导电性纳米颗粒墨和糊状物及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种装置的制造方法，该装置包括位于基于硅的半导体材料上的墨或糊状物，其中该墨或糊状物包括无机导电性及添加性纳米颗粒的混合物，且其中该半导体材料是硅。一实例是银与钯纳米颗粒的混合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】导电性纳米颗粒墨和糊状物及其应用本申请要求2007年10月9日申请的美国临时专利申请第60/978，655号的优先权。
技术介绍
在多种工业中的各种应用需要新型且更好的纳米结构材料，所述工业包括但不限 于生物技术、诊断学、能源以及电子学。例如，电子制造商不断地争取减少成本并增加该 电子装置及组件的功能性。一种降低成本的新兴策略是使用基于溶液的墨将电子设备直 接印刷至低成本的塑料薄膜上。所谓的印刷电子学是指以高生产量及低成本卷盘到卷盘 (reel-to-reel,R2R)方式使用已经在印刷工业中使用的方法制造功能性电子装置的技术， 方法诸如喷墨印刷、凹版印刷、丝网印刷、胶版印刷、平版印刷等。印刷电子学的一实例是使 用金属纳米颗粒的图案的喷墨印刷形成导体，来建构电路。此方法在例如“在有机电子学 及显示器制造中的印刷技术的应用(Applications of PrintingTechnology in Organic Electronics and Display Fabrication)，，中论述，作者 Subramanian,发表在 Half Moon Bay Maskless Lithography Workshop, DARPA/SRC, HalfMoon Bay,2000 年 11 月 9-10 中。纳米颗粒的材料在性质上与其较大尺寸的对应物(counterparts)不同。例如， 纳米颗粒的最具特征的特点之一是基于尺寸的表面熔点降低。(Ph. BufTat等人“尺寸 对黄金粒子的熔融温度的影响(Size effect on on the metlingtemperature of gold particles) "Physical Review A，卷 13，第 6 号，1976年六月，2287-2297 页；A, N. Goldstein 等人“半导体纳米晶体中的熔融(Meltingin Semiconductor Nanocrystals) ”Nature，卷 256，2002年6月5日，1425-1427页；以及K. K. Nanda等人“低尺寸系统的基于尺寸的熔融 的液滴模型(Liquid-drop model for the size-dependent melting of low—dimentional systems) "Physical Review, A 66 (2002)，第 013208-1 至 013208-8 页)。此性质使金属纳 米颗粒能够熔融或烧结成在相对低温下具有良好导电性的多晶薄膜。导电性金属纳米颗粒墨(ink)及糊状物是印制电子学装置的最重要的成分材料 之一。其中，银纳米颗粒墨及糊状物成为在电子学应用中使用最广泛的。然而，这些颗粒墨 及糊状物在应用于由硅(硅是目前约98%的市售光伏装置的主要组分)制造的电子装置 中产生了一个问题。在这些装置中，90%是制造于晶体硅晶片(或者单晶硅(sc-Si)或者 多晶硅(mc-Si)晶片)上，8%是制造于非晶硅上。良好的欧姆接触(即低电阻接触)在 某些情况下仅能在温度约800°C下，将位于基于硅的半导体材料上的银热退火获得(参见 实例Kontermarm等人“对具有银厚膜接触的硅太阳能电池的不同退火步骤的影响的研究 (Investigations on the influence of different annealing steps onsilicon solar cells with silver thick film contacts) "22nd “欧洲光伏太阳能会议及展览会，3 ;2007 年9月，意大利米兰)。本领域技术人员熟知低电阻、稳定的接触对集成电路(ICs)的性能 及可靠性是重要的，且在某些情况中是至关重要的，其制造及表征是在电路制造的主要工 作(major efforts)。然而，在高温下的热处理可严重损坏基于硅的装置的性能，诸如CM0S 电路、非晶硅TFTs、纳米晶体硅装置、在η型晶片上的光伏电池、非晶硅薄膜光伏装置，以及任何在塑料基板上的印刷电子装置，即使不是完全摧毁。在多数工业晶体硅PV生产方法中，前电极是通过如下工序制造的在晶片的表面上将银糊状物丝网印刷，接着进行热步骤，所述热步骤包括加热至高于约800°C。结果，95% 市售PV电池是由sc-Si或者ρ型mc-Si晶片制造，因为由η型mc_Si以及非晶硅制造的PV 电池无法耐受该高温处理。高温可毁坏在PV电池中的p-n接合，因此使PV装置丧失功能 性。新兴的证据显示η型Czchralski mc_Si作为PV装置的材料在电子学上优于ρ型材料。因而存在需要制造允许退火处理在较低温度下发生的基于硅的装置，所述温度优 选低于约500°C，且更优选低于约300°C。
技术实现思路
本专利技术提供制品、组合物、制造方法以及使用方法。在一具体实施例中，一种制造装置的方法，该装置包括配置在基于硅的半导体材 料上的墨或糊状物，其中该墨或糊状物包括无机导电性及添加性纳米颗粒的混合物，且其 中该半导体材料是硅。另一具体实施例提供一种装置，其包括配置在半导体材料上的墨或糊状物；其中该墨或糊状物包括第一导电性纳 米颗粒，且进一步包括不同于第一纳米颗粒的第二添加性纳米颗粒(secondadditive nanoparticles)0另一具体实施例提供一种装置，其包括配置在半导体材料上的至少两种墨或糊 状物；其中第一墨或糊状物包括第一导电性纳米颗粒，且第二墨或糊状物包括不同于第一 纳米颗粒的第二纳米颗粒；且其中第二纳米颗粒配置在半导体材料和第一导电性纳米颗粒 之间。在另一具体实施例中，提供一种方法，其包括(a)提供包括至少一纳米颗粒前体 和至少一用于该纳米颗粒前体的第一溶剂的第一混合物，其中该纳米颗粒前体包括包含阳 离子的盐，该阳离子包括金属；(b)提供包含至少一用于纳米颗粒前体的反应性部分和至 少一用于该反应性部分的第二溶剂的第二混合物，其中该第二溶剂在其与第一溶剂混合时 相分离；(c)在表面稳定剂的存在下组合该第一和第二混合物，其中在组合第一和第二混 合物时相分离且形成纳米颗粒；(d)将纳米颗粒配制成墨或糊状物；(e)在硅基材上使用墨 或糊状物形成薄膜。可使用其它方法制造纳米颗粒。至少具有一个优点在纳米颗粒和硅之间不需要中间粘结层。在一个或多个具体 实施例中的另一优点是较低温加工。在一个或多个具体实施例中的另一优点是在挑选纳米 颗粒组成及尺寸中的通用性(versatility)。具体实施例方式2006年4月12日申请的美国临时申请第60/791，325号和2007年4月12日申请 的美国非临时申请第11/734，692号以引用方式全文并入本文。此外，以引用的方式，将2007年10月9日申请的美国临时申请第60/978，655号 全文并入本文。印刷电子学的进一步技术在例如由D. Gamota等人(Kulwer，2004)所编的印刷有 机及分子电子学(Printed Organic and Molecular Electronics)中有描述。半导体材料和基材(substrates)包括本领域一般已知的硅材料和基材。 本专利技术在一具体实施例中包括位于基于硅的半导体材料上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：（ａ）提供包括至少一纳米颗粒前体和至少一用于该纳米颗粒前体的第一溶剂的第一混合物，其中该纳米颗粒前体包括包含阳离子的盐，该阳离子包括金属阳离子；（ｂ）提供包括至少一与该纳米颗粒前体反应的反应性部分和至少用于该反应性部分的第二溶剂的第二混合物，其中该第二溶剂在其与该第一溶剂混合时发生相分离；和（ｃ）在表面稳定剂的存在下合并该第一混合物和第二混合物，其中在合并时，该第一混合物和第二混合物发生相分离，形成纳米颗粒；（ｄ）将该纳米颗粒配制成墨或糊状物；（ｅ）在硅基材上使用该墨或糊状物形成薄膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨至灏，许之咏，唐则祁，
申请(专利权)人：美商纳麦斯科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]