专利名称：涂料组合物及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及涂料组合物，可用于半导体制造工艺中，尤其是硅晶太阳能电池制造工艺，其可涂覆于基材上，使基材表面形成一钝化层(passivation layer),进而减少电子与空穴对再结合的几率，提高光电转化效率。
背景技术：
随着科技与经济的快速发展，能源的需求也大幅度的增加。现今使用量最大的石油、天然气、煤等原料的存量不断减少，因此必须仰赖其它新兴能源来满足日益增加的能源需求。太阳能因具有低污染性及容易取得等优点，为目前最被看好且最重要的新兴能源来源之一。图I为典型太阳能电池的示意图，其中于一 P型硅半导体基材I上以掺杂的方式形成一 η型掺杂层2,随后于η型掺杂层2上形成一抗反射层3 (如氮化娃)与电极4,并于 P型硅半导体基材I的另一侧形成背电极5。其中，硅半导体基材I与掺杂层2的导电型态可互相交换，即也可为η型硅半导体基材与P型掺杂层的组合。当光照射在硅基材上P型硅半导体基材I及η型掺杂层2之间所形成的内部电场，硅原子的电子受激发产生“光生电子与空穴对(light-generated electron-hole pairs)”,电子与空穴对因为电场作用而使电池内的电荷往两端集中，此时只要外加电路连接电极即可利用电池内的电力。然而，电子与空穴对常于太阳能电池内部再结合而无法利用，从而降低太阳能电池的光电转化效率。为减少上述情形，已知可于背电极5与P型硅半导体基材I之间形成一带负电的钝化层(如氧化招层)，以限制少数载流子(minority carrier)运动方向,减少电子朝背电极5方向移动，进而减少电子与空穴对再结合的几率(S卩，延长少数载流子生命期)，提高光电转化效率，此现象称为“背电场效应(back surface field)”。所述氧化铝层可利用干法(如原子层沉积法(ALD)、化学气相沉积法(CVD)、#i镀(sputtering)等)或湿法，但干法必须于高度真空的环境下生长氧化铝层且生长速度极慢，花费成本高。湿法目前可采用制造工艺相对简易，花费成本低的溶胶-凝胶法(sol-gel method)，然而，由溶胶-凝胶法制得的氧化铝层多存在氧化铝粒子大小不易控制、粒径分布不均及溶液稳定性不佳等缺点，导致制造工艺不易控制，不易商品化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涂料组合物，其包含(a) 一氧化铝前体，其包含铝元素及与该铝元素键合的如下基团(al) 一具通式-OR1的基团，其中R1为H或经取代或未经取代的Cl至C13烷基；(a2) 一双齿螯合基团 '及(a3) 一四配位基团；以及(b) 一溶剂，其中，以该组合物的总重量计，该(a)氧化铝前体的浓度为约I重量％至约50重量％，且以I摩尔铝元素计，基团(al)、(a2)及(a3)的摩尔数总和为< 3。本发明的另一目的，在于提供一种复合材料，其包含一基材及一覆于该基材的至少一个表面上的钝化层，其中该钝化层通过将上述涂料组合物涂覆于该基材的至少一个表面上，干燥并烧结而形成，具有延长少数载流子生命周期，提高光电转化效率的效果。为让本发明的上述目的、技术特征及优点能更明显易懂，下文以具体实施方式
进行详细说明。发明效果
本发明的有益效果在于本发明的涂料组合物，其可长时间储存而不变质(不产生沉淀或胶化)，且由此制得的钝化层的氧化铝颗粒细小且分布均匀，与基材的接触面积较大，所以可形成较高密度的键结，在应用于太阳能电池时能提供优异背电场效应，提升钝化效果(passivation),延长少数载流子生命周期,提高光电转化效率。
图I为公知太阳能电池的示意图；以及图2为本发明涂料组合物及比较涂料组合物的粘度与时间关系图。符号说明I P型娃半导体基材2 η型掺杂层3 减反射层4 电极5 背电极
具体实施例方式为便于理解本文所陈述的公开内容，在下文中定义若干术语。术语“烷基”是指直链或支链碳链基团，其中该烷基可视情况经取代。作为烷基的例子，可以列举C1-C20直链或支链烷基，C1-C15烷基，C1-C13直链或支链烷基，Cl-ClO直链或支链烷基，或者C1-C4直链或支链烷基。更具体而言，可以列举甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、异戊基、己基、庚基、辛基、异辛基、壬基、异壬基、癸基、异癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基等。术语“亚烷基”是指直链或支链的二价碳链基团，其中该亚烷基可视情况经取代。作为亚烷基的例子，可以列举C1-C20直链或支链亚烷基，C1-C12亚烷基，或C 1-C6亚烷基。更具体而目，可以列举亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚异丙基、亚丁基、亚异丁基、亚仲丁基、亚叔丁基、亚戊基、亚异基、亚己基等。术语“烷氧基”表示经由氧原子连接至分子的其余部分的如上文所述的烷基。作为烷氧基的例子，可以列举C1-C20直链或支链烷氧基，C1-12直链或支链烷氧基，或C1-6直链或支链烧氧基。更具体而目，可以列举甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、戍氧基、异戍氧基、己氧基等。术语“芳基”是指单环或多环单价芳族基团。作为芳基的例子，可以列举C6-C20芳基，C6-C16芳基，C6-C15芳基，或者C6-C14芳基。作为芳基的更具体例子，可以列举苯基、萘基、芴基、奥基、蒽基、菲基、芘基、联苯基及联三苯基。芳基包括双环或三环状碳环，其中这些环中之一为芳族环且其余可为饱和、部分不饱和或可为芳族环，例如，二氢萘基、茚基、二氢茚基或四氢萘基(萘满基)。以下将具体地描述根据本发明的部分具体实施方式
；但是，在不背离本发明的精神下，本发明尚可以多种不同形式的方式来实践，不应将本发明保护范围解释为限于说明书所陈述者。此外，除非文中有另外说明，于本说明书中(尤其是在权利要求书中)，所使用的“一”、“该”及类似用语应理解为包含单数及复数形式，所使用的“经取代” 一词表示以取代基取代氢，且该取代基可为除氢以外的任何基团或原子，例如卤素、羟基、氰基、羧基、烷基、环氧基或烷氧基。此外，为明确起见，图式中可能夸张表示各组件及区域的尺寸，而未按照实际比例绘制。本发明的涂料组合物为含氧化铝前体的稳态溶液，所以长时间储存，不会发生粘度变化或沉淀或胶化(gelation)等质变现象，此外，本发明的氧化铝前体在酸、中或碱性环境下均可保持稳态溶液的特性，不会发生凝聚现象，因此应用范围更为广泛。具体而言，本发明的涂料组合物包含(a) —氧化铝前体以及(b) —溶剂，该(a)氧化铝前体稳定存在于该(b)溶剂中，且包含铝元素及与该铝元素键合的如下基团(al) 一具通式-OR1的基团；(a2) 一双齿螯合基团(bidentate chelating group);以及(a3) 一四配位基团(tetrahedral coordinating group),在基团(al)中，R1为H或经或未经取代的Cl至C13烷基，优选为H或经或未经取代的Cl至C4烷基，在本发明的部分实施方式中，R1为H。其中，如前文所述，在本说明书中，用语「一」包含单数及复数形式，因此，应理解，本发明的涂料组合物可仅包含一种氧化铝前体，此时涂料组合物中包含一种(al)具通式-OR1的基团、(a2)双齿螯合基团及(a3)四配位基团；或者，本发明的涂料组合物可包含多种氧化铝前体，以使得涂料组合物中可包含一或多种(al)具通式-OR1的基团、一或多种(a2)双齿螯合基团及/或一或多种(a3)四配位基团。本发明的涂料组合物中包含(a2)双齿螯合基团，由此能有效限制氧化铝前体彼此间的聚合，从而增加氧化铝前体于溶剂中的稳定性、并有效控制由此形成的氧化铝颗粒尺寸及均匀性。(a2)双齿螯合基团的种类并无特殊限
制，根据本发明的实施方式可为
权利要求
1.一种涂料组合物，其包含 (a)一氧化铝前体，其包含铝元素及与铝元素键合的如下基团 (al) 一具通式-OR1的基团，其中R1为H或经取代或未经取代的Cl至C13烷基； (a2) —双齿螯合基团；及 (a3) 一四配位基团；以及 (b)一溶剂， 其中，以该组合物的总重量计，该(a)氧化铝前体的含量为约I重量％至约50重量％，且以I摩尔铝元素计，基团(al)、(a2)及(a3)的摩尔数总和≤3。
2.如权利要求I所述的组合物，其中以I摩尔铝元素计，基团(al)的摩尔数为O ≤ al<2. 7 ;基团(a2)的摩尔数为O. 3≤a2≤3 ;以及基团(a3)的摩尔数为O≤a3≤O. 3。
3.如权利要求I所述的组合物，其中R1为H或经取代或未经取代的Cl至C4烷基。
4.如权利要求I所述的组合物，其中基团(a2)为
5.如权利要求4所述的组合物，其中基团(a2)选自以下群组
6.如权利要求I所述的组合物，其中基团(a3)为四配位的非金属氧化物。
7.如权利要求I所述的组合物，其中基团(a3)具通式-OYR7(OR6)2，且其中Y为P、Si、B或Ti，R6为H、经取代或未经取代的Cl至C15烷基、或经取代或未经取代的C6至C15芳基，以及R7为-OH或=0。
8.如权利要求7所述的组合物，其中基团(a3)为-OPO(OR6)2, R6为H或Cl至C3烷基。
9.如权利要求I所述的组合物，其中该(b)溶剂选自以下群组水、醇类、醚类、酯类、酮类及它们的混合物。
10.如权利要求I所述的组合物，其中以该组合物的总重量计，该(a)氧化铝前体的含量为约4重量％至约23重量％。
11.一种复合材料，其包含一基材及一覆于该基材的至少一个表面上的钝化层，该钝化层通过将权利要求I至10中任一项所述的涂料组合物涂覆于该基材的至少一个表面上，干燥并烧结而形成。
12.如权利要求11所述的复合材料，其中该钝化层的厚度为约10纳米至约500纳米。
13.如权利要求11所述的复合材料，其中该钝化层包含多个氧化铝颗粒，该氧化铝颗粒的平均粒径约5纳米至约30纳米。
14.如权利要求13所述的复合材料，其中该氧化铝颗粒为非结晶型氧化铝颗粒。
15.如权利要求11所述的复合材料，其中该基材为陶瓷基材、硅基材或金属基材。
全文摘要
本发明涉及涂料组合物及其用途。本发明提供一种涂料组合物，包含(a)一氧化铝前体以及(b)一溶剂。该(a)氧化铝前体包含铝元素及与该铝元素键合的如下基团(a1)一具通式-OR1的基团，其中R1为H或经取代或未经取代的C1至C13烷基；(a2)一双齿螯合基团；以及(a3)一四配位基团，其中，以该组合物的总重量计，该(a)氧化铝前体的浓度为约1重量%至约50重量%，且以1摩尔铝元素计，基团(a1)、(a2)及(a3)的摩尔数总和为≤3。本发明的涂料组合物可用于半导体制造工艺中制备钝化层。本发明还提供使用该涂料组合物形成的复合材料。
文档编号H01L31/0216GK102827497SQ20121023031
公开日2012年12月19日 申请日期2012年7月4日 优先权日2012年1月6日
发明者方福全, 陈嘉弘, 洪瑞意, 温清章 申请人:长兴化学工业股份有限公司, 长阳开发科技股份有限公司