Composición para imprimir electrodos.

Composición para imprimir electrodos sobre un sustrato, que contiene del 70 al 90 % en peso de partículas eléctricamente conductoras con un tamaño de partícula medio en el intervalo de 3 nm a 100 μm

, del 0 al 7 % en peso de frita de vidrio, del 0,1 al 5 % en peso de al menos un agente de absorción para radiación láser, del 0 al 8 % en peso de al menos un material de matriz, del 0 al 8 % en peso de al menos un compuesto metalorgánico, del 3 al 50 % en peso de agua como disolvente, del 0 al 65 % en peso de al menos un agente de retención y del 0 al 5 % en peso de al menos un aditivo, en cada caso con respecto a la masa total de la composición, siendo el agente de retención un retardante, con el que se ralentiza la evaporación del agua y usándose como aditivos agentes de dispersión, agentes tixotrópicos, plastificantes, agentes humectantes, agentes antiespumantes, sustancias secantes, agentes reticulantes, agentes formadores de complejos y/o partículas de polímero conductoras,

y usándose como agente de absorción para radiación láser pigmentos inorgánicos, nanopartículas de plata, oro, platino, paladio, wolframio, níquel, estaño, hierro, óxido de indio y estaño, óxido de wolframio, carburo de titanio o nitruro de titanio, tipos de carbono finamente divididos o hexaboruro de lantano finamente dividido.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/062775.

Solicitante: BASF SE.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: 67056 LUDWIGSHAFEN ALEMANIA.

Inventor/es: KACZUN, JURGEN, KLEINE JAGER,FRANK DR, HERMES,STEPHAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/0224 (Electrodos)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > CABLES; CONDUCTORES; AISLADORES; ,o EMPLEO DE MATERIALES... > Conductores o cuerpos conductores caracterizados... > H01B1/22 (el material conductor contiene metales o aleaciones)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Procedimientos o aparatos especialmente adaptados... > H01L21/28 (Fabricación de electrodos sobre los cuerpos semiconductores por empleo de procesos o aparatos no cubiertos por los grupos H01L 21/20 - H01L 21/268)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > CABLES; CONDUCTORES; AISLADORES; ,o EMPLEO DE MATERIALES... > Conductores o cuerpos conductores caracterizados... > H01B1/02 (compuestos principalmente de metales o aleaciones)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Procedimientos o aparatos especialmente adaptados... > H01L21/288 (a partir de un líquido, p. ej. depósito electrolítico)

PDF original: ES-2536696_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Composición para imprimir electrodos

La invención se refiere a una composición para imprimir electrodos sobre un sustrato, que contiene partículas eléctricamente conductoras, frita de vidrio y disolvente.

Las composiciones, que contienen partículas eléctricamente conductoras y frita de vidrio, que están dispersadas en un disolvente, se usan en particular para imprimir electrodos sobre sustratos semiconductores. Los sustratos semiconductores impresos de este tipo se usan por ejemplo como células solares.

Para la producción de los electrodos se aplica la composición con un procedimiento de impresión habitual sobre el sustrato. Como procedimientos de impresión son adecuados por ejemplo impresión por chorro de tinta o impresión láser.

Como partículas eléctricamente conductoras, la composición contiene en general partículas de plata. Éstas pueden ser en forma de placa o esféricas. También se conocen mezclas de partículas de plata en forma de placa y esféricas. Para el ajuste de la viscosidad necesaria para la impresión, la composición contiene un disolvente. Habitualmente se usan disolventes orgánicos. Esto tiene sin embargo la desventaja de que durante el procesamiento adicional después de la impresión el disolvente escapa de la composición y así llega al entorno.

Para que la composición no se corra, está contenido habitualmente también un material polimèrico, con el que la composición se une en primer lugar al material semiconductor. Después de la impresión se calcina en general la composición. Al calcinarse, se descompone el material polimèrico y se retira de las pistas conductoras. La frita de vidrio contenida en la composición funde y une las pistas conductoras impresas, que contienen las partículas eléctricamente conductoras, al sustrato.

Una composición en forma de pasta, que puede usarse para la producción de un electrodo de superficie de recepción de luz de una célula solar, se describe por ejemplo en el documento WO 2007/089273. La pasta contiene partículas de plata con una superficie específica de 0,2 a 0,6 m^/g, frita de vidrio, aglutinantes de resina y agentes de dilución. El agente de dilución usado es a este respecto un disolvente orgánico.

Una composición, que contiene polvos de plata con dos diámetros medios diferentes, se describe en el documento EP-A 1 775 759. Además del polvo de plata, la composición contiene así mismo frita de vidrio y un soporte orgánico. El porcentaje de plata en el material de electrodo asciende a del 75 al 95 % en peso.

Una pasta para la producción de electrodos a partir de células solares, que contiene del 85 al 99 % en peso de un componente de metal conductor y del 1 al 15 % en peso de un componente de vidrio así como un porcentaje orgánico, se describe en el documento WO 2006/132766.

La desventaja de esta composición conocida es sin embargo en cada caso, que al secarse después de la aplicación de la composición o al calcinarse se liberan las sustancias orgánicas contenidas en la misma.

Por lo tanto, el objetivo de la presente invención resulta de proporcionar una composición para imprimir electrodos, en la que con el secado y la calcinación se libera menos material orgánico al entorno.

El objetivo se consigue mediante una composición para imprimir electrodos sobre un sustrato, que contiene del 30 al 90 % en peso de partículas eléctricamente conductoras, del 0 al 7 % en peso de frita de vidrio, del 0,1 al 5 % en peso de al menos un agente de absorción para radiación láser, del 0 al 8 % en peso de al menos un material de matriz, del 0 al 8 % en peso de al menos un compuesto metalorgánico, del 3 al 50 % en peso de agua como disolvente, del 0 al 65 % en peso de al menos un agente de retención y del 0 al 5 % en peso de al menos un aditivo, en cada caso con respecto a la masa total de la composición.

La composición de acuerdo con la invención es adecuada en particular para imprimir electrodos con un procedimiento de impresión láser.

Mediante el uso de agua como disolvente se reduce el porcentaje de sustancias orgánicas, que se desprenden con el secado y la calcinación de la composición para la producción de los electrodos al entorno. De este modo puede reducirse la contaminación al entorno en la producción de las células solares.

Las partículas eléctricamente conductoras contenidas en la composición pueden ser partículas de cualquier geometría de cualquier material eléctricamente conductor. Preferentemente las partículas eléctricamente conductoras, que están contenidas en la composición, contienen plata, oro, aluminio, platino, paladio, estaño, níquel, cadmio, galio, indio, cobre, zinc, hierro, bismuto, cobalto, manganeso, cromo, vanadio, titanio o mezclas o aleaciones de los mismos.

El tamaño de partícula medio de las partículas usadas se encuentra preferentemente en el intervalo de 3 nm a 100 pm. Más preferentemente, el tamaño de partícula medio se encuentra en el intervalo de 100 nm a 50 pm y en particular en el intervalo de 500 nm a 10 pm. Las partículas usadas pueden presentar a este respecto cualquier

forma conocida por el experto. De este modo, las partículas pueden tener por ejemplo forma de placa o ser esféricas. Por esféricas se entienden a este respecto también partículas cuya forma real se desvía de la forma esférica Ideal. De este modo, las partículas esféricas pueden presentar por ejemplo debido a la producción también una forma en forma de gota o pueden ser aplanadas. Las partículas adecuadas, que pueden usarse para la producción de la composición, son conocidas por el experto y pueden obtenerse en el mercado. En particular preferentemente se usan partículas de plata esféricas. La ventaja de las partículas esféricas es su comportamiento reológico mejorado con respecto a las partículas en forma de placa. De este modo, una composición, que contiene partículas esféricas, presenta una viscosidad menor que una composición con partículas en forma de placa. Además, una composición, que contiene partículas esféricas, presenta una fuerte disminución de la viscosidad durante la cizalladura. De este modo, pueden realizarse también alto grados de llenado de hasta aproximadamente el 90%, a los que la composición permanece además Imprimible.

Si se usan dos o más tipos diferentes de partículas eléctricamente conductoras, entonces esto puede tener lugar mediante mezclado de los tipos. Las partículas de los diferentes tipos pueden diferenciarse a este respecto en el material, en la forma y/o en el tamaño.

El porcentaje de partículas eléctricamente conductoras en la composición se encuentra en el intervalo del 50 al 90 % en peso. Preferentemente el porcentaje se encuentra en el Intervalo del 70 al 87 % en peso y en particular en el intervalo del 75 al 85 % en peso.

Para obtener una dispersión imprimible, la composición contiene disolvente. De acuerdo con la invención, como disolvente se usa agua, que está contenida en la composición con un porcentaje del 3 al 20 % en peso. Preferentemente el porcentaje de agua en la composición se encuentra en el Intervalo del 5 al 15 % en peso y en particular en el Intervalo del 6 al 12 % en peso.

Dado que el agua se evapora en general de manera relativamente rápida, es necesaria la adición de un agente de retención, un denominado retardante, para ralentizar la evaporación. El agente de retención se encuentra en la composición con un porcentaje del 0 al 65 % en peso, preferentemente con un porcentaje del 0,5 al 10 % en peso y en particular con un porcentaje en el intervalo del 0,8 al 4 % en peso.

Como agente de retención son adecuados disolventes polares, disolvente de unión al agua. Disolventes polares, de unión al agua, adecuados son por ejemplo... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Composición para imprimir electrodos sobre un sustrato, que contiene del 70 al 90 % en peso de partículas eléctricamente conductoras con un tamaño de partícula medio en el intervalo de 3 nm a 100 pm, del 0 al 7 % en peso de frita de vidrio, del 0,1 al 5 % en peso de al menos un agente de absorción para radiación láser, del 0 al 8 % en peso de al menos un material de matriz, del 0 al 8 % en peso de al menos un compuesto metalorgánico, del 3 al 50 % en peso de agua como disolvente, del 0 al 65 % en peso de al menos un agente de retención y del 0 al 5 % en peso de al menos un aditivo, en cada caso con respecto a la masa total de la composición, siendo el agente de retención un retardante, con el que se ralentiza la evaporación del agua y usándose como aditivos agentes de dispersión, agentes tixotrópicos, plastificantes, agentes humectantes, agentes antiespumantes, sustancias secantes, agentes reticulantes, agentes formadores de complejos y/o partículas de polímero conductoras,

y usándose como agente de absorción para radiación láser pigmentos inorgánicos, nanopartículas de plata, oro, platino, paladio, wolframio, níquel, estaño, hierro, óxido de indio y estaño, óxido de wolframio, carburo de titanio o nitruro de titanio, tipos de carbono finamente divididos o hexaboruro de lantano finamente dividido.

2. Composición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque las partículas eléctricamente conductoras contienen plata, oro, aluminio, platino, paladio, estaño, níquel, cadmio, galio, indio, cobre, zinc, hierro, bismuto, cobalto, manganeso, cromo, vanadio, titanio o mezclas o aleaciones de los mismos.

3. Composición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque las partículas eléctricamente conductoras son esencialmente esféricas.

4. Composición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque como frita de vidrio se usa un vidrio libre de plomo, a base de óxido de bismuto.

5. Composición de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque la frita de vidrio contiene del 0,01 al 10 % en peso de óxido de telurio.

6. Composición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el material de matriz es un polímero soluble en agua o dispersable en agua.

7. Composición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el agente de retención se selecciona del grupo que consiste en glicerol, glicoles, poliglicoles, alcanolaminas, n-metilpirrolidona, polietileniminas, polivlnllamlna, polivlnllformamida o mezclas de los mismos.

8. Composición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el compuesto metalorgánico es un carboxllato de metal, un proplonato de metal, un alcóxldo de metal, un compuesto complejo de un metal o una mezcla de los mismos.

9. Composición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el metal del compuesto metalorgánico se selecciona del grupo que consiste en aluminio, bismuto, zinc y vanadio.

10. Composición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque el compuesto metalorgánico contiene adlclonalmente boro o silicio.

11. Composición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el carbono finamente dividido comprende negro de humo, grafito, nanotubos de carbono y/o grafeno.

12. Uso de la composición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11 para la producción de electrodos para células solares.