CN108352414B - 用于太阳能光伏电池的可烧结组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其包含：分散在其适合的载体中的金属颗粒，其中所述载体包含溶剂和树脂，和其中至少一部分所述金属颗粒的特征在于：具有<0.0020的Ψ值，所述Ψ值通过X射线衍射确定，具有至少50％的结晶度，并且相对于晶向是各向异性的。

Description

用于太阳能光伏电池的可烧结组合物
技术领域
本发明涉及用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其包含：分散在其适合的载体中的金属颗粒，其中所述载体包含溶剂和树脂，和其中至少一部分所述金属颗粒的特征在于：具有<0.0020的Ψ值，所述Ψ值通过X射线衍射确定；具有至少50％的结晶度；和相对于晶向(crystallographic direction)是各向异性的。本发明还涉及根据本发明的导电膏组合物在太阳能光伏电池中作为指形电极材料的用途。
发明背景
硅异质结太阳能电池(1)由沉积在晶体硅晶片上的薄的非晶硅层组成。该设计允许超过20％的能量转换效率。关键在于，由印刷在硅晶片上的母线(2)和指形物(3)制成的金属触点通过插入更宽的带隙层而与吸收器电子分离。这些金属顶部触点是收集太阳能电池产生的电流所必需的。图1中示出了这种通用结构(1a示出具有三根母线的基本构造，1b示出具有四根母线的基本构造)。
指形物是金属化的线性区域，其收集电流将其传送到母线，母线直接连接到外部引线。传统上，母线和指形物通过使用单印刷或双印刷方法由相同材料制成。然而，在双印刷方法中，使用不同材料也是可以的。在双印刷方法中，两种材料能够被优化以具有最佳整体性能和最优的成本结构。指形电极可以被优化以具有理想的细线印刷性能和窄的印刷宽度，从而具有尽可能小的阴影，并且另外被优化以具有对于下面的基板的理想的导电性和接触电阻。可针对用于将不同电池互连成太阳能组件的粘合性，对所述母线电极进行优化。
许多专利基于热塑性以及热固性方法来形成用于太阳能电池的导电膏。热塑性膏具有更大量的溶剂，并且控制固化温度防止在粘合区域的溶剂夹带。对于这些膏，加热引发聚合，并且帮助长的聚合物链自由地移动，而冷却减少它们的运动。另一方面，热固性膏表现不同。在聚合期间，热固性聚合物在邻接链之间形成化学键；结果是比二维网络(线性)热塑性结构更加刚性的三维网络。
制造窄且长的金属线有助于减少硅异质结太阳能电池前面的电阻损耗和屏蔽损耗。屏蔽损耗是由于在太阳能电池顶表面上存在阻止光进入太阳能电池的金属而引起的。屏蔽损耗通过顶表面的透明性来测定，对于平面顶表面，透明性被定义为被金属覆盖的顶表面的比例。透明性通过表面上和金属线间距上的金属线的宽度来测定。一个重要的实际限制是与特定金属化技术相关的最小线宽。对于相同的透明性，窄线宽度技术能够具有更靠近的指形物间距，因而减少发射极电阻损耗。
丝网印刷是结晶硅光伏中金属化的流行方法。结晶硅光伏是使用结晶硅太阳能电池(c-Si)建造的组件。典型的导线具有70-100μm的线宽，其在制备硅异质结太阳能电池中使用低温膏并使用单印刷方法获得。硅异质结太阳能电池的印制触点通常在约200℃的温度下固化。
模版印刷是另一种金属化方法，其对于25μm的模版开口可以版制备具有35μm宽度的线。对于使用高温烧制膏(firing paste)的标准硅单质结太阳电池，与单印刷方法中45-55μm或双印刷方法中45-55μm的典型导线宽度相比，这是窄的线宽。这清楚地表明，低温烧制膏需要改进以便能够实现具有更窄的线宽的印刷。
印刷指形电极的线电阻在高效异质结硅太阳能电池的制造中是非常重要的。由于这类太阳能电池对温度敏感，因而通常用于标准c-Si电池制备的高温烧制膏不能用作电池制造中的金属化膏。这限制了它们的导电性。
现有的最佳低温银膏达到低至8μohm.cm的电阻率，这仍然高于标准高温膏的电阻率。为了克服与由于较低体积电导率而导致的较低线电阻相关的损耗，电池生产商或者增加母线的数量，或者采用其他互连方法，例如使用其中使用电线(wire)代替母线(busbar)的多电线阵列。
因此，仍然需要能够达到较低电阻率且良好细线印刷性能以实现电池效率增益的导电膏。
发明内容
本发明涉及用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其包含：分散在其适合的载体中的金属颗粒，其中所述载体包含溶剂和树脂，和其中至少一部分所述金属颗粒的特征在于：具有<0.0020的Ψ值，所述Ψ值通过X射线衍射确定；具有至少50％的结晶度；和相对于晶向是各向异性的。
本发明涉及根据本发明的导电膏组合物在太阳能光伏电池中作为指形电极和/或母线材料的用途。
本发明还包括太阳能光伏电池上的导电网络的制备方法，其中所述方法包括下述步骤：a)将根据本发明的导电膏组合物施加到硅基板和/或透明的导电性氧化物(TCO)，和b)干燥且固化。
附图简介
图1示出太阳能组件的通用结构。
图2示出异质结电池的示意性表示。
图3示出没有母线的太阳能电池结构。
发明详述
在下述段落中更详细地描述本发明。除非明确地相反指示，否则如此描述的各方面可以与任何其它一个或多个方面组合。特别是，指示为优选或有利的任何特征可以与指示为优选或有利的任何其它一个或多个特征组合。
在本发明的范围内，使用的术语将根据下述定义解释，除非上下文另外规定。
在这里使用的单数形式"一"、"一个""和"所述"包括单数和复数提及物，除非上下文另有明确规定。
如本文所使用的术语"包含(comprising)"、"包含(comprises)"和"包含(comprised of)"与"包括(including)"、"包括(includes)"或"含有(comntaining)"、"含有(contains)"同义，且为包括性的或开放的，且不排除其他非列举的成员、要素或方法步骤。
数值端点的列举包括包含于相应范围内的所有数字和分数，以及所列举的端点。
除非另有说明，在此提及的所有百分比、份、比例等均基于重量。
当以范围、优选范围或优选的上限值和优选的下限值的形式表示量、浓度或其他值或参数时，应理解为，具体公开了通过将组合任何上限或优选值与任何下限或优选值所获得的任何范围，而不考虑所得到的范围是否清楚地在上下文中提到。
本说明书中引用的所有参考文献均以其整体方式通过引用并入本文中。
除非另外定义，否则用于公开本发明的所有术语(包括技术和科学术语)具有如本发明所属的技术领域的普通技术者通常所理解的含义。借助于进一步引导，将包括术语定义以更好理解本发明的教导。
根据本发明，提供用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其包含：分散在其适合的载体中的金属颗粒，其中所述载体包含溶剂和树脂，和其中至少一部分所述金属颗粒的特征在于：具有<0.0020的Ψ值，所述Ψ值通过X射线衍射确定；具有至少50％的结晶度；和相对于晶向是各向异性的。
根据本发明的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物包含金属颗粒，优选金属颗粒是可烧结的金属颗粒。
用于本发明的适合的金属颗粒选自由下述组成的组：Ag、Cu、Au、Pd、Ni、In、Sn、Zn、Li、Mg、Al、Mo和它们的任意混合物。优选金属颗粒为银颗粒，更优选可烧结的银颗粒。
用于本发明的适合的金属颗粒也包括银涂布/镀银的粒子，其中下层粒子可以是各种材料中任一种，只要银涂层/镀层基本上涂布下层粒子，以使所得到的组合物包含具有分布遍及其中的银覆盖的颗粒的热塑性基质。
银颗粒是优选的，因为银的导电性，且因为银氧化物也是导电的(金氧化物也是导电的，然而，由于它们的高价，因而它们不提供经济的解决方案)。此外，银颗粒是优选的，因为(具有适于应用的粒径的)银的可烧结温度对应用(<200℃)而言是可接受的。
至少一部分用于本发明的适合的金属颗粒具有<0.0020的Ψ值，所述Ψ值通过X射线衍射确定。
在此使用Ψ值来表示衍射峰的宽化(其是由于来自仪器和样品两者的贡献)。对于本申请的目的，"样品宽化"与"仪器宽化"分开。
描述衍射峰的形状的函数的常用术语为轮廓形状函数(Profile ShapeFunction,PSF)。对于本发明的目的，在此选择使用Lorentzian函数以拟合峰。
因此，通过首先获得示例性材料的原始X射线衍射数据，进行根据原始数据确定"psi"参数。然后，获得所有样品的峰宽度。
为简化样品表征，可将"psi"参数定义为峰宽除以其峰位置(因此值为无量纲的)。然后，可计算各个峰的"psi"的平均值，且获得最终的平均值。
注意，各样品的"psi"仍然表示来自仪器宽化和样品宽化二者的贡献值。仪器对"psi"的贡献(其是恒定的)通过分析与其余样品在相同的仪器上的参考NAC晶体来获得。
接着，比较总"psi"因子和"psi"星形(psi star)(其表示仅由样品引起的衍射峰的宽化)。0.002的阈值将表现良好的样品与表现差的样品区分开。
至少一部分用于本发明的金属颗粒具有至少50％的结晶度。高结晶度是优选的，因为其提供高导电性。
在一些实施方式中，适合的金属颗粒具有至少60％的结晶度，优选适合的金属颗粒具有至少70％的结晶度，更优选适合的金属颗粒具有80％的结晶度，更优选适合的金属颗粒具有至少90％的结晶度，更优选适合的金属颗粒具有至少95％的结晶度，甚至更优选适合的金属颗粒具有至少98％的结晶度，甚至更优选适合的金属颗粒具有至少99％的结晶度。在非常优选的实施方式中，适合的金属颗粒具有基本上100％的结晶度。
结晶度的定量可使用样品的X射线衍射数据的Rietveld精修方法来进行，其中待研究的样品与100％结晶化合物以已知关系混合。对于本发明的目的，将规定量的银样品与完全结晶的SiO2混合(二者的重量关系接近1:1)。然后，测量X射线衍射图，并根据本领域技术人员已知的方法进行Rietveld分析。根据已知量的银和SiO2以及获得的银重量分数，得到结晶的银的量(和分数)。Rietveld精修方法的其它变型以及测定结晶分数的不同方法也可以用于获得用于本发明的目的的结晶度。
如本文所使用的晶体各向异性是指结晶材料的物理或化学性质在与其晶格的主轴(或晶面)相关的方向上的变化。许多方法可用于测定晶体的各向异性，包括例如光学、磁力、电学或X-射线衍射法。特别是区分银的晶体各向异性的后者方法之一参见Yugang Sun&Younan Xia,Science,Vol.298,2002,pp.2176-79：
值得注意的是，(200)和(111)衍射峰的强度间的比值高于常规值(0.67比0.4)，表示我们的纳米立方体富含{100}小面，因而它们的{100}平面倾向于优选平行于支撑基板(26)的表面取向(或纹理化)。(220)和(111)峰的强度间的比值也略高于常规值(0.33比0.25)，因为我们的银纳米立方体的表面上的{110}小面的相对丰度。
至少一部分适合用于本发明中的金属颗粒相对于晶向是各向异性的，优选至少一部分所述适合用于本发明中的金属颗粒具有高各向异性。高各向异性是优选的，因为这将提供更好的烧结能力，并且同样提供更好的导电性。优选地，衍射峰200的峰强度与衍射峰111的峰强度之比大于0.5。通过所述衍射峰表示金属颗粒的衍射峰。
为了实现本发明赋予的益处，仅需要在此使用的金属颗粒的一部分满足多个在此阐述的标准。因此，在一些实施方式中，至少5％的使用的金属颗粒将满足在此阐述的各标准。更具体地说，至少5％的所述金属颗粒特征在于具有<0.0020的Ψ值，所述Ψ值通过X射线衍射确定，具有至少50％的结晶度和相对于晶向是各向异性的。
在一些实施方式中，至少10％的使用的金属颗粒将满足在此阐述的各标准。在一些实施方式中，至少20％的使用的金属颗粒将满足在此阐述的各标准。在一些实施方式中，至少30％的使用的金属颗粒将满足在此阐述的各标准。在一些实施方式中，至少40％的使用的金属颗粒将满足在此阐述的各标准。在一些实施方式中，至少50％的使用的金属颗粒将满足在此阐述的各标准。在一些实施方式中，至少60％的使用的金属颗粒将满足在此阐述的各标准。在一些实施方式中，至少70％的使用的金属颗粒将满足在此阐述的各标准。在一些实施方式中，至少80％的使用的金属颗粒将满足在此阐述的各标准。在一些实施方式中，至少90％的使用的金属颗粒将满足在此阐述的各标准。在一些实施方式中，至少95％的使用的金属颗粒将满足在此阐述的各标准。在一些实施方式中，至少98％的使用的金属颗粒将满足在此阐述的各标准。在一些实施方式中，基本上所有使用的金属颗粒将满足在此阐述的各标准。
从技术观点看，优选尽可能高百分比的使用的金属颗粒将满足在此阐述的各标准。
用于本发明的适合的金属颗粒通常具有300nm至12微米，优选500nm至7微米范围内的平均粒径。
所述粒径通过粒径分析仪来测量，颗粒形状通过扫描电子显微镜来分析。简而言之，通过一系列检测器检测来自颗粒的散射激光。进行理论计算以拟合散射光强度的测量分布。在拟合过程中，推断出粒径分布，并相应计算出D10、D50、D90等值。
这些粒径范围是优选的，因为它们使得能够印刷非常窄的线。
在一些实施方式中，适合的金属颗粒是满足在此阐述的各标准的金属颗粒("第一金属颗粒")，和具有以下阐述的不同标准的"第二金属颗粒"的混合物。
适合的第二金属颗粒优选是可烧结的金属颗粒。用于本发明的适合的第二金属颗粒选自由下述组成的组：Ag、Cu、Au、Pd、Ni、In、Sn、Zn、Li、Mg、Al、Mo和它们的任意混合物。优选第二金属颗粒为银颗粒，更优选可烧结的银颗粒。
优选地，用于本发明的适合的第二金属颗粒具有2μm至40μm、更优选2μm至20μm和更优选2μm至10μm的平均粒径。
还优选第二金属颗粒具有1.5g/cm3至6.0g/cm3、优选3.5g/cm3至5.5g/cm3的振实密度。
还优选第二金属颗粒具有0.4-2.1m2/g的表面积。
还优选第二金属颗粒在538℃下具有0.1％至3％范围内、优选0.2％至0.8％范围内的失重。其中失重通过进行热解重量分析(TGA)来测量，使用TGA Q 500 TA Instruments设备和以10度/分钟运行0至700℃的温变，记录在538℃下的以百分比(％)计的失重的量。
此外，优选第二金属颗粒具有0.9-2.1微米的D50。根据以上描述的方法测量粒径。
根据ISO 3953，通常使用25cm3的刻度玻璃量筒测定振实密度。所述方法的原理为借助敲击设备直至粉末的体积不发生进一步减小而振实容器中规定量的粉末。粉末质量除以其测试后的体积，得到其振实密度。
适合的第二金属颗粒可以是满足以上设定的一个或多个标准的金属颗粒的一种，或者，第二金属颗粒可以是两种以上不同的金属颗粒的混合物，各个颗粒均满足一种或多种以上标准。优选第二金属颗粒满足以上设定的所有标准。
可商购获得的用于本发明适合的第二金属颗粒例如是来自Metalor的P698-1和P554-16。
因此，在一些实施方式中，约5％的使用的金属颗粒为第一金属颗粒，并且将满足在此提出的每个标准，约95％的使用的金属颗粒为如上所述的第二金属颗粒。更具体地说，约5％的所述金属颗粒为第一金属颗粒，并且特征在于：具有<0.0020的Ψ值，所述Ψ值通过X射线衍射确定，具有至少50％的结晶度和相对于晶向是各向异性的，和约95％的所述金属颗粒为第二金属颗粒，并且特征在于：具有2μm至40μm的平均粒径和/或1.5g/cm3至6.0g/cm3的振实密度和/或0.4-2.1m2/g的表面积，和538℃下的失重在0.1％至3％的范围内。
在一些实施方式中，约10％的使用的金属颗粒为第一金属颗粒，并且将满足在此提出的每个标准，且约90％的使用的金属颗粒为如上所述的第二金属颗粒。在一些实施方式中，约20％的使用的金属颗粒为第一金属颗粒，并且将满足在此提出的每个标准，且约80％的使用的金属颗粒为如上所述的第二金属颗粒。在一些实施方式中，约30％的使用的金属颗粒为第一金属颗粒，并且将满足在此提出的每个标准，且约70％的使用的金属颗粒为如上所述的第二金属颗粒。在一些实施方式中，约40％的使用的金属颗粒为第一金属颗粒，并且将满足在此提出的每个标准，且约60％的使用的金属颗粒为如上所述的第二金属颗粒。在一些实施方式中，约50％的使用的金属颗粒为第一金属颗粒，并且将满足在此提出的每个标准，且约50％的使用的金属颗粒为如上所述的第二金属颗粒。在一些实施方式中，约60％的使用的金属颗粒为第一金属颗粒，并且将满足在此提出的每个标准，且约40％的使用的金属颗粒为如上所述的第二金属颗粒。在一些实施方式中，约70％的使用的金属颗粒为第一金属颗粒，并且将满足在此提出的每个标准，且约30％的使用的金属颗粒为如上所述的第二金属颗粒。在一些实施方式中，约80％的使用的金属颗粒为第一金属颗粒，并且将满足在此提出的每个标准，且约20％的使用的金属颗粒为如上所述的第二金属颗粒。在一些实施方式中，约90％的使用的金属颗粒为第一金属颗粒，并且将满足在此提出的每个标准，且约10％的使用的金属颗粒为如上所述的第二金属颗粒。在一些实施方式中，约95％的使用的金属颗粒为第一金属颗粒，并且将满足在此提出的每个标准，且约5％的使用的金属颗粒为如上所述的第二金属颗粒。在一些实施方式中，约98％的使用的金属颗粒为第一金属颗粒，并且将满足在此提出的每个标准，且约2％的使用的金属颗粒为如上所述的第二金属颗粒。
用于本发明的适合的金属颗粒(包括第一和第二金属颗粒)可以各种形状存在，例如基本上球形颗粒、不规则形状颗粒、长方形(oblong)颗粒、片状(例如薄片、扁平片、单晶片)等。如果所述第一和第二金属颗粒都存在的话，二者的形状可以相同或不同。
按组合物的总重量计，根据本发明的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物包含20-98重量％、优选50-95重量％、更优选75-92重量％的金属颗粒。
所述含量范围包括第一金属颗粒和第二金属颗粒(如果存在)。
该金属颗粒含量提供理想的导电性。因此，如果组合物包含小于20％的金属颗粒，则组合物不再导电。然而，组合物不能包含大于98％的金属颗粒，更高量的金属颗粒不能进行细线印刷。印刷方法需要特定的流变性，因此纯金属颗粒不能以其本身印刷。
根据本发明的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物包含载体。用于本发明的适合的载体包含溶剂和树脂。
用于本发明的适合的溶剂选自由下述组成的组：醇、芳烃、饱和烃、氯代烃、醚、多元醇、酯、二元酯、煤油、高沸点醇及其酯、二醇醚、酮、酰胺、杂芳族化合物和它们的任意混合物，优选溶剂选自由下述组成的组：二元酯、乙酸酯和它们的任意混合物。
更优选所述溶剂选自由下述组成的组：二丙二醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、己二醇、1-甲氧基-2-丙醇、二丙酮醇、叔丁醇、2-乙基-1,3-己二醇、十三醇、1,2-辛二醇、二乙二醇丁醚(butyldiglycol)、α-萜品醇或β-萜品醇、乙酸2-(2-丁氧基乙氧基)乙酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯、碳酸1,2-亚丙基酯、乙酸卡必醇酯、丁基卡必醇乙酸酯、丁基卡必醇、乙基卡必醇乙酸酯、2-苯氧基乙醇、己二醇、邻苯二甲酸二丁酯、二元酯、二元酯9、二元酯7和它们的任意混合物，优选所述溶剂选自由下述组成的组：乙酸卡必醇酯、丁基卡必醇乙酸酯、二元酯、二元酯9、二元酯7和它们的任意混合物。
以上列出的优选溶剂是优选的，因为它们是高沸点溶剂，并且可以确保本发明所需的印刷性能。
按组合物的总重量计，根据本发明的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物包含1-30重量％、优选1.5-20重量％、更优选2-10重量％的溶剂。
如果根据本发明的组合物包含太多溶剂，则不能获得印刷高度，同样地，不能满足应用所需的线电阻(line resistance)。另一方面，如果所述组合物包含小于1％的溶剂，则其不可能溶解树脂(在热塑性的情况下)和具有高固含量(在热塑性树脂和热固性树脂或混合的情况下)。
用于本发明的适合的树脂选自由下述组成的组：基于纤维素的树脂、聚酯树脂、苯氧树脂、聚氨酯树脂、选自由偏二氯乙烯均聚物和偏二氯乙烯与丙烯腈的共聚物组成的组的卤化树脂、聚甲基丙烯酸酯树脂、聚丙烯酸酯树脂，选自由环氧树脂、丙烯酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、硅酮树脂和氧杂环丁烷官能化树脂组成的组的热固性树脂和它们的任意混合物。优选树脂为基于纤维素的树脂。
用于本发明适合的可商购获得的基于纤维素的树脂例如为The Dow Chemicalcompany供应的Ethocel 10、100和300或Eastman供应的CAB 381-2、381-20、398-3、551-01或Ashland供应的ECN 4、10、22。
用于本发明适合的可商购获得的聚酯树脂例如为全部由Bostik供应的Vitel2200B、2700B、3300B。
用于本发明适合的可商购获得的苯氧树脂例如为Inchem供应的PKHJ、PKHC、PKHB和PKHH。
用于本发明适合的可商购获得的酚醛树脂例如为全部由Momentive供应的PF9132KP、PF9640LG、PF6535LB和PF6806LB，和全部由Meiwa Chemical供应的HF、1m、HF-3M、HF-4M。
用于本发明适合的可商购获得的聚氨酯树脂例如为Lubrizol供应的Estane5703、5707、5708、5712、5713、5715、5719和5778。
可商购获得的适合的卤化树脂例如为Asahi Kasei Chemicals供应的PVDC树脂F3100。
用于本发明的适合的热固性树脂选自由下述组成的组：环氧树脂、丙烯酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、硅酮树脂和氧杂环丁烷官能化树脂以及它们的任意混合物。优选热固性树脂为环氧树脂。
按组合物的总重量计，根据本发明的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物包含0.1-10重量％、优选0.5-8重量％、更优选1-6重量％的树脂。
如果根据本发明的组合物包含小于0.1％的树脂，则将无法获得粘合性。另一方面，如果组合物包含大于10％的树脂，则所述组合物的导电性受到负面影响。
根据本发明的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物可进一步包含固化剂。
用于本发明的适合的固化剂可例如为用于丙烯酸热固性体系的过氧化物或偶氮化合物，对于环氧热固性体系，可使用潜伏性固化剂：咪唑、环氧咪唑加合物、环氧胺加合物、和脲或阳离子引发剂例如Rhodorsil 2074。
根据本发明的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物可进一步包含选自由流变添加剂、润湿剂和分散剂组成的组的一种或多种添加剂。
根据本发明的导电膏组合物可在太阳能光伏电池中用作指形电极材料和/或母线材料。
更具体地说，根据本发明的组合物可用于异质结电池。异质结电池的示意性结构示出在图2中(未按比例绘制)。4表示细线指形物，其由根据本发明的组合物制成。5表示透明的导电氧化物(TCO)层。6表示(p+)a-Si:H层。7表示n型c-Si层。8表示a-Si/H层。9表示(n+)a-Si:H层。10表示TCO层。和11表示背电极，其可由根据本发明的组合物制成或由不同的导电膏制成。
通常，集电极(collector electrodes)由指形电极和母线电极组成。在一个实施方式中，指形电极材料和母线材料由相同的材料制成。前面和背面的设计可不同，例如对于双面电池，可在背面上使用较多指形物或较宽指形物，或对于单面电池，可不使用指形物。然后，母线电极用来形成相邻电池之间的互连，通常通过使用将一个电池的顶部连接至另一电池的背面的金属带。该互连可例如通过焊接法或通过使用导电粘合剂或通过使用导电膜来进行。如果使用此类设计，则用于指形物和母线的材料可以是相同材料，且可通过单印刷或通过双印刷方法来施加。通常进行双印刷方法以提高印刷高度，因此降低线电阻。
在另一个实施方式中，指形电极材料和母线材料是不同的材料，在这种情况下，需要使用双印刷方法。在双印刷方法中，两种材料均可被优化以具有理想整体性能和成本优势。指形电极可被优化以具有理想细线印刷性能，具有窄印刷宽度以具有尽可能少的阴影。另外，被优化以对下面的基板具有理想的导电性和接触电阻。在该实施方式中，指形物材料为根据本发明的粘合剂膏，且可针对用于将不同电池互连成太阳能组件的粘合性，对母线电极进行优化。在该实施方式中，母线可由可商购获得的标准导电膏形成。
优选由根据本发明的粘合剂组合物印刷的细线的高度为约20μm。
优选由根据本发明的粘合剂组合物印刷的线的宽度为约70μm，优选约50μm，更优选约30μm。
优选由根据本发明的粘合剂组合物印刷的细线的长径比大于0.3。大于0.3的长径比是优选的，因为其使得能够改进电气性能或最终产物中的材料。
然而，本发明不局限于具有母线设计的太阳能电池，还涉及没有母线的太阳能电池(1)，其在电池上仅具有印刷的指形物(3)。这示出在图3中。这些电池可使用起母线作用的导电粘合剂/膜互连，或在使用电线代替母线的情况下，这可例如在使用多电线阵列的组件中使用。
本发明不局限于用于前触点太阳能电池的电极，而且不限于用于具有对低接触电阻率(CR)、受益于此的高的低温导电性的相同需求的背触点太阳能电池的电极。因此，根据本发明的导电膏组合物可用作表面指形电极材料和/或背面指形电极材料。
本发明还包含太阳能光伏电池上的导电网络的制备方法，其中所述方法包含下述步骤：
a)将根据本发明的导电膏组合物施加到硅基板和/或透明的导电性氧化物(TCO)，和
b)干燥并固化。
在一个实施方式中，太阳能光伏电池上的导电网络的制备方法进一步包括施加母线的步骤c)。
在一个实施方式中，太阳能光伏电池上的导电网络的制备方法进一步包括施加母线的步骤c)，其中所述母线由根据本发明的导电膏形成。
在另一个实施方式中，太阳能光伏电池上的导电网络的制备方法进一步包括施加母线的步骤c)，其中所述母线由在成本方面或在粘合性方面具有优化的性能的任何其它导电油墨配制物形成。这在其中不需要来自母线材料的高导电性或细线可印刷性的应用中是可能的。
在一个实施方式中，通过选自由下述组成的组的方法施加所述导电膏组合物：丝网印刷、模版印刷、凹版印刷、版胶板印刷和喷墨印刷，优选通过丝网印刷。
丝网印刷是优选的，因为其是在细线印刷上实现目标的技术上最佳方法。另外，因为丝网印刷的成本而是优选的(对于相同数量的电池，模版印刷更贵)。
实施例
通过使用螺旋桨式混合器将树脂溶解至溶剂，随后将银颗粒添加至树脂/溶剂母料并混合直到混合物均匀(通过使用高速混合器或螺旋桨式混合器进行混合)，制备包含纤维素树脂的组合物。
通过使用高速混合器或螺旋桨式混合器混合树脂和潜伏性硬化剂，随后将银颗粒添加至混合物并混合直到混合物均匀(通过使用高速混合器或螺旋桨式混合器进行混合)，制备包含热固性树脂的组合物。
用于双印刷方法双面电池的印刷方法：
首先将指形物印刷到电池的背面上，并干燥。随后，将母线印刷到所述背面上，并干燥。翻转电池。将指形物印刷到电池的前侧上，并干燥。随后，将母线印刷到电池的前侧上，并干燥。最后，将电池完全固化和/或干燥。
用于单印刷方法双面电池的印刷方法：
首先将指形物和母线印刷到电池的背面上，并干燥。翻转电池。随后，将指形物和母线印刷到电池的前侧上。最后，将电池完全固化和/或干燥。
表1列出用于实施例组合物中的所有组分。值为重量％。
表1
Figure BDA0001578659390000141
表2汇总了从实施例1-3收集的数据。
Figure BDA0001578659390000142
根据流变仪测量，使用2厘米板、200微米间隙和如上所指出的剪切率10s-1或100s-1测量粘度。
如下测量体积电阻率(VR)：
在玻璃板上制备用于根据以上实施例的组合物的样品，固化并干燥(根据所使用的树脂的要求)。在测量前，将玻璃板冷却至室温。
通过使用Keithley 4点探针、万用表和4点探针电阻测量法测量体积电阻率(VR)。
根据下述方程式计算体积电阻率：
VR＝(样品宽度(cm)×样品厚度(cm)×电阻(Ohm))/样品长度(cm)。

Claims (24)

1.用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其包含：
金属颗粒，所述金属颗粒分散在所述金属颗粒适合的载体中，
其中所述载体包含溶剂和树脂，和
其中至少一部分所述金属颗粒的特征在于：
-具有<0.0020的Ψ值，所述Ψ值通过X射线衍射确定，所述Ψ值定义为峰宽除以峰位置；
-具有50％至90％的结晶度，和
-相对于晶向是各向异性的。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中所述金属颗粒选自Ag、Cu、Au、Pd、Ni、In、Sn、Zn、Li、Mg、Al或Mo。
3.根据权利要求1所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中所述金属颗粒为可烧结的银颗粒。
4.根据权利要求1至3任一项所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中至少5％的所述金属颗粒的特征在于：
-具有<0.0020的Ψ值，所述Ψ值通过X射线衍射确定，
-具有50％至90％的结晶度，和
-相对于晶向是各向异性的。
5.根据权利要求1至3任一项所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中所述溶剂选自：醇、芳烃、饱和烃、氯代烃、醚、多元醇、酯、二元酯、煤油、高沸点醇及其酯、二醇醚、酮、酰胺、杂芳族化合物和它们的任意混合物。
6.根据权利要求5所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中所述溶剂选自：乙酸酯、内酯和它们的任意混合物。
7.根据权利要求5所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中所述溶剂选自：二丙二醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、己二醇、1-甲氧基-2-丙醇、二丙酮醇、叔丁醇、2-乙基-1,3-己二醇、十三醇、1,2-辛二醇、二乙二醇丁醚、α-萜品醇或β-萜品醇、乙酸2-(2-丁氧基乙氧基)乙酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯、碳酸1,2-亚丙基酯、乙酸卡必醇酯、丁基卡必醇乙酸酯、丁基卡必醇、2-苯氧基乙醇、乙基卡必醇乙酸酯、己二醇、邻苯二甲酸二丁酯、γ-丁内酯、二元酯、二元酯9、二元酯7和它们的任意混合物。
8.根据前述权利要求1至3任一项所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中所述树脂选自：基于纤维素的树脂、聚酯树脂、苯氧树脂、聚氨酯树脂、选自偏二氯乙烯均聚物和偏二氯乙烯与丙烯腈的共聚物的卤化树脂、聚甲基丙烯酸酯树脂、聚丙烯酸酯树脂，选自环氧树脂、丙烯酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、硅酮树脂和氧杂环丁烷官能化树脂的热固性树脂和它们的任意混合物。
9.根据前述权利要求1至3任一项所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中按组合物的总重量计，所述金属颗粒以20-98重量％存在于组合物中。
10.根据前述权利要求9所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中按组合物的总重量计，所述金属颗粒以50-95重量％存在于组合物中。
11.根据前述权利要求9所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中按组合物的总重量计，所述金属颗粒以75-92重量％存在于组合物中。
12.根据前述权利要求1至3任一项所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中按组合物的总重量计，所述树脂以0.1-10重量％存在于组合物中。
13.根据前述权利要求12所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中按组合物的总重量计，所述树脂以0.5-8重量％存在于组合物中。
14.根据前述权利要求12所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中按组合物的总重量计，所述树脂以1-6重量％存在于组合物中。
15.根据前述权利要求1至3任一项所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中按组合物的总重量计，所述溶剂以1-30重量％存在于组合物中。
16.根据前述权利要求15所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中按组合物的总重量计，所述溶剂以1.5-20重量％存在于组合物中。
17.根据前述权利要求15所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中按组合物的总重量计，所述溶剂以2-10重量％存在于组合物中。
18.根据前述权利要求1至3任一项所述的用于太阳能光伏电池的导电膏组合物，其中所述组合物进一步包含固化剂。
19.前述权利要求1至18任一项所述的导电膏组合物在太阳能光伏电池中作为指形电极材料和/或母线材料的用途。
20.根据权利要求19的用途，其作为表面指形电极材料和/或背面指形电极材料。
21.太阳能光伏电池上的导电网络的制备方法，其中所述方法包括下述步骤：
a)将根据权利要求1至18任一项的导电膏组合物施加到硅基板和/或透明的导电性氧化物(TCO)，和
b)干燥并固化。
22.根据权利要求21所述的方法，其中通过选自下述组中的方法施加所述导电膏组合物：丝网印刷、模版印刷、凹版印刷、胶版印刷和喷墨印刷。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其中所述方法进一步包括施加母线的步骤c)。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述母线由根据权利要求1至18任一项所述的导电膏形成或由标准导电膏形成。
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