JP2018535557A - 集積回路に使用するための焼成多層スタック及び太陽電池 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2015年11月24日に出願された米国仮特許出願第62/259,636号、2016年4月5日に出願された米国仮特許出願第62/318,566号、2016年4月5日に出願された米国仮特許出願第62/371,236号、 2016年8月5日に出願された米国仮特許出願第62/371,236号、及び2016年11月16日に出願された米国仮特許出願第62/423,020号の優先権を主張し、これらはすべて参照により本明細書に援用される。
政府の支援に関する陳述
本発明は、NSFによって授与された契約番号IIP−1430721による政府の支援によってなされた。政府は、本発明に一定の権利を有することができる。
改質インターカレーション層における半田付け可能な表面の少なくとも70重量%は、銀、金、白金、パラジウム、ロジウム、及びこれらの合金、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含むことができる。
改質インターカレーション層における半田付け可能な表面の少なくとも一部の直上にタブリボンが存在してもよい。半田付け可能な表面は、銀が豊富なものであってもよい。半田付け可能な表面は、少なくとも75重量%の銀を含むことができる。銀に富む半田付け可能な表面に半田付けされたタブリボンは、1N/mmより大きい剥離強度を有することができる。
本発明の別の実施形態では、焼成多層スタックを形成する逐次法を記載する。この方法は、a)基材の表面の少なくとも一部に湿潤金属粒子層を塗布するステップと、b)湿潤金属粒子層を乾燥させて乾燥金属粒子層を形成するステップと、c)乾燥した金属粒子層を焼成して金属粒子層を形成するステップと、d)金属粒子層の少なくとも一部の上に湿潤インターカレーション層を直接塗布して多層スタックを形成するステップと、e)多層スタックを乾燥させるステップと、f)多層スタックを焼成して、焼成多層スタックを形成するステップとを含む。
低温卑金属粒子、結晶性金属酸化物粒子、ガラスフリット粒子、及び金属粒子層は、上記に詳細に記載されている。
1つの構成では、ステップa)とステップb)との間に追加のステップが存在する。追加のステップは、少なくとも1つの誘電体層をシリコンウェハの背面の少なくとも一部の上に堆積させることを含む。この構成では、ステップb)は、湿潤アルミニウム粒子層を誘電体層の少なくとも一部に直接塗布することを伴う。
低温卑金属粒子、結晶性金属酸化物粒子、及びガラスフリット粒子は、上記で詳述した。
本明細書では、貴金属粒子及びインターカレーションされた粒子を含むインターカレーションペーストの組成物及び使用が開示されており、これは金属粒子層に印刷されて、焼成されて焼成後多層スタックとなった後、金属粒子層の特性を変えることができる。本発明の一実施形態では、インターカレーションペーストを使用して、それ自体は半田付け可能ではない金属粒子層に半田付け可能な表面を提供する。インターカレーションペーストはまた、焼成多層スタック内の接着を改善するために、又は下地基材との金属粒子層の相互作用を変化させるために使用することができる。インターカレーションペーストは、トランジスタ、発光ダイオード、及び集積回路を含む多くの用途に広く適用可能であるが、以下に開示する実施例の大半では太陽電池に焦点を合わせる。
定義と方法
ここで使用する走査型電子顕微鏡(SEM)及びエネルギー分散型X線分光法(EDX)(まとめてSEM/EDXと呼ぶ)は、Bruker XFlash(R)6|60検出器を備えたZeiss Gemini Ultra−55分析フィールド放射型走査電子顕微鏡を用いて行われた。操作条件の詳細は、分析ごとに記載されている。焼成した多層スタックの断面SEM画像をイオンミリングによって準備した。薄いエポキシ層を焼成多層スタックの上面に塗布し、少なくとも30分間乾燥した。次いで、サンプルをEOL IB−03010CPイオンミルに移して、5kV及び120uAで8時間作動させてサンプルの縁から80ミクロンを除去した。粉砕されたサンプルをSEM/EDX操作する前に窒素グローブボックスに貯蔵した。
焼成多層スタックを作製するための材料
本発明の一実施形態では、基板、金属粒子ペースト、及びインターカレーションペーストが焼成多層スタックを形成する。基板は、固体材料、平面材料、又は剛性材料でよい。一実施形態では、基板は、ケイ素、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、サファイア、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム及びリン化インジウムからなる群から選択される少なくとも1つの材料を含む。このような基板は、トランジスタ、発光ダイオード、集積回路及び光起電力セルを構成する層の堆積に一般に使用される。基板は、電子的に導電性及び/又は可撓性でよい。別の実施形態では、基材は、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、チタン、鋼、亜鉛、及びこれらの合金、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つの材料を含む。
インターカレーション粒子成分
本発明の一実施形態において、本明細書に記載の貴金属粒子は、金、銀、白金、パラジウム、及びロジウム、及びこれらの合金、これらの複合材、又はこれらの他の組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つの材料を含む。一実施形態では、貴金属粒子はペーストの10重量%〜70重量%を構成する。様々な実施形態において、貴金属粒子は、約100nmと50μmとの間、300nmと10μmの間、300nmと5μmとの間、又はここに含まれる任意の範囲のD50を有する。種々の実施形態において、貴金属粒子は、約0.4〜7.0m2/g又は約1〜5m2/gの範囲又はここに含まれる任意の範囲の比表面積を有する。貴金属は、2重量%までの酸素含有量を有することができるが、酸素は、粒子全体にわたって均一に混合されてもよく、又は酸素は、500nmまでの厚さを有する酸化物シェルとして存在してもよい。貴金属粒子は、球形、細長形状、又はフレーク形状を有し、単峰性又は多峰性の粒度分布を有することができる。銀粒子は、ソーラー産業で金属化ペーストに一般に使用されている。例示的な実施形態では、少なくともいくつかの貴金属粒子は、300nm〜2.5μmのD50及び1〜3m2/gの比表面積を有する銀である。
インターカレーション粒子配合組成
インターカレーションペーストの例示的な組成範囲を、本発明のいくつかの実施形態による表Iに示す。様々な実施形態において、インターカレーションペーストは、30重量%〜80重量%の固体含量を有し、貴金属粒子はインターカレーションペーストの10重量%〜70重量%を構成し、インターカレーション粒子はインターカレーションペーストの少なくとも10重量%、15重量%、20重量%、25重量%、30重量%、又は40重量%を構成し、そして、インターカレーション粒子と貴金属粒子との比は少なくとも1:5である。例示的な実施形態では、貴金属粒子含有量は50重量%であり、インターカレーション粒子はインターカレーションペーストの少なくとも10重量%を構成する。種々の実施形態において、インターカレーションペースト中でインターカレーション粒子対貴金属粒子の比は、重量比で少なくとも1:5、又は2:5、又は3:5、又は1:1、あるいは5:2である。
焼成多層スタックを形成する方法
本発明の一実施形態では、焼成多層スタックは、少なくとも1つの金属粒子層及び少なくとも1つのインターカレーション層が存在する基板を含む。一実施形態では、焼成多層スタックは、基板表面に金属粒子層を塗布し、金属粒子層を乾燥させ、乾燥金属の一部に直接インターカレーション層を塗布し、インターカレーション層を乾燥させ、次いで、多層スタックを同時焼成するステップを伴う同時焼成プロセスを用いることによって形成される。別の実施形態では、焼成多層スタックは、金属粒子層を基板表面に塗布し、金属粒子層を乾燥させ、金属粒子層を焼成し、インターカレーション層を乾燥させた後、多層スタックを焼成するステップを伴う逐次プロセスを用いることによって形成され、一実施形態では、焼成中、インターカレーション層の一部が金属粒子層に浸透し、それによって金属粒子層を改質金属粒子層に変換する。いくつかの実施形態では、各塗布ステップは、スクリーン印刷、グラビア印刷、スプレー塗布、スロット塗布、3D印刷及びインクジェット印刷からなる群から独立して選択される方法を含む。一実施形態では、基板の一部に金属粒子ペーストをスクリーン印刷して金属粒子層を塗布し、乾燥金属粒子層の一部にインターカレーションペーストをスクリーン印刷してインターカレーション層を塗布する。一実施形態では、基板表面の一部分が少なくとも1つの誘電体層によって覆われ、金属粒子層が誘電体層の一部分に塗布される。
乾燥して焼成した多層スタックの形態
図1は、本発明の一実施形態による、同時焼成される前の多層スタック100を示す概略断面図である。乾燥した金属粒子層120は、基板110の一部の直上に存在する。上述したように、インターカレーション粒子と貴金属粒子とからなるインターカレーション層130が、乾燥金属粒子層120の一部の直上に存在する。本発明の様々な実施形態において、インターカレーション層130は、0.25μm〜50μm、1μm〜25μm、1μm〜10μm、又はここに含まれる任意の範囲の平均厚さを有する。本発明の一実施形態では、インターカレーション層130は、貴金属粒子、インターカレーション粒子、及び任意の有機結合剤(乾燥後にインターカレーション層130に残存してもよい)を含む。同時焼成の前に、貴金属粒子及びインターカレーション粒子は、インターカレーション層130内に均一に分布することができる。一構成において、貴金属粒子及びインターカレーション粒子は、乾燥後(及び焼成前に)変形せず、元のサイズと形状を保持する。
ビスマス、錫、テルル、アンチモン、鉛、バナジウムクロム、モリブデン、ホウ素、マンガン、コバルト、及びこれらの合金、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせの酸化物からなる群から選択される少なくとも1つの材料を含む。別の実施形態(インターカレートした粒子が専らガラスフリットである場合)、インターカレーション相は酸素と、以下の成分、即ち、ケイ素、ホウ素、ゲルマニウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、マンガン、レニウム、鉄、コバルト、亜鉛、カドミウム、ガリウム、インジウム、炭素、錫、鉛、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、硫黄、セレン、テルル、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ランタン、セリウム、及びこれらの合金、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせの少なくとも1つの成分とを含有する。これらの材料の1つがインターカレーション領域の大部分を占める場合、インターカレーション領域はその材料が豊むと記載される。例えば、インターカレーション領域、インターカレーション層又はインターカレーション副層が主としてビスマスを含む場合、それらは、それぞれビスマスに富む領域、ビスマスに富む層、又はビスマスに富む副層と称することができる。
焼成後多層スタックの実施例及び適用
アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、モリブデン、タングステン、タンタル及びチタンを主に含む金属粒子層は、焼成後に穏やかに活性化された(RMA)フラックス及び錫系半田とは半田付けできない。しかし、太陽電池及び他のデバイスでは、アルミニウム粒子層などの金属粒子層と電気的接続を行うために、リボンを半田付けすることが非常に望ましい。本明細書で開示するように、銀及び金などの貴金属を含む本発明のインターカレーションペーストは、金属粒子層上で使用され、大気中で焼成されて、半田付け性の高い表面を生成することができる。これは、貴金属を添加することによって金属粒子層の半田付け性を増加させる他の試みであって、貴金属が多層スタック内での焼成時に金属粒子層(例えば、アルミニウム)と通常は相互拡散するため、その結果、半田付け可能な表面には貴金属がほぼ含まれないために良好な半田付けがなされないという他の試みとは対照的である。例えば、アルミニウム粒子層上に10重量%未満のガラスフリットを含む市販の銀含有リアタブペーストの層を焼成しても、半田付け可能な表面は得られない。そのような層は、焼成ステップ中にかなりの銀−アルミニウム相互拡散を受けるため、得られる銀アルミナ表面は半田付け可能なものとはならない。
成分の相互拡散をブロックして下地金属粒子層を強化するするインターカレーションペースト
上記の実施例は、貴金属(即ち、銀)と金属粒子(即ち、アルミニウム)との間の相互拡散をブロックするように設計された2つのペースト配合物を例示しているが、その焼成された層は、半田付けされたときに適切な機械的強度に欠けている。インターカレーションペーストC(表Iに表示)は、30重量%のビスマス粒子と45重量%の銀粒子(即ち、Ag:Biインターカレーションペースト)を含み、貴金属粒子に対するインターカレーション粒子の重量比は1:1.5である。ペースト中のインターカレーション粒子含有量の増加は、改質金属粒子層中のインターカレーション材料の濃度を高め、機械的により強い焼成多層スタックをもたらす。このインターカレーションペーストCを、BSF多結晶p型太陽電池の製造中に市販のシルバーリアタブペーストのドロップイン代替物として使用した。インターカレーションペーストCを、アルミニウム上の銀(Ag−on−Al)、リアタブ、フローティングリアタブ、又はタブインベーションペーストとも称することができる。得られた焼成多層スタックに対して一連の評価ツールを使用して、IM:M(インターカレーション金属:金属)比、貴金属表面被覆率を評価し、インターカレーション領域に晶子が形成されているかどうかを判定した。
インターカレーション層は焼成中に誘電層を介してエッチングすることができる
いくつかのデバイス用途では、基板表面を不動態化し、電子特性を改善するために、金属層の堆積前に誘電体層が基板表面上に堆積される。誘電体層はまた、基板と隣接する金属粒子層との間における種間相互拡散を防止することができる。場合によっては、基板と金属粒子層との間の電気伝導を改善する目的で、基板と金属粒子層との間に化合物を形成するために誘電体層をエッチングすることが非常に望ましい。ビスマス及び鉛を含むガラスフリットは、シリコン太陽電池の同時焼成中に様々な誘電体層(例えば、窒化ケイ素)を貫通することが知られている。例示的な実施形態では、インターカレーションペーストDは、約30重量%の銀、20重量%のインターカレーション粒子(15重量%の金属ビスマス粒子、5重量%の高鉛含有ガラスフリット)及び50重量%の有機ビヒクルを含有する。このようなインターカレーションペーストは、エッチングが誘電体層を貫通する場合に特に有用となり得る。
座屈を低減するために金属粒子層の層厚ばらつきを導入する
インターカレーション層は、焼成中に下地改質金属粒子層に応力を生じさせる可能性があり、これにより座屈又はしわを生じさせることがあり、よって層間の強度及び電気的連通が不十分となる。例えば、インターカレーション層は、隣接する改質金属粒子層とは異なる熱膨張係数を有することがあり、焼成中に層が異なって膨張又は収縮する。隣接する改質金属粒子層における別の応力源は、金属粒子間に溶融するインターカレーション粒子材料のインターカレーションであり得る。そのような応力が、改質金属粒子層及び/又は改質インターカレーション層に座屈又はしわを生じさせる可能性がある。座屈又はしわは、層の厚さにおいて、重要な、周期的な又は非周期的な偏差として類型化することができる。多くの場合、これが層間での層間剥離をもたらす。例えば、乾燥した金属粒子層上のインターカレーション層が焼成される前に、インターカレーション層及び乾燥した金属粒子層を含むスタックの初期の厚さは、どこでもほぼ同じである。同時焼成後、改質インターカレーション層及び改質金属粒子層を含有する焼成多層スタックの厚さは、いくつかの領域では初期の厚さの3倍も大きくなり得る。
シリコン太陽電池における置き換えとしてのインターカレーションペースト
一実施形態では、45重量%の貴金属粒子、30重量%のインターカレーション粒子、及び25重量%の有機ビヒクル(上記の表IのペーストC)を含むインターカレーションペーストを、シリコン太陽電池内の背面タブ層を形成するための置き換えとして使用することができる。p−n接合シリコン太陽電池の製造は、当該技術分野において周知である。グッドリッチら(Goodrich et al.)は、裏面電界シリコン太陽電池を製造するための完全なプロセスフローを提供しているが、これは「標準c−Si太陽電池(standard c-Si solar cell)」と呼ばれる。グッドリッチら(Goodrich et al.)による「ウェハベースの単結晶シリコン光起電力ロードマップ:製造コストのさらなる削減のために既知の技術改善機会を利用」、Solar Energy Materials and Solar Cells(2013年)110〜135ページを参照されたい。これを参照により本明細書に組み込む。一実施形態では、太陽電池電極を製造する方法は、前面の一部が少なくとも1つの誘電体層で覆われたシリコンウェハを提供するステップと、シリコンウェハの背面にアルミニウム粒子層を塗布するステップと、乾燥するステップと、アルミニウム粒子層の一部にインターカレーションペースト(リアタブ)層を塗布し、インターカレーションペースト層を乾燥させ、複数の微細なグリッド線及び少なくとも1つの前面バスバー層をシリコンウェハ前面の誘電体層に塗布し、そして、シリコンウェハを乾燥させ同時焼成するステップを含む。スクリーン印刷、グラビア印刷、スプレー堆積、スロットコーティング、3D印刷及び/又はインクジェット印刷などの方法を用いて、様々な層を塗布することができる。一実施例として、Ekra又はBacciniスクリーンプリンタを使用して、アルミニウム粒子層、インターカレーションペースト層及び前面側グリッド線及びバスバー層を堆積させることができる。別の実施形態では、太陽電池は、シリコンウェハの背面の少なくとも一部を覆う少なくとも1つの誘電体層を有する。PERC(不動態化エミッタリアセル)アーキテクチャでは、アルミニウム粒子層の適用に先立って、2つの誘電体層(即ち、アルミナ及び窒化ケイ素)がシリコン太陽電池の背面に塗布される。様々な層の乾燥は、150℃〜300℃の温度のベルト炉で30秒〜15分間行うことができる。一構成において、Despatch CDF7210ベルト炉を使用して、本明細書に記載の焼成多層スタックを含むシリコン太陽電池を乾燥及び同時焼成する。一構成において、同時焼成は急速加熱技術を用い、空気中で0.5秒〜3秒間760℃以上の温度に加熱することで行われ、これはアルミニウム裏面電界シリコン太陽電池の一般な温度プロファイルである。ウェハの温度プロファイルは、ベアウェハに取り付けられた熱電対を備えるDataPaq(商標)システムを用いて較正されることが多い。
他のPVセルのアーキテクチャ
インターカレーションペーストを用いて、多くの異なる太陽電池のアーキテクチャ(基本設計概念)の前面及び背面におけるメタライズ層として使用できる様々な焼成多層スタックを作製することができる。本明細書で開示するインターカレーションペースト及び焼成多層スタックは、BSFシリコン太陽電池、不動態化したエミッタ及びリアコンタクト(PERC)太陽電池、及び二面及び櫛形バックコンタクト太陽電池を含む太陽電池のアーキテクチャに使用することができるが、これらに限定されるものでもない。
焼成多層スタックの材料特性とシリコン太陽電池への影響
太陽電池及び他の電子デバイスで使用するための焼成多層スタックにおける重要な材料特性には、半田付け性、剥離強度、及び接触抵抗が含まれる。
Claims (80)
- 基板表面を有する基板と、
前記基板表面の少なくとも一部上に存在して金属粒子を含む金属粒子層と、
前記基板表面の少なくとも一部上に存在する改質金属粒子層と、
前記改質金属粒子層の少なくとも一部の直上に存在して半田付け可能な表面を有する改質インターカレーション層とを含む焼成多層スタックであって、
前記改質金属粒子層は、前記金属粒子と、前記改質インターカレーション層からの少なくとも1つの材料とを含み、
前記改質インターカレーション層は、貴金属と、アンチモン、ヒ素、バリウム、ビスマス、ホウ素、カドミウム、カルシウム、セリウム、セシウム、クロム、コバルト、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、鉄、ランタン、鉛、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニオブ、リン、カリウム、レニウム、セレン、ケイ素、ナトリウム、ストロンチウム、硫黄、テルル、錫、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、これらの組み合わせ、及びこれらの合金、これらの酸化物、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料とを含む、焼成多層スタック。 - 前記改質インターカレーション層が、貴金属と、ビスマス、ホウ素、インジウム、鉛、ケイ素、テルル、錫、バナジウム、亜鉛、これらの組み合わせ、これらの合金、これらの酸化物、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料とを含む、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記改質インターカレーション層が、貴金属相及びインターカレーション相の2つの相を含み、
前記半田付け可能な表面の50%より多くが前記貴金属相を含み、
前記改質金属粒子層が、前記金属粒子と、前記インターカレーション相からの少なくとも1つの材料とを含み、
前記インターカレーション相が、アンチモン、ヒ素、バリウム、ビスマス、ホウ素、カドミウム、カルシウム、セリウム、セシウム、クロム、コバルト、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、鉄、ランタン、鉛、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニオブ、リン、カリウム、レニウム、セレン、ケイ素、ナトリウム、ストロンチウム、硫黄、テルル、錫、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、これらの組み合わせ、及びこれらの合金、これらの酸化物、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項1に記載の焼成多層スタック。 - 前記改質インターカレーション層が、前記改質金属粒子層の少なくとも一部の直上に存在するインターカレーション副層と、前記インターカレーション副層の少なくとも一部の直上に存在する貴金属副層とからなる2つの副層を含み、
前記半田付け可能な表面は前記貴金属副層を含み、
前記改質金属粒子層が、金属粒子と、前記インターカレーション副層からの少なくとも1つの材料とを含み、
前記インターカレーション副層が、アンチモン、ヒ素、バリウム、ビスマス、ホウ素、カドミウム、カルシウム、セリウム、セシウム、クロム、コバルト、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、鉄、ランタン、鉛、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニオブ、リン、カリウム、レニウム、セレン、ケイ素、ナトリウム、ストロンチウム、硫黄、テルル、錫、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、これらの組み合わせ、及びこれらの合金、これらの酸化物、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項1に記載の焼成多層スタック。 - 前記改質金属粒子層がアルミニウム粒子を含み、改質アルミニウム粒子層であり、
前記改質インターカレーション層が、前記改質アルミニウム粒子層の直上に存在してビスマスに富む副層、及び前記ビスマスに富む副層の直上に存在する銀に富む副層の2つの副層を含み、
前記半田付け可能な表面が、銀に富む副層を含み、
前記改質金属粒子層が、酸化アルミニウム、ビスマス、及び酸化ビスマスからなる群から選択される少なくとも1つの材料をさらに含む、請求項1に記載の焼成多層スタック。 - 前記基板表面の少なくとも一部の直上に存在する少なくとも1つの誘電体層をさらに含み、前記誘電体層が、シリコン、アルミニウム、ゲルマニウム、ハフニウム、ガリウム、及びこれらの酸化物、これらの窒化物、これらの複合材、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つの材料を含む、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記基板表面の少なくとも一部の直上に存在して酸化アルミニウムを含む第1の誘電体層と、前記第1の誘電体層の直上に存在して窒化ケイ素を含む第2の誘電体層とをさらに含む、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記改質インターカレーション層の半田付け可能な表面の少なくとも一部の直上に存在するタブリボンをさらに含む、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記基板表面の直上に存在する固体化合物層をさらに含み、前記固体化合物層が、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、モリブデン、タングステン、タンタル、チタンからなる群から選択される1つ又は複数の金属と、ケイ素、酸素、炭素、ゲルマニウム、ガリウム、ヒ素、窒素、インジウム及びリンからなる群から選択される1つ又は複数の材料とを含む、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記基板表面に隣接する前記基板の一部が、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、モリブデン、タングステン、タンタル、チタン、鋼及びこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つの材料でドープされる、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記焼成多層スタックの一部が変厚を有する、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記焼成多層スタックの一部が、12μmを超える山から谷までの平均高さを有する、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記改質インターカレーション層の前記半田付け可能な表面の少なくとも70重量%が、銀、金、白金、パラジウム、ロジウム、及びこれらの合金、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記基板が、ケイ素、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、サファイア、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、及びリン化インジウムからなる群から選択される少なくとも1つの材料を含む、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記金属粒子層が、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、モリブデン、タングステン、タンタル、チタン、鋼及びこれらの合金、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記貴金属が、銀、金、白金、パラジウム、ロジウム、及びこれらの合金、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記基板が、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、チタン、鋼、亜鉛、及びこれらの合金、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記金属粒子層が、0.5μm〜100μmの厚さを有する、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記金属粒子層が1〜50%の気孔率を有する、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記改質インターカレーション層が、0.5μm〜10μmの厚さを有する、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記焼成多層スタックが、伝送線路測定によって特定されると、0〜5mオームの接触抵抗を有する、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 前記改質インターカレーション層に半田付けされたタブリボンをさらに含み、前記タブリボンと前記改質インターカレーション層との間に剥離強度が存在し、前記剥離強度が1N/mmより大きい、請求項1に記載の焼成多層スタック。
- 基板と、
前記基板の少なくとも一部上に存在する金属粒子層と、
前記基板の少なくとも一部上に存在する改質金属粒子層と、
前記改質金属粒子層の少なくとも一部の直上に存在する改質インターカレーション層とを含む焼成多層スタックであって、
前記改質インターカレーション層は、前記改質金属粒子層の少なくとも一部の直上に存在するインターカレーション副層と、前記インターカレーション副層の少なくとも一部の直上に存在する貴金属副層との2つの副層を含み、
前記改質金属粒子層は、金属粒子と、前記インターカレーション副層からの少なくとも1つの材料とを含み、
前記インターカレーション副層は、アンチモン、ヒ素、バリウム、ビスマス、ホウ素、カドミウム、カルシウム、セリウム、セシウム、クロム、コバルト、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、鉄、ランタン、鉛、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニオブ、リン、カリウム、レニウム、セレン、ケイ素、ナトリウム、ストロンチウム、硫黄、テルル、錫、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、これらの組み合わせ、及びこれらの合金、これらの酸化物、これらの複合材、これらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、焼成多層スタック。 - シリコン基板と、
前記シリコン基板の少なくとも一部の上に存在するアルミニウム粒子層と、
前記シリコン基板の少なくとも一部の上に存在する改質アルミニウム粒子層と、
前記改質アルミニウム粒子層の直上に存在する改質インターカレーション層と
を含む焼成多層スタックであって、
前記改質インターカレーション層が、前記改質アルミニウム粒子層の直上に存在してビスマスに富む副層と、前記ビスマスに富む副層の直上に存在する銀に富む副層との2層の層を含み、
前記改質アルミニウム粒子層は、アルミニウム粒子と、酸化アルミニウム、ビスマス、及び酸化ビスマスからなる群から選択される少なくとも1つの材料とを含む、焼成多層スタック。 - 前面及び背面を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の前記前面の少なくとも一部の直上に存在する少なくとも1つの前面誘電体層と、
前記シリコン基板の前記前面の一部の上に存在する複数の微細なグリッド線と、
前記複数の微細なグリッド線の少なくとも1つと電気的に接触する少なくとも1つの前面バスバー層と、
前記シリコン基板の前記背面の少なくとも一部の上に存在するアルミニウム粒子層であって、アルミニウム粒子を含むアルミニウム粒子層と、
前記シリコン基板の前記背面の一部の上に存在する背面タブ層と
を含む太陽電池であって、
前記背面タブ層は、
前記シリコン基板の前記背面の一部の上に存在する改質アルミニウム粒子層と、
前記改質アルミニウム粒子層の少なくとも一部の直上に存在して半田付け可能な表面を有する改質インターカレーション層とを含み、
前記改質アルミニウム粒子層は、前記アルミニウム粒子と前記改質インターカレーション層からの少なくとも1つの材料とを含み、
前記改質インターカレーション層は、貴金属と、アンチモン、ヒ素、バリウム、ビスマス、ホウ素、カドミウム、カルシウム、セリウム、セシウム、クロム、コバルト、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、鉄、ランタン、鉛、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニオブ、リン、カリウム、レニウム、セレン、ケイ素、ナトリウム、ストロンチウム、硫黄、テルル、錫、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、これらの組み合わせ、及びこれらの合金、これらの酸化物、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、太陽電池。 - 前記改質インターカレーション層が、貴金属と、ビスマス、ホウ素、インジウム、鉛、ケイ素、テルル、錫、バナジウム、亜鉛、これらの組み合わせ、及びこれらの合金、これらの酸化物、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項25に記載の太陽電池。
- 前記改質インターカレーション層が、貴金属相及びインターカレーション相の2つの相を含み、
前記半田付け可能な表面の50%より多くが前記貴金属相を含み、
前記改質アルミニウム粒子層が、前記アルミニウム粒子と前記インターカレーション相からの少なくとも1つの材料とを含み、
前記インターカレーション相が、アンチモン、ヒ素、バリウム、ビスマス、ホウ素、カドミウム、カルシウム、セリウム、セシウム、クロム、コバルト、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、鉄、ランタン、鉛、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニオブ、リン、カリウム、レニウム、セレン、ケイ素、ナトリウム、ストロンチウム、イオウ、テルル、錫、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、これらの組み合わせ、及びこれらの合金、これらの酸化物、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項25に記載の太陽電池。 - 前記改質インターカレーション層が、前記改質アルミニウム粒子層の少なくとも一部の直上に存在するインターカレーション副層と、前記インターカレーション副層の少なくとも一部の直上に存在する貴金属副層との2つの副層を含み、
前記半田付け可能な表面は前記貴金属副層を含み、
前記改質アルミニウム粒子層が、前記アルミニウム粒子と前記インターカレーション副層からの少なくとも1つの材料とを含み、
前記インターカレーション副層は、アンチモン、ヒ素、バリウム、ビスマス、ホウ素、カドミウム、カルシウム、セリウム、セシウム、クロム、コバルト、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、鉄、ランタン、鉛、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニオブ、リン、カリウム、レニウム、セレン、ケイ素、ナトリウム、ストロンチウム、イオウ、テルル、錫、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、これらの組み合わせ、及びこれらの合金、これらの酸化物、これらの複合材、これらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項25に記載の太陽電池。 - 前記改質インターカレーション層が、前記改質アルミニウム粒子層の直上に存在してビスマスに富む副層と、前記ビスマスが豊富な副層の直上に存在して銀に富む副層の2つの副層を含み、
前記改質アルミニウム粒子層が、酸化アルミニウム、ビスマス、及び酸化ビスマスからなる群から選択される少なくとも1つの材料をさらに含み、前記ビスマスに富む副層の厚さは0.01μm〜5μmである、請求項25に記載の太陽電池。 - 前記アルミニウム粒子層がビスマスをさらに含み、ビスマスとビスマス及びアルミニウムとの重量比(Bi:(Bi+Al))が、前記改質アルミニウム粒子層において、前記アルミニウム粒子層においてよりも少なくとも20%高い、請求項29に記載の太陽電池。
- 前記貴金属が、銀、金、白金、パラジウム、ロジウム、及びこれらの合金、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項25に記載の太陽電池。
- 前記シリコン基板の前記背面の少なくとも一部の直上に存在する少なくとも1つの背面誘電体層をさらに備え、前記背面誘電体層が、ケイ素、アルミニウム、ゲルマニウム、ハフニウム、ガリウム、及びこれらの酸化物、これらの窒化物、これらの複合材、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項25に記載の太陽電池。
- 前記シリコン基板の前記背面の少なくとも一部の直上に存在して酸化アルミニウムを含む第1の背面誘電体層と、前記第1の背面誘電体層の直上に存在して窒化ケイ素を含む第2の背面誘電体層とをさらに含む、請求項25に記載の太陽電池。
- 前記シリコン基板の直上に存在する固体アルミニウム−ケイ素共晶層をさらに含む、請求項25に記載の太陽電池。
- 前記背面タブ層の一部分が、12μmを超える山から谷部分までの平均高さを有する、請求項25に記載の太陽電池。
- 前記改質インターカレーション層の前記半田付け可能な表面の少なくとも一部の直上にタブリボンをさらに含む、請求項25に記載の太陽電池。
- 前記半田付け可能な表面が、少なくとも70重量%の銀を含む、請求項25に記載の太陽電池。
- 前記改質アルミニウム粒子層の一部は、12μmを超える山から谷部分までの平均高さを有する、請求項25に記載の太陽電池。
- 前記アルミニウム粒子層が、1μm〜50μmの厚さを有する、請求項25に記載の太陽電池。
- 前記背面タブ層の厚さが1μm〜50μmである、請求項25に記載の太陽電池。
- 前面及び背面を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の前記前面の少なくとも一部の直上に存在する少なくとも1つの前面誘電体層と、
前記シリコン基板の前記前面の一部の上に存在する複数の微細なグリッド線と、
前記複数の微細なグリッド線の少なくとも1つと電気的に接触する少なくとも1つの前面バスバー層と、
前記シリコン基板の背面の少なくとも一部の上に存在してアルミニウム粒子を含むアルミニウム粒子層と、
前記シリコン基板の背面の一部の上に存在する背面タブ層と、
を含む太陽電池であって、
前記背面タブ層は半田付け可能な表面を有し、前記背面タブ層が、
前記シリコン基板の背面の少なくとも一部の上に存在する改質アルミニウム粒子層と、
前記改質アルミニウム粒子層の少なくとも一部の直上に存在してビスマスに富む副層と、
前記ビスマスに富む副層の少なくとも一部の直上に存在して銀に富む副層とを含み、
前記改質アルミニウム粒子層は、前記アルミニウム粒子と、酸化アルミニウム、ビスマス及び酸化ビスマスからなる群から選択される少なくとも1つの材料とを含む、太陽電池。 - 太陽電池モジュールであって、
前面及び背面を有する前面シートと、
前記前面シートの前記背面の上に存在する前面封止層と、
前記前面封止層の上にある第1のシリコン太陽電池及び第2のシリコン太陽電池とを備え、各シリコン太陽電池は、
前面及び背面を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の前記前面の少なくとも一部の直上に存在する少なくとも1つの前面誘電体層と、
前記シリコン基板の前記前面の一部に存在する複数の微細なグリッド線と、
前記複数の微細なグリッド線の少なくとも1つと電気的に接触する少なくとも1つの前面バスバー層と、
前記シリコン基板の前記背面の少なくとも一部の上に存在してアルミニウム粒子を含むアルミニウム粒子層と、
前記シリコン基板の前記背面の一部の上に存在する背面タブ層と、を含み、
前記背面タブ層は、
前記シリコン基板の背面の一部の上に存在する改質アルミニウム粒子層と、
前記改質アルミニウム粒子層の少なくとも一部の直上に存在して半田付け可能な表面を有する改質インターカレーション層と、を含み、
前記改質インターカレーション層は、貴金属と、アンチモン、ヒ素、バリウム、ビスマス、ホウ素、カドミウム、カルシウム、セリウム、セシウム、クロム、コバルト、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、鉄、ランタン、鉛、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、リン、カリウム、レニウム、セレン、ケイ素、ナトリウム、ストロンチウム、硫黄、テルル、錫、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、これらの組み合わせ、及びこれらの合金、これらの酸化物、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される1つの材料とを含み、
前記改質アルミニウム粒子層は、前記アルミニウム粒子と、前記改質インターカレーション層からの少なくとも1つの材料とを含み、
前記太陽電池モジュールは、第1のセル相互接続をさらに含み、前記第1のセル相互接続は、
前記第1のシリコン太陽電池の前面バスバー層及び第2のシリコン太陽電池の前記背面タブ層の両方と電気的に接触する第1のタブリボンと、
前面と背面を有する背面シートであって、前記背面シートの前記背面が外部環境に露出された背面シートと、
前記背面シートの前記前面の上に存在する背面封止層と、を含み、
前記第1のシリコン太陽電池及び第2の太陽電池の上の前記背面封止層の第1の部分と、前記前面封止層の上の前記背面封止層の第2の部分とを含む、太陽電池モジュール。 - 前記改質インターカレーション層が、貴金属と、ビスマス、ホウ素、インジウム、鉛、ケイ素、テルル、錫、バナジウム、亜鉛、これらの組み合わせ、及びこれらの合金、これらの酸化物、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項42に記載の太陽電池モジュール。
- 前記改質インターカレーション層が、貴金属相及びインターカレーション相の2つの相を含み、
前記半田付け可能な表面の50%より多くが前記貴金属相を含み、
前記改質アルミニウム粒子層が、前記アルミニウム粒子と前記インターカレーション相からの少なくとも1つの材料とを含み、
前記インターカレーション相が、アンチモン、ヒ素、バリウム、ビスマス、ホウ素、カドミウム、カルシウム、セリウム、セシウム、クロム、コバルト、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、鉄、ランタン、鉛、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニオブ、リン、カリウム、レニウム、セレン、ケイ素、ナトリウム、ストロンチウム、イオウ、テルル、錫、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、これらの組み合わせ、及びこれらの合金、これらの酸化物、おれらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項42に記載の太陽電池モジュール。 - 前記改質インターカレーション層が、前記改質インターカレーション層の少なくとも一部の直上に存在するインターカレーション副層と、前記インターカレーション副層の少なくとも一部の直上に存在する貴金属副層との2つの副層を含み、
前記改質アルミニウム粒子層が、前記アルミニウム粒子と前記インターカレーション副層からの少なくとも1つの材料とを含み、
前記インターカレーション副層が、アンチモン、ヒ素、バリウム、ビスマス、ホウ素、カドミウム、カルシウム、セリウム、セシウム、クロム、コバルト、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、鉄、ランタン、鉛、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニオブ、リン、カリウム、レニウム、セレン、ケイ素、ナトリウム、ストロンチウム、イオウ、テルル、錫、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、これらの組み合わせ、及びこれらの合金、これらの酸化物、おれらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項42に記載の太陽電池モジュール。 - 前記改質インターカレーション層が、前記改質アルミニウム粒子層の直上に存在してビスマスに富む副層と、前記ビスマスに富む副層の直上に存在して銀に富む副層との2つの副層を含み、
前記改質アルミニウム粒子層が、前記アルミニウム粒子と、酸化アルミニウム、ビスマス、及び酸化ビスマスからなる群から選択される少なくとも1つの材料とを含む、請求項42に記載の太陽電池モジュール。 - 前記第1のセル相互接続が、前記背面シートと接触する接続箱をさらに備える、請求項42に記載の太陽電池モジュール。
- 前記第1のタブリボンに接続する少なくとも1つのバスバーリボンをさらに備える、請求項42に記載の太陽電池モジュール。
- 前記前面誘電体層が、ケイ素、アルミニウム、ゲルマニウム、ハフニウム、ガリウム、及びこれらの酸化物、これらの窒化物、これらの複合材、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つの材料を含む、請求項42に記載の太陽電池モジュール。
- 前記シリコン基板の前記背面の直上に少なくとも1つの背面誘電体層をさらに備え、前記背面誘電体層は、ケイ素、アルミニウム、ゲルマニウム、ハフニウム、ガリウム、これらの酸化物、これらの窒化物、これらの複合材、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つの材料を含む、請求項42に記載の太陽電池モジュール。
- 前記シリコン基板の前記背面の少なくとも一部の直上に存在して酸化アルミニウムを含む第1の背面誘電体層と、前記第1の背面誘電体層の直上に存在して窒化ケイ素を含む第2の背面誘電体層とをさらに備える、請求項42に記載の太陽電池モジュール。
- 前記シリコン基板の前記背面の直上に存在する固体アルミニウムケイ素共晶層をさらに含む、請求項42に記載の太陽電池モジュール。
- 前記改質インターカレーション層がビスマスを含み、ビスマスとビスマス及びアルミニウムとの重量比(Bi:(Bi+Al))が、前記改質アルミニウム粒子層においては前記アルミニウム粒子層におけるよりも少なくとも20%高いことを特徴とする、請求項42に記載の太陽電池モジュール。
- 前記背面タブ層の一部が、12μmを超える山から谷部分までの平均高さを有する、請求項42に記載の太陽電池モジュール。
- 10重量%〜70重量%の貴金属粒子と、
少なくとも10重量%のインターカレーション粒子と、
有機ビヒクルとを含み、
前記インターカレーション粒子が、低温卑金属粒子、結晶性金属酸化物粒子、及びガラスフリット粒子からなる群から選択される1つ以上を含む、ペースト。 - 前記貴金属粒子に対する前記インターカレーション粒子の重量比が少なくとも1:5である、請求項55に記載のペースト。
- 前記貴金属粒子が、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、及びこれらの合金、複合材、及び他の組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つの材料を含む、請求項55に記載のペースト。
- 前記貴金属粒子が100nm〜50μmのD50を有する、請求項55に記載のペースト。
- 前記貴金属粒子が、0.4〜7.0m2/gの比表面積を有する、請求項55に記載のペースト。
- 前記貴金属粒子の一部が、球状、フレーク形状、及び細長形状からなる群から選択される形状を有する、請求項55に記載のペースト。
- 前記貴金属粒子及び前記インターカレーション粒子の少なくとも一方が単峰性のサイズ分布を有する、請求項55に記載のペースト。
- 前記貴金属粒子及び前記インターカレーション粒子の少なくとも一方が多峰粒度分布を有する、請求項55に記載のペースト。
- 前記貴金属粒子の少なくともいくつかが銀であり、300nm〜2.5μmのD50及び1.0〜3.0m2/gの比表面積を有する、請求項55に記載のペースト。
- 前記インターカレーション粒子が100nm〜50μmのD50を有する、請求項55に記載のペースト。
- 前記インターカレーション粒子が0.1〜6.0m2/gの比表面積を有する、請求項55に記載のペースト。
- 前記インターカレーション粒子の一部が、球形、フレーク形状、及び細長形状からなる群から選択される形状を呈する、請求項55に記載のペースト。
- 前記低温卑金属粒子が、ビスマス、錫、テルル、アンチモン、鉛、及びこれらの合金、複合材、及び他の組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項55に記載のペースト。
- 前記低温卑金属粒子がビスマスを含み、1.5〜4.0μmのD50及び1.0〜2.0m2/gの比表面積を有する、請求項67に記載のペースト。
- 前記低温卑金属粒子の少なくともいくつかが、銀、ニッケル、ニッケル−ホウ素、錫、テルル、アンチモン、鉛、モリブデン、チタン、及びこれらの合金、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む単一シェルによって取り囲まれたビスマスコア粒子を備える、請求項55に記載のペースト。
- 前記低温卑金属粒子の少なくともいくつかが、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ホウ素、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される材料からなる単一のシェルによって囲まれたビスマスコア粒子を備える、請求項55に記載のペースト。
- 前記結晶性金属酸化物粒子が、酸素と、ビスマス、錫、テルル、アンチモン、鉛、バナジウム、クロム、モリブデン、ホウ素、マンガン、コバルト、及びこれらの合金、これらの複合材及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される金属とを含む、請求項55に記載のペースト。
- 前記ガラスフリット粒子が、アンチモン、ヒ素、バリウム、ビスマス、ホウ素、カドミウム、カルシウム、セリウム、セシウム、クロム、コバルト、フッ素、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、ヨウ素、鉄、ランタン、鉛、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニオブ、カリウム、レニウム、セレン、ケイ素、ナトリウム、ストロンチウム、テルル、錫、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、これらの合金、これらの酸化物、これらの複合材、及びこれらの他の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項55に記載のペースト。
- 前記ペーストが30重量%〜80重量%の固体含量を有する、請求項55に記載のペースト。
- 前記インターカレーション粒子が、前記ペーストの少なくとも15重量%を含む、請求項55に記載のペースト。
- 前記ペーストが45重量%のAg粒子、30重量%のビスマス粒子、及び25重量%の有機ビヒクルを含む、請求項55に記載のペースト。
- 前記ペーストが、30重量%のAg粒子、20重量%のビスマス粒子、及び50重量%の有機ビヒクルを含む、請求項55に記載のペースト。
- 前記ペーストが、4秒-1のせん断速度において25℃で10,000〜200,000cPの粘度を有する、請求項55に記載のペースト。
- 10重量%〜70重量%の銀粒子と、
少なくとも10重量%のビスマス金属粒子と、
有機ビヒクルと、を含むことを特徴とするペースト。 - 10重量%〜70重量%の銀粒子と、
少なくとも10重量%の結晶性酸化ビスマス粒子と、
有機ビヒクルと、を含むことを特徴とするペースト。 - ガラスフリット粒子をさらに含む、請求項78又は請求項79のいずれかに記載のペースト。
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