DE102008032784A1 - Pasty consistency composition for forming electrical contacts on a silicon solar wafer and contact made therewith - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung mit pastöser Konsistenz, die für die Ausbildung elektrischer Kontakte auf einem Silicium-Solarwafer eingesetzt werden kann, und damit hergestellte elektrische Kontakte. Aufgabe der Erfindung ist es, Möglichkeiten für eine kostengünstige Herstellung elektrischaffen, wobei auch das Gesundheitsgefährdungspotential reduziert werden kann. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung ist mit 60 bis 90 Masse-% Ag oder Au, 5 bis 15 Masse-% eines Glases, die in Partikelform enthalten sind, und 5 bis 25 Masse-% an organischen Komponenten, gebildet. Das Glas, das mit mindestens 30 Mol-% SnO und mindestens 10 Mol-% SiO2 gebildet ist, enthält dabei aber kein Pb und kein Bi.The invention relates to a composition of pasty consistency, which can be used for the formation of electrical contacts on a silicon solar wafer, and electrical contacts produced therewith. The object of the invention is to provide opportunities for a cost-effective production of electric monkeys, whereby the health hazard potential can be reduced. The composition of the present invention is formed with 60 to 90% by mass of Ag or Au, 5 to 15% by mass of a glass contained in particulate form and 5 to 25% by mass of organic components. The glass, which is formed with at least 30 mol% SnO and at least 10 mol% SiO 2, contains no Pb and no Bi.
Description
Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung mit pastöser Konsistenz, die für die Ausbildung elektrischer Kontakte auf einem Silicium-Solarwafer eingesetzt werden kann und damit hergestellte elektrische Kontakte.The The invention relates to a composition of pasty consistency, for training electrical contacts on one Silicon solar wafers can be used and manufactured therewith electrical contacts.
Silicium-Solarwafer müssen an ihrer Vorder- und Rückseite mit elektrischen Kontakten versehen werden. Dabei ist zu beachten, dass vor der Ausbildung solcher elektrischer Kontakte, die Vorderseite mit einer antireflektierenden Oberflächenschicht, die üblicherweise mit Siliciumnitrid gebildet ist, versehen worden ist.Silicon solar wafer must be at their front and back with electrical Be provided contacts. It should be noted that before training Such electrical contacts, the front with an anti-reflective Surface layer, usually with silicon nitride is formed, has been provided.
Dabei wird in der Regel so vorgegangen, dass eine Paste, mit einer für die Dickschichttechnik geeigne ten Viskosität, selektiv auf die Oberfläche des mit der antireflektierenden Oberflächenschicht versehenen Silicium-Solarwafer aufgebracht wird. Überwiegend wird hier das Siebdrucken eingesetzt.there is usually done so that a paste, with a for the thick-film technique suitable viscosity, selective on the surface of the antireflective surface layer provided silicon solar wafer is applied. Mostly Here screen printing is used.
Bei der Ausbildung von elektrischen Kontakten an der Rückseite kann ähnlich vorgegangen werden, wobei die gesamte Oberfläche genutzt werden kann und dabei aber die dortige p-Dotierung berücksichtigt werden soll.at the formation of electrical contacts on the back can be proceeded similarly, with the entire surface can be used while taking into account the local p-doping shall be.
Die Pasten enthalten dabei hohe Anteile elektrisch leitender Metallpartikel, ein Glas und organische Bestandteile. Die Metallpartikel sind für die erforderliche elektrische Leitfähigkeit der herzustellenden Kontakte und das Glas als Binder sowie für die Haftung enthalten. Die organischen Komponenten sind für die Verarbeitbarkeit beim Auftrag enthalten und werden nach dem Auftrag bei einer Wärmebehandlung ausgetrieben bzw. teilweise für eine Redoxreaktion genutzt.The Pastes contain high proportions of electrically conductive metal particles, a glass and organic ingredients. The metal particles are for the required electrical conductivity of the produced Contacts and the glass as a binder as well as for adhesion contain. The organic components are for processability Included in the order and will be after the order during a heat treatment expelled or partially used for a redox reaction.
Als bevorzugtes Metall kommt für an der Vorderseite der Silicium-Solarwafer auszubildenden elektrischen Kontakte Ag zum Einsatz.When preferred metal comes for at the front of the silicon solar wafers apprentice electrical contacts Ag for use.
Das eingesetzte Glas soll dabei ein Erweichungs- und Schmelzverhalten aufweisen, das die Eigenschaften des Siliciums berücksichtigt und dabei bei der ohnehin durchzuführenden Wärmebehandlung ein Durchätzen der antireflektierenden Oberflächenbeschichtung bewirken können.The used glass should have a softening and melting behavior which takes into account the properties of the silicon and doing so in the already performed heat treatment a through-etching of the anti-reflective surface coating can effect.
Bisher werden in der Regel bleihaltige Gläser aus diesem Grunde eingesetzt, wobei der Anteil an Blei hoch ist.So far These are usually leaded glasses for that reason used, wherein the proportion of lead is high.
Bei der Wärmebehandlung für die Ausbildung der elektrischen Kontakte ist aber nicht nur das enthaltene Silber für die gewünschte elektrische Leitfähigkeit von Bedeutung, sondern das im Glas enthaltene Bleioxid beteiligt. Bei Kontakt mit dem Silicium wird dieses teilweise reduziert und Silicium aus dem Wafersubstrat herausgeätzt. Dabei bilden sich pyramidale Strukturen an der Waferoberfläche aus. Ag und Pb bilden eine flüssige Mischphase, aus der bei der an die Wärmebehandlung nachfolgenden Abkühlung Ag-Kristallite in die Vertiefungen der pyramidalen Struktur hinein kristallisieren, wodurch die elektrisch leitende Verbindung zum Wafersubstrat verbessert ist.at the heat treatment for the training of electrical Contacts is not just the silver for the desired electrical conductivity of importance, but involved in the glass contained lead oxide. In contact with the silicon is this partially reduced and silicon from the Etched out wafer substrate. This forms pyramidal Structures on the wafer surface. Forming Ag and Pb a liquid mixed phase, from which at the heat treatment subsequent cooling Ag crystallites in the wells crystallize into the pyramidal structure, causing the electric conductive connection to the wafer substrate is improved.
Da aber Pb und auch Cd Schwermetalle sind, und von ihnen eine erhebliche gesundheitsschädigende Wirkung ausgehen kann, ist deren Einsatz unerwünscht und wird auch durch gesetzliche Bestimmungen vermieden bzw. behindert.There but Pb and Cd are heavy metals, and of them a considerable one is harmful to health is their Use unwanted and is also governed by law avoided or impeded.
Aus
diesem Grunde wurde in
Eine ähnliche
technische Lösung ist auch aus
Nun ist aber auch die Wirkung von Bi auf Organismen und die Umwelt noch nicht vollständig geklärt und es daher auch nicht sicher inwieweit sich dies zukünftig nachteilig auch für ggf. neu zu erlassende gesetzliche Bestimmungen auswirken kann. Außerdem sind die Beschaffungskosten von Wismut deutlich höher als dies bei dem bisher eingesetzten Blei der Fall war.Now but also the effect of bi on organisms and the environment is still not fully understood and therefore not certainly to what extent this will be detrimental for future possibly new legislation to be passed. In addition, the procurement costs of bismuth are clear higher than the lead used to date was.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung Möglichkeiten für eine kostengünstige Herstellung elektrisch leitender Kontakte für Silicium-Solarwafer zu schaffen, wobei auch das Gesundheitsgefährdungspotential reduziert werden kann.It is therefore an object of the invention possibilities for a cost-effective production of electrically conductive contacts for silicon solar wafers, including the health hazard potential can be reduced.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein elektrisch leitender Kontakt, der mit dieser Zusammensetzung hergestellt werden kann, ist mit Anspruch definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.According to the invention this task with a composition according to claim 1 solved. An electrically conductive contact with this Composition can be prepared is defined by claim. Advantageous embodiments and further developments of the invention can with features referred to in the subordinate claims be achieved.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung mit pastöser Konsistenz, weicht im Wesentlichen vom Stand der Technik dadurch ab, dass ein Glas enthalten ist, in dem weder PB noch Bi enthalten ist. Das eingesetzte Glas ist dabei mit mindestens 30 Mol.-% SnO und mindestens 10 Mol.-% SiO2 gebildet.The pasty consistency composition of the present invention differs substantially from the prior art in that it contains a glass in which neither PB nor Bi is contained. The glass used is formed with at least 30 mol .-% SnO and at least 10 mol .-% SiO 2 .
Neben den mindestens 5 und maximal 15 Masse-% dieses Glases ist die Zusammensetzung mit 60 bis 90 Masse-% Ag oder Au gebildet. Diese sind in Partikelform enthalten und sollten eine mittlere Partikelgröße d50 von 1 bis 5 μm aufweisen. Für die Verarbeitbarkeit in Dickschichttechnologie sind 5 bis 25 Masse-% organi sche Komponenten enthalten, wobei der größere Anteil ein organisches Lösungsmittel ist. Dabei können 2 bis 50 Masse-% Feststoff/Polymer in 50 bis 98 Masse-% Lösungsmittel und 0 bis 5 Masse-% Zusatzstoff(e), z. B. Tenside oder Benetzungsmittel eingesetzt werden. So können darin beispielsweise 30 Masse-% Acrylat und 70 Masse-% Terpineol enthalten sein.Next the at least 5 and at most 15% by mass of this glass is the composition formed with 60 to 90 mass% Ag or Au. These are in particle form contain and should have a mean particle size d50 from 1 to 5 μm. For processability In thick-film technology, 5 to 25% by weight of organic components contain, with the larger portion an organic Solvent is. In this case, 2 to 50% by mass Solid / polymer in 50 to 98% by weight of solvent and 0 to 5% by mass of additive (s), e.g. As surfactants or wetting agents be used. For example, 30% by mass can be included therein. Acrylate and 70% by mass terpineol be included.
Da der Anteil an Sn im Glas für die erreichbare elektrische Leitfähigkeit im Kontaktbereich Waferoberfläche und dem herzustellenden elektrischen Kontakt von Bedeutung ist und dabei eine bei der Wärmebehandlung auftretende Reduktion von Zinnoxid ausgenutzt werden kann, um ebenfalls eine flüssige Mischphase von Zinn und dem Edelmetall in zumindest ähnlicher Form, wie beim bisher eingesetzten PbO, ausnutzen zu können, sollte der Anteil an SnO im Glas möglichst hoch bevorzugt mindestens 50 Mol.-%, besonders bevorzugt mindestens 60 Mol.-% betragen.There the proportion of Sn in the glass for the achievable electrical Conductivity in the contact area wafer surface and the electrical contact to be produced is of importance and while a reduction occurring during the heat treatment Of tin oxide can be exploited, also a liquid Mixed phase of tin and the precious metal in at least similar Form, as with the previously used PbO exploit, the proportion of SnO in the glass should be as high as possible at least 50 mol .-%, particularly preferably at least 60 mol .-% amount.
Neben den beiden bereits erwähnten Oxiden kann im in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthaltenen Glas auch mindestens ein weiteres Oxid eines Metalls enthalten sein, das ausgewählt ist aus B, Al, P, V, Na, Ca und Zn. Dadurch kann weiter Einfluss auf das Erweichungs- und Schmelzverhalten des Glases bei der Wärmebehandlung genommen werden. Eine weitergehende Einflussmöglichkeit besteht für die Kristallitbildung des Glases bei der nachfolgenden Abkühlung, da diese möglichst vermieden werden soll. Die Kristallisation von Ag oder Au unmittelbar auf der Siliciumoberfläche des Wafers soll aber nicht ver- oder behindert werden.Next the two oxides already mentioned in the inventive Composition contained glass also at least one other oxide a metal selected from B, Al, P, V, Na, Ca and Zn. This can further influence the softening and melting behavior of the glass during the heat treatment be taken. A further influence possibility consists in the crystallization of the glass in the subsequent one Cool down, as they are avoided as much as possible should. The crystallization of Ag or Au directly on the silicon surface The wafer should not be obstructed or obstructed.
Das bei der Erfindung einsetzbare Glas mit dem SnO lässt sich gut erschmelzen und dann in Wasser frit ten. Aus der Glasfritte kann ein Pulver hergestellt und mit den Ag- oder Au-Partikeln gut vermischt sowie mit organischem Binder und Lösungsmittel zu einer Paste verarbeitet werden, die dann einfach auf die jeweilige Oberfläche des Silicium-Solarwafers aufgebracht werden kann.The can be used in the invention glass with the SnO can be Melt well and then fry in water. From the glass frit can made a powder and mixed well with the Ag or Au particles as well as with organic binder and solvent to one Paste can be processed, which is then easy on the respective surface of the silicon solar wafer can be applied.
Ein bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung einsetzbares Glas kann neben den beiden wesentlichen Bestandteilen SnO und SiO2 auch 1 bis 30 Mol.-% B2O3, 0,5 bis 20 Mol.-% Al2O3, 1 bis 55 Mol.-% P2O5, 0,5 bis 10 Mol.-% V2O5, 1 bis 40 Mol.-% ZnO, 1 bis 15 Mol.-% Na2O oder 1 bis 15 Mol.-% CaO enthalten.A glass which can be used in the composition according to the invention can contain, in addition to the two essential constituents SnO and SiO 2, also 1 to 30 mol% of B 2 O 3 , 0.5 to 20 mol% of Al 2 O 3 , 1 to 55 mol. % P 2 O 5 , 0.5 to 10 mol% of V 2 O 5 , 1 to 40 mol% of ZnO, 1 to 15 mol% of Na 2 O or 1 to 15 mol% of CaO.
Bevorzugte
Glaszusammensetzungen sind mit
30 Mol.-% SiO2,
69 Mol.-% SnO, 1,0 Mol.-% und Al2O3
oder
19 Mol.-% SiO2,
60 Mol.-% SnO, 19 Mol.-% B2O3 und
2,0 Mol.-% Al2O3
oder
17
Mol.-% SiO2, 62 Mol.-% SnO, 10 Mol.-% B2O3, 9,0 Mol.-% Na2O und 2,0 Mol.-% Al2O3
oder
17 Mol.-% SiO2,
62 Mol.-% SnO, 10 Mol.-% B2O3,
10,0 Mol.-% CaO und 1,0 Mol.-% Al2O3 gebildet.Preferred glass compositions are with
30 mol% SiO 2 , 69 mol% SnO, 1.0 mol% and Al 2 O 3
or
19 mol% SiO 2 , 60 mol% SnO, 19 mol% B 2 O 3 and 2.0 mol% Al 2 O 3
or
17 mol% SiO 2 , 62 mol% SnO, 10 mol% B 2 O 3 , 9.0 mol% Na 2 O and 2.0 mol% Al 2 O 3
or
17 mol% SiO 2 , 62 mol% SnO, 10 mol% B 2 O 3 , 10.0 mol% CaO and 1.0 mol% Al 2 O 3 .
Eine solche Glaszusammensetzung kann bevorzugt mit insgesamt 10 Masse-% neben 70 Masse-% Ag oder Au und 20 Masse-% organischer Bestandteile eine erfindungsgemäße Zusammensetzung bilden.A such glass composition may preferably have a total of 10% by mass besides 70% by mass of Ag or Au and 20% by mass of organic constituents form a composition of the invention.
Damit kann bei der Wärmebehandlung nach dem Auftrag auf die Slicium-Solarwaferoberfläche ein elektrischer Kontakt hergestellt werden, der mit mindestens 90 Masse-% Ag oder Au und mindestens 3 Masse-% des Gla ses gebildet ist.In order to can during heat treatment after application to the Slicium solar wafer surface made an electrical contact with at least 90 mass% Ag or Au and at least 3 mass% of the glass formed is.
Nachfolgend soll die Erfindung mit Hilfe von Beispielen weitergehend erläutert werden.following the invention should be further explained by means of examples become.
Für die Herstellung eines bei der Erfindung einsetzbaren Glases sollten folgende Bemerkungen berücksichtigt werden.For the preparation of a glass usable in the invention should the following comments are taken into account.
Das Mischen der Ausgangsstoffe sollte in geeigneten Behältnissen, Mahlaggregaten und Mahlhilfsmitteln erfolgen, um eine homogene Mischung eines Glasversatzes zu erreichen. Ein Glasversatz kann in ein Glasschmelzaggregat gegeben werden, dessen Aufbau die Durchführung des Schmelzprozesses beeinflusst. Dabei ist generell darauf zu achten, dass die Schmelze in einer inerten Atmosphäre (Wasserstoff, Argon, Helium), bevorzugt einer reduzierenden Atmosphäre (Wasserstoff, Ammoniak, Formiergas, Varigon, Kohlenmonoxid) gehalten wird. Bei der Temperatursteuerung sollte die jeweilige Glaszusammensetzung beachtet werden. Für das Schmelzen sollten bevorzugt keramische Behältnisse (Al2O3, SiO2, ZrO2, Mullit u. a.) oder ein Glasofen mit feuerfester keramischer Auskleidung eingesetzt werden. Im Falle des Einsatzes metallischer Behältnisse soll gesichert sein, dass es unter den reduzierenden Bedingungen beim Schmelzen nicht zu einer Legierungsbildung zwischen dem metallischen Zinn und dem Metall des Behältnisses kommen kann.The mixing of the starting materials should be carried out in suitable containers, milling aggregates and grinding aids in order to achieve a homogeneous mixture of glass dislocation. A glass offset can be added to a glass melting unit, the structure of which influences the execution of the melting process. It is generally important to ensure that the melt in an inert atmosphere (hydrogen, argon, helium), preferably a reducing atmosphere (hydrogen, ammonia, forming gas, Varigon, carbon monoxide) is maintained. When controlling the temperature, the respective glass composition should be taken into account. For the melting, preference should be given to using ceramic containers (Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , mullite, etc.) or a glass furnace with a refractory ceramic lining. In the case of the use of metallic containers should be ensured that it can not come under the reducing conditions during melting to an alloy between the metallic tin and the metal of the container.
Daraus ergeben sich verschiedene Varianten für ein einsetzbares Glasschmelzaggregat und der Durchführung des Schmelzprozesses.from that There are different variants for a usable Glass melting unit and the implementation of the melting process.
Beim Einsatz eines Tiegels als Behältnis kann der Glasversatz in einen kleineren Tiegel eingefüllt wer den, der in einen größeren Tiegel gestellt werden kann. Der größere Tiegel wird abgedeckt, um einen geschlossenen Schmelzraum zu bilden. In den größeren Tiegel wird ein fester oder flüssiger Stoff gegeben, mit dem in Folge von Zersetzungsprozessen eine reduzierende oder inerte Atmosphäre im Schmelzraum gebildet wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann bei Einsatz von SnC2O4 als Rohstoff dessen Zersetzung eine reduzierende Atmosphäre über der Schmelze bilden kann.When using a crucible as a container, the glass offset can be filled into a smaller crucible who the who can be placed in a larger crucible. The larger crucible is covered to form a closed melting chamber. In the larger crucible a solid or liquid substance is given, with which as a result of decomposition processes, a reducing or inert atmosphere is formed in the melting space. Additionally or alternatively, when SnC 2 O 4 is used as a raw material, its decomposition may form a reducing atmosphere over the melt.
Das Schmelzen kann auch in einem Ofenaggregat durchgeführt werden, in dem eine inerte oder reduzierende Atmosphäre durch Zuführung eines geeigneten Gases oder einer Gasmischung erhalten werden kann.The Melting can also be done in a kiln aggregate be in which an inert or reducing atmosphere by supplying a suitable gas or a gas mixture can be obtained.
In einer weiteren Alternative kann auch ein Glasschmelzaggregat eingesetzt werden, das über die Oxidation von Kohlenwasserstoffverbindungen beheizt werden kann. Und in dem sich durch λ-Regelung eine reduzierende Atmosphäre einstellen lässt.In In another alternative, a glass melting unit can also be used that's about the oxidation of hydrocarbon compounds can be heated. And in which by λ-control a can set reducing atmosphere.
Im Anschluss an den Schmelzprozess kann die Glasschmelze abgegossen werden oder im Behältnis erstarren. Das Abgießen kann in Wasser oder auf eine andere geeignete feste Unterlage (Stahl, Graphit) erfolgen.in the Following the melting process, the molten glass can be poured off become or solidify in the container. The pouring may be in water or other suitable solid support (steel, Graphite).
Bei
der Erfindung können nachfolgend in der Tabelle angeführte
Zusammensetzungen genutzt werden. Die Angaben sind jeweils in mol
Für
die jeweiligen Komponenten können folgende Verbindungen
bzw. Stoffe eingesetzt werden:
SiO2 Quarzmehl,
das unter der Handelsbezeichnung Millisi W8 von Quarzwerk Frechen
erhältlich ist
Al2O3 Al(OH)3 fein gepulvert
rein Hydrargillit (Fa. VWR – 1.01093.1000)
SnO SnO
99,9% metals (Alfa Aesar) oder SnC2O4 p. A. (Merck)
ZnO ZnO z. A. ACS, VWR
(1.08849.1000)
B2O3 H3BO3 gepulvert reinst
EMPROVE® (FA. VWR – 1.00162.5000)The following compounds or substances can be used for the respective components:
SiO 2 quartz flour, available under the trade name Millisi W8 from Quarzwerk Frechen
Al 2 O 3 Al (OH) 3 finely powdered pure hydrargillite (VWR - 1.01093.1000)
SnO SnO 99.9% metals (Alfa Aesar) or SnC 2 O 4 p. A. (Merck)
ZnO ZnO z. A. ACS, VWR (1.08849.1000)
B 2 O 3 H 3 BO 3 pure powdered EMPROVE ® (FA VWR -. 1.00162.5000)
Diese Komponenten werden als Rohstoffe in verschraubbaren Kunststoffbehältern auf einem Topfroller über 60 min homogenisiert. Dabei kann dies durch Zugabe von Mahlkugeln aus Al2O3 unterstützt werden.These components are homogenized as raw materials in screw-on plastic containers on a pot roller for over 60 minutes. This can be supported by adding grinding balls made of Al 2 O 3 .
Der homogenisierte Versatz wird in einen Korund-Tiegel gegeben, der in einen größeren Korund-Tiegel gestellt wird. Der Füllgrad im kleinen Tiegel sollte 60% des Tiegelgesamtvolumens nicht überschreiten. In den größeren Tiegel wird eine 1:1 – Mischung aus Graphit- und Ruß als Opfermaterial gegeben. Damit kann eine ausreichende reduzierende Atmosphäre über der Glasschmelze ausgebildet werden. Beim Schmelzen soll der größere Tiegel mit einem passenden Deckel aus Korund verschlossen werden. Das Schmelzen des Glases erfolgt in einem Kammerofen an Luft bei 1300°C bis 1350°C über einen Zeitraum von 3 h. Anschließend werden beide Tiegel dem Ofen entnommen und die Glasschmelze auf eine Stahlplatte oder in Wasser gefrittet. Bei Fritten in Wasser wird das Glas für 24 h bei 200°C an Luft getrocknet. Nachfolgend wird die Glasfritte in einer Scheibenschwingmühle auf eine mittlere Partikelgröße d50 kleiner 100 μm vorzerkleinert. Die vorzerkleinerte Glasfritte wird dann in einer Planetenkugelmühle mit einem Achat-Behälter und Achat-Mahlkugeln weiter gemahlen, bis eine mittlere Partikelgröße d50 kleiner 10 μm erreicht ist. Das so gemahlene Glaspulver soll in einem geschlossenen Behälter und in einem Exsicator aufbewahrt werden.The homogenized offset is placed in a corundum crucible which is placed in a larger corundum crucible. The filling level in the small crucible should not exceed 60% of the total crucible volume. Place in the larger crucible a 1: 1 mixture of graphite and carbon black as the sacrificial material. Thus, a sufficient reducing atmosphere can be formed over the molten glass. When melting, the larger crucible should be closed with a suitable cover made of corundum. The melting of the glass takes place in a chamber furnace in air at 1300 ° C to 1350 ° C over a period of 3 h. Then both crucibles are removed from the oven and the glass melt is fritted on a steel plate or in water. Frits in water, the glass is dried for 24 h at 200 ° C in air. Subsequently, the glass frit is pre-shredded in a disk vibrating mill to an average particle size d 50 smaller than 100 microns. The pre-shredded glass frit is then further ground in a planetary ball mill with an agate container and agate grinding balls until an average particle size d 50 smaller than 10 microns is reached. The ground glass powder should be kept in a closed container and in a desiccator.
Alternativ dazu kann die Glasschmelze auch in einem Kammerofen hergestellt werden, in dem eine reduzierende Gasatmosphäre durch Zuführung von Formiergas oder Varigon eingestellt werden kann. Die weitere Verabeitung von Schmelze und Fritte kann wie vorab erläutert auch dann so durchgeführt werden.alternative For this purpose, the glass melt can also be produced in a chamber furnace be in which a reducing gas atmosphere by feeding can be adjusted by Formiergas or Varigon. The others Processing of melt and frit can be explained as above be done that way too.
Die pastöse Zusammensetzung und deren Einbrand zur Ausbildung von Kontakten können erhalten und erreicht werden, wenn ein organischer Binder durch Lösung eines Polymers mit einem Lösungsmittel eingesetzt wird. Feststoffkomponenten werden eingewogen und mit Tubular homogenisiert. Die homogenisierten Feststoffe werden in den organischen Binder mit einem Dissolver oder einer Mörsermühle eingearbeitet.The pasty composition and their penetration for training Contacts can be obtained and achieved when an organic binder by dissolving a polymer with a solvent is used. Solid components are weighed and homogenized with Tubular. The homogenized solids be in the organic binder with a dissolver or a Mortar grinder incorporated.
Die letztendliche Homogenisierung erfolgt mit mehreren Walzengängen (Dreizahlwerk) und Bestimmung der Mahlfeinheit. Die Anzahl der Walzengänge ist von der zu erreichenden Mahlfeinheit (< 10 μm) abhängig. Es sollten mindestens 1 und nicht mehr als 6 Walzengänge sein.The Final homogenization takes place with several roller courses (Three-axis work) and determination of the fineness of grinding. The number of roller gears depends on the grinding fineness to be achieved (<10 μm). There should be at least 1 and no more than 6 roller gears be.
Mit der pastösen Zusammensetzung kann durch Siebdruck eine elektrisch leitfähige Schicht für Kontakte auf eine Substratoberfläche aufgebracht werden. Das Lösungsmittel kann bei einer Trocknung mit leicht erhöhter Temperatur (z. B. zwischen 100 und 200°C) entfernt werden. Die Schichtdicke beeinflusst dabei die Trocknungszeit und die jeweilige erforderliche Temperatur. Organische Bestandteile (Polymer) werden während des Brennprozesses oxidiert oder zersetzt. Diese Wärmebehandlung kann mit einem Infrarotofen, bei einer kurzen Zeit mit einer Heizrate bis zu 75 K/s und bis zu einer Maximaltemperatur von 1000°C durchgeführt werden.With The pasty composition can be screen printed electrically conductive layer for contacts a substrate surface are applied. The solvent can when drying with slightly elevated temperature (eg between 100 and 200 ° C) are removed. The layer thickness influences the drying time and the respective required Temperature. Organic components (polymer) become during of the burning process oxidized or decomposed. This heat treatment can with an infrared oven, at a short time with a heating rate up to 75 K / s and up to a maximum temperature of 1000 ° C be performed.
In
einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung können
enthalten sein:
Elektrisch leitfähige Komponenten
(Al, Au, Ag, Cu, Pd, Pt), Glasfritte, anorganische Komponenten (Oxide),
organische BinderIn a composition of the invention may be included:
Electrically conductive components (Al, Au, Ag, Cu, Pd, Pt), glass frit, inorganic components (oxides), organic binders
Der Feststoffanteil soll zwischen 60 bis 95 Masse-% liegen. Dabei elektrisch leitfähige Komponenten mit 80 bis 97 Masse-%, Glasfritte mit 3 bis 20 Masse-%, anorganische Komponenten mit 0 bis 3 Masse-% und organischer Binder mit 5 bis 40 Masse-% enthalten sein.Of the Solid content should be between 60 to 95% by mass. Electric Conductive components with 80 to 97% by mass, glass frit with 3 to 20% by mass, inorganic components with 0 to 3% by mass and organic binder containing 5 to 40% by mass.
Als Lösungsmittel kann allein oder in einer Mischung hochsiedendes Terpinöl, Butylcarbitol oder Dibuthylphthalat eingesetzt werden. Geeignete Polymere für den Binder sind Ethylcellulose, Acrylate, Hydroxypropylcellulose, Methylcellulose jeweils allein oder in Mischung. Ihr Anteil sollte bei 3 bis 10 Masse-% liegen.When Solvent can be high boiling alone or in a mixture Terpinöl, butylcarbitol or dibutyl phthalate used become. Suitable polymers for the binder are ethylcellulose, Acrylates, hydroxypropylcellulose, methylcellulose each alone or in mixture. Their proportion should be 3 to 10% by mass.
Als weitere Zusätze können Thixotropie- oder Benetzungsmittel (Fischöl, Troisol, Campher) eingesetzt werden.When other additives may include thixotropic or wetting agents (Fish oil, troisol, camphor).
Das eingesetzte Edelmetall, wie z. B. Silber sollte fein vermahlen, sphärisch oder in Form von Flakes mit einheitlicher Partikelgröße oder bimodal mit einer Partikelgröße < 15 μm eingesetzt werden.The used precious metal, such as. B. Silver should be finely ground, spherical or in the form of flakes with uniform particle size or bimodal with a particle size <15 μm be used.
In
nachfolgender Tabelle sind zwei geeignete Beispiele für
eine erfindungsgemäße Zusammensetzung enthalten.
Bei
der Wärmebehandlung zur Ausbildung von Kontakten (Einbrand)
kann nach einem Durchätzen der Antireflexionsschicht, SnO
zumindest teilweise in der flüssigen Glasschmelze durch
eine Redox-Reaktion mit dem Silicium eines Wafers als Substrat zu
metallischem Sn reduziert werden. Das so gebildete Sn kann gemeinsam mit
Ag oder Au eine flüssige Mischphase bilden, aus der bei
der Abkühlung metallische Verbindungen auf der Oberfläche
des Wafers auskristallisieren. Bei dem binären Phasensystem
Ag-Sn können folgende Verbindungen auftreten:
Ag in
dem maximal 11,5 Atom-% Sn gelöst sein können;
ζ-Phase
bestehend aus Sn (11,8–22,85 Atom-%) und Ag (77,15–88,2
Atom-%)
ε-Phase bestehend aus Ag3Sn
β-SnIn the heat treatment for formation of contacts (burn-in), after at least partially etching through the antireflection layer, SnO can be reduced to metallic Sn by a redox reaction with the silicon of a wafer as substrate in the liquid glass melt. The Sn thus formed together with Ag or Au can form a liquid mixed phase from which, on cooling, metallic compounds crystallize out on the surface of the wafer. In the case of the binary phase system Ag-Sn, the following compounds can occur:
Ag in which at most 11.5 atomic% Sn can be dissolved;
ζ-phase consisting of Sn (11.8-22.85 atomic%) and Ag (77.15-88.2 atomic%)
ε-phase consisting of Ag 3 Sn
β-Sn
Diese Kristallisationsprodukte ermöglichen die elektrisch leitenden Eigenschaften für Kontakte beispielsweise an Solar-Wafern. Anteile und Zusammensetzungen der kristallisierten Phasen hängen von der eingesetzten Zusammensetzung des eingesetzten Glases, dem Anteil an Glasphase in der pastösen Zusammensetzung sowie dem Regime der Wärmebehandlung zur Ausbildung der Kontakte ab.These Crystallization products allow the electrically conductive Properties for contacts, for example, on solar wafers. Parts and compositions of the crystallized phases hang from the composition of the glass used, the Proportion of glass phase in the pasty composition as well a heat treatment mode for forming contacts from.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - EP 1713094 A2 [0011, 0011] - EP 1713094 A2 [0011, 0011]
- - WO 2006/132766 A2 [0012] WO 2006/132766 A2 [0012]
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