專利名稱：鋁漿及其在硅太陽能電池生產中的用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋁漿以及它們在硅太陽能電池生產中的用途，即在硅太陽能電池的鋁 背面電極的生產和相應的硅太陽能電池中的用途。
背景技術：
常規(guī)的具有p型基板的太陽能電池結構具有通常位于電池的正面或光照面上的 負極和位于背面上的正極。眾所周知，在半導體的p-n結上入射的合適波長的輻射充當在 該半導體中產生空穴_電子對的外部能源。在P-n結處存在電勢差，這導致空穴和電子以 相反的方向跨過該結移動，從而產生能夠向外部電路輸送電力的電流。大多數(shù)太陽能電池 采用金屬化的硅片的形式，即具有導電的金屬觸點。在硅太陽能電池的形成期間，一般將鋁漿絲網印刷在硅片的背面上并且將其干 燥。然后將硅片在高于鋁熔點的溫度下焙燒以形成鋁硅熔體，隨后在冷卻階段形成摻入有 鋁的外延生長的硅層。該層一般被稱為背表面場(BSF)層，并且有助于改善太陽能電池的 能量轉換效率。目前所用的太陽能發(fā)電電池大多為硅太陽能電池。在大規(guī)模的生產中，工藝流程 一般要求實現(xiàn)最大程度的簡化和盡量降低制造成本。具體地講，電極通過使用諸如絲網印 刷之類的方法由金屬漿料制成。下面結合圖1來描述該制造方法的實例。圖1A示出p型硅基板10。在圖1B中，反向導電型的n型擴散層20通過磷(P)等的熱擴散而形成。三氯氧 化磷(P0C13)通常用作氣體磷擴散源，其他液體源為磷酸等。在無任何具體修改的情況下， 擴散層20在硅基板10的整個表面上形成。在形成p-n結的部位，p型摻雜劑的濃度等于n 型摻雜劑的濃度；具有靠近光照面的P-n結的常規(guī)電池具有介于0. 05和0. 5 y m之間的結 深。在形成了該擴散層之后，通過用某種酸諸如氫氟酸進行蝕刻來將多余的表面玻璃 從表面的其余部分上除去。接著，以圖1D所示的方式，通過例如等離子體化學氣相沉積(CVD)工藝，將減反射 涂層(ARC) 30形成在n型擴散層20上至0. 05和0. 1 y m之間的厚度。如圖1E所示，將用于正面電極的正面銀漿(形成正面電極的銀漿)500絲網印刷 在減反射涂層30上，然后將其干燥。此外，還將背面銀或銀/鋁漿70和鋁漿60絲網印刷 (或某種其他施涂方法)在基板的背面上，并且依次進行干燥。通常，首先將背面銀或銀/鋁 漿絲網印刷到硅上作為兩個平行條(母線)或作為準備用于焊接互連條(預焊接的銅帶) 的矩形(突出部)，然后將鋁漿印刷在裸露的區(qū)域中，與背面銀或銀/鋁略微重疊。在一些 情況下，在印刷了鋁漿之后進行銀或銀/鋁漿的印刷。然后通常在帶式爐中進行焙燒，持續(xù) 1至5分鐘的時間，使硅片達到700至900°C范圍內的峰值溫度。正面電極和背面電極可按 順序焙燒或共焙燒。因此，如圖1F所示，在焙燒期間，源自漿料的熔融鋁將硅溶解，然后在冷卻之后形 成從硅基板10外延生長的共晶層，從而形成包含高濃度鋁摻雜劑的p+層40。該層一般被稱為背表面場(BSF)層，并且有助于改善太陽能電池的能量轉換效率。一般在該外延層的 表面上存在薄的鋁層。鋁漿通過焙燒從干燥狀態(tài)60轉化為鋁背電極61。同時，將背面銀或銀/鋁漿70 焙燒成銀或銀/鋁背面電極71。在焙燒期間，背面鋁與背面銀或銀/鋁之間的邊界呈現(xiàn)合 金狀態(tài)，并且實現(xiàn)電連接。鋁電極占背電極的大部分面積，部分地歸因于需要形成P+層40。 銀或銀/鋁背面電極成形在背面部分(通常為2至6mm寬的母線)，依靠預焊接的銅帶等作 為互聯(lián)太陽能電池的電極。此外，焙燒期間正面銀漿500還燒結并透過減反射涂層30，從而 能夠電接觸n型層20。此類工藝一般稱為“燒透”。在圖1F的層501中清楚地示出了該燒 透狀態(tài)。由硅片制成并具有鋁背面電極的硅太陽能電池是硅/鋁雙金屬條，可以表現(xiàn)出所 謂的彎曲性能。彎曲是不可取的，因為其可能導致太陽能電池的斷裂。就加工硅片而言，彎 曲也會產生問題。在加工過程中，通常采用使用吸墊的自動化處理設備將硅片舉起。在過度 彎曲的情況下，設備無法穩(wěn)定地運行。光伏行業(yè)中彎曲量要求通常為小于1. 5mm的太陽能 電池撓曲。對于由大和/或薄的硅片制成的硅太陽能電池而言，例如硅片具有低于180 ym， 具體地講為120至低于180 u m的厚度、大于250至400cm2的面積時，克服彎曲現(xiàn)象是一大 難題。鋁漿的另一個問題是塵化，游離的鋁粉或氧化鋁粉會轉移到其他金屬表面上，從 而降低所述表面上突出的金屬帶的可焊性和粘附性。當對堆疊的太陽能電池進行焙燒工藝 時，這尤其關系重大。US-A-2007/0079868公開了鋁厚膜組合物，所述鋁厚膜組合物可用于形成硅太陽 能電池的鋁背面電極。除了包含鋁粉、作為載體的有機介質和作為任選組分的玻璃料以外， 鋁厚膜組合物還包含作為主要組分的非晶二氧化硅。具體地講，非晶二氧化硅用來減小硅 太陽能電池的彎曲行為?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，可以獲得性能相似甚至更好的鋁厚膜組合物，例如US-A-2007/0079868 中公開的包含用于替代或加入非晶二氧化硅的某種有機錫組分的鋁厚膜組合物。發(fā)明概述本發(fā)明涉及用于形成硅太陽能電池的p型鋁背面電極的鋁漿(鋁厚膜組合物)。 其還涉及形成鋁漿和在硅太陽能電池的生產中使用鋁漿的方法以及硅太陽能電池自身。本發(fā)明涉及鋁漿，所述鋁漿包含粒狀鋁、有機錫組分、有機載體和作為任選組分 的以下物質有機鋅組分、一種或多種玻璃料組合物和非晶二氧化硅。本發(fā)明還涉及形成硅太陽能電池的方法和硅太陽能電池自身，其利用具有p型區(qū) 和n型區(qū)以及p-n結的硅片，所述方法包括將本發(fā)明的鋁漿施涂到、具體地講絲網印刷到硅 片背面上，并且焙燒印刷的表面，從而使硅片達到700至900°C范圍內的峰值溫度。


圖1為工藝流程圖，其示出了示例性硅太陽能電池的制造過程。圖1中所示的附圖標號說明如下。10 :p 型硅片20 :n型擴散層
30 減反射涂層，例如 SiNx、Ti0x、Si0x40 :p+ 層(背表面場，BSF)60 在背面上形成的鋁漿61 鋁背面電極(通過焙燒背面鋁漿獲得)70 在背面上形成的銀或銀/鋁漿71 銀或銀/鋁背面電極(通過焙燒背面銀或銀/鋁漿獲得)500 在正面上形成的銀漿501 銀正面電極(通過焙燒正面銀漿獲得)圖2A-D說明了制造方法，所述方法用于使用本發(fā)明的導電鋁漿來制造硅太陽能 電池。圖2中所示的附圖標號說明如下。102硅基板(硅片)104受光表面一側電極106用于第一電極的漿料組合物108用于第二電極的導電漿料110 第一電極112 第二電極發(fā)明詳述上述的鋁粉塵污染問題可用該新型鋁厚膜組合物來最小化或甚至消除。將所述新 型鋁厚膜組合物用于生產硅太陽能電池的鋁背面電極，可以使硅太陽能電池不僅表現(xiàn)出較 低的彎曲行為和良好的電學性能，而且降低甚至消除了鋁背面電極和硅片基板之間粘附性 喪失的趨勢。鋁背面電極和硅片基板之間良好的粘附性會延長硅太陽能電池的耐久性或使 用壽命。本發(fā)明的鋁漿包含粒狀鋁、有機錫組分和有機載體(有機介質)。在其他實施方案 中，鋁漿還包含一種或多種玻璃料、有機鋅組分或者一種或多種玻璃料和有機鋅組分。粒狀鋁可由鋁或鋁合金構成，所述鋁合金具有一種或多種其他金屬，例如鋅、錫、 銀和鎂。就鋁合金而言，鋁含量為例如99. 7至低于100重量％。粒狀鋁可包含各種形狀的 鋁顆粒，例如鋁薄片、球形鋁粉、結節(jié)形(不規(guī)則形)鋁粉或它們的任何組合。在一個實施 方案中，粒狀鋁為鋁粉形式。鋁粉表現(xiàn)出例如4至10 ym的通過激光散射確定的平均粒度 (平均粒徑)。粒狀鋁可以按總鋁漿組合物計50至80重量％，或者在一個實施方案中70 至75重量％的比例存在于本發(fā)明的鋁漿中。在當前描述中所作全部陳述以及權利要求中涉及的平均粒度是指鋁漿組合物中 存在的相關材料的平均粒度。存在于鋁漿中的粒狀鋁可伴隨有其他粒狀金屬，例如銀或銀合金粉。此類其他粒 狀金屬的比例為例如按粒狀鋁加上粒狀金屬的總量計0至10重量％。本發(fā)明的鋁漿包含有機錫組分；在一個實施方案中，有機錫組分可為液體有機錫 組分。本文中，術語“有機錫組分”是指固體有機錫組分和液體有機錫組分。術語“液體有 機錫組分”是指一種或多種有機錫化合物溶于一種或多種有機溶劑所形成的溶液，或者在 一個實施方案中是指一種或多種液體有機錫化合物自身。在本發(fā)明的上下文中，術語“有機錫化合物”是指分子中包含至少一個有機部分的此類錫化合物。該有機錫化合物在例如大氣氧和空氣濕度存在下，以及制備、貯藏和應用本 發(fā)明的鋁漿過程中的普通條件下是穩(wěn)定或基本穩(wěn)定的。在應用條件，尤其在將鋁漿絲網印 刷到硅片背面上期間極普遍的那些條件下，同樣如此。然而，在燒結鋁漿的過程中，有機錫 化合物中的有機部分將會被除去或基本上被除去，例如被燒盡和/或碳化。有機錫化合物 自身具有錫含量。在一個實施方案中，錫含量在25至35重量％的范圍內。有機錫化合物 可包含共價有機錫化合物，具體地講包含有機錫鹽化合物。具體地講，合適的有機錫鹽化合 物的實例包括樹脂酸錫(酸性樹脂的錫鹽，具體地講是含有羧基的樹脂)以及羧酸錫(錫 的羧酸鹽)。在一個實施方案中，有機錫化合物可為辛酸亞錫，或者更確切地講為2-乙基 己酸錫(II)，其在室溫下為液體。2-乙基己酸錫(II)可例如從Rohm and Haas商購獲得。 就液體有機錫化合物諸如2-乙基己酸錫(II)而言，當制備本發(fā)明的鋁漿時，可使用未溶解 的液體有機錫化合物自身；2-乙基己酸錫(II)可以形成液體有機錫組分。有機錫組分可以按總鋁漿組合物計對應于0. 01至0. 5重量％的錫貢獻率，或在實 施方案中0. 1至0. 15重量％的錫貢獻率的比例存在于本發(fā)明的鋁漿中。就2-乙基己酸錫 (II)而言，其在鋁漿中所占的比例按總鋁漿組合物計在0. 1至1重量％的范圍內，或者在一 個實施方案中0. 3至0. 5重量％的范圍內。本發(fā)明的鋁漿還可以包含有機鋅組分；在一個實施方案中，有機鋅組分可為液體 有機鋅組分。本文的術語“有機鋅組分”是指固體有機鋅化合物和液體有機鋅組分。術語 “液體有機鋅組分”是指一種或多種有機鋅化合物溶于一種或多種有機溶劑中所形成的溶 液，或在一個實施方案中是指一種或多種液體有機鋅化合物自身。在一個非限制性實施方案中，本發(fā)明的鋁漿的有機鋅組分基本上不含未氧化的鋅 金屬；在另一個實施方案中，有機鋅組分可大于90%不含未氧化的鋅金屬；在另一個實施 方案中，有機鋅組分可大于95 %，97 %，或99 %不含未氧化的鋅金屬。在一個實施方案中， 有機鋅組分可不含未氧化的鋅金屬。在本發(fā)明的上下文中，術語“有機鋅化合物”包括在分子中包含至少一個有機部分 的此類鋅化合物。有機鋅化合物在例如大氣氧和空氣濕度存在下，以及制備、貯藏和應用本 發(fā)明的鋁漿過程中的普通條件下是穩(wěn)定或基本穩(wěn)定的。在應用條件，尤其在將鋁漿絲網印 刷到硅片背面上期間極普遍的那些條件下，同樣如此。然而，在鋁漿的焙燒期間，有機鋅化 合物的有機部分將會被除去或將基本上被除去，例如被燒盡和/或碳化。有機鋅化合物因 此具有鋅含量。在一個實施方案中，所述鋅含量在15至30重量％的范圍內。有機鋅化合 物可包括共價有機鋅化合物；具體地講，它們包括有機鋅鹽化合物。具體地講，合適的有機 鋅鹽化合物的實例包括樹脂酸鋅(酸性樹脂的鋅鹽，具體地講為具有羧基的樹脂)和羧酸 鋅(鋅的羧酸鹽)。在一個實施方案中，有機鋅化合物可為新癸酸鋅，其在室溫下為液體。 新癸酸鋅可例如從Shepherd Chemical Company商購獲得。就液體有機鋅化合物諸如新癸 酸鋅而言，當制備本發(fā)明的鋁漿時，可使用未溶解的液體有機鋅化合物自身。新癸酸鋅可形 成液體有機鋅組分。就包含有機鋅組分的鋁漿而言，有機鋅組分可以按總鋁漿組合物計對應于0. 05 至0. 6重量％的鋅貢獻率，或在一個實施方案中0. 1至0. 25重量％的鋅貢獻率的比例存在 于鋁漿中。就新癸酸鋅而言，其在鋁漿中的比例按總鋁漿組合物計可在0. 5至3. 0重量％， 或者在一個實施方案中0. 5至1. 2重量％的范圍內。
在一個實施方案中，本發(fā)明的鋁漿包含至少一種玻璃料組合物作為無機粘合劑。 玻璃料組合物可包含PbO ；在一個實施方案中，玻璃料組合物可為無鉛的。玻璃料組合物可 包括如下的那些它們在焙燒之后經歷再結晶或相分離并且析出具有游離相的玻璃料，其 所具有的軟化點低于原來的軟化點。玻璃料組合物的(原來的)軟化點(玻璃化轉變溫度，通過差熱分析DTA在10K/ min的加熱速率下確定)可在325至600°C的范圍內。玻璃料表現(xiàn)出例如2至20 y m的通過激光散射確定的平均粒度(平均粒徑)。在 包括玻璃料的鋁漿情形中，一種或多種玻璃料的含量按總鋁漿組合物計可為0. 01至5重 量％，或者在一個實施方案中0. 1至2重量％，或者在另一個實施方案中0. 2至1. 25重量％。適用于鋁漿的玻璃料中的一些為本領域中常規(guī)的玻璃料。一些實例包括硼硅酸 鹽玻璃和硅鋁酸鹽玻璃。實例還包括如下氧化物的組合，諸如B203、Si02、A1203、CdO、CaO、 Ba0、Zn0、Na20、Li20、Pb0和&02，它們可獨立地使用或以組合方式使用以形成玻璃粘合劑。常規(guī)的玻璃料可為硼硅酸鹽玻璃料，諸如硼硅酸鉛玻璃料、鉍、鎘、鋇、鈣、或其他 堿土金屬硼硅酸鹽玻璃料。此類玻璃料的制備是熟知的，并且包括例如將呈各組分的氧化 物形式的玻璃的組分熔融在一起并且將此類熔融組合物注入到水中以形成玻璃料。當然， 批料成分可為任何化合物，所述化合物在通常的玻璃料生產條件下將產生所期望的氧化 物。例如，氧化硼將從硼酸獲得，二氧化硅將由燧石制備，氧化鋇將由碳酸鋇制備，等等?？蓪⒉Ａг谇蚰C中用水或惰性的低粘度低沸點的有機液體進行研磨以減小玻 璃料的粒度并且獲得其尺寸基本上均勻的玻璃料。然后可將其沉淀在水或有機液體中以分 離出細料，并且可除去包含細料的上清液。也可使用其他分類方法。玻璃由常規(guī)玻璃制造技術制成，S卩，將期望的組分以期望的比例混合，并且加熱混 合物以形成熔體。如本領域所熟知的那樣，可加熱至峰值溫度并保持一段時間，使得熔體完 全變成液體并且均勻。本發(fā)明的鋁漿可包含非晶二氧化硅。非晶二氧化硅為細分的粉末。在一個實施方 案中，其可具有例如5至lOOnm的通過激光散射確定的平均粒度(平均粒徑)。尤其是其包 含以合成方式制備的二氧化硅，例如煅制二氧化硅或通過沉淀制備的二氧化硅。此類二氧 化硅由各類生產商以很多種類型供應。在本發(fā)明的鋁漿包含非晶二氧化硅的情況下，非晶二氧化硅可以例如按總鋁漿組 合物計高于0至0. 5重量％，例如0. 01至0. 5重量％，或在一個實施方案中0. 05至0. 1重 量％的比例存在于鋁漿中。本發(fā)明的鋁漿包含有機載體。可將很多種惰性的粘稠材料用作有機載體。有機載 體可為如下載體粒狀組分(粒狀鋁、可能存在的非晶二氧化硅、可能存在的玻璃料)可以 足夠的穩(wěn)定度分散于其中。有機載體的特性，具體地講流變特性，可使得它們向鋁漿組合物 提供良好的應用特性，包括不溶性固體的穩(wěn)定分散、便于應用(具體地講便于絲網印刷) 的適當粘度和觸變性、硅片基板和漿料固體的適當?shù)目蓾櫇裥浴⒘己玫母稍锼俾?、和良好?焙燒特性。用于本發(fā)明的鋁漿的有機載體可為非水惰性液體。有機載體可為有機溶劑或有 機溶劑混合物。在一個實施方案中，有機載體可為一種或多種有機聚合物溶于一種或多種 有機溶劑中所形成的溶液。在一個實施方案中，用于該目的的聚合物可為乙基纖維素?？蓡为毷褂没蛞越M合方式使用的聚合物的其他實例包括乙基羥乙基纖維素、木松香、酚醛樹 脂和低級醇的聚(甲基)丙烯酸酯。合適的有機溶劑的實例包括醇酯和萜烯諸如a-或 萜品醇或它們與其他溶劑諸如煤油、鄰苯二甲酸二丁酯、二甘醇丁基醚、二甘醇丁基乙 酸醚、己二醇和高沸點醇的混合物。此外，有機載體可包括在硅片背面施加了鋁漿后用于促 進快速硬化所使用的揮發(fā)性有機溶劑?？膳渲七@些溶劑和其他溶劑的各種組合以達到所期 望的粘度和揮發(fā)性要求。本發(fā)明的鋁漿中的有機溶劑含量按總鋁漿組合物計可在5至25重量％，或在一個 實施方案中10至20重量％的范圍內。數(shù)字5至25重量％包括了液體有機錫組分和任選 的液體有機鋅組分中可能的有機溶劑貢獻率。有機聚合物可以按總鋁漿組合物計在0至20重量％，或在一個實施方案中5至10 重量％范圍內的比例存在于有機載體中。本發(fā)明的鋁漿可包含一種或多種有機添加劑，例如表面活性劑、增稠劑、流變改性 劑和穩(wěn)定劑。一種或多種有機添加劑可為有機載體的一部分。然而，也有可能在制備鋁漿 時單獨地加入一種或多種有機添加劑。一種或多種有機添加劑可以按總鋁漿組合物計例如 0至10重量％的總比例存在于本發(fā)明的鋁漿中。本發(fā)明的鋁漿中的有機載體含量可取決于施涂漿料的方法和所使用的有機載體 的種類并且其可有變化。在一個實施方案中，其按總鋁漿組合物計可為20至45重量％，或 在一個實施方案中其可在22至35重量％的范圍內。該數(shù)目20至45重量％包括一種或多 種有機溶劑、可能的一種或多種有機聚合物和可能的一種或多種有機添加劑。在一個實施方案中，本發(fā)明的鋁漿包含70至75重量％的粒狀鋁；一種或多種有機錫組分，其比例對應于0. 1至0. 15重量％的錫貢獻率，具體地講 0. 3至0. 5重量％ 2-乙基己酸鹽(II)；0.2至1.25重量％的一種或多種玻璃料；0至0.5重量％的非晶二氧化硅；10至20重量％的一種或多種有機溶劑；5至10重量％的一種或多種有機聚合物；和0至5重量％的一種或多種有機添加劑。在一個實施方案中，本發(fā)明的鋁漿包含70至75重量％的粒狀鋁；有機錫組分，其比例對應于0. 1至0. 15重量％的錫貢獻率，具體地講0. 3至0. 5 重量％ 2-乙基己酸鹽(II)；一種或多種有機鋅組分，其比例對應于0. 1至0. 25重量％的鋅貢獻率，具體地講 0. 5至1.2重量％新癸酸鋅；0.2至1.25重量％的一種或多種玻璃料；0至0. 5重量％的非晶二氧化硅；10至20重量％的一種或多種有機溶劑；5至10重量％的一種或多種有機聚合物；和0至5重量％的一種或多種有機添加劑。
本發(fā)明的鋁漿是粘稠的組合物，可以通過將粒狀鋁、有機錫組分、任選的有機鋅組 分、任選的一種或多種玻璃料組合物和任選的非晶二氧化硅與有機載體機械混合來制備。 在一個實施方案中，可使用動力混合制造方法，其是一種等同于傳統(tǒng)輥磨的分散技術；也可 使用輥磨或其他混合技術。本發(fā)明的鋁漿可以原樣使用，也可以稀釋后再使用，例如添加其他有機溶劑；因 此，鋁漿中所有其他組分的重量百分比可以降低。本發(fā)明的鋁漿可用于制造硅太陽能電池的鋁背面電極或相應地用于制造硅太陽 能電池。所述制造可通過如下方式進行將鋁漿施涂到硅片的背面上，即，施涂到它們的不 被或不會被其他背面金屬漿料(具體地講，如背面銀或銀/鋁漿)覆蓋的那些表面部分上。 硅片可包括單晶硅或多晶硅。在一個實施方案中，硅片可具有100至250cm2的面積和180 至300 μ m的厚度。然而，本發(fā)明的鋁漿甚至可成功地用于生產較大和/或具有較薄厚度的 硅片背面上的鋁背面電極，例如，硅片具有低于180 μ m,具體地講在140至低于180 μ m范圍 內的厚度和/或具有高于250至400cm2范圍內的面積。將鋁漿施涂至例如15至60μπι的干膜厚度。鋁漿的應用方法可以是印刷，例如硅 氧烷移?。换蛟谝粋€實施方案中，為絲網印刷。當通過使用Brookfield HBT粘度計和#14 錠子的效用杯以IOrpm的錠子速度并且在25°C下測量時，本發(fā)明的鋁漿的應用粘度可為20 至 200Pa · S。在將鋁漿施涂到硅片的背面上之后，可將它們干燥例如1至100分鐘的一段時間， 使硅片達到100至300°C范圍內的峰值溫度。干燥可利用例如帶式、旋轉式或靜止式干燥 機，具體地講IR(紅外線)帶式干燥機來進行。在施涂之后或在一個實施方案中，在施涂和干燥之后，焙燒本發(fā)明的鋁漿以形成 鋁背面電極。焙燒可持續(xù)例如1至5分鐘的時間，使硅片達到700至900°C范圍內的峰值 溫度。焙燒可利用例如單區(qū)段或多區(qū)段帶式爐、尤其是多區(qū)段IR帶式爐來進行。焙燒在存 在氧的情況下，尤其是在存在空氣的情況下發(fā)生。在焙燒期間，可除去包括非揮發(fā)性有機材 料的有機物質和在可能的干燥步驟期間未蒸發(fā)的有機部分，即燒盡和/或碳化，具體地講 是燒盡。在焙燒期間除去的有機物質包括一種或多種有機溶劑、可能的一種或多種有機聚 合物、可能的一種或多種有機添加劑、一種或多種有機錫化合物以及可能的一種或多種有 機鋅化合物的有機部分。焙燒之后，錫可仍然為氧化錫。在一個實施方案中，焙燒后的氧化 錫可以為例如Sn0、Sn02或它們的混合物。在鋁漿包含有機鋅化合物的情況下，焙燒之后的 鋅可仍然為氧化鋅。在鋁漿包含玻璃料的情況下，焙燒期間可發(fā)生另一種過程，即燒結玻璃 料?？蓪⒈簾鳛榕c已施涂到硅片上的其他金屬漿料即正面和/或背面金屬漿料共焙燒在 一起來進行，所述金屬漿料在焙燒過程期間已被施涂以形成硅片表面上的正面電極和/或 背面電極。一個實施方案包括正面銀漿和背面銀或背面銀/鋁漿。接著，參見圖2，其示出了一個非限制性實例，其中使用本發(fā)明的鋁漿制備了硅太 陽能電池。首先，制備硅片基板102。在硅片的受光面(正面表面)上，即靠近該表面通常具有 p-n結，安裝正面電極(例如，主要由銀構成的電極)104(圖2A)。在硅片的背面上，涂布銀 或銀/鋁導電漿料(例如,可從Ε. I. Du Pont de Nemours and Company商購獲得的PV202 或PV502或PV583或PV581)以形成母線或突出部，從而能夠與以平行電構型設置的其他太陽能電池互連。在硅片的背面上，通過絲網印刷使用能夠與上文提及的銀或銀/鋁漿等略 微重疊的圖案來涂布本發(fā)明的用于太陽能電池的新型鋁漿以用作背面(或P型接觸)電極 106，然后將其干燥(圖2B)。漿料的干燥例如在IR帶式干燥機中進行，持續(xù)1至10分鐘 的時間，使硅片達到100至300°C的峰值溫度。此外，鋁漿可具有15至60 μ m的干膜厚度， 并且銀或銀/鋁漿的厚度可為15至30 μ m。此外，鋁漿和銀或銀/鋁漿的重疊部分可為約 0. 5 至 2. 5mmο接著，焙燒所得的基板，例如在帶式爐中焙燒1至5分鐘的時間，使硅片達到700 至900°C的峰值溫度，以便獲得所期望的硅太陽能電池(圖2D)。電極110由鋁漿形成，其 中所述漿料已被焙燒而除去了有機物質，并且，如果鋁漿包含玻璃料，則燒結后者。如圖2D所示，使用本發(fā)明的鋁漿所獲得的硅太陽能電池在硅基板102的受光面 (表面)上具有電極104，在背面上具有主要由鋁構成的鋁電極110以及主要由銀或銀和鋁 構成的銀或銀/鋁電極112 (通過焙燒銀或銀/鋁漿108形成)。
實施例此處引用的實施例涉及焙燒到常規(guī)太陽能電池上的厚膜金屬化漿料，所述電池具 有氮化硅減反射涂層和正面η型接觸厚膜銀導體。本發(fā)明可應用于范圍廣泛的半導體器件，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。以下的討論描述了如何利用本發(fā)明的組合物來形成太陽能電 池以及如何測試其技術特性。(1)太陽能電池的制造如下形成太陽能電池(i)在硅基板(200 μ m厚的面積為243cm2的多晶硅片，ρ型(硼)塊硅，具有η型 擴散的POCl3發(fā)射極，表面用酸紋理化，具有通過化學氣相沉積施涂在硅片的發(fā)射極上的 SiNx減反射涂層(ARC))的背面上(其正面上具有20 μ m厚的銀電極(可從Ε. I. Du Pont de Nemours and Company商購獲得的PV145銀組合物))，將銀/鋁漿料(PV202，一種可從 Ε. I. Du Pont de Nemours and Company商購獲得的銀/鋁組合物)進行印刷并干燥為5mm 寬的母線。然后，以30μπι的干膜厚度絲網印刷用于太陽能電池的背面電極的鋁漿，從而在 兩個邊緣處為鋁膜的重疊部提供Imm的Ag/Al母線以確保電連續(xù)性。在焙燒之前，對絲網 印刷的鋁漿進行干燥。鋁漿實例包含72重量％的空氣霧化的鋁粉(平均粒度6 μ m)、26重量％的包括聚 合物樹脂和有機溶劑的有機載體和0. 07重量％的非晶二氧化硅。鋁漿實例C至F (根據 本發(fā)明)包含0.1至0.5重量％范圍內的2-乙基己酸錫(II)添加劑，而鋁漿對照例A和 B (比較實施例)不含有機錫化合物。鋁漿對照例A不含有機鋅化合物，而鋁漿對照例B和 鋁漿實例C至F含有1. 0重量％的新癸酸鋅。(ii)然后將印刷過的硅片在Centrotherm爐中以3000mm/min的帶速度進行焙燒， 其中區(qū)段溫度被限定為區(qū)段1 = 450°C，區(qū)段2 = 520°C，區(qū)段3 = 570°C，并且最后區(qū)段設 定在950°C，因此硅片達到850°C的峰值溫度。在焙燒之后，金屬化的硅片就變成了功能光 伏器件。進行電學性能、焙燒粘附性和彎曲量測量。
⑵測試規(guī)稈效率將根據上述方法形成的太陽能電池放置在商業(yè)I-V測試器(由EETS Ltd.提供)中，以便測量光轉化效率。該I-V測試器中的燈模擬了具有已知強度(大約1000W/m2)的日 光，并且照射電池的發(fā)射極。隨后用四個電探針接觸印刷到焙燒電池上的金屬化漿料。測 量了這些太陽能電池在一系列電阻上產生的光電流(Voc，開路電壓；Isc，短路電流)以計 算出I-V響應曲線。隨后從該I-V響應曲線推導出填充因數(shù)(FF)值和效率(Eff)值。焙饒粘附件為了測量鋁金屬化漿料的粘合強度，使用剝離測試確定了從焙燒硅片的表面除去 的材料的量。為此目的，施涂了一透明層的粘合帶并且隨后將其剝離掉。表1中粘附性數(shù) 字表明，漿料的粘附性隨著組合物中有機鋅含量的上升而增加。漿料實例的剝離強度可以 通過添加玻璃料進一步增強。彎曲量測量彎曲量(電池翹曲)定義為在平坦表面上測量的焙燒的電池的中心在室溫下的最 大撓曲高度。彎曲量的測量是通過將電池放在金屬平板上，然后使用μ m分辨率的測微表 來測量每個電池的最大撓曲，即確定硅片中心距平板表面的距離。表1中引用的實例C至F示出了與不含有機錫添加劑的組合物(對照例A和B)相 比，鋁漿的電學性能隨有機錫含量變化而產生的變化。表1中的數(shù)據證實了實例C至F中 粘附性增強，彎曲量降低。表權利要求
鋁漿，所述鋁漿包含粒狀鋁、有機錫組分和包含一種或多種有機溶劑的有機載體。
2.權利要求1的鋁菜，所述鋁漿還包含按總鋁漿組合物計0.01至5重量％總比例的一種或多種玻璃料。
3.權利要求1或2的鋁漿，所述鋁漿還包含按總鋁漿組合物計對應于0.05至0.6重量％的鋅貢獻率的比例的有機鋅組分。
4.權利要求1至3中任一項的鋁漿，所述鋁漿還包含按總鋁漿組合物計高于0至0.5重量％的比例的非晶二氧化硅。
5.前述權利要求中任一項的鋁漿，其中所述粒狀鋁以按總鋁漿組合物計50至80重量％的比例存在。
6.前述權利要求中任一項的鋁漿，其中所述有機錫組分選自一種固體有機錫化合物、兩種或更多種固體有機錫化合物的組合、一種液體有機錫化合物、兩種或更多種液體有機錫化合物的組合、固體和液體有機錫化合物的組合以及由一種或多種有機錫化合物溶于一 種或多種有機溶劑中所形成的溶液。
7.權利要求6的鋁漿，其中所述有機錫組分以按總鋁漿組合物計對應于0.01至0.5重量％的錫貢獻率的比例存在。
8.權利要求6的鋁漿，其中所述一種或多種有機錫化合物為選自樹脂酸錫和羧酸錫的有機錫鹽化合物。
9.權利要求6的鋁漿，其中所述有機錫組分為以按總鋁漿組合物計0.1至1重量％的比例存在的2-乙基己酸錫(II)。
10.前述權利要求中任一項的鋁漿，其中所述有機載體還包括一種或多種有機聚合物和/或一種或多種有機添加劑。
11.形成硅太陽能電池的方法，所述方法包括以下步驟(i)將前述權利要求中任一項的鋁漿施涂在硅片的背面上，所述硅片具有P型區(qū)、n型 區(qū)和p_n結；和(ii)焙燒提供有所述鋁漿的表面，從而使所述硅片達到700至900°C的峰值溫度。
12.權利要求11的方法，其中所述鋁漿的施涂通過印刷來進行。
13.權利要求11或12的方法，其中焙燒是與已施涂到硅片上的其他正面和/或背面金 屬漿料共焙燒在一起來進行的以在焙燒期間在所述硅片上形成正面和/或背面電極。
14.由權利要求11至13中任一項的方法制成的硅太陽能電池。
15.包括鋁背面電極的硅太陽能電池，其中所述鋁背面電極是利用權利要求1至10中 任一項的鋁漿制成的。
16.權利要求15的硅太陽能電池，所述硅太陽能電池還包含硅片。
全文摘要
本發(fā)明公開了包含粒狀鋁、有機錫組分以及有機載體的鋁漿及其在形成硅太陽能電池的p型鋁背面電極中的用途。
文檔編號H01L31/0224GK101990688SQ200980112895
公開日2011年3月23日 申請日期2009年4月8日 優(yōu)先權日2008年4月15日
發(fā)明者A·G·普林斯, R·J·S·楊 申請人:E.I.內穆爾杜邦公司