導電漿料中的含Al和Ag的顆粒以及太陽能電池的制備
【專利說明】導電漿料中的含Al和Ag的顆粒W及太陽能電池的制備 發明領域
[0001] 一般而言，本發明設及包含含Al和Ag的顆粒的導電漿料及其在制備光伏太陽能 電池，優選n型光伏太陽能電池中的用途。更具體地，本發明設及導電漿料、太陽能電池前 體、制備太陽能電池的方法、太陽能電池和太陽能組件。
[000引發明背景
[0003] 太陽能電池是利用光伏效應將光能轉化成電力的器件。太陽能是有吸引力的綠色 能源，因為其可持續且僅產生非污染性副產物。因此，目前已進行了大量研究W開發具有提 高的效率，同時持續降低材料和生產成本的太陽能電池。當光照在太陽能電池上時，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 能電池通常由半導電材料制成，例如通常被適當滲雜的娃。吸收光子的能量激發半導電材 料的電子，從而產生電子-空穴對。然后，運些電子-空穴對被p-n結分離且被太陽能電池 表面上的導電電極收集。圖1顯示了簡單太陽能電池的最小結構。
[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結通常通過提 供n型滲雜的Si襯底并在一個面上施加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。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相對側作為背面。n型和P型 太陽能電池都是可能的，且已工業開發。設計成在兩面上均利用入射光的電池也是可能的， 但其應用并不廣泛。
[0005] 為了使太陽能電池正面上的入射光進入并吸收，正面電極通常設置成兩組垂直的 直線，分別稱為"柵線（finger)"和"匯流條"。柵線與正面形成電接觸，而匯流條將運些柵 線連接，從而允許有效地將電荷提取到外部電路中。對柵線和匯流條的該設置而言，通常W 導電漿料的形式施加，將其賠燒W形成固體電極體。背面電極通常也W導電漿料的形式施 加，然后將其賠燒W獲得固體電極體。典型的導電漿料包含金屬顆粒、玻璃料和有機載體。
[0006] 最近對其中正面被P型滲雜的n型太陽能電池的興趣日益增加。n型太陽能電池 具有相對于類似的P型電池提高電池性能的潛力，然而存在如下缺陷：由于在賠燒期間電 池受到破壞而導致效率降低。
[0007] 現有技術已進行了一些嘗試W改善太陽能電池的性能。EP2472526A2描述了一種 該類嘗試。
[000引因此，本領域需要改進制備n型太陽能電池的方法。
[000引發明簡述
[0010] 本發明通常基于如下目的：克服與太陽能電池有關，尤其是與基于正面被P型滲 雜的晶片的那些太陽能電池（通常稱為n型太陽能電池）有關的現有技術中所遇到的至少 一個問題。
[0011] 更具體地，本發明進一步基于如下目的：提供具有改善的電性能，如有利的接觸電 阻的太陽能電池，尤其在n型太陽能電池中。
[0012] 本發明的另一目的是提供制備太陽能電池，尤其是n型太陽能電池的方法。
[0013] 對實現至少一個上述目的的貢獻由構成本發明權利要求的主題類別作出。其他貢 獻由代表本發明具體實施方案的本發明從屬權利要求的主題作出。
[0014] 詳細描述
[0015] 對實現至少一個上述目的的貢獻由一種漿料作出，其包含如下作為漿料成分：
[0016] a.至少55重量％，或至少75重量％，或至少80重量％的銀粉，基于所述漿料的總 重量；
[0017] b.無機反應體系，優選玻璃料；
[001引C.有機載體；
[0019] d.包含Al和Ag作為顆粒成分的添加劑顆粒，
[0020] 其中Al和Ag作為元素，或W-種或多種包含Al和Ag之一或二者的元素單相混 合物，或者W作為元素的Al和Ag之一或二者與一種或多種元素混合物的組合形式存在于 所述添加劑顆粒中。
[0021] 在本發明漿料的一個實施方案中，所述添加劑顆粒為約0. 1-約5重量％，或約 0. 2-約3重量％，或約0. 3-約2重量％，基于所述漿料的總重量。
[0022] 在本發明漿料的一個實施方案中，所述添加劑顆粒不含大于0. 1重量％，優選不 大于0. 05重量％，更優選不大于0.Ol重量％的除Al或Ag之外的元素，基于所述添加劑顆 粒的總重量。
[0023] 在本發明漿料的一個實施方案中，所述添加劑顆粒包含至少約95重量％，優選至 少約98重量％，更優選至少約99重量％的至少一種Al和Ag的單相混合物，優選Al-Ag合 金O
[0024] 在本發明漿料的一個實施方案中，所述添加劑顆粒具有至少50%，優選至少 75%，更優選至少80%的結晶度。當存在上文所述的Al和Ag單相混合物時，優選其具有上 述結晶度。在一些情況下，當對本發明所用的添加劑顆粒進行如下所示的X射線分析時未 觀察到無定形相。
[00巧]在本發明漿料的一個實施方案中，所述添加劑顆粒包含至少一個核，優選一個核， 和至少一個殼，優選一個殼，其中至少一個核具有至少一個層疊在其表面積的至少80 %，優 選至少90%，更優選至少95%，最優選100%上的殼。
[0026] 在本發明漿料的一個實施方案中，優選在其中所述添加劑顆粒具有上文所述的 核-殼結構的實施方案中，滿足至少一個或多個，優選所有如下標準：
[0027] a.至少一個核包含至少90重量％，優選至少95重量％，更優選至少99重量％的 Al,基于所述核的總重量；
[0028] b.至少一個殼包含至少90重量％，優選至少95重量％，更優選至少99重量％的 Ag,基于所述殼的總重量；
[0029] C.一個或多個核，優選單一核的組合重量為至少50重量％，優選至少60重量％， 更優選至少70重量％，基于所述顆粒的總重量；
[0030] d.至少一個殼具有小于50重量％，優選小于40重量％，更優選小于30重量％的 單重，基于所述顆粒的總重量。
[0031] 該實施方案的方面設及所滿足的標準（如上文所標記）的如下組合：曰，油，ac，ad， abc，abd，acd，abed，b，be，bd，bed，c，cd，（Id
[0032] 在本發明漿料的一個實施方案中，優選在其中所述添加劑顆粒具有上述合金的實 施方案中，滿足如下標準中的至少一個或二者：
[003引 a.所述添加劑顆粒包含約5-約70重量％，優選約10-約65重量％，更優選約 15-約62重量％的Al,基于所述添加劑顆粒的總重量；
[0034]b.所述添加劑顆粒包含約30-約95重量％，優選約35-約90重量％，更優選約 38-約85重量％的Ag,基于所述添加劑顆粒的總重量。
[0035] 在本發明漿料的一個實施方案中，所述添加劑顆粒包含Al和Ag的共晶混合物，優 選合金。Al核和Ag殼結構的添加劑顆粒優選在烙體中顯示出共晶混合物。
[0036] 在本發明漿料的一個實施方案中，優選其中在上述添加劑顆粒中存在Al-Ag 核-殼的實施方案中，滿足如下標準之一或二者：
[0037] a.所述添加劑顆粒包含約50-約90重量％，優選約55-約85重量％，更優選約 60-約80重量％的Al,基于所述添加劑顆粒的總重量；
[003引 b.所述添加劑顆粒包含約10-約50重量％，優選約15-約45重量％，更優選約 20-約40重量％的Ag,基于所述添加劑顆粒的總重量。
[0039] 在本發明漿料的一個實施方案中，所述無機反應體為約0. 1-約7重量％，優選約 0. 5-約6重量％，更優選約1-約5重量％，基于所述漿料的總重量。
[0040]在本發明漿料的一個實施方案中，所述無機反應體系為玻璃料。
[0041] 在本發明漿料的一個實施方案中，所述添加劑顆粒具有約0. 1-約15ym，優選約 1-約12Jim，更優選約1-約7Jim的d日。值。
[0042] 在本發明漿料的一個實施方案中，所述添加劑顆粒具有約0.Ol-約25m7g，優選約 0. 1-約20m2/g，更優選約1-約15m2/g的比表面積。
[0043] 對實現至少一個上述目的的貢獻由一種太陽能電池前體作出，其包含如下太陽能 電池前體成分：
[0044]a.晶片；
[0045]b.層疊在所述晶片上的本發明漿料。
[0046] 在本發明太陽能電池前體的一個實施方案中，所述晶片具有P滲雜層和n滲雜層。
[0047] 在本發明太陽能電池前體的一個實施方案中，所述漿料層疊在P滲雜層上。
[0048] 在本發明太陽能電池前體的一個實施方案中，n滲雜層的厚度大于P滲雜層的厚 度。
[0049] 在本發明太陽能電池前體的一個實施方案中，所述漿料層疊在所述兩個滲雜層的 較薄的那個上。
[0050] 對實現至少一個上述目的的貢獻由一種制備太陽能電池的方法作出，其包括如下 制備步驟：
[0051] a.提供本發明的太陽能電池前體；
[0052]b.賠燒所述太陽能電池前體W獲得太陽能電池。
[0053] 對實現至少一個上述目的的貢獻由一種可通過本發明方法獲得的太陽能電池作 出。
[0054]在本發明的一個實施方案中，所述太陽能電池為n型太陽能電池。
[00巧]對實現至少一個上述目的的貢獻由一種組件作出，其包含至少兩個太陽能電池， 其中至少一個為根據本發明的太陽能電池。
[0056] 上述實施方案可彼此組合。此處，各種可能的組合為本說明書公開內容的一部分。
[0057] 晶片
[0058] 根據本發明，優選的晶片為相對于太陽能電池的其他區域，尤其能W高效率吸收 光，從而產生電子-空穴對，且W高效率通過邊界，優選通過所謂的p-n結邊界分離空穴和 電子的區域。根據本發明，優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。
[0059] 優選晶片由適當滲雜的四價元素、二元化合物、=元化合物或合金組成。就此而 言，優選的四價元素為Si、Ge或Sn,優選Si。優選的二元化合物為兩種或更多種四價元素 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。優選的四價元素組合為兩種或更多種選自 Si、Ge、Sn或C的元素的組合，優選SiC。優選的第III族元素與第V族元素的二元化合物 為GaAs。根據本發明，最優選晶片基于Si。作為最優選的晶片材料，Si優選在本申請的其 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。
[0060] 晶片的正面滲雜層與背面滲雜層相遇之處即為p-n結邊界。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。根據本發明，優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類型 的滲雜層而制備具有P-n結邊界的晶片。就本發明而言，優選為n型太陽能電池。在本發明 的另一實施方案中，在晶片的同一面上可設置有P滲雜層和n滲雜層。該晶片設計通常稱 為交指背接觸（interdigitatedbackcontact),如HanclbookofPhotovoltaicScience and!Engineering，第 2 版，JohnWiley&Sons，2003,第 7 章所例示。
[0061] 滲雜的Si襯底是本領域技術人員所公知的。滲雜的Si襯底可WW本領域技術人 員所已知且認為適于本發明上下文中的任何方式制備。本發明Si襯底的優選來源為單晶 Si、多晶Si、無定形Si和升級冶金級Si,其中最優選單晶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進行，或者可在隨后步驟中進行。Si 襯底制備后的滲雜可例如通過氣體擴散外延生長進行。滲雜Si襯底也可容易地市購。根 據本發明，一種選擇是首先在其形成的同時通過將滲雜劑添加至Si混合物中而滲雜Si襯 底。根據本發明，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。該氣相外延生長優選在約500-約900°C，更優選約600-約800°C，最優選約650-約 750°C的溫度和約2-約lOOkPa，優選約10-約80kPa，最優選約30-約70kPa的壓力下進行。
[0062] 本領域技術人員已知Si襯底可具有許多種形狀、表面織構和尺寸。所述形狀可為 許多不同形狀之一，尤其包括立方體、盤狀、晶片和不規則多邊形