专利名称：功能性糊的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有蚀刻功能和传导性的功能性糊。
背景技术：
目前，已经对含有金属粉末的导电糊进行了广泛的研究，因为其可用于多种用途，包括制造太阳能电池的电极、形成使用电子部件(例如，印刷线路板)的跨接(jamper)电缆、和形成印刷电阻的终端引出线。
例如，在太阳能电池的表面电极制造中，传统上，使用光致抗蚀剂使半导体层上形成的抗反射层图案化，然后制造表面电极(专利参考文献1)。然而，该方法非常复杂，因为它需要两个步骤抗反射层的图案化，和电极制造。
为了去除抗反射层的图案化过程，提出了一种方法，其中在抗反射层的形成过程(其是图案化过程之前的过程)中通过掩蔽半导体层而仅在吸光面上形成抗反射层。然而，抗反射层的这种直接图案化方法具有技术难度，并且还不足以应对实际应用。同时，作为对太阳能电池的表面电极制造的研究，已经提出了一种所谓的过火(fire-through)法(专利参考文献2)，其中在使用热氧化法之类的方法简单形成抗反射层后，在该抗反射层上印刷含有金属粉末和玻璃材料的导电糊，然后使金属粉末与硅基材的n-层或p-层硅接触以形成电极，同时导电糊中所含的玻璃材料使抗反射层熔化，从而确保金属电极与n-层或p-层硅之间的传导。然而，由于过火法需要通常在850℃的高温下进行的烘焙过程，玻璃组分和电极有时会穿过n-层，造成太阳能电池电性能的劣化；因此，必须精确控制制造条件。此外，当电极与n-层硅之间没有均匀传导时，太阳能电池的初始电性能会劣化，从而产生问题。
由此，本领域中非常需要开发具有优异的蚀刻功能和良好的电性能的功能性糊。
专利参考文献1专利申请2000-49368号专利参考文献2专利申请2002-176186号发明内容发明目的在上述形势下进行本发明，并且本发明提供了具有蚀刻活性和良好电性能的功能性糊。
发明概要本发明人进行了广泛的考察以解决上述问题，并且发现，在将金属粉末、粘合剂和有机溶剂混合以制造糊的过程中，在该糊中加入蚀刻剂后形成的混合物能够在太阳能电池的表面电极制造中在大约200℃的低温下稳定蚀刻抗反射层。基于此发现完成了本发明。
因此，本发明涉及含有金属粉末、蚀刻剂、粘合剂和有机溶剂的功能性糊。
本发明还涉及进一步含有稀释剂的功能性糊。
本发明还涉及所述稀释剂是丁基卡必醇时的功能性糊。
本发明还涉及下述功能性糊——其中所述蚀刻剂具有去除金属粉末表面上的氧化层的活性。
本发明还涉及下述功能性糊——其中所述蚀刻剂对太阳能电池的抗反射层具有蚀刻活性。
本发明还涉及下述功能性糊——其中所述蚀刻剂具有去除Si的氧化层和/或氮化物层的活性。
本发明还涉及所述蚀刻剂是NH4HF2和NH4F时的功能性糊。
此外，本发明还涉及下述功能性糊——其中所述金属粉末是一种或多种选自由涂Ag的Ni粉、Cu粉、Ag粉、Au粉、Pd粉和Pt粉组成的组的粉末。
本发明还涉及所述粘合剂含有热固性树脂的功能性糊。
本发明还涉及所述热固性树脂是环氧树脂和/或酚树脂的功能性糊。
本发明还涉及所述有机溶剂是多元醇或其混合物的功能性糊。
本发明还涉及所述多元醇是丙三醇和/或乙二醇的功能性糊。
此外，本发明涉及一种太阳能电池，其含有半导体层、在该半导体层上的抗反射层和穿过抗反射层以使半导体层具有传导性的表面电极，其中通过在抗反射层上以所需电极形状涂布和烘焙含有金属粉末、对抗反射层具有蚀刻活性的蚀刻剂、粘合剂和有机溶剂的功能性糊来制造太阳能电池。
本发明还涉及一种电路，其通过在基材上以所需图案涂布和烘焙含有金属粉末、具有去除金属粉末表面上的氧化层的活性的蚀刻剂、粘合剂和有机溶剂的功能性糊而形成。
此外，本发明涉及一种制造下述太阳能电池的方法该电池含有半导体层，在该半导体层上的抗反射层和穿过抗反射层以使半导体层具有传导性的表面电极，其中该方法包括在抗反射层上以所需电极形状涂布和烘焙含有金属粉末、对抗反射层具有蚀刻活性的蚀刻剂、粘合剂和有机溶剂的功能性糊。
本发明还涉及一种形成电路的方法，其包括在基材上以所需图案涂布和烘焙含有金属粉末、具有去除金属粉末表面上的氧化层的活性的蚀刻剂、粘合剂和有机溶剂的功能性糊。
发明应用按照本发明，糊中所含的蚀刻剂能够在低温下稳定去除抗反射层且不会穿过用于制造太阳能电池电极的n-层，由此简单地单步制造具有低的层间电阻的表面电极。
本发明还能够在大约200℃的低温下稳定并单步制造表面电极，由此明显简化制造过程。因此，通过简单地将传统材料替换成本发明的功能性糊，可以明显减少成本，提高收率，这是对本领域的重大贡献。
此外，由于水或氧气在糊的金属粉末表面上形成了薄的天然氧化层，有时不能获得稳定的导电性。然而，使用本发明的功能性糊，蚀刻剂还去除了这种氧化层，因此，可以形成具有极小电阻的电路。
本发明的优选具体实施方式
下面详细解释本发明。
作为本发明的功能性糊的金属粉末，使用涂Ag的Ni粉、Cu粉、Ag粉、Ni粉和Al粉。其中，考虑到焊接特性，优选涂Ag的Ni粉、Cu粉和Ag粉。相对于功能性糊的总重量，金属粉末的含量优选为60-99重量％，更优选65-90重量％。
作为本发明的功能性糊的蚀刻剂，使用NH4HF2之类的二氟化合物和NH4F；其中，考虑到反应性，优选NH4HF2。相对于功能性糊的总重量，蚀刻剂的含量优选为0.1-20重量％，更优选1-10重量％。
作为本发明的功能性糊的粘合剂中所含的热固性树脂，使用环氧树脂、酚树脂、聚酰亚胺树脂和聚碳酸酯树脂。其中，从涂布特性的角度考虑，优选环氧树脂和酚树脂。相对于功能性糊的总重量，热固性树脂的含量优选为0.1-30重量％，更优选1-10重量％。
在粘合剂中加入双氰胺和脂肪多胺之类的硬化剂；其中优选双氰胺。相对于功能性糊的总重量，硬化剂的含量优选为0.1-30重量％，更优选1-20重量％。
在粘合剂中，进一步加入3-(3，4-二氯苯基)-1，1-二甲脲和叔胺之类的硬化促进剂；其中，优选3-(3，4-二氯苯基)-1，1-二甲脲。相对于功能性糊的总重量，硬化促进剂的含量优选为0.01-10重量％，更优选0.1-7.0重量％。
作为本发明的功能性糊的有机溶剂，可以使用可使二氟化合物(也就是无机盐)在功能性糊中均匀分散的任何有机溶剂，例如丙三醇、乙二醇、葡糖醇和甘露醇之类的多元醇，或它们的混合物。其中，从反应性的角度考虑，优选丙三醇和乙二醇。相对于功能性糊的总重量，有机溶剂的含量优选为0.1-30重量％，更优选1-20重量％。
此外，在本发明的功能性糊中，可以加入丁基卡必醇、甲基卡必醇、solubesso(？)150之类的稀释剂以将粘度调节至可适用于筛网印刷的粘度(大约200-500泊)。在这些稀释剂中，优选丁基卡必醇。相对于功能性糊的总重量，稀释剂的含量优选为0.1-10重量％，更优选0.5-7重量％。
为了改进金属粉末之间的电接触，可以在本发明的功能性糊中加入胶体溶液，例如银胶体溶液AgE-102(Nippon Paint Co.，Ltd.)和DCG(Sumitomo Metal Mining Co.，Ltd.)。相对于功能性糊的总重量，以Ag转化量计的胶体溶液含量优选为1.0-20重量％，更优选1.5-15重量％。
此外，为了促进金属粉末表面上的氧化层的破坏，可以在本发明的功能性糊中稀释油酸和亚油酸之类的不饱和脂肪酸。相对于功能性糊的总重量，不饱和脂肪酸的含量优选为0.1-5.0重量％，更优选0.5-3.0重量％。
使用例如混合式混合机将该糊充分混合直至实现均匀分散后，可使用包括印刷、喷涂和刷涂在内的各种方法将具有上述组成的本发明的功能性糊以所需形状涂布。随后，在30-80℃干燥后，可以通过在150-250℃烘焙5-20分钟以简单地形成电路。
解释使用本发明的功能性糊的太阳能电池的电极制造方法的一个例子(
图1)。首先，使n-型杂质在p-型硅基材上分布以形成n-型区域(n+层)。然后，使用例如CVD设备在n-型区域上形成抗反射层(SiO2，SiNX)，其变成接受表面；然后在接受表面的相反表面上形成p+层，其是高浓度p-型杂质的分散区域。
然后，在使用例如丝网印刷法以所需电极形状粘接并干燥功能性糊后，在抗反射层上烘焙该糊，从而可以在蚀刻抗反射层的同时制造与n-层硅具有良好导电性的表面电极。本发明的功能性糊具有对抗反射层产生蚀刻反应的功能和导电功能；因此，可以通过单个步骤简单地制造表面电极。最后，通过在p+层下面形成背面电极，可以获得具有优异电性能的太阳能电池。
提供下列实施例用以详细举例说明，但不是为了限制本发明。
实施例1在使用混合式混合机制成的下列物质的混合物中涂Ag的Ni粉93重量份(75.0重量％)，油酸1重量份(0.8重量％)，环氧树脂6重量份(4.8重量％)，氟化氢铵3重量份(2.4重量％)和，丁基卡必醇6重量份(4.8重量％)，以15重量份(12.1重量％)加入丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物，充分混合，并将所得物以大约1毫米宽、大约1厘米长和大约400微米厚涂敷到硅片上，然后在电热板上在空气中以70-75℃烘焙5分钟，随后在220℃烘焙15分钟，从而形成电极。两个电极之间的电阻为90Ω。
使用不含氟化氢铵的具有上述组成的制备物以相同方法形成电极。两个电极之间的电阻为210kΩ。
实施例2在使用混合式混合机制成的下列物质的混合物中涂Ag的Ni粉93重量份(75.0重量％)，油酸1重量份(0.8重量％)，环氧树脂6重量份(4.8重量％)，氟化氢铵3重量份(2.4重量％)，和丁基卡必醇6重量份(4.8重量％)，以15重量份(12.1重量％)加入丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物，充分混合，并将所得物以大约1毫米宽、大约1厘米长和大约400微米厚涂敷到带有大约80纳米厚的SiO2层的硅片上，然后在电热板上在空气中以70-75℃烘焙5分钟，随后在220℃烘焙15分钟，从而形成电极。两个电极之间的电阻为900Ω。
使用不含氟化氢铵的具有上述组成的制备物以相同方法形成电极。两个电极之间的电阻为100MΩ或更高。
实施例3在使用混合式混合机制成的下列物质的混合物中涂Ag的Ni粉93重量份(66.9重量％)，油酸1重量份(0.7重量％)，环氧树脂6重量份(4.3重量％)，氟化氢铵3重量份(2.2重量％)，和丁基卡必醇6重量份(4.3重量％)，加入15重量份(10.8重量％)的丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物和15重量份(10.8重量％)的银胶体溶液AgE-102(Nippon Paint Co.，Ltd.)，充分混合，并将所得物以大约1毫米宽、大约1厘米长和大约400微米厚涂敷到带有SiO2层的硅片上，然后在电热板上在空气中以70-75℃烘焙5分钟，随后在220℃烘焙15分钟，从而形成电极。两个电极之间的电阻为160Ω。
使用不含银胶体溶液AgE-102的具有上述组成的制备物以相同方法形成电极。两个电极之间的电阻为550Ω。
实施例4在使用混合式混合机制成的下列物质的混合物中涂Ag的Ni粉93重量份(66.9重量％)，油酸1重量份(0.7重量％)，环氧树脂6重量份(4.3重量％)，氟化氢铵3重量份(2.2重量％)，和丁基卡必醇6重量份(4.3重量％)，加入15重量份(10.8重量％)的丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物和15重量份(10.8重量％)的银胶体溶液AgE-102(Nippon Paint Co.，Ltd.)，充分混合，并将所得物以大约1毫米宽、大约1厘米长和大约400微米厚涂敷到带有大约90纳米厚的SiNX层的硅片上，然后在电热板上在空气中以70-75℃烘焙5分钟，随后在220℃烘焙15分钟，从而形成电极。两个电极之间的电阻为1.9kΩ。
使用不含丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物的具有上述组成的制备物以相同方法形成电极。两个电极之间的电阻为29kΩ。
实施例5在使用混合式混合机制成的下列物质的混合物中涂Ag的Ni粉93重量份(66.9重量％)，油酸1重量份(0.7重量％)，环氧树脂6重量份(4.3重量％)，氟化氢铵3重量份(2.2重量％)，和丁基卡必醇6重量份(4.3重量％)，加入15重量份(10.8重量％)的丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物和15重量份(10.8重量％)的银胶体溶液AgE-102(Nippon Paint Co.，Ltd.)，充分混合，并将所得物以大约1毫米宽、大约1厘米长和大约400微米厚涂敷到硅片上，然后在电热板上在空气中以70-75℃烘焙5分钟，随后在220℃烘焙15分钟，从而形成电极。两个电极之间的电阻为0Ω。
使用不含丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物的具有上述组成的制备物以相同方法形成电极。两个电极之间的电阻为9.3Ω。
实施例6在使用混合式混合机制成的下列物质的混合物中Cu粉93重量份(66.9重量％)，
油酸1重量份(0.7重量％)，环氧树脂6重量份(4.3重量％)，氟化氢铵3重量份(2.2重量％)，和丁基卡必醇6重量份(4.3重量％)，加入15重量份(10.8重量％)的丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物和15重量份(10.8重量％)的银胶体溶液AgE-102(Nippon Paint Co.，Ltd.)，充分混合，并将所得物以大约1毫米宽、大约1厘米长和大约400微米厚涂敷到大约80纳米厚的硅片上，然后在电热板上在空气中以70-75℃烘焙5分钟，随后在220℃烘焙15分钟，从而形成电极。两个电极之间的电阻为10kΩ。
使用不含氟化氢铵的具有上述组成的制备物以相同方法形成电极。两个电极之间的电阻为2MΩ。
实施例7在使用混合式混合机制成的下列物质的混合物中涂Ag的Ni粉90重量份(66.7重量％)，油酸1重量份(0.7重量％)，酚树脂9重量份(6.7重量％)，氟化氢铵3重量份(2.2重量％)，和丁基卡必醇2重量份(1.5重量％)，加入15重量份(11.1重量％)的丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物和15重量份(11.1重量％)的银胶体溶液AgE-102(Nippon Paint Co.，Ltd.)，充分混合，并将所得物以大约5毫米宽、大约5毫米长和大约200微米厚涂敷到硅片上，然后在电热板上在空气中以70-75℃烘焙5分钟，随后在220℃烘焙15分钟，从而形成电极。两个电极之间的电阻为34kΩ。
使用不含氟化氢铵和涂Ag的Ni粉-102的具有上述组成的制备物以相同方法形成电极。两个电极之间的电阻为730kΩ。
实施例8在使用混合式混合机制成的下列物质的混合物中涂Ag的Ni粉90重量份(66.7重量％)，油酸1重量份(0.7重量％)，酚树脂9重量份(6.7重量％)，氟化氢铵3重量份(2.2重量％)，和丁基卡必醇2重量份(1.5重量％)，加入15重量份(11.1重量％)的丙三醇/乙二醇＝3/1重量比的混合物和15重量份(11.1重量％)的银胶体溶液AgE-102(Nippon Paint Co.，Ltd.)，充分混合，并将所得物以大约5毫米宽、大约5毫米长和大约200微米厚涂敷到带有大约80微米厚的SiO2层的硅片上，然后在电热板上在空气中以70-75℃烘焙5分钟，随后在220℃烘焙15分钟，从而形成电极。两个电极之间的电阻为12kΩ。
使用不含氟化氢铵和涂Ag的Ni粉-102的具有上述组成的制备物以相同方法形成电极。两个电极之间的电阻为10MΩ或更高。
可使用本发明的功能性糊制造太阳能电池的表面电极和形成电路。
附图的简要说明图1显示了太阳能电池的制造方法。
符号描述1p-型硅基材2n+层3抗反射层(SiO2、SiNx)4p+层5表面电极6背面电极
权利要求
1.一种功能性糊，含有金属粉末、蚀刻剂、粘合剂和有机溶剂。
2.按照权利要求1的功能性糊，含有稀释剂。
3.按照权利要求2的功能性糊，其中所述稀释剂是丁基卡必醇。
4.按照权利要求1至3任一项的功能性糊，其中所述蚀刻剂具有去除金属粉末表面上的氧化层的活性。
5.按照权利要求1至4任一项的功能性糊，其中所述蚀刻剂对太阳能电池的抗反射层具有蚀刻活性。
6.按照权利要求1至5任一项的功能性糊，其中所述蚀刻剂具有去除Si的氧化层和/或氮化物层的活性。
7.按照权利要求1至6任一项的功能性糊，其中所述蚀刻剂是NH4HF2或NH4F。
8.按照权利要求1至7任一项的功能性糊，其中所述金属粉末是一种或多种选自由涂Ag的Ni粉、Cu粉、Ag粉、Au粉和Pd粉组成的组的粉末。
9.按照权利要求1至8任一项的功能性糊，其中所述粘合剂含有热固性树脂。
10.按照权利要求9的功能性糊，其中所述热固性树脂是环氧树脂和/或酚树脂。
11.按照权利要求1至10任一项的功能性糊，其中所述有机溶剂是多元醇或其混合物。
12.按照权利要求11的功能性糊，其中所述多元醇是丙三醇和/或乙二醇。
13.一种太阳能电池，其含有半导体层、在该半导体层上的抗反射层和穿过抗反射层以使半导体层具有传导性的表面电极，其中通过在抗反射层上以所需电极形状涂布并烘焙含有金属粉末、对抗反射层具有蚀刻活性的蚀刻剂、粘合剂和有机溶剂的功能性糊来制造太阳能电池。
14.一种电路，通过在基材上以所需图案涂布和烘焙含有金属粉末、具有去除金属粉末表面上的氧化层的活性的蚀刻剂、粘合剂和有机溶剂的功能性糊而形成。
15.一种制造下述太阳能电池的方法该电池含有半导体层，在该半导体层上的抗反射层和穿过抗反射层以使半导体层具有传导性的表面电极，其中该方法包括在抗反射层上以所需电极形状涂布和烘焙含有金属粉末、对抗反射层具有蚀刻活性的蚀刻剂、粘合剂和有机溶剂的功能性糊。
16.一种形成电路的方法，其包括在基材上以所需图案涂布并烘焙含有金属粉末、具有去除金属粉末表面上的氧化层的活性的蚀刻剂、粘合剂和有机溶剂的功能性糊。
全文摘要
提供了具有蚀刻活性和良好电性能的功能性糊。功能性糊含有金属粉末、蚀刻剂、粘合剂和有机溶剂。
文档编号H05K1/09GK1883012SQ200480033855
公开日2006年12月20日 申请日期2004年10月22日 优先权日2003年11月18日
发明者S·克莱因, A·库贝尔贝克, W·斯托库姆, 中野渡旬, 河本清彦, 谷野克巳 申请人:默克专利有限公司