专利名称：导电浆料组合物以及包含其的电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导电浆料组合物以及一种包含其的电极。更具体地，本发明涉及一种能够用来形成具有高导电率和对透明电极的低接触电阻的低温型电极的导电浆料组合物，以及一种包含该导电浆料组合物的电极。
背景技术：
带本征薄层的异质结(HIT)太阳能电池和使用含铟锡氧化物(ITO)的透明电极的薄膜太阳能电池。高温下，这类太阳能电池的特性会发生改变。为极力克服这样的问题，已经开发出在低温下具有高导电率的电极浆料。第2004-0030441号韩国专利公开案公开了一种导电浆料组合物，其在低温下可以形成具有增大的导电率的电极，且该导电浆料组合物包含具有粒径10至20nm的超细颗粒和具有粒径1至10 μ m的颗粒。众所周知，燃烧太阳能电池的电极是在抗反射层被导电浆料中的玻璃组分蚀刻后形成的，同时硅界面与银(Ag)发生反应。因此，低接触电阻和与银(Ag)反应的硅界面被视为改善太阳能电池电极性能的两个重要因素。将太阳能电池中的空电子对有效地转移至指状电极需要低接触电阻，同时，毫无损耗地将电流从指状电极传送至总线电极需要低导线电阻。至于带本征薄层的异质结(HIT)太阳能电池或包含透明导电氧化物(TCO)膜的薄膜太阳能电池，TCO膜的表面接触电阻易受TCO膜与浆料状物之间的最佳表面接触的影响。在这种情况下，不断完善具有低导线电阻及低接触电阻的电极浆料以便提高HIT 太阳能电池和含TCO膜的薄膜太阳能电池的效率，这与燃烧太阳能电池一样。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种导电浆料组合物。在一个实施方式中，该导电浆料组合物包含导电粉末、粘合剂树脂以及溶剂。导电粉末可包含重量比为1 0. 4至1 2的平均粒径(D50)为1.2至3. Ομπι 的片状粉末和平均粒径(D50)为0. 2至2. 0 μ m的球状粉末，以及导电粉末和粘合剂树脂以重量比为1 0.04至1 0.08存在。在一个实施方式中，片状粉末的平均粒径(D50)与球状粉末的平均粒径(D50)的比可为1. 4 1至2. 4 1。在一个实施方式中，片状粉末可具有的平均粒径(D50)为1.4至2.8 μ m，例如，1.6 至 2· 7μ 。在一个实施方式中，片状粉末可具有的振实密度为2. 5至5. Og/cm3,例如，3. 0至 4. 6g/cm3。在一个实施方式中，球状粉末可具有的平均粒径(D50)为0.4至1.4μπι，例如，0. 5 至 1. Ομ 。在一个实施方式中，片状粉末与球状粉末以重量比为1 0.5至1 1.5或1 1至1 1. 5存在。该片状粉末的平均颗粒直径(D50)可大于该球状粉末的平均颗粒直径(D50)。在一个实施方式中，导电粉末与粘合剂树脂以重量比为1 0.05至1 0.07，例如，1 0.06 至 1 0.07 存在。本发明的另一方面提供了一种包含该导电浆料组合物的电极。在一个实施方式中，该电极可具有的接触电阻为5至65πιΩ · cm2，例如7至 20mΩ · cm2。在一个实施方式中，该电极可具有的导线电阻(wire resistance)为45至85 Ω/m。
具体实施例方式本发明的方面提供了一种包含导电粉末、粘合剂树脂及溶剂的导电浆料组合物， 其中，导电粉末包含重量比为1 0.4至1 2的平均粒径(D50)为1.2至3.0μπι的片状粉末和平均粒径(D50)为0.2至2.0μπι的球状粉末，且导电粉末与粘合剂树脂以重量比为 1 0. 04 至 1 0. 08 存在。任何电传导性有机或无机材料都可被用作导电粉末。导电浆料组合物中适用的导电粉末的实例可包含银(Ag)、金(Au)、钯(Pd)、钼 (Pt)、铜(Cu)、铬(Cr)、钴(Co)、铝(Al)、锡(Sn)、铅(Pb)、锌(Zn)、铁(Fe)、铱(Ir)、锇 (Os)、铑(1 )、钨(W)、钼(Mo)及镍(Ni)粉末。这些导电粉末可以单独使用或作为它们两种或多种的混合物使用。该导电粉末可由选自以下构成的组中的两种或多种金属的合金构成，该组包括银(Ag)、金(Au)、钯(Pd)、钼(Pt)、铜(Cu)、铬(Cr)、钴(Co)、铝(Al)、锡 (Sn)、铅(Pb)、锌(Zn)、铁(Fe)、铱(Ir)、锇(Os)、铑(Rh)、钨(W)、钼(Mo)及镍(Ni)。优选地，该导电粉末包含银颗粒，并且可进一步包含镍(Ni)、钴(Co)、铁0 )、锌(Zn)或铜(Cu) 颗粒。导电粉末可包含片状粉末和球状粉末。片状粉末可以是平的片状形式，或可具有扁平形状，并且是可商购的。片状粉末可具有的平均粒径(D50)为1. 2至3. 0 μ m，例如，1. 4至2. 8 μ m或1. 6 至 2· 7μ 。在该范围内，最终电极的接触电阻被有效地降低。该片状粉末可具有的平均粒径 (D90)为4. 0至9. 0 μ m，例如，4. 5至8. 0 μ m或6. 0至7. 8 μ m。该片状粉末可具有的平均粒径(DlO)为 0. 5 至 1. Ομπι，例如，0. 7 至 1. Oym 或 0. 6 至 1. Ομπι。粉末的平均粒径是利用粒径分析仪(CILAS 1064，CILAS仪器公司)测得的。该片状粉末可具有的振实密度为2. 5至5. Og/cm3,例如3. 0至4. 6g/cm3或4. 0至 4. 5g/cm 0该片状粉末具有的比表面积为0.5至1.5m2/g，例如，0.9至1.3m2/g或0.9至
1. 2m2/go球状粉末由大体为球形或椭圆形颗粒组成，且是可商购的。该球状粉末可具有的平均粒径(D50)为0.2至2.0 μ m，例如，0.4至1.4 μ m，或0.5 至Ι.Ομπι。在该范围内，最终电极的接触电阻被有效地降低。球状粉末可具有的平均粒径 (D90)为0. 5至3. Ομπι，例如，0. 6至2. 2μπι或1. 3至2. 2μπι。球状粉末具有的平均粒径(DlO)为 0· 2 至 1. 2μπι，例如，0. 2 至 1. 0 μ m 或 0. 2 至 0. 4 μ m。 该球状粉末可具有的振实密度为4. 0至5. Og/cm3,例如，4. 3至5. Og/cm3或4. 3至 4. 8g/cm3。该球状粉末可具有的比表面积为0. 4至1. 4m2/g，例如，0. 6至1. lm2/g或0. 7至 1. lm2/g。导电粉末可包含具有不同平均粒径(D50、D90或D10)的片状粉末的混合物或具有不同平均粒径(D50、D90或D10)的球状粉末的混合物。在这种情况下，片状粉末的平均粒径可在1.6至2. 7μπι范围内，同时，那些球状粉末可在0. 4至0. 8μπι范围内。片状粉末的平均粒径(D50)与球状粉末的平均粒径(D50)的比可以在1. 4 1至 2.4 1范围内。在这个范围内，最终电极的接触电阻被有效降低。片状粉末和球状粉末以重量比1 0.4至1 2存在，例如，1 0. 5至1 1.5 或1 1至1 1.5。相比于利用仅包括片状粉末或球状粉末中的一种的组合物形成的电极，利用包括重量比在上述范围内的片状粉末和球状粉末的组合物形成的电极的接触电阻被显著降低。基于100重量份的导电粉末，存在的片状粉末的量为35至65重量份。以35至65 重量份存在的片状粉末可有效降低最终电极的接触电阻。基于100重量份的导电粉末，存在的球状粉末的量为35至65重量份。以量为35 至65重量份存在的球状粉末可有效降低最终电极的接触电阻。基于导电浆料组合物的总重量，存在的导电粉末的量按重量计为80至95%。以量为按重量计80至95%存在的导电粉末有效降低最终电极的接触电阻。加入的粘合剂树脂为导电浆料组合物提供了流动特性。导电粉末和粘合剂树脂以重量比为1 0.04至1 0.08存在，例如，1 0. 05至 1 0.07或1 0.06至1 0.07。在这个范围内，最终电极的接触电阻可被有效降低。基于导电浆料组合物的总重量，存在的粘合剂树脂的量按重量计为1至10%，例如，按重量计3至9%。以量为按重量计1至10%的粘合剂树脂的存在对显著降低最终电极的接触电阻是有效的，同时不会引发可靠性问题，例如电极的剥离。该粘合剂树脂可具有的重均分子量为100至1000g/mol，例如，150至500g/mol。适合的粘合剂树脂包含环氧树脂、(甲基)丙烯酸类树脂、纤维素树脂、酯类树脂、 醇酸树脂、丁缩醛树脂及PVA树脂。例如，该粘合剂树脂可选自由以下基团组成的组，该组包括甲酚醛环氧树脂、双酚F环氧树脂、双酚A环氧树脂，以及它们的混合物。溶剂是能够溶解该粘合剂树脂的任何一种，且与导电粉末及其它添加物是易互溶的。例如，该溶剂可具有的沸点为200°C或更高。如果该溶剂具有的沸点低于200°C，可能会遇到不理想的印刷性，如筛孔堵塞。该溶剂可选自由以下组成的组，该组包括脂肪醇、 酯溶剂、卡必醇溶剂、溶纤剂溶剂和碳氢化合物(烃类)溶剂，这些溶剂通常用在电极产品中。适合用于导电浆料组合物的溶剂实例包括甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、脂肪醇、松油醇、乙二醇、乙二醇单丁醚、丁基醋酸酯纤维素、texanol和丁基卡必醇醋酸酯。该溶剂构成了导电浆料组合物的余量。特别是，基于100重量份的导电浆料组合物，用到的溶剂量为1至10重量份，例如，2至8重量份。在一个实施方式中，片状粉末可具有的平均粒径(D50)为1. 4至2. 7 μ m，球状粉末可具有的平均粒径(D50)为0.4至1.4 μ m，片状粉末与球状粉末以重量比1 1至1 1. 5 存在，以及导电粉末和粘合剂树脂以重量比1 0.06至1 0.07存在。这些范围对于降低最终电极的接触电阻是有效的。在一个实施方式中，片状粉末可具有的平均粒径(D50)为1. 6至2. 7 μ m，球状粉末可具有的平均粒径(D50)为0.4至0.8 μ m，片状粉末和球状粉末以重量比1 1至1 1.5 存在，以及导电粉末和粘合剂树脂以重量比1 0.06至1 0.07存在。这些范围对于降低最终电极的接触电阻是有效的。该导电浆料组合物可进一步包含至少一种稀释剂和/或至少一种固化剂。用于该导电浆料组合物的适合的稀释剂包括但不仅限于环氧化合物如环氧(甲基)丙烯酸酯。基于100重量份的导电浆料组合物，该稀释剂的用量为0.1至5重量份，例如，0. 5至3重量份。该稀释剂的用量为0. 1至5重量份时，在获得增大的韧性以及降低最终电极的电阻方面是有效的。用于导电浆料组合物的固化剂的适合实例包括胺固化剂、羧酰胼、咪唑固化剂如十七基咪唑、潜在固化剂以及改性酚醛树脂。基于100重量份的导电浆料组合物，该固化剂的用量为0. 1至5重量份，例如，0. 2至3重量份。导电浆料组合物可能进一步包含一种或多种选自由以下组成的组的添加剂，该组包括玻璃熔块、分散剂、触变剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂、无机填充剂及偶联剂。这些添加剂是本领域技术熟知的，且是可商购的。导电浆料组合物可用于形成用于各种电气/电子装置的电极。该导电浆料组合物的其它应用包括电气/电子装置的包装和装配。另外，该导电浆料组合物适用于通过丝网印刷术得到的电气/电子装置部件(component)的生产。作为一个例子，该导电浆料组合物优选用于形成HIT太阳能电池或薄膜太阳能电池的电极，该电极需要低温特性和低接触电阻。本发明的方面提供了一种包含导电浆料组合物的电极。该电极可通过本领域技术人员所熟知的合适方法形成。例如，该电极可通过印刷该导电浆料组合物，随后固化而形成。该固化温度可为100至250°C范围内，但不仅限于该范围。该电极可具有的接触电阻为 5至65πιΩ · cm2，例如，7至20mΩ · cm2。该电极具有的导线电阻为45至85 Ω/m。通过以下实施例给出本发明更为详尽的描述。没有包括在本文内的公开内容也是本领域技术人员所容易认知和理解的，因此略去相关说明。实施例实施例1-15和比较例1-5所使用的组分如下所示。(1)导电粉末片状Ag粉末和球状Ag粉末，其物理特性在表1中示出。表 1.种类I形状制造商ι等f
粉末 1 球状 4.0 0.20.40.61.4 Co^L! ( ) HP0704
粉末 2_球状4.3—0.4“0.8~1.31.1Dowa—2-1C
粉末 3-球状5.0—1.0“1.4—2.20.7Dowa_3-11F
粉末 4-球状4.8 ^1.2“1.8~2.80.6Dowa一4-11F
粉末 5-球状4.8 ^1.6“2.8~4.30.4Dowa一5-11F
粉末 6Κ Γ2.5 “0.7“1.64.14.6^ DowaS-2
粉末 7-片状5.0 ~0.6“1.4~5.61.2Dowa_S-I
/、士 ο ημψ ο οι A0 ηη ο., ο Heesung Metal HP0202
光妹 8 別大 3.31.02.77.361.3 Co.,Ltd.(韩国) E
粉末 9 片状 3.9~ 0.9 — 3.07.76_ 0.9 ~ TechnicF241
粉末 1θ| 片状 I 4.61.93.99.30.5DowaD-I(2)粘合剂树脂甲酚醛环氧树脂(YDCN-90P，Kukdo Chemical Co.，Ltd.(韩国)) (“环氧树脂1”)和双酚F环氧树脂(YDF-170, Kukdo Chemical Co.，Ltd.(韩国))(“环氧树脂2”)的混合物(3)稀释剂环氧丙烯酸酯树脂(EA-5521，Shin-Nakamula Chemical Co.，Ltd.)(4)溶剂丁基卡必醇醋酸酯(BCA)(5)固化剂2-^烷基咪唑(C11Z，SHIKOKU Chemical)导电浆料组合物的制备如表2-5所示。每种导电浆料组合物使用过滤板上的刮刀碾压，然后在用挤压机喷射的同时，对过滤板上的图像区进行印刷，接着在200°C下固化 40min以形成电极。该电极被图案化以具有Icm(长)Χ200μπι(宽)的尺寸，并测得该图案的接触电阻和导线电阻。其结果在表2-5中列出。*接触电阻的测量在0. 03cm和0. 3cm之间每间隔0. 03cm测量一次，测量该图案的10个电阻值。将该电阻值绘制成曲线。在该图中，可得到斜率、Rc^PLt值。该电极的比接触电阻(P。)通过将所得值代入下列等式得到。P c = RcXLtXZXTANH(L/Lt)其中L和Z分别代表电极的面积和电极的长度。H. H. Berger ^ "Models for contacts to planar devices" Solid State Electronics Vol. 15p. 145(1972)中加以介绍。*导线电阻的测量该电极图案化以具有宽度为100 μ m及长度为10cm。使用万用表测量该图案的电阻。所得值转化为每1米长度的值。表2.
权利要求
1.一种导电浆料组合物，包含导电粉末、粘合剂树脂以及溶剂，其中，所述导电粉末包括重量比为1 0. 4至1 2的具有平均粒径(D50)为1. 2至3. 0 μ m的片状粉末和具有平均粒径(D50)为0.2至2.0μπι的球状粉末，且所述导电粉末与所述粘合剂树脂以重量比为1 0. 04至1 0. 08存在。
2.根据权利要求1的导电浆料组合物，其中，所述片状粉末具有的平均粒径(D50)为 1. 4 至 2. 8 μ m。
3.根据权利要求1的导电浆料组合物，其中，所述片状粉末具有的振实密度为2.5至 5. Og/cm3。
4.根据权利要求1的导电浆料组合物，其中，所述球状粉末具有的平均粒径(D50)为0.4 至 1. 4 μ m。
5.根据权利要求1的导电浆料组合物，其中，所述片状粉末与所述球状粉末以重量比 1 1至1 1. 5存在。
6.根据权利要求1的导电浆料组合物，其中，所述片状粉末的平均颗粒直径(D50)大于所述球状粉末的平均颗粒直径(D50)。
7.根据权利要求6的导电浆料组合物，其中，所述片状粉末的平均粒径(D50)与所述球状粉末的平均粒径(D50)的比为1.4 1至2.4 1。
8.根据权利要求1的导电浆料组合物，其中，所述导电粉末是具有不同平均粒径的所述片状粉末和所述球状粉末的混合物。
9.根据权利要求1的导电浆料组合物，其中，所述导电粉末和粘合剂树脂以重量比 1 0. 05 至 1 0. 07 存在。
10.根据权利要求1的导电浆料组合物，其中，所述片状粉末具有的平均粒径(D50)为1.6至2. 7 μ m，所述球状粉末具有的平均粒径(D50)为0. 5至1. 0 μ m，所述片状粉末与所述球状粉末以重量比1 1至1 1.5存在，以及所述导电粉末与所述粘合剂树脂以重量比 1 0. 06 至 1 0. 07 存在。
11.根据权利要求1的导电浆料组合物，其中，所述导电浆料组合物包括按重量计1至 10%的所述粘合剂树脂、按重量计80至95%的所述导电粉末以及余量的所述溶剂。
12.根据权利要求1的导电浆料组合物，其中，以余量包括所述溶剂。
13.根据权利要求1的导电浆料组合物，其中，所述粘合剂树脂选自由以下组成的组， 该组包括环氧树脂、丙烯酸类树脂、(甲基)丙烯酸类树脂、纤维素树脂、酯类树脂、醇酸树月旨、丁缩醛树脂、PVA树脂、以及它们的混合物。
14.根据权利要求13的导电浆料组合物，其中，所述环氧树脂选自由以下组成的组，该组包括甲酚醛环氧树脂、双酚F环氧树脂、双酚A环氧树脂，以及它们的混合物。
15.根据权利要求1的导电浆料组合物，进一步包含至少一种稀释剂和/或至少一种固化剂。
16.一种包含根据权利要求1至15中任一项所述的导电浆料组合物的电极。
17.根据权利要求16的电极，其中，所述电极具有的接触电阻为5至65πιΩ· cm2。
18.根据权利要求16的电极，其中，所述电极具有的导线电阻为45至85Ω /m。
全文摘要
本发明公开了一种导电浆料组合物，该导电浆料组合物包含导电粉末、粘合剂树脂以及溶剂，其中，所述导电粉末包括重量比为1∶0.4至1∶2的具有平均粒径(D50)为1.2至3.0μm的片状粉末和具有平均粒径(D50)为0.2至2.0μm的球状粉末，且所述导电粉末与所述粘合剂树脂以重量比为1∶0.04至1∶0.08存在。该导电浆料组合物可用于形成一种在低温下具有高导电率及与透明电极有低接触电阻的电极。本发明进一步公开了一种包含该导电浆料组合物的电极。
文档编号H01L31/0224GK102467989SQ20111024068
公开日2012年5月23日 申请日期2011年8月19日 优先权日2010年11月15日
发明者崔永郁 申请人:第一毛织株式会社