具有促粘玻璃的导电浆料的制作方法_2

文档序号:9731548阅读:来源:国知局
氧化物为氧化磷(诸如P2〇5)、氧化铋(诸如Bi2〇 3)或其组合。在这一情形中, 优选的第VI族氧化物为氧化碲(诸如Te02或Te03)、氧化硒(诸如Se0 2)或其组合。优选的稀土 氧化物为氧化铈(诸如Ce〇2)和氧化镧(诸如La2〇3)。在这一'倩形中,其它优选的氧化物为氧 化硅(诸如Si0 2)、氧化锌(诸如ZnO)、氧化铝(诸如Al2〇3)、氧化锗(诸如Ge02)、氧化钒(诸如 V2O5)、氧化银(诸如Nb2〇5)、氧化硼、氧化妈(诸如W〇3)、氧化钼(诸如M〇〇3)和氧化铟(诸如 In2〇3)、以上列为优选元素的那些元素的另外的氧化物,或其组合。也可使用含有列为玻璃 料的优选元素成分的至少两种元素的混合氧化物,或通过将上述至少一种氧化物与上述至 少一种金属一起加热所形成的混合氧化物。至少两种上列氧化物和混合氧化物的混合物也 可用于本发明的情形中。
[0024] 根据本发明的一个实施方案,玻璃料的玻璃化转变温度(Tg)必须低于所需的导电 浆料烧制温度。当使用热机械分析法测量时,优选的玻璃料的Tg在约250°C至约750°C的范 围内,优选在约300°C至约700°C的范围内,且最优选在约350°C至约650°C的范围内。
[0025] 本领域中熟知的是,这些玻璃料颗粒可表现出多种形状、表面性质、大小、表面积 与体积比和涂层。本领域的技术人员已知许多玻璃料颗粒形状。一些实例包括球形、角形、 伸长形状(杆状或针状)和扁平状(板状)。玻璃料颗粒也可以作为具有不同形状的颗粒的组 合存在。根据本发明,具有一种形状或多种形状的组合的玻璃料颗粒是优选的,这有利于所 制成的电极的有益粘附。
[0026] 中值粒径d5Q为本领域的技术人员熟知的颗粒特征。D5Q为粒度分布的中值直径或 中间值。其为在累积分布中占50 %的粒径的值。粒度分布可经由激光衍射法、动态光散射 法、成像法、电泳光散射法或本领域中已知的任何其它方法来测量。将连接至装有LA-910软 件程序的计算机的Horiba LA-910激光衍射粒度分析仪用于测定玻璃料的粒度分布。玻璃 料颗粒的相对折射率选自LA-910手册并输入该软件程序中。将测试室用去离子水填充至罐 上的适当填充线。接着,通过使用该软件程序中的循环和搅拌功能使该溶液循环。一分钟 后,排出溶液。将此操作再重复一次以确保测试室不含任何残留材料。接着,第三次用去离 子水填充测试室且使其循环和搅拌一分钟。通过使用该软件中的空白功能消除该溶液中的 任何背景颗粒。接着开始超声搅拌,并将玻璃料缓慢添加到测试室中的溶液中,直至透射杆 处于该软件程序中的适当区域中。一旦透射率达到正确水平,即执行激光衍射分析且测量 该玻璃料的粒度分布并以d50给出。在一个优选的实施方案中,玻璃料的中值粒径d 5Q在约 〇· 1至约ΙΟμπι的范围内,优选在约0· 1至约5μηι的范围内,更优选在约0· 1至约2μηι的范围内, 且最优选为约〇· 1至约lwn。
[0027] 这些玻璃料颗粒可存在表面涂层。本领域中已知的且适于本发明的情形中的任何 这种涂层均可用在玻璃料颗粒上。根据本发明的优选涂层是促进导电浆料的粘附特性改善 的那些涂层。如果存在这种涂层,则在每种情况中,以这些玻璃料颗粒的总重量计,该涂层 优选对应于约0.01-10重量%,优选约0.01-8重量%、约0.01-5重量%、约0.01-3重量%且 最优选约0.01-1重量%。
[0028] 在根据本发明的一个实施方案中,导电浆料以该浆料的总重量为100%计包含约 0.01-10重量%,优选约0.01-7重量%,更优选约0.01-6重量%且最优选约0.01-5重量%的 玻璃料。在一些情况中,在导电浆料中采用了低至约0.02重量%的玻璃料比例。
[0029] 导电金属颗粒
[0030] 本发明的背面导电浆料也包含导电金属颗粒。金属颗粒是本领域中熟知的。在本 发明的情形中,优选的金属颗粒是表现出导电性且产生具有高粘附力和低串联电阻及后栅 极电阻的金属颗粒。本领域中已知的且被认为适用于本发明的情形中的所有金属颗粒均可 在导电浆料中用作金属颗粒。根据本发明的优选金属颗粒为金属元素、合金、金属衍生物、 至少两种金属的混合物、至少两种合金的混合物或至少一种金属与至少一种合金的混合 物。
[0031] 优选的金属包括银、铝、金和镍中的至少一种,及其合金或混合物。在一个优选的 实施方案中,这些金属颗粒包含银。在另一个优选的实施方案中,这些金属颗粒包含银和 铝。适合的银衍生物包括例如银合金和/或银盐,诸如卤化银(例如氯化银)、硝酸银、乙酸 银、三氟乙酸银、正磷酸银及其组合。在一个实施方案中,金属颗粒包含涂有一种或多种不 同金属或合金的金属或合金,例如涂有铝的银颗粒。
[0032] 根据本发明,作为金属颗粒的另外成分,除了上述成分外,促成更有利的接触特 性、粘附力和导电性的那些成分是优选的。例如,这些金属颗粒可存在表面涂层。本领域中 已知的且被认为适于本发明的情形中的任何这种涂层均可用在金属颗粒上。根据本发明的 优选涂层是促进所得导电浆料的粘附特性改善的那些涂层。如果存在这种涂层,则根据本 发明,以这些金属颗粒的总重量为100%计,该涂层优选对应于约0.01-10重量%,优选约 0.01-8重量%,最优选约0.01-5重量%。
[0033] 金属颗粒可表现出多种形状、表面、大小、表面积与体积比、氧含量和氧化物层。本 领域中已知诸多形状。一些实例为球形、角形、伸长形状(杆状或针状)和扁平状(板状)。金 属颗粒也可以作为具有不同形状的颗粒的组合存在。根据本发明,具有一种形状或多种形 状的组合的金属颗粒是优选的,这有利于粘附力。在不考虑颗粒的表面性质的情况下表征 此类形状的一种方式通过以下参数进行:长度、宽度和厚度。在本发明的情形中,颗粒的长 度通过最长空间位移向量的长度给出,该向量的两个端点均包含在颗粒内。颗粒的宽度通 过与以上定义的长度向量垂直的最长空间位移向量的长度给出,该向量的两个端点均包含 在颗粒内。颗粒的厚度通过同时与长度向量和宽度向量垂直的最长空间位移向量的长度给 出,该向量的两个端点均包含在颗粒内。
[0034] 在一个优选的实施方案中,使用形状尽可能均匀(即,在这些形状中,与长度、宽度 和厚度相关的比率尽可能接近于1,优选所有比率均在约0.7至约1.5的范围内,更优选在约 0.8至约1.3的范围内且最优选在约0.9至约1.2的范围内)的金属颗粒。在该实施方案中,金 属颗粒的优选形状的实例为球形和立方体,或其组合,或其中一种或多种与其它形状的组 合。
[0035] 在另一个实施方案中,使用具有较低均匀性的形状的金属颗粒,其中与长度、宽度 和厚度尺寸相关的比率中的至少一个高于约1.5,更优选高于约3且最优选高于约5。根据该 实施方案,优选的形状为薄片状、杆状或针状,或薄片状、杆状或针状与其它形状的组合。
[0036] 根据本发明,优选的是,金属颗粒的中值粒径d5Q(如本文所述)在约0.1至约4μπι的 范围内,优选在约〇 . 1至约3μηι的范围内,更优选在约0.1至约2μηι的范围内,且最优选为约 0.1 至约 lym。
[0037] 此外,优选的金属颗粒具有在约1至约3m2/g范围内的比表面积。根据一个优选的 实施方案,使用比表面积为约2-3m2/g的银粉。根据另一个实施方案,使用比表面积为约 1.5-2.7m2/g的银薄片。测量比表面积的方法是本领域中已知的。如本文所述,所有表面积 测量均使用1^1'(131'11仙1161^_61:1:-161161')法在!1〇1';^&34-9600比表面积分析仪上进行。 将金属颗粒样品装载到U型管的底部圆筒中,直至其达到约一半满。接着测量装载至U型管 中的样品的质量。将该U型管安装到仪器中并使用30%氮气/其余为氦气在140°C下脱气15 分钟。一旦使样品脱气后,即将其安装到分析站中。接着使用液氮填充样品杜瓦瓶浴(dewar bath)并通过机器测量表面吸附和解吸曲线。一旦通过分析仪测定了表面积后,即通过将该 值除以用于填充U型管的金属颗粒样品的质量来计算比表面积。
[0038]以该浆料的总重量为100计,金属导电颗粒典型地为约35-70重量%。在另一个实 施方案中,导电颗粒为约30-60重量%。在又一个实施方案中,导电颗粒为浆料的约30-50重 量%。尽管如上所讨论,金属颗粒含量较低会降低所得浆料的粘附力,但其也使所得浆料的 制造成本降低。
[0039] 有机载体
[0040] 在本发明的情形中,优选的有机载体是基于一种或多种溶剂,优选基于有机溶剂 的溶液、乳液或分散液,该一种或多种溶剂确保导电浆料的成分以溶解、乳化或分散形式存 在。优选的有机载体是使导电浆料内的成分具有最佳的稳定性且赋予导电浆料使得可以有 效印刷的粘度的载体。
[0041 ]在一个实施方案中,有机载体包含有机溶剂,和粘合剂(例如聚合物)、表面活性剂 及触变剂中的一种或多种,或其任何组合。例如,在一个实施方案中,有机载体在有机溶剂 中包含一种或多种粘合剂。
[0042]在本发明的情形中,优选的粘合剂是有助于形成具有有利的稳定性、可印刷性、粘 度和烧结性质的导电浆料的粘合剂。粘合剂是本领域中熟知的。本领域中已知的且被认为 适于本发明的情形中的所有粘合剂均可在有机载体中用作粘合剂。根据本发明的优选粘合 剂(通常落在称为"树脂"的类别内)为聚合物粘合剂、单体粘合剂和作为聚合物与单体的组 合的粘合剂。聚合物粘合剂也可以为共聚物,其中在单个分子中含有至少两个不同的单体 单元。优选的聚合物粘合剂是在聚合物主链中带有官能团的粘合剂,在主链外带有官能团 的粘合剂,以及在主链内和主链外均带有官能团的粘合剂。优选的在主链中带有官能团的 聚合物为例如聚酯、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、聚糖、取代的聚糖、聚氨酯、取代的聚氨酯、聚酰胺、取代的聚酰胺、酚醛树脂、取代的 酚醛树脂、一种或多种前述聚合物的单体任选地与其它共聚单体的共聚物,或其中至少两 种的组合。根据本发明,粘合剂可以为聚乙烯醇缩丁醛或聚乙烯。在主链中带有环状基团的 优选聚合物为例如聚丁酸乙烯酯(PVB)及其衍生物,以及聚萜品醇及其衍生物,或其混
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