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| 印刷到硅晶圆上的铜布线 |
用来形成银布线的银膏在太阳能电池单元的材料成本约占1/4。通过将银膏换成更便宜的铜膏，可使材料成本瞬间削减两成。
研究小组获得的数据表明，使用铜膏的布线电阻值比银膏低，通过组合使用此次的技术与布线宽度减小技术，还可提高电池转换效率。“海外研究机构认为可提高3～4个百分点”（小池）。
所以将银布线换成铜布线一直备受全球太阳能电池厂商的关注。但该领域存在铜向硅中扩散，导致太阳能电池单元性能变差，以及铜在烧结时氧化，导致电阻值升高等问题。东北大学通过（1）在硅晶圆与铜布线之间形成扩散阻挡层防止铜扩散，（2）改进铜膏的烧结条件防止氧化等措施解决了上述问题。
同时实施氧化与还原
（1）中的扩散阻挡层由厚度为5～10nm的氧化物构成。不仅可防止铜扩散，而且还具有导电性以及与铜膏的高密着性（图1）。由于很薄，因此对太阳光的透射率几乎没有影响。目前的扩散阻挡层是将硅晶圆浸入溶液状的材料后，在500℃左右的温度下烧结形成的。
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| 图1：涂布扩散阻挡层后印刷铜膏 东北大学开发出了太阳能电池使用的铜膏材料。在硅晶圆上涂布扩散阻挡层后，印刷铜膏形成布线。（照片由东北大学提供） |
（2）中的铜膏烧结条件是部分置于还原气体中。银膏是在大气中烧结，膏中的树脂等会变成挥发性氧化物，容易去除。但铜膏为防止氧化则置于氮气中，难以去除树脂。为去除树脂提高氧浓度的话，铜表面就会氧化。虽然相关工艺细节未公布，但据称开发了在烧结炉中同时实施氧化和还原的工艺。
在500℃下烧结1分钟烧结后，铜布线电阻率变为与Ag布线同等或更小的5μΩcm左右。即使延长烧结时间，电阻率也不会上升，因此可在充分防止铜氧化的同时进行烧结（图2）。另外还证实，调整烧结气体的话电阻率还可降至3μΩcm左右。
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| 图2：烧结条件为500℃下1分钟 印刷铜膏后，在500℃以上温度下烧结的话，电阻率就会下降。将烧结时间延长到1分钟以上，电阻率也不会有大的变化。（图片由东北大学提供） |
新企业也有机会
目前关键技术的开发已经完毕，并在2012年度内确认了太阳能电池单元的特性，计划2013年度内完成量产技术的开发（图3）。其间将成立铜膏材料制造公司，同时向材料厂商、制造设备厂商及太阳能电池厂商等实施技术授权，推进实用化 注1）。
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| 图3：目标是尽快实现业务运作 关键技术的开发和概念验证预定在2012年度内完成（a）。今后将在开发量产技术的同时，向各厂商提供技术授权，尽快实现业务运作（b）。其间将新成立铜膏制造企业。 |
小池之所以坚信能够将铜膏材料制造公司“培育为世界级企业”，就在于曾经有过新材料席卷市场的先例。以前就有企业开发出了可使电池单元转换效率提高0.35个百分点的银膏新材料，而快速提高了份额。因此，可提高3～4个百分点的铜膏材料，即便是新涉足的企业，也能够充分扩大份额。
责任编辑：solar_robot
