KR20190040235A - 중합체 기반 잉크 및 페이스트의 개선된 가공 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 a) 기판을 제공하는 단계; b) 전기 전도성 조성물을 제공하는 단계; c) 상기 기판의 적어도 한 부분에 상기 전기 전도성 조성물을 적용하는 단계; 및 d) 기판 상의 상기 전기 전도성 조성물을 근적외선 광에 노출시켜 전기 전도체를 형성하는 단계를 포함하는 기판 상에 전기 전도체를 형성하는 방법에 관한 것이다. NIR 광 경화는 감열성 기판을 손상시키지 않으면서 경화된 조성물의 향상된 전기적 특성을 제공한다.
Description
본 발명은 a) 기판을 제공하는 단계; b) 전기 전도성 조성물을 제공하는 단계; c) 상기 기판의 적어도 한 부분에 상기 전기 전도성 조성물을 적용하는 단계; 및 d) 기판 상의 상기 전기 전도성 조성물을 근적외선 (NIR) 광에 노출시켜 전기 전도성 경로를 형성하는 단계를 포함하는 기판 상에 전기 전도체를 형성하는 방법에 관한 것이다. NIR 광 경화는 매우 짧은 시간 내에 감열성 기판을 손상시키지 않으면서 경화된 조성물의 향상된 전기적 특성을 제공한다.
전기 전도체는 기판의 표면에 전도성 조성물을 인쇄하거나 또는 달리 적용하고 적용된 조성물을 경화시킴으로써 기판 상에 형성된다. 섬세한 표면 상에 침착된, 인쇄된 전도성 잉크 및 페이스트는 이들의 비교적 높은 경화 온도 때문에 경화 및/또는 소결하기가 종종 어렵다. 이러한 높은 경화 온도는 종종 사용된 섬세한 기판과 양립될 수 없다.
인쇄 전자기기의 인쇄 공정에서 현재 사용되는 한 가지 경화 기술은 박스-오븐 공정에서의 경화 또는 건조이다. 박스-오븐 경화/건조 기술은 시간 소모적인 기술이다. 완전한 경화/건조는 박스-오븐 기술로 1 시간까지 걸릴 수 있다.
박스-오븐 경화 기술에 대한 대안은 IR 건조/경화이며, 이것은 점점 더 많이 사용되고 있다. IR 경화는 효과적이고 비교적 빠른 경화 기술이다. IR 건조/경화 기술은 롤-투-롤(roll-to-roll) 제조 공정에서 인-라인으로 사용될 수 있고, 이미 건조/경화 시간이 훨씬 더 빠르다. 그러나, 이 기술은 기판의 온도를 매우 급격히 증가시키고, 이것은 섬세한 기판에 불리할 수 있다.
현재 사용되는 또 다른 경화 기술은 광자 플래시이며, 이것은 빠른 경화 기술이다. 그러나, 고 용매 기반 시스템의 경우 이 기술을 단독으로 사용할 수 없다. 플래시 경화 기술의 경우, 용매는 증발시켜야 한다. 이러한 용매 제거는 통상적인 박스-오븐 건조 또는 IR 건조에 의해 수행될 수 있고, 이것은 상기에 언급된 바와 같이, 시간 소모적이고/이거나 섬세한 기판에 불리할 수 있다.
따라서, 공정 중에 섬세한 기판을 손상시키지 않으면서 빠른 건조/경화를 제공하는 경화/건조 기술이 여전히 필요하다.
도 1은 NIR 경화에 따른 기판 상의 온도 프로파일을 나타낸다.
도 2는 박스-오븐 경화에 따른 온도 프로파일을 나타낸다.
도 3은 IR 리플로우 경화에 따른 온도 프로파일을 나타낸다.
도 4는 상이한 경화 기술로 수득된 잉크 및 페이스트의 저항 값의 비교를 나타낸다.
도 5는 전기 전도성 잉크에 대한 IR 경화와 박스-오븐 경화 간의 비교를 나타낸다.
도 6은 전기 전도성 페이스트에 대한 IR 경화와 박스-오븐 경화 간의 비교를 나타낸다.
도 7은 태양 전지 효율에 미치는 NIR에 따른 후-경화의 효과를 나타낸다.
도 2는 박스-오븐 경화에 따른 온도 프로파일을 나타낸다.
도 3은 IR 리플로우 경화에 따른 온도 프로파일을 나타낸다.
도 4는 상이한 경화 기술로 수득된 잉크 및 페이스트의 저항 값의 비교를 나타낸다.
도 5는 전기 전도성 잉크에 대한 IR 경화와 박스-오븐 경화 간의 비교를 나타낸다.
도 6은 전기 전도성 페이스트에 대한 IR 경화와 박스-오븐 경화 간의 비교를 나타낸다.
도 7은 태양 전지 효율에 미치는 NIR에 따른 후-경화의 효과를 나타낸다.
발명의 요약
본 발명은 a) 기판을 제공하는 단계; b) 전기 전도성 조성물을 제공하는 단계; c) 상기 기판의 적어도 한 부분에 상기 전기 전도성 조성물을 적용하는 단계; 및 d) 기판 상의 상기 전기 전도성 조성물을 근적외선 광에 노출시켜 전기 전도체를 형성하는 단계를 포함하는 기판 상에 전기 전도체를 형성하는 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 방법에 의해 형성된 전기 전도체를 포함하는 전기 장치에 관한 것이다. 전기 장치는 태양 전지 또는 태양광 모듈일 수 있다.
발명의 상세한 설명
하기 단락에서 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그렇게 설명된 각 측면은 반대로 명확히 나타내지 않는 한 임의의 다른 측면 또는 측면들과 조합될 수 있다. 특히, 바람직한 또는 유리한 것으로 나타낸 임의의 특징은 바람직한 또는 유리한 것으로 나타낸 임의의 다른 특징 또는 특징들과 조합될 수 있다.
본 발명의 문맥에서, 사용된 용어는 문맥에서 달리 지시하지 않는 한, 다음의 정의에 따라 해석되어야 한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥에서 달리 명확히 지시하지 않는 한 단수 및 복수 지시대상을 모두 포함한다.
본원에서 사용된 바와 같은 용어 "포함하는", "포함한다" 및 "로 구성된"은 "비롯하는", "비롯한다" 또는 "함유하는", "함유한다"와 동의어이고, 포괄적이거나 또는 개방형이고, 추가의 언급되지 않은 구성원, 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다.
수치 종결점의 열거는 언급된 종결점뿐만 아니라 각 범위 내에 포괄된 모든 수 및 분수를 포함한다.
본원에서 언급된 모든 백분율, 부, 비율 등은 달리 나타내지 않는 한 중량을 기준으로 한다.
양, 농도 또는 다른 값 또는 매개변수가 범위, 바람직한 범위, 또는 바람직한 상한 값 및 바람직한 하한 값의 형태로 표현되는 경우, 수득된 범위가 문맥에서 명확히 언급되는지 여부를 고려하지 않고, 임의의 상한 또는 바람직한 값을 임의의 하한 또는 바람직한 값과 조합함으로써 수득된 임의의 범위가 구체적으로 개시된 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 인용된 모든 참고문헌은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
달리 정의되지 않는 한, 기술적 및 과학적 용어를 비롯하여, 본 발명을 개시하는데 사용된 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 같은 의미를 갖는다. 추가 지침에 의해, 본 발명의 교시내용을 더욱 잘 이해하기 위해 용어 정의가 포함된다.
본 발명에 따르면, 전기 전도성 조성물을 근적외선 광에 노출시켜 전기 전도체를 형성하는 것인 기판 상에 전기 전도체를 형성하는 방법이 제공된다.
놀랍게도 출원인은 NIR 경화 기술이 현저히 더 빠른 경화를 제공할 뿐만 아니라 경화된 조성물의 전기적 특성을 향상시킨다는 것을 드디어 발견하였다.
본 발명은 a) 기판을 제공하는 단계; b) 전기 전도성 조성물을 제공하는 단계; c) 상기 기판의 적어도 한 부분에 상기 전기 전도성 조성물을 적용하는 단계; 및 d) 기판 상의 상기 전기 전도성 조성물을 근적외선 광에 노출시켜 전기 전도체를 형성하는 단계를 포함하는 기판 상에 전기 전도체를 형성하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법은 매우 다양한 기판, 특히 감열성 기판의 표면 상에 전기 전도체를 형성하는 것에 관한 것이다. 전기 전도체를 형성하는 물질은 전형적으로 높은 건조/경화 온도를 갖고, 따라서 기판은 경화/건조 단계 동안 상승된 온도에 오랜 기간의 시간 동안 노출된다. 이것은 감열성 기판에 불리할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서 사용하기 적합한 기판은 플라스틱; 폴리에틸렌 테레프탈레이트; 폴리에틸렌; 폴리이미드; 폴리비닐클로라이드; 폴리스티렌; 폴리우레탄; 폴리카르보네이트; 텍스타일; 종이; 판지; 인쇄 회로 기판 (PCB), 예컨대 FR4 (에폭시 수지, 직조 유리 직물 보강재 및 브로민화 난연제로부터 형성됨), FR5, HDI 및 임의의 다른 유형의 에폭시 또는 페놀계 유리 충전제 보강된 라미네이트; 실리콘 웨이퍼; 투명 전도성 산화물 코팅된 기판 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명에 따른 방법은 기판의 적어도 한 부분에 전기 전도성 조성물을 적용하는 것을 포함한다.
전기 전도성 조성물은 임의의 적합한 방법에 의해 기판의 표면 상에 적용될 수 있다. 바람직하게는, 전기 전도성 조성물은 스크린 인쇄, 플렉소 그라비어 인쇄, 로토 그라비어 인쇄, 오프-셋 인쇄, 로토-스크린 인쇄, 그라비어 인쇄, 잉크젯 인쇄, 스텐실 인쇄, 제트-분배, 오거-밸브 분배, 시간-압력 분배, 슬롯-다이 코팅, 레이저 유도 전방 전달, 핀-전달, 롤 코팅, 콤마 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법, 보다 바람직하게는 플렉소 인쇄, 로토 스크린 인쇄, 스크린 인쇄, 스텐실 인쇄 및 그라비어 인쇄로 이루어진 군으로부터 선택된 방법에 의해 적용된다.
조성물은 기판의 적어도 한 부분에 적용된다. 조성물은 기판의 전체 표면, 또는 그의 일부만 커버할 수 있다. 조성물은 기판 표면의 하나의 특정 영역을 커버할 수 있거나, 또는 대칭 또는 비대칭 패턴으로 커버할 수 있다. 대칭 패턴의 예는 태양 전지의 표면 상의 핑거 및 버스 바 요소이다. 또한 임의의 유형의 인쇄된 RFID 안테나는 본 발명에 따른 방법으로부터 이점을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 전기 전도체를 형성하기 위해 기판 상의 전기 전도성 조성물을 근적외선 광에 노출시켜 전기 전도성 조성물을 경화시키는 것을 포함한다. NIR 경화는 현저히 더 빠른 경화를 제공할 뿐만 아니라, 경화된 조성물의 전기적 특성을 향상시킨다는 것이 발견되었다.
완전한 경화는 NIR 광원을 사용함으로써 매우 짧은 시간 내에 도달될 수 있다. 기판의 온도는 짧은 기간의 시간 동안만 최대 온도로 상승하고, 따라서 NIR 경화 기술은 섬세한 표면에 불리하지 않다. NIR 경화 동안 기판의 온도의 온도 곡선은 도 1에 도시되어 있다. 곡선은 최대 기판 온도가 몇 초 동안만 존재한다는 것을 보여준다. 비교로서, 박스-오븐 및 IR 기술에 대한 온도 곡선이 도 2 및 3에 도시되어 있다. 곡선은 최대 기판 온도가 IR 경화의 경우 1분에 가까운, 수초 동안 존재하고, 박스-오븐 경화의 경우 수분 동안 존재한다는 것을 보여준다.
본 발명에 따른 방법에서, 기판의 적어도 일부분 상의 전기 전도성 조성물을 근적외선 광에 30초, 바람직하게는 20초, 보다 바람직하게는 10초 동안 노출시킨다.
본 발명에 따른 방법에서 사용된 NIR 광은 350 - 2250 ㎚ 사이의 파장을 갖고, 약 750 ㎚에서 피크 파장을 갖는다.
NIR 광의 강도는 사용된 램프에 좌우된다. 상이한 공급자가 상이한 강도를 가진 램프를 공급할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 특히 바람직한 램프는 아드포스(Adphos) U-이미터이다. 본 발명에서 사용하기 적합한 상업적으로 입수가능한 NIR 광의 예는 아드포스 이노베이티브 테크놀로지스 게엠베하(Adphos Innovative Technologies GmbH)로부터의 아드포스 U 이미터 NB 18-250이다.
본 발명에 따른 방법은 기판 상의 상기 전기 전도성 조성물을 근적외선 광에 노출시키기 전에 수행되는 건조 단계를 추가로 포함할 수 있다. 건조는 임의의 통상적인 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서 사용하기 적합한 전기 전도성 조성물은 페이스트 또는 잉크의 형태로 존재한다. 적합한 전기 전도성 조성물은 수지, 전기 전도성 입자, 용매 및 추가의 첨가제를 포함할 수 있다.
전기 전도체를 형성하기 위한 본 발명에 따른 방법에서 사용하기 적합한 전형적인 전기 전도성 잉크 (ECI) 조성물은 조성물의 총 중량의 0.5 내지 15 중량%, 바람직하게는 1.0 내지 10 중량%의 수지; 조성물의 총 중량의 15 내지 75 중량%, 바람직하게는 45 내지 65 중량%의 전기 전도성 입자; 및 조성물의 총 중량의 15 내지 70 중량%, 바람직하게는 25 내지 40 중량%의 1종 이상의 유기 용매를 포함한다. 적합한 전기 전도성 잉크 (ECI) 조성물은 조성물의 총 중량의 0 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 3 중량%의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
전기 전도체를 형성하기 위한 본 발명에 따른 방법에서 사용하기 적합한 전형적인 전기 전도성 페이스트 (ECP) 조성물은 조성물의 총 중량의 0 내지 15 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 15 중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 12 중량%의 수지; 조성물의 총 중량의 45 내지 97 중량%, 바람직하게는 60 내지 95 중량%의 전기 전도성 입자를 포함한다. 적합한 전기 전도성 페이스트 (ECP) 조성물은 조성물의 총 중량의 0 내지 20 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%의 1종 이상의 유기 용매; 및 조성물의 총 중량의 0 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 3 중량%의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서 사용하기 적합한 전형적인 전기 전도성 조성물은 수지를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 방법에서 사용하기 적합한 전형적인 전기 전도성 잉크 (ECI) 조성물은 수지를 포함한다. 전기 전도성 페이스트 (ECP)는 수지를 단지 임의적인 구성성분으로서 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용하기 적합한 수지는 열경화성 또는 열가소성 수지일 수 있다.
본 발명에서 사용하기 적합한 열가소성 수지는 열가소성 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리실록산, 할로겐화 비닐 또는 비닐리덴 중합체, 폴리아미드 공중합체, 페녹시 수지, 폴리에테르, 폴리케톤, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리올, 셀룰로스 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에서 사용하기 적합한 열경화성 수지는 에폭시드, 실리콘, 아크릴레이트, BMI, 벤족사진, 시아네이트 에스테르, 올레핀, 페놀계 수지, 옥세탄, 비닐 에테르 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서 사용하기 적합한 전기 전도성 조성물은 용매를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 방법에서 사용하기 적합한 전형적인 전기 전도성 잉크 (ECI) 조성물은 용매를 포함한다. 전기 전도성 페이스트 (ECP)는 용매를 단지 임의적인 구성성분으로서 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용하기 적합한 용매는 알콜, 케톤, 에스테르, 글리콜 에스테르, 글리콜 에테르, 에테르, 아세테이트, 카르보네이트 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 용매는 디프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 헥실렌 글리콜, 1-메톡시-2-프로판올, 디아세톤 알콜, 2-에틸-1,3-헥산디올, 트리데칸올, 1,2-옥탄디올, 부틸디글리콜, 알파-테르피네올 또는 베타-테르피네올, 2-(2-부톡시에톡시)에틸 아세테이트, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 디이소부티레이트, 1,2-프로필렌 카르보네이트, 카르비톨 아세테이트, 부틸 카르비톨 아세테이트, 부틸 카르비톨, 에틸 카르비톨 아세테이트, 2-페녹시 에탄올, 헥실렌 글리콜, 디부틸프탈레이트, 이염기성 에스테르 (DBE), 이염기성 에스테르 9 (DBE-9), 이염기성 에스테르 7 (DBE-7) 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명에 따른 방법에서 사용하기 적합한 전형적인 전기 전도성 잉크 (ECI) 또는 페이스트 (ECP) 조성물은 전기 전도성 물질을 포함한다. 본 발명에서 사용하기 적합한 전기 전도성 물질은 은, 니켈, 탄소, 카본 블랙, 흑연, 그래핀, 구리, 인듐, 인듐 합금, 금, 백금, 알루미늄, 철, 아연, 코발트, 납, 주석 합금, 은 코팅된 충전제, 예컨대 은 코팅된 구리, 은 코팅된 흑연, 은 코팅된 중합체 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서 사용하기 적합한 전형적인 전기 전도성 잉크 (ECI) 또는 페이스트 (ECP) 조성물은 경화제를 추가로 포함할 수 있다. 특히, 선택된 수지가 열경화성인 경우, 경화제가 조성물에 존재한다.
본 발명에서 사용하기 적합한 경화제는 가능한 경화 메커니즘과 상관없이, 가열될 때 반응을 개시하는 임의의 유형의 경화제이다. 본 발명에서 사용하기 적합한 경화제의 예는 임의의 유형의 아미드 또는 아민 - 에폭시-아민 부가물, 이미다졸, 피페라진, 피페리딘, 피라졸, 퓨린, 트리아졸을 포함함; 디카르복실산; 무수물; 메르캅탄; 티올; 폴리술피드; 개시/활성화시 초강산을 생성하여 경화를 촉발시키는 루이스 산 또는 염, 전형적으로는 SbF6 또는 PF6 기반 아이오도늄 또는 술포늄 염; 퍼옥시드; 가열시 해리되는 아조 화합물 및 그의 혼합물이다.
본 발명에 따른 방법에서 사용하기 적합한 전형적인 전기 전도성 잉크 (ECI) 또는 페이스트 (ECP) 조성물은 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용하기 적합한 첨가제는 레올로지 첨가제, 습윤제, 분산제, 소포제, 접착 촉진제, 부식 방지제, 억제제, 안정화제, 플럭싱제, 계면활성제 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
한 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법에서 사용하기 적합한 전기 전도성 잉크 조성물은,
a) 0.5 내지 15 중량%의 수지;
b) 15 중량% 내지 75 중량%의 전기 전도성 은 입자; 및
c) 10 내지 70 중량%의 1종 이상의 유기 용매
를 포함하고,
여기서 모든 중량%는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
또 다른 실시양태에서 본 발명에 따른 방법에서 사용하기 적합한 전기 전도성 잉크 조성물은,
a) 0.5 내지 15 중량%의 수지;
b) 15 중량% 내지 75 중량%의 전기 전도성 은 입자;
c) 15 내지 70 중량%의 1종 이상의 유기 용매; 및
d) 0.01 내지 3 중량%의 1종 이상의 첨가제
를 포함하고,
여기서 모든 중량%는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
한 실시양태에서 본 발명에 따른 방법에서 사용하기 적합한 전기 전도성 페이스트 조성물은,
a) 0 내지 15 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 15중량%의 수지; 및
b) 45 중량% 내지 97 중량%의 전기 전도성 은 입자
를 포함하고,
여기서 모든 중량%는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
또 다른 실시양태에서 본 발명에 따른 방법에서 사용하기 적합한 전기 전도성 페이스트 조성물은,
a) 0 내지 15 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 15중량%의 수지;
b) 45 중량% 내지 97 중량%의 전기 전도성 은 입자;
c) 0.1 내지 15 중량%의 1종 이상의 유기 용매, 및
d) 0.01 내지 3 중량%의 1종 이상의 첨가제
를 포함하고,
여기서 모든 중량%는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
본 발명은 전기 장치에 관한 것이며, 이것은 본 발명에 따른 방법에 의해 형성된 전기 전도체를 포함한다. 전기 장치는 고속 인쇄된 전자 장치일 수 있다. 전기 장치는 인쇄된 회로를 포함하는 임의의 장치일 수 있다. 보다 구체적으로, 전기 장치는 태양 전지 또는 태양광 모듈일 수 있고, 이것은 본 발명에 따른 방법에 의해 형성된 전기 전도체를 포함한다.
실시예
이하에 기재된 실시예는 본 발명의 실시양태에 따른 조성물의 특성을 예시한다. 달리 나타내지 않는 한, 하기 실시예에서 뿐만 아니라 설명 전반에 걸쳐 모든 부 및 백분율은 각각 중량부 또는 중량%이다.
하기 실시예는 개시내용이 보다 쉽게 이해될 수 있도록 예시 목적을 위해 포함되고, 달리 구체적으로 나타내지 않는 한 개시내용의 범주를 제한하는 것으로 결코 의도되어서는 안 된다.
실시예 1
인켐(InChem)으로부터의 페녹시 수지 PKHH; 모멘티브(Momentive)로부터의 용매 중 페놀계 수지 PF9132KP; 메탈로르(Metalor)로부터의 Ag 플레이크 GA238-11.
실시예 2
도와(DOWA)로부터의 Ag 플레이크 FA-S-6; 메탈로르로부터의 Ag 플레이크 GA238-11; 시그마 알드리치(Sigma Aldrich)로부터의 루페록스 10.
실시예 3
BYK 케미로부터의 디스퍼빅 110; 인비스타(Invista)로부터의 DBE-9; 아사히 가세이(Asahi Kasei)로부터의 사란 F-310; 메탈로르로부터의 Ag 플레이크 AA 3462, 루브리졸(Lubrizol)로부터의 에스탄 5715.
실시예 4
아르케마(Arkema)로부터의 크레이발락 수퍼.
실시예 5
인켐으로부터의 페녹시 수지; 메탈로르에 의해 공급된 Ag 플레이크 P 554-19; 도와로부터의 Ag 플레이크 SAB 520.
도 4는 상이한 경화 기술로 수득된 경화된 잉크 및 페이스트의 저항 값의 비교를 도시한다. 조성물을 스크린 인쇄에 의해 기판 (ITO 코팅된 실리콘 웨이퍼)의 표면에 적용하였다. 적용된 조성물을 NIR에 5-10초 동안 노출시키고 조성물을 건조 또는 경화시켰다. 또한, 동일한 조성물의 추가의 샘플을 통상적인 박스-오븐 경화 (20분) 및 IR 경화 (10초)로 경화시켰다. 도면에서 알 수 있듯이, 전기적 특성은 NIR로 경화된 조성물을 사용한 경우 더 양호하다. 동시에, 통상적인 박스-오븐 경화에 20분 동안 노출된 경우 조성물의 소결이 관찰되었다. 반면에, NIR 경화를 사용하면, 소결은 10초 이내에 이루어졌다. 이러한 결과는 NIR 경화를 사용하는 본 발명에 따른 방법이, 최적의 전기적 특성을 보장하면서 매우 빠른 경화 방법을 제공한다는 것을 보여준다. ECI는 실시예 4이고 ECP 1 및 ECP 2는 실시예 5의 변형이다.
실시예 5a 및 5b
도 5 및 6은 박스-오븐 (20분) 및 IR 경화 (10초)로 수득된 경화된 잉크 및 페이스트의 저항 값의 비교를 도시한다. 조성물을 스크린 인쇄에 의해 기판 (ITO 코팅된 실리콘 웨이퍼)의 표면에 적용하고 경화시켰다. 상이한 폭, 즉 60 ㎛, 65 ㎛ 및 75 ㎛ 폭을 가진 3개의 상이한 스크린 개구를 사용하였다. 후속적으로, 선 저항은 트랙의 저항 (4-포인트 프로브로 측정됨)을 트랙의 길이로 나눔으로써 산출되었다. 시험 결과는 인쇄된 모든 선폭에서, 박스-오븐 경화로 경화된 물질이, 훨씬 더 짧은 시간에 IR로 경화될 때보다 훨씬 더 낮은 저항을 제공한다는 것을 보여준다. 이것은 페이스트 및 잉크에 모두 적용된다.
도 1, 2 및 3은 박스-오븐, IR 및 NIR 경화 동안 기판의 온도 프로파일을 도시한다. NIR 경화는 짧은 기간의 시간 (몇 초) 동안만 더 높은 온도에 기판을 노출시키는 반면, 박스-오븐 및 IR 경화 방법은 모두 더 오랜 기간의 시간 (몇 분 내지 수분) 동안 더 높은 온도에 기판을 노출시키고, 이것은 섬세한 기판에 불리할 수 있다.
온도 프로파일은 열전대를 내열 테이프로 기판 (이 경우에 ITO 코팅된 실리콘 웨이퍼)에 고정시키고 경화 프로파일을 실행함으로써 측정되었다. 열전대를 PC와 연결하고 피코로그(PicoLog) 소프트웨어를 통해 온도 프로파일을 기록하였다.
예를 들어 능동형 태양 전지 및 플라스틱으로서 감열성 기판은, 짧은 기간의 시간 동안 고온을 견딜 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 기판을 손상시키지 않으면서 이러한 기판 상에 매우 높은 전도성 물질의 사용을 가능하게 한다.
실시예 6
본 발명에 따른 방법의 경화 단계는 또한 후-가공 단계로서 사용될 수 있다. 이것은 이미 상이한 기술로 경화된 경화성 물질에, 추가의 NIR 경화가 제공될 수 있다는 것을 의미한다. 결과는 추가의 NIR 경화가 물질의 보다 양호한 전도성, 및 따라서 보다 양호한 성능을 제공한다는 것을 보여준다.
태양 전지는 첫 날에 인쇄되었고 통상적인 박스-오븐 경화 기술을 사용함으로써 경화되었다. 실시예 4의 조성물이 본원에서 사용되었다. 전지의 효율을 시간 경과에 따라 측정하였다. 성능에서의 느린 저하가 눈에 띈다 (도 7 참조, 모든 기호는 상이한 전지를 나타낸다). 67일 후 (2개 샘플) 및 82일 후 (1개 샘플), 전지 중 일부 (그래프에서 별모양 기호에 의해 표시됨)가 NIR로 3.6초 동안 후-경화되었다. 후속적으로, 전지 효율이 한 번 더 측정되었고, 초기 전지 효율보다 높은 것으로 밝혀졌다. 도 7은 이러한 결과를 보여준다.
전지의 효율은 I-V 시험으로 측정되었다. 사용된 시험 장비는 등급 AAA, 일정한 조명 태양 시뮬레이터를 가진 인더스트리얼 비전 테크놀로지 (에스) 프라이빗 리미티드 (Industrial Vision Technology (S) Pte Ltd) (싱가포르)로부터의 태양 전지 I-V 시험기였다.
Claims (10)
- a) 기판을 제공하는 단계;
b) 전기 전도성 조성물을 제공하는 단계;
c) 상기 기판의 적어도 한 부분에 상기 전기 전도성 조성물을 적용하는 단계; 및
d) 기판 상의 상기 전기 전도성 조성물을 근적외선 광에 노출시켜 전기 전도체를 형성하는 단계
를 포함하는 기판 상에 전기 전도체를 형성하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 방법이 기판 상의 상기 전기 전도성 조성물을 근적외선 광에 노출시키기 전에 수행되는 건조 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판 상의 상기 전기 전도성 조성물을 근적외선 광에 30초, 바람직하게는 20초, 보다 바람직하게는 10초 동안 노출시키는 것인 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판이 플라스틱, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리이미드, 폴리비닐클로라이드, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 텍스타일, 종이, 판지, 인쇄 회로 기판 (PCB), 실리콘 웨이퍼, 투명 전도성 산화물 코팅된 기판 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 전도성 조성물이 스크린 인쇄, 플렉소 그라비어 인쇄, 로토 그라비어 인쇄, 오프-셋 인쇄, 로토-스크린 인쇄, 그라비어 인쇄, 잉크젯 인쇄, 스텐실 인쇄, 제트-분배, 오거-밸브 분배, 시간-압력 분배, 슬롯-다이 코팅, 레이저 유도 전방 전달, 핀-전달, 롤 코팅, 콤마 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법, 바람직하게는 플렉소 인쇄, 로토 스크린 인쇄, 스크린 인쇄, 스텐실 인쇄 및 그라비어 인쇄로 이루어진 군으로부터 선택된 방법에 의해 기판에 적용되는 것인 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 전도성 조성물이 페이스트 또는 잉크의 형태로 존재하는 것인 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 전기 전도성 조성물이 잉크이고,
a) 0.1 내지 15 중량%의 수지;
b) 15 중량% 내지 75 중량%의 전기 전도성 입자; 및
c) 10 내지 70 중량%의 1종 이상의 유기 용매
를 포함하며,
여기서 모든 중량%가 조성물의 총 중량을 기준으로 하는 것인 방법. - 제6항에 있어서, 상기 전기 전도성 조성물이 페이스트이고,
a) 0 내지 15 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 15 중량%의 수지; 및
b) 45 중량% 내지 97 중량%의 전기 전도성 입자,
c) 0 내지 15 중량%의 1종 이상의 유기 용매
를 포함하며,
여기서 모든 중량%가 조성물의 총 중량을 기준으로 하는 것인 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 형성된 전기 전도체를 포함하는 전기 장치.
- 제9항에 있어서, 상기 전기 장치가 태양 전지 또는 태양광 모듈인 전기 장치.
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