JP2016127276A - 太陽電池電極形成用組成物およびこれを用いて製造された電極 - Google Patents

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Abstract

【課題】微細線幅および高アスペクト比を有する電極を製造できる太陽電池電極形成用組成物を提供する。【解決手段】太陽電池は、基板１００、基板１００の前面に形成された前面電極２３０、および基板１００の後面に形成された後面電極２１０を含み、前面電極２３０は、銀粉末、テルルを含みガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０〜３００℃であるガラスフリット、有機シラン化合物、および有機ビヒクルを含む太陽電池電極形成用組成物で形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池電極形成用組成物およびこれを用いて製造された電極に関する。
太陽電池は、太陽光のフォトン（ｐｈｏｔｏｎ）を電気に変換させるｐｎ接合の光電効果を用いて電気エネルギーを発生させる。太陽電池においては、ｐｎ接合で構成される半導体ウェハーまたは基板の上・下面にそれぞれ前面電極と後面電極とが形成されている。また、太陽電池においては、半導体ウェハーに入射する太陽光によってｐｎ接合の光電効果が誘導され、これから発生した各電子が電極を介して外部に流れる電流を提供する。このような太陽電池の電極は、電極用ペースト組成物の塗布、パターニングおよび焼成によってウェハーの表面に形成できる。
近年、太陽電池の効率を増加させるためにエミッター（ｅｍｉｔｔｅｒ）の厚さを持続的に薄くする技術が知られているが、これにより、太陽電池の性能を低下させうるシャンティング（ｓｈｕｎｔｉｎｇ）現象が誘発されるおそれがある。また、太陽電池の効率を増加させるために太陽電池の面積を漸次増加させているが、これは、太陽電池の接触抵抗を高め、太陽電池の効率を減少させるおそれがある。
また、太陽電池電極の変換効率を向上させるためにウェハーとの接触性を向上させ、接触抵抗（Ｒｃ）と直列抵抗（Ｒｓ）とを最小化させたり、有機物によりスクリーンマスク（Ｓｃｒｅｅｎ ｍａｓｋ）のパターン線幅を小さく調節することによって微細線幅（Ｆｉｎｅ ｌｉｎｅ）を形成し、短絡電流（Ｉｓｃ）を高める太陽電池電極形成用組成物に関する従来技術が存在しているが、スクリーンマスクを用いて電極線幅を減少させる方法は、直列抵抗（Ｒｓ）の上昇を誘発させるおそれがあり、微細パターンの連続印刷性を低下させうるという問題を有する。
米国特許第８，４７０，７２３号明細書
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、微細線幅および高アスペクト比を有する電極を製造できる太陽電池電極形成用組成物を提供することである。
本発明の他の目的は、直列抵抗を最小化し、開放電圧を向上させうる太陽電池電極形成用組成物を提供することである。
本発明の他の目的は、短絡電流（Ｉｓｃ）を向上させ、変換効率および曲線因子（Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ）値に優れた太陽電池電極を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、前記組成物を用いて製造された電極およびこれを含む太陽電池を提供することである。
本発明の一実施形態は、銀粉末；テルルを含み、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０〜３００℃であるガラスフリット；有機シラン化合物；および有機ビヒクル；を含む太陽電池電極形成用組成物に関する。
本発明の一実施形態によれば、前記組成物は、前記銀粉末６０〜９５重量％；前記ガラスフリット０．１〜２０重量％；前記有機シラン化合物０．０１〜３重量％；および前記有機ビヒクル１〜３０重量％を含む。
本発明の一実施形態によれば、前記ガラスフリットは、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットであって、構成する元素の合計モル数（酸化物換算）を１００モル％として、テルル（Ｔｅ）元素（酸化物換算）を５０〜９０モル％含む。
本発明の一実施形態によれば、前記有機シラン化合物は、下記の化学式１で表されるシロキサン化合物を含む：
前記化学式１において、Ｒ１〜Ｒ３は、それぞれ独立して、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、アミノ基、水酸基、炭素数１〜６のフルオロアルキル基、フェニル基、エポキシ基、またはカルボキシル基であり、ｙは、０〜３，０００の整数である。
本発明の一実施形態によれば、前記Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットは、リチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、セリウム（Ｃｅ）、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）、セシウム（Ｃｓ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、バナジウム（Ｖ）、バリウム（Ｂａ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ヒ素（Ａｓ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マンガン（Ｍｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選ばれた１種以上の元素をさらに含む。
本発明の一実施形態によれば、前記ガラスフリットは、平均粒径（Ｄ５０）が０．１〜１０μｍである。
本発明の一実施形態によれば、前記組成物は、揺変剤、粘度安定化剤、消泡剤、顔料、紫外線安定剤、酸化防止剤およびカップリング剤からなる群から選ばれる添加剤を１種以上さらに含んでもよい。
本発明の他の実施形態は、前記太陽電池電極形成用組成物を用いて製造された太陽電池電極に関する。
本発明の太陽電池電極形成用組成物は、微細線幅および高アスペクト比を有する電極を製造することができ、これを用いて製造された太陽電池電極は、高い短絡電流（Ｉｓｃ）および低い直列抵抗（Ｒｓ）を有し、変換効率および曲線因子（Ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）値に優れる。
本発明の一実施形態に係る太陽電池の構造を簡略的に示した概略図である。
以下、添付した図面を参考として本発明の実施形態について詳しく説明する。しかし、本発明は、多様な異なる形態で実現でき、ここで説明する実施例に限定されない。
本明細書において、「電極のアスペクト比」は、焼成後に形成された電極の厚さを焼成後に形成された電極の線幅で割った値を意味する。具体的に、電極のアスペクト比は、下記の式１で表示される。
前記式１において、Ｄ１は、焼成後の電極の厚さ（μｍ）であり、Ｌ３は、焼成後の電極の線幅（μｍ）である。
太陽電池電極形成用組成物
本発明の太陽電池電極形成用組成物は、銀（Ａｇ）粉末；ガラスフリット；有機シラン化合物；および有機ビヒクルを含んでもよい。
本発明の太陽電池電極形成用組成物の好ましい形態としては、銀粉末６０〜９５重量％；ガラスフリット０．１〜２０重量％；有機シラン化合物０．００５〜５重量％；および有機ビヒクル０．１〜３５重量％を含む。
また、本発明の太陽電池電極形成用組成物のさらに好ましい形態としては、銀粉末６０〜９５重量％；ガラスフリット０．１〜２０重量％；有機シラン化合物０．０１〜３重量％；および有機ビヒクル１〜３０重量％を含む。
また、ガラスフリットは、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットであるのが好ましく、構成する元素の合計モル数（酸化物換算）を１００モル％として、テルル（Ｔｅ）元素（酸化物換算）を５０〜９０モル％含むガラスフリットが好ましい。具体的には、テルル（Ｔｅ）元素（酸化物換算）を５０〜８０モル％含むガラスフリットがより好ましい。
本発明の太陽電池電極形成用組成物によれば、微細線幅および高アスペクト比を有する電極を製造することができる。よって、本発明の太陽電池電極形成用組成物を用い製造された太陽電池電極は、高い短絡電流（Ｉｓｃ）および低い直列抵抗（Ｒｓ）を有し、変換効率および曲線因子（Ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）値に優れる。本発明の太陽電池電極形成用組成物により微細線幅および高アスペクト比を有する電極が製造できるメカニズムの詳細は不明だが、以下のように推測される。なお、本発明は下記推測に制限されない。
太陽電池電極形成用組成物が、ガラス転移温度が１５０〜３００℃のガラスフリットを含有することで、比較的低温(７００℃以下)で焼結が可能で、焼結時に焼結密度が優れており、半導体基板(silicone substrate)との接着力が向上する。また、組成物が微細線幅を形成することができ、高アスペクト比が可能となると考えられる。
なお、本発明において、酸化物換算とは、実施例に記載のように、ビスマス（Ｂｉ）はＢｉ２Ｏ３換算、テルル（Ｔｅ）はＴｅＯ２換算、タングステン（Ｗ）はＷＯ３換算、亜鉛（Ｚｎ）はＺｎＯ換算、鉛（Ｐｂ）はＰｂＯ換算、リチウム（Ｌｉ）はＬｉ２Ｏ換算、バナジウム（Ｖ）はＶ２Ｏ５換算を意味する。
以下、本発明を詳細に説明する。
（Ａ）銀粉末
本発明の太陽電池電極形成用組成物は、導電性粉末として銀（Ａｇ）粉末を使用する。銀粉末としては、ナノサイズまたはマイクロサイズの粒径を有する粉末であってもよいが、例えば、数十ナノメートル〜数百ナノメートルサイズの銀粉末、数マイクロメートル〜数十マイクロメートルの銀粉末であってもよい。また、銀粉末は、２以上の互いに異なるサイズを有する銀粉末を混合して使用してもよい。
銀粉末は、粒子形状が球状、板状、無定形の形状であってもよい。
銀粉末の平均粒径（Ｄ５０）（体積換算）は、０．１〜１０μｍであることが好ましく、０．５〜５μｍであることがさらに好ましい。銀粉末の平均粒径が前記の範囲内であれば、接触抵抗と線抵抗とが低下するという効果を有することができる。
ここで、平均粒径（体積換算）は、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に導電性粉末を超音波で２５℃で３分間分散させた後、レーザー回折式粒度分析装置（ＣＩＬＡＳ社製粒度分析機１０６４ＬＤモデル）を用いて測定されたものである。
銀粉末は、組成物の全体重量に対して、好ましくは６０〜９５重量％で含まれる。銀粉末を前記範囲で含むことにより、抵抗を低下させることができ、これによって変換効率を向上させ、有機ビヒクルの量を適宜維持することによってペースト化の程度を向上させることができる。銀粉末は、例えば、組成物の全体重量に対してより好ましくは７０〜９０重量％で含まれる。この場合、変換効率およびペースト化の程度をさらに向上させることができる。
（Ｂ）ガラスフリット
本発明で用いられるガラスフリットは、テルルを含み、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０〜３００℃である。
ガラスフリット（ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ）は、太陽電池電極形成用組成物の焼成工程中に反射防止膜をエッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）する。また、ガラスフリットは、焼成工程中に銀粒子を溶融させ、接触抵抗が低くなるようにエミッター領域に銀結晶粒子を生成する。さらに、ガラスフリットは、導電性粉末とウェハーとの間の接着力を向上させ、焼結時に軟化し、焼成温度をより低下させるという効果を誘導する。
太陽電池の効率を増加させるために太陽電池の面積を増加させると、太陽電池の接触抵抗が高くなりうる。したがって、面積増加によるｐｎ接合（ｐｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）に対する損失を最小化すると同時に、直列抵抗を最小化させなければならない。また、多様な面抵抗のウェハーの増加によって焼成温度の変動幅が大きくなるので、ガラスフリットには広い範囲の焼成温度でも熱安定性が十分に確保されることが要求される。
ここで、本発明の太陽電池電極形成用組成物は、構成成分であるガラスフリットがテルルを含有することで、開放電圧（Ｖｏｃ）向上という効果が発揮され、ガラスフリットのガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０〜３００℃であることによりガラスフリットが流動性を示し、反射防止膜をエッチングすると接触抵抗が減少という効果が発揮される。
本発明の好ましい形態としては、ガラスフリットは、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットである。ガラスフリットが、ビスマスを含有することで、変換効率および曲線因子値に優れる効果が得られる。
本発明において、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットは、ビスマス（Ｂｉ）酸化物およびテルル（Ｔｅ）酸化物を含む金属酸化物から由来したものであって、ビスマス（Ｂｉ）およびテルル（Ｔｅ）元素を含むガラスフリットを意味する。Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットは、主成分としてビスマス（Ｂｉ）およびテルル（Ｔｅ）元素を含むが、その他の元素を例えば、０重量％を超えて３０重量％未満含んでいてもよい。
本発明の好ましい実施形態としては、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０〜３００℃である。前記のガラス転移温度の範囲であれば、ガラスフリットが流動性を示し、反射防止膜をエッチングすると接触抵抗が減少する。ガラスフリットのガラス転移温度は、好ましくは２００〜３００℃であり、より好ましくは２５０〜３００℃である。
Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットは、構成する元素の合計モル数（酸化物換算）を１００モル％として、テルル（Ｔｅ）元素を５０〜９０モル％含むことが好ましく、特に好ましくは５０〜８５モル％含む。また、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットは、構成する元素の合計モル数（酸化物換算）を１００モル％として、ビスマス（Ｂｉ）元素を５〜６０モル％含むことが好ましく、より好ましくは１０〜５５モル％、さらに好ましくは１５〜５０モル％含む。前記範囲で、電極の直列抵抗（Ｒｓ）を低下させると同時に、開放電圧（Ｖｏｃ）を向上させることができ、結局、変換効率を向上させることができる。
Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットは、ビスマス（Ｂｉ）原子：テルル（Ｔｅ）原子のモル比（酸化物換算）が、好ましくは１：１〜１：４、より好ましくは１：１．５〜１：３．５である。前記範囲であれば、電極の直列抵抗（Ｒｓ）を低下させると同時に、開放電圧（Ｖｏｃ）を向上させることができ、変換効率をさらに向上させることができる。
本発明で用いられるガラスフリットは、無鉛ガラスフリットであることが好ましい。無鉛ガラスフリットであることにより、安全性が優れるという効果が得られる。
本発明の他の実施形態によれば、ガラスフリットは、リチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、セリウム（Ｃｅ）、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）、セシウム（Ｃｓ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、バナジウム（Ｖ）、バリウム（Ｂａ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ヒ素（Ａｓ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マンガン（Ｍｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選ばれた１種以上の元素をさらに含んでもよい。これらのうち、好ましくは、リチウム（Ｌｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）である。
一実施形態によれば、ガラスフリットは、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｗ−Ｏ系ガラスフリットであってもよい。Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットがタングステン（Ｗ）を含有する場合、ビスマス（Ｂｉ）原子：タングステン（Ｗ）原子のモル比（酸化物換算）が、好ましくは１：０．００１〜１：１、より好ましくは１：０．００４〜１：０．５、さらに好ましくは１：０．００５〜１：０．５である。前記範囲であれば、電極の直列抵抗（Ｒｓ）を低下させると同時に、開放電圧（Ｖｏｃ）を向上させることができ、変換効率をさらに向上させることができる。
他の実施形態によれば、ガラスフリットは、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｗ−Ｚｎ−Ｏ系ガラスフリットであってもよい。Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットが亜鉛（Ｚｎ）を含有する場合、ビスマス（Ｂｉ）原子：亜鉛（Ｚｎ）原子のモル比（酸化物換算）が、好ましくは１：０．０５〜１：１、より好ましくは１：０．１〜１：０．５である。前記範囲であれば、電極の直列抵抗（Ｒｓ）を低下させると同時に、開放電圧（Ｖｏｃ）を向上させることができ、変換効率をさらに向上させることができる。
さらに他の実施形態によれば、ガラスフリットは、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｗ−Ｚｎ−Ｌｉ−Ｏ系ガラスフリットであってもよい。Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットがリチウム（Ｌｉ）を含有する場合、ビスマス（Ｂｉ）原子：リチウム（Ｌｉ）原子のモル比（酸化物換算）が、好ましくは１：０．００１〜１：０．５、より好ましくは０．００５〜０．４、さらに好ましくは１：０．００９〜１：０．３である。前記範囲であれば、電極の直列抵抗（Ｒｓ）を低下させると同時に、開放電圧（Ｖｏｃ）を向上させることができ、変換効率をさらに向上させることができる。
以上のように、本発明の好ましい実施形態としては、ガラスフリットは、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｗ−Ｚｎ−Ｌｉ−Ｏ系ガラスフリットである。すなわち、ガラスフリットとしては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０〜３００℃であるＢｉ−Ｔｅ−Ｗ−Ｚｎ−Ｌｉ−Ｏ系ガラスフリットが好ましい。Ｂｉ−Ｔｅ−Ｗ−Ｚｎ−Ｌｉ−Ｏ系ガラスフリットは、ビスマス（Ｂｉ）酸化物、テルル（Ｔｅ）酸化物、タングステン（Ｗ）酸化物、亜鉛（Ｚｎ）酸化物、およびリチウム（Ｌｉ）酸化物を含む金属酸化物から由来したものであって、ビスマス（Ｂｉ）、テルル（Ｔｅ）、タングステン（Ｗ）、亜鉛（Ｚｎ）、およびリチウム（Ｌｉ）元素を含むガラスフリットを意味する。
ガラスフリットがＢｉ−Ｔｅ−Ｗ−Ｚｎ−Ｌｉ−Ｏ系ガラスフリットである場合、構成する元素の合計モル数（酸化物換算）を１００モル％として、テルル（Ｔｅ）元素を好ましくは３５〜８０モル％、より好ましくは４０〜７５モル％、さらに好ましくは４５〜７０モル％、特に好ましくは５０〜６５モル％含み；ビスマス（Ｂｉ）元素を好ましくは５〜６０モル％、より好ましくは１０〜５５モル％、さらに好ましくは１５〜４５モル％、特に好ましくは１５〜３５モル％含み；タングステン（Ｗ）元素を好ましくは０．１〜２５モル％、より好ましくは１〜２０モル％、さらに好ましくは５〜１５モル％、特に好ましくは１０〜１５モル％含み；亜鉛（Ｚｎ）元素を好ましくは０．０１〜１５モル％、より好ましくは０．０５〜１０モル％、さらに好ましくは０．１〜７．５モル％、特に好ましくは１〜５モル％含み；およびリチウム（Ｌｉ）元素を好ましくは０．０１〜１５モル％、より好ましくは０．０５〜１０モル％、さらに好ましくは０．１〜５モル％、特に好ましくは０．５〜３モル％含む。
ガラスフリットが含む各金属成分の含量は、例えば、誘導結合プラズマ−原子放出分光法（ＩＣＰ−ＯＥＳ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）によって測定することができる。
ガラスフリットは、通常の方法を使用して上述した金属酸化物から製造してもよい。例えば、前記金属酸化物の組成で混合する。混合は、ボールミル（ｂａｌｌ ｍｉｌｌ）またはプラネタリーミル（ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｍｉｌｌ）を使用して行ってもよい。混合された組成物は、８００〜１３００℃の条件で溶融させ、２５℃でクエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）する。得られた結果物をディスクミル（ｄｉｓｋ ｍｉｌｌ）、プラネタリーミルなどによって粉砕することによって、ガラスフリットを得ることができる。
ガラスフリットは、平均粒径（Ｄ５０）（体積換算）が、好ましくは０．１〜１０μｍ、より好ましくは０．１〜５μｍ、さらに好ましくは０.５〜５μｍである。また、ガラスフリットの形状は、球状であってもよく、不定形状であってもよい。ガラスフリットの平均粒径（Ｄ５０）が前記範囲内であれば、電極の導電性の向上効果および接触抵抗減少の効果に優れる。ここで、平均粒径は、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）にガラスフリットを超音波で２５℃で３分間分散させた後、ＣＩＬＡＳ社製１０６４ＬＤモデルを使用して測定した。
ガラスフリットは、太陽電池電極形成用組成物の全体重量に対して、好ましくは０．１〜２０重量％、より好ましくは０．５〜１０重量％、さらに好ましくは０．５〜５重量％で含まれる。ガラスフリットが前記範囲で含有される場合、多様な面抵抗下でｐｎ接合安定性を確保することができ、直列抵抗値を最小化させることができ、結局、太陽電池の効率を改善することができる。
（Ｃ）有機シラン化合物
有機シラン化合物は、太陽電池電極形成用組成物の印刷時に線幅を制御し、高アスペクト比の微細パターンを具現するために導入されたものである。
一実施形態として、有機シラン化合物としては、下記の化学式１で表されるシロキサン化合物またはこれらの混合物を含む。
化学式１において、Ｒ１〜Ｒ３は、それぞれ独立して、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、アミノ基（−ＮＨ２）、水酸基（−ＯＨ）、炭素数１〜６のフルオロアルキル基、フェニル基、エポキシ基、またはカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）であり、ｙは、０〜３，０００の整数である。
化学式１中、アルキル基としては、ハロゲン原子（例えば、フッ素原子、臭素原子、塩素原子、ヨウ素原子）の一つ以上で置換されたものであってもよい。アルキル基としては、炭素数１〜６の直鎖、分岐または環状のアルキル基であり、より好ましくは炭素数１〜５の直鎖、分岐または環状のアルキル基であり、より好ましくは炭素数１〜３の直鎖、分岐または環状のアルキル基である。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基等が挙げられる。
化学式１中、炭素数１〜６のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ブチルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基等が挙げられる。
化学式１中、炭素数１〜６のフルオロアルキル基としては、モノフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、１−フルオロエチル基、１，１−ジフルオロエチル基、１，１，２，２−テトラフルオロエチル基、１−フルオロプロピル基、１−フルオロプロピル基、１−フルオロブチル基、１−フルオロペンチル基、１−フルオロヘキシル基等が挙げられる。
化学式１中、ｙは、０〜３，０００の整数であり、好ましくは０〜２，０００の整数である。
化学式１で表される有機シラン化合物としては、例えば、ポリジメチルシロキサン（ジメチルポリシロキサン）、ヘキサメチルジシロキサン等が挙げられる。
有機シラン化合物は、組成物の全体重量に対して、好ましくは０．００５〜５重量％、より好ましくは０．０１〜３重量％、さらに好ましくは０．０１〜１重量％、特に好ましくは０．０１〜０．５重量％、最も好ましくは０．０５〜０．５重量％で含まれる。さらに特に好ましくは、有機シラン化合物の含有量は、組成物の全体重量に対して、０．０５重量％を超えて０．５重量％である。有機シラン化合物の含有量が前記範囲であれば、優れた印刷性を示し、高アスペクト比の微細パターンの具現が可能である。
一実施形態において、ガラスフリット：有機シラン化合物は、好ましくは１：０．００５〜１：３０の重量比で含まれる。例えば、ガラスフリット：有機シラン化合物の重量比は、好ましくは１：０．０１〜１：１０、さらに好ましくは１：０．０１〜１：５、特に好ましくは１：０．０１〜１：１である。さらに、最も好ましい形態としては、ガラスフリット：有機シラン化合物の重量比が、好ましくは１：０．０１〜１：０．１、より好ましくは１：０．０１〜１：０．０５、さらに好ましくは１：０．０２〜１：０．０４である。ガラスフリット：有機シラン化合物が前記範囲で含有される場合、多様な面抵抗下でｐｎ接合安定性を確保しながらも高アスペクト比の具現が可能であり、太陽電池の効率を改善することができる。
（Ｄ）有機ビヒクル
有機ビヒクルは、太陽電池電極形成用組成物の無機成分との機械的混合を通じて組成物に印刷に適した粘度および流動学的特性を付与する。
有機ビヒクルは、通常、太陽電池電極形成用組成物に使用される有機ビヒクルであってもよく、通常、バインダー樹脂および溶媒などを含んでもよい。
バインダー樹脂としては、アクリレート系またはセルロース系樹脂などを使用してもよく、一般にエチルセルロースを使用する。また、バインダー樹脂としては、エチルヒドロキシエチルセルロース、ニトロセルロース、エチルセルロースとフェノール樹脂との混合物、アルキド樹脂、フェノール系樹脂、アクリル酸エステル系樹脂、キシレン系樹脂、ポリブテン系樹脂、ポリエステル系樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、木材ロジン（ｒｏｓｉｎ）またはアルコールのポリメタクリレートなどを使用してもよい。
溶媒としては、例えば、へキサン、トルエン、エチルセロソルブ、シクロヘキサノン、テキサノール（登録商標）、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール（ジエチレングリコールモノブチルエーテル）、ジブチルカルビトール（ジエチレングリコールジブチルエーテル）、ブチルカルビトールアセテート（ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート）、プロピレングリコールモノメチルエーテル、へキシレングリコール、テルピネオール（Ｔｅｒｐｉｎｅｏｌ）、メチルエチルケトン、ベンジルアルコール、γ−ブチロラクトンまたはエチルラクテートなどを単独でまたは２種以上混合して使用してもよい。
有機ビヒクルは、太陽電池電極形成用組成物の全体重量に対して、好ましくは０．１〜３５重量％、より好ましくは１〜３０重量％、さらに好ましくは１〜１５重量％で含まれる。有機ビヒクルの含有量が前記範囲であれば、十分な接着強度と優れた印刷性を確保することができる。なお、有機ビヒクルとして、バインダー樹脂と溶剤とを用いる場合は、その合計量を有機ビヒクル量とする。
（Ｅ）添加剤
本発明の太陽電池電極形成用組成物は、上述した構成要素の他に、流動特性、工程特性および安定性を向上させるために、必要に応じて、通常の添加剤をさらに含んでもよい。添加剤としては、分散剤、揺変剤、可塑剤、粘度安定化剤、消泡剤、顔料、紫外線安定剤、酸化防止剤、カップリング剤などを単独でまたは２種以上混合して使用してもよい。これらは、太陽電池電極形成用組成物の全体重量に対して０．１〜５重量％で含まれてもよいが、必要に応じて含量を変更してもよい。
太陽電池電極およびこれを含む太陽電池
本発明の他の実施形態は、前記太陽電池電極形成用組成物を用いて形成された電極およびこれを含む太陽電池に関する。
図１は、本発明の一具体例に係る太陽電池の概略図である。図１を参考にすると、本発明の一実施形態に係る太陽電池は、基板１００、基板１００の前面に形成された前面電極２３０、および基板１００の後面に形成された後面電極２１０を含む。なお、矢印である符号３００は、光の入射方向を示す。
本発明において、基板１００は、ｐ層（ｐ型半導体基板）１０１の一面にｎ型不純物をドーピングし、ｎ層（ｎ型エミッター）１０２を形成することによってｐ−ｎ接合をなした基板であってもよく、または、ｎ層（ｎ型半導体基板）１０１の一面にｐ型不純物をドーピングし、ｐ層（ｐ型エミッター）１０２を形成することによってｐ−ｎ接合をなした基板であってもよい。
具体的に、ｐ層またはｎ層（半導体基板）１０１は、光が入射される受光面である前面、および前記前面と対向する後面を含み、単結晶または多結晶の結晶質ケイ素または化合物半導体で製造されてもよく、結晶質ケイ素の場合、例えば、シリコンウェハーが使用されてもよい。ｐ層またはｎ層（半導体基板）１０１としては、ｐ型不純物（ｄｏｐａｎｔ）でドーピングされたｐ型基板を使用してもよいが、これに限定されることなく、ｎ型不純物でドーピングされたｎ型基板を使用してもよい。このとき、ｐ型不純物は、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）などのＩＩＩ族元素を含む物質であってもよく、ｎ型不純物は、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのＶ族元素を含む物質であってもよいが、必ずこれに限定されるものではない。
基板１００の前面または後面に形成される電極２１０、２３０は、上述した太陽電池電極形成用組成物を用いて印刷および焼成過程を経て製造されるのが好ましい。
例えば、電極形成用組成物をウェハーの後面に印刷塗布した後、約２００〜４００℃の温度で約１０秒〜６０秒間乾燥させ、後面電極のための事前準備段階を行うことができる。また、ウェハーの前面に電極形成用組成物を印刷した後で乾燥させ、前面電極のための事前準備段階を行うことができる。その後、電極形成用組成物が塗布されたウェハーまたは基板を４００〜９５０℃、または７５０〜９５０℃で３０秒〜１８０秒間焼成する過程を行い、前面電極および後面電極を形成することができる。
一実施形態において、上述した電極形成用組成物を用いて印刷した後、焼成過程を経て製造された電極は、下記の式１で表示されるアスペクト比が、好ましくは０．１〜０．３である。さらに具体的には、電極のアスペクト比は、より好ましくは０．１５〜０．２５、さらに好ましくは０．１５５〜０．２５、特に好ましくは０．１５８〜０．２５、最も好ましくは０．１６〜０．２５である。電極のアスペクト比が前記範囲であれば、電極に入力される単位面積当たりの光の量を増加させることができ、太陽電池の効率をさらに向上させることができる。
式１において、Ｄ１は、焼成後の電極の厚さ（μｍ）であり、Ｌ３は、焼成後の電極の線幅（μｍ）である。
本明細書において、電極のアスペクト比は、太陽電池電極形成用組成物を面抵抗７０Ω結晶系マルチウェハーの前面に一定のパターンでスクリーン印刷（Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈ社のプリンター、ＳＵＳ３２５タイプ／フィンガーバーの厚さ１５μｍ／フィンガーバーの線幅４５μｍ、フィンガーバーの個数８０個）し、赤外線乾燥炉を使用して乾燥させた後、ウェハーの後面にアルミニウムペーストを後面印刷した後、同一の方法で乾燥させ、前記過程で形成されたセルをベルト型焼成炉を使用して４００〜９００℃で３０秒〜５０秒間焼成して製造された電極（ｆｉｎｇｅｒ ｂａｒ）に対して、ＶＫ装備（ＫＥＹＥＮＣＥ社のＶＫ９７１０）を用いて測定する。
以下、実施例を通じて本発明をより具体的に説明するが、これら実施例は、説明の目的のためのものに過ぎなく、本発明を制限するものと解釈してはならない。
実施例１〜９および比較例１〜５
実施例１
有機バインダーとしてエチルセルロース（Ｄｏｗｃｈｅｍｉｃａｌ社、ＳＴＤ４）１．０重量％を、溶媒であるテキサノール（Ｔｅｘａｎｏｌ）（登録商標）６．６５重量％に６０℃で十分に溶解した後、平均粒径（体積換算）が２．０μｍである球状の銀粉末（Ｄｏｗａ Ｈｉｇｈｔｅｃｈ ＣＯ．ＬＴＤ、ＡＧ−５−１１Ｆ）８９．０重量％、下記の表１の組成で製造されたガラスフリットＩ（平均粒径（体積換算）２．５μｍ） ２．５重量％、有機シラン化合物としてポリジメチルシロキサン（Ｅｖｏｎｉｋ社、ＴＥＧＯ（登録商標）Ｇｌｉｄｅ４１０）（Ｉ）０．０５重量％、添加剤として分散剤ＢＹＫ１０２（ＢＹＫ−ｃｈｅｍｉｅ）０．４重量％、および揺変剤Ｔｈｉｘａｔｒｏｌ（登録商標）ＳＴ（Ｅｌｅｍｅｎｔｉｓ ｃｏ．）０．４重量％を投入して均一にミキシングした後、３本ロール混練器で混合・分散させることによって太陽電池電極形成用組成物を製造した。
製造した太陽電池電極形成用組成物を、面抵抗７０Ω結晶系マルチウェハーの前面に一定のパターンでスクリーン印刷（Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈ社のプリンター、ＳＵＳ３２５タイプ／フィンガーバーの厚さ１５μｍ／フィンガーバーの線幅４５μｍ、フィンガーバーの個数８０個）し、赤外線乾燥炉を使用して乾燥させた。その後、ウェハーの後面にアルミニウムペーストを後面印刷した後、同一の方法で乾燥させた。前記過程で形成されたセルをベルト型焼成炉を使用して４００℃〜９００℃で３０秒〜５０秒間焼成し、下記の物性評価方法によって物性を測定した後、その結果値を下記の表４に示した。
実施例２〜６
下記の表２の組成で太陽電池電極形成用組成物を製造したことを除いては、実施例１と同一の方法で太陽電池を製造した後で物性を測定し、その結果値を下記の表４に示した。
実施例７〜８
有機シラン化合物としてヘキサメチルジシロキサン（Ｅｖｏｎｉｋ社、ＴＥＧＯ（登録商標）Ｆｌｏｗ ＡＴＦ２）（ＩＩ）を使用し、下記の表２の組成で太陽電池電極形成用組成物を製造したことを除いては、実施例１と同一の方法で太陽電池を製造した後で物性を測定し、その結果値を下記の表４に示した。
実施例９
下記の表１のガラスフリットＩＩおよび下記の表２の組成で太陽電池電極形成用組成物を製造したことを除いては、実施例１と同一の方法で太陽電池を製造した後で物性を測定し、その結果値を下記の表４に示した。
比較例１〜５
下記の表１のガラスフリットおよび下記の表３の組成で太陽電池電極形成用組成物を製造したことを除いては、実施例１と同一の方法で太陽電池を製造した後で物性を測定し、その結果値を下記の表５に示した。
比較例２および３は、有機シラン化合物の代わりに有機アクリル化合物（Ｅｖｏｎｉｋ社、ＴＥＧＯ（登録商標）Ｆｌｏｗ ３００）を使用したことを除いては、比較例１と同一の方法で太陽電池を製造した。
物性評価方法
微細パターン評価：製造した電極（ｆｉｎｇｅｒ ｂａｒ）ラインの焼成前・後の線幅および厚さをＶＫ装備（ＫＥＹＥＮＣＥ社のＶＫ９７１０）を用いて測定し、その結果を下記の表４および５に示した。
短絡電流、曲線因子および変換効率測定方法：太陽電池効率測定装備（Ｐａｓａｎ社、ＣＴ−８０１）を使用して太陽電池の短絡電流（ＩＳＣ）、曲線因子（％）、および変換効率（％）を測定した。
表１に示すように、有機シラン化合物、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０〜３００℃であるガラスフリットＩおよびＩＩを含む実施例１〜９の太陽電池電極形成用組成物は、微細線幅および高アスペクト比を有する電極を製造することができ、電極は、高い短絡電流（Ｉｓｃ）と優れた変換効率および曲線因子値を有することができる。
その一方、有機シラン化合物を含まない比較例１〜３とガラス転移温度が３００℃を超えるガラスフリットＩＩＩおよびＩＶをそれぞれ含む比較例４〜５の太陽電池電極形成用組成物は、焼成前・後に測定された電極の線幅と厚さから実施例に比べて電極のアスペクト比が低く、測定された短絡電流（Ｉｓｃ）、変換効率および曲線因子(Fill factor)値が低下したことが分かる。
本発明の単純な変形および変更は、本分野で通常の知識を有する者によって容易に実施することができ、このような変形や変更は、いずれも本発明の領域に含まれるものと見なすことができる。
１００ 基板、
１０１ ｐ層（またはｎ層）、
１０２ ｎ層（またはｐ層）、
２１０ 後面電極、
２３０ 前面電極、
３００ 光。

Claims (11)

  1. 銀粉末、
    テルルを含みガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０〜３００℃であるガラスフリット、
    有機シラン化合物、および
    有機ビヒクル、を含む、太陽電池電極形成用組成物。
  2. 前記銀粉末６０〜９５重量％、
    前記ガラスフリット０．１〜２０重量％、
    前記有機シラン化合物０．０１〜３重量％、および
    前記有機ビヒクル１〜３０重量％を含む、請求項１に記載の太陽電池電極形成用組成物。
  3. 前記ガラスフリットは、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットであって、構成する元素の合計モル数（酸化物換算）を１００モル％として、テルル（Ｔｅ）元素（酸化物換算）を５０〜９０モル％含む、請求項１または２に記載の太陽電池電極形成用組成物。
  4. 前記Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットは、ビスマス（Ｂｉ）原子：テルル（Ｔｅ）原子のモル比（酸化物換算）が１：１．５〜１：３．５である、請求項３に記載の太陽電池電極形成用組成物。
  5. 前記ガラスフリットは、無鉛ガラスフリットである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池電極形成用組成物。
  6. 前記有機シラン化合物は、下記の化学式１：
    化学式１中、Ｒ１〜Ｒ３は、それぞれ独立して、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、アミノ基、水酸基、炭素数１〜６のフルオロアルキル基、フェニル基、エポキシ基、またはカルボキシル基であり、ｙは０〜３，０００の整数である、
    で表されるシロキサン化合物を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池電極形成用組成物。
  7. 前記Ｂｉ−Ｔｅ−Ｏ系ガラスフリットは、リチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、セリウム（Ｃｅ）、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）、セシウム（Ｃｓ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、バナジウム（Ｖ）、バリウム（Ｂａ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ヒ素（Ａｓ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マンガン（Ｍｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選ばれた１種以上の元素をさらに含む、請求項３〜６のいずれか１項に記載の太陽電池電極形成用組成物。
  8. 前記ガラスフリットは、平均粒径（Ｄ５０）が０．１〜１０μｍであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池電極形成用組成物。
  9. 揺変剤、粘度安定化剤、消泡剤、顔料、紫外線安定剤、酸化防止剤およびカップリング剤からなる群から選ばれる添加剤を１種以上さらに含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池電極形成用組成物。
  10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池電極形成用組成物を用いて製造された太陽電池電極。
  11. 下記の式１：
    式１において、Ｄ１は、焼成後の電極の厚さ（μｍ）であり、Ｌ３は、焼成後の電極の線幅（μｍ）である、
    で表されるアスペクト比が０．１〜０．３である、太陽電池電極。
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