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CN104867536A - 用于导电糊组合物的含钼的玻璃粉 - Google Patents

用于导电糊组合物的含钼的玻璃粉 Download PDF

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CN104867536A
CN104867536A CN201510088643.0A CN201510088643A CN104867536A CN 104867536 A CN104867536 A CN 104867536A CN 201510088643 A CN201510088643 A CN 201510088643A CN 104867536 A CN104867536 A CN 104867536A
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X·C·宋
C·L·陈
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Heraeus Precious Metals North America Conshohocken LLC
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Abstract

本发明涉及用于导电糊组合物的含钼的玻璃粉。更具体地,本发明提供了导电糊组合物,该导电糊组合物包含金属粒子、含氧化铅、二氧化硅和钼或含钼的化合物的玻璃粉、和有机载剂。本发明还提供了通过将本发明的导电糊施用到硅片上并烧制该硅片而制成的太阳能电池。本发明还提供了包含电互连的根据本发明的太阳能电池的太阳能电池模块。本发明还提供了制造太阳能电池的方法,其包括下述步骤:提供具有正面和背面的硅片,将本发明的导电糊施用到所述硅片上,和烧制所述硅片。

Description

用于导电糊组合物的含钼的玻璃粉
技术领域
本发明涉及导电糊组合物。具体而言,该导电糊用于太阳能电池技术中,尤其用于形成正面电极。一方面,该导电糊组合物包括导电金属粒子、有机载剂和玻璃粉。该玻璃粉包括钼或含钼的化合物。本发明的另一方面是通过将本发明的导电糊施用到硅片上制成的太阳能电池。本发明还提供了包含电互连的太阳能电池的太阳能电池板。根据另一方面,本发明还提供了制造太阳能电池的方法。
背景技术
太阳能电池是利用光伏效应将光能转化成电力的装置。太阳能是有吸引力的绿色能源,因为其可持续并且仅产生无污染的副产物。在运行中,当光照到太阳能电池时,一部分入射光被表面反射,其余部分透射到太阳能电池中。透射光的光子被通常由半导体材料(例如硅)制成的太阳能电池吸收。来自被吸收的光子的能量由半导体材料的原子中激发出它们的电子,以生成电子-空穴对。这些电子-空穴对然后被p-n结分离,并被施用在太阳能电池表面上的导电电极收集。由此可以在互连的太阳能电池之间传导电力。
太阳能电池通常具有施用到它们的正面和背面上的导电糊,它们在烧制时形成电极。用于形成正面电极的典型导电糊含有金属粒子、玻璃粉和有机载剂。通常选择这些组分以充分利用所得太阳能电池的理论潜力。例如,希望使导电糊与硅表面之间以及金属粒子本身的接触最大化,以使电荷载流子可以经硅界面流向太阳能电池正面上的印刷手指线和母线。为了提供这种接触,该组合物中的玻璃粒子在烧制时蚀穿抗反射涂层,并有助于建立导电金属与下方的硅基板之间的接触。另一方面,该玻璃的侵蚀性绝不能强到在烧制后使p-n结分流。因此,目标是在使p-n结保持完好的同时使接触电阻最小化以实现改进的效率。已知的组合物由于该玻璃在金属层与硅片界面处的绝缘效应而具有高的接触电阻。此外,玻璃粉已知具有宽的熔融温度范围,以致其性能强烈地依赖于加工参数。另外,重要的是改进导电糊与基板之间的粘合以改进机械可靠性。
因此,需要改进导电糊与下方基板之间的电接触并改进粘合、同时不会不利地影响该导电糊的导电性质的用在导电糊中的玻璃组合物。
发明概述
相应地,包括钼或含钼的化合物的本发明的玻璃组合物表现出改进的粘合性能。另外,钼或含钼的化合物的存在改变该玻璃粉的玻璃化转变温度,以致可根据不同规范调节玻璃粉的熔融行为和所产生的加工参数。
本发明提供一种导电糊组合物,其包括金属粒子、玻璃粉和有机载剂,所述玻璃粉包含氧化铅、二氧化硅、和钼或含钼的化合物。
本发明还提供太阳能电池,其通过将本发明的导电糊施用到硅片上并烧制该硅片而制成。
本发明的另一方面是太阳能电池模块,其包括电互连的根据本发明的太阳能电池。
本发明还提供制造太阳能电池的方法,其包括下述步骤:提供具有正面和背面的硅片,将本发明的导电糊施用到所述硅片上,和烧制所述硅片。
附图简述
图1是描绘根据本发明一个示例性实施方案各种玻璃的热流随温度而变化的差示扫描量热图。
发明详述
本发明涉及可用于在太阳能电池上形成电极的导电糊组合物。此类糊可用于形成太阳能电池正面上的电极,以提供太阳能电池之间的传导路径,但不限于这种用途。该导电糊组合物优选包含导电金属粒子、有机载剂和包括钼或含钼的化合物的玻璃粉。
导电糊
所需导电糊是高度导电的以优化所得太阳能电池的效率。可以选择该糊的组分及其比例,以使该糊产生具有最佳电性质的电极并容易印刷。实现改进的电性质的一种方式是提高在导电糊与下方硅基板之间形成的接触量。另外,导电糊与下方基板之间的改进的粘合是合意的,以确保机械可靠性和性能。
本发明的导电糊通常包含导电金属粒子、有机载剂和玻璃粉。根据一个实施方案,基于100%的糊总重量,该导电糊包含大约70-99重量%的金属粒子、大约0.1-15重量%的玻璃粉、大约1-15重量%的有机载剂。根据一个实施方案,该导电糊进一步包括无机和有机添加剂。
玻璃粉
本发明的玻璃粉充当粘合介质,以促进金属导电粒子与硅基板之间的粘合并因此在太阳能装置的寿命期间提供可靠的电接触性能。具体而言,玻璃粉蚀穿硅基板的表面层(例如抗反射层),以在导电糊与硅片之间形成有效接触。某些玻璃组合物由于该玻璃在导电糊与硅片之间的绝缘效应而导致硅界面处的高接触电阻。本发明的玻璃粉具有提供较低接触电阻和较高整体电池效率的优点。另外,本发明的玻璃粉产生对硅基板具有改进的粘合的糊。最后,钼是廉价的元素并且无毒,以使其适用于玻璃粉。
根据一个实施方案,基于100%的导电糊总重量,该玻璃粉为大约0.1-20重量%,优选大约0.2-12重量%,更优选大约0.3-8重量%,最优选大约0.5-5重量%。
优选的玻璃粉是表现出玻璃化转变的非晶或部分结晶固体的粉末。玻璃化转变温度Tg是非晶物质在加热时从硬质固体转变成部分流动的过冷熔体时的温度。玻璃化转变温度的测定方法是本领域技术人员公知的。具体而言,使用同时记录差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)曲线的DSC装置SDT Q600(可购自TA Instruments)测定玻璃化转变温度Tg。该仪器配有水平天平和具有铂/铂-铑(R型)热电偶的炉。所用样品支架是容积大约40-90微升的氧化铝陶瓷坩埚。为了测量和数据评估,分别采用测量软件Q Advantage;Thermal Advantage Release 5.4.0和UniversalAnalysis 2000,version 4.5A Build 4.5.0.5。作为参照物和样品的盘,使用体积大约85微升的氧化铝盘。以0.01毫克的精确度将大约10-50毫克量的样品称入样品盘中。将空基准盘和样品盘置于装置中,关闭炉并开始测量。从25℃的起始温度到1000℃的结束温度使用10K/min的加热速率。该仪器中的天平始终用氮气(N25.0)吹扫,该炉用合成空气(来自Linde的80%N2和20%O2)以50ml/min的流速吹扫。使用上述软件将DSC信号中的第一步评定为玻璃化转变,并取测得的起始值作为Tg的温度。
优选地,玻璃化转变温度低于导电糊的所需烧制温度。根据本发明,优选的玻璃粉具有大约200℃至大约700℃、优选大约250℃至大约650℃、最优选大约250℃至大约500℃的玻璃化转变温度。
在本发明中,该玻璃粉优选包含钼或含钼的化合物。不受制于任何特定理论,但申请人相信,该钼或含钼的化合物提高玻璃粉的密度并使得在玻璃与硅基板之间的界面处最低限度形成间隙并改进玻璃与金属粒子之间的界面。这导致更好的粘合。此外,可通过改变玻璃中存在的钼的量调节玻璃组合物的性质,包括其玻璃化转变温度和熔融温度。这使得可调节的加工参数符合各种温度特异性的用途。实际上,参考图1,该图描绘三种不同玻璃的差示扫描量热曲线。玻璃A和B含有钼(见实施例),而参考玻璃不含钼。如所示,与参考玻璃(696℃)相比,在玻璃A和B中包括钼提高了玻璃熔融温度(779℃、805℃和876℃)。
另外,通常存在于玻璃粉中的硼可以被钼或含钼的化合物替代。硼在玻璃粉中的存在倾向于使玻璃粉在所得导电糊的烧制过程中快速结晶,这又会不利地影响玻璃流动性能。在一个实施方案中,该玻璃粉不含或基本不含硼。
根据一个实施方案,基于100%的玻璃粉总重量,该玻璃粉包含大约0.1-30重量%的钼或含钼的化合物,优选大约0.1-20重量%,更优选大约4-10重量%。含钼的化合物的合适实例包括,但不限于,钼的氧化物,例如MoO、MoO2和MoO3,钼的卤化物,例如MoF3、MoF4、MoF6、MoCl2、MoCl3、MoCl4、MoCl6、MoBr3、MoBr4、MoI2、MoI3和MoI4,和钼的硫族化物,例如MoS2、MoS3、MoSe2和MoTe2,和它们的组合。根据一个优选实施方案,使用MoO3
除钼或含钼的化合物外,在玻璃粉中还可包括其它元素、氧化物和/或在加热时生成氧化物的化合物、或它们的混合物。在一个优选实施方案中,该玻璃粉包含氧化铅(PbO)、二氧化硅(SiO2)和钼(Mo)或含钼的化合物。在一个实施方案中,基于100%玻璃总重量,该玻璃粉包含大约10-99重量%PbO,优选大约70-99重量%PbO,更优选70-90重量%,最优选大约70-85重量%。在另一实施方案中,基于100%玻璃总重量,该玻璃粉包含大约10-30重量%PbO,优选大约20-30重量%。在一个实施方案中,基于100%的玻璃粉总重量,该玻璃粉包含大约0.1-15重量%SiO2,优选大约5-15重量%SiO2,更优选大约5-10重量%SiO2
在另一实施方案中,该玻璃粉可包含其它铅基化合物,包括但不限于,卤化铅、铅硫族化物、碳酸铅、硫酸铅、磷酸铅、硝酸铅和有机金属铅化合物的盐,或在热分解过程中可形成氧化铅或盐的化合物。在另一实施方案中,该玻璃粉可以是无铅的。
除上文列举的组分外,该玻璃粉还可包含用于改进所得导电糊的接触性质的其它化合物。例如,该玻璃粉还可包含Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、V、Zr、W、Mn、Zn、B、P、Sn、Ga、Ge、In、Al、Sb、Bi、Ce、Cu、Ni、Cr、Fe或Co的氧化物或其它化合物,它们的任何组合。此类氧化物和化合物的实例包括,但不限于,锗氧化物、锂氧化物、锡氧化物、铟氧化物、稀土氧化物(例如La2O3或铈氧化物)、磷氧化物、过渡金属氧化物(例如钒氧化物、钼氧化物、铌氧化物、铜氧化物和铬氧化物)、金属卤化物(例如氟化铅和氟化锌)、及其组合。在一个优选实施方案中,该玻璃粉包含氧化铝(例如Al2O3)、氧化锌(ZnO)、或这二者。优选地,此类氧化物和化合物以玻璃粉的大约0.1-15重量%的总量存在。在另一优选实施方案中,该玻璃粉还包含二氧化碲(TeO2)。在另一实施方案中,该玻璃粉不含碲的氧化物(例如TeO2)。
根据一个实施方案,该玻璃粉包含大约1-10摩尔%、更优选大约4-6摩尔%的钼或含钼的化合物;大约50-75摩尔%、优选大约58-70摩尔%PbO;大约20-30摩尔%SiO2;大约1-10摩尔%、优选大约5-7摩尔%Al2O3;和大约1-4摩尔%、优选大约2摩尔%ZnO。在另一实施方案中,该玻璃粉包含大约0.1-25摩尔%的二氧化碲。
本领域技术人员公知的是,玻璃粉粒子可表现出各种形状、表面性质、尺寸、表面积与体积之比和涂层。玻璃粉粒子的大量形状是本领域中已知的。一些实例是球形、角形、细长(杆状或针状)和平面(片状)。玻璃粉粒子还可作为不同形状的粒子的组合存在。具有有利于改进制成的电极的电接触的形状或形状组合的玻璃粉粒子是根据本发明优选的。不考虑粒子的表面性质,表征这些形状的一种方式是通过下述参数:长度、宽度和厚度。在本发明中,由两个端点都包含在该粒子内的最长空间位移矢量的长度给出粒子的长度。由垂直于上文定义的长度矢量的两个端点都包含在该粒子内的最长空间位移矢量的长度给出粒子的宽度。由垂直于上文定义的长度矢量和宽度矢量的两个端点都包含在该粒子内的最长空间位移矢量的长度给出粒子的厚度。
在根据本发明的一个实施方案中,具有尽可能均一的形状的玻璃粉粒子是优选的(即与长度、宽度和厚度相关的比率尽可能接近1的形状,优选所有比率都在大约0.7至大约1.5的范围内,更优选在大约0.8至大约1.3的范围内,最优选在大约0.9至大约1.2的范围内)。在这一实施方案中玻璃粉粒子的优选形状的实例是球体和立方体,或它们的组合,或其中一种或多种与其它形状的组合。
尽管玻璃粉粒子可具有不规则形状,该粒度可以近似表示为得出相同测量结果的“等效球体”的直径。通常,任何给定样品中的玻璃粉粒子不以单一尺寸存在,而是分布在一定的尺寸范围内,即粒度分布。表征粒度分布的一个参数是d50。d50是中值直径或粒度分布的中值。其是在累积分布中的50%处的粒径值。粒度分布的其它参数包括d10——其代表10%的累积(从0至100%)粒子比其小的粒径,和d90——其代表90%的累积(从0至100%)粒子比其小的粒径。可以通过激光衍射、动态光散射、成像、电泳光散射、或本领域中已知的任何其它方法测量粒度分布。具体而言,根据ISO 13317-3:2001测定根据本发明的粒度。根据X-射线重力技术运行的带有软件SediGraph 5120的SediGraph III 5120仪器(MicromeriticsInstrument Corp.of Norcross,Georgia制造)用于该测量。将大约400至600毫克的样品称入50毫升玻璃烧杯,并添加40毫升Sedisperse P11(来自Micromeritics,密度大约0.74至0.76克/立方厘米且粘度大约1.25至1.9mPa·s)作为悬浮液体。将磁性搅拌棒添加到该悬浮液中。在用搅拌棒搅拌该悬浮液的同时使用以功率级2运行的超声探针Sonifer 250(来自Branson)分散该样品8分钟。将这种预处理的样品置于仪器中并开始测量。记录悬浮液的温度(典型范围24℃至45℃)并将该分散溶液在此温度下的粘度测量数据用于计算。使用样品的密度和重量(银为10.5克/立方厘米)测定粒度分布并作为d10、d50和d90给出。
根据本发明优选的是,玻璃粉粒子的中值粒径d50位于大约0.1至10微米、更优选大约0.1至5微米、最优选大约0.1至3.5微米的范围内。在本发明的一个实施方案中,该玻璃粉粒子具有大于大约0.1微米、优选大于大约0.15微米、更优选大于大约0.2微米的d10。在本发明的一个实施方案中,该玻璃粉粒子具有小于大约10微米、优选小于大约5微米、更优选小于大约4.5微米的d90
表征粒子的形状和表面的一种方式是通过其表面积与体积之比。可以通过本领域中已知的BET(Brunauer-Emmett-Teller)法测量表面积/体积比或比表面积。具体而言,根据DIN ISO 9277:1995进行BET测量。根据SMART方法(Sorption Method with Adaptive dosing Rate)运行的Monosorb仪器(Quantachrome Instruments制造)用于该测量。制备样品以在内置脱气站中分析。流动气体扫去杂质,以产生干净表面,可在其上发生吸附。可以用供应的加热罩将样品加热至用户可选的温度。将数字温度控制和显示器安装在仪器面板上。在脱气完成后,将样品盒转移到分析站中。快速连接接头在转移过程中自动密封样品盒。按下单按钮,分析开始。自动升起装有冷却剂的杜瓦瓶,以浸没样品盒并导致吸附。该仪器检测吸附何时完成(2-3分钟),自动降低杜瓦瓶并使用内置热风鼓风机将样品盒温和加热回室温。结果,在数字表上显示解吸气体信号并在面板显示器上直接显示表面积。整个测量(吸附和解吸)周期通常需要不到6分钟。该技术使用高灵敏度的热导率检测器随吸附和解吸的进行测量被吸附物/惰性载气混合物的浓度变化。当通过板上电子元件积分并与校准比较时,该检测器提供吸附或解吸的气体体积。内置微处理器确保线性度并自动计算以平方米/克计的样品BET表面积。
在根据本发明的一个实施方案中,玻璃粉粒子具有大约0.5平方米/克至大约11平方米/克、优选大约1平方米/克至大约10平方米/克、最优选大约2平方米/克至大约8平方米/克的比表面积。
根据另一实施方案,该玻璃粉粒子可包括表面涂层。在该玻璃粉粒子上可以使用本领域中已知并被认为适用于本发明的任何这样的涂层。根据本发明优选的涂层是促进导电糊的改进的粘合的那些涂层。如果存在这样的涂层,所述涂层优选相当于不多于大约10重量%,优选不多于大约8重量%,最优选不多于大约5重量%,在每种情况下基于该玻璃粉粒子的总重量。
导电金属粒子
导电金属粒子在本发明中是表现出最佳电导率并在烧制时有效烧结的那些,以产生具有高电导率和低接触电阻的电极。本领域中已知的适合用作太阳能电池表面电极的也容易焊接的导电金属粒子及其混合物或合金可用于本发明。根据本发明优选的金属粒子是单质金属、合金、金属衍生物、至少两种金属的混合物、至少两种合金的混合物或至少一种金属与至少一种合金的混合物。
可用作金属粒子的金属包括银、铜、铝、锌、钯、镍或铅和其中至少两种的混合物。可用作本发明的金属粒子的合金包括含有选自银、铜、铝、锌、镍、钼、铅和钯的至少一种金属的合金,或两种或更多种这些合金的混合物。在另一实施方案中,该金属粒子包含用一种或多种不同的金属或合金涂布的金属或合金,例如铝涂布的银粒子或银涂布的铜粒子。
在一个实施方案中,该导电金属粒子是银、铝、金和镍的至少一种,或它们的任何混合物或合金。在一个优选实施方案中,该金属粒子是银。该银可作为单质银、银合金或银衍生物存在。合适的银衍生物包括例如银合金和/或银盐,例如卤化银(例如氯化银)、氧化银、硝酸银、乙酸银、三氟乙酸银、正磷酸银及其组合。基于100%的糊总重量,该导电糊包含大约50-99重量%的金属粒子,优选大约60-99重量%,更优选大约70-99重量%,最优选大约80-95重量%。
作为金属粒子的附加成分,除上文提到的成分外,有助于更有利的接触性质和电导率的那些材料是优选的。例如,金属粒子可以与表面涂层一起存在。在该金属粒子上可以使用本领域中已知并被认为适用于本发明的任何这样的涂层。优选的涂层是促进所得导电糊的烧结和粘合性能的那些涂层。如果存在这种涂层,基于100%的金属粒子总重量,该涂层优选相当于不多于大约10重量%,优选不多于大约8重量%,最优选不多于大约5重量%。
该金属粒子可以表现出各种形状、表面、尺寸、表面积与体积之比、氧含量和氧化物层。大量形状是本领域中已知的。一些实例是球形、角形、细长(杆状或针状)和平面(片状)。导电金属粒子还可作为不同形状的粒子的组合存在。具有有利于烧结和粘合的形状或形状组合的金属粒子是根据本发明优选的。不考虑粒子的表面性质,表征这些形状的一种方式是通过下列参数:如本文中阐述的长度、宽度和厚度。
在一个实施方案中,具有尽可能均一的形状的金属粒子是优选的(即与长度、宽度和厚度相关的比率尽可能接近1的形状,优选所有比率都在大约0.7至大约1.5的范围内,更优选在大约0.8至大约1.3的范围内,最优选在大约0.9至大约1.2的范围内)。在这一实施方案中金属粒子的优选形状的实例是球体和立方体,或它们的组合,或其中一种或多种与其它形状的组合。在本发明的另一实施方案中,具有低均一度的形状、优选与长度、宽度和厚度的尺寸相关的至少一个比率高于大约1.5、更优选高于大约3、最优选高于大约5的金属粒子是优选的。根据这一实施方案的优选形状是薄片形、杆形或针形,或薄片形、杆形或针形与其它形状的组合。
导电粒子的各种表面类型是本领域中已知的。有利于有效烧结并产生所得电极的有利电导率的表面类型是优选的。
根据本发明优选的是,该金属粒子的如本文论述的中值粒径d50位于大约0.1至10微米、更优选大约0.1至5微米、更优选大约0.5至3.5微米的范围内。在本发明的一个实施方案中,该金属粒子具有大于大约0.1微米、优选大于大约0.2微米、更优选大于大约0.3微米的d10。在本发明的一个实施方案中,该金属粒子具有小于大约10微米、优选小于大约8微米、更优选小于大约6微米的d90
在一个实施方案中,该金属粒子具有大约0.1平方米/克至大约5平方米/克、更优选大约0.2平方米/克至大约2平方米/克、最优选大约0.2平方米/克至大约0.8平方米/克的如本文中阐述的比表面积。
有机载剂
本发明中优选的有机载剂是基于一种或多种溶剂、优选有机溶剂的溶液、乳状液或分散体,其确保导电糊的成分以溶解、乳化或分散形式存在。优选的有机载剂是提供成分在导电糊内的最佳稳定性并赋予导电糊实现有效适印性的粘度的那些载剂。
在一个实施方案中,该有机载剂包含有机溶剂和一种或多种粘合剂(例如聚合物)、表面活性剂或触变剂,或它们的任何组合。例如,在一个实施方案中,该有机载剂包含在有机溶剂中的一种或多种粘合剂。
本发明中优选的粘合剂是有助于形成具有有利的稳定性、适印性、粘度和烧结性质的导电糊的那些。粘合剂是本领域中公知的。根据本发明优选的粘合剂(通常属于被称作“树脂”的类别)是聚合粘合剂、单体粘合剂和作为聚合物与单体的组合的粘合剂。聚合粘合剂也可以是其中至少两个不同的单体单元包含在单个分子中的共聚物。优选的聚合粘合剂是带有在聚合物主链中的官能团的那些、带有在主链外的官能团的那些和带有在主链中和在主链外的官能团的那些。带有在主链中的官能团的优选聚合物是例如聚酯、取代的聚酯、聚碳酸酯、取代的聚碳酸酯、带有在主链中的环状基团的聚合物、聚糖、取代的聚糖、聚氨酯、取代的聚氨酯、聚酰胺、取代的聚酰胺、酚醛树脂、取代的酚醛树脂、一种或多种前述聚合物的单体的共聚物(任选地与其它共聚单体的共聚物),或其中至少两种的组合。根据一个实施方案,该粘合剂可以是聚乙烯醇缩丁醛或聚乙烯。带有在主链中的环状基团的优选聚合物是例如聚丁酸乙烯酯(PVB)及其衍生物、和聚萜品醇及其衍生物或它们的混合物。优选的聚糖是例如纤维素及其烷基衍生物,优选甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、丙基纤维素、羟丙基纤维素、丁基纤维素和它们的衍生物和其中至少两种的混合物。其它优选的聚合物包括纤维素酯树脂,例如乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素及其混合物。优选使用经此引用并入本文的美国专利公开No.2013/0180583中公开的那些纤维素酯树脂。带有在主聚合物链外的官能团的优选聚合物是带有酰胺基团的那些、带有酸和/或酯基团的那些(通常被称作丙烯酸树脂)或带有上述官能团的组合的聚合物,或它们的组合。带有在主链外的酰胺的优选聚合物是例如聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)及其衍生物。带有在主链外的酸和/或酯基团的优选聚合物是例如聚丙烯酸及其衍生物、聚甲基丙烯酸酯(PMA)及其衍生物或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及其衍生物,或它们的混合物。根据本发明优选的单体粘合剂是乙二醇基单体、松油醇树脂或松香衍生物,或它们的混合物。优选的基于乙二醇的单体粘合剂是具有醚基团、酯基团的那些或基于醚基团和酯基团的那些,优选的醚基团是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基己基和更高级的烷基醚,优选的酯基团是乙酸酯及其烷基衍生物,优选乙二醇单丁基醚单乙酸酯或其混合物。烷基纤维素,优选乙基纤维素、其衍生物及其与来自或不来自前述粘合剂名单的其它粘合剂的混合物是本发明中最优选的粘合剂。基于100%的有机载剂总重量,该粘合剂可以以大约0.1至10重量%、优选大约0.1-8重量%、更优选大约0.5-7重量%的量存在。
根据本发明优选的溶剂是在烧制过程中从该糊中显著除去的导电糊成分,优选是在烧制后以与烧制前相比降低至少大约80%、优选与烧制前相比降低至少大约95%的绝对重量存在的那些。根据本发明优选的溶剂是能够形成具有有利的粘度、适印性、稳定性和烧结特性的导电糊的那些。可以使用本领域中已知并被认为适用于本发明的所有溶剂作为有机载剂中的溶剂。根据本发明,优选的溶剂是能够实现如上所述的导电糊的优选高水平适印性的那些溶剂。根据本发明优选的溶剂是在标准环境温度和压力(SATP)(298.15K、25℃、77°F)、100kPa(14.504psi、0.986atm)下作为液体存在的那些,优选是具有高于大约90℃的沸点和高于约-20℃的熔点的那些。根据本发明优选的溶剂是极性或非极性、质子或非质子、芳族或非芳族的。根据本发明优选的溶剂是单醇、二醇、多元醇、单酯、二酯、聚酯、单醚、二醚、聚醚,以及下述溶剂:该溶剂包含至少一个或多个这些类别的官能团,任选地包含其它类别的官能团,优选环状基团、芳族基团、不饱和键、一个或多个O原子被杂原子替代的醇基团、一个或多个O原子被杂原子替代的醚基团、一个或多个O原子被杂原子替代的酯基团。在本发明中优选的酯是己二酸的二烷基酯,优选的烷基成分是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和更高级的烷基或两种不同的此类烷基的组合,优选己二酸二甲酯和两种或更多种己二酸酯的混合物。在本发明中优选的醚是二醚,优选乙二醇的二烷基醚,优选的烷基成分是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和更高级的烷基或两种不同的此类烷基的组合和两种二醚的混合物。在本发明中优选的醇是伯醇、仲醇和叔醇,优选叔醇,萜品醇及其衍生物是优选的,或两种或更多种醇的混合物。兼具多于一种不同官能团的优选溶剂是2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯(通常称作texanol)及其衍生物、2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇(通常称作卡必醇)、其烷基衍生物,优选甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基卡必醇,优选己基卡必醇或丁基卡必醇和它们的乙酸酯衍生物,优选丁基卡必醇乙酸酯或上述至少两种的混合物。基于100%的有机载剂总重量,该有机溶剂可以以大约40至90重量%的量存在。
该有机载剂还可包含一种或多种表面活性剂和/或添加剂。本发明中优选的表面活性剂是有助于形成具有有利的稳定性、适印性、粘度和烧结性质的导电糊的那些。表面活性剂是本领域技术人员公知的。可以使用本领域中已知并被认为适用于本发明的所有表面活性剂作为有机载剂中的表面活性剂。本发明中优选的表面活性剂是基于直链、支链、芳香链、氟化链、硅氧烷链、聚醚链及其组合的那些。优选的表面活性剂是单链、双链或多链的。根据本发明优选的表面活性剂可具有非离子、阴离子、阳离子、两性或两性离子头。优选的表面活性剂是聚合的和单体的或其混合物。根据本发明优选的表面活性剂可具有颜料亲和基团,优选为具有颜料亲和基团的羟基官能羧酸酯(例如BYK USA,Inc.制造的-108)、具有颜料亲和基团的丙烯酸酯共聚物(例如BYK USA,Inc.制造的-116)、具有颜料亲和基团的改性聚醚(例如Evonik TegoChemie GmbH制造的DISPERS 655)、具有高颜料亲和性基团的其它表面活性剂(例如Evonik Tego Chemie GmbH制造的DISPERS 662 C)。不在上列名单中的根据本发明的其它优选的聚合物是聚环氧乙烷、聚乙二醇及其衍生物和烷基羧酸和它们的衍生物或盐,或其混合物。根据本发明优选的聚乙二醇衍生物是聚(乙二醇)乙酸。优选的烷基羧酸是具有完全饱和的烷基链的那些和具有单或多不饱和的烷基链的那些或其混合物。优选的具有饱和烷基链的羧酸是具有大约8至大约20个碳原子的烷基链长的那些,优选C9H19COOH(癸酸)、C11H23COOH(月桂酸)、C13H27COOH(肉豆蔻酸)、C15H31COOH(棕榈酸)、C17H35COOH(硬脂酸)或它们的盐或混合物。优选的具有不饱和烷基链的羧酸是C18H34O2(油酸)和C18H32O2(亚油酸)。根据本发明优选的单体表面活性剂是苯并三唑及其衍生物。基于100%的有机载剂总重量,该表面活性剂可以以大约0-10重量%、优选大约0-8重量%、更优选约0.01-6重量%的量存在于有机载剂中。
该有机载剂中的优选添加剂是不同于上述载剂组分并有助于导电糊的有利性质(例如有利的粘度和与下方基板的粘合)的那些添加剂。可以使用本领域中已知并被认为适用于本发明的添加剂作为有机载剂中的添加剂。根据本发明优选的添加剂是触变剂、粘度调节剂、稳定剂、无机添加剂、增稠剂、乳化剂、分散剂或pH调节剂。在本发明中优选的触变剂是羧酸衍生物,优选脂肪酸衍生物或其组合。优选的脂肪酸衍生物是C9H19COOH(癸酸)、C11H23COOH(月桂酸)、C13H27COOH(肉豆蔻酸)、C15H31COOH(棕榈酸)、C17H35COOH(硬脂酸)、C18H34O2(油酸)、C18H32O2(亚油酸)或其组合。在本发明中包含脂肪酸的优选组合是蓖麻油。
在一个实施方案中,基于100%的糊总重量,该有机载剂以大约1-20重量%、更优选大约1-15重量%,最优选大约5-15重量%的量存在于导电糊中。
添加剂
本发明中优选的添加剂是除明确提到的其它组分之外有助于提高导电糊、由其制成的电极或所得太阳能电池的性能的添加到导电糊中的组分。可以使用本领域中已知并被认为适用于本发明的所有添加剂作为导电糊中的添加剂。除玻璃粉和载剂中存在的添加剂外,添加剂也可以存在于导电糊中。根据本发明优选的添加剂包括触变剂、粘度调节剂、乳化剂、稳定剂或pH调节剂、无机添加剂、增稠剂和分散剂、或其中至少两种的组合。根据本发明在这种情况中优选的无机有机金属添加剂是Mg、Ni、Te、W、Zn、Mg、Gd、Ce、Zr、Ti、Mn、Sn、Ru、Co、Fe、Rh、V、Y、Sb、P、Cu和Cr、或其中至少两种的组合,优选Zn、Sb、Mn、Ni、W、Te、Rh、V、Y、Sb、P和Ru,或其中至少两种的组合、它们的氧化物、在烧制时可生成这些金属氧化物的化合物、或至少两种上述金属的混合物、至少两种上述氧化物的混合物、至少两种在烧制时可生成这些金属氧化物的上述化合物的混合物,或两种或更多种上文提到的任何物质的混合物。在导电糊中可以使用经此引用并入本文的WO 2012/058358 A1中公开的那些添加剂。
根据一个实施方案,基于100%的糊总重量,添加剂以大约0.1-10重量%、优选大约0.1-5重量%、更优选大约0.1-2重量%存在于该糊组合物中。
形成导电糊组合物
为了形成导电糊,使用本领域中已知的制备糊组合物的任何方法将玻璃粉材料与导电金属粒子和有机载剂合并。制备方法不是关键的,只要其产生均匀分散的糊即可。可以用混合器混合这些组分,例如用混合器混合,然后经过例如三辊磨,以制造分散的均匀糊。除将所有组分同时混合在一起之外,还可以将原料玻璃粉材料与银粒子共研磨,例如在球磨机中共研磨2-24小时,以获得玻璃粉和银粒子的均匀混合物,然后在混合器中将其与有机溶剂合并。
太阳能电池
另一方面,本发明涉及一种太阳能电池。在一个实施方案中,该太阳能电池包含半导体基板(例如硅片)和根据本文所述的任一实施方案的导电糊组合物。
另一方面,本发明涉及通过一种方法制成的太阳能电池,所述方法包括将根据本文所述的任一实施方案的导电糊组合物施用到半导体基板(例如硅片)上并烧制该半导体基板。
硅片
根据本发明优选的晶片除太阳能电池的其它区域外尤其具有能高效吸收光以产生电子-空穴对并跨过边界、优选跨过p-n结边界高效分离空穴和电子的区域。根据本发明优选的晶片是包含由正面掺杂层和背面掺杂层构成的单一主体的那些。
优选地,该晶片包含适当掺杂的四价元素、二元化合物、四元化合物或合金。在本发明中优选的四价元素是硅、锗或锡,优选硅。优选的二元化合物是两种或更多种四价元素的组合、第III族元素与第V族元素的二元化合物、第II族元素与第VI族元素的二元化合物或第IV族元素与第VI族元素的二元化合物。四价元素的优选组合是选自硅、锗、锡或碳的两种或更多种元素的组合,优选SiC。优选的第III族元素与第V族元素的二元化合物是GaAs。根据本发明的一个优选实施方案,该晶片是硅。明确提到硅的上文的描述也适用于此处所述的其它晶片组合物。
p-n结边界位于晶片的正面掺杂层和背面掺杂层会合处。在n型太阳能电池中,背面掺杂层被给电子的n型掺杂剂掺杂且正面掺杂层被受电子或给空穴的p型掺杂剂掺杂。在p型太阳能电池中,背面掺杂层被p型掺杂剂掺杂且正面掺杂层被n型掺杂剂掺杂。根据本发明的一个优选实施方案,通过首先提供掺杂硅基板、然后在该基板的一面上施用相反类型的掺杂层,制备具有p-n结边界的晶片。
掺杂硅基板是本领域中公知的。可以通过本领域中已知并被认为适用于本发明的任何方法制备掺杂硅基板。根据本发明优选的硅基板源是单晶硅、多晶硅、非晶硅和升级的冶金级硅,最优选是单晶硅或多晶硅。可通过在硅基板制备过程中添加掺杂剂而同时进行掺杂以形成掺杂硅基板,或其可以在后继步骤中进行。可以在硅基板制备后通过例如气体扩散外延法进行掺杂。掺杂硅基板也容易购得。根据一个实施方案,可以在形成硅基板的同时通过将掺杂剂添加到硅混合物中进行硅基板的初始掺杂。根据另一实施方案,可以通过气相外延法进行正面掺杂层和高度掺杂的背面层(如果存在)的施用。这种气相外延法优选在大约500℃至大约900℃、更优选大约600℃至大约800℃、最优选大约650℃至大约750℃的温度范围内、在大约2kPa至大约100kPa、优选大约10至大约80kPa、最优选大约30至大约70kPa的压力下进行。
本领域中已知的是,硅基板可表现出许多形状、表面质地和尺寸。仅举几例,基板的形状可包括矩形体、盘形、圆片和不规则多边形。根据本发明的一个优选实施方案,该晶片是有两个类似、优选相等的维度和明显小于另外两个维度的第三个维度的矩形体。前两个维度可以比第三个维度大至少100倍。
此外,各种表面类型是本领域中已知的。根据本发明,具有粗糙表面的硅基板是优选的。评估基板的粗糙度的一种方式是评定基板子表面的表面粗糙度参数,所述子表面比基板的总表面积小,优选小于总表面积的大约1/100,并基本平坦。由该子表面的面积与通过将该子表面投射到最佳拟合该子表面的平面上(通过使均方位移最小化)而形成的理论表面的面积的比率给出表面粗糙度参数的值。表面粗糙度参数的较高值表明较粗糙、较不规则的表面,表面粗糙度参数的较低值表明较光滑、较平整的表面。根据本发明,优选改变硅基板的表面粗糙度以产生许多因素(包括但不限于光吸收和与表面的粘合)之间的最佳平衡。
可以改变硅基板的两个较大维度以适应所得太阳能电池所需的用途。硅片的厚度根据本发明优选低于大约0.5毫米,更优选低于大约0.3毫米,最优选低于大约0.2毫米。一些晶片具有0.01毫米或更大的最低厚度。
根据本发明优选的是,正面掺杂层比背面掺杂层薄。正面掺杂层也优选具有在大约0.1至大约10微米、优选大约0.1至大约5微米、最优选大约0.1至大约2微米范围内的厚度。
可以在背面掺杂层与任何其它层之间将高度掺杂的层施用到硅基板的背面上。这种高度掺杂的层具有与背面掺杂层相同的掺杂类型,且这种层通常被标作a+(将n+型的层施用到n型背面掺杂层上并将p+型的层施用到p型背面掺杂层上)。这种高度掺杂的背面层有助于金属化和改进导电性质。如果存在该高度掺杂的背面层,其根据本发明优选具有大约1至大约100微米、优选大约1至大约50微米、最优选大约1至大约15微米的厚度。
掺杂剂
优选掺杂剂是在添加到硅片中时通过将电子或空穴引入带结构而形成p-n结边界的那些。优选地,根据本发明具体选择这些掺杂剂的种类和浓度,以调节p-n结的带结构状况并按需要设定光吸收和电导率状况。根据本发明优选的p型掺杂剂是向硅片带结构中加入空穴的那些。可以使用本领域中已知并被认为适用于本发明的所有掺杂剂作为p型掺杂剂。根据本发明优选的p型掺杂剂是三价元素,特别是周期表第13族的那些。在这方面,优选的周期表第13族元素包括,但不限于,硼、铝、镓、铟、铊或其中至少两种的组合,其中硼特别优选。
根据本发明优选的n型掺杂剂是向硅片带结构中加入电子的那些。可以使用本领域中已知并被认为适用于本发明的所有掺杂剂作为n型掺杂剂。根据本发明优选的n型掺杂剂是周期表第15族的元素。在这方面优选的周期表第15族元素包括氮、磷、砷、锑、铋或其中至少两种的组合,其中磷特别优选。
如上所述,可以改变p-n结的各种掺杂水平以调节所得太阳能电池的所需性质。使用二次离子质谱学测量掺杂水平。
根据某些实施方案,该半导体基板(即硅片)表现出高于大约60Ω/□、例如高于大约65Ω/□、70Ω/□、90Ω/□或100Ω/□的薄层电阻。为了测量掺杂硅片表面的薄层电阻,使用配有软件包“GP-4 Test 1.6.6 Pro”的装置“GP4-Test Pro”(可获自GP Solar GmbH)。对于该测量,使用四点测量原理。两个外探针施用恒电流,两个内探针测量电压。使用欧姆定律以Ω/□推导薄层电阻。为了测定平均薄层电阻,在晶片的25个等距分布点上进行测量。在温度为22±1℃的空调室中,在测量前平衡所有设备和材料。为了进行该测量,“GP-Test.Pro”配备具有尖端的4点测量头(部件号04.01.0018)以穿入抗反射层和/或钝化层。施用10mA的电流。使测量头与未金属化的晶片材料接触并开始测量。在测量晶片上的25个等距分布点后,以Ω/□计算平均薄层电阻。
太阳能电池结构
可由本发明的方法获得的太阳能电池有助于实现至少一个上述目的。根据本发明优选的太阳能电池是在转化成电能输出的入射光总能量比例方面具有高效率的那些和轻且耐用的那些。太阳能电池至少包括:(i)正面电极,(ii)正面掺杂层,(iii)p-n结边界,(iv)背面掺杂层和(v)焊垫。该太阳能电池还可包括用于化学/机械保护的附加层。
抗反射层
根据本发明,在将电极施用到太阳能电池的正面上之前可以施用抗反射层作为外层。可以使用本领域中已知并被认为适用于本发明的所有抗反射层。优选的抗反射层是降低正面反射的入射光比例并提高穿过正面被晶片吸收的入射光比例的那些。产生有利的吸收/反射比、容易被导电糊蚀刻、在其它方面耐受导电糊烧制所需的温度、并且不会提高电子和空穴在电极界面附近的重组的抗反射层是优选的。根据本发明优选的抗反射层包括SiNx、SiO2、Al2O3、TiO2或其中至少两种的混合物和/或其中至少两层的组合。根据一个优选实施方案,该抗反射层是SiNx,特别是在使用硅片时。
抗反射层的厚度适应适当的光的波长。根据本发明的一个优选实施方案,该抗反射层具有大约20至大约300纳米、更优选大约40至大约200纳米、最优选大约60至大约90纳米的厚度。
钝化层
根据本发明,可以在硅片的正面和/或背面上施用一个或多个钝化层作为外层。可以在形成正面电极之前或在施用抗反射层(如果存在的话)之前施用钝化层。优选的钝化层是降低电极界面附近的电子/空穴重组速率的那些。可以使用本领域中已知并被认为适用于本发明的任何钝化层。根据本发明优选的钝化层是氮化硅、二氧化硅和二氧化钛。根据最优选的实施方案,使用氮化硅。该钝化层优选具有大约0.1纳米至大约2微米、更优选大约10纳米至大约1微米、最优选大约30纳米至大约200纳米的厚度。
附加保护层
除上文描述的直接有助于该太阳能电池的主要功能的层外,还可以添加用于机械和化学保护的附加层。
可以封装电池以提供化学保护。封装是本领域中公知的并可以使用适用于本发明的任何封装。根据一个优选实施方案,如果存在这样的封装,使用通常被称作透明热塑性树脂的透明聚合物作为封装材料。在这方面优选的透明聚合物是硅橡胶和聚乙烯乙酸乙烯酯(PVA)。
也可以在太阳能电池的正面添加透明玻璃板以向电池正面提供机械保护。透明玻璃板是本领域中公知的,并可以使用适用于本发明的任何透明玻璃板。
可以在太阳能电池的背面添加背面保护材料以提供机械保护。背面保护材料是本领域中公知的,并可以使用被认为适用于本发明的任何背面保护材料。根据本发明优选的背面保护材料是具有良好机械性质和耐候性的那些。根据本发明优选的背面保护材料是带有聚氟乙烯层的聚对苯二甲酸乙二醇酯。该背面保护材料根据本发明优选存在于封装层下方(在背面保护层和封装层都存在的情况下)。
可以在太阳能电池的外部添加框架材料以提供机械支撑。框架材料是本领域中公知的,并可以使用被认为适用于本发明的任何框架材料。根据本发明优选的框架材料是铝。
制备太阳能电池的方法
可以通过在半导体基板(例如硅片)上将本发明的导电糊施用到抗反射涂层(例如氮化硅、氧化硅、氧化钛或氧化铝)上来制备太阳能电池。然后将背面导电糊施用到太阳能电池的背面以形成焊垫。然后将铝糊施用到基板的背面,覆盖由背面导电糊形成的焊垫的边缘,以形成BSF。
可以以本领域中已知并被认为适用于本发明的任何方式施用导电糊。实例包括,但不限于,浸渍、浸涂、浇注、滴加、注射、喷涂、刮刀涂布、幕涂、刷涂或印刷或其中至少两种的组合。优选的印刷技术是喷墨印刷、丝网印刷、移印(tampon printing)、胶印、凸版印刷或模版印刷、或其中至少两种的组合。根据本发明优选的是,通过印刷、优选通过丝网印刷施用导电糊。具体而言,该丝网优选具有直径为大约20至大约100微米、更优选大约30至大约80微米、最优选大约30至大约55微米的网孔。
然后根据适当的程式烧制该基板。烧制是烧结印刷的导电糊以形成固体导电体(即电极)所必需的。烧制是本领域中公知的,并可以以被认为适用于本发明的任何方式实施。烧制优选在玻璃粉材料的Tg以上进行。
根据本发明,为烧制设定的最大温度低于大约900℃,优选低于大约860℃。低至大约800℃的烧制温度已用于获得太阳能电池。通常设定烧制温度程式,以便能从导电糊组合物中烧除有机粘合剂材料以及存在的任何其它有机材料。烧制步骤通常在带式炉中在空气中或在含氧气氛中进行。根据本发明优选在快速烧制法中以大约30秒至大约3分钟、更优选大约30秒至大约2分钟、最优选大约40秒至大约1分钟的总烧制时间进行烧制。在600℃以上的时间最优选在大约3至7秒的范围内。该基板可达到大约700至900℃的峰值温度大约1至5秒。也可以在例如大约100-700厘米/分钟的高传输速率下进行烧制,所得停留时间为大约0.5至3分钟。可以使用多个温度区、例如3-12个区控制所需热分布。
正面和背面上的导电糊的烧制可以同时或相继进行。如果施用到两面上的导电糊具有类似、优选相同的最佳烧制条件,则同时烧制是适当的。如果适当,根据本发明优选同时进行烧制。如果相继进行烧制,根据本发明优选首先施用和烧制背面导电糊,然后在正面施用和烧制导电糊。
测量导电糊的性能
为了测量太阳能电池的性能,进行标准电试验。使用“PSL DF”IV-试验机(可获自Berger Lichtechnik GmbH&Co.KG,of Pullach,Germany)表征具有印刷在其上的正面和背面糊的样品太阳能电池。测量设备的所有部件以及待测试的太阳能电池在电测量过程中保持在25℃。在实际测量过程中始终通过温度探针在电池表面上同时测量这种温度。氙弧灯在电池表面上模拟具有1000W/m2的已知AM1.5强度的太阳光。为了使模拟器达到这一强度,该灯在短时期内闪光数次直至其达到通过该IV试验机的“Pulsed Solar Load SCD”软件监测到的稳定水平。PSL DF IV试验机使用多点接触法测量电流(I)和电压(V)以测定电池的IV-曲线。为此,将太阳能电池置于多点接触探针之间以使探针手指接触电池的母线。根据电池表面上的母线的数量调节接触探针线的数量。通过执行软件包自动由这种曲线直接测定所有电值。作为参考标准,测试由相同面积尺寸、相同晶片材料构成并使用相同正面布置加工的来自Berger Lichtechnik的校准太阳能电池,并将数据与认证值进行比较。测量以相同方式加工的至少五个晶片并通过计算各值的平均值解读数据。该软件提供效率、填充系数、短路电流、串联电阻和开路电压的值。
太阳能电池模块
具有至少一个如上所述获得的太阳能电池的模块有助于实现至少一个上述目的。多个根据本发明的太阳能电池可以在空间上和在电学上连接布置,以形成被称作模块的集合装置。根据本发明优选的模块可具有许多个装置,优选为被称作太阳能电池板的矩形装置。电连接太阳能电池的多种方式以及机械布置和安装这些电池以形成集合装置的多种方式是本领域中公知的。根据本发明优选的方法是导致低的质量与功率输出比、低的体积与功率输出比和高耐用性的那些方法。铝是用于机械固定本发明的太阳能电池的优选材料。
现在联系下列非限制性实施例描述本发明。
实施例
实施例1
如表1中所述制备第一种示例性玻璃组合物(“玻璃A”)。在研杵和研钵中混合称取量的原材料。然后将该混合物转移到铝坩埚中,并在出自Themconcept,Dr.Fischer GmbH&Co.KG,Bremen(Germany)的型号KLS 45/11的电炉中在大约900–1200℃下熔融。将该熔体倒在水中以形成玻璃粉。将这些玻璃粉转移到含有中值尺寸为0.8毫米的研磨介质(球型)的烧结氧化铝研磨罐中。通过在出自Retsch,Germany的行星式球磨机PM 400中旋转这种含有研磨混合物的烧结氧化铝研磨罐而干磨或湿磨至所需玻璃粒度。旋转速度为大约30–300min-1
表1.示例性玻璃A的组成
组分 量(以玻璃的重量%计)
PbO 78.04
SiO2 7.35
Al2O3 4.16
ZnO 0.95
MoO3 4.20
V2O5 5.30
然后将玻璃A与表2中所列的组分混合以形成示例性糊组合物(糊A)。将组分置于塑料瓶中并在出自USA的型号8000MMIXER/MILL高能混合器-磨中预混5分钟。然后在三辊磨(例如出自EXAKT Advanced Technologies GmbH,Germany的型号No.80E/0393)中研磨这种混合物。辊之间的间隙保持在5微米至25微米且速度从20rpm至300rpm改变。使各样品经过磨机至少4次以提供均匀的糊。
表2.示例性糊A的组成
组分 量(以糊的重量%计)
玻璃A 1.8
88
有机载剂 9.1
TeO2添加剂 0.7
ZnO添加剂 0.2
Li2O添加剂 0.1
P2O5添加剂 0.1
使用325(目)*0.9(密尔,线直径)*0.6(密尔,乳液厚度)*55微米(手指线开口)压延丝网以150mm/s的速度将糊A和对照糊(不包括钼组分)丝网印刷到具有85Ω/□的薄层电阻的轻掺杂p型硅片的正面上。也将铝背面糊施用到硅片的背面上。将印刷的晶片在150℃下干燥,然后在线性多区红外炉中以峰值温度为大约750-900℃达数秒的程式烧制。
然后根据本文中阐述的参数测试所得太阳能电池,并测定各种电性能性质,包括太阳能电池效率(NCell,%)、填充系数(FF,%)、串联电阻(Rs,Ω)和短路电流(Isc,mA/cm2)。通常,串联电阻Rs越小,导电糊的接触性能越好。
此外,测试粘合性能。用于测量所得导电糊的粘合强度(也称作拉力)的一种方法是将焊丝施用到已印刷在硅太阳能电池背面上的导电糊层(焊垫)上。根据本领域中已知的方法,通过自动化机器,例如Somont CellConnecting自动焊接机(Meyer Burger Technology Ltd.制造)或用手持焊枪手动将标准焊丝施用到焊垫上。在本发明中,使用具有大约20微米62/36/2焊料涂层的0.20×0.20mm铜带,但也可以使用工业中常见和本领域中已知的其它方法。具体而言,切下长度为太阳能电池的长度的大约2.5倍的带。将焊剂涂布到该切下的带上并使其干燥1-5分钟。然后将电池安装到焊接夹具上并将该带定位在电池母线上。将焊接夹具装载到预热台上,并将该电池在150-180℃预热15秒。在预热后降下焊接销并在220-250℃将该带焊接到母线上达0.8-1.8秒。在铜丝焊接到焊垫长度上的情况下,使用拉力试验机(例如GP Solar GP PULL-TEST Advanced)测量粘合力。将焊接带的尾端接合到拉力试验机上的测力计上并以6mm/s的恒速以大约180°拉开。该测力计以100s-1的取样速率记录以牛顿计的粘合力。
在评估示例性糊时,这种焊接和拉开法通常在四个单独的背面焊垫上完成四次,以使通常来自焊接过程的数据变化最小化。来自一个实验的一个独立测量不是非常可靠,因为焊接过程中的离散变化会影响结果。因此,获得来自四次拉开的总平均值并在糊之间比较平均拉力。最少1牛顿的拉力是合意的。粘合强度的可接受的工业标准通常高于2牛顿。拉力为至少3牛顿或在一些情况下大于4牛顿的较强粘度最合意。
示例性糊A和对照糊的电和粘合性能数据汇集在表3中。已相对于对照糊的性能将数据标准化至1。
表3.示例性糊A的性能
性能 对照糊 糊A
NCell(%) 1.00 0.966
FF(%) 1.00 0.963
Rs(Ω) 1.00 2.157
Isc(mA/cm2) 1.00 1.000
粘合(N) 1.00 1.171
实施例2
根据实施例1的制备方法制备第二种示例性玻璃组合物(“玻璃B”)。玻璃B组成列在表4中。与玻璃A比较地调节玻璃B的组成,以测定改变玻璃中的PbO、SiO2、ZnO、MoO3、V2O5和Al2O3的量的影响。
表4.示例性玻璃B的组成
组分 量(以玻璃的重量%计)
PbO 80.92
SiO2 9.44
Al2O3 4.31
ZnO 0.98
MoO3 4.35
然后根据实施例1的制备方法将玻璃B与表5中所列的组分混合以形成示例性糊组合物(糊B)。
表5.示例性糊B的组成
组分 量(以糊的重量%计)
玻璃B 1.8
88
有机载剂 9.1
TeO2添加剂 0.7
ZnO添加剂 0.2
Li2O添加剂 0.1
P2O5添加剂 0.1
然后将糊B和来自实施例1的对照糊如实施例1中所述丝网印刷到轻掺杂的p型硅片的正面上,干燥并烧制。然后通过实施例1中提供并在本文中充分阐述的程序测试所得太阳能电池。与对照糊相比较,示例性糊B的标准化电性能和粘合数据汇集在表6中。
表6.示例性糊B的电性能
性能 对照物 糊B
NCell(%) 1.00 1.000
FF(%) 1.00 0.993
Rs(Ω) 1.00 1.121
Isc(mA/cm2) 1.00 1.006
粘合(N) 1.00 1.143
可以看出,糊B与对照糊相比表现出粘合性能的改进。
本发明的这些和其它优点是本领域技术人员从上述说明书中显而易见的。相应地,本领域技术人员会认识到,可以对上文描述的实施方案作出变动或修改而不背离本发明的广义发明概念。仅为举例说明描述任何特定实施方案的具体尺寸。因此应该理解的是,本发明不限于本文中描述的特定实施方案,而是意在包括在本发明的范围和实质内的所有变动和修改。

Claims (22)

1.一种导电糊组合物,其包含:
金属粒子;
玻璃粉,其包含
a)氧化铅,
b)二氧化硅,和
c)钼或含钼的化合物,
有机载剂。
2.根据权利要求1的导电糊,其中
基于100%的糊总重量,所述糊组合物包含大约50-99重量%的金属粒子,优选大约60-99重量%的金属粒子,更优选大约70-99重量%的金属粒子。
3.根据权利要求1或2的导电糊,其中
基于100%的糊总重量,所述糊组合物包含大约0.1-20重量%的玻璃粉,优选大约0.2-12重量%的玻璃粉,更优选大约0.3-8重量%的玻璃粉,最优选大约0.5-5重量%。
4.根据前述权利要求任一项的导电糊,其中
基于100%的糊总重量,所述糊组合物包含大约1-20重量%的有机载剂,优选大约1-15重量%的有机载剂,更优选大约5-15重量%的有机载剂。
5.根据前述权利要求任一项的导电糊,其中
所述金属粒子选自由银、铜、金、铝、镍和它们的任何混合物或合金组成的组,优选银。
6.根据前述权利要求任一项的导电糊,其中所述金属粒子是球形、薄片形、杆形的,或其中至少两种的组合。
7.根据前述权利要求任一项的导电糊,其中所述金属粒子具有大约0.1至大约10微米的粒度d50
8.根据前述权利要求任一项的导电糊,其中所述金属粒子具有大约0.1至大约5平方米/克的比表面积。
9.根据前述权利要求任一项的导电糊,其中
基于100%的玻璃粉总重量,所述玻璃粉包含大约0.1-30重量%的钼或含钼的化合物,优选大约0.1-20重量%的钼或含钼的化合物,更优选大约4-10重量%的钼或含钼的化合物。
10.根据前述权利要求任一项的导电糊,其中
基于100%的玻璃粉总重量,所述玻璃粉包含大约10-99重量%的氧化铅,优选大约70-99重量%的氧化铅,更优选70-90重量%、最优选75-85重量%的氧化铅。
11.根据前述权利要求任一项的导电糊,其中
基于100%的玻璃粉总重量,所述玻璃粉包含大约0.1-15重量%的二氧化硅,优选大约5-15重量%的二氧化硅,更优选大约5-10重量%的二氧化硅。
12.根据前述权利要求任一项的导电糊,其中
所述含钼的化合物是氧化钼(MoO3)。
13.根据前述权利要求任一项的导电糊,其中所述玻璃进一步包含二氧化碲。
14.根据权利要求13的导电糊,其中所述玻璃包含大约0.1-25摩尔%的二氧化碲。
15.根据前述权利要求任一项的导电糊,其中所述玻璃粉进一步包含氧化锂。
16.根据前述权利要求任一项的导电糊,其中所述玻璃粉进一步包含氧化磷。
17.根据前述权利要求任一项的导电糊,其中所述玻璃粉包含
a)基于100%的玻璃粉总摩尔数,大约1-10摩尔%、更优选大约4-6摩尔%的钼或含钼的化合物;
b)基于100%的玻璃粉总摩尔数,大约50-75摩尔%、优选大约58-70摩尔%的PbO;
c)基于100%的玻璃粉总摩尔数,大约20-30摩尔%的SiO2
d)基于100%的玻璃粉总摩尔数,大约1-10摩尔%、优选大约5-7摩尔%的Al2O3;和
e)基于100%的玻璃粉总摩尔数,大约1-4摩尔%、优选大约2摩尔%的ZnO。
18.根据前述权利要求任一项的导电糊,其中所述有机载剂包含粘合剂、表面活性剂、有机溶剂和触变剂。
19.太阳能电池,其通过将根据权利要求1-18任一项的导电糊施用到硅片上并烧制该硅片而制成。
20.太阳能电池模块,其包含电互连的根据权利要求19的太阳能电池。
21.制造太阳能电池的方法,其包含下述步骤:
提供具有正面和背面的硅片;
将根据权利要求1-18任一项的导电糊施用到所述硅片上;和
烧制所述硅片。
22.根据权利要求21的制造太阳能电池的方法,其中将所述导电糊施用到所述硅片的正面上。
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