Procedimiento para la creación de contactos eléctricos y contactos así creados.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la creación de contactos eléctricos en dispositivos optoelectrónicos y electrónicos, incluyendo células solares de alta y baja concentración, lámina delgada, diodos emisores de luz orgánicos

(OLEDs), y en general, cualquier dispositivo en el que se requiera extraer o inyectar corriente por medio de contactos eléctricos. El procedimiento comprende dos etapas: (a) deposición del material de contacto sobre el sustrato final, mediante la transferencia inducida por láser (LIFT) de dicho material desde un sustrato donante al sustrato final, utilizando preferiblemente láser pulsado y (b) sinterizado del material de contacto mediante una fuente láser, preferiblemente láser continuo. Los contactos así creados presentan unas excelentes propiedades de conductividad y adherencia, así como altas relaciones entre la altura (espesor) y anchura de los mismos.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201201168.

Solicitante: ABENGOA SOLAR NEW TECHNOLOGIES, S.A.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: MORALES FURIO,MIGUEL, DELGADO SÁNCHEZ,José María, SÁNCHEZ-CORTEZÓN,Emilio, COLINA BRITO,Mónica Alejandra, MOLPECERES ALVAREZ,Carlos Luis, SÁNCHEZ ANIORTE,María Isabel, MURILLO GUTIÉRREZ,Joaquín.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Procedimientos o aparatos especialmente adaptados... > H01L21/441 (Depósito de materiales conductores o aislantes para los electrodos)
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Procedimiento para la creación de contactos eléctricos y contactos así creados.

Fragmento de la descripción:

PROCEDIMIENTO PARA LA CREACiïN DE CONTACTOS ELïCTRICOS Y CONTACTOS Asï CREADOS

Sector tïcnico de la invenciïn La presente invenciïn tiene su ïmbito de aplicaciïn en la fabricaciïn de dispositivos optoelectrïnicos, incluyendo cïlulas solares de alta y baja concentraciïn, lïmina delgada, diodos emisores de luz orgïnicos (OLED, organic light-emitting diode) , y en general, cualquier dispositivo en el que se requiera extraer o inyectar corriente por medio de contactos elïctricos. En particular, la presente invenciïn se refiere a un procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos en dispositivos electrïnicos y optoelectrïnicos. Antecedentes de la invenciïn Las tïcnicas de deposiciïn de contactos elïctricos que se utilizan en la industria actual constan de varias fases en su aplicaciïn hasta conseguir la completa operatividad del contacto. Estas tïcnicas implican la deposiciïn del conductor sobre el sustrato final, un recrecimiento que se hace necesario en funciïn de la tïcnica empleada y un sinterizado del depïsito a fin de maximizar sus caracterïsticas conductoras y de adherencia al sustrato. Una de las tïcnicas mïs ampliamente extendida para la creaciïn de contactos metïlicos, especialmente en cïlulas solares comerciales, es la serigrafïa, que consiste en trasladar una capa de material con un patrïn deseado a la superficie de la oblea (dispositivo optoelectrïnico) . Las pantallas y las pastas son los elementos esenciales de esta tecnologïa. Sin embargo, esta tïcnica presenta algunos inconvenientes: es una tïcnica costosa y que necesita cambios de pantalla segïn la plantilla a utilizar y el control de parïmetros del proceso no es fïcil, ademïs no permite la deposiciïn de dos pastas metïlicas diferentes sin tratamiento tïrmicos intermedios. Por otra parte, es deseable obtener altas relaciones entre altura (espesor) y anchura de la lïnea metïlica depositada, denominado "aspect ratio" para tener un contacto eficiente, ya que se desea tener la mïnima resistencia del conductor (mïxima altura o espesor) con el mïnimo ïrea de contacto (el ïrea de contacto en una cïlula es ïrea perdida en el que no incide el sol) . A mayor altura de lïnea de capa depositada con la misma achura,

mejores resultados.

Ademïs, la serigrafïa requiere la aplicaciïn de presiïn sobre el dispositivo, lo que conlleva en ocasiones a la ruptura del mismo.

Aunque tambiïn se conoce la deposiciïn mediante transferencia con lïser (UFT, laser

induced forward transfer) del depïsito del material conductor desde un sustrato donante que lo contiene hasta un sustrato final, esta tïcnica no pueden considerarse tïcnicamente completa, puesto que necesita bien de un recrecimiento del contacto mediante tïcnicas de electrodeposiciïn, bien de un sinterizado en horno para la obtenciïn de resistividades y adherencias ïtiles. El problema de la sinterizaciïn convencional mediante horno es que produce inevitablemente una afectaciïn tïrmica en todo el dispositivo. Esto hace que cambien las caracterïsticas no sïlo de los contactos metïlicos, sino tambiïn del resto del dispositivo. En la presente invenciïn, se evitan calentamientos que pueden ser perjudiciales para el resto de los componentes de la pieza (ya sean capas semiconductores tipo p o tipo n, la heterouniïn p/n del semiconductor, capas conductoras transparentes o incluso el propio substrato) . La invenciïn que se propone resuelve las anteriores debilidades de las tïcnicas convencionales, proponiendo un procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos de forma efectiva y eficaz, entre las ventajas obtenidas mediante la presente invenciïn, se encuentran las siguientes: -Proceso de deposiciïn de contactos con gran flexibilidad, tanto en valores de anchura y altura del contacto como en posibilidad de variaciones rïpidas del estampado utilizado, es decir, existe gran flexibilidad en cuanto al patrïn o estampado ("pattern") a crear, -Aumento de resoluciïn en los valores de altura y anchura de los contactos, -Aumento de la velocidad de proceso, -Minimizaciïn de la afectaciïn tïrmica en el sinterizado, restringiïndola a la zona con contactos y no a la cïlula/dispositivo optoelectrïnico en sï, -Minimizaciïn del consumo de energïa para la creaciïn de los contactos elïctricos. Ademïs, los contactos creados mediante la presente invenciïn permiten tanto conducir como extraer la electricidad. El proceso supone un ahorro de material de contacto, ya que solo se utiliza la cantidad justa para realizar el mismo, no precisando de procesos de limpieza posteriores ni tratamientos tïrmicos adicionales.

Descripciïn de la invenciïn La presente invenciïn se refiere a un procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos en los dispositivos electrïnicos y optoelectrïnicos. A continuaciïn se definen algunos elementos que se utilizaran para la descripciïn de las etapas del procedimiento y que ayudarïn a la compresiïn del mismo.

Sustrato final: se trata de la superficie sobre la cual se desea depositar el contacto. Se trata, pues, de la superficie de cualquier dispositivo electrïnico u optoelectrïnico. Sustrato donante: lïmina transparente al lïser que se utiliza como portadora del material de contacto, y desde la cuïl se realiza su transferencia al sustrato final. Predepïsito: es el depïsito del material de contacto sobre el sustrato donante. Material de contacto: constituye el material que se desea transferir al sustrato final para servir de contacto, preferiblemente se trata de una pasta de base metïlica y con buenas propiedades conductoras intrïnsecamente o tras ser sometida a un proceso de curado. La pasta metïlica debe contener, preferiblemente, un metal con alto grado de conductividad elïctrica, como el cobre, la plata, etc. Tambiïn se puede utilizar pasta de nanopartïculas de carbono, nanotubos de carbono, pasta de grafeno o film de grafeno como material de contacto. Las pastas metïlicas son composiciones que ademïs del metal tienen una serie de componentes como fritas de vidrio en su mayorïa, modificadores de reologïa, disolventes, controladores del sinterizado y otros aditivos. El porcentaje de metal en la pasta puede variar entre el 10 y el 99%. Valores habituales de porcentaje de metal estïn comprendidos entre el 40 y el 90% y preferentemente, entre el 75 y el 85%. La presente invenciïn tiene por objeto describir un procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos mediante la transferencia de una pasta metïlica o material de contacto desde un sustrato donante a un sustrato final y su posterior sinterizado. El procedimiento incluye las siguientes etapas:

Deposiciïn del material de contacto o pasta metïlica sobre el sustrato final, mediante la transferencia de dicho material desde un sustrato donante al sustrato final utilizando la tïcnica de transferencia inducida por lïser (LlFT) . Preferiblemente se utilizan lïseres pulsados para llevar a cabo la deposiciïn del material de contacto -Sinterizado del material de contacto o pasta metïlica para conseguir la cohesiïn de dicho material de contacto o pasta metïlica y disminuir su resistencia, de manera que sus caracterïsticas de resistividad elïctrica y adherencia al sustrato final las hace ïtiles para la inyecciïn o extracciïn de corriente. Este proceso de sinterizado se realiza mediante un lïser, preferiblemente lïser continuo. Para realizar la deposiciïn de la pasta metïlica, el sustrato donante se sitïa junto al sustrato final, de manera que la pasta metïlica se sitïe entre ambos. Mediante la radiaciïn selectiva con la fuente lïser, la pasta metïlica es transferida al sustrato final, de manera que en ïl se forman los contactos. En esta etapa se deben tener en cuenta las siguientes variables: -Espesor de predepïsito de pasta metïlica sobre el sustrato donante....

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos en dispositivos electrïnicos u optoelectrïnicos caracterizado por comprender las siguientes etapas: -deposiciïn del material de contacto (1) sobre un sustrato final (3) , mediante la transferencia inducida por un lïser (4) de dicho material desde un sustrato donante (2) que contiene un predepïsito del material de contacto (1) al sustrato final (3) , que es el dispositivo electrïnico u optoelectrïnico, -sinterizado del material de contacto mediante una fuente lïser.

2. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos, segïn reivindicaciïn 1 donde la fuente lïser utilizada en la etapa de deposiciïn es una fuente de lïser pulsado.

3. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos, segïn reivindicaciïn 1 donde la fuente lïser utilizada en la etapa de sinterizado es una fuente de lïser continuo.

4. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos, segïn reivindicaciïn 3 donde el lïser continuo utilizado para el sinterizado es verde, con una potencia entre 5-20 vatios y tamaïo de spot de 120 micras, y con velocidades de barrido comprendidas entre 1 mm/s y 500 mm/s.

5. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos, segïn reivindicaciïn 1 donde la fuente lïser utilizada en la etapa de sinterizado es una fuente de lïser pulsado.

6. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos, segïn reivindicaciïn 1 donde el espesor de predepïsito del material de contacto en el sustrato donante es de 150 micras o inferior.

7. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos, segïn reivindicaciïn 6 donde el espesor de predepïsito del material de contacto en el sustrato donante es de entre 40 y 60 micras.

8. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos, segïn reivindicaciïn 1 donde la distancia entre el sustrato donante y el sustrato final durante el proceso de deposiciïn oscila entre 0, 1 Y 1000 micras.

9. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos, segïn reivindicaciïn 8 donde la distancia entre el sustrato donante y el sustrato final durante el proceso de deposiciïn estï entre 50 y 100 micras.

10. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos, segïn reivindicaciïn 1 donde el material de contacto utilizado es una pasta metïlica conductora.

11. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos, segïn reivindicaciïn 1

donde el material de contacto utilizado es una pasta de nanopartïculas de carbono, 5 nanotubos de carbono, pasta de grafeno, film de grafeno.

12. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos, segïn reivindicaciïn 10 donde la pasta metïlica contiene plata o cobre.

13. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos mediante el proceso

descrito en la reivindicaciïn 1 donde los contactos elïctricos creados tienen una 10 relaciïn entre su altura y anchura de entre 0, 0001 y 0, 5.

14. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos mediante el proceso descrito en la reivindicaciïn 1 donde los contactos elïctricos creados tienen una anchura que oscila entre 4 y 200 micras.

15. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos segïn reivindicaciïn 14 15 donde la anchura de los contactos elïctricos estï entre 50 y 100 micras.

16. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos, segïn reivindicaciïn 1, donde los dispositivos electrïnicos son LEDs, OLEDs o cïlulas solares formadas por elementos de la tabla periïdica comprendidos en las columnas 111 a V.

17. Procedimiento para la creaciïn de contactos elïctricos, segïn reivindicaciïn

16, donde los contactos se crean en la parte frontal o en la parte trasera del dispositivo electrïnico, siendo ïste una cïlula solar formada por elementos de la tabla periïdica comprendidos en las columnas 111 a V.

18. Contactos elïctricos creados mediante el procedimiento descrito en cualquiera de las reivindicaciones anteriores.