專利名稱：導(dǎo)電聚合物組合物、觸點(diǎn)、組件和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以在低溫下固化的導(dǎo)電聚合物組合物。該組合物可以在電子組件， 例如太陽能電池的廣泛的范圍內(nèi)應(yīng)用。本發(fā)明還涉及獲得的組件和使用的相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
導(dǎo)電聚合物組合物是被人熟知的并且具有廣泛的多種應(yīng)用。例如，這些組合物可以用于形成電子器件中的導(dǎo)電薄膜和圖樣。所述應(yīng)用的一個(gè)例子是在制造光伏電池中漿料的應(yīng)用。具有低接觸電阻的銀電極可以由所述導(dǎo)電組合物形成。然而，用于制造基于晶體硅光伏電池的銀漿，需要高溫進(jìn)行固化，例如大于700°C的燒成溫度。這對(duì)某些器件是有問題的，因?yàn)樵S多電子器件不能暴露于這樣高的溫度下。例如，當(dāng)形成具有Si :H基底的太陽能電池時(shí)，加工溫度必須不能超過250°C，以使熱敏感性材料不發(fā)生降解。因此，許多已知的導(dǎo)電組合物不能在這些應(yīng)用中使用。高導(dǎo)電率是應(yīng)用中的另一個(gè)需求，例如使太陽能電池獲得高的效率。因此，需要提供高導(dǎo)電率的組合物，其可以在相對(duì)低溫下，例如小于250°C下熱固化。大部分用于形成電子組分的聚合物組合物包括要么在組合物應(yīng)用之后和/或緊接著固化最終必須要被移除的溶劑。溶劑移除操作導(dǎo)致了許多環(huán)保的影響并且通常增加了與加工組合物和/或形成電子組件相關(guān)的總費(fèi)用。此外，溶劑移除操作通常增加了制造或加工時(shí)間并且增加了生產(chǎn)變量進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品中提高的瑕疵率和/或更低的質(zhì)量。因此，特別需要提供一種無溶劑的導(dǎo)電組合物。

發(fā)明內(nèi)容
與先前類型體系相關(guān)的難點(diǎn)和缺點(diǎn)在本發(fā)明中得以克服。在一方面，本發(fā)明提供了一種導(dǎo)電、可熱固化的組合物，其包括(a)有效量的(i) 脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物、( )脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物、或者(iii)⑴和⑴的組合，以及(b)有效量的導(dǎo)電顆粒。在另一方面，本發(fā)明提供一種在基板上形成導(dǎo)電層或組分的方法。該方法包括形成一種組合物，該組合物包括(a)任選的反應(yīng)性稀釋劑，(b)選自由⑴脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物、( )脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物以及(iii) (i)和(i)的組合所組成的組中的選取物，(C)金屬顆粒和(d)自由基引發(fā)劑。該方法還包括在基板上施用所述組合物至從大約1到大約100微米的厚度。并且，該方法包括將施用的組合物加熱到小于250°C的溫度以形成導(dǎo)電層。
還在另一方面，本發(fā)明提供一種具有導(dǎo)電聚合物材料薄層的基板。該材料包括大約70%至90%的分散在由熱固化組合物形成的聚合物基體中的金屬顆粒，該組合物包括 (a)任選的反應(yīng)性稀釋劑，(b)選自由⑴脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物、(ii)脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物、及 (iii)⑴和⑴的組合所組成的組中的選取物，以及(c)有效量的自由基引發(fā)劑。仍在另一方面，本發(fā)明提供了包括多個(gè)層和導(dǎo)電構(gòu)件的光伏器件。該導(dǎo)電構(gòu)件由一種組合物形成，該組合物包括(a)有效量的導(dǎo)電顆粒，以及(b)有效量的選自由(i)脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物、( )脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物、及(iii)⑴和(i)的組合組成的組中的選取物。在另一方面，本發(fā)明提供一種分層組件，該分層組件包括基板；在該基板上的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)的層，例如銦錫氧化物(ITO)的層；以及與所述透明導(dǎo)電氧化物層電連接的導(dǎo)電構(gòu)件。該導(dǎo)電構(gòu)件由一種組合物形成，該組合物包括(a)有效量的導(dǎo)電顆粒，以及(b)有效量的選自由(i)脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體和/或低聚物、(ii)脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物、及(iii) (i)和 (i)的組合所組成的組中的選取物。在進(jìn)一步的另一方面，本發(fā)明提供一種分層組件，該分層組件包括硅基板；在硅基板上的鋁層；以及與鋁層電連接的導(dǎo)電構(gòu)件。該導(dǎo)電構(gòu)件由一種組合物形成，該組合物包括 a)有效量的導(dǎo)電顆粒，以及(b)有效量的選自由⑴脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體和/或低聚物、( )脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物、及(iii)⑴和(i)的組合所組成的組中的選取物。能夠意識(shí)到的是，本發(fā)明可采用其他和不同的實(shí)施方式并且它們很多細(xì)節(jié)可以通過多種方式修改，其均未脫離本發(fā)明。因此，說明書被認(rèn)為是釋義性的而不是限制性的。


圖1是代表優(yōu)選實(shí)施方式的具有由這里描述的組合物形成的觸點(diǎn)的分層組件的橫截面示意圖。圖2是另一代表優(yōu)選實(shí)施方式的具有由這里描述的組合物形成的附著突出物的分層組件的橫截面示意圖。圖3是代表優(yōu)選的利用由這里描述的組合物形成的上母線和下母線的太陽能電池的透視圖。圖4是另一代表優(yōu)選實(shí)施方式的具有由這里描述的組合物形成的下母線的分層組件的橫截面示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種可以用于多種應(yīng)用的導(dǎo)電、低溫可熱固化聚合物組合物，例如那些加工溫度必須不超過250°C的情況。在本發(fā)明的某些方案中，該組合物是不含溶劑的。本發(fā)明還提供了使用發(fā)明的組合物形成導(dǎo)電薄膜、電路、電跡、觸點(diǎn)等的方法。并且，本發(fā)明包括使用發(fā)明組合物形成的器件、產(chǎn)品和/或涂覆的基板以及方法。通常，所述組合物在固化之前，包括一種或多種環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物、一種或多種任選的反應(yīng)性稀釋劑、導(dǎo)電顆粒，以及一種或多種自由基引發(fā)齊U。如這里更加詳細(xì)的解釋，在本發(fā)明的某些方面，一種特定種類的環(huán)氧丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體或低聚物被用于環(huán)氧丙烯酸酯低聚物組分。并且，在本發(fā)明進(jìn)一步的方面，環(huán)氧丙烯酸酯低聚物的特定結(jié)合被用于環(huán)氧丙烯酸酯低聚物組分。

這里使用的術(shù)語“環(huán)氧丙烯酸酯或甲基丙烯酸單體/低聚物”指的是由環(huán)氧樹脂和一種或多種丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯(或丙烯酸或甲基丙烯酸)形成的單體或低聚物。 因而，術(shù)語“環(huán)氧丙烯酸酯低聚物”包括廣泛范圍的材料種類例如，但不限制為芳香族雙官能度的環(huán)氧丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，酚醛(novolac)環(huán)氧丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，丙烯酸酯化的油環(huán)氧丙烯酸酯和甲基丙烯酯，脂肪族環(huán)氧丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，和包含丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯的特殊環(huán)氧低聚物。單體和/或低聚物可以只包括丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯之一，或者包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯二者。芳香族雙官能度環(huán)氧丙烯酸酯的實(shí)例是雙酚A 二縮水甘油醚基環(huán)氧丙烯酸酯。優(yōu)選地，在這里描述的優(yōu)選的實(shí)施方式組合物中使用的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯低聚物不留有任何自由的環(huán)氧基團(tuán)。 然而，可以理解，該使用的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯低聚物可以包括一定比例的未反應(yīng)的環(huán)氧基團(tuán)。優(yōu)選地，所述未反應(yīng)的環(huán)氧基團(tuán)比例小于30%且更優(yōu)選小于10%。這里使用的術(shù)語“低聚物”通常指的是具有數(shù)均分子量從大約250至大約20，000 的聚合物或相應(yīng)結(jié)構(gòu)，并且優(yōu)選具有數(shù)均分子量從大約500至大約10，000。這里描述的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯通常具有10以下的官能度，優(yōu)選 1-8的官能度，最優(yōu)選2-6的官能度。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的組合物包括特殊的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯的低聚物，其包括一種或多種脂肪酸。因而，這些包含脂肪酸的低聚物指的是這里的“脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯低聚物”。脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸低聚物通常由環(huán)氧樹脂與丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯(或丙烯酸和/或甲基丙烯酸)和一種或多種脂肪酸的混合物反應(yīng)形成。脂肪酸基團(tuán)取代丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯基團(tuán)。最優(yōu)選地，環(huán)氧丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯低聚物是具有2-6個(gè)官能度的脂肪酸改性的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯環(huán)氧低聚物。脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯可以是單體的形式， 選擇地聚合以形成低聚物，或者單體和低聚物的組合。在優(yōu)選的實(shí)施方式中某些任選的模型(version)，使用脂肪酸改性的環(huán)氧二丙烯酸酯低聚物和環(huán)氧三丙烯酸酯低聚物的組合。 這一特殊的組合被發(fā)現(xiàn)提供了顯著的高水平的導(dǎo)電率。使用特殊脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯，不含溶劑的組合物和含溶劑的組合物均顯現(xiàn)出高導(dǎo)電率。寬范圍的脂肪酸可以在優(yōu)選脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯低聚物中使用。例如，月旨肪酸基團(tuán)的烴鏈長度可以從10至30個(gè)碳原子變化，并且通常在12至18碳原子的范圍內(nèi)變化。脂肪酸可以是飽和的或不飽和的。此外，還可以預(yù)期二聚脂肪酸也可以引入到脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯低聚物中。優(yōu)選地，脂肪酸改性的二丙烯酸酯環(huán)氧低聚物是可商購的來自美國拉恩(Rahn) 的牌號(hào)吉諾莫爾2259(Gen0mer 2259)。其它優(yōu)選的可商購脂肪酸改性的二丙烯酸酯環(huán)氧低聚物的實(shí)例包括，但不限于美國Rahn的Genomer 2255。Genomer 2255和2259是改性的雙酚A環(huán)氧丙烯酸酯。Genomer 2255比2259改性的程度低。Genomer 2259被認(rèn)為是月桂酸以平均官能度2改性的環(huán)氧丙烯酸酯。環(huán)氧二丙烯酸低聚物可以以任何能夠獲得導(dǎo)電率提高的含量使用，因此可以以“有效濃度”使用。脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物的有效濃度通常是從大約0. 到大約30%的濃度(除非另有明確說明，所有這里表示的百分比是基于固化之前組合物的重量百分比)。其它優(yōu)選可商購的環(huán)氧低聚物的實(shí)例包括，但不限于CN113D70和CN2101。這些均可以從沙多瑪公司(Sartomer Company)獲得。CN113D70是脂肪酸改性的三官能度環(huán)氧丙烯酸酯，并且被認(rèn)為是帶有30% SR9020(丙氧基化的丙三醇三丙烯酸酯)改性的環(huán)氧酚醛丙烯酸酯。CN113D70具有51°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。CN2101是脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯。CN2101具有63°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。CN2101以環(huán)氧丙烯酸酯低聚物和丙烯酸酯的混合物被提供。任選的環(huán)氧三丙烯酸酯低聚物是脂肪族的并且優(yōu)選從Sartomer公司可供的 CN133。CN133被認(rèn)為是三羥甲基丙醇和/或丙三醇縮水甘油醚基的環(huán)氧丙烯酸酯。CN133 具有60°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。它主要用于提高固化速度。環(huán)氧三丙烯酸酯低聚物，如果使用，優(yōu)選在大約0. 到大約25%的濃度下使用。除了或替代脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯(其正如可以是單體和/或低聚物的單獨(dú)使用或其混合物)，本發(fā)明包括引入脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/ 或甲基丙烯酸酯。當(dāng)組合使用，脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯幾乎可以以任何比例使用到脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯。脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯是通過將一種或多種多羥基化合物與多元羧酸、丙烯酸和/或甲基丙烯酸和脂肪酸的混合物反應(yīng)而成的。脂肪酸如前面所描述。丙烯酸和/或甲基丙烯酸是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。并且，多元羧酸通常是包含兩個(gè)或兩個(gè)以上羧酸基團(tuán)的化合物。 多元羧酸的實(shí)例是具有兩個(gè)-COOH基團(tuán)的二羧酸。通常，多元羧酸組分的官能度為2-10，并且優(yōu)選2-6。多羥基化合物組分可以從幾乎任何本領(lǐng)域公知的多羥基化合物中選擇。脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物的有效濃度通常是從大約0. 1% 到大約30%的濃度。正如所述，本發(fā)明組合物可以使用脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物與脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物的組合。當(dāng)使用這類脂肪酸改性成分的組合時(shí)，它們的總濃度是從大約0. 到大約 30%。脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯可以通過商購獲得，例如得自美國Rahn的牌號(hào) Genomer 3611。Genomer 3611被認(rèn)為是帶有硬脂酸酯端基的六官能度聚酯丙烯酸酯。本發(fā)明組合物還可以任選包括有效量的反應(yīng)性稀釋劑。當(dāng)使用所述的二丙烯酸酯環(huán)氧低聚物和三丙烯酸酯環(huán)氧低聚物的組合時(shí)，這種反應(yīng)性稀釋劑的實(shí)例是己二醇二丙烯酸酯。己二醇二丙烯酸酯從美國的Rahn公司獲得，牌號(hào)為密拉瑪M200 (Miramer M200)。其它反應(yīng)性稀釋劑可以使用。有效量的實(shí)例是從大約到大約10%的濃度，更優(yōu)選從大約 2 %到大約8 %，最優(yōu)選從大約4%到大約7 %的濃度。然而可以被理解的是，在某些應(yīng)用中， 并不必要使用反應(yīng)性稀釋劑，例如如果得到的組合物的粘度在固化之前是合適的并且適于隨后的加工和應(yīng)用操作。本發(fā)明組合物還包括一種或多種自由基引發(fā)劑，例如2，5- 二甲基-2，5-雙(過氧化叔丁基)-3_己炔，其可以從西格瑪奧德里奇(Sigma Aldrich)獲得?？梢允褂闷渌杂苫l(fā)劑，例如過氧化二枯基，過氧化二苯甲酰，1，1_雙(過氧化叔戊基)環(huán)己烷，類似引發(fā)劑和它們的組合?？梢岳斫?，本發(fā)明或其優(yōu)選的實(shí)施方式絕不限于這些特定的自由基引發(fā)劑?？梢灶A(yù)期幾乎任何選擇的與組合物組分和固化條件適合的有機(jī)過氧化物均可以使用。 此外，還可以預(yù)期對(duì)于某些應(yīng)用可能使用其它類型的自由基引發(fā)劑例如鹵素分子和/或偶氮化合物。選擇的自由基引發(fā)劑在通常有效引發(fā)體系聚合的濃度下使用。這一濃度通常從大約0.01%到大約2 %，優(yōu)選0.3%。組合物還包括導(dǎo)電顆粒，并且優(yōu)選金屬顆粒。廣泛大量(wide array)的金屬可以使用，然而鑒于其卓越的性能，優(yōu)選銀。金屬顆?？梢允且欢ǚ秶煌男问?，例如薄片或顆粒。對(duì)于很多應(yīng)用，優(yōu)選薄片。本發(fā)明組合物中金屬薄片的濃度可根據(jù)組合物最終使用要求變化，但通常的有效量為從大約70%到大約90%，并且最優(yōu)選大約80%。正如所述，廣泛大量的導(dǎo)電金屬可以用于本發(fā)明組合物中。所述導(dǎo)電材料優(yōu)選從具有粒徑從大約0. 1微米到大約20微米的范圍內(nèi)的導(dǎo)電微粒材料中選擇，例如銀、金、鈀、 鎳和它們的組合。在優(yōu)選的實(shí)施方式，使用具有伸長形狀的導(dǎo)電顆粒，例如具有長達(dá)大約20 微米的長度和大約是2微米或以下厚度的薄片。通過它們的長寬比來表示這些顆粒的伸長，即顆粒沿著最長軸的尺寸與可以沿著側(cè)面或正交軸尺寸的比例。按照本發(fā)明聚合物組合物的導(dǎo)電率通常隨著導(dǎo)電顆粒的長寬比增加。用于本發(fā)明的導(dǎo)電金屬材料例證是，例如 L^t (Ferro)(Degussa Metz Metalurgical Corporation) 獲得的銀薄片。在發(fā)明的組合物中，可以加入或別的方式引入廣泛大量的其它添加劑、組分和/ 或制劑。例如，可以加入多種潤濕劑、消泡劑和粘度調(diào)節(jié)劑。例如，可從美國康涅狄格州沃林福德的BYK(Wallingford，CT BYK USA)商購的BYK 321，可以用作潤濕劑。BYK 321被認(rèn)為是聚醚改性的甲基烷基聚硅氧烷共聚物。本發(fā)明組合物優(yōu)選通過混合自由基引發(fā)劑和反應(yīng)性稀釋劑隨后加入環(huán)氧丙烯酸酯低聚物形成，所述環(huán)氧丙烯酸酯低聚物正如所述的優(yōu)選環(huán)氧二丙烯酸酯低聚物和環(huán)氧三丙烯酸酯低聚物。所述中間混合物被徹底的混合直到獲得了均一樹脂混合物。將優(yōu)選銀薄片的導(dǎo)電金屬顆粒加入，隨后進(jìn)一步混合和任選的研磨。使用本發(fā)明組合物的涂覆的基板、分層陣列或器件例如可以通過將組合物以想要的厚度應(yīng)用在想要的區(qū)域，隨后固化所述組合物來制備。組合物的應(yīng)用可以優(yōu)選以多種形式進(jìn)行，然而優(yōu)選絲網(wǎng)印刷。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的，廣泛大量的樣式可以應(yīng)用以形成多種觸點(diǎn)、電跡(trace)、電路和/或其它導(dǎo)電區(qū)域。膜或涂覆厚度可以變化，但是對(duì)于許多應(yīng)用從大約1微米到大約100微米是典型的，從大約10微米到大約70微米是優(yōu)選的，從大約15微米到大約50微米是最優(yōu)選的。如上所述，優(yōu)選實(shí)施方式的組合物是在相對(duì)低溫度下可熱固化的，例如250°C以下。典型的固化參數(shù)使用大約140°C到200°C的溫度，時(shí)間從大約5秒到大約20分鐘，優(yōu)選 10分鐘。可以預(yù)期可使用60分鐘或更長的固化時(shí)間。固化和加熱優(yōu)選在空氣中進(jìn)行。然而，可以預(yù)期對(duì)于很多應(yīng)用，固化可以在惰性氣氛下進(jìn)行。還可以預(yù)期本發(fā)明的組合物可以通過引入有效量的紫外固化劑代替先前所述的引發(fā)劑暴露在紫外輻射下固化。在某些應(yīng)用，本發(fā)明和優(yōu)選實(shí)施方式的組合物可以在不含溶劑的條件下提供和使用。如前所述，溶劑并且特別是基于烴的溶劑，由于相關(guān)溶劑的去除、回收的設(shè)備和操作可以是不受歡迎的。因而，通常優(yōu)選組合物是不含溶劑的。然而，本發(fā)明包括含有溶劑的組合物，例如乙烯甘油醚和乙酸酯，或其混合物或者其與溶劑的混合。本發(fā)明還提供了使用這里描述的本發(fā)明的組合物的電氣組件，該電氣組件例如光伏器件，例如太陽能電池。這里使用的術(shù)語“光伏器件”指的是將光轉(zhuǎn)化成電的器件，并且優(yōu)選直接轉(zhuǎn)化為直流電(dc)。所述組合物可以用于形成分層部件上或與之關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電觸點(diǎn)、 母線、墊、附著突出物和相似組件，特別是太陽能電池。太陽能電池通常由半導(dǎo)體材料制成，例如硅(Si)，其將太陽光轉(zhuǎn)化為有用的電能。 太陽能電池一般地是由Si的薄晶片制成，其中需要的PN節(jié)通過將磷(P)從適合的磷源擴(kuò)散到P型硅晶片形成。硅晶片太陽光入射的一側(cè)一般涂有抗反射涂層(anti-reflective coating，ARC)，以防止進(jìn)來的太陽光的反射損失，并且因此提高太陽能電池的效率。前觸點(diǎn)和硅的N端連接和在另一面(后觸點(diǎn))上的鋁(Al)涂層和硅的P端連接公知為二維電極網(wǎng)格模式。這些觸點(diǎn)是從PN節(jié)到外部負(fù)載的電引出端。圖1顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式組件10。組件10包括置于上層30例如光電子層(其可以是例如硫化鎘(CdS)光敏電阻的層)和下層50 (其可以是由金屬例如鉬形成的后觸點(diǎn))之間的半導(dǎo)體材料層40例如銅銦鎵(二)硒(CIGS)。置于上層30的上面的是透明導(dǎo)電氧化物層(TCO) 20，其可以例如由銦錫氧化物(ITO)或其它本領(lǐng)域已知的合適的材料形成。TCO層的上表面定義為上表面22。一個(gè)或多個(gè)電觸點(diǎn)60或其它導(dǎo)電成分置于分層組件上。觸點(diǎn)60由這里描述的本發(fā)明組合物形成。圖2顯示了另一本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式組件110。組件110包括透明或基本上透明的頂端基板120，其可以例如是由玻璃形成。一層或多層透明導(dǎo)體130優(yōu)選置于所述頂端基板120和無定形硅層140之間。置于所述無定形硅層140和后觸點(diǎn)層160之間是微晶硅層150。一個(gè)或多個(gè)電氣組件例如附著突出物(attachment tab) 170可以引入到組件110 中，例如與后觸點(diǎn)160電連接的突出物170。附著突出物170由這里描述的本發(fā)明組合物形成。圖3還顯示了另一本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式組件210。所述組件210 —般以太陽能電池的形式并且包括中間層240，其例如是η型半導(dǎo)體材料。置于中間層240 —面的是ρ型 /i型材料層230，其可以例如是薄無定形硅層。置于中間層相反一面的是i型/n型材料層 250，其可以例如是薄無定形硅層。置于所述層230上的是前側(cè)電極層220。并且，置于所述層250上的是后側(cè)電極層260。所述組件210進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電組件例如置于前側(cè)電極220上的母線270。所述組件210進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電組件例如置于后側(cè)電極260上的母線280。不同的導(dǎo)電組件，例如母線270和280由這里描述的本發(fā)明組合物形成。所述組件210的厚度相對(duì)比較薄。例如，層220、230、240、250和260集合的總厚度為大約100 μ m到大約400 μ m,并且典型的大約220 μ m。圖4顯示另一本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式組件310。所述組件310可以例如以多晶和單晶硅電池的形式，包括緊靠η發(fā)射體材料(η-emitter material)的層330放置的ρ型硅材料的中間層340。硅氮化物材料的頂層320和由例如鋁形成后觸點(diǎn)層構(gòu)成的底層350包括在電池310中。一個(gè)或多個(gè)觸點(diǎn)360沿著層320的頂部或前側(cè)提供。并且一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電母線370沿著底部或后接觸層350提供。母線370由發(fā)明組合物形成。還可以預(yù)期觸點(diǎn) 360也可以由發(fā)明組合物形成。
本發(fā)明的組合物在有關(guān)包括無定形硅或結(jié)晶硅的光伏器件，和/或包括CIGS材料的光伏器件中找到了特殊的用途。本發(fā)明的組合物還可以在結(jié)晶硅太陽能電池中用作鋁導(dǎo)體層頂部的后側(cè)導(dǎo)體。此外，本發(fā)明組合物可以在(i)例如ITO的基板上的透明導(dǎo)體和 (ii)硅基板上的鋁上用于形成具有低電阻的觸點(diǎn)。本發(fā)明還提供了一種通過選擇性的固化這里描述的發(fā)明組合物來獲得特殊的或想要的導(dǎo)電率性能的策略。那就是通過跟蹤一個(gè)或多個(gè)指定的固化方案，可以形成具有特定導(dǎo)電率水平的電氣組件例如觸點(diǎn)、母線、突出物(tab)等。制備優(yōu)選的實(shí)施方式組合物之后，所述組合物在想要的溫度和想要的時(shí)間下固化來獲得得到固化組合物的想要的電阻率性質(zhì)。一般地，通過在更高的溫度下加熱，固化程度提高而獲得固化組合物的電阻率降低。 雖然不希望受任何特定理論的約束，可以預(yù)期增加固化時(shí)間也將形成具有降低電阻率值的固化組合物。然而，如這里更詳細(xì)的解釋，認(rèn)為隨著固化時(shí)間(和固化程度)的增加，獲得固化組合物的電阻率將會(huì)達(dá)到某一最小值。使用發(fā)明的組合物，可以形成具有顯示出顯著的低接觸電阻率導(dǎo)電構(gòu)件的不同分層組件。例如由優(yōu)選實(shí)施方式組合物形成的具有電觸點(diǎn)的分層組件可以在固化后制備，其
中導(dǎo)電觸點(diǎn)顯示出小于20ohm. cm2的電阻率，優(yōu)選小于5ohm. cm2,并且最優(yōu)選小于2ohm.
2
cm ο涉及組合物其他的細(xì)節(jié)和說明，電組件例如太陽能電池、觸點(diǎn)、和相關(guān)組件和方法提供在2005年6月3日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?1/145，538、公開號(hào)為US2006/0289055的美國專利申請(qǐng)和2004年11月11日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?0/988，208、公開號(hào)為US2006/0102228的美國專利申請(qǐng)中。
實(shí)施例進(jìn)行一系列研究以進(jìn)一步評(píng)估本發(fā)明的性質(zhì)。如在實(shí)施例1-4中所述的組合物根據(jù)這里的描述制備，并且在下表1中列出。實(shí)施例1的組合物是對(duì)照，而實(shí)施例2-4的組合物是代表的優(yōu)選實(shí)施方式組合物。這四個(gè)組合物(重量％)如下表 1對(duì)照和優(yōu)選實(shí)施方式組合物
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電可熱固化組合物，其包括有效量的導(dǎo)電顆粒；以及有效量的選自由(i)脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物， (ii)脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物，以及(iii) (i)與 (ii)的組合所組成的組中的選取物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，進(jìn)一步包括有效量的反應(yīng)性稀釋劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，進(jìn)一步包括有效量的自由基引發(fā)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物在從大約0. 到大約30%的濃度下使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物在從大約0. 到大約30%的濃度下使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述(i)脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物，與(ii)脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物的組合在從大約0. 1 %到大約30 %的濃度下使用。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，進(jìn)一步包括環(huán)氧三丙烯酸酯低聚物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組合物，其中所述環(huán)氧三丙烯酸酯低聚物是脂肪族的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組合物，其中所述環(huán)氧三丙烯酸酯低聚物在從大約0.到大約25%的濃度下使用。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合物，其中所述反應(yīng)性稀釋劑是己二醇二丙烯酸酯。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的組合物，其中所述己二醇二丙烯酸酯在從大約到大約 10%的濃度下使用。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的組合物，其中所述己二醇二丙烯酸酯在從大約4%到大約 7%的濃度下使用。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合物，其中所述自由基引發(fā)劑選自由(i)2，5-二甲基-2， 5-雙(過氧化叔丁基)-3_己炔，(ii)過氧化二枯基和它們的組合所組成的組中。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合物，其中所述自由基引發(fā)劑在從大約0.01%到大約2% 的濃度下使用。
15.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合物，其中所述自由基引發(fā)劑在大約0.3%的濃度下使用。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述導(dǎo)電顆粒是金屬顆粒并且選自由銀、金、 鈀、鎳和它們的組合所組成的組中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的組合物，其中所述金屬顆粒是銀。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的組合物，其中所述金屬顆粒在大約70%到大約90%的濃度下使用。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的組合物，其中所述金屬顆粒在大約80%的濃度下使用。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中組合物是不含溶劑的。
21.一種在基板上形成導(dǎo)電層的方法，該方法包括形成組合物，該組合物包括(a)任選的反應(yīng)性稀釋劑，(b)選自由⑴脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物，( )脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物，以及(iii)⑴和(ii)的組合所組成的組中的選取物，(c)金屬顆粒，以及(d)自由基引發(fā)劑，將所述組合物施用在基板上至厚度從大約1微米到大約100微米，加熱所述被施用的組合物到小于250°C的溫度以形成導(dǎo)電層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中將所述組合物施用到基板上至厚度從大約10微米到大約70微米。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中將所述組合物施用到基板上至厚度從大約15微米到大約50微米。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中加熱在200°C下進(jìn)行。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中加熱進(jìn)行5秒到20分鐘。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述組合物進(jìn)一步包括(e)環(huán)氧三丙烯酸酯低聚物。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述環(huán)氧三丙烯酸酯低聚物是脂肪族的。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述組合物是不含溶劑的。
29.一種具有導(dǎo)電聚合物材料薄層的基板，該材料包括從大約70%到大約90%的分散在聚合物基體中的金屬顆粒，該聚合物基體通過熱固化組合物形成，該組合物包括(a)任選的反應(yīng)性稀釋劑，(b)選自由(i)脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物，( )脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物，以及(iii) (i)和(ii)的組合所組成的組中的選取物，以及(c)有效量的自由基引發(fā)劑。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的基板，其中所述層具有從大約1到大約100微米的厚度。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的基板，其中所述層具有從大約15到大約70微米的厚度。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的基板，其中所述金屬顆粒是銀薄片。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的基板，其中所述組合物進(jìn)一步包括(iv)環(huán)氧三丙烯酸酯低聚物。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的基板，其中所述環(huán)氧三丙烯酸酯低聚物是脂肪族的。
35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的基板，其中所述組合物是不含溶劑的。
36.一種包括多個(gè)層和導(dǎo)電構(gòu)件的光伏器件，所述導(dǎo)電構(gòu)件由組合物形成，該組合物包括(a)有效量的導(dǎo)電顆粒，和(b)有效量的選自由⑴脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物，( )脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物，以及(iii) (i)和(ii)的組合所組成的組中的選取物。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的器件，其中所述多個(gè)層包括無定形硅層。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的器件，其中所述多個(gè)層包括結(jié)晶硅層。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的器件，其中所述多個(gè)層包括銅銦鎵(二)硒(CIGS)層。
40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的器件，其中所述多個(gè)層包括鋁層和結(jié)晶硅材料層。
41.一種分層組件，包括基板；基板上的透明導(dǎo)電氧化物層；以及與所述透明導(dǎo)電氧化物層電連接的導(dǎo)電構(gòu)件，該導(dǎo)電構(gòu)件由組合物形成，該組合物包括(a)有效量的導(dǎo)電顆粒，以及(b)有效量的選自由(i)脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/ 或甲基丙烯酸酯單體或低聚物、( )脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物、及(iii) (i)和(ii)的組合所組成的組中的選取物。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的分層組件，其中所述透明導(dǎo)電氧化物是銦錫氧化物(ITO)。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的分層組件，其中所述導(dǎo)電構(gòu)件顯示出小于20ohm.cm2的接觸電阻率。
44.一種分層組件，包括硅基板；在硅基板上的鋁層；以及與所述鋁層電連接的導(dǎo)電構(gòu)件，該導(dǎo)電構(gòu)件由組合物形成，該組合物包括(a)有效量的導(dǎo)電顆粒，以及(b)有效量的選自由(i)脂肪酸改性環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體和/或低聚物、(ii)脂肪酸改性聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體或低聚物、及 (iii) (i)和(ii)的組合所組成的組中的選取物。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的分層組件，其中所述導(dǎo)電構(gòu)件顯示出小于20ohm.cm2的接觸電阻率。
全文摘要
本申請(qǐng)公開了適合用于形成電子器件的導(dǎo)電聚合物組合物。該組合物在低于大約250℃的溫度下是可熱固化的。本申請(qǐng)?zhí)峁┛梢圆缓軇┑慕M合物，因此可以在不考慮溶劑回收的情況下用于生產(chǎn)或制造操作。該組合物利用(i)脂肪酸改性的環(huán)氧丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體和/或低聚物，(ii)脂肪酸改性的聚酯丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體和/或低聚物，或(i)和(ii)二者的組合。本申請(qǐng)還描述了使用各種組合物的電子組件例如太陽能電池和相關(guān)方法。
文檔編號(hào)C08G65/00GK102203164SQ200980142041
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者姜宏, 阿齊茲·S·謝克 申請(qǐng)人:費(fèi)羅公司