СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ СКРЕПЛЕНИЙ МЕЖДУ СОЛНЕЧНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ Российский патент 2015 года по МПК H01L31/05 

Изобретение относится к способу производства электропроводных скреплений между солнечными элементами и к адгезиву для реализации этого способа.

Способ по изобретению пригоден для производства контактов на солнечных элементах или для скрепления солнечных элементов друг с другом.

В конструкции фотоэлектрических модулей отдельные солнечные элементы в настоящее время скрепляют друг с другом практически исключительно способами спаивания. Это описано, например, в заявке ЕПВ EP-A 2058868. Однако способ, раскрытый там, имеет недостаток в том, что жидкие сплавы металлов должны быть точно расположены и отмерены. В случае использования этих сплавов также необходимы большие количества энергии, чтобы расплавлять металл. Большинство сплавов также содержат свинец для достижения точки плавления, достаточно низкой для обработки. В ходе охлаждения также могут формироваться трещины в результате усадочной деформации паяного контакта.

Дальнейшей возможностью является использование проводящих адгезивных пленок, которые также описаны в заявке ЕПВ EP-A 2058868. Здесь, однако, соединение и скрепление солнечных элементов часто ненадежно. Кроме того, эти пленки часто являются дорогими и неудобными в производстве и трудными в размещении.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение способа создания электрических контактов в солнечных элементах, в котором электропроводные контакты могут быть созданы без использования жидких металлических припоев и в котором возможным является точное размещение мест контактов.

Эту задачу решают способом создания электропроводных скреплений между солнечными элементами, содержащим следующие стадии:

(a) перенос адгезива, содержащего проводящие частицы, с носителя на проводящий слой субстрата посредством облучения лазером,

(b) частичную сушку и/или отверждение адгезива, перенесенного на субстрат с формированием адгезивного слоя,

(c) скрепления адгезива с электрическим соединением,

(d) полное отверждение адгезива, перенесенного на субстрат.

Примеры подходящих субстратов, на которые наносят адгезив, представляют собой все жесткие или гибкие субстраты, которые подходят для производства солнечных элементов. Подходящие субстраты для производства солнечных элементов представляют собой, например, монокристаллический, поликристаллический или аморфный кремний, полупроводники из групп периодической таблицы элементов III-V, такие как GaAs, GaSb, GaInP, GaInP/GaAs, GaAs/Ge, полупроводники из групп периодической таблицы элементов II-VI, такие как CdTe, или полупроводники из групп периодической таблицы элементов I-III-VI, например CuInS₂, CuGaSe₂, или полупроводники общей формы ABC₂, в которой А представляет собой Cu, Ag или Au, В представляет собой Al, Ga или In и С представляет собой S, Se или Те.

Также подходящими являются все жесткие и гибкие субстраты, покрытые описанными выше полупроводниками, например стеклянные и полимерные пленки.

Подходящие адгезивы, которые могут быть использованы для реализации этого способа, содержат от 20 до 98% по весу электропроводных частиц, от 0,01 до 60% по весу органического связующего компонента, используемого в качестве матричного материала, в каждом случае исходя из содержания твердой части адгезива, от 0,005 до 20% по весу абсорбента, исходя из веса проводящих частиц в адгезиве, и от 0 до 50% по весу диспергирующего агента и от 1 до 30% по весу растворителя, в каждом случае исходя из всей массы невысушенного и неотвержденного адгезива.

Как правило, контакты для электрического соединения устанавливают на субстрате, состоящем из полупроводникового материала. Эти контакты могут, например, быть в форме шин. Обычно применяемые контакты представляют собой проводящие дорожки, состоящие из электропроводного материала, особенно серебра, меди, никеля, алюминия и их сплавов, а также частиц ядро-оболочка.

Чтобы способствовать электрическому соединению солнечных элементов, адгезив наносят на контакты, установленные на полупроводниковом материале.

В первой стадии адгезив, содержащий проводящие частицы, переносят с носителя на субстрат. Этот перенос производят облучением адгезива на носителе лазером.

В одном варианте выполнения изобретения, адгезив с проводящими частицами, присутствующими в нем, предпочтительно, наносят на всю площадь носителя перед переносом на субстрат. Альтернативно, конечно, также возможно, что адгезив наносят на носитель структурированным образом. Предпочтение отдают, однако, нанесению по всей площади.

В другом варианте выполнения изобретения используют носитель, уже покрытый адгезивом. Для этой цели, возможно, например, используют носитель в форме пленки, покрытой адгезивом, которая намотана на пленочную бобину. После переноса адгезива пленку собирают и, например, направляют на утилизацию или повторное использование.

Подходящие носители представляют собой все материалы, прозрачные для специфического лазерного облучения, например пластмассу или стекло. Например, в случае применения ИК-лазеров, возможно использовать полиолефиновые пленки, пленки ПЭТФ, полиимидные пленки, полиамидные пленки, пленки ПЭН, полистирольные пленки или стекло. Предпочтение отдают полиимидным пленкам.

Носитель может быть или жестким, или гибким. Кроме того, носитель может быть в форме трубки или непрерывной пленки, либо рукава, либо в форме плоского носителя.

Подходящие источники лазерного излучения для генерирования лазерного луча коммерчески доступны. В принципе возможно использовать все источники лазерного луча. Такие источники лазерного луча представляют собой, например, импульсные или непрерывного излучения газовые, волоконные, твердотельные, диодные или эксимерные лазеры. Каждый из них может быть использован, если специфический носитель прозрачен для лазерного излучения, и адгезив, который содержит проводящие частицы и нанесен на носитель, достаточно поглощает лазерное излучение, чтобы генерировать кавитационный пузырек в слое адгезива в результате преобразования световой энергии в тепловую энергию.

Длина волны лазерного луча, который генерирует лазер, лежит, предпочтительно, в пределах интервала от 150 до 10600 нм, в частности в пределах интервала от 600 до 10600 нм.

Предпочтение отдают использованию в качестве источника лазера импульсных или непрерывного излучения (cw) ИК-лазеров, например лазеров Nd:YAG (YAG=алюмо-иттриевый гранат), лазеров Yb:YAG, волоконных лазеров или диодных лазеров. Они недороги и доступны с большой мощностью. Специфическое предпочтение отдают непрерывным (cw) ИК-лазерам. В зависимости от поглотительного поведения адгезива, который содержит проводящие частицы, однако, также возможно использовать лазеры с длинами волн в видимом или в УФ-диапазоне частот. Подходящие примеры для этой цели это Ar-лазеры, HeNe-лазеры, твердотельные ИК-лазеры с умножением частоты или эксимерные лазеры, такие как ArF-лазеры, KrF-лазеры, XeCl-лазеры или XeF-лазеры. В зависимости от используемых источника лазерного луча, мощности лазера и системы линз и модуляторов, фокусный диаметр лазерного луча находится в интервале между 1 мкм и 100 мкм. Для генерирования структуры поверхности также возможно располагать маску на пути лазерного луча или использовать процесс формирования изображения, известный специалистам.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения желаемые части адгезива, нанесенные на носитель, переносят на субстрат посредством лазера, сфокусированного на адгезиве.

Для осуществления способа согласно изобретению лазерный луч, и/или носитель, и/или субстрат можно перемещать. Лазерный луч можно перемещать, например, посредством системы линз, известной специалистам и содержащей вращающиеся зеркала. Носитель может иметь, например, форму вращающейся непрерывной пленки, которую непрерывно покрывают адгезивом, содержащим электропроводные частицы. Субстрат можно перемещать, например, посредством координатного стола или как непрерывную пленку лентопитающим и намоточным устройством.

Адгезив, который переносят с носителя на субстрат, содержит проводящие частицы в матричном материале. Эти частицы могут быть частицами любой желательной геометрии и состоять из любого желательного электропроводного материала, смесей различных электропроводных материалов или еще из смесей электропроводных и не проводящих материалов. Подходящими электропроводными материалами являются, например, углерод, такой как сажа, графит, графен или углеродные нанотрубки, либо металлы. Предпочтительные металлы представляют собой никель, олово, цинк, медь, серебро, золото, алюминий, титан, палладий, платину и их сплавы, или металлические смеси, которые содержат по меньшей мере один из этих металлов. Особенно предпочтительными в качестве материала для проводящих частиц являются серебро, алюминий, медь, никель, олово, цинк и углерод и их смеси.

Проводящие частицы, предпочтительно, обладают средним диаметром частиц от 0,001 до 100 мкм, предпочтительно, от 0,002 до 80 мкм, и особенно предпочтительно, от 0,005 до 50 мкм. Средний диаметр частиц может быть определен посредством измерения лазерной дифракции, например, на приборе Microtrac XI00. Распределение диаметров частиц зависит от способа их производства. Как правило, распределение диаметров имеет только один максимум, хотя также возможны несколько максимумов. Чтобы достигать особенно плотной упаковки частиц, предпочтение отдают использованию различных диаметров частиц. Например, частицы со средним размером частиц более 1 мкм могут быть смешаны с наночастицами, имеющими средний диаметр частиц менее 100 нм.

Альтернативно частицы также могут содержать первый металл и второй металл, при этом второй металл находится в форме сплава с первым металлом или с одним или несколькими другими металлами. Частицы также могут содержать два различных сплава.

В дополнение к выбору частиц, форма частиц влияет на свойства адгезива после покрытия. В отношении формы, возможны многочисленные варианты, известные специалистам. Форма частиц может, например, быть иглообразной, цилиндрической, пластинок или сферической. Эти формы частиц составляют теоретические формы, а фактическая форма может отличаться от них в большей или меньшей степени, например, в результате производства. Например, частицы в форме капелек в контексте настоящего изобретения представляют собой реальное отклонение от теоретической формы сферы.

Подходящие частицы с различными формами частиц коммерчески доступны.

При использовании смесей частиц индивидуальные партнеры смешения могут также иметь различные формы частиц и/или размеры частиц. Также возможно использовать смеси только одного типа частиц с различными размерами частиц и/или формами частиц. В случае различных форм частиц и/или размеров частиц предпочтение аналогично отдают серебру, алюминию, меди, никелю, олову, цинку и углероду и их смесям.

При использовании смеси форм частиц предпочтительны смеси сферических частиц с частицами в форме пластинок. В одном варианте выполнения изобретения используют, например, сферические частицы серебра с частицами серебра в форме пластинок и/или углеродными частицами других геометрий. В другом варианте выполнения изобретения сочетают сферические частицы серебра с частицами алюминия в форме пластинок.

Электропроводные частицы, более предпочтительно, состоят из одинакового материала или содержат одинаковые материалы в качестве контактов на полупроводниковом материале, на который наносят адгезив.

Исходя из общего веса высушенного покрытия, доля проводящих частиц находится в интервале от 20 до 100% по весу. Предпочтительный интервал доли частиц составляет от 50 до 95% по весу, исходя из общего веса высушенного адгезива.

Подходящие матричные материалы представляют собой, например, природные и синтетические полимеры и их производные, природные смолы и синтетические смолы и их производные, натуральный каучук, синтетический каучук и тому подобное. Они могут - но не необязательно - быть химически или физически сшитыми, например, сшивкой на воздухе, радиационной сшивкой или термической сшивкой.

Матричный материал представляет собой, предпочтительно, полимер или смесь полимеров.

Полимеры, предпочтительные в качестве матричного материала, представляют собой акрилатные смолы; алкилвинилацетаты; сополимеры алкиленов и винилацетата, в частности метилена и винилацетата, этилена и винилацетата, бутилена и винилацетата; сополимеры алкиленов и винилхлорида; аминные смолы; альдегидные смолы и кетонные смолы; эпоксиакрилаты; эпоксидные смолы; модифицированные эпоксидные смолы, например бифункциональные или полифункциональные смолы бисфенола А или бисфенола F, эпокси-новолачные смолы, сополимеры виниловых простых эфиров, этилена и акриловой кислоты; углеводородные смолы; MABS (прозрачные смолы ABC, содержащие акрилатные звенья); меламиновые смолы, сополимеры малеинового ангидрида; метакрилаты; натуральный каучук; синтетический каучук; хлорированный каучук; природные смолы; фенольные смолы; фенокси-смолы, смолы из сложных полиэфиров, полиамиды; полиимиды; полибутилентерефталат (ПБТ); поликарбонат (например, Makrolon® от Bayer AG); полиметилметакрилат (ПММА); полифениленоксид (ПФО); поливинильные соединения, в особенности, поливинилхлорид (ПВХ), сополимеры ПВХ, поливинилиденхлорида, поливинилацетат и его сополимеры, поливинилацетали, поливинилацетаты, простые поливиниловые эфиры, поливинилакрилаты и поливинилметакрилаты в растворе и в виде дисперсии, а также их сополимеры, сополимеры полиакрилатов и полистирола; полиуретаны, не сшитые или сшитые изоцианатами; полиуретанакрилаты; 1- и 2-компонентные силиконовые смолы и силиконовые каучуки, стирол-акриловые сополимеры; блок-сополимеры стирола и бутадиена (например, Styroflex® или Styrolux® от BASF AG, К-смола™ от СРС); SIS; триазиновая смола, бисмалеимидо-триазиновая смола (ВТ), смола сложного цианатного эфира (СЕ). Смеси из двух или нескольких полимеров также могут формировать матричный материал.

Полимеры, особенно предпочтительные в качестве матричного материала, представляют собой акрилаты, акрилатные смолы, метакрилаты, метакрилатные смолы, смолы меламина и аминные, полиимиды, эпоксидные смолы, модифицированные эпоксидные смолы, полимеры простых виниловых эфиров, фенольные смолы, полиуретаны, сложные полиэфиры, поливинилацетали, поливинилацетаты, сополимеры полистирола, полистиролакрилаты, блок-сополимеры стирола и бутадиена, блок-сополимеры стирола и изопрена, синтетический каучук, фенокси-смолы, сополимеры алкиленов и винилацетатов и сополимеры винилхлорида, полиамиды, а также их сополимеры, и также силиконовые каучуки и силиконовые смолы.

Исходя из общего веса сухого адгезива, доля органического связующего компонента, используемого в качестве матричного материала, составляет от 0,01 до 60% по весу. Эта доля составляет, предпочтительно, от 0,1 до 45% по весу, более предпочтительно, от 0,5 до 35% по весу.

Чтобы иметь возможность наносить адгезив, содержащий проводящие частицы и матричный материал, на носитель, дополнительно к адгезиву может быть добавлен растворитель или смесь растворителей, чтобы обеспечить вязкость, подходящую для определенного способа нанесения адгезива. Подходящими растворителями являются, например, алифатические и ароматические углеводороды (например, н-октан, циклогексан, толуол, ксилол), спирты (например, метанол, этанол, 1-пропанол, 2-пропанол, 1-бутанол, 2-бутанол, 3-метилбутанол, амиловый спирт), многоатомные спирты, такие как глицерин, этиленгликоль, пропиленгликоль, неопентилгликоль, сложные алкиловые эфиры (например, метилацетат, этилацетат, пропилацетат, бутилацетат, изобутилацетат, изопропилацетат), алкоксиспирты (например, метоксипропанол, метоксибутанол, этоксипропанол), алкилбензолы (например, этилбензол, изопропилбензол), бутилгликоль, бутилдигликоль, алкилгликольацетаты (например, бутилгликольацетат, бутилдигликольацетат, ацетат простого диметилового эфира пропиленгликоля), диацетоновый спирт, простые диалкиловые эфиры дигликолей, простые моноалкиловые эфиры дигликолей, простые диалкиловые эфиры дипропиленгликоля, простые моноалкиловые эфиры дипропиленгликоля, ацетаты простых алкиловых эфиров дигликолей, ацетаты простых алкиловых эфиров дипропиленгликоля, диоксан, дипропиленгликоль и его простые эфиры, диэтиленгликоль и его простые эфиры, ЭДК (сложные эфиры двухосновных кислот), моноизобутират 2,2,4-триметил-1,3-пентандиола, простые эфиры (например, диэтиловый эфир, тетрагидрофуран), этиленхлорид, этиленгликоль, ацетат этиленгликоля, диметиловый эфир этиленгликоля, крезол, лактоны (например, бутиролактон), кетоны (например, ацетон, 2-бутанон, циклогексанон, метилэтилкетон (МЭК), метилизобутилкетон (МИБК)), метилдигликоль, метиленхлорид, метиленгликоль, ацетат метилгликоля, метилфенол (орто-, мета-, пара-крезол), пирролидоны (например N-метил-2-пирролидон), пропиленгликоль, пропиленкарбонат, тетрахлорметан, толуол, триметилолпропан (ТМП), ароматические углеводороды и смеси, алифатические углеводороды и смеси, спиртовые монотерпены (например, терпинеол), вода и смеси из двух или более из этих растворителей.

Предпочтительные растворители представляют собой спирты (например, этанол, 1-пропанол, 2-пропанол, бутанол), алкоксиспирты (например, метоксипропанол, этоксипропанол, бутилгликоль, бутилдигликоль), бутиролактон, дигликоли простых диалкиловых эфиров, дигликоли простых моноалкиловых эфиров, простые диалкиловые эфиры дипропиленгликоля, простые моноалкиловые эфиры дипропиленгликоля, сложные эфиры (например, этилацетат, бутилацетат, ацетат бутилдигликоля, ацетаты простых алкиловых эфиров дигликолей, ацетаты простых алкиловых эфиров дипропиленгликоля, ЭДК, ацетат простого диметилового эфира пропиленгликоля, моноизобутират 2,2,4-триметил-1,3-пентандиола), простые эфиры (например, тетрагидрофуран, диоксан), многоатомные спирты, такие как глицерин, этиленгликоль, пропиленгликоль, неопентилгликоль, кетоны (например, ацетон, метилэтилкетон, метилизобутилкетон, циклогексанон), углеводороды (например, циклогексан, этилбензол, толуол, ксилол), N-метил-2-пирролидон, вода и их смеси.

В случае жидких матричных материалов, специфическая вязкость может в ином случае также быть установлена через температуру в ходе нанесения, или через сочетание растворителя и температуры.

Доля растворителя в адгезиве лежит внутри интервала от 1 до 50% по весу, предпочтительно, внутри интервала от 2 до 20% по весу, и особенно внутри интервала от 5 до 15% по весу, в каждом случае исходя из всей массы невысушенного и несшитого адгезива.

Адгезив может далее содержать диспергирующий компонент. Он состоит из одного или нескольких диспергирующих агентов.

В принципе, пригодны все диспергирующие агенты, которые известны специалистам для использования в дисперсиях и описаны в уровне техники. Предпочтительные диспергирующие агенты представляют собой поверхностно-активные вещества или смеси поверхностно-активных веществ, например анионные, катионные, амфотерные или неионные поверхностно-активные вещества. Катионные и анионные поверхностно-активные вещества описаны, например, в "Encyclopedia of Polymer Science and Technology", J. Wiley & Sons (1966), том 5, страницы с 816 no 818, и в "Emulsion Polymerisation and Emulsion Polymers" редакторы: P.Lovell и M. El-Asser, издательство Wiley & Sons (1997), страницы с 224 по 226. Однако также возможно использовать в качестве диспергирующих агентов полимеры, которые имеют привитые группы с характеристиками пигментных и известны специалистам.

Диспергирующий агент может исходя из общего веса невысушенного и несшитого адгезива быть использован в количестве от 0 до 50% по весу. Его доля может составлять, предпочтительно, от 0,1 до 25% по весу, более предпочтительно, от 0,2 до 10% по весу.

Если проводящие частицы в адгезиве на носителе сами не поглощают в достаточной степени энергию источника энергии, например лазера, то к адгезиву могут быть добавлены абсорбирующие ее вещества. В соответствии с используемым источником лазерного луча может быть необходимым выбирать различные абсорбенты или же смеси абсорбентов, которые эффективно поглощают лазерное излучение. Либо этот абсорбент добавляют к адгезиву, либо наносят между носителем и адгезивом дополнительный отдельный поглотительный слой, который содержит абсорбент. В последнем случае, энергию абсорбируют локально в поглотительном слое и перемещают в адгезив теплопроводностью.

Подходящие абсорбенты для лазерного излучения имеют высокое поглощение в области длины волны лазерного излучения. Особенно подходящими являются абсорбенты, которые имеют высокое поглощение в ближнем ИК-диапазоне и в области более длинных волн видимого электромагнитного спектра. Такие абсорбенты пригодны особенно для поглощения излучения от мощных твердотельных лазеров, например лазеров Nd:YAG, а также от диодных ИК-лазеров. Примеры подходящих абсорбентов для лазерного излучения представляют собой красители, которые сильно поглощают в области инфракрасного спектра, например фталоцианины, нафталоцианины, цианины, хиноны, комплексы металлов и красителей, таких как дитиолены или фотохромные красители.

Кроме того, подходящие абсорбенты представляют собой неорганические пигменты, особенно интенсивно окрашенные неорганические пигменты, такие как оксиды хрома, оксиды железа, гидроокиси железа, либо углерод в форме, например, сажи, графита, графенов или нанотрубок углерода.

В дополнение к указанным выше абсорбентам, также возможно использовать наночастицы, особенно металлические наночастицы в качестве абсорбентов.

Под наночастицами, в контексте настоящего изобретения, следует понимать частицы, имеющие размер частиц в интервале от 1 до 800 нм. Наночастицы, используемые в качестве абсорбентов, обычно имеют размер частиц в интервале от 3 до 800 нм.

Наночастицы, которые могут быть использованы в качестве абсорбентов для лазерного излучения, представляют собой, в частности, наночастицы серебра, золота, платины, палладия, вольфрама, никеля, олова, железа, смешанного оксида индия и олова, оксида вольфрама, карбида титана или нитрида титана.

Одно преимущество использования серебра, золота, платины, палладия, вольфрама, никеля, олова, железа, смешанного оксида индия и олова или карбида титана состоит в том, что эти материалы являются электропроводными. Наночастицы таким образом дополнительно служат как проводящие электричество частицы, так что электропроводность адгезива улучшается по сравнению с адгезивом, содержащим не проводящий электричество абсорбент.

Особенно предпочтительным материалом для наночастиц является серебро.

В одном варианте выполнения изобретения, наночастицы представляют собой сферические частицы. Сферические частицы в контексте настоящего изобретения означают, что частицы присутствуют, по существу, в сферической форме, но реальные частицы также могут иметь отклонения от идеальной сферической формы. Например, реальные частицы могут также быть усеченными или иметь форму капельки. Другие отклонения от идеальной сферической формы, которые могут происходить в результате производства, также возможны.

Когда наночастицы представляют собой сферические частицы, они, предпочтительно, имеют диаметр в интервале от 2 до 100 нм. Особенно в случае использования инфракрасных лазеров, в частности таковых с длиной волны 1050 нм, обнаружили, что сферические наночастицы с диаметром частиц в интервале от 2 до 50 нм, являются особенно подходящими. Диаметр сферических частиц лежит, более предпочтительно, в области 6 нм.

Когда наночастицы используют в форме сферических частиц, доля наночастиц в адгезиве лежит, в частности, в интервале от 0,5 до 12% по весу, исходя из веса электропроводных частиц в адгезиве.

В альтернативном варианте выполнения изобретения, наночастицы представляют собой призмы с длиной кромки в интервале от 15 до 1000 нм и высотой от 3 до 100 нм. Форма призм переменная. Например, эта форма зависит, среди прочих факторов, от используемого лазерного излучения. Основание призм может, например, быть в форме любого многоугольника, например треугольника или пятиугольника. Призмы, используемые в качестве наночастиц, представляют собой обычно резонаторы плазменной волны, чья поглощаемость соответствует длине волны используемого лазера. Соответствия длине волны используемого лазера достигают, например, длиной кромки призм и областью поперечного сечения. Например, различные площади поперечного сечения и различные длины кромки каждая имеют различные поглощаемости. Высота призм также оказывает влияние на поглощаемость.

Когда призмы используют в качестве наночастиц, доля наночастиц, присутствующих в форме призм в адгезиве, лежит, предпочтительно, в интервале от 3 до 10% по весу, исходя из веса электропроводных частиц в адгезиве.

В дополнение к использованию сферических частиц или призм в качестве абсорбентов для лазерного излучения, альтернативно также возможно, что используют как сферические частицы, так и призмы. Возможно любое желаемое отношение сферических частиц к призмам. Чем больше доля наночастиц в форме призм, тем ниже может быть доля наночастиц в адгезиве.

Наночастицы обычно стабилизируют в ходе производства, особенно для переноса, подходящими добавками. В ходе получения адгезива добавки обычно не удаляют, так что они тогда также присутствуют в адгезиве. Доля добавок для стабилизации составляет обычно не более 15% по весу, исходя из массы наночастиц. Добавки, используемые для стабилизации наночастиц, могут, например, быть длинноцепными аминами, например додециламином. Другие добавки, подходящие для стабилизации наночастиц, представляют собой, например, октиламин, дециламин, олеиновую кислоту и полиэтиленимины.

Особенно подходящими абсорбентами для лазерного излучения являются тонко измельченные типы углерода и тонко измельченный гексаборид лантана (LaB₆), а также металлические наночастицы.

Обычно используют от 0,005 до 20% по весу абсорбентов, исходя из веса проводящих частиц в адгезиве. Предпочтение отдают использованию от 0,01 до 15% по весу абсорбентов, и особенное предпочтение использованию от 0,1 до 12% по весу абсорбентов, исходя, в каждом случае, из веса проводящих частиц в адгезиве.

Количество добавленного абсорбента выбирают специалисты по свойствам адгезивного слоя, требуемого в каждом случае. В этой связи, специалисты также принимают во внимание, что добавленные абсорбенты влияют не только на скорость и эффективность переноса адгезива посредством лазера, но также и на другие свойства, например адгезию адгезива к носителю, отверждение или электропроводность.

Энергия, которая требуется, чтобы перенести адгезив, содержащий частицы, может, в зависимости от используемого лазера и/или материала, из которого произведен носитель, быть применена либо на стороне, покрытой адгезивом, либо на противоположной к адгезиву стороне. Если требуется, также возможно использовать сочетание двух вариантов способа.

Перенос фракций адгезива с носителя на субстрат может быть выполнен либо на одной стороне, либо двух сторонах. В этом случае этот перенос может включать эти две стороны, покрываемые адгезивом последовательно, или же, например, одновременно с обеих сторон при использовании двух лазерных источников и двух носителей, покрытых адгезивом.

Чтобы увеличивать производительность, возможно использовать более одного лазерного источника.

В предпочтительном варианте выполнения способа по изобретению, переносу адгезива с носителя на субстрат предшествует нанесение адгезива на носитель. Это нанесение производят, например, процессом покрытия, известным специалистам. Такие способы покрытия представляют собой, например, отливку, такую как отливка наливом, покрытие валиком, намазывание, покрытие ножевым устройством, окраску, распыление, погружение или подобное. Альтернативно, адгезив, содержащий частицы, наносят печатью на носитель любым желаемым способом печати. Способ печати, которым адгезив наносят методом печати, представляет собой, например, процесс ротационной или дуговой печати, например трафаретной печати, глубокой печати, флексографии, высокой печати, тампонной печати, струйной печати, офсетной печати. Однако также применим любой другой процесс печати, известный специалистам.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения, адгезив не сушат и/или отверждают полностью на носителе, а скорее переносят на субстрат во влажном состоянии. Это дает возможность, например, использования устройства непрерывной печати, в котором адгезив на носителе можно постоянно обновлять. Этот режим процесса позволяет достигать очень высокой производительности. Печатающие устройства, которые непрерывно пополняют чернилами, известны специалистам, например, из заявки DE-A 3702643. Чтобы предотвращать седиментацию частиц из адгезива, предпочтительно, когда адгезив перемешивают и/или закачивают в циркуляцию в резервуаре перед нанесением на носитель. Кроме того, предпочтительно для установки вязкости адгезива, когда температуру резервуара, в котором присутствует адгезив, можно контролировать.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения, носитель формируют в виде непрерывной ленты, которая прозрачна для специфического лазерного излучения, которую перемещают, например, внутренними транспортными роликами. Альтернативно, возможно проектировать носитель в виде цилиндра, причем этот цилиндр является подвижным посредством внутренних транспортных роликов, или приводится в движение непосредственно. Носитель тогда покрывают адгезивом, содержащим частицы, например, способом, известным специалистам, например роликом или системой роликов, из резервуара, в котором присутствует адгезив. Вращение ролика или системы роликов захватывает адгезив, который наносят на носитель. Перемещение носителя в сторону покрывающего ролика наносит слой адгезива на всю область носителя. Чтобы переносить адгезив на субстрат, источник лазерного луча располагают внутри непрерывной ленты или цилиндра. Чтобы переносить адгезив, лазерный луч фокусируют на слой адгезива, и через носитель, который прозрачен для лазерного луча, он воздействует на адгезив и переносит адгезив на субстрат у места, на котором он воздействует на адгезив. Такое печатающее устройство описано, например, в заявке DE-A 3702643. Адгезив переносят, например, с помощью энергии лазерного луча при частичном испарении растворителя адгезива и при помощи пузырьков газа, который формируется при переносе адгезива. Адгезив, который не переносят с носителя на субстрат, может быть повторно использован в следующей стадии покрытия.

Толщина слоя адгезива, который переносят на субстрат посредством переноса с помощью лазера, варьируется, предпочтительно, в пределах интервала между 0,01 и 50 мкм, более предпочтительно, между 0,05 и 30 мкм, и особенно предпочтительно, между 0,1 и 20 мкм. Слой адгезива может быть нанесен либо на всю поверхность, либо структурированным образом.

Структурированное нанесение адгезива на носитель предпочтительно, когда должно быть произведено много специфических структур, и структурированное нанесение снижает количество адгезива, которое должно быть нанесено на носитель. Это позволяет достигать менее дорогого производства.

Чтобы получать механически стабильный, структурированный либо слой адгезива на всей области на субстрате, предпочтительно, что адгезив, который является структурированным или слоем, на всей области нанесенным на субстрат, сушат физически или сшивают после нанесения. В зависимости от матричного материала сушку или отверждение производят, например, действием тепла, света (УФ/видимого) и/или излучения, например инфракрасного излучения, электронных лучей, гамма-излучения, рентгеновского излучения, микроволн. Чтобы стимулировать реакцию отверждения, может быть необходимым добавлять подходящий активатор. Отверждение также может быть достигнуто объединением различных процессов, например объединением УФ-облучения и нагревания. Сочетание процессов отверждения может быть произведено одновременно или последовательно. Например, УФ- или ИК-облучение может первоначально быть использованы просто, чтобы частично отверждать или частично сушить слой так, чтобы сформированные структуры больше не утекали. После этого слой далее может быть отвержден или высушен под действием нагрева.

Способ по изобретению для структурированного нанесения электропроводного адгезива на субстрат может быть выполнен непрерывным, полунепрерывным или периодическим образом. Также возможно только отдельные стадии процесса проводить непрерывно, в то время как другие стадии проводить периодически.

В дополнение к производству структурированной поверхности, также возможно способом по изобретению последовательно наносить множество слоев на субстрат. Например, проведение процесса производства первой проводящей поверхности может сопровождаться процессом печати, который описан выше, чтобы наносить вторую проводящую структурированную или поверхность на всю область, например, из другой композиции электропроводных частиц.

В третьей стадии, адгезив скрепляют с электрическим соединением. Электрическое соединение служит, чтобы присоединять множество солнечных элементов, чтобы формировать фотовольтаический модуль. Используемые электрические соединения представляют собой, например, соединяющие провода. Как правило, контакты на передней стороне солнечного элемента присоединяют в каждом случае к контактам на тыловой стороне соседнего солнечного элемента. Однако возможно также любое другое электрическое присоединение, подходящее для соединения солнечных элементов.

После скрепления адгезива с электрическим соединением адгезив полностью отверждают. Этим достигают стабильной и постоянной связи электрического соединения с контактом солнечного элемента. Полное отверждение производят, как описано выше, например действием света, тепла или излучения.

Согласно изобретению предложен способ создания электропроводных скреплений между солнечными элементами, включающий перенос адгезива, содержащего электропроводные частицы, с носителя на субстрат посредством облучения носителя лазером, частичной сушки и/или отверждения адгезива, перенесенного на субстрат, с формированием адгезивного слоя, скрепления адгезива с электрическим соединением и отверждения адгезивного слоя. Также согласно изобретению предложен состав адгезива для описанного выше способа. Изобретение обеспечивает возможность создания электрических контактов в солнечных элементах, в которых электропроводные контакты могут быть созданы без использования жидких металлических припоев и в которых возможным является точное размещение мест контактов. 2 н. и 13 з.п. ф-лы.

1. Способ создания электропроводных скреплений между солнечными элементами, содержащий следующие стадии:
(a) переноса адгезива, содержащего электропроводные частицы, с носителя на субстрат посредством облучения носителя лазером,
(b) частичной сушки и/или отверждения адгезива, перенесенного на субстрат, с формированием адгезивного слоя,
(c) скрепления адгезива с электрическим соединением,
(d) отверждения адгезивного слоя.

2. Способ по п.1, в котором переносу в стадии а) предшествует нанесение адгезива на носитель.

3. Способ по п.2, в котором адгезив наносят на носитель способом покрытия.

4. Способ по п.3, в котором способ покрытия представляет собой процесс печати, литья, прокатки или распыления.

5. Способ по п.1, в котором лазер генерирует лазерный луч, имеющий длину волны в интервале от 150 до 10600 нм.

6. Способ по п.1, в котором лазер представляет собой твердотельный лазер, волоконный лазер, диодный лазер, газовый лазер или эксимерный лазер.

7. Способ по п.1, в котором адгезив наносят на верхнюю и нижнюю стороны субстрата для сформирования адгезивного слоя.

8. Способ по любому из пп.1-7, где носитель представляет собой жесткую или гибкую пластмассу или стекло, который прозрачен для используемого лазерного излучения.

9. Адгезив для осуществления способа по любому из пп.1-8, содержащий от 20 до 98% по весу электропроводных частиц, от 0,01 до 60% по весу органического связующего компонента, используемого в качестве матричного материала, в каждом случае исходя из содержания твердой части адгезива, от 0,005 до 20% по весу абсорбента, исходя из веса проводящих частиц в адгезиве, и от 0 до 50% по весу диспергирующего агента и от 1 до 20% по весу растворителя, в каждом случае исходя из всей массы невысушенного и неотвержденного адгезива.

10. Адгезив по п.9, в котором электропроводные частицы содержат по меньшей мере один металл и/или углерод.

11. Адгезив по п.10, в котором металл выбран из группы, состоящей из серебра, золота, алюминия, меди, цинка, олова, платины, палладия, никеля и титана.

12. Адгезив по п.9, в котором электропроводные частицы имеют различные геометрии частиц.

13. Адгезив по любому из пп.9-12, в котором абсорбент выбран из углерода, гексаборида лантана и/или наночастиц серебра, золота, платины, палладия, вольфрама, никеля, олова, железа, смешанного оксида индия и олова, оксида вольфрама, карбида титана или нитрида титана.

14. Адгезив по п.13, в котором наночастицы представляют собой сферические частицы или частицы в форме призм.

15. Адгезив по п.13, в котором углерод находится в форме сажи, графита, графена или нанотрубок углерода.