Medio imprimible para grabar capas oxídicas, transparentes y conductoras.

Medio de grabado que se puede imprimir y dispensar para grabar superficies y capas oxídicas,

transparentes yconductoras en forma de una pasta de grabado que contiene

a) ácido fosfórico en una concentración en el intervalo de aproximadamente 35 a 50% en peso,

b) al menos un disolvente

c) grafito y/o negro de carbón con un diámetro de partícula relativo en el intervalo de 20 nm a 80 nm y unasuperficie BET específica en el intervalo de 40 a 100 m2/g, en una cantidad de menos de 8% en peso, pero de másde 0,5% en peso,

d) dado el caso, un espesante, y

e) dado el caso, aditivos como antiespumantes, agentes tixotrópicos, agentes de control del flujo, desaireadores,agentes de adhesión.

Medio imprimible para grabar capas oxídicas, transparentes y conductoras La presente invención se refiere a nuevos medios de grabado imprimibles con propiedades mejoradas para utilizarlos en el proceso de elaboración de células solares. Se trata de composiciones adecuadas que contienen partículas, las cuales pueden grabarse de una forma muy selectiva mediante líneas y estructuras muy finas sin dañar ni afectar las superficies colindantes.

Estado de la técnica y objeto de la invención En el proceso de elaboración de células solares deben estructurarse capas de óxido, entre otras, sobre un material

de soporte. Por lo general, una célula solar de silicio cristalina consta de un sustrato tipo p en cuya parte delantera se difunde una capa gruesa homogénea de una sustancia conductora tipo n, por ejemplo, fósforo. Sobre la parte delantera y trasera de la oblea se aplica un contacto metálico conductor para eliminar la corriente que se genera bajo la incidencia de la luz. En vistas a una elaboración rentable y una producción adecuada a gran escala, por lo general el contacto se elabora mediante serigrafía.

Aparte de las capas de óxido que deben estructurarse en el marco de la elaboración de células solares, también deben grabarse capas de nitruro de silicio. Para el grabado de las capas de nitruro correspondientes, los métodos utilizados deben modificarse y las pastas de grabado deben adaptarse de una forma adecuada.

Las superficies de las células solares de silicio cristalinas se cubren con capas finas inorgánicas durante el proceso de elaboración, y, dado el caso, también tras su finalización. Estas capas presentan grosores en el intervalo de 20 a 200 nm, en la mayoría de los casos en el intervalo de 50 a 150 nm.

Por esto, en el transcurso del proceso de producción de las células solares de silicio cristalinas, es ventajoso grabar líneas finas en estas capas inorgánicas de las células solares en varias etapas de proceso.

Estas aberturas en la superficie de las células solares pueden utilizarse, por ejemplo, para obtener un denominado emisor selectivo, también llamado emisor de dos etapas. Para ello, en una posterior etapa de difusión, en las 25 aberturas parciales de una barrera de difusión situada sobre el silicio, se genera un elevado dopaje tipo n, preferentemente mediante fósforo que se difunde. En la presente descripción se entiende por superficies inorgánicas compuestos de silicio oxídicos y que contienen nitruro, en particular superficies de óxido de silicio y nitruro de silicio. Los modos de acción de tales barreras de difusión son conocidos por los especialistas y se describen en la bibliografía [A. Goetzberger; B. Voß; J. Knobloch, Sonnenenergie: Photovoltaik, Teubner

Studienbücher Stuttgart 1997, págs. 40; 107]. En este caso, las barreras de difusión pueden obtenerse de formas variadas:

Por ejemplo, se obtienen capas de dióxido de silicio muy gruesas mediante el tratamiento térmico del silicio en una atmósfera que contiene oxígeno a temperaturas en el intervalo de 900ºC (óxido térmico) .

Asimismo, los especialistas conocen la separación del dióxido de silicio mediante procedimientos CVD. En este 35 caso, según las condiciones de reacción se distinguen, entre otros, los siguientes procedimientos

-APCVD (CVD a presión atmosférica)

- PE-CVD (CVD mejorado por plasma)

- LP-CVD (CVD a baja presión)

Estos procedimientos tienen en común que a partir de la fase gas de un precursor volátil, en el ejemplo del dióxido de silicio son, por ejemplo, silano (SiH4) o TEOS (tetraetilortosilicato) , mediante la separación por descomposición del precursor sobre el sustrato objetivo, se obtienen los compuestos inorgánicos deseados.

Además, mediante recubrimiento por química húmeda con un precursor líquido o sólido disuelto en un disolvente o una mezcla de disolventes, se pueden obtener capas de dióxido de silicio que presentan una barrera de difusión. Estos sistemas líquidos se depositan sobre el sustrato a recubrir mayoritariamente mediante revestimiento por

rotación. Los especialistas conocen estos sistemas como Spin-on-Glass (SOG, por las siglas en inglés) .

En muchos casos la capa de SiO2 depositada también se queda como capa de pasivación de baja reflexión. Este es el caso habitual, en particular en SiO2 formadas térmicamente.

Excepto las capas de óxido de silicio, las capas conductoras transparentes (TCO) tienen un papel importante (p. ej.: pantallas LC, pantallas táctiles, etc.) . Aparte de los compuestos de ZnO dopados de forma binaria o ternaria (como,

p. ej., óxido de cinc-indio, Al-ZnO, antimonio-ZnO) , en particular las capas de óxido de estaño e indio están muy extendidas. Los óxidos de estaño e indio son óxidos mixtos compuestos por óxido de indio (In2O3) y óxido de estaño (IV) (SnO2) (pero también pueden utilizarse con otros compuestos dopantes, como, p. ej., flúor en forma de Fl:SnO2) . A continuación estas capas TCO se denominarán de forma ejemplar ITO. Estos semiconductores transparentes presentan la característica de conducir la electricidad y ser trasparentes. En la industria electrónica se emplean para la elaboración de células solares de capa fina, electrodos transparentes en pantallas de cristal líquido, diodos luminosos orgánicos y pantallas táctiles. Como semiconductor fuertemente reflector de la radiación infrarroja, las ITO también se aplican ocasionalmente en grandes superficies como protección contra el calor en vidrios de ventana. Del mismo modo, se pueden recubrir con ITO las más diversas superficies, por ejemplo, láminas de plástico, para que no se carguen electrostáticamente.

Por lo general, las ITO están compuestas por un 90% de óxido de indio (In2O3) y un 10% de óxido de estaño (IV) (SnO2) . El óxido de estaño (IV) genera como medio de dopaje las impurezas necesarias para una buena conductividad eléctrica en la estructura cristalina del óxido de indio. Las capas finas de típicamente unos 200 nm presentan una elevada transparencia y una resistencia laminar de aproximadamente 6 Ohm/cm2.

Habitualmente, las ITO se aplican mediante pulverización catódica sobre los sustratos correspondientes, casi siempre cristales. Sin embargo, las ITO también pueden aplicarse por evaporación a un vacío elevado, para lo cual, no obstante, los componentes evaporados deben calentarse hasta 360ºC, lo que limita la aplicabilidad.

Las capas de nitruro de silicio se utilizan menos como barreras de difusión en la técnica de las células solares cristalinas, aunque en principio también sean adecuadas para ello. Las capas de nitruro de silicio se utilizan básicamente como capas de pasivación y antirreflexión.

En la elaboración de células solares de silicio cristalinas también es ventajoso poder generar aberturas dirigidas en las capas de nitruro de silicio. Como ejemplo se menciona aquí la aplicación de pastas conductoras de la electricidad. Por lo general, estas pastas metálicas se aplican mediante un proceso “fire-through” a temperaturas de unos 600 ºC a través de la capa de nitruro de silicio, con lo cual se hace posible un contacto eléctrico con la capa emisora. Por lo tanto, debido a las elevadas temperaturas, las pastas de metalización basadas en polímeros (resina epoxi o fenólica) no se utilizan para este propósito. Durante la realización del proceso “fire-through” también se originan defectos cristalinos y contaminaciones metálicas en el silicio que se encuentra debajo. Además, según el sistema, la capa de pasivación se destruye completamente a través de la pasta metálica impresa que se encuentra encima. Por consiguiente, sería más ventajoso elaborar una abertura parcial más estrecha en la capa de nitruro de silicio para el contacto eléctrico, y la conservación de la capa de pasivación en las zonas circundantes que se cubren mediante la capa de metalización dispuesta encima.

Aparte de las barrera de difusión puras, compuestas por dióxido de silicio o nitruro de silicio, también pueden 35 utilizarse capas de vidrio finas en la elaboración de células solares de silicio cristalinas.

Definición de vidrio:

De por sí, se entiende por vidrio una masa homogénea, p. ej., vidrio de cuarzo, vidrio de ventana, vidrio de borosilicato, pero también capas finas de estos materiales, las cuales pueden obtenerse sobre otros sustratos (p. ej.: cerámicas, chapas metálicas, obleas de silicio) mediante distintos procedimientos conocidos por el especialista (CVD, PVD, spin-on, oxidación térmica, entre otros) .

En adelante se entenderán por vidrios los materiales que contienen óxido de silicio y nitruro de silicio que... [Seguir leyendo]

1. Medio de grabado que se puede imprimir y dispensar para grabar superficies y capas oxídicas, transparentes y conductoras en forma de una pasta de grabado que contiene a) ácido fosfórico en una concentración en el intervalo de aproximadamente 35 a 50% en peso,

b) al menos un disolvente c) grafito y/o negro de carbón con un diámetro de partícula relativo en el intervalo de 20 nm a 80 nm y una superficie BET específica en el intervalo de 40 a 100 m2/g, en una cantidad de menos de 8% en peso, pero de más de 0, 5% en peso,

d) dado el caso, un espesante, y

e) dado el caso, aditivos como antiespumantes, agentes tixotrópicos, agentes de control del flujo, desaireadores, agentes de adhesión.

2. Medio de grabado según la reivindicación 1 que contiene polvo de grafito o de negro de carbón con diámetros de partícula relativos de menos de 50 nm y una superficie BET específica en el intervalo de 50 a 70 m2/g.

3. Medio de grabado según la reivindicación 1 que contiene polvo de grafito o negro de carbón con diámetros de 15 partícula relativos en el intervalo de 30 nm a 45 nm.

4. Medio de grabado según la reivindicación 1 que contiene polvo de negro de carbón con un diámetro de partícula relativo de 40 nm y una superficie BET específica de 62 m²/g.

5. Medio de grabado según una o varias de las reivindicaciones de la 1 a la 4 que contiene polvo de grafito o de negro de carbón en una cantidad de 3 a 7% en peso y una viscosidad en el intervalo de 25 a 35 Pas.

6. Uso de un medio de grabado según una o varias de las reivindicaciones de la 1 a la 5 para grabar capas oxídicas, conductoras y transparentes durante la elaboración de semiconductores.

7. Uso de un medio de grabado según una de las reivindicaciones de la 1 a la 5 para grabar ITO a temperaturas entre 120 y 170°C.

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3