用于改良金属粒子层的材料属性的印刷浆料制造技术

公开了与半导体装置一起使用的嵌入浆料。浆料包含贵金属粒子、嵌入粒子和有机载体，且可被用于改进金属粒子层的材料属性。特定形成已经发展为在干燥金属粒子层上直接丝网印刷和烧结以制得烧结多层堆叠。烧结多层堆叠是特制的以产生可软焊表面、高机械强度和低接触电阻。在一些实施方式中，烧结多层堆叠可通过介质层蚀刻，以改进至基层的附着。这种浆料可被用于增加硅太阳能电池的效率，特别是多晶和单晶硅背表面场(BSF)，和钝化发射极和后接触(PERC)光伏电池。其它应用包括集成电路，以及更广泛的，电子装置。

【技术实现步骤摘要】
用于改良金属粒子层的材料属性的印刷浆料相关申请的交叉引用本申请要求2015年11月24日申请的美国临时专利申请62/259,636、2016年4月5日申请的美国临时专利申请62/318,566、、2016年8月5日申请的美国临时专利申请62/371,236和2016年11月16日申请的美国临时专利申请62/423,020的优先权，它们的全部内容通过参考合并在此。政府支持的陈述基于NSF授予的IIP-1430721合约号，本专利技术已经得到了政府支持。在本专利技术中，政府可具有特定权利。
本专利技术涉及嵌入浆料，其包含贵金属粒子、嵌入粒子以及有机载体。嵌入浆料(intercalationpaste)可被用于改进太阳能电池的电力转换效率。基于银的嵌入浆料印刷在铝层上，其在烧制之后具有适度的剥离强度(peelstrength)且随即软焊至标志带(tabbingribbon)。这一浆料特别好的适用于基于硅的太阳能电池，其使用铝背表面场(BSF)。典型地，商业上生产的单-和多-晶硅太阳能电池的硅晶片的85-92％的后表面区域由铝粒子层覆盖，其形成了背表面场且与硅进行欧姆接触(ohmiccontact)。剩余的5-10％的后硅表面由银后标志层覆盖，其并不产生场且不与硅晶片进行欧姆接触。后标志层主要用于软焊标志带以电连接太阳能电池。当银层与太阳能电池的后侧上的硅基层(substrate)直接接触、代替接触基层的铝粒子层时，估计到太阳能电池的转换效率的绝对基准降低了0.1％至0.2％。因此，高度需要使用铝粒子层覆盖太阳能电池的整个后部，且仍然能够使用标志带将太阳能电池连接在一起。过去，研究者已经尝试将银直接印刷在铝粒子层的顶部，但是在高温的在空气中的烧制期间，铝和银层相互扩散(interdiffusion)，且导致层表面变得氧化且损失可焊性。一些研究者已经尝试改变大气条件以降低氧化；然而，前侧的银浆料在氧化大气、例如干燥空气中执行得最佳，且在惰性大气中的处理之后整个太阳能电池效率降低了。其它研究者已经尝试降低晶片的峰值烧制温度以降低相互扩散，但是前侧的银浆料需要高峰值烧制温度(即，大于650℃)以烧结硅氮氧化物，以与硅基层进行欧姆接触。近来，研究者已经使用直接在铝顶部上的锡合金的超声波软焊，以产生可软焊表面(solderablesurface)。这一技术已经实现了足够的剥离强度(即，1-1.5N/mm)，但是需要额外的设备且使用大量的锡，这增加了费用。此外，在易碎材料、例如铝和硅晶片上使用超声波软焊会增加晶片裂口且减少处理产量。具有发展可印刷浆料的需求，其可在烧制期间改良(modify)下层金属粒子层的材料属性。例如，包含浆料的贵金属(preciousmetal)，其可被直接印刷在铝上且使用标准太阳能电池处理条件烧制，可改进太阳能电池效率。这些浆料可降低Ag/Al的相互扩散，从而保持可软焊至标志带。需要浆料是可丝网印刷的且作用为插入式更换，其不会带来额外的重要支出且可立即集成至现有的生产线中。
技术实现思路
公开了烧结多层堆叠(firedmultilayerstack)。在本专利技术的一个实施方式中，堆叠具有基层、在基层表面至少一部分上的金属粒子层、在基层表面至少一部分上的改良金属粒子层，以及直接在改良金属粒子层的至少一部分上的改良插层。改良插层具有面对远离基层的可软焊表面。改良金属粒子层包括与金属粒子层相同的金属粒子以及至少一种来自改良插层的材料。改良插层包含贵金属和从下组选择的材料，包含：锑、砷、钡、铋、硼、镉、钙、铈、铯、铬、钴、镓、锗、铟、铁、镧、铪、铅、锂、镁、锰、钼、铌、磷、钾、铼、硒、硅、钠、锶、硫、碲、锡、钒、锌、锆，其组合，及其合金、其氧化物、其合成物，及其其它组合。在一种布置中，改良插层包含贵金属和从下组选择的材料，包含：铋、硼、铟、铅、硅、碲、锡、钒、锌，其组合及其合金、其氧化物、其合成物，及其其它组合。在本专利技术的一个实施方式中，改良插层具有两个相位(phase)：贵金属相位(preciousmetalphase)和嵌入相位(intercalationphase)。大于50％的改良插层的可软焊表面可包含贵金属相位。改良金属粒子层可包括上文讨论的金属粒子和来自嵌入相位的至少一种材料。嵌入相位包括从下组选择的材料，包含：锑、砷、钡、铋、硼、镉、钙、铈、铯、铬、钴、镓、锗、铟、铁、镧、铪、铅、锂、镁、锰、钼、铌、磷、钾、铼、硒、硅、钠、锶、硫、碲、锡、钒、锌、锆，其组合，及其合金、其氧化物、其合成物，及其其它组合。贵金属相位包括从下组选择的至少一种材料，包含：金、银、铂、钯、铑，及合金、合成物，及其其它组合。在本专利技术的另一个实施方式中，改良插层具有两个子层(sublayer)：直接在改良金属粒子层的至少一部分上的子插层(intercalationsublayer)，以及直接在子插层的至少一部分上的贵金属子层(preciousmetalsublayer)。改良插层的可软焊表面包含贵金属子层。改良金属粒子层可包括上文讨论的金属粒子和来自子插层的至少一种材料。用于子插层的可能材料与上文描述的用于嵌入相位的相同。用于贵金属子层的可能材料与上文描述的用于贵金属相位的相同。在本专利技术的另一个实施方式中，烧结多层堆叠具有作为其改良金属粒子层的改良铝粒子层。它具有有两个子层的改良插层：直接在改良铝粒子层上的富铋(bismuth-rich)子层；以及直接在富铋子层上的富银(silver-rich)子层。改良插层的可软焊表面包含富银子层。改良铝粒子层包含铝粒子且还可包含从下组选择的至少一种材料，包括：铝氧化物、铋和铋氧化物。在一种布置中，至少一个介质层直接在基层表面的至少一部分上。介质层包括从下组选择的至少一种材料，包含：硅、铝、锗、镓、铪，及氧化物、氮化物、合成物及其组合。在另一种布置中，氧化铝介质层直接在基层表面的至少一部分上且氮化硅介质层直接在氧化铝介质层上。在一种布置中，固体(例如，共晶(eutectic))复合层(compoundlayer)直接在基层表面上。固体复合层包括从下组选择的一种或多种金属，包含：铝、铜、铁、镍、钼、钨、钽、钛，以及从下组选择的一种或多种材料，包含：硅，氧，碳，锗，镓，砷，氮，铟和磷。相邻基层表面的基层一部分可掺杂有从下组选择的至少一种材料，包含：铝、铜、铁、镍、钼、钨、钽、钛、钢及其组合。在本专利技术的一个实施方式中，烧结多层堆叠的一部分具有可变厚度。烧结多层堆叠可具有大于12μm的平均峰至谷高度。改良插层的可软焊表面的至少70wt％(重量百分比)可包括从下组选择的材料，包含：银、金、铂、钯、铑，和合金、合成物及其其它组合。基层可包括从下组选择的至少一种材料，包含：硅、二氧化硅、碳化硅、氧化铝、蓝宝石、锗、砷化镓、氮化镓和磷化铟。替代地，基层可包括从下组选择的材料，包含：铝、铜、铁、镍、钛、钢、锌，和合金、合成物及其其它组合。金属粒子层可包括从下组选择的材料，包含：铝、铜、铁、镍、钼、钨、钽、钛、钢和合金、合成物及其其它组合。贵金属可包括从下组选择的材料，包含：银、金、铂、钯、铑，及合金、合成物，及其其它组合。金属粒子层可具有0.5μm至100μm之间的厚度和/或1至50％之间的孔隙率。改良本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浆料，包括：10wt％至70wt％之间的贵金属粒子；至少10wt％嵌入粒子；以及有机载体；其中，嵌入粒子包括从下组选择的一种或多种，包含低温基底金属粒子、晶体金属氧化物粒子和玻璃熔粒。

【技术特征摘要】
2015.11.24 US 62/259,636;2016.04.05 US 62/318,566;1.一种浆料，包括：10wt％至70wt％之间的贵金属粒子；至少10wt％嵌入粒子；以及有机载体；其中，嵌入粒子包括从下组选择的一种或多种，包含低温基底金属粒子、晶体金属氧化物粒子和玻璃熔粒。2.如权利要求1所述的浆料，其中，嵌入粒子与贵金属粒子的重量比是至少1：5。3.如权利要求1所述的浆料，其中，贵金属粒子包括从下组选择的至少一种材料，包含：金、银、铂、钯、铑，及合金、合成物，及其其它组合。4.如权利要求1所述的浆料，其中，贵金属粒子具有100nm至50μm之间的D50。5.如权利要求1所述的浆料，其中，贵金属粒子具有0.4至7.0m2/g之间的比表面积。6.如权利要求1所述的浆料，其中，贵金属粒子的一部分具有从包括球形、片状和细长形的组中选择的形状。7.如权利要求1所述的浆料，其中，贵金属粒子和嵌入粒子的至少一者具有单峰尺寸分布。8.如权利要求1所述的浆料，其中，贵金属粒子和嵌入粒子的至少一者具有多峰尺寸分布。9.如权利要求1所述的浆料，其中，至少一些贵金属粒子是银且具有300nm至2.5μm之间的D50和1.0至3.0m2/g之间的比表面积。10.如权利要求1所述的浆料，其中，嵌入粒子具有100nm至50μm之间的D50。11.如权利要求1所述的浆料，其中，嵌入粒子可具有0.1至6.0m2/g之间的比表面积。12.如权利要求1所述的浆料，其中，嵌入粒子的一部分具有从包括球形、片状和或细长形的组中选择的形状。13.如权利要求1所述的浆料，其中，低...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱恩·E·哈丁，艾瑞克·索尔，迪埃·苏赛诺，杰西·J·欣李奇，黄钰淳，林于唐，史蒂芬·T·康纳，丹尼尔·J·赫尔布什，克雷格·H·彼得斯，
申请(专利权)人：普兰特光伏有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US