JP2013165056A - 電気伝導性ペースト用有機媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】電気伝導性の銀ペーストの製造において使用される有機媒体を提供すること。
【解決手段】この有機媒体は、有機結合剤と、界面活性剤と、有機溶剤とを含む。本発明の好ましい実施形態は、ＰＶＰ、ＰＭＭＡ、またはＰＶＢのうちの少なくとも１つを有機結合剤として利用して、金属粒子との高い相溶性を可能にし、微細ライン印刷適性のための低粘度を持つ電気伝導性ペーストをもたらす。本発明の別の態様は、電気伝導性ペースト組成物に関する。好ましい実施形態は、金属粒子と、ガラスフリットと、結合剤、つまりＰＶＰ、ＰＭＭＡ、またはＰＶＢのうちの少なくとも１つ、界面活性剤、および有機溶媒を含む有機媒体と、を利用する。
【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１１年１１月４日出願の米国仮特許出願第６１／５５５，８５８号に基づく優先権を主張する。この仮出願の開示は、参照によりその全体を本願明細書に援用したものとする。
本発明は、ソーラーパネル技術において利用される電気伝導性ペーストに関する。具体的には、１つの態様では、本発明は、電気伝導性ペーストの配合において使用される有機媒体に関する。本発明の別の態様は、電気伝導性ペースト組成物に関する。本発明の別の態様は、金属粒子、ガラスフリット、および有機媒体から構成される電気伝導性ペーストを付与することにより製造される太陽電池に関する。
太陽電池は、光起電効果を使用して光のエネルギーを電気に変換するデバイスである。太陽の力は持続可能でありかつ非汚染性の副生成物しか生成しないので、太陽の力は魅力的な環境に優しいエネルギー源である。従って、現在、非常に多くの研究が、低い材料コストおよび製造原価を維持しつつ、効率を高めた太陽電池を開発することに向けられている。光が太陽電池に当たると、入射光の一部分は表面によって反射され、残りは太陽電池へと透過する。透過光の光子は、ケイ素などの半導性物質から通常作製される太陽電池によって吸収される。吸収された光子のエネルギーによって、半導性物質の原子からその半導性物質の電子が励起され、電子−正孔対を発生する。次いでこれらの電子−正孔対は、ｐ−ｎ接合によって分離され、太陽電池表面上に付与されている導電性電極によって集められる。
最も一般的な太陽電池は、ケイ素に、より具体的には、２つの電気接点層または電極と接続された、ｎ型拡散層をｐ型シリコン基板上へと付与することによりケイ素から作製されるｐ−ｎ接合に基づく太陽電池である。ｐ型半導体では、フリーの電荷担体（正孔）の数を増やすために、ドーパント原子が半導体に加えられる。ケイ素の場合には、三価の原子が、結晶格子へと置換される。実質的に、このドーピング物質は、弱く結合された外側の電子を半導体原子から取り去る。ｐ型半導体の１つの例は、ホウ素またはアルミニウムのドーパントを含むケイ素である。太陽電池は、ｎ型半導体からも作製することができる。ｎ型半導体では、ドーパント原子は、過剰な電子をホスト基板に提供し、過剰の陰性の電子電荷担体を作り出す。このようなドーピング原子は、通常、１つの種類のホスト原子よりも１多い価電子を有する。最も一般的な例は、４つの価電子を含有するＩＶ族固体（ケイ素、ゲルマニウム、スズ）における、５つの緩く結合された価電子を含有するＶ族元素（リン、ヒ素、アンチモン）による原子置換である。ｎ型半導体の１つの例は、リンドーパントを含むケイ素である。
太陽電池による太陽光の反射を最小にするために、窒化ケイ素、酸化ケイ素、アルミナ酸化物または酸化チタンなどの反射防止コーティング（ＡＲＣ）が、ｎ型またはｐ型の拡散層に付与されて、太陽電池へと届く光の量が増やされる。このＡＲＣは、典型的には、非伝導性であり、シリコン基板の表面を不動態化してもよい。
シリコン太陽電池は、典型的には、その前面および背面の両方に付与された電気伝導性ペーストを有する。金属化（メタライゼーション）プロセスの一部として、裏面接点は、典型的には、裏面の銀ペーストまたは銀／アルミニウムペーストをスクリーン印刷することなどにより、最初にシリコン基板に付与され、はんだ付けパッドが形成される。次に、アルミニウムペーストが、基板の裏側全体に付与され、裏面電界（背面電界）（ＢＳＦ）が形成され、そして次いでこのセルは乾燥される。次に、異なるタイプの電気伝導性ペーストを使用して、金属接点が前面反射防止層の上にスクリーン印刷され、前面電極としての役割を果たしてもよい。光が入るセルの正面または前面の上のこの電気接点層は、典型的には、完全な層ではなく、「フィンガーライン（ｆｉｎｇｅｒ ｌｉｎｅ）」および「バスバー（母線）」から構成される格子パターンで存在する。なぜなら、金属格子材料は、典型的には、光に対して透明ではないからである。印刷された前面および裏面のペーストを有するシリコン基板は、次いで、およそ７００〜９７５℃の温度で焼成される。焼成後、この前面ペーストは、反射防止層を貫通して腐食させ、金属格子と半導体との間の電気接点を形成し、この金属ペーストを金属電極へと変換する。裏面では、アルミニウムがシリコン基板の中へと拡散し、ＢＳＦを作り出すドーパントとして作用する。得られた金属電極は、ソーラーパネルに接続されている太陽電池へおよびその太陽電池から電気が流れることを可能にする。
典型的な太陽電池およびその製作方法の記載は、例えば、特許文献１に見つけられうる。
パネルを組み立てるために、複数の太陽電池が直列に、および／または並列に接続され、最初のセルおよび最後のセルの電極の末端は、好ましくは、出力用の配線に接続される。太陽電池は、典型的には、シリコンゴムまたはエチレン酢酸ビニルなどの透明な熱可塑性樹脂の中に封入されている。封入用の透明な熱可塑性樹脂の前面にガラスの透明なシートが置かれる。裏面保護材料、例えば、良好な機械的特性および良好な耐候性を有するポリフッ化ビニルのフィルムで覆われたポリエチレンテレフタレートのシートが、封入用熱可塑性樹脂の下に置かれる。これらの層状材料は、空気を除去するために、適切な真空炉の中で加熱され、次いで加熱および圧縮により一体物へと統合されてもよい。さらには、太陽電池は、典型的には、屋外に長時間置いたままにされるので、太陽電池の周囲を、アルミニウムなどからなるフレーム材料で覆うことが望ましい。
典型的な電気伝導性ペーストは、金属粒子、ガラスフリット（ガラス粒子）および有機媒体を含有する。これらの成分は、得られる太陽電池の潜在力を最大活用するために、慎重に選択される必要がある。例えば、電荷担体が界面およびフィンガーラインを通ってバスバーへと流れることができるように、金属ペーストとシリコン表面との間、および金属粒子同士の接触を最小にすることが必要である。組成物の中のガラス粒子は、反射防止コーティング層を貫通して腐食させ、金属とｎ＋型Ｓｉとの間に接点を構築することを助ける。他方で、このガラスは、焼成後にｐ−ｎ接合をシャント（短絡）させるほどに侵襲的であってはならない。従って、向上した効率を成し遂げるようにｐ−ｎ接合を無傷に保ちつつ、接触抵抗を最小にすることが望ましい。公知の組成物は、金属層とシリコンウェーハとの界面のガラスの絶縁効果に起因する高い接触抵抗、および接触領域における高い再結合などの他の短所を有する。さらには、この有機媒体の組成は、得られた太陽電池の潜在力にも影響を及ぼす可能性がある。有機媒体は、電気伝導性ペーストの粘度に影響を及ぼす可能性があり、従って、その印刷適性に影響を及ぼす可能性がある。有機媒体は、印刷されたラインの特性にも影響を及ぼす可能性があり、これにより、製造される太陽電池の全体効率に影響を及ぼす可能性がある。従って、電気伝導性ペーストの粘度を最適化する有機媒体組成物に対するニーズがある。
欧州特許出願公開第１ ７１３ ０９３号明細書
本発明は、電気伝導性ペーストにおいて使用するための有機媒体であって、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、またはポリビニルブチレート（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｂｕｔｙｌａｔｅ、ＰＶＢ）のうちの少なくとも１つを含む結合剤と、界面活性剤と、有機溶剤とを含む有機媒体を提供する。別の実施形態によれば、当該有機媒体は、チキソトロピー剤をさらに含む。
本発明の１つの態様によれば、当該結合剤は約１〜１０重量％である。
本発明の別の態様によれば、当該界面活性剤は、有機媒体の約１〜２０重量％である。別の実施形態によれば、この界面活性剤は、有機媒体の約１〜１０重量％である。本発明のさらなる態様によれば、この界面活性剤は、ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ（登録商標）−１０８、ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ（登録商標）−１１６、ＴＥＧＯ（登録商標）ＤＩＳＰＥＲＳ ６６５、またはＴＥＧＯ（登録商標）ＤＩＳＰＥＲＳ ６６２ Ｃのうちの少なくとも１つである。別の態様によれば、この界面活性剤は、顔料親和性基を持つヒドロキシ官能性カルボン酸エステル、顔料親和性基を持つアクリレート共重合体、顔料親和性基を持つ変性ポリエーテル、または顔料親和性の基を持つ化合物のうちの少なくとも１つである。
本発明のさらなる態様によれば、当該有機溶剤は、カルビトール、テルピネオール、ヘキシルカルビトール、テキサノール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、またはアジピン酸ジメチルのうちの少なくとも１つである。
本発明は、太陽電池技術において使用するための電気伝導性ペーストであって、金属粒子と、ガラスフリットと、ＰＶＰ、ＰＭＭＡ、またはＰＶＢのうちの少なくとも１つを含む結合剤、界面活性剤、および有機溶媒を含む有機媒体とを含む電気伝導性ペーストをも提供する。
本発明の１つの態様によれば、当該金属粒子は、ペーストの約６０〜９０重量％である。好ましくは、この金属粒子は、ペーストの約８０重量％である。本発明の別の態様によれば、この金属粒子は、銀、金、銅、およびニッケルのうちの少なくとも１つである。
本発明の別の態様によれば、当該ガラスフリットは、ペーストの約１〜１０重量％である。好ましくは、このガラスフリットは約５重量％である。
本発明のさらなる態様によれば、当該有機媒体は、ペーストの約１〜２０重量％である。好ましくは、この有機媒体は、ペーストの約１５重量％である。本発明の別の態様によれば、この有機媒体は、チキソトロピー剤をさらに含む。
本発明の別の態様によれば、この有機媒体は、（有機媒体の）１〜１０重量％の結合剤を含む。
本発明の別の態様によれば、当該有機媒体は、（有機媒体の）１〜２０重量％の界面活性剤を含む。別の実施形態によれば、この有機媒体は、（有機媒体の）１〜１０重量％の界面活性剤を含む。
本発明は、本発明の電気伝導性ペーストをシリコンウェーハに付与することと、このシリコンウェーハを焼成することとによって製造される太陽電池をさらに提供する。
シリコンウェーハ上に印刷された、実施例１に係る例示的な電気伝導性ペーストの乾燥された銀フィンガーラインの、上から見たときの写真である。 ラインに対して垂直に撮影した、図１Ａに示される乾燥された銀フィンガーラインの、立面方向で見た写真である。 シリコンウェーハ上に印刷された、実施例２に係る例示的な電気伝導性ペーストの焼成された銀フィンガーラインの、上から見たときの写真である。 ラインに対して垂直に撮影した、図２Ａに示される乾燥された銀フィンガーラインの、立面方向で見た写真である。
本発明は、電気伝導性ペーストにおいて使用される有機媒体を教示する。電気伝導性ペースト組成物は、典型的には、金属粒子と、ガラスフリットと、有機媒体とを含む。このような応用例に限定されるわけではないが、このようなペーストは、太陽電池において電気接点層または電極を形成するために使用されてもよい。特に、当該ペーストは、太陽電池の前面または太陽電池の裏面に付与されてもよい。
本発明の１つの態様は、電気伝導性ペーストの有機媒体成分の組成物に関する。所望の有機媒体は、粘度が低く、微細ライン印刷適性を可能にし、かつ、金属粒子と合わされたときの最適の安定性を有する有機媒体である。この有機媒体は、典型的には、有機結合剤と、有機溶剤と、界面活性剤とから構成される。
１つの実施形態によれば、有機媒体は、結合剤と、界面活性剤と、有機溶剤とを含む。この結合剤は、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、またはポリビニルブチレート（ＰＶＢ）のうちの少なくとも１つを含む。
この有機媒体の好ましい実施形態は、約１〜１０重量％の、有機結合剤としての、好ましくは５０００〜５００００００ダルトンの分子量を有するポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、約１〜１０重量％の界面活性剤、および約５０〜７０重量％の有機溶剤からなる。この有機媒体は、約１〜１０重量％の、さらなる結合剤としてのエチルセルロースを含んでもよい。すべての重量パーセントは、有機媒体の重量パーセントとして表されている。ＰＶＰを含めることで、当該ペーストの均一に分散される能力が高まり、そしてＰＶＰは銀粒子と非常に相溶性である。別の好ましい実施形態によれば、当該界面活性剤は、以下のいずれであってもよい：顔料親和性基を持つヒドロキシ官能性カルボン酸エステル（ビーワイケー・ユーエスエー（ＢＹＫ ＵＳＡ，Ｉｎｃ．）製造のＤＩＳＰＥＲＢＹＫ（登録商標）−１０８が挙げられるが、これに限定されない）、顔料親和性基を持つアクリレート共重合体（ビーワイケー・ユーエスエー製造のＤＩＳＰＥＲＢＹＫ（登録商標）−１１６が挙げられるが、これに限定されない）、顔料親和性基を持つ変性ポリエーテル（エボニック・テゴ・ヘミー（Ｅｖｏｎｉｋ Ｔｅｇｏ Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ）製造のＴＥＧＯ（登録商標）ＤＩＳＰＥＲＳ ６５５が挙げられるが、これに限定されない）、または高顔料親和性の基を持つ界面活性剤（エボニック・テゴ・ヘミー製造のＴＥＧＯ（登録商標）ＤＩＳＰＥＲＳ ６６２ Ｃが挙げられるが、これに限定されない）。さらには、当該有機溶剤は、カルビトール、テルピネオール、ヘキシルカルビトール、テキサノール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、またはアジピン酸ジメチルのいずれであってもよい。この有機媒体は、チキソトロピー剤を含んでもよい。当業者によく知られたいずれのチキソトロピー剤が、本発明の有機媒体とともに使用されてもよい。例えば、限定されるわけではないが、チキソトロピー剤は、天然起源のもの、例えば、ヒマシ油に由来してもよく、またはチキソトロピー剤は、合成されてもよい。市販のチキソトロピー剤も、本発明とともに使用することができる。好ましい実施形態に係る有機媒体は、典型的には、１４０〜２００ｋｃＰｓの粘度範囲、および５〜１０のチキソトロピー指数を呈する。
当該有機媒体の別の好ましい実施形態は、約１〜１０重量％の、有機結合剤としての、好ましくは５０００〜５００００００ダルトンの分子量を有するポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）と、約１〜２０重量％の界面活性剤と、約５０〜７０重量％の有機溶剤とを含む。この有機媒体は、約１〜１０重量％の、さらなる結合剤としてのエチルセルロースを含んでもよい。すべての重量パーセントは、有機媒体の重量パーセントとして表されている。
他の有機結合剤も、電気伝導性ペーストにおいて使用するための所望の印刷適性および相溶性を呈する。当該有機媒体は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）またはポリビニルブチレート（ＰＶＢ）のうちの少なくとも１つを、有機結合剤として含んでもよい。別の実施形態では、この有機媒体は、約１〜１０重量％の、有機結合剤としてのポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）またはポリビニルブチレート（ＰＶＢ）、ならびに約１〜１０重量％の界面活性剤、約５０〜７０重量％の有機溶剤、および約１〜１０重量％の、さらなる結合剤としてのエチルセルロースを含む。すべての重量パーセントは、有機媒体の重量パーセントとして表されている。当該有機媒体は、当業者に公知のチキソトロピー剤をも含んでよい。
なお別の実施形態では、当該有機媒体は、約１〜１０重量％の、有機結合剤としてのポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）またはポリビニルブチレート（ＰＶＢ）、ならびに約１〜２０重量％の界面活性剤および約５０〜７０重量％の有機溶剤を含む。加えて、当該有機媒体は、約１〜１０重量％の、さらなる結合剤としてのエチルセルロースを含んでもよい。すべての重量パーセントは、有機媒体の重量パーセントとして表されている。当該有機媒体は、当業者に公知のチキソトロピー剤をも含んでよい。
本発明の別の態様は、電気伝導性ペーストに関する。電気伝導性ペースト組成物は、（ペーストの）約８０重量％の金属粒子と、（ペーストの）約５重量％のガラスフリットと、（ペーストの）約１５重量％の有機媒体とを含む。電気伝導性ペーストの中のこの有機媒体は、（有機媒体の）約１〜１０重量％の結合剤と、（有機媒体の）約１〜１０重量％の界面活性剤と、（有機媒体の）約５０〜７０重量％の有機溶剤とを含む。１つの実施形態によれば、当該結合剤は、ＰＶＰ、ＰＭＭＡ、またはＰＶＢのいずれであることもできる。当業者に公知のチキソトロピー剤も、この有機媒体の中に含まれてよい。当該金属粒子は銀であることが好ましいが、アルミニウム、金粒子、銅、ニッケル粒子、もしくは当業者に公知の他の伝導性の金属粒子、またはこれらの組み合わせであることができる。
別の実施形態によれば、この金属粒子は全ペーストの約６０〜９０重量％を構成し、かつ好ましくは銀である。
当該ガラスフリットは、ペーストの約１〜１０重量％であり、鉛ベースまたは鉛フリーであってもよい。この鉛ベースのガラスフリットは、酸化鉛、またはハロゲン化鉛、鉛カルコゲニド、炭酸鉛、硫酸鉛、リン酸鉛、硝酸鉛および有機金属の鉛化合物の塩、もしくは熱分解の間に鉛の酸化物もしくは塩を形成することができる化合物が挙げられるが、これらに限定されない他の鉛ベースの化合物を含む。鉛フリーのガラスフリットとしては、当業者に公知の他の酸化物または化合物を挙げてもよい。例えば、ケイ素、ホウ素、アルミニウム、ビスマス、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、亜鉛、チタン、もしくはジルコニウムの酸化物または化合物が使用されてもよい。他のガラスマトリクス形成剤またはガラス変性剤、例えば酸化ゲルマニウム、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化インジウム、他のアルカリおよびアルカリ土類金属（Ｋ、Ｒｂ、ＣｓおよびＢｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなど）化合物、希土類元素酸化物（Ｌａ２Ｏ３、酸化セリウムなど）、リン酸化物または金属ホスフェート、遷移金属酸化物（酸化銅および酸化クロムなど）、または金属ハロゲン化物（フッ化鉛およびフッ化亜鉛など）も、当該ガラス組成物の一部分であってよい。
当該ガラスフリットは、当業者に公知のいずれのプロセスによって製造されてもよい。例えば、限定されるわけではないが、適切な量の、個々の原料の粉末を混合し、この粉末混合物を空気中で、または酸素含有雰囲気中で加熱して、融液を形成し、この融液を急冷し、この急冷した物質をすりつぶしてボールミル粉砕し、この粉砕された物質をふるいにかけて所望の粒径を持つ粉末を与えることによる。例えば、粉末形態にあるガラスフリット成分は、Ｖ型ブレンダー（Ｖ−ｃｏｍｂ ｂｌｅｎｄｅｒ）の中で一緒に混合されてもよい。この混合物は、次いで、（例えば、約８００〜１２００℃へ）約３０〜４０分間加熱されてもよい。このガラスは、次いで、急冷され、砂のような粘稠度を帯びてもよい。この粗いガラス粉末は、次いで、微細な粉末が生じるまで、ボールミルまたはジェットミルの中で粉砕されてもよい。典型的には、このガラスフリットは、０．０１〜１０μｍ、好ましくは０．１〜５μｍの平均粒径まで粉砕されてもよい。
別の例では、本願明細書に記載されるガラスフリットを調製するために、従来の固体状態合成が使用されてもよい。この場合、原料は、真空下で、溶融石英管またはタンタルもしくは白金のチューブの中に密封され、次いで約７００〜１２００℃に加熱される。この物質は、この高温に約１２〜４８時間留まり、次いで室温までゆっくりと（約０．１℃／分）冷却される。ある場合には、固体状態反応は、空気中で、アルミナるつぼの中で実施されてもよい。
別の例では、この無機反応系を形成するために、共沈殿が使用されてもよい。このプロセスでは、ｐＨレベルを調整することにより、または還元剤を組み込むことにより、当該金属元素は還元されて他の金属酸化物または水酸化物と共沈殿し、金属カチオンを含有する溶液を形成する。次いで、これらの金属、金属酸化物または水酸化物の沈殿物は乾燥され、真空下、約４００〜６００℃で焼成され、微細粉末が形成される。
当該有機媒体は、全ペーストの約１〜２０重量％である。この有機媒体自体は、約１〜１０重量％の結合剤と、約１〜２０重量％の界面活性剤と、約５０〜７０重量％の有機溶剤とを含む。当業者に公知のチキソトロピー剤も、この有機媒体の中に含まれてよい。
当該電気伝導性ペースト組成物は、当該技術分野で公知のペースト組成物または開発されるべきペースト組成物を調製するためのいずれの方法によって調製されてもよい。調製方法は、均一に分散されたペーストを生じる限り、あまり重要ではない。分散された均一なペーストを作製するために、一例として（これに限定されるわけではない）、当該ペースト成分は、次に、例えば混合機を用いて混合され、次に、例えば三本ロール練り機に通されてもよい。粉末形態の、または液体媒体の中に懸濁された添加剤を含めることは本発明の範囲の中にある。このようなペーストは、次に、このペーストをシリコン基板の上の反射防止層に、例えばスクリーン印刷によって付与し、次いで焼成してシリコン基板の上に電極（電気接点）を形成することにより、太陽電池を形成するために利用されてもよい。
実施例１
（有機溶剤の）６０重量％のテルピネオール、５重量％のＰＶＰ、２０重量％のＤｉｓｐｅｒｓ６５５、１〜１０重量％のエチルセルロース、および５重量％のチキソトロープ剤を合わせることにより、１つの有機媒体を調製した。この混合物を、撹拌しながら８０℃の温度に加熱し、次いで、合計３０分間維持した。次いでこの媒体を冷却し、媒体が均一な粘稠度に到達するまで、三本ロール練り機を使用して粉砕した。次いで、（ペーストの）２０重量％までのこの媒体を、（ペーストの）約８０重量％の銀粒子および（ペーストの）約５重量％のガラスフリットと、高速混合機を使用して混合した。次いで、この混合物を、分散した均一なペーストになるまで、三本ロール練り機を使用して粉砕した。得られたペーストを、スクリーン３２５（メッシュ）×０．９（ミル、ワイヤ直径）×０．６（ミル、エマルション厚さ）×５０μｍ（フィンガーライン隙間）（カレンダースクリーン（Ｃａｌｅｎｄａｒ ｓｃｒｅｅ））を使用して、ソーラーウェーハの上へと、１５０ｍｍ／ｓの速度でスクリーン印刷し、次いで、印刷したウェーハを適切なプロファイルで焼成した。
実施例２
（有機媒体の）約６０重量％のテルピネオール、５重量％のＰＶＰ、２０重量％のＢＹＫ６６２Ｃ、１〜１０重量％のエチルセルロース、および５重量％のチキソトロープ剤を合わせることにより、別の有機媒体を調製した。この混合物を、撹拌しながら８０℃の温度に加熱し、次いで、合計３０分間維持した。次いでこの媒体を冷却し、媒体が均一な粘稠度に到達するまで、三本ロール練り機を使用して粉砕した。次いで、（ペーストの）２０重量％までのこの媒体を、（ペーストの）約８０重量％の銀粒子および（ペーストの）約５重量％のガラスフリットと、高速混合機を使用して混合した。次いで、この混合物を、分散した均一なペーストになるまで、三本ロール練り機を使用して粉砕した。得られたペーストを、スクリーン３２５（メッシュ）×０．９（ミル、ワイヤ直径）×０．６（ミル、エマルション厚さ）×５０μｍ（フィンガーライン隙間）（カレンダースクリーン）を使用して、ソーラーウェーハの上へと、１５０ｍｍ／ｓの速度でスクリーン印刷し、次いで、印刷したウェーハを適切なプロファイルで焼成した。
図１Ａおよび図１Ｂは、実施例１に係る例示的なペーストを使用して印刷した、乾燥したフィンガーラインを示す。乾燥したラインは、７７．３μｍの幅、および１７．７μｍの高さを有する。これらのラインは、高い長手方向のエッジ均一性を持ち、フィンガーラインの高さのばらつきはわずかである、すなわち、ピークも谷もないことを示す。図２Ａおよび図２Ｂでは、焼成後の、同じフィンガーラインは、長手方向のエッジおよび高さの均一性を保持する。焼成したラインは、８０μｍの幅、および１３．０μｍの高さを有する。
例示的な電気伝導性ペーストを使用して製造した太陽電池を、Ｉ−Ｖテスターを使用して試験した。既知の強度を持つ太陽光を模擬するために、Ｉ−Ｖテスターの中のＸｅアーク灯を使用し、太陽電池の前面を照射して、Ｉ−Ｖ曲線を生成させた。この曲線を使用して、ＮＣｅｌｌ（太陽電池の効率）、短絡電流密度（Ｉｓｃ）、開回路電圧（Ｖｏｃ）、曲線因子（ＦＦ）、直列抵抗（Ｒｓ）、３つの標準的な光強度の下での直列抵抗（Ｒｓ３）、および前面グリッド抵抗（ＧＲＦｒ３またはＲｆｒｏｎｔ）を含めた、電気性能の比較を与える、この測定方法に共通な種々のパラメータを決定した。すべてのデータを、表１にまとめる。
表１に列挙した結果を通してわかるように、当該実験的なペーストは、許容できる直列抵抗（Ｒｓ）および前面グリッド抵抗（ＧＲＦｒ３またはＲｆｒｏｎｔ）を示し、より良好な電気伝導率および全体的な太陽電池効率（ＮＣｅｌｌ）を可能にする。
本発明のこれらおよび他の利点は、上記の明細書から、当業者には明らかであろう。従って、本発明の幅広い創意工夫に富む技術思想から逸脱せず、上記の実施形態に変更または改変が加えられてもよいということは、当業者にはわかるであろう。いずれの特定の実施形態の特定の寸法も、説明の目的のためにのみ、記載されている。それゆえ、本発明は、本願明細書に記載される特定の実施形態に限定されず、本発明の範囲および趣旨に含まれるすべての変更および改変を包含することが意図されているということを理解されたい。

Claims (20)

  1. 電気伝導性ペーストにおいて使用するための有機媒体であって、
    ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、またはポリビニルブチレート（ＰＶＢ）のうちの少なくとも１つを含む結合剤と、
    界面活性剤と、
    有機溶剤と
    を含む、有機媒体。
  2. 前記有機媒体は、チキソトロピー剤をさらに含む、請求項１に記載の有機媒体。
  3. 前記結合剤は、有機媒体の約１〜１０重量％である、請求項１または請求項２に記載の有機媒体。
  4. 前記界面活性剤は、有機媒体の約１〜２０重量％である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の有機媒体。
  5. 前記界面活性剤は、有機媒体の約１〜１０重量％である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の有機媒体。
  6. 前記界面活性剤は、顔料親和性基を持つヒドロキシ官能性カルボン酸エステル、顔料親和性基を持つアクリレート共重合体、顔料親和性基を持つ変性ポリエーテルまたは顔料親和性の基を持つ化合物のうちの少なくとも１つである、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の有機媒体。
  7. 前記有機溶剤は、カルビトール、テルピネオール、ヘキシルカルビトール、テキサノール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、またはアジピン酸ジメチルのうちの少なくとも１つである、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の有機媒体。
  8. 太陽電池技術において使用するための電気伝導性ペーストであって、
    金属粒子と、
    ガラスフリットと、
    有機媒体であって、ＰＶＰ、ＰＭＭＡ、またはＰＶＢのうちの少なくとも１つを含む結合剤、界面活性剤、および有機溶剤を含む有機媒体と
    を含む、電気伝導性ペースト。
  9. 前記金属粒子は、ペーストの約６０〜６０重量％である、請求項８に記載の電気伝導性ペースト。
  10. 前記金属粒子は、ペーストの約８０重量％である、請求項８または請求項９に記載の電気伝導性ペースト。
  11. 前記金属粒子は、銀、金、銅、およびニッケルのうちの少なくとも１つである、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の電気伝導性ペースト。
  12. 前記ガラスフリットは、ペーストの約１〜１０重量％である、請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の電気伝導性ペースト。
  13. 前記ガラスフリットは、ペーストの約５重量％である、請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の電気伝導性ペースト。
  14. 前記有機媒体は、ペーストの約１〜２０重量％である、請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載の電気伝導性ペースト。
  15. 前記有機媒体は、ペーストの約１５重量％である、請求項８から請求項１４のいずれか１項に記載の電気伝導性ペースト。
  16. 前記有機媒体は、チキソトロピー剤をさらに含む、請求項８から請求項１５のいずれか１項に記載の電気伝導性ペースト。
  17. 前記有機媒体は、（有機媒体の）１〜１０重量％の結合剤を含む、請求項８から請求項１６のいずれか１項に記載の電気伝導性ペースト。
  18. 前記有機媒体は、（有機媒体の）約１〜２０重量％の界面活性剤を含む、請求項８から請求項１７のいずれか１項に記載の電気伝導性ペースト。
  19. 前記有機媒体は、（有機媒体の）１〜１０重量％の界面活性剤を含む、請求項８から請求項１８のいずれか１項に記載の電気伝導性ペースト。
  20. 請求項８から請求項１９のいずれか１項に記載の電気伝導性ペーストをシリコンウェーハに付与することと、前記シリコンウェーハを焼成することと、によって製造される太陽電池。
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