CN105263876B - 用于制备n型太阳能电池的二元玻璃料 - Google Patents

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Abstract

一般而言，本发明涉及包含二元玻璃料的导电浆料和光伏太阳能电池，优选n型光伏太阳能电池。更具体地，本发明涉及太阳能电池前体、制备太阳能电池的方法、太阳能电池和太阳能组件。本发明涉及一种太阳能电池前体，其包含如下作为前体部件：i.具有背面和正面的晶片，其中正面包含p掺杂层；ii.层叠所述p掺杂层的第一区域上的第一浆料，其包含：‑Ag颗粒；‑Al颗粒，其为约0.01‑约5重量％，基于所述浆料的总重量；‑载体；‑玻璃料，其为约0.1‑约5重量％，基于所述浆料的总重量，其中所述玻璃料包含具有玻璃化转变温度Tg1的第一玻璃料和具有玻璃化转变温度Tgf的另一玻璃料，其中Tgf与Tgl相差至少约10℃；和‑添加剂。

Description

用于制备n型太阳能电池的二元玻璃料
发明领域
一般而言，本发明涉及包含二元玻璃料的导电浆料和光伏太阳能电池，优选n型光伏太阳能电池。更具体地，本发明涉及太阳能电池前体、制备太阳能电池的方法、太阳能电池和太阳能组件。
发明背景
太阳能电池是利用光伏效应将光能转化成电力的装置。太阳能是有吸引力的绿色能源，因为其可持续且仅产生非污染性副产物。因此，目前已进行了大量研究以开发具有提高的效率，同时持续降低材料和生产成本的太阳能电池。当光照在太阳能电池上时，一部分入射光被表面反射，而剩余部分传递至太阳能电池中。传递的光子被太阳能电池吸收，太阳能电池通常由半导电材料制成，例如通常被适当掺杂的硅。吸收光子的能量激发半导电材料的电子，从而产生电子-空穴对。然后，这些电子-空穴对被p-n结分离且被太阳能电池表面上的导电电极收集。图2显示了简单太阳能电池的最小结构。
太阳能电池非常普遍地基于硅(通常呈Si晶片形式)。此处，p-n结通常通过提供n型掺杂的Si衬底并在一个面上施加p型掺杂层，或者通过提供p型掺杂的Si衬底并在一个面上施加n型掺杂层而制备，从而在两种情况下均获得所谓的p-n结。具有所施加的掺杂剂层的面通常作为电池的正面，具有初始掺杂剂的Si相对侧作为背面。n型和p型太阳能电池都是可能的，且已工业开发。设计成在两面上均利用入射光的电池也是可能的，但其应用并不广泛。
为了使太阳能电池正面上的入射光进入并吸收，正面电极通常设置成两组垂直的直线，分别称为“栅线(finger)”和“汇流条”。栅线形成与正面的电接触，而汇流条将这些栅线连接，从而允许有效地将电荷提取到外部电路中。对栅线和汇流条的该设置而言，通常以导电浆料的形式施加，将其焙烧以形成固体电极体。背面电极通常也以导电浆料的形式施加，然后将其焙烧以获得固体电极体。典型的导电浆料包含金属颗粒、玻璃料和有机载体。
最近对其中正面被p型掺杂的n型太阳能电池的兴趣日益增加。n型太阳能电池具有相对于类似的p型电池提高电池性能的潜力，然而存在如下缺陷：由于在焙烧期间电池受到破坏而导致效率降低。
现有技术已进行了一些尝试以改善太阳能电池的性能。EP2472526A2描述了一种该类尝试。
因此，本领域需要改进制备n型太阳能电池的方法。
发明简述
本发明通常基于如下目的：克服与太阳能电池有关，尤其是与基于正面被p型掺杂的晶片的那些太阳能电池(通常称为n型太阳能电池)有关的现有技术中所遇到的至少一个问题。
更具体地，本发明基于如下目的：制备具有有利的电池效率η、填充因子FF和串联电阻R串联的太阳能电池，尤其在n型太阳能电池中，尤其是在高焙烧温度下。
本发明的另一目的是提供制备太阳能电池，尤其是n型太阳能电池的方法。
对实现至少一个上述目的的贡献由构成本发明权利要求的主题类别作出。其他贡献由代表本发明具体实施方案的本发明从属权利要求的主题作出。
详细描述
对实现至少一个上述目的的贡献由一种太阳能电池前体作出，其包含如下作为前体部件：
i.具有背面和正面的晶片，其中正面包含p掺杂层；
ii.层叠所述p掺杂层的第一区域上的第一浆料，其包含：
■Ag颗粒；
■Al颗粒，其为约0.01-约5重量％，优选约0.01-约3重量％，更优选约0.5-约2重量％，基于所述浆料的总重量；
■载体；
■玻璃料，其为约0.1-约5重量％，优选约0.5-约3重量％，更优选约1-约2重量％，基于所述浆料的总重量；其中所述玻璃料包含具有玻璃化转变温度Tg1的第一玻璃料和具有玻璃化转变温度Tgf的另一玻璃料，其中Tgf与Tgl相差至少约10℃，优选至少约20℃，更优选至少约50℃；和
■添加剂。
在本发明太阳能电池前体的一个实施方案中，Tg1和Tgf均处于约250-约530℃，优选约300-约500℃，更优选约320-约450℃的范围内。
在本发明太阳能电池前体的另一实施方案中，第一玻璃料和另一玻璃料以约1:5-约5:1，优选约1:3-约3:1，更优选约1:2-约2:1的重量比存在。
在本发明太阳能电池前体的另一实施方案中，第一浆料满足至少一个如下标准：
-第一浆料的粘度为约5-约35Pas，优选约10-约25Pa·s，更优选约15-约20
Pa·s；
-存在于所述浆料中的所有溶剂均具有约90-约300℃的沸点。
在本发明的另一实施方案中，所述银颗粒具有约1-约4μm，优选约2-约3.5μm，更优选约2.8-约3.2μm的d50。
在本发明的一个实施方案中，所述玻璃料颗粒具有约0.1-约3μm，优选约0.5-约2μm，更优选约0.8-约1.5μm的d50。
在本发明的一个实施方案中，所述铝颗粒具有约1-约5μm，优选约2-约4μm，更优选约2.5-约3.5μm的d50。
在本发明的另一实施方案中，第一导电浆料满足至少一个如下标准：
-所述Al颗粒具有1-5μm，优选2-4μm，更优选2.5-3.5μm的d50；
-所述Ag颗粒具有1-4μm，优选2-3.5μm，更优选2.8-3.2μm的d50；
-所述玻璃料颗粒具有0.1-3μm，优选0.5-2μm，更优选0.8-1.5μm的d50。
在本发明太阳能电池前体的另一实施方案中，所述Ag颗粒为球状的。
在本发明太阳能电池前体的另一实施方案中，所述太阳能电池前体进一步包含层叠背面的另一区域上的另一浆料。在该实施方案的一个方面中，第一区域小于该另一区域。在该实施方案的另一方面中，所述另一浆料包含：
-Ag颗粒；
-载体；
-玻璃料；和
-添加剂。
在本发明太阳能电池前体的另一实施方案中，p掺杂层的厚度为约10nm至约4μm，优选约50nm至约1μm，更优选约100-约800nm。
在本发明太阳能电池前体的另一实施方案中，背面包含n掺杂层，其中n掺杂层具有比p掺杂层更大的厚度。
在本发明太阳能电池前体的另一实施方案中，所述p掺杂层包含B作为掺杂剂。
在本发明太阳能电池前体的另一实施方案中，背面包含n掺杂层，该n掺杂层包含P作为掺杂剂。
在本发明太阳能电池前体的另一实施方案中，在所述p掺杂层和层叠的第一浆料之间存在一个或多个起抗反射层和/或钝化层作用的层。在该实施方案的一个方面中，至少一个起抗反射层和/或钝化层作用的层包含SiNx，其中x表示正数，但并非必须为整数。
在本发明太阳能电池前体的另一实施方案中，第一浆料以栅格图案的形式层叠在第一区域上。在该实施方案的一个方面中，层叠在第一区域上的第一浆料的栅格图案包含宽度为约20-约100μm的栅线和与其成约70-约90°角度且具有约0.5-约2.5mm宽度的汇流条。
在本发明太阳能电池前体的另一实施方案中，所述太阳能电池前体包含以栅格图案的形式层叠在背面的另一区域上的另一浆料。在该实施方案的一个方面中，层叠在该另一区域上的另一浆料的栅格图案包含宽度为约20-约200μm的栅线和与其成约70-约90°角度且具有约0.5-约2.5mm的汇流条。
对实现至少一个上述目的的贡献由一种制备太阳能电池的方法作出，其包括如下步骤：
-提供根据前述实施方案中任一项的太阳能电池前体；
-焙烧所述太阳能电池前体以获得所述太阳能电池。
在本发明方法的一个实施方案中，所述太阳能电池前体的焙烧满足至少一个如下标准：
-根据下文所给的标题为“焙烧炉中的温度程序”的方法测得的保持温度为约700-约900℃；
-在保持温度下的时间为约1-约10秒。
在本发明方法的一个实施方案中，第一浆料通过丝网施加至正面。在该实施方案的一个方面中，所述通过丝网施加满足至少一个如下参数：
-网目为约290-约400/英寸；
-线厚度(wire thickness)为约10-约30μm；
-网上乳液(Emulsion over mesh(EoM))厚度为约5-约25μm；
-栅线间距为约1-约3mm。
对实现至少一个上述目的的贡献由可通过本发明方法获得的太阳能电池实现。
对实现至少一个上述目的的贡献由一种包含至少一个本发明太阳能电池和至少一个其他太阳能电池的组件作出。
上述实施方案可彼此组合。此处，各种可能的组合为本说明书公开内容的一部分。
晶片
根据本发明，优选的晶片为相对于太阳能电池的其他区域，尤其能以高效率吸收光，从而产生电子-空穴对，且以高效率通过边界，优选通过所谓的p-n结边界分离空穴和电子的区域。根据本发明，优选的晶片为包含由正面掺杂层和背面掺杂层组成的单一物体的那些。
优选晶片由适当掺杂的四价元素、二元化合物、三元化合物或合金组成。就此而言，优选的四价元素为Si、Ge或Sn，优选Si。优选的二元化合物为两种或更多种四价元素的组合、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。优选的四价元素组合为两种或更多种选自Si、Ge、Sn或C的元素的组合，优选SiC。优选的第III族元素与第V族元素的二元化合物为GaAs。根据本发明，最优选晶片基于Si。作为最优选的晶片材料，Si在本申请的其余部分明确指出。其中明确提及Si的下文文本部分也适用于上述其他晶片组成。
晶片的正面掺杂层与背面掺杂层相遇之处即为p-n结边界。在n型太阳能电池中，背面掺杂层掺杂有给电子性n型掺杂剂，且正面掺杂层掺杂有电子接受性或给空穴性p型掺杂剂。在p型太阳能电池中，背面掺杂层掺杂有p型掺杂剂，且正面掺杂层掺杂有n型掺杂剂。根据本发明，优选通过首先提供掺杂的Si衬底，然后在该衬底的一面施加相对类型的掺杂层而制备具有p-n结边界的晶片。就本发明而言，优选为n型太阳能电池。在本发明的另一实施方案中，在晶片的同一面上可设置有p掺杂层和n掺杂层。该晶片设计通常称为交指背接触(interdigitated back contact)，如Handbook of Photovoltaic Science andEngineering，第2版，John Wiley&Sons，2003，第7章所例示。
掺杂的Si衬底是本领域技术人员所公知的。掺杂的Si衬底可以以本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文中的任何方式制备。本发明Si衬底的优选来源为单晶Si、多晶Si、无定形Si和升级冶金级Si，其中最优选单晶Si或多晶Si。用于形成掺杂Si衬底的掺杂可通过在制备Si衬底期间添加掺杂剂而同时进行，或者可在随后步骤中进行。Si衬底制备后的掺杂可例如通过气体扩散外延生长进行。掺杂Si衬底也可容易地市购。根据本发明，一种选择是首先在其形成的同时通过将掺杂剂添加至Si混合物中而掺杂Si衬底。根据本发明，一种选择是通过气相外延生长施加正面掺杂层和存在的话高度掺杂的背面层。该气相外延生长优选在约500-约900℃，更优选约600-约800℃，最优选约650-约750℃的温度和约2-约100kPa，优选约10-约80kPa，最优选约30-约70kPa的压力下进行。
本领域技术人员已知Si衬底可具有许多种形状、表面织构和尺寸。所述形状可为许多不同形状之一，尤其包括立方体、盘状、晶片和不规则多边形。根据本发明，优选的形状为晶片状，其中晶片为具有两个类似，优选相等的尺寸和显著小于其他两个尺寸的第三尺寸的立方体。就此而言，“显著小于”优选小至少约100倍。
各种表面类型是本领域技术人员所已知的。根据本发明，优选具有粗糙表面的Si衬底。一种评价衬底粗糙度的方式是评估衬底子表面(sub-surface)的表面粗糙度参数，该子表面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，且基本上是平面的。表面粗糙度参数的值由子表面的面积与通过将所述子表面投射至与该子表面最佳拟合(通过使均方位移最小化而拟合)的平面上而形成的理论表面的面积之比给出。表面粗糙度参数的值越高，则表明越粗糙、越不规则的表面，而表面粗糙度参数的值越小，则表明越光滑、越平整的表面。根据本发明，优选对Si衬底的表面粗糙度进行调节以使得在许多因素之间产生最佳平衡，所述因素包括但不限于光吸收和栅线与表面的粘合性。
可改变Si衬底的两个较大尺寸以适应所得太阳能电池所需的应用。根据本发明，优选Si晶片的厚度小于约0.5mm，更优选小于约0.3mm，最优选小于约0.2mm。一些晶片具有约0.01mm或更高的最小尺寸。
根据本发明，优选正面掺杂层比背面掺杂层薄。在本发明的一个实施方案中，p掺杂层具有约10nm至约4μm，优选约50nm至约1μm，最优选约100-约800nm的厚度。
正面掺杂层通常比背面掺杂层薄。在本发明的一个实施方案中，背面包含厚度大于p掺杂层的n掺杂层。
可将高度掺杂的层在背面掺杂层和任何其他层之间施加至Si衬底的背面。该高度掺杂的层具有与背面掺杂层相同的掺杂类型，且该层通常标记为+(n+型层施加至n型背面掺杂层，p+型层施加至p型背面掺杂层)。该高度掺杂的背面层用于辅助金属化和改善衬底/电极界面区域处的导电性能。根据本发明，优选该高度掺杂的背面层(如果存在的话)具有约10nm至约30μm，优选约50nm至约20μm，最优选约100nm至约10μm的厚度。
掺杂剂
优选的掺杂剂为在添加至Si晶片中时通过在能带结构中引入电子或空穴而形成p-n结边界的那些。根据本发明，优选这些掺杂剂的确定和浓度可经特别选择，从而根据需要调节p-n结的能带结构轮廓并设定光吸收和导电性谱。根据本发明，优选的p型掺杂剂为将空穴添加至Si晶片能带结构中的那些。它们是本领域技术人员所公知的。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有掺杂剂作为p型掺杂剂。根据本发明，优选的p型掺杂剂为三价元素，特别是周期表第13族的那些。就此而言，优选的周期表第13族元素包括但不限于B、Al、Ga、In、Tl或其至少两种的组合，其中特别优选B。在本发明的一个实施方案中，所述p掺杂层包含B作为掺杂剂。
根据本发明，优选的n型掺杂剂为将电子添加至Si晶片能带结构中的那些。它们是本领域技术人员所公知的。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有掺杂剂作为n型掺杂剂。根据本发明，优选的n型掺杂剂为周期表第15族的元素。就此而言，优选的周期表第15族元素包括N、P、As、Sb、Bi或其至少两种的组合，其中特别优选P。在本发明的一个实施方案中，所述n掺杂层包含P作为掺杂剂。
如上所述，可改变p-n结的各种掺杂水平以调节所得太阳能电池的所需性能。
根据本发明，优选背面掺杂层为轻度掺杂的，优选具有约1×1013-约1×1018cm-3，优选约1×1014-约1×1017cm-3，最优选约5×1015-约5×1016cm-3的掺杂剂浓度掺杂。一些商业产品包含具有约1×1016掺杂剂浓度的背面掺杂层。
在本发明的一个实施方案中，高度掺杂的背面层(如果存在的话)是高度掺杂的，优选具有约1×1017-约5×1021cm-3，更优选约5×1017-约5×1020cm-3，最优选约1×1018-约1×1020cm-3的浓度。
导电浆料
根据本发明，优选的导电浆料为可施加至表面且在焙烧时形成与该表面电接触的固体电极体的浆料。所述浆料的成分及其比例可由本领域技术人员选择以使得该浆料具有所需的性能，例如烧结和印刷性且所得电极具有所需的电和物理性能。所述浆料中可存在金属颗粒，主要是使得所得电极体为导电性的。为了获得合适的表面层烧穿和Si晶片烧入，可使用无机反应体系。就本发明而言，优选的导电浆料的示例性组成可包含：
i)金属颗粒，优选至少约50重量％，更优选至少约70重量％，最优选至少约80重量％；
ii)Al颗粒，优选约0.01-约5重量％，优选约0.01-约3重量％，更优选约0.5-约2重量％；
iii)玻璃料，优选约0.1-约5重量％，更优选约0.5-约3重量％，最优选约1-约2重量％，其中所述玻璃料包含具有玻璃化转变温度Tg1的第一玻璃料和具有玻璃化转变温度Tgf的另一玻璃料，其中Tgf与Tgl相差至少约10℃，优选至少约20℃，更优选至少约50℃；
iv)有机载体，优选约0-约15重量％，更优选约0-约10重量％，最优选约1-约5重量％；和
v)添加剂，优选约0-约15重量％，更优选约0-约10重量％，最优选约1-约5重量％；
其中重量％各自基于所述导电浆料的总重量，且加合为100重量％。
为了促进导电浆料的印刷性，根据本发明，优选所述导电浆料具有促进印刷性的粘度和触变指数。还优选所述浆料中的所有溶剂具有高于印刷方法期间的温度，但低于焙烧方法的温度的沸点。在本发明的一个实施方案中，所述导电浆料满足至少一个如下标准：
-粘度为约5-约35Pas，优选约10-约25Pas，最优选约15-约20Pas；
-存在于所述浆料中的所有溶剂具有约90-约300℃的沸点。
金属颗粒
就本发明而言，优选的金属颗粒为显示出金属导电性或者在焙烧后得到显示出金属导电性的物质的那些。存在于所述导电浆料中的金属颗粒为在该导电浆料在焙烧后烧结时所形成的固体电极给出了金属导电性。有利于有效烧结并得到具有高电导率和低接触电阻的电极的金属颗粒是优选的。金属颗粒是本领域技术人员所公知的。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有金属颗粒作为所述导电浆料中的金属颗粒。根据本发明，优选的金属颗粒为金属、合金、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。
根据本发明，可用作金属颗粒的优选金属为Ag、Cu、Al、Zn、Pd、Ni、Pb及其至少两种的混合物，优选Ag。根据本发明，可用作金属颗粒的优选合金为包含至少一种选自列表Ag、Cu、Al、Zn、Ni、W、Pb、Pd或混合物或两种或更多种那些合金。
根据本发明，优选所述金属颗粒包含Ag和Al。
在本发明的一个实施方案中，所述金属颗粒包含涂覆有一种或多种其他不同的金属或合金的金属或合金，例如涂覆有银的铜。
作为除上述成分之外的金属颗粒的其他成分，根据本发明，优选为有助于所形成电极的更有利烧结性能、电接触、粘合性和导电性的那些成分。在所述金属颗粒中，可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有其他成分。根据本发明，优选为代表与待施加所述导电浆料的面互补的掺杂剂的那些其他成分。当形成与n型掺杂的Si层界面连接的电极时，优选能在Si中起n型掺杂剂作用的添加剂。就此而言，优选的n型掺杂剂为第15族元素或者在焙烧后得到该类元素的化合物。就此而言，本发明优选的第15族元素为P和Bi。当形成与p型掺杂的Si层界面连接的电极时，优选能在Si中起p型掺杂剂作用的添加剂。优选的p型掺杂剂为第13族元素或者在焙烧后得到该类元素的化合物。就此而言，本发明优选的第13族元素为B和Al。
本领域技术人员公知金属颗粒可具有各种形状、表面、尺寸、表面积与体积比、氧含量和氧化物层。许多形状是本领域技术人员所已知的。一些实例为球状、角状、细长状(棒状或针状)和扁平状(片状)。金属颗粒也可作为不同形状颗粒的组合形式存在。根据本发明，优选为具有一种形状或形状组合且有利于所制得电极的有利烧结、电接触、粘合性和导电性的金属颗粒。在不考虑表面特性下，一种表征该类形状的方式是借助参数长度、宽度和厚度。就本发明而言，颗粒的长度由两个端点包含在颗粒内的最长空间位移矢量的长度给出。颗粒的宽度由与上文所定义的长度矢量垂直且两个端点包含在颗粒内的最长空间位移矢量的长度给出。颗粒的厚度由与上文所定义的长度矢量和宽度矢量垂直且两个端点包含在颗粒内的最长空间位移矢量的长度给出。在本发明的一个实施方案中，优选具有尽可能均一形状的金属颗粒，即其中涉及长度、宽度和厚度的比例尽可能接近1的形状，优选所有比例均处于约0.7-约1.5，更优选约0.8-约1.3，最优选约0.9-约1.2的范围内。因此，在该实施方案中，金属颗粒的优选形状实例为球状和立方体或其组合，或者其一种或多种与其他形状的组合。在本发明的一个实施方案中，所述导电浆料中的Ag颗粒为球状的。在本发明的另一实施方案中，优选具有低形状均一性的金属颗粒，优选具有大于约1.5，更优选大于约3，最优选大于约5的至少一个涉及长度、宽度和厚度尺寸的比值。根据该实施方案，优选的形状为薄片状、棒状或针状，或者薄片状、棒状或针状与其他形状的组合。
各种表面类型是本领域技术人员所已知的。根据本发明，对金属颗粒的表面类型而言，有利于有效烧结且获得所制得电极的有利电接触和导电性的表面类型是有利的。
粒径d50以及相关值d10和d90是本领域技术人员所公知的颗粒特性。根据本发明，优选所述金属颗粒的平均粒径d50为约0.5-约10μm，更优选约1-约10μm，最优选约1-约5μm。粒径d50的测定是本领域技术人员所公知的。
在本发明的一个实施方案中，所述银颗粒具有约1-约4μm，优选约2-约3.5μm，更优选约2.8-约3.2μm的d50。
在本发明的另一实施方案中，所述铝颗粒具有约1-约5μm，优选约2-约4μm，更优选约2.5-约3.5μm的d50。
所述金属颗粒可具有表面涂层。可将本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何该类涂层用于所述金属颗粒上。根据本发明，优选的涂层为促进所述导电浆料的改进的印刷、烧结和蚀刻特性的那些涂层。如果存在该涂层，则根据本发明优选所述涂层对应于不超过约10重量％，优选不超过约8重量％，最优选不超过约5重量％，在每种情况下基于所述金属颗粒的总重量。
在本发明的一个实施方案中，所述银颗粒以占该导电浆料的大于约50重量％，优选大于约70重量％，最优选大于约80重量％的比例存在。
玻璃料
就本发明而言，优选的玻璃料为显示出玻璃化转变的无定形或部分结晶的固体的粉末。玻璃化转变温度Tg为无定形物质在加热时由刚性固体转变成部分流动的过冷熔体时的温度。测定玻璃化转变温度的方法是本领域技术人员所公知的。根据本发明，所述导电浆料中存在玻璃料以导致蚀刻和烧结。有效的蚀刻是蚀穿可施加在Si晶片上且因此位于正面掺杂层和所施加的导电浆料之间的任何其他层以及以合适程度蚀入Si晶片中所需的。Si晶片的合适蚀刻意味着足够深，从而导致电极和正面掺杂层之间的良好电接触且因此导致低接触电阻，但不如此深以至于干扰p-n结边界。由玻璃料所导致的蚀刻和烧结在高于玻璃料的玻璃化转变温度下发生，且该玻璃化转变温度必须低于所需的峰值焙烧温度。玻璃料是本领域技术人员所公知的。本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有玻璃料均可用作所述导电浆料中的玻璃料。
就本发明而言，存在于所述导电浆料中的玻璃料优选包含元素、氧化物、在加热时产生氧化物的化合物、其他化合物或其混合物。就此而言，优选的元素为Si、B、Al、Bi、Li、Na、Mg、Pb、Zn、Gd、Ce、Zr、Ti、Mn、Sn、Ru、Co、Fe、Cu、Ba、Cr或该列表中两种或更多种的混合物。就本发明而言，所述玻璃料可包含的优选氧化物为碱金属氧化物、碱土金属氧化物、稀土氧化物、第V和VI族氧化物、其他氧化物或其组合。就此而言，优选的碱金属氧化物为氧化钠、氧化锂、氧化钾、氧化铷、氧化铯或其组合。就此而言，优选的碱土金属氧化物为氧化铍、氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡或其组合。就此而言，优选的第V族氧化物为磷氧化物，例如P2O5；铋氧化物，例如Bi2O3；或其组合。就此而言，优选的第VI族氧化物为碲氧化物，例如TeO2或TeO3；硒氧化物，例如SeO2；或其组合。优选的稀土氧化物为铈氧化物，例如CeO2；和镧氧化物，例如La2O。就此而言，其他优选的氧化物为硅氧化物，例如SiO2；锌氧化物，例如ZnO；铝氧化物，例如Al2O3；锗氧化物，例如GeO2；钒氧化物，例如V2O5；铌氧化物，例如Nb2O5；氧化硼；钨氧化物，例如WO3；钼氧化物，例如MoO3；铟氧化物，例如In2O3；上文作为优选元素所列的那些元素的其他氧化物；或其组合。优选的氧化物还为包含至少两种作为所述玻璃料的优选元素成分列出的元素的混合氧化物，或者通过加热至少一种上文提及的氧化物与至少一种上文提及的金属而形成的混合氧化物。就本发明而言，还优选至少两种上文所列氧化物和混合氧化物的混合物。
在本发明的一个实施方案中，所述玻璃料包含上文所述的具有玻璃化转变温度Tg1的第一玻璃料和上文所述的具有玻璃化转变温度Tgf的另一玻璃料，且不含其他玻璃料。
在本发明的一个实施方案中，优选所述玻璃料包含至少3种或更多种玻璃料，优选所述玻璃料各自具有与其他各玻璃料相差至少10K或更大，优选至少20K或更大，更优选至少50K或更大的玻璃化转变温度。在本发明的一个实施方案中，所述玻璃料包含3种玻璃料，包括上文所述的第一和另一玻璃料、第三玻璃料，且不含其他玻璃料。
如上所述，所述玻璃料必须具有低于所述导电浆料所需的焙烧温度的玻璃化转变温度。在本发明的一个实施方案中，Tg1和Tgf以及优选还有第三或其他玻璃料的玻璃化转变温度(当所述玻璃料中存在该第三或其他玻璃时)优选处于约250-约530℃，更优选约300-约500℃，最优选约320-约450℃的范围之内。
在本发明的一个实施方案中，优选第一玻璃料和第二玻璃料以约1:5-约5:1的重量比存在。在该实施方案的一个方面中，当存在超过2种玻璃料时，优选所述玻璃料中任意两种玻璃料之间的重量比各自为约1:5-约5:1，优选约1:3-约3:1，更优选约1:2-约2:1。在例如存在3种玻璃料的情况下，优选第一与第二玻璃料的重量比、第一与第三玻璃料的重量比和第二与第三玻璃料的重量比全部处于约1:5-约5:1，优选约1:3-约3:1，更优选约1:2-约2:1的范围之内。
本领域技术人员公知玻璃料颗粒可具有各种形状、表面性质、尺寸、表面积与体积比以及涂层。玻璃料颗粒的许多形状是本领域技术人员所已知的。一些实例为球状、角状、细长状(棒状或针状)和扁平状(片状)。玻璃料颗粒也可作为不同形状颗粒的组合形式存在。根据本发明，优选为具有一种形状或形状组合且有利于所制得电极的有利烧结、粘合性、电接触和导电性的玻璃料。
平均粒径d50以及相关参数d10和d90是本领域技术人员所公知的颗粒特性。根据本发明，优选所述玻璃料的平均粒径d50为约0.1-约10μm，更优选约0.2-约7μm，最优选约0.5-约5μm。
在本发明的一个实施方案中，所述玻璃料具有约0.1-约3μm，优选约0.5-约2μm，更优选约0.8-约1.5μm的d50。
有机载体
就本发明而言，优选的有机载体为基于一种或多种确保所述导电浆料的成分以溶解、乳化或分散形式存在的溶剂，优选有机溶剂的溶液、乳液或分散体。优选的有机载体为提供导电浆料中各成分的最佳稳定性且赋予该导电浆料以允许有效线印刷性的粘度的那些。根据本发明，优选的有机载体包含如下作为载体组分：
(i)粘合剂，优选为约1-约10重量％，更优选约2-约8重量％，最优选约3-约7重量％；
(ii)表面活性剂，优选为约0-约10重量％，更优选约0-约8重量％，最优选约0-约6重量％；
(iii)一种或多种溶剂，其比例取决于所述有机载体中的其他成分的比例；
(iv)任选的添加剂，优选为约0-约10重量％，更优选约0-约8重量％，最优选约1-约5重量％；
其中重量％各自基于所述有机载体的总重量且加合为100重量％。根据本发明，优选的有机载体为允许获得上述导电浆料的优选高水平印刷性的那些。
粘合剂
就本发明而言，优选的粘合剂为有助于形成具有有利的稳定性、印刷性、粘度、烧结和蚀刻性能的导电浆料的那些。粘合剂是本领域技术人员所公知的。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有粘合剂作为有机载体中的粘合剂。根据本发明，优选的粘合剂(通常落入称为“树脂”的类别中)为聚合物粘合剂、单体粘合剂以及为聚合物和单体组合的粘合剂。聚合物粘合剂也可为共聚物，其中在一个分子中包含至少两种不同的单体单元。优选的聚合物粘合剂为在聚合物主链中带有官能团的那些、在主链之外带有官能团的那些以及在主链之内和之外均带有官能团的那些。优选的在主链中带有官能团的聚合物例如为聚酯、取代的聚酯、聚碳酸酯、取代的聚碳酸酯、在主链中带有环状基团的聚合物、多糖、取代的多糖、聚氨酯、取代的聚氨酯、聚酰胺、取代的聚酰胺、酚醛树脂、取代的酚醛树脂、一种或多种前述聚合物单体任选与其他共聚单体的共聚物，或其至少两种的组合。优选的在主链中带有环状基团的聚合物为聚丁酸乙烯酯(PVB)及其衍生物，和聚萜品醇及其衍生物，或其混合物。优选的多糖例如为纤维素及其烷基衍生物，优选甲基纤维素、乙基纤维素、丙基纤维素、丁基纤维素及其衍生物，及其至少两种的混合物。优选的在聚合物主链之外带有官能团的聚合物为带有酰胺基的那些、带有酸和/或酯基的那些(通常称为丙烯酸类树脂)，或带有上述官能团的组合的聚合物，或其组合。优选的在主链之外带有酰胺基的聚合物例如为聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)及其衍生物。优选的在主链之外带有酸和/或酯基的聚合物例如为聚丙烯酸及其衍生物、聚甲基丙烯酸酯(PMA)及其衍生物，或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及其衍生物，或其混合物。根据本发明，优选的单体粘合剂为乙二醇基单体、萜品醇树脂或松香衍生物，或其混合物。优选的基于乙二醇的单体粘合剂为具有醚基、酯基的那些，或者具有醚基和酯基的那些，其中优选的醚基为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和更高级烷基醚，优选的酯基为乙酸酯及其烷基衍生物，优选乙二醇单丁基醚单乙酸酯，或其混合物。就本发明而言，最优选的粘合剂为烷基纤维素，优选乙基纤维素、其衍生物及其与选自前述粘合剂列表或其他的其他粘合剂的混合物。表面活性剂
就本发明而言，优选的表面活性剂为有助于形成具有有利的稳定性、印刷性、粘度、烧结和蚀刻性能的导电浆料的那些。表面活性剂是本领域技术人员所公知的。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有表面活性剂作为有机载体中的表面活性剂。就本发明而言，优选的表面活性剂为基于线性链、支化链、芳族链、氟化链、硅氧烷链、聚醚链及其组合的那些。优选的表面活性剂为单链的、双链的或者多重链的。根据本发明，优选的表面活性剂具有非离子、阴离子、阳离子或两性离子头。优选的表面活性剂为聚合物型的和单体型的，或其混合物。根据本发明，优选的表面活性剂可具有颜料亲和性基团，优选具有颜料亲和性基团的羟基官能羧酸酯(例如由BYKUSA，Inc.生产)、具有颜料亲和性基团的丙烯酸酯共聚物(例如由BYK USA，Inc.生产)、具有颜料亲和性基团的改性聚醚(例如DISPERS655，由Evonik Tego Chemie GmbH生产)、具有高颜料亲和性基团的其他表面活性剂(例如DISPERS 662 C，由Evonik Tego Chemie GmbH生产)。根据本发明，不处于上述列表中的其他优选的聚合物为聚乙二醇及其衍生物，和烷基羧酸及其衍生物或盐，或其混合物。根据本发明，优选的聚乙二醇衍生物为聚(乙二醇)乙酸。优选的烷基羧酸为具有完全饱和烃基链的那些，和具有单或多不饱和烃基链的那些，或其混合物。优选的具有饱和烃基链的羧酸为具有长度为约8-约20个碳原子的烃基链的那些，优选C9H19COOH(癸酸)、C11H23COOH(月桂酸)、C13H27COOH(肉豆蔻酸)、C15H31COOH(棕榈酸)、C17H35COOH(硬脂酸)或其混合物。优选的具有不饱和烃基链的羧酸为C18H34O2(油酸)和C18H32O2(亚油酸)。根据本发明，优选的单体型表面活性剂为苯并三唑及其衍生物。
溶剂
根据本发明，优选的溶剂为在烧结期间以显著程度从所述导电浆料中移除的浆料成分，优选在焙烧后以与焙烧前相比绝对重量减少至少约80％，优选与焙烧前相比减少至少约95％的存在的那些。根据本发明，优选的溶剂为允许形成具有有利粘度、印刷性、稳定性和烧结特性的导电浆料且获得具有有利导电性和与衬底的电接触的电极的那些。溶剂是本领域技术人员所公知的。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有溶剂作为所述有机载体中的溶剂。根据本发明，优选的溶剂为允许获得上述导电浆料的优选高水平印刷性的那些。根据本发明，优选的溶剂为在标准环境温度和压力(SATP)(298.15K，100KPa)下以液体存在的那些，优选具有高于约90℃的沸点和高于约-20℃的熔点的那些。根据本发明，优选的溶剂为极性或非极性、质子或非质子、芳族或非芳族的。根据本发明，优选的溶剂为一元醇、二元醇、多元醇、单酯、二酯、多酯、单醚、二醚、多醚，包含至少一个或多个这些类别的官能团的溶剂，其任选包含其他类别的官能团，优选环状基团、芳族基团、不饱和键、一个或多个O原子被杂原子代替的醇基团、一个或多个O原子被杂原子代替的醚基团、一个或多个O原子被杂原子代替的酯基团，以及两种或更多种上述溶剂的混合物。就此而言，优选的酯为己二酸的二烷基酯，其中优选的烷基构成部分为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和更高级烷基或两种不同的该类烷基的组合，优选为己二酸二甲酯，以及两种或更多种己二酸酯的混合物。就此而言，优选的醚为二醚，优选为乙二醇的二烷基醚，其中优选的烷基构成部分为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和更高级烷基或两种不同该类烷基的组合，和不同二醚的混合物。就此而言，优选的醇为伯、仲和叔醇，优选叔醇，其中优选萜品醇及其衍生物，或两种或更多种醇的混合物。组合有多于一种不同官能团的优选溶剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯(通常称为texanol)及其衍生物，2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇(通常称为卡必醇)及其烷基衍生物，优选甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基卡必醇，优选己基卡必醇或丁基卡必醇，及其乙酸酯衍生物，优选丁基卡必醇乙酸酯，或上述至少2种的混合物。
有机载体中的添加剂
有机载体中的优选添加剂为不同于上述载体组分且有助于有利的导电浆料性能(例如有利的粘度、烧结、所制得电极的导电性和与衬底的良好电接触)的那些添加剂。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有添加剂作为有机载体中的添加剂。根据本发明，优选的添加剂为触变剂、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。就此而言，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(棕榈酸)、C17H35COOH(硬脂酸)、C18H34O2(油酸)、C18H32O2(亚油酸)或其组合。就此而言，包含脂肪酸的优选组合为蓖麻油。
导电浆料中的添加剂
就本发明而言，优选的添加剂为除明确提及的其他成分之外添加至导电浆料中的成分，所述添加剂有助于提高导电浆料的性能、其制得的电极的性能或所得太阳能电池的性能。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有添加剂作为导电浆料中的添加剂。除存在于载体中的添加剂之外，导电浆料中也可存在添加剂。根据本发明，优选的添加剂为触变剂、粘度调节剂、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。就此而言，本发明的优选无机添加剂为Mg、Ni、Te、W、Zn、Mg、Gd、Ce、Zr、Ti、Mn、Sn、Ru、Co、Fe、Cu、Cr或其至少两种的组合，优选为Zn、Sb、Mn、Ni、W、Te、Ru或其至少两种的组合，或其氧化物，可在焙烧后产生这些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，至少两种上述可在焙烧后产生这些金属氧化物的化合物的混合物，或者上述任意两种或更多种的混合物。
制备太阳能电池的方法
对实现至少一个上述目的的贡献由一种制备太阳能电池的方法作出，其至少包括如下作为工艺步骤：
i)提供上文所述的太阳能电池前体，特别是组合上述任意实施方案；和ii)焙烧所述太阳能电池前体以获得太阳能电池。
印刷
根据本发明，优选正面、背面和插入式电极各自通过施加导电浆料，然后焙烧所述导电浆料以获得烧结体而施加。所述导电浆料可以以本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何方式施加，包括但不限于浸渍、浸涂、倾注、滴淌、注射、喷涂、刮涂、幕式淋涂、刷涂、印刷或其至少两种的组合，其中优选的印刷技术为喷墨印刷、丝网印刷、移印、平版印刷、凸版印刷、模版印刷或其至少两种的组合。根据本发明，优选所述导电浆料通过印刷，优选通过丝网印刷施加。在本发明的一个实施方案中，所述导电浆料通过丝网施加至正面上。在该实施方案的一个方面中，所述通过丝网施加满足至少一个如下参数：
-网目为约290-约400，优选约310-约390，更优选约330-约370；
-线厚度为约10-约30μm，优选约12-约25μm，更优选约15-约23μm；
-网上乳液(EoM)厚度为约5-约25μm，优选约10-约20μm，更优选约13-约18μm；
-栅线间距为约1-约3mm，优选约1.8-约2.5mm，更优选约2-约2.3mm。
在本发明的一个实施方案中，所述导电浆料以栅格图案的形式层叠在正面的第一区域上。在该实施方案的一个方面中，该栅格图案包含宽度为约20-约100μm，优选约30-约80μm，更优选约30-约60μm的栅线和与其成约70-约90°角度的汇流条，其中这些汇流条具有约0.5-约2.5mm，优选约1-约2mm，更优选约1.3-约1.8mm的宽度。
在本发明的另一实施方案中，导电浆料以栅格图案的形式层叠在背面的另一区域上。在该实施方案的一个方面中，该栅格图案包含宽度为约20-约180μm，优选约30-约100μm，更优选约40-约60μm的栅线和与其成约70-约90°角度的汇流条，这些汇流条具有约0.5-约2.5mm，优选约1-约2mm，更优选约1.3-约1.8mm的宽度。
焙烧
根据本发明，优选通过首先施加导电浆料，然后焙烧所述导电浆料以获得固体电极体而形成电极。焙烧是本领域技术人员所公知的且可以以本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何方式实施。焙烧必须在高于至少一种存在于所述浆料中的玻璃料，优选两种或更多种玻璃料，更优选所有玻璃料的玻璃化转变温度下实施。
在本发明的一个实施方案中，焙烧步骤满足至少一个如下标准：
-根据下文所给的标题为“焙烧炉中的温度程序”的方法测得的保持温度为约700-约900℃，优选为约730-约880℃；
-在保持温度下的时间为约1-约10秒。
根据本发明，优选焙烧以约10秒至约2分钟，更优选约25-约90秒，最优选约40秒至约1分钟的保持时间实施。
正面和背面上的导电浆料的焙烧可同时或顺序进行。如果施加至两面上的导电浆料具有类似，优选相同的最佳焙烧条件，则同时焙烧是合适的。合适的话，根据本发明优选同时实施焙烧。当顺序实施焙烧时，根据本发明优选首先施加背面导电浆料并焙烧，随后将导电浆料施加至正面上并焙烧。
太阳能电池
对实现至少一个上述目的的贡献由一种可通过本发明方法获得的太阳能电池实现。根据本发明，优选的太阳能电池为就转化成电能输出的总入射光能量比例而言的高效率且轻质和耐用的那些。如图2所例示的那样，太阳能电池的一种层结构如下：(i)正面电极，(ii)抗反射涂层，(iii)正面钝化层，(iv)正面掺杂层，(v)p-n节边界，(vi)背面掺杂层，(vii)高度掺杂的背面层，(viii)背面钝化层，(ix)背面电极。可从该一般层结构中省略各层或者各层实际上可发挥超过上述一般实施方案中所述的层的功能。在本发明的一个实施方案中，单个层起抗反射层和钝化层的作用。如图1所例示，另一层结构如下：(I)正面电极，(II)正面掺杂层，(III)p-n节边界，(IV)背面掺杂层，(V)背面电极。
抗反射涂层
根据本发明，在太阳能电池正面上的电极之前，可施加抗反射涂层以作为外层，通常作为最外层。根据本发明，优选的抗反射涂层为降低由正面反射的入射光比例且提高通过正面而被晶片吸收的入射光比例的那些。有利地的是获得有利吸收/反射比的抗反射涂层对所用的导电浆料的蚀刻敏感，但耐受导电浆料焙烧所需的温度，且无助于提高电子和空穴在电极界面附近重组。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的所有抗反射涂层。根据本发明，优选的抗反射涂层为SiNx、SiO2、Al2O3、TiO2或其至少两种的混合物，和/或其至少两个层的组合，其中特别优选SiNx，特别是其中使用Si晶片。
抗反射涂层的厚度适于合适光的波长。根据本发明，优选抗反射涂层具有20-约300nm，更优选约40-约200nm，最优选约60-约90nm的厚度。
钝化层
根据本发明，可在电极之前或者如果存在抗反射层则在抗反射层之前，在正面和/或背面上施加一个或多个钝化层以作为外层或最外层。优选的钝化层为降低电子/空穴在电极界面附近重组比率的那些。可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何钝化层。根据本发明，优选的钝化层为氮化硅、二氧化硅和二氧化钛，最优选氮化硅。根据本发明，钝化层优选具有约0.1nm至约2μm，更优选约10nm至约1μm，最优选约30nm至约200nm的厚度。
单个层可起抗反射层和钝化层的作用。在本发明的一个实施方案中，在所述太阳能电池前体中，在p掺杂层和层叠的第一浆料之间存在一个或多个起抗反射层和/或钝化层作用的层。在该实施方案的一个方面中，至少一个起抗反射层和/或钝化层作用的层包含SiNx，其中x表示正数，但并非必须为整数。
其他保护层
除上文所述的直接对太阳能电池的原理功能作出贡献的层之外，出于机械和化学保护的目的，可增加其他层。可将电池封装以提供化学保护。封装是本领域技术人员所公知的且可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何封装。根据本发明，如果存在该封装，则优选使用透明聚合物(通常称为透明热塑性树脂)作为封装材料。就此而言，优选的透明聚合物例如为硅橡胶和聚乙烯-乙酸乙烯酯(PVA)。
可在所述太阳能电池的正面上增加透明玻璃片以提供对电池正面的机械保护。透明玻璃片是本领域技术人员所公知的，且可使用本领域技术人员已知的且认为适于本发明上下文的任何透明玻璃片作为太阳能电池正面的保护。
可在太阳能电池的背面上增加背面保护材料以提供机械保护。背面保护材料是本领域技术人员所公知的，且可使用本领域技术人员所已知的且认为适于本发明上下文的任何背面保护材料作为太阳能电池背面上的保护。根据本发明，优选的背面保护材料为具有良好机械性能和耐候性的那些。根据本发明，优选的背面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，优选背面保护材料存在于封装层的下方(在存在背面保护层和封装二者的情况下)。
可在太阳能电池的外部增加框架材料以提供机械支撑。框架材料是本领域技术人员所公知的，且可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何框架材料作为框架材料。根据本发明，优选的框架材料为铝。
方法
对实现至少一个上述目的的贡献由一种制备太阳能电池的方法作出，其包括如下步骤：
-提供根据本发明或任意单独的实施方案的太阳能电池前体；
-焙烧所述太阳能电池前体以获得太阳能电池。
太阳能电池板
对实现至少一个上述目的的贡献由一种组件作出，其包含至少一个如上文所述获得的太阳能电池，特别是根据至少一个上述实施方案的太阳能电池，和至少一个其他太阳能电池。根据本发明，多个太阳能电池可空间和电连接地设置以形成称为组件的集合装置。根据本发明，优选的组件可具有许多种形式，优选具有称为太阳能电池板的矩形表面。太阳能电池的大量电连接方式以及该电池机械设置和固定以形成集合装置的大量方式是本领域技术人员所公知的，且可使用本领域技术人员所已知且认为适于本发明上下文的任何该类方法。根据本发明，优选的方法为导致低质量:输出功率比、低体积:输出功率比和高耐用性的那些。铝是用于机械固定本发明太阳能电池的优选材料。
附图说明
现在借助附图解释本发明，所述附图仅仅意欲阐述而不应认为限制本发明的范围。简言之：
图1显示了太阳能电池的最小层结构的横截面视图；
图2显示了太阳能电池的一般层结构的横截面视图；
图3a、3b和3c一起示意了焙烧正面浆料的方法；
图4显示了太阳能电池前体的透视图。
图1显示了太阳能电池100的横截面视图，且表示本发明太阳能电池所需的最小层结构。由背面出发且连续朝向正面，太阳能电池100包含背面电极104、背面掺杂层106、p-n结边界102、正面掺杂层105和正面电极103，其中正面电极渗入正面掺杂层105足够深，从而与其形成良好的电接触，但不如此深以至于分流(shunt)p-n结边界102。背面掺杂层106和正面掺杂层105一起构成单一掺杂的Si晶片101。在100表示n型电池的情况下，背面电极104优选为银电极，背面掺杂层106优选为P轻度掺杂的Si，正面掺杂层105优选为B重度掺杂的Si，正面电极103优选为混合银和铝电极。在100表示p型电池的情况下，背面电极104优选为混合银和铝电极，背面掺杂层106优选为B轻度掺杂的Si，正面掺杂层105优选为P重度掺杂的Si，正面电极103优选为银和铝电极。在图1中，正面电极103表示为仅由三个物体构成以示意性地显示正面电极103不覆盖整个正面这一事实。本发明不将正面电极103限于由三个物体构成的那些。
图2显示了本发明太阳能电池200的一般层结构的横截面(不含仅用于化学和机械保护的其他层)。由背面出发且连续朝向正面，太阳能电池200包含背面电极104、背面钝化层208、高度掺杂的背面层210、背面掺杂层106、p-n结边界102、正面掺杂层105、正面钝化层207、抗反射层209、正面电极栅线214和正面电极汇流条215，其中正面电极栅线渗穿抗反射层209和正面钝化层207且渗入正面掺杂层105足够远，从而与正面掺杂层形成良好的电接触，但不如此远以至于分流p-n结边界102。在200表示n型电池的情况下，背面电极104优选为银电极，高度掺杂的背面层210优选为P重度掺杂的Si，背面掺杂层106优选为P轻度掺杂的Si，正面掺杂层105优选为B重度掺杂的Si，抗反射层209优选为氮化硅层，正面电极栅线和汇流条214和215优选为银和铝的混合物。在200表示p型电池的情况下，背面电极104优选为混合银和铝电极，高度掺杂的背面层210优选为B重度掺杂的Si，背面掺杂层106优选为B轻度掺杂的Si，正面掺杂层105优选为P重度掺杂的Si，抗反射层209优选为氮化硅层，正面电极栅线和汇流条214和215优选为银。图2为示意性的，本发明不将正面电极栅线的数量限制为所示的3条。该横截面视图不能有效地显示以垂直于正面电极栅线214的平行线排列的多条正面电极栅线215。
图3a、3b和3c一起示意了焙烧正面浆料以形成正面电极的方法。图3a、3b和3c为示意性的和概括性的，且将除构成p-n结的那些层之外的其他层简单地视为任选的其他层，而未更详细地考虑。
图3a示意了施加正面电极之前的晶片300a。由背面出发且继续朝向正面，施加正面电极之前的晶片300a任选包含位于背面311上的其他层、背面掺杂层106、p-n结边界102、正面掺杂层105和位于正面312上的其他层。位于背面311上的其他层可包含任意背面电极、背面钝化层、高度掺杂的背面层或者不含上面的层。正面312上的其他层可包含任意正面钝化层、抗反射层或者不含上面的层。
图3b显示了焙烧之前的在正面上施加有导电浆料的晶片300b。除了存在于上述300a中的层之外，在正面表面上存在导电浆料313。
图3c显示了施加有正面电极的晶片300c。除了存在于上述300a中的层之外，存在正面电极103，其由正面表面渗穿其他正面层312并渗入正面掺杂层105且通过焙烧由图3b的导电浆料313形成。
在图3b和3c中，所施加的导电浆料313和正面电极103以3个物体存在的方式示意性地显示。这仅仅是以示意性的方式表示本发明的浆料/电极并不完全覆盖正面，且本发明并非是将所述浆料/电极限制为存在3个物体。
图4显示了太阳能电池前体400的透视图。所述前体包含晶片401，优选Si晶片。晶片401包含n掺杂层405(优选具有磷作为掺杂剂)和p掺杂层404(优选具有硼作为掺杂剂)，它们在p-n节边界102处相遇。前体400具有正面403，其中第一浆料408层叠在第一区域407上；和背面402，其中另一浆料409层叠在另一区域406上。所述前体任选包含抗反射和/或钝化层410。
测试方法
在本发明中，使用下列测试方法。在不存在测试方法下，适用离本申请最早提交日最近的用于测量特征的ISO测试方法。在不存在明确的测量条件下，适用标准环境温度和压力(SATP)(298.15K的温度和100kPa的绝对压力)。
粘度
粘度测量使用装备有底板(ground plate)MPC60Ti和锥板C 20/0.5°Ti以及软件“Haake RheoWin Job Manager 4.30.0”的Thermo Fischer Scientific Corp.“HaakeRheostress 600”进行。在设定距离零点之后，将足以用于测量的浆料样品置于底板上。使所述锥运动至具有0.026mm间隙距离的测量位置，并用刮刀除去过量的材料。使所述样品经3分钟平衡至25℃并开始旋转测量。经48秒和50个等距测量点将剪切速率由0增大至20s-1，进一步经312秒和156个等距测量点增大至150s-1。在150s-1剪切速率下60秒的等待时间之后，经312秒和156个等距测量点将剪切速率由150s-1降至20s-1，并进一步经48秒和50个等距测量点进一步降至0。启动微扭矩校正、微应力控制和质量惯性校正。粘度作为在剪切力降低期间的100s-1剪切速率下的测量值给出。
玻璃化转变温度
玻璃的玻璃化转变温度使用装备有样品保持架HTP 40000A 69.010、热电偶型号S和铂烘箱Pt S TC:S(全部获自Netzsch)的DSC装置Netzsch STA 449 F3 Jupiter(Netzsch)测定。对测量和数据评价而言，使用测量软件Netzsch Messung V5.2.1和Proteus Thermal Analysis V5.2.1。作为用于参比和样品的盘，使用氧化铝盘GB 399972和盖GB 399973(二者获自Netzsch)，其直径为6.8mm且容积为约85μl。将约20-约30mg量的样品以0.01mg的精度称量至样品盘中。将空参比盘和样品盘置于所述装置中，关闭烘箱，开始测量。使用10K/分钟的加热速率由25℃的起始温度加热至1000℃的终点温度。仪器中的其余部分总是用氮气(N25.0)吹扫，且烘箱用流速为50ml/分钟的合成空气(80％N2和20％O2，获自Linde)吹扫。DSC信号中的第一步骤是使用上述软件评价玻璃化转变，且将所确定的起始值取作Tg的温度。粒度测量(d10，d50，d90)
颗粒的粒度测量根据ISO 13317-3:2001进行。对所述测量而言，使用具有软件Win5100V2.03.01且根据X射线重力技术工作的Sedigraph5100(获自Micromeritics)。将约400-600mg样品称量至50ml玻璃烧杯中，并添加40ml Sedisperse P11(获自Micromeritics，密度为约0.74-0.76g/cm3，粘度为约1.25-1.9mPa·s)作为悬浮液体。将磁力搅拌棒加入所述悬浮液中。使用超声探头Sonifer 250(获自Branson)以功率水平2运行8分钟而分散样品，同时用搅拌棒搅拌所述悬浮液。将该预处理的样品置于所述仪器内并开始测量。记录悬浮液的温度(通常为24-45℃)，且对计算而言，使用在该温度下测得的分散溶液的粘度数据。使用样品的密度和重量(对银而言，为10.5g/cm3)确定粒度分布并作为d50，d10和d90给出。
掺杂剂水平
掺杂剂水平使用二次离子质谱法测量。
效率、填充因子和串联电阻
使用获自Halm Elektronik GmbH的市售IV测试仪“cetisPV-CTL1”表征样品太阳能电池。在电测量期间，将所述测量设备的所有零件以及待测试的太阳能电池保持在25℃下。在实际测量期间，该温度总是同时在电池表面上借助温度探针测量。Xe弧光灯模拟阳光，已知其在电池表面上的AM1.5强度为1000W/m2。为了使模拟器具有该强度，所述灯在短时间内闪光数次，直至达到由IV测试仪的“PVCTControl 4.313.0”软件监测的稳定水平。所述Halm IV测试仪使用多点接触方法来测量电流(I)和电压(V)以确定电池的IV曲线。为此，将所述太阳能电池以使得探针栅线与电池汇流条接触的方式置于多点接触探针之间。将接触探针线的数量调节为电池表面上的汇流条数量。所有电值借助运行软件包自动由该曲线确定。作为参比标样，对获自ISE Freiburg且由相同区域尺寸、相同晶片材料且使用相同正面布图加工的校准太阳能电池进行测试，并将数据与认证的值比较。测量至少5个以非常相同的方式加工的晶片，并通过计算各值的平均值而解析数据。软件PVCTControl 4.313.0提供了效率、填充因子、短路电流、串联电阻和开路电压的值。
焙烧炉中的温度程序
焙烧工艺的温度程序使用连接有获自Despatch的晶片测试组1-T/C156mmsQ(零件编号：DES-300038)且获自Datapaq Ltd.，Cambridge，UK的Datapaq DQ 1860 A数据采集器测量。所述数据采集器由获自Datapaq Ltd.，Cambridge，UK的屏蔽箱TB7250保护，且与所述晶片测试组的热电偶丝连接。将太阳能电池模拟器置于焙烧炉的带上，且位于最后晶片的紧后面以精确测量焙烧工艺的实测温度程序。屏蔽的数据采集器位于晶片测试组后约50cm的距离处，从而不影响温度程序的稳定性。由数据采集器记录数据，随后使用具有获自Datapaq Ltd.，Cambridge，UK的Datapaq Insight Reflow Tracker V7.05软件的计算机进行分析。
实施例
现在借助实施例阐述本发明，所述实施例仅仅是示意性的，且不应视为限制本发明的范围。
实施例1—制备浆料
通过借助Kenwood Major Titanium混合器混合合适量的有机载体(表1)、Ag粉(获自Ames Inc.的PV 4，d50为2μm)、表2的研磨至2μm d50的玻璃料和铝粉而制备浆料。所述Al粉获自Rusal，且具有d10 1.5μm，d50 2.5μm，d90 4.5μm的粒度和球状。使所述浆料通过具有不锈钢辊的3辊研磨机Exact80E，其中第一间隙为120μm，第二间隙为60μm，且对第一间隙将间隙逐步减小至20μm数次，对第二间隙逐步将间隙减小至10μm数次，直至均一。如上所述测量粘度，并添加具有表1所给组成的合适量有机载体以将浆料粘度调节至约16-约20Pas的目标范围。所述浆料成分的重量％在表3中给出。ZnO粉末获自Sigma Aldrich GmbH(产品编号：204951)。
表1—有机载体的构成
表2—玻璃混合物
表3—浆料实施例
实施例2—制备太阳能电池以及测量效率、填充因子和串联电阻
将浆料施加至具有硼掺杂的正面和磷掺杂的背面的单晶Cz-p型硅晶片上。所述晶片具有156×156mm2的尺寸和准正方形的形状。所述晶片在两面上均具有厚度为约75nm的SiNx抗反射/钝化层。通过碱蚀刻将所用太阳能电池织构化。使用获自Asys Group，EKRAAutomatisierungs系统组的半自动丝网印刷机X1SL以如下丝网参数将实施例的浆料丝网印刷至所述晶片的p掺杂面上：290目，20μm线厚度，18μm网上乳液，72条栅线，60μm栅线孔，3条汇流条，1.5mm汇流条宽度。使用相同的印刷机和下述丝网参数将获自Heraeus PreciousMetals GmbH&Co.KG的市售Ag浆料SOL9600A印刷至所述器件的n掺杂背面上：325目，30μm线厚度，18μm网上乳液，156条栅线，80μm栅线孔，3条汇流条，1.5mm汇流条宽度。在印刷各面之后，将具有印刷图案的器件在150℃下在烘箱中干燥10分钟。然后，将衬底以p掺杂面朝上的方式在Centrotherm DO-FF 8600-300烘箱中焙烧1.5分钟。对各实施例而言，焙烧以870℃的最高焙烧温度进行。然后使用HALM IV曲线跟踪仪测试完全加工样品的IV性能。表4显示了在所用焙烧温度下得到的效率、填充因子和串联电阻。
表4—太阳能电池的电性能
实施例 电池效率 填充因子 串联电阻
1 -- -- ++
2 - - ++
3 + ++ --
4 -- -- ++
系列-- - + ++表示值逐步提高的系列，其中--最低，++最高。
附图标记列表
100 太阳能电池
101 掺杂的Si晶片
102 p-n节边界
103 正面电极
104 背面电极
105 正面掺杂层
106 背面掺杂层
200 太阳能电池
207 正面钝化层
208 背面钝化层
209 抗反射层
210 高度掺杂的背面层
300 晶片
311 背面上的其他层
312 正面上的其他层
313 导电浆料
214 正面电极栅线
215 正面电极汇流条
400 太阳能电池前体
401 晶片
402 背面
403 正面
404 p掺杂层
405 n掺杂层
406 背面
407 第一区域
408 第一浆料
409 另一区域
410 抗反射和/或钝化层

Claims (27)

1.一种太阳能电池前体(400)，其包含如下作为前体部件：
i.具有背面(402)和正面(403)的晶片(401)，其中正面(403)包含p掺杂层(404)；
ii.层叠在所述p掺杂层(404)的第一区域(407)上的第一浆料(408)，其包含：
■Ag颗粒；
■基于所述浆料总重量为0.01-5重量％的Al颗粒；
■载体；
■基于所述浆料总重量为0.1-5重量％的玻璃料，其中所述玻璃料包含具有玻璃化转变温度Tg1的第一玻璃料和具有玻璃化转变温度Tgf的另一玻璃料，其中Tgf与Tgl相差大于50℃；和
■添加剂。
2.根据权利要求1的太阳能电池前体(400)，其中Tg1和Tgf均处于250-530℃的范围内。
3.根据权利要求1的太阳能电池前体(400)，其中所述第一玻璃料和所述另一玻璃料以1:5-5:1的重量比存在。
4.根据权利要求2的太阳能电池前体(400)，其中所述第一玻璃料和所述另一玻璃料以1:5-5:1的重量比存在。
5.根据权利要求1-4中任一项的太阳能电池前体(400)，其中第一浆料(408)满足至少一个如下标准：
-第一浆料(408)的粘度为5-35Pas；
-存在于所述浆料中的所有溶剂均具有90-300℃的沸点。
6.根据权利要求1-4中任一项的太阳能电池前体(400)，其中第一浆料(408)满足至少一个如下标准：
-Al颗粒具有1-5μm的d50；
-Ag颗粒具有1-4μm的d50；
-玻璃料颗粒具有0.1-3μm的d50。
7.根据权利要求1-4中任一项的太阳能电池前体(400)，其中所述Ag颗粒为球状。
8.根据权利要求1-4中任一项的太阳能电池前体(400)，其中太阳能电池前体(400)进一步包含层叠在背面(402)的另一区域(406)上的另一浆料(409)。
9.根据权利要求8的太阳能电池前体，其中第一区域(407)小于所述另一区域(406)。
10.根据权利要求8的太阳能电池前体，其中所述另一浆料(409)包含：
-Ag颗粒；
-载体；
-玻璃料；和
-添加剂。
11.根据权利要求9的太阳能电池前体，其中所述另一浆料(409)包含：
-Ag颗粒；
-载体；
-玻璃料；和
-添加剂。
12.根据权利要求1-4中任一项的太阳能电池前体(400)，其中p掺杂层(404)的厚度为10nm至4μm。
13.根据权利要求1-4中任一项的太阳能电池前体(400)，其中背面(402)包含n掺杂层(405)，其中所述n掺杂层具有大于p掺杂层(404)的厚度。
14.根据权利要求1-4中任一项的太阳能电池前体(400)，其中p掺杂层(404)包含B作为掺杂剂。
15.根据权利要求1-4中任一项的太阳能电池前体(400)，其中背面(402)包含n掺杂层(405)，该n掺杂层包含P作为掺杂剂。
16.根据权利要求1-4中任一项的太阳能电池前体(400)，其中在p掺杂层(404)和层叠的第一浆料(408)之间存在一个或多个起抗反射层和/或钝化层(410)作用的层。
17.根据权利要求16的太阳能电池前体(400)，其中至少一个起抗反射层和/或钝化层作用的层包含SiNx，其中x表示正数，但并非必须为整数。
18.根据权利要求1-4中任一项的太阳能电池前体(400)，其中第一浆料(408)以栅格图案的形式层叠在第一区域(407)上。
19.根据权利要求18的太阳能电池前体(400)，其中层叠在第一区域(407)上的第一浆料(408)的栅格图案包含宽度为20-100μm的栅线和与其成70-90°角度且具有0.5-2.5mm宽度的汇流条。
20.根据权利要求1-4中任一项的太阳能电池前体(400)，其中太阳能电池前体(400)包含以栅格形式层叠在背面(402)的另一区域(406)上的另一浆料(409)。
21.根据权利要求20的太阳能电池前体(400)，其中层叠在所述另一区域(406)上的另一浆料(409)的栅格图案包含宽度为20-200μm的栅线和与其成70-90°的角度且宽度为0.5-2.5mm的汇流条。
22.一种制备太阳能电池的方法，其包括如下步骤：
-提供根据权利要求1-21中任一项的太阳能电池前体；
-焙烧所述太阳能电池前体以获得太阳能电池。
23.根据权利要求22的制备太阳能电池的方法，其中所述太阳能电池前体(400)的焙烧满足至少一个如下标准：
-保持温度为700-900℃；
-在保持温度下的时间为1-10秒。
24.根据权利要求22或23的方法，其中通过丝网将第一浆料施加至正面(407)上。
25.根据权利要求24的方法，其中通过丝网施加满足至少一个如下标准：
-网目为290-400/英寸；
-线厚度为10-30μm；
-网上乳液(EoM)厚度为5-25μm；
-栅线间距为1-3mm。
26.一种通过权利要求22-25中任一项的方法获得的太阳能电池。
27.一种组件，其包含至少一个根据权利要求26的太阳能电池和至少一个其他太阳能电池。
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