特許 6246731 組成物及びそれから形成される導体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6246731

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】組成物及びそれから形成される導体

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/363 20060101AFI20171204BHJP

   H01L 31/0224 20060101ALI20171204BHJP

   H01B 1/22 20060101ALI20171204BHJP

   H01B 1/00 20060101ALI20171204BHJP

   H01B 5/14 20060101ALI20171204BHJP

   B23K 35/22 20060101ALI20171204BHJP

   B23K 35/26 20060101ALI20171204BHJP

   B22F 9/00 20060101ALI20171204BHJP

   C08K 3/02 20060101ALI20171204BHJP

   C08K 3/10 20060101ALI20171204BHJP

   C08K 5/09 20060101ALI20171204BHJP

   C08L 101/00 20060101ALI20171204BHJP

   C08L 101/08 20060101ALI20171204BHJP

   C08K 5/54 20060101ALI20171204BHJP

   C08K 3/24 20060101ALI20171204BHJP

   B22F 1/00 20060101ALI20171204BHJP

   H01L 31/068 20120101ALN20171204BHJP

   C22C 13/00 20060101ALN20171204BHJP

   C22C 12/00 20060101ALN20171204BHJP

【ＦＩ】

   B23K35/363 E

   H01L31/04 260

   H01B1/22 A

   H01B1/00 L

   H01B5/14 Z

   B23K35/22 310A

   B23K35/26 310C

   B23K35/26 310A

   B22F9/00 B

   C08K3/02

   C08K3/10

   C08K5/09

   C08L101/00

   C08L101/08

   C08K5/54

   C08K3/24

   B22F1/00 L

   !H01L31/06 300

   !C22C13/00

   !C22C12/00

【請求項の数】12

【全頁数】36

(21)【出願番号】特願2014-547426(P2014-547426)

(86)(22)【出願日】2012年12月13日

(65)【公表番号】特表2015-511888(P2015-511888A)

(43)【公表日】2015年4月23日

(86)【国際出願番号】US2012069503

(87)【国際公開番号】WO2013090570

(87)【国際公開日】20130620

【審査請求日】2015年12月8日

(31)【優先権主張番号】61/569,959

(32)【優先日】2011年12月13日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】590001418

【氏名又は名称】ダウ コーニング コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＤＯＷ ＣＯＲＮＩＮＧ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】キャロライン ボウロード

(72)【発明者】

【氏名】ピエール モーリス シュヴァリエ

(72)【発明者】

【氏名】ニコラス イー パウエル

(72)【発明者】

【氏名】アドリアーナ ペトコヴァ ザムボバ

【審査官】 市川 篤

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２３９７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０００−５１７０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２３５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５１２２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０９０２８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ３５／００−３５／４０

Ｈ０１Ｂ １／００− １／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

組成物であって、
金属粉末と、
前記金属粉末の融解温度よりも低い融解温度を有するはんだ粉末と、
エポキシ樹脂を含むポリマーと、
前記金属粉末を溶かし、前記ポリマーを架橋するための前記ポリマーとは異なるカルボキシル化ポリマーと、
前記金属粉末を溶かすためのジカルボン酸と、
前記金属粉末を溶かすためのモノカルボン酸と、
接着促進剤または消泡剤を含み、
前記ジカルボン酸、前記モノカルボン酸、及び前記カルボキシル化ポリマーが有する酸性基の総和とエポキシ基の比が少なくとも３：１である組成物。

【請求項2】

前記金属粉末が銅を含む、請求項１に記載の組成物。

【請求項3】

前記はんだ粉末が、３００℃を超えない融解温度を有する、請求項１又は２に記載の組成物。

【請求項4】

前記はんだ粉末が、少なくとも１つの錫（Ｓｎ）合金と、０．５重量パーセント（重量％）を超えない
ｉ）水銀、カドミウム、及び／若しくはクロム、並びに／又は
ｉｉ）鉛、を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の組成物。

【請求項5】

ｉ）前記ポリマーが、エポキシ樹脂を含み、及び／又は
ｉｉ）前記カルボキシル化ポリマーがアクリルポリマーを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の組成物。

【請求項6】

ｉ）前記カルボキシル化ポリマーがスチレン−アクリルコポリマーを含む、及び／又は
ｉｉ）前記はんだ粉末が、錫−ビスマス（ＳｎＢｉ）合金、錫−銀（ＳｎＡｇ）合金、若しくはこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、及び／又は
ｉｉｉ）前記ジカルボン酸がドデカン二酸（ＤＤＤＡ）である、及び／又は
ｉｖ）前記モノカルボン酸がネオデカン酸である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の組成物。

【請求項7】

ｉ）溶媒、接着促進剤、若しくはこれらの組み合わせを含む添加剤、
ｉｉ）シラン、チタン酸塩、若しくはこれらの組み合わせを含む接着促進剤、又は
ｉｉｉ）ｉ）及びｉｉ）の両方、を更に含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の組成物。

【請求項8】

ｉ）前記金属及びはんだ粉末が総じて、前記組成物の全重量に基づいて５０〜９５重量％の量で存在する、
ｉｉ）前記金属粉末が、前記組成物の全重量に基づいて３５〜８５重量％の量で存在する、及び／又は
ｉｉｉ）前記はんだ粉末が、前記組成物の全重量に基づいて２５〜７５重量％の任意の量で存在する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の組成物。

【請求項9】

ｉ）前記ポリマー及び前記カルボキシル化ポリマーが総じて、前記組成物の全重量に基づいて２．５〜１０重量％の量で存在する、
ｉｉ）前記ポリマーが、前記組成物の全重量に基づいて０．５〜５重量％の量で存在する、及び／又は
ｉｉｉ）前記カルボキシル化ポリマーが、前記組成物の全重量に基づいて１〜７．５重量％の量で存在する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の組成物。

【請求項10】

ｉ）前記ジカルボン酸が、前記組成物の全重量に基づいて０．０５〜１重量％の量で存在する、
ｉｉ）前記モノカルボン酸が、前記組成物の全重量に基づいて０．２５〜１．２５重量％の量で存在する、又は
ｉｉｉ）ｉ）及びｉｉ）の両方である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の組成物。

【請求項11】

前記ポリマー及び前記カルボキシル化ポリマーが、１：１〜１：３（ポリマー：カルボキシル化ポリマー）の重量比にある、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の組成物。

【請求項12】

物品であって、
ｉ）基板と、
ｉｉ）電流輸送のために前記ｉ）基板上に配設され、かつこれと電気的に接触する導体と、を備え、前記ｉｉ）導体が
金属粉末と、
前記金属粉末の融解温度よりも低い融解温度を有するはんだ粉末と、
エポキシ樹脂を含むポリマーと、
前記金属粉末を溶かし、前記ポリマーを架橋するための前記ポリマーとは異なるカルボキシル化ポリマーと、
前記金属粉末を溶かすためのジカルボン酸と、
前記金属粉末を溶かすためのモノカルボン酸と、
接着促進剤または消泡剤を含み、
前記ジカルボン酸、前記モノカルボン酸、及び前記カルボキシル化ポリマーが有する酸性基の総和とエポキシ基の比が少なくとも３：１である導体から形成される、物品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１１年１２月１３日に出願の米国特許仮出願第６１／５６９，９５９号の利益を主張するものであり、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0002】

（発明の分野）
本発明は、概して、組成物、より具体的には、組成物及び該組成物から形成される導体に関する。

【背景技術】

【0003】

前面及び裏面の金属化は、電荷担体の回収及び輸送を可能にする光起電力（ＰＶ）電池の重要な態様である。前面のＰＶ電池の構造体では、金属化は、概して、より広いブスバーに接続する導体材料の細線又は「フィンガー」を含む、グリッド形態にある。タブ付け、例えば、リボンは、複数のＰＶ電池を一緒に（例えば、直列に）接続するために、ブスバーにはんだ付けされる。典型的には、グリッドは、銀の卓越した伝導性のため、主成分として銀（Ａｇ）を含むペーストを用いて形成される。裏面のＰＶ電池構造体では、金属化は、一般に、電極の形態（例えば、アルミニウムの一層）であり、典型的には、Ａｇから形成される接触を含む。この接触は、裏面層を通して配設される。この接触は、ブスバー又はパッドの形態であり得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

Ａｇに依存する金属化は、しばしば、回路基板などの他の用途、又は電流輸送及び／若しくは電気接続のために導電材料を必要とする他の用途に使用される。残念ながら、このような金属化は、Ａｇへの依存により全体の製造原価のかなりの割合を占める。したがって、様々な用途において電流輸送及び／又は電気接続に好適である、改善された組成物及びそれから形成される導体を提供する機会が依然として存在する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、金属粉末を含む組成物を提供する。本組成物は、金属粉末の融解温度よりも低い融解温度を有するはんだ粉末を更に含む。本組成物は、ポリマーと、該ポリマーとは異なるカルボキシル化ポリマーと、を更に含む。カルボキシル化ポリマーは、金属粉末を溶かし、ポリマーを架橋するために有用である。本組成物は、金属粉末を溶かすために、ジカルボン酸及びモノカルボン酸を更に含む。本組成物は、導体を形成するために使用され得る。本導体は、電流輸送及び／又は電気接続のために使用され得る。したがって、導体は、例えば、ブスバー、導体パッド、電極として構成されるような、様々な用途に有用であり得る。

【0006】

本発明はまた、本発明の組成物から形成される導体を含む物品も提供する。本物品は、基板と、該基板上に配設され、かつこれと電気的に接触する導体と、を含む。本物品は、多くの異なる波長の光を電気に変換するためなどの様々な用途のために使用され得る。

【図面の簡単な説明】

【0007】

添付の図面と共に検討すれば、以下の詳細な説明を参照することによって本発明が更に理解されるので、本発明は容易に評価され得る。

【図1】導体の形成中、組成物を硬化させ、はんだリフローするポリマーを示す図である。

【図2】硬化後のポリマー、リフロー後のはんだ、金属粒子、並びにはんだと金属粒子との間の内部の金属層を示す、導体を形成した後の組成物の拡大断面図である。

【図3A】底基板、不動態化層、フィンガー、及び一対のブスバーを含むＰＶ電池の一実施形態の正面図である。

【図3B】底基板、第１の電極、及び接触パッドとして構成される三対の第２の電極を含むＰＶ電池の一実施形態の裏面図である。

【図4】底基板、不動態化層、フィンガー、及びブスバーのうちの１つの上部ドーブ領域を示す図３Ａの線４−４に沿った部分的な側面断面図である。

【図5】底基板、不動態化層、フィンガー、ブスバー、第１の電極、及び一対の第２の電極の上部及び裏面ドープ領域を示すＰＶ電池の一実施形態の側面断面図である。

【図6】底基板、第１の電極、及び第２の電極の裏面ドープ領域を示す図３Ｂの線６−６に沿った部分的な側面断面図である。

【図7】底基板、第１の電極のグリッド又はアレイ、不動態化層、及び第２の電極の裏面ドープ領域を示すＰＶ電池の一実施形態の部分的な側面断面図である。

【図8】底基板、局在的接触を有する第１の電極、不動態化層、及び第２の電極の裏面ドープ領域を示すＰＶ電池の一実施形態の部分的な側面断面図である。

【図9】局在的裏面ドープ領域を有する底基板、局在的接触を有する第１の電極、不動態化層、及び第２の電極を示すＰＶ電池の一実施形態の部分的な側面断面図である。

【図10】底基板、不動態化層、フィンガー、第１の電極、一対のブスバー、及び一対の第２の電極の上部及び裏面ドープ領域を示すＰＶ電池の一実施形態の部分的な斜視断面図である。

【図11】図１０のＰＶ電池及び一対のタブ付きリボンであり、タブ付きリボンのうちの１つが、ＰＶ電池のブスバーのうちの１つに配設される。

【図12】不動態化層、不連続なフィンガー、及びブスバーを含むＰＶ電池の一実施形態の正面略図である。

【図13】不動態化層、不連続なフィンガー、補助フィンガー、及びブスバーを含むＰＶ電池の一実施形態の正面略図である。

【図14】不動態化層、フィンガー、ブスバー、及び補助ブスバーパッドを含むＰＶ電池の一実施形態の正面略図である。

【図15】不動態化層、フィンガー、一対のブスバー、及び補助ブスバーを含むＰＶ電池の一実施形態の正面略図である。

【図16】不動態化層、パッドを有するフィンガー、及びブスバーを含むＰＶ電池の一実施形態の正面略図である。

【図17】不動態化層、中空パッドを有するフィンガー、及びブスバーを含むＰＶ電池の一実施形態の正面略図である。

【図18】不動態化層、不連続なフィンガー、補助フィンガー、及びブスバー含むＰＶ電池の一実施形態の正面略図である。

【図19A】底基板、孔を画定する第１の電極、第１の電極の上に配設され、かつ孔を介して底基板と接触する第２の電極を含むＰＶ電池の一実施形態の裏面略図である。

【図19B】図１９ＡのＰＶ電池の側面略図である。

【図20A】底基板、複数の孔を画定する第１の電極、及び第１の電極の上に配設され、かつ孔を介して底基板と接触する第２の電極を含むＰＶ電池の一実施形態の裏面略図である。

【図20B】図２０ＡのＰＶ電池の側面略図である。

【図21】底基板、くし型フィンガー、及び一対のブスバーを含むＰＶ電池の一実施形態の裏面略図である。

【図22】ケイ素基板上に本発明の実施例の剥離力を示す分散プロットである。

【図23】アルミニウム基板上に本発明の実施例の剥離力を示す分散プロットである。

【図24】本発明の実施例の抵抗率を示す分散プロットである。

【図25】比較及び本発明の実施例の短絡電流密度（Ｊ_ｓｃ）を示すボックスグラフである。

【図26】比較及び本発明の実施例の開回路電圧（Ｖ_ｏｃ）を示すボックスグラフである。

【図27】比較及び本発明の実施例の電池効率（ＮＣｅｌｌ）を示すボックスグラフである。

【図28】比較及び本発明の実施例の電池効率を示すボックスグラフである。

【図29】エチレン酢酸ビニル及びシリコーン封止材を用いて、比較及び本発明の実施例のＶ_ｏｃを示すボックスグラフである。

【図30】アンペア（Ａ）及びボルト（Ｖ）を用いて、比較及び本発明の実施例のＩ−Ｖ（又はＩ−Ｕ）特性を示すグラフである。

【図31A】硬化後のポリマー、リフロー後のはんだ、金属粒子、及びはんだと金属粒子との間の金属間層を示す本発明実施例の（図面形態に変換された）断面ＳＥＭ顕微鏡写真図である。

【図31B】図３１Ａの図面に基づく断面ＳＥＭ顕微鏡写真図である。

【図32】比較及び本発明の実施例の効率の割合を示すボックスグラフである。

【図33】比較及び本発明の実施例のＪ_ｓｃを示す別のボックスグラフである。

【図34】比較及び本発明の実施例のＶ_ｏｃを示す別のボックスグラフである。

【図35】本発明のタブ付きブスバー、フィンガー、及び不動態化層を示す（図面形態に変換された）断面の光学顕微鏡写真である。

【図36】湿熱劣化後の比較及び本発明の実施例のＪ_ｓｃを示す線グラフである。

【図37】湿熱劣化後の比較及び本発明の実施例のＶ_ｏｃを示す線グラフである。

【図38】湿熱劣化後の比較及び本発明の実施例のシート抵抗率（ｒｓ）を示す線グラフである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明は、組成物を提供する。本組成物は、概して、金属粉末と、はんだ粉末と、ポリマーと、該ポリマーとは異なるカルボキシル化ポリマーと、ジカルボン酸と、モノカルボン酸と、を含む。更なる実施形態において、本組成物は、本質的に前述の構成成分からなるか、又は代替として、前述の構成成分からなる。ある実施形態において、本組成物は、以下に更に記載されるより多くの添加剤のうちの１つを更に含むことができる。本組成物は、導体を形成するために有用である。典型的には、導体は、以下に更に記載されるように、組成物を加熱することによって形成される。本導体はまた、導電性がある導電体とも称され得る。特定の構成又は使用に限定されないが、本導体は、例えば、ブスバー、フィンガー、パッド、ドット、及び／又は他の電極構造などの様々な形態であり得る。これらのうちの幾つかは、以下でより詳細に記載されている。

【0009】

金属粉末は、様々な金属を含むことができる。典型的には、金属粉末は、約６００℃を超える、約７００℃を超える、約８００℃を超える、又は約９００℃を超える、融解温度（又は融点、ＭＰ）を有する。金属は、概して、卓越した導電性を有する。ある実施形態において、金属粉末は、銅（Ｃｕ）、金、銀（Ａｇ）、亜鉛、アルミニウム、白金、パラジウム、ベリリウム、ロジウム、ニッケル、コバルト、鉄、モリブデン、タングステン、及び／又はこれらの金属のうちの２つ以上の合金、からなる群から選択される、少なくとも１つの金属を含む。様々な実施形態において、金属は、金属粒子（同じであるか、若しくは互いに異なる）、及び／又は２つ以上の異なる金属を含む粒子、の混合物（若しくは配合物）を含む。後者の種類の粒子は、２つ以上の異なる金属からなる合金、及び／又は少なくとも１つの金属と、コア金属（複数可）とは異なる少なくとも１つの金属を含む１つ以上の外層とを有するコーティングされた粒子であり得る。このようなコーティングされた粒子の一例は、銀でコーティングされた（又はめっきされた）銅粒子である。

【0010】

ある実施形態において、本組成物は、実質的には、「重」金属を全く含まない。別言すれば、本組成物は、典型的には、本組成物の全重量に基づいて、それぞれ、０．５未満、０．２５未満、０．１未満、０．５未満、ゼロ（０）に近い、又は０の重量パーセント（重量％）の重金属（複数可）を含む。重金属の例としては、水銀、カドミウム、鉛、及びクロムが挙げられる。ある実施形態において、本組成物は、水銀、カドミウム、鉛、及びクロムを含まない。更なる実施形態において、本組成物は、鉛（Ｐｂ）を含むはんだ粉末を含まない。

【0011】

金属粉末は、安定性増進剤及び／又は表面保護剤で処理され得る。このような処理は、例えば、ベンゾトリアゾール、イミダゾールなどのアゾールのような有機キレート剤を含むことができる。概して、このようなアゾールの分解生成物は、組成物から導体を形成するために、ポリマーとカルボキシル化ポリマーとの間の反応のための触媒として作用することができる。このような反応は、概して、形成後の導体の後硬化のいかなる必要性も除去する。

【0012】

ある実施形態において、金属粉末は、Ｃｕを含むか、又はＣｕ粉末である。様々な種類のＣｕ粉末を利用することができる。例えば、Ｃｕ粉末は、上述される、表面処理を含み得る。金属粉末は、様々な大きさであり得る。典型的には、金属粉末は、平均して約０．０５〜約２５μｍ、約５〜約２５μｍ、約５〜約１５μｍ、又は約１０μｍの粒径を有する。単峰性、二峰性、又は多峰性分布を含む様々な粒径分布（ＰＳＤ）を利用することができ、単峰性は、フラックス目的に対して典型的なものである。好適なＣｕ粉末は、例えば、日本のＭｉｔｓｕｉ Ｍｉｎｉｎｇ ＆ Ｓｍｅｌｔｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．などの様々な供給元から市販されている１０３０Ｃｕ粉末又はＹ１４００Ｃｕ粉末である。

【0013】

はんだ粉末は、金属粉末の融解温度よりも低い融解温度（即ち、融点）を有する。金属粉末のためのこのような温度は、上に記載されている。ある実施形態において、はんだ粉末は、約３００℃を超えない、約２７５℃を超えない、約２５０℃を超えない、又は約２２５℃を超えない融解温度を有する。

【0014】

典型的には、はんだ粉末には、錫（Ｓｎ）、ビスマス、亜鉛、ガリウム、インジウム、テルリウム、タリウム、アンチモン、セレニウム、及び／又はこれらの金属のうちの２つ以上の合金からなる群から選択される、少なくとも１つの金属が含まれる。様々な実施形態において、はんだ粉末は、Ｓｎ、又は少なくとも１つのＳｎ合金を含む。ある実施形態において、はんだ粉末は、２つの異なる合金、あるいは、２つを超える異なる合金を含む。例えば、はんだ粉末は、錫−ビスマス（ＳｎＢｉ）合金、錫−銀（ＳｎＡｇ）合金、又はこれらの組み合わせを含むことができる。「組み合わせ」は、単に、異なる金属、異なる金属、又は異なる金属（複数可）及び合金（複数可）の組み合わせであり得る。他の実施形態において、はんだ粉末は、ＳｎＰｂを含み得る。

【0015】

ある実施形態において、はんだ粉末は、Ｓｎ４２／Ｂｉ５８、Ｓｎ９６．５／Ａｇ３．５、又はこれらの組み合わせを含む。このような合金の命名は、概して、質量によるそれぞれの金属の量を示す。Ｓｎ４２／Ｂｉ５８は、概して、約１３８℃の融解温度を有し、Ｓｎ９６．５／Ａｇ３．５は、概して、約２２１℃の融解温度を有する。これらの合金はそれぞれ、当該技術分野において、「合金２８１」及び「合金１２１」と称され得る。典型的には、はんだ粉末は、平均して約０．０５〜約２５μｍ、約２．５〜約２５μｍ、約５〜約２０μｍ、約５〜約１５μｍ、又は約１０μｍの粒径を有する。様々なＰＳＤ、及びその様式を利用することができる。好適なはんだ粉末は、例えば、Ｉｎｄｉｕｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ（Ｅｌｋ Ｇｒｏｖｅ Ｖｉｌｌａｇｅ，ＩＬ）などの様々な供給元から市販されている。

【0016】

はんだは、特に、導体の形成後の金属粉末の酸化を抑制するために有用である。はんだはまた、補給用はんだの濡れ性を強化し、導体を採用するはんだ付け操作中、強力なはんだ接合形成を促進すると考えられる。更に以下に記載されるように、はんだ粉末は、融解時に、概して、組成物が最終硬化状態に達する前に、金属粉末の粒子を一緒に溶着する。このような融解及び溶着は、形成中、導体中の導電性ブリッジを形成する。

【0017】

金属粉末及びはんだ粉末は、様々な量で組成物中に存在し得る。典型的には、金属粉末及びはんだ粉末は総じて、組成物の全重量に基づいて、それぞれ、約５０〜約９５重量％、約８０〜約９５重量％、約８０〜約９０重量％、又は約８５重量％の量（又は合わせた量）で存在する。典型的には、金属粉末は、組成物の全重量に基づいて、それぞれ、約３５〜約８５重量％、約３５〜約６５重量％、約４０〜約５５重量％、約４０〜約５０重量％、又は約４５重量％の個々の量で組成物中に存在する。典型的には、はんだ粉末は、組成物の全重量に基づいて、それぞれ、約２５〜約７５重量％、約２５〜約５５重量％、約３０〜約５０重量％、約３５〜約４５重量％、又は約４０重量％の個々の量で組成物中に存在する。

【0018】

ポリマーは、様々な種類のポリマー又はポリマーを得るために重合可能なモノマーを含むことができる。ポリマーは、概して、エポキシ、アクリル、シリコーン、ポリウレタン、又はこれらの組み合わせなどの熱硬化性樹脂である。ある実施形態において、ポリマーは、「Ｂ段階」樹脂でもあり得るエポキシ樹脂を含む。エポキシ樹脂の例は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、及びビスフェノールＦのジグリシジルエーテルを含む。

【0019】

ポリマーがエポキシ樹脂を含む（又はエポキシ樹脂である）実施形態において、エポキシ樹脂は、様々なエポキシド当量（ＥＥＷ）であり得る。ある実施形態において、エポキシ樹脂は、約２０〜約１００，０００ｇ／当量、約３０〜約５０，０００ｇ／当量、約３５〜約２５，０００ｇ／当量、約４０〜約１０，０００ｇ／当量、約１５０〜約７，５００ｇ／当量、約１７０〜約５，０００ｇ／当量、約２５０〜約２，５００ｇ／当量、約３００〜約２，０００ｇ／当量、約３１２〜約１，５９０ｇ／当量、約４００〜約１，０００ｇ／当量、又は約４５０〜約６００ｇ／当量のＥＥＷを有する。ＥＥＷは、当該技術分野において理解される方法によって、例えば、ＡＳＴＭ Ｄ１６５２によって判定され得る。

【0020】

エポキシ樹脂の好適な例は、Ｄ．Ｅ．Ｒ．（商標）３８３、６１１６、６６２ ＵＨ、３３１、３２３、３５４、７３６、７３２、３２４、３５３、６６７Ｅ、６６８−２０、６７１−Ｘ７０、６７１−Ｘ７５、６８４−ＥＫ４０、６２２５、６１５５、６６９Ｅ、６６０−ＭＡＫ８０、６６０−ＰＡ８０、３３７−Ｘ８０、３３７−Ｘ９０、６６０−Ｘ８０、６６１−Ａ８０、６７１−ＰＭ７５、３６８０−Ｘ９０、６５１０ＨＴ、３３０、３３２、６２２４、６３３０−Ａ１０、６４２Ｕ、６６１、６６２Ｅ、６６３Ｕ、６６３ＵＥ、６６４Ｕ、６７２Ｕ、６６４ＵＭ、６６７−２０、６６９−２０、６７１−Ｒ７５、６７１−Ｔ７５、６７１−ＸＭ７５、及び／又は６９２Ｈなどの商標Ｄ．Ｅ．Ｒ．（商標）下で、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）から市販されている。他の好適なエポキシ樹脂は、商標Ａｒａｌｄｉｔｅ（登録商標）及びＥｐｉｋｏｔｅ（商標）下で、Ｈｕｎｔｓｍａｎ及びＭｏｍｅｎｔｉｖｅから市販されている。

【0021】

ポリマーは、概して、硬化後、基板への導体の接着を改善し、導体の全体的な貼着力を増加させる結合剤として機能する。一般に、導体は、卓越した接着及び貼着特性を有する。硬化中／後、ポリマーは、その間の界面（複数可）で導体と基板との間に接着を提供し、導体の内部の構成要素、例えば、金属粉末の間に貼着も提供する。ポリマーは、はんだ付け可能な表面及びはんだ付け不可能な表面を含む、様々な異なる表面に接着させることができる。ポリマーはまた、直接はんだ付けする目的のため、例えば、タブ付けのために、基板界面と反対側に金属粉末の一部を示す。最終硬化状態に達する前に、ポリマーはまた、以下に更に記載されるように、金属粉末へのフラックスを送達するための媒体としても作用する。

【0022】

カルボキシル化ポリマーは、導体が、概して、架橋構造を有するように、１つ以上のカルボキシル（−ＣＯＯＨ）基、典型的には、２つ以上のカルボキシル基を有する様々な種類のポリマー及びコポリマーを含むことができる。概して、フラックスとして作用する−ＣＯＯＨ基（複数可）は、組成物中の他の基（例えば、ポリマーのエポキシ基）と反応し、及び／又は金属酸化物で塩を形成し、ひいては、硬化を促進する（例えば、エポキシ硬化を触媒する）。これらのカルボキシル化ポリマーの例には、不飽和脂肪族又は芳香族の酸の、場合により、アルケン、アルキン、及び／又はアリレンなどの不飽和脂肪族又は芳香族の炭化水素と組み合わせた、アニオン機構又はラジカル機構によって重合又は共重合から得られたものが含まれる。好適な不飽和カルボン酸には、例えば、メタクリル酸、ハロゲンアクリル酸、クロトン酸、カルボキシエチルアクリレート、アクリル酸、フマル酸、イタコン酸、ムコン酸、プロパルギル酢酸、及び／又はアセチレンジカルボン酸などの脂肪族カルボン酸、並びにビニル安息香酸及び／又はフェニルプロピニル酸などの不飽和芳香族酸が含まれる。カルボキシル化コポリマーを形成するために不飽和酸と組み合わせた好適な不飽和アルケンには、プロピレン、イソブチレン、ビニルクロリド、及び／又はスチレンが含まれる。好適なカルボキシル化ポリマーの他の例には、カルボン酸官能性ポリエステル樹脂及びカルボン酸無水物及びそれらから作製されたポリマーが含まれる。

【0023】

カルボキシル化ポリマーは、様々な酸当量（ＡＥＷ）であり得る。ある実施形態において、カルボキシル化ポリマーは、約２０〜約１００，０００ｇ／当量、約２５〜約５０，０００ｇ／当量、約３０〜約２５，０００ｇ／当量、約３０〜約１０，０００ｇ／当量、約３０〜約５，０００ｇ／当量、約３０〜約２，５００ｇ／当量、約３０〜約２，０００ｇ／当量、約４０〜約１，０００ｇ／当量、又は約５０〜約５００ｇ／当量のＡＥＷを有する。ＡＥＷは、酸価を判定するために、例えば、カルボキシル基の数で分子量を割ることによって、及び／又はＡＳＴＭ Ｄ１９８０によって、当該技術分野において理解される方法によって判定され得る。

【0024】

カルボキシル化ポリマーは、導体を形成するために、金属粉末を溶かすため、及びポリマーを架橋するために有用である。具体的には、組成物を加熱して、導体を形成する間、カルボキシル化ポリマーは、概して、第１の温度で金属粉末を溶かし、第１の温度よりも一般に高い第２の温度でポリマーのための架橋剤として作用する。これらの温度は、異なり得るが、概して、本明細書に記載される温度範囲内である。

【0025】

カルボキシル化ポリマーは金属粉末のためのフラックス剤として作用するが、一般に、金属の表面上に金属酸化物を溶解する。金属酸化物の除去は、金属粒子を群化（又は粒塊化）することができ、形成中、特に、はんだ−Ｃｕ接合の場合、導体中に導電性ブリッジをより良好に形成することができる。典型的には、金属粉末は、導体の形成中、原位置で溶かされ、そのため、使用前に金属粉末のプレフラックスを必要としない。例えば、プレフラックサー／クリーナ、例えば、酸は、使用前に組成物中の金属粉末の表面から酸化物の除去を必要としない。ある実施形態において、本発明は、プレフラックサー／プレフラックスを欠く。

【0026】

更に、除去された金属酸化物は、一般に、高温でポリマーとカルボキシル化ポリマーのカルボキシル基との間の反応を触媒するのに十分な量で存在する。初めに、金属粉末を加熱することによって金属酸化物が与えられ、酸化して、酸化物を形成する。酸化物は、カルボキシル化ポリマーと反応して、塩を得ることができる。酸化物及び塩は、ポリマー及びカルボキシル化ポリマーの反応のために触媒として作用し得る。更に、触媒は、金属粉末（複数可）を処理するために使用された可能性があるキレート剤の熱放出でもって利用可能になり得る。様々な触媒は、有機錫及び銅塩、ベンゾトリアゾール、イミダゾールなどの金属及び／又ははんだ粉末の種類に基づいて遊離され得る。これらの様々な機構は、一般に、組成物の塗布後及び導体の形成中に生じる。これらの機構は、融解、浸潤、フラックス塗布、及び硬化温度、又はその組成物／構成成分のプロファイルと相関関係を有する。

【0027】

ある実施形態において、カルボキシル化ポリマーは、アクリルポリマーを含む。更なる実施形態において、カルボキシル化ポリマーは、スチレン−アクリルのコポリマーを含む。特定の実施形態において、カルボキシル化ポリマーは、２１５℃で熱的に安定であり、２０℃で２００を超える酸価及び／又は０．０１Ｐａ．ｓ（１０センチポアズ）未満の粘度を有する。好適なアクリルポリマーの例は、例えば、Ｊｏｎｃｒｙｌ（登録商標）５０、６０、６１、６３、６７、７４−Ａ、７７、８９、９５、１４２、５００、５０４、５０７、５０８、５１０、５３０、５３７、５３８−Ａ、５５０、５５１、５５２、５５６、５５８、５８１、５８５、５８７、６１１、６２４、６３１、６３３、６４６、６５５、６６０、６７８、６８０、６８２、６８３、６９０、６９３、６９０、６９３、７５０、８０４、８１５、８１７、８１９、８２０、８２１、８２２、８４３、８４５、８４８、９０１、９０２、９０３、９０６、９０６−ＡＣ、９０９、９１１、９１５、９１８、９２０、９２２、９２４、９３４、９３５、９３９、９４２、９４５、９４８、９６０、９６３、１１６３、１５２０、１５２２、１５３２、１５３６、１５４０、１６１０、１６１２、１６５５、１６７０、１６８０、１６９５、１９０７、１９０８、１９１５、１９１６、１９１９、１９５４、１９８０、１９８２、１９８４、１９８７、１９９２、１９９３、２１５３、２１７８、２３５０、２５６１、２５７０、２６４０、２６４６、２６６０、２６６４、８３８３、及び／又はＨＲ １６２０などのＪｏｎｃｒｙｌ（登録商標）の商標下で、ＢＡＳＦ Ｃｏｒｐ．（Ｆｌｏｒｈａｍ Ｐａｒｋ，ＮＪ）から市販されている。

【0028】

典型的には、ポリマー及びカルボキシル化ポリマーは、総じて、それぞれ、組成物の全重量に基づいて、約２．５〜約１０重量％、約２．５〜約７．５重量％、約３〜約６重量％、約５〜約６重量％、又は約５．５重量％の量で組成物中に存在する。ある実施形態において、ポリマー及びカルボキシル化ポリマーは、約１：１〜約１：３、約１：１〜約１：２．７５、約１：１〜約１：２．５、又は約１：１．５〜約１：２．５（ポリマー：カルボキシル化ポリマー）の重量比にある。

【0029】

典型的には、ポリマーは、それぞれ、組成物の全重量に基づいて、約０．５〜約５重量％、約１〜約２．５重量％、約１．５〜約２重量％、又は約１．７５重量％の量で組成物中に存在する。典型的には、カルボキシル化ポリマーは、それぞれ、組成物の全重量に基づいて、約１〜約７．５重量％、約２〜約５重量％、約３約４重量％、又は約３．５〜約４重量％の量で組成物中に存在する。

【0030】

カルボキシル化ポリマーに加えて、ジカルボン酸もまた、金属粉末を溶かすために有用である。様々な種類のジカルボン酸を利用することができる。好適なジカルボン酸の例には、直鎖、環状、芳香族及び／若しくは高度分岐状アルキル及び／又は不飽和脂肪族及び／若しくはアリールジカルボン酸、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、マレイン酸、グルタコン酸、トラウマチン酸、ムコン酸、フタル酸、イソフタル酸、及び／若しくはテレフタル酸などが含まれる。ある実施形態において、ジカルボン酸は、ドデカン二酸（ＤＤＤＡ）である。典型的には、ジカルボン酸は、組成物の全重量に基づいて、それぞれ、約０．０５〜約１重量％、約０．１〜約０．７５重量％、約０．２〜約０．５重量％、又は約０．２〜約０．３重量％の量で組成物中に存在する。

【0031】

カルボキシル化ポリマー及びジカルボン酸に加えて、モノカルボン酸もまた、金属粉末を溶かすために有用である。具体的には、モノカルボン酸は、周囲温度で既に存在し得るか、又は形成され得る金属酸化物から組成物の早期硬化を防ぐために有用である。様々な種類のモノカルボン酸を利用することができる。好適なモノカルボン酸の例には、直鎖、環状、芳香族及び／若しくは高度分岐状アルキル及び／又は不飽和脂肪族及び／若しくはアリールモノカルボン酸、例えば、ギ酸、酢酸、ハロゲン酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、ラウリン酸、デカン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、イコサン酸、イソ酪酸、イソペンタン酸、ネオペンタン酸、ネオデカン酸、イソステアリン酸、オレイン酸、ネルボン酸、リノール酸オクチン酸、安息香酸、及び／又はフェニルプロピン酸が含まれる。様々な実施形態において、モノカルボン酸は、バーサチック酸である。ある実施形態において、モノカルボン酸は、大部分は、三次構造のＣ_１０モノカルボン酸の高度分岐状異性体の混合物を含む合成酸であるバーサチック１０である。バーサチック１０はまた、当該技術分野において、ネオデカン酸とも称され得る。好適なモノカルボン酸の例は、Ｈｅｘｉｏｎ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｃａｒｐｅｎｔｅｒｓｖｉｌｌｅ，ＩＬ）から市販されている。

【0032】

モノカルボン酸における高度の分岐が、優れた安定性のあるそれから形成される塩を得る立体障害を引き起こすことが考えられる。ある実施形態において、モノカルボン酸は、室温（ＲＴ、約２０〜２５℃）で液体である。典型的には、モノカルボン酸は、組成物の全重量に基づいて、それぞれ、約０．２５〜約１．２５重量％、約０．２５〜約１重量％、約０．２５〜約０．７５重量％、約０．４〜約０．５重量％、又は約０．４５重量％の量で組成物中に存在する。

【0033】

エポキシ基が提供されるように、ポリマーがエポキシ樹脂を含む実施形態において、酸性基（酸によって提供される）とエポキシ基との比は、概ね、酸性：エポキシ（Ａ：Ｅ）が約１：１〜約１０：１、約２：１〜約９：１、約３：１〜約８：１、約４：１〜約７：１、約５：１〜約７：１、又は約６：１〜約７：１である。更なる実施形態において、酸性基とエポキシ基との比は、概ね、Ａ：Ｅが少なくとも約３：１、少なくとも約３．５：１、少なくとも約４：１、少なくとも約４．５：１、少なくとも約５：１、少なくとも約５．５：１、少なくとも約６：１、少なくとも約６．５：１、又は少なくとも約７：１である。

【0034】

いかなる特定の理論にも拘束又は制限されることなく、例えば、約４：１を超えるようなＡ：Ｅの比の増加により、金属粉末のプレフラックスを必要とせずに、金属粉末の卓越したフラックスを提供すると考えられる。例えば、Ａ：Ｅが約４：１未満であるような低い比では、組成物は、金属粉末の不十分なフラックスのため、直接はんだ付けできないであろうと考えられる。具体的には、ある実施形態において、約４：１を下回るＡ：Ｅで、フラックスは、行われない場合があり、これは、加熱／硬化中、色の変化によって判定され得る。加えて、このような低いレベルでは、はんだ粉末は、フラックスを行っていても、浸潤及び／又ははんだ付けできない場合がある。一般に、茶色から薄い灰色から濃い灰色への色の変化（又は推移）は、十分なフラックス又はフラックスされた材料を示す。したがって、材料をフラックスしようと試みた後、この材料が茶色（又は茶色っぽい、例えば、銅褐色）のままである場合、フラックスが起こらなかったか、不十分であった。効率的に、はんだのみで判断できるように、はんだが付いた金属粉末、例えば、Ｃｕの表面から浸潤するため、フラックス後に材料が灰色に変わると考えられる。フラックスが不十分である状況では、はんだが付いた金属粉末の表面が、完全には、浸潤ではない、そのため、依然として可視的である。

【0035】

ある実施形態において、組成物は、添加剤を更に含むことができる。様々な種類の添加剤を利用することができる。好適な添加剤の例には、溶媒、接着促進剤、消泡剤、不活性化剤、抗酸化剤、レオロジー増進剤／改変剤、及び／又は熱剤が含まれる。組成物の様々な実施形態を形成するために有用な好適な成分の更なる例は、Ｃｒａｉｇの米国特許第７，０２２，２６６号、及びＣｒａｉｇらの米国特許第６，９７１，１６３号に開示されており、これらの双方は、本発明の一般的な範囲と矛盾しない程度まで、その全体が参照することにより本明細書に組み込まれる。

【0036】

利用される場合、溶媒は、ポリマー及び／又はカルボキシル化ポリマーを溶液に切削するために有用であり得る。溶媒はまた、これらの成分のうちの１つ以上の粘度を調節するため、及び／又は組成物それ自体のレオロジーを調節するために有用であり得る。組成物の粘度を調節することは、組成物が印刷又は同様の技術によって塗布される場合、様々な目的のため、例えば、所望の粘度を得るために有用であり得る。様々な種類の溶媒を利用することができる。好適な溶媒の例には、モノテルペンアルコール（例えばテルピネオール）及びベンジルアルコールなどのアルコールが含まれる。更なる例には、２−エトキシエチルアセテート、２（３）−（テトラヒドロフルフリルオキシ）テトラヒドロピラン、ジイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、及びプロピレングリコール−１，２プロパンジオールが含まれる。このような溶媒は、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）などの様々な供給源から市販されている。別の好適な溶媒は、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌから市販されているブチルカルビトールである。様々な組み合わせの溶媒を利用することができる。溶媒は、様々な量で使用することができる。ある実施形態において、溶媒（複数可）は、組成物の全重量に基づいて、それぞれ、約０．５〜約１５重量％、約１〜約１２．５重量％、約２．５〜約１０重量％、約５〜約７．５重量％、又は約５〜約７重量％の量で組成物中に存在する。塗布技術に応じて、溶媒は、既定の量で添加されるか、及び／又は必要に応じて添加されてもよい。

【0037】

利用される場合、接着促進剤は、様々な基板上で導体の接着を更に増加させるために有用である。様々な種類の接着促進剤を利用することができる。好適な接着促進剤（又はカップリング剤）の例には、シラン及び／又はチタン酸塩に基づいたものが含まれる。シラン接着促進剤を使用することは、有機官能基を有する基板への接着を増加させるために有用である。チタン酸塩接着促進剤を使用することは、無機充填剤を有する基板への接着を増加させるために有用である。チタン酸塩カップリング剤が無機充填剤の表面に結合されて、有機マトリックスとの適合性を改善し、基板への接着も改善すると考えられる。異なる促進剤の組み合わせを使用することができる。ある実施形態において、接着促進剤、例えばチタン酸塩を、組成物のポリマーのうちの少なくとも１つと反応させる。２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル］トリメトキシシラン、例えばＺ−６０４３又はグリシドキシプロプルトリメトキシシラン、例えばＺ−６０４０などの好適な接着促進剤の例は、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐ．（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）から市販されている。更なる好適な例には、Ｓｉｌｑｕｅｓｔ Ａ−１８７などのＳｉｌｑｕｅｓｔの商標下で、Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅから、Ｘｉａｍｅｔｅｒ（登録商標）ＯＦＳ−６０４０などＸｉａｍｅｔｅｒから、Ｋｅｎ−Ｒｅａｃｔ（登録商標）ＫＲ９ＳなどのＫｅｎ−Ｒｅａｃｔ（登録商標）の商標下で、Ｋｅｎｒｉｃｈ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏ．（Ｂａｙｏｎｎｅ，ＮＪ）から市販されているものが含まれる。必須ではないが、接着促進剤は、様々な量で使用することができる。ある実施形態において、接着促進剤（複数可）は、組成物の全重量に基づいて、それぞれ、約０．０１〜約３重量％、約０．１〜約２重量％、約０．２５〜約１重量％、又は約０．８重量％の量で組成物中に存在する。

【0038】

利用される場合、消泡剤は、組成物の形成及び／又は使用中の発泡を防ぐために有用である。様々な種類の消泡剤を利用することができる。好適な消泡剤の例には、シリコーンを含まない消泡剤が含まれる。好適な消泡剤の例は、ＢＹＫ（登録商標）−０５２などのＢＹＫ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ＆ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ，ＣＴ）から市販されている。必須ではないが、消泡剤は、様々な量で使用することができる。ある実施形態において、消泡剤（複数可）は、組成物の全重量に基づいて、それぞれ、約０．０１〜約１重量％、約０．１〜約０．７５重量％、約０．１〜約０．５重量％、又は約０．１〜約０．３重量％の量で組成物中に存在する。

【0039】

利用される場合、不活性化剤及び／又は抗酸化剤は、金属、例えばＣｕの移動を抑制するために有用である。様々な種類の不活性化剤及び／又は抗酸化剤を利用することができる。一実施形態において、不活性化剤は、オキサリルビス（ベンジリデンヒドラジド）を含む。好適な不活性化剤及び／又は抗酸化剤の例は、Ｅａｓｔｍａｎ（商標）ＯＡＢＨ阻害剤など、Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ，ＴＮ）から市販されている。必須ではないが、不活性化剤及び／又は抗酸化剤は、様々な量で使用することができる。ある実施形態において、不活性化剤（複数可）は、組成物の全重量に基づいて、それぞれ、約０．０１〜約１重量％、約０．１〜約０．７５重量％、約０．１〜約０．５重量％、又は約０．１〜約０．４重量％の量で組成物中に存在する。

【0040】

ある実施形態において、本組成物は、スチレンジブロミドを含む。特定の例は、１，２ジブロモエチルベンゼンであり、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから市販されている。スチレンジブロミドは、組成物の熱伝導率を増加させるために有用である。加えて、ビニル官能基の存在は、導体の形成中、スチレンを重合させることができる。必須ではないが、スチレンジブロミドは、様々な量で使用することができる。ある実施形態において、スチレンジブロミドは、組成物の全重量に基づいて、それぞれ、約０．０５〜約１重量％、約０．１〜約０．７５重量％、約０．１〜約０．５重量％、又は約０．２〜約０．３重量％の量で組成物中に存在する。

【0041】

ここで図面を参照すると、同じ数字は、幾つかの図面を通して同じ部分を示し、組成物は、概して、２０”で示され、それから形成された導体は、概して、２０で示される。本明細書に使用される、引用符（”）は、概して、例えば、硬化前、焼結前などのそれぞれの成分又は組成物の異なる状態を示すが、一方、”の欠如は、それぞれの成分又は組成物の後又は最終硬化状態を指す。

【0042】

図１を参照すると、組成物２０”は、基板２２上に配設され、概して、左に「硬化前」、右に「硬化」が示され、そのため、それは、導体２０である。上で示唆されるように、導体２０は、様々な用途のための、電流輸送及び／又は電気接続のために有用である。組成物２０”及び導体２０は、いかなる特定の用途にも限定されない。組成物２０”を使用して、様々な物品を形成することができる。このような物品は、一般に、基板２２を含み、導体２０が基板２２上に配設される。基板２２は、様々な材料から形成することができる。一実施形態において、基板２２はまた、それ自体が導体でもある。このような導電性基板２２の例には、金属及び半導体が含まれる。金属基板２２の特定の例には、アルミニウム、銀、又はこれらの組み合わせが含まれる。半導体基板２２の例には、結晶ケイ素などのケイ素から形成されたものが含まれる。他の実施形態において、基板２２は、誘電体（又は絶縁体）である。組成物２０”は、様々な材料上に配設され得、これには、上述されるものの組み合わせが含まれる。他の特定の材料の例には、はんだ付け可能な金属、及び、例えば、ニッケル又は従来のバルク基板の高融点導電性金属などのはんだ付け不可能な金属の両方が含まれる。概して、金属材料のみが、はんだ付け可能であると考えられる。

【0043】

導体２０は、ブスバー、接触パッド、細線、フィンガー、及び／又は電極として使用するために構成されるような、様々な形態をとり、様々な大きさ及び形状であり得る。例えば、組成物２０”を使用して、印刷又は他の手段によって、細線、例えば、７０μｍの線、点、点及び線などを形成することができる。他の幅も形成することができる。導体２０は、いかなる特定の形状又は構成にも限定されない。前述の構成要素のうちの幾つかは、以下に更に記載される、光起電力（ＰＶ）電池及び他のＰＶ装置に有用である。組成物２０”は、例えば、回路基板、例えば、プリント回路基板（ＰＣＢ）の生成のためなどの他の用途、又は導電材料を必要とする他の用途のためのものでもあり得る。導体２０は、直接はんだ付け可能であり、これは、例えば、導体２０に直接接続するためにタブ付けを使用することによって、改善された接続を提供する。別言すれば、典型的には、そこに直接はんだ付けする前に導体２０から除去する必要があるトップコート層も、保護層も、最外層もない。これは、製造時間、複雑性、及び費用の低減を提供する。例えば、タブ付け５２は、講じるべき更なる工程を必要とせずに導体２０に直接はんだ付けすることができる。ある実施形態において、これに対する例外は、更なるフラックス塗布工程であり得る。概して、表面は、はんだが処理後の表面上で浸潤し得る場合、直接はんだ付け可能である。例えば、基板に銅線を直接はんだ付けするか（商業的に適当な時間枠内で、塗布されたフラックスを一般に用いて）、錫めっきのはんだごてを使用してブスバー上にはんだ層を定置するか、あるいは単に基板を加熱して、はんだが電極表面に浸潤することを確認することができる場合、この材料は、直接はんだ付け可能であり得る。はんだ付け不可能なシステムの場合、フラックスを塗布し、広範囲に加熱した後でさえ、はんだは表面を濡らさず、はんだ接合をなすことができない。

【0044】

ある実施形態において、組成物２０”を、その硬化機構に依存することによって、接着剤として使用して、導体２０を形成することができる。例えば、組成物２０”を塗布し、加熱して、導体２０を形成することができ、導体２０は、例えば、定位置に導線を保持すること、２つの基板を一つにまとめることなどの接着剤としての役割を果たすことができる。この導線は、組成物２０”中に配設することができる、及び／又は組成物２０”は、導線上に配設され、続いて、硬化させて導体２０を形成し、それによって定位置に導線を保持することができる。導体２０を形成するために最終硬化させる前に、組成物２０”によって提供される瞬間又は中間接着強度は、生強度と称され得る。

【0045】

本発明の組成物を利用して、１つ以上の構造／その成分、例えば本発明の組成物から形成されたブスバーなどを形成するための様々な種類のＰＶ電池３２の更なる実施形態は、同時係属ＰＣＴ公開第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号（代理人整理番号ＤＣ１１３７１ ＰＳＰ１；０７１０３８．０１０８７）、及び同時係属ＰＣＴ公開第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号（代理人整理番号ＤＣ１１３７２ ＰＳＰ１；０７１０３８．０１０８９）に記載されており、両方とも対象出願と同時に出願され、これらの開示は、本発明の一般的な範囲と矛盾しない程度まで、その全体が参照することにより組み込まれる。

【0046】

本発明はまた、導体２０の形成方法も提供する。本方法は、組成物２０”を基板２２に塗布する工程を含む。組成物２０”は、様々な方法によって塗布することができる。スクリーン若しくはステンシルを通して印刷する、又はエアロゾル、インクジェット、グラビア、若しくはフレキソ印刷などの他の方法の様々な種類の蒸着方法が、利用され得る。ある実施形態において、組成物２０”は、基板２２上に直接スクリーン印刷される。組成物２０”は、一般に、ペーストの形態であり、したがって、印刷は、容易に利用することができる一方法である。上記で導入されるように、必要に応じて、溶媒（複数可）を利用して、組成物２０”の印刷粘度を調節することができる。組成物２０”を基板２２に塗布して、基板２２に直接物理的及び電気的に接触させることができる。

【0047】

上記のように、組成物２０”のはんだ粉末２４”は、組成物２０”の金属粉末２６の融解温度よりも低い温度で融解する。組成物２０”は、ポリマー及び上記の構成要素２８”を更に含む。本方法は、約３００℃を超えない温度まで組成物２０”を加熱して、導体２０を形成する工程を更に含む。組成物２０”は、概ね、約１５０〜約３００℃、約１７５〜約２７５℃、約２００〜約２５０℃、約２００〜約２２５℃、約２１０〜約２２５℃、又は約２２５℃の温度まで加熱される。ある実施形態において、組成物２０”は、約２５０℃、約２２５℃、又は約２１０℃以下で加熱され、導体２０を形成する。ある実施形態において、組成物２０”は、約２００〜約３００℃又はその間の任意の温度まで加熱される。これらの温度は、一般に、導体２０を形成するために、はんだ粉末２４”を焼結するが、金属粉末２６を焼結しない。このような加熱はまた、当該技術分野において、リフロー又は焼結と称され得る。

【0048】

図１及び２を参照すると、はんだ粉末２４”は、組成物２０”の加熱中、金属粉末２６の粒子を焼結し、コーティングして、導体２０を形成すると考えられる。また、この時間中、組成物２０”は、揮発物を喪失し得、ポリマー２８”が、最終硬化状態２８に架橋し、概して、基板２２への接着を提供する。図２に示されるように、ポリマー２８の少なくとも一部分は、基板２２と直接接触する。金属間層３０は、一般に、金属粉末２６の粒子の周辺に形成する。このようなコーティングは、金属粉末２６のコーティングされた粒子のはんだ２４が、電流を運ぶことを可能にし、金属粉末２６の酸化を防ぐこともできる。低温のため、金属粉末２６は、一般に、加熱中、焼結しない。この低温の加熱工程は、一般に、温度感受性基板２２、例えば、非晶質ケイ素又は透明導電性酸化物の使用を可能にする。

【0049】

組成物２０”は、様々な時間加熱して、導体２０を形成することができる。典型的には、組成物２０”は、導体２０を形成するのに必要とされる時間の間だけ加熱される。このような時間は、日常的な実験によって判定され得る。はんだ２４”でコーティングされる前に、不活性ガス、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスブランケットを使用して、金属粉末２６の早期酸化を防ぐことができる。しかしながら、金属粉末２６のプレフラックスは、一般には、必要とされない。より長時間の導体２０の不必要な過熱は、基板２２及び／又は導体２０を損傷させる場合がある。

【0050】

いかなる特定の理論にも拘束又は限定されるものではないが、組成物２０”は、一般に、熱出力がカルボキシル化ポリマーを活性化して、はんだ及び金属粉末２４”、２６を溶かすという機構に基づいてセルフフラックスであり、耐酸化性であると考えられる。放出された金属酸化物及び塩は、触媒として作用し、より高い温度でポリマーとカルボキシル化ポリマーとの間で迅速な架橋を促進する。触媒する酸化物は、天然金属、例えば、Ｃｕの酸化から生じる。金属塩は、酸化物とカルボキシル化ポリマーとの間の反応から生じるか、又ははんだ及び金属粉末２４”、２６の加熱の結果として放出されている潤滑剤／安定性増進剤として使用される化合物である。フラックス／架橋機構に加えて、温度が上昇すると、はんだ粉末２４”が金属粉末２６の粒子を融解し、濡らし、図１に示されるように、金属粉末２６とはんだ粉末２４との間に焼結が生じて、金属間層３０を形成する。金属粉末２６の粒子上のはんだコーティング２４は、金属粉末２６の更なる酸化を防ぎ、時間と共に導体２０の導電性を維持するのに有益である。

【0051】

ここで図３〜１１を参照すると、光起電力（ＰＶ）電池を、概して、３２で示す。上で示唆されるように、組成物２０”は、ＰＶ電池３２と共に使用することができる。具体的には、組成物２０”及び得られる導体２０は、任意の種類のＰＶ電池、ＰＶ構造、又はＰＶ構成と共に使用することができる。別言すれば、組成物２０”は、いかなる特定の種類のＰＶ用途にも限定されない。ＰＶ電池３２は、多くの異なる波長の光を電気に変換するために有用である。したがって、ＰＶ電池３２は、様々な用途のために使用することができる。例えば、複数のＰＶ電池３２は、太陽モジュール（図示せず）において使用することができる。太陽モジュールは、様々な場所において、並びに、住宅、商業的、又は工業的用途などの様々な用途のために使用することができる。例えば、太陽モジュールを使用して、電気を生成することができ、これを使用して、電気装置（例えば、光及び電気モーター）に動力を供給することができるか、太陽モジュールを使用して、太陽光から対象を遮蔽する（例えば、駐車スペース上に配設される太陽モジュール下に駐車された自動車を遮蔽する）ことができる。ＰＶ電池３２は、いかなる特定の種類の使用にも限定されない。図面は、縮尺通りに図示されない。したがって、ＰＶ電池３２のある構成成分は、示されるものよりも大きくても、小さくてもよい。

【0052】

図３を参照すると、ＰＶ電池３２は、丸みを帯びた角のある正方形構成、即ち、擬似正方形で示される。この構成が示されているが、ＰＶ電池３２は、様々な形状に構成され得る。例えば、ＰＶ電池３２は、角のある長方形、丸みを帯びた又は曲線のある角のある長方形、丸などであり得る。ＰＶ電池３２は、いかなる特定の形状にも限定されない。ＰＶ電池３２は、様々な大きさ、例えば、１０．２×１０．２ｃｍ（４×４インチ）の正方形、１２．７×１２．７ｃｍ（５×５インチ）の正方形、１５．２×１５．２ｃｍ（６×６インチ）の正方形などであり得る。ＰＶ電池３２は、いかなる特定の大きさにも限定されない。

【0053】

図４を参照すると、ＰＶ電池３２は、底基板３４を備える。底基板３４は、ケイ素を含む。このケイ素はまた、当該技術分野において、半導体材料とも称され得る。単結晶ケイ素、多結晶ケイ素、非晶質ケイ素、又はこれらの組み合わせなどの様々な種類のケイ素が利用され得る。ある実施形態において、底基板３４は、結晶ケイ素、例えば、単結晶ケイ素を含む。ＰＶ電池３２は、一般に、当該技術分野において、ウェハ型のＰＶ電池３２と称される。ウェハは、単一（単）結晶又は多結晶ケイ素インゴットからウェハを機械的に切り取って典型的に形成されるケイ素の薄いシートである。代替として、ウェハは、ケイ素を鋳造すること、エピタキシャルリフトオフ法、ケイ素融液からケイ素シートを引き出すことなどから形成され得る。

【0054】

底基板３４は、略平面的であるが、非平面的であってもよい。底基板３４は、非平坦表面（図示せず）を含み得る。非平坦表面は、ＰＶ電池３２の反射率を低減させるために有用である。非平坦表面は、ピラミッド形、逆ピラミッド形、ランダムなピラミッド形、等方性などの様々な構成であり得る。模様付けは、様々な方法によって底基板３４に付与され得る。例えば、エッチング液は、底基板３４に模様付けするために使用することができる。ＰＶ電池３２は、いかなる特定の種類の模様付けプロセスにも限定されない。底基板３４、例えば、ウェハは、厚さが平均して約１〜約１０００μｍ、約７５〜約７５０μｍ、約７５〜約３００μｍ、約１００〜約３００μｍ、又は約１５０〜約２００μｍといったような様々な厚さであり得る。

【0055】

底基板３４は、典型的には、ｐ型又はｎ型ケイ素基板（ドーピングに基づく）として分類される。ある実施形態において、底基板３４は、一般に、太陽に上向きの／対向する側である、上部（又は前側）ドープ領域３６を含む。上部ドープ領域３６はまた、当該技術分野において、面エミッタ層又は活性半導体層とも称され得る。ある実施形態において、底基板３４の上部ドープ領域３６は、ｎ型ドープ領域３６（即ち、ｎ^＋エミッタ層）であり、そのため、底基板３４の残部は一般に、ｐ型である。他の実施形態において、底基板３４の上部ドープ領域３６は、ｐ型ドープ領域３６（即ち、ｐ^＋エミッタ層）であり、そのため、底基板３４の残部は一般に、ｎ型である。上部ドープ領域３６は、厚さが平均して約０．１〜約５μｍ、約０．３〜約３μｍ、又は約０．４μｍといったような様々な厚さであり得る。「選択エミッタ」法などにおいて、フィンガー４４（以下に記載される）下のドーピングが増加するように、上部ドープ領域３６が、適用され得る。

【0056】

図５〜９を参照すると、底基板３４は、典型的には、上部ドープ領域３６の反対側に裏面ドープ領域３８を含む（存在する場合）。裏面ドープ領域３８はまた、裏側ドープ領域３８とも称され得る。ある実施形態において、裏面ドープ領域３８はまた、当該技術分野において、裏面電界（ＢＳＦ）とも称され得る。典型的には、ドープ領域のうちの一方、例えば、上部３６がｎ型であり、他方のドープ領域、例えば、裏面３８がｐ型である。反対の配置もまた、使用され得、即ち、上部３６がｐ型であり、裏面３８がｎ型である。反対側のドープ領域３６、３８が相互作用するような構成は、当該技術分野において、ｐ−ｎ接合（Ｊ）とも称され、少なくとも１つの正（ｐ）の領域及び１つの負（ｎ）の領域がある場合、光励起された電荷分離のために有用である。具体的には、異なるドーピングの２つの領域が隣接する場合、そこの間に画定された境界は一般に、当該技術分野において、接合と称される。このドーピングが反対側の極性からなる場合、接合（Ｊ）は一般に、ｐ−ｎ接合（Ｊ）と称される。ドーピングが単に異なる濃度からなる場合、この「境界」は、同様の領域、例えば、ｐ領域とｐ^＋領域との間の界面などの界面と称され得る。一般に、図面に示されるように、このような接合（Ｊ）は、どの種類のドーピングが底基板３４に利用されるかに応じて、任意であり得る。ＰＶ電池３２は、いかなる特定の接合（複数可）（Ｊ）の数又は場所にも限定されない。例えば、ＰＶ電池３２は、前面又は裏面上などの１つの接合（Ｊ）のみを含み得る。

【0057】

図５〜８を参照すると、底基板３４は、ｎ型又はｐ型の裏面ドープ領域３８を含む。図９を参照すると、底基板３４は、局所的ドープ領域３８を含む。ある実施形態において、局所的ドープ領域３８はｎ型であり、一方、他の実施形態において、領域３８はｐ型である。

【0058】

様々な種類のドーパント及びドーピング方法を利用して、底基板３４のドープ領域３６、３８を形成することができる。例えば、拡散炉を使用して、ｎ型ドープ領域３６、３８を形成して、ｎ−ｐ（又は「ｐ−ｎ」）接合（Ｊ）を得ることができる。好適なガスの一例は、塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ_３）である。リンに加えて、又は代替として、ヒ素を使用して、ｎ型領域３６、３８を形成することもできる。例えば、ホウ素又はガリウムなどの第Ｖ族からの元素周期表のうちの少なくとも１つを使用して、ｐ型領域３６、３８を形成することができる。ＰＶ電池３２は、いかなる特定の種類のドーパント又はドーピングプロセスにも限定されない。

【0059】

底基板３４のドーピングは、様々な濃度であり得る。例えば、底基板３４は、異なるドーパント濃度でドーピングして、約０．５〜約１０Ω・ｃｍ（Ω．ｃｍ）、約０．７５〜約３Ω・ｃｍ（Ω．ｃｍ）、又は約１Ω・ｃｍ（Ω．ｃｍ）の抵抗を得ることができる。上部ドープ領域３６は、異なるドーパント濃度でドーピングして、約５０〜約１５０Ω／□（１□当たりΩ）、又は約７５〜約１２５Ω／□（１□当たりΩ）、又は約１００Ω／□（１□当たりΩ）の面積抵抗を得ることができる。典型的には、より高濃度のドーピングは、より高い開回路電圧（Ｖ_ｏｃ）及びより低い抵抗をもたらし得るが、より高いドーピング濃度もまた、電池性能を激減させる電荷再結合をもたらし、結晶中の欠陥領域を導入することもできる。

【0060】

典型的には、上部ドープ領域３６と反対側に、裏面ドープ領域３８上に配設される第１の電極４０がある（存在する場合）。第１の電極４０は、外側表面４１を有する。第１の電極４０は、裏面ドープ領域３８の全体又はその一部分のみを覆い得る。後者の場合、不動態化層４２、例えば、ＳｉＮ_ｘの一層を使用して、裏面ドープ領域３８の露出した部分を保護するが、不動態化層４２は、第１の電極４０と、直接物理的及び電気的に接触する裏面ドープ領域３８の部分との間には使用されない。第１の電極４０は、一層、局在的接触を有する層、又はフィンガー及びブスバーを備える接触グリッド形態を採り得る。好適な構成の例としては、ｐ型系構成、ｎ型系構成、ＰＥＲＣ又はＰＥＲＬ型構成、両面ＢＳＦ型構成、内在性薄層を有するヘテロ接合（ＨＩＴ）構成、エミッタラップスルー（ＥＷＴ）構成、金属化ラップスルー（ＭＷＴ）構成、くし型背面接触（ＩＢＣ）構成などが挙げられるが、これらに限定されない。ＰＶ電池３２は、いかなる特定の種類の第１の電極４０又は電極構成にも限定されない。

【0061】

第１の電極４０は、一層（例えば、図５及び６）、局在的接触を有する層（例えば、図８及び９）、又はフィンガー、ドット、パッド、及び／若しくはブスバーを備える接触グリッド（例えば、図７）の形態を取り得る。好適な構成の例としては、ｐ型系構成、ｎ型系構成、ＰＥＲＣ又はＰＥＲＬ型構成、両面ＢＳＦ型構成、内在性薄層を有するヘテロ接合（ＨＩＴ）構成などが挙げられる。ＰＶ電池３２は、いかなる特定の種類の電極４０又は電極構成にも限定されない。第１の電極４０は、厚さが平均して約０．１〜約５００μｍ、約１〜約１００μｍ、又は約５〜約５０μｍといったような様々な厚さであり得る。これらの実施形態のうちの幾つか、及び他が、以下に詳細に説明される。

【0062】

ある実施形態において、第１の電極４０は、大部分を占める量で第１の電極（複数可）４０（のそれぞれ）中に存在する第１の金属を含む。第１の金属は、様々な種類の金属を含み得る。ある実施形態において、第１の金属は、Ａｌを含む。他の実施形態において、第１の金属は、Ａｇを含む。なお他の実施形態において、第１の金属は、Ａｇ及びＡｌの組み合わせを含む。「大部分を占める量」とは、一般に、第１の金属が第１の電極４０の主要な構成要素であり、そのため、第１の電極４０中にも存在し得るあらゆる他の構成要素よりも多い量で存在することを意味する。ある実施形態において、第１の金属、例えば、Ａｌ及び／又はＡｇのこのような大部分を占める量は、一般に、第１の電極４０の全重量に基づいて、それぞれ、約３５重量％を超える、約４５重量％を超える、又は約５０重量％を超える。

【0063】

裏面ドープ領域３８がｐ型である実施形態において、第１の電極４０は、典型的には、元素周期律表の第ＩＩＩ族のうちの少なくとも１つ、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を含む。Ａｌは、ｐ型ドーパントとして使用することができる。例えば、Ａｌペーストを底基板３４に塗布し、燃成して、第１の電極４０を形成することができるが、一方、裏面ｐ^＋型ドープ領域３８を形成することもできる。スクリーン印刷プロセスなどの様々な方法によって、Ａｌペーストを塗布することができる。他の好適な方法は、以下に説明される。

【0064】

図６に最良に示されるように、第２の電極４５は、底基板３４の裏面ドープ領域３８から離間配置される。裏面ドープ領域３８は、第２の電極４５と（直接）物理的に接触しない。第２の電極４５は、第１の電極４０と電気的に接触する。第２の電極４５は、第１の電極４０の一部分にのみ接触する必要があるか、又は第１の電極４０の全体を覆うことができる。第１及び第２の電極４０、４５は、当該技術分野において、電極スタックと称され得る。裏面ドープ領域３８は、第１の電極４０を介して第２の電極４５と電気通信する。第２の電極４５は、典型的には、パッド（複数可）４５、接触パッド（複数可）４５、又はブスバー（複数可）４５の形状で構成される。本明細書で第２の電極４５への言及は、様々な構成を指し得る。

【0065】

例えば、図１０及び１１に最良に示されるように、ＰＶ電池３２は、第１の電極４０上にブスバー４５として形状される一対の第２の電極４５を含むことができる。加えて、一対の前側ブスバー５０は、一般に、ミラー構成で第２の電極４５の反対側に配設される。第２の電極４５及びブスバー５０は、化学的組成並びに／又は形状及び大きさなどの物理的特徴の両方で互いに同じであり得るか、又は異なり得る。ブスバー５０は、以下に更に記載されている。

【0066】

図５、１０、及び１１に示されるように、ＰＶ電池３２は、２つの第２の電極４５を有し得る。ある実施形態において、ＰＶ電池２０は、２つを超える第２の電極４５、例えば、３つの第２の電極４５、４つの第２の電極４５、６つの第２の電極４５などを有し得る。それぞれの第２の電極４５は、少なくとも１つの電極４０と電気的に接触する。第２の電極４５は、裏面ドープ領域３８から回収した電流を有する第１の電極４０から電流を回収するために有用である。概して示されるように、第２の電極４５は、第１の電極４０の外側表面４１上に直接配設され、そこに親密な物理的及び電気的接触を与える。これにより、第１の電極４０から直接電流を運ぶために定位置に第２の電極４５を置く。第１の電極４０は、底基板３４の裏面ドープ領域３８と親密に物理的及び電気的に接触する。

【0067】

第２の電極４５は、幅が平均して約０．５〜約１０ｍｍ、約１〜約５ｍｍ、又は約２ｍｍといったような様々な幅であり得る。第２の電極４５は、厚さが平均して約０．１〜約５００μｍ、約１０〜約２５０μｍ、約３０〜約１００μｍ、又は約３０〜約５０μｍといったような様々な厚さであり得る。第２の電極４５は、様々な距離で離れて離間配置され得る。

【0068】

第２の電極４５は、様々な材料から形成され得る。一実施形態において、第２の電極４５は、本発明の組成物２０”から形成される、即ち、導体２０が第２の電極４５である。他の実施形態において、第２の電極４５は、ブスバー５０と類似して、又は同様に形成される。第２の電極４５は、ブスバー５０のために以下に記載されるものと同じ様式（複数可）で形成され得る。

【0069】

図４、５、１０、及び１１に最良に示されるように、不動態化層４２は、上部ドープ領域３６上に配設される。不動態化層４２は、例えば、ＰＶ電池３２の反射率の低減、並びに一般に、表面及びバルク不動態化によるウェハの生存期間の改善によって、ＰＶ電池３２によって太陽光吸収を増加させるために有用である。不動態化層４２は、上部ドープ領域３６の反対側に外側表面４３を有する。不動態化層４２はまた、当該技術分野において、誘電性不動態化層、又は反射防止コーティング（ＡＲＣ）層とも称され得る。

【0070】

不動態化層４２は、様々な材料から形成され得る。ある実施形態において、不動態化層４２は、ＳｉＯ_ｘ、ＺｎＳ、ＭｇＦ_ｘ、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＣＮ_ｘ、ＡｌＯ_ｘ、ＴｉＯ_２、透明導電酸化物（ＴＣＯ）、又はこれらの組み合わせを含む。好適なＴＣＯの例には、ドープした金属酸化物、例えば、錫をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）、アルミニウムをドープした酸化亜鉛（ＡＺＯ）、インジウムをドープした酸化カドミウム、フッ素をドープした酸化錫（ＦＴＯ）、又はこれらの組み合わせが含まれる。ある実施形態において、不動態化層４２は、ＳｉＮ_ｘを含む。ＳｉＮ_ｘの使用は、その卓越した表面安定化の性質により有用である。ケイ素窒化物はまた、ＰＶ電池３２の表面で担体再結合を防ぐために有用である。

【0071】

不動態化層４２は、２つ以上の副層（図示せず）から形成され得、そのため、不動態化層４２はまた、スタックとも称され得る。このような副層は、底部ＡＲＣ（Ｂ−ＡＲＣ）層及び／又は上部ＡＲＣ（Ｔ−ＡＲＣ）層を含み得る。このような副層はまた、誘電性層とも称され得、同じ又は異なる材料から形成され得る。例えば、ＳｉＮ_ｘの２つを超える副層、ＳｉＮ_ｘの副層及びＡｌＯ_ｘの副層などであり得る。

【0072】

不動態化層４２は、様々な方法によって形成することができる。例えば、不動態化層４２は、プラズマ助長化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）プロセスを用いることによって形成され得る。不動態化層４２がＳｉＮ_ｘ、シラン、アンモニア、及び／又は他の前駆物質を含む実施形態において、ＰＥＣＶＤ炉中で使用して、不動態化層４２を形成することができる。不動態化層４２は、厚さが平均して約１０〜約１５０ｎｍ、約５０〜約９０ｎｍ、又は約７０ｎｍといったような様々な厚さであり得る。十分な厚さは、コーティング材料及び底基板３４の屈折率によって判定され得る。ＰＶ電池３２は、いかなる特定の種類のコーティングプロセスにも限定されない。

【0073】

ある実施形態において、複数のフィンガー４４は、互いに離間配置され、不動態化層４２中に配設される。フィンガー４４のそれぞれは、底基板３４の上部ドープ領域３６と電気的に接触する下部４６を有する。実際に電気的に接触する下部４６は、フィンガー４４の先端／末端のように非常に小さくてもよい。フィンガー４４のそれぞれはまた、不動態化層４２の外側表面３６を通じて外側に延在する下部４６の反対側に上部４８を有する。図１及び４に最良に示されるように、フィンガー４４は、一般に、グリッドパターン中に配設される。典型的には、フィンガー４４が比較的に狭いが、抵抗損失を最小限に抑えるのに十分な厚さであるように、フィンガー４４は、配設される。フィンガー４４の配向及び数は異なり得る。

【0074】

フィンガー４４は、幅が平均して約１０〜約２００μｍ、約７０〜約１５０μｍ、約９０〜約１２０μｍ、又は約１００μｍといったような様々な幅であり得る。フィンガー４４は、例えば、平均して約１〜約５ｍｍ、約２〜約４ｍｍ、又は約２．５ｍｍ隔てて互いに様々な距離を隔てて離間配置され得る。フィンガー４４は、厚さが平均して約５〜約５０μｍ、約５〜約２５μｍ、又は約１０〜約２０μｍといったような様々な厚さであり得る。

【0075】

ある実施形態において、フィンガー４４は、本発明の組成物２０”から形成される、即ち、導体２０はフィンガー４４である。他の実施形態において、フィンガー４４のそれぞれは、大部分を占める量でフィンガー４４のそれぞれの中に存在する第１の金属を含む。第１の金属は、様々な種類の金属を含み得る。ある実施形態において、第１の金属は、銀（Ａｇ）を含む。他の実施形態において、第１の金属は、銅（Ｃｕ）を含む。「大部分を占める量」とは、一般に、第１の金属がフィンガー４４の主要な構成要素であり、そのため、フィンガー４４中にも存在し得るあらゆる他の構成要素よりも多い量で存在することを意味する。ある実施形態において、第１の金属、例えば、Ａｇのこのような大部分を占める量は、一般に、フィンガー４４の全重量に基づいて、それぞれ、約３５重量％を超える、約４５重量％を超える、約５０重量％を超える。

【0076】

フィンガー４４は、様々な方法によって形成され得る。好適な方法には、スパッタリング、蒸着、ストリップ若しくはパッチコーティング、インクジェット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、文字印刷、熱性印刷、分配若しくは転写印刷、スタンピング、電気めっき、無電解めっき、又はこれらの組み合わせが含まれる。このような方法はまた、組成物２０”から導体２０を形成するためにも使用され得る。ある種類の方法は、一般に、エッチング／焼成プロセスと称される。本発明の組成物２０”に加えて、フィンガー４４を形成するための他の組成物を、以下に更に説明する。

【0077】

ある実施形態において、フィンガー４４は、（エッチング／焼成プロセスよりもむしろ）めっきプロセスによって形成される。これらの実施形態において、フィンガー４４は、一般に、めっき又はスタック構造（図示せず）を含む。例えば、フィンガー４４は、ニッケル（Ｎｉ）、Ａｇ、Ｃｕ、及び／又はＳｎの層のうちの２つ以上を含み得る。層は、様々な順番であり得るが、但し、Ｃｕ層（存在する場合）が底基板３４の上部ドープ領域３６と直接物理的接触しないものとする。典型的には、Ａｇ、又はＣｕ以外の金属、例えばＮｉを含むシード層は、上部ドープ領域３６と接触する。ある実施形態において、シード層は、Ｎｉシリサイドを含む。次いで、後続層は、シード層上に配設され、フィンガー４４を形成する。フィンガー４４がＣｕを含む場合、Ｓｎ又はＡｇなどの不動態化層が、酸化を防ぐためにＣｕ層の上に配設される。ある実施形態において、フィンガー４４の下部４６は、Ｎｉを含み、フィンガー４４の上部４８は、Ｓｎを含み、Ｃｕは、ＮｉとＳｎとの間に配設される。このようにして、Ｃｕは、Ｎｉ、Ｓｎ、及び周囲の不動態化層４２による酸化から保護される。このような層は、エアロゾル印刷及び焼成、電気化学蒸着などの様々な方法によって形成され得る。ＰＶ電池３２は、いかなる特定の種類のフィンガー４４の形成プロセスにも限定されない。

【0078】

ブスバー５０は、底基板３４の上部ドープ領域３６から離間配置される。図３、１０、及び１１に示されるように、ＰＶ電池３２は、一般に、２つのブスバー５０を有する。ある実施形態において、ＰＶ電池３２は、２つを超えるブスバー５０（図示せず）、例えば、３つのブスバー５０、４つのブスバー５０、６つのブスバー５０などを有し得る。それぞれのブスバー５０は、フィンガー４４の上部４８と電気的に接触する。ブスバー５０は、上部ドープ領域３６から回収した電流を有するフィンガー４４から電流を回収するために有用である。図１０に最良に示されるように、ブスバー５０のそれぞれは、不動態化層４２の外側表面３４上及びフィンガー４４のそれぞれの周辺に配設されて、フィンガー４４の上部４８に親密な物理的及び電気的接触を与える。典型的には、ブスバー５０は、フィンガー４４を横断する。別言すれば、ブスバー５０は、フィンガー４４に対して垂直を含む様々な角度であり得る。実際に物理的／電気的に接触する上部４８は、フィンガー４４の単に先端／末端のように小さくてもよい。このような接触は、フィンガー４４から直接電流を運ぶために定位置にをブスバー５０を設置する。フィンガー４４はそれら自体、底基板３４の上部ドープ領域３６と親密に物理的及び電気的に接触する。典型的には、１つのみの接合（Ｊ）が、底基板３４の前面又は裏面などの図１０のＰＶ電池３２中に存在する。

【0079】

ブスバー５０は、幅が平均して約０．５〜約１０ｍｍ、約１〜約５ｍｍ、又は約２ｍｍといったような様々な幅であり得る。ブスバー５０は、厚さが平均して約０．１〜約５００μｍ、約１０〜約２５０μｍ、約３０〜約１００μｍ、又は約３０〜約５０μｍといったような様々な厚さであり得る。ブスバー５０は、様々な距離を隔てて離間配置される。典型的には、ブスバー５０は、例えば、図１に示されるように、フィンガー４４の長さをほぼ同等の領域に分割するように離間配置される。

【0080】

ある実施形態において、ブスバー５０のうちの１つ以上は、本発明の組成物２０”から形成される、即ち、導体２０は、ブスバー５０である。他の実施形態において、ブスバー５０は、大部分を占める量でブスバー５０中に存在する第２の金属を含む。「第２の」は、ブスバー５０の金属とフィンガー４４の「第１の」金属を区別するために使用され、量又は順番を示唆するものではない。第２の金属は、様々な種類の金属を含み得る。ある実施形態において、ブスバー５０の第２の金属は、フィンガー４４の第１の金属と同じである。例えば、第１及び第２の金属は、Ｃｕであり得る。他の実施形態において、ブスバー５０の第２の金属は、フィンガー４４の第１の金属とは異なる。これらの実施形態において、第１の金属は、典型的には、Ａｇを含み、第２の金属は、典型的には、Ｃｕを含む。他の実施形態において、第２の金属は、Ａｇを含む。「大部分を占める量」とは、一般に、第２の金属がブスバー５０の主要な構成要素であり、そのため、ブスバー５０中にも存在し得るあらゆる他の構成要素よりも多い量で存在することを意味する。ある実施形態において、第２の金属、例えばＣｕのこのような大部分を占める量は、一般に、ブスバー５０の全重量に基づいて、それぞれ、約２５重量％を超える、約３０重量％を超える、約３５重量％を超える、又は約４０重量％を超える。

【0081】

ブスバー５０はまた、一般に、第３の金属を含む。第３の金属は、フィンガー４４の第１の金属とは異なる。第３の金属はまた、ブスバー５０の第２の金属とは異なる。典型的には、これらの金属は、同じ金属の単に異なる酸化状態というよりもむしろ、異なる元素である。「第３の」は、ブスバー５０の金属とフィンガー４４の「第１の」金属を区別するために使用され、量又は順番を示唆するものではない。第３の金属は、第１及び第２の金属の融解温度よりも低い温度で融解する。典型的には、第３の金属は、約３００℃を超えない、約２７５℃を超えない、約２５０℃を超えない融解温度を有する。このような温度は、以下に更に記載される低温でブスバー５０を形成するために有用である。

【0082】

ある実施形態において、第３の金属は、組成物２０”のはんだと同じであっても、異なっていてもよいはんだを含む。はんだは、様々な金属又はその合金を含み得る。これらの金属のうちの１つは、典型的には、Ｓｎ、鉛、ビスマス、カドミウム、亜鉛、ガリウム、インジウム、テルリウム、水銀、タリウム、アンチモン、セレニウム、及び／又はこれらの金属のうちの２つ以上の合金である。第３の金属は、様々な量で、典型的には、第２の金属よりも少ない量でブスバー５０中に存在し得る。ブスバー５０は、典型的には、以下に更に記載されるように、第２及び第３の金属に加えてポリマー（複数可）を含み、これは、組成物２０”のポリマーと同じであっても、異なっていてもよい。

【0083】

図１０に最良に示されるように、底基板３４の上部ドープ領域３６は、ブスバー５０と（直接）物理的接触しない。具体的には、不動態化層４２は、ブスバー５０と上部ドープ領域３６との間の「バリア」として作用する。いかなる特定の理論にも拘束又は制限されることなく、ブスバー５０及び上部ドープ領域３６の物理的な分離は、少なくとも２つの理由のために有益であると考えられる。第１に、このような分離は、底基板３４への第２の金属、例えばＣｕの拡散を防ぐ。このような拡散の防止は、反対側のドープ領域がブスバー５０の第２の金属によって分路されるのを防ぐと考えられる。第２に、このような物理的分離は、金属及びケイ素界面での少数の担体再結合を低減させると考えられる。金属／ケイ素界面の領域を低減させることによって、再結合による損失が一般に、低減され、開放電圧（Ｖ_ｏｃ）及び短絡電流密度（Ｊ_ｓｃ）が一般に、改善されると考えられる。この領域は、不動態化層４２がブスバー５０の大部分と上部ドープ領域３６との間に配設されるため、低減され、フィンガー４４が底基板３４の上部ドープ領域３６と接触する唯一の金属構成要素である。ＰＶ電池３２の更なる実施形態を、これより、直下に記載する。

【0084】

図１２のＰＶ電池３２は、図３Ａのものと類似しているが、不連続のフィンガー４４を含む。ブスバー５０は、フィンガー４４間に画定される間隙４７の上に配設される。間隙４７は、様々な幅であり得るが、但し、ブスバー５０がフィンガー４４と電気的に接触するものとする。フィンガー４４は、ある金属、例えばＡｇの大部分を含み得るが、一方、ブスバー５０は、別の金属、例えばＣｕ（上記のような）を含み得る。間隙４７を有することによって、製造費用を低減させることができ（例えば、利用されるＡｇの全量を低減させることによって）、及び／又は接着剤が良い影響を及ぼし得る。

【0085】

図１３のＰＶ電池３２は、図１２のものと類似しているが、フィンガー４４ａの上に配設される補助フィンガー４４ｂを更に含む。補助フィンガー４４ｂは、ブスバー５０と同じ材料、例えばＣｕ、又は異なる材料を含み得る。補助フィンガー４４ｂ及びブスバー５０は、別々であっても（例えば、一方が他方の上に横たわる）、一体型であってもよい。補助フィンガー４４ｂを利用することによって、フィンガー４４ａ（例えば、Ａｇフィンガー）の大きさを低減させることができ、これにより、製造費用を低減させる、及び／又は接着を改善させることができる。

【0086】

図１４のＰＶ電池３２には、フィンガー４４、ブスバー５０ａ、並びにフィンガー４４及びブスバー５０ａの上に配設される補助ブスバーパッド５０ｂが含まれる。フィンガー４４及びブスバー５０は、別々であっても、一体型であってもよい。フィンガー４４及びブスバー５０ａは、同じ大部分を占める金属、例えばＡｇを含み得るか、又は互いに異なり得る。ブスバーパッド５０ｂは、例えば、本発明の組成物から形成される場合、Ｃｕ又は別の金属を含み得る。ブスバーパッド５０ｂを利用することによって、ブスバー５０ａ（例えばＡｇのブスバー５０ａ）の大きさが低減され得る。

【0087】

図１５のＰＶ電池３２は、図１２及び１４のものと類似しているが、一対のブスバー５０ａ及び補助ブスバー５０ｂは、ブスバー５０ａの上に配設される。フィンガー４４及びブスバー５０ａは、別々であり得るか、又は一体型であり得る。フィンガー４４及びブスバー５０ａは、同じ大部分を占める金属、例えばＡｇを含み得るか、又は互いに異なり得る。補助ブスバー５０ｂは、Ｃｕ又は別の金属を含み得る。補助ブスバー５０ｂを利用することによって、ブスバー５０ａの大きさが低減され得る。

【0088】

図１６及び１７のＰＶ電池３２は、図１２のものと類似しているが、間隙４７の代わりにパッドを有するフィンガー４４が含まれる。パッド付フィンガー４４は、ブスバー５０への電気的接触及び接着を改善させるのに役立ち得る一方、使用されるＡｇの量を低減させ、製造費用を低減させる。図１７のフィンガー４４は、中空パッド、即ち、内部間隙４７を有し、これは、製造費用を低減させ、接着に良い影響を及ぼし得る。ブスバー５０の一部が、中空パッド付フィンガー４４の間隙４７中に配設され得る。

【0089】

図１８のＰＶ電池３２は、図１２のものと類似しているが、その上に配設される補助フィンガー４４ｂを有する不連続なフィンガー４４ａが含まれる。不連続なフィンガー４４ａは、様々な形状、例えば、長方形、正方形、点、又はこれらの組み合わせであり得る。このようなフィンガー４４ａは、別の様式でめっき、印刷、又は形成され得る。複数の間隙４７は、不連続なフィンガー４４ａによって画定される。補助フィンガー４４ｂ及びブスバー５０は、別々であっても、一体型であってもよい。不連続なフィンガー４４ａ及び補助フィンガー４４ｂを利用することによって、製造費用を低減させることができる。不連続なフィンガー４４ａは、典型的には、エミッタ２６と接触するが、一方、補助フィンガー４４ｂ及びブスバー５０は、電流を運ぶ。

【0090】

図１９及び２０のＰＶ電池３２は、図３Ｂのものと類似している。図１９では、第１の電極４０は、孔４９を画定するが、一方、図２０では、第１の電極４０が、複数の孔４９を画定する。孔（複数可）４９はまた、存在する場合、不動態化層４２によっても画定される。第２の電極４５は、第１の電極４０の上に配設され、孔（複数可）４９を介して底基板３４と電気的に接触する。底基板３４は、孔（複数可）４９に近接したドーピング３８を含んでも、含まなくてもよい。底基板３４は、第２の電極４５と直接接触され得る。第２の電極４５が組成物２０”から形成される場合、はんだ２４は、金属粉末２６、例えばＣｕが底基板３４、例えばＳｉに浸出／遊走する可能性を阻止することができる。孔４９を利用することによって、製造費用を低減させることができる。代替として、誘電性不動態化層４２は、Ｃｕ電極４５と基板３４との間であり得る。不動態化層４２の可能な利益は、電池３２の効率の改善をもたらす電荷再結合の低減の改善である。

【0091】

図２１のＰＶ電池３２は、くし型フィンガー４０及び一対のブスバー４５を有するくし型背面接触（ＩＢＣ）構成からなる。ブスバー４５は、組成物２０”から形成され得るが、一方、フィンガー４０は、別の材料、例えばＡｇから形成され得る。このようなＩＢＣ構成は、当該技術分野において理解される。組成物２０は、上記のいかなる特定の種類の構成にも限定されない。

【0092】

本発明はまた、ＰＶ電池３２を形成する方法も提供する。本方法は、組成物２０”をフィンガー４４の上部分４８に塗布して、層５０”を形成する工程を含む。本組成物は、上で示唆されるように、様々な方法によって塗布され得る。ある実施形態において、組成物が、フィンガー４４の上部４８の少なくとも一部分に印刷されて、層５０”を形成する。スクリーン若しくはステンシルを通して印刷する、又はエアロゾル、インクジェット、グラビア、若しくはフレキソ印刷などの他の方法の様々な種類の蒸着方法が、利用され得る。ある実施形態において、組成物が、不動態化層４２の部分及びフィンガー４４の上部４８上に直接スクリーン印刷される。

【0093】

組成物２０”の塗布後、底基板３４の上部ドープ領域３６は、典型的には、層５０”と（直接）物理的接触がない。組成物２０”を、不動態化層４２及びフィンガー４４のそれぞれの周辺に塗布して、層５０”を有するフィンガー４４の上部４８に直接物理的及び電気的に接触させることができる。

【0094】

本方法は、約３００℃を超えない温度まで層５０”を加熱して、ブスバー５０（即ち、導体２０）を形成する工程を更に含む。層５０”は、概ね、約１５０〜約３００℃、約１７５〜約２７５℃、約２００〜約２５０℃、又は約２２５℃の温度まで加熱される。ある実施形態において、層５０”を、約２５０℃以下で加熱して、ブスバー５０を形成する。このような温度は、一般に、層５０”中で第３の金属（即ち、はんだ粉末）を焼結させるが、ブスバー５０を形成するために層５０”中で第２の金属（例えば金属粉末）を焼結させない。このような加熱はまた、当該技術分野において、リフロー又は焼結と称され得る。

【0095】

層５０”は、様々な時間加熱して、ブスバー５０を形成することができる。典型的には、層５０”は、ブスバー５０を形成するのに必要とされる時間の間だけ加熱される。このような時間は、日常的な実験によって判定され得る。はんだ２４”でコーティングされる前に、不活性ガス、例えば、Ｎ_２ガスブランケットを使用して、Ｃｕ ２６の早期酸化を防ぐことができる。より長時間のブスバー５０の不必要な過熱は、上部ドープ領域３６又はブスバー５０を含むＰＶ電池３２の他の構成要素を損傷させる場合がある。同じ種類の方法を利用して、本発明の組成物を用いて第１の電極４０上に第２の電極４５を形成することができる。これは、上記のように、本発明の組成物２０”を用いてブスバー５０を形成することの代替となり得るか、又はそれに加えられ得る。

【0096】

一実施形態において、ブスバー５０を形成する前に、本方法は、コーティング組成物を底基板３４の上部ドープ領域３６に塗布して、不動態化層４２を形成する工程を含む。コーティング組成物は、上記の不動態化層４２を形成するために好適なものなどの様々な構成要素を含み得る。コーティング組成物は、上で導入されるように、様々な方法によって塗布され得る。例えば、ＰＥＣＶＤプロセスを利用することができる。不動態化層４２がＳｉＮ_ｘ、シラン、アンモニア、及び／又は他の前駆物質を含む実施形態において、ＰＥＣＶＤ炉中で使用して、不動態化層４２を形成することができる。

【0097】

本方法は、形成されるべきフィンガー４４に対応するフィンガーパターンにおいて、金属性組成物を不動態化層４２の部分に塗布する工程を更に含む。フィンガーパターンのそれぞれは、一般に、不動態化層４２と接触するそれらの下部と、塗布後、不動態化層４２から離間配置されたそれらの上部とを有する。金属性組成物は、上で示唆されるように、様々な方法によって塗布され得る。ある実施形態において、金属性組成物は、不動態化層４２の部分上に印刷されて、フィンガーパターンを形成する。スクリーン印刷、ステンシル印刷、エアロゾル印刷、インクジェット印刷、又はフレキソ印刷などの様々な種類の印刷方法が利用され得る。ある実施形態において、金属性組成物は、不動態化層４２上に直接スクリーン印刷されて、フィンガーパターンを形成する。他の実施形態において、金属性組成物は、不動態化層４２の部分上に電気化学的に蒸着させて、フィンガーパターンを形成する。他の好適な方法は、上に記載される。

【0098】

金属性組成物は、大部分を示す量で金属性組成物中に存在する第１の金属を含む。このような量は、上記の通りである。典型的には、第１の金属がＡｇである。典型的には、金属性組成物には、不動態化層４２にエッチングするために１つ又は複数の構成要素が含まれる。このような構成要素には、一般に、フリット化された鉛枠ガラスが含まれる。他の構成要素はまた、無鉛又は低鉛ガラスなどの鉛枠ガラスに加えて、又は代替として使用され得る。

【0099】

様々な種類のフリット化された又はフリット化されていないＡｇのＡｌペーストが、金属性組成物として使用され得る。このようなペーストには、一般に、有機担体が含まれる。高温処理又は「焼成」時、有機担体は、燃え尽きて、バルク組成物から除去される。Ａｇ粒子は、担体を通じて分散される。溶媒は、ペーストのレオロジーを調節するために含まれ得る。フリット化されたペーストには、一般に、ＰｂＯ、Ｂ_２Ｏ_３、及びＳｉＯ_２を含む、ガラスフリットが含まれる。本方法は、いかなる特定のフリット化されたＡｇペーストにも限定されないが、但し、ペーストは、以下に記載されるように、高温でカバーシートを通じてエッチングすることができる。好適なフリット化されたＡｇペーストの例は、Ｆｅｒｒｏ（Ｍａｙｆｉｅｌｄ Ｈｅｉｇｈｔｓ，ＯＨ）及びＨｅｒａｅｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＬＬＣ（Ｗｅｓｔ Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ）から市販されている。

【0100】

本方法は、フィンガーパターンを加熱して、フィンガー４４を形成する工程を更に含む。フィンガーパターンは、概ね、約２５０〜約１０００℃、約５００〜約９００℃、又は約７２０℃の温度まで加熱される。このような温度は、一般に、フィンガーパターンにおいて、第１の金属を焼結して、フィンガー４４を形成する。この加熱工程は、概ね、ブスバー５０（即ち、導体２０）を形成するために使用される加熱工程に対して更に高い温度である。加えて、ガラスフリットは、不動態化層４２を通じてエッチングするためのフィンガーパターンを可能にし、冷却時、分相する。これにより、底基板３４の上部ドープ領域３６へのフィンガー４４の直接の電気的接触を可能にする。このような加熱はまた、当該技術分野において、焼成とも称され得る。

【0101】

フィンガーパターンは、不動態化層４２を通じてエッチングするのに様々な時間加熱することができる。典型的には、フィンガーパターンを、フィンガー４４に必要とされる時間の間のみ加熱して、上部ドープ領域３６を均一に接触させる。このような時間は、日常的な実験によって判定され得る。より長時間のフィンガー４４の不必要な過熱は、上部ドープ領域３６又はＰＶ電池３２の他の構成要素を損傷させる場合がある。不動態化層４２を通じてエッチングすることができるように、フィンガーパターンを加熱した後、本方法は、上記のように、組成物をフィンガー４４の上部４８の少なくとも一部分に塗布して、層５０”を形成する工程を更に含む。

【0102】

別の実施形態において、フィンガー４４は、上の実施形態に記載されるものとは異なる様式で形成される。不動態化層４２は、上記のように形成され得る。不動態化層４２を形成した後、孔が、そこに形成される。これらの孔は、レーザーアブレーション、化学エッチング、物理的エッチングなどの様々な方法によって形成され得る。このようなエッチングは、上記のフィンガー３６の「エッチング」とは異なる。次いで、フィンガー４４が孔中に形成される。これらのフィンガー４４は、概ね、上記のように、めっきしたフィンガー４４である。フィンガー４４は、様々な金属を孔に堆積させることによって形成され得る。様々なプロセスを使用することができ、異なるプロセスをフィンガー４４のそれぞれの層のために使用することができる。電気化学めっきプロセスを使用して、孔中に層を形成し得る。典型的には、このようなプロセスは、上記の別々の加熱／焼成工程を必要としない。フィンガー４４を形成した後、本方法は、上記のように、組成物をフィンガー４４の上部４８の少なくとも一部に塗布して、層５０”を形成する工程を更に含む。

【0103】

導体２０と同様に、ブスバー５０は、直接はんだ付け可能であり、これは、例えば、リボンを付着させる、又はＰＶ電池３２のブスバー５０を相互に連結させることによって、複数のＰＶ電池３２を一緒にタブ付けするために有用である。ブスバー５０を使用し、タブ付けすることによって、フィンガー４４からの電流を有効に回収することが可能である。上で導入されるように、ＰＶ電池３２は、様々な用途に使用され得る。

【0104】

図１１を参照すると、タブ付け５２は、ブスバー５０上に配設される。ある実施形態において、タブ付け５２は、ＰＶ電池３２のブスバー５０に直接はんだ付け可能である。他の実施形態において、更なるはんだ（図示せず）が、ブスバー５０とタブ付け５２との間に使用され得る。フラックス手段を使用して、フラックスペン又はフラックスベッドなどのはんだ付けするのに役立て得る。タブ付け５２それ自体もまた、Ｓｎ又はＳｎ合金及びフラックスなどのフラックスを含み得る。タブ付け５２は、Ｃｕ、Ｓｎなどの様々な材料から形成され得る。このようなタブ付け５２を使用して、一連のＰＶ電池３２を接続することができる。例えば、ＰＶ電池モジュール（図示せず）は、複数のＰＶ電池３２を含むことができる。タブ付け５２、例えば、リボンは、概ね、直列にＰＶ電池３２を電気接続するために、ＰＶ電池３２のブスバー５０と物理的に接触する。タブ付け５２はまた、当該技術分野において、相互接続とも称され得る。ＰＶモジュールはまた、タイ層、基板、スーパーストレート、及び／又は強度及び安定性を提供する更なる材料も含まれ得る。多くの用途では、ＰＶ電池３２は、風及び雨などの環境要因から更なる保護を与えるために封入されている。

【0105】

本発明の組成物２０”及び導体２０を示す以下の実施例は、本発明の説明を意図するものであり、限定することを意図していない。別途示されない限り、組成物を形成するために使用されるそれぞれの構成要素の量及び種類を、それぞれの組成物の全重量に基づいて、すべての値を重量％で以下の表１〜３に示す。

【0106】

【表1】

【0107】

ポリマーは、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌから市販されている、エピクロロヒドリン及びビスフェノールＡの反応生成物を含み、５００〜５６０ｇ／当量のＥＥＷを有する固体エポキシ樹脂である。

【0108】

添加剤１は、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから市販されているモノテルペンアルコールである。

【0109】

添加剤２は、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから市販されているスチレン二臭化物である。

【0110】

カルボキシル化ポリマーは、ＢＡＳＦ Ｃｏｒｐから市販されている、（固体上に）約２３８の酸価を有する低分子量スチレン−アクリルコポリマーである。

【0111】

ジカルボン酸は、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから市販されている。

【0112】

モノカルボン酸は、Ｈｅｘｉｏｎ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから市販されている。

【0113】

添加剤３は、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから市販されているプロピレングリコールである。

【0114】

添加剤４は、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから市販されているベンジルアルコールである。

【0115】

金属粉末は、Ｍｉｔｓｕｉ Ｍｉｎｉｎｇ ＆ Ｓｍｅｌｔｉｎｇ Ｃｏ．から市販されている銅粉末である。

【0116】

はんだ粉末１は、Ｉｎｄｉｕｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａから市販されている約１３８℃の融解温度を有するＳｎ４２／Ｂｉ５８合金である。

【0117】

はんだ粉末２は、Ｉｎｄｉｕｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａから市販されている約２２１℃の融解温度を有するＳｎ９６．５／Ａｇ３．５合金である。

【0118】

添加剤５は、Ｋｅｎｒｉｃｈ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏ．から市販されているチタン酸塩接着促進剤である。

【0119】

添加剤６は、Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から市販されているオキサリルビス（ベンジリデンヒドラジド）を含む銅不活性化剤である。

【0120】

添加剤７は、ＢＹＫ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ＆ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから市販されているシリコーンを含まない消泡剤である。

【0121】

添加剤８は、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐから市販されている２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシランを含むシラン接着促進剤である。

【0122】

添加剤９は、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌから市販されているブチルカルビトールである。

【0123】

【表2】

【0124】

【表3】

【0125】

銀粉末は、Ｆｅｒｒｏからの従来の銀フレークである。

【0126】

ダイマー酸は、Ａｒｉｚｏｎａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ（Ｊａｃｋｓｏｎｖｉｌｌｅ，ＦＬ）から市販されている、低単量体含量及び三量体含量を有する蒸留された二量化脂肪酸である。

【0127】

添加剤１０は、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシランである。

【0128】

図２２及び２３を参照すると、９０度の剥離試験からのデータは、異なる基板に対するペースト接着及びはんだ付けにより外部配線を接続するペースト性能を示す。図２４を参照すると、組成物の違いにおけるペーストバルク抵抗依存性を示す。組成物及び主な構成要素の比率がわずかに異なる９つのペーストすべての抵抗率は、比較的に影響を受けず、３〜６×１０^−５Ω．ｃｍの範囲であることが明白である。表１〜３の実施例番号は、図２２〜２４中の数字、即ち、実施例１〜９に対応する。

【0129】

一連の１２．７ｃｍ（５インチ）の単結晶ケイ素電池（ウェハ）が、Ａｇ及びＣｕペーストの塗布のために調製される。上の表１中の実施例０に基づいたＣｕペーストが調製される。１重量％のブチルカルビトールを用いてＣｕペーストを希釈して、印刷レオロジーを改善する。Ｃｕペーストをウェハ上に印刷して、Ｓｅｆａｒからのブスバースクリーン、ステンレス鋼スクリーン３２５又は１６５メッシュ、１２．７μｍの乳剤厚（ＰＥＦ２）、及び２２°又は４５°のメッシュ回転により、Ｃｕブスバーを形成する。印刷は、約０．６８ｋｇのダウンフォース、ステージ上に２００μｍの未処理のウェハを有するＡＭＩスクリーンプリンターで行われる。印刷速度は、印刷印刷モードで７．６〜１２．７ｃｍ／秒（３〜５インチ／秒）に設定される。ウェハが印刷され、ＢＴＵ Ｐｙｒａｍａｘ Ｎ_２リフロー炉を通過させる。

【0130】

湿熱（ＤＨ；８５℃、８５％の相対湿度）劣化条件下、Ｃｕブスバーの耐久性が判定される。ケイ素上のＣｕブスバーの非カプセル化印刷を使用して、Ｃｕバルク抵抗率（ρ）をモニターする。タブ付け／Ｃｕブスバーの質もまた、ＴＬＭ法を利用して、接触抵抗率（ρ_ｃ）を使用してモニターする。湿熱曝露から１０００時間後、Ａｇブスバーと比較して、Ｃｕブスバーの劣化は見られない。

【0131】

フラッシュテスター（Ｂｅｒｇｅｒ ＰＳＳ １０ ＩＩ）を使用して電流−電圧（Ｉ−Ｖ）測定が行われる。前のブスバー実施例において比較のＡｇブスバーと比較して、Ｃｕブスバーは、Ｖ_ｏｃ及びＪ_ｓｃの増加を示す。具体的には、Ｃｕブスバーを含む電池は、Ａｇブスバーを含む電池と比較して、Ｖ_ｏｃ及びＪ_ｓｃの異なる改善を示す。この増加はそれぞれ、概ね、Ｖ_ｏｃ及びＪ_ｓｃの０．６％及び２．５９％の相対的増加に相当する。この増加は、上記のように、金属／ケイ素の接触面積の縮小によると考えられる。

【0132】

一束のスクリーン印刷されたＡｌ ＢＳＦウェハは、裏面接触パッドと共に調製される。このウェハには、前面Ａｇ印刷及び前面Ｃｕ印刷が含まれ、すべて裏面Ａｇブスバーを伴う。Ｃｕブスバーは、上記のように、Ｃｕペーストを用いて印刷される。電池は、手動でタブ付けされ、カプセル化される前に試験される。電池は、典型的な工業のタブ付けを用いてタブ付けされ得る。これらの実施例では、タブ付けは、３９０℃ではんだごて及びフラックスを用いて手動で行われ得る。Ｉ−Ｖ及びＳｕｎｓ Ｖｏｃと共に、前面グリッド抵抗が測定され、電池及び金属化の質を判定する。これらの測定結果を、図２５〜２７に示す。このバッチは、改善されたＶ_ｏｃ及びＪ_ｓｃを示し、この場合も先と同様に、金属／ケイ素の接触面積の縮小によるものである。

【0133】

別連の１２．７ｃｍ（５インチ）の単結晶ケイ素電池（ウェハ）が、更なるＡｇ及びＣｕペーストの塗布のために調製される。上の表１中の実施例０が、更なるＣｕ電極の試験のために繰り返される。電池にはすべて、標準Ａｇ前面グリッド（フィンガー及びブスバー）並びにＡｌ（第１の電極）の裏面層が含まれる。Ｃｕ電極（第２の電極）は、Ａｌの第１の電極の上部に直接印刷される。第２の電極を形成するために開口部上に印刷されたＡｇ／Ａｌブスバーを有するＡｌ（第１の電極）の裏面層における開口部を有する比較実施例を、図内に「Ａｇ」で示す。実施例０を、「Ｃｕ Ｒ」又は図内に単に「Ｃｕ」で示す。すべての電池は、同じバッチ（即ち、Ａｇ又はＣｕのいずれかを用いて裏面金属化まで同様に処理された）からのものである。電池は、手動のはんだ付けによりタブ付けされる。

【0134】

フラッシュテスター（ＰＳＳ １０ ＩＩ）を使用して電流−電圧（Ｉ−Ｖ）測定が行われる。図２８を参照すると、第２の電極として、Ａｇブスバーの実施例と比較して実施例０の裏面Ｃｕブスバーに対するＩ−Ｖデータを示す。実施例は共に、前面Ａｇブスバーを有し、ｉ−ＰＥＲＣ電池として構成される。図２９を参照すると、裏面又はＡｇ対照物上に印刷された実施例０のＣｕブスバーを有するＡｌ ＢＳＦ電池に対するＩ−Ｖ結果を示す。電池は、ＥＶＡ又はシリコーンポリマー（Ｓｉとして示される）のいずれかを使用してミニモジュールにカプセル化される。効率は、同等であり、Ｖ_ｏｃは改善を示す。図３０は、Ａｌ上にＡｇ接触を有する比較電池及びＡｌ上に実施例０によってＣｕ接触を有する本発明の電池のＩ−Ｖ特性を示す。図３３に示されるように、Ｃｕ接触パッドは、電池性能に悪影響を与えない。

【0135】

図３１を参照すると、実施例０の断面ＳＥＭ顕微鏡写真図を示す。濃灰色は一般に、Ｃｕを示し、中間の灰色は一般に、Ｓｎを示し、白色領域は一般に、Ｂｉに富むＳｎ領域を示し、黒色領域は一般に、孔隙及び／又はエポキシ／アクリル結合剤を示す。

【0136】

図３２を参照すると、比較及び本発明のＰＶ電池の効率の割合を示すボックスグラフを示すが、一方、図３３は、Ｊ_ｓｃを示し、図３４は、実施例のＶ_ｏｃを示す。具体的には、試料に対するＩＶデータが測定される。Ａｇの実施例は、１４９−１〜１５であり、Ｃｕ Ｆの実施例は、１４９−Ａ〜Ｓである。平均値が示される。比較及び本発明の実施例は、前の実施例の図面内において上記のものと同じである。データから、本発明のＣｕブスバーの使用が、電池性能の異なる改善を有することが明らかに示される。この改善は、高温で焼成したＡｇ金属化点の減少に伴い、金属／ケイ素の界面領域が縮小することによる減少した再結合から生じるものと考えられる。

【0137】

図３５は、本発明のタブ付きブスバーを示す断面光学顕微鏡写真である。具体的には、Ｃｕブスバーは、ＳｉＮｘ不動態化層の上部及びＡｇフィンガーの上部に印刷され、後にタブ付けされる。本発明の組成物の様々な構成要素を断面図に示す。タブ付け／ブスバー及びブスバー／フィンガーへの直接はんだ結合、並びにＣｕブスバーと基材との間の接着接触を示す。

【0138】

図３６は、湿熱劣化後の比較及び本発明のＰＶ電池の実施例のＪ_ｓｃを示す線グラフである。図３７は、湿熱劣化後の比較及び本発明のＰＶ電池のＶ_ｏｃを示す線グラフであり、図３８は、湿熱劣化後の比較及び本発明のＰＶ電池の実施例のシート抵抗率（ｒｓ）を示す線グラフである。これらのグラフから、Ｃｕペーストは、腐食条件下、性能を低下させないことは明らかである。

【0139】

分散が依然として本開示の範囲内にある限り、上述の値のうちの１つ以上が、±５％、±１０％、±１５％、±２０％、±２５％などだけ変動してもよい。他のすべての部材とは無関係に、マーカッシュ群の各部材から、予期しない結果が得られることがある。各部材は、個別にかつ／又は組み合わせで依存してもよく、添付の「特許請求の範囲」に含まれる特定の実施形態を十分に支援する。独立請求項と、単一及び多重に従属する従属請求項とのすべての組み合わせの主題が、本明細書で明確に企図される。本開示は、説明の文言を含めて、限定よりもむしろ説明のためのものである。上記の教示を鑑みれば、本開示の多数の修正及び変形が可能となり、本開示は、本明細書で具体的に説明した以外の形でも実施され得る。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19A】

【図19B】

【図20A】

【図20B】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31A】

【図31B】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】