在電極制備中的包含Ag納米顆粒和球形Ag微米顆粒的導電漿料的制作方法
【專利說明】在電極制備中的包含Ag納米顆粒和球形Ag微米顆粒的導 電漿料 發(fā)明領域
[0001] 本發(fā)明設及在制備電極，特別是電氣裝置，特別是溫度敏感性電氣裝置或太陽能 電池，特別是HIT(具有本征薄層的異質(zhì)結(jié)）太陽能電池中的包含Ag納米顆粒和球形Ag微 米顆粒的導電漿料。特別地，本發(fā)明設及漿料，制備漿料的方法，前體，制備電氣裝置的方法 和包含電氣裝置的組件。
[000引發(fā)明背景
[0003] 電極是多種經(jīng)濟上重要的電氣裝置，例如太陽能電池、顯示屏、電子電路或其部件 的必要部件。一種特別重要的該類電氣裝置為太陽能電池。
[0004] 太陽能電池是使用光生伏打效應將光能轉(zhuǎn)化成電的裝置。太陽能是有吸引力的綠 色能源，因為它是可持續(xù)的且僅產(chǎn)生非污染的副產(chǎn)物。因此，目前投入了大量研究W開發(fā)具 有提高的效率，同時持續(xù)降低材料和生產(chǎn)成本的太陽能電池。當光擊中太陽能電池時，一部 分入射光被表面反射，其余透射到太陽能電池中。透射的光子被太陽能電池吸收，所述太陽 能電池通常由通常適當滲雜的半導體材料如娃制成。吸收的光子能量激發(fā)半導體材料的電 子，產(chǎn)生電子-空穴對。該些電子-空穴對然后被p-n結(jié)隔開并被太陽能電池表面上的導 電電極收集。
[0005] 太陽能電池非常通常地基于娃，所述娃通常為Si片的形式。此處，p-n結(jié)通常如 下制備：提供n型滲雜的Si基質(zhì)并將P型滲雜層施加于一個面上，或者提供P型滲雜的Si 基質(zhì)并將n型滲雜層施加于一個面上，在該兩種情況下均得到所謂的p-n結(jié)。具有施加的 滲雜劑層的面通常充當電池的正面，相對側(cè)的具有原始滲雜劑的Si充當背面。n型和P型 太陽能電池都是可能的且已在工業(yè)上使用。設計利用在兩個面上的入射光的電池也是可能 的，但它們的用途相對不夠廣泛。
[0006] 為了使太陽能電池正面上的入射光進入并被吸收，正面電極通常W分別稱為"柵 線"和"主柵線"的兩組垂直線排列。柵線形成與正面的電接觸，主柵線連接該些柵線W將 電荷有效地引至外電路中。通常柵線和主柵線的該一布置W導電漿料的形式施用，將其燒 審m得到固體電極體。背面電極也通常W導電漿料的形式施用，然后將其燒制W得到固體 電極體。
[0007] 太陽能電池制備的另一路線尋求通過包含無定形娃層提供有利的電池性能。還稱 為hit(具有本征薄層的異質(zhì)結(jié)）太陽能電池，該類電池可容許降低與電子-空穴重組有關 的負面作用。該類HIT電池中的無定形區(qū)域通常是溫度敏感的。關于HIT型電池的其它細 節(jié)和用于溫度敏感性裝置的低溫固化漿料的其它應用，請參見US2013/0142963A1。通過 引用將其全部并入本申請中。
[000引技術(shù)現(xiàn)狀需要將電極應用于基質(zhì)上的改進方法，如果基質(zhì)為溫度敏感性的話特別 如此，如通常關于HIT太陽能電池的情況。
[0009] 發(fā)明概述
[0010] 本發(fā)明一般性地基于克服技術(shù)現(xiàn)狀中關于電極，特別是關于太陽能電池或溫度敏 感性裝置，特別是HIT太陽能電池中的電極所遭遇的至少一個問題的目的。
[0011] 更具體而言，本發(fā)明進一步基于提供制備太陽能電池的低溫方法的目的，所述太 陽能電池顯示出有利的電池性能，特別是有利地低電極晶片比接觸電阻，高機械穩(wěn)定性，不 具有各自影響電極的導電性的破裂或空隙，通常稱為裂紋的連續(xù)電極，W及高度與寬度的 高縱橫比。
[0012] 對實現(xiàn)上述目的中的至少一個的貢獻由形成本發(fā)明權(quán)利要求書的范疇的主題做 出。另一貢獻由代表本發(fā)明具體實施方案的本發(fā)明從屬權(quán)利要求的主題做出。
[0013] 詳述
[0014] 對實現(xiàn)上述目的中的至少一個的貢獻由包含W下漿料組分的漿料做出：
[00巧]a.Ag顆粒，
[0016] b.聚合物體系；
[0017] 其中Ag顆粒具有粒徑的多峰分布，其具有至少一個在約Inm至約小于1ym范圍 內(nèi)的第一最大值和至少一個在約1ym至約小于1mm范圍內(nèi)的另一最大值；
[0018] 其中第一與另一最大值之間的差為至少約0. 3ym，優(yōu)選至少約0. 5ym，更優(yōu)選至 少約1ym;
[0019] 其中至少50重量％，優(yōu)選至少約70重量％，更優(yōu)選至少約90重量％的直徑為 1ym至1mm的Ag顆粒為球形；
[0020] 在漿料的一個實施方案中，Ag顆粒具有雙峰直徑分布。
[0021] 在漿料的一個實施方案中，Ag直徑分布具有至少一個在約100至約800nm，優(yōu)選約 150至約600nm，更優(yōu)選約200至約500nm范圍內(nèi)的最大值。
[0022] 在漿料的一個實施方案中，Ag直徑分布具有至少一個在約1至約10ym，優(yōu)選約1 至約5ym，最優(yōu)選約1至約3ym范圍內(nèi)的最大值。
[0023] 在漿料的一個實施方案中，聚合物體系為熱固性體系。
[0024] 在漿料的一個實施方案中，熱固性體系包含具有至少2個不飽和基團的交聯(lián)化合 物。
[0025] 在漿料的一個實施方案中，熱固性體系包含自由基生成劑。
[0026] 在漿料的一個實施方案中，交聯(lián)化合物W基于漿料的總重量為約1至約10重 量％，優(yōu)選約2至約9重量％，更優(yōu)選約3至約8重量％存在。
[0027] 在漿料的一個實施方案中，直徑為Inm至小于1ym的Ag顆粒的總重量與直徑為 1ym至小于1mm的Ag顆粒的總重量的比為約1:1至約10:1，優(yōu)選約2:1至約8:1，更優(yōu)選 約3:1至約6:1。
[002引在漿料的一個實施方案中，Ag顆粒的總重量基于漿料的總重量為約60至約95重 量％，優(yōu)選約70至約93重量％，更優(yōu)選約80至約90重量％。
[0029] 在漿料的一個實施方案中，交聯(lián)化合物基于丙締酸醋、甲基丙締酸醋或者它們中 的至少一種。
[0030] 在漿料的一個實施方案中，交聯(lián)化合物基于脂肪酸或其衍生物。
[0031] 在漿料的一個實施方案中，熱固性體系進一步包含具有1個不飽和基團的化合 物。
[0032] 在漿料的一個實施方案中，聚合物體系為熱塑性聚合物體系，其中熱塑性聚合物 體系包含熱塑性聚合物。
[0033] 在一個實施方案中，熱塑性聚合物顯示出W下參數(shù)中的至少一個，優(yōu)選2個或更 多個，更優(yōu)選所有：
[0034]a.約-120至約110°C，優(yōu)選約-50至約100°C，更優(yōu)選約20-80°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫 度；
[0035]b.比玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高至少約5°C，優(yōu)選至少約30°C，最優(yōu)選約50°C的烙融溫度； 或
[0036]C.約10, 000至約150, OOOg/mol，優(yōu)選約10, 000至約100, OOOg/mol，更優(yōu)選約 11, 000至約80, OOOg/mol的數(shù)均分子量。
[0037] 在該實施方案的一個方面中，優(yōu)選參數(shù)a.和b.的組合。
[003引在漿料的一個實施方案中，熱塑性聚合物W基于熱塑性聚合物體系的總重量為約5至約45重量％，優(yōu)選約10至約40重量％，更優(yōu)選約20至約30重量％的量存在于熱塑性 聚合物體系中。
[0039] 在漿料的一個實施方案中，熱塑性聚合物選自由聚醋、丙締酸醋聚合物、苯氧基聚 合物組成的組，優(yōu)選選自由聚醋或丙締酸醋聚合物組成的組，更優(yōu)選聚醋。
[0040] 在漿料的一個實施方案中，聚醋包含聚醋骨架。
[0041] 在漿料的一個實施方案中，聚合物體系包含溶劑。根據(jù)該實施方案的一個方面優(yōu) 選有機溶劑。
[0042] 在漿料的一個實施方案中，溶劑在熱塑性聚合物體系中為非質(zhì)子極性溶劑且在熱 固性體系中為質(zhì)子極性溶劑。
[0043] 在漿料的一個實施方案中，溶劑包含己酸醋結(jié)構(gòu)部分。
[0044] 在漿料的一個實施方案中，溶劑W基于熱塑性聚合物體系的總重量為至少55重 量％，優(yōu)選至少約60重量％，更優(yōu)選至少約65重量％的量存在于熱塑性聚合物體系中。
[0045] 在漿料的一個實施方案中，溶劑W基于漿料的總重量為約0.1 to 7重量％，優(yōu)選 約0. 1至約5重量％，更優(yōu)選約0. 1至約3重量％的量存在。
[0046] 在熱固性體系的一個實施方案中，各自基于熱固性體系的總重量不多于65重 量％，優(yōu)選不多于60重量％，更優(yōu)選不多于55重量％存在于熱固性體系中。在該實施方案 的另一方面中，優(yōu)選溶劑W各自基于熱固性體系的總重量為約40至約65重量％，優(yōu)選約45 至約60重量％的量存在于熱固性體系中。在該實施方案的另一方面中，優(yōu)選各自基于熱固 性體系的總重量不多于約10重量％，優(yōu)選不多于約5重量％，更優(yōu)選不多于1重量％的溶 劑存在于熱固性體系中。該些熱固性體系可被認為是"無溶劑的"。
[0047] 在漿料的一個實施方案中，基于漿料的總重量不多于1重量％，優(yōu)選不多于約0. 5 重量％，更優(yōu)選不多于約0. 3重量％存在于熱固性體系漿料中。在該實施方案的另一方面 中，優(yōu)選溶劑W各自基于熱固性體系漿料的總重量為漿料約1至約20重量％，優(yōu)選約5至 約15重量％存在于熱固性體系漿料中。在該實施方案的另一方面中，各自基于熱固性體系 漿料的總重量漿料不多于約2重量％，優(yōu)選不多于約1重量％，更優(yōu)選不多于0. 5重量％的 溶劑存在于熱固性體系漿料中。該些漿料可被認為是"無溶劑的"。
[0048] 在本發(fā)明一個實施方案中，漿料包含基于漿料的總重量不多于約1重量％，優(yōu)選 不多于0. 1重量％，更優(yōu)選不多于約0. 01重量％的玻璃。漿料最優(yōu)選不包含玻璃。
[0049] 對實現(xiàn)上述目的中的至少一個的貢獻由制備漿料的方法做出，所述方法包括使W 下漿料組分結(jié)合的步驟：
[0化0]a.具有約1皿至約小于1ym，優(yōu)選約100至約800皿，更優(yōu)選約150至約600皿， 最優(yōu)選約200至約500皿的直徑ds。的第一部分Ag顆粒；
[CK)5Ub.具有約1ym至約小于1mm，優(yōu)選約1至約10ym，更優(yōu)選約1至約5ym，最優(yōu)選 約1至約3ym的直徑ds。的另一部分Ag顆粒；
[00巧C.聚合物體系。
[0化3] 設及漿料的優(yōu)選特征的W上實施方案也加W必要修正地適用于漿料的制備方法 中的漿料組分。
[0054] 在漿料的制備方法的一個實施方案中，第一部分的重量與另一部分的重量的比為 約1:1至約10:1，優(yōu)選約2:1至約8:1，更優(yōu)選約3:1至約6:1。
[0055] 在本發(fā)明方法的一個實施方案中，聚合物體系為包含W下組分的熱固性體系： [0化6]i.具有至少2個不飽和基團的交聯(lián)化合物，
[0化7] ii.自由基生成劑。
[0化引在本發(fā)明方法的一個實施方案中，聚合物體系為包含W下體系組分的熱塑性體 系：
[0化9]i.熱塑性聚合物，
[0060] ii.溶劑。
[0061] 對實現(xiàn)上述目的中的至少一個的貢獻由可通過本發(fā)明方法得到的漿料做出。
[0062] 對實現(xiàn)上述目的中的至少一個的貢獻由包含W下前體部分的前體做出：
[006引 a.本發(fā)明漿料，
[0064] b.基質(zhì)。
[00化]在本發(fā)明前體的一個實施方案中，基質(zhì)為溫度敏感性的。
[0066] 在本發(fā)明前體的一個實施方案中，基質(zhì)為娃片。
[0067] 在本發(fā)明前體的一個實施方案中，基質(zhì)包含p-n結(jié)。
[0068] 在本發(fā)明前體的一個實施方案中，基質(zhì)包含第一娃層，其中少于50重量％，優(yōu)選 少于20重量％，更優(yōu)選少于10重量％的第一娃層為結(jié)晶的。在該實施方案的一個方面中， 基質(zhì)包含另一娃層，其中至少50重量％，優(yōu)選至少80重量％，更優(yōu)選至少90重量％的另一 娃層為結(jié)晶的。在該實施方案的另一方面中，至少第一娃層具有不高于約lXl〇i6cnT3,優(yōu)選 不高于約10"cnT3,更優(yōu)選不高于約l〇i2cnT3的滲雜劑含量。本征（非滲雜）層優(yōu)選不包含 滲雜劑。
[0069] 在本發(fā)明前體的一個實施方案中，基質(zhì)包含透明導電層。
[0070] 在本發(fā)明前體的一個實施方案中，透明導電層選自由W下組成的組；導電聚合物、 導電氧化物。
[0071] 對實現(xiàn)上述目的中的至少一個的貢獻由制備太陽能電池的方法做出，所述方法至 少包括W下步驟：
[0072] i)提供本發(fā)明前體；
[0073] ii)將前體加熱W得到裝置。
[0074] 在裝置的制備方法的一個實施方案中，加熱在約70至約250°C，優(yōu)選約100至約 230°C，更優(yōu)選約130至約210°C的溫度下進行。
[0075]在裝置的制備方法的一個實施方案中，裝置為太陽能電池。
[0076]對實現(xiàn)上述目的中的至少一個的貢獻由可通過本發(fā)明方法得到的裝置做出。
[0077] 對實現(xiàn)上述目的中的至少一個的貢獻由至少包含W下作為裝置部件的裝置做 出：
[007引 i)基質(zhì)；
[0079] U)電極；
[0080] 其中存在于電極中的金屬顆粒具有多峰