TW201322470A - 於基材上對齊的網路 - Google Patents
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Abstract
本發明尤其係關於一者位於另一者頂部之兩個網路，該等網路係基於含有乳液或發泡體之塗覆材料形成於基材上。該兩個網路可自相同材料(例如，諸如銀等導電材料)形成，或可自不同材料形成。形成該等不同網路之該等塗覆材料可具有不同網路材料濃度。
Description
本揭示內容係關於在基材上對齊之網路，尤其係形成於基材上之一者與另一者對齊且位於其頂部之兩個網路。
本申請案主張2011年10月29日提出申請之美國臨時申請案第61/553,191號(其全部內容以引用方式併入本文中)之優先權。
在光伏打領域中，高性能太陽能電池效率需要多個昂貴處理步驟來製造太陽能電池中之期望特徵。該等步驟因增加製程成本而限制了太陽能電池之應用。
在習用太陽能電池設計中，將光生電流驅動至以下兩個電極：(1)底部(通常連續且均勻)電極，其位於太陽能電池之底部側；及(2)精細導線印刷陣列，其位於與底部側相對之前側(照射側)。位於太陽能電池前側之精細導線印刷陣列可藉由將銀膏絲網印刷至精細線圖案中來形成。
在底部電極與前側電極之間，習用太陽能電池包含含有存於半導電材料中之摻雜劑之發射體。發射體可位於前側電極下方。儘管將前側電極圖案化，但在習用太陽能電池設計中，半導電材料內之摻雜劑無需該平面內圖案化。太陽能電池可含有自底部側至前側透過電池深度具有不同摻雜之區域。然而，在垂直於深度方向之平面內，摻雜劑通常分散均勻。
在一態樣中，基於含有乳液或發泡體之塗覆材料在基材上形成一者位於另一者頂部之兩個網路。該兩個網路可自相同材料(例如，諸如銀等導電材料)形成，或可自不同材料形成。形成該等不同網路之該等塗覆材料可具有不同網路材料濃度。在一些實施方案中，在兩個網路係自相同非揮發性材料形成時，不同網路中之網路材料可具有不同濃度。位於第一網路頂部之第二網路可具有與第一網路之圖案對齊之圖案。在一些實施方案中，第二網路之圖案配準或疊加於第一網路之圖案上。第二網路之表面積可與第一網路實質上相同。在一些實施方案中，第一網路之表面積大於第二網路之表面積，或反之亦然。第一及第二網路可皆位於基材表面上。在一些實施方案中，第一網路位於基材內，且第二網路位於基材表面上及第一網路頂部。
網路可係隨機網路、規則網路二者，或一者係相對隨機網路且一者係相對規則網路。下文之論述通常使用隨機網路。然而，在一些情形下(尤其係第一網路)，網路可具有規則間隔。規則網路闡述於美國臨時申請案第61/495,582號中，該案件之全部內容以引用方式併入本文中。因此，所有或大部分與隨機網路相關之特徵可經規則網路代替。
對齊之第一及第二隨機網路可具有各種應用。舉例而言，其可用於太陽能電池中。在第一及第二隨機網路皆自導電材料形成時，對齊網路可用作太陽能電池前側之電極且提供高於含有單一網路之電極之導電性。在第一及第二網路係自不同材料形成時，在一些實施方案中，第一網路
係自摻雜劑材料(例如，摻雜矽顆粒)形成以在太陽能電池基材之頂部或內部形成發射體。第二網路係自導電材料形成以用作太陽能電池基材前側之電極。
在另一態樣中，本揭示內容描述一種物件，其包括基材、位於基材上之第一自組裝網路及位於第一自組裝網路上之第二自組裝網路。第一自組裝網路具有跡線及於跡線之中之空隙，且係自基於乳液之第一組合物形成。第二自組裝網路與第一自組裝網路直接接觸。第二自組裝網路亦具有跡線及於跡線之中之空隙，且係自基於乳液之第二組合物形成。
在另一態樣中，本揭示內容描述包括將基於乳液之第一塗覆組合物施加於基材上之方法。基於乳液之第一塗覆組合物自組裝成包括跡線及於跡線之中之空隙之第一自組裝網路。該方法亦包括將基於乳液之第二塗覆組合物施加於第一自組裝網路上。基於乳液之第二塗覆組合物自組裝成位於第一自組裝網路上之第二自組裝網路。第二自組裝網路包括跡線及於跡線之中之空隙，且與第一自組裝網路直接接觸。
本揭示內容之物件及方法亦可包含一或多個下列實施例。第二自組裝網路與第一自組裝網路對齊。第一自組裝網路及第二自組裝網路具有不同組成。第一自組裝網路與第二自組裝網路具有不同組份。第一自組裝網路及第二自組裝網路包括一或多種相同組份，且該一或多種組份在第一自組裝網路及第二自組裝網路中具有不同濃度。基材包
括矽晶圓、聚合膜或玻璃。第一及第二自組裝網路中之至少一者包括導電奈米顆粒。第一及第二自組裝網路中之至少一者包括玻璃料。第一及第二自組裝網路中之至少一者在包括至基材之一或多種摻雜劑。第一及第二自組裝網路中之至少一者不含奈米級或更大之顆粒。第一自組裝網路包括玻璃料且第二自組裝網路包括銀奈米顆粒。
本揭示內容之物件及方法亦可包含一或多個下列實施例。基於乳液之第一組合物包括玻璃料且基於乳液之第二塗覆組合物包括銀奈米顆粒。基於乳液之第一組合物及基於乳液之第二組合物中之至少一者不含奈米級或更大之顆粒。自組裝成第二自組裝網路包括使第二自組裝網路與第一自組裝網路對齊。第二自組裝網路可導電。基於乳液之第一組合物及基於乳液之第二組合物包括一或多種相同組份，且該一或多種相同組份在基於乳液之第一組合物及基於乳液之第二組合物中具有不同濃度。
自說明及圖式將明瞭其他特徵、目標及優點。
期望藉由減小太陽能電池前側之印刷電極面積及/或藉由減小電池中摻雜區域(平面內，其中該平面垂直於太陽能電池之深度方向)表面積來相對於習用設計改良太陽能電池之性能。前表面上之較小銀導體面積容許更多光進入太陽能電池之光活性部分且改良效率。具有較小面積之摻雜區域進一步改良效率。
一種達成該改良性能之方式係使用兩個圖案化步驟：第
一步驟係局部摻雜太陽能電池基材之所選區，且第二步驟係塗覆位於摻雜區正上方(例如，疊加於上面)且與其對齊之電極。在一些實施方案中，在局部摻雜步驟中將矽奈米顆粒或其他摻雜劑形式摻雜至局部區中。隨後，施加燒製步驟以使該等摻雜劑在太陽能電池基材中以化學方式或以電方式活化。可在太陽能電池之前側及底部側上形成電極，且可將前側電極圖案化並燒製。
在一實例中，形成摻雜劑及圖案化電極之第一及第二步驟包含使用在太陽能電池前側印刷兩個圖案。已藉由Innovalight(現為DuPont)研發該等技術。印刷製程可較為昂貴，且使第一圖案與第二圖案對齊之細節可導致由此產生之太陽能電池具有對齊誤差及有關性能或良率損失。
通常，需要一定程度之高溫燒製或處理引入摻雜劑。該高溫處理可與用於前側電極之金屬電極技術不相容，由此始終鼓勵保持使用單獨印刷步驟處理之兩個單獨(但通常對齊)圖案。
在一些實施方案中，乳液之自組織性質可有力地用於在表面上製作有用圖案或網路，包含製造導電網格。該等隨機金屬網格亦可用於光伏打電池中。根據一實例，圖1展示此一金屬網格之顯微照片，其中暗區係銀跡線且亮區係於跡線之中之非導電性透光空隙或孔隙。隨機金屬網格闡述於美國專利第7,601,406號中，且該等網格在光伏打電池中之應用闡述於美國專利申請公開案第2011/0175065號中，該兩個專利之全部內容皆以引用方式併入本文中。
在一些實施方案中，基於乳液在基材(例如，太陽能電池基材)上形成兩個彼此位於頂部之對齊(例如，配準或疊加)隨機網路。特定而言，可基於乳液分別形成與基材材料不同之圖案化材料之第一層及含有導電網路之圖案化材料之第二層。可藉由自組裝形成第一及第二圖案(或網路)。舉例而言，第二層之材料可直接自對齊於第一層頂部，由此形成對齊(例如，疊加或配準)之兩個層。在一些實施方案中，圖案化材料之第一層可為第二網路之底層網路。底層網路可為並不包含任一奈米顆粒之低固體網路。舉例而言，底層網路係自含有少量(例如，1-2 wt%)非揮發性組份(例如黏合劑、黏著劑、潤濕劑及流變性改質劑)之乳液形成。在另一實例中，底層網路不含奈米級或更大之顆粒。不期望受限於理論，低固體網路可提供期望表面能量以配準圖案化材料之第二層。
第一及第二圖案/網路之表面積可實質上相同。舉例而言，與第一網路對齊之第二隨機網路實質上遵循第一隨機網路之圖案。在一些實施方案中，第二圖案/網路之表面積大於第一圖案之表面積/網路。舉例而言，除位於第一網路之頂部外，第二網路之至少一些材料沿第一網路之跡線之側面聚集。在該等實施方案中，第一網路之跡線由第二網路之材料拓寬，且第一網路之跡線之中之孔隙藉由部分地填充而發生收縮。在一些實施方案中，第二網路在第一網路頂部相對較薄且在第一網路之跡線之側面相對較厚。在其他實施方案中，第二網路實質上皆位於第一網路
之跡線之側面。
兩個層中之材料可相同，或可不同。具有相同材料之兩個層之一實例係位於銀網路頂部之銀網路。此一配置增加了銀網路之導電性。在將銀網路用於太陽能電池中作為太陽能電池前側之電極時，可見光透過太陽能電池之百分比最低程度地由該等網路減小。兩種不同材料之一實例係具有摻雜劑之第一層及具有銀之第二層，由此在(例如)半導體表面(例如基於矽之太陽能電池基材)上形成疊加於摻雜劑層上之導電銀網路。亦可在第一及/或第二網路中使用除銀外之材料。在一些實施方案中，第二層不含銀。在一些實例中，第二層可包含一或多種摻雜劑。在其他實施方案中，第一層可包含玻璃料。
可基於乳液形成隨機網路且使用與由隨機網路所界定之區標稱地/主要地選擇性對齊(例如直接配準於隨機網路頂部)之第二層連續塗覆。基於相同或不同乳液形成第二層。兩個層可自相同材料(例如，導電金屬奈米顆粒)形成，或其可含有不同材料(例如，摻雜劑層以及隨後之導電銀網路)。另外，若兩個層係自相同材料(例如，導電銀)形成，則乳液中組份(例如，銀)之濃度對於不同層而言可不同。所闡述之製程及材料可用於增強透明、導電銀網路之導電性，或其可用於具有改良性能之太陽能電池。
可使用與美國專利第7,601,406號(其全部內容併入本文中)中所闡述類似之乳液乾燥製程在基材(其自與摻雜材料不同之材料(例如，矽晶圓)形成)表面上形成摻雜矽奈米顆
粒或其他摻雜劑之隨機互連網路。該等摻雜劑源材料可用於以大約5-50微米之線寬及1-10%之前表面覆蓋率將摻雜劑引入晶圓表面上之限定及分散區中。隨後，可使用第二塗覆製程使第二材料層與所形成摻雜劑層自對齊。在一些實施例中，第二塗覆製程包含將乳液施加至摻雜劑層中且使乳液中之材料自修飾以裝飾所形成之摻雜劑圖案。使用兩個濕製程步驟(皆無需印刷基材或與基材機械接觸)，摻雜劑及銀電極層皆可使用基於低成本及高效率塗覆製程(例如，太陽能電池形成製程)之幾何學有用形狀形成。自組裝以修飾表面差異(基於表面能量、形態等等)之乳液之應用亦闡述於美國臨時申請案第61/495,582號(2011年6月10日提出申請)及美國公開專利申請案第2011/0175065號中，該等案件之全部內容皆以引用方式併入本文中。
上面形成對齊隨機網路之基材、用於隨機網路之塗覆材料及施加塗覆材料且形成隨機網路之製程可具有下列特徵。
基材-可使用各種未圖案化基材。若目的係製備具有透明導電塗層之物件，則基材較佳地實質上可透過可見區域(400-800 nm)中之光。適宜基材之實例包含玻璃、聚合材料(例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯或聚碳酸酯)、陶瓷(例如透明金屬氧化物)及半導電材料(例如矽或鍺)。基材可按原樣使用或經預處理以改變其表面性質。舉例而言，基材可經預處理以改良塗層與基材表面之間之黏著，或增加或控制基材之表面能。可
使用物理預處理與化學預處理二者。物理預處理之實例包含電暈、電漿、紫外、熱或火焰處理。化學預處理之實例包含蝕刻劑(例如酸蝕刻劑)、底塗層、抗反射塗層或硬塗層(例如，以提供耐刮性)。特定而言，基材可為含有光伏打電池之基材，例如，半導電基材。
基材亦可為圖案化基材。舉例而言，未圖案化基材可在將透明導電塗層施加至基材中之前圖案化。在一些實施方案中，可(例如)使用雷射鑽製或蝕刻來圖案化半導電基材以形成通孔。在一些實施方案中，可在含有通孔之基材上形成對齊(例如，疊加或配準)隨機網路，如代理檔案第17709-0032P01號(與本專利申請案在同一天提出申請且其全部內容以引用方式併入本文中)中所闡述。位於第一隨機網路頂部之第二隨機網路可為藉由通孔圖案改良且形成與代理檔案第17709-0032P01號中所闡述導電網路類似之特徵之導電隨機網路。舉例而言，除彼等與第一隨機網路對齊(例如，疊加或配準)之材料外，第二圖案中之材料亦可到達通孔。在一些實施方案中，可在形成第一及第二對齊隨機網路之前圖案化基材。在其他實施方案中，可在形成第一隨機網路之後且在第一隨機網路上形成第二隨機網路之前圖案化基材。
塗覆材料-供使用之適宜塗覆材料可包含非揮發性組份及液體載劑。液體載劑係呈具有連續相及分散於該連續相中之域之乳液形式。
適宜非揮發性組份之實例包含金屬及陶瓷奈米顆粒。奈
米顆粒之D90值較佳小於約100奈米。具體實例包括根據闡述於U.S.5,476,535及U.S.7,544,229(二者之全部內容皆以引用方式併入)中之方法製備之金屬奈米顆粒。如該兩個專利中所述，奈米顆粒通常係藉由以下步驟來製備：在兩種金屬之間形成合金，例如在銀與鋁之間形成合金；使用鹼性或酸性浸出劑浸出該等金屬之一者(例如鋁)以形成多孔金屬聚結物；且然後崩解該聚結物(例如使用機械分散器、機械均質器、超音波均質器或研磨裝置)以形成奈米顆粒。可在崩解之前塗覆奈米顆粒以抑制聚結。在一些實施方案中，顆粒可大於奈米級。用於奈米級或更大顆粒之材料亦可包含玻璃料，該玻璃料可用於經由半導體晶圓上之鈍化層(例如矽晶圓上之氮化矽層)進行燃燒，由此確立與下伏半導體之電接觸。
可用於製造奈米顆粒之金屬之實例包含銀、金、鉑、鈀、鎳、鈷、銅、鈦、銥、鋁、鋅、鎂、錫及其組合。可用於塗覆奈米顆粒以抑制聚結之材料之實例包含山梨醇酐酯、聚氧乙烯酯、醇、丙三醇、聚乙二醇、有機酸、有機酸鹽、有機酸酯、硫醇、膦、低分子量聚合物及其組合。
用於摻雜之有用奈米顆粒可部分地擴散至半導體層中。鋁係用於塗覆材料中之適宜摻雜劑之一實例。其他適宜摻雜劑可包含硼、磷、砷及鎵。
液體載劑中之非揮發性組份(例如奈米顆粒)之濃度通常在約1-50 wt%、較佳地1-10 wt%範圍內。選擇具體量以產生可塗覆於基材表面上之組合物。在期望導電塗層時，選
擇該量以在各種塗層中產生適度導電率。
液體載劑係呈特徵為連續相及分散於該連續相中之域之乳液形式。在一些實施方案中，乳液係油包水(W/O)乳液，其中一或多種有機液體形成連續相且一或多種水性液體形成分散域。在其他實施方案中，乳液係水包油(O/W)乳液，其中一或多種水性液體形成連續相且一或多種有機液體形成分散域。在兩種情形下，水性液體與有機液體彼此間實質上不混溶，從而形成兩個不同相。
用於W/O或O/W乳液之適宜水性液體之實例包含水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、乙腈、二甲基亞碸、N-甲基吡咯啶酮及其組合。用於W/O或O/W乳液之適宜有機液體之實例包含石油醚、己烷、庚烷、甲苯、苯、二氯乙烷、三氯乙烯、氯仿、二氯甲烷、硝甲烷、二溴甲烷、環戊酮、環己酮及其組合。應選擇溶劑以使乳液中連續相之溶劑比分散域之溶劑蒸發得更快。舉例而言，在一些實施方案中，乳液係W/O乳液，其中有機液體比水性液體蒸發得更快。
液體載劑亦可含有其他添加劑。具體實例包含反應性或非反應性稀釋劑、去氧劑、硬塗層組份、抑制劑、穩定劑、著色劑、顏料、IR吸收劑、表面活性劑、潤濕劑、整平劑、流動控制劑、流變性改質劑、滑動劑、分散助劑、消泡劑、黏合劑、黏著促進劑、腐蝕抑制劑及其組合。
在一些實施例中，儘管將塗覆材料闡述為基於乳液，但塗覆材料可為基於發泡體之材料。舉例而言，塗覆材料可
具有存於液相中之與氣體混雜之非揮發性要素，例如呈發泡體形式。在一較佳實施例中，非揮發性要素係金屬奈米顆粒。金屬顆粒可分散於基於水之液體分散液中且與空氣混合以形成發泡體。在一些實施例中，此一分散液係水性且無需不混溶有機溶劑及乳液。此一塗覆材料闡述於美國專利申請案公開案第2011/0193032號中，該專利之全部內容以引用方式併入本文中。
製程-適宜塗覆製程可包含絲網印刷、人工施加及人工展布。亦可使用其他適宜技術，例如旋塗、梅爾棒塗(mayer rod coating)、凹版塗覆、微凹版塗覆、幕塗、噴塗、噴墨印刷、膠版印刷及任一適宜技術。在施加塗覆材料之後，在應用或不應用高於室溫之溫度下，自乳液蒸發溶劑。較佳地，在約室溫至約850℃範圍內之溫度下燒結剩餘塗層。燒結較佳地係在環境大氣壓下發生。
另一選擇為或另外，所有或一部分燒結製程可在誘導燒結製程之化學物質存在下發生。適宜化學物質之實例包含甲醛或酸(例如甲酸、乙酸及鹽酸)。化學物質可呈沈積顆粒暴露於其中之蒸氣或液體形式。另一選擇為，該等化學物質可在沈積之前納入包括奈米顆粒之組合物中，或可在將奈米顆粒沈積於基材上之後沈積於該等顆粒上。
該等製程亦可包含後燒結處理步驟，其中可使用熱、雷射、UV、酸或其他處理及/或暴露於諸如金屬鹽、鹼或離子型液體等化學物質對所形成導電層進一步燒結，退火，或以其他方式進行後處理。可使用水或其他化學洗滌溶液
(例如酸溶液、丙酮或其他適宜液體)洗滌經處理導電層。可藉由批式處理設備或連續塗覆設備以較小實驗室規模或較大工業規模來實施塗覆後處理，包含輥-輥製程。
適宜基材、塗覆材料及製程及自組裝製程亦闡述於美國專利申請案第12/809,195號(2011年7月26日提出申請)、美國臨時申請案第61/495,582號(2011年6月10日提出申請)及美國專利第7,566,360號，該等案件之全部內容以引用方式併入本文中。
在一些實施方案中，可改良第一及第二隨機網路之圖案及對齊。舉例而言，可將材料遮罩置於或沈積於擬形成乾燥乳液網路之不連續區的基材表面上。此處，可使用遮罩將摻雜劑氣體、蒸氣植入或電漿相引入所選區中未由遮罩覆蓋之下伏晶圓中。可使用第二製程(其使用或不使用遮罩)優先在摻雜區頂部塗覆金屬(例如，形成導電銀網路)。
另一選擇為，可使用蝕刻製程去除材料且以期望圖案形成網路。舉例而言，可在第一步驟中使用蝕刻形成基於乳液之導電網路。圖案化網路亦闡述於2011年9月19日提出申請之美國臨時申請案第61/536,122號中，該案件之全部內容以引用方式併入本文中。
儘管闡述對齊之第一及第二網路，但第二網路可具有隨機分佈於第一網路中而並不與第一網路之跡線對齊之跡線。另外，對齊之第一及第二網路可包含並不完全彼此配準或疊加之一些部分。在一些實施方案中，對齊之第一及第二網路包含第二網路之一或多個如下部分：其具有隨機
分佈於第一網路之各別一或多個部分中而並不與該一或多個部分中第一網路之跡線對齊之跡線。
一般而言，可在形成兩個對齊(例如，疊加或配準)隨機網路(例如，形成太陽能電池裝置)之兩個製程步驟之間使用燒製步驟。亦可在第二步驟之後使用第二退火或燒製步驟以燒結第二隨機網路(例如，金屬網路)。
儘管在上文中提及用於基於矽之光伏打應用中，但在隨後步驟中兩種材料之自配準圖案之益處對於其他應用(例如其他光伏打(例如，薄膜光伏打)應用及更通常而言電子應用)而言亦較為明顯。舉例而言，可使用類似乳液乾燥製程。可使用較佳對齊在彼此之頂部生成兩個含有不同材料之層，此無需其他圖案化要素。
在已使用如藉由TS Tech(Cheonan，韓國)電暈處理系統遞送之2 kW電暈處理之後，使用4密耳Mitsubishi E100 PET基材(Mitsubishi Polyester Film,Mitsubishi，日本)之非定向處理側，經由電暈以10 m/min處理網片。
在40 W下使用Misonix 3000超音波處理混合器於燒杯中藉由超音波處理將具有表1中所展示組合物(以克表示量)之分散液混合30秒。
向該分散液中添加表2中之下列材料(以克表示量)，且在40 W下使用Mixonix 3000超音波處理混合器將整個混合物再超音波處理兩次(各自30秒)。
藉由移液管將乳液過量施加至尺寸為大約4"×4"之(PET)基材上，且藉由梅爾棒向下牽拉以提供24微米之標稱濕厚
度。然後在塗覆之後立即將所施加乳液在50℃烘箱中乾燥1分鐘，且使用Fusion UV System F300S以15英尺/分鐘實施一次UV固化。
隨後，使用相同步驟將相同乳液之第二層施加至已塗覆及乾燥基材之僅一部分上，只是藉由梅爾棒提供30微米之標稱濕厚度。
圖2展示所得膜之顯微照片。亮區係空隙，而暗區係導電銀網路。暗水平線係藉由梅爾棒產生之人為構造。顯微照片之下半部分展示僅基於乳液之第一層所形成之膜部分。顯微照片之上半部分展示基於兩個乳液層所形成之膜部分。顯微照片之上半部分中之銀網路較暗，此表明存在較濃密銀塗層。在顯微照片之兩個半部分中存在大致相同數量之具有相同大小或類似大小之空隙(例如，電池)，此表明第二層與第一層對齊。
使用實例1中所闡述之基材。為形成第一層，使用與實例1中所闡述類似之乳液。然而，僅使用0.29 g P204銀粉。為形成第二層，使用與實例1中所闡述之乳液具有相同組成之乳液。因此，乳液之第一層具有2.2 wt%之總固體含量(0.6 wt%銀)，而第二層具有5.6 wt%之總固體含量(4.0 wt%銀)。重複實例1之所有其他要素(例如，塗覆製程)。如同實例1中，將第一層塗覆於整個膜基材上，而將第二層僅塗覆於第一層之一部分上。
圖3-5展示所得膜之顯微照片。圖3展示僅具有第一層之
膜部分。圖4展示膜之重疊區域(其展示第一與第二層之間之重疊)。圖5展示具有兩個層之膜部分。單層部分中之銀跡線之顏色比雙層塗層中之跡線更亮，此表明在第一塗層頂部對齊且藉由第二塗覆步驟產生之網路產生具有銀量大於單一跡線之對齊(例如，疊加或配準)跡線。藉由跡線分離且位於雙層部分中之電池(或空隙)存在少量銀作為斑點或作為跡線。
在奈米低壓電漿系統(可自Diener Electronic,Reading,PA獲得)中使用100%空氣電漿將具有氮化矽鈍化層(可自Jiangsu Green Power PV有限公司，中國獲得)之矽晶圓處理1分鐘。藉由組裝表3中所列示除WS001外之所有組份來混合基於乳液之第一塗覆組合物，且以超音波方式將所組裝組份混合約30秒直至其均勻為止。然後添加WS001(亦即水性部分)且將基於乳液之塗覆組合物以超音波方式混合30秒，以物理方式攪動，且然後以超音波方式再混合30秒。使用梅爾棒將此基於乳液之塗覆組合物塗覆於矽晶圓之經處理側上以產生約4微米至約6微米之濕塗層厚度。使濕塗層在室溫下乾燥約30-60秒，直至為止其目測乾燥為止，此產生第一塗層。接下來，以與基於乳液之第一塗覆組合物相同之方式，以超音波方式混合具有表3中所列示組份之基於乳液之第二塗覆組合物。使用梅爾棒將基於乳液之第二塗覆組合物塗覆於第一塗層上以產生約30微米之濕塗層厚度。將第二塗層在室溫下乾燥約60秒，然後在約
250℃下於烘箱中燒結約30分鐘。因此，形成電池及導電跡線之隨機網路，例如，類似於圖1中所展示之網路。
使用基於乳液之第二塗覆組合物且並不使用基於乳液之第一塗覆組合物來塗覆類似經電漿處理之矽晶圓。並不形成網路。
藉由以約5.5米/min之速度通過UV處理機(具有H型燈之Fusion UV System F300，Fusion UV Systems公司，Gaithersburg,MD)來預處理PET基材(SH-34，可以商標名Skyrol自SKC公司，韓國獲得)。基於乳液之第一塗覆組合物及基於乳液之第二塗覆組合物之組份列示於表3中。使
用與實例3中所闡述相同之方法來製備基於乳液之塗覆組合物並混合。使用11米/分鐘之塗覆速度將基於乳液之第一塗覆組合物塗覆於經處理基材上以形成厚度為約30微米之濕塗層(202型K Control塗覆機，R K Print-Coat Instruments有限公司，UK)。然後將經塗覆基材在室溫下乾燥約1分鐘且在基材上形成第一塗層。在與形成第一塗層所使用彼等條件類似之條件下，將基於乳液之第二塗覆組合物塗覆於第一塗層上以形成第二塗層。
結果展示於圖7A及7B中。特定而言，圖7A係展示僅具有第一塗層之基材區之顯微照片(10×放大率)，且圖7B係展示具有第一及第二塗層之相同區之顯微照片。可看到，兩個圖中之電池及跡線具有相同大小及形狀，此表明第二塗層之銀奈米顆粒自組裝從而貼合自第一塗層形成之跡線。
參照圖6A，在基材上形成網格之第一網路(例如，隨機網路)。在一些實施方案中，第一網路含有銀或其他材料且基材係PET基材。在其他實施例中，基材係基於矽之基材且第一網路含有用於基於矽之基材之摻雜劑。
參照圖6B-6E，在第一網路上自組裝第二網路(例如，另一隨機網路)且對齊(例如，疊加)於第一網路上。特定而言，參照圖6B，第二網路中之材料實質上遵循第一網路之圖案且懸突於第一網路之材料上。第二網路中之至少一些材料聚集於第一網路之側面。在一些實施方案中，第一及第二網路係自相同材料(例如，銀)形成於PET基材上。在
用作電極時，藉由兩個層提供之較大量銀材料可提供高導電性。儘管並未展示於此圖中，但第二網路之材料可僅位於第一網路之側面而並不覆蓋第一網路之跡線。現參照圖6C，第二層在第一層頂部自組裝且具有小於第一層之面積。參照圖6D，第二網路具有類似於圖6B中所展示特徵之特徵，只是將第一網路燃燒、燒製或燒結至基材中而非位於基材頂部。舉例而言，在第一網路在矽晶圓上含有摻雜劑時，摻雜劑位於矽晶圓內。第二網路可為銀網路。參照圖6E，第二網路具有類似於圖6C中所展示之彼等特徵之特徵，只是將第一網路燃燒、燒製或燒結至基材中且在基材表面中之區域遠寬於第一網路。在用於太陽能電池中時，第一網路可含有形成於基於矽之基材中之摻雜劑，且第二網路可為銀網路。
圖1係基材表面上之隨機網路之顯微照片。
圖2-5係基材表面之顯微照片，在該基材表面上形成單一隨機網路、兩個對齊隨機網路或重疊之單一及雙重隨機網路。
圖6A係基材上之隨機網路之示意圖。
圖6B-6E係基材上之兩個對齊隨機網路之示意圖。
圖7A係上面形成單一隨機網路之基材表面區之顯微照片。
圖7B係圖7A之表面區之顯微照片，其中在單一隨機網路頂部形成額外之第二隨機網路。
Claims (17)
- 一種物件，其包括：基材；第一自組裝網路，其位於該基材上，該第一自組裝網路具有跡線及於該等跡線之中之空隙且係自基於乳液之第一組合物形成；及第二自組裝網路，其位於該第一自組裝網路上且與該第一自組裝網路直接接觸，該第二自組裝網路具有跡線及於該等跡線之中之空隙且係自基於乳液之第二組合物形成。
- 如請求項1之物件，其中該第二自組裝網路與該第一自組裝網路對齊。
- 如請求項1之物件，其中該第一自組裝網路及該第二自組裝網路具有不同組成。
- 如請求項1之物件，其中該第一自組裝網路具有與該第二自組裝網路不同之組份。
- 如請求項1之物件，其中該第一自組裝網路及該第二自組裝網路包括一或多種相同組份，且其中該一或多種組份在該第一自組裝網路及該第二自組裝網路中具有不同濃度。
- 如請求項1之物件，其中該基材包括矽晶圓、聚合膜或玻璃。
- 如請求項1之物件，其中該等第一及第二自組裝網路中之至少一者包括導電奈米顆粒。
- 如請求項1之物件，其中該等第一及第二自組裝網路中之至少一者包括玻璃料。
- 如請求項1之物件，其中該等第一及第二自組裝網路中之至少一者包括至該基材之一或多種摻雜劑。
- 如請求項1之物件，其中該等第一及第二自組裝網路中之至少一者不含奈米級或更大之顆粒。
- 如請求項1之物件，其中該第一自組裝網路包括玻璃料且該第二自組裝網路包括銀奈米顆粒。
- 一種方法，其包括：將基於乳液之第一塗覆組合物施加於基材上，該基於乳液之第一塗覆組合物自組裝成包括跡線及於該等跡線之中之空隙之第一自組裝網路；及將基於乳液之第二塗覆組合物施加於該第一自組裝網路上，該基於乳液之第二塗覆組合物在該第一自組裝網路上自組裝成第二自組裝網路，該第二自組裝網路包括跡線及於該等跡線之中之空隙且與該第一自組裝網路直接接觸。
- 如請求項12之方法，其中該基於乳液之第一組合物包括玻璃料且該基於乳液之第二塗覆組合物包括銀奈米顆粒。
- 如請求項12之方法，其中該基於乳液之第一組合物及該基於乳液之第二組合物中之至少一者不含奈米級或更大之顆粒。
- 如請求項12之方法，其中該自組裝成該第二自組裝網路 包括使該第二自組裝網路與該第一自組裝網路對齊。
- 如請求項12之方法，其中該第二自組裝網路係導電的。
- 如請求項12之方法，其中該基於乳液之第一組合物及該基於乳液之第二組合物包括一或多種相同組份，且其中該一或多種相同組份在該基於乳液之第一組合物及該基於乳液之第二組合物中具有不同濃度。
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