具有改进的粘着性能的铅-铋-碲-硅酸盐无机反应体系的制作方法_2

文档序号:8473871阅读:来源:国知局
,且变量" e "使Pba-Bib-Tee-Md组分电荷平衡。在一个优选实施方案中, 0彡d彡0.1。铅与铋之比或a:b为5:95-95:5。优选a:b比为10:90-90:10。铅与碲之比 或a:c为10:90-90:10。更优选,a:c比为15:85至小于约30:70。铋与碲之比或b:c优选 为5:95-95:5。更优选,b:c比为10:90-80:20。另外,铅和铋与碲之比或(a+b)/c优选为 10:90-90:10,更优选 20:80-80:20。
[0033] PBT IRS可由结晶或部分结晶材料形成。优选,用于制备PBT IRS的原料为氧化铅 (例如PbO)、氧化铋(例如Bi2O3)和氧化碲(例如TeO 2)。然而,可使用可用于配制根据式 II的PBT IRS的任何已知含铅、铋或碲组合物。根据一个实施方案,用于制备PBT组合物的 原料包含基于IRS的100%总重量,不大于约45重量%含铅化合物(例如PbO),优选不大 于约40重量%,最优选不大于约38重量%。同时,材料优选包含至少约5重量%含铅化合 物,优选至少约8重量%。根据另一实施方案,原料优选包含至少约10重量%含铋化合物 (例如Bi 2O3),优选至少约17重量%。同时,原料优选包含不大于约50重量%含铋化合物, 优选不大于约40重量%,最优选不大于约38重量%。根据另一实施方案,原料包含至少约 10重量%含碲化合物,优选至少约15重量%,最优选至少20重量%。同时,材料优选包含 不大于约70重量%含蹄化合物,优选不大于约60重量%,最优选不大于约55重量%。
[0034] 也可使用其它玻璃基体形成剂形成PBT IRS,如式II中由"M"表示的那些。合 适的化合物包括但不限于碱金属、碱土金属、稀土金属、硼、铝、镓、硅、锗、锡、磷、锑、铌、钽、 钒、钛、钼、钨、铬、银、铅及其任意组合。优选包含这些金属的原料为金属氧化物。也可使用 金属卤化物,例如AgI或PbF 2。
[0035] 在一个优选实施方案中,PBT IRS包含锂、硼、硅或其任意组合。如果存在的话,IRS 的原料包含至少约〇. 1重量%上述元素。同时,它们包含基于原料的100%总重量不大于约 30重量%这些元素,优选不大于约20重量%。
[0036] 接触促进性IRS也可由其它IRS组合物形成,例如铅-铋-碲-锌IRS、 铅-铋-碲-镁IRS、硅酸铅玻璃、硼硅酸铅玻璃、无铅硼硅酸铋玻璃、硅酸铋玻璃和亚碲酸 铋玻璃。接触促进性IRS可包括多种玻璃组合物,例如PBT玻璃与其它玻璃组合物、玻璃组 合物与含PBT化合物,或者在物理加工(例如机械化学加工、研磨、磨碎)或化学加工(例如 烧制、热分解、光或辐射化学分解)期间形成PBT IRS的化合物(例如有机金属化合物、盐) 的组合。接触促进性IRS可由无定形、结晶或部分结晶原料形成,且形成接触促进性IRS的 元素可存在于单一组分中或者分布于两种或更多种组分中。
[0037] IRS的形成
[0038] PBTS IRS可通过本领域已知的任何方法形成,包括固态合成、熔融和骤冷,或其它 Chimie Douce(软化学)方法。在典型的熔融和骤冷方法中,第一步骤是将适量的原料(通 常为粉末形式)混合。然后将该混合物在空气中或者在含氧气氛中加热以形成熔体。然后 将熔体骤冷,然后将它磨碎、球磨并筛分,以提供具有所需粒度的混合物。例如,可将粉末 形式的组分在V-comb混合机中一起混合。然后将混合物加热(例如至约800-1200°C )约 30-40分钟使得原料可反应形成单玻璃体系。然后将IRS骤冷,呈现砂状稠度。将该粗粉末 例如在球磨机或喷射磨中研磨,直至产生细粉。可将IRS颗粒研磨至约0. 01 - 20 μm,优选 约0. 1-5 μ m的平均粒度(d5(l)。在一个实施方案中,可将IRS颗粒形成具有约5至约IOOnm 的d5(l的纳米级颗粒。
[0039] Chimie Douce (软化学)方法在约20°C至约500°C的温度下进行。Chimie Douce 反应为局部规整反应,意指产物中保持了反应物的结构元素,但组成改变。这类方法包括但 不限于溶胶-凝胶方法、沉淀、水热/溶剂热方法和热解。
[0040] 常规固态合成也可用于制备本文所述IRS体系。在该方法中,将粗原料在真空下 密封在熔凝石英管或者钽或铂管中,然后加热至约700-1200°C。材料在该高温下保持约 12-48小时,然后缓慢冷却(约0. 1°C /分钟)至室温。在一些情况下,固态反应可在氧化 铝坩埚中在空气中进行。
[0041] 制备IRS体系的又一方法是共沉淀。在该方法中,通过调整pH水平或者通过并入 还原剂而将金属元素还原并与其它金属氧化物或氢氧化物共沉淀以形成包含金属阳离子 的溶液。然后将这些金属、金属氧化物或氢氧化物的沉淀物干燥并在真空下在约400-800°C 下烧制以形成细粉。
[0042] 导电糊组合物
[0043] 本发明一方面涉及导电糊组合物。所需导电糊为高导电的导电糊,以使所得太阳 能电池的电性能最佳化。导电糊组合物通常包含金属颗粒、有机载体和本文所述PBTS IRS 组合物。根据一个实施方案,导电糊包含:基于糊的100%总重量,(i)至少约50重量%且 不大于约95重量%金属颗粒;(ii)至少约0. 05重量%且不大于约10重量% IRS ;和(iii) 至少约1重量%且不大于约25重量%有机载体。在一个优选实施方案中,糊包含基于糊的 100%总重量,至少约0.1重量% PBTS IRS。同时,糊优选包含不大于约5重量% PBTS IRS, 优选不大于约3重量% PBTS IRS。
[0044] 在另一实施方案中,如果糊用于形成浮动母线(floating busbar),或者如果它 在双重印刷应用中用于印刷第二层导电材料层,则糊可包含基于糊的100%总重量至少约 〇.〇5重量% PBTS IRS,优选至少约0.1重量%。同时,糊优选包含不大于约10重量% PBTS 11?,优选不大于约5重量%?8了5 11?。
[0045] 根据本发明一个实施方案,IRS应具有在导电糊的所需烧制温度以下的玻璃化 转变温度(T g)。优选的IRS组分具有至少约250°C,优选至少300°C,最优选至少350°C的 Tg。同时,当使用热-力学分析测量时,优选的IRS材料具有不大于约750°C,优选不大于 约700°C,最优选不大于约650°C的T g。特别地,Tg可使用DSC设备,TA Instruments SDT Q600Simultaneous TGA/DSC (TA Instruments)测定。对于测量和数据评估,应用测量软件 TA Universal Analysis 2000,V 4. 5A。作为用于参比和试样的盘,使用具有6. 8mm直径 和约90 μ 1容量的氧化错试样杯(由TA Instruments市售)。将约20_50mg量的试样以 〇. Olmg的精度称入试样盘中。将空参比盘和试样盘放入设备中,将烘箱密封并开始测量。 从25°C的起始温度至1000°C的最终温度使用10_50°C /min的加热速率。总是将仪器中的 剩余物用氮气(N25.0)清洗,并将烘箱用合成空气(80 %队和20 % O2,来自Linde)以50ml/ min的流速清洗。DSC信号的第一步使用上述软件评估为玻璃化转变,且测定的开始值认为 是!;的温度。
[0046] 本领域中熟知IRS颗粒可以以多种形状、尺寸和涂层存在。例如,玻璃颗粒的大量 形状是本领域技术人员已知的。一些实例包括球形、有角的、细长的(棒或针状)和平的 (片状、薄片)。玻璃颗粒也可作为不同形状(例如球和薄片)的颗粒的组合存在。优选具 有对所产生的电极的有利粘着有利的形状或形状组合的玻璃颗粒。
[0047] 中值粒径d5(l为本领域技术人员熟知的颗粒特征。D5tl为中值直径或粒度分布的 中值。它是累积分布中50%的颗粒直径。粒度分布可借助激光衍射、动态光散射、成像、电 泳光散射或本领域已知的任何其它方法测量。连接在具有LA-910软件程序的计算机上的 Horiba LA-910激光衍射粒度分析仪用于测定玻璃料的粒度分布。从LA-910手册选择玻璃 料颗粒的相对折射率并输入软件程序中。将测试室中填充去离子水至罐上的合适填充线。 然后通过使用软件程序中的循环和搅动功能使溶液循环。在1分钟以后,将溶液排出。这 重复另外一次以确保室不含任何残余材料。然后将室用去离子水第三次填充并使其循环和 搅动1分钟。通过使用软件中的空白功能(blank function)消除溶液中的任何背景颗粒。 然后开始超声波搅动,并将玻璃料缓慢加入测试室的溶液中直至透射率条带在软件程序的 合适区中。一旦透射率位于正确水平,运行激光衍射分析,测量玻璃的粒度分布并作为d 5Q 给出。
[0048] 在一个优选实施方案中,IRS颗粒的中值粒径d5(l为至少约0. 1 μπι,且优选不大于 约20 μ m,更优选不大于约5 μ m,更优选不大于约2 μ m,最优选不大于约1 μ m。
[0049] IRS颗粒可以具有表面涂层。本领域中已知且在本发明上下文中合适的任何这种 涂层可用于IRS颗粒上。优选的涂层为促进导电糊改进的粘着特性的那些涂层。如果存在 这类涂层,则优选涂层以不大于10重量%,优选不大于约8重量%,更优选不大于约5重 量%,更优选不大于约3重量%,最优选不大于约1重量%的量存在,每种情况下基于IRS 组分的总重量。
[0050] 优选,IRS颗粒具有至少约0.1 mVg且不大于约15m2/g,优选至少约ImVg且不大于 约IOmVg的比表面积。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 测量使用BET (Brunauer-Emmett-Teller)方法借助根据SMART方法操作的Monosorb MS-22 分析仪(由 Quantachrome Instruments of Boynton Beach,Florida 生产)进行。在内置 式除气站中准备用于分析的试样。流动气体清除杂质,产生可在其上进行吸附的干净表面。 可将试样用提供的加热罩加热至使用者可选择的温度。将数字温度控制和显示器安装在仪 器面板上。在除气完成以后,将试样池转移至分析站。在转移期间快速连接配件自动地密 封试样池。按下单个按钮,分析开始。填充有冷却剂的杜瓦真空瓶自动地升高,浸没试样池 并导致吸附。仪器检测吸附完成(2-3分钟),自动地降低杜瓦真空瓶,并使用内置式热鼓风 机温和地将试样池加热返回室温。因此,在数字式仪表上显示解吸气体信号,且表面积直接 显示于面板显示器上。整个测量(吸附和解吸)周期通常需要小于6分钟。该技术使用高 灵敏度导热率检测器测量在吸附和解吸进行时吸附物/惰性载体气体混合物的浓度变化。 当通过机载电子器件积分并与校准对比时,检测器提供吸附或解吸气体的体积。内置式微 型处理器确保直线性并自动地计算试样的BET表面积,以m 2/g表示。
[0051] 导电金属颗粒
[0052] 导电糊还包含导电金属颗粒。导电糊可包含基于糊的100%总重量至少约50重 量%金属颗粒,优选至少约60重量%,更优选至少约70重量%,最优选至少约80重量%。 同时,糊优选包含基于糊的100%总重量不大于约95重量%金属颗粒。
[0053] 本领域中已知且被视为适用于本发明上下文中的所有金属颗粒可用作导电糊中 的金属颗粒。优选的金属颗粒为显示出导电性且得到具有高效率和填充因数以及低串联和 栅极电阻的那些。优选的金属颗粒为元素金属、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者至少一种金属与至少一种合金的混合物。
[0054] 优选的金属包括银、铝、金、镍和铜及其合金或混合物中的至少一种。在一个优选 实施方案中,金属颗粒包含银。在另一优选实施方案中,金属颗粒包含银和铝。合适的银衍 生物包括例如银合金和/或银盐,例如银卤化物(例如氯化银)、硝酸银、乙酸银、三氟乙酸 银
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