JPS6396809A - 導電ペ−スト - Google Patents

導電ペ−スト

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JPS6396809A
JPS6396809A JP61242590A JP24259086A JPS6396809A JP S6396809 A JPS6396809 A JP S6396809A JP 61242590 A JP61242590 A JP 61242590A JP 24259086 A JP24259086 A JP 24259086A JP S6396809 A JPS6396809 A JP S6396809A
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conductive paste
powder
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weight
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狩野 東彦
東 吉正
笠次 徹
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
、口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ド状に塗布した後、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590〜80.
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50m”7g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O11〜0.3μm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、焼き付は時に基板との良好
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、PbOB2O2系、Pb0−Bt
O+−8ift系、BitOa−PbO−BiO3−5
ift系ガラス質フリツトが使用される。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50m”7g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(昧))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.
0〜80,0重量%とじたのは、Ag粉末が59.0重
信%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、後工程のハンダ付は時にハンダ食われ
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O9
1〜0.3μmの球状Ag粉末と平均粒径1.5〜5μ
m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001μm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粉粉末旬月:9未満は、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〜IO重爪%とじた
のは、その含有量り月、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は性
が低下するからである。
また、有機質ビヒクルの含有量をl010〜40.0重
里%としたのは、その含有量り月0,0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重世%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%とじたのは、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てなく
、ハンダ付は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、微粉末無定形シリカは比表面積が50
m”7g以上と非常に大きいため、微1の添加で電極の
ハンダ付は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T ’t Ot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ニアの
割合で配合したA4粉末と、融点が550℃のPbO−
8iOz−Btus系のガラス質フリット又は融点が6
00℃のB12O3Pbo  5lot−B t O3
系ガラス質フリツトと、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
PbOPbO−9to!03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I3
 ito s  P bo、  S jo !−B !
03系のものを用いた。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130m”7g
のものを用い、それ以外の試料については比表面積が2
00 m”7g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接合型シリコンウェハ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
1ライン間隔5mn+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。
第1表 試料   基本組成(重量%)    添加剤番号  
Ag   フリット ビヒクル(重量%)シリカ 1 55.0  2.0  43.0  0.12 5
9.0’   1.0 40.0  0.13 70.
0  5.0  25.0  04、 70.0  5
.0  25.0  0.055 70.0  5.0
  25.0  0.16 70.0  5.0  2
5.0  1.07 70.0  5.0  25.0
  2.08 70.0  5.0  25.0  4
.09 70.0  5.0  25.0  5.01
0 70.0 10.0  20.0  1.01+ 
 80.0  2.0  18.0  0.212 7
5.0  3.0  22.0  0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は性、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、電極焼き付は後
、反射防止膜処理を仕ずハンダ浸漬後の状態で測定した
第2表 試料  FF    ハンダ付性 耐ハンダ 接着強度
溶出性    g 1 0.672    ◎     ×    255
2 0.720    ◎     0   5703
 0.533    ◎     0   8304 
0.718    ◎     0   8105 0
.731    ◎    0   9156 0.7
55   0    0  10207 0.762 
  0    0  10158 0.747   0
    0   9859 0.685    x  
    ○    48010 0.725   0 
    Q    124511 0.739    
◎     0   82512 0.504   0
    0  104013 0.740   0  
  0   990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、lO1工1.13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昔しく向上している。
また、この発明に係る導電ペーストで形成した電極は5
00g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
ンダ付は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得度から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I2%)を越える14〜15%台に
向上した、即ち、約3倍に向」二したことを意味し、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接合型半導体ウェハの製造
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n−■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?(
を題、4〜裏側電極、5〜反射防止膜、6〜集電部。 特 許 出 願 人  株式会社村田製作所代 理 人
 弁理士  前出 葆 ほか2名第1図   11−I

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (2)前記シリカが50m^2/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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