JPH0766690B2 - 導電ペ−スト - Google Patents

導電ペ−スト

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JPH0766690B2
JPH0766690B2 JP61242590A JP24259086A JPH0766690B2 JP H0766690 B2 JPH0766690 B2 JP H0766690B2 JP 61242590 A JP61242590 A JP 61242590A JP 24259086 A JP24259086 A JP 24259086A JP H0766690 B2 JPH0766690 B2 JP H0766690B2
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electrode
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東彦 狩野
吉正 東
徹 笠次
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、導電ペースト、特に、太陽電池セルその他
の半導体pn接合素子のn型半導体層上にオーミック電極
を形成するのに適した導電ペーストに関する。
(従来の技術) 一般に、太陽電池セルその他の半導体pn接合素子では、
n型半導体層表面にオーミック性電極を形成する材料と
して、Ag粉末及びガラス質フリットを有機質ビヒフルに
分散させてなる導電ペーストを用い、これをスクリーン
印刷等によりグリット状に塗布した後、近赤外線炉に入
れ、650℃前後の比較的低い温度で30分程度の短時間焼
き付けることにより電極が形成されている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、従来の導電ペーストでは、オーミック接
触を取りやすくするため、電極の比抵抗が低くなるよう
にガラス質フリットの添加量を少なくする一方、ドープ
剤を添加しているため、接着強度や耐ハンダ溶出性に劣
るという問題があった。しかも、オーミック接触を取り
易くするためには、電極が接触するn型半導体層の最表
層のn型不純物濃度を十分に高める必要があるため、半
導体pn接合素子の製造法として、p型半導体基板にn型
不純物を拡散させる不純物拡散法を採用しなければなら
ず、n型不純物拡散処理に十分な管理が必要で、生産性
が悪いという問題があった。
従って、この発明の主目的は、接着強度や耐ハンダ溶出
性に悪影響を及ぼすドープ剤を使用することなく、また
n型半導体表皮層の不純物濃度に関係なく良好なオーミ
ック性電極を形成できる導電ペーストを提供することに
ある。
(問題点を解決するための手段) この発明は、前記問題を解決する手段として、p型半導
体基板上に形成されたn型半導体層上に電極を形成する
ための導電ペーストであって、Ag粉末59.0〜80.0重量
%、ガラス質フリット1.0〜10.0重量%及び有機質ビヒ
クル10.0〜40.0重量%からなる組成物に、シリカ0.1〜
4.0重量%を含有させてなることを特徴とするn型半導
体層上への電極形成用導電ペーストを提供するものであ
る。
この発明の実施態様においては、前記シリカとして比表
面積が50m2/g以上の無定形シリカ微粉末が使用される。
この発明において使用するAg粉末としては、平均粒径0.
1〜10μm、好ましくは、0.1〜5μmの粉末が使用され
る。このAg粉末は、サブミクロンの球状粉末およびフレ
ーク状粉末を単独で、あるいは混合して使用できるが、
平均粒径0.1〜0.3μmの球状Ag粉末と平均粒径1.5〜5
μmのフレーク状Ag粉末とを重量比1:9〜4:9で混合した
混合物を使用するのが好ましい。
ガラス質フリットとしては、焼き付け時に基板との良好
な接着強度を得るために、焼付温度条件に合った低融点
ガラス粉末、例えば、PbO−B2O3系、PbO−B2O3−SiO
2系、Bi2O3−PbO−B2O3−SiO2系ガラス質フリットが使
用される。特に、焼付温度で結晶化せず無定形となるガ
ラス質フリットが好ましい。これは、ガラス質フリット
が結晶化すると、電極の基板への接着強度が弱く、特性
のバラツキが大きくなるからである。また、BiOやZnOそ
の他結晶化し易い成分を含む低融点ガラスを使用しても
良いが、この場合、結晶化温度以下の温度で焼き付ける
必要がある。
有機質ビヒクルとしては、一般に導電ペーストや抵抗ペ
ーストのビヒクルとして使用されているもの、例えば、
α−テルピネオール溶剤にエチルセルロースを溶解させ
た粘稠性液体を使用すれば良い。
シリカとしては、比表面積が50m2/g以上の微粉末無定形
シリカ、例えば、超微粒子状シリカとして市販のアエロ
ジル(登録商標、日本アエロジル(株))等を使用すれ
ば良い。
この発明において、導電ペーストの成分組成を前記範囲
に限定したのは次の理由による。
導電ペーストの主成分であるAg粉末の含有量を59.0〜8
0.0重量%としたのは、Ag粉末が59.0重量%未満では、
導電ペーストを印刷塗布後、焼き付けることにより形成
される電極の膜厚が薄くなり、耐ハンダ溶出性が低下
し、後工程のハンダ付け時にハンダ食われを起こして強
度不良を生じ易く、また、80.0重量%を越えると微粉末
シリカを添加するため、導電ペーストの粘度が高くなり
過ぎて印刷性が悪くなるからである。
また、Ag粉末の平均粒径を0.1〜10μm、好ましくは、
0.1〜5μmの粉末とし、特に、平均粒径0.1〜0.3μm
の球状Ag粉末と平均粒径1.5〜5μmのフレーク状Ag粉
末との混合物が好ましいのは次の理由による。即ち、一
般に、導電ペーストはAg粉末の平均粒径が小さくなる
程、低温で焼結密度を向上させることができるが、Ag粉
末の平均粒径が0.1μm未満のものだけでは、焼付面が
多孔質となって焼結密度が低下しその比抵抗が高くなる
ため良好なオーミック接触が得られず、またハンダ浸漬
時にハンダ食われを生じる恐れがある。逆に、平均粒径
が10μmを越えると、電極密度及び耐ハンダ溶出性は向
上するが、焼結密度が低くなり十分な接着強度が得られ
ないからである。
なお、球状Ag粉末とフレーク状Ag粉末との混合比を重量
比で1:9〜4:9としたのは、低温での焼結度を向上させる
球状Ag粉末が1:9未満では、強度及び耐ハンダ溶出性の
向上が十分に望めず、また、4:9を越えると、焼結面で
の個別凝集によるアイランドの形成を生じる他、比抵抗
が高くなり耐ハンダ溶出性が低下するからである。
ガラス質フリットの含有量を1.0〜10重量%としたの
は、その含有量が1.0重量%未満では十分な接着強度が
得られず、10.0重量%を越えるとハンダ付け性が低下す
るからである。
また、有機質ビヒクルの含有量を10.0〜40.0重量%とし
たのは、その含有量が10.0重量%未満では、導電ペース
トの粘度が高くなり過ぎて印刷ができなくなり、40.0重
量%を越えると、200μm程度の細いライン幅の電極を
形成した場合に、十分な耐ハンダ溶出性を有する膜厚が
得られないからである。
さらに、シリカの添加量を前記Ag粉末、ガラス質フリッ
ト及び有機質ビヒクルからなる組成物に対し0.1〜4.0重
量%としたのは、シリカの添加量が0.1重量%未満で
は、十分なオーミック接触が得られず、4.0重量%を越
えると、その添加効果が飽和するだけでなく、ハンダ付
け性が悪くなるからである。
(作用) この発明に係る導電ペーストは、シリカ粒子表面のシラ
ノール基(SiOH)がn型半導体層表面の酸化被膜と大気
中の水分との反応により形成されるシラノール基との間
に水素架橋結合を生じ、これがオーミック接触を向上さ
せる。特に、美粉末無定形シリカは比表面積が50m2/g以
上と非常に大きいため、微量の添加で電極のハンダ付け
性に悪影響を及ぼすこと無く、n型半導体層表面全体に
渡って水素架橋結合を生じ、これにより電極とn型半導
体層表面との間に良好なオーミック接触が得られる。
従って、この発明に係る導電ペーストは、n型半導体表
皮層の不純物濃度に関係無くオーミック接触を可能にす
るため、半導体pn接合素子としてはp型半導体基板上に
n型不純物を拡散法により拡散してn型半導体層を形成
したものに限らず、p型半導体基板上にイオン注入法に
よりn型半導体層を形成したものにも適用できる。この
場合、不純物拡散層の厚さは、約0.1〜0.5μmあれば良
い。
なお、太陽電池セルの受光面側電極形成材料として使用
する場合、受光面となるn型半導体層表面がポリッシュ
タイプ(鏡面型)であれば、グリッド電極の形成前又は
形成後にTiO2などの反射防止膜を形成する必要がある
が、n型半導体層表面がテクスチャータイプの場合は、
反射防止膜の形成は必ずしも必要としない。
(実施例) 以下、この発明の導電ペーストを太陽電池セルの格子状
電極形成材料として使用した実施例について説明する。
球状Ag粉末とフレーク状Ag粉末とを重量比3:7の割合で
配合したAg粉末と、融点が550℃のPbO−SiO2−B2O3系の
ガラス質フリット又は融点が600℃のBi2O3−PbO−SiO2
−B2O3系ガラス質フリットと、α−テレピネオール溶剤
にエチルセルロースを溶解させて調製した有機質ビヒク
ルと、微粉末シリカとを第1表に示す割合で秤量して十
分に混練し、導電ペーストを調製した。
なお、試料番号12、13については融点が550℃のPbO−Si
O2−B2O3系のガラス質フリットを用い、それ以外の試料
については、融点が600℃のBi2O3−PbO−SiO2−B2O3
のものを用いた。また、微粉末無定形シリカは、試料番
号8及び9については比表面積が130m2/gのものを用
い、それ以外の試料については比表面積が200m2/gのも
のを使用した。
次に、第1図に示す直径4インチ(10.16cm)のpn接合
型シリコンウエハ2のp型半導体層2aの表面に、裏側電
極となるAg−Al導電ペーストを全面に塗布する一方、5
〜15μmの表面荒さとなるように処理を施したn型半導
体層2bのテクスチャー表面に、第1表に示す成分組成の
導電ペーストをライン幅200μm、ライン間隔5mmで格子
状にスクリーン印刷した後、近赤外線炉を用いて700℃
で4分間焼き付けて、第1図の太陽電池セル1を得た。
図中、3は受光面側格子状電極、4は裏側電極、5は反
射防止膜、6は集電部である。
得られた各太陽電池セルについて、そのフィル・ファク
ター(FF)、並びに格子状電極のハンダ付け性、耐ハン
ダ溶出性及び接着強度を調べた。その結果を第2表に示
す。
なお、フィル・ファクター(FF)は、電極焼き付け後、
反射防止膜処理をせずハンダ浸漬後の状態で測定した。
第2表の結果から明らかなように、この発明に係る導電
ペースト、即ち、試料番号2、5〜8、10、11、13の導
電ペーストを用いて格子状電極を形成した太陽電池セル
は、フィルファクターが0.7以上と従来のものに比べて
著しく向上している。
また、この発明に係る導電ペーストで形成した電極は50
0g以上の接着強度を示し、モジュールに組み込むときに
リード線に加わる力に十分対応でき、ライフ特性上も接
着不良の故障を起こす恐れが無いことが判る。
(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、この発明によれば、ハ
ンダ付け性を損なうことなく、十分な接着強度を有する
オーミック性電極を形成でき、しかも、太陽電池のフィ
ルファクターを従来の0.5程度から0.7以上に向上させる
ことができる。これは、エネルギ変換効率に換算し5〜
6%台から商業上の採算ライン(約12%)を越える14〜
15%台に向上した、即ち、約3倍に向上したことを意味
し、従って、太陽電池の実用性を著しく高めることがで
きる。
また、この発明に係る導電ペーストは、n型不純物の濃
度に左右されることなくn型半導体層上にオーミック性
電極を形成できるので、pn接合型半導体ウエハの製造に
量産性に優れたイオン注入法の採用を可能にし、従っ
て、太陽電池等のコストの低減化を可能にするなど、優
れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係る導電ペーストを適用した太陽電
池セルの平面図、第2図は第1図のII−II線に於ける拡
大断面図である。 1……太陽電池セル、2……シリコンウエハ、2a……p
型半導体層、2b……n型半導体層、3……受光面側格子
状電極、4……裏側電極、5……反射防止膜、6……集
電部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 31/04

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】p型半導体基板上に形成されたn型半導体
    層上に電極を形成するための導電ペーストであって、Ag
    粉末59.0〜80.0重量%、ガラス質フリット1.0〜10.0重
    量%及び有機質ビヒクル10.0〜40.0重量%からなる組成
    物に、シリカ0.1〜4.0重量%を含有させてなることを特
    徴とする導電ペースト。
  2. 【請求項2】前記シリカが50m2/g以上の比表面積を有す
    る無定形シリカ微粉末である特許請求の範囲第1項記載
    の導電ペースト。
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