制造非烧结型电极的方法

制造非烧结型电极的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及使用导电浆料制造非烧结型电极的方法。
【背景技术】
[0002] 在制造过程中可被高温处理损害的电装置或衬底需要非烧结型电极。术语"非烧 结型电极"被定义为无需在350°C或更高的温度下热处理而形成的电极。
[0003] US20060082952公开了一种形成非烧结型电极的方法，所述方法包括以下步骤： 将导电浆料丝网印刷在玻璃衬底上，以及在200°C或更低的温度下固化所印刷的导电浆料。 所述导电浆料包含分散在溶剂中的具有Iym或更小的平均粒度的银粉、四氟乙烯、六氟丙 烯和亚乙烯基氟化物。

【发明内容】

[0004] 本发明的一个目的是提供一种制造非烧结型电极的方法，所述方法能够形成具有 足够电性能的电极。
[0005] 本发明的一个方面涉及一种制造非烧结型电极的方法，所述方法包括以下步 骤：(a)将导电浆料施加于衬底上，其中所述导电浆料包含，（i) 100重量份的导电粉末， (ii) 0. 1至8重量份的无机硼化合物，其选自氧化硼、硼酸、硼酸铵水合物、硼砂、四硼酸钾 四水合物以及它们的混合物，其中所述无机硼化合物中的硼组分为〇. 05至0. 6重量份， (iii) 0. 1至8重量份的醇，其选自丙三醇、木糖以及它们的混合物，和（iv)有机载体；以及 (b)在100至300°C加热所施加的导电浆料。
[0006] 本发明的另一个方面涉及一种非烧结型导电浆料，其包含：（i) 100重量份的导电 粉末；（ii)0. 1至8重量份的无机硼化合物，其选自氧化硼、硼酸、硼酸铵水合物、硼砂、四硼 酸钾四水合物以及它们的混合物，其中所述无机硼化合物中的硼组分为〇. 05至0. 6重量 份；（iii)O. 1至8重量份的醇，其选自丙三醇、木糖以及它们的混合物；和（iv)有机载体。
[0007] 本发明的另一个方面涉及一种电装置，其包含通过上述方法制造的非烧结型电 极。
[0008] 通过本发明，可以形成具有足够电性能的非烧结型电极。
【附图说明】
[0009] 图1是在衬底上形成的电极的横截面简图。
【具体实施方式】
[0010] 通过使用导电浆料来形成所述非烧结型电极。在下面分别解释了制造所述电极的 方法和在其中使用的导电浆料。
[0011] 制诰电极的方法
[0012] 制造电极的方法包括以下步骤：将导电浆料施加于衬底上，以及加热所施加的导 电浆料。下面参考图1描述了该方法。
[0013] 将导电浆料10施加于衬底11上。对衬底11没有限制。在一个实施例中，衬底11 可以是聚合物薄膜、玻璃衬底、陶瓷衬底或半导体衬底。在另一个实施例中，衬底11可以是 可被高温损害的聚合物薄膜或半导体衬底。
[0014] 在一个实施例中，通过丝网印刷、喷墨印刷、凹版印刷、孔版印刷、自旋涂布、刀片 涂布或喷嘴排出，可以将导电浆料10施加于衬底11上。在另一个实施例中，可以进行丝网 印刷，因为丝网印刷通过使用丝网掩模可以在短时间内相对容易地形成期望的图案。
[0015] 在一个实施例中，导电浆料的粘度是在30-500Pa，s之间，这通过BrookfieldHBT 用14号锭子以IOrpm测得。在丝网印刷的情况下，导电衆料的粘度可为60-200Pa?s。
[0016] 在100至300°C加热所施加的导电浆料10,由此将所述导电浆料固化以变成电极。 在另一个实施例中，加热温度可为120至250°C，在另一个实施例中，可为150至220°C。在 一个实施例中，加热时间可为10至90分钟，在另一个实施例中，可为15至70分钟，并且在 另一个实施例中，可为20至45分钟。加热温度可以与加热时间组合进行调节，诸如在低温 加热较长时间或在高温加热较短时间。
[0017] 所形成的电极的图案可以含有线条图案，在一个实施例中，所述线条图案具有 Iym至IOmm的宽度和1至100ym的厚度，在另一个实施例中，所述线条图案具有30ym至 6mm的宽度和3至70ym的厚度，在另一个实施例中，所述线条图案具有100ym至3mm的宽 度和8至30ym的厚度。在电装置中有时可能需要这样的线条图案。
[0018] 通过本发明形成的非烧结电极表现出长时间耐热性。所述长时间耐热性可以由电 阻率比率来表示，所述电阻率比率计算为[老化后的电阻率/最初电阻率]。当老化条件在 150°C持续300小时时，电阻率比率优选地为2. 0或更低。在另一个实施例中，电阻率比率 为1. 5或更低，在另一个实施例中，为1. 3或更低。具有这样低电阻率比率的非烧结电极可 以长时间用作电装置中的稳定部件。
[0019] 在一个实施例中，老化后的电极的电阻率可为I. 5mQ?cm或更低，在另一个实施 例中，可为I.OmQ?cm或更低。
[0020] 通过所述方法制造的电极可以用在任何电装置中。电装置的例子是太阳能电池、 触控板、等离子体显示板（PDP)和发光二极管（LED)模块。
[0021] 导电浆料
[0022] 所述导电浆料至少包含：（i)导电粉末、（ii)无机硼化合物、（iii)醇和（iv)有机 载体。
[0023] (i)导电粉末
[0024] 所述导电粉末是具有导电性的任何粉末。
[0025] 在一个实施例中，所述导电粉末可以包含在293开尔文下具有至少 I.OOXIO7Sm1的电导率的金属。在另一个实施例中，所述导电粉末包含选自以下的金属： 铝（Al)、镍（Ni)、铜（Cu)、银（Ag)、金（Au)、铂（Pt)、钯（Pd)、钼（Mo)、钨（W)、锌（Zn)、它们 的合金以及它们的混合物。
[0026] 在另一个实施例中，所述导电粉末可以包含选自以下的金属：A1、Ni、Zn、Cu、它们 的合金以及它们的混合物。在另一个实施例中，所述导电粉末包含Cu或Cu合金。此类金 属在高温下相对容易氧化，但是它们可以用在非烧结型电极中。
[0027]在另一个实施例中，所述导电粉末可以包含合金，所述合金包含基本金属诸如Cu、 Al和Ni。合金的例子是铝和硅（Al-Si)合金、铝和铜（Al-Cu)合金、铝和锌（Al-Zn)合金、 铝和硼（Al-B)合金、镍和铌（Ni-Nb)合金、镍和硼（Ni-B)合金、铜和镍（Cu-Ni)合金、铜和 锌（Cu-Zn)合金、铜和硼（Cu-B)合金、以及铜和锡（Cu-Sn)合金。
[0028] 包含Cu、Al或Ni的基本金属的导电粉末可以涂覆有贵金属。所述贵金属可以是 Ag、Au、Pt或它们的合金。在另一个实施例中，用于涂布基本金属的贵金属是相对廉价的 Ag。具有相对低水平的受热氧化的贵金属可以减少基本金属氧化。
[0029] 对导电粉末的形状没有限制。但是，经常使用薄片状导电粉末、球形导电粉末或其 混合物。
[0030] 在一个实施例中，导电粉末的粒径（D50)可为0. 5至IOy m，在另一个实施例中，可 为1至8ym，在另一个实施例中，可为1.5至4ym。在该范围内的粒径可以良好地分散在 浆料中。具有这种粒度的导电粉末可以良好地分散在有机载体中。通过使用激光衍射散射 方法用MicrotracX-100型测量粉末直径的分布，得到平均直径（D50)。
[0031] 基于导电浆料的重量计，在一个实施例中，导电粉末可为40至90重量百分比（重 量％ )，在另一个实施例中，可为52至85重量％，在另一个实施例中，可为65至80重量％。 在所述导电粉末含量范围内，电极的电导率可以是足够的。
[0032] (ii)无机硼化合物
[0033] 所述无机硼化合物选自氧化硼、硼酸、硼酸铵水合物、硼砂、四硼酸钾四水合物以 及它们的混合物。这些类型的无机硼化合物可以保持低电阻率，如在下面实例表1中所示。
[0034] 所述氧化硼是硼的氧化物。在一个实施例中，所述氧化硼可以是三氧化二硼 (B2O3) 〇
[0035]在一个实施例中，所述硼酸可以选自正硼酸（B(OH)3,CAS号10043-35-3)、偏硼酸 (BH02,CAS号 13460-50-9)、四羟基二硼（B2(OH)4,CAS号 13675-18-8)以及它们的混合物。 在另一个实施例中，考虑到在市场中的可用性，所述硼酸可以是正硼酸。
[0036] 在一个实施例中，所述硼酸铵水合物是五硼酸铵八水合物、四硼酸铵四水合物或 它们的混合物。五硼酸铵八水合物（CAS号12046-03-6)以（NH4)2BiqO16AH2O为式，四硼酸 铵四水合物（CAS号12228-87-4)以（NH4)2B4O7 *4H20为式。在另一个实施例中，所述硼酸 铵水合物是五硼酸铵八水合物。
[0037] 硼砂（CAS号1303-96-4)也被称为硼酸钠十水合物，并以Na2B4O7 ?IOH2O为式。
[0038] 四硼酸钾四水合物（CAS号12045-78-2)以K2B4O7 ? 4H20为式。
[0039] 在另一个实施例中，所述无机硼化合物选自氧化硼、硼酸、硼砂以及它们的混合 物。
[0040] 在另一个实施例中，所述无机硼化合物选自氧化硼、硼酸以及它们的混合物。
[0041] 在另一个实施例中，所述无机硼化合物选自氧化硼、正硼酸以及它们的混合物。
[0042]在100重量份的导电粉末中，所述无机硼化合物中的硼组分为0. 05至0. 6重量 份。在另一个实施例中，在100重量份的导电粉末中，所述无机硼化合物中的硼组分为〇. 08 至0. 5重量份，在另一个实施例中，为0. 1至0. 45重量份，在另一个实施例中，为0. 2至0. 4 重量份。利用这种量的硼组分，所述电极可以在高温老化过程中保持低电阻率，如在下面的 实例中所示。
[0043] 通过下述计算式，可以从无机硼化合物的量计算硼组分的量。
[0044] 硼组分（重量份）=无机硼化合物的量（重量份）X(硼的原子量：10. 81)
[0045] X(硼原子的数目）八无机硼化合物的分子量）
[0046] 例如，作为（5重量份）X10.81X1/61.83的计算结果，5重量份的B(OH)3(分子 量：61. 83)的硼组分为约0? 87。作为（5重量份）X10. 81X10/344. 21的计算结果，5重量 份的（NH4)2BiqO16 ? 8H20(分子量：344. 21)的硼组分为约L57。
[0047] 在100重量份的导电粉末中，无机硼化合物为0. 1至8重量份。在另一个实施例 中，在100重量份的导电粉末中，无机硼化合物可为0. 2至5重量份，在另一个实施例中，可 为0. 3至3重量份，在另一个实施例中，可为0. 5至1. 5重量份。
[0048] (iii)醇
[0049] 所述醇选自丙三醇、木糖以及它们的混合物。通过加入这种醇，非烧结型电极的电 阻率可以提供长期耐热性，如在下面的实例中所示。
[0050] 丙三醇是具有3个羟基基团和92. 09的分子量的醇。丙三醇（CAS号56-81-5)可 以用以下化学结构表示。
[0051]
[0052] 木糖是具有4个羟基基团和150. 13的分子量的环状糖醇。木糖的分子式是 C5H10O50
[0053] 在一个实施例中，