含铜导电浆料和由此制成的电极制造技术

本文公开了含铜(含Cu)导电浆料，通过焙烧基板上的含Cu导电浆料形成的铜(Cu)电极，以及包括具有此类Cu电极的结构元件的制品，其中所述含Cu导电浆料包含分散于有机介质中的经涂覆的铜颗粒粉末和玻璃料。

Copper containing conductive paste and electrode made therefrom

This paper discloses copper (Cu) conductive paste by roasting substrate containing Cu conductive paste formed of copper (Cu) electrode, and the products include structural components with such Cu electrode, wherein the conductive paste containing Cu dispersed in an organic medium by powder coated copper particles and glass material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及含铜导电浆料和通过焙烧由此制成的电极。
技术介绍
贵金属粉末，诸如银粉，在电子行业中用于制造导电浆料。将导电浆料丝网印刷到基板上，形成导电电路图案。然后对这些电路进行干燥和焙烧以使液态有机介质挥发和烧尽并烧结金属颗粒。当贵金属诸如金、银和钯用作导体时，由于这些金属可在空气中焙烧，可减少对加热炉的资金投入。然而，由于贵金属价格昂贵，所以使用贵金属会造成材料成本剧增。铜是半导体电路等制品中广泛使用的导电组分。与银和其它贵金属相比，铜的优势在于价格较低。但铜不能在空气中焙烧，因为它易于氧化，这样便增大了资金投入，因为需要在氮气氛等下进行焙烧。因此，在使用导电浆料形成电极的过程中，需要开发将满足以下要求的技术：1)能够使用廉价的铜粉，2)能够在空气中进行焙烧，以及3)实现低电极电阻。
技术实现思路
本文提供一种含铜(含Cu)导电浆料，该含铜导电浆料包含：(a)约10重量％至95重量％的经涂覆的Cu颗粒的粉末，以及(b)约0.1重量％至15重量％的玻璃料，粉末和玻璃料分散于(c)有机介质中，其中构成所述浆料的所有组分的总重量％总计达100重量％，并且其中，(i)经涂覆的Cu颗粒由芯Cu颗粒构成，所述芯Cu颗粒表面涂覆有锗(Ge)，并且Ge的含量水平为基于100重量份的所述芯Cu颗粒计约0.01重量份至35重量份，并且(ii)有机介质由溶于至少一种溶剂中的至少一种有机聚合物构成。在含Cu导电浆料的一个实施方案中，包含于经涂覆的Cu颗粒中的Ge的含量水平为基于100重量份的所述芯Cu颗粒计约0.1重量份至30重量份。在含Cu导电浆料的另一个实施方案中，包含于经涂覆的Cu颗粒中的Ge的含量水平为基于100重量份的所述芯Cu颗粒计约0.2重量份至25重量份。在含Cu导电浆料的另一个实施方案中，所述经涂覆的Cu颗粒还包含表面涂覆在所述芯Cu颗粒上的硼(B)，并且B的含量水平为基于100重量份的所述芯Cu颗粒计约0重量份至15重量份。在含Cu导电浆料的另一个实施方案中，B的含量水平为基于100重量份的所述芯Cu颗粒计约0.05重量份至10重量份。在含Cu导电浆料的另一个实施方案中，B的含量水平为基于100重量份的所述芯Cu颗粒计约0.05重量份至3重量份。在含Cu导电浆料的另一个实施方案中，包含于经涂覆的Cu颗粒中的芯Cu颗粒具有约0.08μm-50μm的粒径(D50)。在含Cu导电浆料的另一个实施方案中，包含于经涂覆的Cu颗粒中的芯Cu颗粒具有约1μm-30μm的粒径(D50)。在含Cu导电浆料的另一个实施方案中，包含于经涂覆的Cu颗粒中的芯Cu颗粒具有约1μm-15μm的粒径(D50)。本文还提供一种制品，其包括结构元件，其中所述结构元件由基板和至少一个Cu电极构成，其中所述至少一个Cu电极通过以下方法形成：(I)以预先确定的形状并在预先确定的位置处将含Cu导电浆料施加到基板的一个侧面上；(II)干燥所述含Cu导电浆料；以及(III)焙烧所述含Cu导电浆料以形成至少一个Cu电极，并且其中，所述含Cu导电浆料包含：(a)约10重量％至95重量％的经涂覆的Cu颗粒的粉末，以及(b)约0.1重量％至15重量％的玻璃料，粉末和玻璃料分散于(c)有机介质中，其中包含于所述浆料中的所有组分的总重量％总计达100重量％，并且其中，(i)经涂覆的Cu颗粒由芯Cu颗粒构成，所述芯Cu颗粒表面涂覆有Ge，并且Ge的含量水平为基于100重量份的所述芯Cu颗粒计约0.01重量份至35重量份，并且(ii)有机介质由溶于至少一种溶剂中的至少一种有机聚合物构成。在一个实施方案中，并且在步骤(III)期间，含Cu导电浆料在空气中焙烧。在另一个实施方案中，所述制品为选自下列的电子制品：显示器、太阳能电池、电容器、晶体管、电感器、以及电阻加热器。本文还提供一种太阳能电池，其包括半导体基板和附接到半导体基板的前侧或后侧的至少一个Cu电极，其中所述至少一个Cu电极通过以下方法形成：(I)以预先确定的形状并在预先确定的位置处将含Cu导电浆料施加到半导体基板的前侧或后侧上；(II)干燥所述含Cu导电浆料；以及(III)焙烧所述含Cu导电浆料以形成至少一个Cu电极，并且其中，所述含Cu导电浆料包含：(a)约10重量％至95重量％的经涂覆的Cu颗粒的粉末，以及(b)约0.1重量％至15重量％的玻璃料，粉末和玻璃料分散于(c)有机介质中，其中包含于所述浆料中的所有组分的总重量％总计达100重量％，并且其中，(i)经涂覆的Cu颗粒由芯Cu颗粒构成，所述芯Cu颗粒表面涂覆有Ge，并且Ge的含量水平为基于100重量份的所述芯Cu颗粒计约0.01重量份至35重量份，并且(ii)有机介质由溶于至少一种溶剂中的至少一种有机聚合物构成。在一个实施方案中，并且在步骤(III)期间，含Cu导电浆料在空气中焙烧。在另一个实施方案中，所述半导体基板选自单晶硅、多晶硅。在太阳能电池的另一个实施方案中，至少一个Cu电极在半导体基板的前侧上并且以多个平行导电指状物和垂直于所述导电指状物的一个或多个前侧汇流条的形式形成。在太阳能电池的另一个实施方案中，所述至少一个Cu电极在半导体基板的背侧上并且以一个或多个背侧汇流条的形式形成。附图说明图1(a)是未经涂覆的Cu颗粒的扫描电子显微镜(SEM)图像。图1(b)是经涂覆的Cu颗粒的SEM图像。图1(c)和图1(d)是经涂覆的Cu颗粒的横截面的SEM图像。图2(a)为太阳能电池的前表面的平面图。图2(b)和图2(c)为具有背侧电极的不同设计的太阳能电池的剖视图。具体实施方式本文公开了含铜(含Cu)导电浆料，通过焙烧基板上的含Cu导电浆料形成的铜(Cu)电极，以及包括具有此类Cu电极的结构元件的制品。含Cu导电浆料本文公开的含Cu导电浆料包含无机粉末诸如经涂覆的Cu颗粒的粉末和玻璃料，该粉末和玻璃料分散到有机介质中以形成“浆料”，所述浆料具有用于施加到基板上的合适粘度。玻璃料包含易熔氧化物，诸如玻璃生成体、中间体氧化物、和/或改性剂。如本文所用，术语“易熔的”是指材料在加热时变成流体的能力，诸如焙烧操作中所用的加热。在一些实施方案中，易熔材料由一种或多种易熔子组分组成。例如，易熔材料可包含玻璃材料、或者两种或更多种玻璃材料的混合物。细粉形式(例如，粉碎操作所致)的玻璃材料常被称为“玻璃料”，并且容易掺入到本专利技术的浆料组合物中。玻璃料可为结晶的、部分结晶的、非晶态的、部分非晶态的、或它们的组合。如本文所用，术语“玻璃”是指微粒固体形式，诸如氧化物或氟氧化物，其至少主要为非晶态的，意味着紧邻任何选定原子(即，在第一配位壳层中)处保留了短程原子有序性，但以更大的原子能级距离耗散(即，不存在长程周期有序性)。因此，完全非晶态材料的X射线衍射图表现出宽漫射峰，而不是结晶材料的明确界定的窄峰。在后一种情况下，特征晶面的整齐间距产生窄峰，所述窄峰在倒晶格空间中的位置符合布拉格定律。玻璃材料在加热接近或超过其玻璃化转变温度或软化点Tg时也不表现出基本的结晶放热，所述软化点被定义为差热分析(DTA)扫描中所见的第二转化点。在一个实施方案中，用于本专利技术浆料组合物中的玻璃材料的软化点在300℃至800℃的范围内。还预期玻璃料中的氧化物的一些或全部可由表现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含铜(含Cu)导电浆料，所述含铜导电浆料包含：a)约10重量％至95重量％的经涂覆的Cu颗粒的粉末，以及b)约0.1重量％至15重量％的玻璃料，所述粉末和玻璃料分散于有机介质中c)有机介质，其中构成所述浆料的所有组分的总重量％总计达100重量％，并且其中，(i)所述经涂覆的Cu颗粒由芯Cu颗粒构成，所述芯Cu颗粒表面涂覆有锗(Ge)，并且Ge的含量水平为基于100重量份的所述芯Cu颗粒计约0.01重量份至35重量份，并且(ii)所述有机介质由溶于至少一种溶剂中的至少一种有机聚合物构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种含铜(含Cu)导电浆料，所述含铜导电浆料包含：a)约10重量％至95重量％的经涂覆的Cu颗粒的粉末，以及b)约0.1重量％至15重量％的玻璃料，所述粉末和玻璃料分散于有机介质中c)有机介质，其中构成所述浆料的所有组分的总重量％总计达100重量％，并且其中，(i)所述经涂覆的Cu颗粒由芯Cu颗粒构成，所述芯Cu颗粒表面涂覆有锗(Ge)，并且Ge的含量水平为基于100重量份的所述芯Cu颗粒计约0.01重量份至35重量份，并且(ii)所述有机介质由溶于至少一种溶剂中的至少一种有机聚合物构成。2.根据权利要求1所述的含Cu导电浆料，其中，包含于所述经涂覆的Cu颗粒中的Ge的含量水平为基于100重量份的所述芯Cu颗粒计约0.1重量份至30重量份。3.根据权利要求2所述的含Cu导电浆料，其中，包含于所述经涂覆的Cu颗粒中的Ge的含量水平为基于100重量份的所述芯Cu颗粒计约0.2重量份至25重量份。4.根据权利要求1所述的含Cu导电浆料，其中所述经涂覆的Cu颗粒还包含表面涂覆在所述芯Cu颗粒上的硼(B)，并且B的含量水平为基于100重量份的所述芯Cu颗粒计约0重量份至15重量份。5.根据权利要求4所述的含Cu导电浆料，其中B的含量水平为基于100重量份的所述芯Cu颗粒计约0.05重量份至10重量份。6.根据权利要求5所述的含Cu导电浆料，其中所述B的含量水平为基于100重量份的所述芯Cu颗粒计约0.05重量份至3重量份。7.根据权利要求1所述的含Cu导电浆料，其中，包含于所述经涂覆的Cu颗粒中的所述芯Cu颗粒具有约0.08μm-50μm的粒径(D50)。8.根据权利要求7所述的含Cu导电浆料，其中，包含于所述经涂覆的Cu颗粒中的所述芯Cu颗粒具有约1μm-30μm的粒径(D50)。9.根据权利要求8所述的含Cu导电浆料，其中，包含于所述经涂覆的Cu颗粒中的所述芯Cu颗粒具有约1μm-15μm的粒径(D50)。10.一种制品，所述制品包括结构元件，其中所述结构元件由基板和至少一个Cu电极构成，其中所述至少一个Cu电极通过以下方法形成：(I)以预先确定的形状并在预先确定的位置处将含Cu导电浆料施加到所述基板的一个侧面上；(II)干燥所述含Cu导电浆料；以及(III)焙烧所述含Cu导电浆料以形成至少一个Cu电极，其中，所述含Cu导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆敏芳，
申请(专利权)人：EI内穆尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：美国;US