JP6050357B2 - Li2RuO3およびイオン交換されたLi2RuO3を含有する導電性組成物ならびに半導体デバイスの製造におけるそれらの使用 - Google Patents
Li2RuO3およびイオン交換されたLi2RuO3を含有する導電性組成物ならびに半導体デバイスの製造におけるそれらの使用 Download PDFInfo
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Description
(a)導電性金属と、
(b)Li2RuO3、イオン交換されたLi2RuO3およびそれらの混合物からなる群から選択される成分と、
(c)ガラスフリットと、
(d)有機媒体と
を含む導電性組成物であって、導電性金属と、Li2RuO3、イオン交換されたLi2RuO3およびそれらの混合物からなる群から選択される成分と、ガラスフリットとが、有機媒体中に分散されている組成物を提供する。
導電性金属は、銀、銅、ニッケル、アルミニウムおよびパラジウムからなる群から選択される。導電性金属の供給源は、フレーク形態、球状の形態、粒状の形態、結晶形態、粉末、または他の不規則な形態およびそれらの混合物であり得る。導電性金属はコロイド懸濁液において提供され得る。一実施形態において組成物は75〜90wt%の導電性金属を含有し、ここでwt%は組成物の全重量に基づいている。
導電性組成物は、Li2RuO3、イオン交換されたLi2RuO3およびそれらの混合物からなる群から選択される成分を含有する。この成分は、当該組成物から形成された電極の改良された接着性をもたらす。一実施形態において、組成物はこの成分0.03〜5wt%を含有し、wt%は組成物の全重量に基づいている。別の実施形態において、組成物はこの成分0.06〜3wt%を含有する。さらに別の実施形態において、組成物はこの成分0.1〜1wt%を含有する。
様々なガラスフリットが当該組成物を形成する時に有用である。一実施形態において組成物は0.5〜5wt%のガラスフリットを含有し、ここでwt%は組成物の全重量に基づいている。
組成物の無機成分を有機媒体と混合して、印刷のために適したコンシステンシーおよびレオロジーを有する粘性厚膜ペーストまたはそれほど粘性でないインクを形成する。多種多様な不活性粘性材料を有機媒体として使用することができる。有機媒体は、ペーストまたはインクの製造、出荷および貯蔵の間に並びにスクリーン印刷プロセスの間、印刷スクリーン上で無機成分が十分な安定度を有して分散することができる有機媒体であり得る。
一実施形態において、組成物は、導電性金属と、Li2RuO3、イオン交換されたLi2RuO3およびそれらの混合物からなる群から選択される成分と、ガラスフリットと、有機媒体とを任意の順に混合することによって調製することができる。いくつかの実施形態において、無機材料を最初に混合し、次に、それらを有機媒体に添加する。他の実施形態において、無機物の主要部分である導電性金属を有機媒体にゆっくりと添加する。粘度は、必要ならば、溶剤を添加することによって調節されてもよい。高剪断を提供する混合方法は、粒子を媒体中に分散させるために有用である。
組成物は、例えば、スクリーン印刷、ステンシル印刷、めっき、押出、インクジェット印刷、造形またはマルチプル印刷、またはリボンによって堆積されてもよい。
電流−電圧(JV)商用試験機ST−1000(Telecom−STV Ltd.,Moscow,Russia)を使用して、多結晶シリコン光電池の効率および充填比の測定を実施した。1つは電圧用で1つは電流用の2つの電気接続を各々の光電池の上部および下部に形成した。一時的光励起を使用して、シリコン光電池の加熱を避け、標準温度条件(25℃)下のJV曲線を得た。太陽スペクトルに似た分光出力を有するフラッシュランプが1mの垂直距離から光電池を照明した。ランプ出力は14ミリセカンドの間一定に保たれた。外部太陽電池に対して較正されたとき、試料表面における強度はこの時間の間1000W/m2(または1回の太陽照射)であった。14ミリセカンドの間、JV試験機が、短絡回路から開回路まで試料上の人工的電気負荷を変化させた。JV試験機が、記載された範囲の負荷にわたって負荷が変化する間、光電池を流れる光誘起電流、および両端にかかる電圧を記録した。各々の電圧レベルにおいて電圧×電流の積を求めることによってこのデータから電力対電圧曲線を得た。電力対電圧曲線の最大値が、太陽電池の効率を計算するための太陽電池の固有出力電力とされた。この最大電力を試料の面積で割り、1回の太陽光強度における最大電力密度を得た。次に、これを入力強度1000W/m2で割って効率を求め、次にそれを100で乗じて効率のパーセントの結果を得た。また、対象の他のパラメータもこの同じ電流−電圧曲線から得られた。このような1つのパラメータは充填比(FF)であり、太陽電池からの最大電力の、開回路電圧と短絡回路電流との積に対する比を求めることによって得られる。FFは、太陽電池からの最大電力の、VocとIscとの積に対する比を100で乗じた値として定義される。
電極の接着性を以下の手順によって測定した。Sn/Pbはんだでコートされた銅リボン(Ulbrich Stainless Steels & Special Metals,Inc.)をはんだ付け用フラックス(Kester−952s,Kester,Inc.)に浸し、次に、空気中で5秒間乾燥させた。はんだでコートされた銅リボンの半分を電極上に置き、はんだ付けをはんだ付け装置(SCB−160,SEMTEK Corporation Co.,Ltd.)で行なった。はんだこての設定温度は220〜240℃であり、はんだこての先端の実際の温度は、K型熱電対によって測定されたとき195℃〜215℃であった。
実施例1
18.85gのLi2CO3および33.33gのRuO2粉末を十分に混合し、空気中で12時間1000℃においてか焼した。得られた材料のX線粉末回折パターンは、不純物相のない、Li2RuO3だけを示した。
実施例2
厚膜ペーストのマスターバッチを製造するために、表Iに示された成分を表示された量でThinkyミキサー(Thinky Corp.,Laguna Hills,CA)内で混合し、圧力を増加させながら、得られたペーストを三本ロール練り機に複数回通して粉砕し、最後には250psiにおいて2回通す。
0.0908gのLi2RuO3を5.4816gのマスターバッチペースト中に混練し、0.0611gの付加的なテキサノールを添加して粘度を調節したことを除き、本発明の組成物を実施例2に説明したように調製し、試験した。本発明のこのペースト組成物中のLi2RuO3の量は、組成物の全重量に基づいて1.6wt%であった。ピーク平均効率は890℃において14.41%であり、ピーク平均充填比は890℃において75.90であった。比較によって、Li2RuO3が一切添加されないマスターバッチペーストは非常に不十分な効率を生じる(<4%)。
0.1793gのLi2RuO3を5.6127gのマスターバッチペースト中に混練し、0.0386gの付加的なテキサノールを添加して粘度を調節したことを除き、本発明の組成物を実施例2に説明したように調製し、試験した。本発明のこのペースト組成物中のLi2RuO3の量は、組成物の全重量に基づいて3.2wt%であった。ピーク平均効率は890℃において14.53%であり、ピーク平均充填比は890℃において76.68であった。比較によって、Li2RuO3が一切添加されないマスターバッチペーストは非常に不十分な効率を生じる(<4%)。
0.2437gのLi2RuO3を5.0770gのマスターバッチペースト中に混練し、0.0399gの付加的なテキサノールを添加して粘度を調節したことを除き、本発明の組成物を実施例2に説明したように調製し、試験した。本発明のこのペースト組成物中のLi2RuO3の量は、組成物の全重量に基づいて4.8wt%であった。ピーク平均効率は940℃において13.99%であり、ピーク平均充填比は940℃において74.44であった。比較によって、Li2RuO3が一切添加されないマスターバッチペーストは非常に不十分な効率を生じる(<4%)。
組成物を調製するために、(実施例1からの)0.0757gのLi2RuO3および28.5446gのPV16Aペースト(DuPont Microcircuit Materials,Wilmington DE)をThinkyミキサー内で混合した。0.1751gのテキサノールを添加して粘度を調節した。本発明のこのペースト組成物中のLi2RuO3の量は、組成物の全重量に基づいて0.263wt%であった。
0.1133gのLi2RuO3を28.1699gのPV16Aペーストと混合し、0.1455gのテキサノールを添加して粘度を調節したことを除き、組成物を実施例6に説明されたように調製し、試験した。本発明のこのペースト組成物中のLi2RuO3の量は、組成物の全重量に基づいて0.398wt%であった。ピーク平均効率は920℃において15.17%であり、ピーク平均充填比は920℃において77.86であった。
0.1373gのLi2RuO3を25.9434gのPV16Aペーストと混合し、0.2372gのテキサノールを添加して粘度を調節したことを除き、組成物を実施例6に説明されたように調製し、試験した。本発明のこのペースト組成物中のLi2RuO3の量は、組成物の全重量に基づいて0.522wt%であった。ピーク平均効率は910℃において15.26%であり、ピーク平均充填比は910℃において78.42であった。
実施例6〜8との比較のために、Li2RuO3が添加されていないPV16Aペーストを実施例6に説明されたように印刷し、焼成した。ピーク平均効率は910℃において15.16%であり、ピーク平均充填比は910℃において78.00であった。
ガラスフリットを表IIIに示された組成によって調製した。
実施例9のガラスフリットを使用して2つのペーストを調製した。
20 n型拡散層
30 ARC(例えば、窒化シリコン薄膜、酸化チタン薄膜、または酸化シリコン薄膜)
40 p+層(裏面電界、BSF)
60 裏面上に堆積されたアルミニウムペースト
61 アルミニウム裏面電極(裏面アルミニウムペーストを焼成することによって得られたもの)
70 裏面上に堆積された銀/アルミニウムペースト
71 銀/アルミニウム裏面電極(裏面銀/アルミニウムペーストを焼成することによって得られたもの)
500 前面上に堆積された本発明のペースト
501 前電極(前面ペースト500を焼成することによって形成されたもの)
Claims (10)
- (a)導電性金属と、
(b)Li2RuO3、イオン交換されたLi2RuO3およびそれらの混合物からなる群から選択される成分と、
(c)ガラスフリットと、
(d)有機媒体と、を含む導電性組成物であって、
前記導電性金属と、Li2RuO3、イオン交換されたLi2RuO3およびそれらの混合物からなる群から選択される前記成分と、前記ガラスフリットとが、前記有機媒体中に分散されており、
前記組成物が、前記組成物の全重量に基づいて50〜90wt%の前記導電性金属を含み、
前記イオン交換されたLi 2 RuO 3 は、Li原子が、Al、Ga、K、Ca、Mn、Fe、Mg、H、Na、Cr、Co、Ni、V、Cu、Zn、TiまたはZr原子、またはそれらの組合せと少なくとも部分的に交換されているLi 2 RuO 3 を意味する、組成物。 - 50〜90wt%の導電性金属と、Li2RuO3、イオン交換されたLi2RuO3およびそれらの混合物からなる群から選択される0.03〜5wt%の成分と、0.5〜5wt%のガラスフリットと、5〜50wt%の有機媒体とを含み、前記wt%が前記組成物の全重量に基づいている、請求項1に記載の組成物。
- 前記成分がLi2RuO3である、請求項1に記載の組成物。
- 前記成分が、イオン交換されたLi2RuO3であり、Li原子が、Al、Ga、K、Ca、Mn、Fe、Mg、H、Na、Cr、Co、Ni、V、Cu、Zn、TiまたはZr原子、またはそれらの組合せと少なくとも部分的に交換されている、請求項1に記載の組成物。
- 前記導電性金属が、銀、銅、パラジウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される金属を含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記導電性金属が、ニッケル、アルミニウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される金属をさらに含む、請求項5に記載の組成物。
- 前記ガラスフリットが、鉛ケイ酸塩、鉛ホウケイ酸塩、鉛テルル酸化物およびそれらの混合物からなる群から選択される鉛含有ガラスフリットを含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記ガラスフリットが、ビスマスケイ酸塩、ビスマスホウケイ酸塩、ビスマステルル酸化物およびそれらの混合物からなる群から選択される鉛を含有しないガラスフリットを含む、請求項1に記載の組成物。
- 請求項1に記載の組成物から形成された電極を含む半導体デバイスであって、前記組成物が焼成されて前記有機媒体を除去して前記電極を形成している、半導体デバイス。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の組成物から形成された電極を含む太陽電池であって、前記組成物が焼成されて前記有機媒体を除去して前記電極を形成している、太陽電池。
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