無機被膜形成用組成物
【課題】膜厚の厚い絶縁膜を形成することが可能な無機被膜形成用組成物であって、低コストで絶縁膜を形成することが可能な無機被膜形成用組成物を提供すること。
【解決手段】（ａ）無機酸化物微粒子、及び（ｂ）バインダー化合物を含む無機固形分と、（ｃ）溶剤とからなる無機被膜形成用組成物であって、前記（ｂ）バインダー化合物が、ベーマイト型アルミナゾル、又は擬似ベーマイト型アルミナゾルを含む無機被膜形成用組成物。本発明の無機被膜形成用組成物によれば、膜厚の厚い絶縁膜を形成した場合でも、クラックを発生することがない。更に、シリコン基板上に形成された被膜の焼成後において、十分な硬度の絶縁膜を形成することができる。
【解決手段】（ａ）無機酸化物微粒子、及び（ｂ）バインダー化合物を含む無機固形分と、（ｃ）溶剤とからなる無機被膜形成用組成物であって、前記（ｂ）バインダー化合物が、ベーマイト型アルミナゾル、又は擬似ベーマイト型アルミナゾルを含む無機被膜形成用組成物。本発明の無機被膜形成用組成物によれば、膜厚の厚い絶縁膜を形成した場合でも、クラックを発生することがない。更に、シリコン基板上に形成された被膜の焼成後において、十分な硬度の絶縁膜を形成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に太陽電池において、電極間を絶縁する絶縁膜を形成するために用いられる無機被膜形成用組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光等から得られる光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池は、環境問題に対する関心の高まりとともに、次世代の発電手段として、その注目を集めている。近年においては、様々な太陽電池が開発されているが、その中でも、結晶シリコン型太陽電池が変換効率の高さや製造コストの低さ等から、現在最も一般的に用いられている。
【０００３】
従来用いられている太陽電池は、その受光面にｎ電極が形成され、裏面にｐ電極が形成されている。しかしながら、受光面にｎ電極を形成した場合、ｎ電極の下方のシリコン基板には太陽光が入射せず、当該部位においては、電流が発生しない。このため、ｎ電極とｐ電極の両者をシリコン基板の裏面に形成することにより、シリコン基板への太陽光の入射量を増加させて、発電効率を高めた太陽電池が開発されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ｐ型シリコン基板の受光面を粗面状にするとともに、裏面側にｐ＋領域とｎ＋領域を形成し、このｐ＋領域とｎ＋領域上に電極を形成した裏面電極型太陽電池において、前記ｐ型シリコン基板の受光面側に針状の微細な突起を多数形成して粗面状にするとともに、この粗面状部に二酸化珪素膜を形成したことを特徴とする裏面電極型太陽電池素子が開示されている。特許文献１に記載の発明によれば、シリコン基板の受光面側には電極が存在せず、光影損失とキャリアの再結合損失が発生しないものとされている。
【０００５】
ここで、裏面電極型太陽電池においては、ｐ電極とｎ電極をシリコン基板の裏面に交互に配置するため、ｐ電極とｎ電極との間を絶縁するための絶縁膜を設ける必要がある。絶縁膜を形成するための絶縁膜形成用組成物としては、半導体素子の製造に用いられる絶縁膜形成用組成物が広く知られており、例えば、特許文献２には、特定のケイ素化合物、その加水分解物、及び／又は、それらの縮合物、及び溶剤を含有し、全溶媒中、沸点が８５℃〜２５０℃の有機溶剤が２５質量％以上占めることを特徴とする絶縁膜形成用組成物が開示されている。特許文献２に記載の発明によれば、低比誘電率を有する絶縁膜を安定に形成することができるものとされている。
【特許文献１】特開２００２−１６４５５６号公報
【特許文献２】特開２００７−０４５９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、太陽電池の電極には、半導体素子に比べて多量の電流が通電されるため、太陽電池の電極間を絶縁するための絶縁膜には、膜厚の厚い絶縁膜を用いる必要があった。ここで、特許文献２に記載の発明のような半導体素子製造用の絶縁膜形成用組成物で所定の膜厚以上の絶縁膜を形成する場合には、クラックが生じる等の問題があった。更に、特許文献２に記載の絶縁膜形成用組成物は、塗布型の絶縁膜形成用組成物であるため、絶縁膜形成用組成物の塗布後に被膜のパターンニングを行う必要があり、絶縁膜の形成に要するコストが高くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであり、膜厚の厚い絶縁膜を形成することが可能な無機被膜形成用組成物であって、焼成後にクラックを生じず、低コストで絶縁膜を形成することが可能な無機被膜形成用組成物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】
本発明の発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った。その結果、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物を含む無機固形分と、溶剤とからなる無機被膜形成用組成物であって、前記バインダー化合物が、所定のアルミナゾルを含む無機被膜形成用組成物を用いたとき、膜厚の厚い絶縁膜を形成してもクラックを生じないことを見出した。
【０００９】
更に、本発明の発明者らは、少なくとも、無機酸化物微粒子、バインダー化合物、及び溶剤を含み、前記バインダー化合物が、所定のアルミナゾルを含み、前記溶剤が、所定の多価アルコールを含む無機被膜形成用組成物を用いたとき、上記の効果に加え、膜厚の厚い絶縁膜を形成可能で、低コストで絶縁膜を形成することが可能であることを見出した。
【００１０】
以上より、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
具体的には、本発明は、以下のものを提供する。
【００１２】
本発明の第一の態様は、（ａ）無機酸化物微粒子、及び（ｂ）バインダー化合物を含む無機固形分と、（ｃ）溶剤とからなる無機被膜形成用組成物であって、前記（ｂ）バインダー化合物が、ベーマイト型アルミナゾル、又は擬似ベーマイト型アルミナゾルを含む無機被膜形成用組成物である。
【００１３】
また、本発明の第二の態様は、少なくとも、（ａ）無機酸化物微粒子、（ｂ）バインダー化合物、及び（ｃ）溶剤を含み、前記（ｂ）バインダー化合物が、ベーマイト型アルミナゾル、又は擬似ベーマイト型アルミナゾルを含み、前記（ｃ）溶剤が、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを含む無機被膜形成用組成物である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の無機被膜形成用組成物は、バインダーとして所定のアルミナゾルを用いているので、当該無機被膜形成用組成物を用いて膜厚の厚い絶縁膜を形成した場合でも、クラックを発生することがない。更に、本発明の無機被膜形成用組成物は、有機高分子化合物を含有していないため、シリコン基板上に形成された被膜の焼成後において、十分な硬度の絶縁膜を形成することができる。
【００１５】
加えて、溶剤として、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを利用した場合には、無機被膜形成用組成物の高粘度化、及び高固形分濃度化が可能となるため、スクリーン印刷等を用いて、低コストで絶縁膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
＜＜第１の実施形態＞＞
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１８】
＜無機被膜形成用組成物＞
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、（ａ）無機酸化物微粒子、及び（ｂ）バインダー化合物を含む無機固形分と、（ｃ）溶剤とからなる無機被膜形成用組成物である。更に、本実施形態の無機被膜形成用組成物は、必要に応じて（ｄ）無機アルコキシド、及び／又は無機アルコキシドの加水分解物、並びに（ｅ）無機塩を含む。
【００１９】
［（ａ）無機酸化物微粒子］
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、無機酸化物微粒子を含む。無機被膜形成用組成物が無機酸化物微粒子を含むことにより、形成される絶縁膜の誘電率を低下させることができ、結果として、絶縁膜の絶縁性を向上させることができる。
【００２０】
無機酸化物微粒子としては、特に限定されるものではないが、酸化ケイ素微粒子、酸化チタン微粒子、及び酸化ジルコニウム粒子等を用いることができる。これらの無機酸化物微粒子の中でも、絶縁膜の絶縁性を良好に保つという観点からＩＶ族元素の酸化物から形成される無機酸化物微粒子を用いることが好ましく、酸化ケイ素微粒子、及び酸化チタン微粒子を用いることが更に好ましい。
【００２１】
無機酸化物微粒子の平均粒径は、５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましい。無機酸化物微粒子の平均粒径が上記範囲内であることにより、無機被膜形成用組成物中における無機酸化物微粒子の分散状態が良好に保たれ、均質な絶縁膜を形成することができる。
【００２２】
本実施形態の無機被膜形成用組成物における、無機酸化物微粒子の含有量は、１質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。無機酸化物微粒子の含有量が、上記範囲内であることにより、無機被膜形成用組成物における無機酸化物微粒子の分散状態を良好に保ちつつ、形成される絶縁膜の絶縁性を好適に維持することができる。上記含有量は、２質量％以上３５質量％以下であることが更に好ましい。
【００２３】
［（ｂ）バインダー化合物］
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、バインダー化合物を含む。バインダー化合物としては、ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルを用いる。ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルは、１２００℃から１６００℃の条件下において焼成されることによりアルミナに変化するため、本実施形態の無機被膜形成用組成物を用いた絶縁膜において、被膜形成成分として用いることができる。更に、アルミナは誘電率が低いため、本実施形態の無機被膜形成用組成物から形成される絶縁膜の絶縁性を良好に保つことができる。
【００２４】
ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルは、市販されているものを用いることができる。そのような市販品としては、アルミナゾル１００、アルミナゾル２００、及びアルミナゾル５２０（いずれも日産化学社製）、コロイダルアルミナＣａｔａｌｏｉｄ−ＡＳ（触媒化成工業社製）、並びにアルミゾル１０（川研ファインケミカル社製）を挙げることができる。
【００２５】
本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、バインダー化合物として、有機高分子化合物を含有しない。このため、本実施形態の無機被膜形成用組成物を焼成することにより形成された絶縁膜の硬度を高く保つことができるとともに、絶縁膜中に有機分が残留するおそれがない。また、ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルを焼成することにより形成される絶縁被膜は、その強度に優れるため、厚膜を形成した場合でもクラック等が発生することがない。
【００２６】
本実施形態の無機被膜形成用組成物における、バインダー化合物の含有量は、１質量％以上４９質量％以下であることが好ましい。バインダー化合物の含有量が、上記範囲内にあることにより、無機被膜形成用組成物中における分散性が良好に保たれるとともに、無機被膜形成用組成物が十分に粘性を有するものとなる。上記含有量は、２質量％以上３５質量％以下であることが更に好ましい。
【００２７】
［（ｃ）溶剤］
本実施形態の無機被膜形成用組成物に用いられる溶剤としては、特に限定されるものではないが、無機被膜形成用組成物中における無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つという観点から、多価アルコールを用いることが好ましい。多価アルコールを用いることにより、無機被膜形成用組成物の固形分濃度や粘度を十分に高めることができ、スクリーン印刷等の手法により、低コストで被膜の形成を行うことができる。
【００２８】
上記多価アルコールとしては、１，２−エタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、及びジプロピレングリコール等の２価のアルコール、並びに１，２，３−トリヒドロキシプロパン、及び３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール等の３価のアルコールを挙げることができる。これらの多価アルコールは、単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。上記多価アルコールの中でも、１，２−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオール、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール、及び２−メチル−２，４−ペンタンジオールを用いることが好ましく、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを用いることが特に好ましい。
【００２９】
また、粘度調整用溶剤として、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノオクチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノオクチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノヘキシルエーテル、ジプロピレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノオクチルエーテル、及びジプロピレングリコールモノオクチルエーテル等のグリコールエーテル類を使用してもよい。
【００３０】
溶剤として、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを用いる場合、無機被膜形成用組成物における３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールの含有量が、溶剤の全量に対して、１０質量％以上であることが好ましい。３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールの含有量が上記範囲内であることにより、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つことができる。上記含有量は、２０質量％以上であることが更に好ましい。
【００３１】
（極性溶剤）
本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を更に向上させるために、極性溶剤を添加することが好ましい。上記極性溶剤としては、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチルピロリドン及び１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンを挙げることができる。これらの極性溶剤は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。上記極性溶剤の中でも、γ−ブチロラクトン、及びＮ−メチルピロリドンを用いることが好ましい。
【００３２】
無機被膜形成用組成物における上記極性溶剤の含有量は、溶剤の全量に対して、３質量％以上７０質量％以下であることが好ましい。極性溶剤の含有量が、上記範囲内であることにより、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つことができる。上記含有量は、５質量％以上４０質量％以下であることが更に好ましい。
【００３３】
本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物を分散させるために、有機高分子化合物からなる分散剤を必要としない。即ち、本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、用いられる溶剤の溶剤分子が無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物を構成する金属元素に配位し、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つので、分散剤を特に添加しなくとも、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性が低下することがない。無機被膜形成用組成物に、有機高分子化合物からなる分散剤を含有しないことにより、焼成後の絶縁膜の硬度を良好に保つことができるとともに、絶縁膜中に有機分が残留するおそれがない。
【００３４】
［（ｄ）無機アルコキシド、及び／又は無機アルコキシドの加水分解物］
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、必要に応じて、無機アルコキシド、及び／又は無機アルコキシドの加水分解物を含んでいてもよい。上記無機アルコキシドとしては、特に限定されるものではないが、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、及びテトラブトキシシラン等のアルコキシシラン；モノメトキシトリエトキシシラン、モノメトキシトリプロポキシシラン、モノエトキシトリプロポキシシラン、モノメトキシトリブトキシシラン、モノエトキシトリブトキシシラン、及びモノプロポキシトリブトキシシラン等のアルコキシシラン；ジメトキシジエトキシシラン、ジメトキシジプロポキシシラン、ジエトキシジプロポキシシラン、ジメトキシジブトキシシラン、及びジエトキシジブトキシシラン等のアルコキシシラン；モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、モノメチルトリプロポキシシラン、モノメチルトリブトキシシラン、モノフェニルトリメトキシシラン、モノフェニルトリエトキシシラン、及びモノフェニルトリブトキシシラン等のモノアルキルトリアルコキシシラン；並びにジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジプロポキシシラン、及びジメチルジブトキシシラン等のジアルキルジアルコキシシラン等を挙げることができる。
これらの無機アルコキシドの中でもテトラメトキシシラン及びテトラエトキシシラン等のアルコキシシランを用いることが好ましい。本実施形態の無機被膜形成用組成物に、無機アルコキシド、及び／又は無機アルコキシドの加水分解物を含有させた場合、バインダー化合物とともに複合体を形成し、無機被膜形成用組成物から形成される絶縁膜の強度を高いものとすることができる。
【００３５】
無機被膜形成用組成物における、無機アルコキシド、及び／又は無機アルコキシドの加水分解物の含有量は、無機酸化物微粒子とバインダー化合物とを含む固形分量に対して３質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。無機アルコキシド、及び／又は無機アルコキシドの加水分解物の含有量が上記範囲内にあることにより、無機被膜形成用組成物から形成される絶縁膜の強度を十分に保つことができる。上記含有量は、５質量％以上３０質量％以下であることが更に好ましい。
【００３６】
［（ｅ）無機塩］
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、更に、無機塩を含有していてもよい。無機塩を含有することにより、被膜強度を向上させることができる。上記無機塩としては、硝酸アルミニウム水和物を用いることが好ましい。
【００３７】
本実施形態の無機被膜形成用組成物における無機塩の含有量は、無機酸化物微粒子とバインダー化合物とを含む固形分量に対して１質量％以上３５質量％以下であることが好ましい。無機塩の含有量が、上記範囲内にあることにより、被膜強度を十分に保つことができる。上記含有量は、５質量％以上３０質量％以下であることが更に好ましい。
【００３８】
［無機被膜形成用組成物の物理的特性］
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、スクリーン印刷等の手段によって、シリコン基板等の基板上にパターン化された被膜を転写するために、十分に高い固形分濃度と、粘度とを有することが好ましい。無機被膜形成用組成物の固形分濃度としては、１質量％以上５０質量％以下であることが好ましく、５質量％以上３５質量％以下であることが更に好ましい。また、無機被膜形成用組成物の粘度としては、５０ｍＰａ・ｓ以上１０００００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、１００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下であることが更に好ましい。上記の固形分濃度、及び粘度とすることにより、無機被膜形成用組成物をシリコン基板上に転写する際に、良好な被膜パターンを得ることができる。
【００３９】
本実施形態の無機被膜形成用組成物に含まれる無機固形分は、上記無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物を含むものである。本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、固形分として有機成分を含まない。当該有機成分としては、有機高分子化合物、並びに有機基が直接ケイ素原子に結合したシリカ系材料、及び有機基を有するシリカ系高分子化合物等、無機被膜形成用組成物から形成される被膜の形成時に、焼失する化合物を含む。このように、有機成分を含有しないことにより、本実施形態の無機被膜形成用組成物から形成される被膜を焼成した絶縁膜が、十分な硬度を有するものとなる。
【００４０】
［無機被膜形成用組成物の用途］
本実施形態の無機被膜形成用組成物の用途としては、特に限定されるものではなく、半導体素子製造用の層間絶縁膜形成用組成物として、或いは、太陽電池製造用の層間絶縁膜形成用組成物として用いることができる。しかしながら、本実施形態の無機被膜形成用組成物は、膜厚の厚い絶縁膜を形成することが可能であるという観点から、特に裏面電極型太陽電池に代表される太陽電池等、通電される電流の容量が大きな電子機器において絶縁膜を形成するための絶縁膜形成用組成物として用いられることが好ましい。
【００４１】
また、本実施形態の無機被膜形成用組成物が、溶剤として多価アルコールを含有する場合には固形分濃度や粘度を高くすることができるため、スクリーン印刷等の手法により、基板上にパターン化された状態で転写することができる。このため、本実施形態の無機被膜形成用組成物は、塗布型の絶縁膜形成用組成物と比べて原料コストを低く抑えることができ、価格競争の激しい電子機器に用いられる絶縁膜形成用組成物として、好適に用いることができる。
【００４２】
＜無機被膜形成用組成物を用いた絶縁膜の形成方法＞
本実施形態の無機被膜形成用組成物を用いた絶縁膜の形成方法においては、シリコン基板等の基板上に、本実施形態の無機被膜形成用組成物を塗布、又は転写し、乾燥させて被膜を形成する。そして、この被膜を焼成して、絶縁膜を形成する。
【００４３】
［塗布・転写］
基板上に本実施形態の無機被膜形成用組成物を塗布、又は転写する方法は特に限定されず、絶縁膜の形成に従来用いられている公知の方法を採用することができる。しかしながら、本実施形態の無機被膜形成用組成物は、高い固形分濃度と高い粘性を有するため、スクリーン印刷等の手法により、基板上に転写することが好ましい。
【００４４】
［乾燥・焼成］
基板に転写された無機被膜形成用組成物は、６０℃以上１５０℃以下で、５分以上３０分以下加熱することにより乾燥する。形成された被膜は、３００℃以上６００℃以下で、１０分以上６０分以下加熱することにより焼成されて、絶縁膜となる。
【００４５】
＜＜第２の実施形態＞＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態においては、上記第１の実施形態と同一の事項については、その説明を省略する。
【００４６】
＜無機被膜形成用組成物＞
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、少なくとも、（ａ）無機酸化物微粒子、（ｂ）バインダー化合物、及び（ｃ）溶剤を含む無機被膜形成用組成物である。更に、本実施形態の無機被膜形成用組成物は、必要に応じて（ｄ）無機アルコキシド、及び／又は無機アルコキシドの加水分解物、並びに（ｅ）無機塩を含む。
【００４７】
［（ｂ）バインダー化合物］
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、バインダー化合物を含む。バインダー化合物としては、ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルを用いる。ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルは、１２００℃から１６００℃の条件下において焼成されることによりアルミナに変化するため、本実施形態の無機被膜形成用組成物を用いた絶縁膜において、被膜形成成分として用いることができる。更に、アルミナは誘電率が低いため、本実施形態の無機被膜形成用組成物から形成される絶縁膜の絶縁性を良好に保つことができる。
【００４８】
ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルは、市販されているものを用いることができる。そのような市販品としては、アルミナゾル１００、アルミナゾル２００、及びアルミナゾル５２０（いずれも日産化学社製）、コロイダルアルミナＣａｔａｌｏｉｄ−ＡＳ（触媒化学工業社製）、並びにアルミゾル１０（川研ファインケミカル社製）を挙げることができる。
【００４９】
ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルを焼成することにより形成される絶縁皮膜は、その強度に優れるため、厚膜を形成した場合でもクラック等が発生することがない。
【００５０】
本実施形態の無機被膜形成用組成物における、バインダー化合物の含有量は、１質量％以上４９質量％以下であることが好ましい。バインダー化合物の含有量が、上記範囲内にあることにより、無機被膜形成用組成物中における分散性が良好に保たれるとともに、無機被膜形成用組成物が十分に粘性を有するものとなる。上記含有量は、２質量％以上３５質量％以下であることが更に好ましい。
【００５１】
［（ｃ）溶剤］
本実施形態の無機被膜形成用組成物に用いられる溶剤は、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを含むものである。３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを用いることにより、無機被膜形成用組成物の固形分濃度や粘度を十分に高めることができ、スクリーン印刷等の手法により、低コストで被膜の形成を行うことができる。
【００５２】
無機被膜形成用組成物における３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールの含有量は、溶剤の全量に対して、１０質量％以上であることが好ましい。３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールの含有量が、上記範囲内であることにより、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つことができる。上記含有量は、２０質量％以上であることが更に好ましい。
【００５３】
また、本実施形態においては、溶剤として、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールのほかにも、他の多価アルコール、及び極性溶剤を含んでもよい。
【００５４】
（多価アルコール）
上記多価アルコールとしては、１，２−エタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、及びジプロピレングリコール等の２価のアルコール、並びに１，２，３−トリヒドロキシプロパン等の３価のアルコールを挙げることができる。これらの多価アルコールは、単独で添加してもよく、２種以上を混合して添加してもよい。上記多価アルコールの中でも、１，２−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオール、及び２−メチル−２，４−ペンタンジオールを用いることが好ましい。
【００５５】
また、粘度調整用溶剤として、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノオクチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノオクチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノヘキシルエーテル、ジプロピレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノオクチルエーテル、及びジプロピレングリコールモノオクチルエーテル等のグリコールエーテル類を使用してもよい。
【００５６】
無機被膜形成用組成物における上記多価アルコールの含有量は、溶剤の全量に対して、１０質量％以上であることが好ましい。極性溶剤の含有量が、上記範囲内であることにより、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つことができる。上記含有量は、２０質量％以上であることが更に好ましい。
【００５７】
（極性溶剤）
本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を更に向上させるために、極性溶剤を添加することが好ましい。上記極性溶剤としては、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチルピロリドン、及び１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンを挙げることができる。これらの極性溶剤は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。上記極性溶剤の中でも、γ−ブチロラクトン、及びＮ−メチルピロリドンを用いることが好ましい。
【００５８】
無機被膜形成用組成物における上記極性溶剤の含有量は、溶剤の全量に対して、３質量％以上７０質量％以下であることが好ましい。極性溶剤の含有量が、上記範囲内であることにより、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つことができる。上記含有量は、５質量％以上４０質量％以下であることが更に好ましい。
【００５９】
本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物を分散させるために、有機高分子化合物からなる分散剤を必要としない。即ち、本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールの溶剤分子や、その他の溶剤の溶剤分子が無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物を構成する金属元素に配位し、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つので、分散剤を特に添加しなくとも、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性が低下することがない。無機被膜形成用組成物に、有機高分子化合物からなる分散剤を含有しないことにより、焼成後の絶縁膜の硬度を良好に保つことができるとともに、絶縁膜中に有機分が残留するおそれがない。
【００６０】
［その他の成分］
本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、絶縁膜形成用組成物に通常用いられる他の添加剤を添加してもよい。
【００６１】
［無機被膜形成用組成物の物理的特性］
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、スクリーン印刷等の手段によって、シリコン基板等の基板上にパターン化された被膜を転写するために、十分に高い固形分濃度と、粘度とを有することが好ましい。無機被膜形成用組成物の固形分濃度としては、１質量％以上５０質量％以下であることが好ましく、５質量％以上３５質量％以下であることが更に好ましい。また、無機被膜形成用組成物の粘度としては、５０ｍＰａ・ｓ以上１０００００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、１００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下であることが更に好ましい。固形分濃度、及び粘度をすることにより、無機被膜形成用組成物をシリコン基板上に転写する際に、良好な被膜パターンを得ることができるとともに、膜厚の厚い被膜を容易に形成することができる。
【００６２】
［無機被膜形成用組成物の用途］
本実施形態の無機被膜形成用組成物の用途としては、特に限定されるものではなく、半導体素子製造用の層間絶縁膜形成用組成物として、或いは、太陽電池製造用の層間絶縁膜として用いることができる。しかしながら、本実施形態の無機被膜形成用組成物は、膜厚の厚い絶縁膜を形成することが可能であるという観点から、特に裏面電極型太陽電池に代表される太陽電池等、通電される電流の容量が大きな電子機器において絶縁膜を形成するための絶縁膜形成用組成物として用いられることが好ましい。
【００６３】
また、本実施形態の無機被膜形成用組成物は固形分濃度や粘度を高くすることができるため、スクリーン印刷等の手法により、基板上にパターン化された状態で転写することができる。このため、本実施形態の無機被膜形成用組成物は、塗布型の絶縁膜形成用組成物と比べて原料コストを低く抑えることができ、価格競争の激しい電子機器に用いられる絶縁膜形成用組成物として、好適に用いることができる。
【実施例】
【００６４】
以下、本発明の無機被膜形成用組成物について、実施例を挙げて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００６５】
＜実施例１＞
［分散液Ａ−１の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ８１２」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）３００．０ｇを２−メチル−２，４−ペンタンジオール９００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度２４．９質量％の分散液を得た（分散液Ａ−１）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３３℃であった。
【００６６】
［分散液Ａ−２の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ ３００」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）３００．０ｇを３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール９００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度２４．５質量％の分散液を得た（分散液Ａ−２）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３６℃であった。
【００６７】
［分散液Ａ−３の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ ３００」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）３００．０ｇを２−メチル−２，４−ペンタンジオール７００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度２９．７質量％の分散液を得た（分散液Ａ−３）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３３℃であった。
【００６８】
［分散液Ａ−４の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ ３００」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）３００．０ｇを１，２−ペンタンジオール９００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度２４．７質量％の分散液を得た（分散液Ａ−４）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３４℃であった。
【００６９】
［分散液Ａ−５の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ ３００」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）２００．０ｇを２−メチル−２，４−ペンタンジオール１０００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度１６．４質量％の分散液を得た（分散液Ａ−５）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３３℃であった。
【００７０】
［分散液Ａ−６の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ８１２」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）２００．０ｇを２−メチル−２，４−ペンタンジオール１０００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度１６．４質量％の分散液を得た（分散液Ａ−６）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３３℃であった。
【００７１】
［分散液Ａ−７の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ ３００」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）２００．０ｇを１，２−ペンタンジオール１０００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度１６．４質量％の分散液を得た（分散液Ａ−７）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３３℃であった。
【００７２】
［分散液Ａ−８の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ８１２」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）３００．０ｇを１，２−ペンタンジオール９００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度２５．０質量％の分散液を得た（分散液Ａ−８）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３３℃であった。
【００７３】
［分散液Ｂ−１の調製］
「アルミナゾル ５２０」（商品名、ベーマイト型アルミナゾル、日産化学工業社製）１５００ｇに３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール１２００ｇを加え、４０℃の恒温槽にて保温しながら、エバポレーターで溶剤置換を行い、固形分濃度は１５．１質量％の分散液Ｂ−１を得た。
【００７４】
［分散液Ｂ−２の調製］
「アルミゾル １０」（商品名、擬似ベーマイト型アルミナゾル、川研ファインケミカル社製）３０００ｇに３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール１２００ｇを加え、４０℃の恒温槽にて保温しながら、エバポレーターで溶剤置換を行い、固形分濃度１５．４質量％の分散液Ｂ−２を得た。
【００７５】
［分散液Ｂ−３の調製］
「アルミゾル １０」（商品名、擬似ベーマイト型アルミナゾル、川研ファインケミカル社製）３０００ｇに３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール６００ｇ及びジプロピレングリコール６００ｇを加え、４０℃の恒温槽にて保温しながら、エバポレーターで溶剤置換を行い、固形分濃度１５．０質量％の分散液Ｂ−３を得た。
【００７６】
［分散液Ｂ−４の調製］
「アルミナゾル ５２０」（商品名、ベーマイト型アルミナゾル、日産化学工業社製）１５００ｇに１，２−ペンタンジオール２０００ｇを加え、４０℃の恒温槽にて保温しながら、エバポレーターで溶剤置換を行い、固形分濃度１０．２質量％の分散液Ｂ−４を得た。
【００７７】
［分散液Ｂ−５の調製］
「アルミゾル １０」（商品名、擬似ベーマイト型アルミナゾル、川研ファインケミカル社製）１５００ｇに１，２−ペンタンジオール２０００ｇを加え、４０℃の恒温槽にて保温しながら、エバポレーターで溶剤置換を行い、固形分濃度１０．５質量％の分散液Ｂ−５を得た。
【００７８】
［溶解液Ｃ−１の調製］
「エチルセルロール ＳＴＤ ４ＣＰＳ」（商品名、日新化成株式会社製）１６．０ｇを１，２−ペンタンジオール６２０ｇに加え、８０℃の恒温槽にて保温しながら撹拌・溶解し、固形分濃度２．５質量％の溶解液Ｃ−１を得た。
【００７９】
［溶解液Ｃ−２の調製］
「エチルセルロール ＳＴＤ ４ＣＰＳ」（商品名、日新化成株式会社製）１４．０ｇを２−メチル−２，４−ペンタンジオール６１３ｇに加え、８０℃の恒温槽にて保温しながら撹拌・溶解し、固形分濃度２．２質量％の溶解液Ｃ−２を得た。
【００８０】
＜＜無機被膜形成用組成物の調製＞＞
＜実施例１＞
分散液Ａ−１ ２００ｇと、分散液Ｂ−１ ７８０ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（無機被膜形成用組成物１）は、固形分濃度が１６．２質量％、粘度が２１００ｍＰａ・ｓであった。上記の無機被覆形成用組成物１をスクリーン印刷法により基板上に印刷し、その後１００℃にて１５分間の乾燥処理を施し、更に電気炉にて５００℃で３０分間の焼結を行った。その後、形成されたラインパターンの膜厚を測定した。結果を表１に示す。
【００８１】
＜実施例２＞
分散液Ａ−２ １００ｇと、分散液Ｂ−２ ６５０ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（無機被膜形成用組成物２）は、固形分濃度が１６．６．質量％、粘度が２６００ｍＰａ・ｓであった。上記の無機被膜形成用組成物２を用い、乾燥処理時の温度を１００℃から１４０℃に変えた以外は実施例１と同様にしてスクリーン印刷法によりラインパターンを形成した。形成されたラインパターンの膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００８２】
＜実施例３＞
分散液Ａ−２ １００ｇと分散液Ｂ−３ ６５０ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（無機被膜形成用組成物３）は、固形分濃度が１６．６質量％、粘度が１６０ｍＰａ・ｓであった。上記の無機被膜形成用組成物３をスピン塗布により基板上に塗布し、その後１４０℃にて１５分間の乾燥処理を施し、更に電気炉にて５００℃、３０分間の焼結を行った。その後、形成された被膜の膜厚を測定した。結果を表１に示す。
【００８３】
＜実施例４＞
分散液Ａ−３ ３００ｇと、分散液Ｂ−４ ６００ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（無機被膜形成用組成物４）は、固形分濃度が１６．１質量％、粘度が１４００ｍＰａ・ｓであった。上記の無機被膜形成用組成物４を用い、実施例２と同様にしてスクリーン印刷法によりラインパターンを形成した。形成されたラインパターンの膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００８４】
＜実施例５＞
分散液Ａ−３ ３００ｇと、分散液Ｂ−５ ６５０ｇと、極性溶剤Ｎ−メチルピロリドン ５０ｇと混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（無機被膜形成用組成物５）は、固形分濃度が１５．２質量％、粘度が１１０ｍＰａ・ｓであった。上記の無機被膜形成用組成物５を用い、実施例３と同様にしてスピン塗布法により被膜の形成を行った。形成された被膜の膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００８５】
＜実施例６＞
分散液Ａ−４ ３００ｇと、分散液Ｂ−５ ６５０ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（無機被膜形成用組成物６）は、固形分濃度が１５．８質量％、粘度が１８０ｍＰａ・ｓであった。上記の無機被膜形成用組成物６を用い、実施例３と同様にしてスピン塗布法により被膜の形成を行った。形成された被膜の膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００８６】
＜＜有機物含有無機被膜形成用組成物の調製＞＞
＜比較例１＞
分散液Ａ−５ ５００ｇと、溶解液Ｃ−２ ５００ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（有機物含有被膜形成用組成物１）は、固形分濃度が８．４質量％、粘度が１２５ｍＰａ・ｓであった。上記の有機物含有無機被膜形成用組成物１を用い、実施例３と同様にしてスピン塗布法により被膜の形成を行った。形成された被膜の膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００８７】
＜比較例２＞
分散液Ａ−６ ５００ｇと、溶解液Ｃ−２ ５００ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（有機物含有被膜形成用組成物２）は、固形分濃度が９．６質量％、粘度が１１０ｍＰａ・ｓであった。上記の有機物含有被膜形成用組成物２を実施例３と同様にしてスピン塗布法により被膜の形成を行った。形成された被膜の膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００８８】
＜比較例３＞
分散液Ａ−７ ５００ｇと、溶解液Ｃ−１ ５００ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（有機物含有被膜形成用組成物３）は、固形分濃度が９．６質量％、粘度が１９０ｍＰａ・ｓであった。上記の有機物含有被膜形成用組成物３を用い、実施例３と同様にしてスピン塗布法により被膜の形成を行った。形成された被膜の膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００８９】
＜比較例４＞
分散液Ａ−８ ５００ｇと、溶解液Ｃ−１ ５００ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（有機物含有被膜形成用組成物４）は、固形分濃度が１３．８質量％、粘度が３７０ｍＰａ・ｓであった。上記の有機物含有被膜形成用組成物４を用い、実施例３と同様にしてスピン塗布法により被膜の形成を行った。形成された被膜の膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００９０】
＜評価＞
［絶縁膜の硬度］
実施例１から６、比較例１から４で得られた被膜について、以下の条件にて被膜の硬度を測定した。結果を表１に示す。
（鉛筆硬度試験）
試験機：ＪＩＳ Ｋ−５４００規格準拠の鉛筆硬度試験機「ＰＳ−３２０ ＭＫＳ電動式鉛筆硬度試験機（製品名、株式会社丸菱科学機製作所製）」
試験方法：被膜が形成された基板を１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさにカットし、上記の鉛筆硬度試験機の測定台に当該基板をセットし、柔らかい鉛筆硬度（６Ｂ）の鉛筆から順に、鉛筆を５０ｍｍの距離走らせて膜と基板との剥がれ（又は削れ）具合を確認した。
【００９１】
【表１】
【００９２】
実施例１から６の無機被膜形成用組成物においては、クラックを発生させること無く膜厚が厚い絶縁膜を形成することができた。一方、比較例１から４の有機物含有被膜形成用組成物から形成された絶縁膜には、クラックが多く発生した。また、表１より、実施例１から６の無機被膜形成用組成物においては、非常に硬度の高い絶縁膜を形成できたが、比較例１から４の有機物含有被膜形成用組成物から形成された絶縁膜は、６Ｂの鉛筆でも容易に削れてしまい、硬度の低いものであった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に太陽電池において、電極間を絶縁する絶縁膜を形成するために用いられる無機被膜形成用組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光等から得られる光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池は、環境問題に対する関心の高まりとともに、次世代の発電手段として、その注目を集めている。近年においては、様々な太陽電池が開発されているが、その中でも、結晶シリコン型太陽電池が変換効率の高さや製造コストの低さ等から、現在最も一般的に用いられている。
【０００３】
従来用いられている太陽電池は、その受光面にｎ電極が形成され、裏面にｐ電極が形成されている。しかしながら、受光面にｎ電極を形成した場合、ｎ電極の下方のシリコン基板には太陽光が入射せず、当該部位においては、電流が発生しない。このため、ｎ電極とｐ電極の両者をシリコン基板の裏面に形成することにより、シリコン基板への太陽光の入射量を増加させて、発電効率を高めた太陽電池が開発されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ｐ型シリコン基板の受光面を粗面状にするとともに、裏面側にｐ＋領域とｎ＋領域を形成し、このｐ＋領域とｎ＋領域上に電極を形成した裏面電極型太陽電池において、前記ｐ型シリコン基板の受光面側に針状の微細な突起を多数形成して粗面状にするとともに、この粗面状部に二酸化珪素膜を形成したことを特徴とする裏面電極型太陽電池素子が開示されている。特許文献１に記載の発明によれば、シリコン基板の受光面側には電極が存在せず、光影損失とキャリアの再結合損失が発生しないものとされている。
【０００５】
ここで、裏面電極型太陽電池においては、ｐ電極とｎ電極をシリコン基板の裏面に交互に配置するため、ｐ電極とｎ電極との間を絶縁するための絶縁膜を設ける必要がある。絶縁膜を形成するための絶縁膜形成用組成物としては、半導体素子の製造に用いられる絶縁膜形成用組成物が広く知られており、例えば、特許文献２には、特定のケイ素化合物、その加水分解物、及び／又は、それらの縮合物、及び溶剤を含有し、全溶媒中、沸点が８５℃〜２５０℃の有機溶剤が２５質量％以上占めることを特徴とする絶縁膜形成用組成物が開示されている。特許文献２に記載の発明によれば、低比誘電率を有する絶縁膜を安定に形成することができるものとされている。
【特許文献１】特開２００２−１６４５５６号公報
【特許文献２】特開２００７−０４５９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、太陽電池の電極には、半導体素子に比べて多量の電流が通電されるため、太陽電池の電極間を絶縁するための絶縁膜には、膜厚の厚い絶縁膜を用いる必要があった。ここで、特許文献２に記載の発明のような半導体素子製造用の絶縁膜形成用組成物で所定の膜厚以上の絶縁膜を形成する場合には、クラックが生じる等の問題があった。更に、特許文献２に記載の絶縁膜形成用組成物は、塗布型の絶縁膜形成用組成物であるため、絶縁膜形成用組成物の塗布後に被膜のパターンニングを行う必要があり、絶縁膜の形成に要するコストが高くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであり、膜厚の厚い絶縁膜を形成することが可能な無機被膜形成用組成物であって、焼成後にクラックを生じず、低コストで絶縁膜を形成することが可能な無機被膜形成用組成物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】
本発明の発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った。その結果、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物を含む無機固形分と、溶剤とからなる無機被膜形成用組成物であって、前記バインダー化合物が、所定のアルミナゾルを含む無機被膜形成用組成物を用いたとき、膜厚の厚い絶縁膜を形成してもクラックを生じないことを見出した。
【０００９】
更に、本発明の発明者らは、少なくとも、無機酸化物微粒子、バインダー化合物、及び溶剤を含み、前記バインダー化合物が、所定のアルミナゾルを含み、前記溶剤が、所定の多価アルコールを含む無機被膜形成用組成物を用いたとき、上記の効果に加え、膜厚の厚い絶縁膜を形成可能で、低コストで絶縁膜を形成することが可能であることを見出した。
【００１０】
以上より、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
具体的には、本発明は、以下のものを提供する。
【００１２】
本発明の第一の態様は、（ａ）無機酸化物微粒子、及び（ｂ）バインダー化合物を含む無機固形分と、（ｃ）溶剤とからなる無機被膜形成用組成物であって、前記（ｂ）バインダー化合物が、ベーマイト型アルミナゾル、又は擬似ベーマイト型アルミナゾルを含む無機被膜形成用組成物である。
【００１３】
また、本発明の第二の態様は、少なくとも、（ａ）無機酸化物微粒子、（ｂ）バインダー化合物、及び（ｃ）溶剤を含み、前記（ｂ）バインダー化合物が、ベーマイト型アルミナゾル、又は擬似ベーマイト型アルミナゾルを含み、前記（ｃ）溶剤が、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを含む無機被膜形成用組成物である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の無機被膜形成用組成物は、バインダーとして所定のアルミナゾルを用いているので、当該無機被膜形成用組成物を用いて膜厚の厚い絶縁膜を形成した場合でも、クラックを発生することがない。更に、本発明の無機被膜形成用組成物は、有機高分子化合物を含有していないため、シリコン基板上に形成された被膜の焼成後において、十分な硬度の絶縁膜を形成することができる。
【００１５】
加えて、溶剤として、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを利用した場合には、無機被膜形成用組成物の高粘度化、及び高固形分濃度化が可能となるため、スクリーン印刷等を用いて、低コストで絶縁膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
＜＜第１の実施形態＞＞
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１８】
＜無機被膜形成用組成物＞
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、（ａ）無機酸化物微粒子、及び（ｂ）バインダー化合物を含む無機固形分と、（ｃ）溶剤とからなる無機被膜形成用組成物である。更に、本実施形態の無機被膜形成用組成物は、必要に応じて（ｄ）無機アルコキシド、及び／又は無機アルコキシドの加水分解物、並びに（ｅ）無機塩を含む。
【００１９】
［（ａ）無機酸化物微粒子］
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、無機酸化物微粒子を含む。無機被膜形成用組成物が無機酸化物微粒子を含むことにより、形成される絶縁膜の誘電率を低下させることができ、結果として、絶縁膜の絶縁性を向上させることができる。
【００２０】
無機酸化物微粒子としては、特に限定されるものではないが、酸化ケイ素微粒子、酸化チタン微粒子、及び酸化ジルコニウム粒子等を用いることができる。これらの無機酸化物微粒子の中でも、絶縁膜の絶縁性を良好に保つという観点からＩＶ族元素の酸化物から形成される無機酸化物微粒子を用いることが好ましく、酸化ケイ素微粒子、及び酸化チタン微粒子を用いることが更に好ましい。
【００２１】
無機酸化物微粒子の平均粒径は、５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましい。無機酸化物微粒子の平均粒径が上記範囲内であることにより、無機被膜形成用組成物中における無機酸化物微粒子の分散状態が良好に保たれ、均質な絶縁膜を形成することができる。
【００２２】
本実施形態の無機被膜形成用組成物における、無機酸化物微粒子の含有量は、１質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。無機酸化物微粒子の含有量が、上記範囲内であることにより、無機被膜形成用組成物における無機酸化物微粒子の分散状態を良好に保ちつつ、形成される絶縁膜の絶縁性を好適に維持することができる。上記含有量は、２質量％以上３５質量％以下であることが更に好ましい。
【００２３】
［（ｂ）バインダー化合物］
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、バインダー化合物を含む。バインダー化合物としては、ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルを用いる。ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルは、１２００℃から１６００℃の条件下において焼成されることによりアルミナに変化するため、本実施形態の無機被膜形成用組成物を用いた絶縁膜において、被膜形成成分として用いることができる。更に、アルミナは誘電率が低いため、本実施形態の無機被膜形成用組成物から形成される絶縁膜の絶縁性を良好に保つことができる。
【００２４】
ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルは、市販されているものを用いることができる。そのような市販品としては、アルミナゾル１００、アルミナゾル２００、及びアルミナゾル５２０（いずれも日産化学社製）、コロイダルアルミナＣａｔａｌｏｉｄ−ＡＳ（触媒化成工業社製）、並びにアルミゾル１０（川研ファインケミカル社製）を挙げることができる。
【００２５】
本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、バインダー化合物として、有機高分子化合物を含有しない。このため、本実施形態の無機被膜形成用組成物を焼成することにより形成された絶縁膜の硬度を高く保つことができるとともに、絶縁膜中に有機分が残留するおそれがない。また、ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルを焼成することにより形成される絶縁被膜は、その強度に優れるため、厚膜を形成した場合でもクラック等が発生することがない。
【００２６】
本実施形態の無機被膜形成用組成物における、バインダー化合物の含有量は、１質量％以上４９質量％以下であることが好ましい。バインダー化合物の含有量が、上記範囲内にあることにより、無機被膜形成用組成物中における分散性が良好に保たれるとともに、無機被膜形成用組成物が十分に粘性を有するものとなる。上記含有量は、２質量％以上３５質量％以下であることが更に好ましい。
【００２７】
［（ｃ）溶剤］
本実施形態の無機被膜形成用組成物に用いられる溶剤としては、特に限定されるものではないが、無機被膜形成用組成物中における無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つという観点から、多価アルコールを用いることが好ましい。多価アルコールを用いることにより、無機被膜形成用組成物の固形分濃度や粘度を十分に高めることができ、スクリーン印刷等の手法により、低コストで被膜の形成を行うことができる。
【００２８】
上記多価アルコールとしては、１，２−エタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、及びジプロピレングリコール等の２価のアルコール、並びに１，２，３−トリヒドロキシプロパン、及び３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール等の３価のアルコールを挙げることができる。これらの多価アルコールは、単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。上記多価アルコールの中でも、１，２−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオール、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール、及び２−メチル−２，４−ペンタンジオールを用いることが好ましく、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを用いることが特に好ましい。
【００２９】
また、粘度調整用溶剤として、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノオクチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノオクチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノヘキシルエーテル、ジプロピレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノオクチルエーテル、及びジプロピレングリコールモノオクチルエーテル等のグリコールエーテル類を使用してもよい。
【００３０】
溶剤として、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを用いる場合、無機被膜形成用組成物における３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールの含有量が、溶剤の全量に対して、１０質量％以上であることが好ましい。３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールの含有量が上記範囲内であることにより、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つことができる。上記含有量は、２０質量％以上であることが更に好ましい。
【００３１】
（極性溶剤）
本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を更に向上させるために、極性溶剤を添加することが好ましい。上記極性溶剤としては、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチルピロリドン及び１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンを挙げることができる。これらの極性溶剤は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。上記極性溶剤の中でも、γ−ブチロラクトン、及びＮ−メチルピロリドンを用いることが好ましい。
【００３２】
無機被膜形成用組成物における上記極性溶剤の含有量は、溶剤の全量に対して、３質量％以上７０質量％以下であることが好ましい。極性溶剤の含有量が、上記範囲内であることにより、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つことができる。上記含有量は、５質量％以上４０質量％以下であることが更に好ましい。
【００３３】
本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物を分散させるために、有機高分子化合物からなる分散剤を必要としない。即ち、本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、用いられる溶剤の溶剤分子が無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物を構成する金属元素に配位し、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つので、分散剤を特に添加しなくとも、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性が低下することがない。無機被膜形成用組成物に、有機高分子化合物からなる分散剤を含有しないことにより、焼成後の絶縁膜の硬度を良好に保つことができるとともに、絶縁膜中に有機分が残留するおそれがない。
【００３４】
［（ｄ）無機アルコキシド、及び／又は無機アルコキシドの加水分解物］
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、必要に応じて、無機アルコキシド、及び／又は無機アルコキシドの加水分解物を含んでいてもよい。上記無機アルコキシドとしては、特に限定されるものではないが、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、及びテトラブトキシシラン等のアルコキシシラン；モノメトキシトリエトキシシラン、モノメトキシトリプロポキシシラン、モノエトキシトリプロポキシシラン、モノメトキシトリブトキシシラン、モノエトキシトリブトキシシラン、及びモノプロポキシトリブトキシシラン等のアルコキシシラン；ジメトキシジエトキシシラン、ジメトキシジプロポキシシラン、ジエトキシジプロポキシシラン、ジメトキシジブトキシシラン、及びジエトキシジブトキシシラン等のアルコキシシラン；モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、モノメチルトリプロポキシシラン、モノメチルトリブトキシシラン、モノフェニルトリメトキシシラン、モノフェニルトリエトキシシラン、及びモノフェニルトリブトキシシラン等のモノアルキルトリアルコキシシラン；並びにジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジプロポキシシラン、及びジメチルジブトキシシラン等のジアルキルジアルコキシシラン等を挙げることができる。
これらの無機アルコキシドの中でもテトラメトキシシラン及びテトラエトキシシラン等のアルコキシシランを用いることが好ましい。本実施形態の無機被膜形成用組成物に、無機アルコキシド、及び／又は無機アルコキシドの加水分解物を含有させた場合、バインダー化合物とともに複合体を形成し、無機被膜形成用組成物から形成される絶縁膜の強度を高いものとすることができる。
【００３５】
無機被膜形成用組成物における、無機アルコキシド、及び／又は無機アルコキシドの加水分解物の含有量は、無機酸化物微粒子とバインダー化合物とを含む固形分量に対して３質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。無機アルコキシド、及び／又は無機アルコキシドの加水分解物の含有量が上記範囲内にあることにより、無機被膜形成用組成物から形成される絶縁膜の強度を十分に保つことができる。上記含有量は、５質量％以上３０質量％以下であることが更に好ましい。
【００３６】
［（ｅ）無機塩］
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、更に、無機塩を含有していてもよい。無機塩を含有することにより、被膜強度を向上させることができる。上記無機塩としては、硝酸アルミニウム水和物を用いることが好ましい。
【００３７】
本実施形態の無機被膜形成用組成物における無機塩の含有量は、無機酸化物微粒子とバインダー化合物とを含む固形分量に対して１質量％以上３５質量％以下であることが好ましい。無機塩の含有量が、上記範囲内にあることにより、被膜強度を十分に保つことができる。上記含有量は、５質量％以上３０質量％以下であることが更に好ましい。
【００３８】
［無機被膜形成用組成物の物理的特性］
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、スクリーン印刷等の手段によって、シリコン基板等の基板上にパターン化された被膜を転写するために、十分に高い固形分濃度と、粘度とを有することが好ましい。無機被膜形成用組成物の固形分濃度としては、１質量％以上５０質量％以下であることが好ましく、５質量％以上３５質量％以下であることが更に好ましい。また、無機被膜形成用組成物の粘度としては、５０ｍＰａ・ｓ以上１０００００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、１００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下であることが更に好ましい。上記の固形分濃度、及び粘度とすることにより、無機被膜形成用組成物をシリコン基板上に転写する際に、良好な被膜パターンを得ることができる。
【００３９】
本実施形態の無機被膜形成用組成物に含まれる無機固形分は、上記無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物を含むものである。本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、固形分として有機成分を含まない。当該有機成分としては、有機高分子化合物、並びに有機基が直接ケイ素原子に結合したシリカ系材料、及び有機基を有するシリカ系高分子化合物等、無機被膜形成用組成物から形成される被膜の形成時に、焼失する化合物を含む。このように、有機成分を含有しないことにより、本実施形態の無機被膜形成用組成物から形成される被膜を焼成した絶縁膜が、十分な硬度を有するものとなる。
【００４０】
［無機被膜形成用組成物の用途］
本実施形態の無機被膜形成用組成物の用途としては、特に限定されるものではなく、半導体素子製造用の層間絶縁膜形成用組成物として、或いは、太陽電池製造用の層間絶縁膜形成用組成物として用いることができる。しかしながら、本実施形態の無機被膜形成用組成物は、膜厚の厚い絶縁膜を形成することが可能であるという観点から、特に裏面電極型太陽電池に代表される太陽電池等、通電される電流の容量が大きな電子機器において絶縁膜を形成するための絶縁膜形成用組成物として用いられることが好ましい。
【００４１】
また、本実施形態の無機被膜形成用組成物が、溶剤として多価アルコールを含有する場合には固形分濃度や粘度を高くすることができるため、スクリーン印刷等の手法により、基板上にパターン化された状態で転写することができる。このため、本実施形態の無機被膜形成用組成物は、塗布型の絶縁膜形成用組成物と比べて原料コストを低く抑えることができ、価格競争の激しい電子機器に用いられる絶縁膜形成用組成物として、好適に用いることができる。
【００４２】
＜無機被膜形成用組成物を用いた絶縁膜の形成方法＞
本実施形態の無機被膜形成用組成物を用いた絶縁膜の形成方法においては、シリコン基板等の基板上に、本実施形態の無機被膜形成用組成物を塗布、又は転写し、乾燥させて被膜を形成する。そして、この被膜を焼成して、絶縁膜を形成する。
【００４３】
［塗布・転写］
基板上に本実施形態の無機被膜形成用組成物を塗布、又は転写する方法は特に限定されず、絶縁膜の形成に従来用いられている公知の方法を採用することができる。しかしながら、本実施形態の無機被膜形成用組成物は、高い固形分濃度と高い粘性を有するため、スクリーン印刷等の手法により、基板上に転写することが好ましい。
【００４４】
［乾燥・焼成］
基板に転写された無機被膜形成用組成物は、６０℃以上１５０℃以下で、５分以上３０分以下加熱することにより乾燥する。形成された被膜は、３００℃以上６００℃以下で、１０分以上６０分以下加熱することにより焼成されて、絶縁膜となる。
【００４５】
＜＜第２の実施形態＞＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態においては、上記第１の実施形態と同一の事項については、その説明を省略する。
【００４６】
＜無機被膜形成用組成物＞
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、少なくとも、（ａ）無機酸化物微粒子、（ｂ）バインダー化合物、及び（ｃ）溶剤を含む無機被膜形成用組成物である。更に、本実施形態の無機被膜形成用組成物は、必要に応じて（ｄ）無機アルコキシド、及び／又は無機アルコキシドの加水分解物、並びに（ｅ）無機塩を含む。
【００４７】
［（ｂ）バインダー化合物］
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、バインダー化合物を含む。バインダー化合物としては、ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルを用いる。ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルは、１２００℃から１６００℃の条件下において焼成されることによりアルミナに変化するため、本実施形態の無機被膜形成用組成物を用いた絶縁膜において、被膜形成成分として用いることができる。更に、アルミナは誘電率が低いため、本実施形態の無機被膜形成用組成物から形成される絶縁膜の絶縁性を良好に保つことができる。
【００４８】
ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルは、市販されているものを用いることができる。そのような市販品としては、アルミナゾル１００、アルミナゾル２００、及びアルミナゾル５２０（いずれも日産化学社製）、コロイダルアルミナＣａｔａｌｏｉｄ−ＡＳ（触媒化学工業社製）、並びにアルミゾル１０（川研ファインケミカル社製）を挙げることができる。
【００４９】
ベーマイト型アルミナゾル、及び擬似ベーマイト型アルミナゾルを焼成することにより形成される絶縁皮膜は、その強度に優れるため、厚膜を形成した場合でもクラック等が発生することがない。
【００５０】
本実施形態の無機被膜形成用組成物における、バインダー化合物の含有量は、１質量％以上４９質量％以下であることが好ましい。バインダー化合物の含有量が、上記範囲内にあることにより、無機被膜形成用組成物中における分散性が良好に保たれるとともに、無機被膜形成用組成物が十分に粘性を有するものとなる。上記含有量は、２質量％以上３５質量％以下であることが更に好ましい。
【００５１】
［（ｃ）溶剤］
本実施形態の無機被膜形成用組成物に用いられる溶剤は、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを含むものである。３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを用いることにより、無機被膜形成用組成物の固形分濃度や粘度を十分に高めることができ、スクリーン印刷等の手法により、低コストで被膜の形成を行うことができる。
【００５２】
無機被膜形成用組成物における３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールの含有量は、溶剤の全量に対して、１０質量％以上であることが好ましい。３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールの含有量が、上記範囲内であることにより、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つことができる。上記含有量は、２０質量％以上であることが更に好ましい。
【００５３】
また、本実施形態においては、溶剤として、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールのほかにも、他の多価アルコール、及び極性溶剤を含んでもよい。
【００５４】
（多価アルコール）
上記多価アルコールとしては、１，２−エタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、及びジプロピレングリコール等の２価のアルコール、並びに１，２，３−トリヒドロキシプロパン等の３価のアルコールを挙げることができる。これらの多価アルコールは、単独で添加してもよく、２種以上を混合して添加してもよい。上記多価アルコールの中でも、１，２−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオール、及び２−メチル−２，４−ペンタンジオールを用いることが好ましい。
【００５５】
また、粘度調整用溶剤として、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノオクチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノオクチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノヘキシルエーテル、ジプロピレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノオクチルエーテル、及びジプロピレングリコールモノオクチルエーテル等のグリコールエーテル類を使用してもよい。
【００５６】
無機被膜形成用組成物における上記多価アルコールの含有量は、溶剤の全量に対して、１０質量％以上であることが好ましい。極性溶剤の含有量が、上記範囲内であることにより、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つことができる。上記含有量は、２０質量％以上であることが更に好ましい。
【００５７】
（極性溶剤）
本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を更に向上させるために、極性溶剤を添加することが好ましい。上記極性溶剤としては、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチルピロリドン、及び１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンを挙げることができる。これらの極性溶剤は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。上記極性溶剤の中でも、γ−ブチロラクトン、及びＮ−メチルピロリドンを用いることが好ましい。
【００５８】
無機被膜形成用組成物における上記極性溶剤の含有量は、溶剤の全量に対して、３質量％以上７０質量％以下であることが好ましい。極性溶剤の含有量が、上記範囲内であることにより、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つことができる。上記含有量は、５質量％以上４０質量％以下であることが更に好ましい。
【００５９】
本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物を分散させるために、有機高分子化合物からなる分散剤を必要としない。即ち、本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールの溶剤分子や、その他の溶剤の溶剤分子が無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物を構成する金属元素に配位し、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性を良好に保つので、分散剤を特に添加しなくとも、無機酸化物微粒子、及びバインダー化合物の分散性が低下することがない。無機被膜形成用組成物に、有機高分子化合物からなる分散剤を含有しないことにより、焼成後の絶縁膜の硬度を良好に保つことができるとともに、絶縁膜中に有機分が残留するおそれがない。
【００６０】
［その他の成分］
本実施形態の無機被膜形成用組成物においては、絶縁膜形成用組成物に通常用いられる他の添加剤を添加してもよい。
【００６１】
［無機被膜形成用組成物の物理的特性］
本実施形態の無機被膜形成用組成物は、スクリーン印刷等の手段によって、シリコン基板等の基板上にパターン化された被膜を転写するために、十分に高い固形分濃度と、粘度とを有することが好ましい。無機被膜形成用組成物の固形分濃度としては、１質量％以上５０質量％以下であることが好ましく、５質量％以上３５質量％以下であることが更に好ましい。また、無機被膜形成用組成物の粘度としては、５０ｍＰａ・ｓ以上１０００００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、１００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下であることが更に好ましい。固形分濃度、及び粘度をすることにより、無機被膜形成用組成物をシリコン基板上に転写する際に、良好な被膜パターンを得ることができるとともに、膜厚の厚い被膜を容易に形成することができる。
【００６２】
［無機被膜形成用組成物の用途］
本実施形態の無機被膜形成用組成物の用途としては、特に限定されるものではなく、半導体素子製造用の層間絶縁膜形成用組成物として、或いは、太陽電池製造用の層間絶縁膜として用いることができる。しかしながら、本実施形態の無機被膜形成用組成物は、膜厚の厚い絶縁膜を形成することが可能であるという観点から、特に裏面電極型太陽電池に代表される太陽電池等、通電される電流の容量が大きな電子機器において絶縁膜を形成するための絶縁膜形成用組成物として用いられることが好ましい。
【００６３】
また、本実施形態の無機被膜形成用組成物は固形分濃度や粘度を高くすることができるため、スクリーン印刷等の手法により、基板上にパターン化された状態で転写することができる。このため、本実施形態の無機被膜形成用組成物は、塗布型の絶縁膜形成用組成物と比べて原料コストを低く抑えることができ、価格競争の激しい電子機器に用いられる絶縁膜形成用組成物として、好適に用いることができる。
【実施例】
【００６４】
以下、本発明の無機被膜形成用組成物について、実施例を挙げて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００６５】
＜実施例１＞
［分散液Ａ−１の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ８１２」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）３００．０ｇを２−メチル−２，４−ペンタンジオール９００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度２４．９質量％の分散液を得た（分散液Ａ−１）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３３℃であった。
【００６６】
［分散液Ａ−２の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ ３００」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）３００．０ｇを３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール９００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度２４．５質量％の分散液を得た（分散液Ａ−２）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３６℃であった。
【００６７】
［分散液Ａ−３の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ ３００」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）３００．０ｇを２−メチル−２，４−ペンタンジオール７００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度２９．７質量％の分散液を得た（分散液Ａ−３）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３３℃であった。
【００６８】
［分散液Ａ−４の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ ３００」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）３００．０ｇを１，２−ペンタンジオール９００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度２４．７質量％の分散液を得た（分散液Ａ−４）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３４℃であった。
【００６９】
［分散液Ａ−５の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ ３００」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）２００．０ｇを２−メチル−２，４−ペンタンジオール１０００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度１６．４質量％の分散液を得た（分散液Ａ−５）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３３℃であった。
【００７０】
［分散液Ａ−６の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ８１２」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）２００．０ｇを２−メチル−２，４−ペンタンジオール１０００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度１６．４質量％の分散液を得た（分散液Ａ−６）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３３℃であった。
【００７１】
［分散液Ａ−７の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ ３００」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）２００．０ｇを１，２−ペンタンジオール１０００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度１６．４質量％の分散液を得た（分散液Ａ−７）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３３℃であった。
【００７２】
［分散液Ａ−８の調製］
「ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ８１２」（商品名、酸化ケイ素微粒子、日本アエロジル社製）３００．０ｇを１，２−ペンタンジオール９００．０ｇに浸漬して膨潤させた後、分散機としてプラネタリウムミキサーを用いて４時間分散して、固形分濃度２５．０質量％の分散液を得た（分散液Ａ−８）。なお、分散時は分散機の容器外部を冷却しながら分散し、最高温度は３３℃であった。
【００７３】
［分散液Ｂ−１の調製］
「アルミナゾル ５２０」（商品名、ベーマイト型アルミナゾル、日産化学工業社製）１５００ｇに３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール１２００ｇを加え、４０℃の恒温槽にて保温しながら、エバポレーターで溶剤置換を行い、固形分濃度は１５．１質量％の分散液Ｂ−１を得た。
【００７４】
［分散液Ｂ−２の調製］
「アルミゾル １０」（商品名、擬似ベーマイト型アルミナゾル、川研ファインケミカル社製）３０００ｇに３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール１２００ｇを加え、４０℃の恒温槽にて保温しながら、エバポレーターで溶剤置換を行い、固形分濃度１５．４質量％の分散液Ｂ−２を得た。
【００７５】
［分散液Ｂ−３の調製］
「アルミゾル １０」（商品名、擬似ベーマイト型アルミナゾル、川研ファインケミカル社製）３０００ｇに３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール６００ｇ及びジプロピレングリコール６００ｇを加え、４０℃の恒温槽にて保温しながら、エバポレーターで溶剤置換を行い、固形分濃度１５．０質量％の分散液Ｂ−３を得た。
【００７６】
［分散液Ｂ−４の調製］
「アルミナゾル ５２０」（商品名、ベーマイト型アルミナゾル、日産化学工業社製）１５００ｇに１，２−ペンタンジオール２０００ｇを加え、４０℃の恒温槽にて保温しながら、エバポレーターで溶剤置換を行い、固形分濃度１０．２質量％の分散液Ｂ−４を得た。
【００７７】
［分散液Ｂ−５の調製］
「アルミゾル １０」（商品名、擬似ベーマイト型アルミナゾル、川研ファインケミカル社製）１５００ｇに１，２−ペンタンジオール２０００ｇを加え、４０℃の恒温槽にて保温しながら、エバポレーターで溶剤置換を行い、固形分濃度１０．５質量％の分散液Ｂ−５を得た。
【００７８】
［溶解液Ｃ−１の調製］
「エチルセルロール ＳＴＤ ４ＣＰＳ」（商品名、日新化成株式会社製）１６．０ｇを１，２−ペンタンジオール６２０ｇに加え、８０℃の恒温槽にて保温しながら撹拌・溶解し、固形分濃度２．５質量％の溶解液Ｃ−１を得た。
【００７９】
［溶解液Ｃ−２の調製］
「エチルセルロール ＳＴＤ ４ＣＰＳ」（商品名、日新化成株式会社製）１４．０ｇを２−メチル−２，４−ペンタンジオール６１３ｇに加え、８０℃の恒温槽にて保温しながら撹拌・溶解し、固形分濃度２．２質量％の溶解液Ｃ−２を得た。
【００８０】
＜＜無機被膜形成用組成物の調製＞＞
＜実施例１＞
分散液Ａ−１ ２００ｇと、分散液Ｂ−１ ７８０ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（無機被膜形成用組成物１）は、固形分濃度が１６．２質量％、粘度が２１００ｍＰａ・ｓであった。上記の無機被覆形成用組成物１をスクリーン印刷法により基板上に印刷し、その後１００℃にて１５分間の乾燥処理を施し、更に電気炉にて５００℃で３０分間の焼結を行った。その後、形成されたラインパターンの膜厚を測定した。結果を表１に示す。
【００８１】
＜実施例２＞
分散液Ａ−２ １００ｇと、分散液Ｂ−２ ６５０ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（無機被膜形成用組成物２）は、固形分濃度が１６．６．質量％、粘度が２６００ｍＰａ・ｓであった。上記の無機被膜形成用組成物２を用い、乾燥処理時の温度を１００℃から１４０℃に変えた以外は実施例１と同様にしてスクリーン印刷法によりラインパターンを形成した。形成されたラインパターンの膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００８２】
＜実施例３＞
分散液Ａ−２ １００ｇと分散液Ｂ−３ ６５０ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（無機被膜形成用組成物３）は、固形分濃度が１６．６質量％、粘度が１６０ｍＰａ・ｓであった。上記の無機被膜形成用組成物３をスピン塗布により基板上に塗布し、その後１４０℃にて１５分間の乾燥処理を施し、更に電気炉にて５００℃、３０分間の焼結を行った。その後、形成された被膜の膜厚を測定した。結果を表１に示す。
【００８３】
＜実施例４＞
分散液Ａ−３ ３００ｇと、分散液Ｂ−４ ６００ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（無機被膜形成用組成物４）は、固形分濃度が１６．１質量％、粘度が１４００ｍＰａ・ｓであった。上記の無機被膜形成用組成物４を用い、実施例２と同様にしてスクリーン印刷法によりラインパターンを形成した。形成されたラインパターンの膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００８４】
＜実施例５＞
分散液Ａ−３ ３００ｇと、分散液Ｂ−５ ６５０ｇと、極性溶剤Ｎ−メチルピロリドン ５０ｇと混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（無機被膜形成用組成物５）は、固形分濃度が１５．２質量％、粘度が１１０ｍＰａ・ｓであった。上記の無機被膜形成用組成物５を用い、実施例３と同様にしてスピン塗布法により被膜の形成を行った。形成された被膜の膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００８５】
＜実施例６＞
分散液Ａ−４ ３００ｇと、分散液Ｂ−５ ６５０ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（無機被膜形成用組成物６）は、固形分濃度が１５．８質量％、粘度が１８０ｍＰａ・ｓであった。上記の無機被膜形成用組成物６を用い、実施例３と同様にしてスピン塗布法により被膜の形成を行った。形成された被膜の膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００８６】
＜＜有機物含有無機被膜形成用組成物の調製＞＞
＜比較例１＞
分散液Ａ−５ ５００ｇと、溶解液Ｃ−２ ５００ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（有機物含有被膜形成用組成物１）は、固形分濃度が８．４質量％、粘度が１２５ｍＰａ・ｓであった。上記の有機物含有無機被膜形成用組成物１を用い、実施例３と同様にしてスピン塗布法により被膜の形成を行った。形成された被膜の膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００８７】
＜比較例２＞
分散液Ａ−６ ５００ｇと、溶解液Ｃ−２ ５００ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（有機物含有被膜形成用組成物２）は、固形分濃度が９．６質量％、粘度が１１０ｍＰａ・ｓであった。上記の有機物含有被膜形成用組成物２を実施例３と同様にしてスピン塗布法により被膜の形成を行った。形成された被膜の膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００８８】
＜比較例３＞
分散液Ａ−７ ５００ｇと、溶解液Ｃ−１ ５００ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（有機物含有被膜形成用組成物３）は、固形分濃度が９．６質量％、粘度が１９０ｍＰａ・ｓであった。上記の有機物含有被膜形成用組成物３を用い、実施例３と同様にしてスピン塗布法により被膜の形成を行った。形成された被膜の膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００８９】
＜比較例４＞
分散液Ａ−８ ５００ｇと、溶解液Ｃ−１ ５００ｇとを混合し、超音波分散機を用いて十分に混合した。得られた混合液（有機物含有被膜形成用組成物４）は、固形分濃度が１３．８質量％、粘度が３７０ｍＰａ・ｓであった。上記の有機物含有被膜形成用組成物４を用い、実施例３と同様にしてスピン塗布法により被膜の形成を行った。形成された被膜の膜厚を測定した結果を表１に示す。
【００９０】
＜評価＞
［絶縁膜の硬度］
実施例１から６、比較例１から４で得られた被膜について、以下の条件にて被膜の硬度を測定した。結果を表１に示す。
（鉛筆硬度試験）
試験機：ＪＩＳ Ｋ−５４００規格準拠の鉛筆硬度試験機「ＰＳ−３２０ ＭＫＳ電動式鉛筆硬度試験機（製品名、株式会社丸菱科学機製作所製）」
試験方法：被膜が形成された基板を１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさにカットし、上記の鉛筆硬度試験機の測定台に当該基板をセットし、柔らかい鉛筆硬度（６Ｂ）の鉛筆から順に、鉛筆を５０ｍｍの距離走らせて膜と基板との剥がれ（又は削れ）具合を確認した。
【００９１】
【表１】
【００９２】
実施例１から６の無機被膜形成用組成物においては、クラックを発生させること無く膜厚が厚い絶縁膜を形成することができた。一方、比較例１から４の有機物含有被膜形成用組成物から形成された絶縁膜には、クラックが多く発生した。また、表１より、実施例１から６の無機被膜形成用組成物においては、非常に硬度の高い絶縁膜を形成できたが、比較例１から４の有機物含有被膜形成用組成物から形成された絶縁膜は、６Ｂの鉛筆でも容易に削れてしまい、硬度の低いものであった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）無機酸化物微粒子、及び（ｂ）バインダー化合物を含む無機固形分と、（ｃ）溶剤とからなる無機被膜形成用組成物であって、
前記（ｂ）バインダー化合物が、ベーマイト型アルミナゾル、又は擬似ベーマイト型アルミナゾルを含む無機被膜形成用組成物。
【請求項２】
前記（ｃ）溶剤が、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを含む、請求項１に記載の無機被膜形成用組成物。
【請求項３】
少なくとも、（ａ）無機酸化物微粒子、（ｂ）バインダー化合物、及び（ｃ）溶剤を含み、
前記（ｂ）バインダー化合物が、ベーマイト型アルミナゾル、又は擬似ベーマイト型アルミナゾルを含み、
前記（ｃ）溶剤が、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを含む無機被膜形成用組成物。
【請求項４】
前記（ｃ）溶剤における、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールの含有量が、１０質量％以上である、請求項２又は３に記載の無機被膜形成用組成物。
【請求項５】
前記（ａ）無機酸化物微粒子が、ＩＶ族元素の酸化物微粒子である、請求項１から４のいずれかに記載の無機被膜形成用組成物。
【請求項６】
前記ＩＶ族元素の酸化物微粒子が、酸化ケイ素粒子、及び／又は酸化チタン粒子である、請求項１から５のいずれかに記載の無機被膜形成用組成物。
【請求項７】
前記（ｃ）溶剤が、極性溶剤を含む、請求項１から６のいずれかに記載の無機被膜形成用組成物。
【請求項８】
前記極性溶剤が、γ−ブチロラクトン、及び／又はＮ−メチルピロリドンである、請求項７に記載の無機被膜形成用組成物。
【請求項９】
太陽電池の電極間に絶縁膜を形成するために用いられる、請求項１から８のいずれかに記載の無機被膜形成用組成物。
【請求項１】
（ａ）無機酸化物微粒子、及び（ｂ）バインダー化合物を含む無機固形分と、（ｃ）溶剤とからなる無機被膜形成用組成物であって、
前記（ｂ）バインダー化合物が、ベーマイト型アルミナゾル、又は擬似ベーマイト型アルミナゾルを含む無機被膜形成用組成物。
【請求項２】
前記（ｃ）溶剤が、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを含む、請求項１に記載の無機被膜形成用組成物。
【請求項３】
少なくとも、（ａ）無機酸化物微粒子、（ｂ）バインダー化合物、及び（ｃ）溶剤を含み、
前記（ｂ）バインダー化合物が、ベーマイト型アルミナゾル、又は擬似ベーマイト型アルミナゾルを含み、
前記（ｃ）溶剤が、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを含む無機被膜形成用組成物。
【請求項４】
前記（ｃ）溶剤における、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールの含有量が、１０質量％以上である、請求項２又は３に記載の無機被膜形成用組成物。
【請求項５】
前記（ａ）無機酸化物微粒子が、ＩＶ族元素の酸化物微粒子である、請求項１から４のいずれかに記載の無機被膜形成用組成物。
【請求項６】
前記ＩＶ族元素の酸化物微粒子が、酸化ケイ素粒子、及び／又は酸化チタン粒子である、請求項１から５のいずれかに記載の無機被膜形成用組成物。
【請求項７】
前記（ｃ）溶剤が、極性溶剤を含む、請求項１から６のいずれかに記載の無機被膜形成用組成物。
【請求項８】
前記極性溶剤が、γ−ブチロラクトン、及び／又はＮ−メチルピロリドンである、請求項７に記載の無機被膜形成用組成物。
【請求項９】
太陽電池の電極間に絶縁膜を形成するために用いられる、請求項１から８のいずれかに記載の無機被膜形成用組成物。
【公開番号】特開２００９−１９４１２０（Ｐ２００９−１９４１２０Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２６８８（Ｐ２００８−３２６８８）
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（０００２２０２３９）東京応化工業株式会社 (1,407)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（０００２２０２３９）東京応化工業株式会社 (1,407)
【Ｆターム（参考）】
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