DE102011016034A1

DE102011016034A1 - Metallhaltige Zusammensetzung, Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kontaktstruktur sowie Verwendung eines Oxidationsmittels

Info

Publication number: DE102011016034A1
Application number: DE102011016034A
Authority: DE
Inventors: Matthias Hörteis; Andre Kalio; Stefan Glunz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-10-04
Also published as: DE102011016034A8

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine metallhaltige Zusammensetzung zur Herstellung einer Kontaktstruktur oder einer Saatschicht für eine Kontaktstruktur auf einem elektronischen Bauteil, speziell auf Siliziumwafern, bevorzugt auf Solarzellen. Die Zusammensetzung enthält mindestens ein elektrisch leitfähiges Metallpulver und/oder ein Pulver einer metallischen Legierung und/oder mindestens eine metallorganische Verbindung des leitfähigen Materials, mindestens ein erstes oxidisches Material, aus den Metallen des oxidischen Materials abgeleitete metallorganische Verbindungen und Mischungen hieraus und ein Oxidationsmittel. Die Zusammensetzung kann in Form einer Inkjettinte, Aerosoltinte oder Siebdruckpaste ausgestaltet sein und zur Herstellung einer elektrischen Kontaktstruktur auf einem elektronischen Bauteil verwendet werden. Hierbei wird die Zusammensetzung erst auf das Bauteil z. B. in Form von Leiterbahnen und bevorzugt durch Siebdruck, Aerosoldruck, Inkjetdruck, Tampondruck, Schablonendruck, Dispensen und oder Kombinationen hieraus appliziert und anschließend in einem Kontaktfeuerschritt mit dem Bauteil verbunden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine metallhaltige Zusammensetzung zur Herstellung einer Kontaktstruktur oder einer Saatschicht für eine Kontaktstruktur auf einem elektronischen Bauteil, speziell auf Siliziumwafern, bevorzugt auf Solarzellen. Die Zusammensetzung enthält mindestens ein elektrisch leitfähiges Metallpulver und/oder ein Pulver einer metallischen Legierung und/oder mindestens eine metallorganische Verbindung des leitfähigen Materials, mindestens ein erstes oxidisches Material, aus den Metallen des oxidischen Materials abgeleitete metallorganische Verbindungen und Mischungen hieraus und ein Oxidationsmittel. Die Zusammensetzung kann in Form einer Inkjettinte, Aerosoltinte oder Siebdruckpaste ausgestaltet sein und zur Herstellung einer elektrischen Kontaktstruktur auf einem elektronischen Bauteil verwendet werden. Hierbei wird die Zusammensetzung erst auf das Bauteil z. B. in Form von Leiterbahnen und bevorzugt durch Siebdruck, Aerosoldruck, Inkjetdruck, Tampondruck, Schablonendruck, Dispensen und oder Kombinationen hieraus appliziert und anschließend in einem Kontaktfeuerschritt mit dem Bauteil verbunden.
Silizium Solarzellen besitzen üblicherweise sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite metallische Kontakte. Gerade die Kontakte auf der Vorderseite haben mehrere Aufgaben zu erfüllen. Die Vorderseitenkontakte müssen

• den elektrischen Kontakt zum Halbleiter herstellen;
• den Strom möglichst verlustfrei abtransportieren;
• eine hinreichend gute mechanische Haftung aufweisen; und
• ihrerseits wiederum kontaktierbar sein, z. B. für Zellverbinder, bei der Verschaltung zu einem Modul.

Sowohl das Kontaktmaterialsystem sowie das Kontaktierungsverfahren zur Herstellung des Kontaktmaterialsystems müssen diesen hohen Ansprüchen genügen.
Bei Solarzellen, die einen hochohmigen Emitter besitzen (> 80 Ohm/square), ist eine Kontaktbildung mit den bestehenden Materialsystemen nur schwer möglich. Um eine Wirkungsgradsteigerung von Solarzellen zu erzielen, ist es besonders wichtig, dünne Kontakte zu erstellen, mit einem geringen Übergangswiderstand zwischen Metall und Halbleiter (Metallkontakt und Solarzelle).
Nach derzeitigem Stand der Technik wird das aufgebrachte Materialsystem d. h. eine metallhaltige Zusammensetzung in Form einer Tinte oder Paste beim Kontaktfeuern mit dem elektrischen Bauteil, z. B. der Solarzelle mechanisch und elektrisch verbunden.
Die gängigen Tinten/Pasten bestehen aus Silberpulver, ein oder mehreren Gläsern und evtl. weiteren Metalloxiden und Organika (Lösemittel, Bindemittel, Dispergiermittel (s. EP 1713092 A2 und DE 102008032554 A1 ).
Mindestens eines der Gläser enthält Metalloxide, die bei Temperaturen unter 1000 K mit Silizium reagieren, so dass dieses oxidiert und sie selber reduziert werden. Üblicherweise sind dies Bleioxid oder Wismutoxid. Falls weitere Gläser oder Metalloxide verwendet werden, haben diese die Aufgabe, die Haftung der Kontakte auf dem Substrat bzw. den elektrischen Kontakt zum Substrat zu verbessern (s. DE 102008032554 A1 ).
Im Allgemeinen haben die Gläser einen Erweichungspunkt von 300°C < T < 600°C. Bei der Kontaktbildung während des Kontaktfeuerns erweicht bei einer Temperatur von etwa 300°C–600°C die Glasfritte und benetzt die Antireflexschicht, bei Temperaturen um 600°C–800°C durchdringt die Glasschmelze, in der bei dieser Temperatur auch Silber gelöst ist, die Antireflexschicht und dringt weiter in das Silizium vor, beim Abkühlen wird das gelöste Silber aus der Schmelze ausgeschieden und kristallisiert direkt an der Siliziumoberfläche in Form von kleinen Silberkristalliten (siehe Schubert et al., 2006, Solar Energy Materials & Solar Cells, 90:3399–3406).
Das abgekühlte Glas bildet zwischen Leitsilber und den Silberkristalliten eine isolierende Barriere, welche an manchen Stellen dünn genug ist, so dass ein Strom aus der Zelle in die Kontakte fließen kann. Im Wesentlichen beruhen die dabei ablaufenden Reaktionen auf Redoxreaktionen zwischen Metalloxiden, PbO und/bzw. Bi₂O₃ und dem Silizium bzw./und der Antireflexionsschicht (SiN_x) (s. Hörteis et al., 2010, Advanced Functional Materials, 40:476–484). Allg.: MO_x + Si → SiO_x + M
Diese Reaktion ist die Voraussetzung für die Bildung von Kontaktkristalliten, je mehr dieser Kristallite an der Kontaktstelle vorhanden sind, bei einer möglichst dünnen Glasschicht, desto niederohmiger ist der elektrische Übergang vom Halbleiter in den Kontakt.
Beeinflusst wird diese Reaktion von Parametern, wie Temperatur, Temperaturprofil, Geschwindigkeit des Feuerofens und Sauerstoffgehalt der Atmosphäre im Ofen. Alle Parameter werden so gewählt, dass der optimaiste Wirkungsgrad mit möglichst geringem Kontaktwiderstand erzielt wird. Ein Parameter, welcher die Kontaktbildung positiv beeinflussen kann, üblicherweise aber nicht verändert wird, ist der atmosphärische Sauerstoffgehalt (s. Huljic et al., 2004, Proc. 19th EC PVSEC).
Es war daher die Aufgabe der Erfindung elektronische Bauteile mit einem hohem Wirkungsgrad und einem niedrigem Kontaktwiederstand an der elektrischen Kontaktstruktur bereitzustellen zusammen mit einer Zusammensetzung und einem Verfahren zur Herstellung besagter elektrischer Kontaktstruktur.
Diese Aufgabe ist durch die Zusammensetzung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12, des Bauteils mit dem Merkmal des Anspruchs 15 und der Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine metallhaltige Zusammensetzung zur Herstellung einer Kontaktstruktur oder einer Saatschicht für eine Kontaktstruktur auf einem elektronischen Bauteil wie z. B. einer Solarzelle, enthaltend

a) mindestens ein elektrisch leitfähiges Metallpulver und/oder ein Pulver einer metallischen Legierung und/oder mindestens eine metallorganische Verbindung des leitfähigen Metalls; und
b) mindestens ein erstes oxidisches Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gläsern, Keramiken, Metalloxiden mit einem Schmelzpunkt unterhalb 1000°C und von in den zuvor genannten Gläsern, Keramiken und Metalloxiden enthaltenen Metallen abgeleitete metallorganischen Verbindungen und Mischungen hieraus; dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung mindestens ein Oxidationsmittel enthält, das bei Temperaturen im Bereich von 100 bis 900°C Sauerstoff in atomarer oder molekularer Form freisetzt.

Das mindestens eine elektrisch leitfähige Metallpulver der Zusammensetzung und/oder das mindestens eine Pulver einer metallischen Legierung der Zusammensetzung kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Metallen mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 40·10⁶ S/m, bevorzugt mindestens 55·10⁶ S/m, insbesondere Silber und/oder die mindestens eine metallorganische Verbindung des leitfähigen Metalls der Zusammensetzung ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus metallorganischen Dekompositionsmaterialien (MOD), bevorzugt aus Metallsalzen von Fettsäuren, insbesondere Metallresinate, besonders bevorzugt aus Silberresinat, Silberneodecanoat, Silber (hexafluoroacetylacetonat) (1,5-cyclooctadien) sowie Mischungen hieraus.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist das mindestens eine elektrisch leitfähiges Metallpulver und/oder das mindestens eine Pulver einer metallischen Legierung und/oder die mindestens eine metallorganische Verbindung des leitfähigen Metalls in Form von Partikeln in der Zusammensetzung enthalten, wobei die durchschnittliche Partikelgröße d₅₀ bevorzugt im Bereich von 0,3 μm bis 4 μm, insbesondere unter 1 μm, besonders bevorzugt von 0,3 μm bis 1 um liegt. Im Fall von Silberpulver empfehlenswert sind Partikelgrößen von 0,3 μm bis 4 μm, vorzugsweise unter 1 μm.
Das erste oxidische Material der Zusammensetzung kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Glasfritten, vorzugsweise Bleiglas- oder Bismutglasfritten, Blei-II-oxid oder Bismuttrioxid und/oder die von den enthaltenen Metallen der ersten oxidischen Verbindung abgeleiteten metallorganischen Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus metallorganischen Dekompositionsmaterialien (MOD), bevorzugt aus Metallsalzen von Fettsäuren, insbesondere Metallresinate, besonders bevorzugt aus Bismutresinat, Bismutneodecanoat, Bismut-2-ethylhexanoat sowie Mischungen hieraus.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das mindestens eine erste oxidische Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gläsern, Keramiken, Metalloxiden mit einem Schmelzpunkt unterhalb 1000°C und von in den zuvor genannten Gläsern, Keramiken und Metalloxiden enthaltenen Metallen abgeleitete metallorganischen Verbindungen und Mischungen hieraus, in Form von Partikeln in der Zusammensetzung enthalten, wobei die durchschnittliche Partikelgröße d₅₀ bevorzugt im Bereich von 1 nm bis 2 μm, besonders bevorzugt von 10 nm bis 1 μm liegt. Im Fall von Glaspartikeln empfehlenswert ist eine Partikelgröße von kleiner als 2 μm, bevorzugt kleiner als 1 μm.
Neben den Bestandteilen des elektrisch leitfähiges Metallpulvers und des ersten oxidischen Materials (z. B. Silber, Glas und/oder Metalloxide) weist die Paste/Tinte ein oder mehrere Oxidationsmittel (Peroxide) auf.
Als Oxidationsmittel können prinzipiell alle Zusatzstoffe verwendet werden, die bei Temperaturen zwischen 100°C–900°C vorzugsweise bei 500°C–800°C in irgendeiner Form Sauerstoff als O bzw. O₂ abgeben. Genannt sei hier die Gruppe der Peroxide bzw. Superoxide z. B. Kalziumperoxid (CaO₂ mit einer Zersetzungstemperatur ab T_z > 275°C), Zinkperoxid (ZnO₂, T_z > 150°C wobei auch bei höheren Temperaturen noch Sauerstoff abgegeben wird), Magnesiumperoxid (MgO₂, T_z > 350°C), Kaliumperoxid (K₂O₂, T_z > 490°C), Manganperoxid (Braunstein MnO₂, T_z > 535°C), Natriumperoxid (Na₂O₂, T_z > 657°C), Bariumperoxid (BaO₂, gibt ab T_z > 700°C), Kobaltperoxid (Cobalt (II, III)-oxid) (Co₃O₄, T_z > 800°C).
Weiterhin können die Oxidationsmittel ausgewählt sein aus der Gruppe Peroxodischwefelsäure und deren Salze, Kaliumpermanganat, Chlor- und Chromsäure und deren Salze, Mangandioxid, Jod, Silberoxid, Silber(I)-Salze, Silber(II)-Salze, Cer(IV)-Salze, Blei(iV)-Salze sowie Mischungen hiervon.
Die Oxidationsmittel können während der Tinten und/oder Pastenherstellung zugegeben oder im Nachhinein bei kommerziellen Pasten/Tinten beigemischt werden. Die Oxidationsmittel können auch in Kombination den Tinten/Pasten als Zusatzstoff beigemischt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Zusammensetzung ist das Oxidationsmittel in Form von Partikeln enthalten, wobei die durchschnittliche Partikelgröße d₅₀ der Oxidationsmittel (Peroxide) bevorzugt im Bereich von 10 nm bis 5 μm, insbesondere von 100 nm bis 2 μm liegt.
Durch den Zusatz von Oxidationsmitteln z. B. Peroxiden wird die Kontaktbildung beim Kontaktfeuern unterstützt so dass es möglich ist Solarzellen mit einem hohen Emitterschichtwiderstand R_SH 80–120 Ohm/sq. bzw. einer reduzierten Oberflächenkonzentration N_D < 1 × 10²⁰ cm^–3 zu kontaktieren. Dies ist deshalb möglich, da der Übergangswiderstand vom Halbleiter in den Kontakt durch die Bildung von vielen Kontaktkristalliten erniedrigt ist.
Die Unterstützung des Oxidationsmittels während der Kontaktbildung beim Kontaktfeuern ist darauf zurückzuführen, dass das Oxidationsmittel bei höheren Temperaturen reduziert bzw. zersetzt wird und Sauerstoff abgibt. Der abgegebene Sauerstoff hat einen direkten Einfluss auf die Redox-Reaktion bei der Kontaktstrukturherstellung (allg. MO_x + Si → SiO_x + M).
Der unmittelbare Einfluß von Sauerstoff auf die Reaktion macht es möglich den Sauerstoffgehalt beim Feuern mit dem Gehalt an Oxidationsmittel einzustellen und damit unabhängig von der Reaktionsatmosphäre zu regulieren. Desweiteren bewirkt das Oxidationsmittel in der Zusammensetzung, dass schon vor Start der Reaktion die Menge an freierdendem Sauerstoff am Reaktionsort definiert werden kann.
Durch das Oxidationsmittel als zusätzliche Sauerstoffquelle werden die bei der Kontaktbildung ablaufenden Redox-Reaktionen unterstützt und es kommt zu einer verbesserten Kontaktbildung, d. h. der Ausbildung von mehr Kristalliten an der Kontaktfläche. Die verbesserten Reaktionsbedingungen haben einen niedrigeren Kontaktwiderstand der Kontaktstruktur zur Folge. Zusätzlich werden organische Pasten und Tintenbestandteile besser verbrannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die metallhaltige Zusammensetzung mindestens ein zweites oxidisches Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Keramiken und Metalloxiden mit einem Schmelzpunkt von mindestens 1100°C, von in den zuvor genannten Keramiken und Metalloxiden enthaltenen Metallen abgeleitete metallorganische Verbindungen und Mischungen hieraus.
Insbesondere ist das zweite oxidische Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ZnO, ZnO:Al, SnO, TiO, TiO₂, MgO, die von den enthaltenen Metallen der zweiten oxidischen Verbindung abgeleiteten metallorganischen Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus metallorganischen Dekompositionsmaterialien (MOD), bevorzugt aus Metallsalzen von Fettsäuren, insbesondere Metallresinate, besonders bevorzugt aus Zinkresinat und Zinkneodecanoat sowie Mischungen hieraus.
Das zweite oxidische Material in der Zusammensetzung kann in Form von Partikeln enthalten sein, wobei die durchschnittliche Partikelgröße d₅₀ (z. B. des Metalloxids) bevorzugt im Bereich von 10 nm bis 2 μm liegt.
Die metallhaltige Zusammensetzung kann zusätzlich mindestens eine organische Komponente enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lösemittel, insbesondere Lösungsmittel mit einem Siedepunkt > 100°C, bevorzugt Mischungen oder Lösungen von Lösungsmitteln ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Terpineol, Ethylenglykolether, Glycolether, Diethylenglycol-monobutylether, N-Methylpyrrolidon, Bindemitteln (insbesondere Ethylcellulose) und Dispergiermitteln ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus hydroxyfunktionellen Carbonsäureestern mit pigmentaffinen Gruppen, Copolymeren mit sauren Gruppen und Alkylolammoniumsalze eines Block-Copolymeren mit sauren Gruppen.
Sind die Komponenten der metallhaltigen Zusammensetzung als Partikel ausgestaltet, so hängt ihre bevorzugte Größenverteilung stark von der verwendeten Drucktechnik ab. Mittels Siebdruck können Partikel mit einer durchschnittlichen Größe von bis zu 10 μm verwendet werden wobei beim Aerosoldruck 1–2 μm die Obergrenze darstellen und beim InkJet die Größe aller verwendeten Partikel auf max. 500 nm beschränkt ist.
Die Zusammensetzung in Form einer Inkjettinte oder Aerosoltinte ausgestaltet sein, gekennzeichnet durch eine Viskosität η < 1000 mPas, bevorzugt η < 100 mPas oder kann in Form einer Siebdruckpaste ausgestaltet sein, gekennzeichnet durch eine Viskosität 10 Pas < η < 300 Pas.
Bei der Zusammensetzung der Pasten/Tinten sind zwei unterschiedliche Konzepte zu unterscheiden:

a) Die Pasten/Tinten können verwendet werden um den kompletten Kontakt aufzubauen, d. h. das abgeschiedene Material (Paste/Tinte) besitzt nach dem Kontaktfeuern eine gute laterale Leitfähigkeit und gleichzeitig einen niederohmigen Metall-Halbleiterübergang. Dieses Konzept ist zurzeit der industrielle Standard.
b) Die abgeschiedenen Pasten/Tinten fungieren als Saatschicht, d. h. es wird nur sehr wenig Material aufgebracht welches nach dem Kontaktfeuern einen sehr niederohmigen Metallhalbleiterübergang besitzt. Die laterale Leitfähigkeit ist hierbei zu vernachlässigen. Gewährleistet wird die laterale Leitfähigkeit in einem weiteren Prozessschritt, indem die Saatschicht entweder galvanisch verstärkt wird bzw. durch einen weiteren Druckschritt, entweder vor oder nach dem Kontaktfeuern mit einer hochleitfähigen Tinte verstärkt wird.

Entsprechend der Anwendung a) oder b) ist die Zusammensetzung der Tinte/Paste unterschiedlich.
Der Anteil (immer gerechnet auf den Anteil am Gesamtgewicht der Paste/Tinte) an Silber beträgt bei Anwendung a) 65 m%–85 m% bei Anwendung b) 20 m%–60 m%.
Für die in a) beschriebenen Kontakte variiert die zugegebene Menge an Oxidationsmittel zwischen 0,05 m%–5 m% am Anteil der Gesamtmasse. Vorzugsweise zwischen 0,1 m% und 2 m%.
Für die in b) beschriebene Anwendung kann der Anteil an Oxidationsmittel höher gewählt werden und liegt zwischen 0,5 m% und 10 m% vorzugsweise zwischen 1 m%–6m%.
Der Anteil an Glas beträgt bei Anwendung a) zwischen 0,05 m% und 3 m% und bei b) zwischen 0,5 m% und 5 m%.
Falls ein weiteres Metalloxid oder weiteres Glas der Tinte beigemischt wird beträgt dessen Anteil bei Anwendung a) zwischen 0,5 m% und 6 m% und bei Anwendung b) zwischen 4 m% und 12 m%.
Weitere Bestandteile der Zusammensetzung sind organische Lösemittel und Bindemittel, Dispergiermittel und Harze, deren Zusammensetzung und Kombination stark von der verwendeten Drucktechnik abhängig ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Zusammensetzung zur Herstellung einer Kontaktstruktur auf einem elektronischen Bauteil bezogen auf 100 Gew.-% folgende Komponenten auf:

• 65 bis 85 Gew.-% des mindestens einen elektrisch leitfähigen Metallpulvers und/oder des mindestens einen Pulvers einer metallischen Legierung und/oder der mindestens einen metallorganischen Verbindung des leitfähigen Metalls;
• 0,05 bis 3 Gew.-% des mindestens einen ersten oxidischen Materials, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gläsern, Keramiken, Metalloxiden mit einem Schmelzpunkt unterhalb 1000°C und von in den zuvor genannten Gläsern, Keramiken und Metalloxiden enthaltenen Metallen abgeleitete metallorganischen Verbindungen und Mischungen hieraus;
• 0,5 bis 10 Gew.-% des mindestens einen Oxidationsmittels;
• 0 bis 6 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 6 Gew.-% des mindestens einen zweiten oxidischen Materials; sowie
• 0 bis 40 Gew.-% der mindestens einen organischen Komponente.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Zusammensetzung zur Herstellung einer Saatschicht für eine Kontaktstruktur auf einem elektronischen Bauteil bezogen auf 100 Gew.-% folgende Komponenten auf:

• 20 bis 60 Gew.-% des mindestens einen elektrisch leitfähigen Metallpulvers und/oder des mindestens einen Pulvers einer metallischen Legierung und/oder der mindestens einen metallorganischen Verbindung des leitfähigen Metalls;
• 0,5 bis 5 Gew.-% des mindestens einen ersten oxidischen Materials, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gläsern, Keramiken, Metalloxiden mit einem Schmelzpunkt unterhalb 1000°C und von in den zuvor genannten Gläsern, Keramiken und Metalloxiden enthaltenen Metallen abgeleitete metallorganischen Verbindungen und Mischungen hieraus;
• 0 bis 6 Gew.-% des mindestens einen Oxidationsmittels;
• 0 bis 12 Gew.-%, insbesondere 4 bis 12 Gew.-% des mindestens einen zweiten oxidischen Materials; sowie
• 0 bis 50 Gew.-% der mindestens einen organischen Komponente.

Die elektrische Kontaktstruktur kann auf dem elektronischen Bauteil (insbesondere einer Solarzelle) hergestellt werden, indem die oben beschriebene, metallische Zusammensetzung in einer die herzustellende Kontaktstruktur wiedergebenden Form auf das elektronische Bauteil appliziert wird und das mit der Zusammensetzung versehene Bauteil in einem Kontaktfeuerschritt auf eine Temperatur zwischen 400 und 900°C erhitzt wird.
Dabei kann der Kontakt in einem Schritt oder auch in mehreren Schritten aufgebaut werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht durch das Druckverfahren limitiert und auch nicht von der Geometrie des aufgebrachten Kontaktes abhängig.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Applikation der Zusammensetzung auf das elektronische Bauteil durch Siebdruck, Aerosoldruck, Inkjetdruck, Tampondruck, Schablonendruck, Dispensen und/oder einer Kombination daraus.
Die Applikation der Zusammensetzung erfolgt bevorzugt in Form von Leiterbahnen mit einer Breite von < 50 μm, bevorzugt < 40 μm, besonders bevorzugt < 35 μm.
Das oben beschriebene Verfahren kann zur Herstellung von elektronischen Bauteilen mit einer elektrischen Kontaktstruktur, insbesondere Solarzellen, verwendet werden.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung mindestens eines Oxidationsmittels, das bei Temperaturen im Bereich von 100 bis 900°C Sauerstoff in atomarer oder molekularer Form freisetzt, zur Herstellung einer Tinte oder Paste, wobei besagte Tinte oder Paste zur Herstellung einer Kontaktstruktur oder einer Saatschicht für eine Kontaktstruktur auf einem elektronischen Bauteil verwendet werden kann.
Anhand der nachfolgenden Beispiele soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier dargestellten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.

Tabelle 1 zeigt Beispiele für erfindungsgemäße Zusammensetzungen nach Konzept a) und Konzept b). Tabelle 1

Auaführungsbespiel	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Konzept	a)	a)	a)	a)	a)	b)	b)	b)	b)	b)
Glasfritte	0,3	0,3	0,3	0,2	0,3	1	1	2	2	2
Silberpulver	67	67	67	67	67	50	50	57	57	57
Zusätzliches Oxid
ZnO		0,3		0,4						5
MgO			0,2						5
CaO			0,2			2		5
SnO₂
Oxidationsmittel
BaO₂	0,8		0,4		0,5	4	6	3	3
ZnO₂		0,5								3
CO₃O₄				0,5
Na₂O₂					0,4	2

Organika	31,8	31,9	31,9	31,9	31,8	41	43	33	33	33

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1713092 A2 [0006]
DE 102008032554 A1 [0006, 0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Schubert et al., 2006, Solar Energy Materials & Solar Cells, 90:3399–3406 [0008]
Hörteis et al., 2010, Advanced Functional Materials, 40:476–484 [0009]
Huljic et al., 2004, Proc. 19th EC PVSEC [0011]

Claims

Metallhaltige Zusammensetzung zur Herstellung einer Kontaktstruktur oder einer Saatschicht für eine Kontaktstruktur auf einem elektronischen Bauteil, enthaltend a) mindestens ein elektrisch leitfähiges Metallpulver und/oder ein Pulver einer metallischen Legierung und/oder mindestens eine metallorganische Verbindung des leitfähigen Metalls, b) mindestens ein erstes oxidisches Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gläsern, Keramiken, Metalloxiden mit einem Schmelzpunkt unterhalb 1000°C und von in den zuvor genannten Gläsern, Keramiken und Metalloxiden enthaltenen Metallen abgeleitete metallorganischen Verbindungen und Mischungen hieraus, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung mindestens ein Oxidationsmittel enthält, das bei Temperaturen im Bereich von 100 bis 900°C Sauerstoff in atomarer oder molekularer Form freisetzt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Peroxiden und Superoxiden, insbesondere Calciumperoxid, Zinkperoxid, Magnesiumperoxid, Kaliumperoxid, Manganperoxid, Natriumperoxid, Bariumperoxid, Kobaltperoxid, sowie Peroxodischwefelsäure und deren Salze, Kaliumpermanganat, Chlor- und Chromsäure und deren Salze, Mangandioxid, Jod, Silberoxid, Silber(I)-Salze, Silber(II)-Salze, Cer(IV)-Salze, Blei(iV)-Salze sowie Mischungen hiervon.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung zusätzlich mindestens ein zweites oxidisches Material enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus • Keramiken und Metalloxiden mit einem Schmelzpunkt von mindestens 1100°C, • von in den zuvor genannten Keramiken und Metalloxiden enthaltenen Metallen abgeleitete metallorganischen Verbindungen und • Mischungen hieraus, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ZnO, ZnO:Al, SnO, TiO, TiO₂, MgO, die von den enthaltenen Metallen der zweiten oxidischen Verbindung abgeleiteten metallorganischen Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus metallorganischen Dekompositionsmaterialien (MOD), bevorzugt aus Metallsalzen von Fettsäuren, insbesondere Metallresinate, besonders bevorzugt aus Zinkresinat und Zinkneodecanoat sowie Mischungen hieraus.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung zusätzlich mindestens eine organische Komponente enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus • Lösemittel, insbesondere Lösungsmittel mit einem Siedepunkt > 100°C, bevorzugt Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Terpineol, Ethylenglykolether, Glycolether, Diethylenglycolmonobutylether, N-Methylpyrrolidon, und Mischungen hieraus, • Bindemitteln, insbesondere Ethylcellulose, • Dispergiermitteln ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus hydroxyfunktionellen Carbonsäureestern mit pigmentaffinen Gruppen, Copolymeren mit sauren Gruppen, Alkylolammoniumsalze eines Block-Copolymeren mit sauren Gruppen und • Mischungen oder Lösungen hieraus.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente a) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Metallen mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 40·10⁶ S/m, bevorzugt mindestens 55·10⁶ S/m, insbesondere Silber und/oder die mindestens eine metallorganische Verbindung des leitfähigen Metalls ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus metallorganischen Dekompositionsmaterialien (MOD), bevorzugt aus Metallsalzen von Fettsäuren, insbesondere Metallresinate, besonders bevorzugt aus Silberresinat, Silberneodecanoat, Silber(hexafluoroacetylacetonat)(1,5-cyclooctadien) sowie Mischungen hieraus.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oxidische Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Glasfritten, vorzugsweise Bleiglas- oder Bismutglasfritten, Blei-II-oxid oder Bismuttrioxid und/oder die von den enthaltenen Metallen der ersten oxidischen Verbindung abgeleiteten metallorganischen Verbindungen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus metallorganischen Dekompositionsmaterialien (MOD), bevorzugt aus Metallsalzen von Fettsäuren, insbesondere Metallresinate, besonders bevorzugt aus Bismutresinat, Bismutneodecanoat, Bismut-2-ethylhexanoat sowie Mischungen hieraus.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in Form einer Inkjettinte oder Aerosoltinte, gekennzeichnet durch eine Viskosität η < 1000 mPas, bevorzugt η < 100 mPas.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in Form einer Siebdruckpaste, gekennzeichnet durch eine Viskosität 10 Pas < η < 300 Pas.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente a) in Form von Partikel enthalten ist, wobei die durchschnittliche Partikelgröße d₅₀ im Bereich von 0,3 μm bis 4 μm, insbesondere von 0,3 μm bis 1 μm liegt, und/oder die Komponente b) in Form von Partikeln enthalten ist, wobei die durchschnittliche Partikelgröße d₅₀ im Bereich von 1 nm bis 2 μm, insbesondere von 10 nm bis 1 μm liegt und/oder das zweite oxidische Material in Form von Partikel enthalten ist, wobei die durchschnittliche Partikelgröße d₅₀ im Bereich von 10 nm bis 2 μm liegt und/oder das mindestens eine Oxidationsmittel in Form von Partikeln enthalten ist, wobei die durchschnittliche Partikelgröße d₅₀ im Bereich von 10 nm bis 5 μm, insbesondere von 100 nm bis 2 μm liegt.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung einer Kontaktstruktur auf einem elektronischen Bauteil, enthaltend, bezogen auf 100 Gew.-% der Zusammensetzung: • 65 bis 85 Gew.-% der Komponente a) • 0,05 bis 3 Gew.-% der Komponente b) • 0,5 bis 10 Gew.-% des mindestens einen Oxidationsmittels , • 0 bis 6 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 6 Gew.-% des mindestens einen zweiten oxidischen Materials sowie • 0 bis 40 Gew.-% der mindestens einen organischen Komponente.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung einer Saatschicht für eine Kontaktstruktur auf einem elektronischen Bauteil, enthaltend, bezogen auf 100 Gew.-% der Zusammensetzung: • 20 bis 60 Gew.-% der Komponente a) • 0,5 bis 5 Gew.-% der Komponente b) • 1 bis 6 Gew.-% des mindestens einen Oxidationsmittels, • 0 bis 12 Gew.-%, insbesondere 4 bis 12 Gew.-% des mindestens einen zweiten oxidischen Materials sowie • 0 bis 50 Gew.-% der mindestens einen organischen Komponente.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kontaktstruktur auf einem elektronischen Bauteil, bei dem • eine Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer die herzustellende Kontaktstruktur wiedergebenden Form auf das elektronische Bauteil appliziert wird und • das mit der Zusammensetzung versehene Bauteil in einem Kontaktfeuerschritt auf eine Temperatur zwischen 400 und 900°C erhitzt wird.
Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikation der Zusammensetzung durch Siebdruck, Aerosoldruck, Inkjetdruck, Tampondruck, Schablonendruck, Dispensen und/oder Kombinationen hieraus erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikation in Form von Leiterbahnen mit einer Breite von < 50 μm, bevorzugt < 40 μm, besonders bevorzugt < 35 μm erfolgt.
Elektronisches Bauteil, insbesondere Solarzelle, mit einer elektrischen Kontaktstruktur, herstellbar nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14.
Verwendung mindestens eines Oxidationsmittels, das bei Temperaturen im Bereich von 100 bis 900°C Sauerstoff in atomarer oder molekularer Form freisetzt für die Herstellung einer Tinte oder Paste zur Herstellung einer Kontaktstruktur oder einer Saatschicht für eine Kontaktstruktur auf einem elektronischen Bauteil.
Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Peroxiden und Superoxiden, insbesondere Calciumperoxid, Zinkperoxid, Magnesiumperoxid, Kaliumperoxid, Manganperoxid, Natriumperoxid, Bariumperoxid, Kobaltperoxid und Mischungen hiervon.