KR20140095505A - 기판 상의 정렬된 망상체 - Google Patents

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KR20140095505A
KR20140095505A KR1020147013634A KR20147013634A KR20140095505A KR 20140095505 A KR20140095505 A KR 20140095505A KR 1020147013634 A KR1020147013634 A KR 1020147013634A KR 20147013634 A KR20147013634 A KR 20147013634A KR 20140095505 A KR20140095505 A KR 20140095505A
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에릭 엘. 그랜스트롬
아르카디 가바
엘바즈 이라 페렐쉬테인
일라나 하이모브
도브 자미르
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시마 나노 테크 이스라엘 리미티드
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Abstract

여러 가지 중, 하나의 망상체가 다른 하나의 망상체의 상부 상에 있는 2개의 망상체는 에멀션 또는 폼을 함유하는 코팅 재료를 기반으로 기판 상에 형성된다. 2개의 망상체는 동일한 재료, 예컨대 은과 같은 전도성 재료로 형성될 수 있거나, 또는 상이한 재료로 형성될 수 있다. 상이한 망상체를 형성하는 코팅 재료는 상이한 농도의 망상체 재료를 가질 수 있다.

Description

기판 상의 정렬된 망상체{ALIGNED NETWORKS ON SUBSTRATES}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 미국 가출원 연속 번호 제61/553,191호(2011년 10월 29일 출원)를 우선권으로 주장하며, 이의 내용은 그 전문을 본원에 참고 인용한다.
기술 분야
본 발명은 기판 상의 정렬된 망상체, 구체적으로는, 기판 상에 형성된, 하나의 망상체가 다른 하나의 망상체의 상부와 정렬되고 다른 하나의 망상체의 상부 상에 있는, 2개의 망상체에 관한 것이다.
광전 변환 공학의 분야에서, 고성능 태양광 전지 효율은 태양광 전지에 있어 원하는 특징을 제작하기 위해 복수개의 고비용의 가공 단계를 필요로 한다. 이러한 단계는 추가되는 공정 비용으로 인해 태양광 전지의 유용성을 제한한다.
기존의 태양광 전지 디자인에 있어서, 광발생된 전류는 2개의 전극으로 구동된다: (1) 태양광 전지의 하부 측 상의 하부 (종종 연속 및 균일) 전극 및 (2) 하부 측에 대향하는 정면 측(조사된 측) 상의 미세 인쇄된 와이어 어레이. 태양광 전지의 정면 측 상의 미세 인쇄된 와이어 어레이는 미세 라인 패턴 내에 스크린 인쇄 은 페이스트에 의해 형성될 수 있다.
하부 전극과 정면 측 상의 전극의 사이에서, 기존의 태양광 전지는 반도체성 재료에 도펀트 함유 이미터를 함유한다. 이미터는 정면 측 상의 전극 아래에 있을 수 있다. 기존의 태양광 전지 디자인에서, 정면 측 상의 전극이 패턴화되지만, 이러한 평면내 패턴화는 반도체성 재료 내에 도펀트를 필요로 하지 않는다. 태양광 전지는 하부 측에서 정면 측까지의 전지 깊이를 통해 가변하는 상이한 도핑 영역을 함유할 수 있다. 하지만, 일반적으로, 깊이 방향에 수직인 평면 내에서, 도펀트는 균일하게 분산된다.
일 측면에서, 하나의 망상체가 다른 하나의 망상체의 상부 상에 있는 2개의 망상체는 코팅 재료 함유 에멀션 또는 폼을 기반으로 하는 기판 상에 형성된다. 2개의 망상체는 동일한 재료, 예컨대 은과 같은 전도성 재료로 형성될 수 있거나, 또는 상이한 재료로 형성될 수 있다. 상이한 망상체를 형성하는 코팅 재료는 상이한 농도의 망상체 재료를 가질 수 있다. 일부 실시에서, 2개의 망상체가 동일한 비휘발성 재료로 형성되는 경우, 상이한 망상체의 망상체 재료는 상이한 농도를 가질 수 있다. 제1 망상체의 상부 상의 제2 망상체는 제1 망상체의 패턴과 정렬되는 패턴을 가질 수 있다. 일부 실시에서, 제2 망상체의 패턴은 제1 망상체의 패턴 상에 레지스트레이션(register)되거나 또는 중첩된다. 제2 망상체의 표면적은 실질적으로 제1 망상체와 동일할 수 있다. 일부 실시에서, 제1 망상체의 표면적은 제2 망상체의 표면적보다 크거나, 또는 그 반대이다. 제1 망상체 및 제2 망상체는 둘다 기판의 표면 상에 있을 수 있다. 일부 실시에서, 제1 망상체는 기판 내에 있고, 제2 망상체는 기판의 표면 상에 그리고 제1 망상체의 상부 상에 있다.
망상체는 둘다 무작위 망상체, 규칙적 망상체일 수 있거나, 또는 하나는 비교적 무작위이고 하나는 비교적 규칙적이다. 하기 논의는 무작위 망상체를 빈번하게 사용한다. 하지만, 상기 망상체는 일부 경우, 특히 제1 망상체에서 규칙적 간격을 가질 수 있다. 규칙적 망상체는 미국 가출원 번호 제61/495,582호에 기술되어 있으며, 이의 전체 내용은 본원에 참고 인용된다. 따라서, 무작위 망상체와 관련된 모든 특징 또는 대부분의 특징은 규칙적 망상체로 대체될 수 있다.
정렬된 제1 및 제2 무작위 망상체는 다양한 응용예를 가질 수 있다. 예를 들면, 태양광 전지에 사용될 수 있다. 제1 및 제2 무작위 망상체가 둘다 전도성 재료로 형성되는 경우, 정렬된 망상체는 태양광 전지의 정면 측 상의 전극으로 작용하고 단일 망상체를 함유하는 전극보다 높은 전도성을 제공할 수 있다. 제1 및 제2 망상체가 상이한 재료로 형성되는 경우, 일부 실시에서, 제1 망상체는 태양광 전지 기판의 상부 상에 또는 이 기판의 내부에 이미터를 형성하는 도펀트 재료, 예컨대 도핑된 규소 입자로 형성된다. 제2 망상체는 태양광 전지 기판의 정면 측 상의 전극으로서 사용하는 전도성 재료로 형성된다.
또다른 측면에서, 본 발명은 기판, 기판 상의 제1 자가 조립된 망상체, 및 제1 자가 조립된 망상체 상의 제2 자가 조립된 망상체를 포함하는 물품을 특징으로 한다. 제1 자가 조립된 망상체는 트래이스(trace) 및 트래이스로 둘러싸인 보이드(void)를 갖고, 제1 에멀션계 조성물로부터 형성된다. 제2 자가 조립된 망상체는 제1 자가 조립된 망상체와 직접 접촉된다. 제2 자가 조립된 망상체는 또한 트래이스 및 상기 트래이스로 둘러싸인 보이드를 갖고, 제2 에멀션계 조성물로부터 형성된다.
또다른 측면에서, 본 발명은 기판 상에 제1 에멀션계 코팅 조성물을 도포하는 단계를 포함하는 방법을 특징으로 한다. 제1 에멀션계 코팅 조성물은 트래이스 및 상기 트래이스로 둘러싸인 보이드를 포함하는 제1 자가 조립된 망상체로 자가 조립된다. 이 방법은 또한 제1 자가 조립된 망상체 상에 제2 에멀션계 코팅 조성물을 도포하는 단계를 포함한다. 제2 에멀션계 코팅 조성물은 제1 자가 조립된 망상체 상의 제2 자가 조립된 망상체로 자가 조립된다. 제2 자가 조립된 망상체는 트래이스 및 상기 트래이스로 둘러싸인 보이드를 포함하고, 제1 자가 조립된 망상체와 직접 접촉된다.
본 발명의 물품 및 방법은 또한 하기 구체예 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제2 자가 조립된 망상체는 제1 자가 조립된 망상체와 정렬된다. 제1 자가 조립된 망상체 및 제2 자가 조립된 망상체는 상이한 조성물을 갖는다. 제1 자가 조립된 망상체는 제2 자가 조립된 망상체와 상이한 성분을 갖는다. 제1 자가 조립된 망상체 및 제2 자가 조립된 망상체는 하나 이상의 동일한 성분을 포함하고, 상기 하나 이상의 성분은 제1 자가 조립된 망상체 및 제2 자가 조립된 망상체에서 상이한 농도를 갖는다. 기판은 실리콘 웨이퍼, 중합체 필름, 또는 유리를 포함한다. 제1 및 제2 자가 조립된 망상체 중 하나 이상은 전도성 나노입자를 포함한다. 제1 및 제2 자가 조립된 망상체 중 하나 이상은 유리 프릿을 포함한다. 제1 및 제2 자가 조립된 망상체 중 하나 이상은 기판에 대해 하나 이상의 도펀트를 포함한다. 제1 및 제2 자가 조립된 망상체 중 하나 이상은 나노 크기 이상의 입자를 포함하지 않는다. 제1 자가 조립된 망상체는 유리 프릿을 포함하고 제2 자가 조립된 망상체는 은 나노입자를 포함한다.
본 발명의 물품 및 방법은 또한 하기 구체예 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제1 에멀션계 조성물은 유리 프릿을 포함하고 제2 에멀션계 코팅 조성물은 은 나노입자를 포함한다. 제1 및 제2 에멀션계 조성물 중 하나 이상은 나노 크기 이상의 입자를 포함하지 않는다. 제2 자가 조립된 망상체로의 자가 조립은 제1 자가 조립된 망상체와 제2 자가 조립된 망상체의 정렬을 포함한다. 제2 자가 조립된 망상체는 전도성이 있다. 제1 및 제2 에멀션계 조성물은 하나 이상의 동일한 성분을 포함하고, 상기 하나 이상의 동일한 성분은 제1 및 제2 에멀션계 조성물에서 상이한 농도를 갖는다.
다른 특징, 목적, 및 장점은 설명 및 도면으로부터 자명할 것이다.
도 1은 기판 표면 상의 무작위 망상체의 현미경 사진이다.
도 2∼5는 단일 무작위 망상체, 2개의 정렬된 무작위 망상체, 또는 오버랩핑된 단일 및 이중 무작위 망상체가 형성된 기판 표면의 현미경 사진이다.
도 6a는 기판 상의 무작위 망상체의 개략도이다.
도 6b-6e는 기판 상의 2개의 정렬된 무작위 망상체의 개략도이다.
도 7a는 단일 무작위 망상체가 형성된 기판 표면적의 현미경 사진이다.
도 7b는 단일 무작위 망상체의 상부 상에 형성된 추가의 제2 무작위 망상체를 포함한, 도 7a의 표면적의 현미경 사진이다.
태양광 전지의 인쇄된 정면 측 상의 전극의 면적을 감소시킴으로써 및/또는 전지에서 도핑된 영역의 (평면내, 이때 상기 평면은 태양광 전지의 깊이 방향에 수직임) 표면적을 감소시킴으로써 기존의 디자인보다 태양광 전지의 성능을 향상시키고 싶은 욕구가 존재하였다. 정면 표면 상의 은 도체의 더 작은 면적은 더 많은 광이 태양광 전지의 광활성 부분에 진입하도록 하고 효율을 향상시킨다. 더 작은 면적을 갖는 도핑된 영역은 효율을 더욱 향상시킨다.
이러한 향상된 성능을 실현하는 한가지 방법은 2개의 패턴화 단계를 사용하는 것이다: 태양광 전지 기판의 선택된 면적을 국소적으로 도핑하는 제1 단계, 및 상기 도핑된 면적의 바로 맨 꼭대기(atop)에 있고 (예컨대, 이에 중첩되고) 상기 도핑된 면적과 정렬되는 전극을 코팅하는 제2 단계. 일부 실시에서, 규소 나노입자 또는 도펀트의 다른 형태는 국소 도핑 단계에서 국소화된 면적 내에 도핑된다. 이 후, 점화 단계는 상기 도펀트가 태양광 전지 기판에서 화학적으로 또는 전기적으로 활성이 되도록 적용된다. 태양광 전지의 정면 측 및 하부 측 상의 전극이 형성될 수 있고, 정면 측 상의 전극은 패턴화되고 점화될 수 있다.
일례에서, 도펀트 및 패턴화된 전극을 형성시키는 제1 및 제2 단계는 태양광 전지의 정면 측 상의 2개의 패턴 인쇄의 사용을 포함한다. 이러한 기법은 Innovalight(현재 DuPont)에 의해 개발되었다. 인쇄 공정은 비용이 많이 들 수 있고, 제2 패턴에 대한 제1 패턴의 정렬과 관련된 상세한 내용은 이렇게 제조된 태양광 전지의 레지스트레이션 오차 및 관련 성능 또는 수율 손실을 초래할 수 있다.
통상, 어느 정도의 높은 온도 점화 또는 가공은 도펀트의 도입이 요구된다. 이러한 높은 온도 가공은 정면 측 상의 전극에 사용된 금속 전극 기법과 양립되지 않아서, 별개의 인쇄 단계로 가공되는 2개의 별도의, 하지만 일반적으로 정렬된, 패턴 유지에 대한 혜택을 유지할 수 있다.
일부 실시에서, 에멀션의 자기 조직화 특성은 전도성 메쉬의 제작을 비롯하여 표면 상의 유용한 패턴 또는 망상체를 제조하는 데 유리하게 사용될 수 있다. 상기 무작위 금속 메쉬는 또한 광전지에 유용할 수 있다. 예로서, 도 1에는 상기 금속 메쉬의 현미경 사진이 도시되고, 이때 어두운 영역은 은 트래이스이며 밝은 영역은 트래이스를 둘러싸는 비전도성, 광 투과성 보이드 또는 기공이다. 무작위 금속 메쉬는 미국 특허 번호 7,601,406에 기술되어 있고, 광전지에서의 상기 메쉬의 용도는 미국 특허 출원 공개 번호 2011/0175065에 기술되어 있으며, 이의 전체 내용은 본원에 참고 인용된다.
일부 실시에서, 2개의 정렬된, 예를 들어 레지스트레이션되거나 또는 중첩된, 서로의 상부 상의 무작위 망상체가 에멀션을 기반으로 기판, 예컨대 태양광 전지 기판 상에 형성된다. 구체적으로는, 기판 재료와 상이한 패턴화된 재료의 제1 층 및 전도성 망상체를 함유하는 패턴화된 재료의 제2 층은 각각 에멀션을 기반으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 패턴 (또는 망상체)은 자가 조립에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 제2 층의 재료는 제1 층의 상부 상에 직접 자가 정렬되어, 정렬된, 예를 들어 중첩되거나 또는 레지스트레이션된 2개의 층을 형성할 수 있다. 일부 실시에서, 패턴화된 재료의 제1 층은 제2 망상체를 위한 프라이밍(priming) 망상체일 수 있다. 프라이밍 망상체는 나노입자를 전혀 포함하지 않는 저-고체 망상체일 수 있다. 예를 들면, 프라이밍 망상체는 소량, 예컨대 1∼2 중량%의 비휘발성 성분, 예컨대 결합제, 접착제, 습윤제, 및 유동성 개질제를 함유하는 에멀션으로 형성된다. 또다른 예에서, 프라이밍 망상체는 나노 크기 이상인 입자를 포함하지 않는다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 저-고체 망상체는 바람직한 표면 에너지를 제공하여 패턴화된 재료의 제2 층을 레지스트레이션할 수 있다.
제1 및 제2 패턴/망상체의 표면적은 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들면, 제1 망상체와 정렬된 제2 무작위 망상체는 실질적으로 제1 무작위 망상체의 패턴을 따른다. 일부 실시에서, 제2 패턴/망상체의 표면적은 제1 패턴/망상체의 표면적보다 크다. 예를 들면, 제1 망상체의 상부 상에 있는 것 이외에, 제2 망상체의 적어도 일부의 재료는 제1 망상체의 트래이스의 측을 따라 수집된다. 그러한 실시에서, 제1 망상체의 트래이스는 제2 망상체의 재료에 의해 확장되고, 제1 망상체의 트래이스로 둘러싸인 기공은 부분적으로 충전됨으로써 수축된다. 일부 실시에서, 제2 망상체는 제1 망상체의 상부 상에서 비교적 얇고 제1 망상체의 트래이스 측에서 비교적 두껍다. 다른 실시에서, 제2 망상체는 제1 망상체의 트래이스의 측에 실질적으로 전부 위치된다.
2개의 층의 재료는 동일할 수 있거나 또는 상이할 수 있다. 동일한 재료를 갖는 2개의 층의 예는 은 망상체의 상부 상의 은 망상체이다. 이러한 배치는 은 망상체의 전도성을 증가시킨다. 은 망상체가 태양광 전지의 정면 측 상의 전극으로서 태양광 전지에 사용되는 경우, 태양광 전지에 대한 가시광선의 투과율은 망상체에 의해 최소로 감소된다. 2개의 상이한 재료의 예로는 제1 층이 도펀트를 갖고 제2 층이 은을 가지며, 이에 따라 예컨대 반도체 표면, 예컨대 규소 기반 태양광 전지 기판 상의 도펀트 층에 중첩된 전도성 은 망상체를 형성한다. 제1 및/또는 제2 망상체에는 은 이외의 재료가 또한 사용될 수 있다. 일부 실시에서, 제2 층은 은을 포함하지 않는다. 일부 예에서, 제2 층은 하나 이상의 도펀트를 포함할 수 있다. 다른 실시에서, 제1 층은 유리 프릿을 포함할 수 있다.
무작위 망상체는 에멀션을 기반으로 형성되고 공칭상/기본적으로 선택적으로 정렬되는, 예를 들어 무작위 망상체에 의해 규정된 면적을 갖는 무작위 망상체의 맨 꼭대기에 직접 레지스트레이션되는 제2 층으로 연속하여 코팅될 수 있다. 제2 층은 동일하거나 또는 상이한 에멀션을 기반으로 형성된다. 2개의 층은 동일한 재료, 예컨대 전도성 금속 나노입자로 형성될 수 있거나, 또는 상이한 재료, 예컨대 도펀트 층 다음에 전도성 은 망상체를 함유할 수 있다. 더하여, 2개의 층이 동일한 재료, 예컨대 전도성 은으로 형성되는 경우, 에멀션 내 은과 같은 성분의 농도는 상이한 층과 상이할 수 있다. 기술된 공정 및 재료는 투명한, 전도성 은 망상체의 전도성을 향상시키는 데 사용될 수 있거나, 또는 성능이 향상된 태양광 전지에 사용될 수 있다.
전체 내용이 본원에 참고 인용된 미국 특허 번호 7,601,406에 기술된 것과 유사한 에멀션 건조 공정이 도핑 재료, 예컨대 실리콘 웨이퍼와 상이한 재료(들)로 형성된 기판의 표면 상의 도핑된 규소 나노입자 또는 다른 도펀트의 무작위, 상호연결된 망상체를 형성하는 데 사용될 수 있다. 상기 도펀트 공급 재료는 선 폭이 대략 5∼50 미크론이고, 정면 표면 범위가 1∼10%안 웨이퍼 표면 상의 제한되고 분산된 면적에서 도펀트를 도입하는 데 사용될 수 있다. 이 후, 제2 코팅 공정은 형성된 도펀트 층에 대해 재료의 제2 층을 자가 정렬하는 데 사용될 수 있다. 일부 구체예에서, 제2 코팅 공정은 도펀트 층에 에멀션을 도포하는 단계를 포함하고 에멀션 내 재료는 자가 조립되어 형성된 도펀트 패턴을 장식한다. 2개의 습식 공정 단계(인쇄 또는 기판에의 기계적 접촉을 필요로 하지 않음)에 따라, 도펀트 및 은 전극 층은 둘다 저비용 및 고효율 코팅 공정, 예컨대 태양광 전지 형성 공정을 기초로 기하학적으로 유용한 형태로 형성될 수 있다. 자가 조립되어 (표면 에너지, 위상기하학 등을 기초로 하는) 표면의 차이를 장식하는 에멀션의 용도는 또한 전체 내용이 본원에 참고 인용되는, 미국 가출원 번호 61/495,582(2011년 6월 10일 출원), 및 미국 공개된 측허 출원 번호 2011/0175065에 기술된다.
정렬된 무작위 망상체가 형성된 기판, 무작위 망상체에 사용된 코팅 재료, 및 코팅 재료의 도포 공정 및 무작위 망상체의 형성 공정은 다음과 같은 특징을 가질 수 있다.
기판 - 여러 가지 비패턴화된 기판이 사용될 수 있다. 투명한, 전도성 코팅을 갖는 물품을 제조하는 것이 목적이라면, 기판은 가시 영역(400∼800 nm)에서 광에 대해 실질적으로 투명한 것이 바람직하다. 적당한 기판의 예는 유리, 중합체 재료(예, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 또는 폴리카르보네이트), 세라믹(예, 투명한 금속 산화물), 및 반도체성 재료(예, 규소 또는 게르마늄)를 포함한다. 상기 기판은 있는 그대로 사용되거나 또는 사전처리되어 이의 표면 특성을 변경할 수 있다. 예를 들면, 기판은 사전처리되어 코팅과 기판 표면 사이의 접착력을 향상시키거나, 또는 기판의 표면 에너지를 증가 또는 조절할 수 있다. 물리적 및 화학적 사전처리가 둘다 사용될 수 있다. 물리적 사전처리의 예는 코로나, 플라즈마, 자외선, 열, 또는 화염 처리를 포함한다. 화학적 사전처리의 예는 에칭제(예, 산 에칭제), 하도제, 반사 방지 코팅, 또는 하드 코트 층(예, 내스트레치성을 제공하기 위함)을 포함한다. 구체적으로는, 기판은 광전지를 함유하는 기판, 예컨대 반도체성 기판일 수 있다.
기판은 또한 패턴화된 기판일 수 있다. 예를 들면, 비패턴화된 기판은 기판에 도포되는 투명한, 전도성 코팅 전에 패턴화될 수 있다. 일부 실시에서, 반도체성 기판은 예를 들어 레이저 드릴링(drilling) 또는 에칭을 사용하여 패턴화되어 쓰루 홀(through hole)을 형성할 수 있다. 일부 실시에서, 정렬된, 예컨대 중첩된 또는 레지스트레이션된, 무작위 망상체는 본 특허 출원과 동일자에 출원되고 그 전체 내용이 본원에 참고 인용된 대리인 문서 번호 17709-0032P01에 기술된 바와 같이 쓰루 홀을 함유하는 기판 상에 형성될 수 있다. 제1 무작위 망상체의 상부 상의 제2 무작위 망상체는 쓰루 홀 패턴으로 변형되고 대리인 문서 번호 17709-0032P01에 기술된 전도성 망상체와 유사한 특징을 형성하는 전도성 무작위 망상체일 수 있다. 예를 들면, 제1 무작위 망상체와 정렬되는, 예를 들어 중첩 또는 레지스트레이션되는 재료 이외에, 제2 패턴의 재료는 쓰루 홀 내에 도달할 수 있다. 일부 실시에서, 기판은 제1 및 제2 정렬된 무작위 망상체의 형성 이전에 패턴화될 수 있다. 다른 실시에서, 기판은 제1 무작위 망상체의 형성 이후에 그리고 제1 무작위 망상체 상의 제2 무작위 망상체의 형성 이전에 패턴화될 수 있다.
코팅 재료 - 사용하기에 적당한 코팅 재료는 비휘발성 성분 및 액체 캐리어를 포함할 수 있다. 액체 캐리어는 연속상 및 상기 연속상에 분산된 도메인을 갖는 에멀션의 형태이다.
적당한 비휘발성 성분의 예는 금속 및 세라믹 나노입자를 포함한다. 나노입자는 바람직하게는 약 100 나노미터 미만의 D90 값을 갖는다. 특정 예는 U.S. 5,476,535 및 U.S. 7,544,229(둘다 전문이 참고 인용됨)에 기술된 공정에 따라 제조된 금속 나노입자를 포함한다. 상기 2개의 특허에 기술된 바와 같이, 나노입자는 통상 2개의 금속 사이에 합금; 예컨대 은과 알루미늄 사이에 합금을 형성하는 단계, 염기성 또는 산성 침출제를 사용하여 금속, 예컨대 알루미늄 중 하나를 침출시킴으로써 다공성 금속 응집체를 형성하는 단계; 및 그리고나서 (예를 들어, 기계적 분산제, 기계적 균질화기, 초음파 균질화기, 또는 밀링 장치를 사용하여) 응집체를 붕해시켜 나노입자를 형성하는 단계에 의해 제조된다. 상기 나노입자는 붕해 이전에 코팅되어 응집이 억제될 수 있다. 일부 실시에서, 입자는 나노 크기보다 더 클 수 있다. 나노 크기 이상의 입자의 재료는 또한 반도체 웨이퍼 상의 패시베이션(passivation) 층, 예컨대 실리콘 웨이퍼 상의 질화규소 층을 통해 연소되기에 유용할 수 있는 유리 프릿을 포함하여서, 이면의 반도체와 전기적 접촉을 실현할 수 있다.
나노입자를 제조하기에 유용한 금속의 예는 은, 금, 백금, 팔라듐, 니켈, 코발트, 구리, 티탄, 이리듐, 알루미늄, 아연, 마그네슘, 주석, 및 이의 조합을 포함한다. 응집을 억제하는 나노입자의 코팅에 유용한 재료의 예는 소르비탄 에스테르, 폴리옥시에틸렌 에스테르, 알콜, 글리세린, 폴리글리콜, 유기산, 유기산 염, 유기산 에스테르, 티올, 포스핀, 저분자량 중합체, 및 이의 조합을 포함한다.
도핑에 유용한 나노입자는 반도체 층 내에 부분적으로 확산될 수 있다. 알루미늄은 코팅 재료에 사용하기에 적당한 도펀트의 예이다. 다른 적당한 도펀트는 붕소, 인, 비소, 및 갈륨을 포함할 수 있다.
액체 캐리어 내 비휘발성 성분(예, 나노입자)의 농도는 일반적으로 약 1∼50 중량%, 바람직하게는 1∼10 중량%의 범위이다. 특정 함량은 기판 표면 상에 코팅될 수 있는 조성물을 형성하도록 선택된다. 전기 전도성 코팅이 바람직한 경우, 그 함량은 건조된 코팅에서 적절한 수준의 전도성을 형성하도록 선택된다.
액체 캐리어는 연속상 및 상기 연속상에 분산된 도메인을 특징으로 하는 에멀션의 형태이다. 일부 실시에서, 에멀션은 하나 이상의 유기 액체가 연속상을 형성하고 하나 이상의 수성 액체가 분산된 도메인을 형성하는 유중수(W/O) 에멀션이다. 다른 실시에서, 에멀션은 하나 이상의 수성 액체가 연속상을 형성하고 하나 이상의 유기 액체가 분산된 도메인을 형성하는 수중유(O/W) 에멀션이다. 두 경우에서, 수성 및 유기 액체는 2개의 별개의 상이 형성되도록 서로에게 실질적으로 수비혼화성이다.
W/O 또는 O/W 에멀션에 적당한 수성 액체의 예는 물, 메탄올, 에탄올, 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 아세토니트릴, 디메틸설폭시드, N-메틸피롤리돈, 및 이의 조합을 포함한다. W/O 또는 O/W 에멀션에 적당한 유기 액체의 예는 석유 에테르, 헥산, 헵탄, 톨루엔, 벤젠, 디클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 클로로폼, 디클로로메탄, 니트로메탄, 디브로모메탄, 시클로펜탄온, 시클로헥산온, 및 이의 조합을 포함한다. 용매는 에멀션 중 연속상의 용매가 분산된 도메인의 용매보다 더 빠르게 증발되도록 선택되어야 한다. 예를 들면, 일부 실시에서, 에멀션은 유기 액체가 수성 액체보다 더욱 빠르게 증발되는 W/O 에멀션이다.
액체 캐리어는 또한 다른 첨가제를 함유할 수도 있다. 특정 예는 반응성 또는 비반응성 희석제, 산소 스캐빈저, 하드 코트 성분, 억제제, 안정화제, 착색제, 안료, IR 흡수제, 계면활성제, 습윤제, 평활제, 유동 조절제, 유동성 개질제, 슬립 제제, 분산 조제, 소포제, 결합제, 접착 증진제, 부식 억제제, 및 이의 조합을 포함한다.
일부 구체예에서, 코팅 재료가 에멀션계로서 기술되지만, 코팅 재료는 폼 기반 재료일 수 있다. 예를 들면, 코팅 재료는 기체와 혼합된 액상, 예컨대 폼 형태의 비휘발성 성분을 가질 수 있다. 바람직한 구체예에서, 상기 비휘발성 성분은 금속 나노입자이다. 금속 입자는 수계 액체 분산액에 분산되고 공기와 혼합되어 폼을 형성할 수 있다. 일부 구체예에서, 상기 분산액은 수성이며 유기 용매 및 에멀션은 수비혼화성일 필요는 없다. 상기 코팅 재료는 미국 특허 출원 공개 번호 2011/0193032에 기술되어 있으며, 이의 전체 내용은 본원에 참고 인용된다.
공정 - 적당한 코팅 공정은 스크린 인쇄, 수동 도포도구 및 수동 스프레딩을 포함할 수 있다. 다른 적당한 기법, 예컨대 스핀 코팅, 메이어 로드(mayer rod) 코팅, 그라비어 코팅, 마이크로그라비어 코팅, 커튼 코팅, 스프레이 코팅, 잉크 젯 인쇄, 오프셋 인쇄 및 임의의 적당한 기법이 또한 사용될 수 있다. 코팅 재료가 도포된 후, 주변 온도를 넘는 온도를 적용하거나 또는 하지 않고 에멀션으로부터 용매를 증발시킨다. 바람직하게는, 약 실온 내지 약 850℃ 범위 내의 온도에서 잔류 코팅을 소결시킨다. 소결은 바람직하게는 대기압에서 실시한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 소결 공정의 전부 또는 일부는 소결 공정을 유도하는 화학물질의 존재 하에 실시할 수 있다. 적당한 화학물질의 예는 포름알데히드 또는 산, 예컨대 포름산, 아세트산, 및 염산을 포함한다. 화학물질은 침착된 입자를 노출시키는 증기 또는 액체의 형태일 수 있다. 대안적으로, 상기 화학물질은 침착 이전에 나노입자를 포함하는 조성물 내에 혼입될 수 있거나, 또는 기판 상에 입자를 침착시킨 후 나노입자 상에 침착될 수 있다.
상기 공정은 또한 소결 후 처리 단계를 포함할 수도 있는데, 형성된 전도성 층은 추가로 소결, 강화, 또는 그렇지 않은 경우 열, 레이저, UV, 산 또는 다른 처리 및/또는 금속 염, 염기, 또는 이온성 액체와 같은 화학물질에의 노출을 사용하여 후처리될 수 있다. 처리된 전도성 층은 물 또는 다른 화학물질 세척 용액, 예컨대 산 용액, 아세톤, 또는 다른 적당한 액체로 세척될 수 있다. 코팅의 후처리는 롤-투-롤 공정을 비롯한, 소형 실험실 규모로 또는 보다 큰 산업 규모로 뱃치 공정 장치 또는 연속 코팅 장치에 의해 수행될 수 있다.
적당한 기판, 코팅 재료, 및 공정, 및 자가 조립 공정은 또한 미국 특허 출원 번호 12/809,195(2011년 7월 26일 출원), 미국 가출원 번호 61/495,582(2011년 6월 10일 출원), 및 미국 특허 번호 7,566,360에 기술되어 있으며 이의 전체 내용은 본원에 참고 인용된다.
일부 실시에서, 제1 및 제2 무작위 망상체의 패턴 및 정렬은 변형될 수 있다. 예를 들면, 재료 마스크는 건조된 에멀션 망상체의 불연속 면적이 형성되는 기판 표면 상에 배치되거나 침착될 수 있다. 여기서 마스크는 마스크에 의해 커버되지 않은 선택된 면적에서 이면의 웨이퍼 내에 기체, 증기 주입, 또는 도펀트의 플라즈마 상 도입을 허용하는 데 사용될 수 있다. 마스크를 포함 또는 불포함한 제2 공정은 도핑된 면역의 상부 상에 (예를 들어, 전도성 은 망상체를 형성하는) 금속을 우선적으로 코팅하는 데 사용될 수 있다.
대안적으로, 에칭 공정은 재료를 제거하고 원하는 패턴으로 망상체를 형성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, 에칭은 에멀션을 기반으로 전도성 망상체를 형성하는 제1 단계에서 사용될 수 있다. 망상체의 패턴화는 또한 미국 가출원 번호 61/536,122(2011년 9월 19일 출원)에 기술되어 있으며, 이의 전체 내용은 본원에 참고 인용된다.
정렬된 제1 및 제2 망상체가 기술되지만, 제2 망상체는 제1 망상체의 트래이스와 정렬되는 일 없이 제1 망상체에 걸쳐 무작위로 분포된 트래이스를 가질 수 있다. 더하여, 정렬된 제1 및 제2 망상체는 서로에게 완벽하게 레지스트레이션되거나 또는 중첩되지 않는 어떤 부분을 포함할 수 있다. 일부 실시에서, 정렬된 제1 및 제2 망상체는 하나 이상의 부분에서 제1 망상체의 트래이스와 정렬되는 일 없이 제1 망상체 중 각각의 하나 이상의 부분에 걸쳐 무작위로 분포된 트래이스를 갖는 제2 망상체 중 하나 이상의 부분을 포함한다.
일반적으로, 점화 단계는 2개의 정렬된, 예를 들어 중첩되거나 또는 레지스트레이션된, 무작위 망상체를 형성하는, 예컨대 태양광 전지 소자를 형성하는 2개의 공정 단계 사이에 사용될 수 있다. 제2 강화 또는 점화 단계는 또한 제2 무작위 망상체, 예컨대 금속 망상체를 소결하는 제2 단계 이후에 사용될 수 있다.
규소계 광전 변환 공학 분야에서의 사용이 상기 언급되었지만, 후속 단계에서 2개의 재료의 자가 레지스트레이션된 패턴의 이점은 다른 분야 예컨대 다른 광전 변환 공학(예, 박막 광전 변환 공학) 분야, 및 더욱 일반적으로는 전자공학 분야에서 주목할 만 하다. 예를 들면, 유사한 에멀션 건조 공정이 사용될 수 있다. 상이한 재료를 함유하는 2개의 층은 추가의 패턴화 성분을 필요로 하는 일 없이 서로의 상부 상에 바람직하게 정렬되어 생성될 수 있다.
실시예
실시예 1
TS Tech(한국 천안 소재) 코로나 처리 시스템에 의해 전달된 2 kW 코로나로 처리한 후 4 mil 미쯔비시 E100 PET 기판(미쯔비시 폴리에스테르 필름, 미쯔비시, 일본 소재)의 비-하도제 처리된 측을 사용하였고, 분당 10 m로 코로나를 통해 웹을 가공하였다.
비커에서 Misonix 3000 초음파 믹서를 사용하여 40 W에서 30초 동안 초음파처리에 의해 하기 표 1에 제시된 조성(함량(g))을 갖는 분산액을 혼합시켰다.
Figure pct00001
이 분산액에, 하기 표 2의 다음과 같은 재료를 첨가하고(함량(g)), Mixonix 3000 초음파 믹서를 사용하여, 40 W에서 각각 30초 동안 2회 전체 혼합물을 다시 초음파처리하였다.
Figure pct00002
치수가 대략 4"x4"인 (PET) 기판에 상기 에멀션을 피펫에 의해 초과량으로 도포하고, 메이어 로드에 의해 끌어내려져서(drawn down) 공칭상 24 미크론의 습윤 두께를 제공하였다. 그리고나서 도포된 에멀션을 코팅 직후 1분 동안 50℃ 오븐에서 건조시키고 분당 15 피트로 1 패스 동안 Fusion UV System F300S를 사용하여 UV 경화를 실시하였다.
이어서, 메이어 로드에 의해 공칭 30 미크론의 습윤 두께가 제공되는 것을 제외하고는 동일한 단계로 동일한 에멀션의 제2 층을 이미 코팅 및 건조된 기판의 일부에만 도포하였다.
도 2에는 생성된 필름의 현미경 사진이 도시된다. 밝은 영역은 보이드이며, 어두운 영역은 전도성 은 망상체이다. 어두운 수평선은 메이어 로드에 의해 생긴 인공물이다. 현미경 사진의 하반부에는 오직 에멀션의 제1 층을 기반으로 형성된 필름의 일부가 도시된다. 현미경 사진의 상반부에는 에멀션의 양 층을 기반으로 형성된 필름의 일부가 도시된다. 현미경 사진의 상반부에서 은 망상체가 더 어두운데, 이는 은의 더 무거운 코팅이 존재한다는 것을 나타낸다. 현미경 사진의 양 반부에서 동일 크기 또는 유사 크기를 갖는 대략 동일한 갯수의 보이드(예, 전지)가 존재하는데, 이는 제2 층이 제1 층과 정렬된다는 것을 나타낸다.
실시예 2
실시예 1에 기술된 기판을 사용하였다. 제1 층을 형성하기 위해, 실시예 1에 기술된 것과 유사한 에멀션을 사용하였다. 하지만, 0.29 g의 P204 은 분말만을 사용하였다. 제2 층을 형성하기 위해, 실시예 1에 기술된 것과 동일한 조성물을 갖는 에멀션을 사용하였다. 따라서, 에멀션의 제1 층은 2.2 중량%(0.6 중량% 은)의 총 고체 함량을 가지지만, 제2 층은 5.6 중량%(4.0 중량% 은)의 총 고체 함량을 가졌다. 실시예 1의 다른 모든 요소, 예컨대 코팅 공정을 되풀이하였다. 실시예 1에서와 같이, 전체 필름 기판 상에 제1 층을 코팅하지만, 제2 층은 제1 층의 일부 상에만 코팅하였다.
도 3∼5에는 생성된 필름의 현미경 사진이 도시된다. 도 3에는 제1 층만을 갖는 필름의 일부가 도시된다. 도 4에는 제1 층과 제2 층 사이의 오버랩을 나타내는 필름의 오버랩핑 영역이 도시된다. 도 5에는 양 층을 갖는 필름의 일부가 도시된다. 단일 층 부분에서 은 트래이스는 2-층 코팅의 트래이스보다 색상면에서 더 밝았는데, 이는 제2 코팅 단계에 의해 제조된 망상체가 제1 코팅의 상부 상에 정렬되어, 정렬된, 예컨대 중첩되거나 또는 레지스트레이션된, 단일 트래이스보다 더 많은 양의 은을 갖는 트래이스를 생성한다는 것을 나타낸다. 트래이스에 의해 분리되는 2-층 부분의 전지 (또는 보이드)는 스팟으로서 또는 트래이스로서 존재하는 소량의 은을 갖는다.
실시예 3
질화규소 패시베이션 층을 갖는 실리콘 웨이퍼(Jiangsu Green Power PV Co., Ltd.에서 구입 가능, 중국 소재)를 Nano Low Pressure Plasma System(Diener Electronic에서 구입 가능, 미국 펜실베니아주 레딩 소재)에서 1분 동안 100% 에어 플라즈마로 처리하였다. WS001을 제외하고, 하기 표 3에 나열된 모든 성분을 조립시키고, 약 30초 동안 균일해질 때까지 조립된 성분을 초음파 혼합시킴으로써 제1 에멀션계 코팅 조성물을 혼합시켰다. 그리고나서 WS001(즉, 수성 부분)을 첨가하고 에멀션계 코팅 조성물을 30초 동안 초음파 혼합시키고, 물리적으로 교반한 후, 추가 30초 동안 초음파 혼합시켰다. 메이어 로드를 사용하여 실리콘 웨이퍼의 처리된 측 상에 이러한 에멀션계 코팅 조성물을 코팅하여 약 4 미크론∼약 6 미크론의 습윤 코팅 두께를 생성하였다. 외관상 건조될 때까지 습윤 코팅을 실온에서 약 30∼60초 동안 건조시켜 제1 코팅 층을 생성하였다. 다음으로, 제1 에멀션계 코팅 조성물과 동일한 방식으로 하기 표 3에 나열된 성분을 갖는 제2 에멀션계 코팅 조성물을 초음파 혼합시켰다. 메이어 로드를 사용하여 제1 코팅 층 상에 제2 에멀션계 코팅 조성물을 코팅시켜 약 30 미크론의 습윤 코팅 두께를 생성하였다. 제2 코팅을 약 60초 동안 실온에서 건조시킨 후, 약 250℃에서 약 30분 동안 오븐에서 소결하였다. 그 결과, 예를 들어 도 1에 도시된 망상체와 유사한 전지 및 전도성 트래이스의 무작위 망상체를 형성하였다.
유사한 플라즈마-처리된 실리콘 웨이퍼를 제1 에멀션계 코팅 조성물 없이 제2 에멀션계 코팅 조성물로 코팅하였다. 망상체가 형성되지 않았다.
Figure pct00003
Figure pct00004
실시예 4
PET 기판(SH-34, 대한민국 소재의 SKC Inc.에서 상품명 Skyrol로 구입가능)을, 약 5.5 m/분의 속도로 UV 프로세서(H형 램프가 구비된 Fusion UV System F300, Fusion UV Systems Inc., 미국 메릴랜드주 게이더스버그 소재)에 통과시킴으로써 사전처리하였다. 제1 에멀션계 코팅 조성물 및 제2 에멀션계 코팅 조성물의 성분이 상기 표 3에 나열된다. 실시예 3에 기술된 것과 동일한 방법을 사용하여 에멀션계 코팅 조성물을 제조하고 혼합시켰다. 코팅 속도 11 m/분(K Control Coater Model 202, R K Print-Coat Instruments Ltd., 영국 소재)을 사용하여 제1 에멀션계 코팅 조성물을 처리된 기판 상에 코팅시켜 두께가 약 30 미크론인 습윤 코팅을 형성하였다. 그리고나서 코팅된 기판을 실온에서 약 1분 동안 건조시키고 기판 상에 제1 코팅 층을 형성하였다. 제1 코팅 층을 형성시키는 데 사용되는 것과 유사한 조건 하에서 제1 코팅 층 상에 제2 에멀션계 코팅 조성물을 코팅시켜 제2 코팅 층을 형성하였다.
도 7a 및 7b에 결과를 도시하였다. 구체적으로는, 도 7a는 제1 코팅 층만을 갖는 기판의 면적을 도시하는 현미경 사진(10X 배율)이고, 도 7b는 제1 및 제2 코팅 층을 모두 갖는 동일한 면적을 보시하는 현미경 사진이다. 양 도면의 전지 및 트래이스는 크기 및 형상이 동일한데, 이는 제2 코팅 층의 은 나노입자가 자가 조립되어 제1 코팅 층에 형성된 트래이스에 정합된다는 것을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 6a에 따르면, 메쉬의 제1 망상체, 예컨대 무작위 망상체가 기판 상에 형성된다. 일부 실시에서, 제1 망상체는 은 또는 다른 재료를 함유하고 기판은 PET 기판이다. 다른 구체예에서, 기판은 규소 기반 기판이고 제1 망상체는 규소 기반 기판에 대한 도펀트를 함유한다.
도 6b∼6e에 따르면, 제2 망상체, 예컨대 또다른 무작위 망상체는 제1 망상체 상에 자가 조립되고 제1 망상체 상에 정렬, 예컨대 중첩된다. 특히 도 6b에 따르면, 제2 망상체의 재료는 실질적으로 제1 망상체의 패턴 및 제1 망상체의 돌출(overhang) 재료를 따르게 된다. 제2 망상체의 재료 중 적어도 일부는 제1 망상체의 측 상에 수집된다. 일부 실시에서, 제1 및 제2 망상체는 PET 기판 상의 동일한 재료, 예컨대 은으로 형성된다. 전극으로서 사용되는 경우, 양 층에 의해 제공된 더 많은 양의 은 재료는 높은 전도성을 제공할 수 있다. 이 도면에는 도시되지 않았지만, 제2 망상체의 재료는 제1 망상체의 트래이스를 커버링하는 일 없이 제1 망상체의 측 상에만 배치될 수 있다. 이하 도 6c에 따르면, 제2 층은 제1 층의 맨 꼭대기에 자가 배치되고 제1 층보다 작은 면적을 갖는다. 도 6d에 따르면, 제2 망상체는 기판의 상부 상에 있는 것 대신에 제1 망상체가 기판 내에 연소, 점화, 또는 소결되는 것을 제외하고는 도 6b에 도시된 특징과 유사한 특징을 갖는다. 예를 들면, 제1 망상체가 실리콘 웨이퍼 상에 도펀트를 함유하는 경우, 도펀트는 실리콘 웨이퍼 내에 있다. 제2 망상체는 은 망상체일 수 있다. 도 6e에 따르면, 제2 망상체는 제1 망상체가 기판 내에 연소, 점화, 또는 소결되고 제1 망상체보다 기판의 표면에서 훨씬 더 넓은 면적을 갖는다는 것을 제외하고는 도 6c에 도시된 것과 유사한 특징을 갖는다. 태양광 전지에 사용되는 경우, 제1 망상체는 규소 기반 기판에 형성된 도펀트를 함유할 수 있고, 제2 망상체는 은 망상체일 수 있다.

Claims (17)

  1. 기판;
    기판 상의 제1 자가 조립된 망상체로서, 트래이스(trace) 및 상기 트래이스로 둘러싸인 보이드(void)를 가지며 제1 에멀션계 조성물로부터 형성되는 것인 제1 자가 조립된 망상체; 및
    제1 자가 조립된 망상체 상에 있고 제1 자가 조립된 망상체와 직접 접촉되는 제2 자가 조립된 망상체로서, 트래이스 및 상기 트래이스로 둘러싸인 보이드를 가지며 제2 에멀션계 조성물로부터 형성되는 것인 제2 자가 조립된 망상체
    를 포함하는 물품.
  2. 제1항에 있어서, 제2 자가 조립된 망상체는 제1 자가 조립된 망상체와 정렬되는 것인 물품.
  3. 제1항에 있어서, 제1 자가 조립된 망상체 및 제2 자가 조립된 망상체는 상이한 조성물을 갖는 것인 물품.
  4. 제1항에 있어서, 제1 자가 조립된 망상체는 제2 자가 조립된 망상체와 상이한 성분을 갖는 것인 물품.
  5. 제1항에 있어서, 제1 자가 조립된 망상체 및 제2 자가 조립된 망상체는 하나 이상의 동일한 성분을 포함하고, 상기 하나 이상의 성분은 제1 자가 조립된 망상체 및 제2 자가 조립된 망상체에서 상이한 농도를 갖는 것인 물품.
  6. 제1항에 있어서, 기판은 실리콘 웨이퍼, 중합체 필름, 또는 유리를 포함하는 것인 물품.
  7. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 자가 조립된 망상체 중 하나 이상은 전도성 나노입자를 포함하는 것인 물품.
  8. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 자가 조립된 망상체 중 하나 이상은 유리 프릿을 포함하는 것인 물품.
  9. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 자가 조립된 망상체 중 하나 이상은 기판에 대한 하나 이상의 도펀트를 포함하는 것인 물품.
  10. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 자가 조립된 망상체 중 하나 이상은 나노 크기 이상인 입자를 포함하지 않는 것인 물품.
  11. 제1항에 있어서, 제1 자가 조립된 망상체는 유리 프릿을 포함하고 제2 자가 조립된 망상체는 은 나노입자를 포함하는 것인 물품.
  12. 기판 상에 제1 에멀션계 코팅 조성물을 도포하는 단계로서, 상기 제1 에멀션계 코팅 조성물은 트래이스 및 상기 트래이스로 둘러싸인 보이드를 포함하는 제1 자가 조립된 망상체로 자가 조립되는 것인 단계; 및
    제1 자가 조립된 망상체 상에 제2 에멀션계 코팅 조성물을 도포하는 단계로서, 상기 제2 에멀션계 코팅 조성물은 제1 자가 조립된 망상체 상의 제2 자가 조립된 망상체로 자가 조립되고, 제2 자가 조립된 망상체는 트래이스 및 상기 트래이스로 둘러싸인 보이드를 포함하며 제1 자가 조립된 망상체와 직접 접촉되는 것인 단계
    를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 제1 에멀션계 조성물은 유리 프릿을 포함하고 제2 에멀션계 코팅 조성물은 은 나노입자를 포함하는 것인 방법.
  14. 제12항에 있어서, 제1 및 제2 에멀션계 조성물 중 하나 이상은 나노 크기 이상인 입자를 포함하지 않는 것인 방법.
  15. 제12항에 있어서, 제2 자가 조립된 망상체로의 자가 조립은 제1 자가 조립된 망상체와 제2 자가 조립된 망상체의 정렬을 포함하는 것인 방법.
  16. 제12항에 있어서, 제2 자가 조립된 망상체는 전도성인 방법.
  17. 제12항에 있어서, 제1 및 제2 에멀션계 조성물은 하나 이상의 동일한 성분을 포함하고, 상기 하나 이상의 동일한 성분은 제1 및 제2 에멀션계 조성물에서 상이한 농도를 갖는 것인 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201325335A (zh) * 2011-10-29 2013-06-16 Cima Nanotech Israel Ltd 經圖案化基材上之導電網路
TWI640370B (zh) * 2013-05-29 2018-11-11 以色列商客利福薄膜技術有限公司 使用光起始劑預處理基材之方法
DE102013114572A1 (de) 2013-12-19 2015-06-25 Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gmbh Verfahren zur Herstellung strukturierter metallischer Beschichtungen
WO2016020766A1 (en) 2014-08-07 2016-02-11 Sabic Global Technologies B.V. Conductive multilayer sheet for thermal forming applications

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL106958A (en) 1993-09-09 1996-06-18 Ultrafine Techn Ltd Method of producing high-purity ultra-fine metal powder
US5508348A (en) * 1994-08-12 1996-04-16 The Research Foundation Of Suny Inverted emulsion pathways to conductive polymers
US5906042A (en) * 1995-10-04 1999-05-25 Prolinx Labs Corporation Method and structure to interconnect traces of two conductive layers in a printed circuit board
JP2828035B2 (ja) * 1996-05-30 1998-11-25 日本電気株式会社 固体電解コンデンサの製造方法
US6160714A (en) * 1997-12-31 2000-12-12 Elpac (Usa), Inc. Molded electronic package and method of preparation
JP3732947B2 (ja) * 1998-04-27 2006-01-11 京セラ株式会社 太陽電池素子の製造方法
NL1010635C2 (nl) 1998-11-23 2000-05-24 Stichting Energie Werkwijze voor het vervaardigen van een metallisatiepatroon op een fotovoltaïsche cel.
US6610468B2 (en) * 2000-04-10 2003-08-26 Fuji Photo Film Co., Ltd. Silver halide photographic material
AU2003241128A1 (en) * 2002-06-13 2003-12-31 Nanopowders Industries Ltd. A method for the production of conductive and transparent nano-coatings and nano-inks and nano-powder coatings and inks produced thereby
US7601406B2 (en) 2002-06-13 2009-10-13 Cima Nanotech Israel Ltd. Nano-powder-based coating and ink compositions
US7566360B2 (en) * 2002-06-13 2009-07-28 Cima Nanotech Israel Ltd. Nano-powder-based coating and ink compositions
IL150325A (en) 2002-06-19 2010-12-30 Cima Nanotech Israel Ltd Method for the production of highly pure metallic nano-powders and nano-powders produced thereby
EP1548868A4 (en) 2002-10-03 2009-08-12 Fujikura Ltd ELECTRODE SUBSTRATE, PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT, CONDUCTIVE GLASS SUBSTRATE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF, AND PIGMENT SENSITIZATION SOLAR CELL
US20080193667A1 (en) * 2004-08-23 2008-08-14 Arkady Garbar Ink Jet Printable Compositions
KR20070085253A (ko) * 2004-09-14 2007-08-27 시마 나노 테크 이스라엘 리미티드 잉크젯 인쇄가능한 조성물
US20070186971A1 (en) 2005-01-20 2007-08-16 Nanosolar, Inc. High-efficiency solar cell with insulated vias
KR101300442B1 (ko) * 2005-06-10 2013-08-27 시마 나노 테크 이스라엘 리미티드 강화 투명 전도성 코팅 및 이의 제조 방법
JP4967437B2 (ja) * 2006-04-27 2012-07-04 旭硝子株式会社 透明導電膜の製造方法および透明導電膜
WO2008001417A1 (fr) * 2006-06-26 2008-01-03 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. Élément électroluminescent dispersif et son procédé de fabrication
JP5255870B2 (ja) * 2007-03-26 2013-08-07 株式会社半導体エネルギー研究所 記憶素子の作製方法
WO2009057637A1 (ja) * 2007-10-31 2009-05-07 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. フレキシブル透明導電フィルム及びこれを用いたフレキシブル機能性素子
TWI365551B (en) * 2007-12-14 2012-06-01 Ind Tech Res Inst Method of fabricating a electrical device
JP5302332B2 (ja) 2007-12-20 2013-10-02 シーマ ナノ テック イスラエル リミティド ナノ粒子で形成された透明電極を有する光起電力デバイス
KR20100099737A (ko) * 2007-12-20 2010-09-13 시마 나노 테크 이스라엘 리미티드 미세구조 재료 및 이의 제조 방법
US8101005B2 (en) * 2007-12-21 2012-01-24 Cima Nanotech Israel Ltd. Process of making metal nanoparticles
JP2010028105A (ja) * 2008-06-20 2010-02-04 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 記憶素子及び記憶素子の作製方法
JP2010050039A (ja) * 2008-08-25 2010-03-04 Fujimori Kogyo Co Ltd 色素増感型太陽電池の光電極基板、及びそれを用いた色素増感型太陽電池
JP5398205B2 (ja) * 2008-09-17 2014-01-29 藤森工業株式会社 色素増感型太陽電池
FR2936360B1 (fr) * 2008-09-24 2011-04-01 Saint Gobain Procede de fabrication d'un masque a ouvertures submillimetriques pour grille electroconductrice submillimetrique, masque et grille electroconductrice submillimetrique.
KR101133028B1 (ko) * 2008-11-18 2012-04-04 에스에스씨피 주식회사 태양 전지용 전극의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 태양 전지용 기판 및 태양 전지
JPWO2010101028A1 (ja) * 2009-03-02 2012-09-06 東レ株式会社 網目状金属微粒子積層フィルム及びその製造方法
US8404970B2 (en) * 2009-05-01 2013-03-26 Silicor Materials Inc. Bifacial solar cells with back surface doping
JP2011065944A (ja) * 2009-09-18 2011-03-31 Fujifilm Corp 導電膜形成用感光材料、導電性材料、表示素子及び太陽電池
US10207240B2 (en) * 2009-11-03 2019-02-19 Gen9, Inc. Methods and microfluidic devices for the manipulation of droplets in high fidelity polynucleotide assembly
US20110193032A1 (en) 2010-02-05 2011-08-11 Tecona Technologies, Inc. Composition for making transparent conductive coating based on nanoparticle dispersion
JP2011185687A (ja) 2010-03-08 2011-09-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電子顕微鏡観察用試料の作製方法
US20120174392A1 (en) * 2011-01-06 2012-07-12 Ron Shih Method of fabricating printed circuit board

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