[发明专利]具有基于硅/锗的纳米颗料并且具有高粘度醇类溶剂的可印刷墨水

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案要求同在申请中的李(Li)等人2013年5月24日提交的题为“具有基于硅/锗的纳米颗粒和高粘度醇类溶剂的可印刷墨水(Printable Inks With Silicon/Germanium Based Nanoparticles With High Viscosity Alcohol Solvents)”的美国临时专利申请案61/827,340的优先权，所述临时专利申请案以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及具有印刷所需配制品的基于硅/锗的纳米颗粒墨水。本发明另外涉及形成和使用所述墨水的方法。墨水可具有极低金属杂质含量。

背景技术

基于硅的材料为重要的市售材料。具体来说，元素硅为广泛用于电子和太阳电池应用的半导体材料。硅的半导体特性和电子迁移率可使用掺杂剂来改变。半导体装置的形成一般涉及具有选择性掺杂硅的装置区域的形成，其中所述掺杂剂改变电导特性或其它所需特性。经由选择掺杂方法，可形成装置的不同结构域，其向特定装置提供功能以利用半导体特性，如用具有p型掺杂剂和n型掺杂剂的各别材料形成的二极管接面。举例来说，n型掺杂剂提供可增加导电带粒子数的过量电子，并且所得材料称为n型半导体。p型掺杂剂提供电子缺乏或电洞并且用于形成p型半导体。经由适当掺杂，可形成各种装置，如晶体管、二极管等。氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅可用作介电材料，并且这些材料由于其兼容性和不存在可迁移到硅半导体的金属而可特别适于与硅半导体一起使用。

一般，加工成本是商业应用的相当大的考虑因素。使用用于中等分辨率应用的印刷方法可为合乎需要的，因为可获得商业印刷设备并且加工成本可为合理的。网版印刷为商业上广泛使用的印刷技术。网版印刷一般使用具有与网版印刷机相符的一系列可接受的流变特性的糊剂来进行。其它商业上兼容的沉积方法包括例如喷墨印刷、旋涂、喷涂、刮涂等。

广泛多种半导体应用产生许多形式的硅材料的商业相关性。举例来说，大面积薄膜晶体管等的形成要求替代性半导体加工方法。同样，随着能量成本增加和能量需求增加，太阳电池市场相应日益增加。大部分商业太阳电池包含光导硅半导体，并且半导体的差异性掺杂有助于收集光电流。一些太阳电池具有图案化硅掺杂，以便沿着装置水平面形成掺杂接点。薄膜硅太阳电池可在相对于装置平面的垂直定向上具有掺杂剂变化。随着性能需求增加，存在降低成本的压力，因此材料加工方面的改良作为解决性能问题同时保持成本在可接受的水平下的方法非常合乎需要。锗为可以替代硅并且具有类似半导体特性的半导体材料。同样，硅与锗可以彼此形成半导体合金。

发明内容

第一方面，本发明涉及一种纳米颗粒墨水，其包含至少0.001重量％的基于硅/锗的纳米颗粒、至少约10重量％的粘性多环醇类，其中所述粘性多环醇类具有不超过约450℃的沸点。

另一方面，本发明涉及一种纳米颗粒糊剂，其包含约0.05到约10重量％的基于硅/锗的纳米颗粒，具有不超过约0.1重量％的聚合物，具有在2s^-1的剪切力下至少约1Pa·s的粘度和非牛顿流变性(non-Newtonian rheology)。

其它方面，本发明涉及一种在衬底表面上沉积硅/锗纳米颗粒的方法。在一些实施例中，所述方法包含将包含基于硅/锗的纳米颗粒和不超过约1重量％的聚合物的糊剂网版印刷于衬底表面上，和在实质上无氧气的氛围中将经过网版印刷的衬底加热到不超过约450℃的温度以形成沉积物，所述沉积物在一些实施例中可具有不超过5原子％的碳。在一些实施例中，所述方法可另外包含将具有沉积物的衬底加热到约750℃到约1200℃的温度，以驱使掺杂剂进入衬底表面。沉积物可在加热时如用封盖层覆盖。在额外或替代实施例中，所述方法可包含照射激光于衬底上以引燃沉积物并且驱使掺杂剂进入衬底表面。

其它方面，本发明涉及一种经过涂布的衬底，其包含在衬底表面上的元素硅/锗纳米颗粒沉积物，所述沉积物具有不超过约5原子％的碳并且具有不超过约200ohms/sq的薄片电阻。

附图说明

图1为背接触式光伏电池的底部透视图。

图2为图1中所描绘的背接触式光伏电池的底视图，仅展示上面沉积有掺杂岛的半导电层。

图3为粘性多环醇类的粘度与剪切速率的标绘图。