DE102013000639A1 - Leitpaste für Feinlinien-Siebdruck mit hohem Streckungsverhältnis bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen - Google Patents

Leitpaste für Feinlinien-Siebdruck mit hohem Streckungsverhältnis bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Dickschicht-Leitpaste, die aus einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Pulvern, einer oder mehreren Glasfritten und einem organischen Medium, das Lösungsmittel und Zelluloseesterharz umfasst, besteht. Diese Paste ermöglicht Feinlinien-Siebdruck bei der Herstellung von Solarzellen und weist verringerte Linienverbreiterung während der Trocknungs- und Brennschritte auf. Die Pastenstabilität ist ebenfalls verbessert. Außerdem wird ein Halbleiterbauelement bereitgestellt, das eine aus der Dickschicht-Leitpaste gebildete Elektrode umfasst.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft Dickschicht-Leitpaste, die bei der Ausbildung von Feinlinien-Elektroden mit hohem Streckungsverhältnis auf Halbleiterbauelementen, insbesondere Silizium-Solarzellen, von Nutzen ist, und Halbleiterbauelemente, die eine aus der Dickschicht-Leitpaste gebildete Elektrode umfassen.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Eine herkömmliche Solarzellenstruktur mit einer p-leitenden Basis hat eine negative Elektrode, die normalerweise auf der Vorderseite oder Sonnenseite der Zelle ist, und eine positive Elektrode auf der Rückseite. Strahlung einer geeigneten Wellenlänge, die auf einen p-n-Übergang eines Halbleiterkörpers fällt, dient als Quelle externer Energie, um Elektron-Loch-Paare in diesem Körper zu erzeugen. Wegen der Potentialdifferenz, die an einem p-n-Übergang besteht, bewegen sich Löcher und Elektronen in entgegengesetzten Richtungen über den Übergang und verursachen dadurch einen elektrischen Stromfluss, der imstande ist, Leistung an eine externe Schaltung zu übergeben. Die meisten Solarzellen liegen in Form eines Siliziumwafers vor, der metallisiert worden ist, d. h. mit Metallelektroden versehen, die elektrisch leitfähig sind. Normalerweise werden Dickschichtpasten oder -tinten (hierin nachstehend einfach als „Pasten” bezeichnet) im Siebdruck auf das Substrat aufgebracht und gebrannt, um die Elektroden auszubilden.
  • Die Vorder- oder Sonnenseite des Siliziumwafers wird oft mit einer Antireflexionsbeschichtung (ARC) beschichtet, um Reflexionsverlust einfallenden Sonnenlichts zu vermeiden und somit die Effizienz der Solarzelle zu erhöhen. Normalerweise bildet eine zweidimensionale Elektrodengitterstruktur („vordere Elektrode”) eine Verbindung zur n-Seite des Siliziums und eine Beschichtung aus Aluminium auf der gegenüberliegenden Seite („hintere Elektrode”) bildet eine Verbindung zur p-Seite des Siliziums. Diese Kontakte sind die elektrischen Ausgänge vom p-n-Übergang zur äußeren Last.
  • Normalerweise enthält die Paste, die im Siebdruck aufgetragen wird, um die vorderen Elektroden von Silizium-Solarzellen auszubilden, elektrisch leitfähige Partikel, Glasfritte und ein organisches Medium. Nach dem Siebdruck werden der Wafer und die Paste in Luft gebrannt, normalerweise für wenige Sekunden bei einer Ofeneinstelltemperatur von etwa 650–1000°C, um einen dichten Festkörper aus elektrisch leitfähigen Bahnen auszubilden. Die organischen Bestandteile werden in diesem Brennschritt weggebrannt. Außerdem reagieren in diesem Brennschritt die Glasfritte und jegliche hinzugefügten Flussmittel mit der Antireflexionsbeschichtung, ätzen sich dahindurch und unterstützen die Ausbildung eines engen Silizium-Elektrode-Kontakts. Die Glasfritte und jegliche hinzugefügten Flussmittel sorgen außerdem für Haftung am Substrat und helfen bei der Haftung von nachfolgend aufgelöteten Leitungen an der Elektrode. Gute Haftung am Substrat und hohe Lothaftung der Leitungen an der Elektrode sind wichtig für das Leistungsvermögen der Solarzelle sowie für die Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit der Solarmodule. Feinlinien-Elektroden mit hohen Streckungsverhältnissen sind wünschenswert, um für minimale Abschattung der Vorderfläche der Solarzelle und verringerten Widerstand zu sorgen. Stabilität der Paste ist eine zusätzliche Forderung.
  • Obwohl verschiedene Pasten zur Ausbildung von Solarzellelektroden existieren, besteht ein Bedarf an einer Paste, die ein verbessertes Leistungsvermögen bietet, und an Solarzellen mit Elektroden, die aus solcher Paste gebildet werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Dickschicht-Leitpaste bereit, die umfasst:
    • a) ein oder mehrere elektrisch leitfähige Pulver;
    • b) eine oder mehrere Glasfritten; und
    • c) ein organisches Medium, das Lösungsmittel und Zelluloseesterharz umfasst, worin das eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Pulver und die eine oder die mehreren Glasfritten in dem organischen Medium dispergiert sind.
  • In einer Ausführungsform wird das Zelluloseesterharz aus der Gruppe ausgewählt, die aus Zelluloseazetatpropionat, Zelluloseazetatbutyrat und Mischungen derselben besteht.
  • Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein Halbleiterbauelement und insbesondere eine Solarzelle bereit, die eine aus der erfindungsgemäßen Dickschicht-Leitpaste gebildete Elektrode umfasst, worin die Dickschicht-Leitpaste gebrannt worden ist, um das organische Medium zu entfernen und die Elektrode auszubilden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A–1F stellen die Herstellung eines Halbleiterbauelements dar. In 1A–1F gezeigte Bezugszeichen werden nachstehend erklärt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    p-leitendes Siliziumsubstrat
    20
    n-leitende Diffusionsschicht
    30
    ARC (z. B. Siliziumnitridschicht, Titanoxidschicht oder Siliziumoxidschicht)
    40
    p+-Schicht (Hinterflächenfeld, BSF)
    60
    Aluminiumpaste, abgeschieden auf der Rückseite
    61
    Aluminium-Rückseitenelektrode (erlangt durch Brennen der rückseitigen Aluminiumpaste)
    70
    Silber-/Aluminiumpaste, abgeschieden auf der Rückseite
    71
    Silber-/Aluminium-Rückseitenelektrode (erlangt durch Brennen der rückseitigen Silber-/Aluminiumpaste)
    500
    Paste der vorliegenden Erfindung, abgeschieden auf der Vorderseite
    501
    vordere Elektrode (gebildet durch Brennen der vorderseitigen Paste 500)
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung behandelt den Bedarf an einer Dickschichtpaste, die Halbleiterbauelemente mit verbessertem Leistungsvermögen bereitstellt.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft Dickschicht-Leitpaste. In einer solchen Ausführungsform besteht die Dickschicht-Leitpaste aus einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Pulvern, einer oder mehreren Glasfritten und einem organischen Medium, das Lösungsmittel und Zelluloseesterharz umfasst. In einer Ausführungsform werden die Zelluloseesterharze aus der Gruppe ausgewählt, die aus Zelluloseazetatbutyrat, Zelluloseazetatpropionat und Mischungen derselben besteht.
  • Die erfindungsgemäße Paste, die Zelluloseesterharze enthält, hat bestimmte wünschenswerte Eigenschaften. Diese Paste ist für den Feinliniendruck in der Herstellung von Solarzellen geeignet. Sie weist verringerte Linienverbreiterung während der Trocknungs- und Brennschritte auf. Sie weist auch verbesserte Pastenstabilität auf.
  • In einer Ausführungsform sind das eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Pulver der Paste Silberpulver. In einer Ausführungsform mit Silberpulvern besteht die Paste aus einem Silberpulver mit kugelförmigen Partikeln, einer Rütteldichte von etwa 5 bis 6, einer spezifischen Oberfläche von etwa 0,3 bis 0,6 m2/gm Ag und einer Partikelgrößenverteilung d10 von etwa 1,0 bis 1,5 μm, d50 von etwa 1,5 bis 2,3 μm und d90 von etwa 2,5 bis 3,5 μm. Die Partikelgrößenverteilungszahlen (d10, d50, d90) können unter Verwendung eines Microtrac®-Partikelgrößenanalysators von Leeds and Northrup gemessen werden. Die Zahlen d10, d50 und d90 stellen das 10. Perzentil, den Median oder das 50. Perzentil bzw. das 90. Perzentil der Partikelgrößenverteilung dar, gemessen im Volumen. Das heißt, d50 (d10, d90) ist ein solcher Partikelgrößenwert auf der Verteilung, dass 50% (10%, 90%) der Partikel ein Volumen dieses Werts oder niedriger haben. In einer solchen Ausführungsform besteht die Paste aus einem Silberpulver mit kugelförmigen Partikeln, einer Rütteldichte von etwa 5 bis 6, einer spezifischen Oberfläche von etwa 0,3 bis 0,6 m2/gm Ag und einer Partikelgrößenverteilung d10 von etwa 1,0 bis 1,5 μm, d50 von etwa 1,5 bis 2,3 μm und d90 von etwa 2,5 bis 3,5 μm, einem Lösungsmittel, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Diethylenglykol-n-Butyletherazetat, Diethylenglykol-Monobutylether, 2,2,4-Trimethyl-1,3-Pentadiol-Monoisobutyrat und Mischungen derselben besteht, und Zelluloseesterharz, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Zelluloseazetatpropionat, Zelluloseazetatbutyrat und Mischungen derselben besteht. In einer Ausführungsform besteht die Paste ferner aus einem thixotropen Amid, das in dem organischen Medium dispergiert ist. In dieser Ausführungsform sind die gebrannten Fingerelektronenlinien weniger als 100 μm breit und die gebrannten Fingerelektronenlinien haben hohe Streckungsverhältnisse, d. h. die Verhältnisse der Höhe zur Breite sind 0,2 oder größer. Fingerlinien solcher Abmessungen führen zu verringerter Abschattung der Vorderfläche der Solarzelle. In einer Ausführungsform sind die Gemische mit Hochgeschwindigkeitssiebdruck von 8 Zoll pro Sekunde (200 mm pro Sekunde) oder höher kompatibel.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft Strukturen, worin die Strukturen die Dickschicht-Leitpaste einschließen. Unter einem Aspekt schließt die Struktur eine oder mehrere Isolierschichten ein. Unter einem Aspekt schließt die Struktur keine Isolierschicht ein. Unter einem Aspekt schließt die Struktur ein Halbleitersubstrat ein. Unter einem Aspekt wird die Dickschicht-Leitpaste auf der einen oder den mehreren Isolierschichten abgeschieden. Unter einem Aspekt wird die Dickschicht-Leitermischung direkt auf dem Halbleitersubstrat abgeschieden.
  • Die Bestandteile der Dickschicht-Leitpaste werden nachstehend erörtert.
  • Elektrisch leitfähige Pulver
  • Elektrisch leitfähige Pulver werden aus Pulvern aus Silber, Kupfer, Palladium, Mischungen derselben und Mischungen aus einem oder mehreren von Silber, Kupfer, Palladium mit Nickel und/oder Aluminium ausgewählt.
  • In einer Ausführungsform sind die elektrisch leitfähigen Pulver Silberpulver. Die Silberpulverpartikel können in Kugelform, Flockenform, Kornform oder unregelmäßigen Formen oder Mischungen derselben vorliegen. Wenn mehr als ein Silberpulver verwendet wird, können die Partikel der unterschiedlichen Pulver die gleiche Form oder unterschiedliche Formen haben. Das Silber kann Silbermetall, Silberlegierungen oder Mischungen derselben sein.
  • In einer Ausführungsform sind die elektrisch leitfähigen Pulver beschichtet. Die Silberpartikel können mit verschiedenen Materialien wie etwa Phosphor beschichtet sein. In einer Ausführungsform können die Silberpartikel zumindest teilweise mit einem grenzflächenaktiven Stoff beschichtet sein. Der grenzflächenaktive Stoff kann aus Stearinsäure, Palmitinsäure, einem Stearatsalz, einem Palmitatsalz und Mischungen derselben bestehen, ohne darauf beschränkt zu sein. Andere grenzflächenaktive Stoffe einschließlich Laurylsäure, Palmitinsäure, Ölsäure, Stearinsäure, Caprinsäure, Myristinsäure und Linolsäure können genutzt werden. Das Gegenion kann Wasserstoff, Ammonium, Natrium, Kalium und Mischungen derselben sein, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • In einer Ausführungsform besteht die Paste aus einem Silberpulver mit kugelförmigen Partikeln, einer Rütteldichte von etwa 5 bis 6, einer spezifischen Oberfläche von etwa 0,3 bis 0,6 m2/gm Ag und einer Partikelgrößenverteilung d10 von etwa 1,0 bis 1,5 μm, d50 von etwa 1,5 bis 2,3 μm und d90 von etwa 2,5 bis 3,5 μm. In einer damit zusammenhängenden Ausführungsform besteht die Paste ferner aus einem Silberpulver mit unregelmäßig geformten Partikeln, einer Rütteldichte von etwa 0,8 bis 1,2, einer spezifischen Oberfläche von etwa 4,0 bis 6,0 m2/gm Ag und einer Partikelgrößenverteilung d10 von etwa 1,0 bis 3,0 μm, d50 von etwa 6,0 bis 11,0 μm und d90 von etwa 18,0 bis 25,0 μm.
  • Die Silberpulver können jeglichen aus einer Vielfalt von Prozentsätzen der Zusammensetzung der Dickschicht-Leitpaste haben. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform hat das Silberpulver etwa 70 bis etwa 93 Gew.-% der Dickschicht-Leitpaste, worin die Gew.-% auf dem Gesamtgewicht der Paste beruhen. In einer weiteren Ausführungsform hat das Silberpulver etwa 80 bis etwa 93 Gew.-% der Dickschicht-Leitpaste, worin die Gew.-% auf dem Gesamtgewicht der Paste beruhen. In noch einer weiteren Ausführungsform hat das Silberpulver etwa 87 bis etwa 92 Gew.-% der Dickschicht-Leitpaste, worin die Gew.-% auf dem Gesamtgewicht der Paste beruhen.
  • Glasfritte
  • Verschiedene Glasfritten, die normalerweise in Dickschichtpasten verwendet werden, sind bei der Bildung der vorliegenden Paste von Nutzen. In einer Ausführungsform enthält die Paste 0,5 bis 5 Gew.-% Glasfritte, worin die Gew.-% auf dem Gesamtgewicht der Paste beruhen. In einer anderen Ausführungsform enthält die Paste 1 bis 2 Gew.-% Glasfritte, worin die Gew.-% auf dem Gesamtgewicht der Paste beruhen.
  • Die verschiedenen Glasfritten können durch Mischen der darin aufzunehmenden Oxide (oder anderer Materialien, die bei Erhitzen in die erwünschten Oxide zerfallen) unter Verwendung von Methoden, die dem Fachmann bekannt sind, zubereitet werden. Solche Zubereitungsmethoden können einhergehen mit: Erhitzen der Mischung in Luft oder einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, um eine Schmelze zu bilden, Abschrecken der Schmelze, und Zerkleinern, Mahlen, und/oder Sieben des abgeschreckten Materials, um ein Pulver mit der erwünschten Partikelgröße bereitzustellen. Das Schmelzen der Mischung der darin aufzunehmenden Oxide wird normalerweise bis zu einer Spitzentemperatur von 800 bis 1200°C vorgenommen. Die geschmolzene Mischung kann zum Beispiel auf einem rostfreien Stahltiegel oder zwischen gegenläufig rotierenden rostfreien Stahlwalzen abgeschreckt werden, um ein Scheibchen zu bilden. Das resultierende Scheibchen kann gemahlen werden, um ein Pulver zu bilden. Normalerweise hat das gemahlene Pulver eine d50 von 0,1 bis 3,0 μm. So wie hierin verwendet, soll „Partikelgröße” oder „d50” „durchschnittliche Partikelgröße” bedeuten; „durchschnittliche Partikelgröße” bedeutet die Größe von 50% der Volumenverteilung. Der Fachmann auf dem Gebiet der Glasfrittenherstellung kann alternative Synthesemethoden anwenden, wie etwa (aber nicht beschränkt auf) Wasserabschreckung, Sol-Gel, Sprühpyrolyse oder andere, die zum Herstellen von Pulverformen von Glas geeignet sind.
  • Das Oxidprodukt des obigen Prozesses ist normalerweise im wesentlichen ein amorpher (nichtkristalliner) Feststoff, d. h. ein Glas. Jedoch kann in einigen Ausführungsformen das resultierende Oxid amorph, teilweise amorph, teilkristallin, kristallin oder Kombinationen davon sein. So wie hierin verwendet, schließt „Glasfritte” alle solchen Produkte ein.
  • Die Glasfritte kann bleihaltig oder bleifrei sein. Beispiele für typische, in der Zusammensetzung nützliche bleifreie Glasfritten schließen Bismutsilikate, Bismutborosilikate, Bismut-Telluroxide und Mischungen derselben ein.
  • In einer Ausführungsform von bleifreien Glasfritten liegen die Oxidbestandteile im Zusammensetzungsbereich von 55–90 Gew.-% Bi2O3, 0,5–35 Gew.-% SiO2, 0–5 Gew.-% B2O3, 0–5 Gew.-% Al2O3 und 0–15 Gew.-% ZnO, beruhend auf dem Gesamtgewicht der Glaszusammensetzung. In einer anderen Ausführungsform liegen die Oxidbestandteile im Zusammensetzungsbereich von 28–85 Gew.-% Bi2O3, 0,1–18 Gew.-% SiO2, 1–25 Gew.-% B2O3, 0–6 Gew.-% Al2O3, 0–1 Gew.-% CaO, 0–42 Gew.-% ZnO, 0–4 Gew.-% Na2O, 0–3,5 Gew.-% Li2O, 0–3 Gew.-% Ag2O, 0–4,5 Gew.-% CeO2, 0–3,5 Gew.-% SnO2 und 0–15 Gew.-% BiF3.
  • Das Anfangsgemisch, das verwendet wird, um die Bi-Te-O-Glasfritte zu bereiten, schließt 22 bis 42 Gew.-% Bi2O3 und 58 bis 78 Gew.-% TeO2 ein, beruhend auf dem Gesamtgewicht des Anfangsgemischs des Bi-Te-O. In einer weiteren Ausführungsform schließt das Anfangsgemisch, das verwendet wird, um die Bi-Te-O-Glasfritte zu bereiten, zusätzlich zum Bi2O3 und TeO2 0,1 bis 7 Gew.-% Li2O und 0,1 bis 4 Gew.-% TiO2 ein, beruhend auf dem Gesamtgewicht des Anfangsgemischs des Bi-Te-O. In noch einer weiteren Ausführungsform schließt das Anfangsgemisch 0,1 bis 8 Gew.-% B2O3, 0,1 bis 3 Gew.-% ZnO und 0,3 bis 2 Gew.-% P2O5 ein, wieder beruhend auf dem Gesamtgewicht des Anfangsgemischs des Bi-Te-O.
  • Beispiele für typische, in der Zusammensetzung nützliche bleihaltige Glasfritten schließen Bleisilikate, Bleiborosilikate und Blei-Telluroxide ein.
  • In einer Ausführungsform von bleihaltigen Glasfritten liegen die Oxidbestandteile im Zusammensetzungsbereich von 20–83 Gew.-% PbO, 1–35 Gew.-% SiO2, 1,5–19 Gew.-% B2O3, 0–35 Gew.-% Bi2O3, 0–7 Gew.-% Al2O3, 0–12 Gew.-% ZnO, 0–4 Gew.-% CuO, 0–7 Gew.-% TiO2, 0–5 Gew.-% CdO und 0–30 Gew.-% PbF2, beruhend auf dem Gesamtgewicht der Glaszusammensetzung.
  • Normalerweise schließt die Mischung aus PbO- und TeO2-Pulvern, die verwendet wird, um das Pb-Te-O zu bereiten, 5 bis 95 Mol-% Bleioxid und 5 bis 95 Mol-% Telluroxid ein, beruhend auf den kombinierten Pulvern. in einer Ausführungsform schließt die Mischung aus PbO- und TeO2-Pulvern 25 bis 85 Mol-% Bleioxid und 15 bis 75 Mol-% Telluroxid ein, beruhend auf den kombinierten Pulvern. In einer weiteren Ausführungsform schließt die Mischung aus PbO- und TeO2-Pulvern 25 bis 65 Mol-% Bleioxid und 35 bis 75 Mol-% Telluroxid ein, beruhend auf den kombinierten Pulvern.
  • In einigen Ausführungsformen schließt die Mischung aus PbO- und TeO2-Pulvern eine oder mehrere andere Metallkomponenten ein. Geeignete andere Metallkomponenten schließen ein: TiO2, LiO2, B2O3, PbF2, SiO2, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, Al2O3, MgO, CaO, SrO, BaO, V2O5, ZrO2, MoO3, Mn2O3, Ag2O, ZnO, Ga2O3, GeO2, In2O3, SnO2, Sb2O3, Bi2O3, BiF3, P2O5, CuO, NiO, Cr2O3, Fe2O3, CoO, Co2O3, und CeO2. In einer solchen Ausführungsform schließt die Anfangsmischung, die verwendet wird, um das Pb-Te-O zu bereiten, 0,1 bis 5 Gew.-% Li2O und 0,1 bis 5 Gew.-% TiO2 zusätzlich zum PbO und TeO2 ein, beruhend auf dem Gesamtgewicht des Anfangsgemischs des Pb-Te-O. Dieses Pb-Te-O kann als Pb-Te-Li-Ti-O bezeichnet werden. In einer anderen Ausführungsform schließt das Pb-Te-O Bor ein, d. h. das Pb-Te-O ist Pb-Te-B-O. Das Anfangsgemisch, das verwendet wird, um das Pb-Te-B-O zu bereiten, kann einschließen (beruhend auf dem Gewicht des gesamten Anfangsgemischs): PbO, das 25 bis 75 Gew.-%, 30 bis 60 Gew.-% oder 30 bis 50 Gew.-% betragen kann; TeO2, das 10 bis 70 Gew.-%, 25 bis 60 Gew.-% oder 40 bis 60 Gew.-% betragen kann; B2O3, das 0,1 bis 15 Gew.-%, 0,25 bis 5 Gew.-% oder 0,4 bis 2 Gew.-% betragen kann. In noch weiteren Ausführungsformen kann das Anfangsgemisch, das verwendet wird, um das Pb-Te-B-O zu bereiten, zusätzlich zum obigen PbO, TeO2 und, B2O3 eines oder mehrere der Folgenden einschließen: PbF2, SO2, BiF3, SnO2, Li2O, Bi2O3, ZnO, V2O5, Na2O, TiO2, Al2O3, CuO, ZrO2, CeO2, oder Ag2O. In solchen Ausführungsformen können eine oder mehrere dieser Komponenten 0,1–20 Gew.-%, 0,1–15 Gew.-% oder 0,1–10 Gew.-% der Pb-Te-B-O-Zusammensetzung ausmachen.
  • Organisches Medium
  • Das organische Medium der vorliegenden Paste besteht aus Lösungsmittel und Zelluloseesterharz. Die anorganischen Komponenten, d. h. das eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Pulver und die eine oder mehreren Glasfritten, werden durch mechanisches Mischen in dem organischen Medium verteilt, um eine viskose Paste zu formen, die geeignete Konsistenz und Rheologie zum Drucken hat.
  • In einer Ausführungsform schließt das organische Medium Zelluloseesterharz ein, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Zelluloseazetatbutyrat, Zelluloseazetatpropionat und Mischungen derselben besteht. In einer Ausführungsform ist das Zelluloseesterharz Zelluloseazetatbutyrat, z. B. EastmanTM-Zelluloseazetatbutyrat CAB-551-0,2, erhältlich von Eastman Chemical Co., Kingsport, TN, EastmanTM-Zelluloseazetatbutyrat CAB-382-20, erhältlich von Eastman Chemical Co., Kingsport, TN, und Mischungen derselben. In einer weiteren Ausführungsform ist das Zelluloseesterharz Zelluloseazetatpropionat, z. B. EastmanTM-Zelluloseazetatpropionat CAP-482-20, erhältlich von Eastman Chemical Co., Kingsport, TN, EastmanTM-Zelluloseazetatpropionat CAP-482-0,5, erhältlich von Eastman Chemical Co., Kingsport, TN, und Mischungen derselben. In noch einer weiteren Ausführungsform ist das Zelluloseesterharz eine Mischung aus Zelluloseazetatbutyrat und Zelluloseazetatpropionat.
  • In einer nicht einschränkenden Ausführungsform reicht das Zelluloseesterharz von 0,025 bis 1,5 Gew.-% der Dickschicht-Leitpaste, worin die Gew.-% auf dem Gesamtgewicht der Paste beruhen. In einer weiteren Ausführungsform reicht das Zelluloseesterharz von 0,05 bis 0,75 Gew.-% der Dickschicht-Leitpaste, worin die Gew.-% auf dem Gesamtgewicht der Paste beruhen. In noch einer weiteren Ausführungsform reicht das Zelluloseesterharz von 0,1 bis 0,3 Gew.-% der Dickschicht-Leitpaste, worin die Gew.-% auf dem Gesamtgewicht der Paste beruhen.
  • Lösungsmittel schließen diejenigen ein, welche das Zelluloseesterharz auflösen und Siebdruckverhalten aufweisen. In einer Ausführungsform enthält die Dickschicht-Leitpaste ein oder mehrere Lösungsmittel, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Diethylenglykol-n-Butyletherazetat, Diethylenglykol-Monobutylether, 2,2,4-Trimethyl-1,3-Pentadiol-Monoisobutyrat und Mischungen derselben besteht. Das Diethylenglykol-n-Butyletherazetat ist als Butyl-CARBITOLTM-Azetatlösungsmittel (The Dow Chemical Company, Midland, MI) erhältlich. Der Diethylenglykol-Monobutylether ist als Butyl-CARBITOLTM (The Dow Chemical Company, Midland, MI) erhältlich. Das 2,2,4-Trimethyl-1,3-Pentadiol-Monoisobutyrat ist als Eastman-TexanolTM-Esteralkohol (Eastman Chemical Co., Kingsport, TN) erhältlich. Das Diethylenglykol-n-Butyletherazetat scheint besonders wirksam zur Ausbildung von schmalen gebrannten Elektrodenlinien beizutragen.
  • In einer Ausführungsform enthält die Dickschicht-Leitpaste einen thixotropen Rheologiemodifikator, der in dem organischen Medium dispergiert ist. In einer Ausführungsform ist ein thixotropes Amid als Rheologiemodifikator in dem organischen Medium dispergiert. Ein Beispiel für ein solches thixotropes Amid als Rheologiemodifikator ist Thixatrol® MAX, erhältlich von Elementis Specialties, Inc., Hightstown, NJ.
  • In einer weiteren Ausführungsform schließt das organische Medium eine oder mehrere zusätzliche Komponenten ein, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Pentaerythritolester von hydriertem Kolophonium (ForalynTM 110 Ester of Hydrogenated Rosin, erhältlich von Eastman Chemical Co., Kingsport, TN) und grenzflächenaktiven Stoffen (z. B. Duomeen® TDO, erhältlich von Akzo Nobel Surface Chemistry, LLC, Chicago, IL) besteht.
  • Das Verhältnis des organischen Mediums in der Dickschicht-Leitpaste zu den anorganischen Komponenten hängt vom Verfahren des Aufbringens der Paste und der Art des verwendeten organischen Mediums ab und kann variieren. Normalerweise enthält die Dickschicht-Leitpaste 70–95 Gew.-% anorganische Komponenten und 5–30% Gew.-% organisches Medium, um eine gute Benetzung zu erreichen, worin die Gew.-% auf dem Gesamtgewicht der Paste beruhen. In einer weiteren Ausführungsform enthält die Dickschicht-Leitpaste 80–95 Gew.-% anorganische Komponenten und 5–20% Gew.-% organisches Medium, worin die Gew.-% auf dem Gesamtgewicht der Paste beruhen. In noch einer weiteren Ausführungsform enthält die Dickschicht-Leitpaste 87–93 Gew.-% anorganische Komponenten und 7–213% Gew.-% organisches Medium, worin die Gew.-% auf dem Gesamtgewicht der Paste beruhen.
  • Zubereitung der Dickschicht-Leitpaste
  • In einer Ausführungsform wird die Dickschicht-Leitpaste durch Mischen des elektrisch leitfähigen Metalls, der Glasfritte und des organischen Mediums in beliebiger Reihenfolge zubereitet. In einigen Ausführungsformen werden zuerst die anorganischen Materialien gemischt, und dann werden sie zu dem organischen Medium hinzugefügt. In anderen Ausführungsformen wird das leitfähige Metall, das den Hauptanteil der anorganischen Komponenten bildet, langsam zu dem organischen Medium hinzugefügt. Die Viskosität kann, wenn nötig, durch Hinzufügen von Lösungsmitteln angepasst werden. Mischungsverfahren, die eine hohe Schubspannung liefern, sind nützlich.
  • Ausbildung von Elektroden
  • Die Dickschicht-Leitpaste kann zum Beispiel durch Siebdruck, Plattieren, Extrudieren, Tintenstrahldruck, Form- oder Mehrfachdruck abgeschieden werden.
  • In diesem Elektrodenausbildungsprozess wird die Dickschicht-Leitpaste zuerst getrocknet und dann erhitzt, um das organische Medium zu entfernen und die anorganischen Materialien zu sintern. Die Erhitzung kann in Luft oder einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre vorgenommen werden. Dieser Schritt wird allgemein als „Brennen” bezeichnet. Das Brenntemperaturprofil wird normalerweise so eingestellt, dass das Ausbrennen organischer Bindermaterialien sowie jeglicher anderen anwesenden organischen Materialien aus der getrockneten Pastenzusammensetzung ermöglicht wird. In einer Ausführungsform beträgt die Brenntemperatur 700 bis 950°C. Das Brennen kann in einem Durchlaufofen unter Verwendung hoher Transportgeschwindigkeiten, zum Beispiel 100–500 cm/min, mit resultierenden Verweilzeiten von 0,03 bis 5 Minuten vorgenommen werden. Mehrere Temperaturzonen, zum Beispiel 3 bis 11 Zonen, können verwendet werden, um das erwünschte thermische Profil zu steuern.
  • In einer Ausführungsform wird ein Halbleiterbauelement aus einem Erzeugnis hergestellt, das ein übergangstragendes Halbleitersubstrat und eine Siliziumnitrid-Isolierschicht, die auf einer Hauptoberfläche derselben ausgebildet ist, umfasst. Die vorliegende Dickschicht-Leitpaste wird in einer vorbestimmten Form und Dicke und an einer vorbestimmten Position auf die Isolierschicht aufgebracht (z. B. beschichtet oder durch Siebdruck aufgetragen). Die vorliegende Dickschicht-Leitpaste hat die Fähigkeit, die Isolierschicht zu durchdringen. Dann wird das Brennen durchgeführt und die Zusammensetzung reagiert mit der Isolierschicht und durchdringt die Isolierschicht, wodurch sie elektrischen Kontakt mit dem Siliziumsubstrat bewirkt, und infolgedessen wird die Elektrode ausgebildet.
  • Ein Beispiel für dieses Verfahren des Ausbildens der Elektrode wird nachstehend in Zusammenhang mit 1A–1F beschrieben.
  • 1A zeigt ein Einkristall- oder multikristallines p-leitendes Siliziumsubstrat 10, In 1B wird eine n-leitende Diffusionsschicht 20 des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps durch thermische Diffusion von Phosphor ausgebildet, wobei Phosphoroxychlorid als Phosphorquelle verwendet wird. Wenn keine besonderen Modifikationen vorliegen, wird die Diffusionsschicht 20 über der gesamten Oberfläche des p-leitenden Siliziumsubstrats 10 ausgebildet. Die Tiefe der Diffusionsschicht kann durch Steuern der Diffusionstemperatur und -zeit variiert werden und wird generell in einem Dickenbereich von etwa 0,3 bis 0,5 μm ausgebildet. Die n-leitende Diffusionsschicht kann einen spezifischen Flächenwiderstand von einigen zehn Ohm bis etwa 120 Ohm haben.
  • Nach dem Schützen der Vorderfläche dieser Diffusionsschicht mit einem Fotolack oder dergleichen wird, wie in fig. C gezeigt, die Diffusionsschicht 20 durch Ätzen von den übrigen Oberflächen entfernt, so dass sie nur auf der Vorderfläche verbleibt. Der Fotolack wird dann unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels oder dergleichen entfernt.
  • Dann wird, wie in 1D gezeigt, eine Isolierschicht 30, die auch als Antireflexionsbeschichtung (ARC) fungiert, auf der n-leitenden Diffusionsschicht 20 ausgebildet. Die Isolierschicht ist normalerweise Siliziumnitrid, kann aber auch eine SiNx:H-Schicht (d. h. die Isolierschicht umfasst Wasserstoff zur Passivierung während nachfolgender Brennverarbeitung), eine Titanoxidschicht, eine Siliziumoxidschicht oder eine Siliziumoxid-/Titanoxidschicht sein. Eine Dicke von ungefähr 700 bis 900 Å einer Siliziumnitridschicht ist für einen Brechungsindex von etwa 1,9 bis 2,0 geeignet. Die Abscheidung der Isolierschicht 30 kann durch Sputtern, chemische Bedampfung, auch CVD genannt, oder andere Verfahren geschehen.
  • Als Nächstes werden Elektroden ausgebildet. Wie in 1E gezeigt, wird die erfindungsgemäße Dickschicht-Leitpaste 500 siebgedruckt, um die vordere Elektrode auf der Isolierschicht 30 zu erzeugen, und dann getrocknet. Zusätzlich werden dann eine rückseitige Silber- oder Silber-/Aluminiumpaste 70 und eine Aluminiumpaste 60 auf die Rückseite des Substrats siebgedruckt und anschließend getrocknet. Das Brennen wird in einem Infrarot-Durchlaufofen in einem Temperaturbereich von ungefähr 750 bis 950°C für einen Zeitraum von einigen Sekunden bis zu einigen zehn Minuten vorgenommen.
  • Folglich diffundiert, wie in 1F gezeigt, während des Brennens Aluminium aus der Aluminiumpaste 60 auf der Rückseite in das Siliziumsubstrat 10, wodurch eine p+-Schicht 40 ausgebildet wird, die eine hohe Konzentration Aluminiumdotierung enthält. Diese Schicht wird im Allgemeinen Hinterflächenfeld-(BSF-)Schicht genannt und hilft, die Energieumwandlungseffizienz der Solarzelle zu verbessern.
  • Das Brennen wandelt die getrocknete Aluminiumpaste 60 in eine Aluminium-Rückelektrode 61 um. Die rückseitige Silber- oder Silber-/Aluminiumpaste 70 wird gleichzeitig gebrannt, wobei sie zu einer Silber- oder Silber-/Aluminium-Rückelektrode 71 wird. Während des Brennens nimmt die Grenze zwischen dem rückseitigen Aluminium und dem rückseitigen Silber oder Silber/Aluminium den Zustand einer Legierung an, wodurch elektrische Verbindung erreicht wird. Die meisten Bereiche der Rückelektrode werden durch die Aluminium-Rückelektrode 61 belegt, was zum Teil an der Notwendigkeit der Ausbildung einer p+-Schicht 40 liegt. Weil Löten auf einer Aluminiumelektrode nicht möglich ist, wird über Abschnitten der Rückseite die Silber- oder Silber-/Aluminium-Rückelektrode 71 als eine Elektrode zum Miteinanderverbinden von Solarzellen mittels Kupferband oder dergleichen ausgebildet. Außerdem sintert die Dickschicht-Leitpaste 500 der vorliegenden Erfindung während des Brennens und durchdringt die Isolierschicht 30 und erreicht dadurch elektrischen Kontakt mit der n-leitenden Schicht 20. Dieser Typ von Prozess wird allgemein „Hindurchbrennen” genannt. Die gebrannte Elektrode 501 von 1 zeigt deutlich das Ergebnis des Hindurchbrennens.
  • BEISPIELE
  • Zubereitung von Polymerlösungen
  • Ein dreihälsiger 500-ml-Rundbodenglaskolben wurde mit einem Überkopfrührwerk, Stickstoffbegasung, einem Thermoelement und einem Heizmantel versehen. Der Typ des Lösungsmittels in der in Tabelle I aufgeführten Menge wurde dem Kolben zugeführt und auf 60°C erwärmt. Die angegebene Menge von Polymerharz wurde dann langsam unter Rühren dem Kolben zugeführt. Die Mischung wurde für 2,5 Stunden bei 60°C unter Stickstoffbegasung sieden gelassen, wobei das Harz sich während dieser Zeit auflöste, um eine zähe Lösung zu ergeben. Polymerlösungen, die mit ForalynTM-110-Ester von hydriertem Kolophonium zubereitet wurden, wurden für 6 Stunden sieden gelassen.
  • Verwendete Harze:
    EastmanTM-Zelluloseazetatbutyrat CAB-551-0,2 (Eastman Chemical Co., Kingsport, TN)
    EastmanTM-Zelluloseazetatpropionat CAP-482-20 (Eastman Chemical Co., Kingsport, TN)
    EastmanTM-Zelluloseazetatbutyrat CAB-382-20 (Eastman Chemical Co., Kingsport, TN)
    EastmanTM-Zelluloseazetatpropionat CAP-482-0,5 (Eastman Chemical Co., Kingsport, TN)
    ForalynTM 110 Ester of Hydrogenated Rosin (Eastman Chemical Co., Kingsport, TN) – Pentaerythritolester von hydriertem Kolophonium
    ETHOCELTM-Std200-Ethylzellulose (The Dow Chemical Company, Midland, MI)
    AqualonTM-N22-Ethylzellulose (Ashland, Covongton, KY)
    AqualonTM-T200-Ethylzellulose (Ashland, Covongton, KY)
  • Verwendete Lösungsmittel:
    Butyl-CARBITOLTM-Azetatlösungsmittel (The Dow Chemical Company, Midland, MI) – Diethylenglykol-n-Butyletherazetat
    Butyl-CARBITOLTM (The Dow Chemical Company, Midland, MI) – Diethylenglykol-Monobutylether
    Eastman-TexanolTM-Esteralkohol (Eastman Chemical Co., Kingsport, TN) – 2,2,4-Trimethyl-1,3-Pentadiol-Monoisobutyrat Tabelle 1
    Lösung Harz Beschreibungsmenge (g) Lösungsmittel Beschreibungsmenge (g)
    1 CAB-551-0,2 60 Butyl-CARBITOLTM-Azetat 240
    2 CAP-482-20 30 Butyl-CARBITOLTM-Azetat 270
    3 CAB-382-20 30 Butyl-CARBITOLTM-Azetat 270
    4 CAP-482-0,5 60 Butyl-CARBITOLTM-Azetat 240
    5 ForalynTM 110 150 Butyl-CARBITOLTM-Azetat 150
    6 ForalynTM 110 150 Butyl-CARBITOLTM 150
    7 ForalynTM 110 150 Eastman TexanolTM 150
    8 ETHOCELTM Std200 30 Butyl-CARBITOLTM-Azetat 270
    9 AqualonTM N22 30 Butyl-CARBITOLTM-Azetat 270
    10 AqualonTM T200 30 Eastman TexanolTM 270
    11 AqualonTM N22 30 Eastman TexanolTM 270
  • Pastenzubereitung
  • Eine Anzahl von Pasten der vorliegenden Erfindung, die unterschiedliche Mischungen von Harzen und Lösungsmitteln umfassten, wurde zubereitet. Die relativen Mengen der verschiedenen Bestandteile sind in den Tabellen II und III für die Beispiele 1–6 bzw. 7–12 gezeigt. Es wurden auch Pasten unter Verwendung von Bestandteilen zubereitet, von denen dem Fachmann bekannt ist, dass sie in Silizium-Solarzellen, die eine auf Siliziumnitrid beruhende Antireflexionsbeschichtung nutzen, gute elektrische Eigenschaften bieten, und die Mengen der verschiedenen verwendeten Bestandteile sind in Tabelle IV für die auf Ethylzelluloseharz beruhenden Vergleichsexperimente A–D gezeigt.
  • Bestandteile, die in diesem Zubereitungen zusätzlich zu den oben genannten Lösungen verwendet wurden, waren:
    Duomeen® TDO (Akzo Nobel Surface Chemistry, LLC, Chicago, IL) – grenzflächenaktiver Stoff
    Thixatrol® MAX (Elementis Specialties, Inc., Hightstown, NJ) – Amid-Rheologiemodifikator
    Thixatrol® ST (Elementis Specialties, Inc., Hightstown, NJ) – Rheologiemodifikator Frittenzusatzstoff – Li2RuO3
    Glasfritte – 44,51 Gew.-% PbO, 47,74 Gew.-% TeO2, 0,48 Gew.-% B2O3, 6,83 Gew.-% Bi2O3 und 0,44 Gew.-% Li2O
    Silberpulver 1 – kugelförmige Partikel, eine Rütteldichte von 5 bis 6, eine spezifische Oberfläche von 0,3 bis 0,6 m2/gm Ag und eine Partikelgrößenverteilung d10 von 1,0 bis 1,5 μm, d50 von 1,5 bis 2,3 μm und d90 von 2,5 bis 3,5 μm
    Silberpulver 2 – unregelmäßig geformte Partikel, eine Rütteldichte von 0,8 bis 1,2, eine spezifische Oberfläche von 4,0 bis 6,0 m2/gm Ag und eine Partikelgrößenverteilung d10 von 1,0 bis 3,0 μm, d50 von 6,0 bis 11,0 μm und d90 von 18,0 bis 25,0 μm
    Eastman-TexanolTM-Esteralkohol (Eastman Chemical Co., Kingsport, TN) – 2,2,4-Trimethyl-1,3-Pentadiol-Monoisobutyrat
    Butyl-CARBITOLTM-Azetatlösungsmittel (The Dow Chemical Company, Midland, MI) – Diethylenglykol-n-Butyletherazetat
    Butyl-CARBITOLTM (The Dow Chemical Company, Midland, MI) – Diethylenglykol-Monobutylether
  • Einstellung auf die erwünschte Viskosität mit Eastman-TexanolTM-Esteralkohol (Eastman Chemical Co., Kingsport, TN) – 2,2,4-Trimethyl-1,3-Pentadiol-Monoisobutyrat, so viel wie nötig.
  • Die Pasten wurden auf folgende Weise zubereitet: Die relativen Mengen von Lösungsmittel, Harz und grenzflächenaktivem Stoff, die in den Tabellen II und III für die Beispiele 1–6 (Bsp. 1–6) bzw. die Beispiele 7–12 (Bsp. 7–12) und in Tabelle IV für die Vergleichsexperimente A–D (Vgl.-Exp. A–D) angegeben sind, wurden abgewogen und dann in einem Mischbecher für 15 Minuten gemischt. Glasfritte und Silberpulver in den angegebenen Mengen wurden hinzugefügt und für weitere 15 Minuten gemischt. Da Ag der Hauptteil der Feststoffe der vorliegenden Paste ist, wurde es schrittweise hinzugefügt, um bessere Benetzung sicherzustellen. Sobald sie gut gemischt war, wurde die Paste bei progressiv zunehmenden Drücken von 0 bis 400 PSI wiederholt durch eine 3-Walzen-Mühle geführt. Der Walzenabstand war auf 1 mil eingestellt. Der Grad der Dispersion wurde als Mahlfeinheit (FOG) gemessen. Der FOG-Wert war gleich oder kleiner als 20/10. Wenn in der Rezeptur mehr als ein Silberpulver verwendet wurde, wurde das Silber mit dem kleiner d50 zuerst eingearbeitet. Diese Probe wurde dann walzengemahlen, bevor das oder die Silberpulver mit höherem d50 eingearbeitet wurde(n). Nach dem letzten Hinzufügen von Silber wurde die Paste mit dem gemischten Silbersystem erneut gemäß den obigen Angaben gemahlen. In den Tabellen II–IV sind auch die Viskositäten der Pasten angegeben. Tabelle II Pastenzusammensetzungen, Beispiele 1–6
    Bestandteile Bsp. 1 Bsp. 2 Bsp. 3 Bsp. 4 Bsp. 5 Bsp. 6
    Lösung 2 0,75 0,75 0,75
    Lösung 3 0,75 0,75 0,75
    Lösung 1 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37
    Lösung 5 2,63 2,63 2,63 2,63 2,63 2,63
    Duomeen® TDO 0,51 0,51 0,51 0,51 0,51 0,51
    Thixatrol® ST 0,51 0,51 0,51 0,51
    Thixatrol® MAX 0,51 0,51
    Frittenzusatz 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05
    Glasfritte 1,62 1,62 1,62 1,62 1,62 1,62
    Silberpulver 1 89,66 89,66 85,10 85,10 89,66 89,66
    Silberpulver 2 4,56 4,56
    Eastman TexanolTM 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01
    Butyl-CARBITOLTM-Azetat 1,62 1,62 1,62 1,62 1,62 1,62
    Butyl-CARBITOLTM 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71
    Einstellung mit Eastman TexanolTM 0,58 0,56 0,79 0,79 0,61 0,56
    Gesamt (Gew.-%) 100 100 100 100 100 100
    Feststoffe (Gew.-%) 90,29 90,3 90,16 90,03 90,25 90,28
    Brookfield-Viskosität (Pa·s)
    0,5 U/min/3 min 870 730 940 840 1070 880
    10 U/min/36 sec 303 284 336 310 334 294
    10 U/min/3 min 260 255 275 280 285 266
    50 U/min/3 min 54 52 68 68 75 47
    Tabelle III Pastenzusammensetzungen, Beispiele 7–12
    Bestandteile Bsp. 7 Bsp. 8 Bsp. 9 Bsp. 10 Bsp. 11 Bsp. 12
    Lösung 2 0,75 0,74 0,74 0,74 0,74 1,48
    Lösung 1 0,37 0,74
    Lösung 4 0,37 0,37 0,37 0,37
    Lösung 6 2,62
    Lösung 5 2,62 2,62 2,62 2,61 2,60
    Duomeen® TDO 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
    Thixatrol® ST 0,50
    Thixatrol® MAX 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
    Frittenzusatz 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07
    Glasfritte 1,62 1,61 1,61 1,61 1,61 1,60
    Silberpulver 1 86,09 89,34 89,34 85,77 89,34 88,68
    Silberpulver 2 3,58 3,57
    Eastman TexanolTM 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,00
    Butyl-CARBITOLTM-Azetat 1,62 1,61 1,61 1,61 1,61 1,60
    Butyl-CARBITOLTM 0,71 0,70 0,70 0,70 0,70 0,70
    Einstellung mit Eastman TexanolTM 0,81 0,55 0,55 0,85 0,63 0,55
    Total (Gew.-%) 100 100 100 100 100 100
    Feststoffe (Gew.-%) 90,12 90,43 90,56 90,23 90,26 89,93
    Brookfield-Viskosität (Pa·s)
    0,5 U/min/3min 800 680 680 960 980 1050
    10 U/min/36 sec 287 287 287 290 275 275
    10 U/min/3 min 256 258 258 260 250 256
    50 U/min/3 min 64 60 62 61 56 61
    Tabelle IV Pastenzusammensetzungen, Vergleichsexperimente A–D
    Bestandteile Vgl.-Exp. A Vgl.-Exp. B Vgl.-Exp. C Vgl.-Exp. D
    Lösung 10 0,74
    Lösung 11 0,74
    Lösung 8 0,74 0,74 0,74
    Lösung 9 0,74 0,74 0,74
    Lösung 7 2,62
    Lösung 6 2,61
    Lösung 5 2,61 2,62
    Duomeen® TDO 0,50 0,50 0,50 0,50
    Thixatrol® ST 0,50 0,50
    Thixatrol® MAX 0,50 0,50
    Frittenzusatz 0,07 0,07 0,07 0,07
    Glasfritte 1,61 1,61 1,61 1,61
    Silberpulver 1 89,34 85,77 89,34 85,77
    Silberpulver 2 3,57 3,57
    Eastman TexanolTM 1,01 1,01 1,01 1,01
    Butyl-CARBITOLTM-Azetat 1,62 1,61 1,61 1,61
    Butyl-CARBITOLTM 0,70 0,70 0,70 0,70
    Einstellung mit Eastman TexanolTM 1,06 0,58 0,55 1,01
    Gesamt (Gew.-%) 100 100 100 100
    Feststoffe (Gew.-%) 89,5 90,06 90,12 89,6
    Brookfield-Viskosität (Pa·s) 0,5 U/min/3 min
    810 760 730 680
    10 U/min/36 sec 291 271 289 303
    10 U/min/3 min 274 258 266 266
    50 U/min/3 min 60 59 54 54
  • Proben der Pasten der Beispiele und der Vergleichsexperimente wurden dann auf quadratische multikristalline Sechs-Zoll-Siliziumwafer (Gintech Energy Corp., Taiwan) siebgedruckt, um die Linienverbreiterung zu bestimmen. Ein 80 μm breites Linienzellenmuster wurde verwendet, das dafür ausgelegt war, mit 65-Ohm-Emittern kompatibel zu sein. Nachdem Linienmessungen vorgenommen wurden, wurde die Paste einem Infrarottrocknungsprozess unterzogen, um zur Probe die aufgetretene Linienverbreiterung zu bestimmen. Um den Infrarottrocknungsprozess zu simulieren, wurde ein 12-Zonen-Ofen (Despatch Industries, Minneapolis, MN) mit den folgenden Zoneneinstellungen programmiert: Zone 1, 330°C; Zone 2, 415°C; Zone 3, 415°C; Zone 4, 385°C; Zone 5–8, 250°C; Zone 9–12, 260°C; Geschwindigkeit des Transportbandes 220 Zoll/min. Dann wurden Proben in einem Mehrzonenofen (Despatch Industries, Minneapolis, MN) mit den folgenden Zoneneinstellungen gebrannt: Zone 1, 500°C; Zone 2, 550°C; Zone 3, 610°C; Zone 4, 700°C; Zone 5, 800°C; Zone 9 reichte von 885°C bis 960°C.
  • Die Linienabmessungen wurden mit einem Konfokalmikroskop Optelics H1200 (Lasertec, San Jose, CA) bestimmt. Ein Step-and-repeat-Programm wurde verwendet, um 30 Durchschnittsmessungen von Abmessungen gedruckter Finger quer über die Fläche der quadratischen 6-Zoll-Wafer zu erlangen. Aus den 30 einzelnen Messungen wurde ein Gesamtmittelwert berechnet, um eine durchschnittliche Linienabmessung für diese bestimmte Paste zu erlangen. Linienabmessungen wurden auf frisch bedruckten Wafern, nach dem Infrarottrocknungsschritt und nach dem Brennschritt erlangt.
  • Linienverbreiterungsdaten sind in Tabelle V zusammengefasst. Tabelle V Linienbreitenzusammenfassung
    Linienbreite (μm) Bsp. 1 Bsp. 2 Bsp. 3 Bsp. 4 Bsp. 5 Bsp. 6
    frisch bedruckt 86,4 87,2 79,1 88,4 82,7 86,7
    infrarot-getrocknet 96,4 97,2 90,4 94,9 94,4 95,3
    gebrannt 98,4 98,6 91,3 95,4 96,6 96,5
    Linienbreite (μm) Bsp. 7 Bsp. 8 Bsp. 9 Bsp. 10 Bsp. 11 Bsp. 12
    frisch bedruckt 78,4 82,3 88,4 88,8 88,5 83
    infrarot-getrocknet 95,3 96,1 99,3 95,7 98,6 97,3
    gebrannt 96,8 95,2 98,9 96,1 98 95,6
    Linienbreite (μm) Vgl.-Exp. A Vgl.-Exp. B Vgl.-Exp. C Vgl.-Exp. D
    frisch bedruckt 88,8 86,7 78,2 79,9
    infrarot-getrocknet 113,9 112,1 113,5 110,8
    gebrannt 124,6 113,2 111,9 109,6
  • Die Linienverbreiterungsdaten weisen darauf hin, dass die Pasten der Beispiele, d. h. die erfindungsgemäßen zelluloseesterharzhaltigen Pasten, weniger Linienverbreiterung aufwiesen, verglichen mit den Pasten der Vergleichsexperimente, d. h. den auf Ethylzellulose beruhenden Pasten. Die verringerte Linienverbreiterung nach dem Infrarottrocknungsschritt und dem letzten Brennschritt ist offenkundig. Für den Fachmann ist offenkundig, dass schmale Finger eine geringere Abschattung der Oberfläche des Solarzellenwafers ergeben, was wiederum zu einem verbesserten Leistungsvermögen der Solarzellen führt.

Claims (7)

  1. Dickschicht-Leitpaste, umfassend: a) ein oder mehrere elektrisch leitfähige Pulver; b) eine oder mehrere Glasfritten; und c) ein organisches Medium, das Lösungsmittel und Zelluloseesterharz umfasst, worin das eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Pulver und die eine oder die mehreren Glasfritten in dem organischen Medium dispergiert sind.
  2. Dickschicht-Leitpaste nach Anspruch 1, wobei das eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Pulver ein Silberpulver mit kugelförmigen Partikeln, einer Rütteldichte von 5 bis 6, einer spezifischen Oberfläche von 0,3 bis 0,6 m2/gm Ag und einer Partikelgrößenverteilung d10 von 1,0 bis 1,5 μm, d50 von 1,5 bis 2,3 μm und d90 von 2,5 bis 3,5 μm umfassen, wobei das Lösungsmittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Diethylenglykol-n-Butyletherazetat, Diethylenglykol-Monobutylether, 2,2,4-Trimethyl-1,3-Pentadiol-Monoisobutyrat und Mischungen derselben besteht, und das Zelluloseesterharz aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Zelluloseazetatpropionat, Zelluloseazetatbutyrat und Mischungen derselben besteht.
  3. Dickschicht-Leitpaste nach Anspruch 9, worin das Lösungsmittel Diethylenglykol-n-Butyletherazetat und die Glasfritte Pb-Te-O ist.
  4. Dickschicht-Leitpaste nach Anspruch 9, ferner ein thixotropes Amid umfassend, das in dem organischen Medium dispergiert ist.
  5. Halbleiterbauelement, umfassend eine Elektrode, die aus einer Dickschicht-Leitpaste gebildet ist, die umfasst: a) ein oder mehrere elektrisch leitfähige Pulver; b) eine oder mehrere Glasfritten; und c) ein organisches Medium, das Lösungsmittel und Zelluloseesterharz umfasst, worin das eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Pulver und die eine oder die mehreren Glasfritten in dem organischen Medium dispergiert sind, worin die Dickschicht-Leitpaste gebrannt worden ist, um das organische Medium zu entfernen und die Elektrode zu entfernen.
  6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, wobei das eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Pulver ein Silberpulver mit kugelförmigen Partikeln, einer Rütteldichte von 5 bis 6, einer spezifischen Oberfläche von 0,3 bis 0,6 m2/gm Ag und einer Partikelgrößenverteilung d10 von 1,0 bis 1,5 μm, d50 von 1,5 bis 2,3 μm und d90 von 2,5 bis 3,5 μm umfassen, wobei das Lösungsmittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Diethylenglykol-n-Butyletherazetat, Diethylenglykol-Monobutylether, 2,2,4-Trimethyl-1,3-Pentadiol-Monoisobutyrat und Mischungen derselben besteht, und das Zelluloseesterharz aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Zelluloseazetatpropionat, Zelluloseazetatbutyrat und Mischungen derselben besteht.
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5 in Form einer Solarzelle, worin die Solarzelle eine Vorderseite, das heißt eine Sonnenseite, und eine Rückseite hat und worin die Elektrode eine Elektrode auf der Vorderseite der Solarzelle ist.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6272332B2 (ja) * 2013-08-30 2018-01-31 京セラ株式会社 太陽電池素子およびその製造方法
EP2851906A1 (de) 2013-09-23 2015-03-25 Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG Elektrisch leitende Paste mit Silberteilchen mit Silberoxid und organischem Zusatz
EP2853567A1 (de) 2013-09-27 2015-04-01 Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG Solarzellen hergestellt aus hochohmigen Wafern und Pasten mit Ag-metalloxidhaltigem Additiv
WO2015050252A1 (ja) * 2013-10-04 2015-04-09 スリーボンドファインケミカル株式会社 導電性ペースト
EP2896602B1 (de) 2014-01-16 2017-08-09 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken LLC Silberarme, elektrisch leitende Paste
EP2905787A1 (de) 2014-02-07 2015-08-12 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Elektrisch leitende Paste mit einem aliphatischen Monoalkohol
EP2913139B1 (de) 2014-02-26 2019-04-03 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken LLC Molybdän- und bleihaltiges Glas in einer Solarzellenpaste
EP2913140B1 (de) 2014-02-26 2018-01-03 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken LLC Molybdänhaltige Glasfritte für elektrisch leitfähige Pastenzusammensetzung
EP2913313A1 (de) 2014-02-26 2015-09-02 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken LLC Wolframhaltige Glasfritte für elektrisch leitfähige Pastenzusammensetzung
EP2913312A1 (de) 2014-02-26 2015-09-02 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken LLC Silber-Blei-Silikatglas für elektrisch leitfähige Pastenzusammensetzung
CN104393075B (zh) * 2014-10-24 2017-01-11 无锡中洁能源技术有限公司 改性环氧树脂太阳能电池背板及其制备方法
GB201421658D0 (en) * 2014-12-05 2015-01-21 Johnson Matthey Plc Conductive paste, electrode and solar cell
CN107250075A (zh) 2015-02-04 2017-10-13 E.I.内穆尔杜邦公司 导电糊料组合物和用其制成的半导体装置
KR20160126169A (ko) * 2015-04-22 2016-11-02 삼성에스디아이 주식회사 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR101816236B1 (ko) * 2015-04-28 2018-01-08 삼성에스디아이 주식회사 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극과 태양전지
GB201601034D0 (en) 2016-01-20 2016-03-02 Johnson Matthey Plc Conductive paste,electrode and solar cell
WO2017143496A1 (en) * 2016-02-22 2017-08-31 Henkel Ag & Co. Kgaa Electrically conductive composition and applications for said composition
EP3583612A1 (de) * 2017-02-15 2019-12-25 Basf Se Glasfritte, leitfähige paste und verwendung der leitfähigen paste
CN110451805B (zh) * 2019-09-19 2021-11-26 成都光明光电有限责任公司 封接玻璃
DE102020130988A1 (de) 2020-03-17 2021-09-23 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zur Herstellung einer Schichtanordnung aus Elektroblech, danach hergestellte Schichtanordnung, Rotor oder Stator sowie Elektromotor

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006193795A (ja) * 2005-01-14 2006-07-27 Dowa Mining Co Ltd 球状銀粉およびその製造方法
US8076570B2 (en) * 2006-03-20 2011-12-13 Ferro Corporation Aluminum-boron solar cell contacts
JP2009170577A (ja) * 2008-01-15 2009-07-30 Toray Ind Inc 太陽電池の製造方法
US8158504B2 (en) * 2008-05-30 2012-04-17 E. I. Du Pont De Nemours And Company Conductive compositions and processes for use in the manufacture of semiconductor devices—organic medium components
JP5536761B2 (ja) * 2008-05-30 2014-07-02 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 伝導性組成物、および半導体デバイスの製造における使用方法
KR20100069950A (ko) * 2008-12-17 2010-06-25 에스에스씨피 주식회사 태양전지용 전극, 그 제조방법 및 태양전지
WO2011001908A1 (ja) * 2009-07-01 2011-01-06 積水化学工業株式会社 導電性ペースト用バインダー樹脂、導電性ペースト及び太陽電池素子
WO2011052641A1 (ja) * 2009-10-27 2011-05-05 パナソニック電工株式会社 導体パターンの形成方法及び導体パターン
JP5633285B2 (ja) * 2010-01-25 2014-12-03 日立化成株式会社 電極用ペースト組成物及び太陽電池
JP5560821B2 (ja) * 2010-03-26 2014-07-30 東レ株式会社 感光性導電ペーストおよび導電性配線付き基板の製造方法
JP5711359B2 (ja) * 2010-05-04 2015-04-30 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニーＥ．Ｉ．Ｄｕ Ｐｏｎｔ Ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ Ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ 鉛−テルル−リチウム−チタン−酸化物を含有する厚膜ペーストと半導体デバイスの製造においてのそれらの使用
US20140124713A1 (en) * 2011-03-29 2014-05-08 Diptarka Majumdar High-aspect ratio screen printable thick film paste compositions containing wax thixotropes
US20130160830A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 E.I. Du Pont De Nemours And Company Thick-film conductive paste composition

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Publication number Publication date
CN103236281A (zh) 2013-08-07
JP2013149617A (ja) 2013-08-01
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JP5536916B2 (ja) 2014-07-02

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