JP6877750B2

JP6877750B2 - 導電性ペースト

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Publication number: JP6877750B2
Application number: JP2017234123A
Authority: JP
Inventors: 小林　健児; 健児小林; 和郎村松; 秀雄田辺
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Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2021-05-26
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Description

本発明は、電気的特性に優れた導電性パターンを得ることのできる導電性ペーストに関する。具体的には、太陽電池等の半導体装置の電極形成のために用いることのできる導電性ペーストに関する。

銀粒子を含有する導電性ペーストは、例えば半導体装置及び電子部品の電極、並びに回路パターンを形成するために用いられている。導電性ペーストによる電極及び回路パターンの形成は、スクリーン印刷法等によって所定のパターンの導電性ペーストを基板等の上に塗布した後、導電性ペーストを加熱し、所定のパターンの導電膜を得ることにより行うことができる。

導電性ペーストには、高温焼成型導電性ペースト及び熱硬化型導電性ペーストの２つのタイプがある。高温焼成型の導電性ペーストは、５５０〜９００℃程度の高温で焼成することで導電膜を形成することのできるペーストである。高温焼成型の導電性ペーストの場合、焼成時に導電性ペーストに含まれる樹脂成分は焼失する。熱硬化型の導電性ペーストは、室温（約２０℃）〜２５０℃程度の比較的低温で加熱することで導電膜を形成することのできるペーストである。熱硬化型の導電性ペーストの場合、樹脂成分が硬化して銀粒子同士を接着させることにより、導電膜を形成する。

導電ペーストの例として、特許文献１には、分子量が９００以上のエポキシ樹脂と、前記エポキシ樹脂に対する重量比率が４〜１０の範囲内である銀粉末と、前記エポキシ樹脂を硬化させるのに最低限必要な添加量の２倍以上の添加量のイミダゾール系硬化剤とを含む、導電ペーストが記載されている。

特許文献２には、導電性粒子と、加熱硬化性樹脂組成物、硬化剤及び溶剤を含む有機系ビヒクルとを含有する導電性インク組成物が記載されている。特許文献２の導電性インク組成物に含まれる導電性粒子は、平均粒径０．１〜３μｍの球状導電性粒子と、平均フレーク径が０．１μｍ以上３μｍ未満であるフレーク状導電性粒子とを含有する。特許文献２の導電性インク組成物に含まれる導電性粒子は、フレーク状導電性粒子を球状導電性粒子より質量割合でより多く又は同じ質量割合で含有する。また、特許文献３には、硬化剤として、イミダゾール系硬化剤の２−エチル−４−メチルイミダゾールを用いることが記載されている。

特許文献３には、導電性粉末と、熱硬化性成分と、硬化剤と、溶剤と、を含有する加熱硬化型導電性ペースト組成物が記載されている。具体的には、特許文献３には、前記導電性粉末として、フレーク状粉末及び球状粉末が用いられることが記載されている。また、特許文献３には、熱硬化性成分が、所定のエポキシ当量及び所定の粘度を有する２種類のエポキシ樹脂が、所定の質量比で配合されることが記載されている。また、特許文献３には、硬化剤として、イミダゾール類を用いることが記載されている。

特開平０８−０９２５０６号公報特開２０１０−０８７１３１号公報特開２０１３−１９６９５４号公報

熱硬化型導電性ペーストは、一般的にバインダーとしてエポキシ樹脂を使用している。熱硬化型導電性ペーストを用いて得られた導電膜は、高温焼成型導電性ペーストを用いて得られた導電膜よりも比抵抗（電気抵抗値）が高くなる傾向がある。良好な密着性と電気的特性（１０μΩ・ｃｍ以下の比抵抗）とを両立しようとすると、一般的には、２５０℃超の高温の加熱処理が必要となる。

熱硬化型導電性ペーストは、太陽電池の電極の形成のために用いられる場合がある。高い変換効率の太陽電池を得るためには、低い比抵抗の電極を形成することが必要である。また、太陽電池の種類によっては、高温の加熱工程により悪影響を受ける材料を用いる場合がある。このような太陽電池の場合、例えば２５０℃以下という低温で、低い比抵抗の電極を形成する必要がある。

本発明は、低温（例えば２５０℃以下）で処理することが可能であり、比抵抗が低い導電膜を形成することのできる、太陽電池電極形成用の導電性ペーストを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。

（構成１）
本発明の構成１は、（Ａ）導電性成分、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）イミダゾール及び（Ｄ）溶剤を含み、（Ｄ）溶剤を除いた導電性ペーストを１００重量％として、導電性ペースト中の（Ｃ）イミダゾールが０．１〜１．０重量％である、太陽電池電極形成用の導電性ペーストである。

本発明の構成１によれば、低温（例えば２５０℃以下）で処理することが可能であり、比抵抗が低い導電膜（例えば、太陽電池の電極）を形成することのできる、太陽電池電極形成用の導電性ペーストを提供することができる。

（構成２）
本発明の構成２は、（Ｃ）イミダゾールが、式（１）、式（２）及び式（３）のイミダゾールから選択される少なくとも１つ含む、構成１の導電性ペーストである。
式（１）

式（２）

式（３）

本発明の構成２によれば、本発明の導電性ペーストが、式（１）、式（２）及び式（３）のイミダゾールから選択される少なくとも１つ含むことにより、得られる導電膜（例えば、太陽電池の電極）の比抵抗を、低くすることができる。

（構成３）
本発明の構成３は、（Ｂ）エポキシ樹脂が、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂及びビスフェノールＡ型エポキシ樹脂から選択される少なくとも１つを含む、構成１又は２の導電性ペーストである。

本発明の構成３によれば、（Ｂ）エポキシ樹脂として、所定のエポキシ樹脂を用いることにより、低温（例えば２５０℃以下）で、熱硬化性樹脂の熱硬化をすることができる。

（構成４）
本発明の構成４は、（Ｄ）溶剤が、エチレングリコールモノフェニルエーテル又はブチルカルビトールアセテートを含む、構成１から３のいずれかの導電性ペーストである。

本発明の構成４によれば、（Ｄ）溶剤が、エチレングリコールモノフェニルエーテル又はブチルカルビトールアセテートを含むことにより、低い比抵抗の導電膜（例えば、太陽電池の電極）を得ることを、より確実にすることができる。

（構成５）
本発明の構成５は、（Ｅ）フェノール樹脂をさらに含む、構成１から４のいずれかの導電性ペーストである。

本発明の構成５によれば、導電性ペーストが、（Ｅ）フェノール樹脂をさらに含むことにより、低温（例えば２５０℃以下）での、熱硬化性樹脂の熱硬化を、より確実にすることができる。

（構成６）
本発明の構成６は、（Ｆ）カップリング剤をさらに含む、構成１から５のいずれかの導電性ペーストである。

本発明の構成６によれば、導電性ペーストがさらにカップリング剤を含むことにより、導電性成分等の無機成分と、熱硬化性樹脂との接着性をより良好なものにすることができる。

本発明によれば、低温（例えば２５０℃以下）で処理することが可能であり、比抵抗が低い導電膜を形成することのできる、太陽電池電極形成用の導電性ペーストを提供することができる。

導電性ペーストを用いて形成した電極を有する太陽電池の一例を示す断面模式図である。導電性ペーストを用いて形成した電極のための比抵抗測定用パターンを示す平面模式図である。電極と、結晶系シリコン基板との間の接触抵抗の測定に用いた接触抵抗測定用パターンを示す平面模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化する際の形態であって、本発明をその範囲内に限定するものではない。

本発明の導電性ペーストは、熱硬化型導電性ペーストである。本発明の導電性ペーストは、所定の成分を含むことにより、低温（例えば２５０℃以下）で熱硬化させて電極を形成することが可能である。また、本発明の導電性ペーストを用いることにより、比抵抗が低い導電膜（電極）を得ることができる。本発明の導電性ペーストは、太陽電池の電極形成用の導電性ペーストとして、好ましく用いることができる。

本明細書において、「導電膜」とは、導電性ペーストを所定の基板等の表面に、所定の形状のパターンとなるように印刷等をし、硬化させた薄膜状のパターンのことをいう。所定の形状のパターンとしては、任意の形状、例えば、線状、ドット状及び平面状の形状のパターンを含む。

本発明の導電性ペーストは、半導体装置及び電子部品等の電極、並びに回路パターンとしての導電膜を形成するために用いることができる。本発明の導電性ペーストは、半導体、酸化物及びセラミック等の無機材料の表面だけでなく、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）及びＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等の耐熱性の低い基板に、電極及び／又は回路パターンを形成するために用いることができる。

本明細書において、「半導体装置」とは、半導体チップを用いた装置、例えば、トランジスタ及び集積回路等の半導体装置、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）及びプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のフラットパネルディスプレイ、並びに太陽電池等の半導体を用いた装置のことを意味する。半導体装置は、半導体内の電子及びホールの性質を利用した装置であり、半導体への直接的又は間接的な電気的接続のための電極を有する。

半導体装置の電極が、光の透過を必要とする場合がある。そのような電極の材料として、透明導電膜が用いられる。透明導電膜を材料とする電極のことを、透明電極という。透明電極は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）及びプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のフラットパネルディスプレイ、並びに各種の太陽電池等の半導体装置に用いられている。太陽電池としては、アモルファスシリコン太陽電池及び化合物半導体太陽電池（ＣＩＳ太陽電池、ＣＩＧＳ太陽電池及びＣｄＴｅ太陽電池等）等の薄膜太陽電池、ヘテロ接合型太陽電池、並びに結晶系シリコン太陽電池等を挙げることができる。透明電極は、例えばフラットパネルディスプレイ、薄膜太陽電池及びヘテロ接合型太陽電池等の電極形成に用いられている。

透明電極の材料である透明導電膜としては、酸化物導電膜を用いることができる。酸化物導電膜として、酸化インジウムスズ（「ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）」ともいう。）薄膜、酸化スズ薄膜、及びＺｎＯ系薄膜等を挙げることができる。現在、ＩＴＯ薄膜は、フラットパネルディスプレイ、並びに各種の太陽電池等に多く用いられている。半導体装置への光の入射、又は半導体装置からの光の出射を妨げないように、透明電極に対して電気的接続をするために、格子（ｇｒｉｄ）状の電極（単に「電極」という場合がある。）が形成される。本発明の導電性ペーストは、透明電極の表面への、格子状の電極の形成のために用いることができる。

半導体装置の半導体の材料の種類、電子部品の材料の種類、並びに半導体装置及び電子部品等を構成する半導体以外の材料の種類によっては、電極形成の工程において、高温、例えば２５０℃を超える温度での処理をした場合、半導体チップ及び／又はそれ以外の材料が劣化することがある。本発明の導電性ペーストを用いることにより、低温（例えば２５０℃以下）で比抵抗が低い電極を形成することができる。本発明の導電性ペーストを用いることにより、半導体装置が高温により劣化することなく、所定の低抵抗の電極を形成することができる。

本発明の導電性ペーストを用いて、透明導電膜へ電極を形成した場合、低い接触抵抗を得ることができる。特に、ＩＴＯ薄膜へ電極を形成した場合、低い接触抵抗（例えば８ｍΩ・ｃｍ^２以下の接触抵抗）を比較的容易に得ることができる。したがって、本発明の導電性ペーストは、透明導電膜、特にＩＴＯ薄膜へ電極を形成するために好適に用いることができる。

本発明の導電性ペーストは、太陽電池の透明導電膜の表面に電極を形成するために、好ましく用いることができる。太陽電池の種類によっては、高温の加熱工程により悪影響を受ける材料を用いる場合がある。本発明の導電性ペーストは、特に、このような耐熱性の低い太陽電池の透明導電膜の表面に電極を形成するために、好ましく用いることができる。高温の加熱工程により悪影響を受ける材料としては、アモルファスシリコンを挙げることができる。アモルファスシリコンを材料として用いる太陽電池としては、アモルファスシリコン太陽電池、並びにアモルファスシリコン及び結晶シリコンを用いたヘテロ接合型太陽電池（以下、単に「ヘテロ接合型太陽電池」という。）を挙げることができる。本発明の導電性ペーストは、アモルファスシリコン太陽電池及びヘテロ接合型太陽電池の透明導電膜の表面に電極を形成するために、好ましく用いることができる。

図１を参照して、本発明の導電性ペーストの好ましい用途であるヘテロ接合型太陽電池について、説明する。

図１に、ヘテロ接合型太陽電池の一例の断面模式図を示す。図１に示すヘテロ接合型太陽電池は、ｎ型の結晶系シリコン基板１０（例えば、単結晶シリコン基板又は多結晶シリコン基板）の光入射側表面に、真性アモルファスシリコンからなるｉ型アモルファスシリコン層１２（膜厚約１０ｎｍ）及びｐ型アモルファスシリコンからなるｐ型アモルファスシリコン層１４ａ（膜厚約１０ｎｍ）がこの順に積層されている。ｐ型アモルファスシリコン層１４ａの上には透明導電膜、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる透明導電膜１６（膜厚約７０ｎｍ）が配置される。透明導電膜１６の表面には、スリット状の光入射側表面を得るために、格子（ｇｒｉｄ）状の光入射側電極１８ａが形成される。

また、図１に示すように、結晶系シリコン基板１０の裏面には、真性アモルファスシリコンからなるｉ型アモルファスシリコン層１２（膜厚約１０ｎｍ）及び高濃度にドープされたｎ型アモルファスシリコンからなるｎ型アモルファスシリコン層１４ｂ（膜厚約１０ｎｍ）がこの順に積層されている。ｎ型アモルファスシリコン層１４ｂの上には、光入射側表面と同様に、透明導電膜１６及び格子状の裏面電極１８ｂが形成される。

図１に示すヘテロ接合型太陽電池の場合、結晶系シリコン基板以外の各層の形成を、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法、又はスクリーン印刷法等の方法を用いて全て約２００℃以下の温度で行うことができる。また、アモルファスシリコンは、高温の加熱工程により悪影響を受けるため、透明導電膜１６の表面に光入射側電極１８ａ及び裏面電極１８ｂを形成する際の温度は、低温であることが好ましい。本発明の導電性ペーストを用いるならば、低温（例えば２５０℃以下）で、比抵抗が低い光入射側電極１８ａ及び裏面電極１８ｂを形成することができる。

次に、本発明の導電性ペーストについて説明する。

本発明の太陽電池電極形成用の電性ペーストは、（Ａ）導電性成分、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）イミダゾール及び（Ｄ）溶剤を含む。本発明の電性ペーストは、（Ｄ）溶剤を除いた導電性ペーストを１００重量％として、導電性ペースト中の（Ｃ）イミダゾールが０．１〜１．０重量％である。

本発明の導電性ペーストによれば、低温（例えば２５０℃以下）で処理することが可能であり、比抵抗が低い導電膜（例えば、太陽電池の電極）を得ることができる、太陽電池電極形成用の導電性ペーストを提供することができる。

＜（Ａ）導電性成分＞
本発明の導電性ペーストは、（Ａ）導電性成分を含む。

導電性成分とは、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、亜鉛及び／又はスズ等の導電性成分を含む導電性粒子である。導電性粒子の形状は、例えば、球状、フレーク状、又は針状等の形状であることができる。異なる形状の導電性粒子を混合して用いることができる。

導電性粒子の製造方法は、特に限定されず、例えば、還元法、粉砕法、電解法、アトマイズ法、熱処理法、又はそれらの組み合わせによって製造することができる。フレーク状の導電性粒子は、例えば球状の導電性粒子をボールミル等によって押し潰すことによって製造することができる。

本発明の導電性ペーストは、（Ａ）導電性成分が、球状及び／又はフレーク状の粒子であることが好ましい。

導電膜の比抵抗を低下させる観点からは、フレーク状の導電性粒子を用いることが好ましい。しかし、フレーク状の導電性粒子のみを用いた場合、導電性ペーストの粘度が高くなり、取り扱い性が悪化する（チクソ性が高くなる）。したがって、本発明の導電性ペーストに含まれる導電性粒子としては、フレーク状の導電性粒子と、球状の導電性粒子とを混合したものを使用することが好ましい。フレーク状の導電性粒子と球状の導電性粒子との好ましい混合比率（重量比）は、フレーク状の導電性粒子が１に対して、球状の導電性粒子が０．２５〜４である。より好ましくは、フレーク状の導電性粒子が１に対して、球状の導電性粒子が０．６７〜１．５である。フレーク状の導電性粒子と球状の導電性粒子との最も好ましい混合比率は、１：１である。

導電性粒子の好ましい平均粒子径は、０．１μｍ〜１５μｍであり、より好ましくは、０．５μｍ〜１０μｍであり、最も好ましくは、０．５μｍ〜５μｍである。本明細書において平均粒子径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定による、個数基準に基づく平均粒子径（全粒子の積算値５０％の平均粒子径：Ｄ５０）をいう。導電性粒子の平均粒子径が上記の範囲にある場合、導電性ペーストを加熱して得られる電極及び回路パターンの表面の状態が良好になる。また、導電性ペーストを加熱して得られる電極及び回路パターンの電気的特性が向上する。

本発明の導電性ペーストに含まれる（Ａ）導電性成分の含有量は、導電性ペースト全体に対して好ましくは７５〜９８重量％であり、より好ましくは８０〜９７重量％、さらに好ましくは８５〜９５重量％である。

本発明の導電性ペーストに含まれる（Ａ）導電性成分としては、（Ａ）導電性成分が、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）から選択される少なくとも１種であることが好ましい。（Ａ）導電性成分として、銀粒子及び／又は銅粒子を用いることができる。また、（Ａ）導電性成分として、単独で、又は銀粒子及び／又は銅粒子と共に、銀及び銅の合金粒子を用いることができる。比抵抗が低い金属である銀及び／又は銅を用いることにより、比抵抗が低い導電膜を得ることができる。

銀粒子は、導電率が高く、多くの半導体装置、例えば太陽電池用の電極として、従来から用いられており、信頼性が高い。本発明の導電性ペーストの場合、導電性成分として、銀粒子を用いることにより、信頼性が高く、高性能の半導体装置、例えば太陽電池を製造することができる。そのため、銀粒子を、導電性成分の主要成分として用いることが好ましい。

銅粒子は、比較的低価格であり、高い導電率を有するため、電極材料として好ましい。導電性成分として銅粒子を用いることにより、導電性ペーストのコストを低くすることができる。

本発明の導電性ペーストには、その用途の性能が損なわれない範囲で、銀粒子及び／若しくは銅粒子以外の他の金属粒子、又は銀粒子及び／若しくは銅粒子との合金粒子を含むことができる。低い電気抵抗及び高い信頼性を得る点から、導電性成分は銀粒子を導電性成分全体に対して８０重量％以上含むことが好ましく、９０重量％以上含むことがより好ましく、導電性成分は銀粒子のみからなることがさらに好ましい。

なお、「導電性成分は銀粒子のみからなる」とは、不可避的に存在する不純物を除き、実質的に導電性成分の全部が銀粒子であることを意味する。すなわち、導電性成分が銀粒子のみからなる場合には、導電性成分は、銀粒子以外に、不可避的に存在する不純物を含有することができる。銀粒子以外の他の成分についても同様である。

＜（Ｂ）熱硬化性樹脂＞
本発明の導電性ペーストは、（Ｂ）エポキシ樹脂を含む。

エポキシ樹脂の例として、高分子量のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ｐ−グリシジルオキシフェニルジメチルトリスビスフェノールＡジグリシジルエーテルのような分岐状多官能ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ジグリシジルビフェニルのようなビフェニル型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、トリス（ヒドロキシルフェニル）メタン型エポキシ樹脂、ビニル（３，４−シクロヘキセン）ジオキシド、３，４−エポキシシクロヘキシルカルボン酸（３，４−エポキシシクロヘキシル）メチル、アジピン酸ビス（３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル）、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）５，１−スピロ（３，４−エポキシシクロヘキシル）−ｍ−ジオキサンのような脂環式エポキシ樹脂、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジル、３−メチルヘキサヒドロフタル酸ジグリシジル、ヘキサヒドロテレフタル酸ジグリシジルのようなグリシジルエステル型エポキシ樹脂、ジグリシジルアニリン、ジグリシジルトルイジン、トリグリシジル−ｐ−アミノフェノール、テトラグリシジル−ｍ−キシリレンジアミン、テトラグリシジルビス（アミノメチル）シクロヘキサンのようなグリシジルアミン型エポキシ樹脂、１，３−ジグリシジル−５−メチル−５−エチルヒダントインのようなヒダントイン型エポキシ樹脂、１，３−ビス（３−グリシドキシプロピル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサンのようなシリコーン骨格をもつエポキシ樹脂のようなエポキシ樹脂を挙げることができる。

本発明の導電性ペーストに含まれる（Ｂ）エポキシ樹脂は、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂及びビスフェノールＡ型エポキシ樹脂から選択される少なくとも１つを含むことが好ましい。（Ｂ）エポキシ樹脂は、実質的に、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂及びビスフェノールＡ型エポキシ樹脂から選択される少なくとも１つからなることが好ましい。（Ｂ）エポキシ樹脂として、所定のエポキシ樹脂を用いることにより、低温（例えば２５０℃以下）で、熱硬化性樹脂の熱硬化をすることができる。

＜（Ｃ）イミダゾール＞
本発明の導電性ペーストは、（Ｃ）イミダゾールを含む。

本発明の導電性ペーストは、（Ｃ）イミダゾールが、式（１）、式（２）及び式（３）のイミダゾールから選択される少なくとも１つ含むことが好ましい。
式（１）

式（２）

式（３）

本発明の導電性ペーストが、式（１）、式（２）及び式（３）のイミダゾールから選択される少なくとも１つ含むことにより、得られる導電膜（例えば、太陽電池の電極）の比抵抗を、より低くすることができる。

＜（Ｄ）溶剤＞
本発明の導電性ペーストは、（Ｄ）溶剤を含む。（Ｄ）溶剤の添加により、導電性ペーストの粘度を調整することができる。

本発明の導電性ペーストに含まれる溶剤の例として、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン等の芳香族炭化水素；テトラヒドロフラン等のエーテル類；メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン等のケトン類；２−ピロリドン、１−メチル−２−ピロリドン等のラクタム類；エチルグリコールモノフェニルエーテル、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、ジ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（ブチルカルビトール）、及び、これらに対応するプロピレングリコール誘導体等のエーテルアルコール類；それらに対応する酢酸エステル等のエステル類（例えば、ブチルカルビトールアセテート）；マロン酸、コハク酸等のジカルボン酸のメチルエステルあるいはエチルエステル等のジエステル類を挙げることができる。これらの中では、エチルグリコールモノフェニルエーテル及びブチルカルビトールアセテートから選択される少なくとも一つを好ましく用いることができる。

本発明の導電性ペーストは、（Ｄ）溶剤が、エチレングリコールモノフェニルエーテル又はブチルカルビトールアセテートを含むことが好ましい。

（Ｄ）溶剤が、エチレングリコールモノフェニルエーテル又はブチルカルビトールアセテートを含むことにより、低い比抵抗の導電膜（例えば、太陽電池の電極）を得ることを、より確実にすることができる。また、所定の溶剤を用いることにより、導電性ペーストの粘度をさらに適切に調整することができ、印刷される導電膜の印刷特性を向上することができる。具体的には、導電膜のパターンが細線形状である場合には、線幅を細く一定にすることができ、膜厚を一定にすることができ、高いアスペクト比の形状とすることができる。

本発明の導電性ペーストをスクリーン印刷によって透明導電膜等の表面に塗布する場合、導電性ペーストの常温における見かけ粘度は、１００〜１０００Ｐａ・ｓであることが好ましく、２００〜８００Ｐａ・ｓであることがより好ましく、３００〜６００Ｐａ・ｓであることがさらに好ましい。なお、粘度は、ブルックフィールド粘度計：ＨＢＤ型（ブルックフィールド社製）を用いて、回転速度５ｒｐｍ、温度２５℃で測定した値を用いることができる。導電性ペースト中の（Ｄ）溶剤の配合量を調整することにより、導電性ペーストの粘度を所定の範囲にすることができる。

＜その他の成分＞
本発明の導電性ペーストは、上述の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）成分以外に、下記の成分を含むことができる。

本発明の導電性ペーストは、エポキシ樹脂以外の熱硬化性樹脂を含むことができる。そのような、熱硬化性樹脂の例として、尿素樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂のようなアミノ樹脂；オキセタン樹脂；レゾール型フェノール樹脂、アルキルレゾール型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、アルキルノボラック型フェノール樹脂、アラルキルノボラック型フェノール樹脂のようなフェノール樹脂；シリコーンエポキシ、シリコーンポリエステルのようなシリコーン変性樹脂；ビスマレイミド、ポリイミド樹脂等を挙げることができる。

本発明の導電性ペーストは、熱可塑性樹脂を含むことができる。熱可塑性樹脂の例として、ノボラック型フェノール樹脂、アリルフェノール樹脂、フェノキシ樹脂、ブチラール樹脂、セルロース樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、熱可塑性のキシレン樹脂、ヒドロキシスチレン系重合体、セルロース誘導体、及び、これらのうち２種以上の混合物が挙げられる。

本発明の導電性ペーストは、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂として、（Ｅ）フェノール樹脂をさらに含むことが好ましい。本発明の導電性ペーストが、（Ｅ）フェノール樹脂をさらに含むことにより、低温（例えば２５０℃以下）での、熱硬化性樹脂の熱硬化を、より確実にすることができる。

本発明の導電性ペーストは、（Ｆ）カップリング剤をさらに含むことが好ましい。導電性ペーストがさらにカップリング剤を含むことにより、導電性成分等の無機成分と、熱硬化性樹脂との接着性をより良好なものにすることができる。

本発明の導電性ペーストは、さらに、無機顔料、有機顔料、レベリング剤、チキソトロピック剤、及び消泡剤からなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことができる。

＜導電性ペーストの製造方法＞
本発明の導電性ペーストの製造方法は、特に限定されない。本発明の導電性ペーストは、各成分を、所定の配合で、ライカイ機、プロペラ撹拌機、ニーダー、三本ロールミル、及びポットミル等の混合機に投入し、混合することにより、製造することができる。

本発明の導電性ペーストは、スクリーン印刷法等の公知の方法によって透明電極等の表面に塗布することができる。導電性ペーストを透明電極等の表面に塗布した後、導電性ペーストを所定の温度に加熱して硬化することにより、導電膜を形成することができる。

導電性ペーストの熱硬化のための加熱温度は、電極形成時の処理温度が２５０℃以下であることが好ましく、２００℃以下であることがより好ましい。具体的には、導電性ペーストの熱硬化のための加熱温度は、好ましくは６０〜２５０℃であり、より好ましくは６０〜２００℃、さらに好ましくは１００〜２００℃である。

透明電極等の表面に塗布する導電性ペーストの厚みは、好ましくは１０〜１００μｍであり、より好ましくは１５〜８０μｍであり、さらに好ましくは２０〜５０μｍである。

本発明の導電性ペーストを加熱して得られた導電膜は、基板に対する密着強度が高い、比抵抗が低い（導電性が高い）、及び接触抵抗が低いという特徴を有している。そのため、本発明の熱硬化型導電性ペーストを用いることにより、半導体装置等が高温により劣化することなく、半導体装置等に対して良好な電極を形成することができる。

本発明の導電性ペーストは、半導体装置、電子部品の電極及び回路パターン等の形成に用いることができる。本発明の導電性ペーストは、半導体基板及びセラミック基板等だけでなく、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）及びＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等の耐熱性の低い基板へ回路パターンや電極を形成するために用いることができる。

本発明の熱硬化型導電性ペーストを用いて、ＩＴＯ薄膜等の透明導電膜の表面へ電極を形成した場合、低い接触抵抗を得ることができる。特に、ＩＴＯ薄膜へ電極を形成した場合、低い接触抵抗（例えば８ｍΩ・ｃｍ^２以下の接触抵抗）を比較的容易に得ることができる。したがって、本発明の熱硬化型導電性ペーストは、透明導電膜、特にＩＴＯ薄膜を材料とする透明電極の表面に電極を形成するために好適に用いることができる。

本発明の導電性ペーストは、太陽電池電極形成用の導電性ペーストとして好ましく用いることができる。本発明の導電性ペーストは、特に、アモルファスシリコン系等の薄膜材料を用いた太陽電池、例えば、アモルファスシリコン太陽電池、ヘテロ接合型太陽電池及び化合物半導体太陽電池（ＣＩＳ太陽電池、ＣＩＧＳ太陽電池及びＣｄＴｅ太陽電池等）の電極形成用の導電性ペーストとして、好ましく用いることができる。アモルファスシリコン系等の薄膜材料は高温に弱い。本発明の導電性ペーストを用いることにより、比較的低温での電極形成を行うことができる。本発明の導電性ペーストは、図１に示すような、比較的変換効率の高いヘテロ接合型太陽電池の電極形成のために、特に好ましく用いることができる。

本発明の太陽電池電極形成用の導電性ペーストは、電極形成時の処理温度が２５０℃以下であることが好ましく、２００℃以下であることがより好ましい。このような温度で電極形成を行うことにより、高温に弱い薄膜材料に対する悪影響を抑制することができる。

以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。

［導電性ペーストの調整］
導電性ペーストの原料として、表４に示す材料を準備した。表１〜３に、実施例１〜１７及び比較例１〜６の材料の配合を示す。表１〜３に示される配合割合は、（Ｄ）溶剤を除いた導電性ペーストの重量を１００重量部としたときの重量部である。すなわち、表１〜３に示される配合割合は、（Ａ）導電性成分、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）イミダゾール、（Ｅ）フェノール樹脂及び（Ｆ）カップリング剤の合計重量を１００重量部としたときの、各成分の重量部である。

（Ａ）導電性成分
導電性成分として、表４に示す銀粒子Ａ及びＢの２種類を、表１〜３に示す配合で用いた。
銀粒子Ａ：粒子形状はフレーク状で、平均粒子径は３μｍである。
銀粒子Ｂ：粒子形状は球状で、平均粒子径は１μｍである。

（Ｂ）エポキシ樹脂
熱硬化性樹脂として、表４に示すエポキシ樹脂Ａ、Ｂ及びＣの３種類を、表１〜３に示す配合で用いた。
エポキシ樹脂Ａ：多官能エポキシ樹脂（トリスフェノールメタンエポキシ樹脂）
エポキシ樹脂Ｂ：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂
エポキシ樹脂Ｃ：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂

（Ｃ）イミダゾール
イミダゾールとして、表４に示すイミダゾールＡ〜Ｃの３種類を、表１〜３の配合で用いた。イミダゾールＡ〜Ｃは、下記の化学式で示される。
イミダゾールＡ：下記式（１）のイミダゾール
式（１）

イミダゾールＢ：下記式（２）のイミダゾール
式（２）

イミダゾールＣ：下記式（３）のイミダゾール
式（３）

（Ｄ）溶剤
溶剤として、表４に示す溶剤Ａ及びＢの２種類を、表１〜３に示す配合で用いた。

（Ｅ）フェノール樹脂
表４に示すフェノキシ樹脂を、表１〜３に示す配合で用いた。

（Ｆ）カップリング剤
表４に示すカップリング剤を、表１〜３に示す配合で用いた。

上記（Ａ）〜（Ｆ）の各成分を表１〜３に示す重量比で混合して、実施例１〜１７及び比較例１〜６の導電性ペーストを調製した。

次に、上述の所定の調製割合の材料を、プラネタリーミキサーで混合し、さらに三本ロールミルで分散し、ペースト化することによって導電性ペーストを調製した。

［比抵抗の測定］
実施例１〜１７及び比較例１〜６の導電性ペーストを加熱して得られた導電膜の比抵抗（電気抵抗率）を測定した。

実施例１〜１７及び比較例１〜６の比抵抗は、以下の手順で測定した。すなわち、幅１５ｍｍ、長さ１５ｍｍ、厚さ２００μｍのアルミナ基板を準備した。この基板上に、３２５メッシュのステンレス製スクリーンを用いて、図２に示すような導電性ペーストからなるパターンを印刷した。

次に、基板上に塗布した実施例１〜１７及び比較例１〜６の導電性ペーストからなるパターンを、２００℃で３０分間加熱して、比抵抗測定用試料を得た。

実施例１〜１７及び比較例１〜６の導電性ペーストを加熱して得られた、比抵抗測定用試料の導電膜パターンの比抵抗を、東陽テクニカ社製マルチメーター２００１型を用いて、４端子法で測定した。測定結果を表１〜３に示す。

なお、比抵抗測定用試料として、同じ条件のものを４個作製し、測定値は４個の平均値として求めた。

表１〜３から明らかなように、本発明の実施例１〜１７の導電性ペーストを用いて得られた導電膜の比抵抗（電気抵抗率）は、９．８μΩ・ｃｍ（実施例１）以下だった。一般的に、１０μΩ・ｃｍ以下の比抵抗であれば、電極として好適に使用できるといえる。これに対して、比較例１〜６の導電性ペーストを用いて得られた導電膜の比抵抗（電気抵抗率）は、１０．３μΩ・ｃｍ（比較例３）〜１３．２μΩ・ｃｍ（比較例１）の範囲だった。したがって、本発明の実施例１〜１７の導電性ペーストを用いて導電膜を形成することにより、より低い比抵抗を得ることができることが明らかとなった。

［接触抵抗の測定］
実施例１〜１７及び比較例１〜６の導電性ペーストを用いて、透明導電膜を有する結晶系シリコン基板の表面に電極を形成し、接触抵抗を測定した。具体的には、実施例１〜１７及び比較例１〜６の導電性ペーストを用いた接触抵抗測定用パターンを、結晶系シリコン基板の表面に形成された透明導電膜の上にスクリーン印刷し、加熱することにより、接触抵抗測定用電極を得た。

基板として、ｎ型結晶系シリコン基板（基板厚み２００μｍ）を用いた。

次に、ｎ型結晶系シリコン基板の表面に、透明導電膜を形成した。具体的には、酸化インジウム及び酸化スズを含むスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により、酸化インジウムスズ薄膜（ＩＴＯ薄膜）を形成した。得られたＩＴＯ薄膜のシート抵抗は、８０Ω／squareだった。このようにして得られた接触抵抗測定用基板を、接触抵抗測定用電極の作製のために使用した。

接触抵抗測定用基板への導電性ペーストの印刷は、スクリーン印刷法によって行った。上述の基板上に、膜厚が約３０μｍになるように接触抵抗測定用パターンを印刷し、その後、２００℃で３０分間加熱して、接触抵抗測定用試料を得た。図３に、接触抵抗測定のために用いた接触抵抗測定用パターンの平面模式図を示す。図３に示す接触抵抗測定用パターンは、幅０．１ｍｍ、長さ１３．５ｍｍの７つの長方形の電極パターンを、ピッチ間隔が２．０５ｍｍになるように配置したパターンである。

接触抵抗測定用試料として、同じ条件のものを３個作製し、測定値は３個の平均値として求めた。

接触抵抗は、図３に示す所定の長方形の電極パターン間の電気抵抗をGP Solar社製GP 4TEST Proを用い、ＴＬＭ法（Transfer length Method）により求めた。接触抵抗が１０ｍΩ・ｃｍ^２以下である場合には、透明導電膜上の電極として使用可能である。接触抵抗が８ｍΩ・ｃｍ^２以下である場合には透明導電膜上の電極として好ましく使用することができる。

表１〜３から明らかなように、実施例１〜１７及び比較例１〜６の導電性ペーストを用いて得られた導電膜の透明導電膜（ＩＴＯ薄膜）に対する接触抵抗は、７．９ｍΩ・ｃｍ^２（実施例１）以下だった。したがって、実施例１〜１７の接触抵抗に関しては、透明導電膜上の電極として好ましく使用することができる数値範囲であるといえる。なお、比較例１〜６に関して、比抵抗は高い値であったが、接触抵抗は良好な値であるといえる。

＜はんだ付け接着強度の測定＞
本発明の導電性ペーストの評価の一つとして、はんだ付け接着強度を測定した。はんだ付け接着強度測定用基板としては、上述の接触抵抗の測定の場合と同様に、透明導電膜を有する結晶系シリコン基板を用いた。この基板の表面に太陽電池電極に模した電極パターンを形成し、接触抵抗を測定した。

透明導電膜を有する結晶系シリコン基板を、１５ｍｍ×１５ｍｍの正方形に切断して使用した。

電極パターンを形成するための導電性ペーストの印刷は、スクリーン印刷法によって行った。表１、表２及び表３に示す実施例及び比較例の導電性ペーストを用い、上述の基板の透明導電膜上に、膜厚が約２０μｍになるように、長さ１．３ｍｍ、２ｍｍ幅の電極パターンを印刷し、加熱することにより、はんだ付け接着強度測定用の電極を得た。

はんだ付けをした金属リボンの接着強度測定用の試料は以下のように作製し、測定した。上述の１５ｍｍ角のはんだ付け接着強度測定用基板に形成された電極に、インターコネクト用の金属リボンである銅リボン（幅１．５ｍｍ×全厚み０．１６ｍｍ、共晶はんだ［スズ：鉛＝６４：３６の重量比］を約４０μｍの膜厚で被覆）を、フラックスを用いてはんだ付けパッド上に２５０℃の温度で３秒間はんだ付けすることにより、接着強度測定用の試料を得た。その後、リボンの一端に設けたリング状部をデジタル引張りゲージ（エイアンドディー社製、デジタルフォースゲージＡＤ−４９３２−５０Ｎ）によって基板表面に対して９０度方向に引っ張り、接着の破壊強度を測定することによってはんだ付け接着強度の測定を行った。なお、試料は１０個作製し、測定値は１０個の平均値として求めた。なお、金属リボンの接着強度が１Ｎ／ｍｍより大きい場合には、使用に耐える良好な接着強度であるといえる。

はんだ付け接着強度の測定結果を、表１〜３の「接着強度」欄に示す。

表１〜３から明らかなように、実施例１〜１７の導電性ペーストを用いて得られた導電膜のはんだ付け接着強度は、１．３１Ｎ／ｍｍ（実施例１）以上だった。したがって、実施例１〜１７のはんだ付け接着強度に関しては、使用に耐える良好な接着強度であるといえる。なお、比較例１及び２の導電性ペーストを用いて得られた導電膜のはんだ付け接着強度は、それぞれ０．６２Ｎ／ｍｍ及び０．７０Ｎ／ｍｍだった。したがって、比較例１及び２のはんだ付け接着強度に関しては、使用に耐える良好な接着強度であるとはいえない。

［印刷特性の評価］
上述の接触抵抗測定用パターンの形状を測定することにより、印刷特性の評価を行った。接触抵抗測定用パターンの形状の測定は、レーザーテック社製コンフォーカル顕微鏡OPTELICS H1200及び表面粗さ形状測定機1500SD2を用いて行った。表１〜３に記号「○」として示すように、実施例１〜１７及び比較例１〜６の導電性ペーストの透明導電膜（ＩＴＯ薄膜）の表面への印刷特性は良好だった。

１０結晶系シリコン基板
１２ｉ型アモルファスシリコン層
１４ａｐ型アモルファスシリコン層
１４ｂｎ型アモルファスシリコン層
１６透明導電膜
１８ａ光入射側電極
１８ｂ裏面電極

Claims

（Ａ）導電性成分、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）イミダゾール、（Ｄ）溶剤及び（Ｅ）フェノール樹脂を含み、（Ｄ）溶剤を除いた導電性ペーストを１００重量％として、導電性ペースト中の（Ｃ）イミダゾールが０．１〜１．０重量％であり、
（Ｂ）エポキシ樹脂が、トリスフェノールメタンエポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂及びビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を含み、
（Ｃ）イミダゾールが、式（１）及び式（２）のイミダゾールから選択される少なくとも１つ含み、
（Ｄ）溶剤が、ブチルカルビトールアセテートを含む、太陽電池電極形成用の導電性ペースト。
式（１）

式（２）
（Ｆ）カップリング剤をさらに含む、請求項１に記載の導電性ペースト。
（Ａ）導電性成分の含有量が、導電性ペースト全体に対して７５〜９８重量％である、請求項１又は２に記載の導電性ペースト。
（Ａ）導電性成分、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）イミダゾール、（Ｅ）フェノール樹脂及び（Ｆ）カップリング剤の合計重量を１００重量部としたときに、（Ｅ）フェノール樹脂の含有量が１．５６〜１．７６重量％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性ペースト。
アモルファスシリコン太陽電池、ヘテロ接合型太陽電池又は化合物半導体太陽電池の電極形成用の導電性ペーストである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電性ペースト。