在电极制备中的包含Ag纳米颗粒和球形Ag微米颗粒的导电浆料的制作方法
【专利说明】在电极制备中的包含Ag纳米颗粒和球形Ag微米颗粒的导 电浆料 发明领域
[0001] 本发明设及在制备电极，特别是电气装置，特别是温度敏感性电气装置或太阳能 电池，特别是HIT(具有本征薄层的异质结）太阳能电池中的包含Ag纳米颗粒和球形Ag微 米颗粒的导电浆料。特别地，本发明设及浆料，制备浆料的方法，前体，制备电气装置的方法 和包含电气装置的组件。
[000引发明背景
[0003] 电极是多种经济上重要的电气装置，例如太阳能电池、显示屏、电子电路或其部件 的必要部件。一种特别重要的该类电气装置为太阳能电池。
[0004] 太阳能电池是使用光生伏打效应将光能转化成电的装置。太阳能是有吸引力的绿 色能源，因为它是可持续的且仅产生非污染的副产物。因此，目前投入了大量研究W开发具 有提高的效率，同时持续降低材料和生产成本的太阳能电池。当光击中太阳能电池时，一部 分入射光被表面反射，其余透射到太阳能电池中。透射的光子被太阳能电池吸收，所述太阳 能电池通常由通常适当渗杂的半导体材料如娃制成。吸收的光子能量激发半导体材料的电 子，产生电子-空穴对。该些电子-空穴对然后被p-n结隔开并被太阳能电池表面上的导 电电极收集。
[0005] 太阳能电池非常通常地基于娃，所述娃通常为Si片的形式。此处，p-n结通常如 下制备：提供n型渗杂的Si基质并将P型渗杂层施加于一个面上，或者提供P型渗杂的Si 基质并将n型渗杂层施加于一个面上，在该两种情况下均得到所谓的p-n结。具有施加的 渗杂剂层的面通常充当电池的正面，相对侧的具有原始渗杂剂的Si充当背面。n型和P型 太阳能电池都是可能的且已在工业上使用。设计利用在两个面上的入射光的电池也是可能 的，但它们的用途相对不够广泛。
[0006] 为了使太阳能电池正面上的入射光进入并被吸收，正面电极通常W分别称为"栅 线"和"主栅线"的两组垂直线排列。栅线形成与正面的电接触，主栅线连接该些栅线W将 电荷有效地引至外电路中。通常栅线和主栅线的该一布置W导电浆料的形式施用，将其烧 审m得到固体电极体。背面电极也通常W导电浆料的形式施用，然后将其烧制W得到固体 电极体。
[0007] 太阳能电池制备的另一路线寻求通过包含无定形娃层提供有利的电池性能。还称 为hit(具有本征薄层的异质结）太阳能电池，该类电池可容许降低与电子-空穴重组有关 的负面作用。该类HIT电池中的无定形区域通常是温度敏感的。关于HIT型电池的其它细 节和用于温度敏感性装置的低温固化浆料的其它应用，请参见US2013/0142963A1。通过 引用将其全部并入本申请中。
[000引技术现状需要将电极应用于基质上的改进方法，如果基质为温度敏感性的话特别 如此，如通常关于HIT太阳能电池的情况。
[0009] 发明概述
[0010] 本发明一般性地基于克服技术现状中关于电极，特别是关于太阳能电池或温度敏 感性装置，特别是HIT太阳能电池中的电极所遭遇的至少一个问题的目的。
[0011] 更具体而言，本发明进一步基于提供制备太阳能电池的低温方法的目的，所述太 阳能电池显示出有利的电池性能，特别是有利地低电极晶片比接触电阻，高机械稳定性，不 具有各自影响电极的导电性的破裂或空隙，通常称为裂纹的连续电极，W及高度与宽度的 高纵横比。
[0012] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由形成本发明权利要求书的范畴的主题做 出。另一贡献由代表本发明具体实施方案的本发明从属权利要求的主题做出。
[0013] 详述
[0014] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由包含W下浆料组分的浆料做出：
[00巧]a.Ag颗粒，
[0016] b.聚合物体系；
[0017] 其中Ag颗粒具有粒径的多峰分布，其具有至少一个在约Inm至约小于1ym范围 内的第一最大值和至少一个在约1ym至约小于1mm范围内的另一最大值；
[0018] 其中第一与另一最大值之间的差为至少约0. 3ym，优选至少约0. 5ym，更优选至 少约1ym;
[0019] 其中至少50重量％，优选至少约70重量％，更优选至少约90重量％的直径为 1ym至1mm的Ag颗粒为球形；
[0020] 在浆料的一个实施方案中，Ag颗粒具有双峰直径分布。
[0021] 在浆料的一个实施方案中，Ag直径分布具有至少一个在约100至约800nm，优选约 150至约600nm，更优选约200至约500nm范围内的最大值。
[0022] 在浆料的一个实施方案中，Ag直径分布具有至少一个在约1至约10ym，优选约1 至约5ym，最优选约1至约3ym范围内的最大值。
[0023] 在浆料的一个实施方案中，聚合物体系为热固性体系。
[0024] 在浆料的一个实施方案中，热固性体系包含具有至少2个不饱和基团的交联化合 物。
[0025] 在浆料的一个实施方案中，热固性体系包含自由基生成剂。
[0026] 在浆料的一个实施方案中，交联化合物W基于浆料的总重量为约1至约10重 量％，优选约2至约9重量％，更优选约3至约8重量％存在。
[0027] 在浆料的一个实施方案中，直径为Inm至小于1ym的Ag颗粒的总重量与直径为 1ym至小于1mm的Ag颗粒的总重量的比为约1:1至约10:1，优选约2:1至约8:1，更优选 约3:1至约6:1。
[002引在浆料的一个实施方案中，Ag颗粒的总重量基于浆料的总重量为约60至约95重 量％，优选约70至约93重量％，更优选约80至约90重量％。
[0029] 在浆料的一个实施方案中，交联化合物基于丙締酸醋、甲基丙締酸醋或者它们中 的至少一种。
[0030] 在浆料的一个实施方案中，交联化合物基于脂肪酸或其衍生物。
[0031] 在浆料的一个实施方案中，热固性体系进一步包含具有1个不饱和基团的化合 物。
[0032] 在浆料的一个实施方案中，聚合物体系为热塑性聚合物体系，其中热塑性聚合物 体系包含热塑性聚合物。
[0033] 在一个实施方案中，热塑性聚合物显示出W下参数中的至少一个，优选2个或更 多个，更优选所有：
[0034]a.约-120至约110°C，优选约-50至约100°C，更优选约20-80°C的玻璃化转变温 度；
[0035]b.比玻璃化转变温度高至少约5°C，优选至少约30°C，最优选约50°C的烙融温度； 或
[0036]C.约10, 000至约150, OOOg/mol，优选约10, 000至约100, OOOg/mol，更优选约 11, 000至约80, OOOg/mol的数均分子量。
[0037] 在该实施方案的一个方面中，优选参数a.和b.的组合。
[003引在浆料的一个实施方案中，热塑性聚合物W基于热塑性聚合物体系的总重量为约5至约45重量％，优选约10至约40重量％，更优选约20至约30重量％的量存在于热塑性 聚合物体系中。
[0039] 在浆料的一个实施方案中，热塑性聚合物选自由聚醋、丙締酸醋聚合物、苯氧基聚 合物组成的组，优选选自由聚醋或丙締酸醋聚合物组成的组，更优选聚醋。
[0040] 在浆料的一个实施方案中，聚醋包含聚醋骨架。
[0041] 在浆料的一个实施方案中，聚合物体系包含溶剂。根据该实施方案的一个方面优 选有机溶剂。
[0042] 在浆料的一个实施方案中，溶剂在热塑性聚合物体系中为非质子极性溶剂且在热 固性体系中为质子极性溶剂。
[0043] 在浆料的一个实施方案中，溶剂包含己酸醋结构部分。
[0044] 在浆料的一个实施方案中，溶剂W基于热塑性聚合物体系的总重量为至少55重 量％，优选至少约60重量％，更优选至少约65重量％的量存在于热塑性聚合物体系中。
[0045] 在浆料的一个实施方案中，溶剂W基于浆料的总重量为约0.1 to 7重量％，优选 约0. 1至约5重量％，更优选约0. 1至约3重量％的量存在。
[0046] 在热固性体系的一个实施方案中，各自基于热固性体系的总重量不多于65重 量％，优选不多于60重量％，更优选不多于55重量％存在于热固性体系中。在该实施方案 的另一方面中，优选溶剂W各自基于热固性体系的总重量为约40至约65重量％，优选约45 至约60重量％的量存在于热固性体系中。在该实施方案的另一方面中，优选各自基于热固 性体系的总重量不多于约10重量％，优选不多于约5重量％，更优选不多于1重量％的溶 剂存在于热固性体系中。该些热固性体系可被认为是"无溶剂的"。
[0047] 在浆料的一个实施方案中，基于浆料的总重量不多于1重量％，优选不多于约0. 5 重量％，更优选不多于约0. 3重量％存在于热固性体系浆料中。在该实施方案的另一方面 中，优选溶剂W各自基于热固性体系浆料的总重量为浆料约1至约20重量％，优选约5至 约15重量％存在于热固性体系浆料中。在该实施方案的另一方面中，各自基于热固性体系 浆料的总重量浆料不多于约2重量％，优选不多于约1重量％，更优选不多于0. 5重量％的 溶剂存在于热固性体系浆料中。该些浆料可被认为是"无溶剂的"。
[0048] 在本发明一个实施方案中，浆料包含基于浆料的总重量不多于约1重量％，优选 不多于0. 1重量％，更优选不多于约0. 01重量％的玻璃。浆料最优选不包含玻璃。
[0049] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由制备浆料的方法做出，所述方法包括使W 下浆料组分结合的步骤：
[0化0]a.具有约1皿至约小于1ym，优选约100至约800皿，更优选约150至约600皿， 最优选约200至约500皿的直径ds。的第一部分Ag颗粒；
[CK)5Ub.具有约1ym至约小于1mm，优选约1至约10ym，更优选约1至约5ym，最优选 约1至约3ym的直径ds。的另一部分Ag颗粒；
[00巧C.聚合物体系。
[0化3] 设及浆料的优选特征的W上实施方案也加W必要修正地适用于浆料的制备方法 中的浆料组分。
[0054] 在浆料的制备方法的一个实施方案中，第一部分的重量与另一部分的重量的比为 约1:1至约10:1，优选约2:1至约8:1，更优选约3:1至约6:1。
[0055] 在本发明方法的一个实施方案中，聚合物体系为包含W下组分的热固性体系： [0化6]i.具有至少2个不饱和基团的交联化合物，
[0化7] ii.自由基生成剂。
[0化引在本发明方法的一个实施方案中，聚合物体系为包含W下体系组分的热塑性体 系：
[0化9]i.热塑性聚合物，
[0060] ii.溶剂。
[0061] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由可通过本发明方法得到的浆料做出。
[0062] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由包含W下前体部分的前体做出：
[006引 a.本发明浆料，
[0064] b.基质。
[00化]在本发明前体的一个实施方案中，基质为温度敏感性的。
[0066] 在本发明前体的一个实施方案中，基质为娃片。
[0067] 在本发明前体的一个实施方案中，基质包含p-n结。
[0068] 在本发明前体的一个实施方案中，基质包含第一娃层，其中少于50重量％，优选 少于20重量％，更优选少于10重量％的第一娃层为结晶的。在该实施方案的一个方面中， 基质包含另一娃层，其中至少50重量％，优选至少80重量％，更优选至少90重量％的另一 娃层为结晶的。在该实施方案的另一方面中，至少第一娃层具有不高于约lXl〇i6cnT3,优选 不高于约10"cnT3,更优选不高于约l〇i2cnT3的渗杂剂含量。本征（非渗杂）层优选不包含 渗杂剂。
[0069] 在本发明前体的一个实施方案中，基质包含透明导电层。
[0070] 在本发明前体的一个实施方案中，透明导电层选自由W下组成的组；导电聚合物、 导电氧化物。
[0071] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由制备太阳能电池的方法做出，所述方法至 少包括W下步骤：
[0072] i)提供本发明前体；
[0073] ii)将前体加热W得到装置。
[0074] 在装置的制备方法的一个实施方案中，加热在约70至约250°C，优选约100至约 230°C，更优选约130至约210°C的温度下进行。
[0075]在装置的制备方法的一个实施方案中，装置为太阳能电池。
[0076]对实现上述目的中的至少一个的贡献由可通过本发明方法得到的装置做出。
[0077] 对实现上述目的中的至少一个的贡献由至少包含W下作为装置部件的装置做 出：
[007引 i)基质；
[0079] U)电极；
[0080] 其中存在于电极中的金属颗粒具有多峰