[go: up one dir, main page]

CN102428568A - 在硅片正面上形成栅极的方法 - Google Patents

在硅片正面上形成栅极的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102428568A
CN102428568A CN201080022318XA CN201080022318A CN102428568A CN 102428568 A CN102428568 A CN 102428568A CN 201080022318X A CN201080022318X A CN 201080022318XA CN 201080022318 A CN201080022318 A CN 201080022318A CN 102428568 A CN102428568 A CN 102428568A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal paste
weight
paste
silver
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201080022318XA
Other languages
English (en)
Inventor
D·K·安德森
R·D·安德森
K·W·杭
高世铭
G·劳迪辛奥
林政男
吴隽夔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EIDP Inc
Original Assignee
EI Du Pont de Nemours and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EI Du Pont de Nemours and Co filed Critical EI Du Pont de Nemours and Co
Publication of CN102428568A publication Critical patent/CN102428568A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/02—Frit compositions, i.e. in a powdered or comminuted form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/02—Frit compositions, i.e. in a powdered or comminuted form
    • C03C8/10—Frit compositions, i.e. in a powdered or comminuted form containing lead
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/24—Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions, i.e. for use as seals between dissimilar materials, e.g. glass and metal; Glass solders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/14—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material
    • H01B1/16—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material the conductive material comprising metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及在具有ARC层的硅片上形成正面栅极的方法，所述方法包括以下步骤：(1)印刷并干燥金属浆料A，所述金属浆料A包含具有0.5-8重量％玻璃料的无机成分并且具有烧透能力，其中所述金属浆料A印刷在所述ARC层以形成底层的薄的平行指状线，(2)在所述底层指状线上印刷并干燥金属浆料B以形成叠加在所述底层指状线上方的顶层指状线，所述金属浆料B包含具有0-3重量％玻璃料的无机成分，(3)印刷并干燥金属浆料C以形成与所述指状线垂直相交的母线，所述金属浆料C包含具有0.2-3重量％玻璃料的无机成分，以及(4)焙烧所述三面印刷的硅片，其中与金属浆料A的所述无机成分相比，金属浆料B和浆料C的所述无机成分包含较低含量的玻璃料和任选存在的其他无机添加剂。

Description

在硅片正面上形成栅极的方法
发明领域
本发明涉及在硅片正面上形成栅极的方法。
发明背景
常规的具有p-型基板的太阳能电池结构具有通常位于电池的正面或光照面上的负极和位于背面上的正极。众所周知，在半导体的p-n结上入射的合适波长的辐射充当在该半导体中产生电子-空穴对的外部能源。存在于p-n结处的电势差会导致空穴和电子以相反的方向跨过该结移动，从而生成能够向外部电路输送电力的电流。大部分太阳能电池为金属化的硅片形式，即，具有导电的金属触点。
目前所用的太阳能发电电池大多为硅太阳能电池。具体地讲，电极是通过使用例如丝网印刷等方法由金属浆料制成。
硅太阳能电池的生产通常起始于硅片形式的p-型硅基板，在p-型硅基板上通过磷(P)等的热扩散而形成反向导电型的n-型扩散层。通常将三氯氧化磷(POCl3)用作气态磷扩散源，其他液体源为磷酸等。在不作任何特别改性的情况下，扩散层在硅基板的整个表面上形成。p-n结在p-型掺杂剂的浓度等于n-型掺杂剂的浓度处形成；常规电池具有接近光照面的p-n结，并且具有介于0.05和0.5μm之间的结深度。
在形成了该扩散层之后，通过用酸例如氢氟酸蚀刻来将多余的表面玻璃从表面的其余部分除去。
接下来，通过例如等离子体CVD(化学气相沉积)等方法在n-型扩散层上形成厚度介于0.05和0.1μm之间的TiOx、SiOx、TiOx/SiOx或具体地讲，SiNx或Si3N4的ARC层(抗反射涂层)。
常规的具有p-型基板的太阳能电池结构通常具有位于电池正面上的负栅电极和位于背面上的正极。通常通过在电池正面上的ARC层上丝网印刷并干燥正面银浆(正面电极形成银浆)来施加栅极。正面栅极通常以所谓的H图案进行丝网印刷，该图案包括(i)薄的平行指状线(收集线)以及(ii)与指状线垂直相交的两条母线。此外，还将背面银或银/铝浆和铝浆丝网印刷(或某种其他施加方法)在基板的背面上，并且紧接着进行干燥。通常，首先将背面银或银/铝浆丝网印刷到硅片背面上作为两条平行母线或作为矩形(极耳)以准备用于焊接互连线(预焊接的铜带)。然后将铝浆印刷到裸露区域，与背面银或银/铝略微重叠。在一些情况下，在印刷了铝浆之后进行银或银/铝浆的印刷。然后通常在带式炉中焙烧1至5分钟从而使硅片达到700-900℃范围内的峰值温度。正面栅极和背面电极可依次焙烧或共同焙烧。
一般将铝浆丝网印刷在硅片背面并对其进行干燥。将硅片在高于铝熔点的温度下焙烧以形成铝硅熔体，随后在冷却阶段中形成掺有铝的外延生长的硅层。该层一般被称为背表面场(BSF)层。铝浆通过焙烧从干燥状态转化为铝背面电极。同时，将背面银或银/铝浆焙烧成银或银/铝背面电极。在焙烧期间，背面铝与背面银或银/铝之间的边界呈现合金状态，并且还实现电连接。铝电极占背面电极的绝大多数区域，这部分归因于需要形成p+层。在背面的部分(常常作为2-6mm宽的母线)上形成银或银/铝背面电极以作为用于通过预焊接的铜带等来使太阳能电池相互连接的电极。此外，在焙烧过程中，被印刷为正面栅极的正面银浆会烧结并渗透过ARC层，从而能够与n-型层进行电接触。这类方法通常被称为“烧透”。
已发现可提高硅太阳能电池的电效率，其中正面栅极的指状线为双面印刷的，并且用于第一次和第二次印刷的金属浆料在其玻璃料和任选存在的其他无机添加剂的总含量上有所不同。与只是用相同的金属浆料印刷两次相比，印刷层间的粘附力也得到提高。
在本说明书和权利要求中使用术语“玻璃料和任选存在的其他无机添加剂的总含量”。它是指不含金属的金属浆料无机组分。
发明概述
本发明涉及在硅片正面上形成栅极的方法，所述硅片在所述正面上具有p-型区域、n-型区域、p-n结和ARC层，所述方法包括以下步骤：
(1)在ARC层上印刷并干燥具有烧透能力的金属浆料A，其中金属浆料A被印刷成薄的平行指状线从而形成底层指状线。
(2)在底层指状线上印刷并干燥金属浆料B从而形成叠加在底层指状线上方的顶层指状线，
(3)印刷并干燥金属浆料C从而形成与指状线垂直相交的两条或更多条平行母线，并且
(4)焙烧三面印刷的硅片，
其中金属浆料A包含有机载体和无机成分，所述无机成分包含(a1)至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末，以及(a2)0.5-8重量％，优选地1-3重量％的玻璃料，
其中金属浆料B包含有机载体和无机成分，所述无机成分包含(b1)至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末，以及(b2)0-3重量％，优选地0-2重量％的玻璃料，
其中金属浆料C包含有机载体和无机成分，所述无机成分包含(c1)至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末，以及(c2)0.2-3重量％，优选地0.2-2重量％的玻璃料，
其中与金属浆料A的所述无机成分相比，金属浆料B和浆料C的所述无机成分包含较低含量的玻璃料和任选存在的其他无机添加剂，并且其中步骤(1)至(3)可按任意顺序进行，前提条件是步骤(1)在步骤(2)之前进行。
发明详述
在说明书和权利要求书中使用术语“烧透能力”。具有烧透能力的金属浆料是烧透ARC层从而与硅基板表面形成电接触的金属浆料。相应地，烧透能力较弱或根本没有烧透能力的金属浆料在焙烧时与硅基板电接触不良甚至没有电接触。
在本发明方法的步骤(1)中，将具有烧透能力的金属浆料A印刷在硅片正面的ARC层上。硅片是常用于生产硅太阳能电池的常规单晶或多晶硅片；硅片具有p-型区域、n-型区域和p-n结。硅片在其正面上具有例如TiOx、SiOx、TiOx/SiOx，或具体地讲，SiNx或Si3N4的ARC层。此类硅片为技术人员所熟知；为简明起见，参见“发明背景”部分。硅片可能已具有常规的背面金属喷镀层，即具有如上文“发明背景”部分中所述的背面铝浆和背面银浆或背面银/铝浆。背面金属浆料的施加可在正面栅极形成前或形成后实施。背面浆料可以单独焙烧或共同焙烧，或甚至与步骤(1)至(3)中印刷的正面金属浆料共同焙烧。
金属浆料A
金属浆料A为具有烧透能力的厚膜导电组合物。金属浆料A包含有机载体和无机成分，所述无机成分包含(a1)至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末，以及(a2)0.5-8重量％，优选地1-3重量％的玻璃料。
金属浆料A包含有机载体。可将多种多样的惰性粘稠材料用作有机载体。有机载体可为以下的载体：粒状组分(导电金属粉末、玻璃料)为可分散的，并具有足够的稳定度的有机载体。有机载体的性质，特别是流变性可赋予金属浆料良好的施加性质，包括：不溶性固体的稳定分散性、对于印刷(特别是丝网印刷)的适当粘度和触变性、硅片正面上ARC层和浆料固体的适当可润湿性、良好的干燥速率以及良好的焙烧性质。用于金属浆料A中的有机载体可为非水惰性液体。有机载体可为有机溶剂或有机溶剂混合物；在一个实施方案中，有机载体可为一种或多种有机溶剂中一种或多种有机聚合物的溶液。可使用多种有机载体中的任一种，所述载体可包含或可不包含增稠剂、稳定剂和/或其他常用添加剂。在一个实施方案中，用作有机载体组分的聚合物可为乙基纤维素。可单独使用或以组合方式使用的聚合物的其他实例包括乙基羟乙基纤维素、木松香、酚醛树脂和低级醇的聚(甲基)丙烯酸酯。合适的有机溶剂的实例包括酯醇和萜烯例如α-或β-萜品醇或它们与其他溶剂例如煤油、邻苯二甲酸二丁酯、二甘醇丁基醚、二甘醇丁醚乙酸酯、己二醇和高沸点醇的混合物。此外，在有机载体中还可包含挥发性有机溶剂以用于促进金属浆料A在印刷实施后的快速硬化。可配制这些溶剂和其他溶剂的各种组合以达到所期望的粘度和挥发性要求。
金属浆料A中的有机载体与无机成分(无机组分；导电金属粉末和玻璃料和任选存在的其他无机添加剂)的比率取决于金属浆料A的印刷方法和所用有机载体的种类，而且该比率能够改变。通常，金属浆料A将包含58-95重量％的无机组分和5-42重量％的有机载体。
金属浆料A的无机成分包含(a1)至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末，以及(a2)0.5-8重量％，优选地1-3重量％的玻璃料。无机成分还可包含其他无机添加剂，例如，固体氧化物或能够在金属浆料A焙烧期间形成固体氧化物的化合物。在一个实施方案中，金属浆料A的无机成分包含(a1)至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末，以及(a2)0.5-8重量％，优选地1-3重量％的玻璃料。
金属浆料A包含至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末。优选的是银粉。金属粉末或银粉可以是未涂覆的或至少部分地涂覆有表面活性剂的粉末。表面活性剂可选自但不限于：硬脂酸、棕榈酸、月桂酸、油酸、癸酸、肉豆蔻酸、亚油酸以及它们的盐，例如铵盐、钠盐或钾盐。
导电金属粉末或具体地讲银粉的平均粒度在例如0.5-5μm范围内。金属浆料A中的导电金属粉末或具体地讲银粉的总含量为例如50-92重量％，或在一个实施方案中为65-84重量％。
在说明书及权利要求书中使用术语“平均粒度”。这是指通过激光散射所测定的平均粒径(d50)。本说明书和权利要求书中关于平均粒度所作的所有陈述均涉及如存在于金属浆料A、B和C中的相关材料的平均粒度。
一般来讲，金属浆料A仅包含至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末。然而，也可将小部分的选自银、铜和镍的导电金属替换为一种或多种其他金属颗粒。按金属浆料A中包含的金属颗粒的总重量计，此类其他金属颗粒的比例为例如0-10重量％。
如上所述，金属浆料A包含作为无机粘结剂的玻璃料。玻璃料的平均粒度在例如0.5-4μm的范围内。
玻璃料的制备是熟知的，并包括例如将组分的氧化物形式的玻璃组分熔融在一起并将此类熔融组合物注入水中以形成玻璃料。如本领域所熟知的那样，可加热至峰值温度并保持一段时间使得熔体完全变成液体并且均相。
可在球磨机中用水或惰性的低粘度低沸点有机液体来研磨玻璃以减小玻璃料的粒度并且获得大小基本上均匀的玻璃料。然后可将其沉降在水或所述有机液体中以分离出细料，并且可除去包含细料的上清液。也可使用其他分类方法。
金属浆料A为粘稠的组合物，其可通过将导电金属粉末和玻璃料与有机载体机械混合而制备。在一个实施方案中，可使用粉末混合生产方法，这是一种相当于传统辊磨的分散技术；还可使用辊磨或其他混合技术。
金属浆料A可原样使用，或者可例如通过加入一种或多种其他有机溶剂稀释后使用；相应地，金属浆料A的所有其他组分的重量百分比可降低。
在本发明方法的步骤(1)中，将金属浆料A印刷(尤其是丝网印刷)成薄的平行指状线，从而形成底层指状线。平行指状线具有例如2-5mm的间隔距离、例如3-30μm的干燥层厚度以及例如25-150μm的宽度。
干燥印刷的金属浆料A可进行例如1至100分钟从而使硅片达到100-300℃范围内的峰值温度。干燥可利用例如带式、旋转式或静止式干燥机，具体地讲IR(红外线)带式干燥机来进行。
在本发明方法的步骤(2)中，将金属浆料B印刷(特别是丝网印刷)在底层指状线上方从而形成叠加在底层指状线上方的顶层指状线。
金属浆料B
金属浆料B为可能具有或不具有烧透能力或可能仅具有较弱烧透能力的厚膜导电组合物。通常金属浆料B不具有烧透能力。金属浆料B包含有机载体和无机成分，所述无机成分包含(b1)至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末，以及(b2)0-3重量％，优选地0-2重量％的玻璃料。
必要的是，与金属浆料A的无机成分相比，金属浆料B的无机成分包含较低含量的玻璃料和任选存在的其他无机添加剂。在一个实施方案中，与金属浆料A的无机成分相比，金属浆料B的无机成分包含较低含量的玻璃料。在一个最优选的实施方案中，金属浆料B不包含玻璃料，甚至更优选地也不包含其他无机添加剂。
金属浆料B包含有机载体。对于有机载体，上述与金属浆料A的有机载体有关的内容也同样适用。
金属浆料B包含至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末。优选的是银粉。金属粉末或银粉可以是未涂覆的或至少部分地涂覆有表面活性剂的粉末。表面活性剂可选自但不限于：硬脂酸、棕榈酸、月桂酸、油酸、癸酸、肉豆蔻酸、亚油酸以及它们的盐，例如铵盐、钠盐或钾盐。
导电金属粉末或具体地讲银粉的平均粒度在例如0.5-5μm范围内。金属浆料B中的导电金属粉末或具体地讲银粉的总含量为例如50-92重量％，或在一个实施方案中为65-84重量％。
一般来讲，金属浆料B仅包含至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末。然而，可将小部分的选自银、铜和镍的导电金属替换为一种或多种其他金属颗粒。按金属浆料B中包含的金属颗粒的总重量计，此类其他金属颗粒的比例为例如0-10重量％。
如上所述，金属浆料B包含玻璃料(作为无机粘结剂)。如上所述，最优选地是金属浆料B不含玻璃料。玻璃料的平均粒度在例如0.5-4μm的范围内。
对于玻璃料的制备，上述与金属浆料A中玻璃料的制备有关的内容同样适用。
金属浆料B中有机载体与无机成分(无机组分；导电金属粉末和任选存在的玻璃料和任选存在的其他无机添加剂)的比率取决于金属浆料B的印刷方法和所用有机载体的种类，而且该比率能够改变。通常，金属浆料B将包含53-95重量％的无机组分和5-47重量％的有机载体。
金属浆料B的无机成分包含(b1)至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末，以及(b2)0-3重量％，优选地0-2重量％的玻璃料。无机成分还可包含其他无机添加剂，例如，固体氧化物或能够在金属浆料B焙烧期间形成固体氧化物的化合物。在一个实施方案中，金属浆料B的无机成分包含(b1)至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末，以及(b2)0-3重量％，优选地0-2重量％的玻璃料。
金属浆料B为粘稠的组合物，可通过将导电金属粉末和任选存在的玻璃料与有机载体机械混合而制备。在一个实施方案中，可使用粉末混合生产方法，这是一种相当于传统辊磨的分散技术；还可使用辊磨或其他混合技术。
金属浆料B可原样使用，或者可例如通过加入一种或多种其他有机溶剂稀释后使用；相应地，金属浆料B的所有其他组分的重量百分比可降低。
在本发明方法的步骤(2)中，将金属浆料B印刷(特别是丝网印刷)在底层指状线上方从而形成叠加在底层指状线上方的顶层指状线。如此形成的顶层指状线的平行指状线具有例如3-30μm的干燥层厚度以及例如25-150μm的宽度。指状线的总干燥层厚度(底层与顶层指状线干燥层厚度之和)在例如10-50μm的范围内。
干燥印刷的金属浆料B可进行例如1至100分钟从而使硅片达到100-300℃范围内的峰值温度。干燥可利用例如带式、旋转式或静止式干燥机，具体地讲IR带式干燥机来进行。
在本发明方法的步骤(3)中，将金属浆料C印刷(特别是丝网印刷)成与指状线垂直相交的两条或更多条平行母线。
金属浆料C
金属浆料C为可能具有或不具有烧透能力或可能仅具有较弱烧透能力的厚膜导电组合物。在一个优选的实施方案中，它不具有烧透能力。在另一个优选实施方案中，它只具有较弱的烧透能力。它包含有机载体和无机成分，所述无机成分包含(c1)至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末，以及(c2)0.2-3重量％，优选地0.2-2重量％的玻璃料。
必要的是，与金属浆料A的无机成分相比，金属浆料B和浆料C的无机成分包含较低含量的玻璃料和任选存在的其他无机添加剂。在一个实施方案中，金属浆料B和浆料C的无机成分包含的玻璃料小于金属浆料A的无机成分。
金属浆料C包含有机载体。对于有机载体，上述与金属浆料A的有机载体有关的内容也同样适用。
金属浆料C包含至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末。优选的是银粉。金属粉末或银粉可以是未涂覆的或至少部分地涂覆有表面活性剂的粉末。表面活性剂可选自但不限于：硬脂酸、棕榈酸、月桂酸、油酸、癸酸、肉豆蔻酸、亚油酸以及它们的盐，例如铵盐、钠盐或钾盐。
导电金属粉末或具体地银粉的平均粒度在例如0.5-5μm范围内。金属浆料C中的导电金属粉末或具体地银粉的总含量为例如50-92重量％，或在一个实施方案中为65-84重量％。
一般来讲，金属浆料C仅包含至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末。然而，可以将小部分的选自银、铜和镍的导电金属替换为一种或多种其他金属颗粒。按金属浆料C中包含的金属颗粒的总重量计，此类其他金属颗粒的比例为例如0-10重量％。
如上所述，金属浆料C包含作为无机粘结剂的玻璃料。玻璃料的平均粒度在例如0.5-4μm的范围内。
在没有烧透能力或仅具有较弱烧透能力的金属浆料C的优选情况中，金属浆料C中所含的玻璃料可由选自下列的至少一种玻璃料组成：(i)含铅玻璃料，其具有在571-636℃范围内的软化点温度(玻璃化转变温度，由差热分析DTA在10K/min的加热速率下测定)，并且包含53-57重量％的PbO、25-29重量％的SiO2、2-6重量％的Al2O3和6-9重量％的B2O3，(ii)无铅玻璃料，其具有在550-611℃范围内的软化点温度，并且包含11-33重量％的SiO2、＞0-7重量％具体地讲5-6重量％的Al2O3和2-10重量％的B2O3，以及(iii)无铅玻璃料，其具有在550-611℃范围内的软化点温度，并且包含40-73重量％的Bi2O3、11-33重量％的SiO2、＞0-7重量％具体地5-6重量％的Al2O3以及2-10重量％的B2O3。换句话说，本文中至少一种玻璃料可包括类型(i)和/或类型(ii)和/或类型(iii)的玻璃料；不同玻璃料类型间的比率可为任意。在使用类型(ii)的无铅玻璃料的情况下，SiO2、Al2O3和B2O3的重量百分比的总和不为100重量％，剩余的重量百分比具体地讲由一种或多种其他氧化物构成，例如碱金属氧化物(如Na2O)、碱土金属氧化物(如MgO)和金属氧化物(如Bi2O3、TiO2和ZnO)。在使用代表类型(ii)无铅玻璃料特定实施方案的类型(iii)无铅玻璃料时，Bi2O3、SiO2、Al2O3和B2O3的重量百分比的总和可为或可不为100重量％，在总和不为100重量％的情况下，剩余的重量百分比可具体地讲由一种或多种其他氧化物构成，例如碱金属氧化物(如Na2O)、碱土金属氧化物(如MgO)和金属氧化物(如TiO2和ZnO)。
对于玻璃料的制备，上述与金属浆料A中玻璃料的制备有关的内容同样适用。
金属浆料C中的有机载体与无机成分(无机组分；导电金属粉末、玻璃料和任选存在的其他无机添加剂)的比率取决于金属浆料C的印刷方法和所用有机载体的种类，而且该比率能够改变。通常，金属浆料C将包含53-95重量％的无机组分和5-47重量％的有机载体。
金属浆料C的无机成分包含(c1)至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末，以及(c2)0.2-3重量％，优选地0.2-2重量％的玻璃料。无机成分还可包含其他无机添加剂，例如，固体氧化物或能够在金属浆料C焙烧期间形成固体氧化物的化合物。在一个实施方案中，金属浆料C的无机成分包含(c1)至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末，以及(c2)0.2-3重量％，优选地0.2-2重量％的玻璃料。
金属浆料C为粘稠的组合物，可通过将导电金属粉末和玻璃料与有机载体机械混合而制备。在一个实施方案中，可使用粉末混合生产方法，这是一种相当于传统辊磨的分散技术；还可使用辊磨或其他混合技术。
金属浆料C可原样使用，或者可例如通过加入一种或多种其他有机溶剂稀释后使用；相应地，金属浆料C的所有其他组分的重量百分比可降低。
在本发明方法的步骤(3)中，将金属浆料C印刷(特别是丝网印刷)成与指状线垂直相交的两条或更多条平行母线。母线具有例如10-50μm的干燥层厚度和例如1-3mm的宽度。
干燥印刷的金属浆料C可进行例如1至100分钟从而使硅片达到100-300℃范围内的峰值温度。干燥可利用例如带式、旋转式或静止式干燥机，具体地讲IR带式干燥机来进行。
本发明方法的步骤(1)至(3)可以按任意顺序进行，前提条件是步骤(1)在步骤(2)之前进行。换句话讲，工序(1)至(3)可以为下列顺序：(1)-(2)-(3)、(1)-(3)-(2)和(3)-(1)-(2)。
焙烧步骤
步骤(1)至(3)之后的焙烧步骤(4)为共同焙烧步骤。然而，尽管不是优选的但也有可能的是，在步骤(1)至(3)之间进行一个或两个其他焙烧步骤。
步骤(4)的焙烧可进行例如1至5分钟从而使硅片达到700-900℃范围内的峰值温度。焙烧可利用例如单区段或多区段带式炉尤其是多区段IR带式炉来进行。焙烧可在惰性气氛中或在氧气的存在下，例如在空气的存在下进行。在焙烧过程中，包括非挥发性有机材料的有机物质和在干燥时未蒸发的有机部分可被移除，即，被烧尽和/或碳化，特别是被烧尽，并且玻璃料与导电金属粉末一起烧结。金属浆料A蚀刻并烧透ARC层从而与硅基板形成电接触。如果金属浆料C具有烧透能力，则母线蚀刻并烧透ARC层从而与硅基板形成电接触。在不具有烧透能力或仅具有较弱烧透能力的金属浆料C的优选情况下，母线在焙烧后仍保持为“非接触式”母线(浮置母线，未烧透或仅在有限程度上烧透ARC层的母线)，即ARC层至少必须存在于母线和硅基板之间。
本发明方法的附加优点是以此制备的栅极可通过显著的焊料粘附力来区分。
实施例
(1)太阳能电池的制造
如下形成太阳能电池：
(i)在硅基板(200μm厚的面积为243cm2的多晶硅片，p-型(硼)块硅，具有n-型扩散的POCl3发射极，表面用酸纹理化，具有通过化学气相沉积施用在硅片发射极上的SiNx ARC层)的正面上丝网印刷正面银浆(PV159，可从E.I.Du Pont de Nemoursand Company商购获得，其中不含金属的无机成分含量：7重量％，玻璃料含量：2重量％)并干燥成107μm宽和具有2.25mm间距的平行指状线，其中硅基板的正面具有30μm厚的全平面铝电极(由可从E.I.Du Pont de Nemours and Company商购获得的PV381铝组合物丝网印刷而成)。然后丝网印刷银浆B并干燥成两条2mm宽、13μm厚、与指状线垂直相交的平行母线。然后丝网印刷银浆C并干燥成叠加在底层指状线上的107μm宽和具有2.25mm间距的平行指状线。所有金属浆料均在共焙烧之前进行干燥。焙烧后指状线的总厚度为27μm。
银浆B包含81重量％的银粉(平均粒度2μm)、19重量％的有机载体(有机聚合物树脂和有机溶剂)以及玻璃料(平均粒度0.8μm)。银浆B的玻璃料含量为2.0重量％。
银浆C包含85重量％的银粉(平均粒度2μm)、15重量％的有机载体(有机聚合物树脂和有机溶剂)以及玻璃料(平均粒度0.8μm)。银浆C的玻璃料含量为0.5重量％。
表1提供了所使用的玻璃料类型的组成数据。
(ii)然后将印刷过的晶片放入Despatch炉中以3000mm/min的带速焙烧，其中区段温度被限定为区段1＝500℃，区段2＝525℃，区段3＝550℃，区段4＝600℃，区段5＝925℃，最后区段设定为900℃。焙烧后，金属化晶片变成功能光伏器件。
进行电性能的测量。此外测量沉积量。
(2)测试规程
效率
将根据上述方法形成的太阳能电池置于市售I-V测试器(由h.a.l.m.elektronik GmbH提供)中，以测量光转换效率。该I-V测试器中的灯模拟了具有已知强度(大约1000W/m2)的日光并且照射电池的发射极。随后用四个电探针来接触印刷到焙烧电池上的金属化浆料。针对一系列电阻测量太阳能电池所产生的光电流(Voc，即开路电压；Isc，即短路电流)以计算I-V响应曲线。
表2提供有关实施例1(根据本发明)和比较实施例2的总结。
表1
Figure BPA00001464265700121
表2
Figure BPA00001464265700131

Claims (15)

1.在硅片正面上形成栅极的方法，所述硅片在所述正面上具有p-型区域、n-型区域、p-n结和ARC层，所述方法包括以下步骤：
(1)在所述ARC层上印刷并干燥具有烧透能力的金属浆料A，其中所述金属浆料A被印刷成薄的平行指状线从而形成底层指状线，
(2)在所述底层指状线上印刷并干燥金属浆料B从而形成叠加在所述底层指状线上方的顶层指状线，
(3)印刷并干燥金属浆料C从而形成与所述指状线垂直相交的两条或更多条平行母线，并且
(4)焙烧所述三面印刷的硅片，
其中所述金属浆料A包含有机载体和无机成分，所述无机成分包含(a1)至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末，以及(a2)0.5-8重量％的玻璃料，
其中所述金属浆料B包含有机载体和无机成分，所述无机成分包含(b1)至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末，以及(b2)0-3重量％的玻璃料，
其中所述金属浆料C包含有机载体和无机成分，所述无机成分包含(c1)至少一种选自银、铜和镍的导电金属粉末，以及(c2)0.2-3重量％的玻璃料，
其中与金属浆料A的所述无机成分相比，金属浆料B和浆料C的所述无机成分包含较低含量的玻璃料和任选存在的其他无机添加剂，并且
其中步骤(1)至(3)可按任意的顺序进行，前提条件是步骤(1)在步骤(2)之前进行。
2.权利要求1的方法，其中金属浆料A中的所述导电金属粉末的总含量为50-92重量％。
3.权利要求1或2的方法，其中金属浆料B中的所述导电金属粉末的总含量为50-92重量％。
4.权利要求1、2或3的方法，其中金属浆料C中的所述导电金属粉末的总含量为50-92重量％。
5.前述任一项权利要求的方法，其中金属浆料A中的所述至少一种导电金属粉末为银粉。
6.前述任一项权利要求的方法，其中金属浆料B中的所述至少一种导电金属粉末为银粉。
7.前述任一项权利要求的方法，其中金属浆料C中的所述至少一种导电金属粉末为银粉。
8.前述任一项权利要求的方法，其中金属浆料B不包含玻璃料。
9.权利要求8的方法，其中金属浆料B不包含其他无机添加剂。
10.前述任一项权利要求的方法，其中金属浆料C不具有烧透能力或仅具有较弱烧透能力。
11.权利要求10的方法，其中所述金属浆料C中所含的玻璃料可由选自下列的至少一种玻璃料组成：(i)含铅玻璃料，其具有在571-636℃范围内的软化点温度，并且包含53-57重量％的PbO、25-29重量％的SiO2、2-6重量％的Al2O3和6-9重量％的B2O3，(ii)无铅玻璃料，其具有在550-611℃范围内的软化点温度，并且包含11-33重量％的SiO2、＞0-7重量％的Al2O3和2-10重量％的B2O3，以及(iii)无铅玻璃料，其具有在550-611℃范围内的软化点温度，并且包含40-73重量％的Bi2O3、11-33重量％的SiO2、＞0-7重量％的Al2O3以及2-10重量％的B2O3。
12.前述任一项权利要求的方法，其中所述ARC层选自TiOx、SiOx、TiOx/SiOx、SiNx或Si3N4ARC层。
13.前述任一项权利要求的方法，其中步骤(1)至(3)中的所述印刷为丝网印刷。
14.根据前述任一项权利要求的方法制备的正面栅极。
15.硅太阳能电池，所述硅太阳能电池包括在其正面上具有ARC层的硅片和权利要求14的正面栅极。
CN201080022318XA 2009-05-20 2010-05-20 在硅片正面上形成栅极的方法 Pending CN102428568A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17989109P 2009-05-20 2009-05-20
US61/179,891 2009-05-20
PCT/US2010/035579 WO2010135535A1 (en) 2009-05-20 2010-05-20 Process of forming a grid electrode on the front-side of a silicon wafer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102428568A true CN102428568A (zh) 2012-04-25

Family

ID=42271962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080022318XA Pending CN102428568A (zh) 2009-05-20 2010-05-20 在硅片正面上形成栅极的方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8372679B2 (zh)
EP (1) EP2433306A1 (zh)
JP (1) JP2012527782A (zh)
KR (1) KR101322142B1 (zh)
CN (1) CN102428568A (zh)
TW (1) TWI504010B (zh)
WO (1) WO2010135535A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114464690A (zh) * 2020-08-28 2022-05-10 晶科能源股份有限公司 太阳能电池栅线结构和光伏组件

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2415056A1 (en) * 2009-03-30 2012-02-08 E. I. du Pont de Nemours and Company Metal pastes and use thereof in the production of silicon solar cells
CN102479883A (zh) * 2009-11-27 2012-05-30 无锡尚德太阳能电力有限公司 太阳电池正面电极的形成方法
US20110240124A1 (en) * 2010-03-30 2011-10-06 E.I. Du Pont De Nemours And Company Metal pastes and use thereof in the production of silicon solar cells
CN102947942B (zh) * 2010-06-18 2015-12-16 弗劳恩霍弗实用研究促进协会 制造光伏太阳能电池的金属接触结构的方法
JP5789544B2 (ja) * 2011-03-02 2015-10-07 韓國電子通信研究院Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ 伝導性組成物並びにこれを含むシリコン太陽電池及びその製造方法
US20130061918A1 (en) * 2011-03-03 2013-03-14 E. I. Dupont De Nemours And Company Process for the formation of a silver back electrode of a passivated emitter and rear contact silicon solar cell
KR101103501B1 (ko) * 2011-05-30 2012-01-09 한화케미칼 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법
DE102011056632A1 (de) 2011-12-19 2013-06-20 Schott Solar Ag Verfahren zum Ausbilden einer Frontseitenmetallisierung einer Solarzelle sowie Solarzelle
KR101363344B1 (ko) 2012-01-10 2014-02-19 주식회사 젠스엔지니어링 전도성 페이스트를 전극으로 사용하는 실리콘 태양전지 모듈 및 그 제조 방법.
WO2013105750A1 (ko) * 2012-01-10 2013-07-18 주식회사 젠스엔지니어링 전도성 페이스트를 전극으로 사용하는 실리콘 태양전지 모듈 및 그 제조 방법
US20130183795A1 (en) * 2012-01-16 2013-07-18 E I Du Pont De Nemours And Company Solar cell back side electrode
JP5977540B2 (ja) * 2012-03-05 2016-08-24 シャープ株式会社 太陽電池の製造方法、製造装置及び太陽電池
EP3509112B1 (en) 2014-11-28 2020-10-14 LG Electronics Inc. Solar cell and method for manufacturing the same
CN114628252B (zh) * 2022-03-09 2024-10-25 通威太阳能（安徽）有限公司 硅片的碱抛光方法、perc电池及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5279682A (en) * 1991-06-11 1994-01-18 Mobil Solar Energy Corporation Solar cell and method of making same
CN1862839A (zh) * 2005-04-14 2006-11-15 E.I.内穆尔杜邦公司 半导体器件的制造方法及其中用到的导电组合物
WO2009029738A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-05 Ferro Corporation Layered contact structure for solar cells
WO2009059302A1 (en) * 2007-11-02 2009-05-07 Alliance For Sustainable Energy, Llc Fabrication of contacts for silicon solar cells including printing burn through layers
EP2058865A1 (en) * 2006-08-31 2009-05-13 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd Method for forming semiconductor substrate and electrode, and method for manufacturing solar battery

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989012321A1 (en) 1988-06-10 1989-12-14 Mobil Solar Energy Corporation An improved method of fabricating contacts for solar cells
US5178685A (en) * 1991-06-11 1993-01-12 Mobil Solar Energy Corporation Method for forming solar cell contacts and interconnecting solar cells
JP4121928B2 (ja) 2003-10-08 2008-07-23 シャープ株式会社 太陽電池の製造方法
EP2104147B1 (en) * 2006-12-26 2015-04-15 Kyocera Corporation Solar cell element and solar cell element manufacturing method
TW200926210A (en) * 2007-09-27 2009-06-16 Murata Manufacturing Co Ag electrode paste, solar battery cell, and process for producing the solar battery cell

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5279682A (en) * 1991-06-11 1994-01-18 Mobil Solar Energy Corporation Solar cell and method of making same
CN1862839A (zh) * 2005-04-14 2006-11-15 E.I.内穆尔杜邦公司 半导体器件的制造方法及其中用到的导电组合物
EP2058865A1 (en) * 2006-08-31 2009-05-13 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd Method for forming semiconductor substrate and electrode, and method for manufacturing solar battery
WO2009029738A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-05 Ferro Corporation Layered contact structure for solar cells
WO2009059302A1 (en) * 2007-11-02 2009-05-07 Alliance For Sustainable Energy, Llc Fabrication of contacts for silicon solar cells including printing burn through layers

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114464690A (zh) * 2020-08-28 2022-05-10 晶科能源股份有限公司 太阳能电池栅线结构和光伏组件

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010135535A1 (en) 2010-11-25
US20100294361A1 (en) 2010-11-25
EP2433306A1 (en) 2012-03-28
KR20120014211A (ko) 2012-02-16
TW201110397A (en) 2011-03-16
KR101322142B1 (ko) 2013-10-28
US8372679B2 (en) 2013-02-12
JP2012527782A (ja) 2012-11-08
TWI504010B (zh) 2015-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102428567B (zh) 在硅片正面上形成栅极的方法
CN102428568A (zh) 在硅片正面上形成栅极的方法
CN101952903B (zh) 铝浆及其在硅太阳能电池生产中的用途
CN102365689A (zh) 金属浆料及其在硅太阳能电池生产中的用途
CN102640231A (zh) 用于形成钝化发射极的银背面电极以及形成背面接触硅太阳能电池的方法
KR101507697B1 (ko) Lfc-perc 규소 태양 전지의 제조 방법
US20110240124A1 (en) Metal pastes and use thereof in the production of silicon solar cells
CN102037573A (zh) 形成硅太阳能电池的方法
WO2010117773A1 (en) Metal pastes and use thereof in the production of silicon solar cells
TWI504001B (zh) 在矽晶圓前側上形成柵極電極的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120425