具有表面活性劑的導電膠的製作方法

2023-04-28 11:28:36 1

專利名稱：具有表面活性劑的導電膠的製作方法
技術領域：
本發明涉及導電膠，尤其涉及具有表面活性劑的導電膠。
背景技術：
近年來，由於網絡與電子信息相關產業技術的發展越來越快，各式各樣的電子相關產品陸續地推陳出新且快速地小型化；因此，在電子相關產品中，電路圖案之間或電路圖案與組件之間的連接組件的尺寸也由此朝輕薄短小的方向邁進，其中導電膠由於具有可瞬間或快速固化、施工方便、所形成的膠層比已知的連接組件如接腳(Pin)的體積小的優點， 因此經常被用在電子產品上。除此之外，在使用單晶或多晶矽作為主要半導體基板材料的太陽能電池中，其電極則是使用通過將金屬粉末與有機載體混合而製成的導電膠，通過網版印刷法塗布該導電膠於太陽能矽基板上，並且在燒結爐中高溫燒結而形成的。因此，導電膠的組成及燒結條件對於太陽能電池的特性而言特別重要。一般而言，導電膠包含有機載體、導電性粉末、玻璃料，以及根據需求可嚮導電膠中添加其它添加物。導電膠中的成分起著控制印刷後的形狀、控制電極的導電性、保持與半導體基板的密著性、控制抗反射膜的蝕穿等作用。上述玻璃料中通常含有一些化學成分，其用來在高溫燒結時蝕穿抗反射層和幫助熔融燒結，然而這些化學成分和玻璃本身在生產和使用過程中皆會對環境造成汙染和危害。因此，目前急需一種環保的導電膠，其不但可維持太陽能電池的高轉換效率及穩定的特性，並且在使用時能降低對環境的危害。

發明內容
本發明提供一種應用於電子產品的導電膠，並且本發明的導電膠特別適合用於太陽能電池的電極。本發明提供一種導電膠，其包含至少一種粉末狀的金屬材料、有機載體、玻璃料以及表面活性劑。該表面活性劑具有以下代表式Mx(R)y(Q)z其中，M為金屬元素或半導體元素，例如鋁、鈦、鋯或矽等；R為直接與M鍵結的親水基團，該親水基團能夠水解而產生另一對應的親水性官能團，R可以為烷氧基、醯基、醯氧基、烷氧羰基或醯胺基(amido group)；Q為與M鍵結的疏水基團，其具有碳原子數約為1 M個的分子鏈，可以單純為較穩定的反應性低的脂肪族烴基或醚基，或包含可與其它高分子單體或基團反應的官能團， 例如乙烯基、脂肪族基環氧基、苯乙烯基、甲基丙烯醯氧基、丙烯醯氧基、脂肪族基氨基、氯丙基、脂肪族基巰基、脂肪族基硫離子基(aliphatic sulfido group)、異氰酸基(異氰酸酯基，isocyanato group)、脂肪族基脲基、脂肪族基羧基、脂肪族基羥基、環己基、苯基和脂肪族基甲醯基、乙醯基或苯甲醯基。由於具有上述這些可與其它高分子單體反應的官能團，本發明所公開的表面活性劑可出現多AMx(R)y(Q)z分子連接至一條高分子鏈上的情況，該高分子鏈上的表面活性劑Mx(R)y基團不限於一種。在本發明的表面活性劑的代表式Mx (R) y (Q) z中，χ、y、ζ皆為自然數。由於本發明的導電膠使用特殊的表面活性劑，該表面活性劑的親水基團R在與水發生水解反應後產生另一親水性官能團，而疏水基團Q則易溶解於有機載體中或與高分子反應。由於所產生的親水性官能團會附著於導電膠中的金屬粉末的表面，而另一端的疏水基團Q則會溶解於有機載體中所含的有機溶劑中，如此一來，金屬粉末就可達到良好的分散。再者，在導電膠中加入表面活性劑後，與已知的導電膠相比，其中的玻璃料的使用量可以下降，因而降低汙染。


圖1繪示的是本發明的表面活性劑與高分子的側鏈鍵結的反應式。圖2繪示的是化學式1的化合物的水解反應式。圖3繪示的是化學式2的化合物的水解反應式。圖4表示本發明實施例中進行拉力測試所使用的拉力機的示意圖。
具體實施例方式本發明提供一種導電膠，其包含至少一種粉末狀的金屬材料、有機載體、任選地加入的玻璃料、以及表面活性劑。該金屬材料可以為鋁粉末或銀粉末；該有機載體是通過將樹脂溶於有機溶劑中並且任選地添加油脂或其它輔助材料而製成的，所述樹脂例如為乙基纖維素或甲基丙烯酸甲酯樹脂；該玻璃料可以為含有多種不同氧化態的金屬的非結晶相化合物，其主要的功能是用來在高溫燒結時蝕穿太陽能電池的抗反射層和幫助熔融燒結。根據產品要求的特性不同，也可選擇加入不同種類的玻璃料或者不加入玻璃料。不同種類的玻璃料的用量不同，通常，玻璃料佔導電膠的1 5重量％。為達到本發明的目的，本發明提供的表面活性劑具有以下的代表式，如下列代表式1 [代表式1]Mx(R)y(Q)z其中，χ為1至6的整數，y為1至20的整數，ζ為1至20的整數；M為金屬元素或半導體元素，例如鋁、鈦、鋯或者矽、鍺或者其它金屬及半導體元素；R為親水基團，R直接與M鍵結且可與水分子反應而水解從而產生對應的親水性官能團。根據本發明的R可以獨立地為選自如下的基團碳原子數為1-6的直鏈或支鏈烷氧基或者碳原子數為3-6的環烷基氧基；式-(C = 0)-R』的基團，其中R』為碳原子數為1-6的直鏈或支鏈烷基或碳原子數為3-6的環烷基；式-0-(C = 0)-R』的基團，其中R』為碳原子數為1-6的直鏈或支鏈烷基或碳原子數為3-6的環烷基；式-(C = 0)0-R』的基團，其中R』為碳原子數為1-6的直鏈或支鏈烷基或碳原子數為3-6的環烷基；式-(C = 0)NH-R』的基團，其中R』為碳原子數為1_6 的直鏈或支鏈烷基或碳原子數為3-6的環烷基；式-0-R』 -0-的基團，其中R』為碳原子數為1-6的直鏈或支鏈亞烷基或者碳原子數為3-6的亞環烷基；和式-0-(C = 0)-R』-0-的基團，其中R』為碳原子數為1-6的直鏈或支鏈亞烷基或者碳原子數為3-6的亞環烷基。其中， 烷氧基可以例如為異丙氧基、乙氧基，式-0-R』 -0-的基團可以例如為式-O-CH2-CH2-O-的基團，式-0-(C = 0)-R』 -0-的基團可以例如為式-0-(C = 0)-CH2-O-的基團、式-0-(C = 0)-CH2-CH2-O-的基團。換言之，根據本發明的R可以獨立地為選自如下的基團烷氧基 (-O-CmHn，alkyl oxide group)、醯基(-(C = 0)-CmHn)、醯氧基(_0_(C = 0)-CmHn)、烷氧羰基(-(C = 0)-O-CmHn)、醯胺基(-(C = 0)-NH-CmHn，ami do group)、亞烷氧基(-0_CmHn-0-， alkoxylene group)和亞烷氧羧基(_0_(C = 0)-CmHn-O-)。一般來說，上述m為1 6的整數，η為3 13的整數，並且CmHn可為直鏈或支鏈的烷類或環烷類基團。其中，烷氧基可以例如為異丙氧基、乙氧基，亞烷氧基可以例如為亞乙氧基(-O-CH2-CH2-O-)，亞烷氧羧基可以例如為亞甲氧羧基(_0-(C = 0)-CH2-O-)、亞乙氧羧基(_0_(C = 0)-CH2-CH2-O-)。Q為與M鍵結的疏水基團，可以為含有約1 M個碳原子的分子鏈，可以單純為較穩定的反應性低的脂肪族烷基或烷氧基，或包含可與其它高分子單體或基團反應的官能團。Q選自乙烯基、脂肪族基環氧基、苯乙烯基、甲基丙烯醯氧基、丙烯醯氧基、脂肪族基氨基、氯丙基、脂肪族基巰基、脂肪族基硫離子基(aliphatic sulfido group)、異氰酸基(異氰酸酯基)、脂肪族基脲基、脂肪族基羧基、脂肪族基羥基、環己基、苯基和脂肪族基甲醯基、 乙醯基或苯甲醯基。其中上述的脂肪族基具有1至對個碳原子，該脂肪族基可以例如為直鏈烴基，特別是直鏈烷基。Q包含氮、氧、磷或硫。此外，Q還可以為其它包含氮、氧、磷或硫及其組合的基團。在某些情況下，如當M 為金屬元素時，Q可具有能夠被M接受的孤對電子，使得此時Q成為配位基。再者，Q還可以經由這些官能團與高分子鏈反應從而成為高分子鏈上的側鏈或將高分子鏈封端；亦即高分子鏈可變成連接有一個或多個表面活性劑Mx(R)y基團。該高分子鏈上的表面活性劑Mx(R) y基團不限於一種。前述的高分子鏈不限定為何種高分子，這取決於其是否能與Q上的官能團反應。另外，高分子鏈的重複聚合單元數為1至10000個。圖1繪示的是本發明的表面活性劑與高分子的側鏈鍵結的反應式。如圖1所示， 高分子側端具有羥基(-0H)，該高分子可以是聚乙烯醇(PVA)或聚乙烯醇縮丁醛(PVB)，在圖1中，以高分子為PVB為例，該高分子可以與具有異氰酸基(-NC0)的Q反應生成氨基甲酸酯基團(-NH-C0-0-)，該氨基甲酸酯基團則會將Mx (R) y與高分子鏈連接在一起。本發明的代表式1的優選實例可為下列化學式1、化學式2、化學式3或化學式4 的化合物。然而，這些具體實例僅供說明之用，而不因此限制本發明的範圍。[化學式1]
權利要求
1.一種導電膠，其包含至少一種金屬粉末；有機載體；玻璃料；和表面活性劑，其具有以下代表式1的結構[代表式1]Mx(R)y(Q)z其中M選自金屬元素和半導體元素；R為與M鍵結的親水基團，該親水基團能夠水解產生對應的親水性官能團；Q為與M鍵結的疏水基團；和χ為1至6的整數，y為1至20的整數，ζ為1至20的整數。
2.權利要求1所述的導電膠，其中Q具有能夠被該金屬元素接受的孤對電子，從而成為配位基。
3.權利要求1所述的導電膠，其中M包括鋁、鈦、鋯或矽。
4.權利要求1所述的導電膠，其中R為選自如下的基團碳原子數為1-6的直鏈或支鏈烷氧基或者碳原子數為3-6的環烷基氧基；式-(C = 0)-R』的基團，其中R』為碳原子數為1-6的直鏈或支鏈烷基或碳原子數為3-6的環烷基；式-0-(C = 0)-R』的基團，其中R』 為碳原子數為1-6的直鏈或支鏈烷基或碳原子數為3-6的環烷基；式-(C = 0)0-R』的基團，其中R』為碳原子數為1-6的直鏈或支鏈烷基或碳原子數為3-6的環烷基；式-(C = 0) NH-R'的基團，其中R』為碳原子數為1-6的直鏈或支鏈烷基或碳原子數為3-6的環烷基； 式-0-R』 -0-的基團，其中R』為碳原子數為1-6的直鏈或支鏈亞烷基或者碳原子數為3-6 的亞環烷基；和式_0-(C = 0)-R』 -0-的基團，其中R』為碳原子數為1-6的直鏈或支鏈亞烷基或者碳原子數為3-6的亞環烷基。
5.權利要求1所述的導電膠，其中Q包含氮、氧、磷或硫。
6.權利要求1所述的導電膠，其中Q選自乙烯基、脂肪族基環氧基、苯乙烯基、甲基丙烯醯氧基、丙烯醯氧基、脂肪族基氨基、氯丙基、脂肪族基巰基、脂肪族基硫離子基、異氰酸基、脂肪族基脲基、脂肪族基羧基、脂肪族基羥基、環己基、苯基和脂肪族基甲醯基、乙醯基和苯甲醯基。
7.權利要求6所述的導電膠，其中該脂肪族基具有1至M個碳原子。
8.權利要求1所述的導電膠，其中Q能夠與高分子鏈進行化學反應，從而在該高分子鏈的側鏈或者末端產生鍵結。
9.權利要求8所述的導電膠，其中該高分子鏈的重複聚合單元數為1至10000。
10.權利要求1所述的導電膠，其中該導電膠包含0.1重量％ 10重量％的該表面活性劑。
全文摘要
本發明提供具有表面活性劑的導電膠，其包含至少一種金屬粉末、有機載體、玻璃料以及表面活性劑。所述表面活性劑具有以下結構Mx(R)y(Q)z，其中M選自金屬元素或半導體元素，R為與M鍵結的親水基團，該親水基團能夠水解產生另一對應的親水性官能團，以及Q為疏水基團。本發明的表面活性劑中的R親水基團水解後會附著於導電膠中的金屬粉末的表面，而另一端的疏水基團則可溶解於有機載體中所含的有機溶劑中並且其中包含可與其它高分子反應接枝的官能團。如此一來，金屬粉末就可以良好地分散，從而避免金屬粉末的聚集。
文檔編號C09J11/04GK102559090SQ20101057619
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月7日 優先權日2010年12月7日
發明者盧盈志, 張育甄, 林正勳, 趙鉅隆, 鄭仲傑, 黃文瑞 申請人:碩禾電子材料股份有限公司