制備mwt太陽能電池電極中的包含含釩化合物的導(dǎo)電漿料的制作方法
【專利說明】制備MWT太陽能電池電極中的包含含飢化合物的導(dǎo)電漿料 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種制備太陽能電池中的電極，特別是制備MWT太陽能電池中的電 極，特別是制備該類太陽能電池中的金屬穿孔卷繞（metalwrapt虹OU曲）或插入式（plug) 電極且包含含饑化合物的導(dǎo)電漿料。特別地，本發(fā)明設(shè)及一種太陽能電池前體、一種制備太 陽能電池的方法、一種太陽能電池和一種包含太陽能電池的組件。
[000引發(fā)明背景
[0003] 太陽能電池是利用光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化成電力的裝置。太陽能是有吸引力的綠色 能源，因?yàn)槠淇沙掷m(xù)且僅產(chǎn)生非污染性副產(chǎn)物。因此，目前已進(jìn)行了大量研究W開發(fā)具有提 高的效率，同時(shí)持續(xù)降低材料和生產(chǎn)成本的太陽能電池。當(dāng)光照在太陽能電池上時(shí)，一部分 入射光被表面反射，而剩余部分傳遞至太陽能電池中。傳遞的光子被太陽能電池吸收，太陽 能電池通常由半導(dǎo)電材料制成，例如通常被適當(dāng)滲雜的娃。吸收光子的能量激發(fā)半導(dǎo)電材 料的電子，從而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。然后，運(yùn)些電子-空穴對(duì)被p-n結(jié)分離且被太陽能電池 表面上的導(dǎo)電電極收集。圖2顯示了簡(jiǎn)單太陽能電池的最小結(jié)構(gòu)。
[0004] 太陽能電池非常普遍地基于娃（通常呈Si晶片形式）。此處，p-n結(jié)通常通過提 供n型滲雜的Si襯底并在一個(gè)面上施加P型滲雜層，或者通過提供P型滲雜的Si襯底并 在一個(gè)面上施加n型滲雜層而制備，從而在兩種情況下均獲得所謂的p-n結(jié)。具有所施加 的滲雜劑層的面通常作為電池的正面，具有初始滲雜劑的Si相對(duì)側(cè)作為背面。n型和P型 太陽能電池都是可能的，且已工業(yè)開發(fā)。設(shè)計(jì)成在兩面上均利用入射光的電池也是可能的， 但其應(yīng)用并不廣泛。
[0005] 為了使太陽能電池正面上的入射光進(jìn)入并吸收，正面電極通常設(shè)置成兩組垂直的 直線，分別稱為"柵線（finger)"和"匯流條"。柵線形成與正面的電接觸，而匯流條將運(yùn)些 柵線連接，從而允許有效地將電荷提取到外部電路中。對(duì)柵線和匯流條的該設(shè)置而言，通常 W導(dǎo)電漿料的形式施加，將其賠燒W形成固體電極體。背面電極通常也W導(dǎo)電漿料的形式 施加，然后將其賠燒W獲得固體電極體。
[0006] 制備太陽能電池的另一種方法是借助正面電極的背接觸而提高正面吸收的入射 光比例。在所謂的MWT("金屬穿孔卷繞"）太陽能電池中，太陽能電池正面上的電極通過連 接正面和背面且包含電極材料的通道與背面接觸，運(yùn)通常稱為金屬穿孔卷繞電極或插入式 電極。
[0007] 典型的導(dǎo)電漿料包含金屬顆粒、無機(jī)反應(yīng)體系和有機(jī)載體。
[000引本領(lǐng)域需要具有改進(jìn)的性能的太陽能電池，尤其是具有改進(jìn)的性能的MWT太陽能 電池。
[000引發(fā)明簡(jiǎn)述
[0010] 本發(fā)明通?；谌缦履康模嚎朔c太陽能電池有關(guān)，尤其是與金屬穿孔卷繞太陽 能電池有關(guān)，尤其是與金屬穿孔卷繞電極的機(jī)械和電性能有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)中所遇到的至少 一個(gè)問題。
[0011] 更具體地，本發(fā)明進(jìn)一步基于提供一種金屬穿孔卷繞電極的目的，其顯示出與MWT 太陽能電池中通道的Si表面的低電接觸，然而高物理粘合性，優(yōu)選同時(shí)顯示出太陽能電池 的其他有利的電和物理性能。
[0012] 對(duì)實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)上述目的的貢獻(xiàn)由構(gòu)成本發(fā)明權(quán)利要求的主題類別作出。其他貢 獻(xiàn)由代表本發(fā)明具體實(shí)施方案的本發(fā)明從屬權(quán)利要求的主題作出。
[001引詳細(xì)描述
[0014] 對(duì)實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)上述目的的貢獻(xiàn)由一種太陽能電池前體作出，其至少包含如下作 為前體部件：
[001引U具有至少一個(gè)孔的晶化其中所述孔具有Si表面；
[0016] ii)由所述孔包含的導(dǎo)電漿料，其至少包含如下作為漿料成分：
[0017] a)金屬顆粒；
[0018] b)無機(jī)反應(yīng)體系；
[001引C)有機(jī)載體訊
[0020] d)添加劑；
[0021] 其中所述漿料中存在含饑化合物。
[0022] 在本發(fā)明太陽能電池前體的一個(gè)實(shí)施方案中，所述含饑化合物的饑含量為約 0. 05-約12重量％，優(yōu)選約0. 05-約8重量％，更優(yōu)選約1-約5重量％，基于漿料的總重 量。
[0023] 在本發(fā)明太陽能電池前體的一個(gè)實(shí)施方案中，所述無機(jī)反應(yīng)體系W約0. 1-約5重 量％，優(yōu)選0. 3-3重量％，更優(yōu)選0. 5-2重量％存在于所述漿料中。
[0024] 在本發(fā)明太陽能電池前體的一個(gè)實(shí)施方案中，所述含饑化合物為Vz化。
[00巧]在本發(fā)明太陽能電池前體的一個(gè)實(shí)施方案中，所述無機(jī)反應(yīng)體系為玻璃料。
[0026] 在本發(fā)明太陽能電池前體的一個(gè)實(shí)施方案中，至少一個(gè)孔為連接晶片正面和背面 的通道。
[0027] 在本發(fā)明太陽能電池前體的一個(gè)實(shí)施方案中，至少一個(gè)孔中的Si表面包含至少 一個(gè)P型滲雜的部分和至少一個(gè)n型滲雜的部分。
[0028] 在本發(fā)明太陽能電池前體的一個(gè)實(shí)施方案中，所述金屬顆粒為Ag顆粒。
[0029] 在本發(fā)明太陽能電池前體的一個(gè)實(shí)施方案中，所述漿料與孔的Si表面直接接觸。
[0030] 在本發(fā)明太陽能電池前體的一個(gè)實(shí)施方案中，在所述晶片的正面上存在其他導(dǎo)電 漿料。在另一實(shí)施方案中，在所述晶片的背面上存在至少一種其他導(dǎo)電漿料。在又一實(shí)施 方案中，在所述晶片的背面和正面上均存在其他導(dǎo)電漿料。
[0031] 對(duì)實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)上述目的的貢獻(xiàn)由一種制備太陽能電池的方法作出，其至少包括 如下步驟：
[0032] i)提供本發(fā)明的太陽能電池前體；
[0033]ii)賠燒所述太陽能電池前體W獲得太陽能電池。
[0034] 在該實(shí)施方案的一個(gè)方面中，步驟i)的提供至少包括如下步驟：
[0035] a)提供具有呈相反滲雜類型的背面滲雜層和正面滲雜層的Si晶片；
[0036] b)在所述晶片中產(chǎn)生至少一個(gè)孔；
[0037]C)將導(dǎo)電漿料引入至少一個(gè)孔中W獲得本發(fā)明的前體。
[003引對(duì)實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)上述目的的貢獻(xiàn)由可通過本發(fā)明方法獲得的太陽能電池實(shí)現(xiàn)。
[0039] 對(duì)實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)上述目的的貢獻(xiàn)由一種具有至少一個(gè)孔的太陽能電池作出，所述 孔包含饑含量基于插入式電極總重量為約0. 05-約13重量％，優(yōu)選約0. 05-約9重量％， 更優(yōu)選約1-約5. 5重量％的插入式電極。
[0040] 在本發(fā)明太陽能電池的一個(gè)實(shí)施方案中，所述太陽能電池至少包含如下作為太陽 能電池部件：
[0041]i)具有至少一個(gè)孔的晶片，所述孔具有Si表面；
[0042]ii)由所述孔包含的插入式電極，
[0043] 其中插入式電極與Si表面接觸的表面處的電極中的玻璃濃度高于電極主體中的 濃度。
[0044] 對(duì)實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)上述目的的貢獻(xiàn)由一種包含至少一個(gè)本發(fā)明太陽能電池和至少 一個(gè)其他太陽能電池的組件作出。
[004引晶片
[0046] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的晶片為相對(duì)于太陽能電池的其他區(qū)域，尤其能W高效率吸收 光，從而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，且W高效率通過邊界，優(yōu)選通過所謂的p-n結(jié)邊界分離空穴和 電子的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的晶片為包含由正面滲雜層和背面滲雜層組成的單一物體 的那些。
[0047] 優(yōu)選晶片由適當(dāng)滲雜的四價(jià)元素、二元化合物、=元化合物或合金組成。就此而 言，優(yōu)選的四價(jià)元素為Si、Ge或Sn,優(yōu)選Si。優(yōu)選的二元化合物為兩種或更多種四價(jià)元素 的組合、第HI族元素與第V族元素的二元化合物、第II族元素與第VI族元素的二元化合 物或第IV族元素與第VI族元素的二元化合物。優(yōu)選的四價(jià)元素組合為兩種或更多種選自 Si、Ge、Sn或C的元素的組合，優(yōu)選SiC。優(yōu)選的第III族元素與第V族元素的二元化合物 為GaAs。根據(jù)本發(fā)明，最優(yōu)選晶片基于Si。作為最優(yōu)選的晶片材料，Si在本申請(qǐng)的其余部 分明確指出。其中明確提及Si的下文文本部分也適用于上述其他晶片組成。
[0048] 晶片的正面滲雜層與背面滲雜層相遇之處即為p-n結(jié)邊界。在n型太陽能電池中， 背面滲雜層滲雜有給電子性n型滲雜劑，且正面滲雜層滲雜有電子接受性或給空穴性P型 滲雜劑。在P型太陽能電池中，背面滲雜層滲雜有P型滲雜劑，且正面滲雜層滲雜有n型滲 雜劑。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選通過首先提供滲雜的Si襯底，然后在該襯底的一面施加相對(duì)類型 的滲雜層而制備具有P-n結(jié)邊界的晶片。
[0049] 滲雜的Si襯底是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。滲雜的Si襯底可WW本領(lǐng)域技術(shù)人 員所已知且認(rèn)為適于本發(fā)明上下文中的任何方式制備。本發(fā)明Si襯底的優(yōu)選來源為單晶 Si、多晶Si、無定形Si和升級(jí)冶金級(jí)Si,其中最優(yōu)選單晶Si或多晶Si。用于形成滲雜Si襯 底的滲雜可通過在制備Si襯底期間添加滲雜劑而同時(shí)進(jìn)行，或者可在隨后步驟中進(jìn)行。Si 襯底制備后的滲雜可例如通過氣體擴(kuò)散外延生長進(jìn)行。滲雜Si襯底也可容易地市購。根 據(jù)本發(fā)明，一種選擇是首先在其形成的同時(shí)通過將滲雜劑添加至Si混合物中而滲雜Si襯 底。根據(jù)本發(fā)明，一種選擇是通過氣相外延生長施加正面滲雜層和存在的話高度滲雜的背 面層。該氣相外延生長優(yōu)選在約500-約900°C，更優(yōu)選約600-約800°C，最優(yōu)選約650-約 750°C的溫度和約2-約lOOkPa，優(yōu)選約10-約80kPa，最優(yōu)選約30-約70kPa的壓力下進(jìn)行。
[0050] 本領(lǐng)域技術(shù)人員已知Si襯底可具有許多種形狀、表面織構(gòu)和尺寸。所述形狀可為 許多不同形狀之一，尤其包括立方體、盤狀、晶片和不規(guī)則多邊形。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的形狀 為晶片狀，其中晶片為具有兩個(gè)類似，優(yōu)選相等的尺寸和顯著小于其他兩個(gè)尺寸的第=尺 寸的立方體。就此而言，"顯著小于"優(yōu)選小至少約100倍。
[0051] 各種表面類型是本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選具有粗糖表面的Si 襯底。一種評(píng)價(jià)襯底粗糖度的方式是評(píng)估襯底子表面（sub-surface)的表面粗糖度參數(shù)， 該子表面與襯底的總表面積相比較小，優(yōu)選小于總表面積的約百分之一，且基本上是平面 的。表面粗糖度參數(shù)的值由子表面的面積與通過將所述子表面投射至與該子表面最佳擬合 (通過使均方位移最小化而擬合）的平面上而形成的理論表面的面積之比給出。表面粗糖 度參數(shù)的值越高，則表明越粗糖、越不規(guī)則的表面，而表面粗糖度參數(shù)的值越小，則表明越 光滑、越平整的表面。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選對(duì)Si襯底的表面粗糖度進(jìn)行調(diào)節(jié)W使得在許多因 素之間產(chǎn)生最佳平衡，所述因素包括但不限于光吸收和柵線與表面的粘合性。
[0052] 可改變Si襯底的兩個(gè)較大尺寸W適應(yīng)所得太陽能電池所需的應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明， 優(yōu)選Si晶片的厚度小于約0. 5mm，更優(yōu)選小于約0. 3mm，最優(yōu)選小于約0. 2mm。一些晶片具 有約0.Olmm或更高的最小尺寸。
[0053] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選正面滲雜層比背面滲雜層薄。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選正面滲雜層具有 約0. 1-約10Jim，優(yōu)選約0. 1-約5Jim，最優(yōu)選約0. 1-約2Jim的厚度。
[0054] 可將高度滲雜的層在背面滲雜層和任何其他層之間施加至Si襯底的背面。該高 度滲雜的層具有與背面滲雜層相同的滲雜類型，且該層通常標(biāo)記為+ (n+型層施加至n型背 面滲雜層，P+型層施加至P型背面滲雜層）。該高度滲雜的背面層用于輔助金屬化和改善 襯底/電極界面區(qū)域處的導(dǎo)電性能。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選該高度滲雜的背面層（如果存在的 話）具有約1-約100ym，優(yōu)選約1-約50ym，最優(yōu)選約1-約15ym的厚度。
[00財(cái)滲雜劑
[0056] 優(yōu)選的滲雜劑為在添加至Si晶片中時(shí)通過在能帶結(jié)構(gòu)中引入電子或空穴而形成 p-n結(jié)邊界的那些。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選運(yùn)些滲雜劑的確定和濃度可經(jīng)特別選擇，從而根據(jù)需 要調(diào)節(jié)p-n結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)輪廓并設(shè)定光吸收和導(dǎo)電性譜。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的P型滲雜劑為 將空穴添加至Si晶片能帶結(jié)構(gòu)中的那些。它們是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。可使用本領(lǐng) 域技術(shù)人員所已知且認(rèn)為適于本發(fā)明上下文的所有滲雜劑作為P型滲雜劑。根據(jù)本發(fā)明， 優(yōu)選的P型滲雜劑為=價(jià)元素，特別是周期表第13族的那些。就此而言，優(yōu)選的周期表第 13族元素包括但不限于B、A1、Ga、In、Tl或其至少兩種的組合，其中特別優(yōu)選B。
[0057] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的n型滲雜劑為將電子添加至Si晶片能帶結(jié)構(gòu)中的那些。它們 是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的?？墒褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員所已知且認(rèn)為適于本發(fā)明上下文的所 有滲雜劑作為n型滲雜劑。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的n型滲雜劑為周期表第15族的元素。就此 而言，優(yōu)選的周期表第15族元素包括N、P、As、Sb、Bi或其至少兩種的組合，其中特別優(yōu)選 P。
[0058] 如上所述，可改變p-n結(jié)的各種滲雜水平W調(diào)節(jié)所得太陽能電池的所需性能。
[0059] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選背面滲雜層為輕度滲雜的，優(yōu)選具有約1X10"-約lXl〇iScm3， 優(yōu)選約