DE112014006903T5

DE112014006903T5 - Solarzellen mit Kupferelektroden

Info

Publication number: DE112014006903T5
Application number: DE112014006903.5T
Authority: DE
Inventors: Minfang Mu; Dan Feng
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: Solar Paste LLC
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2017-05-11
Anticipated expiration: 2034-08-29
Also published as: DE112014006903B4; WO2016029398A1; JP6564024B2; CN106575537A; US10672922B2; US20170278989A1; JP2017529699A

Abstract

Offenbart sind hier Solarzellen, die Halbleitersubstrate und daran angebrachte Cu-Elektroden umfassen, wobei die Cu-Elektroden aus leitfähigen Pasten abgeleitet sind, die Pulvermischungen von Cu-Teilchen und kristallinen Ge-Teilchen und Glasfritten enthalten, die in organischen Medien dispergiert sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Solarzellen, die Kupferelektroden enthalten.
STAND DER TECHNIK
Edelmetallpulver, wie beispielsweise Silberpulver, wird in der Elektronikindustrie zur Herstellung leitfähiger Pasten verwendet. Bei der Herstellung von Solarzellen werden leitfähige Pasten auf Halbleitersubstrate unter Bildung von leitfähigen Muster siebgedruckt. Diese Pastenmuster werden dann getrocknet und zum Verflüchtigen und Herausbrennen des flüssigen organischen Mediums und Sintern der Metallteilchen gebrannt.
Die Kapitalanlagen für den Ofen können reduziert werden, weil Edelmetalle wie Gold, Silber und Palladium in Luft gebrannt werden können. Die Verwendung von Edelmetallen verursacht jedoch einen scharfen Anstieg der Materialkosten, weil Edelmetalle teuer sind.
Kupfer findet als leitfähige Komponente in Halbleiterschaltungen und dergleichen weitverbreitete Verwendung. Kupfer hat den Vorteil, weniger teuer als Silber zu sein. Jedoch kann Kupfer nicht in Luft gebrannt werden, weil es schnell oxidiert und dies erhöht die Kapitalanlagen, weil Brennen unter einer Stickstoffatmosphäre und dergleichen erforderlich ist.
So ist beim Prozess des Bildens von Solarzellenelektroden und Sammelschienen unter Anwendung einer leitfähigen Paste die Entwicklung von Technologie erforderlich, die die folgenden Erfordernisse erfüllt: 1) Ermöglichen der Verwendung von kostengünstigem Kupferpulver, 2) Ermöglichen, dass das Brennen in Luft durchgeführt wird, und 3) Ermöglichen eines geringen Widerstands bei den Elektroden.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bereitgestellt wird hier eine Solarzelle, die ein Halbleitersubstrat und mindestens eine Kupfer-(Cu-)Elektrode umfasst, die an einer Vorder- oder Rückseite davon angebracht ist, wobei die mindestens eine Cu-Elektrode gebildet wird durch: (I) Aufbringen einer Cu enthaltenden leitfähigen Paste auf die Vorder- oder Rückseite des Halbleitersubstrats in einer vorbestimmten Gestalt und an einer vorbestimmten Position; (II) Trocknen der Cu enthaltenden leitfähigen Paste; und (III) Brennen der Cu enthaltenden leitfähigen Paste, um die mindestens eine Cu-Elektrode zu bilden, wobei die Cu enthaltende leitfähige Paste Folgendes umfasst: (a) etwa 10–95 Gew.-% einer Pulvermischung von Cu- und kristallinen Germanium-(Ge-)Teilchen und (b) etwa 0,1–15 Gew.-% einer Glasfritte, die in (c) einem organischen Medium dispergiert sind, wobei der gesamte Gewichtsprozentsatz aller Komponenten, die in der Paste enthalten sind, insgesamt 100 Gew.-% beträgt und wobei (i) die Pulvermischung etwa 0,01–35 Gewichtsteile der kristallinen Ge-Teilchen, auf 100 Gewichtsteile der Cu-Teilchen bezogen, umfasst; und (ii) das organische Medium aus mindestens einem organischen Polymer besteht, das in mindestens einem Lösungsmittel gelöst ist.
In einer Ausführungsform der Solarzelle umfasst die Pulvermischung etwa 1–30 Gewichtsteile der kristallinen Ge-Teilchen, auf 100 Gewichtsteile der Cu-Teilchen bezogen.
In einer weiteren Ausführungsform der Solarzelle umfasst die Pulvermischung etwa 3–25 Gewichtsteile der kristallinen Ge-Teilchen, auf 100 Gewichtsteile der Cu-Teilchen bezogen.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Solarzelle weisen die Cu-Teilchen einen Teilchendurchmesser (D50) von etwa 1–50 μm auf.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Solarzelle weisen die Cu-Teilchen einen Teilchendurchmesser (D50) von etwa 1,5–30 μm auf.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Solarzelle weisen die Cu-Teilchen einen Teilchendurchmesser (D50) von etwa 1,5–15 μm auf.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Solarzelle weisen die kristallinen Ge-Teilchen einen Teilchendurchmesser (D50) von etwa 1–1000 nm auf.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Solarzelle wird das Halbleitersubstrat aus der Gruppe ausgewählt bestehend aus Einkristallsiliciumarten und mehrkristallinen Siliciumarten.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Solarzelle wird die mindestens eine Cu-Elektrode auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats und in Form einer multiplen Anzahl paralleler leitfähiger Finger und einer oder mehreren Vorderseiten-Sammelschienen gebildet, die senkrecht zu den leitfähigen Fingern liegen.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Solarzelle wird die mindestens eine Cu-Elektrode auf der Rückseite des Halbleitersubstrats und in Form einer oder mehrerer Rückseiten-Sammelschienen gebildet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 ist ein Röntgenbeugungsspektrum von Ge-Pulvern.
Die 2(a) ist eine Planaransicht der Vorderfläche einer Solarzelle.
Die 2(b) and 2(c) sind Querschnittsansichten von Solarzellen mit verschiedenen Konstruktionen der Rückseitenelektroden.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Offenbart sind hier Kupfer enthaltende (Cu enthaltende) leitfähige Pasten und Solarzellen, die Halbleitersubstrate mit Cu-Elektroden enthalten, die durch Brennen der der Cu enthaltenden leitfähigen Paste darauf gebildet sind.
CU ENTHALTENDE LEITFÄHIGE PASTEN
Die hier offenbarten Cu enthaltenden leitfähigen Pasten enthalten anorganisches Pulver; wie eine Pulvermischung von Cu-Teilchen und kristallinen Germanium-(Ge-)Teilchen und Glasfritten, die in einem organischen Medium dispergiert sind, um die „Paste” zu bilden, die eine geeignete Viskosität zum Aufbringen auf ein Substrat aufweist.
Die Glasfritte umfasst schmelzbare Oxide wie Kristallbildner, Zwischenoxide und/oder Modifiziermittel. Der Ausdruck „schmelzbar” wie hier benutzt, bezieht sich auf die Fähigkeit eines Materials, auf das Erhitzen hin, wie beispielsweise das Erhitzen, das bei Brennvorgängen angewendet wird, fluid zu werden. In einigen Ausführungsformen besteht das schmelzbare Material aus einer oder mehreren schmelzbaren Unterkomponenten. Beispielsweise kann das schmelzbare Material ein Glasmaterial oder eine Mischung von zwei oder mehreren Glasmaterialien umfassen. Glasmaterial in Form eines feinen Pulvers, z. B. durch einen Zerkleinerungsvorgang, wird oft „Fritte” genannt und ohne weiteres in die vorliegenden Pastenzusammensetzung integriert. Die Glasfritte kann kristallin, teilweise kristallin, amorph, teilweise amorph oder Kombinationen davon sein.
Wie hier benutzt bezieht sich der Ausdruck „Glas” auf eine teilchenförmige feste Form wie beispielsweise ein Oxid oder Oxyfluorid, die zumindest hauptsächlich amorph ist, was bedeutet, dass die atomare Nahordnung in der unmittelbaren Umgebung irgendeines ausgewählten Atoms, das heißt in der ersten Koordinationsschale bewahrt wird, jedoch sich bei höheren Atomniveauentfernungen (d. h. es gibt keine periodische Fernordnung) verteilt. Daher weist das Röntgenbeugungsmuster eines voll amorphen Materials breite, diffuse Peaks und nicht gut definierte, schmale Peaks eines kristallinen Materials auf. In Letzterem führt die regelmäßige Beabstandung charakteristischer kristallografischer Ebenen zu den schmalen Peaks, deren Position sich in reziprokem Raum dem Bragg-Gesetz entsprechend befindet. Ein Glasmaterial weist auch keine wesentliche Kristallisationsexotherme auf das Erhitzen hin in der Nähe oder über seiner Glasübergangstemperatur oder seines Erweichungspunkts, Tg, auf, der als zweiter Übergangspunkt definiert wird, der in einem thermischen Differentialanalyse-(DTA-)Scan zu sehen ist. In einer Ausführungsform liegt der Erweichungspunkt des Glasmaterials, das in der vorliegenden Pastenzusammensetzung verwendet wird, im Bereich von 300 bis 800°C.
Es wird auch die Möglichkeit in Betracht gezogen, dass einige oder alle der Oxide in Glasfritten aus Material bestehen können, das einen gewissen Kristallinitätsgrad aufweist. Beispielsweise wird in einigen Ausführungsformen eine Mehrzahl von Oxiden zusammengeschmolzen, was zu einem Material führt, das teilweise amorph und teilweise kristallin ist. Wie ein Fachmann erkennen würde, würde ein derartiges Material ein Röntgenbeugungsmuster erzeugen, das schmale kristalline Peaks aufweist, die über ein Muster mit breiten diffusen Peaks überlagert sind. Alternativ kann/können ein oder mehrere Bestandteile oder sogar im Wesentlichen das gesamte schmelzbare Material überwiegend oder sogar im Wesentlichen vollständig kristallin sein. In einer Ausführungsform kann kristallines Material, das bei dem schmelzbaren Material der vorliegenden Pastenzusammensetzung nützlich ist, einen Schmelzpunkt von höchstens 800°C aufweisen.
Insbesondere umfasst die Cu enthaltende leitfähige Paste, die hier offenbart wird, (i) eine Pulvermischung von Cu-Teilchen und kristallinen Ge-Teilchen und (ii) eine Glasfritte, die in (iii) einem organischen Medium dispergiert sind. Und die Paste weist eine geeignete Viskosität zum Aufbringen auf ein Substrat auf. Die Viskosität der Cu enthaltenden leitfähigen Paste kann etwa 0,05–5000 Pa·s bei einer Scherrate zwischen etwa 0,2–350 s^–1 betragen. In gewissen Ausführungsformen wird eine Viskosität von 5–800 Pa·s bevorzugt, wenn Siebdrucken angewendet wird.
(i) Pulvermischungen von Cu-Teilchen und kristallinen Ge-Teilchen
Die hier verwendeten Cu-Teilchen können reines Cu oder eine Cu-Legierung mit Nickel, Silber, Aluminium, Zink, Zinn, Silicium, Eisen, Mangan, Germanium, Bor oder eine Mischung davon sein. Unter diesen werden Cu-Legierungen mit Zink, Zinn, Aluminium, Silicium oder Mischungen davon vorgezogen. Das reine Cu kann eine Reinheit von mindestens etwa 80% Cu in einer Ausführungsform, mindestens etwa 90% Cu in einer anderen Ausführungsform oder mindestens etwa 95% Cu in noch einer anderen Ausführungsform aufweisen.
Ein Fachmann würde erkennen, dass die Wahl von Rohmaterialien unbeabsichtigt Verunreinigungen umfassen könnte, die während des Verarbeitens in das Cu integriert werden könnten. Beispielsweise können die Verunreinigungen im Bereich von hunderten bis tausenden Teilen pro Million vorliegen. Verunreinigungen, die gewöhnlich in industriellen Metallen, die hier verwendeten werden, vorkommen, sind einem durchschnittlichen Fachmann bekannt.
Der Teilchendurchmesser (D50) der Cu-Teilchen kann etwa 1–50 μm in einer Ausführungsform, etwa 1,5–30 μm in einer anderen Ausführungsform oder etwa 1,5–15 μm in noch einer anderen Ausführungsform betragen. Wie hier benutzt, soll „Teilchendurchmesser (D50)” die 50%-Volumenverteilungsgröße bedeuten. Der Teilchendurchmesser (D50) kann durch Messen der Verteilung der Teilchendurchmesser unter Anwendung von Lichtstreuungsverfahren beispielsweise ASTM B822-10 entsprechend erhalten werden.
Die hier verwendeten Cu-Teilchen können irgendeine Gestalt aufweisen. Beispielsweise können sie kugelförmig, flockenförmig sein oder eine unregelmäßige Gestalt aufweisen.
Der Einschluss der kristallinen Ge-Teilchen in der Pulvermischung reduziert die Oxidation der Cu-Teilchen während des Brennens in Luft. Die Erhöhung des spezifischen Widerstands, die aus der Cu-Oxidation resultiert, kann durch Zugabe der kristallinen Ge-Teilchen reduziert oder gehemmt werden.
Der Teilchendurchmesser (D50) der hier verwendeten kristallinen Ge-Teilchen kann etwa 1–1000 nm in einer Ausführungsform, etwa 5–500 nm in einer anderen Ausführungsform oder etwa 10–300 nm in noch einer anderen Ausführungsform betragen. Der Teilchendurchmesser (D50) kann durch Messen der Verteilung der Teilchendurchmesser unter Anwendung von Lichtstreuungsverfahren beispielsweise ASTM E2490-09 entsprechend erhalten werden. Und die kristallinen Ge-Teilchen können in der Pulvermischung in einem Niveau von etwa 0,01–35 Gewichtsteilen oder etwa 1–30 Gewichtsteilen oder etwa 3–25 Gewichtsteilen, auf 100 Gewichtsteile der Cu-Teilchen bezogen, vorliegen.
Die Pulvermischung von Cu-Teilchen und kristallinen Ge-Teilchen kann in der Cu enthaltenden leitfähigen Paste im einem Niveau von etwa 10–95 Gew.-%, oder etwa 40–95 Gew.-% oder etwa 60–95 Gew.-%, auf das Gesamtgewicht der Cu enthaltenden leitfähigen Paste vorliegen. Die Pulvermischung im obigen Bereich gibt der Elektrode ausreichend Leitfähigkeit.
Neben der Pulvermischung von Cu-Teilchen und kristallinen Ge-Teilchen kann irgendein anderes zusätzliches Metallpulver der Cu enthaltenden leitfähigen Paste zugegeben werden. Ein Pulver von Silber (Ag), Gold (Au), Palladium (Pd), Aluminium (Al), Platin (Pt), Nickel (Ni), Zinn (Sn) oder Mischungen oder Legierungen von zwei oder mehreren dieser Metalle kann beispielsweise der Cu enthaltenden Paste zugegeben werden. In einer Ausführungsform kann die Cu enthaltende leitfähige Paste eines oder mehrere der Folgenden umfassen: Ag, Pt, Al, Ni, Legierungen von Ag und Pd und Legierungen von Pt und Au und derartige zusätzliche Metalle können in der Cu enthaltenden leitfähigen Paste in einem Gesamtgehaltniveau von bis zu etwa 60 Gew.-%, auf das Gesamtgewicht der Paste bezogen, vorliegen.
(ii) GLASFRITTE
Die Glasfritte erleichtert das Sintern des leitfähigen Pulvers und verbessert die Haftung der Elektrode am Substrat. Komplexe Oxide, die sich genau wie die Glasfritte beim Brennen verhalten können, können ebenfalls als Glasfritte betrachtet werden.
Die hier verwendete Glasfritte kann in die Cu enthaltenden leitfähigen Paste in einem Niveau von etwa 0,1–15 Gew.-% oder etwa 0,2–10 Gew.-% oder etwa 0,5–8 Gew.-%, auf das Gesamtgewicht der Paste bezogen, integriert werden. Mit einer derartigen Menge kann die Glasfritte die obige Aufgabe erfüllen. Der Teilchendurchmesser (D50) der Glasfritte in der Paste kann etwa 0,1–10 μm in einer Ausführungsform, etwa 0,3–6 μm in einer anderen Ausführungsform oder etwa 0,6–4 μm in noch einer anderen Ausführungsform betragen. Eine gleichförmige Dispersion der Glasfritte innerhalb der Paste kann erhalten werden, wenn der Teilchendurchmesser (D50) der Glasfritte innerhalb des offenbarten Bereichs gehalten wird. Der Glasfrittenteilchendurchmesser (D50) kann auf dieselbe Weise wie bei den oben beschriebenen Cu-Teilchen gemessen werden.
Die chemische Zusammensetzung der hier verwendeten Glasfritte ist nicht beschränkt. Irgendeine Glasfritte kann zur Verwendung in der Cu enthaltenden leitfähigen Paste geeignet sein. Beispielsweise kann eine Blei-Bor-Silicium-Glasfritte oder eine bleifreie Wismutglasfritte, wie beispielsweise die Oxidzusammensetzungen auf der Basis von Wismut, die in Tabelle 1 von US 2012/0312368 offenbart sind, hier verwendet werden. Der Erweichungspunkt der Glasfritte kann etwa 300–800°C betragen. Wenn der Erweichungspunkt sich in dem offenbarten Bereich befindet, schmilzt die Glasfritte richtig, um die oben erwähnten Auswirkungen zu erhalten. Der Erweichungspunkt kann durch thermische Differentialanalyse (DTA) bestimmt werden.
(iii) ORGANISCHES MEDIUM
Die anorganischen Pulver, wie beispielsweise die Pulvermischung von Cu-Teilchen und kristallinen Ge-Teilchen und die Glasfritte, werden in dem organischen Medium dispergiert, um eine viskose Zusammensetzung zu bilden, die „Paste” genannt wird, und eine geeignete Viskosität zum Ausbringen auf ein Substrat in einem erwünschten Muster aufweist. Geeignete organische Medien sollten rheologische Eigenschaften aufweisen, die eine stabile Dispersion von Feststoffen, eine geeignete Viskosität und Thixotropie zum Ausbringen der Paste auf ein Substrat, geeignete Benetzbarkeit auf dem Substrat und der Pastenfeststoffe, eine gute Trocknungsrate und gute Brenneigenschaften bereitstellen.
Es besteht keine Einschränkung bezüglich der Zusammensetzung des hier verwendeten organischen Mediums. Das hier verwendete organische Medium kann eine Lösung sein, die aus mindestens einem organischen Polymer besteht, das in mindestens einem Lösungsmittel gelöst ist.
Eine Reihe verschiedener organischer Polymere kann hier verwendet werden, beispielsweise Zucker, Stärke, Cellulose, Holzkolophonium, Epoxidharz, Phenolharz, Acrylharz, Polyacrylate, Polyester, Polylactone, Phenoxyharze oder eine Mischung von zwei oder mehreren davon. Unter diesen sind Cellulosen bevorzugt, die ohne Einschränkung Ethylcellulose, Cellulosenitrat, Hydroxyethylcellulose, Ethylhydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Hydroxypropylcellulose und Mischungen und Derivate davon umfassen.
Geeignete Lösungsmittel können ohne Einschränkung Terpene (z. B. alpha- oder beta-Terpineol), Kerosin, Dibutylphthalat, Butylcarbitol, Butylcarbitolacetat, Hexylenglykol, Alkohole mit Siedepunkten über 150°C, Alkoholester, Bis(2-(2-butoxyethoxy)ethyladipat, zweibasische Ester, Octylepoxidtallat, Isotetradecanol, Pentaerythritester von hydriertem Kolophonium und Mischungen davon umfassen. Die Lösungsmittel können auch flüchtige Flüssigkeiten zum Unterstützen des schnellen Härtens nach Aufbringen der Paste auf ein Substrat umfassen.
Das organische Medium kann ferner Verdickungsmittel, Stabilisatoren, Tenside und/oder andere gewöhnliche Zusatzmittel zum Verbessern der Leistungsfähigkeit der Paste wie bessere Druckbarkeit, bessere Dispersion und/oder bessere Stabilität enthalten.
Die optimale Menge des organischen Mediums in der Cu enthaltenden leitfähigen Paste hängt von dem Verfahren zum Aufbringen der Paste und dem verwendeten spezifischen organischen Medium ab. Typischerweise kann die Cu enthaltende leitfähige Paste, die hier offenbart wird, etwa 3–70 Gew.-% oder etwa 3–65 Gew.-% oder etwa 3–58 Gew.-% des organischen Mediums, auf das Gesamtgewicht der Paste bezogen, enthalten.
(iv) ZUSÄTZLICHES ANORGANISCHES PULVER
Ein zusätzliches anorganisches Pulver kann wahlweise der Cu enthaltenden leitfähigen Paste zugegeben werden. Das zusätzliche anorganische Pulver ist nicht unbedingt notwendig. Jedoch kann das zusätzliche anorganische Pulver verschiedene Eigenschaften der Elektrode wie beispielsweise Haftung und Leitfähigkeit verbessern.
In einer Ausführungsform können die zusätzlichen anorganischen Pulver, die hier verwendet werden, unter Metallen, Metalloxiden oder Mischungen davon ausgewählt werden. Beispielhafte Metalle, die hier verwendet werden, können unter Zn, Gd, Ce, Zr, Ti, Mn, Sn, Ru, Co, Fe, Cr oder Mischungen von zwei oder mehreren davon ausgewählt werden. Beispielhafte Metalloxide, die hier verwendet werden, können ein oder mehrere Oxide von Zn, Gd, Ce, Zr, Ti, Mn, Sn, Ru, Co, Fe oder Cr sein. Die Metalloxide, die hier verwendet werden, umfassen auch irgendwelche Verbindungen, die die Metalloxide, wie oben beschrieben, auf das Brennen hin erzeugen können.
Das zusätzliche anorganische Pulver kann in der Cu enthaltenden leitfähigen Paste in einem Niveau von etwa 0,05–10 Gew.-% in einer Ausführungsform, etwa 0,1–7 Gew.-% in einer anderen Ausführungsform oder etwa 0,2–6 Gew.-% in noch einer anderen Ausführungsform, auf das Gesamtgewicht der Paste bezogen, vorliegen.
Der Teilchendurchmesser (D50) des zusätzlichen anorganischen Pulvers unterliegt keiner besonderen Einschränkung, obwohl eine durchschnittliche Teilchengröße von nicht mehr als 10 μm und bevorzugt nicht mehr als 5 μm wünschenswert ist.
Die Cu enthaltende leitfähige Paste, die hier offenbart wird, kann durch irgendein geeignetes Mischverfahren gebildet werden. Beispielsweise kann die Paste durch einfaches Mischen und Dispergieren der Cu-Teilchen, der kristallinen Ge-Teilchen, der Glasfritten und den wahlweise anderen anorganischen Teilchen in dem organischen Medium gebildet werden.
SOLARZELLEN
Ferner werden hier Solarzellen offenbart, die Halbleitersubstrate mit Cu-Elektroden enthalten, wobei die Cu-Elektroden durch zuerst Aufbringen (z. B. Ausgeben, Gießen, schichtförmig Auftragen oder Drucken) der Cu enthaltenden leitfähigen Paste (wie oben offenbart) auf die Oberfläche eines Halbleitersubstrats in einer vorbestimmten Gestalt und an einer vorbestimmten Position, Trocknen der Cu enthaltenden leitfähigen Paste bei erhöhter Temperatur (z. B. etwa 70–240°C) für eine gewisse Zeitdauer (z. B. etwa 2–20 min) zum teilweisen Entfernen des organischen Mediums und dann Brennen der Cu enthaltenden leitfähigen Paste zum Entfernen des restlichen organischen Mediums und Sintern der Pulvermischung von Cu-Teilchen und kristallinen Ge-Teilchen mit der Glasfritte und den anderen anorganischen Materialien, die die Paste umfassen, gebildet.
Die Art und Weise des Aufbringen der Cu enthaltenden leitfähigen Paste auf das Substrat ist nicht beschränkt und irgendein geeignetes Verfahren kann hier verwendet werden. Beispielhafte Aufbringverfahren, die hier nützlich sind, umfassen ohne Einschränkung Ausgeben, Siebdruck, Tintenstrahldruck, Gießen, Spritzen, Tiefdruck, Flexodruck, Schablonendruck, Düsenausgabe, Spritzenausgabe, Plattieren, Extrusion, Mehrfachdrucken oder Offset-Druck, Direktschreiben und dergleichen. Insbesondere wird Siebdruck oft verwendet, da er die Cu enthaltende leitfähige Paste auf dem Substrat innerhalb relativ kurzer Zeit aufbringen kann. Das Muster der Cu enthaltenden leitfähigen Paste auf dem Substrat kann irgendein erwünschtes Elektrodenmuster wie Linie(n), Kreis oder Viereck sein.
Die Cu enthaltende leitfähige Paste, die auf das Substrat aufgebracht wird, kann wahlweise beispielsweise etwa 2–20 Minuten lang bei etwa 70°C–250°C in einem Ofen getrocknet werden. Der Trocknungsvorgang kann bei einer mäßigen Temperatur zum Härten der Paste durch Entfernen ihrer flüchtigsten organischen Substanzen ausgeführt werden.
Die Cu enthaltende leitfähige Paste wird dann auf dem Substrat in irgendeiner Atmosphäre gebrannt. Ein Ofen, der auf eine vorbestimmte Temperatur und ein vorbestimmtes Zeitprofil eingestellt ist, kann hier verwendet werden.
Die Pulvermischung von Cu-Teilchen und kristallinen Ge-Teilchen sintert während des Brennens, um zu der Elektrode zu werden, die eine ausreichende Leitfähigkeit aufweist. Das organische Medium könnte durch Abbrennen oder Carbonisieren während des Brennens entfernt werden.
Das Brennen kann in einer Atmosphäre, die aus Stickstoff, Argon oder irgendeinem anderen inerten Gas oder einer sauerstoffhaltigen Mischung wie Luft oder einem gemischten Gas von Sauerstoff und Stickstoff ausgeführt werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird die Cu enthaltende leitfähige Paste auf dem Substrat in Luft gebrannt. Der Ausdruck „Brennen in Luft” oder „Luftbrennen” bezieht sich im Wesentlichen auf das Brennen ohne Ersetzen der Atmosphäre im Brennraum durch ein Gas, das keinen Sauerstoff oder weniger Sauerstoff als die umgebende Atmosphäre um den Brennraum herum enthält. In einer Ausführungsform wird die Luft, die die Brennvorrichtung umgibt, als Brennatmosphäre ohne Ersetzen der Brennatmosphäre durch anderes Gas verwendet.
Die Brennbedingung kann je nach dem Substrattyp, den Eigenschaften der Cu enthaltenden leitfähigen Paste oder dem Muster der Cu enthaltenden leitfähigen Paste auf dem Substrat variieren. Jedoch kann die Elektrode im Allgemeinen durch Brennen der Cu enthaltenden leitfähigen Paste bei einer Einstellungsspitzentemperatur von etwa 500–1200°C und für eine Brennzeit von etwa 5 Sekunden bis etwa 30 Minuten erhalten werden. Die Einstellspitzentemperatur kann etwa 500–1100°C in einer Ausführungsform oder etwa 550–1000°C in einer anderen Ausführungsform betragen. Die Brennzeit kann etwa 10 Sekunden bis etwa 20 min in einer Ausführungsform oder etwa 30 Sekunden bis etwa 10 min in einer anderen Ausführungsform betragen. Die Brennbedingung kann durch Inbetrachtziehen der Brenntemperatur und der Brennzeit eingestellt werden. Beispielsweise kann die Cu enthaltende leitfähige Paste bei einer hohen Temperatur für kurze Zeit oder einer niedrigen Temperatur für lange Zeit gebrannt werden, wenn das Substrat durch die hohe Temperatur schnell beschädigt wird.
In einer Ausführungsform wird das Brennen durch Hindurchführen des Substrats, das das gedruckte Pastenmuster trägt, durch einen Bandofen mit hohen Transportraten, beispielsweise etwa 2,5–760 cm/min bei einer Brennzeit von etwa 10 Sekunden bis etwa 3 Stunden erreicht werden. Die hier angewendete Brennzeit ist die Zeit vom Beginn bis zum Ende des Brennens. In gewissen Ausführungsformen wird das pastentragende Substrat zuerst getrocknet, bevor es in einen Bandofen eintritt, während des Hindurchgehens durch den Bandofen gebrannt und dann nach Verlassen des Bandofens abgekühlt. In derartigen Ausführungsformen ist die Brennzeit die Zeit vom Eintritt bis zum Austritt aus dem Ofen. Mehrere Temperaturzonen können für den Bandofen eingestellt werden, um das erwünschte Wärmeprofil zu regulieren, und die Anzahl von Zonen kann beispielsweise zwischen 3 und 11 Zonen variieren. Die Brenntemperatur in einem Bandofen wird herkömmlicherweise durch den Ofensollwert in der heißesten Zone des Ofens festgelegt, es ist jedoch bekannt, dass die Spitzentemperatur, die durch Hindurchführen des Substrats bei einem derartigen Verfahren erreicht wird, etwas niedriger als der höchste Sollwert liegt. Andere chargenweise und kontinuierliche schnelle Brennofenkonstruktionen, die dem Fachmann auf dem Gebiet der Technik bekannt sind, werden ebenfalls in Betracht gezogen.
Elektroden werden über dem Substrat nach dem Brennen gebildet. Die durchschnittliche Breite der Elektrode kann etwa 10 μm bis 10 mm in einer Ausführungsform, etwa 30 μm bis 7 mm in einer anderen Ausführungsform oder etwa 50 μm bis 5 mm in noch einer anderen Ausführungsform betragen und die durchschnittliche Dicke kann etwa 1–200 μm in einer Ausführungsform, etwa 1–100 μm in einer anderen Ausführungsform oder etwa 1–50 μm in noch einer anderen Ausführungsform betragen.
Wie durch die Beispiele unten gezeigt, werden durch Ersetzen der teureren Ag-Teilchen durch weniger teure Pulvermischungen von Cu-Teilchen und kristallinen Ge-Teilchen in der leitfähigen Paste nicht nur die Materialkosten sehr stark reduziert, die Paste kann auch in Luft gebrannt und so können Elektroden erhalten werden, die einen geringen spezifischen Widerstand besitzen. Dies ist sehr wünschenswert, wenn sie zum Bilden von Elektroden für Solarzellen verwendet wird.
Die Halbleitersubstrate, die in den Solarzellen enthalten sind, umfassen ohne Einschränkung Einkristallsilicium, multikristallines Silicium und dergleichen.
Die Halbleitersubstrate, die hier verwendet werden, können mit Phosphor und Bor unter Bildung eines p/n-Übergangs dotiert werden. Die Halbleitersubstrate variieren auch bezüglich der Größe (Länge × Breite) und Dicke. Als Beispiel kann die Dicke des hier verwendeten Halbleitersubstrats etwa 50–500 μm, etwa 100–300 μm oder etwa 140–200 μm betragen. Die Länge und Breite des Halbleitersubstrats können jeweils etwa 100–250 mm, etwa 125–200 mm oder etwa 125–156 mm betragen.
Die Halbleitersubstrate von Solarzellen weisen typischerweise eine Vorderseite und eine Rückseite auf, wobei die Vorderseite der Halbleitersubstrate bei der Verwendung einer Lichtquelle zugewandt ist. Und die Cu enthaltende leitfähige Paste, die hier offenbart wird, kann darin zum Bilden der Cu-Elektroden auf den Vorderund/oder Rückseiten der Halbleitersubstrate verwendet werden. Und wie in den 2(a)–2(c) veranschaulicht, können die Vorderseitenelektroden aus einer multiplen Anzahl paralleler leitfähiger Finger (2) und einer oder mehreren Vorderseitensammelschienen (4), die senkrecht zu den leitfähigen Fingern (2) liegen, gebildet sein, während die Rückseitenelektroden aus mindestens einer Rückseitensammelschiene (4') und Al-Paste (3) gebildet sind. Die Rückseitensammelschienen (4') werden auch Tabbing genannt und sind typischerweise in den Spiegelpositionen zu den Vorderseitensammelschienen (4) positioniert.
Typischerweise kann eine Antireflexbeschichtung und/oder Isolierbeschichtung auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats der Solarzelle gebildet werden. Beispielhafte Antireflexbeschichtungs- oder Isolierbeschichtungsmaterialien, die hier verwendet werden, umfassen ohne Einschränkung Siliciumnitrid, Siliciumoxid, Titanoxid, SiNx:H, hydriertes amorphes Siliciumnitrid und Siliciumoxid/Titanoxid. Die Beschichtung kann durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD), CVD und/oder andere bekannte Techniken gebildet werden. Daher wird beim Herstellen der Vorderseitenelektroden auf den Halbleitersubstraten die hier offenbarte Cu enthaltende leitfähige Paste über der Antireflexbeschichtung und/oder Isolierbeschichtung auf dem Halbleitersubstrat durch eine Reihe verschiedener Verfahren, wie oben beschrieben, in einem vorbestimmten Muster und einer vorbestimmten Gestalt und in einer vorbestimmten Position aufgebracht.
In einer Ausführungsform wird/werden die Vorderseitensammelschiene(n) (4) des Halbleitersubstrats aus den hier offenbarten Cu-Elektroden gebildet. Die Vorderseitensammelschienen (4) können in Form kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Linien über der Vorderseite vorliegen. Und die Vorderseitensammelschienen (4) können eine Breite von etwa 0,5–4 mm oder etwa 1–2 mm und eine Dicke von etwa 2–40 μm, etwa 2–30 μm oder etwa 3–20 μm aufweisen. Außerdem können die leitfähigen Vorderseitenfinger (2) auch aus den hier offenbarten Cu-Elektroden gebildet sein. Und jeder der leitfähigen Finger (2) kann eine Breite von etwa 20–200 μm, etwa 30–150 μm oder etwa 30–100 μm und eine Dicke von etwa 3–100 μm, etwa 3–50 μm oder etwa 5–30 μm aufweisen. Beim Bilden der Vorderseitensammelschiene(n) (4) und/oder der leitfähigen Finger (2) wird die hier offenbarte Cu enthaltende leitfähige Paste zuerst über der Vorderseite des Halbleitersubstrats in einem vorbestimmten Muster, einer vorbestimmten Gestalt und Position, die den Vorderseitensammelschienen (4) und/oder den leitfähigen Fingern (2) des Halbleitersubtrats entsprechen, (z. B. durch Siebdruck) aufgebracht, dann beispielsweise etwa 0,5–10 min lang getrocknet, während welcher Zeit die flüchtigen Lösungsmittel des organischen Mediums entfernt oder teilweise entfernt werden. Die getrocknete Paste wird dann durch Erhitzen auf eine Höchsttemperatur von etwa 500°C–1000°C etwa 1 sec bis 2 min lang gebrannt. Das Brennen kann in irgendeiner Atmosphäre, bevorzugt in Luft, durchgeführt werden. Während des Brennens reagiert die Glasfritte in den gebrannten Cu-Elektroden (z. B. den leitfähigen Fingern und den Vorderseitensammelschienen) mit der Antireflexbeschichtung und/oder Isolierbeschichtung, wodurch elektrischer Kontakt mit und/oder mechanische Haftung an dem Halbleitersubstrat gemacht wird.
Außerdem kann die Cu enthaltende leitfähige Paste zum Bilden der Rückseitensammelschienen (4') des Halbleitersubstrats der Solarzelle verwendet werden. Die Rückseitensammelschiene(n) (4') kann/können ebenfalls in Form kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Linien über der Rückseite vorliegen. Und die Rückseitensammelschienen (4') können eine Breite von etwa 0,5–5 mm oder etwa 1–4 mm und eine Dicke von etwa 2–40 μm, etwa 2–30 μm oder etwa 3–20 μm aufweisen. Die hier offenbarte Cu enthaltende leitfähige Paste wird über der Rückseite des Halbleitersubstrats in einem vorbestimmten Muster und einer vorbestimmten Gestalt und an einer vorbestimmten Position aufgebracht. Das vorbestimmte Muster, die vorbestimmte Gestalt und Position entsprechen den Rückseitensammelschienen (4') des Halbleitersubstrats. In einer Ausführungsform werden andere leitfähige Materialien, die Aluminium oder Aluminium und Silber enthalten, über der Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats aufgebracht, die nicht mit der Cu enthaltenden leitfähigen Paste (der Al-Paste (3) von 2(b) entsprechend) bedeckt ist. Während in anderen Ausführungsformen andere leitfähige Materialien, die Aluminium oder Aluminium und Silber enthalten, über der gesamten Rückseite des Halbleitersubstrats vor Aufbringen der Cu enthaltenden leitfähigen Paste (der Al-Paste (3) in 2(c) entsprechend) aufgebracht werden. In derartigen Ausführungsformen wird die Cu enthaltende leitfähige Paste über der Beschichtung aufgebracht, die aus den anderen leitfähigen Materialien gebildet ist. Daraufhin wird das pastentragende Halbleitersubstrat Brennen in irgendeiner Atmosphäre, bevorzugt in Luft, unterworfen, um die Rückseitenelektroden zu bilden.
In der Praxis können die vorderen Elektroden und die rückseitigen Elektroden des Halbleitersubstrats sequentiell oder gleichzeitig gebildet werden. Wenn die vorderen Elektroden und rückseitigen Elektroden gleichzeitig gebildet werden, werden leitfähige Pasten zuerst aufgebracht und auf einer ersten Seite des Substrats getrocknet, dann werden leitfähige Pasten aufgebracht und auf einer zweiten Seite des Substrats getrocknet und schließlich wird das pastentragende Substrat in irgendeiner geeigneten Atmosphäre, oder bevorzugt in Luft, gebrannt. Cu-Elektroden können so auf beiden Seiten der Halbleitersubstrate gebildet werden.
BEISPIEL
ANORGANISCHE PULVER:
Die folgenden anorganischen Pulver wurden bei diesen Beispielen verwendet.

• Cu: Kupfer-(Cu)Pulver (mit verschiedenen Teilchendurchmessern (D50) von 0,78 μm, 3,6 μm, 5,4 μm oder 8,3 μm) von Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. (Japan) erworben;
• Ge: Germanium-(Ge)Nanoteilchen (Teilchendurchmesser (D50) = 70–120 nm) und von Forsman Scientific (Beijing) Co., Ltd. (China) erworben;

KRISTALLINE GE-TEILCHEN
Unter Anwendung eines Kunststoffbands wurden 0,5 Gramm der kristallinen Ge-Teilchen in eine Rolle gewickelt und die Röntenbeugungsmuster davon wurden auf einem Röntgendiffraktometer (von Bruker Corporation (Bundesrepublik Deutschland) mit dem Modellnamen D8 Advance hergestellt) im Bereich von 10–90° aufgezeichnet. Wie in 1 gezeigt, wurden 6 scharfe Peaks (A, B, C, D, E und F) im Röntgenbeugungsspektrum beobachtet, welche den Ebenen (111), (220), (311), (400), (331) bzw. (422) entsprachen. Dies weist darauf hin, dass die Ge-Teilchen stark kristallisiert waren.
VERGLEICHSBEISPIEL CE1 UND BEISPIELE E1–E5
Bei jedem von CE1 und E1–E5 wurde eine Dickschichtpaste wie folgt hergestellt: 8,3 g Cu-Teilchen (CE1) oder eine Pulvermischung von Cu- und kristallinen Ge-Teilchen (E1–E5 wie in Tabelle 1), 0,29 g Bi-Zn-B-Al-Ba-Si-Oxid-Glasfritte ähnlich den Oxidzusammensetzungen auf der Basis von Wismut, die in der Tabelle 1 von US 2012/0312368 (mit D50 von 0,8 μm) offenbart sind, 0,02 g hydriertes Rizinusöl, 1,1 g einer Lösung die aus 10–20 Gew.-% in Terpineol gelöster Ethylcellulose bestand, und 0,29 g 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiolmonoisobutyrat wurden in einer Mischvorrichtung (von Thinky USA Inc. (U.S.A.) mit dem Modellnamen ARE-310 hergestellt) bei 2000 UpM 1 min lang gemischt, gefolgt von Mahlen von Hand 5 min lang.
Bei jeder Probe wurde unter Verwendung einer Schablone die oben hergestellte Dickschichtpaste auf die Oberfläche einer Siliciumzelle (mit Siliciumnitrid (180 μm dick) beschichteter Siliciumwafer von 6 Zoll, der von JA Solar Holdings Co. Ltd erhalten worden war) unter Bildung einer 30 μm dicken Linie Pastenschicht (2 mm breit und 30 mm lang) gegossen. Die Pastenschicht wurde bei 100°C 5–10 min lang getrocknet. Die getrocknete Paste wurde in Luft unter Verwendung eines (von Despatch Instruments (P. R. C.) mit dem Modellnamen CF-7210 hergestellten) IR-Ofens gebrannt. Das Temperaturprofil des IR-Ofens wurde auf 580-610-630-650-820-900°C und die Bandgeschwindigkeit auf etwa 560 cm/min eingestellt. Es wurden dann Elektroden auf der Siliciumzelle erhalten.
Die Plattenresistenz der Elektrode auf der Oberfläche der Siliciumzelle wurde durch das Viersondenverfahren unter Anwendung eines Messgeräts für spezifischen Plattenwiderstand (von Napson Corp. (Japan) mit dem Modellnamen RT3000/RG7 hergestellt) gemessen und die Dicke der Elektrode wurde unter Anwendung eines Veeco-Oberflächenmessgeräts (von Veeco Instruments Inc. mit dem Modellnamen Dektak 150 hergestellt) gemessen. The spezifische Widerstand der Elektrode wurde durch die Gleichung, die unten aufgeführt ist, berechnet und in Tabelle 1 tabellarisch aufgeführt: ρ (spezifischer Widerstand) = Plattenwiderstand × Dicke × Geometrieberichtigung = Plattenwiderstand × Dicke × 1,9475/4,5324

Die Ergebnisse zeigen, dass, wenn Cu-Teilchen in der Dickschichtpaste (CE1) verwendet wurden, die daraus hergestellten Elektroden einen sehr hohen spezifischen Widerstand aufwiesen. Jedoch wurde festgestellt, dass wenn kristalline Ge-Teilchen der Dickschichtpaste zusätzlich zu den Cu-Teilchen (E1–E5) zugegeben wurden, die spezifischen Widerstände der aus derartigen Dickschichtpasten hergestellten Elektroden dramatisch reduzieret waren. Derartige Auswirkungen waren offensichtlicher, wenn die Teilchendurchmesser (D50) der Cu-Teilchen bei 1 μm oder mehr gehalten wurden. TABELLE 1

Proben	Anorganisches Pulver		Spez. Widerstand (Ohm-cm)
Proben	Gewichtverhältnis	D50 von Cu (μm)	Spez. Widerstand (Ohm-cm)
CE1	Cu	5,4	9,37E+02
E1	Cu:Ge (100:5)	0,78	3,60E+02
E2	Cu:Ge (100:5)	3,6	1,08E–04
E3	Cu:Ge (100:5)	5,4	3,37E–05
E4	Cu:Ge (100:8)	5,4	3,30E–05
E5	Cu:Ge (100:5)	8,3	5,24E–05

BEISPIELE E6–E11

Auf dieselbe Weise wie für E1 beschrieben wurde bei jedem von E6–E11 eine Dickschichtpaste hergestellt und die so hergestellte Dickschichtpaste wurde über einem Siliciumsubstrat von E1 gebrannt, um eine Elektrode zu bilden. Bei diesen Beispielen wurden Cu-Teilchen mit Teilchendurchmessern (D50) von 5,4 μm verwendet. Während des Brennvorgangs wurde das Temperaturprofil auf 580-610-630-650-700-700°C und die Bandgeschwindigkeit auf 127 cm/min oder 280 cm/min eingestellt. Die spezifischen Widerstände der Elektroden wurden bestimmt und in Tabelle 2 tabellarisch aufgeführt. Hier wurde wieder gezeigt, dass, wenn kristalline Ge-Teilchen der Dickschichtpaste zusätzlich zu den Cu-Teilchen (E6–E11) zugegeben wurden, die spezifischen Widerstände der aus derartigen Dickschichtpasten hergestellten Elektroden im Vergleich mit denjenigen Pasten, die nur Cu-Teilchen umfassen, dramatisch reduzieret waren. TABELLE 2

Proben	Anorganische Pulver (Gewichtverhältnis)	Spez. Widerstand (Ohm-cm)
Proben	Anorganische Pulver (Gewichtverhältnis)	Bandgeschwindigkeit @ 127 cm/min	Bandgeschwindigkeit @ 280 cm/min
CE2	Cu	8,50E+03	6,25E+03
E6	Cu:Ge (100:2)	2,99E+03	8,61E–04
E7	Cu:Ge (100:4)	3,71E–03	2,05E–04
E8	Cu:Ge (100:6)	1,55E–04	1,27E–04
E9	Cu:Ge (100:8)	5,23E–05	9,13E–05
E10	Cu:Ge (100:11)	8,43E–05	8,75E–05
E11	Cu:Ge (100:20)	6,53E–05	6,25E–05

BEISPIELE E12 UND E13
2 veranschaulicht eine Solarzelle mit Elektroden. 2(a) zeigt die vordere Oberfläche einer Solarzelle (1). Die vorderen Elektroden der Solarzelle (1) werden aus einer multiplen Anzahl von Fingern (2), die parallel zueinander liegen, und drei Vorderseitensammelschienen (4), die senkrecht zu den Fingern (2) liegen, gebildet.
Zusätzlich können Bänder (6) später elektrisch über die Sammelschienen (4) gebondet (z. B. gelötet) werden. 2(b) ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle (1) mit Elektroden. Wie in 2(b) gezeigt, werden die rückseitigen Elektroden aus drei Rückseitensammelschienen (4'), die sich in Spiegelposition zu den Vorderseitensammelschienen (4) befinden, gebildet und eine Al-Paste (3) bedeckt den gesamten Bereich der hinteren Oberfläche der Solarzelle (1) (mit Ausnahme der Bereiche, die durch die drei Rückseitensammelschienen (4') bedeckt sind).
Bei jedem von E12 und E13 wird eine Cu enthaltende leitfähige Paste wie folgt hergestellt: 150 g Pulvermischung von Cu und Ge in einem Gewichtsverhältnis von 100:5, 6 g Glasfritte, ähnlich den Oxidzusammensetzungen auf der Basis von Wismut, die in Tabelle 1 von US 2012/0312368 offenbart sind, 1 g hydriertes Rizinusöl, 0,2 g Caprylsäure und 42,8 g einer Lösung, die aus 10–20 Gew.-% in Terpineol gelöster Ethylcellulose bestand, werden in einer Mischvorrichtung bei 2000 UpM 1 min lang gemischt; und die endgültige Cu enthaltende leitfähige Paste wird durch zweimaliges Hindurchfüren der Mischung durch eine Dreiwalzenmaschine (von EXAKT Technologies, Inc. mit dem Modellnamen EXAKT 50 hergestellt) erhalten.
Bei E12 (wie in 2(b) gezeigt) wird eine Siliciumzelle mit Vorderseiten- und Rückseitenelektroden wie folgt hergestellt. Zuerst wird DuPont^WZ Solamet^® PV17F-Silberpaste für die photovoltaische Metallisierung der Vorderseite (von E. I. du Pont de Nemours and Company (U.S.A.), im Folgenden „DuPont” genannt, erhalten) über die vordere Oberfläche der Siliciumzelle an der Position der Finger (2) und der Vorderseitensammelschienen (4) siebgedruckt, gefolgt von Trocknen bei 240°C 3 min lang. Die Cu enthaltende leitfähige Paste, wie oben hergestellt, wird dann über die rückseitige Fläche der Siliciumzelle an der Position der Rückseitensammelschienen (4') siebgedruckt, gefolgt von Trocknen bei 240°C 3 min lang, und Al-Paste PV35A (von DuPont erhalten) wurde über die Rückseite der Siliciumzelle (mit Ausnahme des Bereichs, der durch die Rückseitensammelschienen (4') bedeckt war) siebgedruckt, gefolgt von Trocknen bei 240°C 3 min lang. Schließlich wurde die Siliciumzelle in Luft unter Anwendung eines IR-Ofens gebrannt. Das Temperaturprofil des IR-Ofens ist auf 580-610-630-650-800-900°C und die Bandgeschwindigkeit auf 560 cm/min eingestellt.
Bei E13 (wie in 1(c) gezeigt) wird eine Siliciumzelle mit Vorderseiten- und Rückseitenelektroden wie folgt hergestellt. Zuerst wird DuPont^WZ Solamet^® PV17F-Silberpaste für die photovoltaische Metallisierung der Vorderseite über die vordere Oberfläche der Siliciumzelle an der Position der Finger (2) und der Vorderseitensammelschienen (4) siebgedruckt, gefolgt von Trocknen bei 240°C 3 min lang. Die Cu enthaltende leitfähige Paste, wie oben hergestellt, wird an der Position der Rückseitensammelschienen (4') siebgedruckt, gefolgt von Trocknen bei 240°C 3 min lang. Und Al-Paste PV35A wird über die gesamte Oberfläche der Rückseite der Siliciumzelle (mit Ausnahme des Bereichs, der durch die Cu enthaltende leitfähige Paste bedeckt ist) siebgedruckt, gefolgt von Trocknen bei 240°C 3 min lang. Schließlich wird die Siliciumzelle in Luft unter Anwendung eines IR-Ofens gebrannt. Das Temperaturprofil des IR-Ofens wird wiederum auf 580-610-630-650-800-900°C und die Bandgeschwindigkeit auf 560 cm/min eingestellt.

Claims

Solarzelle, die ein Halbleitersubstrat und mindestens eine Kupfer-(Cu-)Elektrode umfasst, die an einer Vorder- oder Rückseite davon angebracht ist, wobei die mindestens eine Cu-Elektrode gebildet wird durch: (I) Aufbringen einer Cu enthaltenden leitfähigen Paste auf die Vorder- oder Rückseite des Halbleitersubstrats in einer vorbestimmten Gestalt und an einer vorbestimmten Position; (II) Trocknen der Cu enthaltenden leitfähigen Paste; und (III) Brennen der Cu enthaltenden leitfähigen Paste, um die mindestens eine Cu-Elektrode zu bilden, wobei die Cu enthaltende leitfähige Paste Folgendes umfasst: (a) etwa 10–95 Gew.-% einer Pulvermischung von Cu- und kristallinen Germanium-(Ge-)Teilchen und (b) etwa 0,1–15 Gew.-% einer Glasfritte, die in (c) einem organischen Medium dispergiert sind, wobei der gesamte Gewichtsprozentsatz aller Komponenten, die in der Paste enthalten sind, insgesamt 100 Gew.-% beträgt und wobei (i) die Pulvermischung etwa 0,01–35 Gewichtsteile der kristallinen Ge-Teilchen, auf 100 Gewichtsteile der Cu-Teilchen bezogen, umfasst; und (ii) das organische Medium aus mindestens einem organischen Polymer besteht, das in mindestens einem Lösungsmittel gelöst ist.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Pulvermischung etwa 1–30 Gewichtsteile der kristallinen Ge-Teilchen, auf 100 Gewichtsteile der Cu-Teilchen bezogen, umfasst.
Solarzelle nach Anspruch 2, wobei die Pulvermischung etwa 3–25 Gewichtsteile der kristallinen Ge-Teilchen, auf 100 Gewichtsteile der Cu-Teilchen bezogen, umfasst.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Cu-Teilchen einen Teilchendurchmesser (D50) von etwa 1–50 μm aufweisen.
Solarzelle nach Anspruch 4, wobei die Cu-Teilchen einen Teilchendurchmesser (D50) von etwa 1,5–30 μm aufweisen.
Solarzelle nach Anspruch 5, wobei die Cu-Teilchen einen Teilchendurchmesser (D50) von etwa 1,5–15 μm aufweisen.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die kristallinen Ge-Teilchen einen Teilchendurchmesser (D50) von etwa 1–1000 nm aufweisen.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus Einkristallsiliciumarten und mehrkristallinen Siliciumarten.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Cu-Elektrode auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats und in Form einer multiplen Anzahl paralleler leitfähiger Finger und einer oder mehreren Vorderseiten-Sammelschienen gebildet ist, die senkrecht zu den leitfähigen Fingern liegen.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Cu-Elektrode auf der Rückseite des Halbleitersubstrats und in Form einer oder mehrerer Rückseiten-Sammelschienen gebildet ist.