CN104778988B

CN104778988B - 低银导电浆料

Info

Publication number: CN104778988B
Application number: CN201410010054.6A
Authority: CN
Inventors: 孙志清
Original assignee: Heraeus Materials Technology Shanghai Ltd
Current assignee: Heli Photovoltaic Technology Shanghai Co ltd
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2017-10-24
Anticipated expiration: 2034-01-09
Also published as: CN104778988A

Abstract

一种用于在太阳能电池中形成电极的导电浆料组合物，以100%浆料的总重量计，该导电浆料组合物包括：约20至约50wt%的球状银粉，其具有约0.1μm至约1μm的粒度d₅₀；约10至约30wt%的片状银粉，其具有约5‑8μm的粒度d₅₀；基本上不含铅的玻璃料，其具有约0.5‑3μm的粒度d₉₀；以及有机载体；其中，以100%玻璃体系的总重量计，所述玻璃料包括小于5wt%的氧化锌。

Description

低银导电浆料

技术领域

本发明涉及太阳能电池板技术中所利用的导电浆料组合物，特别是用于形成背侧焊盘的导电浆料组合物。具体地，在一个方面中，本发明是包括导电颗粒、有机载体和玻璃料的导电浆料组合物。导电颗粒优选地包括银粉和片状银粉，且玻璃料优选地具有0.01微米至3微米的粒度（d₉₀）。本发明的另一个方面是通过将本发明的导电浆料施加至硅片的背侧以形成焊盘而制作的太阳能电池。本发明还提供包括使太阳能电池电互连的太阳能电池板。根据另一个方面，本发明还提供一种制作太阳能电池的方法。

发明背景

太阳能电池是使用光伏效应将光能转换为电力的装置。太阳能是受关注的绿色能源，因为其是可持续的并且仅产生非污染性副产物。因此，目前有大量研究致力于开发具有更高效率的太阳能电池，同时持续降低材料和制造成本。

当光照射太阳能电池时，入射光的一部分被表面反射且其余部分被透射至太阳能电池中。透射光的光子被太阳能电池吸收，所述太阳能电池通常由半导体材料（诸如硅）制成。来自吸收光子的能量将从半导体材料的原子中激发其光子，产生电子空穴对。这些电子空穴对随后被p-n结分离并且被施加在太阳能电池表面上的导电电极收集。

最常见的太阳能电池是由硅制成的太阳能电池。具体地，通过将n型扩散层施加至与两个电接触层或电极耦接的p型硅衬底而由硅制成p-n结。在p型半导体中，掺杂原子被添加至半导体以增大自由载流子（正空穴）的数量。本质上，掺杂材料将弱约束的外层电子从半导体原子上带走。p型半导体的一个实例是具有硼或铝掺杂剂的硅。太阳能电池也可由n型半导体制成。在n型半导体中，掺杂原子提供额外电子至主衬底，形成过量的负电子载流子。n型半导体的一个实例是具有含磷掺杂剂的硅。为了使太阳能电池对日光的反射最小化，抗反射涂层（诸如氮化硅）被施加至n型扩散层以增大耦接至太阳能电池的光量。

太阳能电池通常具有施加至其前表面及背面的导电浆料。前侧浆料导致形成电极，所述电极如上所述传导从电子交换中产生的电力，同时背侧浆料充当用于经由焊料涂布导线串联连接太阳能电池的焊点。为了形成太阳能电池，首先诸如通过丝网印刷银浆或银/铝浆，将后接触点施加至硅片的背侧以形成焊盘。接下来，将铝背侧浆料施加至硅片的整个背侧，稍微与焊盘的边缘重叠且随后干燥电池。图1展示具有跨电池长度延伸的焊盘110的硅太阳能电池100，其中铝背侧120印刷在整个表面上。最后，使用不同类型的导电浆料（通常含银浆料），可将金属接触件丝网印刷至硅片的前侧以充当前电极。光进入的电池表面或正面上的这个电接触层通常以由指接线和主栅组成的网格图形而非完整层的形式存在，因为金属网格材料通常不透光。具有印刷前侧和背侧浆料的硅衬底随后在约700-975℃的温度下烧成。在烧成期间，前侧浆料蚀刻穿透抗反射层，在金属网格与半导体之间形成电接触且将金属浆料转换为金属电极。在背侧上，铝扩散至硅衬底中，充当形成背面场（BSF）的掺杂剂。这个场帮助改进太阳能电池的效率。

所得金属电极允许电流至及流出连接在太阳能电池板中的太阳能电池。为了组装电池板，多个太阳能电池串联和/或并联连接且第一个电池和最后一个电池的电极末端，优选地连接至输出接线。太阳能电池通常被封装在透明的热塑性树脂（诸如硅橡胶或乙烯醋酸乙烯酯）中。透明玻璃片被放置在封装透明热塑性树脂的前表面上。背面保护材料（例如，涂布具有良好机械性质和良好耐候性的聚氟乙烯膜的聚对苯二甲酸乙二酯片）被放置在封装热塑性树脂下方。这些层状材料可在适当的真空炉中被加热以移除空气，且随后通过加热和冲压而一体化。此外，由于太阳能模块通常被长期留在户外，所以需要用于由铝或类似材料组成的框架材料覆盖太阳能电池的周边。

一种背侧使用的典型导电浆料含有金属颗粒、玻璃料和有机载体。导电浆料描述于美国专利申请公开案第2013/0148261号、中国专利公开案第101887764号和中国专利公开案第101604557号中。应精心选择浆料组分以充分利用所得太阳能电池的理论潜能。由背侧浆料（其通常含银或银/铝）形成的焊盘尤为重要，因为焊接至铝背侧层几乎是不可能的。焊盘可形成为延伸达硅衬底长度的条状物（如图1中所示）或沿着硅酮衬底长度配置的离散段。焊盘应适当地粘附至硅衬底并且应能够承受焊接接合线的机械操作，同时对太阳能电池的效率无不利影响。

一种用于测试背侧焊盘的粘附的典型方法是将焊丝施加至镀银层焊盘，且随后测量按相对于衬底的特定角度（通常180度）剥离焊丝所需的力。通常，考虑到会需要更大拉力，大于2牛顿的拉力是最小要求。因此，需要具有改进的粘附强度的导电浆料组合物。

发明内容

因此，本发明提供展现改进的粘附强度的导电浆料组合物。

本发明提供一种用于在太阳能电池中形成电极的导电浆料组合物，其包括：以100%浆料的总重量计，约20至约50wt%的球状银粉，其具有约0.1μm至约1μm的粒度d50；以100%浆料的总重量计，约10至约30wt%的片状银粉，其具有约5-8μm的粒度d50；基本上不含铅的玻璃料，其具有约0.5-3μm的粒度d90；和有机载体，其中以100%玻璃体系的总重量计，玻璃料包括小于5wt%的氧化锌。

本发明还提供一种太阳能电池，其包括具有前侧和背侧的硅片和形成在硅片上由根据本发明的导电浆料制成的焊盘。

本发明还提供一种太阳能电池模块，其包括根据本发明的电互连的太阳能电池。

本发明还提供一种制作太阳能电池的方法，其包括下列步骤：提供具有前侧和背侧的硅片；将根据本发明的导电浆料组合物施加至硅片的背侧上；并烧制硅片。

附图简述

为了易于获得本发明和其许多伴随优点的更全面理解，将通过在结合下文附图1考虑时参考下文详细描述而更好地理解本发明和其许多伴随优点，图1是根据本发明的示例性实施方案的具有跨电池长度延伸的印刷银焊盘的硅太阳能电池的背侧的平面图。

具体实施方式

本发明涉及可用于施加至太阳能电池背侧的导电浆料组合物。导电浆料组合物优选地包括金属颗粒、玻璃料和有机载体。但是并不局限于此应用，这些浆料可用于在太阳能电池中形成电接触层或电极，以及形成用于在模块中使太阳能电池互连的焊盘。

图1图示沉积在硅太阳能电池100背侧上的示例性焊盘110。在该特定的实施例中，丝网印刷的银焊盘110横跨硅太阳能电池100的长度延伸。在其它构造中，焊盘110可能是离散段。焊盘110可为诸如本领域中已知的任意形状和大小。第二背侧浆料（例如，含铝浆料）也印刷在硅太阳能电池100的背侧上并且与焊盘110的边缘接触。这个第二背侧浆料在烧制时形成太阳能电池100的BSF120。

导电浆料

本发明的一个方面涉及用于形成背侧焊盘的导电浆料的组合物。需要的背侧浆料是具有高粘附强度以允许最佳的太阳能电池机械可靠性，同时也使太阳能电池的电性能最佳化的背侧浆料。根据本发明的导电浆料组合物通常由金属颗粒、有机载体和玻璃料组成。根据一个实施方案，以100%浆料的总重量计，背侧导电浆料包括约30-75wt%的总金属颗粒、约0.01-10wt%的玻璃料和约20-60wt%的有机载体。

玻璃料

本发明的玻璃料改进了所得导电浆料的粘附强度。用于印刷背侧焊盘的导电浆料的金属含量对浆料的粘附强度有影响。较高的金属颗粒含量（例如，60-75wt%之间，其以100%浆料的总重量计）提供更佳的粘附性，因为可获得更可焊接的材料。当金属含量低于60wt%时，粘附力显著减小。由于玻璃料补偿粘附强度的减小，因此玻璃料变得更为重要。此外，用于形成焊盘的特定浆料可与铝浆相互作用，施加所述铝浆至硅太阳能电池的整个背侧表面上方以形成BSF。当这种情况发生时，在背侧焊浆与表面铝浆重叠的区域上形成气泡或缺陷。本发明的玻璃组合物减轻焊浆与铝层之间的这种相互作用。

本发明的导电浆料以100%浆料的总重量计，可包括约0.01-10wt%的玻璃料，优选地约0.01-7wt%，更优选地约0.01-6wt%，且更优选地约0.01-5wt%。在最优选的实施方案中，导电浆料包括约3wt%的玻璃料。

本领域中众所周知，玻璃料颗粒可展现多种形状和大小。玻璃料颗粒的不同形状的一些实例包括球状的、有角度的、细长（杆状或针状）的和平坦（片状）的。玻璃料颗粒还可被提供为不同形状的颗粒的组合。根据本发明，具有一种形状或形状组合的玻璃料颗粒（其有利于所制作电极的有利的粘附力）是优选的。

粒径是本领域技术人员众所周知的颗粒特性。粒度d₅₀是粒度分布的中值粒径或中间值。它是累积分布中50%位置的粒径值。粒度d₁₀是累积分布中约10%具有较小直径的颗粒位置的直径。同样地，粒度d₉₀是累积分布中约90%具有较小直径的颗粒位置的直径。

可经由激光衍射、动态光散射、成像、电泳光散射或本领域中已知的任意其它方法测量粒度分布。连接至具有LA-910软件程序的计算机的Horiba LA-910激光衍射粒度分析器被用于确定根据本发明的玻璃料的粒度分布。玻璃料颗粒的相对折射率选自LA-910手册并且被输入软件程序。测试腔室填充去离子水至水槽上的适当加注管。随后通过使用软件程序中的循环和搅拌功能循环溶液。在一分钟后，排出溶液。这在附加时间内重复以确保腔室无任意残留材料。腔室随后第三次填充去离子水并且被允许循环及搅拌一分钟。通过使用软件中的空白功能剔除溶液中的任意背景颗粒。随后启动超声波搅拌，且将玻璃料缓慢添加至测试腔室中的溶液，直至透射比条在软件程序中的适当区域中。一旦透射比处于恰当水平，激光衍射分析被运行且玻璃料的粒度分布被测量并且给定为粒度d₁₀、d₅₀和/或d₉₀。

在本发明的优选实施方案中，玻璃料的中值粒径d₅₀位于从约0.01-3μm的范围中，优选地在从约0.01-2μm的范围中，且最优选地在从约0.1-1μm的范围中。根据另一个实施方案，玻璃料的粒径d₁₀位于约0.01-1μm的范围中，优选地约0.01-0.5μm且更优选地约0.01-0.2μm。根据又一个实施方案，玻璃料的粒径d₉₀位于0.5-3μm，优选1-3μm且更优选2-3μm的范围中。相信包括具有在约0.5至约3μm的范围中的粒度d₉₀的玻璃料改进了所得浆料的电性能。

特征化颗粒的形状和表面的另一种方式是通过其表面积体积比（比表面积）。测量比表面积的方法在本领域中是已知的。如本文中所述，在Horiba SA-9600比表面积分析器上使用BET（Brunauer-Emmett-Teller）方法执行所有表面积测量。将金属颗粒样本装入U形管的下筒体直至其约装满半筒。随后测量装入U形管中的样本的质量。这个U形管被安装至仪器中并且使用30%氮气/平衡氦气在140℃下脱气15分钟。一旦样本脱气，其被安装至分析站中。液氮随后用于填充样本杜瓦（dewar）浴且通过机器测量表面吸附和解吸附曲线。一旦通过分析器确定表面积，通过将这个值除以用于填充U形管的金属颗粒样本的质量而计算比表面积。

在一个实施方案中，玻璃料颗粒具有约0.5m²/g至约11m²/g的比表面积，优选地约1m²/g至约10m²/g且最优选地约2m²/g至约8m²/g。

根据一个实施方案，玻璃料包括Bi₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、B₂O₃、SrO或其组合。在一个实施方案中，玻璃料包括Bi₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、B₂O₃和SrO。这样一种组合已被确定改进了浆料组合物的所得粘附性质。

此外，根据一个实施方案，玻璃料具有小于5wt%的氧化锌（ZnO）。根据优选实施方案，玻璃料不含或基本上不含氧化锌。如本文中所使用，术语“基本上不含”通常指的是浆料中氧化锌小于1wt%。

根据本发明的其它实施方案，导电浆料中存在的玻璃料可包括其它元素、氧化物、在加热时产生氧化物的化合物，或其混合物。本文中优选元素是硅、硼、铝、铋、锂、钠、镁、钆、铈、锆、钛、锰、锡、钌、钴、铁、铜、钡和铬、或其组合。根据一个实施方案，玻璃料可包括铅或可能基本上不含铅。优选地，玻璃料基本上不含铅。如本文中所使用，术语“基本上不含铅”通常指的是以玻璃料总重量计，铅小于约0.5wt%。

可并入玻璃料的优选氧化物可包括碱金属氧化物、碱土金属氧化物、稀土氧化物、族V和族VI氧化物、其它氧化物，或其组合。本文中优选碱金属氧化物是氧化钠、氧化锂、氧化钾、氧化铷、氧化铯，或其组合。本文中优选碱土金属氧化物是氧化铍、氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡或其组合。本文中优选族V氧化物是氧化磷（诸如P₂O₅）、氧化铋（诸如Bi₂O₃）或其组合。本文中优选族VI氧化物是氧化碲（诸如TeO₂或TeO₃）、氧化硒（诸如SeO₂）或其组合。优选的稀土氧化物是氧化铈（诸如CeO₂）和氧化镧（诸如La₂O₃）。本文中其它优选氧化物是氧化硅（例如，SiO₂）、氧化铝（例如，Al₂O₃）、氧化锗（例如，GeO₂）、氧化钒（例如，V₂O₅）、氧化铌（例如，Nb₂O₅）、氧化硼（例如，B₂O₃）、氧化钨（例如，WO₃）、氧化钼（例如，MoO₃）、氧化铟（例如，In₂O₃）、上文被列为优选元素的那些元素的其它氧化物和其组合。也可使用含被列为玻璃料的优选元素成分的至少两种元素的混合氧化物，或通过加热上文所述的氧化物的至少一种与上文所述金属中的至少一种而形成的混合氧化物。在本发明中也可使用至少两种上文所列氧化物和混合氧化物的混合物。

根据本发明的一个实施方案，玻璃料具有低于导电浆料的预期烧成温度的玻璃化转变温度（Tg）。当使用热机械分析测量时，优选玻璃料具有约250℃至约750℃的Tg，优选地在从约300℃至约700℃的范围中，且最优选地在从约350℃至约650℃的范围中。可使用配备有试样夹HTP40000A69.010、热电偶型S和铂炉Pt S TC:S（均可商购自Netzsch）的DSC设备Netzsch STA 449 F3 Jupiter（可商购自Netzsch）来确定玻璃化转变温度Tg。为了测量和数据评估，使用软件Netzsch Messung V5.2.1和Proteus热分析V5.2.1。作为参照和试样皿，使用氧化铝皿GB 399972和盖GB 399973（均可商购自Netzsch），其具有6.8mm的直径和约85μl的体积。以0.01mg的准确度将约20-30mg的样本量称重至试样皿中。将空的参照皿和试样皿放置在设备中；关闭炉并且开始测量。采用从25℃的起始温度至1000℃的最终温度10K/min的加热速率。总是用氮气（N₂5.0）吹洗仪器中的天平且以50ml/min的流速用合成空气（来自Linde的80%N₂和20% O₂）吹洗炉。使用上述软件将DSC信号中的第一步骤评估为玻璃化转变且所确定的开始值被视为Tg的温度。

玻璃料颗粒可用表面涂层提供。可在玻璃料颗粒上采用本领域中已知的且在本发明中适用的任意这种涂层。根据本发明的优选涂层是促进改进导电浆料的粘附特性的那些涂层。如果存在这样一种涂层，那么优选的是所述涂层对应于约0.01-10wt%，优选地约0.01-8wt%、约0.01-5wt%、约0.01-3wt%且最优选地约0.01-1wt%，其在各种情况下基于玻璃料颗粒的总重量。

导电金属颗粒

本发明的导电背侧浆料还包括导电金属颗粒。以100%浆料的总重量计，导电浆料可包括约30至约75wt%总金属导电颗粒。在另一个实施方案中，导电浆料可包括约40至约60wt%，优选地约50至约60wt%的总金属导电颗粒。根据一个实施方案，导电浆料包括约52wt%的导电金属颗粒。虽然较低的颗粒含量减小了所得浆料的粘附性，但是其也降低了所得浆料的制造成本。

本领域中已知的且在本发明中被认为适用的所有金属颗粒可被用作导电浆料中的金属颗粒。本发明中的优选金属颗粒是展现导电性并且产生具有高粘附性和低串联电阻和后栅极电阻的焊盘的金属颗粒。根据本发明的优选金属颗粒是元素金属、合金、金属衍生物、至少两种金属的混合物、至少两种合金的混合物或至少一种金属与至少一种合金的混合物。

优选金属包括银、铝、金和镍和其合金或混合物的至少一种。在优选实施方案中，金属颗粒包括银。适当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、三氟醋酸银、正磷酸银和其组合。在一个实施方案中，金属颗粒包括涂布有一种或多种不同金属或合金的金属或合金，例如，涂布有铝的银颗粒。

金属颗粒可展现多种形状、大小、表面积体积比和涂布层。其多种形状在本领域中是已知的。一些实例包括球状的、有角度的、细长（杆状或针状）的和平坦（片状）的。金属颗粒还可展现为不同形状的颗粒的组合。根据本发明，具有一种形状或形状组合（其有利于粘附性）的金属颗粒是优选的。一种在不考虑颗粒的表面性质的情况下将这种形状特征化的方式是通过下列参数：长度、宽度和厚度。在本发明中，颗粒长度由最长空间位移矢量的长度给定，其两个端点包含在颗粒内。颗粒的宽度由垂直于上文定义的长度矢量的最长空间位移矢量的长度给定，其两个端点包含在颗粒内。颗粒的厚度由垂直于上文定义的长度矢量和宽度矢量的最长空间位移矢量的长度给定，其两个端点包含在颗粒内。

在一个实施方案中，使用具有尽可能均匀的形状的金属颗粒（即，其中有关长度、宽度和厚度的比率尽可能接近1，优选地所有比率位于从约0.7至约1.5的范围中，更优选地在从约0.8至约1.3的范围中且最优选地在从约0.9至约1.2的范围中）。该实施方案中金属颗粒的优选形状的实例是球体和立方体或其组合或其中一个或多个与其它形状的组合。

在另一个实施方案中，使用具有低均匀度形状的金属颗粒，其中与长度、宽度和厚度的尺寸相关的比率的至少一个高于约1.5，更优选地高于约3且最优选地高于约5。根据本实施方案的优选形状是片状、杆状或针状或片状、杆状或针状与其它形状的组合。

根据本发明优选的是使用银粉和片状银粉的组合。以100%浆料的总重量计，浆料优选地包括约30至约75wt%的总银（银粉和片状银粉），优选地约40至约60wt%的总银，且最优选地约50至约60wt%的总银。银粉和片状银粉的组合平衡所得浆料的粘附性质和可焊性。富含银粉的浆料更稠密且因此具有改进的粘附性，但也劣化浆料的可焊性。因此，片状银粉也被并入浆料中以改进其可焊性。优选地，银粉是球状的。例如，银粉的长度、宽度和厚度比可为0.5-10：0.5-10：0.05-2。以100%浆料的总重量计，导电浆料优选地包括约20至约50wt%的银粉，优选地约20至约40wt%的银粉，且更优选地约30至40wt%的银粉。根据最优选的实施方案，导电浆料包括约35wt%的银粉。此外，以100%浆料的总重量计，导电浆料优选地包括约10至约30wt%的片状银粉，更优选地约10至约20wt%的片状银粉，其。根据最优选的实施方案，导电浆料包括约17wt%的片状银粉。片状银粉的厚度可为约0.5-1μm。相信优选量的银粉和片状银粉的组合改进所得浆料的总体粘附性能和可焊性。

有关银粉，优选的是如本文中规定的中值粒径d₅₀位于从约0.1至约3μm的范围中，优选地在从约0.1至约1.5μm的范围中，且最优选地在从约0.1至约1μm的范围中。在最优选的实施方案中，银粉具有约0.5μm的中值粒径d₅₀。有关片状银粉，优选的是，如本文中规定，中值粒径d₅₀位于从约5-8μm的范围中，优选地在从约7-8μm的范围中。

在一个实施方案中，银粉可具有约1-10m²/g且优选地约5-8m²/g的比表面积。片状银粉可具有约0.1-3m²/g且优选地约0.8-1.4m²/g的比表面积。

进一步作为上述成分的补充金属颗粒成分，促进更有利的接触性质、粘附性和导电性的那些成分根据本发明是优选的。例如，金属颗粒可用表面涂层提供。本领域中已知的且在本发明中被认为适用的任意这种涂层可用在金属颗粒上。根据本发明的优选涂层是促进所得导电浆料的粘附特性的那些涂层。如果存在这样一种涂层，那么根据本发明优选的是涂层对应于约0.01-10wt%，优选地约0.01-8wt%，最优选地约0.01-5wt%，以100%金属颗粒的总重量计。

有机载体

在本发明中的优选有机载体是基于一种或多种溶剂（优选地有机溶剂）的溶液、乳剂或分散剂，其确保导电浆料的成分以溶解、乳化或分散形式存在。优选有机载体是提供导电浆料内的成分的最佳稳定性和为导电浆料赋予允许有效可印性的粘性的有机载体。在一个实施方案中，有机载体以约20-60wt%，更优选地约30-50wt%且最优选地约40-50wt%的量存在，其以100%浆料的总重量计。

在一个实施方案中，有机载体包括有机溶剂和一种或多种粘合剂（例如，聚合物）、表面活性剂和触变剂或其任意组合。例如，在一个实施方案中，有机载体包括有机溶剂中的一种或多种粘合剂。

粘合剂可以约0.1与10wt%之间，优选地约0.1-8wt%之间，更优选地约0.5-7wt%之间的量存在，其以100%有机载体的总重量计。在本发明中的优选粘合剂是促进形成具有有利稳定性、可印性、粘性和烧结性质的导电浆料的粘合剂。本领域中已知的且在本发明中被认为适用的所有粘合剂可用作有机载体中的粘合剂。根据本发明的优选粘合剂（其通常属于被称作“树脂”的类别内）是聚合粘合剂、单体粘合剂和作为聚合物和单体的组合的粘合剂。聚合粘合剂还可为共聚物，其中至少两种不同的单体单元包含在单个分子中。优选聚合粘合剂包括在聚合物主链中携带官能团的粘合剂，在主链外携带官能团的粘合剂和在主链内和主链外携带官能团的粘合剂。在主链中携带官能团的优选聚合物包括例如，聚酯、取代的聚酯、聚碳酸酯、取代的聚碳酸酯、在主链中携带环基团的聚合物、聚糖、取代的聚糖、聚氨基甲酸酯、取代的聚氨基甲酸酯、聚酰胺、取代的聚酰胺、酚醛树脂、取代的酚醛树脂、一种或多种先前聚合物的单体的共聚物（可选地，与其它共聚单体）或其至少两种的组合。根据一个实施方案，粘合剂可为聚乙烯醇缩丁醛或聚乙烯。在主链中携带环基团的优选聚合物包括例如聚乙烯醇缩丁醛（PVB）和其衍生物和聚松油醇和其衍生物或其混合物。优选聚糖包括例如乙基纤维素、纤维素和其烷基衍生物、甲基纤维素、羟乙基纤维素、丙基纤维素、羟基丙基纤维素、丁基纤维素、其衍生物和其至少两种的混合物。其它优选聚合物包括例如，纤维素酯树脂，例如醋酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素和其任意组合。其它优选聚合物是纤维素酯树脂，例如，醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素和其混合物，优选地以引用的方式并入本文中的美国专利申请公开案第2013/0180583号中公开的那些聚合物。在聚合物主链外携带官能团的优选聚合物是携带酰胺基的聚合物，携带酸和/或酯基的聚合物（通常被称作丙烯酸树脂）或携带上述官能团的组合的聚合物或其组合。在主链外携带酰胺的优选聚合物包括例如聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和其衍生物。在主链外携带酸和/或酯基的优选聚合物包括例如聚丙烯酸和其衍生物、聚甲基丙烯酸酯（PMA）和其衍生物、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和其衍生物或其混合物。根据本发明的优选单体粘合剂包括例如基于乙二醇的单体、松油醇树脂或松香衍生物或其混合物。基于乙二醇的优选单体粘合剂是具有多个醚基、多个酯基的粘合剂或具有一个醚基和一个酯基的粘合剂，优选醚基是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和更高烷基醚，优选酯基是乙酸盐和其烷基衍生物，优选地乙二醇单丁醚单醋酸盐或其混合物。烷基纤维素（优选地乙基纤维素）、其衍生物和其与来自先前粘合剂列表的其它粘合剂的混合物或其它是在本发明中的最优选粘合剂。

以100%有机载体总重量计，有机溶剂可以约40与90wt%之间，更优选地约35与85wt%之间的量存在。当以100%浆料的总重量计进行测量时，有机溶剂可以约0.01-5wt%，优选地约0.01-3wt%，更优选地约0.01-2wt%的量存在。在优选的实施方案中，以100%浆料的总重量计，导电浆料包括约1wt%的有机溶剂。

根据本发明的优选溶剂是在烧成期间从浆料中大范围移除的导电浆料成分，优选地在烧成后绝对重量与烧成前相比减小至少约80%，优选与烧成前相比减小至少约95%而存在的导电浆料成分。根据本发明的优选溶剂是允许形成具有有利粘性、可印性、稳定性和烧结特性的导电浆料的溶剂。本领域中已知的且在本发明中被认为适用的所有溶剂可被用作有机载体中的溶剂。根据本发明，优选溶剂是允许如上所述的导电浆料的优选高水平可印性实现的溶剂。根据本发明的优选溶剂是在标准环境温度和压力（SATP）（298.15K，25℃，77℉），100kPa（14.504psi、0.986atm）下以液体形式存在的溶剂，优选地具有高于约90℃的沸点和高于约-20℃的熔点的溶剂。根据本发明的优选溶剂是极性或非极性、质子或质子惰性的、芳香族或非芳香族的。根据本发明的优选溶剂包括例如单醇、双醇、聚醇、单酯、双酯、聚酯、单醚、双醚、聚醚、包括这些类别的官能团中的至少一种或多种的溶剂，任选地包括其它类别的官能团，优选地环基团、芳族基、不饱和键、具有一个或多个被杂原子取代的O原子的醇基、具有一个或多个被杂原子取代的O原子的醚基、具有一个或多个被杂原子取代的O原子的酯基，和两种或更多种上述溶剂的混合物。本文中优选的酯包括例如己二酸的二烷基酯，优选的烷基成分为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和更高烷基或两种不同这些烷基的组合、优选地己二酸二甲酯和两种或更多种己二酸酯的混合物。本文中优选醚为包括例如二醚，优选地乙二醇的二烃基醚，优选烷基成分为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和更高烷基或两种不同这种烷基的组合和两种二醚的混合物。本文中优选醇为包括例如伯醇、仲醇和叔醇，优选地叔醇、松油醇和其衍生物或两种或更多种醇的混合物。组合超过一种不同官能团的优选溶剂包括例如2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯（“醇酯（texanol）”）和其衍生物、2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇(“卡必醇”)和其烷基衍生物，优选地甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基卡必醇，优选地己基卡必醇或丁基卡必醇和其乙酸酯衍生物，优选地丁基卡必醇乙酸酯或上述至少两种的混合物。

有机载体还可包括表面活性剂和/或添加剂。如果存在，以100%有机载体的总重量计，导电浆料可包括约0-10wt%，优选地约0-8wt%且更优选地约0.01-6wt%的表面活性剂。在本发明中的优选表面活性剂是促进形成具有有利稳定性、可印性、粘性和烧结性质的导电浆料的表面活性剂。本领域中已知的且在本发明中被认为适用的所有表面活性剂可被用作有机载体中的表面活性剂。在本发明中的优选表面活性剂是基于直链、支链、芳香链、氟化链、硅氧烷链、聚醚链和其组合的表面活性剂。优选表面活性剂是单链、双链或聚链。根据本发明的优选表面活性剂可具有非离子、阴离子、阳离子、两性分子或两性离子头。优选表面活性剂是聚合的和单体的或其混合物。根据本发明的优选表面活性剂可具有颜料亲和基团，优选地具有颜料亲和基团的羟基官能羧酸酯（例如，由BYK USA,Inc.制造的DISPERBYK-108）、具有颜料亲和基团的丙烯酸共聚物（例如，由BYK USA,Inc.制造的DISPERBYK-116）、具有颜料亲和基团的改性聚醚（例如，由Evonik Tego Chemie GmbH制造的TEGODISPERS655）和具有高颜料亲和性基团的其它表面活性剂（例如，由Evonik Tego ChemieGmbH制造的TEGODISPERS662 C）。不在上述列表中的根据本发明的其它优选聚合物包括例如，聚环氧乙烷、聚乙二醇和其衍生物和烷基羧酸类和其衍生物或盐或其混合物。根据本发明的优选聚乙二醇衍生物是聚(乙二醇)乙酸。优选烷基羧酸类是具有完全饱和烷基链的烷基羧酸类和具有单或多不饱和烷基链的烷基羧酸类或其混合物。具有饱和烷基链的优选羧酸类是具有在从约8个至约20个碳原子的范围中的烷链长度的羧酸类，优选地C₉H₁₉COOH（癸酸）、C₁₁H₂₃COOH（月桂酸）、C₁₃H₂₇COOH（肉豆蔻酸）、C₁₅H₃₁COOH（棕榈酸）、C₁₇H₃₅COOH（硬脂酸）或其盐或其混合物。具有不饱和烷基链的优选羧酸类是C₁₈H₃₄O₂（油酸）和C₁₈H₃₂O₂（亚油酸）。根据本发明的优选单体表面活性剂是苯并三唑和其衍生物。

有机载体中的优选添加剂是与上述载体组分不同且促进导电浆料的有利性质（诸如有利粘性和至下方衬底的粘附性）的那些添加剂。本领域中已知的且在本发明中被认为适用的添加剂可被用作有机载体中的添加剂。根据本发明的优选添加剂是触变剂、粘性调节剂、稳定剂、无机添加剂、增稠剂、乳化剂、分散剂或pH调节剂及其任意组合。本文中优选触变剂是羧酸衍生物，优选地脂肪酸衍生物或其组合。优选脂肪酸衍生物是C₉H₁₉COOH（癸酸）、C₁₁H₂₃COOH（月桂酸）、C₁₃H₂₇COOH（肉豆蔻酸）、C₁₅H₃₁COOH（棕榈酸）、C₁₇H₃₅COOH（硬脂酸）、C₁₈H₃₄O₂（油酸）、C₁₈H₃₂O₂（亚油酸）或其组合。这种背景下含脂肪酸的优选组合是蓖麻油。

添加剂

在本发明中的优选添加剂是除明确提到的其它成分外，添加至导电浆料的成分，其促进导电浆料、其所制作的焊盘或所得太阳能电池的更高性能。本领域中已知的且在本发明中被认为适用的所有添加剂可被用作导电浆料中的添加剂。除玻璃料中和载体中存在的添加剂外，添加剂还可存在于导电浆料中。根据本发明的优选添加剂是触变剂、粘性调节剂、乳化剂、稳定剂或pH调节剂、无机添加剂、增稠剂和分散剂或其至少两种的组合，而无机添加剂是最优选的。根据本发明的优选无机添加剂是Mg、Ni、Te、W、Zn、Mg、Gd、Ce、Zr、Ti、Mn、Sn、Ru、Co、Fe、Cu和Cr或其至少两种的组合，优选地Zn、Sb、Mn、Ni、W、Te和Ru或其至少两种的组合、其氧化物、可在烧成时产生所述金属氧化物的化合物或至少两种上述金属的混合物、至少两种上述氧化物的混合物、在烧成时可产生所述金属氧化物的至少两种上述化合物的混合物或两种或更多种任意上述材料的混合物。

根据一个实施方案，除玻璃料、金属颗粒和有机载体外，导电浆料组合物还包括由铜、铝、铋、锂和碲形成的金属或金属氧化物。在优选的实施方案中，添加氧化铋（例如，Bi₂O₃）以改进导电浆料的总体粘附性质。这些添加剂可能以约0.01-2wt%的量存在，其以100%浆料的总重量计。在优选的实施方案中，导电浆料包括约1wt%的Bi₂O₃。

形成导电浆料组合物

为了形成导电浆料组合物，可使用本领域中已知的用于制备浆料组合物的任意方法将玻璃料材料与金属颗粒和有机载体组合。制备方法并非关键，只要其产生均质分散的浆料即可。组分可诸如用混合器混合，随后通过三辊式滚轧机例如以制作分散的均匀浆料。

太阳能电池

在另一个方面中，本发明涉及太阳能电池。在一个实施方案中，太阳能电池包括半导体衬底（例如，硅片）和根据本文中描述的任意实施方案的导电浆料组合物。

在另一个方面中，本发明涉及通过一种工艺制备的太阳能电池，所述工艺包括将根据本文中描述的任意实施方案的导电浆料组合物施加至半导体衬底（诸如硅片）及烧成半导体衬底。

硅片

根据本发明的优选晶片在太阳能电池的其它区域中尤其具有能够吸收高效吸收光以产生电子空穴对及高效地跨边界（优选地跨p-n结边界）分离空穴及电子的区域。根据本发明的优选晶片是包括由正面掺杂层和背面掺杂层组成的单体的晶片。

优选地，晶片包括经适当掺杂的四价元素、二元化合物、三价化合物或合金。本文中优选四价元素是硅、Ge或Sn，优选地硅。优选二元化合物是两种或更多种四价元素的组合、III族元素与V族元素的的二元化合物、II族元素与VI族元素的二价化合物或IV族元素与VI族元素的二元化合物。四价元素的优选组合是选自硅、Ge、Sn或C的两种或更多种元素的组合，优选地SiC。III族元素与V族元素的优选二元化合物是GaAs。根据本发明的优选实施方案，晶片是硅。其中明确提及硅的上述描述也适用于本文中描述的其它晶片组合物。

p-n结边界位于晶片的正面掺杂层与背面掺杂层相接的位置上。在n型太阳能电池中，背面掺杂层被掺杂供电子n型掺杂剂且正面掺杂层被掺杂吸电子或供空穴p型掺杂剂。在p型太阳能电池中，背面掺杂层被掺杂p型掺杂剂且正面掺杂层被掺杂n型掺杂剂。根据本发明的优选实施方案，通过首先提供经掺杂的硅衬底及随后将相反类型的经掺杂层施加至所述衬底的一个面而制备具有p-n结边界的晶片。

经掺杂硅衬底在本领域中众所周知。可通过本领域中已知的且被认为适用于本发明的任意方法制备经掺杂的硅衬底。根据本发明的硅衬底的优选来源是单晶硅、多晶硅、非晶硅和升级冶金级硅，最优选地单晶硅或多晶硅。可通过在制备硅衬底期间添加掺杂剂而同时执行掺杂以形成经掺杂硅衬底或其可在后续步骤中执行。硅衬底制备后掺杂可例如通过气体扩散外延执行。经掺杂硅衬底也易于购得。根据一个实施方案，可通过将掺杂剂添加至硅混合物而在硅衬底形成的同时执行硅衬底的初始掺杂。根据另一个实施方案，正面掺杂层和高度掺杂背层（若存在）的施加可通过气相外延执行。这种气相外延优选地在约500℃至约900℃，更优选从约600℃至约800℃，且最优选从约650℃至约750℃的温度范围内，在从约2kPa至约100kPa，优选地从约10至约80kPa，最优选地从约30至约70kPa的范围中的压力下执行。

本领域中已知的硅衬底可展现若干形状、表面纹理和大小。仅举几个例子来说，衬底的形状可包括立方体、盘、晶片和不规则多面体。根据本发明的优选实施方案，晶片是具有类似，优选地相同的两个维度和明显小于其它两个维度的第三维度的立方体。第三维度可比前两个维度小至少100倍。

此外，多种表面类型在本领域中是已知的。根据本发明，具有粗糙表面的硅衬底是优选的。一种估计衬底粗糙度的方式是评估衬底的子表面的表面粗糙度参数，其与衬底的总表面积相比较小，优选小于总表面积的约百分之一，且其实质上是平坦的。表面粗糙度参数值由子表面的面积对通过将子表面投影至通过使均方位移最小化而最佳配合至子表面的平坦平面上而形成的理论表面的面积的比率给定。表面粗糙度参数的较高值指示较粗糙、较不规则表面且表面粗糙度参数的较低值指示较光滑、较平滑表面。根据本发明，硅衬底的表面粗糙度优选地经修改以产生若干因素（包括但不限于光吸收性及至表面的粘附性）之间的最佳平衡。

硅衬底的两个较大维度可变化以适应所得太阳能电池所需的应用。根据本发明优选的是硅片的厚度为约0.01-0.5mm，更优选地约0.01-0.3mm且最优选地约0.01-0.2mm。一些晶片具有0.01mm的最小厚度。

根据本发明优选的是正面掺杂层与背面掺杂层相比较薄。还优选的是正面掺杂层具有位于从约0.1至10μm的范围中，优选地在从约0.1至5μm的范围中，且最优选地在从约0.1至约2μm的范围中的厚度。

高度掺杂层可被施加至背面掺杂层与任意其它层之间的硅衬底的背面。这样一种高度掺杂层是与背面掺杂层相同的掺杂类型且这样一种层通常被标注为+（n+型层被施加至n型背面掺杂层且p+型层被施加至p型背面掺杂层）。这个高度掺杂背层用于协助金属化并且改进导电性质。根据本发明优选的是高度掺杂背层（若存在）具有在从约1至约100μm的范围中，优选地在从约1至约50μm的范围中且最佳在从约1至约15μm的范围中的厚度。

掺杂剂

优选掺杂剂是在被添加至硅片时通过将电子或空穴引入能带结构中而形成p-n结边界的掺杂剂。根据本发明优选的是特别选择这些掺杂剂的类别和浓度以调节p-n结的能带结构剖面并且根据需要设定光吸收率和导电性剖面。根据本发明的优选p型掺杂剂是将空穴添加至硅片能带结构的掺杂剂。本领域中已知的且在本发明中被认为适用的所有掺杂剂可被用作p型掺杂剂。根据本发明的优选p型掺杂剂是三价元素，尤其是周期表中13族的三价元素。本文中优选的周期表中13族元素包括但不限于B、Al、Ga、In、Tl或其至少两种的组合，其中B是特别优选的。

根据本发明的优选n型掺杂剂是添加电子至硅片能带结构的掺杂剂。本领域中已知的且在本发明中被认为适用的所有掺杂剂可被用作n型掺杂剂。根据本发明的优选n型掺杂剂是周期表15族的元素。本文中优选的周期表15族元素包括N、P、As、Sb、Bi或其至少两种的组合，其中P是特别优选的。

如上所述，p-n结的不同掺杂级可变化以调节所得太阳能电池的需要性质。

根据特定的实施方案，半导体衬底（即，硅片）展现高于约60Ω/□，诸如高于约65Ω/□、70Ω/□、90Ω/□或95Ω/□的薄层电阻。

太阳能电池结构

通过可从根据本发明的工艺中获得的太阳能电池促进实现至少一个上述目标。根据本发明的优选太阳能电池是在入射光的总能量转换为电能输出的比例方面具有高效率的太阳能电池。重量轻且耐用的太阳能电池也是优选的。至少，太阳能电池包括：（i）前电极、（ii）正面掺杂层、（iii）p-n结边界、（iv）背面掺杂层和（v）焊盘。太阳能电池还可包括用于化学/机械保护的附加层。

抗反射层

根据本发明，可在电极被施加至太阳能电池的正面之前将抗反射层施加作为外层。根据本发明的优选抗反射层是减小被正面反射的入射光的比例及增大跨正面将被晶片吸收的入射光的比例的抗反射层。产生有利吸收比/反射比的抗反射层易受导电浆料蚀刻影响，另外耐导电浆料烧成所需温度，且不促进电极界面附近电子和空穴的更大再组合的抗反射层是优选的。可采用本领域中已知的且在本发明中被认为适用的所有抗反射层。根据本发明的优选抗反射层是SiN_x、SiO₂、Al₂O₃、TiO₂或其至少两种的混合物和/或其至少两层的组合。根据优选实施方案，抗反射层是Si_xN_y，尤其其中采用硅片，其中x为约2-4且y为约3-5。

抗反射层的厚度适于适当光的波长。根据本发明的优选实施方案，抗反射层具有在从约20至约300nm的范围中，更优选地在从约40至约200nm的范围中且最优选地在从约60至约110nm的范围中的厚度。

钝化层

根据本发明，可将一个或多个钝化层施加至硅片的前侧和/或背侧作为外层。可在形成前电极之前或在施加抗反射层之前（若其一存在）施加钝化层。优选钝化层是减小电极界面附近的电子/空穴再组合速率的钝化层。可采用本领域中已知的且在本发明中被认为适用的任意钝化层。根据本发明的优选钝化层是氮化硅、二氧化硅和二氧化钛。根据最优选的实施方案，使用氮化硅。优选的是钝化层具有在从约0.1nm至约2μm的范围中，更优选地在从约1nm至约1μm的范围中，且最佳在从1nm至约200nm的范围中的厚度。

附加保护层

除直接促进太阳能电池的原理功能的上述层外，可添加其它层用于机械及化学保护。

电池可被封装以提供化学保护。封装在本领域中众所周知且可采用适于本发明的任意封装。根据优选实施方案，透明聚合物（通常被称作透明热塑性树脂）被用作封装材料，前提是这样一种封装存在。本文中优选透明聚合物是硅橡胶和聚乙烯醋酸乙烯酯（PVA）。

透明玻璃片也可被添加至太阳能电池的正面以提供机械保护至电池的正面。透明玻璃片在本领域中是众所周知的，并且可采用在本发明中适用的任意透明玻璃片。

背面保护材料可被添加至太阳能电池的背面以提供机械保护。背面保护材料在本领域中是众所周知的，并且可采用在本发明中被视作适用的任意背面保护材料。根据本发明的优选背面保护材料是具有良好机械性质和耐候性的背面保护材料。根据本发明的优选背面保护材料是具有聚氟乙烯层的聚对苯二甲酸乙二酯。根据本发明优选的是背面保护材料存在于封装层下方（在背面保护层和封装存在的情况下）。

框架材料可被添加至太阳能电池外以赋予机械支撑。框架材料在本领域中是众所周知的，并且可采用在本发明中被视作适用的任意框架材料。根据本发明的优选框架结构是铝。

制备太阳能电池的方法

可通过将导电浆料组合物施加至半导体衬底（诸如硅片）前侧上的抗反射涂层（诸如氮化硅、氧化硅、氧化钛或氧化铝）而制备太阳能电池。随后将本发明的背侧导电浆料施加至太阳能电池的背侧以形成焊盘。可以本领域中已知的并且在本发明中被认为适用的任意方式施加导电浆料。实例包括但不限于浸注、浸渍、浇注、滴、注入、喷射、刮刀涂布、淋涂、刷涂或印刷或其至少两种的组合。优选印刷技术是喷墨印刷、丝网印刷、柔性印刷、胶版印刷、凸版印刷或模版印刷或其至少两种的组合。根据本发明优选的是通过印刷，优选地通过丝网印刷施加导电浆料。随后将铝浆施加至衬底的背侧，其与由背侧导电浆料形成的焊盘的边缘重叠以形成BSF。随后根据适当剖面烧成衬底。

需要烧成以烧结印刷焊盘以形成固体导体。烧成在本领域中众所周知并且可以在本发明中被认定为适当的任意方式实现。优选的是以高于玻璃料材料的Tg执行烧成。

根据本发明，针对烧成设定的最大温度低于约900℃，优选地低于约860℃。低至约820℃的烧成温度已被用于获得太阳能电池。烧成温度剖面通常被设定来实现烧尽来自导电浆料组合物以及存在的任意其它有机材料的有机粘合材料。烧成步骤通常在空气中或在带式炉中的含氧大气中执行。根据本发明优选的是以在从约30s至约3分钟的范围中，更优选地在从约30s至约2分钟的范围中，及最优选地在从约40秒至约1分钟的范围中以快速烧成工艺执行烧成。高于600℃的时间最优选地在从约3秒至7秒的范围中。衬底可达到约700至900℃的范围中的峰值温度达约1秒至5秒的周期。烧成也可以高输送速率执行，例如约100-500cm/min，其中所得滞留时间为约0.05至5分钟。多个温度区（例如3-12个区）可用于控制预期热剖面。

正面和背面上导电浆料的烧成可同时或依序执行。如果施加至两个面的导电浆料具有类似、优选相同最佳烧成条件，那么同步烧成是适当的。在适当的情况下，根据本发明优选的是同步执行烧成。在烧成依序执行的情况下，根据本发明优选的是背面导电浆料首先施加并且烧成，随后将导电浆料施加及烧成至正面。

测量粘附性能

一种用于测量所得导电浆料的粘附强度（也被称作拉力）的方法是将焊丝施加至已被印刷在硅太阳能电池背侧上的导电浆料层（焊盘）。根据本领域中已知的方法，通过自动化机器（诸如Somont电池连接自动焊接机（由Meyer Burger Technology Ltd.制造））或用手持焊枪手动将标准焊丝施加至焊盘。在本发明中，使用具有约20μm 62/36/2焊料涂层的0.20×0.20mm铜带，但是可使用本行业中常见和本领域中已知的其它方法。具体地，切割出约是太阳能电池长度的2.5倍的带长度。将焊剂涂布至所切割出的带上并且允许其干燥1-5分钟。随后将电池安装至焊接夹具中并且使带与电池主栅的顶部对齐。将焊接夹具装至预热台上且在150-180℃下使电池预热达15秒。在预热后，将焊接销放低并且在220-250℃下将带焊接至主栅上达0.8-1.8秒。在铜丝被焊接至焊盘长度的情况下，使用拉力测试器（诸如GP Solar GP PULL-TEST Adanced）。焊接的带的尾端被附接至拉力测试器的测力计上且在约180°下按6mm/s的恒定速度剥离。测力计按100s^-1的取样速率以牛顿记录粘附力。

在评估示例性浆料时，这种焊接及牵引工艺通常在四个单独的背侧焊盘上完成四次以使正常从焊接工艺中得到的数据的变化最小化。来自一个实验的一个个别测量值并非高度可靠，因为焊接工艺中的离散变化会影响结果。因此，获得来自四个拉力的总平均值并且在不同浆料之间比较平均化的拉力。需要最小1牛顿的拉力。粘附强度的可接受行业标准通常高于2牛顿。最需要具有至少3牛顿的拉力或在一些实施例中，大于4牛顿的较强粘附性。根据本发明，至少2.1牛顿，优选至少3牛顿且最优选至少4牛顿的拉力是优选的。

太阳能电池模块

通过具有如上所述获得的至少一个太阳能电池的模块促进实现至少一个上述目标。根据本发明的多个太阳能电池可配置为空间和电互连以形成被称作模块的共同配置。根据本发明的优选模块可具有若干配置，优选被称作太阳能电池板的矩形配置。电连接太阳能电池的许多种方式以及机械配置和固定这些电池以形成共同配置的许多种方式在本领域中众所周知。可采用本领域中技术人员已知的且在本发明中被认为适用的任意这些方法。根据本发明的优选方法是产生低质量功率输出比、低体积功率输出比和高耐用性的方法。铝是用于机械固定根据本发明的太阳能电池的优选材料。

实施例

实施例1

制备包括约20-30wt% SiO₂、约15-25wt% Bi₂O₃、约3-20wt% B₂O₃、约5-10wt% Al₂O₃和约30-40wt% SrO（其以100%玻璃组合物的总重量计）的玻璃组合物。通过以适当比率混合个别氧化物成分而制备100g批量的玻璃样本。将氧化物混合物装入8.34in³体积Colorado坩锅中。随后将坩锅放置在600℃的炉中达40分钟以预热氧化物混合物。预热后，将坩锅移至1200℃的耐火炉中达20分钟以将个别组分熔化为玻璃混合物。随后将熔化玻璃从炉中移除并且倒入含去离子水的桶中以快速淬火。随后在1L陶瓷缸式磨机中进一步处理这种玻璃料。用1/2”圆柱形氧化铝介质和去离子水填充缸式磨机至一半。将玻璃料添加至缸式磨机并且按60-80RPM滚压达8小时。所得玻璃料具有约2.3μm的粒径d₉₀。研磨后，玻璃料透过325网筛过滤并且在125℃下干燥达24小时。

随后将玻璃组合物与球状银粉、片状银粉和有机载体混合以形成示例性浆料P1-P6。作为控制，制备含相同玻璃组合物和有机载体的示例性浆料（P4）和（P7），但银组分分别仅由片状银粉或亚微细粒银粉组成。在下表1中规定每种示例性浆料的配方、所使用的不同银粉的粒径d₅₀（如本文中规定）和所使用的不同片状银粉的粒径d₅₀。所有量都是以100%示例性浆料的总重量计。

表1.示例性浆料P1-P7的组合物

一旦将浆料混合至均匀稠度，使用250目不锈钢网，5μm EOM（膜厚），以约30μm丝径将其丝网印刷至单晶硅晶片坯体的后侧上。印刷背侧浆料以形成焊盘，其跨电池的全长延伸并且宽约4mm。接下来，在电池后侧的整个剩余区域上印刷不同的铝背侧浆料以形成铝BSF。随后在适当温度下干燥电池。为了允许电性能测试，以两种主栅样式将标准前侧浆料印刷至电池的前侧上。随后在约700-975℃的温度下烧成具有印刷的前侧和背侧浆料的硅衬底。

随后根据先前描述的程序测量示例性浆料的粘附强度。如上所述，需要最小1牛顿拉力（粘附强度）。粘附强度的可接受行业标准通常高于2牛顿。具有至少3牛顿拉力或在一些实施例中，大于4牛顿的较强粘附性是优选的。

在下表2中规定示例性浆料P1-P7的粘附性能。所有粘附值按牛顿计。仅含银粉的浆料P7展现1.5牛顿的最低拉力。仅含片状银粉的浆料P4也展现2.1牛顿的相对较低拉力。同样地，含相对较高片状银粉量（35%）的浆料P3展现2.8牛顿的低拉力。含较高亚微细粒银量（35%）和较低片状银粉量（17%）的浆料P1展现最佳粘附性能，其中拉力为5.4牛顿。各含银粉和片状银粉的一些组合的浆料P2和P5也分别展现4.5和4.1牛顿的可接受拉力。

展现最高粘附力的浆料是含银粉和片状银粉的组合的浆料，其中银粉量与片状银粉相同或比片状银粉大。此外，如浆料P1中观测到的，使用亚微细粒银粉（0.5微米）展现最高粘附性。具有较大银粉和相对较高片状银粉量的那些浆料展现减小的粘附性。

表2.第一组示例性浆料P1-P7的粘附强度和阻力

浆料	P1	P2	P3	P4	P5	P6	P7
								粘附性	5.4	4.5	2.8	2.1	4.1	3.2	1.5

实施例2

根据实施例1制备和滚压另一种玻璃组合物。将一部分玻璃料批量研磨成约5-8μm的粒度d₉₀（玻璃G8），将另一部分研磨成约3-5μm的粒度d₉₀（玻璃G9）及将第三部分研磨成约0.5-3μm的粒度d₉₀（玻璃G10）。研磨后，玻璃料透过325网筛过滤并且在125℃下干燥达24小时。

随后使用相同P1组合物将三种玻璃料G8-G10中的每一种与球状银粉、片状银粉和有机载体混合以形成相应浆料P8-P10。用如实施例1中所述的浆料制备太阳能电池。

随后测试所得太阳能电池的电性能和粘附性能。使用来自Halm Elektronik GmbH的商用IV-测试器“cetisPV-CTL1”分析样本太阳能电池。在电测量期间，使测量设备的所有部分以及将测试的太阳能电池保持在25℃。在通过测温探头进行实际测量期间，总是在电池表面上同时测量这个温度。Xe弧光灯模拟电池表面上具有1000W/m²的已知AM1.5强度的日光。为了使模拟器达到此强度，灯在短时间内闪烁数次直到其达到由IV测试器的“PVCTControl4.313.0”软件监测的稳定水平。Halm IV测试器使用多点接触法测量电流（I）和电压（V）以确定电池的IV曲线。为了这么做，以探针指接触电池主栅的这样一种方式将太阳能电池放置在多点接触探头之间。将接触探针线的数量调整为太阳能电池前表面上的主栅数（即，两个）。通过所实施的软件包自动从这个曲线直接确定所有电值。测量以完全相同方式处理的至少五个晶片且通过计算每个值的平均值来解释数据。软件PVCTControl4.313.0提供短路电流（Isc，mA/cm²）、填充因数（FF，%）、效率（Eta，%）、串联电阻（mΩ）和开路电压（mV）的值。

在下表3中规定示例性浆料P8-P10的电性能和粘附性能。如可见，含具有约0.5-3μm的粒度d₉₀的玻璃料的浆料P10展现所有参数的最佳电性能。浆料P10的Voc、FF和Eta比浆料P8和P9的相同参数高，且Isc和Rs较低。粘附性测量揭示玻璃粒度对其影响较小至无影响。

表3.具有浆料P8-P10的示例性太阳能电池的电性能

本领域技术人员将从上述说明书了解本发明的这些和其它优点。因此，本领域技术人员将了解可对上述实施例进行更改或修改而不脱离本发明的宽泛发明概念。仅为说明的目的描述任意特定实施方案的特定尺寸。因此，应了解本发明不限于本文所述的特定实施方案，而是其旨在包括在本发明的范畴和精神内的所有变更和修改。

Claims

1.一种用于在太阳能电池中形成电极的导电浆料组合物，其包括：

以100％浆料的总重量计，20至50wt％的球状银粉，其具有0.1μm至1μm的粒度d₅₀；

以100％浆料的总重量计，10至30wt％的片状银粉，其具有5-8μm的粒度d₅₀；

玻璃料，其具有0.5-3μm的粒度d₉₀，其中基于该玻璃料的总重量，铅的含量小于0.5wt％；和

有机载体；

其中，以100％玻璃体系的总重量计，所述玻璃料包括小于5wt％的氧化锌。

2.根据权利要求1所述的导电浆料组合物，其中，以100％所述导电浆料组合物的总重量计，所述导电浆料组合物包括20至40wt％的球状银粉。

3.根据权利要求1所述的导电浆料组合物，其中，以100％所述导电浆料组合物的总重量计，所述导电浆料组合物包括30至40wt％的球状银粉。

4.根据权利要求1至3任一项所述的导电浆料组合物，其中，以100％所述导电浆料组合物的总重量计，所述导电浆料组合物包括10至20wt％的片状银粉。

5.根据权利要求1至3任一项所述的导电浆料组合物，其中，以100％所述浆料的总重量计，所述导电浆料组合物包括30至75wt％的总银；其中，所述总银包括所述球状银粉和所述片状银粉。

6.根据权利要求5所述的导电浆料组合物，其中，以100％所述浆料的总重量计，所述导电浆料组合物包括40至60wt％的总银。

7.根据权利要求5所述的导电浆料组合物，其中，以100％所述浆料的总重量计，所述导电浆料组合物包括50至60wt％的总银。

8.根据权利要求1至3任一项所述的导电浆料组合物，其中所述球状银粉具有0.5μm的粒度d₅₀。

9.根据权利要求1至3任一项所述的导电浆料组合物，其中，以100％所述浆料的总重量计，所述玻璃料为所述浆料的0.01-10wt％。

10.根据权利要求9所述的导电浆料组合物，其中，以100％所述浆料的总重量计，所述玻璃料为所述浆料的0.01-7wt％。

11.根据权利要求9所述的导电浆料组合物，其中，以100％所述浆料的总重量计，所述玻璃料为所述浆料的0.01-6wt％。

12.根据权利要求9所述的导电浆料组合物，其中，以100％所述浆料的总重量计，所述玻璃料为所述浆料的0.01-5wt％。

13.根据权利要求1至3任一项所述的导电浆料组合物，其中所述玻璃料包括Bi₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、B₂O₃和SrO。

14.根据权利要求1至3任一项所述的导电浆料组合物，其中以100％玻璃体系的总重量计，所述玻璃料包括小于1wt％的氧化锌。

15.根据权利要求1至3任一项所述的导电浆料组合物，其中所述玻璃料具有1-3μm的粒度d₉₀。

16.根据权利要求15所述的导电浆料组合物，其中所述玻璃料具有2-3μm的粒度d₉₀。

17.根据权利要求1至3任一项所述的导电浆料组合物，其中所述玻璃料具有0.01-1μm的粒径d₁₀。

18.根据权利要求17所述的导电浆料组合物，其中所述玻璃料具有0.01-0.5μm的粒径d₁₀。

19.根据权利要求17所述的导电浆料组合物，其中所述玻璃料具有0.01-0.2μm的粒径d₁₀。

20.根据权利要求1至3任一项所述的导电浆料组合物，其中所述玻璃料具有0.01-3μm的粒径d₅₀。

21.根据权利要求20所述的导电浆料组合物，其中所述玻璃料具有0.01-2μm的粒径d₅₀。

22.根据权利要求20所述的导电浆料组合物，其中所述玻璃料具有0.1-1μm的粒径d₅₀。

23.根据权利要求1至3任一项所述的导电浆料组合物，其中以100％所述浆料的总重量计，所述有机载体为导电浆料组合物的20-60wt％。

24.根据权利要求23所述的导电浆料组合物，其中以100％所述浆料的总重量计，所述有机载体为导电浆料组合物的30-50wt％。

25.根据权利要求23所述的导电浆料组合物，其中以100％所述浆料的总重量计，所述有机载体为导电浆料组合物的40-50wt％。

26.根据权利要求1至3任一项所述的导电浆料组合物，其中所述有机载体包括粘合剂、表面活性剂、有机溶剂和选自由以下项组成的组的附加化合物：表面活性剂、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、pH调节剂及其任意组合。

27.根据权利要求26所述的导电浆料组合物，其中所述粘合剂是聚糖、纤维素酯树脂、酚醛树脂、丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛或聚酯树脂、聚碳酸酯、聚乙烯或聚氨基甲酸乙酯树脂或松香衍生物中的至少一种。

28.根据权利要求26所述的导电浆料组合物，其中所述表面活性剂是聚环氧乙烷、聚乙二醇、苯并三唑、月桂酸、油酸、癸酸、肉豆蔻酸、亚油酸、硬脂酸、棕榈酸、硬脂酸盐、棕榈酸酯盐及其混合物中的至少一种。

29.根据权利要求26所述的导电浆料组合物，其中所述有机溶剂是卡必醇、松油醇、己基卡必醇、醇酯(texanol)、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二酸二甲酯或乙二醇醚的至少一种。

30.根据权利要求1至3任一项所述的导电浆料组合物，以100％浆料的总重量计，所述导电浆料组合物还包括0.01-2wt％的氧化铋。

31.根据权利要求1至3任一项所述的导电浆料组合物，以100％浆料的总重量计，所述导电浆料组合物还包括1wt％的氧化铋。

32.一种太阳能电池，其包括：

具有前侧和背侧的硅片；和

焊盘，其形成在由根据权利要求1至31任一项所述的导电浆料制作的所述硅片上。

33.根据权利要求32所述的太阳能电池，其中所述焊盘形成在所述太阳能电池的所述背侧上。

34.根据权利要求32或33所述的太阳能电池，其中所述焊盘需要至少2.1牛顿的拉力以从所述硅片上移除。

35.根据权利要求32或33所述的太阳能电池，其中所述焊盘需要至少3牛顿的拉力以从所述硅片上移除。

36.根据权利要求32或33所述的太阳能电池，其中所述焊盘需要至少4牛顿的拉力以从所述硅片上移除。

37.根据权利要求32或33所述的太阳能电池，其中电极形成在所述硅片的所述前侧上。

38.根据权利要求32或33所述的太阳能电池，其中所述硅片的所述前侧还包括抗反射层。

39.一种太阳能电池模块，其包括电互连的根据权利要求32至38任一项所述的太阳能电池。

40.一种制作太阳能电池的方法，其包括下列步骤：

提供具有前侧和背侧的硅片；

将根据权利要求1至31任一项中所述的导电浆料组合物施加至所述硅片的所述背侧；并

烧制所述硅片。

41.根据权利要求40所述的制作太阳能电池的方法，其中所述硅片在所述前侧上具有抗反射涂层。

42.根据权利要求40或41所述的制作太阳能电池的方法，其还包括将含铝浆料施加至所述硅片的所述背侧，与所施加的根据权利要求1至31任一项所述的导电浆料组合物的边缘重叠的步骤。

43.根据权利要求40或41任一项所述的制作太阳能电池的方法，其还包括将含银浆料施加至所述硅片的所述前侧的步骤。