, indem heißes Wasser verwendet wurde. Nach dem Waschen wurde die resultierende Struktur getrocknet, um die Bildung der Sammelelektrode zu vollenden (Fig. 5G).
Es ist notwendig das Waschen zu vollenden, weil das Flußmittel auch die restlichen Metallteilchen enthält, die nicht vom Luftfluß entfernt wurden und falls das Flußmittel entweder sauer oder alkalisch ist, kann es die durchsichtige leitende Schicht korrodieren oder auffallendes Licht abschirmen, falls es zurückgelassen wird.
Es wurde bestätigt, dass eine Sammelelektrode von niedrigem Widerstand, die eine durchschnittliche Dicke von 40 um aufweist, ohne Rücksicht auf ihre geringe Linienbreite von 100 um mit einer hohen Präzision über die obigen Verfahren hergestellt werden konnte.

(Beispiel 22)

Beispiel 22 der vorliegenden Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die Fig. 6A bis 6G beschrieben. Die Fig. 6A bis 6G zeigen Schritte der Elektrodenformation, indem eine Cremlotpaste verwendet wurde. Unter Bezugnahme auf Fig. 6A wurde ein Muster 44 gebildet, indem eine Kupferpaste verwendet wurde, die hergestellt wurde, indem Kupferteilchen von 5 bis 20 um in der Teilchengröße in einem phenolischen Harz monodispergiert wurden. Fig. 6A stellt auch eine durchsichtige leitende Schicht ITO 41 und eine amorphe auf Silicium-basierende Halbleiterschicht 42 dar, die als eine photovoltaische Schicht dient. Bei dieser Struktur ist die Oberfläche einer Elektrodenformation die Oberfläche der ITO-Schicht 41.
Zuerst wurde eine Kupferpastenlinie mit einer Linienbreite von ungefähr 100 um auf der Oberfläche gebildet, gewaschen und gut getrocknet, indem eine Siebdruckmaschine verwendet wurde.
Anschließend, wie in Fig. 6B gezeigt, wurden Goldteilchen 45 auf die Oberfläche der Elektrodenformation gesprüht. In diesem Fall wurden die Goldteilchen versprüht, während sie auf der gesamten Oberfläche der Elektrodenformation verstreut wurden.
Ein Luftfluß floß horizontal in bezug auf die Oberfläche der Elektrodenformation, auf der die Goldteilchen verstreut wurden, indem die Goldteilchen entfernt wurden, mit Ausnahme derer auf der Polymerpaste, so dass die Goldteilchen nur auf der Polymerpaste verblieben. Fig. 6C zeigt diesen Zustand.
Anschließend wurde die resultierende Struktur in einem Ofen zum Thermotrocknen erwärmt. Als Ergebnis schrumpfte die Kupferpaste und härtete, während sie die Goldteilchen enthält. Die Härtungsbedingungen waren eine Temperatur von 160ºC und eine Behandlungszeit von 30 Minuten. Fig. 6D stellt den Zustand nach dem Härten dar.
Eine Cremlotpaste 47' wurde mittels Siebdrucks an die Sammelelektrode gehaftet, auf der die Goldteilchen verstreut worden waren (Fig. 6E).
In diesem Fall enthielt die Cremlotpaste 47' auch ein Flußmittel 46 und ITO als die Oberfläche der Elektrodenformation, die eine schlechte Benetzbarkeit in bezug auf das Lot hatte. Daher, falls die Struktur auf bis zu 220ºC in einem Infrarotheizofen erwärmt wurde, wie in Fig. 6F gezeigt, konzentrierte sich das Lot 47 auf die leitende Paste, mit einer hohen Lotbenetzbarkeit, hin und die Goldteilchen auf der leitenden Paste adsorbierten das Lotmaterial, indem eine dicke Lotschicht auf der leitenden Paste gebildet wurde.
Zuletzt wurde das Flußmittel 46, das heraussickerte, mit heißem Wasser abgewaschen und die resultierende Struktur wurde getrocknet, um die Herstellungsschritte zu vervollständigen (Fig. 6G).
Es wurde bestätigt, dass eine Sammelelektrode 100 um in der Breite und 40 um bei der durchschnittlichen Dicke mit einer hohen Präzision mittels der obigen Verfahren hergestellt wurde. Es wurde auch bestätigt, dass der Gebrauch der Cremlotpaste weiter die Ebenheit der Dicke der Lotschicht verbesserte.

(Beispiel 23)

Fig. 11 zeigt eine photovoltaische Vorrichtung gemäß Beispiel 23 der vorliegenden Erfindung. Bezugnehmend auf Fig. 23 wurde eine leitende Paste 113, die über Mondodispergierens von Silberteilchen 114 von ungefähr 1 bis 5 um in der Teilchengröße in einem Epoxyharz hergestellt wurde, auf einer 110 durchsichtigen leitenden Schicht 111 gebildet, die als Oberfläche der Elektrodenformation diente. Die leitende Paste 113 wurde in der Form einer Linienbreite von ungefähr 100 um mittels einer Siebdruckmaschine angehaftet, die eine 400-Mesh SUS Siebplatte mit einer Emulsionsdicke von 10 um verwendet. Eine Halbleitersiliciumschicht 115 wird auch in Fig. 11 dargestellt.
Danach wurde die resultierende Struktur bei 160ºC für 15 Minuten gehärtet und eine Lotpaste 112 als niedrig schmelzendes Metall wurde wieder angehaftet, um eine Linienbreite von ungefähr 150 um auf der Oberfläche der Elektrodenformation zu erreichen, indem eine Metallplatte verwendet wurde. Die resultierende Struktur wurde dann mittels des Erwärmens mit Heißluft erwärmt, einer Flußmittelreinigung unterworfen und getrocknet.
Fig. 12 zeigt die Details der Lotpaste 112. Die Lotpaste 112 besteht aus Silberteilchen 221 mit einer Teilchengröße von 50 bis 100 um und einer Verbundphase, d. h., feine Lotteilchen 222 als niedrig schmelzende Metallphase, die aus einer Sn 62% Pb 36% Ag 2% eutektischen Legierung besteht und eine Teilchengröße von 20 bis 30 um und ein Flußmittel und ein thixotrropes Material 223 als eine Schmelzmittelphase aufweist.
Das Gewichtsverhältnis der Silberteilchen 221 zu den feinen Lotteilchen 222 betrug 3 bis 35 Gew.-%. Nachdem es erwärmt wurde, setzte sich die Lotpaste 112 zusammen mit den Silberteilchen auf der linearen leitenden Paste 113 zusammen, die wie oben beschrieben härtete, indem eine dicke Lotschicht gebildet wurde.
Die Silberteilchen 221 wurden in dem Lot aufgenommen, während das Lotmaterial wärmegescholzen wurde, wurden aber abgehalten in die überschichtete Lotpaste einzudringen. Selbst wenn das Silber in dem Lot geschmolzen wird, kann eine relativ ebene Lotschicht gebildet werden, weil die Änderung der Fließfähigkeit des Lots gering ist.

(Beispiel 24)

Fig. 13 zeigt Beispiel 24 der vorliegenden Erfindung, in dem eine Sn-Ag Lotpaste 332 als niedrig schmelzendes Metall verwendet wurde. Obwohl das Sn-Ag Lotmaterial eine Schmelztemperatur höher als ungefähr 40ºC aufweist als das Sn-Pb Lot, das in Beispiel 21 verwendet wird, beträgt der spezifische Volumen- Widerstand des Sn 95% Ag 5% Lotmaterials 1,23 · 10&supmin;&sup5; ohm·cm, während das Sn 62% Pb 36% Ag 2% Lotmaterial 1,57 · 10&supmin;&sup5; ohm·cm beträgt. Daher kann der Widerstand um ungefähr 20% verbessert werden, verglichen mit Beispiel 22. Bezugnehmend auf Fig. 13, weist eine Vorrichtung eine durchsichtigen leitende Schicht 331, ein verbundenes leitendes Element 333, das aus der Silberpaste gebildet ist, Silberteilchen 334 und eine Halbleiterschicht 335 auf.
Fig. 14 stellt eine sektionale Struktur der Sn-Ag Lotpaste dar, die aus Ag Teilchen 441 und Sn 95% Ag 5% eutektischen Legierungsteilchen besteht.
Beachtung verdient, dass die Silberteilchen 334 allein als Metallteilchen in jedem der obigen Beispiele verwendet werden, aber die Silberteilchen können auch zusammen mit anderen Metallteilchen, wie Kupfer-, Gold- und Nickelteilchen verwendet werden. Zusätzlich sind die Metallteilchen nicht auf kugelförmige Teilchen wie in diesem Beispiel beschränkt, sondern können auch schuppenförmige Teilchen, nadelartige Teilchen oder solche sein, die eine zusammengesetzte Form von diesen Formen sind. Des weiteren braucht die Teilchengrößen der Metallteilchen nicht einheitlich sein.
Die leitende Paste, die als Überschichtungs- Schicht diente, ist nicht auf eine Silberpaste beschränkt, sondern kann auch eine Kupferpaste sein, die Kupferteilchen verwendet. Eine calzinierte Paste, die eine Glasurmasse oder ähnliches als Bindemittel anstelle eines Harzes verwendet, ist auch möglich. Als Lotmaterial ist es möglich Pb-Gruppen, In-Gruppen und Au-Gruppen Lotmaterialien wie auch Sn-Pb und Sn-Ag Lotmaterialien zu verwenden. Beispiele einer Kombination mit Ag sind Pb-Ag und In-Ag Lotmaterialien.
Obwohl der Heißluft-Trockenofen in dem Lotschmelzverfahren in diesem Beispiel verwendet wurde, kann dasselbe Verfahren durchgeführt werden, indem zum Beispiel eine heiße Platte oder ein VPS (vapor phase process = Dampf- Phasen-Verfahren) verwendet wird. Falls die feinen Metallteilchen Magnetismus aufweisen, kann die Fließfähigkeit des Lots weiter unterdrückt werden, indem ein hoch magnetisches Feld während des Wärmeschmelzens angelegt wird. Um die Fließfähigkeit zu kontrollieren, können auch nadelartige oder schuppenförmige Metallteilchen zusätzlich zu den kugelförmigen verwendet werden.

(Beispiel 25)

Fig. 15 zeigt einen Teil um die Sammelelektrode herum der photovoltaischen Vorrichtung gemäß dem Beispiel 25 der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel wurde eine leitende Paste 554, die mittels Monodispergirens von Kupferteilchen in einem phenolischen Harz hergestellt wurde, an eine durchsichtig leitende Schicht 551 auf einer Halbleiterschicht 555 gehaftet, die mittels Siebdrucks hergestellt wurde. Die Teilchengröße der Kupferteilchen, die verwendet wurden, betrug ungefähr 5 bis 10 um und die Druckplatte besteht aus 300 Mesh SUS (stainles steel = rostfreiem Stahl) und wies eine Emulsionsdicke von ungefähr 15 um auf. In diesem Beispiel konnte eine Sammelelektrode mit einer Linienbreite von 100 um und einer Dicke von ungefähr 15 bis 20 um gebildet werden.
Das verbundene leitende Element 554 wurde mittels thermischen Härtens gebildet, das in einer Sauerstoff-freien Atmosphäre durchgeführt wurde, indem eine Wärmemaschine verwendet wurde, wie ein Dampfphasen- Schmelzofen. Eine Lotschicht wurde auf einem leitenden Element 554 gebildet. In diesem Beispiel, wie in Fig. 16 gezeigt, wurden nadelartige Nickelteilchen 664 bei einem Gewichtsverhältnis von ungefähr 3 % bis 20% in feinen Sn 60% Pb 40% Lotteilchen 663 dispergiert, die 30 bis 50 um im Durchmesser betrugen. Ein Flußmittel und ein thixotropes Material 665 zur Kontrolle der Viskosität der Lotpaste 553 wurde unten um die Teilchen 663 und 664 verlegt.
Die Lotpaste 553 wurde auf die überschichtete Schicht gedruckt, die aus einem leitenden Element 554 besteht, indem zum Beispiel eine ungefähr 100 um dicke Metallplatte verwendet wurde.
In diesem Beispiel wie in Fig. 17 gezeigt, wird die Vorrichtung erwärmt, durch zum Beispiel Infrarot-erwärmens in einem hoch magnetischen Feld, das durch eine ein magnetisches Feld erzeugende Spule 771 erzeugt wurde. Bei der Lotpaste 772, die in dem hoch magnetischen Feld erwärmt wurde, erhöht das geschmolzene Lot seine Fließfähigkeit und die Nickelteilchen 773, die als ferromagnetisches Metall in dem Lot dispergiert sind, ziehen leicht das geschmolzene Metall in die Richtung des magnetischen Felds unter dem Einfluß der gesteigerten Fließfähigkeit. Zusätzlich, da die Nickelteilchen 773 eine Benetzbarkeit des Lots aufweisen, absorbieren sie das geschmolzene Lot, um die Lotschicht als ganzes anzuheben. Die angehobene Elektrode wurde dann schrittweise gekühlt und fixiert, während sie durch das Lot angehoben wird, das seine Fließfähigkeit verloren hat.
Bezugnehmend auf Fig. 17, weist die Vorrichtung eine durchsichtige Schicht 775, ein verbundenes leitendes Element 774, das Kupferteilchen aufweist, einen amorphen Silicium- Halbleiter 776 als Halbleiterschicht und ein rostfreies Stahlsubstrat 777 auf.

(Beispiel 26)

Fig. 18 stellt Beispiel 26 der vorliegenden Erfindung dar. In diesem Beispiel wurde ein verbundenes leitendes Element 882 auf einer durchsichtigen leitenden Schicht 885 auf der Halbleiterschicht 886 gebildet und eine geringe Menge an Kupferteilchen 884 als hoch leitendes Metall wurden zusätzlich zu den Nickelteilchen 883 als ferromagnetisches Metall in eine Lotpaste 881 als niedrig schmelzendes Metall gemischt. Die Kupferteilchen 884 dienen dazu den spezifischen Volumenwiderstand zu vermindern, wodurch der Volumen- Widerstand der Elektrode vermindert wird.
In dieser Ausführungsform, wie in Fig. 19 gezeigt, wurden Nickelteilchen 991 als Metallteilchen, die aus einem magnetischen Material bestehen, die in der Lotpaste 881 dispergiert sind, gebildet, um eine nadelartige Gestalt einzunehmen. Die Nickelteilchen jedoch brauchen nicht nadelartige Teilchen sein, können aber kugelförmige Teilchen sein, wie Kupferteilchen 992 oder schuppenartige Teilchen oder können zusammengesetzte Form dieser Formen sein. Das Material, das zusammen mit dem magnetischen Material hinzugefügt wird, ist nicht auf Kupfer beschränkt, kann aber zum Beispiel, Silber oder Eisen sein. Zusätzlich braucht das Lotmaterial 993 nicht Sn-Pb Lotmaterial zu sein, kann aber ein Sn-Ag oder In- Ag Lotmaterial sein. Fig. 19 stellt auch ein Flußmittel und ein thixotropes Material dar, wie diese, die in Beispiel 22 verwendet werden, im allgemeinen mit der Referenznumer 994 versehen ist.

(Beispiel 27)

Fig. 20 zeigt Beispiel 27 der vorliegenden Erfindung In diesem Beispiel wurde ein verbundenes leitendes Element 10102 als leitende Paste, die Kupferteilchen enthält, die durch Monodispergieren von Kupferteilchen von 5 bis 10 um in der Teilchengröße in einem phenolischen Harz hergestellt wurde, siebgedruckt, um eine Linienbreite von ungefähr 100 um auf der durchsichtigen Elektrode 10101 auf einer Halbleiterschicht 10105 aufzuweisen und dann in einer Sauerstoff-freien Atmosphäre gehärtet wurde. Kupferteilchen 10104, die in einer Lotpaste 10103 enthalten sind, wurden durch die durchsichtige leitende Schicht 10101 abgestoßen und zusammen mit dem wärme-geschmolzenen Lot auf der leitenden Paste 10102 zusammengeballt. Wie in Fig. 20 gezeigt, absorbierten die Kupferteilchen 10104 das Lot an ihren Oberflächen, um an dem verbundenen leitenden Element 10102 aufzusteigen und nachdem sie abgekühlt wurden, zu koagulieren.
Fig. 21 zeigt die Details der Cremlotpaste 10103, die auf dem verbundenen leitenden Element 10102, das die Kupferteilchen aufweist, aufgestiegen ist. Die Lotpaste 10103 wurde gedruckt, um eine Linienbreit von ungefähr 200 um aufzuweisen, indem eine Metallplatte verwendet wurde und thermisch mittels eines Infrarot -Wärmefluß gehärtet wurde.
Die Lotpaste, die in Fig. 21 gezeigt wird, wurde hergestellt, indem Kupferteilchen 11111 von ungefähr 80 um Teilchengröße in einer Mischung aus feinen Lotteilchen 11112 monodispergiert wurden, die aus einer Sn 63% Pb 37% eutektischen Legierung besteht und eine Teilchengröße von ungefähr 30 um und ein auf Kolophonium basierendes Flußmittel 11113 aufweist. Das Mischungsverhältnis der feinen Lotteilchen 11112 zu den Kupferteilchen 11111 betrug 2 zu 30 Gew.-%. Prinzipiell, wenn der Gehalt der Kupferteilchen 11111 anstieg, wurden die Oberflächen rauh, obwohl der Widerstand anstieg und schließlich das meiste des Lots auf den Oberflächen der Kupferteilchen absorbiert wurde, um Lücken zu vergrößern, um dadurch die mechanische Stärke zu verschlechtern.

(Beispiel 28)

Fig. 22 zeigt das erfindungsgemäße Beispiel 28. In diesem Beispiel wurde eine Silberpaste 12122, die leichter härtet als und überlegen in den Druckeigenschaften gegenüber einer Kupferpaste als leitender Paste ist, gebildet, um eine Linienbreite von ungefähr 100 um auf einer ITO Schicht 12121 auf einem Halbleiter 12125 mittels Siebdrucks aufzuweisen. Die Silberpaste 12122 wurde durch das Monodispergieren von schuppenförmigen Teilchen von ungefähr 1 bis 2 um in der Teilchengröße in einem Epoxyharz hergestellt. Dieses Pastenmaterial konnte in der Luft bei 150ºC für ungefähr 15 Minuten gehärtet werden. Fig. 22 zeigt auch einen Cremlot 12123 und Kupferteilchen 12124.
Fig. 23 zeigt die Details des Cremlots 12123. Um zu verhinder, dass Silber in das Lot aufgenommen wird, wurden feine Sn 62% Pb 36% Ag 2% Lotteilchen 13132 verwendet, die hergestellt wurden, indem eutektisch legiertes Silber verwendet wurde und in derselben Weise wie in Beispiel 25 wurden Kupferteilchen 13131 mit einer Teilchengröße von ungefähr 80 um in einem Verhältnis von 3 zu 30 Gew.-% monodispergiert. Das Cremlot 12123 wurde gedruckt, um eine Linienbreite von ungefähr 150 bis 200 um aufzuweisen, indem eine Metallplatte oder ähnliches verwendet wurde und koaguliert, indem auf 220ºC bis 250ºC erwärmt wurde.
Zusätzlich zu den Anordnungen der Beispiele 27 und 28 ist es auch möglich als Überschichtungs-Schicht ein Material zu verwenden, das durch Monodispersion feiner Teilchen aus Metall, andere als Kupfer und Silber, hergestellt wird, das eine hohe Benetzbarkeit in bezug auf das Lotmaterial aufweist. Verwendbare Beispiele von derartigen Metallen sind Nickel, Eisen, Palladium und Gold. In den Situationen, in denen eine Behandlung bei einer relativ hohen Temperatur möglich ist, wird eine calzinierte Paste hergestellt, indem das obige Metallmaterial gemischt wird und eine Glasurmasse ist auch verwendbar. Das Lotmaterial ist auch nicht auf das Sn-Pb Lotmaterial beschränkt, kann aber auch ein Sn-Ag oder In-Ag Lotmaterial sein. Zusätzlich sind auch kugelförmige, nadelartige und schuppenförmige Metallteilchen anwendbar.

(Beispiel 29)

Die Fig. 24A bis 24F stellen die Schritte der Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel 29 dar. Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung einer amorphen photovoltaischen Vorrichtung. Wie in Fig. 24 A gezeigt, wurde eine amorphe Halbleiterschicht 14142 auf einem rostfreien Stahlsubstrat 14143 gebildet. Eine Oberfläche der Elektrodenformation war auf der Lichteinfallsseite und die amorphe Halbleiterschicht 14142 als photovoltaische Schicht hatte einen hohen elektrischen Widerstand. Daher wurde die Oberfläche der amorphen Halbleiterschicht 14142 mit einer dünnen durchsichtigen Elektrode (ITO) 14141 bedeckt und der spezifische Volumen- Widerstand der Schicht 14142 betrug 1 · 10&supmin;³ bis 2 · 10&supmin;&sup4; ohm·cm.
Es ist unmöglich eine Elektrode direkt auf die durchsichtige leitenden Schicht 14141 zu löten, weil ITO ein Oxid ist und daher keine Benetzbarkeit in bezug auf das Lot aufweist. Da daher ein Überschichtungs-Elektrodenmittel, das als ein Teil für das Löten dient, verlangt wird, um eine dicken Sammelelektrode zu bilden, wurde eine Metallschicht auf der durchsichtig leitenden Schicht 14141 mittels Dampfabscheidung gebildet, Die Fig. 24 B zeigt diesen Schritt der Dampfabscheidung. Bezugnehmend auf Fig. 24 B wurde die durchsichtige leitende Schicht 14141 im voraus mit einer Metallmaske 14144 gemustert und verdampfte Metallteilchen wurden an die durchsichtige leitende Schicht 14141 mittels des Erwärmens durch einen Elektronenstrahl oder Widerstandsheizung gehaftet, um dadurch eine Metallschicht 14145 zu bilden.
Als Metallteilchen, die Dampf-abgeschieden werden sollen, wurde Nickel verwendet, das gute Hafteigenschaften in bezug auf ITO und eine hohe Benetzbarkeit des Lots aufweist. Fig. 24 C zeigt einen Schritt, nachdem die Maske 14144 entfernt wurde, in dem die Metall- Sammelelektrode 14145 von ungefähr 1 um dick auf der Oberfläche der Elektrodenformation gebildet werden konnte. Die Herstellungskosten steigen extrem an, wenn die Dampfabscheidung angepasst wird, weil die Rate der Schichtbildung der Dampfabscheidung niedrig ist. In diesem Beispiel jedoch, da eine sehr dünne Schicht als Teil für das Löten verwendet wird, entsteht kein großes Problem was die Hestellungskosten betrifft.
Wie in Fig. 24 D gezeigt, wurde ein Cremlotmaterial 14147 mittels Siebdruck auf die Metallschicht 14145 gehaftet, die wie ein Teil zum Löten gebildet ist. In diesem Fall ist die Druckgenauigkeit des Cremlots nicht so streng, wie die der Metallschicht 14145, die aus Nickel besteht. Als ein Beispiel, falls die Linienbreite der Nickelelektrode 14145 100 um beträgt, kann das Cremlot mit einem Rand, der sich auf ungefähr 100 um auf jeder der linken und rechten Seiten erstreckt, gedruckt werden.
Darauffolgend, wie in Fig. 24 E gezeigt, wurde das Cremlot 14147, das auf der Nickelelektrode 14145 haftet, bei 180ºC bis 240ºC mittels eines Infrärot-Erwärmens in einem Schmelzofen oder in einem Dampfphasenofen heißgeschmolzen. Bei diesem Heißschmelzen ballte sich die Nickelelektrode 14145 mit einer hohen Benetzbarkeit des Lots, aufgrund der Oberflächenspannung, zusammen und zur selben Zeit wurde das Lotmaterial und die Kupferteilchen, die an der Außenseite der Nickelelektrode 14145 anwesend sind, auf der Nickelelektrode angezogen. Die Kupferteilchen, die so auf der Nickelelektrode 14145 bewegt wurden, stiegen an der Nickelelektrode auf, um eine dicke Sammelelektrode 14146 zu bilden, während die Fließfähigkeit des geschmolzenen Lots unterdrückt wird, um zu verhindern, dass sich der Lot zu einem Ball auf einem Teil der Elektrode zusammenfindet.
Ein Flußmaterial und ein thixotropes Material 141418, das in dem Cremlot enthalten ist, verbleibt auf der Oberfläche des Lots oder um das Lot herum. Falls diese Material 14148 zurückbleibt, kann es die Oberfläche kontaminieren, was auf seine inherenten Eigenschaften zurückzuführen ist, um dadurch mit auffallendem Licht in Wechselwirkung zu treten oder kann die Zuverlässigkeit eines Produkts unter den Bedingungen einer hohen Temperatur, hoher Feuchtigkeit beeinträchtigen. Daher wurde die resultierende Struktur brausegewaschen, zum Beispiel mit einem organischen Lösungsmittel, wie einem modifizierten Alkohol oder Cellosolve und wurde dann getrocknet. (Fig. 24 F).
Das Cremlot 14147 hatte eine Zusammensetzung und eine Anordnung wie in Fig. 25 A gezeigt. Bezugnehmend auf Fig. 5 A, wurden Kupferteilchen 15151 mit einer Teilchengröße von ungefähr 50 bis 100 um bei einem Gewichsverhältnis von 5% bis 25% in bezug auf Sn-Pb (Sn 63% : Pb 37%) Lotteilchen 15152 von ungefähr 5 bis 30 um in der Teilchengröße dispergiert. Ein Flußmittel als Bindemittel und ein thixotropes Material 15153 als Anteigmittel zur Kontrolle der Viskosität wurde zwischen die Lotteilchen 15152 und die Kupferteilchen 15151 gemischt. Dies macht es möglich das Cremlot leicht zu drucken, indem Siebdrucken verwendet wird. Zusätzlich zu dem Cremlot, das in Fig. 25 A gezeigt wird, können die verwendet werden, die in den Fig. 25 B und 25 C gezeigt werden.

(Beispiel 30)

Fig. 25 B zeigt Beispiel 30 der vorliegenden Erfindung, bei der Kupferteilchen 15154 mit Sn 63% Pb 37% Lot 15155 bedeckt werden. In dieser Anordnung kann der Bereich des Gew.-% des Kupfers auf ungefähr 3 bis 40 Gew.-% erweitert werden, obwohl die Durchmesser der einzelnen Teilchen dadurch ansteigen, dass sie vom Lot bedeckt werden, um dadurch einen Nachteil bei den Druckeigenschaften zu verursachen.

(Beispiel 31)

Fig. 25 C zeigt Beispiel 31 der vorliegenden Erfindung, in dem Sn-Pb Lot 15158 nicht nur als Teilchen in einer Paste dispergiert ist, sondern zum Teil an Kupferteilchen 15157 gebunden ist. In dieser Anordnung passen sich die Kupferteilchen selbst an die Lotteilchen schnell beim Schmelzen an.
Die Form von diesen Teilchen ist nicht beschränkt auf eine Kugel, und jedes der Sn-Ag, Pb-Gruppen, Au-Gruppen und In-Gruppen Lotmaterialien kann auch zusätzlich zu dem Sn-Pb Lotmaterial verwendet werden.

(Beispiel 32)

Die Fig. 26 A bis 26 G stellen die Schritte der Herstellung der photovoltaischen Vorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel 32 dar. Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung einer polykristallinen Solarzelle. Die Oberfläche der Elektrodenformation von dieser polykristallinen Solarzelle ist ein Silicium-Substrat 16161 vom p-Typ (Fig. 26 A) mit einer relativ hohen elektrischen Leitfähigkeit, aber das Lot als Sammelelektrode kann nicht direkt auf dem Substrat 16161 wie in Beispiel 27 gebildet werden. Daher wurde eine calzinierte Paste 16163, die normalerweise in einem dickschichtigen Hybrid IC oder ähnlichem verwendet wurde, verwendet, um eine überschichtete Elektrode mittels Siebdrucken zu bilden, wie unten beschrieben (Fig. 26B).
Die calzinierte Paste 16163, die hauptsächlich aus Silberteilchen von ungefähr 3 bis 10 um im Durchmesser besteht und wurde weiter mit einer Glasurmasse als Bindemittel und einem thixotropen Material zur Kontrolle der Viskosität der Paste hinzugefügt. Das Muster der calzinierten Paste 16163 kann leicht mittels Siebdruckens gebildet werden.
Bei dem Siebdrucken können leicht Breiten um 100 um realisiert werden, indem Techniken des Standes der Technik verwendet werden. In diesem Beispiel wurde daher eine unterschichtete Elektrode mit einer Linienbreit von 80 bis 100 pm als Muster gebildet, indem eine 325-Mesh Siebplatte mit einer realtiven Öffnung von 60% verwendet wurde, die bei Tokyo Process Service erhältlich ist. Die Glasurmasse, die in der Paste enthalten ist, schmilzt bei 500ºC bis 900ºC in ungefähr 30 Minuten, um die Bildung einer Elektrode mit einem Widerstand von ungefähr 5 · 10&supmin;&sup6; bis 8 · 10&supmin;&sup6; ohm·cm möglich zu machen. Jedoch wird es schwierig eine dicke Elektrode zu bilden, wenn die Linienbreite der Elektrode abnimmt.
Aus diesem Grund, nachdem das Calzinieren mittels Erwärmen (Fig. 26 C) durchgeführt wurde, wurde ein Cremlot, 16164 folgend denselben Verfahren wie in Beispiel 29 (Fig. 26 D), gedruckt. Das Drucken wurde durchgeführt, indem eine Metallplatte mit einer Schichtdicke von 100 um verwendet wurde.
Danach als die resultierende Struktur auf ungefähr 180 ºC bis 250ºC erwärmt wurde, ballte sich das geschmolzene Lot auf der calzinierten Paste zusammen, während sie die Metallteilchen enthält und die Metallteilchen unterdrückten die Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls, um eine dicke Sammelelektrode zu bilden.
Fig. 26 E stellt den Zustand dar, nachdem das oben beschriebene Heißschmelzen durchgeführt worden war.
Bezugnehmend auf Fig. 26 E verblieben ein Flußmittel und ein thixotropes Material 16165 auf der Oberfläche auf und um die Sammelelektrode 16164 herum.
Fig. 26 F zeigt einen Schritt des Wegwaschens des Flußmittels und des thixotropen Materials 16165. Bei diesem Schritt wurde ein Brausewaschen durchgeführt, indem ein organisches Lösungsmittel, wie ein modifizierter Alkohol oder Cellosolve oder heißes Wasser verwendet wurde.
Nachdem die Sammelelektrode, wie oben beschrieben, gebildet wurde, wurde eine Antireflexionsschicht 16166 über die gesamte Oberfläche der Elektrodenformation geschichtet, um Reflexion zu verhindern (Fig. 26G). Jedes Beispiel der vorliegenden Erfindung war gegenüber den üblichen Beispielen überlegen.
Erfindungsgemäß konnte eine Sammelelektrode, die eine große Dicke aufweist, ohne Rücksicht auf ihre geringe Linienbreit, gebildet werden. Dies verminderte demgemäß sehr stark den Widerstand der Sammelelektrode, was es möglich machte eine photovoltaische Vorrichtung mit einer hohen photoelektrischen Umwandlungseffizienz bei niedrigen Kosten zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß können Aggregate der Metallteilchen relativ nahe zu einander in der Nachbarschaft des obersten Bereichs der niedrig schmelzenden Metallschicht gebildet werden. Als ein Ergebnis kann der Widerstand der Sammelelektrode weiter abnehmen, so dass hier eine photovoltaische Vorrichtung mit einer hohen photoelektrischen Umwandlungseffizienz zur Verfügung gestellt wird. Zusätzlich, da der Widerstand über eine lange Zeitdauer stabil ist, ist es möglich eine photovoltaische Vorrichtung mit einer hohen Umwandlungseffizienz zur Verfügung zustellen, bei der eine Abnahme der Ausgabeleistung mit der Zeit gering ist.
Erfindungsgemäß kann ein dickes Lotmaterial auf der Elektrode gebildet werden und dies vermindert den Verlust des Widerstands des Elektrodenmaterials. Zusätzlich steigt die Fließfähigkeit eines magnetischen Materials, das in einem Pastenmaterial enthalten ist, wenn das Pastenmaterial heißgeschmolzen wird, so dass die Dicke einer Lotschicht oder Variationen in der Dicke kontrolliert werden können, indem ein hoch magnetisches Feld angelegt wird. Das heißt, dass die magnetischen Metallteilchen mit einer hohen Lotadsortivität dazu neigen eine dicke Lotschicht unter dem Einfluss des magnetischen Feldes zu bilden und das Lot verliert seine Fließfähigkeit, wenn es in diesem magnetischen Feld gekühlt wird, indem eine photovoltaische Vorrichtungselektrode gebildet wird, die eine Lotschicht mit einer beachtlichen Dicke aufweist. Demgemäß kann eine feine Elektrode von niedrigem Widerstand auf der photovoltaischen Vorrichtung gebildet werden und dies steigert die Moduleffizienz der Vorrichtung.
Des weiteren kann erfindungsgemäß eine ausreichend große Dicke erhalten werden, selbst wenn die Linienbreite abnimmt. Daher kann ein Verlust, der durch die Abschirmung des Lichts verursacht wird und ein Verlust des Widerstands reduziert werden und dadurch kann die Modul- Umwandlungseffizienz einer photovoltaischen Vorrichtung effektiv verbessert werden.
Eine erfindungsgemäße photovoltaische Vorrichtung weist eine Halbleiterschicht zur Erzeugung von photovoltaischer Energie auf und eine Sammelelektrode, die auf der Halbleiterschicht gebildet ist, um die Energie zu sammeln, die durch die Halbleiterschicht erzeugt wird.

Claims

1. Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung enthaltend: einen Halbleiter (12) zur Durchführung einer photoelektrischen Umwandlung; und eine Kollektorelektrode, die auf diesem Halbleiter gebildet ist, wobei diese Kollektorelektrode aufweist:

(a) ein verbundenes leitendes Element (15), das aus zumindest leitenden Teilchen und einem polymeren Bindemittel zusammengesetzt ist; und

(b) ein Metallelement, das aus einem niedrig schmelzenden Metall (17) zusammengesetzt ist, das ein Metall, eine Legierung oder eine Mischung davon ist, und ein leitendes Pulver (14), das in diesem niedrig schmelzenden Metall enthalten ist und einen höheren Schmelzpunkt aufweist als der von dem niedrig schmelzenden Metall, wobei dieses Metallelement, das dieses verbundene leitende Element bedeckt und elektrisch mit diesem verbundenen leitenden Element verbunden ist und dieses leitende Pulver (14) auf der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche von dem verbundenen leitenden Element (15) anwesend ist.

2. Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung enthaltend: einen Halbleiter (58) zur Durchführung einer photoelektrischen Umwandlung;

eine Kollektorelektrode, die auf diesem Halbleiter gebildet ist, wobei diese Kollektorelektrode aufweist:

(a) ein verbundenes leitendes Element (54), das aus zumindest leitenden Teilchen und einem polymeren Bindemittel zusammengesetzt ist; und

(b) ein Metallelement, das aus einem niedrig schmelzenden Metall (57) zusammengesetzt ist, das ein Metall, eine Legierung oder eine Mischung davon ist, und ein leitendes Pulver (55), das in diesem niedrig schmelzenden Metall enthalten ist und einen höheren Schmelzpunkt aufweist als der von dem niedrig schmelzenden Metall, wobei dieses Metallelement, das dieses verbundene leitende Element, mit der Ausnahme einer Verbindungs-Oberfläche, zwischen dem verbundenen leitenden Element und diesem Halbleiter bedeckt und elektrisch mit diesem verbundenen leitenden Element verbunden ist, und dieses leitende Pulver (55) auf der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche von dem niedrig schmelzenden Metall (57) anwesend ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin diese leitenden Teilchen aus nicht weniger als zwei Typen von Metallmaterialien zusammengesetzt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, worin zumindest ein Typ von Metallmaterial von diesen leitenden Teilchen, die aus nicht weniger als zwei Typen von Metallmaterialien zusammengesetzt sind, auf einer Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche von jedem leitenden Teilchen verteilt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, worin das Metallmaterial auf dieser Oberfläche verteilt ist oder dieses Metallmaterial, das in der Nähe der Oberfläche der leitenden Teilchen verteilt ist, in einer reduzierten Weise auf das Innere der leitenden Teilchen enthalten ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin dieses leitende Pulver aus zumindest einem von Zinn, Blei, Palladium, Zink, Silber, Kupfer, Kupferlegierung, Gold und Nickel zusammengesetzt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin der Schmelzpunkt von diesem leitenden Pulver höher, bei nicht weniger als 100 ºC, liegt als der von dem niedrig schmelzenden Metall liegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin das niedrig schmelzende Metall eine eutektische Legierung ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, worin die leitenden Teilchen eine Benetzbarkeit in bezug auf diese eutektische Legierung aufweisen.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das Metall, das die Benetzbarkeit aufweist, ein ferromagnetisches Metall ist.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das Metallelement ein Lot ist, das primär aus Sn, Pb oder In zusammengesetzt ist.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das Metallelement ein Lot ist, das primär aus Cu zusammengesetzt ist.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die leitenden Teilchen primär aus Cu, Sn, Pb, Ni, Ag, Pd oder Au zusammengesetzt sind und dieses Metallelement ein Lot ist, das primär aus Sn, Pb oder In zusammengesetzt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die weiter eine durchsichtige leitende Schicht zwischen dem Halbleiter und der Kollektorelektrode enthält.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin dieser Halbleiter amorphes Silicium ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 2, worin das leitende Pulver (55) Aggregate mit dem Metallelement in der Nähe der Oberfläche von diesem niedrig schmelzenden Metall (57) bildet.

17. Verfahren zur Herstellung einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die eine Kollektorelektrode aufweist, die auf einem Halbleiter zur Durchführung der photoelektrischen Umwandlung gebildet ist, aufweisend die Schritte:

Bildung einer leitenden Paste, die aus leitenden Teilchen und einem polymeren Bindemittel in einer gewünschten Form zusammengesetzt ist;

Härtung dieser leitenden Paste; und

Bildung eines Metallelements auf der leitenden Paste, das aus einem niedrig schmelzenden Metall, das ein Metall, eine Legierung oder eine Mischung davon ist, und einem leitenden Pulver zusammengesetzt ist, das einen höheren Schmelzpunkt aufweist als der Schmelzpunkt von dem niedrig schmelzenden Metall.

18. Verfahren nach Ansprung 17, das weiter den Schritt des Aufbringens dieses leitenden Pulvers auf die leitenden Paste aufweist.

19. Verfahren nach Anspruch 17, aufweisend den Schritt des teilweisen oder vollständigen Schmelzens dieses niedrig schmelzenden Metalls dieses Metallelements, um eine Kollektorelektrode zu bilden.