導電性ペーストおよび太陽電池
【課題】電荷の損失を減らし、太陽電池の効率を改善できる導電性ペースト、およびこの導電性ペーストを用いて形成されてなる太陽電池を提供する。
【解決手段】導電性粉末、導電性粉末との混合熱が０より小さい第１元素を含む金属ガラス、および有機ビヒクルを含む導電性ペーストと、この導電性ペーストを用いて形成されてなる太陽電池とに関する。
【解決手段】導電性粉末、導電性粉末との混合熱が０より小さい第１元素を含む金属ガラス、および有機ビヒクルを含む導電性ペーストと、この導電性ペーストを用いて形成されてなる太陽電池とに関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ペーストおよび太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子であって、無制限、無公害の次世代エネルギー源として脚光を浴びている。
【０００３】
太陽電池はｐ型半導体およびｎ型半導体を含み、光活性層で太陽光エネルギーを吸収すると、半導体の内部で電子−正孔対（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｈｏｌｅ ｐａｉｒ、ＥＨＰ）が生成され、これらの生成された電子および正孔がｎ型半導体およびｐ型半導体にそれぞれ移動し、電極に収集されることによって、外部で電気エネルギーとして利用できる。
【０００４】
太陽電池は、太陽エネルギーからできるだけ多くの電気エネルギーを出力することができるように、その効率を上げるのが重要である。このような太陽電池の効率を上げるためには、半導体の内部でできるだけ多くの電子−正孔対を生成するのも重要であるが、生成された電荷を損失することなく、外部に引き出すことも重要である。
【０００５】
一方、太陽電池の電極は、導電性ペーストを用いたスクリーン印刷方法で形成することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電荷の損失を減らし、太陽電池の効率を改善できる導電性ペーストを提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、上記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極を含む太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態は、導電性粉末、前記導電性粉末との混合熱（ｈｅａｔ ｏｆ ｍｉｘｉｎｇ）が０より小さい第１元素を含む金属ガラス、および有機ビヒクルを含む導電性ペーストを提供する。
【０００９】
本発明の一実施形態において、前記導電性粉末と前記第１元素の共融温度は、前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極の焼成温度より低いことを特徴とする。
【００１０】
本発明の一実施形態において、前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極の焼成温度は約１０００℃以下であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一実施形態において、前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極の焼成温度は約２００℃ないし約１０００℃であることを特徴とする。。
【００１２】
本発明の一実施形態において、前記第１元素は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ルテチウム（Ｌｕ）、イットリウム（Ｙ）、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、トリウム（Ｔｈ）、カルシウム（Ｃａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、バリウム（Ｂａ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉛（Ｐｂ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タリウム（Ｔｌ）、リチウム（Ｌｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マグネシウム（Ｍｇ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、プルトニウム（Ｐｕ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）、チタニウム（Ｔｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）、白金（Ｐｔ）、および水銀（Ｈｇ）からなる群より選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の一実施形態において、前記金属ガラスは第２元素および第３元素をさらに含み、前記金属ガラスは下記の化学式１の組成を有する合金であることを特徴とする。
【００１４】
【化１】
【００１５】
上記化学式１において、Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素であり、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。
【００１６】
本発明の一実施形態において、前記第１元素、前記第２元素および前記第３元素は、下記関係式１を満たす比率で含まれることを特徴とする。
【００１７】
【数１】
【００１８】
上記関係式１において、ΔＨ１は第１元素と第２元素との混合熱、ΔＨ２は第２元素と第３元素との混合熱、およびΔＨ３は第３元素と第１元素との混合熱であり、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。
【００１９】
本発明の一実施形態において、前記金属ガラスは第２元素、第３元素および第４元素をさらに含み、前記金属ガラスは下記の化学式２の組成を有する合金とすることを特徴とする。
【００２０】
【化２】
【００２１】
上記化学式２において、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素であり、ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１００である。
【００２２】
本発明の一実施形態において、前記第１元素、前記第２元素、前記第３元素および前記第４元素は、下記関係式２を満たす比率で含まれることを特徴とする。
【００２３】
【数２】
【００２４】
上記関係式２において、ΔＨ１は第１元素と第２元素の混合熱、ΔＨ２は第２元素と第３元素の混合熱、ΔＨ３は第３元素と第４元素の混合熱、ΔＨ４は第４元素と第１元素の混合熱、ΔＨ５は第１元素と第３元素との混合熱、および、ΔＨ６は第２元素と第４元素との混合熱 であり、ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１００である。
【００２５】
本発明の一実施形態において、前記導電性粉末は、比抵抗が約１００μΩｃｍ以下であることを特徴とする。
【００２６】
本発明の一実施形態において、前記導電性粉末は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）またはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明の一実施形態において、前記導電性粉末、前記金属ガラス、および前記有機ビヒクルは、前記導電性ペーストの総含有量に対してそれぞれ約３０質量％ないし約９９質量％、約０．１質量％ないし約２０質量％、および約０．９質量％ないし約６９．９質量％で含まれることを特徴とする。
【００２８】
本発明の他の実施形態は、前記導電性ペーストを用いて形成された電極を含む電子素子を提供する。
【００２９】
本発明のさらに他の一実施形態は、半導体層、および前記半導体層に電気的に接続され、前記導電性ペーストを用いて形成された電極を含む太陽電池を提供する。
【００３０】
本発明のさらに他の一実施形態において、前記電極は、前記半導体層と隣接する領域に位置するバッファー層、および前記バッファー層以外の領域に位置する電極部を含むことを特徴とする。
【００３１】
本発明のさらに他の一実施形態において、前記バッファー層、前記半導体層と前記バッファー層の界面、および前記半導体層のうちの少なくとも一つは、結晶化された導電性物質を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る導電性ペーストを用いることで、電極の導電性が改善し、接触抵抗が小さくなりうる。これにより、前記電極を適用した電子素子の電気的特性が改善され、太陽電池において、電荷が効果的に集められ電極側に移動するため、太陽電池の効率の改善が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態であるＡｌ、ＣｕおよびＺｒを含む三元系合金の各元素の含有比率における混合熱を示す概略図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態である導電性ペーストにおいて、導電性粉末が金属ガラスと固溶体を形成して、金属ガラス内に拡散する形状の断面概略図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態である導電性ペーストにおいて、導電性粉末が金属ガラスと固溶体を形成して、金属ガラス内に拡散する形状の断面概略図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態である導電性ペーストにおいて、導電性粉末が金属ガラスと固溶体を形成して、金属ガラス内に拡散する形状の断面概略図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態である導電性ペーストにおいて、導電性粉末が金属ガラスと固溶体を形成して、金属ガラス内に拡散する形状の断面概略図である。
【図３】本発明の一実施形態である太陽電池の断面概略図である。
【図４】本発明の他の一実施形態である太陽電池の断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態について、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限られない。
【００３５】
以下、「元素」とは金属および半金属を包括する用語である。
【００３６】
最初に、本発明の一実施形態における導電性ペーストについて説明する。
【００３７】
本発明の一実施形態による導電性ペーストは、導電性粉末、前記導電性粉末との混合熱（ｈｅａｔ ｏｆ ｍｉｘｉｎｇ）が０より小さい第１元素を含む金属ガラス、および有機ビヒクルを含む。前記混合熱は、Ｂｏｅｒ，Ｆ．Ｒ．， Ｂｏｏｍ，Ｒ．， Ｍａｔｔｅｒｎｓ，Ｗ．Ｃ．Ｍ．， Ｍｉｅｄｅｍａａｌ，Ａ．Ｒ．， Ｎｉｅｓｓｅｎ，Ａ．Ｋ． （１９８９） Ｃｏｈｅｓｉｏｎ ｉｎ Ｍｅｔａｌｓ， Ｎｏｒｔｈ−Ｈａｌｌａｎｄ， Ａｍｓｔｅｒｄａｍに記載されている。
【００３８】
前記導電性粉末は、比抵抗が約１００μΩｃｍ以下である金属より選択することができる。前記比抵抗は、ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ８４ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ（出版社：ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ）に記載されている。
【００３９】
前記導電性粉末は、例えば、銀または銀合金のような銀（Ａｇ）含有金属、アルミニウムまたはアルミニウム合金のようなアルミニウム（Ａｌ）含有金属、銅（Ｃｕ）または銅合金のような銅（Ｃｕ）含有金属、ニッケル（Ｎｉ）またはニッケル合金のようなニッケル（Ｎｉ）含有金属、またはこれらの組み合わせを含むことができる。好ましくは、銀または銀合金のような銀（Ａｇ）含有金属、アルミニウムまたはアルミニウム合金のようなアルミニウム（Ａｌ）含有金属、銅（Ｃｕ）または銅合金のような銅（Ｃｕ）含有金属であり、特に好ましくは銀または銀合金のような銀（Ａｇ）含有金属である。
【００４０】
前記導電性粉末を含む導電性ペーストは、これらに限定されない。
【００４１】
前記導電性粉末は、約１ｎｍないし約５０μｍの大きさでありうる。
【００４２】
前記金属ガラスは、二種類以上の元素が無秩序な原子構造を有する非晶質状態の合金であって、非晶質金属（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｍｅｔａｌ）とも呼ぶ。金属ガラスはシリケート（ｓｉｌｉｃａｔｅ）のような一般のガラスとは異なり比抵抗が小さいため、導電性を示す。
【００４３】
前記金属ガラスは、前記導電性粉末との混合熱が０より小さい第１元素を１以上含む。ここで混合熱が０より小さいというのは、２以上の物質が溶融状態で混合される時に、熱力学的に自発的な混合が生じうることを意味し、導電性粉末と第１元素の混合熱が０より小さいというのは、溶融状態で導電性粉末と第１元素が自発的に固溶体を形成する可能性があることを意味する。
【００４４】
この時、前記導電性粉末と前記第１元素の共融温度（ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極の焼成温度より低い場合、前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極の焼成中に前記導電性粉末と前記第１元素が溶融状態となり得、溶融状態で導電性粉末は第１元素に固溶されて拡散し得る。前記共融温度は、ＡＳＭ Ｈａｎｄｂｏｏｋ Ｖｏｌｕｍｅ ０３： Ａｌｌｏｙ Ｐｈａｓｅ Ｄｉａｇｒａｍｓ（出版社： ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， １９９２）に記載されている。
【００４５】
前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極の焼成温度は約１０００℃以下とすることができる。好ましくは約２００℃ないし約１０００℃である。金属ガラスに含まれる第１元素は、前記温度範囲で前記導電性粉末と共融できるものを選択することができる。
【００４６】
特に限定されないが、導電性粉末が銀（Ａｇ）含有金属の場合、約１０００℃下で導電性粉末と固溶体を形成できる第１元素は、例えば、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ルテチウム（Ｌｕ）、イットリウム（Ｙ）、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、トリウム（Ｔｈ）、カルシウム（Ｃａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、バリウム（Ｂａ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉛（Ｐｂ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タリウム（Ｔｌ）、リチウム（Ｌｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マグネシウム（Ｍｇ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、プルトニウム（Ｐｕ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）、チタニウム（Ｔｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）、白金（Ｐｔ）、および水銀（Ｈｇ）からなる群より選択される少なくとも一つとすることができる。好ましくは銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）である。
【００４７】
ここでは、導電性粉末が銀（Ａｇ）である場合だけを例示したが、これに限定されず、導電性粉末が他の金属を含む場合、多様な元素より選択することができる。
【００４８】
前記金属ガラスは、前記第１元素以外に第２元素および第３元素をさらに含む三元系合金とすることができる。前記第２元素および第３元素は、それぞれ前記第１元素とは異なり、導電性粉末が銀（Ａｇ）である場合、上記第１元素として記載した群より選択される少なくとも一つを用いることができる。
【００４９】
前記金属ガラスが三元系合金である場合、下記化学式１の組成で表される。
【００５０】
【化３】
【００５１】
上記化学式１において、Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素であり、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。
【００５２】
前記金属ガラスの組成で、導電性粉末の固溶度を高めるための第１元素の組成比は、下記関係式１を満たす比率で含まれる。
【００５３】
【数３】
【００５４】
上記関係式１において、ΔＨ１は第１元素と第２元素との混合熱、ΔＨ２は第２元素と第３元素との混合熱、およびΔＨ３は第３元素と第１元素との混合熱であり、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。
【００５５】
上記範囲内で第１元素の固溶度を高める第１元素の含有比率（ｘ）を決定することができ、上記関係式１のように、金属ガラスの総混合熱が０より小さい場合、金属ガラスの組成が熱力学的に安定化される。
【００５６】
上記金属ガラスは、２つ以上の元素を組み合わせた合金とすることができ、例えば、第１元素がアルミニウム（Ａｌ）であり、第２元素および第３元素がそれぞれ銅（Ｃｕ）およびジルコニウム（Ｚｒ）であり得る。
【００５７】
この時、ＡｌとＣｕとの混合熱がΔＨ１、ＣｕとＺｒとの混合熱がΔＨ２、ＺｒとＡｌとの混合熱がΔＨ３であり、Ａｌ、ＣｕおよびＺｒがそれぞれｘ％、ｙ％およびｚ％で含まれる三元系合金である場合、第１元素であるＡｌの含有量は、金属ガラスの混合熱の関係式ｘｙΔＨ１＋ｙｚΔＨ２＋ｚｘΔＨ３が０より小さい値を有する範囲内で決定することができる。
【００５８】
図１は、本発明の一実施形態であるＡｌ、ＣｕおよびＺｒを含む三元系合金における各元素の含有比率による混合熱を示す概略図である。
【００５９】
図１を参照すると、領域Ａは三元系合金の混合熱の関係式が−１０≦ｘｙΔＨ１＋ｙｚΔＨ２＋ｚｘΔＨ３≦−６を満たす領域であり、領域Ｂは三元系合金の混合熱の関係式が−６≦ｘｙΔＨ１＋ｙｚΔＨ２＋ｚｘΔＨ３≦−３を満たす領域であり、Ｃは三元系合金の混合熱の関係式が−３≦ｘｙΔＨ１＋ｙｚΔＨ２＋ｚｘΔＨ３＜０を満たす領域である。
【００６０】
図１を参照して、適切な混合熱の関係式を有する範囲でｘ、ｙおよびｚ値を決定することができる。
【００６１】
上記金属ガラスは、例えば、Ｃｕ５８．１Ｚｒ３５．９Ａｌ６およびＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８とすることができる。
【００６２】
前記金属ガラスは、前記第１元素の他に第２元素、第３元素および第４元素をさらに含む四元系合金とすることもできる。前記第２元素、第３元素および第４元素は、それぞれ前記第１元素とは異なり、上記第１元素として記載した群より選択される少なくとも一つを用いることができる。
【００６３】
前記金属ガラスが四元系合金である場合、下記の化学式２の組成で表される。
【００６４】
【化４】
【００６５】
上記化学式２において、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素であり、ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１００である。
【００６６】
前記金属ガラスの組成で、導電性粉末の固溶度を高めるための第１元素の組成比は、下記関係式２を満たす比率で含まれる。
【００６７】
【数４】
【００６８】
上記関係式２において、ΔＨ１は第１元素と第２元素との混合熱、ΔＨ２は第２元素と第３元素との混合熱、ΔＨ３は第３元素と第４元素との混合熱、ΔＨ４は第４元素と第１元素との混合熱，ΔＨ５は第１元素と第３元素との混合熱，および、ΔＨ６は第２元素と第４元素との混合熱であり、ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１００である。
【００６９】
上記範囲内で第１元素の固溶度を高める第１元素の含有比率（ｘ）を決めることができ、上記関係式２のように、金属ガラスの総混合熱が０より小さい場合、金属ガラスの組成が熱力学的に安定化される。
【００７０】
上記金属ガラスは、２つ以上の元素を組み合わせた合金とすることができ、例えば、第１元素がアルミニウム（Ａｌ）であり、第２元素、第３元素および第４元素がそれぞれ銅（Ｃｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびベリリウム（Ｂｅ）であり得る。
【００７１】
この時、ＡｌとＣｕとの混合熱がΔＨ１、ＣｕとＺｒとの混合熱がΔＨ２、ＺｒとＢｅとの混合熱がΔＨ３、ＢｅとＡｌとの混合熱がΔＨ４、ＡｌとＺｒとの混合熱がΔＨ５、ＣｕとＢｅとの混合熱がΔＨ６であり、Ａｌ、Ｃｕ、ＺｒおよびＢｅがそれぞれｘ％、ｙ％、ｚ％およびｗ％で含まれる四元系合金である場合、第１元素であるＡｌの含有量は、金属ガラスの混合熱の関係式ｘｙΔＨ１＋ｙｚΔＨ２＋ｚｗΔＨ３＋ｗｘΔＨ４＋ｘｚΔＨ５＋ｙｗΔＨ６が０より小さい値を有する範囲内で決定することができる。
【００７２】
上記金属ガラスは、例えばＣｕ４５Ｚｒ４５Ａｌ８Ｂｅ２とすることができる。
【００７３】
上記有機ビヒクルは、上述した導電性粉末と金属ガラスとを混合して適切な粘度を付与できる有機化合物およびこれらを溶解する溶媒を含む。
【００７４】
上記有機化合物は、例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレートもしくはシクロヘキシル（メタ）アクリレートのような（メタ）アクリレート単独または前記化合物とを重合して得られる（メタ）アクリレート系樹脂；メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、もしくはカルボキシエチルセルロースなどのセルロース系樹脂；ノボラック、もしくはレゾールのようなフェノール樹脂；アルコール樹脂；テフロン；およびこれらの組み合わせよりなる群から選択した少なくとも一つを含むことができ、界面活性剤、増粘剤および安定化剤のような添加剤をさらに含むことができる。
【００７５】
上記溶媒は、これらを混合できる形態であれば特に限定されず、例えば、テルピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ペンタンジオール、ジペンテン、リモニン、エチレングリコールアルキルエーテル、ジエチレングリコールアルキルエーテル、エチレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジアルキルエーテルアセテート、トリエチレングリコールアルキルエーテルアセテート、トリエチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールアルキルエーテル、トリプロピレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールアルキルエーテルアセテート、トリプロピレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジメチルフタル酸、ジエチルフタル酸、ジブチルフタル酸、および脱塩水よりなる群から選択した少なくとも一つ以上とすることができる。好ましくはブチルカルビトールである。
【００７６】
前記導電性粉末、前記金属ガラス、および前記有機ビヒクルは、前記導電性ペーストの総含有量に対してそれぞれ約３０質量％ないし約９９質量％、約０．１質量％ないし約２０質量％、および約０．９質量％ないし約６９．９質量％で含まれることができる。好ましくは約４０質量％ないし約９８質量％、約１質量％ないし約２０質量％、約１質量％ないし約５９質量％で含まれ、特に好ましくは約４０質量％ないし約９５質量％、約２質量％ないし約２０質量％、約３質量％ないし約５８質量％で含まれる。
【００７７】
上述した導電性ペーストは、スクリーン印刷などの方法で形成され、電子素子の電極として用いることができる。
【００７８】
この時、例えば、半導体基板上に導電性ペーストを用いて電極を形成する場合、上述のように、導電性粉末は第１元素を含む金属ガラスと固溶体を形成して、溶融した金属ガラス内に拡散できる。
【００７９】
これについて、図２Ａないし図２Ｄを参照して説明する。
【００８０】
図２Ａないし図２Ｄは、半導体基板１１０の上に本発明の一実施形態における導電性ペーストを適用した場合において、前記導電性粉末が金属ガラスと固溶体を形成して、金属ガラス内に拡散する形状の断面概略図である。
【００８１】
図２Ａを参照すると、半導体基板１１０の上に導電性粉末１２２ａおよび金属ガラス１１５ａを含む導電性ペースト１２０ａを適用する。導電性粉末１２２ａおよび金属ガラス１１５ａは、それぞれ粒子（ｐａｒｔｉｃｌｅ）形態で存在することができる。
【００８２】
図２Ｂを参照すると、金属ガラス１１５ａのガラス遷移温度（Ｔｇ）以上に昇温する場合、金属ガラス１１５ａは軟化して液体のような動きを現し、軟化した金属ガラス１１５ａは半導体基板１１０の上にぬれ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）を現わし、バッファー層１１５を形成する。バッファー層１１５は半導体基板１１０と密着して、広い面積にかけて半導体基板１１０と接触できる。この時、金属ガラス１１５ａのガラス遷移温度（Ｔｇ）は導電性粉末１２２ａの焼結温度より低いので、導電性粉末１２２ａは依然として粒子形態で存在することができる。これによって、前記導電性ペーストを用いて製造された電極は、前記半導体基板１１０と隣接する領域に形成されるバッファー層１１５、および前記バッファー層１１５が形成されていない領域に形成される電極部を含むことができる。
【００８３】
図２Ｃを参照すると、導電性粉末１２２ａと金属ガラスの共融温度以上に高くする場合、導電性粉末１２２ａと金属ガラスが共融され、導電性粉末１２２ａの一部が金属ガラスと固溶体を形成してバッファー層１１５内に拡散できる。
【００８４】
図２Ｄを参照すると、バッファー層１１５内に拡散した導電性粉末１２２ａの一部は、半導体基板１１０および／または半導体基板１１０とバッファー層１１５の界面に拡散できる。半導体基板１１０を冷却する場合、導電性粉末１２２ａは再結晶化され、結晶化された導電性粉末１２２ｂからなる電極部１２０を形成し、半導体基板１１０に浸透した導電性粉末１２２ｃも再結晶化されうる。
【００８５】
したがって、結晶化された導電性粉末１２２ｂからなる電極部１２０が形成される一方、電極部１２０と半導体基板１１０との間には金属ガラスからなるバッファー層１１５が形成され、導電性粉末１２２ｃは半導体基板１１０で浸透して再結晶化されうる。
【００８６】
半導体基板１１０に存在する再結晶化された導電性粉末１２２ｃは、太陽光によって半導体基板１１０に生成された電荷をバッファー層１１５を通じて電極部１２０に効果的に移動させるようにすると同時に、半導体基板１１０と電極部１２０の間の接触抵抗を小さくして、太陽電池の電荷損失を減らすことができる。これにより、太陽電池の効率を上げることができる。
【００８７】
次に、図３を参照して、本発明の一実施形態である太陽電池について説明する。
【００８８】
図３は、本発明の一実施形態である太陽電池を示した断面図である。
【００８９】
図面において、種々の層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書の全体にわたって類似する部分に対しては同一の図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるという時、これは他の部分の「すぐ上」にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他の部分の「すぐ上」にあるという時には、中間に他の部分がないことを意味する。
【００９０】
以下、説明の便宜上、半導体基板１１０を中心として上下の位置関係を説明するが、これに限定されることではない。また、半導体基板１１０のうちの太陽エネルギーを受ける面を前面（ｆｒｏｎｔ ｓｉｄｅ）といい、前面の反対側にある面を後面（ｒｅａｒ ｓｉｄｅ）という。
【００９１】
図３を参照すると、本発明の一実施形態である太陽電池は、下部半導体層１１０ａおよび上部半導体層１１０ｂを含む半導体基板１１０を含む。
【００９２】
半導体基板１１０は、結晶質ケイ素または化合物半導体で形成でき、結晶質ケイ素の場合、例えば、シリコンウエハーを用いることができる。下部半導体層１１０ａおよび上部半導体層１１０ｂのうちの一つはｐ型不純物でドーピングされた半導体層とすることができ、他の一つはｎ型不純物でドーピングされた半導体層とすることができる。例えば、下部半導体層１１０ａはｐ型不純物でドーピングされた半導体層であり、上部半導体層１１０ｂはｎ型不純物でドーピングされた半導体層でありうる。この時、ｐ型不純物はホウ素（Ｂ）のようなＩＩＩ族化合物とすることができ、ｎ型不純物はリン（Ｐ）のようなＶ族化合物とすることができる。
【００９３】
上部半導体層１１０ｂの表面は表面組織化（ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されることができる。表面が表面組織化された上部半導体層１１０ｂは、例えば、ピラミッド形状のような凹凸またはハニカム（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）形状のような多孔性構造でありうる。表面が表面組織化された上部半導体層１１０ｂは、光を受ける表面積を広げ、光の吸収率を高め、反射度を減らすことにより、太陽電池の効率を改善することができる。
【００９４】
上部半導体層１１０ｂの上には複数の前面電極が形成されている。前面電極は基板の一方向に沿って平行に延びており、光吸収損失（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ ｌｏｓｓ）および面抵抗を考慮して、グリッドパターン（ｇｒｉｄ ｐａｔｔｅｒｎ）を設計することができる。
【００９５】
前面電極は、上部半導体層１１０ｂと隣接する領域に位置するバッファー層１１５、および前記バッファー層１１５以外の領域に位置し、導電性物質を含んでいる前面電極部１２０を含むことができる。図３でバッファー層１１５を示しているが、これに限定されず、前記バッファー層１１５は省略可能である。また、前記バッファー層１１５は前記上部半導体層１１０ｂと隣接する領域の一部だけに位置することもできる。
【００９６】
前面電極は、導電性ペーストを用いたスクリーン印刷方法で形成することができる。導電性ペーストは上述した通りである。
【００９７】
前面電極部１２０は導電性物質で形成でき、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）またはこれらの組み合わせなどを用いて形成できる。
【００９８】
上部半導体層１１０ｂと前面電極部１２０との間にはバッファー層１１５が形成されている。バッファー層１１５は上述した通りであり、金属ガラスを含んで導電性を有する。
【００９９】
バッファー層１１５は、前面電極部１２０と接触する部分と、上部半導体層１１０ｂと接触する部分を有するので、上部半導体層１１０ｂと前面電極部１２０との間で電荷が移動できる通路（ｐａｔｈ）の面積を広げて、電荷の損失を減らすことができる。
【０１００】
バッファー層１１５に含まれる金属ガラスは、前面電極部１２０の導電性ペーストに含まれている成分であって、工程中に前面電極部１２０の導電性物質より先に溶融して、前面電極部１２０の下部に位置することができる。
【０１０１】
バッファー層１１５、バッファー層１１５の下部に位置する上部半導体層１１０ｂおよび／または上部半導体層１１０ｂとバッファー層１１５の界面には、結晶化された導電性物質１２２ｃを含む。結晶化された導電性物質１２２ｃは、前記導電性ペーストを用いて前面電極を形成時、焼成段階で溶融し、バッファー層１１５を通過して上部半導体層１１０ｂに拡散した後に結晶化されたもので、バッファー層１１５と共に上部半導体層１１０ｂと前面電極部１２０の間の接触抵抗を小さくし、太陽電池の電気的特性を改善することができる。
【０１０２】
前面電極部１２０の上には前面バスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）電極（図示せず）が形成されていてもよい。バスバー電極は、複数の太陽電池セルを組み立てる時に、隣接する太陽電池セルを連結するためのものである。
【０１０３】
半導体基板１１０の下部には誘電膜１３０が形成されている。誘電膜１３０は、電荷の再結合を防止すると同時に、電流が漏れることを防止して、太陽電池の効率を上げらることができる。誘電膜１３０は複数の貫通部１３５を有し、当該貫通部１３５を通じて半導体基板１１０と後述する後面電極とが接触することができる。
【０１０４】
前記誘電膜１３０は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、またはこれらの組み合わせで形成でき、約１００Åないし約２０００Åの厚さを有することができる。
【０１０５】
誘電膜１３０の下部には後面電極が形成されている。後面電極は導電性物質で形成でき、例えば、アルミニウム（Ａｌ）のような不透明金属で形成できる。後面電極は前面電極と同様に導電性ペーストを用いたスクリーン印刷方法で形成できる。
【０１０６】
後面電極は、前面電極と同様に下部半導体層１１０ａと隣接する領域に位置するバッファー層１１５、および前記バッファー層以外の領域に位置し、導電性物質を含んでいる後面電極部１４０を含むことができる。図３ではバッファー層１１５を示しているが、これに限定されず、前記バッファー層１１５は省略可能である。また、前記バッファー層１１５は前記下部半導体層１１０ａと隣接する領域の一部分だけに位置することもできる。
【０１０７】
バッファー層１１５、バッファー層１１５の上部に位置する下部半導体層１１０ａ、および／または下部半導体層１１０ａとバッファー層１１５の界面には、結晶化された導電性物質１２２ｃを含む。結晶化された導電性物質１２２ｃは、前記導電性ペーストを用いて後面電極を形成時、焼成段階で溶融し、バッファー層１１５を通過して下部半導体層１１０ａに拡散した後に結晶化されたもので、バッファー層１１５と共に下部半導体層１１０ａと後面電極部１４０の間の接触抵抗を小さくし、太陽電池の電気的特性を改善することができる。
【０１０８】
以下、前記太陽電池の製造方法について図３を参照して説明する。
【０１０９】
まず、シリコンウエハーのような半導体基板１１０を用意する。この時、半導体基板１１０は、例えば、ｐ型不純物をドーピングすることができる。
【０１１０】
次に、半導体基板１１０を表面組織化する。表面組織化は、例えば、硝酸およびフッ酸のような酸性溶液または水酸化ナトリウムのような塩基性溶液を用いる湿式方法で行うか、またはプラズマを用いた乾式方法で行える。
【０１１１】
次の半導体基板１１０に、例えば、ｎ型不純物をドーピングする。ここで、ｎ型不純物はＰＯＣｌ３またはＨ３ＰＯ４等を高温で拡散させることによってドーピングすることができる。これにより、半導体基板１１０は他の不純物でドーピングされた下部半導体層１１０ａと上部半導体層１１０ｂを含む。
【０１１２】
次の上部半導体層１１０ｂの上に前面電極用導電性ペーストを塗布する。前面電極用導電性ペーストはスクリーン印刷方法で形成することができる。スクリーン印刷は、導電性粉末、金属ガラス、および有機ビヒクルを含む上述した導電性ペーストを、電極が形成される位置に塗布して乾燥する段階を含む。
【０１１３】
導電性ペーストは、上述のように金属ガラスを含むことができ、金属ガラスは、例えば、溶融紡糸法（ｍｅｌｔ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）、吸入鋳造法（ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｃａｓｔｉｎｇ）、気体噴霧法（ｇａｓ ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ）、イオン照射法（ｉｏｎ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ）、または機械的合金法（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｌｌｏｙｉｎｇ）等の公知の方法によって製造することができる。
【０１１４】
次に、前面電極用導電性ペーストを乾燥する。
【０１１５】
次に、半導体基板１１０の後面に、例えば、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）または酸化ケイ素（ＳｉＯ２）をプラズマ化学気相蒸着法で積層して誘電膜１３０を形成する。
【０１１６】
次に、誘電膜１３０の一部にレーザーを照射して、複数の貫通部１３５を形成する。
【０１１７】
次に、誘電膜１３０一面に後面電極用導電性ペーストをスクリーン印刷方法で塗布して乾燥する。
【０１１８】
次に、後面電極用導電性ペーストを乾燥する。
【０１１９】
次に、前面電極用導電性ペーストおよび後面電極用導電性ペーストを共焼成（ｃｏ−ｆｉｒｉｎｇ）する。しかし、これに限定されず、前面電極用導電性ペーストと後面電極用導電性ペーストをそれぞれ焼成することも可能である。
【０１２０】
焼成は、焼成炉で導電性金属銀の溶融温度より高い温度まで昇温することができ、例えば、約２００℃ないし約１０００℃で行える。
【０１２１】
以下、本発明の他の実施形態である太陽電池について、図４を参照して説明する。
【０１２２】
図４は、本発明の他の実施形態である太陽電池を示す断面図である。
【０１２３】
本実施形態の太陽電池は、ｐ型またはｎ型不純物でドーピングされた半導体基板１１０を含む。半導体基板１１０は後面側に形成されており、互いに異なる不純物でドーピングされた複数の第１ドーピング領域１１１ａおよび第２ドーピング領域１１１ｂを含む。第１ドーピング領域１１１ａは、例えば、ｎ型不純物でドーピングでき、第２ドーピング領域１１１ｂは、例えば、ｐ型不純物でドーピングできる。第１ドーピング領域１１１ａと第２ドーピング領域１１１ｂは半導体基板１１０の後面に交互に配置できる。
【０１２４】
半導体基板１１０の前面は表面組織化されていることができ、表面組織化によって光の吸収率を高め、反射度を減らして、太陽電池の効率を改善することができる。
【０１２５】
半導体基板１１０の上には絶縁膜１１２が形成されている。絶縁膜１１２は、光をわずかに吸収する絶縁性のある物質で形成され、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、およびこれらの組み合わせからなる群から形成することができ、単一層または複数層に形成することができる。絶縁膜１１２は、例えば、約２００Åないし約１５００Åの厚さを有することができる。
【０１２６】
絶縁膜１１２は、太陽電池の表面での光の反射率を減少させ、特定の波長領域の選択性を増加させる反射防止膜（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ）役割を果たすと共に、半導体基板１１０の表面に存在するシリコンとの接触特性を改善して、太陽電池の効率を上げられる。
【０１２７】
半導体基板１１０の後面には複数の貫通部を有する誘電膜１５０が形成されている。
【０１２８】
半導体基板１１０の後面には、第１ドーピング領域１１１ａに接続されている第１電極と、第２ドーピング領域１１１ｂに接続されている第２電極がそれぞれ形成されている。第１電極は貫通部を通じて第１ドーピング領域１１１ａと接続され、第２電極は貫通部を通じて第２ドーピング領域１１１ｂと接続できる。第１電極と第２電極は交互に配置できる。
【０１２９】
第１電極は、第１ドーピング領域１１１ａと隣接した領域に位置するバッファー層１１５、および前記バッファー層１１５以外の領域に位置する第１電極部１２１を含み、第２電極は、第２ドーピング領域１１１ｂと隣接した領域に位置するバッファー層１１５、および前記バッファー層１１５以外の領域に位置する第２電極部１４１を含むことができる。図４でバッファー層１１５を示しているが、これに限定されず、前記バッファー層１１５は省略可能である。また、前記バッファー層１１５は、前記第１ドーピング領域１１１ａと隣接した領域の一部、前記第２ドーピング領域１１１ｂと隣接した領域の一部、またはこれらの組み合わせだけに位置することもできる。
【０１３０】
第１電極と第２電極は、上述した実施形態と同様に、導電性粉末、金属ガラス、および有機ビヒクルを含む導電性ペーストを用いて形成でき、詳細な説明は上述したことと同様である。
【０１３１】
第１ドーピング領域１１１ａと第１電極部１２１の間、および第２ドーピング領域１１１ｂと第２電極部１４１の間には、バッファー層１１５がそれぞれ形成されている。バッファー層１１５は上述のように、金属ガラスを含むので、導電性を有し、第１電極部１２１または第２電極部１４１と接触する部分と、第１ドーピング領域１１１ａまたは第２ドーピング領域１１１ｂと接触する部分を有するので、第１ドーピング領域１１１ａと第１電極部１２１の間または第２ドーピング領域１１１ｂと第２電極部１４１の間で電荷が移動できる通路の面積を広げて、電荷の損失を減らすことができる。
【０１３２】
また、バッファー層１１５、第１ドーピング領域１１１ａ、第２ドーピング領域１１１ｂ、第１ドーピング領域１１１ａとバッファー層１１５の界面、半導体基板１１０の第２ドーピング領域１１１ｂとバッファー層１１５の界面のうちの少なくとも一つには、結晶化された導電性物質１２２ｃを含む。結晶化された導電性物質１２２ｃは、前記導電性ペーストを用いて第１電極および／または第２電極を形成時、焼成段階で溶融し、バッファー層１１５を通過して半導体基板１１０の第１ドーピング領域１１１ａおよび／または第２ドーピング領域１１１ｂに拡散した後に結晶化されたもので、バッファー層１１５と共に第１ドーピング領域１１１ａと第１電極部１２１の間、および第２ドーピング領域１１１ｂと第２電極部１４１の間の接触抵抗を小さくし、太陽電池の電気的特性を改善することができる。
【０１３３】
本実施形態である太陽電池は、上述した実施形態とは異なって、第１電極および第２電極が全て太陽電池の後面に位置することによって、前面において金属が占める面積を減らして光吸収損失を減少させることができ、そのために太陽電池の効率を上げられる。
【０１３４】
以下、本実施形態の太陽電池の製造方法について、図４を参照して説明する。
【０１３５】
まず、例えば、ｎ型不純物でドーピングされている半導体基板１１０を用意する。次に、半導体基板１１０を表面組織化した後、半導体基板１１０の前面および後面に絶縁膜１１２および誘電膜１５０を形成する。絶縁膜１１２および誘電膜１５０は、例えば、化学気相蒸着で形成することができる。
【０１３６】
次に、半導体基板１１０の後面側に、例えば、ｐ型不純物およびｎ型不純物を順次に高濃度にドーピングして、第１ドーピング領域１１１ａおよび第２ドーピング領域１１１ｂを形成する。
【０１３７】
次に、誘電膜１５０の一面において、第１ドーピング領域１１１ａに対応する領域に第１電極用導電性ペーストを塗布し、第２ドーピング領域１１１ｂに対応する領域に第２電極用導電性ペーストを塗布する。第１電極用導電性ペーストおよび第２電極用導電性ペーストはそれぞれスクリーン印刷方法で形成することができ、それぞれ上述した導電性粉末、金属ガラス、および有機ビヒクルを含む導電性ペーストを用いることができる。
【０１３８】
次に、第１電極用導電性ペーストおよび第２電極用導電性ペーストと同時に、またはそれぞれ焼成することができ、焼成は焼成炉で導電性金属銀の溶融温度より高い温度まで昇温することができる。
【実施例】
【０１３９】
前記では上述した導電性ペーストを太陽電池の電極に適用した例だけを具体的に例示したが、これに限定されず、電極を含む全ての電子素子に適用することができる。
【０１４０】
以下、実施例を通じて本発明についてさらに詳細に説明する。ただし、下記の実施例は単に説明を目的とするものであり、本発明の範囲を制限するものではない。
【０１４１】
銀（Ａｇ）の固溶度測定
［実施例１］
金属ガラスＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８を、厚さが９０μｍで、幅が０．５ｃｍのリボン状に用意する。前記金属ガラスリボンを長さを１ｃｍに切断した後、その上に銀（Ａｇ）が８５質量％含まれている銀（Ａｇ）ペーストを塗布した。次に、前記金属ガラスリボンを大気中で６５０℃で３０分間の熱処理を行って、導電性薄膜を形成した。この時、昇温速度は５０℃／分であった。
【０１４２】
［実施例２］
金属ガラスとしてＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８の代わりにＣｕ５８．１Ｚｒ３５．９Ａｌ６を使用したことを除いては、実施例１と同様な方法で金属ガラスリボンの上に導電性薄膜を形成した。
【０１４３】
［比較例１］
金属ガラスにとしてＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８の代わりにＣｕ５０Ｚｒ５０を使用したことを除いては、実施例１と同様な方法で金属ガラスリボンの上に導電性薄膜を形成した。
【０１４４】
［評価−１］
実施例１および２と比較例１によって形成された金属ガラスリボンおよび導電性薄膜を切断した後、その断面を分析した。
【０１４５】
表１は、実施例１および２と比較例１で金属ガラスリボンと導電性薄膜の界面から約３μｍ離れた位置の金属ガラスリボンに存在する銀（Ａｇ）の固溶度を表す。前記銀（Ａｇ）の固溶度は、金属ガラスリボンと導電性薄膜の界面でエネルギー分散型Ｘ線分光器（ｅｎｅｒｇｙｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＤＳ）を通じて３μｍ深さでの銀（Ａｇ）の濃度（atomic percent, aｔ％）を測定した。
【０１４６】
【表１】
【０１４７】
表１を参照すると、実施例１および２によって形成された金属ガラスリボンが、比較例１によって形成された金属ガラスリボンと比較して、さらに多くの量の銀（Ａｇ）が固溶されたことが分かる。また、アルミニウム（Ａｌ）含有量の高い金属ガラスを用いた実施例１が、実施例２よりも銀（Ａｇ）の固溶度が高いことが分かる。
【０１４８】
導電性ペーストおよび電極の製造
［実施例３］
銀（Ａｇ）粉末および金属ガラスＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８をエチルセルロースバインダーおよびブチルカルビトール溶媒を含む有機ビヒクルに添加した。この時、銀（Ａｇ）粉末、金属ガラスＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８および有機ビヒクルを、導電性ペーストの総含有量に対してそれぞれ約８４質量％、約４質量％および約１２質量％で混合し混合物を得た。
【０１４９】
次に、３−ロールミルを使用して前記混合物を混練し、導電性ペーストを製造した。
【０１５０】
シリコンウエハーの上に前記導電性ペーストをスクリーン印刷方法で塗布した。次に、ベルトファーネス（ｂｅｌｔ ｆｕｒｎａｃｅ）を使用してシリコンウエハーを約５００℃まで急激に加熱した後、約９００℃まで徐々に加熱した。この後、シリコンウエハーを徐々に冷却して電極を形成した。
【０１５１】
［実施例４］
金属ガラスとしてＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８の代わりにＣｕ５８．１Ｚｒ３５．９Ａｌ６を使用したことを除いては、実施例３と同様の方法で導電性ペーストを製造し、当該導電性ペーストを用いた電極を形成した。
【０１５２】
［比較例２］
金属ガラスとしてＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８の代わりにＣｕ５０Ｚｒ５０を使用したことを除いては、実施例３と同様の方法で導電性ペーストを製造し、当該導電性ペーストを用いて電極を形成した。
【０１５３】
［評価−２］
実施例３および４と比較例２において形成された電極の接触抵抗値を測定した。接触抵抗値はＴｒａｎｓｆｅｒ ｌｅｎｇｔｈ ｍｅｔｈｏｄ（ＴＬＭ）により測定した。
【０１５４】
表２に、実施例３および４と比較例２によって形成された電極の接触抵抗値を表す。
【０１５５】
【表２】
【０１５６】
表２を参照すると、実施例３および４において形成された電極は、比較例２における電極と比較して、接触抵抗が小さいことが分かる。このことから銀（Ａｇ）と固溶体を形成できるアルミニウム（Ａｌ）を含む金属ガラスを用いることによって、接触抵抗を小さくすることができることが分かる。また、アルミニウム（Ａｌ）含有量の高い金属ガラスを使用することにより、銀（Ａｇ）との固溶度をさらに高めることができ接触抵抗をさらに小さくすることできることが分かる。
【０１５７】
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の種々の変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。
【符号の説明】
【０１５８】
１１０ 半導体基板、
１１０ａ 下部半導体層
１１０ｂ 上部半導体層
１１１ａ 第１ドーピング領域
１１１ｂ 第２ドーピング領域
１１５ バッファー層、
１１５ａ 金属ガラス、
１２０ 前面電極部、
１２０ａ 導電性ペースト、
１２１ 第１電極部、
１２２ａ 導電性粉末、
１２２ｂ、１２２ｃ 結晶化された導電性粉末、
１３０、１５０ 誘電膜、
１３５ 貫通部、
１４０ 後面電極部、
１４１ 第２電極部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ペーストおよび太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子であって、無制限、無公害の次世代エネルギー源として脚光を浴びている。
【０００３】
太陽電池はｐ型半導体およびｎ型半導体を含み、光活性層で太陽光エネルギーを吸収すると、半導体の内部で電子−正孔対（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｈｏｌｅ ｐａｉｒ、ＥＨＰ）が生成され、これらの生成された電子および正孔がｎ型半導体およびｐ型半導体にそれぞれ移動し、電極に収集されることによって、外部で電気エネルギーとして利用できる。
【０００４】
太陽電池は、太陽エネルギーからできるだけ多くの電気エネルギーを出力することができるように、その効率を上げるのが重要である。このような太陽電池の効率を上げるためには、半導体の内部でできるだけ多くの電子−正孔対を生成するのも重要であるが、生成された電荷を損失することなく、外部に引き出すことも重要である。
【０００５】
一方、太陽電池の電極は、導電性ペーストを用いたスクリーン印刷方法で形成することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電荷の損失を減らし、太陽電池の効率を改善できる導電性ペーストを提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、上記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極を含む太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態は、導電性粉末、前記導電性粉末との混合熱（ｈｅａｔ ｏｆ ｍｉｘｉｎｇ）が０より小さい第１元素を含む金属ガラス、および有機ビヒクルを含む導電性ペーストを提供する。
【０００９】
本発明の一実施形態において、前記導電性粉末と前記第１元素の共融温度は、前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極の焼成温度より低いことを特徴とする。
【００１０】
本発明の一実施形態において、前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極の焼成温度は約１０００℃以下であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一実施形態において、前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極の焼成温度は約２００℃ないし約１０００℃であることを特徴とする。。
【００１２】
本発明の一実施形態において、前記第１元素は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ルテチウム（Ｌｕ）、イットリウム（Ｙ）、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、トリウム（Ｔｈ）、カルシウム（Ｃａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、バリウム（Ｂａ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉛（Ｐｂ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タリウム（Ｔｌ）、リチウム（Ｌｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マグネシウム（Ｍｇ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、プルトニウム（Ｐｕ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）、チタニウム（Ｔｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）、白金（Ｐｔ）、および水銀（Ｈｇ）からなる群より選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の一実施形態において、前記金属ガラスは第２元素および第３元素をさらに含み、前記金属ガラスは下記の化学式１の組成を有する合金であることを特徴とする。
【００１４】
【化１】
【００１５】
上記化学式１において、Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素であり、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。
【００１６】
本発明の一実施形態において、前記第１元素、前記第２元素および前記第３元素は、下記関係式１を満たす比率で含まれることを特徴とする。
【００１７】
【数１】
【００１８】
上記関係式１において、ΔＨ１は第１元素と第２元素との混合熱、ΔＨ２は第２元素と第３元素との混合熱、およびΔＨ３は第３元素と第１元素との混合熱であり、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。
【００１９】
本発明の一実施形態において、前記金属ガラスは第２元素、第３元素および第４元素をさらに含み、前記金属ガラスは下記の化学式２の組成を有する合金とすることを特徴とする。
【００２０】
【化２】
【００２１】
上記化学式２において、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素であり、ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１００である。
【００２２】
本発明の一実施形態において、前記第１元素、前記第２元素、前記第３元素および前記第４元素は、下記関係式２を満たす比率で含まれることを特徴とする。
【００２３】
【数２】
【００２４】
上記関係式２において、ΔＨ１は第１元素と第２元素の混合熱、ΔＨ２は第２元素と第３元素の混合熱、ΔＨ３は第３元素と第４元素の混合熱、ΔＨ４は第４元素と第１元素の混合熱、ΔＨ５は第１元素と第３元素との混合熱、および、ΔＨ６は第２元素と第４元素との混合熱 であり、ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１００である。
【００２５】
本発明の一実施形態において、前記導電性粉末は、比抵抗が約１００μΩｃｍ以下であることを特徴とする。
【００２６】
本発明の一実施形態において、前記導電性粉末は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）またはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明の一実施形態において、前記導電性粉末、前記金属ガラス、および前記有機ビヒクルは、前記導電性ペーストの総含有量に対してそれぞれ約３０質量％ないし約９９質量％、約０．１質量％ないし約２０質量％、および約０．９質量％ないし約６９．９質量％で含まれることを特徴とする。
【００２８】
本発明の他の実施形態は、前記導電性ペーストを用いて形成された電極を含む電子素子を提供する。
【００２９】
本発明のさらに他の一実施形態は、半導体層、および前記半導体層に電気的に接続され、前記導電性ペーストを用いて形成された電極を含む太陽電池を提供する。
【００３０】
本発明のさらに他の一実施形態において、前記電極は、前記半導体層と隣接する領域に位置するバッファー層、および前記バッファー層以外の領域に位置する電極部を含むことを特徴とする。
【００３１】
本発明のさらに他の一実施形態において、前記バッファー層、前記半導体層と前記バッファー層の界面、および前記半導体層のうちの少なくとも一つは、結晶化された導電性物質を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る導電性ペーストを用いることで、電極の導電性が改善し、接触抵抗が小さくなりうる。これにより、前記電極を適用した電子素子の電気的特性が改善され、太陽電池において、電荷が効果的に集められ電極側に移動するため、太陽電池の効率の改善が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態であるＡｌ、ＣｕおよびＺｒを含む三元系合金の各元素の含有比率における混合熱を示す概略図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態である導電性ペーストにおいて、導電性粉末が金属ガラスと固溶体を形成して、金属ガラス内に拡散する形状の断面概略図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態である導電性ペーストにおいて、導電性粉末が金属ガラスと固溶体を形成して、金属ガラス内に拡散する形状の断面概略図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態である導電性ペーストにおいて、導電性粉末が金属ガラスと固溶体を形成して、金属ガラス内に拡散する形状の断面概略図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態である導電性ペーストにおいて、導電性粉末が金属ガラスと固溶体を形成して、金属ガラス内に拡散する形状の断面概略図である。
【図３】本発明の一実施形態である太陽電池の断面概略図である。
【図４】本発明の他の一実施形態である太陽電池の断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態について、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限られない。
【００３５】
以下、「元素」とは金属および半金属を包括する用語である。
【００３６】
最初に、本発明の一実施形態における導電性ペーストについて説明する。
【００３７】
本発明の一実施形態による導電性ペーストは、導電性粉末、前記導電性粉末との混合熱（ｈｅａｔ ｏｆ ｍｉｘｉｎｇ）が０より小さい第１元素を含む金属ガラス、および有機ビヒクルを含む。前記混合熱は、Ｂｏｅｒ，Ｆ．Ｒ．， Ｂｏｏｍ，Ｒ．， Ｍａｔｔｅｒｎｓ，Ｗ．Ｃ．Ｍ．， Ｍｉｅｄｅｍａａｌ，Ａ．Ｒ．， Ｎｉｅｓｓｅｎ，Ａ．Ｋ． （１９８９） Ｃｏｈｅｓｉｏｎ ｉｎ Ｍｅｔａｌｓ， Ｎｏｒｔｈ−Ｈａｌｌａｎｄ， Ａｍｓｔｅｒｄａｍに記載されている。
【００３８】
前記導電性粉末は、比抵抗が約１００μΩｃｍ以下である金属より選択することができる。前記比抵抗は、ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ８４ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ（出版社：ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ）に記載されている。
【００３９】
前記導電性粉末は、例えば、銀または銀合金のような銀（Ａｇ）含有金属、アルミニウムまたはアルミニウム合金のようなアルミニウム（Ａｌ）含有金属、銅（Ｃｕ）または銅合金のような銅（Ｃｕ）含有金属、ニッケル（Ｎｉ）またはニッケル合金のようなニッケル（Ｎｉ）含有金属、またはこれらの組み合わせを含むことができる。好ましくは、銀または銀合金のような銀（Ａｇ）含有金属、アルミニウムまたはアルミニウム合金のようなアルミニウム（Ａｌ）含有金属、銅（Ｃｕ）または銅合金のような銅（Ｃｕ）含有金属であり、特に好ましくは銀または銀合金のような銀（Ａｇ）含有金属である。
【００４０】
前記導電性粉末を含む導電性ペーストは、これらに限定されない。
【００４１】
前記導電性粉末は、約１ｎｍないし約５０μｍの大きさでありうる。
【００４２】
前記金属ガラスは、二種類以上の元素が無秩序な原子構造を有する非晶質状態の合金であって、非晶質金属（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｍｅｔａｌ）とも呼ぶ。金属ガラスはシリケート（ｓｉｌｉｃａｔｅ）のような一般のガラスとは異なり比抵抗が小さいため、導電性を示す。
【００４３】
前記金属ガラスは、前記導電性粉末との混合熱が０より小さい第１元素を１以上含む。ここで混合熱が０より小さいというのは、２以上の物質が溶融状態で混合される時に、熱力学的に自発的な混合が生じうることを意味し、導電性粉末と第１元素の混合熱が０より小さいというのは、溶融状態で導電性粉末と第１元素が自発的に固溶体を形成する可能性があることを意味する。
【００４４】
この時、前記導電性粉末と前記第１元素の共融温度（ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極の焼成温度より低い場合、前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極の焼成中に前記導電性粉末と前記第１元素が溶融状態となり得、溶融状態で導電性粉末は第１元素に固溶されて拡散し得る。前記共融温度は、ＡＳＭ Ｈａｎｄｂｏｏｋ Ｖｏｌｕｍｅ ０３： Ａｌｌｏｙ Ｐｈａｓｅ Ｄｉａｇｒａｍｓ（出版社： ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， １９９２）に記載されている。
【００４５】
前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極の焼成温度は約１０００℃以下とすることができる。好ましくは約２００℃ないし約１０００℃である。金属ガラスに含まれる第１元素は、前記温度範囲で前記導電性粉末と共融できるものを選択することができる。
【００４６】
特に限定されないが、導電性粉末が銀（Ａｇ）含有金属の場合、約１０００℃下で導電性粉末と固溶体を形成できる第１元素は、例えば、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ルテチウム（Ｌｕ）、イットリウム（Ｙ）、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、トリウム（Ｔｈ）、カルシウム（Ｃａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、バリウム（Ｂａ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉛（Ｐｂ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タリウム（Ｔｌ）、リチウム（Ｌｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マグネシウム（Ｍｇ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、プルトニウム（Ｐｕ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）、チタニウム（Ｔｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）、白金（Ｐｔ）、および水銀（Ｈｇ）からなる群より選択される少なくとも一つとすることができる。好ましくは銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）である。
【００４７】
ここでは、導電性粉末が銀（Ａｇ）である場合だけを例示したが、これに限定されず、導電性粉末が他の金属を含む場合、多様な元素より選択することができる。
【００４８】
前記金属ガラスは、前記第１元素以外に第２元素および第３元素をさらに含む三元系合金とすることができる。前記第２元素および第３元素は、それぞれ前記第１元素とは異なり、導電性粉末が銀（Ａｇ）である場合、上記第１元素として記載した群より選択される少なくとも一つを用いることができる。
【００４９】
前記金属ガラスが三元系合金である場合、下記化学式１の組成で表される。
【００５０】
【化３】
【００５１】
上記化学式１において、Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素であり、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。
【００５２】
前記金属ガラスの組成で、導電性粉末の固溶度を高めるための第１元素の組成比は、下記関係式１を満たす比率で含まれる。
【００５３】
【数３】
【００５４】
上記関係式１において、ΔＨ１は第１元素と第２元素との混合熱、ΔＨ２は第２元素と第３元素との混合熱、およびΔＨ３は第３元素と第１元素との混合熱であり、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。
【００５５】
上記範囲内で第１元素の固溶度を高める第１元素の含有比率（ｘ）を決定することができ、上記関係式１のように、金属ガラスの総混合熱が０より小さい場合、金属ガラスの組成が熱力学的に安定化される。
【００５６】
上記金属ガラスは、２つ以上の元素を組み合わせた合金とすることができ、例えば、第１元素がアルミニウム（Ａｌ）であり、第２元素および第３元素がそれぞれ銅（Ｃｕ）およびジルコニウム（Ｚｒ）であり得る。
【００５７】
この時、ＡｌとＣｕとの混合熱がΔＨ１、ＣｕとＺｒとの混合熱がΔＨ２、ＺｒとＡｌとの混合熱がΔＨ３であり、Ａｌ、ＣｕおよびＺｒがそれぞれｘ％、ｙ％およびｚ％で含まれる三元系合金である場合、第１元素であるＡｌの含有量は、金属ガラスの混合熱の関係式ｘｙΔＨ１＋ｙｚΔＨ２＋ｚｘΔＨ３が０より小さい値を有する範囲内で決定することができる。
【００５８】
図１は、本発明の一実施形態であるＡｌ、ＣｕおよびＺｒを含む三元系合金における各元素の含有比率による混合熱を示す概略図である。
【００５９】
図１を参照すると、領域Ａは三元系合金の混合熱の関係式が−１０≦ｘｙΔＨ１＋ｙｚΔＨ２＋ｚｘΔＨ３≦−６を満たす領域であり、領域Ｂは三元系合金の混合熱の関係式が−６≦ｘｙΔＨ１＋ｙｚΔＨ２＋ｚｘΔＨ３≦−３を満たす領域であり、Ｃは三元系合金の混合熱の関係式が−３≦ｘｙΔＨ１＋ｙｚΔＨ２＋ｚｘΔＨ３＜０を満たす領域である。
【００６０】
図１を参照して、適切な混合熱の関係式を有する範囲でｘ、ｙおよびｚ値を決定することができる。
【００６１】
上記金属ガラスは、例えば、Ｃｕ５８．１Ｚｒ３５．９Ａｌ６およびＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８とすることができる。
【００６２】
前記金属ガラスは、前記第１元素の他に第２元素、第３元素および第４元素をさらに含む四元系合金とすることもできる。前記第２元素、第３元素および第４元素は、それぞれ前記第１元素とは異なり、上記第１元素として記載した群より選択される少なくとも一つを用いることができる。
【００６３】
前記金属ガラスが四元系合金である場合、下記の化学式２の組成で表される。
【００６４】
【化４】
【００６５】
上記化学式２において、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素であり、ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１００である。
【００６６】
前記金属ガラスの組成で、導電性粉末の固溶度を高めるための第１元素の組成比は、下記関係式２を満たす比率で含まれる。
【００６７】
【数４】
【００６８】
上記関係式２において、ΔＨ１は第１元素と第２元素との混合熱、ΔＨ２は第２元素と第３元素との混合熱、ΔＨ３は第３元素と第４元素との混合熱、ΔＨ４は第４元素と第１元素との混合熱，ΔＨ５は第１元素と第３元素との混合熱，および、ΔＨ６は第２元素と第４元素との混合熱であり、ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１００である。
【００６９】
上記範囲内で第１元素の固溶度を高める第１元素の含有比率（ｘ）を決めることができ、上記関係式２のように、金属ガラスの総混合熱が０より小さい場合、金属ガラスの組成が熱力学的に安定化される。
【００７０】
上記金属ガラスは、２つ以上の元素を組み合わせた合金とすることができ、例えば、第１元素がアルミニウム（Ａｌ）であり、第２元素、第３元素および第４元素がそれぞれ銅（Ｃｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびベリリウム（Ｂｅ）であり得る。
【００７１】
この時、ＡｌとＣｕとの混合熱がΔＨ１、ＣｕとＺｒとの混合熱がΔＨ２、ＺｒとＢｅとの混合熱がΔＨ３、ＢｅとＡｌとの混合熱がΔＨ４、ＡｌとＺｒとの混合熱がΔＨ５、ＣｕとＢｅとの混合熱がΔＨ６であり、Ａｌ、Ｃｕ、ＺｒおよびＢｅがそれぞれｘ％、ｙ％、ｚ％およびｗ％で含まれる四元系合金である場合、第１元素であるＡｌの含有量は、金属ガラスの混合熱の関係式ｘｙΔＨ１＋ｙｚΔＨ２＋ｚｗΔＨ３＋ｗｘΔＨ４＋ｘｚΔＨ５＋ｙｗΔＨ６が０より小さい値を有する範囲内で決定することができる。
【００７２】
上記金属ガラスは、例えばＣｕ４５Ｚｒ４５Ａｌ８Ｂｅ２とすることができる。
【００７３】
上記有機ビヒクルは、上述した導電性粉末と金属ガラスとを混合して適切な粘度を付与できる有機化合物およびこれらを溶解する溶媒を含む。
【００７４】
上記有機化合物は、例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレートもしくはシクロヘキシル（メタ）アクリレートのような（メタ）アクリレート単独または前記化合物とを重合して得られる（メタ）アクリレート系樹脂；メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、もしくはカルボキシエチルセルロースなどのセルロース系樹脂；ノボラック、もしくはレゾールのようなフェノール樹脂；アルコール樹脂；テフロン；およびこれらの組み合わせよりなる群から選択した少なくとも一つを含むことができ、界面活性剤、増粘剤および安定化剤のような添加剤をさらに含むことができる。
【００７５】
上記溶媒は、これらを混合できる形態であれば特に限定されず、例えば、テルピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ペンタンジオール、ジペンテン、リモニン、エチレングリコールアルキルエーテル、ジエチレングリコールアルキルエーテル、エチレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジアルキルエーテルアセテート、トリエチレングリコールアルキルエーテルアセテート、トリエチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールアルキルエーテル、トリプロピレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールアルキルエーテルアセテート、トリプロピレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジメチルフタル酸、ジエチルフタル酸、ジブチルフタル酸、および脱塩水よりなる群から選択した少なくとも一つ以上とすることができる。好ましくはブチルカルビトールである。
【００７６】
前記導電性粉末、前記金属ガラス、および前記有機ビヒクルは、前記導電性ペーストの総含有量に対してそれぞれ約３０質量％ないし約９９質量％、約０．１質量％ないし約２０質量％、および約０．９質量％ないし約６９．９質量％で含まれることができる。好ましくは約４０質量％ないし約９８質量％、約１質量％ないし約２０質量％、約１質量％ないし約５９質量％で含まれ、特に好ましくは約４０質量％ないし約９５質量％、約２質量％ないし約２０質量％、約３質量％ないし約５８質量％で含まれる。
【００７７】
上述した導電性ペーストは、スクリーン印刷などの方法で形成され、電子素子の電極として用いることができる。
【００７８】
この時、例えば、半導体基板上に導電性ペーストを用いて電極を形成する場合、上述のように、導電性粉末は第１元素を含む金属ガラスと固溶体を形成して、溶融した金属ガラス内に拡散できる。
【００７９】
これについて、図２Ａないし図２Ｄを参照して説明する。
【００８０】
図２Ａないし図２Ｄは、半導体基板１１０の上に本発明の一実施形態における導電性ペーストを適用した場合において、前記導電性粉末が金属ガラスと固溶体を形成して、金属ガラス内に拡散する形状の断面概略図である。
【００８１】
図２Ａを参照すると、半導体基板１１０の上に導電性粉末１２２ａおよび金属ガラス１１５ａを含む導電性ペースト１２０ａを適用する。導電性粉末１２２ａおよび金属ガラス１１５ａは、それぞれ粒子（ｐａｒｔｉｃｌｅ）形態で存在することができる。
【００８２】
図２Ｂを参照すると、金属ガラス１１５ａのガラス遷移温度（Ｔｇ）以上に昇温する場合、金属ガラス１１５ａは軟化して液体のような動きを現し、軟化した金属ガラス１１５ａは半導体基板１１０の上にぬれ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）を現わし、バッファー層１１５を形成する。バッファー層１１５は半導体基板１１０と密着して、広い面積にかけて半導体基板１１０と接触できる。この時、金属ガラス１１５ａのガラス遷移温度（Ｔｇ）は導電性粉末１２２ａの焼結温度より低いので、導電性粉末１２２ａは依然として粒子形態で存在することができる。これによって、前記導電性ペーストを用いて製造された電極は、前記半導体基板１１０と隣接する領域に形成されるバッファー層１１５、および前記バッファー層１１５が形成されていない領域に形成される電極部を含むことができる。
【００８３】
図２Ｃを参照すると、導電性粉末１２２ａと金属ガラスの共融温度以上に高くする場合、導電性粉末１２２ａと金属ガラスが共融され、導電性粉末１２２ａの一部が金属ガラスと固溶体を形成してバッファー層１１５内に拡散できる。
【００８４】
図２Ｄを参照すると、バッファー層１１５内に拡散した導電性粉末１２２ａの一部は、半導体基板１１０および／または半導体基板１１０とバッファー層１１５の界面に拡散できる。半導体基板１１０を冷却する場合、導電性粉末１２２ａは再結晶化され、結晶化された導電性粉末１２２ｂからなる電極部１２０を形成し、半導体基板１１０に浸透した導電性粉末１２２ｃも再結晶化されうる。
【００８５】
したがって、結晶化された導電性粉末１２２ｂからなる電極部１２０が形成される一方、電極部１２０と半導体基板１１０との間には金属ガラスからなるバッファー層１１５が形成され、導電性粉末１２２ｃは半導体基板１１０で浸透して再結晶化されうる。
【００８６】
半導体基板１１０に存在する再結晶化された導電性粉末１２２ｃは、太陽光によって半導体基板１１０に生成された電荷をバッファー層１１５を通じて電極部１２０に効果的に移動させるようにすると同時に、半導体基板１１０と電極部１２０の間の接触抵抗を小さくして、太陽電池の電荷損失を減らすことができる。これにより、太陽電池の効率を上げることができる。
【００８７】
次に、図３を参照して、本発明の一実施形態である太陽電池について説明する。
【００８８】
図３は、本発明の一実施形態である太陽電池を示した断面図である。
【００８９】
図面において、種々の層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書の全体にわたって類似する部分に対しては同一の図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるという時、これは他の部分の「すぐ上」にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他の部分の「すぐ上」にあるという時には、中間に他の部分がないことを意味する。
【００９０】
以下、説明の便宜上、半導体基板１１０を中心として上下の位置関係を説明するが、これに限定されることではない。また、半導体基板１１０のうちの太陽エネルギーを受ける面を前面（ｆｒｏｎｔ ｓｉｄｅ）といい、前面の反対側にある面を後面（ｒｅａｒ ｓｉｄｅ）という。
【００９１】
図３を参照すると、本発明の一実施形態である太陽電池は、下部半導体層１１０ａおよび上部半導体層１１０ｂを含む半導体基板１１０を含む。
【００９２】
半導体基板１１０は、結晶質ケイ素または化合物半導体で形成でき、結晶質ケイ素の場合、例えば、シリコンウエハーを用いることができる。下部半導体層１１０ａおよび上部半導体層１１０ｂのうちの一つはｐ型不純物でドーピングされた半導体層とすることができ、他の一つはｎ型不純物でドーピングされた半導体層とすることができる。例えば、下部半導体層１１０ａはｐ型不純物でドーピングされた半導体層であり、上部半導体層１１０ｂはｎ型不純物でドーピングされた半導体層でありうる。この時、ｐ型不純物はホウ素（Ｂ）のようなＩＩＩ族化合物とすることができ、ｎ型不純物はリン（Ｐ）のようなＶ族化合物とすることができる。
【００９３】
上部半導体層１１０ｂの表面は表面組織化（ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されることができる。表面が表面組織化された上部半導体層１１０ｂは、例えば、ピラミッド形状のような凹凸またはハニカム（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）形状のような多孔性構造でありうる。表面が表面組織化された上部半導体層１１０ｂは、光を受ける表面積を広げ、光の吸収率を高め、反射度を減らすことにより、太陽電池の効率を改善することができる。
【００９４】
上部半導体層１１０ｂの上には複数の前面電極が形成されている。前面電極は基板の一方向に沿って平行に延びており、光吸収損失（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ ｌｏｓｓ）および面抵抗を考慮して、グリッドパターン（ｇｒｉｄ ｐａｔｔｅｒｎ）を設計することができる。
【００９５】
前面電極は、上部半導体層１１０ｂと隣接する領域に位置するバッファー層１１５、および前記バッファー層１１５以外の領域に位置し、導電性物質を含んでいる前面電極部１２０を含むことができる。図３でバッファー層１１５を示しているが、これに限定されず、前記バッファー層１１５は省略可能である。また、前記バッファー層１１５は前記上部半導体層１１０ｂと隣接する領域の一部だけに位置することもできる。
【００９６】
前面電極は、導電性ペーストを用いたスクリーン印刷方法で形成することができる。導電性ペーストは上述した通りである。
【００９７】
前面電極部１２０は導電性物質で形成でき、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）またはこれらの組み合わせなどを用いて形成できる。
【００９８】
上部半導体層１１０ｂと前面電極部１２０との間にはバッファー層１１５が形成されている。バッファー層１１５は上述した通りであり、金属ガラスを含んで導電性を有する。
【００９９】
バッファー層１１５は、前面電極部１２０と接触する部分と、上部半導体層１１０ｂと接触する部分を有するので、上部半導体層１１０ｂと前面電極部１２０との間で電荷が移動できる通路（ｐａｔｈ）の面積を広げて、電荷の損失を減らすことができる。
【０１００】
バッファー層１１５に含まれる金属ガラスは、前面電極部１２０の導電性ペーストに含まれている成分であって、工程中に前面電極部１２０の導電性物質より先に溶融して、前面電極部１２０の下部に位置することができる。
【０１０１】
バッファー層１１５、バッファー層１１５の下部に位置する上部半導体層１１０ｂおよび／または上部半導体層１１０ｂとバッファー層１１５の界面には、結晶化された導電性物質１２２ｃを含む。結晶化された導電性物質１２２ｃは、前記導電性ペーストを用いて前面電極を形成時、焼成段階で溶融し、バッファー層１１５を通過して上部半導体層１１０ｂに拡散した後に結晶化されたもので、バッファー層１１５と共に上部半導体層１１０ｂと前面電極部１２０の間の接触抵抗を小さくし、太陽電池の電気的特性を改善することができる。
【０１０２】
前面電極部１２０の上には前面バスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）電極（図示せず）が形成されていてもよい。バスバー電極は、複数の太陽電池セルを組み立てる時に、隣接する太陽電池セルを連結するためのものである。
【０１０３】
半導体基板１１０の下部には誘電膜１３０が形成されている。誘電膜１３０は、電荷の再結合を防止すると同時に、電流が漏れることを防止して、太陽電池の効率を上げらることができる。誘電膜１３０は複数の貫通部１３５を有し、当該貫通部１３５を通じて半導体基板１１０と後述する後面電極とが接触することができる。
【０１０４】
前記誘電膜１３０は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、またはこれらの組み合わせで形成でき、約１００Åないし約２０００Åの厚さを有することができる。
【０１０５】
誘電膜１３０の下部には後面電極が形成されている。後面電極は導電性物質で形成でき、例えば、アルミニウム（Ａｌ）のような不透明金属で形成できる。後面電極は前面電極と同様に導電性ペーストを用いたスクリーン印刷方法で形成できる。
【０１０６】
後面電極は、前面電極と同様に下部半導体層１１０ａと隣接する領域に位置するバッファー層１１５、および前記バッファー層以外の領域に位置し、導電性物質を含んでいる後面電極部１４０を含むことができる。図３ではバッファー層１１５を示しているが、これに限定されず、前記バッファー層１１５は省略可能である。また、前記バッファー層１１５は前記下部半導体層１１０ａと隣接する領域の一部分だけに位置することもできる。
【０１０７】
バッファー層１１５、バッファー層１１５の上部に位置する下部半導体層１１０ａ、および／または下部半導体層１１０ａとバッファー層１１５の界面には、結晶化された導電性物質１２２ｃを含む。結晶化された導電性物質１２２ｃは、前記導電性ペーストを用いて後面電極を形成時、焼成段階で溶融し、バッファー層１１５を通過して下部半導体層１１０ａに拡散した後に結晶化されたもので、バッファー層１１５と共に下部半導体層１１０ａと後面電極部１４０の間の接触抵抗を小さくし、太陽電池の電気的特性を改善することができる。
【０１０８】
以下、前記太陽電池の製造方法について図３を参照して説明する。
【０１０９】
まず、シリコンウエハーのような半導体基板１１０を用意する。この時、半導体基板１１０は、例えば、ｐ型不純物をドーピングすることができる。
【０１１０】
次に、半導体基板１１０を表面組織化する。表面組織化は、例えば、硝酸およびフッ酸のような酸性溶液または水酸化ナトリウムのような塩基性溶液を用いる湿式方法で行うか、またはプラズマを用いた乾式方法で行える。
【０１１１】
次の半導体基板１１０に、例えば、ｎ型不純物をドーピングする。ここで、ｎ型不純物はＰＯＣｌ３またはＨ３ＰＯ４等を高温で拡散させることによってドーピングすることができる。これにより、半導体基板１１０は他の不純物でドーピングされた下部半導体層１１０ａと上部半導体層１１０ｂを含む。
【０１１２】
次の上部半導体層１１０ｂの上に前面電極用導電性ペーストを塗布する。前面電極用導電性ペーストはスクリーン印刷方法で形成することができる。スクリーン印刷は、導電性粉末、金属ガラス、および有機ビヒクルを含む上述した導電性ペーストを、電極が形成される位置に塗布して乾燥する段階を含む。
【０１１３】
導電性ペーストは、上述のように金属ガラスを含むことができ、金属ガラスは、例えば、溶融紡糸法（ｍｅｌｔ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）、吸入鋳造法（ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｃａｓｔｉｎｇ）、気体噴霧法（ｇａｓ ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ）、イオン照射法（ｉｏｎ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ）、または機械的合金法（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｌｌｏｙｉｎｇ）等の公知の方法によって製造することができる。
【０１１４】
次に、前面電極用導電性ペーストを乾燥する。
【０１１５】
次に、半導体基板１１０の後面に、例えば、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）または酸化ケイ素（ＳｉＯ２）をプラズマ化学気相蒸着法で積層して誘電膜１３０を形成する。
【０１１６】
次に、誘電膜１３０の一部にレーザーを照射して、複数の貫通部１３５を形成する。
【０１１７】
次に、誘電膜１３０一面に後面電極用導電性ペーストをスクリーン印刷方法で塗布して乾燥する。
【０１１８】
次に、後面電極用導電性ペーストを乾燥する。
【０１１９】
次に、前面電極用導電性ペーストおよび後面電極用導電性ペーストを共焼成（ｃｏ−ｆｉｒｉｎｇ）する。しかし、これに限定されず、前面電極用導電性ペーストと後面電極用導電性ペーストをそれぞれ焼成することも可能である。
【０１２０】
焼成は、焼成炉で導電性金属銀の溶融温度より高い温度まで昇温することができ、例えば、約２００℃ないし約１０００℃で行える。
【０１２１】
以下、本発明の他の実施形態である太陽電池について、図４を参照して説明する。
【０１２２】
図４は、本発明の他の実施形態である太陽電池を示す断面図である。
【０１２３】
本実施形態の太陽電池は、ｐ型またはｎ型不純物でドーピングされた半導体基板１１０を含む。半導体基板１１０は後面側に形成されており、互いに異なる不純物でドーピングされた複数の第１ドーピング領域１１１ａおよび第２ドーピング領域１１１ｂを含む。第１ドーピング領域１１１ａは、例えば、ｎ型不純物でドーピングでき、第２ドーピング領域１１１ｂは、例えば、ｐ型不純物でドーピングできる。第１ドーピング領域１１１ａと第２ドーピング領域１１１ｂは半導体基板１１０の後面に交互に配置できる。
【０１２４】
半導体基板１１０の前面は表面組織化されていることができ、表面組織化によって光の吸収率を高め、反射度を減らして、太陽電池の効率を改善することができる。
【０１２５】
半導体基板１１０の上には絶縁膜１１２が形成されている。絶縁膜１１２は、光をわずかに吸収する絶縁性のある物質で形成され、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、およびこれらの組み合わせからなる群から形成することができ、単一層または複数層に形成することができる。絶縁膜１１２は、例えば、約２００Åないし約１５００Åの厚さを有することができる。
【０１２６】
絶縁膜１１２は、太陽電池の表面での光の反射率を減少させ、特定の波長領域の選択性を増加させる反射防止膜（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ）役割を果たすと共に、半導体基板１１０の表面に存在するシリコンとの接触特性を改善して、太陽電池の効率を上げられる。
【０１２７】
半導体基板１１０の後面には複数の貫通部を有する誘電膜１５０が形成されている。
【０１２８】
半導体基板１１０の後面には、第１ドーピング領域１１１ａに接続されている第１電極と、第２ドーピング領域１１１ｂに接続されている第２電極がそれぞれ形成されている。第１電極は貫通部を通じて第１ドーピング領域１１１ａと接続され、第２電極は貫通部を通じて第２ドーピング領域１１１ｂと接続できる。第１電極と第２電極は交互に配置できる。
【０１２９】
第１電極は、第１ドーピング領域１１１ａと隣接した領域に位置するバッファー層１１５、および前記バッファー層１１５以外の領域に位置する第１電極部１２１を含み、第２電極は、第２ドーピング領域１１１ｂと隣接した領域に位置するバッファー層１１５、および前記バッファー層１１５以外の領域に位置する第２電極部１４１を含むことができる。図４でバッファー層１１５を示しているが、これに限定されず、前記バッファー層１１５は省略可能である。また、前記バッファー層１１５は、前記第１ドーピング領域１１１ａと隣接した領域の一部、前記第２ドーピング領域１１１ｂと隣接した領域の一部、またはこれらの組み合わせだけに位置することもできる。
【０１３０】
第１電極と第２電極は、上述した実施形態と同様に、導電性粉末、金属ガラス、および有機ビヒクルを含む導電性ペーストを用いて形成でき、詳細な説明は上述したことと同様である。
【０１３１】
第１ドーピング領域１１１ａと第１電極部１２１の間、および第２ドーピング領域１１１ｂと第２電極部１４１の間には、バッファー層１１５がそれぞれ形成されている。バッファー層１１５は上述のように、金属ガラスを含むので、導電性を有し、第１電極部１２１または第２電極部１４１と接触する部分と、第１ドーピング領域１１１ａまたは第２ドーピング領域１１１ｂと接触する部分を有するので、第１ドーピング領域１１１ａと第１電極部１２１の間または第２ドーピング領域１１１ｂと第２電極部１４１の間で電荷が移動できる通路の面積を広げて、電荷の損失を減らすことができる。
【０１３２】
また、バッファー層１１５、第１ドーピング領域１１１ａ、第２ドーピング領域１１１ｂ、第１ドーピング領域１１１ａとバッファー層１１５の界面、半導体基板１１０の第２ドーピング領域１１１ｂとバッファー層１１５の界面のうちの少なくとも一つには、結晶化された導電性物質１２２ｃを含む。結晶化された導電性物質１２２ｃは、前記導電性ペーストを用いて第１電極および／または第２電極を形成時、焼成段階で溶融し、バッファー層１１５を通過して半導体基板１１０の第１ドーピング領域１１１ａおよび／または第２ドーピング領域１１１ｂに拡散した後に結晶化されたもので、バッファー層１１５と共に第１ドーピング領域１１１ａと第１電極部１２１の間、および第２ドーピング領域１１１ｂと第２電極部１４１の間の接触抵抗を小さくし、太陽電池の電気的特性を改善することができる。
【０１３３】
本実施形態である太陽電池は、上述した実施形態とは異なって、第１電極および第２電極が全て太陽電池の後面に位置することによって、前面において金属が占める面積を減らして光吸収損失を減少させることができ、そのために太陽電池の効率を上げられる。
【０１３４】
以下、本実施形態の太陽電池の製造方法について、図４を参照して説明する。
【０１３５】
まず、例えば、ｎ型不純物でドーピングされている半導体基板１１０を用意する。次に、半導体基板１１０を表面組織化した後、半導体基板１１０の前面および後面に絶縁膜１１２および誘電膜１５０を形成する。絶縁膜１１２および誘電膜１５０は、例えば、化学気相蒸着で形成することができる。
【０１３６】
次に、半導体基板１１０の後面側に、例えば、ｐ型不純物およびｎ型不純物を順次に高濃度にドーピングして、第１ドーピング領域１１１ａおよび第２ドーピング領域１１１ｂを形成する。
【０１３７】
次に、誘電膜１５０の一面において、第１ドーピング領域１１１ａに対応する領域に第１電極用導電性ペーストを塗布し、第２ドーピング領域１１１ｂに対応する領域に第２電極用導電性ペーストを塗布する。第１電極用導電性ペーストおよび第２電極用導電性ペーストはそれぞれスクリーン印刷方法で形成することができ、それぞれ上述した導電性粉末、金属ガラス、および有機ビヒクルを含む導電性ペーストを用いることができる。
【０１３８】
次に、第１電極用導電性ペーストおよび第２電極用導電性ペーストと同時に、またはそれぞれ焼成することができ、焼成は焼成炉で導電性金属銀の溶融温度より高い温度まで昇温することができる。
【実施例】
【０１３９】
前記では上述した導電性ペーストを太陽電池の電極に適用した例だけを具体的に例示したが、これに限定されず、電極を含む全ての電子素子に適用することができる。
【０１４０】
以下、実施例を通じて本発明についてさらに詳細に説明する。ただし、下記の実施例は単に説明を目的とするものであり、本発明の範囲を制限するものではない。
【０１４１】
銀（Ａｇ）の固溶度測定
［実施例１］
金属ガラスＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８を、厚さが９０μｍで、幅が０．５ｃｍのリボン状に用意する。前記金属ガラスリボンを長さを１ｃｍに切断した後、その上に銀（Ａｇ）が８５質量％含まれている銀（Ａｇ）ペーストを塗布した。次に、前記金属ガラスリボンを大気中で６５０℃で３０分間の熱処理を行って、導電性薄膜を形成した。この時、昇温速度は５０℃／分であった。
【０１４２】
［実施例２］
金属ガラスとしてＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８の代わりにＣｕ５８．１Ｚｒ３５．９Ａｌ６を使用したことを除いては、実施例１と同様な方法で金属ガラスリボンの上に導電性薄膜を形成した。
【０１４３】
［比較例１］
金属ガラスにとしてＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８の代わりにＣｕ５０Ｚｒ５０を使用したことを除いては、実施例１と同様な方法で金属ガラスリボンの上に導電性薄膜を形成した。
【０１４４】
［評価−１］
実施例１および２と比較例１によって形成された金属ガラスリボンおよび導電性薄膜を切断した後、その断面を分析した。
【０１４５】
表１は、実施例１および２と比較例１で金属ガラスリボンと導電性薄膜の界面から約３μｍ離れた位置の金属ガラスリボンに存在する銀（Ａｇ）の固溶度を表す。前記銀（Ａｇ）の固溶度は、金属ガラスリボンと導電性薄膜の界面でエネルギー分散型Ｘ線分光器（ｅｎｅｒｇｙｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＤＳ）を通じて３μｍ深さでの銀（Ａｇ）の濃度（atomic percent, aｔ％）を測定した。
【０１４６】
【表１】
【０１４７】
表１を参照すると、実施例１および２によって形成された金属ガラスリボンが、比較例１によって形成された金属ガラスリボンと比較して、さらに多くの量の銀（Ａｇ）が固溶されたことが分かる。また、アルミニウム（Ａｌ）含有量の高い金属ガラスを用いた実施例１が、実施例２よりも銀（Ａｇ）の固溶度が高いことが分かる。
【０１４８】
導電性ペーストおよび電極の製造
［実施例３］
銀（Ａｇ）粉末および金属ガラスＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８をエチルセルロースバインダーおよびブチルカルビトール溶媒を含む有機ビヒクルに添加した。この時、銀（Ａｇ）粉末、金属ガラスＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８および有機ビヒクルを、導電性ペーストの総含有量に対してそれぞれ約８４質量％、約４質量％および約１２質量％で混合し混合物を得た。
【０１４９】
次に、３−ロールミルを使用して前記混合物を混練し、導電性ペーストを製造した。
【０１５０】
シリコンウエハーの上に前記導電性ペーストをスクリーン印刷方法で塗布した。次に、ベルトファーネス（ｂｅｌｔ ｆｕｒｎａｃｅ）を使用してシリコンウエハーを約５００℃まで急激に加熱した後、約９００℃まで徐々に加熱した。この後、シリコンウエハーを徐々に冷却して電極を形成した。
【０１５１】
［実施例４］
金属ガラスとしてＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８の代わりにＣｕ５８．１Ｚｒ３５．９Ａｌ６を使用したことを除いては、実施例３と同様の方法で導電性ペーストを製造し、当該導電性ペーストを用いた電極を形成した。
【０１５２】
［比較例２］
金属ガラスとしてＣｕ４６Ｚｒ４６Ａｌ８の代わりにＣｕ５０Ｚｒ５０を使用したことを除いては、実施例３と同様の方法で導電性ペーストを製造し、当該導電性ペーストを用いて電極を形成した。
【０１５３】
［評価−２］
実施例３および４と比較例２において形成された電極の接触抵抗値を測定した。接触抵抗値はＴｒａｎｓｆｅｒ ｌｅｎｇｔｈ ｍｅｔｈｏｄ（ＴＬＭ）により測定した。
【０１５４】
表２に、実施例３および４と比較例２によって形成された電極の接触抵抗値を表す。
【０１５５】
【表２】
【０１５６】
表２を参照すると、実施例３および４において形成された電極は、比較例２における電極と比較して、接触抵抗が小さいことが分かる。このことから銀（Ａｇ）と固溶体を形成できるアルミニウム（Ａｌ）を含む金属ガラスを用いることによって、接触抵抗を小さくすることができることが分かる。また、アルミニウム（Ａｌ）含有量の高い金属ガラスを使用することにより、銀（Ａｇ）との固溶度をさらに高めることができ接触抵抗をさらに小さくすることできることが分かる。
【０１５７】
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の種々の変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。
【符号の説明】
【０１５８】
１１０ 半導体基板、
１１０ａ 下部半導体層
１１０ｂ 上部半導体層
１１１ａ 第１ドーピング領域
１１１ｂ 第２ドーピング領域
１１５ バッファー層、
１１５ａ 金属ガラス、
１２０ 前面電極部、
１２０ａ 導電性ペースト、
１２１ 第１電極部、
１２２ａ 導電性粉末、
１２２ｂ、１２２ｃ 結晶化された導電性粉末、
１３０、１５０ 誘電膜、
１３５ 貫通部、
１４０ 後面電極部、
１４１ 第２電極部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性粉末、
前記導電性粉末との混合熱が０より小さい第１元素を含む金属ガラス、および
有機ビヒクルを含む導電性ペースト。
【請求項２】
前記導電性粉末と前記第１元素との共融温度が、前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極焼成温度より低いことを特徴とする、請求項１に記載の導電性ペースト。
【請求項３】
前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極焼成温度が１０００℃以下であることを特徴とする、請求項２に記載の導電性ペースト。
【請求項４】
前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極焼成温度が２００℃ないし１０００℃であることを特徴とする、請求項３に記載の導電性ペースト。
【請求項５】
前記第１元素が、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ルテチウム（Ｌｕ）、イットリウム（Ｙ）、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、トリウム（Ｔｈ）、カルシウム（Ｃａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、バリウム（Ｂａ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉛（Ｐｂ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タリウム（Ｔｌ）、リチウム（Ｌｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マグネシウム（Ｍｇ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、プルトニウム（Ｐｕ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）、チタニウム（Ｔｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）、白金（Ｐｔ）、および水銀（Ｈｇ）からなる群より選択される少なくとも一つを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電性ペースト。
【請求項６】
前記金属ガラスが第２元素および第３元素をさらに含み、
前記金属ガラスが下記の化学式１の組成を有する合金である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性ペースト：
【化１】
上記化学式１において、Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素であり、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。
【請求項７】
前記第１元素、第２元素および第３元素が、下記関係式１を満たす比率で含まれる、請求項６に記載の導電性ペースト：
【数１】
上記関係式１において、ΔＨ１は第１元素と第２元素との混合熱、ΔＨ２は第２元素と第３元素との混合熱、およびΔＨ３は第３元素と第１元素との混合熱であり、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。
【請求項８】
前記金属ガラスが第２元素、第３元素および第４元素をさらに含み、
前記金属ガラスは下記の化学式２の組成を有する合金である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性ペースト：
【化２】
上記化学式２において、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素であり、ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１００である。
【請求項９】
前記第１元素、第２元素、第３元素および第４元素が、下記関係式２を満たす比率で含まれる、請求項８に記載の導電性ペースト：
【数２】
上記関係式２において、ΔＨ１は第１元素と第２元素との混合熱、ΔＨ２は第２元素と第３元素との混合熱、ΔＨ３は第３元素と第４元素との混合熱、ΔＨ４は第４元素と第１元素との混合熱，ΔＨ５は第１元素と第３元素との混合熱、および、ΔＨ６は第２元素と第４元素との混合熱であり、ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１００である。
【請求項１０】
前記導電性粉末の比抵抗が１００μΩｃｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の導電性ペースト。
【請求項１１】
前記導電性粉末が、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）またはこれらの組み合わせを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の導電性ペースト。
【請求項１２】
前記導電性粉末、前記金属ガラス、および前記有機ビヒクルが、前記導電性ペーストの総量に対してそれぞれ３０ないし９９質量％、０．１ないし２０質量％および０．９ないし６９．９質量％で含まれることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の導電性ペースト。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の導電性ペーストを用いて形成された電極を含む電子素子。
【請求項１４】
半導体層、および
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の導電性ペーストを用いて形成され前記半導体層に電気的に接続された電極を含む太陽電池。
【請求項１５】
前記電極が、前記半導体層と隣接する領域に位置するバッファー層、および前記バッファー層以外の領域に位置する電極部を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の太陽電池。
【請求項１６】
前記バッファー層、前記半導体層と前記バッファー層の界面、および前記半導体層のうちの少なくとも一つは結晶化された導電性物質を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の太陽電池。
【請求項１】
導電性粉末、
前記導電性粉末との混合熱が０より小さい第１元素を含む金属ガラス、および
有機ビヒクルを含む導電性ペースト。
【請求項２】
前記導電性粉末と前記第１元素との共融温度が、前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極焼成温度より低いことを特徴とする、請求項１に記載の導電性ペースト。
【請求項３】
前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極焼成温度が１０００℃以下であることを特徴とする、請求項２に記載の導電性ペースト。
【請求項４】
前記導電性ペーストを用いて形成されてなる電極焼成温度が２００℃ないし１０００℃であることを特徴とする、請求項３に記載の導電性ペースト。
【請求項５】
前記第１元素が、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ルテチウム（Ｌｕ）、イットリウム（Ｙ）、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、トリウム（Ｔｈ）、カルシウム（Ｃａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、バリウム（Ｂａ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉛（Ｐｂ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タリウム（Ｔｌ）、リチウム（Ｌｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マグネシウム（Ｍｇ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、プルトニウム（Ｐｕ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）、チタニウム（Ｔｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）、白金（Ｐｔ）、および水銀（Ｈｇ）からなる群より選択される少なくとも一つを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電性ペースト。
【請求項６】
前記金属ガラスが第２元素および第３元素をさらに含み、
前記金属ガラスが下記の化学式１の組成を有する合金である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性ペースト：
【化１】
上記化学式１において、Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素であり、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。
【請求項７】
前記第１元素、第２元素および第３元素が、下記関係式１を満たす比率で含まれる、請求項６に記載の導電性ペースト：
【数１】
上記関係式１において、ΔＨ１は第１元素と第２元素との混合熱、ΔＨ２は第２元素と第３元素との混合熱、およびΔＨ３は第３元素と第１元素との混合熱であり、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ第１元素、第２元素および第３元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。
【請求項８】
前記金属ガラスが第２元素、第３元素および第４元素をさらに含み、
前記金属ガラスは下記の化学式２の組成を有する合金である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性ペースト：
【化２】
上記化学式２において、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素であり、ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１００である。
【請求項９】
前記第１元素、第２元素、第３元素および第４元素が、下記関係式２を満たす比率で含まれる、請求項８に記載の導電性ペースト：
【数２】
上記関係式２において、ΔＨ１は第１元素と第２元素との混合熱、ΔＨ２は第２元素と第３元素との混合熱、ΔＨ３は第３元素と第４元素との混合熱、ΔＨ４は第４元素と第１元素との混合熱，ΔＨ５は第１元素と第３元素との混合熱、および、ΔＨ６は第２元素と第４元素との混合熱であり、ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ第１元素、第２元素、第３元素および第４元素の組成比であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１００である。
【請求項１０】
前記導電性粉末の比抵抗が１００μΩｃｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の導電性ペースト。
【請求項１１】
前記導電性粉末が、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）またはこれらの組み合わせを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の導電性ペースト。
【請求項１２】
前記導電性粉末、前記金属ガラス、および前記有機ビヒクルが、前記導電性ペーストの総量に対してそれぞれ３０ないし９９質量％、０．１ないし２０質量％および０．９ないし６９．９質量％で含まれることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の導電性ペースト。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の導電性ペーストを用いて形成された電極を含む電子素子。
【請求項１４】
半導体層、および
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の導電性ペーストを用いて形成され前記半導体層に電気的に接続された電極を含む太陽電池。
【請求項１５】
前記電極が、前記半導体層と隣接する領域に位置するバッファー層、および前記バッファー層以外の領域に位置する電極部を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の太陽電池。
【請求項１６】
前記バッファー層、前記半導体層と前記バッファー層の界面、および前記半導体層のうちの少なくとも一つは結晶化された導電性物質を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の太陽電池。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図４】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−９４５１８（Ｐ２０１２−９４５１８Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６４２７（Ｐ２０１１−２３６４２７）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【出願人】（５０６３０９１６８）延世大学校 産学協力団 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【出願人】（５０６３０９１６８）延世大学校 産学協力団 (4)
【Ｆターム（参考）】
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