組合物及由其形成的導(dǎo)體的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種組合物，所述組合物包含金屬粉末。所述組合物還包含熔融溫度低于所述金屬粉末的熔融溫度的焊料粉末。所述組合物還包含聚合物以及與所述聚合物不同的羧化聚合物。所述羧化聚合物可用于助熔所述金屬粉末并使所述聚合物交聯(lián)。所述組合物還包含二羧酸和單羧酸。所述酸可用于助熔所述金屬粉末。所述組合物可用于形成導(dǎo)體。所述導(dǎo)體可用于電流輸送和/或電連接。本發(fā)明涉及一種制品，所述制品包括基板和設(shè)置在所述基板上并與之電接觸的導(dǎo)體。所述制品可用于多種應(yīng)用，諸如用于將許多不同波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)化成電流。此類(lèi)制品的例子包括光伏(PV)電池和電路板。
【專(zhuān)利說(shuō)明】組合物及由其形成的導(dǎo)體
[0001] 相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2011年12月13日提交的系列號(hào)為No. 61/569, 959的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利 申請(qǐng)的權(quán)益，該臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)以引用方式整體并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明整體涉及組合物，更具體地講涉及組合物并涉及由所述組合物形成的導(dǎo) 體。

【背景技術(shù)】
[0004] 前表面和后表面金屬化是使得能收集和傳輸載流子的光伏（PV)電池的重要方 面。在正面PV電池構(gòu)造中，金屬化通常為隔柵的形式，其包括連接到較寬母線的導(dǎo)電材料 的窄線或"指狀物"。將互聯(lián)條（tabbing)(例如，帶狀物）焊接到母線以將多個(gè)PV電池連 接在一起（例如，串聯(lián)）。通常，使用包含銀（Ag)作為主要組分的糊劑形成隔柵，因?yàn)殂y具 有優(yōu)異的導(dǎo)電性。在背面PV電池構(gòu)造中，金屬化通常為電極的形式（例如，鋁層），其通常 包括由Ag形成的觸點(diǎn)。觸點(diǎn)穿過(guò)后部層而設(shè)置。觸點(diǎn)可以為母線或極板的形式。
[0005] 依賴(lài)于Ag的金屬化通常也用于其他應(yīng)用，諸如用于電路板或需要導(dǎo)電材料以進(jìn) 行電流輸送和/或電連接的其他應(yīng)用。遺憾的是，這種金屬化因依賴(lài)于Ag而占了總體制造 成本的大部分。因此，仍有機(jī)會(huì)提供適于在多種應(yīng)用中的電流輸送和/或電連接的改進(jìn)的 組合物及由其形成的導(dǎo)體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明以供一種包含金屬粉末的組合物。該組合物還包含熔融溫度低于金屬粉末 的熔融溫度的焊料粉末。該組合物還包含聚合物以及與所述聚合物不同的羧化聚合物。所 述羧化聚合物可用于助熔金屬粉末并使所述聚合物交聯(lián)。該組合物還包含用于助熔金屬粉 末的二羧酸和單羧酸。該組合物可用于形成導(dǎo)體。該導(dǎo)體可用于電流輸送和/或電連接。 因此，該導(dǎo)體可用于多種應(yīng)用，諸如被構(gòu)造成母線、接觸極板、電極等。
[0007] 本發(fā)明還提供包括由本發(fā)明的組合物形成的導(dǎo)體的制品。該制品包括基板和設(shè)置 在所述基板上并與之電接觸的導(dǎo)體。該制品可用于多種應(yīng)用，諸如用于將許多不同波長(zhǎng)的 光轉(zhuǎn)化成電流。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008] 參考下文的"【具體實(shí)施方式】"并結(jié)合附圖可更好地理解本發(fā)明，從而更容易地認(rèn)識(shí) 本發(fā)明，附圖中：
[0009] 圖1是示意圖，示出了在導(dǎo)體形成過(guò)程中組合物的聚合物固化和焊料回流；
[0010] 圖2是在形成導(dǎo)體后組合物的放大橫截面?zhèn)纫晥D，示出了固化后的聚合物、回流 后的焊料、金屬粒子以及焊料與金屬粒子之間的金屬間層；
[0011] 圖3A是PV電池的實(shí)施例的前視圖，該電池包括底部基板、鈍化層、指狀物和一對(duì) 母線；
[0012] 圖3B是PV電池的實(shí)施例的后視圖，該電池包括底部基板、第一電極和三組被構(gòu)造 成接觸極板的第二電極；
[0013] 圖4是沿著圖3A的線4-4截取的部分橫截面?zhèn)纫晥D，示出了底部基板的上部摻雜 區(qū)、鈍化層、指狀物和一條母線；
[0014] 圖5是PV電池的實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D，示出了底部基板的上部和后部摻雜區(qū)、 鈍化層、指狀物、母線、第一電極和一對(duì)第二電極；
[0015] 圖6是沿著圖3B的線6-6截取的部分橫截面?zhèn)纫晥D，示出了底部基板的后部摻雜 區(qū)、第一電極和第二電極；
[0016] 圖7是PV電池的實(shí)施例的部分橫截面?zhèn)纫晥D，示出了底部基板的后部摻雜區(qū)、第 一電極的格柵或陣列、鈍化層和第二電極；
[0017] 圖8是PV電池的實(shí)施例的部分橫截面?zhèn)纫晥D，示出了底部基板的后部摻雜區(qū)、具 有局部觸點(diǎn)的第一電極、鈍化層和第二電極；
[0018] 圖9是PV電池的實(shí)施例的部分橫截面?zhèn)纫晥D，不出了具有局部后部摻雜區(qū)的底部 基板、具有局部觸點(diǎn)的第一電極、鈍化層和第二電極；
[0019] 圖10是PV電池的實(shí)施例的部分橫截面透視圖，示出了底部基板的上部和后部摻 雜區(qū)、鈍化層、指狀物、第一電極、一對(duì)母線和一對(duì)第二電極；
[0020] 圖11是圖10的PV電池和一對(duì)匯流帶，其中一條匯流帶設(shè)置在PV電池的母線之 一上；
[0021] 圖12是PV電池的實(shí)施例的示意性前視圖，該電池包括鈍化層、不連續(xù)的指狀物和 母線；
[0022] 圖13是PV電池的實(shí)施例的示意性前視圖，該電池包括鈍化層、不連續(xù)的指狀物、 補(bǔ)充性指狀物和母線；
[0023] 圖14是PV電池的實(shí)施例的示意性前視圖，該電池包括鈍化層、指狀物、母線和補(bǔ) 充性母線極板；
[0024] 圖15是PV電池的實(shí)施例的示意性前視圖，該電池包括鈍化層、指狀物、一對(duì)母線 和補(bǔ)充性母線；
[0025] 圖16是PV電池的實(shí)施例的示意性前視圖，該電池包括鈍化層、具有極板的指狀物 和母線；
[0026] 圖17是PV電池的實(shí)施例的示意性前視圖，該電池包括鈍化層、具有中空極板的指 狀物和母線；
[0027] 圖18是PV電池的實(shí)施例的示意性前視圖，該電池包括鈍化層、不連續(xù)的指狀物、 補(bǔ)充性指狀物和母線；
[0028] 圖19A是PV電池的實(shí)施例的示意性后視圖，該電池包括底部基板、限定孔的第一 電極以及設(shè)置在第一電極上方并經(jīng)由孔與底部基板接觸的第二電極；
[0029] 圖19B是圖19A的PV電池的示意性側(cè)視圖；
[0030] 圖20A是PV電池的實(shí)施例的示意性后視圖，該電池包括底部基板、限定多個(gè)孔的 第一電極以及設(shè)置在第一電極上方并經(jīng)由孔與底部基板接觸的第二電極；
[0031] 圖20B是圖20A的PV電池的示意性側(cè)視圖；
[0032] 圖21是PV電池的實(shí)施例的示意性后視圖，該電池包括底部基板、交指式指狀物和 一對(duì)母線；
[0033] 圖22是散點(diǎn)圖，示出了發(fā)明實(shí)例在硅基板上的剝離力；
[0034] 圖23是散點(diǎn)圖，示出了發(fā)明實(shí)例在鋁基板上的剝離力；
[0035] 圖24是散點(diǎn)圖，示出了發(fā)明實(shí)例的電阻率；
[0036] 圖25是箱體圖，示出了比較例和發(fā)明實(shí)例的短路電流密度（Js。）；
[0037] 圖26是箱體圖，示出了比較例和發(fā)明實(shí)例的開(kāi)路電壓（V。。）；
[0038] 圖27是箱體圖，示出了比較例和發(fā)明實(shí)例的電池效率（NCell);
[0039] 圖28是箱體圖，示出了比較例和發(fā)明實(shí)例的NCell ;
[0040] 圖29是箱體圖，示出了具有乙烯-乙酸乙烯酯和有機(jī)硅封裝材料的比較例和發(fā)明 實(shí)例的V。。；
[0041] 圖30是曲線圖，用電流㈧和電壓（V)示出了比較例和發(fā)明實(shí)例的I-V(或I-U) 特性；
[0042] 圖31A是發(fā)明實(shí)例的橫截面SEM顯微照片（轉(zhuǎn)化成了附圖形式），示出了固化后的 聚合物、回流后的焊料、金屬粒子以及焊料與金屬粒子之間的金屬間層；
[0043] 圖31B是橫截面SEM顯微照片，圖31A的附圖以之為基礎(chǔ)；
[0044] 圖32是箱體圖，示出了比較例和發(fā)明實(shí)例的效率百分比；
[0045] 圖33是另一個(gè)箱體圖，示出了比較例和發(fā)明實(shí)例的Js。；
[0046] 圖34是另一個(gè)箱體圖，示出了比較例和發(fā)明實(shí)例的V。。；
[0047] 圖35是橫截面光學(xué)顯微鏡照片（轉(zhuǎn)化成了附圖的形式），示出了本發(fā)明的互聯(lián)母 線、指狀物和鈍化層；
[0048] 圖36是折線圖，示出了在濕熱老化后比較例和發(fā)明實(shí)例的Js。；
[0049] 圖37是折線圖，示出了在濕熱老化后比較例和發(fā)明實(shí)例的V。。；并且
[0050] 圖38是折線圖，示出了在濕熱老化后比較例和發(fā)明實(shí)例的薄片電阻率（rs)。

【具體實(shí)施方式】
[0051] 本發(fā)明提供一種組合物。該組合物通常包含金屬粉末、焊料粉末、聚合物、與所述 聚合物不同的羧化聚合物、二羧酸和單羧酸。在另外的實(shí)施例中，該組合物基本上由前述組 分組成或者由前述組分組成。在某些實(shí)施例中，該組合物還包含一種或多種下文進(jìn)一步描 述的添加劑。該組合物可用于形成導(dǎo)體。通常，該導(dǎo)體通過(guò)如下文進(jìn)一步描述對(duì)組合物進(jìn) 行加熱而形成。導(dǎo)體也可以稱(chēng)為導(dǎo)電的電導(dǎo)體。雖然不限于特定的構(gòu)造或用途，但是導(dǎo)體 可以為多種形式，諸如母線、指狀物、極板、點(diǎn)和/或其他電極結(jié)構(gòu)。其中一些在下文更詳細(xì) 地描述。
[0052] 金屬粉末可包含多種金屬。通常，金屬粉末具有高于約600、高于約700、高于約 800或高于約900°C的熔融溫度（或熔點(diǎn)，MP)。金屬通常具有優(yōu)異的導(dǎo)電性。在某些實(shí)施 例中，金屬粉末包含選自以下的至少一種金屬：銅（Cu)、金、銀（Ag)、鋅、鋁、鉬、鈀、鈹、銠、 鎳、鈷、鐵、鑰、鎢和/或這些金屬中兩種或更多種的合金。在多種實(shí)施例中，金屬包含金屬 粒子（彼此相同或不同）和/或含有兩種或更多種不同金屬的粒子的混合物（或共混物）。 后一種類(lèi)型的粒子可以是兩種或更多種不同金屬的合金，和/或具有包含至少一種金屬的 芯以及包含至少一種與芯金屬不同的金屬的一個(gè)或多個(gè)外層的帶涂層粒子。這種帶涂層粒 子的例子為銀涂布（或鍍覆）的銅粒子。
[0053] 在某些實(shí)施例中，組合物基本上完全不含"重"金屬。換句話(huà)講，組合物通常包含 低于0. 5、低于0. 25、低于0. 1、低于0. 5、接近零（0)或0重量百分比（重量％ )的重金屬， 每一者均基于組合物的總重量。重金屬的例子包括汞、鎘、鉛和鉻。在某些實(shí)施例中，組合 物不含汞、鎘和鉻。在另外的實(shí)施例中，組合物不含含鉛（Pb)焊料粉末。
[0054] 金屬粉末可用穩(wěn)定性增強(qiáng)劑和/或表面保護(hù)劑進(jìn)行處理。此類(lèi)處理可包括有機(jī)螯 合劑，諸如唑類(lèi)，例如苯并三唑、咪唑類(lèi)等。一般來(lái)講，此類(lèi)唑類(lèi)的分解產(chǎn)物可用作所述聚合 物與所述羧化聚合物之間的反應(yīng)的催化劑以通過(guò)所述組合物形成導(dǎo)體。這種反應(yīng)通常消除 在形成后對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行后固化的任何需要。
[0055] 在某些實(shí)施例中，金屬粉末包含Cu，或?yàn)镃u粉末。可以使用多種類(lèi)型的Cu粉 末。例如，Cu粉末可包含如上所述的表面處理。金屬粉末可具有多種大小。通常，金屬粉 末具有約〇. 05至約25、約5至約25、約5至約15或約10 μ m的平均粒度?？梢允褂枚?種粒度分布（PSD)，包括單峰、雙峰或多峰分布，其中單峰分布通常用于助熔目的。合適的 Cu粉末可從許多供應(yīng)商商購(gòu)獲得，諸如日本三井礦業(yè)冶煉公司（Mitsui Mining&Smelting Co.，Ltd.，Japan)，例如 1030Cu 粉末或 Y1400CU 粉末。
[0056] 焊料粉末具有比金屬粉末的熔融溫度低的熔融溫度（S卩，熔點(diǎn)）。金屬粉末的這種 溫度在上文進(jìn)行了描述。在某些實(shí)施例中，焊料粉末具有不大于約300、不大于約275、不大 于約250或不大于約225°C的熔融溫度。
[0057] 通常，焊料粉末包含選自錫（Sn)、鉍、鋅、鎵、銦、碲、鉈、銻、硒的至少一種金屬和/ 或這些金屬中兩種或更多種的合金。在多種實(shí)施例中，焊料粉末包含Sn或至少一種Sn合 金。在某些實(shí)施例中，焊料粉末包含兩種不同的合金，或者多于兩種不同的合金。例如，焊 料粉末可包含錫-鉍（SnBi)合金、錫-銀（SnAg)合金或它們的組合。"組合"可簡(jiǎn)單地為 不同金屬、不同合金或不同金屬和合金的組合。在其他實(shí)施例中，焊料粉末可包含SnPb。
[0058] 在某些實(shí)施例中，焊料粉末包含Sn42/Bi58、Sn96. 5/Ag3. 5或它們的組合。這種 合金命名通常是指以質(zhì)量表示的各金屬的量。Sn42/Bi58通常具有約138°C的熔融溫度， 并且Sn96. 5/Ag3. 5通常具有約221°C的熔融溫度。這些合金在本領(lǐng)域中可分別稱(chēng)為"合金 281"和"合金121"。通常，焊料粉末具有約0. 05至約25、約2. 5至約25、約5至約20、約5 至約15或約10 μ m的平均粒度?？梢允褂枚喾NPSD及其模式。合適的焊料粉末可從許多 供應(yīng)商商購(gòu)獲得，諸如伊利諾伊州艾爾克格羅夫村美國(guó)銦泰公司（Indium Corporation of America, Elk Grove Village, IL)〇
[0059] 焊料可用于抑制金屬粉末的氧化，尤其是在形成導(dǎo)體后。據(jù)信，焊料還增強(qiáng)補(bǔ)充 性焊料的潤(rùn)濕，并有利于在采用導(dǎo)體進(jìn)行焊接操作期間形成強(qiáng)固的焊料接頭。如下文進(jìn)一 步描述，焊料粉末在熔化時(shí)通常使金屬粉末的粒子在組合物達(dá)到最終固化狀態(tài)前融合在一 起。這種熔化和融合在導(dǎo)體形成期間在導(dǎo)體中形成導(dǎo)電橋。
[0060] 金屬和焊料粉末可以多種量存在于組合物中。通常，金屬和焊料粉末一起以約50 至約95、約80至約95、約80至約90或約85重量％的量（或合并量）存在，每一者均基于 組合物的總重量。通常，金屬粉末以約35至約85、約35至約65、約40至約55、約40至約 50或約45重量％的各個(gè)量存在于組合物中，每一者均基于組合物的總重量。通常，焊料粉 末以約25至約75、約25至約55、約30至約50、約35至約45或約40重量％的各個(gè)量存在 于組合物中，每一者均基于組合物的總重量。
[0061] 所述聚合物可包含多種類(lèi)型的聚合物，或可以聚合以產(chǎn)生所述聚合物的單體。所 述聚合物通常為熱固性樹(shù)脂，諸如環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、有機(jī)硅、聚氨酯或它們的組合。在 某些實(shí)施例中，所述聚合物包含環(huán)氧樹(shù)脂，其也可以為"B階段"樹(shù)脂。環(huán)氧樹(shù)脂的例子包括 雙酚A的二縮水甘油醚以及雙酚F的二縮水甘油醚。
[0062] 在其中所述聚合物包含（或?yàn)椋┉h(huán)氧樹(shù)脂的實(shí)施例中，環(huán)氧樹(shù)脂可具有多種環(huán)氧 化物當(dāng)量（EEW)。在某些實(shí)施例中，環(huán)氧樹(shù)脂具有約20至約100, 000、約30至約50, 000、 約35至約25, 000、約40至約10, 000、約150至約7, 500、約170至約5, 000、約250至約 2, 500、約300至約2, 000、約312至約1，590、約400至約1，000或約450至約600g/eq的 EEW。EEW可經(jīng)由本領(lǐng)域知曉的方法諸如通過(guò)ASTM D1652進(jìn)行測(cè)定。
[0063] 環(huán)氧樹(shù)脂的合適例子可從密歇根州米德蘭陶氏化學(xué)公司（Dow Chemical，Midland，MI)以商標(biāo) D. Ε· R. ? 商購(gòu)獲得，諸如 D. Ε· R. ?383、6116、662 UH、331、 323、354、736、732、324、353、667E、668-20、671-X70、671-X75、684-EK40、6225、6155、669E、 660-MAK80、660-PA80、337-X80、337-X90、660-X80、661-A80、671-PM75、3680-X90、6510HT、 330、332、6224、6330-A10、642U、661、662E、663U、663UE、664U、672U、664UM、667-20、669-20、 671-R75、671-T75、671-XM75和/或692H。其他合適的環(huán)氧樹(shù)脂可從亨斯邁公司（Huntsman) 和邁圖公司（Momentive)以商標(biāo)Araldite?和Epikote?商購(gòu)獲得。
[0064] 所述聚合物通常用作改善導(dǎo)體與基板在固化后的粘結(jié)性的粘結(jié)劑，并增加導(dǎo)體的 總體內(nèi)聚強(qiáng)度。一般來(lái)講，導(dǎo)體具有優(yōu)異的粘合和內(nèi)聚特性。據(jù)信，在固化期間/之后，所述 聚合物提供導(dǎo)體與基板之間在其界面處的粘附力，并且還提供導(dǎo)體內(nèi)部組分（例如金屬粉 末）之間的內(nèi)聚力。所述聚合物可粘到多種不同的表面，包括可焊接的和不可焊接的表面。 所述聚合物還使與基板界面相對(duì)的一部分金屬粉末用于直接焊接目的，例如用于互聯(lián)。在 達(dá)到最終固化狀態(tài)前，聚合物還用作將助熔劑遞送到金屬粉末的介質(zhì)，如下文進(jìn)一步描述。 [0065] 所述羧化聚合物可包含多種類(lèi)型的具有一個(gè)或多個(gè)羧基（-C00H)基團(tuán)通常兩個(gè) 或更多個(gè)羧基基團(tuán)使得導(dǎo)體通常具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚合物和共聚物。-C00H基團(tuán)通常用作助 熔劑，與組合物中的其他基團(tuán)（例如，聚合物的環(huán)氧基團(tuán)）反應(yīng)，和/或與金屬氧化物形成 鹽并因而促進(jìn)固化（例如，催化環(huán)氧樹(shù)脂固化）。這些羧化聚合物的例子包括經(jīng)由可能與不 飽和脂族或芳族烴（烯烴、炔烴和/或亞芳基化合物）相結(jié)合的不飽和脂族或芳族酸的陰 離子機(jī)理或自由基機(jī)理而通過(guò)聚合反應(yīng)或共聚反應(yīng)得到的那些聚合物。合適的不飽和羧酸 包括脂族羧酸，諸如甲基丙烯酸、鹵代丙烯酸、巴豆酸、丙烯酸羧乙酯、丙烯酸、富馬酸、衣康 酸、粘康酸、戊炔酸和/或乙炔二羧酸；以及不飽和芳族酸，諸如乙烯基苯甲酸和/或苯丙炔 酸。與不飽和酸結(jié)合形成羧化共聚物的合適的不飽和烯烴包括丙烯、異丁烯、氯乙烯和/或 苯乙烯。合適的羧化聚合物的其他例子包括羧酸官能化聚酯樹(shù)脂和羧酸酐以及由其制備的 聚合物。
[0066] 所述羧化聚合物可具有多種酸當(dāng)量（AEW)。在某些實(shí)施例中，所述羧化聚合物具 有約20至約100, 000、約25至約50, 000、約30至約25, 000、約30至約10, 000、約30至 約5, 000、約30至約2, 500、約30至約2, 000、約40至約1，000或約50至約500g/eq的 AEW。AEW可經(jīng)由本領(lǐng)域知曉的方法測(cè)定，諸如通過(guò)將分子量除以羧基基團(tuán)的數(shù)量和/或通 過(guò)ASTM D1980測(cè)定酸值。
[0067] 所述羧化聚合物可用于助熔金屬粉末并使聚合物交聯(lián)形成導(dǎo)體。具體地講，在加 熱組合物以形成導(dǎo)體的過(guò)程中，所述羧化聚合物通常在第一溫度下助熔金屬粉末，并在第 二溫度下用作所述聚合物的交聯(lián)劑，第二溫度通常高于第一溫度。這些溫度可以變化，但通 常落在本文所述的溫度范圍內(nèi)。
[0068] 雖然用作金屬粉末的助熔劑，但是所述羧化聚合物通常溶解金屬表面的金屬氧化 物。移除金屬氧化物允許金屬粒子聚集（或團(tuán)聚）并在導(dǎo)體形成期間在導(dǎo)體中更好地形成 導(dǎo)電橋，尤其是就焊料_Cu粘結(jié)而言。通常，對(duì)金屬粉末在導(dǎo)體的形成過(guò)程中原位助熔，使 得不需要在使用前對(duì)金屬粉末預(yù)先助熔。例如，在將金屬粉末用于組合物前，不需要預(yù)助熔 劑/清潔劑（例如酸）從金屬粉末表面移除氧化物。在某些實(shí)施例中，本發(fā)明不含預(yù)助熔 劑/預(yù)助熔。
[0069] 此外，移除的金屬氧化物通常以足夠的量存在，以催化聚合物與所述羧化聚合物 的羧基之間在高溫下的反應(yīng)。金屬氧化物最初可通過(guò)對(duì)金屬粉末加熱而產(chǎn)生，金屬粉末在 加熱下氧化形成氧化物。氧化物可與所述羧化聚合物反應(yīng)形成鹽。氧化物和鹽可用作所述 聚合物與羧化聚合物的反應(yīng)的催化劑。另外，通過(guò)可能已用于處理金屬粉末的螯合劑的熱 釋放，可使得催化劑可用?？苫诮饘俸?或焊料粉末的類(lèi)型（諸如有機(jī)錫和銅鹽、苯并三 唑、咪唑等）而釋放多種催化劑。這些多種各樣的機(jī)理通常在施加組合物后并在導(dǎo)體的形 成過(guò)程中發(fā)生。這些機(jī)理與組合物/其組分的熔化、濕透、助熔以及固化溫度或特征相關(guān) 聯(lián)。
[0070] 在某些實(shí)施例中，所述羧化聚合物包含丙烯酸聚合物。在另外的實(shí)施例中，所述羧 化聚合物包含苯乙烯-丙烯酸共聚物。在具體實(shí)施例中，所述羧化聚合物在215°C下是熱穩(wěn) 定的，具有大于200的酸值，和/或20°C下低于O.OlPa. s(10厘泊）的粘度。合適的丙烯酸 聚合物的例子可從新澤西州弗洛厄姆帕爾克巴斯夫公司（BASF Corp.，F(xiàn)lorham Park, NJ) 以商標(biāo)JoncryP商購(gòu)獲得，諸如Joneryl? 50、60、61、63、67、74-A、77、89、95、142、500、504、 507、508、510、530、537、538-A、550、551、552、556、558、581、585、587、611、624、631、633、 646、655、660、678、680、682、683、690、693、690、693、750、804、815、817、819、820、821、822、 843、845、848、901、902、903、906、906-AC、909、911、915、918、920、922、924、934、935、939、 942、945、948、960、963、1163、1520、1522、1532、1536、1540、1610、1612、1655、1670、1680、 1695、1907、1908、1915、1916、1919、1954、1980、1982、1984、1987、1992、1993、2153、2178、 2350、2561、2570、2640、2646、2660、2664、8383 和 / 或 HR 1620。
[0071] 通常，所述聚合物和所述羧化聚合物一起以約2. 5至約10、約2. 5至約7. 5、約3至 約6、約5至約6或約5. 5重量％的量存在于組合物中，每一者均基于組合物的總重量。在 某些實(shí)施例中，所述聚合物和羧化聚合物的重量比為約1:1至約1:3、約1:1至約1:2. 75、 約1:1至約1:2. 5或約1:1. 5至約1:2. 5 (聚合物：羧化聚合物）。
[0072] 通常，所述聚合物以約0. 5至約5、約1至約2. 5、約1. 5至約2或約1. 75重量％的 量存在于組合物中，每一者均基于組合物的總重量。通常，所述羧化聚合物以約1至約7. 5、 約2至約5、約3至約4或約3. 5至約4重量％的量存在于組合物中，每一者均基于組合物 的總重量。
[0073] 除了羧化聚合物外，二羧酸也可用于助熔金屬粉末。可以使用多種類(lèi)型的二羧酸。 合適的二羧酸的例子包括線性、環(huán)狀、芳族和/或高度支化的烷基和/或不飽和脂族和/或 芳族二羧酸，諸如草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、 十一烷二酸、十二烷二酸、馬來(lái)酸、戊烯二酸、愈傷酸、粘康酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸和/ 或?qū)Ρ蕉姿?。在某些?shí)施例中，二羧酸為十二烷二酸（DDDA)。通常，二羧酸以約0.05至 約1、約0. 1至約0. 75、約0. 2至約0. 5或約0. 2至約0. 3重量％的量存在于組合物中，每 一者均基于組合物的總重量。
[0074] 除了羧化聚合物和二羧酸外，單羧酸也可用于助熔金屬粉末。具體地講，單羧酸 可用于防止組合物因可能已存在的或在環(huán)境溫度下形成的金屬氧化物而過(guò)早固化?？梢?使用多種類(lèi)型的單羧酸。合適的單羧酸的例子包括線性、環(huán)狀、芳族和/或高度支化的烷 基和/或不飽和脂族和/或芳族單羧酸，諸如甲酸、乙酸、齒代乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、 辛酸、月桂酸、癸酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸、異丁酸、異戊酸、新戊酸、新癸酸、異硬脂酸、油 酸、神經(jīng)酸、亞油酸、辛炔酸、苯甲酸和/或苯丙炔酸。在多種實(shí)施例中，單羧酸為叔碳酸。 在某些實(shí)施例中，單羧酸為叔碳酸Versatic 10,其為包含高度支化的C1(l單羧酸異構(gòu)體 (大部分具有三級(jí)結(jié)構(gòu)）的混合物的合成酸。Versatic 10在本領(lǐng)域中也可稱(chēng)為新癸酸。 合適的單羧酸的例子可從伊利諾伊州喀1本特士維瀚森特種化學(xué)公司（Hexion Specialty Chemicals, Carpentersville, IL)商購(gòu)獲得。
[0075] 據(jù)信，單羧酸中的高支化度引起空間位阻，該空間位阻賦予由其形成的鹽優(yōu)異的 穩(wěn)定性。在某些實(shí)施例中，單羧酸在室溫（RT，約20至25°C)下為液體。通常，單羧酸以約 0. 25至約1. 25、約0. 25至約1、約0. 25至約0. 75、約0. 4至約0. 5或約0. 45重量％的量 存在于組合物中，每一者均基于組合物的總重量。
[0076] 在聚合物包含環(huán)氧樹(shù)脂使得提供環(huán)氧基團(tuán)的實(shí)施例中，酸性基團(tuán)（由酸提供）與 環(huán)氧基團(tuán)的比率通常為約1:1至約10:1、約2:1至約9:1、約3:1至約8:1、約4:1至約7:1、 約5:1至約7:1或約6:1至約7:1的酸性：環(huán)氧（A:E)。在另外的實(shí)施例中，酸性基團(tuán)與環(huán) 氧基團(tuán)的比率通常為至少約3:1、至少約3. 5:1、至少約4:1、至少約4. 5:1、至少約5:1、至少 約5. 5:1、至少約6:1、至少約6. 5:1或至少約7:1的A:E。
[0077] 不受任何特定理論的束縛或限制，據(jù)信，增加 A:E比（例如，高于約4:1)能實(shí)現(xiàn)優(yōu) 異的金屬粉末助熔，而無(wú)需對(duì)金屬粉末預(yù)助熔。在較低的比率下，例如低于約4:1的A:E，據(jù) 信，組合物將不能直接焊接，原因是金屬粉末的助熔不足。具體地講，在某些實(shí)施例中，在低 于約4:1的A:E下，可能不會(huì)發(fā)生助熔，這可以經(jīng)由加熱/固化期間的顏色變化來(lái)確定。此 夕卜，在此較低的水平下，焊料粉末可能無(wú)法濕透和/或不能焊接，甚至在助熔的情況下。一 般來(lái)講，顏色從棕色變成（或漂移至）淺至深灰色表明足夠的助熔材料或熔料。因此，如果 在嘗試助熔材料后材料仍為棕色（或類(lèi)似于棕色，例如銅色），則未發(fā)生助熔，或助熔不足。 據(jù)信，材料在助熔后因焊料使金屬粉末（例如，Cu)表面濕透而變成灰色，使得有效地只看 到焊料。在助熔不足的情形下，金屬粉末的表面不被焊料完全濕透，使得其仍然可見(jiàn)。
[0078] 在某些實(shí)施例中，組合物還可以包含添加劑?？梢允褂枚喾N類(lèi)型的添加劑。合適 的添加劑的例子包括溶劑、粘附促進(jìn)劑、消泡劑、去活劑、抗氧化劑、流變?cè)鰪?qiáng)劑/改性劑和 /或?qū)釀╰hermal agent)?？捎糜谛纬山M合物的多種實(shí)施例的合適組分的另外例子在 授予Craig的美國(guó)專(zhuān)利No. 7, 022, 266以及在授予Craig等人的美國(guó)專(zhuān)利No. 6, 971，163中 有所公開(kāi)，這兩份專(zhuān)利均在不與本發(fā)明的一般范圍相沖突的范圍內(nèi)全文以引用方式并入本 文。
[0079] 如果使用溶劑，則溶劑可用于使所述聚合物和/或羧化聚合物形成溶液。溶劑還 可用于調(diào)節(jié)一種或多種組分的粘度，和/或調(diào)節(jié)組合物本身的流變性。調(diào)節(jié)組合物的粘度 可用于多種目的，例如，用于獲得經(jīng)由印刷或類(lèi)似技術(shù)施加組合物時(shí)的所需粘度?？梢允褂?多種類(lèi)型的溶劑。合適的溶劑的例子包括醇類(lèi)，諸如單萜烯醇（例如萜品醇）和芐醇。另 外的例子包括2-乙氧基乙基乙酸酯、2(3)-(四氫糠氧基）四氫吡喃、二異丁基酮、丙二醇單 甲醚醋酸酯（PGMEA)和丙二醇-1，2丙二醇。此類(lèi)溶劑可從多種來(lái)源商購(gòu)獲得，諸如伊利諾 伊州芝加哥西格瑪奧德里奇公司（Sigma Aldrich, Chicago, IL)。另一種合適的溶劑為丁基 卡必醇，其可從陶氏化學(xué)公司商購(gòu)獲得?？梢允褂萌軇┑亩喾N組合。溶劑可以多種量使用。 在某些實(shí)施例中，溶劑以約0. 5至約15、約1至約12. 5、約2. 5至約10、約5至約7. 5或約 5至約7重量％的量存在于組合物中，每一者均基于組合物的總重量。取決于施加技術(shù)，可 按預(yù)定的量添加溶劑和/或根據(jù)需要添加溶劑。
[0080] 如果使用粘附促進(jìn)劑，則粘附促進(jìn)劑可用于進(jìn)一步增加導(dǎo)體在多種基板上的粘附 力。可以使用多種類(lèi)型的粘附促進(jìn)劑。合適的粘附促進(jìn)劑（或偶聯(lián)劑）的例子包括基于硅 烷和/或鈦酸酯的那些。采用硅烷粘附促進(jìn)劑可用于增加與具有有機(jī)官能團(tuán)的基板的粘附 力。采用鈦酸酯粘附促進(jìn)劑可用于增加與具有無(wú)機(jī)填料的基板的粘附力。據(jù)信，鈦酸酯偶 聯(lián)劑偶聯(lián)到無(wú)機(jī)填料的表面以改善與有機(jī)基質(zhì)的相容性并且還改善與基板的粘附力。可以 使用不同促進(jìn)劑的組合。在某些實(shí)施例中，粘附促進(jìn)劑（例如，鈦酸酯）與組合物的至少一 種聚合物反應(yīng)。合適的粘附促進(jìn)劑的例子可從密歇根州米德蘭道康寧公司（Dow Corning Corp.，Midland，MI)商購(gòu)獲得，諸如2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基）乙基]三甲氧基硅烷，例如 Z-6043 ;或縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷，例如Z-6040。另外的合適例子包括可從邁圖 公司以商標(biāo) Silquest 諸如 Silquest A-187 ;以 Xiameter 諸如Xiameter? 0FS-6040 ;以及 從新澤西州貝永肯瑞奇石油化工有限公司（Kenrich Petrochemicals Co.，Bayonne, NJ)以 商標(biāo)Ken-Reaet?諸如Ken-React?KR9S商購(gòu)獲得的那些。雖然不是必需的，但是粘附促進(jìn) 劑可以多種量使用。在某些實(shí)施例中，粘附促進(jìn)劑以約〇. 01至約3、約0. 1至約2、約0. 25 至約1或約0. 8重量％的量存在于組合物中，每一者均基于組合物的總重量。
[0081] 如果使用消泡劑，則消泡劑可用于防止在組合物的形成和/或使用過(guò)程中起泡。 可以使用多種類(lèi)型的消泡劑。合適的消泡劑的例子包括不含有機(jī)硅的消泡劑。合適的消泡 劑的例子可從康涅狄格沃靈福德畢克添加劑和儀器部門(mén)（BYK additives&instruments, W allingford，CT)商購(gòu)獲得，諸如-052。雖然不是必需的，但是消泡劑可以多種量使 用。在某些實(shí)施例中，消泡劑以約0. 01至約1、約0. 1至約0. 75、約0. 1至約0. 5或約0. 1 至約0. 3重量％的量存在于組合物中，每一者均基于組合物的總重量。
[0082] 如果使用去活劑和/或抗氧化劑，則它們可用于抑制金屬（例如Cu)的遷移?？?以使用多種類(lèi)型的去活劑和/或抗氧化劑。在一個(gè)實(shí)施例中，去活劑包含草酰雙（亞芐 基酰肼）。合適的去活劑和/或抗氧化劑的例子可從田納西州金斯波特伊士曼化工公司 (Eastman Chemical Co·, Kingsport, TN)商購(gòu)獲得，諸如 Eastman? 0ΑΒΗ 抑制劑。雖然不 是必需的，但是去活劑和/或抗氧化劑可以多種量使用。在某些實(shí)施例中，去活劑以約0. 01 至約1、約0. 1至約0. 75、約0. 1至約0. 5或約0. 1至約0. 4重量％的量存在于組合物中， 每一者均基于組合物的總重量。
[0083] 在某些實(shí)施例中，組合物包含二溴化苯乙烯。具體的例子為可從西格瑪奧德里奇 公司商購(gòu)獲得的1，2-二溴乙基苯。二溴化苯乙烯可用于增加組合物的導(dǎo)熱率。此外，存在 乙烯基官能團(tuán)允許苯乙烯在形成導(dǎo)體的過(guò)程中聚合。雖然不是必需的，但是二溴化苯乙烯 可以多種量使用。在某些實(shí)施例中，二溴化苯乙烯以約〇. 05至約1、約0. 1至約0. 75、約0. 1 至約0. 5或約0. 2至約0. 3重量％的量存在于組合物中，每一者均基于組合物的總重量。 [0084] 現(xiàn)在參見(jiàn)附圖，其中在所有幾個(gè)視圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件，組合物通常 以20"顯示，而由其形成的導(dǎo)體通常以20顯示。如本文所用，引號(hào)（"）通常是指相應(yīng)組件 或組合物的不同狀態(tài)，諸如在固化前、在燒結(jié)前等，而不含"通常表示相應(yīng)組件或組合物的 后固化狀態(tài)或最終固化狀態(tài)。
[0085] 參見(jiàn)圖1，組合物20"設(shè)置在基板22上，并通常示為左側(cè)的"固化前"和右側(cè)的"固 化"使得其為導(dǎo)體20。如上文所提到，導(dǎo)體20可用于多種應(yīng)用的電流輸送和/或電連接。 組合物20"和導(dǎo)體20不限于任何特定的應(yīng)用。組合物20"可用于形成多種制品。此類(lèi)制 品通常包括基板22,而導(dǎo)體20設(shè)置在基板22上?；?2可通過(guò)多種材料形成。在一個(gè)實(shí) 施例中，基板22本身也為導(dǎo)體。此類(lèi)導(dǎo)電基板22的例子包括金屬和半導(dǎo)體。金屬基板22 的具體例子包括鋁、銀或它們的組合。半導(dǎo)體基板22的例子包括由硅（諸如晶體硅）形成 的那些。在其他實(shí)施例中，基板22為電介質(zhì)（或絕緣體）。組合物20"可設(shè)置在多種材料 上，包括上文所述的那些材料的組合。其他具體材料的例子包括可焊接的和不可焊接的金 屬，諸如高熔點(diǎn)導(dǎo)電金屬，例如鎳或常規(guī)的塊狀基板。一般來(lái)講，只有金屬材料才被視為可 焊接的。
[0086] 導(dǎo)體20可呈多種形式，并具有多種大小和形狀，諸如被構(gòu)造成用作母線、接觸極 板、細(xì)線、指狀物和/或電極。例如，組合物20"可用于通過(guò)印刷或其他方式形成細(xì)線，例如 70μπι線、點(diǎn)、點(diǎn)與線等。也可以形成其他寬度。導(dǎo)體20不限于任何特定的形狀或構(gòu)造。上 述組件中的一些可用于將在下文進(jìn)一步描述的光伏（PV)電池和其他PV裝置。組合物20" 也可用于其他應(yīng)用，諸如用于電路板，例如印刷電路板（PCB)生產(chǎn)，或需要導(dǎo)電材料的其他 應(yīng)用。導(dǎo)體20可直接焊接，這提供改進(jìn)的連接方式，諸如通過(guò)使用互聯(lián)條直接連接到導(dǎo)體 20。換句話(huà)講，通常不存在在直接焊接到導(dǎo)體20上之前需要從其移除的頂涂層、保護(hù)層或 最外層。這可以縮短制造時(shí)間、降低制造復(fù)雜性并降低制造成本。例如，互聯(lián)條52可直接焊 接到導(dǎo)體20而無(wú)需采取另外的步驟。在某些實(shí)施例中，這種情況的例外可以是另外的助熔 步驟。一般來(lái)講，如果焊料可在加工后在表面上濕透，則該表面是可以直接焊接的。例如， 如果可將線材直接焊接到基板（在商業(yè)上合理的時(shí)間范圍內(nèi)并通常使用施加的助熔劑）， 使用鍍錫焊鐵將焊料層置于母線上，或只是加熱基板并觀察到焊料濕透電極表面，則材料 將是可以直接焊接的。就不可焊接的系統(tǒng)而言，甚至在施加助熔劑并充分加熱后也不可焊 接的系統(tǒng)，焊料始終不會(huì)打濕表面，并且無(wú)法形成焊料接頭。
[0087] 在某些實(shí)施例中，組合物20"通過(guò)依賴(lài)于其形成導(dǎo)體20的固化機(jī)理可用作粘合 齊U。例如，可施加并加熱組合物20"以形成導(dǎo)體20,并且導(dǎo)體20可用作粘合劑，諸如將線材 保持在適當(dāng)?shù)奈恢?，將兩個(gè)基板保持在一起等?？蓪⒕€材設(shè)置在組合物20"中和/或可將 組合物20"設(shè)置在線材上，隨后固化形成導(dǎo)體20,從而將線材保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。在最終固 化以形成導(dǎo)體20前，由組合物20"提供的即時(shí)或中間粘附強(qiáng)度可稱(chēng)為生坯強(qiáng)度。
[0088] 利用本發(fā)明的組合物形成一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)/組件（諸如由本發(fā)明的組合物形成的 母線）的多種類(lèi)型的PV電池32的另外實(shí)施例在均與本主題申請(qǐng)同時(shí)提交的共同未決的 PCT申請(qǐng)No._(代理人案卷號(hào)DC11371 PSP1，071038. 01087)以及共同未決 的PCT申請(qǐng)No._(代理人案卷號(hào)DC11372 PSP1，071038. 01089)中有所描述，這些 PCT申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容在不與本發(fā)明的一般范圍相沖突的范圍內(nèi)全文以引用方式并入。
[0089] 本發(fā)明還提供形成導(dǎo)體20的方法。該方法包括將組合物20"施加到基板22的步 驟。組合物20"可通過(guò)多種方法施加?？梢岳枚喾N類(lèi)型的沉積方法，諸如通過(guò)絲網(wǎng)或孔 版進(jìn)行的印刷，或其他方法，諸如氣溶膠、噴墨、凹版或柔版印刷。在某些實(shí)施例中，將組合 物20"直接絲網(wǎng)印刷到基板22上。組合物20"通常為糊劑的形式，因此，印刷是一種可容 易地應(yīng)用的方法。如上文所介紹，可在需要時(shí)采用溶劑來(lái)調(diào)整組合物20"的粘度?？蓪⒔M 合物20"施加到基板22上以與基板22形成直接物理和電接觸。
[0090] 如上所述，組合物20"的焊料粉末24"在低于組合物20"的金屬粉末26的熔融溫 度的溫度下熔化。組合物20"還包含聚合物和上述其他組分28"。該方法還包括將組合物 20"加熱到不超過(guò)約300°C的溫度以形成導(dǎo)體20的步驟。通常將組合物20"加熱到約150 至約300、約175至約275、約200至約250、約200至約225、約210至約225或約225°C的 溫度。在某些實(shí)施例中，將組合物20"在約250、約225或約210°C或更低的溫度下加熱以 形成導(dǎo)體20。在某些實(shí)施例中，將組合物20"加熱到約200至約300°C的溫度或其間的任 何溫度。這些溫度通常燒結(jié)焊料粉末24"，但不燒結(jié)金屬粉末26,以形成導(dǎo)體20。這種加熱 在本領(lǐng)域中也可稱(chēng)為回流或燒結(jié)。
[0091] 參見(jiàn)圖1和2,據(jù)信，焊料粉末24"在組合物20"的加熱過(guò)程中燒結(jié)并涂布金屬粉 末26的粒子以形成導(dǎo)體20。也在此期間，組合物20"可失去揮發(fā)物并且聚合物28"交聯(lián)成 最終固化態(tài)28,從而通常提供與基板22的粘附力。如圖2所示，聚合物28的至少一部分與 基板22直接接觸。金屬間層30通常圍繞金屬粉末26的粒子而形成。這種涂層使得焊料 24涂布的金屬粉末26的粒子能夠運(yùn)載電流，并且還可以防止金屬粉末26的氧化。由于較 低的溫度，金屬粉末26通常不會(huì)在加熱期間燒結(jié)。該加熱步驟的低溫通常允許使用溫敏基 板22,例如非晶硅或透明導(dǎo)電氧化物。
[0092] 可將組合物20"加熱多種時(shí)長(zhǎng)以形成導(dǎo)體20。通常，僅將組合物20"加熱形成導(dǎo) 體20所需的一段時(shí)間。此類(lèi)時(shí)間可經(jīng)由常規(guī)實(shí)驗(yàn)確定?？蓪⒍栊詺怏w（例如氮?dú)猓∟ 2)層） 用于防止金屬粉末26在用焊料24"涂布前過(guò)早氧化。然而，通常不需要對(duì)金屬粉末26進(jìn) 行預(yù)助熔。不必要地對(duì)導(dǎo)體20過(guò)度加熱一段較長(zhǎng)的時(shí)間可損壞基板22和/或?qū)w20。
[0093] 不受任何特定理論的束縛或限制，據(jù)信，組合物20"通常為自熔性的并且基于以下 機(jī)理而耐氧化：熱發(fā)生使羧化聚合物活化從而助熔焊料和金屬粉末24"、26。釋放的金屬氧 化物和鹽充當(dāng)催化劑并促進(jìn)聚合物與羧化聚合物在較高溫度下快速交聯(lián)。催化性氧化物通 過(guò)自然金屬（例如Cu)氧化而形成。金屬鹽通過(guò)氧化物與羧化聚合物之間的反應(yīng)產(chǎn)生，或 為因焊料和金屬粉末24"、26加熱而釋放的用作潤(rùn)滑劑/穩(wěn)定性增強(qiáng)劑的化合物。除了助 熔/交聯(lián)機(jī)理外，隨著溫度的升高，焊料粉末24"烙化并潤(rùn)濕金屬粉末26的粒子，并且金屬 粉末26與焊料粉末24之間的燒結(jié)如圖1所示發(fā)生以形成金屬間層30。在金屬粉末26的 粒子上的焊料涂層24有利于防止金屬粉末26進(jìn)一步氧化并隨著時(shí)間的推移維持導(dǎo)體20 的導(dǎo)電性。
[0094] 現(xiàn)在參見(jiàn)圖3至11，光伏（PV)電池通常以32顯示。如上文所提到，組合物20"可 與PV電池32 -起使用。具體地講，組合物20"和所得的導(dǎo)體20可與任何類(lèi)型的PV電池、 PV構(gòu)建體或PV構(gòu)造一起使用。換句話(huà)講，組合物20"不限于任何特定類(lèi)型的PV應(yīng)用。PV 電池32可用于將許多不同波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)化成電流。因此，PV電池32可用于多種應(yīng)用。例如， 多個(gè)PV電池32可用于太陽(yáng)能模塊（未示出）。太陽(yáng)能模塊可用于多種場(chǎng)所和多種應(yīng)用，諸 如用于住宅、商業(yè)或工業(yè)應(yīng)用。例如，太陽(yáng)能模塊可用于生成電流，該電流可用于為電氣裝 置（例如，燈和電動(dòng)機(jī)）提供電力，或者太陽(yáng)能模塊可用于為物體遮蔽陽(yáng)光（例如，遮蔽停 在設(shè)置在停車(chē)位上方的太陽(yáng)能模塊之下的機(jī)動(dòng)車(chē)）。PV電池32不限于任何特定類(lèi)型的用 途。附圖未必按比例繪制。因此，PV電池32的某些組件可比如圖所示的更大或更小。 [0095] 參見(jiàn)圖3，PV電池32以具有倒圓拐角的方形構(gòu)造示出，S卩，準(zhǔn)方形。雖然示出了該 構(gòu)造，但是PV電池32可被構(gòu)造成多種形狀。例如，PV電池32可以為具有拐角的矩形、具 有倒圓或彎曲拐角的矩形、圓形等。PV電池32不限于任何特定的形狀。PV電池32可具有 多種大小，諸如4X4英寸（10.2X10. 2cm)見(jiàn)方、5X5英寸（12. 7X12. 7cm)見(jiàn)方、6X6英 寸（15. 2X 15. 2cm)見(jiàn)方等。PV電池32不限于任何特定的大小。
[0096] 參見(jiàn)圖4, PV電池32包括底部基板34。底部基板34含有硅。硅在本領(lǐng)域中可被 稱(chēng)為半導(dǎo)體材料?？梢允褂枚喾N類(lèi)型的硅，諸如單晶硅、多晶硅、非晶硅或它們的組合。在 某些實(shí)施例中，底部基板34包含晶體硅，例如單晶硅。PV電池32通常在本領(lǐng)域中被稱(chēng)為晶 片型PV電池32。晶片為硅的薄片，其通常通過(guò)由單晶或多晶硅錠以機(jī)械方式鋸出晶片而形 成。作為另外一種選擇，晶片可通過(guò)鑄造硅、通過(guò)外延層剝離技術(shù)、通過(guò)硅熔體拉制硅薄片 等形成。
[0097] 底部基板34通常為平坦的，但是也可以為不平坦的。底部基板34可包括紋理化 表面（未示出）。紋理化表面可用于降低PV電池32的反射性。紋理化表面可具有多種構(gòu) 造，諸如錐形、倒置錐形、隨機(jī)錐形、各向同性等。紋理化可通過(guò)多種方法賦予底部基板34。 例如，可將蝕刻溶液用于使底部基板34紋理化。PV電池32不限于任何特定類(lèi)型的紋理化 工藝。底部基板34 (例如晶片）可具有多種厚度，諸如約1至約1000、約75至約750、約75 至約300、約100至約300或約150至約200 μ m的平均厚度。
[0098] 底部基板34通常被歸類(lèi)為p型或η型硅基板（基于摻雜）。在某些實(shí)施例中，底 部基板34包括上部（或正面）摻雜區(qū)36,其通常為正對(duì)/面向太陽(yáng)的一面。上部摻雜區(qū)36 在本領(lǐng)域中也可稱(chēng)為表面發(fā)射極或有源半導(dǎo)體層。在某些實(shí)施例中，底部基板34的上部摻 雜區(qū)36為η型摻雜區(qū)36 (即η+發(fā)射極層）使得其余的底部基板34通常為ρ型的。在其他 實(shí)施例中，底部基板34的上部摻雜區(qū)36為ρ型摻雜區(qū)36 (即ρ+發(fā)射極層）使得其余的底 部基板34通常為η型的。上部摻雜區(qū)36可具有多種厚度，諸如約0. 1至約5、約0. 3至約 3或約0. 4 μ m的平均厚度?？墒┘由喜繐诫s區(qū)36使得在指狀物44 (下文描述）之下的摻 雜諸如在"選擇性發(fā)射極"技術(shù)中增加。
[0099] 參見(jiàn)圖5至9,底部基板34通常包括與上部摻雜區(qū)36 (若存在）相對(duì)的后部摻雜 區(qū)38。后部摻雜區(qū)38也可以稱(chēng)為背面摻雜區(qū)38。在某些實(shí)施例中，后部摻雜區(qū)38在本領(lǐng) 域中也可稱(chēng)為背表面場(chǎng)（BSF)。通常，摻雜區(qū)之一例如上部36為η型的，而另一摻雜區(qū)例 如后部38為ρ型的。也可以使用相反的布置方式，S卩，上部36為ρ型的，而后部38為η型 的。相反摻雜區(qū)36、38相互面對(duì)的此類(lèi)構(gòu)造在本領(lǐng)域中稱(chēng)為p-n結(jié)（J)并可用于光激發(fā)的 電荷分離，前提是存在至少一個(gè)正（P)區(qū)域和一個(gè)負(fù)（η)區(qū)域。具體地講，當(dāng)不同摻雜的兩 個(gè)區(qū)域相鄰時(shí)，在其間限定的邊界通常在本領(lǐng)域中稱(chēng)為結(jié)。當(dāng)摻雜具有相反的極性時(shí)，則結(jié) (J)通常被稱(chēng)為P-n結(jié)（J)。當(dāng)摻雜只是具有不同的濃度時(shí)，"邊界"可稱(chēng)為界面，諸如類(lèi)似 區(qū)域之間的界面，例如P和P+區(qū)域之間的界面。如大致在附圖中示出，此類(lèi)結(jié)（J)可以是 任選的，具體取決于用在底部基板34中的摻雜類(lèi)型。PV電池32不限于任何特定數(shù)量或位 置的結(jié)（J)。例如，PV電池32可以?xún)H含有一個(gè)諸如在正面或背面上的結(jié)（J)。
[0100] 參見(jiàn)圖5至8,底部基板34包括η型或p型后部摻雜區(qū)38。參見(jiàn)圖9,底部基板 34包括局部摻雜區(qū)38。在某些實(shí)施例中，局部摻雜區(qū)38為η型的；而在其他實(shí)施例中，區(qū) 域38為ρ型的。
[0101] 可將多種類(lèi)型的摻雜劑和摻雜方法用于形成底部基板34的摻雜區(qū)36、38。例如， 可將擴(kuò)散爐用于形成η型摻雜區(qū)36、38和所得的η-ρ (或"p-n"）結(jié)（J)。合適的氣體的例 子磷酰氯（P〇Cl3)。除了磷之外或作為另外一種選擇，可將砷用于形成η型區(qū)36、38?？蓪?元素周期表V族元素中的至少一種（例如硼或鎵）用于形成ρ型區(qū)36、38。PV電池 32不 限于任何特定類(lèi)型的摻雜劑或摻雜工藝。
[0102] 底部基板34的摻雜可處于多種濃度。例如，底部基板34可按不同的摻雜劑濃度 摻雜以實(shí)現(xiàn)約〇· 5至約10、約0· 75至約3或約1 Ω μπΚ Ω. cm)的電阻率。上部摻雜區(qū)36 可按不同的摻雜劑濃度摻雜以實(shí)現(xiàn)約50至約150或約75至約125或約100 ΩΛ歐姆每平 方）的薄片電阻率。一般來(lái)講，較高濃度的摻雜可導(dǎo)致較高的開(kāi)路電壓（V。。）和較低的電 阻，但是較高濃度的摻雜也會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗電池性能的電荷復(fù)合并在晶體中引入缺陷區(qū)域。
[0103] 通常，存在設(shè)置在與上部摻雜區(qū)36 (若存在）相對(duì)的后部摻雜區(qū)38上的第一電極 40。第一電極40具有外表面41。第一電極40可覆蓋整個(gè)后部摻雜區(qū)38或僅覆蓋其一部 分。如果是后一種情況，則通常的是，將鈍化層42例如SiN x層用于保護(hù)后部摻雜區(qū)38的暴 露部分，但是鈍化層42不用在直接物理和電接觸的第一電極40與后部摻雜區(qū)38的所述部 分之間。第一電極40可呈層、具有局部觸點(diǎn)的層或包含指狀物和母線的接觸隔柵的形式。 合適的構(gòu)造的例子包括但不限于P型基極構(gòu)造、η型基極構(gòu)造、PERC或PERL型構(gòu)造、雙面 BSF型構(gòu)造、本征薄層異質(zhì)結(jié)（HIT)構(gòu)造、發(fā)射極穿孔卷繞（EWT)構(gòu)造、金屬穿孔卷繞（MWT) 構(gòu)造、交指式背接觸（IBC)構(gòu)造等。PV電池32不限于任何特定類(lèi)型的第一電極40或電極 構(gòu)造。
[0104] 第一電極40可呈層（例如圖5和6)、具有局部觸點(diǎn)的層（例如圖8和9)或包含 指狀物、點(diǎn)、極板和/或母線的接觸隔柵（例如圖7)的形式。合適的構(gòu)造的例子包括ρ型 基極構(gòu)造、η型基極構(gòu)造、PERC或PERL型構(gòu)造、雙面BSF型構(gòu)造等。PV電池32不限于任何 特定類(lèi)型的電極40或電極構(gòu)造。第一電極40可具有多種厚度，諸如約0. 1至約500、約1 至約100或約5至約50 μ m的平均厚度。這些實(shí)施例中的一些以及其他實(shí)施例將在下文詳 細(xì)描述。
[0105] 在某些實(shí)施例中，第一電極40包含第一金屬，其大量存在于（每個(gè)）第一電極40 中。第一金屬可包含多種類(lèi)型的金屬。在某些實(shí)施例中，第一金屬包含A1。在其他實(shí)施例 中，第一金屬包含Ag。在另外其他實(shí)施例中，第一金屬包含Ag和A1的組合。所謂"大量" 通常是指第一金屬是第一電極40的主要組分，使得其含量大于也可存在于第一電極40中 的任何其他組分。在某些實(shí)施例中，第一金屬（例如A1和/或Ag)的這種大量通常大于約 35重量％、大于約45重量％或大于約50重量％，每一者均基于第一電極40的總重量。
[0106] 在后部摻雜區(qū)38為p型的實(shí)施例中，第一電極40通常包含元素周期表III族元 素中的至少一種，例如鋁（Al)。A1可用作p型摻雜劑。例如，可將A1糊劑施加到底部基板 34上然后焙燒形成第一電極40,同時(shí)還形成后部p+型摻雜區(qū)38。A1糊劑可通過(guò)多種方法 施加，諸如通過(guò)絲網(wǎng)印刷工藝。其他合適的方法在下文描述。
[0107] 如圖6中最佳地示出，第二電極45與底部基板34的后部摻雜區(qū)38間隔開(kāi)。后部 摻雜區(qū)38不與第二電極45 (直接）物理接觸。第二電極45與第一電極40電接觸。第二電 極45只需接觸第一電極40的一部分，或其可覆蓋整個(gè)第一電極40。第一和第二電極40、 45在本領(lǐng)域也可稱(chēng)為電極疊堆。后部摻雜區(qū)38經(jīng)由第一電極40與第二電極45電連通。 第二電極45通常以極板45、接觸極板45或母線45的形狀構(gòu)造。本文提及第二電極45可 以指多種構(gòu)造。
[0108] 例如，如圖10和11中最佳地示出，PV電池32可包括在第一電極40上成形為母 線45的一對(duì)第二電極45。此外，一對(duì)正面母線50以大致鏡像構(gòu)造與第二電極45相對(duì)地設(shè) 置。第二電極45和母線50在化學(xué)構(gòu)成和/或物理特征諸如形狀和大小方面可彼此相同或 不同。母線50在下文進(jìn)一步描述。
[0109] 如圖5、10和11所示，PV電池32可具有兩個(gè)第二電極45。在某些實(shí)施例中，PV 電池20可具有多于兩個(gè)第二電極45,諸如三個(gè)第二電極45、四個(gè)第二電極45、六個(gè)第二電 極45等。每個(gè)第二電極45與至少一個(gè)電極40電接觸。第二電極45可用于從已從后部摻 雜區(qū)38收集了電流的第一電極40收集電流。大致如圖所示，第二電極45直接設(shè)置在第一 電極40的外表面41上以提供與之密切的物理和電接觸。這將第二電極45設(shè)置在適當(dāng)?shù)?位置以直接從第一電極40運(yùn)載電流。第一電極40與底部基板34的后部摻雜區(qū)38形成密 切的物理和電接觸。
[0110] 第二電極45可具有多種寬度，諸如約0. 5至約10、約1至約5或約2mm的平均寬 度。第二電極45可具有多種厚度，諸如約0. 1至約500、約10至約250、約30至約100或 約30至約50 μ m的平均厚度。第二電極45可間隔開(kāi)多種距離。
[0111] 第二電極45可由多種材料形成。在一個(gè)實(shí)施例中，第二電極45由本發(fā)明的組合 物20"形成，S卩，導(dǎo)體20為第二電極45。在其他實(shí)施例中，第二電極45與母線50相似地或 相同地形成。第二電極45可以與如下文針對(duì)母線50所述的相同方式形成。
[0112] 如圖4、5、10和11中最佳地示出，鈍化層42設(shè)置在上部摻雜區(qū)36上。鈍化層42 可用于增加 PV電池32對(duì)陽(yáng)光的吸收（例如通過(guò)降低PV電池32的反射性），以及通過(guò)表面 和本體鈍化而通常改善晶片壽命。鈍化層42具有與上部摻雜區(qū)36相對(duì)的外表面43。鈍化 層42也可在本領(lǐng)域中稱(chēng)為電介質(zhì)鈍化層或減反射涂層（ARC)。
[0113] 鈍化層42可由多種材料形成。在某些實(shí)施例中，鈍化層42包含SiOx、ZnS、MgF x、 31隊(duì)、5^隊(duì)、410!￡、1102、透明導(dǎo)電氧化物〇'0))或它們的組合。合適的丁0)的例子包括摻雜 的金屬氧化物，諸如錫摻雜的氧化銦（ITO)、鋁摻雜的氧化鋅（AZO)、銦摻雜的氧化鎘、氟摻 雜的氧化錫（FT0)或它們的組合。在某些實(shí)施例中，鈍化層42包含SiN x。采用SiNx是有 用的，因?yàn)槠渚哂袃?yōu)異的表面鈍化質(zhì)量。氮化硅也可用于防止PV電池32表面的載流子復(fù) 合。
[0114] 鈍化層42可由兩個(gè)或更多個(gè)亞層（未示出）形成，使得鈍化層42也可稱(chēng)為疊堆。 此類(lèi)亞層可包括底部ARC(B-ARC)層和/或頂部ARC(T-ARC)層。此類(lèi)亞層也可稱(chēng)為電介質(zhì) 層，并由相同或不同的材料形成。例如，可存在兩個(gè)或更多個(gè)SiN x亞層；一個(gè)5丨隊(duì)亞層和一 個(gè)A10x亞層等等。
[0115] 鈍化層42可通過(guò)多種方法形成。例如，鈍化層42可通過(guò)使用等離子體增強(qiáng)化學(xué) 氣相沉積（PECVD)工藝形成。在鈍化層42包含SiN x的實(shí)施例中，可將硅烷、氨和/或其他 前體用于PECVD爐以形成鈍化層42。鈍化層42可具有多種厚度，諸如約10至約150、約50 至約90或約70nm的平均厚度。足夠的厚度可通過(guò)涂層材料和底部基板34的折射率確定。 PV電池32不限于任何特定類(lèi)型的涂布工藝。
[0116] 在某些實(shí)施例中，多個(gè)指狀物44彼此間隔開(kāi)并設(shè)置在鈍化層42中。每個(gè)指狀物 44具有與底部基板34的上部摻雜區(qū)36電接觸的下部46。實(shí)際電接觸的下部46可相當(dāng) 小，諸如指狀物44的頂端/末端。每個(gè)指狀物44還具有與下部46相對(duì)的上部48,其穿過(guò) 鈍化層42的外表面36向外延伸。指狀物44通常以隔柵圖案設(shè)置，如在圖1和4中最佳地 示出。通常，指狀物44的設(shè)置使得指狀物44相對(duì)窄而又足夠厚以最大程度降低電阻損耗。 指狀物44的取向和數(shù)量可以變化。
[0117] 指狀物44可具有多種寬度，諸如約10至約200、約70至約150、約90至約120或 約100 μ m的平均寬度。指狀物44可彼此間隔開(kāi)多種距離，諸如平均間隔開(kāi)約1至約5、約 2至約4或約2. 5mm。指狀物44可具有多種厚度，諸如約5至約50、約5至約25或約10至 約20 μ m的平均厚度。
[0118] 在某些實(shí)施例中，指狀物44中的一個(gè)或多個(gè)由本發(fā)明的組合物20"形成。即，導(dǎo) 體20為指狀物44。在其他實(shí)施例中，每個(gè)指狀物44均包含第一金屬，其大量存在于每個(gè) 指狀物44中。第一金屬可包含多種類(lèi)型的金屬。在某些實(shí)施例中，第一金屬包含銀（Ag)。 在其他實(shí)施例中，第一金屬包含銅（Cu)。所謂"大量"通常是指第一金屬是指狀物44的主 要組分，使得其含量大于也可存在于指狀物44中的任何其他組分。在某些實(shí)施例中，第一 金屬（例如銀）的這種大量通常大于約35重量％、大于約45重量％或大于約50重量％， 每一者均基于指狀物44的總重量。
[0119] 指狀物44可通過(guò)多種方法形成。合適的方法包括濺射，氣相沉積，條帶涂布或片 狀式涂布，噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷、凹版印刷、凸版印刷、熱印刷、分配或轉(zhuǎn)移印刷，燙印，電鍍， 無(wú)電鍍或它們的組合。此類(lèi)方法也可用于由組合物20"形成導(dǎo)體20。一種類(lèi)型的方法通常 稱(chēng)為蝕刻/焙燒工藝。除了本發(fā)明的組合物20"外，將在下文進(jìn)一步描述用于形成指狀物 44的其他組合物。
[0120] 在某些實(shí)施例中，指狀物44通過(guò)鍍覆工藝（而不是蝕刻/焙燒工藝）形成。在這 些實(shí)施例中，指狀物44通常包括鍍覆或堆疊的結(jié)構(gòu)（未示出）。例如，指狀物44可包含以 下層中的兩個(gè)或更多個(gè)層：鎳（Ni)、Ag、Cu和/或Sn。這些層可以為多種順序，前提是Cu 層（若存在）不與底部基板34的上部摻雜區(qū)36直接物理接觸。通常，包含Ag或非Cu的 金屬（例如Ni)的種子層與上部摻雜區(qū)36接觸。在某些實(shí)施例中，種子層包含硅化鎳。然 后將后續(xù)層設(shè)置在種子層上以形成指狀物44。當(dāng)指狀物44包含Cu時(shí)，將諸如Sn或Ag的 鈍化層設(shè)置在Cu層上方以防止氧化。在某些實(shí)施例中，指狀物44的下部46包含Ni，指狀 物44的上部48包含Sn，并且Cu設(shè)置在Ni與Sn之間。以此方式，Cu因 Ni、Sn和周?chē)拟g 化層42而防止氧化。此類(lèi)層可通過(guò)多種方法形成，諸如氣溶膠印刷和焙燒、電化學(xué)沉積等。 PV電池32不限于任何特定類(lèi)型的形成指狀物44的工藝。
[0121] 母線50與底部基板34的上部摻雜區(qū)36間隔開(kāi)。如圖3、10和11所示，PV電池 32通常具有兩條母線50。在某些實(shí)施例中，PV電池32可具有多于兩條母線50 (未示出）， 諸如三條母線50、四條母線50、六條母線50等。每條母線50與指狀物44的上部48電接 觸。母線50可用于從已經(jīng)從上部摻雜區(qū)36采集了電流的指狀物44采集電流。如圖10中 最佳地示出，每條母線50設(shè)置在鈍化層42的外表面34上并圍繞每個(gè)指狀物44以提供與 指狀物44的上部48密切的物理和電接觸。通常，母線50橫過(guò)指狀物44。換句話(huà)講，母線 50可相對(duì)于指狀物44處于多種角度，包括垂直。形成實(shí)際物理/電接觸的上部48可以較 小，諸如僅是指狀物44的頂部/末端。這種接觸將母線50置于適當(dāng)?shù)奈恢靡詮闹笭钗?4 運(yùn)載電流。指狀物44本身與底部基板34的上部摻雜區(qū)36形成密切的物理和電接觸。通 常，只有一個(gè)結(jié)（J)存在于圖10的PV電池32中，諸如在底部基板34的正面或背面中。
[0122] 母線50可具有多種寬度，諸如約0. 5至約10、約1至約5或約2mm的平均寬度。 母線50可具有多種厚度，諸如約0. 1至約500、約10至約250、約30至約100或約30至約 50 μ m的平均厚度。母線50可間隔開(kāi)多種距離。通常，母線50間隔開(kāi)以將指狀物44的長(zhǎng) 度分成大致相等的區(qū)域，例如，如圖1所示。
[0123] 在某些實(shí)施例中，母線50中的一條或多條由本發(fā)明的組合物20"形成。即，導(dǎo)體 20為母線50。在其他實(shí)施例中，母線50包含第二金屬，其大量存在于母線50中。"第二" 用于將母線50的金屬與指狀物44的"第一"金屬區(qū)分開(kāi)，而不暗示量或順序。第二金屬可 包含多種類(lèi)型的金屬。在某些實(shí)施例中，母線50的第二金屬與指狀物44的第一金屬相同。 例如，第一和第二金屬均可以為Cu。在其他實(shí)施例中，母線50的第二金屬與指狀物44的第 一金屬不同。在這些實(shí)施例中，第一金屬通常包含Ag而第二金屬通常包含Cu。在其他實(shí)施 例中，第二金屬包含Ag。所謂"大量"通常是指第二金屬是母線50的主要組分，使得其含量 大于也可存在于母線50中的任何其他組分。在某些實(shí)施例中，第二金屬（例如Cu)的這種 大量通常大于約25重量％、大于約30重量％、大于約35重量％或大于約40重量％，每一 者均基于母線50的總重量。
[0124] 母線50通常還包含第三金屬。第三金屬不同于指狀物44的第一金屬。第三金屬 也不同于母線50的第二金屬。通常，金屬為不同的元素，而不僅僅是相同金屬的不同氧化 態(tài)。"第三"用于將母線50的金屬與指狀物44的"第一"金屬區(qū)分開(kāi)，而不暗示量或順序。 第三金屬在低于第一和第二金屬的熔融溫度的溫度下熔化。通常，第三金屬具有不大于約 300°C、不大于約275°C或不大于約250°C的熔融溫度。此類(lèi)溫度可用于在如下文進(jìn)一步描 述的低溫下形成母線50。
[0125] 在某些實(shí)施例中，第三金屬包含焊料，其可以與組合物20"的焊料相同或不同。焊 料可包含多種金屬或其合金。這些金屬之一通常為Sn、鉛、鉍、鎘、鋅、鎵、銦、碲、汞、鉈、銻、 硒和/或這些金屬中兩種或更多種的合金。第三金屬可以多種量通常以低于第二金屬的量 存在于母線50中。母線50除了第二和第三金屬外通常還包含如下文進(jìn)一步描述的聚合物， 其可以與組合物20"的聚合物相同或不同。
[0126] 如圖10中最佳地示出，底部基板34的上部摻雜區(qū)36不與母線50 (直接）物理接 觸。具體地講，鈍化層42用作母線50與上部摻雜區(qū)36之間的"阻擋層"。不受任何特定理 論的束縛或限制，據(jù)信，母線50與上部摻雜區(qū)36之間的物理分離是有益的，原因至少有兩 個(gè)：其一，這種分離防止第二金屬（例如Cu)擴(kuò)散進(jìn)底部基板34。據(jù)信，防止這種擴(kuò)散將防 止相對(duì)的摻雜區(qū)被母線50的第二金屬分流。其二，據(jù)信這種物理分離降低金屬和硅界面處 的少量載流子復(fù)合。據(jù)信，通過(guò)減小金屬/硅界面的面積，因復(fù)合而導(dǎo)致的損耗通常得以降 低并且開(kāi)路電壓（V。。）和短路電流密度（J s。）通常得以改善。該面積的減小是因?yàn)殁g化層 42設(shè)置在大部分母線50與上部摻雜區(qū)36之間，而指狀物44是與底部基板34的上部摻雜 區(qū)36接觸的唯一金屬組件。PV電池32的另外實(shí)施例現(xiàn)在將在下文立即描述。
[0127] 圖12的PV電池32與圖3A的相似，但包括不連續(xù)的指狀物44。母線50設(shè)置在在 指狀物44之間限定的間隙47上方。間隙47可具有多種寬度，前提是母線50與指狀物44 電接觸。指狀物44可主要包含一種金屬，例如Ag，而母線50包含另一種金屬，例如Cu (如 上所述）。因具有間隙47,制造成本可得以降低（諸如通過(guò)降低所用的Ag的總量），和/或 粘附力可受到積極的影響。
[0128] 圖13的PV電池32與圖12的相似，但是還包括設(shè)置在指狀物44a上方的補(bǔ)充性 指狀物44a。補(bǔ)充性指狀物44b可包含與母線50相同的材料（例如Cu)或不同的材料。補(bǔ) 充性指狀物44b和母線50可以是分開(kāi)的（例如，一個(gè)位于另一個(gè)上方）或一體的。通過(guò)利 用補(bǔ)充性指狀物44b，指狀物44a (例如Ag指狀物）的大小可得以降低，這可以降低制造成 本和/或改善粘附力。
[0129] 圖14的PV電池32包括指狀物44、母線50a以及設(shè)置在指狀物44和母線50a上 方的補(bǔ)充性母線極板50b。指狀物44和母線50可以是分開(kāi)的或一體的。指狀物44和母線 50a可包含相同的大部分金屬（例如Ag)，或彼此不同。母線極板50b可包含Cu或另一種 金屬，例如當(dāng)通過(guò)本發(fā)明的組合物形成時(shí)。通過(guò)利用母線極板50b，母線50a(例如Ag母線 50a)的大小可得以降低。
[0130] 圖15的PV電池32與圖12和14的相似，但是包括一對(duì)母線50a和設(shè)置在母線 50a上方的補(bǔ)充性母線50b。指狀物44和母線50a可以是分開(kāi)的或一體的。指狀物44和 母線50a可包含相同的大部分金屬（例如Ag)，或彼此不同。補(bǔ)充性母線50b可包含Cu或 另一種金屬。通過(guò)利用補(bǔ)充性母線50b，母線50a的大小可得以降低。
[0131] 圖16和17的PV電池32與圖12的相似，但是包括具有代替間隙47的極板的指 狀物44。帶極板的指狀物44可有助于改善與母線50的電接觸以及改善粘附力，同時(shí)降低 所用的Ag的量并降低制造成本。圖17的指狀物44具有中空極板，S卩，內(nèi)部間隙47,其可以 降低制造成本并對(duì)粘附力產(chǎn)生積極的影響。母線50的一部分可設(shè)置在中空帶極板的指狀 物44的間隙47中。
[0132] 圖18的PV電池32與圖12的相似，但是包括具有設(shè)置在其上的補(bǔ)充性指狀物44b 的不連續(xù)指狀物44a。不連續(xù)指狀物44a可以為多種形狀，諸如矩形、方形、點(diǎn)或它們的組 合。此類(lèi)指狀物44a可以鍍覆、印刷或以另一種方式形成。多個(gè)間隙47由不連續(xù)指狀物 44a限定。補(bǔ)充性指狀物44b和母線50可以為分開(kāi)的或一體的。通過(guò)使用不連續(xù)指狀物 44a和補(bǔ)充性指狀物44b，制造成本可得以降低。不連續(xù)指狀物44a通常接觸發(fā)射極26,而 補(bǔ)充性指狀物44b和母線50運(yùn)載電流。
[0133] 圖19和20的PV電池32與圖3B的類(lèi)似。在圖19中，第一電極40限定一個(gè)孔 49,而在圖20中，第一電極40限定多個(gè)孔49?？?9還由鈍化層42(若存在）限定。第二 電極45設(shè)置在第一電極40上方并與底部基板34經(jīng)由孔49形成電接觸。底部基板34可 以包含或可以不包含鄰近孔49的摻雜38。底部基板34可與第二電極45直接接觸。當(dāng)?shù)?二電極45由組合物20"形成時(shí)，焊料24可防止金屬粉26 (例如Cu)滲入/遷移進(jìn)底部基 板34(例如Si)的可能性。通過(guò)利用孔49,制造成本可得以降低。作為另外一種選擇，電介 質(zhì)鈍化層42可位于Cu電極45與基板34之間。鈍化層42的可能有益效果是改善電荷復(fù) 合的降低，從而導(dǎo)致改善的電池32效率。
[0134] 圖21的PV電池32具有交指式背接觸（IBC)構(gòu)造，其具有交指式指狀物40和一 對(duì)母線45。母線45可由組合物20"形成，而指狀物40可由另一種金屬（例如Ag)形成。 此類(lèi)IBC構(gòu)造是本領(lǐng)域知曉的。組合物20不限于如上所述的任何特定類(lèi)型的構(gòu)態(tài)。
[0135] 本發(fā)明還提供形成PV電池32的方法。該方法包括將組合物20"施加到指狀物44 的上部48以形成層50"的步驟。組合物可通過(guò)如上文所提到的多種方法施加。在某些實(shí) 施例中，將組合物印刷在指狀物44的上部48的至少一部分上以形成層50"?？梢岳枚喾N 類(lèi)型的沉積方法，諸如通過(guò)絲網(wǎng)或孔版進(jìn)行的印刷，或其他方法，諸如氣溶膠、噴墨、凹版或 柔版印刷。在某些實(shí)施例中，將組合物直接絲網(wǎng)印刷到鈍化層42的各部分以及指狀物44 的上部48上。
[0136] 在施加組合物20"后，底部基板34的上部摻雜區(qū)36通常不與層50"（直接）物理 接觸?？蓪⒔M合物20"施加到鈍化層42上并圍繞每個(gè)指狀物44以使指狀物44的上部48 與層50"形成直接的物理和電接觸。
[0137] 該方法還包括將層50"加熱到不超過(guò)約300°C的溫度以形成母線50 (即，導(dǎo)體20) 的步驟。通常將層50"加熱到約150至約300、約175至約275、約200至約250或約225°C 的溫度。在某些實(shí)施例中，將層50"在約250°C或更低的溫度下加熱以形成母線50。此類(lèi) 溫度通常燒結(jié)層50"中的第三金屬（即，焊料粉末），但不燒結(jié)層50"中的第二金屬（例如， 金屬粉末）以形成母線50。這種加熱在本領(lǐng)域中也可稱(chēng)為回流或燒結(jié)。
[0138] 可將層50"加熱多種時(shí)長(zhǎng)以形成母線50。通常，僅將層50"加熱形成母線50所需 的一段時(shí)間。此類(lèi)時(shí)間可經(jīng)由常規(guī)實(shí)驗(yàn)確定?？蓪⒍栊詺怏w（例如N 2氣層）用于防止Cu 26在用焊料24"涂布前過(guò)早氧化。不必要地對(duì)母線50過(guò)度加熱一段較長(zhǎng)的時(shí)間可損壞上 部摻雜區(qū)36或PV電池32的其他組件，包括母線50?？蓪⑾嗤?lèi)型的方法用于采用本發(fā)明 的組合物在第一電極40上形成第二電極45。這可以是如上所述用本發(fā)明的組合物20"形 成母線50的替代形式或除此之外還加以利用的形式。
[0139] 在一個(gè)實(shí)施例中，在形成母線50前，該方法包括將涂層組合物施加到底部基板34 的上部摻雜區(qū)36以形成鈍化層42的步驟。涂層組合物可包含多種組分，諸如適于形成上 述鈍化層42的那些組分。涂層組合物可通過(guò)如上文所介紹的多種方法施加。例如，可以利 用PECVD工藝。在鈍化層42包含SiN x的實(shí)施例中，可將硅烷、氨和/或其他前體用于PECVD 爐以形成鈍化層42。
[0140] 該方法還包括以對(duì)應(yīng)于要形成的指狀物44的指狀物圖案將金屬組合物施加到鈍 化42層的各部分的步驟。在施加后，各指狀物圖案通常使其下部與鈍化層42接觸并使其 上部與鈍化層42間隔開(kāi)。金屬組合物可通過(guò)如上文所提到的多種方法施加。在某些實(shí)施 例中，將金屬組合物印刷在鈍化層42的各部分上以形成指狀物圖案。可以使用多種類(lèi)型的 印刷方法，諸如絲網(wǎng)、孔版、氣溶膠、噴墨、凹版或柔版印刷。在某些實(shí)施例中，將金屬組合物 直接絲網(wǎng)印刷在鈍化層42上以形成指狀物圖案。在其他實(shí)施例中，將金屬組合物電化學(xué)沉 積在鈍化層42的各部分上以形成指狀物圖案。其他合適的方法在上文進(jìn)行了描述。
[0141] 金屬組合物包含大量存在于金屬組合物中的第一金屬。此類(lèi)量在上文進(jìn)行了描 述。通常，第一金屬為Ag。金屬組合物通常包含一種或多種用于蝕刻進(jìn)鈍化層42的組分。 此類(lèi)組分通常包括燒結(jié)含鉛玻璃。除了含鉛玻璃外或作為另外一種選擇，還可以使用其他 組分，諸如無(wú)鉛或低鉛玻璃。
[0142] 可將多種類(lèi)型的燒結(jié)或未燒結(jié)Ag或A1糊劑用作金屬組合物。此類(lèi)糊劑通常包含 有機(jī)載體。在高溫加工或"焙燒"時(shí)，有機(jī)載體燒盡并從本體組合物中移除。Ag粒子分散在整 個(gè)載體中。可包含溶劑以調(diào)節(jié)糊劑的流變性。燒結(jié)的糊劑包括玻璃料，其通常含有Pb0、B 203 和Si02。該方法不限于任何特定的燒結(jié)Ag糊劑，前提是糊劑可在如下所述的高溫下蝕刻 穿蓋板。合適的燒結(jié)Ag糊劑的例子可從俄亥俄州梅菲爾德高地福祿公司（Ferro, Mayfield Heights, 0H)和賓夕法尼亞州西康舍霍肯賀利氏材料科技有限公司（Heraeus Materials Technology, LLC, West Conshohocken, PA)商購(gòu)獲得。
[0143] 該方法還包括加熱指狀物圖案以形成指狀物44的步驟。通常將指狀物圖案加熱 到約250至約1000、約500至約900或約720°C的溫度。此類(lèi)溫度通常燒結(jié)指狀物圖案中 的第一金屬以形成指狀物44。該加熱步驟的溫度相對(duì)于用于形成母線50(即，導(dǎo)體20)的 加熱步驟通常要高得多。此外，玻璃料允許指狀物圖案蝕刻穿鈍化層42并在冷卻時(shí)發(fā)生相 分離。這允許指狀物44與底部基板34的上部摻雜區(qū)36直接電接觸。這種加熱在本領(lǐng)域 中也可稱(chēng)為焙燒。
[0144] 可將指狀物圖案加熱多種時(shí)長(zhǎng)，以蝕刻穿鈍化層42。通常，僅將指狀物圖案加熱指 狀物44均勻接觸上部摻雜區(qū)36所需的一段時(shí)間。此類(lèi)時(shí)間可經(jīng)由常規(guī)實(shí)驗(yàn)確定。不必要 地對(duì)指狀物44過(guò)度加熱一段較長(zhǎng)的時(shí)間可損壞上部摻雜區(qū)36或PV電池32的其他組件。 在加熱指狀物圖案使得它們可蝕刻穿鈍化層42后，該方法還包括將組合物施加到指狀物 44的上部48的至少一部分以形成如上所述的層50"的步驟。
[0145] 在另一個(gè)實(shí)施例中，指狀物44以與在上面的實(shí)施例中所述的不同方式形成。鈍化 層42可如上所述而形成。在形成鈍化層42后，在其中形成孔。孔可通過(guò)多種方法形成，諸 如通過(guò)激光燒蝕、化學(xué)蝕刻、物理蝕刻等。這種蝕刻不同于上述指狀物36"蝕刻"。然后在 孔中形成指狀物44。這些指狀物44通常為如上所述的鍍覆指狀物44。指狀物44可通過(guò) 將多種金屬沉積到孔中而形成。可以使用多種工藝，并且可將不同的工藝用于指狀物44的 每一層?？蓪㈦娀瘜W(xué)蝕刻工藝用于在孔中形成層。通常，此類(lèi)工藝不需要如上所述的單獨(dú) 的加熱/焙燒步驟。在形成指狀物44后，該方法還包括將組合物施加到指狀物44的上部 48的至少一部分以形成如上所述的層50"的步驟。
[0146] 與導(dǎo)體20 -樣，母線50可直接焊接，其可用于將多個(gè)PV電池32互聯(lián)在一起，諸 如通過(guò)將帶狀物或互連件附接到PV電池32的母線50。通過(guò)使用母線50和互聯(lián)條，可能的 是有效地從指狀物44收集電流。如上文所介紹，PV電池32可用于多種應(yīng)用。
[0147] 參見(jiàn)圖11，將互聯(lián)條52設(shè)置在母線50上。在某些實(shí)施例中，互聯(lián)條52可直接焊 接到PV電池32的母線50。在其他實(shí)施例中，可在母線50與互聯(lián)條52之間使用另外的焊 料（未示出）?？蓪⒅垩b置用于幫助熔接，諸如助熔劑筆或助熔劑床?；ヂ?lián)條52本身也 可以包含助熔劑，諸如Sn或Sn合金和助熔劑。互聯(lián)條52可由多種材料諸如Cu、Sn等形 成。這種互聯(lián)條52可用于連接一系列PV電池32。例如，PV電池模塊（未示出）可包括多 個(gè)PV電池32?；ヂ?lián)條52 (例如帶狀物）通常與PV電池32的母線50物理接觸以電串聯(lián) PV電池32?；ヂ?lián)條52在本領(lǐng)域中也可以稱(chēng)為互連。PV模塊還可以包括其他組件，諸如粘 結(jié)層、基板、覆板和/或提供強(qiáng)度和穩(wěn)定性的另外材料。在許多應(yīng)用中，對(duì)PV電池32進(jìn)行 封裝以提供另外的保護(hù)，使其免受環(huán)境因素（諸如風(fēng)雨）的侵害。
[0148] 以下說(shuō)明本發(fā)明的組合物20"和導(dǎo)體20的實(shí)例是旨在說(shuō)明而非限制本發(fā)明。用 于形成組合物的各組分的量和類(lèi)型在下表1至3中指出，其中所有以重量％表示的值均基 于相應(yīng)組合物的總重量，除非另外指明。（Tom/Raghu，我們希望用實(shí)例來(lái)支持本發(fā)明以表明 穩(wěn)定性/儲(chǔ)存壽命、粘附強(qiáng)度、固化時(shí)間、破裂強(qiáng)度，優(yōu)選地，用具有舊組成的比較例，例如 該組成在內(nèi)部使用強(qiáng)力膠，而不是我們的膠水）。
[0149] 表 1
[0150]
[0151]

【權(quán)利要求】
1. 一種組合物，包含： 金屬粉末； 熔融溫度低于所述金屬粉末的熔融溫度的焊料粉末； 聚合物； 與所述聚合物不同的用于助熔所述金屬粉末并使所述聚合物交聯(lián)的羧化聚合物； 用于助熔所述金屬粉末的二羧酸；和 用于助熔所述金屬粉末的單羧酸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述金屬粉末包含銅。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述焊料粉末具有不大于約300°C的 溶融溫度。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述焊料粉末包含至少一種錫（Sn) 合金以及不大于〇· 5重量百分比（重量％ )的： i) 汞、鎘和/或鉻；和/或 ii) 鉛。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的組合物，其中： i) 所述聚合物包含環(huán)氧樹(shù)脂；和/或 ii) 所述羧化聚合物包含丙烯酸聚合物。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述羧化聚合物包含苯乙烯-丙烯酸 共聚物。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述焊料粉末包含錫-鉍（SnBi)合 金、錫-銀（SnAg)合金或它們的組合中的至少一種。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的組合物，還包含包括溶劑、粘附促進(jìn)劑或它們的組 合的添加劑。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述二羧酸為十二烷二酸（DDDA)。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述單羧酸為新癸酸。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的組合物，其中： i) 所述金屬和焊料粉末一起按所述組合物的總重量計(jì)以約50重量％至約95重量％的 量存在； ii) 所述金屬按所述組合物的總重量計(jì)以約35重量％至約85重量％的量存在；和/或 iii) 所述焊料粉末按所述組合物的總重量計(jì)以約25重量％至約75重量％的任意量存 在。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的組合物，其中： i) 所述聚合物和所述羧化聚合物一起按所述組合物的總重量計(jì)以約2. 5重量％至約 10重量％的量存在； ii) 所述聚合物按所述組合物的總重量計(jì)以約〇. 5重量％至約5重量％的量存在；和/ 或 iii) 所述羧化聚合物按所述組合物的總重量計(jì)以約1重量％至約7. 5重量％的量存 在。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述二羧酸按所述組合物的總重量 計(jì)以約0. 05重量％至約1重量％的量存在。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述單羧酸按所述組合物的總重量 計(jì)以約0. 25重量％至約1. 25重量％的量存在。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的組合物，還包含包括硅烷、鈦酸酯或它們的組合的 粘附促進(jìn)劑。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述聚合物和所述羧化聚合物的重 量比為約1:1至約1:3 (聚合物：羧化聚合物）。
17. -種由根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的組合物形成的導(dǎo)體。
18. 一種制品，包括： i) 基板；和 ii) 設(shè)置在所述i)基板上并與之電接觸以輸送電流的導(dǎo)體，所述導(dǎo)體由以下成分形 成： 金屬粉末， 熔融溫度低于所述金屬粉末的熔融溫度的焊料粉末， 聚合物， 與所述聚合物不同的用于助熔所述金屬粉末并使所述聚合物交聯(lián)的羧化聚合物， 用于助熔所述金屬粉末的二羧酸，以及 用于助熔所述金屬粉末的單羧酸。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的制品，其中所述基板： i) 為導(dǎo)電的； ii) 包含錯(cuò)、銀或它們的組合； iii) 為電介質(zhì)； iv) 包含硅； v) 包含可焊接的金屬；或 vi) 包含不可焊接的金屬。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的制品，進(jìn)一步限定為光伏（PV)電池或電路板。
【文檔編號(hào)】B23K35/36GK104115236SQ201280069631
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月13日
【發(fā)明者】卡羅琳·布羅德, P·M·舍瓦利耶, 尼古拉斯·E·鮑威爾, 阿德里安娜·佩特科娃·贊姆博娃 申請(qǐng)人:道康寧公司