低銀導(dǎo)電漿料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能電池板技術(shù)中所利用的導(dǎo)電漿料組合物，特別是用于形成背側(cè) 焊盤的導(dǎo)電漿料組合物。具體地，在一個方面中，本發(fā)明是包括導(dǎo)電顆粒、有機載體和玻璃 料的導(dǎo)電漿料組合物。導(dǎo)電顆粒優(yōu)選地包括銀粉和片狀銀粉，且玻璃料優(yōu)選地具有〇. 01微 米至3微米的粒度（d9CI)。本發(fā)明的另一個方面是通過將本發(fā)明的導(dǎo)電漿料施加至硅片的背 偵似形成焊盤而制作的太陽能電池。本發(fā)明還提供包括使太陽能電池電互連的太陽能電池 板。根據(jù)另一個方面，本發(fā)明還提供一種制作太陽能電池的方法。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 太陽能電池是使用光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電力的裝置。太陽能是受關(guān)注的綠色能 源，因為其是可持續(xù)的并且僅產(chǎn)生非污染性副產(chǎn)物。因此，目前有大量研究致力于開發(fā)具有 更高效率的太陽能電池，同時持續(xù)降低材料和制造成本。
[0004] 當(dāng)光照射太陽能電池時，入射光的一部分被表面反射且其余部分被透射至太陽能 電池中。透射光的光子被太陽能電池吸收，所述太陽能電池通常由半導(dǎo)體材料(諸如硅）制 成。來自吸收光子的能量將從半導(dǎo)體材料的原子中激發(fā)其光子，產(chǎn)生電子空穴對。這些電 子空穴對隨后被p-n結(jié)分離并且被施加在太陽能電池表面上的導(dǎo)電電極收集。
[0005] 最常見的太陽能電池是由硅制成的太陽能電池。具體地，通過將η型擴散層施加 至與兩個電接觸層或電極耦接的P型硅襯底而由硅制成ρ-η結(jié)。在P型半導(dǎo)體中，摻雜原 子被添加至半導(dǎo)體以增大自由載流子(正空穴）的數(shù)量。本質(zhì)上，摻雜材料將弱約束的外層 電子從半導(dǎo)體原子上帶走。P型半導(dǎo)體的一個實例是具有硼或鋁摻雜劑的硅。太陽能電池 也可由η型半導(dǎo)體制成。在η型半導(dǎo)體中，摻雜原子提供額外電子至主襯底，形成過量的負(fù) 電子載流子。η型半導(dǎo)體的一個實例是具有含磷摻雜劑的硅。為了使太陽能電池對日光的 反射最小化，抗反射涂層(諸如氮化硅）被施加至η型擴散層以增大耦接至太陽能電池的光 量。
[0006] 太陽能電池通常具有施加至其前表面及背面的導(dǎo)電漿料。前側(cè)漿料導(dǎo)致形成電 極，所述電極如上所述傳導(dǎo)從電子交換中產(chǎn)生的電力，同時背側(cè)漿料充當(dāng)用于經(jīng)由焊料涂 布導(dǎo)線串聯(lián)連接太陽能電池的焊點。為了形成太陽能電池，首先諸如通過絲網(wǎng)印刷銀漿或 銀/鋁漿，將后接觸點施加至硅片的背側(cè)以形成焊盤。接下來，將鋁背側(cè)漿料施加至硅片 的整個背側(cè)，稍微與焊盤的邊緣重疊且隨后干燥電池。圖1展示具有跨電池長度延伸的焊 盤110的硅太陽能電池100,其中鋁背側(cè)120印刷在整個表面上。最后，使用不同類型的 導(dǎo)電漿料(通常含銀漿料)，可將金屬接觸件絲網(wǎng)印刷至硅片的前側(cè)以充當(dāng)前電極。光進(jìn)入 的電池表面或正面上的這個電接觸層通常以由指接線和主柵組成的網(wǎng)格圖形而非完整層 的形式存在，因為金屬網(wǎng)格材料通常不透光。具有印刷前側(cè)和背側(cè)漿料的硅襯底隨后在約 700-975°C的溫度下燒成。在燒成期間，前側(cè)漿料蝕刻穿透抗反射層，在金屬網(wǎng)格與半導(dǎo)體 之間形成電接觸且將金屬漿料轉(zhuǎn)換為金屬電極。在背側(cè)上，鋁擴散至硅襯底中，充當(dāng)形成背 面場（BSF)的摻雜劑。這個場幫助改進(jìn)太陽能電池的效率。
[0007] 所得金屬電極允許電流至及流出連接在太陽能電池板中的太陽能電池。為了組裝 電池板，多個太陽能電池串聯(lián)和/或并聯(lián)連接且第一個電池和最后一個電池的電極末端， 優(yōu)選地連接至輸出接線。太陽能電池通常被封裝在透明的熱塑性樹脂(諸如硅橡膠或乙烯 醋酸乙烯酯)中。透明玻璃片被放置在封裝透明熱塑性樹脂的前表面上。背面保護(hù)材料(例 如，涂布具有良好機械性質(zhì)和良好耐候性的聚氟乙烯膜的聚對苯二甲酸乙二酯片）被放置 在封裝熱塑性樹脂下方。這些層狀材料可在適當(dāng)?shù)恼婵諣t中被加熱以移除空氣，且隨后通 過加熱和沖壓而一體化。此外，由于太陽能模塊通常被長期留在戶外，所以需要用于由鋁或 類似材料組成的框架材料覆蓋太陽能電池的周邊。
[0008] -種背側(cè)使用的典型導(dǎo)電漿料含有金屬顆粒、玻璃料和有機載體。導(dǎo)電漿料描述 于美國專利申請公開案第2013/0148261號、中國專利公開案第101887764號和中國專利公 開案第101604557號中。應(yīng)精心選擇漿料組分以充分利用所得太陽能電池的理論潛能。由 背側(cè)漿料(其通常含銀或銀/鋁）形成的焊盤尤為重要，因為焊接至鋁背側(cè)層幾乎是不可能 的。焊盤可形成為延伸達(dá)硅襯底長度的條狀物(如圖1中所示)或沿著硅酮襯底長度配置的 離散段。焊盤應(yīng)適當(dāng)?shù)卣掣街凉枰r底并且應(yīng)能夠承受焊接接合線的機械操作，同時對太陽 能電池的效率無不利影響。
[0009] -種用于測試背側(cè)焊盤的粘附的典型方法是將焊絲施加至鍍銀層焊盤，且隨后測 量按相對于襯底的特定角度(通常180度）剝離焊絲所需的力。通常，考慮到會需要更大拉 力，大于2牛頓的拉力是最小要求。因此，需要具有改進(jìn)的粘附強度的導(dǎo)電漿料組合物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 因此，本發(fā)明提供展現(xiàn)改進(jìn)的粘附強度的導(dǎo)電漿料組合物。
[0011] 本發(fā)明提供一種用于在太陽能電池中形成電極的導(dǎo)電漿料組合物，其包括：以 100%漿料的總重量計，約20至約50wt%的球狀銀粉，其具有約0. 1 μ m至約1 μ m的粒度 d50 ;以100%漿料的總重量計，約10至約30wt%的片狀銀粉，其具有約5-8 μ m的粒度d50 ; 基本上不含鉛的玻璃料，其具有約〇. 5-3 μ m的粒度d90 ;和有機載體，其中以100%玻璃體 系的總重量計，玻璃料包括小于5wt%的氧化鋅。
[0012] 本發(fā)明還提供一種太陽能電池，其包括具有前側(cè)和背側(cè)的硅片和形成在硅片上由 根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)電漿料制成的焊盤。
[0013] 本發(fā)明還提供一種太陽能電池模塊，其包括根據(jù)本發(fā)明的電互連的太陽能電池。
[0014] 本發(fā)明還提供一種制作太陽能電池的方法，其包括下列步驟：提供具有前側(cè)和背 側(cè)的硅片；將根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)電漿料組合物施加至硅片的背側(cè)上；并燒制硅片。
[0015] 附圖簡述
[0016] 為了易于獲得本發(fā)明和其許多伴隨優(yōu)點的更全面理解，將通過在結(jié)合下文附圖1 考慮時參考下文詳細(xì)描述而更好地理解本發(fā)明和其許多伴隨優(yōu)點，圖1是根據(jù)本發(fā)明的示 例性實施方案的具有跨電池長度延伸的印刷銀焊盤的硅太陽能電池的背側(cè)的平面圖。
【具體實施方式】
[0017] 本發(fā)明涉及可用于施加至太陽能電池背側(cè)的導(dǎo)電漿料組合物。導(dǎo)電漿料組合物優(yōu) 選地包括金屬顆粒、玻璃料和有機載體。但是并不局限于此應(yīng)用，這些漿料可用于在太陽能 電池中形成電接觸層或電極，以及形成用于在模塊中使太陽能電池互連的焊盤。
[0018] 圖1圖示沉積在硅太陽能電池100背側(cè)上的示例性焊盤110。在該特定的實施例 中，絲網(wǎng)印刷的銀焊盤110橫跨硅太陽能電池100的長度延伸。在其它構(gòu)造中，焊盤110可 能是離散段。焊盤Iio可為諸如本領(lǐng)域中已知的任意形狀和大小。第二背側(cè)漿料(例如，含 鋁漿料）也印刷在硅太陽能電池100的背側(cè)上并且與焊盤110的邊緣接觸。這個第二背側(cè) 漿料在燒制時形成太陽能電池100的BSF120。
[0019] 導(dǎo)電槳料
[0020] 本發(fā)明的一個方面涉及用于形成背側(cè)焊盤的導(dǎo)電漿料的組合物。需要的背側(cè)漿料 是具有高粘附強度以允許最佳的太陽能電池機械可靠性，同時也使太陽能電池的電性能最 佳化的背側(cè)漿料。根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)電漿料組合物通常由金屬顆粒、有機載體和玻璃料組成。 根據(jù)一個實施方案，以100%漿料的總重量計，背側(cè)導(dǎo)電漿料包括約30-75wt%的總金屬顆 粒、約0. 01-10wt%的玻璃料和約20-60wt%的有機載體。
[0021] 披璃料
[0022] 本發(fā)明的玻璃料改進(jìn)了所得導(dǎo)電漿料的粘附強度。用于印刷背側(cè)焊盤的導(dǎo)電漿 料的金屬含量對漿料的粘附強度有影響。較高的金屬顆粒含量(例如，60_75wt%之間，其以 100%漿料的總重量計）提供更佳的粘附性，因為可獲得更可焊接的材料。當(dāng)金屬含量低于 60wt%時，粘附力顯著減小。由于玻璃料補償粘附強度的減小，因此玻璃料變得更為重要。 此外，用于形成焊盤的特定漿料可與鋁漿相互作用，施加所述鋁漿至硅太陽能電池的整個 背側(cè)表面上方以形成BSF。當(dāng)這種情況發(fā)生時，在背側(cè)焊漿與表面鋁漿重疊的區(qū)域上形成氣 泡或缺陷。本發(fā)明的玻璃組合物減輕焊漿與鋁層之間的這種相互作用。
[0023] 本發(fā)明的導(dǎo)電漿料以100%漿料的總重量計，可包括約0. 01-10wt%的玻璃料，優(yōu)選 地約0. 01-7wt%，更優(yōu)選地約0. 01-6wt%，且更優(yōu)選地約0. 01-5wt%。在最優(yōu)選的實施方案 中，導(dǎo)電漿料包括約3wt%的玻璃料。
[0024] 本領(lǐng)域中眾所周知，玻璃料顆粒可展現(xiàn)多種形狀和大小。玻璃料顆粒的不同形狀 的一些實例包括球狀的、有角度的、細(xì)長(桿狀或針狀）的和平坦(片狀）的。玻璃料顆粒還 可被提供為不同形狀的顆粒的組合。根據(jù)本發(fā)明，具有一種形狀或形狀組合的玻璃料顆粒 (其有利于所制作電極的有利的粘附力）是優(yōu)選的。
[0025] 粒徑是本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的顆粒特性。粒度d5(l是粒度分布的中值粒徑或 中間值。它是累積分布中50%位置的粒徑值。粒度d 1(l是累積分布中約10%具有較小直徑的 顆粒位置的直徑。同樣地，粒度d9(l是累積分布中約90%具有較小直徑的顆粒位置的直徑。
[0026] 可經(jīng)由激光衍射、動態(tài)光散射、成像、電泳光散射或本領(lǐng)域中已知的任意其它方法 測量粒度分布。連接至具有LA-910軟件程序的計算機的Horiba LA-910激光衍射粒度分 析器被用于確定根據(jù)本發(fā)明的玻璃料的粒度分布。玻璃料顆粒的相對折射率選自LA-910 手冊并且被輸入軟件程序。測試腔室填充去離子水至水槽上的適當(dāng)加注管。隨后通過使用 軟件程序中的循環(huán)和攪拌功能循環(huán)溶液。在一分鐘后，排出溶液。這在附加時間內(nèi)重復(fù)以 確保腔室無任意殘留材料。腔室隨后第三次填充去離子水并且被允許循環(huán)及攪拌一分鐘。 通過使用軟件中的空白功能剔除溶液中的任意背景顆粒。隨后啟動超聲波攪拌，且將玻璃 料緩慢添加至測試腔室中的溶液，直至透射比條在軟件程序中的適當(dāng)區(qū)域中。一旦透射比 處于恰當(dāng)水平，激光衍射分析被運行且玻璃料的粒度分布被測量并且給定為粒度d 1(l、d5(l和 / 或 dg〇 〇
[0027] 在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，玻璃料的中值粒徑d5(l位于從約0. 01-3 μ m的范圍 中，優(yōu)選地在從約0. 01-2 μ m的范圍中，且最優(yōu)選地在從約0. 1-1 μ m的范圍中。根據(jù)另一 個實施方案，玻璃料的粒徑d1(l位于約0. 01-1 μ m的范圍中，優(yōu)選地約0. 01-0. 5 μ m且更優(yōu) 選地約0. 01-0. 2 μ m。根據(jù)又一個實施方案，玻璃料的粒徑d9Q位于0. 5-3 μ m，優(yōu)選1-3 μ m 且更優(yōu)選2-3 μ m的范圍中。相信包括具有在約0. 5至約3 μ m的范圍中的粒度d9(l的玻璃 料改進(jìn)了所得漿料的電性能。
[0028] 特征化顆粒的形狀和表面的另一種方式是通過其表面積體積比（比表面積)。測量 比表面積的方