スクリーン印刷による微細電極形成時のペーストの流動特性に関する研究

導電性ペーストのスクリーン印刷は、太陽電池などのエレクトロニクス分野での電子回路製造に広く利用されています。特に、太陽電池の表面電極形成では、電極の細線化と高アスペクト比化が求められています。この細線化により、受光面の影を低減し、太陽電池の効率を向上させることが期待されています。しかし、単に電極を細くするだけでは電気抵抗が増加するため、電極厚みも同時に増加させることが必要です。スクリーン印刷による電極形成に関する研究は少なく、ペーストの流動を直接観察することが困難であり、各工程に切り分けて解析することが難しいため、印刷技術の向上には不十分です。本研究の目的は、スクリーン印刷工程を分けて観察し、電極形成に影響する要因を明らかにすることです。

研究の結果、スクリーン印刷におけるペーストの流動特性は、バルク状態と表面を有する状態の両方が相互に影響し合っていることが明らかになりました。特に、版離れ工程では、表面を有する流動が支配的であり、バルクの流動性とは直接関係しないことが確認されました。銀粉の吸油量が小さいペーストは、高い流動性を示すため、良好な電極形状が形成されました。しかし、開口幅が40μm以下になると、充填工程や版離れ工程の影響がより顕著に現れ、ペーストの滑り性やメッシュへの付着性が重要な要因となることが示されました。

本研究では、スクリーン印刷工程を充填工程、版離れ工程、レベリング工程に分けて観察し、それぞれの工程におけるペーストの流動特性を評価しました。具体的には、バルク状態の粘度特性、動的粘弾性特性、伸長流動特性、表面を有する流動性（曳糸性や吸油量、表面流動性）を多角的に測定しました。さらに、充填モデル実験、版離れモデル実験、レベリングモデル実験を行い、ペーストのスクリーンマスクに対する滑り性や版抜け性も検討しました。

本研究の結果、スクリーン印刷による電極形成において、バルク状態と表面を有する流動状態の両方が電極形状に影響を与えることが明らかになりました。特に、版離れ工程では銀粉の吸油量が小さいペーストが高い流動性を示し、良好な電極形状が形成されました。しかし、開口幅が40μm以下になると、充填工程や版離れ工程において、ペーストの滑り性やメッシュへの付着性が重要な要因となり、これらの特性が電極形状に大きく影響することが示されました。この研究結果は、太陽電池の高効率化を目指すためのスクリーン印刷技術の向上に貢献するものです。

今後は、ペーストの成分や表面処理の違いが各工程における流動特性に与える影響をさらに詳細に検討する必要があります。また、スクリーンマスクの構造や材料、印刷条件の最適化を進めることで、電極の細線化と高アスペクト比化を実現し、さらに高効率な太陽電池の開発に寄与することが期待されます。さらに、他のエレクトロニクス分野への応用可能性を探るため、異なる種類の導電性ペーストやスクリーンマスクを用いた実験も行い、普遍的なスクリーン印刷技術の確立を目指します。