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CN104126230A - 包括各向同性或各向异性导电层的光伏电池和制品 - Google Patents

包括各向同性或各向异性导电层的光伏电池和制品 Download PDF

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CN104126230A
CN104126230A CN201280069711.3A CN201280069711A CN104126230A CN 104126230 A CN104126230 A CN 104126230A CN 201280069711 A CN201280069711 A CN 201280069711A CN 104126230 A CN104126230 A CN 104126230A
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CN
China
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doped region
conductive layer
composition
bottom substrate
electrode
Prior art date
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Pending
Application number
CN201280069711.3A
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约翰·D·阿尔博
蒂凡尼·曼乔莱特
T·P·米切尔
尼古拉斯·E·鲍威尔
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Dow Silicones Corp
Original Assignee
Dow Corning Corp
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Publication date
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Abstract

本发明涉及一种光伏(PV)电池，所述光伏电池包括包含硅并包括至少一个掺杂区的底部基板。所述PV电池还包括集电器，所述集电器设置在所述底部基板的所述掺杂区上并具有与所述底部基板的所述掺杂区物理接触的下部和与所述下部相对的上部。所述PV电池还包括导电层，所述导电层为电各向同性或各向异性的并设置在所述集电器附近。所述导电层与所述底部基板经由所述集电器电连通。所述导电层包含粘结剂和导电粒子，所述导电粒子含有至少一种选自元素周期表8族至14族金属的金属。所述导电粒子赋予所述导电层各向同性或各向异性导电性。

Description

包括各向同性或各向异性导电层的光伏电池和制品
相关专利申请的交叉引用
本专利申请要求2011年12月14日提交的系列号为61/570,768的美国临时专利申请和2012年6月22日提交的系列号为61/663,249的美国临时专利申请的权益，将它们的公开内容全文以引用方式并入本文。
技术领域
本发明整体涉及光伏(PV)电池以及涉及用于组装相关PV电池的制品。所述PV电池和制品均包括各向同性或各向异性导电层。
背景技术
前表面和后表面金属化是使得能收集和传输载流子的光伏(PV)电池的重要方面。在正面PV电池构造中，金属化通常为格栅的形式，其包含连接到较厚母线的导电材料的窄线或“指状物”。在背面PV电池构造中，金属化通常为电极的形式(例如，铝层)，其通常包含由Ag形成的触点。触点穿过后部层而设置。触点可以为母线或极板的形式。将互联条(例如，带状物)焊接到触点/母线/极板以将多个PV电池连接在一起(例如，串联)并最终传输电流。
传统的焊料包含铅(Pb)作为主要的组分，因为其具有优异的导电性并且易于操作。除了与Pb相关的已知风险外，在PV电池中使用传统的焊料通常需要较高温度下的加工，从而导致PV电池的热应力。另外，在PV电池中使用传统的焊料可在PV电池上产生高点或导致PV电池翘曲。因此，仍有机会提供适于PV电池应用中的电流传输和/或电连接的改进材料。
发明内容
本发明提供包括包含硅的底部基板的光伏(PV)电池。该PV电池包括至少一个掺杂区。该PV电池还包括设置在底部基板的掺杂区上的集电器。集电器具有与底部基板的掺杂区物理接触的下部以及与下部相对的上部。该PV电池还包括为电各向同性或各向异性的导电层。导电层设置在集电器附近并与底部基板经由集电器电连通。导电层包含粘结剂和导电粒子。导电粒子含有至少一种选自元素周期表8族至14族金属的金属。导电粒子赋予导电层各向同性或各向异性导电性。该PV电池可用于多种应用，如用于将许多不同波长的光转化成电流。
本发明还提供用于组装相关光伏电池的制品。该制品包括用于运载电流的带状物和导电层。导电层如上所示。该制品可用于多种应用，如构造于PV电池中。
本发明还提供用于形成光伏电池中的导电层的为电各向同性或各向异性的导电有机硅组合物。该导电有机硅组合物包含有机硅组合物和导电粒子。这些导电粒子如上所示。导电粒子赋予导电有机硅组合物各向同性或各向异性导电性。该导电有机硅组合物可用于多种应用，如构造于PV电池中以形成导电层。
本发明还提供形成PV电池的方法，该PV电池包括底部基板，该底部基板包含硅并包括至少一个掺杂区。该PV电池还包括集电器，该集电器设置在底部基板的掺杂区上并具有与底部基板的掺杂区物理接触的下部和与下部相对的上部。该方法包括邻近集电器施加为电各向同性或各向异性的导电组合物的步骤。该导电组合物包含粘结剂。该导电组合物还包含导电粒子。导电粒子如上文所示并为导电组合物赋予各向同性或各向异性导电性。该导电组合物还包含含有具有1至30个碳原子的烃的溶剂。该方法还包括从导电组合物中移除或基本上移除溶剂以形成导电层的步骤。该方法可用于多种应用，如用于形成将许多不同波长的光转化成电流的PV电池。
附图说明
参考下文的“具体实施方式”并结合附图可更好地理解本发明，从而更容易地认识本发明，附图中：
图1A是PV电池的实施例的前视图，该PV电池包括底部基板、钝化层、包括多个指状物的集电器以及一对母线；
图1B是PV电池的实施例的后视图，该PV电池包括底部基板、包括第一电极的集电器以及三组被构造成接触极板的第二电极；
图2是PV电池的另一个实施例的部分横截面侧视图，示出了底部基板的上部掺杂区、包括多个指状物的集电器以及导电层；
图3是PV电池的另一个实施例的部分横截面侧视图，示出了底部基板的上部掺杂区、包括多个指状物的集电器、导电层以及带状物；
图4是PV电池的另一个实施例的部分横截面侧视图，示出了底部基板的上部掺杂区、包括多个指状物的集电器、钝化层以及导电层；
图5是PV电池的另一个实施例的部分横截面侧视图，示出了底部基板的上部掺杂区、包括多个指状物的集电器、钝化层、导电层以及带状物；
图6是PV电池的另一个实施例的部分横截面侧视图，示出了底部基板的上部掺杂区、包括多个指状物的集电器、母线以及导电层；
图7是PV电池的另一个实施例的部分横截面侧视图，示出了底部基板的上部掺杂区、包括多个指状物的集电器、母线、导电层以及带状物；
图8是PV电池的另一个实施例的部分横截面侧视图，示出了底部基板的上部掺杂区、包括多个指状物的集电器、钝化层、母线以及导电层；
图9是PV电池的另一个实施例的部分横截面侧视图，示出了底部基板的上部掺杂区、包括多个指状物的集电器、钝化层、母线、导电层以及带状物；
图10是示意图，示出了在导体形成过程中导电组合物的聚合物固化和焊料回流；
图11是在形成导体后导电组合物的放大横截面侧视图，示出了固化后的聚合物、回流后的焊料、金属粒子以及焊料与金属粒子之间的金属间层；
图12是PV电池的另一个实施例的部分横截面侧视图，示出了底部基板的后部掺杂区、包括第一电极的集电器、第二电极以及导电层；
图13是PV电池的另一个实施例的部分横截面侧视图，示出了底部基板的后部掺杂区、包括第一电极的集电器、第二电极、导电层以及带状物；
图14是PV电池的另一个实施例的部分横截面侧视图，示出了底部基板的后部掺杂区、形式为包括指状物的接触栅的包括第一电极的集电器、钝化层、第二电极以及导电层；
图15是PV电池的另一个实施例的部分横截面侧视图，示出了底部基板的后部掺杂区、形式为包括指状物的接触栅的包括第一电极的集电器、钝化层、第二电极、导电层以及带状物；
图16是PV电池的实施例的横截面侧视图，示出了底部基板的上部和后部掺杂区、钝化层、包括多个指状物的集电器、母线、包括第一电极的另外的集电器、一组第二电极以及多个导电层；
图17是PV电池的实施例的横截面侧视图，示出了底部基板的上部和后部掺杂区、钝化层、包括多个指状物的集电器、母线、包括第一电极的另外的集电器、一组第二电极、多个导电层以及多个带状物；
图18是PV电池的实施例的部分横截面透视图，示出了底部基板的上部和后部掺杂区、钝化层、包括多个指状物的集电器、包括第一电极的另外的集电器、多个导电层以及多个带状物，其中一个带状物设置在PV电池的导电层之一上；
图19是PV电池的实施例的部分横截面透视图，示出了底部基板的上部和后部掺杂区、钝化层、包括多个指状物的集电器、一对母线、包括第一电极的另外的集电器、一对第二电极以及多个导电层，其中一个导电层设置在PV电池的母线之一上；
图20是图19的PV电池和多个带状物，其中一个带状物设置在PV电池的导电层之一上；
图21是用于组装相关光伏电池的制品的实施例的部分横截面透视图，示出了带状物和导电层；
图22是PV电池的实施例的示意性前视图，该PV电池包括钝化层、不连续的指状物和母线；
图23是PV电池的实施例的示意性前视图，该PV电池包括钝化层、不连续的指状物、补充性指状物和母线；
图24是PV电池的实施例的示意性前视图，该PV电池包括钝化层、指状物、母线和补充性母线极板；
图25是PV电池的实施例的示意性前视图，该PV电池包括钝化层、指状物、一对母线和补充性母线；
图26是PV电池的实施例的示意性前视图，该PV电池包括钝化层、具有极板的指状物和母线；
图27是PV电池的实施例的示意性前视图，该PV电池包括钝化层、具有中空极板的指状物和母线；并且
图28是PV电池的实施例的示意性前视图，该PV电池包括钝化层、不连续的指状物、补充性指状物和母线。
具体实施方式
现在参见附图，其中在所有几个视图中，相同的标号表示相同的部件，光伏(PV)电池总体上以30示出。PV电池30可用于将许多不同波长的光转化成电流。因此，PV电池30可用于多种应用。例如，多个电连通的PV电池30可用于光伏模块(未示出)。光伏模块可用于多种场所和多种应用，如用于住宅、商业或工业应用。例如，光伏模块可用于生成电流，该电流可用于为电气装置(例如，灯和电动机)提供电力，或者光伏模块可用于为物体遮蔽阳光(例如，遮蔽停在设置在停车位上方的光伏模块之下的机动车)。PV电池30不限于任何特定类型的用途。附图未必按比例绘制。因此，PV电池30的某些组件可比如图所示的更大或更小。
参见图1A和1B，PV电池30以具有圆拐角的方形构造示出，即，假方形。虽然示出了该构造，但是PV电池30可被构造成多种形状。例如，PV电池30可以为具有拐角的矩形、具有圆拐角或弯曲拐角的矩形、圆形等。PV电池30不限于任何特定的形状。PV电池30可具有多种大小，如4×4英寸(10.2×10.2cm)见方、5×5英寸(12.7×12.7cm)见方、6×6英寸(15.2×15.2cm)见方等。PV电池30不限于任何特定的大小。PV电池具体的合适例子在系列号为61/569,977和61/569,992的美国专利申请中有所公开，将这些专利的每一者在不与本发明的一般范围相冲突的范围内全文以引用方式并入本文。
本发明提供PV电池30，其包括包含硅的底部基板32。PV电池30包括至少一个掺杂区，其选自上部掺杂区34、后部掺杂区38以及与后部掺杂区38间隔开并相对的上部掺杂区34的组合。PV电池30还包括设置在底部基板32的掺杂区34、38上的集电器40。集电器40具有与底部基板32的掺杂区34、38物理接触的下部42以及与下部42相对的上部44。PV电池30还包括导电层39，该导电层为电各向同性或各向异性的并设置在集电器40附近。导电层39与底部基板32经由集电器40电连通。导电层39包含粘结剂和导电粒子。导电粒子含有至少一种选自元素周期表8族至14族金属的金属。
应当意识到，术语“附近”不需要物理接触，例如，第一结构可在第二结构附近，甚至第一和第二结构经由一个或多个中间结构物理分离。然而，在下文所述的某些实施例中，术语“附近”是指物理接触，例如，第一结构与第二结构之间的直接物理接触。
参见图2至9，PV电池30包括底部基板32。底部基板32包含硅。硅在本领域中可被称为半导体材料。可以使用多种类型的硅，如单晶硅、多晶硅、非晶硅或它们的组合。在某些实施例中，底部基板32包含晶体硅，例如单晶硅。PV电池30通常在本领域中被称为晶片型PV电池30。晶片为硅的薄片，其通常通过由单晶或多晶硅锭以机械方式锯出晶片而形成。作为另外一种选择，晶片可通过铸造硅、通过外延层剥离技术、通过硅熔体拉制硅薄片等形成。
底部基板32通常为平坦的，但是也可以为不平坦的。底部基板32可包括纹理化表面(未示出)。纹理化表面可用于降低PV电池30的反射性。纹理化表面可具有各种构造，如锥形、倒锥形、无规锥形、各向同性等。纹理化可通过各种方法赋予底部基板32。例如，可将蚀刻溶液用于使底部基板32纹理化。PV电池30不限于任何特定类型的纹理化工艺。底部基板32(例如晶片)可具有多种厚度，如约1至约1000、约75至约750、约75至约300、约100至约300或约150至约200μm的平均厚度。
底部基板32通常被归类为p型或n型硅基板(基于掺杂)。在某些实施例中，底部基板34包括上部(或正面)掺杂区32，其通常为正对/面向太阳的一面。上部掺杂区34在本领域中也可称为表面发射极或有源半导体层。在某些实施例中，底部基板34的上部掺杂区32为n型掺杂区(即n+发射极层)使得其余的底部基板32通常为p型的。在其他实施例中，底部基板34的上部掺杂区32为p型掺杂区(即p+发射极层)使得其余的底部基板32通常为n型的。上部掺杂区34可具有多种厚度，如约0.1至约5、约0.3至约3或约0.4μm的平均厚度。可施加上部掺杂区34使得在指状物40a(下文描述)之下的掺杂增加，如在“选择性发射极”技术中。
参见图12至15，底部基板32可包括后部掺杂区38。底部基板32还可以包括与上部掺杂区34(若存在的话)相对的后部掺杂区38，如在图16至20中最佳地示出。后部掺杂区38也可以称为背面掺杂区38。在某些实施例中，后部掺杂区38在本领域中也可称为背表面场(BSF)。通常，掺杂区之一例如上部34为n型，而另一掺杂区例如后部38为p型。也可以使用相反的布置方式，即，上部34为p型的，而后部38为n型的。相反掺杂区34、38相互面对的此类构造在本领域中称为p-n结(J)并可用于光激发的电荷分离，前提是存在至少一个正(p)区域和一个负(n)区域。具体地讲，当不同掺杂的两个区域相邻时，在其间限定的边界通常在本领域中称为结。当掺杂具有相反的极性时，则结(J)通常被称为p-n结(J)。当掺杂只是具有不同的浓度时，“边界”可称为界面，如类似区域之间的界面，例如p和p+区域之间的界面。如大致在附图中示出，此类结(J)可以是任选的，具体取决于用在底部基板32中的掺杂类型。PV电池30不限于任何特定数量或位置的结(J)。例如，PV电池30可以仅包括一个诸如在正面或背面上的结(J)。
可将各种类型的掺杂剂和掺杂方法用于形成底部基板32的掺杂区34、38。例如，可将扩散炉用于形成n型掺杂区34、38和所得的n-p(或“p-n”)结(J)。合适的气体的例子是磷酰氯(POCl3)。除了磷之外或作为另外一种选择，可将砷用于形成n型区34、38。可将元素周期表V族元素中的至少一种(例如硼或镓)用于形成p型区34、38。PV电池30不限于任何特定类型的掺杂剂或掺杂工艺。
底部基板32的掺杂可处于各种浓度。例如，底部基板32可按不同的掺杂剂浓度掺杂以实现约0.5至约10、约0.75至约3或约1Ω·cm(Ω.cm)的电阻率。上部掺杂区34可按不同的掺杂剂浓度掺杂以实现约50至约150或约75至约125或约100Ω/□(欧姆每平方)的薄片电阻率。一般来讲，较高浓度的掺杂可导致较高的开路电压(Voc)和较低的电阻，但是较高浓度的掺杂也会导致损耗电池性能的电荷复合并在晶体中引入缺陷区域。
在某些实施例中，集电器40为多个圆柱体，它们被布置成多个点、多个线性柱、多个非线性柱(例如，成形为具有螺旋、波浪或雪花形状的柱)或它们的组合。在某些其他实施例中，尤其是如图2至9以及16至20所示，集电器40为多个指状物40a，每个指状物彼此间隔开并且每个指状物40a具有与底部基板32的上部掺杂区34电接触的下部。形成实际电接触的集电器40的下部42或指状物40a(如果集电器40为多个指状物40a的话)的下部可以相当小，如集电器40的下部42或指状物40a的下部的顶端/末端。每个指状物40a具有与下部相对的上部，其远离底部基板32的上部掺杂区34延伸。指状物40a通常以格栅图案设置，如在图1A和18至20中最佳地示出。通常，指状物40a的设置使得指状物40a相对窄而又足够厚以最大程度降低电阻损耗。指状物40a的取向和数量可以变化。在某些其他实施例中，集电器40设置在底部基板32的掺杂区34、38上，使得PV电池30包括如本领域知晓的双面太阳能电池。
指状物40a可具有多种宽度，如约10至约200、约70至约150、约90至约120或约100μm的平均宽度。指状物40a可彼此间隔开各种距离，如平均间隔开约1至约5、约2至约4或约2.5mm。指状物40a可具有多种厚度，如约5至约50、约5至约25或约10至约20μm的平均厚度。
在某些实施例中，每个指状物40a均包含第一金属，其大量存在于每个指状物40a中。第一金属可包含各种类型的金属。在某些实施例中，第一金属包含银(Ag)。在其他实施例中，第一金属包含铜(Cu)。所谓“大量”，其通常是指第一金属是指状物40a的主要组分，使得其含量大于也可存在于指状物40a中的任何其他组分。在某些实施例中，第一金属(例如Ag)的这种大量通常大于约35重量％、大于约45重量％或大于约50重量％，每一所述量均基于指状物40a的总重量(btw)。
指状物40a可通过各种方法形成。合适的方法包括溅射；气相沉积；条带涂布或片状式涂布；喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷、凸版印刷、热印刷、分配或转移印刷；压印；电镀；无电镀或它们的组合。一种类型的方法通常称为蚀刻/焙烧工艺。用于形成指状物40a的其他组合物在下文进一步描述。
在某些实施例中，指状物40a通过镀覆工艺(而不是蚀刻/焙烧工艺)形成。在这些实施例中，指状物40a通常包括镀覆或堆叠的结构(未示出)。例如，指状物40a可包括以下层中的两个或更多个层：镍(Ni)、Ag、Cu和/或锡(Sn)。这些层可以是各种顺序，前提是Cu层(若存在的话)不与底部基板32的上部掺杂区34直接物理接触。通常，包含Ag或非Cu的金属(例如Ni)的晶种层与上部掺杂区34接触。在某些实施例中，晶种层包含硅化镍。然后将后续层设置在晶种层上以形成指状物40a。当指状物40a包含Cu时，将诸如Sn或Ag之类的指状物钝化层设置在Cu层上方以防止氧化。在某些实施例中，指状物40a的下部48包含Ni，指状物40a的上部50包含Sn，并且Cu设置在Ni与Sn之间。以此方式，Cu因Ni和Sn以及如下文实施例中所述还因钝化层54而避免氧化。此类层可通过各种方法形成，如气溶胶印刷和焙烧、电化学沉积等。PV电池30不限于任何特定类型的形成指状物40a的工艺。
如图2至5中最佳地示出，下文更详细地描述的导电层39可设置在集电器40的上部44上并与之物理接触并且还与底部基板32的上部掺杂区34物理接触。
如本领域所知晓，各向同性导电层具有沿着所有轴线相同的导电性，即，各向同性导电层的导电性与方向无关。作为另外一种选择，各向异性导电层的导电性依赖于方向，并且在沿着不同的轴线测量时可以变化。
由导电组合物形成的导电层39为电各向同性或各向异性的，如下文更详细地描述。导电层39包含粘结剂和含有至少一种选自8族至14族金属的金属的导电粒子。在一个实施例中，导电层39为导电粘合剂层。
在某些实施例中，粘结剂表征为糊料、热塑性膜、粘合剂或压敏粘合剂(PSA)。
一般来讲，粘合剂是将仅通过表面接触而有用地将两个物体保持在一起的任何材料，而PSA将在用手轻压的情况下粘附到多种表面。粘附力通常因称为范德华力的分子引力导致，这种力在使两个物体密切接触时产生。通常，粘合剂必须湿透物体的表面，这意味着粘合剂需要液体的特征。因此，商业粘合剂通常以溶剂为载体，或可在室温下流动。作为另外一种选择，可以使用在加热时变为熔融态并流动的热塑性膜。
然而，在使用时，粘合剂需要固体的性质以抵抗可能破坏在施加粘合剂的物体之间形成的粘结的作用力。这通过以下方式实现：溶剂蒸发所引起的粘合剂中的物理或化学变化、化学交联、或热塑性膜在室温下回到其固态时的冷却。这些变化导致在粘合接头中产生应力。
作为上面描述的情况的例外的一种粘合剂体系是PSA，其无需发生物理或化学变化即可正常发挥作用。PSA可具有足以实现密切接触的变形性和润湿性，同时具有足以抵抗适度分离力的内部强度或内聚力。这种粘结通常没有应力，并因此不需要固化，因为PSA位于粘稠与橡胶态之间。然而，由于性质可依赖于温度，因此一些PSA可被配制成在暴露于高温时固化以改善内聚强度。PSA的粘合性质可表征为使用包括但不限于ASTMD2979(探头粘着性)、ASTMD3121(滚球粘着性)、D1876(t剥离)、D903(180°剥离)、D1002(搭接剪切)的各种ASTM方法测定粘着性水平、剥离和剪切强度。
粘结剂可包含各种类型的单体、预聚物、聚合物或它们的组合。在某些实施例中，粘结剂选自有机组合物、有机硅组合物或它们的组合。在一个实施例中，粘结剂为丙烯酸系组合物。在另一个实施例中，粘结剂环氧组合物。在又一个实施例中，粘结剂为也在本发明的导电有机硅组合物中提供的有机硅组合物。在该实施例中，有机硅组合物可包含有机聚硅氧烷。在某些其他实施例中，粘结剂为包含有机聚硅氧烷并不含或基本上不含有机组合物(例如，聚合物、共聚物和/或单体)的有机硅组合物，所述有机组合物包括但不限于丙烯酸系组合物、乙烯-乙酸乙烯酯组合物、环氧组合物和氨基甲酸酯组合物。因此，应当意识到，在某些实施例中，导电组合物和由其形成的导电层39不含或基本上不含包括但不限于丙烯酸系组合物、乙烯-乙酸乙烯酯组合物、环氧组合物和氨基甲酸酯组合物的有机组合物。
如本文关于有机组合物所用的术语“基本上不含”是指包括但不限于丙烯酸系组合物、乙烯-乙酸乙烯酯组合物、环氧组合物和氨基甲酸酯组合物的有机组合物的量足够低。在该实施例中，存在于粘结剂中的有机组合物的量通常低于5重量％、或低于1重量％、或低于0.5重量％、或低于0.1重量％或为0重量％，所述量每一者均基于粘结剂的总重量。
在某些实施例中，有机聚硅氧烷是缩合固化性有机聚硅氧烷或其固化产物。在另一个实施例中，有机聚硅氧烷为氢化硅烷化固化性有机聚硅氧烷或其固化产物。在又一个实施例中，有机聚硅氧烷为过氧化物固化性有机聚硅氧烷或其固化产物。有机聚硅氧烷具体的合适例子在美国专利No.5,776,614(Cifuentes)、美国专利6,337,086(Kanios)以及国际专利公布No.WO2007/050580(Mitchell)中有所公开，将它们在不与本发明的一般范围相冲突的范围内全文以引用方式并入本文。
在某些其他实施例中，有机聚硅氧烷包含线性有机聚硅氧烷组分、树脂组分或它们的组合。在该实施例中，有机聚硅氧烷通常以约40重量％至约70重量％的量包含树脂组分，以及以约30重量％至约60重量％的量包含线性有机聚硅氧烷组分，所述量每一者均基于有机聚硅氧烷的总重量。或者，有机聚硅氧烷以约50重量％至约65重量％的量包含树脂组分，以及以约35重量％至约50重量％的量包含线性有机聚硅氧烷组分，所述量每一者均基于有机聚硅氧烷的总重量。
通常，树脂组分包含硅键合羟基，其量通常在约1重量％至约4重量％的硅键合羟基的范围内，并包含式R3SiO1/2的三有机甲硅烷氧基单元和式SiO4/2的四官能甲硅烷氧基单元，两者的摩尔比为每一个存在的SiO4/2单元对应约0.6至约0.9个R3SiO1/2单元。也可以使用两种或更多种此类树脂组分的共混物。通常，存在至少一些或者至少约0.5重量％的硅键合羟基，使得线性有机聚硅氧烷组分能与树脂组分共聚和/或能与可添加用来对有机聚硅氧烷进行化学处理的封端剂反应。树脂组分通常可溶于苯，在室温下通常为固体，并可在有机溶剂中形成溶液。有机溶剂的合适例子包括但不限于苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、全氯乙烯、石脑油、溶剂油、具有1至30个碳原子的其他烃以及它们的混合物。
在一个实施例中，树脂组分基本上由共聚物中的每个SiO4/2单元对应约0.6至约0.9个R3SiO1/2单元组成。应当认识到，R2SiO单元可少量存在，即，以几个摩尔百分比存在，这取决于所需的最终产物。各R独立地表示具有1至6个碳原子(包括1和6个碳原子)的一价烃基，如甲基、乙基、丙基、异丙基、己基、环己基、乙烯基、烯丙基、丙烯基和苯基。通常，R3SiO1/2单元为Me3SiO1/2单元和/或Me2R1SiO1/2单元，其中R1为乙烯基(“Vi”)或苯基(“Ph”)。在一个实施例中，存在于树脂组分中的R3SiO1/2单元的不超过10摩尔％为Me2R2SiO1/2单元，而其余的单元为Me3SiO1/2单元，其中各R2为乙烯基。在另一个实施例中，R3SiO1/2单元为Me3SiO1/2单元。
R3SiO1/2和SiO4/2单元的摩尔比可简单地通过确定R3SiO1/2单元中的R以及通过树脂组分的碳百分比分析而确定。通常，树脂组分由每个SiO4/2单元对应0.6至0.9个Me3SiO1/2单元组成，并且具有通过碳分析测定的约19.8重量％至约24.4重量％的值。在一个实施例中，树脂组分为三甲基甲硅烷氧基和羟基封端的MQ树脂。在另一个实施例中，树脂组分为稠化的(bodied)MQ树脂。
树脂组分可根据Daudt等人的美国专利No.2,676,182(1954年4月20日公布并在不与本发明的一般范围相冲突的范围内全文以引用方式并入本文)制备，借此将硅水溶胶在低pH下用R3SiO1/2单元的源处理，例如六有机二硅氧烷，如Me3SiOSiMe3、ViMe2SiOSiMe2Vi或MeViPhSiOSiPhViMe；或三有机硅烷，如Me3SiCl、Me2ViSiCl或MeViPhSiCl。此类树脂组分的制备通常使得树脂组分含约1重量％至约4重量％的硅键合羟基。或者，可使不含R的合适可水解硅烷的混合物共水解并缩合。在该实施例中，通常将共水解和缩合的产物用合适的硅烷化剂(如六甲基二硅氮烷或二乙烯基四甲基二硅氮烷)处理，以将产物的硅键合羟基含量降低到约1重量％以下。然而，应当意识到，用硅烷化剂处理不是必需的。通常，所用的树脂组分含有约1重量％至4重量％的硅键合羟基。
线性有机聚硅氧烷组分通常包含一种或多种聚二有机硅氧烷，该聚二有机硅氧烷包含用封端TRASiO1/2单元封端的ARSiO单元。每一种聚二有机硅氧烷通常具有在25℃下约100至约30,000,000厘泊(cp)(100毫帕-秒(mPa·s)至30,000帕·秒(Pa·s)，其中1cp等于1mPa·s)的粘度。熟知的是，粘度与具有相同封端单元的一系列不同分子量的聚二有机硅氧烷所存在的二有机硅氧烷单元的平均数正相关。在25℃下具有约100至约100,000cp粘度的聚二有机硅氧烷为液体至稍有些粘稠的聚合物。通常使这些聚二有机硅氧烷在存在封端剂的情况下在缩合之前与树脂组分预反应，以改善所得的有机聚硅氧烷的粘着性和粘附力特性，如将在下文进一步描述。粘度超过约100,000cp的聚二有机硅氧烷通常可以在不进行预反应的情况下接受缩合/封端。粘度超过约1,000,000cp的聚二有机硅氧烷为通常称为树胶的高度粘稠的产品，并且粘度通常以威廉姆可塑度值(Williams Plasticity value)表示(约10,000,000cp粘度的聚二甲基硅氧烷树胶一般在25℃下具有约50密耳(1.27mm)或更高的威廉姆可塑度值)。
在一个实施例中，线性有机聚硅氧烷组分基本上由一种或多种具有ARSiO单元的聚二有机硅氧烷组成，其中各R如上文所定义。各A选自R或1至6个碳原子(包括1和6个碳原子)的卤代烃基，如氯甲基、氯丙基、1-氯-2-甲基丙基、3,3,3-三氟丙基和F3C(CH2)5基团。因此，聚二有机硅氧烷可含有Me2SiO单元、PhMeSiO单元、MeViSiO单元、Ph2SiO单元、甲基乙基甲硅烷氧基单元、3,3,3-三氟丙基单元和1-氯-2-甲基丙基单元等。通常，ARSiO单元选自R2SiORR'SiO单元、Ph2SiO单元以及两者的组合，其中R和R'如上文所定义，至少50摩尔％的存在于线性有机聚硅氧烷组分中的R'为甲基，并且存在于线性有机聚硅氧烷组分中的ARSiO单元的总摩尔数的不超过50摩尔％为Ph2SiO单元。或者，不超过10摩尔％的存在于线性有机聚硅氧烷组分中的ARSiO单元为MeRSiO单元，其中R如上文所定义，并且所存在的其余ARSiO单元为Me2SiO单元。或者，所有或基本上所有ARSiO单元为Me2SiO单元。
通常将线性有机聚硅氧烷组分用式TRASiO1/2的封端单元封端，其中R和A如上文所定义并且各T为R、OH、H或OR'基团，其中各R'为1至4个碳原子(包括1和4个碳原子)的烷基，如甲基、乙基、正丙基和异丁基。H、OH和OR'提供与封端剂的封端三有机甲硅烷基单元反应的位点，并且还提供与线性有机聚硅氧烷组分上的其他此类基团或与存在于树脂组分中的硅键合羟基缩合的位点。通常，T为OH并且线性有机聚硅氧烷组分可容易地与树脂组分共聚。用三有机甲硅烷氧基(例如R3SiO1/2，如(CH3)3SiO1/2或CH2CH(CH3)2SiO1/2)单元对聚二有机硅氧烷封端还可在存在适当的催化剂的情况下使用。更具体地讲，当通过加热进行缩合反应时，一些三有机甲硅烷氧基单元将裂解。裂解暴露出硅键合羟基，其随后可与树脂组分中的硅键合羟基或与含有H、OH或OR'基团或通过裂解反应暴露出的硅键合羟基的其他聚二有机硅氧烷缩合。合适的催化剂的例子包括但不限于HCl和氨，它们可分别在将氯硅烷和有机硅氮烷用作封端剂时生成。也可以使用含有不同取代基的聚二有机硅氧烷的混合物。线性有机聚硅氧烷组分的合适例子包括但不限于封端的聚二甲基硅氧烷，包括羟基封端的聚二甲基硅氧烷。
制造线性有机聚硅氧烷组分的方法是熟知的，示例如下：美国专利No.2,490,357(Hyde)、美国专利No.2,542,334(Hyde)、美国专利No.2,927,907(Polmanteer)、美国专利No.3,002,951(Johannson)、美国专利No.3,161,614(Brown等人)、美国专利No.3,186,967(Nitzche等人)、美国专利No.3,509,191(Atwell)和美国专利No.3,697,473(Polmanteer等人)，将它们在不与本发明的一般范围相冲突的范围内全文以引用方式并入本文。
在一个实施例中，有机聚硅氧烷为PSA。为了获得将通过过氧化物或通过存在于树脂组分或线性有机聚硅氧烷组分中的脂族不饱和基团(如果树脂组分含有脂族不饱和基团的话)而固化的PSA，则线性有机聚硅氧烷组分应不含此类基团，反之亦然。如果两种组分均含有脂族不饱和基团，则通过此类基团发生的固化会产生不能充当PSA的产物。
PSA通常具有约8,000与约13,000ppm范围内的明确的硅烷醇浓度，如通过傅里叶变换红外光谱或29Si NMR光谱测定。这可以通过将PSA用与硅烷醇反应的试剂处理而实现，或者其可以通过将PSA与另一种具有较低硅烷醇含量的有机硅PSA(如在美国专利No.RE35,474中所公开的那些)共混而实现。
如果硅烷醇含量通过化学处理PSA而降低，则这可以通过和处理树脂组分、通过处理线性有机聚硅氧烷组分、通过处理树脂组分和线性有机聚硅氧烷组分两者和/或通过处理树脂组分和线性有机聚硅氧烷组分的混合物而实现。
化学处理通常通过在存在至少一种能够生成封端三有机甲硅烷基单元的有机硅封端剂的情况下进行树脂组分和线性有机聚硅氧烷组分的缩合而实现。这些封端剂的例子在美国专利No.4,591,622和美国再颁专利RE35,474中示出，将这些专利在不与本发明的一般范围相冲突的范围内全文以引用方式并入本文。
能够提供封端三有机甲硅烷基单元的封端剂通常用作硅烷化剂并且多种多样的这类试剂是已知的。可以使用单一封端剂，如六甲基二硅氮烷，或者可以使用此类试剂的混合物如六甲基二硅氮烷和四甲基二乙烯基二硅氮烷以改变PSA的物理性质。例如，在本发明的工艺中使用含有氟化三有机甲硅烷基单元的封端剂如[(CF3CH2CH2)Me2Si]2NH可产生在沉积膜后具有改善的耐烃类溶剂性的有机硅PSA。另外，当树脂组分和线性有机聚硅氧烷组分的每一者的R都基本上包含甲基时，存在氟化三有机甲硅烷基单元可影响PSA的粘着性和粘附性。通过采用还有较高碳含量的硅键合有机基团如甲基、丙基或己基的封端剂，PSA与有机PSA的相容性可得以改善从而允许共混此类粘合剂以得到改善的粘合剂组合物。使用具有诸如酰胺、酯、醚和氰基之类的有机官能团的三有机甲硅烷基单元的封端剂可使得能够改变PSA的脱模性质。同样，存在PSA组合物中的有机官能团可诸如通过水解ROOCR基团以生成HOOCR-基团而改变，再将HOOCR-基团转化成MOOCR基团，其中M为金属阳离子，如锂、钾或钠。所得的组合物然后可表现出与含有RCOOR-基团的组合物不同的脱模性质或其他性质。
使用含有具有不饱和有机基团(如乙烯基)的三有机甲硅烷基单元的封端剂可产生可通过此类基团交联的PSA。例如，可将含有硅键合氢的有机硅交联化合物连同贵金属一起添加至含有PhMeViSi-和Me3Si-封端三有机甲硅烷基单元的PSA组合物以产生PSA组合物，该组合物经由贵金属催化的硅键合氢与硅键合乙烯基加成而固化。使用含有具有苯基的三有机甲硅烷基单元的封端剂可改善PSA的热稳定性。合适的贵金属的例子包括但不限于铂(Pt)和铑(Rh)。
因此，封端剂起到多种作用。选择适当水平的封端剂使得能够在不对树脂组分和线性有机聚硅氧烷组分作出实质改变的情况下改变有机聚硅氧烷的性质。另外，还可以改变分子量并因而改变树脂组分和线性有机聚硅氧烷组分的缩合产物的性质，因为三有机甲硅烷基单元充当封端剂。
通常，适当水平的封端剂足以提供约8,000至约13,000ppm范围内的硅烷醇浓度。树脂组分通常将含有存在于树脂组分和线性有机聚硅氧烷组分的组合中的硅键合羟基含量的大部分。因此，在某些实施例中，希望使用具有较高硅键合羟基含量(例如，约1重量％至约4重量％)的树脂组分，使得限制此类基团的更多的三有机甲硅烷基单元将反应成树脂组分与线性有机聚硅氧烷组分的缩合产物。
封端剂的例子为(Me3Si)2NH、(ViMe2Si)2NH、(MePhViSi)2NH、(CF3CH2CH2Me2Si)2NH、(Me3Si)2NMe、(ClCH2Me2Si)2NH、Me3SiOMe、Me3SiOC2H5、Ph3SiOC2H5、(C2H5)3SiOC2H5、Me2PhSiOC2H5、(i-C3H7)3SiOH、Me3Si(OC3H7)、MePhViSiOMe、Me3SiCl、Me2ViSiCl、MePhViSiCl、(H2CCHCH2)Me2SiCl、(n-C3H7)3SiCl、(F3CCF2CF2CH2CH2)3SiCl、NCCH2CH2Me2SiCl、(n-C6H13)3SiCl、MePh2SiCl、Me3SiBr、(t-C4H9)Me2SiCl、CF3CH2CH2Me2SiCl、(Me3Si)2O、(Me2PhSi)2O、BrCH2Me2SiOSiMe3、(p-FC6H4Me2Si)2O、(CH3COOCH2Me2Si)2O、[(H2CCCH3COOCH2CH2)Me2Si]2O、[(CH3COOCH2CH2CH2)Me2Si]2O、[(C2H5OOCCH2CH2)Me2Si]2O、[(H2CCHCOOCH2)Me2Si]2O、(Me3Si)2S、(Me3Si)3N、Me3SiNHCONHSiMe3、F3CH2CH2Me2SiNMeCOCH3、(Me3Si)(C4H9)NCON(C2H5)2、(Me3Si)PhNCONHPh、Me3SiNHMe、Me3SiN(C2H5)2、Ph3SiNH2、Me3SiNHOCCH3、Me3SiOOCCH3、[(CH3CONHCH2CH2CH2)Me2Si]2O、Me3SiO(CH2)4OSiMe3、Me3SiNHOCCH3、Me3SiCCH、HO(CH2)4Me2Si2O、(HOCH2CH2OCH2Me2Si)2O、H2N(CH2)3Me2SiOCH3、CH3CH(CH2NH2)CH2Me2SiOCH3、C2H5NHCH2CH2S(CH2)6Me2SiOC2H5、HSCH2CH2NH(CH2)4Me2SiOC2H5、HOCH2CH2SCH2Me2SiOCH3。在一个实施例中，所用的封端剂为(Me3Si)2NH。
许多上述封端剂在三有机甲硅烷基单元与硅键合羟基和/或存在于树脂组分和线性有机聚硅氧烷组分中的H、OH或OR'基团反应时生成硅烷醇缩合催化剂，包括诸如氯化氢之类的酸和诸如氨或胺之类的碱。通常，缩合涉及加热以及存在在被封端三有机甲硅烷基单元封端的同时导致树脂组分和线性有机聚硅氧烷组分发生缩合的催化剂。取决于所用的制造方法，树脂组分和/或线性有机聚硅氧烷组分可包含足够水平的残余催化剂以实现缩合和封端。因此，如果需要，可以使用另外的催化量的“温和”硅烷醇缩合催化剂，其中术语“温和”是指其导致封端剂与树脂组分和线性有机聚硅氧烷组分缩合而引起极少的硅氧烷键重排。“温和”催化剂的例子是已知用作PSA组合物的固化剂的那些，包括诸如三乙胺之类的胺以及有机化合物，如四甲基胍2-乙基己酸盐(tetramethylguanidine 2-ethylcaproate)、四甲基胍2-乙基己酸盐(tetramethylguanidine 2-ethylhexanoate)和正己胺2-乙基己酸盐(n-hexylamine 2-ethylcaproate)。所选的另外的催化剂不应导致在缩合反应期间树脂组分和/或线性有机聚硅氧烷组分中硅氧烷键的过量裂解，这种过量裂解会导致凝胶化或粘合性的严重损失，已知有机锡催化剂和强酸即会发生这种情况。通常，仅当封端剂不提供催化剂时，才使用催化剂。用于催化特定的封端三有机甲硅烷基单元与存在于树脂组分和线性有机聚硅氧烷组分中的有机甲硅烷氧基单元上的硅键合羟基反应的合适催化剂以及对具体催化剂及其量的选择是本领域技术人员已知的。使用诸如通过氯硅烷封端剂生成的HCl的催化剂在R3SiO1/2封端单元存在于如早前所述的线性有机聚硅氧烷组分中时是典型的。当T为R或者当线性有机聚硅氧烷组分中的T为H时，也可以使用硅氮烷封端剂。通常，当线性有机聚硅氧烷组分中的T为OH时，使用硅氮烷类型的封端剂，使得不需要添加额外的催化剂；生成的氨化合物通常是挥发性的并且可比非挥发性的固体催化剂材料更容易地消除。当树脂组分在如上文Daudt等人的专利中所述在酸性条件下制备时，通常存在足够水平的酸催化剂以使得能够使用含有Y(选自烷氧基或OH)的封端单元，而无需进一步添加缩合催化剂。
需要时，可将有效量的有机溶剂单独添加到树脂组分(作为固体材料或以有机溶剂溶液的形式)、线性有机聚硅氧烷组分、封端剂和催化剂的混合物中以降低其粘度，或者溶剂可因以下事实而存在：将树脂组分和/或线性有机聚硅氧烷组分作为包含有机溶剂的溶液的一部分而添加。有机溶剂应当对混合物的其他组分为惰性的，并且不与它们在缩合步骤中反应。如早前所述，通常将树脂组分制备成包含甲苯和/或二甲苯的溶液。使用有机溶剂在线性有机聚硅氧烷组分的形式为高粘度树胶时通常是必需的，这种树胶产生高粘度的混合物，甚至当将混合物加热到约100至约150℃的典型加工温度时。在一个实施例中，有机溶剂允许以共沸方式除去水。在某些实施例中，有机溶剂用作溶剂。在某些其他实施例中，有机溶剂用作媒介物，例如分散剂。在另外其他实施例中，有机溶剂既用作溶剂又用作媒介物。
术语“有机溶剂”包括单一溶剂，如苯、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、全氯乙烯、酮、诸如二氯二氟甲烷之类的卤代烃、石脑油、溶剂油、具有1至30个碳原子的烃，以及两种或更多种有机溶剂的混合物以形成共混有机溶剂。在一个实施例中，当氟化基团存在于线性有机聚硅氧烷组分中所存在的大量硅氧烷或硅基单元上时，出于相容性目的，将诸如甲基异丁基酮之类的酮用作溶剂的至少一部分。通常，混合物含有选自苯、甲苯和二甲苯的烃类溶剂。
在另一个实施例中，有机溶剂为催化性溶剂。催化性溶剂选自具有至少六个碳原子并具有至少200℃的沸点的羧酸以及具有至少9个碳原子并具有至少200℃的沸点的胺。术语“沸点”是指液体在760mmHg下的沸点。合适的羧酸的例子包括但不限于壬酸、己酸、辛酸、油酸、亚油酸、亚麻酸和N-椰油基-β-氨基丁酸。合适的胺的例子包括但不限于十二烷基胺、十六烷基胺、十八烷基胺、二甲基十二烷基胺、二椰油基胺、甲基二椰油基胺、二甲基椰油基胺、二甲基十四烷基胺、二甲基十六烷基胺、二甲基十八烷基胺、二甲基牛脂基胺、二甲基大豆胺、二甲基壬胺、二(氢化牛油基)胺和甲基二(氢化牛油基)胺。在又一个实施例中，催化剂为两种或更多种不同的如上所述的羧酸的组合，两种或更多种不同的如上所述的胺的组合，或如上所述的羧酸和如上所述的胺的组合。上述羧酸和胺既充当催化剂又充当溶剂(即，它们发挥双重功能)，从而消除了采用硅烷醇缩合催化剂的需要。
通常，如果添加有机溶剂，则将树脂组分和线性有机聚硅氧烷组分与有机溶剂混合在一起。如果添加适当反应性的硅烷化剂、合适的催化剂或催化性溶剂，则缩合反应可在室温下发生。或者，缩合反应包括在约100至约120℃下加热。反应性硅烷化剂的合适例子包括但不限于硅氮烷，例如六甲基二硅氮烷。合适的催化剂的例子包括但不限于四甲基胍2-乙基己酸盐。因此，该方法通常涉及将树脂组分、线性有机聚硅氧烷组分和有机溶剂混合，直到混合物均匀，然后添加封端剂，再添加供封端反应的任何缩合催化剂。该方法还可以包括真空汽提任何缩合反应副产物(若存在的话)。
缩合在进行适当反应性的封端剂(如硅烷)或催化剂的添加时开始(如果反应将在室温下发生的话)，或者缩合在将混合物从约80℃加热至约160℃或者从约100℃加热至约120℃时开始。通常使缩合反应进行至少到缩合副产物(如水)的产生速率基本上恒定。然后继续加热，直到得到所需的物理特性，如粘度、粘着性和粘附力值。通常，在缩合副产物的产生速率基本上恒定后，使混合物再回流1至4小时。对于在线性有机聚硅氧烷组分和/或封端剂上含有与存在于树脂组分上的那些有机官能团不太相容的有机官能团(如氟化基团)的组合物，可能需要更长的缩合时间。
当缩合反应完成时，通过在缩合副产物的共沸移除期间或之后移除过量的溶剂而将残余的封端剂用溶剂汽提掉。所得的PSA的非挥发性固体含量可通过添加或移除溶剂而加以调节，可将所存在的溶剂完全移除并将不同的有机溶剂加入PSA，溶剂可在缩合产物的粘度足够低的情况下完全移除，或者可回收混合物并按原样使用。在一个实施例中，PSA是包含有机溶剂的溶液，溶剂的量为树脂组分、线性有机聚硅氧烷组分、封端剂、催化剂和有机溶剂的总混合物的约30重量％至约70重量％，尤其是当线性有机聚硅氧烷组分在25℃下具有大于约100,000cp的粘度时。
应当意识到，粘结剂和/或导电有机硅组合物的有机硅组合物可包含未固化/交联的有机聚硅氧烷及其组分，固化/交联的有机聚硅氧烷及其组分，或它们的组合。换句话说，有机聚硅氧烷的树脂组分和线性有机聚硅氧烷组分不需要彼此交联。
通常，有机硅组合物的有机聚硅氧烷具有约100至约500,000g/mol、或者约10,000至约500,000g/mol、或者约100,000至约300,000g/mol、或者约100至约10,000g/mol或者约1,000至约5,000g/mol的数均分子量(Mn)从而为该实施例的有机聚硅氧烷提供充分的物理性质。Mn通常通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定，其中在甲苯中制备有机聚硅氧烷并使用折射率检测相对聚苯乙烯标准品进行分析。在一个实施例中，有机硅组合物包含至少两种有机聚硅氧烷的共混物，其中第一有机聚硅氧烷具有约10,000至约500,000g/mol或者约100,000至约300,000g/mol的Mn，并且第二有机聚硅氧烷具有约100至约10,000g/mol或者约1,000至约5,000g/mol的Mn。
另外，有机聚硅氧烷通常具有约-150至约-100或者约-125至约-100℃的玻璃化转变温度Tg。Tg通过差示扫描量热法(DSC)测定，其中将有机聚硅氧烷冷却到约-150℃，然后以10℃/min的速率加热到200℃。在另一个实施例中，有机聚硅氧烷在25℃下具有约100至约30,000,000、或者约1,000至约10,000,000、或者约1,000至约1,000,000、或者约1,000至约100,000、或者约5,000至约50,000或者约10,000至约45,000cp的通过粘度计测定的粘度，例如使用5号转子以20rpm旋转的型号为RVT的粘度计。在又一个实施例中，有机聚硅氧烷具有约0.5至约1.5、或者约0.8至约1.2或者约0.9至约1.0的比重。
粘结剂通常以约5至约99.9、或者约5至约95、或者约10至约99、或者约10至约90重量％的量存在于导电组合物中，所述量每一者均基于导电组合物的总重量。在一个实施例中，其中导电层39由电各向同性的导电组合物形成，粘结剂以约10至约50、或者约15至约30或者约20重量％的量存在，所述量每一者均基于导电组合物的总重量。在另一个实施例中，其中导电层39由电各向异性的导电组合物形成，粘结剂以约50至约99.5、或者约90至约97重量％的量存在，所述量每一者均基于导电组合物的总重量。
在另一个实施例中，粘结剂包含具有约45至约65、或者约50至约60或者约55至约60重量％的固形物含量的分散体，所述量每一者均基于导电组合物的总重量。在又一个实施例中，粘结剂包含具有约1至约45、或者约3至约40或者约12至约30重量％的固形物含量的分散体，所述量每一者均基于导电组合物的总重量。在这些实施例中，导电组合物包含溶剂，该溶剂包含具有1至30个碳原子的烃，如下文更详细地描述。
有机硅组合物的合适例子包括可从密歇根州米德兰道康宁公司(DowCorning Corp.,Midland,MI)以商品名Dow7358粘合剂和DowQ2-7566粘合剂商购获得的压敏粘合剂。
粘结剂通常起到改善导电层39与基板的粘结性并增强导电层39的总体内聚强度的作用。粘结剂还充当下文更详细地描述的至少一种选自8族至14族金属的金属的载体。
导电粒子包含至少一种选自元素周期表(2011年1月21日版)8族至14族金属的金属。通常，该金属具有大于约200、或者大于约700、或者大于约800或者大于约900℃的熔融温度。该金属通常具有优异的导电性。在某些实施例中，该金属包含至少一种选自Cu、金(Au)、Ag、Sn、锌(Zn)、铝(Al)、Pt、钯(Pd)、Rh、Ni、钴(Co)、铁(Fe)的金属，和/或此类金属中两种或更多种的合金。通常，导电层39不含包括汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)和铬(Cr)在内的污染金属。所谓“不含”通常是指该组合物或其组分不包含此类金属。例如，该组合物通常不含含有Pb的焊料粉末。在一些实施例中，可存在微量的此类金属。
在某些实施例中，该金属包含Ag、含Ag的合金或为Ag粉末。可将多种类型的Ag粉末用作该金属。例如，Ag粉末可包含表面处理，包括稳定性增强剂或表面保护剂，如有机螯合剂。金属可具有多种大小。在一个实施例中，其中导电层39为电各向同性的，导电粒子包含平均具有约0.1至约25、或者约1至约25或者约5至约15μm粒度的金属薄片。在另一个实施例中，其中导电层39为电各向异性的，将导电粒子设置在载体粒子上。可以使用多种类型的载体粒子。合适的载体粒子的例子包括玻璃珠和玻璃棒，例如Ag涂布的玻璃珠或棒。在该实施例中，包含金属的载体粒子具有约0.1μm至约导电层39厚度(t)的粒度。
导电粒子通常以约0.1至约95、或者约1至约95、或者约60至约80、或者约60至约70或者约65至约75重量％的量存在于导电组合物中，所述量每一者均基于导电组合物的总重量。在一个实施例中，其中导电层39由电各向同性的导电组合物形成，导电粒子以约40至约90、或者约50至约90、或者约65至约90或者约75至约85重量％的量存在，所述量每一者均基于导电组合物的总重量。在另一个实施例中，其中导电层39由电各向异性的导电组合物形成，导电粒子以约0.1至约50、或者约1至约15、或者约3至约10重量％的量存在，所述量每一者均基于导电组合物的总重量。
导电组合物可包含溶剂和/或媒介物。溶剂可以与上述有机溶剂相同，或包含具有1至30、或者5至30或者5至15个碳原子的烃。通常，该溶剂具有高沸点。在一个实施例中，该溶剂具有高于约100、或者高于约110、或者高于约120、或者高于约130、或者高于约140、或者高于约150、或者高于约200℃的沸点。如果使用，则溶剂可用于使粘结剂形成溶液或形成分散体。溶剂还可用于调节导电组合物的流变性。合适的例子包括丙二醇单甲醚醋酸酯(PGMEA)和丙二醇-1,2-丙二醇。这些合适的溶剂的例子可从多种来源商购获得，如伊利诺伊州芝加哥市的西格玛奥德里奇公司(Sigma Aldrich,Chicago,IL)。另一种合适的溶剂为丁基卡必醇，其可从陶氏化学公司(Dow Chemical)商购获得。另外其他合适的溶剂例子包括二甲苯、甲苯和乙苯。合适的溶剂的例子在有机聚硅氧烷为PSA时包括醇，如单萜烯醇(例如萜品醇)和苄醇。溶剂可包括至少两种或更多种溶剂的组合。溶剂可以多种量使用。在某些实施例中，溶剂在移除并形成导电层39前以约1至约65、或者约1至约25、或者约1至约5、或者约5至约10、或者约15至约25、或者约25至约55、或者约30至约50或者约40至约45重量％的量存在于导电组合物中，所述量每一者均基于导电组合物的总重量。应当意识到，如果存在，则将溶剂在导电层39的形成过程中移除或基本上移除。
如本文关于溶剂所用的术语“基本上移除”是指留在导电层39中的溶剂或其产物的量足够低。通常，存在于导电层39中的溶剂的量低于5重量％、或者低于1重量％、或者低于0.5重量％、或者低于0.1重量％或者为零重量％，所述量每一者均基于导电层39的总重量。应当意识到，溶剂可闪蒸出或可在一段时间内通过以逐渐升高的温度加热导电组合物而移除。不受任何特定理论的束缚或限制，据信，逐渐移除溶剂导致改善的导电粒子沉积，即，导电粒子之中改善的接触，和/或具有改善导电性的导电层39。在某些实施例中，在室温下或加热下经由蒸发移除溶剂。
在某些实施例中，导电组合物还可以包含添加剂。可以使用多种类型的添加剂。合适的添加剂的例子包括粘附促进剂、消泡剂、去活化剂、抗氧化剂、腐蚀抑制剂、增稠剂、表面清洁剂和/或纳米碳管(碳纳米管)。
如果使用，则粘附促进剂可用于增加导电层39在多种基底上的粘附性。可以使用多种类型的粘附促进剂。合适的粘附促进剂的例子包括基于硅烷和/或钛酸酯的那些。采用硅烷粘附促进剂可用于增加与具有有机官能团的基板的粘附力。采用钛酸酯粘附促进剂可用于增加与具有有机填料的基板的粘附力。可以使用不同促进剂的组合。合适的粘附促进剂的例子可从密歇根州米德兰道康宁公司商购获得，如2-(3,4-环氧环己基)乙基]三甲氧基硅烷，例如Silquest A-186；以及从克朗普顿化工公司(Compton Chemical)商购获得，如3-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，例如Silquest A-187。另外的合适例子包括可从新泽西州贝永肯瑞奇石油化工有限公司(KenrichPetrochemicals Co.,Bayonne,NJ)以商标商购获得的那些，如KR9S。粘附促进剂可以多种量使用。在某些实施例中，粘附促进剂以约0.01至约1、或者约0.1至约1、或者约0.25至约0.75或者约0.5重量％的量存在于导电组合物中，所述量每一者均基于导电组合物的总重量。
通常，导电层39在20℃下具有通过被构造成具有四点探头或线电阻探头的Berger I-V测试台测得的约1·10-5至约5·10-3、或者约1·10-5至约1·10-3、或者约1·10-4至约1·10-3、或者约1·10-5至约2·10-4或者约2·10-4至约1·10-3欧姆厘米(ohm-cm)的电阻率。在一个实施例中，由导电有机硅组合物形成的导电层39在20℃下具有通过被构造成具有四点探头或线电阻探头的Berger I-V测试台测得的约1·10-5至约5·10-3、或者约1·10-5至约1·10-3、或者约1·10-4至约1·10-3、或者约1·10-5至约2·10-4或者约2·10-4至约1·10-3ohm-cm的电阻率。
导电层39适于电串联多个PV电池。具体地讲，导电层39适于将PV电池30连接到在本领域中称为“汇流带”或“互连件”的带状物64。在一个实施例中，带状物64设置在导电层39上并与之物理接触。在该实施例中，导电层39将PV电池30和带状物64粘结在一起，其中每个PV电池30和带状物64与导电层39直接电连通。因此，带状物64与PV电池30间接电连通，并可有效地从PV电池30收集电流。由于导电层39将PV电池30和带状物64粘结在一起，因此带状物64不需要焊接到PV电池30，从而减少形成PV电池模块、PV电池组合件等所需的步骤数。另外，由于带状物64不需要焊接到PV电池30，因此通常与焊接相关的问题也得以减少和/或避免。例如，焊接可导致细微裂缝，这可在PV电池或包括PV电池的组件和/或制品(如PV电池模块和PV电池组合件)中导致缺陷和/或失效。值得注意的是，导电层39在较低的温度下接受加工并比焊料更有效地耗散热应力，从而有助于改善开路电压。另外，不同于传统的焊接PV电池，导电层39可适应多种大小的带状物(无论是如本领域所知晓的“窄的”还是“厚的”)并将它们连接到PV电池30。使用“窄的”带状物减少PV电池30的遮光量，从而改善PV电池30的性能。
在某些实施例中，PV电池30还包括钝化层54。钝化层54可用于增加PV电池30对阳光的吸收(例如通过降低PV电池30的反射性)，以及通过表面和本体钝化而通常改善晶片寿命。钝化层54具有与上部掺杂区34相对的外表面56。钝化层54也可在本领域中称为电介质钝化层或减反射涂层(ARC)。
如图4、5、8和9中最佳地示出，钝化层54设置在上部掺杂区34上。在该实施例中，集电器40设置在钝化层54中。更具体地讲，集电器40的上部44延伸穿过钝化层54的外表面56。在其中集电器40包括指状物40a的实施例中，指状物40a的上部50延伸穿过钝化层54的外表面56。在另一个实施例中，钝化层54或另外的钝化层68设置在底部基板32的后部掺杂区38上，如更详细地描述。在其中底部基板32既包括上部掺杂区34也包括后部掺杂区38的实施例中，上部掺杂区34和后部掺杂区38的每一者均可以包括设置在其上的钝化层54。在该实施例中，设置在上部掺杂区34上的钝化层54通常称为“钝化层”，而设置在后部掺杂区38上的钝化层54通常称为“另外的钝化层”。
钝化层54可由多种材料形成。在某些实施例中，钝化层54包含SiOx、ZnS、MgFx、SiNx、SiCNx、AlOx、TiO2、透明导电氧化物(TCO)或它们的组合。合适的TCO的例子包括掺杂的金属氧化物，如锡掺杂的氧化铟(ITO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)、铟掺杂的氧化镉、氟掺杂的氧化锡(FTO)或它们的组合。在某些实施例中，钝化层54包含SiNx。采用SiNx是有用的，因为其具有优异的表面钝化质量。氮化硅也可用于防止PV电池30表面的载流子复合。
钝化层54可由两个或更多个亚层(未示出)形成，使得钝化层54也可称为叠堆。此类亚层可包括底部ARC(B-ARC)层和/或顶部ARC(T-ARC)层。此类亚层也可称为电介质层，并由相同或不同的材料形成。例如，可存在两个或更多个SiNx亚层；一个SiNx亚层和一个AlOx亚层等等。
钝化层54可通过各种方法形成。例如，钝化层54可通过使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺形成。在钝化层54包含SiNx的实施例中，可将硅烷、氨和/或其他前体用于PECVD炉以形成钝化层54。钝化层54可具有各种厚度，如约10至约150、约50至约90或约70nm的平均厚度。足够的厚度可通过涂层材料和底部基板32的折射率确定。PV电池30不限于任何特定类型的涂布工艺。
在某些实施例中，并且如在图4、5和18中最佳地示出，导电层39设置在与底部基板32相对的钝化层54上并与之物理接触，使得底部基板32不与导电层39物理接触。在该实施例中，导电层39与集电器40的上部44或指状物40a(若存在的话)的上部物理接触，使得底部基板32与导电层39经由集电器40或指状物40a间接电连通。这些实施例形成集电器40所需的材料也比不包括钝化层的PV电池少，从而降低总体材料成本。在这些实施例中，指状物40a通常具有约15至约50或者约20至约50μm的平均厚度。然而，应当意识到，在这些实施例中的指状物40a可具有如上文之前所述的任何厚度。
在某些其他实施例中，PV电池30还包括母线52。在一个实施例中，母线52设置在导电层39与底部基板32的上部掺杂区34之间，使得母线52与上部掺杂区34和集电器40的上部44或指状物40a(若存在的话)的上部直接物理接触，如在图6和7中最佳地示出。
另一个实施例在图8和9中示出，其中存在钝化层54，并且母线52设置在导电层39与钝化层54之间，使得母线52与底部基板32的上部掺杂区34间隔开，即，母线52与底部基板32的上部掺杂区34间隔开并且不(直接)物理接触。换句话说，底部基板32的上部掺杂区34不与母线52(直接)物理接触。具体地讲，钝化层54用作母线52与上部掺杂区34之间的“阻挡层”。如下文更详细地描述，据信，母线52与上部掺杂区34的物理分离虽然不是必需的但是有益的。
如图1A、19和20所示，PV电池30通常具有两条母线52。在某些实施例中，PV电池30可具有多于两条母线52(未示出)，如三条母线52、四条母线52、六条母线52等。每条母线52与集电器40的上部44或指状物40a(若存在的话)的上部直接电接触。母线52可用于从已经从上部掺杂区34采集了电流的集电器40采集电流。如图19和20中最佳地示出，每条母线52设置在每个指状物40a的周围以提供与指状物40a的上部50密切的物理和电接触。通常，母线52横过指状物40a。换句话讲，母线52可相对于指状物40a处于各种角度，包括垂直。形成实际物理/电接触的上部可以较小，如仅是指状物40a的顶部/末端。这种接触将母线52置于适当的位置以从指状物40a运载电流。指状物40a本身与底部基板32的上部掺杂区34形成密切的物理和电接触。
母线52可具有各种宽度，如约0.5至约10、约1至约5或约2mm的平均宽度。母线52可具有各种厚度，如约0.1至约500、约10至约250、约30至约100或约30至约50μm的平均厚度。母线52可间隔开各种距离。通常，母线52间隔开以将指状物40a的长度分成大致相等的区域，例如，如图1所示。
在某些实施例中，母线52包含第二金属，其大量存在于母线52中。“第二”用于将母线52的金属与集电器40的“第一”金属区分开，而不暗示量或顺序。第二金属可包含多种类型的金属。在某些实施例中，母线52的第二金属与指状物40a的第一金属相同。例如，第一和第二金属均可以为Cu。在其他实施例中，母线52的第二金属与指状物40a的第一金属不同。在这些实施例中，第一金属通常包含Ag而第二金属通常包含Cu。在其他实施例中，第二金属包含Ag。在另外其他实施例中，第二金属包含Al。所谓“大量”，其通常是指第二金属是母线52的主要组分，使得其含量大于也可存在于母线52中的任何其他组分。在某些实施例中，第二金属(例如Cu)的这种大量通常大于约25重量％、大于约30重量％、大于约35重量％或大于约40重量％，所述量每一者均基于母线52的总重量。
在某些其他实施例中，母线52通常还包含第三金属。第三金属不同于指状物40a的第一金属。第三金属也不同于母线52的第二金属。通常，金属为不同的元素，而不仅仅是相同金属的不同氧化态。“第三”用于将母线52的金属与指状物40a的“第一”金属区分开，而不暗示量或顺序。第三金属在低于第一和第二金属的熔融温度的温度下熔化。通常，第三金属具有不大于约300℃、不大于约275℃或不大于约250℃的熔融温度。此类温度可用于在如下文进一步描述的低温下形成母线52。
在某些实施例中，第三金属包含焊料，其可以与下文更详细描述的导电母线组合物的焊料相同或不同。该焊料可包含多种金属或其合金。这些金属之一通常为Sn、Pb、铋(Bi)、Cd、Zn、镓(Ga)、铟(In)、碲(Te)、Hg、铊(Tl)、锑(Sb)、硒(Se)和/或这些金属中两种或更多种的合金。第三金属可以多种量通常以低于第二金属的量存在于母线52中。母线52除了第二和第三金属外还可以包含聚合物，如下文进一步描述。
在某些实施例中，母线52由导电母线组合物形成。导电母线(或其他组件)组合物具体的合适例子在PCT/US12/69503中有所公开，将该专利在不与本发明的一般范围相冲突的范围内全文以引用方式并入本文。在另外的实施例中，该组合物基本上由前述组分组成或者由前述组分组成。在某些实施例中，该组合物还包含一种或多种下文进一步描述的添加剂。该组合物可用于形成导体。通常，该导体通过如下文进一步描述对组合物进行加热而形成。导体也可以称为导电的电导体。虽然不限于特定的构造或用途，但是导体可以为各种形式，如母线、指状物、极板、点和/或其他电极结构。其中一些在下文更详细地描述。金属粉末可包含多种金属。通常，金属粉末具有高于约600、高于约700、高于约800或高于约900℃的熔融温度(或熔点，MP)。金属通常具有优异的导电性。在某些实施例中，金属粉末包含选自以下的至少一种金属：铜(Cu)、金、银(Ag)、锌、铝、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁、钼、钨和/或这些金属中两种或更多种的合金。在多种实施例中，金属包含金属粒子(彼此相同或不同)和/或含有两种或更多种不同金属的粒子的混合物(或共混物)。后一种类型的粒子可以是两种或更多种不同金属的合金，和/或具有包含至少一种金属的芯以及包含至少一种与芯金属不同的金属的一个或多个外层的带涂层粒子。这种带涂层粒子的例子为银涂布(或镀覆)的铜粒子。
在某些实施例中，组合物基本上完全不含“重”金属。换句话讲，组合物通常包含低于0.5、低于0.25、低于0.1、低于0.5、接近零(0)或0重量百分比(重量％)的重金属，所述量每一者均基于组合物的总重量。重金属的例子包括汞、镉、铅和铬。在某些实施例中，组合物不含汞、镉和铬。在另外的实施例中，组合物不含含铅(Pb)焊料粉末。
金属粉末可用稳定性增强剂和/或表面保护剂进行处理。此类处理可包括有机螯合剂，如唑类，例如苯并三唑、咪唑类等。一般来讲，此类唑类的分解可用作所述聚合物与所述羧化聚合物之间的反应的催化剂以由所述组合物形成导体。这种反应通常消除在形成后对导体进行后固化的任何需要。
在某些实施例中，金属粉末包含Cu，或为Cu粉末。可以使用多种类型的Cu粉末。例如，Cu粉末可包含如上所述的表面处理。金属粉末可具有多种大小。通常，金属粉末具有约0.05至约25、约5至约25、约5至约15或约10μm的平均粒度。可以使用各种粒度分布(PSD)，包括单峰、双峰或多峰分布，其中单峰分布通常用于助熔目的。合适的Cu粉末可从许多供应商商购获得，如日本三井矿业冶炼公司(Mitsui Mining&Smelting Co.,Ltd.,Japan)，例如1030 Cu粉末或Y1400 Cu粉末。
焊料粉末具有比金属粉末的熔融温度低的熔融温度(即，熔点)。金属粉末的这种温度在上文进行了描述。在某些实施例中，焊料粉末具有不大于约300、不大于约275、不大于约250或不大于约225℃的熔融温度。
通常，焊料粉末包含选自锡(Sn)、铋、锌、镓、铟、碲、铊、锑、硒的至少一种金属和/或这些金属中两种或更多种的合金。在多种实施例中，焊料粉末包含Sn或至少一种Sn合金。在某些实施例中，在某些实施例中，焊料粉末包含两种不同的合金，或者多于两种不同的合金。例如，焊料粉末可包含锡-铋(SnBi)合金、锡-银(SnAg)合金或它们的组合。“组合”可简单地为不同金属、不同合金或不同金属和合金的组合。在其他实施例中，焊料粉末可包含SnPb。
在某些实施例中，焊料粉末包含Sn42/Bi58、Sn96.5/Ag3.5或它们的组合。这种合金命名通常是指以质量表示的各金属的量。Sn42/Bi58通常具有约138℃的熔融温度，而Sn96.5/Ag3.5通常具有约221℃的熔融温度。这些合金在本领域中可分别称为“合金281”和“合金121”。通常，焊料粉末具有约0.05至约25、约2.5至约25、约5至约20、约5至约15或约10μm的平均粒度。可以使用各种PSD及其模式。合适的焊料粉末可从许多供应商商购获得，如伊利诺伊州艾尔克格罗夫村美国铟泰公司(IndiumCorporation of America,Elk Grove Village,IL)。
焊料可用于抑制金属粉末的氧化，尤其是在形成导体后。据信，焊料还增强补充性焊料的润湿，并有利于在采用导体进行焊接操作期间形成强固的焊料接头。如下文进一步描述，焊料粉末在熔化时通常使金属粉末的粒子在组合物达到最终固化状态前融合在一起。这种熔化和融合在导体形成期间在导体中形成导电桥。
金属和焊料粉末可以多种量存在于组合物中。通常，金属和焊料粉末一起以约50至约95、约80至约95、约80至约90或约85重量％的量(或合并量)存在，所述量每一者均基于组合物的总重量。通常，金属粉末以约35至约85、约35至约65、约40至约55、约40至约50或约45重量％的各个量存在于组合物中，所述量每一者均基于组合物的总重量。通常，焊料粉末以约25至约75、约25至约55、约30至约50、约35至约45或约40重量％的各个量存在于组合物中，所述量每一者均基于组合物的总重量。
所述聚合物可包含各种类型的聚合物，或可以聚合以产生所述聚合物的单体。所述聚合物通常为热固性树脂，如环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅、聚氨酯或它们的组合。在某些实施例中，所述聚合物包含环氧树脂，其也可以为“B阶段”树脂。环氧树脂的例子包括双酚A的二缩水甘油醚以及双酚F的二缩水甘油醚。
在其中所述聚合物包含(或为)环氧树脂的实施例中，环氧树脂可具有各种环氧化物当量(EEW)。在某些实施例中，环氧树脂具有约20至约100,000、约30至约50,000、约35至约25,000、约40至约10,000、约150至约7,500、约170至约5,000、约250至约2,500、约300至约2,000、约312至约1,590、约400至约1,000或约450至约600g/eq的EEW。EEW可经由本领域知晓的方法如通过ASTM D1652进行测定。
环氧树脂的合适例子可从密歇根州米德兰陶氏化学公司以商标D.E.R.TM商购获得，如D.E.R.TM383、6116、662 UH、331、323、354、736、732、324、353、667E、668-20、671-X70、671-X75、684-EK40、6225、6155、669E、660-MAK80、660-PA80、337-X80、337-X90、660-X80、661-A80、671-PM75、3680-X90、6510HT、330、332、6224、6330-A10、642U、661、662E、663U、663UE、664U、672U、664UM、667-20、669-20、671-R75、671-T75、671-XM75和/或692H。其他合适的环氧树脂可从亨斯迈公司(Huntsman)和迈图公司(Momentive)以商标和EpikoteTM商购获得。
所述聚合物通常用作改善导体与基板在固化后的粘结性的粘结剂，并增加导体的总体内聚强度。一般来讲，导体具有优异的粘合和内聚特性。据信，在固化期间/之后，所述聚合物提供导体与基板之间在其界面处的粘附力，并且还提供导体内部组分(例如金属粉末)之间的内聚力。所述聚合物可粘到多种不同的表面，包括可焊接的和不可焊接的表面。所述聚合物还使与基板界面相对的一部分金属粉末用于直接焊接目的，例如用于互联。在达到最终固化状态前，聚合物还用作将助熔剂递送到金属粉末的介质，如下文进一步描述。
所述羧化聚合物可包含多种类型的具有一个或多个羧基(-COOH)通常两个或更多个羧基使得导体通常具有交联结构的聚合物和共聚物。–COOH基团通常充当助熔剂，与组合物中的其他基团(例如，聚合物的环氧基团)反应，和/或与金属氧化物形成盐并因而促进固化(例如，催化环氧树脂固化)。这些羧化聚合物的例子包括经由可能与不饱和脂族或芳族烃(烯烃、炔烃和/或亚芳基化合物)相结合的不饱和脂族或芳族酸的阴离子机理或自由基机理而通过聚合反应或共聚反应得到的那些聚合物。合适的不饱和羧酸包括脂族羧酸，如甲基丙烯酸、卤代丙烯酸、巴豆酸、丙烯酸羧乙酯、丙烯酸、富马酸、衣康酸、粘康酸、戊炔酸和/或乙炔二羧酸；以及不饱和芳族酸，如乙烯基苯甲酸和/或苯丙炔酸。与不饱和酸结合形成羧化共聚物的合适的不饱和烯烃包括丙烯、异丁烯、氯乙烯和/或苯乙烯。合适的羧化聚合物的其他例子包括羧酸官能化聚酯树脂和羧酸酐以及由其制备的聚合物。
所述羧化聚合物可具有各种酸当量(AEW)。在某些实施例中，所述羧化聚合物具有约20至约100,000、约25至约50,000、约30至约25,000、约30至约10,000、约30至约5,000、约30至约2,500、约30至约2,000、约40至约1,000或约50至约500g/eq的AEW。AEW可经由本领域知晓的方法测定，如通过将分子量除以羧基的数量和/或通过ASTM D1980测定酸值。
所述羧化聚合物可用于助熔金属粉末并使聚合物交联形成导体。具体地讲，在加热组合物以形成导体的过程中，所述羧化聚合物通常在第一温度下助熔金属粉末，并在第二温度下用作所述聚合物的交联剂，第二温度通常高于第一温度。这些温度可以变化，但通常落在本文所述的温度范围内。
虽然用作金属粉末的助熔剂，但是所述羧化聚合物通常溶解金属表面的金属氧化物。移除金属氧化物允许金属粒子聚集(或团聚)并在导体形成期间在导体中更好地形成导电桥，尤其是就焊料-Cu粘结而言。通常，对金属粉末在导体的形成过程中原位助熔，使得不需要在使用前对金属粉末预先助熔。例如，在将金属粉末用于组合物前，不需要预助熔剂/清洁剂(例如酸)从金属粉末表面移除氧化物。在某些实施例中，本发明不含预助熔剂/预助熔。
此外，移除的金属氧化物通常以足够的量存在，以催化聚合物与所述羧化聚合物的羧基之间在高温下的反应。金属氧化物最初可通过对金属粉末加热而产生，金属粉末在加热下氧化形成氧化物。氧化物可与所述羧化聚合物反应形成盐。氧化物和盐可用作所述聚合物与羧化聚合物的反应的催化剂。另外，通过可能已用于处理金属粉末的螯合剂的热释放，可使得催化剂可用。可基于金属和/或焊料粉末的类型(如有机锡和铜盐、苯并三唑、咪唑等)而释放各种催化剂。这些多种各样的机理通常在施加组合物后并在导体的形成过程中发生。这些机理与组合物/其组分的熔化、湿透、助熔以及固化温度或特征相关联。
在某些实施例中，所述羧化聚合物包含丙烯酸系聚合物。在另外的实施例中，所述羧化聚合物包含苯乙烯-丙烯酸系共聚物。在具体实施例中，所述羧化聚合物在215℃下是热稳定的，具有大于200的酸值，和/或20℃下低于0.01Pa.s(10厘泊)的粘度。合适的丙烯酸聚合物的例子可从新泽西州弗洛厄姆帕尔克巴斯夫公司(BASF Corp.,Florham Park,NJ)以商标商购获得，如50、60、61、63、67、74-A、77、89、95、142、500、504、507、508、510、530、537、538-A、550、551、552、556、558、581、585、587、611、624、631、633、646、655、660、678、680、682、683、690、693、690、693、750、804、815、817、819、820、821、822、843、845、848、901、902、903、906、906-AC、909、911、915、918、920、922、924、934、935、939、942,945、948、960、963、1163、1520、1522、1532、1536、1540、1610、1612、1655、1670、1680、1695、1907、1908、1915、1916、1919、1954、1980、1982、1984、1987、1992、1993、2153、2178、2350、2561、2570、2640、2646、2660、2664、8383和/或HR 1620。
通常，所述聚合物和所述羧化聚合物一起以约2.5至约10、约2.5至约7.5、约3至约6、约5至约6或约5.5重量％的量存在于组合物中，所述量每一者均基于组合物的总重量。在某些实施例中，所述聚合物和羧化聚合物的重量比为约1:1至约1:3、约1:1至约1:2.75、约1:1至约1:2.5或约1:1.5至约1:2.5(聚合物:羧化聚合物)。
通常，所述聚合物以约0.5至约5、约1至约2.5、约1.5至约2或约1.75重量％的量存在于组合物中，所述量每一者均基于组合物的总重量。通常，所述羧化聚合物以约1至约7.5、约2至约5、约3至约4或约3.5至约4重量％的量存在于组合物中，所述量每一者均基于组合物的总重量。
除了羧化聚合物外，二羧酸也可用于助熔金属粉末。可以使用各种类型的二羧酸。合适的二羧酸的例子包括线性、环状、芳族和/或高度支化的烷基和/或不饱和脂族和/或芳族二羧酸，如草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、马来酸、戊烯二酸、愈伤酸、粘康酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸和/或对苯二甲酸。在某些实施例中，二羧酸为十二烷二酸(DDDA)。通常，二羧酸以约0.05至约1、约0.1至约0.75、约0.2至约0.5或约0.2至约0.3重量％的量存在于组合物中，所述量每一者均基于组合物的总重量。
除了羧化聚合物和二羧酸外，单羧酸也可用于助熔金属粉末。具体地讲，单羧酸可用于防止组合物因可能已存在的或在环境温度下形成的金属氧化物而过早固化。可以使用各种类型的单羧酸。合适的单羧酸的例子包括线性、环状、芳族和/或高度支化的烷基和/或不饱和脂族和/或芳族单羧酸，如甲酸、乙酸、卤代乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、辛酸、月桂酸、癸酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、异丁酸、异戊酸、新戊酸、新癸酸、异硬脂酸、油酸、神经酸、亚油酸、辛炔酸、苯甲酸和/或苯丙炔酸。在多个实施例中，单羧酸为versatic酸。在某些实施例中，单羧酸为versatic 10，其为包含高度支化的C10单羧酸异构体(大部分具有三级结构)的混合物的合成酸。Versatic 10在本领域中也可称为新癸酸。合适的单羧酸的例子可从伊利诺伊州喀本特士维瀚森特种化学公司(Hexion SpecialtyChemicals,Carpentersville,IL)商购获得。
据信，单羧酸中的高支化度引起空间位阻，该空间位阻赋予由其形成的盐优异的稳定性。在某些实施例中，单羧酸在室温(RT，约20至25℃)下为液体。通常，单羧酸以约0.25至约1.25、约0.25至约1、约0.25至约0.75、约0.4至约0.5或约0.45重量％的量存在于组合物中，所述量每一者均基于组合物的总重量。
在聚合物包含环氧树脂使得提供环氧基团的实施例中，酸性基团(由酸提供)与环氧基团的比率通常为约1:1至约10:1、约2:1至约9:1、约3:1至约8:1、约4:1至约7:1、约5:1至约7:1或约6:1至约7:1的酸性:环氧(A:E)。在另外的实施例中，酸性基团与环氧基团的比率通常为至少约3:1、至少约3.5:1、至少约4:1、至少约4.5:1、至少约5:1、至少约5.5:1、至少约6:1、至少约6.5:1或至少约7:1的A:E。
不受任何特定理论的束缚或限制，据信，增加A:E比(例如，高于约4:1)能实现优异的金属粉末助熔，而无需对金属粉末预助熔。在较低的比率下，例如低于约4:1的A:E，据信，组合物将不能直接焊接，原因是金属粉末的助熔不足。具体地讲，在某些实施例中，在低于约4:1的A:E下，可能不会发生助熔，这可以经由加热/固化期间的颜色变化来确定。此外，在此较低的水平下，焊料粉末可能无法湿透和/或不能焊接，甚至在助熔的情况下。一般来讲，颜色从棕色变成(或漂移至)浅至深灰色表明足够的助熔材料或熔料。因此，如果在尝试助熔材料后材料仍为棕色(或类似于棕色，例如铜色)，则未发生助熔，或助熔不足。据信，材料在助熔后因焊料使金属粉末(例如，Cu)表面湿透而变成灰色，使得有效地只看到焊料。在助熔不足的情形下，金属粉末的表面不被焊料完全湿透，使得其仍然可见。
在某些实施例中，组合物还可以包含添加剂。可以使用多种类型的添加剂。合适的添加剂的例子包括溶剂、粘附促进剂、消泡剂、去活化剂、抗氧化剂、流变增强剂/改性剂和/或导热剂(thermal agent)。可用于形成组合物的多种实施例的合适组分的另外例子在授予Craig的美国专利No.7,022,266以及在授予Craig等人的美国专利No.6,971,163中有所公开，这两份专利均在不与本发明的一般范围相冲突的范围内全文以引用方式并入本文。
如果使用溶剂，则溶剂可用于使所述聚合物和/或羧化聚合物形成溶液。溶剂还可用于调节一种或多种组分的粘度，和/或调节组合物本身的流变性。调节组合物的粘度可用于各种目的，例如，用于获得经由印刷或类似技术施加组合物时的所需粘度。可以使用各种类型的溶剂。合适的溶剂的例子包括醇类，如单萜烯醇(例如萜品醇)和苄醇。另外的例子包括2-乙氧基乙基乙酸酯、2(3)-(四氢糠氧基)四氢吡喃、二异丁基酮、丙二醇单甲醚醋酸酯(PGMEA)和丙二醇-1,2丙二醇。此类溶剂可从多种来源商购获得，如伊利诺伊州芝加哥西格玛奥德里奇公司。另一种合适的溶剂为丁基卡必醇，其可从陶氏化学公司商购获得。可以使用溶剂的各种组合。溶剂可以各种量使用。在某些实施例中，溶剂以约0.5至约15、约1至约12.5、约2.5至约10、约5至约7.5或约5至约7重量％的量存在于组合物中，所述量每一者均基于组合物的总重量。取决于施加技术，可按预定的量添加溶剂和/或根据需要添加溶剂。
如果使用粘附促进剂，则粘附促进剂可用于进一步增加导体在各种基板上的粘附力。可以使用各种类型的粘附促进剂。合适的粘附促进剂(或偶联剂)的例子包括基于硅烷和/或钛酸酯的那些。采用硅烷粘附促进剂可用于增加与具有有机官能团的基板的粘附力。采用钛酸酯粘附促进剂可用于增加与具有有机填料的基板的粘附力。据信，钛酸酯偶联剂偶联到无机填料的表面以改善与有机基质的相容性并且还改善与基板的粘附力。可以使用不同促进剂的组合。在某些实施例中，粘附促进剂(例如，钛酸酯)与组合物的至少一种聚合物反应。合适的粘附促进剂的例子可从密歇根州米德兰道康宁公司商购获得，如2-(3,4-环氧环己基)乙基]三甲氧基硅烷，例如Z-6043；或缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷，例如Z-6040。另外的合适例子包括可从迈图公司以商标Silquest如Silquest A-187；以Xiameter如OFS-6040；以及从新泽西州贝永肯瑞奇石油化工有限公司以商标如KR9S商购获得的那些。虽然不是必需的，但是粘附促进剂可以各种量使用。在某些实施例中，粘附促进剂以约0.01至约3、约0.1至约2、约0.25至约1或约0.8重量％的量存在于组合物中，所述量每一者均基于组合物的总重量。
如果使用消泡剂，则消泡剂可用于防止在组合物的形成和/或使用过程中起泡。可以使用各种类型的消泡剂。合适的消泡剂的例子包括不含有机硅的消泡剂。合适的消泡剂的例子可从康涅狄格沃灵福德毕克添加剂和仪器部门(BYK additives&instruments,Wallingford,CT)商购获得，如 虽然不是必需的，但是消泡剂可以各种量使用。在某些实施例中，消泡剂以约0.01至约1、约0.1至约0.75、约0.1至约0.5或约0.1至约0.3重量％的量存在于组合物中，所述量每一者均基于组合物的总重量。
如果使用去活化剂和/或抗氧化剂，则它们可用于抑制金属(例如Cu)的迁移。可以使用各种类型的去活化剂和/或抗氧化剂。在一个实施例中，去活化剂包含草酰双(亚苄基酰肼)。合适的去活化剂和/或抗氧化剂的例子可从田纳西州金斯波特伊士曼化工公司(Eastman Chemical Co.,Kingsport,TN)商购获得，如EastmanTM OABH抑制剂。虽然不是必需的，但是去活化剂和/或抗氧化剂可以各种量使用。在某些实施例中，去活化剂以约0.01至约1、约0.1至约0.75、约0.1至约0.5或约0.1至约0.4重量％的量存在于组合物中，所述量每一者均基于组合物的总重量。
在某些实施例中，组合物包含二溴化苯乙烯。具体的例子为可从西格玛奥德里奇公司商购获得的1,2-二溴乙基苯。二溴化苯乙烯可用于增加组合物的导热率。此外，存在乙烯基官能团允许苯乙烯在形成导体的过程中聚合。虽然不是必需的，但是二溴化苯乙烯可以各种量使用。在某些实施例中，二溴化苯乙烯以约0.05至约1、约0.1至约0.75、约0.1至约0.5或约0.2至约0.3重量％的量存在于组合物中，所述量每一者均基于组合物的总重量。
参见图10，组合物70”设置在基板70上，并通常示为左侧的“固化前”和右侧的“固化”使得其为导体72。如本文所用，引号(”)通常是指相应组件或组合物的不同状态，如在固化前、在烧结前等，而不含”通常表示相应组分或组合物的后固化状态或最终固化状态。如上文所提到，导体70可用于多种应用的电流输送和/或电连接。组合物70”和导体70不限于任何特定的应用。组合物70”可用于形成多种制品。此类制品通常包括基板72，而导体70设置在基板72上。基板72可通过各种材料形成。在一个实施例中，基板72本身也为导体。此类导电基板72的例子包括金属和半导体。金属基板72的具体例子包括Al、Ag或它们的组合。半导体基板72的例子包括由硅(如晶体硅)形成的那些。在其他实施例中，基板72为电介质(或绝缘体)。组合物70”可设置在多种材料上，包括上文所述的那些材料的组合。其他具体材料的例子包括可焊接的和不可焊接的金属，如高熔点导电金属，例如镍或常规的块状基板。一般来讲，只有金属材料才被视为可焊接的。
导体70可呈多种形式，并具有多种大小和形状，如被构造成用作母线、接触极板、细线、指状物和/或电极。例如，组合物70”可用于通过印刷或其他方式形成细线，例如70μm线、点、点与线等。也可以形成其他宽度。导体70不限于任何特定的形状或构造。上述组件中的一些可用于将在下文进一步描述的PV电池和其他PV装置。组合物70”也可用于其他应用，如用于电路板，例如印刷电路板(PCB)生产，或需要导电材料的其他应用。导体70可直接焊接，这提供改进的连接方式，如通过使用互联条直接连接到导体70。换句话讲，通常不存在在直接焊接到导体70上之前需要从其移除的顶涂层、保护层或最外层。这可以缩短制造时间、降低制造复杂性并降低制造成本。例如，互联条可直接焊接到导体70而无需采取另外的步骤。在某些实施例中，这种情况的例外可以是另外的助熔步骤。一般来讲，如果焊料可在加工后在表面上湿透，则该表面是可以直接焊接的。例如，如果可将线材直接焊接到基板(在商业上合理的时间范围内并通常使用施加的助熔剂)，使用镀锡焊铁将焊料层置于母线上，或只是加热基板并观察到焊料湿透电极表面，则材料将是可以直接焊接的。就不可焊接的系统而言，甚至在施加助熔剂并充分加热后也不可焊接的系统，焊料始终不会打湿表面，并且无法形成焊料接头。
在某些实施例中，组合物70”通过依赖于其形成导体70的固化机理可用作粘合剂。例如，可施加并加热组合物70”以形成导体70，并且导体70可用作粘合剂，如将线材保持在适当的位置，将两个基板保持在一起等。可将线材设置在组合物70”中和/或可将组合物70”设置在线材上，随后固化形成导体70，从而将线材保持在适当的位置。在最终固化以形成导体70前，由组合物70”提供的即时或中间粘附强度可称为生坯强度。在其他实施例中，指状物40a中的一个或多个、第二电极62(如下所述)或它们的组合由本发明的组合物70”形成。
形成导体70的方法通常包括将组合物70”施加到基板72的步骤。组合物70”可通过多种方法施加。可以利用多种类型的沉积方法，如通过丝网或孔版进行的印刷，或其他方法，如气溶胶、喷墨、凹版或柔版印刷。在某些实施例中，将组合物70”直接丝网印刷到基板72上。组合物70”通常为糊料的形式，因此，印刷是一种可容易地应用的方法。可将组合物70”施加到基板72上以与基板72形成直接物理和电接触。
如上所述，组合物70”的焊料粉末74”在比组合物70”的金属粉末76的熔融温度低的温度下熔化。组合物70”还包含如上所述的聚合物和其他组分78”。该方法还包括将组合物70”加热到不超过约800℃的温度以形成导体70的步骤。通常将组合物70”加热到约150至约800、约175至约275、约700至约250或约725℃的温度。在某些实施例中，将组合物70”在约250℃或更低的温度下加热以形成导体70。在某些实施例中，将组合物70”加热到约700至约800℃的温度。此类温度通常烧结焊料粉末74”，但不烧结金属粉末76，以形成导体70。这种加热在本领域中也可称为回流或烧结。
参见图10和11，据信，焊料粉末74”在组合物70”的加热过程中烧结并涂布金属粉末76的粒子以形成导体70。也在此期间，组合物70”可失去挥发物并且聚合物78”交联成最终固化态78，从而通常提供与基板72的粘附力。如图11所示，聚合物78的至少一部分与基板72直接接触。金属间层80通常围绕金属粉末76的粒子而形成。这种涂层使得焊料74涂布的金属粉末76的粒子能够运载电流，并且还可以防止金属粉末76的氧化。由于较低的温度，金属粉末76通常不会在加热期间烧结。该加热步骤的低温通常允许使用温敏基板72，例如非晶硅或透明导电氧化物。
可将组合物70”加热多种时长以形成导体70。通常，仅将组合物70”加热形成导体70所需的一段时间。此类时间可经由常规实验确定。可将惰性气体(例如氮气(N2)层)用于防止金属粉末76在用焊料74”涂布前过早氧化。然而，通常不需要对金属粉末76进行预助熔。不必要地对导体70过度加热一段较长的时间可损坏基板72和/或导体70。
不受任何特定理论的束缚或限制，据信，组合物70”通常为自熔性的并且基于以下机理而耐氧化：热发生使羧化聚合物活化从而助熔焊料和金属粉末74”、76。释放的金属氧化物和盐充当催化剂并促进聚合物与羧化聚合物在较高温度下快速交联。催化性氧化物通过自然金属(例如Cu)氧化而形成。金属盐通过氧化物与羧化聚合物之间的反应产生，或为因焊料和金属粉末74”、76加热而释放的用作润滑剂/稳定性增强剂的化合物。除了助熔/交联机理外，随着温度的升高，焊料粉末74”熔化并润湿金属粉末76的粒子，并且金属粉末76与焊料粉末74之间的烧结如图10所示发生以形成金属间层80。在金属粉末76的粒子上的焊料涂层74有利于防止金属粉末76进一步氧化并随着时间的推移维持导体70的导电性。
如上文所提到，不受任何特定理论的束缚或限制，据信，母线52与上部掺杂区34之间的物理分离是有益的，原因至少有两个：其一，这种分离防止第二金属(例如Cu)扩散进底部基板32。据信，防止这种扩散将防止相对的掺杂区被母线52的第二金属分流。其二，据信这种物理分离可降低金属和硅界面处的少量载流子复合。据信，通过减小金属/硅界面的面积，因复合而导致的损耗通常得以降低并且开路电压(Voc)和短路电流密度(Jsc)通常得以改善。该面积的减小是因为钝化层54设置在大部分母线52与上部掺杂区34之间，而集电器40或指状物40a(若存在的话)是与底部基板32的上部掺杂区34接触的唯一金属组件。PV电池30的另外实施例现在将在下文立即描述。
图22的PV电池30与图3A的相似，但包括不连续的指状物40。母线52设置在在指状物40之间限定的间隙47上方。间隙47可具有各种宽度，前提是母线52与指状物40电接触。指状物40可主要包含一种金属，例如Ag，而母线52包含另一种金属，例如Cu(如上所述)。因具有间隙47，制造成本可得以降低(如通过降低所用的Ag的总量)，和/或粘附力可受到积极的影响。
图23的PV电池30与图22的相似，但是还包括设置在指状物40a上方的补充性指状物40b。补充性指状物40b可包含与母线52相同的材料(例如Cu)或不同的材料。补充性指状物40b和母线52可以是分开的(例如，一个位于另一个上方)或一体的。通过利用补充性指状物40b，指状物40a(例如Ag指状物)的大小可得以降低，这可以降低制造成本和/或改善粘附力。
图24的PV电池30包括指状物40、母线52a以及设置在指状物40和母线52a上方的补充性母线极板52b。指状物40和母线52可以是分开的或一体的。指状物40和母线52可包含相同的大部分金属(例如Ag)，或彼此不同。母线极板52b可包含Cu或另一种金属，例如当通过本发明的组合物形成时。通过利用母线极板52b，母线50a(例如Ag母线52a)的大小可得以降低。
图25的PV电池30与图22和24的相似，但是包括一对母线52a和设置在母线52a上方的补充性母线52b。指状物40和母线52a可以是分开的或一体的。指状物40和母线52a可包含相同的大部分金属(例如Ag)，或彼此不同。补充性母线52b可包含Cu或另一种金属。通过利用补充性母线52b，母线52a的大小可得以降低。
图26和27的PV电池30与图22的相似，但是包括具有代替间隙47的极板的指状物40。带极板的指状物40可有助于改善与母线52的电接触以及改善粘附力，同时降低所用的Ag的量而降低制造成本。图26的指状物40具有中空极板，即，内部间隙47，其可以降低制造成本并对粘附力产生积极的影响。母线52的一部分可设置在中空带极板的指状物40的间隙47中。
图28的PV电池30与图22的相似，但是包括具有设置在其上的补充性指状物40b的不连续指状物40a。不连续指状物40a可以为各种形状，如矩形、方形、点或它们的组合。此类指状物40a可以镀覆、印刷或以另一种方式形成。多个间隙47由不连续指状物40a限定。补充性指状物40b和母线52可以为分开的或一体的。通过使用不连续指状物40a和补充性指状物40b，制造成本可得以降低。不连续指状物40a通常接触发射极，而补充性指状物40b和母线52运载电流。
可包含本发明的导电层的多种类型的PV电池30的另外实施例在均与本主题申请同时提交的共同未决的PCT/US12/69465(代理人案卷号DC11371 PSP1，071038.01087)、共同未决的PCT/US12/69492(代理人案卷号DC11372 PSP1，071038.01089)以及共同未决的PCT/US12/69503(代理人案卷号DC11370 PSP1，071038.01091)中有所描述，将它们的公开内容在不与本发明的一般范围相冲突的范围内全文以引用方式并入。
回到PV电池30，在一个实施例中，底部基板32包括后部掺杂区38，作为设置在与上部掺杂区34(若存在的话)相对的后部掺杂区38上的第一电极40b的集电器40a，以及设置在作为第一电极40b的集电器40附近的导电层39。
第一电极40b具有电极外表面60。第一电极40b可覆盖整个后部掺杂区38或仅覆盖其一部分。如果是后一种情况，则通常的是，将钝化层54例如SiNx层用于保护后部掺杂区38的暴露部分，但是钝化层54不用在直接物理和电接触的第一电极40b与后部掺杂区38的所述部分之间。第一电极40b可呈层、具有局部触点的层或包含指状物和母线的接触格栅的形式。合适的构造的例子包括但不限于p型基极构造、n型基极构造、PERC或PERL型构造、双面BSF型构造、本征薄层异质结(HIT)构造、发射极穿孔卷绕(EWT)构造、金属穿孔卷绕(MWT)构造、交指式背接触(IBC)构造等。PV电池30不限于任何特定类型的第一电极40b或电极构造。
第一电极40b可呈层、具有局部触点的层或包含指状物、点、极板和/或母线的接触格栅的形式。合适的构造的例子包括p型基极构造、n型基极构造、PERC或PERL型构造、双面BSF型构造等、本征薄层异质结(HIT)构造等。PV电池30不限于任何特定类型的电极或电极构造。第一电极40b可具有各种厚度，如约0.1至约500、约1至约100或约5至约50μm的平均厚度。这些实施例中的一些以及其他实施例将在下文详细描述。
在某些实施例中，第一电极40b包含第一金属，其大量存在于(每个)第一电极40a中。第一金属可包含各种类型的金属。在某些实施例中，第一金属包含Al。在其他实施例中，第一金属包含Ag。在另外其他实施例中，第一金属包含Ag和Al的组合。所谓“大量”，其通常意指第一金属是第一电极40b的主要组分，使得其含量大于也可存在于第一电极40b中的任何其他组分。在某些实施例中，第一金属(例如Al和/或Ag)的这种大量通常大于约35重量％、大于约45重量％或大于约50重量％，所述量每一者均基于第一电极40b的总重量。
在后部掺杂区38为p型的实施例中，第一电极40b通常包含元素周期表III族元素中的至少一种，例如铝Al。Al可用作p型掺杂剂。例如，可将Al糊料施加到底部基板32上然后焙烧形成第一电极40b，同时还形成后部p+型掺杂区38。Al糊料可通过各种方法施加，如通过丝网印刷工艺。其他合适的方法在下文描述。
如图12至17中最佳地示出，第二电极62与底部基板32的后部掺杂区38间隔开。后部掺杂区38不与第二电极62(直接)物理接触。第二电极62与第一电极40b电接触。第二电极62只需接触第一电极40b的一部分，或其可覆盖整个第一电极40b。第一和第二电极40b、62在本领域也可称为电极叠堆。后部掺杂区38经由第一电极40b与第二电极62电连通。第二电极62通常以极板、接触极板或母线的形状构造。本文提及第二电极62可以指各种构造。
例如，如图17至20中最佳地示出，PV电池30可包括在第一电极40b上成形为母线的一对第二电极62。此外，一对正面母线52以大致镜像构造与第二电极62相对地设置。第二电极62和母线52在化学构成和/或物理特征如形状和大小方面可彼此相同或不同。PV电池30可具有两个第二电极62。在某些实施例中，PV电池30可具有多于两个第二电极62，如三个第二电极62、四个第二电极62、六个第二电极62等。每个第二电极62与至少一个第一电极40b电接触。第二电极62可用于从已从后部掺杂区38收集了电流的第一电极40b收集电流。大致如图所示，第二电极62直接设置在第一电极40b的电极外表面60上以提供与之密切的物理和电接触。这将第二电极62设置在适当的位置以直接从第一电极40b运载电流。第一电极40b与底部基板32的后部掺杂区38形成密切的物理和电接触。如上文所提到，在一个实施例中，将钝化/另外的钝化层68设置在第二电极62与后部掺杂区38之间，使得第二电极62不与所述底部基板32的所述后部掺杂区38物理接触。
第二电极62可具有各种宽度，如约0.5至约10、约1至约5或约2mm的平均宽度。第二电极62可具有各种厚度，如约0.1至约500、约10至约250、约30至约100或约30至约50μm的平均厚度。第二电极62可间隔开多种距离。
第二电极62可由各种材料形成。在一个实施例中，第二电极62与母线52相似地或相同地形成。第二电极62可以与如上文针对母线52所述的相同方式形成。
导电层39设置在与包含第一电极40b的集电器40相对的第二电极62上并与之物理接触。如上文所述，导电层39适于电串联多个PV电池30。因此，上述带状物64可设置在导电层39上并与之物理接触。
PV电池30具有20℃下低于约25毫欧(mOhm)、或者20℃下低于20mOhm、或者20℃下低于15mOhm、或者20℃下低于12mOhm或者20℃下低于10mOhm的串联电阻，如通过被构造成具有四点探头的Berger I-V测试台测得。
本发明还提供如在图21中最佳地示出的用于组装相关光伏电池的制品66。制品66包括用于运载电流的带状物64以及导电层39，它们的说明在上文提供。制品66适于“普适性”(drop-in)应用以连接一个或多个任何类型的PV电池。更具体地讲，PV电池不需要如本文结合制品66的使用所述的导电层39。然而，应当意识到，制品66可与具有如本文所述的导电层39的PV电池30一起使用。
一种形成制品66的方法包括将如本文之前所述的包含溶剂的导电组合物施加到带状物64。该方法还包括从导电组合物中移除或基本上移除溶剂以形成包括设置在带状物64上的导电层39的制品66的步骤。在另一个实施例中，形成制品66的方法包括将如本文之前所述的包含溶剂的导电组合物施加到膜(例如氟硅氧烷涂布的聚对苯二甲酸乙二醇酯隔离衬片)的步骤。在该实施例中，该方法还包括从导电组合物中移除或基本上移除溶剂以形成导电层39然后将导电层39施加到带状物64上并移除膜以形成包括设置在带状物64上的导电层39的制品66的步骤。可以使用各种类型的移除方法，如加热，例如在烘箱中加热导电组合物。
本发明还提供形成光伏电池的方法，该光伏电池包括：包含硅并包括至少一个掺杂区34、38的底部基板32，设置在底部基板32的掺杂区34、38上并具有与底部基板32的掺杂区34、38物理接触的下部42和与下部42相对的上部44的集电器40，以及为电各向同性或各向异性的导电层39。该方法包括在集电器40附近施加如本文之前所述的包含溶剂的导电组合物。该方法还包括从导电组合物中移除或基本上移除溶剂以形成导电层39的步骤。可以使用各种类型的移除方法，如加热。在另一个实施例中，该方法包括将如本文之前所述的包含溶剂的导电组合物施加到膜(例如氟硅氧烷涂布的聚对苯二甲酸乙二醇酯隔离衬片)的步骤。在该实施例中，该方法还包括从导电组合物中移除或基本上移除溶剂以形成导电层39然后将导电层39施加在集电器40附近并移除膜以形成光伏电池的步骤。
以下说明本发明的PV的实例旨在说明而非限制本发明。
通过将组合物与导电粒子合并以形成导电组合物而制备了发明组合物1，其中导电粒子以80重量％的量(基于导电组合物的总重量)存在。导电组合物的其余部分包含粘结剂和溶剂。必要时，除了已存在于组合物中的任何溶剂外，还可以将溶剂与组合物和导电粒子合并以进一步改变导电组合物的流变性。
组合物为聚二甲基硅氧烷树胶和树脂的分散体。
导电粒子为具有约0.1至约20μm平均粒度的常规银薄片。
通过将发明组合物1施加到氟硅氧烷涂布的聚对苯二甲酸乙二醇酯隔离衬片上制备了发明实例1。然后将发明组合物1在烘箱中加热以移除任何存在于形成导电层的发明组合物1中的溶剂。将导电层施加到PV电池，然后移除隔离衬片。将带状物压到导电层上，然后使用Berger I-V测试台测量PV电池的串联电阻。对PV电池进行了瞬间高压测试以测定串联电阻。在20℃下测量，发明实例1具有11.17mOhm的串联电阻。
该PV电池为5英寸正方形多晶硅光伏电池。
上述数值中的一个或者多个可变化±5％、±10％、±15％、±20％、±25％等，只要差异保持在本发明的范围之内。可以从独立于所有其他成员的马库什(Markush)组的每个成员中获得意料不到的结果。每个成员可以被单独地和/或组合地依赖，并且为所附权利要求的范围内的具体实施例提供足够的支持。本文明确设想到独立权利要求和从属权利要求(单项从属和多项从属)的所有组合的主题。本公开的说明文字是示例性的，而不是限制性的。按照上述教导内容，本发明的许多修改形式和变型形式是可能的，并且本发明可以不按具体描述那样实施。

Claims (24)

1.一种光伏电池，包括：
包含硅并包括至少一个掺杂区的底部基板；
设置在所述底部基板的所述掺杂区上并具有与所述底部基板的所述掺杂区物理接触的下部和与所述下部相对的上部的集电器；和
为电各向同性或各向异性的导电层，所述导电层设置在所述集电器附近并包含：
粘结剂，和
包含至少一种选自元素周期表8族至14族金属的金属的导电粒子，所述导电粒子赋予所述导电层各向同性或各向异性导电性；
其中所述导电层与所述底部基板经由所述集电器而电连通。
2.根据权利要求1所述的光伏电池，其中所述底部基板包括以下掺杂区作为所述至少一个掺杂区：
i)上部掺杂区；
ii)后部掺杂区；或者
iii)上部掺杂区和与所述上部掺杂区间隔开的后部掺杂区。
3.根据权利要求1或2所述的光伏电池，
i)其中所述粘结剂选自基本上由有机组合物、有机硅组合物或它们的组合组成的组；或者
ii)其中所述粘结剂为包含有机聚硅氧烷的有机硅组合物；和/或
iii)在20摄氏度(℃)下具有低于约25毫欧姆(mOhm)的串联电阻。
4.根据权利要求2或3所述的光伏电池，
其中所述底部基板包括所述上部掺杂区并且所述集电器为多个指状物，而每个指状物彼此间隔开；并且
其中每个指状物具有与所述底部基板的所述上部掺杂区物理接触的下部，以及与所述下部相对的上部。
5.根据权利要求4所述的光伏电池，其中所述导电层设置在所述指状物每一者的所述上部上并与之物理接触，使得所述底部基板与所述导电层经由所述指状物间接电连通。
6.根据权利要求4所述的光伏电池，还包括设置在所述导电层与所述底部基板的所述上部掺杂区之间的母线，使得所述母线与所述上部掺杂区和所述指状物每一者的所述上部物理接触，从而所述底部基板与所述导电层经由所述指状物、所述母线或所述指状物和所述母线两者间接电连通。
7.根据权利要求4或5所述的光伏电池，还包括设置在所述底部基板的所述上部掺杂区上并具有与所述上部掺杂区相对的外表面的钝化层，其中所述指状物每一者的所述上部远离所述上部掺杂区穿过所述钝化层的所述外表面延伸，使得所述底部基板与所述导电层经由所述指状物间接电连通。
8.根据权利要求7所述的光伏电池，还包括设置在所述导电层与所述钝化层之间并与所述指状物的所述上部物理接触的母线，而所述母线与所述底部基板的所述上部掺杂区间隔开并且不与之物理接触，使得所述底部基板与所述导电层按顺序经由所述指状物和所述母线间接电连通。
9.根据权利要求8所述的光伏电池，其中所述母线由导电母线组合物形成，所述组合物包含：
金属粉末；
熔融温度低于所述金属粉末的熔融温度的焊料粉末；
聚合物；
与所述聚合物不同的用于助熔所述金属粉末并使所述聚合物交联的羧化聚合物；
用于助熔所述金属粉末的二羧酸；和
用于助熔所述金属粉末的单羧酸。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的光伏电池，还包括另外的集电器，其中所述底部基板包括所述后部掺杂区并且所述另外的集电器为设置在所述底部基板的所述后部掺杂区上并与之物理接触的第一电极。
11.根据权利要求2所述的光伏电池，其中所述底部基板包括所述后部掺杂区并且所述集电器为与所述底部基板的所述后部掺杂区物理接触的第一电极。
12.根据权利要求10或11所述的光伏电池，还包括设置在所述第一电极上的第二电极，而所述第二电极与所述底部基板的所述后部掺杂区相对并间隔开，使得所述底部基板的所述后部掺杂区不与所述第二电极物理接触，从而所述底部基板与所述第二电极经由所述第一电极间接电连通。
13.根据权利要求12所述的光伏电池，其中所述第二电极由导电母线组合物形成，所述组合物包含：
金属粉末；
熔融温度低于所述金属粉末的熔融温度的焊料粉末；
聚合物；
与所述聚合物不同的用于助熔所述金属粉末并使所述聚合物交联的羧化聚合物；
用于助熔所述金属粉末的二羧酸；和
用于助熔所述金属粉末的单羧酸。
14.根据权利要求12或13所述的光伏电池，其中所述导电层还设置在所述第二电极上，而所述导电层与所述第一电极间隔开并相对。
15.根据任何前述权利要求所述的光伏电池，还包括设置在所述导电层上并与之物理接触的至少一个带状物。
16.一种光伏模块，包括多个电连通的并如任何前述权利要求所述的光伏电池。
17.一种用于组装相关的光伏电池的制品，所述制品包括：
运载电流的带状物；和
为电各向同性或各向异性的并设置在所述带状物上以将所述带状物附接到所述光伏电池的导电层，而所述导电层包含：
粘结剂，和
包含至少一种选自元素周期表8族至14族金属的金属的导电粒子，所述导电粒子赋予所述导电层各向同性或各向异性导电性；并且
其中所述导电层与所述带状物直接电连通。
18.一种为电各向同性或各向异性的用于形成光伏电池中的导电层的导电有机硅组合物，所述导电有机硅组合物包含：
有机硅组合物；和
包含至少一种选自基本上由元素周期表8族至14族金属组成的组的金属的导电粒子，所述导电粒子赋予所述导电有机硅组合物各向同性或各向异性导电性。
19.根据权利要求18所述的导电有机硅组合物，其为电各向同性的并且其中所述导电粒子按所述导电有机硅组合物的总重量计以约50重量％至约90重量％的量存在。
20.根据权利要求18所述的导电有机硅组合物，其为电各向异性的并且其中所述导电粒子按所述导电有机硅组合物的总重量计以约0.1重量％至约50重量％的量存在。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的导电有机硅组合物，其中通过被构造成具有四点探头或线电阻探头的Berger I-V测试台测量，由所述导电有机硅组合物形成的导电层在20℃下具有约1·10-5至约5·10-3欧姆厘米(ohm-cm)的电阻率。
22.根据权利要求18所述的导电有机硅组合物，其中所述导电层为压敏粘合剂。
23.一种光伏电池，包含由根据权利要求18至22中任一项所述的导电有机硅组合物形成的导电层。
24.一种形成光伏电池的方法，所述光伏电池包括包含硅并包括至少一个掺杂区的底部基板、设置在所述底部基板的所述掺杂区上并具有与所述底部基板的所述掺杂区物理接触的下部和与所述下部相对的上部的集电器以及为电各向同性或各向异性的导电层，所述方法包括以下步骤：
提供导电组合物，所述导电组合物包含：粘结剂；包含至少一种选自元素周期表8族至14族金属的金属的导电粒子，所述导电粒子赋予由所述导电组合物形成的所述导电层各向同性或各向异性导电性；以及包含具有1至30个碳原子的烃的溶剂；以及
从所述导电组合物中移除或基本上移除所述溶剂以形成所述导电层。
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