用于制備MWT太陽能電池中的電極的包含具有多峰直徑分布的Ag顆粒的導(dǎo)電糊的制作方法
【專利說明】用于制備MWT太陽能電池中的電極的包含具有多峰直徑分布 的Ag顆粒的導(dǎo)電糊 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于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， 特別是制備運(yùn)類太陽能電池中的金屬穿孔卷繞(wrap through)或插塞電極的包含具有多 峰直徑分布的Ag顆粒的導(dǎo)電糊。特別是，本發(fā)明設(shè)及太陽能電池前體，制備太陽能電池的方 法，太陽能電池和包含太陽能電池的模件。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 太陽能電池是使用光生伏打效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化成電的裝置。太陽能是有吸引力的綠 色能源，因?yàn)樗强沙掷m(xù)的且僅產(chǎn)生非污染的副產(chǎn)物。因此，目前投入了大量研究W開發(fā)具 有增強(qiáng)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)光擊中太陽能電池時(shí)，一部 分入射光被表面反射，且其余透射到太陽能電池中。透射的光子被通常由半導(dǎo)體材料如通 常適當(dāng)?shù)貪B雜的娃制成的太陽能電池吸收。吸收的光子能量激發(fā)半導(dǎo)體材料的電子，產(chǎn)生 電子-空穴對。運(yùn)些電子-空穴對然后被p-n結(jié)分開并被太陽能電池表面上的導(dǎo)電電極收集。 圖1顯示簡單太陽能電池的最小結(jié)構(gòu)。
[0004] 太陽能電池非常通常地基于娃，所述娃通常為Si晶片的形式。此處，p-n結(jié)通常如 下制備:提供n型滲雜Si基質(zhì)并將P型滲雜層應(yīng)用于一面上，或者提供P型滲雜Si基質(zhì)并將n 型滲雜層應(yīng)用于一面上，在兩種情況下得到所謂的p-n結(jié)。具有應(yīng)用的滲雜劑層的面通常充 當(dāng)電池的正面，具有原始滲雜劑的Si的相對側(cè)充當(dāng)背面。n型和P型太陽能電池都是可能的 且已在工業(yè)上使用。設(shè)計(jì)利用在兩個(gè)面上的入射光的電池也是可能的，但它們的使用較不 廣泛地利用。
[0005] 為使太陽能電池正面上的入射光進(jìn)入并被吸收，正面電極通常W分別稱為"柵線 (finger)"和"匯流條(bus bars)"的兩組垂直線排列。柵線形成與正面的電接觸，匯流條連 接運(yùn)些柵線W將電荷有效地拉引至外電路中。通常柵線和匯流條的運(yùn)一排列W導(dǎo)電糊的形 式應(yīng)用，將其燒制W得到固體電極體。背面電極也通常W導(dǎo)電糊的形式應(yīng)用，然后將其燒制 W得到固體電極體。
[0006] 太陽能電池制備的另一路線尋求借助正面電極的背面接觸而提高正面吸收的入 射光的比例。在所謂的MWT("金屬穿孔卷繞"）太陽能電池中，太陽能電池的正面上的電極借 助連接正面和背面且包含電極材料的通道而與背面接觸，稱為金屬穿孔卷繞電極或插塞電 極。
[0007] 典型的導(dǎo)電糊包含金屬顆粒、無機(jī)反應(yīng)體系和有機(jī)載體。
[000引技術(shù)發(fā)展水平需要具有改進(jìn)性能的太陽能電池，特別是具有改進(jìn)性能的MWT太陽 能電池。
[0009] 發(fā)明概述
[0010] 本發(fā)明一般性地基于克服關(guān)于太陽能電池，特別是關(guān)于金屬穿孔卷繞太陽能電 池，特別是關(guān)于金屬穿孔卷繞電極的機(jī)械和電性能的技術(shù)發(fā)展水平中遭遇的至少一個(gè)問題 的目的。
[0011] 更具體而言，本發(fā)明進(jìn)一步基于提供顯示出與MWT太陽能電池中通道的Si表面的 高物理附著力，優(yōu)選同時(shí)顯示出太陽能電池的其它有利電和物理性能的金屬穿孔卷繞電極 的目的。
[0012] 對實(shí)現(xiàn)上述目的中的至少一個(gè)的貢獻(xiàn)由形成本發(fā)明權(quán)利要求書的范疇的主題做 出。另一貢獻(xiàn)由代表本發(fā)明具體實(shí)施方案的本發(fā)明獨(dú)立權(quán)利要求的主題做出。
[001引詳述
[0014] 對實(shí)現(xiàn)上述目的中的至少一個(gè)的貢獻(xiàn)由太陽能電池前體做出，所述太陽能電池前 體至少包含W下物質(zhì)作為前體部分：
[0015] i)具有至少一個(gè)具有Si表面的孔的晶片；
[0016] ii)由孔包含的導(dǎo)電糊，所述導(dǎo)電糊至少包含W下物質(zhì)作為糊組分：
[0017] a)金屬顆粒；
[0018] b)無機(jī)反應(yīng)體系；
[0019] C)有機(jī)載體;和
[0020] d)添加劑；
[0021] 其中金屬顆粒具有多峰粒徑分布。
[0022] 在上文和下文中，除非另外說明，所有直徑分布和最大值及其d50、dl0、d90值如試驗(yàn) 方法中所述。
[0023] 在本發(fā)明太陽能電池前體的一個(gè)實(shí)施方案中，金屬顆粒具有雙峰粒徑分布。
[0024] 在本發(fā)明太陽能電池前體的一個(gè)實(shí)施方案中，金屬顆粒具有具有至少兩個(gè)在約 0.1至約15皿，優(yōu)選約0.2至約12皿，更優(yōu)選約0.3至約10皿范圍內(nèi)的最大值的直徑分布，其 中選自至少兩個(gè)局部最大值的至少一對間隔至少約0.3WH，優(yōu)選間隔至少約0.5WH，更優(yōu)選 間隔至少1M1。在一些情況下，使用達(dá)約20WI1的直徑分布中最大值的間隔。
[0025] 在本發(fā)明太陽能電池前體的另一實(shí)施方案中，金屬顆粒具有具有至少兩個(gè)最大值 的多峰直徑分布，其中選自至少兩個(gè)最大值的至少一對相隔至少約1皿，優(yōu)選至少約2皿，更 優(yōu)選至少約3]im。在一些情況下，使用達(dá)約20]im的直徑分布中最大值的間隔。
[0026] 在本發(fā)明太陽能電池前體的一個(gè)實(shí)施方案中，金屬顆粒具有具有大于約0.8,更優(yōu) 選大于約0.85，最優(yōu)選大于約0.9的Sarle雙峰系數(shù)b的直徑分布。Sarle雙峰系數(shù)的值不能 大于1。
[0027] 在本發(fā)明太陽能電池前體的一個(gè)實(shí)施方案中，金屬顆粒為Ag顆粒。
[0028] 在本發(fā)明太陽能電池前體的一個(gè)實(shí)施方案中，無機(jī)反應(yīng)體系W約0.1至約5重 量％，優(yōu)選約0.3至約3重量％，更優(yōu)選約0.5至約2重量％存在于糊中。
[0029] 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)孔為連接晶片的正面和背 面的通道。
[0030] 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型滲雜部分和至少一個(gè)n型滲雜部分。
[0031] 在本發(fā)明太陽能電池前體的一個(gè)實(shí)施方案中，糊與孔的Si表面直接接觸。
[0032] 對實(shí)現(xiàn)上述目的中的至少一個(gè)的貢獻(xiàn)由制備本發(fā)明太陽能電池前體的方法做出， 所述方法至少包括步驟:將具有相差至少約Iwn，優(yōu)選至少約化m，更優(yōu)選至少約3WI1的dso值 的至少兩個(gè)不同部分的Ag顆粒組合W實(shí)現(xiàn)多峰粒徑分布。在一些情況下，使用具有相隔達(dá) 約20皿的dso值的Ag顆粒部分。
[0033] 對實(shí)現(xiàn)上述目的中的至少一個(gè)的貢獻(xiàn)由制備太陽能電池的方法做出，所述方法至 少包括步驟：
[0034] i)提供本發(fā)明太陽能電池前體，
[0035] ii)將太陽能電池前體燒制W得到太陽能電池。
[0036] 在本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)步驟i)的提供至少包括步驟：
[0037] a)提供具有相對滲雜類型的背面滲雜層和正面滲雜層的Si晶片，
[0038] b)在晶片中制備至少一個(gè)孔；
[0039] C)將導(dǎo)電糊引入至少一個(gè)孔中W得到本發(fā)明前體。
[0040] 對實(shí)現(xiàn)上述目的中的至少一個(gè)的貢獻(xiàn)由可通過本發(fā)明方法得到的太陽能電池做 出。
[0041] 在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案中，太陽能電池至少包含W下物質(zhì)作為前體部分：
[0042] i)具有至少一個(gè)具有Si表面的孔的晶片；
[0043] ii)由孔包含的電極，
[0044] 其中電極在電極接觸Si表面的表面處具有比電極本體更高的玻璃濃度。
[0045] 對實(shí)現(xiàn)上述目的中的至少一個(gè)的貢獻(xiàn)由太陽能電池做出，所述太陽能電池至少包 含W下物質(zhì)作為太陽能電池部件：
[0046] i)具有至少一個(gè)具有Si表面的孔的晶片；
[0047] ii)由孔包含的電極，
[0048] 其中存在于電極中的金屬顆粒具有具有至少兩個(gè)最大值的多峰直徑分布，其中選 自至少兩個(gè)最大值的至少一對相隔至少約Iwn，優(yōu)選至少約2皿，更優(yōu)選至少約3WI1。在一些 情況下，使用達(dá)約20]im的直徑分布中最大值的間隔。
[0049] 對實(shí)現(xiàn)上述目的中的至少一個(gè)的貢獻(xiàn)由包含至少一個(gè)本發(fā)明太陽能電池和至少 一個(gè)其它太陽能電池的模件做出。
[0050] 對實(shí)現(xiàn)上述目的中的至少一個(gè)的貢獻(xiàn)由包含至少一個(gè)本發(fā)明太陽能電池和至少 一個(gè)其它太陽能電池的模件做出。
[0化1 ] 晶片
[0052] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的晶片為除了其它區(qū)域外，能夠W高效率吸收光W獲得電子-空 穴對并W高效率將邊界上，優(yōu)選所謂p-n結(jié)邊界上的空穴和電子分離的太陽能電池的區(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構(gòu)成的單一體的那些。
[0053] 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。就本文而 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、III族元素與V族元素的二元化合物、II族元素與VI族元素的二元化合物或者IV族元 素與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HI族元素與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。作為晶片的最優(yōu)選材料，在本申請的其余部分中明確地指Si。下文中明確提到 Si的部分也適用于上述其它晶片組成。
[0054] 晶片的正面滲雜層和背面滲雜層相遇的地方是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n型滲雜劑且正面滲雜層滲雜有受電子或給空穴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Si基質(zhì)，然后將相對類型的滲雜層應(yīng)用于該基質(zhì)的一面上而制備 具有p-n結(jié)邊界的晶片。
[0055] 滲雜Si基質(zhì)是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。滲雜Si基質(zhì)可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知且 他認(rèn)為適于本發(fā)明上下文中的任何方法制備。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的Si基質(zhì)來源為單晶Si、多 晶Si、無定形Si和局品位冶金Si，最優(yōu)選單晶Si或多晶Si。滲雜形成滲雜Si基質(zhì)可通過在Si 基質(zhì)的制備期間加入滲雜劑而同時(shí)進(jìn)行，或者可在隨后的步驟中進(jìn)行。在Si基質(zhì)的制備W 后滲雜可例如通過氣體擴(kuò)散取向生長而進(jìn)行。滲雜Si基質(zhì)也是容易市購的。根據(jù)本發(fā)明，Si 基質(zhì)的初始滲雜的一個(gè)選擇是通過將滲雜劑加入Si混合料中而與其形成同時(shí)進(jìn)行。根據(jù)本 發(fā)明，正面滲雜層和如果存在的話高度滲雜背面層的應(yīng)用的一個(gè)選擇是通過氣相取向生長 進(jìn)行。該氣相取向生長優(yōu)選在約500°C至約900°C，更優(yōu)選約600°C至約800°C，最優(yōu)選約650 °C至約750°C的溫度下，在約化化至約IOOk化，優(yōu)選約10至約SOkPa，最優(yōu)選約30至約70kPa 的壓力下進(jìn)行。
[0056] 本領(lǐng)域技術(shù)人員已知Si基質(zhì)可顯示出大量形狀、表面結(jié)構(gòu)和尺寸。除別的W外，形 狀可W為大量不同形狀中的一種，包括立方體、圓盤、晶片和不規(guī)則多面體。根據(jù)本發(fā)明優(yōu) 選的形狀為運(yùn)種晶片形狀，其中晶片為具有類似，優(yōu)選相同的兩個(gè)維和明顯小于其它兩個(gè) 維的第S維的立方體。明顯小就本文而言優(yōu)選為小至少約100的因數(shù)。
[0057] 多種表面形狀是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選具有粗糖表面的Si基 質(zhì)。評估基質(zhì)的粗糖度的一種方法是評估基質(zhì)次表面的表面粗糖度參數(shù)，其與基質(zhì)的總表 面積相比是小的，優(yōu)選為總表面積的小于約1 %，且其基本是平坦的。表面粗糖度參數(shù)的值 通過次表面的面積與理論表面的面積的比給出，所述理論表面的面積通過將該次表面投射 到與次表面最佳擬合的平面上通過使均方位移最小化而形成。較高的表面粗糖度參數(shù)值表 示較粗糖、較不規(guī)則的表面，較低的表面粗糖度參數(shù)值表示較光滑、較均勻的表面。根據(jù)本 發(fā)明，優(yōu)選將Si基質(zhì)的表面粗糖度改性W產(chǎn)生大量因素，包括但不限于光吸收和柵線在表 面上的粘著力之間的最佳平衡。
[0058] 可改變Si基質(zhì)的兩個(gè)較大維W適合所得太陽能電池所要求的應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明優(yōu) 選Si晶片的厚度為約0.5mmW下，更優(yōu)選約0.3mmW下，最優(yōu)選約0.2mmW下。一些晶片具有 約0.01mm或更大的最小尺寸。
[0059] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選正面滲雜層與背面滲雜層相比是薄的。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選正面滲雜 層具有約0.1至約10皿，優(yōu)選約0.1至約如m，最優(yōu)選約0.1至約2皿的厚度。
[0060] 可將高度滲雜層在背面滲雜層與任何其它層之間應(yīng)用于Si基質(zhì)的背面上。該高度 滲雜層具有與背面滲雜層相同的滲雜類型，且該層通常W+表示(n+型層應(yīng)用于n型背面滲 雜層上，P+型層應(yīng)用于P型背面滲雜層上）。該高度滲雜背面層用于幫助金屬化并改進(jìn)基質(zhì)/ 電極界面上的導(dǎo)電性能。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選如果存在的話，高度滲雜背面層具有約1至約10化 m，優(yōu)選約1至約50皿，最優(yōu)選約1至約15皿的厚度。
[0061 ]滲雜劑
[0062]優(yōu)選的滲雜劑為在加入Si晶片中時(shí)通過將電子或空穴引入能帶結(jié)構(gòu)中而形成p-n 結(jié)邊界的那些。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選具體地選擇運(yùn)些滲雜劑的特性和濃度W調(diào)整P-n結(jié)的能帶 結(jié)構(gòu)特征并根據(jù)需要設(shè)置光吸收和導(dǎo)電率特征。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的P型滲雜劑為將空穴加 入Si晶片能帶結(jié)構(gòu)中的那些。它們是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。本領(lǐng)