WO2010149579A2 - Verfahren zur herstellung einer strukturierten metallischen beschichtung - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a structured metallic coating on a substrate. Furthermore, the invention relates to a use of the method for the production of solar cells or printed circuit boards as well as an electronic component comprising a substrate, on which a structured metallic surface is applied.
  • Structured metallic coatings on a substrate are produced, for example, by printing processes.
  • an ink containing metallic particles is applied to the substrate by, for example, an ink jet printing method or a laser printing method.
  • a corresponding method in which drops of paint from a color-coated carrier are spun on a substrate to be printed, is e.g. from US-B 6,241, 344 known.
  • energy is introduced by the carrier into the ink on the carrier at the position where the substrate is to be printed.
  • a part of the color evaporates, so that it dissolves from the carrier. Due to the pressure of the evaporating paint, the ink droplet thus dissolved is thrown onto the substrate.
  • Directed penetration of energy can be transferred in this way, the color corresponding to a pattern to be printed on the substrate.
  • the necessary energy for transferring the color is introduced, for example, by a laser.
  • the carrier on which the paint is applied for example, is a circulating belt, on which by means of a coating device in front of the printing area color is applied.
  • the laser is located inside the circulating belt, so that the laser acts on the carrier on the side facing away from the paint.
  • the disadvantage of such methods in general is that the print quality depends to a large extent on the homogeneity of the conditions involved in the process.
  • differences are, for example, differences in the thickness of the ink application and, for example, the electrostatic state of the substrate to be printed.
  • a common polymer or paper surface has a completely disordered static surface charge through various rolling processes, which is also very inhomogeneous in their voltage potential.
  • the resulting print image is prone to inexact edges and edges, which is mainly caused by undefined spraying and misting of the paint. Another cause of inexact edges and edges is also uneven bleeding of the ink on the substrate to be printed.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing a structured metallic coating on a substrate, in which a structured metallic layer with clearly defined exact edges and edges is produced.
  • the object is achieved by a method for producing a structured metallic coating on a substrate, comprising the following steps:
  • a monolayer of the surface-hydrophobizing substance is applied to the surface of the substrate.
  • isolated layers of 2 or 3 layers can be formed.
  • the monolayer or oligolayer of a surface-hydrophobizing substance By applying the monolayer or oligolayer of a surface-hydrophobizing substance to the surface of the substrate, it is achieved that the substance containing the electrically conductive particles applied to the substrate does not run much or, in the optimal case, does not retain its structure.
  • an influence of the surface-hydrophobizing substance on the properties of the structured metallic coating and the semiconductor substrate can be kept so low, in particular in the case of a substrate made of a semiconductor material, that the properties of a product to be produced not be adversely affected.
  • the more precise edge course possible in this way furthermore offers the advantage that a sharp, high-resolution printed image with structures that are significantly smaller than 100 ⁇ m can be printed.
  • Such a high-resolution print image with structures below 100 ⁇ m is advantageous, for example, for the production of solar cells.
  • silver pastes are usually applied by screen printing techniques to a silicon nitride-coated or passivated surface of a wafer.
  • screen printing techniques structures that are significantly smaller than 100 microns can not be reliably printed.
  • an ink droplet is transferred to the substrate, for example the solar wafer.
  • the substrate for example the solar wafer.
  • inks whose viscosities are significantly lower than those of comparable screen-printing pastes are suitable.
  • the ink runs on the surface.
  • the coating according to the invention with a surface-hydrophobizing substance on the already silicon nitride-coated or passivated wafers, bleeding is reduced or even suppressed in the ideal case.
  • the generated print image thus has sharper edges and a finer print image is possible.
  • wafers coated with silicon nitride it is also possible to use wafers coated with aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or with silicon carbide (SiC).
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • SiC silicon carbide
  • the printed image usually has two to three broader stripes on which later ribbons are soldered to connect several cells. Furthermore, the cells have a very thin, highly electrically conductive grid. The requirements for this grid are very high. It has to be highly conductive, but it must only hinder the incidence of light as little as possible. For this reason, the individual tracks of the grid must be applied as narrow and thick as possible.
  • an ink which contains electrically conductive particles in a solvent.
  • the electrically conductive particles which are applied to the substrate for producing the structured metallic coating preferably comprise silver, copper, iron, tin, nickel or mixtures or alloys of these materials.
  • electrically conductive particles which contain silver and / or optionally nickel are used.
  • the particles used can take any form known in the art. It is also possible to use two or more different particles, wherein the particles may differ in their size, shape or in the material. Usually, particles of different shapes, for example spherical particles and platelet-shaped particles, are used. The particles may also differ in their size in particular.
  • the size of the particles is generally chosen so that the dimensions of the structure to be printed are significantly larger than the maximum dimensions of the particles.
  • particles with a size of a maximum of 10 microns are used.
  • nanoparticles as particles in the substance to be applied to the substrate.
  • any solvent known in the art is suitable. Suitable solvents are, for example, water or organic solvents.
  • the substance containing electrically conductive particles containing matrix materials are, for example, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene); ASA (acrylonitrile-styrene-acrylate); acrylated acrylates; alkyd resins; Alkylvinylacetate; Alkylene vinyl acetate copolymers, especially methylene vinyl acetate, ethylene vinyl acetate, butylene vinyl acetate; Alkylenvinylchlorid copolymers; amino resins; Aldehyde and ketone resins; Cellulose and cellulose derivatives, in particular hydroxyalkylcellulose, cellulose esters, such as acetates, propionates, butyrates, carboxyalkylcelluloses, cellulose nitrate; epoxy acrylates; epoxy resins; modified epoxy resins, for example bifunctional or polyfunctional bisphenol A or bisphenol F resins, polyfunctional epoxy novolac resins, brominated epoxy resins, cycloaliphatic epoxy
  • polyacrylic esters and polystyrene copolymers for example polystyrene maleic anhydride copolymers; Polystyrene (impact or not impact modified); Polyurethanes, uncrosslinked or crosslinked with isocyanates; polyurethane acrylates; Styrene-acrylic copolymers; Sty rol-butadiene block copolymers (for example, Styroflex ® or Styrolux ® of BASF AG, K- Resin TM CPC); Proteins, such as casein; Styrene-isoprene block copolymers; Triazine Resins, Bismaleimide Triazine Resins (BT), Cyanate Ester Resin (CE), Allylated Po lyphenylene ether (APPE). Furthermore, mixtures of two or more polymers can form the matrix material.
  • polystyrene maleic anhydride copolymers for example polystyrene maleic anhydride copolymers;
  • the matrix material may further contain fillers.
  • Suitable fillers are, for example, glass frit or organometallic compounds.
  • Suitable solvents are, for example, aliphatic and aromatic hydrocarbons (for example n-octane, cyclohexane, toluene, xylene), alcohols (for example methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, amyl alcohol ), polyhydric alcohols such as glycerol, ethylene glycol, propylene glycol, neopentyl glycol, alkyl esters (for example methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, isopropyl acetate, 3-methylbutanol), alkoxy alcohols (for example methoxypropanol, methoxybutanol, ethoxypropanol), alkylbenzenes (for example ethylbenzene, isopropylbenzene), butylglycol
  • the application of the monolayer of the surface-hydrophobizing substance avoids or limits the substance containing the electrically conductive particles.
  • the application of the monolayer of the surface-hydrophobizing substance is carried out by any known to the expert method.
  • the surface-hydrophobizing substance is applied to the surface of the substrate by vapor deposition, spraying or dipping. If the surface-hydrophobizing substance is applied to the substrate by vapor deposition, the vapor deposition is preferably carried out in vacuo.
  • the pressure range for the vapor deposition is typically in the range of atmospheric pressure to 10 "6 mbar (abs), preferably in the range of 100 mbar (abs) to 10" 6 mbar (abs).
  • the vapor deposition is usually carried out at a Temperature in the range of 10 to 500 0 C, preferably in the range of 10 to 100 0 C, in particular at room temperature.
  • a solution containing the surface-hydrophobing substance is usually sprayed onto the substrate and then dried. Upon drying, a self-assembling monolayer of the surface-hydrophobizing substance deposits on the substrate. Even in immersion methods in which the substrate to be coated is immersed in a solution containing the surface-hydrophobizing substance or the substrate is placed in a highly diluted solution of the surface-hydrophobizing substance, a self-assembling monolayer of the surface-hydrophobizing substance deposits on the surface of the substrate. In order to wash off silanes that have not reacted with the surface, the substrate is generally rinsed off or cleaned after spraying or dipping with a solvent.
  • Preferred surface-hydrophobizing substances are compounds (S) which have at least one, preferably exactly one, at least one, for example mono- to trisubstituted, preferably exactly triply alkoxylated silyl group and at least one, preferably exactly one group R which has hydrophobic properties.
  • the compounds (S) are those of the formula
  • X is alkoxy, carboxylic acid, for example acetate, halogen, for example chlorine, amines or hydroxy, n is an integer from 1 to 3, preferably 3.
  • X is preferably ethoxy, methoxy or chlorine, where, when n is greater than 1, each X radical can also be, independently of one another, one of the abovementioned groups, it being possible for the individual X radicals to differ from one another.
  • R is an organic, 1 to 20 carbon atoms comprising hydrophobic radical, wherein at n ⁇ 3, the radicals R may be different.
  • R is 2-o alkyl represents d- to C, C 6 to Ci ⁇ -aryl or C 5 - to C 2 - cycloalkyl.
  • Examples of C 1 -C 2 -alkyl are methyl, ethyl, n-propyl, n-propyl, n-butyl, n-butyl, sec-c-butyl, tert-butyl, n-hexyl, n Heptyl, n-octyl, 2-ethylhexyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl, n-tetradecyl, n-hexadecyl, n-octadecyl and n-eicosyl.
  • C 1 -C 4 -alkyl examples are methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, n-butyl, n-butyl, sec-butyl and tert-butyl.
  • C 5 -C 2 cycloalkyl groups are cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctene tyl, cyclononyl, cyclodecyl, cycloundecyl and cyclododecyl; preferred are cyclopentyl, cyclohexyl and cycloheptyl; especially preferred is cyclohexyl.
  • C 6 -C 8 -aryl groups are, for example, phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, 1-anthryl, 2-anthryl, 9-anthryl, 1-phenanthryl, 2-phenanthryl, 3-phenanthryl, 4-phenanthryl, 9-Phe nanthryl, terphenyl, preferably phenyl, 1-naphthyl and 2-naphthyl, more preferably phenyl.
  • radical R to d- to C 2 o alkyl or C ⁇ -Cis-aryl more preferably d- to C2o-alkyl and very particularly preferably Ce to C 2 alkyl.
  • Preferred radicals R are methyl, ethyl, / so-propyl, n-propyl, n-butyl, / so-butyl se / c-butyl, te / f-Buytl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl , Dodecyl and phenyl, particular preference is given to methyl, ethyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl and phenyl, very particular preference to isobutyl, Pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl
  • Suitable compounds (S) are, for example, isooctyltrimethoxysilane, isooctyltriethoxysilane, n-butyltrimethoxysilane, n -tactyltriethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, isobutyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane and phenyltriethoxysilane.
  • R is a partially fluorinated or perfluorinated C 4 - to C 2 O- alkyl, preferably C 4 - to C 8 -alkyl and in particular C 8 to Ci 2 alkyl.
  • R 1 When R is a partially fluorinated alkyl, it is preferable to use a silane of the general formula (I) used.
  • R 1, R 2, R 3 are each independently C 2 to C o alkyl, C 6 to C 8 - aryl or C 5 - to C
  • silanes are used as the surface-hydrophobizing substance, they usually bind with at least one of the radicals R 1, R 2 , R 3 to the surface of the substrate.
  • the radical R 4 is away from the substrate and forms the hydrophobic surface.
  • Suitable silanes which can be used as surface-hydrophobizing substance are, for example, n-octyltrichlorosilane, n-nonyltrichlorosilane, n-decyltrichlorosilane, n-undecyltrichlorosilane, n-dodecyltrichlorosilane, phenyltrichlorosilane, n-octyltriethoxysilane, n-nonyltriethoxysilane, n-decyltriethoxysilane, n- Undecyltriethoxysilane, n-dodecyltriethoxysilane, phenyltriethoxysilane, n-octyltrimethoxysilane, n-nonyltrimethoxysilane, n-decyltrimethoxysilane, n-und
  • the substrate is usually a wafer made of a semiconductor material.
  • the semiconductor material used is generally a material based on silicon.
  • the surface of the wafer to which the structured metallic coating is applied is usually first coated or passivated with silicon nitride.
  • the coating with silicon nitride or the passivation is also carried out in currently produced solar cells and is known to the person skilled in the art.
  • the surface-hydrophobizing substance is then applied to the passivated surface or surface coated with silicon nitride as a monolayer or oligolayer.
  • the grid customary for solar cells is printed from the substance containing the electrically conductive particles.
  • the substance containing the electrically conductive particles it is possible to print the substance containing the electrically conductive particles over one another in several layers. By printing the substance containing the electrically conductive particles and then curing the matrix material contained in the substance and evaporating the solvent, a structured metallic coating is achieved on the surface.
  • the substance containing electrically conductive particles used for the production of solar cells contains 50 to 90% by weight of electrically conductive particles, preferably 65 to 85% by weight and in particular 70 to 80% by weight of electrically conductive particles, 0 to 20 %
  • matrix material preferably 1 to 15% by weight of matrix material, in particular 3 to 10% by weight of matrix material and 0 to 30% by weight of solvent, preferably 5 to 25% by weight of solvent and in particular 5 to 20% by weight % Solvent.
  • solvent By adding the solvent, the viscosity of the substance containing the electrically conductive particles can be adjusted in accordance with the printing method used.
  • any printing method known to the person skilled in the art is suitable as the printing method for applying the substance containing the electrically conductive particles.
  • Conventional printing methods include, for example, screen printing method, ink jet printing method, pad printing method or laser printing method.
  • the substance containing the electrically conductive particles is preferably applied by a laser printing method.
  • the substance to be printed containing the electrically conductive particles is first applied to a support.
  • the application of the substance to the carrier can be carried out by any known to the expert method.
  • the substance containing the electrically conductive particles is applied to the carrier by means of a transfer roller.
  • a color carrier a flexible carrier is preferably used.
  • the color carrier, which is coated with the substance to be printed on, containing the electrically conductive particles has a ribbon-shaped design.
  • Very particular preference is the flexible carrier of a film.
  • the thickness of the carrier is preferably in the range of 1 .mu.m to about 500 .mu.m. It is advantageous to make the carrier as possible in a small thickness, so that the energy introduced by the carrier is not scattered in the carrier and so a clean print image is generated.
  • Suitable materials for the carrier are transparent polymers, for example, for the energy used.
  • the energy used to vaporize the ink and transfer it to the substrate to be printed is preferably a laser.
  • a laser is that the laser beam used can be bundled to a very small cross-section. Thus, a targeted energy input is possible.
  • a suitable absorber is further included, which absorbs the laser light and converts it into heat.
  • the carrier is made of a material transparent to the laser radiation and the absorber, which converts the laser light into heat, is contained in the substance containing the electrically conductive particles.
  • Suitable absorbers are, for example, carbon black, metal nitrides or metal oxides.
  • Suitable lasers which can be used to introduce energy into the paint are, for example, fiber lasers operating in the fundamental mode.
  • a further improvement of the printed image is also achieved if the gap between the substrate to be printed and the carrier, on which the substance containing the electroconductive particles is applied, has a pressure gap in the range of 0 to 2 mm, especially in the range of 0.01 to 1 mm.
  • the smaller the printing gap between the carrier and the substrate to be printed the less the drop expands when it strikes the substrate to be printed, and the more uniform the printed image remains.
  • it is also important to ensure that the substrate to be printed does not touch the carrier coated with the substance containing the electrically conductive particles, so that the undesired locations of the substance containing the electrically conductive particles are not transferred from the carrier to the substrate to be printed.
  • the method according to the invention is also suitable, for example, for producing any other electronic components, for example for the production of printed circuit boards.
  • the substrate used is usually a dielectric as a suitable printed circuit board substrate.
  • Conventional printed circuit board substrates are made, for example, of reinforced or unreinforced polymers.
  • Suitable polymers are, for example, bifunctional and polyfunctional bisphenol A and F-based epoxy resins, epoxy novolac resins, brominated epoxy resins, cycloaliphatic epoxy resins, bismaleimide-triazine resins, polyimides, phenolic resins, cyanate esters, melamine resins or amino resins, phenoxy resins, allylated polyphenylene ethers, polysulfones, polyamides, silicone and fluoro resins, and combinations thereof.
  • the printed circuit board substrate is first coated with a monolayer of a surface-hydrophobizing substance.
  • a surface-hydrophobizing substance the silanes described above are also preferably used in the production of printed circuit boards.
  • the electrically conductive particles can also be carbon particles, for example in the form of nanotubes, in addition to the above-mentioned metals.
  • An electronic component produced by the method according to the invention generally comprises a substrate to which a structured electrically conductive surface is applied, wherein a monolayer of the surface-hydrophobizing material is applied to the substrate and the structured electrically conductive surface is applied to the monolayer.
  • the substrate is generally a wafer made of a semiconductor material, in particular a silicon-containing semiconductor material.
  • the substrate is a printed circuit board substrate.
  • 200 ⁇ l of 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane are placed in a vacuum desiccator.
  • preprocessed silicon nitride coated multicrystalline silicon wafers are placed in the vacuum desiccator.
  • the vacuum desiccator is used closed and it is applied for 3 min a dynamic oil pump vacuum.
  • the wafer surface is brought into contact with the 1 H, 1 H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane via the gas phase over a period of 12 hours in a static vacuum.
  • the 11-1.1 H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane forms an effective surface passivation, the wetting behavior changes, and the surface energy, as measured by Owens and Wendt, is lowered from about 40.1 mN / m to about 12.6 mN / m ,

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten elektrisch leitfähigen Beschichtung auf einem Substrat, bei dem zunächst eine Monolage oder Oligolage einer oberflächenhydrophobisierenden Substanz auf eine Oberfläche des Substrats aufgebracht wird und anschließend eine elektrisch leitfähige Partikel enthaltenden Substanz entsprechend eines vorgegebenen Musters auf das Substrat aufgebracht wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung des Verfahrens zur Herstellung von Solarzellen oder Leiterplatten sowie ein elektronisches Bauteil, umfassend ein Substrat, auf das eine strukturierte elektrisch leitfähige Oberfläche aufgebracht ist, wobei auf das Substrat eine Monolage oder Oligolage aus einem oberflächenhydrophobisierenden Material aufgebracht ist und auf die Monolage oder Oligolage die strukturierte elektrisch leitfähige Oberfläche aufgetragen ist.

Description

Verfahren zur Herstellung einer strukturierten metallischen Beschichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten metallischen Beschichtung auf einem Substrat. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung des Ver- fahrens zur Herstellung von Solarzellen oder Leiterplatten sowie ein elektronisches Bauteil, das ein Substrat umfasst, auf das eine strukturierte metallische Oberfläche aufgebracht ist.
Strukturierte metallische Beschichtungen auf einem Substrat werden zum Beispiel durch Druckverfahren hergestellt. Hierzu wird eine metallische Partikel enthaltende Tinte zum Beispiel durch ein Tintenstrahldruckverfahren oder ein Laserdruckverfahren auf das Substrat aufgebracht. Ein entsprechendes Verfahren, bei dem Farbtropfen von einem mit einer Farbe beschichteten Träger auf ein zu bedruckendes Substrat geschleudert werden, ist z.B. aus US-B 6,241 ,344 bekannt. Zum Übertragen der Farbe wird an der Position, an der das Substrat bedruckt werden soll, Energie durch den Träger in die Farbe auf dem Träger eingebracht. Hierdurch verdampft ein Teil der Farbe, so dass sich diese vom Träger löst. Durch den Druck der verdampfenden Farbe wird der so gelöste Farbtropfen auf das Substrat geschleudert. Durch gerichtetes Eindringen der Energie kann auf diese Weise die Farbe entsprechend eines zu druckenden Musters auf das Substrat übertragen werden. Die notwendige Energie zum Übertragen der Farbe wird zum Beispiel durch einen Laser eingebracht. Der Träger, auf dem die Farbe appliziert ist, ist zum Beispiel ein umlaufendes Band, auf das mit Hilfe einer Auftragsvorrichtung vor dem Druckbereich Farbe aufgetragen wird. Der Laser befindet sich im Inneren des umlaufenden Bandes, so dass der Laser auf den Träger auf der der Farbe abgewandten Seite einwirkt.
Nachteil solcher Verfahren ist jedoch im Allgemeinen, dass die Druckqualität in starkem Maß von der Homogenität der am Prozess beteiligten Bedingungen abhängt. So können bereits kleinste örtliche Unterschiede direkt an der Eintragsstelle der Energie zu einer qualitativen Verschlechterung des Druckerergebnisses führen. Solche Unterschiede sind zum Beispiel Unterschiede in der Dicke des Farbauftrags sowie zum Beispiel auch der elektro- statische Zustand des zu bedruckenden Substrates. So hat zum Beispiel eine übliche Polymer- oder auch Papieroberfläche durch diverse Abrollvorgänge eine völlig ungeordnete statische Oberflächenladung, die auch in ihrem Spannungspotenzial sehr inhomogen ist. Das daraus resultierende Druckbild neigt sehr zu unexakten Kanten und Rändern, die hauptsächlich durch ein Undefiniertes Sprühen und Vernebeln der Farbe verursacht wird. Eine weitere Ursache für unexakte Kanten und Rändern ist auch ein ungleichmäßiges Verlaufen der Farbe auf dem zu bedruckenden Substrat.
Damit Wasser- oder Öltropfen eine Oberfläche nicht benetzen sondern im Wesentlichen eine kugelförmige Gestalt beibehalten, ist es bekannt, auf eine Oberfläche eine Silane ent- haltende Schicht aufzubringen. Eine solche Schicht ist zum Beispiel in EP-A 0 497 189 beschreiben. Nachteil der Beschichtung des hier beschriebenen Verfahrens ist jedoch, dass die zu beschichtende Oberfläche aktiven Wasserstoff, beispielsweise in Form von Hydroxylgruppen, Iminogruppen oder Aminogruppen an der Oberfläche benötigt. Zudem wird die Schicht dazu eingesetzt, Wasser oder Öl abzuweisen. Das Aufbringen einer struk- turierten Schicht auf die Silane enthaltende Oberfläche ist nicht vorgesehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten metallischen Beschichtung auf einem Substrat bereit zu stellen, bei dem eine strukturierte metallische Schicht mit klar definierten exakten Kanten und Rändern erzeugt wird.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten metallischen Beschichtung auf einem Substrat, das folgende Schritte umfasst:
(a) Aufbringen einer Monolage oder Oligolage einer oberflächenhydrophobisierenden Substanz auf eine Oberfläche des Substrats,
(b) Aufdrucken einer elektrisch leitfähige Partikel enthaltenen Substanz entsprechend eines vorgegeben Musters auf das Substrat.
Bevorzugt wird auf die Oberfläche des Substrates eine Monolage aus der oberflächenhydrophobisierenden Substanz aufgebracht. Hierbei können sich jedoch vereinzelt auch Schichten aus 2 oder 3 Lagen ausbilden.
Durch das Aufbringen der Monolage oder Oligolage aus einer oberflächenhydrophobisie- renden Substanz auf die Oberfläche des Substrates wird erreicht, dass die auf das Substrat aufgebrachte, die elektrisch leitfähigen Partikel enthaltende Substanz weniger stark oder im optimalen Fall nicht verläuft sondern ihre Struktur beibehält. Durch das Aufbringen nur einer Monolage oder Oligolage wird weiterhin auch erzielt, dass insbesondere bei einem Substrat aus einem Halbleitermaterial ein Einfluss der oberflächenhydrophobisieren- den Substanz auf die Eigenschaften der strukturierten metallischen Beschichtung und des Halbleitersubstrates so gering gehalten werden kann, dass die Eigenschaften eines herzustellenden Produktes nicht nachteilig beeinflusst werden. Der auf diese Weise mögliche exaktere Kantenverlauf bietet weiterhin den Vorteil, dass ein scharfes, hochaufgelöstes Druckbild mit Strukturen, die deutlich kleiner sind als 100 μm, gedruckt werden können. Ein solches hochaufgelöstes Druckbild mit Strukturen unter 100 μm ist zum Beispiel für die Herstellung von Solarzellen vorteilhaft. Zur Herstellung von Solarzellen werden üblicherweise auf einem mit Siliziumnitrid-beschichtete bzw. passivierte Oberfläche eines Wafers Silberpasten mit Siebdrucktechniken aufgetragen. Jedoch sind mit Siebdruckverfahren Strukturen, die deutlich kleiner als 100 μm sind, nicht verlässlich druckbar. Alternativ ist es zum Beispiel aus US 5,021 ,808 bekannt, eine laserabsorbierende Tinte zu verdrucken, wobei die Tinte auf eine transparente Endlosfolie aufgebracht wird und ein Laser von der Rückseite auf die Vorderseite der Folie fokussiert wird, so dass der dort befindliche Laser absorbierende Film so stark erhitzt wird, dass Teile des Lösungsmittels der Tinte schlagartig verdampfen. Auf diese Weise wird ein Tintentropfen auf das Substrat, beispielsweise den Solar-Wafer übertragen. Zum Verdrucken eigenen sich jedoch nur Tinten, deren Viskositäten deutlich geringer sind als die von vergleichbaren Siebdruckpasten. Nach dem Übertragen der Tinten auf texturierte und mit Siliziumnitrid beschichtete Wafer beobachtet man jedoch, dass die Tinte auf der Oberfläche verläuft. Durch die erfindungsgemäße Be- schichtung mit einer oberflächenhydrophobisierenden Substanz auf den bereits Siliziumnit- rid-beschichteten beziehungsweise passivierten Wafer wird das Verlaufen reduziert oder im idealen Fall sogar unterdrückt. Das erzeugte Druckbild weist somit noch schärfere Kanten auf und es ist ein feineres Druckbild möglich.
Neben mit Siliciumnitrid beschichteten Wafern ist es auch möglich, mit Aluminiumoxid (AI2O3) oder mit Siliciumcarbid (SiC) beschichtete Wafer einzusetzen.
Bei Solarzellen weist das Druckbild üblicherweise zwei bis drei breitere Streifen auf, auf denen später Bändchen zum Verbinden mehrer Zellen angelötet werden. Weiterhin weisen die Zellen ein sehr dünnes, elektrisch gut leitendes Raster auf. Die Anforderungen an die- ses Raster sind sehr hoch. Es muss hoch leitfähig sein, darf aber den Lichteinfall nur so wenig wie möglich behindern. Aus diesem Grund müssen die einzelnen Bahnen des Rasters möglichst schmal und maximal dick aufgebracht werden.
Um leitfähige Raster zu erhalten, wird eine Tinte eingesetzt, die elektrisch leitfähige Parti- kel in einem Lösungsmittel enthält.
Die elektrisch leitfähigen Partikel, die zur Erzeugung der strukturierten metallischen Be- schichtung auf das Substrat aufgebracht werden, enthalten vorzugsweise Silber, Kupfer, Eisen, Zinn, Nickel oder Mischungen oder Legierungen aus diesen Materialien. Ganz be- sonders bevorzugt, insbesondere bei der Herstellung von Solarzellen, werden elektrisch leitfähige Partikel, die Silber und/oder gegebenenfalls Nickel enthalten, eingesetzt. Die eingesetzten Partikel können dabei jede beliebige, dem Fachmann bekannte Form einnehmen. Auch ist es möglich, zwei oder mehrere unterschiedliche Partikel einzusetzen, wobei sich die Partikel in ihrer Größe, Form oder auch im Material unterscheiden können. UbIi- cherweise werden Partikel unterschiedlicher Form, beispielsweise kugelförmige Partikel und plättchenförmige Partikel, eingesetzt. Dabei können sich die Partikel insbesondere auch in ihrer Größe unterscheiden.
Die Größe der Partikel wird im Allgemeinen so gewählt, dass die Abmessungen der aufzu- druckenden Struktur deutlich größer sind als die maximalen Abmaße der Partikel. Vor- - A -
zugsweise werden Partikel mit einer Größe von maximal 10 μm eingesetzt. Insbesondere ist es auch möglich, Nanopartikel als Partikel in der auf das Substrat aufzubringenden Substanz einzusetzen.
Als Lösungsmittel, in dem die Partikel dispergiert sind, eignet sich jedes beliebige, dem Fachmann bekannte Lösungsmittel. Als Lösungsmittel eignen sich zum Beispiel Wasser oder organische Lösungsmittel.
Üblicherweise in der die elektrisch leitfähige Partikel enthaltenden Substanz enthaltene Matrixmaterialien sind zum Beispiel ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol); ASA (Acrylnitril- Styrol-Acrylat); acrylierte Acrylate; Alkydharze; Alkylvinylacetate; Alkylenvinylacetat- Copolymere, insbesondere Methylenvinylacetat, Ethylenvinylacetat, Butylenvinylacetat; Alkylenvinylchlorid-Copolymere; Aminoharze; Aldehyd- und Ketonharze; Cellulose und CeI- lulosederivate, insbesondere Hydroxyalkylcellulose, Celluloseester, wie -Acetate, - Propionate, -Butyrate, Carboxyalkylcellulosen, Cellulosenitrat; Epoxyacrylate; Epoxidharze; modifizierte Epoxidharze, zum Beispiel bifunktionelle oder polyfunktionelle Bisphenol A oder Bisphenol F-Harze, polyfunktionelle Epoxy-Novolak-Harze, bromierte Epoxidharze, cycloaliphatische Epoxidharze; aliphatische Epoxidharze, Glycidether, Vinylether, Ethyle- nacrylsäurecopolymere; Kohlenwasserstoffharze; MABS (transparentes ABS mit Acrylat- Einheiten enthaltend); Melaminharze, Maleinsäureanhydridcopolymerisate; Methacrylate; Naturkautschuk; synthetischer Kautschuk; Chlorkautschuk; Naturharze; Kollophoniumhar- ze; Schellack; Phenolharze; Phenoxyharze, Polyester; Polyesterharze, wie Pheny- lesterharze; Polysulfone; Polyethersulfone; Polyamide; Polyimide; Polyaniline; Polypyrrole; Polybutylenterephthalat (PBT); Polycarbonat (zum Beispiel Makrolon® der Bayer AG); Po- lyesteracrylate; Polyetheracrylate; Polyethylen; Polyethylenthiophene; Polyethylennaphtha- late; Polyethylenterephthalat (PET); Polyethylenterephthalat-Glykol (PETG); Polypropylen; Polymethylmethacrylat (PMMA); Polyphenylenoxid (PPO); Polystyrole (PS), Polytetrafluor- ethylen (PTFE); Polytetrahydrofuran; Polyether (zum Beispiel Polyethylenglykol, Polypropy- lenglykol), Polyvinylverbindungen, insbesondere Polyvinylchlorid (PVC), PVC-Copolymere, PVdC, Polyvinylacetat sowie deren Copolymere, gegebenenfalls teilhydrolysierter Polyvi- nylalkohol, Polyvinylacetale, Polyvinylacetate, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylether, Polyviny- lacrylate und
-methacrylate in Lösung und als Dispersion sowie deren Copolymere, Polyacrylsäureester und Polystyrolcopolymere, zum Beispiel Polystyrolmaleinsäureanhydridcopolymere; Po- lystyrol (schlagfest oder nicht schlagfest modifiziert); Polyurethane, unvernetzte beziehungsweise mit Isocyanaten vernetzt; Polyurethanacrylate; Styrol-Acryl-Copolymere; Sty- rol-Butadien-Blockcopolymere (zum Beispiel Styroflex® oder Styrolux® der BASF AG, K- Resin™ der CPC); Proteine, wie zum Beispiel Casein; Styrol-Isopren-Blockcopolymere; Triazin-Harze, Bismaleimid-Triazin-Harze (BT), Cyanatester-Harz (CE) , Allylierter Po- lyphenylen-äther (APPE). Weiterhin können Mischungen zweier oder mehrerer Polymere das Matrixmaterial bilden.
Das Matrixmaterial kann weiterhin Füllstoffe enthalten. Geeignete Füllstoffe sind zum Bei- spiel Glasfritte oder Metallorganische Verbindungen.
Geeignete Lösemittel sind zum Beispiel aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe (zum Beispiel n-Octan, Cyclohexan, Toluol, XyIoI), Alkohole (zum Beispiel Methanol, Etha- nol, 1-Propanol, 2-Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, Amylalkohol), mehrwertige Alkohole wie Glycerin, Ethylenglykol, Propylenglykol, Neopentylglykol, Alkylester (zum Beispiel Methyl- acetat, Ethylacetat, Propylacetat, Butylacetat, Isobutylacetat, Isopropylacetat, 3- Methylbutanol), Alkoxyalkohole (zum Beispiel Methoxypropanol, Methoxybutanol, Etho- xypropanol), Alkylbenzole (zum Beispiel Ethylbenzol, Isopropylbenzol), Butylglykol, Butyl- diglykol, Alkylglykolacetate (zum Beispiel Butylglykolacetat, Butyldiglykolacetat), Dimethyl- formamid (DMF), Diacetonalkohol, Diglykoldialkylether, Diglykolmonoalkylether, Dipropy- lenglykoldialkylether, Dipropylenglykolmonoalkylether, Diglykolalkyletheracetate, Dipropy- lenglykolalkyletheracetate, Dioxan, Dipropylenglykol und -ether , Diethylenglykol und - ether, DBE (dibasic Ester), Ether (zum Beispiel Diethylether, Tetrahydrofuran), Ethylen- chlorid, Ethylenglykol, Ethylenglykolacetat, Ethylenglykoldimethylester, Kresol, Lactone (zum Beispiel Butyrolacton), Ketone (zum Beispiel Aceton, 2-Butanon, Cyclohexanon, Methylethylketon (MEK), Methylisobutylketon (MIBK)), Methyldiglykol, Methylenchlorid, Methylenglykol, Methylglykolacetat, Methylphenol (ortho-, meta-, para-Kresol), Pyrrolidone (zum Beispiel N-Methyl-2-pyrrolidon), Propylenglykol, Propylencarbonat, Tetrachlorkohlenstoff, Toluol, Trimethylolpropan (TMP), aro- matische Kohlenwasserstoffe und Gemische, aliphatische Kohlenwasserstoffe und Gemische, alkoholische Monoterpene (wie zum Beispiel Terpineol), 2,2,4-Trimethyl-1 ,3- pentandiolmonoisobutyrat (Texanol®), Wasser sowie Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Lösungsmittel.
Durch das Aufbringen der Monolage aus der oberflächenhydrophobisierenden Substanz wird vermieden oder eingeschränkt, dass die die elektrisch leitfähigen Partikel enthaltende Substanz verläuft. Das Aufbringen der Monolage aus der oberflächenhydrophobisierenden Substanz erfolgt durch ein beliebiges, dem Fachmann bekanntes Verfahren. Üblicherweise wird die oberflächenhydrophobisierende Substanz durch Aufdampfen, Aufsprühen oder Tauchen auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht. Wenn die oberflächenhydrophobisierende Substanz durch Aufdampfen auf das Substrat aufgebracht wird, so erfolgt das Aufdampfen vorzugsweise im Vakuum. Der Druckbereich für das Aufdampfen liegt dabei üblicherweise im Bereich von Atmosphärendruck bis 10"6 mbar(abs), bevorzugt im Bereich von 100 mbar(abs) bis 10"6 mbar(abs). Das Aufdampfen erfolgt üblicherweise bei einer Temperatur im Bereich von 10 bis 5000C, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 1000C, insbesondere bei Raumtemperatur.
Wenn das Aufbringen der oberflächenhydrophobisierenden Substanz durch Aufsprühen erfolgt, so wird üblicherweise eine Lösung, die die oberflächenhydrophobisierende Substanz enthält, auf das Substrat aufgesprüht und anschließend getrocknet. Beim Trocknen scheidet sich eine selbstorganisierende Monolage der oberflächenhydrophobisierenden Substanz auf dem Substrat ab. Auch bei Tauchverfahren, bei denen das zu beschichtende Substrat in eine die oberflächenhydrophobisierende Substanz enthaltende Lösung einge- taucht wird oder das Substrat in eine hochverdünnte Lösung der oberflächenhydrophobisierenden Substanz eingelegt wird, scheidet sich eine selbstorganisierende Monolage der oberflächenhydrophobisierenden Substanz auf der Oberfläche des Substrats ab. Um nicht mit der Oberfläche reagierte Silane abzuwaschen wird das Substrat im Allgemeinen nach dem Besprühen oder Tauchen mit einem Lösungsmittel abgespült beziehungsweise gereinigt.
Als oberflächenhydrophobisierende Substanz eignen sich vorzugsweise Verbindungen (S), die mindestens eine, bevorzugt genau eine mindestens einfach, beispielsweise ein- bis dreifach, bevorzugt genau dreifach alkoxylierte Silylgruppe und mindestens eine, bevorzugt genau eine Gruppe R aufweisen, die hydrophobe Eigenschaften aufweist.
Bevorzugt handelt es sich bei den Verbindungen (S) um solche der Formel
Figure imgf000007_0001
worin
X für Alkoxy, Carbonsäure, zum Beispiel Acetat, Halogen, zum Beispiel Chlor, Amine oder Hydroxy, n für eine ganze Zahl von 1 bis 3, bevorzugt 3 steht.
Bevorzugt ist X Ethoxy, Methoxy oder Chlor, wobei bei n größer als 1 jeder Rest X auch unabhängig voneinander eine der genannten Gruppen sein kann, wobei sich die einzelnen Reste X voneinander unterscheiden können.
R steht für einen organischen, 1 bis 20 Kohlenstoffatome umfassenden hydrophoben Rest, wobei bei n<3 die Reste R verschieden sein können.
Bevorzugt steht R für d- bis C2o-Alkyl, C6-bis Ciβ-Aryl oder C5- bis Ci2- Cycloalkyl. Beispiele für d- bis C2o-Alkyl sind Methyl, Ethyl, /so-Propyl, n-Propyl, n-Butyl, /so-Butyl, se/c-Butyl, te/f-Butyl, n-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Decyl, n-Undecyl, n- Dodecyl, n-Tetradecyl, n-Hexadecyl, n-Octadecyl und n-Eicosyl.
Beispiele für d- bis C4-Alkyl sind Methyl, Ethyl, /so-Propyl, n-Propyl, n-Butyl, /so-Butyl, sek- Butyl und te/f-Butyl.
Beispiele für C5-Ci2-Cycloalkylgruppen sind Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooc- tyl, Cyclononyl, Cyclodecyl, Cycloundecyl und Cyclododecyl; bevorzugt sind Cyclopentyl, Cyclohexyl und Cycloheptyl; besonders bevorzugt ist Cyclohexyl.
C6-Ci8-Arylgruppen sind beispielsweise Phenyl, 1-Naphthyl, 2-Naphthyl, 1-Anthryl, 2- Anthryl, 9-Anthryl, 1-Phenanthryl, 2-Phenanthryl, 3-Phenanthryl, 4-Phenanthryl, 9- Phe- nanthryl, Terphenyl, bevorzugt Phenyl, 1-Naphthyl und 2-Naphthyl, besonders bevorzugt Phenyl.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Rest R um d- bis C2o-Alkyl oder Cβ-Cis-Aryl, besonders bevorzugt um d- bis C2o-Alkyl und ganz besonders bevorzugt um Ce- bis Ci2-Alkyl.
Bevorzugte Reste R sind Methyl, Ethyl, /so-Propyl, n-Propyl, n-Butyl, /so-Butyl se/c-Butyl, te/f-Buytl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl und Phenyl, besonders bevorzugt sind Methyl, Ethyl, n-Butyl, iso-Butyl, tert-Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl und Phenyl, ganz besonders bevorzugt sind iso-Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl und Phenyl.
Geeignete Verbindungen (S) sind zum Beispiel Isooctyltrimethoxysilan, Isooctyl- triethoxy- silan, n-Butyltrimethoxysilan, n-Buytyltriethoxysilan, iso-Butyltrimethoxysilan, iso- Butyltriethoxysilan, Phenyltrimethoxysilan und Phenyltriethoxysilan.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist R ein teilfluoriertes oder perfluoriertes C4- bis C2O- Alkyl, vorzugsweise C4- bis Ci8-Alkyl und insbesondere C8-bis Ci2-Alkyl.
Wenn R ein teilfluoriertes Alkyl ist, so wird vorzugsweise ein Silan der allgemeinen Formel (I)
Figure imgf000009_0001
eingesetzt. Darin bedeuten R1, R2, R3 unabhängig voneinander d- bis C2o-Alkyl, C6-bis Ci8- Aryl oder C5- bis C-|2-Cycloalkyl, Methoxy-, Ethoxy- oder Chlor, wobei mindestens einer der Reste R-i, R2, R3 Methoxy-, Ethoxy- oder Chlor ist, n-i ist eine ganze Zahl von 0 bis 20, be- vorzugt von 1 bis 4 insbesondere 2 und n2 ist eine ganze Zahl im Bereich von 0 bis 20, bevorzugt im Bereich von 4 bis 10 und insbesondere im Bereich von 6 bis 8.
Wenn als oberflächenhydrophobisierende Substanz Silane eingesetzt werden, so binden diese üblicherweise mit mindestens einem der Reste Ri, R2, R3 an die Oberfläche des Sub- trates an. Der Rest R4 steht vom Substrat weg und bildet die hydrophobe Oberfläche.
Geeignete Silane, die als oberflächenhydrophobisierende Substanz eingesetzt werden können, sind zum Beispiel n-Octyltrichlorsilan, n-Nonyltrichlorsilan, n-Decyltrichlorsilan, n- Undecyltrichlorsilan, n-Dodecyltrichlorsilan, Phenyltrichlorsilan, n-Octyltriethoxysilan, n- Nonyltriethoxysilan, n-Decyltriethoxysilan, n-Undecyltriethoxysilan, n-Dodecyltrieth- oxysilan, Phenyltriethoxysilan, n-Octyltrimethoxysilan, n-Nonyltrimethoxysilan, n-Decyl- trimethoxysilan, n-Undecyltrimethoxysilan, n-Dodecyltrimethoxysilan, Phenyltrimethoxysi- lan, n-Octyldimethylchlorsilan, n-Nonyldimethylchlorsilan, n-Decyldimethylchlor-silan, n- Undecyldimethylchlorsilan, n-Dodecyldimethylchlorsilan, Phenyldimethylchlorsilan, 1 H,1 H- Perfluorooctyltrichlorsilan, 1 H,1 H-Perfluorodecyltrichlorsilan, 1 H,1 H-Per- fluorododecyltrichlorsilan, 1 H,1 H-Perfluorooctyltriethoxysilan, 1 H,1 H-Perfluorodecyltri- ethoxysilan, 1 H,1 H-Perfluorododecyltriethoxysilan, 1 H,1 H-Perfluorooctyltrimethoxy-silan, 1 H,1 H-Perfluorodecyltrimethoxysilan, 1 H,1 H-Perfluorododecyltrimethoxysilan, 1 H,1 H- Perfluorooctyldimethylchlorsilan, 1 H,1 H-Perfluorodecyldimethylchlorsilan, 1 H,1 H-
Perfluorododecyldimethylchlorsilan, 1 H,1 H,2H,2H-Perfluorooctyltrichlorsilan, 1 H,1 H,2H,2H- Perfluorodecyltrichlorsilan, 1 H,1 H,2H,2H-Perfluorododecyltrichlorsilan, 1 H,1 H,2H,2H- Perfluorooctyltriethoxysilan, 1 H,1 H,2H,2H-Perfluorodecyltriethoxysilan, 1 H,1 H,2H,2H- Perfluorododecyltriethoxysilan, 1 H,1 H,2H,2H-Perfluorooctyltrimethoxy-silan, 1 H,1 H,2H,2H- Perfluorodecyltrimethoxysilan, 1 H,1 H,2H,2H-Perfluorododecyltri-methoxysilan,
1 H,1 H,2H,2H-Perfluorooctyldimethylchlorsilan, 1 H,1 H,2H,2H-Perfluoro- decyldimethylchlorsilan, 1 H,1 H,2H,2H-Perfluorododecyldimethylchlorsilan. Wenn das Verfahren zur Herstellung von Solarzellen eingesetzt wird, ist das Substrat üblicherweise ein Wafer aus einem Halbleitermaterial. Als Halbleitermaterial wird im Allgemeinen ein Material auf Basis von Silizium eingesetzt. Die Oberfläche des Wafers, auf die die strukturierte metallische Beschichtung aufgebracht wird, wird üblicherweise zunächst mit Siliziumnitrid beschichtet oder passiviert. Die Beschichtung mit Siliziumnitrid beziehungsweise die Passivierung wird auch bei derzeit hergestellten Solarzellen durchgeführt und ist dem Fachmann bekannt. Auf die passivierte Oberfläche bzw. mit Siliziumnitrid beschichtete Fläche wird dann die oberflächenhydrophobisierende Substanz als Monolage oder Oligola- ge aufgebracht. Auf die Monolage oder Oligolage aus der oberflächenhydrophobisierenden Substanz wird das für Solarzellen übliche Raster aus der die elektrisch leitfähigen Partikel enthaltenden Substanz aufgedruckt. Durch die Beschichtung mit der oberflächenhydrophobisierenden Substanz ist es möglich, schmale Bahnen des Rasters aufzudrucken, so dass der Lichteinfall durch die aufgedruckten Bahnen nur wenig behindert wird. Wenn eine größere Dicke der Rasterbahnen erzielt werden soll, so ist es möglich, die die elektrisch leitfä- higen Partikel enthaltende Substanz in mehreren Schichten übereinander aufzudrucken. Durch das Aufdrucken der die elektrisch leitfähigen Partikel enthaltenden Substanz und anschließendem Aushärten des in der Substanz enthaltenen Matrixmaterials und Verdampfen des Lösungsmittels wird eine strukturierte metallische Beschichtung auf der Oberfläche erzielt. Üblicherweise enthält die zur Herstellung von Solarzellen eingesetzte, die elektrisch leitfähigen Partikel enthaltende Substanz 50 bis 90 Gew.-% elektrisch leitfähige Partikel, bevorzugt 65 bis 85 Gew.-% und insbesondere 70 bis 80 Gew.-% elektrisch leitfähige Partikel, 0 bis 20 Gew.-% Matrixmaterial, bevorzugt 1 bis 15 Gew.-% Matrixmaterial, insbesondere 3 bis 10 Gew.-% Matrixmaterial und 0 bis 30 Gew.-% Lösungsmittel, bevorzugt 5 bis 25 Gew.-% Lösungsmittel und insbesondere 5 bis 20 Gew.-% Lösungsmittel. Durch die Zugabe des Lösungsmittels lässt dich die Viskosität der die elektrisch leitfähigen Partikel enthaltenden Substanz entsprechend des eingesetzten Druckverfahrens einstellen.
Als Druckverfahren zum Aufbringen der die elektrisch leitfähigen Partikel enthaltenden Substanz eignet sich jedes beliebige dem Fachmann bekannte Druckverfahren. Übliche Druckverfahren sind zum Beispiel Siebdruckverfahren, Tintenstrahldruckverfahren, Tampondruckverfahren oder Laserdruckverfahren. Bevorzugt wird die die elektrisch leitfähigen Partikel enthaltende Substanz durch ein Laserdruckverfahren aufgebracht.
Bei einem geeigneten Laserdruckverfahren wird die die elektrisch leitfähigen Partikel ent- haltende, aufzudruckende Substanz zunächst auf einen Träger aufgebracht. Das Aufbringen der Substanz auf den Träger kann durch ein beliebiges, dem Fachmann bekanntes Verfahren erfolgen. Üblicherweise wird die die elektrisch leitfähigen Partikel enthaltende Substanz mit Hilfe einer Übertragungswalze auf den Träger aufgebracht. AIs Farbträger wird vorzugsweise ein flexibler Träger eingesetzt. Insbesondere ist der Farbträger, der mit der aufzudruckenden, die elektrisch leitfähigen Partikel enthaltende Substanz beschichtet ist, bandförmig ausgestaltet. Ganz besonders bevorzugt ist der flexible Träger einer Folie. Die Dicke des Trägers liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 1 μm bis ungefähr 500 μm. Es ist vorteilhaft, den Träger möglichst in einer geringen Dicke auszuführen, damit die durch den Träger eingebrachte Energie nicht im Träger gestreut wird und so ein sauberes Druckbild erzeugt wird. Als Material für den Träger eignen sich zum Beispiel für die eingesetzte Energie transparente Polymere.
Die Energie, die eingesetzt wird, um die Farbe zu verdampfen und auf das zu bedruckende Substrat zu übertragen ist vorzugsweise ein Laser. Vorteil eines Lasers ist, dass der eingesetzte Laserstrahl auf einen sehr kleinen Querschnitt gebündelt werden kann. Somit ist ein zielgerichteter Energieeintrag möglich. Um die die elektrisch leitfähigen Partikel enthaltende Substanz vom Träger zumindest teilweise zu verdampfen und auch auf das Substrat zu übertragen, ist es erforderlich, das Licht des Lasers in Wärme umzuwandeln. Hierzu ist es z.B. möglich, dass in der die elektrisch leitfähigen Partikel enthaltenden Substanz weiterhin ein geeigneter Absorber enthalten ist, der das Laserlicht absorbiert und in Wärme umwandelt. Alternativ ist es jedoch auch möglich, den Träger, auf die die elektrisch leitfähige Partikel enthaltende Substanz aufgebracht ist, mit einem entsprechenden Absorber zu be- schichten oder aus einem solchen Absorber zu fertigen. Bevorzugt ist es jedoch, dass der Träger aus einem für die Laserstrahlung transparenten Material gefertigt ist und der Absorber, der das Laserlicht in Wärme umwandelt, in der die elektrisch leitfähigen Partikel enthaltenden Substanz enthalten ist. Als Absorber eigenen sich zum Beispiel Ruß, Metallnitride oder Metalloxide.
Geeignete Laser, die eingesetzt werden können, um Energie in die Farbe einzubringen, sind zum Beispiel Faserlaser, die im Grund-Mode betrieben werden.
Eine weitere Verbesserung des Druckbildes wird auch dadurch erreicht, wenn der Spalt zwischen dem zu bedruckenden Substrat und dem Träger, auf dem die die elektrisch leitfähigen Partikel enthaltende zu druckende Substanz aufgebracht ist, einen Druckspalt im Bereich von 0 bis 2 mm, besonders im Bereich von 0,01 bis 1 mm aufweist. Je kleiner der Druckspalt zwischen dem Träger und dem zu bedruckenden Substrat ist, umso weniger weitet sich der Tropfen beim Auftreffen auf das zu bedruckende Substrat auf und umso gleichmäßiger bleibt das Druckbild. Jedoch ist ebenfalls darauf zu achten, dass das zu bedruckende Substrat den mit der die elektrisch leitfähigen Partikel enthaltenden Substanz beschichteten Träger nicht berührt, damit nicht an ungewünschten Stellen die die elektrisch leitfähige Partikel enthaltene Substanz vom Träger auf das zu bedruckende Substrat übertragen wird. Neben der Herstellung von Solarzellen eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Beispiel auch zur Herstellung beliebiger anderer elektronischer Bauteile, beispielsweise zur Herstellung von Leiterplatten. Wenn Leiterplatten durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden, so wird als Substrat üblicherweise ein Dielektrikum als geeignetes Lei- terplattensubstrat eingesetzt. Übliche Leiterplattensubstrate sind zum Beispiel aus verstärkten oder unverstärkten Polymeren hergestellt. Geeignete Polymeere sind zum Beispiel bi- und polyfunktionelle Bisphenol A und F-basierte Epoxidharze, Epoxy-Novolak-Harze, bromierte Epoxidharze, cycloaliphatische Epoxidharze, Bismaleimid-Triazin-Harze, Polyi- mide, Phenolharze, Cyanatester, Melaminharze bzw. Aminoharze, Phenoxyharze, allylierte Polyphenylenether, Polysulfone, Polyamide, Silikon- und Fluorharze und Kombinationen davon.
Um eine saubere Struktur ohne verlaufende Kanten auf das Leiterplattensubstrat aufzutragen wird das Leiterplattensubstrat erfindungsgemäß zunächst mit einer Monolage aus ei- ner oberflächenhydrophobisierenden Substanz beschichtet. Als oberflächenhydrophobisie- rende Substanz werden auch bei der Herstellung von Leiterplatten vorzugsweise die oben beschriebenen Silane eingesetzt.
Bei der Herstellung von Leiterplatten können die elektrisch leitfähigen Partikel neben den oben stehend genannten Metallen auch Kohlenstoffpartikel zum Beispiel in Form von Na- noröhrchen sein.
Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich beliebige elektronische Bauteile, insbesondere Solarzellen oder Leitplatten herstellen. Ein mit dem erfindungsgemäßen Ver- fahren hergestelltes elektronisches Bauteil umfasst im allgemeinen ein Substrat, auf das eine strukturierte elektrisch leitfähige Oberfläche aufgebracht ist, wobei auf das Substrat eine Monolage aus dem oberflächenhydrophobisierende Material aufgebracht ist und auf die Monolage die strukturierte elektrisch leitfähige Oberfläche aufgetragen ist.
Wenn das elektronische Bauteil eine Solarzelle ist, ist das Substrat im allgemeinen ein Wa- fer aus einem Halbleitermaterial, insbesondere einem Silizium enthaltende Halbleitermaterial. Wenn das elektronische Bauteil eine Leiterplatte ist, so ist das Substrat ein Leiterplattensubstrat.
Beispiel
In einem Vakuum-Exsikkator werden 200 μl 1 H,1 H,2H,2H-Perfluorooctyltriethoxysilan vorgelegt. Anschließend werden in den Vakuum-Exsikkator vorprozessierte, mit Siliciumnitrid beschichtete multikristalline Silicium-Wafer gegeben. Der Vakuum-Exsikkator wird ver- schlossen und es wird für 3 min ein dynamisches Ölpumpen-Vakuum angelegt. Danach wird die Wafer-Oberfläche über einen Zeitraum von 12 h im statischen Vakuum mit dem 1 H,1 H,2H,2H-Perfluorooctyltriethoxysilan über die Gasphase in Kontakt gebracht. Das 11-1,1 H, 2H,2H-Perfluorooctyltriethoxysilan bildet eine effektive Oberflächenpassivierung, das Benetzungsverhalten ändert sich und die Oberflächenenergie, gemessen nach Owens und Wendt, wird von ungefähr 40,1 mN/m auf ungefähr 12,6 mN/m abgesenkt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer strukturierten elektrisch leitfähigen Beschichtung auf einem Substrat, folgende Schritte umfassend:
(a) Aufbringen einer Monolage oder Oligolage einer oberflächenhydro- phobisierenden Substanz auf eine Oberfläche des Substrats,
(b) Aufdrucken einer elektrisch leitfähige Partikel enthaltenden Substanz entspre- chend eines vorgegebenen Musters auf das Substrat.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Monolage oder Oligolage aus der oberflächenhydrophobisierenden Substanz durch Aufdampfen, Aufsprühen oder Tauchen auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflä- chenhydrophobisierende Substanz ein Silan der allgemeinen Formel SiRiR2R3R4 ist mit R1, R2 und R3 jeweils unabhängig voneinander d- bis C2o-Alkyl, Cβ-bis C-is-Aryl oder C5- bis Ci2-Cycloalkyl, Methoxy, Ethoxy oder Chlor, wobei mindestens einer der Reste Ri, R2 oder R3 Methoxy, Ethoxy oder Chlor ist, und R4 gegebenenfalls teilfluoriertes oder perfluoriertes d- bis C20-Alkyl.
4. Verfahren gemäß einem der Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Wafer aus einem Halbleitermaterial ist.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wafer mit einer Siliziumnitrid-Beschichtung, einer Aluminiumoxid-Beschichtung oder einer Siliciumcarbid-Beschichtung beschichtet ist.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Partikel enthaltende Substanz 50 bis 90 Gew.-% elektrisch leitfähige Partikel, 0 bis 20 Gew.-% Matrixmaterial und 0 bis 30 Gew.-% Lösungsmittel enthält.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Partikel Silber, Kupfer, Eisen und/oder Zinn enthalten.
8. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Solarzellen oder Leiterplatten.
9. Elektronisches Bauteil, umfassend ein Substrat, auf das eine strukturierte elektrisch leitfähige Oberfläche aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Substrat eine Monolage oder Oligolage aus einem oberflächenhydrophobisierenden Material aufgebracht ist und auf die Monolage oder Oligolage die strukturierte elektrisch leitfä- hige Oberfläche aufgetragen ist.
10. Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Wafer aus einem Halbleitermaterial oder ein Leiterplattensubstrat ist.
1 1. Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Solarzelle oder eine Leiterplatte ist.
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