杜邦的正银——产品技术分析

 
　杜邦的正银——产品技术分析（11）

杜邦这个公司什么时候该合作和谁合作合作什么，它是很清楚的。比如在09年的时候他和乔丹的母校北卡合作搞基于活性金属的半导体金属化来改善这个正银的欧姆接触。两者合作申请了2篇专利，随后杜邦自己申请了实用化的金属粉专利。反过来看看我们的做法通常是什么呢，不说正银就拿铝浆我都见到过很多老板们虔诚的去找大学教授，撇上一笔钱希望给他一个配方他要包打天下的。而且每个老板都认为他找的教授比谁的都厉害的，可实际中我们到现在为止没有见到那个教授的产品。这不是教授水平的问题，教授他可以给你一个铝硅欧姆接触原理，他却没办法给你一个铝浆产品配方的。所以，你要搞什么是你自己要真正认识你自己要搞的东西，而不是你拿一笔钱让别人包办。如果可以包办那应该是这个人找投资而不是你去找他的。对于浆料这个东西，你要合作一定要自己把要合作的内容内涵外延给界定清楚且同时评估好对方的所长了才合作的。看看杜邦和北卡的合作就仅仅是这个半导体欧姆接触金属化方面的合作而不是说让北卡给他搞个全新的正银。

那么现在来看看这个北卡到底合作搞出了什么。其实很简单，因为这些东西早在半导体产生的时候就已经有了。你如果能通透的看一下问题，你会发现这个太阳能电池虽然有铝浆背银正银MWT等等各类浆料，但其实只有一句话，那就是半导体金属化。如果你用半导体金属化作为关键词去搜索的话，你会发现你所需要的一切原理方法都有了。

这个半导体金属化从开始其实和银就不沾边的，那些个最早不管是蒸镀沉积等各种方法都做的是相对半导体来说所谓的活性金属即功函数小的金属，比如Ni\W\Mo\Ti\Co\Ta\Cu等电极的，这些电极都基本是和硅形成了导电性极好的硅化物来导电的，不如这个TiSi2的导电率是12-20微欧级别，同等条件下银是1.6微欧的，很明显这个导电级别足够应用到我们这个电池的欧姆接触级别了。这就是北卡给杜邦的答案，告诉杜邦你弄些活性金属特别举了Co和Mn的例子。但鉴于这些活性金属和铝一样容易氧化，同时熔点也较高，所以最好把他们和银或者其他金属如Sn合金化，以这种低熔点的合金来腐蚀氮化硅，生成或为高导电的硅化物氮化物，或者释放一定的氮氧化物，也减少了银和硅之间的过渡层，从而降低了接触电阻。这些个活性金属主要是第4、5副族的过度元素，这些个过度族元素一个最大的好处就是其氧化物也都是可以SiN反应的，注意我此时没有用严格意义的Si3N4，那是因为这个氮化硅膜沉积的时候并不是严格意义的3：4。

这个活性金属理论你初看到的话耳目一新，觉得绝对是一个突破，而且非常合理没有浪费的。甚至我也怀疑杜邦那个17刚推出来时那个附着力差，是否也就可反推这个是活性金属代替了玻璃实现对氮化硅腐蚀的同时还生成了高导电的硅化物。后来他很快弥补了这个附着力差的缺陷，但不管怎样很明显的一点就是它的玻璃含量在17刚出来时肯定是变少了的。但如果你再仔细分析下，以前做的这些活性金属电极要么是在真空环境要么是电镀环境下实现，总之是无氧环境下的，因为这个活性金属要和这个氮化硅反应那他一样要想那个纳米ZnO一样细的，才能保证反应的一致性防止局部过度。而如此细的活性金属在和氮化硅反应前我想肯定的是会先和O反应掉了。这个缺陷北卡也想到了，杜邦也想到了，他们提出了一个焊剂材料，起初没有和这个活性反应金属联系时我想这个焊剂材料到底有什么用，而从这个活性金属角度来说将就很明显了，这个焊剂的熔点是可控的而且它比玻璃更容易浸润金属了（要不就直接用玻璃来钎焊金属了，当然有些场合也是用玻璃的），也就是说这个焊剂的设计是用来保护这些活性金属的，而且这些焊剂的成分设计好的话可以生成原位的一部分还原气氛的，这个搞铜浆的朋友可以试试焊剂这个思路的。但这就带来了一个问题，在保证了活性金属反应的同时多引入的焊剂无疑又是于电阻有害的，那综合下来到底如何呢，我想这个思路还可以继续探讨的，估计杜邦也在继续完善的。

　　杜邦的正银——产品技术分析（12）

现在我们来看看这个于正银来说的欧姆接触到底都有哪些思路，在此我不再从纯原理的理论层面推导了，因为这个许多教科书上都讲的很清楚很公式化了，况且大家也是不愿看那个繁复的原理公式推导，所以我尽可能用口语化的形式总结出来。

太阳能电池整体的看是属于半导体金属化，那半导体金属化的所有思路都适合他的，也因此我们才看到了那许多的技术形式及产品，喷墨打印、电镀、沉积、印刷，银浆、镍锡铜、镍铜、Ti\Pd、铜浆、纳米银墨水、纳米铜墨水等，或这个各类形式的组合。

而具体到我们这个正银上无非就三条路，一个就是那个最正宗的第五主族元素浓掺杂的欧姆接触，这个前面已经推导了在银浆这个实际应用中不可行。对于这些活性金属硅化物的思路在实际操作中困难重重，也比较难以实现。而这个第三种也就是杜邦在各个专利里及论文资料里所提到的银胶体的隧道导电机理的。这个理论说白了，就是银要与硅接触面积越大越好，而且之间的阻挡层越薄越好。这个没有什么的，一切东西如果你能做到原子级别的接触，那是不需要那些什么浓掺杂等宏观尺度的理论的。可实际上我们是无法做到那个级别的接触的，因为我们到现在为止还没出现真正意义上的原子级别材料技术的，最多也是半导体芯片的纳米级别。但就是这个也足以解决我们的问题了，因为那个纳米银胶粒子的隧道导电就是需要这个纳米尺度的，因为在这个尺度上电子是可以跃迁过去的。其实到了这个纳米尺度是许多东西如电子的波粒二象形就展示出来了，那个波长也许足够那个穿越势垒了。当然那个表面沉积的不到100纳米的氮化硅对可见光来说基本就是透明的了，而一些短波的就很难穿透了，而这个ZnO本身是一种宽带隙半导体材料，室温下带隙约3.3eV，在正面它于短波响应确实是很好的。所以，从理论上来说只要实现了这样的结构可以保证这个欧姆接触了，关键的就是大家如何把这个结构做的好的。

也就是说我们现在的终极目标是得到这么一个结构的（参看杜邦网站上一篇专门讲纳米银的论文），从这个结构反推回去其实许多以前的疑惑都得到合理解释了。

对于银粉，这个银粉大了好还是小了好呢，或者到底多少合适呢。很明显，太小的银粉自身容易烧结，反而会在玻璃没有出现液相时自身已烧结而无法很好溶解到玻璃里再结晶析出在硅表面，也就是硅表面结晶银少欧姆接触差，这就是许多公司为了细线印刷等要求而用细银粉并没发现欧姆接触变好的原因。而颗粒大的银粉烧结活性低，再玻璃出现液相是自身不烧结而大量溶解于玻璃中，导致玻璃中的银在冷却是大量析出结晶长大而使浅结有可能击穿变坏，也会导致欧姆接触特性变差的。所以这个银粉的颗粒要选择合适了，鉴于这个结浅的缘故，银粉颗粒相对以前应该要稍大一些，以1.5-2.5微米为合适，这也是杜邦这个17升高温度的一个原因。再一个就是纳米银该不该用，我想这个基于前面那个结构大家自己可以判断。

再者就是这个玻璃粉实际上一直是变化的，很明显现在这个结变浅了，这个玻璃不能象以前那样不管腐蚀性的问题了，而要降低玻璃腐蚀活性，很明显也会导致这个烧结温度的上升的。而且这个玻璃在里面可以说是个多面手了，它既要完成传统浆料意义上的烧结附着等一切特性，还要考虑半导体的氮化硅腐蚀及对硅的少腐蚀，还要考虑对金属银的溶解和析出等一些列复杂的物理化学变化。幸好我们这个玻璃从它诞生的时候就具备了分相结晶即它的结构里可包含不同的相不同的晶体，这才使得它从理论上也具备了完成上述复杂动作的可行性。看看，这个韩国玻璃粉，已推出来就把许多公司许多问题给解决了，可这样到底是好呢还是不好呢？？

不管怎样，我们期待这么一个玻璃能兼顾烧结附着老化腐蚀溶解结晶析出等多功能的产品赶快出现吧。