BR102012027412A2 - Composição eletrocondutora em pasta, eletrodo de célula solar e método para formar o mesmo - Google Patents
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Abstract
COMPOSIÇÃO ELETROCONDUTORA EM PASTA, ELETRODO DE CÉLULA SOLAR E MÉTODO PARA FORMAR O MESMO. É descrito uma composição eletrocondutora em pasta, particularmente para células solares, que contém partículas de prata, frita de vidro, um veículo orgânico e um aditivo nanoparticulado. O aditivo contém um metal eletricamente condutor, liga metálica, e/ou nanopartículas de silicieto metálico, tal como níquel, cromo, cobalto, titânio, ou ligas, silicietos, e misturas dos mesmos. Quando usada para formar um contato elétrico em uma célula solar, tal pasta proporciona uma resistência de contato reduzida entre a pasta e o substrato e eficiência aprimorada da célula solar
Description
COMPOSIÇÃO ELETROCONDUTORA EM PASTA, ELETRODO DE CÉLULA SOLAR E MÉTODO PARA FORMAR O MESMO
REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS
Este pedido de patente reivindica prioridade ao Pedido Provisório dos EUA n° 61/550.998 depositado em 25 de outubro de 2011, do qual a descrição é incorporada aqui por referência, integralmente.
CAMPO DA INVENÇÃO Células Solares são dispositivos que convertem a energia luminosa em eletricidade usando o efeito fotovoltaico. A energia solar é uma fonte atrativa de energia verde, pois é sustentável e produz apenas subprodutos não-poluentes. Sendo assim, grandes esforços de pesquisa estão sendo atualmente devotados ao desenvolvimento de células solares com eficiência aprimorada e com redução continua dos custos com materiais e manufatura. Quando a luz incide sobre uma célula solar, uma fração da luz incidente é refletida pela superfície e o restante é transmitido para o interior da célula solar. Os fótons da luz transmitida são absorvidos pela célula solar, que é usualmente feita de um material semicondutor, como o silício. A energia dos fótons absorvidos retira elétrons dos átomos do material semicondutor, gerando pares elétron-vacância. Estes pares elétron-vacância são então separados por junções p-n e coletados por eletrodos condutores que são aplicados sobre a superfície da célula solar.
As células solares mais comuns sao renas de Especificamente, uma junção p-n é feita a partir de silício pela aplicação de uma camada difusora do tipo n sobre um substrato de silício do tipo p, acoplado com duas camadas de contato elétrico ou eletrodos. Em um condutor do tipo p, átomos dopantes são adicionados ao semicondutor de forma a aumentar o número de carreadores de carga livres (vacâncias positivas).
Essencialmente, o material dopante retira elétrons externos fracamente ligados dos átomos do semicondutor. Um exemplo de um semicondutor do tipo p é o silício dopado com boro ou alumínio. Células solares podem ainda ser feitas de semicondutores do tipo n. Em um semicondutor do tipo n, os átomos dopantes proveem elétrons adicionais ao substrato hospedeiro, criando um excesso de carreadores de carga eletrônica negativa. Um exemplo de um semicondutor do tipo n é o silício dopado com fósforo. De forma a minimizar a reflexão da luz solar pelas células solares, um revestimento antirreflexo como o nitreto de silício, e aplicado à camada difusora do tipo n para aumentar a quantidade de luz capturada pela célula solar. Células solares de silício tipicamente possuem pastas eletrocondutoras aplicadas às suas superfícies frontal e traseira. Como parte do processo de metalização, tipicamente, um contato traseiro é aplicado primeiramente ao substrato de silício, como uma impressão por serigrafia sobre a parte de trás com pasta de prata ou pasta de prata/alumínio para formar placas de solda. Em seguida, uma pasta de alumínio é aplicada sobre toda a parte traseira do substrato para tormar um campo superficial traseiro (CST) , e a célula é seca. A seguir, usando um tipo diferente de pasta eletrocondutora, um contato de metal pode ser serigrafado sobre a camada antirreflexo frontal para servir como um eletrodo frontal. Esta camada de contato elétrico na face ou na frente da célula, por onde a luz entra, está tipicamente presente como um padrão em forma de grade feito de "linhas" e "barramentos", ao invés de uma camada completa, pois os materiais da trama metálica são tipicamente não-transparentes à luz. O substrato de silicio com as partes frontal e traseiras impressas com a pasta é então queimado a uma temperatura de aproximadamente 700-795 C. Após a queima, a pasta da parte frontal penetra na camada antirreflexo, forma contato elétrico entre a trama metálica e o semicondutor, e converte as pastas metálicas em eletrodos metálicos. Na parte traseira, o alumínio difunde no substrato de silício, atuando como um dopante que cria o CST. Os eletrodos metálicos resultantes permitem que a eletricidade flua para dentro e para fora das células solares conectadas em um painel solar.
Para montar um painel, múltiplas células solares são conectadas em série e/ou em paralelo e os finais dos eletrodos da primeira célula e da última célula são preferencialmente conectados a uma fiação externa. As células solares são tipicamente encapsuladas em uma resina plástica térmica transparente, como borracha de silicone ou etileno/acetato de vinila- Uma placa transparente de vidro é posicionada sobre a superfície frontal da resina piastica térmica encapsuiadora . Um material protetor traseiro, por exemplo, uma folha de politereftalato de etileno revestido com um filme de fluoreto de polivinila, tendo boas propriedades mecânicas e boa resistência a intempéries, é posicionada sob a resina plástica térmica encapsuladora. Estes materiais em camadas podem ser aquecidos em uma fornalha a vácuo apropriada para remover o ar, e então integrados em um corpo por aquecimento e pressão. Além disso, como células solares são tipicamente deixadas expostas ao ar por um longo tempo, é desejável cobrir as bordas da célula solar com um material emoldurante consistindo de alumínio ou algo similar.
Uma pasta eletrocondutora de prata típica contém partículas metálicas, frita de vidro e um veículo orgânico. Estes componentes devem ser cuidadosamente selecionados para tirar completa vantagem do potencial teórico da célula solar resultante. Por exemplo, é desejável a maximização do contato entre a pasta metálica e a superfície de silício, e entre as partículas metálicas em si, para que os carreadores de carga possam fluir através da interface e das linhas até os barramentos. As partículas vítreas na composição penetram na camada de revestimento antirreflexo, ajudando a formar contatos entre o metal e o Si do tipo P+. Por outro lado, o vidro não pode ser tão agressivo de forma a desviar a junção p-n após a queima. Desta forma, o objetivo é minimizar a resistência de contato mantendo a junção p-n intacta atingindo assim uma maior eficiência. Composições conhecidas têm alta resistência de contato devido ao efeito de msulaçao do vidro some a iiiLerfaoe da camada metálica e a pastilha de silício, assim como outras desvantagens como a alta recombinação na área de contato. Sendo assim, é necessária uma pasta que melhore o contato entre a pasta e o substrato de silício sob ela.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Uma pasta eletrocondutora de acordo com uma modalidade da invenção compreende: (a) partículas de prata; (b) frita de vidro; (c) nanopartícuias de metal eletricamente condutor, liga metálica, e/ou de siliceto metálico, onde as nanopartícuias têm um diâmetro de partícula de cerca de 5 nm a cerca de 2 microns; e (d) um veículo orgânico.
De acordo com outra modalidade, as nanopartícuias compreendem pelo menos um metal escolhido do grupo consistindo de ftíÇIU-el, cromo, cobalto, titânio, e ligas, silicetos, e misturas dos mesmos.
De acordo com outra modalidade, a pasta eletrocondutora compreende cerca de 40 a cerca de 95% de partículas de prata, cerca de 0,5 a cerca de 6% de frita de vidro, cerca de 0,05 a 20% em massa de nanopartí cuias de metal, e cerca de 5 a cerca de 30% de veiculo orgânico, todas as porcentagens sendo por met asa, baseadas na massa total da composição.
De acordo com outra modalidade, as nanoparticulas têm um diâmetro de partícula de cerca de 20 nm a cerca de 800 nm. Mais preferencialmente, as nanopartícuias têm um diâmetro de partícula de cerca de 20 nm a cerca de 500 nm.
De acordo com outra modalidade, as nanopartícuias estão presentes em uma quantidade de cerca de 0,05 a 10,0 % em massa. Mais preferencialmente, as nanoparticulas estão presentes em uma quantidade de cerca de 0,05 a 5,0 % em massa.
De acordo com outra modalidade adicional, a pasta eletrocondutora compreende ainda pelo menos um aditivo escolhido do grupo consistindo de A1203, ZnO, Li20, Ag20, AgO, Mo03, Ti02, Te02, CoO, Co203, Bi203, Ce02, CeF4, Si02, MgO, PbO, Zr02, Hf02, ln203, Sn02/ P205, Ta205, B203, Ag3P04, LiCo02, LiNi02, Ni3(P04)2, NiO, ou fosfatos de lítio em uma quantidade de cerca de 0,1 a 3,0 % em massa.
Um eletrodo de célula solar de acordo com uma primeira modalidade da invenção é formado aplicando-se uma composição eletrocondutora em pasta a um substrato e queimando-se a pasta para formar um eletrodo, onde a composição eletrocondutora em pasta compreende: (a) partículas de prata; (b) frita de vidro; (c) nanoparticulas de metal eletricamente condutor, liga metálica, e/ou de siliceto metálico, onde as nanoparticulas têm um diâmetro de partícula de cerca de 5 nm a cerca de 2 microns; e (d) um veículo orgânico.
De acordo com outra modalidade, as nanoparticulas são pelo menos uma selecionada do grupo consistindo de níquel, cromo, cobalto, titânio, e ligas, silicetos, e misturas destes.
De acordo com outra modalidade, as nanopart!cuias têm um diâmetro de partícula de cerca de 20 nm a cerca de 800 nm. Mais preferencialmente, as nanopart!cuias têm um diâmetro de partícula de cerca de 20 nm a cerca de 500 nm.
De acordo com outra modalidade, as nanoparticulas estão presentes em uma quantidade de cerca de 0, 05 a cerca de 20 % em massa baseados na massa total da composição. Mais preferencialmente, as nanopart!cuias estão presentes em uma quantidade de cerca de 0,05 a 10,0 % em massa. Mais preferencialmente, as nanoparticulas estão presentes em uma quantidade de cerca de 0,05 a 5,0 % em massa.
De acordo com outra modalidade adicional, a pasta eletrocondutora compreende ainda pelo menos um aditivo escolhido do grupo consistindo de ?1203, ZnO, Li20, Ag2Q, AgO, Mo03, Ti02, Te02, CoO, Co203, BÍ203, Ce02, Ceb'4, SiUZ, Mgu, Pbu, Zrü2, ??02, In203, Sn02, P205, Ta205, B203, Ag3P04, LiCo02, LiNi02, Ni3(P04)2, NiO, ou fosfato de litio em uma quantidade de cerca de 0,1 a 3,0% em massa.
Um eletrodo de célula solar de acordo com uma segunda modalidade da invenção é formado pela aplicação de uma primeira composição eletrocondutora em pasta a um substrato e a secagem da pasta, a aplicação de uma segunda camada de uma segunda composição eletrocondutora em pasta à primeira camada, e a queima das duas camadas para formar o eletrodo, onde a primeira composição eletrocondutora em pasta compreende: (a) partículas de prata; (b) frita de vidro; (c) nanopartícuias de metal eletricamente condutor, liga metálica, e/ou de siliceto metálico, onde as nanopartícuias têm um diâmetro de partícula de cerca de 5 nm a cerca de 2 microns; e (d) um veículo orgânico; e onde a segunda pasta eletrocondutora pode ser igual ou diferente da pasta da primeira camada e pode ou não conter frita de vidro ou veículo orgânico, mas conter partículas eletrocondutoras e preferencialmente produzir uma condutividade elétrica maior que a da pasta da primeira camada.
De acordo com outra modalidade do eletrodo de ceiura soiai, as nanopartícuias são pelo menos uma selecionada do grupo consistindo de níquel, cromo, cobalto, titânio, e ligas, silicetos, e misturas destes.
Um método para a formação de um eletrodo de célula solar de acordo com uma modalidade da invenção compreende a aplicação de uma camada de uma primeira composição eletrocondutora em pasta a um substrato e a queima da pasta para formar o eletrodo, onde a primeira composição eletrocondutora em pasta compreende: (a) partículas de prata; (b) frita de vidro; (c) nanopartículas de metal eletricamente condutor, liga metálica, e/ou de siliceto metálico, onde as nanopartículas têm um diâmetro de partícula de cerca de 5 nm a cerca de 2 microns; e (d) um veículo orgânico.
De acordo com outra modalidade adicional do método de formação de um eletrodo de célula solar, as nanopartículas são pelo menos uma selecionada do grupo consistindo de níquel, cromo, cobalto, titânio, e ligas, silicetos, e misturas destes.
De acordo com ainda outra modalidade, o método compreende ainda a formação de uma camada de uma segunda composição eletrocondutora em pasta sobre a camada da primeira composição eletrocondutora em pasta.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A composição eletrocondutora em pasta de acordo com a invenção compreende quatro componentes principais: partículas de prata, frita de vidro, pelo menos um aditivo nanoparticulado de metal/liga metálica/siliceto metálico, e um veículo orgânico. O aditivo metálico nanoparticulado pode conter, mas não está limitado a, níquel, cromo, cobalto, titânio, ou ligas, silicetos, ou misturas destes. Como descrito em mais detalhes abaixo, tais aditivos proveem diminuição na resistência de contato com o substrato após a queima, assim como uma maior eficiência. Uma modalidade preferencial inclui nanopartícuias de uma liga níquel-titânio. Não limitando—se a tais aplicações, tal pasta pode ser usada para formar uma camada de contato elétrico ou eletrodo em uma célula solar ou outro dispositivo semicondutor de silício. Especificamente, as pastas podem ser aplicadas à face frontal de uma célula solar ou à face traseira de uma célula solar ou outro dispositivo semicondutor de silício.
Partículas de Prata As partículas de prata funcionam como um metal eletrocondutor na composição eletrocondutora em pasta. A prata pode estar presente como prata metálica, um ou mais derivados de prata, ou uma mistura destes. Derivados de prata adequados incluem, por exemplo, ligas de prata e/ou sais de prata, como haletos de prata (por exemplo, cloreto de prata), nitrato de prata, acetato de prata, trifluoracetato de prata, ortofosfato de prata, e combinações destes. É ainda parte do escopo da invenção a utilização de outros metais exetrocontiutoies ao invés ou em adição à prata, como, sem limitações, ouro, cobre, níquel, paládio e/ou platina. Alternativamente, ligas destes metais podem ainda ser utilizadas como o metal eletrocondutor.
As partículas de prata podem ser incluídas na composição na forma de pó ou flocos, sendo que tal pó possui um diâmetro médio de partícula de cerca de 0,3 a cerca de 10 microns. A menos que especificado de outra forma, todos os tamanhos de partículas citados aqui são diâmetros de partícula dso medidos por difração de laser. Como é sabido por aqueles versados na arte, o diâmetro d5o representa o tamanho no qual metade das partículas individuais (em massa) são menores que o diâmetro especificado. Tais diâmetros proveem a partícula metálica com comportamento de sinterização e espalhamento da pasta eletrocondutora sobre a camada antirreflexo adequados durante a formação de uma célula solar através de impressão serigráfica ou tecnologia equivalente, assim como uma formação de contatos e uma condutividade adequadas do eletrodo de célula solar resultante. A porção condutora metálica da composição pode conter, mas não está limitada a, pós de prata mono-dispersos com dso de cerca de 0,3 a 10 microns, misturas de diferentes pós de prata mono-dispersos com d50 de cerca de 0,3 a 10 microns, pós bi-dispersos, ou multi-dispersos, com vários picos de concentração de tamanhos de cerca de 0,3 a 10 microns. As partículas de prata estão preferencialmente presentes na composição em uma quantidade de cerca de 40 a cerca de 9b% em massa baseados na massa corai da composição, mais preferencialmente cerca de 70 a 90% em massa.
Frita de vidro frita de vidro (partículas de vidro) funciona como um ligante inorgânico na composição eletrocondutora em pasta e atua como o meio de transporte para a deposição do componente metálico sobre o substrato durante a queima. 0 sistema vítreo é importante para controlar a cristalização metálica sobre a interface com o silício (que cria um contato direto) e o tamanho de cristalitos metálicos dentro do vidro (o que é originado pela condutividade por tunelamento do vidro). O vidro é ainda importante para controlar a profundidade da penetração da cristalização metálica no substrato, o que podería resultar no desvio da junção p—n se não controlada corretamente. O tipo específico de vidro não é crítico dado que este pode dar as propriedades desejadas à composição em pasta, e ambos os vidros com ou sem chumbo são apropriados. Vidros preferenciais incluem borossilicato de chumbo e borossilicato de bismuto, mas outros vidros livres de chumbo, como o borossilicato de zinco, também são apropriados. Fritas de vidro baseadas em chumbo podem ainda incluir, mas não estão limitadas a, sais de haletos de chumbo, calcogenetos de chumbo, carbonato de chumbo, sulfato de chumbo, fosfato de chumbo, nitrato de chumbo e compostos organometálicos de chumbo ou compostos que possam formar óxidos ou lâminas de chumbo durante a decomposição térmica. Fritas de vidro livres de chumbo podem também incluir, mas nao estão limitadas a, óxidos ou compostos de silício, boro, alumínio, bismuto, litro, sodro, magnésio, zxnco, titânio ou zircônio.
As partículas de vidro preferencialmente têm um tamanho de partícula de cerca de 0,1 a cerca de 10 microns, mais preferencialmente menos que cerca de 5 microns, e estão preferencialmente contidas na composição em uma quantidade de cerca de 0,5 a cerca de 10% em massa, mais preferencialmente menos que cerca de 6% em massa baseados na massa total da composição em pasta. Tais quantidades proveem a composição com força adesiva e propriedades de sinterização adequadas. O vidro pode opcionalmente incluir um ou mais aditivos para modificar adicionalmente suas propriedades. Aditivos de vidro exemplif icadores incluem, sem limitação, A1203, ZnO, Li20, Ag20, AgO, M0O3, Ti02, Te02, CoO, Co203, Bi203, Ce02, CeF4, Si02, MgO, PbO, Zr02, Hf 02, ln203, Sn02, P205, Ta205, B203, Ag3P04, LiCo02, LiNi02, Ni3(P04)2, NiO, fosfatos de litio, etc. 0 conteúdo dos aditivos selecionados para a frita de vidro pode ser cerca de 0,1% em massa a 10% em massa da pasta total, mais preferencialmente cerca de 0,1% em massa a 3% em massa de cada ingrediente, e os aditivos totais da frita estão presentes em preferencialmente cerca de 0,1% em massa a 10% em massa, mais preferencialmente cerca de 0,1% em massa a 5% em massa.
Veículo Orgânico O veículo ou ligante orgânico particular não é crítico e pode ser um conhecido na arte ou a ser desenvolvido para este tipo de aplicação. Por exemplo, um veículo orgânico preferencial contém resinas, solventes, e modifícadores, como etilcelulose como um ligante e terpineol como um solvente. Os outros ligantes podem incluir, mas não estão limitados a, resinas fenólicas. Outros solventes podem incluir, mas não estão limitados a, carbitol, hexi1-carbitol, texanol, butil-carbitol, acetato de butil-carbitol, ou ésteres de dimetil-adipato ou glicol. O veículo orgânico pode ainda incluir surfactantes e agentes tixotrópicos conhecidos por uma pessoa versada na arte. Os surfactantes podem incluir, mas não estão limitados a, polióxido de etileno, polietilenoglicol, benzotriazola, poli-ácido (etilenoglicol)acético, ácido láurico, ácido oleico, ácido cáprico, ácido mirístico, ácido linoleico, ácido esteárico, ácido palmítico, sais de estearato, sais de palmitato, e misturas destes. Agentes tixotrópicos conhecidos por uma pessoa versada na técnica incluem géis e compostos orgânicos, como aqueles derivados de substâncias naturais como o óleo de rícino. Agentes tixotrópicos comercialmente disponíveis podem também ser usados. O veículo orgânico está preferencialmente presente na composição eletrocondutora em pasta em uma quantidade de cerca de 5 a cerca de 30% em massa, mais preferencialmente menos que cerca de 20% em massa, baseados na massa total da composição.
Aditivo Nanoparticulado Metálico O aditivo nanoparticulado de acordo com a invenção compreende nanopartícuias metálicas condutoras tais como, mas não limitadas a, níquel, cromo, cobalto, titânio, ligas de cobalto, níquel, cromo e titânio, silicetos destes elementos, e misturas dos mesmos. As nanopartícuias do metal on liga preferencialmente têm um diâmetro de cerca de 5 nm a cerca de 2 microns, mais preferencialmente cerca de 20 a cerca de 800 nm, ainda mais preferencialmente cerca de 20 a cerca de 500 nm. As nanopartícuias (nanopós) podem ser preparadas por técnicas conhecidas (vide, por exemplo, Kim, Soon-Gil et al., "Colloids and film disposition of Ni nanoparticles for base metal electrode applications," Colloids and Surfaces A: Physiochem. Eng. Aspects, 337:96-101 (2009)), ou estão comercialmente disponíveis em várias fontes, como American Elements, Applied Nanotech Holdings, Inc. e U.S. Research Nanomaterials, Inc.
As nanopartícuias estão preferencialmente contidas na composição eletrocondutora em pasta em uma quantidade de cerca de 0,05% a cerca de 20% em massa, mais preferencialmente cerca de 0,05% a cerca de 10% em massa, e ainda mais preferencialmente cerca de 0,05% a cerca de 5% em massa, todas estas massas baseadas na massa total da composição em pasta. As nanopartícuias metálicas podem ser adicionadas, por exemplo, na forma de pós metálicos, pós de ligas metálicas, pós de silicetos de metais com Valencia baixa, como Ni2Si, Cr5Si3, e suas misturas. Está dentro do escopo desta invenção a inclusão do aditivo na forma de um pó ou suspenso em um meio liquido. Em uma modalidade particular, as nanoparticulas de metal estão suspensas em um solvente que é o mesmo ou é miscivel com o solvente usado na pasta condutora.
As nanoparticulas de metal selecionadas são incluídas na composição em pasta para reduzir a resistência de contato com o substrato de silício através da formação de compostos metal— silício com baixa resistência de contato após a reação com silício, ou nitretos metálicos após a reação com o revestimento antirreflexo de Si3N4, aumentando a eficiência da célula solar resultante. Elementos metálicos que são capazes de formar compostos metal-silício com baixa resistência de contato são usados para esta aplicação sob condições nas quais os metais selecionados não serão deletérios à célula solar sob as condições do processo de metalização por processamento térmico rápido (PTR) normal. Os metais, partículas de ligas, ou silicetos metálicos escolhidos devem ser quimicamente estáveis sob processos normais de manufatura de pastas (mistura com cisalhamento, moagem de três rolos, etc.). Desta forma, após processos adequados de queima, silicetos ou nitretos com baixa resistência de contato podem ser formados, resultando em células solares que exibem eficiência aprimorada (fator de carga elevado e baixa resistência de contato).
Também faz parte do escopo da invenção a inclusão de aditivos adicionais na composição eletrocondutora em pasta. Por exemplo, em adição aos aditivos vítreos descritos acima, pode ser desejável incluir compostos espessantes ingenues ae pegajosidade), estabilizantes, dispersantes, etc., sozinhos ou em combinação. Tais componentes são conhecidos na arte. As quantidades de tais componentes, se forem incluídos, podem ser determinadas por experimentação rotineira dependendo das propriedades desejadas da pasta eletrocondutora . A composição eletrocondutora em pasta pode ser preparada por qualquer método de preparo de composições em pasta conhecido na arte ou a ser desenvolvido. O método de preparo não é crítico. Os componentes da pasta podem ser misturados, como por meio de um misturador, e então passados através de um moinho de três rolos, por exemplo, para formar uma pasta uniforme dispersa.
Tal pasta pode então ser utilizada para formar uma célula solar pela sua aplicação à camada antirreflexo em um substrato, como por impressão serigráfica, seguida de queima para formar um eletrodo (contato elétrico) no substrato de silício. Tal método de fabricação é conhecido na arte e descrito na Publicação Européia de Pedido de Patente n° 1 713 093, por exemplo. Faz parte do escopo desta invenção a utilização de substratos de silício monocristalinos ou multicristalinos. Células solares usando vários substratos que são preparadas com a pasta eletrocondutora desta invenção exibem menor resistência de contato e maior eficiência de conversão em relação a células comparativas preparadas usando pastas de prata convencionais. Foi descoberto que células solares cujas placas têm maior resistência exibem aumentos mais significativos na eficiência com o uso aa pasta eletrocondutora desta invenção. Foi também descoberto que células solares com linhas impressas mais finas demonstram aumentos mais significativos na eficiência usando-se a pasta eletrocondutora desta invenção, quando a resistência de contato das linhas finas é significativamente afetada pela resistividade de contato.
Faz parte, ainda, do escopo desta invenção, a produção de uma célula solar contendo duas camadas de pasta eletrocondutora usando impressão dupla, uma tecnologia que foi adotada pela indústria. A primeira camada, aplicada ao substrato, compreende a pasta eletrocondutora contendo nanoparticulas de metal, liga, e/ou siliceto. Uma segunda camada, aplicada sobre a primeira camada, pode ser igual ou diferente da pasta da primeira camada. A pasta da segunda camada pode opcionalmente conter também nanoparticulas metálicas, mas pode omitir a frita de vidro e/ou o veiculo orgânico. Em uma modalidade preferencial, a pasta da segunda camada é uma pasta com condutividade maior que a pasta desta invenção compreendendo a primeira camada. Foi descoberto que a primeira camada pode funcionar como uma camada germinal para reduzir a resistência de contato com o substrato, enquanto a segunda camada pode ser formulada para aumentar a condutividade das linhas. Tais células solares com duas camadas são atrativas, pois exibem tanto baixa resistência de contato quanto baixa resistência das linhas. A invenção sera agora descrita em conjunção com os exemplos seguintes, não-limitantes.
Exemplo 1: Preparação de Células Solares Usando Pastilha de Silício Multicristalina de 70 ?/?
Uma pasta eletrocondutora (Pasta 1) é preparada pela combinação dos componentes (pó de prata, frita de vidro, aditivos de vidro, e compostos orgânicos) de uma pasta condutora de prata disponível comercialmente, SOL9235H, disponível comercialmente da Heraeus Materials Technology LLC (W. Conshohocken, PA) , cerca de 0,05-5% em massa de nanopartícuias de níquel (três pastas com diferentes porcentagens de níquel nesta faixa), e pelo menos um aditivo de vidro escolhido entre A1203, ZnO, Li20, Ag20, AgO, Mo03, Ti02, Te02, CoO, Co203, Bi203, Ce02, CeF4, Si02, MgO, PbO, Zr02, Hf 02, ln203, Sn02, P205, Ta2Os, B203, Ag3P04, LiCo02, LiNi02, Ni3(P04)2, NiO, ou fosfatos de lítio. O níquel é utilizado como um pó com d50 de 20 nm a 500 nm. A porcentagem em massa do níquel é baseada na massa total da pasta resultante.
Uma pasta exemplificadora da Pasta 1 compreende cerca de 85% em massa de partículas de prata, cerca de 4-5% em massa de frita de vidro, cerca de 8% em massa de veículo orgânico, cerca de 2% em massa de aditivo de vidro, e cerca de 0,5% em massa de nanopartícuias de níquel (referida como "Pasta IA"). As outras duas pastas exemplificadoras constituindo a Pasta 1 compreende a mesma quantidade de partículas de prata, frita de vidro, veículo orgânico e aditivo de vidro, mas uma compreende cerca de 0,2% em massa de nanoparticuias de níquel, enquanto a outra compreende cerca de 0,7% de nanoparticulas de níquel.
Uma célula solar é preparada como segue: na parte de trás de uma pastilha solar multicristalina (mc) do tipo P pronta para ser metalizada, com uma resistência superficial de 70 ?/? (mc), uma pasta de alumínio (RuXing 8252X) é impressa e seca a 175°C. A Pasta IA é aplicada à face frontal da pastilha, impressa, e seca a 150°C. A célula é então co-queimada em um forno Despatch Ultra Flex a uma temperatura acima de 700°C por 3,5 segundos. Três células solares idênticas de 6" são preparadas desta forma a partir de três amostras de pasta. Adicionalmente, três células solares de controle idênticas (Células de Controle I) são preparadas usando a pasta disponível comercialmente sem aditivo de níquel sobre o mesmo tipo de pastilha solar multicristalina.
As células solares resultantes são testadas usando um testador I-V. A lâmpada de arco de Xe no testador I-V é simulada usando luz solar com uma intensidade conhecida e a superfície frontal da célula solar é irradiada para gerar a curva I-V. Usando esta curva, um número de parâmetros que proveem a comparação do desempenho elétrico são determinados, incluindo a densidade de corrente de curto-circuito (Jsc), a corrente de curto-circuito (Isc), a voltagem de circuito aberto (Voc), o fator de carregamento (FF), a resistência a desvio (Rsh), a resistência de série (Rs), e a eficiência (Eta) .
Os dados médios de desempenho eietrico para as très ceiuias preparadas usando a Pasta 1A, e as três Células de Controle I, são comparados. Todas as medições foram normalizadas para os valores médios das Células de Controle e são mostrados a seguir na Tabela 1. É observado que a pasta contendo nanoparticulas de níquel provê um aumento notável no fator de carregamento e eficiência aprimorada em relação à pasta de controle.
Tabela 1. Desempenho Elétrico da Célula de Controle I e da Pasta ________________________________IA
Exemplo 2 : Preparação de Células Solares üsando Pastilha de Silício Multicristalina de 100 ?/?
Uma pasta eletrocondutora (Pasta 2) é preparada pela combinação dos componentes (pó de prata, frita de vidro, aditivos de vidro, e compostos orgânicos) de uma pasta condutora de prata disponível comercialmente, SOL9273MA, disponível comercialmente da Heraeus Materials Technology LLC (W. Conshohocken, PA), cerca de 0,05—5% em massa de nanoparticulas de níquel (três pastas com diferentes porcentagens de níquel nesta idixà], e pelo menos um aditivo de vidro escolhido entre A1203, ZnO, Li20, Ag20, AgO, Mo03/ Ti02, Te02, CoO, C03O3, Bí203, Ce02, CeF4, Si02, MgO, PbO, Zr02, Hf02, ln203, Sn02, P20s, Ta20s, B203, Ag3P04, LiCoO?, LiNi02, Ni3(PO4) 2, NiO, ou fosfatos de litio. 0 níquel é utilizado como um po com d50 de 20 nm a 500 nm. A porcentagem em massa do níquel é baseada na massa total da pasta resultante.
Uma pasta exemplificadora da Pasta 2 compreende cerca de 85% em massa de partículas de prata, cerca de 4-5% em massa de frita de vidro, cerca de 8% em massa de veículo orgânico, cerca de 2% em massa de aditivo de vidro, e cerca de 0,2% em massa de nanopartículas de níquel (referida como "Pasta 2A") . As outras duas pastas exemplificadoras constituindo a Pasta 2 compreende a mesma quantidade de partículas de prata, frita de vidro, veículo orgânico e aditivo de vidro, mas uma compreende cerca de 0,2% em massa de nanopartículas de níquel, enquanto a outra compreende cerca de 0,7% de nanopartículas de níquel.
Uma célula solar é preparada como segue: na parte de trás de uma pastilha solar multicristalina (tnc) do tipo P pronta para ser metalizada, com uma resistência superficial de 100 ?/? (mc) , uma pasta de alumínio (Monocrystal 1208D) é impressa e seca a 175°C. A Pasta 2A é aplicada à face frontal da pastilha, impressa, e seca a 150°C. A célula é então co-queimada em uma fornalha Despatch Ultra Flex a uma temperatura > 700°C por 3,8 segundos. Três células solares idênticas são preparadas desta forma a partir de três amostras da Pasta 2?. Adicionalmente, três ceiuias solares de controle idênticas (Células de Controle II) são preparadas usando a pasta disponível comercialmente sem aditivo de níquel sobre o mesmo tipo de pastilha solar multicristalina.
As células solares resultantes são testadas usando um testador I-V como descrito no Exemplo 1 e os mesmos parâmetros são obtidos. Adicionalmente, a resistividade de contato (pc), expressa em Qcm2, é medida usando o método TLM.
Os dados médios de desempenho elétrico para as três células preparadas usando a Pasta 2A, e as três Células de Controle II, são comparados. Todas as medições foram normalizadas para os valores médios das Células de Controle e são mostrados a seguir na Tabela 2. É observado que a pasta contendo nanoparticulas de níquel provê um aumento notável no fator de carregamento e em Eta, e menor resistividade de contato em relação à pasta de controle.
Tabela 2. Desempenho Elétrico da Célula de Controle II e da Pasta 2A
Exemplo—3j Preparação de Células Solares Usando Pastilha de Silício Muiticristalina de 80 ?/?
Uma pasta eletrocondutora (Pasta 3) é preparada pela combinação de uma pasta condutora de prata comercialmente disponível, SOL9235H, disponível comercialmente da Heraeus Materials Technology LLC (W. Conshohocken, PA), nanopartícuias de níquel com tamanho de partículas d50 de 5 nm a 300 nm, e pelo menos um aditivo de vidro escolhido entre A1203, ZnO, Li20, AgoO, AgO, Mo03 , Ti02, Te02, CoO, Co203, Bi203, Ce02, CeF4, Si02, MgO, PbO, Zr02, Hf 02, ln203, Sn02, P205, Ta205, B203, Ag3P04, LiCo02, LiNi02, Ní3 (P04)2, NiO, ou fosfatos de lítio. O níquel é misturado com a pasta e moído em moinho de três rolos. A Pasta 3 contém 0, l%-3,0% de níquel (três pastas com diferentes porcentagens de níquel nesta faixa) baseados na massa total da pasta resultante.
Uma pasta exemplificadora, Pasta 3A, compreende cerca de 85% em massa de partículas de prata, cerca de 4-5% em massa de frita de vidro, cerca de 8% em massa de veículo orgânico, cerca de 2% em massa de aditivo de vidro, e cerca de 0,5% em massa de nanopartícuias de níquel. Uma pasta exemplificadora, Pasta 3B, compreende as mesmas quantidades de partículas de prata, frita de vidro, veículo orgânico, e aditivo de vidro, mas compreende cerca de 0,2% em massa de nanopart ículas de níquel. Uma pasta exempli ficadora, Pasta 3C, compreende as mesmas quantidades de partículas de prata, frita de vidro, veículo orgânico, e aditivo de vidro, mas compreende cerca de 0,7% em massa de nanopartículas de níquel.
As cei.uias socares sao preparadas como segue: na parte de trás de uma pastilha solar multicristalina (mc) do tipo P pronta para ser metalizada, com uma resistência superficial de 80 ?/?, uma pasta de alumínio (Monocrystal 1208D) é impressa e seca a 175°C. As Pastas 3A-3C são aplicadas à face frontal da pastilha, impressas, e secas a 150°C. As células são então co-queimadas em uma fornalha Despatch Ultra Flex a uma temperatura > 700°C por 3,5 segundos. Três células solares idênticas são preparadas desta forma a partir de cada uma das Pastas 3A-3C. Três células solares adicionais são preparadas como controle (Células de Controle III) usando a pasta disponível comercialmente sem níquel sobre uma pastilha solar multicristalina.
As células solares resultantes são testadas usando um testador I-V como descrito no Exemplo 1 . Os dados médios de desempenho elétrico para as células preparadas usando as Pastas 3A-3C, e as três Células de Controle III, são comparados. Todas as medições foram normalizadas para os valores médios das Células de Controle e são mostrados a seguir na Tabela 3. É observado que a Pasta 3B, contendo a menor quantidade de nanopartículas de níquel quando comparada às Pastas 3A e 3C, provê um aumento notável no fator de carregamento e melhores resistência de série e eficiência em relação à pasta de controle.
Tabela 3. Desempenho Elétrico da Célula de Controle IXX e das Pastas 3A-3C
Exemplo 4: Preparação de Células Celulares de Duas Camadas Usando Pastilha de Silício Monocristalina de 80 ?/?
Uma pasta eletrocondutora (Pasta 4) é preparada pela combinação dos componentes (pó de prata, vidro, aditivos de vidro, e compostos orgânicos) de uma pasta condutora de prata comercialmente disponível, SOL9273MA, disponível comercialmente da Heraeus Materials Technology LLC (W. Conshohocken, PA), 0,05-5,0% em massa de nanopartícuias de níquel (três amostras com diferentes porcentagens nesta faixa) com tamanho de partículas dõo de 20 nm a 500 nm, e 0,1-2,0% de pelo menos um aditivo de vidro escolhido entre A1203, ZnO, Li20, Ag20, AgO, Mo03, Ti02, Te02, CoO, Co203, Bi203, Ce02, CeF4, Si02, MgO, PbO, Zr02, Hf02, ln203, Sn02, P205, Ta205, B203, Ag3P04, LiCo02/ LiNi02, Ni3(P04)2, NiO, ou fosfatos de lítio. Todas as porcentagens mássicas são baseadas na massa total da pasta resultante.
Uma pasta exempiiticadora Pa Pasta 4 compreende cerca ae 65-s em massa de partículas de prata, cerca de 4—5% em massa de frita de vidro, cerca de 8¾ em massa de veículo orgânico, cerca de 0,1-2% em massa de aditivo de vidro, e cerca de 0,5% em massa de nanopartícuias de níquel (denominada "Pasta 4A"). As outras duas pastas exemp1ificadoras constituindo a Pasta 4 compreendem, as mesmas quantidades de partículas de prata, frita de vidro, veículo orgânico, e aditivo de vidro, mas uma compreende cerca de 0,2-5 em massa de nanopartí cuias de níquel, enquanto a outra compreende cerca de 0,7% em massa de nanopartículas de níquel.
Uma célula solar é preparada como segue: na parte de trás de uma pastilha solar monocristalina (sc) do tipo P pronta para ser metalizada, com uma resistência superficial de 80 ?/?, uma pasta de alumínio (RuXing 8252X) é impressa e seca a 175°C. Uma primeira camada da Pasta 4A é aplicada à face frontal da pastilha, impressa, e seca a 150°C. Uma segunda camada de pasta de prata comercialmente disponível SOL9273 (disponível comercialmente da Heraeus Materials Technology) é aplicada sobre a camada da Pasta 4A, impressa, e seca a 150°C. O exemplo não está limitado ao uso da Heraeus SOL9273, e qualquer pasta condutora de prata pode ser usada como a segunda camada. A célula é então co-queimada em uma fornalha Despatch Ultra Flex a uma temperatura > 700°C por 3,6 segundos. Três células solares idênticas são preparadas desta forma.
Adicionaimente, trés ceiulas solares de controle idênticas (Células de Controle IV) são preparadas usando duas camadas de pastas de prata comercialmente disponíveis: uma primeira camada de SOL 9411 e uma segunda camada de SOL9273 (ambas disponíveis comercialmente da Heraeus Materials Technology) sobre o mesmo tipo de pastilha solar monocristalina.
As células solares resultantes são testadas usando um testador I-V como descrito no Exemplo 1 e os mesmos parâmetros são obtidos. Adicionalmente, a resistividade de contato (pc) é medida usando o método TLM como descrito no Exemplo 2.
Os dados médios de desempenho elétrico para as três células preparadas usando a Pasta 4A, e as três Células de Controle IV, são comparados. Todas as medições foram normalizadas para os valores médios das Células de Controle e são mostrados a seguir na Tabela 4. A pasta contendo nanoparticulas de níquel resulta em um aumento notável no fator de carregamento e diminuição notável na resistividade de contato em relação à pasta de controle.
Tabela 4. Desempenho Elétrico da Célula Solar Duplamente Impressa com Pasta 4A e SOL9273 Exemplo 5: Preparação de Células Solares com e sem Ligas de Ni na Pasta de Prata sobre Pastilha de Silício Multicristalina de 65 ?/?
Uma pasta eletrocondutora (Pasta 5) é preparada pela combinação dos componentes (pó de prata, vidro, aditivos de vidro, e compostos orgânicos) de uma pasta condutora de prata comercialmente disponível, SOL9273MA, disponível comercialmente da Heraeus Materials Technology LLC (W. Conshohocken, PA), 0,05-5,0% em massa de uma liga de níquel (dez amostras com diferentes porcentagens nesta faixa) com tamanho de partículas d50 menor que 500 nm, e 0,1-2,0% de pelo menos um aditivo de vidro escolhido entre A1203, ZnO, Li20, Ag20, AgO, Mo03, Ti02, Te02, CoO, Co203, Bi203, Ce02, CeF4, Si02, MgO, PbO, Zr02, Hf02, ln203, Sn02, P205, Ta205, B203, Ag3P04, LiCo02, LiNi02, Ni3(P04)2, NiO, ou fosfatos de lítio. Todas as porcentagens mássicas são baseadas na massa total da pasta resultante.
Uma célula solar é preparada como segue: na parte de trás de uma pastilha solar multicristalina (mc) do tipo P pronta para ser metalizada, com uma resistência superficial de 65 ?/?, uma pasta de alumínio (RuXing 8204) é impressa e seca a 175°C. A Pasta 5 é apricada a race trontal aa pastuna, impiessa, e seca a 15G"C. A célula é então co-queimada em uma fornalha Despatch CDF a uma temperatura c 700°C por 3,6 segundos. Dez células solares idênticas são preparadas desta forma.
Adicionalmente, dez células solares de controle idênticas (Células de Controle V) são preparadas usando a pasta de prata comercialmente disponível SOL9411 sem aditivo de níquel sobre o mesmo tipo de pastilha solar muiticristalina.
As células solares resultantes são testadas usando um testador I-V como descrito no Exemplo 1 e os mesmos parâmetros são obtidos. Adicionalmente, a resistividade de contato (pc) é medida usando o método TLM como descrito no Exemplo 2.
Os dados médios de desempenho elétrico para as dez células preparadas usando a Pasta 5, e as dez Células de Controle V, são comparados. A pasta contendo nanopartícuias de liga de níquel resulta em um aumento notável no fator de carregamento e na eficiência, e diminuição notável na resistividade de contato em relação à pasta de controle.
Exemplo 6: Preparação de Células Solares com e sem Ni e Ligas de Ni na Pasta de Prata sobre Pastilha de Silício Muiticristalina de 80 ?/?
Duas pastas eletrocondutoras (Pastas 6 e 7) são preparadas pela combinação dos componentes (pó de prata, vidro, aditivos de viàiu, t: uuuLpuólúb uiydiiicub j de uma pdbid condutor a de prata comercialmente disponível, SOL9273MA, disponível comercialmente da Heraeus Materials Technology LLC (W. Conshohocken, PA), 0,05-5,0% em massa de uma mistura de nanopartícuias de níquel e liga de níquel contendo 5%-95% de níquel, e 5%-95% de liga de níquel, e 0,1-2,0% de pelo menos um aditivo de vidro escolhido entre AI2O3, ZnO, Li20, Ag20, AgO, M0O3, Ti02, Te02, CoO, Co203, Bi203, Ce02, CeF4, Si02, MgO, PbO, Zr02, Hf02, ln203, Sn02, P205, Ta203, B203, Ag3P04, LiCo02, LiNi02, Ni3(P04)2, NiO, ou fosfatos de lítio (dez amostras de cada pasta com diferentes porcentagens nesta faixa). As nanopartícuias de níquel e liga de níquel possuem tamanho de partículas d5o de 20 nm a 500 nm.
Uma célula solar é preparada como segue: na parte de trás de uma pastilha solar multicristalina (mc) do tipo P pronta para ser metalizada, com uma resistência superficial de 80 ?/?, uma pasta de alumínio (RuXing 8204) é impressa e seca a 175°C. A Pasta 6 ou a Pasta 7 são aplicadas à face frontal da pastilha, impressas, e secas a 150°C. A célula é então co-queimada em uma fornalha Despatch CDF a uma temperatura > 700°C por 3,6 segundos. Dez células solares idênticas contendo a Pasta 6 e dez células solares idênticas contendo a Pasta 7 são preparadas desta forma.
Adicionalmente, dez células solares de controle idênticas (Células de Controle VI) são preparadas usando a pasta de prata comercialmente disponível SOL9273. As células solares resultantes são testadas usando um testador I-V como descrito no Exemplo 1 e os mesmos parâmetros sao ootraos. AdicionaImente, a resistividaae de contato (pc) é medida usando o método TLM como descrito no Exemplo 2.
Os dados médios de desempenho elétrico para as vinte células preparadas usando as Pastas 6 e 7, e as dez Células de Controle VI, são comparados. As pastas contendo níquel e liga de níquel resultam em um aumento notável no fator de carregamento e aumentos notáveis na eficiência.
Exemplo 7: Células Solares de Silício Muiticristalinas com Pasta de Prata com Nanopartículas de Níquel-Titânio Uma pasta eletrocondutora (Pasta 8) é preparada para a verificação do efeito da inclusão de um aditivo nanoparticulado de níquel-titânio em uma pasta eletrocondutora. A pasta compreendeu cerca de 85% em massa de partículas de prata, cerca de 4% em massa de frita de vidro, cerca de 9% em massa de veículo orgânico e cerca de 0,8% em massa de nanopartículas de NiTi. Adicionalmente, a pasta compreende cerca de 0,1-2% em massa de pelo menos um aditivo de vidro escolhido entre A1203, ZnO, Li20, Ag20, AgO, M0O3, Ti02, Te02, CoO, C02O3, Bi203, Ce02, CeF4, Si02, MgO, PbO, Zr02, Hf02, ??203, Sn02, P2O5, Ta205, B203, Ag3P04, LiCo02, LiNi02, NÍ3(P04)2/· NiO, ou fosfatos de lítio. O componente nanoparticulado NiTi compreende aproximadamente 50% de níquel e 50% de titânio. As nanopartículas de NiTi são utilizadas como um pó com d50 de 2 0 nm a 500 nm. uiiLd célula buldi é pieparaud como segue: na parte de tras de uma pastilha solar multicristalina (mc) do tipo P pronta para ser metalizada (156 mm·), com uma resistência superficial de 70 ?/?, uma pasta de alumínio (RuXing 8204) é impressa e seca a 175°C. A Pasta 8 é impressa por serigrafia sobre a face frontal da pastilha para formar linhas, a uma velocidade de 150 mm/s, usando uma tela com as seguintes caracterísicas: mesh 290, espessura de fio de 20 microns, EOM 18 microns, linhas impressas com largura de 60 microns. A pastilha impressa foi então seca a 150°C. A célula é então queimada a uma temperatura maior que 700°C por aproximadamente 3-4 segundos.
As células solares resultantes são testadas usando um testador I-V. A lâmpada de arco de Xe no testador I-V é simulada usando luz solar com uma intensidade conhecida e a superfície frontal da célula solar é irradiada para gerar a curva I-V. Usando esta curva, um número de parâmetros que proveem a comparação do desempenho elétrico são determinados, incluindo a eficiência da célula solar (NCell), a corrente de curto-circuito (Isc), a voltagem de circuito aberto (Voc), o fator de carregamento (FF),a corrente de saturação reversa (Irev2), a resistência a desvio (Rsh), a resistência de série (Rs), a resistência da trama frontal (Rfront) e a resistência de contato (Rc) .
Os dados de desempenho elétrico para quatro linhas impressas com a Pasta 8 foram reunidos e uma média foi calculada. Os x«sulLdàos aào musLtddüs a seguxr na iaoexa b. A pasta atxngxu baixa resistência de série e fator de carregamento aceitável.
Tabela 5. Desempenho Elétrico Médio da Pasta 8 Exemplo 8: Células Solares de Silicio Muiticristalinas com Pasta de Prata com Menor Quantidade de Nanoparticulas de Nicfuel-Titânio Duas pastas eletrocondutoras (Pastas 9 e 10) foram preparadas para a verificação do efeito da inclusão de uma menor quantidade de nanoparticulas de niquel-titânio (quando comparada ao Exemplo 7) em uma pasta eletrocondutora. As pastas compreenderam cerca de 85% em massa de partículas de prata, cerca de 5% em massa de frita de vidro, cerca de 8% em massa de veiculo orgânico e cerca de 0,1-2% em massa de pelo menos um aditivo de vidro escolhido entre AI2O3, ZnO, LÍ2O, Ag20, AgO, M0O3, Ti02, Te02, CoO, C02O3, Bx203, Ce02, CeF,}, SÍO2, MgO, PbO, Zr02, Hf02, ?????, SnO-, P?Os, Ta2Os, BvOj, Ag^PO.;, LiCoO;, LiNi02, N i ? (P0.3) ?, NiO, ou fosfatos de litio. A Pasta 9 compreendeu ainda cerca de 0,24% em massa de nanopartículas de NiTi, e a Pasta 9 compreendeu cerca de 0,20% em massa de nanopartícuias de NiTi. O componente nanoparticulado NiTi compreendeu cerca de 50% de níquel e cerca de 50% de titânio. As nanopartículas de NiTi são utilizadas como um pó com d50 de 20 nm a 500 nm.
Uma célula solar (com cada uma das Pastas 9 e 10) foi preparada de acordo com os mesmos parâmetros apresentados no Exemplo 7, exceto pelo fato de que a Pasta 9 foi impressa sobre uma pastilha solar multicristalina (mc) do tipo P (156 mm2), com uma resistência superficial de 80 ?/?.
As células solares resultantes foram então testadas usando um testador I-V. A lâmpada de arco de Xe no testador I-V é simulada usando luz solar com uma intensidade conhecida e a superfície frontal da célula solar é irradiada para gerar a curva I-V. Usando esta curva, um número de parâmetros que proveem a comparação do desempenho elétrico são determinados, incluindo a sficiência da célula solar (NCell), a corrente de curto-circuito (Isc), a voltagem de circuito aberto (Voc), o fator de carregamento (FF) , a corrente de saturação reversa (Irev2), a resistência a desvio (Rsh), a resistência de série (Rs), a resistência da trama frontal (Rfront) e a resistência de contato (Rc) . Os dados de desempenho elétrico para quatro linhas impressas com a Pasta 9 e a Pasta 10 foram reunidos e uma média foi calculada. Os resultados são mostrados a seguir na 'ladeia o. As pastas atingiram excelentes eficiência, fator de carregamento e voltagem de circuito aberto.
Tabela 6. Desempenho Elétrico Médio das Pastas 9 e 10 Será observado por aqueles versados na arte que podem ser feitas mudanças nas concretizações descritas acima sem desviar-se do conceito inventivo amplo desta. É entendido, portanto, que esta invenção não está limitada às modalidades particulares descritas, mas tem a intenção de cobrir modificações dentro do espirito e escopo da presente invenção como definido pelas Reivindicações em anexo.
Claims (22)
1. Composição eletrocondutora em pasta caracterizada por compreender: (a) partículas de prata; (b) frita de vidro; (c) metal eletricamente condutor, liga metálica, e/ou nanopartícuias de silicieto metálico, sendo que as nanopartícuias possuem um diâmetro de partícula de cerca de 5 nm até cerca de 2 microns; e (d) um veículo orgânico.
2. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por as nanopartícuias compreenderem pelo menos uma selecionada a partir do grupo consistindo de níquel, cromo, cobalto, titânio, e ligas, silicietos, e misturas dos mesmos.
3. Composição de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por compreender cerca de 40 até cerca de 95% de partículas de prata, cerca de 0,5 até cerca de 6% de frita de vidro, cerca de 0, 05 até cerca de 20% peso de nanopartícuias metálicas, e cerca de 5 até cerca de 30% de veículo orgânico, sendo que todas as porcentagens têm como base o peso total da composição.
4. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada por as nanoparticulas possuírem um diâmetro de partícula de cerca de 20 nm até cerca de 800 nm.
5. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada por as nanoparticulas possuírem um diâmetro de partícula de cerca de 20 nm até cerca de 500 nm.
6. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada por as nanoparticulas estarem presentes na composição em uma quantidade de cerca de 0,05 até cerca de 20% em peso, com base no peso total da composição.
7. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizada por as nanoparticulas estarem presentes na composição em uma quantidade de cerca de 0, 05 até cerca de 10,0% peso.
8. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizada por as nanoparticulas estarem presentes na composição em uma quantidade de cerca de 0,05 até cerca de 5,0% peso.
9. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizada por compreender adicionalmente pelo menos um aditivo selecionado a partir do grupo consistindo de AI2O3, ZnO, LÍ2O, Ag20, AgO, M0O3, TÍO2, TeC>2, CoO, C02O3, BÍ2O3, CeC>2, CeF4, SÍO2, MgO, PbO, ZrC>2, HfC>2, In2Ü3, Sn02, P 2O5 / Ta205, B2O3, Ag3P04, L1C0O2/ LÍNÍO2, NÍ3(P04)2f NiO, ou fosfatos de litro em uma quantidade de cerca de 0, 1 até 3,0% peso.
10. Eletrodo de célula solar caracterizado por ser formado pela aplicação da composição eletrocondutora em pasta a um substrato e queima da pasta para formar o eletrodo, sendo que a composição eletrocondutora em pasta compreende: (a) partículas de prata; (b) frita de vidro; (c) metal eletricamente condutor, liga metálica, e/ou nanoparticulas de silicieto metálico, sendo que as nanoparticulas possuem um diâmetro de particula de cerca de 5 nm até cerca de 2 microns; e (d) um veiculo orgânico.
11. Eletrodo de célula solar de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por as nanoparticulas serem, pelo menos uma, selecionadas a partir do grupo consistindo de niquel, cromo, cobalto, titânio, e ligas, silicietos, e misturas dos mesmos.
12. Eletrodo de célula solar de acordo com as reivindicações 10 e 11, caracterizado por as nanoparticulas possuírem um diâmetro de partícula de cerca de 20 nm até cerca de 800 nm.
13. Eletrodo de célula solar de acordo com as reivindicações 10 a 12, caracterizado por as nanoparticulas possuírem um diâmetro de partícula de cerca de 20 nm até cerca de 500 nm.
14. Eletrodo de célula solar de acordo com as reivindicações 10 a 13, caracterizado por as nanoparticulas estarem presentes na composição em uma quantidade de cerca de 0,05 até cerca de 20% peso, com base no peso total da composição.
15. Eletrodo de célula solar de acordo com as reivindicações 10 a 14, caracterizado por as nanoparticulas estarem presentes em uma quantidade de cerca de 0,05 até 10,0% peso.
16. Eletrodo de célula solar de acordo com as reivindicações 10 a 15, caracterizado por as nanoparticulas estarem presentes em uma quantidade de cerca de 0,05 até 5,0% peso.
17. Eletrodo de célula solar de acordo com as reivindicações 10 a 16, caracterizado por a composição eletrocondutora em pasta compreender adicionalmente pelo menos um aditivo selecionado a partir do grupo consistindo de A1203, ZnO, LÍ2O, Ag20, AgO, M0O3, TÍO2/ TeC>2, CoO, C02O3, BÍ2O3, CeC>2, CeF4, S1O2, MgO, PbO, ZrC>2, Hf02, ??2?3, SnC>2, P2O5, Ta20s, B203, Ag3P04, LiCo02, LiNi02, Ni3 (P04) 2, NiO, ou fosfato de litio em uma quantidade de cerca de 0,1 até 3,0% peso.
18. Eletrodo de célula solar caracterizado por ser formado pela aplicação de uma primeira camada de uma primeira composição eletrocondutora em pasta a um substrato e secagem da pasta, aplicação de uma segunda camada de uma segunda composição eletrocondutora em pasta sobre a primeira camada, e queima das duas camadas para formar o eletrodo, sendo que a primeira composição eletrocondutora em pasta compreende: (a) partículas de prata; (b) frita de vidro; (c) metal eletricamente condutor, liga metálica, e/ou nanopartícuias de silicieto metálico, sendo que as nanopartícuias possuem um diâmetro de partícula de cerca de 5 nm até cerca de 2 microns; e (d) um veículo orgânico; e sendo que a segunda pasta eletrocondutora é a mesma da primeira pasta condutora ou diferente.
19. Eletrodo de célula solar de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por as nanopartículas serem, pelo menos uma, selecionadas a partir do grupo consistindo de níquel, cromo, cobalto, titânio, e ligas, silicietos, e misturas dos mesmos.
20. Método para formar um eletrodo de célula solar caracterizado por compreender a aplicação de uma camada de uma primeira composição eletrocondutora em pasta a um substrato e queima da pasta para formar o eletrodo, sendo que a primeira composição eletrocondutora em pasta compreende: (a) partículas de prata; (b) frita de vidro; (c) metal eletricamente condutor, liga metálica, e/ou nanopartículas de silicieto metálico, sendo que as nanopartículas possuem um diâmetro de partícula de cerca de 5 nm até cerca de 2 microns; e (d) um veículo orgânico.
21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por as nanopartículas serem, pelo menos uma, selecionadas a partir do grupo consistindo de níquel, cromo, cobalto, titânio, e ligas, silicietos, e misturas dos mesmos.
22. Método de acordo com as reivindicações 20 e 21, caracterizado por compreender adicionalmente a formação de uma camada de uma segunda composição eletrocondutora em pasta sobre a camada da primeira composição eletrocondutora em pasta.
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