KR101723911B1 - 전기전도성 폴리머 조성물, 컨택트, 어셈블리, 및 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자 장치의 형성에 사용하기에 적합한 전기 전도성 폴리머계 조성물을 개시한다. 상기 조성물은 약 250℃ 미만의 온도에서 열방식으로 경화가능하다. 용매를 포함하지 않는 조성물이 제공될 수 있으므로, 용매 회수 문제가 없이 공정 또는 제조 작업에서 사용될 수 있다. 상기 조성물은 (i) 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 및/또는 올리고머(들), (ii) 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 및/또는 올리고머(들), 또는 (i)과 (ii)의 조합을 활용한다. 본 발명은 또한 다양한 조성물을 사용한 태양 전지와 같은 전자 어셈블리 및 그와 관련된 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 낮은 온도에서 경화될 수 있는 전기 전도성 폴리머계 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 태양 전지와 같은 폭 넓은 범위의 전자 어셈블리에서 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 얻어지는 어셈블리 및 관련된 사용 방법에 관한 것이다.
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2008년 10월 22일에 출원된 미국 가특허출원 번호 61/107,371에 근거한 우선권을 주장하며, 상기 특허출원은 원용에 의해 본 출원에 포함된다.
전기 전도성 폴리머계 조성물은 잘 알려져 있으며, 매우 다양한 용도를 가진다. 이들 조성물은, 예를 들면 전기 전도성 필름 및 전자 장치에서의 패턴을 형성하는 데 사용될 수 있다. 그러한 용도의 예는 광전지(photovoltaic cell)의 제조에 있어서 페이스트의 사용이다. 낮은 접촉 저항을 가지는 은 전극은 이들 전도성 조성물로부터 형성될 수 있다. 그러나, 결정성 실리콘을 기재로 하는 광전지의 제조에 사용되는 은 페이스트는 700℃보다 높은 가열 온도와 같은 경화용 고온을 필요로 한다. 이것은 많은 전자 장치가 그러한 고온에 노출되지 않아야 하기 때문에, 특정한 장치에 있어서는 문제가 된다. 예를 들면, Si:H 베이스를 가지는 태양 전지를 형성할 때, 열 민감성 물질을 분해시키지 않도록, 가공 온도는 250℃를 초과하지 않아야 한다. 따라서, 많은 공지의 전기 전도성 조성물은 그러한 용도에는 사용될 수 없다. 따라서, 많은 전기 전도성 조성물은 그러한 용도에는 사용될 수 없다. 높은 전기 전도도는 높은 효율을 달성하기 위한 태양 전지와 같은 용도에서 또 다른 요건이다. 따라서, 250℃ 미만과 같은 비교적 낮은 온도에서 열방식으로 경화될 수 있는 고도로 전기 전도성인 조성물을 제공하는 것이 바람직하다.
전자 부품을 형성하는 데 사용되는 대부분의 폴리머계 조성물은 용매를 포함하고, 이들 용매는 궁극적으로 조성물의 적용 후 및/또는 경화 시에 제거되어야 한다. 용매 제거 조작은 다양한 환경적 문제를 일으키며, 전형적으로는 조성물의 가공 및/또는 전자 어셈블리의 형성과 관련된 전반적 비용을 증가시킨다. 또한, 용매 제거 조작은 일반적으로 제조 또는 가공 시간을 증가시키고, 제조 변소를 증가시킴으로서, 결점률 및/또는 제품에서의 낮은 품질의 증가를 초래한다. 그러므로, 용매를 포함하지 않는 전기 전도성 조성물을 제공하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 목적은, 낮은 온도에서 경화될 수 있는 전기 전도성 폴리머계 조성물로서, 태양 전지와 같은 폭 넓은 범위의 전자 어셈블리에서 사용될 수 있는 조성물을 제공하는 것이다.
종래 형태의 시스템과 관련된 문제점과 단점들은 본 발명에서 극복된다.
일 측면에서, 본 발명은, (a) (i) 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들), (ii) 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들), 또는 (ⅲ) (i)과 (ii)의 조합의 효과적인 양, 및 (b) 효과적인 양의 전기 전도성 입자를 포함하는, 열방식으로 경화가능한 전기 전도성 조성물을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 기판 상에 전기 전도성 층 또는 컴포넌트를 형성하는 방법을 제공한다. 상기 방법은, (a) 선택적 반응성 희석제, (b) (i) 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들) (ii) 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들), 및 (ⅲ) (i)과 (ii)의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 물질, (c) 금속 입자, 및 (d) 자유 라디칼 개시제를 포함하는 조성물을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 조성물을 기재에 약 1∼약 100㎛의 두께로 상기 조성물을 도포하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 도포된 조성물을 250℃ 미만의 온도로 가열하여 전기 전도성 층을 형성하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 전기 전도성 폴리머계 물질의 박층을 가진 기재를 제공한다. 상기 물질은, (a) 선택적인 반응성 희석제, (b) (i) 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들), (ii) 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들), 및 (ⅲ) (i)과 (ii)의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 물질, 및 (c) 효과적인 양의 자유 라디칼 개시제를 포함하는 열 경화성 조성물로부터 형성된 폴리머계 매트릭스 중에 분산된 약 70% 내지 약 90%의 금속 입자를 포함한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 복수 개의 층과 전기 전도성 부재를 포함하는 광기전 장치를 제공한다. 상기 전기 전도성 부재는 (a) 효과적인 양의 전기 전도성 입자, 및 (b) (i) 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들), (ii) 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들), 및 (ⅲ) (i)과 (ii)의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 효과적인 양의 물질을 포함하는 조성물로부터 형성된다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 기판; 상기 기판 상 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 투명한 도전성 산화물(TCO)의 층; 및 상기 투명한 도전성 산화물의 층과 전기적으로 연통되어 있는 전기 전도성 부재를 포함하는 적층된 어셈블리(layered assembly)를 제공한다. 상기 전기 전도성 부재는 (a) 효과적인 양의 전기 전도성 입자, 및 (b) (i) 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들), (ii) 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들), 및 (ⅲ) (i)과 (ii)의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 효과적인 양의 물질을 포함하는 조성물로부터 형성된다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 실리콘 기판; 상기 실리콘 기판 상 알루미늄의 층; 및 상기 알루미늄의 층과 전기적으로 연통되어 있는 전기 전도성 부재를 포함하는 적층된 어셈블리를 제공한다. 상기 전기 전도성 부재는 (a) 효과적인 양의 전기 전도성 입자, 및 (b) (i) 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들), (ii) 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들), 및 (ⅲ) (i)과 (ii)의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 효과적인 양의 물질을 포함하는 조성물로부터 형성된다.
본 명세서를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 다른 여러 가지 구현예가 가능하며, 본 발명의 여러 가지 상세한 사항은 다양한 측면에서 변형될 수 있으며, 모두 본 발명으로부터 벗어나지 않는다. 따라서, 본 명세서는 예시적이며 제한적이 아닌 것으로 간주되어야 한다.
본 발명에 의하면, 낮은 온도에서 경화될 수 있는 전기 전도성 폴리머계 조성물로서, 태양 전지와 같은 폭 넓은 범위의 전자 어셈블리에서 사용될 수 있는 조성물이 제공된다.
도 1은 본 명세서에 기재된 조성물로부터 형성된, 컨택트를 가진 적층된 어셈블리의 대표적 바람직한 구현예의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 명세서에 기재된 조성물로부터 형성된, 컨택트를 가진 적층된 어셈블리의 또 다른 대표적 바람직한 구현예의 개략적 단면도이다.
도 3은 본 명세서에 기재된 조성물로부터 형성된, 상측 및 하측 버즈바(busbar)를 활용한 대표적 바람직한 태양전지의 개략적 사시도이다.
도 4는 본 명세서에 기재된 조성물로부터 형성된, 하측 버즈바를 가진 적층된 어셈블리의 또 다른 대표적 바람직한 구현예의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 명세서에 기재된 조성물로부터 형성된, 컨택트를 가진 적층된 어셈블리의 또 다른 대표적 바람직한 구현예의 개략적 단면도이다.
도 3은 본 명세서에 기재된 조성물로부터 형성된, 상측 및 하측 버즈바(busbar)를 활용한 대표적 바람직한 태양전지의 개략적 사시도이다.
도 4는 본 명세서에 기재된 조성물로부터 형성된, 하측 버즈바를 가진 적층된 어셈블리의 또 다른 대표적 바람직한 구현예의 개략적 단면도이다.
본 발명은 가공 온도가 250℃를 초과하지 않아야 하는 용도와 같은, 다수의 용도에서 사용될 수 있는 전기 전도성, 저온 열방식으로 경화가능한 폴리머계 조성물을 제공한다. 본 발명의 특정 버전에서, 조성물은 용매를 포함하지 않는다. 본 발명은 또한 본 발명의 조성물을 사용하여, 전기 전도성 필름, 회로, 트레이스(trace), 컨택트 등을 형성하는 방법을 제공한다. 본 발명은 본 발명의 조성물 및 방법을 이용하여 형성된 장치, 생성물 및/또는 코팅된 기판을 포함한다.
일반적으로, 상기 조성물은 경화 이전에, 하나 이상의 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머, 하나 이상의 선택적 반응성 희석제, 전기 전도성 입자, 및 하나 이상의 자유 라디칼 개시제를 포함한다. 본 명세서에서 보다 구체적으로 설명하는 바와 같이, 본 발명의 특정한 측면에 있어서, 특별한 부류의 에폭시 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머가 에폭시 아크릴레이트 올리고머 성분용으로 사용된다. 본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 에폭시 아크릴레이트 올리고머의 특별한 조합이 에폭시 아크릴레이트 올리고머 성분용으로 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 "에폭시 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 모노머/올리고머"라는 용어는, 에폭시 수지 및 하나 이상의 아크릴레이트/메타크릴레이트(또는 아크릴산이나 메타크릴산)로부터 형성된 모노머 또는 올리고머를 의미한다. 따라서, "에폭시 아크릴레이트 올리고머"라는 용어는, 제한되지는 않지만, 방향족 2작용성 에폭시 아크릴레이트와 메타크릴레이트, 노볼락 에폭시 아크릴레이트와 메타크릴레이트, 아크릴화 오일 에폭시 아크릴레이트와 메타크릴레이트, 지방족 에폭시 아크릴레이트와 메타크릴레이트, 및 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트를 함유하는 특수 에폭시 올리고머와 같은 광범위한 물질 부류를 포함한다. 모노머 및/또는 올리고머는 배타적으로 아크릴레이트 또는 배타적으로 메타크릴레이트를 포함할 수 있고, 또는 아크릴레이트와 메타크릴레이트 모두를 포함할 수 있다. 방향족 2작용성 에폭시 아크릴레이트의 예는 비스페놀 A 디글리시딜 에테르계 에폭시 아크릴레이트이다. 바람직하게는, 본 명세서에 기재된 바람직한 구현예의 조성물에서 사용되는 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 올리고머는 잔존하는 자유 에폭시기를 전혀 갖지 않는다. 그러나, 사용되는 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 올리고머는 소정 비율의 미반응 에폭시기를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 바람직하게는, 미반응 에폭시기의 비율은 30% 미만, 보다 바람직하게는 10% 미만이다.
본 명세서에서 사용되는 "올리고머"라는 용어는 일반적으로, 약 250 내지 약 20,000의 수평균 분자량, 바람직하게는 약 500 내지 약 10,000의 수평균 분자량을 가지는 폴리머 또는 그에 대응하는 구조를 의미한다.
본 명세서에 기재된 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트는 전형적으로, 10의 작용성, 또는 바람직하게는 1 내지 8, 가장 바람직하게는 2 내지 6의 작용성을 가진다.
본 발명의 바람직한 구현예의 조성물은 하나 이상의 지방산을 포함하는 특별한 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 올리고머를 포함한다. 따라서, 이들 지방산-함유 올리고머는 본 명세서에서 "지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 올리고머"로 지칭된다. 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 올리고머는 전형적으로, 에폭시 수지와 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트(또는 아크릴산 및/또는 메타크릴산)의 혼합물 및 하나 이상의 지방산을 반응시킴으로써 형성된다. 지방산기(들)은 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트기(들)을 치환한다. 가장 바람직하게는, 에폭시 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 올리고머는, 2 내지 6의 작용성을 가진 지방산 변형 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 에폭시 올리고머이다. 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트는 모노머의 형태로 되어 있을 수 있고, 선택적으로 중합되어 올리고머 또는 모노머와 올리고머의 조합을 형성할 수 있다. 바람직한 구현예의 특정한 선택적 버전에서는, 지방산 변형 에폭시 디아크릴레이트 올리고머와 에폭시 트리아크릴레이트 올리고머의 조합이 사용된다. 이 특별한 조합은 현저히 높은 레벨의 전기 전도도를 제공하는 것으로 밝혀졌다. 용매-불포함 및 용매-함유 조성물 모두는 상기 특별한 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트를 사용하면 높은 전기 전도도를 나타낸다.
광범위한 지방산이 상기 바람직한 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 올리고머에 사용될 수 있다. 예를 들면, 지방산기의 탄화수소 사슬 길이는 탄소 10∼30개의 범위로 변동될 수 있고, 전형적으로는 탄소 12∼18개의 범위이다. 지방산은 포화 지방산이거나 불포화 지방산일 수 있다. 또한, 상기 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 올리고머에 다이머 지방산이 혼입될 수도 있다.
바람직하게는, 상기 지방산 변형 디아크릴레이트 에폭시 올리고머는 Rahn USA로부터 입수가능한 제품명 Genomer 2259 하에 상업적으로 입수가능하다. 상업적으로 입수가능한 다른 바람직한 지방산 변형 디아크릴레이트 에폭시 올리고머의 예는, 제한되지는 않지만, Rahn USA로부터 입수가능한 제품명 Genomer 2255를 포함한다. Genomer 2255와 2259는 변형된 비스페놀 A 에폭시 아크릴레이트이다. Genomer 2255는 2259보다 적게 변형되어 있다. Genomer 2259는 평균 작용성이 2인 라우르산 변형 에폭시 아크릴레이트인 것으로 생각된다. 에폭시 디아크릴레이트 올리고머는 전기 전도도의 증가를 가져오는 임의의 양으로 사용될 수 있으며, 따라서 "효과적인 농도"로 사용될 수 있다. 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들)에 대한 효과적인 농도는 전형적으로, 약 0.1% 내지 약 30%(여기에 나타낸 모든 퍼센트는 달리 표시되지 않는 한, 경화 이전의 조성물을 기준으로 한 중량%임)의 농도이다.
상업적으로 입수가능한 바람직한 에폭시 올리고머의 또 다른 예는, 제한되지는 않지만, CN113D70 및 CN2101을 포함한다. 이것들은 모두 Sartomer Company로부터 입수가능하다. CN113D70은 지방산 변형 3작용성 에폭시 아크릴레이트이고, 30% SR9020, 프로폭시화 글리세롤 트리아크릴레이트오 변형된 에폭시 노볼락 아크릴레이트인 것으로 생각된다. CN113D70은 51℃의 유리 전이 온도(Tg)를 가진다. CN2101은 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트이다. CN2101은 63℃의 유리 전이 온도(Tg)를 가진다. CN2101은 에폭시 아크릴레이트 올리고머와 아크릴 에스테르의 혼합물로서 공급된다.
선택적인 에폭시 트리아크릴레이트 올리고머는 지방족이고, 바람직하게는 Sartomer Company, Inc.로부터 입수가능한 CN133이다. CN133은 트리메틸올프로판올 및/또는 글리세롤 글리시딜 에테르계 에폭시 아크릴레이트인 것으로 생각된다. CN133은 60℃의 유리 전이 온도(Tg)를 가진다. 이것은 주로 경화 속도를 증가시키기 위해 사용된다. 에폭시 트리아크릴레이트 올리고머는, 사용될 경우, 바람직하게는 약 0.1% 내지 약 25%의 농도로 사용된다.
상기 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트(언급한 바와 같이 배타적으로 모노머(들) 및/또는 올리고머(들) 또는 그것들의 혼합물일 수 있음)에 부가하여, 또는 대신에, 본 발명은 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트의 혼입을 포함한다. 조합 상태로 사용될 때, 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트는 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트에 대한 거의 임의의 비율로 사용될 수 있다. 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트는 하나 이상의 폴리올을 폴리카르복시산, 아크릴산 및/또는 메타크릴산, 및 지방산의 혼합물과 반응시킴으로써 형성된다. 상기 지방산은 앞에 기재된 바와 같다. 아크릴산 및/또는 메타크릴산은 당업자에게 공지되어 있다. 폴리카르복시산은 일반적으로, 2개 이상의 카르복시산기를 함유하는 화합물이다. 폴리카르복시산의 예는 2개의 -COOH 기를 가진 디카르복시산이다. 일반적으로, 폴리카르복실 성분의 작용성은 2 내지 10, 바람직하게는 2 내지 6이다. 폴리올 성분은 해당 분야에 공지되어 있는 거의 임의의 폴리올로부터 선택될 수 있다. 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들)에 대한 효과적인 농도는 전형적으로, 약 0.1% 내지 약 30%의 농도이다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 조성물은 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들), 및 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들)의 조합을 사용할 수 있다. 이러한 부류의 지방산 변형 성분들의 조합을 사용할 때, 그것들의 총 농도는 약 0.1% 내지 약 30%이다.
지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트는, 예를 들면, Rahn USA로부터 제품명 Genomer 3611 하에 상업적으로 입수가능하다. Genomer 3611은 스테아레이트 말단기를 가진 6작용성 폴리에스테르 아크릴레이트인 것으로 생각된다.
본 발명의 조성물은 또한 선택적으로, 효과적인 양의 반응성 희석제를 포함할 수 있다. 그러한 반응성 희석제의 예는 전술한 디아크릴레이트 에폭시 올리고머와 트리아크릴레이트 에폭시 올리고머의 조합을 사용할 때, 헥산 디올 디아크릴레이트이다. 헥산 디올 디아크릴레이트는 Rahn USA Corp.로부터 제품명 Miramer M200 하에 입수가능하다. 다른 반응성 희것제를 사요할 수도 있다. 효과적인 양의 예는 약 1% 내지 약 10%, 보다 바람직하게는 약 2% 내지 약 8%의 농도이고, 약 4% 내지 약 7%의 농도가 가장 바람직하다. 그러나, 특정한 용도에 있어서, 예를 들어 얻어지는 조성물의 점도가, 경화 이전에, 후속되는 가공 및 적용 작업에 적합하고 친화성이라면, 반응성 희석제를 사용할 필요가 없을 수도 있다.
본 발명의 조성물은 또한 하나 이상의 자유 라디칼 개시제, 예를 들면 Sigma Aldrich사로부터 입수가능한 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)-3-헥신을 포함할 수 있다. 디큐밀 퍼옥사이드, 디벤조일 퍼옥사이드, 1,1-디(t-아밀퍼옥시)시클로헥산과 같은 다른 자유 라디칼 개시제, 그와 유사한 물질, 및 그의 조합을 사용할 수 있다. 본 발명 또는 본 발명의 바람직한 구현예는 이러한 특별한 자유 라디칼 개시제에 한정되는 것은 아님을 이해할 것이다. 상기 조성물의 성분들 및 경화 조건과 상용성을 가지도록 선택되는 거의 임의의 유기 과산화물이 사용될 수 있도록 의도된다. 또한, 특정한 용에에 있어서, 할로겐 분자 및/또는 아조 화합물과 같은 다른 형태의 자유 라디칼 개시제를 사용할 수 있도록 의도된다. 선택된 자유 라기칼 개시제(들)는 시스템의 중합을 개시하기에 일반적으로 유효한 농도로 사용된다. 그러한 농도는 전형적으로 약 0.01% 내지 약 2%이고, 0.3%가 바람직하다.
상기 조성물은 또한 전기 전도성 입자, 바람직하게는 금속성 입자를 포함한다. 다양한 금속이 사용될 수 있지만, 탁월한 성질을 고려할 때, 은이 바람직하다. 금속 입자는 플레이크 또는 입자와 같은 일정 범위의 상이한 형태를 가질 수 있다. 많은 응용 분야에서, 플레이크가 바람직하다. 본 발명의 조성물에 있어서 금속 플레이크의 농도는 조성물의 최종 용도 요건에 따라 변동될 수 있지만, 전형적으로는 약 70% 내지 약 90%, 가장 바람직하게는 약 80%의 농도가 효과적이다.
전술한 바와 같이, 매우 다양한 전기 전도성 금속이 본 발명의 조성물에 사용될 수 있다. 도전성 물질은 바람직하게는, 약 0.1㎛ 내지 약 20㎛ 범위의 크기를 가진 은, 금, 팔라듐, 니켈, 및 이들의 조합과 같은 전기 전도성 입자상 물질로부터 선택된다. 바람직한 구현예에서, 길이가 약 20㎛ 이하이고 두께가 약 2㎛ 이하인 플레이크와 같은 기다란 형상을 가진 도전성 입자가 사용된다. 이러한 입자의 연신율(elongation)은 아스펙트 비로 표시되는데, 이것은 측 방향 또는 직교축에 따른 입자의 치수에 대한 최장축에 따른 입자의 치수의 비이다. 본 발명에 따른 폴리머 조성물의 전도도는 일반적으로 도전성 입자의 아스펙트비와 함께 증가한다. 본 발명에서 사용되는 도전성 금속 물질의 예는, Ferro Corporation 또는 Degussa Metz Metalurgical Corporation으로부터 입수가능한 은 플레이크이다.
매우 다양한 다른 첨가제, 성분, 및/또는 반응제가 본 발명의 조성물에 첨가되거나 혼입될 수 있다. 예를 들면, 다양한 습윤제, 소포제, 및 점도 조절 첨가제가 첨가될 수 있다. 예를 들면, 미국 코네티컷주 월링포드 소재 BYK USA사로부터 상업적으로 입수가능한 BYK® 321가 습윤제로서 사용될 수 있다. BYK® 321은 폴리에테르 변형 메틸알킬폴리실록산 코폴리머인 것으로 생각된다.
본 발명의 조성물은 바람직하게는, 자유 라디칼 개시제를 반응성 희석제와 혼합한 다음, 에폭시 아크릴레이트 올리고머를 첨가함으로써 형성되는데, 전술한 바와 같이 상기 에폭시 아크릴레이트 올리고머는 바람직하게는 에폭시 디아크릴레이트 올리고머 및 에폭시 트리아크릴레이트 올리고머이다. 중간체 혼합물은 균일한 수지 혼합물이 얻어질 때까지 완전히 혼합된다. 이어서, 바람직하게는 은 플레이크인 전기 전도성 금속 입자가 첨가된 다음, 추가로 혼합되고 선택적으로 미분된다.
본 발명의 조성물을 이용한 예로서, 코팅된 기판, 적층된 어레이, 또는 장치들은, 원하는 영역에 원하는 두께로 상기 조성물을 적용한 다음, 조성물을 경화시킴으로써 제조될 수 있다. 조성물의 적용은 여러 가지 방식으로 실행될 수 있지만, 스크린 프린팅이 바람직하다. 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 매우 다양한 패턴이 적용되어 다양한 컨택트, 트레이스, 회로 및/또는 다른 전기 전도성 영역이 형성될 수 있다.
필름이나 코팅의 두께는 변동될 수 있지만, 약 1㎛ 내지 약 100㎛이 전형적이고, 약 10㎛ 내지 약 70㎛이 바람직하고, 많은 용도에 있어서 약 15㎛ 내지 약 50㎛이 가장 바람직하다.
전술한 바와 같이, 바람직한 구현예의 조성물은 250℃ 미만과 같은 비교적 낮은 온도에서 열방식으로 경화될 수 있다. 전형적인 경화 파라미터는 약 140℃ 내지 200℃의 온도를 약 5초 내지 약 20분 동안 사용하는 것이고, 약 10분이 바람직하다. 60분 이상의 긴 경화 시간을 이용하는 것도 생각할 수 있다. 경화와 가열 공정은 공기 중에서 실행되는 것이 바람직하다. 그러나, 많은 응용 분야에 있어서, 경화는 불활성 분위기에서 실행하는 것을 생각할 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물은 전술한 개시제 대신에 효과적인 양의 UV 경화제를 혼입하여 UV 조사에 노출시킴으로써 경화될 수 있다고 생각된다.
특정한 용도에 있어서, 본 발명 및 바람직한 구현예의 조성물은 무용매 상태로 제공되고 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 용매, 특히 탄화수소계 용매는, 관련된 용매 제거와 회수 장치 및 작업으로 인해 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 조성물이 용매를 포함하지 않는 것이 일반적으로 바람직하다. 그러나, 본 발명은 에틸렌 글리콜 에테르 및 아세테이트와 같은 용매를 함유하는 조성물, 또는 용매와 혼합되거나 조합된 조성물을 포함한다.
본 발명은 또한, 본 명세서에 기재된 본 발명의 조성물을 이용하는 태양 전지 등의 광기전 장치와 같은 전기적 어셈블리를 제공한다. 여기서 사용되는 "광기전 장치"라는 용어는 광을 전기로, 바람직하게는 직류(dc) 전기로 직접 변환시키는 장치를 의미한다. 본 발명의 조성물은 적층된 어셈블리 상에 또는 그것과 함께, 특히 태양 전지와 함께, 전기 전도성 컨택트, 버즈바, 패드, 부착 탭(attachment tab), 및 그와 유사한 컴포넌트를 형성하는 데 사용될 수 있다.
태양 전지는 일반적으로, 태양광을 유용한 전기 에너지로 변환시키는, 실리콘(Si)과 같은 반도체 물질로 만들어진다. 태양 전지는, 일반적으로, Si의 얇은 웨이퍼로 만들어지는데, 여기서 적합한 인의 공급원으로부터 P-타입 Si 웨이퍼로 인(P)을 확산시킴으로써 필요한 PN 접합부(junction)가 형성된다. 태양광이 입사되는 실리콘 웨이퍼의 측면은 입사되는 태양광의 반사 손실을 방지하여 태양 전지의 효율을 증가시키기 위해서, 반사방지 코팅(ARC)으로 코팅되는 것이 일반적이다. 전방 컨택트(front contact)로 알려져 있는 2차원 전극 그리드 패턴은 실리콘의 N-측면에 접속되고, 다른 측면(후방 컨택트(back contact)) 상의 알루미늄(Al)의 코팅은 실리콘의 P-측면에 접속된다. 이러한 컨택트는 PN 접합부로부터 외부 부하(load)로의 전기적 출구이다.
도 1은 본 발명에 따른 어셈블리(10)의 바람직한 구현예를 나타낸다. 어셈블리(10)는, 예를 들면 황화카드뮴(CdS) 포토레지스터의 층일 수 있는 광전자층과 같은 상부층(30)과, 몰리브덴과 같은 금속으로 형성된 후방 컨택트일 수 있는 하부층(50) 사이에 배치된, 구리 인듐 갈륨 (디)셀레나이드(CIGS)와 같은 반도체 물질의 층(40)을 포함한다. 상부층(30) 상에는, 예를 들면 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 다른 적합한 공지의 물질로 형성될 수 있는 투명한 도전성 산화물(TCO)의 층(20)이 설치되어 있다. TCO 층의 상면은 상부면(22)을 한정한다. 상기 적층된 어셈블리 상에는 하나 이상의 전기적 컨택트(60) 또는 다른 도전성 컴포넌트가 설치되어 있다. 컨택트(60)는 본 명세서에 기재된 본 발명의 조성물로 형성된다.
도 2는 본 발명에 따른 어셈블리(110)의 또 다른 바람직한 구현예를 나타낸다. 어셈블리(110)는, 예를 들면 유리로 형성될 수 있는, 투명하거나 실질적으로 투명한 상부 기판(120)을 포함한다. 하나 이상의 투명한 도체의 층(130)은 바람직하게는 상부 기판(120)과 비정질 실리콘층(140) 사이에 위치한다. 비정질 실리콘층(140)과 후방 컨택트층(160) 사이에는 미세결정질 실리콘의 층(150)이 설치되어 있다. 후방 컨택트(160)와 전기적으로 연통되어 있는 탭(170)과 같은, 부착 탭(170) 등의 하나 이상의 전기적 컴포넌트가 어셈블리(110)에 내포될 수 있다. 부착 탭(170)은 본 명세서에 기재된 본 발명의 조성물로 형성된다.
도 3은 본 발명에 따른 어셈블리(210)의 또 다른 바람직한 구현예를 나타낸다. 어셈블리(210)는 일반적으로 태양 전지의 형태로 되어 있고, 예를 들면 n-타입 반도체 물질인 중간층(240)을 포함한다. 중간층(240)의 일면 상에는, 예를 들면 얇은 비정질 실리콘층일 수 있는 p-타입/i-타입 물질층(230)이 설치되어 있다. 중간층(240)의 반대면 상에는, 예를 들면 얇은 비정질 실리콘층일 수 있는 i-타입/p-타입 물질층(250)이 설치되어 있다. 상기 층(230) 상에는 전방측 전극층(220)이 설치되어 있다. 또한, 상기 층(250) 상에는 후방측 전극층(260)이 설치되어 있다. 어셈블리(210)는 전방측 전극(220) 상에 설치된 버즈바(270)와 같은 하나 이상의 전기 전도성 컴포넌트를 추가로 포함한다. 어셈블리(210)는 후방측 전극(260) 상에 설치된 버즈바(270)와 같은 하나 이상의 전기 전도성 컴포넌트를 추가로 포함한다. 다양한 전기 전도성 컴포넌트, 예컨대, 버즈바(270, 280)가 본 명세서에 기재된 조성물로부터 형성된다. 어셈블리(210)의 두께는 비교적 얇다. 예를 들면, 층들(220, 230, 240, 250, 260)의 집합체의 총 두께는 약 100㎛ 내지 약 400㎛이고, 전형적으로는 약 200㎛이다.
도 4는 본 발명에 따른 셈블리(310)의 또 다른 바람직한 구현예를 나타낸다. 어셈블리(310)는, 예를 들면, n-방출 물질의 층(330)을 따라 설치된 p-타입 실리콘 물질의 중간층(340)을 포함하는 다결정질 및 단결정질 실리콘 셀의 형태로 되어 있을 수 있다. 질화규소로 된 상부층(320) 및, 예를 들면 알루미늄으로 형성된 후방 컨택트층을 구성하는 저부층(350)이 셀(310)에 포함된다. 상부층(320)의 상면 또는 전방면을 따라 하나 이상의 컨택트(360)가 제공되어 있다. 또한, 저부층 또는 후방 컨택트층(350)을 따라 하나 이상의 전기 전도성 버즈바(370)가 제공되어 있다. 상기 버즈바(370)는 본 바령의 조성물로부터 형성된다. 상기 컨택트(360)도 본 발명의 조성물로부터 형성될 수 있다.
본 발명의 조성물은 특히, 비정질 또는 결정질 실리콘을 포함하는 광기전 장치; 및/또는 CIGS 물질을 포함하는 광기전 장치와 함께 사용된다. 본 발명의 조성물은 또한 결정질 실리콘 태양 전지 내 알루미늄 도체층의 상부의 후방 도체로서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물은 (i) 기판 상의 ITO와 같은 투명한 도체 및 (ii) 실리콘 기판 상의 알루미늄에 대한 낮은 전기 저항을 가지는 컨택트를 형성하는 데 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 본 명세서에 기재된 본 발명의 조성물을 선택적으로 경화시킴으로써, 특별한 또는 얻고자 하는 전기 전도도 특성을 달성하는 방법을 제공한다. 즉, 하나 이상의 정해진 경화 프로파일을 따름으로써, 특별한 전기 전도도 레벨을 가지는 컨택트, 버즈바, 탭 등과 같은 전기적 컴포넌트를 형성할 수 있다. 바람직한 구현예의 조성물을 제조한 후, 얻어지는 경화된 조성물의 원하는 전기적 저항률(resistivity)을 얻기 위해, 조성물은 원하는 온도에서, 원하는 시간 동안 경화된다. 일반적으로, 상대적으로 높은 온도에서 가열함으로써, 경화의 정도가 증가되고, 얻어지는 경화된 조성물의 저항률은 감소된다. 어느 특정 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 경화 시간을 증가시키는 것은 저항률 값이 감소된 경화된 조성물을 생성하게 된다고 생각된다. 그러나, 본 명세서에서 구체적으로 설명되는 바와 같이, 경화 온도(및 경화의 정도)가 증가됨에 따라, 얻어지는 경화된 조성물의 저항률이 최소값에 도달하게 된다고 생각된다.
본 발명의 조성물을 사용함으로써, 현저히 낮은 컨택트 저항률을 나타내는 전기 전도성 부재를 구비한 다양한 적층된 어셈블리가 형성될 수 있다. 예를 들면, 바람직한 구현예의 조성물로부터 형성된 전기적 컨택트를 가진 적층된 어셈블리가 제조될 수 있고, 여기서 전기 전도성 컨택트는, 경화 후에, 20ohmㆍ㎠ 미만, 바람직하게는 5ohmㆍ㎠ 미만, 가장 바람직하게는 2ohmㆍ㎠ 미만의 저항률을 나타낸다.
조성물, 태양 전지와 같은 전기적 어셈블리, 컨택트 및 관련 컴포넌트 및 방법에 관한 부가적 상세한 사항 및 설명은, 2005년 6월 3일에 출원되고 US 2006/0289055로 공개된 미국 특허출원 번호 제11/145,538호; 및 2004년 11월 11일에 출원되고 US 2006/0102228로 공개된 미국 특허출원 번호 제10/988,208호에 제공되어 있다.
실시예
본 발명의 특징을 추가로 평가하기 위해 일련의 연구를 수행했다. 실시예 1∼4에 기재된 조성물은 본 명세서에 기재된 바에 따라 제조되었고, 하기 표 1에 제시된다. 실시예 1의 조성물은 대조용이며, 청구항 2∼4의 조성물은 대표적인 바람직한 구현예의 조성물이다. 이들 4개의 조성물(단위: 중량%)은 다음과 같다:
| 성분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 |
| 헥산 디올 디아크릴레이트 | 4 | 4 | 4 | 6.7 |
| Genomer 2259 (Rahn USA Corp.) |
0 | 7.85 | 15.7 | 3 |
| CN 133 (Sartomer Company, Inc.) |
15.7 | 7.85 | 0 | 10 |
| 2,5-디메틸-2,5-디(t- 부틸퍼옥시)-3-헥신 |
0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 은 플레이크 9Al (Ferro Corp.) |
80 | 80 | 80 | 80 |
헥산 디올 디아크릴레이트는 Rahn AG사의 상품명 Miramer M200으로 입수가능한 반응성 희석제이다.
Genomer 2259는 Rahn AG사 제품으로, 2개의 아크릴레이트 작용성을 가진 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 올리고머이다.
CN133은 Sartomer Co., Inc. 제품으로, 3개의 아크릴레이트 작용성을 가진 에폭시 아크릴레이트 올리고머이다.
2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)-3-헥신은 Sigma Aldrich사로부터 입수가능한 자유 라디칼 개시제이다.
은 플레이크 9Al은 Ferro Corporation으로부터 입수가능하다.
먼저 과산화물을 헥산 디올 디아크릴레이트와 혼합하여 넣고, 이어서 Genomer 2259와 CN133을 첨가했다. 균일한 수지 혼합물이 얻어질 때까지 전구체 조성물을 완전히 혼합했다. 수지 혼합물에 Ag를 첨가한 다음, 혼합하고 미분했다.
저항률 측정을 위한 샘플 제조 공정은 다음과 같았다: 페이스트를 15∼30㎛의 막 두께를 가진 유리 기판 상에 스크린 인쇄한 다음, 공기 중 200℃에서 10분간 경화시켰다. 조성물 1, 2, 3, 및 4의 전기적 저항률은 표 2에 기재된 바와 같다:
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | |
| 저항률(mΩ/sq/mil) | 18.1 | 8.1 | 8.0 | 6.5 |
실시예 1, 2 및 3은 CN133과 Genomer 2259의 중량%를 변동시켰고, 조성물의 나머니 부분은 유지시켰다. 실시예 1의 경우와 같이, Genomer 2259를 사용하지 않고 CN133만을 사용했을 때, 저항률은 18.1이다. 실시예 2의 경우와 같이, CN133을 Genomer 2259로 대체한 후, 저항률은 절반 미만으로 떨어진다. CN133을 Genomer 2259로 완전히 대체해도, 실시예 3의 경우와 같이 마찬가지로 낮은 저항률을 나타낸다.
실시예 2와 비교할 때, 실시예 4는 동일한 성분들을 가지지만, CN133에 대한 Genomer 2250의 비는 상대적으로 더 낮다. 마찬가지로 낮은 저항률이 관찰된다. 실시예 1 내지 4로부터의 저항률 결과는, Genomer 2259와 같은 지방산 변형 아크릴레이트는 전기 전도도를 현저히 증진시킨다는 것을 나타낸다.
본 발명의 특성을 추가로 평가하기 위해 또 다른 일련의 연구를 수행했다. 실시예 5∼6에 기재된 조성물을 본 발명에 따르 제조했고, 하기 표 3에 제시한다. 이들 조성(단위: 중량%)은 다음과 같다:
| 성분 | 실시예 5 | 실시예 6 |
| 헥산 디올 디아크릴레이트 | 6.7 | 6.7 |
| Genomer 2263 | 3 | 0 |
| Genomer 2259 | 0 | 3 |
| CN133 | 10 | 10 |
| 벤조일 퍼옥사이드 | 0.3 | 0.3 |
| 은 플레이크 9Al | 80 | 80 |
| 저항률(mΩ/sq/mil) | 24.53 | 6.9 |
실시예 5와 6은 지방산 변형 레벨이 증가됨에 따라 전기 전도도가 향상되는 것을 나타낸다. Genomer 2259는 변형된 지방산인 반면, 대조적으로 Genomer 2263은 변형된 지방산이 아니다. Genomer 2263은 에폭시 디아크릴레이트를 기재로 하는 비스페놀 A 디글리시딜 에테르이다.
실시예 7과 8에 기재된 조성물도 본 발명에 따라 제조되었고, 하기 표 4에 제시된다.
| 성분 | 실시예 5 | 실시예 6 |
| 헥산 디올 디아크릴레이트 | 6.8 | 6.8 |
| CN113D70 | 3 | 0 |
| CN2101 | 0 | 3 |
| CN133 | 10 | 10 |
| 디큐밀 퍼옥사이드 | 0.2 | 0.2 |
| 은 플레이크 9Al | 80 | 80 |
| 저항률(mΩ/sq/mil) | 6.8 | 7.9 |
이들 조성물은 Genomer 상표 하에 입수가능한 것들과는 상이한 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트를 활용했다. 실시예 7과 8의 조성물에서 사용된 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트는 CN113D70과 CH1201이었다.
지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 CN113D70과 CH1201도 향상된 전기 전도도를 나타냈다.
실시예 9∼13에 기재된 조성물을 본 발명에 따라 제조했고, 이를 하기 표 5에 제시한다.
| 성분 | 실시예 9 | 실시예 10 | 실시예 11 | 실시예 12 | 실시예 13 |
| 헥산 디올 디아크릴레이트 | 5 | 3 | 6.2 | 0 | 6.6 |
| 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| N,N'-M-페닐렌디말레이미드 | 0 | 0 | 0.5 | 0 | 0 |
| 에톡시화 헥산 디올 디아크릴레이트 | 0 | 0 | 0 | 6.8 | 0 |
| Genomer 2259 | 2.25 | 7.85 | 3 | 3 | 3 |
| CN133 | 7.5 | 7.85 | 10 | 10 | 9.8 |
| 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 |
5 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 습윤제 (BYK 321) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.3 |
| 디큐밀 퍼옥사이드 | 0.25 | 0 | 0 | 0.2 | 0.3 |
| 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시)-3-헥신 |
0 | 0.3 | 0 | 0 | 0 |
| Luperox 531M80 | 0 | 0 | 0.3 | 0 | 0 |
| 은 플레이크 9Al | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 |
| 저항률(mΩ/sq/mil) | 7.11 | 6.13 | 6.16 | 7.05 | 8.1 |
이들 조성물은 용매(실시예 9), 모노머(실시예 10, 11 및 12), 습윤제, 접착 촉진제(실시예 13)와 같은 다른 성분들을 전술한 시스템에 첨가해도 전기 전도도에 대해 부정적 영향이 전혀 없다는 것을 나타낸다. Luperox 531M80은 캐나다 온타리오주 오크빌 소재 Arkema Canada, Inc.사로부터 입수가능한 중합 개시제이다.
두 가지 조성물을 기판에 적층시키고 전기적 컨택트를 형성했다. 하기 표 6에 나타낸 바와 같이, 대응하는 접촉 저항률을 측정했다. 접촉 저항률은 트랜스미션 라인(TLM) 방법에 의해 측정되었다. 구체적으로, 실시예 12의 조성물을 적층시키고, 알루미늄 표면 상에 컨택트를 형성했다. 또한, 실시예 9의 조성물을 적층시키고, 인듐-주석-산화물(ITO) 표면 상에 컨택트를 형성했다.
| Al 상의 실시예 12 (Ωㆍ㎠) |
ITO 상의 실시예 9 (Ωㆍ㎠) |
| 0.1 | 0.05 |
실시예 14와 15에 기재된 조성물을 본 발명에 따라 제조했고, 이를 하기 표 7에 제시한다.
| 성분 | 실시예 14 | 실시예 15 |
| 헥산 디올 디아크릴레이트 | 6.8 | 6.8 |
| Genomer 2259 | 3 | 3 |
| CN133 | 10 | 10 |
| 디큐밀 퍼옥사이드 | 0.2 | 0.2 |
| 은 플레이크 80 | 80 | 0 |
| 은 플레이크 1 | 0 | 80 |
| 저항률(mΩ/sq/mil) | 6.3 | 6.9 |
은 플레이크 80 및 은 플레이크 1은 Ferro Corp.으로부터 입수가능하다.
이들 실시예는, 9Al 이외의 다른 은 플레이크를 사용해도(실시예 14와 15) 높은 전기 전도도가 유지될 수 있다는 것을 나타낸다.
본 발명의 또 다른 중요한 특징은, 실시예 1 내지 4의 경우와 같이, 조성물이 무용매로 만들어 질 수 있으면서도 높은 전기 전도도를 제공할 수 있다는 점이다.
본 발명에 의하면, 250℃보다 낮은 온도에서 경화될 수 있는데, 이것은 열에 민감한 기판을 내포하는 응용 분야에 있어서 유익하다. 탁월한 전기 전도도는 박막 태양 전지와 같은 용도에서 높은 효율을 얻기 위해 매우 바람직하다.
또 다른 일련의 연구에서, 경화 온도가 얻어지는 경화된 조성물의 전기적 저항률에 미치는 영향을 분석했다. 이러한 연구에서, 실시예 3의 조성물에 따른 여러 개의 샘플을 세 가지 상이한 경화 프로파일을 거치게 한 다음, 경화시키고, 각 샘플의 저항률을 측정했다. 하기 표 8에 그 결과를 제시한다
| 경화 프로파일 | 실시예 3 저항률 (mΩ/sq/mil) |
| 160℃에서 10분 | 9.79 |
| 180℃에서 10분 | 8.92 |
| 200℃에서 10분 | 8.0 |
이들 결과는, 250℃ 미만의 낮은 온도에서 바람직한 구현예의 조성물을 경화시킴으로써 비교적 낮은 전기적 저항률을 가진 조성물을 얻을 수 있다는 것을 나타낸다. 어느 특정 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 조성물의 저항률은 일반적으로 조성물의 경화 정도의 함수라고 생각된다. 따라서, 높은 경화 온도를 사용할수록 더 낮은 저항률을 가져올 수 있지만, 저항률이 더 낮다는 것은 높은 경화 온도의 사용에 따라 경화가 더 많은 정도로 일어나는 결과임을 알 수 있다. 또한, 경화 온도를 더욱 높임에 따라서, 경화된 조성물의 저항률은 궁극적으로 어느 최소 저항률 값에 도달한다는 것을 알 수 있다. 표 8에 제시된 결과는, 본 발명의 조성물이 비교적 낮은 온도, 즉 250℃ 미만의 온도에서 경화될 수 있으면서도, 일관되게 낮은 저항률 특성을 제공하는 것을 나타낸다.
또 다른 일련의 연구에서, 조성물을 제조하고, 경화시켜 비교적 낮은 저항률을 가진 전기 전도성 물질을 형성했다. 실시예 16에서는, 배타적으로 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트를 사용하여 조성물을 형성했고, 실시예 17에서는 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트와 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트의 조합을 사용하여 조성물을 형성했다. 조성 및 경화 후 얻어지는 저항률을 하기 표 9에 제시한다.
| 성분 | 실시예 16 | 실시예 17 |
| Miramer M200 | 4.5 | 3.8 |
| Genomer 3611 | 4.3 | 3 |
| Genomer 2259 | 0 | 3 |
| CN133 | 10 | 9 |
| 디큐밀 퍼옥사이드 | 0.2 | 0.2 |
| 은 플레이크 9Al | 80 | 80 |
| 저항률(mΩ/sq/mil) | 7.4 | 7.9 |
본 발명은 용매를 사용하지 않고도 고도로 전기 전도성인 조성물을 제공한다는 사실은 보다 환경 친화적인 제조 공정의 기회를 제공한다. 용매 증발이라는 변수가 없이, 본 발명은 고품질 생성물을 제조할 수 있게 한다. 본 발명은 또한 용매 증발의 필요성을 배제함으로써 사이클 시간을 단축시킬 수 있다. 그러나, 본 발명은 용매를 함유하는 조성물을 포함한다는 것을 이해할 것이다.
본 발명에 적용가능한 공지의 전기 전도성 폴리머계 조성물의 부가적 측면 및 상세한 사항은 미국 특허 제4,999,136호; 제5,514,729호; 제6,071,437호; 제6,713,000호; 제7,157,507호; 제7,323,499호; 및 특허 공개 2008/0114089와 2008/0178930에 제공되어 있다.
본 발명의 기술의 향후 적용 및 개발로부터 많은 다른 이점들이 명백해질 것임은 의심할 여지가 없다.
본 명세서에 언급된 모든 특허, 공개된 특허출원 및 문헌들은 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 종래 형태의 장치와 관련된 많은 문제점을 해소한다. 그러나, 본 발명의 특징을 설명하기 위해서 본 명세서에 기재되고 예시된 상세한 사항, 물질 및 제조물에 있어서 다양한 변화가, 첨부된 특허청구범위에 표현된 본 발명의 원리와 범위를 벗어나지 않고서 당업자에 의해 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
10: 어셈블리, 20: 투명한 도전성 산화물의 층, 22: 상부면, 30: 상부층, 40: 반도체 물질의 층, 50: 하부층, 60: 컨택트, 110: 어셈블리, 120: 상부 기판, 130: 투명 컨택트, 140: 비정질 실리콘층, 150: 마이크로결정질 실리콘층, 160: 후방 컨택트, 170: 탭, 210: 어셈블리, 220: 전방측 전극층, 240: 중간층, 230: p-타입/i-타입 물질층, 250: i-타입/p-타입 물질층, 260: 후방층 전극층, 270, 280: 버즈바, 310: 어셈블리, 320: 상부층, 340: 중간층, 350: 저부층, 360: 컨택트, 370: 버즈바
Claims (45)
- 열방식으로 경화가능한 전기 전도성 조성물로서,
전기 전도성 입자; 및
지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들)
을 포함하고,
상기 전기 전도성 입자가 금속성 입자이고, 상기 금속성 입자가 70 중량% 내지 90 중량%의 농도로 사용되는, 전기 전도성 조성물. - 제1항에 있어서,
지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들)을 추가로 포함하는, 전기 전도성 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들)가 0.1 중량% 내지 30 중량%의 농도로 사용되는, 전기 전도성 조성물. - 제2항에 있어서,
상기 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들)가 0.1 중량% 내지 30 중량%의 농도로 사용되는, 전기 전도성 조성물. - 제2항에 있어서,
(i) 지방산 변형 에폭시 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들), 및 (ii) 지방산 변형 폴리에스테르 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 모노머(들) 또는 올리고머(들)의 조합이 0.1 중량% 내지 30 중량%의 농도로 사용되는, 전기 전도성 조성물. - 제1항에 있어서,
에폭시 트리아크릴레이트 올리고머를 추가로 포함하는, 전기 전도성 조성물. - 제6항에 있어서,
상기 에폭시 트리아크릴레이트 올리고머가 지방족인, 전기 전도성 조성물. - 제6항에 있어서,
상기 에폭시 트리아크릴레이트 올리고머가 0.1 중량% 내지 25 중량%의 농도로 사용되는, 전기 전도성 조성물. - 제1항에 있어서,
반응성 희석제를 추가로 포함하는, 전기 전도성 조성물. - 제9항에 있어서,
상기 반응성 희석제가 헥산 디올 디아크릴레이트인, 전기 전도성 조성물. - 제10항에 있어서,
상기 헥산 디올 디아크릴레이트가 1 중량% 내지 10 중량%의 농도로 사용되는, 전기 전도성 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 전기 전도성 입자가 은, 금, 팔라듐, 니켈, 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속성 입자인, 전기 전도성 조성물. - 삭제
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른, 열방식으로 경화가능한 전기 전도성 조성물의 층을 가지는 기판.
- 복수 개의 층과 전기 전도성 부재를 포함하는 광기전 장치(photovoltaic device)로서,
상기 전기 전도성 부재는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 조성물로부터 형성되는, 광기전 장치. - 기판;
상기 기판 상의 투명한 도전성 산화물의 층; 및
상기 투명한 도전성 산화물의 층과 전기적으로 연통되어 있고, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 조성물로부터 형성된 전기 전도성 부재
를 포함하는,
적층된 어셈블리(layered asstmbly). - 실리콘 기판;
상기 기판 상의 알루미늄의 층; 및
상기 알루미늄의 층과 전기적으로 연통되어 있고, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 조성물로부터 형성된 전기 전도성 부재
를 포함하는,
적층된 어셈블리. - 삭제
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