CN103000253B - 一种潜伏固化型导电浆料及用其在基板上形成电极的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种潜伏固化型导电浆料以及用其在基板上形成电极的方法。该潜伏固化型导电浆料含有低熔点热塑性聚合物、导电颗粒、玻璃粉、固化反应剂、固化催化剂、助剂。其中，低熔点热塑性聚合物室温下为固体或为果冻状，在35-85℃内熔化为液体，85-160℃温度范围内在固化催化剂作用下与固化反应剂发生固化反应；用该潜伏固化型导电浆料在基板上形成电极时，需要进行印刷后低温固化处理。与现有技术相比，本发明潜伏固化导电浆料经印刷、固化后，具有良好的耐低中温性能，有效地克服了常规热熔导电膏印刷后具有的环境温度敏感性，因而能很好地保持印刷的形状。该潜伏固化型导电浆料尤其适合作为太阳能电池导电浆料。

Description

一种潜伏固化型导电浆料及用其在基板上形成电极的方法

技术领域

本发明涉及一种导电浆料，具体涉及一种潜伏固化型导电浆料以及用其在基板上形成电路或电极的方法，该潜伏固化型导电浆料尤其适合作为太阳能电池中的导电浆料，特别是太阳能电池正面银浆。

背景技术

太阳能电池是一种能将太阳能转化为电能的半导体器件。在结构上，它包括背面电极、pn结、减反射膜和正面电极。其中，正面的金属电极和背面的金属电极是用来对外输出电流的。用来制造太阳能电池正面电极和背面电极的导电浆料的质量和工艺性能直接影响太阳能电池电池光电转化效率和工艺性能，影响太阳能电池的生产成本和效率，它构成了太阳能电池生产中的一个关键技术要点。

目前，电子市场上的用做太阳能电池导电浆料的主要为液体导电浆。这类导电浆需要添加多种复杂的有机助剂来调整印刷粘度以防止流挂、银粉沉降等问题，对助剂的种类和配比要求严格。同时，这类导电浆含有溶剂，印刷后不免有溶剂的挥发；为减少挥发的溶剂对操作人员健康的影响，对操作环境的通风排气功能要求较高；而且，这类导电浆要在200-400 ^oC温度范围内进行干燥以除去浆料中所含有机物，该干燥过程需要时间且消耗能源。为克服这类液体导电浆这些缺点，申请号为02823395.6的中国专利公开了一种热熔导体膏组合物，该热熔导体膏组合物在室温下为固体，在约35-90 ^oC温度范围内熔化为液体，熔化为液体后可在硅基片上进行丝网印刷，并通过冷却降温来固化所印刷的银浆，最后经过一步法烧结得到印制的电路。但是这类热熔导体膏组合物的缺点是：由于其所含的热塑性聚合物的熔点低，耐温性能差，印刷后的电路在最终烧结前具有高环境温度敏感性，即覆有该类热熔导体膏但未烧结的硅基板在生产后以及贮存中容易受环境温度的影响，环境温度因气候原因或意外因素从如25^oC提高到35-40^oC或更高，印刷的电路则会发生变形，影响印刷的质量；对于太阳能电池正面银浆来说，这还会使印刷的栅线发生流挂，降低栅线的高宽比，进而降低太阳能电池的光电转化效率。因此，使用这类热熔导体膏的生产者必须对该类热熔导体膏的贮存温度和印刷后硅基板的贮存温度要有严格的控制，需使用温度调控系统降低贮存环境的温度至该类热熔导体膏中所含的低熔点热塑性聚合物的熔点以下。

发明内容

本发明需要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种具有低环境温度敏感性的潜伏固化型导电浆料。

本发明需要解决的另一个技术问题在于提供一种使用潜伏固化型导电浆料在基板上形成电路或电极的方法。

本发明需要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种潜伏固化型导电浆料，其含有低熔点热塑性聚合物、含银或铝的导电颗粒、玻璃粉、助剂、固化反应剂以及固化催化剂；各组分的重量百分数为：10-40%低熔点热塑性聚合物、30-70%含银或铝的导电颗粒、1-10%玻璃粉、0.1-8%助剂、5-30%固化反应剂、0.01-10%固化催化剂，各组分的重量百分数之和为100%，其中，所述低熔点热塑性聚合物在25^oC温度状态下为固体或为果冻状，在40-85 ^oC温度范围内熔化为液体，在85-160 ^oC温度范围内在所述固化催化剂的催化作用下与所述固化反应剂发生固化反应。

其中，所述低熔点热塑性聚合物为含15至20个碳的长直链伯醇或其任意比例的混合物；所述固化反应剂含端环氧基团，优选含双端环氧基团的聚乙烯醇或含单端环氧基团的聚乙烯醇；所述固化催化剂为叔胺；所述助剂含有饱和脂肪酸，还含有纤维素醚、丙烯酸树脂中的一种或其组合物；所述含银或铝的导电颗粒为振实密度大于4.5 g/cm³的银粉或振实密度大于1.3 g/cm³的铝粉。

一种使用潜伏固化型导电浆料在基板上形成电路或电极的方法，其包括以下步骤：

① 提供一种上述的潜伏固化型导电浆料;

② 将该潜伏固化型导电浆料加热到高于其所含的低熔点热塑性聚合物熔点温度、但低于该低熔点热塑性聚合物发生固化反应的温度,其中,所述固化反应的温度为该低熔点热塑性聚合物与该潜伏固化型导电浆料所含的固化反应剂在该潜伏固化型导电浆料所含的的固化催化剂作用下发生固化反应的温度;

③ 将该潜伏固化型导电浆料通过丝网印刷、块印制或挤压应用到硅基片上；

④ 将覆有该潜伏固化型导电浆料的硅基片加热到其所含的低熔点热塑性聚合物与其所含的固化反应剂在其所含的固化催化剂作用下发生固化反应的温度，进行固化处理

⑤ 烘烤硅基片。

其中，烘烤硅基片通过一步法或两步法实现；一步法为在650-900 ^oC温度范围内同步进行有机物的燃烧和浆料的烧结，两步法为在200-400 ^oC温度范围内先燃烧所述潜伏固化型导电浆料中含有的有机物，再在650-900 ^oC温度范围内进行烧结。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：本发明在配方上添加了与低熔点热塑性聚合物发生固化反应的固化反应剂以及催化该固化反应的固化催化剂，在工艺上添加了该潜伏固化型导电浆料在印刷或涂敷后的低温固化工序，使得形成的印刷电路或电极在烧结前都具有稳定的形状和外形，不易受环境温度的影响而发生变形或流挂，因而克服了现有热熔导电膏的高环境温度敏感性；这种潜伏固化型导电浆料在40 ^oC以下为固体，因而能经受大多数地域的最高温度，方便贮存和运输；其不含溶剂，符合绿色环保的要求；通过调节温度能轻易地实现印刷所需的粘度，对助剂的要求不高；另外，对于其作为太阳能电池浆料，特别是太阳能电池正面银浆，它还具有优秀的防流挂性，印刷得到的栅线具有优良的高宽比和高电池光电转化效率。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明是一种潜伏固化型导电浆料，其含有低熔点热塑性聚合物、银粉、玻璃粉、助剂、固化反应剂以及固化催化剂；各组分的重量百分数为：30%低熔点热塑性聚合物、45%银粉、4%玻璃粉、5%助剂、15%固化反应剂、1%固化催化剂，其中，所述低熔点热塑性聚合物为含15个碳的长直链伯醇，所述固化反应剂为含双端环氧基团的聚乙烯醇；所述固化催化剂为三乙胺；所述助剂为硬脂酸和乙基纤维素按重量比1 : 9的混合物；所述银粉为振实密度大于5 g/cm³、平均粒径为0.1-2 μm的球状银粉；所述玻璃粉为太阳能电池电子浆料通用玻璃粉。

使用该潜伏固化型导电浆料在基板上形成电路或电极的方法为：提供一种上述的潜伏固化型导电浆料，将该潜伏固化型导电浆料加热40 ^oC后，通过丝网印刷到硅基片上，将印刷有该潜伏固化型导电浆料的硅基片加热到85 ^oC固化2小时，再加热到200 ^oC以除去该潜伏固化型导电浆料中含有的有机物，最后再加热到900 ^oC进行浆料烧结，得到所要的电路或电极。其中，固化后的硅基板可以进行常温贮存，后期根据生产需要再进行集中烘烤。

实施例2

一种潜伏固化型导电浆料，其含有低熔点热塑性聚合物、铝粉、玻璃粉、助剂、固化反应剂以及固化催化剂；各组分的重量百分数为：10%低熔点热塑性聚合物、70%铝粉、10%玻璃粉、4.99%助剂、5%固化反应剂、0.01%固化催化剂，其中，所述低熔点热塑性聚合物为含20个碳的长直链伯醇；所述固化反应剂为含双端环氧基团的聚乙烯醇；所述固化催化剂为三丙胺；所述助剂为硬脂酸和丙烯酸树脂按重量比1 : 4的混合物；所述铝粉为振实密度大于1.3 g/cm³、平均粒径为0.1-2.0 μm的球状铝粉；所述玻璃粉为太阳能电池电子浆料通用玻璃粉。

使用该潜伏固化型导电浆料在基板上形成电路或电极的方法为：提供一种上述的潜伏固化型导电浆料，将该潜伏固化型导电浆料加热85 ^oC后，通过块印刷到硅基片上，将印刷有该潜伏固化型导电浆料的硅基片加热到160 ^oC固化0.5小时，再加热到400 ^oC以除去该潜伏固化型导电浆料中含有的有机物，最后再加热到650 ^oC进行浆料烧结，得到所要的电路或电极。其中，固化后的硅基板可以进行常温贮存，后期根据生产需要再进行集中烘烤。

实施例3

一种潜伏固化型导电浆料，其含有低熔点热塑性聚合物、银粉、玻璃粉、助剂、固化反应剂以及固化催化剂；各组分的重量百分数为：40%低熔点热塑性聚合物、30%银粉、1%玻璃粉、8%助剂、20%固化反应剂、1%固化催化剂，其中，所述低熔点热塑性聚合物为含16个碳的长直链伯醇；所述固化反应剂为双端环氧基团的聚乙烯醇；所述固化催化剂为三丙胺；所述助剂为硬脂酸、甲基纤维素醚和丙烯酸树脂按重量比1 : 5 : 4的混合物；所述银粉为振实密度大于4.5 g/cm³、平均粒径为0.1-1.0 μm的片状银粉和振实密度大于5 g/cm³、平均粒径为0.1-2 μm的球状银粉按重量比1 : 2的混合物；所述玻璃粉为太阳能电池电子浆料通用玻璃粉。

使用该潜伏固化型导电浆料在基板上形成电路或电极的方法为：提供一种上述的潜伏固化型导电浆料，将该潜伏固化型导电浆料加热70 ^oC后，通过丝网印刷到硅基片上，将印刷有该潜伏固化型导电浆料的硅基片加热到100 ^oC固化2小时，最后加热到650 ^oC进行浆料烧结，得到所要的电路或电极。其中，固化后的硅基板可以进行常温贮存，后期根据生产需要再进行集中烘烤。

实施例4

一种潜伏固化型导电浆料，其含有低熔点热塑性聚合物、银粉、玻璃粉、助剂、固化反应剂以及固化催化剂；各组分的重量百分数为：28%低熔点热塑性聚合物、30%银粉、1.9%玻璃粉、0.1%助剂、30%固化反应剂、10%固化催化剂；其中，所述低熔点热塑性聚合物为含16个碳的长直链伯醇和含18个碳的长直链伯醇按重量比1 : 1的混合物，所述固化反应剂为含单端环氧基团的聚乙烯醇，所述固化催化剂为三丙胺；所述助剂为硬脂酸和乙基纤维素按重量比1 : 4的混合物；所述银粉为振实密度大于4.5 g/cm³、平均粒径为0.1-1.0 μm的片状银粉和振实密度大于5 g/cm³、平均粒径为0.1-2 μm的球状银粉按重量比1 : 1的混合物；所述玻璃粉为太阳能电池电子浆料通用玻璃粉。

使用该潜伏固化型导电浆料在基板上形成电路或电极的方法为：提供一种上述的潜伏固化型导电浆料，将该潜伏固化型导电浆料加热75 ^oC后，通过挤压将该潜伏固化型导电浆料应用到硅基片上，将覆有该潜伏固化型导电浆料的硅基片加热到110 ^oC固化1.5小时，再加热到900 ^oC进行浆料烧结，最后得到所要的电路或电极。其中，固化后的硅基板可以进行常温贮存，后期根据生产需要再进行集中烘烤。

上述各实施方案是对本发明的上述内容作出的进一步说明，但不应理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种潜伏固化型导电浆料，含有低熔点热塑性聚合物、含银或铝的导电颗粒、玻璃粉和助剂，其特征在于：该潜伏固化型导电浆料还含有与所述低熔点热塑性聚合物发生固化反应的固化反应剂以及催化该固化反应的固化催化剂；各组分的重量百分数为：10-40%低熔点热塑性聚合物、30-70%含银或铝的导电颗粒、1-10%玻璃粉、0.1-8%助剂、5-30%固化反应剂、0.01-10%固化催化剂，各组分的重量百分数之和为100%；其中，所述低熔点热塑性聚合物在25^oC温度状态下为固体或为果冻状，在40-85 ^oC温度范围内熔化为液体，在85-160 ^oC温度范围内在所述固化催化剂的催化作用下与所述固化反应剂发生固化反应。

2.根据权利要求1所述的潜伏固化型导电浆料，其特征在于：所述低熔点热塑性聚合物为含15至20个碳的长直链伯醇或其任意比例的混合物。

3.根据权利要求2所述的潜伏固化型导电浆料，其特征在于：所述固化反应剂含端环氧基团，所述固化催化剂为叔胺。

4.根据权利要求3所述的潜伏固化型导电浆料，其特征在于：所述固化反应剂为含双端环氧基团的聚乙烯醇或含单端环氧基团的聚乙烯醇。

5.根据权利要求1所述的潜伏固化型导电浆料，其特征在于：所述助剂含有饱和脂肪酸。

6.根据权利要求5所述的潜伏固化型导电浆料，其特征在于：所述助剂还含有纤维素醚、丙烯酸树脂中的一种或其组合物。

7.根据权利要求1所述的潜伏固化型导电浆料，其特征在于：所述含银或铝的导电颗粒为振实密度大于4.5 g/cm³的银粉或振实密度大于1.3 g/cm³的铝粉。

8.一种使用权利要求1-7任意一项所述的潜伏固化型导电浆料在基板上形成电路或电极的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，

① 提供一种权利要求1所述的潜伏固化型导电浆料；

② 将该潜伏固化型导电浆料加热到高于其所含的低熔点热塑性聚合物熔点温度、但低于该低熔点热塑性聚合物发生固化反应的温度;其中,所述固化反应的温度为该低熔点热塑性聚合物与该潜伏固化型导电浆料所含的固化反应剂在该潜伏固化型导电浆料所含的的固化催化剂作用下发生固化反应的温度；

③ 将该潜伏固化型导电浆料通过丝网印刷、块印制或挤压应用到硅基片上；

④ 将覆有该潜伏固化型导电浆料的硅基片加热到其所含的低熔点热塑性聚合物与其所含的固化反应剂在其所含的固化催化剂作用下发生固化反应的温度，进行固化处理；

⑤ 烘烤硅基片。

9.根据权利要求8所述的使用潜伏固化型导电浆料在基板上形成电路或电极的方法，其特征在于：所述烘烤硅基片通过一步法或两步法实现；其中，一步法为在650-900 ^oC温度范围内同步进行有机物的燃烧和浆料的烧结，两步法为在200-400 ^oC温度范围内先燃烧掉所述潜伏固化型导电浆料中含有的有机物，再在650-900 ^oC温度范围内进行浆料的烧结。