專利名稱：功能性糊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有蝕刻功能和傳導性的功能性糊。
背景技術：
目前，已經對含有金屬粉末的導電糊進行了廣泛的研究，因為其可用于多種用途，包括制造太陽能電池的電極、形成使用電子部件(例如，印刷線路板)的跨接(jamper)電纜、和形成印刷電阻的終端引出線。
例如，在太陽能電池的表面電極制造中，傳統(tǒng)上，使用光致抗蝕劑使半導體層上形成的抗反射層圖案化，然后制造表面電極(專利參考文獻1)。然而，該方法非常復雜，因為它需要兩個步驟抗反射層的圖案化，和電極制造。
為了去除抗反射層的圖案化過程，提出了一種方法，其中在抗反射層的形成過程(其是圖案化過程之前的過程)中通過掩蔽半導體層而僅在吸光面上形成抗反射層。然而，抗反射層的這種直接圖案化方法具有技術難度，并且還不足以應對實際應用。同時，作為對太陽能電池的表面電極制造的研究，已經提出了一種所謂的過火(fire-through)法(專利參考文獻2)，其中在使用熱氧化法之類的方法簡單形成抗反射層后，在該抗反射層上印刷含有金屬粉末和玻璃材料的導電糊，然后使金屬粉末與硅基材的n-層或p-層硅接觸以形成電極，同時導電糊中所含的玻璃材料使抗反射層熔化，從而確保金屬電極與n-層或p-層硅之間的傳導。然而，由于過火法需要通常在850℃的高溫下進行的烘焙過程，玻璃組分和電極有時會穿過n-層，造成太陽能電池電性能的劣化；因此，必須精確控制制造條件。此外，當電極與n-層硅之間沒有均勻傳導時，太陽能電池的初始電性能會劣化，從而產生問題。
由此，本領域中非常需要開發(fā)具有優(yōu)異的蝕刻功能和良好的電性能的功能性糊。
專利參考文獻1專利申請2000-49368號專利參考文獻2專利申請2002-176186號發(fā)明內容發(fā)明目的在上述形勢下進行本發(fā)明，并且本發(fā)明提供了具有蝕刻活性和良好電性能的功能性糊。
發(fā)明概要本發(fā)明人進行了廣泛的考察以解決上述問題，并且發(fā)現(xiàn)，在將金屬粉末、粘合劑和有機溶劑混合以制造糊的過程中，在該糊中加入蝕刻劑后形成的混合物能夠在太陽能電池的表面電極制造中在大約200℃的低溫下穩(wěn)定蝕刻抗反射層?；诖税l(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。
因此，本發(fā)明涉及含有金屬粉末、蝕刻劑、粘合劑和有機溶劑的功能性糊。
本發(fā)明還涉及進一步含有稀釋劑的功能性糊。
本發(fā)明還涉及所述稀釋劑是丁基卡必醇時的功能性糊。
本發(fā)明還涉及下述功能性糊——其中所述蝕刻劑具有去除金屬粉末表面上的氧化層的活性。
本發(fā)明還涉及下述功能性糊——其中所述蝕刻劑對太陽能電池的抗反射層具有蝕刻活性。
本發(fā)明還涉及下述功能性糊——其中所述蝕刻劑具有去除Si的氧化層和/或氮化物層的活性。
本發(fā)明還涉及所述蝕刻劑是NH4HF2和NH4F時的功能性糊。
此外，本發(fā)明還涉及下述功能性糊——其中所述金屬粉末是一種或多種選自由涂Ag的Ni粉、Cu粉、Ag粉、Au粉、Pd粉和Pt粉組成的組的粉末。
本發(fā)明還涉及所述粘合劑含有熱固性樹脂的功能性糊。
本發(fā)明還涉及所述熱固性樹脂是環(huán)氧樹脂和/或酚樹脂的功能性糊。
本發(fā)明還涉及所述有機溶劑是多元醇或其混合物的功能性糊。
本發(fā)明還涉及所述多元醇是丙三醇和/或乙二醇的功能性糊。
此外，本發(fā)明涉及一種太陽能電池，其含有半導體層、在該半導體層上的抗反射層和穿過抗反射層以使半導體層具有傳導性的表面電極，其中通過在抗反射層上以所需電極形狀涂布和烘焙含有金屬粉末、對抗反射層具有蝕刻活性的蝕刻劑、粘合劑和有機溶劑的功能性糊來制造太陽能電池。
本發(fā)明還涉及一種電路，其通過在基材上以所需圖案涂布和烘焙含有金屬粉末、具有去除金屬粉末表面上的氧化層的活性的蝕刻劑、粘合劑和有機溶劑的功能性糊而形成。
此外，本發(fā)明涉及一種制造下述太陽能電池的方法該電池含有半導體層，在該半導體層上的抗反射層和穿過抗反射層以使半導體層具有傳導性的表面電極，其中該方法包括在抗反射層上以所需電極形狀涂布和烘焙含有金屬粉末、對抗反射層具有蝕刻活性的蝕刻劑、粘合劑和有機溶劑的功能性糊。
本發(fā)明還涉及一種形成電路的方法，其包括在基材上以所需圖案涂布和烘焙含有金屬粉末、具有去除金屬粉末表面上的氧化層的活性的蝕刻劑、粘合劑和有機溶劑的功能性糊。
發(fā)明應用按照本發(fā)明，糊中所含的蝕刻劑能夠在低溫下穩(wěn)定去除抗反射層且不會穿過用于制造太陽能電池電極的n-層，由此簡單地單步制造具有低的層間電阻的表面電極。
本發(fā)明還能夠在大約200℃的低溫下穩(wěn)定并單步制造表面電極，由此明顯簡化制造過程。因此，通過簡單地將傳統(tǒng)材料替換成本發(fā)明的功能性糊，可以明顯減少成本，提高收率，這是對本領域的重大貢獻。
此外，由于水或氧氣在糊的金屬粉末表面上形成了薄的天然氧化層，有時不能獲得穩(wěn)定的導電性。然而，使用本發(fā)明的功能性糊，蝕刻劑還去除了這種氧化層，因此，可以形成具有極小電阻的電路。
本發(fā)明的優(yōu)選具體實施方式
下面詳細解釋本發(fā)明。
作為本發(fā)明的功能性糊的金屬粉末，使用涂Ag的Ni粉、Cu粉、Ag粉、Ni粉和Al粉。其中，考慮到焊接特性，優(yōu)選涂Ag的Ni粉、Cu粉和Ag粉。相對于功能性糊的總重量，金屬粉末的含量優(yōu)選為60-99重量％，更優(yōu)選65-90重量％。
作為本發(fā)明的功能性糊的蝕刻劑，使用NH4HF2之類的二氟化合物和NH4F；其中，考慮到反應性，優(yōu)選NH4HF2。相對于功能性糊的總重量，蝕刻劑的含量優(yōu)選為0.1-20重量％，更優(yōu)選1-10重量％。
作為本發(fā)明的功能性糊的粘合劑中所含的熱固性樹脂，使用環(huán)氧樹脂、酚樹脂、聚酰亞胺樹脂和聚碳酸酯樹脂。其中，從涂布特性的角度考慮，優(yōu)選環(huán)氧樹脂和酚樹脂。相對于功能性糊的總重量，熱固性樹脂的含量優(yōu)選為0.1-30重量％，更優(yōu)選1-10重量％。
在粘合劑中加入雙氰胺和脂肪多胺之類的硬化劑；其中優(yōu)選雙氰胺。相對于功能性糊的總重量，硬化劑的含量優(yōu)選為0.1-30重量％，更優(yōu)選1-20重量％。
在粘合劑中，進一步加入3-(3，4-二氯苯基)-1，1-二甲脲和叔胺之類的硬化促進劑；其中，優(yōu)選3-(3，4-二氯苯基)-1，1-二甲脲。相對于功能性糊的總重量，硬化促進劑的含量優(yōu)選為0.01-10重量％，更優(yōu)選0.1-7.0重量％。
作為本發(fā)明的功能性糊的有機溶劑，可以使用可使二氟化合物(也就是無機鹽)在功能性糊中均勻分散的任何有機溶劑，例如丙三醇、乙二醇、葡糖醇和甘露醇之類的多元醇，或它們的混合物。其中，從反應性的角度考慮，優(yōu)選丙三醇和乙二醇。相對于功能性糊的總重量，有機溶劑的含量優(yōu)選為0.1-30重量％，更優(yōu)選1-20重量％。
此外，在本發(fā)明的功能性糊中，可以加入丁基卡必醇、甲基卡必醇、solubesso(？)150之類的稀釋劑以將粘度調節(jié)至可適用于篩網印刷的粘度(大約200-500泊)。在這些稀釋劑中，優(yōu)選丁基卡必醇。相對于功能性糊的總重量，稀釋劑的含量優(yōu)選為0.1-10重量％，更優(yōu)選0.5-7重量％。
為了改進金屬粉末之間的電接觸，可以在本發(fā)明的功能性糊中加入膠體溶液，例如銀膠體溶液AgE-102(Nippon Paint Co.，Ltd.)和DCG(Sumitomo Metal Mining Co.，Ltd.)。相對于功能性糊的總重量，以Ag轉化量計的膠體溶液含量優(yōu)選為1.0-20重量％，更優(yōu)選1.5-15重量％。
此外，為了促進金屬粉末表面上的氧化層的破壞，可以在本發(fā)明的功能性糊中稀釋油酸和亞油酸之類的不飽和脂肪酸。相對于功能性糊的總重量，不飽和脂肪酸的含量優(yōu)選為0.1-5.0重量％，更優(yōu)選0.5-3.0重量％。
使用例如混合式混合機將該糊充分混合直至實現(xiàn)均勻分散后，可使用包括印刷、噴涂和刷涂在內的各種方法將具有上述組成的本發(fā)明的功能性糊以所需形狀涂布。隨后，在30-80℃干燥后，可以通過在150-250℃烘焙5-20分鐘以簡單地形成電路。
解釋使用本發(fā)明的功能性糊的太陽能電池的電極制造方法的一個例子(

圖1)。首先，使n-型雜質在p-型硅基材上分布以形成n-型區(qū)域(n+層)。然后，使用例如CVD設備在n-型區(qū)域上形成抗反射層(SiO2，SiNX)，其變成接受表面；然后在接受表面的相反表面上形成p+層，其是高濃度p-型雜質的分散區(qū)域。
然后，在使用例如絲網印刷法以所需電極形狀粘接并干燥功能性糊后，在抗反射層上烘焙該糊，從而可以在蝕刻抗反射層的同時制造與n-層硅具有良好導電性的表面電極。本發(fā)明的功能性糊具有對抗反射層產生蝕刻反應的功能和導電功能；因此，可以通過單個步驟簡單地制造表面電極。最后，通過在p+層下面形成背面電極，可以獲得具有優(yōu)異電性能的太陽能電池。
提供下列實施例用以詳細舉例說明，但不是為了限制本發(fā)明。
實施例1在使用混合式混合機制成的下列物質的混合物中涂Ag的Ni粉93重量份(75.0重量％)，油酸1重量份(0.8重量％)，環(huán)氧樹脂6重量份(4.8重量％)，氟化氫銨3重量份(2.4重量％)和，丁基卡必醇6重量份(4.8重量％)，以15重量份(12.1重量％)加入丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物，充分混合，并將所得物以大約1毫米寬、大約1厘米長和大約400微米厚涂敷到硅片上，然后在電熱板上在空氣中以70-75℃烘焙5分鐘，隨后在220℃烘焙15分鐘，從而形成電極。兩個電極之間的電阻為90Ω。
使用不含氟化氫銨的具有上述組成的制備物以相同方法形成電極。兩個電極之間的電阻為210kΩ。
實施例2在使用混合式混合機制成的下列物質的混合物中涂Ag的Ni粉93重量份(75.0重量％)，油酸1重量份(0.8重量％)，環(huán)氧樹脂6重量份(4.8重量％)，氟化氫銨3重量份(2.4重量％)，和丁基卡必醇6重量份(4.8重量％)，以15重量份(12.1重量％)加入丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物，充分混合，并將所得物以大約1毫米寬、大約1厘米長和大約400微米厚涂敷到帶有大約80納米厚的SiO2層的硅片上，然后在電熱板上在空氣中以70-75℃烘焙5分鐘，隨后在220℃烘焙15分鐘，從而形成電極。兩個電極之間的電阻為900Ω。
使用不含氟化氫銨的具有上述組成的制備物以相同方法形成電極。兩個電極之間的電阻為100MΩ或更高。
實施例3在使用混合式混合機制成的下列物質的混合物中涂Ag的Ni粉93重量份(66.9重量％)，油酸1重量份(0.7重量％)，環(huán)氧樹脂6重量份(4.3重量％)，氟化氫銨3重量份(2.2重量％)，和丁基卡必醇6重量份(4.3重量％)，加入15重量份(10.8重量％)的丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物和15重量份(10.8重量％)的銀膠體溶液AgE-102(Nippon Paint Co.，Ltd.)，充分混合，并將所得物以大約1毫米寬、大約1厘米長和大約400微米厚涂敷到帶有SiO2層的硅片上，然后在電熱板上在空氣中以70-75℃烘焙5分鐘，隨后在220℃烘焙15分鐘，從而形成電極。兩個電極之間的電阻為160Ω。
使用不含銀膠體溶液AgE-102的具有上述組成的制備物以相同方法形成電極。兩個電極之間的電阻為550Ω。
實施例4在使用混合式混合機制成的下列物質的混合物中涂Ag的Ni粉93重量份(66.9重量％)，油酸1重量份(0.7重量％)，環(huán)氧樹脂6重量份(4.3重量％)，氟化氫銨3重量份(2.2重量％)，和丁基卡必醇6重量份(4.3重量％)，加入15重量份(10.8重量％)的丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物和15重量份(10.8重量％)的銀膠體溶液AgE-102(Nippon Paint Co.，Ltd.)，充分混合，并將所得物以大約1毫米寬、大約1厘米長和大約400微米厚涂敷到帶有大約90納米厚的SiNX層的硅片上，然后在電熱板上在空氣中以70-75℃烘焙5分鐘，隨后在220℃烘焙15分鐘，從而形成電極。兩個電極之間的電阻為1.9kΩ。
使用不含丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物的具有上述組成的制備物以相同方法形成電極。兩個電極之間的電阻為29kΩ。
實施例5在使用混合式混合機制成的下列物質的混合物中涂Ag的Ni粉93重量份(66.9重量％)，油酸1重量份(0.7重量％)，環(huán)氧樹脂6重量份(4.3重量％)，氟化氫銨3重量份(2.2重量％)，和丁基卡必醇6重量份(4.3重量％)，加入15重量份(10.8重量％)的丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物和15重量份(10.8重量％)的銀膠體溶液AgE-102(Nippon Paint Co.，Ltd.)，充分混合，并將所得物以大約1毫米寬、大約1厘米長和大約400微米厚涂敷到硅片上，然后在電熱板上在空氣中以70-75℃烘焙5分鐘，隨后在220℃烘焙15分鐘，從而形成電極。兩個電極之間的電阻為0Ω。
使用不含丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物的具有上述組成的制備物以相同方法形成電極。兩個電極之間的電阻為9.3Ω。
實施例6在使用混合式混合機制成的下列物質的混合物中Cu粉93重量份(66.9重量％)，
油酸1重量份(0.7重量％)，環(huán)氧樹脂6重量份(4.3重量％)，氟化氫銨3重量份(2.2重量％)，和丁基卡必醇6重量份(4.3重量％)，加入15重量份(10.8重量％)的丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物和15重量份(10.8重量％)的銀膠體溶液AgE-102(Nippon Paint Co.，Ltd.)，充分混合，并將所得物以大約1毫米寬、大約1厘米長和大約400微米厚涂敷到大約80納米厚的硅片上，然后在電熱板上在空氣中以70-75℃烘焙5分鐘，隨后在220℃烘焙15分鐘，從而形成電極。兩個電極之間的電阻為10kΩ。
使用不含氟化氫銨的具有上述組成的制備物以相同方法形成電極。兩個電極之間的電阻為2MΩ。
實施例7在使用混合式混合機制成的下列物質的混合物中涂Ag的Ni粉90重量份(66.7重量％)，油酸1重量份(0.7重量％)，酚樹脂9重量份(6.7重量％)，氟化氫銨3重量份(2.2重量％)，和丁基卡必醇2重量份(1.5重量％)，加入15重量份(11.1重量％)的丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物和15重量份(11.1重量％)的銀膠體溶液AgE-102(Nippon Paint Co.，Ltd.)，充分混合，并將所得物以大約5毫米寬、大約5毫米長和大約200微米厚涂敷到硅片上，然后在電熱板上在空氣中以70-75℃烘焙5分鐘，隨后在220℃烘焙15分鐘，從而形成電極。兩個電極之間的電阻為34kΩ。
使用不含氟化氫銨和涂Ag的Ni粉-102的具有上述組成的制備物以相同方法形成電極。兩個電極之間的電阻為730kΩ。
實施例8在使用混合式混合機制成的下列物質的混合物中涂Ag的Ni粉90重量份(66.7重量％)，油酸1重量份(0.7重量％)，酚樹脂9重量份(6.7重量％)，氟化氫銨3重量份(2.2重量％)，和丁基卡必醇2重量份(1.5重量％)，加入15重量份(11.1重量％)的丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物和15重量份(11.1重量％)的銀膠體溶液AgE-102(Nippon Paint Co.，Ltd.)，充分混合，并將所得物以大約5毫米寬、大約5毫米長和大約200微米厚涂敷到帶有大約80微米厚的SiO2層的硅片上，然后在電熱板上在空氣中以70-75℃烘焙5分鐘，隨后在220℃烘焙15分鐘，從而形成電極。兩個電極之間的電阻為12kΩ。
使用不含氟化氫銨和涂Ag的Ni粉-102的具有上述組成的制備物以相同方法形成電極。兩個電極之間的電阻為10MΩ或更高。
可使用本發(fā)明的功能性糊制造太陽能電池的表面電極和形成電路。
附圖的簡要說明圖1顯示了太陽能電池的制造方法。
符號描述1p-型硅基材2n+層3抗反射層(SiO2、SiNx)4p+層5表面電極6背面電極
權利要求
1.一種功能性糊，含有金屬粉末、蝕刻劑、粘合劑和有機溶劑。
2.按照權利要求1的功能性糊，含有稀釋劑。
3.按照權利要求2的功能性糊，其中所述稀釋劑是丁基卡必醇。
4.按照權利要求1至3任一項的功能性糊，其中所述蝕刻劑具有去除金屬粉末表面上的氧化層的活性。
5.按照權利要求1至4任一項的功能性糊，其中所述蝕刻劑對太陽能電池的抗反射層具有蝕刻活性。
6.按照權利要求1至5任一項的功能性糊，其中所述蝕刻劑具有去除Si的氧化層和/或氮化物層的活性。
7.按照權利要求1至6任一項的功能性糊，其中所述蝕刻劑是NH4HF2或NH4F。
8.按照權利要求1至7任一項的功能性糊，其中所述金屬粉末是一種或多種選自由涂Ag的Ni粉、Cu粉、Ag粉、Au粉和Pd粉組成的組的粉末。
9.按照權利要求1至8任一項的功能性糊，其中所述粘合劑含有熱固性樹脂。
10.按照權利要求9的功能性糊，其中所述熱固性樹脂是環(huán)氧樹脂和/或酚樹脂。
11.按照權利要求1至10任一項的功能性糊，其中所述有機溶劑是多元醇或其混合物。
12.按照權利要求11的功能性糊，其中所述多元醇是丙三醇和/或乙二醇。
13.一種太陽能電池，其含有半導體層、在該半導體層上的抗反射層和穿過抗反射層以使半導體層具有傳導性的表面電極，其中通過在抗反射層上以所需電極形狀涂布并烘焙含有金屬粉末、對抗反射層具有蝕刻活性的蝕刻劑、粘合劑和有機溶劑的功能性糊來制造太陽能電池。
14.一種電路，通過在基材上以所需圖案涂布和烘焙含有金屬粉末、具有去除金屬粉末表面上的氧化層的活性的蝕刻劑、粘合劑和有機溶劑的功能性糊而形成。
15.一種制造下述太陽能電池的方法該電池含有半導體層，在該半導體層上的抗反射層和穿過抗反射層以使半導體層具有傳導性的表面電極，其中該方法包括在抗反射層上以所需電極形狀涂布和烘焙含有金屬粉末、對抗反射層具有蝕刻活性的蝕刻劑、粘合劑和有機溶劑的功能性糊。
16.一種形成電路的方法，其包括在基材上以所需圖案涂布并烘焙含有金屬粉末、具有去除金屬粉末表面上的氧化層的活性的蝕刻劑、粘合劑和有機溶劑的功能性糊。
全文摘要
提供了具有蝕刻活性和良好電性能的功能性糊。功能性糊含有金屬粉末、蝕刻劑、粘合劑和有機溶劑。
文檔編號H05K1/09GK1883012SQ200480033855
公開日2006年12月20日 申請日期2004年10月22日 優(yōu)先權日2003年11月18日
發(fā)明者S·克萊因, A·庫貝爾貝克, W·斯托庫姆, 中野渡旬, 河本清彥, 谷野克巳 申請人:默克專利有限公司