KR20110026486A - 금속 함유 조성물, 전자 부품 상에 전기 접촉 구조의 제조 방법 및 전자 부품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 함유 조성물, 전자 부품 상에 전기 접촉 구조를 제조하기 위한 방법, 및 그 접촉이 마련된 전자 부품에 관한 것이다.
Description
본 발명은 금속 함유 조성물, 전자 부품 상에 전기 접촉 구조를 제조하기 위한 방법, 및 그 접촉이 마련된 전자 부품에 관한 것이다.
실리콘 태양 전지는 통상적으로 그 전면과 배면 양면에 금속 접촉을 구비한다. 상세하게 말하면, 전면 상의 접촉은 접촉 방법과 접촉 물질계에 극히 필요한 요구 사항을 충족시키기 위해 여러 작업들이 요구된다. 전면 접촉은 반드시 아래의 조건을 충족해야 한다. 즉
. 가능한 적은 손실로 전류를 운반할 수 있는 것을 확보하도록 반도체에 전기 접촉을 제조하고,
. 충분히 양호한 기계적 점착(mechanical adhesion)을 갖고,
. 그리고 그 부품, 예컨대 모듈로의 배선에서 전지 커넥터를 위해 접촉 가능해야 한다.
하나의 물질계에서 이러한 모든 작업의 조합은 타협하는 것과, 전도율(conductivity)에 이익이 되도록 양호한 전기 접촉을 필요 없게 하거나 또는 전기 전도율에 손실을 감수하여 양호한 금속 반도체 접합을 획득하는 것을 의미한다. 전면 상의 접촉은 항시 효율의 개량과 관련하여 태양 전지를 최적화하는 과정에서 점점 더 좁아지게 된다. 그 결과 차광(shading)이 최소화되며, 이는 그 다음 더 큰 전류를 유발하여 낮은 손실로 전지로부터 전류를 운반하기 위해 접촉 핑거에 높은 전도율을 요구하게 된다. 현재 이용 가능한 물질계는 실제로 얇은 스트립형 전도체에서 해당하는 기술을 이용하여 태양 전지에 인쇄될 수 있는데, 이는 전지의 낮은 차광을 의미하지만, 전기 접촉 저항과 기계적 점착에 관하여 최적이 아니기 때문에 낮은 차광을 근거로 한 이득은 접촉 저항에서의 손실에 의해 과보상된다. 또한, <50㎛의 접촉 폭으로는 더 이상 기계적 점착을 제공하지 못한다. 고저항 이미터(>70옴/평방)를 갖는 태양 전지의 경우, 기존의 물질계를 이용한 접촉 형성만이 겨우 가능하다.
하나의 물질계 혹은 하나의 인쇄 단계에서 높은 전기 전도율, 양호한 전기 접촉, 높은 기계적 점착, 및 양호한 납땜성(solderability)과 같은 모든 요구 조건들의 달성과 관련한 문제점을 해결하기 위해, 2단계 접촉(WO2007/085448)에 해결 가능성이 존재한다. 그에 따라 소위 말하는 시드층(seed layer)인 박층은 제1 인쇄 단계에서 도포되며, 이 층은 전기 접촉과 기계적 점착에 특히 영향을 미친다. 이 층은 예컨대, 잉크젯 프린팅, 에어로졸 프린팅, 탐폰 프린팅(tampon printing) 혹은 미세 라인 스크린 프린팅(fine line screen printing)에 의해 제조될 수 있다. 추가의 공정 단계에서, 매우 양호한 전기 전도율을 갖도록 그리고 부분적으로 쉽게 접촉 가능하도록 최적화되는 금속 층이 도포된다.
실제 접촉은 잉크/페이스트가 도포된 후 온도 단계, 접촉 발화에서 형성된다. 약 500℃의 온도에서, 유리 프리트(glass frit)는 용해하고 반사 방지층을 습윤시키며, 또한 은이 용해되는 약 750℃ 온도에서 유리 용해물은 반사 방지층으로 침투하고 실리콘 속으로 더 침투하며, 용해된 은은 냉각 중에 그 융해물로부터 분리되어 소형 결정의 형태로 실리콘 표면상에 직접 결정화된다. 냉각된 유리는 핑거의 볼륨 은과 은 결정 사이에 절연 장벽을 형성하며, 이는 몇몇 지점에서 충분히 얇기 때문에 전류는 전지 밖으로 나와 접촉으로 흐른다.
이러한 이차 금속층은 예컨대, 제1 층의 아연 보강에 의해 제조될 수 있거나 또는 추가의 특히 용이한 도전성 금속층에서 제1 접촉층 상으로 프린팅에 의해 제조될 수 있다.
전술한 모든 프린팅 시스템을 이용하여, 50㎛ 이하의 라인 폭을 얻을 수 있으나, 지금까지 양호한 전기 접촉은 진공 증착 금속 접촉으로 얻을 수 있었다. 이러한 기술은 극소 전자 공학으로부터 공지되어 있지만 PV 산업에 사용하기에는 비용 측면에서 너무 비싸다. 시드층을 도포하고 태양 전지를 접촉시키도록 잉크/페이스트의 직접 프린팅을 위해, 지금까지 특별한 페이스트/잉크가 존재하지 않았다. 사용되는 것은 구성에 있어 전면 페이스트 스크린 프린팅과 일치한다. 이러한 페이스트/잉크는 용이한 전도성 금속, 예컨대, 은의 약 60 내지 80중량% 이내, 유리 프리트의 약 2 내지 5중량% 이하, 및 잉크/페이스트의 리올로지(rheology)를 실질적으로 조절하는 유기 매개계(organic vehicle system)의 20 내지 40중량% 이내로 구성된다. 단일의 프린팅 단계, 예컨대 스크린 프린팅에서 제조되는 한 상기 접촉은 통상적으로 약 15㎛의 높이와 120㎛의 폭으로 도포된다. 이 경우, 실질적으로 더 큰 접촉 표면을 이용 가능하고, 이에 따라 페이스트의 접촉 특성에 요구되는 조건들이 감소할 수 있다는 것을 의미한다. 추가적으로, 특수한 접촉 특성은 금속층 높이의 감소로 인해 손상되는 것으로 알려져 있다.
발화에 의한 접촉 제조용 조성물은 예컨대, US 6,036,889호, US 2004/0151893호, US 2006/0102228호, US 4,153,907호, 및 US 6,814,795호 등의 여러 참조 문헌에 알려져 있다. 낮게 도핑된 이미터 상에 얇은 접촉 구조를 사용하자마자 접촉 저항의 증가는 모든 공지의 접촉 형성에서 흔히 발생한다.
태양 전지의 효율을 증가시키기 위해, 금속과 반도체(금속 접촉과 태양 전지) 사이에 낮은 접합 저항을 갖는 고저항 이미터 상에 박막 접촉의 제조가 가능한 접촉 잉크/페이스트를 개발하는 것이 특히 중요하다.
따라서 본 발명의 목적은 기판에 강한 기계적 점착을 갖는 박막 접촉을 동시에 이용하여 금속과 반도체 사이에 가능한 한 저저항의 접합 저항을 갖는 조성물을 제공하는 데 있다. 이와 유사하게, 본 발명은 목적은 전기 부품상의 전기 접촉 구조를 제조하기 위한 방법과, 본 발명에 따라 제조될 수 있는 전자 부품을 제공하는 데 있다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징에 따른 금속 함유 조성물과, 청구항 13의 특징에 따른 전자 접촉 구조의 제조 방법과, 그리고 청구항 18의 특징에 따른 전자 부품에 의해 달성된다. 각 종속항들에는 바람직한 개량이 기재되어 있다.
얇은 라인 폭(<50㎛)을 갖는, 특히 <2㎛의 도포 높이를 갖는 전기 접촉을 향상시키기 위해, 본 발명에 따라 물질계가 제공되는데, 이는 특히 반도체에 대한 금속의 접합 저항을 개량하는 동시에 높은 점착을 갖는다. 본 발명에 따른 조성물은,
a) 상기 조성물의 100중량%에 대해 20 내지 80중량%의 양으로, 하나 이상의 전기 전도성 금속 분말 및/또는 금속 합금의 분말 및/또는 전도성 금속의 하나 이상의 금속 유기 화합물과,
b) 1,000℃ 미만의 용융점을 가진 유리, 세라믹, 금속 산화물 및/또는 전술한 유리, 세라믹 및/또는 금속 산화물 및/또는 그 혼합물에 포함된 금속으로부터 유도된 금속 유기 화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 제1 산화 물질과,
c) 적어도 1,100℃의 용융점을 가진 세라믹 및/또는 금속 산화물 및/또는 전술한 세라믹 및/또는 금속 산화물 및/또는 그 혼합물에 포함된 금속으로부터 유도된 금속 유기 화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 제2 산화 물질
을 포함한다.
본 발명에 따른 조성물은 예컨대 은과 유리의 화합물 혹은 저용점 산화물 및 "순" 고융점 산화물의 화합물에 관련이 있으며, 은과 산화물의 화합물에서 산화물의 비율은 비교적 높고 은의 비율은 상대적으로 낮다. 이에 따라 산화물과 은의 공급원은 해당 분야에서 또한 잘 알려진 MOD(metallo-organic decomposition material; 금속 유기 분해 물질)일 수도 있다.
물질계에서 은 비율의 감소는 또한 제조비용의 감소를 의미한다는 점에 있어서 특히 바람직할 수 있다. 더욱이, 본 발명을 이용하여 처음으로 고저항 이미터를 가지고 태양 전지를 접촉할 수 있고, 이에 따라 더 좁고 저저항의 접촉으로 고효율의 잠재성을 얻을 수 있다. 지금까지는 ρc<10 mohmcm2 의 저저항 방식에서 >100 옴/평방의 층 저항으로 이미터를 접촉하기 위해 적어도 80㎛의 접촉 폭이 요구되어 왔다. 본 발명에 따른 조성물에 있어서, >100 옴/평방의 이미터는 비접촉 저항 ρc<10 mohmcm2 의 접촉으로 접촉될 수 있다. 따라서 처음으로 태양 전지를 저비용에서 고효율의 잠재성으로 접촉하는 것이 가능하며, 예컨대 2×2cm2의 셀 상에 110 옴/평방의 층 저항으로 20.3%의 효율을 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면,
aa) 용매, 양호하게 >100℃ 비등점을 갖는 용매; 특히 테르피네올, 에틸렌 글리콜에테르, 글리콜에테르, 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르, N-메틸리롤리돈, 에틸렌글리콜 및/또는 그 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 용매;
bb) 결합제, 특히 에틸 셀룰로스 및/또는
cc) 도료 친화성 그룹을 지닌 히드록실기 카르복실산 에스테르, 산성기를 지닌 코폴리머, 산성기를 지닌 블랙 코폴리머의 알킬올 암모늄염 및/또는 그 혼합물 혹은 용액으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 분산제;
로 이루어진 그룹에서 선택된 상기 조성물의 적어 하나의 유기 성분 d)를 포함한다.
더욱이, 청구항 1의 특징 a)에 따른 전기 전도성 금속이 적어도 40·106S/m, 양호하게는 55·106S/m의 전기 전도성을 갖는 금속일 경우, 특히 은일 경우, 및/또는 전도성 금속의 하나 이상의 금속 유기 화합물이 금속 유기 분해 물질(MOD), 양호하게는 지방산의 금속염, 특히 금속 수지산염, 특히 은 수지산염, 은 네오데카노산염 및/또는 은(헥사플루오로아세틸아세토네이트) (1,5-사이클로옥타디엔) 및 그 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 경우에 바람직할 수 있다.
상기 제1 산화 물질 b)는 유리 프리트, 양호하게 납유리- 및/또는 비스무스 유리 프리트; 납-Ⅱ-산화물; 비스무스 삼산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이 양호하며, 및/또는 상기 제1 산화 화합물의 함유 금속으로부터 유도된 금속-유기 화합물은 금속 유기 분해 물질(MOD), 양호하게는 지방산의 금속염, 특히 금속 수지산염, 특히 비스무스 수지산염, 비스무스 네오데카노산염, 비스무스-2-에틸헥사논산염 및 그 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
이와 유사하게 상기 제2 산화 물질 c)는 ZnO, ZnO:Al, SnO, TiO, TiO2, MgO로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 및/또는 상기 제2 산화 화합물의 함유 금속으로부터 유도된 금속-유기 화합물은 금속 유기 분해 물질(MOD), 양호하게는 지방산의 금속염, 특히 금속 수지산염, 특히 수지산아연, 및/또는 아연 네오데카노산염, 및 그 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
따라서 전문 용어로 일반적으로 금속 유기 분해(MOD)로 알려져 있는 금속 유기 화합물 혹은 금속염은 또한 전술한 산화물 혹은 전도성 금속용 공급원으로서의 역할을 한다. 은 네오테카노산염, Ag (hfa) (COD), 비스무스-2-에틸헥사논산염, 비스무스 네오테카노산염, 아연 네오테카노산염 등의 종종 수지산염으로 일컫는 지방산의 금속염이 특히 적절할 수 있다.
수지산아연, 예컨대 아연 네오테카노산염 등의 1,000℃ 이상이 용융점을 가진 금속 산화물을 형성도록 연소하는 추가의 수지산염과의 화합이 특히 바람직할 수 있다.
상세하게 말하면, 아연 분말로서 혹은 수지산아연으로서 산화아연의 첨가는 태양 전지 상에 접촉 형성에서 전기 접촉에 관련되는 은 결정 형성을 증가시킨다.
접촉 품질의 척도인 결정 밀도는 접촉 물질계 내의 ZnO의 존재하에서 현저하게 증가된다.
이에 따라 이는 유리계에 있어서 명백히 중요하지 않게 되며, 전술한 문헌과 상당한 차이가 있다. 산화물은 지금까지 항시 접촉 금속을 지닌 유리의 형태로 혼합되어 왔다.
이와 유사하게, 낮은 혹은 높은 용해성 산화물 a) 혹은 b)는 유리로서 즉, 산화 혼합물로서 혹은 입자 둘레의 코팅과 같은 개별적인 미세 산화물로서 존재할 수 있다는 가능성이 있다.
모든 조성물에서 수지산염과 분말의 혼합이 있을 수 있다. 접촉 잉크 혹은 페이스트를 제조하기 위해 수지산염(비스무스 수지산염, 수지산아연)과 은 분말의 화합물이 특히 바람직할 수 있다.
조성물의 100중량%에 대한 각각의 분량 비율에 있어서, 서로 독립적으로 개개의 성분 a) 내지 d)에 있어서, 이하에 표시된 각각의 범위 데이터가 바람직하다. 즉,
. 성분 a) : 25 내지 75중량%, 양호하게는 30 내지 70중량%, 특히 양호하게는 30 내지 68중량%의 분량;
. 성분 b) : 0.1 내지 20중량%, 양호하게는 1 내지 10중량%, 특히 양호하게는 1.5 내지 7.5중량%의 분량;
. 성분 c) : 1 내지 80중량%, 양호하게는 3 내지 70중량%의 분량;
. 성분 d) : 0 내지 50중량%, 양호하게는 10 내지 40중량%, 특히 양호하게는 20 내지 30중량%의 분량,
본 발명에 따른 조성물은 각종 사용하기 쉬운 각종 형태로 존재할 수 있다. 양호한 실시예에 있어서, 상기 조성물은 점도 η<1,000 mPas, 양호하게는 η<100 mPas로 식별되는 잉크젯 잉크 혹은 에어로졸 잉크의 형태로 설계되어 있다. 이와 유사하게, 상기 조성물이 그러나 예컨대, 스크린 프린팅에 의해 도포되는 페이스트의 형태로 설계될 경우, 페이스트는 점도 10 Pas<η<300 Pas로 식별된다. 이에 따라 점도는 당업자들에게 알려진 일반적인 원리에 따라 예컨대, 물질, 혹은 그 분량 혹은 그 물질의 혼합물의 선택에 따라 적절한 유기 물질 d)의 첨가에 의해 변경되거나 조절될 수 있으며, 이에 따라 개별의 사용 목적에 따라 조절될 수 있다.
조성물의 일관성에 독립적으로 그리고 사용된 입자에 독립적으로, 적어도 하나의 전기 전도성 금속 a), 적어도 하나의 산화 물질 b) 및/또는 적어도 하나의 산화 물질 c), 유사하게 각각 서로 독립적으로 입자 혹은 분말로서 존재하며, 평균 입자 크기 d50은 각각 서로에 독립적으로 1nm 내지 10㎛ 이다.
여기서, 프린팅 기술은 또한 서로 차등을 두어야 하는데, 예컨대 잉크젯 잉크의 경우, d50 < 200nm, 양호하게는 d50 < 100nm이 필요한 반면에, 에어로졸 도포의 경우 d50 < 1㎛가 특히 적합하며, 스크린 프린팅, 특히 미세 라인 스크린 프린팅의 경우 d50 < 10㎛ , 특히 양호하게는 d50 < 5㎛이 요구된다.
양호한 변형례에 있어서, 본 발명에 따른 조성물은 입자가 미함유의 조성물일 수 있다. 이는 특히 성분 a) 내지 c)가 전술한 MOD(금속 유기 분해 물질)를 단지 포함할 때의 경우이다. 이러한 변형례는 저점성의 조성물에 특히 적절하고, 매우 미세한 즉, 좁은 접촉 구조를 구조적으로 제조할 의도가 있을 경우 특히 장점이 있다.
물론 이와 유사하게 본 발명에 따른 조성물은 서로 화합된 상태로 입자 미함유 및 입자 함유 성분 a) 내지 c) 양자를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전자 부품 상에 전기 접촉 구조를 제조하기 위한 방법이 유사하게 제공된다. 즉,
a) 전술한 조성물을 제조 대상의 접촉 구조를 재생하는 형태로 전자 부품 상에 도포한다.
b) 조성물이 마련된 부품을 접촉 발화 단계에서 400 내지 900℃ 사이의 온도로 가열한다.
따라서 본 발명에 따르면, 상기 조성물은 최종적인 접촉 구조를 재생하는 형태, 예컨대 스크립형 도체의 형태로 미리 형성된 부품 상에 도포된다. 그러나 이와 유사하게, 만약 더 큰 전도성 표면에 상기 도포 준비를 행할 의도라면, 상기 조성물의 대응하는 평면 도포가 가능할 것이다. 따라서 이러한 도포는 후속하는 도체 구조의 희망하는 치수 형태로 길이, 폭 및 높이에 비례하여 미리 실시하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 조성물의 특징으로 인해, 부품에 대한 상기 조성물의 양호한 점착이 가능하기 때문에 가능한 좁지만 기계적으로 매우 안전한 스트립형 도체 제조를 확보할 수 있고, 또 이와 유사하게 조성물의 타입에 의해 제조된 도전성 구조의 최적의 연결을 최종적인 가열 단계 이후에 확보할 수 있다.
양호하게는, 본 발명에 따른 조성물은 스크린 프린팅, 에어로졸 프린팅, 잉크젯 프린팅, 탐폰 프린팅, 형판 프린팅, 조제 및/또는 이들의 조합에 의해 도포된다.
상기 가열 단계 b)의 유리한 온도 범위는 700 내지 850℃ 범위이다.
상기 도포는 <50㎛, 양호하게는 <40㎛, 특히 양호하게는 <35㎛의 폭을 갖는 스트립형 도체의 형태로 실시될 경우 바람직하다.
본 발명에 따르면, 전기 접촉 구조를 갖는 전자 부품, 특히 태양 전지가 이와 유사하게 제공되며, 상기 전자 부품은 본 발명의 방법에 따라 제조될 수 있는 전기 접촉 구조를 구비한다.
본 발명은 이하에 기재된 특정의 요인에 의해 본 발명이 제한되지 않고 이하의 실시예들과 예를 참조하고 또한 첨부 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명될 것이다.
본 발명의 접촉 잉크/페이스트는 금속과 반도체(금속 접촉과 태양 전지) 사이에 낮은 접합 저항을 갖는 고저항 이미터 상에 박막 접촉을 제공하여 태양 전지의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 조성물을 사용하여 본 발명에 따른 방법에 의해 제조될 수 있는 전자 부품의 구조를 코팅된 태양 전지의 경우를 예로서 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 조성물은 특히, 페이스트/잉크는,
. 도전성 금속, 특히 은,
. 용이한 습윤성 금속 산화물, 납 산화물(PbO) 혹은 비스무스 산화물(Bi2O3)에 의해 또한 치환될 수 있는 유리계, 양호하게는 납유리 혹은 비스무스 유리,
. 금속 및 유리 프리트/습윤성 산화물에 추가하여, 약 750℃의 접촉 발화 온도보다 현저하게 높은 용점을 갖는 추가의 또 다른 금속 산화물이 사용된다. 전술한 바와 같이, 예로서 ZnO(융점, 1,800℃), ZnO:Al(융점, 1,800℃), SnO(융점, 1,127℃), TiO2(융점, 1,830℃), MgO(융점, 2,800℃), 양호하게는 ZnO, ZnO:Al 및 CaO이 존재할 수도 있다.
이들 산화물들 중 하나 혹은 조합한 산화물의 사용은 접촉의 전기 전도성을 실제로 감소시키지만, 이들 산화물은 금속 안전성 및 전기 금속-반도체 접합 양자를 실질적으로 향상시킨다. 습윤성 산화물 혹은 유리 프리트와 협력하여, 물질계 등의 접촉 물질인 은은 시드층으로서 매우 적합하다.
높은 융점은 산화물이 접촉 발화 동안 완전히 용해하지만 접촉 구조에 고체형 입자로서 존재하고 더 양호하게 서로 "메싱(meshing)"하는 층을 제공하며 이에 따라 점착을 증가시킨다는 효과를 갖는다. 더욱이, 접촉 발화 동안 방출되는 가스(전면 반사 방지층(SiNx층) 혹은 유기 연소 생성물로부터 나온 N2, H2, 인쇄된 접촉 잉크로부터 나온 H2 및 CO2)는 더 양호하게 접촉으로부터 이탈될 수 있으며 이에 따라 상기 접촉 구조는 더 소형화되면서 다공성이 줄어들 수 있다. 양자는 기계적인 점착과 전기 접촉에 긍정적인 효과를 갖는다.
또한, 전기 접촉은 특히 ZnO 혹은 ZnO:Al을 사용할 때 실질적으로 향상된다. 430℃ 이상으로 가열된 ZnO와 알루미늄으로 도핑된 산화아연 양자는 높은 전기 전도성을 갖게 되며, 이는 유리층을 통해 전류가 더 양호하게 흐를 수 있게 된다는 사실을 초래한다. 또 다른 가능한 전류 경로는 은 결정으로부터 도전성 산화물 입자를 매개로 접촉 은으로 연장한다. ZnO은 n형 반도체이기 때문에, 이러한 산화물을 포함하는 접촉 잉크/페이스트를 이용하여 저저항 방식으로 고저항 이미터(>70 옴/평방)를 또한 접촉할 수 있다. 사용된 산화물, 특히 ZnO은 접촉 형성에 결정적인 은 결정의 성장과 나아가 그 밀도를 또한 증대시킨다. 따라서 처음에 실질적으로 더 양호한 접촉 특성을 갖는 페이스트 혹은 잉크가 제조되며 실리콘 태양 전지 상에서 시험된다. 매우 얇은 접촉 라인(30㎛)을 이용하여, 고저항 이미터를 갖는 태양 전지 상의 매우 양호한 전기 변수(접촉 저항, 충전 요인 및 전지의 효율)들을 얻을 수 있다.
신규로 개발된 프린팅 잉크는 예컨대, 미세 라인 스크린 프린팅 방법 혹은 탑폰 프린팅 방법에서. 에어로졸 프린팅 방법, 잉크젯 방법에서 시트층으로서 태양 전지 상에 도포될 수 있다.
상기 사용된 프린팅 방법에 따르면, 페이스트/잉크 리올로지를 채택할 필요가 있다. 미세 라인 스크린 프린팅 페이스트의 경우 점도는 η>1 Pas이고, 에어로졸 잉크를 이용하면 점도는 η<1 Pas이어야 하고, 잉크젯 잉크를 이용하면 η<100 mPas로 감소시켜야 한다. 이러한 접촉 페이스트/잉크를 이용하면 양호한 전기 및 기계적 접촉이 기본적으로 중요하기 때문에 추가의 금속 산화물, 예컨대 ZnO의 비율은 높게 변화될 수 있으며 그 변화 범위는 3중량% 내지 70중량%이다. 금속 산화물의 비율이 높아질수록 금속 반도체 접합의 저항은 낮아지고 접촉의 전기 횡방향 도전성은 더 낮아진다. 습윤성 유리 프리트, 납유리 프리트 혹은 비스무스 유리 프리트 혹은 금속 습윤성 산화물, PbO, Bi2O3의 비율은 1중량% 내지 10중량% 사이에서 변할 수 있으며, 그 비율은 2중량% 내지 3중량%가 바람직하다. 금속 산화물의 비율의 변화와 동일한 정도로 도전성 금속(은)의 비율은 변하는데 30중량% 내지 70중량% 사이에서 움직인다.
예 1
은 함량이 높고 납유리
프리트를
지닌
시드층
잉크/페이스트
. 은 60중량%
. 납유리 프리트 2중량%
. ZnO 10중량%
. N-메틸리롤리돈, 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르, Disperbyk 180/182 28중량%
예 2
은 함량이 높고
비스무스
유리
프리트를
지닌
시드층
잉크/페이스트
. 은 60중량%
. 비스무스 유리 프리트 2중량%
. ZnO 10중량%
. N-메틸리롤리돈, 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르, Disperbyk 180/182 28중량%
예 3
산화물 비율이 높은
시드층
잉크/페이스트
. 은 35중량%
. 납유리 프리트 2중량%
. ZnO 35중량%
. N-메틸리롤리돈, 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르, Disperbyk 180/182 28중량%
예 4
납유리
프리트가
없는 대신 습윤성 산화물을 지닌
시드층
잉크/페이스트
. 은(Ag) 60중량%
. 비스무스 산화물 5중량%
. 산화아연(ZnO) 10중량%
. N-메틸리롤리돈, 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르, Disperbyk 180/182 28중량%
예 5
산화물은 수지산염으로 존재하고 은만이 입자 형태로 존재하는
시드층
잉크/페이스트
. 은(Ag) 60중량%
. 수지산아연(아연 네오테카노산염) 10중량%
. 비스무스 수지산염(비스무스 네오테카노산염) 5중량%
. N-메틸리롤리돈, 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르, Disperbyk 182, 크실렌 25중량%
예 6
입자 미함유
시드층
잉크/페이스트
. 은 수지산염 40중량%
. 수지산아연 10중량%
. 비스무스 수지산염 5중량%
. 크실렌, NMP, 톨루엔 45중량%
비스무스 산화물 등의 용이한 습윤성, 저융점 산화물, 혹은 납유리 프리트 혹은 비스무스 유리 프리트 등의 용이한 습윤성 유리 프리트와의 화합 상태로 산화아연 등의 도전성 고융점 산화물을 사용함으로써, 고저항 이미터(Rsh > 70 옴/평방)를 접촉하는 것이 가능한 동시에 양호한 점착을 얻는 것이 가능하다. 이에 따라 산화아연의 비율을 35중량%까지 증가시킬 수 있고, 은 비율은 상당히 줄어든다.
본 발명에 따른 조성물을 사용하여 본 발명에 따른 방법에 의해 제조될 수 있는 전자 부품의 구조가 코팅된 태양 전지의 경우를 예로서 도 1에 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 예컨대, 은으로 구성된 반도체 부품(1)이 도시되어 있다. 금속박막을 향해 배향된 표면 상에는 은 결정(2)이 배치된다. 상기 표면의 은 결정 영역에서, 유리층(3)이 증착되고, 은 결정이 없는 영역에서 반사 방지층(4)에 의해 차단된다. 상기 표면 상에 전도성 산화물 입자(6)가 추가로 나타나는데, 이는 은 층(5)과 유리층(3) 양자에 매립될 수 있다. 끝으로, 예컨대, 은 혹은 구리로 구성된 전도성 금속층(7)이 도포된다.
1: 반도체 부품 2: 은 결정
3 : 유리층 4: 반사 방지층
5: 유리층 6: 전도성 산화물 입자
7: 금속층
3 : 유리층 4: 반사 방지층
5: 유리층 6: 전도성 산화물 입자
7: 금속층
Claims (17)
- 전자 부품 상에 접촉 구조를 제조하기 위한 금속 함유 조성물에 있어서,
a) 상기 조성물의 100중량%에 대해 20 내지 80중량%의 양으로, 하나 이상의 전기 전도성 금속 분말 및/또는 금속 합금의 분말 및/또는 전도성 금속의 하나 이상의 금속 유기 화합물과,
b) 1,000℃ 미만의 용융점을 가진 유리, 세라믹, 금속 산화물 및/또는 전술한 유리, 세라믹 및/또는 금속 산화물 및/또는 그 혼합물에 포함된 금속으로부터 유도된 금속 유기 화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 제1 산화 물질과,
c) 적어도 1,100℃의 용융점을 가진 세라믹 및/또는 금속 산화물 및/또는 전술한 세라믹 및/또는 금속 산화물 및/또는 그 혼합물에 포함된 금속으로부터 유도된 금속 유기 화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 제2 산화 물질과,
d) 아래의 그룹에서 선택된 하나 이상의 유기 성분,
aa) 용매, 양호하게 >100℃ 비등점을 갖는 용매; 특히 테르피네올, 에틸렌글리콜 에테르, 글리콜에테르, 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르, N-메틸리롤리돈, 및/또는 그 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 용매,
bb) 결합제, 특히 에틸 셀룰로스 및/또는
cc) 도료 친화성 그룹을 지닌 히드록실기 카르복실산 에스테르, 산성기를 지닌 코폴리머, 산성기를 지닌 블랙 코폴리머의 알킬올 암모늄염 및/또는 그 혼합물 혹은 용액으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 분산제,
을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 전기 전도성 금속은 적어도 40·106S/m, 양호하게는 55·106S/m의 전기 전도성을 갖는 금속, 특히 은으로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 및/또는 전도성 금속의 하나 이상의 금속 유기 화합물은 금속 유기 분해 물질(MOD), 양호하게는 지방산의 금속염, 특히 금속 수지산염, 특히 은 수지산염, 은 네오데카노산염 및/또는 은(헥사플루오로아세틸 아세토네이트) (1,5-사이클로옥타디엔) 및 그 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 산화 물질 b)는 유리 프리트, 양호하게 납유리- 및/또는 비스무스 유리 프리트; 납-Ⅱ-산화물; 비스무스 삼산화물로부터 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 및/또는 상기 제1 산화 화합물의 함유 금속으로부터 유도된 금속-유기 화합물은 금속 유기 분해 물질(MOD), 양호하게는 지방산의 금속염, 특히 금속 수지산염, 특히 비스무스 수지산염, 비스무스 네오데카노산염, 비스무스-2-에틸헥사논산염 및 그 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 산화 물질 c)는 ZnO, ZnO:Al, SnO, TiO, TiO2, MgO으로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 및/또는 상기 제2 산화 화합물의 함유 금속으로부터 유도된 금속-유기 화합물은 금속 유기 분해 물질(MOD), 양호하게는 지방산의 금속염, 특히 금속 수지산염, 특히 수지산아연, 및/또는 아연 네오데카노산염, 및 그 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조성물의 100중량%에 대해 상기 하나 이상의 성분 a)는 25 내지 75중량%, 양호하게는 30 내지 70중량%, 특히 양호하게는 30 내지 68중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 조성물. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조성물의 100중량%에 대해 상기 하나 이상의 성분 b)는 0.1 내지 20중량%, 양호하게는 1 내지 10중량%, 특히 양호하게는 1.5 내지 7.5중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 조성물. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조성물의 100중량%에 대해 상기 하나 이상의 성분 c)는 1 내지 80중량%, 양호하게는 3 내지 70중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 조성물. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조성물의 100중량%에 대해 상기 하나 이상의 유기 성분 d)는 0 내지 50중량%, 양호하게는 10 내지 40중량%, 특히 양호하게는 20 내지 30중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 조성물. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
잉크젯 잉크 혹은 에어로졸 잉크의 형태로 점도가 η<1,000 mPas, 양호하게는 η<100 mPas인 것을 특징으로 하는 조성물. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
스크린 프린팅 페이스 형태로 점도가 10 Pas<η<300 Pas인 것을 특징으로 하는 조성물. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전기 전도성 금속 a), 상기 하나 이상의 산화물 물질 b) 및/또는 상기 하나 이상의 산화물 물질 c)는 입자로서 포함되며, 평균 입자 크기 d50은 각각 서로에 독립적으로 1nm 내지 10㎛ 인 것을 특징으로 하는 조성물. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조성물은 입자 미함유인 것을 특징으로 하는 조성물. - 전기 부품 상에 전기 접촉 구조를 제조하기 위한 방법에 있어서,
a) 선행항들 중 어느 한 항에 따른 조성물을 제조 대상의 접촉 구조를 재생하는 형태로 전자 부품 상에 도포하는 단계와,
b) 상기 조성물이 마련된 부품을 접촉 발화 단계에서 400 내지 900℃ 사이의 온도로 가열하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조성물의 도포는 스크린 프린팅, 에어로졸 프린팅, 잉크젯 프린팅, 탐폰 프린팅, 형판 프린팅, 조제 및/또는 이들의 조합에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 방법. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부품은 상기 단계 b)에서 700 내지 850℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도포는 <50㎛, 양호하게는 <40㎛, 특히 양호하게는 <35㎛의 폭을 갖는 스트립형 도체의 형태로 행해지는 것을 특징으로 하는 방법. - 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조 가능한 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조를 갖는 전자 부품 특히 태양 전지.
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