CN104364851A - 具有粘附增强剂的导电浆料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于制造硅太阳电池和太阳电池模块、尤其用于硅晶片背侧的导电浆料。导电浆料包含金属粒子、玻璃粉、有机媒剂和粘附增强剂。粘附增强剂包含金属或金属氧化物或在烧制温度下转化为金属或金属氧化物的任何其它金属化合物。粘附增强剂包含至少一种选自以下的金属：碲、钨、钼、钒、镍、锑、镁、锆、银、钴、铈和锌，或其氧化物。

Description

具有粘附增强剂的导电浆料
相关申请
本申请要求2012年6月12日提交的美国临时申请系列号61/658,699的优先权，其公开内容以引用的方式整体并入本文中。
技术领域
本发明涉及太阳电池板技术中所用、尤其用于形成背侧焊接衬垫的导电浆料组合物。具体地说，一方面，本发明为一种导电浆料组合物，其包含导电粒子、玻璃粉、有机媒剂和包含金属或金属氧化物或在烧制温度下转化为金属或金属氧化物的任何其它金属化合物的粘附增强剂。粘附增强剂包含至少一种选自以下的元素或其氧化物：碲、钨、钼、钒、镍、锑、镁、锆、银、钴、铈和锌。粘附增强剂优选为碲或氧化碲。另外，本发明的另一方面为通过将导电浆料涂覆于硅晶片的背侧形成焊接衬垫而制造的太阳电池。本发明的另一方面为包含电互连太阳电池的太阳电池板。最后，本发明的另一方面为一种制造太阳电池的方法。
发明背景
太阳电池为使用光伏效应将光能转化为电的装置。太阳能为一种具有吸引力的绿色能源，因为其是可持续的并且仅产生非污染性副产物。因此，诸多研究当前致力于开发效率提高同时不断降低材料和制造成本的太阳电池。
当光碰撞太阳电池时，一部分入射光被表面反射，而其余部分透射至太阳电池中。透射光的光子被太阳电池吸收，该太阳电池通常由半导体材料(诸如硅)制成。来自所吸收光子的能量从半导体材料的原子激发其电子，从而产生电子空穴对。接着这些电子空穴对被p-n结分隔并被涂覆在太阳电池表面上的导电电极收集。
最常见的太阳电池为由硅制成的太阳电池。具体地说，p-n结由硅通过将n型扩散层涂覆在与两个电接触层或电极耦接的p型硅基板上而制成。在p型半导体中，向半导体添加掺杂原子以增加自由带电载体(空穴)的数目。基本上，掺杂材料从半导体原子带走弱结合的外层电子。p型半导体的一个实例为具有硼或铝掺杂剂的硅。太阳电池还可以由n型半导体制成。在n型半导体中，掺杂原子向主体基板提供额外电子，从而产生过量负电子电荷载体。n型半导体的一个实例为具有含磷掺杂剂的硅。为了使太阳电池对日光的反射达最小，将抗反射涂层(诸如氮化硅)涂覆于n型扩散层而增加耦合于太阳电池中的光的量。
太阳电池通常具有涂覆于其前表面与后表面的导电浆料。前侧浆料使得可形成传导由上述电子交换产生的电的电极，而背侧浆料用作焊接点而用于借助于涂布焊料的导电线串联连接太阳电池。为形成太阳电池，首先将后部接触涂覆于太阳电池的背侧而形成焊接衬垫，诸如通过丝网印刷银浆料或银/铝浆料。接着，将铝背侧浆料涂覆于太阳电池的整个背侧，略微覆盖焊接衬垫的边缘，接着将电池干燥。图1示出了硅太阳电池100，其具有横越电池长度的焊接衬垫110，其中铝背侧120印刷在整个表面上。最后，可使用不同类型导电浆料将金属接触丝网印刷在前侧抗反射层上作为前电极。此在电池表面或前方的电接触层在光进入时通常以指状线和汇流条所构成的网格模式而非整个层形式存在，因为金属网格材料通常不透光。接着，在约700-975℃的温度下烧制印刷有前侧和背侧浆料的硅基板。烧制后，前侧浆料蚀刻穿过抗反射层，在金属网格与半导体之间形成电接触，并将金属浆料转化为金属电极。在背侧，铝扩散至硅基板中从而充当掺杂剂，其产生背表面场(BSF)。此场有助于改良太阳电池的效率。
所得金属电极使得电可往返于太阳电池板中所连接的太阳电池流动。为了组装电池板，将多个太阳电池串联和/或并联连接，并且第一个电池和最后一个电池的电极末端优选连接于输出接线。太阳电池通常封装在透明热塑料树脂(诸如硅橡胶或乙烯乙酸乙烯酯)中。将透明玻璃片置放在封装用透明热塑料树脂的前表面上。将背部保护材料(例如具有优良机械特性和优良耐候性的涂有聚氟乙烯膜的聚对苯二甲酸乙二醇酯片)置放在封装用热塑料树脂下方。可以在适当真空炉中加热这些分层材料来移除空气，接着通过加热和压制整合成一体。此外，因为太阳电池模块通常长时间放置在露天，所以需要用由铝等组成的框架材料覆盖太阳电池的周围。
用于背侧用途的典型导电浆料含有金属粒子、玻璃粉和有机媒剂。这些组分必须谨慎选择以充分利用所得太阳电池的理论潜力。借助于背侧银或银/铝浆料形成的焊接衬垫尤其重要，因为焊接于铝背侧层几乎不可能。焊接衬垫可以以沿硅基板的长度延伸的条带或沿硅酮基板的长度排列的不连续区段形式形成。焊接衬垫必须充分粘附于硅基板，并必须能够经受住焊接接合线的机械操作，同时对太阳电池的效率无不利影响。
用于测试背侧焊接衬垫粘附性的典型方法为将焊线涂覆于银层焊接衬垫，接着测量相对于基板以特定角度(通常180度)剥离焊线所需的力。通常，最低需要大于2牛顿(Newton)的拉力，认为力越高越适宜。因此，需要用于具有改良粘附强度的背侧浆料的组合物。
美国专利申请公布No.2011/0308595A1公开了一种用于印刷在具有一个或多个绝缘层的太阳电池装置前侧的厚膜浆料。该厚膜浆料包含分散在有机介质中的导电金属和铅-碲-氧化物。铅-碲-氧化物以浆料固体的0.5至15重量％的量存在，并且铅与碲的摩尔比为5/95至95/5。铅-碲-氧化物(Pb-Te-O)通过如下方法制备：混合TeO2与氧化铅粉末，在空气或含有氧气的气氛中加热粉末混合物而形成熔融物，使熔融物骤冷，研磨并球磨经骤冷的材料，并且对经研磨的材料进行筛分，得到具有所需粒度的粉末。
美国专利No.5,066,621公开了一种密封用玻璃组合物，其包含(重量％)13-50％氧化铅、20-50％氧化钒、2-40％氧化碲、至多40％氧化硒、至多10％磷氧化物、至多5％氧化铌、至多20％氧化铋、至多5％氧化铜和至多10％氧化硼。该专利还公开了一种导电制剂，其包含(重量％)50-77％银、8-34％前述密封用玻璃组合物、0.2-1.5％树脂和触变胶和10-20％有机溶剂。在半导体芯片封装领域，所公开的密封用玻璃组合物用于将半导体芯片，即“小晶片”接合至陶瓷基板。
美国专利申请公布No.2011/0192457公开了一种用于在硅太阳电池上形成表面电极的导电浆料组合物。该浆料含有导电粒子、有机粘合剂、溶剂、玻璃粉和包括碱土金属、具有低熔点的金属或附属于具有低熔点的金属的化合物的有机化合物。′457公布的导电浆料组合物用于形成硅晶片的前(接收光的)表面电极。
美国专利No.7,736,546和No.7,935,279公开了无故意添加的铅的无铅玻璃粉，其包含TeO2和Bi2O3、SiO2及其组合中的一种或多种。这些专利还公开了包含玻璃粉的导电油墨和涂覆有所述导电油墨的制品。′546和′279专利的导电浆料组合物还用于形成硅晶片的前(接收光的)表面电极。
欧洲专利No.EP 1 713 095 A2公开了一种用于太阳电池装置的前侧金属化的导电银浆料，其包含70-85重量％银粉、小于6重量％含锰添加剂、小于4重量％的软化点在300-600℃范围内的玻璃粉，所有成分均分散在约5-30重量％有机介质中。
发明概述
本发明的一个目的在于开发一种用于在太阳电池上形成焊接衬垫的具有改良粘附强度的背侧浆料。
本发明提供一种用于在太阳电池上形成背侧焊接衬垫的导电浆料组合物，其包含金属粒子、玻璃粉、有机媒剂和包含金属或金属氧化物或在烧制温度下转化为金属或金属氧化物的任何其它金属化合物的粘附增强剂，其中粘附增强剂包含至少一种选自以下的金属：碲、钨、钼、钒、镍、锑、镁、锆、银、钴、铈和锌，或其氧化物。
根据本发明的一个方面，粘附增强剂为至少一种选自以下的金属：碲、钨、钼、镍和锌，并且优选为碲。
根据本发明的另一方面，粘附增强剂为至少一种选自以下的金属氧化物：二氧化碲、氧化镍、氧化镁、二氧化锆、氧化钨、氧化银、氧化钴和氧化铈，并且优选为二氧化碲。
根据本发明的另一方面，粘附增强剂为导电浆料组合物的约0.01-5重量％。粘附增强剂还可以为导电浆料组合物的约0.05-2.5重量％，优选为约0.05-1重量％。
根据本发明的另一方面，粘附增强剂分散在玻璃粉内。
根据本发明的另一方面，粘附增强剂与玻璃粉无关地分散在浆料组合物内。
根据本发明的另一方面，金属粒子为导电浆料组合物的约30-75重量％。在本发明的一个实施方案中，金属粒子为导电浆料组合物的不超过60重量％(例如约30-60重量％)。在本发明的另一实施方案中，金属粒子为导电浆料组合物的不超过50重量％(例如约30-50重量％)。
根据本发明的另一方面，金属粒子为银、铝、金和镍中的至少一者或其任何合金，并且优选为银。
根据本发明的另一方面，玻璃粉为导电浆料组合物的约1-10重量％。在本发明的一个实施方案中，玻璃粉包含氧化铅。在本发明的另一实施方案中，玻璃粉不包含故意添加的铅。在本发明的另一实施方案中，玻璃粉包含氧化铋并且不包含故意添加的铅。在本发明的另一实施方案中，玻璃粉包含Bi-B-Li-氧化物、Bi-Zn-B-氧化物、Bi-Si-Zn-B-氧化物或Bi-Si-氧化物中的至少一者。
根据本发明的另一方面，有机媒剂为导电浆料组合物的约20-60重量％，优选为约30-50重量％，更优选为约45重量％。在本发明的一个实施方案中，有机媒剂包含粘合剂、表面活性剂、有机溶剂和触变剂。在本发明的另一实施方案中，粘合剂为乙基纤维素或酚醛树脂、丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛或聚酯树脂、聚碳酸酯、聚乙烯或聚氨酯树酯或松香衍生物中的至少一者。在本发明的另一实施方案中，表面活性剂为聚氧化乙烯、聚乙二醇、苯并三唑、聚(乙二醇)乙酸、月桂酸、油酸、癸酸、肉豆蔻酸、亚油酸、硬脂酸、软脂酸、硬脂酸盐、棕榈酸盐和其混合物中的至少一者。在本发明的另一实施方案中，有机溶剂为卡必醇、萜品醇、己基卡必醇、特神龙(texanol)、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二酸二甲酯或二醇醚中的至少一者。
本发明还提供一种太阳电池，其包含具有前侧和背侧的硅晶片和在硅晶片上形成的焊接衬垫，其中所述焊接衬垫由前述任何导电浆料产生。
根据本发明的一个方面，焊接衬垫在太阳电池的背侧上形成。
在本发明的一个实施方案中，焊接衬垫可以用等于或大于1牛顿的拉力从硅晶片移除。在本发明的另一实施方案中，焊接衬垫可以用等于或大于2牛顿的拉力从硅晶片移除。在本发明的另一实施方案中，焊接衬垫可以用等于或大于3牛顿的拉力从硅晶片移除。在本发明的另一实施方案中，焊接衬垫可以用等于或大于5牛顿的拉力从硅晶片移除。在另一实施方案中，从硅晶片移除焊接衬垫所需的拉力为至少1牛顿、2牛顿、3牛顿、4牛顿或5牛顿。
根据本发明的另一方面，焊接衬垫由包含约30-75重量％金属粒子的导电浆料形成。根据本发明的另一方面，焊接衬垫由包含不超过60重量％(例如约30-60重量％)金属粒子的导电浆料形成。根据本发明的另一方面，焊接衬垫由包含不超过50重量％(例如约30-50重量％)金属粒子的导电浆料形成。
根据本发明的另一方面，在硅晶片的前侧形成电极。
根据本发明的另一方面，硅晶片的前侧包含抗反射层。
本发明进一步提供一种太阳电池模块，其包含电互连的前述太阳电池。
本发明还提供一种制造太阳电池的方法，其包括如下步骤：提供具有前侧和背侧的硅晶片，将任何前述导电浆料组合物涂覆在硅晶片的背侧，并根据适当轮廓将硅晶片烧制。
根据本发明的一个方面，硅晶片在前侧具有抗反射涂层。
根据本发明的另一方面，所述方法进一步包括如下步骤：将包含铝的浆料涂覆于硅晶片的背侧，从而与前述导电浆料组合物的边缘重叠。
根据本发明的另一方面，方法进一步包括如下步骤：将包含银的浆料涂覆于硅晶片的前侧。
根据本发明的另一方面，涂覆包含铝的浆料的步骤通过丝网印刷进行。
附图简述
本发明的更完整了解和其诸多随附优点将易于获得，因为其可通过在结合附图图1考虑时参考以下详细描述而得到更充分了解，图1为硅太阳电池背侧的示例性视图，该硅太阳电池背侧印刷有横越电池长度的银焊接衬垫。
发明详述
本发明涉及一种适用于涂覆于太阳电池背侧的导电浆料组合物。导电浆料组合物优选包含金属粒子、玻璃粉、粘附增强剂和有机媒剂。所述浆料可以用于形成太阳电池中的电接触层或电极以及形成用于模块中互连太阳电池的焊接衬垫，但不限于所述应用。具体地说，浆料可以涂覆于太阳电池的前侧或太阳电池的背侧。
图1说明沉积在硅太阳电池100背侧上的示例性焊接衬垫110。在此特定实例中，丝网印刷的银焊接衬垫横越电池的长度。在其它构造中，焊接衬垫可以具有不连续区段。焊接衬垫可以具有任何形状和尺寸，诸如本领域中已知的形状和尺寸。在接触焊接衬垫的硅晶片背侧上还印刷第二背侧浆料(例如包含铝的浆料)，从而在烧制时形成背侧电极120。
本发明的一个方面涉及用于形成背面焊接衬垫的导电浆料的组合物。所需背侧浆料为具有高粘附强度而使得可以获得最佳太阳电池机械可靠性，同时还使太阳电池电效能最佳的浆料。本发明的导电浆料组合物包含金属粒子、玻璃粉、有机媒剂和粘附增强剂，其中金属粘附增强剂或金属氧化物粘附增强剂的存在改良了浆料的粘附强度。粘附增强剂包含至少一种选自以下的金属或其氧化物：碲、钨、钼、钒、锑、镁、锆、银、钴、铈和锌。粘附增强剂优选为碲或二氧化碲。粘附增强剂可以分散在玻璃粉内或与玻璃粉无关地分散在浆料组合物内。
用于测量背侧浆料的粘附强度(也称为拉力)的一种方法在于将焊线涂覆于已经印刷在硅太阳电池的背侧上的导电浆料层(焊接衬垫)。标准焊线借助于自动化机器或用手持式焊枪手动涂覆于焊接衬垫。在本发明中，使用具有约20μm 62/36/2焊接涂层的2.0x0.20mm铜带，但还可以使用工业中常见的其它方法。在将铜线焊接于焊接衬垫长度的情况下，以约180°剥离条带的末端并以恒定速度拉动，同时测力计记录某组采样率下的拉力数据。
在评估示例性浆料时，通常在四个独立背侧焊接衬垫上完成此焊接和拉动过程四次以使通常由焊接方法引起的数据变化达最小。来自一个实验的一个个别测量结果并不高度可靠，因为焊接方法的不连续变化可能影响结果。因此，获得四次拉动的总平均值，并且比较浆料之间的平均拉力。通常，最小需要1牛顿拉力。粘附强度的可接受的工业标准通常为2牛顿以上。还可能需要拉力为至少3牛顿或在一些情况下大于5牛顿的较强粘附性。
导电背侧浆料的粘附特性受浆料的组成影响。本发明提供一种用于在太阳电池上形成背侧焊接衬垫的导电浆料组合物，其包含金属粒子、玻璃粉、有机媒剂和包含金属或金属氧化物或在烧制温度下转化为金属或金属氧化物的任何其它金属化合物的粘附增强剂，其中粘附增强剂包含至少一种选自以下的金属：碲、钨、钼、钒、镍、锑、镁、锆、银、钴、铈和锌，或其氧化物。
本发明的一个实施方案为如下导电浆料，其包含以浆料总重量为100％计，约30-75重量％导电粒子、约1-10重量％玻璃粉、约20-60重量％有机媒剂和约0.01-5重量％至少一种作为粘附增强剂的以下金属：钨(W)、钼(Mo)、镍(Ni)、锌(Zn)和碲(Te)。金属优选为碲。在另一优选实施方案中，浆料包含约0.01-2.5重量％碲金属，并且更优选为约0.01-1重量％。
本发明的另一实施方案为如下导电浆料，其包含以浆料总重量为100％计，约30-75重量％导电粒子、约1-10重量％玻璃粉、约20-60重量％有机媒剂和约0.01-5重量％至少一种作为粘附增强剂的以下金属氧化物：二氧化碲(TeO2)、氧化镍(NiO)、氧化镁(MgO)、二氧化锆(ZrO2)、氧化钨(WO3)、氧化银(AgO)、氧化钴(CoO)和氧化铈(CeO2)。在一个优选实施方案中，金属氧化物为二氧化碲。浆料优选包含约0.01-2.5重量％二氧化碲，并且更优选为约0.01-1重量％。在另一优选实施方案中，二氧化碲的平均粒度小于1μm，优选小于0.6μm。作为一般观察结果但不限制本发明的范畴，较小的二氧化碲粒度有助于分布在浆料组合物内并提供较佳粘附和电特性。
根据另一实施方案，粘附增强剂为至少一种以下金属：钨、钼、钒、锑、镁、锆、银、钴和铈，或其氧化物。
导电金属粒子
本领域中已知的适用作太阳电池表面电极并且易于焊接的导电金属粒子和其混合物或合金可用于本发明。在一个实施方案中，导电粒子为银、铝、金和镍中的至少一者或其任何合金。导电粒子通常为浆料组合物的约30-75重量％或约35-70重量％。在另一实施方案中，导电粒子为浆料的小于约60重量％(例如约30-60重量％)。在另一实施方案中，导电粒子为浆料的小于50重量％(例如约30-50重量％)。较低的导电粒子含量通常还降低浆料组合物的成本。在一个优选实施方案中，导电粒子为银。在另一实施方案中，导电粒子为银与铝的混合物。
导电粒子可以以元素金属、一种或多种金属衍生物或其混合物形式存在。适合的银衍生物包括例如银合金和/或银盐，诸如卤化银(例如氯化银)、硝酸银、乙酸银、三氟乙酸银、正磷酸银及其组合。
导电粒子可以呈现多种形状、表面、尺寸、表面积与体积比、氧气含量和氧化层。本领域中已知很多形状。一些实例为球形、角形、长条形(杆状或针状)和平板形(片状)。导电金属粒子还可以以不同形状粒子的组合形式存在。根据本发明，具有有利于粘附的形状或形状组合的金属粒子为优选的。在不考虑粒子表面性质的情况下，表征所述形状的一种方式为借助于以下参数：长度、宽度和厚度。在本发明的情形下，粒子的长度借助于最长空间位移矢量的长度给出，该长度的两个端点均包含在粒子内。粒子的宽度借助于垂直于以上所定义的长度矢量的最长空间位移矢量的长度给出，该长度的两个端点均包含在粒子内。粒子的厚度借助于垂直于以上所定义的长度矢量与宽度矢量的最长空间位移矢量的长度给出，该长度的两个端点均包含在粒子内。
在本发明的一个实施方案中，形状尽可能均一的金属粒子为优选的(即如下形状，其中关联长度、宽度和厚度的比率尽可能接近1，所有比率优选在约0.7至约1.5范围内，更优选在约0.8至约1.3范围内，并且最优选在约0.9至约1.2范围内)。在此实施方案中，金属粒子的优选形状的实例为球形和立方形或其组合或其一种或多种与其它形状的组合。在本发明的另一实施方案中，如下金属粒子为优选的，其具有低均一性形状，优选地至少一种关联长度、宽度和厚度尺寸的比率大于约1.5，更优选大于约3，并且最优选大于约5。此实施方案的优选形状为片状、杆状或针状，或片状、杆状或针状与其它形状的组合。
表征金属粒子的形状和表面的另一方式借助于其表面积与体积比。粒子表面积与体积比的最低值由具有光滑表面的球形体现。形状越不均一和越不均匀，其表面积与体积比越高。在本发明的一个实施方案中，使用具有高表面积与体积比的金属粒子，该表面积与体积比优选在约1.0×107至约1.0×109m-1范围内，更优选在约5.0×107至约5.0×108m-1范围内，并且最优选在约1.0×108至约5.0×108m-1范围内。在本发明的另一实施方案中，使用具有低表面积与体积比的金属粒子，该表面积与体积比优选在约6×105至约8.0×106m-1范围内，更优选在约1.0×106至约6.0×106m-1范围内，并且最优选在约2.0×106至约4.0×106m-1范围内。
粒径d50和相关值d10和d90为本领域技术人员熟知的粒子的特征。根据本发明，金属粒子的中值粒径d50优选在约2至约4μm范围内，更优选在约2.5至约3.5μm范围内，且最优选在约2.8至约3.2μm范围内。粒径d50的测定是本领域技术人员熟知的。
在本发明的一个实施方案中，金属粒子的d10大于约1.5μm，优选大于约1.7μm，更优选大于约1.9μm。d10值不应该超过d50值。
在本发明的一个实施方案中，金属粒子的d90小于约6μm，优选小于约5μm，更优选小于约4.5μm。d90值不应该小于d50值。
金属粒子可具有表面涂层。本领域中已知并认为适合于本发明的情形的任何所述涂层可以用于金属粒子上。本发明的优选涂层为促进导电浆料的粘附特征的那些涂层。如果存在所述涂层，则根据本发明，涂层优选对应于不超过约10重量％，优选不超过约8重量％，最优选不超过约5重量％，在各情况下，以金属粒子的总重量计。
玻璃粉
在另一优选实施方案中，玻璃粉可以为浆料组合物的约1-10重量％。本领域中已知的适用于背侧浆料的玻璃粉可用于本发明。优选玻璃粉为呈现玻璃转化的非晶形或部分结晶固体的粉末。玻璃转化温度Tg为非晶形物质在加热后从刚性固体转化为部分流动过冷熔融物的温度。测定玻璃转化温度的方法是本领域技术人员熟知的。玻璃转化温度优选低于导电浆料的所需烧制温度。根据本发明，优选玻璃粉的玻璃转化温度在约250℃至约700℃范围内，优选在约300℃至约600℃范围内，并且最优选在约350℃至约500℃范围内。
在本发明的情形下，导电浆料中所存在的玻璃粉优选包含元素、氧化物和/或加热后产生氧化物的化合物、其它化合物或其混合物。玻璃粉可以包含铅或可以基本上无铅。基于铅的玻璃粉包含氧化铅或其它基于铅的化合物，包括(但不限于)卤化铅的盐、铅硫属化物、碳酸铅、硫酸铅、磷酸铅、硝酸铅和有机金属铅化合物或可以在热分解期间形成氧化铅或铅盐的化合物。玻璃粉可以包括本领域中已知的其它氧化物或化合物。举例来说，可以使用硅、硼、铝、铋、锂、钠、镁、锌、钛或锆氧化物或化合物。其它玻璃基质形成物或玻璃调节剂(诸如氧化锗、氧化钒、氧化钨、氧化钼、氧化铌、氧化锡、氧化铟)、其它碱金属和碱土金属(诸如K、Rb、Cs和Be、Ca、Sr、Ba)化合物、稀土氧化物(诸如La2O3、氧化铈)、磷氧化物或金属磷酸盐、过渡金属氧化物(诸如氧化铜和氧化铬)或金属卤化物(诸如氟化铅和氟化锌)也可以为玻璃组合物的一部分。在本发明的一个实施方案中，无铅玻璃粉可以包含铋和其它氧化物，例如，在不限制本发明范畴的情况下，铋-硼-锂-氧化物、铋-硅-氧化物、铋-硅-锌-硼-氧化物或铋-锌-硼-氧化物。
本领域技术人员熟知玻璃粉粒子可以呈现多种形状、表面性质、尺寸、表面积与体积比和涂层。本领域中已知玻璃粉粒子的很多形状。一些实例为球形、角形、长条形(杆状或针状)和平板形(片状)。玻璃粉粒子还可以以不同形状粒子的组合形式存在。根据本发明，形状或形状的组合有利于所制造电极的有利烧结、粘附、电接触和导电性的玻璃粉粒子是优选的。
表征粒子的形状和表面的方式借助于其表面积与体积比。形状越不均一和越不均匀，其表面积与体积比越高。在本发明的一个实施方案中，具有高表面积与体积比的玻璃粉粒子为优选的，该表面积与体积比优选在约1.0×107至约1.0×109m-1范围内，更优选在约5.0×107至约5.0×108m-1范围内，并且最优选在约1.0×108至约5.0×108m-1范围内。在本发明的另一实施方案中，具有低表面积与体积比的玻璃粉粒子为优选的，该表面积与体积比优选在约6×105至约8.0×106m-1范围内，更优选在约1.0×106至约6.0×106m-1范围内，并且最优选在约2.0×106至约4.0×106m-1范围内。
平均粒径d50和相关参数d10和d90为本领域技术人员熟知的粒子的特征。根据本发明，玻璃粉的中值粒径d50优选小于1μm，优选小于0.6μm。作为一般观察结果但不限制本发明的范畴，较小的玻璃粒度有助于分布在浆料组合物内并提供较佳粘附和电特性。粒径d50的测定是本领域技术人员熟知的。
玻璃粉粒子可具有表面涂层。本领域中已知并认为适合于本发明的情形的任何所述涂层可以用于玻璃粉粒子上。本发明的优选涂层为促进导电浆料的粘附改善的那些涂层。如果存在所述涂层，则根据本发明，涂层优选对应于不超过约10重量％，优选不超过约8重量％，最优选不超过约5重量％，在各情况下，以玻璃粉粒子的总重量计。
有机媒剂
在本发明的情形下，优选的有机媒剂为基于一种或多种溶剂、优选有机溶剂的溶液、乳液或分散液，其确保导电浆料的组分以溶解、乳化或分散形式存在。优选的有机媒剂为使组分在导电浆料内的稳定性最佳并且赋予导电浆料特定粘度而使可印刷性最佳的那些有机媒剂。
有机媒剂可以为浆料组合物的约20-60重量％，优选约30-50重量％，并且甚至更优选约45重量％。有机媒剂通常包含粘合剂、表面活性剂、有机溶剂和触变剂。
在本发明的情形下，优选的粘合剂为有助于形成具有有利稳定性、可印刷性和粘度的导电浆料的那些粘合剂。粘合剂在本领域中是熟知的。本领域中已知并认为适合于本发明的情形的所有粘合剂可以用作有机媒剂中的粘合剂。本发明的优选粘合剂(其通常属于称为“树脂”的种类)为聚合物粘合剂、单体粘合剂和作为聚合物与单体的组合的粘合剂。聚合物粘合剂还可以是共聚物，其中单一分子中含有至少两个不同单体单元。根据一个实施方案，粘合剂可以选自乙基纤维素或酚醛树脂、丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛或聚酯树脂、聚碳酸酯、聚乙烯或聚氨酯树酯、松香衍生物或本领域中已知的任何其它粘合剂或上述任一者的任何组合。
在本发明的情形下，优选的表面活性剂为有助于形成具有有利稳定性、可印刷性和粘度的导电浆料的那些表面活性剂。表面活性剂是本领域技术人员熟知的。本领域中已知并认为适合于本发明的情形的所有表面活性剂可以用作有机媒剂中的表面活性剂。在本发明的情形下，优选的表面活性剂为基于直链、支链、芳族链、氟化链、硅氧烷链、聚醚链及其组合的那些表面活性剂。优选的表面活性剂为单链、双链或多链。本发明的优选表面活性剂具有非离子、阴离子、阳离子或两性离子头部。优选的表面活性剂为聚合物和单体表面活性剂或其混合物。根据一个实施方案，表面活性剂选自聚氧化乙烯、聚乙二醇、苯并三唑、聚(乙二醇)乙酸、月桂酸、油酸、癸酸、肉豆蔻酸、亚油酸、硬脂酸、软脂酸、硬脂酸盐、棕榈酸盐和其混合物或本领域中已知的任何其它表面活性剂。
本发明的优选溶剂为导电浆料的如下组分，其在烧制期间以显著程度从浆料移除，优选为烧制后以相较于烧制前减少至少约80％、优选相较于烧制前减少至少约95％的绝对重量存在的那些组分。本发明的优选溶剂为使得可以形成具有有利粘度、可印刷性和稳定性的导电浆料的那些溶剂。溶剂是本领域中熟知的。本领域中已知并认为适合于本发明的情形的所有溶剂可以用作有机媒剂中的溶剂。根据一个实施方案，有机溶剂选自卡必醇、萜品醇、己基卡必醇、特神龙、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二酸二甲酯或二醇醚或本领域中已知的任何其它溶剂或上述物质的任何组合。
浆料组合物可以进一步包括一种或多种无机添加剂。无机添加剂为浆料组合物的约0-2重量％，并且可以为本领域的技术人员已知的多种无机化合物。添加剂可以包括金属、金属氧化物、盐或可以在烧制期间产生金属氧化物的任何化合物和其任何混合物。有机媒剂中的优选添加剂为不同于上述媒剂组分并且有助于导电浆料的有利特性的那些添加剂。本领域中已知并认为适合于本发明的情形的添加剂可以用作有机媒剂中的添加剂。本发明的优选添加剂为触变剂、粘度调节剂、稳定剂、无机添加剂、增稠剂、乳化剂、分散剂或pH调节剂。在本发明的情形下，优选的触变剂为羧酸衍生物，优选脂肪酸衍生物或其组合。优选的脂肪酸衍生物为C9H19COOH(癸酸)、C11H23COOH(月桂酸)、C13H27COOH(肉豆蔻酸)C15H31COOH(软脂酸)、C17H35COOH(硬脂酸)C18H34O2(油酸)、C18H32O2(亚油酸)或其组合。在本发明的情形下，包含脂肪酸的优选组合为蓖麻油。
形成导电浆料
导电浆料组合物可以通过本领域中已知的制备浆料组合物的任何方法制备。举例来说，但非限制性地，可以诸如用混合器混合浆料组分，接着穿过例如三辊研磨机，得到经分散的均一浆料。
硅太阳电池
太阳电池的组成部件是硅晶片。本发明的优选晶片具有能够以高效率吸收光而产生电子空穴对并且跨越边界、优选跨越p-n结边界以高效率分隔空穴与电子的区域和太阳电池的其它区域。本发明的优选晶片为包含本文中较完整讨论的由前掺杂层和背掺杂层组成的单个主体的那些晶片。
该晶片优选由经适当掺杂的四价元素、二元化合物、三元化合物或合金组成。在本发明的情形下，优选的四价元素为Si、Ge或Sn，优选为Si。优选的二元化合物为两种或两种以上四价元素的组合、第III族元素与第V族元素的二元化合物、第II族元素与第VI族元素的二元化合物或第IV族元素与第VI族元素的二元化合物。四价元素的优选组合为两种或两种以上选自Si、Ge、Sn或C的元素的组合，优选为SiC。第III族元素与第V族元素的优选二元化合物为GaAs。根据本发明，晶片最优选基于Si。Si，作为晶片的最优选材料，在本申请的剩余部分明确地提到。下文中明确提及Si的部分也适用于上述其它晶片组合物。
晶片的前掺杂层与背掺杂层相接处为p-n结边界。在n型太阳电池中，背掺杂层掺杂有供应电子的n型掺杂剂，并且前掺杂层掺杂有接受电子或供应空穴的p型掺杂剂。在p型太阳电池中，背掺杂层掺杂有p型掺杂剂，并且前掺杂层掺杂有n型掺杂剂。根据本发明，优选通过首先提供经掺杂的Si基板，接着将相反类型的经掺杂层涂覆于基板的一个表面来制备具有p-n结边界的晶片。
经掺杂的Si基板是本领域技术人员熟知的。经掺杂的Si基板可以以本领域技术人员已知并认为适合于本发明的情形的任何方式制备。本发明的Si基板的优选来源为单晶Si、多晶Si、非晶形Si和高纯冶金Si，单晶Si或多晶Si为最优选的。掺杂形成经掺杂的Si基板可以通过在制备Si基板期间添加掺杂剂同时进行或可以在下一步骤中进行。制备Si基板后掺杂可以例如通过气体扩散取向附生进行。经掺杂的Si基板还可以容易地购得。根据本发明，最初掺杂Si基板通过向Si混合物添加掺杂剂与其形成同时进行为一种选择。根据本发明，涂覆前掺杂层和高掺杂背层(存在时)通过气相取向附生进行为一种选择。此气相取向附生优选在约500℃至约900℃范围内、更优选在约600℃至约800℃范围内并且最优选在约650℃至约750℃范围内的温度下在约2kPa至约100kPa范围内、优选在约10至约80kPa范围内、最优选在约30至约70kPa范围内的压力下进行。
本领域技术人员已知Si基板可以呈现多种形状、表面结构和尺寸。该形状可以是如下多种不同形状中的一个，包括尤其立方体、圆盘、薄片和不规则多面体。本发明的优选形状为薄片形，其中薄片为二维尺寸类似、优选相等并且三维尺寸显著小于其它二维尺寸的立方体。在本发明的情形下，显著小优选至少小约100倍。
本领域技术人员已知多种表面类型。根据本发明，具有粗糙表面的Si基板为优选的。评定基板粗糙度的一种方式在于评估基板亚表面的表面粗糙度参数，该亚表面比基板总表面积小，优选小于总表面积的约一百分之一，并且基本上是平坦的。表面粗糙度参数的值通过亚表面的面积与理论表面的面积的比率得到，该理论表面通过使均方位移达最小而将该亚表面投影到与亚表面最佳配合的平坦平面上形成。表面粗糙度参数的值越高表明越粗糙、表面越不规则，并且表面粗糙度参数的值越低表明表面越光滑、越平坦。根据本发明，Si基板的表面粗糙度优选经改良以在多个因素之间产生最佳平衡，包括(但不限于)光吸收和指状物与表面的粘附。
可以改变Si基板的两个较大尺寸以适合所得太阳电池的应用要求。根据本发明，Si晶片的厚度优选低于约0.5mm，更优选低于约0.3mm，并且最优选低于约0.2mm。一些晶片的最小尺寸为0.01mm或0.01mm以上。
根据本发明，前掺杂层优选比背掺杂层薄。根据本发明，前掺杂层的厚度优选在约0.1至约10μm范围内，优选在约0.1至约5μm范围内，并且最优选在约0.1至约2μm范围内。
高掺杂层可以涂覆于背掺杂层与任何其它层之间的Si基板的背表面。所述高掺杂层与背掺杂层具有相同掺杂类型，并且所述层通常用+表示(n+型层涂覆于n型背掺杂层，并且p+型层涂覆于p型背掺杂层)。此高掺杂背层用于辅助金属化和改良基板/电极界面区域的导电特性。根据本发明，高掺杂背层(存在时)的厚度优选在约1至约100μm范围内，优选在约1至约50μm范围内，并且最优选在约1至约15μm范围内。
掺杂剂
优选的掺杂剂为在添加到Si晶片中时通过向能带结构中引入电子或空穴形成p-n结边界的那些掺杂剂。根据本发明，这些掺杂剂的特性和浓度优选经特别选择以调谐p-n结的能带结构概况并根据需要设定光吸收和传导率概况。本发明的优选p型掺杂剂为向Si晶片能带结构中添加空穴的那些掺杂剂。这些掺杂剂是本领域技术人员熟知的。本领域技术人员已知并认为适合于本发明的情形的所有掺杂剂可以用作p型掺杂剂。本发明的优选p型掺杂剂为三价元素，尤其周期表第13族元素。在本发明的情形下，周期表第13族元素优选包括(但不局限于)B、Al、Ga、In、Tl或其中至少两种的组合，其中B是尤其优选的。
本发明的优选n型掺杂剂为向Si晶片能带结构中添加电子的那些n型掺杂剂。这些n型掺杂剂是本领域技术人员熟知的。本领域技术人员已知并认为适合于本发明的情形的所有掺杂剂可以用作n型掺杂剂。本发明的优选n型掺杂剂为周期表第15族元素。在本发明的情形下，周期表第15族元素优选包括(但不局限于)N、P、As、Sb、Bi或其中至少两种的组合，其中P是尤其优选的。
如上所述，可以改变p-n结的各种掺杂水平以调谐所得太阳电池的所需特性。
太阳电池
通过至少包括以下作为工序的制造太阳电池的方法实现上述目的之一：
i)提供上述太阳电池前驱物(即硅晶片)，尤其组合上述实施方案中的任一者；和
ii)烧制太阳电池前驱物，获得太阳电池。
印刷
根据本发明，前电极和背电极优选通过涂覆导电浆料，接着烧制所述导电浆料而获得烧结体来涂覆。导电浆料可以以本领域技术人员已知并认为适合于本发明的情形的任何方式涂覆，包括(但不限于)浸渍、浸入、倾倒、滴落、注射、喷洒、刮刀涂布、幕式涂布、刷或印刷或其中至少两者的组合，其中优选印刷技术为喷墨印刷、丝网印刷、移印、胶印、凸版印刷或刻版印刷或其中至少两者的组合。根据本发明，导电浆料优选通过印刷、优选通过丝网印刷来涂覆。根据本发明，筛子优选具有如下参数：筛目为250至325，乳液厚度为5至15um，并且线直径为20至40um，最优选筛目为280，乳液厚度为5um，并且线直径为35um。
烧制
烧制为烧结所印刷焊接衬垫以形成固体导电体所必需。烧制是本领域技术人员熟知的并且可以以其已知并认为适合于本发明的情形的任何方式实现。在本发明的情形下，烧制优选在高于玻璃粉的玻璃转化温度下进行。
根据本发明，优选的峰值烧制温度为约700-975℃，其借助于数据记录器测量，该数据记录器具有连接于前薄金属板的联接式热电偶，其目的在于模拟硅晶片的热反应。根据本发明，烧制优选在如下快速烧制方法中进行，该方法的总烧制时间在约20秒至约3分钟范围内，更优选在约20秒至约2分钟范围内，并且最优选在约20秒至约40秒范围内。超过600℃的时间最优选在约3至7秒范围内。
前面和背面上导电浆料的烧制可以同时或依序进行。如果涂覆于两面的导电浆料具有类似、优选相同的最佳烧制条件，则同时烧制是适当的。适当时，根据本发明，烧制优选同时进行。在依序进行烧制的情形下，根据本发明，优选首先涂覆并烧制背导电浆料，继而将导电浆料涂覆并烧制于前面。
太阳电池
借助于可通过本发明的方法获得的太阳电池实现至少一个上述目的。本发明的优选太阳电池为在入射光总能量中转化为电能输出的比例方面具有高效率并且轻质和耐用的那些太阳电池。本发明的太阳电池的最小构造(不包括仅用于化学和机械保护的层)如下：(i)前电极、(ii)前掺杂层、(iii)p-n结边界、(iv)背掺杂层和(v)焊接衬垫。
钝化层
根据本发明，一个或多个钝化层可以涂覆于前侧和/或背侧。优选的钝化层为降低电极界面附近电子/空穴的重组速率的那些钝化层。可以采用本领域技术人员已知并认为适合于本发明的情形的任何钝化层。本发明的优选钝化层为氮化硅、二氧化硅和二氧化钛，氮化硅为最优选的。根据本发明，钝化层的厚度优选在约0.1nm至约2μm范围内，更优选在约10nm至约1μm范围内，并且最优选在约30nm至约200nm范围内。
其它保护层
除上述直接有助于太阳电池的原理功能的层以外，可添加其它层来进行机械和化学保护。
电池可以进行封装而提供化学保护。封装是本领域技术人员熟知的并且可以采用其已知并认为适合于本发明的情形的任何封装。根据本发明，如果所述封装存在，则透明聚合物(通常称为透明热塑性树脂)优选作为封装材料。在本发明的情形下，优选的透明聚合物为例如硅橡胶和聚乙烯乙酸乙烯酯(PVA)。
可以向太阳电池的前侧添加透明玻璃片而向电池的前面提供机械保护。透明玻璃片是本领域技术人员熟知的，并且可以采用其已知并认为适合于本发明的情形的任何透明玻璃片作为太阳电池前面上的保护。
可以向太阳电池的背面添加背保护材料而提供机械保护。背保护材料是本领域技术人员熟知的，并且可以采用本领域技术人员已知并认为适合于本发明的情形的任何背保护材料作为太阳电池背面上的保护。本发明的优选背保护材料为具有优良机械特性和耐候性的那些背保护材料。本发明的优选背保护材料为具有聚氟乙烯层的聚对苯二甲酸乙二醇酯。根据本发明，背保护材料优选存在于封装层下方(在背保护层与封装均存在的情况下)。
可以向太阳电池外部添加框架材料而产生机械支撑。框架材料是本领域技术人员熟知的，并且可以采用本领域技术人员已知并认为适合于本发明的情形的任何框架材料作为框架材料。本发明的优选框架材料为铝。
太阳电池板
通过如下模块有助于实现至少一个上述目的，该模块包含至少一个如上所述、尤其根据至少一个上述实施方案获得的太阳电池，和至少又一个太阳电池。本发明的多个太阳电池可以在空间上排列并且电连接而形成称为模块的总体排列。本发明的优选模块可以采取多种形式，优选为称为太阳电池板的矩形表面。电连接太阳电池的各种方法以及机械排列并固定所述电池而形成总体排列的各种方法是本领域技术人员熟知的，并且可以采用其已知并认为适合于本发明的情形的任何所述方法。本发明的优选方法为产生低的质量与功率输出比率、低的体积与功率输出比率和高耐久性的那些方法。铝为用于机械固定本发明的太阳电池的优选材料。
实施例1
制备第一组示例性浆料(称为A-F)。表1中阐述示例性浆料的组成。示例性浆料包括多种金属来测试其对粘附的影响。将金属以浆料的约0.5-1重量％添加到浆料中。将各浆料的组分在混合器中混合在一起并穿过三辊研磨机，得到经分散的均一浆料。
接着使用250筛目不锈钢(5μm EOM，线直径为约30μm)将浆料丝网印刷于空白硅晶片的后侧上。印刷背侧浆料，形成焊接衬垫，其跨越电池的全长延伸并且宽度为约4mm。然而，可以使用本领域的技术人员已知的不同设计和筛子参数。接着，将不同铝背侧浆料印刷在电池后侧的所有剩余区域，形成铝BSF。接着在适当温度下干燥电池。如果欲测试电效能，则在电池前侧上印刷标准前侧浆料。接着，在约700-975℃的温度下烧制印刷有前侧和背侧浆料的硅基板。
表1.第一组示例性浆料的组成
A B C D E F
银(重量％) 54 54 54 54 54 54
无铅玻璃(重量％) 2 2 2 2 2 2
媒剂(重量％) 43 43 43 43 43 43
无机添加剂(重量％) ～1 ～1 ～1 ～1 ～1 ～1
钨 +
钼 +
钒 +
镍 +
锌 +
碲 +
接着根据先前描述的程序测量示例性浆料的粘附强度。无粘附的浆料用“-”表示，并且拉力为零或接近零。呈现出拉力为2-5牛顿的浆料用“+”表示；呈现出拉力为5-8牛顿的浆料用“++”表示，并且呈现出拉力大于8牛顿的浆料用“+++”表示。如表2所示，示例性浆料F提供优异粘附。示例性浆料A(W)、D(Ni)和E(Zn)还呈现可接受的粘附强度。
表2.第一组示例性浆料的粘附强度
实施例2
制备第二组示例性浆料(称为G-P)。表3中阐述示例性浆料的组成。示例性浆料包括不同氧化物来测试其对粘附的影响。氧化物为浆料的约0.5-1重量％。将组分混合达到均一一致性后，根据实施例1中所阐述的参数将其丝网印刷于硅晶片上。
表3.第二组示例性浆料的组成
G H I J K L M N O P
银(重量％) 54 54 54 54 54 54 54 54 54 54
无Pb玻璃(重量％) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
媒剂(重量％) 42.77 42.77 42.77 42.77 42.77 42.77 42.77 42.77 42.77 42.77
无机添加剂(重量％) ～1 ～1 ～1 ～1 ～1 ～1 ～1 ～1 ～1 ～1
Sb2O3 +
α-SiO2 +
TeO2 +
NiO +
MgO +
ZrO2 +
WO3 +
AgO +
CoO +
CeO2 +
接着如先前所述测量示例性浆料的粘附强度。如表4所示，含有氧化碲的示例性浆料I的粘附强度提供优异粘附。示例性浆料J(NiO)、K(MgO)、L(ZrO2)、M(WO3)和P(CeO2)也呈现可接受的粘附强度。
表4.第二组示例性浆料的粘附强度
实施例3
用基于铅的示例性玻璃粉和无铅玻璃粉制备第三组示例性浆料(称为Q-T)。还制备两种参照浆料(称为对照1和对照2)。对照1和示例性浆料Q和S含有基于铅的玻璃粉，并且对照2和示例性浆料R和T含有无铅玻璃粉。表5中阐述示例性浆料和参照浆料的组成。碲或氧化碲粘附增强剂为浆料的约0.5-1重量％。将浆料混合达到均一一致性后，根据实施例1中所阐述的参数将其丝网印刷于硅晶片上。
表5.参照浆料和第三组示例性浆料的组成
对照1 对照2 Q R S T
银(重量％) 54 54 54 54 54 54
基于Pb的玻璃(重量％) 2 2 2
无Pb玻璃(重量％) 2 2 2
媒剂(重量％) 43 43 43 43 43 43
无机添加剂(重量％) ～1 ～1 ～1 ～1 ～1 ～1
碲 + +
TeO2 + +
接着测量参照浆料和示例性浆料的粘附强度。如表6所示，含有粘附增强剂的无铅示例性浆料的粘附强度比无铅参照浆料(对照2)的性能好。含有粘附增强剂的基于铅的示例性浆料也提供可接受的粘附性。环境上更需要具有无铅浆料组合物。因此，本发明的粘附增强剂(例如氧化碲)有利地提供优于含有无铅玻璃粉的参照浆料的粘附特征。
表6.参照浆料和第三组示例性浆料的粘附强度
实施例4
制备第四组示例性浆料(称为U、V、W和X)，其均具有浆料的约0.2-0.7重量％的氧化碲粘附增强剂。示例性浆料并有不同类型的无铅玻璃粉。含有铅玻璃粉的参照浆料(称为对照)也用于比较。表7中阐述参照浆料和示例性浆料的组成。将浆料混合达到均一一致性后，根据实施例1中所阐述的参数将其丝网印刷于硅晶片上。
表7.参照浆料和第四组示例性浆料的组成
接着如先前所述测量参照浆料和示例性浆料的粘附强度。如表8所示，含有二氧化碲以及测试的所有无铅玻璃粉的无铅示例性浆料的粘附强度始终比基于铅的对照浆料的性能好。
表8.参照浆料和第四组示例性浆料的粘附强度
对照 U V W X
粘附强度(牛顿) + ++ ++ ++ ++
实施例5
使用氧化碲和碲金属粘附增强剂以及相同无铅Bi-Si-氧化物玻璃粉制备第五组示例性浆料(称为Z和AA)。氧化碲和碲金属粘附增强剂为浆料的约0.01-0.5重量％。相同摩尔量的碲(Te)存在于两种示例性浆料中。表9中阐述示例性浆料的组成。将浆料混合达到均一一致性后，根据实施例1中所阐述的参数将其丝网印刷于硅晶片上。
表9.第五组示例性浆料的组成
Z AA
银(重量％) 50 50
媒剂(重量％) 47 47
无机添加剂(重量％) ＜1 ＜1
Bi-Si-氧化物玻璃(重量％) 3 3
TeO2 +
Te +
如先前所述测量示例性浆料的粘附强度。如表10所示，含有元素碲金属的示例性浆料的粘附强度与含有氧化碲的示例性浆料的性能相同。
表10.第五组示例性浆料的粘附强度
Z AA
粘附强度(牛顿) ++ ++
实施例6
用约50重量％银粒子、约3重量％Bi-Si-氧化物玻璃粉、约47重量％有机媒剂、少于1重量％无机添加剂和约0.01-0.5重量％氧化碲粘附增强剂制备第六示例性浆料(称为BB)。将浆料混合达到均一一致性后，根据实施例1中所阐述的参数将其丝网印刷于硅晶片的背侧上。将前侧浆料涂覆于硅晶片来制备用于电性能测试的电池。最后，测量单晶硅晶片(cz-Si)与多晶硅晶片(mc-Si)上示例性浆料的粘附强度。使用本领域中已知的标准背侧参照浆料(称为Ref.)进行粘附强度和电性能的比较。
表9中阐述示例性浆料的粘附特性，并且表10中阐述所得太阳电池的电性能。使用I-V测试器测试参照太阳电池和示例性太阳电池的电性能。使用I-V测试器中的氙弧灯模拟具有已知强度的日光，并且照射太阳电池的前表面而产生I-V曲线。使用此曲线，测定此测量方法通用的准备用于电性能比较的各种参数，包括太阳电池效率(NCell)、短路电流密度(Isc)、开路电压(Voc)、填充因数(FF)、串联电阻(Rs)、最大功率点(Pmpp)、-10V下的反向电流(Irev1)以及-12V下的反向电流(Irev2)。将所有测量结果均标准化为参照浆料。表10中指出针对各样品所执行的测试数(N)。
表9.参照浆料和第六示例性浆料的粘附强度
表10.参照浆料和第六示例性浆料的电性能
如由表9可见，示例性浆料当在单晶硅晶片上测试时呈现与参照浆料相当的粘附强度，并且当在多晶硅晶片上测试时呈现比参照浆料改良的粘附强度。此外，在单晶硅与多晶硅晶片上，示例性浆料呈现与参照浆料相当或优于参照浆料的电性能。
实施例7
制备第七组示例性浆料，其中将二氧化碲粘附增强剂并入玻璃粉中(CC)或与玻璃粉无关地直接添加到复合浆料混合物中(Z)。还制备含有Bi-Si-氧化物玻璃粉的两种示例性浆料。约0.01-0.5重量％的相同量的氧化碲粘附增强剂存在于两种示例性浆料中(以浆料总重量为100％计)。除了在示例性浆料CC中将氧化碲并入玻璃粉中，接着作为整体混合到浆料组合物中以外，制备示例性浆料CC的配方与示例性浆料Z相同。表11中阐述示例性浆料的组成。将浆料混合达到均一一致性后，根据实施例1中所阐述的参数将其丝网印刷于硅晶片的背侧上。
表11.第七组示例性浆料的组成
Z CC
银(重量％) 50 50
Bi-Si-氧化物玻璃(重量％) 3 3
媒剂(重量％) 47 47
无机添加剂(重量％) ＜1 ＜1
浆料中的TeO2 +
玻璃相中的TeO2 +
接着测量示例性浆料的粘附强度。如表12所示，二氧化碲并入玻璃粉中的示例性浆料(CC)的粘附强度与二氧化碲直接添加到浆料组合物中的示例性浆料的性能相同。
表12.第七组示例性浆料的粘附强度
Z CC
粘附强度(牛顿) ++ ++
本领域的技术人员将从上述说明书显而易见本发明的这些和其它优点。因此，本领域的技术人员应认识到可以在不背离本发明的广泛发明构思的情况下对上述实施方案进行变化或修改。任何特定实施方案的特定尺寸仅出于说明目的而描述。因此，应了解，本发明不限于本文所述的特定实施方案，而是意欲包括属于本发明范畴和精神内的所有变化和修改。

Claims (44)

1.一种用于在太阳电池上形成背侧焊接衬垫的导电浆料组合物，其包含：
金属粒子；
玻璃粉；
有机媒剂；和
包含金属或金属氧化物或在烧制温度下转化为金属或金属氧化物的任何其它金属化合物的粘附增强剂，其中所述粘附增强剂包含至少一种选自以下的金属：碲、钨、钼、钒、镍、锑、镁、锆、银、钴、钸和锌，或其氧化物。
2.根据权利要求1所述的导电浆料组合物，其中所述粘附增强剂为至少一种选自以下的金属：碲、钨、钼、镍和锌。
3.根据权利要求1或2所述的导电浆料组合物，其中所述粘附增强剂为碲。
4.根据权利要求1所述的导电浆料组合物，其中所述粘附增强剂为至少一种选自以下的金属氧化物：二氧化碲、氧化镍、氧化镁、二氧化锆、氧化钨、氧化银、氧化钴和氧化钸。
5.根据权利要求1或4所述的导电浆料组合物，其中所述粘附增强剂为二氧化碲。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述粘附增强剂为所述导电浆料组合物的约0.01-5重量％。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述粘附增强剂为所述导电浆料组合物的约0.01-2.5重量％，优选为约0.01-1重量％。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述粘附增强剂分散在所述玻璃粉内。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述粘附增强剂与所述玻璃粉无关地分散在所述浆料组合物内。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述金属粒子为所述导电浆料组合物的约30-75重量％。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述金属粒子不超过所述导电浆料组合物的60重量％。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述金属粒子不超过所述导电浆料组合物的50重量％。
13.根据权利要求1到12中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述金属粒子为银、铝、金和镍中的至少一者或其任何合金。
14.根据权利要求1到13中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述金属粒子为银。
15.根据权利要求1到14中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述玻璃粉为所述导电浆料组合物的约1-10重量％。
16.根据权利要求1到15中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述玻璃粉包含氧化铅。
17.根据权利要求1到16中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述玻璃粉不包含故意添加的铅。
18.根据权利要求1到17中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述玻璃粉包含氧化铋并且不包含故意添加的铅。
19.根据权利要求1到18中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述玻璃粉包含Bi-B-Li-氧化物、Bi-Zn-B-氧化物、Bi-Si-Zn-B-氧化物或Bi-Si-氧化物中的至少一者。
20.根据权利要求1到19中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述有机媒剂为所述导电浆料组合物的约20-60重量％，优选为约30-50重量％，更优选为约45重量％。
21.根据权利要求1到20中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述有机媒剂包含粘合剂、表面活性剂、有机溶剂和触变剂。
22.根据权利要求21所述的导电浆料组合物，其中所述粘合剂为乙基纤维素或酚醛树脂、丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛或聚酯树脂、聚碳酸酯、聚乙烯或聚氨酯树酯或松香衍生物中的至少一者。
23.根据权利要求21或22所述的导电浆料组合物，其中所述表面活性剂为聚氧化乙烯、聚乙二醇、苯并三唑、聚(乙二醇)乙酸、月桂酸、油酸、癸酸、肉豆蔻酸、亚油酸、硬脂酸、软脂酸、硬脂酸盐、棕榈酸盐和其混合物中的至少一者。
24.根据权利要求21到23中任一项所述的导电浆料组合物，其中所述有机溶剂为卡必醇、萜品醇、己基卡必醇、特神龙、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二酸二甲酯或二醇醚中的至少一者。
25.一种太阳电池，其包含：
具有前侧和背侧的硅晶片；和
在所述硅晶片上形成的焊接衬垫，所述焊接衬垫由根据权利要求1到24中任一项所述的导电浆料产生。
26.根据权利要求25所述的太阳电池，其中所述焊接衬垫在所述太阳电池的背侧上形成。
27.根据权利要求25或26所述的太阳电池，其中焊接衬垫可以用等于或大于1牛顿的拉力从所述硅晶片移除。
28.根据权利要求25到27中任一项所述的太阳电池，其中所述焊接衬垫可以用等于或大于2牛顿的拉力从所述硅晶片移除。
29.根据权利要求25到28中任一项所述的太阳电池，其中所述焊接衬垫可以用等于或大于3牛顿的拉力从所述硅晶片移除。
30.根据权利要求25到29中任一项所述的太阳电池，其中所述焊接衬垫可以用等于或大于5牛顿的拉力从所述硅晶片移除。
31.根据权利要求25到30中任一项所述的太阳电池，其中所述焊接衬垫由包含约30-75重量％金属粒子的导电浆料形成。
32.根据权利要求25到31中任一项所述的太阳电池，其中所述焊接衬垫由包含不超过60重量％金属粒子的导电浆料形成。
33.根据权利要求25到32中任一项所述的太阳电池，其中所述焊接衬垫由包含不超过50重量％金属粒子的导电浆料形成。
34.根据权利要求25到33中任一项所述的太阳电池，其中在所述硅晶片的前侧上形成电极。
35.根据权利要求25到34中任一项所述的太阳电池，其中所述硅晶片的所述前侧包含抗反射层。
36.一种太阳电池，其包含：
具有背侧的硅晶片；和
至少一个在所述硅晶片的所述背侧上形成的焊接衬垫，所述焊接衬垫包括：
金属粒子；
玻璃粉；和
包含金属或金属氧化物或在烧制温度下转化为金属或金属氧化物的任何其它金属化合物的粘附增强剂，其中所述粘附增强剂包含至少一种选自以下的金属：碲、钨、钼、钒、镍、锑、镁、锆、银、钴、钸和锌，或其氧化物。
37.根据权利要求36所述的太阳电池，其中所述粘附增强剂为碲。
38.根据权利要求36所述的太阳电池，其中所述粘附增强剂为二氧化碲。
39.一种太阳电池模块，其包含根据权利要求25到38中任一项所述的电互连的太阳电池。
40.一种制造太阳电池的方法，其包括如下步骤：
提供具有前侧和背侧的硅晶片；
将根据权利要求1到24中任一项所述的导电浆料组合物涂覆到所述硅晶片的所述背侧上；和
根据适当轮廊烧制所述硅晶片，产生焊接衬垫。
41.根据权利要求40所述的制造太阳电池的方法，其中所述硅晶片在所述前侧上具有抗反射涂层。
42.根据权利要求40或41所述的方法，其进一步包括如下步骤：将包含铝的浆料涂覆于所述硅晶片的所述背侧，从而与根据权利要求1到24中任一项所述的导电浆料组合物的边缘重叠。
43.根据权利要求40到42中任一项所述的方法，其进一步包括如下步骤：将包含银的浆料涂覆于所述硅晶片的所述前侧。
44.根据权利要求40到43中任一项所述的方法，其中涂覆所述包含铝的浆料的步骤通过丝网印刷进行。
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