JP2006313744A - 導電性厚膜組成物、電極、およびそれから形成される半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(a)(1)Al、Cu、Au、Ag、PdおよびPt;(2)Al、Cu、Au、Ag、PdおよびPtの合金;および(3)それらの混合物から選択される導電性金属粒子と、(b)Pbフリーであるガラスフリットと、(c)有機媒体とを含み、成分(a)および(b)が成分(c)中に分散されており、該導電性金属粒子の平均直径が0.5〜10.0μmの範囲内である導電性厚膜組成物、および該組成物から形成される電極ならびに該電極を含む半導体デバイス(例えば、太陽電池)。
【選択図】図1F
Description
(a)(1)Al、Cu、Au、Ag、PdおよびPt;(2)Al、Cu、Au、Ag、PdおよびPtの合金;および(3)それらの混合物から選択される導電性金属粒子と、
(b)Pbフリーであるガラスフリットと、
(c)有機媒体と
を含み、成分(a)および(b)が成分(c)中に分散されており、前記導電性金属粒子の平均直径は0.5〜10.0μmの範囲内である導電性厚膜組成物を対象とする。本発明は、さらに、前述のような組成物から形成される電極、および前記電極を含む半導体デバイスを対象とする。
本発明において、導電相は最も好ましくは銀(Ag)/アルミニウム(Al)である;しかしながら、銀/アルミニウム以外の導電性金属、例えばCu、Au、Ag、Pd、Pt、Al、Ag−Pd、Pt−Auなどもまた使用することができる。実際には、導電性金属粒子は、(1)Al、Cu、Au、Ag、PdおよびPt;(2)Al、Cu、Au、Ag、PdおよびPtの合金;および(3)それらの混合物から選択されてもよい。
本発明の導電性ペーストは無機結合剤を含むことが好ましい。導電性ペーストを700〜950℃で焼成させ、適切に焼結および湿潤させ、およびシリコン基板に対して適切に接着させることができるように、本発明において使用可能な無機結合剤は300〜550℃の範囲の好ましい軟化点を有するガラスフリットである。軟化点が300℃よりも低い場合、ガラスは早期に溶融し、および電極の表面に達し、およびハンダ付けを妨げる。他方、軟化点が550℃よりも高い場合、ガラスは軟化しおよび導電相を湿潤させるための十分な時間を有さず、および十分な接着強度が発揮されず、および時として銀の液相焼結を促進することができない。プロセスにおいて使用される焼成温度範囲を変更する場合、最適なガラスフリットの軟化点温度範囲も同様に変化することは理解される。
本発明の組成物中に使用されるガラスフリット(無機結合剤)は接着性を提供するが、しかしながら、導電性組成物全体に対して添加することができる無機ガラス結合剤の総量は、反りおよびハンダ付け適性の要求によって制限される。したがって、任意選択的に、付加的な無機添加剤を加えて、接着特性を増大させてもよい。これらの付加的な任意選択的な添加剤を、(1)TiB2、Cu、Ti、Al、Sn、Sb、Cr、Fe、Mn、Co、Ni、Ru、BおよびBi;(2)Cu、Ti、Al、Sn、Sb、Cr、Fe、Mn、Co、Ni、Ru、BおよびBiから選択される元素金属を発生することができる化合物;(3)Cu、Ti、Al、Sn、Sb、Cr、Fe、Mn、Co、Ni、Ru、BおよびBiの酸化物;および(4)それらの混合物から選択してもよい。
無機成分は、典型的には、機械的混合によって有機媒体と混合されて、印刷に適した稠度およびレオロジーを有する「ペースト」と呼ばれる粘性組成物を形成する。幅広い種類の不活性粘性材料を、有機媒体として使用することができる。有機媒体は、その中に無機成分を適切な安定度で分散させることができるものでなければならない。媒体のレオロジー特性は、固形分の安定な分散、スクリーン印刷に適切な粘度およびチキソトロピー、基板およびペースト固形分の適切な湿潤性、良好な乾燥速度、および良好な焼成特性を含む良好な塗布特性を、組成物に与えるようなものでなければならない。本発明の厚膜組成物中に使用される有機ビヒクルは、好ましくは、非水性不活性液体である。増粘剤、安定剤、および/またはその他の一般的な添加剤を含有してもしなくてもよい様々な有機ビヒクルのいずれも利用することができる。有機媒体は、典型的には、溶媒中のポリマーの溶液である。さらに、界面活性剤のような少量の添加剤が有機媒体の一部であってもよい。この目的で最も頻繁に使用されるポリマーは、エチルセルロースである。また、エチルヒドロキシエチルセルロース、ウッドロジン、エチルセルロースとフェノール樹脂との混合物、低級アルコールのポリメタクリレート、およびエチレングリコールモノアセテートのモノブチルエーテルを含むポリマーの他の例を、使用することができる。厚膜組成物に見られる、最も広く使用される溶媒は、エステルアルコール類、およびα−またはβ−テルピネオールのようなテルペン類、またはそれらとケロシン、ジブチルフタレート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ヘキシレングリコール、ならびに高沸点アルコール類のような他の溶媒との混合物、およびアルコールエステル類である。加えて、基板上に塗布後、急速な硬化を促進させるための揮発性液体を、ビヒクルに含むことができる。これらおよび他の溶媒の様々な組合せを配合して、所望の粘度および揮発性要件を得る。
実施例1を以下に詳述する。
本発明は、広い範囲の半導体デバイスに対して適用され得るが、しかしながら、フォトダイオードおよび太陽電池のような受光素子に特に有効である。以下の議論は、本発明の組成物を利用してどのように太陽電池を形成したかを述べる。
上述の方法に従って構成された太陽電池を、効率を測定するための商業的なIVテスター内に配置した。IVテスター内の電球は、既知の強度を有し電池の表面に放射される日光をシミュレートし、電池の表面に印刷されたバスバーをIVテスターの多数のプローブに接続し、およびそれらプローブを通じて、効率を計算するためのコンピュータへ電気信号を伝達した。
焼成後、ハンダリボン(62Sn/36Pb/2Agで被覆された銅)を、太陽電池の裏面上に印刷されたバスバーに対して、ハンダ付けした。ハンダ条件は、典型的には、345℃で5秒間であった。使用されたフラックスは、MF200であった。ハンダ付けされた面積は、およそ2mm×2mmであった。電池の表面に対して90℃の角度でリボンを引っ張ることにより、接着強度を求めた。200g未満の接着強度を「低」とみなし;200gから300gの範囲内の値は「可」であり、300から400の範囲内または超は「良」であるという前提に基づき、接着強度の評価を、「低」、「可」または「良」として指定した。
20 n型拡散層
30 窒化ケイ素膜、酸化チタン膜または酸化ケイ素膜
40 p+層(裏面電界、BSF)
60 裏面に形成されたアルミニウムペースト
61 アルミニウム裏面電極(裏面のアルミニウムペーストを焼成することによって得られる)
70 裏面に形成された銀/アルミニウムペースト
71 銀/アルミニウム裏面電極(裏面銀/アルミニウムペーストを焼成することによって得られる)
102 シリコン基板
104 受光面側電極
106 第1電極用ペースト組成物
108 第2電極用導電性ペースト
110 第1電極
112 第2電極
500 表面に形成された銀ペースト
501 銀表面電極(表面銀ペーストを焼成することにより形成される)
Claims (10)
- (a)(1)Al、Cu、Au、Ag、PdおよびPt;(2)Al、Cu、Au、Ag、PdおよびPtの合金;および(3)それらの混合物から選択される導電性金属粒子と、
(b)Pbフリーであるガラスフリットと、
(c)有機媒体と
を含み、成分(a)および(b)が成分(c)中に分散されており、前記導電性金属粒子の平均直径が0.5〜10.0μmの範囲内であることを特徴とする厚膜導電性組成物。 - 前記導電性金属粒子がAg粒子およびAl粒子を含むことを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- 前記ガラスフリット組成物が、全ガラスフリット組成物の質量パーセントで:SiO2を0.5〜35、Al2O3を0〜5、B2O3を1〜15、ZnOを0〜15、およびBi2O3を55〜90含むことを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- 無機添加剤をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- 前記無機添加剤が、(1)TiB2、Cu、Ti、Al、Sn、Sb、Cr、Fe、Mn、Co、Ni、Ru、BおよびBi;(2)Cu、Ti、Al、Sn、Sb、Cr、Fe、Mn、Co、Ni、Ru、BおよびBiから選択される元素金属を発生することができる化合物;(3)Cu、Ti、Al、Sn、Sb、Cr、Fe、Mn、Co、Ni、Ru、BおよびBiの酸化物;および(4)それらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項4に記載の組成物。
- 全組成物の質量パーセントに基づいて:40〜93質量パーセントのAg粒子、2〜10質量パーセントの前記ガラスフリット、1〜5質量パーセントのAl粒子および5〜50質量パーセントの有機媒体を含むことを特徴とする、請求項2に記載の組成物。
- 前記導電性金属粒子が(1)フレーク、(2)球状および(3)それらの混合物から選択される形状であることを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- 前記ガラスフリットの軟化点が300℃〜550℃の範囲であることを特徴とする、請求項1または2のいずれか一方に記載の厚膜組成物。
- 前記組成物が、有機媒体を除去し、かつ前記ガラスフリットを焼結するために焼成されていることを特徴とする、請求項1の組成物から形成される電極。
- 請求項9の電極を含むことを特徴とする半導体デバイス。
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