BR102013001776A2

BR102013001776A2 - Sistema de reação inorgânico, pasta eletrocondutiva, célula solar, módulo de célula solar e método de produção de uma célula solar

Info

Publication number: BR102013001776A2
Application number: BRBR102013001776-0A
Authority: BR
Inventors: Lei Wang; Cuiwen Guo; Raymond Michael Cosimano; Weiming Zhang
Original assignee: Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2015-06-02
Also published as: KR20130086189A; TW201335950A; CN103295663A; EP2617689A1; TWI595509B; CN103295663B; US20130228207A1; SG192382A1; JP2013254726A; US8952245B2; JP2017141156A

Abstract

Sistema de reação inorgânico, pasta eletrocondutiva, célula solar, módulo de célula solar e método de produção de uma célula solar. A invenção refere-se a um sistema de reação inorgânico utilizado na fabricação de pastas eletrocondutivas. O sistema de reação inorgânico compreende uma composição contendo chumbo e telúrio elementar, em que na composição contendo chumbo está entre 5 a 95% em peso do sistema de reação inorgânico, e o telúrio elementar está entre 5 a 95% em peso de sistema de reação inorgânico. Mais preferencialmente, a composição contendo chumbo está entre 40-90% em peso do sistema de reação inorgânico, e o telúrio elementar está entre 10-40% em peso do sistema de reação inorgânico. A composição contendo chumbo pode ser uma frita de vidro e pode ainda compreender óxido de chumbo. Outro aspecto da invenção refere-se a uma composição de pasta eletrocondutiva que compreende partículas metálicas, de um sistema de reação inorgânico tal como descrito, e um veículo orgânico. Outro aspecto da invenção se refere a um veículo orgânico que compreende um ligante, um surfactante, um solvente e um agente de tixotrópico. Outro aspecto da invenção refere-se a uma célula solar impressa com uma composição de pasta eletrocondutiva tal como descrito, bem como um módulo de célula solar, montado. Outro aspecto da presente invenção diz respeito a um método de produção de uma célula solar.

Description

“SISTEMA DE REAÇÃO INORGÂNICO, PASTA ELETROCONDUTIVA, CÉLULA SOLAR, MÓDULO DE CÉLULA SOLAR E MÉTODO DE PRODUÇÃO DE UMA CÉLULA SOLAR” REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido reivindica prioridade do pedido de patente provisório US 61/589.727, depositado em 23 de janeiro de 2012, cuja divulgação é aqui incorporada por referência na sua totalidade.

CAMPO DA INVENÇÃO A invenção refere-se a pastas eletrocondutivas como utilizado na tecnologia de painel solar. Especificamente, em um aspecto, a invenção refere-se a um sistema de reação inorgânico para uso em pastas eletrocondutivas. Outro aspecto da invenção refere-se a uma composição de pasta eletrocondutiva que compreende um componente metálico condutor, um sistema de reação inorgânico, e um veículo orgânico. Um outro aspecto da invenção refere-se a uma célula solar produzida pela aplicação de uma pasta eletrocondutiva, a qual compreende um metal eletrocondutor, um sistema de reação inorgânico, e um veículo orgânico, em um wafer de silício. Ainda, um outro aspecto da invenção refere-se a um módulo de célula solar montado utilizando células solares produzidas pela aplicação de uma pasta eletrocondutiva a um wafer de silício, em que a pasta eletrocondutiva compreende um metal eletrocondutor, um sistema de reação inorgânico, e um veículo orgânico.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Células solares são dispositivos que convertem a energia da luz em eletricidade usando o efeito fotovoltaico. A energia solar é uma fonte de energia verde atraente porque é sustentável e produz apenas subprodutos não poluentes. Assim, uma grande quantidade de pesquisas está sendo dedicada ao desenvolvimento de células solares com maior eficiência enquanto continuamente baixando material e custos de fabricação.

Quando a luz atinge a célula solar, uma fração da luz incidente é refletida pela superfície e o restante transmitido para dentro da célula solar. A luz / fótons transmitidos são absorvidos pela célula solar, que é geralmente feita de um material semicondutor, tal como o silício. A energia do fóton absorvido excita os elétrons dos átomos do material semicondutor, gerando pares elétron-furo. Estes pares de elétron-furo são, então, separados por junções p-n e coletadas por elétrodos condutores que são aplicados sobre a superfície da célula solar. Estes elétrodos condutores tipicamente compreendem uma composição de pasta eletrocondutiva.

As pastas eletrocondutivas tradicionais contêm partículas metálicas, feitas de vidro, e um veículo orgânico. Estes componentes são normalmente selecionados para aproveitar, ao máximo, o potencial teórico da célula solar resultante. As partículas metálicas atuam como o componente condutor do eletrodo de superfície. O veículo orgânico proporciona o meio através do qual todos os componentes são combinados. O componente feito de vidro tem uma série de fins, um dos quais é o de melhorar o contato entre o eletrodo e a superfície de silício de base. É desejável maximizar o contato entre a pasta eletrocondutiva e superfície de silício, bem como com as partículas metálicas em si, de modo que os portadores de carga podem fluir através da interface e, em seguida, através dos elétrodos de superfície. As partículas de vidro na pasta eletrocondutiva fornecem a mídia, através da qual a pasta constrói o contato entre o metal e o substrato de silício subjacente. O elemento de vidro deve ter propriedades específicas a fim de obter contato ótimo. Assim, o objetivo é minimizar a resistência de contato, melhorando a eficiência da célula solar. Composições de vidro conhecidas têm a resistência de contato elevada devido ao efeito de isolamento do vidro na interface do eletrodo e do wafer de silício. Além disso, frita de vidro é conhecida por ter grandes intervalos de temperatura de fusão, fazendo com que o seu comportamento fortemente dependente dos parâmetros de processamento. Deste modo, composições de pasta eletrocondutivas com melhores propriedades elétricas são desejáveis. Especificamente, as composições de pasta eletrocondutivas com componentes de frita de vidro melhorados são necessárias. O Pedido de Patente US N.° de publicação 2011/0308595 Al descreve uma pasta de película espessa para a impressão na parte frontal lateral de um dispositivo de célula solar com uma ou mais camadas isolantes. A pasta de película de espessura compreende um metal eletricamente condutor, e óxido de telúrio de chumbo disperso em um meio orgânico. O óxido de telúrio de chumbo está presente em uma quantidade de 0,5 a 15% em peso de sólidos da pasta e a razão molar de chumbo para telúrio está entre 5/95 e 95/5. O óxido de telúrio de chumbo (Pb-Te-O) é preparado por mistura de TeC>2 e pós de óxido de chumbo, o aquecimento da mistura em pó no ar ou em uma atmosfera contendo oxigênio, de modo a formar uma massa fundida, a têmpera da massa fundida, trituração e moagem do material revenido, e peneiração do material moído para se obter um pó com o tamanho de partícula desejado. A Patente US 5.066.621 ("patente '621") divulga uma composição de vidro de vedação que compreende,% em peso, 13-50% de óxido de chumbo, 20-50% de óxido de vanádio, 2-40% de óxido de telúrio, até 40% de óxido de seiênio, até 10% de óxido de fósforo, até 5% de óxido de nióbio, até 20% de óxido de bismuto , até 5% de óxido de cobre e de até 10% de óxido de boro, e uma formulação eletricamente condutora que compreende,% em peso 50-77% de prata, 8-34% de uma composição de vidro de vedação, tal como descrito anteriormente, 0,2-1,5% de resina e tixotrópico e 10-20% de solvente orgânico. A patente '621 revela óxido de telúrio na faixa preferida de 9-30% em peso. O Pedido de Patente US N.° de Publicação 2011/0192457 ("publicação 457") divulga uma pasta eletrocondutiva contendo uma partícula eletrocondutiva, um ligante orgânico, um solvente, uma frita de vidro, e um composto orgânico, incluindo metal alcalino-terroso, um metal com um ponto de fusão baixo ou um composto associado a um metal com um ponto de fusão baixo. A publicação '457 ensina a utilização de bismuto (Bi), contendo frita de vidro e bário (Ba), contendo frita de vidro. O Pedido de Patente US N.° de Publicação 2010/0037951 revela métodos de fabricação de elementos múltiplos, finamente divididos, os pós de metal contendo um ou mais metais reativos e um ou mais metais não-reativos. Metais reativos incluem metais ou suas misturas, tais como o titânio (Ti), zircônio (Zr), nióbio (Nb), háfnio (Hf), tântalo (Ta), (Nb), vanádio (V), níquel (Ni), cobalto (Co), molibdênio (Mo), manganês (Mn), ferro (Fe). Metais não reativos incluem metais ou misturas, tais como a prata (Ag), estanho (Sn), bismuto (Bi), chumbo (Pb), antimônio (Sb), zinco (Zn), germânio (Ge), fósforo (P), ouro (Au), cádmio (Cd), berílio (Be), telúrio (Te).

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A invenção proporciona um sistema de reação inorgânico compreendendo uma composição contendo chumbo e telúrio elementar, em que a composição contendo chumbo situa-se entre 5 a 95% em peso do sistema de reação inorgânico, e o telúrio elementar entre 5 a 95% em peso do sistema de reação inorgânico.

De acordo com outro aspecto da invenção, o sistema de reação inorgânico compreende uma composição contendo chumbo entre 40-90% em peso Do sistema de reação inorgânico, e telúrio elementar entre 10-40% em peso do sistema de reação inorgânico. ^ De acordo com outro aspecto da invenção, a composição contendo chumbo é uma frita de vidro com uma estrutura amorfa ou parcialmente cristalina. De acordo com outro aspecto da invenção, a composição contendo chumbo contém óxido de chumbo. De acordo com ainda outro aspecto da invenção, a composição contendo chumbo compreende entre cerca de 5-95% em peso, De preferência cerca de 10 a 90% em peso, Mais preferivelmente cerca de 40-80% em peso, e ainda mais preferivelmente cerca de 45 a 75% em peso, de óxido de chumbo. Em uma outra modalidade, a composição contendo chumbo é uma composição de chumbo baixa compreendendo entre cerca de 10-45% em peso, de preferência cerca de 10-40% em peso, mais preferivelmente cerca de 10-15% em peso, de óxido de chumbo. A invenção também proporciona uma composição de pasta eletrocondutiva que compreende partículas metálicas, de um sistema de reação inorgânico, e um veículo orgânico.

De acordo com um aspecto da invenção, as partículas metálicas na pasta eletrocondutiva são pelo menos um de prata, ouro, cobre e níquel. De acordo com outro aspecto da invenção, as partículas metálicas na pasta eletrocondutiva são prata. De acordo com outro aspecto da invenção, as partículas metálicas na pasta eletrocondutiva são cerca 75 a 95% em peso da pasta.

De acordo com outro aspecto da invenção, o veículo orgânico compreende um ligante, um surfactante, um solvente orgânico, e um agente de tixotrópico. De acordo com outro aspecto da invenção, o ligante é de cerca de 1-10% em peso do veículo orgânico e compreende pelo menos um de etilcelulose ou resina fenólica, acrílico, polivinil butiral, ou resina de poliéster, policarbonato, resinas de polietileno ou poliuretano, ou derivados de breu. O surfactante é de cerca de 1-10% em peso do veículo orgânico e compreende pelo menos um de óxido de polietileno, polietilenoglicol, benzotriazol, ácido acético de poli (etilenoglicol), ácido láurico, ácido oleico, ácido cáprico, ácido mirístico, ácido linoleico, ácido esteárico, ácido palmítico, sais de estearato, sais de palmitato e suas misturas. O solvente orgânico é de cerca de 50-70% em peso do veículo orgânico e compreende pelo menos um de carbitol, terpineol, hexil carbitol, texanol, butilcarbitol, carbitol acetato de butilo, dimetiladipato, ou éter de glicol. O agente tixotrópico é de cerca de 0,1 -5% em peso do veículo orgânico. A invenção proporciona ainda uma célula solar produzida pela aplicação da pasta eletrocondutiva da presente invenção a um wafer de silício e queimar o wafer de silício. A invenção proporciona um módulo de célula solar, que compreende células solares eletricamente interligadas feitas com a pasta eletrocondutiva da presente invenção. A invenção proporciona ainda um método de produção de uma célula solar, que compreende as etapas de proporcionar umo wafer de silício com um revestimento antirreflexo, aplicar a pasta eletrocondutiva da presente invenção o wafer de silício, e queimar o wafer de silício.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Uma apreciação mais completa da invenção e muitas das vantagens inerentes da mesma serão facilmente obtidas tal como a mesma se toma melhor compreendida por referência à seguinte descrição detalhada quando considerada em conexão com os desenhos anexos, em que: A Figura 1 é uma vista em seção transversal de uma célula solar, montada de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção. A Figura 2 é uma vista da seção transversal da célula solar da Figura 1, tendo camadas protetoras impressas na mesma, de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção. A Figura 3A é uma vista em seção transversal de umo wafer de silício dopado, usado para produzir uma célula solar de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção. A Figura 3B é uma vista em seção transversal do wafer de silício dopado da Figura 3 A tendo uma pasta eletrocondutiva de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção impressa na mesma, e A Figura 3C é uma vista em corte transversal da placa de silício dopado da Figura 3B com um eletrodo de frente aplicado na mesma de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção.

Descricão Detalhada A invenção diz respeito a composições de pasta eletrocondutiva tal como utilizado na fabricação de células solares. Pastas eletrocondutivas tipicamente compreendem partículas metálicas, frita de vidro, e um veículo orgânico. Enquanto não limitado a tal aplicação, tais pastas podem ser usadas para formar uma camada de contato elétrico ou elétrodos em uma célula solar. Especificamente, as pastas podem ser aplicadas para o lado da frente de uma célula solar, ou para o lado de trás de uma célula solar e fornece o caminho através do qual a condutividade ocorre entre as células.

Sistema de Reação inorgânico (IRS) Em um aspecto, a invenção refere-se a um sistema de reação inorgânico para utilização, por exemplo, em uma composição de pasta eletrocondutiva. O IRS da invenção substitui o papel do componente de frita de vidro tradicional. Em primeiro lugar, o IRS fornece um meio de distribuição para as partículas metálicas, permitindo-as migrar a partir da pasta para a interface do condutor de metal e o substrato semicondutor. O IRS também fornece um meio de reação para os componentes da pasta para sofrer reações físicas e químicas na interface. As reações físicas incluem, mas não estão limitadas a, fusão, dissolução, sinterizaçâo, difusão, precipitação, e cristalização. As reações químicas incluem, mas não estão limitadas a, síntese (formação de ligações químicas) e redução da decomposição e oxidação, e transição de fase. Por último, o IRS atua como um meio de aderência que proporciona a ligação entre o condutor de metal e o substrato semicondutor, garantindo, assim, o desempenho de contato elétrico confiável, durante o tempo de vida do dispositivo solar. Embora destinadas a atingir os mesmos efeitos, as composições de frita de vidro existentes podem resultar em elevada resistência de contato, devido ao efeito de isolamento do vidro na interface da camada metálica e wafer de silício. O IRS da invenção funciona como uma entrega, reação, e mídia de adesão, mas oferece resistência de contato muito menor e maior eficiência de células em geral. De acordo com a invenção, o IRS é de cerca de 1-15% em peso de pasta, de preferência cerca de 2-8% em peso, ainda mais preferencialmente, cerca de 3-5% em peso da pasta.

Mais especificamente, o IRS da invenção proporciona melhor contato ôhmico e Schottky entre o condutor de metal (por exemplo, prata) e o emissor de semicondutor (por exemplo, o substrato de silício) na célula solar. O IRS da presente invenção é um meio reativo em relação ao silício e cria áreas ativas no emissor de silício que melhora os mecanismos de contato no geral, como, por exemplo, através de contato direto, ou encapsulamento. As propriedades de contato melhoradas proporcionam melhor contato ôhmico e contato Schottky, e, portanto, melhor o desempenho da célula solar global. O IRS da invenção podem compreender materiais cristalinos ou parcialmente cristalinos. O IRS pode compreender vidro, cerâmica, ou quaisquer compostos conhecidos de uma pessoa versada na técnica que podem formar uma matriz a uma temperatura elevada. Fritas de vidro tradicionalmente usadas em pastas eletrocondutivas são apenas um exemplo dos tipos de materiais que podem ser utilizados. Outro exemplo é uma mistura de materiais cristalinos, amorfos ou semicristalinos, por exemplo, óxidos que podem formar uma matriz a uma temperatura de queima do IRS e pasta eletrocondutiva. O IRS da presente invenção pode também compreender vários compostos, incluindo, mas não limitado a, óxidos, sais, fluoretos, e sulfetos, bem como ligas e materiais elementares.

Além disso, o IRS pode também compreender óxidos ou compostos conhecidos de uma pessoa versada na técnica, para ajustar os parâmetros de processamento, tais como a temperatura de transição vítrea, ou melhorar o desempenho do IRS, como otimizar as caraterísticas de contato com o substrato de silício. Por exemplo, o IRS pode incluir óxidos ou outros compostos de silício, boro, alumínio, bismuto, lítio, sódio, magnésio, zinco, titânio, zircônio ou fósforo. Outros formadores de matriz ou modifícadores, tais como óxido de germânio, óxido de vanádio, óxido de tungstênio, óxidos de molibdênio, óxidos de nióbio, óxido de estanho, óxido de índio, e outros alcalinos e compostos de metal alcalino-terroso (por exemplo, K, Rb, Cs e Be, Ca, Sr, Ba), óxidos de terras raras (tais como óxidos de La203, cério), óxidos de fósforo ou fosfatos de metais, óxidos de metais de transição (tais como os óxidos de cobre e de óxido de crômio), haletos metálicos (tais como fluoretos de chumbo e fluoretos de zinco) podem também ser parte da composição IRS. De acordo com certas modalidades aqui descritas, o IRS pode compreender pelo menos um aditivo selecionado a partir do grupo consistindo de: AI2O3, ZnO, Li20, Ag20, AgO, M0O3, T1O2, TeC>2, CoO, C02O3, B12O3, CeC>2, CeF4, S1O2, MgO, PbO, Z1O2, HfC>2, In2C>3, SnC>2, P2O5, Ta2<I>5, B2O3, Ag3PC>4, L1C0O2, LÍN1O2, Νΐ3(Ρθ4)2, NiO, ou fosfatos de lítio. É bem conhecido de uma pessoa versada na técnica que os materiais de IRS podem apresentar uma variedade de formas, tamanhos, naturezas da superfície, área de superfície, para razões de volume e camadas de revestimento. Um grande número de formas das partículas materiais do IRS são conhecidas de uma pessoa versada na técnica. Alguns exemplos são partículas esféricas, angulares, alongadas (haste ou como agulha) e planas (como folha). Partículas IRS também podem estar presentes como uma combinação de partículas de diferentes formas. Partículas de IRS com uma forma ou combinação de formas, o que favorece a sinterização vantajosa, a adesão, contato elétrico e a condutividade elétrica do eletrodo produzido são preferidas de acordo com a invenção.

Uma forma de caracterizar a forma e superfície de uma partícula é por sua área de superfície e razão de volume. O valor mais baixo para a área da superfície em relação ao volume de uma partícula é incorporado por uma esfera com uma superfície suave. Quanto menos uniforme e irregular forma é, a área de superfície mais elevada para a sua relação de volume será. Em uma modalidade de acordo com a invenção, as partículas de SRI com uma área de superfície elevada em relação ao volume são as preferidas, de preferência em uma faixa de cerca de 1,0 χ 107 a cerca de 1,0 χ 109 m'1, mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 5,0 χ 107 a cerca de 5,0 χ 108 m'1 e mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 1,0 χ 108 a cerca de 5,0 χ 108 m'1. Em outra modalidade de acordo com a invenção, as partículas de SRI com uma área de superfície de baixa a proporção em volume são as preferidas, de preferência em uma faixa de cerca de 6 χ 105 a cerca de 8,0 χ 106 m'1, mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 1,0 χ 106 a cerca de 6,0 χ 106 m"1 e mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 2,0 χ 106 a cerca de 4,0 χ 106 m'1. O diâmetro médio das partículas dso e os parâmetros associados dio e dç>o são caraterísticas de partículas bem conhecidas de uma pessoa versada na técnica. É preferido de acordo com a invenção, que o diâmetro médio de partícula d5o das partículas IRS situa-se em uma faixa desde cerca de 0,5 a cerca de 10 μτη, mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 1 a cerca de 7 pm e mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 1 a cerca de 5 pm. A determinação do diâmetro dso partículas é bem conhecida daqueles versados na técnica.

As partículas de IRS podem estar presentes com um revestimento de superfície. Qualquer tal revestimento conhecido daqueles versados na técnica e que ele considera ser adequado no contexto da presente invenção pode ser empregado em que as partículas de IRS. Revestimentos preferidos de acordo com a invenção são aqueles que promovem uma melhor impressão, sinterização e as caraterísticas de corrosão da pasta eletrocondutiva. Se um tal revestimento está presente, é preferível de acordo com a invenção, para que o revestimento corresponda a não mais do que cerca de 10% em peso, de preferência não mais do que cerca de 8% em peso, mais preferivelmente não mais de cerca de 5% em peso, em cada caso, com base no peso total das partículas do IRS. IRS Contendo Telúrio A modalidade preferida da invenção relaciona-se com um IRS como utilizado em uma pasta eletrocondutiva que compreende uma composição contendo chumbo e um aditivo telúrio elementar, em que a composição contendo chumbo é uma frita de vidro compreendendo o óxido de chumbo. A inclusão de telúrio elementar melhora muito o contato com o emissor de semicondutores. A composição contendo chumbo está entre 5 a 95% em peso do IRS, mais preferivelmente entre 40-90% em peso do IRS. O telúrio elementar está entre 5 a 95% em peso do IRS, mais preferivelmente entre 10-40% em peso Do IRS.

Telúrio é um elemento químico caraterizado por ter uma aparência quebradiças, de branco prateado. Telúrio tem um número de elemento 52, e o seu símbolo elementar é Te. Seu padrão de peso atômico é 127,60, e seu ponto de fusão é 449,51°C. Naturalmente, o telúrio elementar tem uma estrutura cristalina hexagonal, embora telúrio possa ser feito em uma forma amorfa por precipitação a partir de uma solução, tal como solução de ácido telúrico. Telúrio é um metaloide, que tem propriedades tanto um metal e um não-metal. Ele exibe um comportamento semelhante a um semicondutor, e a sua condutividade aumenta ligeiramente quando exposto à luz. A pureza de telúrio elementar é geralmente superior a 99%, com pureza tipicamente variando 99,5-99,9%. Para os fins da invenção, o telúrio elementar não precisa ter pureza acima de 99%, e pode ser utilizado com uma pureza que varia de 90-99%.

Em uma modalidade, a composição contendo chumbo é substancialmente amorfa. Em uma outra modalidade, a composição contendo chumbo incorpora fases cristalinas ou compostas. Em uma outra modalidade, a composição contendo chumbo pode ser uma mistura de óxido de chumbo cristalino ou amorfo, ou compostos conhecidos por um uma pessoa versada na técnica.

Em uma modalidade preferida, a composição contendo chumbo é um tipo de frita de vidro (com uma estrutura amorfa ou parcialmente cristalina), com compostos que contenham chumbo como materiais de partida. Quanto maior a quantidade de chumbo na frita de vidro, menor será a temperatura de transição do vidro do copo. No entanto, quantidades mais elevadas de chumbo podem fazer também desvio no substrato semicondutor, diminuindo, desse modo, a eficiência da célula resultante solar. Em uma modalidade preferida, o óxido de chumbo é utilizado. Mais preferencialmente, a frita de vidro é composta por cerca de 5-95% em peso, de preferência cerca de 10 a 90% em peso, mais preferivelmente 40-80% em peso, e ainda mais preferivelmente cerca de 45 a 75% em peso de óxido de chumbo. Em uma outra modalidade, a frita de vidro pode conter um teor de chumbo relativamente baixo, por exemplo, entre cerca de 5-45% em peso, de preferência cerca de 10-40% em peso, e mais preferivelmente cerca de 10-15% em peso de óxido de chumbo.

Fritas de vidro contendo chumbo podem ser feitas por qualquer processo conhecido para um uma pessoa versada na técnica. Por exemplo, os componentes de frita de vidro, em forma de pó, podem ser misturados em um misturador em pente V. A mistura é, então, aquecida a uma temperatura muito elevada (cerca de 1200°C) durante cerca de 30-40 minutos. O vidro é, então, resfriado bruscamente, tendo uma consistência parecida com areia. Este pó de vidro é, então, moído grosseiramente, tal como em um moinho de esferas ou moinho de jato, até um resultado de pó fino. Frita de vidro contendo chumbo pode, altemativamente, compreender óxidos de chumbo, sais de chumbo, halogenetos de calcogenetos de chumbo, carbonato de chumbo, sulfato de chumbo, fosfato de chumbo, nitrato de chumbo e compostos de chumbo ou de compostos organometálicos que podem formar os óxidos de chumbo ou sais durante a decomposição térmica. Em outra modalidade, o óxido de chumbo pode ser misturado diretamente com os outros componentes do IRS da invenção sem a necessidade de primeiro processamento do óxido de chumbo em forma de uma frita de vidro.

Formação do Sistema de Reação Inorgânico O IRS aqui descrito pode ser feito por qualquer processo conhecido para um uma pessoa versada na técnica, por mistura de quantidades adequadas de pó dos ingredientes individuais, o aquecimento da mistura em pó em ar ou em uma atmosfera contendo oxigênio, de modo a formar uma massa fundida, fusão de têmpera, moagem e moagem do material temperado e peneiramento do material moído para se obter um pó com o tamanho de partícula desejado. Por exemplo, os componentes da frita de vidro, em forma de pó, podem ser misturados em um misturador em pente V. A mistura é, então, aquecida (por exemplo, para cerca de 800-1200°C) durante cerca de 30-40 minutos. O vidro é, então, resfriado bruscamente, tendo uma consistência parecida com areia. Este pó de vidro é então moído grosseiramente, tal como em um moinho de esferas ou moinho de jato, até que um resultado de pó fino. Tipicamente, o sistema de reação inorgânico pode ser moído até um tamanho médio de partícula de 0,01-10 pm, de preferência 0,1-5 pm.

Em outro exemplo, a síntese de estado sólido convencional pode ser usada para preparar o IRS aqui descrito. Neste caso, as matérias-primas são seladas em um tubo de quartzo fundido ou de tântalo ou o tubo de platina, sob vácuo, e, em seguida, aquecidas a cerca de 700-1200°C. Os materiais habitam a esta temperatura elevada durante cerca de 12-48 horas e, em seguida, são arrefecidos lentamente (cerca de 0,1°C / minuto) até a temperatura ambiente. Em alguns casos, as reações do estado sólido podem ser realizadas em um cadinho de aíumina no ar.

Em outro exemplo, a coprecipitação pode ser usada para formar o IRS. Neste processo, os elementos de metal são reduzidos e coprecipitados com outros óxidos metálicos ou hidróxidos a partir de uma solução contendo cátions metálicos, ajustando os níveis de pH ou por incorporação de agentes de redução. Os precipitados desses metais, óxidos metálicos ou hidróxidos são, então, seco e queimados sob vácuo a cerca de 400-600°C para formar um pó fino. A Pasta Eletrocondutiva A invenção também diz respeito a uma composição de pasta eletrocondutiva. Pastas eletrocondutivas preferidas de acordo com a invenção são as pastas que podem ser aplicadas a uma superfície, e que, após a cozedura, formam corpos de elétrodos em contato elétrico com a superfície. Os constituintes da pasta e as proporções dos mesmos podem ser selecionados por uma pessoa versada na técnica de modo que a pasta tem as propriedades desejadas.

Em uma modalidade, a composição da pasta eletrocondutiva compreende um componente metálico condutor, um sistema de reação inorgânico (de acordo com qualquer uma das modalidades descritas acima), e um veículo orgânico. O Componente de Metal Condutivo As partículas metálicas preferidos no contexto da presente invenção são aquelas que exibem condutividade metálica ou que o rendimento de uma substância que exibe uma condutividade metálica na queima. As partículas metálicas presentes na pasta eletrocondutiva dão condutividade metálica para o eletrodo sólido, o qual é formado quando a pasta eletrocondutiva é sinterizada na queima. Partículas metálicas que favorecem sinterização eficaz e eletrodos de rendimento com alta condutividade e baixa resistência de contato são os preferidos. Partículas metálicas são bem conhecidas daqueles versados na técnica. Todas as partículas metálicas conhecidas de uma pessoa versada na técnica, e que são consideradas adequadas no contexto da presente invenção, podem ser utilizadas como partículas metálicas na pasta eletrocondutiva. Partículas metálicas preferidas de acordo com a invenção são os metais, ligas, as misturas de pelo menos dois metais, misturas de pelo menos duas ligas ou misturas de pelo menos um metal, com pelo menos uma liga.

Os metais preferidos que podem ser utilizados como partículas metálicas de acordo com a invenção são Ag, Cu, Al, Zn, Pd, Ni e Pb, e misturas de pelo menos dois destes, de preferência de Ag. Ligas preferidas que podem ser utilizadas como partículas metálicas de acordo com a invenção são ligas que contêm pelo menos um metal selecionado a partir da lista de Ag, Cu, Al, Zn, Ni, Pb e W Pd ou misturas ou duas ou mais dessas ligas.

Em uma modalidade de acordo com a invenção, as partículas metálicas compreendem um revestimento de metal ou de liga com um ou mais metais ou ligas diferentes, por exemplo, de cobre revestido com prata.

Em uma modalidade preferida, as partículas metálicas compreendem Ag. Em uma outra modalidade, as partículas metálicas compreendem uma mistura de Ag com Al. As partículas metálicas podem estar presente como metal elementar, um ou mais derivados de metal, ou uma mistura destes. Derivados de prata adequados incluem, por exemplo, ligas de prata e / ou de sais de prata, tais como os halogenetos de prata (por exemplo, cloreto de prata), nitrato de prata, acetato de prata, trifluoracetato de prata, ortofosfato de prata e combinações destes.

Como componentes adicionais das partículas metálicas, além dos aos constituintes acima mencionados, os componentes que contribuem para as propriedades de sinterização mais favoráveis, o contato elétrico, adesão e condutividade elétrica dos elétrodos formados são os preferidos de acordo com a invenção. Todos os componentes adicionais conhecidos daqueles versados na técnica, e que são considerados como sendo adequados no contexto da presente invenção podem ser empregados nas partículas metálicas. Esses componentes adicionais que representam dopantes complementares para a face para o qual a pasta eletrocondutiva é aplicada são as preferidas de acordo com a invenção. Quando se forma um eletrodo de interface com uma camada de Si dopada tipo p, aditivos capazes de atuar como dopantes de Si tipo p são os preferidos. Dopantes preferenciais tipo p são elementos de 13 grupos ou compostos que produzem esses elementos em combustão. Elementos preferidos de 13 grupos, neste contexto, de acordo com a invenção são B e Al. É bem conhecido de uma pessoa versada na técnica que as partículas metálicas podem apresentar uma variedade de formas, superfícies, tamanhos, área de superfície, para razões de volume, conteúdo de oxigênio e camadas de óxido. Um grande número de formas são conhecidas de uma pessoa versada na técnica. Alguns exemplos são esférico, angular, alongado (haste ou como agulha) e planas (como folha). Partículas metálicas podem também estar presentes como uma combinação de partículas de diferentes formas.

Partículas metálicas com uma forma ou combinação de formas, o que favorece a sinterização vantajosa, o contato elétrico, a aderência e a condutividade elétrica do eletrodo produzido são preferidas de acordo com a invenção. Uma maneira de caracterizar essas formas sem considerar a natureza da superfície é através dos seguintes parâmetros: comprimento, largura e espessura. No contexto da invenção, o comprimento de uma partícula é determinado pelo comprimento do vetor de deslocamento espacial mais longo, os dois pontos de extremidade do qual estão contidos no interior da partícula. A largura de uma partícula é determinada pelo comprimento do vetor de deslocamento espacial mais longo perpendicular ao vetor de comprimento definido acima, ambos os pontos de extremidade dos quais estão contidos dentro da partícula. A espessura de uma partícula é determinada pelo comprimento do vetor de deslocamento espacial maior perpendicular a ambos o vetor de comprimento e o vetor de largura, ambos definidos acima, ambos os pontos de extremidades dos quais estão contidos no interior da partícula.

Em uma modalidade de acordo com a invenção, as partículas metálicas com formas tão uniforme quanto possível são preferidas (isto é, as formas em que as proporções relativas a comprimento, largura e espessura tão próximas quanto possível de 1, de preferência todas as proporções encontram-se em uma faixa de cerca de 0,7 a cerca de 1,5, mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 0,8 a cerca de 1,3 e mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 0,9 a cerca de 1,2). Os exemplos de formas preferidas para as partículas metálicas, neste modo de realização são as esferas e cubos, ou suas combinações, ou combinações de um ou mais dos mesmos com outras formas. Em outra modalidade de acordo com a invenção, as partículas metálicas são preferidas que têm uma forma de uniformidade baixa, de preferência com, pelo menos, uma das taxas relativas às dimensões de comprimento, largura e espessura estando acima de cerca de 1,5, mais preferivelmente acima de cerca de 3 e ainda mais preferencialmente acima de cerca de 5. Formas preferidas de acordo com esta modalidade são formato de floco, haste, em forma de agulha ou outras formas, ou uma combinação de flocos, de haste, em forma de agulha ou com outras formas.

Uma variedade de tipos de superfície são conhecidas de uma pessoa versada na técnica. Os tipos de superfície que favorecem a sinterização eficaz e produzem o contato elétrico vantajoso e a condutividade de elétrodos produzidos são favorecidos para o tipo de superfície das partículas metálicas de acordo com a invenção.

Outra forma de caracterizar a forma e superfície de uma partícula metálica é pela sua razão entre superfície e volume. O valor mais baixo para a área da superfície em relação ao volume de uma partícula é incorporado por uma esfera com uma superfície lisa. Quanto menos uniforme e irregular a forma é, a área de superfície mais elevada para a sua relação de volume será. Em uma modalidade de acordo com a invenção, as partículas metálicas com uma área de superfície elevada em relação ao volume são as preferidas, de preferência em uma faixa de cerca de 1,0 χ 107 a cerca de 1,0 χ 109 m'1, mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 5,0 χ 107 a cerca de 5,0 χ 108 m'1 e mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 1,0 χ 108 a cerca de 5,0 χ 108 m‘ 1. Em outra modalidade de acordo com a invenção, as partículas metálicas com uma área de superfície de baixa para a proporção em volume são as preferidas, de preferência em uma faixa de cerca de 6 χ 105 a cerca de 8,0 χ 106 m'1, mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 1,0 χ 106 a cerca de 6,0 χ 106 m'1 e mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 2,0 χ 106 a cerca de 4,0 χ 106 m"1. O diâmetro de partícula dso e os valores associados, dio e d9o, são caraterísticas de partículas bem conhecidas de uma pessoa versada na técnica. É preferido, de acordo com a invenção, que o diâmetro médio das partículas dso das partículas metálicas estão na faixa de cerca de 2 a cerca de 4 pm, mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 2,5 a cerca de 3,5 pm e mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 2,8 a cerca de 3,2 pm. A determinação do diâmetro de partícula dso 6 bem conhecida para uma pessoa versada na técnica.

Em uma modalidade da invenção, as partículas metálicas têm um dio maior do que cerca de 1,5 pm, de preferência superior a cerca de 1,7 pm, mais preferivelmente maior do que cerca de 1,9 pm. O valor de dio não deve exceder o valor de dso.

Em uma modalidade da invenção, as partículas metálicas possuem um dgo inferior a cerca de 6 pm, de preferência menos do que cerca de 5 pm, mais preferivelmente inferior a cerca de 4,5 pm. O valor de d% não deve ser menor do que o valor de dso.

As partículas metálicas podem estar presente com um revestimento de superfície. Qualquer revestimento conhecido daqueles versados na técnica, e que é considerado como sendo adequado no contexto da invenção, pode ser empregado nas partículas metálicas. Os revestimentos preferidos de acordo com a invenção são aqueles que promovem uma melhor impressão, sinterização, e as caraterísticas de corrosão da pasta eletrocondutiva. Se um tal revestimento está presente, é preferível, de acordo com a invenção, para que o revestimento corresponda a não mais do que cerca de 10% em peso, De preferência não mais do que cerca de 8% em peso, Mais preferivelmente não mais de cerca de 5% em peso, em cada caso, com base no peso total das partículas metálicas.

Em uma modalidade, as partículas metálicas são maiores do que cerca de 50% em peso (da pasta), preferivelmente maior do que cerca de 70% em peso, E mais preferivelmente maior do que cerca de 80% em peso. O Veículo Orgânico Veículos orgânicos preferidos no contexto da presente invenção são soluções, emulsões ou dispersões com base em um ou mais solventes, de preferência um solvente orgânico, que asseguram que os componentes da pasta eletrocondutiva que estão presentes em uma forma dissolvida, emulsionada ou dispersa. Veículos orgânicos preferidos são aqueles que proporcionam uma estabilidade ótima dos componentes dentro da pasta eletrocondutiva e dotam a massa eletrocondutiva com uma viscosidade que permite capacidade impressão de linha eficaz.

Em uma modalidade, o veículo orgânico compreende um solvente orgânico e um ou mais de um ligante (por exemplo, um polímero), um surfactante ou um agente de thixatropico, ou qualquer combinação destes. Por exemplo, em uma modalidade, o veículo orgânico compreende um ou mais agentes ligantes em um solvente orgânico.

Os ligantes preferidos no contexto da presente invenção são aqueles que contribuem para a formação de uma pasta eletrocondutiva com estabilidade favorável, capacidade de impressão, a viscosidade, as propriedades de sinterização e corrosão. Ligantes são bem conhecidos daqueles versados na técnica. Todos os ligantes que são conhecidos de uma pessoa versada na técnica, e que são considerados como sendo adequados no contexto da presente invenção, podem ser utilizados como o ligante no veículo orgânico. Ligantes preferidos de acordo com a invenção (que geralmente caem dentro da categoria denominada "resinas") são agentes ligantes poliméricos, agentes de ligação monoméricos, e aglutinantes, que são uma combinação de polímeros e monómeros. Ligantes poliméricos podem também ser copolímeros em que pelo menos dois tipos diferentes de unidades monoméricas estão contidas em uma única molécula. Ligantes poliméricos preferidos são aqueles que transportam grupos funcionais na cadeia principal do polímero, os quais carregam grupos funcionais fora da cadeia principal e as que carregam grupos funcionais tanto na cadeia principal e desligam a corrente principal. Os polímeros preferidos que transportam grupos funcionais na cadeia principal são, por exemplo, poliésteres, poliésteres substituídos, policarbonatos substituídos policarbonatos, polímeros que transportam grupos cíclicos na cadeia principal, poli-açúcares, poli-açúcares substituídos, poliuretanos, poliuretanos, poliamidas substituídas, poliamidas substituídas, resinas fenólicas, resinas fenólicas substituídas, copolímeros de monómeros de um ou mais dos polímeros anteriores, opcionalmente com outros comonômeros, ou uma combinação de pelo menos dois destes. Os polímeros preferidos que transportam grupos cíclicos na cadeia principal são, por exemplo, polivinilbutilato (PVB) e seus derivados, e poli-teipineol e seus derivados ou misturas dos mesmos. Preferidos são poli-açúcares, por exemplo, celulose e derivados de alquilo da mesma, de preferência, metil-celulose, etil-celulose, propil-celulose, celulose de butilo e seus derivados e misturas de pelo menos dois destes. Os polímeros preferidos que transportam grupos funcionais fora da cadeia principal do polímero são aqueles que carregam grupos de amida, os quais carregam de ácido e / ou grupos éster, muitas vezes chamados de resinas acrílicas, ou polímeros que tenham uma combinação de grupos funcionais acima mencionados, ou uma combinação destes. Os polímeros preferidos que transportam amida da cadeia principal são, por exemplo polivinil pirrolidona (PVP) e seus derivados. Os polímeros preferidos que transportam o ácido e / ou grupos de éster fora da cadeia principal são, por exemplo, ácido poliacrílico e os seus derivados, polimetacrilato (PMA) e os seus derivados ou polimetilmetacrilato (PMMA) e seus derivados, ou uma mistura destes. Ligantes preferidos monoméricos de acordo com a invenção são monómeros de etileno-glicol com base teipineol, resinas ou derivados de breu, ou uma mistura dos mesmos. Ligantes preferidos monoméricos com base em etileno-glicol são aqueles com grupos éter, grupos éster ou com um grupo éter e um grupo éster, grupos éter preferidos sendo metila, etila, propila, butila, pentila, hexila éteres de alquil superiores, o grupo éster preferido sendo o acetato e seus derivados alquila, de preferência etileno monoacetato de glicol monobutileter ou uma mistura destes. Celulose de Alquila, celulose de etilo, de preferência, seus derivados e suas misturas com outros ligantes das listas anteriores de agentes ligantes ou de outra forma são os aglutinantes mais preferidos, no contexto da presente invenção. O ligante pode estar presente em uma quantidade entre cerca de 1 e 10% do peso do veículo orgânico, de preferência entre cerca de 2-8% em peso, Mais preferivelmente entre cerca de 3-7% em peso.

Os solventes preferidos, de acordo com a invenção são constituintes da pasta eletrocondutiva que são removidos a partir da pasta de forma significativa durante a queima, de preferência, os que estão presentes após a queima com um peso total reduzida em pelo menos cerca de 80% em comparação com antes da queima, de preferência reduzido, pelo menos, cerca de 95% em comparação com antes da queima. Solventes preferidos de acordo com a invenção são aqueles que permitem que uma pasta eletrocondutiva seja formada, o que tem uma viscosidade favorável, capacidade de impressão, a estabilidade e as caraterísticas de sinterização e que produz os elétrodos com uma condutividade elétrica favorável e o contato elétrico com o substrato. Os solventes são bem conhecidos daqueles versados na técnica. Todos os solventes que são conhecidos de uma pessoa versada na técnica, e que são considerados como sendo adequados no contexto da presente invenção, podem ser utilizados como solvente, no veículo orgânico. De acordo com a invenção, os solventes preferidos são aqueles que permitem que o nível elevado de capacidade de impressão preferida da pasta eletrocondutiva, tal como descrito acima para ser conseguida. Solventes preferidos de acordo com a invenção são aqueles que existem no estado líquido sob condições de temperatura ambiente e pressão padrão (SATP) (298,15 K, 25°C, 77°F), 100 kPa (14,504 psi, 0,986 atm), de preferência aqueles com um ponto de ebulição ponto acima de cerca de 90°C e um ponto de fusão acima de cerca de -20°C. Solventes preferidos de acordo com a invenção são polar ou não polar, prótico ou aprótico, aromático ou não aromático. Os solventes preferidos, de acordo com a invenção são álcoois mono-, di-álcoois, poli-álcoois, ésteres de mono-, di-ésteres, poli-ésteres, éteres mono-, di-éteres, poli-éteres, os solventes que compreendem pelo menos um ou mais destas categorias de grupo funcional, opcionalmente, compreendendo as outras categorias de grupo funcional, de preferência, grupos cíclicos, grupos aromáticos, ligações insaturadas, grupos álcool com um ou mais átomos do substituído por heteroátomos, grupos éter com um ou mais átomos substituídos por heteroátomos de O, ésteres de grupos com um ou mais átomos de O substituído por heteroátomos, e misturas de dois ou mais dos solventes acima mencionados. Os ésteres preferidos neste contexto são os di-alquil-ésteres de ácido adípico, de preferência constituintes de alquilo, sendo metila, etila, propila, butila, pentila, hexila e grupos alquilo superiores ou combinações de dois tipos diferentes de tais grupos alquilo, de preferência dimetiladipato, e misturas de dois ou mais ésteres de adipato. Éteres preferidos neste contexto são os diéteres, éteres de dialquilo, de preferência, de etileno-glicol, de preferência constituintes de alquila, sendo metila, etila, propila, butila, pentila, hexila e grupos alquilasuperiores ou combinações de dois tipos diferentes de tais grupos alquilo, e misturas de dois diéteres. Os álcoois preferidos neste contexto são os álcoois primários, secundários e terciários, álcoois terciários, de preferência, terpineol e seus derivados sendo preferido, ou uma mistura de dois ou mais álcoois. Os solventes preferidos que combinem mais do que um de diferentes grupos funcionais são 2,2,4-trimetil-1, 3-pentanodiol, muitas vezes chamado de texanol, e os seus derivados, 2 - (2-etoxi-etoxi) etanol, também conhecido como carbitol, o seu alquila derivados, de preferência, metilo, etilo, propilo, butilo, pentilo, hexil e de preferência derivados de Carbitol, hexil carbitol ou butilcarbitol, e acetato do mesmo, de preferência, acetato de butilo carbitol, ou misturas de pelo menos dois dos acima mencionados. O solvente orgânico pode estar presente em uma quantidade entre cerca de 30 e cerca de 90% peso de veículo orgânico, mais preferivelmente cerca de 50 - 70% peso de veículo orgânico. O veículo orgânico pode também compreender um surfactante e / ou aditivos. Os agentes tensoativos preferidos, no contexto da presente invenção são aqueles que contribuem para a formação de uma pasta eletrocondutiva com estabilidade favorável, capacidade de impressão, a viscosidade, as propriedades de sinterização e de corrosão. Os agentes tensoativos são bem conhecidos por uma pessoa versada na técnica. Todos os agentes tensoativos que são conhecidos de uma pessoa versada na técnica, e que são considerados como sendo adequados no contexto da presente invenção, podem ser empregados como surfactante no veículo orgânico. Os agentes tensoativos preferidos, no contexto da presente invenção são os que se baseiam em cadeias lineares, cadeias ramificadas, cadeias aromáticas, cadeias fluoradas, cadeias de siloxano, cadeias de poliéter e suas combinações. Surfactantes preferidos são de cadeia única, cadeia dupla ou em cadeia poli. Os tensoativos preferidos de acordo com a invenção possuem cabeças não-iônicas, aniônicas, catiônicas, ou zwitteriônicas. Os agentes tensoativos preferidos são poliméricos e monoméricos ou uma mistura destes. Os tensoativos preferidos de acordo com a invenção podem ter grupos de pigmento, de preferência afínicos hidroxifuncionais ésteres de ácidos carboxílicos com grupos de pigmentos afínicos (por exemplo, DISPERBYK®-108, fabricado pela BYK USA, Inc.), copolímeros de acrilato com grupos de pigmentos afínicos (por exemplo, DISPERBYK®-116, fabricado pela BYK USA, Inc.), poliéteres modificados com grupos de pigmentos afínicos (por exemplo, TEGO® DISPERS 655, fabricado pela Evonik Tego Chemie GmbH), outros agentes tensoativos com grupos de afinidade elevada de pigmentos (por exemplo, TEGO ® DISPERS 662 C, fabricado pela Evonik Tego Chemie GmbH). Outros polímeros preferidos de acordo com a invenção não estão na lista acima são polietilenoglicol e seus derivados, e ácidos carboxílicos de alquila e seus derivados ou sais, ou suas misturas. O derivado de polietilenoglicol preferido de acordo com a invenção é o ácido poli(etilenoglicol)acético. Os ácidos carboxílicos de alquila preferida são os que têm cadeia aquil totalmente saturada e aquelas com cadeias de alquila única ou poli insaturadas ou suas misturas. Os ácidos carboxílicos saturados preferidos com cadeias de alquila são os que têm comprimentos de cadeias de alquilo na faixa de cerca de 8 a cerca de 20 átomos de carbono, de preferência C9H19COOH (ácido cáprico), C11H23COOH (ácido láurico), C13H27COOH (ácido mirístico) C15H31COOH (ácido palmítico), C17H35COOH (ácido esteárico), ou suas misturas. Os ácidos carboxílicos preferidos não saturados com cadeias de alquilo são C18H34O2 (ácido oleico) e C18H32O2 (ácido linoleico). O tensoativo preferido monomérico de acordo com a invenção é benzotriazol e seus derivados. O surfactante pode estar presente em Uma quantidade de cerca de 0 a 10% em peso de veículo orgânico, de preferência cerca de 0-8% em peso, e mais preferivelmente cerca de 0,01-6% em peso.

Os aditivos preferidos no veículo orgânico são os aditivos que são distintos dos referidos componentes do veículo e que contribuem para as propriedades favoráveis da pasta eletrocondutiva, tais como a viscosidade vantajosa, sinterização, a condutividade elétrica do eletrodo e produzindo um bom contato elétrico com os substratos. Todos os aditivos conhecidos de uma pessoa versada na técnica, e que são considerados como sendo adequados no contexto da presente invenção, podem ser utilizados como aditivos no veículo orgânico. Os aditivos preferidos de acordo com a invenção são agentes tixotrópicos, reguladores de viscosidade, agentes estabilizadores, aditivos inorgânicos, espessantes, emulsionantes, dispersantes ou os reguladores de pH. Agentes preferidos tixotrópicos neste contexto são derivados de ácidos carboxílicos, derivados de ácidos graxos, de preferência ou suas combinações. Derivados de ácidos graxos preferidos são C9H19COOH (ácido cáprico), C1ÍH23COOH (ácido láurico), C13H27COOH (ácido mirístico), C15H31COOH (ácido palmítico), C17H35COOH (ácido esteárico), C18H34O2 (ácido oleico), C18H32O2 (ácido linoleico), óleo de rícino, ou suas combinações. Uma combinação preferida compreende os ácidos graxos, neste contexto, é o óleo de rícino. A fim de facilitar a capacidade de impressão da pasta eletrocondutiva, é preferível de acordo com a invenção, que a viscosidade da pasta eletrocondutiva encontre-se em uma faixa desde cerca de 10 a cerca de 30 Pa · s, de preferência, em uma faixa de cerca de 12 a cerca de 25 Pa · s e mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 15 a cerca de 22 Pa • s.

Em uma modalidade, o veículo orgânico está presente em uma quantidade de cerca de 5-40% em peso, de pasta, mais preferencialmente cerca de 5-30 % em peso, E mais preferivelmente cerca de 5-15% em peso.

Aditivos Os aditivos preferidos no contexto da invenção são constituintes adicionados à pasta eletrocondutiva, além dos outros componentes explicitamente mencionados, que contribuem para aumentar o desempenho da pasta eletrocondutiva, dos elétrodos produzidos do mesmo, ou da célula solar, resultante. Todos os aditivos conhecidos de uma pessoa versada na técnica, e que são considerados adequados no contexto da presente invenção, podem ser empregados como aditivos na pasta eletrocondutiva. Em adição aos aditivos presentes no IRS e no veículo, os aditivos podem também estar presentes na pasta eletrocondutiva. Os aditivos preferidos de acordo com a invenção são agentes tixotrópicos, reguladores de viscosidade, agentes emulsionantes, agentes estabilizadores ou reguladores de pH, aditivos inorgânicos, espessantes e dispersantes, ou uma combinação de pelo menos dois dos mesmos, enquanto que os aditivos inorgânicos são os mais preferidos. Aditivos inorgânicos preferidos, neste contexto, de acordo com a invenção são Mg, Ni, Te, W, Zn, Mg, Gd, Ce, Zr, Ti, Mn, Sn, Ru, Co, Fe, Cu e Cr, ou uma combinação de pelo menos dois dos mesmos, de preferência, Zn, Sb, Mn, Ni, W, Te e Ru, ou uma combinação de pelo menos dois destes, óxidos, compostos que podem gerar os óxidos de metal sobre queima, ou uma mistura de pelo menos dois dos metais acima mencionados, uma mistura de pelo menos dois dos óxidos acima mencionados, uma mistura de pelo menos dois dos compostos acima mencionados, que podem gerar os óxidos de metal sobre a queima, ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos acima mencionados.

Formação da Composição de Pasta Eletrocondutiva Para formar a composição da pasta eletrocondutiva, os materiais ERS podem ser combinados com o componente de metal condutor (por exemplo, prata) e o veículo orgânico utilizando qualquer método conhecido na técnica para a preparação de uma composição de colagem. O método de preparação não é crítico, desde que o resultado é uma pasta homogeneamente dispersa. Os componentes podem ser misturados, como, por exemplo, com um misturador, e depois passados através de um moinho de rolo três, por exemplo, para fazer uma pasta uniforme dispersa. Além da mistura de todos os componentes ao mesmo tempo, o material do sistema de reação inorgânico pode ser co-moído com o componente metálico condutor em um moinho de bolas durante 2-24 horas para obter uma mistura homogênea do sistema de reação inorgânico e componentes metálicos de partículas condutores, o que pode, em seguida, ser combinado com o veículo orgânico em um misturador. Células Solares Em outro aspecto, a invenção refere-se a uma célula solar. Em uma modalidade, a célula solar compreende um substrato semicondutor (por exemplo, umo wafer de silício) e uma composição de pasta eletrocondutiva de acordo com qualquer uma das modalidades aqui descritas.

Em outro aspecto, a invenção refere-se a uma célula solar preparada por um processo que compreende a aplicação de uma composição de pasta eletrocondutiva de acordo com qualquer uma das modalidades descritas no presente documento para um substrato semicondutor (por exemplo, umo wafer de silício) e queima do substrato semicondutor.

Wafer de silício Wafers preferidos de acordo com a invenção são as regiões, entre outras regiões da célula solar, capazes de absorver luz com alta eficiência para obter pares elétron-furo e furos de separação e elétrons entre um limite, com alta eficiência, de preferência através de uma assim chamada fronteira de junção p-n. Wafers preferidos de acordo com a invenção são aquelas que compreendem um corpo único composto por uma camada dopada para frente e para trás uma camada dopada. É preferível que para a bolacha consista adequadamente de elementos tetravalentes dopados, compostos binários, compostos terciários ou ligas. Os elementos tetravalentes preferidos, neste contexto, são Si, Ge ou Sn, de preferência Si. Compostos binários preferidos são combinações de dois ou mais elementos tetravalentes, compostos binários de um elemento de grupo III, com um elemento do grupo V, compostos binários de um elemento do grupo II com um elemento do grupo VI ou compostos binários de um elemento do grupo IV com um elemento do grupo VI. As combinações preferidas de elementos tetravalentes são combinações de dois ou mais elementos selecionados entre Si, Ge, Sn ou C, de preferência de SiC. Os compostos preferidos de binário de um elemento de grupo III, com um elemento V de grupo é GaAs. É mais preferido de acordo com a invenção para a bolacha se basear em Si. Si, como o material mais preferido para a bolacha, é referido explicitamente no restante do presente pedido. Seções do seguinte texto em que Si é explicitamente mencionado também se aplica para as composições de outros wafers descritos acima.

Se a camada da frente dopada e a camada de volta da bolacha dopado atende é o limite junção pn. Em uma célula solar do tipo n, a camada traseira dopada é dopada com doador de elétrons do tipo n dopante e a camada dopada da frente é dopada com aceitador de elétrons ou doador furos tipo p dopante. Em uma célula solar do tipo p, a camada traseira é dopada com dopante tipo p e a camada de dopante da frente dopada é dopada com dopante do tipo n. É preferido de acordo com a invenção preparar uma wafer com um limite de junção pn, em primeiro lugar proporcionando um substrato de Si dopado e, em seguida, aplicar uma camada dopada do tipo oposto a uma face do referido substrato.

Substratos de Si dopados são bem conhecidos daqueles versados na técnica. O substrato de Si dopado pode ser preparado de qualquer maneira conhecida pelos especialistas na técnica e que ele considera ser adequado no contexto da invenção. As fontes preferidas de substratos de Si de acordo com a invenção são Si monocristalino, Si multicristalino, Si amorfo e Si metalúrgico atualizado, Si monocristalino ou Si multicristalino sendo o mais preferido. A dopagem para formar o substrato de Si dopado pode ser realizada simultaneamente por adição de contaminante durante a preparação do substrato de Si, ou pode ser realizada em uma etapa subsequente. A dopagem posterior para a preparação do substrato de Si pode ser realizada, por exemplo, por epitaxia de difusão de gás. Substratos de Si dopados estão também prontamente disponíveis no comércio. De acordo com a invenção, é uma opção para a dopagem inicial do substrato de Si ser realizada simultaneamente com a sua formação através da adição de dopante para a mistura de Si. De acordo com a invenção, é uma opção para a aplicação da camada dopada para frente e para trás, a camada altamente dopada, se presente, deve ser realizada por epitaxia de fase gasosa. Esta epitaxia de fase gasosa é, de preferência, efetuada a uma temperatura na faixa de cerca de 500°C até cerca de 900°C, mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 600°C até cerca de 800°C e mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 650°C a cerca de 750°C a uma pressão na faixa de cerca de 2 kPa até cerca de 100 kPa, de preferência em um intervalo entre cerca de 10 a cerca de 80 kPa, mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 30 a cerca de 70 kPa. É conhecido para uma pessoa versada na técnica que os substratos de Si podem apresentar uma série de formas, texturas de superfície e tamanhos. A forma pode ser uma de um número de formas diferentes, incluindo cuboide, disco, bolacha e poliedro irregular entre outras. A forma preferida de acordo com a presente invenção é moldada em bolacha que é uma wafer cubóide com duas dimensões, que são semelhantes, de preferência iguais e uma terceira dimensão, que é significativamente menor do que as outras duas dimensões. Significativamente menor, neste contexto, é de preferência pelo menos um fator de cerca de 100 menor.

Uma variedade de tipos de superfície são conhecidos de uma pessoa versada na técnica. De acordo com a invenção os substratos de Si com superfícies ásperas são preferidos. Uma forma de avaliar a rugosidade do substrato é avaliar o parâmetro de rugosidade da superfície para a subsuperfície do substrato que é pequena em comparação com a área total da superfície do substrato, de preferência menor do que cerca de um centésimo da área de superfície total, e que é essencialmente plana. O valor do parâmetro de rugosidade da superfície é dado pela relação entre a área da subsuperfície com a área de uma superfície teórica formada que se projeta do subsolo para a superfície plana melhor adaptada para o subsolo, minimizando o deslocamento quadrado médio. Um maior valor do parâmetro de rugosidade de superfície indica uma superfície mais áspera, mais irregular e um menor valor do parâmetro de rugosidade de superfície indica uma superfície mais suave, mais uniforme. De acordo com a invenção, a rugosidade da superfície do substrato de Si é de preferência modificada de forma a produzir um equilíbrio ótimo entre um certo número de fatores, incluindo mas não se limitando a absorção de luz e adesão dos dedos para a superfície.

As duas dimensões maiores do substrato de Si podem ser variadas para se adequar à aplicação necessária da célula solar resultante. É preferido de acordo com a invenção, para a espessura do wafer de Si situar-se abaixo de cerca de 0,5 mm mais preferencialmente abaixo de cerca de 0,3 mm e mais preferencialmente inferior a cerca de 0,2 mm. Algumas placas têm um tamanho mínimo de 0,01 mm ou mais. É preferido de acordo com a invenção para a camada dopada de frente para ser fino em comparação com a camada de volta dopada. É preferido de acordo com a invenção para a camada dopada de frente tenha uma espessura situada na faixa de cerca de 0,1 a cerca de 10 pm, de preferência, em uma faixa de cerca de 0,1 a cerca de 5 pm e ainda mais preferivelmente em uma faixa de cerca de 0,1 a cerca 2 pm. A camada altamente dopada podem ser aplicada à face posterior do substrato de Si, entre a camada de volta dopada e quaisquer camadas adicionais. Tal camada altamente dopada é do mesmo tipo de dopagem, como a camada traseira dopada e uma tal camada é geralmente indicada com a + (n + tipo-camadas são aplicadas ao tipo n atrás das camadas dopadas e camadas tipo -p+ são aplicadas a camadas dopadas tipo p de volta). Essa camada traseira altamente dopada serve para ajudar e melhorar as propriedades de metalização eletrocondutivas na área da interface substrato / eletrodo. É preferido de acordo com a invenção para a camada traseira altamente dopada, se presente, ter uma espessura em uma faixa desde cerca de 1 até cerca de 100 pm, de preferência, em uma faixa de cerca de 1 a cerca de 50 pm e mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 1 a cerca de 15 pm.

Donantes Dopantes preferidos são aqueles que, quando adicionado à lâmina de silício, formam uma fronteira junção p-n através da introdução de elétrons ou furos na estrutura de banda. É preferido de acordo com a invenção, que a identidade e concentração destes dopantes seja especificamente selecionada de modo a ajustar o perfil de estrutura da banda de junção pn e o conjunto da absorção de luz e condutividade pró-arquivos conforme necessário. Preferidos dopantes tipo p de acordo com a invenção são aqueles que adicionam furos à estrutura de banda de wafer de Si. Eles são bem conhecidos daqueles versados na técnica. Todos os contaminantes conhecidos daqueles versados na técnica e que ele considera ser adequado no contexto da presente invenção podem ser empregados como dopante tipo p. Os dopantes preferidos tipo p acordo com a invenção são os elementos trivalentes, em especial os do grupo 13 da tabela periódica. Os elementos preferidos dos grupos 13 da tabela periódica, neste contexto, incluem, mas não estão limitados a B, Al, Ga, In, Tl, ou uma combinação de pelo menos dois destes, em que B é particularmente preferido.

Dopantes do tipo n preferidos de acordo com a invenção são aqueles que adicionam elétrons para a estrutura de banda do wafer de Si. Eles são bem conhecidos daqueles versados na técnica. Todos os contaminantes conhecidos daqueles versados na técnica e que ele considera ser adequados no contexto da presente invenção podem ser empregados como dopante do tipo n. Dopantes preferidos de tipo n de acordo com a invenção são os elementos do grupo 15 da tabela periódica. Os elementos preferidos do Grupo 15 da tabela periódica, neste contexto, incluem N, P, As, Sb, Bi ou de uma combinação de pelo menos dois destes, em que P é particularmente preferido.

Como descrito acima, os níveis de dopagem diferentes da junção pn podem ser variados, de modo a sintonizar as propriedades desejadas da célula solar resultante.

Em certas modalidades, o substrato semicondutor (por exemplo, o wafer de silício) exibe uma resistência de folha superior a cerca de 60 Ω / □, tal como acima de cerca de 65 Ω / □, acima de cerca de 70 Ω / □, acima de cerca de 90 Ω / ou □ acima de cerca de 95 Ω / □.

Uma contribuição para a realização de pelo menos um dos objetivos acima descritos é produzida por uma célula solar, obtenível por um processo de acordo com a invenção. Células solares preferidas de acordo com a invenção são aquelas que têm uma elevada eficiência, em termos de proporção do total de energia de luz incidente convertida em produção de energia elétrica e que são leves e duráveis. A configuração comum de uma célula solar de acordo com a invenção (exceto as camadas que são puramente para proteção mecânica e química) é, como representado na Figura 2. Como representado na Figura 2, a célula solar 200 compreende um eletrodo de costas 104, uma camada de passivação para trás 208, uma camada altamente dopada postrerior 210, uma camada traseira 106 dopada, um limite de junção pn 102, uma camada dopada frontal 105, uma camada de passivação da frente 207, uma camada antirreflexiva 209, dedos de eletrodo dianteiros 214 e barras de barramento de eletrodos frontais 215, em que os dedos de eletrodos frontais penetram através da camada antirreflexiva 209 e a camada de passivação frontal 207, em frente à camada dopada 105, o suficiente para formar o contato elétrico com a camada dopada frontal 105, mas não ao ponto de derivação do limite de junção pn 102. As camadas individuais podem ser omitidas a partir desta configuração de camada comum ou camadas individuais podem realmente executar a função de mais de uma das camadas descritas na modalidade acima descrita comum. Em uma modalidade da invenção, uma única camada atua como camada antirreflexiva e uma camada de passivação. A configuração de camada mínima necessária é dada na Figura 1. A célula solar 100, no mínimo, compreende um eletrodo posterior 104, uma camada traseira dopado 106 com um limite de junção pn 102, uma camada dopada frontal 105 e os elétrodos 103 da frente, em que os elétrodos da frente penetram na camada frontal dopada 105 suficiente para formar o contato elétrico com ele. A camada traseira dopada 106 e a camada dopada frente 105 em conjunto, constituem uma única lâmina de silício dopada 101. No caso de células solares 100 representando uma célula tipo p, o eletrodo de volta 104 é, de preferência, uma mistura de prata e um eletrodo de alumínio, a camada traseira 106 é, de preferência, dopada, Si dopado levemente com boro, a camada frontal 105 é, de preferência, dopada com Si pesadamente dopado com fósforo, e o eletrodo frontal 103 é preferivelmente um eletrodo de prata. O eletrodo de frente 103 está representado na Figura 1 como sendo constituído por três corpos meramente para ilustrar esquematicamente o fato de que o eletrodo de frente 103 não está cobrindo a face frontal na sua totalidade. A invenção não se limita ao eletrodo frontal 103 para os constituídos por três corpos.

Camada antirreflexiva De acordo com a invenção, uma camada antirreflexiva pode ser aplicada como camada exterior antes de o eletrodo ser aplicado na face frontal da célula solar. Camadas antirreflexivas de acordo com a invenção são aquelas que diminuem a proporção de luz incidente refletida pela face frontal e aumentam a proporção de luz incidente atravessa a face frontal a ser absorvido pela bolacha. Camadas antirreflexivas que dão origem a uma relação de absorção / reflexão favorável, são susceptíveis à corrosão pela pasta eletrocondutiva empregada, mas são de outra maneira resistente às temperaturas exigidas para o acendimento da pasta eletrocondutiva, e não contribuem para a recombinação aumentada de elétrons e furos na vizinhança da interface eletrodo que são favorecidos. Todas as camadas antirreflexivas conhecidos daqueles versados na técnica e que eles considerem ser adequadas no contexto da presente invenção podem ser empregadas. Camadas antirreflexiva poreferidas de acordo com a invenção são SiNx, S1O2, AI2O3, T1O2, ou misturas de pelo menos dois destes e / ou combinações de pelo menos duas camadas da mesma, em que SiNx é particularmente preferido, em particular quando uma lâmina de silício é empregada. A espessura da camada antirreflexiva é adequado para o comprimento de onda da luz adequada. De acordo com a invenção é preferido para as camadas antirreflexivao para ter uma espessura em uma faixa desde cerca de 20 a cerca de 300 nm, mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 40 a cerca de 200 nm e mais preferivelmente na faixa de cerca de 60 a cerca de 90 nm .

Camadas de passivação De acordo com a invenção, uma ou mais camadas de passivação pode ser aplicada para a frente e / ou lado de trás da placa de silício como uma camada exterior, antes de o eletrodo, ou antes da camada anti-reflexivo, se estiver presente, é aplicada. Camadas de passivação preferidas são aquelas que reduzem a taxa de elétron / lacuna de recombinação na vizinhança da interface do eletrodo. Qualquer camada de passivação, que é conhecida daqueles versados na técnica e que se considera ser adequado no contexto da presente invenção pode ser empregada. As camadas de passivação preferidos de acordo com a invenção são o nitreto de silício, dióxido de silício e dióxido de titânio, nitreto de silício sendo o mais preferido. De acordo com a invenção, é preferido para a camada de passivação ter uma espessura em uma faixa de cerca de 0,1 nm a cerca de 2 micrômetros, mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 10 nm a cerca de 1 pm e, mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 30 nm a cerca de 200 nm.

Outras camadas protetoras Além das camadas descritas acima, que contribuem diretamente para o princípio da função da célula solar, camadas adicionais podem ser adicionadas para proteção mecânica e química.

As células podem ser encapsuladas para proporcionar proteção química. Encapsulamentos são bem conhecidos daqueles versados na técnica e qualquer encapsulação pode ser empregada, que é conhecida por ele e que considera apropriados no contexto da presente invenção. De acordo com a invenção, os polímeros transparentes, muitas vezes, referidos como as resinas termoplásticas, transparentes são preferidas como material de encapsulamento, como se o encapsulamento de um estiver presente. Polímeros transparentes preferidos neste contexto são, por exemplo, borracha de silicone e polietileno acetato de vinil (PVA).

Uma folha de vidro transparente, pode ser adicionada à parte da frente da célula solar para proporcionar uma proteção mecânica para a face frontal da célula. Folhas de vidro transparentes são bem conhecidas daqueles versados na técnica e qualquer folha de vidro transparente, conhecidas por ele e que ele considera ser adequado no contexto da presente invenção pode ser utilizada como proteção na face frontal da célula solar.

Uma parte traseira que protege os materiais pode ser adicionada para a face traseira da célula solar para proporcionar uma proteção mecânica. Voltar a proteção de materiais são bem conhecidos de uma pessoa versada na técnica e qualquer volta proteger o material que seja conhecido para uma pessoa versada na técnica e que ele considera ser adequado no contexto da presente invenção pode ser utilizada como proteção na face traseira da célula solar. Os materiais de proteção de retomo de acordo com a invenção são aqueles que têm boas propriedades mecânicas e de resistência às intempéries. Os materiais preferenciais para proteção de retomo de acordo com a invenção é o tereftalato de polietileno com uma camada de fluoreto de polivinil. É preferido de acordo com a invenção, para o material de proteção de retorno estar presente sob a camada de encapsulamento (no caso em que tanto a camada de proteção para trás e para a encapsulação estão presentes).

Um material de estrutura pode ser adicionado à parte externa da célula solar para dar suporte mecânico. Materiais de armação são bem conhecidos de uma pessoa versada na técnica, bem como qualquer material de estrutura conhecida para a pessoa especializada na técnica e que considera apropriado no contexto da presente invenção pode ser empregado como material de armação. O material da estrutura preferida de acordo com a invenção é o alumínio. Método de preparação de Célula Solar Em uma modalidade, a célula solar pode ser preparada por aplicação de uma composição de pasta eletrocondutiva para um revestimento antirreflexivo (ARC), como por exemplo nitreto de silício, óxido de silício, óxido de titânio ou óxido de alumínio, sobre um substrato semicondutor, tal como wafer de silício (por exemplo, por um processo de impressão de tela), depois de disparar o substrato semicondutor de modo a formar um eletrodo no substrato.

Em uma modalidade, a pasta eletrocondutiva é aplicada à superfície de recepção da luz do substrato semicondutor (por exemplo, wafer de silício). No entanto, a anterior não impede que a incorporação de um sistema de reação inorgânico em uma composição de pasta eletrocondutiva destinada à parte traseira de um wafer de silício. A pasta eletrocondutiva pode ser aplicada de qualquer maneira conhecida pelos especialistas nessa técnica e que considera apropriados no contexto da presente invenção, incluindo, mas não se limitam a impregnação, imersão, vazamento, gotejamento sobre, injeção, pulverização, revestimento com lâmina, cortina com revestimento, escovação ou impressão, ou uma combinação de pelo menos dois destes, em que as técnicas de impressão preferidas são a impressão por jato de tinta, impressão de tela, impressão tampão, impressão offset, impressão de relevo ou impressão em estêncil ou uma combinação de pelo menos dois destes. É preferido de acordo com a invenção que a pasta eletrocondutiva seja aplicada por impressão, de preferência por impressão de tela. É preferido de acordo com a invenção que tenha as telas de abertura de malha com um diâmetro na faixa de cerca de 20 a cerca de 100 pm, mais preferivelmente na faixa de cerca de 30 a cerca de 80 pm, e mais preferencialmente em uma faixa a partir de cerca de 40 a cerca de 70 p m. É preferido de acordo com a invenção para os elétrodos serem formados em primeiro lugar, aplicando uma pasta eletrocondutiva, em seguida queimar a referida pasta eletrocondutiva para produzir um corpo de eletrodo sólido. A queima é bem conhecida para o uma pessoa versada na técnica e pode ser efetuado de qualquer maneira conhecida e, o que é considerado adequado no contexto da invenção. Prefere-se, no escopo da invenção que a queima seja realizado acima da temperatura de transição vítrea dos materiais de IRS.

De acordo com a invenção, a temperatura máxima prevista para a queima é inferior a cerca de 900°C, de preferência abaixo de cerca de 860°C. A queima de temperaturas tão baixas como cerca de 820°C foram utilizadas para a obtenção de células solares. O perfil de temperatura de queima é tipicamente fixado de modo a permitir o esgotamento dos materiais ligantes orgânicos a partir da composição da pasta eletrocondutiva, bem como quaisquer outros materiais orgânicos presentes. A calcinaçâo é normalmente realizada no ar ou em uma atmosfera contendo oxigênio, em um fomo de correia. É preferido de acordo com a invenção, que a queima seja realizada em um processo de queima rápida com um tempo de queima total na faixa de cerca de 30 s a cerca de 3 minutos, mais preferivelmente na faixa de cerca de 30 s para cerca de 2 minutos e mais de preferência na faixa de cerca de 40 s para cerca de 1 minuto. O tempo acima de 600°C é mais preferencialmente em uma faixa de cerca de 3-7 s. O substrato pode alcançar uma temperatura de pico na faixa de cerca de 700-900 ° C, durante um período de cerca de 1 a 5 segundos. A queima também pode ser conduzido a taxas elevadas de transporte, por exemplo, cerca de 100-500 cm / min, com a retenção resultante de cerca de 0,05 vezes a 5 minutos. Múltiplas zonas de temperatura, por exemplo, 3-11 zonas, podem ser usadas para controlar o perfil térmica desejado.

As pastas de queima de eletrocondutivas sobre a faces frontal e traseira podem ser efetuadas em simultâneo ou sequencialmente. Acendimento simultâneo é apropriado se as pastas eletrocondutivas aplicadas a ambas as faces têm similares, de preferência idênticas, melhores condições de queima. Sempre que adequado, é preferível de acordo com a invenção, a queima sendo efetuada simultaneamente. Onde queima é realizada sequencialmente, é preferível de acordo com a invenção, para a pasta eletrocondutiva voltar para ser aplicada e disparada em primeiro lugar, seguido de aplicação e cozedura da pasta eletrocondutiva para a face frontal.

As figuras 3A, 3B e 3C ilustram em conjunto no processo de queima de uma pasta de lado frontal para produzir um eletrodo lateral frontal. Figuras 3A, 3B e 3C são camadas esquemáticas e generalizadas e adicionais suplementares para aqueles que constituem a junção pn que são consideradas simplesmente como camadas adicionais opcionais, sem consideração mais detalhada. A Figura 3A ilustra uma bolacha antes da aplicação do eletrodo de frente, 300a. A partir da face traseira e continuando em direção à face frontal da bolacha antes da aplicação do eletrodo 300a frontal compreendendo opcionalmente camadas adicionais sobre a face traseira 311, uma camada traseira 106 dopada, um limite junção pn 102, uma camada dopada frontal 105 e as camadas adicionais sobre a face frontal 312. As camadas adicionais sobre a face traseira 311 pode compreender qualquer de um eletrodo posterior, uma camada de passivação para trás, uma camada traseira altamente dopada ou nenhum dos acima. A camada adicional sobre a face frontal 312 pode compreender qualquer um de uma camada de passivação da frente, de uma camada antirreflexiva ou nenhum dos acima. A figura 3B mostra uma bolacha com pasta eletrocondutiva aplicada na face frontal 300b antes de disparar. Além das camadas presentes na 300a acima descritas, uma pasta eletrocondutiva 313 está presente sobre a superfície da face frontal. A Figura 3C mostra uma bolacha com eletrodo frente aplicado 300c. Além das camadas presentes na 300a descritas acima, um eletrodo frontal 103 está presente, que penetra a partir da superfície da face frontal com a camada de frente adicional 312 e para dentro da camada dopada de frente 105 e é formada a partir da pasta eletrocondutiva 313 da Figura 3B por queima.

Em Figuras 3B e 3C, a pasta eletrocondutiva aplicada 313 e os elétrodos 103 da frente são mostradps esquematicamente como estando presente como três corpos. Esta é meramente uma forma esquemática representando uma cobertura não completa da face frontal da pasta / elétrodos e a invenção não se limita a pasta / elétrodos, para estar presente como três corpos. Módulo de células solares Uma contribuição para a realização de pelo menos um dos objetivos acima mencionados é efetuado por um módulo compreendendo pelo menos uma célula solar, obtido como descrito acima, em particular, de acordo com pelo menos uma das modalidades acima descritas. A multiplicidade de células solares, de acordo com a invenção pode ser organizada espacialmente e ligados eletricamente para formar um arranjo coletivo chamado um módulo. Módulos preferidos, de acordo com a invenção pode tomar um certo número de formas, de preferência, uma superfície retangular conhecido como um painel solar. Uma grande variedade de modos para ligar eletricamente as células solares, bem como uma grande variedade de maneiras para organizar e fixar mecanicamente tais células para formar arranjos coletivos é bem conhecido dos técnicos versados no assunto. Quaisquer de tais métodos conhecidos por um técnico versado no assunto, e que são considerados adequados no contexto da presente invenção podem ser empregados. Os métodos preferidos, de acordo com a invenção são aqueles que resultam numa massa baixa para relação de potência de saída, um baixo volume para relação de potência de saída, e de alta durabilidade. O alumínio é o material preferido para a fixação mecânica de células solares, de acordo com a invenção.

Exemplo 1 Conforme demonstrado na Tabela 1, a primeira pasta exemplificativa (referida como 35C) foi preparado com um IRS contendo no total 4,6 % em peso (de pasta) de uma primeira frita de vidro com chumbo contendo 67,4% de PbO e 0,5 % em peso (da pasta) de aditivo de telúrio elementar. As partículas de prata, numa quantidade de cerca de 85 % em peso (da pasta), e um veículo orgânico, numa quantidade de cerca de 1 -15 mesma frita de vidro, mas sem telúrio elementar, foi preparado como um controle.

Os exemplos resultantes e as células solares de referência foram preparados pelo processo acima referido. A pasta foi impressa em tela sobre um wafer de célula solar, a uma velocidade de 150 mm / s, utilizando uma tela de calandra de 325 (malha) * 0,9 (mil, diâmetro do fio) * 0,6 (mil, espessura de emulsão) * 70 pm (abertura de linha digital). O wafer impresso foi seco a 150°C e, em seguida, queimado a um perfil com a temperatura de pico de cerca de 750 - 900°C durante alguns segundos num fomo de infravermelho de multizona linear.

Exemplo 2 Conforme demonstrado na Tabela 1, uma segunda pasta exemplificativa (referida como 35D), foi preparada com um IRS contendo 4,7% em peso (da pasta) de uma segunda frita de vidro com chumbo contendo no total 64,04% de PbO e 0,5 % em peso (da pasta) de aditivo de telúrio elementar. As partículas de prata, numa quantidade de cerca de 85% em peso (da pasta), e um veículo orgânico, numa quantidade de cerca de 1-15% em peso (da pasta), foram adicionadas para formar a pasta 35D exemplificativa. Pasta de referência 2, com a mesma frita de vidro, mas sem telúrio elementar, foi preparada como um controle. As células solares exemplificativas e comparativas resultantes foram preparadas utilizando o processo apresentado no Exemplo 1 acima.

Exemplo 3 Uma terceira pasta exemplificativa (referida como 37B) foi preparada com um IRS contendo 3,1% em peso (da pasta) da primeira frita de vidro com chumbo contendo no total 46,51% de PbO de IRS e 1,2 % em peso. (da pasta) de aditivo de telúrio elementar. Uma pasta comparativa (referida como 33i) foi preparada com 3,1% em peso (da pasta) de frita de vidro com chumbo contendo no total 64,52% de PbO de IRS. A pasta comparativa 33i não contém telúrio elementar. As partículas de prata, numa quantidade de cerca de 85% em peso (da pasta), e um veículo orgânico, numa quantidade de cerca de 1-15% em peso (da pasta), foram adicionadas para formar as pastas 37B e 33i. As células solares exemplificativas e comparativas resultantes foram preparadas utilizando o processo apresentado no Exemplo 1 acima.

Exemplo 4 Outra pasta exemplificativa (referida como 33A na Tabela 1) foi preparada com um IRS contendo 3,1% em peso (da pasta) de frita de vidro contendo chumbo contendo no total 58,82% de PbO de IRS e 0,3 % em peso (da pasta) de aditivo de telúrio elementar. Uma pasta comparativa (referida como 33J na Tabela 1) foi preparada com um IRS compreendendo 3,1% em peso (da pasta) de frita de vidro contendo chumbo contendo no total 57,55% de PbO do IRS com 0,375 % em peso (da pasta) de aditivo de dióxido de telúrio. As pastas 33A e 33J foram preparadas para demonstrar o efeito da inclusão de telúrio elementar como um aditivo, por oposição ao dióxido de telúrio como um aditivo. Além disso, a quantidade de dióxido de telúrio utilizado na pasta comparativa 33J (0,375% em peso) fornece a mesma quantidade (em moles) de telúrio como o telúrio elementar utilizado na pasta de 33A (0,3% em peso).

As partículas de prata, numa quantidade de cerca de 85% em peso (da pasta), e um veículo orgânico, numa quantidade de cerca de 1-15% em peso (da pasta), foram adicionadas para formar as pastas33a e 33J exemplificativas e comparativas. As células solares exemplificativas e comparativas resultantes foram preparadas utilizando o processo apresentado no Exemplo 1 acima.

Exemplo 5 Todas as pastas exemplificativas foram então impressas sobre a parte da frente ligeiramente dopada de wafers de silício do tipo-p tendo uma resistência de folha de 90 Ω / □, uma pasta de lado de trás de alumínio é também aplicada ao lado de trás dos wafers de silício, e em seguida seca e queimada, de acordo com o processo descrito no Exemplo 1 acima. Todas as células solares foram então testadas utilizando um testador de I-V. Lâmpada de arco Xe no testador I-V foi utilizada para simular a luz solar, com uma intensidade conhecida e a superfície frontal da célula solar foi irradiada para gerar a curva I-V. Usando essa curva, vários parâmetros comuns a este método de medição que fornecem comparação de desempenho elétrico foram determinados, incluindo a eficiência (FEP), fator de preenchimento (FF), a resistência em série (Rs), a resistência em série em três intensidades de iluminação padrão (RS3), e resistência de contato (Rc). Todos os dados para as pastas de referência e de controle foram normalizados para 1. Os dados relevantes para as pastas experimentais foram calculados dividindo a medição de interesse pelos dados da célula de referência normalizados. Todos os dados são compilados na Tabela 2 e Tabela 3.

Os dados de desempenho elétrico das células solares feitas com as pastas de 35C e 35D foram então comparados com os dados de desempenho elétrico das células solares feitas com Pasta de Referência 1 e 2, respectivámente. Além disso, os dados de desempenho de células solares feitas com as pastas 33i, 37B, e 33J foram comparados com os dados de desempenho da célula solar fabricada com a pasta 33A. A pasta 33A foi usada como pasta de referência, a fim de determinar o efeito da remoção do aditivo de telúrio elementar (como na pasta 33i), o aumento da quantidade do aditivo de telúrio elementar (como na pasta 37B), ou substituindo o aditivo de telúrio elementar com dióxido de telúrio (como na pasta 33J).

Tabela 1. Composições de IRS de pastas testadas Tabela 2. Desempenho elétrico de Pastas Testadas nos Exemplos 1, 3, e 4 * fator de preenchimento < 40% não foi fornecido pelo testador H.A.L.M. IV, por isso foi calculado com a equação FF = ImpxVmp / IScxVoc Tabela 3. Desempenho elétrico de Pastas Testadas no Exemplo 2 Pasta de referência 1 compreende uma frita de vidro com chumbo contendo 67,40% de PbO. Pasta de referência 2 compreende uma frita de vidro com chumbo contendo 70,85% de PbO. A pasta 33i compreende uma frita de vidro com chumbo contendo 64,52% de PbO. Como mostrado nos resultados listados nas Tabelas 2 e 3, as pastas exemplificativas (35C e 35D) exibiram aumentos drásticos na Eff e FF, e diminuições substanciais de Rs e RS3. As pastas de referência são conhecidas por proporcionar excelente condutividade e a eficiência da célula solar global. Assim, como as pastas de exemplificativas mostrou um desempenho elétrico superior ao das pastas de referência, estes são ainda mais favoráveis para utilização em tecnologia de células solares.

Além disso, a pasta 33J, que compreende óxido de chumbo e dióxido de telúrio, foi comparado com a massa 33A, o qual compreende óxido de chumbo e telúrio elementar. Os dados de desempenho elétrico para a pasta de 33A foi normalizado para I, a fim de mostrar o efeito da remoção do aditivo de telúrio elementar e substituindo-o com o dióxido de telúrio. A pasta 33J exibiu diminuição Eff e FF, e aumentou o Rs, RS3 e Rc, em comparação com a pasta de 33A. Assim, a inclusão de dióxido de telúrio (ao contrário de telúrio elementar) resultou em pastas com diminuição das propriedades elétricas. Isso mostra que o telúrio elementar não foi introduzido como um equivalente ou um precursor de dióxido de telúrio, mas funciona através de um novo contato de metal semicondutor formando mecanismo. Uma análise adicional mostra também que não há óxido de telúrio detectado através de análise de difração por raios-X em quaisquer pastas movida ou seca. Assim, é evidente que os efeitos benéficos do aditivo de telúrio elementar não podem ser replicados usando óxido de telúrio.

Além disso, a pasta 33i, que não têm qualquer aditivo de telúrio elementar, mostrou os resultados mais extremos. Sua Eff e FF foram notavelmente mais baixa do que a pasta 33A, e sua Rs e RS3 foram drasticamente superior à pasta de 33A. Assim, a adição de telúrio elementar melhorou significativamente o desempenho elétrico da pasta.

Exemplo 6 Para verificar se um aditivo de telúrio elementar permanece em sua forma elementar durante a secagem e queima, duas composições de IRS com telúrio elementar foram preparadas e submetidas a testes de difração de raios-x.

Conforme apresentado na Tabela 4, a primeira composição de IRS (referido como 65A) foi preparada com frita de vidro contendo chumbo, contendo 64,52 % de PbO em IRS e nenhum aditivo de telúrio elementar. Uma segunda composição de IRS (referida como 65B) foi preparada com frita de vidro contendo chumbo, contendo 58,82% de PbO em IRS e 0,3% em peso (da pasta) de aditivo de telúrio elementar. Uma terceira composição de IRS (referida como 65C), foi também preparada com o frita de vidro chumbada, contendo 46,51% de PbO em IRS, mas a quantidade de aditivo de telúrio elementar foi aumentada para 1,2% em peso (da pasta). Para fins de comparação, uma composição IRS (referida como 65D) foi preparada com frita de vidro contendo chumbo, contendo no total 43,48% de PbO e 1,5 % em peso (da pasta) de dióxido de telúrio.

Tabela 4. Composições IRS Testada Usando Difração de Raios X

As composições IRS (65 A-D) foram secas e calcinadas a temperatura e duração, tipicamente utilizada para a fabricação de uma célula solar (Exemplo 1). As composições IRS secas e queimadas são então submetidas à análise de difração em pó de raios X. Os primo-componentes do IRS foram misturados com um veículo orgânico aqui descrito numa proporção de % em peso de 2:1 (IRS: veículo), para formar uma pasta de IRS. Todas as amostras de pasta de IRS foram impressas em wafer de Silício c regular como uma área de 2 x 2 cm2. Os wafers foram secos e queimados através do fomo de correia com o mesmo perfil de queima que foi usado no Exemplo 1. Em seguida, os wafers, com o filme de IRS foram cortados para um tamanho adequado para a análise de XRD.

Utilizando um instrumento Rigaku MiniFlux, uma análise de difraçâo de raios-X foi realizada em todas as composições de amostras de IRS em um comprimento de onda Cu ke λ = 1,5418Â com uma taxa de varredura de 0,45 graus / min, 0,02 grau / ste, de 10 graus a 60 graus. O padrão de erro é de 2Θ ± 0,2 grau, o que inclui o erro do difratômetro e preparação da amostra. Como as composições IRS testadas foram tão complexa, o Inorganic Crystal Structure Database (ICSD) não poderia coincidir com os padrões resultantes para quaisquer estruturas cristalinas conhecidas. No entanto, como as composições não foram inteiramente conhecidas, o seu padrão de difraçâo de raios x poderia ser criado manualmente. As composições IRS compreendem vidro amorfo e aditivo inorgânico, tal como telúrio elementar ou óxido de telúrio. Todos os aditivos conhecidos têm estruturas cristalinas. Portanto, com base nessas estruturas cristalinas, seus padrões de difraçâo de raios X foram criados manualmente por um software de visualização que é parte do ICSD. Estes padrões manuais foram então comparados com os resultados reais de difraçâo de raios x para determinar se o dióxido de telúrio estava presente nas composições IRS secas e queimadas. A Tabela 5 compila os dados de difraçâo de raios X obtidos a partir do teste.

Tabela 5. Dados de difraçâo de raio-X de composições IRS exemplificativas Na Tabela 6, os picos característicos de difiração de raios x do telúrio elementar são apresentados e comparados com os picos para cada pasta seca e queimada. Na Tabela 7, os picos característicos de difração de raios x de picos de dióxido de telúrio são apresentados e comparados com os picos para cada pasta seca e queimada. Quando um pico característico é observado em uma amostra de pasta, ele é marcado com "+". Se o pico estiver ausente, ele é marcado com Toda comparação é realizada com base em 2Θ ± 0,3 grau.

Composição IRS 65A não inclui telúrio elementar ou aditivos de óxido de telúrio. Em conformidade, nas amostras secas e queimadas 65A, os picos característicos do telúrio elementar e óxidos de telúrio não podem ser observados. Composições IRS 65B e 65C compreendem telúrio elementar. Nas amostras secas de 65B e 65C, a maior parte dos picos característicos do telúrio elementar pode ser observada. Após a queima, as composições de IRS 65 B e 65C mostram ainda alguns picos indicativos de telúrio elementar. Composição IRS 65D compreende óxido de telúrio. Na amostra seca de 65B, os picos característicos do óxido de telúrio podem ser facilmente observados. Após a queima, os picos característicos do óxido de telúrio já não são observáveis. Em geral, a amostra queimada 65D é bastante uniforme, indicando falta de cristalinidade da composição queimada IRS 65D. Em contraste, as composições IRS de aditivo com o telúrio elementar (65B e 65C) mostram picos característicos ausentes na amostra IRS queimada 65D (Tabela 5), o que conduz à conclusão de que as composições IRS de aditivo com o telúrio elementar são diferentes do aditivo de óxido de telúrio.

Tabela 6. Picos de difração de raios-X do telúrio elementar quando comparado com composições IRS exemplificativas Tabela 7. Picos de diffação de raios X de dióxido de telúrio quando comparado com composições IRS exemplificativas Exemplo 7 Exemplos adicionais de pastas feitos a partir de diferentes quantidades de fritas de vidro de chumbo, todas tendo diferentes quantidades de PbO, bem como quantidades variáveis de aditivo de telúrio elementar foram preparados. As células solares foram preparadas utilizando o processo apresentado no Exemplo 1 acima. O desempenho das células elétricas foi então testado, de acordo com o processo estabelecido no Exemplo 5 acima. Nas Tabelas 8 e 10, as composições de várias pastas exemplificativas estão estabelecidas. Nas Tabelas 9 e 11, o desempenho elétrico destas pastas exemplificativas foi comparado com o desempenho elétrico de uma pasta de referência, que foi normalizado para 1. Na Tabela 9, os dados de desempenho elétrico são normalizados contra 33 A, e na Tabela 11, os dados de desempenho elétrico são normalizados contra a pasta de referência 1 (do Exemplo 1). Comparado a pasta 33i, o qual não inclui qualquer aditivo de telúrio elementar, as pastas com aditivos de telúrio elementar nas Tabelas 8 todas mostraram melhorias significativas nas medidas Eff, FF, Rs, RS3, e Rc. As melhorias de desempenho pode também ser observado para as pastas indicadas na Tabela 10, em comparação com a pasta de referência 1. t --------------------> X! o, J3 II

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X ο *Λ *0 Tabela 10. Composições de pastas de exemplares com várias fritas de vidro com chumbo Tabela 11. Dados de desempenho elétrico de pastas exemplificativas quando comparadas com a pasta de referência Essas e outras vantagens da presente invenção serão evidentes para os técnicos versados no assunto a partir do relatório descritivo precedente. Por conseguinte, será reconhecido pelos técnicos versados no assunto que alterações ou modificações podem ser feitas às modalidades acima descritas sem se afastar dos conceitos inventivos gerais da invenção. Dimensões específicas de qualquer modalidade particular são descritas apenas para fins ilustrativos. Por conseguinte, deve ser entendido que esta invenção não está limitada às modalidades específicas aqui descritas, mas destina-se a incluir todas as alterações e modificações que estão dentro do escopo e do espírito da invenção.

Claims

1. Sistema de reação inorgânico que compreende uma composição contendo chumbo e telúrio elementar, caracterizado pelo fato de que a composição contendo chumbo está entre 5 a 95% em peso do sistema de reação inorgânico e o telúrio elementar está entre 5 a 95% em peso do sistema de reação inorgânico.

2. Sistema de reação inorgânico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição contendo chumbo está entre 40-90% em peso do sistema de reação inorgânico, e o telúrio elementar está entre 10-40% em peso do sistema de reação inorgânico.

3. Sistema de reação inorgânico, de acordo com as reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que a composição contendo chumbo é uma frita de vidro, preferencialmente com uma estrutura amorfa ou parcialmente cristalina.

4. Sistema de reação inorgânico, de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a composição contendo chumbo compreende óxido de chumbo.

5. Sistema de reação inorgânico, de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a composição contendo chumbo compreende cerca de 10 a 90% em peso, de preferência cerca de 45 a 75% em peso de óxido de chumbo.

6. Composição de pasta eletrocondutiva, caracterizada pelo fato de que compreende: partículas metálicas; um sistema de reação inorgânico tal como definido nas reivindicações 1 a 5; e um veículo orgânico.

7. Pasta eletrocondutiva, de acordo com a reivindicação 6 caracterizada pelo fato de que as partículas metálicas são de pelo menos uma de prata, ouro, cobre e níquel.

8. Pasta eletrocondutiva, de acordo com as reivindicações 6 a 7, caracterizada pelo fato de que as partículas metálicas são de prata.

9. Pasta eletrocondutiva, de acordo com as reivindicações 6 a 8, e caracterizada pelo fato de que as partículas metálicas são de cerca de 75 a 95% em peso do conteúdo sólido da pasta.

10. Pasta eletrocondutiva, de acordo com as reivindicações 6 a 9, caracterizada pelo fato de que o veículo orgânico compreende um ligante, um surfactante, um solvente orgânico, e um agente de tixotrópico.

11. Pasta eletrocondutiva, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o veículo orgânico compreende um ligante compreendendo pelo menos um de etilcelulose ou resina fenólica, acrílico, polivinil butiral, ou resina de poliéster, policarbonato, resinas de polietileno ou poliuretano, ou derivados de breu.

12. Pasta eletrocondutiva, de acordo com as reivindicações 10 a 11, caracterizada pelo fato de que o veículo compreende um surfactante orgânico compreendendo pelo menos um de óxido de polietileno, polietilenoglicol, benzotriazol, ácido poli(etilenoglicol)acético, ácido láurico, ácido oleico, ácido cáprico, ácido mirístico, ácido linoleico, ácido esteárico, ácido palmítico, sais de estearato, sais de palmitato, e suas misturas.

13. Pasta eletrocondutiva, de acordo com as reivindicações 10 a 12, caracterizada pelo fato de que o veículo orgânico compreende um solvente que compreende pelo menos um de carbitol, terpineol, hexil carbitol, texanol, butil carbitol, acetato de butil carbitol, ou dimetiladipato ou éter de glicol.

14. Pasta eletrocondutiva, de acordo com as reivindicações 10 a 13, caracterizada pelo fato de que o ligante é de cerca de 1 a 10% em peso do veículo orgânico.

15. Pasta eletrocondutiva, de acordo com as reivindicações 10 a 14, caracterizada pelo fato de que o tensoativo é de cerca de 1 a 10% em peso do veículo orgânico.

16. Pasta eletrocondutiva, de acordo com as reivindicações 10 a 15, caracterizada pelo fato de que o solvente orgânico é de cerca de 50 a 70% em peso do veículo orgânico.

17. Pasta eletrocondutiva, de acordo com as reivindicações 10 a 16, caracterizada pelo fato de que o tixotrópico é de cerca de 0,1 a 5% em peso do veículo orgânico.

18. Célula solar, caracterizada pelo fato de que é produzida pela aplicação de uma pasta eletrocondutiva das reivindicações 6 a 17 a um wafer de silício e queima do wafer de silício de acordo com um perfil adequado.

19. Módulo de célula solar, caracterizado pelo fato de que compreende células solares como definidas na reivindicação 18 interligadas eletricamente.

20. Método de produção de uma célula solar, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: fornecer um wafer de silício; aplicar uma pasta eletrocondutiva das reivindicações 6 a 17 ao wafer de silício; queimar o wafer de silício de acordo com um perfil adequado.

21. Método de produção de uma célula solar, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o wafer de silício compreende um revestimento antireflexivo.