RU2746270C1 - Polymer conductive paste for solar cells with heterojunctions - Google Patents
Polymer conductive paste for solar cells with heterojunctions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2746270C1 RU2746270C1 RU2020132861A RU2020132861A RU2746270C1 RU 2746270 C1 RU2746270 C1 RU 2746270C1 RU 2020132861 A RU2020132861 A RU 2020132861A RU 2020132861 A RU2020132861 A RU 2020132861A RU 2746270 C1 RU2746270 C1 RU 2746270C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- paste
- conductive paste
- forming component
- organic binder
- silver powder
- Prior art date
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 27
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000013538 functional additive Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 23
- -1 siloxane units Chemical group 0.000 claims abstract description 18
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 238000001595 flow curve Methods 0.000 claims abstract description 9
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract description 59
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 14
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 13
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 12
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 10
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 10
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000006254 rheological additive Substances 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 239000010408 film Substances 0.000 description 5
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 5
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 4
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 4
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 4
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 3
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 3
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 3
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- PXKLMJQFEQBVLD-UHFFFAOYSA-N bisphenol F Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1CC1=CC=C(O)C=C1 PXKLMJQFEQBVLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 2
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 2
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- HJOVHMDZYOCNQW-UHFFFAOYSA-N isophorone Chemical compound CC1=CC(=O)CC(C)(C)C1 HJOVHMDZYOCNQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006194 liquid suspension Substances 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- DAFHKNAQFPVRKR-UHFFFAOYSA-N (3-hydroxy-2,2,4-trimethylpentyl) 2-methylpropanoate Chemical compound CC(C)C(O)C(C)(C)COC(=O)C(C)C DAFHKNAQFPVRKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JOLQKTGDSGKSKJ-UHFFFAOYSA-N 1-ethoxypropan-2-ol Chemical compound CCOCC(C)O JOLQKTGDSGKSKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VXQBJTKSVGFQOL-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxyethoxy)ethyl acetate Chemical compound CCCCOCCOCCOC(C)=O VXQBJTKSVGFQOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FPZWZCWUIYYYBU-UHFFFAOYSA-N 2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acetate Chemical compound CCOCCOCCOC(C)=O FPZWZCWUIYYYBU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBASXUCJHJRPEV-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxyethoxy)ethanol Chemical compound COCCOCCO SBASXUCJHJRPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KESQFSZFUCZCEI-UHFFFAOYSA-N 2-(5-nitropyridin-2-yl)oxyethanol Chemical compound OCCOC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=N1 KESQFSZFUCZCEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WAEVWDZKMBQDEJ-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(2-methoxypropoxy)propoxy]propan-1-ol Chemical compound COC(C)COC(C)COC(C)CO WAEVWDZKMBQDEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 2-butoxyethanol Chemical compound CCCCOCCO POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 2-ethoxyethanol Chemical compound CCOCCO ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTWJRLJHJPIABL-UHFFFAOYSA-N 2-methylphenol;3-methylphenol;4-methylphenol Chemical compound CC1=CC=C(O)C=C1.CC1=CC=CC(O)=C1.CC1=CC=CC=C1O QTWJRLJHJPIABL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229930185605 Bisphenol Natural products 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BRLQWZUYTZBJKN-UHFFFAOYSA-N Epichlorohydrin Chemical compound ClCC1CO1 BRLQWZUYTZBJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229930003836 cresol Natural products 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 229940028356 diethylene glycol monobutyl ether Drugs 0.000 description 1
- XXJWXESWEXIICW-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol monoethyl ether Chemical compound CCOCCOCCO XXJWXESWEXIICW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940075557 diethylene glycol monoethyl ether Drugs 0.000 description 1
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000010946 fine silver Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 150000002334 glycols Chemical class 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- JCGNDDUYTRNOFT-UHFFFAOYSA-N oxolane-2,4-dione Chemical compound O=C1COC(=O)C1 JCGNDDUYTRNOFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 239000013034 phenoxy resin Substances 0.000 description 1
- 229920006287 phenoxy resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Chemical group 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N urea group Chemical group NC(=O)N XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
- H01B1/24—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising carbon-silicon compounds, carbon or silicon
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
Настоящее изобретение относится к толстопленочной микроэлектронике, а именно к материалам для изготовления электропроводящих контактных слоев методом трафаретной печати, и может быть использовано для формирования контактной сетки солнечных элементов. The present invention relates to thick-film microelectronics, in particular to materials for the manufacture of electrically conductive contact layers by screen printing, and can be used to form a contact grid of solar cells.
Предшествующий уровень техникиPrior art
Полупроводниковые солнечные элементы изготавливаются из полупроводникового материала, например, кремния. Контакты на поверхности кремниевой подложки могут быть получены нанесением токопроводящей жидкой суспензии (далее пасты) методом трафаретной печати.Semiconductor solar cells are made from a semiconductor material such as silicon. Contacts on the surface of a silicon substrate can be obtained by applying a conductive liquid suspension (hereinafter referred to as paste) by screen printing.
Состав пасты включает в себя, как правило, проводящий компонент, представляющий собой мелкодисперсный металлический порошок, структурообразующий компонент, органический растворитель, функциональные добавки различного назначения для обеспечения заданных печатно-технических характеристик толстопленочного материала.The composition of the paste includes, as a rule, a conductive component, which is a finely dispersed metal powder, a structure-forming component, an organic solvent, functional additives for various purposes to ensure the specified printing and technical characteristics of a thick-film material.
Одной из основных тенденций в производстве толстопленочных солнечных элементов в настоящее время является снижение ширины проводящей контактной сетки на основе токопроводящей пасты и, как следствие, повышение эффективности солнечного преобразователя за счет снижения величины линейного сопротивления проводника. Данный результат обеспечивается путем внедрения комплексного подхода при разработке состава токопроводящей пасты, а именно, использование мелкодисперсного металлического порошка с заданными гранулометрическими параметрами, обеспечивающими стабильные печатные характеристики пасты; растворителя или смеси растворителей, обеспечивающих требуемый уровень смачиваемости твердой фазы и подложки и, как следствие, относительной монодисперсности конечного продукта; полимерного компонента с заданным диапазоном молекулярной массы и присутствием функциональных групп; одной или нескольких функциональных добавок.One of the main trends in the production of thick-film solar cells at the present time is to reduce the width of the conductive contact grid based on conductive paste and, as a consequence, to increase the efficiency of the solar converter by reducing the linear resistance of the conductor. This result is achieved through the introduction of an integrated approach to the development of the composition of the conductive paste, namely, the use of finely dispersed metal powder with the given granulometric parameters, providing stable printing characteristics of the paste; a solvent or a mixture of solvents that provide the required level of wettability of the solid phase and substrate and, as a consequence, the relative monodispersity of the final product; polymer component with a given range of molecular weight and the presence of functional groups; one or more functional additives.
Состав токопроводящей пасты может содержать следующие компоненты:The composition of a conductive paste may contain the following components:
(А) минимум один проводящий наполнитель,(A) at least one conductive filler,
(Б) структурообразующий компонент,(B) structure-forming component,
(В) минимум одна функциональная добавка.(B) at least one functional additive.
Термин «проводящий» означает свойство теплопроводности и/или электропроводности.The term "conductive" means the property of thermal conductivity and / or electrical conductivity.
В качестве проводящего наполнителя (А) применяется порошок серебра, платины, палладия, никеля, меди и/или различные композиции вышеуказанного. Форма частиц металлического порошка может быть сферической, чешуйчатой или смесь вышеуказанного.Powders of silver, platinum, palladium, nickel, copper and / or various compositions of the above are used as the conductive filler (A). The shape of the metal powder particles can be spherical, flake, or a mixture of the above.
В качестве структурообразующего компонента (Б) применяется компонент на основе термореактивной и/или термопластичной смолы. Структурообразующим компонентом могут выступать полиэфирные смолы, фенольные смолы, фенолформальдегидные смолы, эпоксидные смолы, полиакрилаты и различные композиции вышеуказанного.As a structure-forming component (B), a component based on a thermosetting and / or thermoplastic resin is used. The structure-forming component can be polyester resins, phenolic resins, phenol-formaldehyde resins, epoxy resins, polyacrylates and various compositions of the above.
В качестве функциональной добавки могут выступать диспергаторы, эмульгаторы, скользящие добавки, адгезионные добавки, тиксотропные добавки, пеногасители, реологические добавки и различные композиции вышеуказанного, обеспечивающие пасте требуемый комплекс печатно-технических характеристик.Dispersants, emulsifiers, slip additives, adhesive additives, thixotropic additives, defoamers, rheological additives and various compositions of the above can act as a functional additive, providing the paste with the required complex of printing and technical characteristics.
Состав токопроводящей пасты также может содержать растворитель (Г).The conductive paste composition may also contain solvent (D).
В качестве растворителей могут быть использованы гликоли, такие как монометиловый эфир диэтиленгликоля, моноэтиловый эфир диэтиленгликоля, монобутиловый эфир диэтиленгликоля, монометиловый эфир этиленгликоля, моноэтиловый эфир этиленгликоля, монобутиловый эфир этиленгликоля, монометиловый эфир пропиленгликоля и моноэтиловый эфир пропиленгликоля, сложные эфиры, такие как 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолмоноизобутират, 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолдиизобутират и тому подобное, кетоны, такие как циклогексанон и изофорон, терпинеол. Предпочтительнее использовать высококипящие растворители во избежание проблем, возникающих в процессе трафаретной печати и сушки. Предпочтительные высококипящие растворители включают ацетат моноэтилового эфира диэтиленгликоля, ацетат монобутилового эфира диэтиленгликоля, монометиловый эфир трипропиленгликоля, моноизобутират 2,2,4-триметил-1,3-пентандиола, терпинеол и тому подобное.As solvents, glycols such as diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether and propylene glycol monoethyl ether, monomethyl ether , 4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol diisobutyrate and the like, ketones such as cyclohexanone and isophorone, terpineol. High boiling solvents are preferred to avoid problems with screen printing and drying. Preferred high boiling point solvents include diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, tripropylene glycol monomethyl ether, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate, terpineol, and the like.
Токопроводящая паста получается путем смешивания с последующей гомогенизацией компонентов (А), (Б) и (В) в определенной пропорции при помощи смесителя, трехвалковой пастотерки, гиромиксера.Conductive paste is obtained by mixing with subsequent homogenization of components (A), (B) and (C) in a certain proportion using a mixer, three-roll paste, gyromixer.
Краткое описание чертежей и иных материаловBrief description of drawings and other materials
На фиг. 1 представлено схематичное изображение участка лицевой поверхности солнечного элемента (СЭ) с частью токопроводящей контактной сетки в виде двух параллельных проводников, геометрические характеристики обозначены: L - длина проводника, h - высота проводника, d - ширина проводника.FIG. 1 shows a schematic representation of a section of the front surface of a solar cell (SC) with a part of a conductive contact grid in the form of two parallel conductors, the geometric characteristics are indicated: L is the length of the conductor, h is the height of the conductor, d is the width of the conductor.
На фиг. 2 представлена зависимость абсолютной величины КПД от относительного сокращения ширины проводника d при неизменной площади сечения проводника Sсеч.FIG. 2 shows the dependence of the absolute value of the efficiency on the relative reduction in the width of the conductor d with a constant cross-sectional area of the conductor Ssection.
На фиг. 3 представлена зависимость абсолютной величины КПД от относительного сокращения ширины проводника d при неизменной высоте проводника h.FIG. 3 shows the dependence of the absolute value of the efficiency on the relative reduction in the width of the conductor d at a constant conductor height h.
На фиг. 4 представлен профиль распределения скоростей тонких слоев металлизационной пасты в ее объеме вдоль поперечного среза трафаретного открытия в случае турбулентного течения: а) при продавливании пасты; б) при разделении подложки и трафарета.FIG. 4 shows the profile of the distribution of the velocities of thin layers of metallization paste in its volume along the cross section of the stencil opening in the case of turbulent flow: a) when the paste is pushed; b) when separating the substrate and the stencil.
На фиг. 5 представлен профиль распределения скоростей тонких слоев металлизационной пасты в ее объеме вдоль поперечного среза трафаретного открытия в случае ламинарного течения: а) при продавливании пасты; б) при разделении подложки и трафарета.FIG. 5 shows the profile of the distribution of the velocities of thin layers of metallization paste in its volume along the cross section of the stencil opening in the case of laminar flow: a) when the paste is pushed; b) when separating the substrate and the stencil.
На фиг. 6 представлена топология проводников, изготовленных с применением трафаретов с различной шириной открытия: а – ширина открытия 60 мкм; б - ширина открытия 40 мкм.FIG. 6 shows the topology of conductors made using stencils with different opening widths: a -
На фиг. 7 представлена зависимость линейного сопротивления проводника Rline, [Ом/см], от ширины трафаретного открытия, [Ом].FIG. 7 shows the dependence of the linear resistance of the conductor R line , [Ohm / cm], on the width of the stencil opening, [Ohm].
На фиг. 8 представлены кривые течения образцов металлизационных паст с различным характером взаимодействия с элементами оснастки для трафаретной печати: красным цветом выделен образец А, зеленым цветом - образец Б.FIG. 8 shows the flow curves of samples of metallization pastes with different nature of interaction with the elements of the equipment for screen printing: sample A is highlighted in red, sample B is highlighted in green.
На фиг. 9 представлены фотографии проводниковых дорожек для образцов из Примеров 1-4.FIG. 9 shows photographs of the conductor tracks for the samples from Examples 1-4.
На фиг. 10 представлены результаты измерений ширины дорожки для образцов из Примеров 5-7.FIG. 10 shows the results of measurements of the width of the track for samples from Examples 5-7.
На фиг. 11 представлены результаты измерений ВАХ для образцов из Примеров 5-7.FIG. 11 shows the results of measurements of the I - V characteristic for the samples from Examples 5-7.
На фиг. 12 представлены микрофотографии среза СЭ с образцами из Примеров 8-12 после стадии сушки (а- 8, б - 9, в - 10, г -11, д -12) и после стадии впекания (а1, б1, в1, г1, д1).FIG. 12 shows micrographs of a SE section with samples from Examples 8-12 after the drying stage (a-8, b-9, c-10, d -11, d -12) and after the baking stage (a1, b1, c1, d1, e1 ).
На фиг. 13 представлены результаты измерений удельного сопротивления для образцов из Примеров 8-12 после стадии сушки (ρ1) и стадии впекания (ρ2).FIG. 13 shows the results of resistivity measurements for samples of Examples 8-12 after a drying step (ρ1) and a sintering step (ρ2).
На фиг. 14-15 представлены результаты измерений ВАХ для образцов из Примеров 8-12.FIG. 14-15 show the results of measurements of the I - V characteristic for samples from Examples 8-12.
На фиг. 16 представлена таблица, содержащая печатно-технические и электрофизические параметры полученных токопроводящих паст из примеров 1-4.FIG. 16 shows a table containing the printing and technical and electrical parameters of the obtained conductive pastes from examples 1-4.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Конструкция преобразователей солнечной энергии в электрическую (солнечных элементов СЭ, ФЭП) включает в себя один или несколько токопроводящих контактов. Для большинства типов современных СЭ (mono/multi/amorphous Si, OPV, thin-film) характерно размещение токопроводящих контактов на поверхности, поглощающей солнечное излучение (лицевая поверхность, лицевая сторона); при этом сбор и перенос носителей электрического заряда из области генерации во внешнюю электрическую цепь обеспечивается за счет изготовления токопроводящего контакта в виде сетки из тонких параллельных проводников (фиг. 1). Такая конструкция получила наибольшее распространение, так как она обеспечивает значительное снижение издержек при массовом производстве СЭ, несмотря на частичное затенение лицевой стороны расположенным на ней контактом.The design of converters of solar energy into electrical energy (solar cells, solar cells, FEP) includes one or more conductive contacts. Most types of modern solar cells (mono / multi / amorphous Si, OPV, thin-film) are characterized by the placement of conductive contacts on a surface that absorbs solar radiation (front surface, front side); in this case, the collection and transfer of electric charge carriers from the generation region to an external electrical circuit is ensured by making a conductive contact in the form of a grid of thin parallel conductors (Fig. 1). This design is most widespread, since it provides a significant cost reduction in the mass production of solar cells, despite the partial shading of the front side by the contact located on it.
С развитием технологии оптимизация геометрических размеров токопроводящего контакта становилась все более значимым фактором роста коэффициента полезного действия СЭ (КПД). На фиг. 1 представлено схематичное изображение участка лицевой поверхности СЭ с частью токопроводящей контактной сетки в виде двух параллельных проводников. With the development of technology, optimization of the geometrical dimensions of a conductive contact has become an increasingly significant factor in the growth of the efficiency of the solar cell (COP). FIG. 1 shows a schematic representation of a section of the solar cell front surface with a part of a conductive contact grid in the form of two parallel conductors.
Доля поверхности СЭ, незанятая контактным проводником, характеризуется эффективной площадью Sэфф. Например, в случае СЭ с лицевой контактной сеткой, содержащей 5 басбарных шин и порядка 100 параллельных проводников, величина Sэфф составляет не менее 95 % от общей площади лицевой поверхности. Увеличение Sэфф способствует улучшению КПД солнечного элемента за счет большего количества фотонов, поглощаемых лицевой поверхностью и, соответственно, большего количества генерируемых носителей заряда. Как следует из фиг. 1, увеличение Sэфф возможно за счет снижения ширины проводников d. При этом в зависимости от соотношения итоговой ширины d и высоты проводника h величина линейного электрического сопротивления проводника Rline изменяется в силу известного соотношения The fraction of the surface of the solar cell that is not occupied by the contact conductor is characterized by the effective area S eff . For example, in the case of a solar cell with a front contact grid containing 5 bass buses and about 100 parallel conductors, the S eff is at least 95% of the total front surface area. An increase in S eff contributes to an improvement in the efficiency of a solar cell due to a larger number of photons absorbed by the front surface and, accordingly, a larger number of generated charge carriers. As shown in FIG. 1, an increase in S eff is possible by reducing the width of the conductors d. In this case, depending on the ratio of the final width d and the height of the conductor h, the value of the linear electrical resistance of the conductor R line changes due to the known relation
где ρ - удельное сопротивление материала проводника, [Ом·см];where ρ is the resistivity of the conductor material, [Ohm · cm];
L - длина проводника, [см];L - conductor length, [cm];
Sсеч ~ d · h - площадь поперечного сечения проводника, [см2].S cross-section ~ d · h - cross-sectional area of the conductor, [cm 2 ].
Параметр Rline, характеризующий контактный проводник, является одним из компонентов последовательного сопротивления солнечного элемента, и наряду с другими «паразитными» сопротивлениями оказывает негативное влияние на итоговое значение КПД. Достигнутый на сегодняшний день вклад ширины d в величину КПД при условии неизменной площади сечения проводника Sсеч и, соответственно, неизменном Rline, представлен на графике на рисунке 2, согласно которому снижение d на 5 % приводит к росту абсолютной величины КПД на 0.04 % за счет описанного выше эффекта увеличения количества генерируемых носителей заряда. При снижении d условие сохранения величин Sсеч и, соответственно, Rline постоянными достигается за счет пропорционального увеличения высоты проводника h. В случае, если при уменьшении d высота проводника h остается неизменной (или снижается), то вследствие увеличения Rline (согласно формуле 1) зависимость ΔEff(d) демонстрирует отрицательный тренд, полностью компенсируя эффект от повышенной генерации носителей (фиг. 3). Следовательно, при разработке и изготовлении высокоэффективных СЭ необходимо как можно точнее соблюдать баланс между величинами площади поперечного сечения и линейного сопротивления проводника Sсеч и Rline. Это обстоятельство накладывает серьезные требования к стабильности и воспроизводимости метода изготовления токопроводящего контакта.The R line parameter, which characterizes the contact conductor, is one of the components of the series resistance of the solar cell, and along with other "parasitic" resistances has a negative impact on the final value of the efficiency. The contribution of the width d to the efficiency achieved to date under the condition of a constant cross-sectional area of the conductor S section and, accordingly, a constant R line , is shown in the graph in Figure 2, according to which a decrease in d by 5% leads to an increase in the absolute value of efficiency by 0.04% per account of the above-described effect of increasing the number of generated charge carriers. With a decrease in d, the condition for maintaining the values of S cross section and, accordingly, R line constant is achieved due to a proportional increase in the height of the conductor h. If, with a decrease in d, the height of the conductor h remains unchanged (or decreases), then due to an increase in R line (according to formula 1), the dependence ΔEff (d) shows a negative trend, completely compensating for the effect of increased generation of carriers (Fig. 3). Consequently, in the development and manufacture of high-performance solar cells, it is necessary to maintain a balance between the values of the cross-sectional area and the linear resistance of the conductor S section and R line as accurately as possible. This circumstance imposes serious requirements on the stability and reproducibility of the method of manufacturing a conductive contact.
В настоящее время трафаретная печать является наиболее распространенной технологией металлизации, как наиболее полно отвечающая критериям массового промышленного производства. В процессе трафаретной печати геометрические размеры проводника определяются шириной открытия (opening width) в эмульсионном слое трафарета. В ходе процесса металлизационная паста продавливается сквозь открытие трафарета за счет приложенного со стороны эластичного ракеля давления, формируя таким образом проводник. В общем случае профиль распределения скоростей тонких слоев пасты в ее объеме вдоль поперечного среза трафаретного открытия имеет вид, схематично представленный на фиг. 4, при этом характер течения пасты вдоль стенок открытия является в значительной степени турбулентным. Турбулентность в данном контексте означает наличие сильно выраженных взаимодействий между стенкой открытия и непосредственно прилегающим к стенке тонким слоем пасты. Такое взаимодействие приводит к неравномерному распределению скоростей в объеме пасты как при ее продавливании, так и при разделении подложки и трафарета, в результате чего на краях формируемого проводника образуются дефекты в виде брызг, капель и ореола; наличие таких дефектов приводит к значительной вариации локальных значений Sсеч проводника. Поэтапное сужение ширины открытия в ходе оптимизации геометрии токопроводящего контакта усиливает вклад турбулентного течения пасты в вариабельность процесса изготовления проводника. Для трафаретных открытий, ширина которых составляет 50 мкм и менее, предпочтительна металлизационная паста, характеризующаяся преимущественно ламинарным характером течения вблизи стенок открытия (фиг. 5). При ламинарном течении сила взаимодействия между стенкой открытия и прилегающим к ней тонким слоем пасты выражена заметно слабее; при этом тонкий слой пасты скользит вдоль стенки открытия, что приводит к сглаживанию профиля распределения скоростей. В результате дефекты в виде брызг, капель и ореола не образуются, форма проводника полнее воспроизводит форму трафаретного открытия, и проводник характеризуется стабильной и воспроизводимой площадью сечения Sсеч.Currently, screen printing is the most common metallization technology, as it most fully meets the criteria for mass industrial production. In the screen printing process, the geometric dimensions of the conductor are determined by the opening width in the emulsion layer of the screen. During the process, the metallization paste is forced through the opening of the stencil by the pressure applied from the elastic doctor blade, thus forming a conductor. In the general case, the profile of the distribution of velocities of thin layers of paste in its volume along the cross section of the stencil opening has the form shown schematically in Fig. 4, the nature of the flow of the paste along the walls of the opening is largely turbulent. Turbulence in this context means the presence of strong interactions between the wall of the opening and a thin layer of paste immediately adjacent to the wall. This interaction leads to an uneven distribution of velocities in the volume of the paste both when it is pushed through and when the substrate and the stencil are separated, as a result of which defects in the form of splashes, drops and a halo are formed at the edges of the conductor being formed; the presence of such defects leads to a significant variation in the local values of the S cross-section of the conductor. The gradual narrowing of the opening width during the optimization of the conductive contact geometry enhances the contribution of the turbulent paste flow to the variability of the conductor manufacturing process. For stencil openings, the width of which is 50 μm or less, a metallization paste is preferable, characterized by a predominantly laminar flow near the walls of the opening (Fig. 5). In a laminar flow, the force of interaction between the wall of the opening and the adjacent thin layer of paste is much less pronounced; in this case, a thin layer of paste slides along the opening wall, which leads to a smoothing of the velocity distribution profile. As a result, defects in the form of splashes, drops and halos are not formed, the shape of the conductor more fully reproduces the shape of the stencil opening, and the conductor is characterized by a stable and reproducible cross-sectional area S section .
Помимо взаимодействия между пастой и стенками открытия трафарета, влияющего на линейное сопротивление проводника Rline через локальные вариации площади его поперечного сечения Sсеч, в процессе трафаретной печати на величину Rline проводника также оказывает влияние ряд технологических факторов. Основой конструкции наиболее распространенного вида оснастки для трафаретной печати - сетчатого трафарета - является сетка в виде переплетенных нитей, образующих строго регулярный массив ячеек фиксированного объема. Поступление пасты в область открытия происходит непосредственно через ячейки, отделенные друг от друга на расстояние, равное толщине нити. В ходе оптимизации геометрических параметров токопроводящего контакта при сужении ширины открытия до 50 мкм и менее структура изготавливаемого проводника в значительной степени начинает воспроизводить периодическую структуру трафаретной сетки, как это видно на представленных ниже фотографиях. Здесь на фиг. 6.а показана фотография участка проводника, изготовленного с применением трафаретного открытия шириной 60 мкм. Данный проводник характеризуется выраженной линейной структурой, в то время как форма проводника, изготовленного с применением трафаретного открытия шириной 40 мкм (фиг. 6.б), не является линейной, а характеризуется чередованием локальных утолщений и сужений (перетяжек), что вносит дополнительный вклад в величину линейного сопротивления проводника Rline. Зависимость Rline проводника от ширины трафаретного открытия, применяемого при его изготовлении, показана на фиг. 7. Как следует из представленного графика, при снижении ширины открытия до величины менее 50 мкм соответствующее увеличение линейного сопротивления изготавливаемого проводника приобретает экспоненциальный характер. Для устранения эффекта образования локальных утолщений/сужений металлизационная паста должна характеризоваться свойством быстрого прохождения сквозь ячейки малого и сверхмалого объема с последующим равномерным заполнением области трафаретного открытия, чему также способствует описанный выше механизм ламинарного течения.In addition to the interaction between the paste and the walls of the opening of the stencil, which affects the linear resistance of the conductor R line through local variations in its cross-sectional area S section , a number of technological factors also influence the value of the R line of the conductor in the process of screen printing. The basis of the design of the most common type of equipment for screen printing - mesh stencil - is a mesh in the form of interwoven threads that form a strictly regular array of cells of a fixed volume. The entry of the paste into the opening area occurs directly through the cells, separated from each other by a distance equal to the thickness of the thread. In the course of optimization of the geometrical parameters of the current-conducting contact with narrowing of the opening width to 50 μm or less, the structure of the conductor being produced begins to largely reproduce the periodic structure of the stencil grid, as can be seen in the photographs below. Here in FIG. 6a shows a photograph of a section of a conductor made using a stencil opening with a width of 60 μm. This conductor is characterized by a pronounced linear structure, while the shape of the conductor made using a stencil opening 40 μm wide (Fig.6b) is not linear, but is characterized by an alternation of local thickenings and narrowings (constrictions), which makes an additional contribution to the value of the linear resistance of the conductor R line . The dependence of the R line of the conductor on the width of the stencil opening used in its manufacture is shown in Fig. 7. As follows from the presented graph, when the opening width decreases to less than 50 µm, the corresponding increase in the line resistance of the conductor being produced becomes exponential. To eliminate the effect of the formation of local thickening / narrowing, the metallization paste should be characterized by the property of rapid passage through cells of small and ultra-small volume, followed by uniform filling of the stencil opening area, which is also facilitated by the laminar flow mechanism described above.
Металлизационная паста представляет собой жидкую высоконаполненную суспензию, в состав которой помимо электропроводящего наполнителя входят органические растворители и полимерные соединения различной пространственной структуры с широким диапазоном молекулярных масс. Для исследования свойств жидких систем, макроскопические свойства которых определяются силами межмолекулярного и межчастичного взаимодействия, широко применяют реологические методы. Качественное определение характера взаимодействия металлизационной пасты с элементами технологической оснастки для трафаретной печати возможно при помощи стандартного CR реометра. Построенные в координатах «скорость сдвига 
Таким образом, металлизационная паста для высокоэффективных СЭ, пригодная для нанесения узких токопроводящих проводников со стабильной локальной Sсеч и низким Rline методом трафаретной печати, при измерении ее реологических характеристик в координатах «скорость сдвига
Для осуществления описанного механизма проскальзывания, способствующего ламинарному течению металлизационной пасты вдоль элементов технологической оснастки в процессе трафаретной печати, в состав пасты вводятся функциональные добавки, в качестве которых могут выступать силоксаны.To implement the described slip mechanism, which promotes the laminar flow of metallization paste along the elements of technological equipment in the process of screen printing, functional additives are introduced into the paste composition, which can be siloxanes.
Известны заявки WO2009035453 (опубл. 19.03.2009) и US20180163063 (опубл. 14.06.2018) на электропроводящую композицию с полисилоксаном в составе, где данный материал может выступать в роли одного из компонентов органического связующего наряду с другими термопластичными и термореактивными полимерами. Но в данных патентных заявках не раскрывается механизм, за счет которого полисилоксан придает преимущества электропроводящим композициям на его основе.Known applications WO2009035453 (publ. 03/19/2009) and US20180163063 (publ. 06/14/2018) for an electrically conductive composition with polysiloxane in the composition, where this material can act as one of the components of the organic binder along with other thermoplastic and thermosetting polymers. However, these patent applications do not disclose the mechanism by which polysiloxane gives advantages to electrically conductive compositions based on it.
В составе электропроводящих материалов по заявкам US20030107026 (опубл. 12.06.2003) и CA2461011 (опубл. 03.04.2003), полиорганосилоксан является главным компонентом органического связующего, но при этом сами описываемые материалы не предназначены для изготовления электропроводящего контакта, аналогичному данному изобретению.In the composition of electrically conductive materials according to applications US20030107026 (publ. 06/12/2003) and CA2461011 (publ. 04/03/2003), polyorganosiloxane is the main component of the organic binder, but the materials themselves are not intended for the manufacture of an electrically conductive contact similar to this invention.
Для минимизации удельного сопротивления необходимо использовать субмикронный порошок, он лучше спекается при низких температурах порядка 200°С. Но с уменьшением размера частиц возрастают силы, приводящие к агломерации из-за возрастания площади поверхности SБЭТ.To minimize the resistivity, it is necessary to use a submicron powder; it sinters better at low temperatures of the order of 200 ° C. But as the particle size decreases, the forces that lead to agglomeration increase due to the increase in the surface area S of the BET.
При возрастании площади поверхности порошка SБЭТ активнее протекают процессы, приводящие к образованию оксидной пленки на поверхности частиц серебра и возрастает роль последующей поверхностной обработки порошки для предотвращения окисления и агломерации.With an increase in the surface area of the S BET powder, the processes leading to the formation of an oxide film on the surface of silver particles are more active, and the role of the subsequent surface treatment of the powders to prevent oxidation and agglomeration increases.
В качестве поверхностной обработки используют жирные кислоты с температурами кипения 350-400°C, которые также препятствует спеканию частиц порошка при температуре 200°C (максимальная возможная температура процесса HJT) и тем самым повышают удельное сопротивление отожженного проводника.Fatty acids with boiling points of 350-400 ° C are used as a surface treatment, which also prevents powder particles from sintering at a temperature of 200 ° C (the maximum possible temperature of the HJT process) and thereby increases the resistivity of the annealed conductor.
При минимизации удельного сопротивления для более эффективного спекания частиц необходимо нахождение химических элементов, которые позволят очистить поверхность от окисла и остатков жирных кислот и химически активизируют поверхность снижая энергию слияния частиц. Данные химические вещества в процессе отжига должны легко выходить из слоя проводника и не нарушать структуру ITO.When minimizing the resistivity for a more efficient sintering of particles, it is necessary to find chemical elements that will clean the surface from oxide and residues of fatty acids and chemically activate the surface, reducing the fusion energy of the particles. During annealing, these chemicals should easily leave the conductor layer and not disrupt the ITO structure.
Техническим решением в данном случае возможно использование полимеров, стабилизированных галогенидами. А именно, галогенсодержащих полимеров с температурой размягчения ниже 200°С. В частности, хлорсодержащих полимеров, в которых атом хлора обладает повышенной подвижностью. Известен хлорсодержащий полимер, температура плавления которого составляет 165-170°С, однако при нагревании свыше 35°С в нем начинаются процессы деструкции, сопровождающиеся отщеплением атомарного хлора с последующим образованием хлористого водорода, вызывающим интенсивную деструкцию макроцепей. The technical solution in this case is the use of halide-stabilized polymers. Namely, halogenated polymers with a softening point below 200 ° C. In particular, chlorine-containing polymers, in which the chlorine atom has increased mobility. A chlorine-containing polymer is known, the melting point of which is 165-170 ° C, however, when heated above 35 ° C, destruction processes begin in it, accompanied by the elimination of atomic chlorine, followed by the formation of hydrogen chloride, causing intensive destruction of macrochains.
Задача настоящего изобретения сводится к обеспечению требуемых печатно-технических и термических характеристик пасты, отвечающих современным тенденциям в области «тонкой» печати. А именно, сохранение комплекса реологических свойств пасты при снижении ширины открытий трафарета за счет оптимального соотношения всех компонентов и путем введения добавок, обеспечивающих вышеописанный характер течения в процессе трафаретной печати. А также использование галогенсодержащих полимеров с низкой температурой начала разложения, обеспечивающих эффективное спекание порошка серебра уже на стадии сушки токопроводящих контактов.The objective of the present invention is to provide the required printing, technical and thermal characteristics of the paste, which meet modern trends in the field of "thin" printing. Namely, the preservation of the complex of rheological properties of the paste while reducing the width of the openings of the stencil due to the optimal ratio of all components and by introducing additives that provide the above-described nature of the flow in the process of screen printing. And also the use of halogen-containing polymers with a low temperature of the onset of decomposition, which ensure effective sintering of silver powder already at the stage of drying the conductive contacts.
Технический результат заключается в повышении эффективности солнечного преобразователя за счет снижения линейного сопротивления проводника посредством уменьшения ширины дорожки с одной стороны, и за счет снижения удельного сопротивления проводника путем более эффективного спекания мелкодисперсного порошка серебра с другой.The technical result consists in increasing the efficiency of the solar converter by reducing the linear resistance of the conductor by reducing the width of the track on the one hand, and by reducing the resistivity of the conductor by more efficient sintering of fine silver powder on the other.
Указанный технический результат достигается тем, что полимерная токопроводящая паста для солнечных элементов с гетеропереходами включает порошок серебра, органическое связующее, содержащее в составе растворителя структурообразующий компонент, и функциональную добавку, причем в составе в качестве структурообразующего компонента используется галогенсодержащий полимер с температурой размягчения ниже 200°С, а в качестве функциональной добавки используется полимерное кремнийорганическое соединение с числом силоксановых звеньев менее 3000, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: порошок серебра - 80-95; органическое связующее - 4-18; функциональная добавка - 0,1-2,0.The specified technical result is achieved in that the polymer conductive paste for solar cells with heterojunctions includes silver powder, an organic binder containing a structure-forming component in the solvent, and a functional additive, and a halogen-containing polymer with a softening point below 200 ° C is used as a structure-forming component in the composition. , and as a functional additive is used a polymeric organosilicon compound with the number of siloxane units less than 3000, with the following ratio of components, in wt.%: silver powder - 80-95; organic binder - 4-18; functional additive - 0.1-2.0.
Порошок серебра может иметь средний размер частиц D50 0,5-5,0 мкм.The silver powder can have an average particle size D50 of 0.5-5.0 microns.
Количество структурообразующего компонента в составе органического связующего может составлять 5-10 мас.%.The amount of the structure-forming component in the composition of the organic binder can be 5-10 wt%.
Функциональная добавка может содержать дополнительные компоненты.The functional additive may contain additional components.
При измерении реологических характеристик токопроводящей пасты в координатах «скорость сдвига
Токопроводящая паста включает в себя мелкодисперсный порошок серебра, структурообразующий компонент в растворителе, реологическую добавку, обеспечивающую оптимальную топологию печатной дорожки. Мелкодисперсный порошок серебра имеет средний размер частиц D50=0,5-5,0 мкм, предпочтительнее D50=1,0-3,0 мкм. Содержание порошка серебра может варьироваться в пределах 80-95 мас.%, предпочтительнее содержание серебра 85-92 мас.%. Структурообразующий компонент может представлять собой поливалентную эпоксидную смолу с двумя или более эпоксидными группами в одной молекуле. Например, эпихлоргидрин и фенол новолак, крезол новолак, многоатомные фенолы, этиленгликоль и бисфенол А, гидрированный бисфенол А, бисфенол F, бисфенол AD, резорцин. Эти эпоксидные смолы могут использоваться по отдельности или в комбинации. В качестве реологической добавки может быть использован полиамид, а именно неполярный полиамид, модифицированный мочевиной; полеолефин, в частности, эмульсия полиэтилена с молекулярной массой 1000-3000; сложные эфиры жирных кислот, предпочтительнее с числом атомов углерода 26-30. Также в качестве добавки, улучшающей печатные свойства, могут быть использованы полимерные кремнийорганические соединения, предпочтительнее силиконовые жидкости с числом силоксановых звеньев менее 3000. Именно добавка из вышеуказанного ряда кремнийорганических соединений обеспечивает требуемый характер реологического поведения посредством снижения поверхностного натяжения на границе раздела паста-трафарет и придания пасте «скольжения» (снижения трения проводниковой пасты о стенки открытий трафарета), что в результате приводит к равномерному отпечатку пасты в процессе трафаретной печати без эффекта «отлипания», что особенно актуально для современной печати дорожек шириной до 30 микрон. Указанная реологическая добавка является по сути инертной, т.е. не оказывает существенного влияния на электрофизические и механические параметры солнечного преобразователя, но значительно улучшает процесс прохождения пасты через трафарет с минимизацией возможных возникающих дефектов. В качестве структурообразующего компонента предпочтительнее использовать галогенсодержащий полимер с низкой температурой деструкции, а именно хлорсодержащий полимер. Макромолекула данного типа полимера подвергается деструкции при относительно невысокой температуре, вследствие чего выделяется дополнительная энергия, способствующая термокатализу спекания частиц серебра в слое проводника и, как следствие, снижение уровня удельного сопротивления проводника. Таким образом, технический результат обеспечивается наличием двух ключевых факторов настоящего изобретения: реологической добавкой из ряда силоксанов и галогенсодержащим полимером с низкой температурой разложения.The conductive paste contains finely divided silver powder, a structure-forming component in a solvent, and a rheological additive that ensures the optimal topology of the printed track. Finely dispersed silver powder has an average particle size of D50 = 0.5-5.0 microns, more preferably D50 = 1.0-3.0 microns. The content of the silver powder may vary from 80 to 95 wt%, more preferably the silver content is 85 to 92 wt%. The structure-forming component can be a polyvalent epoxy resin with two or more epoxy groups per molecule. For example, epichlorohydrin and phenol novolac, cresol novolac, polyhydric phenols, ethylene glycol and bisphenol A, hydrogenated bisphenol A, bisphenol F, bisphenol AD, resorcinol. These epoxy resins can be used alone or in combination. As a rheological additive, a polyamide can be used, namely a non-polar polyamide modified with urea; polyolefin, in particular a polyethylene emulsion with a molecular weight of 1000-3000; esters of fatty acids, preferably 26-30 carbon atoms. Also, as an additive that improves the printing properties, polymeric organosilicon compounds can be used, preferably silicone fluids with the number of siloxane units less than 3000. It is the additive from the above series of organosilicon compounds that provides the required rheological behavior by reducing the surface tension at the paste-stencil interface and imparting paste "sliding" (reducing the friction of the conductive paste on the walls of the stencil openings), which results in a uniform imprint of the paste during screen printing without the effect of "sticking", which is especially important for modern printing of tracks up to 30 microns wide. The specified rheological additive is essentially inert, i.e. does not significantly affect the electrophysical and mechanical parameters of the solar converter, but significantly improves the process of passing the paste through the stencil with minimization of possible arising defects. As a structure-forming component, it is preferable to use a halogen-containing polymer with a low degradation temperature, namely a chlorine-containing polymer. A macromolecule of this type of polymer undergoes destruction at a relatively low temperature, as a result of which additional energy is released, which promotes thermocatalysis of sintering of silver particles in the conductor layer and, as a consequence, a decrease in the level of resistivity of the conductor. Thus, the technical result is provided by the presence of two key factors of the present invention: a rheological additive from a number of siloxanes and a halogen-containing polymer with a low decomposition temperature.
В настоящем изобретении используется мелкодисперсный порошок серебра, средний размер частиц которого составляет D50 0,5 - 5,0 мкм. Если средний размер частиц D50 порошка серебра превышает 5,0 мкм, то возникает тенденция к снижению динамической вязкости пасты, что, в свою очередь, приводит к ухудшению печатных свойств, растеканию дорожки проводника. В противном случае, при уменьшении среднего размера частиц D50 ниже 0,5 мкм, повышается динамическая вязкость, что также может привести к снижению качества печати из-за неравномерного распределения пасты, появлению разрывов в проводниковых дорожках. При снижении динамической вязкости путем уменьшения содержания полимера может возникнуть тенденция к ухудшению адгезионной прочности. In the present invention, a finely dispersed silver powder is used, the average particle size of which is D50 0.5 - 5.0 μm. If the average particle size D50 of the silver powder exceeds 5.0 μm, then there is a tendency to a decrease in the dynamic viscosity of the paste, which, in turn, leads to a deterioration in printing properties, spreading of the conductor track. Otherwise, with a decrease in the average particle size D50 below 0.5 microns, the dynamic viscosity increases, which can also lead to a decrease in print quality due to uneven distribution of the paste, the appearance of breaks in the conductor tracks. As the dynamic viscosity is reduced by decreasing the polymer content, there may be a tendency for the adhesion strength to deteriorate.
Органическое связующее содержит смесь высококипящих растворителей и структурообразующий компонент. В качестве структурообразующего компонента в данном изобретении используется галогенсодержащий термопластичный полимер с температурой размягчения ниже 200°С. Если содержание структурообразующего компонента превышает 10% от состава органического связующего, то повышается вязкость пасты и, соответственно, ухудшаются ее печатные характеристики. Помимо этого при повышенном содержании структурообразующего компонента присутствует тенденция к повышению линейного сопротивления в составе солнечного элемента. При содержании структурообразующего компонента ниже 5% в составе органического связующего наблюдается ухудшение печатных свойств токопроводящей пасты вследствие потери пластичности. The organic binder contains a mixture of high-boiling solvents and a structure-forming component. A halogen-containing thermoplastic polymer with a softening point below 200 ° C is used as a structure-forming component in the present invention. If the content of the structure-forming component exceeds 10% of the composition of the organic binder, the viscosity of the paste increases and, accordingly, its printability deteriorates. In addition, with an increased content of the structure-forming component, there is a tendency to an increase in the linear resistance in the composition of the solar cell. When the content of the structure-forming component is below 5% in the composition of the organic binder, a deterioration in the printing properties of the conductive paste is observed due to the loss of plasticity.
Кроме того, токопроводящая паста, согласно настоящему изобретению, содержит функциональную реологическую добавку, обеспечивающую снижение поверхностного натяжения пасты и, тем самым, улучшающую прохождение пасты через трафарет в процессе печати с получением оптимальной топологии токопроводящих контактов. Указанная реологическая добавка относится к ряду полимерных кремнийорганических соединений с числом силоксановых звеньев менее 3000. В настоящем изобретении предпочтительно использование 0,1-2,0% вышеуказанной добавки. При введении добавки в концентрации ниже 0,1% не обеспечиваются требуемые печатные характеристики. Превышение 2,0% силоксановой добавки приводит к повышению удельного сопротивления. In addition, the conductive paste according to the present invention contains a functional rheological additive that provides a decrease in the surface tension of the paste and, thereby, improves the passage of the paste through the stencil during printing to obtain an optimal topology of conductive contacts. The specified rheological additive refers to a number of polymeric organosilicon compounds with the number of siloxane units less than 3000. In the present invention, it is preferable to use 0.1-2.0% of the above additive. When the additive is added at a concentration below 0.1%, the required printability is not provided. Exceeding 2.0% of the siloxane additive results in an increase in resistivity.
Основная характеристика состава токопроводящей пасты, в соответствии с настоящим изобретением - использование в качестве структурообразующего компонента галогенсодержащего полимера, обеспечивающего эффективное спекание частиц серебра, приводящее к повышению проводимости токопроводящего слоя, и введение функциональной добавки на основе полимерных силоксановых органических соединений, улучшающей печатно-технические характеристики пасты.The main characteristic of the composition of the conductive paste, in accordance with the present invention, is the use of a halogen-containing polymer as a structure-forming component, which ensures effective sintering of silver particles, leading to an increase in the conductivity of the conductive layer, and the introduction of a functional additive based on polymeric siloxane organic compounds, which improves the printing and technical characteristics of the paste. ...
Оптимальность количественного состава пасты подтверждается тем, что при введении входящих в нее компонентов выше или ниже заявляемых пределов, не обеспечиваются требуемые эксплуатационные и реологические свойства.The optimality of the quantitative composition of the paste is confirmed by the fact that when the components included in it are introduced above or below the claimed limits, the required operational and rheological properties are not provided.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности «новизна».The analysis of the prior art showed that the claimed set of essential features set forth in the claims is unknown. This allows us to conclude that the claimed technical solution meets the “novelty” condition of patentability.
Сравнительный анализ показал, что в уровне техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с признаками заявленного изобретения, а также не подтверждена известность влияния этих признаков на технический результат. Таким образом, заявленное техническое решение удовлетворяет условию патентоспособности «изобретательский уровень».Comparative analysis showed that in the prior art no solutions have been identified that have features that coincide with the features of the claimed invention, and the knowledge of the influence of these features on the technical result has not been confirmed. Thus, the claimed technical solution satisfies the condition of patentability "inventive step".
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
Токопроводящую пасту готовят следующим образом. Взвешивают заданное количество всех вышеуказанных компонентов в емкости смесителя, перемешивают при помощи планетарного смесителя. Далее осуществляют гомогенизацию пасты посредством трехвалковой пастотерки до получения требуемой степени перетира.Conductive paste is prepared as follows. Weigh a predetermined amount of all of the above components in the mixer container, mix using a planetary mixer. Next, the paste is homogenized by means of a three-roll paste grater until the required grinding degree is obtained.
Измерение степени перетира проводят при помощи гриндометра Хегмана. Прибор состоит из измерительной плиты с клинообразным пазом и скребка. Пробу пасты в количестве, достаточном, для заполнения всего паза, помещают за верхний предел шкалы. Скребок устанавливают перпендикулярно к измерительной поверхности и под углом 90° перемещают в течение нескольких секунд от максимального значения шкалы за нуль.Measurement of the degree of grinding is carried out using a Hegman grindometer. The device consists of a measuring plate with a wedge-shaped groove and a scraper. A sample of the paste in an amount sufficient to fill the entire groove is placed beyond the upper end of the scale. The scraper is set perpendicular to the measuring surface and at an angle of 90 ° is moved within a few seconds from the maximum value of the scale for zero.
Динамическую вязкость измеряют на ротационном вискозиметре системы «плита-конус». Принцип действия основан на зависимости вращающего момента от вязкости, вызывающей сопротивление образца смещению.The dynamic viscosity is measured on a plate-cone rotary viscometer. The principle of operation is based on the dependence of the torque on the viscosity, which causes the resistance of the sample to displacement.
Пример 1 Example 1
Для приготовления токопроводящей пасты использовали: порошок серебра, средний размер частиц которого составляет 0,5-5,0 мкм, в количестве 80-95 мас.%, органическое связующее, включающее структурообразующий компонент и растворитель, функциональную добавку А на основе раствора полиакрилата в количестве 0,1-2,0 мас.%. To prepare a conductive paste, the following were used: silver powder, the average particle size of which is 0.5-5.0 μm, in an amount of 80-95 wt%, an organic binder containing a structure-forming component and a solvent, a functional additive A based on a polyacrylate solution in an amount 0.1-2.0 wt%.
Пример 2Example 2
Для приготовления токопроводящей пасты использовали порошок серебра, средний размер частиц которого составляет 0,5-5,0 мкм, в количестве 80-95 мас.%, органическое связующее, включающее структурообразующий компонент и растворитель, функциональную добавку B на основе полидиметилсилоксана, модифицированного полиэфиром в количестве 0,1-2,0 мас.%.To prepare a conductive paste, silver powder was used, the average particle size of which is 0.5-5.0 μm, in an amount of 80-95 wt%, an organic binder containing a structure-forming component and a solvent, a functional additive B based on polydimethylsiloxane modified with polyester in the amount of 0.1-2.0 wt.%.
Пример 3Example 3
Для приготовления токопроводящей пасты использовали порошок серебра, средний размер частиц которого составляет 0,5-5,0 мкм, в количестве 80-95 мас.%, органическое связующее, включающее структурообразующий компонент и растворитель, функциональную добавку C на основе полидиметилсилоксана, модифицированного полиэфиром в количестве 0,1-2,0 мас.%.To prepare a conductive paste, silver powder was used, the average particle size of which is 0.5-5.0 μm, in an amount of 80-95 wt%, an organic binder containing a structure-forming component and a solvent, a functional additive C based on polydimethylsiloxane modified with polyester in the amount of 0.1-2.0 wt.%.
Пример 4 Example 4
Для приготовления токопроводящей пасты использовали порошок серебра, средний размер частиц которого составляет 0,5-5,0 мкм, в количестве 80-95 мас.%, органическое связующее, включающее структурообразующий компонент и растворитель, функциональную добавку D на основе полидиметилсилоксана в количестве 0,1-2,0 мас.%.To prepare a conductive paste, silver powder was used, the average particle size of which is 0.5-5.0 μm, in an amount of 80-95 wt%, an organic binder containing a structure-forming component and a solvent, a functional additive D based on polydimethylsiloxane in an amount of 0, 1-2.0 wt%.
Исследование свойств вышеописанных образцов проводилось в составе солнечных элементов с гетеропереходами. Основой технологии «HJT» является подложка из кристаллического кремния n-типа, на которую посредством плазмохимического осаждения из газовой фазы наносятся тонкие пленки аморфрного кремния с последующим формированием гетеропереходов, следующим этапом является нанесение пленки ITO, на которую печатаются токосъемные контакты с серебросодержащей пастой.The study of the properties of the above-described samples was carried out in the composition of solar cells with heterojunctions. The HJT technology is based on a n-type crystalline silicon substrate, onto which thin films of amorphous silicon are deposited by means of plasma-chemical vapor deposition followed by the formation of heterojunctions, the next step is the deposition of an ITO film, onto which current-collecting contacts with a silver-containing paste are printed.
Токосъемные контакты с вышеуказанными образцами наносились на структуры методом трафаретной печати на полуавтоматическом принтере EKRA Е2. Сушка осуществлялась в установке конвейерной сушки «JRT» DT-040-Rk-X, впекание производилось в сушильном шкафу «Heraeus» D-6450 при температуре 210°С в течение 15 минут. Измерение ширины проводниковых дорожек проводилось на микроскопе «Olympus». Измерение высоты проводниковых дорожек проводилось на микроскопе «Leitz» 512761-20Current collector contacts with the above samples were applied to the structures by screen printing on an EKRA E2 semi-automatic printer. Drying was carried out in a "JRT" DT-040-Rk-X conveyor dryer, baking was carried out in a Heraeus D-6450 drying oven at a temperature of 210 ° C for 15 minutes. The measurement of the width of the conductor tracks was carried out on an Olympus microscope. The height of the conductor tracks was measured using a Leitz 512761-20 microscope
Печатно-технические и электрофизические параметры полученных токопроводящих паст из примеров 1-4 приведены в таблице 1 (см. фиг. 16).Printing-technical and electrophysical parameters of the obtained conductive pastes from examples 1-4 are shown in table 1 (see Fig. 16).
Как видно из таблицы 1, образцы токопроводящих паст из Примеров 1-4 имеют удовлетворительную степень перетира и динамическую вязкость, таким образом, обеспечиваются требуемые печатно-эксплуатационные свойства. Кроме того, наблюдается прямая зависимость ширины проводниковой дорожки от условного коэффициента поверхностного натяжения. Таким образом, образец из Примера 4 с функциональной добавкой D на основе полидиметилсилоксана обладает наибольшим условным коэффициентом поверхностного натяжения, снижая тем самым степень трения пасты о стенки открытий трафарета и обеспечивая топологически наиболее оптимальную контактную сетку. Помимо этого, образец из Примера 4 имеет наиболее низкое значение линейного сопротивление, что подтверждает вышеописанную теоретическую часть.As can be seen from table 1, the samples of conductive pastes from Examples 1-4 have a satisfactory degree of grinding and dynamic viscosity, thus providing the required printing performance. In addition, there is a direct dependence of the width of the conductor track on the conditional coefficient of surface tension. Thus, the sample from Example 4 with functional additive D based on polydimethylsiloxane has the highest conditional coefficient of surface tension, thereby reducing the degree of friction of the paste against the walls of the stencil openings and providing the topologically most optimal contact grid. In addition, the sample from Example 4 has the lowest line resistance value, which confirms the above theoretical part.
На фиг. 9 представлены фотографии проводниковых дорожек из вышеописанных примеров. Отчетливо видно улучшение профиля токопроводящей дорожки, как со стороны снижения ее ширины, так и со стороны уменьшения краевых «клякс» (фиг. 9).FIG. 9 shows photographs of the wiring paths from the above examples. An improvement in the profile of the conductive track is clearly seen, both from the side of decreasing its width, and from the side of reducing the edge "blots" (Fig. 9).
Пример 5Example 5
Для приготовления токопроводящей пасты использовали порошок серебра, средний размер частиц которого составляет 0,5-5,0 мкм, в количестве 80-95 мас.%, органическое связующее, включающее структурообразующий компонент и растворитель.To prepare a conductive paste, silver powder was used, the average particle size of which is 0.5-5.0 μm, in an amount of 80-95 wt%, an organic binder containing a structure-forming component and a solvent.
Пример 6Example 6
Для приготовления токопроводящей пасты использовали порошок серебра, средний размер частиц которого составляет 0,5-5,0 мкм, в количестве 80-95 мас.%, органическое связующее, включающее структурообразующий компонент и растворитель, функциональную добавку на основе полимерных силоксановых органический соединений в количестве 0,25 мас.%.To prepare a conductive paste, silver powder was used, the average particle size of which is 0.5-5.0 μm, in an amount of 80-95 wt%, an organic binder containing a structure-forming component and a solvent, a functional additive based on polymeric siloxane organic compounds in an amount 0.25 wt%.
Пример 7Example 7
Для приготовления токопроводящей пасты использовали порошок серебра, средний размер частиц которого составляет 0,5-5,0 мкм, в количестве 80-95 мас.%, органическое связующее, включающее структурообразующий компонент и растворитель, функциональную добавку на основе полимерных силоксановых органических соединений в количестве 0,50 мас.%. Исследование свойств образцов из Примеров 5-7 проводилось таким же образом, как и для образцов из Примеров 1-4.To prepare a conductive paste, silver powder was used, the average particle size of which is 0.5-5.0 μm, in an amount of 80-95 wt%, an organic binder containing a structure-forming component and a solvent, a functional additive based on polymeric siloxane organic compounds in an amount 0.50 wt%. The study of the properties of the samples from Examples 5-7 was carried out in the same way as for the samples from Examples 1-4.
На фиг. 10 представлены результаты измерений ширины проводниковой дорожки для образцов из Примеров 5-7.FIG. 10 shows the results of measurements of the width of the trace for the samples from Examples 5-7.
На фиг. 11 представлены результаты измерений вольт-амперных характеристик для образцов из Примеров 5-7.FIG. 11 shows the results of measurements of current-voltage characteristics for samples from Examples 5-7.
Как видно из представленных результатов на фиг. 6 образец из Примера 5 без функциональной добавки имеет наиболее широкую токопроводящую дорожку. При увеличении содержания функциональной добавки наблюдается тенденция к снижению ширины дорожки (Пример 6 и Пример 7). Полученные результаты коррелируют с данными измерения ВАХ (фиг. 11). Введение функциональной добавки, снижающей растекание пасты, позволяет повысить ток короткого замыкания и снизить величину последовательного сопротивления в составе солнечных элементов.As can be seen from the results presented in FIG. 6, the sample from Example 5 without a functional additive has the widest conductive path. As the content of the functional additive increases, the track width tends to decrease (Example 6 and Example 7). The results obtained correlate with the measured I – V characteristics (Fig. 11). The introduction of a functional additive that reduces the spreading of the paste makes it possible to increase the short-circuit current and reduce the value of series resistance in the composition of solar cells.
Пример 8Example 8
Для приготовления токопроводящей пасты использовали порошок серебра, средний размер частиц которого составляет 0,5-5,0 мкм, в количестве 80-95 мас.%, органическое связующее, включающее структурообразующий компонент на основе галогенсодержащего термопластичного полимера в количестве 5-10 мас.% от состава органического связующего и растворитель.To prepare a conductive paste, silver powder was used, the average particle size of which is 0.5-5.0 μm, in an amount of 80-95 wt%, an organic binder containing a structure-forming component based on a halogen-containing thermoplastic polymer in an amount of 5-10 wt% on the composition of the organic binder and solvent.
Пример 9Example 9
Для приготовления токопроводящей пасты использовали порошок серебра, средний размер частиц которого составляет 0,5-5,0 мкм, в количестве 80-95 мас.%, органическое связующее, включающее структурообразующий компонент на основе феноксисмолы в количестве 5-10 мас.% от состава органического связующего и растворитель.For the preparation of a conductive paste, silver powder was used, the average particle size of which is 0.5-5.0 μm, in an amount of 80-95 wt%, an organic binder containing a structure-forming component based on phenoxy resin in an amount of 5-10 wt% of the composition organic binder and solvent.
Пример 10Example 10
Для приготовления токопроводящей пасты использовали порошок серебра, средний размер частиц которого составляет 0,5-5,0 мкм, в количестве 80-95 мас.%, органическое связующее, включающее структурообразующий компонент на основе акрилатной смолы в количестве 5-10 мас.% от состава органического связующего и растворитель.To prepare a conductive paste, silver powder was used, the average particle size of which is 0.5-5.0 μm, in an amount of 80-95 wt%, an organic binder containing a structure-forming component based on an acrylate resin in an amount of 5-10 wt% of organic binder composition and solvent.
Пример 11Example 11
Для приготовления токопроводящей пасты использовали порошок серебра, средний размер частиц которого составляет 0,5-5,0 мкм, в количестве 80-95 мас.%, органическое связующее, включающее структурообразующий компонент на основе эпоксидной смолы в количестве 5-10 мас.% от состава органического связующего и растворитель.To prepare a conductive paste, silver powder was used, the average particle size of which is 0.5-5.0 μm, in an amount of 80-95 wt%, an organic binder containing a structure-forming component based on an epoxy resin in an amount of 5-10 wt% of organic binder composition and solvent.
Пример 12Example 12
Для приготовления токопроводящей пасты использовали порошок серебра, средний размер частиц которого составляет 0,5-5,0 мкм, в количестве 80-95 мас.%, органическое связующее, включающее структурообразующий компонент на основе галогенсодержащего термопластичного полимера в количестве 5-10 мас.% от состава органического связующего и растворитель.To prepare a conductive paste, silver powder was used, the average particle size of which is 0.5-5.0 μm, in an amount of 80-95 wt%, an organic binder containing a structure-forming component based on a halogen-containing thermoplastic polymer in an amount of 5-10 wt% on the composition of the organic binder and solvent.
Исследование свойств образцов из Примеров 8-12 проводилось таким же образом, как и для образцов из вышеперечисленных Примеров.The study of the properties of the samples from Examples 8-12 was carried out in the same way as for the samples from the above Examples.
Образцы из Примеров 8 и 12 на основе галогенсодержащих термопластичных полимеров имеют пониженное удельное сопротивление уже после стадии сушки (рис.13), что подтверждает теорию о каталитическом спекании частиц серебра посредством термодеструкции галогенсодержащего полимера при пониженной температуре. Данная теория также косвенно подтверждается представленными микрофотографиями (рис.12), на которых у образцов а) и г) (Пример 8 и 12 соответственно) наблюдается частичное спекание порошка серебра уже на стадии сушки.Samples from Examples 8 and 12 based on halogenated thermoplastic polymers have a reduced resistivity already after the drying stage (Fig. 13), which confirms the theory of catalytic sintering of silver particles by thermal destruction of the halogenated polymer at a low temperature. This theory is also indirectly confirmed by the presented micrographs (Fig. 12), in which, for samples a) and d) (Examples 8 and 12, respectively), partial sintering of silver powder is observed already at the drying stage.
Образцы из Примеров 8, 10, 11, 12 показали сопоставимый уровень эффективности в составе солнечных элементов, при этом образцы из Примеров 10 и 11 не обладают достаточной адгезией к подложке, что отразилось также на результате измерения тока короткого замыкания для данных образцов. Образец из Примера 9 имеет высокий уровень последовательного сопротивления и, как следствие, низкую эффективность (фиг. 14-15).The samples from Examples 8, 10, 11, 12 showed a comparable level of efficiency in the composition of solar cells, while the samples from Examples 10 and 11 did not have sufficient adhesion to the substrate, which was also reflected in the result of measuring the short-circuit current for these samples. The sample from Example 9 has a high level of series resistance and, as a consequence, low efficiency (Fig. 14-15).
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Полимерная токопроводящая паста для солнечных элементов с гетеропереходами согласно настоящего изобретения содержит порошок серебра со средним размером частиц D50 0,5-5,0 мкм с содержанием в составе пасты 80-95 мас.%, полимерную кремнийорганическую добавку, снижающую степень поверхностного натяжения пасты и, тем самым, улучшающую процесс трафаретной печати и топологию токопроводящего контакта и, как следствие, снижающую линейное сопротивление проводника, структурообразующий компонент на основе галогенсодержащего полимера, позволяющий снизить удельное сопротивление проводника и повысить его проводимость посредством процесса термокаталитического спекания частиц серебра. Данная композиция позволяет сделать вывод об уникальности ее состава по сравнению с существующими аналогами.The polymer conductive paste for solar cells with heterojunctions according to the present invention contains silver powder with an average particle size of D50 0.5-5.0 μm with a paste content of 80-95 wt%, a polymer organosilicon additive that reduces the degree of surface tension of the paste, and, thereby, improving the screen printing process and the topology of the current-conducting contact and, as a consequence, reducing the linear resistance of the conductor, a structure-forming component based on a halogen-containing polymer, which makes it possible to reduce the resistivity of the conductor and increase its conductivity through the process of thermocatalytic sintering of silver particles. This composition allows us to conclude about the uniqueness of its composition in comparison with existing analogues.
Токопроводящая паста согласно настоящему изобретению может быть использована в составе солнечных элементов с температурой впекания ниже 210°С.The conductive paste according to the present invention can be used in solar cells with a baking temperature below 210 ° C.
Claims (6)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020132861A RU2746270C1 (en) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Polymer conductive paste for solar cells with heterojunctions |
| PCT/RU2021/050132 WO2022075884A1 (en) | 2020-10-06 | 2021-05-17 | Polymeric electrically conductive paste for solar cells with heterojunctions |
| CN202180068473.3A CN116325026A (en) | 2020-10-06 | 2021-05-17 | Polymer Conductive Paste for Solar Cells with Heterojunction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020132861A RU2746270C1 (en) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Polymer conductive paste for solar cells with heterojunctions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2746270C1 true RU2746270C1 (en) | 2021-04-12 |
Family
ID=75521074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020132861A RU2746270C1 (en) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Polymer conductive paste for solar cells with heterojunctions |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116325026A (en) |
| RU (1) | RU2746270C1 (en) |
| WO (1) | WO2022075884A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2831941C1 (en) * | 2023-12-14 | 2024-12-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Method of producing current-conducting films based on silver nanowires |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2082237C1 (en) * | 1990-03-19 | 1997-06-20 | Асахи Касеи Когио Кабусики Кайся | Compound |
| US20030107026A1 (en) * | 2001-07-17 | 2003-06-12 | Hironao Fujiki | Conductive composition |
| WO2009035453A1 (en) * | 2007-09-13 | 2009-03-19 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Electrically conductive composition |
| RU2531519C1 (en) * | 2013-05-27 | 2014-10-20 | Закрытое акционерное общество "Монокристалл" ЗАО "Монокристалл" | Aluminium paste for silicon solar cells |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019512151A (en) * | 2016-02-23 | 2019-05-09 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ | Conductive paste containing silicone oil |
| MY189222A (en) * | 2016-12-20 | 2022-01-31 | Zhejiang Kaiying New Mat Co Ltd | Siloxane-containing solar cell metallization pastes |
| CN110164586B (en) * | 2019-04-22 | 2020-11-27 | 苏州市贝特利高分子材料股份有限公司 | Organic system for fine line high aspect ratio screen printing pastes |
| CN110111923B (en) * | 2019-04-22 | 2020-11-06 | 苏州市贝特利高分子材料股份有限公司 | Solar cells with thin-line high-aspect-ratio electrodes |
-
2020
- 2020-10-06 RU RU2020132861A patent/RU2746270C1/en active
-
2021
- 2021-05-17 CN CN202180068473.3A patent/CN116325026A/en active Pending
- 2021-05-17 WO PCT/RU2021/050132 patent/WO2022075884A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2082237C1 (en) * | 1990-03-19 | 1997-06-20 | Асахи Касеи Когио Кабусики Кайся | Compound |
| US20030107026A1 (en) * | 2001-07-17 | 2003-06-12 | Hironao Fujiki | Conductive composition |
| WO2009035453A1 (en) * | 2007-09-13 | 2009-03-19 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Electrically conductive composition |
| RU2531519C1 (en) * | 2013-05-27 | 2014-10-20 | Закрытое акционерное общество "Монокристалл" ЗАО "Монокристалл" | Aluminium paste for silicon solar cells |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2831941C1 (en) * | 2023-12-14 | 2024-12-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Method of producing current-conducting films based on silver nanowires |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022075884A1 (en) | 2022-04-14 |
| CN116325026A (en) | 2023-06-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2691963B1 (en) | High-aspect ratio screen printable thick film paste compositions containing wax thixotropes | |
| EP1884960B1 (en) | Conductive paste and wiring board using it | |
| Faddoul et al. | Formulation and screen printing of water based conductive flake silver pastes onto green ceramic tapes for electronic applications | |
| KR102117653B1 (en) | Conductive paste and conductive film | |
| KR100681113B1 (en) | Conductive paste | |
| JP6094489B2 (en) | Solid electrolytic capacitor element and manufacturing method thereof | |
| CN1988182A (en) | Paste for solar cell electrode, solar cell electrode manufacturing method, and solar cell | |
| WO2007089273A1 (en) | Paste for solar cell electrode and solar cell | |
| EP2696352A2 (en) | Silver paste composition for forming an electrode, and method for preparing same | |
| CN105225722A (en) | A kind of crystal silicon solar batteries aluminium paste of high conduction performance | |
| KR101294593B1 (en) | Electrical conductive adhesives and fabrication method therof | |
| JP6235952B2 (en) | Conductive paste | |
| DE68922465T2 (en) | Electrically conductive silicone compositions. | |
| RU2746270C1 (en) | Polymer conductive paste for solar cells with heterojunctions | |
| WO2018139463A1 (en) | Electrically conductive composition | |
| Fang et al. | Preparation and characterization of low temperature curing conductive silver paste for screen printing | |
| JP6247015B2 (en) | Polymer type conductive paste and method for producing electrode using polymer type conductive paste | |
| WO2022231472A1 (en) | Method of forming a current-collecting contact on the surface of heterojunction solar cells | |
| Liu et al. | High-performance electrically conductive silver paste prepared by silver-containing precursor | |
| CN1667380A (en) | Organic PTC thermistor and production | |
| JP7335671B1 (en) | Conductive pastes, electrodes, electronic components and electronic equipment | |
| JPWO2019244479A1 (en) | Method for Producing Carbon Nanotube-Containing Composition and Thermosetting Product of Carbon Nanotube-Containing Composition | |
| Falat et al. | Influence of nano silver filler content on properties of ink-jet printed structures for microelectronics | |
| TW202412017A (en) | Conductive paste, electrode, electronic component, and electronic instrument | |
| KR20250047267A (en) | Challenger pastes, electrodes, electronic components and electronic devices |