导电浆料中的含Al、Si和Mg的颗粒以及太阳能电池的制备_3

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i、W、Pb、Pd或混合物或两种或 更多种那些合金的合金。
[0087] 在本发明的一个实施方案中,所述金属颗粒包含涂覆有一种或多种其他不同的金 属或合金的金属或合金,例如涂覆有银的铜。
[0088] 作为除上述成分之外的金属颗粒的其他成分,根据本发明,优选为有助于所形成 电极的更有利烧结性能、电接触、粘合性和导电性的那些成分。在所述金属颗粒中,可使用 本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有其他成分。根据本发明,优选为代 表与待施加所述导电浆料的面互补的掺杂剂的那些其他成分。当形成与η型掺杂的Si层 界面连接的电极时,优选能在Si中起η型掺杂剂作用的添加剂。就此而言,优选的η型掺 杂剂为第15族元素或者在焙烧后得到该类元素的化合物。就本发明而言,优选的第15族 元素为Ρ和Bi。当形成与ρ型掺杂的Si层界面连接的电极时,优选能在Si中起ρ型掺杂 剂作用的添加剂。优选的P型掺杂剂为第13族元素或者在焙烧后得到该类元素的化合物。 就此而言,本发明优选的第13族元素为B和A1。
[0089] 本领域技术人员公知金属颗粒可具有各种形状、表面、尺寸、表面积与体积比、氧 含量和氧化物层。许多形状是本领域技术人员所已知的。一些实例为球状、角状、细长状 (棒状或针状)和扁平状(片状)。金属颗粒也可作为不同形状颗粒的组合形式存在。根 据本发明,优选为具有一种形状或形状组合且有利于所制得电极的有利烧结、电接触、粘合 性和导电性的金属颗粒。在不考虑表面特性下,一种表征该类形状的方式是借助参数长度、 宽度和厚度。就本发明而言,颗粒的长度由两个端点包含在颗粒内的最长空间位移矢量的 长度给出。颗粒的宽度由与上文所定义的长度矢量垂直且两个端点包含在颗粒内的最长空 间位移矢量的长度给出。颗粒的厚度由与上文所定义的两个长度矢量和宽度矢量垂直且两 个端点包含在颗粒内的最长空间位移矢量的长度给出。在本发明的一个实施方案中,优选 具有尽可能均一形状的金属颗粒,即其中涉及长度、宽度和厚度的比例尽可能接近1的形 状,优选所有比例均处于约〇. 7-约1. 5,更优选约0. 8-约1. 3,最优选约0. 9-约1. 2的范 围内。因此,在该实施方案中,金属颗粒的优选形状实例为球状和立方体或其组合,或者其 一种或多种与其他形状的组合。在本发明的一个实施方案中,所述导电浆料中的Ag颗粒为 球状的。在本发明的另一实施方案中,优选具有低形状均一性的金属颗粒,优选具有大于约 1. 5,更优选大于约3,最优选大于约5的至少一个涉及长度、宽度和厚度尺寸的比值。根据 该实施方案,优选的形状为薄片状、棒状或针状,或者薄片状、棒状或针状与其他形状的组 合。
[0090] 各种表面类型是本领域技术人员所已知的。根据本发明,对金属颗粒的表面类型 而言,有利于有效烧结且获得所制得电极的有利电接触和导电性的表面类型是有利的。
[0091] 粒径d5。以及相关值d i。和d9。是本领域技术人员所公知的颗粒特性。根据本发明, 优选所述金属颗粒的平均粒径d5。为约0. 5-约10 μ m,更优选约1-约10 μ m,最优选约1-约 5 μπι。粒径d5。的测定是本领域技术人员所公知的。
[0092] 在本发明的一个实施方案中,所述银颗粒具有约1-约4 μ m,优选约2-约3. 5 μ m, 更优选约2. 8-约3. 2 μ m的d5。。
[0093] 在本发明的另一实施方案中,所述铝颗粒具有约1-约5 μ m,优选约2-约4 μ m,更 优选约2. 5-约3. 5μπι的d5。。
[0094] 所述金属颗粒可具有表面涂层。可将本领域技术人员所已知且认为适于本发明上 下文的任何该类涂层用于所述金属颗粒上。根据本发明,优选的涂层为促进所述导电浆料 的改进的印刷、烧结和蚀刻特性的那些涂层。如果存在该涂层,则根据本发明优选所述涂层 对应于不大于约10重量%,优选不大于约8重量%,最优选不大于约5重量%,在每种情况 下基于所述金属颗粒的总重量。
[0095] 在本发明的一个实施方案中,所述银颗粒以占该导电浆料的大于约50重量%,优 选大于约70重量%,最优选大于约80重量%的比例存在。
[0096] 无机反应体系
[0097] 根据本发明,所述导电浆料中存在无机反应体系,优选玻璃料以导致蚀刻和烧结。 优选的无机反应体系优选为玻璃,优选玻璃料,或者能在焙烧后形成玻璃的材料。有效的蚀 刻是蚀穿可施加在Si晶片上且因此位于正面掺杂层和所施加的导电浆料之间的任何其他 层以及以合适程度蚀入Si晶片中所需的。Si晶片的合适蚀刻意味着足够深,从而导致电极 和正面掺杂层之间的良好电接触且因此导致低接触电阻,但不如此深以至于干扰p-n结边 界。就本发明而言,优选无机反应体系,优选玻璃料为具有玻璃化转变温度的无定形或部分 结晶固体。玻璃化转变温度Tg为无定形物质在加热时由刚性固体转变成部分流动的过冷熔 体时的温度。测定玻璃化转变温度的方法是本领域技术人员所公知的。由无机反应体系, 优选玻璃料所导致的蚀刻和烧结在高于无机反应体系,优选玻璃料的玻璃化转变温度下发 生,且优选该玻璃化转变温度低于所需的峰值焙烧温度。无机反应体系,优选玻璃料是本领 域技术人员所公知的。本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有无机反应体 系,优选玻璃料均可用作所述导电浆料中的无机反应体系。
[0098] 就本发明而言,存在于所述导电浆料中的无机反应体系,优选玻璃料优选包含元 素、氧化物、在加热时产生氧化物的化合物、其他化合物或其混合物。就此而言,优选的元素 为 Si、B、Al、Bi、Li、Na、Mg、Pb、Zn、Gd、Ce、Zr、Ti、Mn、Sn、Ru、Co、Fe、Cu、Ba、Cr 或该列表 中两种或更多种的混合物。就本发明而言,所述无机反应体系,优选玻璃料可包含的优选 氧化物为碱金属氧化物、碱土金属氧化物、稀土氧化物、第V和VI族氧化物、其他氧化物或 其组合。就此而言,优选的碱金属氧化物为氧化钠、氧化锂、氧化钾、氧化铷、氧化铯或其组 合。就此而言,优选的碱土金属氧化物为氧化铍、氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡或其组合。 就此而言,优选的第V族氧化物为磷氧化物,例如?205;铋氧化物,例如Bi 203;或其组合。就 此而言,优选的第VI族氧化物为碲氧化物,例如Te02S TeO 3;硒氧化物,例如SeO 2;或其组 合。优选的稀土氧化物为铈氧化物,例如Ce02;和镧氧化物,例如La 203。就此而言,其他优 选的氧化物为硅氧化物,例如3102;锌氧化物,例如ZnO ;铝氧化物,例如A1 203;锗氧化物,例 如Ge02jji氧化物,例如V 205;银氧化物,例如Nb 205;氧化硼;妈氧化物,例如W0 3;钼氧化物, 例如Μ〇03·氧化物,例如In 203;上文作为优选元素所列的那些元素的其他氧化物;或其组 合。优选的氧化物还为包含至少两种作为所述无机反应体系,优选玻璃料的优选元素成分 列出的元素的混合氧化物,或者通过加热至少一种上文提及的氧化物与至少一种上文提及 的金属而形成的混合氧化物。就本发明而言,还优选至少两种上文所列氧化物和混合氧化 物的混合物。
[0099] 如上所述,优选所述无机反应体系,优选玻璃料具有低于所述导电浆料的所需焙 烧温度的玻璃化转变温度。在本发明的一个实施方案中,所述无机反应体系,优选玻璃料具 有约250-约530°C,更优选约300-约500°C,最优选约320-约450°C的玻璃化转变温度。
[0100] 本领域技术人员公知玻璃料颗粒可具有各种形状、表面性质、尺寸、表面积与体积 比以及涂层。玻璃料颗粒的许多形状是本领域技术人员所已知的。一些实例为球状、角状、 细长状(棒状或针状)和扁平状(片状)。玻璃料颗粒也可作为不同形状颗粒的组合形式 存在。根据本发明,优选为具有一种形状或形状组合且有利于所制得电极的有利烧结、粘合 性、电接触和导电性的玻璃料。
[0101] 平均粒径d5。以及相关参数d i。和d 9。是本领域技术人员所公知的颗粒特性。根据 本发明,优选所述玻璃料的平均粒径d5。为约0. 1-约10 μ m,更优选约0. 2-约7 μ m,最优选 约 0. 5_ 约 5 μ m。
[0102] 在本发明的一个实施方案中,所述玻璃料具有约0. 1-约3 μπι,优选约0. 5-约 2 μ m,更优选约0· 8-约1. 5 μ m的d5。。
[0103] 有机载体
[0104] 就本发明而言,优选的有机载体为基于一种或多种确保所述导电浆料的成分以溶 解、乳化或分散形式存在的溶剂,优选有机溶剂的溶液、乳液或分散体。优选的有机载体为 提供导电浆料中各成分的最佳稳定性且赋予该导电浆料以允许有效线印刷性的粘度的那 些。根据本发明,优选的有机载体包含如下作为载体组分:
[0105] (i)粘合剂,优选为约1-约10重量%,更优选约2-约8重量%,最优选约3-约7 重量% ;
[0106] (ii)表面活性剂,优选为约0-约10重量%,更优选约0-约8重量%,最优选约 0. 01-约6重量% ;
[0107] (iii) -种或多种溶剂,其比例取决于所述有机载体中的其他成分的比例;(iv) 任选的添加剂,优选为约ο-约10重量%,更优选约ο-约8重量%,最优选约1-约5重量%;
[0108] 其中重量%各自基于所述有机载体的总重量且加合为100重量%。根据本发明, 优选的有机载体为允许获得上述导电浆料的优选高水平印刷性的那些。
[0109] 粘合剂
[0110] 就本发明而言,优选的粘合剂为有助于形成具有有利的稳定性、印刷性、粘度、烧 结和蚀刻性能的导电浆料的那些。粘合剂是本领域技术人员所公知的。可使用本领域技 术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有粘合剂作为有机载体中的粘合剂。根据本 发明,优选的粘合剂(通常落入称为"树脂"的类别中)为聚合物粘合剂、单体粘合剂以及 为聚合物和单体组合的粘合剂。聚合物粘合剂也可为共聚物,其中在单一分子中包含至少 两种不同的单体单元。优选的聚合物粘合剂为在聚合物主链中带有官能团的那些、在主链 之外带有官能团的那些以及在主链之内和之外均带有官能团的那些。优选的在主链中带 有官能团的聚合物例如为聚酯、取代的聚酯、聚碳酸酯、取代的聚碳酸酯、在主链中带有环 状基团的聚合物、多糖、取代的多糖、聚氨酯、取代的聚氨酯、聚酰胺、取代的聚酰胺、酚醛树 月旨、取代的酚醛树脂、一种或多种前述聚合物的单体任选与其他共聚单体的共聚物,或其至 少两种的组合。优选的在主链中带有环状基团的聚合物为聚丁酸乙烯酯(PVB)及其衍生 物,和聚萜品醇及其衍生物,或其混合物。优选的多糖例如为纤维素及其烷基衍生物,优选 甲基纤维素、乙基纤维素、丙基纤维素、丁基纤维素及其衍生物,及其至少两种的混合物。优 选的在聚合物主链之外带有官能团的聚合物为带有酰胺基的那些、带有酸和/或酯基的那 些(通常称为丙烯酸类树脂),或带有上述官能团的组合的聚合物,或其组合。优选的在主 链之外带有酰胺基的聚合物例如为聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)及其衍生物。优选的在主链之 外带有酸和/或酯基的聚合物例如为聚丙烯酸及其衍生物、聚甲基丙烯酸酯(PMA)及其衍 生物,或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及其衍生物,或其混合物。根据本发明,优选的单体粘合 剂为乙二醇基单体、萜品醇树脂或松香衍生物,或其混合物。优选的基于乙二醇的单体粘合 剂为具有醚基、酯基的那些,或者具有醚基和酯基的那些,其中优选的醚基为甲基、乙基、丙 基、丁基、戊基、己基和更高级烷基醚,优选的酯基为乙酸酯及其烷基衍生物,优选乙二醇单 丁基醚单乙酸酯,或其混合物。就本发明而言,最优选的粘合剂为烷基纤维素,优选乙基纤 维素、其衍生物及其与选自前述粘合剂列表或其他的其他粘合剂的混合物。
[0111] 表面活性剂
[0112] 就本发明而言,优选的表面活性剂为有助于形成具有有利的稳定性、印刷性、粘 度、烧结和蚀刻性能的导电浆料的那些。表面活性剂是本领域技术人员所公知的。可使用 本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有表面活性剂作为有机载体中的表 面活性剂。就本发明而言,优选的表面活性剂为基于线性链、支化链、芳族链、氟化链、硅氧 烷链、聚醚链及其组合的那些。优选的表面活性剂为单链的、双链的或者多重链的。根据 本发明,优选的表面活性剂具有非离子、阴离子、阳离子或两性离子头。优选的表面活性剂 为聚合物型的和单体型的,或其混合物。根据本发明,优选的表面活性剂可具有颜料亲和 性基团,优选具有颜料亲和性基团的羟基官能羧酸酯(例如D丨由BYK USA,Inc.生产)、具有颜料亲和性基团的丙烯酸酯共聚物(例如DIIS:PERBYK:?-116, 由BYK USA,Inc.生产)、具有颜料
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