JP2017521862A - 特徴的な重量減少を伴う低温付着のための導電性ペースト - Google Patents

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Abstract

一般に、本発明は、特徴的な重量減少を伴う導電性ペースト、および光起電力太陽電池の調製におけるそれらの使用に関する。より具体的には、本発明は、導電性ペースト、太陽電池前駆体、太陽電池の調製のためのプロセス、太陽電池およびソーラーモジュールに関する。本発明は、以下のペースト成分：ａ．金属粒子；ｂ．ポリマー系を含むペーストであって、本明細書において提供されるテスト方法に従って決定される第１の重量減少Δ３０が約０．０２〜約０．５の範囲内である、ペーストに関する。【選択図】図２

Description

一般に、本発明は、特徴的な重量減少を伴う導電性ペースト、および特に電気デバイス、特に温度に敏感な電気デバイスまたは太陽電池、特にＨＩＴ（真性薄層をもつヘテロ接合：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｔｈｉｎ−ｌａｙｅｒ）太陽電池における電極の調製へのそれらの使用に関する。より具体的には、本発明は、導電性ペースト、太陽電池前駆体、太陽電池の調製のためのプロセス、太陽電池およびソーラーモジュールに関する。
電極は、経済的に重要な広範囲の電気デバイス、例えば、太陽電池、表示スクリーン、電気回路、またはそれらの部品の不可欠な部分である。１つの特に重要なかかる電気デバイスは、太陽電池である。
太陽電池は光起電力効果を用いて光のエネルギーを電気に変換するデバイスである。太陽エネルギーは、持続可能であり、無公害の副生成物しか生成しないため、魅力的なグリーンエネルギー源である。従って、材料および製造コストを継続的に引き下げる一方で、効率を高めた太陽電池を開発することに、現在、多くの研究が向けられている。光が太陽電池に当たったときに、入射光の一部が表面により反射されて、残りは、太陽電池中へ透過する。透過したフォトンは、しばしば然るべくドープされたシリコンのような、半導体材料から通常は作られた太陽電池によって吸収される。吸収されたフォトン・エネルギーは、半導体材料の電子を励起して、電子−正孔対を発生させる。これらの電子−正孔対が次にｐｎ接合によって分離されて、太陽電池表面上の導電性電極によって収集される。
太陽電池は、ごく一般的に、しばしばＳｉウェーハの形態のシリコンに基づく。ここで、ｐｎ接合は、いずれのケースでもいわゆるｐｎ接合を与えるために、通常、ｎ型ドープＳｉ基板を用意して一方の面にｐ型ドープ層を付けることによるか、またはｐ型ドープＳｉ基板を用意して一方の面にｎ型ドープ層を付けることによって調製される。ドーパントの層が付いた面は、一般に、セルの表面（ｆｒｏｎｔ ｆａｃｅ）として機能し、元のドーパントをもつ反対側は、裏面として機能する。ｎ型およびｐ型太陽電池のいずれも可能であり、工業的に利用されてきた。両面に入射する光を利用するように設計されたセルも可能であるが、それらの使用法は、あまり広く利用されてこなかった。
太陽電池の表面へ入射した光が入り込んで吸収されることを許容するために、表面電極は、通常、それぞれ「フィンガー」または「バスバー」として知られる２組の垂直配線に配列される。フィンガーは、表面と電気的接触を形成し、バスバーは、これらのフィンガーを連結して電荷が効率的に外部回路へ引き出されることを許容する。フィンガーおよびバスバーのこれらの配列は、固体電極体を与えるために焼成される導電性ペーストの形態で塗布されるのが一般的である。裏面電極も、固体電極体を与えるためにその後焼成される導電性ペーストの形態でしばしば塗布される。
太陽電池の調製への別のアプローチが目指すのは、非晶質シリコン層を含めることによって有利なセル特性を提供することである。ＨＩＴ（真性薄層をもつヘテロ接合）太陽電池としても知られる、かかるセルは、電子−正孔再結合と関連した負の効果を低減させることができる。かかるＨＩＴセルにおける非晶質領域は、しばしば温度に敏感である。ＨＩＴ型セルのさらなる詳細および温度に敏感なデバイスに用いられる低温硬化ペーストのさらなる応用については、その全体が本出願書に組み込まれる、特許文献１を参照のこと。
ＨＩＴ太陽電池についてしばしば当てはまるように、特に、基板が温度に敏感な場合、電極を基板に付けるための改善された方法が現状技術には必要である。
米国特許出願公開第２０１３／０１４２９６３（Ａ１）号
本発明は、一般に、現状技術における電極に関して、特に太陽電池または温度に敏感なデバイス、特にＨＩＴ太陽電池電極に関して遭遇する問題のうちの少なくとも１つを克服する目的に基づく。
より具体的には、本発明は、好ましくは太陽電池の良好な性能を維持し、好ましくは良好な短絡電流密度Ｊｓｃを維持する一方で、ペーストの実効的な印刷時間を改善する目的にさらに基づく。
本発明の１つの目的は、スクリーン上のペーストのフラッディングを改善し、結果として、洗浄前にスクリーンを印刷のために用いることができる時間を改善することである。洗浄の必要性は、スクリーン上の乾燥ゾーンの発生を通じて観察でき、電極における遮断および結果としてセル性能の障害をもたらしかねない。１つの目的は、印刷されたフィンガーの高アスペクト比を維持する一方で、フラッディングおよび／または印刷時間を改善することである。
本発明のさらなる目的は、太陽電池を調製するためのプロセスを提供することである。
上記の目的のうちの少なくとも１つを達成することへの寄与は、本発明のカテゴリーを形成する請求項の主題によってなされる。さらなる寄与は、本発明の具体的な実施形態を表す本発明の従属請求項の主題によってなされる。
次に、例示のみが意図され、本発明の範囲を限定すると見做されるべきではない図面によって本発明が手短かに説明される。
太陽電池のための一般的なｎ型層構成の断面図を示す。 太陽電池のための一般的なｐ型層構成の断面図を示す。 太陽電池のための一般的なＨＩＴ型層構成の断面図を示す。 表側ペーストを焼成するプロセスをともに示す。 表側ペーストを焼成するプロセスをともに示す。 表側ペーストを焼成するプロセスをともに示す。 重量減少テスト方法のための代表的な加熱プロファイルを示す。
上記の目的のうちの少なくとも１つを達成することへの寄与は、以下の実施形態によってなされる。
｜１｜以下のペースト成分：
ｉ．金属粒子；
ｉｉ．ポリマー系
を含むペーストであって、本明細書において提供されるテスト方法に従って決定される、第１の重量減少Δ３０は、約０．０２〜約０．５の範囲内、好ましくは約０．０３〜約０．２の範囲内、より好ましくは約０．０５〜約０．１の範囲内にある、ペースト。
｜２｜本明細書において提供されるテスト方法に従って決定される、第２の重量減少Δｌｏｗ３０は、約０．００１〜約０．１の範囲内、好ましくは約０．００２〜約０．０５の範囲内、より好ましくは約０．００３〜約０．０２の範囲内にある、実施形態｜１｜に記載のペースト。
｜３｜本明細書において提供されるテスト方法に従って決定される、第３の重量減少Δｈｉｇｈ３０は、約０．３〜約１．０の範囲内、好ましくは約０．８〜約１．０の範囲内、より好ましくは約０．９〜約１．０の範囲内にある、先行実施形態のいずれか１つに記載のペースト。
｜４｜金属粒子は、銀である、先行実施形態のいずれか１つに記載のペースト。
｜５｜金属粒子は、ペーストの全重量に対して少なくとも約７０重量％、好ましくは少なくとも約８０重量％、より好ましくは少なくとも約８５重量％である、先行実施形態のいずれか１つに記載のペースト。
｜６｜ペーストの粘度は、約５〜約２５Ｐａ・ｓの範囲内、好ましくは約７〜約２０Ｐａ・ｓの範囲内、より好ましくは約１０〜約１８Ｐａ・ｓの範囲内にある、先行実施形態のいずれか１つに記載のペースト。
｜７｜ポリマー系は、熱可塑性ポリマー系であり、熱可塑性ポリマー系は、熱可塑性ポリマーを含む、実施形態のいずれか１つに記載のペースト。
｜８｜熱可塑性ポリマーは、以下のパラメータ：
ｉ．約−１２０〜約１１０℃の範囲内、好ましくは約０〜約１００℃の範囲内、より好ましくは約２０〜約８０℃の範囲内のガラス転移温度；
ｉｉ．ガラス転移温度よりも、少なくとも約５℃高い、好ましくは少なくとも約１０℃高い、より好ましくは少なくとも約１５℃高い、融解温度；または
ｉｉｉ．約１０，０００〜約１５０，０００ｇ／モルの範囲内、好ましくは約１０，０００〜約１００，０００ｇ／モルの範囲内、より好ましくは約１１，０００〜約８０，０００ｇ／モルの範囲内の数平均分子量
のうちの少なくとも１つを示す、実施形態｜７｜に記載のペースト。
｜９｜熱可塑性ポリマーは、熱可塑性ポリマー系の全重量に対して約５〜約４５重量％の範囲内、好ましくは約１０〜約４０重量％の範囲内、より好ましくは約１５〜約３５重量％の範囲内の量で熱可塑性ポリマー系中に存在する、実施形態｜７｜または｜８｜に記載のペースト。
｜１０｜熱可塑性ポリマーは、ポリエステル、アクリレートポリマー、フェノキシポリマーからなる群から選択される、実施形態｜７｜〜｜９｜のいずれか１つに記載のペースト。
｜１１｜熱可塑性ポリマーは、ポリエステル主鎖を含む、実施形態｜７｜〜｜１０｜のいずれか１つに記載のペースト。
｜１２｜ポリマー系は、溶媒系を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載のペースト。
｜１３｜溶媒系は、熱可塑性ポリマー系の全重量に対して少なくとも５０重量％の量で、好ましくは少なくとも５５重量％の量で、より好ましくは少なくとも６０重量％の量で熱可塑性ポリマー系中に存在する、実施形態｜１２｜に記載のペースト。
｜１４｜溶媒系は、ペーストの全重量に対して約０．１〜２０重量％の範囲内、好ましくは約１〜約１８重量％の範囲内、より好ましくは約２〜約１５重量％の範囲内の量でペースト中に存在する、実施形態｜１２｜〜｜１３｜のいずれか１つに記載のペースト。
｜１５｜以下の前駆体構成要素：
ａ．基板；
ｂ．基板上に重ねられた先行実施形態のいずれか１つに記載のペースト
を含む、前駆体。
｜１６｜基板は、温度に敏感である、実施形態｜１５｜に記載の前駆体。
｜１７｜基板は、シリコン・ウェーハである、実施形態｜１５｜または｜１６｜に記載の前駆体。
｜１８｜基板は、ｐｎ接合を含む、実施形態｜１５｜〜｜１７｜のいずれか１つに記載の前駆体。
｜１９｜ウェーハは、第１のシリコン層を含み、第１のシリコン層の５０重量％未満、好ましくは２０重量％未満、より好ましくは１０重量％未満が結晶質である、実施形態｜１５｜〜｜１８｜のいずれか１つに記載の前駆体。
｜２０｜ウェーハは、さらなるシリコン層を含み、さらなるシリコン層の少なくとも約５０重量％、好ましくは少なくとも約７０重量％、より好ましくは少なくとも約９０重量％が結晶質である、実施形態｜１５｜〜｜１９｜のいずれか１つに記載の前駆体。
｜２１｜基板は、透明導電層を含む、実施形態｜１５｜〜｜２０｜のいずれか１つに記載の前駆体。
｜２２｜透明導電層は、導電性ポリマー、導電性酸化物からなる群から選択される、実施形態｜２１｜に記載の前駆体。
｜２３｜以下の調製ステップ：
ｉ．実施形態｜１５｜〜｜２２｜のいずれか１つに記載の前駆体を用意するステップ；
ｉｉ．部品を得るために前駆体を加熱するステップ
を含む、電気または電子部品の調製のためのプロセス。
｜２４｜部品は、太陽電池である、実施形態｜２３｜に記載のプロセス。
｜２５｜ステップｉｉにおける最高焼成温度は、約５０〜約３００℃の範囲内、好ましくは約８０〜約２８０℃の範囲内、より好ましくは約１００〜約２５０℃の範囲内にある、実施形態｜２３｜または｜２４｜に記載のプロセス。
｜２６｜温度は、加熱ステップの間に、３０分以下、好ましくは２０分以下、より好ましくは１５分以下にわたって５０℃超である、実施形態｜２３｜〜｜２５｜のいずれか１つに記載のプロセス。
｜２７｜ペーストは、ウェーハの表側に塗布される、実施形態｜２３｜〜｜２６｜のいずれか１つに記載のプロセス。
｜２８｜ペーストは、スクリーンを通して塗布される、実施形態｜２３｜〜｜２７｜のいずれか１つに記載のプロセス。
｜２９｜ペーストは、約２０〜約１００μｍの範囲内、好ましくは約３０〜約９０μｍの範囲内、より好ましくは約４０〜約８０μｍの範囲内の幅をもつラインとして塗布される、実施形態｜２３｜〜｜２８｜のいずれか１つに記載のプロセス。
｜３０｜実施形態｜２３｜〜｜２９｜のいずれか１つに記載のプロセスによって得ることができる太陽電池。
｜３１｜約２０〜約１００μｍの範囲内、好ましくは約３０〜約９０μｍの範囲内、より好ましくは約４０〜約８０μｍの範囲内の幅をもつ電極を含む、実施形態｜３０｜に記載の太陽電池。
｜３２｜約０．１〜約１の範囲内、好ましくは約０．１〜約０．５の範囲内、より好ましくは約０．１〜約０．２の範囲内のアスペクト比をもつ電極を含む、実施形態｜３０｜または｜３１｜に記載の太陽電池。
｜３３｜少なくとも２つの太陽電池を含み、それらのうちの少なくとも１つが実施形態｜３０｜〜｜３２｜のうちの１つに記載される太陽電池である、モジュール。
上記の実施形態は、互いに組み合わせることができる。各可能な組み合わせがこれにより本明細書の開示の一部である。
基板
本発明による好ましい基板は、本発明によるプロセスによって少なくとも１つの電極が付けられた固体物品である。基板は、当業者によく知られており、当業者は、いくつかの用途のうちの１つに相応しい基板を適宜選んでよい。基板は、好ましくは、電極−基板接触の電気的および／または物理的特性を改善するように特定の用途の必要に応じて選ばれる。
基板は、単一の材料を含んでもよく、または異なる材料の２つ以上の領域を含んでもよい。異なる材料の２つ以上の領域を含む好ましい基板は、層体および／または被覆体である。
好ましい基板材料は、半導体；有機材料、好ましくはポリマー；無機材料、好ましくは酸化物もしくはガラス；金属層である。基板材料、または材料は、得られるデバイスの使用目的によって、絶縁体、好ましくはガラス、ポリマーまたはセラミック；半導体、好ましくはドープされたＩＶ属もしくはＩＩＩ／Ｖ属元素／２元化合物、または有機半導体；あるいは導体、好ましくはメタライズされた表面もしくは導電性ポリマー表面であってもよい。本発明の文脈に好ましい基板は、好ましくは継続出願に記載されるような太陽電池の調製のためのウェーハ、好ましくはシリコン・ウェーハである。
本発明の文脈における用途であるさらなる基板タイプについては、特許文献１を参考のこと。本発明の文脈におけるいくつかの好ましい電気デバイスは、ＲＦＩＤ（無線自動識別：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）デバイス；光起電力デバイス、特に太陽電池；発光デバイス、例えば、ディスプレイ、ＬＥＤ（発光ダイオード：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード：ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）；スマートパッケージングデバイス；タッチスクリーンデバイスである。
一実施形態において、基板は温度に敏感であり、好ましくは、約５００℃超、好ましくは約４００℃超、より好ましくは約３００℃超の温度で損なわれる基板である。
本発明による好ましいウェーハは、太陽電池の他の領域のうちでも、光を高効率で吸収し電子−正孔対を発生させて、境界を挟んで、好ましくはいわゆるｐｎ接合境界を挟んで電子および正孔を高効率で分離することが可能な領域である。
ウェーハは、然るべくドープされた４価元素、２元化合物、３元化合物または合金からなることが好ましい。この文脈に好ましい４価元素は、Ｓｉ、ＧｅまたはＳｎ、好ましくはＳｉである。好ましい２元化合物は、２つ以上の４価元素の組み合わせ、ＩＩＩ属元素のＶ属元素との２元化合物、ＩＩ属元素のＶＩ属元素との２元化合物、またはＩＶ属元素のＶＩ属元素との２元化合物である。４価元素の好ましい組み合わせは、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎまたはＣから選択された２つ以上の元素の組み合わせ、好ましくはＳｉＣである。ＩＩＩ属元素のＶ属元素との好ましい２元化合物は、ＧａＡｓである。ウェーハは、Ｓｉに基づくことが本発明によれば最も好ましい。ウェーハに最も好ましい材料として、Ｓｉが本出願書の残りの部分を通して明示的に参照される。Ｓｉが明示的に挙げられる以下のテキストの部分は、上記の他のウェーハ組成にも適用される。
太陽電池は、ｐｎ接合境界を設けるために少なくとも１つのｎ型ドープ層および少なくとも１つのｐ型ドープ層を含むことが本発明によれば好ましい。
ドープされたＳｉ基板は、当業者によく知られている。ドープされたＳｉ基板は、当業者に知られ、本発明の文脈に適すると当業者が考える任意の方法で調製できる。本発明によるＳｉ基板の好ましいソースは、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、非晶質Ｓｉおよびアップグレード金属級Ｓｉであり、単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉが最も好ましい。ドープされたＳｉ基板を形成するためのドーピングは、Ｓｉ基板の調製の間にドーパントを加えることによって同時に実施できるか、または後続のステップで実施できる。Ｓｉ基板の調製後のドーピングは、例えば、気体拡散エピタキシーによって実施できる。ドープされたＳｉ基板を商業的に入手することも容易である。本発明によれば、１つの選択肢は、Ｓｉ基板の最初のドーピングがＳｉ混合物にドーパントを加えることによってその形成と同時に実施されることである。本発明によれば、１つの選択肢は、表面ドープ層および、存在するならば、高濃度ドープ裏面層の付着が気相エピタキシーによって実施されることである。この気相エピタキシーは、好ましくは、約５００℃〜約９００℃の範囲内、より好ましくは約６００℃〜約８００℃の範囲内、最も好ましくは約６５０℃〜約７５０℃の範囲内の温度において、約２ｋＰａ〜約１００ｋＰａの範囲内、好ましくは約１０〜約８０ｋＰａの範囲内、最も好ましくは約３０〜約７０ｋＰａの範囲内の圧力で実施される。これらの温度条件は、通常、ＨＩＴ太陽電池には適用されない。
本発明の一実施形態において、ウェーハは、ｎ型ドープ層およびｐ型ドープ層を含み、ｎ型セル（図１ａ）またはｐ型セル（図１ｂ）として知られるセルを調製するために用いることができる。
本発明の別の実施形態において、ウェーハは、１つ以上の非晶質層を含む。非晶質層および真性層（非ドープ層）は、好ましくは、電子−正孔再結合の頻度を低減し、結果としてセルの電気的性質を改善するために採用される。好ましいのは、ウェーハが少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つ、好ましくは２つの非ドープ非晶質層を含むことである。好ましいのは、ウェーハが少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つ、好ましくは２つのドープされた非晶質層、好ましくは少なくとも１つのｎ型ドープ非晶質層および少なくとも１つのｐ型ドープ非晶質層を含むことである。非晶質層は、好ましくは、５０％未満、好ましくは２０％未満、より好ましくは１０％未満が結晶質の層である。
この実施形態による好ましい層構造が図２に示される。
Ｓｉ基板は、いくつかの形状、表面テクスチャおよびサイズを呈しうることが当業者に知られている。形状は、中でも直方体（cuboid）、ディスク、ウェーハおよび不規則な多面体を含むいくつかの異なる形状のうちの１つにできる。本発明による好ましい形状は、ウェーハ形状であり、そのウェーハは、２つの寸法が同様で、好ましくは等しく、第３の寸法が他の２つの寸法より著しく小さい直方体である。この文脈における著しくより小さいとは、好ましくは、少なくとも約１００分の１と小さいことである。
様々な表面のタイプが当業者に知られている。本発明によれば、粗い表面をもつＳｉ基板が好ましい。基板の粗さを算定する一方法は、基板の全表面積と比較して小さく、好ましくは全表面積の約１００分の１未満で、基本的に平面状である基板のサブ表面に関して表面粗さパラメータを評価することである。表面粗さパラメータの値は、平均２乗変位を最小にすることによりサブ表面に最もよくフィッティングされた平面上へそのサブ表面を投影することによって形成される理論的な表面の面積に対する、そのサブ表面の面積の比によって与えられる。表面粗さパラメータの値が高いほど、より粗く、より不規則な表面を示し、表面粗さパラメータの値が低いほど、より滑らかで、より平らな表面を示す。本発明によれば、Ｓｉ基板の表面粗さは、好ましくは、以下には限定されないが、光吸収およびフィンガーの表面への接着性を含む、いくつかのファクタ間の最適バランスを作り出すように修正される。
Ｓｉ基板の大きい方の２つの寸法は、結果として生じた太陽電池に要求される用途に適するように変えることができる。Ｓｉウェーハの厚さは、約０．５ｍｍ未満、より好ましくは約０．３ｍｍ未満、最も好ましくは約０．２ｍｍ未満であることが本発明によれば好ましい。いくつかのウェーハは、約０．０１ｍｍ以上の最小サイズを有する。
表面ドープ層は、裏面ドープ層と比較して薄いことが本発明によれば好ましい。表面ドープ層は、約０．１〜約１０μｍの範囲内、好ましくは約０．１〜約５μｍの範囲内、最も好ましくは約０．１〜約２μｍの範囲内にある厚さを有することが本発明によれば好ましい。
Ｓｉ基板の裏面の裏面ドープ層と任意のさらなる層との間に高濃度ドープ層を付けることができる。かかる高濃度ドープ層は、裏面ドープ層と同じドーピング型であり、かかる層は、通常、ａ＋と表される（ｎ＋型層がｎ型裏面ドープ層に付けられ、ｐ＋型層がｐ型裏面ドープ層に付けられる）。この高濃度ドープ裏面層は、メタライゼーションを助けて基板／電極界面領域における導電特性を改善するのに役立つ。高濃度ドープ裏面層は、存在するならば、約１〜約１００μｍの範囲内、好ましくは約１〜約５０μｍの範囲内、最も好ましくは約１〜約１５μｍの範囲内の厚さを有することが本発明によれば好ましい。
ドーパント
好ましいドーパントは、Ｓｉウェーハに添加されたときに、バンド構造に電子または正孔を導入することによりｐｎ接合境界を形成するドーパントである。これらのドーパントの素性（identity）および濃度は、ｐｎ接合のバンド構造プロファイルを調整して光吸収および導電性プロファイルを必要に応じて設定するように特異的に選択されることが本発明によれば好ましい。本発明による好ましいｐ型ドーパントは、Ｓｉウェーハのバンド構造に正孔を加えるｐ型ドーパントである。これらは、当業者によく知られている。当業者に知られ、本発明の文脈に適すると当業者が考えるすべてのドーパントをｐ型ドーパントとして採用できる。本発明による好ましいｐ型ドーパントは、３価元素、特に周期律表の１３族の元素である。この文脈における周期律表の好ましい１３族元素は、以下には限定されないが、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌまたはそれらの少なくとも２つの組み合わせを含み、Ｂが特に好ましい。本発明の一実施形態において、ｐドープ層は、ドーパントとしてＢを含む。
本発明による好ましいｎ型ドーパントは、Ｓｉウェーハのバンド構造に電子を加えるｎ型ドーパントである。これらは、当業者によく知られている。当業者に知られ、本発明の文脈に適すると当業者が考えるすべてのドーパントをｎ型ドーパントとして採用できる。本発明による好ましいｎ型ドーパントは、周期律表の１５族の元素である。本文脈において好ましい周期律表の１５族の元素は、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉまたはそれらの少なくとも２つの組み合わせを含み、特にＰが好ましい。本発明の一実施形態において、ｎドープ層は、ドーパントとしてＰを含む。
上記のように、結果として生じた太陽電池の所望の特性を調整するために、ｐｎ接合の様々なドーピング・レベルを変えることができる。
本発明によれば、好ましいのは、裏面ドープ層が、好ましくは約１×１０１３〜約１×１０１８ｃｍ−３の範囲内、好ましくは約１×１０１４〜約１×１０１７ｃｍ−３の範囲内、最も好ましくは約５×１０１５〜約５×１０１６ｃｍ−３の範囲内のドーパント濃度で軽くドープされることである。いくつかの商品は、約１×１０１６のドープ濃度をもつ裏面ドープ層を有する。
本発明の一実施形態において、高濃度ドープ裏面層は（それが存在するならば）、好ましくは約１×１０１７〜約５×１０２１ｃｍ−３の範囲内、より好ましくは約５×１０１７〜約５×１０２０ｃｍ−３の範囲内、最も好ましくは約１×１０１８〜約１×１０２０ｃｍ−３の範囲内の濃度で高濃度ドープされる。
導電性ペースト
本発明による好ましい導電性ペーストは、基板に塗布できて、加熱した際に、その基板と物理的および／または電気的に接触した固体電極体を形成するペーストである。ペーストの成分およびその比率は、ペーストが所望の特性、例えば、接着性および印刷適性を有し、得られた電極が所望の電気的および物理的特性を有するように当業者によって選択できる。主に、得られた電極体が導電性であるようにペースト中には金属粒子が存在できる。ハードニング（ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）および接着性をもたらすためにポリマー系を採用できる。本発明の文脈に好ましい導電性ペーストの組成例は、
ｉ）金属粒子、好ましくは銀粒子、好ましくは少なくとも約５０重量％、より好ましくは少なくとも約７０重量％、最も好ましくは少なくとも約８０重量％；
ｉｉ）ポリマー系
ｉｉｉ）添加物、好ましくは約０．０１〜約２２重量％の範囲内、より好ましくは約０．０５〜約１５重量％の範囲内、最も好ましくは約０．１〜約１０重量％の範囲内
を含んでもよく、本明細書において提供されるテスト方法に従って決定される、第１の重量減少Δ３０は、約０．０２〜約０．５の範囲内、好ましくは約０．０３〜約０．２の範囲内、より好ましくは約０．０５〜約０．１の範囲内にある。
本発明の一実施形態において、ポリマー系は、以下の構成要素：
ａ．熱可塑性ポリマー；
ｂ．溶媒系
を含む。
導電性ペーストの印刷適性を高めるために、導電性ペーストの粘度は、約５〜約５０Ｐａ・ｓの範囲内、好ましくは約１０〜約４０Ｐａ・ｓの範囲内にあることが本発明によれば好ましい。
好ましいのは、ペーストが低温で、好ましくは約２５０℃未満、より好ましくは約２３０℃未満、最も好ましくは約２１０℃未満で硬化されることである。
一実施形態において、それゆえに好ましいのは、硬化（ｃｕｒｉｎｇ）、ハードニングおよび接着機能が無機ガラスまたはガラスフリットによるのではなく、むしろポリマー系によって高められることである。本発明の一実施形態において、ペーストは、約１重量％より多い、好ましくは約０．１重量％より多い、より好ましくは約０．０１重量％より多い無機ガラスまたはガラスフリットを含まない。好ましいのは、ペーストがかかるガラスを何も含まないことである。
金属粒子
銀は、本発明による好ましい金属粒子である。本発明の文脈に好ましい金属粒子は、金属導電性を呈するか、または焼成した際に金属導電性を呈する物質をもたらす金属粒子である。導電性ペースト中に存在する金属粒子は、導電性ペーストが焼成の際に焼結されたときに形成される固体電極に金属導電性を与える。効果的な焼結に資して高導電率および低接触抵坑の電極をもたらす金属粒子が好ましい。金属粒子は、当業者によく知られている。当業者によく知られ、本発明の文脈に適すると当業者が考えるすべての金属粒子を導電性ペースト中の金属粒子として採用できる。本発明による好ましい金属粒子は、金属、合金、少なくとも２つの金属の混合物、少なくとも２つの合金の混合物、または少なくとも１つの金属の少なくとも１つの合金との混合物である。
金属粒子として銀と同様に、好ましくは銀に加えて、採用できる好ましい金属は、本発明によれば、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｄおよびそれらの少なくとも２つの混合物、好ましくはＡｕまたはＡｌである。本発明による金属粒子として採用できる好ましい合金は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｂ、およびＰｄのリストから選択された少なくとも１つの金属を含む合金、またはそれらの合金の混合物もしくは２つ以上である。
本発明の一実施形態において、金属粒子は、１つ以上のさらなる異なる金属または合金で被覆された金属または合金、例えば、銀で被覆された銅を含む。
金属粒子の追加の成分としては、上述の成分にさらに付け加えて、形成された電極のより好適な焼結特性、電気的接触、接着性および導電性に寄付する成分が本発明によれば好ましい。当業者に知られ、本発明の文脈に適すると当業者が考えるすべての追加の成分を金属粒子中に採用できる。導電性ペーストが塗布されることになる面に対する相補的ドーパントを表す追加の置換成分が本発明によれば好ましい。ｎ型ドープＳｉ層と界面で接する電極を形成するときには、Ｓｉ中でｎ型ドーパントとして作用しうる添加物が好ましい。この文脈に好ましいｎ型ドーパントは、１５属元素、または焼結の際にかかる元素をもたらす化合物である。本発明によるこの文脈に好ましい１５属元素は、ＰおよびＢｉである。ｐ型ドープＳｉ層と界面で接する電極を形成するときには、Ｓｉ中でｐ型ドーパントとして作用しうる添加物が好ましい。好ましいｐ型ドーパントは、１３属元素、または焼結の際にかかる元素をもたらす化合物である。本発明によるこの文脈に好ましい１３属元素は、ＢおよびＡｌである。
当業者によく知られるのは、金属粒子が様々な形状、表面、サイズ、表面積対体積比、酸素含有量および酸化層を呈しうることである。多くの形状が当業者に知られている。いくつかの例は、球状、角がある、細長い（棒または針状）および平ら（シート状）である。金属粒子は、異なる形状の粒子の組み合わせとして存在してもよい。生成される電極の有利な焼結、電気的接触、接着性および導電率に資する形状、または複数の形状の組み合わせをもつ金属粒子が本発明によれば好ましい。表面の特質を考慮することなしにかかる形状をキャラクタライズする１つの方法は、長さ、幅および厚さのパラメータによる。本発明の文脈において、粒子の長さは、その両方のエンドポイントが粒子内に含まれた、最長空間変位ベクトルの長さによって与えられる。粒子の幅は、その両方のエンドポイントが粒子内に含まれた、先に定義された長さベクトルに垂直な最長空間変位ベクトルの長さによって与えられる。粒子の厚さは、その両方のエンドポイントが粒子内に含まれた、いずれも先に定義された長さベクトルおよび幅ベクトルの両方に垂直な最長空間変位ベクトルの長さによって与えられる。本発明による一実施形態では、できるだけ均一な形状、すなわち、長さ、幅、および厚さに関する比ができるだけ１に近く、好ましくはすべての比が約０．７〜約１．５の範囲内、より好ましくは約０．８〜約１．３の範囲内、最も好ましくは約０．９〜約１．２の範囲内にある形状をもつ金属粒子が好ましい。この実施形態における金属粒子に好ましい形状の例は、それゆえに、球および立方体、もしくはそれらの組み合わせ、またはそれらの１つ以上の他の形状との組み合わせである。本発明の一実施形態において、導電性ペースト中のＡｇ粒子は、球状である。本発明による別の実施形態では、好ましくは長さ、幅、および厚さの寸法に関する比のうちの少なくとも１つが約１．５超、より好ましくは約３超、最も好ましくは約５超の低均一性の形状を有する金属粒子が好ましい。この実施形態による好ましい形状は、剥片状、棒もしくは針状、または剥片状、棒もしくは針状の他の形状との組み合わせである。
様々な表面タイプが当業者に知られている。効果的な焼結に資して、生成された電極の有利な電気的接触および導電性をもたらす表面タイプが本発明による金属粒子の表面タイプには好適である。
粒径ｄ５０ならびに関連する値ｄ１０およびｄ９０は、当業者によく知られた粒子の特性である。金属粒子の平均粒径ｄ５０は、約０．５〜約１０μｍの範囲内、より好ましくは約１〜約１０μｍの範囲内、最も好ましくは約１〜約５μｍの範囲内にあることが本発明によれば好ましい。粒径ｄ５０の決定は、当業者によく知られている。
本発明の一実施形態において、銀粒子は、約０．１〜約１μｍの範囲内、好ましくは約０．２〜約０．９μｍの範囲内、より好ましくは約０．３〜約０．８μｍの範囲内のｄ５０を有する。
金属粒子は、表面被膜とともに存在してもよい。当業者に知られ、本発明の文脈に適すると当業者が考える任意のかかる被膜を金属粒子上で採用できる。本発明による好ましい被膜は、導電性ペーストの改善された印刷、焼結およびエッチング特性を高める被膜である。かかる被膜が存在するならば、その被膜がそれぞれの場合に金属粒子の全重量に対して約１０重量％以下、好ましくは約８重量％以下、最も好ましくは約５重量％以下に相当することが本発明によれば好ましい。
本発明による一実施形態において、銀粒子は、約５０重量％より多い、好ましくは約７０重量％より多い、最も好ましくは約８０重量％より多い導電性ペーストの比率として存在する。
熱可塑性プラスチック系
本発明の一実施形態において、ポリマー系は、熱可塑性プラスチック系である。
本発明の文脈に好ましい熱可塑性プラスチック系は、導電性ペーストの成分が確実に溶液、乳剤または分散液の形態で存在するようにして加熱の際に固体電極の形成を容易にする。好ましい熱可塑性プラスチック系は、導電性ペースト内の成分に最適な安定性を提供して効果的なライン印刷適性を許容する粘度をもつ導電性ペーストを与える。
本発明による好ましい熱可塑性プラスチック系は、構成要素として、
１．熱可塑性ポリマー；
２．溶媒系
を含む。
本発明の一実施形態において、好ましいのは、熱可塑性ポリマーを融点未満の任意の温度へ加熱または冷却したときに、熱可塑性プラスチック系が硬さの熱履歴を何も呈さないことである。
熱可塑性ポリマー
熱可塑性ポリマーは、当業者によく知られており、当業者は、ペーストもしくは結果として生じた電極の好適な特性、特に、ペーストの硬化能力および電極と基板との間の電気的接触を向上させるのに適すると考えられる任意の熱可塑性ポリマーを採用してもよい。好ましい熱可塑性ポリマーは、光起電力太陽電池のウェーハ上で良好な接着性を示し、光起電力太陽電池の長時間動作を保証するために光起電力太陽電池を動作させる条件下で化学的に安定であり、光起電力太陽電池の動作温度で融解しないものとし、とりわけ光起電力太陽電池のＡｇ電極の導電性を損なってはならない。
好ましい熱可塑性ポリマーは、直鎖状ホモポリマーおよびコポリマーである。本発明の文脈に好ましい熱可塑性ポリマーは、以下のリストから選択された１つ以上である：ＰＶＢ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｂｕｔｙｒａｌ：ポリビニルブチラール）；ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ：ポリエチレン）；ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ：ポリプロピレン）、ＰＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ：ポリスチレン）；ＡＢＳ（ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ ｏｆ ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ，ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ａｎｄ ｓｔｙｒｅｎｅ：アクリロニトリル、ブタジエンおよびポリスチレンのコポリマー）；ＰＡ（ポリアミド：ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）；ＰＣ（ポリカーボネート：ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）；ポリエステル、好ましくはＢｏｓｔｉｋ Ｉｎｃ．からのＶｉｔｅｌ２７００Ｂ；ポリアクリレート、好ましくはＤｏｗ ＣｈｅｍｉｃａｌからのＰａｒａｌｏｉｄＢ４４；フェノキシポリマー、好ましくはＩｎＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．からのＰＫＨＨ。
溶媒系
ポリマー系は、好ましくは溶媒系を含む。溶媒系は、好ましくは、ポリマー系のポリマー、熱可塑性ポリマーを溶解するかまたは分散させる、より好ましくは溶解することが可能である。一実施形態において、ポリマーは、溶媒系に溶解した熱可塑性ポリマーである。
溶媒系は、好ましくは、本発明による重量減少を達成するために選択される。溶媒系は、単一の溶媒または２つ以上の溶媒を含みうるであろう。本発明による重量減少を達成するために好ましい溶媒は、好ましくは、１つ以上のヘテロ原子、好ましくはＯ、Ｓ、ＮおよびＰからなる群から選択された１つ以上、最も好ましくは１つ以上のＯ原子を含む有機化合物である。
一実施形態において、溶媒系は、２つの炭素原子に一重結合された１つ以上のヘテロ原子、好ましくはＯ；１つの炭素原子に二重結合された１つ以上のヘテロ原子、好ましくはＯ；または両方の組み合わせからなる群から選択された１つ以上を含む１つ以上の溶媒を含む。この実施形態の一態様において、溶媒系は、２つの炭素原子に一重結合された少なくとも２つのヘテロ原子、好ましくはＯ；または１つの炭素原子に二重結合された少なくとも２つのヘテロ原子、好ましくはＯ；または２つの炭素原子に一重結合された少なくとも１つのヘテロ原子、好ましくはＯ、および１つの炭素原子に二重結合された少なくとも１つのヘテロ原子、好ましくはＯを含む１つ以上の溶媒を含む。
一実施形態において、溶媒系は、１つ以上のエーテル基；１つ以上のエステル基；または両方の組み合わせからなる群から選択された１つ以上を含む１つ以上の溶媒を含む。この実施形態の一態様において、溶媒系は、２つ以上のエーテル基；もしくは２つ以上のエステル基；または１つ以上のエーテル基および１つ以上のエステル基を含む１つ以上の溶媒を含む。
一実施形態において、溶媒系は、好ましくは２つ以上のエーテル基；２つ以上のエステル基；または１つ以上のエーテル基および１つ以上のエステル基を含む、ジアルコール、またはポリアルコールに基づく１つ以上の溶媒を含む。この文脈に好ましいジアルコールは、エチレンジオール、プロパン−１，２−ジオール、プロパン−１，３−ジオール、ブタン−１，２−ジオール、ブタン−１，３−ジオール、ブタン−１，４−ジオール、ブタン−２，３−ジオールからなる群、好ましくはエチレンジオールから選択される。この文脈に好ましいポリアルコールは、グリセロールである。この実施形態の一態様において、好ましい溶媒は、−Ｏ−メチル、−Ｏ−エチル、−Ｏ−プロピル、−Ｏ−ブチル、−Ｏ−ペンチル、−Ｏ−ヘキシル、−Ｏ（ＣＯ）−メチル、−Ｏ（ＣＯ）−エチル、−Ｏ（ＣＯ）−プロピル、−Ｏ（ＣＯ）−ブチル、−Ｏ（ＣＯ）−ペンチル、またはそれらの組み合わせからなる群から選択された２つ以上の基を含み、好ましくは少なくとも１つ以上、好ましくは少なくとも２つが−Ｏ−ブチル、および−Ｏ（ＣＯ）−メチル、または両方の組み合わせからなる群から選択される。この実施形態の一態様において、溶媒系は、ジアルキルエチレングリコール、好ましくはジブチルエチレングリコール；もしくはモノアルキルエチレングリコールモノエステル、好ましくはブチルアセチルエチレングリコール；または両方の組み合わせからなる群から選択された１つ以上の溶媒を含む。
好ましいのは、溶媒の分子量が５００ｇ／モルを超えない、好ましくは３５０ｇ／モルを超えない、より好ましくは２００ｇ／モルを超えないことである。同様に好ましいのは、ポリマー系、特に熱可塑性ポリマー系の分子量が溶媒の分子量より大きいことである。より好ましくは、ポリマー、特に熱可塑性ポリマーの分子量は、５００ｇ／モルより大きい、好ましくは１０００ｇ／モルより大きい、より好ましくは１０，０００ｇ／モルより大きい。
導電性ペースト中の添加物
本発明の文脈に好ましい添加物は、明示的に挙げられる他の成分に加えて、導電性ペーストに加えられ、導電性ペーストの、その生成された電極の、または結果として生じた太陽電池の性能を向上させることに寄与する成分である。当業者に知られ、発明の文脈に適すると当業者が考えるすべての添加物を導電性ペースト中の添加物として採用できる。ビヒクル中に存在する添加物に加えて、添加物は、導電性ペースト中にも存在しうる。本発明による好ましい添加物は、チキソトロピー剤、粘度調整剤、乳化剤、安定化剤もしくはｐＨ調整剤、無機添加物、増粘剤および分散剤、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせであるが、無機添加物が最も好ましい。本発明によるこの文脈に好ましい無機添加物は、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｅ、Ｗ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｕおよびＣｒまたはそれらの少なくとも２つの組み合わせ、好ましくはＺｎ、Ｓｂ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｗ、ＴｅおよびＲｕまたはそれらの少なくとも２つの組み合わせ、それらの酸化物、焼成の際にそれらの金属酸化物を生じうる化合物、あるいは、前述の金属の少なくとも２つの混合物、前述の酸化物の少なくとも２つの混合物、焼成の際にそれらの金属酸化物を生じうる前述の化合物の少なくとも２つの混合物、または上述のいずれかの２つ以上の混合物である。
太陽電池前駆体
上記の目的のうちの少なくとも１つを達成することへの寄与は、太陽電池前駆体によってなされる。本発明による好ましい太陽電池前駆体は、
１．ウェーハ、好ましくはシリコン・ウェーハ、好ましくはＨＩＴ型ウェーハ、
２．本発明によるペースト
を含み、ペーストは、ウェーハの少なくとも１つの表面上または表面の上方に位置する。ペーストは、シリコン・ウェーハと物理的に接触してもよく、または代わりにシリコン・ウェーハとペーストとの間に存在する１つ以上のさらなる層、例えば、透明導電層または物理的保護層の最も外側と接触してもよい。
本発明の一実施形態においては、本発明によるペーストに加えて、１つ以上のさらなるペーストがウェーハ上に存在する。
本発明の一実施形態において、前駆体は、ＭＷＴセルへの前駆体である。この実施形態では、ウェーハの表面と裏面とを接続するチャネルが好ましくは存在する。本発明によるペーストは、好ましくはチャネルの表面と接触するか、もしくはチャネルの表面以外の表面上にあるか、または両方である。
本発明の一実施形態において、太陽電池前駆体は、ｎ型太陽電池への前駆体である。この実施形態の一態様では、ｎドープ層に対応するウェーハの体積の比率がｐ型層に対応する比率よりも大きい。この実施形態の別の態様では、ウェーハのサニーサイド（ｓｕｎｎｙ ｓｉｄｅ）と時には呼ばれる表面がｐ型にドープされる。この実施形態の別の態様では、ウェーハの裏面がｎ型にドープされる。
本発明の一実施形態において、太陽電池前駆体は、ｐ型太陽電池への前駆体である。この実施形態の一態様では、ｐドープ層に対応するウェーハの体積の比率がｎ型層に対応する比率よりも大きい。この実施形態の別の態様では、ウェーハのサニーサイドと時には呼ばれる表面がｎ型にドープされる。この実施形態の別の態様では、ウェーハの裏面がｐ型にドープされる。
ＨＩＴ型太陽電池前駆体が本発明の文脈においては好ましい。この実施形態の一態様では、ウェーハは、非晶質Ｓｉの少なくとも１つの層を含む。好ましくは、非晶質Ｓｉの少なくとも１つの層は、ｎ型にドープされる。好ましくは、非晶質Ｓｉの少なくとも１つの層は、ｐ型にドープされる。好ましくは、非晶質Ｓｉの少なくとも１つ、または１つよりも多い、好ましくは２つの層が真性（非ドープ）である。ウェーハは、好ましくはｎ型にドープされるかまたはｐ型にドープされ、好ましくはｎ型にドープされた少なくとも１つの結晶層を含むことが好ましい。
太陽電池前駆体の調製において、好ましいのは、温度が低く、好ましくは１００℃未満、より好ましくは約８０℃未満、最も好ましくは約６０℃未満に維持されることである。
太陽電池を製造するためのプロセス
前述の目的のうちの少なくとも１つを達成することへの寄与は、プロセス・ステップとして
ｉ）上記のような、特に上記の実施形態のいずれかを組み合わせた太陽電池前駆体の用意；および
ｉｉ）太陽電池を得るために太陽電池前駆体を加熱するステップ
を少なくとも含む太陽電池を製造するためのプロセスによってなされる。
好ましいのは、ステップｉ）における温度が１００℃、好ましくは８０℃、好ましくは６０℃を超えないことである。
印刷
それぞれの電極は、導電性ペーストを塗布して、接着体を得るためにその導電性ペーストを次に加熱することによって設けられることが本発明によれば好ましい。導電性ペーストは、当業者に知られ、本発明の文脈に適すると当業者が考える任意の方法で塗布でき、これらの方法は、以下には限定されないが、含浸、浸漬、注入、滴下、噴射、噴霧、ナイフコーティング、カーテン塗工、はけ塗りもしくは印刷、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせを含む。好ましい印刷技術は、インクジェット印刷、スクリーン印刷、タンポン印刷、オフセット印刷、凸版印刷もしくはステンシル印刷、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせである。導電性ペーストは、印刷によって、好ましくはスクリーン印刷によって塗布されることが本発明によれば好ましい。スクリーンは、約２０〜１００μｍの範囲内、より好ましくは約３０〜８０μｍの範囲内、最も好ましくは約４０〜７０μｍの範囲内の直径をもつメッシュ開口を有することが本発明によれば好ましい。太陽電池前駆体の節において詳述されたように、好ましいのは、チャネルに塗布された導電性ペーストが本発明において記載される通りであることである。表面および裏面電極を形成するために用いられる導電性ペーストは、チャネルに用いられるペーストと同じかまたは異なることができ、好ましくは異なり、互いに同じかまたは異なることができる。
好ましいのは、印刷が高温ではなく、好ましくは１００℃未満、より好ましくは約８０℃未満、より好ましくは約５０℃未満で実施されることである。
加熱
電極は、最初に導電性ペーストを塗布して、次に固体電極体をもたらすために前記導電性ペーストを加熱することによって形成されることが本発明によれば好ましい。加熱は、当業者によく知られており、当業者に知られ、本発明の文脈に適すると当業者が考える任意の方法で遂行できる。
本発明によれば、加熱のために設定される最高温度は、約２５０℃未満、好ましくは約２３０℃未満、より好ましくは約２１０℃未満である。太陽電池を得るために約１００℃と低い加熱温度が採用された。
表面および裏面上の導電性ペーストの加熱は、同時または順次に実施できる。同時加熱は、導電性ペーストが同様の、好ましくは同一の最適加熱条件を有する場合に適切である。適切な場合には、加熱が同時に実施されることが本発明によれば好ましい。
太陽電池
上記の目的のうちの少なくとも１つを達成することへの寄与は、本発明によるプロセスによって得ることができる太陽電池によってなされる。本発明による好ましい太陽電池は、電気エネルギー出力に変換される入射光の全エネルギーの比率の観点から高効率を有し、軽くて耐久性のある太陽電池である。
反射防止膜
本発明によれば、太陽電池の表面上の電極より前に、外側の層として、しばしば最外側の層として反射防止膜を塗布できる。本発明による好ましい反射防止膜は、表面で反射される入射光の比率を減少させて、表面を通過しウェーハによって吸収されることになる入射光の比率を増加させる反射防止膜である。好適な吸収／反射比を生じさせ、採用される導電性ペーストによりエッチングされやすいが、別の面では導電性ペーストの加熱に必要とされる温度に耐性があり、かつ電極界面近傍での電子および正孔の再結合の増加に寄与しない反射防止膜が好適である。当業者に知られ、本発明の文脈に適すると当業者が考えるすべての反射防止膜を採用できる。本発明による好ましい反射防止膜は、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２もしくはそれらの少なくとも２つの混合物、および／またはそれらの少なくとも２つの層の組み合わせであり、とりわけＳｉウェーハが採用される場合には、ＳｉＮｘが特に好ましい。特にＨＩＴセルでは、金属酸化物が反射防止膜としての役割を果たしうる。好ましい酸化物は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、フッ素ドープされた酸化スズ（ＦＴＯ：ｆｌｕｏｒｉｎｅ ｄｏｐｅｄ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）またはドープされた酸化亜鉛、好ましくは酸化インジウムスズである。
反射防止膜の厚さは、然るべき光の波長に合わされる。本発明によれば、好ましいのは、反射防止膜が約３０〜約５００ｎｍの範囲内、より好ましくは約５０〜約４００ｎｍの範囲内、最も好ましくは約８０〜約３００ｎｍの範囲内の厚さを有することである。
パッシベーション層
本発明によれば、電極より前に、または反射防止層が存在するならばそれより前に、外側の層、または最外側の層として表側および／または裏側に１つ以上のパッシベーション層を付けることができる。好ましいパッシベーション層は、電極界面近傍での電子／正孔再結合レートを低下させるパッシベーション層である。当業者に知られ、本発明の文脈に適すると当業者が考える任意のパッシベーション層を採用できる。本発明による好ましいパッシベーション層は、窒化シリコン、二酸化シリコンおよび二酸化チタンであり、窒化シリコンが最も好ましい。本発明によれば、好ましいのは、パッシベーション層が約０．１ｎｍ〜約２μｍの範囲内、より好ましくは約１ｎｍ〜約１μｍの範囲内、最も好ましくは約５ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲内の厚さを有することである。ＨＩＴセルにとって好ましいのは、真性Ｓｉ層がパッシベーション層として機能することである。反射防止膜およびパッシベーション層の機能を少なくとも部分的または完全に１つの層に結合することができる。
透明導電層
本発明の文脈に好ましい透明導電層は、シリコン・ウェーハ上またはシリコン・ウェーハの上方にある高透明性および高導電率を有する層である。層を通過する波長が４００ｎｍの光の透過率は、好ましくは約５０％超、より好ましくは約８０％超、最も好ましくは約９０％超である。層の導電率は、好ましくは約１＊１０−４Ω−１ｃｍ−１超、より好ましくは約５＊１０−３Ω−１ｃｍ−１超、最も好ましくは約５＊１０−２Ω−１ｃｍ−１超である。
透明導電層の厚さは、好ましくは約３０〜約５００ｎｍの範囲内、より好ましくは約５０〜約４００ｎｍの範囲内、最も好ましくは約８０〜約３００ｎｍの範囲内にある。
透明導電材料は、当業者によく知られ、当業者は、太陽電池の有利な特性、例えば、導電率、透明性および接着性を改善するために材料を選択してもよい。好ましい材料は、酸化物、導電性ポリマーまたはカーボンナノチューブに基づく導体、好ましくは酸化物である。好ましい酸化物は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープされた酸化スズ（ＦＴＯ）またはドープされた酸化亜鉛、好ましくは酸化インジウムスズである。好ましい導電性ポリマーは、共役二重結合をもつ有機化合物、好ましくはポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロールもしくはポリチオフェンまたはそれらの誘導体、あるいはそれらの組み合わせである。
一実施形態において、太陽電池は、表面上に透明導電層を有する。
追加保護層
太陽電池の主要機能に直接的に寄与する上記の層に加えて、機械的および化学的保護のためにさらなる層を追加できる。化学的保護を提供するためにセルを封止できる。封止は、当業者によく知られており、当業者に知られ、本発明の文脈に適すると当業者が考える任意の封止を採用できる。本発明によれば、かかる封止が存在する場合、透明熱可塑性樹脂としばしば呼ばれる透明ポリマーが封止材料として好ましい。本文脈に好ましい透明ポリマーは、例えば、シリコンゴムおよびポリエチレンビニルアセテート（ＰＶＡ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）である。
セルの表面に機械的保護を提供するために、太陽電池の表面に透明ガラスシートを追加できる。透明ガラスシートは、当業者によく知られており、当業者に知られ、本発明の文脈に適すると当業者が考える任意の透明ガラスシートを太陽電池の表面上の保護として採用できる。
機械的保護を提供するために、太陽電池の裏面に裏面保護材料を追加できる。裏面保護材料は、当業者によく知られており、当業者に知られ、本発明の文脈に適すると当業者が考える任意の裏面保護材料を太陽電池の裏面上の保護として採用できる。本発明による好ましい裏面保護材料は、良好な機械的特性および耐候性を有する裏面保護材料である。本発明による好ましい裏面保護材料は、ポリフッ化ビニルの層をもつポリエチレンテレフタレートである。裏面保護材料は、（裏面保護層および封止の両方が存在する場合には）封止層の下に存在することが本発明によれば好ましい。
機械的支持を与えるために太陽電池の外側にフレーム材料を追加できる。フレーム材料は、当業者によく知られており、当業者に知られ、本発明の文脈に適すると当業者が考える任意のフレーム材料をフレーム材料として採用できる。本発明による好ましいフレーム材料は、アルミニウムである。
ソーラーパネル
上記の目的の少なくとも１つを達成することへの寄与は、上記のように、特に上記の実施形態のうちの少なくとも１つに従って得られた少なくとも太陽電池と、少なくとももう１つの太陽電池とを含むモジュールによってなされる。モジュールと称する集合的な配列を形成するために、本発明による多数の太陽電池を空間的に配列して、電気的に接続することができる。本発明による好ましいモジュールは、多くの形態、好ましくはソーラーパネルとして知られる矩形表面をとることができる。太陽電池を電気的に接続するための多種多様な方法、ならびに集合的な配列を形成するためにかかるセルを機械的に配列して固定するための多種多様な方法が当業者にはよく知られており、当業者に知られ、本発明の文脈に適すると当業者が考える任意のかかる方法を採用できる。本発明による好ましい方法は、低質量対発電出力比、低体積対発電出力比、および高耐久性を結果として生じる方法である。アルミニウムは、本発明による太陽電池の機械的固定のための好ましい材料である。
図１ａは、太陽電池のための一般的なｎ型層構成の断面図を示す。表側から、１０１は、電極であり、好ましくはフィンガー状で、好ましくは本発明による方法によって本発明によるペーストから得られる。１０２は、１つ以上の随意的な層、例えば、反射防止層またはパッシベーション層である。１０３は、ｐドープ表面層、好ましくはＳｉ層である。１０４は、ｎドープ裏面層、好ましくはＳｉ層である。１０５は、裏面電極であり、好ましくは本発明による方法によって本発明によるペーストから得られる。
図１ｂは、太陽電池のための一般的なｐ型層構成の断面図を示す。表側から、１０１は、電極であり、好ましくはフィンガー状で、好ましくは本発明による方法によって本発明によるペーストから得られる。１０２は、１つ以上の随意的な層、例えば、反射防止層またはパッシベーション層である。１０４は、ｎドープ表面層、好ましくはＳｉ層である。１０３は、ｐドープ裏面層、好ましくはＳｉ層である。１０５は、裏面電極であり、好ましくは本発明による方法によって本発明によるペーストから得られる。
図２は、太陽電池のための一般的なＨＩＴ型層構成の断面図を示す。１０１は、電極であり、好ましくはフィンガー状で、好ましくは本発明による方法によって本発明によるペーストから得られる。２０１は、１つ以上の随意的な層であり、好ましくは透明導電層、例えば、酸化インジウムスズを含む。２０２は、第１のドーピング型、ｎ型またはｐ型、好ましくはｐ型の非晶質表面層、好ましくはＳｉ層である。２０３は、真性（非ドープ）非晶質表面層、好ましくはＳｉ層である。２０４は、結晶層、好ましくはＳｉ層であり、好ましくはｎ型にドープされる。２０５は、真性（非ドープ）非晶質裏面層である。２０６は、非晶質裏面層、好ましくはＳｉ層であり、または第１のドーピング型とは逆のドーピング型、好ましくはｎ型にドープされる。１０５は、裏面電極であり、好ましくは本発明による方法によって本発明によるペーストから得られる。
図３ａ、図３ｂおよび図３ｃは、表側電極をもたらすために表側ペーストを焼成するプロセスをともに示す。図３ａ、図３ｂおよび図３ｃは、概略的で一般化されており、ｐｎ接合を構成する層へのさらなる追加の層は、さらに詳細な考察なしに随意的な追加の層であると単に見做される。
図３ａは、表面電極の塗布前のウェーハ３００ａを示す。裏面から表面の方へ続けて、表面電極の塗布前のウェーハ３００ａは、随意的に裏面上の追加の層３１１、裏面ドープ層１０６、ｐｎ接合境界１０２、表面ドープ層１０５、および表面上の追加の層３１２を含む。裏面上の追加の層３１１は、裏面電極、裏面パッシベーション層、高濃度ドープ裏面層のいずれかを含むことができるか、または上記のものを何も含まない。表面上の追加の層３１２は、表面パッシベーション層、反射防止層のいずれかを含むことができるか、または上記のものを何も含まない。
図３ｂは、導電性ペーストが表面に塗布された焼成前のウェーハ３００ｂを示す。上記の３００ａに存在する層に加えて、導電性ペースト３１３が表面上に存在する。
図３ｃは、表面電極が付けられたウェーハ３００ｃを示す。上記の３００ａに存在する層に加えて、焼成によって図３ｂの導電性ペースト３１３から形成された表面電極１０３が存在する。
図３ｂおよび図３ｃでは、塗布された導電性ペースト３１３および表面電極１０３が３つの物体として存在することが概略的に示される。これは、ペースト／電極による表面の不完全なカバレージを表現する純粋に概略的な方法であり、本発明は、ペースト／電極が３つの物体として存在することには限定されない。
図４は、以下の重量減少テスト方法による加熱プロファイルを示す。Δ３０の測定に用いられた加熱プロファイルＴｍｅｄｉｕｍが破線によって示される。温度Ｔｍｅｄｉｕｍは、時刻ｔ０＝０における２５℃から１００℃へ１０Ｋ／分の速度で増加して、時刻ｔ３０＝３０分まで１００℃に維持される。Δ３０は、ｔ０において測定されたペーストの重量に基づいて重量％として表された、この期間ｔ０からｔ３０にわたる重量減少である。Δｈｉｇｈ３０の測定に用いられた加熱プロファイルＴｈｉｇｈが実線によって示される。温度Ｔｈｉｇｈは、時刻ｔ０＝０における２５℃から２５０℃へ１０Ｋ／分の速度で増加して、時刻ｔ３０＝３０分まで２５０℃に維持される。Δｈｉｇｈ３０は、ｔ０において測定されたペーストの重量に基づいて重量％として表された、この期間ｔ０からｔ３０にわたる重量減少である。Δｌｏｗ３０の測定に用いられた加熱プロファイルＴｌｏｗが点線によって示される。温度Ｔｌｏｗは、時刻ｔ０＝０における２５℃から５０℃へ１０Ｋ／分の速度で増加して、時刻ｔ３０＝３０分まで５０℃に維持される。Δｌｏｗ３０は、ｔ０において測定されたペーストの重量に基づいて重量％として表された、この期間ｔ０からｔ３０にわたる重量減少である。実際には、保持温度における等温線への平衡化が図に示されるほど急峻でないことがある。図に示される温度プロファイルからの任意の変動は、どの時刻でも１０Ｋを超えてはならず、保持温度に到達した５分以内に、等温線から０．５Ｋを超えない変動を特徴とする等温線が達成されなければならない。然るべき測定デバイスが上記に従う加熱プロファイルを提供すべきである。
テスト方法
以下のテスト方法が本発明に用いられる。テスト方法がないときには、本出願の最先の出願日に最も近い測定されるべき特徴に対するＩＳＯテスト方法が適用される。明確な測定条件がないときには、標準的な周囲温度および圧力（ＳＡＴＰ：ｓｔａｎｄａｒｄ ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）（温度２９８．１５Ｋおよび絶対圧力１００ｋＰａ）が適用される。
最大重量減少の決定
２ｃｍ×２ｃｍ平方の開いた領域および１００μｍのステンシル厚をもつステンシルを用いて、ガラス基板上にペーストの一部分が印刷される。ペースト試料の重量は、秤を用いて決定される。揮発性の部分を１００℃の温度で除去するために、ペースト試料がこの温度で１２ｈ対流オーブン内に置かれる。乾燥ステップ後に、試料の重量が再び決定されて、最大重量減少が、乾燥ステップ前に測定されたペーストの全重量に基づく重量％として表された、乾燥ステップ前後のペースト重量間の差として計算される。
第１の重量減少Δ３０
ペーストの第１の重量減少Δ３０は、試料ホルダＨＴＰ４００００Ａ６９．０１０、熱電対タイプＳおよびプラチナ・オーブンＰｔ Ｓ ＴＣ：Ｓ（すべてＮｅｔｚｓｃｈから）が装備されたＳＴＡ機器Ｎｅｔｚｓｃｈ ＳＴＡ４４９ Ｆ３ Ｊｕｐｉｔｅｒ（Ｎｅｔｚｓｃｈ）を用いて決定される。測定結果およびデータ評価のために、測定ソフトウェアＮｅｔｚｓｃｈ Ｍｅｓｓｕｎｇ Ｖ５．２．１およびＰｒｏｔｅｕｓ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｖ５．２．１が適用される。参照および試料のためのパンとして、直径が６．８ｍｍ、容積が約８５μｌの酸化アルミニウム・パンＧＢ３９９９７２およびキャップＧＢ３９９９７３（ともにＮｅｔｚｓｃｈから）が用いられる。試料の量約４０〜６０ｍｇが０．０１ｍｇの精度で試料パン中へ秤量される。空の参照パンおよび試料パンが機器中に置かれて、オーブンが閉じられ、測定が開始される。上記の図面の節で詳述されたように、試料がｔ０＝０において２５℃で開始して１００℃まで１０Ｋ／分の速度で加熱される。次に、温度が加熱の開始ｔ０から測定してｔ３０＝３０分まで１００℃に維持される。Δ３０は、ｔ０において測定されたペーストの全重量に基づく重量％として表された、時刻ｔ０とｔ３０との間のペーストの重量における減少を先に決定された最大重量減少によって除したものである。
第２の重量減少比Δｌｏｗ３０
ペーストの第２の重量減少Δｌｏｗ３０は、試料ホルダＨＴＰ４００００Ａ６９．０１０、熱電対タイプＳおよびプラチナ・オーブンＰｔ Ｓ ＴＣ：Ｓ（すべてＮｅｔｚｓｃｈから）が装備されたＳＴＡ機器Ｎｅｔｚｓｃｈ ＳＴＡ４４９ Ｆ３ Ｊｕｐｉｔｅｒ（Ｎｅｔｚｓｃｈ）を用いて決定される。測定結果およびデータ評価のために、測定ソフトウェアＮｅｔｚｓｃｈ Ｍｅｓｓｕｎｇ Ｖ５．２．１およびＰｒｏｔｅｕｓ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｖ５．２．１が適用される。参照および試料のためのパンとして、直径が６．８ｍｍ、容積が約８５μｌの酸化アルミニウム・パンＧＢ３９９９７２およびキャップＧＢ３９９９７３（ともにＮｅｔｚｓｃｈから）が用いられる。試料の量約４０〜６０ｍｇが０．０１ｍｇの精度で試料パン中へ秤量される。空の参照パンおよび試料パンが機器中に置かれて、オーブンが閉じられ、測定が開始される。上記の図面の節で詳述されたように、試料は、ｔ０＝０において２５℃で開始して５０℃まで１０Ｋ／分の速度で加熱される。次に、温度が加熱の開始ｔ０から測定して時刻ｔ３０＝３０分まで５０℃に維持される。Δｌｏｗ３０は、ｔ０において測定されたペーストの全重量に基づく重量％として表された、時刻ｔ０とｔ３０との間のペーストの重量における減少を先に決定されたペーストに関する最大重量減少によって除したものである。
第３の重量減少比Δｈｉｇｈ３０
ペーストの第３の重量減少Δｈｉｇｈ３０は、試料ホルダＨＴＰ４００００Ａ６９．０１０、熱電対タイプＳおよびプラチナ・オーブンＰｔ Ｓ ＴＣ：Ｓ（すべてＮｅｔｚｓｃｈから）が装備されたＳＴＡ機器Ｎｅｔｚｓｃｈ ＳＴＡ４４９ Ｆ３ Ｊｕｐｉｔｅｒ（Ｎｅｔｚｓｃｈ）を用いて決定される。測定結果およびデータ評価のために、測定ソフトウェアＮｅｔｚｓｃｈ Ｍｅｓｓｕｎｇ Ｖ５．２．１およびＰｒｏｔｅｕｓ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｖ５．２．１が適用される。参照および試料のためのパンとして、直径が６．８ｍｍ、容積が約８５μｌの酸化アルミニウム・パンＧＢ３９９９７２およびキャップＧＢ３９９９７３（ともにＮｅｔｚｓｃｈから）が用いられる。試料の量約４０〜６０ｍｇが０．０１ｍｇの精度で試料パン中へ秤量される。空の参照パンおよび試料パンが機器中に置かれて、オーブンが閉じられ、測定が開始される。上記の図面の節で詳述されたように、試料は、時刻ｔ０＝０において２５℃で開始して２５０℃まで１０Ｋ／分の速度で加熱される。次に、温度が加熱の開始ｔ０から測定してｔ３０＝３０分まで２５０℃に維持される。Δｈｉｇｈ３０は、ｔ０において測定されたペーストの全重量に基づく重量％として表された、時刻ｔ０とｔ３０との間のペーストの重量における減少を先に決定されたペーストに関する最大重量減少によって除したものである。
粘度
粘度測定は、グラウンド・プレートＭＰＣ６０ Ｔｉおよびコーン・プレートＣ２０／０，５°Ｔｉならびにソフトウェア「Ｈａａｋｅ ＲｈｅｏＷｉｎ ＪｏｂＭａｎａｇｅｒ４．３０．０」が装備されたＴｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｃｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｒｐ．「Ｈａａｋｅ Ｒｈｅｏｓｔｒｅｓｓ ６００」を用いて行われた。距離のゼロ点を設定した後に、測定に十分なペースト試料がグラウンド・プレート上に置かれた。コーンがギャップ間隔０．０２６ｍｍの測定位置へ移されて、過剰な材料がスパチュラを用いて除去された。試料が３分間にわたって２５℃に平衡化されて、回転測定が開始された。剪断速度が４８秒内に５０個の等距離測定点内で０から２０／秒に増やされて、さらに、３１２秒内に１５６個の等距離測定点内で１５０／秒に増やされた。剪断速度１５０／秒における６０秒の待機時間後に、剪断速度が３１２秒内に１５６個の等距離測定点内で１５０／秒から２０／秒に減らされ、さらに、４８秒内に５０個の等距離測定点内で０に減らされた。微小トルク補正、微小応力制御、および質量慣性補正がアクティブ化された。粘度は、下降剪断ランプ（ｄｏｗｎｗａｒｄ ｓｈｅａｒ ｒａｍｐ）の剪断速度１００／秒における測定値として与えられる。
比表面積
粒子の比表面積を決定するためのＢＥＴ測定は、ＤＩＮ ＩＳＯ９２７７：１９９５に従って行われる。ＳＭＡＲＴ法（適応的導入速度を用いた吸着方法（Ｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ Ａｄａｐｔｉｖｅ ｄｏｓｉｎｇ Ｒａｔｅ））に従って動作するＧｅｍｉｎｉ２３６０（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓから）が測定に用いられる。参照物質としては、ＢＡＭ（Ｂｕｎｄｅｓａｎｓｔａｌｔ ｆｕｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｓｃｈｕｎｇ ｕｎｄ−ｐｒｕｅｆｕｎｇ）から入手可能なアルファ酸化アルミニウムＣＲＭ ＢＡＭ−ＰＭ−１０２が用いられる。デッドボリュームを減らすために、参照および試料キュベットにフィラーロッドが加えられる。キュベットがＢＥＴ機器上に取り付けられる。窒素ガス（Ｎ２５．０）の飽和蒸気圧が決定される。フィラーロッドをもつキュベットを完全に満たして最小限のデッドボリュームしか作り出さない量の試料がガラス・キュベット中へ秤量される。試料が乾燥するように８０℃で２時間保持される。冷却後、試料の重量が記録される。試料が入ったガラス・キュベットが測定機器上に取り付けられる。試料を脱ガスするために、ポンプ中に物質が何も吸い込まれないように選択された排気速度で試料が排気される。脱ガス後の試料の質量が計算に用いられる。ヘリウムガス（Ｈｅ４．６）を用いてデッドボリュームが決定される。ガラス・キュベットが液体窒素浴を用いて７７Ｋに冷却される。吸着物質に関しては、７７Ｋで０．１６２ｎｍ２の分子断面積をもつＮ２５．０が計算に用いられる。５つの測定点を用いて多点解析が行われ、結果として生じた比表面積がｍ２／ｇ単位で示される。
Ａｇ粒子サイズ決定（ｄ１０、ｄ５０、ｄ９０）
Ａｇ粒子の粒子サイズ決定は、ＩＳＯ：１３３１７−３：２００１に従って行われる。エックス線沈降（Ｘ−ｒａｙ ｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌ）技術に従って動作するソフトウェアＷｉｎ５１００ Ｖ２．０３．０１（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓから）を用いたＳｅｄｉｇｒａｐｈ５１００が測定に用いられる。約４００〜６００ｍｇの試料が５０ｍｌのガラス・ビーカ中へ秤量されて、４０ｍｌのＳｅｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｐ１１（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓから、密度約０．７４〜０．７６ｇ／ｃｍ３および粘度約１．２５〜１．９ｍＰａ＊ｓ）が懸濁液として加えられる。懸濁液に磁気撹拌子が加えられる。懸濁液が撹拌子で同時に攪拌される間に、試料が電力レベル２で動作する超音波プローブＳｏｎｉｆｅｒ２５０（Ｂｒａｎｓｏｎから）を用いて８分間分散される。この前処理された試料が機器中に置かれて、測定が開始される。懸濁液の温度が記録されて（典型的な範囲２４℃〜４５℃）、計算のために、分散溶液に関してこの温度で測定された粘度のデータが用いられる。試料の密度及び重量（銀では密度１０．５ｇ／ｃｍ３）を用いて、粒子サイズ分布が決定されて、ｄ５０、ｄ１０およびｄ９０として示される。
ドーパント・レベル
ドーパント・レベルは、２次イオン質量分析法を用いて測定される。
効率、フィルファクタ、開回路電圧、接触抵坑、短絡電流密度および直列抵抗
試料太陽電池は、Ｈａｌｍ Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ ＧｍｂＨからの市販ＩＶテスタ「ｃｅｔｉｓＰＶ−ＣＴＬ１」を用いてキャラクタライズされる。テストされる太陽電池のみならず測定機器のすべての部分が電気的測定中に２５℃に保持された。実際の測定中にはこの温度が温度プローブによって常にセル表面上で同時に測定される。キセノンアークランプがセル表面上の１０００Ｗ／ｍ２の既知のＡＭ１．５強度によって太陽光をシミュレートする。シミュレータをこの強度にするために、ランプがＩＶテスタの「ＰＶＣＴＣｏｎｔｒｏｌ４．３１３．０」ソフトウェアによってモニタされる安定レベルに到達するまで短い時間周期内に数回フラッシュされる。Ｈａｌｍ ＩＶテスタは、セルのＩＶ曲線を決定するために多点接触法を用いて電流（Ｉ）および電圧（Ｖ）を測定する。そのために、プローブ・フィンガーがセルのバスバーと接触するように、太陽電池が多点接触プローブ間に置かれる。接触プローブ配線の数は、セル表面上のバスバーの数に合わされる。実装されたソフトウェアパッケージによって、すべての電気的値がこの曲線から直接、自動的に決定された。参照基準として、同じ面積寸法、同じウェーハ材料からなり、かつ同じ表側レイアウトを用いて処理されたＩＳＥ Ｆｒｅｉｂｕｒｇからの校正された太陽電池がテストされて、データが認定値と比較される。まったく同じ方法で処理された少なくとも５つのウェーハが測定されて、データが各値の平均を計算することによって解釈される。ソフトウェアＰＶＣＴＣｏｎｔｒｏｌ４．３１３．０は、効率、フィルファクタ、短絡電流密度Ｊｓｃ、直列抵抗および開回路電圧の値を提供する。
分子量
熱可塑性ポリマーの分子量は、ＧＰＣ（ゲル浸透クロマトグラフィ：Ｇｅｌ Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）に続く光散乱によって決定される。様々な熱可塑性ポリマーのＧＰＣ条件、例えば、然るべきカラムの選択、溶離剤、圧力および温度に関しては、２０１２年８月２９日時点で特定の熱可塑性ポリマーに有効なＤＩＮ手順が適用されるものとする。ＤＩＮ手順に逆の指示がなければ、光散乱による分子量の測定のためにＰＳＳ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｓｅｒｖｉｃｅ ＧｍｂＨから商業的に入手可能なＳＥＣｃｕｒｉｔｙオンライン多角度光散乱装置検出器ＳＬＤ７０００（Ｂ）が用いられるものとする。
次に、例示のみが意図され、本発明の範囲を限定すると見做されるべきではない例によって本発明が説明される。
実施例１−ペースト調製
Ｋｅｎｗｏｏｄ Ｍａｊｏｒ Ｔｉｔａｎｉｕｍミキサを用いて、熱可塑性ポリマー系のための然るべき量の原料（表１）と、上記のテスト方法によるピーク極大値が０．４５μｍの球状Ａｇ粉末１（以前Ｆｅｒｒｏ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ；現在Ａｍｅｓ Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからの銀粉末７０００−３５）とを均質化することによってペーストを作製した。ステンレス鋼ロールをもつ３本ロールミルＥｘａｃｔ ８０Ｅの第１のギャップ１２０μｍおよび第２のギャップ６０μｍを第１のギャップでは２０μｍおよび第２のギャップでは１０μｍへギャップを次第に減少させながら、均質になるまで数回ペーストを通過させた。
Figure 2017521862
Figure 2017521862
実施例２−太陽電池調製およびセル特性の測定
Ｒｏｔｈ＆Ｒａｕ ＡＧから入手可能な単結晶ＨＩＴ太陽電池前駆体にペーストを塗布した。ウェーハは、約１５６×１５６ｍｍ２の寸法を有した。用いた太陽電池は、アルカリ・エッチングによってテクスチャ加工され、表面上にＩＴＯ（酸化インジウムスズ）層を有した。以下のスクリーン・パラメータ：２９０メッシュ 、２０μｍワイヤ太さ、メッシュ上１８μｍ乳剤、７２フィンガー、６０μｍフィンガー開口、３バスバー、１．５ｍｍバスバー幅が設定された、Ａｓｙｓ Ｇｒｏｕｐ，ＥＫＲＡ Ａｕｔｏｍａｔｉｓｉｅｒｕｎｇｓｓｙｓｔｅｍｅからの半自動スクリーン・プリンタＸ１ ＳＬを用いて、実施例のペーストを、テクスチャを加えたＩＴＯ層上へスクリーン印刷した。印刷されたパターンをもつデバイスを、印刷後にオーブン中で１０分間、２００℃で硬化した。
Figure 2017521862
Figure 2017521862
１０１ 表面電極
１０２ 随意的な表面層
１０３ Ｐ型ドープ層
１０４ ｎ型ドープ層
１０５ 裏面電極
２０１ 随意的な表面層、例えば、酸化インジウムスズ
２０２ 表面ドープ非晶質層
２０３ 表面真性非晶質層
２０４ 結晶層
２０５ 裏面真性非晶質層
２０６ 裏面ドープ非晶質層
３００ ウェーハ
３１１ 裏面上の追加の層
３１２ 表面上の追加の層
３１３ 導電性ペースト
２１４ 表面電極フィンガー
２１５ 表面電極バスバー

Claims (16)

  1. 以下のペースト成分：
    ａ．金属粒子；
    ｂ．ポリマー系
    を含むペーストであって、
    本明細書において提供されるテスト方法に従って決定される、第１の重量減少Δ３０は、約０．０２〜約０．５の範囲内にある、
    ペースト。
  2. 本明細書において提供される前記テスト方法に従って決定される、第２の重量減少Δｌｏｗ３０は、約０．００１〜約０．１の範囲内である、請求項１に記載のペースト。
  3. 本明細書において提供される前記テスト方法に従って決定される、第３の重量減少Δｈｉｇｈ３０は、約０．３〜約１の範囲内である、請求項１〜２のいずれか一項に記載のペースト。
  4. 前記金属粒子は、銀である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のペースト。
  5. 前記金属粒子は、前記ペーストの全重量に対して少なくとも約７０重量％である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のペースト。
  6. 前記ポリマー系は、熱可塑性ポリマー系であり、前記熱可塑性ポリマー系は、熱可塑性ポリマーを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のペースト。
  7. 前記熱可塑性ポリマーは、前記熱可塑性ポリマー系の前記全重量に対して約５〜約４５重量％の範囲内の量で前記熱可塑性ポリマー系中に存在する、請求項６に記載のペースト。
  8. 前記熱可塑性ポリマーは、ポリエステル、アクリレートポリマー、フェノキシポリマーからなる群から選択される、請求項６または７に記載のペースト。
  9. 以下の前駆体構成要素：
    ａ．基板；
    ｂ．前記基板上に重ねられた請求項１〜８のいずれか一項に記載のペースト
    を含む、前駆体。
  10. 前記基板は、シリコン・ウェーハである、請求項９に記載の前駆体。
  11. 前記ウェーハは、第１のシリコン層を含み、前記第１のシリコン層の５０重量％未満が結晶質である、請求項９または１０に記載の前駆体。
  12. 以下の調製ステップ：
    ａ．請求項９〜１１のいずれか一項に記載の前駆体を用意するステップ、および
    ｂ．前記構成要素を得るために前記前駆体を加熱するステップ
    を含む、電気または電子部品の調製のためのプロセス。
  13. 前記部品は、太陽電池である、請求項１２に記載のプロセス。
  14. ステップｉｉにおける最高焼成温度は、約５０〜約３００℃の範囲にある、請求項１２または１３に記載のプロセス。
  15. 請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のプロセスによって得ることができる太陽電池。
  16. その少なくとも１つが請求項１５に記載される、少なくとも２つの太陽電池を含む、モジュール。

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