JP5784004B2 - 鉛ガラス組成物及びそれを含む導体形成用組成物 - Google Patents
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Description
1. モル%でPbO:46〜63%、SiO2:34〜45%、Bi2O3:0.5〜10%、ZnO:2〜13%、B2O3:0〜3%、Al2O3:0〜1.5%及びZrO2:0〜1.4%を含むことを特徴とする鉛ガラス組成物。
2. B2O3を含まないことを特徴とする、前記項1に記載の鉛ガラス組成物。
3. モル比(PbO+Bi2O3)/(SiO2+ZnO)が1以上である、前記項1に記載の鉛ガラス組成物
4. 800℃以下の温度範囲内で結晶化による発熱ピークが存在する、前記項1に記載の鉛ガラス組成物。
5. 鉛ガラス組成物を加熱することによって結晶化させた際に、PbO−SiO2系結晶及び/又はPbO−ZnO−SiO2系の結晶相を発現する、前記項1に記載の鉛ガラス組成物。
6. 軟化点が500℃以下である、前記項1に記載の鉛ガラス組成物。
7. 前記項1〜6のいずれかに記載の鉛ガラス組成物及び導電性粒子を含む導体形成用組成物。
8. 溶剤及びバインダーの少なくとも1種を含む、前記項7に記載の導体形成用組成物。
9. 太陽電池の導体を形成するために用いる、前記項7に記載の導体形成用組成物。
本発明の鉛ガラス組成物は、モル%でPbO:46〜63%、SiO2:34〜45%、Bi2O3:0.5〜10%、ZnO:2〜13%、B2O3:0〜3%、Al2O3:0〜1.5%及びZrO2:0〜1.4%を含むことを特徴とする。以下、各成分の主な役割等について説明する。
PbOは、主として軟化点を調整するための成分であり、同じ軟化点調整元素であるアルカリ金属酸化物と異なり、耐水性への影響が少ない。また、粉末化後の焼成においては、特にPbO−SiO2系結晶及び/又はPbO−ZnO−SiO2系の結晶相を析出させることによって、フロー性を抑え、ガラスの流動化を低下させ、より効果的にガラスの染み出しを抑制させるのに有効な成分である。より具体的には、Pb2SiO4結晶、Pb3Si2O7結晶及びPbZnSiO4結晶の少なくとも1つの結晶相を析出させることが好適である。かかる見地より、PbOの含有量は、モル%で46〜63%とし、好ましくは49〜60%とする。PbOの含有量が63%を超えると結晶化が強くなりすぎる。また、PbOの含有量が46%未満では、太陽電池の変換効率が低下するおそれがある。
SiO2は、主に、ガラスの失透を防ぎ、耐湿性を向上させるのに有効な成分である。また、被接着体がシリコン半導体の場合、シリコンと同じ元素であるのでよりなじみやすいという利点もある。このような見地より、SiO2の含有量は、モル%で34〜45%とし、好ましくは37〜45%とする。SiO2含有量が34%未満の場合は失透しやすくなる。一方、SiO2含有量が45%を超える場合は軟化点が高くなり、軟化点500℃以下とならない。
Bi2O3は、主として、ガラスの軟化点を低下させるための成分であり、同じ軟化点調整元素であるアルカリ金属酸化物と異なり、耐水性への影響が少ない。Bi2O3の含有量は、モル%で0.5〜10%とし、好ましくは1〜6%とする。Bi2O3の含有量が10%を超える場合は、太陽電池の変換効率が低下するおそれがある。また、Bi2O3の含有量が0.5%未満の場合は、軟化点が高くなり、軟化点500℃以下とならないおそれがあるほか、結晶化が強くなりすぎるおそれもある。
ZnOは、特に、ガラスの結晶化を促進させる働きがある。かかる見地より、ZnOの含有量は、モル%で2〜13%とし、好ましくは3〜10%とする。ZnOの含有量が13%を超える場合は結晶化が強くなりすぎる。その結果、焼成時に全くフローせず、ガラスが金属粒子へ濡れ広がらなくなる。また、ZnO含有量が2%未満である場合は結晶化しにくくなる。
本発明では、B2O3は、モル比で0〜3%の範囲内の含有が許容されるが、結晶化促進の見地から、好ましくは0〜2%とし、より好ましくは0〜1%とし、最も好ましくはB2O3を含まないことである。すなわち、B2O3の含有量が少ないほど結晶化を促進できる等の点でB2O3を含有しないことが最も望ましい。
Al2O3は、少量の添加でガラスの失透を防ぐ働きがある。しかし、多量に添加すると軟化点が高くなってしまうため、Al2O3の含有量は、モル%で0〜1.5%とし、好ましくは0〜1%とし、より好ましくは0.1〜1%とする。前記含有量が1.5%を超える場合は軟化点が高くなり、軟化点500℃以下とならないことがある。
ZrO2は、少量の添加でガラスの結晶化を促進させる働きがある。しかし、多量に添加すると、失透しやすくなり、また軟化点も高くなるため、ZrO2の含有量は、モル%で0〜1.4%とし、好ましくは0〜1%とし、より好ましくは0.1〜1%とする。前記含有量が1.4%を超える場合は軟化点が高くなり、軟化点500℃以下にならないことがある。
これらの成分について、本発明の鉛ガラス組成物では、モル比(PbO+Bi2O3)/(SiO2+ZnO)は1以上であり、特に1以上2以下であることが望ましい。モル比(PbO+Bi2O3)/(SiO2+ZnO)が1未満になると、軟化点が高くなり、軟化点500℃以下とすることが困難となることがある。
本発明組成物では、本発明の効果を妨げない範囲内で他の成分が含まれていても良い。例えば、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、BaO、SrO、P2O5、TiO2等をモル%で合量で3%まで含有していても良い。
本発明の鉛ガラス組成物は、800℃以下の温度範囲内で結晶化による発熱ピーク(すなわち、結晶化ピーク温度Tp)が存在することが望ましい。すなわち、本発明組成物は、結晶化ガラスをより確実に与える組成であることが好ましい。これにより、結晶化により電極形状をより効果的に保持できることになるため、太陽電池用導体としての効果をよりいっそう発揮することができる。
本発明ガラス組成物の製造方法としては、特に限定されない。まず、原料としては、本発明ガラス組成物のガラス成分の供給源となる化合物(原料化合物)を出発原料として使用すれば良い。例えば、Al2O3のためにAl(OH)3、Al2O3等を用いることができる。他の成分についても、SiO2、ZrO2等のように、各種酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の通常用いられる出発原料を採用することができる。そして、これらを所定の割合で含有する混合物を出発原料として用い、これらを溶融することにより本発明ガラス組成物を得ることができる。
本発明は、本発明の鉛ガラス組成物及び導電性粒子を含む導体形成用組成物を包含する。
本発明の鉛ガラス組成物としては、前記の粉末状ガラス組成物を好適に用いることができる。
表1〜表4に示す組成(単位:モル%)となるよう各成分を調合し、混合した後、約900〜1150℃の温度で1〜2時間溶融した。溶融物をステンレス鋼製の冷却ロールにて急冷し、ガラスフレーク(試料)をそれぞれ作製した。
各実施例及び比較例で得られた試料について、(株)リガク社製DTA(型名「TG−8120」)を用いて、試料を大気雰囲気下において20℃/分の昇温速度で示差熱分析を行い接線法により、ガラス転移点、軟化点、結晶化開始温度及び結晶化ピーク温度を調べた。また、ピークが確認できたものについては、粉末X線回折分析を行い、ピークが結晶化によるものであることを確認した。このときのピークは、各実施例のいずれの試料についてもPb2SiO4結晶、Pb3Si2O7結晶又はPbZnSiO4結晶のいずれかによるピークであることを確認した。なお、試料は、ガラスフレークを乳鉢でできるだけ細かくすり潰し、約50mgで測定した。測定範囲は室温から800℃までとした。その結果を表1及〜表4に示す。
実施例及び比較例で得られた試料を用いてガラス微粉末を製造し、それを含む導電性ペーストを調製した。得られた導電性ペーストについて、1)接着強度及び2)導体膜表面のブリスタの有無を調べた。
Claims (9)
- モル%でPbO:46〜63%、SiO2:34〜45%、Bi2O3:0.5〜10%、ZnO:2〜13%、B2O3:0〜3%、Al2O3:0〜1.5%及びZrO2:0〜1.4%を含むことを特徴とする鉛ガラス組成物。
- B2O3を含まないことを特徴とする、請求項1に記載の鉛ガラス組成物。
- モル比(PbO+Bi2O3)/(SiO2+ZnO)が1以上である、請求項1に記載の鉛ガラス組成物
- 800℃以下の温度範囲内で結晶化による発熱ピークが存在する、請求項1に記載の鉛ガラス組成物。
- 鉛ガラス組成物を加熱することによって結晶化させた際に、PbO−SiO2系結晶及び/又はPbO−ZnO−SiO2系の結晶相を発現する、請求項1に記載の鉛ガラス組成物。
- 軟化点が500℃以下である、請求項1に記載の鉛ガラス組成物。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の鉛ガラス組成物及び導電性粒子を含む導体形成用組成物。
- 溶剤及びバインダーの少なくとも1種を含む、請求項7に記載の導体形成用組成物。
- 太陽電池の導体を形成するために用いる、請求項7に記載の導体形成用組成物。
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