本發(fā)明涉及可焊鋁-錫漿料組合物和由所述組合物形成的可焊鋁-錫導體，具體地講電極。本發(fā)明還涉及硅半導體器件，并且具體地講，其涉及用于形成太陽能電池的背側(cè)面的可焊鋁-錫電極的導電組合物。

背景技術(shù)：

本發(fā)明可應用于范圍廣泛的電子器件，盡管本發(fā)明對諸如光電二極管和太陽能電池等光接收元件尤其有效。下文以太陽能電池作為現(xiàn)有技術(shù)的具體示例對本發(fā)明背景進行描述。

具有p型基板的常規(guī)太陽能電池結(jié)構(gòu)具有通常在電池的前側(cè)面或光照面上的負極以及背側(cè)面上的正極。在半導體基板的p-n結(jié)上入射的適宜波長的輻射充當在該基板中產(chǎn)生空穴-電子對的外部能源的來源。由于p-n結(jié)處存在電勢差，因此空穴和電子以相反的方向跨過該結(jié)移動，從而產(chǎn)生能夠向外部電路輸送電力的電流的流動。大部分太陽能電池為金屬化的硅片形式，即具有導電的金屬電極。

通常將厚膜漿料絲網(wǎng)印刷到太陽能電池基板上并且焙燒形成電極。例如，單晶或多晶p型硅基板具有鄰近受光前側(cè)表面的n型擴散層。絕緣的減反射涂層可在n型擴散層上形成。如圖1所示，半導體基板101具有在前側(cè)面上的電極102。這些電極通常主要由銀構(gòu)成。背側(cè)面具有復合物電極，該復合物電極包括主要由鋁構(gòu)成的電極103以及主要由銀或一些其它可焊材料構(gòu)成的電極104。雖然電極103可包含不是鋁的組分，但其基于鋁并且在本文中將被稱為鋁電極。當焙燒漿料時，鋁擴散入硅基板101中以形成背表面場層105。背表面場用于改善太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率。鋁電極103不是可焊的。將可焊的銀基電極104印刷在不可焊鋁背面電極的區(qū)域之間的間隙中?？珊傅你y基電極104對于用作接頭帶可焊接于其上的接頭母線是必要的。接頭母線104下的區(qū)域不具有背表面場(BSF)，如圖1所示，這導致相比于具有全區(qū)域背表面場的太陽能電池，至多0.2％的電池效率損失。

如本文所用，“不可焊”和“不可焊鋁背面電極”是指本身不適于利用焊接合金和熱來焊接的常用鋁電極。此類鋁電極的超聲焊接導致焊接區(qū)與硅基板的不充分粘附，因此被命名為“不可焊”和“不可焊鋁背面電極”

在一個實施方案中，本發(fā)明的目的是提供鋁-錫漿料，其可用于在太陽能電池的背側(cè)面上形成可焊鋁-錫電極以替代當前使用的銀基電極。在焙燒時，來自鋁-錫漿料的鋁在與硅基板接觸的區(qū)域處擴散入硅基板中。這提供了全BSF，因此消除了由于在通常用于形成背面電極的含銀電極下間斷的BSF導致的太陽能電池效率損失。另外，由于其組分相比于更昂貴的銀基漿料低得多的成本，此類鋁-錫漿料可以為更加高性價比的溶液。

在另一個實施方案中，本發(fā)明的目的是提供鋁-錫漿料，其可用于在太陽能電池的整個背側(cè)面上形成可焊鋁-錫電極，從而消除對上述常用復合物背面電極的需要。這可消除附加的印刷和干燥步驟以及與復合物背面電極相關(guān)聯(lián)的更加昂貴的銀基漿料的成本。

在另一個實施方案中，本發(fā)明的目的是提供鋁-錫漿料，其可用于在覆蓋太陽能電池的整個背側(cè)面的鋁電極的所選部分上形成可焊鋁-錫電極。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種漿料組合物，所述漿料組合物包含：

(a)10-70重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(b)5-85重量％錫粉，其具有粒度在1-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(c)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計。

在一個實施方案中，本發(fā)明提供一種用于形成可焊背面電極的漿料組合物，所述漿料組合物包含：

(a)15-50重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(b)35-80重量％錫粉，其具有粒度在10-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(c)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計。

在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種用于形成可焊背面電極的漿料組合物，所述漿料組合物包含：

(a)10-25重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(b)65-85重量％錫粉，其具有粒度在1-10μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(c)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計。

在一個實施方案中，所述漿料組合物還包含1-10重量％硅粉，其具有粒度在0.5-60μm范圍內(nèi)的硅顆粒。

在另一個實施方案中，所述漿料組合物還包含0.5-6重量％玻璃料。

本發(fā)明還提供了一種太陽能電池，所述太陽能電池包括：

(a)不可焊鋁背面電極，其包含所述不可焊鋁背面電極的區(qū)域之間的間隙；以及

(b)可焊鋁-錫背面電極，其通過焙燒可焊鋁-錫背面漿料而獲得，該可焊鋁-錫背面漿料被印刷成在不可焊鋁背面電極的區(qū)域之間的間隙中的接頭母線。

在太陽能電池的一個此類實施方案中，所述可焊鋁-錫背面漿料包含：

(1)15-50重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(2)35-80重量％錫粉，其具有粒度在10-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(3)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計。

在太陽能電池的另一個此類實施方案中，所述可焊鋁-錫背面漿料包含：

(1)10-25重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(2)65-85重量％錫粉，其具有粒度在1-10μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(3)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計。

本發(fā)明還提供了一種太陽能電池，所述太陽能電池包括：

通過焙燒覆蓋太陽能電池的整個背表面的可焊鋁-錫背面漿料而獲得的可焊鋁-錫背面電極。

在太陽能電池的一個此類實施方案中，所述可焊鋁-錫背面漿料包含：

(1)15-50重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(2)35-80重量％錫粉，其具有粒度在10-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(3)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計。

在太陽能電池的另一個此類實施方案中，所述可焊鋁-錫背面漿料包含：

(1)10-25重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(2)65-85重量％錫粉，其具有粒度在1-10μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(3)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計。

本發(fā)明還提供了一種太陽能電池，所述太陽能電池包括：

(1)覆蓋太陽能電池的整個背側(cè)面的不可焊鋁背面電極；以及

(2)可焊鋁-錫背面電極，其通過焙燒可焊鋁-錫背面漿料而獲得，該可焊鋁-錫背面漿料被印刷成不可焊鋁背面電極的各部分上的接頭母線。

在太陽能電池的一個此類實施方案中，所述可焊鋁-錫背面漿料包含：

(a)15-50重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(b)35-80重量％錫粉，其具有粒度在10-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(c)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計。

在太陽能電池的另一個此類實施方案中，所述可焊鋁-錫背面漿料包含：

(a)10-25重量％鋁粉，其具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒；

(b)65-85重量％錫粉，其具有粒度在1-10μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及

(c)具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機介質(zhì)；

其中所述鋁粉和所述錫粉分散于有機介質(zhì)中，并且其中重量％基于所述漿料組合物的總重量計。

附圖說明

圖1示出太陽能電池的電極構(gòu)造，其具有不可焊鋁背面電極(通過焙燒背面不可焊鋁漿而獲得)以及銀或銀/鋁背面電極(通過焙燒背面銀或銀/鋁漿獲得)。

圖2示出了太陽能電池的電極構(gòu)造，其具有不可焊鋁背面電極(通過焙燒背面不可焊鋁漿而獲得)和可焊鋁-錫背面電極(通過焙燒本發(fā)明的可焊背面漿料而獲得)，所述可焊鋁-錫背面電極被印刷成在不可焊鋁背面電極的各區(qū)域之間的間隙中的接頭母線。

圖3示出太陽能電池的電極構(gòu)造，其具有背面電極，所述背面電極由覆蓋太陽能電池的整個背側(cè)面的可焊鋁-錫背面電極(通過焙燒本發(fā)明的可焊背面漿料而獲得)組成。

圖4示出太陽能電池的電極構(gòu)造，其具有背面電極，所述背面電極由覆蓋太陽能電池的整個背側(cè)面的不可焊鋁背面電極(通過背面焙燒不可焊鋁漿而獲得)，和在不可焊鋁背面電極的各部分上的接頭母線(通過焙燒本發(fā)明的可焊背面漿料而獲得)組成。

具體實施方式

本發(fā)明的導電可焊漿料組合物提供利用本發(fā)明的較便宜漿料替代太陽能電池的背側(cè)面上的常用銀基漿料的能力。其導致全區(qū)域背面場和至多0.2％的太陽能電池效率的增加。在另一個實施方案中，本發(fā)明的導電可焊漿料組合物提供由漿料形成可焊背面電極的能力，其中所述電極產(chǎn)生(1)全區(qū)域背面場和至多0.2％的太陽能電池效率的增加，和(2)消除額外的加工步驟和單獨形成接頭母線的成本。

本發(fā)明的導電厚膜漿料組合物包含鋁粉、錫粉、和有機載體。其用于形成經(jīng)絲網(wǎng)印刷的電極，并且具體地用于在太陽能電池的硅基板上的背側(cè)面上形成電極。所述漿料組合物包含10-70重量％鋁粉，所述鋁粉具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒，5-85重量％錫粉，所述錫粉具有粒度在1-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒；以及具有0.1-5重量％聚合物粘結(jié)劑的有機介質(zhì)，其中鋁粉和錫粉分散于有機介質(zhì)中并且其中重量％基于漿料組合物的總重量計。在一個實施方案中，漿料組合物包含15-50重量％鋁粉，所述鋁粉具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒，和35-80重量％錫粉，所述錫粉具有粒度在10-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒。在另一個實施方案中，漿料組合物包含10-25重量％鋁粉，所述鋁粉具有粒度在0.5-10μm范圍內(nèi)的鋁顆粒，和65-85重量％錫粉，所述錫粉具有粒度在10-200μm范圍內(nèi)的錫顆粒。

在一個實施方案中，所述漿料組合物還包含1-10重量％硅粉，其具有粒度在0.01-60μm范圍內(nèi)的硅顆粒。在另一個實施方案中，所述漿料組合物還包含0.1-1重量％玻璃料。

本發(fā)明的漿料組合物的每種組分詳細論述于下文中。

鋁粉

本發(fā)明漿料組合物包含基于所述漿料的總重量計，10-70重量％鋁粉。在一個實施方案中，用于形成可焊背面電極的漿料組合物包含15-50重量％鋁粉。在一個此類實施方案中，所述漿料組合物包含30-45重量％鋁粉。在另一個實施方案中，用于形成可焊背面電極的漿料組合物包含10-25重量％鋁粉。在一個此類實施方案中，所述漿料組合物包含15-20重量％鋁粉。本文中重量百分比縮寫為重量％。

鋁粉可由多種形狀的顆粒構(gòu)成，例如薄片狀、球狀、顆粒狀、晶體狀、其它不規(guī)則形狀、以及它們的混合物。所述鋁顆粒的粒度在0.5-10μm的范圍內(nèi)。在一個實施方案中，所述鋁顆粒的粒度在0.5-3μm的范圍內(nèi)。在另一個實施方案中，所述鋁顆粒的粒度在6-9μm的范圍內(nèi)。

錫粉

本發(fā)明組合物包含基于所述漿料的總重量計，5-85重量％錫粉。在一個實施方案中，用于形成可焊背面電極的漿料組合物包含35-80重量％錫粉。在一個此類實施方案中，漿料組合物包含40-75重量％錫粉并且在另一個此類實施方案中，漿料組合物包含40-60重量％錫粉。在另一個實施方案中，用于形成可焊背面電極的漿料組合物包含65-85重量％錫粉。在一個此類實施方案中，所述漿料組合物包含65-75重量％錫粉。

錫粉可由多種形狀的顆粒構(gòu)成，例如薄片狀、球狀、顆粒狀、晶體狀、其它不規(guī)則形狀、以及它們的混合物。所述錫顆粒的粒度在1-200μm的范圍內(nèi)。在一個實施方案中，所述錫顆粒的粒度在10-200μm的范圍內(nèi)。在一個此類實施方案中，所述錫顆粒的粒度在10-150μm的范圍內(nèi)。在另一個實施方案中，所述錫顆粒的粒度在1-10μm的范圍內(nèi)。在一個此類實施方案中，所述錫顆粒的粒度在3-10μm的范圍內(nèi)。

有機介質(zhì)

厚膜漿料組合物的無機組分與有機介質(zhì)混合以形成粘稠的具有適用于印刷的稠度和流變性的漿料。多種惰性粘稠材料可以用作有機介質(zhì)。有機介質(zhì)可以是這樣的有機介質(zhì)，無機組分可在漿料的制造、裝運和貯藏期間以足夠程度的穩(wěn)定性分散于所述有機介質(zhì)中，以及可在絲網(wǎng)印刷過程中分散于印刷絲網(wǎng)上。

適宜的有機介質(zhì)具有提供固體的穩(wěn)定分散的流變特性，用于絲網(wǎng)印刷的適當粘度和觸變性，基板和漿料固體的適當?shù)目蓾櫇裥裕己玫母稍锼俾屎土己玫谋簾匦?。有機介質(zhì)可包含增稠劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、和/或其它常見添加劑。一種此類觸變增稠劑為thixatrol。有機介質(zhì)能夠為一種或多種聚合物在一種或多種溶劑中的溶液。適宜的聚合物包括乙基纖維素、乙基羥乙基纖維素、木松香、乙基纖維素和酚醛樹脂的混合物、低級醇的聚甲基丙烯酸酯、以及乙二醇單乙酸酯的單丁基醚。適宜的溶劑包括萜烯例如α-或β-萜品醇或它們與其它溶劑例如煤油、鄰苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二醇和沸點高于150℃的醇以及醇酯的混合物。其它合適的有機介質(zhì)組分包括：雙[2-(2-丁氧基乙氧基)乙基]己二酸酯、二價酸酯例如DBE、DBE-2、DBE-3、DBE-4、DBE-5、DBE-6、DBE-9和DBE 1B、環(huán)氧化樹脂酸辛酯、異四癸醇和氫化松香的季戊四醇酯。有機介質(zhì)也可包含揮發(fā)性液體，以促進在基板上施加厚膜漿料組合物后快速硬化。

厚膜漿料組合物中有機介質(zhì)的最佳量取決于施用漿料的方法和所用的具體有機介質(zhì)。基于所述漿料組合物的總重量計，本發(fā)明厚膜漿料組合物包含10至30重量％的有機介質(zhì)。

如果有機介質(zhì)包括聚合物，則所述聚合物的含量為基于所述漿料組合物的總重量計，0.1至5重量％。

添加劑

在一些實施方案中，本發(fā)明漿料組合物還包含添加劑。在一個此類實施方案中，本發(fā)明漿料組合物還包含1-10重量％硅粉，所述硅粉具有粒度在0.5-60μm范圍內(nèi)的硅顆粒。在另一個實施方案中，本發(fā)明漿料組合物還包含1-10重量％硅粉，所述硅粉具有粒度在0.01-0.1μm范圍內(nèi)的硅顆粒。

其它添加劑包括有機助熔劑和單金屬和/或金屬合金顆粒(Bi、Mg、Pb、Zn等)。助熔劑的示例是基于松香的有機物和諸如ZnCl2和NH4Cl的無機物。

玻璃料

在一個實施方案中，本發(fā)明漿料組合物還包含0.1-1重量％的玻璃料，其中重量％基于所述組合物的總重量計。在另一個實施方案中，所述組合物包含2-5重量％的玻璃料，其中重量％基于所述組合物的總重量計。多種玻璃料可用于形成本發(fā)明組合物。

本文所述的玻璃組合物，也稱為玻璃料，包含某些組分的百分比。具體地講，百分比為原料中所用組分的百分比，其中所述原料隨后如本文所述進行加工以形成玻璃組合物。這種命名是本領(lǐng)域技術(shù)人員常見的。換句話講，組合物包含某些組分，這些組分的百分比表示成相應氧化物形式的百分比。如玻璃化學領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知，在制備玻璃期間可能釋放某一部分的揮發(fā)性物質(zhì)。揮發(fā)性物質(zhì)的一個示例是氧氣。還應當認識到，玻璃雖然表現(xiàn)為非晶態(tài)材料，但其可能會包含少部分結(jié)晶材料。

各種玻璃料可使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解的技術(shù)通過混合待混入其中的氧化物(或加熱時分解為所期望氧化物的其它材料，例如氟化物)來制備。此類制備技術(shù)可涉及在空氣或含氧氣氛中加熱混合物以形成熔融物，淬火熔融物，以及碾磨、銑削和/或篩選已淬火的材料以提供具有所期望粒度的粉末。待摻入其中的氧化物的混合物的熔融通常在800至1200℃的峰值溫度下進行。熔融混合物可例如在不銹鋼鋼板上或反轉(zhuǎn)的不銹鋼輥之間淬火，以形成片狀物。所得的片狀物能被研磨形成粉末。通常，研磨的粉末具有0.1-3.0微米的D₅₀。玻璃料制備領(lǐng)域的技術(shù)人員可采用可供選擇的合成技術(shù)，例如但不限于水淬火法、溶膠-凝膠法、噴霧熱解法、或其他適于制造粉末形式的玻璃的合成技術(shù)。

上述過程的氧化物產(chǎn)物通常為基本上非晶態(tài)(非結(jié)晶)固體材料，即玻璃。然而，在一些實施方案中，所得的氧化物可為非晶態(tài)的、部分非晶態(tài)的、部分結(jié)晶的、結(jié)晶的或它們的組合。如本文所用，“玻璃料”包括所有此類產(chǎn)物。

漿料組合物的制備

在一個實施方案中，漿料組合物可通過以任何順序混合鋁粉、錫粉、和有機介質(zhì)以及任何其它組分來制備。在一些實施方案中，首先混合無機材料，然后將它們添加至有機介質(zhì)。如有需要，粘度能通過加入溶劑來調(diào)節(jié)。可使用提供高剪切的混合方法。

所述漿料組合物可通過絲網(wǎng)印刷、電鍍、擠出、噴墨、成形印刷或多重印刷、或帶而沉積。

在該電極成形過程中，首先干燥厚膜漿料組合物，然后加熱以除去有機介質(zhì)并燒結(jié)無機材料。加熱可在空氣中進行。該步驟通常稱為“焙燒”。焙燒溫度分布通常設(shè)置為使得得自干燥厚膜漿料組合物的有機粘結(jié)劑材料，以及存在的任何其它有機材料燒盡。在一個實施方案中，焙燒溫度為690至820℃。焙燒能夠使用高輸送率，例如100-500cm/min在帶式爐中進行，最終保持時間為0.05至5分鐘。能用多個溫度區(qū)(例如3-11個區(qū))來控制期望的熱分布。

太陽能電池的制備

結(jié)合圖2解釋一個實施方案的示例，其中太陽能電池使用本發(fā)明的漿料組合物作為太陽能電池的背側(cè)面上的電極與不可焊鋁電極結(jié)合來制備。

首先，制備具有擴散層和減反射涂層的硅基板201。在硅基板的受光前側(cè)面(表面)上，形成通常主要由銀構(gòu)成的電極202。在基板的背側(cè)面上，沉積不可焊鋁漿并干燥。在不可焊鋁漿中存在間隙以提供接頭母線電極的通路。然后，將本發(fā)明的可焊漿料沉積在經(jīng)干燥的不可焊鋁漿的間隙中并與不可焊鋁漿重疊，并且然后干燥。每種漿料的干燥溫度優(yōu)選為150℃或更低。

接著，將基板在690-820℃的溫度下焙燒約1-15分鐘，使得獲得期望的太陽能電池，如圖2所示。電極206由本發(fā)明的漿料組合物形成，其中所述組合物經(jīng)焙燒以除去有機介質(zhì)并燒結(jié)無機物。當焙燒漿料時，鋁從不可焊鋁漿和本發(fā)明的可焊漿料擴散入硅基板201中以形成全區(qū)域的背表面場層205。所得的太陽能電池具有在基板201的受光前側(cè)面上的電極202，以及在背面上的不可焊鋁電極203和由經(jīng)焙燒的本發(fā)明的漿料組合物形成的接頭母線電極206。

結(jié)合圖3解釋另一個實施方案的示例，其中太陽能電池僅使用本發(fā)明的漿料組合物作為太陽能電池背側(cè)面上的電極來制備。

首先，制備具有擴散層和減反射涂層的硅基板301。在硅基板的受光前側(cè)面(表面)上，形成通常主要由銀構(gòu)成的電極302。在基板的背面上，然后在整個背表面上沉積本發(fā)明的可焊漿料并且然后干燥。干燥溫度優(yōu)選為150℃或更低。

接著，將基板在690-820℃的溫度下焙燒約1-15分鐘，使得獲得期望的太陽能電池，如圖3所示。電極306由本發(fā)明的漿料組合物形成，其中所述組合物經(jīng)焙燒以除去有機介質(zhì)并燒結(jié)無機物。當焙燒漿料時，鋁從本發(fā)明的可焊漿料擴散入硅基板301中以形成全區(qū)域的背表面場層305。所得的太陽能電池具有在基板301的受光前側(cè)面上的電極302，以及在背面上的由經(jīng)焙燒的本發(fā)明漿料組合物形成的電極306。

結(jié)合圖4解釋另一個實施方案的示例，其中太陽能電池使用本發(fā)明的漿料組合物作為太陽能電池背側(cè)面上的電極與不可焊鋁電極結(jié)合來制備。

首先，制備具有擴散層和減反射涂層的硅基板401。在硅基板的受光前側(cè)面(表面)上，形成通常主要由銀構(gòu)成的電極402。在基板的背側(cè)面上，在整個表面上沉積不可焊鋁漿并干燥。然后，將本發(fā)明的可焊漿料沉積在經(jīng)干燥的不可焊鋁漿上并與不可焊鋁漿重疊，并且然后干燥。每種漿料的干燥溫度優(yōu)選為150℃或更低。在一個實施方案中，將本發(fā)明的可焊漿料沉積在經(jīng)干燥的不可焊鋁漿的整個表面上。

接著，將基板在690-820℃的溫度下焙燒約1-15分鐘，使得獲得期望的太陽能電池，如圖4所示。電極406由本發(fā)明的漿料組合物形成，其中所述組合物經(jīng)焙燒以除去有機介質(zhì)并燒結(jié)無機物。當焙燒漿料時，鋁從不可焊鋁漿擴散入硅基板401中以形成全區(qū)域的背表面場層405。所得的太陽能電池具有在基板401的受光前側(cè)面上的電極402，以及在背面上的不可焊鋁電極403和由經(jīng)焙燒的本發(fā)明的漿料組合物形成的接頭母線電極406。

焊接接頭帶

可通過使用低熔點合金焊料和加熱至適當溫度以熔化焊料的烙鐵將接頭帶焊接到電極，來將接頭帶焊接到由本發(fā)明的可焊漿料組合物形成的可焊電極。

另選地，可通過超聲焊接或超聲鍛接將接頭帶焊接到由本發(fā)明的可焊漿料組合物形成的可焊電極。

實施例

厚膜漿料組合物的制備

通過將包含有機介質(zhì)(萜品醇/乙基纖維素)中的鋁顆粒的鋁漿前體與附加的有機溶劑(萜品醇)和有機介質(zhì)(萜品醇/乙基纖維素)以及根據(jù)所需組成的其它漿料組分混合來制備厚膜漿料組合物。錫以干粉形式添加。將其它組分加入混合物中。然后使用焊膏混合機在500RPM旋轉(zhuǎn)速度下將少量(至多100g)厚膜漿料組合物均勻混合約20分鐘。然后使用三輥磨(TRM)方法均勻混合大量(至多2kg)的厚膜漿料組合物。使?jié){料混合物通過TRM兩次，其中兩個輥隙均設(shè)置為10微米并且輥轉(zhuǎn)速為120RPM。

厚膜漿料電極形成

通過絲網(wǎng)印刷將厚膜漿料組合物沉積在硅基板上，并且然后在烘箱中干燥30分鐘，或在旋轉(zhuǎn)式烘箱中干燥10分鐘以除去有機溶劑。干燥溫度從150到300℃變化。認為170℃是最佳干燥溫度。

使用兩種類型的絲網(wǎng)圖案。如圖2所示，將漿料以2mm寬母線的形式印刷在太陽能電池的背面上，用于太陽能電池特性測量和粘附性測試。將漿料印刷為2cm×2cm方形貼片用于電阻率測量。

在干燥后，將具有印刷的漿料圖案的基板在帶式爐中焙燒，其中保留時間為約5min并且峰值焙燒溫度為690-820℃。認為720℃是最佳峰值焙燒溫度。

通過首先利用Q尖端將液體松香助熔劑沉積于母線上，之后沿母線將接頭帶對齊并且利用焊料合金和加熱至適當溫度的烙鐵將接頭帶手動焊接到接頭母線，來進行接頭帶與接頭母線的焊接。例如，加熱至275℃的烙鐵可與46Bi/34Sn/20Pb合金焊料一起使用?？墒褂闷渌噶辖M合物和對應的烙鐵溫度?？裳亟宇^帶的表面施用多個烙鐵刷(3至5個)以實現(xiàn)接頭帶與接頭母線的附接。

厚膜漿料電極特性

使用IV測試儀來測量太陽能電池性能。

通過使用利用水平180度角拉伸的自動測力儀粘附性測試儀來獲得粘附性數(shù)據(jù)。

通過經(jīng)焙燒漿料層的橫截面掃描電子顯微鏡(SEM)分析來獲得漿料層厚度。

通過將漿料層厚度與通過在經(jīng)焙燒漿料貼片上四點探針測量獲得的薄層電阻值相乘來計算電阻率數(shù)據(jù)。

實施例1-3

通過在焊膏混合機中將以下物質(zhì)混合來制備三種不同組合物的小批量的鋁-錫可焊漿料：鋁漿前體，其具有在有機介質(zhì)(萜品醇/乙基纖維素)中的1-2μm鋁顆粒(Du Pont Co.，Wilmington，DE)，錫粉，其具有-100目顆粒(VWR International,LLC，Radnor，PA)，即90％或更多的顆粒通過100目篩，這是指90％或更多的顆粒小于149μm，以及萜品醇/乙基纖維素有機介質(zhì)。最終的漿料組合物示于表1中。

表1

評價太陽能電池中的漿料IV性能、可焊性和粘附性，其中漿料以鋁電極區(qū)域之間的間隙中的接頭母線形式印刷。為了比較，將具有標準含銀接頭母線的太陽能電池制備成參考電池。所有太陽能電池均進行絲網(wǎng)印刷，在170℃下在旋轉(zhuǎn)式烘箱中干燥約10分鐘，并在720℃的峰值焙燒溫度下在帶式爐上焙燒。使用IV測試儀來評價太陽能電池性能。然后使IV測試電池經(jīng)歷焊接過程，其中使用加熱至275℃的烙鐵將涂覆有低熔融溫度46Bi/34Sn/20Pb合金焊料的1.5mm寬銅帶附接到接頭母線。由所有三種實施例的漿料形成的接頭母線均是可焊的。

發(fā)現(xiàn)與實施例1和3的接頭漿料和含銀接頭漿料相比，實施例2的漿料展示最佳的IV性能。與常規(guī)含銀接頭漿料相比，其具有0.2％效率提高。與常規(guī)含銀接頭漿料相比，具有70重量％最高錫含量的實施例1的漿料不示出任何Voc提高。具有印刷和焙燒漿料貼片的基板的橫截面SEM分析示出具有較低錫含量的實施例2和3漿料的良好均勻BSF層形成，然而具有70重量％的高錫含量的實施例1的漿料的BSF層較不均勻并且觀察到BSF層中的間隙。據(jù)信實施例1的漿料的此類不均勻BSF層形成是由于相比于具有50重量％及以下的錫含量的漿料的較低Voc。

實施例2的漿料也展示出相比于實施例1的漿料的更好粘附性，和相比于實施例3的漿料的更好至相當?shù)恼掣叫?。由所?種實施例的漿料形成的電極均具有比常規(guī)含銀接頭漿料的粘附性更低的粘附性。

評價印刷在硅基板上并且在相同條件下干燥和焙燒的經(jīng)焙燒漿料貼片的漿料電阻率。電阻率測量示出實施例2和3的漿料具有對于接頭漿料要求而言可接受的電阻率，然而實施例1的電阻率在一定程度上較高。

實施例4-7

為評價錫粒度對漿料性能的影響，通過在焊膏混合機中將下列物質(zhì)混合來制備四種其它小批量的在組成上與實施例1和2的組合物相當?shù)匿X-錫漿料：具有1-2μm鋁顆粒的鋁漿前體，粒度為5μm(實施例4和5)和1-5μm(實施例6和7)的錫粉，以及有機介質(zhì)萜品醇/乙基纖維素。最終的漿料組合物示于表2中。

表2

所有漿料均在與上述對于實施例1-3的漿料所述的條件相同的條件下印刷、干燥和焙燒。

只有由實施例4的漿料形成的接頭母線是可使用實施例1-3所述的技術(shù)焊接的。

其展示出太陽能電池性能在很大程度上取決于漿料中的錫含量，然而錫粒度起到較不重要的作用。具有50重量％錫含量的所有漿料示出相比于銀漿料的Voc增加，從而導致太陽能電池效率增加至多0.15％至0.2％，然而具有70重量％或更多的錫的漿料相比于銀漿展示出相當至更低的Voc。在所有情況下，相比于具有較大錫粒度的漿料，具有最小錫粒度，即1-5μm的漿料示出較高Voc。

實施例的漿料的焙燒貼片的電阻率評價示出具有最小錫粒度(1-5μm)的實施例6和7的漿料具有最高電導率。具有最大錫粒度(-100目)的實施例1-3的漿料示出對于接頭應用而言可接受的良好電導率。具有中等錫粒度(5μm)和50重量％錫的實施例4的漿料具有良好電導率，然而具有中等錫粒度(5μm)和70重量％錫的實施例5的漿料具有低電導率。對于具有相同尺寸的錫顆粒的漿料而言，具有50重量％錫的漿料具有比具有70重量％錫的漿料更高的電導率。