JP4549655B2 - 機能性塗料 - Google Patents
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Description
そこで反射防止膜のパターニング工程を不要とするために、その前工程である反射防止膜の形成時に、半導体層にマスクをかけて、受光面のみに反射防止膜を形成する方法が提案されていたが、この反射防止膜の直接パターン形成は、技術的な困難性を伴い、必ずしも実用性の高いものとはいえない。一方、太陽電池の表面電極製造における研究として、熱酸化法などで簡便に反射防止膜を形成した後、金属粉末とガラス材料とを含む導電性塗料を反射防止膜上にプリントし、該塗料中に含まれるガラス材料が反射防止膜を溶融している間に、金属粉末がシリコン基板のn層またはp層のシリコンと接触して電極を形成し、金属電極とシリコンのn層またはp層との導通を確保するといった、いわゆるファイヤースルーによる方法が提案されている(特許文献2)。しかしながら、このファイヤースルーでは、一般的に850℃もの高温での焼成を必要とするため、n層をガラス成分や電極が突き抜けて太陽電池における電気的特性の劣化を招くことがあり、従って正確な製造条件のコントロールが必要となる。また電極が一様にn層中のシリコンと導通がとれていないと、太陽電池における初期の電気的特性が劣化するといった問題も生じる。
このように、当該技術分野においては、優れたエッチング機能と良好な電気的特性とを同時に有する機能性塗料の開発がなお強く求められている。
また、本発明は希釈剤をさらに含有する、前記機能性塗料に関する。
さらに、本発明は、希釈剤がブチルカルビトールである、前記機能性塗料に関する。
また、本発明は、エッチング剤が、金属粉末表面上の酸化膜除去作用を有する、前記機能性塗料に関する。
さらに、本発明は、エッチング剤が、太陽電池の反射防止膜に対するエッチング作用を有する前記機能性塗料に関する。
また、本発明は、エッチング剤が、Siの酸化膜および/または窒化膜除去作用を有する前記機能性塗料に関する。
さらに、本発明は、エッチング剤が、NH4HF2 および/またはNH4Fである前記機能性塗料に関する。
さらに、本発明は、バインダーが熱硬化性樹脂を含む前記機能性塗料に関する。
また、本発明は、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂および/またはフェノール樹脂である前記機能性塗料に関する。
さらに、本発明は、有機溶媒が多価アルコールまたはその混合物である前記機能性塗料に関する。
また、本発明は、多価アルコールがグリセリンおよび/またはエチレングリコールである前記機能性塗料に関する。
また、本発明は、金属粉末、金属粉末表面上の酸化膜除去作用を有するエッチング剤、バインダーおよび有機溶媒を含有する機能性塗料を基板上に所望のパターンに塗布し、焼成することにより形成された電気回路に関する。
また、本発明は、金属粉末、金属粉末表面上の酸化膜除去作用を有するエッチング剤、バインダーおよび有機溶媒を含有する機能性塗料を基板上に所望のパターンに塗布し、焼成することを含む電気回路の形成方法に関する。
さらに本発明においては、200℃程度の低温で、安定に且つ一段階で表面電極を製造することが可能であり、製造プロセスを大幅に簡略化することができる。したがって、単に従来の材料から本発明の機能性塗料に置き換えるだけで、コストと歩留まりの大幅な改善が可能となり、当該技術分野に大きく貢献するものである。
また、塗料中の金属粉末表面上には、水分または酸素などにより薄い自然酸化膜が形成されるため、安定な電気的導通が得られないことがあるが、本発明の機能性塗料においては、エッチング剤が該酸化膜をも除去するので、抵抗値が極めて小さい電気回路を形成することができる。
本発明の機能性塗料に用いられる金属粉末は、AgコートNi粉末、Cu粉末、Ag粉末、Au粉末、Pd粉末、Pt粉末、Ni粉末、Al粉末などが挙げられるが、これらのうち、ハンダ付け性の観点から、AgコートNi粉末、Cu粉末、Ag粉末、Au粉末、Pd粉末、Pt粉末が好ましい。また金属粉末の含有量は、機能性塗料全体中に好ましくは、60〜99wt.%で、さらに好ましくは、65〜90wt.%である。
バインダーには、ジシアンジアミド、脂肪族ポリアミンなどの硬化剤を加えるが、これらのうち、ジシアンジアミドが好ましい。また硬化剤の含有量は、塗料全体中に好ましくは、0.1〜30wt.%で、さらに好ましくは、1〜20wt.%である。
さらにバインダーには、3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチルウレア、第三級アミンなどの硬化促進剤を加えるが、これらのうち、3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチルウレアが好ましい。また硬化促進剤の含有量は、塗料全体中に好ましくは、0.01〜10wt.%で、さらに好ましくは、0.1〜7.0wt.%である。
さらに、本発明の機能性塗料には、ブチルカルビトール、メチルカルビトール、ソルベッソ150などの希釈剤を添加させて、スクリーン印刷できる粘度(200〜500ポイズ程度)に調整してもよい。これらの希釈剤のうち、ブチルカルビトールが好ましく、含有量は機能性塗料全体中に好ましくは、0.1〜10wt.%で、さらに好ましくは、0.5〜7wt.%である。
まず、p型シリコン基板の表面にn型不純物を拡散して、n型領域(n+層)を形成させる。その後、受光面となるn型領域上にCVD装置などで反射防止膜(SiO2、SiNX)を形成し、受光面と反対側の面には、高濃度のp型不純物の拡散領域であるp+層を形成させる。
そして反射防止膜上に本発明の塗料をスクリーン印刷法などで、所望の電極形状で付着乾燥させた後に焼成すると、反射防止膜をエッチングしながら、n層中のシリコンと良好な電気的導通がとれるように表面電極が製造される。本発明の機能性塗料は、反射防止膜エッチング作用と導電性を併せ持つので、一段階で簡便に表面電極を製造することができる。最後にp+層下に裏面電極を形成することで電気的特性の優れた太陽電池が完成する。
実施例1
AgコートNi粉末 93重量部(75.0wt.%)
オレイン酸 1重量部(0.8wt.%)
エポキシ樹脂 6重量部(4.8wt.%)
フッ化水素アンモニウム 3重量部(2.4wt.%)
ブチルカルビトール 6重量部(4.8wt.%)
をハイブリッドミキサーで混合したものに
グリセリン/エチレングリコール=3/1重量比の混合物を15(12.1wt.%)重量部添加してよく混合して、Siウェーハー上に幅約1mm、長さ約1cm、厚さ約400μmに塗布し、ホットプレート上空気中で70〜75℃で5分、続けて220℃で15分焼成し電極を形成した。2つの電極間の抵抗値は90Ωを示した。
上記組成でフッ化水素アンモニウムを除外して配合したものを、同様の処置で電極を形成した。電極間の抵抗値は210KΩを示した。
AgコートNi粉末 93重量部(75.0wt.%)
オレイン酸 1重量部(0.8wt.%)
エポキシ樹脂 6重量部(4.8wt.%)
フッ化水素アンモニウム 3重量部(2.4wt.%)
ブチルカルビトール 6重量部(4.8wt.%)
をハイブリッドミキサーで混合したものに
グリセリン/エチレングリコール=3/1重量比の混合物を15重量部(12.1wt.%)添加してよく混合して、約80nmの膜厚のSiO2膜付Siウェーハー上に幅約1mm、長さ約1cm、厚さ約400μmに塗布し、ホットプレート上空気中で70〜75℃で5分、続けて220℃で15分焼成し電極を形成した。電極間の抵抗値は900Ωを示した。
上記組成でフッ化水素アンモニウムを除外して配合したものを、同様の処置で電極を形成した。電極間の抵抗値は100MΩ以上を示した。
AgコートNi粉末 93重量部(66.9wt.%)
オレイン酸 1重量部(0.7wt.%)
エポキシ樹脂 6重量部(4.3wt.%)
フッ化水素アンモニウム 3重量部(2.2wt.%)
ブチルカルビトール 6重量部(4.3wt.%)
をハイブリッドミキサーで混合したものに
グリセリン/エチレングリコール=3/1重量比の混合物を15重量部(10.8wt.%)、銀コロイド液AgE-102(日本ペイント製)15重量部(10.8wt.%)添加してよく混合して、SiO2膜付きSiウェーハー上に幅約1mm、長さ約1cm、厚さ約400μmに塗布し、ホットプレート上空気中で70〜75℃で5分、続けて220℃で15分焼成し電極を形成した。電極間の抵抗値は160Ωを示した。
上記組成で銀コロイド液AgE-102を除外して配合したものを、同様の処置で電極を形成した。電極間の抵抗値は550Ωを示した。
AgコートNi粉末 93重量部(66.9wt.%)
オレイン酸 1重量部(0.7wt.%)
エポキシ樹脂 6重量部(4.3wt.%)
フッ化水素アンモニウム 3重量部(2.2wt.%)
ブチルカルビトール 6重量部(4.3wt.%)
をハイブリッドミキサーで混合したものに
グリセリン/エチレングリコール=3/1重量比の混合物を15重量部(10.8wt.%)、銀コロイド液AgE-102(日本ペイント製)15重量部(10.8wt.%)添加してよく混合して、約90nmの膜厚のSiNx膜付きSiウェーハー上に幅約1mm、長さ約1cm、厚さ約400μmに塗布し、ホットプレート上空気中で70〜75℃で5分、続けて220℃で15分焼成し電極を形成した。電極間の抵抗値は1.9KΩを示した。
上記組成でグリセリン/エチレングリコール=3/1重量比の混合物を除外して配合したものを、同様の処置で電極を形成した。電極間の抵抗値は29KΩを示した。
AgコートNi粉末 93重量部(66.9wt.%)
オレイン酸 1重量部(0.7wt.%)
エポキシ樹脂 6重量部(4.3wt.%)
フッ化水素アンモニウム 3重量部(2.2wt.%)
ブチルカルビトール 6重量部(4.3wt.%)
をハイブリッドミキサーで混合したものに
グリセリン/エチレングリコール=3/1重量比の混合物を15重量部(10.8wt.%)、銀コロイド液AgE-102(日本ペイント製)15重量部(10.8wt.%)添加してよく混合して、Siウェーハー上に幅約1mm、長さ約1cm、厚さ約400μmに塗布し、ホットプレート上空気中で70〜75℃で5分、続けて220℃で15分焼成し電極を形成した。電極間の抵抗値は0Ωを示した。
上記組成でグリセリン/エチレングリコール=3/1重量比の混合物を除外して配合したものを、同様の処置で電極を形成した。電極間の抵抗値は9.3KΩを示した。
Cu粉末 93重量部(66.9wt.%)
オレイン酸 1重量部(0.7wt.%)
エポキシ樹脂 6重量部(4.3wt.%)
フッ化水素アンモニウム 3重量部(2.2wt.%)
ブチルカルビトール 6重量部(4.3wt.%)
をハイブリッドミキサーで混合したものに
グリセリン/エチレングリコール=3/1重量比の混合物を15重量部(10.8wt.%)、銀コロイド液AgE-102(日本ペイント製)15重量部(10.8wt.%)添加してよく混合して、約80nmの膜厚のSiウェーハー上に幅約1mm、長さ約1cm、厚さ約400μmに塗布し、ホットプレート上空気中で70〜75℃で5分、続けて220℃で15分焼成し電極を形成した。2つの電極間の抵抗値は10kΩを示した。
上記組成でフッ化水素アンモニウムを除外して配合したものを、同様の処置で電極を形成した。電極間の抵抗値は2MΩを示した。
実施例7
AgコートNi粉末 90重量部(66.7wt%)
オレイン酸 1重量部(0.7wt%)
フェノール樹脂(群栄化学製PL-6317)9重量部(6.7wt%)
フッ化水素アンモニウム 3重量部(2.2wt%)
ブチルカルビトール 2重量部(1.5wt%)
をハイブリッドミキサーで混合したものに
グリセリン/エチレングリコール=3/1重量比の混合物15重量部(11.1wt%)、銀コロイド液AgE-102(日本ペイント製)15重量部(11.1wt%)添加してよく混合して、Siウェーハー上に5mm角、厚さ約200μmに塗布してホットプレート上空気中で70〜75℃で5分、続いて220℃で15分焼成し電極を形成した。
2つの電極間の抵抗値は34kΩを示した。
上記組成でフッ化水素アンモニウムと銀コロイド液AgE-102を除外して配合したものを、同様の処置で電極を形成した。電極間の抵抗値は730kΩを示した。
実施例8
AgコートNi粉末 90重量部(66.7wt%)
オレイン酸 1重量部(0.7wt%)
フェノール樹脂(群栄化学製PL-6317)9重量部(6.7wt%)
フッ化水素アンモニウム 3重量部(2.2wt%)
ブチルカルビトール 2重量部(1.5wt%)
をハイブリッドミキサーで混合したものに
グリセリン/エチレングリコール=3/1重量比の混合物15重量部(11.1wt%)、銀コロイド液AgE-102(日本ペイント製)15重量部(11.1wt%)添加してよく混合して、80μmの膜厚のSiO2膜付Siウェーハー上にそれぞれ5mm角、厚さ約200μmに塗布してホットプレート上空気中で70〜75℃で5分、続いて220℃で15分焼成し電極を形成した。
2つの電極間の抵抗値は12kΩを示した。
上記組成でフッ化水素アンモニウムと銀コロイド液AgE-102を除外して配合したものを、同様の処置で電極を形成した。電極間の抵抗値は10MΩ以上を示した。
2・・・n+層
3・・・反射防止膜(SiO2、SiNx)
4・・・p+層
5・・・表面電極
6・・・裏面電極
Claims (12)
- AgコートNi粉末および/またはCu粉末、NH 4 HF 2 、エポキシ樹脂および/またはフェノール樹脂を含むバインダーおよび有機溶媒を含有する塗料。
- 希釈剤をさらに含有する、請求項1に記載の塗料。
- 希釈剤がブチルカルビトールである、請求項2に記載の塗料。
- NH 4 HF 2 が、AgコートNi粉末および/またはCu粉末上の酸化膜除去作用を有する、請求項1〜3のいずれかに記載の塗料。
- NH 4 HF 2 が、太陽電池の反射防止膜に対するエッチング作用を有する、請求項1〜4のいずれかに記載の塗料。
- NH 4 HF 2 が、Siの酸化膜および/または窒化膜除去作用を有する、請求項1〜5のいずれかに記載の塗料。
- 有機溶媒が多価アルコールまたはその混合物である、請求項1〜6のいずれかに記載の塗料。
- 多価アルコールがグリセリンおよび/またはエチレングリコールである、請求項7に記載の塗料。
- 半導体層、その上部の反射防止膜、および該反射防止膜を貫通し前記半導体層と導通する表面電極を含む太陽電池であって、AgコートNi粉末および/またはCu粉末、反射防止膜に対するエッチング作用を有するNH 4 HF 2 、エポキシ樹脂および/またはフェノール樹脂を含むバインダーおよび有機溶媒を含有する塗料を、反射防止膜上に所望の電極の形状に塗布し、焼成することにより製造された、前記太陽電池。
- AgコートNi粉末および/またはCu粉末、該粉末表面上の酸化膜除去作用を有するNH 4 HF 2 、エポキシ樹脂および/またはフェノール樹脂を含むバインダーおよび有機溶媒を含有する塗料を基板上に所望のパターンに塗布し、焼成することにより形成された電気回路。
- 半導体層、その上部の反射防止膜、および該反射防止膜を貫通し前記半導体層と導通する表面電極を含む太陽電池を製造する方法であって 、AgコートNi粉末および/またはCu粉末、反射防止膜に対するエッチング作用を有するNH 4 HF 2 、エポキシ樹脂および/またはフェノール樹脂を含むバインダーおよび有機溶媒を含有する塗料を、反射防止膜上に所望の電極の形状に塗布し、焼成することを含む前記方法。
- AgコートNi粉末および/またはCu粉末、該粉末表面上の酸化膜除去作用を有するNH 4 HF 2 、エポキシ樹脂および/またはフェノール樹脂を含むバインダーおよび有機溶媒を含有する塗料を基板上に所望のパターンに塗布し、焼成することを含む電気回路の形成方法。
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